(57)【要約】  本発明は、特に風力発電設備用の歯車装置（１）に関する。歯車装置（１）は、駆動側の第１遊星歯車段（２）、第２遊星歯車段（３）、および被動側の第３遊星歯車段（４）を備え、第１、第２、第３遊星歯車段（２；３；４）は、駆動側のトルクが、第１および第２遊星歯車段（２；３）に分配可能であり、および第３遊星歯車段（４）において一体となるよう、互いに連結されている。本発明により、遊星歯車段（２；３；４）は、共通の歯車キャリア（２０）を備え、歯車キャリア（２０）は、歯車装置（１）の回転軸を中心に回転可能な状態で支承される。【選択図】図１
2015530539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に風力発電設備用の歯車装置（１）であって、駆動側の第１遊星歯車段（２）、第２遊星歯車段（３）、および被動側の第３遊星歯車段（４）を備え、前記第１、第２、第３遊星歯車段（２；３；４）は、駆動側のトルクが、前記第１および第２遊星歯車段（２；３）に分配可能であり、および前記第３遊星歯車段（４）において一体となるよう、互いに連結されている前記歯車装置（１）において、前記遊星歯車段（２；３；４）は共通の歯車キャリア（２０）を備え、該歯車キャリア（２０）は、前記歯車装置（１）の回転軸を中心に回転可能な状態で支承されることを特徴とする歯車装置（１）。
【請求項２】
前記歯車キャリア（２０）が、各前記遊星歯車段（２；３；４）の太陽歯車（５；６；７）、内歯車（８；９；１０）または遊星キャリア（１４；１５；１６）を構成していることを特徴とする、請求項１に記載の歯車装置（１）。
【請求項３】
前記第２遊星歯車段（３）に導くことの可能な部分トルクを、前記第１および第３遊星歯車段（２；４）に分配可能であるよう、前記第２遊星歯車段（３）が前記歯車キャリア（２０）により、前記第１および第３遊星歯車段（２；４）と連結されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の歯車装置（１）。
【請求項４】
前記歯車キャリア（２０）が、前記第２遊星歯車段（３）の太陽歯車（６）、前記第１遊星歯車段（２）の内歯車（８）および前記第３遊星歯車段（４）の内歯車（１０）を回転不能な状態で互いに連結することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯車装置（１）。
【請求項５】
前記歯車キャリア（２０）は、一個部品で構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の歯車装置（１）。
【請求項６】
前記歯車キャリア（２０）は、２つのみの支承部を備え、および／または第１支承部を、前記第１遊星歯車段（２）に割り当てられた、前記歯車キャリア（２０）の端部（２２）の領域に配置し、第２支承部を、前記第３遊星歯車段（４）に割り当てられた、前記歯車キャリア（２０）の端部（２３）の領域に配置することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の歯車装置（１）。
【請求項７】
前記歯車キャリア（２０）は中空軸（２１）として構成され、中実軸（２４）として構成された、前記第１遊星歯車段（２）の太陽歯車（５）が、少なくとも部分的に前記中空軸（２１）内へ延在することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の歯車装置（１）。
【請求項８】
前記駆動側のトルクを、前記第１遊星歯車段（２）の遊星キャリア（１４）および前記第２遊星歯車段（３）の内歯車（９）に分配可能であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の歯車装置（１）。
【請求項９】
前記第１遊星歯車段（２）の太陽歯車（５）を、前記第３遊星歯車段（４）の遊星キャリア（１６）と連結していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の歯車装置（１）。
【請求項１０】
前記第２遊星歯車段（３）の遊星キャリア（１５）は、固定して構成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の歯車装置（１）。
【請求項１１】
前記第３遊星歯車段（４）を、前記第３遊星歯車段（４）の特に太陽歯車（７）により、平歯車段と連結していることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の歯車装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載の歯車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に風力発電設備においては、変速機入力軸と変速機出力軸の間で、トルクおよび回転数を変換する歯車装置が使用されている。この場合、歯車装置入力軸に作用する回転数が低くて高いトルクは、歯車装置出力軸に作用する、より回転数が高く低減されたトルクへと変換される。基本的に、このような歯車装置は、連続的に相前後して切換えられる遊星歯車段、または平行して切換えられる遊星歯車段を備える変速機のタイプに分類される。後に述べた範疇には、いわゆる差動装置が当てはまる。この差動装置は、一般的には３つの遊星歯車段から構成される。第１の両段を適切に連結することで、トルクをこの両遊星歯車段に適切に分配可能である。第３遊星歯車段で合計すると、出力が一体化し、それに伴い、対応してより高い変速比領域を達成できる。
【０００３】
欧州特許第１２４０４４３号明細書は、風力発電設備用のこの種の歯車装置を開示する。この歯車装置は、駆動側に対称的に構成された遊星歯車段からなり、この遊星歯車段の後段に、少なくとも１つの歯車装置段が接続される。遊星歯車段は、少なくとも２つの、等寸法に設計され、並列接続された遊星歯車装置から構成され、遊星歯車装置は出力を分岐する。出力を分岐する遊星歯車装置の後段に、負荷を補償する差動歯車装置段が接続されている。差動歯車装置段は、受動的差動装置として、補償的遊星歯車装置の形状で構成されている。差動歯車装置段は、遊星歯車装置からなる遊星歯車段の接続された両固定軸に出力を均等に分岐させる。この場合、一方の固定軸が太陽歯車と作用結合し、他方の固定軸が差動歯車装置段の内歯車と作用結合しており、この差動歯車装置段の遊星キャリアが被動部を形成する。代替的には、差動歯車装置段を、軸弾性的に支承され互いに反対方向にはすばにかみ合わせた差動平歯車対の形式による能動的差動装置として形成する。差動歯車装置段は、一方では、遊星歯車装置からなる遊星歯車装置段の接続された両固定軸に出力を均等に分岐させ、他方では、歯車装置段として歯車装置の全変速に関与する。この場合、一方の固定軸は差動平歯車対の一方の差動平歯車と作用結合し、他方の固定軸は、他方の差動平歯車と作用結合している。
【０００４】
さらに、国際公開第２００８／１０４２５８号公報は、ロータ軸を備えた風力発電設備用の歯車装置を開示する。ロータ軸は、第１内部中空室に、遊星歯車装置の第１遊星歯車段および第２遊星歯車段を備える。遊星歯車装置の第１遊星歯車段および第２遊星歯車段は、長手方向軸に対して、互いに連続して配置される。ロータ軸は、第１遊星歯車段の遊星キャリアおよび第２遊星歯車段の内歯車と、回転不能な状態で連結される。第２遊星歯車段の遊星キャリアは、ハウジングに固定して構成される。第１遊星歯車段の内歯車および第２遊星歯車段の太陽歯車は、共に回転可能なユニットを構成する。トルク支承部の内側の径方向に、第３遊星歯車段が、長手方向軸を囲むリセスの径方向で一体化される。第３遊星キャリアは、内側連結軸の径方向外側を向いた接合リング上で、そこに配置された第３遊星キャリアボルトに支承される。中央軸は、第３太陽として機能する。第３遊星歯車段は、極めて高い回転数で全出力を伝達する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第１２４０４４３号明細書
【特許文献２】国際公開第２００８／１０４２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、多方面に適用可能な歯車装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の課題は、請求項１に記載された特徴により解決される。更なる有利な実施形態は，従属請求項及び図面により明らかとなる。
【０００８】
本発明は歯車装置、特に風力発電設備用の歯車装置を提案するものである。本発明による歯車装置は、駆動側の第１遊星歯車段、第２遊星歯車段、および被動側の第３遊星歯車段を備える。第２遊星歯車段は、好適には、歯車装置の長手方向軸の方向で、駆動側の第１遊星歯車段と被動側の第３遊星歯車段の間に配置される。３つの遊星歯車段は、駆動側のトルクが、第１および第２遊星歯車段に分配可能であり、および第３遊星歯車段において一体となるよう、互いに連結される。従って、選択された歯車比に応じて、高い変速比、または第１および第２遊星歯車段の間で補償されたトルクの分配を実現可能である。駆動側のトルクを分配することにより、第１および第２遊星歯車段が支える必要のあるトルクがより低減されるため、第１および第２遊星歯車段をコンパクトに構成可能となり、歯車装置のサイズが低減される。３つの遊星歯車段は、共通の歯車キャリアを備える。歯車キャリアは、歯車装置の回転軸を中心に回転可能に支承された状態で構成される。従って、入力側のトルクを複数の遊星歯車段に同時に高い変速比で分配し、かつそれを限られた構造空間において可能にする歯車装置が実現可能である。こうした歯車キャリアを軸とすることも可能であり、この軸は、少なくとも２つの素子と回転不能な状態にある。
【０００９】
歯車キャリアが、各遊星歯車段の太陽歯車、内歯車または遊星キャリアを構成するか、または含むことが好都合である。これにより、構造的に単純な方法で、３つの遊星歯車段を最小の構造空間で連結可能となる。好適には、歯車キャリアは、内歯車のうちの少なくとも１つの内歯車を構成するために内歯を備え、および／または太陽歯車を構成するために外歯を備える。これにより、極めて費用を抑えて歯車キャリアを製造可能である。
【００１０】
第２遊星歯車段に導くことの可能な部分トルクを、第１および第３遊星歯車段に分配可能であるよう、第２遊星歯車段が歯車キャリアにより、第１および第３遊星歯車段と連結されている場合に、駆動側のトルクを、第１および第２遊星歯車段に同時に高い変速比で実質的に均等に、確実に分配可能である。さらにこの構造により、構造的な体積が極めて低減された歯車装置を実現可能である。
【００１１】
歯車キャリアが、第２遊星歯車段の太陽歯車、第１遊星歯車段の内歯車および第３遊星歯車段の内歯車を回転不能な状態で互いに連結することが好都合である。これにより、第２遊星歯車段に導かれる部分トルクが、高い回転数で第２遊星歯車段の中央の太陽歯車へ伝わる。この部分トルクは、歯車キャリアにより、好適には同一の部分で、回転不能な状態で連結されているために、その後さらに、各第１および第２遊星歯車段の両内歯車へと分配される。この構造により、歯車装置を、構造空間を極めて省いて構成可能である。さらに、３つの遊星歯車段の太陽歯車、内歯車および／または遊星キャリア等の製造費用も関連する。「遊星歯車段」との語句のもとに、少なくとも１つの太陽歯車、１つの内歯車および１つの遊星キャリアが含まれる。その際、遊星キャリアには少なくとも１つの回転可能な遊星歯車が配置され、この遊星歯車は太陽歯車および内歯車とかみ合う。太陽歯車、内歯車および遊星キャリアは、これらが回転可能に支承されている場合、同一の回転軸を備える。構成的な複雑度が既知の解決法に較べて大幅に低減されるため、歯車装置が小型化される。
【００１２】
歯車キャリアを一個部品で構成する場合、歯車装置の製造費用が特に低減可能である。好適には、この場合、歯車キャリアは鋳造部品とする。しかし代替的に、歯車キャリアを多数個部品、特に２個または３個部品としても構成可能であり、それにより、遊星歯車段の組立ておよび分解が容易になる。歯車キャリアの個々の部品は、好適には接着剤による接続、形状接続または摩擦により互いに接続される。歯車キャリアの個々の部品を着脱自在な状態で確実に連結するため、これらの部品を固定部材、特にねじ、ボルトおよび／または切欠により、互いに接続することが好都合である。
【００１３】
歯車キャリアは、２つのみの支承部を備えることが好都合である。これにより、歯車装置の軸方向の構造空間を低減可能である。さらに、高価な支承部を省くため、歯車装置の製造費用が低減される。好適には、両支承部のうちの第１支承部を、第１遊星歯車段に割り当てられた端部の領域に配置し、第２支承部を、第３遊星歯車段に割り当てられた端部の領域に配置する。これにより、高価な支承部が、歯車キャリアの２個組み部品の接続領域で省かれる。従って、歯車装置が軸方向でコンパクトな構成となる。さらに、高価で故障しがちな支承部が省かれるため、歯車装置はより適切な費用で製造可能でもあり、かつ堅固に構成可能でもある。
【００１４】
本発明の有利な発展形態では、歯車キャリアは中空軸として構成される。これにより、第１遊星歯車段の、中実軸として構成された太陽歯車は、少なくとも部分的に中空軸内へ延在可能であるため、歯車装置の構造的な体積が低減される。好適には、歯車キャリアはその両端部の領域にそれぞれ内歯を備え、これにより、第１および第３遊星歯車段の内歯を構成する。この構造により、歯車装置を構造的に単純化して実現可能である。さらに、歯車装置の構造的な体積が低減される。
【００１５】
駆動側のトルクを、第１遊星歯車段の遊星キャリアおよび第２遊星歯車段の内歯車に分配可能であることが好都合である。これにより、第１および第２遊星歯車段２、３がそれぞれ支える必要のあるトルクがより低減されるため、歯車装置を極めてコンパクトに構成可能となる。
【００１６】
可及的に高い回転数を供給可能とするためには、第１遊星歯車段の太陽歯車を、第３遊星歯車段の遊星キャリアと連結することが好都合である。この構造により、特に被動軸として構成された、第３遊星歯車段の太陽歯車の回転数を大きく高めることが可能になり、これにより、高い回転数を必要とする風力発電設備の効率性をも高めることが可能となる。
【００１７】
第３遊星歯車段を、第３遊星歯車段の特に太陽歯車により、平歯車段と連結することも好都合である。この構造により、さらに定格回転数を高めることが可能である。平歯車段を、風力発電設備の高速適用例において歯車装置が使用可能であるよう構成可能である。この場合、高速適用例用の発電機は、毎分約１５５０の定格回転数で駆動される。しかし代替的に、平歯車装置を、より大型の発電機を毎分約４５０の、明らかにより低い発電機回転数で使用する中速適用としても構成可能である。両実施形態において、構成がコンパクトであり、堅牢で、かつ同時に高い変速比が可能であるとういう利点が有効に作用する。
【００１８】
以下に、本発明を添付の図面を参照して詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】回転可能に支承された共通の歯車キャリアにより連結された、３つの遊星歯車段を備える歯車装置の概略的な半図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、３つの遊星歯車段２、３、４を備えた歯車装置１を示す。歯車装置１において、第１遊星歯車段２は駆動側に、および第３遊星歯車段４は被動側に配置される。第２遊星歯車段３は、両遊星歯車段２、４の間の領域に構成される。遊星歯車段２、３、４は、中央の太陽歯車５、６、７、この太陽歯車５，６，７を包囲し、径方向に間隔を空けた内歯車８、９、１０、およびこれら太陽歯車５，６，７と内歯車８，９，１０の間の領域に回転可能に支承された遊星歯車１１、１２、１３をそれぞれに備える。遊星歯車１１、１２、１３は、各遊星歯車段２、３、４において、各遊星キャリア１４、１５、１６上に、歯車装置１の径方向に支承され、および／または周方向に導かれる。第１、第２、第３遊星歯車段２、３、４は、駆動側のトルクが、第１および第２遊星歯車段２，３に分配可能であり、および第３遊星歯車段４において一体となるよう、互いに連結される。このために、歯車装置１は駆動側に駆動軸１７を備える。駆動軸１７は、第１遊星歯車段２の第１遊星キャリア１４および第２遊星歯車段３の第２内歯車９と、回転不能な状態で連結される。駆動側のトルクは、従って第１遊星キャリア１４および第２内歯車９に分配され、第１遊星キャリア１４および第２内歯車９の双方に、駆動側のトルクと比較して低減された部分トルクがそれぞれ作用する。その結果、第１および第２遊星歯車段２、３が支える必要のあるトルクがより低減されるため、第１および第２遊星歯車段２、３を、よりコンパクトに構成可能となる。
【００２１】
第２遊星歯車段３の第２遊星キャリア１５は、固定して構成される。このため、ここでは図示されていない歯車装置１のハウジングに接続されるか、またはハウジングと一体的に構成される。第２遊星歯車段３の第２太陽歯車６は、第１遊星歯車段２との第１クラッチ１８および第３遊星歯車段４との第２クラッチ１９を備える。この構造により、第２遊星歯車段３に分配可能な部分トルクが、さらに第１および第３遊星歯車段２，４へと分配される。この場合第１および第２クラッチ１８、１９は、歯車キャリア２０の形状へと変換される。歯車キャリア２０は、３つの遊星歯車段２、３、４の各１つずつの太陽歯車、遊星キャリアおよび／または内歯車を含む。図示の実施形態では、歯車キャリア２０は、第２遊星歯車段３の第２太陽歯車６、第１遊星歯車段２の第１内歯車８、および第３遊星歯車段４の第３内歯車１０を構成する。この構造により、第１内歯車８、第２太陽歯車６および第３内歯車１０が、回転不能な状態で互いに連結されたユニットとして構成される。歯車キャリア２０は回転可能に支承されているため、第１内歯車８、第２太陽歯車６および第３内歯車１０は共に、歯車装置１の長手方向軸を中心に回転可能である。
【００２２】
歯車キャリア２０は、一個部品または多数個部品として構成可能である。好適には、歯車キャリア２０を一個部品として実現する場合、歯車キャリア２０を鋳造部品とする。代替的に、歯車キャリア２０が多数個部品を備える場合、好適には、第１内歯車８および第１クラッチ１８を歯車キャリア２０の第１部分として構成し、第３内歯車１０を第２クラッチ１９と共に歯車キャリア２０の第２部分として構成する。第２太陽歯車６は歯車キャリア２０の第３部分として構成するか、または代替的に、前述の両部分の１つに含ませることも可能である。しかし、特に歯車装置１の組立てまたは分解を容易にするのに適する、任意の他のグループ分けも提案可能である。
【００２３】
図１によれば、歯車キャリア２０は中空軸２１として構成される。歯車キャリア２０の、第１遊星歯車段２に割り当てられた、第１端部２２の領域、および第３遊星歯車段４に割り当てられた、第２端部２３の領域において、歯車キャリア２０はそれぞれに内歯を備え、この内歯により、第１内歯車８または第３内歯車１０を構成する。第１および第２端部２２、２３の間の領域において、歯車キャリア２０は外歯を備え、この外歯により、第２遊星歯車段３の第２太陽歯車６を構成する。好適には、歯車キャリア２０は２つのみの支承部を備える。図１には示されていない両支承部は、歯車キャリア２０の両端部２２、２３の領域にそれぞれ配置される。この構造により、特に第３遊星歯車段４の領域で、高価で故障しがちな第２太陽歯車６の支承部を省力可能である。この結果、歯車装置１は製造費用がより適切となり、さらに、故障の発生率がより低減される。
【００２４】
第１遊星歯車段２の第１太陽歯車５は、第３遊星歯車段４の第３遊星キャリア１６と、回転不能な状態で連結される。このために、第１太陽歯車５は中実軸２４として構成される。中実軸２４は、中空軸２１として構成された歯車キャリア２０を通って延在する。この構造により歯車装置１を、特に構造空間を省き、構造的に単純化して実現可能である。第３遊星歯車段４の第３太陽歯車７は、被動側で被動軸２５と連結されるか、または代替的に、被動軸として構成される。
【００２５】
図１に示された歯車装置１により、現代の風力発電設備に求められる出力および変速比に関する要求を達成可能である。従って、この連結に関するコンセプトにより、駆動側のトルクを、第１および第２遊星歯車段２、３へ、実質的に補償させて分配可能である。
【００２６】
歯車装置１の作動時には、駆動側のトルクが、駆動軸１７を介して歯車装置１に導かれ、駆動軸１７が第１遊星キャリア１４および第２内歯車９と回転不能な状態で連結されているため、駆動側のトルクは、第１および第２遊星歯車段２，３へと分配される。この構造により、第２遊星歯車段３の第２内歯車９が回転し、歯車装置１の周方向に固定した第２遊星歯車１２を駆動する。第２遊星歯車１２は、さらに第２太陽歯車６とかみ合うため、第２太陽歯車６は、駆動軸１７と反対方向に回転する。第１および第２クラッチ１８、１９に起因して、回転不能な状態で互いに連結された第１遊星歯車段２の第１内歯車８、第２遊星歯車段３の第２太陽歯車６、第３遊星歯車段４の第３内歯車１０は、駆動軸１７と反対の回転方向に回転する。従って、第２遊星歯車段３に導かれた部分トルクの一部は、第１クラッチ１８または共通の歯車キャリア２０により、第１遊星歯車段２へと戻る。第１遊星キャリア１４および第１内歯車８は反対方向に回転するため、第１遊星歯車１１の回転数、または第１遊星歯車１１とかみ合う第１太陽歯車５の回転数が高まる。従って、第１太陽歯車５は回転数を高めて、駆動軸１７と同一の回転方向に回転する。
【００２７】
従って、歯車キャリア２０および第１太陽歯車５は、互いに反対方向に回転する。中実軸２４は、第３遊星キャリア１６と連結しているため、駆動軸１７の回転方向に対応する回転運動を、回転数を高めかつトルクを低減して、第３遊星歯車段４へ導く。さらに第２遊星歯車段３は、第２クラッチ１９により、駆動軸１７と反対方向の回転運動を、回転数を高めかつトルクを低減して、第３内歯車１０の領域で、第３遊星歯車段４へ導く。第３遊星キャリア１６と第３内歯車１０が互いに反対方向に回転するため、第３遊星歯車１３、または第３遊星歯車１３とかみ合う第３太陽歯車７の回転数が、さらに高まる。このように変更されたトルクが、被動軸２５を介して歯車装置１から外へ導かれる。従って第３遊星歯車段４は、第１および第２遊星歯車段２、３に分配された両部分トルクを、再び一体とする差動歯車装置段として作用する。従って歯車装置１により、極めて高い駆動側のトルクを、複数の遊星歯車段に同時に高い変速比で、かつ最小の構造空間において分配可能である。
【００２８】
さらに歯車装置１は、本明細書では図示していない、被動軸２５と連結された平歯車段を備えることが可能である。この結果、歯車装置１は、風力エネルギー設備における、いわゆる高速の適用例においても使用可能である。この場合、接続された発電機は、毎分約１５５０の定格回転数で駆動される。代替的に歯車装置１は、より大型の発電機を、毎分約４５０の、明らかにより低い発電機回転数で使用する、中速度の適用例においても使用可能である。両変更例においても、上述の利点が有効に作用する。
【００２９】
本発明は、図示および記載の実施形態に限定されず、同様に、請求項の範囲内での変更、および異なる実施形態で示され、記載された特徴の組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  歯車装置
２  第１遊星歯車段
３  第２遊星歯車段
４  第３遊星歯車段
５  第１太陽歯車
６  第２太陽歯車
７  第３太陽歯車
８  第１内歯車
９  第２内歯車
１０  第３内歯車
１１  第１遊星歯車
１２  第２遊星歯車
１３  第３遊星歯車
１４  第１遊星キャリア
１５  第２遊星キャリア
１６  第３遊星キャリア
１７  駆動軸
１８  第１クラッチ
１９  第２クラッチ
２０  歯車キャリア
２１  中空軸
２２  第１端部
２３  第２端部
２４  中実軸
２５  被動軸
【図１】
2015530539.tif 000003
【国際調査報告】
2015530539.tif 000004
2015530539.tif 000005
2015530539.tif 000006
2015530539.tif 000007
2015530539.tif 000008
2015530539.tif 000009