一种大MW级低速直驱风力发电机轴系结构的制作方法

本发明属于风力发电机领域，具体的说，是一种大mw级低速直驱风力发电机轴系结构。

背景技术：

目前，由于能源利用和环境问题已成为全球可持续发展所面临的重要问题，在此基础上，风能作为一种可再生且无污染的绿色能源，其大规模的开发利用，不仅能有效减少石化资源的使用，还能保护环境，减少温室气体排放，因此，为实现全球经济可持续发展的今天，大力发展风能已是当前社会的必要选择。在风力发电机领域中，低转速直驱风力发电机发展快速，而且市场对大mw级低转速直驱风力发电机的需求越来越多，特别是海上直驱风力发电机的功率要比陆上风力发电机大很多，由于海上对风机的维护、维修、更换等非常困难，因此要求设计的电机可靠性要高、设计寿命比陆上电机要长。而电机结构中轴系结构的可靠性是关系整个电机安全稳定运行的最重要的结构，特别是轴承能否长期稳定和可靠的运行。

现有技术中，风力发电机轴系结构包括支撑转轴旋转的定轴，转轴和定轴分别把合于轮毂和主机架上，使用时，由上风向轴承和下风向轴承支撑转轴转动，如现有专利文献cn204419878u（大型风力发电机组的主轴支承结构，2015.06.24）以及现有专利文献cn103518062a（风轮机转子轴支承结构，2014.01.15）公开的轴支承结构。在实际运行过程中，为了降低轴承运行风险，不仅要保证轴承周边结构的刚度与轴承匹配，以减小温度对轴承的影响，还需要保证润滑良好，然而，在现有技术中并却未记载相应的解决措施。

值得参考的如现有专利文献cn102270900a（兆瓦级直驱低速永磁风力发电机，2011.12.07）记载的轴支承结构，为使其叶轮转动稳定，采用了内转子的方式，即将转子轴通过双轴承的方式安装在定主轴上，转子轴与定主轴均采用锥形空心轴的结构，在该结构中，锥形空心轴的锥度设定对其前轴承的受力情况产生影响，因此，将该锥度设定为0.35-0.40之间时，则能避免其前轴承因受力过大而造成使用寿命缩短。

基于上述情况，为保证轴承结构长期稳定的运行和使用，本发明应运而生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大mw级低速直驱风力发电机轴系结构，由双轴承结构配合斜拱形结构设计的定轴和转轴，该结构能够减小轴系的相对变形，提高轴承的使用寿命。

本发明通过下述技术方案实现：一种大mw级低速直驱风力发电机轴系结构，包括把合于轮毂上的转轴以及把合于主机架上的定轴，转轴与定轴之间设支撑转轴转动的上风向轴承和下风向轴承，所述定轴侧壁的横截面呈斜拱形结构，上风向轴承与下风向轴承分别设于斜拱形结构的两个端部。

所述斜拱形结构的倾斜方向由上风向轴承向下风向轴承延伸。

所述斜拱形结构的中间段的倾斜角度为4-7°。

所述上风向轴承通过至少两个相邻的配合面与转轴接触，相邻配合面之间设倒角，对应倒角的转轴处设倾斜的内c型倒角。

所述上风向轴承和下风向轴承沿转轴轴向依次布置，于所述转轴上设有限制上风向轴承和下风向轴承轴向移动的轴承压圈。

所述上风向轴承和下风向轴承设于定轴内侧。

所述下风向轴承直径为上风向轴承直径的0.92-1倍。

所述下风向轴承位于定轴与主机架把合面的正下方。

对应所述主机架一侧的定轴端部设钩型结构，该钩型结构位于定轴与主机架把合面的下方。

对应所述轮毂一侧的转轴端部与定轴端部设轴承油脂密封区，其密封面为多折线的密封沟。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明采用双轴承结构，上风向轴承和下风向轴承尺寸一致或者下风向轴承比上风向轴承略小，具体如下风向轴承直径为上风向轴承直径的0.92-1倍，可以大大缩短轴承跨距，降低定转轴的弯曲变形，降低温度对轴承寿命的影响，同时还能保证定转子之间的气隙稳定性。

（2）本发明中，定轴采用斜拱形结构设计，利用斜拱形结构的倾斜方向和倾斜角度的涉及，来优化力的传递路径，有助于提高定轴的抗弯能力。

（3）本发明中，将上风向轴承和下风向轴承设于定轴内侧，使转轴与轴承的内圈接触并带动转轴转动，具体使用时，在转轴与上风向轴承内圈接触的倒角位置采用倾斜的内c型倒角，该倾斜的内c型结构能最大化的提高倒角（上风向轴承内圈的倒角）的尺寸，提高该位置的材料利用率，降低该位置的应力集中；同时还能确保轴承的挡肩宽度尺寸设计在合理的范围内。

（4）本发明采用下风向轴承设计在定轴与主机架把合面正下方的方式，合理的利用了应力传递路径，极大的降低下风向轴承与定轴接触的倒角位置的应力。

（5）本发明中，在对应定轴与主机架把合面下方的定轴非驱动端位置采用钩型设计结构，在保证结构刚度的同时，可以合理地降低定轴的重量，提高电机经济性。

（6）本发明在定轴与转轴驱动端设计轴承油脂密封区，特别是多折线的密封沟密封，可以保证轴承的良好润滑，提高轴系结构的使用性能。

综上所述，本发明采用的轴系结构可以缩短轴承跨距，减小高应力区的应力集中系数，极大的提高轴系结构的刚性，降低温度对轴承的影响，保证轴承的良好润滑，提高轴承使用寿命；同时还能保证电机的气隙稳定性，提高电机的综合性能。

附图说明

图1为本发明轴系结构的剖视图。

图2为图1所示a的放大示意图。

其中，1—轮毂，2—转轴，3—主机架，4—定轴，4.1—中间段，5—上风向轴承，6—下风向轴承，7—配合面，8—倒角，9—内c型倒角，10—轴承压圈，11—钩型结构，12—密封沟。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

本实施例涉及如图1所示的一种大mw级低速直驱风力发电机轴系结构。

如图1结构所示，该轴系结构采用定轴4与转轴2套设的方式，并通过设于两者之间的上风向轴承5和下风向轴承6支撑转轴2转动，可根据具体实施情况，确定采用轴承内圈旋转或轴承外圈旋转的设计结构，或者是上风向轴承5以及下风向轴承6的设置位置，例如在一个实施例中，可采用轴承内圈旋转的设计，即将定轴4套设于转轴2外。在另一个实施例中，可采用上风向轴承5和下风向轴承6沿转轴2依次设置的方式，由于转轴2把合于轮毂1上，定轴4把合于主机架3上，具体实施时，将上风向轴承5设置在近轮毂1侧，下风向轴承6设置在近主机架3侧。

为提高轴系结构的稳定性和抗弯能力，将定轴4采用斜拱形结构设计，即如图1所示，将定轴4侧壁的横截面设计为斜拱形结构，上风向轴承5与下风向轴承6则分别设于斜拱形结构的两个端部。具体实施时，可对斜拱形结构的倾斜角度和倾斜方式进行限定，以优化力的传递路径，因此，在一个实施例中，斜拱形结构的倾斜方向可由上风向轴承5向下风向轴承6延伸，此时，上风向轴承5设置在靠近轮毂1侧，下风向轴承6设置在靠近主机架3侧。在此基础上，进一步的对斜拱形倾斜角度进行限定，对提高定轴4的抗弯能力也是有必要的，例如在一个实施例中，将斜拱形结构的中间段4.1的倾斜角度设计在4-7°的范围，具体可采用4°、5°、6°、7°或者其他可能的角度范围。

当采用轴承内圈旋转设计时，转轴2与上风向轴承5和下风向轴承6内圈接触并支撑转轴2转动，为降低轴承与轴接触位置的应力集中，需要对该接触位置进行改进，尤其是上风向轴承5内圈与转轴2的接触位置。例如在一个实施例中，使上风向轴承5通过至少两个相邻的配合面7与转轴2接触，具体可采用如图2所示结构，将上风向轴承5内圈的两个相邻的配合面7与转轴2接触，在该相邻的配合面7之间设倒角8，并在对应倒角8的转轴2处设倾斜的内c型倒角9。实际实施时，倾斜角度以最大化的提高倒角8尺寸和提高该位置的材料利用率为准。或者在另一个实施例中，将下风向轴承6设置于定轴4与主机架3把合面的正下方，以优化下风向轴承6与定轴4接触的倒角位置的应力。

如图1所示的轴系结构中，由于采用双轴承结构，为保证轴承使用寿命和转子之间的气隙稳定性，可以在一个实施例中对上风向轴承5和下风向轴承6的设计尺寸进行限定，例如，使上风向轴承5和下风向轴承6尺寸一致或者下风向轴承6比上风向轴承5略小，具体实施时，下风向轴承6直径设置为上风向轴承5直径的0.92-1倍，可以大大缩短轴承跨距。当然，为更好的促使双轴承结构的使用，在一个实施例中，可以通过设置在转轴2上的轴承压圈10，以限制上风向轴承5和下风向轴承6的轴向移动。

对于本实施例所述的轴系结构，除上述结构设计外，还分别对转轴2驱动端和定轴4非驱动端的结构进行了改进，以进一步提高轴系结构的某些特有性能，例如，在一个实施例中，在转轴2驱动端，即对应轮毂1一侧的转轴2端部，该转轴2端部与定轴4端部设计的轴承油脂密封区，其密封面设计为如图2所示的多折线的密封沟12，以保证轴承的良好润滑，同时，提高轴系结构的使用性能。在另一个实施例中，在定轴4非驱动端，即对应主机架3一侧的定轴4端部，将该定轴4端部设计为钩型结构11，并使该钩型结构11位于定轴4与主机架3把合面的下方，合理降低定轴4重量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。