本發(fā)明涉及動力系組件中的變速器，特別是用于風(fēng)力渦輪機(jī)的變速器。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)力渦輪機(jī)使用具有多個轉(zhuǎn)子葉片的大型轉(zhuǎn)子將來自風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換成電能。典型的水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)(hawt)包括塔架、在塔架頂部上的機(jī)艙、安裝到機(jī)艙的轉(zhuǎn)子轂和聯(lián)接到轉(zhuǎn)子轂上的多個風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。取決于風(fēng)的方向，通過用于旋轉(zhuǎn)機(jī)艙的偏航系統(tǒng)和用于旋轉(zhuǎn)葉片的變槳系統(tǒng)將機(jī)艙和轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動并引導(dǎo)到最佳方向。

2、機(jī)艙容納風(fēng)力渦輪機(jī)的許多功能部件，包括例如主轉(zhuǎn)子軸和一個或多個發(fā)電機(jī)，以及用于將轉(zhuǎn)子處的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能以提供給電網(wǎng)的轉(zhuǎn)換器設(shè)備。在已知為“直接驅(qū)動”系統(tǒng)的一些類型的風(fēng)力渦輪機(jī)中，主轉(zhuǎn)子軸直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)。然而，風(fēng)力渦輪機(jī)更常見的是包括齒輪箱以提高主轉(zhuǎn)子軸與發(fā)電機(jī)之間的旋轉(zhuǎn)速度，從而將來自主轉(zhuǎn)子軸的低速但高扭矩輸入轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)中的低扭矩但較高速度的輸入。主轉(zhuǎn)子軸、齒輪箱和發(fā)電機(jī)一起構(gòu)成風(fēng)力渦輪機(jī)的動力系。

3、通常，用于風(fēng)力渦輪機(jī)的齒輪箱包括平行齒輪箱、周轉(zhuǎn)齒輪箱或這兩種設(shè)計的組合，并且提供在1：30和1：140之間的齒輪比。這種高齒輪比通常需要多于一個齒輪級，這增加了齒輪箱的尺寸以及其整體質(zhì)量和成本。齒輪箱的質(zhì)量顯著地增加機(jī)艙的總質(zhì)量，因此期望減小該質(zhì)量以減小機(jī)艙質(zhì)量對風(fēng)力渦輪機(jī)塔架的頂部的擺動效應(yīng)，該塔架可達(dá)到超過100m的高度，并且甚至高達(dá)160m的高度。

4、具有更緊湊布局的齒輪系統(tǒng)設(shè)計是已知的。一種這樣的齒輪系統(tǒng)被稱為應(yīng)變波驅(qū)動系統(tǒng)或“諧波驅(qū)動”，并且在諸如機(jī)器人關(guān)節(jié)和車輪馬達(dá)的小規(guī)模應(yīng)用中是公知的。然而，由于扭矩加載的問題，這種系統(tǒng)用作減速器，并且通常不被認(rèn)為與增速器兼容。

5、威滕斯坦集團(tuán)的us8656809?b2和us8256327?b2中公開了另一種類型的緊湊齒輪系統(tǒng)。這種齒輪系統(tǒng)包括減速器裝置，其特征在于多個周向布置的齒，每個齒構(gòu)造成在齒承載構(gòu)件中徑向移動。齒的基部由構(gòu)成輸入驅(qū)動器的可旋轉(zhuǎn)凸輪構(gòu)件驅(qū)動，同時齒的尖端與具有內(nèi)齒輪廓的外環(huán)接合。徑向或可滑動移動的齒的數(shù)量不同于環(huán)形齒輪廓中的齒形狀的數(shù)量，這導(dǎo)致齒承載構(gòu)件以比輸入驅(qū)動構(gòu)件更慢的速率移動。因此，齒承載構(gòu)件構(gòu)成輸出驅(qū)動構(gòu)件。這種“徑向移動齒”齒輪箱設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)1：10和1：200之間的高速減速比。

6、基于徑向移動齒設(shè)計的齒輪系統(tǒng)通常不是反向驅(qū)動的，因為當(dāng)在反向驅(qū)動方向上操作時效率降低。存在與將徑向移動齒設(shè)計齒輪箱配置為用作增速變速器相關(guān)聯(lián)的各種技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是在高扭矩應(yīng)用中，本文討論的發(fā)明針對解決其中的一些應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種變速器，其可在風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)用中特別有用，但也可用于其它應(yīng)用中。變速器包括固定齒圈、旋轉(zhuǎn)地支撐在固定齒圈內(nèi)的第一驅(qū)動構(gòu)件，第一驅(qū)動構(gòu)件限定多個徑向布置的孔口或孔，每個孔口或孔容納齒元件。齒元件具有齒尖和齒基部，并且第一驅(qū)動構(gòu)件還包括徑向外表面和徑向內(nèi)表面，并且其中齒元件的齒尖接合由固定齒圈限定的對應(yīng)齒輪輪廓。第二驅(qū)動構(gòu)件被旋轉(zhuǎn)地支撐，使得其在第一驅(qū)動構(gòu)件內(nèi)延伸，并且限定與多個齒元件中的每一個接合的凸輪輪廓。齒元件中的至少一些限定內(nèi)部腔室。有利地，本發(fā)明涉及配置變速器的齒元件以減少它們的質(zhì)量，從而有利于變速器的噪聲、振動和粗糙性(nvh)特性。

2、在一個示例中，變速器可以形成增速齒輪箱的一部分，其中第一驅(qū)動構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)通過與固定環(huán)形齒輪接合而引起齒元件的徑向移動。

3、在另一方面，本發(fā)明的示例提供了一種風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)包括塔架，在該塔架上安裝有機(jī)艙，該機(jī)艙支撐可旋轉(zhuǎn)輪轂，其中可旋轉(zhuǎn)輪轂聯(lián)接到如上限定的變速器。

4、在所附權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的優(yōu)選和/或可選特征。

技術(shù)特征：

1.一種變速器，所述變速器包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速器，其中，所述內(nèi)部腔室(162)沿著相應(yīng)齒元件(152)的縱向軸線(b)延伸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變速器，其中，所述內(nèi)部腔室(162)從鄰近相應(yīng)齒元件(152)的所述齒尖區(qū)域(56；156)的位置延伸。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變速器，其中，所述內(nèi)部腔室(162)不與所述齒尖區(qū)域(56；156)的側(cè)面(160a、160b)重疊。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變速器，其中，所述內(nèi)部腔室(162)與所述齒尖區(qū)域(56；156)的側(cè)面(160a、160b)重疊并且因此延伸到所述齒尖區(qū)域(56；156)中。

6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變速器，其中，所述內(nèi)部腔室(162)從鄰近相應(yīng)齒元件(52；152)的所述齒基部(58；158)的位置延伸。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變速器，其中，所述內(nèi)部腔室(162)在相應(yīng)齒元件(52；152)的所述齒基部(58；158)的外表面(165)處開口，以在所述齒基部(58；158)中限定開口(166)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變速器，其中，相應(yīng)齒元件(52；152)包括閉合構(gòu)件(167)以閉合被限定在所述齒基部(58；158)處的所述開口(166)。

9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變速器，其中，在垂直于齒軸線(b)的平面中截取的所述內(nèi)部腔室(162)的最大尺寸(d1)處于相應(yīng)齒元件(52；152)的最大尺寸(d2)的50％到80％之間，并且優(yōu)選地在60％到70％之間。

10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變速器，其中，所述內(nèi)部腔室(162)的容積處于由相應(yīng)齒元件占據(jù)的空間的容積的5％到70％之間。

11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變速器，其中，相應(yīng)齒元件(52；152)還包括圍繞其外表面延伸的潤滑槽(174)。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的變速器，所述變速器還包括將所述潤滑槽(174)連接到所述內(nèi)部腔室(162)的通道(178)。

13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變速器，其中，所述內(nèi)部腔室(162)容納填充材料(172)。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的變速器，其中，所述填充材料是泡沫。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的變速器，其中，所述泡沫是金屬泡沫。

16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變速器，其中，所述齒元件(52,152)包括設(shè)置在所述齒尖區(qū)域(56,156)與齒基部(58,158)之間的齒主體(159)。

17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的變速器，其中，所述齒主體(159)是大致圓柱形的。

18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的變速器，其中，所述齒元件(152)的所述內(nèi)部腔室(162)沿著所述齒主體(159)在軸向方向上延伸。

19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變速器，其中，所述內(nèi)部腔室(162)的橫截面的形狀與所述齒主體(159)的橫截面的形狀不匹配。

20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變速器，其中，所述內(nèi)部腔室(162)的容積大于由相應(yīng)齒元件(152)占據(jù)的空間的總?cè)莘e的20％。

21.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變速器，其中，所述內(nèi)部腔室的容積大于由相應(yīng)齒元件占據(jù)的空間的總?cè)莘e的50％。

22.一種風(fēng)力渦輪機(jī)(10)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括塔架(12)，在所述塔架(12)上安裝有機(jī)艙(14)，所述機(jī)艙(14)支撐可旋轉(zhuǎn)輪轂(16)，其中，所述可旋轉(zhuǎn)輪轂聯(lián)接到根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的變速器。

技術(shù)總結(jié)
一種變速器在風(fēng)力渦輪機(jī)應(yīng)用中特別有用，但也可用于其它應(yīng)用中。該變速器包括固定齒圈、旋轉(zhuǎn)地支撐在固定齒圈內(nèi)的第一驅(qū)動構(gòu)件，第一驅(qū)動構(gòu)件限定多個徑向布置的孔口或孔，每個孔口或孔容納齒元件。齒元件具有齒尖和齒基部，并且第一驅(qū)動構(gòu)件還包括徑向外表面和徑向內(nèi)表面，并且其中齒元件的齒尖接合由固定齒圈限定的對應(yīng)齒輪輪廓。第二驅(qū)動構(gòu)件被旋轉(zhuǎn)地支撐，使得其在第一驅(qū)動構(gòu)件內(nèi)延伸，并且限定與多個齒元件中的每一個的齒基部接合的凸輪輪廓。齒元件中的至少一個限定內(nèi)部腔室。有利地，本發(fā)明涉及配置變速器的齒元件以減小它們的質(zhì)量，從而有利于變速器的噪聲、振動和粗糙性特性。

技術(shù)研發(fā)人員：A·韋伯,C·巴格,H·施萊伯
受保護(hù)的技術(shù)使用者：維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26