傳動機構,尤其用於風力發電裝置的傳動機構的製作方法

2023-05-20 00:44:41 3

專利名稱：傳動機構,尤其用於風力發電裝置的傳動機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1前序部分所述的傳動機構、尤其是用於風力發電裝置的傳動機構。
對於風力發電裝置，通常在將風能轉換成旋轉運動的轉子與將旋轉運動變換成電能的發電機之間設置一個具有增速比的傳動機構。因為風能裝置的部件大多設置在風塔頂端的外罩裡面，因此追求儘可能小巧輕便的小型傳動機構。這種要求與功率越來越大的高效風力發電裝置的發展趨勢相衝突，這種風力發電裝置要求更堅固的傳動機構。
由PCT國際專利申請公開說明書WO 96/11338公知了一種結構小巧並因此足夠輕便的傳動機構。在此通過兩個行星級的串聯實現輕便小巧的結構。位於驅動側的第一行星齒輪機構的行星轉臂作為傳動機構的驅動軸與轉子連接。第一行星齒輪機構的空心輪以與殼體相固定的方式設置，而輸出側的中心輪與第二行星齒輪機構輸入側的行星轉臂連接，該第二行星齒輪機構的空心輪也同樣以與殼體相固定的方式設置，且其中心輪成為整個傳動機構的輸出。然而，這種兩級行星級的串聯具有缺陷，對於較大尺寸、尤其是超過2兆瓦的風力發電裝置，該傳動機構自身的外形尺寸在採用行星齒輪結構的情況下變得太大。隨之而來的是重量也達到臨界值。
已公知的、引起關注的一種可供選擇的傳動機構由一個驅動側與轉子相連接的行星級構成，其與上述現有技術的不同之處是後接至少一個正齒輪結構的傳動級，以代替第二行星級，從而實現將轉子轉數進一步傳遞到更高的發電機轉數。因為在這種結構中，為了達到所要求的轉矩-轉速比，該驅動側的行星級同樣就決定了整個傳動機構的幾何尺寸，這裡也就存在尺寸大以及與此相關的重量沉的問題。
為了解決上面指出的問題，已經著手研究通過使驅動側傳動級的功率分路來減小傳動機構的尺寸、尤其是其直徑，從而從整體上減輕其重量。為了使功率分路，該驅動側的行星級由至少兩個並聯的、較小行星齒輪機構構成。為了在兩個行星齒輪機構之間實現由分路引起的轉矩平衡，即為了在兩個行星傳動機構之間實現一定的功率分配，曾試圖通過斜齒嚙合齒輪來平衡行星級輸出側傳動機構組成部件的相對旋轉運動。該平衡通過驅動側行星級的第一和第二行星齒輪機構的並聯齒輪反向斜齒嚙合而實現。實踐指出，由此仍然對行星齒輪相對運動起到幹擾作用，其中參與力傳遞的行星齒輪機構齒輪的大量嚙合點導致不斷地軸向相對運動。造成上述問題的原因首先是齒輪的加工誤差。其結果可能使功率分路行星級中的轉矩平衡不能另人滿意。
因此本發明要解決的技術問題是進一步改進此類功率分路傳動機構，使其在小巧輕便的條件下也能保證良好的轉矩平衡。
本發明從權利要求1前序內容所述的傳動機構出發，採用權利要求1特徵部分的技術特徵來解決上述技術問題。隨後的從屬權利要求進一步給出本發明的優選實施方式。
本發明的技術方案包括在使驅動側行星級功率分路的行星齒輪機構之後接上一個差速傳動級，以平衡各行星齒輪機構之間由於並聯而產生的不均衡負載分布。
該行星級優選由正好兩個並聯、且前後設置的行星齒輪機構構成。這種布置在有限的傳動機構部件條件下保證實現有效的能流過程。
這種在驅動側行星級後面設置差速傳動級布置的優點是能夠使由加工誤差引起的傳動部件的相對運動相互精確地平衡。該差速傳動級補償了優選兩個行星級輸出軸的轉矩不平衡，以實現均勻的功率分路。因此，通過將驅動側行星級設計成並聯的行星齒輪進行功率分路可實現小的結構體積，在這種情況下能實現一定功率分路條件下的運行。
本發明的一個改進措施在於，第一行星齒輪機構的中心軸與第二行星齒輪機構的中心軸構成一個同軸的空心軸結構。因此，驅動側行星級的兩個行星齒輪機構也能夠實現同軸布置，並且通過各自的中心輪能同軸且節省空間地進行輸出。
傳動機構的輸出軸可以優選為通過一個正齒輪傳動級與驅動軸軸向錯位地設置，以便通過驅動軸的空心結構實現控制轉子的手段(Mittel zurAnsteuerng des Rotors)。
對於本發明的一個優選實施方式，差速傳動級由差速行星齒輪傳動機構形式的所謂「被動差速機構」構成。該差速行星齒輪傳動機構在由相同尺寸行星齒輪機構組成的對稱結構行星級的兩個連接中心軸上實現均勻的功率分路。其中，一個中心軸與差速傳動級的中心輪有效連接，而另一中心軸與差速傳動級的空心輪有效連接。行星轉臂構成輸出。在此，該被動差速傳動級或者與該中心軸同軸地設置，或者通過一個插入的正齒輪級與中心軸錯位地設置。這種差速行星齒輪傳動機構形式的被動差速僅用於驅動側行星級的兩個行星齒輪機構之間的轉矩平衡。因為兩個行星齒輪機構結構是完全相同的，所以這個實施方式對於製造以及備件管理都是有利的。
在第二個優選實施方式中，該差速傳動級由差速行星齒輪傳動機構形式的所謂「主動差速機構」構成。該主動差速機構一方面起到將功率均勻地分路到由兩個相同尺寸行星齒輪機構構成的行星級的兩個連接中心軸上；另一方面，如同下面還要描述的那樣，該差速傳動級通過行星級中行星齒輪機構的不對稱錯位設置參與傳動機構的總傳動比。因為主動差速機構除了平衡轉矩以外也參與傳動機構變速，與第一實施方式相比，為在傳動機構上實現相同的傳動比，能夠採用更小尺寸的第一行星級。差速機構與傳動級的功能組合的另一個優點是，需要較少的傳動機構部件，從而從整體上減輕了傳動機構的重量。這個優點主要通過驅動側行星級的不對稱錯位設置來實現。
在本發明的第三個實施方式中，該差速傳動級由軸向柔和且反向斜齒嚙合的差速正齒輪副形式的被動差速機構構成。該差速正齒輪副代替上述兩個實施方式中的差速行星齒輪傳動機構通過由兩個相同尺寸行星齒輪機構組成的對稱結構的行星級的兩個連接中心軸實現均勻的功率分路。其中，一個中心軸與正齒輪副的一個差速正齒輪有效連接，而另一中心軸與另一個反向斜齒嚙合的差速正齒輪有效連接。該差速正齒輪副的柔性軸向連接可以優選通過一個同軸設置在該差速正齒輪副與輸出側的同軸正齒輪之間的軸向柔和離合器實現。離合器的軸向柔和特性最好通過彈性體製成的離合器部件實現。
本發明的其它改進措施在從屬權利要求中給出，或者通過下面結合附圖對本發明的三種優選實施方式的整體描述作進一步說明。


圖1作為第一種實施方式示出具有差速行星齒輪傳動機構形式的被動差速機構的傳動機構示意圖，差速行星齒輪傳動機構與驅動側行星級同軸布置。
圖2示出圖1的傳動機構，然而與驅動側行星級軸向錯位地布置。
圖3藉助於Wolf式標記示出通過圖1或圖2傳動機構的能流。
圖4作為第二種實施方式示出具有差速行星齒輪傳動機構形式的主動差速機構的傳動機構示意圖。
圖5藉助於Wolf式標記示出通過圖4傳動機構的能流。
圖6作為第三種實施方式示出具有與軸向柔和離合器(axialweicheKupplung)相結合的差速正齒輪副形式的主動差速機構的傳動機構示意圖，圖7示出圖6實施方式的另一變化形式。
按照圖1的傳動機構具有一個旋轉支承在殼體1中的驅動軸2，在該軸上安裝有圖中未示出的風力發電裝置的轉子。同樣旋轉支承在殼體1中的輸出軸3與同樣在圖中未示出的用以產生電能的發電機連接。驅動軸2驅動驅動側的行星級4。行星級4由兩個並聯的、起功率分路作用的行星齒輪機構5a、5b組成。為此，兩個行星齒輪機構5a和5b具有公用的、與驅動軸2相連接的行星轉臂(Planetentrger)6。兩個行星齒輪機構5a和5b的結構是完全相同的。其輸出通過空心軸結構來實現，使第一行星齒輪機構5a的中心軸7在第二行星齒輪機構5b的空心中心軸8裡面延伸。兩個中心軸7和8通向差速傳動級9的輸入端。差速傳動級9採用行星齒輪機構形式的結構，用於平衡前置行星級4的轉矩。其中，在被動差速機構的意義上平衡由於加工誤差在兩個連接中心軸7和8功率分路中引起的不一致性。對稱的、即由完全相同的傳動機構部件構成的行星齒輪機構5a和5b能以負荷平衡方式、即以最佳的能流分布運行。中心軸7與差速傳動級9的中心輪連接，而另一中心軸8與差速傳動級9的空心輪連接，差速傳動級的行星轉臂構成輸出。僅用來平衡行星級4轉矩不平衡的差速傳動級不參與傳動機構的總傳動比。為了進一步增速傳動，將另一正齒輪傳動級10後接於差速傳動級9，正齒輪傳動級還保證驅動軸3與驅動軸2的軸向錯位結構。
圖2中按照另一變化形式該差速傳動級9通過插入的的正齒輪級12與中心軸7和8在軸向錯位地布置。插入的正齒輪級12由兩個相鄰的正齒輪13a和13b構成。其中，正齒輪13a與空心中心軸8連接，而正齒輪13b與另一個中心軸7連接。兩個正齒輪13a和13b尺寸相同，同軸地相互間隔設置，並與設置在一個公用中間軸15上的相對應的正齒輪14a和14b嚙合。在兩個正齒輪14a和14b之間同軸地設置差速傳動級9。其中，中心軸7通過正齒輪副13a和14a與差速傳動級9的中心輪連接；另一中心軸8通過正齒輪副13b和14b與差速傳動級9的空心輪連接。
圖3用於以Wolf式標記示出傳動機構內部的能流。圓形標記按下述方式表示與上述實施方式有關的行星齒輪機構1撇(即′)——行星齒輪機構5a2撇(即″)——行星齒輪機構5b3撇(即)——差速傳動級9。
在圓形標記內部的標記符號屬於下列行星齒輪機構連接件1-中心輪2-空心輪s-行星轉臂。
由這些標記表明上述第一種實施方式傳動機構的工作原理。驅動側功率通過並聯的具有相同轉數的行星齒輪機構5a和5b分成兩路。後接的差速傳動級使分開的功率又合併，其中在並聯的行星齒輪機構5a和5b內部實現1∶5的增速傳動。這種功率分路使行星齒輪機構5a和5b能夠以較小的直徑進行設計，由此也使傳動機構重量整體上減輕。
圖4的半截面圖按照本發明的第二種實施方式示出具有同樣由行星齒輪機構形式構成主動差速機構的傳動機構。為此配備的差速傳動級9後接於兩個相同尺寸的、即承擔一半功率分路的行星齒輪機構5a和5b。然而，這兩個構成與驅動軸2連接的輸入側行星級4的行星齒輪機構5a和5b與前述實施方式不同的是不對稱地錯位設置。因此差速傳動級9不僅平衡兩個連接中心軸7和8的轉矩不平衡性，而且也參與由行星級4的不對稱錯位設置所決定的傳動機構總傳動比。為此，行星轉臂6不是兩個行星齒輪機構5a和5b共有的。行星級4與差速傳動級9的不對稱錯位設置在細節上是這樣實現的，即對於行星齒輪機構5b在行星轉臂18與殼體固定且中心輪19作為輸出側的情況下將空心輪17設置在驅動側。對於另一行星齒輪機構5a，在空心輪21與殼體固定、且中心輪22同樣作為輸出側的情況下將行星轉臂20設置在驅動側。其中，中心輪19與差速傳動級9的空心輪23連接。空心中心軸8作為傳輸軸。行星級4的另一中心輪22通過中心軸7與差速傳動級9的行星轉臂24連接。最後在輸出側通過差速傳動級9的中心輪16和輸出側的正齒輪傳動級10將傳遞的功率傳給輸出軸3。
上述具有主動差速機構的傳動機構同樣具有如圖5所示通過行星級4的並聯行星齒輪機構5a和5b進行功率分路的工作原理。在這裡由於上述行星齒輪機構5a和5b的不對稱錯位設置產生相反的輸出側旋轉方向。與輸出轉數相比較，其轉數同樣是不同的。然而，差速傳動級9通過這種錯位設置參與傳動機構的總傳動比。例如在一個較小的傳動級數，也就是較少齒輪的情況下，總傳動比可達1∶70，由此又使重量減輕。
圖6所示第三種實施方式在其結構上基本以第一實施方式為依據。然而，在這裡不同的是，差速傳動級9由斜齒嚙合差速正齒輪副25構成。因為差速正齒輪副25作為傳動級參與傳動機構的總傳動比，所以將這個差速傳動級9稱為主動差速機構。差速正齒輪副25通過差速正齒輪副25的兩個正齒輪的反向斜齒嚙合實現差速傳動功能，差速正齒輪副與一個固定在中心軸7上的差速正齒輪26和一個固定在另一中心軸8上的差速正齒輪27共同起作用。該轉矩平衡在差速正齒輪副25的共同作用下通過一種由同軸地設置在該差速正齒輪副25與一個輸出側的同軸正齒輪28之間的軸向柔和離合器29的軸向柔和支承(axialweiche Lagerung)而實現。從而，該軸向柔和離合器29保證在差速正齒輪26和27的差速正齒輪副25內部形成負荷平衡的齒嚙合。
在圖7所示的上述第三種的實施方式一種變化形式中，在差速正齒輪26和27與差速正齒輪副25之間設置另一正齒輪級30。正齒輪級30用於進一步增速，使傳動機構的總傳動比進一步加大。
本發明在其結構上不局限於上述三種優選實施方式及它們的變化形式。更確切地說，可以設想出許多還在其它基本相象的結構中利用了所描述技術方案的變化形式。
權利要求
1.一種傳動機構，尤其用於風力發電裝置的傳動機構，其由一個位於驅動側的行星級(4)構成，至少一個傳動級後接於該行星級，其中該行星級(4)由至少兩個並聯的、使功率分路的行星齒輪機構(5a，5b)構成，其特徵在於在所述使功率分路的行星齒輪機構(5a，5b)之後接上一個差速傳動級(9)，以平衡各行星齒輪機構(5a，5b)之間由於並聯所產生的不均衡負載分布。
2.按照權利要求1所述的傳動機構，其特徵在於所述行星級(4)由正好兩個並聯、且前後設置的行星齒輪機構(5a，5b)構成。
3.按照權利要求2所述的傳動機構，其特徵在於所述第一行星齒輪機構(5a)的中心軸(7)與第二行星齒輪機構(5b)的中心軸(8)構成一個同軸的空心軸結構。
4.按照權利要求1所述的傳動機構，其特徵在於所述行星級(4)通過一個公用行星轉臂(6；20)與一個驅動軸(2)連接。
5.按照權利要求1所述的傳動機構，其特徵在於所述輸出軸(3)通過一個正齒輪傳動級(10)與驅動軸(2)軸向錯位地設置。
6.按照權利要求2至4中任一項所述的傳動機構，其特徵在於所述差速傳動級(9)為一種差速行星齒輪傳動機構形式的被動差速機構，並在由兩個尺寸相同的行星齒輪機構(5a，5b)構成的對稱結構行星級(4)的兩個連接中心軸(7，8)上實現均勻的功率分路，其中一個中心軸(7)與中心輪有效連接，而另一個中心軸(8)與差速傳動級(9)的空心輪有效連接，該差速傳動級的行星轉臂構成輸出。
7.按照權利要求6所述的傳動機構，其特徵在於在所述驅動軸(2)與所述輸出軸(3)之間設置一個支承正齒輪的中間軸(11)。
8.按照權利要求6所述的傳動機構，其特徵在於所述被動差速傳動級(9)與所述中心軸(7，8)同軸地設置。
9.按照權利要求6所述的傳動機構，其特徵在於所述被動差速傳動級(9)通過一個插入的正齒輪級(12)與所述中心軸(7，8)軸向錯位地設置。
10.按照權利要求9所述的傳動機構，其特徵在於所述插入正齒輪級(12)由兩個直徑相同、與兩個中心軸(7，8)同軸設置、且分別與一個中心軸(7或8)連接的相鄰正齒輪(13a，13b)構成，該兩正齒輪和與其對應的兩個直徑相同的正齒輪(14a，14b)嚙合，這兩個對應的正齒輪(14a，14b)和與其同軸設置的差速傳動級(9)共同起作用。
11.按照權利要求2或3所述的傳動機構，其特徵在於所述差速傳動級(9)為一種差速行星齒輪傳動機構形式的主動差速機構，其一方面在由兩個尺寸相同的行星齒輪機構(5a，5b)構成的行星級(4)的兩個連接中心軸(7，8)上實現均勻的功率分路，另一方面通過行星級(4)的不對稱錯位設置參與傳動機構的總傳動比，其中中心輪(16)構成輸出。
12.按照權利要求11所述的傳動機構，其特徵在於所述差速傳動級(9)後接至少一個正齒輪傳動級(10)。
13.按照權利要求11所述的傳動機構，其特徵在於所述行星級(4)與差速傳動級(9)的不對稱錯位設置這樣實現，對於第一行星齒輪機構(5b)在行星轉臂(18)與殼體固定和中心輪(19)作為輸出側的情況下將空心輪(17)設置在驅動側，而對於第二行星齒輪機構(5a)在空心輪(21)與殼體固定和中心輪(22)同樣作為輸出側的情況下將行星轉臂(20)設置在驅動側，其中中心輪(19)與差速傳動級(9)的空心輪(23)處於有效連接，而另一中心輪(22)與其行星轉臂(24)處於有效連接。
14.按照權利要求1至4中任一項所述的傳動機構，其特徵在於所述差速傳動級(9)為一種軸向柔和支承、且反向斜齒嚙合的差速正齒輪副(25)形式的主動差速機構，其一方面在由尺寸相同的行星齒輪機構(5a，5b)構成的對稱結構行星級(4)的兩個連接中心軸(7，8)上實現均勻的功率分路，另一方面作為傳動級參與傳動機構的總傳動比，其中一個中心軸(7)與差速正齒輪副(25)的一個差速正齒輪(26)有效連接，而另一中心軸(8)與其另一個差速正齒輪(27)有效連接。
15.按照權利要求14所述的傳動機構，其特徵在於所述差速正齒輪副(25)的軸向柔和支承由一個同軸設置在該差速正齒輪副(25)與一個輸出側的同軸正齒輪(28)之間的軸向柔和離合器(29)來實現。
16.按照權利要求14所述的傳動機構，其特徵在於所述差速正齒輪副(25)和對應的與各中心軸(7，8)連接的差速正齒輪(26，27)彼此處於一個增速傳動比。
17.按照權利要求16所述的傳動機構，其特徵在於在所述差速正齒輪(26，27)與差速正齒輪副(25)之間設置另一個具有增速傳動的正齒輪級(30)。
全文摘要
本發明公開了一種傳動機構，尤其是用於風力發電裝置的傳動機構，其由一個位於驅動側的行星級(4)構成，至少一個傳動級後接於該行星級，其中該行星級(4)由至少兩個並聯的、使功率分路的行星齒輪機構(5a，5b)構成，在所述使功率分路的行星齒輪機構(5a，5b)之後接上一個差速傳動級(9)，以平衡各行星齒輪機構(5a，5b)之間由於並聯所產生的不均衡負載分布。
文檔編號F16H37/10GK1425111SQ00818529
公開日2003年6月18日 申請日期2000年11月10日 優先權日1999年12月23日
發明者格哈德·鮑爾, 岡特·伯格 申請人:羅曼+斯託爾特福特有限責任公司