專利名稱：緊湊式齒輪傳動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在文中描述的裝置總體涉及緊湊式傳動系統(tǒng)。更具體地，該裝置涉及用于風(fēng)力渦輪機的緊湊式齒輪傳動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來，作為在環(huán)境安全且相對便宜的備選能源，風(fēng)力渦輪機已經(jīng)獲得了增加的關(guān)注。風(fēng)力渦輪機不排放溫室氣體(GHGs)，且因而不促成全球變暖。隨著對風(fēng)力發(fā)電增長的興趣，已經(jīng)做出了相當(dāng)大的努力以開發(fā)可靠且高效的風(fēng)力渦輪機。風(fēng)常被認(rèn)為是太陽能的一種形式，其由太陽對大氣的不一致的加熱、地球表面的不規(guī)則性和地球的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致。風(fēng)流型由地球的地形、水體和植被改變。用語“風(fēng)能”或“風(fēng)力”描述了一種過程，通過該過程，風(fēng)被用來轉(zhuǎn)動軸且隨后產(chǎn)生機械功率或電力。典型地，風(fēng)力渦輪機被用來將風(fēng)中的動能轉(zhuǎn)換成機械功率。該機械功率可被用于具體的任務(wù)(例如碾磨谷物或泵水)，或者發(fā)電機可將該機械功率(即軸的旋轉(zhuǎn))轉(zhuǎn)換成電力。風(fēng)力渦輪機通常包括空氣動力學(xué)機構(gòu)(例如，葉片)，用于將空氣的移動轉(zhuǎn)換成機械運動(例如，旋轉(zhuǎn))，其然后用發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電功率。來自發(fā)電機的功率輸出與風(fēng)速的立方成比例。當(dāng)風(fēng)速增倍時，風(fēng)力發(fā)電機的容量增加幾乎八倍。大多數(shù)商業(yè)上可獲得的風(fēng)力渦輪機利用齒輪傳動系統(tǒng)將渦輪機葉片連接至電力發(fā)電機。風(fēng)轉(zhuǎn)動渦輪機葉片，渦輪機葉片使低速軸轉(zhuǎn)動，低速軸饋入具有更高速度的輸出軸的齒輪箱。該更高速度的輸出軸連接至發(fā)電機且產(chǎn)生電力。齒輪傳動目的在于增加機械運動的速度。用于大型(例如> 1. 5MW)風(fēng)力渦輪機的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)傳動系統(tǒng)由分離的齒輪箱和發(fā)電機單元組成，它們單獨地安裝至主框架(通常也被稱為底框或底板)。功率經(jīng)由柔性“高速”聯(lián)軸器從齒輪箱被傳遞至發(fā)電機。該裝置迫使齒輪箱和發(fā)電機物理上彼此遠離，并且要求齒輪箱的輸出軸和發(fā)電機的輸入軸兩者需相應(yīng)地由齒輪箱軸承和發(fā)電機軸承單獨支承。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于風(fēng)力渦輪機的傳動系統(tǒng)。該風(fēng)力渦輪機包括轉(zhuǎn)子輪轂和一個或更多葉片。該傳動系統(tǒng)包括連接至轉(zhuǎn)子輪轂的第一級齒輪架。該第一級齒輪架包括與固定的第一級環(huán)形齒輪和旋轉(zhuǎn)的第一級太陽齒輪互相作用的一個或更多第一級行星齒輪。第二級行星齒輪架包括一個或更多第二級行星齒輪。第二級行星齒輪架剛性地連接至第一級太陽齒輪。第二級行星齒輪與旋轉(zhuǎn)的第二級環(huán)形齒輪和不旋轉(zhuǎn)的第二級太陽齒輪相互作用。發(fā)電機包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定子，且發(fā)電機轉(zhuǎn)子固定地連接至第二級環(huán)形齒輪，使得發(fā)電機轉(zhuǎn)子和第二級環(huán)形齒輪兩者一同旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的另一個方面，提供了一種風(fēng)力渦輪機。該風(fēng)力渦輪機包括塔架、由塔架支承的機艙、具有一個或更多葉片和傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子輪轂。傳動系統(tǒng)包括連接至轉(zhuǎn)子輪轂的第一級齒輪架。該第一級齒輪架包括與固定的第一級環(huán)形齒輪和旋轉(zhuǎn)的第一級太陽齒輪
3互相作用的一個或更多第一級行星齒輪。第二級行星齒輪架包括一個或更多第二級行星齒輪。第二級行星齒輪架剛性地連接至第一級太陽齒輪。第二級行星齒輪與旋轉(zhuǎn)的第二級環(huán)形齒輪和不旋轉(zhuǎn)的第二級太陽齒輪相互作用。發(fā)電機包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定子，且發(fā)電機轉(zhuǎn)子固定地連接至第二級環(huán)形齒輪，使得發(fā)電機轉(zhuǎn)子和第二級環(huán)形齒輪兩者一同旋轉(zhuǎn)。


圖1是示例性風(fēng)力渦輪機的透視性圖示；圖2是可被用于圖1的風(fēng)力渦輪機中的傳動系統(tǒng)的一個實施例的局部剖視的透視性圖示；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的可被用于圖1的風(fēng)力渦輪機的傳動系統(tǒng)的透視性圖示；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個方面的可被用于圖1的風(fēng)力渦輪機的傳動系統(tǒng)的透視性圖示。零部件列表
100風(fēng)力渦輪機
110塔架
120機艙
130葉片
140輪轂
210低速軸
215軸承
220輪轂凸緣安裝件
230聯(lián)軸器
240行星齒輪架
242行星齒輪
244行星小齒輪
246環(huán)形齒輪
248齒輪箱殼體
250太陽齒輪
260發(fā)電機
262定子
264發(fā)電機轉(zhuǎn)子
266軸承
300傳動系統(tǒng)
302齒輪箱
304發(fā)電機
306齒輪架
308軸承
310行星齒輪312固定的環(huán)形齒輪314第一級太陽齒輪320第二級行星齒輪322第二級環(huán)形齒輪324第二級太陽齒輪326第二級行星齒輪架328滾子軸承330發(fā)電機轉(zhuǎn)子335 定子420 殼體430 殼體440 殼體450 殼體
具體實施例方式圖1中圖示了水平軸風(fēng)力渦輪機(HAWT) 100。該風(fēng)力渦輪機100可包括大致管狀的塔架110，其可由鋼、混凝土或它們的組合制成。塔架110可通過將多個塔架節(jié)段堆疊在彼此的頂上而豎立。塔架Iio支承機艙120、葉片130和輪轂140的重量。塔架還可是格架 (或桁架)類型，且塔架可備選地由混凝土或混凝土部段形成。機艙120典型地容納傳動系統(tǒng)(例如，齒輪箱、軸、聯(lián)軸器、發(fā)電機等)，以及主框架(也被稱為底板)和偏航驅(qū)動器。 例如控制電子裝置的其它項目也可被容納在機艙120內(nèi)。典型地，機艙120具有由例如玻璃纖維或石墨復(fù)合材料的輕量材料組成的外蒙皮。機艙蒙皮的主要功能是保護容納物免于自然環(huán)境(例如，雨、冰、雪等)影響。葉片130連接至輪轂140，且輪轂可包含槳距控制機構(gòu)以控制各個葉片的槳距角。 典型地，在大多數(shù)商業(yè)風(fēng)力渦輪機中使用三個葉片，然而，也可使用一個、兩個、四個或更多的葉片。通過轉(zhuǎn)動低速軸，葉片將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換成機械能。葉片可由玻璃纖維或石墨復(fù)合材料、玻璃纖維增強塑料或木質(zhì)/環(huán)氧樹脂層壓板或其它合適材料制成。低速軸典型地通過螺栓連接的凸緣聯(lián)軸器連接至輪轂140。發(fā)電機被用于將軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電能。齒輪箱典型地被用于增加至發(fā)電機的輸入軸的速度。齒輪箱具有低速軸作為其輸入，而輸出是更高速度的軸，其根據(jù)本發(fā)明的多個方面，可直接饋入發(fā)電機。圖2圖示了一個已知的傳動系統(tǒng)，其包括復(fù)合的行星齒輪箱和發(fā)電機。低速軸210 由兩個單獨且軸向隔開的主軸承215支承。低速軸210經(jīng)由輪轂凸緣安裝件220連接至輪轂140和風(fēng)力渦輪機100的葉片130。因此，低速軸210由風(fēng)旋轉(zhuǎn)葉片130而驅(qū)動。該低速軸210通過扭矩傳遞聯(lián)軸器230連接至行星齒輪架M0。行星齒輪架240支承行星齒輪 242和行星小齒輪M4，它們共享公共軸。環(huán)形齒輪246固定地附接至齒輪箱殼體248且與行星小齒輪244嚙合。太陽齒輪250由行星齒輪242驅(qū)動，且太陽齒輪250的輸出直接饋入發(fā)電機260。
5
發(fā)電機260具有定子262和轉(zhuǎn)子沈4。轉(zhuǎn)子沈4由轉(zhuǎn)子軸承266支承，轉(zhuǎn)子軸承 266被包圍在發(fā)電機沈0內(nèi)。該設(shè)計的一個缺點是轉(zhuǎn)子軸承266與齒輪箱隔離。如果需要接近轉(zhuǎn)子軸承，則必須移去整個發(fā)電機260。在遙遠位置處安裝的風(fēng)力渦輪機上，這會是非常耗時且勞動密集的過程。圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的多個方面的緊湊式齒輪傳動系統(tǒng)300的橫截面視圖。具有兩個級的行星齒輪箱302與發(fā)電機304聯(lián)接，導(dǎo)致具有緊湊尺寸和低重量的傳動系統(tǒng)。齒輪箱302包括輪轂連接件和齒輪架306。轉(zhuǎn)子輪轂140連接至齒輪架306。該齒輪架306 還支承行星齒輪軸承308和第一級行星齒輪310。該行星齒輪軸承308可以是滾子軸承，或如在具體應(yīng)用中所需的任何其它合適的軸承。行星齒輪310與固定的環(huán)形齒輪312和旋轉(zhuǎn)的第一級太陽齒輪314互相作用。第一級太陽齒輪314連接至并驅(qū)動第二級行星齒輪架326。第二級行星齒輪320 圍繞固定的(即不旋轉(zhuǎn)的)第二級太陽齒輪3M旋轉(zhuǎn)。該行星齒輪320充當(dāng)惰輪。第二級環(huán)形齒輪322構(gòu)造成浮動裝置且促進發(fā)電機304的轉(zhuǎn)子330聯(lián)接至環(huán)形齒輪322。第二級環(huán)形齒輪322可由一對滾子軸承3 支承，且聯(lián)接至發(fā)電機轉(zhuǎn)子330。在一些應(yīng)用中，滾子軸承3 可以是圓錐滾子軸承。定子335可連接至發(fā)電機殼體。在該構(gòu)造中，由于它們固定或剛性地連接在一起，第二級環(huán)形齒輪322驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子330。齒輪架3 可聯(lián)接至制動組件340。由于第二級的太陽齒輪軸325是固定的，齒輪架3 可通過制動組件340停止。鼓式制動器、間瓦制動器或鉗式制動器可被用于制動組件340。相比現(xiàn)有已知的傳動系統(tǒng)，該裝置將減少傳動系統(tǒng)的總尺寸且將提供更多的緊湊性。圖4圖示了用于緊湊式齒輪傳動系統(tǒng)300的殼體元件的透視圖。第一級環(huán)形齒輪 312形成了其自身的外殼且被連接至第一級罩蓋或殼體420。第一級殼體420連接至第二級殼體430，第二級殼體430又連接至發(fā)電機殼體440。制動組件殼體450連接至發(fā)電機殼體 440。一個優(yōu)選的發(fā)電機300型是PM同步發(fā)電機，但也可使用感應(yīng)發(fā)電機、繞線磁場同步發(fā)電機或雙饋異步發(fā)電機。已經(jīng)描述了使用單個發(fā)電機的風(fēng)力渦輪機，但應(yīng)理解的是也可與通過對齒輪箱的修改而使用多個發(fā)電機。盡管在文中描述了各種實施例，但從說明書應(yīng)理解的是可做出在其中的元件的各種組合、變型或改進，且處在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)力渦輪機的傳動系統(tǒng)，所述風(fēng)力渦輪機(100)包括轉(zhuǎn)子輪轂(140)和一個或更多葉片(130)，所述傳動系統(tǒng)包括第一級齒輪架(306)，其連接至所述轉(zhuǎn)子輪轂，所述第一級齒輪架包括一個或更多第一級行星齒輪(310)，所述一個或更多第一級行星齒輪與固定的第一級環(huán)形齒輪(31 和轉(zhuǎn)動的第一級太陽齒輪(314)互相作用；第二級行星齒輪架(3 )，其包括一個或更多第二級行星齒輪(320)，所述第二級行星齒輪架剛性地連接至所述第一級太陽齒輪(314)，所述一個或更多第二級行星齒輪(320) 與旋轉(zhuǎn)的第二級環(huán)形齒輪(32 和不旋轉(zhuǎn)的第二級太陽齒輪(324)相互作用；發(fā)電機(304)，包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子(330)和發(fā)電機定子(335)，所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子(330)固定地連接至所述第二級環(huán)形齒輪(322)，使得所述發(fā)電機轉(zhuǎn)子和所述第二級環(huán)形齒輪兩者一同旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動系統(tǒng)還包括介于所述第一級齒輪架和所述一個或更多第一級行星齒輪之間的一個或更多軸承(308)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或更多軸承(308)是滾子軸承。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動系統(tǒng)還包括構(gòu)造成與所述第二級行星齒輪架(326)互相作用的制動組件(340)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述第一級環(huán)形齒輪(312)形成用于所述傳動系統(tǒng)的外部殼體的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動系統(tǒng)還包括連接至所述第一級環(huán)形齒輪的第一級殼體(420)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動系統(tǒng)還包括連接至所述第一級殼體的第二級殼體(430)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動系統(tǒng)還包括連接至所述第二級殼體的發(fā)電機殼體G40)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動系統(tǒng)還包括連接至所述發(fā)電機殼體的制動組件殼體(450)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動系統(tǒng)還包括支承所述第二級環(huán)形齒輪的一個或更多滾子軸承(328)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或更多滾子軸承是圓錐滾子軸承。
全文摘要
本發(fā)明涉及緊湊式齒輪傳動系統(tǒng)，具體而言，提供了用于一種風(fēng)力渦輪機的傳動系統(tǒng)。該風(fēng)力渦輪機包括轉(zhuǎn)子輪轂和一個或更多葉片。該傳動系統(tǒng)包括連接至轉(zhuǎn)子輪轂的第一級齒輪架。該第一級齒輪架包括與固定的第一級環(huán)形齒輪和旋轉(zhuǎn)的第一級太陽齒輪互相作用的一個或更多第一級行星齒輪。第二級行星齒輪架包括一個或更多第二級行星齒輪。第二級行星齒輪架剛性地連接至第一級太陽齒輪。第二級行星齒輪與旋轉(zhuǎn)的第二級環(huán)形齒輪和不旋轉(zhuǎn)的第二級太陽齒輪相互作用。發(fā)電機包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機定子，且發(fā)電機轉(zhuǎn)子固定地連接至第二級環(huán)形齒輪，使得發(fā)電機轉(zhuǎn)子和第二級環(huán)形齒輪兩者一同旋轉(zhuǎn)。
文檔編號F16H1/36GK102418774SQ201110309788
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者S·拉馬努賈姆 申請人:通用電氣公司