CN101371039A - 风力涡轮发电机系统的转子和变速器之间的传动系 - Google Patents

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Abstract

一种传动系，用于风力涡轮发电机系统，所述传动系在转子(1)和变速器(3)之间、具有扭矩支撑(6)、并包括转子轴(2)，所述转子轴从转子(1)中伸出，在该区域中被第一转子轴承(5)所支撑，并且伸向用于将转子转速转换为发电机理想转速的变速器(3)，其中，转子轴(2)被以力矩轴承形式形成的第二转子轴承(7)所支撑，为了接收部分转子力、力矩和重力，并且将它们直接传递至力矩支撑(6)，所述第二转子轴承被置于变速器(3)的输入侧。

Description

风力涡轮发电机系统的转子和变速器之间的传动系
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮发电机系统的转子和变速器之间的传动系，包括转子轴，所述转子轴从转子中伸出，在该区域中被第一转子轴承所支撑，并且伸向用于将转子转速转换为发电机理想转速的变速器。
背景技术
在风力涡轮发电机系统的技术领域中，转子和通常下游的变速器之间的传动系可以不同的方法设计。一种可能是将转子直接法兰连接到变速器，因此插入的转子轴被省略。在重要概念中，转子产生的扭矩通过定距遮盖转子轴被传送到风力涡轮发电机系统中的变速器。例如，在更大功率的风力涡轮发电机系统中，转子轴需要被用于均匀分配重量和在风力涡轮发电机系统的塔顶的区域中产生的风力。
从DE10242707B3中得知一普通传动系。其基本由将风能转换为扭矩的输入转子组成，所述输入转子与在风力涡轮发电机系统的塔顶的一侧的转子轴法兰连接。在塔顶的相反侧，转子轴将转子产生的旋转运动传递到带有下游发电机的变速器。通过利用转子轴，一端放置转子，另一端放置与发电机一起的变速器，在塔顶区域实现重量和反作用力的均匀分布。为了相对风向控制转子的位置，此种放置需要转子轴相对机器支架的适合支撑，所述机器支架形成塔顶并且相对风力涡轮发电机系统的塔旋转，而所述塔被相对地面固定。
转子轴相对塔顶的支撑以两点支撑的方式形成，并且因此包括靠近转子的固定轴承和靠近变速器的松动轴承。因为转子轴的该两点轴承，尽管转子的负载无法被传递至变速器，然而必要的轴承位置需要额外的零件。
根据另一实施例，推荐前转子轴轴承直接形成为设置在转子的毂上的力矩轴承，该力矩轴承被固定在机器支架上。此外，通过接合的或柔性的中间元件的使用，没有外部力被传送至变速器。然而，在转子侧的力矩轴承的结构非常复杂，因为为了该目的，需要相对较大的轴承。
在EP1457673A1中公开的技术方案中，三点轴承被推荐，通过将该轴承点直接转移至变速器中，从而允许在变速器侧省略转子轴承。因此，在变速器输入侧的轴承承担该轴承点的功能。力通过行星支架流过此处，并且通过变速器的扭矩支撑被传递至支架结构。此外，固定轴承被用作转子侧上的转子轴承，所述转子轴承在此由球形滚柱轴承所形成。在实践中，由于重量和风力，转子轴承的轴承点附近的转子的可能的轻微的旋转运动必须被接受。特别是对于相对较短的转子轴，此种弯曲效果可增至使变速器的输入侧上的齿轮的齿部位置脱离最佳的啮合的程度，引起逐渐的磨损和效率的退化。
此外，在现有技术的方法中，转子轴和在变速器的输入侧的对应的空心轴之间，合适的连接元件是必要的。作为合适的连接元件，压紧环被用于将在变速器的输入侧的空心轴的末端径向向内压在插入的转子轴的对应端。此种压紧环具有增加传动系的整体质量的充足的质量。然而，特别是在风力涡轮发电机系统的塔顶区域，被安装于此的设备应具有较小的整体质量。
发明内容
本发明的目的在于创造一种具有小质量，需要最小数量的轴承点并且仍总能确保在变速器中最佳啮合的风力涡轮发电机系统的传动系。
该目的以权利要求1的前序部分的传动系为基础，结合其区别技术特征而被实现。从属权利要求定义本发明的优选实施例。
本发明包括以下技术指导，除了在转子侧的转子轴承之外，转子轴被以力矩轴承形式形成的第二转子轴承所支撑，为了接收部分转子力、力矩和重力，并且将它们直接传递至变速器的力矩支撑，所述第二转子轴承被置于变速器的输入侧。
本发明的方案的优点产生于，将第二转子轴承转移至变速器中，所述第二转子轴承另外将轴支撑在变速器附近，其中，其如同力矩轴承的特殊结构确保本质上仅转子轴的扭矩被传送至变速器的齿部，而由重量和风力引起的其它干扰力和力矩被传递至扭矩支撑。因为在本发明的方案中，在变速器的输入侧不需要压紧环，因此，质量被减少。
另外，用于弹性分离变速器的下游变速器元件的装置可被置于第二转子轴承在力流方向上的下游。因为其分离效果，即使在力矩轴承上带有由于转子力、力矩和重力的极大负载，该装置也能确保下游变速器装置的最佳啮合，因为其确保仅有扭矩传递至变速器的齿部。例如，用于弹性分离的合适的装置为双联万向接合单元或柔性弹性膜，所述柔型弹性膜的中央区域被连接至转子轴，而其外围被连接至变速器的下游变速器元件。适宜的双联万向接合单元优选地为在输入侧并带有在宽度和高度尺度上为气包形的外齿的齿轮，所述齿轮与具有对应内齿的重合齿套相啮合，所述齿套与位于输出侧并相对输入侧的齿轮所设置轴向间隔的齿轮相啮合，该齿轮同样地带有在宽度和高度尺度上为气包形的外齿。
优选地，在变速器的输入侧的力矩轴承以互成角度的锥形滚柱轴承对的方式或者以三圆筒滚柱轴承的方式构造。然而，其它的适宜的结构实施例也有可能。
根据本发明，如果在变速器的输入侧的轴承同时是在变速器侧的转子轴承，位于转子区域的第二转子轴承可为松动轴承的构造，其在结构上比较简单，并且比通常在此使用的固定轴承更不容易失败。在转子侧的松动轴承优选地以球形滚柱轴承的方式构造。球形滚柱轴承，作为松动轴承，不必接收任何轴向力，并且因此受压较少，增加其使用寿命。因为由风力通过转子而引起的轴向力被通过转子轴提供给力矩轴承，它们通过变速器的壳体及力矩支撑而被传递至风力涡轮发电机系统的塔部。在力矩支撑和风力涡轮发电机系统的塔部之间可有利地放置弹性悬架。在本发明的方案中，由转子引起的脉冲轴向力甚至不会引起在变速器的输入侧的轴承点的任何有害的轴向位移。
根据本发明改进的另一实施例，转子轴通过在变速器输入侧的法兰被连接至变速器，其中，法兰连接为例如螺钉-螺栓连接。该摩擦和刚性连接确保简单地将转子轴装配在变速器上和拆卸变速器上的转子轴。
根据本发明改进的另一实施例，在双联万向接合单元的输入侧的齿轮通过螺钉连接被固定至变速器的输入侧上的法兰的背部，因此被置于法兰上的第二转子轴承可从变速器内侧附近的法兰的小直径的方向被装配。因为从变速器内侧方向装配力矩轴承的可能性，后者不需要略过直径相对较大的法兰连接，因此，本发明的力矩轴承可具有相对较小的结构尺寸。同样，因为输入侧的齿轮和法兰之间的螺钉连接，轴承齿隙的调节可以简单的方式实现。这就是为什么被置于法兰上的力矩轴承被装配状态的法兰的肩部限制在一侧；在相反侧，力矩轴承被另一变速器元件输入侧的齿轮座所限定。
附图说明
本发明的改进方法将结合本发明的优选实施例的描述而被阐明。在附图中：
图1是风力涡轮发电机系统的示意图；
图2是在结构实施例中的传动系的主要组件的部分剖视图；
图3是力矩轴承的第一实施例的示意图；以及
图4是力矩轴承的第二实施例的示意图。
附图标记列表
1    转子
2    转子轴
3    变速器
4    发电机
5    第一转子轴承
6    扭矩支撑
7    第二转子轴承
8    变速器元件
9    双联万向接合单元
10   输入侧齿轮
11   齿套
12   输出侧齿轮
13   螺钉和螺栓连接
14   法兰
15   螺钉-螺栓连接
具体实施方式
参照图1，风力涡轮发电机系统的传动系包括被风流所旋转并且因此产生扭矩的转子1，所述扭矩通过转子轴2传送至用于转换转子转速的变速器3。在本实施例中，变速器3至少部分地形成行星变速器，将缓慢的输入速度转换为用来驱动生成电流的下游发电机4的较高的速度。
在传动系中，示出了转子轴2的三点支撑。因此，转子轴2被第一转子轴承5支撑在转子1的区域中，所述第一转子轴承5形成固定轴承。如在以下将详述的，在另一端的转子轴的支撑位于变速器3中，其中，其扭矩支撑6承受转子力、力矩和变速器壳体所传递的重力。
参照图2，转子轴2被以力矩轴承的方式形成的第二转子轴承7支撑在变速器3侧。为了能够结合力矩轴承的功能，第二转子轴承7被构造为互成角度的锥形滚柱轴承对。
从力流的方向来看，在第二转子轴承7的下游，为了下游变速器元件8的弹性分离，设有双联万向接合单元9，该双联万向接合单元由输入侧的齿轮10组成，该齿轮10接合具有在宽度和高度尺度上为气包形的外齿，所述齿轮10与具有对应内齿的重合齿套11相啮合。由于齿套11的轴向延长，齿套11定义该双联万向接合单元9的万向效果。据此以及与在输入侧的齿轮10轴向间隔，在输出侧提供齿轮12，该齿轮12同样具有在宽度和高度尺度上为气包形的齿部。在输出侧的齿轮12与下游变速器元件8合作，所述下游变速器元件8为下游行星级的行星齿轮架(未完全示出)。
在双联万向接合单元9的输入侧的齿轮10通过螺钉和螺栓连接13的方式被固定在变速器的输入侧的法兰14上。因为法兰14诸如通过在变速器外侧的螺钉-螺栓连接15被可释放地连接至转子轴2，所以螺钉和螺栓连接13也使被置于法兰14上的第二转子轴承7从变速器的内侧，即，从较小的直径侧被安装在法兰14上，因此转子轴承7可被设计为小直径。为了能够在该位置设计螺钉-螺栓连接15，法兰14必须具有较大的直径。
参照图3，被构造为力矩轴承的第二转子轴承7可被设计为第一实施例中的互成角度的锥形滚柱轴承对。或者，根据图4，第二转子轴承7也可被构造为三圆筒滚柱轴承，这样，力矩轴承的功能也能实现。
本发明不限于上述优选实施例。例如，用于在输入侧的第二转子轴承7和变速器元件8之间弹性分离的装置，代替双联万向接合单元9，可为柔性弹性膜，其中央区域被连接至转子轴2，同时，柔性弹性膜具有被连接至变速器3的下游变速器元件8的外围。

Claims (12)

1.一种传动系，用于风力涡轮发电机系统，所述传动系在转子(1)和变速器(3)之间、具有扭矩支撑(6)、并包括转子轴(2)，所述转子轴从转子(1)中伸出，在该区域中被第一转子轴承(5)所支撑，并且伸向用于将转子转速转换为发电机理想转速的变速器(3)，
其特征在于，所述转子轴(2)被以力矩轴承形式形成的第二转子轴承(7)所支撑，所述第二转子轴承被置于变速器(3)的输入侧，以便接收部分转子力、力矩和重力，并且将它们传递至扭矩支撑(6)。
2.根据权利要求1所述的传动系，其特征在于，用于弹性分离变速器(3)的下游变速器元件(8)的装置可被置于第二转子轴承(7)在力流方向上的下游。
3.根据权利要求2所述的传动系，其特征在于，提供分离双联万向接合单元(9)作为用于弹性分离的装置。
4.根据权利要求3所述的传动系，其特征在于，所述双联万向接合单元由在输入侧的齿轮(10)组成，所述齿轮(10)带有在宽度和高度尺度上为气包的形外齿，所述齿轮(10)与具有对应内齿的重合齿套(11)相啮合，所述齿套(11)与位于输出侧并与输入侧的齿轮(10)轴向间隔设置的齿轮(12)相啮合，所述齿轮(12)同样地带有在宽度和高度尺度上为气包形的外齿。
5.根据权利要求2所述的传动系，其特征在于，提供柔型弹性膜作为用于弹性分离的装置，所述柔性弹性膜具有被连接至转子轴(2)的中央区域和被连接至变速器(3)的下游变速器元件(8)的外围。
6.根据权利要求1所述的传动系，其特征在于，力矩轴承以互成角度的锥形滚柱轴承对的方式(图3)或者以三圆筒滚柱轴承的方式(图4)设计。
7.根据权利要求1所述的传动系，其特征在于，变速器(3)的下游变速器元件是输入侧的行星变速器级的一部分。
8.根据权利要求1所述的传动系，其特征在于，第一转子轴承(5)形成松动轴承。
9.根据权利要求8所述的传动系，其特征在于，所述松动轴承以球形滚柱轴承的方式被构造。
10.根据权利要求1所述的传动系，其特征在于，所述转子轴(2)通过在变速器输入侧的法兰(14)被连接至所述变速器(3)，其中，所述法兰连接形成螺钉-螺栓连接(15)。
11.根据任意前述的权利要求之一所述的传动系，其特征在于，在双联万向接合单元的输入侧的齿轮(10)依靠螺钉和螺栓连接(13)被固定至变速器的输入侧上的独立的法兰(14)上，因此被置于法兰(14)上的第二转子轴承(7)可从变速器内侧的法兰(14)的较小直径侧被装配。
12.根据权利要求11所述的传动系，其特征在于，所述第二转子轴承(7)的轴承齿隙通过螺钉连接(13)可调节。
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