專利名稱：具有單級緊湊型傳動(dòng)系的風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及緊湊型傳動(dòng)系。更具體地，涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)的緊湊型齒輪傳動(dòng)系。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)作為環(huán)境安全和成本相對較低的備選能源正受到越來越多的關(guān)注。風(fēng)力渦輪機(jī)并不排放溫室氣體(GHGs)，并且因此對全球變暖沒有促進(jìn)作用。隨著對風(fēng)力發(fā)電的興趣日益增長，在開發(fā)可靠并且高效的風(fēng)力渦輪機(jī)方面已作出了相當(dāng)多的努力。典型地，風(fēng)力渦輪機(jī)用于將風(fēng)中的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械動(dòng)力。該機(jī)械動(dòng)力可以用于具體任務(wù)(例如抽水)，或者發(fā)電機(jī)可以將該機(jī)械動(dòng)力(即，軸的旋轉(zhuǎn))轉(zhuǎn)化成電力。風(fēng)力渦輪機(jī)通常包括空氣動(dòng)力學(xué)機(jī)構(gòu)(例如，葉片)，以用于將空氣的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成機(jī)械運(yùn)動(dòng)(例如，旋轉(zhuǎn))，該機(jī)械運(yùn)動(dòng)接著通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電力。來自發(fā)電機(jī)的動(dòng)力輸出與風(fēng)速的立方成正t匕。隨著風(fēng)速加倍，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)能力提高近八倍。大多數(shù)市售風(fēng)力渦輪機(jī)利用多級齒輪傳動(dòng)系將渦輪機(jī)葉片連接至發(fā)電機(jī)。風(fēng)使渦輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪機(jī)葉片使低速軸旋轉(zhuǎn)。低速軸聯(lián)接至齒輪箱的輸入軸，該齒輪箱具有連接至發(fā)電機(jī)的速度較高的輸出軸。因此，齒輪傳動(dòng)的目的在于增大機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度。額定功率大于1麗的現(xiàn)有的風(fēng)力渦輪機(jī)的大多數(shù)齒輪傳動(dòng)系利用多個(gè)齒輪級來實(shí)現(xiàn)處于從大約1: 70到大約1: 110的范圍內(nèi)的傳動(dòng)比。三級典型地包括簡單的行星或周轉(zhuǎn)第一級，在第一級之后是兩個(gè)平行偏置級(大齒輪+多個(gè)小齒輪)，或者在第一級之后是第二簡單的行星級、在第二簡單的行星級之后是平行偏置級。高傳動(dòng)比使得能夠使用比齒輪箱小得多并且成本低得多的發(fā)電機(jī)。通過徑向通風(fēng)冷卻，發(fā)電機(jī)的相對較高的速度使得發(fā)電機(jī)被迫具有長度大于寬度的縱橫比。齒輪箱的高速輸出軸與齒輪箱的低速輸入軸大體不同心。由于這些原因，發(fā)電機(jī)單獨(dú)安裝并且與主框架(通常也稱作底架或底板)上的齒輪箱間隔開。動(dòng)力通過柔性“高速”軸聯(lián)接件從齒輪箱傳遞至發(fā)電機(jī)。該布置迫使齒輪箱與發(fā)電機(jī)彼此物理隔開，并且同時(shí)要求齒輪箱的輸出軸和發(fā)電機(jī)的輸入軸分別由齒輪箱軸承和發(fā)電機(jī)軸承單獨(dú)支撐。因此，風(fēng)力發(fā)電工業(yè)期望一種構(gòu)造更優(yōu)的齒輪傳動(dòng)系，以使可靠性和可用性提高、使成本降低、使質(zhì)量和尺寸降低、并且使效率提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個(gè)方面以及優(yōu)點(diǎn)將會在下文的描述中進(jìn)行部分闡述，或者是通過描述可以顯而易見的，或者是可以通過實(shí)施本發(fā)明而學(xué)到。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，提供一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的傳動(dòng)系，該風(fēng)力渦輪機(jī)具有連接至轉(zhuǎn)子轂的單獨(dú)的轉(zhuǎn)子葉片。該傳動(dòng)系包括齒輪箱，轉(zhuǎn)子轂直接安裝至齒輪箱。齒輪箱進(jìn)一步包括固定齒輪托架，該固定齒輪托架安裝至風(fēng)力渦輪機(jī)的主框架部件(例如底板或底架構(gòu)件)，齒輪箱由此充分地支撐轉(zhuǎn)子轂的重量。提供了發(fā)電機(jī)，齒輪箱具有聯(lián)接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的輸出軸，使得齒輪箱充分地支撐發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的重量。
在傳動(dòng)系的特定實(shí)施例中，齒輪箱包括外部回轉(zhuǎn)支承，該外部回轉(zhuǎn)支承具有安裝至齒輪托架的固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)齒圈，轉(zhuǎn)子轂直接安裝至旋轉(zhuǎn)齒圈。該實(shí)施例中的齒輪箱可以包括旋轉(zhuǎn)齒圈與輸出軸之間的行星齒輪構(gòu)造。例如，行星齒輪構(gòu)造可以包括由齒輪托架支撐并且旋轉(zhuǎn)齒輪連接至旋轉(zhuǎn)齒圈的多個(gè)行星齒輪。在該實(shí)施例中，齒輪托架可以限定行星齒輪中的每一個(gè)行星齒輪的固定軸。旋轉(zhuǎn)太陽齒輪齒輪連接至行星齒輪，太陽齒輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輸出軸，輸出軸可以被限定成太陽齒輪的軸向延伸部。例如，輸出軸和太陽齒輪可以形成為單個(gè)的一體部件。輸出軸可以通過各種裝置聯(lián)接至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，花鍵轂可以安裝至轉(zhuǎn)子，輸出軸聯(lián)接至花鍵轂。花鍵轂軸承可以安裝至與花鍵轂同心的齒輪托架。本發(fā)明還包括具有如本文所實(shí)施的傳動(dòng)系的任何構(gòu)造的風(fēng)力渦輪機(jī)。參照下文的描述以及所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。結(jié)合在本說明書中并且構(gòu)成本說明書一部分的附圖顯示了本發(fā)明的實(shí)施例并且與描述一起用于對本發(fā)明的原理進(jìn)行解釋。


參照附圖，說明書中闡述了面向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的本發(fā)明的完整和可能公開，包括本發(fā)明的最佳模式，在附圖中:圖1是傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的具有傳動(dòng)系的風(fēng)力渦輪機(jī)的部分透視圖；圖3是可以用于圖2的風(fēng)力渦輪機(jī)中的傳動(dòng)系的實(shí)施例的剖視圖；以及圖4是具有代表性的傳動(dòng)系的實(shí)施例的更詳細(xì)的剖視圖。
附圖標(biāo)記列表:
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的傳動(dòng)系，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括連接至轉(zhuǎn)子轂的單獨(dú)的轉(zhuǎn)子葉片，所述傳動(dòng)系包括:齒輪箱，所述轉(zhuǎn)子轂直接安裝至所述齒輪箱；所述齒輪箱進(jìn)一步包括固定齒輪托架，所述固定齒輪托架安裝至所述風(fēng)力渦輪機(jī)的主框架，其中所述齒輪箱充分地支撐所述轉(zhuǎn)子轂的重量；以及發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和固定定子，所述齒輪箱包括聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子的輸出軸，其中所述齒輪箱充分地支撐所述轉(zhuǎn)子的重量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)系，其特征在于，所述齒輪箱包括外部回轉(zhuǎn)支承，所述外部回轉(zhuǎn)支承具有安裝至所述齒輪托架的固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)齒圈，所述轉(zhuǎn)子轂安裝至所述旋轉(zhuǎn)齒圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳動(dòng)系，其特征在于，所述齒輪箱包括所述旋轉(zhuǎn)齒圈與所述輸出軸之間的行星齒輪構(gòu)造。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳動(dòng)系，其特征在于，所述行星齒輪構(gòu)造包括由所述齒輪托架支撐并且齒輪連接至所述旋轉(zhuǎn)齒圈的多個(gè)行星齒輪、以及齒輪連接至所述行星齒輪的旋轉(zhuǎn)太陽齒輪，所述太陽齒輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述輸出軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳動(dòng)系，其特征在于，所述輸出軸包括所述太陽齒輪的軸向延伸部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動(dòng)系，其特征在于，所述輸出軸和所述太陽齒輪形成為單個(gè)的一體部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳動(dòng)系，其特征在于，所述齒輪托架限定了所述行星齒輪中的每一個(gè)行星齒輪的固定軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)系，其特征在于，所述傳動(dòng)系進(jìn)一步包括安裝至所述轉(zhuǎn)子的花鍵轂，所述輸出軸聯(lián)接至所述花鍵轂以用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳動(dòng)系，其特征在于，所述傳動(dòng)系進(jìn)一步包括花鍵轂軸承，所述花鍵轂軸承安裝至與所述花鍵轂同心的所述齒輪托架。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)系，其特征在于，所述定子安裝至所述主框架。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動(dòng)系，其特征在于，所述傳動(dòng)系具有大約1.7: I至大約11:1之間的傳動(dòng)比。
12.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括:塔架；機(jī)艙，所述機(jī)艙布置在所述塔架的頂上；主框架，所述主框架固定安裝在所述機(jī)艙內(nèi)；單獨(dú)的轉(zhuǎn)子葉片，所述單獨(dú)的轉(zhuǎn)子葉片連接至轉(zhuǎn)子轂；傳動(dòng)系，所述傳動(dòng)系布直在所述機(jī)艙內(nèi)，所述傳動(dòng)系包括:齒輪箱，所述齒輪箱直接安裝 至所述轉(zhuǎn)子轂，所述齒輪箱包括輸出軸；所述齒輪箱進(jìn)一步包括固定齒輪托架，所述固定齒輪托架安裝至所述主框架，其中所述齒輪箱充分地支撐所述轉(zhuǎn)子轂的重量；以及發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和固定定子，所述輸出軸聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子，其中所述齒輪箱充分地支撐所述轉(zhuǎn)子的重量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述齒輪箱包括外部回轉(zhuǎn)支承，所述外部回轉(zhuǎn)支承具有安裝至所述齒輪托架的固定環(huán)和旋轉(zhuǎn)齒圈，所述轉(zhuǎn)子轂安裝至所述旋轉(zhuǎn)齒圈。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述齒輪箱包括所述旋轉(zhuǎn)齒圈與所述輸出軸之間的行星齒輪構(gòu)造，所述行星齒輪構(gòu)造包括由所述齒輪托架支撐并且齒輪連接至所述旋轉(zhuǎn)齒圈的多個(gè)行星齒輪、以及齒輪連接至所述行星齒輪的旋轉(zhuǎn)太陽齒輪，所述太陽齒輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述輸出軸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述輸出軸包括所述太陽齒輪的軸向延伸部。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述齒輪托架限定了所述行星齒輪中的每一個(gè)行星齒輪的固定軸。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)一步包括安裝至所述轉(zhuǎn)子的花鍵轂，所述輸出軸聯(lián)接至所述花鍵轂以用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子，并且進(jìn)一步包括花鍵轂軸承，所述花鍵轂軸承安裝至與所述花鍵轂同心的所述齒輪托架。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述定子安裝至所述主框架。
全文摘要
本發(fā)明涉及并公開一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的傳動(dòng)系。該風(fēng)力渦輪機(jī)包括連接至轉(zhuǎn)子轂的單獨(dú)的轉(zhuǎn)子葉片。該傳動(dòng)系包括齒輪箱，轉(zhuǎn)子轂直接安裝至齒輪箱。齒輪箱進(jìn)一步包括固定齒輪托架，該固定齒輪托架安裝至風(fēng)力渦輪機(jī)的主框架，使得齒輪箱充分地支撐轉(zhuǎn)子轂的重量。發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和固定定子，齒輪箱包括聯(lián)接至轉(zhuǎn)子的輸出軸，使得齒輪箱充分地支撐轉(zhuǎn)子的重量。
文檔編號H02K7/18GK103075308SQ201210413129
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者A.D.米納德奧, J.H.馬奇, P.C.佩特爾 申請人:通用電氣公司