CN115038865A

CN115038865A - 风力涡轮机和用于这种风力涡轮机的动力传输系统

Info

Publication number: CN115038865A
Application number: CN202080095502.0A
Authority: CN
Inventors: A·恩廷
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2022-09-09
Also published as: US20230022718A1; WO2021121504A1; EP4077927A1; DK201970782A1

Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括轮毂、机舱、塔架和用于增加来自所述轮毂的旋转速度的动力传输系统，所述动力传输系统包括至少第一周转齿轮级和第二周转齿轮级，所述周转齿轮级中的每一个包括环形齿轮、行星齿轮架和多个行星齿轮，所述多个行星齿轮被安装在所述行星齿轮架中并且与所述环形齿轮和太阳齿轮啮合；其中，至少所述第一周转齿轮级和所述第二周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个具有相同的齿轮轮廓设计参数。

Description

风力涡轮机和用于这种风力涡轮机的动力传输系统

技术领域

本发明涉及动力传输系统。更具体地，本发明涉及用于风力涡轮机的动力传输系统。

背景技术

风力涡轮机通常包括具有由风力驱动的大叶片的转子。叶片将风的动能转换成旋转机械能。机械能通常驱动一个或更多个发电机以产生电力。因此，风力涡轮机包括用于处理旋转机械能并将其转换成电能的动力传输系统。动力传输系统有时被称为风力涡轮机的“动力传动系”。动力传输系统的从转子到发电机的部分被称为传动系(drivetrain)。

经常需要将转子的旋转速度增加到发电机所需的速度。这通过转子与发电机之间的齿轮箱来实现。因此，齿轮箱形成了动力传动系的一部分，并且将来自转子的低速高扭矩输入转换成用于发电机的较低扭矩较高速度的输出。

由于机舱中的有限空间并且为了最小化机舱的重量，在大多数现代风力涡轮机中优选的齿轮箱类型是周转变速箱。最近，还可以看到，引入第一周转齿轮级和第二周转齿轮级，其中，第一级能够处理来自转子的非常高的扭矩水平并且以增加的速度将旋转能量转换为减小的扭矩水平，并且第二级被设计成处理这种减小的扭矩水平并且将旋转能量转换为甚至更高的rpm速度。

本发明寻求改进包括至少两个周转齿轮级的风力涡轮机的齿轮箱。

发明内容

本发明涉及一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括轮毂、机舱、塔架和用于增加来自所述轮毂的旋转速度的动力传输系统，所述动力传输系统包括至少第一周转齿轮级和第二周转齿轮级，所述周转齿轮级中的每一个包括环形齿轮、行星齿轮架和多个行星齿轮，所述多个行星齿轮被安装在所述行星齿轮架中并且与所述环形齿轮和太阳齿轮啮合；其中，至少所述第一周转齿轮级和所述第二周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个在所有以下齿轮轮廓设计参数上是相同的：

m_n(法向模数)、α_n(法向压力角)、β(节圆直径处的螺旋角)、z_P(齿的数量)、x(齿廓变位系数)、x_E(产形齿廓变位系数(generating profile shift coefficient))和h_aP0*(产形齿条的齿顶系数因子(addendum coefficient factor of generating rack))。

上述参数是工作在齿轮领域内的技术人员的标准参数，并且被认为是基本参数。基于这些参数，可以为各个齿轮计算大量的其他参数，如例如在DIN3998或Heinz Linke于1996年Carl Hanser Verlag München Wien所著的Stirnradverzahnung一书中可以看到。

本发明还涉及一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括轮毂、机舱、塔架和用于增加来自所述轮毂的旋转速度的动力传输系统，所述风力涡轮机包括至少第一周转齿轮级和第二周转齿轮级，所述周转齿轮级中的每一个包括环形齿轮、行星齿轮架和多个行星齿轮，所述多个行星齿轮被安装在所述行星齿轮架中并且与所述环形齿轮和太阳齿轮啮合；其中，至少所述第一周转齿轮级和所述第二周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个在法向截面轮廓、相同的横向截面轮廓和直径方面是相同的。

术语“法向截面轮廓”和“横向截面轮廓”是工作在齿轮领域内的技术人员的标准术语。法向截面轮廓是如垂直于齿的中心轴线看到的轮廓，而横向截面轮廓是如垂直于齿轮的旋转轴线看到的轮廓。这意味着对于斜齿轮来说，这两个轮廓是不同的，而它们对于正齿轮将是相同的。可以例如从DIN3998部分1、1.2.3.4和1.2.3.5获得对此的清楚理解。这里，术语“直径”是指齿轮的横截面中所见的所有不同的直径，特别是尖端直径d_a、展成直径d_Ff和齿根圆直径d_f(参见图9)。

在本发明的实施方式中，所述第一周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个在所有参数上是相同的，并且所述第二周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个在所有参数上是相同的，其中，所述第一周转齿轮级的行星齿轮的轴向宽度与所述第二周转齿轮级的行星齿轮的轴向宽度不同。由于除了行星齿轮的轴向宽度之外的所有参数是相同的，所以当制造行星齿轮时的所有复杂的步骤是相同的。可以使用相同的工具，并且唯一的区别是需要行星齿轮的哪个轴向宽度，这是与齿的制造相比的简单步骤。因此，与现有技术的齿轮箱相比，行星齿轮的制造更加简化。

在本发明的实施方式中，至少所述第一周转齿轮级和所述第二周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个在所有参数上是相同的。在所有行星齿轮以所有方式完全相同(包括轴向宽度)的情况下，其带来了增加不同齿轮级中的相似性并且减少动力传输中的不同零件的数量的优点。

在本发明的实施方式中，每个周转齿轮级的所有行星齿轮具有b_Disc/d≤0.3的比率，其中，‘b_Disc’是每个单独行星齿轮的轴向宽度，并且‘d’是行星齿轮的分度圆直径。注意，b＝b_Disc*N，其中，N是组合(堆叠)到公共行星齿轮中的行星齿轮的数量。这意味着对于N＝1的实施方式，b＝b_Disc。

在本发明的实施方式中，所述第一周转齿轮级的太阳齿轮与所述第二周转齿轮级的太阳齿轮不同。

具有不同的太阳齿轮比不同的行星齿轮更优选，因为每个齿轮级仅具有单个太阳齿轮。

在本发明的实施方式中，所述第一周转齿轮级的太阳齿轮通过具有较大直径而与所述第二周转齿轮级的太阳齿轮不同，诸如，所述第一周转齿轮级的太阳齿轮的直径比所述第二周转齿轮级的太阳齿轮的直径高至少10％。具有不同太阳齿轮的一个示例是通过具有不同的直径。作为示例，第一齿轮级的太阳齿轮可以比第二齿轮级的太阳齿轮大至少10％，或至少20％，诸如，至少30％或至少50％。显然，其同样可以是太阳齿轮是这些量最大的第二齿轮级。

在本发明的实施方式中，所述第一周转齿轮级的太阳齿轮通过具有较大的轴向宽度(诸如，至少10％更大轴向宽度)而与所述第二周转齿轮级的太阳齿轮不同。

具有不同太阳齿轮的另一个示例是具有更大的轴向宽度。作为示例，第一齿轮级的太阳齿轮的宽度可以比第二级的太阳齿轮的宽度大至少10％或至少20％，诸如，至少30％或至少50％。显然，第二齿轮级也可以是这样的，其中太阳齿轮是这些量最大。

在本发明的实施方式中，所述动力传输系统还包括第三周转齿轮级，所述第三周转齿轮级包括环形齿轮、行星齿轮架和多个行星齿轮，所述多个行星齿轮被安装在所述行星齿轮架中并且与所述环形齿轮和太阳齿轮啮合。特别相信，本发明在多个周转轮级齿轮箱中具备其值，因为上述加工和维护特征对于更多数量的相等行星齿轮更有价值。因此，包括至少3个、至少4个、至少5个或甚至至少6个或至少7个周转级的齿轮箱也在本发明的范围内。

在本发明的实施方式中，所述动力传输系统还包括第四周转齿轮级，所述第四周转齿轮级包括环形齿轮、行星齿轮架和多个行星齿轮，所述多个行星齿轮被安装在所述行星齿轮架中并且与所述环形齿轮和太阳齿轮啮合。

在本发明的实施方式中，所述周转齿轮级中的至少一个包括3至12个行星齿轮，优选地3至9个行星齿轮。可以根据需要调整每个周转齿轮级中的行星齿轮的数量。每个行星级可以包括2至12个行星齿轮。例如，第一级可以具有在5至12之间，第二级可以具有4至9之间，第三级可以具有3至8之间。

在本发明的实施方式中，至少两个齿轮级中的所有行星齿轮均包括斜齿轮。正齿轮和斜齿轮通常基于期望的设计来选择。斜齿轮具有关于噪声和音值方面的优点，因此斜齿轮通常是优选的，但在其他实施方式中，至少两个齿轮级中的所有行星齿轮也可以包括正齿轮。

在本发明的实施方式中，对于所述至少第一周转齿轮级和所述至少第二周转齿轮级，商(quotient)X相同，X是所述太阳齿轮的绝对齿数z_S与所述环形齿轮的绝对齿数z_RG之和除以所述周转齿轮级中的行星齿轮的数量N(X＝(|z_S|+|z_RG|)/N)。在本发明的实施方式中，商X具有在13至33之间的值，诸如，在15至25之间。

在本发明的实施方式中，所述至少第一周转齿轮级和所述至少第二周转齿轮级中的行星齿轮的数量是不同的。例如，在所述第一齿轮级中可以比在所述第二齿轮级中高出一个或两个。在相邻的齿轮级中具有不同数量的行星齿轮对于振动和/或噪声可能是有益的。

在本发明的实施方式中，所述周转齿轮级中的每一个包括至少5个行星齿轮。

在本发明的实施方式中，至少所述第一周转齿轮级和所述第二周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个具有在20至40之间的齿轮齿数量z_P。例如，它可以在25至35之间。

在本发明的实施方式中，动力传输系统还包括：主轴，其被配置为由转子绕主轴线驱动；支撑结构，其包括支撑主轴以绕主轴线旋转并约束其他运动的至少一个轴承；其中，所述周转齿轮级中的每一个是齿轮箱的一部分，其中，所述齿轮箱具有刚性地联接到支撑结构的齿轮箱壳体和联接到主轴的输入构件。

在本发明的实施方式中，支撑结构还包括围绕至少一个轴承的轴承壳体，齿轮箱壳体从轴承壳体悬置。

在本发明的实施方式中，动力传输系统还包括发电机，该发电机具有定位在发电机壳体内的转子和定子，发电机壳体刚性地联接到齿轮箱壳体并且从齿轮箱壳体悬置。

在本发明的实施方式中，至少一个轴承包括在轴承壳体内间隔开的第一轴承和第二轴承。

在本发明的实施方式中，所述第一周转齿轮级的所述行星齿轮架连接到所述主轴。

在本发明的实施方式中，所述第二周转齿轮级的行星齿轮架连接到所述第一周转齿轮级的所述太阳齿轮。

在本发明的实施方式中，所述齿轮箱通过连接件刚性地联接到所述支撑结构，所述连接件包括安装在所述齿轮箱和所述支撑结构的对应螺栓孔中的多个螺栓以及安装在所述齿轮箱和所述支撑结构的对应定位销孔中的多个定位销，所述定位销已经通过收缩配合被安装在所述定位销孔中。在本发明的实施方式中，收缩配合包括对定位销进行冷却。

本发明还涉及一组风力涡轮机，其包括至少具有第一尺寸齿轮箱的第一风力涡轮机和具有第二尺寸齿轮箱的第二风力涡轮机，其中，所述第一尺寸齿轮箱和所述第二尺寸齿轮箱是不同的，并且其中，所述第一尺寸齿轮箱和所述第二尺寸齿轮箱的所述行星齿轮中的每一个在法向截面轮廓、相同的横向截面轮廓和直径方面是相同的。在一系列不同尺寸的齿轮箱中具有相同的行星齿轮，无论是哪个行星级或哪个涡轮机，至少在成本方面都被认为是非常有利的。

在本发明的实施方式中，所述一组风力涡轮机包括至少3个不同的齿轮箱尺寸，诸如，4至20之间个不同的齿轮箱尺寸，其中，所述至少3个不同的齿轮箱尺寸的所述行星齿轮中的每一个在法向截面轮廓、相同的横向截面轮廓和直径方面是相同的。

在本发明的实施方式中，所述第一尺寸齿轮箱包括所述第一周转齿轮级中的至少5个行星齿轮和所述第二周转齿轮级中的至少4个行星齿轮，并且所述第二尺寸齿轮箱包括所述第一周转齿轮级中的至少6个行星齿轮和所述第二周转齿轮级中的至少5个行星齿轮。

在本发明的实施方式中，每个尺寸的齿轮箱具有至少3个周转齿轮级(GP≥3)，诸如，具有3至8之间个周转齿轮级。

在本发明的实施方式中，每个尺寸的齿轮箱具有包括至少5个行星齿轮的至少1个周转齿轮级(GP≥1)，诸如，包括5至15个行星齿轮。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的上述和其他方面，在附图中：

图1是风力涡轮机的一个示例的透视图，

图2是用于图1的风力涡轮机的现有技术动力传输系统的透视图，

图3是图2的现有技术动力传输系统的剖视图，

图4是包括行星齿轮架的行星齿轮组的透视图，

图5至图7是根据本发明的三个实施方式的三级齿轮箱的透视图，

图8是用于说明的单个行星齿轮的图示，并且

图9是用于说明的行星齿轮的单个齿的图示。

注意，在不同附图中相同或相似的特征由相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1示出了风力涡轮机2的一个示例。尽管示出了离岸风力涡轮机，但应注意，以下描述也可适用于其他类型的风力涡轮机。风力涡轮机2包括安装到轮毂6的转子叶片4，轮毂6由塔架12上的机舱8支承。风引起转子叶片6和轮毂6绕主轴线14(图2)旋转。该旋转能量被传递到容纳在机舱8内的动力传输系统(或“动力传动系”)10。

如图2和图3所示，动力传输系统10包括联接到轮毂6的主轴16(图1)。动力传输系统10还包括支撑主轴16的第一轴承18和第二轴承20、围绕第一轴承18和第二轴承20的轴承壳体22、以及具有由主轴16驱动的输入构件26的齿轮箱24。齿轮箱24增加主轴16的旋转速度以驱动发电机28。轴承壳体22和齿轮箱24与螺栓连接并且可选地还与定位销连接。

参考基于主轴线14的三维坐标系将是方便的。在该坐标系中，y轴被认为是系统的主轴线，也被标记为轴向方向。x轴和z轴垂直于y轴，z轴通常与重力方向对齐。

输入构件26的类型取决于特定的齿轮箱设计。示出了第一行星级的行星齿轮架的使用，其中，环形齿轮被固定到壳体，这导致太阳齿轮增加旋转速度以传递到齿轮箱的下一级。

在本发明的范围内，可以使用适合于包括至少两个周转齿轮级的风力涡轮机的任何齿轮箱设计，包括如图3中所示的差别设计。图3示出了第一A行星级、第二B行星级和第三C行星级。可以看出，不同级的尺寸作为应对各个级中的必要扭矩的要求而变化。因此，各个级需要不同尺寸的齿轮。

周转齿轮的每个级包括一个环形齿轮和一个太阳齿轮，而行星齿轮的数量可以变化。典型的数量是3，但是取决于需要多少扭矩传递，它可以高得多。这意味着对于如图3所示的齿轮箱，例如，第一级A可以包括9个行星齿轮，第二级B可以包括6个行星齿轮，并且第三级C可以包括3个行星齿轮。总共，这将相当于单个齿轮箱中的18个行星齿轮。对于不同尺寸的单独级，这将需要以三种不同的尺寸制造18个行星齿轮，即，具有三个不同的齿轮轮廓设计。

人们认为具有包括一个且仅一个齿轮轮廓设计的行星齿轮的多级周转齿轮箱将是非常有益的。当仅具有单个齿轮轮廓设计时，通过使用相同的工具来创造相同的齿轮廓和尺寸，更容易制造齿轮。此外，当对齿轮箱进行维修时，如果需要更换行星齿轮，则维修技术人员将仅需要带一种类型的行星齿轮，而不管哪种周转齿轮级拥有该问题。

参考图4，示出了用于本发明的上下文的单个周转齿轮级102的示例。该周转齿轮级102包括行星齿轮架104、环形齿轮106和包括轴110的太阳齿轮108。如附图4是周转齿轮级102的分解图，太阳齿轮108被示出为与行星齿轮架104间隔开。然而，在实践中，太阳齿轮108将定位在行星齿轮架104的中心。

行星齿轮架104包括托架112，该托架112通常是环形的并且联接到输入轴114或与输入轴114集成。尽管未示出，但是输入轴114将连接到合适的从动负载，并且类似地，太阳齿轮108的输出轴110将联接到合适的原动机。为简单起见，此处未示出负载和原动机。此外，注意，尽管术语的输入和输出已经用于两个轴，但是这仅仅是为了惯例，并不意味着对相应轴的功能的限制。行星齿轮架104被形成为大体上中空的主体，其限定了支撑多个行星齿轮116的相对的板状结构。在图4中，周转齿轮级102包括三个行星齿轮116。从以下描述可以清楚地看出，周转齿轮级102也可以具有多于或少于三个行星齿轮。本发明适用于所有这样的配置。

应当理解，在这一点上，为了讨论的目的，简化了图4的周转齿轮级102，使得不必要的细节不会模糊本发明的基本特征。此外，本领域技术人员将理解，周转齿轮级102被简化，并且因此，实际实施方式将包括特定于特定应用的更多部件。

在本发明的上下文中，周转齿轮级102被配置为在风力涡轮发电机的齿轮箱中用作增速器齿轮的高负载应用，其中，这些中的至少两个联接在一起。齿轮技术内的技术人员将知道连接两个或更多个周转齿轮级的合适方式。

周转齿轮级102的部件将由用于高负载应用的合适材料制成。例如，托架112可以由单片铸造和机器加工的铁形成。用于行星齿轮和太阳齿轮的材料可以是渗碳钢，并且环形齿轮可以是合金钢。行星齿轮架104限定了多个叉结构120，此处为三个，每个叉结构支撑相应的行星齿轮116。

图5是本发明第一实施方式的透视图。该图示出了与图3中所示的现有技术类似的三个周转齿轮级A、B和C。齿轮级被非常示意性地示出为集中在对于本发明的实施方式重要的特征上，并且因此应当理解，每个齿轮级将包括全环齿轮、太阳齿轮、行星齿轮架和多个行星齿轮，例如，类似于图4。

三个级的环形齿轮仅部分地且示意性地以数字30、31、32示出。三个级的太阳齿轮也仅示意性地以数字40、41、42示出。为了简化，在太阳齿轮和环形齿轮上没有示出齿。太阳齿轮被示出为在各个级中具有不同的直径，从而与现有技术一样，通过可以围绕其周向定位的多少行星齿轮来促进各个级可以处理多少扭矩。

对于图4中的每个齿轮级仅示出了单个行星齿轮35，但是应当清楚的是，随着周向空间允许，任何合适数量的行星齿轮可以围绕单独的太阳齿轮周向地分布。例如，很明显，如以上针对现有技术所描述的示例也可以在这里起作用，其中，总共有18个行星齿轮，第一级中的9个行星齿轮，第二级中的6个行星齿轮和最后一级中的3个行星齿轮。

在附图中为了容易理解，行星齿轮35在这里示出为具有正齿轮。然而，显然，本发明不限于正齿轮；特别是，只要齿轮箱中的所有行星齿轮具有相等的齿轮轮廓设计，行星齿轮的任何螺旋角都将同样适用于本发明。

在图5所示的示例中，太阳齿轮的轴向宽度和行星齿轮的轴向宽度b在各个齿轮级之间保持恒定，其中，仅太阳齿轮(和环形齿轮以及所需的)的直径变化。

图6是本发明的第二实施方式的透视图。该图示出了类似于图5的三个周转齿轮级A、B和C。同样，三个级的环形齿轮仅部分和示意性地示出为数字50、51、52。三个级的太阳齿轮也仅示意性地以数字60、61、62示出。同样，为了简化，在太阳齿轮和环形齿轮上没有示出齿。

在该第二实施方式中，太阳齿轮被示出为在级之间保持直径恒定，但是相反，太阳齿轮逐级具有不同的轴向宽度，从而再次促进各个级可以处理多少扭矩。

为了应对这些级之间的这种不同扭矩，环形齿轮还增加了它们的轴向宽度，但是最重要的是，行星齿轮35的轴向宽度b也增加。如图6中所示，这可以通过将各自具有单独轴向宽度b_Disc的整数个单独行星齿轮组合成用于根据需要的每个齿轮级的组合且有效的行星齿轮宽度b来进行。这里示出了在第一级A中，每个法向行星位置包括4个单独的行星齿轮，在第二级B中，每个法向行星位置包括2个单独的行星齿轮，并且在第三级C中，每个行星位置包括1个单独的行星齿轮。由此，行星齿轮的轴向宽度被表示为b，该宽度为各个行星齿轮的轴向宽度的总和，即，b＝b_Disc*N，其中，N是组合成共同行星齿轮的行星齿轮的数量。

值得注意的是，在如在图6中的设计中，因此可以改变在各个级中围绕太阳齿轮周向分布的行星齿轮的数量以及轴向堆叠的行星齿轮的数量。尽管如此，另外在该实施方式中，齿轮箱的所有单独的行星齿轮都是完全相同的，而不是至少具有相等的齿轮轮廓设计。

在未示出但类似于图6的实施方式中，应当注意，不是将各个行星齿轮堆叠到期望的宽度，而是改变所使用的行星齿轮的轴向宽度也是可能的。只要齿轮轮廓设计参数保持相同，使得其仅仅是改变了行星齿轮的轴向宽度，仍然可以实现对于所有行星齿轮使用相同工具的益处。因此，例如，在级A中，行星齿轮的宽度可以是级B中的行星齿轮的宽度的两倍，级B中的行星齿轮的宽度可以是级C中的行星齿轮的宽度的两倍。

图7是结合前述实施方式的本发明第三实施方式的透视图。该图示出了类似于附图5和图6的三个周转齿轮级A、B和C。同样，三个级的环形齿轮仅部分和示意性地示出为数字70、71、72。三个级的太阳齿轮也仅示意性地以数字80、81、82示出。同样，为了简化，在太阳齿轮和环形齿轮上没有示出齿。

图7的目的是说明本发明不应限于各个尺寸、数量等的特定顺序。例如，如所图示的，可能期望具有在每个行星位置上具有大的太阳齿轮直径和3个行星齿轮的齿轮级A，之后是在每个行星位置上具有小的太阳齿轮直径和1个行星齿轮的齿轮级B，并且最后在每个行星位置具有2个行星齿轮的中等太阳齿轮直径。此外，重要的是强调在此示例中示出的三个级不应当是限制性的。本发明需要至少两个周转齿轮级，但除了三个级之外，其也可与四个或甚至更多个周转级相关。

图8示出了单个行星齿轮35，其指示值b＝轴向宽度，并且d＝标准节圆直径。如本领域技术人员已知的，d＝z_P*m_n/cos(β)，其中m_n是法向模数并且β是与正齿轮相比的角度。即，该公式对于正齿轮和斜齿轮都是有效的。β的典型值为0-30°。

图9以横截面图示出了行星齿轮的单个齿。这里示出了由技术人员使用的一些不同的直径，特别是尖端直径d_a、齿根的形成直径d_Ff和根部直径d_f。此外，示出了标准节圆直径d的可能位置，即使如上所述，这是计算的值，并且不直接在齿轮上测量。

调查已经表明，对于具有特定数量N的行星齿轮的行星齿轮级，存在提供最大扭矩密度的特定固定齿轮比i_0，max。这对于确保以最低成本的最高可传输扭矩是重要的。对于齿轮箱系列，通过在齿轮箱中和跨不同齿轮箱尺寸使用相同部件来降低成本也是重要的。

如经验所示，与本发明的齿轮箱的单独点设计相比，使用相同部件通常与获得齿轮箱系列的最高功率密度相矛盾，本发明允许使用相同部件并确保最高扭矩密度的组合。

对于本发明范围内的所有行星齿轮级，可以针对太阳齿轮的绝对齿数z_S和环形齿轮的绝对齿数z_RG之和除以行星齿轮的数量N计算商X。一旦已经限定了这样的值，就优选在本发明的范围内使用该商X作为单个齿轮箱中的所有周转齿轮级的常数，或者甚至在一系列齿轮箱中使用该商X。在一个优选实施方式中，商X是(|z_S|+|z_RG|)/N＝20。商X的另选值可以是18或22，或通常高于13，诸如，在15至25之间。

通过这种方式，每个齿轮级的行星齿轮可以保持相同，并且同时，这与齿轮级的最高扭矩密度的最佳固定齿轮比非常接近。

在实施方式中，所述至少第一周转齿轮级和所述至少第二周转齿轮级中的行星齿轮的数量是不同的。例如，第一级可以具有比第二级多至少一个行星齿轮。另选地，第一级可以具有比第二级多至少两个行星齿轮。具有不同数量的行星齿轮被认为提供了与振动相关的益处。

相同行星齿轮的以上描述也用在不同的齿轮箱上。特别地，对于具有不同齿轮箱的风力涡轮机组来说，有利的是仍然能够始终使用相同的行星齿轮，如本文进一步描述的。

上述实施方式仅仅是由下面出现的权利要求限定的本发明的示例。基于描述，风力涡轮机的设计领域的技术人员将认识到额外的示例、修改和优点。鉴于以上所述，任何特定实施方式的细节不应被视为必须限制下面的权利要求的范围。

Claims

1.一种风力涡轮机(2)，所述风力涡轮机(2)包括：

轮毂(6)、机舱(8)、塔架(12)和用于增加来自所述轮毂的旋转速度的动力传输系统(10)；所述动力传输系统包括：

至少第一周转齿轮级(A)和第二周转齿轮级(B)，所述周转齿轮级中的每一个包括环形齿轮(30、31、32、50、51、52、70、71、72)、行星齿轮架(104)和多个行星齿轮(35)，所述多个行星齿轮被安装在所述行星齿轮架中并且与太阳齿轮(40、41、42、60、61、62、80、81、82)和所述环形齿轮啮合；

其中，至少所述第一周转齿轮级和所述第二周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个在所有以下齿轮轮廓设计参数上是相同的：

m_n(法向模数)、α_n(法向压力角)、β(节圆直径处的螺旋角)、z_P(齿的数量)、x(齿廓变位系数)、x_E(产形齿廓变位系数)和h_aP0*(产形齿条的齿顶系数因子)。

2.一种风力涡轮机(2)，所述风力涡轮机(2)包括：

至少第一周转齿轮级和第二周转齿轮级，所述周转齿轮级中的每一个包括环形齿轮(30、31、32、50、51、52、70、71、72)、行星齿轮架(104)和多个行星齿轮(35)，所述多个行星齿轮被安装在所述行星齿轮架中并且与太阳齿轮(40、41、42、60、61、62、80、81、82)和所述环形齿轮啮合；

其中，至少所述第一周转齿轮级和所述第二周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个在法向截面轮廓、相同的横向截面轮廓和直径方面是相同的。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机(2)，其中，所述第一周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个在所有参数上是相同的，并且所述第二周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个在所有参数上是相同的，其中，所述第一周转齿轮级的行星齿轮的轴向宽度与所述第二周转齿轮级的行星齿轮的轴向宽度不同。

4.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机(2)，其中，至少所述第一周转齿轮级和所述第二周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个在所有参数上是相同的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，每个周转齿轮级的所有行星齿轮均具有b_Disc/d≤0.3的比率。

6.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述第一周转齿轮级的太阳齿轮与所述第二周转齿轮级的太阳齿轮不同。

7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述第一周转齿轮级的太阳齿轮不同于所述第二周转齿轮级的太阳齿轮之处在于具有更大直径，例如，所述第一周转齿轮级的太阳齿轮的直径比所述第二周转齿轮级的太阳齿轮的直径大至少10％。

8.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述第一周转齿轮级的太阳齿轮不同于所述第二周转齿轮级的太阳齿轮之处在于具有更大的轴向宽度，例如，所述第一周转齿轮级的太阳齿轮的轴向宽度比所述第二周转齿轮级的太阳齿轮的轴向宽度大至少10％。

9.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述动力传输系统还包括第三周转齿轮级(C)，所述第三周转齿轮级(C)包括环形齿轮、行星齿轮架和多个行星齿轮，所述多个行星齿轮被安装在所述行星齿轮架中并且与所述环形齿轮和太阳齿轮啮合。

10.根据权利要求9所述的风力涡轮机(2)，其中，所述动力传输系统还包括第四周转齿轮级，所述第四周转齿轮级包括环形齿轮、行星齿轮架和多个行星齿轮，所述多个行星齿轮被安装在所述行星齿轮架中并且与所述环形齿轮和太阳齿轮啮合。

11.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述周转齿轮级中的至少一个包括3至12个行星齿轮，优选地包括3至9个行星齿轮。

12.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，至少两个齿轮级中的所有行星齿轮包括斜齿轮。

13.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，对于所述至少第一周转齿轮级和所述至少第二周转齿轮级来说，商X是相同的，X是所述太阳齿轮的绝对齿数z_S与所述环形齿轮的绝对齿数z_RG之和除以所述周转齿轮级中的行星齿轮的数量N(X＝(|z_S|+|z_RG|)/N)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述商X具有在13至33之间的值，诸如，在15与25之间。

15.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述至少第一周转齿轮级和所述至少第二周转齿轮级中的所述行星齿轮的数量是不同的。

16.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述至少第一周转齿轮级中的所述行星齿轮的数量比所述至少第二周转齿轮级中的所述行星齿轮的数量多至少一个。

17.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述至少第一周转齿轮级中的所述行星齿轮的数量比所述至少第二周转齿轮级中的所述行星齿轮的数量多至少一个，并且

所述至少第二周转齿轮级中的所述行星齿轮的数量比第三周转齿轮级中的所述行星齿轮的数量多至少一个。

18.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述周转齿轮级中的每一个包括至少5个行星齿轮。

19.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，至少所述第一周转齿轮级和所述第二周转齿轮级的所述多个行星齿轮中的每一个的齿轮齿的数量z_P在20至40之间。

20.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，所述风力涡轮机(2)还包括：

主轴(16)，所述主轴(16)被配置为由所述转子绕主轴线驱动；

支撑结构，所述支撑结构包括至少一个轴承，所述至少一个轴承支撑所述主轴以绕所述主轴线旋转并约束其它运动；

其中，所述周转齿轮级(A、B)中的每一个是齿轮箱(24)的一部分，其中，所述齿轮箱(24)具有刚性地联接到所述支撑结构的齿轮箱壳体和联接到所述主轴的输入构件。

21.根据权利要求20所述的风力涡轮机(2)，其中，所述支撑结构还包括围绕所述至少一个轴承(18、20)的轴承壳体(22)，所述齿轮箱壳体从所述轴承壳体悬置。

22.根据权利要求20或21所述的风力涡轮机(2)，所述风力涡轮机(2)还包括：

发电机，所述发电机具有定位在发电机壳体内的转子和定子，所述发电机壳体刚性地联接到所述齿轮箱壳体并且从所述齿轮箱壳体悬置。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述至少一个轴承包括在所述轴承壳体(22)内间隔开的第一轴承(18)和第二轴承(20)。

24.根据权利要求20至23中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述第一周转齿轮级的所述行星齿轮架(104)连接到所述主轴(16)。

25.根据权利要求20至24中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述第二周转齿轮级的行星齿轮架连接到所述第一周转齿轮级的所述太阳齿轮。

26.根据权利要求20至25中任一项所述的风力涡轮机(2)，其中，所述齿轮箱(24)通过连接件刚性地联接到所述支撑结构，所述连接件包括：

多个螺栓，所述多个螺栓被安装在所述齿轮箱和所述支撑结构的对应螺栓孔中；以及

多个定位销，所述多个定位销被安装在所述齿轮箱和所述支撑结构的对应定位销孔中，所述定位销通过收缩配合已经被安装在所述定位销孔中。

27.根据权利要求26所述的风力涡轮机(2)，其中，所述收缩配合包括对所述定位销进行冷却。

28.一组风力涡轮机(2)，所述风力涡轮机是根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机(2)，所述一组风力涡轮机(2)至少包括具有第一尺寸齿轮箱的第一风力涡轮机和具有第二尺寸齿轮箱的第二风力涡轮机，其中，所述第一尺寸齿轮箱和所述第二尺寸齿轮箱是不同的，

并且其中，所述第一尺寸齿轮箱和所述第二尺寸齿轮箱的所述行星齿轮中的每一个在法向截面轮廓、相同的横向截面轮廓和直径方面是相同的。

29.根据权利要求28所述的一组风力涡轮机(2)，其中，所述一组风力涡轮机(2)包括至少3个不同的齿轮箱尺寸，例如，包括4至20个不同的齿轮箱尺寸，其中，所述至少3个不同齿轮箱尺寸的所述行星齿轮中的每一个在法向截面轮廓、相同的横向截面轮廓和直径方面是相同的。

30.根据权利要求28或29所述的一组风力涡轮机(2)，其中，所述第一尺寸齿轮箱包括所述第一周转齿轮级中的至少5个行星齿轮和所述第二周转齿轮级中的至少4个行星齿轮，

并且所述第二尺寸齿轮箱包括所述第一周转齿轮级中的至少6个行星齿轮和所述第二周转齿轮级中的至少5个行星齿轮。

31.根据权利要求28至30中任一项所述的一组风力涡轮机(2)，其中，每个尺寸的齿轮箱具有至少3个周转齿轮级(GP≥3)，例如，具有3至8个周转齿轮级。

32.根据权利要求28至30中任一项所述的一组风力涡轮机(2)，其中，每个尺寸的齿轮箱具有包括至少5个行星齿轮的至少1个周转齿轮级(GP≥1)，例如，包括5至15个行星齿轮。