CN103890386B - 用于工业应用或风力发电设备的传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于工业应用或风力发电设备的传动装置，其具有用于检测作用于驱动轴(101)、输出轴(102)或能够通过驱动轴(101)驱动的轴的转矩的探测装置(109)。该探测装置(109)与集成的能量产生装置电连接。该能量产生装置配有转子(192)，该转子布置在传动装置壳体(103)的内部并抗扭地与能够通过驱动轴(101)驱动的轴相连接。该轴配有通过壳体顶盖(193)固定的轴承(194)。在此，壳体顶盖(193)围绕着转子(192)。能量产生装置配有定子(191)，该定子在传动装置壳体(103)的内部安装在壳体顶盖(193)上。

Description

用于工业应用或风力发电设备的传动装置
技术领域
本发明涉及一种用于工业应用或风力发电设备的传动装置。
背景技术
用于工业应用或风力发电设备的传动装置在它们的使用寿命期间需承受转矩和弯矩以及轴向和径向的力。为了设计传动装置而应用由使用者方面限定的负荷谱。偏离该负荷谱的实际负载可能导致使用寿命缩短和加工、制造或能量产生过程中断。出于这一原因，特别是对于运行控制和机器设计而言，检测在传动装置中出现的实际负载是非常重要的。
由专利文献DE 103 21 210 A1公开了一种用于利用多个分别固定在可活动的外啮合齿轮薄膜上的延伸传感器(Dehnungsfuehler)在传动装置中进行转矩检测的方法，在该方法中，在延伸传感器的输出信号组合形成最终的测量信号之前，对该输出信号的增强分别被提高。对延伸传感器输出信号的增强程度的调节能够实现对包含在输出信号中的旋转波度(Drehwelligkeit)的补偿。
在专利文献GB 2 385 425 A中说明了一种用于在传动装置中进行转矩测量的方法，在该方法中，在传动轴的两个端部上分别布置无接触式的旋转角传感器，该无接触式的旋转角传感器与配属的探测器单元共同起作用。在此，探测器单元分别安装在壳体壁或壳体顶盖上。借助于这两个探测器单元推导出相位差信号，该相位差信号是传动轴的取决于负载的扭转程度的计量标准。从传动轴的已知的抗扭强度和测量到的扭转程度计算出作用于传动轴的转矩。
由专利文献DE 38 04 389 A1公开了一种用于对在传动装置中出现的过载力矩进行检测的测量装置，在该测量装置中，在驱动轴的内部布置有测量装置，该测量装置包括光学发射器、反射镜以及光电接收器。在过载时，驱动轴发生弯曲，与轴线正交地布置的反射镜由此使由光学发射器发出的激光束转向。经过转向的反射光束在光电接收器上产生电子信号，该电子信号触发过载保护。
在专利文献WO 2011/012497 A9中说明了一种传动装置，其驱动轴或者输出轴在壳体开口的区域内具有经过磁编码或光学编码部段。其编码能够通过转矩或力对驱动轴或输出轴所起的作用而发生改变。借助于探测装置对用于驱动轴或输出轴的磁编码或光学编码进行无接触式的检测。该探测装置布置在围绕着驱动轴或输出轴的经过磁编码或光学编码部段的壳体顶盖中，并与用于检测负载谱的分析装置电连接。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种能够可靠地识别危险性的传动装置过载的传动装置。
根据本发明，该目的通过一种用于工业应用或风力发电设备的传动装置实现。
根据本发明的传动装置包括至少一个驱动轴和至少一个输出轴，这些驱动轴和输出轴从驱动装置壳体上的相应的开口中穿过。此外还设有至少一个与驱动轴相连接的齿轮和至少一个与输出轴相连接的齿轮，这些齿轮直接地或间接地保持相互啮合。此外，根据本发明的传动装置还包括至少一个用于检测作用于驱动轴、输出轴或能够通过驱动轴驱动的轴的转矩的探测装置。该探测装置与集成的能量产生装置电连接。该能量产生装置配有转子，该转子布置在传动装置壳体的内部并且抗扭地与能够通过驱动轴驱动的轴相连接。该轴配有通过壳体顶盖固定的轴承。此外，壳体顶盖围绕转子。此外，能量产生装置配有定子，该定子在传动装置壳体的内部安装在壳体顶盖上。在此，在转子和定子之间形成气隙。此外，探测装置还与用于检测负载谱的分析装置相连接。用于探测装置的能量产生装置集成在根据本发明的传动装置中，由此基于对探测装置的自给自足的能量供应获得更高的可靠性。
附图说明
以下将借助于实施例并通过附图对本发明进行详细的说明。图中示出：
图1示出根据本发明的第一传动装置的示意图，
图2示出根据本发明的第二传动装置的示意图，
图3示出集成在根据图1的传动装置中的、用于转矩探测装置的能量产生装置的第一种变体的横截面图，
图4示出集成的能量产生装置的第二种变体的横截面图，
图5示出集成的能量产生装置的第三种变体的横截面图，
图6示出具有磁编码的轴部段的透视图，
图7示出具有一个励磁线圈和多个测量线圈的探测装置的透视图，
图8示出具有光学编码的轴部段的透视图，
图9示出具有多个以惠斯通电桥的方式连接的应变测量条的轴部段的透视图。
具体实施方式
在图1中示例性示出的传动装置包括安装在传动装置壳体103中的驱动轴101和输出轴102。驱动轴101与第一行星齿轮级104的太阳轮111相连接，而输出轴102则与第二行星齿轮级105的包括多个行星齿轮123的行星架122相连接。第一行星齿轮级104此外还包括行星架112，该行星架容纳多个与固定的齿环114啮合的行星齿轮113，并与第二行星齿轮级105的太阳轮121相连接。第二行星齿轮级105同样具有固定的齿环124，该齿环与第二行星齿轮级105的行星齿轮123相啮合。
传动装置壳体103在端侧分别通过壳体顶盖106闭合。壳体顶盖106具有用于驱动轴101和输出轴102的轴承107，108的容纳部或者引导部件。在本实施例中，在输出轴102的轴承108的区域内设有转矩传感器109，该转矩传感器与分析装置110电连接。代替转矩传感器或者除了其以外，也可以设有用于检测转数、力、弯矩或位置的传感器。根据一种优选的实施方式，通过分析装置110检测作为负荷谱的转矩测量值和对应的转数测量值。也可以附加地在驱动轴101的轴承107的区域内设有转矩传感器。转矩传感器109包括驱动轴或输出轴的经过磁编码或光学编码的部段，以及包括用于无接触式地检测驱动轴或输出轴的磁编码或光学编码的探测装置。
在图1中示出的传动装置的转矩传感器109包括集成的能量产生装置。根据图3至5，该能量产生装置配有转子192，该转子布置在传动装置壳体103的内部，并且抗扭地与能够通过驱动轴101驱动的轴190相连接。该轴可以例如是输出轴，并且借助于通过壳体顶盖193固定的轴承194支撑在一个端部上。在此，壳体顶盖193围绕着转子192。此外，能量生成装置配有定子191，该定子在传动装置壳体103的内部安装在壳体顶盖上193。在此，在转子192和定子191之间形成气隙。
在图2中示出的传动装置中，能量供应装置的定子191和转子192与转矩传感器109在空间上分离地布置。在此，能量供应装置固定在驱动侧的壳体顶盖106上，而转矩传感器109以及附加的转数传感器则安装在输出侧的壳体顶盖106上。
在能量产生装置在图3中示出的第一种变体中，壳体顶盖193具有开口，与转子192抗扭连接的轴从该开口中穿过。在此，能量产生装置设计为永久励磁的、具有径向延伸的气隙的内转子发电机，并且转子192插在与其抗扭连接的轴190上以及轴向地布置在轴承194和轴密封圈195之间。
根据在图4中示出的第二种变体和在图5中示出的第三种变体，壳体顶盖193形成用于轴承194的轴承座。在这两种情况下，壳体顶盖193都基本上是闭合的并且布置在与转子192抗扭连接的轴190的一个端部上。壳体顶盖193此外还具有用于供电线路的套管。
在图4中示出的第二种变体中，能量产生装置设计为永久励磁的发电机，其气隙轴向地在转子192和定子191之间延伸。而在图5中示出的第三种变体中的能量产生装置则设计为永久励磁的外转子发电机，其气隙径向地在转子192和定子191之间延伸。从原则上来说也可以设计为内转子发电机。根据图5，能量产生装置在与转子192抗扭连接的轴190的壳体顶盖侧的端部上插入轴190的通孔中。此外，在壳体顶盖193上还安装有用于定子191的、设计为臂的转矩支承件196。在此，转矩支承件196具有用于电线的套管197。
分析装置110包括用于记录传动装置负载走向曲线的存储单元。表征传动装置负载走向曲线的转矩测量值或力测量值以及对应的转数测量值作为转数-转矩-负荷谱被储存在存储单元中。在此，转数-转矩-负荷谱表现了在传动装置工作期间测量值或测量值范围在时间上的部分。此外，分析装置110还具有总线端口，并且根据一种有利的实施方式，通过总线系统130与驱动传动装置的发动机的或由传动装置驱动的发电机的调节或控制装置140相连接。
在图6和7中示出的是，驱动轴或输出轴201，301在它们穿过传动装置壳体上的相应的开口的区域内具有经过磁编码或光学编码的部段202，302。其编码能够通过转矩或力对驱动轴或输出轴201，301所起的作用而发生改变。
经过磁编码的部段202具有预设的一维或多维的磁化轮廓。在此，从预设的磁化轮廓中得到的叠加磁场与作用于驱动轴或输出轴201的转矩成正比。与经过磁编码的部段202相应地设有探测装置，该探测装置包括多个磁场传感器、例如电线圈203。
驱动轴或输出轴此外还可以具有铁磁部段，其透磁率与编码相符。根据图8中的示意图，探测装置在这种情况下具有居中布置的、用于产生穿过驱动轴或输出401的铁磁部段的磁通量的励磁线圈402和多个用于检测受到铁磁段的透磁率影响的磁通量的测量线圈403。
从图7中可以看出，在驱动轴或输出轴301的经过光学编码的部段302中布置了具有多个反射点的光学应变测量条321，反射点之间的距离能够通过转矩或者力对驱动轴或输出轴301所起的作用而发生改变。在这种情况下，探测装置包括指向反射点的光源302，该光源中集成了用于对通过反射点反射的光波长进行波长测定的光传感器。
根据在图9中示出的实施变体，在驱动轴或输出轴501上，在其穿过传动装置壳体上的相应的开口的区域内布置有多个以惠斯通电桥形式相互连接的应变测量条511-514。驱动轴或输出轴501的取决于转矩的扭转引起惠斯通电桥的最终得出的电阻的改变。可以这样测定这种电阻改变，即在惠斯通电桥的第一接头521和第二接头522之间施加输入电压，并在惠斯通电桥的第三接头523和第四接头524之间分接输出电压。如果以应变测量条511-514代替测量线圈并且附加地应用励磁线圈，那么也能够在惠斯通电桥的基础上实现感应式的转矩传感器。
转矩传感器109的能量供应在传动装置工作期间优选地通过前述的能量产生装置进行。此外，当传动装置不运转或仅以较低的转数运转时，还优选地设有用于供应能量的辅助蓄电池。
此外，当传动装置经过较长时间的驱动时，则为转矩传感器109和分析装置110分别设有待机模式。一旦传动装置被重新驱动，便例如产生触发信号，利用该触发信号将转矩传感器109和分析装置110重新从待机模式中激活。
本发明的应用不局限于所说明的实施例。

Claims (13)

1.一种用于工业应用或风力发电设备的传动装置，所述传动装置具有
-至少一个驱动轴(101)和至少一个输出轴(102)，所述驱动轴和所述输出轴从传动装置壳体(103)上的相应的开口中穿过，
-至少一个与所述驱动轴(101)相连接的齿轮(111)和至少一个与所述输出轴(102)相连接的齿轮(123)，这些所述齿轮直接地或间接地保持相互啮合，
-用于检测作用于所述驱动轴(101)、所述输出轴(102)或能够通过所述驱动轴(101)驱动的轴(190)的转矩的至少一个探测装置(109)，
-与所述至少一个探测装置(109)电连接的能量产生装置，
-分配给所述能量产生装置的转子(192)，所述转子布置在所述传动装置壳体(103)的内部并且抗扭地与能够通过所述驱动轴(101)驱动的轴(102，190)连接，所述轴配有通过壳体顶盖(193)固定的轴承(194)，其中，所述壳体顶盖(193)围绕着所述转子(192)，
-分配给所述能量产生装置的定子(191)，所述定子在所述传动装置壳体(103)的内部安装在所述壳体顶盖(193)上，其中，在所述转子(192)和所述定子(191)之间形成气隙，
-与所述至少一个探测装置(109)相连接的、用于检测载荷谱的分析装置(110)。
2.根据权利要求1所述的传动装置，其中，所述壳体顶盖(193)形成轴承座，所述轴承座被分配给与所述转子(192)抗扭连接的轴(190)。
3.根据权利要求1或2所述的传动装置，其中，所述壳体顶盖(193)基本上是闭合的并且布置在与所述转子(192)抗扭连接的所述轴(190)的端部上。
4.根据权利要求3所述的传动装置，其中，所述气隙轴向地在所述转子(192)和所述定子(192)之间延伸。
5.根据权利要求3所述的传动装置，其中，所述气隙径向地在所述转子(192)和所述定子(192)之间延伸。
6.根据权利要求5所述的传动装置，其中，所述能量产生装置是内转子发电机。
7.根据权利要求5所述的传动装置，其中，所述能量产生装置是外转子发电机，所述外转子发电机在与所述转子(192)抗扭连接的所述轴(190)的壳体顶盖侧的所述端部上插入所述轴(190)的通孔中。
8.根据权利要求7所述的传动装置，其中，在所述壳体顶盖(193)上安装用于所述定子(191)的、设计为臂的转矩支承件(196)，并且其中，所述转矩支承件(196)具有用于电线的套管(197)。
9.根据权利要求1或2所述的传动装置，其中，所述壳体顶盖(193)具有开口，与所述转子(192)抗扭连接的所述轴(190)从所述开口中穿过，并且其中，所述转子(192)插在所述与所述转子抗扭连接的所述轴(190)上。
10.根据权利要求9所述的传动装置，其中，所述气隙径向地在所述转子(192)和所述定子(191)之间延伸，并且其中，所述能量产生装置是内转子发电机。
11.根据权利要求1或2所述的传动装置，其中，所述分析装置(110)具有用于记录传动装置负载走向曲线的存储单元。
12.根据权利要求11所述的传动装置，其中，表征所述传动装置负载走向曲线的转矩和/或力测量值能够作为负荷谱储存在所述存储单元中，所述负荷谱表现的是测量值或测量值范围在传动装置工作期间在时间上的部分。
13.根据权利要求1或2所述的传动装置，其中，所述分析装置(109)与驱动所述传动装置的发动机或由所述传动装置驱动的发电机的调节或控制装置(140)相连接。
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