本發明涉及一種風力發電機，尤其涉及一種半直驅風力發電機。

背景技術：

在半直驅風力發電機中，發電機為能量轉換裝置，齒輪箱為傳動裝置，二者的連接方式直接影響到整個機組的安全性與可靠性。圖1為現有技術的半直驅是風力發電機的結構示意圖，如圖1示，當前領域的半直驅風力發電機通過設置在二級齒輪箱上的連接法蘭與電機連接形成發電機整體。再將整體通過齒輪箱的扭力臂安裝在風力發電機組機艙內，齒輪箱與發電機是屬于懸臂結構，二級齒輪箱作為承受電機重力與扭矩的主體，其承受的載荷非常大，且二級齒輪箱是整個齒輪箱比較薄弱的環節，在長期運行條件下，壽命難以保證。

因此，有必要對半直驅風力發電機進行改進。

技術實現要素：

本發明之目的是提供一種結構緊湊、受力性能好、整體重心位置合理的半直驅風力發電機。

本發明提供一種半直驅風力發電機，包括一級齒輪箱、二級齒輪箱、凹槽式前端蓋和發電機，其中，所述一級齒輪箱上設有與所述凹槽式前端蓋連接的連接法蘭；所述二級齒輪箱安裝在所述一級齒輪箱上；所述一級齒輪箱安裝有所述二級齒輪箱的一端通過所述連接法蘭與所述凹槽式前端蓋連接，從而使所述二級齒輪箱嵌入在所述凹槽式前端蓋中，所述凹槽式前端蓋與所述發電機的驅動端相連，形成整體結構。

作為優選方式，所述凹槽式前端蓋包括圓柱部分和與之相連的圓錐部分，在所述圓錐部分的頂部設置有與所述凹槽式前端蓋同軸的軸承座孔，用于安裝軸承單元以及供所述發電機的傳動軸穿過；

作為優選方式，所述凹槽式前端蓋外側設有筋板，用于增加所述凹槽式前端蓋的強度。

作為優選方式，所述凹槽式前端蓋包括第一法蘭和第二法蘭；

所述第一法蘭設置在所述凹槽式前端蓋圓柱部分的自由端，用于與所述一級齒輪箱連接；所述第二法蘭設置于所述凹槽式前端蓋圓柱部分和圓錐部分的交接處，用于將所述凹槽式前端蓋固定在所述發電機的外殼上。

作為優選方式，所述二級齒輪箱安裝在所述一級齒輪箱上，并嵌入到所述凹槽式前端蓋的凹槽中，與所述凹槽式前端蓋的側壁有間隙。

作為優選方式，所述凹槽式前端蓋的頂部設置有與所述凹槽式前端蓋同軸的軸承座孔，用于安裝軸承單元；在所述軸承座孔的外圍設置有液冷管道，并且該液冷管道位于所述凹槽式前端蓋的內側；所述液冷管道上安裝有管道蓋板，用于密封所述液冷管道。

作為優選方式，所述液冷管道為橫截面為矩形的不閉合環狀結構。

作為優選方式，所述凹槽式前端蓋圓錐部分的頂部設置有通向所述軸承座孔的注脂內管路，并且在所述注脂內管路的入口端焊接有注脂外管路，該注脂外管路緊貼凹槽式前端蓋內壁，通過固定卡固定，并且從凹槽式前端蓋內壁的圓柱部分設置的通孔處伸出前端蓋。

作為優選方式，所述注脂內管路的入口液冷管道不通過的部分，出口端設置在軸承座孔的側壁上，從而可以保證潤滑脂可以流入軸承單元并對軸承進行潤滑。

作為優選方式，在該半直驅風力發電機內設置有接地碳刷，安裝在所述風力發電機的凹槽式前端蓋中，包括安裝在碳刷導管內的碳刷、標尺、壓緊彈簧、第一推進裝置、以及第二推進裝置，其中，

所述碳刷包括刷頭和與之緊密相連的刷辮，所述刷頭直徑大于所述刷辮直徑，并且所述刷辮的長度遠大于所述刷頭足夠伸出所述凹槽式前端蓋；

所述刷辮一端與所述刷頭固定連接，另一端依次穿過設置于所述碳刷導管內的所述第一推進裝置、所述第二推進裝置和套有所述壓緊彈簧的所述標尺并伸出所述碳刷導管末端，使所述刷頭抵在所述第一推進裝置上；

在所述碳刷導管末端安裝有中心帶通孔的螺塞，將所述壓緊彈簧壓縮并封在碳刷導管內部，從而使所述刷頭的自由端能夠伸出所述碳刷導管的首端與發電機的軸相接觸，以便將該軸上的電流導出，并通過所述刷辮接地。

作為優選方式，所述一級齒輪箱與所述凹槽式前端蓋連接的一端設有扭力臂，用于承載整個傳動結構。

本發明的特點是發電機驅動端的前端蓋采用凹槽式結構，齒輪箱的連接法蘭設計在一級齒輪箱上，將二級齒輪箱嵌入在凹槽式前端蓋中，整個傳動結構的承載主要集中在齒輪箱的扭力臂上，從而使整體重心處于一個更合理位置，改善了發電機組的受力性能，延長了其使用壽命，并且，使得整個集成單元結構更加緊湊。

另外，增加液冷管道，提高冷卻效果；通過將注脂管路設置在凹槽式前端蓋上，并通過焊接注脂外管路將出口引出到齒輪箱外，提高注脂管路的使用壽命，并可以降低后期的維修成本；而且接地碳刷的設計不但可以消除軸電流對軸的影響，還方便更換碳刷提高發電機的使用壽命。

附圖說明

下面將簡要說明本申請所使用的附圖，顯而易見地，這些附圖僅用于解釋本發明的構思。

圖1是現有技術的半直驅是風力發電機的結構示意圖。

圖2是本發明實施例的半直驅風力發電機的整體結構剖視示意圖。

圖3是本發明實施例的半直驅風力發電機凹槽式前端蓋沿軸向剖視示意圖。

圖4是本發明實施例的半直驅風力發電機凹槽式前端蓋的左視圖。

圖5是本發明實施例的半直驅風力發電機凹槽式前端蓋沿另一方向的軸向剖視示意圖。

圖6是本發明實施例的半直驅風力發電機接地碳刷的第一種結構剖視示意圖。

圖7是本發明實施例的半直驅風力發電機接地碳刷的第二種結構剖視示意圖。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖描述本發明的半直驅風力發電機的實施例。

在此記載的實施例為本發明的特定的具體實施方式，用于說明本發明的構思，均是解釋性和示例性的，不應解釋為對本發明實施方式及本發明范圍的限制。除在此記載的實施例外，本領域技術人員還能夠基于本申請權利要求書和說明書所公開的內容采用顯而易見的其它技術方案，這些技術方案包括對在此記載的實施例做出任何顯而易見的替換和修改的技術方案。

本說明書的附圖為示意圖，輔助說明本發明的構思，示意性地表示各部分的形狀及其相互關系。請注意，為了便于清楚地表現出本發明實施例的各部分的結構，各附圖之間不一定按照相同的比例繪制。相同或相似的參考標記用于表示相同或相似的部分。

參見圖1，現有技術中半直驅風力發電機通過設置在二級齒輪箱2上的連接法蘭與電機5連接形成發電機整體。再將整體通過齒輪箱的扭力臂安裝在風力發電機組機艙內，齒輪箱與發電機是屬于懸臂結構，二級齒輪箱2作為承受電機重力與扭矩的主體，其承受的載荷非常大，且二級齒輪箱2是整個齒輪箱比較薄弱的環節，在長期運行條件下，壽命難以保證。

參見圖2，本方發明實施例的半直驅風力發電機包括一級齒輪箱1、二級齒輪箱2、凹槽式前端蓋3和發電機5等結構，其中，一級齒輪箱1和發電機5通過凹槽式前端蓋3連接成一個整體結構，二級齒輪箱2安裝在一級齒輪箱1上并嵌入在凹槽式前端蓋3中，并且二級齒輪箱2與凹槽式前端蓋3的側壁有一定間隙，以防止工作時相互干擾。

與圖1所示的半直驅風力發電機相比，本實施例的發電機驅動端前端蓋采用凹槽式結構，齒輪箱的連接法蘭11設計在一級齒輪箱1上，并且將二級齒輪箱2嵌入在凹槽式前端蓋3中，這樣就使整個傳動結構的承載主要集中在齒輪箱的扭力臂上，且整體重心處于一個更合理位置，不僅改善了機組的受力性能，還使得整個集成單元結構更加緊湊。

參見圖3，凹槽式前端蓋3包括圓柱部分38和與之相連的圓錐部分39，在圓錐部分39的頂部設置有與凹槽式前端蓋同軸的軸承座孔33，用于安裝軸承以及供傳動軸穿過，并且凹槽式前端蓋3外側設有筋板36，用于增加凹槽式前端蓋3的強度。在凹槽式前端蓋3圓柱部分38的自由端設置有第一法蘭31，用于與一級齒輪箱1連接；在凹槽式前端蓋3圓柱部分38和圓錐部分39的交接處設置有第二法蘭32，用于將凹槽式前端蓋3固定在電機5的外殼上。

參見圖3和圖4，在凹槽式前端蓋3凹槽內側的軸承座孔33外圍設置有液冷管道34，在該液冷管道34和軸承座孔33之間留有安裝軸承外蓋72的空間，并且液冷管道34上安裝有用于密封的管道蓋板341，在管道蓋板341的兩端設有進液口342和出液口343，以保證冷卻液從進液口342進入液冷管道34后沿液冷管道34流動一圈，將運行中的軸承產生的熱量帶走，并通過出液口343排出。

結合圖3和圖4可以看出，本實施例的液冷管道34為橫截面為矩形的不閉合環形結構，并且在安裝管道蓋板341的位置設有沉孔，以便管道蓋板341安裝在液冷管道34上后不高于凹槽結構凹槽式前端蓋3的內表面，以免妨礙軸承外蓋72的安裝；并且在管道蓋板341的進液口342和出液口343上均焊接有進液管344和出液管345；進液管344和出液管345均通過固定卡固定，緊貼凹槽式前端蓋3內壁，在凹槽式前端蓋3的圓柱部分38伸出到凹槽式前端蓋3外側。在管道蓋板341上的進液口342和出液口343出設置進液管344和出液管345，不但能使冷卻液可以從齒輪箱外順利地進入液冷管道34，還可以將攜帶著軸承熱量的冷卻液排出齒輪箱外面，不但提高了冷卻效果而且可以將冷卻液循環使用節約資源。

優選地，液冷管道34內徑為620mm～650mm，深度和寬度均為10mm～30mm，進液管344和出液管345為不銹鋼無縫鋼管。

應當理解的是，液冷管道34的尺寸不局限于上述尺寸，而是要根據不同情況來具體設定；液冷管道34的橫截面不局限于矩形，也可以為其它形狀只要滿足其功能即可，比如為半圓形、梯形等；進液管344和出液管345的材料也不一定是不銹鋼無縫鋼管也可以為其它耐腐蝕材料的管材；進液管344和出液管345與進液口342和出液口343的連接方式不局限于焊接，也可以是其連接方式，比如螺紋連接。

如圖3和圖4所示，在凹槽式前端蓋3上設置有注脂內管路35，該注脂內管路35為一個從凹槽式前端蓋3內側通入軸承座孔33的通孔，該通孔的入口端位于液冷管道34進液口342和出液口343之間(液冷管道34不通過的部分)，另一端設置在軸承座孔33的側壁上，從而可以保證潤滑脂可以流入軸承單元7并對軸承進行潤滑。

參見圖5，在注脂內管路35的入口端焊接有注脂外管路351，該注脂外管路351通過固定卡固定，緊貼凹槽式前端蓋3內壁，并且從凹槽式前端蓋3內壁的圓柱部分38伸出凹槽式前端蓋3。通過焊接注脂外管路351將注脂入口引出至凹槽式前端蓋3外側，即保證了注脂內管路35、注脂外管路351連接的可靠性，又提高了后期維護的便利性，并且注脂外管路351緊貼凹槽式前端蓋3內壁，避免與二級齒輪箱干涉。

在軸承外蓋72上設置有將潤滑脂排出的排脂口721，在排脂口721上焊接有伸出凹槽式前端蓋3的排脂管路722，以便當潤滑脂需要更換時將廢棄的潤滑脂排出軸承室。注脂外管路351和排脂管路722均為耐腐蝕性管材，比如不銹鋼無縫鋼管。

凹槽式前端蓋3圓柱部分38設置有供接地碳刷6、進液管344、出液管345、注脂外管路351、以及排脂管路722插入的孔。

參見圖5，軸承單元7還包括接地環73，接地環73位于凹槽式前端蓋3內側與軸承接觸，通過螺紋固定在傳動軸上，通過軸承外蓋72將接地環73固定，其中接地環73可以隨傳動軸旋轉，同時還具有軸向固定軸承的作用；并且，在軸承外蓋72的側壁上設置有供接地碳刷6通入的側壁通孔723。通過軸承外蓋72的側壁通孔723可以將接地碳刷6安裝在凹槽式前端蓋3上，并與接地環73接觸，從而將軸電流引出。

圖6是本發明實施例的半直驅風力發電機接地碳刷6第一種結構的剖視示意圖，該接地碳刷6包括安裝在碳刷導管61內的碳刷62、標尺66、壓緊彈簧65、第一推進裝置63、以及第二推進裝置64。其中碳刷62包括刷頭621和刷辮622，刷頭621和刷辮622均為圓柱形結構，并且刷頭621的直徑大于刷辮622的直徑；刷辮622的長度遠大于刷頭621足夠伸出凹槽式前端蓋3；刷辮622一端與刷頭621固定連接，另一端依次穿過設置于碳刷導管61內的第一推進裝置63、第二推進裝置64和套有壓緊彈簧65的標尺66并伸出碳刷導管末端613，使刷頭621抵在第一推進裝置63上；刷頭621的自由端伸出碳刷導管61的首端，刷辮622的自由端伸出碳刷導管末端613；在碳刷導管末端613安裝有中心帶通孔的螺塞67，用于封住壓緊彈簧65。

應當說明的是碳刷導管61的首端為與接地環73連接的一端，碳刷導管末端613為穿出凹槽式前端蓋3的一端，并且碳刷62、標尺66、壓緊彈簧65、第一推進裝置63、以及第二推進裝置64的外徑均小于碳刷導管61的內徑。

具體而言，碳刷導管61為彎管結構，首端內部設有徑向均勻縮小，軸向內徑相同的縮口，末端設有螺紋接口，安裝時恰好可以緊貼凹槽式前端蓋3內壁，以免工作時與二級齒輪箱2干涉，并且刷頭621的長度大于縮口612，縮口612的長度大于第一推進裝置63，刷頭621位于碳刷導管首端縮口612內，與碳刷導管首端縮口612有間隙，以便刷頭621在碳刷導管61內能沿縱向移動，碳刷導管末端613由中心帶通孔的螺塞67封住，刷辮622穿過螺塞67的通孔并延伸至碳刷導管61以外，安裝時壓緊彈簧65處于壓縮狀態。

標尺66包括帶手柄663的尺身661和與之相連的端帽662，整個標尺66中心設有供刷辮622穿過的通孔，并且在標尺的尺身661靠近手柄663的一端標有刻度，刻度的長度與第一推進裝置63的長度相等，用于監測碳刷62推進的尺寸從而得知碳刷62是否需要更換。安裝時標尺66的尺身661穿過壓緊彈簧65，并將壓緊彈簧65限制在端帽662和手柄663之間，然后讓刷辮622穿過標尺66中心的通孔從而使標尺66進入到碳刷導管61。

進一步而言，碳刷導管末端613設有與標尺66配合使用的行程開關69，并且在行程開關69設置有觸發開關，當手柄663到達碳刷導管末端613與行程開關69接觸時，觸發開關閉合發出報警信號，提醒工作人員更換碳刷62。

而且，第一推進裝置63為多個中心設有通孔的耐腐蝕性圓柱，其外徑與刷頭621相同可以進入碳刷導管首端縮口612；第二推進裝置64為多個直徑大于碳刷導管首端縮口612的耐腐蝕性圓珠，安裝于壓緊彈簧65和第一推進裝置63之間，用于將壓緊彈簧65的壓力傳遞給第一推進裝置63。

組裝接地碳刷6時可以先將碳刷導管61依次穿過凹槽式前端蓋3上供碳刷導管61穿過的接地碳刷通孔37和軸承外蓋72的側壁通孔723，將接碳刷導管61固定；然后將碳刷62插入碳刷導管61中，其中刷頭621位于碳刷導管61首端；然后將第一推進裝置63、第二推進裝置64、套有壓緊彈簧65和的螺塞67標尺66依次從刷辮622的自由端穿過并進入到碳刷導管61內；最后通過螺塞67將壓緊彈簧65壓縮封裝在碳刷導管61內。

應當說明的是上述部件中的第一推進裝置63、第二推進裝置64和壓緊彈簧65的總長度大于碳刷導管61所以螺塞67安裝時會將壓緊彈簧65壓縮，并且可以通過改變第二推進裝置64的長度來改變壓緊彈簧65的壓縮程度，并且壓緊彈簧65的壓縮長度大于第一推進裝置63，這樣才能保證將第一推進裝置63全部推入碳刷導管首端縮口612內。

這樣當刷頭621磨損時處壓縮狀態下的壓緊彈簧65會伸展，從而會給與之接觸的第二推進裝置64一個壓力，第二推進裝置64又將這個壓力傳遞給第一推進裝置63，從而使第一推進裝置63帶著刷頭621進入到碳刷導管首端縮口612內；因為第二推進裝置64的直徑大于碳刷導管首端縮口612，所以當第一推進裝置63全部進入到碳刷導管首端縮口612時，第二推進裝置64會卡在碳刷導管首端縮口612入口處，這樣既可以保證刷頭621與發電機的接地環73接觸，還可以防止刷頭621過度磨損導致不能更換，另外還可以防止第一推進裝置63的圓柱卡在碳刷導管首端縮口612里面。

以上所述的接地碳刷6是一體式結構，但是結構過長不易安裝，因此可以將以上所述接地碳刷6的碳刷導管61截斷，通過一根直的外接管68將其引出至凹槽式前端蓋3外側。

參見圖7，外接管68通過螺紋可拆卸安裝在碳刷導管末端613，用于減小碳刷導管61的長度，方便安裝。該外接管68的內徑與碳刷導管61相同，均能滿足碳刷62、標尺66、壓緊彈簧65、第一推進裝置63、以及第二推進裝置64穿過；該外接管68的兩端均設有螺紋，首端用于和碳刷導管61連接，末端用于連接螺塞67；并且在外接管68的末端安裝有行程開關69。

組裝該接地碳刷6時先將碳刷導管61穿過軸承外蓋72的側壁通孔723，然后將外接管68穿過凹槽式前端蓋3上供碳刷導管61穿過的接地碳刷通孔37并與碳刷導管61相連接，從而將整個接地碳刷6固定在凹槽式前端蓋3中；將碳刷62從外接管68插入碳刷導管61中，其中刷頭621位于碳刷導管61首端；將第一推進裝置63、第二推進裝置64、套有壓緊彈簧65和螺塞67的標尺66依次從刷辮622的自由端穿過并進入到外接管68和碳刷導管61連接成的組合導管內；最后通過螺塞67將壓緊彈簧65壓縮封裝在外接管68內。

設置外接管68不但可以方便安裝，而且可以降低后期維修的成本。

需要說明的是上述兩種接地碳刷6在投入工作之前標尺66的零刻度剛好在碳刷導管61或外接管68的末端，從而保證標尺66可以起到監測碳刷62磨損情況的作用。

另外，本實施例中的刷辮622為銅絲，應當理解的是刷辮622也可以為其它材料只要是具有一定強度的可變形導體即可；本實施例中的碳刷導管61和外接管68均為不銹鋼無縫鋼管耐腐蝕管材，同樣它們也可以采用其它耐腐蝕材料。

本發明采用凹槽式前端蓋3結構，使二級齒輪箱2嵌入在凹槽式前端蓋3中在相對于現有技術不改扭力臂的情況下可以半直驅風力發電機的重心處于一個更合理位置，改善了發電機組的受力性能，延長了其使用壽命，并且，使得整個集成單元結構更加緊湊；并且增加液冷管道34，提高冷卻效果；另外通過將注脂管路設置在凹槽式前端蓋3上，并通過焊接管路將出口引出到齒輪箱外，提高注脂管路的使用壽命，并可以降低后期的維修成本；而且接地碳刷6的設計不但可以消除軸電流對軸的影響，還方便更換碳刷62提高發電機的使用壽命。

以上對本發明的半直驅風力發電機的實施方式進行了說明。對于本發明的半直驅風力發電機的具體特征如形狀、尺寸和位置可以根據上述披露的特征的作用進行具體設計，這些設計均是本領域技術人員能夠實現的。而且，上述披露的各技術特征并不限于已披露的與其它特征的組合，本領域技術人員還可根據本發明之目的進行各技術特征之間的其它組合，以實現本發明之目的為準。