CN114787504A - 风力涡轮机动力传动*** - Google Patents

Abstract

提供了一种风力涡轮机的动力传动***，该动力传动***包括：主轴，该主轴被配置为由转子绕主轴线来驱动；支承结构，该支承结构包括至少一个轴承，至少一个轴承支承主轴绕主轴线旋转；以及齿轮箱，该齿轮箱具有被刚性地联接至支承结构的齿轮箱壳体以及被联接至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主轴线旋转，并且齿轮箱输入构件是以沿着主轴线的平移自由度以及绕垂直于主轴线的轴线的旋转自由度来联接至主轴的。主轴是通过被至少部分地定位在主轴内的柔性联轴器联接至齿轮箱输入构件的。可以将柔性联轴器完全定位在主轴内。

Description

风力涡轮机动力传动***

技术领域

本发明总体上涉及动力传动***(power transmission system)，并且更特别地，涉及风力涡轮机的动力传动***。

背景技术

风力涡轮机通常包括由风力驱动的具有大型叶片的转子。转子叶片将风的动能转换成旋转机械能。机械能通常驱动一个或更多个发电机以产生电力。因此，风力涡轮机包括动力传动***以处理旋转机械能并将其转换成电能。该动力传动***有时被称为风力涡轮机的“动力传动系(power train)”。动力传动***的从风力涡轮机转子到发电机的部分被称为传动系。

时常，必须将风力涡轮机转子的转速增加至发电机所需的速度。这是通过风力涡轮机转子与发电机之间的齿轮箱来实现的。因此，齿轮箱形成传动系的一部分，并且将来自风力涡轮机转子的低速、高转矩输入转换成发电机的低转矩、高速输出。

传送转矩不是风力涡轮机动力传动***的唯一功能。次要功能是将其它转子载荷传递至机舱结构以及支承该***的塔。实际上，风力涡轮机转子因可变的风力状况、动态相互作用、控制方面、重力、以及其它因素而经受多种载荷。这些载荷通过动力传动***的路径取决于特定布置。尽管考虑到组件被设计有对应的载荷路径，但是载荷的不可预测性、多样性、以及量值使得这非常具有挑战性。而且，即使适当设计的组件也不能准确地考虑机器公差、载荷变形、热膨胀/变化、以及其它状况。这些状况可能导致不期望的“寄生”力，这些寄生力有可能损坏动力传动***中的部件，特别是齿轮箱组件和主轴承。因此，齿轮箱和轴承的可靠性是风力发电工业中最大的问题之一，解决这些问题的解决方案是高度期望的。

题为“Wind Turbine Power Transmission System(风力涡轮机动力传动***)”的共同拥有的美国专利No.9,771,924(“'924专利”)提供了解决这种可靠性问题的多种解决方案，该专利的公开内容通过引用全部并入本文。尽管如此，仍希望有进一步的改进。例如，'924专利公开了一种处于主轴与齿轮箱输入构件之间并且由联轴器壳体(couplinghousing)围绕的柔性联轴器(coupling)，该联轴器壳体将齿轮箱壳体连接至风力涡轮机的主轴承壳体。在许多情况下，这种联轴器壳体可能消耗机舱中的大量空间，而其中空间已经是非常珍贵的。因此，期望解决上述可靠性问题，同时还相当大地减小(例如，缩短)或消除联轴器壳体。

发明内容

公开了一种用于增加风力涡轮机的转子的转速的动力传动***。该动力传动***包括：主轴，该主轴被配置为由转子绕主轴线来驱动；以及支承结构，该支承结构包括至少一个轴承，所述至少一个轴承支承主轴绕主轴线旋转并且约束主轴的其它移动。该动力传动***还包括：齿轮箱，该齿轮箱具有刚性地联接至支承结构的齿轮箱壳体以及联接至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主轴线旋转，同时约束齿轮箱输入构件的其它移动。齿轮箱输入构件是以沿着主轴线的平移自由度以及绕垂直于主轴线的轴线的旋转自由度来联接至主轴的。主轴是通过被至少部分地定位在主轴内的柔性联轴器联接至齿轮箱输入构件的。例如，主轴可以限定内腔，并且主轴包括被定位在内腔内的内壁架(ledge)，并且可以将柔性联轴器的至少一部分附接至内壁架。在一个实施方式中，可以将柔性联轴器完全定位在主轴内。

柔性联轴器可以包括柔性盘。在一个实施方式中，柔性盘可以是基本上平坦的。然而，在另选实施方式中，柔性盘可以包括环形脊。柔性盘具有联接至齿轮箱输入构件的与内径相邻的内区域、以及联接至主轴的与外径相邻的外区域。柔性盘可以具有比该柔性盘的厚度大得多并且比该柔性盘的内径大得多的外径。除了上述自由度之外，在另一另选实施方式中，还可以将齿轮箱输入构件以沿着垂直于主轴线的轴线的平移自由度来联接至主轴。

在一个实施方式中，柔性联轴器可以包括花键齿联轴器。花键齿联轴器可以由主轴的联接凸缘(coupling flange)以及齿轮箱输入构件的联接凸缘来限定，这些联接凸缘皆周向地接合联接部件(coupling element)，诸如管状联接部件。所述联接凸缘皆包括径向突出的齿，并且联接部件包括被配置成接合所述联接凸缘的径向突出的齿的径向突出的齿，由此限定两个齿轮啮合。各个齿轮啮合中的一组径向突出的齿可以具有基本上笔直的轮廓，而另一组径向突出的齿可以具有沿轴向方向成冠状的轮廓。例如，联接凸缘的径向突出的齿可以具有冠状轮廓。可以将所述联接凸缘配置成围绕联接部件。在一个实施方式中，花键齿联轴器可以是弹性的。弹性花键齿联轴器可以由主轴的终止于联接部件的柔性管以及由齿轮箱输入构件的周向地接合联接部件的联接凸缘来限定。可以将柔性管和联接部件与主轴一起整体地形成为单一件。支承结构包括轴承壳体。在示例性实施方式中，可以将轴承壳体直接联接至齿轮箱壳体。这种设计可以节省风力涡轮机机舱内的大量空间。

在另一实施方式中，风力涡轮机包括具有轴毂以及从轴毂向外延伸的多个叶片的转子、以及上述动力传动***。将主轴联接至轴毂以便由转子来驱动。

附图说明

被并入并构成了本说明书的一部分的附图例示了本发明的实施方式，并与上面给出的本发明的一般描述以及下面给出的详细描述一起用于说明本发明。

图1是根据本发明的一方面的示例性风力涡轮机的立体图；

图2是用于图1的风力涡轮机的动力传动***的立体图；

图3是图2的动力传动***的局部截面图；

图4是用于图1的风力涡轮机的另选动力传动***的局部截面图；

图5是用于图1的风力涡轮机的另一另选动力传动***的局部截面图；以及

图6是用于图1的风力涡轮机的又一另选动力传动***的局部截面图。

具体实施方式

参照图1，风力涡轮机10包括：塔12、设置在塔12的顶点处的机舱14、以及转子16，该转子被可操作地联接至容纳在机舱14内部的发电机(未示出)。除了发电机之外，机舱14还容纳将风能转换成电能所需的各种各样的组件、以及操作、控制、以及优化风力涡轮机10的性能所需的各种组件。塔12支承由机舱14、转子16、以及风力涡轮机10的被容纳在机舱14内部的其它组件所提供的载荷，并且还操作成将机舱14和转子16升高至高于地平面或海平面的高度(可以视情况而定)，在该高度，通常发现具有更低湍流的更快移动气流。

被表示为水平轴线风力涡轮机的风力涡轮机10的转子16用作机电***的原动机。超过最小水平的风力将启动转子16并使其在基本上垂直于风向的平面内旋转。风力涡轮机10的转子16包括中心转子轴毂18以及多个叶片20，所述多个叶片在绕中心轴毂18以相等间隔沿周向分布的位置处从该中心轴毂向外突出。在代表性实施方式中，转子16包括三个叶片20，但是该数量可以改变。叶片20被配置成与经过的气流相互作用以产生升力，该升力使转子轴毂18绕由该转子轴毂限定的纵向轴线旋转。如图所示，塔12包括用于将风力涡轮机10支承在表面上的地基或基底22。应认识到，风力涡轮机10可以是陆上风力涡轮机或海上风力涡轮机。

可以将风力涡轮机10包括在属于风力发电场或风电场的类似风力涡轮机的集合当中，该风力发电场或风电场用作通过输电线路与电网(诸如三相交流(AC)电网)连接的发电厂。电网通常包括发电站网络、输电电路、以及由输电线路网络所联接的变电站，该输电线路网络向采用电力公司的终端用户和其他客户的形式的负载传输电力。在正常情况下，如本领域普通技术人员所已知的，电力是从发电机供应至电网的。

如图2和图3所示，示例性动力传动***30包括联接至轴毂18(图1)并可绕主轴线34旋转的主轴32。动力传动***30还包括：支承主轴32的第一轴承36和第二轴承38、围绕第一轴承36和第二轴承38的轴承壳体40、以及具有由主轴32驱动的齿轮箱输入构件44的齿轮箱42。齿轮箱42增加主轴32的转速以驱动发电机43。

下面还将更详细地描述动力传动***30的运动学。为此，参考基于主轴线34的三维坐标系将是方便的。在该坐标系中，沿着主轴线34定义y轴。x轴和z轴垂直于y轴，并且z轴总体上与重力方向对准。运动学主体之间的关系将根据自由度来描述。“主体”是基本上刚性地连接的单个部件或部件组，使得主体中的各点之间的距离在正常状况下被有效地固定。换句话说，在正常状况下，主体的所有部件均相对于同一参照系有效地一起移动；不希望有相对移动。“自由度”指的是一个主体相对于与其连接的另一主体沿平移方向或旋转方向移动的能力。当有一个或多个自由度时，考虑将接头(joint)专门设计为具有相对移动。平移方向和旋转方向是参照所述坐标系来定义的。

继续参照图3，主轴32包括处于连接至轴毂18(图1)的端部的凸缘部分46。凸缘部分46使得主轴32能够利用螺栓联接至轴毂18。在其它实施方式中，主轴32可以通过螺旋(hirth)连接、组合的带销螺栓连接、或者确保转矩传递的某一其它布置而联接至轴毂18。而且，尽管将凸缘部分46示出为与主轴32的其余部分一起整体地形成为单一件，但是可以另选为经螺栓连接或者以其它方式固定至主轴32的单独组件。如图所示，主轴32是中空的以便限定内腔48，并且包括环形内壁架50，该环形内壁架位于内腔48内，最接近与凸缘部分46相反的端部并且面朝凸缘部分46。出于如下所述的理由，将多个纵向延伸的孔52设置在内壁架50中，以用于容纳相应紧固件54。虽然仅示出了两个孔52和两个紧固件54，但是可以将任何合适数量的孔52和相应的紧固件54(例如，沿周向)设置在内壁架50上。

第一轴承36和第二轴承38支承主轴32绕主轴线34(或y轴)旋转，但是防止轴承壳体40与主轴32之间的其它相对运动。示出了普及的锥形滚柱轴承布置。特别地，第一轴承36和第二轴承38是在轴承壳体40内间隔开并且以O构型设置的单排锥形滚柱轴承；垂直于滚动部件的力在轴承之间的空间之外会聚(从而产生大于轴承之间的距离的有效扩展)。其它轴承布置也是可以的。例如，主轴32可以另选地由圆柱形滚柱轴承、球面滚柱轴承、或锥形滚柱轴承的某一组合来支承，并且各个滚柱轴承皆具有单排或多排滚柱部件。

主轴承壳体40还包括肩部56、58，以帮助沿轴向方向定位第一轴承36和第二轴承38。类似地，主轴32可以包括一个或更多个凹口60，以进一步帮助将第一轴承36和第二轴承38抵着相应的肩部56、58定位。另外地或者另选地，一个或更多个预张紧部件(未示出)可以在主轴32的部分与第一轴承36和第二轴承38中的一个或更多个轴承之间延伸，以抵着相应的肩部56、58来推动第一轴承36和第二轴承38中的一个或更多个轴承。

在任何情况下，所例示的齿轮箱42悬挂在轴承壳体40和主轴32上；齿轮箱42本身没有支承。更具体地，齿轮箱42包括齿轮箱输入构件44和齿轮箱壳体64，该齿轮箱输入构件经由齿轮箱输入构件44的前联接表面62联接至主轴32，而该齿轮箱壳体悬挂在轴承壳体40上。这种悬挂不需要是直接的。例如，联轴器壳体(未示出)可以将齿轮箱壳体64连接至主轴承壳体40，并且至少部分地围绕主轴32与齿轮箱输入构件44之间的界面，如下面参照图5和图6更详细地描述的。因此，齿轮箱壳体64可以经由这样的联轴器壳体悬挂在轴承壳体40上。换句话说，齿轮箱壳体64可以仅在一端处被支承，并且因此经由这样的联轴器壳体直接或间接地相对于轴承壳体40成悬臂状。在所示实施方式中，齿轮箱输入构件44从齿轮箱壳体64延伸到主轴32的内腔48中，使得齿轮箱输入构件44的联接表面62被完全定位在该内腔中。

基于下面的描述，该特定布置具有更加明显的优点。然而，风力涡轮机设计方面的技术人员应想到具有相同运动学关系的其它布置。例如，支承主轴32的刚性连接部件(例如，第一轴承36和第二轴承38以及轴承壳体40)可以更一般地被称为“支承结构”并且被认为是同一运动学主体的部分。齿轮箱壳体64也是该运动学主体的部分，因为它被刚性地联接至轴承壳体40。考虑到这一点，齿轮箱被刚性地联接至支承主轴的相同结构(诸如基架)的其它实施方式将是显而易见的。不一定需要是悬挂，除非希望具有与悬挂布置相关联的特定优点。在更一般的水平上，关联的运动学主体具有两个接头：与主轴32的第一接头、以及与齿轮箱输入构件44的第二接头。已经描述了第一接头(主轴32的支承件)。就第二接头而言，齿轮箱壳体64(以及因此其关联的运动学主体)支承齿轮箱输入构件44绕主轴线34旋转，并且抑制其它相对移动。

齿轮箱输入构件44的类型取决于特定齿轮箱设计。示出了用于差动齿轮箱的行星齿轮架，但是没有例示差动齿轮箱的细节，因为可以代替地使用适合于风力涡轮机的其它齿轮箱设计。这例如包括涉及单级或多级的常规行星齿轮箱、复合行星齿轮箱、固定齿轮架行星齿轮箱等。与齿轮箱设计无关，将齿轮箱输入构件44柔性地联接至主轴32。存在可以实现这一点的不同方式，并且下面将描述几个示例。各个示例皆涉及柔性连接或联轴器70a至70d，使得主轴32和齿轮箱输入构件44不是刚性连接的；它们是在柔性联轴器70a至70d处接合的不同运动学主体。有利地，柔性联轴器70a至70d提供至少沿着y轴(或主轴线34)的平移自由度以及仅绕x轴和z轴的旋转自由度。因为柔性联轴器70a至70d是扭转刚性的，所以没有绕y轴(或主轴线34)的旋转自由度。

在该实施方式中，柔性联轴器70a包括被定位在主轴32的内壁架50与齿轮箱输入构件44的联接表面62之间的采用基本上平坦的环形柔性盘72的形式的联接部件，使得柔性联轴器70a完全定位在主轴32的内腔48内。在所示实施方式中，柔性盘72具有经由一个或更多个紧固件(未示出)联接至齿轮箱输入构件44的联接表面62的与内径相邻的内区域、以及经由所例示的紧固件54联接至主轴32的内壁架50的与外径相邻的外区域。用于柔性盘72与齿轮箱输入构件44和/或主轴32之间的连接的紧固件54可以包括：螺栓、剪切销、膨胀螺栓/销、和/或任何其它合适的紧固件。虽然未示出，但是柔性盘72在这些连接区域中可以具有略微增加的厚度。在另一实施方式中，可以将柔性盘72与主轴32一起整体地形成为单一件。例如，可以将柔性盘72与主轴32铸造在一起。

通常，柔性盘72可以具有比其厚度大得多的外径。而且，柔性盘72的外径可以比内径大得多。这种几何关系和/或材料使柔性盘72在某些方向上具有柔性。特别地，薄盘状(柔性盘72)：i)在径向方向上比在轴向方向上更具刚性；ii)可以弯曲以允许其内径在轴向方向上相对于外径移动；以及iii)还可以弯曲以允许其内径绕垂直于轴向方向的轴线相对于外径扭曲(即，旋转)。用于柔性盘72的合适材料包括但不限于：金属(例如，铁、钢、钛)、复合材料(例如，玻璃纤维和树脂)、碳增强塑料材料、或它们的组合。

作为这种布置的结果，柔性联轴器70a充当可以适应不同类型的未对准的双接头。更具体地，可以将柔性联轴器70a分解到三个运动学主体：主轴32(包括内壁架50)、柔性盘72、以及齿轮箱输入构件44(包括联接表面62)。将第一接头限定在主轴32与柔性盘72之间。将第二接头限定在柔性盘72与齿轮箱输入构件44之间。

这种运动学关系为柔性联轴器70a提供了沿着y轴的平移自由度以及绕x轴和z轴的旋转自由度。可以约束其它相对移动。如可以根据图3想到，如果主轴32在角方向、和/或轴向方向(例如，沿着y轴偏移)上变得与齿轮箱输入构件44未对准，则上述相对平移和旋转适应这些未对准。当这种运动学关系与动力传动***30中的其它关系(运动学主体的数量、接头的数量、以及自由度)结合时，该***对对准错误、公差、载荷变形、热膨胀、以及可能另外导致未对准和损坏敏感组件的不期望“寄生”力的状况具有低敏感性。因此，动力传动***30能够以可靠的方式实现其主要功能(转矩传递)。

而且，通过将柔性联轴器70a完全定位在主轴32的内腔48内，柔性联轴器70a可以被主轴32围绕，使得在主轴承壳体40与齿轮箱壳体64之间不需要专用联轴器壳体。因此，可以将主轴承壳体40直接联接至齿轮箱壳体64，而将柔性联轴器70a牢固地容纳在主轴32内。例如，相对于'924专利中所公开的构造，通过消除联轴器壳体，这种构造可以在风力涡轮机10的机舱14中提供明显空间节省，同时解决了上述可靠性问题。

图4例示了另选实施方式，其中，柔性联轴器70b包括采用波状环形柔性盘80的形式的联接部件，该柔性盘具有大体纵向延伸的环形波动(undulation)或脊82，该柔性盘80被定位在主轴32的内壁架50与齿轮箱输入构件44的联接表面62之间，使得柔性联轴器70b完全定位在主轴32的内腔48内。在所示实施方式中，柔性盘80具有经由一个或更多个紧固件(未示出)联接至齿轮箱输入构件44的联接表面62的与内径相邻的内区域、以及经由所例示的紧固件54联接至主轴32的内壁架50的与外径相邻的外区域。用于柔性盘80与齿轮箱输入构件44和/或主轴32之间的连接的紧固件54可以包括：螺栓、剪切销、膨胀螺栓/销、和/或任何其它合适的紧固件。虽然未示出，但是柔性盘80在这些连接区域中可以具有略微增加的厚度。在另一实施方式中，可以将柔性盘80与主轴32一起整体地形成为单一件。例如，可以将柔性盘80与主轴32铸造在一起。

通常，柔性盘80可以具有比其厚度大得多的外径。而且，柔性盘80的外径比内径大得多。这种几何关系和/或材料以类似于上面参照图3描述的实施方式的方式，沿某些方向为柔性盘80提供柔性，使得柔性盘80可以弯曲以允许其内径沿轴向方向相对于外径移动，并且还可以弯曲以允许其内径相对于外径绕垂直于轴向方向的轴线扭曲(即，旋转)。另外，环形脊82可以沿径向方向为柔性盘80提供柔性。用于柔性盘80的合适材料包括但不限于：金属(例如，铁、钢、钛)、复合材料(例如，玻璃纤维和树脂)、碳增强塑料材料、或它们的组合。

作为这种布置的结果，柔性联轴器70b充当可以适应不同类型的未对准的双接头。更具体地，可以将柔性联轴器70b分解到三个运动学主体：主轴32(包括内壁架50)、柔性盘80、以及齿轮箱输入构件44(包括联接表面62)。将第一接头限定在主轴32与柔性盘80之间。将第二接头限定在柔性盘80与齿轮箱输入构件44之间。

这种运动学关系为柔性联轴器70b提供沿所有方向的平移自由度以及绕x轴和z轴的旋转自由度。可以约束其它相对移动。如可以根据图4想到的，如果主轴32在径向方向(例如，沿着x轴和z轴偏移)、角方向、和/或轴向方向(例如，沿着y轴偏移)上变得与齿轮箱输入构件44未对准，则上述相对平移和旋转适应这些未对准。当这种运动学关系与动力传动***30中的其它关系(运动学主体的数量、接头的数量、以及自由度)结合时，该***对对准错误、公差、载荷变形、热膨胀、以及可能另外导致未对准和损坏敏感组件的不期望“寄生”力的状况具有低敏感性。因此，动力传动***30能够以可靠的方式实现其主要功能(转矩传递)。

而且，通过将柔性联轴器70b完全定位在主轴32的内腔48内，柔性联轴器70b可以被主轴32围绕，使得在主轴承壳体40与齿轮箱壳体64之间不需要专用联轴器壳体。因此，可以将主轴承壳体40直接联接至齿轮箱壳体64，而将柔性联轴器70b牢固地容纳在主轴32内。例如，相对于'924专利中所公开的构造，通过消除联轴器壳体，这种构造可以在风力涡轮机10的机舱14中提供明显空间节省，同时解决了上述可靠性问题。

图5例示了另选实施方式，其中，柔性联轴器70c包括由主轴32的大体环形联接凸缘90以及齿轮箱输入构件44的大体环形联接凸缘92所限定的弯曲花键齿联轴器，各个联接凸缘皆周向地接合大体管状的联接部件94。将主轴联接凸缘90和齿轮箱输入构件联接凸缘92示出为：分别经由紧固件54经螺栓连接至主轴32的内壁架50和齿轮箱输入构件44的前联接表面62(在图5中被例示为环形表面)的单独组件，使得将柔性联轴器70c至少部分地定位在主轴32的内腔48内。例如，可以将联接凸缘90、92中的一个或两个联接凸缘完全或部分地定位在主轴32的内腔48内，和/或可以将联接部件94完全或部分地定位在主轴32的内腔48内。在任何情况下，联接凸缘90、92都与相应的组件一起旋转。销(未示出)可以在各个联接凸缘90、92与其在不同位置处经螺栓连接至的组件之间延伸，以帮助传递转矩。另外地或者另选地，可以通过在各个联接凸缘90、92与其被固定至的组件之间放置摩擦片(未示出)来支承该连接。摩擦片例如可以是涂覆有摩擦增强材料的金属盘。转矩是引起绕主轴线34旋转的力和距主轴线34的距离的函数。因此，借助于销和/或摩擦片增加传递转矩的能力使得能够通过所述连接来传递更大的力，而不必增加主轴32或齿轮箱输入构件44的直径。在另选实施方式中，联接凸缘90、92可以分别与主轴32和齿轮箱输入构件44一起整体地形成为单一件。

如图所示，联接凸缘90、92包括径向向内突出的齿96、98，并且联接部件包括被配置成与径向向内突出的齿96、98接合的对应径向向外突出的齿100。因此，限定了两个齿轮啮合。在联接凸缘90、92和联接部件94上可以存在相等数目的齿，使得存在1:1的传动比。各个齿轮啮合中的一组齿可以具有基本上笔直的轮廓，而另一组齿可以具有沿轴向方向成冠状的轮廓。例如，联接凸缘90、92上的径向向内突出的齿96、98可以是具有冠状轮廓的齿，并且联接部件94上的径向向外突出的齿100可以具有笔直轮廓，并且沿着其长度延伸以与径向向内突出的齿96、98啮合。

作为这种布置的结果，柔性联轴器70c充当可以适应不同类型的未对准的双接头。更具体地，可以将柔性联轴器70c分解到三个运动学主体：主轴32(包括其联接凸缘90)、联接部件94、以及齿轮箱输入构件44(包括其联接凸缘92)。在各个联接凸缘90、92与联接部件94之间限定了接头。在该特定实施方式中，所述接头是齿轮啮合。由于直齿100与冠状齿96、98之间的相互作用，因此各个接头准许绕x轴和z轴的相对旋转。还准许沿轴向方向(例如，沿着主轴线34)的相对平移，这是因为直齿100不在这个方向上约束冠状齿96、98。所述接头可以不被设计成用于其它相对移动。

这种运动学关系为柔性联轴器70c提供了沿所有方向的平移自由度以及绕x轴和z轴的旋转自由度。可以约束其它相对移动。如可以根据图5想到，如果主轴32在径向方向(例如，沿着x轴和z轴偏移)、角方向、和/或轴向方向(例如，沿着y轴偏移)上变得与齿轮箱输入构件44未对准，则上述相对平移和旋转适应这些未对准。当这种运动学关系与动力传动***30中的其它关系(运动学主体的数量、接头的数量、以及自由度)结合时，该***对对准错误、公差、载荷变形、热膨胀、以及可能另外导致未对准和损坏敏感组件的不期望“寄生”力的状况具有低敏感性。因此，动力传动***30能够以可靠的方式实现其主要功能(转矩传递)。

而且，通过将柔性联轴器70c至少部分地定位在主轴32的内腔48内，柔性联轴器70c可以至少部分地被主轴32围绕，使得例如相对于'924专利中所公开的构造，被定位在主轴承壳体40与齿轮箱壳体64之间用于围绕柔性联轴器70c的剩余部分(诸如齿轮箱输入构件联接凸缘92和/或联接部件94的一部分)的联轴器壳体102可以被相当大地减小(例如，缩短)。例如，相对于'924专利中所公开的构造，通过相当大地减小联轴器壳体102，这种构造可以在风力涡轮机10的机舱14中提供明显空间节省，同时解决了上述可靠性问题。在另一实施方式中，将柔性联轴器70c至少部分地定位在主轴32的内腔48内可以使得能够消除所例示的联轴器壳体102，使得可以以类似于上面参照图3和图4所描述的方式，将主轴承壳体40直接联接至齿轮箱壳体64。

图6例示了另选实施方式，其中，柔性联轴器70d包括弹性花键齿联轴器，该弹性花键齿联轴器是由主轴32的终止于大体管状联接部件112的柔性管110以及由齿轮箱输入构件44的周向地接合联接部件112的联接凸缘114来限定的。将柔性管110和联接凸缘114示出为：分别与主轴32的内壁架50和齿轮箱输入构件44的联接表面62一起整体地形成为单一件，使得将柔性联轴器70d至少部分地定位在主轴32的内腔48内。例如，可以将柔性管110和/或联接凸缘114完全或部分地定位在主轴32的内腔48内，和/或可以将联接部件112完全或部分地定位在主轴32的内腔48内。

通常，柔性管110可以具有比其厚度大得多的长度。这种几何关系和/或材料使柔性管110在某些方向上具有柔性。特别地，像柔性管110一样的细管(thin tube)在轴向方向上比在径向方向上更具刚性。用于柔性管110的合适材料包括但不限于：金属(例如，铁、钢、钛)、复合材料(例如，玻璃纤维和树脂)、碳增强塑料材料、或它们的组合。

将联接部件112示出为：与柔性管110一起整体地形成为单一件，并且相对于该联接部件具有增加的厚度，使得联接部件112本身可以是基本上刚性的。

如图所示，齿轮箱输入构件联接凸缘114包括径向向内突出的齿116，并且联接部件112包括被配置成接合径向向内突出的齿116的对应径向向外突出的齿118。因此，限定了单个齿轮啮合。在齿轮箱输入构件联接凸缘114和联接部件112上可以存在相等数量的齿，使得存在1:1的传动比。所述齿轮啮合中的一组齿可以具有基本上笔直的轮廓，而另一组齿可以具有沿轴向方向成冠状的轮廓。例如，齿轮箱输入构件联接凸缘114上的径向向内突出的齿116可以是具有冠状轮廓的齿，并且联接部件112上的径向向外突出的齿118可以具有笔直轮廓，并且沿着其长度延伸以与径向向内突出的齿116啮合。

作为这种布置的结果，柔性联轴器70d充当可以适应不同类型的未对准的双接头。更具体地，可以将柔性联轴器70d分解到三个运动学主体：主轴32(不包括联接部件112)、联接部件112、以及齿轮箱输入构件44(包括其联接凸缘114)。将第一接头限定在内壁架50与联接部件112之间。将第二接头限定在联接凸缘114与联接部件112之间。在该特定实施方式中，第二接头是齿轮啮合，并且其准许沿轴向方向(例如，沿着主轴线34)的相对平移，这是因为径向向内延伸的齿116不在该方向上约束径向向外延伸的齿118。第一接头准许绕x轴和z轴的相对旋转。所述接头可以不被设计成用于其它相对移动。

这种运动学关系为柔性联轴器70d提供了沿所有方向的平移自由度以及绕x轴和z轴的旋转自由度。可以约束其它相对移动。如可以根据图6想到，如果主轴32在径向方向(例如，沿着x轴和z轴偏移)、角方向、和/或轴向方向(例如，沿着y轴偏移)上变得与齿轮箱输入构件44未对准，则上述相对平移和旋转适应这些未对准。当这种运动学关系与动力传动***30中的其它关系(运动学主体的数量、接头的数量、以及自由度)结合时，该***对对准错误、公差、载荷变形、热膨胀、以及可能另外导致未对准和损坏敏感组件的不期望“寄生”力的状况具有低敏感性。因此，动力传动***30能够以可靠的方式实现其主要功能(转矩传递)。

而且，通过将柔性联轴器70d至少部分地定位在主轴32的内腔48内，柔性联轴器70d可以至少部分地被主轴32围绕，使得例如相对于'924专利中所公开的构造，被定位在主轴承壳体40与齿轮箱壳体64之间用于围绕柔性联轴器70d的剩余部分(诸如联接部件112、联接凸缘114、以及柔性管110的一部分)的联轴器壳体102可以被相当大地减小(例如，缩短)。例如，相对于'924专利中所公开的构造，通过相当大地减小联轴器壳体102，这种构造可以在风力涡轮机10的机舱14中提供明显空间节省，同时解决了上述可靠性问题。在另一实施方式中，将柔性联轴器70d至少部分地定位在主轴32的内腔48内可以使得能够消除所例示的联轴器壳体102，使得可以以类似于上面参照图3和图4所描述的方式，将主轴承壳体40直接联接至齿轮箱壳体64。

如可以想到的，存在许多不同方式来提供这样的柔性联轴器70a至70d，即，该柔性联轴器被至少部分地定位在主轴32内，并且以至少沿着主轴线34的一个或更多个平移自由度以及绕垂直于主轴线34的轴线的旋转自由度，将主轴32在运动学上接合至齿轮箱输入构件44。上面所讨论的示例是使用具有两个单独接头的柔性联轴器70a至70d来这样做的。如先前提及的，将由柔性联轴器70a至70d提供的运动学关系与其它运动学关系(运动学主体的特定数量、主体之间的接头、以及自由度)相结合确保了以最小量的可能有破坏性的寄生力来进行转矩传递。并且，通过将柔性联轴器70a至70d完全或至少部分地定位在主轴32内，可以实现显著空间节省，由此允许将柔性联轴器70a至70d结合到具有苛刻空间约束的机舱14中。例如，可以通过相当大地减小或消除柔性联轴器70a至70d周围的任何专用联轴器壳体102，来最小化或消除柔性联轴器70a至70d对动力传动***30的总长度的影响。

虽然已经通过各种优选实施方式的描述例示了本发明，并且虽然已经相当详细地描述了这些实施方式，但是本申请人的意图不是将所附权利要求的范围限定或以任何方式限制到这样的细节。附加的优点和修改对于本领域技术人员是容易发现的。根据用户的需要和偏好，本发明的各种特征可以单独使用或者以许多组合使用。

Claims (20)

1.一种用于增加风力涡轮机(10)的转子(16)的转速的动力传动***(30)，所述动力传动***包括：

主轴(32)，所述主轴被配置为由所述转子(16)绕主轴线(34)来驱动；

支承结构(40)，所述支承结构包括至少一个轴承(36、38)，所述至少一个轴承支承所述主轴(32)绕所述主轴线(34)旋转，并且约束所述主轴(32)的其它移动；以及

齿轮箱(42)，所述齿轮箱具有刚性地联接至所述支承结构(40)的齿轮箱壳体(64)以及联接至所述主轴(32)的齿轮箱输入构件(44)，所述齿轮箱壳体(64)支承所述齿轮箱输入构件(44)绕所述主轴线(34)旋转，同时约束所述齿轮箱输入构件(44)的其它移动，并且所述齿轮箱输入构件(44)以沿着所述主轴线(34)的平移自由度以及绕垂直于所述主轴线(34)的轴线的旋转自由度联接至所述主轴(32)，

其中，所述主轴(32)是通过被至少部分地定位在所述主轴(32)内的柔性联轴器(70a-70d)联接至所述齿轮箱输入构件(44)的。

2.根据权利要求1所述的动力传动***(30)，其中，所述柔性联轴器(70a-70d)被完全定位在所述主轴(32)内。

3.根据任一前述权利要求所述的动力传动***(30)，其中，所述主轴(32)限定内腔(48)，并且所述主轴包括被定位在所述内腔(48)内的内壁架(50)，并且其中，所述柔性联轴器(70a-70d)的至少一部分被附接至所述内壁架(50)。

4.根据任一前述权利要求所述的动力传动***(30)，其中，所述柔性联轴器(70a、70b)包括柔性盘(72、80)。

5.根据权利要求4所述的动力传动***(30)，其中，所述柔性盘(72)是平坦的。

6.根据权利要求4所述的动力传动***(30)，其中，所述柔性盘(80)包括环形脊(82)。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的动力传动***(30)，其中，所述柔性盘(72、80)具有联接至所述齿轮箱输入构件(44)的与内径相邻的内区域、以及联接至所述主轴(32)的与外径相邻的外区域。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的动力传动***(30)，其中，所述柔性盘(72、80)具有比该柔性盘(72、80)的厚度大得多的外径。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的动力传动***(30)，其中，所述柔性盘(72、80)具有比该柔性盘(72、80)的内径大得多的外径。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的动力传动***(30)，其中，所述齿轮箱输入构件(44)以沿着垂直于所述主轴线(34)的轴线的平移自由度联接至所述主轴(32)。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的动力传动***(30)，其中，所述柔性联轴器(70c、70d)包括花键齿联轴器。

12.根据权利要求11所述的动力传动***(30)，其中，所述花键齿联轴器是由所述主轴(32)的联接凸缘(90)以及所述齿轮箱输入构件(44)的联接凸缘(92)来限定的，所述联接凸缘皆周向地接合联接部件(94)。

13.根据权利要求12所述的动力传动***(30)，其中，所述联接凸缘(90、92)皆包括径向突出的齿(96、98)，并且所述联接部件(94)包括被配置成与所述联接凸缘(90、92)的所述径向突出的齿(96、98)接合的径向突出的齿(100)，由此限定两个齿轮啮合，并且其中，各个齿轮啮合中的一组径向突出的齿具有基本上笔直的轮廓，而另一组径向突出的齿具有沿轴向方向成冠状的轮廓。

14.根据权利要求13所述的动力传动***(30)，其中，所述联接凸缘(90、92)的所述径向突出的齿(96、98)具有冠状轮廓。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的动力传动***(30)，其中，所述联接凸缘(96、98)围绕所述联接部件(94)。

16.根据权利要求11所述的动力传动***(30)，其中，所述花键齿联轴器是弹性的。

17.根据权利要求16所述的动力传动***(30)，其中，弹性的所述花键齿联轴器是由所述主轴(32)的终止于联接部件(112)的柔性管(110)以及由所述齿轮箱输入构件(44)的周向地接合所述联接部件(112)的联接凸缘(114)来限定的。

18.根据权利要求17所述的动力传动***(30)，其中，所述柔性管(110)和所述联接部件(112)与所述主轴(32)一起整体地形成为单一件。

19.根据任一前述权利要求所述的动力传动***(30)，其中，所述支承结构(40)包括轴承壳体(40)，并且其中，所述轴承壳体(40)直接联接至所述齿轮箱壳体(64)。

20.一种风力涡轮机(10)，所述风力涡轮机包括：

转子(16)，所述转子具有轴毂(18)以及从所述轴毂(18)向外延伸的多个叶片(20)；以及

根据任一前述权利要求所述的动力传动***(30)，其中，所述主轴(32)联接至所述轴毂(18)以便由所述转子(16)驱动。

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