用于风力涡轮机的传动系制造技术

一种齿轮传动系（１００），其用于风力涡轮机的应用中以使得在由行星齿轮传动系统的环形齿轮的尺寸限定的径向空间内的升压比最大化。该齿轮传动系（１００）构造成分离－复合行星齿轮传动系统，其在高扭矩阶（阶１）具有封闭式承载架柔性销行星系统用于经由输入轴（ＩＮ）接收来自涡轮机的驱动扭矩，并且在低扭矩阶（阶２）具有联接至高扭矩阶（阶１）的敞开式承载架柔性销行星系统用于经由输出轴（ＯＵＴ）将驱动扭矩传递至发电机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般而言涉及诸如在风力涡轮机中使用的那些传动系统，并且具体地涉及一种改进的风力涡轮机传动系统，其构造成复合分离行星齿轮系统，该复合分离行星齿轮系统包括在高扭矩阶的封闭式承载架柔性销系统和在低扭矩阶的敞开式承载架柔性销系统。
技术介绍
目前发展中的风力涡轮机系统架构意在生产精简的(低重量、低成本)和可靠的机器。追求的一种解决方案是混合式风力涡轮机，其并入了简化的传动系(通常为单级行星齿轮系统)与中速发电机的结合。为了进一步减小该构型的旋转质量，可以利用较高的行星齿轮传动系统比率，从而允许以尺寸减小的、运行更快的发电机取代中速发电机。换言之，如果风力涡轮机以给定速度“a”rpm旋转，并且如果行星齿轮传动系统比率为“b”，那么相关的发电机将以(aXb)rpm的速度旋转。比率“b”越高，发动机旋转越快。一般情况下， 旋转较快的较小的发电机将会质量较轻并且成本较低，从而导致较精简的系统设计。因此， 工业上需要在尽可能小的空间内增加行星齿轮系统的升压比“b”，并且具有尽可能小的质量。诸如在图IA和图IB中示出的行星齿轮系统通常包括位于中央的太阳齿轮；与太阳齿轮啮合的轨道行星齿轮(数量通常是但不总是三个，如在图IA中示出的)；旋转行星承载架(与太阳齿轮共轴)，该旋转行星承载架是将行星齿轮保持在固定的相对位置处的结构构件；以及环形齿轮，该环形齿轮也与太阳齿轮共轴并且围绕所有轨道行星齿轮并与所有轨道行星齿轮啮合。传统上，每个行星齿轮由一排或多排的行星轴承轴向地支承，这些行星轴承反过来又被支承在不旋转但绕轨道运行的销上，该销在各个端部处固定至封闭式行星承载架的壁(即，具有设置在行星齿轮的相对侧上的两个壁的承载架)。该配置理论上将输入扭矩沿多个相等的负载路径分开，该相等的负载路径的数量对应于行星齿轮的数量，并且这样做， 将作用在太阳齿轮、行星齿轮与环形齿轮之间的各个齿轮啮合处的齿轮力的大小减小至相应较小的数值。行星齿轮传动系统中的齿轮通常设计为直齿轮、斜齿轮或人字齿轮。不管使用哪种齿轮设计，都可能出现两个常见的问题。第一个问题是加工公差必然产生全部齿轮啮合中的间隙的变化。这意味着当扭矩施加到齿轮传动系统内时，具有最小间隙的齿轮啮合自身将开始支承负载，直到该齿轮啮合充分偏转而使得具有下一最小间隙的齿轮啮合开始支承一部分负载。这种负载转移现象将一直进行，直到全部负载由一些齿轮啮合完全支承。换言之，一些齿轮啮合将比其它的齿轮啮合支承更多的负载。存在用于将柔性引入到齿轮啮合内以恢复齿轮啮合中的负载均衡的方法，其中之一是在三行星齿轮系统中使用浮动式太阳齿轮。采用具有由边带连接的两个相对壁的封闭式行星承载架的传统行星齿轮传动系统的第二个缺点是所施加的扭矩将扭转封闭式行星承载架，从而将行星承载架承载行星销的一端的一个壁以旋转的方式推进到行星承载架承载行星销的相对端的相对壁的前方。该旋转推进使得行星齿轮失准于与其配合的太阳齿轮和环形齿轮，从而导致齿轮啮合处的磨损和摩擦力的增加。此外，支承行星齿轮轴承将承受相同数量的失准。当使用在风力涡轮机的应用中时，行星齿轮系统构型通常包括以下描述的并在相关附图中示出的数种常见构型中的一种。A.-具有升压比大约等于10 1的传统的封闭式承载架三行星周转系统，如由现有技术的图IA例证的；B.-具有升压比大约等于8 1的传统的封闭式承载架四行星周转系统，如由现有技术的图IB例证的；C.-具有升压比大约等于14 1的复合行星齿轮系统，如现有技术的图IC例证的；D.-分离-复合行星齿轮系统，其在低扭矩阶和高扭矩阶都使用了具有柔性销的敞开式承载架行星齿轮组，如现有技术的图ID例证的；以及E.-与“D”相似的系统，但其在低扭矩阶和高扭矩阶都使用了封闭式承载架行星齿轮组，如现有技术的图IE例证的。因此，有利的是提供一种用于诸如风力涡轮机应用之类的动力传送应用中的齿轮传动系，其构造成使得在有限空间内的输入轴与输出轴之间的有效升压比最大化，从而允许使用质量较轻的发电机并且降低整个系统的成本。
技术实现思路
简言之，本公开提供了一种用于动力传送系统中的齿轮传动系，以使得在有限的径向空间内的旋转输入轴与旋转输出轴之间的升压比最大化，该有限的径向空间由行星齿轮传动系统的环形齿轮的尺寸限定。传动系构造成在高扭矩阶具有封闭式承载架柔性销行星齿轮系统并在低扭矩阶具有敞开式承载架柔性销行星齿轮系统的分离-复合行星齿轮传动系统。在一个实施方式中，本公开的齿轮传动系适于应用在位于联接至旋转涡轮机的输入轴与联接至发电机的输出轴之间的风力涡轮机电力传输系统中。该齿轮传动系还构造成提供大约30 1的升压比。通过阅读下文中结合附图的描述，在本公开和目前优选的实施方式中阐述的前述特征和优点将变得更加显而易见。附图说明5在形成说明书的一部分的附图中图IA是现有技术的封闭式承载架三行星周转行星齿轮系统的示意图；图IB是现有技术的封闭式承载架四行星周转行星齿轮系统的示意图；图IC是现有技术的复合行星齿轮系统的示意图；图ID是现有技术的分离-复合行星齿轮系统的示意图，其在低扭矩阶和高扭矩阶都利用了具有柔性销技术的敞开式承载架行星齿轮组；图IE是现有技术的分离-复合行星齿轮系统的示意图，其在低扭矩阶和高扭矩阶都利用了封闭式承载架行星齿轮组；图2是本公开的分离-复合行星齿轮系统的示意图，其包括在高扭矩阶的封闭式承载架行星齿轮组和在低扭矩阶的具有柔性销的敞开式承载架行星齿轮组；图3是图2的分离-复合行星齿轮系统的局部剖切视图；以及图4是与支承在齿轮传动系统承载架壁上的发电机配合的本公开的齿轮传动系统的示意图。在附图的若干个图中，对应的附图标记始终表示对应的部件。应当理解，附图仅是为了说明在本公开中阐述的构思而未按比例绘制。在详细描述本专利技术的任意实施方式之前，应当理解，本专利技术在其应用方面不限于在以下描述中阐述的或在附图中示出的构型的细节和部件的配置。具体实施例方式下文的详细描述通过例举的方式而非通过限制的方式说明了本专利技术。该描述使本领域的技术人员能够制作并使用本公开，并且描述了本公开的数个实施方式、适应性的改变、变型、替换方案和使用，包括目前被认为是实施本公开的最佳模式的那些。下面主要结合在图2和图3中示出的示例对本公开的传动系100进行描述。传动系100是分离-复合行星齿轮系统，其在高扭矩阶(阶1)利用了封闭式承载架柔性销系统，并且在低扭矩阶(阶2)利用了敞开式承载架柔性销系统以实现输入轴(IN)与输出轴 (OUT)之间选定的升压比。高扭矩阶(阶1)包含大直径行星齿轮104的两个相邻的阵列102，该大直径行星齿轮104安装至柔性销105并且通过联接至输入轴(IN)的共用环形齿轮103所接收的输入扭矩驱动。每个行星齿轮104都与联接至低扭矩阶(阶2、的环形齿轮113的直径较小的共用太阳齿轮106啮合，并且约束在具有两个壁的封闭式承载架108内，每个壁都设置在行星齿轮的阵列102外。一个相邻阵列102的柔性销105各自从封闭式承载架108的第一共用壁以悬臂向内构型的方式在一端被支承，并且各自支承行星齿轮104用于围绕轴线的旋转。第二相邻阵列102的柔性销105各自从封闭式承载架108的相对的共用壁以相似的方式被支承，并且分别支承第二阵列的行星本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种行星齿轮系统，包括：输入轴；输出轴；分离－复合行星齿轮系统，所述分离－复合行星系统包括高扭矩阶和低扭矩阶，所述分离－复合行星齿轮系统构造成通过所述高扭矩阶和所述低扭矩阶将扭矩从所述输入轴传递至所述输出轴；其中，所述高扭矩阶构造为接地的封闭式承载架柔性销行星齿轮系统；并且其中，所述低扭矩阶构造为敞开式承载架柔性销行星齿轮系统。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：格拉尔德·P·福克斯，
申请(专利权)人：蒂姆肯公司，
类型：发明
国别省市：US