CN108397532B - 增速机以及包括这种增速机的风力发电机 - Google Patents

增速机以及包括这种增速机的风力发电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种增速机，其包括中心轮和与所述中心轮啮合的从动齿轮。根据本发明，所述增速机包括：与所述中心轮(2)啮合的第一从动齿轮(3)和第二从动齿轮(4)；第一差速机构(5)；将所述第一从动齿轮(3)的输出轴(6)的输出传递至所述第一差速机构(5)的第一半轴(51)处的第一传动机构(8)；以及将所述第二从动齿轮(4)的输出轴(7)的输出传递至所述第一差速机构(5)的第二半轴(52)处的第二传动机构(9)。本发明还涉及一种包括这种增速机的风力发电机。

Description

增速机以及包括这种增速机的风力发电机
技术领域
本发明涉及一种增速机，所述增速机包括中心轮和与所述中心轮啮合的从动齿轮。本发明还涉及一种包括这种增速机的风力发电机。
背景技术
增速机广泛应用于各个领域中，例如风力发电机的领域中。风力发电机利用风力带动风叶旋转，再通过增速机将旋转的速度提高，驱动发电机发电。
但在由现有技术已知的增速机中，由于齿轮精度和制造误差的问题，中心轮与各个从动齿轮的啮合时间通常不一致。当中心轮与一个从动齿轮啮合时，与另一从动齿轮可能尚未进入啮合，这导致中心驱动齿轮和各个从动齿轮受力不均等，齿轮因此易发生磨损并损坏。
目前，为了克服该问题，常常需要保证齿轮极高的精度，这大大增加了制造的困难和成本。
发明内容
本发明的目的是，提供一种增速机，特别是用于风力发电机的增速机，其能够克服现有技术中的问题。一方面，根据本发明的增速机能够保证各个从动齿轮在同一时间点啮合，从而保证中心轮和各个从动齿轮受力均匀；另一方面，根据本发明的增速机对齿轮精度和制造误差的要求大大降低。由此，根据本发明的增速机的齿轮不易发生磨损且制造成本低廉。
所述目的通过根据本发明的一种增速机实现，所述增速机包括：中心轮和与所述中心轮啮合的第一从动齿轮和第二从动齿轮；第一差速机构；第一传动机构，该第一传动机构将所述第一从动齿轮的输出轴的输出传递至所述第一差速机构的第一半轴处；以及第二传动机构，该第二传动机构将所述第二从动齿轮的输出轴的输出传递至所述第一差速机构与其第一半轴相对的第二半轴处。第一差速机构可采用与本身公知的差速器类似的结构，即由差速机构外壳(行星轮架)、行星齿轮、与半轴齿轮一体形成的第一半轴和第二半轴等组成。当所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮之中的一者已与所述中心轮啮合，而另一者尚未与所述中心轮啮合时，根据差速机构的原理，将使分配给所述第一差速机构的第一半轴和第二半轴的扭矩相等，因此在所述第一差速机构的作用下，将使尚未与所述中心轮啮合的从动齿轮转速提高直至其与所述中心轮啮合，从而使两个从动齿轮对所述中心轮的力达到一致。
根据本发明的一种优选实施方式，所述第一传动机构和第二传动机构可分别为齿轮传动机构。
根据本发明的另一优选实施方式，所述增速机还可包括：与所述中心轮啮合的第三从动齿轮和第四从动齿轮；第二差速机构；第三传动机构，该第三传动机构将所述第三从动齿轮的输出轴的输出传递至所述第二差速机构的第一半轴处；以及第四传动机构，该第四传动机构将所述第四从动齿轮的输出轴的输出传递至所述第二差速机构与其第一半轴相对的第二半轴处。与所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮类似地，当所述第三从动齿轮和所述第四从动齿轮之中的一者已与所述中心轮啮合，而另一者尚未与所述中心轮啮合时，在所述第二差速机构的作用下，将使尚未与所述中心轮啮合的从动齿轮转速提高直至其与所述中心轮啮合，从而使所述第三从动齿轮和所述第四从动齿轮对中心轮的力达到一致。
根据本发明的一种优选实施方式，所述第一差速机构的差速机构外壳的转动和所述第二差速机构的差速机构外壳的转动又可分别传递至第三差速机构的第一半轴和第二半轴。当所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮、所述第三从动齿轮和所述第四从动齿轮没有在同一时间与所述中心轮啮合时，在所述第三差速机构以及所述第一差速机构和所述第二差速机构的作用，将使尚未与所述中心轮啮合的从动齿轮转速提高，直至其与所述中心轮啮合，从而使第一从动齿轮、所述第二从动齿轮、所述第三从动齿轮和所述第四从动齿轮对所述中心轮的力达到一致。
根据本发明的一种优选实施方式，所述第一从动齿轮、所述第二从动齿轮、所述第三从动齿轮和所述第四从动齿轮可围绕所述中心轮均匀布置，其中，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮相邻布置，所述第三从动齿轮和所述第四从动齿轮相邻布置。当然，可以根据实际需要设置各个从动齿轮的位置，例如，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮沿径向对置，且所述第三从动齿轮和所述第四从动齿轮沿径向对置。
根据本发明的一种优选实施方式，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮的圆心可分别处于所述中心轮的齿形中心线上，该齿形中心线经过所述中心轮的圆心。
当然，从动齿轮的个数不局限于两个或四个，可以根据需要设置更多个从动齿轮，例如可设置2n个从动齿轮。与两个从动齿轮和四个从动齿轮的实施方式类似地，分别为每两个从动齿轮设置一个差速机构，又分别为每两个差速机构设置一个另外的差速机构，其中，每两个差速机构的输出、即差速机构外壳的转动分别传递至该另外的差速机构的第一半轴和第二半轴。通过各个差速机构的调节作用，实现各个从动齿轮对中心轮的力一致，不会造成中心轮受力不均，过早损坏。
根据本发明的一种优选实施方式，从动齿轮可与所述中心轮内啮合或外啮合。在所述从动齿轮与所述中心轮内啮合时，整个机构布置更加紧凑，体积更小。
根据本发明的一种优选实施方式，从所述中心轮到第一差速机构的第一半轴处的传动比与从所述中心轮到第一差速机构的第二半轴处的传动比可以相等。更优选地，从所述中心轮到所述第二差速机构的第一半轴处的传动比可以与从所述中心轮到所述第二差速机构的第二半轴处的传动比相等，从所述第一差速机构的差速机构外壳到所述第三差速机构的第一半轴的传动比与从所述第二差速机构的差速机构外壳到所述第三差速机构的第二半轴处的传动比可以相等。
差速机构在根据本发明的增速机中起调节各个从动齿轮与中心轮啮合的作用，差速机构内的齿轮(如行星齿轮和半轴齿轮)的摆动幅度很小，因此根据本发明的一种优选实施方式，所述第一差速机构或所述第二差速机构或所述第三差速机构中的齿轮可为少齿齿轮，例如扇形齿轮，或者仅设有几个齿，类似于拨叉。由此，差速机构的制造成本可进一步降低。
根据本发明的一种优选实施方式，所述中心轮与每个从动齿轮的齿数比近似等于所述增速机的所有从动齿轮与所述中心轮的齿轮个数之比。由此，中心轮和每个从动齿轮的啮合次数接近相等，使用寿命近似相等。
本发明还涉及一种风力发电机，所述风力发电机包括如上述实施方式中任一种所述的增速机。风力发电机的风叶的转动传递至所述增速机的中心轮的轴，带动中心轮转动，通过与之啮合的各个从动齿轮增速，并通过各个从动齿轮的输出轴下传至地面附近的差速机构，驱动发电机发电。通过根据本发明的增速机，使各个从动齿轮对中心轮的力均匀，中心轮不易损坏，因此可为中心轮设置更多个从动齿轮，从而各个从动齿轮的输出轴所分摊的力更小。
根据本发明的增速机的传递路径可逆，即中心轮作为输出端，差速机构作为输入端，在此情况下用作减速机。
附图说明
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
图1示意性地示出了根据本发明一种优选实施方式的增速机；
图2示意性地示出了根据本发明另一优选实施方式的增速机的中心轮及从动齿轮；
图3示意性地示出了根据本发明另一优选实施方式的增速机；
图4示意性地示出了根据本发明又一优选实施方式的增速机的中心轮及从动齿轮。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明一种优选实施方式的增速机1。所述增速机1包括：中心轮2和与中心轮啮合的两个从动齿轮，即第一从动齿轮3和第二从动齿轮4；第一差速机构5；第一传动机构8，该第一传动机构将所述第一从动齿轮3的输出轴6的输出传递至所述第一差速机构5的第一半轴51处；以及第二传动机构9，该第二传动机构将所述第二从动齿轮4的输出轴7的输出传递至所述第一差速机构5与其第一半轴51相对的第二半轴52处。
在图1所示的实施方式中，所述第一传动机构8和所述第二传动机构9分别由两个齿轮组成。第一从动齿轮3的输出轴6作为第一传动机构8的输入轴，第一传动机构8的输出轴又作为第一差速机构5的第一半轴51，由此第一从动齿轮3的输出轴6的输出经由第一传动机构传8传递至第一差速机构5的第一半轴51。类似地，第二从动齿轮4的输出轴7作为第二传动机构9的输入轴，第二传动机构9的输出轴又作为第一差速机构5的第二半轴52，由此第二从动齿轮4的输出轴7的输出经由第二传动机构9传递至第一差速机构5的第二半轴52。
当中心轮2转动时，带动与之啮合的第一从动齿轮3和第二从动齿轮4转动，第一从动齿轮3和第二从动齿轮4的输出轴6、7的转动分别经由第一传动机构8和第二传动机构9传递至第一差速机构5的第一半轴51和第二半轴52。从中心轮2到第一差速机构5的第一半轴51和第二半轴52处的传动比相等。
在此，差速机构5可采用与本身公知的差速器类似的结构，即由差速机构外壳53(行星轮架)、行星齿轮、与半轴齿轮一体形成的第一半轴51和第二半轴52等组成，在此，行星齿轮和半轴齿轮为少齿齿轮。根据差速机构的原理，分配给第一半轴51和第二半轴52的扭矩相等，因此当第一从动齿轮3和第二从动齿轮4之中的一者已与中心轮2啮合，而另一者与中心轮2存在间隙尚未啮合时，即两个从动齿轮3、4对中心轮2的力不同时，在第一差速机构5的作用下，将使尚未与中心轮2啮合的从动齿轮转速提高，直至其与中心轮2啮合，从而使两个从动齿轮3、4对中心轮2的力达到一致。
图2示意性地示出了根据本发明另一优选实施方式的增速机1’的中心轮及从动齿轮。所述增速机1’包括中心轮2和与所述中心轮2啮合的第一从动齿轮3、第二从动齿轮4、第三从动齿轮13和第四从动齿轮14，各个从动齿轮围绕中心轮2均匀布置，其中，第一从动齿轮3和第二从动齿轮4相邻布置，第三从动齿轮13和第四从动齿轮14相邻布置。
图3示意性地示出了根据本发明另一优选实施方式的增速机1’，其包括如在图2中所示的中心轮及与中心轮啮合的四个从动齿轮。为了清晰起见，在图3的示意图中没有示出中心轮，各个从动齿轮平铺示出。图3仅示意性地示出了从动齿轮及与从动齿轮的输出轴相互作用的各个机构。
除了图1所示的中心轮2、第一从动齿轮3和第二从动齿轮4、第一差速机构5、第一传动机构8和第二传动机构9之外，所述增速机1’还包括：另外两个从动齿轮，即第三从动齿轮13和第四从动齿轮14；第二差速机构15；第三传动机构18，该第三传动机构将所述第三从动齿轮13的输出轴16的输出传递至所述第二差速机构15的第一半轴151处；以及第四传动机构19，该第四传动机构将所述第四从动齿轮14的输出轴17的输出传递至所述第二差速机构15的第二半轴152处。从中心轮2到第二差速机构15的第一半轴151和第二半轴152处的传动比相等。
与图1所示的实施方式类似地，当第三从动齿轮13和第四从动齿轮14之中的一者已与中心轮2啮合，而另一者与中心轮2存在间隙尚未啮合时，在第二差速机构15的作用下，将使尚未与中心轮2啮合的从动齿轮转速提高，直至其与中心轮2啮合，从而使两个从动齿轮13、14对中心轮2的力达到一致。
所述第一差速机构5的输出(即第一差速机构5的差速机构外壳53的转动)和所述第二差速机构15的输出(即第二差速机构15的差速机构外壳153的转动)又分别传递至第三差速机构10的第一半轴和第二半轴。从第二差速机构15的差速机构外壳153至第三差速机构10的第一半轴和第二半轴处的传动比相等。
通过第三差速机构10，当第一从动齿轮3和第二从动齿轮4、第三从动齿轮13和第四从动齿轮14没有在同一时间与中心轮2啮合时，在第三差速机构10以及第一差速机构5和第二差速机构15的作用下，将使尚未与中心轮2啮合的从动齿轮转速提高，直至其与中心轮2啮合，从而使各个从动齿轮3、4、13、14对中心轮2的力达到一致。
根据本发明的增速机的从动齿轮数量并不仅仅局限于图1和图2至图3所示的两个和四个从动齿轮。例如，可设置2n个从动齿轮，与图1和图2至3所示的实施方式类似地，为每两个从动齿轮分别设置一个差速机构，又分别为每两个差速机构设置一个另外的差速机构，其中，每两个差速机构的输出轴的输出分别传递至该另外的差速机构的第一半轴和第二半轴。通过各个差速机构的调节，调节各个从动齿轮同时与中心轮2啮合。
图4示意性地示出了根据本发明又一优选实施方式的增速机的中心轮及从动齿轮，在该实施方式中，从动齿轮与中心轮内啮合。各个从动齿轮的输出轴及与从动齿轮的输出轴相互作用的各个机构可采用如图3所示的方式。
图1至图4所示的增速机可用于风力发电机。风力发电机的风叶的转动传递至所述增速机的中心轮的轴，带动中心轮转动，然后通过与中心轮啮合的各个从动齿轮增速，并通过各个从动齿轮的输出轴下传至地面附近的差速机构，驱动发电机发电。
此外，图1至图4所示的增速机的传递路径可逆，在此情况下其用作减速机。

Claims (12)

1.一种增速机，所述增速机包括中心轮(2)，其特征在于，所述增速机至少包括：
与所述中心轮(2)啮合的第一从动齿轮(3)、第二从动齿轮(4)、第三从动齿轮(13)和第四从动齿轮(14)；
第一差速机构(5)；
第一传动机构(8)，该第一传动机构(8)将所述第一从动齿轮(3)的输出轴(6)的输出传递至所述第一差速机构(5)的第一半轴(51)处；
第二传动机构(9)，该第二传动机构(9)将所述第二从动齿轮(4)的输出轴(7)的输出传递至所述第一差速机构(5)与其第一半轴(51)相对的第二半轴(52)处；
第二差速机构(15)；
第三传动机构(18)，该第三传动机构(18)将所述第三从动齿轮(13)的输出轴(16)的输出传递至所述第二差速机构(15)的第一半轴(151)处；以及
第四传动机构(19)，该第四传动机构(19)将所述第四从动齿轮(14)的输出轴(17)的输出传递至所述第二差速机构(15)与其第一半轴(151)相对的第二半轴(152)处，
其中，所述第一从动齿轮(3)、所述第二从动齿轮(4)、所述第三从动齿轮(13)和所述第四从动齿轮(14)围绕所述中心轮(2)均匀布置，其中，所述第一从动齿轮(3)和所述第二从动齿轮(4)相邻布置，所述第三从动齿轮(13)和所述第四从动齿轮(14)相邻布置。
2.根据权利要求1所述的增速机，其特征在于，所述第一传动机构(8)和第二传动机构(9)分别为齿轮传动机构。
3.根据权利要求1所述的增速机，其特征在于，所述第一差速机构(5)的差速机构外壳(53)的转动和所述第二差速机构(15)的差速机构外壳(153)的转动又分别传递至第三差速机构(10)的第一半轴和第二半轴。
4.根据权利要求1所述的增速机，其特征在于，所述第一从动齿轮(3)和所述第二从动齿轮(4)的圆心分别处于所述中心轮(2)的齿形中心线上，该齿形中心线经过所述中心轮的圆心。
5.根据权利要求1所述的增速机，其特征在于，所述第一从动齿轮(3)、所述第二从动齿轮(4)、所述第三从动齿轮(13)和所述第四从动齿轮(14)与所述中心轮(2)内啮合或外啮合。
6.根据权利要求1所述的增速机，其特征在于，从所述中心轮(2)到所述第一差速机构(5)的第一半轴(51)处的传动比与从所述中心轮(2)到所述第一差速机构(5)的第二半轴(52)处的传动比相等。
7.根据权利要求6所述的增速机，其特征在于，所述第一差速机构(5)中的齿轮为少齿齿轮。
8.根据权利要求3所述的增速机，其特征在于，从所述中心轮(2)到所述第二差速机构(15)的第一半轴(151)处的传动比与从所述中心轮(2)到所述第二差速机构(15)的第二半轴(152)处的传动比相等，从所述第一差速机构(5)的差速机构外壳(53)到所述第三差速机构(10)的第一半轴的传动比与从所述第二差速机构(15)的差速机构外壳(153)到所述第三差速机构(10)的第二半轴处的传动比相等。
9.根据权利要求8所述的增速机，其特征在于，所述第二差速机构(15)或所述第三差速机构(10)中的齿轮为少齿齿轮。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的增速机，其特征在于，所述中心轮(2)与每个从动齿轮的齿数比基本等于所述增速机的所有从动齿轮与所述中心轮(2)的齿轮个数之比。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的增速机，其特征在于，所述增速机的传递路径可逆。
12.一种风力发电机，所述风力发电机包括根据上述权利要求中任一项所述的增速机，所述风力发电机的风叶的转动传递至所述增速机的中心轮的轴，并通过与所述中心轮啮合的多个从动齿轮的输出轴下传至地面附近的差速机构。
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