技术领域
[0001] 本
发明涉及风力发电机设备领域，尤其涉及一种风力发电机、
风力发电机组及其安装方法。
背景技术
[0002] 风力发电机组的可靠性是风力发电机组的重要参数。而传动链作为风力发电机组的重要
支撑结构，是风力发电机组的机械设计的关键组成。直驱式风力发电机组作为风电市场的主流技术方案，存在多种不同传动链形式，如单点支撑式和两点支撑式，
[0003] 其中，两点支撑是指，
主轴有两个
轴承支撑，其中一个轴承轴向
定位，另一个轴承轴向游动。有些风力发电机组将双轴承布置于
轮毂内。另一些风力发电机组将双轴承布置于轮毂外，比如发电机内部或
机舱内部。如图1至图4所示，其中，风力发电机组包括轮毂1和底座2等。
[0004] 单点支撑是指，主轴由一个轴承支撑，通常是双列圆锥轴承，既承担轴向
载荷，又承担径向载荷。
[0005] 对于轮毂采用双轴承轴系的风力发电机组而言，由于
叶轮载荷作用点位于两轴承中间，相较于轴承布置于轮毂体外的结构形式而言，
力臂短，附加弯矩少，且作为轴承座的轮毂本体
刚度好，使轴承等效载荷降低进而缩减了主轴承及传动链尺寸，整个轴系成本显著下降。尽管如此，对于直驱机组而言，由于轮毂与主轴系的一体化结构形式，存在如下问题：
[0006] 若轴系与轮毂1装配完后，再与发电机及机舱的底座2对接。即风机吊装过程中，在塔顶，既要实现轮毂1的轴与机舱底座2的
法兰连接，也要实现轮毂1与发电机
转子的法兰连接。高空中实现双法兰面同时安装，工艺难度大，技术风险高，吊装成本较高。
[0007] 若轴系与轮毂装配后，在车间或地面先完成轮毂轴系与发电机的装配，再整体吊装，然后依次安装三支
叶片。由于起吊重量的大大增加，吊装成本亦显著增加。大大减弱了轮毂双轴承轴系的成本优势。
发明内容
[0008] 本发明的
实施例提供一种风力发电机、风力发电机组及其安装方法，以解决采用双轴承支撑式轮毂的风力发电机组吊装困难的问题。
[0009] 为达到上述目的，本发明提供一种风力发电机，其包括
定子和套设在定子外的转子，风力发电机还包括与转子连接并驱动转子沿轴向移动的驱动部。
[0010] 根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，包括塔筒、连接在塔筒顶端的机舱、与机舱的底座连接的发电机和与发电机连接的叶轮，发电机为上述的风力发电机，发电机的定子与机舱的底座连接，驱动部能够驱动转子移动至与叶轮连接的
位置。
[0011] 进一步地，发电机还包括定轴，定轴固定连接在底座上，定子通过定子固定连接件固定连接在定轴上。
[0012] 进一步地，定轴的远离叶轮的一侧具有第一转子配合法兰，转子的远离叶轮的一侧设置有预连接法兰，第一转子配合法兰包括第一导向销孔，预连接法兰上设置有与第一导向销孔配合的第二导向销孔；或底座的朝向转子的一侧具有上设置有第二转子配合法兰，第二转子配合法兰包括第三导向销孔，预连接法兰上设置有与第三导向销孔配合的第二导向销孔。
[0013] 进一步地，定轴的远离叶轮的一侧具有第一转子配合法兰，第一转子配合法兰包括第一预连接安装孔，转子包括预连接法兰，预连接法兰上设置有与第一预连接安装孔配合的第二预连接安装孔；或底座的朝向转子的一侧具有上设置有第二转子配合法兰，第二转子配合法兰包括第三预连接安装孔，转子包括预连接法兰，预连接法兰上设置有与第三预连接安装孔配合的第二预连接安装孔。
[0014] 进一步地，转子通过预连接件与定轴预连接时，转子的预连接法兰与定轴的第一转子配合法兰之间具有第一间隙。
[0015] 进一步地，驱动部设置在定子的定子
支架上，驱动部为叶轮
锁，叶轮锁的锁舌通过第一紧固连接件与转子连接。
[0016] 根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组的安装方法，包括如下步骤：发电机吊装步骤：将转子通过预连接件预连接在定轴上，并吊装定子、转子和定轴，使定轴与底座固定连接；叶轮吊装步骤：吊装叶轮，使叶轮的叶轮轴与定轴固定连接；转子连接步骤：使驱动部驱动转子沿发电机的轴向移动，使转子与叶轮的轮毂贴合并固定连接。
[0017] 进一步地，在发电机吊装步骤之前还包括：底座吊装步骤：将机舱的底座吊装至塔筒的顶端，并与塔筒固定连接。
[0018] 进一步地，在转子连接步骤中，驱动部驱动转子沿发电机的轴向移动之前还包括步骤：拆除转子与定轴之间的预连接件；将导向销插入第一导向销孔和第二导向销孔内。
[0019] 本发明的实施例的风力发电机能够通过驱动部使转子沿轴向移动，这样在风力发电机组吊装时，利用驱动部驱动转子，实现转子与轮毂的连接，由此避免了在叶轮吊装时需要同时实现两个法兰面的对接，降低了吊装难度和成本。
附图说明
[0020] 图1为
现有技术中的第一种风力发电机组的结构示意图；
[0021] 图2为现有技术中的第二种风力发电机组的结构示意图；
[0022] 图3为现有技术中的第三种风力发电机组的结构示意图；
[0023] 图4为现有技术中的第四种风力发电机组的结构示意图；
[0024] 图5为本发明的实施例的风力发电机组的结构示意图；
[0025] 图6为本发明的实施例的风力发电机组的拆分结构示意图；
[0026] 图7为图6中A处的局部放大图；
[0027] 图8为图6中B处的局部放大图；
[0028] 图9为本发明的实施例的风力发电机组的轮毂与定轴的侧视图；
[0029] 图10为本发明的实施例的风力发电机组的安装方法中的叶轮轴与定轴连接后的结构示意图；
[0030] 图11为图10中的C处的局部放大图；
[0031] 图12为本发明的实施例的风力发电机组的安装方法的叶轮轴与定轴连接后的局部放大结构示意图；
[0032] 图13为本发明的实施例的风力发电机组的安装方法的转子与轮毂连接后的局部放大结构示意图。
[0033] 附图标记说明：
[0034] 10、塔筒；20、机舱；21、底座；30、发电机；31、定子；32、转子；321、预连接法兰；322、第二导向销孔；323、预连接件；324、导向销；325、第一间隙；33、驱动部；331、第一紧固连接件；34、定轴；341、第一转子配合法兰；342、第一导向销孔；343、第一预连接安装孔；40、叶轮；41、叶轮轴；42、轮毂；60、
偏航轴承；70、叶片。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图对本发明实施例的风力发电机组及其安装方法进行详细描述。
[0036] 如图5和图6所示，风力发电机组包括塔筒10、机舱20、发电机30和叶轮40。
[0037] 具体地，塔筒10固定在地面或其他
基座上，并用于支撑其他部分。
[0038] 机舱20的底座21通过偏航轴承60连接在塔筒10的顶端。机舱20还包括偏航驱动、机舱控制柜、机舱罩等部件，其用于对风力发电机组进行控制。
[0039] 发电机30与底座21连接，其用于将
风能转化为
电能，实现发电。
[0040] 叶轮40与发电机30连接，其包括叶轮轴41、轮毂42、叶片70、变桨轴承、支撑在叶轮轴41和轮毂42之间的两个轴承。其中，叶轮轴41用于承载叶轮40的其他部件，并将叶轮40连接到其他部件上。轮毂42用于与安装叶片70以及与发电机30连接。叶片70通过变桨轴承连接在轮毂42上，并在风力驱动下转动，进而带动轮毂42转动，最终实现发电。
[0041] 根据本发明的实施例，风力发电机包括定子31、套设在定子31外的转子32和与转子32连接并驱动转子32沿轴向移动的驱动部33。通过在风力发电机中添加驱动部33，利用其推动转子32沿轴向移动实现对转子32的位置的调节，这样在风力发电机组组装过程中，进行叶轮40的吊装时无需一次对齐多个法兰，降低吊装难度和吊装成本。
[0042] 根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，该风力发电机组的发电机30为上述的风力发电机。其定子31与底座21连接，转子32套设在定子31外，并与叶轮40连接，受叶轮40驱动而转动，驱动部33与转子32连接，并驱动转子32沿发电机30的轴向移动，以使其移动至能够与叶轮40配合的位置。
[0043] 优选地，发电机30还包括定轴34，定轴34固定连接在底座21上，定子31通过定子固定连接件固定连接在定轴34上。定轴34一方面用于与底座21连接，实现将发电机固定在底座21上的目的；另一方面用于承载定子31，实现定子31的固定。当然，在其他实施例中，发电机30可以省略定轴34，直接将叶轮40的叶轮轴41直接连接在底座21上，并将定子31直接固定在叶轮轴41上。采用发电机30包括定轴34，定轴34与叶轮轴41连接的方式可以减小轴的长度，一方面降低生产制造成本和制造难度，另一方面降低运输成本和运输难度，同时还可以降低吊装成本。
[0044] 结合参见图7和图8，定轴34的远离叶轮40的一侧具有用于与转子32配合的第一转子配合法兰341。转子32的远离叶轮40的一侧设置有用于与定轴34与连接的预连接法兰321。为了方便运输，实现运输安装过程中转子32与定轴34的临时固定，以抵抗转子32受到的永磁发电机电磁拉力及其自身重力，第一转子配合法兰341包括第一预连接安装孔343(见图9)，预连接法兰321上设置有与第一预连接安装孔343配合的第二预连接安装孔，转子
32通过预连接件323与定轴34连接，实现转子32的预连接。
[0045] 当然，在其他实施例中，转子32还可以预连接在底座21上。若转子32预连接在底座21上，则底座21的朝向转子32的一侧上需设置第二转子配合法兰，该第二转子配合法兰用于与转子32的预连接法兰321配合。在第二转子配合法兰上设置第三预连接安装孔，预连接法兰321上设置有与第三预连接安装孔配合的第二预连接安装孔。同样，使用预连接件323依次穿过第二预安装孔和第三预安装孔将转子32连接在底座21上。
[0046] 优选地，由于在风力发电机组吊装时需要利用驱动部33驱动转子32移动，以便与轮毂42对接，为了保证运动的可靠性和准确性，在第一转子配合法兰341上设置有第一导向销孔342，在预连接法兰321上设置有与第一导向销孔342配合的第二导向销孔322。需要驱动转子32运动时，将预连接件323拆下，将导向销324(见图12)依次穿过第二导向销孔322和第一导向销孔342，通过导向销324实现转子32相对定轴34轴向移动时的导向，同时导向销324还具有径向承载作用，其可以抵抗转子32轴向移动过程中定子31对于转子32的磁拉力以及转子32自身重力。
[0047] 当然，在其他实施例中，转子32可以和底座21配合。例如，在底座21的第二转子配合法兰上设置第三导向销孔，在预连接法兰321上设置与第三导向销孔配合的第二导向销孔322。同样地，导向销324依次穿过第二导向销孔322和第三导向销孔。
[0048] 优选地，为了防止装配过程中转子32或轮毂42干扰叶轮轴41与定轴34配合，转子32通过预连接件323与定轴34预连接时，转子32的预连接法兰321与定轴34的第一转子配合法兰341之间具有第一间隙325，也即预连接法兰321的端面与第一转子配合法兰341的端面之间具有距离Y。
[0049] 结合参见图9所示，沿定轴34的第一转子配合法兰341的周向间隔设置有多个第一导向销孔342和多个第一预连接安装孔343，以保证定轴34可以可靠地与转子32连接，确保连接可靠性。
[0050] 参见图10和图11，驱动部33设置在定子31的定子支架上，驱动部33为叶轮锁，叶轮锁的锁舌通过第一紧固连接件331与转子32连接。由此实现叶轮锁的锁舌伸缩带动转子32沿发电机30的轴向移动，克服定子31给转子32的磁拉力和转子32自身重力产生的
摩擦力的目的。
[0051] 当然，在其他实施例中，驱动部33也可以设置在底座21上，例如将叶轮锁的锁体固定在底座21上，叶轮锁的锁舌通过第一紧固连接件331与转子32连接，以此推动转子32移动。
[0052] 在其他实施例中，驱动部33还可以是其他驱动结构，例如液压驱动结构，在定子31与转子32之间设置液压油缸，通过控制液压油缸伸缩驱动转子32移动。
[0053] 驱动部33也可以是
齿轮齿条驱动结构，通过齿轮的转动控制转子32移动。或者采用
螺纹结构，通过旋拧
螺栓驱动转子32移动等。
[0054] 根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组的安装方法，该方法用于吊装风力发电机组，包括如下步骤：
[0055] 发电机吊装步骤：将转子32通过预连接件323预连接在定轴34上，并吊装定子31、转子32和定轴34，使定轴34与底座21固定连接。
[0056] 具体地，在发电机吊装步骤中，先将转子32预先与定轴34固定，使定子31与转子32固定在一起。然后将发电机30吊起并使定轴34与底座21连接，实现发电机的吊装。
[0057] 发电机吊装步骤之后，进行叶轮吊装步骤，在叶轮吊装步骤中，吊装叶轮40，使叶轮40的叶轮轴41与定轴34固定连接。
[0058] 具体地，先将叶轮轴41、轮毂42、双轴承、叶片70等组装完成，如将轮毂42可转动地套设在叶轮轴41上，且轮毂42与叶轮轴41之间设置第一轴承和第二轴承，将叶片70安装到轮毂42。然后吊起叶轮40，使叶轮轴41与定轴34固定连接。如图10至图12所示，当叶轮轴41与定轴34连接后，转子32的法兰端面与轮毂42的法兰端面之间还具有距离X，以防止干涉。
[0059] 如图13所示，完成叶轮吊装后，进行转子连接步骤，在这一步骤中，使驱动部33驱动转子32沿发电机30的轴向移动，使转子32与叶轮40的轮毂42贴合并固定连接。
[0060] 具体地，装入导向销324，松开转子32与定轴34之间的预连接件323，以导向销324导向，叶轮锁的锁舌向外伸出，推动转子32相对发沿发电机30的轴向移动，使转子32的与轮毂42配合的法兰面与轮毂42的法兰面贴合。然后进行法兰面螺栓的周向对中，即使转子32的法兰上的孔与轮毂42的法兰上的孔的轴线重合，以便能够方便地安装螺栓。周向对中可以通过以下两种方式实现：
[0061] 第一种为：先使轮毂42与叶轮轴41相对位置固定，然后在叶轮轴41与定轴34装配后，由于导向销可以实现转子32与定轴34的相对位置固定，因此，轮毂42与转子32之间即实现了周向对中；
[0062] 第二种为：在转子32和轮毂42之间设置辅助的传动装置，如
齿轮传动结构，通过齿轮
啮合实现相对周向转动，进而实现转子32与轮毂42的对中和固定。
[0063] 转子32和轮毂42连接固定后，完成发电机密封、接线等相关辅助工作即可。
[0064] 在发电机吊装步骤之前还包括：底座吊装步骤：即将机舱20的底座21吊装至塔筒10的顶端，并与塔筒10固定连接。
[0065] 完成风力发电机组的吊装后，叶轮轴41承受的弯矩和推力经定轴34、底座21、偏航轴承60和塔筒10传递至地基或其他固定物上。叶片70受风能驱动转动，将风能转化为机械能，经轮毂42带动发电机的转子32相对定子31旋转，实现发电。
[0066] 在风力发电机组现场运行一段时间后，因各种原因需卸下叶轮40或发电机30时。可依据安装过程逆向操作即可，即转子32与定轴34或底座21上的螺栓孔对中后，叶轮锁的锁舌伸出并通过第一紧固连接件331与转子法兰面固定，导向销插入轮毂42与转子32的配合法兰的孔内，拆卸轮毂42与转子32间的连接，叶轮锁的锁舌回退，带动机转子32整体轴向移动，实现转子32与轮毂42的分离，再完成转子32与定轴34或底座21的临时固定。自此，发电机和叶轮拆卸的准备工作完成，可自由拆卸叶轮和发电机。
[0067] 本发明实施例的风力发电机、风力发电机组及其安装方法具有如下效果：
[0068] 该风力发电机组的安装方法尤其适用于轮毂为双轴承的风力发电机组，通过该方法，可以有效降低吊装成本，提高风力发电机机组可靠性。
[0069] 通过采用设置驱动部的方式驱动转子轴向移动，实现其与轮毂的对接，使得吊装时仅需一次法兰对齐，吊装难度更低，尤其能够降低轮毂为双轴承支撑的直驱风力发电机组的吊装成本，提高经济性。
[0070] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述
权利要求的保护范围为准。
