专利名称：机电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机电装置，该机电装置是一个或者多个齿轮级和旋转电力机器的组合。
背景技术：
在很多发电系统中，从各种设计和构造方面的观点来说，可能有利的是经由齿轮箱将发电机连接到原动机(例如风轮机)，其中齿轮箱被布置成将原动机的旋转速度转换成适用于发电机的速度范围。相应地，在很多马达应用中，可能有利的是经由齿轮箱将电动机连接到致动器，其中齿轮箱被布置成将电动机的旋转速度转换成适用于致动器的速度范围。齿轮箱可以包括一个或者多个系列的相连接的齿轮级，借助于所述齿轮级来实现所期望的齿轮比。每一个单个齿轮级均能够是例如行星齿轮级或者圆柱齿轮级。除了别的以外，与齿轮箱和能够是发电机和/或马达的电力机器的组合有关的挑战性设计方面是所述组合的尺寸和重量。进而，与例如无齿轮的系统的相比，用于润滑、冷却和监测齿轮箱和电力机器的组合的设备可能是复杂的。例如润滑系统的可靠性可能要求特殊的关注，这是因为，如不言而喻地，齿轮箱的润滑系统和电力机器的润滑系统必须同时地适当地工作，从而使得所述组合适当地工作。因此，为了获得足够有效的或者组合后的可靠性，齿轮箱的和电力机器的润滑系统的可靠性分别地必须显著地高于无齿轮系统的单一润滑系统所要求的可靠性。然而，齿轮箱，特别地是在很多风力应用中，其使得使用尺寸和重量比相应的无齿轮系统的电力机器显著地更小的电力机器成为可能。因此，关于使用齿轮箱还是具有无齿轮系统的选择依赖于很多不同的方面，其中的很多方面或多或少地相互折衷。齿轮箱提供很多优点，并且因此需要提供用于减轻或者甚至消除与齿轮箱的使用有关的缺陷的技术方案。公报US201005M42公开了一种包括发电机、齿轮系和离合器的发电机系统，其中离合器被暴露于齿轮系。这种结构被一体形成，从而离合器和齿轮系的外罩的壁还构成发电机的外罩的壁，并且在这个壁的孔隙中存在围绕在齿轮系和发电机之间的轴的引入密封部件。因此，这种构造比包括被与例如它们的轴的凸缘相互连接的独立的发电机和齿轮箱的系统的构造更加紧凑。例如，替代在发电机中的一个引入密封部件和在齿轮箱中的另一个引入密封部件的是，在齿轮系和发电机之间需要仅仅一个引入密封部件。
发明内容
根据本发明，提供一种新的机电装置，包括-用于连接到外部旋转元件的机械接口结构，-电力机器，-位于机械接口结构和电力机器的转子之间的机械动力传动路径上的一个或者多个齿轮级，-构成用于上述一个或者多个齿轮级和电力机器这两者的公共润滑油室的机械结构，和-用于引导在机电装置中循环的润滑油的至少一部分经上述一个或者多个齿轮级流动和润滑油的至少一部分经电力机器的轴承流动的油道。上述机电装置是被一体形成到单个单元中并且利用公共润滑系统的电力机器和一个或者多个齿轮级的组合。因此，该润滑系统能够比存在独立的齿轮箱和电力机器的传统系统的润滑系统更加简单且更加可靠。进而，根据本发明的机电装置的尺寸和重量能够小于传统的电力机器和齿轮箱组合的尺寸和重量。根据本发明的有利的实施例的机电装置进一步包括油泵，该油泵被布置成使润滑油的至少一部分经上述一个或者多个齿轮级循环且使润滑油的至少一部分经电力机器的轴承循环。如何将润滑油划分成经齿轮级流动的部分和经电力机器的轴承流动的部分的方式依赖于油道的布置。油道可以例如被以如下方式布置，即使得润滑油首先经齿轮级流动，并且然后经电力机器的轴承流动，或者被以如下方式布置，即使得存在用于齿轮级和用于电力机器的平行的流动路线，或者能够存在上述这些布置方式的一种混合布置方式。根据本发明的有利的实施例的机电装置进一步包括油冷却器元件，该油冷却器元件用于冷却润滑油的经上述一个或者多个齿轮级循环的部分和润滑油的经电力机器的轴承循环的部分。冷却器能够被用于提供最佳润滑油温度。根据本发明的有利的实施例的机电装置进一步包括预加热器元件，该预加热器元件用于预热润滑油的经上述一个或者多个齿轮级循环的部分和润滑油的经电力机器的轴承循环的部分。优选地在冷起动情况中使用预加热器。从齿轮和轴承的寿命的观点来说， 有利的是还从冷起动过程开始具有最佳的润滑油温度。根据本发明的有利的实施例的机电装置进一步包括过滤器元件，该过滤器元件用于从润滑油的经上述一个或者多个齿轮级循环的部分和从润滑油的经电力机器的轴承循环的部分移除杂质。根据本发明的有利的实施例的机电装置进一步包括传感器元件，该传感器元件用于监测润滑油的经上述一个或者多个齿轮级循环的部分和润滑油的经电力机器的轴承循环的部分。传感器元件能够响应于以下因素中的至少一种润滑油的温度、润滑油的纯度、 润滑油的含水量。在所附从属权利要求中描述了本发明的多个进一步的示例性实施例。当结合附图阅读时，根据具体示例性实施例的以下说明，将与本发明另外的目的和优点一起地最好地理解本发明的关于构造和关于操作方法这两者的各种示例性实施例。在本文献中，动词“包括”作为一种开放式限制使用，该动词既不排除也不要求存在未予叙述的特征。除非另外明确地声明，在从属权利要求中叙述的特征能够相互自由地组合。
在实例的意义上并且参考附图在下面更加详细地说明了本发明的示例性实施例和它们的优点，其中图1示出根据本发明的一个实施例的机电装置的概略截面视图；图2示出根据本发明的一个实施例的机电装置的概略截面视图；并且
图3示出根据本发明的一个实施例的机电装置的概略截面视图。
具体实施例方式图1示出根据本发明的一个有利的示例性实施例的机电装置的概略截面视图。该机电装置包括用于连接到外部旋转元件的机械接口结构101，该外部旋转元件能够例如是但并不是必需是风轮机。该机电装置包括用于将机械动力转换成电力或者将电力转换成机械动力的电力机器。该电力机器包括设有定子绕组的叠片定子铁心102。该电力机器包括转子，该转子包括中央部117、框架103和被安装在框架的外表面上的永磁体104。当然，中央部117和框架103是单个整体件也是可能的。该机电装置在机械接口结构和电力机器的转子之间的动力传动路径上包括一个或者多个齿轮级。齿轮级被布置成将外部旋转元件例如风轮机的旋转速度转换到适用于电力机器的速度范围。该机电装置包括被布置成支撑齿轮级的元件和电力机器的元件的第一、第二和第三机械结构113、114和115。该机械结构构成用于齿轮级和电力机器这两者的公共润滑油室。在该机电装置中，存在油道116a，油道116a用于引导在机电装置中循环的润滑油的至少一部分经齿轮级流动和引导润滑油的至少一部分经电力机器的轴承118和119流动。油道116b被布置成从机电装置中移除润滑油，从而使得润滑油的循环是可能的。图1所示轴承是滚动轴承。然而，应该指出轴承中的任一个均能够同样是滑动轴承。如何将润滑油划分成经齿轮级流动的部分和经电力机器的轴承流动的部分的方式依赖于油道的布置。油道可以例如被以如下方式布置，即使得润滑油首先经齿轮级并且然后经电力机器的轴承流动，或者被以如下方式布置，即使得存在用于齿轮级和用于电力机器的平行流动路线，或者能够存在上述这些布置方式的一种混合布置方式。上述的并且在图1中示意的机电装置实际上是被一体形成到单个单元中并且利用公共润滑系统的一个或者多个齿轮级和电力机器的组合。因此，该润滑系统能够是比存在被相互连接的、独立的齿轮箱单元和独立的电力机器单元的传统布置的润滑系统更加简单且更加可靠的。进而，上述机电装置的尺寸和重量能够小于上述传统布置的尺寸和重量。在于图1中示意的、根据本发明的示例性实施例的机电装置中，齿轮级由第一行星齿轮级和第二行星齿轮级构成。第一行星齿轮级包括行星轮架105、齿圈106、行星轮107 和太阳齿轮轴108。第二行星齿轮级包括行星轮架109、齿圈110、行星轮111和太阳齿轮轴 112。第一行星齿轮级的行星轮架105构成了被布置成从原动机接收机械动力的机械接口结构101的一部分。因此，第一行星齿轮级的行星轮架105被原动机旋转。齿圈106是静止的。第一行星齿轮级的太阳齿轮轴108被连接到第二行星齿轮级的行星轮架109。因此， 第二行星齿轮级的行星轮架109被第一行星齿轮级的太阳齿轮轴108旋转。齿圈110是静止的。第二行星齿轮级的太阳齿轮轴112利用联接件130而被连接到电力机器的转子的中央部117。联接件130有利地是拱形的，从而允许太阳齿轮轴112的旋转轴线和电力机器的转子的中央部117的旋转轴线之间的一定程度的不对准。因此，联接件130能够被布置成移除另外的负荷，否则这些负荷将由可能的不对准而对轴承118和119引起。进而，联接件130允许在操作期间在对准上变化。转子的中央部117包括用于将润滑油输送到联接件 130的油道116d。因此，电力机器的转子被第二行星齿轮级的太阳齿轮轴112旋转。行星齿轮级优选地但是并不是必需地具有浮动的太阳齿轮轴108和112以及在太阳齿轮轴108 和行星轮架109之间和在太阳齿轮轴112和中央部117之间的拱形的联接件，从而针对太阳齿轮轴108和112的旋转轴线的方向和电力机器的转子的旋转轴线的方向之间的可能的相互偏离提供了公差，即针对可能的对准非理想情况提供公差。在图1所示机电装置中，第二行星齿轮级的太阳齿轮轴112在第二行星齿轮级的行星轮111的支撑下和在电力机器的转子的中央部117的支撑下浮动。第一行星齿轮级的太阳齿轮轴108在第一行星齿轮级的行星轮107的支撑下和在第二行星齿轮级的行星轮架109的支撑下浮动。然而，利用轴承安装太阳齿轮轴之一或两个太阳齿轮轴也是可能的。除了轴承和齿轮级之外，润滑系统润滑了齿轮级和电力机器之间的联接件，即太阳齿轮轴112和中央部117之间的联接件。如能够从图1看到的，电力机器的轴承118和119不仅支撑电力机器的转子而且还支撑第二行星齿轮级的太阳齿轮轴112。联接件130有利地被布置成将轴向力从齿轮级传递到齿轮级和电力机器所共用的轴承118和119。因此，轴承118和119被用于不仅支撑电力机器的转子而且还至少部分地支撑第二齿轮级。因此，轴承的数目能够小于在存在被相互连接的、独立的电力机器单元和独立的齿轮箱单元的传统布置结构中的数目。进而，与上述传统布置结构相比，用于旋转轴的被密封的引入件(lead-throughs)的数目减少。唇形密封件135被布置成密封构成用于齿轮级和电力机器这两者的公共润滑油室的油室。根据本发明的一个实施例的机电装置包括用于附接到外部机械结构的、在机电装置的外表面上的连接元件120。该外部机械结构能够例如是在风力发电站的塔顶处的机器室中的安装平台。机电装置的机械结构包括相对于连接元件支撑电力机器的定子102的第一机械结构113、相对于连接元件支撑第二行星齿轮级的齿圈110的第二机械结构114和相对于第二行星齿轮级的齿圈支撑电力机器的转子的第三机械结构115。如能够从图1看到的，第一机械结构113被布置成向连接元件120传递由作用于电力机器的定子102上的电磁力引起的张力，从而张力被布置成避开支撑第二齿轮级和转子的机械结构。因此，由于例如电气瞬态而作用于定子上的力所引起的张力被直接地从定子102传递到连接元件120并且由此传递到外部机械结构。电力机器的转子能够利用安全联接件而被连接到第二行星齿轮级的太阳齿轮轴112，该安全联接件被布置成以对作用在安全联接件上的扭矩超过预定极限值的情况的响应的形式松开它的夹持。利用这种布置，针对由可以例如在短路情况期间发生的电气瞬态所引起的扭矩峰值保护齿轮级的各个元件是可能的。安全联接件可以包括例如被布置成以对作用在安全联接件上的扭矩超过预定极限值的情况的响应的形式而折断的折断销。图1描绘了存在螺栓121的一种系统，螺栓121可以是如此细的或者在其它情形中如此弱的，以至当扭矩超过预定极限值时，这些螺栓折断。因此，螺栓121代表了上述折断销。可替代地，安全联接件可以包括摩擦表面，该摩擦表面例如利用弹簧而被朝向彼此挤压，并且被布置成以对作用在安全联接件上的扭矩超过预定极限值的情况的响应的形式而相对于彼此滑移。如能够从图1看到的，转子的框架103具有朝向齿轮级开口的杯形形状。支撑电力机器的转子的机械结构115被布置成延伸到由该杯形形状限定的半封闭空间并且电力机器的轴承118和119位于由该杯形形状限定的半封闭空间中。这允许轴承118和119靠近转子的质心定位并且还缩短了机电装置的轴向长度。因此，图1所示机电装置的轴向长度能够小于存在被相互连接的、独立的电力机器单元和独立的齿轮箱单元的传统的布置的总轴向长度。根据本发明的一个实施例的机电装置包括被连接到电力机器的转子的制动器，见图2。该制动器能够例如是盘式制动器，其中制动盘1 被附接到转子的框架103并且制动钳1 被附接到机械结构113。利用这种布置，制动力被直接地传到连接元件120并且由此被传到外部机械结构，并且无任何断裂力被引导到支撑转子和第二齿轮级的机械结构 114 和 115。在很多应用中，根据本发明的一个实施例的机电装置被布置成在倾斜位置下操作，如在图3中所示意的。作为电力机器的轴向方向和水平线之间的角度的倾斜角度α能够例如但是并不是必需地在4-6度的范围上。第二行星齿轮级的太阳齿轮轴112利用联接件130而被连接到电力机器的转子的中央部117。联接件130有利地是拱形的，从而允许在太阳齿轮轴112的旋转轴线和电力机器的转子的中央部117的旋转轴线之间的一定程度的不对准。因此，联接件130能够被布置成移除另外的负荷，否则另外的负荷将由可能的不对准而对轴承118和119引起。进而，联接件130允许在操作期间在对准上改变。转子的中央部117包括用于将润滑油输送到联接件130的油道116d。联接件130有利地被布置成将轴向力从齿轮级输送到齿轮级和电力机器所共用的轴承118和119。机械结构115包括返回油道116c，返回油道116c被布置成确保当机电装置处于倾斜位置时在机械结构115 内的润滑油的表面水平高度不达到旋转引入件的唇形密封件135。根据本发明的一个实施例的机电装置包括油泵122，油泵122被布置成使润滑油经齿轮级和经由电力机器的轴承循环。该机电装置可以进一步包括油槽127。根据本发明的一个实施例的机电装置包括用于冷却经齿轮级和电力机器的轴承循环的润滑油的油冷却器元件123。根据本发明的一个实施例的机电装置包括用于预热经齿轮级和经电力机器的轴承循环的润滑油的预加热器元件124。根据本发明的一个实施例的机电装置包括用于从润滑油移除杂质的过滤器元件
125。根据本发明的一个实施例的机电装置包括用于监测润滑油的状态的传感器元件
126。该传感器元件能够例如对于润滑油的温度、润滑油的纯度和/或润滑油的含水量作出响应。图1和图2示意存在两个齿轮级的机电装置。应该指出，在根据本发明的不同实施例的机电装置中，齿轮级的数目并不是必需地是两个。可能的是，在根据本发明的特定实施例的机电装置中，存在仅仅一个齿轮级，例如行星齿轮级或者圆柱齿轮级，或者存在多于两个齿轮级，每一个齿轮级均能够是行星齿轮级或者圆柱齿轮级。进而，关于行星齿轮级， 如在于图1和图2中示意的示例性构造中那样的行星轮架旋转并且齿圈是静止的不是必需的。齿圈是旋转的也是可能的。还应该指出，本发明不限于永磁体电力机器的使用。与齿轮系统成一体的电力机器同样能够是电磁电力机器。在以上给出的说明中提供的具体实例不应该被理解成是限制性的。因此，本发明不仅仅被限制于上述的实施例。
权利要求
1.一种机电装置，包括-用于连接到外部旋转元件的机械接口结构(101)，-电力机器(102-104，117)，-位于所述机械接口结构和所述电力机器的转子之间的机械动力传动路径上的一个或者多个齿轮级(105-112)，和-油道(116a)，所述油道用于引导在所述机电装置中循环的润滑油的至少一部分经所述一个或者多个齿轮级流动并且引导润滑油的至少一部分经所述电力机器的轴承(118， 119)流动，其特征在于，所述机电装置进一步包括机械结构(114-115)，所述机械结构构成用于所述一个或者多个齿轮级和所述电力机器的公共润滑油室。
2.根据权利要求1所述的机电装置，其中所述机电装置进一步包括油泵(122)，所述油泵被布置成使润滑油的至少一部分经所述一个或者多个齿轮级循环并且使润滑油的至少一部分经所述电力机器的所述轴承循环。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的机电装置，其中所述机电装置进一步包括油冷却器元件(123)，所述油冷却器元件用于冷却润滑油的经所述一个或者多个齿轮级循环的部分和润滑油的经所述电力机器的所述轴承循环的部分。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的机电装置，其中所述机电装置进一步包括预加热器元件(IM)，所述预加热器元件用于预热润滑油的经所述一个或者多个齿轮级循环的部分和润滑油的经所述电力机器的所述轴承循环的部分。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的机电装置，其中所述机电装置进一步包括过滤器元件(125)，所述过滤器元件用于从润滑油的经所述一个或者多个齿轮级循环的部分和从润滑油的经所述电力机器的所述轴承循环的部分移除杂质。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的机电装置，其中所述机电装置进一步包括传感器元件(1 )，所述传感器元件用于监测润滑油的经所述一个或者多个齿轮级循环的部分和润滑油的经所述电力机器的所述轴承循环的部分，所述传感器元件能够响应于以下因素中的至少一种润滑油的温度、润滑油的纯度、润滑油的含水量。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的机电装置，其中所述一个或者多个齿轮级中的至少一个齿轮级是行星齿轮级(105-108，109-112)。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的机电装置，其中所述一个或者多个齿轮级由第一行星齿轮级(105-108)和第二行星齿轮级(109-11 构成，所述第一行星齿轮级的行星轮架(10 构成所述机械接口结构的一部分，而所述第一行星齿轮级的太阳齿轮轴(108) 被连接到所述第二行星齿轮级的行星轮架(109)，并且所述第二行星齿轮级的太阳齿轮轴 (112)被连接到所述电力机器(103，104，117)的所述转子。
9.根据权利要求8所述的机电装置，其中所述机电装置包括-用于附接到外部机械结构的、位于所述机电装置的外表面上的连接元件(120)，-相对于所述连接元件支撑所述电力机器的定子(102)的第一机械结构(113)，-相对于所述连接元件支撑所述第二行星齿轮级的齿圈(110)的第二机械结构(114)，和-相对于所述第二行星齿轮级的所述齿圈支撑所述电力机器的所述转子的第三机械结构(115)，且所述第一机械结构和所述第二机械结构被布置成将由作用于所述电力机器的所述定子上的电磁力引起的张力传到所述连接元件，从而使得张力被布置成避开所述第三机械结构。
10.根据权利要求9所述的机电装置，其中所述电力机器的所述转子利用一联接件而被连接到所述第二行星齿轮级的所述太阳齿轮轴，所述联接件被布置成以对作用在所述联接件上的扭矩超过预定极限值的情况的响应的形式松开所述联接件的夹持。
11.根据权利要求10所述的机电装置，其中所述联接件包括折断销(121)，所述折断销被布置成以对作用在所述联接件上的扭矩超过预定极限值的情况的响应的形式而折断。
12.根据权利要求10所述的机电装置，其中所述联接件包括摩擦表面，所述摩擦表面被朝向彼此挤压，并且所述摩擦表面被布置成以对作用在所述联接件上的扭矩超过预定极限值的情况的响应的形式而相对于彼此滑移。
13.根据权利要求8所述的机电装置，其中所述第二行星齿轮级的所述太阳齿轮轴 (112)在所述第二行星齿轮级的行星轮的支撑下且在所述电力机器的所述转子的支撑下浮动。
14.根据权利要求13所述的机电装置，其中所述第一行星齿轮级的所述太阳齿轮轴 (108)在所述第一行星齿轮级的行星轮的支撑下且在所述第二行星齿轮级的所述行星轮架的支撑下浮动。
15.根据权利要求9所述的机电装置，其中所述机电装置包括盘式制动器，所述盘式制动器包括被附接到所述电力机器的所述转子的制动盘(128)和被附接到第一机械支撑结构(113)的制动钳(129) 0
16.根据权利要求9所述的机电装置，其中所述转子的框架(10 具有朝向所述一个或者多个齿轮级开口的杯形形状，并且支撑所述电力机器的所述转子的第三机械结构(115) 被布置成延伸到由所述杯形形状限定的半封闭空间，并且所述电力机器的所述轴承(118， 119)定位于由所述杯形形状限定的所述半封闭空间中。
17.根据权利要求7-16中任一项所述的机电装置，其中所述行星齿轮级(109-112)的所述太阳齿轮轴(11 利用联接件(130)而被连接到所述电力机器的所述转子，所述联接件为拱形，从而允许所述太阳齿轮轴的旋转轴线和所述转子的旋转轴线之间不对准。
18.根据权利要求17所述的机电装置，其中所述转子包括用于向所述联接件输送润滑油的油道(116d)0
19.根据权利要求1-18中任一项所述的机电装置，其中所述机电装置包括返回油道 (116c)，所述返回油道被布置成确保当所述机电装置处于倾斜位置从而使得所述电力机器的轴向方向和水平线之间存在非零锐角时，所述润滑油室内的润滑油的表面水平高度不达到旋转引入件的唇形密封件(135)。
全文摘要
本发明提供一种机电装置，包括用于连接到外部旋转元件例如风轮机的机械接口结构(101)。所述装置包括电力机器(102-104)和位于机械接口结构与电力机器的转子之间的动力传动路径上的一个或者多个齿轮级(105-112)。所述装置进一步包括构成用于齿轮级和电力机器这两者的公共润滑油室的机械结构(113-115)。所述机电装置包括用于引导在所述装置中循环的润滑油经齿轮级并且经电力机器的轴承(118，119)流动的油道(116a)。因此，公共的润滑系统能够用于齿轮级和电力机器这两者。
文档编号H02K5/16GK102237755SQ201110119408
公开日2011年11月9日 申请日期2011年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者亚里·托伊卡宁, 伊尔卡·马蒂凯宁, 图奥马斯·沃莱-阿皮亚拉, 奥林·柳科宁, 约尔马·穆斯塔拉赫蒂, 约尔马·蒂尔科宁, 维莱·帕卡里宁 申请人:斯维奇传动系统有限公司, 美闻达传动设备有限公司