KR102225250B1

KR102225250B1 - 유성 기어용 유성 바퀴 캐리어

Info

Publication number: KR102225250B1
Application number: KR1020140018869A
Authority: KR
Inventors: 자리 토이까넨; 조르마 티르꼬넨
Original assignee: 모벤타스 기어스 오와이
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2021-03-09
Also published as: CA2843255C; US9086134B2; CN104006148B; KR20140105388A; EP2770231B1; US20140243143A1; DK2770231T3; HK1196657A1; CA2843255A1; EP2770231A1; CN104006148A; BR102014003869A2; ES2587879T3

Abstract

본 발명에 따른 유성 바퀴 캐리어는 유성 기어의 유성 바퀴들(113, 114)의 샤프트들을 지지하기 위한 제1 및 제2 단부 섹션들(102, 103)을 포함한다. 상기 유성 바퀴 캐리어는 상기 제1 및 제2 단부 섹션들에 연결되고 상기 유성 바퀴들의 축 방향으로 상기 제1 및 제2 단부 섹션들 사이에 위치하고 상기 유성 바퀴 캐리어의 원주 방향으로 상기 유성 바퀴들 사이에 위치하는 지지 구조(104)를 포함한다. 상기 제1 단부 섹션은 상기 제1 단부 섹션의 적어도 일부가 상기 지지 구조로부터 비파괴적으로 탈착 가능하도록 상기 지지 구조에 부착된다. 상기 제1 단부 섹션의 적어도 일부가 상기 지지 구조로부터 탈착 가능하다는 점은 상기 유성 기어의 유지를 원활히 하는데, 이는 상기 제1 단부 섹션 또는 그 탈착 가능한 부분의 제거 후, 상기 유성 바퀴들을 제거하여 실질적으로 설치하는 것이 종래의 원-피스 유성 바퀴 캐리어의 경우보다 용이하기 때문이다.

Description

유성 기어용 유성 바퀴 캐리어{A PLANET WHEEL CARRIER FOR A PLANETARY GEAR}

본 발명은 유성 기어용 유성 바퀴 캐리어에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명은 유성 기어에 관한 것이다.

유성 기어는 유성 바퀴 캐리어(planet wheel carrier), 썬 샤프트(sun shaft), 기어 링(gear ring), 및 상기 썬 샤프트와 상기 기어 링과 맞물리도록 상기 유성 바퀴 캐리어에 의해 지지되는 유성 바퀴들(planet wheels)을 포함한다. 단순한 형태의 유성 바퀴 캐리어는 상기 유성 바퀴들의 샤프트들의 제1 단부들을 지지하기 위한 제1 단부 섹션과 상기 유성 바퀴들의 샤프트들의 제2 단부들을 지지하기 위한 제2 단부 섹션을 포함한다. 그러나 많은 경우, 상술한 것과 같은 종류의 유성 바퀴 캐리어는 기계적으로 탄성력이 너무 클 수 있어, 다시 말해 강성(stiffness)이 부족함으로 인해 상기 썬 샤프트와 상기 기어 링에 대한 상기 유성 바퀴들의 위치가, 특히 고 하중 시 요구되는 정도에 못 미칠 수 있다. 이로 인해 상기 유성 바퀴들, 상기 썬 샤프트, 및 상기 기어 링의 톱니들이 과도하게 마모될 수 있다.

상술한 기계적인 강성을 향상시키기 위해, 많은 유성 바퀴 캐리어들은 상기 유성 바퀴들의 축 방향으로 상기 제1 및 제2 단부 섹션들 사이에 지지 구조를 포함한다. 상기와 같은 지지 구조와 관련된 불편함이라고 한다면 유성 기어의 유성 바퀴들의 조립 및 해체를 복잡하게 만든다는 것이다. 따라서, 상기 지지 구조는 상기 유성 기어의 유지를 복잡하게 할 수 있다. 이에 따라, 상기 유성 바퀴 캐리어의 기계적인 강성과 상기 유성 기어의 유지의 복잡성 사이에는 종종 트레이드오프(trade-off)가 있을 수 있다.

공개특허 JP2007071273에서는 지지 구조로부터 비파괴적으로 탈착 가능한 단부 플레이트를 포함함으로써 유성 기어의 유지를 원활히 하는 유성 바퀴 캐리어를 기재하고 있다.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예들의 몇몇 측면들의 기본적인 이해를 위한 간략한 요약이 제시된다. 본 요약은 본 발명에 대한 폭넓은 개괄은 아니다. 또한, 본 요약은 본 발명의 주요 및 중대한 요소들을 설명하기 위한 것도 아니며, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것도 아니다. 본 요약은 단순히 본 발명의 일부 개념들을 단순화한 형태로, 본 발명의 실시 예들의 더 상세한 설명에 대한 서막에 불과하다.

본 발명에 따르면, 유성 기어를 위한 새로운 유성 바퀴 캐리어가 제공된다. 본 발명에 따른 유성 바퀴 캐리어는 상기 유성 기어의 유성 바퀴들의 샤프트들의 제1 단부들을 지지하기 위한 제1 단부 섹션, 상기 유성 바퀴들의 샤프트들의 제2 단부들을 지지하기 위한 제2 단부 섹션, 및 상기 제1 및 제2 단부 섹션들에 연결되고 상기 유성 바퀴들의 축 방향으로 상기 제1 및 제2 단부 섹션들 사이에 위치하고 상기 유성 바퀴 캐리어의 원주 방향으로 상기 유성 바퀴들 사이에 위치하는 지지 구조를 포함한다.

상술한 제1 단부 섹션은 그것의 적어도 일부가 상기 지지 구조로부터 비파괴적으로 탈착 가능하도록 상기 지지 구조에 부착되고, 상기 지지 구조와 상기 제1 단부 섹션에는 그들 사이에서 토크를 전달하기 위하여 상호 맞물리는 요철부(indentations)들이 형성된다. 상기 제1 단부 섹션은 가령 볼트들의 도움을 받아 상기 지지 구조에 부착될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 제1 단부 섹션의 적어도 일부가 상기 지지 구조로부터 탈착 가능하다는 점은 상기 유성 기어의 유지를 원활히 하는데, 이는 상기 유성 바퀴들을 종래의 원-피스 유성 바퀴 캐리어가 있는 경우에 비해, 상기 제1 단부 섹션 또는 그 탈착 가능한 부분의 제거 후, 상기 유성 바퀴가 실질적으로 용이하게 제거되고 설치될 수 있기 때문이다.

본 발명에 따르면, 썬 샤프트, 기어링, 유성 바퀴들 및 상기 유성 바퀴들이 상기 썬 샤프트 및 상기 기어 링과 맞물리도록 상기 유성 바퀴들을 지지하기 위한 본 발명에 따른 유성 바퀴 캐리어를 포함하는 새로운 유성 기어가 제공된다.

본 발명의 많은 비한정적인 실시 예들을 첨부된 비독립항들에서 설명한다.

구성과 작동 방법에 있어서의 본 발명의 많은 비한정적인 실시 예들은 추가적인 목적들과 이점들과 함께 이하 실시 예들에 대한 상세한 설명을 첨부한 도면과 함께 읽었을 때 가장 잘 이해되어질 것이다.

본 명세서에서 “~로 구성되다” 및 “~를 포함하다” 동사들은 여기에 기재되지 않은 특징들의 존재를 배제하지도, 그렇다고 그것을 요구하지도 않는 열린 한정 동사들이다. 비독립 청구항들에 기재된 특징들은 달리 명시되지 않은 한 상호 자유롭게 결합 가능하다. 또한, 본 명세서에서 “하나”의 사용은 복수의 가능성을 배제 않는 것으로 이해해야 한다.

본 발명의 실시 예들 및 그 이점들을 이하 첨부된 도면을 참조로 더 상세히 설명한다.
도 1a, 1b, 및 1c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유성 기어를 도시한 도면들이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 유성 기어를 도시한 도면이다.

도 1a, 1b 및 1c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유성 기어를 도시한 도면들이다. 도 1a는 도 1b와 1c에서 B-B 선을 따라 절단했을 때의 단면도이고, 도 1b는 도 1a에서 A-A 선을 따라 절단 했을 때의 단면도이고, 도 1c는 도 1a에서 C-C 선을 따라 절단했을 때의 단면도이다. 유성 기어는 썬 샤프트(111), 기어 링(112), 유성 바퀴들(113, 114, 115, 116), 및 도 1a 및 도 1c에 도시된 바와 같이 유성 바퀴들이 상기 썬 샤프트와 상기 기어 링과 맞물리도록 상기 유성 바퀴들을 지지하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 유성 바퀴 캐리어(101)를 포함한다. 상기 유성 바퀴 캐리어(101)는 가령, 풍력 터빈의 로터(rotor)와 같은 외부 기계적 시스템에 연결될 수 있는 연결 섹션 (117)을 포함한다. 상기 외부 기계적 시스템은 풍력 터빈의 로터에만 한정되지 않는다. 상기 유성 바퀴 캐리어(101)는 상기 유성 바퀴들의 샤프트들의 제2 단부들을 지지하기 위한 제2 단부 섹션(103)을 포함한다. 상기 유성 바퀴 캐리어(101)는 상기 제1 및 제2 단부 섹션들(102, 103)에 연결된 지지 구조(104)를 더 포함한다. 상기 지지 구조는 상기 유성 바퀴들의 축 방향으로 상기 제1 및 제2 단부 섹션들 사이에 위치하고 상기 유성 바퀴 캐리어의 원주 방향으로 상기 유성 바퀴들을 사이에 위치한다. 상기 축 방향은 도 1a, 도 2b, 및 도 1c에 도시된 좌표계(199)의 z 축 방향이다. 상기 원주 방향은 상기 기어 링(112)의 원주 방향이다.

상기 유성 바퀴 캐리어(101)의 제1 단부 섹션(102)은 상기 제1 단부 섹션(102)이 상기 지지 구조(104)로부터 비파괴적으로 탈착 가능하도록 상기 지지 구조(104)에 부착된다. 도 1a, 도 1b, 및 도 1c에 도시된 실시 예에서, 상기 제1 단부 섹션(102)은 볼트의 도움을 받아 상기 지지 구조(104)에 부착된다. 상기 볼트들 중 하나는 도 1a에서 참조 부호 105로 표시되어 있다. 상기 지지 구조(104)와 상기 제1 단부 섹션(102)에는 가령 그 둘 간에 토크를 전달하기 위한 상호 맞물리는 요철부(indentations)들이 형성될 수 있으나 여기에 제한되는 것은 아니다. 상기 제1 단부 섹션(102)이 상기 지지 구조(104)로부터 탈착 가능한 점은 상기 유성 기어의 유지를 원활하게 하는데, 이는 상기 단부 섹션(102)을 제거한 후, 상기 유성 바퀴들을 제거하여 상기 유성 바퀴들의 실질적인 축 방향으로 설치할 수 있기 때문이다. 즉, 상기 유성 바퀴들은 좌표계(199)의 양 z 방향으로 실질적으로 제거하고 상기 좌표계(199)의 실질적인 음 z 방향으로 설치할 수 있다.

도 1a, 도 1b, 도 1c에 도시된 실시 예에서, 상기 지지 구조(104)는 상기 제1 및 제2 단부 섹션들(102, 103)의 외부 테두리에 연결된다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 지지 구조(104)는 상기 유성 기어의 썬 샤프트의 기하학적 회전 축으로부터 이격되게 마련되고 상기 유성 바퀴들의 최대 직경 D이 상기 유성 바퀴들 중 인접한 유성 바퀴들의 기하학적 회전 축들 사이의 간격 d의 적어도 90%, 더 유리하게는 적어도 95%가 될 수 있도록 유성 바퀴들(113 내지 116)의 기하학적 회전 축들은 상기 썬 샤프트의 기하학적 회전 축에 근접하게 마련된다. 상기 최대 직경 D와 상기 간격 d는 도 1b에 도시되어 있다. 상기 최대 직경 D는 상기 유성 바퀴들(113 내지 116) 각각을 에워쌀 수 있는 최소의 원의 직경이다. 따라서, 상기 유성 바퀴들의 톱니들은 상기 최대 직경 D에 포함된다. 상기 썬 샤프트(111)와 상기 유성 바퀴(101) 캐리어 간의 기어비는 D_R/D_S + 1이며, 여기서 D_R은 상기 기어 링의 직경이고 D_S는 상기 썬 샤프트의 직경이다. 상기 썬 샤프트의 직경 D_S는 D_R-2 x D_Pmax 보다 작을 수 없다.여기서, D_Pmax는 상기 유성 바퀴들의 최대 가능한 직경이다. 상기 유성 바퀴들의 최대 직경 D이 상기 유성 바퀴들의 인접한 바퀴들의 기하학적 회전 축들 사이의 간격 d의 적어도 90%가 될 수 있도록 상기 지지 구조(104)가 설계됨에 따라, 비교적 높은 기어비를 획득 가능할 수 있게 된다. 상술한 유성 바퀴 캐리어(101)에서, 상기 지지 구조(104)의 방사상 최외측이 기계적 강성에 가장 큰 기여를 한다는 사실이 이용된다. 따라서, 기계적 강성의 희생 없이 상기 기어비를 증대시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유성 바퀴 캐리어(201)를 도시한 도면이다. 상기 유성 바퀴 캐리어는 상기 유성 바퀴들의 기하학적 회전 축들이 원 주변 상에서 실질적으로 균일한 간격으로 치합되도록 유성 기어의 유성 바퀴들(213, 214, 215, 216)의 샤프트들의 제1 단부들을 지지하기 위한 제1 단부 섹션(202)을 포함한다. 상기 유성 바퀴 캐리어는 상기 유성 바퀴들의 샤프트들의 제2 단부들을 지지하기 위한 제2 단부 섹션을 포함한다. 상기 제2 단부 섹션은 도 2에 도시되어 있지 않지만, 상기 제2 단부 섹션은 도 1a에 도시된 바와 같을 수 있다. 상기 유성 바퀴 캐리어는 상기 제1 및 제2 단부 섹션들에 연결되고 상기 유성 바퀴들의 축 방향으로 상기 제1 및 제2 단부 섹션들 사이에 위치하고 상기 유성 바퀴 캐리어의 원주 방향으로 상기 유성 바퀴들 사이에 위치하는 지지 구조를 포함한다. 상기 지지 구조는 도 2에 도시되어 있지 않지만 상기 지지 구조는 도 1a 및 도 1c에 도시된 바와 같을 수 있다. 도 2에 도시된 일 실시 예에서, 상기 유성 바퀴 캐리어(201)의 제1 단부(202)는 개별 섹터(206, 207, 208, 209)들을 포함한다. 상기 섹터들(206 내지 209) 각각은 상기 유성 바퀴들의 샤프트들의 제1 단부들 중 하나를 지지하기 위한 부분을 포함하고, 상기 섹터들(206 내지 209) 각각은 상기 지지 구조로부터 개별적으로 그리고 비파괴적으로 탈착 가능하게 상기 지지 구조에 부착된다. 도 2에 도시된 실시 예에서, 상기 섹터들(206 내지 209)은 볼트들의 도움을 받아 상기 지지 구조에 부착된다. 도 2에서 상기 볼트들 중 하나는 참조 부호 205로 표시된다. 상기 지지 구조 및 상기 섹터들(206 내지 209) 각각에는 그 들 사이의 토크 전달을 위한 상호 맞물리는 요철부(indentations)들이 형성될 수 있으나 여기에 제한되는 것은 아니다. 상기 섹터들(206 내지 209) 각각이 상기 지지 구조로부터 개별적으로 그리고 비파괴적으로 탈착 가능하다는 점은 상기 유성 기어 의 유지를 원활히 하는데, 이는 상기 섹터들 중 하나를 제거한 후, 해당하는 유성 바퀴가 제거되고 상기 유성 바퀴들의 실질적인 축 방향으로 설치될 수 있기 때문이다. 즉, 상기 유성 바퀴는 도 2에 도시된 좌표계(299)의 양 z 방향으로 실질적으로 제거하고 상기 좌표계(299)의 음 z 방향으로 실질적으로 설치할 수 있기 때문이다. 도 2에 도시된 실시 예에서, 상기 섹터들 각각은 상기 유성 바퀴들 중 하나를 지지한다. 두 개의 섹터가 각각 두 개의 유성 바퀴들을 지지하는 것 또한 가능하다.

도 1a, 도 1b, 및 도 2에 도시된 유성 바퀴 캐리어(101, 201)들의 제1 단부 섹션들은 상기 유성 바퀴들의 샤프트들의 제1 단부들 중 하나를 각각 지지하도록 상기 썬 샤프트의 기하학적 회전 대칭 축을 향해 돌출되는 캔틸레버(cantilever)들을 포함하는 형태를 갖는다. 도 3에서, 상기 캔틸레버들은 참조 부호 310로 표시된다. 상술한 캔틸레버들을 포함하는 상기 형태의 목적은 상기 제1 단부 섹션에 의해 에워싸이는 개방 영역을 최대화하여 상기 유성 기어의 유지를 원활히 하는데 있다.

도 1a 내지 도 1c 및 도 2에 도시된 유성 기어들의 실시 예들에서, 상기 유성 바퀴들의 개수는 네 개이다. 그러나 상기 유성 바퀴들의 개수가 네 개 이상 또는 미만일 수도 있다.

도 1a 내지 도 1c 및 도 2에 도시된 실시 예들에서, 상기 기어 링은 고정된 것이며, 상기 유성 캐리어와 썬 샤프트는 회전 가능하다. 상기 유성 캐리어를 고정시키고 상기 썬 샤프트와 상기 기어 링을 회전 가능하게 마련하는 것 또한 가능하다. 또한, 상기 썬 샤프트를 고정시키고 상기 유성 바퀴 캐리어와 상기 기어 링을 회전 가능하게 마련하는 것 또한 가능하다. 상기 썬 샤프트의 회전 가능 여부와 상 관 없이, 상기 썬 샤프트는 기하학적으로 회전 가능한 대칭 축을 갖는데, 이는 첨부된 청구항들에 기재되어 있다.

도 1a 내지 도 1c 및 도 2에 도시된 실시 예들에서, 상기 제2 단부 섹션 전체는 상기 지지 구조로부터 비파괴적으로 탈착 가능하다. 그러나, 본 발명의 몇몇 실시 예들에서는, 상기 제2 단부 섹션의 일부 또는 일부들만이 상기 지지 구조로부터 비파괴적으로 탈착가능할 수 있다. 가령, 도 2에 도시된 경우에 있어서, 두 개의 섹터들, 가령 섹터(209, 207)들만이 상기 지지 구조로부터 비파괴적으로 탈착 가능하고 섹터(206, 208)들은 상기 지지 구조와 일체형으로, 즉 탈착 불가능하게 마련될 수 있다.

상기 상세한 설명에 제시된 특정 예들은 첨부된 청구항들의 적용 범위 및/또는 해석을 제한하는 것으로 이해해서는 안된다.

Claims

유성 기어를 위한 유성 바퀴 캐리어(101, 201)로서,
상기 유성 기어의 유성 바퀴들의 샤프트들의 제1 단부들을 지지하기 위한 제1 단부 섹션(102, 202),
상기 유성 바퀴들의 샤프트들의 제2 단부들을 지지하기 위한 제2 단부 섹션(103), 및
상기 제1 및 제2 단부 섹션들에 연결되고 상기 유성 바퀴들의 축 방향으로 상기 제1 및 제2 단부 섹션 사이에 위치하고 상기 유성 바퀴 캐리어의 원주 방향으로 상기 유성 바퀴들 사이에 위치하는 지지 구조(104)를 포함하고,
상기 제1 단부 섹션은 상기 제1 단부 섹션의 적어도 일부가 상기 지지 구조로부터 비파괴적으로 탈착 가능하도록 상기 지지 구조에 부착되고,
상기 제1 단부 섹션은 상기 유성 바퀴들의 샤프트들의 제1 단부들 중 적어도 하나를 지지하기 위한 부분을 각각 포함하고 상기 지지 구조로부터 비파괴적으로 탈착 가능하도록 상기 지지 구조에 부착된 개별 섹터들(206 내지 209)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유성 바퀴 캐리어.
제1항에 있어서,
상기 제1 단부 섹션의 섹터들(206 내지 209) 각각은 상기 유성 바퀴들의 샤프트들의 제1 단부들 중 오직 하나만을 지지하도록 마련된 것을 특징으로 하는 유성 바퀴 캐리어.
제1항에 있어서,
상기 제1 단부 섹션은 상기 유성 바퀴들의 샤프트들의 제1 단부들 중 오직 하나만을 각각 지지하도록 상기 유성 기어의 썬 샤프트의 기하학적 대칭 축을 향해 돌출된 캔틸레버(210)들을 포함하는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 유성 바퀴 캐리어.
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제2항에 있어서,
상기 제1 단부 섹션은 상기 유성 바퀴들의 샤프트들의 제1 단부들 중 오직 하나만을 각각 지지하도록 상기 유성 기어의 썬 샤프트의 기하학적 대칭 축을 향해 돌출된 캔틸레버(210)들을 포함하는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 유성 바퀴 캐리어.
제1항에 있어서,
상기 지지 구조는 상기 제1 및 제2 단부 섹션들의 외부 테두리들에 연결되고, 상기 유성 기어의 썬 샤프트의 기하학적 회전 대칭 축으로부터 이격되도록 마련되고, 상기 유성 바퀴들의 최대 직경 D이 상기 유성 바퀴들 중 인접한 바퀴들의 기하학적 회전 축들 사이의 간격 d의 적어도 90%가 되도록 상기 유성 바퀴들의 기하학적 회전 축들은 상기 썬 샤프트의 기하학적 회전 대칭 축에 근접하게 마련된 것을 특징으로 하는 유성 바퀴 캐리어.
제6항에 있어서,
상기 지지 구조는 상기 유성 기어의 썬 샤프트의 기하학적 회전 대칭 축으로부터 이격되도록 마련되고, 상기 유성 바퀴들의 최대 직경 D이 상기 유성 바퀴들 중 인접한 바퀴들의 기하학적 회전 축들 사이의 간격 d의 적어도 95%가 되도록 상기 유성 바퀴들의 기하학적 회전 축들은 상기 썬 샤프트의 기하학적 회전 대칭 축에 근접하게 마련된 것을 특징으로 하는 유성 바퀴 캐리어.
제1항에 있어서,
상기 유성 바퀴 캐리어는 적어도 네 개의 유성 바퀴들을 지지하도록 마련된 것을 특징으로 하는 유성 바퀴 캐리어.
유성 기어로서,
썬 샤프트(111, 211),
기어 링(112).
유성 바퀴들(113 내지 116, 213 내지 216), 및
상기 유성 바퀴들이 상기 썬 샤프트와 상기 기어링과 맞물리도록 상기 유성 바퀴들을 지지하기 위한, 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 유성 바퀴 캐리어(101, 201)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유성 기어.
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