半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)由中速齒輪箱與中速發(fā)電機(jī)組成，中速齒輪箱由二級(jí)行星齒輪組成，從結(jié)構(gòu)上分主要有8個(gè)部分，見(jiàn)圖2。

前端蓋、第一級(jí)行星齒輪、一級(jí)與二級(jí)連箱、第二級(jí)行星齒輪、齒輪箱與電機(jī)連箱5部分組成二級(jí)增速齒輪箱；電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、后端蓋3部分組成發(fā)電機(jī)。在下面作具體介紹。

行星齒輪變速的原理與結(jié)構(gòu)在“行星齒輪增速箱”課件有介紹。

在圖3中展示了這個(gè)二級(jí)行星齒輪增速箱的軸測(cè)裝配示意圖。這里第一級(jí)行星齒輪系有4個(gè)行星輪，安裝在一級(jí)行星架上，一級(jí)行星架5前軸4通過(guò)雙列圓錐滾子軸承3安裝在前端蓋2中；一級(jí)齒圈15內(nèi)齒與行星輪14等行星輪嚙合；一級(jí)行星架后軸通過(guò)軸承6安裝在連箱13中。用螺栓將前端蓋2、一級(jí)齒圈15、一級(jí)與二級(jí)齒圈連箱13安裝在一起，組成一級(jí)行星輪系。

二級(jí)行星輪系有3個(gè)行星輪，安裝在二級(jí)行星架8中，與二級(jí)齒圈11內(nèi)齒嚙合；二級(jí)行星架的輸入軸12將與一級(jí)行星輪系的太陽(yáng)輪連接；二級(jí)行星架的前軸將安裝在軸承7中；用螺栓將連箱13與二級(jí)行星輪系齒圈11安裝在一起，就組成這個(gè)二級(jí)行星齒輪增速箱，再將接輪轂的法蘭1安裝在一級(jí)行星架前軸法蘭上，安裝過(guò)程要對(duì)各個(gè)軸承進(jìn)行緊固。這個(gè)齒輪箱模型的一級(jí)行星輪系的增速比是4，二級(jí)行星輪系的增速比是6，總增速比為24。

在圖4左側(cè)是已裝配好的中速齒輪箱部分。

圖4右側(cè)是中速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子、與齒輪箱的連箱。

發(fā)電機(jī)采用徑向磁通的內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，與內(nèi)轉(zhuǎn)子直驅(qū)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，只不過(guò)沒(méi)有那么多的磁極。定子鐵心8的槽中嵌有三相繞組9，定子鐵心安裝在電機(jī)機(jī)殼12內(nèi)，機(jī)殼后端有電機(jī)后端蓋10，后端蓋中部有發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的后軸承。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛6外周安裝多個(gè)永磁體磁極7，磁軛6通過(guò)轉(zhuǎn)子支架固定在轉(zhuǎn)子軸13上。

箱體15用來(lái)連接齒輪箱與發(fā)電機(jī)，箱體上有支撐二級(jí)行星架后軸的軸承4，支撐二級(jí)太陽(yáng)輪軸的軸承5，支撐發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子前軸13的軸承14。

把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子裝在定子內(nèi)，用螺栓把連箱15與齒輪箱與發(fā)電機(jī)機(jī)殼連接好，把轉(zhuǎn)子軸后端法蘭與二級(jí)太陽(yáng)輪輸出軸法蘭3用螺栓連接，轉(zhuǎn)子就與齒輪箱輸出軸同步旋轉(zhuǎn)了，到此完成組裝，安裝過(guò)程要對(duì)各個(gè)軸承進(jìn)行緊固。

為說(shuō)明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與齒輪箱輸軸的連接，圖5從側(cè)后方展示有關(guān)連接。圖5左側(cè)是裝配好的齒輪箱與發(fā)電機(jī)的組合體。把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)后端蓋的軸承安裝在電機(jī)后端蓋上，將后端蓋安裝在發(fā)電機(jī)機(jī)殼后端。齒輪箱輸出軸是插入轉(zhuǎn)子軸內(nèi)孔，將輸出軸法蘭與電機(jī)轉(zhuǎn)子軸法蘭用螺栓連接。

圖6是組裝好的半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)剖視圖。

圖7是這個(gè)半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)外觀圖，齒輪箱配有潤(rùn)滑油泵，大型機(jī)組會(huì)有多個(gè)潤(rùn)滑油泵，同用或備用，油泵包括油過(guò)濾器。潤(rùn)滑油散熱通過(guò)熱交換器，用風(fēng)扇降溫。超大型機(jī)組的散熱裝置采用油與水的熱交換器，帶走熱量的冷卻水送到機(jī)艙罩上部的風(fēng)冷熱交換器冷卻。

發(fā)電機(jī)散熱通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)氣體冷卻，熱氣體通過(guò)熱交換器降溫，對(duì)熱交換器散熱通過(guò)散熱風(fēng)機(jī)吹走熱量，本模型采用這種方式冷卻。超大型機(jī)組采用水冷，水帶走熱交換器的熱量，熱水再通過(guò)風(fēng)冷熱交換器對(duì)水進(jìn)行冷卻，通常這個(gè)風(fēng)冷熱交換器與潤(rùn)滑油的風(fēng)冷熱交換器一同安裝在機(jī)艙罩上部后端。

圖8是半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)后方外觀圖。

下面是半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)總成動(dòng)畫。

3. 半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

輪轂直接安裝在半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入軸法蘭（齒輪箱接輪轂法蘭）上，組成超緊湊型機(jī)型。

將半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在機(jī)艙機(jī)座上，機(jī)艙內(nèi)偏航系統(tǒng)與其他輔助設(shè)備與普通水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相同，將機(jī)艙吊上塔架安裝。安裝葉片。圖9是安裝好的緊湊型集成式半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組示意圖。

緊湊型集成式半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在10MW以下的風(fēng)力機(jī)使用較多。

對(duì)于大型的半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，為應(yīng)對(duì)重力、軸向力、各方向的扭曲力，需要有專門的主軸來(lái)承擔(dān)這些載荷。主軸位于輪轂與齒輪箱之間，主軸的布置形式可以采用普通風(fēng)力機(jī)常用的形式，主軸的前端通過(guò)主軸軸承安裝在機(jī)座上，主軸后端通過(guò)脹緊套連接齒輪箱輸入軸，結(jié)構(gòu)形式如圖1的（b）圖。

在超大型風(fēng)力機(jī)中，為好的應(yīng)對(duì)超強(qiáng)載荷與扭曲力，在主軸前端與后端都有軸承支撐，主軸是大直徑空心結(jié)構(gòu)，主軸前端法蘭接輪轂的法蘭，主軸后端法蘭接齒輪箱一級(jí)行星架軸法蘭。圖10中顯示了半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)外接主軸的的狀態(tài)，圖中對(duì)主軸、主軸軸承座、主軸軸承進(jìn)行了剖開顯示。主軸前后端各安裝有單列圓錐滾子軸承，二個(gè)軸承安裝在主軸承座內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)稱為TRB+TRB結(jié)構(gòu)（TRB是單列圓錐滾子軸承），圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)見(jiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的軸承課件。

由于整個(gè)主軸與軸承座為一個(gè)整體，整體剛度好，能應(yīng)對(duì)復(fù)雜的載荷形式。10MW風(fēng)電機(jī)主軸軸承座外徑超過(guò)3m，軸承座是封閉的箱體，可減少鹽霧與沙塵對(duì)軸承與主軸的侵蝕。
主軸后端法蘭接齒輪箱一級(jí)行星架軸法蘭。圖11中顯示了半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)外接主軸的的狀態(tài)，圖中對(duì)主軸、主軸軸承座、主軸軸承進(jìn)行了剖開顯示。一些超大型機(jī)組主軸與齒輪箱采用大型撓性聯(lián)軸器連接。

圖12是裝在機(jī)座上的有外主軸的半直驅(qū)發(fā)電機(jī)。在主軸軸承座前端裝有風(fēng)輪鎖定裝置，鎖定盤在主軸前端，盤上有多個(gè)鎖定孔；在機(jī)座前端裝有鎖定銷機(jī)構(gòu)，當(dāng)鎖定銷頭插入鎖定孔時(shí)，主軸被鎖定不能轉(zhuǎn)動(dòng)。

一個(gè)超大型半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安裝過(guò)程大致是這樣的，把帶主軸的半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝在機(jī)艙底座上，安裝好機(jī)艙內(nèi)其他設(shè)備，安裝機(jī)艙罩；把安裝好的機(jī)艙吊到塔架上安裝好，把輪轂（帶整流罩）安裝在主軸前端法蘭上，把3個(gè)葉片依次安裝在輪轂上。圖13是安裝好的半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的示意圖（沒(méi)有上機(jī)艙罩）。

在超大型機(jī)組的齒輪箱與發(fā)電機(jī)散出的熱量很大，不能直接排放到機(jī)艙內(nèi)，要排到機(jī)艙外。齒輪箱上方的熱交換器將油的熱量傳遞給水，水泵將熱水通過(guò)水管泵到機(jī)艙外的散熱器。同樣發(fā)電機(jī)上方的熱交換器將電機(jī)內(nèi)循環(huán)的熱空氣的熱量傳遞給水，水泵將熱水通過(guò)水管泵到機(jī)艙外的散熱器。熱水通過(guò)機(jī)艙上方的散熱器降溫后再返回機(jī)艙內(nèi)的熱交換器，水是通過(guò)管道循環(huán)使用的。機(jī)艙上方的散熱器面積大，可直接利用自然風(fēng)散熱，有些散熱器還加了風(fēng)扇加強(qiáng)散熱。圖4是安裝有機(jī)艙外散熱器的風(fēng)力機(jī)組照片，測(cè)風(fēng)裝置安裝在散熱器上方。

由于更長(zhǎng)更大的葉片在旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)從更大面積的風(fēng)中提取能量，從而產(chǎn)生更多的電力；機(jī)組越大，單位平均每度電成本越低，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)越來(lái)越大，這些超大型機(jī)組均采用半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。2023年07月，由三峽集團(tuán)與金風(fēng)聯(lián)合研制的16MW超大容量海上風(fēng)電機(jī)組成功實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。風(fēng)電機(jī)組海面以上輪轂中心高度達(dá)152米，葉片長(zhǎng)123米，葉輪掃風(fēng)面積約5萬(wàn)平方米，是當(dāng)時(shí)最大的在運(yùn)行半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。隨后金風(fēng)20MW已下線制造。

我國(guó)明陽(yáng)智能集團(tuán)早已批量生產(chǎn)多種規(guī)格的超大型半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；據(jù)2024年10月報(bào)道，上海東方電氣已研制出26MW的海上風(fēng)電機(jī)組，并已下線，輪轂中心設(shè)計(jì)高度185米，葉輪直徑超過(guò)310米，掃風(fēng)面積超過(guò)7.7萬(wàn)平方米。

從技術(shù)與工藝上制造30MW半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)已沒(méi)問(wèn)題。但陸上風(fēng)力機(jī)組由于道路運(yùn)輸與安裝問(wèn)題，一般不超過(guò)10MW，山區(qū)多半為5MW左右。而海上風(fēng)力機(jī)組面臨高成本，固定式海上風(fēng)電單位千瓦造價(jià)為陸上風(fēng)電的2至3倍，遠(yuǎn)海漂浮式風(fēng)電單位千瓦造價(jià)比固定式海上風(fēng)電又要翻倍。由于葉片的質(zhì)量是風(fēng)電機(jī)組高效運(yùn)行與安全的保證，隨著葉片長(zhǎng)度超過(guò)百米，已接近材料的極限強(qiáng)度，其制造難度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，葉片的損壞已占風(fēng)力機(jī)故障率的一半。這些都是超大型機(jī)組發(fā)展的瓶頸。