JP6159333B2 - トランスミッションシステム - Google Patents

Description

本発明は、トランスミッションシステムに関する。

トランスミッションシステムは、例えば、風力タービン、自動車の場合に、また圧延機において、遊星トランスミッションシステムとして設計されることが多い。現在既知である遊星トランスミッションは、内歯を呈する輪歯車を呈する。輪歯車には、この輪歯車の内側に位置する少なくとも２つの遊星歯車が噛み合う。これらの少なくとも２つの遊星歯車は、遊星キャリヤに取り付けられ、外歯を呈し、太陽歯車に対する動力伝達比を生み出す。太陽歯車は、輪歯車に対して同軸に配置されるとともに、外歯を呈する。

特許文献１は、入力シャフトが出力シャフトに対して同心であるトランスミッションシステムを開示している。全ての歯車が外歯を有する。特許文献２は、複数のピニオンが、第１の歯車と噛み合う電気機械に連結されるトランスミッションシステムを開示している。

米国特許第１，４５９，９６４号 国際公開第００／６５７０８号

本発明の目的は、コンパクトな構成であるとともに、厳密な公差内での製造を可能にするトランスミッションシステムを提供することである。このトランスミッションシステムは、極めて静かに稼動するとともに、ほんの僅かな摩耗しか受けない。

この目的は、請求項１に記載の特徴を有するトランスミッションシステムによって達成される。従属請求項は、本発明の有利な設計を明記する。

本発明では、第１の段の歯車すなわち第１の歯車と、第３の段の歯車すなわち第５の歯車とは、同心に配置される。第１の段及び第３の段の歯車と噛み合う歯車、すなわち第３の歯車及び第４の歯車は、第１の段及び第３の段の上述した歯車の軸から等距離にあり、二等辺三角形を形成する。

第３の歯車及び第４の歯車の軸は、電気機械のピニオンの軸と同心であり、第３の歯車及び第４の歯車の軸は、これらの軸のそれぞれの場合に、ピニオンの軸間の二等分線の角度で配置される。

ここでは、第３の歯車と、第３の歯車に同軸に連結される第４の歯車とは、第３の歯車が第２の歯車に係合し、第４の歯車が第５の歯車に係合するように配置される。

２段目と３段目との動力伝達比が、５．４０：１の比未満で選択される場合、軸間隔とは無関係にセットすることができる第１の段によって、総動力伝達比を調整することができる。

歯車がはすば（helical tooth）であるように好ましく設計されると、また、第１の歯車及び第２の歯車が、一方でハウジング壁において、他方で第５の歯車に配置される軸受において特に好ましく支持される（mounted）と、トランスミッションシステムに好ましくない影響を及ぼす力を回避することができる。

特に、第１の段及び第３の段の歯車、すなわち、電気機械のピニオン及び第１の歯車、第３の歯車に対する第２の歯車、並びに第５の歯車に対する第４の歯車によって形成される歯車群は、歯車のはすばから発生する軸方向力が打ち消し合うような逆回転（counter-rotating：対向回転）はすば（helical tooth）を呈する。

結果として、トランスミッションシステム全体、またひいてはトランスミッションシステムハウジングを、歯車のマウントに対してより小さい寸法で提供することができる。

本発明は、単一の図１に示されている特に好ましい設計の例示的な実施形態を用いて、より詳細に説明される。

（ａ）は、本発明によるトランスミッションシステムを示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示されているトランスミッションシステムを示す断面図である。

トランスミッションシステム１０は、中央に支持される第１の歯車２０を呈している。第１の歯車２０は、第１の歯車２０の後方に配置される第２の歯車に堅く連結されている。それにより、動作の際、第１の歯車２０及び第２の歯車３０は同じ速度で回転する。特に、第２の歯車３０は、第１の歯車２０よりも小さい直径を呈する。

第２の歯車３０は、３つの第３の歯車４０と噛み合う。第３の歯車４０は、仮想的な二等辺三角形を成して配置され、さらに、第３の歯車４０のそれぞれの場合に、第３の歯車４０よりも小さい第４の歯車５０に堅く連結される。それにより、動作の際、第３の歯車４０及び第４の歯車５０は同じ速度で回転する。

最後に、更なる動力伝達が第４の歯車５０から第５の歯車６０へと生じる。第５の歯車６０は、第１の歯車２０に対して同軸に配置されるとともに、シャフト７０に堅く連結される。シャフト７０は、ドライブシャフト又は出力シャフト７０として構成することが可能である。

シャフト７０が、例えば、風力タービンのドライブシャフト７０として用いられる場合（したがって、ドライブシャフト７０が、風力タービンの回転シャフトに相当するか、又は少なくともそのような回転シャフトに連結される場合）、ドライブシャフト７０の回転運動が、上述した順序とは逆の方向に、第１の第１の歯車２０へと伝達される。

本発明によれば、第１の歯車２０に接して、１つの電気機械の３つのピニオン８０が配置される。３つのピニオン８０は、仮想的な二等辺三角形の形を成して配置され、それぞれ、発電機９０として設計されている。発電機９０は、３つのピニオン８０のそれぞれの場合に、電気を生成するように用いることができる。基本的に、ドライブシャフト７０から３つの出力シャフト、すなわち発電機９０の３つの駆動装置へと力伝達が生じる。

しかし、電気機械９０がモーター９０として設計される場合、モーター９０は、第１の歯車２０を駆動するように、ひいては結果として出力シャフト７０を駆動するように用いられる。ここでは、基本的には、３つのドライブシャフト、すなわち３つのモーター９０から出力シャフト７０へと力伝達が生じる。

しかし、原理において上述した力伝達は、３つ全ての発電機又はモーターを、各時点で同時に動作させることを必ずしも意味しない。むしろ、発電機又はモーターをオン又はオフに切り替えることができる制御システムが、本発明によるトランスミッションシステムを呈する機械とともに設けられる。

風力タービンでは、風量に応じて、１つ、２つ又は３つの発電機がグリッドに給電することを行うことができる。反対に、例えば、シャフト７０が出力として用いられる機械の場合、１つ、２つ又は３つのモーターを用いて、機械の特定の電力を達成するように駆動される。

負荷分布を考慮すると、３つの電気機械８０、並びに、第３の歯車４０及び第４の歯車５０によって形成される３つの歯車対が特に有利であるが、第１の歯車２０、及び／又は第２の歯車３０と噛み合う更なる歯車対と協働する、更なる電気機械が想定可能である。

歯車２０、３０、４０、５０、６０の、互いに対する及び／又は電気機械９０のピニオン８０に対する歯は、はすばとして実現されることが好ましい。歯車２０、３０、４０、５０、６０及び／又はピニオン８０は、はすばを有する設計であることが特に好ましい。

示した例示的な実施形態は、第１の動力伝達段の支持、すなわち第１の歯車２０及び第２の歯車３０の支持に鑑みて特に好ましい。第１の歯車２０、及び、第１の歯車２０に堅く連結される第２の歯車３０は、片側がトランスミッションシステムの壁（図示せず）に、他方の側が第５の歯車６０に配置される軸受（＊で示されている）に配置される。第１の歯車２０及び第２の歯車３０は、第１の歯車２０及び第２の歯車３０、並びに、第５の歯車６０及び／又はドライブシャフト若しくは出力シャフト７０が、互いと無関係に回転することができるように、第５の歯車６０において支持される。

この設計の利点は、歯の芯ずれ又は非一様な負荷発生が調節され、それにより、摩耗の過大なリスクを伴わずに、より大きい製造公差を用いることができることである。

好ましい設計の更なる実施形態において、仮想的な二等辺三角形を形成するとともに第１の歯車２０の外歯と噛み合う、電気機械９０の３つのピニオン８０は、３つの第３の歯車４０に対してずれて、特に、６０度回転して配置されている。第３の歯車４０は、仮想的な二等辺三角形を形成するとともに、第２の歯車３０と噛み合う。この設計により、トランスミッションシステムの同期が静かにもたらされる。

本発明によるトランスミッションシステムは、異なる機械において使用することができる。したがって、例えば、風力タービン又は工作機械における使用も想定可能である。

Claims (4)

1. トランスミッションシステム壁及び複数の外歯車を有するトランスミッションシステム（１０）であって、複数の外歯車が、
   第１の歯車（２０）と、
   複数のピニオン（小歯車ともいう、以下同様）（８０）であって、該複数のピニオン（８０）のそれぞれが、発電機又はモーターとして設計されている電気機械（９０）に連結されるとともに、前記第１の歯車（２０）と噛み合い、該複数のピニオンは、仮想的な二 等辺三角形を形成する３つのピニオン含む、該複数のピニオンと、
   前記第１の歯車（２０）に同軸に堅く連結される第２の歯車（３０）と、
   仮想的な二等辺三角形を形成する、前記第２の歯車（３０）と噛み合う３つの第３の歯車（４０）であって、該３つのピニオン（８０）によって形成される仮想的な二等辺三角 形が、前記３つの第３の歯車（４０）によって形成される仮想的な二等辺三角形に対して 、６０度ずれて配置される、該３つの第３の歯車（４０）と、
   ３つの第４の歯車（５０）であって、該３つの第４の歯車（５０）のそれぞれが、前記第３の歯車（４０）のうちの１つに同軸に堅く連結される、３つの第４の歯車（５０）と、
   前記第４の歯車（５０）と噛み合うとともに、ドライブシャフト又は出力シャフト（７０）に連結される第５の歯車（６０）とを含み、
   ここで、前記第１の歯車（２０）、前記第２の歯車（３０）及び前記ドライブシャフト 又は前記出力シャフト（７０）が同軸に配置されることを特徴とする、トランスミッションシステム。
2. ３つの電気機械（９０）であって、該３つの電気機械のピニオン（８０）が前記第３の歯車（４０）に対してずれて、６０度回転して配置される、３つの電気機械が設けられることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記歯車（２０、３０）は、前記トランスミッションシステム壁の前記第１の歯車（２０）側と、前記第５の歯車（６０）に配置される軸受（＊）の前記第２の歯車（３０）側とに配置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のトランスミッションシステム。
4. 風力タービンのトランスミッションシステムであることを特徴とする、請求項１〜３に記載のトランスミッションシステム。

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