CN112240266A - 传动系装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种优选用于风力发电设备的传动系装置，其具有转子轴(2)、发电机(5)和齿轮(1)，所述齿轮间接地或直接地连接到转子轴(2)和发电机(5)，其中，齿轮(1)至少部分地或完全地集成在转子轴(2)中。

Description

传动系装置
技术领域
本发明涉及一种优选用于风力发电设备（wind power plant）的传动系装置，其具有转子轴、发电机和齿轮，该齿轮间接或直接地连接到转子轴和发电机。
背景技术
为了产生电能，风力发电设备中的发电机通常与转子一起布置在塔架的上端。转子的旋转速度通常在每分钟0到12转的范围内。适用于这种低旋转速度的直接转子发电机具有非常高的重量。在兆瓦范围内的高电输出的情况下，这导致转子与机舱的重量非常重。由于这个原因，齿轮通常连接在转子和发电机之间，以便能够使用确保显著减轻重量的快速运转的发电机。
DE19917605A1基于轴装式齿轮，该轴装式齿轮通过压配合连接到风力涡轮机的转子轴，风力通过该转子轴引入到齿轮中。风力涡轮机公开了多级行星齿轮装置和用于输出到发电机中的正齿轮级。到行星齿轮装置中的动力驱动输入经由内齿轮来进行，该内齿轮驱动至少一个行星齿轮，在其固定于壳体的轴上分别布置另一行星齿轮，该行星齿轮与太阳轮啮合，从该太阳轮到正齿轮级中进行输出。
此外，从DE202018100231U1中已知一种装置，其中，框架齿轮的安装同时也是转子与转子轴的安装。因此不再需要用于带有转子轴的转子的附加轴承，由此进一步降低了具有相同电力输出的风力发电设备的头部重量。
DE102011106535A1涉及一种涡轮发电设备的传动系，特别是风力发电设备或海流发电设备的传动系，其包括承载至少一个转子叶片的转子轮毂和包括多个行星级的齿轮，该齿轮增强连接到转子的转子轴的旋转运动，将其传递到下游发电机的驱动装置。在此，转子轮毂、齿轮和发电机彼此同轴地布置。此外，该文献公开了涡轮发电设备的传动系，其中，转子轴的旋转运动的合适的增速能够以紧凑的方式经由齿轮实现，该齿轮实施为具有三个行星级的功率分流齿轮，以可实现下游发电机的驱动。
上述齿轮装置是复杂的结构并且非常长，因为所有部件顺序地一个接着另一个布置。除此之外，相关部件的组装和拆卸以及维护是非常复杂的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种优选地用于风力发电设备的传动系装置，其在相同的***输出的情况下进一步减小转子和机舱的重量，简化组装并且将长度构造得更紧凑。
该目的通过根据专利权利要求1的特征组合来解决。
根据本发明，提出了一种优选地用于风力发电设备的传动系装置，其具有转子轴、发电机和齿轮，该齿轮间接地或直接地连接到转子轴和发电机。在此，齿轮至少部分地或完全地集成在转子轴中。由此，整个传动系是更紧凑的设计，并且部件的总重量减小。
在本发明的一种有利的实施例中规定，在转子轴的轴向方向上看，在发电机和齿轮之间布置有固定就位的机器支架，在轴向方向上观察，发电机在一侧上直接地固定在该机器支架上，而齿轮间接地或直接地在相对侧上固定在该机器支架上。在此有利的是，固定就位的机器支架支承齿轮和发电机的反作用力矩。
这种传动系装置的决定性优点在于其紧凑的设计，其中同时可从传动系拆卸单独的部件、发电机和齿轮，而不需要重新安装转子。实现这一点的主要部分是机器支架。由此，传动系相对于完全集成的传动系具有显著的优点，在完全集成的传动系中，为了拆卸齿轮，首先必须拆卸风力发电设备的转子。
优选地，传动系装置设计成使得齿轮借助于扭转刚性的联接件而连接到转子轴。在此，紧凑的设计和由于非常高的扭转刚度而产生的转矩的零间隙的角度精确传动（angularly true gear）是有利的。
在本发明的示例性实施例中规定，转子轴借助于附接在外侧上的滑动轴承或滚动轴承而安装在周围结构上。这样，作用在转子轴上的重力和风负载被支撑在周围结构上。
此外，优选的实施例是，发电机连接到驱动轴，该驱动轴代表齿轮的输出轴。由此，整个传动系又可以被设计得更紧凑且重量更轻。
在另一有利的变型方案中，根据本发明提出，齿轮被设计为行星齿轮。行星齿轮的特征在于高效率，并且由于其紧凑的设计而使得可以在高功率密度的情况下减小结构长度。
在一种实施例变型中，根据本发明的传动系装置被设计成，使得齿轮包括至少两个行星级，所述行星级的内齿轮通过壳体构件间接地彼此固定或直接地且不可旋转地彼此固定，结果是形成至少内齿轮的顺序壳体组（sequential housing group）。由于多个行星级或顺序壳体组，齿轮的功率密度进一步增加。因此，所有的内齿轮以驱动旋转速度旋转，由此使得在齿轮的各行星级上分摊功率以及将齿轮集成到转子轴中成为可能。此外，特别是内齿轮的使用减小了齿轮的体积和质量。
应注意的是，内齿轮和壳体组连接至转子轴，并因此以转子的转速旋转。
进一步有利的是，齿轮包括借助于扭转刚性联接件连接到机器支架的行星架时。在此，有利的是，齿轮的反作用力矩在机器支架上的支撑借助于行星架来进行。
在本传动系装置的实施例中，此外提供的是，齿轮包括太阳轮，太阳轮被联接到齿轮的输出轴以用于驱动该输出轴。在此有利的是，发电机的驱动经由快速转动的行星齿轮级的太阳轮而进行，因为在该行星齿轮级中行星齿轮的功率相对应地被累加。
优选地，传动系装置被布置成使得，齿轮的输出轴借助于柔性联接件而间接地或直接地连接到发电机。在此有利的是，柔性联接件以小尺寸传递大扭矩、吸收冲击和振动并抑制扭矩峰值。
在本发明的替代的实施例中规定，柔性联接件或者与其连接的中间轴突出穿过机器支架中的中心开口并且与发电机连接。
在有利的实施例中所提供的是，在柔性联接件和发电机之间布置有制动装置，该制动装置优选地设计为具有制动盘和制动器，其中该制动装置直接地连接到机器支架并且间接地或直接地连接到柔性联接件。通过制动装置，使得例如在风力发电设备的维护或修理期间的紧急关闭或手动停止成为可能。另一优点是将制动装置的反作用力矩支撑在机器支架上。
附图说明
本发明的其它有利的进一步发展在从属权利要求中被表征，或者在下文与通过附图对本发明的优选实施例的描述一起被更详细地呈现。附图示出了：
图1是传动系装置的截面图。
具体实施方式
在图1中，示出了用于风力发电设备的传动系装置的截面图，其具有转子轴2、发电机5和齿轮1。齿轮1被设计为行星齿轮。此外，转子轴2借助于布置在外周上的两个滚动轴承3a、3b而安装在风力发电设备的周围结构8上，并且行星齿轮1通过扭转刚性的联接件15间接地连接到转子轴2。作为滚动轴承3a、3b的替代选项，也可以采用滑动轴承。在此，行星齿轮1部分地集成在转子轴2中并且直接地连接到发电机5。
从转子轴2的轴向方向看，发电机5与转子轴2的端部件和行星齿轮1间隔地布置。在该轴向方向上，固定就位的机器支架4布置在发电机5和行星齿轮1之间。机器支架4固定在风力发电设备的周围结构8上。具有沿轴向方向的中心通道开口的机器支架4在与转子轴2的轴向方向正交地延伸的径向方向上延伸。
此外，发电机5在与转子轴2间隔开的一侧上直接地固定在机器支架4上，而齿轮1在沿直径相对的一侧上间接地固定机器支架4上。在此，行星齿轮1包括行星架9，该行星架借助于扭转刚性的联接件12而连接到机器支架4。
行星齿轮1包括太阳轮10，其为了驱动齿轮1的输出轴6而与之联接。此外，发电机5与驱动轴联接，该驱动轴代表行星齿轮1的输出轴6。该输出轴6又借助于柔性联接件11而间接地连接到发电机5。发电机轴与输出轴6和转子轴2位于相同的旋转轴线上。机器支架4的中心通道开口布置在该旋转轴线的区域中，并且被形成为使得，连接到柔性联接件11的中间轴突出通过通道开口且联接到发电机5。
除此之外，图1示出了行星齿轮1包括三个行星级，其中的内齿轮16通过壳体部件7间接地不可旋转地彼此固定，结果是形成了顺序壳体组17。
除此之外，具有制动盘13和制动器14的制动装置18布置在柔性联接件11和发电机5之间。所示的制动器14直接地连接到机器支架4，并且制动盘13联接到中间轴。
附图标记列表
1 齿轮
2 转子轴
3 a、3b 轴承
4 机器支架
5 发电机
6 输出轴
7 壳体部件
8 周围结构
9 行星架
10 太阳轮
11 柔性联接件
12 扭转刚性的联接件
13 制动盘
14 制动器
15 扭转刚性的联接件
16 内齿轮
17 顺序壳体组
18 制动装置。

Claims (12)

1.一种优选地用于风力发电设备的传动系装置，所述传动系装置具有转子轴(2)、发电机(5)和间接地或直接地连接到所述转子轴(2)和所述发电机(5)的齿轮(1)，其中所述齿轮(1)至少部分地或完全地集成在所述转子轴(2)中。
2.根据权利要求1所述的传动系装置，其中，在所述转子轴(2)的轴向方向上看，在所述发电机(5)与所述齿轮(1)之间布置有固定就位的机器支架(4)，所述发电机(5)在一侧上直接地固定在所述机器支架上，并且所述齿轮(1)在位于沿直径相对的一侧上间接地或直接地固定在所述机器支架上。
3.根据权利要求1或2所述的传动系装置，其中，所述齿轮(1)借助于扭转刚性的联接件(15)连接到所述转子轴(2)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传动系装置，其中，所述转子轴(2)借助于安装在外侧上的滑动轴承(3a、3b)或滚动轴承(3a、3b)而安装在周围结构(8)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传动系装置，其中，所述发电机(5)连接到驱动轴，所述驱动轴代表所述齿轮(1)的输出轴(6)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传动系装置，其中，所述齿轮(1)被设计为行星齿轮。
7.根据权利要求6所述的传动系装置，其中，所述齿轮(1)包括至少两个行星级，所述至少两个行星级的内齿轮(16)通过壳体部件(7)间接地彼此固定或者直接地且不能旋转地彼此固定，结果是形成至少所述内齿轮(16)的顺序壳体组(17)。
8.根据权利要求7所述的传动系装置，其中，所述齿轮(1)包括行星架(9)，所述行星架借助于扭转刚性的联接件(12)而连接到所述机器支架(4)。
9.根据权利要求7所述的传动系装置，其中，所述齿轮(1)包括太阳轮(10)，所述太阳轮联接至所述齿轮(1)的输出轴(6)以用于驱动所述输出轴。
10.根据前述权利要求中任一项所述的传动系装置，其中，所述齿轮(1)的输出轴(6)借助于柔性联接件(11)而间接地或直接地连接到所述发电机(5)。
11.根据权利要求10所述的传动系装置，其中，所述柔性联接件(11)或与所述柔性联接件连接的中间轴突出穿过所述机器支架(4)中的中心开口并且连接到所述发电机(5)。
12.根据前述权利要求10或11中任一项所述的传动系装置，其中，在所述柔性联接件(11)与所述发电机(5)之间布置有制动装置(18)，所述制动装置优选地设计成具有制动盘(13)和制动器(14)，其中，所述制动装置(18)直接地连接到所述机器支架(4)并且间接地或直接地连接到所述柔性联接件(11)。
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