CN103047399A - 齿轮单元以及用于控制齿轮单元的润滑泵的方法 - Google Patents

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Abstract

一种齿轮单元，包括：轴(101、102)，用于连接至外部机械系统；在所述轴之间的至少一个齿轮级(103)；润滑泵(104)，用于使润滑油循环通过齿轮单元的至少一个齿轮级和轴承；温度传感器(105)，用于测量润滑油的温度并且提供温度信号；电动机(107)，用于驱动润滑泵；以及电气设备(108)，用于控制电动机从而使作用于润滑泵的扭矩低于扭矩极限。扭矩极限基于所测量的润滑油的温度而动态的确定。该设置使得能够使润滑泵在冷启动过程期间免于机械故障，从而避免不必要地限制将减慢冷启动过程的扭矩极限。

Description

齿轮单元以及用于控制齿轮单元的润滑泵的方法
技术领域
本发明涉及一种齿轮单元并且涉及一种用于控制齿轮单元的润滑泵的方法。此外，本发明涉及一种用于控制齿轮单元的润滑泵的计算机程序。
背景技术
齿轮单元的润滑系统通常包括润滑泵，所述润滑泵被布置成使润滑油循环通过齿轮单元的一个齿轮级或者多个齿轮级并且通过齿轮单元的轴承。由于润滑油的粘度主要取决于温度，因此润滑泵必须以如下方式设计和操作，即润滑泵即使在润滑油是冰冷的并且因此其粘度是相对较高的情况下也不会被损坏。
原则上，能够预加热润滑油从而使润滑油在所有情况下都足够温暖到以与齿轮单元的正常使用期间相同的方式泵送。然而，在齿轮单元预备好之前，使得润滑油在冷启动的情况下也能足够温暖到以与正常使用相同的方式泵送的预热耗费时间并且消耗能量。因此，与正常使用相比，润滑泵在冷起动情况下通常以较小的扭矩和速度旋转。
然而，在冷启动过程所需的时间和润滑泵的故障风险以及另外的磨损之间存在折衷，使得扭矩和转速的更高上限在冷启动过程中导致更短的冷启动过程但是也同时导致故障风险的增加以及润滑泵的磨损的增加。为了使故障风险以及润滑泵的磨损保持在足够低的水平上，当选定在冷启动过程中使用的扭矩极限和转速极限时，就需要安全余量。然而，这有时候导致冷启动过程的持续时间会令人不满意的长的情况。
发明内容
下文陈述简要的发明内容，以便提供本发明不同实施例的若干方面的基本理解。发明内容不是本发明的广泛概述。该发明内容的意图不在于确定本发明的关键或重要元素，也不在于描述本发明的范围。下文的发明内容仅仅是以简化的形式陈述本发明的若干概念，作为本发明的示例性实施例的更详细描述的开始。
在本发明中，使用术语大齿轮指代有齿的，旋转机件。两个或更多个啮合的齿轮构成齿轮级。同样地，术语齿轮在本文献中指代机械系统，其具有第一轴和第二轴，在第一轴和第二轴之间，一个或更多个齿轮级提供在旋转轴线方向上的速度和扭矩的转换和/或改变。齿轮单元包括适当的齿轮并且可以包括辅助增强系统，比如测量仪器、控制以及润滑装置。
根据本发明的第一方面，提供一种新的齿轮单元，所述齿轮单元包括：
-第一轴和第二轴，用于连接至外部机械系统；
-在第一和第二轴之间的至少一个齿轮级；
-润滑泵，用于使润滑油循环通过齿轮单元的至少一个齿轮级和轴承；
-温度传感器，用于测量润滑油的温度并且提供代表润滑油的温度的温度信号；
-电动机，用于驱动润滑泵；以及
-电气设备，用于使电动机通电以及控制电动机，从而使作用于润滑泵的扭矩低于扭矩极限，
其中，电气设备被布置成响应于温度信号的变化而改变扭矩极限。
因为作用于润滑泵的最大可容许的扭矩响应于所测量的润滑油的温度的变化而改变并且因此扭矩极限能够根据所测量的温度而被动态地改变，能够以如下方式使润滑泵在冷启动过程期间免于机械故障，即避免以将会使冷启动过程减速的不必要的严格的扭矩极限的方式。。因此，本发明解决了存在于很多现有技术的齿轮单元中的其中在冷启动过程期间使用固定的扭矩极限的技术问题，并且因此冷启动过程所需的时间和故障风险以及润滑泵的磨损之间的折衷将更为方便。
在根据本发明的示例性及优选的实施例的齿轮单元中，电气设备还被布置成控制电动机从而使润滑泵的转速低于速度极限，并且被布置成响应于温度信号的变化而改变速度极限。在根据本发明的此实施例的齿轮单元中，最大的可容许的扭矩和最大的可容许的转速两者都基于所测量的润滑油的温度确定。这个布置使得能够以如下方式使润滑泵在冷启动过程期间免于机械故障，即避免以将会使冷启动过程减速的不必要的严格的扭矩极限的方式。
润滑泵例如能够但非必要地以由静止变频器馈送的交流电动机驱动，例如感应电动机。在此情况下，扭矩极限可以利用电流极限实现而速度极限可以利用频率极限实现。
根据本发明的第二个方面，提供一种用于控制齿轮单元的润滑泵的新方法。该方法包括：
-测量通过润滑泵循环的润滑油的温度；
-控制驱动润滑泵的电动机，从而使作用于润滑泵的扭矩小于扭矩极限；以及
-响应于所测量的润滑油的温度的变化而改变扭矩极限。
根据本发明的第三个方面，提供一种用于控制齿轮单元的润滑泵的新计算机程序。该计算机程序包括计算机可执行的指令，用于控制可编程处理器以：
-发送扭矩极限至驱动润滑泵的电气系统，扭矩极限表示的是作用于润滑泵的最大可容许扭矩；以及
-响应于代表所测量的润滑油的温度的信号的变化而改变扭矩极限。
根据本发明的计算机程序产品包括编码有根据本发明所述的计算机程序的非易失性的计算机可读介质，比如光盘(“CD”)。
多个本发明的示例性实施例在所附的从属权利要求中描述。
当结合附图进行阅读时根据随后的具体的示例性实施例的描述将更好地理解本发明的多种示例性实施例、构造和操作的方法以及本发明的另外的目标和优点。
动词“包括”在本发明中用作开放式的限制，即既不排除也不需要未陈述的特征的存在。除非有另有明示，在从属权利要求中陈述的特征可以相互自由组合。
附图说明
本发明的示例性实施例以及优点在下文中以示例的形式并且参照附图更详细地阐述，其中：
图1示出根据本发明的实施例的齿轮单元的示意图，并且
图2示出根据本发明的实施例的用于控制齿轮单元的润滑泵的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的有利的示例性实施例的齿轮单元100的示意图。该齿轮单元包括用于连接至外部机械系统的第一轴101和第二轴102。外部机械系统可以例如但非必要地包括能够连接至轴101的风力涡轮机和能够连接至轴102的发电机，即齿轮单元能够例如是适于风能应用的齿轮单元。齿轮单元在轴101和102之间包括至少一个齿轮级103。所述至少一个齿轮级可以例如包括一个或更多个行星齿轮级，一个或更多个圆柱齿轮级和/或一个或更多个锥形齿轮级，或上述种类的齿轮级的组合。齿轮单元包括润滑泵104，用于使润滑油循环通过齿轮单元的至少一个齿轮级以及轴承109。润滑泵可以是例如齿轮式泵。在图1所示的示例性实施例中，齿轮单元包括油箱110，其构成润滑油的循环路径的一部分。还能够的是存在油槽106，其代替油箱110构成润滑油的储存器或者构成除了油箱110外的润滑油的储存器。齿轮单元包括温度传感器105，用于测量润滑油的温度并且提供代表所测量的温度的温度信号。温度传感器优选地被布置成从润滑泵104的入口测量润滑油的温度。然而，例如从油箱110测量温度也是可以的。此外，通过测量润滑泵的入口管的温度或者通过测量润滑泵自身的温度而以间接的方式测量润滑油的温度也是可以的。齿轮单元包括：电动机107，用于驱动润滑泵104；以及电气设备108，用于使电动机通电以及控制电动机，从而使作用于润滑泵的扭矩小于扭矩极限。电气设备108被布置成响应于温度信号的变化而改变扭矩极限，从而使扭矩极限根据所测量的润滑油的温度而动态地改变。润滑泵的转速取决于润滑泵在被抽取的润滑油的普遍温度和压力下的扭矩速度特性。润滑泵104的转速优选地限制成低于速度极限。
在根据本发明的实施例的齿轮单元中，电气设备108被布置成当润滑油的温度低于润滑油的润滑能力处于最佳的点的时候响应于润滑油的温度的升高而升高扭矩极限，即通过升高扭矩来利用由于温度的升高而提高的润滑能力，以便缩短冷启动过程。
在根据本发明的实施例的齿轮单元中，电气设备108被布置成响应于温度信号的变化而改变速度极限。因此，最大可容许的扭矩和最大可容许的转速都能够响应于所测量的润滑油的温度而动态地改变。
在根据本发明的另一实施例的齿轮单元中，电气设备108被布置成响应于润滑油的温度的升高而升高速度极限并且降低扭矩极限。因此，当润滑油变热时，作用于润滑泵的机械功率的上限可以被维持成大体上恒定。在确定电动机107和电气设备108的尺寸时，存在机械动力的上限的事实可以被利用。
结合根据本发明的若干实施例的齿轮单元，润滑油的温度范围被分成多个连续的子范围。在根据本发明的实施例的齿轮单元中，电气设备108被布置成为针对每个子范围使用子范围特定扭矩极限。在根据本发明的实施例的齿轮单元中，电气设备108被布置成为针对每个子范围使用子范围特定扭矩极限以及子范围特定速度极限。连续的子范围例如能够是：低于-10℃、-10℃...+10℃、+10℃...+40℃、高于+40℃。
在根据本发明实施例的齿轮单元中，电气设备108被布置成当所测量的润滑油的温度低于第一预定温度极限例如+40℃时，启动用于加热润滑油的油加热元件112。
在根据本发明的实施例的齿轮单元中，电气设备108被布置成当所测量的润滑油的温度低于比第一温度极限低的第二预定温度极限例如10℃时，启动用于加热润滑油的油加热元件112并且还启动用于加热润滑泵104的泵加热元件113。
在根据本发明的实施例的齿轮单元中，电气设备108被布置成当所测量的润滑油的温度高于比第一温度极限和第二温度极限高的第三预定温度极限例如+50℃时，启动用于冷却润滑油的油冷却元件114的鼓风机115。
在根据本发明实施例的齿轮单元中，电动机107是交流电动机且电气设备108包括被布置成向电动机提供电能的变频器。交流电动机例如可以是三相感应电动机。在如图1所示的示例性实施例中，电气设备108由三相电网116供能。变频器能够被布置成实施对扭矩的限制从而使电动机的电流的振幅或者有效值，例如均方根(RMS)低于电流极限，并且变频器能够被布置成实施对润滑泵的转速的限制从而使电动机的供给电压的频率低于频率极限。当变频器被布置成应用如下矢量控制原理时，能够实现对扭矩更精确的控制：在所述矢量控制原理中，控制电动机的电压和电流的振幅和瞬时相位两者，而不是仅仅控制振幅和频率。同样能够的是电动机107是直流(“DC”)电动机，在这种情况下，电气设备108可以包括例如可控硅桥，用于使直流电动机通电以及控制直流电动机。
根据本发明实施例的齿轮单元包括过滤元件117，用于从润滑油中除去杂质。
根据本发明的实施例的齿轮单元包括传感器元件118，用于监控润滑油的状况。传感器元件例如能够响应于润滑油的纯度和/或润滑油的含水量。
图2示出根据本发明的实施例的用于控制齿轮单元的润滑泵的方法的流程图。该方法包括：
-动作201：测量通过润滑泵循环的润滑油的温度；
-动作202：控制驱动润滑泵的的电动机，从而使作用于润滑泵的扭矩低于扭矩极限；以及
-动作203：响应于所测量的润滑油的温度的变化而改变扭矩极限。
根据本发明的实施例的方法包括当润滑油的温度低于润滑油的润滑能力处于最佳的点的时候，响应于润滑油的温度的升高而提高扭矩极限，即，通过升高扭矩来利用由温度的升高导致的增加的润滑能力，以便缩短冷启动过程。
根据本发明的实施例的方法包括：控制电动机从而使作用于润滑泵的扭矩低于扭矩极限并且润滑泵的转速低于速度极限；和响应于所测量的润滑油的温度的变化而改变扭矩极限和速度极限。
在根据本发明的实施例的方法中，响应于润滑油的温度的升高而升高速度极限并且降低扭矩极限。因此，当润滑油被加热时，作用于润滑泵的机械动力的上限能够被维持成大体上恒定。
在根据本发明的实施例的方法中，润滑油的温度范围被分成多个连续的子范围，并且针对每个子范围使用子范围特定速度极限。
在根据本发明的实施例的方法中，润滑油的温度范围被分成多个连续的子范围，并且针对每个子范围使用子范围特定扭矩极限和子范围特定速度极限。
在根据本发明的实施例的方法中，电动机是交流电动机，并且通过限制电动机的电流的振幅或者有效值低于电流极限而限制扭矩，并且通过限制电动机的供给电压的频率低于频率极限而限制润滑泵的转速。
在根据本发明的实施例的方法中，从润滑泵的入口测量润滑油的温度。
根据本发明的实施例的计算机程序包括用于控制齿轮单元的润滑泵的软件模块。所述软件模块包括计算机可执行的指令，用于控制可编程处理器的处理器以：
-发送扭矩极限至驱动润滑泵的电气系统，扭矩极限表示的是作用于润滑泵的最大可容许扭矩；并且
-响应于代表所测量的润滑油的温度的信号的变化而改变扭矩极限。
软件模块例如能够是利用合适的编程语言产生的子程序和函数。
根据本发明的实施例的计算机程序产品包括计算机可读介质例如光盘(“CD”)，编码有根据本发明的实施例的计算机程序。
根据本发明的实施例的信号被编码成携带定义了根据本发明的实施例的计算机程序的信息。
在以上说明书中提供的具体实施例不应当解释为限制。因此，本发明不仅限于上述实施例。

Claims (15)

1.一种齿轮单元(100)，包括：
-第一轴(101)和第二轴(102)，用于连接至外部机械系统；
-所述第一轴和第二轴之间的至少一个齿轮级(103)；
-润滑泵(104)，用于使润滑油循环通过所述齿轮单元的所述至少一个齿轮级和轴承(109)；
-温度传感器(105)，用于测量所述润滑油的温度并且提供代表所述润滑油的温度的温度信号，
-电动机(107)，用于驱动所述润滑泵；以及
-电气设备(108)，用于使所述电动机通电并且控制所述电动机，从而使作用于所述润滑泵的扭矩低于扭矩极限，
其特征在于，所述电气设备被布置成响应于所述温度信号的变化而改变所述扭矩极限。
2.根据权利要求1所述的齿轮单元，其中，所述电气设备被布置成控制所述电动机从而使所述润滑泵的转速低于速度极限，并且所述电气设备被布置成响应于所述温度信号的变化而改变所述速度极限。
3.根据权利要求2所述的齿轮单元，其中，所述电气设备被布置成响应于所述润滑油的温度的升高而升高所述速度极限并且降低所述扭矩极限。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的齿轮单元，其中，所述润滑油的温度的范围包括多个连续的子范围，并且所述电气设备被布置成针对所述子范围中的每个子范围使用子范围特定扭矩极限。
5.根据权利要求4所述的齿轮单元，其中，所述连续的子范围是：低于-10℃、-10℃......+10℃、+10℃...+40℃、高于+40℃。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的齿轮单元，其中，所述电动机是交流电动机，并且所述电气设备包括被布置成向所述电动机提供电能的变频器。
7.根据权利要求6所述的齿轮单元，其中，所述变频器被布置成限制所述扭矩从而使所述电动机的电流的振幅低于电流极限，并且所述变频器被布置成限制所述润滑泵的转速从而使所述电动机的供给电压的频率低于频率极限。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的齿轮单元，其中，所述温度传感器(105)被布置成从所述润滑泵的入口测量所述润滑油的温度。
9.一种用于控制齿轮单元的润滑泵的方法，所述方法包括：
-测量(201)通过所述润滑泵循环的润滑油的温度；和
-控制(202)驱动所述润滑泵的电动机，从而使作用于所述润滑泵的扭矩小于扭矩极限；
其特征在于，所述方法包括响应于所测量的所述润滑油的温度的变化而改变(203)所述扭矩极限。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法包括：控制所述电动机从而使所述润滑泵的转速小于速度极限；和响应于所测量的温度的变化而改变所述速度极限。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，响应于所述润滑油的温度的升高而升高所述速度极限并且降低所述扭矩极限。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其中，所述润滑油的温度的范围分成多个连续的子范围，并且对于所述子范围中的每个子范围使用子范围特定扭矩极限。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述电动机是交流电动机，并且通过将所述电动机的电流的振幅限制到低于电流极限而限制所述扭矩，并且通过将所述电动机的供给电压的频率限制到低于频率极限而限制所述润滑泵的转速。
14.根据权利要求9至13中的任一项所述的方法，其中，从所述润滑泵的入口测量所述润滑油的温度。
15.一种用于控制齿轮单元的润滑泵的计算机程序，所述计算机程序包括用于控制可编程处理器以将扭矩极限发送至驱动所述润滑泵的电气系统的计算机可执行指令，所述扭矩极限表示作用于所述润滑泵的最大可容许扭矩，其特征在于，所述计算机程序还包括用于控制所述可编程处理器以响应于代表所测量的润滑油的温度的信号的变化而改变所述扭矩极限的计算机可执行指令。
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