一种风力发电机及其传动系统的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种传动系统。此外，本实用新型还涉及一种包括上述传动系统的风力发电机。

背景技术：

风力发电机是一种能够将风能转化为电能的设备，风力发电机主要包括转子叶片、轮毂、主轴系统以及发电机，其中，主轴系统用于将转子叶片在风力作用下使轮毂产生的转矩传递至发电机进行发电，也即主轴系统作用是将轮毂从转子叶片所获得的动力传递至发电机。

目前，一种主轴系统包括主轴、主轴承以及齿轮箱，主轴的两端分别连接轮毂和齿轮箱的输入轴，主轴承套装于主轴以供主轴转动。在装配主轴系统时，为了实现主轴承与主轴之间过盈配合的连接关系，需要对主轴承的内圈进行加热处理的热装工序，在完成这两者的装配后需要对主轴承进行冷却，上述加热、装配和冷却主轴承的过程将耗费大量的装配工时，极大地降低了主轴系统的装配效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种传动系统，该传动系统无需设置主轴，降低了传动系统的重量，解决了装配效率低的问题。本实用新型的另一目的是提供一种包括上述传动系统的风力发电机。

为实现上述目的，本实用新型提供一种传动系统，包括：用以与轮毂相连并随轮毂同步转动的传动轴承；与所述传动轴承相连、用以随所述传动轴承同步转动的传动部；与所述传动部相连、用以输出转矩至发电机并供发电机在额定转速下发电的齿轮箱。

优选地，所述传动轴承的外圈固定于机舱罩的主机架，轮毂与所述传动轴承内圈的上风侧相连，所述传动部与所述传动轴承内圈的下风侧相连。

优选地，所述传动部具体为呈圆盘形的连接法兰；其中，所述连接法兰具有用以与所述传动轴承相连的轴承连接端和用以与所述齿轮箱相连的传动连接端，且所述传动连接端和所述轴承连接端沿所述连接法兰的径向依次分布。

优选地，所述齿轮箱的输入轴与所述连接法兰传动连接端的下风侧相连。

优选地，所述连接法兰的中心开设有圆形通孔。

优选地，还包括用以供所述连接法兰保持静止状态的锁紧装置；其中，所述锁紧装置包括：具有锁孔并与所述连接法兰轴承连接端的下风侧相连、用以随所述连接法兰同步转动的风轮锁紧盘；设于机舱罩的主机架、用以插入所述风轮锁紧盘的锁孔以实现固定所述风轮锁紧盘位置的风轮锁销。

优选地，所述传动轴承具体为三排圆柱滚子轴承；所述三排圆柱滚子轴承具有外圈、内圈以及三排均设于所述外圈和所述内圈之间的圆柱滚子组；其中，一排所述圆柱滚子组沿轴向设置，另外两排所述圆柱滚子组沿径向设置并分设于沿轴向设置的一排所述圆柱滚子的上风侧和下风侧。

优选地，所述外圈和所述内圈之间的上风侧和下风侧均设有密封件以及用以固定所述密封件的压板。

优选地，所述外圈的上风侧和下风侧均设有呈两级阶梯状的定位轴肩；其中，所述定位轴肩由内至外依次用以设置所述密封件和所述压板。

相对于上述背景技术，本实用新型提供的传动系统通过传动轴承、传动部和齿轮箱将轮毂的转矩传递至发电机进行发电。具体来说，在轮毂转动的过程中，传动轴承和传动部随轮毂同步旋转，以向齿轮箱传递转矩，该转矩经齿轮箱被传递至发电机进行发电，并且在齿轮箱内的增速齿轮组将齿轮箱的输入转速被增加至发电机的额定转速以带动发电机进行发电。可以看出，本传动系统通过传动部替代主轴的功能，由于传动部的两端连接传动轴承和齿轮箱，进而能够降低整个系统的质量；此外，本传动系统的传动部与传动轴承无需进行热装工序便可直接装配，使本传动系统的装配工时更短。

本实用新型还提供一种风力发电机，包括轮毂和发电机，还包括设于所述轮毂和所述发电机之间、如上述任一项所述的传动系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的传动系统的结构示意图；

图2为图1中A部分的局部放大图；

其中，

1-轮毂、2-传动轴承、21-密封件、22-压板、3-主机架、4-传动部、5-输入轴、6-风轮锁紧盘。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本实用新型所提供的传动系统的结构示意图；图2为图1中A部分的局部放大图。

在此之前，先对本技术方案所涉及到的相关部件进行介绍。

轮毂1是一种用于安装转子叶片的部件，当转子叶片受到风力的作用时，转子叶片将载荷传递给轮毂1以驱动轮毂1进行旋转，进而获得发电机所需的机械能。

通常轮毂1的角速度为每分钟十几转，除直驱式风力发电机外，其他类型风力发电机中的发电机的额定转速一般都在几百到一千转/分以上，可以看出，轮毂1的转速较低且无法直接满足发电机发电频率的要求，为了使发电机的转速达到上述的额定转速，需要通过齿轮箱使发电机的转子在额度转速下转动。

齿轮箱又称增速箱，齿轮箱具有输入轴5和输出轴，以及设于输入轴5和输出轴之间的增速齿轮组，输入轴5获得转矩发生旋转，并经过增速齿轮组增速使输出轴的转速达到发电机的额定转速，输出轴带动发电机的转子转动以实现发电机发电。

本实用新型所提供的一种传动系统，如图1所示，该传动系统包括：用以与轮毂1相连并随轮毂1同步转动的传动轴承2；与传动轴承2相连、用以随传动轴承2同步转动的传动部4；与传动部4相连、用以输出转矩至发电机并供发电机在额定转速下发电的齿轮箱。其中，轮毂1与传动轴承2优选通过螺栓固定连接，传动部4与传动轴承2优选通过螺栓固定连接。当轮毂1转动时，传动轴承2随轮毂1同步转动，传动部4则随传动轴承2同步转动，以驱动齿轮箱的输入轴5转动，进而实现将轮毂1的机械能传递至发电机。可以看出，本传动系统的传动部4替代了现有技术中的主轴，而传动轴承2一方面起到现有技术中主轴承的作用，另一方面还起到主轴的传动作用，且传动部4与传动轴承2共同将轮毂1的转矩传递给齿轮箱的输入轴5，以起到现有技术中主轴传递转矩的作用。可以看出，由于传动部4仅需连接传动轴承2和齿轮箱的输入轴5，而无需跨过传动轴承2与轮毂1相连，因此传动部4的质量会明显小于现有技术中主轴的质量，也即本传动系统的质量会低于现有技术中主轴系统的质量；此外，传动部4与传动轴承2的固定方式比较简单，无需进行其他的工序(如现有技术中的热装工序)便可实现装配，进而使工作人员仅需耗费较短的工时便可完成对本传动系统的装配。

更为具体地说，如图1所示，上述传动轴承2的外圈固定于机舱罩的主机架3，轮毂1与传动轴承2内圈的上风侧相连，传动部4与传动轴承2内圈的下风侧相连。具体来说，主机架3设置阶梯面，传动轴承2的外圈贴合于主机架3的阶梯面并优选通过螺栓沿轴向将传动轴承2的外圈固定于主机架3；而传动轴承2的内圈的两侧分别固定连接轮毂1和传动部4，当轮毂1转动时，在传动轴承2内部滚子的作用下，传动轴承2的内圈随轮毂1同步转动并使传动部4随传动轴承2的内圈同步转动。其中，类似于水流的上游和下游，本文中的上风侧是指一股风首先到达的位置，下风侧则是指该股风之后到达的位置。

如图1所示，上述传动部4优选为呈圆盘形的连接法兰；其中，连接法兰具有用以与传动轴承2相连的轴承连接端和用以与齿轮箱相连的传动连接端，且传动连接端和轴承连接端沿连接法兰的径向依次分布。具体来说，相比于传动轴承2的内圈，输入轴5的位置更加靠近轴心，也就是说，轴承连接端即连接法兰的外边缘部分，而传动连接端即连接法兰靠向中央的部分。

需要说明的是，齿轮箱的输入轴5与连接法兰的传动连接端的下风侧优选通过螺栓相连，当然，连接法兰的下风侧还可以设置用以供输入轴5套装的轴肩，并通过胀紧套将输入轴5固定于连接法兰的轴肩。

根据力学的相关知识可知，圆盘形的连接法兰的中央部分对于连接法兰的机械强度的影响不大，如图1所示，上述连接法兰的中心开设有圆形通孔，进而在保证连接法兰机械强度不受影响的情况下减小连接法兰的质量，其中，上述圆形通孔的孔径可以根据输入轴5内通孔的孔径等实际情况而定。

当出现故障等异常情况时，需要控制风力发电机迅速停机，也即控制风轮停止转动，其中，风轮是指轮毂1和转子叶片的组合体，在风轮停转后，需要使风轮保持停转的状态，以便于工作人员排除故障。为了使轮毂1保持停转的状态，如图1所示，本传动系统还包括用以供连接法兰保持静止状态的锁紧装置；其中，该锁紧装置包括：具有锁孔并与连接法兰轴承连接端的下风侧相连、用以随连接法兰同步转动的风轮锁紧盘6；设于机舱罩的主机架3、用以插入风轮锁紧盘6的锁孔以实现固定风轮锁紧盘6位置的风轮锁销。在现有技术中，风轮锁紧盘固定于主轴的轴肩上，风轮锁销设于机舱罩的主机架，当风轮锁销插入风轮锁紧盘的锁孔内时，风轮锁紧盘被风轮锁销卡住而无法运动，使得与风轮锁紧盘视为同一转动体的主轴也无法转动，进而实现保持风轮停止转动。由于本传动系统取消了主轴的设计，并通过连接法兰来替代主轴的作用，因此将风轮锁紧盘6通过螺栓固定于连接法兰轴承连接端的下风侧，当风轮锁销插入风轮锁紧盘6的锁孔内时，风轮锁紧盘6的位置被固定，使得与风轮锁紧盘6视为同一转动体的传动轴承2的内环以及轮毂1的位置被固定，以实现轮毂1无法转动，进而保证风力发电机以及工作人员的安全。

需要说明的是，上述风轮锁销的驱动装置可以参照现有技术，本文不做出具体限定，只要能够控制风轮锁销插入风轮锁紧盘6的锁孔内即可。

现有技术主轴系统中采用的主轴承通常为双列圆锥滚子轴承，这种轴承的特性使得其安装游隙容易受周边部件的影响，因此需要在上述主轴承的下风侧配置定距环，其中，主轴承的上风侧与主轴的轴肩相连，定距环套设于主轴上，以精准控制双列圆锥滚子轴承的安装游隙，该安装游隙的大小由定距环的厚度来控制，其中，定距环的厚度还需要根据主轴以及主轴承的尺寸进行计算得出，进而需要向轴承厂商定制定距环。

如图1所示，本传动系统的传动轴承2优选为三排圆柱滚子轴承；该三排圆柱滚子轴承具有外圈、内圈以及三排均设于外圈和内圈之间的圆柱滚子组；其中，一排圆柱滚子组沿轴向设置，另外两排圆柱滚子组沿径向设置并分设于沿轴向设置的一排圆柱滚子组的上风侧和下风侧。由于三排圆柱滚子轴承的特性使其安装游隙不受周边部件的影响，因此，本传动系统中的传动轴承2的装配不需要考虑三排圆柱滚子轴承的安装游隙，进而可以取消定距环的设计，使本传动系统的结构更加简便，相应地提高了工作人员的装配效率。

需要说明的是，上述沿轴向设置的一排圆柱滚子组用于承载传动轴承2的径向载荷，而另外两排沿径向设置的圆柱滚子组用于承载传动轴承2的轴向载荷；上述三排圆柱滚子轴承以及双列圆锥滚子轴承的特性可参考张森林和刘红所发表的论文《海上大型风电机组主传动链设计选型分析》。

由于上述传动轴承2的内部充有润滑油或润滑脂等润滑剂，为了避免上述润滑剂在传动轴承2转动的过程中从外圈和内圈之间的缝隙流失，如图2所示，在上述三排圆柱滚子轴承外圈和内圈之间的上风侧和下风侧均设有密封件21以及用以固定密封件21的压板22。上述密封件21具体为径向密封，径向密封用于密封外圈与内圈之间的径向缝隙以避免润滑剂从该缝隙中流失，进而保证在传动轴承2长时间转动后仍具有较好的转动性能，该转动性能包括但不限于圆柱滚子的表面磨损情况。

具体来说，上述外圈的上风侧和下风侧均设有呈两级阶梯状的定位轴肩；其中，上述定位轴肩由内之外依次用以设置密封件21和压板22。以传动轴承2外圈的上风侧为例，如图2所示，上述径向密封设于定位轴肩中靠内侧的一级阶梯面处并与传动轴承2内圈的外轮廓贴合，以避免润滑剂流失，压板22设于定位轴肩中靠外侧的一级阶梯面处，以固定径向密封的位置。

综上全部改进方案，相比于现有技术中的主轴系统，本实用新型所提供的传动系统无需设置主轴以及定距环这两个主要装配零件以及其他次要的装配零件(约占现有技术中主轴系统零部件的40％)，实现了结构更加精简的目的；本传动系统的总体质量相较于现有技术中主轴系统的总体质量减轻约1.8t；本传动系统无需进行主轴与主轴承的热装工序，使风力发电机的装配工时缩短了8小时以上。

除上述显性有益效果以外，本传动系统还可以产生其他隐性的有益效果，比如相比于主轴，连接法兰更容易制造，成本更低，便于运输等等，本文不再一一展开。

本实用新型所提供的一种风力发电机，包括轮毂1和发电机，还包括设于轮毂1和发电机之间、如上所述的传动系统；轮毂1、发电机以及风力发电机的其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。

以上对本实用新型所提供的风力发电机及其传动系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。