專利名稱：用于風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體涉及風(fēng)力渦輪機(jī)的傳動(dòng)系(drive train)，并且具體而言涉及包含在風(fēng)力渦輪機(jī)的傳動(dòng)系中的齒輪箱(gearbox)。此外，本公開大體涉及用于傳遞扭矩的方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)作為環(huán)境安全且可靠的能源越來越重要。風(fēng)力渦輪機(jī)典型地包括具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片和輪轂的轉(zhuǎn)子以用于將來風(fēng)能量(incoming wind energy)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂的旋轉(zhuǎn)傳遞到連接到機(jī)械齒輪箱的輸入軸上的主轉(zhuǎn)子軸上。機(jī)械齒輪箱的輸出軸連接到發(fā)電機(jī)上，發(fā)電機(jī)適于將來自機(jī)械齒輪箱的機(jī)械旋轉(zhuǎn)能輸出轉(zhuǎn)換成電能。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述，設(shè)置了一種齒輪箱裝置，其適于將在第一轉(zhuǎn)速下的第一扭矩轉(zhuǎn)換成在第二轉(zhuǎn)速下的第二扭矩，該齒輪箱裝置包括適于輸入第一扭矩的空心齒輪箱輸入軸、 至少部分地布置在空心齒輪箱輸入軸內(nèi)且適于將第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)速的傳輸單元 (transmissionunit)，以及適于輸出第二扭矩的齒輪箱輸出軸。根據(jù)另一方面，設(shè)置了一種風(fēng)力渦輪機(jī)，其包括轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)以及連接到轉(zhuǎn)子上且適于將在第一轉(zhuǎn)速下的第一扭矩轉(zhuǎn)換成在第二轉(zhuǎn)速下的第二扭矩的齒輪箱裝置，該齒輪箱裝置包括聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上且適于輸入第一扭矩的空心齒輪箱輸入軸、布置在空心齒輪箱輸入軸內(nèi)且適于將第一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)速的傳輸單元，以及適于輸出第二扭矩的齒輪箱輸出軸ο根據(jù)又一方面，設(shè)置了一種齒輪箱裝置，其適于將在低轉(zhuǎn)速下的第一扭矩轉(zhuǎn)換成在高轉(zhuǎn)速下的第二扭矩，該齒輪箱裝置包括具有內(nèi)腔且適于輸入第一扭矩的低速輸入軸、 適于將低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成高轉(zhuǎn)速且適于至少部分地安裝在低速輸入軸的內(nèi)腔中的至少一個(gè)行星傳動(dòng)器，以及適于輸出第二扭矩的高速輸出軸。另外的示例性實(shí)施例根據(jù)從屬權(quán)利要求、描述以及附圖。


在說明書的其余部分中(包括參照附圖)更具體地闡述了對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員做出的完整且能夠?qū)嵤┑墓_內(nèi)容，包括其最佳模式，其中圖1顯示了根據(jù)典型實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖；圖2示出了包括機(jī)械齒輪箱的風(fēng)力渦輪機(jī)的傳動(dòng)系的構(gòu)件；圖3示出了根據(jù)典型實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)的傳動(dòng)系，其中，風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱容納在空心轉(zhuǎn)子軸內(nèi)；圖4是根據(jù)典型實(shí)施例的在齒輪箱中使用的行星傳動(dòng)器的截面圖；圖5是根據(jù)典型實(shí)施例的單級(jí)行星傳動(dòng)器的縱截面圖6是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的兩級(jí)行星傳動(dòng)器的截面圖；圖7是根據(jù)又一個(gè)典型實(shí)施例的三級(jí)行星傳動(dòng)器的截面圖；以及圖8是示出了用于借助于行星傳動(dòng)器將在第一轉(zhuǎn)速下的第一扭矩轉(zhuǎn)換成在第: 轉(zhuǎn)速下的第二扭矩的方法的流程圖。部件列表100風(fēng)力渦輪機(jī)101 轉(zhuǎn)子葉片102 塔架(tower)103 機(jī)器機(jī)艙(nacelle)104 輪轂105 風(fēng)向106 偏航角107豎直軸線108 槳距角109轉(zhuǎn)子葉片軸線110齒輪箱111 偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(yaw drive system)112 轉(zhuǎn)子軸113 發(fā)電機(jī)114齒輪箱輸出軸115轉(zhuǎn)子軸腔200行星傳動(dòng)器201空心齒輪箱輸入軸202齒輪箱輸出軸203 行星齒輪204 太陽齒輪205 外環(huán)齒輪206行星齒輪支承件207 中心齒輪箱軸線208 行星架301 輸入轉(zhuǎn)速
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將對(duì)多種示例性實(shí)施例作出詳細(xì)參照，這些實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例在附圖中有所說明。各個(gè)實(shí)例提供來作為闡述而不意圖作為限制。例如，示出或描述為一個(gè)實(shí)施例的一部分的特征可用在其它實(shí)施例上，或者結(jié)合其它實(shí)施例來使用，以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。 意圖的是本公開包括這種修改和變型。下面將對(duì)若干個(gè)實(shí)施例進(jìn)行闡述。在這種情況下，相同的結(jié)構(gòu)特征由附圖中的相同參考標(biāo)號(hào)標(biāo)示。附圖中所示的結(jié)構(gòu)未按比例描繪，而是僅用于更好地理解實(shí)施例。
圖1是根據(jù)典型實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)100的說明性側(cè)視圖。風(fēng)力渦輪機(jī)包括塔架102，該塔架102典型地沿著豎直軸線107定向。風(fēng)力渦輪機(jī) 100的機(jī)器機(jī)艙103可旋轉(zhuǎn)地安裝在塔架102的頂部。可通過包含在機(jī)器機(jī)艙103中的偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)111來使機(jī)器機(jī)艙103旋轉(zhuǎn)，以便關(guān)于來風(fēng)方向105引導(dǎo)風(fēng)力渦輪機(jī)100的機(jī)器機(jī)艙103和整個(gè)傳動(dòng)系。圖1中示意性地示出了風(fēng)力渦輪機(jī)100的傳動(dòng)系。傳動(dòng)系包括具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片101和輪轂104的轉(zhuǎn)子。風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子連接到轉(zhuǎn)子軸112上，從而使得，基于來風(fēng) 105，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)且基于來風(fēng)105的速度提供機(jī)械旋轉(zhuǎn)能。為了使轉(zhuǎn)子軸112的旋轉(zhuǎn)頻率適于來風(fēng)105的強(qiáng)度或速度，可調(diào)節(jié)單獨(dú)轉(zhuǎn)子葉片101的槳距角108。這種槳距角調(diào)節(jié)是使單獨(dú)轉(zhuǎn)子葉片101繞著其縱向軸線109旋轉(zhuǎn)。這里要注意，雖然顯示了轉(zhuǎn)子具有三個(gè)單獨(dú)轉(zhuǎn)子葉片101，但是可設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片來將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子軸112的旋轉(zhuǎn)能。轉(zhuǎn)子軸連接到齒輪箱110的輸入軸上，該齒輪箱110以機(jī)械的方式將轉(zhuǎn)子軸112 的轉(zhuǎn)速(低速側(cè))轉(zhuǎn)變成在齒輪箱輸出軸114處的旋轉(zhuǎn)輸出速度(高速側(cè))。齒輪箱輸出軸114連接到發(fā)電機(jī)113上，以用于將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成用于功率供應(yīng)的電能。根據(jù)典型實(shí)施例，將參照?qǐng)D3、5、6和7闡述包括至少一個(gè)行星傳動(dòng)器的機(jī)械齒輪箱可設(shè)計(jì)成使得其幾乎不消耗安裝空間，從而使得可減小齒輪箱110的總重量并且從而減小整個(gè)機(jī)器機(jī)艙103的總重量。偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)111用于改變偏航角106，從而使得可關(guān)于風(fēng)向105而調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)的傳動(dòng)系。圖2示出了具有輸入軸和齒輪箱輸出軸114的齒輪箱110，輸入軸典型地為風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軸112。齒輪箱可設(shè)計(jì)成例如用于高速范圍或用于中速范圍，其中，速度范圍與風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱裝置的齒輪箱輸出軸的轉(zhuǎn)速即轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)相關(guān)。此外，與高速齒輪箱相比，中速齒輪箱的齒輪比將更低。典型地，齒輪箱將根據(jù)應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)中的發(fā)電機(jī)概念來選擇。例如，高速發(fā)電機(jī)典型地具有約1500rpm的額定速度，使得與這些發(fā)電機(jī)一起使用的高速齒輪箱典型地具有IO2的等級(jí)(order)的齒輪比。相反，中速發(fā)電機(jī)具有顯著更低的速度，使得與這些中速發(fā)電機(jī)一起使用的中速齒輪箱典型地具有IO1的等級(jí)(即比高速齒輪箱低一個(gè)數(shù)量等級(jí))的齒輪比。輸入軸112為轉(zhuǎn)子軸或連接到風(fēng)力渦輪機(jī)100(圖1)的輪轂上，在輪轂處低轉(zhuǎn)速盛行(prevail)。盛行的低轉(zhuǎn)速典型地在Orpm (轉(zhuǎn)每分鐘)至30rpm的范圍中。在齒輪箱 110的輸出側(cè)處，提供更高的轉(zhuǎn)速以用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)113(圖1)。典型地，齒輪箱110可適于在高速范圍中運(yùn)行或在中速范圍中運(yùn)行。這里要注意，用語“速度范圍”涉及齒輪箱輸出軸114的轉(zhuǎn)速。在高速范圍中運(yùn)行的高速齒輪箱110的齒輪箱輸出軸114的轉(zhuǎn)速的范圍典型地可為1200rpm至1800rpm，并且更典型地近似等于1650rpm。另一方面，在中速范圍中運(yùn)行的中速齒輪箱110的齒輪箱輸出軸114的轉(zhuǎn)速的范圍典型地可為IOOrpm至800rpm，并且更典型地為200rpm至700rpm，并且甚至更典型地近似等于600rpm。如上所述，齒輪箱的齒輪比將根據(jù)發(fā)電機(jī)的速度而變化。圖2示出了由齒輪箱110提供的傳輸(transmission)，以使得輸入轉(zhuǎn)速301(低速側(cè)，第一轉(zhuǎn)速)可變換成輸出轉(zhuǎn)速401 (高速側(cè)，第二轉(zhuǎn)速)。反之亦然，在風(fēng)力渦輪機(jī)100的轉(zhuǎn)子處的輸入扭矩302(高扭矩側(cè)，第一扭矩)變換成輸出扭矩402(在發(fā)電機(jī)113處的低扭矩側(cè)，第二扭矩)。這里要注意，在轉(zhuǎn)子軸112和齒輪箱輸出軸114處的扭矩302，402和轉(zhuǎn)速301，401 分別彼此成反比。這里要注意，箭頭301，401和302，402分別指示了轉(zhuǎn)速和扭矩的具體方向。此外，這里要注意，除了風(fēng)力渦輪機(jī)之外，根據(jù)典型實(shí)施例的齒輪箱還可用于其它系統(tǒng)中，例如其中輸入轉(zhuǎn)速高于輸出轉(zhuǎn)速的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。在這種情況下，齒輪箱的輸出和輸入軸互換，即輸入扭矩(在高轉(zhuǎn)速下)施加在軸114處，而在低轉(zhuǎn)速下的輸出扭矩作為輸出提供在軸112處。圖3是根據(jù)典型實(shí)施例的齒輪箱裝置的側(cè)面截面圖。如圖3中所示，由輸入扭矩302在旋轉(zhuǎn)方向301上驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子軸112具有內(nèi)腔115， 例如轉(zhuǎn)子軸112是空心軸?？招妮S的兩個(gè)軸承(在沿著空心軸112的長(zhǎng)度的兩個(gè)位置處) 由參考標(biāo)號(hào)502指示。這些轉(zhuǎn)子軸軸承502提供了風(fēng)力渦輪機(jī)100(見圖1)的整個(gè)轉(zhuǎn)子的
可旋轉(zhuǎn)支承。參考標(biāo)號(hào)115指示了轉(zhuǎn)子軸腔(內(nèi)腔)。轉(zhuǎn)子軸腔115容納了齒輪箱110，齒輪箱 Iio可提供為一個(gè)或多個(gè)級(jí)的行星傳動(dòng)器或帶有螺旋齒輪(helical gear)級(jí)作為多級(jí)齒輪箱的最后的級(jí)。輸出軸即齒輪箱110的齒輪箱輸出軸114可直接連接到發(fā)電機(jī)113(圖 3中的虛線)上。齒輪箱輸出軸114為發(fā)電機(jī)113提供了輸出轉(zhuǎn)速401和輸出扭矩402。因?yàn)辇X輪箱Iio支承在轉(zhuǎn)子軸112的轉(zhuǎn)子軸腔115內(nèi)，所以節(jié)省安裝空間和重量是可行的。風(fēng)力渦輪機(jī)100的整個(gè)轉(zhuǎn)子可由兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸軸承502可旋轉(zhuǎn)地支承。在隨后的圖4，5，6和7中，將對(duì)基于行星傳動(dòng)器的齒輪箱110進(jìn)行更詳細(xì)的描述。 圖4是行星傳動(dòng)器200的截面圖。行星傳動(dòng)器包括由多個(gè)(在這種情況下為四個(gè))行星齒輪203圍繞的中心太陽齒輪204，行星齒輪203與中心太陽齒輪204嚙合。行星齒輪203可旋轉(zhuǎn)地保持在行星架208處，該行星架208連接到行星齒輪支承件206 (在圖4中所示的實(shí)例中的四個(gè)位置處)。四個(gè)行星齒輪203還與外環(huán)齒輪205嚙合， 在風(fēng)力渦輪機(jī)齒輪箱110的情況下，該外環(huán)齒輪205由固定的扭矩接收元件(stationary torque receivingelement) 501 (見下面的圖 5，6 禾口 7)固定。根據(jù)另一個(gè)典型實(shí)施例，行星架208可由扭矩接收元件501固定，并且轉(zhuǎn)子軸112 可使外環(huán)齒輪205旋轉(zhuǎn)。在此實(shí)施例中和在圖4中所示的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子軸112設(shè)置為齒輪箱110的輸入軸，從而使得轉(zhuǎn)子扭矩可分別傳遞到齒輪箱和齒輪箱110的輸出軸114。但是這里要注意，根據(jù)典型實(shí)施例的行星傳動(dòng)器可反過來操作，即輸入和輸出機(jī)構(gòu)可彼此替換，雖然這未在圖中示出。根據(jù)可與本文所述的其它實(shí)施例結(jié)合的這種實(shí)施例， 軸112可設(shè)置為齒輪箱110的輸出軸，從而使得輸入扭矩可分別施加在齒輪箱軸114處，并且可傳遞到輸出側(cè)。在這種情況下，在齒輪箱輸出處的輸出轉(zhuǎn)速低于施加在齒輪箱軸114 處的輸入轉(zhuǎn)速。此外，這里要注意，可通過轉(zhuǎn)子來施加不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)扭矩起作用的橫向和軸向力。根據(jù)又一個(gè)典型實(shí)施例，這些橫向和軸向力由輸入軸112承受(take up)，輸入軸112 由兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸軸承502可旋轉(zhuǎn)地支承，見圖6和7。這些轉(zhuǎn)子軸軸承502可高效地吸收通過輸入軸112施加的橫向和軸向力。
如下面將參照?qǐng)D5所描述的那樣，轉(zhuǎn)子軸112使行星齒輪支承件206旋轉(zhuǎn)，其中， 外環(huán)齒輪205不旋轉(zhuǎn)。這導(dǎo)致與行星齒輪203嚙合的太陽齒輪204旋轉(zhuǎn)，從而使得在齒輪箱輸出軸202處的輸出轉(zhuǎn)速大于施加在行星齒輪支承件206處的輸入轉(zhuǎn)速。此外，雖然未在圖5中示出，但是可行的是，在轉(zhuǎn)子軸112使外環(huán)齒輪205旋轉(zhuǎn)時(shí)行星齒輪支承件206不旋轉(zhuǎn)(由扭矩接收元件501保持和固定)。這也導(dǎo)致與行星齒輪203 嚙合的太陽齒輪204旋轉(zhuǎn)，從而使得在齒輪箱輸出軸202處的輸出轉(zhuǎn)速大于施加在行星齒輪支承件206處的輸入轉(zhuǎn)速。圖5是行星傳動(dòng)器200的示意性側(cè)面截面圖，該行星傳動(dòng)器200分別至少部分地容納在空心齒輪箱輸入軸201或轉(zhuǎn)子軸112(見上文)的轉(zhuǎn)子軸腔115中。示意性地顯示了行星齒輪支承件206與空心齒輪箱輸入軸201連接?？招凝X輪箱輸入軸201典型地在低速側(cè)處，即在低轉(zhuǎn)速盛行的側(cè)邊處，空心齒輪箱輸入軸201因此被稱為低速輸入軸，其中， 齒輪箱輸出軸可稱為高速輸出軸，其可連接到發(fā)電機(jī)上。本文在上面參照?qǐng)D4所描述的外環(huán)齒輪205借助于扭矩接收元件501來固定(不旋轉(zhuǎn))。如果空心齒輪箱軸201旋轉(zhuǎn)，則齒輪箱輸出軸202旋轉(zhuǎn)(在相同方向上)，其中，齒輪箱輸出軸202的轉(zhuǎn)速高于空心齒輪箱輸入軸201的轉(zhuǎn)速。根據(jù)典型實(shí)施例，至少一個(gè)行星傳動(dòng)器200可用作使發(fā)電機(jī)113的轉(zhuǎn)速(高速側(cè)) 適于風(fēng)力渦輪機(jī)100的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(低速側(cè))的機(jī)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的軸線可沿著公共軸線定向或甚至可與中心齒輪箱軸線207重合。如可從圖5的示意圖看到的那樣，一個(gè)或多個(gè)行星傳動(dòng)器200可容納在空心齒輪箱輸入軸201的轉(zhuǎn)子軸腔115內(nèi)。因此，節(jié)省風(fēng)力渦輪機(jī)100的機(jī)器機(jī)艙103的安裝空間
和重量是可行的。行星齒輪203的數(shù)量不限于如本文在上面參照?qǐng)D4所示的四個(gè)行星齒輪，而是任何數(shù)量的行星齒輪203可用于行星傳動(dòng)器200內(nèi)，只要有足夠的空間可用。空心齒輪箱輸入軸201可設(shè)置為風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子軸112。在這種情況下，轉(zhuǎn)子軸112具有較大的彎曲剛度。因?yàn)樾行莻鲃?dòng)器本身在設(shè)計(jì)上是緊湊的且包括公共的同軸軸線207，所以如果行星傳動(dòng)器200的構(gòu)件安裝在轉(zhuǎn)子軸腔115內(nèi)的話則可節(jié)省安裝空間。圖5示出了布置在轉(zhuǎn)子軸腔115內(nèi)的單級(jí)行星傳動(dòng)器。但是，將兩級(jí)、三級(jí)以及多級(jí)行星傳動(dòng)器200接連地 (successively)布置在空心齒輪箱輸入軸201內(nèi)是可行的。在這種情況下，各個(gè)行星傳動(dòng)器200的相應(yīng)的外環(huán)齒輪205可連接到扭矩接收元件501上，該扭矩接收元件501彈性地支承在例如風(fēng)力渦輪機(jī)100的機(jī)器機(jī)艙103的底板處。圖6是根據(jù)典型實(shí)施例的布置在風(fēng)力渦輪機(jī)100的齒輪箱110內(nèi)的兩級(jí)行星傳動(dòng)器的縱截面圖。轉(zhuǎn)子軸112用作用于兩級(jí)行星傳動(dòng)器的容納件。如本文在上面參照?qǐng)D5所示出的那樣，行星傳動(dòng)器503，504的兩個(gè)級(jí)，即第一級(jí)行星傳動(dòng)器503和第二級(jí)行星傳動(dòng)器 504的相應(yīng)的外環(huán)齒輪205借助于扭矩接收元件501來固定，從而使得相應(yīng)的外環(huán)齒輪205 不旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)部件包括行星齒輪支承件206 (第一級(jí))和第二級(jí)行星齒輪支承件603。因此，第一級(jí)的與行星齒輪203嚙合的太陽齒輪204被驅(qū)動(dòng)，從而使得第一級(jí)行星傳動(dòng)器503的輸出轉(zhuǎn)速高于施加在第一級(jí)的行星齒輪支承件206處的輸入轉(zhuǎn)速。第二級(jí)行星傳動(dòng)器504的與第二級(jí)的第二級(jí)行星齒輪601嚙合的第二級(jí)太陽齒輪602被驅(qū)動(dòng)，從而使得第二級(jí)行星傳動(dòng)器504的輸出轉(zhuǎn)速大于施加在第二級(jí)行星齒輪支承件603處的輸入轉(zhuǎn)速。圖7是根據(jù)另一個(gè)典型實(shí)施例的布置在風(fēng)力渦輪機(jī)100的齒輪箱110內(nèi)的三級(jí)行星傳動(dòng)器的側(cè)面截面圖。轉(zhuǎn)子軸112用作用于三級(jí)行星傳動(dòng)器的容納件。行星傳動(dòng)器503、 504和505的三個(gè)級(jí)，即第一級(jí)行星傳動(dòng)器503、第二級(jí)行星傳動(dòng)器504以及第三級(jí)行星傳動(dòng)器505的相應(yīng)的外環(huán)齒輪205借助于扭矩接收元件501來固定，從而使得相應(yīng)的外環(huán)齒輪205不旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)部件包括行星齒輪支承件206(第一級(jí))、第二級(jí)行星齒輪支承件603 以及第三級(jí)行星齒輪支承件703。因此第一級(jí)的與行星齒輪203嚙合的太陽齒輪204被驅(qū)動(dòng)，從而使得第一級(jí)行星傳動(dòng)器503的輸出轉(zhuǎn)速大于施加在行星齒輪支承件206處的輸入轉(zhuǎn)速。第二級(jí)行星傳動(dòng)器 504的與第二級(jí)的第二級(jí)行星齒輪601嚙合的第二級(jí)太陽齒輪602被驅(qū)動(dòng)，從而使得第二級(jí)行星傳動(dòng)器504的輸出轉(zhuǎn)速大于施加在第二級(jí)行星齒輪支承件603處的輸入轉(zhuǎn)速。此外， 第三級(jí)行星傳動(dòng)器505的與第三級(jí)的第三級(jí)行星齒輪701嚙合的第三級(jí)太陽齒輪702被驅(qū)動(dòng)，從而使得第三級(jí)行星傳動(dòng)器505的輸出轉(zhuǎn)速大于施加在第三級(jí)行星齒輪支承件703處的輸入轉(zhuǎn)速。這里要注意，雖然未在圖6和7以及相關(guān)聯(lián)的描述中詳細(xì)敘述，但是單個(gè)第一級(jí)、 第二級(jí)以及第三級(jí)行星傳動(dòng)器503、504和505的運(yùn)行和構(gòu)件彼此相似。如可從圖6中看到的那樣，僅設(shè)置了兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸軸承502(要注意，圖6和7中的空心圓表示軸承，例如滾子軸承)，以便可旋轉(zhuǎn)地保持轉(zhuǎn)子軸112，并且根據(jù)典型實(shí)施例，還使轉(zhuǎn)子軸112與風(fēng)力渦輪機(jī)100的包括輪轂104和至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片101的轉(zhuǎn)子保持在一起。因此，形成風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱110的第一級(jí)行星傳動(dòng)器503和第二級(jí)行星傳動(dòng)器504接收在轉(zhuǎn)子軸112的內(nèi)腔即轉(zhuǎn)子軸腔115 (見上文)內(nèi)，該轉(zhuǎn)子軸112在風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子的第一轉(zhuǎn)速下，即在輸入轉(zhuǎn)速301下旋轉(zhuǎn)。根據(jù)典型實(shí)施例的結(jié)合的傳動(dòng)系基于具有充分的彎曲剛度的大尺寸薄壁式空心轉(zhuǎn)子軸112，其中，多級(jí)行星傳動(dòng)器容納在轉(zhuǎn)子軸112內(nèi)。典型地，轉(zhuǎn)子軸具有兩個(gè)軸承。一方面，轉(zhuǎn)子軸是風(fēng)載荷承載設(shè)計(jì)元件，而另一方面，轉(zhuǎn)子軸112用作行星架。行星傳動(dòng)器的級(jí)可從轉(zhuǎn)子側(cè)裝配到空心軸中，或者如果更適當(dāng)?shù)脑挘谝缓涂赡艿?eventually)另外行星傳動(dòng)器可從轉(zhuǎn)子側(cè)裝配，而隨后的行星傳動(dòng)器可從發(fā)電機(jī)側(cè)裝配。內(nèi)部齒輪扭矩支承結(jié)構(gòu)連接到外部扭矩臂上，例如位于發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)子軸安裝件之后的扭矩接收元件501。此外，內(nèi)齒輪結(jié)構(gòu)和扭矩臂形成為單個(gè)結(jié)構(gòu)元件是可行的。通過將整個(gè)多級(jí)行星傳動(dòng)器安裝在內(nèi)部中即安裝在轉(zhuǎn)子軸112的轉(zhuǎn)子軸腔115中，可行的是，減小風(fēng)力渦輪機(jī) 100的傳動(dòng)系的長(zhǎng)度和重量并且因此減小風(fēng)力渦輪機(jī)100的機(jī)器機(jī)艙103的長(zhǎng)度和重量。這些優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致對(duì)于機(jī)器機(jī)艙103的更低的生產(chǎn)成本和潛在地更低的裝配成本。此外，可省略轉(zhuǎn)子軸112和齒輪箱110之間的聯(lián)接件。轉(zhuǎn)子軸112用作對(duì)于兩級(jí)行星傳動(dòng)器 (圖6)或三級(jí)行星傳動(dòng)器(圖7)的固定罩殼。圖8是示出用于將在第一轉(zhuǎn)速下的第一扭矩轉(zhuǎn)換成在第二轉(zhuǎn)速下的第二扭矩的方法的流程圖。在步驟Sl處，開始程序。然后程序前進(jìn)到步驟S2，在步驟S2處，設(shè)置了空心齒輪箱低速軸。在步驟S3處，對(duì)空心齒輪箱低速軸施加第一扭矩。然后，程序前進(jìn)到步驟S4，在步驟S4處，第一轉(zhuǎn)速被轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)速。此轉(zhuǎn)換由布置在空心齒輪箱低速軸內(nèi)的傳輸單元執(zhí)行。在隨后的步驟S5中，第二扭矩(在第二轉(zhuǎn)速下)通過齒輪箱高速軸傳遞。程序在步驟S6處結(jié)束。除了風(fēng)力渦輪機(jī)之外，根據(jù)典型實(shí)施例的齒輪箱還可用于其它系統(tǒng)中，例如其中輸入轉(zhuǎn)速高于輸出轉(zhuǎn)速的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。在這種情況下，齒輪箱的輸出和輸入軸互換，即輸入扭矩(在高轉(zhuǎn)速下)在高速處施加，而在低轉(zhuǎn)速下的輸出扭矩在低速處提供為輸出。風(fēng)力渦輪機(jī)100的齒輪箱110可典型地布置在風(fēng)力渦輪機(jī)100的機(jī)器機(jī)艙103 內(nèi)，機(jī)器機(jī)艙可旋轉(zhuǎn)地安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架102的頂部。因?yàn)闄C(jī)器機(jī)艙103關(guān)于來風(fēng)方向105旋轉(zhuǎn)，所以機(jī)器機(jī)艙103的重量和大小是風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)方面的問題。根據(jù)至少一個(gè)典型實(shí)施例，機(jī)器機(jī)艙103的這種重量和大小可通過使用空心齒輪箱輸入軸201而減小， 空心齒輪箱輸入軸201的內(nèi)腔115至少部分地容納傳輸單元。由容納在機(jī)器機(jī)艙103內(nèi)的齒輪箱110所消耗的安裝空間可減少，從而使得可獲得在軸向上縮短的傳動(dòng)系。此外，可減小傳動(dòng)系的整個(gè)重量。使用根據(jù)至少一個(gè)典型實(shí)施例的齒輪箱裝置，可減小風(fēng)力渦輪機(jī)100的傳動(dòng)系的軸向伸展，因?yàn)閭鬏攩卧闹辽僖徊糠挚扇菁{在輸入軸內(nèi)。與風(fēng)力渦輪機(jī)100的齒輪箱110相關(guān)的另一個(gè)問題是裝配成本。可減小這些成本， 因?yàn)闇p小了構(gòu)件的重量且減少了構(gòu)件的數(shù)量。此外，可在風(fēng)力渦輪機(jī)100的使用壽命期間更換齒輪箱110。因此減小了對(duì)于維護(hù)和傳動(dòng)系更換的成本。本書面描述使用實(shí)例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`所描述的主題，包括實(shí)施和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。雖然在前述內(nèi)容中已公開了各種具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，權(quán)利要求書的精神和范圍允許同等有效的修改。特別地，上面所述的實(shí)施例的相互非排它性特征可彼此結(jié)合?？墒谟鑼＠姆秶蓹?quán)利要求書限定，并且可包括這種修改和本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這種其它實(shí)例具有不異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這種其它實(shí)例包括與權(quán)利要求書的字面語言無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這種其它實(shí)例意圖處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種齒輪箱裝置，其適于將在第一轉(zhuǎn)速(301)下的第一扭矩(30 轉(zhuǎn)換成在第二轉(zhuǎn)速001)下的第二扭矩002)，所述齒輪箱裝置包括空心齒輪箱輸入軸001)，其適于輸入所述第一扭矩(302)；傳輸單元，其至少部分地布置在所述空心齒輪箱輸入軸O01)內(nèi)，并且適于將所述第一轉(zhuǎn)速(301)轉(zhuǎn)換成所述第二轉(zhuǎn)速G01)；以及，齒輪箱輸出軸002)，其適于輸出所述第二扭矩002)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪箱裝置，其特征在于，所述傳輸單元包括至少一個(gè)行星傳動(dòng)器(200)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的齒輪箱裝置，其特征在于，所述傳輸單元包括接合到彼此中的至少兩個(gè)傳輸級(jí)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的齒輪箱裝置，其特征在于，所述傳輸單元包括多級(jí)行星傳動(dòng)器(200)和/或螺旋傳動(dòng)器。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的齒輪箱裝置，其特征在于，所述行星傳動(dòng)器 (200)包括外環(huán)齒輪005)，其具有其向內(nèi)指向的齒；太陽齒輪004)，其適于提供所述輸出扭矩；以及，行星架008)，其具有至少一個(gè)行星齒輪003)，所述至少一個(gè)行星齒輪(20 適于與所述外環(huán)齒輪(20 和所述太陽齒輪(204)嚙合，其中所述外環(huán)齒輪(20 和所述行星架(208)中的至少一個(gè)適于由所述輸入扭矩(302)驅(qū)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的齒輪箱裝置，其特征在于，所述齒輪箱裝置還包括適于接收施加在所述行星架(208)或所述外環(huán)齒輪O05)中的一個(gè)處的扭矩的固定的扭矩接收元件。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的齒輪箱裝置，其特征在于，設(shè)置了至少兩個(gè)軸承 (502)，以用于在沿著所述空心齒輪箱輸入軸O01)的長(zhǎng)度的至少兩個(gè)軸向位置處支承所述空心齒輪箱輸入軸001)。
8.一種齒輪箱裝置，其適于將在低轉(zhuǎn)速下的第一扭矩(30 轉(zhuǎn)換成在高轉(zhuǎn)速下的第二扭矩G02)，所述齒輪箱裝置包括低速輸入軸001)，其具有內(nèi)腔，并且適于輸入所述第一扭矩(302)；至少一個(gè)行星傳動(dòng)器(200)，其適于將所述低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成所述高轉(zhuǎn)速，并且適于至少部分地安裝到所述低速輸入軸O01)的內(nèi)腔中；以及，高速輸出軸002)，其適于輸出所述第二扭矩002)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的齒輪箱裝置，其特征在于，所述行星傳動(dòng)器(200)包括外環(huán)齒輪005)，其具有向內(nèi)指向的齒；太陽齒輪004)，其適于提供所述輸出扭矩；以及，行星架008)，其具有至少一個(gè)行星齒輪003)，并且適于由所述輸入扭矩驅(qū)動(dòng)，所述至少一個(gè)行星齒輪(20 適于與所述外環(huán)齒輪(20 和所述太陽齒輪(204)嚙合。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的齒輪箱裝置，其特征在于，設(shè)置了至少兩個(gè)軸承(502)，以用于在沿著所述低速輸入軸(201)的長(zhǎng)度的至少兩個(gè)軸向位置處支承所述低速輸入軸(201)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱，具體而言，設(shè)置齒輪箱裝置，其適于將在第一轉(zhuǎn)速(301)下的第一扭矩(302)轉(zhuǎn)換成在第二轉(zhuǎn)速(401)下的第二扭矩(402)。該齒輪箱裝置包括適于輸入第一扭矩(302)的空心齒輪箱輸入軸(201)、至少部分地布置在空心齒輪箱輸入軸(201)內(nèi)且適于將第一轉(zhuǎn)速(301)轉(zhuǎn)換成第二轉(zhuǎn)速(401)的傳輸單元，以及適于輸出第二扭矩(402)的齒輪箱輸出軸(202)。
文檔編號(hào)F16H1/32GK102235324SQ20111011632
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者K·皮謝爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司