CN104641108A - 具有齿轮支架的传动装置单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传动装置单元(1)，特别是用于风力发电设备，该传动装置单元具有在驱动侧的第一行星齿轮级(2)、第二行星齿轮级(3)和在输出侧的第三行星齿轮级(4)，它们以如下方式彼此联接，即，驱动侧的转矩能分配到第一和第二行星齿轮级(2、3)上并且能在第三行星齿轮级(4)中汇聚。根据本发明，行星齿轮级(2、3、4)具有共同的齿轮支架(20)，该齿轮支架以能绕传动装置单元(1)的转动轴线转动的方式受支承。

Description

具有齿轮支架的传动装置单元
技术领域
本发明涉及一种根据在专利权利要求1的前序部分中详细限定类型的传动装置单元。
背景技术
用于改变传动装置输入轴与传动装置输出轴之间的转矩和转速的传动装置特别是在风力发电设备中得到应用。在此，传动装置输入轴上的具有较低转速的高转矩转化为传动装置输出轴上的具有较高转速的减小了的转矩。基本上，这些传动装置分为如下传动装置类型，其要么具有依次串联连接的行星齿轮级要么具有并联连接的行星齿轮级。在后者的类别中涉及通常由三个行星齿轮级构成的所谓的差速传动装置。通过对前两个级进行合适的联接可以实现到这两个行星齿轮级上的有利的转矩分配。在第三行星齿轮级中的累加允许了功率汇聚，并且因此伴随着高传动比范围的相应表现。
由EP 1 240 443 B1公知一种这种类型的用于风力发电设备的传动装置。其由在驱动侧对称地构造出的行星齿轮级构成，至少一个传动装置级接在该行星齿轮级之后，其中，行星齿轮级由至少两个同样尺寸、并联连接、功率分流的行星传动装置构成。均衡负载的差速传动装置级接在该功率分流的行星传动装置之后。差速传动装置级构造为差动行星传动装置形式的被动差速器。其实现了在由行星传动装置构成的行星齿轮级的两个被接连的太阳轴上的均匀的功率分流。在此，一个太阳轴与太阳轮处于作用连接并且另一个太阳轴与差速传动装置级的齿圈处于作用连接，其中，差速传动装置级的行星架构造出输出部。备选地，差速传动装置级构造为轴向较弱地(axialweich)支承且相反斜齿的差动圆柱齿轮对形式的主动差速器。这实现了：一方面，在由行星传动装置构成的行星齿轮级的两个被接连的太阳轴上的均匀的功率分流，并且另一方面，作为传动装置级参与传动装置的总传动比。在此，一个太阳轴与差动圆柱齿轮对的差动圆柱齿轮处于作用连接并且另一个太阳轴与另一个差动圆柱齿轮处于作用连接。
此外，由WO 2008/104258 A1公知一种用于风力发电设备的传动装置，其具有转子轴，该转子轴在内部的空心空间中包括行星传动装置的第一行星齿轮级和第二行星齿轮级。行星传动装置的第一行星齿轮级和第二行星齿轮级相对于纵轴线彼此串联地布置。转子轴与第一行星齿轮级的行星架以及第二行星齿轮级的齿圈抗相对转动地联接。第二行星齿轮级的行星齿轮与壳体固定地构造。第一行星齿轮级的齿圈和第二行星齿轮级的太阳轮形成能共同转动的单元。在转矩支撑部的径向内部将第三行星齿轮级整合到径向上环绕纵轴线的留空部中。第三行星齿轮在内部的联接轴的径向向外指向的接合圈处支承在此处的第三行星架螺栓上。中央轴作为第三太阳使用。第三行星齿轮级以非常高的转速传递总功率。
发明内容
本发明的任务是提供一种能多方面使用的传动装置。
基于本发明的任务通过专利权利要求1的特征解决。其它有利的设计方案从从属权利要求和附图中得出。
提供一种传动装置单元，特别是用于风力发电设备，该传动装置单元具有在驱动侧的第一行星齿轮级、第二行星齿轮级和在输出侧的第三行星齿轮级。第二行星齿轮级优选沿传动装置单元的纵向方向布置在驱动侧的第一行星齿轮级与输出侧的第三行星齿轮级之间。这三个行星齿轮级以如下方式彼此联接，即，驱动侧的转矩能分配到第一和第二行星齿轮级上并且能在第三行星齿轮级上汇聚。因此，依赖于所选择的齿数比地，要么实现高传动比要么实现第一和第二行星齿轮级之间的均衡的转矩分配。基于驱动侧转矩的分配，第一和第二行星齿轮级可以更紧凑地构造，这是因为它们仅须承受较小的转矩，从而减小了传动装置单元的尺寸。这三个行星齿轮级具有共同的齿轮支架。该齿轮支架以能绕传动装置单元的转动轴线转动地支承的方式构造。因此可以提供如下传动装置单元，其不仅能够实现将输入转矩分配到多个行星齿轮级上，而且能够实现同时具有高传动比以及被限定的结构空间。这种齿轮支架也可以是与至少两个元件抗相对转动地连接的轴。
有利的是，齿轮支架包括或构造出各个行星齿轮级的太阳轮、齿圈或行星架。因此，可以以构型简单的方式实现三个行星齿轮级在最小的结构空间上的联接。有利的是，齿轮支架具有内齿部用以构造齿圈中的至少一个和/或具有外齿部用以构造太阳轮。因此，可以非常低成本地制造该齿轮支架。
在同时具有高传动比的情况下将驱动侧的转矩大致均匀地分配到第一和第二行星齿轮级上，这可以保证，第二行星齿轮级借助齿轮支架以如下形式与第一和第三行星齿轮级联接，即，能导入到第二行星齿轮级中的部分转矩可以被分配到第一和第三行星齿轮级上。此外，由此可以实现具有非常小的结构空间的传动装置单元。
有利的是，齿轮支架将第二行星齿轮级的太阳轮、第一行星齿轮级的齿圈和第三行星齿轮级的齿圈彼此抗相对转动地联接。因此，导入到第二行星齿轮级的具有较高转速的部分转矩被传递到第二行星齿轮级的中央太阳轮上，然后基于借助齿轮支架的抗相对转动的联接，又将该部分转矩优选以等分的方式分配到第一和第三行星齿轮级的两个齿圈上。由此可以非常节省结构空间地构造传动装置单元。此外，同时实现这三个行星齿轮级的例如太阳轮、齿圈和/或行星架的低成本制造。行星齿轮级理解为至少包括太阳轮、齿圈和行星架的设备，其中，在行星架上布置有至少一个与太阳轮和齿圈啮合的能转动的行星齿轮。当太阳轮、齿圈和行星架以能转动的方式受支承时，它们具有相同的转动轴线。减小了传动装置单元，这是因为与公知的方案相比，结构上的耗费明显减小。
如果齿轮支架一件式地构造，那么传动装置单元的制造成本可以尤其减小。在这种情况下优选，齿轮支架是铸件。但是备选地，齿轮支架也可以多件式地构造，尤其是两件式或三件式地构造，由此简化了行星齿轮级的装配以及拆卸。齿轮支架的单个组件优选彼此材料锁合(stoffschlüssig)、形状锁合(formschlüssig)和/或力锁合(kraftschlüssig)地连接。为了确保齿轮支架的单个组件的能松脱的联接，有利的是，它们借助紧固机构，特别是螺栓、销和/或键槽彼此连接。
同样有利的是，齿轮支架仅具有两个支承部。由此可以减小传动装置单元的轴向结构空间。此外，降低了传动装置单元的制造成本，这是因为，节省了高成本的支承部。优选的是，两个支承部中的第一个布置在齿轮支架的配属于第一行星齿轮级的端部区域中，并且第二个支承部布置在齿轮支架的配属于第三行星齿轮级的端部区域中。由此省去了在齿轮支架的两个单个组件之间的连接区域中的高成本的支承部。因此，传动装置单元在轴向方向更加紧凑。此外，可以有利地制造且稳定地构造该传动装置单元，这是因为去除了高成本且易发生故障的支承部。
在本发明有利的改进方案中，齿轮支架构造为空心轴。因此，第一行星齿轮级的构造为实心轴的太阳轮可以至少部分地延伸到空心轴中，由此减小传动装置单元的结构体积。优选的是，齿轮支架在其两个端部的区域中分别具有内齿部，由此构造出第一和第三行星齿轮级的齿圈。由此可以构型简单地实施传动装置单元。此外，减小了传动装置单元的结构体积。
有利的是，能将驱动侧的转矩分配到第一行星齿轮级的行星架和第二行星齿轮级的齿圈上。因此，可以非常紧凑地构造传动装置单元，这是因为第一和第二行星齿轮级仅须分别承受较小的转矩。
为了能够提供尽可能高的转速，有利的是，第一行星齿轮级的太阳轮与第三行星齿轮级的行星架是联接的。由此可以明显提高第三行星齿轮级的特别是构造为输出轴的太阳轮的转速，由此又可以提高为此设置的风力发电设备的效率。
同样有利的是，第三行星齿轮级特别是借助其太阳轮与圆柱齿轮级是联接的。由此可以实现额定转速的进一步增加。可以以如下方式构造圆柱齿轮级，即，在高速应用中该传动装置单元能在风能发电设备中得到使用。在此，为此设置的发电机以大约15501/min的额定转速运行。备选地，也可以将圆柱齿轮级作为中等速度的应用被构造，其中，使用具有大约是4501/min的明显变小的发电机转速的较大发电机。在这两个实施方式中都可以充分实现在同时有高传动比可能性的情况下具有紧凑结构和稳定性的优点。
附图说明
下面，结合附图进一步阐述本发明。其中：
图1示出具有三个行星齿轮级的传动装置单元的示意性的半部示图，行星齿轮级借助以能转动的方式支承的共同的齿轮支架联接。
具体实施方式
图1示出包括三个行星齿轮级2、3、4的传动装置单元1。在传动装置中单元1，第一行星齿轮级2布置在驱动侧并且第三行星齿轮级4布置在输出侧。第二行星齿轮级3构造在这两个行星齿轮级2、4之间的区域中。行星齿轮级2、3、4分别具有：中央太阳轮5、6、7；围绕所述太阳轮的在径向方向上间隔开的齿圈8、9、10；以及在太阳轮与齿圈之间的区域中能转动地支承的行星齿轮11、12、13。行星齿轮11、12、13在各个行星齿轮级2、3、4中在相应的行星架14、15、16中沿径向方向地保持和/或沿传动装置单元1的周向方向地受引导。第一、第二和第三行星齿轮级2、3、4以如下方式彼此联接，即，在驱动侧的转矩能分配到第一和第二行星齿轮级2、3上并且能在第三行星齿轮级4中汇聚。为此，传动装置单元1在驱动侧具有驱动轴17。该驱动轴能与第一行星齿轮级2的第一行星架14以及第二行星齿轮级3的第二齿圈9抗相对转动地联接。由此，驱动侧的转矩以如下方式分配到第一行星架14上和第二齿圈9上，即，在二者上分别出现相较于驱动侧的转矩减小了的部分转矩。因此第一和第二行星齿轮级2、3可以更紧凑地构造，这是因为二者仅须承受较小的转矩。
以固定的方式构造了第二行星齿轮级3的第二行星架12。为此，该第二行星架与传动装置单元1的在此未示出的壳体连接或者与该壳体一件式地构造。第二行星齿轮级3的第二太阳轮6具有联接第一行星齿轮级2的第一联接部18以及联接第三行星齿轮级4的第二联接部19。因此，能导入到第二行星齿轮级3中的部分转矩附加地分配到第一和第三行星齿轮级2、4上。第一和第二联接部18、19当前实施成齿轮支架20的形式。齿轮支架20相应地包括三个行星齿轮级2、3、4的太阳轮、行星架和/或齿圈。在当前实施例中，齿轮支架20构造出第二行星齿轮级3的第二太阳轮6、第一行星齿轮级2的第一齿圈8和第三行星齿轮级4的第三齿圈10。因此，第一齿圈8、第二太阳轮6和第三齿圈10作为抗相对转动地彼此联接的单元被构造。齿轮支架20能以转动的方式被支承，从而能够实现第一齿圈8、第二太阳轮6以及第三齿圈10一起绕传动装置单元1的纵轴线转动。
齿轮支架20可以一件式地或多件式地构造。在齿轮支架20的一件式实施方案中，其优选是铸件。备选地，如果齿轮支架20具有多个部件，那么优选的是，第一齿圈8和第一联接部18形成齿轮支架20的第一部件，并且第三齿圈10连同第二联接部19形成齿轮支架20的第二部件。第二太阳轮6可以构造为齿轮支架20的第三部件，或者备选地被上述两个部件的其中一个所包含。但是也能设想任何其它的分组方案，其特别是合适于简化传动装置单元1的装配和拆卸。
根据图1，齿轮支架20构造为空心轴21。齿轮支架20在其配属于第一行星齿轮级2的第一端部22的区域中以及在其配属于第三行星齿轮级4的第二端部23的区域中分别具有内齿部，借助内齿部构造了第一齿圈8或者第三齿圈10。齿轮支架20在第一和第二端部22、23之间的区域中具有外齿部，借助外齿部构造了第二行星齿轮级3的第二太阳轮6。齿轮支架20优选仅具有两个支承部。这两个在图1中未示出的支承部分别布置在齿轮支架20的两个端部22、23中的一个的区域中。由此特别是可以在第三行星齿轮级4的区域中省去第二太阳轮6的昂贵的且易发生故障的支承部。因此，传动装置单元1在制造中是较低成本的，并且此外具有较低的故障可能性。
第一行星齿轮级2的第一太阳轮5与第三行星齿轮级4的第三行星架16抗相对转动地联接。为此，第一太阳轮5构造为实心轴24，其延伸穿过构造为空心轴21的齿轮支架20。由此可以实现，特别是节省结构空间且构型简单地实施传动装置单元1。第三行星齿轮级4的第三太阳轮7在输出侧与输出轴25联接，或备选地构造为输出轴。
利用图1中示出的传动装置单元1可以满足现代风力发电机的功率要求和传动比要求。因此，借助本申请的联接部构思能够实现将驱动侧的转矩大致均衡地分配到第一和第二行星齿轮级2、3上。
在传动装置单元运行时，驱动侧的转矩通过驱动轴17导入到传动装置单元1中，并且由于驱动轴17与第一行星架14以及第二齿圈9抗相对转动的联接而分配到第一和第二行星齿轮级2、3上。第二行星齿轮级3的由此处于旋转中的第二齿圈9驱动在传动装置单元1的周向方向上固定的第二行星齿轮12。该第二行星齿轮又与第二太阳轮6啮合，从而使得该第二太阳轮处于与驱动轴17相反的旋转中。由于第一和第二联接部18、19，第一行星齿轮级2的第一齿圈8、第二行星齿轮级3的第二太阳轮6以及第三行星齿轮级4的第三齿圈10以彼此抗相对转动地联接的方式沿与驱动轴17相反的旋转方向转动。因此，一部分导入到第二行星齿轮级3中的部分转矩借助第一联接部18或者借助共同的齿轮支架20回引到第一行星齿轮级2中。因为第一行星架14和第一齿圈8沿相反的方向转动，所以增加了第一行星齿轮11的转速或者说增加了与第一行星齿轮啮合的第一太阳轮5的转速。因此，第一太阳轮5以增加的转速在与驱动轴17相同的转动方向上转动。
因此，齿轮支架20与第一太阳轮5彼此在相反的方向上转动。由于与第三行星架16的联接，实心轴24将具有增加的转速和减小的转矩的与驱动轴17的转动方向相应的转动运动导入到第三行星齿轮级4中。附加地，借助第二联接部19，第二行星齿轮级3将具有增加的转速和减小的转矩的与驱动轴17相反的转动运动在第三齿圈10的区域中导入到第三行星齿轮级4中。由于第三行星架16与第三齿圈10的彼此相反的旋转，附加地使得第三行星齿轮13的转速增加，或者说使得与第三行星齿轮13啮合的第三太阳轮7的转速增加。由此改变了的转矩通过输出轴25从传动装置单元1中导出。因此第三行星齿轮级4作为差速变速级起作用，其将分配到第一和第二行星齿轮级2、3上的两个部分转矩重新汇聚。因此，传动装置单元1能够在最小结构空间上同时具有高传动比的情况下实现将驱动侧的非常高的转矩分配到多个行星齿轮级上。
附加地，传动装置单元1可以具有与输出轴25联接的未示出的圆柱齿轮级。因此，可以将传动装置单元1使用在风能发电设备的所谓的高速应用中。在此，所联接的发电机以大约15501/min的额定转速运行。备选地，也可以将传动装置单元1用在中等速度的应用中，其中，使用具有大约是4501/min的明显较小的发电机转速的较大发电机。在这两个变型方案中，所提到的优点都被充分实现。
本发明并不局限于所示出且描述的实施例。在权利要求书的保护范围内的变化同样是可行的，例如将特征进行组合，即使这些特征在不同的实施例中被示出和描述。
附图标记列表
1   传动装置单元
2   第一行星齿轮级
3   第二行星齿轮级
4   第三行星齿轮级
5   第一太阳轮
6   第二太阳轮
7   第三太阳轮
8   第一齿圈
9   第二齿圈
10  第三齿圈
11  第一行星齿轮
12  第二行星齿轮
13  第三行星齿轮
14  第一行星架
15  第二行星架
16  第三行星架
17  驱动轴
18  第一联接部
19  第二联接部
20  齿轮支架
21  空心轴
22  第一端部
23  第二端部
24  实心轴
25  输出轴

Claims (11)

1.一种传动装置单元(1)，特别是用于风力发电设备，所述传动装置单元具有在驱动侧的第一行星齿轮级(2)、第二行星齿轮级(3)和在输出侧的第三行星齿轮级(4)，它们以如下方式彼此联接，即，驱动侧的转矩能分配到所述第一和第二行星齿轮级(2、3)上并且能在所述第三行星齿轮级(4)中汇聚，其特征在于，行星齿轮级(2、3、4)具有共同的齿轮支架(20)，所述齿轮支架能以绕所述传动装置单元(1)的转动轴线转动的方式受支承。
2.根据前述权要求所述的传动装置单元，其特征在于，所述齿轮支架(20)构造出相应行星齿轮级(2、3、4)的太阳轮(5、6、7)、齿圈(8、9、10)或行星架(14、15、16)。
3.根据前述权要求中一项或多项所述的传动装置单元，其特征在于，所述第二行星齿轮级(3)是借助所述齿轮支架(20)如下地与所述第一和第三行星齿轮级(2、4)联接的，即，能导入到所述第二行星齿轮级(3)中的部分转矩能够被分配到所述第一和第三行星齿轮级(2、4)上。
4.根据前述权要求中一项或多项所述的传动装置单元，其特征在于，所述齿轮支架(20)将所述第二行星齿轮级(3)的太阳轮(5)、所述第一行星齿轮级(2)的齿圈(8)和所述第三行星齿轮级(4)的齿圈(10)彼此抗相对转动地联接起来。
5.根据前述权要求中一项或多项所述的传动装置单元，其特征在于，所述齿轮支架(20)一件式地构造。
6.根据前述权要求中一项或多项所述的传动装置单元，其特征在于，所述齿轮支架(20)仅具有两个支承部，并且/或者第一支承部布置在所述齿轮支架(20)的配属于所述第一行星齿轮级(2)的端部(22)的区域中，并且第二支承部布置在所述齿轮支架(20)的配属于所述第三行星齿轮级(4)的端部(23)的区域中。
7.根据前述权要求中一项或多项所述的传动装置单元，其特征在于，所述齿轮支架(20)构造为空心轴(21)，所述第一行星齿轮级(2)的构造为实心轴(24)的太阳轮(5)至少部分地延伸到所述空心轴中。
8.根据前述权要求中一项或多项所述的传动装置单元，其特征在于，所述驱动侧的转矩能分配到所述第一行星齿轮级(2)的行星架(14)和所述第二行星齿轮级(3)的齿圈(9)上。
9.根据前述权要求中一项或多项所述的传动装置单元，其特征在于，所述第一行星齿轮级(2)的太阳轮(5)是与所述第三行星齿轮级(4)的行星架(16)联接的。
10.根据前述权要求中一项或多项所述的传动装置单元，其特征在于，所述第二行星齿轮级(3)的行星架(15)是固定地构造的。
11.根据前述权要求中一项或多项所述的传动装置单元，其特征在于，所述第三行星齿轮级(4)特别是借助其太阳轮(7)与圆柱齿轮级联接。
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