CN106164483A - 行星齿轮、具有行星齿轮的风力发电机以及行星齿轮的使用 - Google Patents

Abstract

提供了一种行星齿轮和包括行星齿轮的风力发电机，特别是海上风力发电机。该行星齿轮包括驱动轮，该驱动轮与具有第一行星齿轮的传动级接合，其中第一行星齿轮联接至对应数量的第二行星齿轮，第二行星齿轮相对于第一行星齿轮轴向地移位。第二行星齿轮与联接至从动轴的太阳轮接合。驱动轮是具有内部齿轮的中空轮。第二行星齿轮分成齿轮的第一子集和齿轮的第二子。齿轮的两个子集布置在沿轴向方向彼此间隔开的两个分开的平面内。另外，第一子集的第二行星齿轮布置在驱动轮的内部空间内。

Description

行星齿轮、具有行星齿轮的风力发电机以及行星齿轮的使用

技术领域

本发明涉及行星齿轮和包括行星齿轮的风力发电机，特别是海上风力发电机。另外，本发明还涉及行星齿轮的使用。

背景技术

行星齿轮使用在多个技术领域中，特别是用于高扭矩的传输。这种类型的齿轮以相对紧凑的尺寸提供高齿轮传动比。例如，在需要的构造空间始终成问题的风力发电机中，通常应用行星齿轮以将扭矩从承载转子的主轴传输至从动轴，其中从动轴联接至用于电力的产生的发电机。一般由多级行星齿轮提供高齿轮传动比。例如，在文献DE 10 2010 041474A中公开了用于风力发电机的两级动力分配行星齿轮。然而，多个齿轮传动级增加了行星齿轮的长度。原则上，这与期望的紧凑尺寸相矛盾。

为了将高扭矩分配至各个齿接触件，一般应用大量的行星齿轮。然而，这增加了行星齿轮的尺寸。除此之外，驱动齿轮的圆周周围的构造空间有限，因而限制了可应用的行星齿轮的数量。

对高扭矩强度和高齿轮传动比的技术要求一般使得行星齿轮占据较大空间并且沉重。然而，对于在风力发电机、特别是在海上风力发电机中的应用，行星齿轮的尺寸和重量是关键的。因此，理想的是具有紧凑、轻量的齿轮，但该齿轮仍提供承受高扭矩的能力，同时具有高齿轮传动比。

发明内容

本发明的目的是提供一种行星齿轮、具有行星齿轮的风力发电机以及行星齿轮的使用，其在现有技术中已知的技术缺陷方面应当有所改善。

在本发明的一个方面，提供了一种用于动力分配传输的行星齿轮。该行星齿轮包括驱动轮(或从动轮)，该驱动轮(或从动轮)与具有第一行星齿轮的传动级接合，其中第一行星齿轮联接至对应数量的第二行星齿轮。第一行星齿轮和第二行星齿轮相对于彼此轴向地移位。第二行星齿轮与联接至从动轴(或驱动轴)的太阳轮接合。驱动轮是围绕内部空间的中空轮。另外，驱动轮具有内部齿轮，该内部齿轮与第一行星齿轮啮合。本文描述的行星齿轮能够用作倍增器或减速器。因此，术语“驱动轮”也涵盖了从动轮，并且从动轴也可以是驱动轴。

第二行星齿轮分成齿轮的第一子集和第二子集。齿轮的第一子集布置在第一平面内，而齿轮的第二子集布置在第二平面内。第一平面和第二平面在轴向方向上彼此间隔开。换言之，齿轮的第一子集和第二子集布置在相对于彼此轴向地移位的两个分开的平面内。

除此之外，第一子集的第二齿轮布置在中空的驱动轮的内部空间内。特别地，该内部空间在径向方向上受到中空驱动轮的外壳或套筒限制。在轴向方向上，该内部空间受到结合了驱动轮的轴向外边缘的虚拟平面限制，其中这些虚拟平面或理论平面布置在驱动轮的相反侧。这两个平面基本上垂直于行星齿轮的主轴线。第一平面可以布置在驱动轮的面向驱动轴的那一侧。相反的第二平面布置在驱动轮的面向从动轴的另一侧。当行星齿轮安装在风力风电机中时，第一平面面向转子，第二平面则面向发电机。

用于在驱动轮周围布置第一行星齿轮和第二行星齿轮的构造空间有限。可以通过增大驱动轮的直径来增大该空间；然而，这不是在所有情形下都理想的。当应当设计不具有特别大的驱动轮的紧凑的行星齿轮时，这可以通过根据本发明的方面将第二齿轮布置在两个轴向间隔开的分开的平面内而实现。换言之，第二行星齿轮可以在齿轮的轴向方向上是交错的。在齿轮的输出侧上的前视图中，第一子集的第二行星齿轮和第二子集的第二行星齿轮彼此交叠。然而，由于齿轮是轴向移位的，所以它们并不在真实的3D空间内彼此接触。

根据本发明的方面的行星齿轮具有紧凑的设计。当与常规的齿轮相比较时，减少了在径向方向上需要的构造空间。然而，行星齿轮不仅在径向方向上是紧凑的，而且在轴向方向上也是紧凑的，这是因为第一子集的齿轮布置在中空的驱动轮内。有利地，较大数量的行星齿轮可以围绕驱动轮布置。同时，该并不阻碍齿轮的紧凑设计。

除此之外，包括第一行星齿轮和第二行星齿轮的传动级能够设计成具有高齿轮传动比。特别地，齿轮级的齿轮传动比可以高达15。当与常规的行星齿轮相比较时，该高齿轮传动比允许减小所需的齿轮级的数量。特别地，根据本发明的一个实施方式，行星齿轮可以是单级齿轮。行星齿轮的这种设计是经济的，其重量和所需的构造空间相对较小。根据本发明的方面的行星齿轮以减小的尺寸和重量提供了类似的性能特性。这使得齿轮特别适合于风力发电机。

在本发明的一个有利的实施方式中，第二行星齿轮和太阳轮的相应的齿轮是螺旋齿轮。特别地，第一子集的螺旋第二行星齿轮的螺旋(pitch)的方向与第二子集的螺旋第二行星齿轮的螺旋的方向相反。换言之，第一子集和第二子集的螺旋齿轮的倾斜相反。类似地，太阳轮可以构造成具有相反地切割的螺旋齿轮。这些螺旋齿轮分别与第一子集和第二子集的相应的第二行星齿轮啮合。有利地，该设计允许太阳轮在轴向方向上被自由地支撑。有利地，根据该实施方式的行星齿轮能够省略用于太阳轮的推力轴承。至少，推力轴承——如果认为是必需的话——能够设计成具有较低的承载能力。

根据本发明的另一个有利的实施方式，第一子集的第二螺旋行星齿轮的倾斜与第二子集的第二螺旋行星齿轮的倾斜在它们的值方面至少大致彼此相等。换言之，这些齿轮可以具有至少大致相等的倾角。然而，这仅仅适用于所述倾角的绝对值。倾角的旋转的含义将是相反的以提供相反地切割的螺旋齿轮。这种设计进一步增强了太阳轮的轴向自由支撑。

在本发明的一个实施方式中，太阳轮与从动轴之间的离合传动装置布置在分别与第一子集的行星齿轮和第二子集的行星齿轮啮合的齿轮之间的中心处。离合传动装置的这种布置允许太阳轮在轴向地被自由地支撑。

在本发明的另一个有利的实施方式中，行星齿轮仅仅具有单个齿轮传动级。当与具有多个传动级的常规行星齿轮相比较时，具有单个传动级的齿轮可以更轻、更紧凑且技术上复杂程度较低。由于第二行星齿轮可以具有相对较大的半径并由此提供了可以高达15的高齿轮传动比，所以单个传动级能够足以实现行星齿轮的期望的总齿轮传动。

根据本发明的一个实施方式，第二行星齿轮的圆周在径向方向上部分地突出超过驱动轮的圆周的位置(level)。相对较大的第二齿轮应用在该行星齿轮内。结果，其将提供高齿轮传动比。

在本发明的另一个实施方式中，容纳第一子集的齿轮和第二子集的齿轮的第一平面和第二平面布置在驱动轮的内部齿轮的相反侧。特别地，第一平面和第二平面与驱动轮的内部齿轮等距地间隔开。换言之，第一平面和第二平面能够对称地布置在驱动轮的内部齿轮周围。特别地，这要求第一齿轮和第二齿轮利用等长的轴彼此联接。在其他实施方式中，第一平面和第二平面可以具有不同的距驱动轮的内部齿轮的距离。

在本发明的另一个方面，提供了包括根据本发明的方面的行星齿轮的风力发电机。特别地，该风力发电机和还是风力发电机。有利地，该风力发电机包括紧凑而轻量的行星齿轮，但却还能够以高齿轮传动比传递高扭矩。紧凑的设计和减轻的重量使得风力发电机更经济。例如，由于行星齿轮的尺寸减小，所以在舱体内需要的构造空间较小。因此，这能够设计得更宽敞。具有减小的重量和尺寸的舱体继而使支撑结构和基底部减轻了负载。这使得风力发电机的塔身和水下基底部能够设计成具有较小的承载能力。这使得整个风力发电机更经济，因为基底部和塔身结构的成本降低并且风力发电机运送到构造地点的成本降低。

在本发明的一个有利的实施方式中，根据本发明的方面的行星齿轮构成风力发电机的动力传动系的一部分。特别地，联接至风力发电机的转子的主驱动轴进一步联接至行星齿轮的驱动轮。从动太阳轮联接至从动轴，从动轴进一步联接至发电机，用于电力的产生。

在本发明的又一个方面中，提供了根据本发明的方面的行星齿轮的有利的使用。行星齿轮在风力发电机、特别是海上风力发电机中使用。

已经关于行星齿轮以及关于风力发电机提及的类似的优点也以相同或相似的方式适用于行星齿轮的使用。

根据本发明的又一个方面，提供了用于动力分配传输的行星齿轮。该行星齿轮具有与第一传动级接合的驱动轴，其中第一传动级具有第一数量的行星齿轮，第一数量的行星齿轮联接至对应数量的第二行星齿轮。第二行星齿轮相对于第一行星齿轮在轴向上移位。第二行星齿轮继而与第二传动级接合，其中第二传动级具有第二较小数量的第三行星齿轮。第三行星齿轮联接至对应数量的第四行星齿轮，其中第四行星齿轮相对于第三行星齿轮在轴向上移位。第四行星齿轮与太阳轮接合，太阳轮具体地联接至从动轴。两个第二行星齿轮与单个第三行星齿轮接合，以提供动力分配传输。驱动轴联接至具有内部齿轮的中空驱动轮，其中内部齿轮与第一行星齿轮的齿轮啮合。这使得根据本发明的该方面的行星齿轮特别紧凑。

附图说明

本发明的另外的方面和特征将从下文参照附图对本发明的优选实施方式的描述中显见。

图1示出了根据本发明的实施方式的简化的海上发电机。

图2是简化图，示出了根据本发明的另一个实施方式的行星齿轮沿着主轴线的纵截面图；

图3是沿着图2的行星齿轮的主轴线的方向的简化的前视图；

图4是简化图，示出了根据本发明的又一个实施方式的另一个行星齿轮沿着主轴线的纵截面图；以及

图5是沿着图4的行星齿轮的主轴线的方向的简化的前视图。

具体实施方式

图1是风力发电机2的简化的立体图。仅仅作为示例，风力发电机2是海上风力发电机。其包括承载转子叶片6的转子毂4。支撑结构8——例如为塔身——承载舱体(不可见)并且以大海10中的适当的水下基底部为基础。

根据本发明的一个实施方式，风力发电机2的由转子毂4驱动的主轴联接至行星齿轮，其中行星齿轮可以是增速或减速齿轮。其用来将施加在主轴上的扭矩传递至从动轴，其中从动轴进一步联接至发电机，用于电力的产生。

本发明通常适用于行星齿轮的任一侧上的驱动轴和从动轴。本文描述的行星齿轮能够用作倍增器或减速器。因此，从动轴或从动轮能够用作驱动轴或驱动轮，或者驱动轴或驱动轮能够用作从动轴或从动轮。

风力发电机2能够配备有在图2的简化图中示出的根据本发明的实施方式的行星齿轮20。行星齿轮20以沿着主轴线A的纵截面描绘。行星齿轮20包括驱动轮22，驱动轮22是具有内部齿轮23的中空轮。驱动轮22可以连接至轴100，其中轴100的一部分用虚线示出。该内部齿轮23可以是直齿轮。内部齿轮23与多个第一行星齿轮24、26啮合。因此，第一行星齿轮24、26也可以是直齿轮。第一行星齿轮24、26通过轴28、30联接至对应数量的第二行星齿轮32、34。第一轴30将第一齿轮26联接至第一子集的第二齿轮34。第一轴30具有第一长度L1，第一长度L1基本上等于第二轴28的第二长度L2。这将第一行星齿轮24与第二子集的第二行星齿轮32联接。第二行星齿轮32、34相对于第一行星齿轮24、26在轴向上移位。在一个不同的实施方式中，第一长度L1和第二长度L2也可以不同。

仅仅作为示例，根据图2的实施方式的行星齿轮20包括六个第一行星齿轮24、26和六个第二行星齿轮32、34。这在图3所示的行星齿轮20的从动侧上以简化的前视图示出。第一行星齿轮24、26和第二行星齿轮32、34围绕驱动轮22的圆周等距地间隔开。这通过以虚线绘制的对称轴线S1至S3表示。

第二行星齿轮32、34与太阳轮36接合，其中太阳轮36进一步通过离合传动装置40(见图2)联接至从动轴38。从动轴38能够进一步联接至发电机，用于电力的产生。

第二行星齿轮32、34分成齿轮的第一子集和齿轮的第二子集。具有附图标记32的第二行星齿轮属于齿轮的第二子集。具有附图标记34的第二行星齿轮属于齿轮的第一子集。齿轮的两个子集布置在两个分开的平面E1和E2内，平面E1和E2在轴向方向AX上间隔开距离D。

图2的简化图示出了第一子集的第二行星齿轮34布置在第一平面E1内。类似地，第二子集的第二行星齿轮32布置在第二平面E2内。在图3的简化的前视图中，第一子集的第二齿轮34以虚线绘制。第二子集的第二行星齿轮32以实线绘制。这表明第二行星齿轮32、34沿着行星齿轮20的主轴线A交错布置。在图3中，第一子集的第二行星齿轮34沿着轴向方向AX布置在第二子集的第二行星齿轮32的后面。

第一子集的第二行星齿轮34进一步布置在中空的驱动轮22内。换言之，位于第一平面E1内的第一子集的第二行星齿轮34布置在驱动轮22的内部空间42内。该内部空间42在径向方向R上受到驱动轮22的外套筒或外壳44限制。在轴向方向AX上，内部空间42受到包括驱动轮22的轴向边缘46、48的虚拟平面限制。这些平面仅仅是理论平面，其用来示出内部空间42的极限。

根据图2的实施方式，在行星齿轮20的驱动侧，内部空间42在轴向方向AX上受到驱动轮22的背平面50限制。沿着该背平面50突出的理论平面包括驱动轮22的在这一侧的外边缘46。在驱动轮22的相反侧，内部空间42受到布置成容纳驱动轮22的前平面52的平面限制。该平面还包括驱动轮22的内部齿轮23以及第一行星齿轮24、26。在图2的实施方式中，该平面与第一平面E1相距第二距离L2。该第二平面包括驱动轮22的面向行星齿轮20的从动侧的轴向边缘48。在轴向方向AX上限制内部空间42的这些平面至少大致平行于第一平面E1和第二平面E2。

鉴于第一子集的第二行星齿轮34布置在在驱动轮22的内部空间42内突出的第一平面E1中这一事实，行星齿轮20特别紧凑。

行星齿轮20能够构造成使得太阳轮36在轴向上被自由地支撑。太阳轮36的该轴向自由支撑是由于螺旋第二行星齿轮32、34以及太阳轮36的对应的螺旋齿轮。第二子集的螺旋第二行星齿轮32的倾斜与第一子集的螺旋齿轮34的倾斜相反。类似地，与第二行星齿轮32、34啮合的太阳轮36的齿轮也是相反地切割的螺旋齿轮，即，它们具有相反的倾斜方向。

仅仅作为示例，第一子集的第二行星齿轮34是左旋齿轮。相反地切割的第二子集的第二行星齿轮32是右旋齿轮。当与其所啮合的配对齿轮相比时，太阳轮36的对应的齿轮被相反地切割。特别地，太阳轮36的布置在左侧并且与第一子集的第二行星齿轮34啮合的齿轮是右旋齿轮。类似地，太阳轮36的布置在右侧并且与第二子集的第二行星齿轮32啮合的齿轮是左旋齿轮。

离合传动装置40布置在第一平面E1与第二平面E2之间的中心处。换言之，离合传动装置40布置在第一子集的第二行星齿轮34和第二子集的第二行星齿轮32所布置在的平面E1、E2之间的中心处。

这允许太阳轮36在轴向方向AX上被自由地支撑。有利地，根据本发明的该实施方式的行星齿轮20能够省略用于太阳轮36的推力轴承。至少，推力轴承——如果认为是必需的话——能够设计成具有较低的承载能力。

根据图2和图3的实施方式的行星齿轮20是单级齿轮。单级的传动比能够相当高，即，能够高达15。这要求第二行星齿轮32、34具有相对较大的半径。特别地，第二行星齿轮32、34突出超过驱动轮22的内部齿轮32的位置(level)一段距离F。距离F在径向方向R上考虑。

根据本发明的另一个方面，具有行星齿轮60的另一个实施方式，其中行星齿轮60为动力分配齿轮并且在图4的简化图中示出。图4是行星齿轮60的沿着主轴线A的纵截面图。行星齿轮60包括具有内部齿轮23的驱动轮22，其中内部齿轮23与第一传动级接合。驱动轮22能够联接至轴100，其中轴100的一部分用虚线示出。第一传动级包括绕驱动轮22的圆周布置的多个第一行星齿轮24。根据图4的实施方式，行星齿轮60包括绕驱动轮22的圆周等距地间隔开的六个第一行星齿轮24。这在图5的简化的前视图中示出。第一行星齿轮24布置在等距地间隔开的对称轴线S1至S3上并且通过第一轴62联接至对应数量的第二行星齿轮32。第二行星齿轮32也绕驱动轮22的圆周等距地间隔开。换言之，第一行星齿轮24和第二行星齿轮32布置在对称轴线S1至S3上，其中对称轴线S1至S3等距地间隔开并且在图5中用虚线绘制。

第二行星齿轮32具有至第一行星齿轮24的轴向距离，其中所有的第二行星齿轮32都在同一个轴向方向上移位。换言之，所有的第二行星齿轮32都布置在驱动轮22的同一侧。第二行星齿轮32与第三行星齿轮64接合。为了动力分配传输，两个第二行星齿轮32与单个第三行星齿轮64接合。这从图5的简化的前视图中也能够清楚地看到。第三行星齿轮64通过第二轴66联接至第四行星齿轮68。第三行星齿轮64和第四行星齿轮68同样在轴向方向上间隔开。类似于第一行星齿轮24和第二行星齿轮32，所有的第四行星齿轮68都在同一个轴向方向上与第三行星齿轮64间隔开。

第四行星齿轮68与太阳轮36接合。太阳轮36联接至从动轴38；当根据图4和图5的实施方式的动力分配行星齿轮60安装在风力发电机2中时，从动轴38能够进一步联接至发电机，用于电力的产生。

有利地，关于图2和图3提到的实施方式能够与根据图4和图5的实施方式的行星齿轮60相结合。例如，行星齿轮60的第一至第四行星齿轮24、32、64和68可以是螺旋齿轮或直齿轮。

根据本发明的实施方式的行星齿轮20、60提供了高功率密度和特别紧凑的尺寸。这使得行星齿轮20、60特别适合于集成在风力发电机2的动力传动系中。例如，驱动轮22可以联接至由风力发电机2的转子毂4驱动的主轴。从动轴38可以联接至发电机。

尽管前面已经参照具体的实施方式描述了本发明，但本发明不限于这些实施方式，并且毫无疑问的是，落在本发明的范围内的进一步的替代方案对本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (15)

1.一种行星齿轮，包括与具有第一行星齿轮的传动级接合的驱动轮，其中所述第一行星齿轮联接至对应数量的第二行星齿轮，所述第二行星齿轮相对于所述第一行星齿轮轴向地移位，所述第二行星齿轮与联接至从动轴的太阳轮接合，其特征在于，所述驱动轮是具有与所述第一行星齿轮啮合的内部齿轮的中空轮，并且所述第二行星齿轮分成齿轮的第一子集和齿轮的第二子集，所述齿轮的第一子集和所述齿轮的第二子集布置在沿轴向方向彼此间隔开的两个分开的平面内，其中所述第一子集的第二齿轮布置在被所述中空的驱动轮围绕的内部空间内。

2.根据权利要求1所述的行星齿轮，其中，所述第二行星齿轮的齿轮和所述太阳轮的对应的齿轮是螺旋齿轮，并且其中所述第一子集的螺旋第二行星齿轮的螺旋的方向与所述第二子集的第二螺旋行星齿轮的螺旋的方向相反。

3.根据权利要求2所述的行星齿轮，其中，所述太阳轮包括分别与所述第一子集的第二行星齿轮和所述第二子集的第二行星齿轮啮合的相反地切割的螺旋齿轮，以提供对所述太阳轮的轴向自由的支撑。

4.根据权利要求2或3所述的行星齿轮，其中，所述第一子集的螺旋第二行星齿轮的倾斜与所述第二子集的螺旋第二行星齿轮的倾斜在数值上至少大致彼此相等。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的行星齿轮，其中，所述太阳轮与所述从动轴之间的离合传动装置布置在分别与所述第一子集的行星齿轮和所述第二子集的行星齿轮啮合的齿轮之间的中心处。

6.根据前述权利要求中任一项所述的行星齿轮，其中，所述行星齿轮仅仅具有单个齿轮传动级。

7.根据前述权利要求中任一项所述的行星齿轮，其中，所述第二行星齿轮的外圆周在径向方向上部分地突出超过所述驱动轮的内部齿轮的位置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的行星齿轮，其中，所述第一平面和所述第二平面布置在所述驱动轮的内部齿轮的相反侧。

9.根据权利要求8所述的行星齿轮，其中，所述第一平面和所述第二平面具有距所述驱动轮的内部齿轮的不同距离。

10.一种风力发电机、特别是海上风力发电机，包括根据前述权利要求中任一项所述的行星齿轮。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的行星齿轮在风力发电机、特别是海上风力发电机中的使用。

12.一种用于动力分配传输的行星齿轮，具有与第一传动级接合的驱动轴，所述第一传动级具有第一数量的行星齿轮，所述第一数量的行星齿轮联接至对应数量的第二行星齿轮，所述第二行星齿轮相对于所述第一行星齿轮在轴向上移位，其中所述第二行星齿轮与第二传动级接合，所述第二传动级具有第二较小数量的第三行星齿轮，所述第三行星齿轮联接至对应数量的第四行星齿轮，所述第四行星齿轮相对于所述第三行星齿轮在轴向上移位，所述第四行星齿轮与太阳轮接合，其中两个第二行星齿轮与单个第三行星齿轮接合，以提供动力分配传输，其特征在于，所述驱动轴联接至具有内部齿轮的中空驱动轮，所述内部齿轮与所述第一行星齿轮的齿轮啮合。

13.一种风力发电机、特别是海上风力发电机，包括根据权利要求12所述的行星齿轮。

14.根据权利要求12所述的行星齿轮在风力发电机、特别是海上风力发电机中的使用。

15.用于风力发电机的动力传动系，包括根据权利要求1至9中任一项或根据权利要求12所述的行星齿轮。