BE1012509A5

BE1012509A5 - Train d'engrenages epicycloidaux pour eolienne.

Info

Publication number: BE1012509A5
Application number: BE9900413A
Authority: BE
Inventors: Kekki Juha; Ryymin Ari; Villgren Voitto
Original assignee: Valmet Voimansiirto Oy
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2000-11-07
Also published as: DE19926301B4; CZ293270B6; FI981414A; ES2166665A1; HU9902042D0; DE19926301A1; PL188417B1; SK78399A3; ES2166665B1; CZ218799A3; HUP9902042A3; PL333809A1; FI108959B; HUP9902042A2; FI981414A0; HU223039B1; SK285686B6; US6176804B1

Abstract

Train d'engrenages épicycloïdaux (10) pour une éolienne, comportant un arbre entraîné (11) mis en rotation par la ou les pales de l'éolienne, lequel arbre (11) est relié à un bâti (13) d'engrenages satellites (14a1,14a2...), lequel bâti d'engrenages satellites, c'est-à-dire le porte-satellites (13) est mis en rotation en même temps que l'arbre (11), et les engrenages satellites (14a1,14a2...) engrènent de manière opérationnelle par leurs dentures (14') la denture (15') d'un engrenage en couronne (15) placé à l'extérieur en position stationnaire, et le denture (16') d'un engrenage solaire (16) mis en rotation et placé au centre, caractérisé en ce que les dentures (14') des engrenages satellites (14a1,14a2...), la denture (15') de l'engrenage en couronne (15) et la denture (16') de l'engrenage solaire (16) sont des dentures hélicoïdales.

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 
 EMI1.1 
 



  Train d'engrenages épicycloïdaux pour éolienne L'invention concerne un train d'engrenages épicycloïdaux pour une éolienne. 



  Dans la technique antérieure, on connaît des structures de transmission dans lesquelles le train d'engrenages d'une éolienne comporte un arbre entraîné en rotation par la ou les pales de l'éolienne, tandis qu'un bâti de train épicycloidal, qui tourne en même temps que l'arbre entraîné, est relié audit arbre. Les engrenages satellites engrènent de manière opérationnelle une couronne dentée qui est disposée à l'extérieur en position fixe, et avec un engrenage solaire qui est placé au centre, et qui est mis en rotation par les engrenages satellites. L'engrenage solaire fait en outre tourner un arbre de sortie, au moyen d'engrenages intermédiaires ou directement, et l'arbre de sortie est relié à un générateur électrique de l'éolienne, pour produire de l'électricité. 



  Dans les modes de réalisation de la technique antérieure, les dents des engrenages satellites sont des dents dites droites. Dans ce cas, aucune force axiale ne n'est exercée sur l'arbre de l'engrenage solaire placé au centre, lesquelles forces axiales seraient provoquées par les dents, si ces dernières étaient hélicoïdales. 



  Dans une tentative de réduire les problèmes de bruit et de vibration, selon la présente invention, on forme un train d'engrenages épicycloïdaux d'un type entièrement nouveau pour une éolienne, lequel train d'engrenages épicycloïdaux comporte des dents dites hélicoïdales sur les engrenages satellites selon l'invention, auquel cas les 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 dents s'étendent en diagonale sur toute la surface d'enveloppe de la roue dentée. Des dents   hélicoïdales   similaires sont également prévues sur l'engrenage solaire central mis en rotation par les engrenages satellites et sur la couronne dentée extérieure disposée en position fixe. Selon l'invention, l'engrenage solaire est un arbre allongé et constitue une structure flottante.

   Ainsi, un léger déplacement axial de l'engrenage solaire est permis et, dans ce contexte, une bride qui reçoit les forces axiales qui sont produites en fonctionnement ainsi que le déplacement axial de l'arbre, est prévue à l'extrémité de l'arbre de l'engrenage solaire, sur le bâti d'un accouplement. Ainsi, l'arbre de l'engrenage solaire est un arbre allongé qui comporte un alésage central traversant la longueur de l'arbre, et qui présente les dents de l'engrenage solaire à l'une de ses extrémités, et une bride 
 EMI2.1 
 1 qui reçoit les forces axiales à l'extrémité opposée, et qui est en outre dotée d'une denture d'accouplement denté prévue sur la surface périphérique de la bride reliée à l'arbre. Une bride d'appui opérant conjointement avec la bride de l'engrenage solaire est placée sur le bâti du train d'engrenages.

   Un arbre-fourreau est relié par des vis à ladite bride d'appui, et l'arbre de l'engrenage solaire est placé à l'intérieur dudit arbre-fourreau. L'arbre de l'engrenage solaire est relié à l'arbre-fourreau par l'intermédiaire d'un accouplement denté. L'accouplement denté permet cependant un léger déplacement axial entre l'arbre de l'engrenage solaire et l'arbre-fourreau. Grâce à l'accouplement denté, l'entraînement en rotation de l'engrenage solaire est cependant transmis à l'arbrefourreau et à une roue dentée reliée audit arbre-fourreau, et plus loin. L'arbre-fourreau est en outre relié à une roue dentée par laquelle l'entraînement en rotation est transféré, directement ou par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs roues dentées intermédiaires, à un arbre de sortie, et de là à un générateur électrique.

   Les forces dirigées dans la direction opposée et causées par ce que 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 l'on appelle des retours de manivelle sont reçues au moyen de manchons reliés à l'extrémité de l'arbre de l'engrenage solaire. Le manchon, qui est doté d'une bride, est relié à l'aide de vis à l'arbre de l'engrenage solaire. 



   L'arbre-fourreau est placé dans une position axiale/radiale fixe, et est monté sur le bâti du train d'engrenages à l'aide de moyens de roulement. L'arbrefourreau est relié à une roue dentée qui transmet l'entraînement, directement ou par l'intermédiaire d'une ou plusieurs roues dentées intermédiaires, à un ou plusieurs arbres de sortie qui transmettent l'entraînement au générateur électrique pour produire de l'électricité. 



   Selon l'invention, une première denture de l'accouplement denté est située à l'extrémité de l'arbre de l'engrenage solaire. A partir de cette première denture, l'arbre de l'engrenage solaire est couplé à la denture d'appui de   l'arbre-fourreau, c'est-à-dire   à la deuxième denture de l'accouplement denté. Les dents de l'accouplement denté sont droites et galbées uniquement dans le sens de la longueur de la dent, et dans ce cas une certaine flexion angulaire est permise à l'arbre de l'engrenage solaire. Un déplacement relatif est permis entre la bride d'extrémité de l'arbre de l'engrenage solaire et la bride d'appui prévue sur le bâti du train d'engrenages. La bride d'extrémité de l'arbre de l'engrenage solaire et la bride d'appui tournent à la même vitesse.

   Cependant, un déplacement axial est permis entre elles, et dans ce cas les brides peuvent entrer en contact l'une avec l'autre. Grâce audit agencement, toute force axiale produite par les dentures hélicoïdales de l'engrenage solaire, des engrenages satellites et de la couronne dentée, et un déplacement axial de l'arbre de l'engrenage solaire peuvent être reçus à l'extrémité de l'arbre de l'engrenage solaire, ce qui limite ledit déplacement axial. 



   Grâce à la denture hélicoïdale de l'engrenage solaire, on obtient un entraînement d'éolienne qui est largement 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 exempt de vibration et exempt de bruit. 



   Le train d'engrenages épicycloidaux selon l'invention pour éolienne est caractérisée par le contenu des revendications du brevet. 



   L'invention va être ci-dessous décrite en référence à certains modes de réalisation préférés de l'invention, illustrés par les figures des dessins annexés, l'invention n'étant cependant pas censée être limitée à ces seuls modes de réalisation. 



   La figure 1 représente un train d'engrenages selon l'invention, vu d'une extrémité du train d'engrenages, la figure 2 représente le train d'engrenages vu dans la direction de la flèche k, de la figure 1, la figure 3 représente le train d'engrenages vu dans la direction de la   flèche k2 de la figure   2, la figure 4 représente le train d'engrenages vu de son extrémité opposée, la figure 5 est une vue en coupe prise le long de la ligne   I-I   de la figure 1, la figure 6A est une vue agrandie de la zone X de la figure 5, la figure 6B est une vue en coupe prise le long de la ligne II-II de la figure 1, la figure 7 est une vue en coupe prise le long de la ligne III-III de la figure 1, la figure 8 est une vue en coupe prise le long de la ligne IV-IV de la figure 1,

   la figure 9A représente un engrenage solaire doté d'une denture   hélicoïdale,   la figure 9B représente une dent vue depuis le haut dans la direction de la flèche   K   de la figure 9A, la figure 10A représente la forme d'une dent en couronne d'une dent droite 17a d'un accouplement denté 17 entre les arbres 16 et 18, et la figure 10B est une vue en coupe représentant l'accouplement denté 17. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 



   La figure 1 représente un train d'engrenages épicycloidaux 10 selon l'invention, pour une éolienne, vu depuis une extrémité. Les lignes I-I, II-II,   III-III et   IV-IV des vues en coupe sont également indiquées à la figure 1. 



   La figure 2 représente le train d'engrenages vu dans la direction de la flèche K, de la figure 1. La figure 3 représente le train d'engrenages vu dans la direction de la   flèche K2   de la figure 1. La figure 4 représente le train d'engrenages vu à partir de son extrémité opposée. 



   La figure 5 est une vue en coupe principale d'un train d'engrenages épicycloidaux 10 selon l'invention, prise le long de la ligne   1-1   de la figure 1. Le train d'engrenages   épicycloïdaux   10 comporte un bâti R. Le jeu de pales ou la pale de l'éolienne sont amenés par l'énergie du vent à faire tourner le porte-satellites 13 du train d'engrenages épicycloïdaux, et l'arbre 11 relié au porte-satellite, le rotor étant relié à cet arbre. L'arbre 11 et le portesatellites 13 qui lui est relié sont montés sur le bâti R du train d'engrenages   épicycloïdaux   au moyen des dispositifs de roulement CI et   Dlb. L'arbre   entraîné 11 est une pièce de type à fourreau, qui est reliée de manière fixe au porte-satellites 13 qui tourne en même temps que l'arbre-fourreau 11.

   L'arbre 11 comporte un espace F de cavité intérieure et, à l'extrémité de la cavité, un trou traversant E qui traverse l'extrémité de l'arbre-fourreau 11. Un tube de protection traverse le trou E, et une tige de commande pour la régulation de l'angle des pales du rotor traverse le tube. 



   L'arbre du rotor est disposé à l'intérieur de l'arbrefourreau 11 du porte-satellites 13. Sur l'arbre 11 du porte-satellites 13 est fixé un anneau de serrage par lequel les arbres   sont"verrouillés"en   contact l'un avec l'autre. 



   L'arbre entraîné 11 est relié de manière fixe au bâti rotatif 13 du train d'engrenages épicycloïdaux, c'est-à- 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 dire au porte-satellites. Chacun des engrenages satellites   14al, 14a2...   est doté d'une denture hélicoïdale continue   14'qui   s'étend sur toute l'enveloppe de la roue dentée. Chaque engrenage satellite   14al, 14a2...   est monté sur son arbre 140 au moyen de dispositifs de roulement G,, G2, de sorte que les arbres 140 sont reliés de manière fixe au 
 EMI6.1 
 bâti 13 des engrenages satellites, c'est-à-dire au portesatellites. Les engrenages satellites 14alf 14a2'" sont eux-mêmes montés au moyen de dispositifs de roulement G,, G2 de sorte qu'ils tournent sur les arbres 140.

   La partie située le plus à l'extérieur de la structure est un engrenage en couronne 15 qui comporte donc une denture hélicoïdale   15'qui   opère conjointement avec la denture hélicoïdale 14'de chacun des engrenages satellites 14a,,   14a2..   L'engrenage en couronne 15 est une partie stationnaire de la structure qui est connectée de manière fixe au bâti R. A la figure 5, l'angle des dentures hélicoïdales   16' ; 14'est   représenté par l'angle a. 



   Selon l'invention, un engrenage solaire 16 est mis en rotation par les engrenages satellites 14a,,   14a2...   



  L'engrenage solaire 16 comporte une denture hélicoïdale 16' qui s'étend sur toute la circonférence, et ladite denture opère conjointement avec les dentures hélicoïdales   14'des   
 EMI6.2 
 engrenages satellites 14al, 14a2. L'engrenage solaire 16 est formé de telle sorte que l'arbre 160, c'est-à-dire l'arbre de l'engrenage solaire, constitue une pièce à structure flottante. A l'une de ses extrémités, l'arbre 160 porte la denture   16'de   l'engrenage solaire 16, et à l'extrémité opposée, l'arbre comporte une bride d'extrémité 160a. A l'extrémité de l'arbre 160 portant l'engrenage solaire 16 à laquelle la bride d'extrémité 160a est disposée, se trouve également un accouplement denté 17.

   L'accouplement denté 17 est doté d'une denture droite 17a reliée à la bride 160a de l'arbre 160, et également d'une denture droite 17b prévue dans l'espace M de la cavité intérieure et sur la surface d'enveloppe intérieure 18'd'un arbre- 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 fourreau 18 séparé. 



   L'arbre-fourreau 18 est monté sur le bâti R au moyen de dispositifs de roulement   D   et D2. L'arbre-fourreau 18 est doté d'une roue dentée 19 qui est disposée de manière à faire tourner un arbre 20 par l'intermédiaire d'une denture 21 prévue sur ledit arbre 20. La denture 21 est réalisée par usinage direct sur l'arbre 20. L'arbre 20 est 
 EMI7.1 
 monté sur le bâti R au moyen de dispositif de roulement D3 et D.. L'arbre 20 est en outre doté d'une roue dentée 22 qui est disposée de manière à faire tourner un premier arbre de sortie 23 par l'intermédiaire d'une denture 24 prévue sur ledit arbre 23. La denture 24 est réalisée directement sur l'arbre 23. L'arbre 23 est monté sur le bâti R au moyen des dispositifs de roulement D5, D6. 



   En outre, l'arbre 23 est doté d'une roue dentée 25 qui est disposée de manière à entraîner un deuxième arbre de sortie 26 par l'intermédiaire d'une roue dentée 27 installée sur ledit arbre 26. Le deuxième arbre de sortie est monté sur le bâti R au moyen des dispositifs de roulement   D7,   Dg. 



   Le tube de protection 30 traverse un alésage longitudinal 31 prévu dans l'arbre 160 de l'engrenage solaire, et le tube de protection 30 est de plus monté sur le bâti R au moyen d'un dispositif de roulement Hl, par sa bride d'appui, le tube de protection tournant en même temps que l'arbre   11   de l'engrenage solaire du train d'engrenages épicycloïdaux, et que l'arbre-fourreau 18. Ainsi, par son extrémité frontale, le tube de protection 30 est fixé au porte-satellites (par l'intermédiaire de joints toriques) et à son extrémité arrière, le tube 30 est monté sur une bride d'appui 40 qui est fixée à l'arbre-fourreau 18. 



  Ainsi, le tube de protection 30 tourne à la même vitesse que le porte-satellites et à une vitesse différente de celle des arbres 11 et 18. 



   La figure 6A est une représentation agrandie de la partie X de la figure 5. Comme on le voit dans la figure, 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 l'équipement comporte une bride d'extrémité d'appui 40 qui est fixée à l'arbre-fourreau 18 par des moyens à vis 41. 



   En outre, l'arbre 160 de l'engrenage solaire est fixé de manière déplaçable par rapport à la brise d'appui 40. 



  Les manchons 50 traversent de manière déplaçable le trou traversant 43 dans la bride d'appui 40. Par le trou central 55 du manchon 50, des vis 42 sont amenées jusque dans l'arbre 160 de l'engrenage solaire, et le manchon 50 est donc attaché de manière fixe à l'arbre 160 de l'engrenage solaire. 



   La distance LI entre la face intérieure   51'de   la bride d'extrémité 51 du manchon 50 et la face extérieure f, de la bride 16a de l'arbre 160 de l'engrenage solaire est supérieure à l'épaisseur L2 de la bride d'appui 40. Ainsi, l'arbre 160 peut se déplacer sur la distance de l'intervalle par rapport à la bride 40. Les faces d'appui fI et   f2 à l'extrémi té   de l'arbre 160 de l'engrenage solaire et sur la bride d'appui 40 ont toutes deux été nitrurées, ce qui évite leur usure par abrasion lorsqu'elles servent de face d'appui. 



   Dans ce que l'on appelle des situations de retour de manivelle, lorsque les pales de l'éolienne tournent dans le sens opposé, ladite bride d'extrémité 51 joue le rôle de la pièce qui reçoit le retour de manivelle. Dans ce cas, la bride d'extrémité 51 du manchon 50 reliée à l'arbre 160 de l'engrenage solaire joue le rôle de bride d'appui. 



   La figure 6B représente la liaison entre le capot de palier 60 et le bâti R du train d'engrenages, au moyen de vis 61. L'illustration est une coupe transversale prise le long de la ligne II-II de la figure 1. 



   La figure 7 est une vue en coupe prise le long de la ligne III-III de la figure 1. De l'arbre-fourreau 18, l'entraînement est transmis à la roue dentée 21 de l'arbre 20, et en outre de la roue dentée 22 au premier arbre de sortie 23. 



   La figure 8 est une vue en coupe prise le long de la 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 ligne IV-IV de la figure 1. Comme on le voit dans la figure, l'entraînement du générateur électrique peut également être pris sur un deuxième arbre de sortie 26. 



   Ainsi, la force motrice peut être transmise par la roue dentée 25 du premier arbre de sortie 23 au deuxième arbre de sortie 26, par sa roue dentée 27. A partir de l'arbre de sortie 23, la force motrice peut encore être transmise au générateur électrique. Le premier et le deuxième arbres de sortie 23 et 26 sont cependant utilisés de manière sélective de telle sorte que seul l'un des deux entraînements soit actif, en fonction de la vitesse de rotation du rotor de l'éolienne. 



   La figure 9A représente une denture 16'inclinée ou hélicoïdale reliée à l'engrenage solaire 16. La figure 9B représente la denture vue depuis le haut,   c'est-à-dire   dans le sens de la flèche K3 de la figure 9A. Des dents de forme inclinée ou hélicoïdale correspondantes sont également prévues sur les engrenages satellites et sur l'engrenage en couronne. La représentation est schématique. L'angle d'inclinaison a par rapport à l'axe X est dans une plage de 300 > a > 00, ou, si le sens de rotation est l'opposé (inverse de celui de aiguilles d'une   montre),-300   < a    <    00. Ainsi, l'axe longitudinal   p de   chaque dent   16'forme   un angle oblique a par rapport à la ligne de l'axe de rotation X. 



   La figure 10A est une représentation schématique de la forme en couronne de la denture droite 17a de l'accouplement denté 17 disposé à l'extrémité de l'engrenage solaire 16, ce qui permet en fonctionnement une certaine flexion ou écart angulaire de l'arbre 160 de l'engrenage solaire. 



   La figure 10B est une vue schématique en coupe de l'accouplement denté 17. La dent 17a de la bride 160a de l'arbre 160 s'ajuste dans la rainure 17b de l'arbrefourreau 18.

Claims

Revendications 1. Train d'engrenages épicycloidaux (10) pour une éolienne, comportant un arbre entraîné (11) mis en rotation par la ou les pales de l'éolienne, lequel arbre (11) est relié à un bâti (13) d'engrenages satellites (14al, 14a2"'), lequel bâti d'engrenages satellites, c'est-à-dire le porte-satellites (13) est mis en rotation en même temps que l'arbre (11), et les engrenages satellites (14al, 14a2...) engrènent de manière opérationnelle par leurs dentures (14') la denture (15') d'un engrenage en couronne (15) placé à l'extérieur en position stationnaire, et la denture (16') d'un engrenage solaire (16) mis en rotation et placé au centre, caractérisé en ce que les dentures (14') des engrenages satellites (14al' 14a2...), la denture (15') de l'engrenage en couronne (15)

et la denture (16') de l'engrenage solaire (16) sont des dentures hélicoïdales, en ce qu'à l'extrémité de l'arbre (160) de l'engrenage solaire (16) qui reçoit le déplacement axial de l'arbre (160), se trouve une bride d'extrémité (160a) dont la face extérieure (fl) joue le rôle d'une face de support par rapport à la face (f2) de la bride d'appui (40), en ce qu'à l'extrémité de l'arbre (160), se trouve une denture (17a) d'un accouplement denté (17), et en ce qu'une deuxième denture (17b) de l'accouplement denté est placée sur la face intérieure de l'arbre-fourreau (18) disposé à l'extérieur de l'arbre (160), la force d'entraînement étant transférée de l'arbre (160) à l'arbre-fourreau (18) par l'intermédiaire de l'accouplement denté (17), et en ce que l'accouplement denté (17)

est doté d'une denture directe qui permet un déplacement axial de l'arbre (160), et en ce que l'arbre-fourreau (18) est doté d'une roue dentée (19) dont l'entraînement en rotation est transmis par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs roues dentées intermédiaires, à un arbre de sortie (23), à partir duquel l'entraînement en rotation est encore transmis à un <Desc/Clms Page number 11> EMI11.1 générateur électrique pour produire de l'électricité.
2. Train d'engrenages épicycloidaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dentures (14', 15', 16') s'étendent sur toute la surface d'enveloppe des roues dentées, depuis un bord des roues dentées jusqu'à l'autre bord, et l'angle d'inclinaison (a) par rapport à l'axe central (axe X) des roues dentées est compris dans une plage de 300 > a > 00 ou de-30 < a < 00.
3. Train d'engrenages épicycloïdaux selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la denture (16') de l'engrenage solaire (16) est formée à une extrémité d'un arbre allongé (160), et en ce que l'autre extrémité de l'arbre (160) reçoit la composante de force produite par la denture (16') inclinée lorsque l'extrémité de l'arbre (160) est mise en contact avec la face (f2) d'une bride d'appui (40).
4. Train d'engrenages épicycloidaux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (160) constitue une structure flottante, à laquelle un déplacement axial est cependant permis de telle sorte que l'arbre (160) est relié à un ou plusieurs manchons (50) qui traversent des trous (43) prévus dans la bride d'appui (40), et en ce que la distance entre la face intérieure (51') de la bride (51) du manchon et l'extrémité de l'arbre (160) est légèrement plus grande que l'épaisseur de la bride d'appui (40), auquel cas un déplacement axial est permis à l'arbre (160).
5. Train d'engrenages épicycloidaux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre-fourreau (18) est relié à la bride d'appui (40) par des vis (41).
6. Train d'engrenages épicycloidaux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (160) de l'engrenage solaire est doté d'un alésage allongé (30) à l'intérieur duquel est ajusté un tube de protection (30) à travers lequel passe une tige de commande à l'aide de laquelle l'angle de la ou des pales du <Desc/Clms Page number 12> rotor de l'éolienne peut être régulé.
7. Train d'engrenages épicycloidaux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face d'extrémité (fl) de l'arbre (160) de l'engrenage solaire et, de même, la face d'extrémité (2) de la bride d'appui ont été nitrurées, ce qui prévient l'usure par abrasion des faces (f1, f2) lorsqu'elles sont en contact mutuel bout à bout.