專利名稱：風輪機的驅動組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于風輪機的驅動組件和齒輪傳動裝置。
由于缺乏合適的場地和土建工程費用的原因，一直需要大型的風輪機，特別是近海場所。同時減小機器及其部件的尺寸和重量的要求也越來越重要。通常風輪機轉子驅動齒輪傳動裝置的低速軸，它將轉子的扭矩和速度轉換為發電機所要求的扭矩和速度。
將風輪機中的部件集成起來是一種減小重量以及使得驅動組件更緊湊的方法，但是驅動組件的能夠避免不同部件上的外部載荷和內部載荷之間的相互干涉的設計和運轉是很重要的。集成的驅動組件的能夠經濟并可靠地獲得有效的潤滑的結構也是很重要的。
本發明旨在提供一種用于風輪機的改進的驅動組件和改進的齒輪傳動裝置，它能夠進行部件的有利集成。
根據本發明的一個方面，用于風輪機的驅動組件包括轉子輪轂；諸如渦輪機機艙的支撐結構；行星齒輪傳動裝置，它包括中心齒輪、行星齒輪和環形齒輪以及行星托架，所述環形齒輪不可轉動地固定于所述支撐結構；相對于所述環形齒輪和支撐結構可轉動地支撐轉子輪轂和行星托架的主軸承；并且所述驅動組件包括兩個基本獨立的作用力傳遞路徑，用于傳遞和由風輪機轉子輪轂施加的作用力起反作用的作用力，所述作用力傳遞路徑的第一個從轉子輪轂經由所述主軸承到支撐結構起作用，主要用于傳遞懸垂載荷力和彎矩力，而所述作用力傳遞路徑的第二個從轉子輪轂經過所述行星托架起作用，主要用于傳遞旋轉力。
根據本發明的另一個方面，用在風輪機中用于從轉子輪轂向發電機傳遞力的齒輪傳動裝置包括行星齒輪傳動裝置，它包括中心齒輪、行星齒輪和環形齒輪以及行星托架，所述環形齒輪用于不可轉動地固定于諸如渦輪機機艙的支撐結構；可轉動地支撐行星托架并且用于相對于所述環形齒輪和支撐結構可轉動地支撐轉子輪轂的主軸承；并且所述齒輪傳動裝置包括兩個基本獨立的作用力傳遞路徑，用于傳遞使用時和由風輪機轉子輪轂施加的作用力起反作用的作用力，所述作用力傳遞路徑的第一個經由所述主軸承到支撐結構起作用，主要用于傳遞懸垂載荷力和彎矩力，而所述作用力傳遞路徑的第二個經由所述行星托架起作用，主要用于傳遞旋轉力。
因此，本發明提出來自轉子的懸垂載荷力和彎矩力由軸承負載，該軸承直接連接于齒輪裝置的固定部分而不是傳遞扭矩的低速部分。
優選地，在平行于行星托架的旋轉軸線的軸向方向上，所述主軸承位于和齒輪傳動裝置的至少中心齒輪的軸向位置基本軸向對準的位置。
優選地，中心齒輪、行星齒輪和環形齒輪位于橫斷面(垂直于所述旋轉力的旋轉軸線)內，該橫斷面還包含所述主軸承。
其他優選特征是，主軸承包括內圈支撐面，其直徑大于環形齒輪的齒面直徑，并且在環形齒輪齒面的內部的所有徑向位置，第二作用力傳遞路徑基本上獨立于第一作用力傳遞路徑。
進一步優選地，所述作用力傳遞路徑的第二個包括一個徑向延伸的扭矩傳遞部件，它扭轉較硬但是在平行于旋轉力繞其作用的軸線的軸向方向上相對柔順，從而因彎力而產生的輪轂運動至少部分地由扭矩傳遞部件的偏轉調和。從而扭矩傳遞部件將齒輪傳動裝置隔絕于由轉子輪轂產生的相對于齒輪傳動裝置的主旋轉軸的彎曲偏轉的可能的損壞作用。
因此，在本發明的又一個方面，本發明提供一種驅動組件，其中風輪機的主轉子軸承和齒輪傳動裝置具有整體式結構。風輪機轉子輪轂優選地連接于主軸承的外圈。軸承內圈優選地由行星齒輪平臺的環形齒輪支撐，并且可以直接安裝在行星齒輪平臺的環形齒輪上，或者安裝在將環形齒輪連接于支撐結構的法蘭上。在另一種結構中，環形齒輪可以為主軸承的可轉動軸承部件提供支撐面。
環形齒輪可以為主軸承提供軸向和徑向定位。環形齒輪可以具有階梯截面的徑向外表面以確定用于軸向定位主軸承的內軸承圈的凸肩。內軸承圈可以軸向地固定在所述凸肩和所述支撐結構之間。
環形齒輪可以配置有一個加強環，并且所述加強環可以軸向和或徑向延伸超出環形齒輪的齒面。所述加強環可以提供主軸承的軸向定位。
主軸承可以包括雙圓錐軸承，并且所述雙圓錐軸承可以包括一個單體外軸承圈。轉子輪轂可以相對于所述單體外軸承圈剛性地固定。雙圓錐軸承可以包括布置為O形結構的滾柱，其中一組滾柱在遠離該軸承對中的其他組的滾柱的方向上直徑增大。
在本發明的再一個方面，提供一種包括轉子、發電機和根據本發明所述類型的驅動組件的風輪機。
齒輪傳動裝置，例如其外殼，可以布置為支撐發電機。
下面將參照附圖以示例的方式說明本發明的實施例，附圖中
圖1是含有本發明的驅動組件的風輪機的正視圖；圖2是本發明所述的齒輪傳動裝置的部分截面圖3詳細示出圖2的部分；圖4、5和6示出圖2和3的結構的變型；圖7詳細示出圖6的部分；以及圖8和9出圖2和3的結構的其他變型。
風輪機10(參見圖1)包括齒輪傳動裝置11，它用于從轉子葉片12和轉子輪轂14向發電機13傳遞扭矩，齒輪傳動裝置包括行星齒輪部件。齒輪傳動裝置和發電機容放在機艙15內并由它支撐。
現在參照附圖2和3詳細說明齒輪傳動裝置11。齒輪傳動裝置11包括行星齒輪部件，該行星齒輪部件具有四個行星齒輪25、一個中心齒輪27、一個行星托架28、以及一個環形齒輪24，其中環形齒輪24相對于機艙結構15不可轉動地安裝。
中心齒輪連接于輸出軸(未示出)，該輸出軸可以連接于另一個齒輪部件也可以直接連接于發電機13的轉子。
環形齒輪24的徑向外表面29為主軸承23的內圈30提供定位和支撐。
主軸承的外圈31將轉子輪轂14連接于之并且將行星托架28的外部22置于轉子輪轂和圈31之間。
行星托架28包括四個軸承座螺柱26，沿圓周方向均勻隔開以定位可轉動地支撐四個行星齒輪25的軸承32。行星托架28具有一個環形區域33，它在軸承螺柱26和外部22的徑向位置之間徑向地延伸并且設計為在圍繞Y軸的圓周方向上較硬，用于在外部22和軸承螺柱26之間傳遞扭矩，但是在圍繞X軸和Z軸的方向上相對具有彈性。
在上述的結構中，在轉子葉片12的作用下作用在轉子輪轂14上的扭矩經由行星托架28傳遞到行星齒輪25，該行星托架28在外部22處可轉動地安裝在軸承23的外圈31上。由該結構中的轉子輪轂施加的Y向彎矩和軸向力直接傳遞到軸承23。行星托架28的環形區域33的彈性有助于使行星齒輪充分隔絕于這些作用力。
圖4示出一種變型40，其中行星托架42設置有三個集成的并在圓周方向均勻隔開的螺柱42，它們支撐行星轉向板43。行星轉向板43為三個在圓周方向均勻隔開的軸44提供支撐，其中每個軸44布置為自調整在板43上的角度位置。每個軸44在板43的相對兩側為一對軸承45、46提供支撐，圍繞該軸承45、46可轉動地安裝有一對行星齒輪47、48，用于和環形齒輪49嚙合。
在如圖5所示的另一種變型50中，行星托架56具有殼體類型的設計。在這種結構中三個行星軸承軸51的每一個在一個軸端52處由行星托架的徑向向外延伸而被主軸承54的外圈支撐的部分53支撐，而另一個軸端55由一個輔助驅動板57支撐，該輔助驅動板57由三個位于沿圓周方向介于軸51之間的位置上的在圓周方向均勻隔開的支撐件58支持。板57設置有一個中心孔59，輸出軸60從中心齒輪61延伸至該中心孔59。
圖6示出如圖2和3所示的結構的另一種變型。在這種結構中行星托架基本類似于參照圖5所述的行星托架。但是，不同之處在于環形齒輪63的外周邊的一部分由加強支撐環64包圍。加強環可以和外圈63整體成型，例如鑄造軋制，或者永久固定于其上，例如通過在其上過盈配合。在隔開于機艙結構15的位置處軸向設置的支撐環的存在為主軸承66的內圈的軸向定位提供了鄰接面65。主軸承66可以是雙圓錐軸承，如圖7中詳細所示。主軸承包括具有包含兩個錐形環67的拼合式結構的內圈。該軸承還包括雙圓錐結構的一個單體外軸承圈68。
圖8示出如圖2和3所示的結構的另一種變型。在這種結構80中，主轉子軸承81的內圈和上述結構不同之處在于，它不是直接安裝在環形齒輪82上或者直接由環形齒輪82支撐。相反，軸承81的內圈由固定在機艙結構15上的法蘭組件83支撐。在圖9的結構90中，軸承內圈基本上在位置91處直接連接于機艙結構15。
盡管圖8和9的結構示出主軸承的內圈相對于機艙結構15不可轉動地固定，但是可以理解主軸承的外圈可以固定于機艙結構并且轉子輪轂和行星托架可以由軸承的內圈可轉動地支撐。
在上述結構中，中心齒輪、行星齒輪和環形齒輪都在平行于行星托架的旋轉軸線的軸向方向上基本相互對準。本發明的所述實施例的另一個共有特征是主軸承包括內圈支撐面，其直徑大于環形齒輪的齒面直徑。轉子輪轂基本上直接連接于主軸承使得位于環形齒輪齒面內的所有徑向位置的扭矩傳遞路徑基本上獨立于力傳遞路徑，其中彎矩和其他不會導致圍繞旋轉軸線Y旋轉的力由該力傳遞路徑傳遞到機艙支撐結構。
本發明的用在風輪機中的驅動組件和齒輪傳動裝置的優點在于由風輪機轉子葉片產生的懸垂載荷對行星驅動部件和行星齒輪平臺的齒輪嚙合具有很小的影響。這樣相對于目前已知的結構而言提高了齒輪傳動裝置的額定功率或者降低了對于給定額定功率的尺寸。而且可以理解行星齒輪的齒輪嚙合所產生的作用力對主軸承中軸承滾柱上的載荷分布影響不大，這樣增大了主軸承的負載容量或者可以降低對于給定負載容量的軸承的尺寸。
權利要求
1.一種用于風輪機的驅動組件，包括轉子輪轂；諸如渦輪機機艙的支撐結構；行星齒輪傳動裝置，它包括中心齒輪、行星齒輪和環形齒輪以及行星托架，所述環形齒輪不可轉動地固定于所述支撐結構；主軸承，它相對于所述環形齒輪和支撐結構可轉動地支撐轉子輪轂和行星托架；并且所述驅動組件包括兩個基本獨立的作用力傳遞路徑，用于傳遞和由風輪機轉子輪轂施加的作用力起反作用的作用力，所述作用力傳遞路徑的第一個從轉子輪轂經由所述主軸承到支撐結構起作用，主要用于傳遞懸垂載荷力和彎矩力，而所述作用力傳遞路徑的第二個從轉子輪轂經過所述行星托架起作用，主要用于傳遞旋轉力。
2.如權利要求1所述的驅動組件，其特征在于，在平行于行星托架的旋轉軸線的軸向方向上，環形齒輪基本軸向對準主軸承。
3.如權利要求1或2所述的驅動組件，其特征在于，主軸承包括內圈支撐面，其直徑大于環形齒輪的齒面直徑。
4.如上述權利要求中任一項所述的驅動組件，其特征在于，中心齒輪、行星齒輪和環形齒輪位于包含所述主軸承的橫斷面內。
5.如上述權利要求中任一項所述的驅動組件，其特征在于，在環形齒輪齒面的內部的所有徑向位置，第二作用力傳遞路徑基本上獨立于第一作用力傳遞路徑。
6.如上述權利要求中任一項所述的驅動組件，其特征在于，所述作用力傳遞路徑的第二個包括一個徑向延伸的扭矩傳遞部件，它扭轉較硬但是在平行于旋轉力繞其作用的軸線的軸向方向上相對柔順。
7.如上述權利要求中任一項所述的驅動組件，其特征在于，主軸承的外圈連接于或者用于連接風輪機轉子輪轂。
8.如上述權利要求中任一項所述的驅動組件，其特征在于，主軸承和齒輪傳動裝置具有整體式結構。
9.如權利要求8所述的驅動組件，其特征在于，環形齒輪為主軸承的可轉動軸承部件提供支撐面。
10.如權利要求1到8中任一項所述的驅動組件，其特征在于，主軸承的內圈由環形齒輪支撐。
11.如權利要求10所述的驅動組件，其特征在于，環形齒輪為主軸承提供軸向和徑向定位。
12.如權利要求11所述的驅動組件，其特征在于，環形齒輪具有階梯截面的徑向外表面以確定用于軸向定位主軸承的內軸承圈的凸肩。
13.如權利要求11所述的驅動組件，其特征在于，內軸承圈軸向地固定在所述凸肩和所述支撐結構之間。
14.如上述權利要求中任一項所述的驅動組件，其特征在于，環形齒輪配置有一個加強環。
15.如權利要求14所述的驅動組件，其特征在于，所述加強環軸向和/或徑向延伸超出環形齒輪的齒面。
16.如權利要求14或15當從屬于權利要求12或13時所述的驅動組件，其特征在于，加強環提供主軸承的軸向定位。
17.如權利要求1到9中任一項所述的驅動組件，其特征在于，主軸承安裝在將環形齒輪連接于支撐結構的法蘭上。
18.如上述權利要求中任一項所述的驅動組件，其特征在于，主軸承包括一個雙圓錐軸承。
19.如權利要求18所述的驅動組件，其特征在于，雙圓錐軸承包括一個單體外軸承圈。
20.如權利要求19所述的驅動組件，其特征在于，轉子輪轂相對于所述單體外軸承圈剛性地固定。
21.如權利要求18到20中任一項所述的驅動組件，其特征在于，雙圓錐軸承包括布置為O形結構的滾柱，其中一組滾柱在遠離該軸承對中的其他組的滾柱的方向上直徑增大。
22.如上述權利要求中任一項所述的驅動組件，其特征在于，齒輪傳動裝置可以用于支撐發電機。
23.如權利要求1所述的并且實質上如上所述的用于風輪機的驅動組件。
24.一種風輪機，包括轉子、發電機和如上述權利要求中任一項所述的驅動組件。
25.一種用在風輪機中用于從轉子輪轂向發電機傳遞力的齒輪傳動裝置，所述齒輪傳動裝置包括行星齒輪傳動裝置，它包括中心齒輪、行星齒輪和環形齒輪以及行星托架，所述環形齒輪用于不可轉動地固定于諸如渦輪機機艙的支撐結構；主軸承，它可轉動地支撐行星托架并且用于相對于所述環形齒輪和支撐結構可轉動地支撐轉子輪轂；并且所述齒輪傳動裝置包括兩個基本獨立的作用力傳遞路徑，用于傳遞使用時和由風輪機轉子輪轂施加的作用力起反作用的作用力，所述作用力傳遞路徑的第一個經由所述主軸承到支撐結構起作用，主要用于傳遞懸垂載荷力和彎矩力，而所述作用力傳遞路徑的第二個經由所述行星托架起作用，主要用于傳遞旋轉力。
26.如權利要求25所述的并且實質上如上所述的齒輪傳動裝置。
全文摘要
一種用于風輪機的驅動組件，包括轉子輪轂(14)；諸如渦輪機機艙的支撐結構(15)；行星齒輪傳動裝置(11)，它包括中心齒輪(27)、行星齒輪(25)和環形齒輪(24)以及行星托架(28)，所述環形齒輪不可轉動地固定于所述支撐結構(15)；主軸承(23)，它相對于所述環形齒輪和支撐結構可轉動地支撐轉子輪轂(14)和行星托架(28)；并且所述驅動組件包括兩個基本獨立的作用力傳遞路徑，用于傳遞和由風輪機轉子輪轂施加的作用力起反作用的作用力，所述作用力傳遞路徑的第一個從轉子輪轂(14)經由所述主軸承(23)到支撐結構(15)起作用，主要用于傳遞懸垂載荷力和彎矩力，而所述作用力傳遞路徑的第二個從轉子輪轂(14)經過所述行星托架(28)起作用，主要用于傳遞旋轉力。
文檔編號F16H1/28GK1447880SQ01814244
公開日2003年10月8日 申請日期2001年8月3日 優先權日2000年8月15日
發明者彼得·弗拉芒, 馬塞爾·德懷爾德, 羅杰·博蓋爾特 申請人:漢森傳動系統國際公司