多级可调速齿轮箱及风力发电机的制作方法

本实用新型涉及风力发电领域，具体而言，涉及一种多级可调速齿轮箱及风力发电机。

背景技术：

随着不可再生能源越来越少，可再生新能源技术在世界研究领域得到广泛推广。风能是一种洁净的可再生能源，具有取之不尽、用之不竭、不会对环境造成污染等优点。随着风电技术的日趋成熟、风电产品质量的不断提高以及发电机功率的大大提升，风电已具备了大规模开发的条件。

风力发电机，一般是通过风的作用带动叶轮转动，但是叶轮的转动速度难以带动发电装置正常工作，故在风叶与发电装置之间需要设置齿轮增速箱。目前常用的兆瓦级风力发电机齿轮箱大都采用一级定轴加两级级行星传动，行星轮系传动比大，体积紧凑适用于大型风力发电机齿轮增速箱。但是，当齿轮增速箱加工完成后，其传动比不能改变，当风速较小时，输入轴的转速较小经过齿轮增速箱加速后输出转速仍然远不够发电装置的额定功率，这样发电装置就不能正常发电。

提供一种传动比可以改变的多级可调速齿轮箱，这对于风力发电的发展具有比较重要的现实意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供了一种多级可调速齿轮箱，其能够根据实际使用环境来调整传动比。

本实用新型的另一目的在于提供一种风力发电机，其采用了上述多级可调速齿轮箱，因此可以根据叶轮转速的大小来调整传动比，从而保证通过增速后，齿轮箱输出轴的转速可以带动发电装置正常工作。

本实用新型是这样实现的：

一种多级可调速齿轮箱，包括：

箱体，所述箱体的内部设置有连接部，所述连接部与所述箱体的内壁固定连接；

周转轮系，包括齿圈，所述齿圈与所述连接部可转动连接；

定轴轮系，所述定轴轮系的输入轴与周转轮系的输出轴连接；

夹紧装置，包括第一夹紧盘和第二夹紧盘，所述第一夹紧盘和所述第二夹紧盘相对间隔设置在所述齿圈与所述箱体的连接处；

所述第一夹紧盘和所述第二夹紧盘能够将所述连接部和所述齿圈夹住以限制所述齿圈相对于所述连接部的转动。

作为优选，所述齿轮箱包括三个个周转轮系，三个所述周转轮系的输出轴与相邻的齿轮系的输入轴连接。

作为优选，所述齿轮箱还包括控制器；

所述夹紧装置为电磁夹紧结构，所述第一夹紧盘和所述第二夹紧盘均包括夹板和电磁铁，所述夹板和所述电磁铁连接；

所述控制器与所述夹紧装置连接，用于控制所述夹紧装置的通电与断电。

作为优选，所述连接部为环形圈状，所述连接部的内圆周面与所述齿圈的外圆面之间设置有多个滚动体，所述连接部通过所述滚动体与所述齿圈可转动连接。

作为优选，所述齿轮箱还包括保持架，所述保持架设置在所述连接部与所述齿圈之间，所述滚动体设置在所述保持架中。

作为优选，所述齿轮箱还包括转速传感器，所述转速传感器用于测定所述齿轮箱的输入轴的转速，所述转速传感器与所述控制器连接。

作为优选，所述第一夹紧盘和所述第二夹紧盘通过压缩弹簧连接。

作为优选，所述夹紧装置还包括定位轴和导向套筒；

所述定位轴平行于所述齿轮的轴线并与所述箱体的内壁连接，所述导向套筒与所述定位轴滑动连接；

所述导向套筒与所述夹板连接。

作为优选，所述齿轮箱还包括定轴轮系，所述定轴轮系的输入轴与所述周转轮系的输出轴连接。

一种风力发电机，所述风力发电机包括发电装置及所述的多级可调速齿轮箱，所述发电装置的输入轴与所述齿轮箱的输出轴连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过上述设计得到的多级可调速齿轮箱和风力发电机，使用时控制夹紧装置使得夹紧装置将齿圈与连接部夹紧或者松开，从而将齿圈与箱体之间的连接方式在可转动连接和固定连接之间进行切换。通过改变上述连接方式，周转轮系可以相应地变成行星轮系或差动轮系，从而改变齿轮箱的传动比。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例1提供的齿轮箱的轴测图；

图2是本实用新型实施例1提供的齿轮箱各齿轮箱原理图；

图3是本实用新型实施例1提供的齿轮箱的剖视图；

图4是本实用新型实施例1提供的图3中B-B的剖视图；

图5是本实用新型实施例1提供的图4中B的局部放大图；

图6是本实用新型实施例1提供的图3中A的剖视图；

图7是本实用新型实施例1提供的图3中B-B的剖视图；

图8是本实用新型实施例1提供电气原理图。

图标：100-齿轮箱；110-箱体；112-连接部；1122-滚动体；114-前端盖；116-后端盖；118-隔板；120-周转轮系；122-齿圈；130-夹紧装置；131-第一夹紧盘；132-第二夹紧盘；134-压缩弹簧；136-定位轴；138-导向套筒；140-控制器；150-转速传感器；160-定轴轮系。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1：

本实施例提供了一种齿轮箱100，该齿轮箱100为多级可调速齿轮箱100。如图1和图2，齿轮箱100包括箱体110、三个周转轮系120和一个定轴轮系160。周转轮系120和定轴轮系160均设置在箱体110内，三个周转轮系120和定轴轮系160串联，即上一级齿轮系的输出轴为下一级齿轮系的输入轴。

如图2、图3和图4，周转轮系120包括一个行星架，一个齿圈122，一个太阳轮和一个行星轮，行星架与周转轮系120的输入轴固定连接。箱体110的内壁上设置有圆环状的连接部112，连接部112与箱体110固定连接。箱体110包括前盖板、后盖板和三个隔板118，上述几块板平行间隔设置，将箱体110内分成四个相对独立的空间，三个周转轮系120和一个定轴轮系160分别设置在上述四个空间内。三个周转轮系120的输出轴分别与三个隔板118可转动连接，齿轮箱100的输入轴与前端盖114可转动连接，输出轴与后端盖116可转动连接。

如图3、图4和图5，周转轮系120的齿圈122与箱体110的连接部112可转动连接，在连接部112的内圆周面与齿圈122的外圆周面之间设置有多个滚动体1122，滚动体1122安装在保持架内。齿圈122、滚动体1122、保持架和圆环状的连接部112构成了类似于轴承的结构。

如图2、图6和图7，齿轮箱100还包括夹紧装置130，包括第一夹紧盘131和第二夹紧盘132，第一夹紧盘131和第二夹紧盘132为圆环状的板状结构，两者相对间隔设置，通过压缩弹簧134连接，并且两者位于齿圈122与箱体110的连接处。第一夹紧盘131和第二夹紧盘132能够将连接部112和齿圈122夹住以限制齿圈122相对于连接部112的转动。

本实施例中的夹紧装置130为电磁式夹紧装置130，第一夹紧盘131和第二夹紧盘132均包括夹板和电磁铁，夹板和电磁铁固定连接。夹紧装置130还包括导向筒和定位轴136，定位轴136与齿轮的轴线平行，并与箱体110的内壁连接固定，导向筒与定位轴136滑动配合，导向筒还与夹板固定连接。通电后，电磁铁带有相反的磁性，从而相互吸引，带动两个夹板相互靠近以夹紧齿圈122和连接部112，从而通过摩擦力限制两者的相对运动。断电后电磁铁是去磁性，将两者松开。通过通电和断电将齿圈122与连接部112的连接方式在固定连接和可转动连接之间切换，最终使得周转轮系120可以在差动轮系和行星轮系之间切换。

经过多次计算和试验，发现相同的条件下行星轮系的传动比是差动轮系的两倍，即输入转速不变的情况下，行星轮系的输出转速是差动轮系的两倍。当然上述理论是针对一级增速周转轮系120，本实施例采用的三级周转轮系120。因此，通过将周转轮系120在差动轮系和行星轮系之间切换可以改变传动比。

为了便于描述，将三个周转轮系120和一个定轴轮系160分别用A、B、C、D来代替。经过大量的试验和数据对比，本实施例提供的三级周转轮系120输出转速可以分为八种情况：(1)A差动B差动C差动(2)A差动B差动C行星(3)A差动B行星C差动(4)A差动B行星C行星(5)A行星B差动C差动(6)A行星B行星C差动(7)A行星B差动C行星(8)A行星B行星C行星。其中，(2)(3)(5)的输出转速相同归为二档，(4)(6)(7)的输出转速相同归为三挡，(1)的输出转速最小归为一档，(8)的输出转速最大归为四挡。本实施例最后采用的轮系结构为：一档A差动B差动C差动D定轴；二挡A差动B差动C行星D定轴；三挡A差动B行星C行星D定轴；四挡A行星B行星C行星D定轴。

如图2，齿轮箱100还包括控制器140和转速传感器150，转速传感器150设置在齿轮箱100输入轴上，用于测定齿轮箱100的输入轴转速，并将信号传给控制器140，控制器140分别与夹紧装置130电连接，用于分别控制三个夹紧装置130的通电和断电。本实施例中的转速传感器150在现有技术中比较普遍，不再详细描述。

如图8，控制器140可以购买现有技术中的PLC系统，具体编程原理如下：选择高速计数器HSC0，并确定工作方式0。用初始化脉冲SM0.1调用子程序。令SMB37＝16#F8。EF指令，输入端HSC为0，MODE为0。装入当前值，令SMD38＝0。装入时基定时设定值，令SMB34＝200。执行中断连接ATCH指令，中断程序为INT0，EVNT为10。执行中断允许指令ENI，重新启动时基定时器，清除高速计数器的当前值。执行指令HSC对高速计数器编程并投入运行，输入值IN为0。在此周期之内，判断转速等级，如果转速为0-10r/min则线圈Q0.0,Q0.1,Q0.2执行置位指令，如果转速为11-20r/min则线圈Q0.0执行复位指令,Q0.1,Q0.2执行置位指令，如果转速为21-42r/min则线圈Q0.0,Q0.1执行复位指令,Q0.2执行置位指令，如果转速为43-80/min则线圈Q0.0,Q0.1,Q0.2执行复位指令。

整个齿轮箱100的工作原理如下，首先利用转速传感器150测定齿轮箱100输入轴的转速，当转速过小时，该转速型号传给控制器140，控制器140通过改变三个夹紧装置130的工作状态来通过提高档位，从而提高输出轴的转速；当转速过高时，通过降低档位来降低输出轴的转速。

需要说明的是，本实施例为较佳实施例，在其它实施例中，夹紧装置130可以采用其它结构，例如可以采用螺栓将第一夹紧盘131和第二夹紧盘132进行紧固或者松开；或者也可以设置多个定轴轮系160。

实施例2：

本实施例提供了一种风力发电机，包括发电装置、风轮、和实施例1中的齿轮箱100。风轮与齿轮箱100的输入轴连接，齿轮箱100的输出轴与发电装置连接。发电装置可以采用现有技术中的发电设备，不再进行描述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。