FI120012B - Variaattoritoiminnolla varustettu kitkaplaneettavaihde ja menetelmä sen käyttämiseksi - Google Patents

Description

Variaattoritoiminnolla varustettu kitkaplaneettavaihde ja menetelmä sen käyttämiseksi

Keksinnön kohteena on variaattoritoiminnolla varustettu kitkaplaneettavaihde, johon 5 kuuluu - runko - pyörivä kehä - ensimmäinen joukko planeettapyöriä, jotka vierivät pitkin pyörivän kehän sisäpuolista vierintäpintaa 10 - kiinteä vierintäkehä, joka liittyy kiinteästi runkoon - toinen joukko planeettapyöriä, jotka vierivät pitkin kiinteää vierintäkehää, jonka halkaisija on säädettävissä toisen planeettapyöräjoukon säteittäissiirtoa varten - planeettapyörien akselit, ja - teli tai planeettalaippa, johon planeettapyörien akselit on tuettu.

15

Keksinnön kohteena on myös menetelmä kitkaplaneettavaihteen käyttämiseksi.

Tämän tyyppinen planeettavaihde tunnetaan patenttijulkaisusta US-5,704,864. Siinä ensimmäisen ja toisen joukon planeettapyörät ovat halkaisijaltaan erilaisia, vierek-20 käisiä hammaskehiä. Tämä hammasplaneettavaihde ei ole varustettu variaattoritoiminnolla, jonka avulla välityssuhdetta voitaisiin muuttaa.

Julkaisusta JP-10246173 tunnetaan kaksiportainen planeettavaihde, jossa nopeamman portaan käyttävään kehään vaikutetaan nopeudeltaan säädettävällä moottoril-25 la, jolla estetään tuulimyllykäytössä generaattorin nopeushuojunta.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan alussa mainittua tyyppiä oleva variaattoritoiminnolla varustettu kitkaplaneettavaihde, jonka välityssuhde on nopeasti ja helposti säädettävissä myös suurilla välityssuhteilla ja jolla voidaan välittää suuri mo-30 mentti hyvällä hyötysuhteella.

Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnöllä siten, että toisen joukon planeettapyörät ovat tuetut keskeisen joustavan elementin lieriöpinnan avulla säteittäin siirtyviksi, kun mainitun lieriöpinnan halkaisija pääsee muuttumaan.

35 2

Kiinteän vierintäkehän halkaisija on lähtökohtaisesti hieman pienempi tai suurempi kuin käyttävän kehän halkaisija. Tämä halkaisijasuhde on säädettävissä välityssuh-teen muuttamiseksi.

5 Oheisessa patenttivaatimuksessa 9 on esitetty menetelmä tällaisen kitkaplaneetta-vaihteen käyttämiseksi tuulivoimalan siipien pyörimisnopeuden rajoittamiseen, kun tuulivoimalan siivet on kiinnitetty pyörivään kehään ja kiinteän vierintäkehän halkaisija on säädettävissä säätölaitteella, joka saa ohjauksensa tuulivoimalan siipien pyörimisnopeudesta.

10

Seuraavassa keksinnön kahta suoritusesimerkkiä havainnollistetaan viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista planeettavaihdetta aksiaalileikkauksena; ja 15

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista planeettavaihdetta suunnasta A nähtynä, sillä erolla, että kiristyspanta 10 on korvattu kiristettävällä jousipannalla, joka samalla muodostaa kiinteän vierintäkehän 1.1.

20 Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty kitkaplaneettavaihde, joka on varustettu variaattoritoi-minnolla. Runkoon 1 liittyy kiinteä vierintäkehä 1.1, joka esitetyssä tapauksessa on litteä panta, jonka halkaisija on säädettävissä säätölaitteella 10. Säätölaitteen 10 periaate voi olla sama kuin letkunkiristimissä.

25 Käyttävä kehä 2 on aksiaalisen välimatkan päässä vierintäkehästä 1.1. Vierintäkehä 1.1 ja käyttävä kehä 2 ovat sama n keskeiset ja lähtökohtaisesti toinen niistä on hieman pienempi tai suurempi kuin toinen. Kuten myöhemmin selviää, vierintäkehän 1.1 ja käyttävän kehän 2 halkaisijasuhteen säädöllä muutetaan välityssuhdetta.

30 Käyttävä kehä 2 pyörittää ensimmäistä joukkoa planeettapyöriä 3.1, jotka on laakeroitu pyöriviksi akseleille 3a. Toinen joukko planeettapyöriä 3.2 vierii pitkin kiinteää vierintäkehää 1.1 ja ne on laakeroitu pyöriviksi akselille 3b. Akselit 3a ja 3b liittyvät päistään yhteen luistilla 9, joka sallii akselin 3b liikkumisen säteen suunnassa akseliin 3a nähden. Akselit 3 ja 3a, 3b ovat tuetut telin 4, 5 vastakkaisissa päissä oleviin 35 planeettalaippoihin 4. Planeettalaipat 4 on kiinnitetty toisiinsa tuilla 5, jotka on sovi- 3 tettu kuviosta 2 näkyvällä tavalla planeettapyörien 3.1, 3.2 välisiin tiloihin. Tällöin päädyissä olevat planeettalaipat 4 ja tuet 5 yhdessä muodostavat telin, joka pyörii keskiakselin 8 ympäri välityssuhteen, eli kehien 1.1 ja 2 halkaisijaeron määräämällä nopeudella.

5 Välityssuhteen muuttamiseksi vierintäkehän 1.1 halkaisijaa säätämällä, ovat planeet-tapyörät 3.2 tuetut keskeisen joustavan elementin 7 avulla säteittäin siirtyviksi. Vastaavasti myös akselien 3b päät on tuettu planeettalaippaan 4 säteittäin siirtyviksi. Lisäksi planeettapyörien 3.2 akseleita 3b yhdistää mekanismi, joka pakottaa planeet-10 tapyörien 3.2 säteittäislϊikkeen tapahtumaan samanaikaisesti ja saman verran. Esitetyssä tapauksessa tämän mekanismin muodostaa levy 6, jossa on säteittäissuuntaan nähden terävässä kulmassa olevat hahlot tai pitkänomaiset reiät 6.1, jotka vastaanottavat planeettapyörien akselit 3b ja jotka pakottavat planeettapyörät 3.2 liikkumaan synkronisesti saman verran kun levy 6 kiertyy planeettalaipan 4 suhteen. Vas-15 taava mekanismi voidaan tarvittaessa järjestää akseleiden 3b luistien 9 puoleisiin päihin. Muutkin mekanismit, kuten mekaanisesti yhteenkytketyt epäkeskosiirtäjät tai -ohjaimet voivat tulla kysymykseen.

Myös akseleille 3a voidaan järjestää vastaavanlainen, lyhyt säteittäisliikevara kulu-20 misen kompensoimiseksi. Telin 4, 5 pyörimisnopeus on yleensä riittävä, jotta planeettapyörät 3.1 puristuvat momentin siirtoa varten riittävällä voimalla vasten käyttävän kehän 2 sisäpuolista vierintäpintaa.

Esitetyssä suoritusmuodossa molemmilla planeettapyöräjoukoilla 3.1 ja 3.2 on kes-25 kiakselin 8 muodostama aurinkopyörä. Tällöin joustava elementti 7 voidaan muodostaa aurinkopyörää 8 ympäröiväksi lieriömäiseksi jouseksi, erityisesti kierrejousek-si, jonka lieriöpinnan halkaisija pääsee pienenemään jousivoimaa vastaan, kun vierintäkehän 1.1 halkaisijaa pienennetään. Jousi 7 on edullisesti tuettu toisesta tai molemmista päistään aurinkopyörän 8 kehän suunnassa yhteen suuntaan vapaasti 30 liikkuvaksi, liikkeen ollessa estetty toiseen suuntaan. Tämän ansiosta saadaan itseki-ristystoiminto, eli jousi 7 puristuu sitä lujemmin vasten planeettapyöriä 3.2, mitä suurempi momentti on välitettävänä. Jousen 7 päät voivat törmätä akselilla 8 oleviin tappeihin, jotka sallivat jousen 7 puristumisen minimihalkaisijaansa ennen kuin molemmat jousen päät ottavat kiinni tappeihin. Vaihtoehtoisesti jousen toisessa tai 35 molemmissa päissä on koukku, joka tai jotka tarttuu/tarttuvat akselilla 8 oleviin koloihin, joista toinen tai molemmat voivat olla pitkänomaisia kehän suunnassa.

4

Aurinkopyörä 8 voi olla vapaasti pyörivä ilman voiman ulosottoa, jos generaattori rakennetaan suoraan planeettavaihteen yhteyteen siten, että generaattorin roottorin kestomagneetit kiinnitetään pyörivään teliin 4, 5 ja staattori rakennetaan tämän ympärille. Luonnollisesti voiman ulosotto voi tapahtua myös aurinkopyörän 8 akselin 5 avulla. Planeettavaihteen käyttö voi tapahtua myös toisin päin niin, että aurinkopyörän 8 akseli on käyttävä akseli ja pyörivä kehä 2 on käytetty kehä.

Kuviossa 2 on esitetty vaihtoehtoinen ratkaisu kiinteälle vierintäkehälle 1.1. Se on muodostettu rengaskiepin muotoisesta jousesta, jonka vastakkaisiin suuntiin ulko-10 nevat päät 1.2 on tuettu nuolien F suuntaan vaikuttavilla voimilla (voimalaitteilla) siten, että jousirenkaan halkaisijaa voidaan vaihdella vaihtelemalla voimaa F. Voimat F voivat olla myös päitä 1.2 vastakkaisiin suuntiin vetäviä vetovoimia.

Jos vierintäkehän 1.1 ja käyttävän kehän 2 halkaisijat ovat samat, on välityssuhde 15 ääretön, eikä käyttävää kehää 2 voida pyörittää. Muuttamalla halkaisijasuhdetta esim. noin 10 %, voidaan rakenteesta ja mitoituksesta riippuen säätää välityssuh-detta hyvin laajoissa rajoissa niin, että pienimmillään välityssuhde on esim. 4:1. Tyypillisesti välityssuhde on kuitenkin yli 20. Tällaista välityssuhteen laaja-alaista säätöä voidaan käyttää edullisesti hyväksi tuulivoima la käytössä. Kun tuulivoimalan roottorin 20 siivet 13 on kiinnitetty käyttävään kehään 2, voidaan siipien pyörimisnopeutta hallita tehokkaasti vaihteen välityssuhdetta muuttamalla. Välityssuhdetta kasvattamalla voidaan suoraan jarruttaa siipien pyörimistä ja esim. myrskyllä jopa pysäyttää siivet nostamalla välityssuhde hyvin suureksi, mikä tapahtuu pienentämällä kehien 1.1 ja 2 välistä halkaisijaeroa. Tämä voi tapahtua siten, että siipien pyörimisnopeus ohjaa 25 säätölaitetta 10 tai voimia F.

Momentin siirto planeettapyörien 3.1 ja kehän 2 välillä tapahtuu kitkalla, kuten myös planeettapyörien 3.2 ja kehän 1.1 sekä jousen 7 ulkopinnan välillä.

Claims (9)

1. Variaattoritoiminnolla varustettu kitkaplaneettavaihde, johon kuuluu - runko (1) 5. pyörivä kehä (2) - ensimmäinen joukko planeettapyöriä (3.1), jotka vierivät pitkin pyörivän kehän (2) sisäpuolista vierintäpintaa - kiinteä vierintäkehä (1.1), joka liittyy kiinteästi runkoon (1) - toinen joukko planeettapyöriä (3.2), jotka vierivät pitkin kiinteää vierintäkehää 10 (1.1), jonka halkaisija on säädettävissä toisen planeettapyöräjoukon (3.2) säteit- täissiirtoa varten - planeettapyörien akselit (3a, 3b), ja - teli tai planeettalaippa (4, 5), johon planeettapyörien (3.1, 3.2) akselit (3a, 3b) on tuettu, 15 tunnettu siitä, että toisen joukon planeettapyörät (3.2) ovat tuetut keskeisen joustavan elementin (7) lieriöpinnan avulla säteittäin siirtyviksi, kun mainitun lieriöpin-nan halkaisija pääsee muuttumaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kitkaplaneettavaihde, tunnettu siitä, että kiin-20 teän vierintäkehän (1.1) halkaisija on lähtökohtaisesti hieman pienempi tai suurempi kuin pyörivän kehän halkaisija (2) ja että tämä halkaisijasuhde on säädettävissä välityssuhteen muuttamiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kitkaplaneettavaihde, tunnettu siitä, että 25 toisen planeettapyöräjoukon (3.2) akselit (3b) on tuettu teliin tai planeettalaippaan (4) säteittäin siirtyviksi.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen kitkaplaneettavaihde, tunnettu siitä, että molemmilla planeettapyöräjoukoilla (3.1, 3.2) on keskiakselin muodostama au- 30 rinkopyörä (8) ja että mainittu joustava elementti (7) on aurinkopyörää (8) ympäröivä lieriömäinen jousi kuten kierrejousi, jonka lieriöpinnan halkaisija on pienennettävissä jousivoimaa vastaan pienentämällä kiinteän vierintäkehän (1.1) halkaisijaa.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kitkaplaneettavaihde, tunnettu siitä, että jousi (7) on tuettu toisesta tai molemmista päistään aurinkopyörän (8) kehän suunnassa yhteen suuntaan vapaasti liikkuvaksi, liikkeen ollessa estetty toiseen suuntaan.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen kitkaplaneettavaihde, tunnettu siitä, että pyörivä kehä (2) on käyttävä kehä.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen kitkaplaneettavaihde, tunnettu siitä, että tuulivoimalan siivet on kiinnitetty pyörivään kehään (2). 10

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kitkaplaneettavaihde, tunnettu siitä, että kiinteän vierintäkehän (1.1) halkaisija on säädettävissä säätölaitteella (10; 1.2/F), joka saa ohjauksensa tuulivoimalan siipien pyörimisnopeudesta.

9. Menetelmä patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukaisen kitkaplaneettavaihteen käyttä miseksi, tunnettu siitä, että tuulivoimalan siipien pyörimisnopeutta rajoitetaan pienentämällä pyörivän kehän (2) ja kiinteän vierintäkehän (1.1) halkaisijoiden välistä eroa.