CN117477852A - 一种高集成度大容量半直驱风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及风力发电领域，提供了一种高集成度大容量半直驱风力发电机，其齿轮箱嵌套在发电机内部，齿轮箱动力输入轴嵌套在齿轮箱动力输出轴内部，齿轮箱动力输入端和齿轮箱动力输出端设置在齿轮箱同侧，发电机定子电枢设置在齿轮箱侧面的外壁，发电机转子支架与齿轮箱动力输出轴连接，齿轮箱动力输入轴与轮毂连接。相对于常规直驱风力发电机，一种高集成度大容量半直驱风力发电机转速有了大幅度提升，发电机定子电枢切割磁力线的速度也大幅提升，不再需要发电机定子电枢串联提升发电机的出口电压，发电机的容量也会成倍提升。

Description

一种高集成度大容量半直驱风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体地涉及一种高集成度大容量半直驱风力发电机。

背景技术

随着风力发电机技术的发展，风能资源逐步减少，机组大型化将是未来风力发电技术发展的必然趋势，常规直驱风力发电机组为了获得更大的容量，发电机直径随着容量的增加而增加，发电机重量也随之增加，给吊装和生产加工带来了很大难度，本发明涉及的一种高集成度大容量半直驱风力发电机组，将齿轮箱集成到了发电机内部，外形和常规直驱风力发电机相似，在相近外形尺寸和重量的前提下，可获得更高的发电机转速和发电机容量。

发明内容

本发明的目的是提供一种高集成度大容量半直驱风力发电机，解决现有大型直驱风力发电机，发电机外形尺寸大，发电机容量提升难、生产加工难度大、建造成本高等问题。

本发明实施例的一个方面，提供了一种高集成度大容量半直驱风力发电机，其齿轮箱嵌套在发电机内部，齿轮箱动力输入轴嵌套在齿轮箱动力输出轴内部，齿轮箱动力输入端和齿轮箱动力输出端设置在齿轮箱同侧，发电机定子电枢设置在齿轮箱侧面的外壁，发电机转子支架与齿轮箱动力输出轴连接，齿轮箱动力输入轴与轮毂连接。

所述齿轮箱外形结构大致为空腔圆柱体结构，齿轮箱动力输入轴中心线与齿轮箱中轴线重合，齿轮箱动力输入轴嵌套在齿轮箱动力输出轴内部；齿轮箱动力输入轴与齿轮箱动力输出轴之间设置有两套轴承，齿轮箱动力输入轴与齿轮箱动力输出轴可通过两套轴承发生同轴线相对旋转，齿轮箱动力输入轴靠近滑环一侧通过轴承与齿轮箱外壳连接；主齿轮套接在齿轮箱动力输入轴上，主齿轮与齿轮箱动力输入轴不可围绕二者中轴线发生相对旋转；轮毂驱动齿轮箱动力输入轴发生旋转，带动主齿轮旋转，主齿轮驱动二级小齿轮旋转，二级小齿轮套接在二级齿轮轴上，且二者不可发生相对旋转，二级小齿轮旋转驱动二级齿轮轴旋转，二级大齿轮套接在二级齿轮轴上，且二者不可发生相对旋转，二级齿轮轴旋转驱动二级大齿轮旋转，二级大齿轮旋转驱动齿轮箱输出轴旋转，二级齿轮轴两端通过轴承与齿轮箱外壳连接；根据齿轮箱载荷和发电机容量的不同，齿轮箱内部围绕齿轮箱中轴线环形分布着若干套二级齿轮轴、二级大齿轮、二级小齿轮； 齿轮箱动力输入轴靠近滑环一侧安装有刹车盘，刹车盘与齿轮箱动力输入轴之间不可围绕二者中轴线发生相对旋转，制动器及锁定装置设置在齿轮箱靠近刹车盘一侧的端面上，当风机控制系统发出齿轮箱动力输入轴的制动命令后，液压系统驱动制动活塞动作，抱死刹车盘，从而达到齿轮箱动力输入轴制动的目的，刹车盘围绕其中轴线环形分布部分孔位，当风机控制系统发出锁定齿轮箱动力输入轴的指令后，刹车盘处于抱死状态下，锁定销与刹车盘的孔位对应时，液压系统驱动锁定销动作，插入与之对应的刹车盘的孔位，从而完成齿轮箱动力输入轴的锁定；滑环设置在齿轮箱动力输入轴靠近刹车盘一侧的端面上，滑环电缆一端与风机机舱动力电源及控制系统连接，另外一端与轮毂变桨系统动力电源和控制系统连接，齿轮箱动力输入轴内部的中空管道为滑环电缆管道，滑环电缆可从齿轮箱动力输入轴内部的滑环电缆管道通过，最终到达轮毂。

所述发电机中轴线与齿轮箱中轴线重合，齿轮箱嵌套在发电机内部，发电机定子电枢设置在齿轮箱侧面的齿轮箱外壳上，发电机转子支架为中空类圆柱体结构，发电机转子支架与齿轮箱动力输出轴连接，发电机转子支架靠近齿轮箱动力输入轴一端的端面内部设置有若干发电机转子支架加强筋板，用来加强发电机转子支架的强度，发电机转子支架侧面内侧安装有磁钢，用来给发电机励磁；发电机端面挡板安装在发电机转子支架靠近制动器及锁定装置一侧的端面上，用来阻止灰尘及雨水进入发电机；齿轮箱动力输出轴旋转驱动发电机转子支架旋转，安装在发电机转子支架上的磁钢产生的磁场切割发电机定子电枢，使发电机定子电枢产生电能，发电机定子电枢出线通过设置在齿轮箱外壳上的发电机动力电缆出口进入机舱。

所述齿轮箱外壳与机舱底座连接，齿轮箱外壳与机舱底座连接的部位有若干齿轮箱加强筋板设置在齿轮箱外壳上，齿轮箱加强筋板处设置有若干发电机冷却液接口和发电机动力电缆出口；机舱顶部后方安装有发电机及齿轮箱散热器，发电机使用液体散热，齿轮箱内部的齿轮油流经发电机及齿轮箱散热器，发电机及齿轮箱散热器将发电机冷却液及齿轮油的热量释放到机舱外部的空气中，从而达到发电机及齿轮箱散热的目的，发电机散热装置和齿轮箱散热装置整合在一起形成发电机及齿轮箱散热器，其内部发电冷却液管路和齿轮油管路不相通；机舱顶部设置有两行并列的防护栏，防护栏之间为维护通道，防护栏延升并通过发电机转子支架，发电机转子支架上方的防护栏不与发电机转子支架连接，不影响发电机转子支架的正常旋转，当齿轮箱动力输入轴处于锁定状态时，维护人员可通过发电机转子支架上方的防护栏进入轮毂，防护栏一端通过防护栏支架与机舱底座连接，另一端与机舱连接；机舱顶部设置有机舱盖板，打开机舱盖板后，维护人员可到达机舱顶部，经过防护栏，工作人员可进入轮毂。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为一种高集成度大容量半直驱风力发电机整体结构示意图；

图2为一种高集成度大容量半直驱风力发电机齿轮箱及发电机剖视图；

图3为图2中A-A剖视图；

图中：

100、发电机转子支架；101、磁钢；102、发电机定子电枢；103、发电机转子支架加强筋板；104、发电机端面挡板；105、发电机。

200、齿轮箱外壳；201、齿轮箱动力输入轴；202、主齿轮；203、二级齿轮轴；204、二级小齿轮；205、二级大齿轮；206、三级齿轮；207、轴承；208、发电机冷却液管道接口；209、发电机动力电缆出口；210、齿轮箱加强筋板；211、滑环电缆管道；212、齿轮箱动力输出轴；213、齿轮箱。

300、制动器及锁定装置；301、制动活塞；302、锁定销；303、刹车盘；304、滑环。

400、导流罩；401、轮毂；402、叶片。

500、机舱底座；501、机舱；502、发电机及齿轮箱散热器；503、偏航系统；504、塔筒；505、防护栏；506、防护栏支架；507、机舱盖板。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

现在将参考附图更全面的描述示例实施方式。然而，示例的实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其他的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义的理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1-图3所示，本发明一实施例提供的一种高集成度大容量半直驱风力发电机包括：

齿轮箱213嵌套在发电机105内部，齿轮箱动力输入轴201嵌套在齿轮箱动力输出轴212内部，齿轮箱动力输入端和齿轮箱动力输出端设置在齿轮箱213同侧的端面上，发电机定子电枢102设置在齿轮箱213侧面的外壁，发电机转子支架100与齿轮箱动力输出轴212连接，齿轮箱动力输入轴201与轮毂401连接。

齿轮箱213外形结构大致为空腔圆柱体结构，齿轮箱动力输入轴201的中心线与齿轮箱213中轴线重合，齿轮箱动力输入轴201嵌套在齿轮箱动力输出轴212内部；齿轮箱动力输入轴201与齿轮箱动力输出轴212之间设置有两套轴承207，齿轮箱动力输入轴201与齿轮箱动力输出轴212可通过两套轴承207发生同轴线相对旋转，齿轮箱动力输入轴201靠近滑环304一侧通过轴承207与齿轮箱外壳200连接；主齿轮202套接在齿轮箱动力输入轴201上，主齿轮202与齿轮箱动力输入轴201不可围绕二者中轴线发生相对旋转；轮毂401驱动齿轮箱动力输入轴201发生旋转，带动主齿轮202旋转，主齿轮202驱动二级小齿轮204旋转，二级小齿轮204套接在二级齿轮轴203上，且二者不可发生相对旋转，二级小齿轮204旋转驱动二级齿轮轴203旋转，二级大齿轮205套接在二级齿轮轴203上，且二者不可发生相对旋转，二级齿轮轴203旋转驱动二级大齿轮205旋转，二级大齿轮205旋转驱动齿轮箱输出轴212旋转，二级齿轮轴203两端通过轴承207与齿轮箱外壳200连接；根据齿轮箱213载荷和发电机105容量的不同，齿轮箱213内部围绕齿轮箱中轴线环形分布着若干套二级齿轮轴203、二级大齿轮205、二级小齿轮204； 齿轮箱动力输入轴201靠近滑环304一侧安装有刹车盘303，刹车盘303与齿轮箱动力输入轴201之间不可围绕二者中轴线发生相对旋转，制动器及锁定装置300设置在齿轮箱213靠近刹车盘303一侧的端面上，当风机控制系统发出齿轮箱动力输入轴201的制动命令后，液压系统驱动制动活塞301动作，抱死刹车盘303，从而达到制动的目的，在刹车盘303上围绕其中轴线环形分布着部分孔位，当风机控制系统发出锁定齿轮箱动力输入轴201的指令后，刹车盘303处于抱死状态下，锁定销302与刹车盘303的孔位对应时，液压系统驱动锁定销302动作，插入与之对应的刹车盘303的孔位，从而完成锁定；滑环304设置在齿轮箱动力输入轴201靠近刹车盘303一侧的端面上，滑环电缆一端与风机机舱动力电源及控制系统连接，另外一端与轮毂变桨系统动力电源和控制系统连接，齿轮箱动力输入轴201内部的中空管道为滑环电缆管道211，滑环电缆可从齿轮箱动力输入轴内部的滑环电缆管道211通过，最终到达轮毂401。

发电机105中轴线与齿轮箱213中轴线重合，齿轮箱213嵌套在发电机105内部，发电机定子电枢102设置在齿轮箱213侧面的齿轮箱外壳200上，发电机转子支架100为中空类圆柱体结构，发电机转子支架100与齿轮箱动力输出轴212连接，发电机转子支架100靠近齿轮箱动力输入轴201一端的端面内部设置有若干发电机转子支架加强筋板103，用来加强发电机转子支架100的强度，发电机转子支架100侧面内侧安装有磁钢101用来给发电机105励磁；发电机端面挡板104安装在发电机转子支架100靠近制动器及锁定装置300一侧的端面上，用来阻止灰尘及雨水进入发电机105；齿轮箱动力输出轴212旋转驱动发电机转子支架100旋转，设置在发电机转子支架100上的磁钢101产生的磁场切割发电机定子电枢102，使发电机定子电枢102产生电能，发电机定子电枢102出线通过设置在齿轮箱外壳200上的发电机动力电缆出口209进入机舱501。

齿轮箱外壳200与机舱底座500连接，齿轮箱外壳200与机舱底座500连接的部位有若干齿轮箱加强筋板210设置在齿轮箱外壳200上，齿轮箱加强筋板210处设置有若干发电机冷却液接口208和发电机动力电缆出口209；机舱501顶部后方安装有发电机及齿轮箱散热器502，发电机105使用液体散热，齿轮箱213内部的齿轮油流经发电机及齿轮箱散热器502，发电机及齿轮箱散热器502将发电机冷却液及齿轮油的热量释放到机舱501外部的空气中，从而达到发电机105及齿轮箱213散热的目的，发电机散热装置和齿轮箱散热装置整合在一起形成发电机及齿轮箱散热器502，其内部发电机冷却液管路和齿轮油管路不相通；机舱501顶部设置有两行并列的防护栏505，防护栏之间为维护通道，防护栏505延升并通过发电机转子支架100，发电机转子支架100上方的防护栏505不与发电机转子支架100连接，不影响发电机转子支架100的正常旋转，当齿轮箱动力输入轴201处于锁定状态时，维护人员可通过发电机转子支架100上方的防护栏505进入轮毂401，防护栏505一端通过防护栏支架506与机舱底座500连接，另一端与机舱501连接；机舱501顶部设置有机舱盖板507，打开机舱盖板507后，维护人员可到达机舱501顶部，经过防护栏506，工作人员可进入轮毂401。

一种高集成度大容量半直驱风力发电机工作原理如下：叶片402获取风能后，驱动轮毂401围绕齿轮箱213中轴线旋转，并将动力传递至齿轮箱动力输入轴201，齿轮箱动力输入轴201旋转经过齿轮箱213两级齿轮增速，将动力从齿轮箱动力输出轴212输出，齿轮箱动力输出轴212旋转驱动发电机转子支架100旋转，从而使发电机定子电枢102产生电能；相对于常规直驱风力发电机，一种高集成度大容量半直驱风力发电机转速有了大幅度提升，发电机定子电枢102切割磁力线的速度也大幅提升，不再需要发电机定子电枢102串联提升发电机105的出口电压，发电机105的容量也会成倍提升。

Claims (4)

1.一种高集成度大容量半直驱风力发电机，其特征在于，包括：齿轮箱（213）嵌套在发电机（105）内部，齿轮箱动力输入轴（201）嵌套在齿轮箱动力输出轴（212）内部，齿轮箱动力输入端和齿轮箱动力输出端设置在齿轮箱（213）同侧的端面上，发电机定子电枢（102）设置在齿轮箱（213）侧面的外壁上，发电机转子支架（100）与齿轮箱动力输出轴（212）连接，齿轮箱动力输入轴（201）与轮毂（401）连接。

2.如权利要求1所述的一种高集成度大容量半直驱风力发电机，其特征在于： 所述齿轮箱（213）外形结构大致为空腔圆柱体结构，齿轮箱动力输入轴（201）的中心线与齿轮箱（213）中轴线重合；齿轮箱动力输入轴（201）与齿轮箱动力输出轴（212）之间设置有两套轴承（207），齿轮箱动力输入轴（201）靠近滑环（304）一侧通过轴承（207）与齿轮箱外壳（200）连接；主齿轮（202）套接在齿轮箱动力输入轴（201）上，主齿轮（202）与齿轮箱动力输入轴（201）不可围绕二者中轴线发生相对旋转；二级小齿轮（204）套接在二级齿轮轴（203）上，且二者不可发生相对旋转，二级大齿轮（205）套接在二级齿轮轴（203）上，且二者不可发生相对旋转，二级齿轮轴（203）两端通过轴承（207）与齿轮箱外壳（200）连接；根据齿轮箱（213）载荷和发电机（105）容量的不同，齿轮箱（213）内部围绕齿轮箱中轴线环形分布着若干套二级齿轮轴（203）、二级大齿轮（205）、二级小齿轮（204）；齿轮箱动力输入轴（201）靠近滑环（304）一侧安装有刹车盘（303），刹车盘（303）与齿轮箱动力输入轴（201）之间不可围绕二者中轴线发生相对旋转，制动器及锁定装置（300）设置在齿轮箱（213）靠近刹车盘（303）一侧的端面上；在刹车盘（303）上围绕其中轴线环形分布着部分孔位；滑环（304）设置在齿轮箱动力输入轴（201）靠近刹车盘（303）一侧的端面上；齿轮箱动力输入轴（201）内部的中空管道为滑环电缆管道（211），滑环电缆可从齿轮箱动力输入轴内部的滑环电缆管道（211）通过，最终到达轮毂（401）；齿轮箱外壳（200）与机舱底座（500）连接的部位有若干齿轮箱加强筋板（210）设置在齿轮箱外壳（200）上，齿轮箱加强筋板（210）处设置有若干发电机冷却液接口（208）和发电机动力电缆出口（209）。

3.如权利要求1所述的一种高集成度大容量半直驱风力发电机，其特征在于： 所述发电机（105）中轴线与齿轮箱（213）中轴线重合；发电机转子支架（100）为中空类圆柱体结构，发电机转子支架（100）靠近齿轮箱动力输入轴（201）一端的端面内部设置有若干发电机转子支架加强筋板（103）；发电机转子支架（100）侧面内侧安装有磁钢（101）用来给发电机105励磁；发电机端面挡板（104）安装在发电机转子支架（100）靠近制动器及锁定装置（300）一侧的端面上；发电机定子电枢（102）出线通过设置在齿轮箱外壳（200）的发电机动力电缆出口（209）进入机舱（501）。

4.如权利要求3所述的一种高集成度大容量半直驱风力发电机，其特征在于： 所述机舱（501）顶部后方安装有发电机及齿轮箱散热器（502），发电机及齿轮箱散热器（502）将发电机冷却液及齿轮油的热量释放到机舱（501）外部的空气中，从而达到发电机（105）及齿轮箱（213）散热的目的，发电机散热装置和齿轮箱散热装置整合在一起形成发电机及齿轮箱散热器（502），其内部发电机冷却液管路和齿轮油管路不相通；所述机舱（501）顶部设置有两行并列的防护栏（505），防护栏（505）延升并通过发电机转子支架（100），发电机转子支架（100）上方的防护栏不与发电机转子支架（100）连接，当齿轮箱动力输入轴（201）处于锁定状态时，维护人员可通过发电机转子支架（100）上方的防护栏（505）进入轮毂（401），防护栏（505）一端通过防护栏支架（506）与机舱底座（500）连接，另一端与机舱（501）连接。