带有改进的润滑剂路径的风力涡轮齿轮箱的行星架的制作方法

本公开内容大体上涉及风力涡轮，且更特别地涉及具有改进的润滑剂路径的风力涡轮齿轮箱的行星架。

背景技术：

大体上，风力涡轮包括塔架、安装在塔架上的机舱，以及联接到机舱的转子。转子大体上包括可旋转毂以及联接到毂且从毂向外延伸的多个转子叶片。每个转子叶片可围绕毂间隔，以便于旋转转子，以使动能能够转换成可用的机械能，该机械能然后可传递到设置在机舱内的发电机以用于产生电能。典型地，齿轮箱用来响应于转子的旋转来驱动发电机。例如，齿轮箱可构造成将由转子提供的低速高转矩输入转换成可驱动发电机的高速低转矩输出。

齿轮箱大体上包括齿轮箱壳体，该齿轮箱壳体包含经由一个或多个行星架和轴承连接的多个齿轮(例如，行星齿轮、环形齿轮和/或太阳齿轮)，以用于将转子轴的低速高转矩输入转换成用于发电机的高速低转矩输出。在齿轮箱内通常使用润滑系统，以使油通过其循环，从而减小齿轮箱的构件之间的摩擦以及为此类构件提供冷却。为了使润滑剂到达齿轮箱的行星轴承和/或齿轮啮合，必须使润滑剂以最小的泄漏从静止的齿轮箱壳体转移到旋转的行星架。

对于多级齿轮系统，第一级和/或第二级行星架通常可为齿轮箱的关键构件。更特别地，第二级行星架的润滑路径的常规设计可在迎风(upwind)塞区域上引入高应力集中。此类集中限制齿轮箱的负载能力且导致对于进一步升级(其要求增加的负载需求)的瓶颈。

因此，解决前述问题的用于风力涡轮的改进的齿轮箱润滑系统将在本领域中受欢迎。

技术实现要素：

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中显而易见，或可通过实施本发明来获悉。

在一方面，本公开内容涉及一种齿轮箱组件。该齿轮箱组件包括齿轮箱壳体和构造在齿轮箱壳体内的行星齿轮系统。行星齿轮系统包括多个行星齿轮、至少一个太阳齿轮、至少一个环形齿轮、与该多个行星齿轮可操作地联接的至少一个行星架，以及多个销轴。多个行星齿轮中的每个布置成以便围绕多个销轴中的一个旋转。此外，多个行星齿轮与环形齿轮接合，且构造成围绕太阳齿轮旋转。齿轮箱组件还包括第一润滑剂路径，该第一润滑剂路径限定成从第一位置通过至少一个行星架到第二位置。而且，第一润滑剂路径位于多个销轴的外部。

在一个实施例中，润滑剂路径的一部分限定成通过安装在第二位置与第一位置之间的制造构件。例如，在特定实施例中，制造构件可经由铸造形成。在备选实施例中，制造构件可包括具有一个或多个管的管组件。在某些实施例中，管组件可包括一个或多个孔，该一个或多个孔构造成将润滑剂供应到多个行星齿轮或太阳齿轮中的至少一个。

在另一实施例中，行星架可至少包括第一行星架和第二行星架。在此类实施例中，第一位置可包括第一行星架或第二行星架中的至少一个的下风(downwind)端。类似地，第二位置可包括第一行星架或第二行星架中的至少一个的迎风端。还应理解的是，第一位置可为第一或第二行星架的迎风端，且第二位置可为第一或第二行星架的下风端。

在进一步的实施例中，多个销轴可至少包括第一销轴和第二销轴。因而，第一销轴可布置有第一行星架，且第二销轴可布置有第二行星架。

在若干实施例中，齿轮箱组件可包括至少一个额外的油路径，其限定成通过第一销轴或第二销轴中的至少一个。在此类实施例中，额外的油路径可限定成从第一销轴或第二销轴中的至少一个的下风端到齿轮箱组件的一个或多个轴承。

在另一方面，本公开内容涉及一种用于风力涡轮的传动系组件。传动系组件包括齿轮箱组件和联接到齿轮箱组件的输出轴的发电机。因而，齿轮箱组件构造成将低速高转矩输入转换成高速低转矩输出以驱动发电机。齿轮箱组件包括齿轮箱壳体和构造在齿轮箱壳体内的行星齿轮系统。行星齿轮系统包括多个行星齿轮、至少一个太阳齿轮、至少一个环形齿轮、与该多个行星齿轮可操作地联接的至少一个行星架，以及多个销轴。多个行星齿轮中的每个布置成以便围绕多个销轴中的一个旋转。此外，多个行星齿轮与环形齿轮接合，且构造成围绕太阳齿轮旋转。齿轮箱组件还包括第一润滑剂路径，该第一润滑剂路径限定成从第一位置通过至少一个行星架到第二位置。而且，第一润滑剂路径位于多个销轴的外部。还应理解的是，传动系组件还可包括本文中描述的额外特征中的任一个。

在又一方面，本公开内容涉及一种用于润滑风力涡轮的齿轮箱组件的方法。方法包括限定第一润滑剂路径从第一位置通过齿轮箱组件的至少一个行星架到第二位置。此外，第一润滑剂路径位于多个销轴的外部。方法还包括通过第一润滑剂路径提供润滑剂。

在一个实施例中，方法包括在第二位置与第一位置之间安装制造构件，以及限定润滑剂路径的一部分通过制造构件。例如，在此类实施例中，方法可包括经由铸造形成制造构件。在备选实施例中，方法可包括从具有一个或多个管的管组件形成制造构件。在此类实施例中，方法可包括在管组件的一个或多个管中形成一个或多个孔，该一个或多个孔构造成将润滑剂供应到多个行星齿轮或太阳齿轮中的至少一个。

在另一实施例中，方法还包括限定至少一个额外的油路径通过第一销轴或第二销轴中的至少一个。更特别地，如提到的，额外的油路径可限定成从第一销轴或第二销轴中的至少一个的下风端到齿轮箱组件的一个或多个轴承。还应理解的是，方法还可包括本文中描述的额外特征和/或步骤中的任一个。

参照以下描述和所附权利要求书，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，且连同描述一起用来解释本发明的原理。

附图说明

针对本领域的普通技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整且开放的公开内容在参照附图的说明书中阐述，在附图中：

图1示出常规构造的风力涡轮的一个实施例的透视图；

图2示出根据本公开内容的风力涡轮的机舱的一个实施例的详细内部视图；

图3示出根据常规构造的风力涡轮的齿轮箱组件的一个实施例的截面视图；

图4示出根据本公开内容的风力涡轮的齿轮箱组件的一个实施例的截面视图；

图5示出图4的齿轮箱组件的一个实施例的局部截面视图；

图6示出根据本公开内容的风力涡轮的齿轮箱组件的另一实施例的局部截面视图；

图7示出根据本公开内容的用于提供润滑剂路径的铸造特征的一个实施例的截面视图；

图8示出根据本公开内容的用于提供润滑剂路径的管组件的一个实施例的截面视图；以及

图9示出根据本公开内容的用于润滑风力涡轮的齿轮箱组件的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

现在将详细地参照本发明的实施例，其一个或多个示例在图中示出。每个示例提供作为本发明的解释，不是本发明的限制。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是，可在本发明中作出各种修改和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可供另一实施例使用以产生更进一步的实施例。因此，意图的是，本发明覆盖如落入所附权利要求书和其等同物的范围内的此类修改和变型。

大体上，本公开内容涉及一种具有改进的润滑系统的齿轮箱组件。齿轮箱组件包括壳体，该壳体包围行星齿轮系统，以及可选的斜齿轮系统，润滑系统，冷却系统和/或轴承系统。行星齿轮系统包括行星齿轮、太阳齿轮、环形齿轮、与该行星齿轮可操作地联接的第一和第二行星架，以及多个销轴。行星齿轮中的每个布置成以便围绕销轴中的一个旋转。此外，行星齿轮与环形齿轮接合且围绕太阳齿轮旋转。齿轮箱组件还包括第一润滑剂路径，该第一润滑剂路径限定成从第一位置通过例如次级行星架到第二位置。而且，第一润滑剂路径位于多个销轴的外部。因而，改进的润滑路径减小行星架中润滑剂的瓶颈。因此，本公开内容的行星架对于静态强度和疲劳寿命两者具有增加的裕度。另外，行星架具有改进的(即不那么复杂的)机械加工性。

现在参照图，图1示出常规构造的风力涡轮10的一个实施例的透视图。如示出的，风力涡轮10包括从支承表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16，以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转毂20以及联接到毂20且从毂20向外延伸的至少一个转子叶片22。例如，在示出的实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个转子叶片22。每个转子叶片22可围绕毂20间隔，以便于旋转转子18，以使动能能够从风转换成可用的机械能且随后转换成电能。例如，毂20可旋转地联接到定位在机舱16内的发电机24(图2)，以允许产生电能。

如示出的，风力涡轮10还可包括集中在机舱16内的涡轮控制系统或涡轮控制器26。例如，如图2中示出的，涡轮控制器26设置在安装到机舱16的一部分的控制柜内。然而，应认识到，涡轮控制器26可设置在风力涡轮10上或中的任何位置处，在支承表面14上的任何位置处，或大体上在任何其它位置处。大体上，涡轮控制器26可配置成传递和执行风力涡轮控制信号和/或命令，以便控制风力涡轮10的各种操作模式(例如，启动或关闭序列)和/或构件。

现在参照图2，示出风力涡轮10的机舱16的一个实施例的简化内部视图。如示出的，发电机24可设置在机舱16内。大体上，发电机24可联接到风力涡轮10的转子18，以用于从由转子18生成的旋转能产生电功率。例如，如所示出的实施例中示出的，转子18可包括转子轴32，转子轴32联接到毂20以用于与其旋转。转子轴32继而可通过齿轮箱组件36可旋转地联接到发电机24的发电机轴34。如大体上理解的，响应于转子叶片22和毂20的旋转，转子轴32可向齿轮箱组件36提供低速高转矩输入。齿轮箱组件36然后可构造成将低速高转矩输入转换成高速低转矩输出，以驱动发电机轴34，且因此驱动发电机24。在备选实施例中，可消除转子轴32，且可旋转毂20可构造成转动齿轮箱组件36的齿轮，而不要求单独的转子轴32。

现在参照图3，示出根据常规构造的齿轮箱组件36的截面视图。如示出的，齿轮箱组件36包括容纳在齿轮箱壳体37内的行星齿轮系统38。更特别地，齿轮系统38包括多个齿轮(例如，行星齿轮、环形齿轮和/或太阳齿轮)和轴承39，其用于将转子轴32的低速高转矩输入转换成用于发电机24的高速低转矩输出。例如，如示出的，如本领域中大体上已知的，输入轴32可向齿轮系统38提供输入负载，且系统38可向发电机24(图2)提供输出负载。因此，在操作期间，输入旋转速度下的输入负载通过行星齿轮系统38传递，且在输出旋转速度下作为输出负载提供到发电机24。

此外，行星齿轮系统38包括可操作地联接多个齿轮的第一行星架40和第二行星架42。此外，如示出的，行星齿轮系统38至少包括环形齿轮41、一个或多个行星齿轮44、太阳齿轮46、一个或多个第一销轴43，以及一个或多个第二销轴45。例如，在若干实施例中，齿轮系统38可包括一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多个行星齿轮44。此外，齿轮41、44、46中的每个包括多个齿。齿尺寸设置成和定形成啮合在一起，使得各种齿轮41、44、46相互接合。例如，环形齿轮41和太阳齿轮46可各自接合行星齿轮44。另外，应理解的是，本文中描述的齿轮41、44、46可包括任何合适类型的齿轮，包括但不限于正齿轮、平面齿轮、蜗轮、斜齿轮、双斜齿轮或类似物。

在一些实施例中，行星架40、42可为静止的。在这些实施例中，输入轴32可联接到环形齿轮41，且输入轴32上的输入负载可通过环形齿轮41传递到行星齿轮44。因此，环形齿轮41可驱动齿轮系统38。在其它实施例中，环形齿轮41可为静止的。在这些实施例中，输入轴32可联接到行星架40、42，且输入轴32上的输入负载可通过行星架40、42传递到行星齿轮44。因此，行星架40、42可驱动齿轮系统38。在更进一步的实施例中，任何其它合适的构件(诸如行星齿轮44或太阳齿轮46)可驱动齿轮系统38。

仍参照图3，太阳齿轮46限定中心轴线49，且因此围绕该中心轴线49旋转。环形齿轮41可至少部分地包绕太阳齿轮46，且沿着中心轴线49定位。此外，环形齿轮41可(如果是可旋转的)因此围绕中心轴线49旋转。行星齿轮44中的每个可设置在太阳齿轮46与环形齿轮41之间，且可接合太阳齿轮46和环形齿轮41两者。例如，如上文论述的，齿轮的齿可啮合在一起。此外，如示出的，行星齿轮44中的每个可限定中心行星轴线48。因此，每个行星齿轮44可围绕它的中心行星轴线48旋转。另外，行星齿轮44和其中心行星轴线48可围绕中心轴线49旋转。

齿轮箱组件36还可包括润滑系统或用于使油在齿轮箱构件各处循环的其它器件。例如，如图3中示出的，齿轮箱组件36可包括多个油通路47，该油通路47构造成使油通过其转移。如大体上理解的，油可用来减小齿轮箱组件36的移动构件之间的摩擦，且还可用来为此类构件提供冷却，从而减小齿轮箱组件36内的构件磨损和其它损失且增加其寿命。另外，油可包含防止内部齿轮箱构件腐蚀的特性。

更特别地，如示出的，第二级行星架42包括油路径50，该油路径50由基本轴向的油通路47和多个基本径向的通路47限定，该多个基本径向的通路47从轴向的油通路47延伸到第二行星架42的外表面。另外，如示出的，一个或多个塞子50可用来防止润滑剂从通路47泄漏。然而，该常规油路径在迎风塞区域(即，其中组装塞子50的行星架42上的钻孔)处引入高应力集中，这限制齿轮箱组件36的负载能力。

因而，图4示出根据本公开内容的齿轮箱组件136的截面视图。如示出的，齿轮箱组件136包括容纳在齿轮箱壳体137内的行星齿轮系统138。更特别地，齿轮系统138包括多个齿轮(例如，行星齿轮、环形齿轮和/或太阳齿轮)和轴承139，其用于将转子轴132的低速高转矩输入转换成用于发电机24的高速低转矩输出。例如，如示出的，输入轴132可向齿轮系统138提供输入负载，且系统138可经由输出轴134向发电机24(图2)提供输出负载。因此，在操作期间，输入旋转速度下的输入负载通过行星齿轮系统138传递，且在输出旋转速度下作为输出负载提供到发电机24。

此外，如示出的，行星齿轮系统138包括可操作地联接多个齿轮的第一行星架140和第二行星架142。此外，如示出的，行星齿轮系统138至少包括环形齿轮141、一个或多个行星齿轮144、太阳齿轮146、一个或多个第一销轴143，以及一个或多个第二销轴145。例如，在若干实施例中，齿轮系统138可包括一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个或更多个行星齿轮144。此外，齿轮141、144、146中的每个包括多个齿。齿尺寸设置成和定形成啮合在一起，使得各种齿轮141、144、146相互接合。例如，环形齿轮141和太阳齿轮146可各自接合行星齿轮144。另外，如提到的，应理解的是，本文中描述的齿轮141、144、146可包括任何合适类型的齿轮，包括但不限于正齿轮、平面齿轮、蜗轮、斜齿轮、双斜齿轮或类似物。

在一些实施例中，行星架140、142可为静止的。在这些实施例中，输入轴132可联接到环形齿轮141，且输入轴132上的输入负载可通过环形齿轮141传递到行星齿轮144。因此，环形齿轮141可驱动齿轮系统138。在其它实施例中，环形齿轮141可为静止的。在这些实施例中，输入轴132可联接到行星架140、142，且输入轴132上的输入负载可通过行星架140、142传递到行星齿轮144。

仍参照图4，太阳齿轮146限定中心轴线149，且因此围绕该中心轴线149旋转。环形齿轮141可至少部分地包绕太阳齿轮146，且沿着中心轴线149定位。例如，环形齿轮141可沿着中心轴线149与太阳齿轮146对准，或可沿着轴线149从太阳齿轮46偏移。环形齿轮141可(如果是可旋转的)因此围绕中心轴线149旋转。行星齿轮144中的每个可设置在太阳齿轮146与环形齿轮41之间，且可接合太阳齿轮146和环形齿轮141两者。此外，如示出的，行星齿轮144中的每个可限定中心行星轴线148。因此，每个行星齿轮144可围绕它的中心行星轴线148旋转。另外，行星齿轮144和其中心行星轴线148可围绕中心轴线149旋转。

现在参照图4-6，齿轮箱组件136还可包括润滑系统或用于使油在齿轮箱构件各处循环的其它器件。例如，如示出的，齿轮箱组件136可包括多个油通路147，该油通路147构造成使油通过其转移。如大体上理解的，油可用来减小齿轮箱组件136的移动构件之间的摩擦，且还可用来为此类构件提供冷却，从而减小齿轮箱组件136内的构件磨损和其它损失且增加其寿命。另外，油可包含防止内部齿轮箱构件腐蚀的特性。

更特别地，如图5和图6中示出的，第二级行星架142包括第一润滑剂路径150，该第一润滑剂路径150限定成从第一位置通过行星架140、142中的至少一个到第二位置，即在多个销轴143、145的外部且不通过该多个销轴143、145。因而，本公开内容的润滑剂路径150避免必须在第二行星架142的负载路径上钻孔。另外，如示出的，还消除塞子50。例如，如示出的，第一润滑剂路径150限定成从第一位置154通过次级行星架142到第二位置152。在此类实施例中，第一位置154可包括第一行星架140和/或第二行星架142的下风端。类似地，第二位置152可包括第一行星架140和/或第二行星架142的下风端。

另外，如示出的，润滑剂路径150的一部分可限定成通过安装在第二位置152与第一位置154之间的制造构件156。例如，如图5中示出的，制造构件156可为经由铸造形成的铸造特征158。外加铸造特征158，润滑剂路径150简化成仅要求通过次级行星架142远离高应力区域和/或负载路径的单个钻孔。在备选实施例中，如图6中示出的，制造构件156可包括具有一个或多个管的管组件160。

在进一步的实施例中，如图7和图8中示出的，制造构件156还可包括一个或多个孔164，该孔164构造成为啮合的太阳齿轮146和/或行星齿轮144供应润滑剂。因而，孔164可构造成将润滑剂喷射到齿轮箱组件136中的任何相邻构件。

在若干实施例中，齿轮箱组件136可包括至少一个额外的油路径151，其限定成通过第一销轴143或第二销轴145中的一个。在此类实施例中，如示出的，额外的油路径151可限定成从第一销轴143或第二销轴145的下风端到齿轮箱组件136的一个或多个轴承162。

现在参照图9，示出用于润滑风力涡轮10的齿轮箱组件136的方法100的一个实施例的流程图。如102处示出的，方法100包括限定第一润滑剂路径150从第一位置154通过齿轮箱组件136的至少一个行星架140、142到第二位置152。此外，如提到的，第一润滑剂路径位于多个销轴143、145的外部。如104处示出的，方法100包括通过第一润滑剂路径150提供润滑剂。

在一个实施例中，方法100包括在第二位置152与第一位置154之间安装制造构件156，以及限定润滑剂路径150的一部分通过制造构件156。例如，在此类实施例中，方法100可包括经由铸造形成制造构件156。在备选实施例中，方法100可包括从具有一个或多个管的管组件160形成制造构件156。

在另一实施例中，方法100还包括限定至少一个额外的油路径151通过第一销轴143或第二销轴145中的一者或两者。在此类实施例中，额外的油路径151可限定成从第一销轴143或第二销轴145中的一个的下风端154到齿轮箱组件136的一个或多个轴承162。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括带有与权利要求书的字面语言非实质差异的等同结构元件，此类其它示例意在处于权利要求书的范围内。

参考符号构件

10风力涡轮

12塔架

14基部

16机舱

18转子

20毂

22转子叶片

24发电机

26控制器

30偏航轴线

32主轴

34发电机轴

36齿轮箱组件

37齿轮箱壳体

38行星齿轮系统

39轴承

40第一行星架

41环形齿轮

42第二行星架

43第一销轴

44行星齿轮

45第二销轴

46太阳齿轮

47油通路

48中心行星轴线

49中心轴线

50塞子

100方法

102方法步骤

104方法步骤

132主轴

134发电机轴

136齿轮箱组件

137齿轮箱壳体

138行星齿轮系统

139轴承

140第一行星架

141环形齿轮

142第二行星架

143第一销轴

144行星齿轮

145第二销轴

146太阳齿轮

147油通路

148中心行星轴线

149中心轴线

150润滑剂路径

152第二端

154第一端

156制造构件

158铸造特征

160管组件

162轴承

164孔。