半直驱风力发电机的制作方法

本发明涉及一种风力发电机，尤其涉及一种半直驱风力发电机。

背景技术：

在半直驱风力发电机中，发电机为能量转换装置，齿轮箱为传动装置，二者的连接方式直接影响到整个机组的安全性与可靠性。图1为现有技术的半直驱是风力发电机的结构示意图，如图1示，当前领域的半直驱风力发电机通过设置在二级齿轮箱上的连接法兰与电机连接形成发电机整体。再将整体通过齿轮箱的扭力臂安装在风力发电机组机舱内，齿轮箱与发电机是属于悬臂结构，二级齿轮箱作为承受电机重力与扭矩的主体，其承受的载荷非常大，且二级齿轮箱是整个齿轮箱比较薄弱的环节，在长期运行条件下，寿命难以保证。

因此，有必要对半直驱风力发电机进行改进。

技术实现要素：

本发明之目的是提供一种结构紧凑、受力性能好、整体重心位置合理的半直驱风力发电机。

本发明提供一种半直驱风力发电机，包括一级齿轮箱、二级齿轮箱、凹槽式前端盖和发电机，其中，所述一级齿轮箱上设有与所述凹槽式前端盖连接的连接法兰；所述二级齿轮箱安装在所述一级齿轮箱上；所述一级齿轮箱安装有所述二级齿轮箱的一端通过所述连接法兰与所述凹槽式前端盖连接，从而使所述二级齿轮箱嵌入在所述凹槽式前端盖中，所述凹槽式前端盖与所述发电机的驱动端相连，形成整体结构。

作为优选方式，所述凹槽式前端盖包括圆柱部分和与之相连的圆锥部分，在所述圆锥部分的顶部设置有与所述凹槽式前端盖同轴的轴承座孔，用于安装轴承单元以及供所述发电机的传动轴穿过；

作为优选方式，所述凹槽式前端盖外侧设有筋板，用于增加所述凹槽式前端盖的强度。

作为优选方式，所述凹槽式前端盖包括第一法兰和第二法兰；

所述第一法兰设置在所述凹槽式前端盖圆柱部分的自由端，用于与所述一级齿轮箱连接；所述第二法兰设置于所述凹槽式前端盖圆柱部分和圆锥部分的交接处，用于将所述凹槽式前端盖固定在所述发电机的外壳上。

作为优选方式，所述二级齿轮箱安装在所述一级齿轮箱上，并嵌入到所述凹槽式前端盖的凹槽中，与所述凹槽式前端盖的侧壁有间隙。

作为优选方式，所述凹槽式前端盖的顶部设置有与所述凹槽式前端盖同轴的轴承座孔，用于安装轴承单元；在所述轴承座孔的外围设置有液冷管道，并且该液冷管道位于所述凹槽式前端盖的内侧；所述液冷管道上安装有管道盖板，用于密封所述液冷管道。

作为优选方式，所述液冷管道为横截面为矩形的不闭合环状结构。

作为优选方式，所述凹槽式前端盖圆锥部分的顶部设置有通向所述轴承座孔的注脂内管路，并且在所述注脂内管路的入口端焊接有注脂外管路，该注脂外管路紧贴凹槽式前端盖内壁，通过固定卡固定，并且从凹槽式前端盖内壁的圆柱部分设置的通孔处伸出前端盖。

作为优选方式，所述注脂内管路的入口液冷管道不通过的部分，出口端设置在轴承座孔的侧壁上，从而可以保证润滑脂可以流入轴承单元并对轴承进行润滑。

作为优选方式，在该半直驱风力发电机内设置有接地碳刷，安装在所述风力发电机的凹槽式前端盖中，包括安装在碳刷导管内的碳刷、标尺、压紧弹簧、第一推进装置、以及第二推进装置，其中，

所述碳刷包括刷头和与之紧密相连的刷辫，所述刷头直径大于所述刷辫直径，并且所述刷辫的长度远大于所述刷头足够伸出所述凹槽式前端盖；

所述刷辫一端与所述刷头固定连接，另一端依次穿过设置于所述碳刷导管内的所述第一推进装置、所述第二推进装置和套有所述压紧弹簧的所述标尺并伸出所述碳刷导管末端，使所述刷头抵在所述第一推进装置上；

在所述碳刷导管末端安装有中心带通孔的螺塞，将所述压紧弹簧压缩并封在碳刷导管内部，从而使所述刷头的自由端能够伸出所述碳刷导管的首端与发电机的轴相接触，以便将该轴上的电流导出，并通过所述刷辫接地。

作为优选方式，所述一级齿轮箱与所述凹槽式前端盖连接的一端设有扭力臂，用于承载整个传动结构。

本发明的特点是发电机驱动端的前端盖采用凹槽式结构，齿轮箱的连接法兰设计在一级齿轮箱上，将二级齿轮箱嵌入在凹槽式前端盖中，整个传动结构的承载主要集中在齿轮箱的扭力臂上，从而使整体重心处于一个更合理位置，改善了发电机组的受力性能，延长了其使用寿命，并且，使得整个集成单元结构更加紧凑。

另外，增加液冷管道，提高冷却效果；通过将注脂管路设置在凹槽式前端盖上，并通过焊接注脂外管路将出口引出到齿轮箱外，提高注脂管路的使用寿命，并可以降低后期的维修成本；而且接地碳刷的设计不但可以消除轴电流对轴的影响，还方便更换碳刷提高发电机的使用寿命。

附图说明

下面将简要说明本申请所使用的附图，显而易见地，这些附图仅用于解释本发明的构思。

图1是现有技术的半直驱是风力发电机的结构示意图。

图2是本发明实施例的半直驱风力发电机的整体结构剖视示意图。

图3是本发明实施例的半直驱风力发电机凹槽式前端盖沿轴向剖视示意图。

图4是本发明实施例的半直驱风力发电机凹槽式前端盖的左视图。

图5是本发明实施例的半直驱风力发电机凹槽式前端盖沿另一方向的轴向剖视示意图。

图6是本发明实施例的半直驱风力发电机接地碳刷的第一种结构剖视示意图。

图7是本发明实施例的半直驱风力发电机接地碳刷的第二种结构剖视示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的半直驱风力发电机的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括对在此记载的实施例做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部分的结构，各附图之间不一定按照相同的比例绘制。相同或相似的参考标记用于表示相同或相似的部分。

参见图1，现有技术中半直驱风力发电机通过设置在二级齿轮箱2上的连接法兰与电机5连接形成发电机整体。再将整体通过齿轮箱的扭力臂安装在风力发电机组机舱内，齿轮箱与发电机是属于悬臂结构，二级齿轮箱2作为承受电机重力与扭矩的主体，其承受的载荷非常大，且二级齿轮箱2是整个齿轮箱比较薄弱的环节，在长期运行条件下，寿命难以保证。

参见图2，本方发明实施例的半直驱风力发电机包括一级齿轮箱1、二级齿轮箱2、凹槽式前端盖3和发电机5等结构，其中，一级齿轮箱1和发电机5通过凹槽式前端盖3连接成一个整体结构，二级齿轮箱2安装在一级齿轮箱1上并嵌入在凹槽式前端盖3中，并且二级齿轮箱2与凹槽式前端盖3的侧壁有一定间隙，以防止工作时相互干扰。

与图1所示的半直驱风力发电机相比，本实施例的发电机驱动端前端盖采用凹槽式结构，齿轮箱的连接法兰11设计在一级齿轮箱1上，并且将二级齿轮箱2嵌入在凹槽式前端盖3中，这样就使整个传动结构的承载主要集中在齿轮箱的扭力臂上，且整体重心处于一个更合理位置，不仅改善了机组的受力性能，还使得整个集成单元结构更加紧凑。

参见图3，凹槽式前端盖3包括圆柱部分38和与之相连的圆锥部分39，在圆锥部分39的顶部设置有与凹槽式前端盖同轴的轴承座孔33，用于安装轴承以及供传动轴穿过，并且凹槽式前端盖3外侧设有筋板36，用于增加凹槽式前端盖3的强度。在凹槽式前端盖3圆柱部分38的自由端设置有第一法兰31，用于与一级齿轮箱1连接；在凹槽式前端盖3圆柱部分38和圆锥部分39的交接处设置有第二法兰32，用于将凹槽式前端盖3固定在电机5的外壳上。

参见图3和图4，在凹槽式前端盖3凹槽内侧的轴承座孔33外围设置有液冷管道34，在该液冷管道34和轴承座孔33之间留有安装轴承外盖72的空间，并且液冷管道34上安装有用于密封的管道盖板341，在管道盖板341的两端设有进液口342和出液口343，以保证冷却液从进液口342进入液冷管道34后沿液冷管道34流动一圈，将运行中的轴承产生的热量带走，并通过出液口343排出。

结合图3和图4可以看出，本实施例的液冷管道34为横截面为矩形的不闭合环形结构，并且在安装管道盖板341的位置设有沉孔，以便管道盖板341安装在液冷管道34上后不高于凹槽结构凹槽式前端盖3的内表面，以免妨碍轴承外盖72的安装；并且在管道盖板341的进液口342和出液口343上均焊接有进液管344和出液管345；进液管344和出液管345均通过固定卡固定，紧贴凹槽式前端盖3内壁，在凹槽式前端盖3的圆柱部分38伸出到凹槽式前端盖3外侧。在管道盖板341上的进液口342和出液口343出设置进液管344和出液管345，不但能使冷却液可以从齿轮箱外顺利地进入液冷管道34，还可以将携带着轴承热量的冷却液排出齿轮箱外面，不但提高了冷却效果而且可以将冷却液循环使用节约资源。

优选地，液冷管道34内径为620mm～650mm，深度和宽度均为10mm～30mm，进液管344和出液管345为不锈钢无缝钢管。

应当理解的是，液冷管道34的尺寸不局限于上述尺寸，而是要根据不同情况来具体设定；液冷管道34的横截面不局限于矩形，也可以为其它形状只要满足其功能即可，比如为半圆形、梯形等；进液管344和出液管345的材料也不一定是不锈钢无缝钢管也可以为其它耐腐蚀材料的管材；进液管344和出液管345与进液口342和出液口343的连接方式不局限于焊接，也可以是其连接方式，比如螺纹连接。

如图3和图4所示，在凹槽式前端盖3上设置有注脂内管路35，该注脂内管路35为一个从凹槽式前端盖3内侧通入轴承座孔33的通孔，该通孔的入口端位于液冷管道34进液口342和出液口343之间(液冷管道34不通过的部分)，另一端设置在轴承座孔33的侧壁上，从而可以保证润滑脂可以流入轴承单元7并对轴承进行润滑。

参见图5，在注脂内管路35的入口端焊接有注脂外管路351，该注脂外管路351通过固定卡固定，紧贴凹槽式前端盖3内壁，并且从凹槽式前端盖3内壁的圆柱部分38伸出凹槽式前端盖3。通过焊接注脂外管路351将注脂入口引出至凹槽式前端盖3外侧，即保证了注脂内管路35、注脂外管路351连接的可靠性，又提高了后期维护的便利性，并且注脂外管路351紧贴凹槽式前端盖3内壁，避免与二级齿轮箱干涉。

在轴承外盖72上设置有将润滑脂排出的排脂口721，在排脂口721上焊接有伸出凹槽式前端盖3的排脂管路722，以便当润滑脂需要更换时将废弃的润滑脂排出轴承室。注脂外管路351和排脂管路722均为耐腐蚀性管材，比如不锈钢无缝钢管。

凹槽式前端盖3圆柱部分38设置有供接地碳刷6、进液管344、出液管345、注脂外管路351、以及排脂管路722插入的孔。

参见图5，轴承单元7还包括接地环73，接地环73位于凹槽式前端盖3内侧与轴承接触，通过螺纹固定在传动轴上，通过轴承外盖72将接地环73固定，其中接地环73可以随传动轴旋转，同时还具有轴向固定轴承的作用；并且，在轴承外盖72的侧壁上设置有供接地碳刷6通入的侧壁通孔723。通过轴承外盖72的侧壁通孔723可以将接地碳刷6安装在凹槽式前端盖3上，并与接地环73接触，从而将轴电流引出。

图6是本发明实施例的半直驱风力发电机接地碳刷6第一种结构的剖视示意图，该接地碳刷6包括安装在碳刷导管61内的碳刷62、标尺66、压紧弹簧65、第一推进装置63、以及第二推进装置64。其中碳刷62包括刷头621和刷辫622，刷头621和刷辫622均为圆柱形结构，并且刷头621的直径大于刷辫622的直径；刷辫622的长度远大于刷头621足够伸出凹槽式前端盖3；刷辫622一端与刷头621固定连接，另一端依次穿过设置于碳刷导管61内的第一推进装置63、第二推进装置64和套有压紧弹簧65的标尺66并伸出碳刷导管末端613，使刷头621抵在第一推进装置63上；刷头621的自由端伸出碳刷导管61的首端，刷辫622的自由端伸出碳刷导管末端613；在碳刷导管末端613安装有中心带通孔的螺塞67，用于封住压紧弹簧65。

应当说明的是碳刷导管61的首端为与接地环73连接的一端，碳刷导管末端613为穿出凹槽式前端盖3的一端，并且碳刷62、标尺66、压紧弹簧65、第一推进装置63、以及第二推进装置64的外径均小于碳刷导管61的内径。

具体而言，碳刷导管61为弯管结构，首端内部设有径向均匀缩小，轴向内径相同的缩口，末端设有螺纹接口，安装时恰好可以紧贴凹槽式前端盖3内壁，以免工作时与二级齿轮箱2干涉，并且刷头621的长度大于缩口612，缩口612的长度大于第一推进装置63，刷头621位于碳刷导管首端缩口612内，与碳刷导管首端缩口612有间隙，以便刷头621在碳刷导管61内能沿纵向移动，碳刷导管末端613由中心带通孔的螺塞67封住，刷辫622穿过螺塞67的通孔并延伸至碳刷导管61以外，安装时压紧弹簧65处于压缩状态。

标尺66包括带手柄663的尺身661和与之相连的端帽662，整个标尺66中心设有供刷辫622穿过的通孔，并且在标尺的尺身661靠近手柄663的一端标有刻度，刻度的长度与第一推进装置63的长度相等，用于监测碳刷62推进的尺寸从而得知碳刷62是否需要更换。安装时标尺66的尺身661穿过压紧弹簧65，并将压紧弹簧65限制在端帽662和手柄663之间，然后让刷辫622穿过标尺66中心的通孔从而使标尺66进入到碳刷导管61。

进一步而言，碳刷导管末端613设有与标尺66配合使用的行程开关69，并且在行程开关69设置有触发开关，当手柄663到达碳刷导管末端613与行程开关69接触时，触发开关闭合发出报警信号，提醒工作人员更换碳刷62。

而且，第一推进装置63为多个中心设有通孔的耐腐蚀性圆柱，其外径与刷头621相同可以进入碳刷导管首端缩口612；第二推进装置64为多个直径大于碳刷导管首端缩口612的耐腐蚀性圆珠，安装于压紧弹簧65和第一推进装置63之间，用于将压紧弹簧65的压力传递给第一推进装置63。

组装接地碳刷6时可以先将碳刷导管61依次穿过凹槽式前端盖3上供碳刷导管61穿过的接地碳刷通孔37和轴承外盖72的侧壁通孔723，将接碳刷导管61固定；然后将碳刷62插入碳刷导管61中，其中刷头621位于碳刷导管61首端；然后将第一推进装置63、第二推进装置64、套有压紧弹簧65和的螺塞67标尺66依次从刷辫622的自由端穿过并进入到碳刷导管61内；最后通过螺塞67将压紧弹簧65压缩封装在碳刷导管61内。

应当说明的是上述部件中的第一推进装置63、第二推进装置64和压紧弹簧65的总长度大于碳刷导管61所以螺塞67安装时会将压紧弹簧65压缩，并且可以通过改变第二推进装置64的长度来改变压紧弹簧65的压缩程度，并且压紧弹簧65的压缩长度大于第一推进装置63，这样才能保证将第一推进装置63全部推入碳刷导管首端缩口612内。

这样当刷头621磨损时处压缩状态下的压紧弹簧65会伸展，从而会给与之接触的第二推进装置64一个压力，第二推进装置64又将这个压力传递给第一推进装置63，从而使第一推进装置63带着刷头621进入到碳刷导管首端缩口612内；因为第二推进装置64的直径大于碳刷导管首端缩口612，所以当第一推进装置63全部进入到碳刷导管首端缩口612时，第二推进装置64会卡在碳刷导管首端缩口612入口处，这样既可以保证刷头621与发电机的接地环73接触，还可以防止刷头621过度磨损导致不能更换，另外还可以防止第一推进装置63的圆柱卡在碳刷导管首端缩口612里面。

以上所述的接地碳刷6是一体式结构，但是结构过长不易安装，因此可以将以上所述接地碳刷6的碳刷导管61截断，通过一根直的外接管68将其引出至凹槽式前端盖3外侧。

参见图7，外接管68通过螺纹可拆卸安装在碳刷导管末端613，用于减小碳刷导管61的长度，方便安装。该外接管68的内径与碳刷导管61相同，均能满足碳刷62、标尺66、压紧弹簧65、第一推进装置63、以及第二推进装置64穿过；该外接管68的两端均设有螺纹，首端用于和碳刷导管61连接，末端用于连接螺塞67；并且在外接管68的末端安装有行程开关69。

组装该接地碳刷6时先将碳刷导管61穿过轴承外盖72的侧壁通孔723，然后将外接管68穿过凹槽式前端盖3上供碳刷导管61穿过的接地碳刷通孔37并与碳刷导管61相连接，从而将整个接地碳刷6固定在凹槽式前端盖3中；将碳刷62从外接管68插入碳刷导管61中，其中刷头621位于碳刷导管61首端；将第一推进装置63、第二推进装置64、套有压紧弹簧65和螺塞67的标尺66依次从刷辫622的自由端穿过并进入到外接管68和碳刷导管61连接成的组合导管内；最后通过螺塞67将压紧弹簧65压缩封装在外接管68内。

设置外接管68不但可以方便安装，而且可以降低后期维修的成本。

需要说明的是上述两种接地碳刷6在投入工作之前标尺66的零刻度刚好在碳刷导管61或外接管68的末端，从而保证标尺66可以起到监测碳刷62磨损情况的作用。

另外，本实施例中的刷辫622为铜丝，应当理解的是刷辫622也可以为其它材料只要是具有一定强度的可变形导体即可；本实施例中的碳刷导管61和外接管68均为不锈钢无缝钢管耐腐蚀管材，同样它们也可以采用其它耐腐蚀材料。

本发明采用凹槽式前端盖3结构，使二级齿轮箱2嵌入在凹槽式前端盖3中在相对于现有技术不改扭力臂的情况下可以半直驱风力发电机的重心处于一个更合理位置，改善了发电机组的受力性能，延长了其使用寿命，并且，使得整个集成单元结构更加紧凑；并且增加液冷管道34，提高冷却效果；另外通过将注脂管路设置在凹槽式前端盖3上，并通过焊接管路将出口引出到齿轮箱外，提高注脂管路的使用寿命，并可以降低后期的维修成本；而且接地碳刷6的设计不但可以消除轴电流对轴的影响，还方便更换碳刷62提高发电机的使用寿命。

以上对本发明的半直驱风力发电机的实施方式进行了说明。对于本发明的半直驱风力发电机的具体特征如形状、尺寸和位置可以根据上述披露的特征的作用进行具体设计，这些设计均是本领域技术人员能够实现的。而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据本发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。