CN103210215B - 风轮机功率传输*** - Google Patents

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Abstract

一种功率传输***，其用于增大来自风轮机转子的转速，包括构造为由转子驱动的主轴、支承结构和齿轮箱。支承结构包括至少一个轴承，所述轴承用于支承主轴绕着主轴线旋转，在主轴和支承结构之间不具有其他自由度。齿轮箱包括刚性联接到支承结构的齿轮箱壳体以及联接到主轴的齿轮箱输入构件。齿轮箱壳体支承齿轮箱输入构件绕着主轴线旋转而不具有任何其他自由度，并且齿轮箱输入构件联接到主轴而具有全方向平移自由度和绕着垂直于主轴线的轴线的旋转自由度。

Description

风轮机功率传输***
交叉引用
本申请要求2010年10月18日提交的名为“DRIVETRAIN FOR A WIND TURBINE”的美国临时专利申请61/393,995的权益。本申请还要求于2011年3月8日提交的名为“WINDTURBINE POWER TRANSMISSION SYSTEM”的美国临时专利申请No.61/450,151的权益。
技术领域
本发明涉及功率传输***。更具体地说，本发明涉及用于风轮机的功率传输***。
背景技术
风轮机通常包括转子，所述转子具有由风驱动的大型叶片。转子叶片将风的动能转化为旋转机械能。旋转机械能通常驱动一个或多个发电机产生电功率。因此，风轮机包括功率传输***，以处理旋转机械能，将其转化为电能。所述功率传输***有时被称为风轮机的“功率系”。功率传输***的从风轮机转子到发电机的部分被称为传动系。
通常，有必要将风轮机转子的旋转速度增加至发电机所需的速度。这通过风轮机转子和发电机之间的齿轮箱来完成。因此，齿轮箱形成功率传输***的一部分，并且将来自风轮机转子的低速、高扭矩输入转化为用于发电机的低扭矩、高速输出。
扭矩传递并不是风轮机功率传输***的唯一功能。辅助功能是将其他转子负载传递到支承***的机舱结构和塔架。实际上，由于不同的风力情况、动态相互作用、控制方案、重力及其他因素，风轮机转子承受多种负载。这些负载穿过功率传输***的路径取决于具体结构。虽然想到为部件设计相应负载路径，但是负载的不可预测性、多样性和大小使得这非常具有挑战性。此外，就算适当设计的部件也不能精确地考虑到机加工误差、负载变形、热膨胀/变形以及其他情况。这些情况可导致不期望的“寄生力”，寄生力具有损坏功率传输***中的元件的风险，尤其是齿轮箱部件和主轴承。因此，齿轮箱和轴承的可靠性是风电产业中最关心的内容之一。
一些厂商通过设计无齿轮级的功率传输***来解决齿轮箱的问题。在这种***中，风轮机转子直接驱动低速发电机。尽管受到转子负载影响的元件数量可能会减少，但是这种直接驱动式风轮机在主轴承以及发电机部件中的寄生负载方面具有同样挑战。直接驱动式风轮机还具有其他问题。尤其是，要产生当量功率，低速发电机要比啮合传动解决方案中对应的中高速部件更大。除了成本问题以外，较大尺寸对于运输、安装和维护也具有挑战性，因为大部分直接驱动式机器是结合有供应量受限的稀土材料的永磁发电机。此外，在发电机的低公差和寄生力的可控管理方面也具有严格要求。
因此，具有齿轮级的功率传输***仍旧被认为是有利益的，并且非常期望解决可靠性问题的方案。
发明内容
公开了一种用于增加来自风轮机的转子的转速的功率传输***。功率传输***包括构造为由转子驱动的主轴、支承结构和齿轮箱。该支承结构包括至少一个轴承，所述轴承用于支承主轴绕着主轴线旋转并且约束主轴的其他运动。因此，除了绕着主轴线旋转之外，在主轴和支承结构之间没有其他自由度。
齿轮箱包括刚性联接到支承结构的齿轮箱壳体以及联接到主轴的齿轮箱输入构件。齿轮箱壳体支承齿轮箱输入构件绕着主轴线旋转同时约束齿轮箱输入构件的其他运动。另一方面，齿轮箱输入构件联接到主轴，具有全方向平移自由度和绕着垂直于主轴线的轴线的旋转自由度。主轴和齿轮箱输入构件之间的柔性在功率传输***的整体运动学中起着重要的作用。有利地，通过将该柔性与表征其他部件之间的相互作用的运动学关系相结合，功率传输***确保了以可靠方式传递扭矩。分配其他的内力，使得功率传输***对于对准缺陷、公差、负载变形、热膨胀以及其他可能导致寄生负载的情况具有低灵敏性。
主轴和齿轮箱输入构件之间的柔性可通过柔性联接器提供，该柔性联接器由与主轴相关联的末端部、与齿轮箱输入构件相关联的末端部以及联接元件限定。联接元件联接到各末端部而限定出两个接头。每个接头都允许联接元件和相应末端部之间绕着垂直于主轴线的轴线的相对旋转以及沿着主轴线的相对平移。由于这种双接头，柔性联接器适应主轴和齿轮箱输入构件之间的径向、轴向和角度失配。
当齿轮箱壳体从安装在风轮机中时位于塔架顶部的支承结构悬伸时，通过作用力的内部分布可提供附加的优点。在该实施方式中，支承结构可包括轴承壳体，其围绕支承主轴的轴承。齿轮箱壳体则可直接或间接地从轴承壳体悬伸。因而，不存在穿过齿轮箱壳体至塔架的负载路径。当功率传输***进一步包括与齿轮箱形成一体的发电机时，保留了这种优点。尤其是，发电机包括位于发电机壳体内的转子和定子，发电机壳体刚性联接到齿轮箱壳体并从其悬伸。
基于以下描述，将会更清楚这些和其他的优点。
附图说明
图1是风轮机的一个实施例的立体图。
图2是用于图1的风轮机的功率传输***的立体图。
图3是图2的功率传输***的剖视图。
图4是功率传输***的一部分的更详细的剖视图。
图4A是功率传输***中的轴承的预紧元件的一个实施方式的剖视图。
图5是更详细地示出图3的功率传输***中的联接器的剖视图。
图6是图5中所示的联接器的分解立体图。
图7A至图7D是图5中所示的联接器的示意图。
图8是根据另选实施方式的功率传输***中的联接器的联接元件的立体图。
图8A是用于图8的实施方式的联接器的示意图。
图9是具有根据又一实施方式的联接器的功率传输***的立体图。
图10是图9的功率传输***的分解立体图。
图11是图9的功率传输***中的联接器的分解立体图。
图11A是根据另一实施方式但是基于与图11中的联接器相似的原理的联接器的立体图。
图12和图13是具有根据又一实施方式的联接器的功率传输***的示意图。
图14是图2的功率传输***的一部分的俯视图。
图15是图2的功率传输***的一部分的侧视图。
图16是根据另选实施方式的功率传输***的一部分的剖视图。
具体实施方式
图1示出了风轮机2的一个示例。虽然示出了离岸风轮机，但是应当注意的是，以下描述也可适用于其他类型的风轮机。风轮机2包括安装到轮毂6上的转子叶片4，轮毂6由机舱8支承在塔架12上。风使得转子叶片4和轮毂6绕主轴线14(图2)旋转。该旋转能量被传送到容纳在机舱8内的功率传输***(或“功率系”)10。
如图2和图3所示，功率传输***10包括联接到轮毂6(图1)的主轴16。功率传输***10还包括：支承主轴16的第一轴承18和第二轴承20；围绕第一轴承18和第二轴承20的轴承壳体22；以及齿轮箱24，所述齿轮箱具有由主轴16驱动的齿轮箱输入构件26。齿轮箱24增大主轴16的旋转速度，以驱动发电机28，如将在下文更详细地描述的。
功率传输***10的运动学也将在下面更详细地描述。为了这种目的，将方便地参照基于主轴线14的三维坐标系。在该坐标系中，y轴被视为是该坐标系的主轴线。x轴和z轴垂直于y轴，其中z轴大体与重力方向对齐。运动物体之间的关系将按照自由度来描述。“物体”是单个元件或基本上刚性连接而使得物体中两点之间的距离在正常情况下有效固定的一组元件。换句话说，物体的全部元件在正常情况下相对于同一参照系一起有效地移动；相对运动并不是预期的。“自由度”指的是一个物体相对于其所连接的另一物体沿平移或旋转方向运动的能力。当存在一个或若干自由度的时候，想到专门设计具有相对运动的接头。平移方向和旋转方向是根据坐标系限定的。
现在来看图4，其以剖视图示出了功率传输***10的一部分。正如可看到的，主轴16是中空的，其在连接到轮毂6(图1)的一端包括凸缘部分32。该凸缘部分32使得主轴16能通过螺栓联接到轮毂。在其他实施方式中，主轴16可通过希斯连接(hirth connection)、销栓组合连接或者确保扭矩传递的一些其他结构而联接到轮毂。此外，虽然凸缘部分32被示出为与主轴16的其余部分整体形成，另选的是其可以是以螺栓连接或以其他方式固定至主轴16的单独元件。
第一轴承18和第二轴承20支承主轴16绕着y轴14旋转，但是防止轴承壳体22和主轴16之间的其他相对运动。示出了广泛流行的圆锥滚子轴承结构。具体地说，第一轴承18和第二轴承20是单列圆锥滚子轴承，它们在轴承壳体22内间隔开并且布置为O形结构；正交于滚动元件的作用力会聚在轴承之间的空间外(从而产生了比轴承之间的距离更大的有效分布)。其他轴承结构也是可行的。例如，主轴16可另选地由均具有单列或多列滚子元件的圆柱滚子轴承、球滚子轴承或圆锥滚子轴承中的某一组合来支承。
主轴承壳体22进一步包括肩部34、36，以帮助在轴向上定位第一轴承18和第二轴承20。第一预紧元件38在主轴16的凸缘部分32和第一轴承18之间延伸。第一预紧元件38可以是主轴承壳体22中的套筒，其尺寸为使得第一轴承18压靠在肩部34上。同样地，第二预紧元件40可在第二轴承20和位于主轴16的另一端的联接凸缘42之间延伸。第二预紧元件40同样可是套筒，其尺寸为使得将第二轴承20压靠在肩部36上。
在一些实施方式中，第一和/或第二预紧元件38、40可以是可调整的。例如，图4A图示了第二预紧元件40的一个实施方式，该第二预紧元件由螺栓46和弹簧48所限定。螺栓46延伸穿过联接凸缘42中的螺纹孔50，并且在面向第二轴承20的那一端上包括帽或者头部52。帽52的凸缘状部分54在径向方向上延伸，从而限定出面向第二轴承20的表面。弹簧48装在帽52的另一部分上，并且在这些表面和第二轴承20之间延伸。由弹簧48所施加的作用力在轴向方向上对第二轴承20预加载。
图4A的实施方式中的预加载可通过改变螺栓46的位置而调整。为此，螺栓46可包括头部或者终端部分56，其位于联接凸缘42的另一侧上，使得螺栓能被旋转。例如，螺栓46可以是在联接凸缘42的该另一侧上具有六边形端部的螺柱。旋转螺栓46会改变其轴向位置，从而改变弹簧48的压缩量。
如果期望的话，第一预紧元件38可类似于图4A中所示的第二预紧元件40构造。风轮机轴承设计领域的普通技术人员将会理解上述实施方式的变型。例如，图4A的单独弹簧48可由单独的弹性套筒所替代。另外，可以是绕着主轴16延伸并且接纳在整个帽52上的管状套筒(套筒的内径和外径抵接各凸缘状部分54)，而不是每一螺栓46上有一个弹簧48。会理解有多种不同实施例，因而在图4中示意性示出了第一预紧元件38和第二预紧元件40(注意：为了简单起见，在图2和图3中未示出)。
不管具体结构如何，第一预紧元件38和第二预紧元件40与凸缘部分32和联接凸缘42协作，以将第一轴承18和第二轴承20抵靠肩部34、36固定到位。这种结构不需要主轴16上具有凹口，这简化了主轴16的制造过程且并不会有损强度。此外，预加载确保了第一轴承18和第二轴承20在全部工作条件下经受至少一些最低负载。这减少或者消除了不需要的轴向运动，使整个***的刚性最大化，并且由于滚动元件的负载区域随着预加载而增大，从而优化了轴承的使用。
现在回头参见图3，齿轮箱24从轴承壳体22和主轴16悬伸；齿轮箱24自身不具有支承。更准确地说，齿轮箱24包括联接到主轴16的齿轮箱输入构件26以及从轴承壳体22悬伸的齿轮箱壳体60。这种悬伸并不需是直接的。实际上，在所示的实施方式中，联接器壳体62将齿轮箱壳体60连接到主轴承壳体22，并且包围主轴16和齿轮箱输入构件26之间的接口。因此，齿轮箱壳体60通过联接器壳体62而从轴承壳体22悬伸。换句话说，齿轮箱壳体60仅在一个端部处被支承，并且因此经由联接器壳体62从轴承壳体22以悬臂形式伸出。
基于下面的描述，将会清楚该具体结构的优点。然而，风轮机设计领域的普通技术人员将理解具有相同运动学关系的其他结构。例如，支承主轴16的刚性连接元件(例如，第一轴承18和第二轴承20以及轴承壳体22)可进一步被统称为“支承结构”，并被视为是同一运动物体的一部分。齿轮箱壳体60也是该运动物体的一部分，因为其刚性联接到轴承壳体22。考虑到这些，齿轮箱刚性联接到支承主轴的类似结构(例如底架)的其他实施方式是显而易见的。悬伸不是必需的，除非与悬伸结构(如下所述)相关联的特定优点是期望的。一般来说，相关联的运动物体具有两个接头：与主轴16相连的第一个接头和与齿轮箱输入构件26相连的第二个接头。已经描述了第一接头(主轴16的支承)。就第二接头而言，齿轮箱壳体60(并因此它的相关联的运动物体)支承齿轮箱输入构件26，使其绕着主轴线14旋转，并且抑制其他的相对运动。
齿轮箱输入构件26的类型取决于具体的齿轮箱设计。示出了差速齿轮箱的行星齿轮支座，但是差速齿轮箱的细节并未示出，因为也可另选地使用适于风轮机的其他齿轮箱设计。该设计包括例如涉及单级或多级的传统行星齿轮箱、混合行星齿轮箱、固定行星架行星齿轮箱等等。与齿轮箱设计无关，齿轮箱输入构件26柔性地联接到主轴16。存在可实现的不同方式，并且下面将描述若干实施例。每个实施例都涉及柔性连接或联接器64，以便主轴16和齿轮箱输入构件26非刚性连接；它们是在联接器64处接合的不同运动物体。有利地，该联接器64提供全方向平移自由度并提供仅绕着x轴和z轴的旋转自由度。因为联接器64是扭转刚性的，所以不具有绕着y轴(主轴线)的旋转自由度。
图5和图6更加详细地示出了联接器64的一个实施方式。在该实施方式中，联接器64是曲面花键齿式联接器，其由主轴16的联接凸缘42、齿轮箱输入构件26的联接凸缘68以及周向接合联接凸缘42、68的联接元件70限定。联接凸缘42、68被示为分别螺栓联接到主轴16和齿轮箱输入构件26的单独部件。因此，联接凸缘42、68随着这些部件旋转。一些销(未示出)在每个联接凸缘42、68和在不同位置螺固的部件之间延伸，以有助于传递扭矩。通过将摩擦板(未示出)布置在每个联接凸缘42、68和螺固的部件之间而附加地或者另选地支承该连接。摩擦板例如可以是涂覆有摩擦增强材料的金属盘。扭矩是致使绕着主轴线14旋转的作用力与距主轴线14的距离的函数。因此，借助于这些销和/或摩擦板提高扭矩传递能力会使得通过所述连接传递较大的作用力，而不必增加主轴16或者齿轮箱输入构件26的直径。在另选实施方式中，联接凸缘42、68可分别与主轴16和齿轮箱输入构件26一体地形成。
如图6中所示，联接凸缘42、68终止于径向向外凸出的齿74、76。联接元件70包括径向向内凸出以接合齿74、76的齿78。因此，限定出两种齿轮啮合。在联接凸缘42、68和联接元件70上存在相同数量的齿，以便具有1∶1的传动比。每个齿轮啮合中的一组齿具有基本上直的齿廓，而另一组齿具有在轴向方向上成冠状的齿廓。这在图7A中示意性的示出。
在图5和图6中所示的实施方式中，联接凸缘42、68上的齿74、76是具有冠状齿廓的齿。联接元件70上的齿78具有直齿廓，并且沿着其长度延伸以与齿74、76相啮合。由于这种结构，联接器64用作可适应不同类型的失配的双接头。更具体地说，联接器64可分成三个运动物体：主轴16(包括联接凸缘42)、联接元件70以及齿轮箱输入构件26(包括联接凸缘68)。接头被限定在每个联接凸缘42、68与联接元件70之间。在该具体实施方式中，这些接头是齿轮啮合的(将描述其他实施例)。因为冠状齿74、76而使得每个接头允许绕着x轴和z轴的相对旋转。因为直齿78并不会在轴向方向上(即，沿着主轴线14)约束冠状齿74、76，因此也允许在该轴向方向上的相对平移。这些接头并未设计用于其他相对运动。
该运动学关系为联接器64提供全方向平移自由度和绕着x轴和z轴的旋转自由度。如从图7A至图7D中的示意图中可理解的，如果主轴16(由联接凸缘42表示)与齿轮箱输入构件26(由联接凸缘68表示)在径向方向(沿着x轴或z轴偏移；图7B)失配，在角度方向(图7C)失配，和/或在轴向方向(沿着y轴偏移；图7D)失配，则上述的相对平移和旋转会适应这些失配。当该运动学关系与功率传输***10的其他关系(运动物体的数量、接头数量、自由度)相结合时，该功率传输***对于对准误差、公差、负载变形、热膨胀和其他可能导致失配和损坏敏感部件的不需要的“寄生力”的情况具有低敏感性。因此，功率传输***10能够以可靠的方式实现其主要功能，即扭矩传递功能。
联接凸缘42、68代表主轴16和齿轮箱输入构件26的末端部。在未示出的另选实施方式中，这些末端部可简化为具有径向凸出齿的主轴16的延伸部和齿轮箱输入构件26的延伸部。此外，末端部上的径向凸出齿并不必须沿相同方向。例如，图8示出了用于这种另选实施方式中的联接元件80。该联接元件80包括径向向内凸出的第一组齿82以及径向向外凸出的第二组齿84，而不是围绕主轴16的末端部和齿轮箱输入构件26的末端部的环形花键(类似于联接元件70)。这些末端部中的一个(例如主轴16或齿轮箱输入构件26的延伸部或联接凸缘)啮合第一组齿82，而另一个则啮合第二组齿84。每一齿轮啮合中的一组齿具有基本上直的齿廓，而另一组齿则具有在轴向上成冠状的齿廓。因而，尽管在图8中第一和第二组齿82、84具有直的齿廓，但是它们可另选为是具有冠状齿廓的一方。
图8中保持与图3至图7中的实施方式相同的运动学关系。也就是说，联接元件80表示与两个其他物体(主轴16和齿轮箱输入构件26)具有接头的一个运动物体。这可从图8A的示意图中理解。每个接头都允许绕着x轴和z轴的相对旋转以及沿着y轴的相对平移。同样，这也是每一齿轮啮合中的一组齿具有冠状齿廓而另一组齿具有直齿廓的结果；原理与图3至图7中的实施方式相同。总体结果仍旧是提供全方向平移自由度和绕着x轴和z轴的旋转自由度的联接结构。这种联接器并未设计用于其他相对运动。因此，上述的优点也仍然适用。
上述的优点也适用于并不涉及曲面齿式齿轮啮合的其他实施方式。事实上，有很多方式来为联接器64提供主轴16、联接元件和齿轮箱输入构件26之间的相同运动学关系。
图9至图11图示了一种另选实施方式，其中联接器64结合有由橡胶之类的柔性材料制成的接头元件。更具体地说，联接器64包括位于联接凸缘42和联接凸缘68之间的联接元件92。多个销94在轴向方向上从联接元件92的相反两侧凸出。这些销94可压配合到孔中或者以其他方式固定到联接元件92，或者可以与联接元件92一体形成。在该实施方式中，结合到联接器64中的接头元件是被接收在销94上的橡胶衬套90。可将衬套90压配合到销94上，然后可将这些销***到联接凸缘42、68中设置的孔96内。当这些销94以这种方式定位时，可在孔96与衬套90之间提供松配合连接。
有利地，衬套90允许销94与孔96之间的一些角运动和轴向运动。据此，保持了与上述相同的运动学关系。联接元件92经由一侧上的销94与联接凸缘42(因此与主轴16)具有接头，并且经由另一侧上的销94与联接凸缘68(因此与齿轮箱输入构件26)具有接头。这两个接头中的每一个都允许绕着x轴和z轴的相对旋转以及沿着y轴的相对平移。其他相对运动受到约束。同样，总体结果仍旧是主轴16与齿轮箱输入构件26之间的、提供全方向平移自由度以及仅绕x轴和z轴的旋转自由度的联接器64。销94的位置和尺寸以及衬套90的尺寸和材料可根据期望的参数(例如寄生力的可接受程度、联接器64的尺寸和质量、衬套90的寿命等)进行优化。
基于上述描述，将理解结合有由柔性材料构成的接头元件的其他实施方式。这些其他实施方式并不需包含销和橡胶衬套。事实上，图11A是另选实施方式的示意图，其中联接元件100包括块状凸起102，并且联接凸缘42、68包括用于该凸起102的相应凹槽104。该实施方式中的接头元件是定位在凸起102和凹槽104之间的橡胶垫106。橡胶垫106以与图11中的橡胶衬套90相同的方式起作用，提供联接元件100与联接凸缘42、68之间(并因此与主轴16和齿轮箱输入构件26之间)的相同自由度。
图12和图13示意性图示了并不包括曲面齿式齿轮啮合或者橡胶接头元件的一个实施方式。在该实施方式中，联接器64包括呈刚性管形式的联接元件110，其位于主轴16的末端部112与齿轮箱输入构件26的末端部114之间。联接元件110具有大于末端部112和114的内径，从而有效地围绕它们。末端部112、114均通过一个或多个柔性盘而联接到联接元件110。在所示的实施方式中，第一盘116具有联接到主轴16的内径部和联接到联接元件110的外径部。第二盘118具有联接到齿轮箱输入构件26的内径部和联接到联接元件110的外径部。第一盘116和第二盘118与相应的末端部112、114之间的连接可以是销栓连接(类似于如上所述的联接凸缘42、68)或者是任何其他适当的连接。第一盘116和第二盘118可在该连接区域中具有稍微增加的厚度。这些变型在图12中示出，但是为了简单起见并未在图13中示出。
总的来说，第一盘116和第二盘118都具有明显大于各自厚度的外径。此外，外径明显大于所相关的内径。该几何关系和/或材料在某些方向上为第一盘116和第二盘118提供柔性。尤其是，类似第一盘116和第二盘118的薄盘在径向方向上比在轴向方向上具有更大的刚度。这种盘可挠曲以允许其内径部相对于外径部在轴向上移动。该盘还可挠曲以使得其内径部相对于外径部绕着垂直于轴向方向的轴线扭曲(即，旋转)。第一盘116和第二盘118的适当材料包括但不限于：金属(例如：铁、钢、钛)、复合材料(例如：玻璃纤维和树脂)、碳强化塑性材料、或它们的组合。
考虑到第一盘116和第二盘118的柔性，联接器64可以以与上述其他实施方式相同的方式看作涉及三个运动物体(主轴16、联接元件110和齿轮箱输入构件26)。第一盘116限定主轴16和联接元件110之间的接头。第二盘118限定联接元件110与齿轮箱输入构件26之间的接头。这些接头均具有沿着y轴的平移自由度以及绕着x轴和z轴的旋转自由度。其他相对运动受到约束。
可理解，存在不同的方式来提供联接器64，该联接器在运动学上连接主轴16和齿轮箱输入构件26，具有全方向平移自由度和绕着垂直于主轴线的轴线的旋转自由度。上述的实施例使用具有两个单独接头的联接元件来实现这一点。正如之前所提及的那样，由联接器64提供的运动学关系与其他的运动学关系(运动物体的具体数量、物体之间的接头、以及自由度)相结合时，确保了潜在破坏性寄生力最少的扭矩传递。
返回去参照图2和图3，功率传输***10不仅以有利的方式实现了其主要功能，而且以提供若干优点的方式实现了其次要功能，即从转子到塔架传递非扭矩负载。齿轮箱壳体60经由联接器壳体62从轴承壳体22悬伸，如上所述。发电机28还可通过联接到齿轮箱24而悬伸。更具体地说，发电机28包括位于发电机壳体134内的发电机转子130和定子132。发电机转子130由齿轮箱输出构件136驱动，并且被支承成在发电机壳体134内旋转。定子132刚性联接到发电机壳体134，该发电机壳体则刚性联接到齿轮箱壳体60并从其悬伸。关于发电机自身的进一步细节在与本申请同时提交的PCT专利申请中进行了描述，该PCT专利申请名为“WIND TURBINE POWER TRANSMISSION SYSTEM”并且申请人的案号为2010P00199WO，其公开内容通过援引全部结合于此。
在齿轮箱24或者发电机28不具有支承的情况下，穿过功率传输***10至供布置该功率传输***的塔架12(图1)的唯一负载路径穿过轴承壳体22和底架140(图14)。这在图15中由箭头138示意性示出。在如图14和图15所示，轴承壳体22可包括位于第一轴承18附近的第一支承腿142和第二支承腿144以及位于第二轴承20附近的第三支承腿146和第四支承腿148。第一、第二、第三和第四支承腿142、144、146、148安装在底架140上，该底架以特定的方式成形以分布其从轴承壳体22所接收到的负载。有利地，底架140在圆形底部150上分布负载。这减小了用于将底架140附接至塔架12的偏航***(未示出)中的应力集中。关于轴承壳体22的形状和作用力分布的更多细节在2011年9月9日提交的名为“WIND TRUBINE ROTORSHAFT SUPPORT STRUCTURE”的美国临时专利申请No.61/532,595中进行了描述，并且其公开内容通过援引全部合并于此。
上述的实施方式仅仅是由所附权利要求限定的本发明的实施例。风轮机设计领域的普通技术人员将理解基于该描述的附加实施例、修改和优点。例如，应理解，主轴16和轮毂6是刚性联接的(例如，使用上述可行方式中的一种)，从而成为同一运动物体(“转子体”)的一部分。尽管图2至图15中的实施方式图示了联接到主轴16的齿轮箱输入构件26，但是在另选实施方式中，齿轮箱输入构件26可在轮毂6处联接到该转子体。图16图示了这种实施方式的一个实施例。
在图16中，采用了相同附图标记表示对应于其他实施方式的结构，齿轮箱壳体60直接联接到轴承壳体22并且被支承在底架140上。以上描述了怎样不需要齿轮箱24从轴承壳体22悬伸；支承主轴16和齿轮箱壳体60的刚性连接起来的元件被视为同一运动物体(“支承结构”体)的一部分。在图16的实施方式中，类似于其他实施方式，该运动物体支承该转子体绕着主轴线14旋转并且约束其他运动。更确切地说，第一轴承18和第二轴承20(支承结构体的一部分)支承主轴16绕着主轴线14旋转并且约束其他运动。齿轮箱壳体60相对于齿轮箱输入构件26实现相同运动。
齿轮箱输入构件26仍旧联接到转子体，具有全方向平移自由度和绕着垂直于主轴线的轴线的旋转自由度。然而，这是通过将齿轮箱输入构件26联接(通过联接器64)到轮毂6而非联接到主轴16而实现的。齿轮箱输入构件26包括扭矩管180，其延伸穿过该主轴16抵达联接器64，使得齿轮箱24可保持位于轴承壳体22后方。图16中所示的联接器64与图9至图11中的实施方式相似，其包括具有由橡胶衬套194围绕的销192的联接元件190。在一侧，销192和橡胶衬套194被容纳在螺栓联接到轮毂6的联接凸缘196中。在另一侧，销192和橡胶衬套194被容纳在螺栓联接到扭矩管180(并因此刚性联接到齿轮箱输入构件26)的联接凸缘198中。上述关于其他可行性的讨论仍适用于此，因此该实施方式和其他实施方式并未详细地说明。普通技术人员将理解如何保持转子体、支承机构和齿轮箱输入构件之间的运动以提供类似的优点。
按照上述内容，任何特定实施方式的细节不应视为所附权利要求的保护范围的必要限制。

Claims (18)

1.一种功率传输***，该功率传输***用于增大来自风轮机转子的转速，其包括：
主轴，该主轴构造为由所述转子绕着主轴线驱动；
支承结构，该支承结构包括至少一个轴承，所述轴承用于支承所述主轴绕着主轴线旋转并且约束该主轴的其他运动；以及
齿轮箱，该齿轮箱具有刚性联接到所述支承结构的齿轮箱壳体以及联接到所述主轴的齿轮箱输入构件，该齿轮箱壳体支承所述齿轮箱输入构件绕着所述主轴线旋转同时约束该齿轮箱输入构件的其他运动，
其特征在于，
所述齿轮箱输入构件联接到所述主轴而具有全方向平移自由度和绕着垂直于所述主轴线的轴线的旋转自由度，
所述主轴通过柔性联接器联接到所述齿轮箱输入构件，该柔性联接器由以下限定：
与所述主轴相关联的末端部；
与所述齿轮箱输入构件相关联的末端部；以及
联接元件，该联接元件联接到各所述末端部从而限定出两个接头，其中各接头允许所述联接元件与相应末端部之间绕着垂直于所述主轴线的轴线的相对旋转以及沿着所述主轴线的相对平移。
2.根据权利要求1所述的功率传输***，其中，所述支承结构进一步包括围绕所述至少一个轴承的轴承壳体，所述齿轮箱壳体从所述轴承壳体悬伸。
3.根据权利要求2所述的功率传输***，其中，所述主轴通过柔性联接器联接到所述齿轮箱输入构件，该功率传输***进一步包括：
联接器壳体，所述联接器壳体围绕所述柔性联接器，所述齿轮箱壳体经由该联接器壳体从所述轴承壳体悬伸。
4.根据权利要求2或3所述的功率传输***，该功率传输***进一步包括：
发电机，该发电机具有位于发电机壳体内的发电机转子和定子，该发电机壳体刚性联接到所述齿轮箱壳体并从其悬伸。
5.根据权利要求2所述的功率传输***，其中，所述至少一个轴承包括在所述轴承壳体内间隔开的第一轴承和第二轴承。
6.根据权利要求5所述的功率传输***，所述轴承壳体具有位于所述第一轴承附近的第一支承腿和第二支承腿以及位于所述第二轴承附近的第三支承腿和第四支承腿，该功率传输***进一步包括：
底架，所述轴承壳体的第一支承腿、第二支承腿、第三支承腿和第四支承腿安装至该底架，该底架具有圆形底部并且成形为在所述圆形底部上分布从所述轴承壳体接收的负载。
7.根据权利要求1所述的功率传输***，其中，所述柔性联接器包括曲面花键齿式联接器。
8.根据权利要求1所述的功率传输***，所述末端部具有径向凸出的齿，所述联接元件具有与所述末端部的径向凸出的齿相接合的径向凸出的齿，从而限定出两种齿轮啮合；并且其中每一齿轮啮合中的一组径向凸出的齿具有基本上直的齿廓，而另一组径向凸出的齿具有在轴向上成冠状的齿廓。
9.根据权利要求8所述的功率传输***，其中，所述末端部是与所述主轴相关联的联接凸缘以及与所述齿轮箱输入构件相关联的联接凸缘，这些联接凸缘的径向凸出的齿具有冠状齿廓，并且所述联接元件围绕这些联接凸缘。
10.根据权利要求1所述的功率传输***，其中，所述联接元件包括径向向内凸出的第一组齿以及径向向外凸出的第二组齿；并且进一步其中，这些末端部中的一个末端部与所述第一组齿啮合，而另一个末端部则与所述第二组齿啮合。
11.根据权利要求1所述的功率传输***，其中，所述柔性联接器进一步包括位于与所述主轴相关联的末端部与所述联接元件之间或位于与所述齿轮箱输入构件相关联的末端部与所述联接元件之间的接头元件，该接头元件包括柔性材料。
12.根据权利要求11所述的功率传输***，其中，所述联接元件包括朝着所述主轴的所述末端部延伸的凸起和朝着所述齿轮箱输入构件的所述末端部延伸的凸起，这些末端部包括容纳所述凸起的凹槽，并且所述接头元件位于所述凸起和所述凹槽之间。
13.根据权利要求12所述的功率传输***，其中，所述凸起是从所述联接元件延伸的销，所述接头元件是位于所述销上的橡胶衬套，并且所述凹槽是这些末端部中的孔。
14.根据权利要求1所述的功率传输***，其中，所述联接元件包括管，该管具有围绕所述主轴的所述末端部的第一端以及围绕所述齿轮箱输入构件的所述末端部的第二端，这些末端部通过一个或多个柔性盘联接到所述第一端和所述第二端。
15.一种风轮机，该风轮机包括：
转子，该转子具有轮毂和安装至该轮毂的转子叶片；
根据上述权利要求中任一项所述的功率传输***，其中，所述主轴联接到所述轮毂从而由所述转子驱动。
16.一种风轮机，该风轮机包括：
轮毂；以及
功率传输***，该功率传输***包括：
主轴，该主轴刚性联接到所述轮毂从而在运动学上限定转子体；
支承结构，该支承结构包括至少一个轴承，所述轴承用于支承所述主轴绕着主轴线旋转并且约束所述主轴的其他运动；以及
齿轮箱，该齿轮箱具有刚性联接到所述支承结构的齿轮箱壳体以及联接到所述转子体的齿轮箱输入构件，所述齿轮箱壳体支承所述齿轮箱输入构件绕着所述主轴线旋转同时约束该齿轮箱输入构件的其他运动，
其特征在于，
所述齿轮箱输入构件联接到所述转子体而具有全方向平移自由度和绕着垂直于所述主轴线的轴线的旋转自由度，
所述转子体通过柔性联接器联接到所述齿轮箱输入构件，该柔性联接器由以下限定：
与所述主轴相关联的末端部；
与所述齿轮箱输入构件相关联的末端部；以及
联接元件，该联接元件联接到各所述末端部从而限定出两个接头，其中各接头允许所述联接元件与相应末端部之间绕着垂直于所述主轴线的轴线的相对旋转以及沿着所述主轴线的相对平移。
17.根据权利要求16所述的风轮机，其中，所述齿轮箱输入构件联接至所述主轴。
18.根据权利要求16所述的风轮机，其中，所述齿轮箱输入构件联接至所述轮毂。
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