直驱风力发电机轴系结构的制作方法

本实用新型属于风力发电机领域，具体的说，是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，直驱风力发电机发展迅速，而且市场对大mw级直驱风力发电机的需求越来越多，各发电机厂家也都争先恐后地推出了6mw、8mw甚至10mw级的直驱风力发电机。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。随着载荷的提升，需要采用更大的轴承设计结构，大轴承的成本高，技术相对不成熟，可靠性低。另外，双轴承结构的轴向尺寸较长，轴的变形大，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。为此，设计一款经济性好，可靠性高的轴系结构尤为重要。

现有技术中，对风力发电机组进行改进的结构如专利文献cn109931224a（一种外转子式直驱风力发电机组，2019.06.25）记载的一种包括轮毂、旋转轴和定子轴的风力发电机组，其旋转轴上设置有机舱侧轴承和风轮侧轴承，并通过旋转轴法兰连接轮毂，使旋转轴法兰设置在更靠近机舱的位置，以缩短轮毂到机舱架的距离。由于风轮的重心位置相对于轮毂保持不变，因此，缩短了风轮的重心到主轴承和机舱架的距离，在风轮的重心和风轮的质量保持不变的情况下，减小了风轮相对于主轴承和机舱架的重力矩，改善了主轴承和机舱架的受力情况，有助于提高外转子式直驱风力发电机组主轴承的寿命，降低外转子式直驱风力发电机组的运营成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供直驱风力发电机轴系结构，采用外壁分别呈“人”字型和l型的转轴和定轴组成，上风向轴承和下风向轴承位于“人”字型的两个端部与定轴配合，其第三端部设计有圆盘结构，该结构可以提高发电机和发电机组的整体性能，降低生产制造成本，具有经济性能好、可靠性高的特点。

本实用新型通过下述技术方案实现：直驱风力发电机轴系结构，包括把合于主机架上的定轴以及把合于轮毂上的转轴，定轴外侧设有支撑转轴旋转的上风向轴承和下风向轴承，转轴侧壁的横截面呈“人”字型结构，上风向轴承和下风向轴承分别位于“人”字型结构的两个端部，“人”字型结构的第三端部把合于轮毂上，沿第三端部向外延伸形成位于转轴外圈的圆盘结构；定轴侧壁的横截面呈l型结构，上风向轴承位于定轴的一端，定轴的另一端把合于主机架上。

所述上风向轴承与下风向轴承的尺寸相等。

所述定轴内壁由下风向轴承至主机架的把合位置为外突结构。

所述外突结构的倾角2°≤β≤8°。

位于所述上风向轴承和下风向轴承之间的定轴为等壁厚结构，且上风向轴承和下风向轴承之间的距离s与上风向轴承的直径d1或下风向轴承的直径d2满足：s≥1.5d1或s≥1.5d2；由下风向轴承位置至第三端部之间的转轴为等壁厚结构。

位于所述上风向轴承和下风向轴承之间的定轴的壁厚h1均满足：30mm≤h1≤60mm；由下风向轴承位置至第三端部之间的转轴的壁厚h2满足：30mm≤h2≤60mm。

所述上风向轴承与下风向轴承之间的距离s与两把合面的距离u满足：s≥2u。

所述上风向轴承位于轮毂内部。

所述圆盘结构靠近轮毂一侧设斜锥形加强筋。

所述定轴上设置有限位上风向轴承和下风向轴承的轴承压圈。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型中，采用定轴从与主机架的把合面开始，依次向下风向轴承和上风向轴承位置延伸并呈l型结构，该l型结构上，从下风向轴承位置到与主机架的把合位置设置为外突结构，使得l型结构的转角位置的圆弧半径增大，应力水平低。

（2）本实用新型中，由下风向轴承位置至上风向轴承位置之间的定轴设置为等壁厚结构，该结构应力分布均匀，刚度与变形一致，可有效的提高轴承的使用寿命；

（3）本实用新型中，转轴采用“人”字型结构，上风向轴承和下风向轴承位于“人”字型的两个端部并配合设于定轴外侧，有利于其承载能力的增加；由下风向轴承位置至第三端部之间的转轴设计为等壁厚结构。

（4）本实用新型在转轴外圈设计有圆盘结构，圆盘结构可与转轴呈一体结构，使用时，可在圆盘结构上设计斜锥形加强筋，以大幅度提高转子部件的整体刚度，可有效减小气隙变形量。

（5）本实用新型采用的上风向轴承与下风向轴承尺寸大小相等，型号一致，均采用小轴承设计，小轴承应用成熟，成本低，不仅提高了轴承的抗风险能力，还大大降低了成本，提高了安全性与经济性。

（6）本实用新型涉及的轴系结构采用轴承外圈旋转方式，将上风向轴承置于轮毂内部，合理的利用了轮毂内部空间，使得整机结构更为紧凑，极大的缩短了轮毂中心到主机架的安装距离，降低了叶片载荷在偏航轴承上产生的作用力。

（7）本实用新型涉及的轴向结构中，两把合面的距离（即转轴与轮毂的把合面到定轴与主机架的把合面的距离）尽可能小，以满足上风向轴承与下风向轴承之间的距离s≥两倍两把合面的距离u，以缩短轮毂到主机架的安装距离，可降低偏航轴承的载荷，并使整个机组的结构更紧凑，成本更低，经济性更好。

综上所述，本实用新型涉及的轴系结构采用大跨距设计结构，轴承受力小，定转轴刚度、变形一致，可大幅提高轴承的使用寿命，结构设计合理，不仅能降低发电机的气隙，提高发电机功率因素，还能更加合理的优化安装空间，在使得整机结构更为紧凑的同时，还降低了叶片载荷在偏航轴承上产生的作用，极具实用价值。

附图说明

图1为本实用新型轴系结构的半剖示意图。

其中，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—圆盘结构，8—外突结构，9—斜锥形加强筋，10—轴承压圈。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例：

实施例涉及直驱风力发电机轴系结构。

如图1结构所示，该轴系结构主要由定轴2、转轴4、上风向轴承5、下风向轴承6等结构组成，定轴2把合于主机架1上，转轴4把合于轮毂3上，上风向轴承5和下风向轴承6设于定轴2外侧并用于支撑转轴4旋转，在本实施例中，上风向轴承5与下风向轴承6的尺寸相等，型号一致，且均采用小轴承设计，实际使用时，可利用轴承压圈10对上风向轴承5和下风向轴承6进行限位。如图1结构所示，转轴4侧壁的横截面呈“人”字型结构，上风向轴承5和下风向轴承6分别位于“人”字型结构的两个端部，“人”字型结构的第三端部则把合于轮毂3上，本实施例涉及的轴向结构采用轴承外圈旋转的方式，因此，如图1所示，上风向轴承5设置于轮毂3内部，合理的利用了轮毂3的内部空间，使得整机更加紧凑。除此之外，在“人”字型结构的第三端部上还设有沿该端部向外延伸的圆盘结构7，使圆盘结构7围绕于转轴4外圈，该圆盘结构7可与转轴4设计为一体式结构。

在一个可能的实施例中，将圆盘结构7设计为薄壁形式，例如圆盘壁厚在40mm≤b≤150mm的区间，而在靠近轮毂3一侧的圆盘结构7上，则可以设置斜锥形加强筋9，以大幅度提高转子部件的整体刚度，减小气隙变形量。

如图1结构所示，定轴2侧壁的横截面呈l型结构，上风向轴承5位于定轴2的一端，并由轴承压圈10限制该上风向轴承5的轴向移动，定轴2的另一端延伸至轮毂3外并把合于主机架1上，位于上风向轴承5和下风向轴承6之间的定轴2为等壁厚结构，由于定轴2侧壁的横截面呈l型结构，相当于上风向轴承5和下风向轴承6均设于l型结构的同一直边上。在一个可能的实施例中，两轴承之间的定轴2的壁厚在30mm≤h1≤60mm的区间，两轴承采用大跨距设计结构，即上风向轴承5和下风向轴承6之间的距离大于等于两轴承直径的1.5倍，同时，由下风向轴承6位置至第三端部之间的转轴4为等壁厚结构，其壁厚在30mm≤h2≤60mm的区间。

在另一个可能的实施例中，可将定轴2内壁由下风向轴承6至主机架1的把合位置为外突结构8，即如图1所示的将l型转角位置的圆弧半径增大，实际使用时，该外突结构8的倾角在2°≤β≤8°的区间，应力水平更低。

在上述结构的基础上，可尽可能的缩小转轴4与轮毂3的把合面到定轴2与主机架1的把合面的距离，缩短轮毂3到主机架1的安装距离。因此，在一个可能的实施例中，使两把合面的距离小于等于上风向轴承5与下风向轴承6之间的距离的1/2，可降低偏航轴承的载荷，并使整个机组的结构更紧凑，成本更低，经济性更好。

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