CN115803542A - 尤其用于高转速应用的、具有至少两个驱动单元的驱动*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括至少两个驱动单元(11)的驱动***(10)。每个驱动单元(11)具有以下部分：中心轴(12)；中心齿轮，所述中心齿轮与中心轴(12)连接使得中心齿轮以中心轴(12)的转速旋转；两个或三个或四个分散式齿轮，它们分布在中心齿轮的圆周上并与中心齿轮啮合使得中心齿轮的转速对应于分散式齿轮的转速的至少0.5倍；多个电机(18)，其中每个分散式齿轮与单个电机(18)或两个电机(18)直接且以无传动方式耦联。驱动单元(11)的中心轴(12)耦联形成驱动单元(11)的串联连接。

Description

尤其用于高转速应用的、具有至少两个驱动单元的驱动***

技术领域

本发明涉及一种尤其用于高转速应用的驱动***。

背景技术

实践中已知的驱动***尤其与液力机械，像涡轮机和压缩机相互作用，并且传输大于1MW，优选大于2.5MW的驱动功率，特别是在1MW和10MW之间，优选在2.5MW至10MW之间的驱动功率，因此需要大量空间，又笨重又昂贵。这既适用于将涡轮机提供的功率传输至发电机的驱动***，也适用于从电机开始将驱动功率传输至压缩机或离心泵的驱动***。

因此需要一种驱动***，其即使在传输大于1MW的驱动功率时需要的安装空间也相对较小，具有相对较低的重量并且成本低廉。

发明内容

由此出发，本发明的目的是完成一种新颖的驱动***。

该目的通过根据权利要求1所述的驱动***实现。

驱动***具有至少两个驱动单元。

驱动***的每个驱动单元具有以下部件：中心轴；中心齿轮，所述中心齿轮与中心轴连接，使得中心齿轮以中心轴的转速旋转；至少两个且最多四个(即两个或三个或四个)分散式齿轮，它们分布在中心齿轮的圆周上并与中心齿轮啮合，使得中心齿轮的转速对应于分散式齿轮的转速的至少0.5倍；多个电机，其中每个分散式齿轮与单个电机或两个电机以直接且无传动方式耦联。根据本发明的驱动***的至少两个驱动单元的中心轴耦联形成驱动单元的串联连接。因此，串联联接的至少两个驱动单元的中心轴形成驱动***的中心轴并且以相同的转速旋转。

对于每个驱动单元，根据本发明的驱动***具有中心轴、与中心轴一起旋转的中心齿轮、分散式齿轮以及电机，它们以直接且无传动方式与分散式齿轮耦联。每个驱动单元的分散式齿轮与相应驱动单元的中心齿轮啮合，使得中心齿轮的速度对应于分散式齿轮转速的至少0.5倍，分散式齿轮以与相应驱动单元的电机相同的转速旋转。

在常规变速器布置中，不能进行串联连接，因为传统变速器具有一个或多个并联的驱动器和一从动器或者反之亦然。这样的布置不能串联连接或使用。由于根据本发明的驱动***的驱动单元的中心轴可以在两侧耦联，因此串联布置是可行的。

一方面，提出了将驱动***模块化为至少两个驱动单元，另一方面，提出了将驱动单元模块化为多个电机和多个分散式齿轮。

与传统驱动***相比，通过驱动***的这种模块化以及驱动单元的模块化能够节省安装空间、成本和重量。

所有驱动单元彼此相同。在驱动单元内部，分散式齿轮和电机是相同的。

每个驱动单元还包括用于中心轴和分散轴的配属轴承。此外，每个驱动单元都包括尤其是进油的壳体，在驱动单元内部轴承也是相同的。

根据本发明的驱动***可以利用市售且价廉的电机并且因此可以以相对低的成本实施。此外，这种驱动***相对较轻并且需要的安装空间很小。因此，能够在构造提供至少1MW、特别是至少2MW、优选至少5MW的驱动功率的驱动***时，利用相对紧凑、轻便且价廉的标准组件。取代特殊结构，将具有低部分功率的通用系列部件组合起来形成与驱动任务相对应的总功率。

根据本发明的改进方案，驱动单元的电机能够以至少4000转/分的转速运行。因此，串联联接的驱动单元的中心轴能以至少2000转/分的转速运行。其中串联联接的驱动单元的、耦联的中心轴以至少2000转/分的转速旋转的驱动***是用于高转速应用的驱动***。

驱动单元的分散式齿轮优选与相应驱动单元的中心齿轮啮合，使得中心齿轮的转速对应于分散式齿轮转速的0.5倍至4.0倍之间，优选在0.8倍至3.0倍之间，特别优选大于1.0倍且至多2.5倍。

应当注意，还包括以上子区域的组合，使得相应驱动单元的中心齿轮的转速对应于相应驱动单元的分散式齿轮转速的尤其是0.5倍至3.0倍之间、0.5倍至2.5倍之间、0.8倍至4.0倍之间，0.8倍至2.5倍之间，1.0倍以上且至多4.0倍，1.0倍以上且至多3.0倍，2.5倍至4.0倍之间或还有3.0倍至4.0倍之间。

则当相应驱动单元的中心齿轮旋转得比分散式齿轮快并且进而相应驱动单元的电机旋转得更快时，驱动***或者说其中作为电动机的电机向例如压缩机的方向传输驱动功率的驱动***提供加速比。特别是对于这种应用情况，可以特别价廉地提供一种用于驱动基于多个相同电机的压缩机的驱动***，该驱动***具有特别轻的重量和特别小的安装空间。

驱动单元的电机优选是驱动分散式齿轮的驱动电动机，其中串联连接的驱动单元的中心轴形成驱动***的中心输出轴，优选压缩机或离心泵作为待驱动的机组可联接到该中心输出轴。

备选地，驱动单元的电机是可以通过分散式齿轮驱动的发电机，其中串联连接的驱动单元的中心轴形成驱动***的中心驱动轴，优选涡轮机作为驱动机组可以联接到该中心驱动轴。

则当电机用作驱动机组以驱动与驱动单元的串联联接的中心轴联接的、待驱动的机组(例如压缩机或离心泵)时，特别优选地使用本发明。在这种情况下，分散式齿轮和中心齿轮之间的传动比被设计为，从电机出发观察，进行传动比加速，使得相应驱动单元的中心齿轮以比相应驱动单元的电机更高的转速旋转。因此，在以至少4000转/分的转速运行的电机中，可以在中心轴上并因此在待驱动的机组上提供例如16000转/分的转速。

驱动单元的电机优选是具有变频器的电机，其尤其设计为具有变频器的同步电机。通过调节变频器的频率，可以在标称条件下改变电机的输出转速。

附图说明

本发明的优选改进方案由从属权利要求和以下描述得到。参考附图更详细地解释本发明的实施例，但不限于此。附图示出：

图1示出了驱动***的驱动单元的侧视图；

图2示出了图1中驱动单元的透视图，其中电机被部分拆除；

图3示出了图1、2的驱动单元在其中一个电机的固定区域中的细部；

图4示出了驱动单元相对于图1且旋转90°的视图；

图5示出了图1、2的驱动单元在分散式齿轮和两个电机的区域中的细部；

图6示出了具有三个串联联接的驱动单元的驱动***的透视图；以及

图7示出了图6的驱动***的侧视图。

具体实施方式

本发明涉及一种具有至少两个驱动单元的驱动***。多个驱动单元彼此相同。

根据本发明的驱动***优选地与液力机械结合使用，更确切地说，以便或者从设计为驱动电动机的电机出发沿压缩机的方向传递马达驱动功率，或者从涡轮机开始沿设计为发电机的电机方向传输机械驱动功率。

待传输的驱动功率在此大于2MW，优选大于5MW，优选在5MW和10MW之间。

图1至4示意性示出了驱动***10的驱动单元11的不同视图和细节。根据本发明的驱动***10包括至少两个彼此相同的驱动单元11。

每个驱动单元11具有中心轴12。中心轴12可旋转地安装在驱动单元11的壳体13中。根据图1、2，壳体13被分成两个壳体半部14、15。

驱动***10的每个驱动单元11还具有与中心轴12连接并随中心轴12一起转动的中心齿轮16(见图5)。中心齿轮16与中心轴12以直接且无传动方式连接。

驱动***10的每个驱动单元11还具有至少两个且最多四个，即两个、三个或四个分散式齿轮17，它们优选均匀分布在中心齿轮16的圆周上并与中心齿轮16以这样的方式啮合，使得中心齿轮16的转速对应于分散式齿轮17的转速的至少0.5倍。在中心齿轮16的圆周上均匀分布的四个分散式齿轮17是优选的。

分散式齿轮17优选与中心齿轮16啮合，使得中心齿轮16的转速对应于分散式齿轮17的转速的至少0.8倍，特别优选大于1.0倍。

优选规定，每个驱动单元11的分散式齿轮17与相应驱动单元11的中心齿轮16啮合，使得中心齿轮16的转速对应于分散式齿轮17的转速的0.5倍至4.0倍之间，优选地在0.8倍至3.0倍之间，特别优选大于1.0倍并且至多2.5倍。

应当注意的是，还包括上述这些子区域的组合，即每个驱动单元11的中心齿轮16的转速对应于相应驱动单元11的分散式齿轮17的转速的尤其是在0.5倍至3.0倍之间、在0.5倍至2.5倍之间、在0.8倍至4.0倍之间、在0.8倍至2.5倍之间、在1.0倍以上且至多4.0倍、在1.0倍以上且至多3.0倍、在2.5倍至4.0倍之间或者还有3.0倍至4.0倍之间。

驱动***10的每个驱动单元11的分散式齿轮17与相应驱动单元11的中心齿轮16直接或非间接地啮合。即相应的分散式齿轮17在中间没有连接其它齿轮的情况下齿合到相应的中心齿轮16中。

驱动***10的每个驱动单元11还具有多个电机18，即至少两个且最多八个电机18。每个分散式齿轮17与唯一的电机18或者—像在图1至4中的实施例中示出的那样—与两个电机18以直接且无传动的方式耦联。电机18的转速对应于分散式齿轮17的转速。

图5示出了在分散式齿轮17的区域中驱动单元11的细部，该分散式齿轮与两个电机18以直接且无传动的方式耦联。图5中所示的分散式齿轮17连接到轴19，该轴在两端部与相应的电机18以直接且无传动的方式耦联。该轴19可旋转地安装在壳体13中，更确切地说通过轴承20。

驱动单元11的电机18优选以至少4000转/分的转速旋转。驱动单元11的中心轴12的转速优选至少为2000转/分。

当驱动单元11的电机18具有4000转/分的转速并且驱动单元11的分散式齿轮17与中心齿轮16之间的传动比为4.0时，驱动单元11的中心轴12的转速则为16000转/分。在传动比为4.0的情况下，中心齿轮16的转速和因此中心轴12的转速对应于分散式齿轮17的转速的4.0倍，且进而电机18的转速的4.0倍。在电机18的更高转速下当然能够实现中心轴16上更高的转速。

电机18可以提供或吸收特别是高达500kW的功率。每个电机18的功率优选地在100kW和500kW之间。电机18也可以具有超过500kW的功率。

如果电机的功率为例如100KW，则图1至图4所示的具有八个相同电机18的驱动单元11的总功率为0.8MW。如果电机的功率为例如300KW，则图1至图4所示的具有八个相同电机18的驱动单元11的总功率为2.4MW。

根据本发明的驱动***10具有至少两个串联连接的驱动单元11。如果每个驱动单元的功率为0.8MW，则驱动***10可以通过四个串联连接的驱动单元11提供3.2MW的功率。如果每个驱动单元11的功率为2.4MW，那么驱动***10可以通过三个串联连接的驱动单元11提供7.2MW的功率。

图6和7示出了具有三个串联连接的驱动单元11的驱动***10。根据图7，串联连接的驱动单元11的中心轴12经由离合器22耦联。

离合器22可以是可换档离合器22或优选地是固定的、不可换档的离合器22。

离合器22可以被具有排油口的离合器壳体包围。

在图6和7中，相应驱动单元11的每个壳体13下方布置了用于相应驱动单元11的一或其接收支架23，以及润滑油供应部和/或冷却油供应部。

每个驱动单元11的每个电机18的轴优选直接地连接到相应的分散式齿轮17，即连接到支承相应的分散式齿轮17的轴19，其中相应的电机18固定在相应的驱动单元11的壳体13上。

每个驱动单元11优选具有用于中心轴12的两个中心轴承，该中心轴承至少包括径向轴承。当驱动单元11为奇数个时，则中心轴承还包括用于中心轴12的轴向轴承。

相应驱动单元11的中心轴承通过相应驱动单元11的相应的接收支架23支撑。

如前所述，连接到分散式齿轮17的每个轴19通过轴承20可旋转地安装在壳体13中。轴承20至少包括径向轴承并且必要时还包括轴向轴承。电机18优选地经由花键联接到轴19。

根据图3，电机18通过插座21连接到驱动单元11的壳体13。电机18可以容易地组装和拆卸，即在水平方向上。

如前所述，每个驱动单元11的壳体13是分开的，更确切地说是竖直分开的。水平的分开也是可能的。

在第一变型方案中规定，串联联接的驱动单元11的电机18是驱动电动机，其以无传动的方式驱动分散式齿轮17。在这种情况下，驱动单元11的分散式齿轮17则驱动相应的中心齿轮16和相应的中心轴12，其中待驱动的机组联接到驱动单元11的串联联接的中心轴12，其中待驱动的机组，优选是压缩机或离心泵耦联到驱动单元11的串联联接的中心轴12上。则串联联接的驱动单元11的耦联的中心轴12形成了驱动***10的中心输出轴。

在第二变型方案中规定，串联联接的驱动单元11的电机18是发电机，其经由分散式齿轮17驱动。在这种情况下，在驱动单元11的串联联接的中心轴12上耦联了驱动机组，该驱动机组驱动中心轴12，经由中心轴12驱动中心齿轮16，经由中心齿轮16驱动与相应中心齿轮16啮合的分散式齿轮17以及最终驱动用作发电机的电机18。则优选一涡轮机作为驱动机组耦联到串联联接的驱动单元11的串联联接的中心轴12。串联联接的驱动单元11的耦联的中心轴12则形成驱动***10的中心驱动轴。

驱动***10的特征在于高度模块化。驱动***10包括多个驱动单元11。多个驱动单元11彼此相同地构造。

每个驱动单元11具有中心轴12、中心齿轮16以及两个或三个或四个分散式齿轮17，该分散式齿轮与中心齿轮16啮合并与相应一个或相应两个电机18以直接且无传动的方式耦联。在此，每个驱动单元11的电机18是相同的。分散式齿轮17也是相同的并且优选在中心齿轮16的圆周上均匀分布地布置。

因此通过使用简单、标准化的组件，可以在高效率的驱动***10的情况下提供价廉、轻型且占用结构空间小的驱动***。

驱动单元11的电机18具有变频器。通过调整变频器的频率，电机18的输出转速可以在标称条件下容易地在4000至9000转/分的带宽内变化。因为电机18的不同输出转速供使用，所以在广泛带宽内始终相同的驱动***可用于具有相同设计驱动***的应用。由于针对项目的调整会产生成本，每个额外项目都会再次产生成本，此处还产生了进一步的成本优势。电机18优选地在其所谓的角点中运行。电机18的运行也可以在角点下方和上方进行。

附图标记列表：

10 驱动***

11 驱动单元

12 中心轴

13 壳体

14 壳体上部

15 壳体下部

16 中心齿轮

17 分散式齿轮

18 电机

19 轴

20 轴承

21 插座

22 离合器

23 接收支架

Claims (11)

1.驱动***(10)，具有至少两个驱动单元(11)，

其中每个驱动单元(11)具有以下部分：

中心轴(12)；

中心齿轮(16)，所述中心齿轮与中心轴(12)连接使得中心齿轮(16)以中心轴(12)的转速旋转；

两个或三个或四个分散式齿轮(17)，分布在中心齿轮(16)的圆周上并与中心齿轮(16)啮合使得中心齿轮(16)的转速对应于分散式齿轮(17)的转速的至少0.5倍；

多个电机(18)，其中每个分散式齿轮(17)与单个电机(18)或两个电机(18)以直接且无传动方式耦联，

其中驱动单元(11)的中心轴(12)耦联形成驱动单元(11)的串联连接。

2.根据权利要求1所述的驱动***(10)，其中所述驱动单元(11)是相同的。

3.根据权利要求1或2所述的驱动***(10)，其中各驱动单元(11)的电机(18)和分散式齿轮(17)是相同的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动***(10)，其中驱动单元(11)的电机(18)能够以至少4000转/分的转速运行。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的驱动***(10)，其中驱动单元(11)的分散式齿轮(17)与相应驱动单元的中心齿轮(16)啮合，使得中心齿轮(16)的转速对应于分散式齿轮(17)转速的0.5倍至4.0倍之间。

6.根据权利要求5所述的驱动***(10)，其中驱动单元(11)的分散式齿轮(17)与相应驱动单元的中心齿轮(16)啮合，使得中心齿轮(16)的转速对应于分散式齿轮(17)转速的0.8倍至3.0倍之间，尤其是大于1.0倍且至多2.5倍。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的驱动***(10)，其中驱动单元(11)的分散式齿轮(17)在相应驱动单元(11)的中心齿轮(16)的圆周上均匀地分布。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的驱动***(10)，其中各驱动单元(11)的中心轴(12)能够以至少2000转/分的转速运行。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的驱动***(10)，其中所述驱动单元(11)的电机(18)是具有变频器的电机。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的驱动***(10)，其中驱动单元(11)的电机(18)是驱动分散式齿轮(17)的驱动电动机，其中串联连接的驱动单元(11)的联接的中心轴(12)形成驱动***(10)的输出轴，优选压缩机或离心泵作为待驱动的机组能够联接到所述输出轴。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的驱动***(10)，其中驱动单元(11)的电机(18)是能够通过分散式齿轮(17)驱动的发电机，其中串联连接的驱动单元(11)的联接的中心轴(12)形成驱动***(10)的驱动轴，优选涡轮机作为驱动机组能够联接到所述驱动轴。

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