齿轮系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010115026.6 (22)申请日 2020.02.25 (30)优先权数据 19159712.9 2019.02.27 EP (71)申请人 美闻达传动设备有限公司 地址 芬兰于维斯屈莱 (72)发明人 米科科波宁 尤西萨斯塔莫伊宁 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人 沈同全车文 (51)Int.Cl. F16H 1/32(2006.01) F16H 57/023(2012.01) F16H 57/08(2006.01) F0。

2、3D 15/00(2016.01) (54)发明名称 齿轮系统 (57)摘要 一种齿轮系统， 该齿轮系统包括行星齿轮 (105)和框架结构(102)， 该框架结构(102)包括 连接部段(103、 104)， 该连接部段(103、 104)用于 将框架结构附接到外部机械结构(例如， 风力发 电站的机舱)。 该行星齿轮包括行星架(109)、 太 阳轮(107)、 齿圈(108)以及行星轮(113)， 该行星 轮(113)与太阳轮和齿圈啮合。 该行星架包括机 械接口结构(110)， 该机械接口结构(110)用于连 接到诸如风轮的外部旋转元件。 该框架结构包括 是单件材料的前盖罩(114)， 该前盖。

3、罩(114)附接 到齿圈， 并且该前盖罩(114)被成形为构成轴承 盖， 该轴承盖用于覆盖并支撑轴承(111)， 该轴承 (111)支撑行星架。 因此， 无需单独的轴承盖。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 111623087 A 2020.09.04 CN 111623087 A 1.一种齿轮系统(101)， 所述齿轮系统(101)包括框架结构(102)和第一行星齿轮 (105)， 所述框架结构(102)包括连接部段(103、 104)， 所述连接部段(103、 104)用于将所述 框架结构附接到所述齿轮系统外部的机械结构， 并且所述第一行星齿轮(105)包括： 太阳轴(106)，。

4、 所述太阳轴(106)包括太阳轮(107)并且相对于所述框架结构能够旋转； 齿圈(108)， 所述齿圈(108)相对于所述框架结构固定； 行星架(109)， 所述行星架(109)包括机械接口结构(110)， 所述机械接口结构(110)用 于连接到所述齿轮系统外部的旋转元件； 第一轴承(111)和第二轴承(112)， 所述第一轴承(111)和所述第二轴承(112)将所述行 星架相对于所述框架结构能够旋转地支撑； 以及 行星轮(113)， 所述行星轮(113)相对于所述行星架被能够旋转地支撑， 并且与所述太 阳轮和所述齿圈啮合； 其中， 所述第一轴承轴向地位于所述齿圈和所述行星架的机械接口结构之间。

5、， 并且， 所 述框架结构包括前盖罩(114)， 所述前盖罩(114)是单件材料， 所述前盖罩(114)附接到所述 齿圈， 并且所述前盖罩(114)被成形为构成轴承盖， 所述轴承盖用于覆盖并支撑所述第一轴 承(111)， 所述轴承盖将所述第一轴承覆盖成当沿着所述行星架的轴向方向轴向地观察所 述行星架的机械接口结构时， 所述第一轴承是不可见的， 其特征在于， 所述前盖罩(114)包括所述框架结构的连接部段(103、 104)。 2.根据权利要求1所述的齿轮系统， 其中， 所述行星架的与所述第一轴承接触的部分的 直径(D1)大于所述前盖罩的孔的直径(D2)， 所述行星架的机械接口结构(110)被布。

6、置成突 出穿过所述孔。 3.根据权利要求1所述的齿轮系统， 其中， 所述行星架的机械接口结构(110)和所述行 星架的端部段(115)构成单件材料， 所述行星架的所述端部段支撑所述行星齿轮的行星轮 轴的第一端， 并且所述行星架的另一个端部段支撑所述行星轮轴的第二端。 4.根据权利要求2所述的齿轮系统， 其中， 所述行星架的机械接口结构(110)和所述行 星架的端部段(115)构成单件材料， 所述行星架的所述端部段支撑所述行星齿轮的行星轮 轴的第一端， 并且所述行星架的另一个端部段支撑所述行星轮轴的第二端。 5.根据权利要求1至4中的任一项所述的齿轮系统， 其中， 所述第一行星齿轮的齿圈 (10。

7、8)构成所述框架结构的一部分， 使得所述第一行星齿轮的齿圈的外表面构成所述齿轮 系统的外表面的一部分。 6.根据权利要求1至4中的任一项所述的齿轮系统， 其中， 所述齿轮系统包括密封件 (116)， 所述密封件(116)在所述行星架的机械接口结构的外表面和所述前盖罩的孔的壁之 间， 所述行星架的机械接口结构被布置成突出穿过所述孔。 7.根据权利要求1至4中的任一项所述的齿轮系统， 其中， 所述齿轮系统包括第二行星 齿轮(119)， 所述第二行星齿轮(119)的行星架(120)以传递扭矩的方式连接到所述第一行 星齿轮的太阳轴(106)。 8.根据权利要求7所述的齿轮系统， 其中， 所述框架结构包。

8、括中间部(121)， 所述中间部 (121)连接到所述第一行星齿轮的齿圈(108)并且连接到所述第二行星齿轮的齿圈(122)。 9.根据权利要求8所述的齿轮系统， 其中， 所述第二行星齿轮的齿圈构成所述框架结构 的一部分， 使得所述第二行星齿轮的齿圈的外表面构成所述齿轮系统的外表面的一部分。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111623087 A 2 10.根据权利要求7所述的齿轮系统， 其中， 所述齿轮系统包括圆柱齿轮(123)， 所述圆 柱齿轮(123)包括彼此啮合的第一齿轮(124)和第二齿轮(126)， 所述第一齿轮(124)以传递 扭矩的方式连接到所述第二行星齿轮的太阳轴(125)。

9、。 11.根据权利要求1至4中的任一项所述的齿轮系统， 其中， 所述第一轴承(111)是以下 轴承中的一种： 圆柱滚子轴承、 球轴承、 滑动轴承、 圆锥滚子轴承。 12.一种风力发电站， 包括: -风轮(250)； -发电机(252)， 所述发电机(252)用于产生电力； 以及 -根据权利要求1至4中的任一项所述的齿轮系统(201)， 所述齿轮系统(201)用于将机 械动力从所述风轮传递到所述发电机， 其中， 所述风轮以传递扭矩的方式连接到所述齿轮系统的第一行星齿轮的行星架， 并 且所述齿轮系统的框架结构附接到所述风力发电站的机舱(251)的支撑结构。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111。

10、623087 A 3 齿轮系统 技术领域 0001 本发明总体上涉及齿轮系统。 更具体地， 本发明涉及一种齿轮系统的框架结构， 该 齿轮系统包括行星齿轮。 此外， 本发明涉及一种风力发电站， 该风力发电站包括齿轮系统。 背景技术 0002 在许多发电系统中， 从各种设计和构造方面的观点来看， 有利的是， 经由被布置成 将原动机的旋转速度转换为适合于发电机的速度范围的齿轮系统将发电机连接到诸如风 力涡轮机之类的原动机会是， 该齿轮系统。 例如， 在风力发电站中， 齿轮系统可能使用如下 发电机， 该发电机在尺寸和重量方面明显小于对应的无齿轮风力发电站的直接驱动发电 机。 因此， 在许多电机应用中，。

11、 有利的是， 经由被布置成将电机的旋转速度转换为适合于致 动器的速度范围的齿轮系统将电机连接到致动器。 该齿轮系统可以包括单个齿轮级或者两 个或更多个串联连接的齿轮级， 借助于这些齿轮级实现了期望的齿轮比。 每个齿轮级可以 是例如行星齿轮、 圆柱齿轮、 锥齿轮或一些其它齿轮。 0003 与齿轮系统有关的设计方面尤其是齿轮系统的尺寸和重量以及齿轮系统的部件 数量。 例如， 在风力发电应用中， 上述类型的设计方面必须被充分优化， 以使具有齿轮系统 的风力发电站与具有直接驱动发电机的无齿轮风力发电站相比有竞争力。 选择使用齿轮系 统还是选择具用无齿轮设计取决于许多不同方面， 其中许多方面是彼此权衡的。

12、。 然而， 齿轮 系统提供了许多优点， 因此需要提供减轻或甚至消除与使用齿轮系统有关的缺点的技术方 案。 发明内容 0004 以下给出了简化概述以提供对各种本发明实施例的一些方面的基本理解。 该概述 不是对于本发明的广泛总览。 该概述既不旨在标示出本发明的关键或重要元素， 也不旨在 描绘本发明的范围。 以下概述仅以简化形式呈现本发明的一些概念， 作为对本发明的示例 性实施例的更详细描述的序言。 0005 在本文件中， 词语 “几何” 在用作前缀时意指几何概念， 其不一定是任何物理对象 的一部分。 几何概念可以是例如几何点、 直线或弯曲的几何线、 几何平面、 非平面几何表面、 几何空间或者零维、。

13、 一维、 二维或三维的任何其它几何实体。 0006 根据本发明， 提供了一种新型的齿轮系统， 该齿轮系统可以例如是但非必须是风 力发电站的齿轮系统。 0007 根据本发明的齿轮系统包括框架结构和行星齿轮， 该框架结构包括连接部段， 该 连接部段用于将框架结构附接到齿轮系统外部的机械结构， 并且该行星齿轮包括： 0008 -太阳轴， 该太阳轴包括太阳轮， 并且该太阳轴能够相对于框架结构旋转； 0009 -齿圈， 该齿圈相对于框架结构固定； 0010 -行星架， 该行星架包括机械接口结构， 该机械接口结构用于连接到齿轮系统外部 的旋转元件(例如， 风轮)； 说明书 1/4 页 4 CN 11162。

14、3087 A 4 0011 -第一轴承和第二轴承， 该第一轴承和第二轴承将行星架支撑成能够相对于框架 结构旋转， 该第一轴承轴向地在齿圈和行星架的机械接口结构之间； 以及 0012 -行星轮， 该行星轮以能够相对于行星架旋转的方式被支撑， 并且该行星轮与太阳 轮和齿圈啮合。 0013 框架结构包括前盖罩， 该前盖罩是单件材料， 该前盖罩附接到齿圈， 并且该前盖罩 被成形为构成轴承盖， 该轴承盖用于覆盖并支撑上述第一轴承， 其中， 轴承盖覆盖第一轴 承， 从而当沿着行星架的轴向方向轴向地观察行星架的机械接口结构时， 该第一轴承是不 可见的。 前盖罩还包括框架结构的上述连接部段。 0014 由于前。

15、盖罩被成形为用作轴承盖， 因此无需单独的轴承盖， 并且由此减少了齿轮 系统的部件数量以及组装阶段的数量。 0015 根据本发明， 还提供了一种新型的风力发电站， 该风力发电站包括： 0016 -风轮； 0017 -发电机， 该发电机用于产生电力； 以及 0018 -根据本发明的齿轮系统， 该齿轮系统用于将机械动力从风轮传递到发电机。 0019 上述风轮以传递扭矩的方式连接到齿轮系统的行星齿轮的行星架， 并且齿轮系统 的框架结构附接到风力发电站的机舱的支撑结构。 0020 在所附从属权利要求中描述了本发明的各种示例性且非限制性的实施例。 0021 当结合附图阅读时， 根据对具体示例性实施例的以下。

16、描述， 将最好地理解本发明 的关于构造和操作方法的示例性且非限制性的实施例以及本发明的另外的目的和优点。 0022 动词 “包括” 和 “包含” 在本文件中用作开放式限制， 这些开放式限制既不排除也不 要求存在未阐述的特征。 除非另外明确说明， 否则所附从属权利要求中所阐述的特征能够 相互自由地组合。 此外， 应当理解， 在整个本文件中，“一” 或 “一个” (即， 单数形式)的使用并 不排除多个。 附图说明 0023 参照附图， 下文以示例的方式更详细地解释本发明的示例性且非限制性的实施例 及其优点， 在附图中： 0024 图1a、 图1b和图1c示出根据示例性且非限制性的实施例的齿轮系统；。

17、 以及 0025 图2示出根据示例性且非限制性的实施例的风力发电站。 具体实施方式 0026 以下描述中所提供的特定示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用 性。 除非另有明确说明， 否则描述中所提供的示例的列举和群组并非是穷尽的。 0027 图1a和图1b示出根据示例性且非限制性的实施例的齿轮系统101。 图1c示出沿着 图1a和图1b中示出的折线A-A截取的截面。 该几何截面的一部分与坐标系199的yz平面平 行， 并且该几何截面的另一部分与坐标系199的xz平面平行。 齿轮系统101包括框架结构 102， 该框架结构102包括连接部段103和104， 该连接部段103和104用于。

18、将框架结构102附接 到齿轮系统101外部的机械结构。 当连接部段附接到外部机械结构时， 连接部段103和104防 止框架结构102相对于外部机械结构旋转。 该外部机械结构可以例如是风力发电站的机舱 说明书 2/4 页 5 CN 111623087 A 5 中的支撑结构。 在图1a至图1c中示出的示例情形中， 齿轮系统101包括第一行星齿轮105、 第 二行星齿轮119以及圆柱齿轮123。 然而， 根据示例性且非限制性的实施例的齿轮系统还可 以仅包括行星齿轮， 或者除了行星齿轮外仅包括圆柱齿轮， 或者除了行星齿轮之外还包括 一些其它齿轮结构。 0028 行星齿轮105包括太阳轴106， 该太阳。

19、轴106包括太阳轮107。 太阳轴106能够相对于 框架结构102旋转。 行星齿轮105包括齿圈108， 该齿圈108相对于框架结构102固定。 行星齿 轮105包括行星架109， 该行星架109包括机械接口结构110， 该机械接口结构110用于连接到 齿轮系统外部的旋转元件。 该外部旋转元件可以例如是风力涡轮机。 借助于第一轴承111和 第二轴承112， 行星架109以能够相对于框架结构102旋转的方式被支撑， 其中， 第一轴承111 轴向地(即， 在轴向方向上)在齿圈108和行星架109的机械接口结构110之间， 并且第二轴承 112轴向地在第一行星齿轮105和第二行星齿轮119之间。 在。

20、图1a至图1c中， 轴向方向与坐标 系199的z轴线平行。 在该示例情形中， 第一轴承111和第二轴承112是圆柱滚子轴承。 第一轴 承111可以是除圆柱滚子轴承以外的一些其它轴承。 例如， 第一轴承111可以是球轴承或滑 动轴承。 第一轴承111也可以是圆锥滚子轴承， 并且该圆锥滚子轴承的轴向间隙通过用于调 节行星架109的轴向位置的装置来调节， 其中该装置位于行星齿轮105和行星齿轮119之间。 因此， 第二轴承112可以是除圆柱滚子轴承以外的一些其它轴承， 例如， 球轴承、 滑动轴承或 圆锥滚子轴承。 第一轴承111和第二轴承112可以表示不同的轴承类型。 因此， 本发明不限于 任何具体。

21、轴承类型。 0029 行星齿轮105包括行星轮， 该行星轮以能够相对于行星架109旋转的方式被支撑， 并且与太阳轮107和齿圈108啮合。 在图1c中， 由附图标记113表示一个行星轮。 框架结构102 包括前盖罩114， 该前盖罩114是单件材料(该材料例如是钢或铸铁)。 前盖罩114附接到齿圈 108， 并且前盖罩114被成形为构成轴承盖， 该轴承盖用于覆盖和支撑第一轴承111。 轴承盖 覆盖第一轴承111， 使得当沿着坐标系199的正z方向轴向地观察行星架的机械接口结构110 时， 第一轴承111是不可见的。 如图1c中所示， 行星架109的与第一轴承111接触的部分的直 径D1大于前盖。

22、罩114的孔的直径D2， 行星架的机械接口结构110被布置成突出穿过该孔。 由 于前盖罩114被成形为用作轴承盖， 因此无需单独的轴承盖， 并且由此减少齿轮系统的部件 数量以及组装阶段的数量。 0030 在图1a至图1c中所示出的示例性齿轮系统101中， 行星架109的机械接口结构110 和行星架的端部段115构成单件材料。 端部段115支撑行星齿轮的行星轮轴的第一端， 并且 行星架包括另一个端部段， 该另一个端部段支撑行星轮轴的第二端。 机械接口结构110和端 部段115构成单件材料的这种布置提供了紧凑且机械强固的构造。 0031 在图1a至图1c中所示出的示例性齿轮系统101中， 行星齿轮。

23、105的齿圈108构成框 架结构102的一部分， 使得齿圈108的外表面构成齿轮系统101的外表面的一部分。 根据示例 性且非限制性的实施例的齿轮系统的框架结构还可以构成壳体， 使得齿圈在该壳体内部。 0032 图1c示出齿轮系统101的截面图的一部分118的放大图。 示例性齿轮系统101包括 密封件116， 该密封件116在机械接口结构110的外表面和前盖罩114的孔的壁之间， 机械接 口结构110被布置成突出穿过该孔。 密封件116可以例如是毡密封件， 该毡密封件由支撑板 117轴向地支撑。 密封件116也可以是挡圈密封件。 0033 第二行星齿轮119包括行星架120， 该行星架120以。

24、传递扭矩的方式连接到第一行 说明书 3/4 页 6 CN 111623087 A 6 星齿轮105的太阳轴106。 此外， 第二行星齿轮119包括齿圈122、 太阳轴125以及行星轮， 该太 阳轴125包括太阳轮， 该行星轮以能够相对于行星架120旋转的方式被支撑并且与齿圈122 和第二行星齿轮119的太阳轮啮合。 0034 在图1a至图1c中所示出的示例性齿轮系统101中， 框架结构102包括中间部121， 该 中间部121连接到第一行星齿轮105的齿圈108并且连接到第二行星齿轮119的齿圈122。 第 二行星齿轮119的齿圈122构成框架结构102的一部分， 使得第二行星齿轮的齿圈120。

25、的外表 面构成齿轮系统101的外表面的一部分。 0035 圆柱齿轮123包括第一齿轮124， 该第一齿轮124以传递扭矩的方式连接到第二行 星齿轮119的太阳轴125。 圆柱齿轮123包括第二齿轮126， 该第二齿轮126能够连接到齿轮系 统101外部的装置。 该外部装置可以例如是发电机。 0036 前盖罩114包括连接部段103和104， 该连接部段103和104用于将框架结构102附接 到齿轮系统101外部的机械结构。 在该示例性情形中， 连接部段103和104是径向突出的突 部。 前盖罩114和中间部121也可以包括连接部段， 该连接部段用于将框架结构102附接到齿 轮系统外部的机械结构。

26、。 0037 图2示出根据示例性且非限制性的实施例的风力发电站。 该风力发电站包括风轮 250、 发电机252以及齿轮系统201， 该发电机252用于产生电力， 该齿轮系统201用于将机械 动力从风轮250传递到发电机252。 齿轮系统201可以例如是图1a至图1c中所示出的齿轮系 统101。 风轮250以传递扭矩的方式连接到齿轮系统201的第一行星齿轮的行星架， 并且齿轮 系统201的框架结构附接到风力发电站的机舱251的支撑结构。 0038 上文给出的描述中所提供的特定示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/ 或适用性。 除非另有明确说明， 否则上文给出的描述中所提供的示例的列举和群组并非是 穷尽的。 说明书 4/4 页 7 CN 111623087 A 7 图1a 图1b 说明书附图 1/3 页 8 CN 111623087 A 8 图1c 说明书附图 2/3 页 9 CN 111623087 A 9 图2 说明书附图 3/3 页 10 CN 111623087 A 10 。