[发明专利]风力涡轮机动力传输系统

说明书

本发明涉及一种风力涡轮机(2)，包括：机舱(8)，其设置在塔架(12)的顶部上；转子，其包括毂(6)和多个叶片(4)；主轴(16)，其构造成由转子围绕主轴线驱动并支撑在机舱(8)上；发电机(28)，其具有发电机转子和发电机定子；以及齿轮系统(25)，其布置成增大所述转子和所述发电机转子之间的转速。所述齿轮系统(25)包括：固定齿圈(50)；输入构件(53)，其联接到所述主轴(16)或由所述主轴驱动，所述输入构件(53)具有承载在引导槽中并且能够在外端处与所述齿圈(50)接合的多个径向可移动齿段(52、63)；中心输出构件(55)，其在所述输入构件(53)内，所述中心输出构件具有外部偏心轮廓，所述外部偏心轮廓作用于径向可移动齿段(52、63)的内端上并由所述内端驱动，由此通过与所述齿圈(50)接合，所述输入构件(53)的旋转运动驱动所述径向可移动齿段(52、63)并且实现所述中心输出(55)构件的旋转。

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的动力传输系统。更具体地，本发明涉及包括新型齿轮箱的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机通常包括具有由风驱动的大叶片的转子。叶片将风的动能转换成旋转机械能。机械能通常驱动一个或多个发电机以产生电力。因此，风力涡轮机包括用于处理旋转机械能并将其转换成电能的动力传输系统。动力传输系统有时被称为风力涡轮机的“动力系”。动力传输系统的从转子到发电机的部分被称为传动系。

经常需要将转子的转速增加到发电机所需的速度。这通过在转子和发电机之间的齿轮箱实现。因此，齿轮箱形成动力系的一部分并且将来自转子的低速高扭矩输入转换成用于发电机的低扭矩高速输出。具有中速或高速发电机的风力涡轮机通常利用提供在i＝30至i＝140之间的传动比的齿轮箱，需要具有两个或三个齿轮级的齿轮箱，这两个或三个齿轮级可以是单独的周转齿轮状态或与平行齿轮级组合。这些齿轮具有一定的VOC(＝控制体积，即使用多少体积)、重量、因此成本和给定效率。期望找到替代类型的齿轮箱，其中在现代风力涡轮机技术的高扭矩范围中可以实现每VOC/重量的更高传动比。

US8656809B2和US8256327B2公开了一种替代类型的齿轮系统，其包括径向移动的齿和进一步以例如WO99/36711的技术为基础，两者都用于将高电机速度降低到例如工具机功能所需的低速(逐步降低)。为了便于参考，如在US8656809B2和US8256327B2中描述的技术在下文中将被称为径向移动齿设计。

利用该径向移动齿设计，直观地预期仅可作为减速齿轮装置操作，以类似于蜗杆传动的方式。实际上，US8656809B2的公开内容是作为减速齿轮，其中提及的是，利用径向移动齿设计，可以自由地选择高达大约6000rpm的非常高的驱动输入侧转速范围，并且进一步可以自由地选择大约i＝10到i＝200的传动比。

利用本发明，发明人已经认识到，径向移动齿设计技术也可以用于增速齿轮装置，并且在用于风力涡轮机的齿轮箱中特别有利，以获得紧凑的风力涡轮机传动系统。

发明内容

本发明涉及一种风力涡轮机，其包括：机舱，其设置在塔架的顶部上；转子，其包括毂和多个叶片；主轴，其构造成由转子围绕主轴线驱动并支撑在机舱上；发电机，其具有发电机转子和发电机定子；以及齿轮系统，其布置成增大所述转子和所述发电机转子之间的转速。所述齿轮系统包括：固定齿圈；输入构件，其联接到所述主轴或由所述主轴驱动，所述输入构件具有被承载在引导槽中并且能够在外端处与所述齿圈接合的多个径向可移动齿段；中心输出构件，其在所述输入构件内，所述中心输出构件具有外部偏心轮廓，所述外部偏心轮廓作用于径向可移动齿段的内端并由所述内端驱动，由此通过与所述齿圈接合，所述输入构件的旋转运动驱动所述径向可移动齿段并且实现所述中心输出构件的旋转。

与风力涡轮机中使用的传统齿轮相比，径向移动齿设计引入了新的基本原理。代替旋转齿轮，大量的单个齿段用于连接在输入和输出之间，确保在围绕中心的一次旋转期间多次利用每个齿段。这提供了一种齿轮系统，其可以在一个阶段中以特别高的功率密度和刚度处理10至大约100之间的传动比。此外，齿轮系统非常紧凑，具有优异的功率-尺寸比。