用于机械从动设备的驱动装置的制作方法

本公开涉及一种用于驱动传动系统中的机械从动设备的驱动装置。

背景技术：

1、机械从动设备或负载，诸如泵或压缩机，由适当的高动力源驱动。在这些动力源中，可以提及燃气轮机、汽轮机、膨胀机、高功率柴油机和燃气发动机或电动机。

2、通常，市场上有被称为“传动系”、“传动系统”或类似系统的系统，其中动力源通过传动设备驱动负载，诸如一个或多个压缩机、泵或船用推进器。更具体地，从动力源到机械从动设备(或负载)的动力传输通过输入轴(动力源连接到该输入轴)、输出轴(连接到负载l)和齿轮箱(用以改变输入轴(即动力源的输入轴)和输出轴(即负载的输出轴)的速度之间的传动比)进行。下文中，仅为了便于参考，包括动力源、齿轮箱和负载(例如，压缩机)的系统可被称为“传动系”、“传动系统”或“传动设备”。

3、齿轮箱可以是不同的类型，并且特别地，其可以是固定或可变齿轮比类型。

4、通常，在几种情况下改变从动设备的速度是必要的。因此，如果在系统中使用固定的传动比，则通常需要驱动设备(即动力源)能够改变传动装置输入轴的转速。在这种情况下，唯一可能的驱动器或动力源例如可以是变频驱动(vfd)电动机、双轴燃气轮机、汽轮机、膨胀机、柴油机或燃气发动机。事实上，这些种类的动力源可以改变速度。然而，从技术角度来看，这些系统变得很复杂，因为必须为该设备配备用于电动机的大型变频器或增加动力源的机械复杂性。

5、另外，在驱动器是具有vfd的电动机的情况下，传动系统可经历次同步扭转相互作用，该次同步扭转相互作用可通过网络干扰传递到其他传动系统，诸如发电机驱动或机械驱动传动系。在这种情况下，传动系统在capex(占地面积和重量)和opex(效率)方面没有得到优化。

6、如果使用可变传动比齿轮箱，则可使用固定速度的电动机或单轴燃气轮机作为动力源。配备有可变齿轮比齿轮箱的传动系统通常包括行星式齿轮箱或衍生的齿轮箱。这种类型的齿轮箱通常包括环形轮、与环形轮啮合并且由行星齿轮架保持在一起的多个星轮以及依次与星轮啮合的太阳轮。假设传动装置输入轴联接到环形轮或行星齿轮架，则可通过改变行星齿轮架相对于环形轮的转速来改变可变齿轮比行星齿轮箱的传动比，反之亦然，可通过改变环形轮相对于行星齿轮架的转速来改变传动比。使用可变齿轮比齿轮箱使设计更加灵活。作为行星式齿轮的替代，副轴齿轮装置可用于实现可变传动比齿轮箱，其包括输入太阳轮、与输入太阳轮啮合并且由行星齿轮架保持在一起的多个星轮以及输出太阳轮，输出太阳轮又与星轮啮合。

7、在提供燃气轮机作为驱动器的传动系统中，在燃气轮机启动期间通过固定速比传动装置直接机械连接到负载的情况下，部分扭矩被传递到与负载连接的传动装置输出轴。这需要燃气轮机在启动时承受负载阻力，这意味着由于单轴燃气轮机在启动期间的扭矩输出限制而不能使用单轴燃气轮机。为了防止这种问题，通常提供一个或多个离合器或大型起动器设备，例如电动机、汽轮机或膨胀机，这必然增加设备的成本以及造成效率损失。

8、此外，在提供电动机作为驱动器的传动系统中，在通过固定速比传动装置直接机械连接到负载的情况下，在启动阶段，电动机承受由其惯性产生的负载阻力。因此，必须使用具有更大功率的电动机来应对启动阶段期间所需的动力峰值。这需要增加传动设备的成本。另外，在这种情况下，对更高功率电动机的唯一替代是在传动链中使用一个或多个离合器。

9、现有技术包括美国专利us6715291 b1，其涵盖驱动负载端子的汽车应用。该文献公开了通过速比发电机单元来控制齿轮箱，该速比发电机单元布置成使得其能够仅在一个旋转方向上控制星轮齿轮架的操作。因此，驱动装置可仅具有一个动力输入和两个动力输出，而本公开涉及可具有一个动力输入和一个动力输出、一个动力输入和两个动力输出以及两个动力输入和一个动力输出的驱动装置。

10、现有技术还包括美国专利申请us 2014/0378257 a1，其公开了齿轮轴的控制，其主要缺点是繁琐。

11、基于上述内容，尺寸紧凑并且同时能够在驱动器启动序列期间将从动设备从驱动器断开以实现空载启动并且然后能够将从动设备速度从静止同步到已经处于其标称速度的驱动器的改进的变速比传动装置，将受到业界的欢迎，以允许灵活布置传动系，同时能够控制从动设备的速度以涵盖任何操作条件。

技术实现思路

1、在一个方面，本文公开的主题涉及一种副轴齿轮装置，该副轴齿轮装置可以是具有两个太阳轮轴、三个或更多个复合星轮轴以及星轮齿轮架的减速器或增速器。行星齿轮架速度由电动机-发电机单元(也称为速比电动机-发电机单元-mgu)控制，该电动机-发电机单元充当连续受控可变扭矩系统(ccvt)。通过改变行星齿轮架速度，可以连续改变齿轮输入/输出速比。

2、可以存在或不存在附加的电动机-发电机单元(称为动力平衡电动机-发电机单元-mgu)，以保持齿轮输出轴并且因此允许速比电动机-发电机单元启动动力源(诸如单轴燃气轮机、同步电动机、柴油机和燃气发动机)，或者保持动力源运行以涵盖瞬时操作条件，例如空转、曲柄、联机水洗、冷却。

3、所述动力平衡电动机-发电机单元将允许保持动力源(如单轴和双轴燃气轮机或汽轮机或柴油机和燃气发动机)在它们的最高效率条件下运行，因此使得能够基于能量可用性和成本实现燃气/电力或蒸汽/电力或柴油/电功率平衡，因此例如基于环境条件(冬季/夏季或夜间/白天环境温度变化)涵盖燃气轮机动力过剩/不足，因此使得能够在电池系统中储存电能以建立旋转储备。

4、速比电动机-发电机单元包括定子绕组、定子铁芯、径向安装在行星齿轮架上的永磁体转子铁芯，而电力电子装置包括低压有源前端变频驱动器和系统控制逻辑，以便获取或输送能量到电网或电池系统。这在商业上是有意义的，因为能够在燃气轮机的应用中实现节能和能力储存。

5、动力平衡电动机-发电机单元包括定子绕组、定子铁芯、径向安装在齿轮输出轴上的永磁体转子铁芯，而电力电子装置包括低压有源前端变频驱动器和系统控制逻辑，以便获取或输送能量到电网或电池系统。这在商业上是有意义的，因为能够在燃气轮机的应用中实现节能和能力储存。

6、在一个方面中，本文公开的主题涉及一种连接在动力源与待驱动的设备或负载之间的驱动装置。该驱动装置包括混合齿轮箱，该混合齿轮箱具有包括行星齿轮架的副轴齿轮箱，该副轴齿轮箱被配置为调节动力源与从动设备之间的传动速比。混合齿轮箱还包括速比电动机-发电机单元，该速比电动机-发电机单元被配置为控制行星齿轮架的旋转，该电动机-发电机单元围绕行星齿轮架布置。换句话说，电动机-发电机单元围绕行星齿轮架环状地布置。它可以是直接环状地布置并安装在行星齿轮架外径上的无刷永磁体。

7、在另一个方面，本文公开了一种行星齿轮架，该行星齿轮架具有带外径面的主体，速比电动机-发电机单元的转子安装在该外径面处。转子可包括安装在行星齿轮架的外径面上的多个永磁体。

8、本公开的另一方面涉及一种用于操作具有动力源、驱动装置和负载(从动设备)的传动系统的方法。该方法包括操作速比电动机-发电机单元以调节行星齿轮架的转速，从而设定副轴齿轮箱的传动速比以调节驱动装置的输出轴处的速度和扭矩的步骤。

9、在另一方面，本文公开了一种具有单轴燃气轮机作为动力源的传动系统，其中速比电动机-发电机单元使行星齿轮架旋转以设定传动比，使得输出轴的转速在动力源的启动阶段为0。

10、在另一方面，本文公开了一种具有动力源(如单轴和双轴燃气轮机或汽轮机或柴油机或燃气发动机)的传动系统，其中传递至从动设备的动力的一部分被回收并且转换为电能以通过动力平衡电动机-发电机单元注入电网或电池组中，因此保持动力源以最大效率运行，使得能够最小化每等效总输出的co2产生并且使得能够建立旋转储备。

11、在另一方面，本文公开了一种具有动力源(如单轴和双轴燃气轮机)的传动系统，其中动力平衡电动机-发电机单元能够基于环境条件(冬季/夏季或夜间/白天环境温度变化)补偿燃气轮机动力过剩/不足，从而使得能够建立或使用旋转储备。

12、在另一方面，本文公开了一种具有动力源(如柴油机和燃气发动机)的传动系统，其中动力平衡电动机-发电机单元能够基于环境条件(冬季/夏季或夜间/白天环境温度变化)补偿柴油机和燃气发动机的动力过剩/不足，使得能够建立或使用旋转储备。