风力发电设备的制作方法

本申请属于风力发电技术领域，具体而言，涉及一种风力发电设备。

背景技术：

随着风力发电机技术的发展，风力发电机结构趋于大型化，机舱尺寸变得越来越大，如3mw双馈机组机舱长度达到15米，10mw双馈机组机舱长度达到20米，高宽均达到8米，5mw直驱机组机舱长度也达到10米，高宽也均达到6.5米，随之而来的是塔筒尺寸也更大。

当功率超过5mw时，为减小机组尺寸，降低重量和成本，一般考虑采用直驱机组，即无中间传动链的主轴、增速箱和联轴器的结构，风轮直接驱动发电机。但随着机组功率增大，又带来新的问题，即发电机由于转速太低，转矩大，需有更多磁极对数，导致发电机径向尺寸又过大，重量大，制造复杂，永磁材料成本高昂。

半直驱型风力发电机由于也采用一个增速比不大的增速箱，适当提高转速后再驱动发电机，可使发电机尺寸有所下降，从而可使整机尺寸、制造安装成本达到一种均衡状态，基本介于双馈型与直驱型之间，但当功率增大时，即使采用半直驱结构，整机尺寸及重量仍显太大。

相关技术中的半直驱风力发电机组，为了改善整机尺寸，将齿轮箱尾部安装在支架前部，前端通过一个大轴承支撑风轮，该结构缺点在于除自身重量外，齿轮箱承受风轮全部载荷，必然导致齿轮箱外壳过重，以致增加机组总重，以及齿轮箱内部齿轮啮合状况恶化，缩短寿命，其余类型的半直驱风力发电机组其总体结构与双馈结构类似，有一个常规的或稍加变异的机械传动链，即主轴、齿轮箱、发电机的结构，对于大型半直驱机组来说，其尺寸过大、重量过大问题，存在改进空间。

技术实现要素：

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

根据本申请实施例的风力发电设备，包括：风轮，所述风轮的轮毂具有第一容纳腔；增速箱，所述增速箱安装于所述第一容纳腔，且所述增速箱的输入轴与所述轮毂动力耦合连接；发电机，所述发电机的输入轴和所述增速箱的输出轴中的一个套设在所述发电机的输入轴和所述增速箱的输出轴中的另一个外，且相互动力耦合连接。

根据本申请实施例的风力发电设备，通过重新设计轮毂、增速箱、发电机的结构位置和连接结构，可以大幅降低整机的轴向长度，降低风轮与发电机之间的径向载荷，而从可以减小整机的尺寸和重量，降低安装成本。

根据本申请一个实施例的风力发电设备，还包括：主机架，所述风轮可枢转地安装于所述主机架，所述主机架限定出第二容纳腔，所述发电机安装于所述第二容纳腔内，所述增速箱安装于所述主机架的前侧。

根据本申请一个实施例的风力发电设备，还包括：支架，所述第一容纳腔的朝向所述主机架的一端具有敞口，所述支架贯穿所述敞口，且所述增速箱通过所述支架与所述主机架相连。

根据本申请一个实施例的风力发电设备，还包括：主机架和轴承，所述轴承的外圈与所述主机架相连，所述轴承的内圈与所述轮毂相连。

根据本申请一个实施例的风力发电设备，还包括：弹性联轴器，所述弹性联轴器的一端与所述轮毂相连，所述弹性联轴器的另一端与所述增速箱的输入轴相连。

根据本申请一个实施例的风力发电设备，所述弹性联轴器与所述轮毂之间通过键槽结构相连。

根据本申请一个实施例的风力发电设备，所述弹性联轴器包括：主体部，所述主体部的第一端设有第一翻边，所述主体部的第二端设有第二翻边，所述第一翻边与所述轮毂相连，所述第二翻边与所述增速箱的输入轴相连。

根据本申请一个实施例的风力发电设备，所述第一翻边沿径向向外翻折，且所述第一翻边的内端面与所述轮毂的外端面贴合，所述第二翻边沿径向向内翻折。

根据本申请一个实施例的风力发电设备，所述发电机的输入轴、所述增速箱的输入轴、所述增速箱的输出轴均为空心轴，所述发电机背离所述增速器的一端设有电液输送装置，所述电液输送装置通过所述空心轴向所述轮毂输送电、液。

根据本申请一个实施例的风力发电设备，所述电液输送装置包括电液滑环。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请一个实施例的风力发电设备的结构示意图；

图2是图1中a处的局部放大图。

附图标记：

风力发电设备100，

主机架1，第二容纳腔12，发电机2，轴承3，增速箱4，弹性联轴器5，第一翻边51，第二翻边52，主体部53，轮毂6，第一容纳腔61，支架7。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参考图1-图2描述根据本申请实施例的风力发电设备100，本申请的风力发电设备100为无主轴紧凑型半直驱风力发电设备，可以适用于大型风力发电机组和小型双馈型机组，对于大型机组，可以降低机组的尺寸、重量及制造安装成本；对于小型双馈型机组，由于其增速箱4增速比较小，增速箱4尺寸也较小，也可采用本申请的结构，达到减小尺寸及重量的目的。

如图1和图2所示，根据本申请一个实施例的风力发电设备100包括：风轮、增速箱4和发电机2，风轮用于在风力的驱动下转动，以通过增速箱4的增速降扭后驱动发电机2的转子转动来发电。

其中，风轮的包括轮毂6和连接在轮毂6外周的多个叶片，风轮的轮毂6具有第一容纳腔61，也就是说，风轮的轮毂6为空心结构。

增速箱4安装于第一容纳腔61，且增速箱4的输入轴与轮毂6动力耦合连接，换言之，增速箱4安装于轮毂6的内部，这样增速箱4与轮毂6之间无需主轴外接，且可以大幅降低增速箱4与轮毂6的轴向长度之和，进而降低风轮对增速箱4的径向载荷。

发电机2的输入轴和增速箱4的输出轴中的一个套设在发电机2的输入轴和增速箱4的输出轴中的另一个外，且发电机2的输入轴和增速箱4的输出轴相互动力耦合连接。在实际的执行中，发电机2的输入轴和增速箱4的输出轴可拆卸地连接，比如通过花键结构相连。

在一个实施例中，发电机2的输入轴套设在增速箱4的输出轴外；在另一个实施例中，增速箱4的输出轴套设在发电机2的输入轴外。上述结构可以大幅降低增速箱4与发电机2的轴向长度之和，且风轮到发电机2的长度变短后，相当于风轮到发电机2的力臂变小，可以间接降低风轮对发电机2的径向载荷。

根据本申请实施例的风力发电设备100，通过重新设计轮毂6、增速箱4、发电机2的结构位置和连接结构，可以大幅降低整机的轴向长度，降低风轮与发电机2之间的径向载荷，而从可以减小整机的尺寸和重量，降低安装成本。

在一些实施例中，如图1和图2所示，风力发电设备100还可以包括：主机架1，主机架1用于支撑整机结构。

风轮可枢转地安装于主机架1，如图2所示，风轮的轮毂6可以通过轴承3与主机架1可枢转地连接，轴承3的外圈与主机架1相连，轴承3的内圈与轮毂6相连。在一些实施例中，轴承3的外圈与主机架1通过螺纹紧固件相连，轴承3的内圈与轮毂6通过螺纹紧固件相连。

可以理解的是，由于本申请的风力发电设备100无主轴结构，通过该单一的轴承3即可实现轮毂6随风转动，且风轮的重量基本通过轴承3支撑在主机架1。

如图1和图2所述，风力发电设备100具有支架7，第一容纳腔61的朝向主机架1的一端具有敞口，支架7贯穿该敞口，且增速箱4通过支架7与主机架1相连，增速箱4的壳体与支架7的前端相连，比如可以通过螺纹紧固件相连，支架7贯穿轮毂6的后端敞口，并与主机架1相连，比如可以通过螺纹紧固件相连。轴承3的内径大于支架7的外径，且轴承3空套在支架7外。

如图1和图2所示，主机架1限定出第二容纳腔12，发电机2安装于第二容纳腔12内，增速箱4安装于主机架1的前侧。这样，发电机2采用内置式，整机的轴向长度的短。

如图1所示，本申请的风力发电设备100，还可以包括：弹性联轴器5，弹性联轴器5的一端与轮毂6相连，弹性联轴器5的另一端与增速箱4的输入轴相连。弹性联轴器5可以起缓冲、减振和降低冲击载荷的作用。弹性联轴器5与轮毂6之间可以通过键槽结构相连，以传递大扭矩。

在一个实施例中，弹性联轴器5包括：主体部53，主体部53可以为管状，主体部53的第一端(图1中的左端)设有第一翻边51，主体部53的第二端(图1中的右端)设有第二翻边52，第一翻边51与轮毂6相连，第二翻边52与增速箱4的输入轴相连。通过翻边的连接方式，可以增强抗扭转的能力。第一翻边51沿径向向外翻折，且第一翻边51的内端面与轮毂6的外端面贴合，第二翻边52沿径向向内翻折。也就是说，扭矩的输入端沿径向向外翻折，扭矩的输出端沿径向向内翻折，这样剪切力相互错开，可以降低弹性联轴器5的断裂风险。

在一些实施例中，弹性联轴器5内部可以设有扭矩限制器，避免转动扭矩过大损坏内部结构。

考虑到小型化整机的电液输送问题，本申请实施例的风力发电设备100中，发电机2的输入轴、增速箱4的输入轴、增速箱4的输出轴均为空心轴，且同轴设置。这样空心轴的中空部分可以实现电、液从发电机2的后端(背离增速箱4的一端)向轮毂6的传输，从而实现电力、电信号、以及润滑油液从主机架1一端到风轮的传输，其中发电机2背离增速器的一端设有电液输送装置，电液输送装置通过空心轴向轮毂6输送电、液。在实际的执行中，电液输送装置包括电液滑环。电液滑环的一侧固定，另一侧转动，电液滑环能够传递电流和液体的电液组合一体式滑环。

在本申请的一个具体的实施例中，

如图1和图2所示，本申请的风力发电设备100包括主机架1、发电机2、轴承3、增速箱4、弹性联轴器5、轮毂6、支架7组成。发电机2为永磁发电机2，发电机2用螺栓安装在主机架1前端面内侧，主支架7前端面外侧安装有刚性支架7，增速箱4安装在该支架7上，从而主机架1、发电机2、增速箱4融为刚性一体。增速箱4的输出轴插入发电机2空心输入轴中，并通过花键结构相连，减少了它们之间通常的联轴器，从而减小了传动链的长度。轴承3其外圈螺栓连接在主机架1前端面外侧，内圈与轮毂6安装在一起，将增速箱4包含于轮毂6中，从而又减掉了增速箱4占据的长度。通过此单一轴承3，可实现轮毂6随风旋转。轮毂6与增速箱4的输入轴之间通过弹性联轴器5直接弹性联接，将使得增速箱4承受的动载荷显著减小。

需要指出的是，该传动装置中没有了传统结构中的主轴，这减小了整机长度，也不需要传统的主轴承座，结构也变得简单。同时，为使电、液进入风轮，发电机2尾部还安装有电液滑环，因而发电机2和增速箱4都具有同轴贯通的空心轴孔。弹性联轴器5内部还有扭矩限制器。

通过本发明的实施，取消了发电机2与增速箱4之间的联轴器，减小了机组长度，增速箱4放置在轮毂6中，又消除了增速箱4占据的长度，机组整体长度有较大缩短；轮毂6通过弹性联轴器5与增速箱4输入端相连，使得增速箱4所受动载荷减小；新型电液滑环解决了电液同时经由发电机2空心轴传输的问题。通过本申请的实施，总体上减小了风力发电设备100的尺寸，整体结构及性能得以优化，均衡了整机尺寸及制造安装成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。