專利名稱：齒輪單元以及用于控制齒輪單元的潤滑泵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種齒輪單元并且涉及一種用于控制齒輪單元的潤滑泵的方法。此 外，本發(fā)明涉及一種用于控制齒輪單元的潤滑泵的計算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
齒輪單元的潤滑系統(tǒng)通常包括潤滑泵，所述潤滑泵被布置成使?jié)櫥脱h(huán)通過齒 輪單元的一個齒輪級或者多個齒輪級并且通過齒輪單元的軸承。由于潤滑油的粘度主要取 決于溫度，因此潤滑泵必須以如下方式設(shè)計和操作，即潤滑泵即使在潤滑油是冰冷的并且 因此其粘度是相對較高的情況下也不會被損壞。
原則上，能夠預(yù)加熱潤滑油從而使?jié)櫥驮谒星闆r下都足夠溫暖到以與齒輪單 元的正常使用期間相同的方式泵送。然而，在齒輪單元預(yù)備好之前，使得潤滑油在冷啟動的 情況下也能足夠溫暖到以與正常使用相同的方式泵送的預(yù)熱耗費(fèi)時間并且消耗能量。因 此，與正常使用相比，潤滑泵在冷起動情況下通常以較小的扭矩和速度旋轉(zhuǎn)。
然而，在冷啟動過程所需的時間和潤滑泵的故障風(fēng)險以及另外的磨損之間存在折 衷，使得扭矩和轉(zhuǎn)速的更高上限在冷啟動過程中導(dǎo)致更短的冷啟動過程但是也同時導(dǎo)致故 障風(fēng)險的增加以及潤滑泵的磨損的增加。為了使故障風(fēng)險以及潤滑泵的磨損保持在足夠低 的水平上，當(dāng)選定在冷啟動過程中使用的扭矩極限和轉(zhuǎn)速極限時，就需要安全余量。然而， 這有時候?qū)е吕鋯舆^程的持續(xù)時間會令人不滿意的長的情況。發(fā)明內(nèi)容
下文陳述簡要的發(fā)明內(nèi)容，以便提供本發(fā)明不同實施例的若干方面的基本理解。 發(fā)明內(nèi)容不是本發(fā)明的廣泛概述。該發(fā)明內(nèi)容的意圖不在于確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要元 素，也不在于描述本發(fā)明的范圍。下文的發(fā)明內(nèi)容僅僅是以簡化的形式陳述本發(fā)明的若干 概念，作為本發(fā)明的示例性實施例的更詳細(xì)描述的開始。
在本發(fā)明中，使用術(shù)語大齒輪指代有齒的，旋轉(zhuǎn)機(jī)件。兩個或更多個嚙合的齒輪構(gòu) 成齒輪級。同樣地，術(shù)語齒輪在本文獻(xiàn)中指代機(jī)械系統(tǒng)，其具有第一軸和第二軸，在第一軸 和第二軸之間，一個或更多個齒輪級提供在旋轉(zhuǎn)軸線方向上的速度和扭矩的轉(zhuǎn)換和/或改 變。齒輪單元包括適當(dāng)?shù)凝X輪并且可以包括輔助增強(qiáng)系統(tǒng)，比如測量儀器、控制以及潤滑裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種新的齒輪單元，所述齒輪單元包括
-第一軸和第二軸，用于連接至外部機(jī)械系統(tǒng)；
-在第一和第二軸之間的至少一個齒輪級；
-潤滑泵，用于使?jié)櫥脱h(huán)通過齒輪單元的至少一個齒輪級和軸承；
-溫度傳感器，用于測量潤滑油的溫度并且提供代表潤滑油的溫度的溫度信號；
-電動機(jī)，用于驅(qū)動潤滑泵；以及
-電氣設(shè)備，用于使電動機(jī)通電以及控制電動機(jī)，從而使作用于潤滑泵的扭矩低于扭矩極限，
其中，電氣設(shè)備被布置成響應(yīng)于溫度信號的變化而改變扭矩極限。
因為作用于潤滑泵的最大可容許的扭矩響應(yīng)于所測量的潤滑油的溫度的變化而 改變并且因此扭矩極限能夠根據(jù)所測量的溫度而被動態(tài)地改變，能夠以如下方式使?jié)櫥?在冷啟動過程期間免于機(jī)械故障，即避免以將會使冷啟動過程減速的不必要的嚴(yán)格的扭矩 極限的方式。。因此，本發(fā)明解決了存在于很多現(xiàn)有技術(shù)的齒輪單元中的其中在冷啟動過程 期間使用固定的扭矩極限的技術(shù)問題，并且因此冷啟動過程所需的時間和故障風(fēng)險以及潤 滑泵的磨損之間的折衷將更為方便。
在根據(jù)本發(fā)明的示例性及優(yōu)選的實施例的齒輪單元中，電氣設(shè)備還被布置成控制 電動機(jī)從而使?jié)櫥玫霓D(zhuǎn)速低于速度極限，并且被布置成響應(yīng)于溫度信號的變化而改變速 度極限。在根據(jù)本發(fā)明的此實施例的齒輪單元中，最大的可容許的扭矩和最大的可容許的 轉(zhuǎn)速兩者都基于所測量的潤滑油的溫度確定。這個布置使得能夠以如下方式使?jié)櫥迷诶?啟動過程期間免于機(jī)械故障，即避免以將會使冷啟動過程減速的不必要的嚴(yán)格的扭矩極限 的方式。
潤滑泵例如能夠但非必要地以由靜止變頻器饋送的交流電動機(jī)驅(qū)動，例如感應(yīng)電 動機(jī)。在此情況下，扭矩極限可以利用電流極限實現(xiàn)而速度極限可以利用頻率極限實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供一種用于控制齒輪單元的潤滑泵的新方法。該方 法包括
-測量通過潤滑泵循環(huán)的潤滑油的溫度；
-控制驅(qū)動潤滑泵的電動機(jī)，從而使作用于潤滑泵的扭矩小于扭矩極限；以及
-響應(yīng)于所測量的潤滑油的溫度的變化而改變扭矩極限。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供一種用于控制齒輪單元的潤滑泵的新計算機(jī)程 序。該計算機(jī)程序包括計算機(jī)可執(zhí)行的指令，用于控制可編程處理器以
-發(fā)送扭矩極限至驅(qū)動潤滑泵的電氣系統(tǒng)，扭矩極限表示的是作用于潤滑泵的最 大可容許扭矩；以及
-響應(yīng)于代表所測量的潤滑油的溫度的信號的變化而改變扭矩極限。
根據(jù)本發(fā)明的計算機(jī)程序產(chǎn)品包括編碼有根據(jù)本發(fā)明所述的計算機(jī)程序的非易 失性的計算機(jī)可讀介質(zhì)，比如光盤(“⑶”)。
多個本發(fā)明的示例性實施例在所附的從屬權(quán)利要求中描述。
當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時根據(jù)隨后的具體的示例性實施例的描述將更好地理解本 發(fā)明的多種示例性實施例、構(gòu)造和操作的方法以及本發(fā)明的另外的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。
動詞“包括”在本發(fā)明中用作開放式的限制，即既不排除也不需要未陳述的特征的 存在。除非有另有明示，在從屬權(quán)利要求中陳述的特征可以相互自由組合。


本發(fā)明的示例性實施例以及優(yōu)點(diǎn)在下文中以示例的形式并且參照附圖更詳細(xì)地 闡述，其中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪單元的示意圖，并且
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于控制齒輪單元的潤滑泵的方法的流程圖。
具體實施方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的有利的示例性實施例的齒輪單元100的示意圖。該齒輪單 元包括用于連接至外部機(jī)械系統(tǒng)的第一軸101和第二軸102。外部機(jī)械系統(tǒng)可以例如但非 必要地包括能夠連接至軸101的風(fēng)力渦輪機(jī)和能夠連接至軸102的發(fā)電機(jī)，即齒輪單元能 夠例如是適于風(fēng)能應(yīng)用的齒輪單元。齒輪單元在軸101和102之間包括至少一個齒輪級 103。所述至少一個齒輪級可以例如包括一個或更多個行星齒輪級，一個或更多個圓柱齒 輪級和/或一個或更多個錐形齒輪級，或上述種類的齒輪級的組合。齒輪單元包括潤滑泵 104，用于使?jié)櫥脱h(huán)通過齒輪單元的至少一個齒輪級以及軸承109。潤滑泵可以是例如 齒輪式泵。在圖1所示的示例性實施例中，齒輪單元包括油箱110，其構(gòu)成潤滑油的循環(huán)路 徑的一部分。還能夠的是存在油槽106，其代替油箱110構(gòu)成潤滑油的儲存器或者構(gòu)成除了 油箱110外的潤滑油的儲存器。齒輪單元包括溫度傳感器105，用于測量潤滑油的溫度并且 提供代表所測量的溫度的溫度信號。溫度傳感器優(yōu)選地被布置成從潤滑泵104的入口測量 潤滑油的溫度。然而，例如從油箱110測量溫度也是可以的。此外，通過測量潤滑泵的入口 管的溫度或者通過測量潤滑泵自身的溫度而以間接的方式測量潤滑油的溫度也是可以的。 齒輪單元包括電動機(jī)107，用于驅(qū)動潤滑泵104 ;以及電氣設(shè)備108，用于使電動機(jī)通電以 及控制電動機(jī)，從而使作用于潤滑泵的扭矩小于扭矩極限。電氣設(shè)備108被布置成響應(yīng)于 溫度信號的變化而改變扭矩極限，從而使扭矩極限根據(jù)所測量的潤滑油的溫度而動態(tài)地改 變。潤滑泵的轉(zhuǎn)速取決于潤滑泵在被抽取的潤滑油的普遍溫度和壓力下的扭矩速度特性。 潤滑泵104的轉(zhuǎn)速優(yōu)選地限制成低于速度極限。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪單元中，電氣設(shè)備108被布置成當(dāng)潤滑油的溫度低 于潤滑油的潤滑能力處于最佳的點(diǎn)的時候響應(yīng)于潤滑油的溫度的升高而升高扭矩極限，即 通過升高扭矩來利用由于溫度的升高而提高的潤滑能力，以便縮短冷啟動過程。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪單元中，電氣設(shè)備108被布置成響應(yīng)于溫度信號的 變化而改變速度極限。因此，最大可容許的扭矩和最大可容許的轉(zhuǎn)速都能夠響應(yīng)于所測量 的潤滑油的溫度而動態(tài)地改變。
在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的齒輪單元中，電氣設(shè)備108被布置成響應(yīng)于潤滑油 的溫度的升高而升高速度極限并且降低扭矩極限。因此，當(dāng)潤滑油變熱時，作用于潤滑泵的 機(jī)械功率的上限可以被維持成大體上恒定。在確定電動機(jī)107和電氣設(shè)備108的尺寸時, 存在機(jī)械動力的上限的事實可以被利用。
結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的若干實施例的齒輪單元，潤滑油的溫度范圍被分成多個連續(xù)的 子范圍。在根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪單元中，電氣設(shè)備108被布置成為針對每個子范圍 使用子范圍特定扭矩極限。在根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪單元中，電氣設(shè)備108被布置成 為針對每個子范圍使用子范圍特定扭矩極限以及子范圍特定速度極限。連續(xù)的子范圍例如 能夠是低于-10°C>-10°C · · · +IO0C >+IO0C · · · +40°C、高于 +400C O
在根據(jù)本發(fā)明實施例的齒輪單元中，電氣設(shè)備108被布置成當(dāng)所測量的潤滑油的 溫度低于第一預(yù)定溫度極限例如+40°C時，啟動用于加熱潤滑油的油加熱元件112。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪單元中，電氣設(shè)備108被布置成當(dāng)所測量的潤滑油 的溫度低于比第一溫度極限低的第二預(yù)定溫度極限例如10°c時，啟動用于加熱潤滑油的油加熱元件112并且還啟動用于加熱潤滑泵104的泵加熱元件113。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪單元中，電氣設(shè)備108被布置成當(dāng)所測量的潤滑油 的溫度高于比第一溫度極限和第二溫度極限高的第三預(yù)定溫度極限例如+50°C時，啟動用 于冷卻潤滑油的油冷卻元件114的鼓風(fēng)機(jī)115。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的齒輪單元中，電動機(jī)107是交流電動機(jī)且電氣設(shè)備108包 括被布置成向電動機(jī)提供電能的變頻器。交流電動機(jī)例如可以是三相感應(yīng)電動機(jī)。在如圖1所不的不例性實施例中，電氣設(shè)備108由三相電網(wǎng)116供能。變頻器能夠被布置成實施 對扭矩的限制從而使電動機(jī)的電流的振幅或者有效值，例如均方根(RMS)低于電流極限， 并且變頻器能夠被布置成實施對潤滑泵的轉(zhuǎn)速的限制從而使電動機(jī)的供給電壓的頻率低 于頻率極限。當(dāng)變頻器被布置成應(yīng)用如下矢量控制原理時，能夠?qū)崿F(xiàn)對扭矩更精確的控制 在所述矢量控制原理中，控制電動機(jī)的電壓和電流的振幅和瞬時相位兩者，而不是僅僅控 制振幅和頻率。同樣能夠的是電動機(jī)107是直流(“DC”)電動機(jī)，在這種情況下，電氣設(shè)備 108可以包括例如可控硅橋，用于使直流電動機(jī)通電以及控制直流電動機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明實施例的齒輪單元包括過濾元件117，用于從潤滑油中除去雜質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的齒輪單元包括傳感器元件118，用于監(jiān)控潤滑油的狀況。傳 感器元件例如能夠響應(yīng)于潤滑油的純度和/或潤滑油的含水量。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于控制齒輪單元的潤滑泵的方法的流程圖。該 方法包括
-動作201:測量通過潤滑泵循環(huán)的潤滑油的溫度；
-動作202:控制驅(qū)動潤滑泵的的電動機(jī)，從而使作用于潤滑泵的扭矩低于扭矩極 限；以及
-動作203:響應(yīng)于所測量的潤滑油的溫度的變化而改變扭矩極限。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法包括當(dāng)潤滑油的溫度低于潤滑油的潤滑能力處于最 佳的點(diǎn)的時候，響應(yīng)于潤滑油的溫度的升高而提高扭矩極限，即，通過升高扭矩來利用由溫 度的升高導(dǎo)致的增加的潤滑能力，以便縮短冷啟動過程。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法包括控制電動機(jī)從而使作用于潤滑泵的扭矩低于扭 矩極限并且潤滑泵的轉(zhuǎn)速低于速度極限；和響應(yīng)于所測量的潤滑油的溫度的變化而改變扭 矩極限和速度極限。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法中，響應(yīng)于潤滑油的溫度的升高而升高速度極限并 且降低扭矩極限。因此，當(dāng)潤滑油被加熱時，作用于潤滑泵的機(jī)械動力的上限能夠被維持成 大體上恒定。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法中，潤滑油的溫度范圍被分成多個連續(xù)的子范圍， 并且針對每個子范圍使用子范圍特定速度極限。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法中，潤滑油的溫度范圍被分成多個連續(xù)的子范圍， 并且針對每個子范圍使用子范圍特定扭矩極限和子范圍特定速度極限。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法中，電動機(jī)是交流電動機(jī)，并且通過限制電動機(jī)的 電流的振幅或者有效值低于電流極限而限制扭矩，并且通過限制電動機(jī)的供給電壓的頻率 低于頻率極限而限制潤滑泵的轉(zhuǎn)速。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法中，從潤滑泵的入口測量潤滑油的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的計算機(jī)程序包括用于控制齒輪單元的潤滑泵的軟件模塊。 所述軟件模塊包括計算機(jī)可執(zhí)行的指令，用于控制可編程處理器的處理器以
-發(fā)送扭矩極限至驅(qū)動潤滑泵的電氣系統(tǒng)，扭矩極限表示的是作用于潤滑泵的最 大可容許扭矩；并且
-響應(yīng)于代表所測量的潤滑油的溫度的信號的變化而改變扭矩極限。
軟件模塊例如能夠是利用合適的編程語言產(chǎn)生的子程序和函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的計算機(jī)程序產(chǎn)品包括計算機(jī)可讀介質(zhì)例如光盤(“CD”)， 編碼有根據(jù)本發(fā)明的實施例的計算機(jī)程序。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的信號被編碼成攜帶定義了根據(jù)本發(fā)明的實施例的計算機(jī) 程序的信息。
在以上說明書中提供的具體實施例不應(yīng)當(dāng)解釋為限制。因此，本發(fā)明不僅限于上 述實施例。
權(quán)利要求
1.一種齒輪單元(100)，包括-第一軸(101)和第二軸(102)，用于連接至外部機(jī)械系統(tǒng)；-所述第一軸和第二軸之間的至少一個齒輪級(103)；-潤滑泵(104)，用于使?jié)櫥脱h(huán)通過所述齒輪單元的所述至少一個齒輪級和軸承(109)；-溫度傳感器(105)，用于測量所述潤滑油的溫度并且提供代表所述潤滑油的溫度的溫度信號，-電動機(jī)(107)，用于驅(qū)動所述潤滑泵；以及-電氣設(shè)備(108)，用于使所述電動機(jī)通電并且控制所述電動機(jī)，從而使作用于所述潤滑泵的扭矩低于扭矩極限，其特征在于，所述電氣設(shè)備被布置成響應(yīng)于所述溫度信號的變化而改變所述扭矩極限。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪單元，其中，所述電氣設(shè)備被布置成控制所述電動機(jī)從而使所述潤滑泵的轉(zhuǎn)速低于速度極限，并且所述電氣設(shè)備被布置成響應(yīng)于所述溫度信號的變化而改變所述速度極限。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的齒輪單元，其中，所述電氣設(shè)備被布置成響應(yīng)于所述潤滑油的溫度的升高而升高所述速度極限并且降低所述扭矩極限。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的齒輪單元，其中，所述潤滑油的溫度的范圍包括多個連續(xù)的子范圍，并且所述電氣設(shè)備被布置成針對所述子范圍中的每個子范圍使用子范圍特定扭矩極限。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的齒輪單元，其中，所述連續(xù)的子范圍是低于-1(TC、-1(TC......+IO0C >+IO0C ...+401、高于 +4(TC。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的齒輪單元，其中，所述電動機(jī)是交流電動機(jī)，并且所述電氣設(shè)備包括被布置成向所述電動機(jī)提供電能的變頻器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的齒輪單元，其中，所述變頻器被布置成限制所述扭矩從而使所述電動機(jī)的電流的振幅低于電流極限，并且所述變頻器被布置成限制所述潤滑泵的轉(zhuǎn)速從而使所述電動機(jī)的供給電壓的頻率低于頻率極限。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項所述的齒輪單元，其中，所述溫度傳感器(105)被布置成從所述潤滑泵的入口測量所述潤滑油的溫度。
9.一種用于控制齒輪單元的潤滑泵的方法，所述方法包括-測量(201)通過所述潤滑泵循環(huán)的潤滑油的溫度；和-控制(202)驅(qū)動所述潤滑泵的電動機(jī)，從而使作用于所述潤滑泵的扭矩小于扭矩極限；其特征在于，所述方法包括響應(yīng)于所測量的所述潤滑油的溫度的變化而改變(203)所述扭矩極限。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述方法包括控制所述電動機(jī)從而使所述潤滑泵的轉(zhuǎn)速小于速度極限；和響應(yīng)于所測量的溫度的變化而改變所述速度極限。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，響應(yīng)于所述潤滑油的溫度的升高而升高所述速度極限并且降低所述扭矩極限。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中的任一項所述的方法，其中，所述潤滑油的溫度的范圍分成多個連續(xù)的子范圍，并且對于所述子范圍中的每個子范圍使用子范圍特定扭矩極限。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述電動機(jī)是交流電動機(jī)，并且通過將所述電動機(jī)的電流的振幅限制到低于電流極限而限制所述扭矩，并且通過將所述電動機(jī)的供給電壓的頻率限制到低于頻率極限而限制所述潤滑泵的轉(zhuǎn)速。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中的任一項所述的方法，其中，從所述潤滑泵的入口測量所述潤滑油的溫度。
15.一種用于控制齒輪單元的潤滑泵的計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序包括用于控制可編程處理器以將扭矩極限發(fā)送至驅(qū)動所述潤滑泵的電氣系統(tǒng)的計算機(jī)可執(zhí)行指令，所述扭矩極限表示作用于所述潤滑泵的最大可容許扭矩，其特征在于，所述計算機(jī)程序還包括用于控制所述可編程處理器以響應(yīng)于代表所測量的潤滑油的溫度的信號的變化而改變所述扭矩極限的計算機(jī)可執(zhí)行指令。
全文摘要
一種齒輪單元，包括軸(101、102)，用于連接至外部機(jī)械系統(tǒng)；在所述軸之間的至少一個齒輪級(103)；潤滑泵(104)，用于使?jié)櫥脱h(huán)通過齒輪單元的至少一個齒輪級和軸承；溫度傳感器(105)，用于測量潤滑油的溫度并且提供溫度信號；電動機(jī)(107)，用于驅(qū)動潤滑泵；以及電氣設(shè)備(108)，用于控制電動機(jī)從而使作用于潤滑泵的扭矩低于扭矩極限。扭矩極限基于所測量的潤滑油的溫度而動態(tài)的確定。該設(shè)置使得能夠使?jié)櫥迷诶鋯舆^程期間免于機(jī)械故障，從而避免不必要地限制將減慢冷啟動過程的扭矩極限。
文檔編號F16H57/04GK103047399SQ20121044915
公開日2013年4月17日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者卡里·烏西塔洛, 尤卡·埃爾弗施特羅姆 申請人:美聞達(dá)傳動設(shè)備有限公司