随着全球能源短缺和环境污染,助推了可再生能源和新能源的开发利用。风能作为一种清洁的可再生资源,具有储量巨大,分布广,无污染等诸多优点,已成为世界各国新能源发展的重要方向。目前水平轴风力发电机遍布全国各地,但其多建设于风资源丰富的地域,由于风轮所需启动风速较大无法适用于低风速地域,且由于发电机、齿轮箱等位于高空,安装和维修成本较高,齿轮箱的存在也一定程度上降低了传动效率,导致发电效率降低,同时由于塔架和叶片的位置较高,如遇台风天气可靠性难以保证。论文对现有的水平轴风力发电机进行改进,旨在设计出一种启动风速小、成本低、发电效率高、可靠性高的适于低风速地域的风力发电机。1.提出转轮直驱式的风力发电机的总体方案。通过对水平轴风力发电机的工作原理、优缺点及低风速地域存在问题进行分析与研究,建立水平轴风力发电机的功能模型,并确定问题所在的根本原因,应用TRIZ技术冲突理论将问题用通用工程参数表示,根据冲突矩阵找到相应的发明原理,应用合适的发明原理对原有的水平轴风力发电机进行改进,进而提出转轮直驱式风力发电机的总体方案。2.以TRIZ理论的改进方案,对转轮直驱式风力发电机的风轮、销齿传动、挤轮和塔架进行了具体参数和结构设计,最终得到转轮直驱式风力发电机的整体结构。3.运用ANSYS软件对销齿传动进行模态分析,确定其固有频率,通过与销齿传动的啮合频率对比,结果表明不会产生共振,保证了传动的稳定性。通过ANSYS瞬态动力学分析方法分析销齿啮合过程中的等效应力与接触应力情况,确定了传动过程中的最大应力及其位置,并进行强度校核,保证了传动的可靠性。4.通过对风力发电机的风况分析确定切出风速和极端风速两种载荷工况,并对塔架进行受力分析,运用ANSYS软件对塔架进行静力分析和流-固耦合分析,得到两种工况下塔架的变形和应力分布情况,且最大应力和变形均满足许用要求。运用ANSYS软件对塔架进行不考虑集中质量和考虑集中质量的模态分析,得到了塔架的固有频率和模态振型,结果表明在考虑风轮等质量后塔架的固有频率有所降低,通过与风轮转速频率和叶片数倍频对比,不会产生共振现象。最后通过对塔架的谐响应分析,得到塔架顶端不同频率下的位移响应,验证了风轮转速频率应避开固有频率以保证塔架安全可靠。