CN108350864A - 复合行星齿轮结构和驱动系结构 - Google Patents

Abstract

一种复合行星齿轮结构(100、200、300、400)，具有环齿轮(110、210、310、410)、至少两个行星齿轮单元(120、220、329、429)和太阳轮(130、230、330、430)。每一个行星齿轮单元包括具有与环齿轮啮合的初级行星齿的初级行星齿轮(121、221、321、421)和具有与太阳轮啮合的次级行星齿的次级行星齿轮(122、222、322、422)。次级行星齿轮与初级行星齿轮轴向连接且具有的直径大于初级行星齿轮的直径。每一个行星齿轮单元(120、220、320、420)包括震动吸收传动装置(20)，其布置为允许次级行星齿相对于初级行星齿进行有限的弹性旋转。还公开了包括这种复合行星齿轮结构的驱动系结构。

Description

复合行星齿轮结构和驱动系结构

技术领域

本发明涉及用于通过将扭矩分流到几个扭矩传递齿轮部件来传递扭矩的复合行星齿轮结构。本发明还涉及驱动系结构(drive train arrangement)，其包括形成驱动系结构的相应齿轮级(gear step)的至少两个这种复合行星齿轮结构。

背景技术

存在许多应用，其中需要将旋转运动或扭矩转换为另一旋转运动和扭矩。在大多数情况下，某类行星和复合行星齿轮结构可用于这种旋转-旋转的结构。

这种应用的例子是以风力发电机或流体发电机，其中必要的是将低RPM的高扭矩转换为具有更高RPM的低扭矩。其他例子是轿车和卡车中的马达、涡轮机、电动机、和其他驱动结构，其中必要的是将高RPM和低扭矩转换为具有低RPM的高扭矩。

在齿轮结构中，例如行星齿轮，其中传递的扭矩在几个齿轮部件之间分配，但存在的问题是齿轮设备的超限定(over determination)。这种超限定会导致齿轮部件的不平衡的载荷和不均匀的磨损。本发明不仅涉及解决与超限定有关的问题而且还提供震动吸收，以降低在通过齿轮设备传递的力激烈地改变时发生在齿轮结构中的瞬时力。在这类齿轮结构中，关键的一点是整个结构应能耐久且具有长的且可预测的服役寿命。进一步重要的方面是体积重量相对于齿轮比来说应尽可能低。本发明可用在上述类型的各种应用中且还可用于其他应用中。显示了本发明可如何改善齿轮结构功能性的某一相关应用是风力发电行业。在该行业，行星齿轮箱起到了驱动***中的从涡轮机或转子叶片到用于产生电功率的发电机的中心部件的作用。

由于运动中的大质量体(推进器和发电机)造成的湍流风力的改变引起了经过齿轮箱的力方向的突然且强烈的改变。方向的这种改变与空气隙和齿轮箱驱动系中的刚性一起造成震动波且在啮合的齿上以在轴承中造成高的过载荷。齿轮齿之间的金属接触将污染齿轮箱中的油。非常重要的是针对RPM、粘性和清洁来优化油的质量。为了进一步延长寿命，必要的是形成一种齿轮箱，其中易受损的部件可用新的优化得更好的部件更换，例如轴承和齿轮。

进而，如2012年六月出版的Y.Guo、J.Keller和R.Parker的在NREL Conference；NREL/CP-5000-55355；“Dynamic Analysis of Wind Turbine Planetary Gears Using anExtended Harmonic Balance Approach”这一文章所述，瞬时力在风力发电机中非常常见，且对用于通过齿轮箱实现均匀的分流扭矩分配的这类设备来说具有不利于寿命的因素。

风力发电机齿轮箱的低寿命的原因仍不能完全得知，但许多类型的周转圆(epicyclical)的齿轮箱已经经过了测试。许多风力发电机制造商目前寻求直流从动永磁体，但是使用作为有限资源的稀土金属，其会变得非常大、重且昂贵。

齿轮箱是用于功率传递的装置，其改变从一个旋转轴到另一旋转轴的旋转速度、扭矩和/或旋转。轴之间的这种功率传输通常是通过两个圆柱齿轮之间的合作性啮合实现的。这意味着，在同一时刻具有滚动和滑动运动的仅两个齿侧能传递当前扭矩。啮合必须通过其两个配合的齿面(tooth flank)而将尺寸设置为用于在齿轮之间传递的扭矩。这可以通过改变齿轮直径、宽度和啮合来实现。齿面的齿轮材料和硬度以及对齿轮箱进行润滑的油自然地构成了用于增加强度和增加对机械研磨的抗性的非常重要的因素。在圆柱齿轮箱中，在更大直径的从动齿轮与具有小直径的从动齿轮的齿轮啮合时会发生升档(upshifting)。相应地，在小直径从动齿轮与更大直径的从动齿轮啮合时发生降档(downshifting)。在需要高的升降挡的应用中，会需要几个齿轮级。例如为l:5的第一级可通过例如1:5的第二级所补偿，实现1:25的总升档。如果两个啮合的齿面必须适于大的输入扭矩，例如在提取风能以产生电能时，相对于其齿轮比，圆柱齿轮结构会形成大且重的齿轮箱。为了避免该问题，已经提出了各种不同的行星齿轮箱，用于提供紧凑的能量密集的具有高的速度比的齿轮结构，其中速度比应理解为齿轮箱的输入和输出轴之间的输入速度与输出速度的比。

行星齿轮箱围绕三种类型的元件制造——行星齿轮、行星承载器、主齿轮，该主齿轮包括外环齿轮或环形轮以及内部太阳齿轮或太阳轮。通过这类齿轮箱，可以将输入的扭矩分流到几个行星齿轮上，这几个行星齿轮相协作，以通过齿轮箱在环齿轮和太阳齿轮之间传递扭矩。

行星齿轮箱可以以多种方式制造，但是最通常的是作为单个或复合传动装置齿轮箱。在单个行星齿轮箱中，一些单独的行星齿轮在环齿轮和太阳齿轮之间扭矩进行直接转换。

在复合行星齿轮传动装置中，扭矩经由多个行星齿轮组从环齿轮传递到太阳齿轮，每一个行星齿轮组包括至少两个行星齿轮，其中的一个与环齿轮啮合，且其中的一个与太阳齿轮啮合。每一组中的行星齿轮在复合行星齿轮箱中可以彼此啮合接触或在阶梯复合行星齿轮箱(stepped compound planetary gearboxes)中通过共用的轴固定彼此。这种复合行星齿轮结构与单个行星传动装置齿轮箱相比可产生更高的速度比。

行星齿轮箱承载器在一些实施例中可连接到传动装置输入/输出轴，且，且由此通过固定环齿轮，将扭矩通过其旋转的行星齿轮传递到太阳齿轮和其与输出/输入轴的连接部。在其他例子中，承载器可固定到齿轮箱，其又意味着环齿轮连接到齿轮箱输入/输出轴。旋转的环形轮由此通过具有其旋转的行星齿轮的固定行星承载器来传递扭矩，该旋转的行星齿轮将扭矩转换到太阳齿轮，该太阳齿轮连接到输出/输入轴。

非常重要的是，通过分流传动装置，能在相关的轮齿齿腹上均匀分布扭矩的传递。

通过用在单个行星齿轮箱构造中的三个行星齿轮，太阳齿轮可通过三个行星齿轮齿面而中心定位，且通过物理和几何原因，能在环齿轮和太阳齿轮之间产生均匀的力传递。

在用于风力涡轮机、轿车等的许多行星齿轮箱中，如单个行星构造那样的处于1-3阶的三个行星齿轮用于在环齿轮和太阳齿轮之间传递输入的主扭矩。

通过单个传动齿轮箱中的三个行星齿轮，可以通过环形轮的内部齿轮啮合而实现约1:12的传动比。在该高的传动比下，太阳轮和其轴尺寸不成比例且通常实际上会使用较低的传动比。在行星齿轮开始彼此碰撞之前，通过单个行星齿轮箱中的四个行星齿轮，可以实现约1:5.2的传动比，通过六个行星齿轮实现大约1:2.5的传动比，通过八个行星齿轮实现大约1:2的传动比。

现有技术

US专利6,459,165涉及风力发电，且公开了二级行星齿轮箱，在每一级中具有三个行星齿轮。第一级中的旋转行星架通过三个行星齿轮将扭矩传递到通过行星齿轮齿面中心定位的太阳齿轮。该太阳齿轮进一步经由驱动器件来传递扭矩，以让第二级中的行星承载器旋转，其通过三个额外行星齿轮将扭矩传递到太阳轮，所述太阳轮附接到一轴，该轴以大约1:16的总传动比为发电机提供动力。在其他专利中，相似的结构进一步配备有另一行星齿轮级和或固定轴线齿轮***，以改善传动且降低发电机的尺寸、重量和成本。通过这种具有三个行星齿轮的结构，第一太阳齿轮、具有其三个行星齿轮的第二行星承载器和螺旋嵌齿论将形成自由浮动单元，其仅通过轮齿齿腹而中心定位并稳定。

理论上，以上结构应该不涉及超限定问题，但是会在一定程度上关注重力问题。

在第一级中仅使用三个行星齿轮的另一缺点那是，大的主扭矩仅可在三对轮齿齿腹上分配，这要求大的轮齿直径和尺寸，以能处理扭矩，该扭矩在三个行星轮和太阳轮上传递。轴承上的载荷会很高，导致轴承具有更大的尺寸和直径，其甚至会大于齿轮本身(如果使用液压机械普通轴承的话)。进一步地，更大直径的球或滚子轴承可根据指数函数降低其对RPM的容差。

在用于风力涡轮机、轿车等的其他行星齿轮箱中，1-3级中的四个行星齿轮用于在环齿轮和太阳齿轮之间传递输入的主扭矩。通过齿轮箱将输入扭矩分为四路将减小齿轮和轴承的尺寸，但是也会将传动比降低到约1:4。进一步地，在这些情况下，不可能实现自由浮动的太阳齿轮。替代地，希望通过增加齿轮、轴、轴承制造、中心定位、弹性等的精确性来实现均匀的载荷分布。

为了进一步使得超限定最小化，有时齿轮轴配备有柔性销结构，如美国专利No.3,303,713中公开的。

包括四个行星齿轮的单级行星齿轮结构由于几何原因允许最大约1:5.2的传动比，且实际上实现通常1:4的传动比。在布置为两级齿轮结构时，将实现1:16的传动比。为了改善传动比和降低被驱动发电机的尺寸，可添加第三行星齿轮级，如US专利8,907,517中公开的。在其他已知的结构中，第三齿轮级可以布置为固定轴线齿轮***，其也解决了与风力发电有关的齿轮拖曳的其他大问题，以通过中心轴中的孔实现中央开放接触，用于风力涡轮机的动力支持和控制。

复合行星齿轮箱有时被称为混合分级行星方案，其具有两个关联的行星齿轮，一个初级一个次级，其具有不同的直径，在一个复合齿轮级中固定在一个共用轴上。该结构通过高的理论传动比传递扭矩，但是考虑了与齿轮箱有关的其他问题，通过三对关联行星齿轮实现的传动比实际上为1:15到1:20的范围。

即使这种复合分级行星齿轮结构理论上呈现大的传动比、紧凑的构造、高能量密度和高速度比，但是分级行星齿轮实际上未大范围用于风力发电行业。已经发现，这种已知分级齿轮结构通常存在以下问题：

它们要求非常精确的机加工和测量以防止超限定，这是两个不同齿轮之间的双啮合接触造成的，二者精确固定到一个共用轴，使得制造和组装更困难且造成更大的故障风险。

在同一水平具有四个行星齿轮的多级行星齿轮将降低传动比且使得该方案不那么有吸引力。

US2010/0113210A1公开了复合行星齿轮箱，其中次级行星齿轮在两个轴向水平高度处叠放，由此形成从内部连接的环形齿轮到中央太阳齿轮的分流扭矩。该文献讨论了超限定的问题，但是没哟鬼畜可用于其中所述的所有实施例的令人满意的方案。

US8,734,289中，多个相同形状的第一和第二行星轴配备有初级和次级行星齿轮，两者压轴向叠放，且第二行星轴是沿径向方向的，形成了将分流扭矩从外部环齿轮传递到中央太阳齿轮的部分。小直径齿轮提供更好的机加工和测量条件，以在相关齿轮上实现均匀的齿腹压力。缺点是需要额外的齿轮级以实现相同的传动比，例如US2010/0113210中所述的。

US2003/0015052A1提出了一种齿轮箱，具有多个相同形状的第一、第二和第三行星轴，配备有初级和次级行星齿轮，其中具有行星齿轮的第一和第二行星轴在外部切出的环齿轮的两侧叠放，形成具有两个第一行星轴的两个部分，其通过它们的行星齿轮而与第二行星轴的行星齿轮啮合在一起，且其中这两个部分通过第三行星轴和其行星齿轮啮合在一起，以将通过环齿轮产生的扭矩的一半作为分流扭矩传递到发电机的驱动轴。

将第二行星齿轮叠放在两个水平高度能改善实现高速度比和通过齿轮箱使得分流扭矩齿轮功能加倍的能力，但是仍然需要在齿轮箱中的不同位置处的六个、八个或更多个轮齿以均匀的轮齿齿腹压力固定啮合。

在要通过齿轮箱传递的更高扭矩的情况下，齿轮中的至少一个必须例如通过齿槽固定到轴，这大大增加了误对准的而风险且形成了一个或多个轮齿齿腹的超限定。更大的齿轮难以测量和调整为具有精确的遮盖参数(masking parameters)。

US2010/0240490A1公开了一种行星齿轮单元。其包括具有相等直径的两个子齿轮的分离行星齿轮，二者相对于彼此通过弹簧杆而互相预加载，所述弹簧杆布置为平行于行星旋转轴线。该结构被认为实现了无齿隙的行星齿轮单元。

“Swedish Elforsk report 10:50 2011”做出的有关所有的瑞典风力发电机的损坏报告和“CIRP Annals Manufacturing Technology 61(2012)611-634”指出，齿轮箱通常不会坚持到比20年的承诺服役寿命的一半更长。结果显示，齿轮箱设计者没有将全部内部动态力考虑在内。

US专利4,674,351公开了顺应齿轮(compliant gear)。该文件记载了形成顺应齿轮的早期尝试，以用于震动吸收，减少啮合齿轮和无声齿轮之间的公差要求未能实现，这是因为缺乏维持啮合齿轮之间的中线距离所需的刚性造成的。该文献提出通过在顺应层叠结构之间引入刚性垫片作为夹持构造而增加顺应齿轮的径向刚性。US4831897A也提出了其他类似的构造，且也是通过提供具有可弯曲链轮内侧钝齿轮的齿轮(WO2007119074A1)或连接到钝齿轮的毂(DE102007053509A1)。

发明内容

本发明的目的是提供一种增强的复合分级和/或叠放行星齿轮结构。

另一目的是提供这种复合行星齿轮结构，其具有震动吸收性能，用于降低作用在输入轴上的瞬时扭矩变化的负面影响。

进一步的目的是提供这种复合行星齿轮结构，其以高的自由度有效地减少由于超限定造成的问题，允许在共享总载荷的多个齿轮之间等同地分配载荷。

再一目的是提供这种复合行星齿轮结构，其具有高传动比、高能量密度和高速度比。

又一目的是提供这种复合行星齿轮结构，其可以容易地组装和拆卸且易于允许维护。

又一目的是提供这种复合行星齿轮结构，其允许布置为驱动齿轮箱的风力涡轮机能够以节省空间的方式被容易地控制吗，同时仅需要对将涡轮机连接到发电机的齿轮结构的有限部分进行很小的修改。

另一目的是提供这种复合行星齿轮结构，其组成部件(例如太阳轮)的尺寸可以保持较小，同时仍然能允许最佳传动比。

另一目的是提供这种复合行星齿轮结构，其允许形成驱动系的复合齿轮结构通过将模块化部件进行组合而容易地组装。

进一步的目的是提供这种复合行星齿轮结构，其适于用在风力发电机中，以从具有巨大湍流流动的距离变化的风中高效地获取电能。

另一目的是提供这种复合行星齿轮结构，其允许连接到复合行星齿轮结构的环齿轮的输入轴或输出轴沿径向和轴向方向被稳定地支撑。

进一步的目的是提供这种复合行星齿轮结构，其允许连接到或形成了复合行星齿轮结构的太阳轮的输入轴或输出轴被径向支撑。

这些和其他目的是通过一复合行星齿轮结构实现的，该复合行星齿轮结构如权利要求1的前序部分所述，且具有权利要求1的特征部分所述的具体技术特征。复合行星齿轮包括环齿轮、至少两个行星齿轮单元和太阳轮。每一个行星齿轮单元包括具有与环齿轮啮合的初级行星齿的初级行星齿轮和具有与太阳轮啮合的次级行星齿的次级行星齿轮。次级行星齿轮轴向连接到初级行星齿轮。次级行星齿轮的直径大于初级行星齿轮的直径。每一个行星齿轮单元包括震动吸收传递结构，其布置为允许次级行星齿相对于初级行星齿进行有限的弹性旋转。

次级行星齿轮具有比初级行星齿轮更大的直径的事实使得齿轮单元本身构成复合行星齿轮结构中的一齿轮级。由此复合行星齿轮结构提供三个齿轮级。第一齿轮级对应于环齿轮和初级行星齿轮之间的直径差异。第二齿轮级对应于初级行星齿轮和次级行星齿轮之间的直径差异。第三齿轮级对应于次级齿轮级和太阳轮之间的直径差异。由此，复合齿轮结构可以被容易地设计为具有相对高的总传动比。另外，这种高的总传动比可以以节省空间和重量的方式实现。额外的第二齿轮级还增加了针对整个复合齿轮结构来选择期望总齿轮比时的自由度。

震动吸收传递结构进一步允许初级行星齿轮和次级行星齿轮之间的弹性相对旋转。由此，行星齿轮中之一的距离旋转加速和迟滞被其他行星齿轮平稳吸收，由此防止一个轮齿齿腹与啮合齿轮的相应轮齿齿腹接触时的严重冲击。

在例如用在风力发电站时，具有距离变化的力和湍流流动的风使得转子的旋转速度瞬时改变。这与齿轮结构和与之连接的发电机的动量组合将连续使得一个齿轮的轮齿被迫与啮合齿轮处的两个轮齿的相邻轮齿齿腹进行高频变化的接触。本发明的震动吸收传递结构有效地降低这种变化接触的影响，且防止输入轴上的严重旋转加速和迟滞传递到布置在传递单元下游的齿轮。

除了震动吸收效果，传动单元还极大地减少行星齿轮中分流扭矩传递的超限定造成的问题。因为次级行星齿轮相对于其相应初级齿轮有限地且弹性地旋转，所以每一个次级齿轮可以分别调整其与太阳轮的接合，使得齿轮结构的总载荷在所有协作的暂时处于接合的轮齿齿腹之间均匀分布。

由此，复合行星齿轮和其组成部件可被设计为具有相对小的尺寸，同时仍能承受高的且随时会极大变化的扭矩。这又允许复合行星齿轮可以被设计为具有高能量密度、高传动比和高速度比。弹性传动结构的载荷分布效果还降低了涉及通过复合行星齿轮来传递扭矩的所有轮齿齿腹的磨损，由此极大地增加了整个结构的服役寿命。

传动结构还可以被理解为顺应齿轮，其布置为用于震动吸收，用于降低啮合齿轮和齿槽之间所需的公差，和用于降低噪声，其方式是，即使在该传动结构中可能存在的顺应功能比之前已知的顺应齿轮中的高得多，也不会有损径向刚性。高顺应功能很好地适于用在复合分级叠放行星齿轮箱，且将适于在例如包括根据本发明的两级叠放复合齿轮箱的驱动系中，这是因为高速度比在驱动系中的输入扭矩和输出扭矩之间产生非常高的顺应特点。如果这些齿轮结构被用在风力发电机中，则它们将很大程度地使得例如湍流风力期间在涡轮机、转子或推进器和发电机之间经常发生的扭矩方向的变化变得平稳且甚至能防止其发生。

应注意，满足传动结构的震动吸收性能要求传动结构布置为允许初级和次级行星齿轮之间存在一定的最小程度的弹性相对旋转。对传动结构来说必要的是能降低输入轴上剧烈波动的扭矩造成的迟滞和加速。应证明，传动结构应该优选布置为，在针对复合行星齿轮结构应用了目的最大扭矩时，允许至少一定自由度的且优选是两个到四个自由度的弹性相对旋转。

每一个传动结构可以包括多个弹性构件，所述弹性构件布置为在第一行星齿和第二行星齿之间传递扭矩。

优选地，弹性构件布置在次级行星齿轮处，该次级行星齿轮具有比初级行星齿轮更大的直径。由此，可以降低需要通过弹性构件吸收的力。因为次级行星齿轮具有比初级行星齿轮更大的直径，与弹性构件布置初级行星齿轮处或布置在轴向连接初级和次级行星齿轮的行星轴处的情况下相比，可以将弹性构件布置在与旋转轴线相距更远的距离处。通过增加该距离，初级和次级行星齿轮之间传递的任何扭矩将实现作用在弹性构件上的力的相应减小。这用于在选择弹性构件的材料性能时的更高自由度，且减少空间需求以及延长弹性构件的服役寿命。

每一个传动装置可以包括驱动盘片，所述驱动盘片固定到行星轴，所述行星轴将初级行星齿轮与次级行星齿轮连接，且所述驱动盘片设置有固定到驱动盘片的多个轴向延伸销；和轮齿轮构件，设置有周向齿且包括传动盘片，所述传动盘片设置有与多个销对应的多个开口，其中环形弹性构件接收在每一个开口且相应销接收在每一个弹性构件中。

在这种情况下，轮齿轮构件的周向齿可以形成次级行星齿，且驱动盘片通过行星轴非旋转地固定到初级行星齿轮。

有利地，行星齿轮单元可以与轴承一起形成行星齿轮模块。这种模块可以作为单个部件而容易地安装和拆卸。

行星齿轮模块可以进一步包括至少一个轴承毂，用于将轴承固定到复合行星齿轮结构的主体或壳体。

每一个弹性构件可以包括环形橡胶衬套。

每一个弹性构件可以进一步包括内金属套筒和外金属套筒。

复合行星齿轮结构可以是叠放行星齿轮结构，其包括具有布置在第一径向平面中的初级行星齿轮的偶数个行星齿轮单元，且其中次级行星齿轮中的一半布置在第二径向平面中，且次级行星齿轮中的一半布置在第三径向平面中，与第二径向平面相比，所述第三径向平面布置为与第一径向平面相距更大距离。

在复合行星齿轮结构不叠放的情况下，其可以包括偶数或奇数个的行星齿轮单元。

传动结构可以布置为允许沿两个旋转方向等同地进行有限的弹性旋转。由此，在复合行星齿轮被沿两个旋转方向驱动时，复合行星齿轮结构能等同地吸收施加到输入轴的扭矩和施加到输出轴的载荷的剧烈波动。另外，在被沿任一旋转方向驱动时，复合行星齿轮结构能等同地吸收迟滞和加速。

弹性构件可以不沿两个旋转方向预加载或等同地预加载。单独来看，这尤其适用于单个行星齿轮单元的每一个弹性构件。在几个行星齿轮单元安装为形成复合行星齿轮结构时，可以在例如精确定位这样的一些应用期望形成沿相反旋转方向作用的轮齿齿腹之间的一定的总体上的预加载。随后可以在安装期间按角度调整不同行星齿轮单元，使得一半数量的行星齿轮单元的弹性构件略微沿一个旋转方向预加载，而其余一半的行星齿轮单元的弹性构件被沿另一旋转方向等同地预加载。但是，复合行星齿轮结构的这种总体预加载应该保持相对低，因为这种预加载将压缩弹性构件且由此将其震动吸收能力降低到相应的程度。还应注意，复合行星齿轮结构的任何这种总体预加载将增加轮齿齿腹上的载荷。由此，必要的是降低可通过复合行星齿轮结构传递的最大扭矩，或增加相关齿轮和轴承的尺寸，或替换地增加轮齿齿腹的载荷承载能力。

本发明进一步涉及一种驱动系结构，其包括如上所述的形成第一齿轮级的第一复合行星齿轮结构和如上所述的形成齿轮结构的第二齿轮级的第二复合齿轮结构。

第一复合行星齿轮结构的太阳轮可以随后连接到第二复合齿轮结构的环齿轮。

第二复合行星齿轮结构的太阳轮可以进一步连接到发电机、马达或另一使用器具的转子。

替换地，驱动系结构可以包括多于两个的复合行星齿轮级，其中最后的齿轮级包括连接到发电机、马达或另一实用器具的太阳轮。

通过将发电机、马达或另一实用器具连接到太阳轮或替换地通过太阳轮(其可以构成实用器具的一部分)连接，连接到太阳轮或包括太阳轮的实用器具的轴将被与太阳轮啮合的次级行星齿轮沿多个方向支撑。例如在包括三个行星齿轮单元的复合行星齿轮中，太阳轮将被沿三个方向径向支撑。相应地，在包括六个或八个行星齿轮单元的叠放复合行星齿轮结构中，太阳轮被沿相应的多个径向方向支撑。这提供了很大的有点，即其减少了所连接的实用器具上的径向载荷且尤其对高速应用有利。尤其是，这种径向支撑极大地增加了实用器具的服役寿命和任何在实用器具中的任何额外轴承的服役寿命。

驱动系结构可以包括壳体，该壳体被分为至少一个接收第一复合齿轮结构的第一隔室和接收第二复合齿轮结构的第二隔室，其中隔室彼此密封，用于允许不同的润滑介质服务于相应隔室。

第一和第二隔室中的至少一个可以被分为至少两个子隔室。

驱动系结构可以进一步包括输入轴，其包括连接到第一复合齿轮结构的环齿轮的第一管状轴构件，和围绕第一管状轴构件同轴布置且通过环形安装盘片固定到第一管状轴构件的第二管状轴构件，其中第二管状轴构件在轴承中轴颈连接到驱动系结构的壳体。

第一管状轴构件可以相对弱且主要布置为将扭矩从安装盘片传递到第一复合齿轮结构的环齿轮，且第二管状轴构件可以与壳体一起布置为吸收来自安装盘片的轴向力、径向力和弯曲力。这提供了很大有点，即仅仅通过连接到到驱动系结构，连接到驱动盘片的输入或输出轴将被沿径向和轴向方向稳定地支撑。由此，降低了对驱动系结构以外的额外轴承或其他支撑结构的需要，这又在各种应用中利用该驱动系时降低了空间需求和成本。例如，在风力发电站或电动轿车的直驱变速器中使用驱动系结构或复合行星齿轮结构时，可极大地降低轴向和径向空间需求。

管状或中空轴的结构进一步允许该轴的内部空间可以用于容纳连接到轴的外部实用器具的一些部分，例如连接器等。这还有助于总安装设施的空间需求。

涡轮机(例如风力涡轮机)可以固定到安装盘片。

在驱动系结构中，第一复合行星齿轮结构、第二复合行星齿轮结构、发电机(在应用时)和输入轴可以布置为分离模块，所述分离模块布置为按每个模块进行模块化组装和拆卸。

驱动系结构可以包括控制器件，例如电导线和/或用于传送控制流体的管，以用于控制安装到安装盘片的涡轮机，该控制器件从第一齿轮级或另一齿轮级(并非最后齿轮级)轴向延伸通过输入轴的第一管状轴构件，达到安装盘片。

从实施例的以下详细描述和从所附权利要求可以得知复合行星齿轮和齿轮结构的进一步目的和优点。

通常，权利要求中使用的所有术语根据其在本领域的通常含义来理解，除非在本文有另外的明确限定。对于“一/该元件、结构、部件、器件、布置等”的描述应开放地理解为是该元件、结构、部件、器件、布置的至少一个例子，除非有另外的明确限定。本文公开的任何方法的步骤不是必须按照确切的顺序执行，除非另有说明。

附图说明

参考附随的附图通过例子描述本发明，其中：

图1a是显示了用于风力发电机的驱动系的透视图，该驱动系包括根据本发明实施例的齿轮结构。

图1b是图1la所示的驱动系的分解透视图。

图2是根据本发明一个实施例的简化复合行星齿轮的示意性透视图。

图3是可以用在根据本发明的复合行星齿轮中的震动吸收行星单元的例子的分解透视图。

图4是根据本发明的三级复合行星齿轮结构的示意性简化俯视图。

图5是图4所示的三级复合行星齿轮结构的更完整的部分透视图。

图6是根据本发明的六级复合行星齿轮结构的示意性简化俯视图。

图7是图6所示的六级复合行星齿轮结构的更完整的部分透视图。

图8是安装到发电机模块时的六级叠放复合行星齿轮结构的部分透视图。

图9是根据本发明的八级叠放复合行星齿轮结构的示意性简化俯视图。

图10是图9所示的八级叠放复合行星齿轮结构的更完整的部分透视图。

图11是显示了输入模块的一些部件的透视图，其可以形成根据本发明的驱动系结构的一部分。

图12是显示了图10所示的八级叠放复合行星齿轮结构的部分透视图，一些部件被去除。

图13是显示了输入模块的部分透视图。

图14是显示了替换的输入模块的相应视图。

图15是本发明实施例的经过整个驱动系结构和其润滑替换例的部分透视图。

图16是显示了根据本发明实施例的润滑和控制替换例的细节的放大尺度的透视图。

图17和18是根据本发明相应替换实施例的八级叠放复合行星齿轮结构的示意性简化俯视图。

具体实施方式

现在将参考附图在下文更完全地描述本发明，其中显示了本发明的一些实施例。但是，本发明可以以许多不同形式实施且不应理解为是对本文所述的实施例的限制；相反，通过例子提供了这些实施例，使得本发明能完整，且能让本领域技术人员完全得知本发明的范围。在说明书中相同附图标记表示相同元件。

图1a和1b示出了用于风力发电机的模块化驱动系结构1。驱动系1包括输入模块2、第一齿轮级模块(first gear step module)3和第二齿轮级模块4以及最后的发电机模块5，所述第一齿轮级模块为八级叠放复合行星齿轮结构(eight stepped and stackedcompound planet gear arrangement)，所述第二齿轮级模块4为六级叠放复合行星齿轮结构。输入模块2固定到基部框架6，该基部框架可以固定到风力发电机(未示出)的机舱(未示出)。驱动系具有纵向轴线，该纵向轴线从输入模块2中心定位地延伸到发电机模块5。输入模块2包括安装盘片2’，该安装盘片绕纵向轴线旋转且布置为允许径向延伸的风力涡轮机叶片(未示出)固定。

第一齿轮级模块3包括带齿槽的轴3’，该轴***到输入模块2的具有相应齿槽的中空输入轴中(未示出)。输入轴连接到安装盘片2’，用于将旋转运动和扭矩从涡轮机传递到第一模块3。第二齿轮级模块4包括输入齿轮4’，在安装时，该输入齿轮4’***到第一齿轮级模块3。如在下文更详细解释的，第二齿轮级模块4的输入齿轮4’形成第一齿轮级模块3的输出太阳轮。

发电机模块5设置有发电机输入齿轮5’，其以同样的方式***到第二齿轮级模块4中且形成第二齿轮级模块的太阳轮。发电机模块5进一步设置有制动盘片5”，其相对于发电机模块5的转子(未示出)固定，该转子又连接到发电机输入齿轮5’。通过对制动盘片5”施加制动力，例如通过夹持摩擦装置(未示出)，可以由此使得发电机转子、整个驱动系1和风力涡轮机的旋转减速。

整个驱动系结构1的这种模块化结构为驱动系的组装、拆卸和维护提供了很大的优势。允许不同模块与彼此轴向***和去除的该结构极大地减少了用于维护、维修、更换模块所需的空间。由此，容纳齿轮系的机舱的内部空间可以保持为最小。

图2以示意性和简化的方式示出了根据一个实施例的复合行星齿轮的大致原理，其可以用在图1a和1b所示的任一或两个齿轮模块3、4中。

图2示出的复合行星齿轮100包括单个环齿轮110、多个行星齿轮单元120和单个太阳轮130。为了清楚，图2中仅显示了一个行星齿轮单元，但是应理解，复合行星齿轮100应该包括至少两个行星齿轮单元，用于在将扭矩从环齿轮110传递到太阳轮130时，实现对同时接合的几对齿轮齿腹(flank)的期望载荷分配。在包括非叠放的复合行星齿轮的一些实施例中，行星齿轮单元的数量通常为三个或四个。在叠放的复合行星齿轮中，行星齿轮单元的数量可以翻倍，由此通常为六个或八个行星齿轮单元。要被太阳轮、行星齿轮单元和环齿轮的每一个齿轮齿腹所承受的载荷由此减少为总载荷除以行星齿轮单元的数量。

如图2所示，行星齿轮单元120每一个包括具有与环齿轮110啮合的初级齿121’的初级行星齿轮121和轴向连接到初级行星齿轮121的次级行星齿轮122。次级行星齿轮122设置有与太阳轮啮合的次级齿122’。根据本发明，行星齿轮单元进一步包括震动吸收传动装置，其允许次级齿122’相对于初级齿121’预先形成有限的弹性旋转。

图3示出了这种震动吸收传动单元可以如何布置。根据图3中所示的例子，传动单元20包括圆形的驱动盘片21，其非旋转地固定到行星轴22。行星轴22设置有齿槽(未示出)，使得驱动盘片21和初级行星齿轮(图3中未示出)可以非旋转地固定到行星轴22。

驱动盘片21设置有多个圆柱形销23，所述销固定到驱动盘片21且平行于行星轴22延伸。销23沿周向方向均匀分布，且在所示例子中，九个这种销23布置在驱动盘片21上。每一个销23接收在相应的弹性构件24中。弹性构件24包括弹性回弹材料，例如天然橡胶或合成橡胶。每一个弹性构件的弹性回弹材料形成为圆柱形套筒，具有圆柱形包络表面且轴向中心定位地延伸的圆柱形孔眼。弹性构件进一步包括接收在圆柱形孔眼中的内圆柱形金属套筒24’和围绕弹性回弹材料套筒的包络表面的外圆柱形金属套筒24”。内金属套筒24’和/或外金属套筒24”优选通过挤压配合而装配到弹性回弹材料，使得在安装时弹性回弹材料被压缩且由此被预张紧或预加载。应注意，圆柱形弹性构件24的这种对称径向预加载将使得弹性构件沿它们所在的行星齿轮单元的两个旋转方向被等同地预加载。通过选择弹性构件24的数量、弹性回弹材料的尺寸和性能以及压缩程度，可以调整所施加扭矩和初级与次级齿之间允许的相对旋转的程度之间的比例。

传动单元20进一步包括环形轮齿轮构件25和圆形的传动盘片26，该构件25具有周向齿25’，该盘片26具有多个圆柱形穿通开口26’和中央圆柱形孔眼26”，用于接收行星轴22。穿通开口26’的数量和定位对应于销23的数量和定位。穿通开口26’进一步被设定尺寸为使得弹性构件24可以通过紧密配合而接收在其中。环形滑动轴承29布置在驱动盘片21和环形轮齿轮构件(annular cog wheel member)25之间，用于允许它们之间的相对旋转。

环形轮齿轮构件25和传动盘片26设置有多个互相对应的安装孔25”、26”’，用于接收安装螺栓28。传动盘片26的安装孔26”’沿传动盘片26的周向方向延伸，使得环形轮齿轮构件25和传动盘片26之间的相对角位置可在紧固安装螺栓28之前被调整。这是重要的特征，因为在安装时，其允许固定到行星轴23的初级行星齿轮21和环形轮齿轮构件25之间(即初级行星齿和次级行星齿之间)的相对角位置被调整。在整个齿轮结构安装期间，可以针对包括在驱动系中的所有传动单元执行这种额定的角度调整，使得同时地处于接合的所有驱动系轮齿齿腹可以经历相等的额定载荷。

传动单元20还包括中央轴承27，该中央轴承在驱动盘片21和传动盘片26之间围绕行星轴22同轴布置。轴承27可以是滑动轴承或滚子轴承，其允许驱动盘片21和传动盘片26之间的小的相对旋转运动。

在震动吸收传动单元20的上述实施例中，弹性构件24用商业可获得的标准衬套形成。但是，初级行星齿和次级行星齿之间的有限弹性相对旋转也可以以许多方式实现。例如，驱动盘片可以设置有轴向突出且径向延伸的支撑构件，其形成为与第一支撑表面相对，该第一支撑表面通常面向驱动盘片的周向方向。传动盘片可以包括面对相应第一支撑表面的对应的第二支撑表面。弹性构件(例如压缩弹簧、叶簧或弹性汇流排)可以布置在每一对相对的第一和第二支撑表面之间，例如允许传动盘片和环形轮齿轮构件相对于驱动盘片和初级齿轮有限地且回弹地旋转。

通过包括在行星齿轮单元中的震动吸收传动单元的不同实施例，可以选择施加的扭矩和最大相对旋转之间的比例。其例如可以适于设计传动单元，使得初级行星齿和次级行星齿之间的相对旋转在最大扭矩下为大约2-4°。然而，也可以使用其他的扭矩对相对旋转的比例。

图4和5显示了根据本发明的示例性的非叠放复合行星齿轮200。这种行星齿轮可在齿轮结构用作单级、第一级、第二级或任何额外级的齿轮。在所示的例子中，复合行星齿轮200被显示为用作例如单级行星齿轮或适于用作用于驱动系的第一齿轮模块。

复合行星齿轮200包括带齿槽的输入轴203。输入轴203固定到环形轮承载盘片205并延伸穿过该环形轮承载盘片205，该环形轮承载盘片205又固定到环形轮210。三个震动吸收行星齿轮单元220布置为与环形轮210和太阳轮230啮合接触。震动吸收行星齿轮单元220被构造为如上针对图2-3所述的行星齿轮单元120，且在这里不再进一步详细描述。

行星齿轮单元220的行星轴223在轴承224轴颈连接(journaled)到行星承载器225，该行星承载器形成静止部分。而且，输入轴203在轴承226轴颈连接到行星承载器225。每一个行星齿轮单元220的初级行星齿轮221与环形轮210啮合，且次级行星齿轮222与太阳轮230啮合。太阳轮230固定到第一级输出轴231，该第一级输出轴231轴颈连接在位于中空输入轴203内侧的轴承中232。

每一个震动吸收行星齿轮单元220与轴承224和轴承毂224a一起形成震动吸收行星齿轮模块。轴承毂224a形成环形安装构件，通过环形安装构件，轴承224的外周可固定到行星承载器。轴承毂224a具有比初级行星齿轮221更大的直径，使得行星承载器225中的其余安装孔在轴承224和轴承毂224a被去除时具有的直径大于初级行星齿轮221的直径。由此，行星齿轮模块包括行星齿轮单元220，其轴承224和轴承毂224a可轴向地从下方安装为并尺寸设置为单个复合部件。行星齿轮模块进一步包括至少一个齿槽结构，用于有助于组装、拆卸和维护。在轴承224具有初级行星齿轮221更大的直径的情况下，轴承毂224a可通过轴承224的另一固定装置重新放回到行星承载器225，该固定装置是形成齿轮箱构造的壳体的一部分主体。在这种情况下，震动吸收行星齿轮单元和轴承仅形成平面齿轮模块，其可以容易地安装为并尺寸设置为单个复合部件。

复合行星齿轮进一步包括壳体240，该壳体包括侧壁241和底部壁242。壳体240形成静止部分，该静止部分形成为与行星承载器225整合或相对于其固定。壳体240与具有滑动轴承243的环形轮承载盘片205和具有轴承232的输出轴231一起密封地包封一内部空间。由此，具有壳体240的复合行星齿轮200形成一模块。壳体240可以由此包含润滑介质，例如油，其被包封在模块中且其可以由此与用在整个驱动系结构的其他部件和模块中的润滑介质不同。第一模块还可以通过轴向***和退回而容易地安装到驱动系结构的输入模块或从该模块拆卸。

图6和7显示了根据本发明的六级叠放复合行星齿轮结构300。这种叠放行星齿轮结构可以在用作图lb所示的单个第一齿轮级模块或第二齿轮级模块或用在其他齿轮结构中。在所示例子中，叠放复合行星齿轮300被显示为用作第二齿轮级。叠放复合齿轮300由此对应于图1a和1b所示的齿轮模块4。

六级叠放复合行星齿轮300包括安装在中空输入轴304上的输入齿轮303。如上所述，输入齿轮对应于图1a和1b所示的驱动系1中的第一齿轮模块3的太阳轮。输入轴304固定到环形轮承载盘片305并延伸穿过该环形轮承载盘片305，该环形轮承载盘片305又固定到环形轮310。输入轴304在强轴承326中轴颈连接到行星承载器325。六个震动吸收行星齿轮单元320布置为与环形轮310和太阳轮330啮合接触。行星齿轮单元320通常被构造为如上参考图2和3所述的行星齿轮单元。然而，在图6和7中所示的叠放复合行星齿轮300处，该组行星齿轮单元320包括三个第一行星齿轮单元320’和三个第二行星齿轮单元320’。第一行星齿轮单元320’和第二行星齿轮单元320”的行星轴323’、323”同样长且比图3和4中所示的行星轴220更长。第一行星齿轮单元320’和第二行星齿轮单元320”不同之处仅在于，第二齿轮单元320”的次级行星齿轮322”布置在一径向平面处，该径向平面与布置了第一齿轮单元320’的次级行星齿轮322’的径向平面相比布置为与初级齿轮321’、321”相距更远。

行星齿轮单元320’、320”的行星轴323’、323”在轴承324中轴颈连接到行星承载器325。每一个行星齿轮单元220’、320”的初级行星齿轮321’、321”啮合环形轮310。在图7所示的结构中，已经安装了辅助中心定位轴350。辅助中心定位轴350被形成了中心定位装置351的环形凸缘所支撑。输入轴304延伸到中心定位装置351中而不与之接触。中心定位轴350的包络表面形成太阳轮，且次级行星齿轮322’、322”在不同的轴向平面处啮合中心定位轴的太阳轮。这种辅助中心定位轴350可以用作临时的辅助器件，用于震动吸收行星单元320’、320”的安装和额定调整。

如在图5所示的实施例中那样，行星齿轮单元320’、320”与轴承324和轴承毂324a一起形成行星齿轮模块。

六级叠放复合行星齿轮300进一步包括壳体340，该壳体包括侧壁241和设置有中央开口的底部壁342。壳体340形成用于将齿轮级模块彼此连接的凸缘单元340’。

图8显示了六级叠放复合行星齿轮结构300，在发电机模块500或5已经与之安装时，该行星齿轮结构300被作为图1a和1b中的驱动系1中的第二齿轮级模块。如图8所示，图7所示的辅助中心定位轴350已经被去除且发电机模块500的输入轴501已经***通过中央的带凸缘开口333。发电机的输入轴501被布置在轴的两端部处的轴承稳定地支撑且处于设置有外部齿(形成太阳轮330)的突出端部处。在安装时，太阳轮330啮合次级行星齿轮322’、322”。发电机模块500进一步包括环形凸缘502，该环形凸缘接收在布置于底部壁342中的带凸缘开口333中。由此，壳体340与具有滑动轴承343的环形轮承载盘片305、底部壁342和发电机轴501和凸缘502一起密封地包封一内部空间。具有壳体340的叠放复合行星齿轮300由此形成与图lb所示的第二齿轮级模块4对应的第二齿轮级模块。壳体340可以包含润滑介质，例如油，其被包封在模块中且其可以由此与用在整个驱动系结构的其他部件和模块中的润滑介质不同。第二齿轮级模块还可以通过轴向***和退回而容易地安装到驱动系结构的第一齿轮级模块或从该模块拆卸。相应地，包括发电机输入齿轮(其通过太阳轮330构成)的发电机模块500可在辅助中心定位轴350去除之后(一旦其已经用于震动吸收单元320的组装和调试)容易地安装到第二齿轮级模块和从其拆卸。发电机模块可以由此通过经底部壁342中的孔轴向***和退回而容易地安装到第二齿轮级模块和从其去除。

图9和10显示了八级叠放复合行星齿轮结构400，其代表图1a和1b中的驱动系1中的第一齿轮模块。该叠放复合行星齿轮400类似于图6和7所示的叠放复合行星齿轮300。然而，行星齿轮400不同于行星齿轮300之处在于，其包括八个震动吸收行星单元420。该组行星单元420包括四个第一行星单元420’和四个第二行星单元420”。正如图6和7中所示的行星单元320那样，第二行星单元420”的次级行星齿轮422”与第一行星单元420’的次级行星齿轮422’相比被布置为与初级齿轮421’、421”相距更大的轴向距离。

如图10所示，叠放复合行星齿轮400包括输入轴404，该输入轴固定到且延伸通过驱动环形轮承载盘片405。输入轴404轴颈连接在强轴承426中。输入轴404朝向中心定位单元450轴向延伸但不与之接触，该中心定位单元刚性固定到壳体440。中心定位单元450包括多个通孔，所述通孔接收例如延伸并轴向通过中空输入轴404的电导线451和管452这样的控制器件。电导线451和管452与布置在风力涡轮机(未示出)的轮毂处的调节装置连接。由此，调节信号和液压流体可从整个驱动系结构的第一齿轮级传递到风力涡轮机，用于调节不同功能，例如风力涡轮机的俯仰。包括布置在第一齿轮级处的中心定位单元450和中空输入轴404的这种结构的重要优势是，用于控制涡轮机所需的所有管和线仅从涡轮机延伸到齿轮结构的第一级。由此，不需要让管和线进一步向齿轮结构的下游延伸。即不必将管或线布置为经过第二齿轮级、经过可能的其他齿轮级或经过发电机。由此，在第一齿轮级下游，在驱动系的中央轴中基本上不需要额外的通孔或开口。这又可以降低太阳轮的直径，由此通过仅利用分别布置在第一和第二齿轮级中的两个叠放复合行星齿轮结构而实现大的传动比。

中心定位单元450进一步用作对承载了调整太阳轮430的中心定位轴455的支撑，所述调整太阳轮可以在安装和调整震动吸收行星单元420的额定载荷时使用。

在复合行星齿轮结构的如上所述的实施例中，环齿轮布置为具有与初级齿啮合的内部齿。但是，环齿轮还可以布置为具有与初级行星齿轮上的初级齿啮合的外部齿。图17和18分别示意性地显示了这两种不同构造。图17所示的复合行星齿轮结构1000是包括八个行星齿轮单元1020的叠放复合行星齿轮结构。八个行星齿轮单元1020被分为四个为一组的齿轮单元1020’(其具有布置在一个轴向水平位置的次级齿轮1022’)和四个为另一组的齿轮单元1020”(其具有布置在不同轴向水平位置的次级行星齿轮1022”)。所有次级行星齿轮1022’、1022”与设置有外部齿的共用太阳轮1030啮合。每一个次级行星齿轮1022’、1022”轴向连接到相应初级行星齿轮1021’、1021”，所有初级行星齿轮基本上布置在相同轴向水平位置处。设置有内部齿(未示出)的环齿轮1010与布置在初级行星齿轮1021’、1021”上的外部初级齿(未示出)啮合。该实施例由此完全对应于图9所示的实施例。

在图18所示的替换实施例中，齿轮结构也是包括八个行星齿轮单元2020的复合叠放行星齿轮结构2000，该行星齿轮单元被分为：具有布置在一个轴向水平位置的次级行星齿轮2022’的四个行星齿轮单元2020’和具有布置在不同轴向水平位置的次级行星齿轮2022”的四行星齿轮单元2020”。

所有次级行星齿轮2022’、2022”轴向连接到相应初级行星齿轮2021’、2021”，所述初级行星齿轮全都基本上布置在相同轴向水平位置。但是，在该实施例中，初级齿轮2021’、2021”的外部初级齿(未示出)与布置在环齿轮2020上的外部齿(未示出)啮合。

在与包括具有内部齿的环齿轮的复合行星齿轮结构相比时，包括具有外部齿(其与初级齿啮合)的环齿轮2010的这种复合行星齿轮结构可以在一些应用中呈现一些优点。例如，它们可以具有相同的环齿轮直径，呈现略微更高的传动比。另外，在使用时，施加到轴向布置在初级行星齿轮2021’、2021”和次级行星齿轮2022’、2022”之间的轴承的载荷可减少。因此，图18所示的这类复合行星齿轮结构可例如应用于一些应用，其中通过复合行星齿轮结构要传递相对小的扭矩。

然而，与包括具有内部齿的环齿轮的复合行星齿轮结构比较，具有外部齿的这类结构呈现许多一般的缺点。例如它们要求次级行星齿轮2022’、2022”具有更大的直径。而且，复合行星齿轮结构的总尺寸增加。另外，相对于传动比以及制造成本而言，重量增加。

图11示出了固定到基部框架610的输入模块600。输入模块600对应于图1a和1b所示的输入模块2。在安装在例如风力发电机(未示出)中时，

基部框架610固定到风力发电机的机舱(未示出)。输入模块600进一步包括中空输入轴620，该输入轴固定到安装盘片(未示出)，以用于风力涡轮机(未示出)的固定。输入轴620设置有与图12所示的第一级齿轮模块400的第一级输入轴404上的外部齿槽403对应的内部齿槽621。

图12示出了图10所示的且作为图1a和1b中的第一齿轮级模块的八级叠放复合行星齿轮结构400。在去除中心定位轴455和调整太阳轮430并通过盖子(未示出)关闭了中心定位单元450中的孔之后，允许第二齿轮级模块的输入齿轮装配到图1a和1b的驱动系1的该第一齿轮模块中。齿轮级模块400也设置有齿槽403，以便从输入模块2、600接收扭矩并传递扭矩到第一齿轮模块的环齿轮。

图13和14显示了输入模块700、700’的相应实施例。输入模块700、700’包括中央中空内部轴构件710、710’，该中央中空内部轴构件固定到环形安装盘片711、711’。在风力发电机中使用时，安装盘片711、711’用于将风力涡轮机的涡轮机叶片(未示出)固定到驱动系结构。安装盘片711、711’在其周边处固定到外中空轴构件712、712’。外部轴构件712、712’围绕内部轴构件711、711’同轴布置。外部轴构件712、712’在强轴承713、713’中进一步轴颈连接到输入模块700、700’的结实外壳或壳体714、714’。因为壳体714、714’固定到机舱(未示出)，所以轴承713、713’也间接地固定到机舱。由此，外部轴构件712、712’被强有力地支撑，且在涡轮机暴露至强烈、瞬时且湍流的风流动之下时，其可以承受并吸收作用在安装盘片711、711’上的轴向力、径向力和弯曲力。由于外部轴构件714、714’的大抗性和强度，内部轴构件710、710’可以被制造得相对较弱，且可以将尺寸设置为主要用于从安装盘片711、711’向第一齿轮级模块传递扭转力。由此，甚至可以允许内部轴构件710、710’的一定程度的扭转弹性(torsional elasticity)，使得剧烈变化的风流动对齿轮结构的负面影响降低。内部轴构件710、710’的这种扭转柔性由此与震动吸收行星齿轮单元一起起作用，以保护齿轮结构并使得齿轮结构和发电机的驱动平稳。

被壳体714、714’支撑的同轴轴构件710、710’、712、712’的结构还允许输入模块设计为具有相对小的尺寸。

应注意，在一些应用中，有利的输入模块可被分别用作独立的单元，用于将驱动源(例如涡轮机等)直接连接到设备(例如发电机)的输入轴，而不需要任何中间齿轮结构。相应地，根据本发明的一个方面，用于将驱动装置连接到从动装置的输入模块包括内管状轴、外管状轴和环绕壳体，其中内管状轴同轴布置在外管状轴内部，且外管状轴在轴承中轴颈连接到壳体，且其中内和外管状轴的相应第一端通过安装盘片连接，该安装盘片布置为用于固定驱动装置。

图15示出了根据一个实施例的整个驱动系结构800。驱动系结构800对应于图1a和1b所示的结构且包括输入模块810、第一齿轮级模块820、第二齿轮级模块830和发电机或马达模块840。模块彼此轴向地固定到彼此。每一个模块进一步包封一密封的内部空间或隔室，使得不同隔室可以包含不同润滑和/或冷却介质和其他不同气氛(例如冷却气体，如果需要的话)。第一齿轮级模块820和第二齿轮级模块830的每一个隔室进一步被分别分为子隔室820a、820b和830a、830b。子隔室沿驱动系结构的轴向方向一个布置在另一个之后且通过内部壁互相分离，所述内部壁垂直于纵向方向延伸且形成相应模块的壳体的一部分。这允许每一个子隔室和布置在其中的轴承可分别被提供润滑和冷却。出于该目的，相应模块的壳体可设置有管、管路和/或通道，用于输送润滑和/或冷却介质。

如图15所示，第一级模块820和第二级模块830包括多个行星轴821、831，所述行星轴形成如上所述的相应震动吸收行星单元的一部分。行星轴821、831旋转地且同轴地围绕相应控制杆821、831布置。

图16放大且更详细地示出了一个这种控制杆821。如图16所示，控制杆821可设置有轴向通道851、管852和线853。这种通道、管和线可以用于感测和监测不同隔室中的例如轴承、润滑和气氛的不同状况。这些部件还可以用于调整这种状况，例如通过添加润滑和/或冷却介质。为了让通道、管和线在相应隔室中的期望位置导出，控制杆821、831可设置有从轴向通道851延伸到控制杆821的周边的径向通道855。另外，控制杆821的包络表面可具有周向沟槽856，用于允许密封件(例如O型环)限定在隔室的某些区域中。这种区域可例如用于监测和调节大气以及轴承等的状况。控制杆821、831可以用任何合适的材料形成，例如聚合物材料、金属或其组合。

相似的控制杆(未示出)还可以用于接收线451和管和/或其他控制器件，它们轴向延伸通过如图10所示的中空输入轴404和如图13和14所示的内部轴构件710、710’，到达安装盘片711、711和与之安装的风力涡轮机的轮毂。

已经参考几个实施例主要描述了本发明。然而，本领域技术人员应容易地理解，与如上公开的实施例不同的其他实施例也等同地落入本发明的所附权利要求限定的范围。

Claims (21)

1.一种复合行星齿轮结构(100、200、300、400)，具有环齿轮(110、210、310、410)，至少两个行星齿轮单元(120、220、320、420)和太阳轮(130、230、330、430)，其中每一个行星齿轮单元包括具有与环齿轮啮合的初级行星齿(121’)的初级行星齿轮(121、221、321、421)和具有与太阳轮啮合的次级行星齿(122’)的次级行星齿轮(222、322、422)，次级行星齿轮轴向连接到初级行星齿轮且具有的直径大于初级行星齿轮的直径，其特征在于，每一个行星齿轮单元(120、220、320、420)包括震动吸收传动装置(20)，所述震动吸收传动装置布置为允许次级行星齿相对于初级行星齿进行有限的弹性旋转。

2.如权利要求1所述的复合行星齿轮结构，其中每一个传动装置(20)包括多个弹性构件(24)，所述多个弹性构件布置为在初级行星齿(121’)和次级行星齿(122’)之间传递扭矩。

3.如权利要求2所述的复合行星齿轮结构，其中弹性构件(24)布置在次级行星齿轮处。

4.如权利要求3所述的复合行星齿轮结构，其中每一个传动装置(20)包括：驱动盘片(21)，所述驱动盘片固定到行星轴(22)，所述行星轴将初级行星齿轮(121)与次级行星齿轮连接，且所述驱动盘片设置有固定到驱动盘片的多个轴向延伸销(23)；和轮齿轮构件(25)，设置有周向齿(25’)且包括传动盘片(26)，所述传动盘片设置有与多个销(23)对应的多个开口(26’)，其中环形弹性构件(24)接收在每一个开口(26)中且相应销(23)接收在每一个弹性构件(24)中。

5.如权利要求4所述的复合行星齿轮结构，其中轮齿轮构件(25)的周向齿(25’)形成次级行星齿，且驱动盘片(21)通过行星轴(22)非旋转地固定到初级行星齿轮。

6.如权利要求1-5中任一项所述的复合行星齿轮结构，其中每一个行星齿轮单元(120、220、320、420)与轴承(224、324)一起形成行星齿轮模块。

7.如权利要求6所述的复合行星齿轮结构，其中行星齿轮模块进一步包括至少一个轴承毂(224a，324a)，用于将轴承安装到复合行星齿轮结构的壳体。

8.如权利要求1-7中任一项所述的复合行星齿轮结构，其中复合行星齿轮结构(300、400)是叠放行星齿轮，其包括具有布置在第一径向平面中的初级行星齿轮(321、421)的偶数个行星齿轮单元(320、420)，且其中次级行星齿轮(322、422)中的一半(322’，422’)布置在第二径向平面中，且次级行星齿轮中的一半(322”，422”)布置在第三径向平面中，与第二径向平面相比，所述第三径向平面布置为与第一径向平面相距更大距离。

9.如权利要求1-8中任一项所述的复合行星齿轮结构，其中传动装置(20)布置为允许沿两个旋转方向等同地进行有限的弹性旋转。

10.如权利要求1-9中任一项所述的复合齿轮结构，其中弹性构件(24)不沿两个旋转方向预加载或等同地预加载。

11.如权利要求1-10中任一项所述的复合行星齿轮结构，其中传动装置(20)布置为允许至少1°且优选2-4°范围的有限弹性相对旋转。

12.一种驱动系结构，包括形成第一齿轮级的、如权利要求1-11中任一项所述的第一复合齿轮结构(200)，和形成驱动系结构的第二齿轮级的、如权利要求1-11中任一项所述的第二复合齿轮结构(300、400)。

13.如权利要求12所述的驱动系结构，其中第一复合行星齿轮结构的太阳轮连接到第二复合行星齿轮结构的环齿轮。

14.如权利要求12或13所述的驱动系结构，其中第二复合行星齿轮结构(300)的太阳轮(330)或另一复合行星齿轮结构的太阳轮连接到发电机或马达(500)或另一实用器具的转子。

15.如权利要求12-14中任一项所述的驱动系结构(800)，包括壳体，该壳体被至少分为接收第一复合行星齿轮结构的第一隔室(820)和接收第二复合行星齿轮结构的第二隔室(830)，其中隔室彼此密封，用于允许不同的润滑介质服务于相应隔室。

16.如权利要求15所述的驱动系结构(800)，其中第一隔室(820)和第二隔室(830)中的至少一个被分为至少两个子隔室(820a，820b，830a，830b)。

17.如权利要求12-16中任一项所述的驱动系结构，包括输入轴，所述输入轴包括连接到第一复合行星齿轮结构的环齿轮的第一管状轴构件(710、710’)，和围绕第一管状轴构件同轴布置且通过环形安装盘片(711、711’)固定到第一管状轴构件的第二管状轴构件(712、712’)，其中第二管状轴构件在轴承(713、713’)中轴颈连接到驱动系结构的壳体(714、714’)。

18.如权利要求17所述的驱动系结构，其中第一管状轴构件(710、710’)相对弱且主要布置为将扭矩从安装盘片(711、711’)传递到第一复合行星齿轮结构的环齿轮，且第二管状轴构件(712、712’)与壳体(714、714’)一起布置为吸收来自安装盘片(711、711’)的轴向力、径向力和弯曲力。

19.如权利要求17或18所述的驱动系结构，其中涡轮机固定到安装盘片。

20.如权利要求12-19中任一项所述的驱动系结构，其中第一复合行星齿轮结构、第二复合行星齿轮结构和输入轴布置为分离模块(2、3、4)，所述分离模块布置为按每个模块进行模块化组装和拆卸。

21.如权利要求17-20中任一项所述的驱动系结构，其中用于控制安装到安装盘片(711、711’)的涡轮机的控制器件(451、452)从第一复合行星齿轮结构轴向延伸通过输入轴的第一管状轴构件(710、710’)，达到安装盘片(711、711’)。