ES2937383T3 - Transmisión, turbina eólica y accionamiento eléctrico para vehículos con dicha transmisión - Google Patents

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ES2937383T3 ES19724745T ES19724745T ES2937383T3 ES 2937383 T3 ES2937383 T3 ES 2937383T3 ES 19724745 T ES19724745 T ES 19724745T ES 19724745 T ES19724745 T ES 19724745T ES 2937383 T3 ES2937383 T3 ES 2937383T3
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Abstract

La invención se refiere a un mecanismo de engranajes elevadores (1) que es más ligero pero tiene la misma potencia que un engranaje planetario convencional y que, además, es menos sensible a los esfuerzos de impacto y choque. La invención se refiere además a una planta de energía eólica ya un accionamiento eléctrico para vehículos que tienen un mecanismo de engranajes elevadores de este tipo. La invención se refiere a un engranaje planetario que tiene componentes de rueda dentada y correa de transmisión. Los engranajes planetarios convencionales con ruedas dentadas pueden transmitir de forma fiable pares y potencias elevados. Mediante la combinación con correas de transmisión (20), que accionan las ruedas del eje, se necesitan menos ruedas dentadas y se reduce el peso. Además, las correas de transmisión actúan como un elemento de amortiguación que absorbe y amortigua las tensiones de impacto y choque. La transmisión a las ruedas del eje planetario y el acoplamiento por medio de correas de transmisión a al menos una unidad de rotor rápido son realizadas por las ruedas del eje planetario de la(s) unidad(es) planetaria(s). Cada unidad planetaria está acoplada a una rueda de eje de rotor rápido de una unidad de rotor rápido por medio de su propia correa de transmisión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Transmisión, turbina eólica y accionamiento eléctrico para vehículos con dicha transmisión
La invención se refiere a una transmisión según la reivindicación 1 y a un aerogenerador según la reivindicación 10 y a un accionamiento eléctrico para vehículos según la reivindicación 11 que comprende dicha transmisión.
En los aerogeneradores y también en los accionamientos eléctricos para vehículos y otras aplicaciones se utilizan a menudo reductores planetarios, como el Winergy Multi Duored Gearbox de Winergy AG o Flender GmbH. Estos engranajes son necesarios en las turbinas eólicas para traducir la baja velocidad de giro de los rotores a velocidades más altas para el funcionamiento de los generadores y en los accionamientos eléctricos de los vehículos para traducir las altas velocidades de los potentes motores eléctricos a velocidades más bajas con pares elevados. Los engranajes planetarios son engranajes dentados y, por tanto, susceptibles de sufrir golpes y tensiones por impacto, como las que pueden producirse en un automóvil. causadas, por ejemplo, por las ráfagas de viento de los aerogeneradores. Además, son comparativamente pesados.
El documento US 9879768 B2 describe un engranaje de transmisión.
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar un engranaje de transmisión que sea más ligero que un engranaje planetario convencional para la misma potencia y que también sea menos sensible a las cargas de impacto y choque. Es además el objeto de la invención para proporcionar una planta de energía eólica y un accionamiento eléctrico para vehículos con tal engranaje de transmisión.
Esta tarea se resuelve mediante las características de la reivindicación 1 o 10 y 11.
Otras realizaciones ventajosas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.
La invención proporciona un engranaje planetario con componentes de rueda dentada y correa de transmisión. Los engranajes planetarios convencionales con ruedas dentadas pueden transmitir con seguridad un par y una potencia elevados. Mediante la combinación con correas de transmisión que accionan ruedas de eje, se necesitan menos ruedas dentadas y se reduce el peso. Además, las correas de transmisión actúan como un elemento amortiguador que absorbe y amortigua las cargas de impacto y choque. Las ruedas dentadas planetarias de la(s) unidad(es) planetaria(s) transmiten la potencia a las ruedas de eje planetario y al acoplamiento mediante correas de transmisión a al menos una unidad de alta velocidad. Cada unidad planetaria está acoplada a una rueda de eje de alta velocidad de una unidad de alta velocidad mediante su propia correa de transmisión.
Preferentemente, se utiliza una pluralidad de unidades planetarias, lo que permite traducir pares y potencias elevados.
Preferiblemente, estas unidades planetarias tienen un diseño idéntico, lo que permite ahorrar costes.
Preferiblemente, una etapa de engranaje adicional con un eje de engranaje de alta velocidad adicional está conectada después de la unidad de alta velocidad.
Preferiblemente, todos los ejes de los engranajes son paralelos, pero debido a la correa de transmisión, el eje del engranaje de rotación rápida también podría disponerse en ángulo agudo con respecto a los demás ejes de los engranajes.
Preferiblemente, las unidades planetarias están dispuestas simétricamente alrededor de la rueda solar para distribuir las cargas uniformemente.
Según una realización preferida, en la mitad de las unidades planetarias, los respectivos engranajes de eje planetario están desplazados hacia un lado con respecto al engranaje solar, y en la otra mitad de las unidades planetarias, los respectivos engranajes de eje planetario están desplazados hacia el otro lado con respecto al engranaje solar. De este modo, el número de engranajes planetarios es igual al número de engranajes planetarios del eje, pero los engranajes planetarios del eje de mayor tamaño están dispuestos a ambos lados del engranaje planetario del sol, lo que da lugar a una estructura más sencilla.
Según una realización preferida, las unidades planetarias contienen un engranaje planetario que engrana con el engranaje solar y dos engranajes planetarios de eje dispuestos a izquierda y derecha del engranaje planetario. De este modo, los momentos a transmitir se transfieren al doble de ruedas de eje y sus correas de transmisión.
Las unidades de alta velocidad que actúan como entrada o salida se conectan entre dos unidades planetarias a través de las correas de transmisión.
Los engranajes de eje planetario a ambos lados de la rueda solar o las correas de transmisión asociadas pueden guiarse a través de una o más unidades de alta velocidad con dos engranajes de eje de alta velocidad en el eje de engranaje de alta velocidad común o a través de una o más unidades de alta velocidad con un engranaje de eje de alta velocidad en dos ejes de engranaje de alta velocidad independientes. Con dos ejes de engranajes independientes de rotación rápida se pueden accionar, por ejemplo, dos generadores.
Los ejes de engranaje individuales pueden montarse en un bastidor o soporte común. El soporte puede constar de varios elementos entre los que se apoyan los ejes de los engranajes y de un único elemento en el que se apoyan los ejes de los engranajes.
El engranaje de transmisión está equipado preferentemente con un dispositivo de refrigeración y los componentes del engranaje con un dispositivo de lubricación activa.
Un dispositivo tensor con rodillos mantiene la correa o correas de transmisión a la tensión necesaria para transmitir con seguridad los pares que se producen.
Las correas de transmisión son preferiblemente correas dentadas y garantizan la transmisión de potencia entre las ruedas del eje sin deslizamiento. También correas de transmisión con protuberancias y rebajes complementarios en las ruedas de eje o ruedas de eje con protuberancias o dientes que encajan en rebajes complementarios de la correa de transmisión, son adecuados. Si se utilizan correas lisas, tendrían que montarse con fuerzas de pretensado muy elevadas para evitar el deslizamiento. Estas elevadas fuerzas de pretensado reducen la vida útil de las correas lisas.
Las correas de transmisión fabricadas con plástico reforzado con fibra de alta resistencia o titanio son especialmente adecuadas como correas de transmisión. Los plásticos adecuados son, en particular, la poliamida, los plásticos reforzados con fibras de carbono y la aramida (por ejemplo, Kevlar). Los engranajes del eje planetario y/o los componentes del engranaje también pueden estar fabricados con estos materiales. Para un menor rendimiento, por ejemplo cuando se utiliza como caja de cambios en bicicletas eléctricas, las ruedas dentadas y/o las ruedas de eje también pueden ser de plástico no reforzado con fibra.
La transmisión según la invención puede utilizarse ventajosamente como transmisión entre el rotor y el generador en turbinas eólicas. En este caso, el eje del rotor de rotación lenta se acopla con el eje del engranaje de rotación lenta del engranaje de transmisión.
La transmisión puede acoplarse a varios generadores. En este caso, es ventajosamente posible acoplar selectivamente uno o más generadores con la transmisión. De este modo, se puede tener en cuenta un rango de carga parcial. Con viento fuerte, por ejemplo, dos generadores están acoplados a la caja de transmisión y con viento débil sólo un generador permanece acoplado a la caja de transmisión y el segundo generador está desacoplado y, por tanto, protegido.
En otra realización, la transmisión según la invención está acoplada a un motor eléctrico. En este caso, el eje del engranaje de rotación rápida es la entrada y el eje del engranaje de rotación lenta es la salida de la transmisión.
La transmisión según la presente invención presenta las siguientes ventajas en comparación con las transmisiones convencionales:
1. Las correas proporcionan un funcionamiento mucho más suave y son muy fáciles de sustituir.
2. La caja de cambios tiene piezas móviles menos complejas. La lubricación se omite parcialmente.
3. La caja de cambios es mucho más ligera que las cajas de cambios convencionales comparables.
4. El ahorro de peso repercute positivamente en el montaje y el funcionamiento o el mantenimiento de la caja de cambios.
5. Las correas de distribución pueden sustituirse como medida preventiva durante el mantenimiento periódico con relativamente poco esfuerzo.
6. La potencia puede transmitirse de la rueda solar a los respectivos engranajes de eje a través de varias ruedas dentadas ampliamente desacopladas.
Otros detalles, características y ventajas de la invención se desprenderán de la siguiente descripción de una realización ejemplar.
Muestra
Fig. 1 una vista en perspectiva de una primera realización vista desde un lado de la rueda solar;
Fig. 2 una vista en perspectiva de la primera realización vista desde el otro lado de la rueda solar en la que están dispuestos los generadores;
Fig. 3 una vista de la primera realización vista desde el lado de los generadores;
Fig. 4 una representación de la primera realización correspondiente a la Fig. 3 con dimensiones ejemplares en mm;
Fig. 5a Vista lateral en la dirección de la flecha A de la Fig. 3 con dimensiones en mm;
Fig. 6 una vista en perspectiva de un aerogenerador con la caja de engranajes de transmisión según las Figs. 1 a 6 y dos generadores;
Fig. 7 una vista en perspectiva de una segunda realización con dos unidades pla- net, una unidad de alta velocidad y un generador; y
Fig. 8 vista en perspectiva de una tercera realización con una unidad colocadora, una unidad de alta velocidad y un generador.
Las figuras 1 a 6 muestran una primera realización de un engranaje de transmisión 1 con una rueda solar o engranaje solar 1, cuatro unidades planetarias 6 y dos unidades de alta velocidad 14, cada una de las cuales acciona dos generadores 34 a través de una tercera etapa de engranaje. El engranaje planetario 2 está dispuesto entre una primera y una segunda placa de retención 22-1, 22-2 sobre un eje de engranaje 4 de rotación lenta que está montado en las dos placas de retención 22-1, 22-2. Las dos placas de retención 22-1, y 22-2 forman un bastidor o soporte común 22. Las cuatro unidades planetarias 6 comprenden cada una un engranaje planetario 8 y un engranaje planetario de eje 10 que están montados en un eje planetario común 12 en las placas de retención 22-1, 22-2. Los engranajes planetarios más pequeños 8 engranan con el engranaje planetario 2 y hacen girar los engranajes planetarios más grandes del eje, formando así una primera etapa de engranaje. Dos unidades planetarias 6 están montadas en la primera placa de retención 22-1 y dos unidades planetarias 6 están montadas en la segunda placa de retención 22-2. Un grupo planetario 6 montado en cada una de las placas de retención primera y segunda 22-1, 22-2 está acoplado a una de las dos unidades de alta velocidad 14 mediante una correa de transmisión 20. Las unidades de alta velocidad 14 comprenden cada una un eje de engranaje de alta velocidad 18 que está montado en las placas de retención primera y segunda 22-1, 22-2. Cada unidad de alta velocidad 14 comprende dos engranajes de eje de alta velocidad 16 dispuestos en los lados exteriores de las dos placas de retención 22-1 y 22-2 en la región del extremo del eje de engranaje de alta velocidad 18 respectivo. Las correas de transmisión 20 acoplan los cuatro engranajes planetarios de eje 10 a los cuatro engranajes de eje de alta velocidad 16. El diámetro de los engranajes planetarios de eje 10 es mayor que el diámetro de los engranajes de eje de alta velocidad 16, formando así una segunda etapa de engranaje. Una primera rueda de eje 24 de la tercera etapa de engranaje está dispuesta en cada uno de los extremos de los dos ejes de engranaje de alta velocidad 18 orientados hacia los generadores 24, y está acoplada a una segunda rueda de eje 26 de la tercera etapa de engranaje a través de una correa de transmisión 20. La segunda rueda de eje 26 tiene un diámetro menor que la primera rueda de eje 24. La segunda rueda de eje 26 de la tercera etapa de engranaje está dispuesta en otro eje de engranaje rápido 28, que forma el eje del generador y acciona los dos generadores 34.
Como alternativa (no mostrada), también es posible que los dos engranajes del segundo eje 26 de la tercera etapa de engranaje estén dispuestos en un eje de engranaje 28 de rotación rápida adicional común, que forma el eje generador de un único generador 34.
La Fig. 7 muestra esquemáticamente el uso de la transmisión 1 en un aerogenerador con un rotor 30, que está dispuesto sobre un eje de rotor 32 en una plataforma común 36. El eje del rotor 32 forma el eje del engranaje 4 de rotación lenta del engranaje de transmisión 1.
Las siguientes relaciones de transmisión son posibles con la transmisión mostrada en las figuras 1 a 7:
Rueda solar / engranajes planetarios 1 :10
Rueda de eje planetario / rueda de eje de alta velocidad1 : 3.571
Tercera velocidad etapa1 : 3.571
Con una velocidad del rotor de un aerogenerador de 12 revoluciones por minuto, la velocidad total en el generador es de 1530,42 revoluciones por minuto. Esto significa que pueden utilizarse generadores comparativamente pequeños y, por tanto, ligeros.
La Fig. 7 muestra una representación correspondiente a la Fig. 1 de una segunda realización de la invención, que difiere de la primera realización según las Figs. 1 a 7 en que la transmisión sólo tiene dos unidades planetarias 6, una unidad de alta velocidad 14 y un generador 34, y no se proporciona una tercera etapa de engranaje. El eje del engranaje de alta velocidad 18 forma el eje generador del generador único 34.
La Fig. 8 muestra una representación, correspondiente a la Fig. 2, de una tercera realización de la invención, que difiere de la primera realización según las Figs. 1 a 7 en que la transmisión comprende únicamente una unidad planetaria 6, una unidad de alta velocidad 14 y un generador 34, y no comprende una tercera marcha. El eje de engranaje de rotación rápida 18 forma el eje generador del generador único 34. El eje de engranaje de rotación rápida 18 forma el eje generador del generador único 34.
Las realizaciones segunda y tercera son adecuadas para rendimientos inferiores y son de construcción más sencilla.
Lista de signos de referencia:
1 Engranaje de transmisión
2 Rueda solar
4 Eje de engranaje de rotación lenta
6 Unidades planetarias
8 Engranaje planetario
10 Rueda de eje planetario
12 Onda planetaria
14 Unidad de alta velocidad
16 Rueda de eje de alta velocidad
18 Eje de engranaje de giro rápido
20 Correa de transmisión
22 Marco o viga común
22-1 Primera placa de retención
22-2 segunda placa de retención
24 rueda del primer eje tercera etapa
26 Segunda rueda de eje de la tercera etapa
28 Eje de engranaje rápido adicional
30 Rotor
32 Eje del rotor
34. Generador
36 Plataforma compartida

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Engranaje de transmisión (1), con
un engranaje planetario (2) montado en un eje de engranaje (4) de rotación lenta,
una pluralidad de unidades planetarias (6) que comprenden cada una un engranaje planetario (8) y al menos un engranaje planetario de eje (10) montados uno al lado del otro en un eje planetario (12),
en el que el diámetro de las ruedas del eje planetario (10) es mayor que el diámetro de las ruedas del engranaje planetario (8), en el que los engranajes planetarios (8) engranan con el engranaje planetario (2), y
en el que el diámetro del engranaje planetario (2) es mayor que el diámetro de los engranajes planetarios (10), al menos una unidad de alta velocidad (14) con un eje de engranaje de alta velocidad (18) en el que están montados al menos dos engranajes de eje de alta velocidad (16), siendo el diámetro de los engranajes de eje de alta velocidad (16) menor que el diámetro de los engranajes de eje planetario (10), y
una pluralidad de correas de transmisión (20), cada una con un engranaje planetario de eje (10 ) y una rueda de eje de alta velocidad (16) están acoplados,
en el que el eje de engranaje de rotación lenta (4) y los ejes planetarios (12) están dispuestos en paralelo y a distancia entre sí, caracterizado porque en el eje de engranaje de alta velocidad (18) de la al menos una unidad de alta velocidad (14) están dispuestos dos engranajes de eje de alta velocidad, a distancia entre sí, que engranan respectivamente con las correas de transmisión (20) de diferentes unidades planetarias (6).
2. Transmisión según la reivindicación 1, caracterizada porque, en que una primera rueda de árbol (24) de una tercera etapa de engranaje está montada en el árbol de engranaje de rotación rápida (18) de la al menos una unidad de alta velocidad (14), en que una segunda rueda de árbol (26) de la tercera etapa de engranaje está montada en otro árbol de engranaje de rotación rápida (28), y en que otra correa de transmisión (20) se enrolla alrededor de la primera y segunda rueda de árbol (24, 26) de la tercera etapa de engranaje y está en contacto con las dos ruedas de árbol (24, 26).
3. Transmisión (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en una parte de las unidades planetarias (6) el engranaje de eje planetario (10) respectivo está situado a un lado del engranaje solar (2) y en la otra parte de las unidades planetarias (6) el engranaje de eje planetario (10) respectivo está situado al otro lado del engranaje solar (2).
4. Transmisión (1) según la reivindicación 3, caracterizada porque en el caso de unidades planetarias (6) directamente adyacentes, el engranaje planetario asociado (10) está dispuesto en diferentes lados del engranaje planetario (2).
5. Transmisión (1) según la reivindicación 3 o 4, caracterizada porque la mitad de los engranajes planetarios del eje (10) están dispuestos en un lado y la otra mitad de los engranajes planetarios del eje en el otro lado del engranaje solar (2).
6. Transmisión (1) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque,
que las unidades planetarias (6) comprenden cada una un primer y un segundo engranaje planetario (10) montados en el eje planetario (12),
que el engranaje planetario (8) está montado entre los dos engranajes planetarios del eje.
7. Transmisión (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se proporcionan dos unidades de alta velocidad (14).
8. Transmisión (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el al menos un árbol de transmisión de rotación rápida (18), los ejes planetarios (12) y el eje del engranaje de rotación lenta (4) están montados en un bastidor o soporte común (22).
9. Transmisión según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque todas las correas de transmisión (20) tienen la misma longitud.
10. Aerogenerador para la generación de energía eléctrica, con
una torre en cuyo extremo superior está dispuesta de forma giratoria una plataforma (36), un rotor (30) montado en la plataforma (36) con un eje rotor (32), y al menos un generador (34) montado sobre la plataforma (36), y un reductor que acopla mecánicamente el eje del rotor (32) al generador (34), caracterizado porque,
en que la transmisión es un engranaje de transmisión (1) según una de las reivindicaciones anteriores, y en que el eje del rotor (32) está acoplado mecánicamente al eje de transmisión de rotación lenta (4) y el eje de transmisión de rotación rápida (18, 28) está acoplado mecánicamente al generador (34).
11. Accionamiento eléctrico para vehículos, con un motor eléctrico con un árbol de transmisión y un engranaje de transmisión (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 9, en el que el árbol de transmisión del motor eléctrico está acoplado al árbol de engranaje de rotación rápida (18, 28) del engranaje de transmisión (1).
12. Central eólica según la reivindicación 10, caracterizada porque una pluralidad de generadores (34) pueden acoplarse a la caja de engranajes de transmisión.
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