[发明专利]用于风力涡轮机的传动系

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求于2008年9月10日提交的美国临时专利申请No.61/095,816的优先权，并且其内容在此通过引用并入。

关于联邦资助研究的声明

不适用。

技术领域

本发明一般而言涉及诸如在风力涡轮机中使用的那些传动系统，并且具体地涉及一种改进的风力涡轮机传动系统，其构造成复合分离行星齿轮系统，该复合分离行星齿轮系统包括在高扭矩阶的封闭式承载架柔性销系统和在低扭矩阶的敞开式承载架柔性销系统。

背景技术

目前发展中的风力涡轮机系统架构意在生产精简的(低重量、低成本)和可靠的机器。追求的一种解决方案是混合式风力涡轮机，其并入了简化的传动系(通常为单级行星齿轮系统)与中速发电机的结合。为了进一步减小该构型的旋转质量，可以利用较高的行星齿轮传动系统比率，从而允许以尺寸减小的、运行更快的发电机取代中速发电机。换言之，如果风力涡轮机以给定速度“a”rpm旋转，并且如果行星齿轮传动系统比率为“b”，那么相关的发电机将以(a×b)rpm的速度旋转。比率“b”越高，发动机旋转越快。一般情况下，旋转较快的较小的发电机将会质量较轻并且成本较低，从而导致较精简的系统设计。因此，工业上需要在尽可能小的空间内增加行星齿轮系统的升压比“b”，并且具有尽可能小的质量。

诸如在图1A和图1B中示出的行星齿轮系统通常包括：位于中央的太阳齿轮；与太阳齿轮啮合的轨道行星齿轮(数量通常是但不总是三个，如在图1A中示出的)；旋转行星承载架(与太阳齿轮共轴)，该旋转行星承载架是将行星齿轮保持在固定的相对位置处的结构构件；以及环形齿轮，该环形齿轮也与太阳齿轮共轴并且围绕所有轨道行星齿轮并与所有轨道行星齿轮啮合。

传统上，每个行星齿轮由一排或多排的行星轴承轴向地支承，这些行星轴承反过来又被支承在不旋转但绕轨道运行的销上，该销在各个端部处固定至封闭式行星承载架的壁(即，具有设置在行星齿轮的相对侧上的两个壁的承载架)。该配置理论上将输入扭矩沿多个相等的负载路径分开，该相等的负载路径的数量对应于行星齿轮的数量，并且这样做，将作用在太阳齿轮、行星齿轮与环形齿轮之间的各个齿轮啮合处的齿轮力的大小减小至相应较小的数值。

行星齿轮传动系统中的齿轮通常设计为直齿轮、斜齿轮或人字齿轮。不管使用哪种齿轮设计，都可能出现两个常见的问题。第一个问题是加工公差必然产生全部齿轮啮合中的间隙的变化。这意味着当扭矩施加到齿轮传动系统内时，具有最小间隙的齿轮啮合自身将开始支承负载，直到该齿轮啮合充分偏转而使得具有下一最小间隙的齿轮啮合开始支承一部分负载。这种负载转移现象将一直进行，直到全部负载由一些齿轮啮合完全支承。换言之，一些齿轮啮合将比其它的齿轮啮合支承更多的负载。存在用于将柔性引入到齿轮啮合内以恢复齿轮啮合中的负载均衡的方法，其中之一是在三行星齿轮系统中使用浮动式太阳齿轮。

采用具有由边带连接的两个相对壁的封闭式行星承载架的传统行星齿轮传动系统的第二个缺点是所施加的扭矩将扭转封闭式行星承载架，从而将行星承载架承载行星销的一端的一个壁以旋转的方式推进到行星承载架承载行星销的相对端的相对壁的前方。该旋转推进使得行星齿轮失准于与其配合的太阳齿轮和环形齿轮，从而导致齿轮啮合处的磨损和摩擦力的增加。此外，支承行星齿轮轴承将承受相同数量的失准。

当使用在风力涡轮机的应用中时，行星齿轮系统构型通常包括以下描述的并在相关附图中示出的数种常见构型中的一种。

A.-具有升压比大约等于10∶1的传统的封闭式承载架三行星周转系统，如由现有技术的图1A例证的；

B.-具有升压比大约等于8∶1的传统的封闭式承载架四行星周转系统，如由现有技术的图1B例证的；

C.-具有升压比大约等于14∶1的复合行星齿轮系统，如现有技术的图1C例证的；

D.-分离-复合行星齿轮系统，其在低扭矩阶和高扭矩阶都使用了具有柔性销的敞开式承载架行星齿轮组，如现有技术的图1D例证的；以及

E.-与“D”相似的系统，但其在低扭矩阶和高扭矩阶都使用了封闭式承载架行星齿轮组，如现有技术的图1E例证的。

因此，有利的是提供一种用于诸如风力涡轮机应用之类的动力传送应用中的齿轮传动系，其构造成使得在有限空间内的输入轴与输出轴之间的有效升压比最大化，从而允许使用质量较轻的发电机并且降低整个系统的成本。

发明内容