(57)【要約】  サン（２７）とプラネット（２５）とリング・ギア（２４）とプラネット・キャリア（４１）とを備える風力タービン用プラネタリ型ギア・トランスミッション・ユニットで、該プラネット・キャリアは、円周方向に離間したプラネット・ギア・ベアリング（４５、４６）を支持し、かつ位置決めするプラネット・ボギー・プレート（４３）を備え、該ベアリング上には該プラネット・ギアが搭載され、かつ、前記ベアリング（４５、４６）の少なくとも幾つかはテーパー・ローラー・ベアリングである。【選択図】  図４
2007518938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンとプラネットとリング・ギアとプラネット・キャリアを備えるプラネタリ型のギア・トランスミッション・ユニットであって、前記プラネット・キャリアはプラネット・ギアが搭載される、円周方向に離間したプラネット・ギア・ベアリングを支持しかつ位置決めするプラネット・ボギー・プレートを備え、少なくとも前記ベアリングのいくつかはテーパー・ローラー・ベアリングである、プラネタリ型のギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項２】
軸方向にペアになって並ぶように配置されたプラネット・ギアを備える、請求項１によるギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項３】
前記ベアリングが並んだプラネット・ギアのペアのそれぞれを支持する、請求項２によるギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項４】
各ペアの２個のギアが前記プレートの両側に配置される、請求項３によるギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項５】
ペアになった各プラネット・ギアが一対のテーパー・ローラー・ベアリング上に搭載された、請求項１乃至４のいずれか一項によるギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項によるギア・トランスミッション・ユニットであって、Ｏ型に配列された一対のテーパー・ローラー・ベアリングを備えるギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項によるギア・トランスミッション・ユニットであって、円周方向に離間したプラネット・ギアの各位置のための前記ベアリングが、使用時、前記ボギー・プレートに関して前記角度位置で自己調節する軸上に支持されているギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項８】
請求項１から請求項６までのいずれか一項によるギア・トランスミッション・ユニットであって、円周方向に離間したプラネット・ギアの少なくともいくつかの位置のためのベアリングが前記ボギー・プレートに実質的に剛直に固定されたシャフト上に支持されているギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項９】
前記の各シャフトが前記ボギー・プレートに実質的に剛直に固定されている、請求項８によるギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれか一項によるギア・トランスミッション・ユニットであって、前記ボギー・プレートが、前記リング・ギアの回転中心線に対する前記のまたは各シャフトの角度位置が自己調節を可能とするように弾性的に変形可能であるギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項１１】
主ベアリングが、前記リング・ギアの歯面の直径より大きい直径を有する内部リング・ベアリング面を備える、請求項１乃至１０のいずれか一項によるギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項によるギア・トランスミッション・ユニットであって、前記プラネット・キャリアが、ねじれに対し剛直であるが、回転力がその回りに作用する軸と平行である軸方向には比較的柔軟な半径方向に延びるトルク伝達通路を提供するギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項１３】
前記プラネット・ギアが、前記ボギー・プレートに対してフレックスピン型のシャフトにより支持されている、請求項１乃至１２のいずれか一項によるギア・トランスミッション・ユニット。
【請求項１４】
請求項１による、かつ、ほぼ上記した通りのギア・トランスミッション・ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ギア・トランスミッション・ユニット用のプラネット(遊星)・キャリアに関し、より詳細には、独占的ではないが、プラネタリ型ギア・トランスミッション・ユニットに関する。本発明は、風力タービン用ギア・トランスミッション・ユニットに適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
適当な用地が少ないことと土木工事費により、特に沖合用地向けのより大きい風力タービンへの需要が継続してある。同時に、この機械とその部品のサイズと重さの減少への要求がますます重要になっている。概して風力タービン回転翼は、ギア・トランスミッション・ユニットの低速シャフトを駆動し、それが該回転翼のトルクと速さを発電機の所要のトルクと速さに変換する。
【０００３】
風力タービンにおける部品の統合は、その重さを減少させ駆動アセンブリーをよりコンパクトにする一つの方法であるが、この駆動アセンブリーのデザインと実行が異なる部品への外部および内部荷重の相互干渉を避けることが重要である。又、統合された駆動アセンブリーの構造により効果的な潤滑が経済的にかつ確実に達成されようになることも重要である。
【０００４】
本発明は特に、しかし独占的ではなく、経済的でかつ風力タービン・アセンブリーで使用可能な仕方で、プラネット・ギアのために正確で長持ちする支持を提供するという課題に向けられている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一面によれば、プラネタリ型のギア・トランスミッション・ユニットがサンとプラネットとリング・ギアとプラネット・キャリアを備え、前記プラネット・キャリアはその上にプラネット・ギアが搭載される、円周方向に離間したプラネット・ギア・ベアリングを支持しかつ位置決めするプラネット・ボギー・プレートを備え、前記ベアリングの少なくともいくつかはテーパー・ローラー型・ベアリングである。
【０００６】
該ギア・ユニットは軸方向にペアになって並ぶように配列されたプラネット・ギアを備え得る。つまり、ペアになったプラネット・ギアは、同軸上に配列され得る。
【０００７】
該ベアリングは並んだプラネット・ギアのペアのそれぞれを支持するのが可能で、概して、各ペアの２個のギアが前記プレートの両側に配置される。
【０００８】
円周方向に離間したプラネット・ギアの各位置のための前記ベアリングが、使用時、前記ボギー・プレートに対し前記角度位置に自己調節可能であるシャフト上に支持され得る。
【０００９】
代替的に、前記シャフトは前記ボギー・プレートに実質的に剛直に固定され得る。該ボギー・プレートは、例えば同ボギー・プレートに実質的に剛直に固定されたシャフトの場合には、弾性変形の結果、前記リング・ギアの回転中心線に対して前記シャフトの角度位置の自己調節を可能にするのに十分な程度柔軟な性質を有し得る。
【００１０】
前記プラネット・キャリアの回転軸に平行な軸方向において考慮した場合、プラネット・キャリアに対してリング・ギアを回転可能に支持する主ベアリングは、少なくとも前記ギア・トランスミッション・ユニットの前記リング・ギアの軸方向位置と実質的に軸方向に並んだ位置に在り得る。
【００１１】
本発明のいくつかの実施例においては、サンとプラネットとリング・ギアとが前記主ベアリングも含む横断面（前記回転力の回転軸に垂直な）に在るのが好ましい。
【００１２】
前記リング・ギアは前記主ベアリングのための軸方向および半径方向の位置決めを提供することができる。該リング・ギアは、同主ベアリングの内側ベアリング・リングの軸方向位置決め用の肩部ーを形成するのに、段のあるプロフィールを有する半径方向外側表面を有し得る。該内側ベアリング・リングは前記肩部と支持構造の間に軸方向にかつ回転不可能に固定され得る。
【００１３】
該リング・ギアは強化リングを備え得る、そして前記強化リングは同リング・ギアの歯面を超えて軸方向及び／又は半径方向に延びることが可能である。前記強化リングは、前記主ベアリングの軸方向位置決めを提供し得る。
【００１４】
該主ベアリングは二重テーパー・ベアリングからなることが可能で、前記二重テーパー・ベアリングは単一の外側ベアリング・リングを備えることが可能である。該二重テーパー・ベアリングは一連のローラーがペアのもう一つの一連のローラーから離れる方向で直径が増大するＯ型に配列されたローラーを備えることが可能である。
【００１５】
なお更なる面においては、本発明はロータと発電機と本発明による型のギア・トランスミッション・ユニットを有する駆動アセンブリーとを備えている風力タービンを提供する。前記駆動アセンブリーでは、該リング・ギアは概して支持構造に関して回転不可能に支持され得る。
【００１６】
該ギア・トランスミッション・ユニットの一部、例えば、そのハウジングは、発電機を支持するように構成することができる。
【００１７】
本発明はここからは添付図面を参照して例を通してのみ記載される。
【好適な実施例の詳細な記載】
【００１８】
風力タービン１０（図1を参照）は、回転翼１２と回転翼ハブ１４とからのトルクを発電機１３に伝達するために作動するギア・トランスミッション・ユニット１１を有し、該ギア・トランスミッション・ユニットは遊星歯車装置を有している。同ギア・トランスミッション・ユニットと発電機はナセル１５内に収納され同ナセル１５によって支持されている。
【００１９】
ギア・トランスミッション・ユニット１１は、図２と図３により詳しく記載されている。ギア・トランスミッション・ユニット１１は、円周方向に離間した4個のプラネット・ギア２５とサン・ギア２７とプラネット・キャリア２８とナセル構造１５に関して回転不可能に取り付けられているリング・ギア２４とを有する、遊星歯車装置を含む。
【００２０】
該サン・ギアは、更なるギア・ユニットに、又は発電機１３の回転部に直接接続する出力軸（図示せず）に接続されている。リング・ギア２４の半径方向外側面２９は、主ベアリング２３の内側リング３０のための位置決めと支持とを提供している。
【００２１】
該主ベアリングの外側リング３１には、回転翼ハブ１４が固定され、該回転翼ハブとリング３１との間にはプラネット・キャリア２８の外方領域２２が介挿されている。
【００２２】
先に提案の構造においては、図３のプラネット・キャリア２８は4個のプラネット・ギア２５を回転可能に支えるベアリング３２を位置決めするために、円周方向に一様に離間した4個のベアリング支持スタッド２６を有している。プラネット・キャリア２８はベアリング・スタッド２６の半径方向位置と外方領域２２との間で半径方向に延びる環状の領域３３を有していて、該環状の領域はＹ軸回りで円周方向には、領域２２とベアリング・スタッド２６との間でトルク伝達するために比較剛性であるが、しかし、Ｘ軸およびＺ軸周りには比較的柔軟にデザインされている。
【００２３】
本発明により、プラネット・キャリア２８は、プラネット・ボギー・プレート４３を支える、本実施例では一体でかつ円周方向に均一に離間した３個のスタッド４２を備えたプラネット・キャリア４１（図４参照）により置き換えられる。プラネット・ボギー・プレート４３は、円周方向に均一に離間した３個のシャフト４４のための支持を提供し、該シャフトの各々は（図４の平面で見て）プレート４３上の角度位置を自己調節するように構成されている。それぞれのシャフト４４はプレート４３の両側で一対のテーパー・ローラー・ベアリング４５、４６のために支持を提供し、ベアリング４５，４６の周りには一対のプラネット・ギア４７、４８がそれぞれ回転可能に搭載され、リング・ギア４９と係合している。
【００２４】
前記構造において、回転翼１２の作動の下、回転翼ハブ１４に作用するトルクは、その外側領域でベアリング２３の外側リング３１に回転可能に搭載されているプラネット・キャリア４１を介してプラネット・ギア４７、４８に伝達される。この構造における回転翼ハブにより与えられる曲げモーメントおよびｙ方向の軸力は、直接ベアリング２３に伝達される。プラネット・キャリア２８の環状部分３３のたわみ性は、前記力をプラネット・ギアから実質的に分離させるのに役立つ。
【００２５】
本発明は従って、その最も広い態様において、プラネット・キャリアのボギーはプラネット・ギアの支持用にテーパー・タイプのローラー・ベアリングを備えていることを教示している。
【００２６】
本発明は、他の態様において、プラネット・ギアは、そのベアリングを介して、単純型遊星歯車との関連でＧＢ１，１０１，１３１に説明されているように、所謂フレックスピン・タイプのシャフト上に支持され得ることを教示している。本発明は、その態様の一つにおいて、プラネット・ボギーを有する遊星歯車装置との関連においてフレックスピン・タイプのシャフトを使用することにより、特別利点が得られ得ることを認識している。この利点は、前に説明したように、プラネット・ギア・ベアリングがテーパー・ローラー・ベアリングであるか、円柱ローラー・ベアリングであるかに係わらず、得られる。球面軸受といった、他のベアリング構造を有する構造における使用は除外されていない。
【００２７】
フレックスピンをシャフト４４として使用する図４の構成の変形を、より詳細に説明する。
図５は、基本レイアウトを示す。バック・プレート５すなわちボギー・プレートはプラネット・シャフト１の内方部分を駆動し、一方、該プラネット・シャフトはその外方部分すなわちスリーブ（４）とプラネット・ベアリング２とプラネット３とを支持する。ボギーへの適用の関連におけるフレックスピンの機能を、図６を参照して簡潔に説明する。外力（例えばプラネット接線分力）が、曲げモーメントＦ*ｙの結果、内部シャフト１に曲げを引き起こす。点"Ａ"が距離"ｘ"だけ前記力の作用点からオフセットされており、モーメントＦ*ｘを発生させる。この"Ａ"における曲げモーメントは第一のモーメントに対して反対方向に作用し、従って外側スリーブを第二モーメントの方向に逆回転させる。
【００２８】
この補正（compensation）の量は、内部シャフトとスリーブとのデザイン同様、距離ｘと距離ｙとに依存する。フレックスピンの使用は、歯面（ＫＨβ）上の荷重分散にとっても、プラネタリ・セル内のプラネット（Ｋ＿gamma）間の負荷分散にとっても有利である。プラネット（Ｋ＿gamma）間の荷重の均一性は、プラネット軸の剛性に反比例するので、従ってプラネット軸を可能な限り弾力的に作ることが好ましい。
【００２９】
この補正の量は中央ボギー・プレートの両側で等しくなることが可能であるが、そうでなくともよい。特に、ギア・ユニットが螺旋サン・ギアを有するときは、左右のプラネットが荷重を受けたサン・シャフトの螺旋変形によりよく従うために、異なる量の補正を選択するのが有利であろう。（ねじれによる）。これは一列だけのプラネットしかない旧来のフレックスピンのデザインでは出来ないであろうが、プラネット・ボギーへの適用においては可能である。
【００３０】
プラネタリ・セル内で螺旋状歯を使用するとき、リング・ギアとサンの噛み合いのそれぞれにおける通常の歯力の軸方向成分によりモーメントが発生する（図７参照）。この好ましくない効果はプラネットに傾き（skew）を引き起こし、その傾きの量はプラネット軸の剛性に反比例する。フレックスピンのデザインでは、プラネット・シャフト・アセンブリー（内部シャフトとスリーブ）は従来のデザインにおけるよりも硬くないので、従ってよりプラネットの傾きを引き起こす。これが、フレックスピンが平歯車装置とだけ通常使用される理由である。この問題に対する可能な解決は、プラネット・シャフト（内部の、あるいは、組み合わせの）を、剛性の点において異方性にすることから来るであろう。図８から図１０は、このようなデザインを採用したプラネタリ・システムを示す。その内部シャフトは接線方向に必要な弾力性を依然まだ与えながら（図９参照）しかし該接線方向に垂直な平面では可能な限り剛直に（図１０参照）作られている。このようにして、螺旋状歯と組み合わせてフレックスピンを使用することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のギア・トランスミッション・ユニットを有する風力タービンの立面図である。
【図２】ギア・トランスミッション・ユニットの部分断面図である。
【図３】図２の部分詳細図である。
【図４】本発明の独特な特徴を示す。
【図５】フレックス・ピンをシャフトとして使用する図４の構成の変形を示す図である。
【図６】フレックス・ピンの機能を説明する図である。
【図７】プラネットの傾きについて説明する図である。
【図８】異方性プラネット・シャフトを使用するプラネタリ・システムを示す図である。
【図９】異方性プラネット・シャフトを示す図である。
【図１０】異方性プラネット・シャフトを示す図である。
【図１】
2007518938.tif 000003
【図２】
2007518938.tif 000004
【図３】
2007518938.tif 000005
【図４】
2007518938.tif 000006
【図５】
2007518938.tif 000007
【図６】
2007518938.tif 000008
【図７】
2007518938.tif 000009
【図８】
2007518938.tif 000010
【図９】
2007518938.tif 000011
【図１０】
2007518938.tif 000012
【国際調査報告】
2007518938.tif 000013
2007518938.tif 000014
2007518938.tif 000015