一种兆瓦级低速直驱风力发电机轴系装置的制作方法

本发明涉及到风力发电机技术领域，尤其涉及一种兆瓦级低速直驱风力发电机轴系装置。

背景技术：

随着风力发电机市场发展，低转速直驱风力发电机得到了快速发展，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，市面上先后推出了6mw、8mw甚至10mw级的低转速直驱风力发电机。但随着功率的提升，叶片加长，载荷也大幅提升，原传统的单轴承轴系结构已经不能满足结构设计要求，因此在大型风力发电机上开始使用双轴承轴系结构。

由于双轴承轴系结构的轴承跨距较大，轴的轴向尺寸非常长，在大载荷工况下，轴的变形会比较大，轴系的刚度对发电机气隙影响非常大，同时会影响到发电机的功率因数的提升。因此，设计一种刚性好，重量轻的轴系结构对发电机整体的性能提升和成本控制尤为重要。

公开号为cn108757351a，公开日为2018年11月06日的中国专利文献公开了一种直驱式风力发电机组，其特征在于：转轴通过第一轴承连接到定轴，发电机的转子通过第二轴承可转动地安装到所述定轴，所述转轴与所述转子之间设置有挠性联轴器，通过所述挠性联轴器将扭矩从所述转轴传递到所述转子。

该专利文献公开的直驱式风力发电机组，可减少风载对发电机气隙的影响，但是结构复杂，制造和装配困难，成本高。

公开号为cn102270900a，公开日为2011年12月07日的中国专利文献公开了一种兆瓦级低速永磁风力发电机，包括塔筒回转支撑、风轮轮毂、定子机壳、定子绕组、永磁磁极、后端盖、后轴承、前轴承、定主轴、转子轴和转子支架，所述转子轴通过所述前轴承与后轴承安装在所述定主轴上，所述定主轴固定在所述塔筒回转支撑上且与所述后端盖直接连接，所述后端盖和前端盖与所述定子机壳相连接，其特征在于，所述风轮轮毂与所述转子轴连接，所述永磁磁极通过所述转子支架固定在所述转子轴上，所述定子绕组安装在所述定子机壳上，所述永磁磁极的数目为70-80，所述定子绕组的数目为300-350组。

该专利文献公开的兆瓦级低速永磁风力发电机，省去变速箱及联轴器机构，大大降低了生产成本，但是不能有效抑制气隙变形，进而无法有效提高发电机和发电机组的整体性能。

技术实现要素：

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种兆瓦级低速直驱风力发电机轴系装置，本发明在大载荷工况下，应力分布均匀，轴的变形小，能够很好的抑制气隙变形，减小设计气隙，提高发电机的功率因数，进而提高发电机和发电机组的整体性能，降低发电机的整体重量和生产制造成本，具有刚性好，重量轻的特点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种兆瓦级低速直驱风力发电机轴系装置，包括把合在主机架固定端上的定轴和把合在轮毂上的转轴，其特征在于：所述转轴位于定轴内部，所述定轴与转轴之间设置有用于支撑转轴旋转的上风向轴承和下风向轴承，所述上风向轴承位于轮毂一侧，下风向轴承位于主机架一侧，所述定轴和转轴的横截面均呈锥形，转轴锥形面上的截面抗弯强度相等，所述转轴的一端设置有大法兰盘，转轴的另一端设置有转轴加强法兰盘，所述大法兰盘位于上风向轴承一侧，所述转轴加强法兰盘位于下风向轴承一侧，所述转轴加强法兰盘上固定连接有用于限制下风向轴承轴向移动的轴承压圈，所述定轴的横截面为两段式渐变结构，包括定轴锥形面一和定轴锥形面二，定轴锥形面一的长度小于定轴锥形面二的长度，上风向轴承与主机架固定端之间的定轴形成所述定轴锥形面一，下风向轴承与主机架固定端之间的定轴形成所述定轴锥形面二。

所述定轴锥形面一的长度为定轴锥形面二的长度的四分之一。

所述定轴锥形面一上的截面抗弯强度相等，定轴锥形面二上的截面抗弯强度相等。

所述定轴锥形面一从上风向轴承至主机架固定端横截面积递增，定轴锥形面二从下风向轴承至主机架固定端横截面积递增，转轴锥形面从下风向轴承至上风向轴承处横截面积递增。

所述定轴上设置有定轴法兰盘和定轴加强法兰盘，定轴法兰盘位于定轴与主机架的把合处，定轴加强法兰盘位于下风向轴承一侧。

所述大法兰盘上设置有多根加强筋，多根加强筋沿大法兰盘的圆周均匀分布。

所述上风向轴承的外径大于下风向轴承的外径。

所述下风向轴承位于主机架的内部。

所述转轴与轮毂的把合面外圆直径小于上风向轴承内圈的最大外径。

本发明的有益效果主要表现在以下方面：

一、本发明，“转轴位于定轴内部，定轴与转轴之间设置有用于支撑转轴旋转的上风向轴承和下风向轴承，上风向轴承位于轮毂一侧，下风向轴承位于主机架一侧，定轴和转轴的横截面均呈锥形，转轴锥形面上的截面抗弯强度相等，转轴的一端设置有大法兰盘，转轴的另一端设置有转轴加强法兰盘，大法兰盘位于上风向轴承一侧，转轴加强法兰盘位于下风向轴承一侧，转轴加强法兰盘上固定连接有用于限制下风向轴承轴向移动的轴承压圈，定轴的横截面为两段式渐变结构，包括定轴锥形面一和定轴锥形面二，定轴锥形面一的长度小于定轴锥形面二的长度，上风向轴承与主机架固定端之间的定轴形成所述定轴锥形面一，下风向轴承与主机架固定端之间的定轴形成所述定轴锥形面二”，转轴加强法兰盘上固定连接有轴承压圈，能够良好的限制下风向轴承产生轴向移动，进而保障转轴的工作可靠性；定轴和转轴的横截面均呈锥形，转轴锥形面上的截面抗弯强度相等，定轴的横截面为两段式渐变结构，采用这种特定结构，较普通的轴系结构而言，具有更好的刚性，在大载荷工况下，应力分布均匀，轴的变形小，在同等刚度条件下使用材料最少，重量最轻；较现有技术而言，能够很好的抑制气隙变形，减小设计气隙，提高发电机的功率因数，进而提高发电机和发电机组的整体性能，降低发电机的整体重量和生产制造成本，具有刚性好，重量轻的特点。

二、本发明，定轴锥形面一的长度为定轴锥形面二的长度的四分之一，能够尽量缩短转轴与轮毂的把合面到定轴与主机架的把合面的距离，进而能够有效降低叶片载荷在偏航轴承上产生的作用力。

三、本发明，定轴锥形面一上的截面抗弯强度相等，定轴锥形面二上的截面抗弯强度相等，定轴及转轴采用锥形等抗弯截面结构，较普通的轴系结构刚性好，变形小，在载荷作用下应力分布更加均匀。

四、本发明，定轴锥形面一从上风向轴承至主机架固定端横截面积递增，定轴锥形面二从下风向轴承至主机架固定端横截面积递增，转轴锥形面从下风向轴承至上风向轴承处横截面积递增，在同等刚度条件下能够减小材料用量，利于减轻发电机轴系装置的整体重量。

五、本发明，定轴上设置有定轴法兰盘和定轴加强法兰盘，定轴法兰盘位于定轴与主机架的把合处，定轴加强法兰盘位于下风向轴承一侧，通过设置定轴加强法兰盘，能够提高下风向轴承与定轴接触位置的刚度，减小定轴的局部变形，利于提高整个发电机轴系装置的可靠性。

六、本发明，大法兰盘上设置有多根加强筋，多根加强筋沿大法兰盘的圆周均匀分布，设置大法兰盘便于与转子机架连接，通过在大法兰盘的圆周上均匀分布多根加强筋，能够提高转子部件的整体刚度，减小气隙变形。

七、本发明，上风向轴承的外径大于下风向轴承的外径，使上风向轴承比下风向轴承具有更强的承载能力，利于保障整个发电机轴系装置的使用可靠性。

八、本发明，下风向轴承位于主机架的内部，利于降低叶片载荷在偏航轴承上产生的作用力，保障发电机轴系装置的使用稳定性。

九、本发明，转轴与轮毂的把合面外圆直径小于上风向轴承内圈的最大外径，能够让载荷的传递路径向转轴内径方向转移，使得转轴与上风向轴承接触位置的过渡圆角尺寸可以设计得非常小，转轴端面的轴向厚度也可以减小，进而能够减少转轴重量，降低成本。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明与主机架和轮毂连接的结构示意图；

图中标记：1、主机架，2、定轴，3、轮毂，4、转轴，5、上风向轴承，6、下风向轴承，7、大法兰盘，8、转轴加强法兰盘，9、轴承压圈，10、定轴锥形面一，11、定轴锥形面二，12、定轴法兰盘，13、定轴加强法兰盘，14、加强筋，15、转轴锥形面。

具体实施方式

实施例1

参见图1和图2，一种兆瓦级低速直驱风力发电机轴系装置，包括把合在主机架1固定端上的定轴2和把合在轮毂3上的转轴4，所述转轴4位于定轴2内部，所述定轴2与转轴4之间设置有用于支撑转轴4旋转的上风向轴承5和下风向轴承6，所述上风向轴承5位于轮毂3一侧，下风向轴承6位于主机架1一侧，所述定轴2和转轴4的横截面均呈锥形，转轴锥形面15上的截面抗弯强度相等，所述转轴4的一端设置有大法兰盘7，转轴4的另一端设置有转轴加强法兰盘8，所述大法兰盘7位于上风向轴承5一侧，所述转轴加强法兰盘8位于下风向轴承6一侧，所述转轴加强法兰盘8上固定连接有用于限制下风向轴承6轴向移动的轴承压圈9，所述定轴2的横截面为两段式渐变结构，包括定轴锥形面一10和定轴锥形面二11，定轴锥形面一10的长度小于定轴锥形面二11的长度，上风向轴承5与主机架1固定端之间的定轴2形成所述定轴锥形面一10，下风向轴承6与主机架1固定端之间的定轴2形成所述定轴锥形面二11。

本实施例为最基本的实施方式，“转轴位于定轴内部，定轴与转轴之间设置有用于支撑转轴旋转的上风向轴承和下风向轴承，上风向轴承位于轮毂一侧，下风向轴承位于主机架一侧，定轴和转轴的横截面均呈锥形，转轴锥形面上的截面抗弯强度相等，转轴的一端设置有大法兰盘，转轴的另一端设置有转轴加强法兰盘，大法兰盘位于上风向轴承一侧，转轴加强法兰盘位于下风向轴承一侧，转轴加强法兰盘上固定连接有用于限制下风向轴承轴向移动的轴承压圈，定轴的横截面为两段式渐变结构，包括定轴锥形面一和定轴锥形面二，定轴锥形面一的长度小于定轴锥形面二的长度，上风向轴承与主机架固定端之间的定轴形成所述定轴锥形面一，下风向轴承与主机架固定端之间的定轴形成所述定轴锥形面二”，转轴加强法兰盘上固定连接有轴承压圈，能够良好的限制下风向轴承产生轴向移动，进而保障转轴的工作可靠性；定轴和转轴的横截面均呈锥形，转轴锥形面上的截面抗弯强度相等，定轴的横截面为两段式渐变结构，采用这种特定结构，较普通的轴系结构而言，具有更好的刚性，在大载荷工况下，应力分布均匀，轴的变形小，在同等刚度条件下使用材料最少，重量最轻；较现有技术而言，能够很好的抑制气隙变形，减小设计气隙，提高发电机的功率因数，进而提高发电机和发电机组的整体性能，降低发电机的整体重量和生产制造成本，具有刚性好，重量轻的特点。

实施例2

参见图1和图2，一种兆瓦级低速直驱风力发电机轴系装置，包括把合在主机架1固定端上的定轴2和把合在轮毂3上的转轴4，所述转轴4位于定轴2内部，所述定轴2与转轴4之间设置有用于支撑转轴4旋转的上风向轴承5和下风向轴承6，所述上风向轴承5位于轮毂3一侧，下风向轴承6位于主机架1一侧，所述定轴2和转轴4的横截面均呈锥形，转轴锥形面15上的截面抗弯强度相等，所述转轴4的一端设置有大法兰盘7，转轴4的另一端设置有转轴加强法兰盘8，所述大法兰盘7位于上风向轴承5一侧，所述转轴加强法兰盘8位于下风向轴承6一侧，所述转轴加强法兰盘8上固定连接有用于限制下风向轴承6轴向移动的轴承压圈9，所述定轴2的横截面为两段式渐变结构，包括定轴锥形面一10和定轴锥形面二11，定轴锥形面一10的长度小于定轴锥形面二11的长度，上风向轴承5与主机架1固定端之间的定轴2形成所述定轴锥形面一10，下风向轴承6与主机架1固定端之间的定轴2形成所述定轴锥形面二11。

所述定轴锥形面一10的长度为定轴锥形面二11的长度的四分之一。

定轴锥形面一10上的截面抗弯强度相等，定轴锥形面二11上的截面抗弯强度相等。

本实施例为一较佳实施方式，定轴锥形面一的长度为定轴锥形面二的长度的四分之一，能够尽量缩短转轴与轮毂的把合面到定轴与主机架的把合面的距离，进而能够有效降低叶片载荷在偏航轴承上产生的作用力。

定轴锥形面一上的截面抗弯强度相等，定轴锥形面二上的截面抗弯强度相等，定轴及转轴采用锥形等抗弯截面结构，较普通的轴系结构刚性好，变形小，在载荷作用下应力分布更加均匀。

实施例3

参见图1和图2，一种兆瓦级低速直驱风力发电机轴系装置，包括把合在主机架1固定端上的定轴2和把合在轮毂3上的转轴4，所述转轴4位于定轴2内部，所述定轴2与转轴4之间设置有用于支撑转轴4旋转的上风向轴承5和下风向轴承6，所述上风向轴承5位于轮毂3一侧，下风向轴承6位于主机架1一侧，所述定轴2和转轴4的横截面均呈锥形，转轴锥形面15上的截面抗弯强度相等，所述转轴4的一端设置有大法兰盘7，转轴4的另一端设置有转轴加强法兰盘8，所述大法兰盘7位于上风向轴承5一侧，所述转轴加强法兰盘8位于下风向轴承6一侧，所述转轴加强法兰盘8上固定连接有用于限制下风向轴承6轴向移动的轴承压圈9，所述定轴2的横截面为两段式渐变结构，包括定轴锥形面一10和定轴锥形面二11，定轴锥形面一10的长度小于定轴锥形面二11的长度，上风向轴承5与主机架1固定端之间的定轴2形成所述定轴锥形面一10，下风向轴承6与主机架1固定端之间的定轴2形成所述定轴锥形面二11。

所述定轴锥形面一10的长度为定轴锥形面二11的长度的四分之一。

定轴锥形面一10上的截面抗弯强度相等，定轴锥形面二11上的截面抗弯强度相等。

所述定轴锥形面一10从上风向轴承5至主机架1固定端横截面积递增，定轴锥形面二11从下风向轴承6至主机架1固定端横截面积递增，转轴锥形面15从下风向轴承6至上风向轴承5处横截面积递增。

本实施例为又一较佳实施方式，定轴锥形面一从上风向轴承至主机架固定端横截面积递增，定轴锥形面二从下风向轴承至主机架固定端横截面积递增，转轴锥形面从下风向轴承至上风向轴承处横截面积递增，在同等刚度条件下能够减小材料用量，利于减轻发电机轴系装置的整体重量。

实施例4

参见图1和图2，一种兆瓦级低速直驱风力发电机轴系装置，包括把合在主机架1固定端上的定轴2和把合在轮毂3上的转轴4，所述转轴4位于定轴2内部，所述定轴2与转轴4之间设置有用于支撑转轴4旋转的上风向轴承5和下风向轴承6，所述上风向轴承5位于轮毂3一侧，下风向轴承6位于主机架1一侧，所述定轴2和转轴4的横截面均呈锥形，转轴锥形面15上的截面抗弯强度相等，所述转轴4的一端设置有大法兰盘7，转轴4的另一端设置有转轴加强法兰盘8，所述大法兰盘7位于上风向轴承5一侧，所述转轴加强法兰盘8位于下风向轴承6一侧，所述转轴加强法兰盘8上固定连接有用于限制下风向轴承6轴向移动的轴承压圈9，所述定轴2的横截面为两段式渐变结构，包括定轴锥形面一10和定轴锥形面二11，定轴锥形面一10的长度小于定轴锥形面二11的长度，上风向轴承5与主机架1固定端之间的定轴2形成所述定轴锥形面一10，下风向轴承6与主机架1固定端之间的定轴2形成所述定轴锥形面二11。

所述定轴锥形面一10的长度为定轴锥形面二11的长度的四分之一。

定轴锥形面一10上的截面抗弯强度相等，定轴锥形面二11上的截面抗弯强度相等。

所述定轴锥形面一10从上风向轴承5至主机架1固定端横截面积递增，定轴锥形面二11从下风向轴承6至主机架1固定端横截面积递增，转轴锥形面15从下风向轴承6至上风向轴承5处横截面积递增。

所述定轴2上设置有定轴法兰盘12和定轴加强法兰盘13，定轴法兰盘12位于定轴2与主机架1的把合处，定轴加强法兰盘13位于下风向轴承6一侧。

所述大法兰盘7上设置有多根加强筋14，多根加强筋14沿大法兰盘7的圆周均匀分布。

本实施例为又一较佳实施方式，定轴上设置有定轴法兰盘和定轴加强法兰盘，定轴法兰盘位于定轴与主机架的把合处，定轴加强法兰盘位于下风向轴承一侧，通过设置定轴加强法兰盘，能够提高下风向轴承与定轴接触位置的刚度，减小定轴的局部变形，利于提高整个发电机轴系装置的可靠性。

法兰盘上设置有多根加强筋，多根加强筋沿大法兰盘的圆周均匀分布，设置大法兰盘便于与转子机架连接，通过在大法兰盘的圆周上均匀分布多根加强筋，能够提高转子部件的整体刚度，减小气隙变形。

实施例5

参见图1和图2，一种兆瓦级低速直驱风力发电机轴系装置，包括把合在主机架1固定端上的定轴2和把合在轮毂3上的转轴4，所述转轴4位于定轴2内部，所述定轴2与转轴4之间设置有用于支撑转轴4旋转的上风向轴承5和下风向轴承6，所述上风向轴承5位于轮毂3一侧，下风向轴承6位于主机架1一侧，所述定轴2和转轴4的横截面均呈锥形，转轴锥形面15上的截面抗弯强度相等，所述转轴4的一端设置有大法兰盘7，转轴4的另一端设置有转轴加强法兰盘8，所述大法兰盘7位于上风向轴承5一侧，所述转轴加强法兰盘8位于下风向轴承6一侧，所述转轴加强法兰盘8上固定连接有用于限制下风向轴承6轴向移动的轴承压圈9，所述定轴2的横截面为两段式渐变结构，包括定轴锥形面一10和定轴锥形面二11，定轴锥形面一10的长度小于定轴锥形面二11的长度，上风向轴承5与主机架1固定端之间的定轴2形成所述定轴锥形面一10，下风向轴承6与主机架1固定端之间的定轴2形成所述定轴锥形面二11。

所述定轴锥形面一10的长度为定轴锥形面二11的长度的四分之一。

定轴锥形面一10上的截面抗弯强度相等，定轴锥形面二11上的截面抗弯强度相等，转轴锥形面15从下风向轴承6至上风向轴承5处横截面积递增。

所述定轴锥形面一10从上风向轴承5至主机架1固定端横截面积递增，定轴锥形面二11从下风向轴承6至主机架1固定端横截面积递增。

所述定轴2上设置有定轴法兰盘12和定轴加强法兰盘13，定轴法兰盘12位于定轴2与主机架1的把合处，定轴加强法兰盘13位于下风向轴承6一侧。

所述大法兰盘7上设置有多根加强筋14，多根加强筋14沿大法兰盘7的圆周均匀分布。

所述上风向轴承5的外径大于下风向轴承6的外径。

所述下风向轴承6位于主机架1的内部。

所述转轴4与轮毂3的把合面外圆直径小于上风向轴承5内圈的最大外径。

本实施例为最佳实施方式，“转轴位于定轴内部，定轴与转轴之间设置有用于支撑转轴旋转的上风向轴承和下风向轴承，上风向轴承位于轮毂一侧，下风向轴承位于主机架一侧，定轴和转轴的横截面均呈锥形，转轴锥形面上的截面抗弯强度相等，转轴的一端设置有大法兰盘，转轴的另一端设置有转轴加强法兰盘，大法兰盘位于上风向轴承一侧，转轴加强法兰盘位于下风向轴承一侧，转轴加强法兰盘上固定连接有用于限制下风向轴承轴向移动的轴承压圈，定轴的横截面为两段式渐变结构，包括定轴锥形面一和定轴锥形面二，定轴锥形面一的长度小于定轴锥形面二的长度，上风向轴承与主机架固定端之间的定轴形成所述定轴锥形面一，下风向轴承与主机架固定端之间的定轴形成所述定轴锥形面二”，转轴加强法兰盘上固定连接有轴承压圈，能够良好的限制下风向轴承产生轴向移动，进而保障转轴的工作可靠性；定轴和转轴的横截面均呈锥形，转轴锥形面上的截面抗弯强度相等，定轴的横截面为两段式渐变结构，采用这种特定结构，较普通的轴系结构而言，具有更好的刚性，在大载荷工况下，应力分布均匀，轴的变形小，在同等刚度条件下使用材料最少，重量最轻；较现有技术而言，能够很好的抑制气隙变形，减小设计气隙，提高发电机的功率因数，进而提高发电机和发电机组的整体性能，降低发电机的整体重量和生产制造成本，具有刚性好，重量轻的特点。

上风向轴承的外径大于下风向轴承的外径，使上风向轴承比下风向轴承具有更强的承载能力，利于保障整个发电机轴系装置的使用可靠性。

下风向轴承位于主机架的内部，利于降低叶片载荷在偏航轴承上产生的作用力，保障发电机轴系装置的使用稳定性。

转轴与轮毂的把合面外圆直径小于上风向轴承内圈的最大外径，能够让载荷的传递路径向转轴内径方向转移，使得转轴与上风向轴承接触位置的过渡圆角尺寸可以设计得非常小，转轴端面的轴向厚度也可以减小，进而能够减少转轴重量，降低成本。