JP2003524742A - 特に風力発電設備用の歯車伝動装置 - Google Patents
特に風力発電設備用の歯車伝動装置Info
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Abstract
Description
置に関する。
換する発電機との間に、増速歯車伝動装置が配置されている。風力発電設備のア
センブリはたいていカプセルに収容して塔の先端に配置されるので、質量が小さ
くできるだけコンパクトな歯車伝動装置が望ましい。この要求は、風力発電設備
がますます大きくなり、出力も増大する傾向と矛盾する。このような傾向は、特
により出力の大きい、言い換えればより重い歯車伝動装置を必要とする。
り知られている。ここでは2つの遊星歯車装置段を直列接続することによって重
量を押さえたコンパクト構造が実現されている。第1の駆動側遊星歯車の遊星キ
ャリアは、歯車伝動装置に対する駆動軸を形成してロータと結合されている。第
1の遊星歯車装置の内歯車はハウジングに固定されていて、被動側の太陽歯車は
第2の遊星歯車装置の入力側遊星キャリアと結合されており、その内歯車は同様
にハウジングに固定され、その太陽歯車は全歯車伝動装置の被動を形成している
。しかしこの2つの遊星歯車装置段の直列接続の短所は、比較的大きく寸法設計
された、特に2メガワット以上の風力発電設備にとって、歯車伝動装置の外寸は
遊星歯車配置構成を使用した場合でも大きすぎることである。これに伴い、質量
も臨界値に達する。
続している、駆動側の遊星歯車装置段からなり、その後段には上記の従来技術と
は異なり、第2の遊星歯車装置段の代わりに、平歯車として構成された少なくと
も1つの歯車装置段が接続されていて、ロータの回転数を発電機用の速い回転数
にさらに増速させる。この構造ではトルク・回転数比により、駆動側の遊星歯車
装置段が全歯車伝動装置の幾何学的寸法を規定するので、ここでも寸法及びこれ
と関連している大きい質量の問題がある。
より、歯車伝動装置の外寸、特に直径を、ひいては全質量を減らすことがすでに
試みられた。出力分岐のために駆動側の遊星歯車段は並列接続された少なくとも
2つの比較的小さい遊星歯車からなる。両遊星歯車の間で分岐に基づくトルク補
償をもたらすために、すなわち両遊星歯車装置の間で規定の出力配分を達成する
ために、遊星歯車装置段の被動側構成部材の相対的回転運動を、歯車をはすばに
かみ合わせることによって補償することが試みられた。この補償は、駆動側の遊
星歯車段の第1の遊星歯車装置と第2の遊星歯車装置との並列接続された歯車を
、互いに反対方向にはすばにかみ合わせることによって行われる。それにもかか
わらず実用において、これにより遊星歯車の妨害的な相対運動が引き起こされ、
遊星歯車装置の、力の伝達に関与している歯車の多数のかみ合い点が、軸方向の
連続的な相対運動を招くことが分かった。その原因は何よりも歯車の製作交差に
ある。その結果として、出力分岐した遊星歯車段において満足させるトルク補償
をもたらすことはできないのである。
て、コンパクトで軽量な構造において正確なトルク補償も確保することである。 本発明は、請求項1の前提部に記載の歯車伝動装置から出発して、特徴部に記
載された特徴を組み合わせることによって解決される。本発明の有利な構成が、
請求項2以下に記載されている。
車装置段が接続されていて、並列接続により生じる個々の遊星歯車装置の間の不
均等な負荷配分を補償するという技術的教理を包含している。
置からなることが好都合である。この配置構成は、見通せる数の歯車装置要素に
おいて効果的な力の流れを保証する。
基づく歯車伝動装置要素の相対運動を互いに正確に補償することが可能となる。
差動歯車装置段は、遊星歯車段の好ましくは被動側の2つの軸のトルク不均衡を
補償し、その限りで均等な出力分岐を実現させる。従って、駆動側の遊星歯車段
の、出力を分岐する遊星歯車装置を並列接続することによって小さい構造容積が
実現され、また規定の出力分岐のもとで運転を行うことができる。
の固定軸と共に共軸の中空軸配置構成を形成することである。これにより、駆動
側の遊星歯車段の両遊星歯車装置も共軸に配置して、その被動をそれぞれの太陽
歯車を介して同様に共軸かつ少ないスペースで実現することが可能である。
線をずらして配置されていて、駆動軸を中空に構成することによりロータを操作
する手段を案内する。
置の形式による、いわゆる「受動的差動装置」として形成されている。差動遊星
歯車装置は、等寸法に設計された遊星歯車装置からなる対称的に構成された遊星
歯車段の接続された両固定軸に出力を均等に分岐させる。このとき、一方の固定
軸が太陽歯車と作用結合し、他方の固定軸が差動歯車装置段の内歯車と作用結合
している。また、遊星キャリアが被動を形成する。この場合、受動的差動歯車装
置段は固定軸に対して共軸に配置されるか、又は中間に接続された平歯車段を介
して固定軸に対して軸線をずらして配置されてよい。差動遊星歯車装置の形式に
よる受動的差動装置は、もっぱら駆動側の遊星歯車段の遊星歯車装置の間のトル
クを補償する働きをする。その限りで両遊星歯車装置は同一に構成されているの
で、この実施形態は製造及び交換部品管理の点で好都合である。
る、いわゆる「能動的差動装置」として形成されている。能動的差動装置は、一
方では等寸法に設計された遊星歯車装置からなる遊星歯車段の接続された両固定
軸に出力を均等に分岐させる。他方では、この差動歯車装置段は遊星歯車段の遊
星歯車装置を非対称的に接続することにより、以下に詳しく説明するように、歯
車伝動装置の全変速に関与している。能動的差動装置はトルク補償のほかに、歯
車伝動装置の変速にも関与しているので、歯車伝動装置において同じ変速比を実
現するために第1の遊星歯車段を第1の実施形態に比べてより小さく寸法設計す
ることが可能である。作動装置と変速段の機能を統合したもう1つの利点は、歯
車伝動装置に必要とされる要素がより少なく、歯車伝動装置全体の質量が減少す
ることである。この利点は、主として駆動側の遊星歯車段を非対称的に接続する
ことによって達成される。
反対方向にはすばにかみ合わせた差動平歯車対の形式による受動的差動装置とし
て形成されている。この差動平歯車対は、上述した両実施形態に従う差動遊星歯
車装置の代わりに、等寸法に設計された遊星歯車装置からなる対称的に構成され
た遊星歯車段の接続された両固定軸に出力を均等に分岐させるようにする。この
場合、一方の固定軸は差動平歯車対の一方の差動平歯車と作用結合し、他方の固
定軸は、反対方向にはすばにかみ合わせた他方の差動平歯車と作用結合している
。差動平歯車対の弾性的な軸方向支承は、差動平歯車対と被動側の同様に共軸の
平歯車との間に共軸に配置された軸弾性的な連結器を介して行われることが好都
合である。連結器の軸弾性的な性質は、好ましくは連結器要素をなすエラストマ
体によって達成される。
本発明の3つの好適な実施例の記述と併せ図面に基づいて詳細に説明する。 図1に示した歯車伝動装置は、ハウジング1内に回転するように支承されてい
る駆動軸2を有しており、この駆動軸2に風力発電設備用のロータ(図示しない
)が取り付けられている。ハウジング1内に同様に回転するように支承されてい
る被動軸3は、電力を発生するための発電機(同様に図示しない)との接続を形
成している。駆動軸2は駆動側の遊星歯車段4に続いている。遊星歯車段4は並
列接続された2つの遊星歯車装置5a、5bからなり、これらが出力を分岐させ
る。この目的のために、両遊星歯車装置5a及び5bは、駆動軸2と接続してい
る共通の遊星キャリア6を有している。両遊星歯車装置5a及び5bは同一の構
造で形成されている。これらの被動は中空軸配置構成によって形成され、第1の
遊星歯車装置5aの固定軸7が第2の遊星歯車装置5bの中空固定軸8の内部に
延びている。両固定軸7及び8は差動歯車装置段9の入力側に続いている。差動
歯車装置段9は、遊星歯車装置の形式で構成されており、前置された遊星歯車段
4に対するトルク補償の働きをする。この場合、接続された両固定軸7及び8の
出力分岐における製作公差に基づく不均等は、受動的差動装置の働きで補償され
る。対称的な、すなわち同一の歯車伝動装置要素から構成された遊星歯車装置5
aと5bはその限りで負荷が補償されて、すなわち出力の流れの最適配分によっ
て駆動され得る。一方の固定軸7は太陽歯車と結合し、他方の固定軸8は差動歯
車装置段9の内歯車と作用結合しており、この差動歯車装置段9の遊星キャリア
が被動を形成する。単に遊星歯車段4に対するトルク不均衡を補償する差動歯車
装置段は、歯車伝動装置の全変速には関与しない。さらに増速させるために、差
動歯車装置段9の後段にはもう1つの平歯車装置段10が接続されていて、これ
により被動軸3を駆動軸2に対して、いわば軸線をずらして配置することが可能
となる。 図2では、変化例に従い、差動歯車装置段9は中間に接続された平歯
車段12を介して固定軸7及び8に対して軸線をずらして配置されている。中間
に接続された平歯車段12は、相並んだ2つの直径の等しい平歯車13a及び1
3bからなる。この場合、平歯車13aは中空固定軸8と結合し、平歯車13b
は他方の固定軸7と結合している。両平歯車13a及び13bは等寸法に設計さ
れ、互いに隔てて共軸に配置されていて、共通の中間軸15上に配置されている
対応する平歯車14a及び14bとかみ合っている。両平歯車14aと14bの
間には、差動歯車装置段9が共軸に配置されている。この場合、一方の固定軸7
は平歯車13a及び14aの対を介して差動歯車装置段9の太陽歯車と結合して
いる。他方の固定軸8は平歯車13b及び14bの対を介して差動歯車装置段9
の内歯車と結合している。
いている。円記号は上記実施例に基づき関与している遊星歯車装置を、次の要領
で表している。
る。駆動側の出力は並列接続された、等しい回転数を有する遊星歯車装置5a及
び5bにより、半分に分岐される。後段に接続された差動歯車装置段は分岐され
た出力を再び一緒にする。このとき並列接続された遊星歯車装置5a及び5bの
内部で1/5の増速が行われる。この出力分岐により、遊星歯車装置5a及び5
bは比較的小さい直径で寸法設計することが可能となり、その結果として歯車伝
動装置全体の質量が減少する。
成された能動的差動装置を有する歯車伝動装置を表している。このために設けら
れた差動歯車装置段9は、ほぼ半分の出力分岐を行う、等寸法に設計された2つ
の遊星歯車装置5a及び5bの後段に接続されている。しかし、駆動軸2と結合
した入力側の遊星歯車段4を形成している遊星歯車装置5a及び5bは上記の実
施例とは異なり非対称的に接続されている。これにより差動歯車装置段9は接続
された両固定軸7及び8のトルク不均衡を補償するだけでなく、遊星歯車段4の
非対称的な接続に基づき、歯車伝動装置の全変速にも関与している。このために
遊星キャリア6は両遊星歯車装置5a及び5bに共通していない。遊星歯車段4
と差動歯車装置段9との非対称的接続は、具体的には遊星歯車装置5bにおいて
は、駆動側に内歯車17が配置されて遊星キャリア18はハウジングに固定され
、被動側に太陽歯車19が配置されることによって行われる。他方の遊星歯車装
置5aにおいては、駆動側に遊星キャリア20が配置されて内歯車21はハウジ
ングに固定され、同様に被動側に太陽歯車22が配置されている。しかも一方の
太陽歯車19は差動歯車装置段9の内歯車23と結合している。伝動には中空固
定軸8が用いられる。遊星歯車段4の他方の太陽歯車22は、固定軸7を介して
差動歯車装置段9の遊星キャリア24と結合している。最後に、被動側では差動
歯車装置段9と被動側平歯車装置段10の太陽歯車16を介して変速された出力
が被動軸3にもたらされる。
星歯車段4の並列接続された遊星歯車装置5a及び5bによる出力分岐の作用原
理を有している。遊星歯車装置5a及び5bは上述のように非対称的に接続され
ているので、ここでは反対方向の出力側回転方向が生じる。回転数は被動回転数
と比べて同様に異なっている。しかし差動歯車装置段9はこの接続により、歯車
伝動装置の全変速に関与する。全体として、少数の歯車装置段で、たとえば1:
70の変速比が可能であり、それによって質量は再び小さくなる。
る。しかしこれとは異なり、差動歯車装置段9がはすばにかみ合う差動平歯車対
25として形成されている。平行平歯車対25は歯車装置段として歯車伝動装置
の全変速に関与するので、この差動歯車装置段9は能動的差動装置と呼ぶ。差動
歯車装置の機能は差動平歯車対25が、当該差動平歯車対25の両平歯車の反対
方向のはすばかみ合いによって行う。差動平歯車対25は、固定軸7に固定した
一方の差動平歯車26及び他方の固定軸8に固定した差動平歯車27と協働する
。トルク補償は軸弾性的に支承された差動平歯車対25との協働において、差動
平歯車対25と被動側の同様に共軸の平歯車28との間に共軸に配置された軸弾
性的な連結器29を介して実現される。このように軸弾性的な連結器29が、差
動平歯車26及び27を有する差動平歯車対25の内部で負荷を補償する歯のか
み合いを可能にする。
差動平歯車対25との間に別の平歯車段30がに配置されている。平歯車段30
はさらに増速させて、歯車伝動装置の全変速比を増大させる働きをする。
ものではない。根本的に別の種類の実施においても上記の解決を応用した多数の
変化例が考えられる。
形式による受動的作動装置を有する歯車伝送装置の第1の実施形態の概念図。
す歯車伝動装置の概念図。
表した説明図。
置の第2の実施形態の概念図。
明図。
能動的作動装置を有する歯車伝送装置の第3の実施形態の概念図。
置、6…遊星キャリア、7…固定軸、8…中空固定軸、9…差動歯車装置段、1
0…平歯車装置段、11…中間軸、12…平歯車段、13…平歯車、14…平歯
車、15…中間軸、16…太陽歯車、17…中空軸、18…遊星キャリア、19
…太陽歯車、20…遊星キャリア、21…内歯車、22…太陽歯車、23…内歯
車、24…遊星キャリア、25…差動平歯車対、26…差動平歯車、27…差動
平歯車、28…平歯車、29…連結器、30…平歯車段。
Claims (17)
- 【請求項1】 特に風力発電設備用の歯車伝動装置であって、当該歯車伝動
装置が駆動側の遊星歯車段(4)からなり、当該遊星歯車段(4)の後段に少な
くとも1つの歯車装置段が接続されており、遊星歯車段(4)が出力を分岐させ
る少なくとも2つの並列接続された遊星歯車装置(5a、5b)からなるものに
おいて、 出力を分岐させる遊星歯車装置(5a、5b)の後段に差動歯車装置段(9)
が接続されていて、並列接続により生じる個々の遊星歯車装置(5a、5b)の
間の不均等な負荷配分を補償するようにしたことを特徴とする特に風力発電設備
用の歯車伝動装置。 - 【請求項2】 遊星歯車段(4)が、並列接続され相前後して配置された正
確に2つの遊星歯車装置(5a、5b)からなることを特徴とする請求項1に記
載の歯車伝動装置。 - 【請求項3】 第1の遊星歯車装置(5a)の固定軸(7)が第2の遊星歯
車装置(5b)の固定軸(8)と共に共軸の中空軸配置構成を形成することを特
徴とする請求項2に記載の歯車伝動装置。 - 【請求項4】 遊星歯車段(4)が共通の遊星キャリア(6;20)を介し
て駆動軸(2)と結合していることを特徴とする請求項1に記載の歯車伝動装置
。 - 【請求項5】 被動軸(3)が平歯車装置段(10)を介して駆動軸(2)
に対して軸線をずらして配置されていることを特徴とする請求項1に記載の歯車
伝動装置。 - 【請求項6】 差動歯車装置段(9)が、差動遊星歯車装置の形式による受
動的差動装置として形成されていて、等寸法に設計された遊星歯車装置(5a、
5b)からなる対称的に構成された遊星歯車段(4)の接続された両固定軸(7
、8)に出力を均等に分岐させ、一方の固定軸(7)が太陽歯車と作用結合し、
他方の固定軸(8)が差動歯車装置段(9)の内歯車と作用結合しており、差動
歯車装置段(9)の遊星キャリアが被動を形成することを特徴とする請求項2乃
至4のいずれか1項に記載の歯車伝動装置。 - 【請求項7】 駆動軸(2)と被動軸(3)との間に平歯車を支持する中間
軸(11)が配置されていることを特徴とする請求項6に記載の歯車伝動装置。 - 【請求項8】 受動的差動歯車装置段(9)が固定軸(7、8)に対して共
軸に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の歯車伝動装置。 - 【請求項9】 受動的差動歯車装置段(9)が中間に接続された平歯車段(
12)を介して固定軸(7、8)に対して軸線をずらして配置されていることを
特徴とする請求項6に記載の歯車伝動装置。 - 【請求項10】 中間に接続された平歯車段(12)が、両固定軸(7、8
)に対して共軸に配置され、それぞれ1つの固定軸(7もしくは8)と結合され
相並んだ2つの直径の等しい平歯車(13a、13b)からなり、これらの平歯
車(13a、13b)が対応する直径の等しい平歯車(14a、14b)とかみ
合っており、これらの平歯車(14a、14b)が対応する平歯車(14a、1
4b)に対して共軸に配置された差動歯車装置段(9)と相応に協働することを
特徴とする請求項9に記載の歯車伝動装置。 - 【請求項11】 差動歯車装置段(9)が、差動遊星歯車装置の形式による
能動的差動装置として形成されていて、その限りで一方では等寸法に設計された
遊星歯車装置(5a、5b)からなる遊星歯車段(4)の接続された両固定軸(
7、8)に出力を均等に分岐させ、他方では遊星歯車段(4)を非対称的に接続
することにより歯車伝動装置の全変速に関与しており、さらに太陽歯車(16)
が被動を形成することを特徴とする請求項2又は3に記載の歯車伝動装置。 - 【請求項12】 差動歯車装置段(9)の後段に平歯車装置段(10)が接
続されていることを特徴とする請求項11に記載の歯車伝動装置。 - 【請求項13】 遊星歯車段(4)と差動歯車装置段(9)とが非対称的に
接続されており、しかも第1の遊星歯車装置(5b)では駆動側に内歯車(17
)が配置されて遊星キャリア(18)はハウジングに固定されていて、被動側に
太陽歯車(19)が配置されており、第2の遊星歯車装置(5a)では駆動側に
遊星キャリア(20)が配置されて内歯車(21)はハウジングに固定されてい
て、同様に被動側に太陽歯車(22)が配置されており、しかも一方の太陽歯車
(19)は差動歯車装置段(9)の内歯車(23)と作用結合し、他方の太陽歯
車(22)はその遊星キャリア(24)と作用結合していることを特徴とする請
求項11に記載の歯車伝動装置。 - 【請求項14】 差動歯車装置段(9)が、軸弾性的に支承され互いに反対
方向にはすばにかみ合った差動平歯車対(25)の形式による能動的差動装置と
して形成されており、この差動平歯車対(25)が一方では等寸法に設計された
遊星歯車装置(5a、5b)からなる対称的に構成された遊星歯車段(4)の接
続された両固定軸(7、8)に出力を均等に分岐させ、他方では歯車装置段とし
て歯車装置の全変速に関与し、しかも一方の固定軸(7)は差動平歯車対(25
)の一方の差動平歯車(26)と作用結合し、他方の固定軸(8)は他方の差動
平歯車(27)と作用結合していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか
1項に記載の歯車伝動装置。 - 【請求項15】 差動平歯車対(25)の軸弾性的支承が、差動平歯車対(
25)と被動側の同様に共軸の平歯車(28)との間に共軸に配置された軸弾性
的な連結器(29)を介して行われることを特徴とする請求項14に記載の歯車
伝動装置。 - 【請求項16】 差動平歯車対(25)と、それぞれ1つの固定軸(7、8
)と結合した対応する差動平歯車(26、27)とが互いに増速比にあることを
特徴とする請求項14に記載の歯車伝動装置。 - 【請求項17】 差動平歯車(26、27)と差動平歯車対(25)との間
に別の平歯車段(30)が増速するように配置されていることを特徴とする請求
項16に記載の歯車伝動装置。
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