(57)【要約】本発明は、ウィンドタービンまたはウォータータービンのような流れ機械によって駆動される、エネルギ発生設備のために、駆動軸における可変の入力回転数と従動軸における実質的に一定の出力回転数とを有する可変の出力を伝達するためのドライブトレインに関するものであって、  −重畳ギアとしての第１のプラネットギアと、周回転ギアとしての第２のプラネットギアとを備えた、出力分岐ギア、および  −駆動軸から出力を吸収して、制御して出力分岐ギアへ戻す、ハイドロダイナミックコンポーネント、を有している。  本発明は、２つのプラネットギアが共通のプラネット支持体を介して互いに結合されていることを、特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウィンドタービンまたはウォータータービンのような流れ機械によって駆動される、エネルギ発生設備のために、駆動軸（１７）における可変の入力回転数と従動軸（７）における実質的に一定の出力回転数とを有する可変の出力を伝達するためのドライブトレイン（１）であって、
１．１  重畳ギアとしての第１のプラネットギア（３）と、周回転ギアとしての第２のプラネットギア（４）を備えた、出力分岐ギア（２）、および
１．２  従動側から出力を吸収して、制御して出力分岐ギア（２）内へ戻す、ハイドロダイナミックコンポーネント（５）、
を有する、前記ドライブトレインにおいて、
１．３  ２つのプラネットギア（３、４）が、共通のプラネット支持体（１４）を介して互いに結合されている、ことを特徴とするドライブトレイン。
【請求項２】
駆動軸（１７）が、第１のプラネットギア（３）のリングギア（１８）と結合されている、ことを特徴とする請求項１に記載のドライブトレイン（１）。
【請求項３】
第２のプラネットギア（４）のリングギア（１３）が、相対回動不能に形成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のドライブトレイン（１）。
【請求項４】
第２のプラネットギア（４）のサン（１１）が、ハイドロダイナミックコンポーネント（５）の従動コンポーネント（タービン９）と結合されている、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のドライブトレイン（１）。
【請求項５】
共通のプラネット支持体（１４）内に、第１のプラネットギア（３）のプラネット（１５）と第２のプラネットギア（４）のプラネット（１２）が、周方向に交互に収容されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のドライブトレイン（１）。
【請求項６】
第１のプラネットギア（３）内と第２のプラネットギア（４）内のプラネット（１２、１５）の数が同一である、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のドライブトレイン（１）。
【請求項７】
第１と第２のプラネットギア（３、４）のプラネット（１２、１５）が、周方向においてそれぞれ、プラネットギア（３、４）のいずれか１つのもののプラネット（１２、１５）の２倍の数で３６０°を割った角度だけ互いに対して変位して形成されている、ことを特徴とする請求項６に記載のドライブトレイン（１）。
【請求項８】
プラネットギア（３、４）の少なくとも１つにおいて、プラネット（１２、１５）が段付きプラネットとして形成されている、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のドライブトレイン（１）。
【請求項９】
出力分岐ギア（２）の前段および／または後段に、他のギアが接続されている、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のドライブトレイン（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に詳細に定義されている種類に基づく、可変の入力回転数と実質的に一定の出力回転数とを有する可変の出力を伝達するためのドライブトレインに関する。
【背景技術】
【０００２】
種概念に基づくドライブトレインは、特許文献１から知られている。そこに記載されているドライブトレインにおいては、出力を出力分岐ギアへ制御してフィードバックするためのハイドロダイナミックコンポーネントと組み合わされた出力分岐ギアが知られている。このドライブトレインは、圧倒的にウィンドエネルギの領域内で使用されるが、たとえば、様々な入力回転数をドライブトレインの入力軸へ供給する、ウォータータービンと共に使用するのにも適している。上述した公報に記載されているドライブトレインにおいて、入力軸は、第１のプラネットギアのプラネット支持体と結合されている。出力分岐ギアを形成する、第１と第２のプラネットギアは、そのリングギアを介して互いに結合されている。サンホィールは、従動部材と結合されており、同時にハイドロダイナミックコンポーネントの駆動される部分、たとえばハイドロダイナミックコンポーネントを形成する場合のコンバータとしての、ポンプホィールと結合されている。その場合に、コンバータとしてのハイドロダイナミックコンポーネントの実施例において、タービンホィールを介して、第２のプラネットギアのサンホィールが結合されており、そのプラネット支持体は固定される。
【０００３】
これらすべての構造における欠点は、これらが典型的にきわめて大きく、かつ重く構築されていることにある。それによって、大きい質量慣性モーメントが生じ、それがダイナミクスにネガティブに作用し、かつ高いコストをもたらす。結局それらは、それによってこの種のドライブトレインの出力も制限する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国公開公報DE10314757B3
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、これらの欠点を回避して、簡単かつ効率的な構造を可能にし、それに応じた高い出力を保証する、ドライブトレインを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この課題は、請求項１の特徴部分内の特徴を有するドライブトレインによって解決される。好ましい形態と展開が、それに従属する下位請求項から明らかにされる。
【０００７】
本発明に基づくドライブトレインにおいて、従来技術におけるように、出力分岐ギアは、重畳ギアと周回転ギアとして形成されている、２つのプラネットギアから形成される。プラネットギアを互いに結合することは、本発明によれば、共通のプラネット支持体を介して行われる。従ってこれまで存在していた２つのプラネット支持体が、互いに合体されて、唯一のプラネット支持体に作り替えられる。それによって、より軽く、よりコンパクトで、かつより少ない質量慣性モーメントを有するギアを実現することが可能になる。
【０００８】
本発明に基づくドライブトレインの特に好ましい展開において、駆動軸は、第１のプラネットギアのリングギアと結合されている。このようにリングギアを介して駆動軸を第１のプラネットギアと結合することは、きわめて高い伝達可能な出力を許すので、このように形成された構造は、従来技術に記載されている、プラネット支持体の駆動装置による実現のように、出力において制限されない。それによって、ここに記載された形態における本発明に基づくドライブトレインにより、より大きい出力領域をカバーすることができる。
【０００９】
共通のプラネット支持体内のプラネットは、プラネットギアの大きさにおける差がきわめて大きい場合には、異なる直径上に位置することができるので、それらが共通のプラネット支持体内で互いに妨げない。しかし、多くの適用場合において、２つのプラネットギアギアは、その大きさにおいて、プラネットの収容が径方向において損なわれないように、同様に形成される。従って、本発明に基づくドライブトレインのきわめて好ましい展開においては、共通のプラネット支持体内で第１のプラネットギアと第２のプラネットギアのプラネットは、周方向に交互に収容される。原理においてピボットプラネットとして、あるいはリングプラネットとして形成することができる、プラネットは、この特に好ましい実施形態においては、周方向に互いに対して交互に収容される。プラネット支持体は、少なくとも一部は、２つのプラネットギアの間に配置することができる。その場合にこの部分内に、ピボットプラネットの場合には軸受が、そしてリングプラネットの場合には軸が、それに応じて収容される。組み込み空間を節約するために、一方のプラネットギアのプラネットのための収容が、他方のプラネットギアのプラネットのための収容に対して軸方向に変位して配置されている。それによって、ドライブトレインの軸方向において空間が節約され、共通のプラネット支持体はさらに軽く、かつさらにコンパクトに実現することができる。それによって付加的に、軸方向におけるコンパクトな形態の他に、慣性モーメントと使用される質量がさらに減少され、従って結局は性能が向上する。
【００１０】
本発明に基づくドライブトレインのきわめて好ましい形態において、第１と第２のプラネットギア内のプラネットの数は、同一である。第１と第２のプラネットギア内のプラネットの数がこのように等しいことは、理想的なやり方で、上述した実施形態に基づくプラネットを周方向に交互に配置し、それによってきわめてコンパクトな構造を可能にすることを、許す。
【００１１】
本発明に基づくドライブトレインの好ましい展開において、さらに、プラネットギアの少なくとも１つにおいて、プラネットが段付きプラネットとして形成されている。段付きプラネットの形式の、プラネットギアのプラネットのこのように特に好ましい形態においては、プラネットギアの特に小さい直径が可能であり、かつそれにもかかわらずきわめて大きい変速比を実現することができる。このことも、それぞれ選択された変速比においてきわめて小さい構造体積に寄与する。
【００１２】
本発明に基づく構造の他の特に好ましい形態において、さらにドライブトレインは、出力分岐ギアの前段および／または後段に他のギアが接続されるように、形成されている。出力分岐ギアをこのように少なくとも１つの他のギアだけ拡張することは、特に、従動軸上で非同期機械をジェネレータとしてきわめて効果的に駆動することができるようにするために、回転数を、特に高速へ、変換することを、可能にする。また、たとえばエネルギ発生設備の構造形式によってそれが望ましく、あるいは必要であると思われる場合に、軸の互いに対する変位を実現するために、前段または後段に接続されたギアも、場合によっては有意義となり、必要となる場合もある。
【００１３】
その場合に、ハイドロダイナミックコンポーネント自体は、コンバータ、トリロックコンバータとして、あるいはまた制御可能なハイドロダイナミックカップリングとして形成することができる。これらすべてが機能し、その場合にハイドロダイナミックコンバータまたはトリロックコンバータは、それを通して伝達される出力の開ループ制御可能性と閉ループ制御可能性に関して、きわめて高速かつ効率的であるので、特別な利点を提供する。
【００１４】
本発明に基づくドライブトレインの他の好ましい形態が、残りの従属の下位請求項から明らかにされ、かつ、以下で図を参照して詳細に説明される、実施例を用いて明らかにされる。
【００１５】
唯一の添付の図は、駆動軸と従動軸の軸線の上方に位置する、本発明に基づくドライブトレインの部分の図式的な表示を、可能な実施形態において示している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に基づくドライブトレインの、駆動軸と従動軸の軸線の上方に位置する部分の実施形態を示す図式的な表示である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
唯一の添付の図の表示において、実質的に回転対称のドライブトレイン１の上半分が、著しく図式化して示されている。この上半分は、原理的な表示であって、本発明に基づく考えを説明するために用いられる。その場合にそれは１つの可能な実施形態であって、それにおいて前段および／または後段に接続されたギアは、省かれている。図示のドライブトレイン１は、実質的に出力分岐ギア２を有しており、それが、重畳ギアとしての第１のプラネットギア３を有している。さらに、周回転ギアとして形成されている、第２のプラネットギア４は、本発明に基づくドライブトレイン１の出力分岐ギア２の一部である。
【００１８】
本発明に基づくドライブトレイン１の他の重要なコンポーネントは、ハイドロダイナミックコンポーネント５であって、それはたとえばコンバータとして、トリロックコンバータとして、あるいは場合によってはハイドロダイナミック制御カップリングとして、形成することができる。ここに図示される実施例において、ハイドロダイナミックコンポーネント５は、ハイドロダイナミックコンバータ５として形成されている。ハイドロダイナミックコンバータ５のポンプホィール６は、直接ドライブトレイン１の従動軸７と結合されている。案内ホィール８を介して、出力ないしトルクおよびハイドロダイナミックコンバータ５の回転数が制御可能であって、この制御された出力がタービンホィール９を介して再び出力されて、適切な中空軸１０を介して第のプラネットギア４のサンホィール１１へ達する。第２のプラネットギア４内に、サンホィール１１と歯合してプラネット１２が配置されており、ここではそのプラネットのうちの１つが示されている。プラネット１２の回りに、リングギア１３ないしアウターリムが配置されている。これは、ドライブトレイン１内で相対回動不能に形成されている。第２のプラネットギア４のプラネット１２は、ここではいわゆるピボットプラネットとして形成されており、それがプラネット支持体１４内に然るべく軸承されている。同様に、リングプラネットの形態も考えられ、その場合にプラネット１２には軸受が設けられており、かつ、プラネット支持体１４内に収容された軸上で回転する。
【００１９】
プラネット支持体１４は、ここに図示される実施例においては、第２のプラネットギア４の固定のリングギア１３に対して回転可能に軸承されている。プラネット支持体１４は、第２のプラネットギア４のプラネット１２の他に、さらに第１のプラネットギア３のプラネット１５も支持するように、形成されている。これらのプラネットは、ここでは例として、同様にピボットプラネットとして形成されて、共通のプラネット支持体１４内に収容されている。第１のプラネットギア３のプラネット１５は、サンホィール１６と歯合しており、そのサンホィールが直接従動軸７と、かつハイドロダイナミックコンバータ５のポンプホィール６と結合されている。その場合に駆動軸１７は、第１のプラネットギア３のリングギア１８ないしアウターリムと結合されている。
【００２０】
第１のプラネットギア３は、重畳ギアとして、第２のプラネットギア４は、周回転ギアとして、形成されている。プラネットギア３、４は、共通のプラネット支持体１４を介して互いに結合されている。駆動軸１７は、可変の回転数を有する出力源によって駆動される。これは、たとえばウォータータービンであり、あるいは特にウィンドタービンであることができる。このウィンドタービンは、吹き付ける風速に従って様々な速度で回転し、常に変化する様々な出力をドライブトレイン１へ供給する。
【００２１】
駆動軸１７におけるこの出力は、重畳ギア３とそのサンホィール１６を介して従動軸７へ達する。従動軸７は、たとえば非同期ジェネレータを直接、あるいは一定の中間変速比をもって駆動する。出力の一部は、従動軸７からハイドロダイナミックコンポーネント５のポンプホィール６とそのタービンホィール９を介して第２のプラネットギア４のサン１１へ戻る。この出力が共通のプラネット支持体１４を介して重畳ギア３内へフィードバックされて、最初に駆動軸１７を介して供給された出力に重畳される。ハイドロダイナミックカップリング５を、たとえばコンバータ５の場合には案内ホィール８を介して、適切に制御することによって、フィードバックされて、最初の出力に重畳される出力は、従動軸７の領域内の回転数が実質的に一定となるように、調節される。このプロセスは、原理において、冒頭で挙げた種概念に基づく特許文献１からすでに知られている。
【００２２】
ここで示す構造における利点は、特に、駆動軸１７を第１のプラネットギア３のリングギア１８と結合することによって、種概念を形成する公報に示された、従動軸がプラネット支持体と結合される場合よりも、大きい出力を伝達することができることにある。他の利点は、２つのプラネットギア３、４を結合するために、共通のプラネット支持体１４を使用することによって生じる。というのは、これは、種概念に基づく従来技術に記載されているように、リングギアを介して結合するよりも、それだけより小さく、より軽く、それに伴ってより少ない質量慣性モーメントで構成することができるからである。このことは特に、プラネット支持体１４が次のように、すなわち第１のプラネットギア３のプラネット１５が第２のプラネットギア４のプラネット１２に対して周方向に変位して配置されているように、形成されている場合に言えることである。これは特に、２つのプラネットギア３、４内のプラネットの数が等しい場合に、特別な利点となる。その場合にプラネットは、それぞれプラネットギア３、４につきプラネット１２、１５の数で、ないしプラネット１２、１５の２倍の数で３６０°を割った角度だけ互いに対して変位して配置することができる。その場合に、それぞれピボットプラネットまたはリングプラネットとしてのプラネットの仕様に応じて、軸受ないし軸が、２つのプラネットギア３、４の間の領域内でプラネット支持体１４内に互いに対して変位して配置されており、それによって２つのプラネットギア３、４の間で、唯一の単独のプラネット支持体の肉厚に相当する、共通のプラネット支持体１４の肉厚を実現することができる。それによって、一方で、ドライブトレイン１の軸方向における組み立て空間が節約され、他方では共通のプラネット支持体１４の質量をそれに応じて減少させることができ、そのことがその慣性モーメントを減少させ、かつ制御する際のドライブトレイン１の性能と応答挙動をそれに応じて改良する。
【００２３】
その場合に、プラネットギア３、４内で様々な構造変形例、たとえば転がり軸受または滑り軸受の使用、種々の歯切り、たとえばまっすぐな歯切り、斜めの歯切りあるいは矢印の歯切りの使用、様々な材料、プラネット１２、１３の様々な数、が考えられ、その場合いにプラネットギア３、４の各々におけるプラネット１２、１５の数は、ここでも可能ならば、同一とされる。
【００２４】
その場合に、本発明に基づくドライブトレイン１は、前段および／または後段に接続されるギア部材ないしギア段によって、任意に拡張することができる。しかし、できるだけ大きい変速比を実現し、かつかつこの種の付加的なギア段をできれば省くことができるようにするために、プラネットギア３、４の少なくとも１つにおいて、プラネット１２、１５は段付きプラネットとして使用することができる。たとえば、プラネット１２のための段付きプラネットの使用は、周回転ギアとして形成された第２のプラネットギア４の比較的大きい変速比を可能にし、その場合にさらに、その第２のプラネットギアはそれだけ小さく構築され、段付きプラネット１２の使用に基づいて個々の変速比に比較して、きわめて容易に形成することができる。
【図１】
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【国際調査報告】
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