传动系统用来连接风轮与发电机，将风轮产生的机械转矩传递给发电机，同时实现转速的变化。图4-32所示为目前风电机组较多采用的一种带齿轮箱风电机组的传动系统结构示意图。传动机构包括风轮主轴（低速轴）、齿轮箱、联轴器及机械刹车制动装置等部件。整个传动系统和发电机安装在主机架上。作用在风轮上的各种气动载荷和重力载荷通过主机架及偏航系统传递给塔架。
图4-32 GEL1500风电机组传动系统结构示意图
由于叶尖速比的限制，风轮的转速较低。例如，一般大型风力机的转速为15r／min或更低，直径8m的风力机转速在200r／min左右。但是，对于大型水平轴风力机而言，因发电机不能太重，要求发电机极对数少，转速尽可能高。所以，需要中间增设一个齿轮箱，以达到发电机所需的工作转速。但在风力机的设计过程中，一般对齿轮箱、发电机都不做详细的设计，而只是计算出所需的功率、转速及型号，向有关的厂家选购。最好是确定为已有的定型产品，可取得最经济的效果；否则就需要自己设计或委托有关厂家设计，然后试制及生产。
4.2.9.1 传动系统布置
传统的采用齿轮增速的风力发电机组传动系统按主轴轴承的支撑方式以及主轴与齿轮箱的相对位置进行分类，主要有“两点式”“三点式”“一点式”和“内置式” 四种。
1.“两点式”布置
如图4-33所示，与风轮连接的主轴用两个轴承座支撑，其中靠近轮毂的轴承作为固定端，以便承受风轮的推力；另一个轴承作为浮动端，以便主轴在温度变化引起长度变动时轴向能够移动，避免结构产生过大的胀缩应力。主轴末端与齿轮箱的输入轴通常用胀紧套联轴器连接。齿轮箱的扭力臂作为辅助支撑，或通过销轴弹性套与机架相连接，或通过弹性垫与机舱底座连接，两点式传动系统布置实物图如图4-34所示。使用弹性套或弹性垫的目的是消振和减少噪声。这样除了扭矩以外，主轴不会将其他荷载传给齿轮箱。
图4-33 两点式传动系统布置
图4-34 两点式传动系统布置实物图
有的风力发电机组将主轴的两个轴承座做成一体，这样可减少构件的数量，便于在机舱装配前，预先将主轴、轴承和支座，甚至包括变桨距机构进行组合，以减少机舱装配周期。有的则将主轴装入齿轮箱内，做成一体化的形式。
“两点式”布置让主轴及其轴承承受风轮的大部分载荷，减少风轮载荷突变对齿轮箱的影响，在传统的水平轴齿轮箱增速性的机组上应用较多，其稳定性优于其他几种布置形式。但由于轴系较长，增大了机舱的体积和重量。机组功率越大，随着主轴直径和长度的增大，机舱布置和吊装难度也随之加大。
2.“三点式”布置
“三点式”布置实际上是在“两点式”的基础上省去一个主轴的轴承，由主轴前端轴承和齿轮箱两侧的支架组成所谓的“三点式”布置，既缩短轴向尺寸，又简化了结构，如图4-35所示。
图4-35 “三点式”传动系统布置
主轴上只有一个前轴承，另外两个支撑点设置在齿轮箱上，主轴与齿轮箱的低速轴常采用胀紧套刚性连接。齿轮箱除承受主轴传递的扭矩以外，还要承受平衡风轮重力等形成的支反力，因此必须适度提高齿轮箱的承载能力。通常在齿轮箱两个支点处加装减振弹性套或垫块，以减轻振动，降低噪声水平。“三点式”布置实例如图4-36所示。
图4-36 “三点式”传动系统布置实例
3.“一点式”布置(www.xing528.com)
“一点式”布置不使用主轴，风轮法兰直接通过一个大轴承支撑在机架上，通常轴承外圈与主机架连接，轴承内圈与齿轮箱输入轴连接，如图4-37所示，风轮载荷通过轴承传递到机架上。齿轮箱的输入轴不会因为弯曲力矩而产生变形，齿轮箱箱体两侧的扭矩臂作为辅助支撑，通过弹性套或弹性垫与机架相连。
图4-37 “一点式”轴系布置
另一种“一点式”布置方式如图4-38所示。齿轮箱箱体与机舱支架做成一体，整个传动装置更加紧凑，但传动链的前轴承、齿轮箱和箱架合一的机架结构设计难度加大，并且对零部件的强度和性能要求都有所提高。
图4-38 紧凑型“一点式”轴系布置
4.“内置式”布置
“内置式”布置是指主轴、主轴承与齿轮箱集成在一起，主轴内置于齿轮箱内，主轴与第一级行星轮采用花键或过盈连接，风轮载荷通过箱体传到主机架上，如图4-39所示。这种传动方案的特点是结构紧凑，风轮与主轴装配方便，主轴承内置在齿轮箱中，采用的是集中强制润滑，润滑效果好，现场安装和维护工作量小。但齿轮箱外形尺寸和重量大，制造成本相对较高。此外，风轮载荷直接作用在齿轮箱箱体上，对齿轮和轴承的运转影响较大。
图4-39 内置式布置
4.2.9.2 直驱型风力发电机组传动系统布置
直驱型风力发电机组的发电机分为外转子和内转子两种形式。当采用外转子发电机时，风轮一般直接与转子法兰盘相连，如图4-40所示，外转子直接由风轮轮毂驱动，由于转速较低，支撑轴承可采用润滑脂润滑，简化了机舱结构，更便于维护。
图4-40 直驱型风力发电机组传动系统布置
当发电机采用内转子发电机时，风轮也直接驱动转子，连接在与发电机转子相连的主轴上。发电机只承受风轮传来的扭矩，不承受其他载荷，实际制造相对简单，发电机成本相对较低。
直驱式机组采用永磁或励磁同步发电机，机构相对简单，但结构庞大，运输和吊装都十分困难，对更大功率的机组，倾向于采用增加齿轮传动的所谓“半直驱”方式。
4.2.9.3 半直驱型风力发电机组传动系统布置
“半直驱”意指采用比传统机组齿轮增速较小的齿轮增速装置（如速比10∶1），使发电机的级数减少，从而缩小发电机的尺寸，便于运输和吊装。发电机转速在传统齿轮增速型机组和直驱型机组之间，故称“半直驱动”。
半直驱型风力发电机组的发电机一般采用内转子形式，风轮直接连接到输入轴法兰盘上，通过齿轮副将动力传递到发电机。该布置方式相对于直驱型来说，由于增加了齿轮副增速，使发电机能够缩小外形尺寸，结构更加紧凑，从而减小了机舱体积，便于运输和吊装。图4-41所示的半直驱型机组的风轮轮毂通过内齿圈驱动三个功率分流小齿轮增速，将动力传至与发电机主轴相连的中心轮使发电机转子旋转发电。
图4-41 半直驱型传动系统布置
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