CN102678892A - 动力传动装置及具有此动力传动装置的风力机 - Google Patents

Abstract

一种动力传动装置及具有此动力传动装置之风力机，动力传动装置，用以和一叶轮及一发电机组成一风力机。动力传动装置包含一基座、一主轴承、一扭力输入件、一连接件以及至少一齿轮箱。动力传动装置在配置上采用单一主轴承支承风力机的叶轮。齿轮箱通过连接件联结于扭力输入件，并且齿轮箱可沿着扭力输入件的轴心结合于连接件或者是从连接件上分离，因此在更换齿轮箱内部组件时，齿轮箱可单独拆卸进行维修，并不需要拆卸叶轮，并且去除高成本的内齿轮组件，具有节省制造成本及易组装维修的效果。

Description

动力传动装置及具有此动力传动装置的风力机

技术领域

本发明涉及一种传动装置，特别涉及一种风力机的动力传动装置。

背景技术

随着天然资源的日益馈乏，目前各先进国家莫不积极投入替代能源或再生能源的开发，其中风力为一种具有干净、零污染、成本低廉以及取之不尽等优点的永续能源，因此被广泛的应用于生产电力的用途上。

风力机便是通过风力来产生电力的一种发电装置。一般风力机的组成组件包含有叶轮(rotor)、机舱(nacelle)与塔架(tower)等，其中叶轮及机舱分别位于风力机的塔顶，并且风力机的塔顶组件包含如叶片(blade)及轮毂(hub)等叶轮的组成组件、动力传动装置以及发电机(generator)等。而现有动力传动装置的组成组件包含一基座(main frame)，基座上设置有一主轴承，并且在基座内设置有包含内齿轮及行星齿轮等组件所组成的齿轮箱(gearbox)，其中主轴承的外环联结一行星架，叶轮的轮毂即固定于行星架上。此外，内齿轮的外缘联结于主轴承内环上，同时内齿轮通过一固定座结合在基座上。如此，当叶轮通过轮毂相对基座转动时，叶轮本身的重量、旋转时的惯性力以及风力所产生的复杂外力等，将经由内齿轮及固定座传送至基座，使内齿轮直接承受这些外力的作用而容易变形，并严重影响齿轮箱输出功率的稳定性。

同时，由于轮毂与内齿轮联结，因此当内齿轮及行星齿轮箱等组件需要进行维修或更换时，则必需先将叶轮以重机具自基座上吊挂移除，或使用额外的装置将叶轮撑托固定后，才能拆卸齿轮箱，将齿轮箱自基座内拆除或进行维修。因此，时常造成齿轮箱的维修及更换困难，并且在维修过程中必需配合重机具的使用，徒然增加维修作业的复杂度及困难度，并导致齿轮箱的维修成本难以降低。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的目的在于提供一种动力传动装置及具有此动力传动装置的风力机，藉以改进现有风力机所配置的传动链不易自基座上组装及拆除的问题，以及现有传动链容易受到叶轮的重力、旋转时的惯性力及受风力吹动时的侧向力等外力以及叶轮所产生的扭力外用，所造成现有传动链因负载过大而易于变形损毁的问题。

为了实现上述目的，本发明揭露一种动力传动装置，包含有一基座、一主轴承、一扭力输入件、一连接件及至少一齿轮箱。主轴承的外环固联在基座上，扭力输入件可转动的设置于主轴承的内环，并且扭力输入件具有一轴心。连接件于基座内固定于扭力输入件上。齿轮箱可拆卸的设置于基座内，齿轮箱可沿扭力输入件的轴心结合于连接件，而联结于基座内；或者是沿扭力输入件的轴心自连接件上分离，而脱离于基座。

为了实现上述目的，本发明还揭露一种风力机，包含有一动力传动装置、一叶轮及一发电机。动力传动装置包含一基座、一主轴承、一扭力输入件、一连接件及至少一齿轮箱。主轴承的外环固联在基座上，扭力输入件可转动的设置于主轴承的内环，并且扭力输入件具有一轴心。连接件于基座内固定于扭力输入件上。齿轮箱固定于基座上，并利用连接件联结扭力输入件的轴心；或者是沿扭力输入件的轴心自连接件上分离，而脱离于基座。叶轮固定于扭力输入件相对连接件的另一侧，并通过主轴承支撑于基座上。发电机连接于齿轮箱相对叶轮的另一侧。

本发明提出一种优于现有风力机传动链的动力传动装置，此动力传动装置只需配置一主轴承，使用较少的传动组件，达到使动力传动装置减重的目的，进而节省风力机的安装成本。同时具有易组装的便利性，可节省风力机安装时间。此外，动力传动装置是利用一主轴承外环固定在基座上，并且以主轴承的内环直接支承叶轮，再使用法兰或联轴器等连接件联结叶轮的轮毂与齿轮箱。因此，当风力机的齿轮箱需要维修时，不需将风力机的叶轮拆除，即不需重新吊装叶轮，即可直接将齿轮箱拆除维修，可节省齿轮箱的保养时间与成本。

并且，齿轮箱采用多功率流设计，可将来自于叶轮的大扭力转换为多个小扭力，以降低动力传动装置于运作时所承受的负载，并且去除高成本的内齿轮组件，使本发明所揭露的动力传动装置具有较少的传动组件及易组装的特点，可大幅降低动力传动装置的制造、组装及维修成本。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明第一实施例的侧视示意图；

图2为本发明第二实施例的侧视示意图；

图3和图4为本发明其它实施例的侧视示意图。

其中，附图标记

10   动力传动装置

110  基座

111  主轴承

120  扭力输入件

121  轴心

130  连接件

140  齿轮箱

141  箱体

142  第一齿轮

1421 第一端

1422 第二端

143  齿轮轴

144  第二齿轮

145  输出齿轮

140′齿轮箱

142′第一齿轮

145′输出齿轮

150  行星齿轮组

151  输入端

152  输出端

20   叶轮

210  轮毂

220  叶片

30   发电机

40   风力机

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

本发明所揭露的动力传动装置是应用于风力机上，用以做为风力机的叶轮及发电机之间动力传递的媒介，使叶轮所产生的动力可传递至发电机以转换为电力输出。

如图1所示，本发明第一实施例所揭露的动力传动装置10是用以和一叶轮20及一发电机30组合形成一风力机40，其中叶轮20具有一轮毂210，并且在轮毂210上设置有至少一叶片220。动力传动装置10包含有一基座110、一扭力输入件120、一连接件130及一齿轮箱140，基座110的一端配置有一主轴承111，主轴承111的外环是固联于基座110的内壁面。扭力输入件120与主轴承111的内环联结，使扭力输入件120可转动的设置在主轴承111上，并具有一轴心121。叶轮20的轮毂210是固定于扭力输入件120上，以通过主轴承111做为支点而支撑于基座110上，并且可通过扭力输入件120相对基座110旋转。

连接件130设置于扭力输入件120与第一齿轮142之间，以联结扭力输入件120与第一齿轮142。连接件130可以是但不局限于法兰(flange)或联轴器(coupling)，在本实施例中是以连接件130为设置于扭力输入件120的轴心121位置上的联轴器做为举例说明，但并不以此为限。

齿轮箱140包含一箱体141，齿轮箱140是利用箱体141固定于基座110上。齿轮箱140并包含一第一齿轮142、多个齿轮轴143、多个第二齿轮144以及一输出齿轮145，并且第一齿轮142及输出齿轮145具有相同的轴心。其中，第一齿轮142具有一第一端1421及一第二端1422，第一齿轮142的第一端1421与多个齿轮轴143形成外齿啮合，第一齿轮142的第二端1422与连接件130相互结合。

多个齿轮轴143环绕设置于第一齿轮142的第一端1421，并且多个齿轮轴143的轴心与第一齿轮142及输出齿轮145的轴心相互平行。齿轮轴143的另一端则用以设置第二齿轮144。多个第二齿轮144与输出齿轮145形成外齿啮合，输出齿轮145的另一端连接于发电机30。

齿轮箱140是沿扭力输入件120的轴心121结合于连接件130，使第一齿轮142的第二端1422嵌合于连接件130，并且与扭力输入件120具有相同的轴心。同样地，若欲将齿轮箱140自基座110上卸除时，齿轮箱140也可沿扭力输入件120的轴心121从连接件130上分离，使齿轮箱140可轻易的组装在基座110上或是从基座110上卸除。

因此，在本发明中，当设置于基座110内的齿轮箱140需更换内部组成组件或者是为了进行维修作业而必须从基座110内取出时，使用者在解除连接件130与齿轮箱140之间的结合状态后，即可直接的沿着扭力输入件120的轴心121，朝向相反于连接件130的方向将齿轮箱140从基座110内卸除。由于在此过程中，不必预先将扭力输入件120连同叶轮20自基座110上卸除或者是预先将位于齿轮箱140上方的基座壳板拆除，便可以让齿轮箱140不受阻碍的从基座110内移除，因此可以免除叶轮20在脱离基座110时的吊挂作业以及基座壳板的拆除作业，即可达到让齿轮箱140易于组装及拆卸的功效，如此，除了可简化卸除作业的操作流程及时间外，并能有效降低齿轮箱140的维修及保养成本。

此外，在本发明所揭露的动力传动装置10中，由于只配置一主轴承111，并且省略了现有风力机中所使用的内齿轮，因此有效简化了动力传动装置10的组成组件，而达到使动力传动装置10轻量化的目的。并且，通过主轴承111做为扭力输入件120及叶轮20在基座110上的支点，使叶轮20及扭力输入件120的重量由主轴承111所承受，因此可避免齿轮箱140内所配置的齿轮遭受叶轮20本身的重力、叶轮20转动时的惯性力及叶轮20受风力作用所产生的侧向力等外力作用而损坏。

另外，由于在齿轮箱140中设置有多个齿轮轴143及多个第二齿轮144，因此当叶轮20相对基座110转动时所产生的扭力(或输入功率)，在经由扭力输入件120及连接件130传递至第一齿轮142后，可通过第一齿轮142与多个齿轮轴143相互啮合的配置方式，使多个齿轮轴143在齿轮箱140内部形成多个输入功率流动路径，用以将叶轮所产生的扭力分散至每一齿轮轴143上，而形成多个小扭力。之后，再通过与输出齿轮145相互啮合的多个第二齿轮144将这些小扭力传递至输出齿轮145。最后，再通过输出齿轮145集中输出至发电机30，以转换为电力。因此，通过多个齿轮轴143所提供的多功率流动路径，使大扭力分散成小扭力，以减轻齿轮所承受的负载。

同时，为了提高传动装置的速比，在本发明的其它实施例中，还可于动力传动装置中设置多个齿轮箱，以通过多个齿轮箱的协同作用来提高齿轮箱的输出转速，以配合不同发电机的额定转速。例如图2所示，本发明第二实施例所揭露的动力传动装置包含有二齿轮箱140、140’，其中一齿轮箱140’以第一齿轮连接于另一齿轮箱140的输出齿轮145，使二齿轮箱140、140’串联设置于基座110内，以提高输出至发电机30的转速。或者是如图3及图4所示，在本发明的其它实施例中，是通过在基座110内设置齿轮组150的方式来提高传动装置10的输出转速，齿轮组150的相对二侧面分别具有一输入端151及一输出端152，输入端151及输出端152可采用同轴方式，例如利用行星齿轮组(如图3所示)；或者是以平行轴方式设置(如图4所示)。齿轮组150以输入端151连接于齿轮箱140的输出齿轮145，并且以输入端151连接于发电机30，以通过齿轮组150与齿轮箱140的协同作用提高输出转速，以配合发电机30的额定转速。

本发明的功效在于，齿轮箱是沿扭力输入件的轴心组装于连接件或者是从连接件上拆除，让齿轮箱在进行维修或更换零组件时，在不必预先从基座上拆除叶轮及扭力输入件；或者是预先拆除基座上与齿轮箱相对应的壳板，便能实时的将齿轮箱从基座上卸除，因此可简化齿轮箱在基座内的组装或拆卸程序，并可节省齿轮箱的维修成本。同时，由于齿轮箱中只使用单一主轴承并省略了现有内齿轮的配置，因此减轻了动力传动装置的重量，如此，有助于动力传动装置的运送以及自风力机上组装或拆卸时的吊挂作业，使动力传动装置的运送及组装成本降低。

再则，由于主轴承可做为叶轮的支点而支撑于基座上，使叶轮本身的重量、转动时的惯性力以及受风力吹动时的侧向力等外力，可经由主轴承分散至基座，可避免叶轮所产生的外力作用于齿轮箱所造成齿轮箱的齿轮损毁的情形发生。并且，通过齿轮箱中设置多个齿轮轴及多个第二齿轮的配置方式，让齿轮箱具有多个功率流动路径，可分散叶轮所产生的扭力，以避免扭力过度集中于第一齿轮及输出齿轮上，因此可减轻齿轮箱所承受的负载。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (20)

1.一种动力传动装置，其特征在于，包含有：

一基座，配置有一主轴承；

一扭力输入件，转动的设置于该主轴承的内环，且该扭力输入件具有一轴心；

一连接件，于该基座内固定于该扭力输入件上；以及

至少一齿轮箱，能够拆卸的设置于该基座内，该齿轮箱是沿该轴心结合于该连接件而联结于该基座内，或者是沿该轴心自该连接件分离，而脱离于该基座。

2.根据权利要求1所述的动力传动装置，其特征在于，该连接件为法兰或联轴器。

3.根据权利要求1所述的动力传动装置，其特征在于，该齿轮箱包含有：

一箱体，能够拆卸的设置于该基座内；

一第一齿轮，转动的设置于该箱体，该第一齿轮具有一第一端及一第二端，该第一端设置于该箱体内，该第二端能够拆卸的结合于该连接件；

多个齿轮轴，转动的设置于该箱体内，且该多个齿轮轴的一端啮合于该第一齿轮的该第一端；

多个第二齿轮，对应设置于该多个齿轮轴的另一端；以及

一输出齿轮，转动的设置于该箱体，该输出齿轮的一端啮合于该多个第二齿轮，另一端穿过该箱体相对该连接件的另一侧；

其中，该扭力输入件经由该连接件驱动该第一齿轮转动，一并带动该多个齿轮轴及该多个第二齿轮转动，令该多个第二齿轮驱动该输出齿轮转动。

4.根据权利要求3所述的动力传动装置，其特征在于，该扭力输入件、该第一齿轮及该输出齿轮具有相同的轴心。

5.根据权利要求3所述的动力传动装置，其特征在于，该多个齿轮轴的轴心及该第一齿轮的轴心相互平行。

6.根据权利要求3所述的动力传动装置，其特征在于，该多个齿轮轴环绕于该第一齿轮及该输出齿轮。

7.根据权利要求3所述的动力传动装置，其特征在于，包含有两个该齿轮箱，所述两个该齿轮箱之间通过该输出齿轮及该第一齿轮相互连接。

8.根据权利要求3所述的动力传动装置，其特征在于，还包含一行星齿轮组，该行星齿轮组的相对两侧分别具有一输入端及一输出端，该行星齿轮组以该输入端连接于该输出齿轮。

9.根据权利要求8所述的动力传动装置，其特征在于，该输入端及该输出端同轴设置于该行星齿轮组。

10.根据权利要求3所述的动力传动装置，其特征在于，还包含一平行轴齿轮组，连接于该输出齿轮。

11.一种风力机，其特征在于，包含有：

一动力传动装置，包含有：一基座、一扭力输入件、一连接件以及至少一齿轮箱，该基座配置有一主轴承；该扭力输入件转动的设置于该主轴承的内环，且该扭力输入件具有一轴心；该连接件于该基座内固定于该扭力输入件上；所述至少一齿轮箱能够拆卸的设置于该基座内，该齿轮箱是沿该轴心结合于该连接件而联结于该基座内，或者是沿该轴心自该连接件分离，而脱离于该基座；

一叶轮，固定于该扭力输入件相对该连接件的另一侧，并通过该主轴承支撑于该基座上；以及

一发电机，连接于该齿轮箱相对该叶轮的另一侧。

12.根据权利要求11所述的风力机，其特征在于，该连接件为法兰或联轴器。

13.根据权利要求11所述的风力机，其特征在于，该齿轮箱包含有：

一箱体，能够拆卸的设置于该基座内；

一第一齿轮，转动的设置于该箱体，该第一齿轮具有一第一端及一第二端，该第一端设置于该箱体内，该第二端能够拆卸的结合于该连接件；

多个齿轮轴，转动的设置于该箱体内，且该多个齿轮轴的一端啮合于该第一齿轮的该第一端；

多个第二齿轮，对应设置于该多个齿轮轴的另一端；以及

一输出齿轮，转动的设置于该箱体，该输出齿轮的一端啮合于该多个第二齿轮，另一端穿过该箱体相对该连接件的另一侧，而连接于该发电机；

其中，该扭力输入件经由该连接件驱动该第一齿轮转动，一并带动该多个齿轮轴及该多个第二齿轮转动，令该多个第二齿轮驱动该输出齿轮转动。

14.根据权利要求13所述的风力机，其特征在于，该扭力输入件、该第一齿轮及该输出齿轮具有相同的轴心。

15.根据权利要求13所述的风力机，其特征在于，该多个齿轮轴的轴心及该第一齿轮的轴心相互平行。

16.根据权利要求13所述的风力机，其特征在于，该多个齿轮轴环绕于该第一齿轮及该输出齿轮。

17.根据权利要求13所述的风力机，其特征在于，包含有两个该齿轮箱，所述两个该齿轮箱之间通过该输出齿轮及该第一齿轮相互连接。

18.根据权利要求13所述的风力机，其特征在于，还包含有一行星齿轮组，该行星齿轮组的相对两侧分别具有一输入端及一输出端，该行星齿轮组以该输入端连接于该输出齿轮。

19.根据权利要求18所述的风力机，其特征在于，该输入端及该输出端同轴设置于该行星齿轮组。

20.根据权利要求13所述的风力机，其特征在于，还包含一平行轴齿轮组，连接于该输出齿轮。

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