(57)【要約】      （修正有）【課題】整合誤差を回避できる新規な風力タービンの歯車箱を提供する。【解決手段】リングホイールユニットがサンホイール１０と、遊星ホイール９と、回転不能な状態でハウジングに固定されたリングホイール１１と、駆動シャフトに剛直に接続された遊星キャリヤ８とにより形成されるような、風力タービンのための歯車箱において、ハウジングに関して回転するような状態で遊星キャリヤ又は駆動シャフトを支持するために付加的な軸受２２が設けられ；主軸受７又は主軸受を設けたハウジングの部分２４と付加的な軸受及びリングホイールを設けたハウジングの部分２５との間に、弾性部分２３が設けられ、弾性部分が、一方では、相対捩り剛性を有し、他方では、軸方向ＡＡ´における負荷Ｆａｘ及び又は半径方向ＲＲ´における負荷Ｆｒａｄに対して比較的可撓性であることを特徴とする歯車箱。【選択図】図１
2007303462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（４、２１）内に設けられたリングホイールユニット（３）と、風力タービン（２）のロータ（６）に結合されるように設計された駆動シャフト（５）と、上記ハウジング（４、２１）内で回転できるように上記駆動シャフト（５）を支持する、単一の主軸受（７）又は一対の主軸受（２６、２７）とを有し；上記リングホイールユニット（３）がサンホイール（１０）と、遊星ホイール（９）と、回転不能な状態で当該ハウジング（４、２１）に固定されたリングホイール（１１）と、当該駆動シャフト（５）に剛直に接続された遊星キャリヤ（８）とにより形成されるような、風力タービン（２）のための歯車箱（１）において、
上記ハウジング（４、２１）に関して回転するような状態で上記遊星キャリヤ（８）又は上記駆動シャフト（５）を支持するために付加的な軸受（２２）が設けられ；上記主軸受（７）又は上記主軸受（２６、２７）を設けた当該ハウジング（４、２１）の部分（２４）と上記付加的な軸受（２２）及び上記リングホイール（１１）を設けた該ハウジング（４、２１）の部分（２５）との間に、弾性部分（２３）が設けられ、同弾性部分が、一方では、相対捩り剛性を有し、他方では、軸方向（ＡＡ´）における負荷（Ｆａｘ）及び（又は）半径方向（ＲＲ´）における負荷（Ｆｒａｄ）に対して比較的可撓性であることを特徴とする歯車箱。
【請求項２】
上記リングホイール（１１）、上記遊星ホイール（９）及び上記サンホイール（１０）が上記付加的な軸受（２２）と主軸受（７、２６、２７）との間で軸方向（ＡＡ´）において位置することを特徴とする請求項１に記載の歯車箱。
【請求項３】
上記付加的な軸受（２２）上の負荷が上記弾性部分（２３）の軸方向及び半径方向の剛性により主として決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車箱。
【請求項４】
上記弾性部分（２３）の弾性度が、上記ハウジング（４、２１）の当該部分（２３）が当該ハウジング（４、２１）の取り巻き部分（２４、２５）とは異なる寸法を有するという事実に依存することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の歯車箱。
【請求項５】
上記弾性部分（２３）の厚さ（Ｄ）が上記ハウジング（４、２１）の上記取り巻き部分（２４、２５）の厚さ（Ｄ´）よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の歯車箱。
【請求項６】
上記弾性部分（２３）がモールド成形物を具備することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の歯車箱。
【請求項７】
上記弾性部分（２３）がＵ字状の横断面を具備することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の歯車箱。
【請求項８】
上記弾性部分（２３）が上記ハウジング（４、２１）の上記取り巻き部分（２４、２５）よりも一層弾性的である材料で形成されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の歯車箱。
【請求項９】
上記歯車箱（１）の上記ハウジング（４）が上記風力タービン（２）の支持構造体（２１）と部分的に一体化されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の歯車箱。
【請求項１０】
上記主軸受（７）又は上記主軸受（７、２６、２７）の少なくとも１つが上記支持構造体（２１）と一体化されることを特徴とする請求項９に記載の歯車箱。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風力タービンのための歯車箱に関する。
特に、本発明は、ハウジング内に設けられたリングホイールユニットと、風力タービンのロータに結合されるように設計された駆動シャフトと、ハウジング内で回転できるように駆動シャフトを支持する、単一の主軸受又は一対の主軸受とを有し、この場合、リングホイールユニットがサンホイールと、遊星ホイールと、回転不能な状態でハウジングに固定されたリングホイールと、駆動シャフトに剛直に接続された遊星キャリヤとにより形成されるような、風力タービンのための歯車箱に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービンのためのこのような歯車箱は既知であり、この場合、駆動シャフトは風力タービンのロータに結合され、歯車ユニットのサンホイールは例えば発電機を駆動する。
従来の実施の形態においては、歯車箱のハウジングは数個の部品で作られ、この場合、ハウジングの第１の部品は、例えば、一組の主軸受が座内に直接設けられるような支持構造体の一部であり、ハウジングの第２の部品は支持構造体上に螺合され、実際のリングホイールユニットを有する。
【０００３】
また、支持構造体に設けられた別のハウジング内に主軸受及びリングホイールユニットを後で埋設することが知られている。
これは、一体化された主軸受と呼ばれるものである。
【０００４】
更なる一体化の場合、対をなす主軸受は例えば双円錐軸受のような単一の主軸受と交換される。
狙いは、主軸受又は対をなす主軸受が空気力学的な風の負荷及びロータの重量による駆動シャフト上の負荷を吸収し、このような負荷を、直接又は歯車箱のハウジングを介して風力タービンの支持構造体へ伝達することである。
【０００５】
既知の実施の形態の欠点は、風力タービンが作動している間、主軸受がロータの負荷の影響の下にある弾性変形を受け、これが主軸受内のある遊びに悪影響を与え、リングホイールユニットにおいて整合誤差を生じさせ、リングホイールユニットの良好な作動を妨げることである。
【０００６】
そのため、このような整合誤差の結果、歯車ホイールの歯のフランク間の遊びが、ある場合に制限されることがあるか、又は、完全に消失することがあるか、又は、逆に増大することがある。
【０００７】
すべてこの欠点のため、歯車ホイールの不均一な負荷が生じ、歯車ホイール間の力の正常な相互作用が阻害され、歯車ホイール及び遊星ホイールの軸受をオーバーロードさせてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
また、本発明の狙いは、上述又は他の欠点の１つ又はいくつかを克服することである。  
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のため、本発明は上述の形式の風力タービンのための歯車箱に関し、この場合、ハウジングに関して回転する状態で遊星キャリヤ又は駆動シャフトを支持するための付加的な軸受が設けられ、主軸受（単数又は複数）を設けたハウジングの部分と付加的な軸受及びリングホイールを設けたハウジングの部分との間に、弾性部分が設けられ、この弾性部分は、一方では、相対捩り剛性を有し、他方では、軸方向の負荷及び（又は）半径方向の負荷に対して比較的可撓性である。
【００１０】
本発明に係る風力タービンのためのこのような歯車箱の利点は、主軸受、遊星キャリヤ、駆動シャフト及び（又は）ハウジングの変形の結果として又は遊びの結果として生じる上述の整合誤差を吸収又は補償できることである。その理由は、ハウジングの弾性部分が、リングホイール及び付加的な軸受を設けたハウジングの部分を、主軸受を埋設したハウジングの部分に関して、軸方向又は半径方向に移動させることができるからである。
【００１１】
その結果、悪整合による上述の悪効果を回避するように、リングホイール、遊星キャリヤ、遊星ホイール及びサンホイール間の整合が改善される。
本発明に係る歯車箱の好ましい実施の形態によれば、リングホイール、遊星ホイール及びサンホイールは付加的な軸受と主軸受との間で軸方向において位置する。
【００１２】
この実施の形態においては、付加的な軸受は、上述の整合誤差が比較的大きな位置において、しかも弾性部分に関して比較的大きな軸方向の距離を隔てて、遊星キャリヤを支持する。
【００１３】
従って、整合誤差の影響の下で、リングホイール及び付加的な軸受を位置させたハウジングの部分の運動に対抗する、弾性部分により与えられる抵抗は比較的容易に克服することができる。
【００１４】
そのため、弾性部分の弾性度及びこの弾性部分と付加的な軸受との間の大きな距離のため、整合誤差は付加的な軸受上の限られた負荷だけで排除することができる。
このようにして、遊星ホイール、リングホイール及びサンホイールは有効な方法で再度正確に整合することができる。
【００１５】
本発明に係る歯車箱の別の好ましい実施の形態によれば、歯車ユニットのハウジングに関して遊星キャリヤを支持する付加的な軸受上の負荷は上述の弾性部分の軸方向及び半径方向の剛性により主として決定される。
【００１６】
この実施の形態の利点は、適切な半径方向又は軸方向の剛性を備えた弾性部分により、例えばコンピュータモデルにおける計算によって又は経験的に上述の剛性を確立することによって、付加的な軸受上の負荷を制限でき、それにより、この付加的な軸受の最大寿命を保証できるか、または、その寸法を減少させることができることである。
【００１７】
一般に、付加的な軸受上の負荷は弾性部分の弾性度、付加的な軸受に対する弾性部分の距離及び主軸受の弾性度に依存することに留意すべきである。
そのため、主軸受の剛性が大きいほど、付加的な軸受における整合誤差が一層少なくなり、整合誤差を補償するために変形しなければならない弾性部分の変形量が小さいほど、付加的な軸受が受ける負荷が一層小さくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の特徴を良好に説明するため、以下に、添付図面を参照しながら、本発明に係る風力タービンのための歯車箱の好ましい実施の形態を、いかなる意味でも限定を伴わずに単なる例として、説明する。
【００１９】
図１に示す本発明に係る風力タービン２のための歯車箱１はハウジング４内に設けられたリングホイールユニット３と、風力タービン２のロータ６に結合された駆動シャフト５と、ハウジング４内において回転自在な状態で駆動シャフト即ちロータシャフト５を支持する主軸受７とを有する。
【００２０】
リングホイールユニット３は遊星ホイール９をその上に設けた遊星キャリヤ８を有し、この場合、合計３つの遊星ホイール９があり、これらの遊星ホイール９はサンホイール１０及び回転不能な状態で歯車箱１のハウジング４に固定されたリングホイール１１に関連して作動する。
【００２１】
遊星ホイール９は遊星キャリヤ８に関して回転できる。
この目的のため、与えられた例における遊星キャリヤ８は第１の部分１２と第２の部分１３とを有し、これらの部分はシャフト１４により互いに接続される。
【００２２】
代わりとして、「ケージ」形式と呼ばれるこのような遊星キャリヤ８はまたモールド内での鋳造により単一部品から作ることができる。
これらのシャフト１４上で、遊星ホイール９は軸受１５、１６により軸受装着される。
【００２３】
サンホイール１０は遊星キャリヤ８の第２の部分１３の開口１８を通して突出する被駆動シャフト１７上に設けられる。
被駆動シャフト１７はまた、軸受１９により、（図では概略的に示すが、本発明の原理を簡単な方法でのみ示す）歯車箱１のハウジング４に関して回転自在な状態で支持される。
【００２４】
実際問題として、被駆動シャフト１７のこの支持は、被駆動シャフト１７が第２の遊星ステップを駆動するときに、しばしば得られ、この場合、ハウジング４内でこのステップの遊星キャリヤを支持する軸受はまた被駆動シャフト１７の支持を提供する。
【００２５】
他の実施の形態においては、被駆動シャフト１７は例えば中空シャフトと歯車ホイールとを備えたトランスミッションを駆動し、この場合、実際問題として、ハウジング４内での被駆動シャフト１７の支持はこれまた軸受１９により直接提供されるものであってはならない。
【００２６】
当然、多くの変形例が可能である。
更に、遊星キャリヤ８は、ロータシャフト５が遊星キャリヤ８と共働して歯車ユニット３の実際の入口部を形成するように、ロータシャフト５に剛直に接続される。
【００２７】
もちろん、狙いは、例えば発電機又は歯車ホイールトランスミッションの次のステップを駆動するために、リングホイールユニット３を介して、風力の影響に下でのロータシャフト５即ち駆動シャフト５の比較的遅い回転を、被駆動シャフト１７の比較的速い回転に変換することである。
【００２８】
与えられた実施の形態においては、歯車箱１は、ボルト２０により、風力タービン２の支持構造体２１特にタービン台上に設けられ、それによって、歯車箱１と支持構造体２１との間の直接の剛直接続が実現される。
【００２９】
この場合、ロータシャフト５は単一の主軸受７のみにより歯車箱１のハウジング４内で軸受装着される。
ハウジング４と支持構造体２１との間の剛直な接続及びロータシャフト５の一体化された軸受７のため、本発明に係る歯車箱１は、ロータシャフト５が一対の主軸受により支持構造体２１内で軸受装着され、かつ、歯車箱１と支持構造体との間にバネ／ダンパ装置が設けられたような歯車箱とは異なった挙動を行う。
【００３０】
主軸受７は、ロータの重量によりロータシャフト５上で生じる曲げモーメント及び力がこの軸受７により主として吸収されて、ハウジング４及び支持構造体２１に伝達されるようなものであり、これによって、主軸受７はまたハウジング４内での駆動シャフト５の軸方向及び半径方向の位置決めを提供する。
【００３１】
本発明の第１の態様ではまた、歯車箱１のハウジング４に関して回転自在な状態で遊星キャリヤ８を支持する付加的な軸受２２を提供する。
本発明の別の態様は、一方では、相対捩り剛性を有し、他方では、軸方向ＡＡ´及び（又は）半径方向ＲＲ´における負荷に対して比較的可撓性であるような弾性部分２３をハウジング４内で提供する。
【００３２】
この弾性部分２３は、付加的な軸受２２、リングホイール１１及び被駆動シャフト１７を備えたハウジング４の部分２４が、主軸受７を設けたハウジング４の部分２５に関して幾分運動できるように、配置される。
【００３３】
本発明に係る歯車箱１の原理は簡単であり、図２を参照して以下に説明する。
歯車箱１の主軸受７は、ロータの重量及び風の負荷により生じるロータシャフト５上の曲げモーメントや力を吸収し、これらをハウジング４及び支持構造体２１に伝達するのに十分な大きさに寸法決めされる。
【００３４】
しかし、ロータシャフト５上に作用する上述の力の大きさのために、歯車箱１の主軸受７、ロータシャフト５、遊星キャリヤ８及び（又は）ハウジング４はある変形を必然的に受ける。
【００３５】
更に、一般にまた、主軸受７内にはある遊びが存在する。
図２は、ロータシャフト５の角度変位Ｂにより、このような変形及び遊びを極めて単純な方法で誇張して示す。
【００３６】
当然、実際は、状況は遥かに複雑である。
付加的な軸受２２又は弾性部分２３を設けなかった場合、既知の歯車箱のように、上述の効果のため、負荷の適用後、駆動シャフト即ちロータシャフト５はもはや被駆動シャフト１７に対して対称的に整合せず、そのため、駆動シャフト５と被駆動シャフト１７との間にある整合誤差Ｂが発生する。
【００３７】
このような整合誤差Ｂの結果、遊星ホイール９はもはやリングホイール１１及びサンホイール１０に関して十分に整合せず、リングホイールユニット３の良好な作動度合いを阻害してしまう。
【００３８】
しかし、本発明によれば、遊星キャリヤ８が軸受２２によりハウジング４内で付加的に支持されるため及び弾性部分２３が上述の部分２４、２５間でハウジング４内に設けられているため、ハウジング４の部分２４はロータシャフト５の運動に比較的容易に追従することができる。
【００３９】
図２はまた、ハウジング４の他の部分２５に関して角度Ｂだけ部分２４を変位させることにより、これを簡単化した方法で示す。
このようにして、リングホイールユニット３の異なる歯車ホイール９、１０、１１及び駆動シャフト５及び被駆動シャフト１７はこれまた互いに関して十分に整合することは明らかであり、これは本発明の狙いの１つである。
【００４０】
図３ないし６は本発明に係る風力タービンのための歯車箱の他の実施の形態を示す。
図３の変形例では、１つの主軸受７のみによってではなく、一組の主軸受２６、２７によってロータシャフト５を支持する。
【００４１】
更に、主軸受２６、２７は、リングホイールユニット３を同様に設けた歯車箱１の別個のハウジング４に一体化されるのではなく、主軸受２６、２７は風力タービン２の支持構造体２１に直接設けられる。
【００４２】
換言すれば、歯車箱１のハウジング４は風力タービン２の支持構造体２１に部分的に一体化される。
当然、これは、歯車箱１の作動を全く変更せず、整合誤差Ｂはこの実施の形態によりまさしく満足に修正することができる。
【００４３】
図４は中間の形を示し、この場合、２つの主軸受２６、２７が同様に設けられるが、一方の主軸受２６は歯車ユニット即ち歯車箱１のハウジング４に一体化され、一方、他方の主軸受は支持構造体２１に一体化される。
【００４４】
これまた、他方、歯車箱１のハウジング４は風力タービン２の支持構造体２１に部分的に一体化される。
当然、この実施の形態の作動は先の実施の形態と全体的に類似する。
【００４５】
図５は本発明に係る更に別の変形例を示し、この場合、弾性部分２３は歯車箱１のハウジング4に設けられず、支持構造体２１に設けられる。
これまた、歯車箱１のハウジング４の一部はこの場合支持構造体２１に一体化される。
【００４６】
これは、歯車箱１のハウジング４に形成された部分２４、及び、弾性部分２３と（リングホイール１１及び付加的な軸受２２を保持した）ハウジング４との間の支持構造体２１の部分２８が、主軸受２６、２７を設けた支持構造体２１の部分２５に関して駆動シャフト５の運動に追従できることが保証される限り、本発明の原理を変更しない。
【００４７】
これはまさに図示の実施の形態の場合である。
今まで説明したすべての実施の形態においては、リングホイール１１、遊星ホイール９及びサンホイール１０は付加的な軸受２２と主軸受７、２６又は２７との間で軸方向ＡＡ´において位置する。
【００４８】
しかし、図６の実施の形態においては、付加的な軸受２２はリングホイールユニット３と支持構造体２１との間に設けられている。
弾性部分２３が適切に配置された場合、付加的な軸受２２及び歯車ユニット３を収容するハウジング４の部分２４は主軸受７を一体化したハウジング４の部分２５に関して依然として運動できることが保証され、そのため、本発明の原理は依然として維持される。
【００４９】
図１ないし５の実施の形態においては、付加的な軸受２２は、整合誤差Ｂが最大になる恐れがある位置であって、弾性部分２３から十分な軸方向の距離Ｌを隔てた位置に、配置されることは明らかである。
【００５０】
その結果、ロータシャフト５からの小さな変位が付加的な軸受２２上に大きな効果を与え、更に、変形又は遊びＢの影響の下でのハウジング４の部分２４又は支持構造体２１の運動に対抗するような弾性部分２３による抵抗は、付加的な軸受２２上のオーバーロードのいかなる差し迫った恐れをも伴わずに、容易に克服することができる。
【００５１】
図６の実施の形態においては、付加的な軸受２２での変位及びモーメント腕Ｌ´は一層小さい。
これは、同じ整合誤差Ｂを補償できるようにするため、すべての実施の形態において、弾性部分２３が等しい大きさの半径方向及び軸方向の弾性度を与えられたものと仮定した場合に、図１ないし５の場合は、付加的な軸受２２上に作用する力が図６の場合よりも小さいことを意味する。
【００５２】
付加的な軸受２２上の負荷は弾性部分２３の軸方向及び半径方向の剛性並びにモーメント腕Ｌ又はＬ´により主として決定されるが、主軸受７の剛性によっても決定される。
しかし、弾性部分２３の特性を調整することにより、異なる実施の形態に対して所望の効果を得ることができる。
【００５３】
図６に係る実施の形態は例えば装着等を容易にするために選択することができる。
図７は弾性部分２３を拡大寸法で示し、この場合、弾性部分２３の弾性度は、この実施の形態においては、ハウジング４の取り巻き部分２４、２５とは異なる寸法をこの部分２３に与えることにより、得られる。
【００５４】
特に、弾性部分２３の厚さＤはハウジング４の取り巻き部分２４、２５の厚さＤ´よりも小さい。
図８は弾性部分２３のための好ましい代わりの実施の形態を示し、この場合、弾性部分２３はＵ字状の横断面を具備する。
【００５５】
この実施の形態は、弾性部分２３が図９に示すように軸方向ＡＡ´の力Ｆａｘ又は図１０に示すように半径方向ＲＲ´の力Ｆｒａｄを受けたときに極めて撓み易いので特に興味深い。
【００５６】
その結果、上述の整合誤差Ｂは容易に補償することができる。
他方、弾性部分２３は十分な捩り剛性を有し、そのため、弾性部分はいかなる問題をも伴わずにリングホイール１１上に作用する反作用モーメントを吸収することができる。
【００５７】
図１１は弾性部分２３のための更に別の実施の形態を示し、この場合、この部分２３はあるモールド成形物を備えたハウジング４を提供することにより形成される。
このようなモールド成形物は所要の半径方向及び軸方向の可撓性を得るようにハウジング４のある部分を除去することにより形成することができ、例えば、ハウジング４の全周辺にわたって均一にする必要はない。
【００５８】
図１２に示す弾性部分２３のための代わりの実施の形態においては、弾性度は、ハウジング４の取り巻き部分２４、２５よりも一層弾性的な材料、例えば合成材料等でハウジング４の部分２３を作ることにより、得られる。
【００５９】
本発明によれば、弾性部分２３は周辺にわたって必ずしも均一である必要はない。
本発明は例として説明し添付図面に示した実施の形態に決して限定されない；逆に、本発明に係るこのような歯車箱は、本発明の要旨内に包含されたまま、異なる形状及び寸法として作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】別個のハウジング内でリングホイールユニットの残りの部分と一緒に一体化された単一の主軸受により駆動シャフトを支持するような、本発明に係る歯車箱の第１の実施の形態を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に係る歯車箱の作動を示す図である。
【図３】図１と同様の図であり、タービン台に直接設けた２つの主軸受によりロータを支持するような、本発明に係る歯車箱の実施の形態を示す図である。
【図４】２つの主軸受がロータを支持し、第１の主軸受がタービン台に設けられ、第２の主軸受が別個のハウジング内でリングホイールユニットの残りと一緒に一体化されるような、図１、３からの実施の形態の組合せである実施の形態を示す図である。
【図５】弾性部分がタービン台に設けられるような、図１、２、４からの実施の形態の代わりの実施の形態を示す図である。
【図６】付加的な軸受が主軸受の一層近くに設けられるような、図１の実施の形態の変形例を示す図である。
【図７】図１にＦ７で示す部分の拡大図である。
【図８】図７の部分の代わりの実施の形態を示す図である。
【図９】図８の実施の形態の作動を示す図である。
【図１０】図８の実施の形態の作動を示す図である。
【図１１】図７の部分の更に別の実施の形態を示す図である。
【図１２】図７の部分の更に別の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１    歯車箱
２    風力タービン
３    リングホイールユニット
４、２１    ハウジング
５    駆動シャフト（ロータシャフト）
６    ロータ
７    主軸受
８    遊星キャリヤ
９    遊星ホイール
１０    サンホイール
１１    リングホイール
２１    支持構造体
２２    付加的な軸受
２３    弾性部分
２４、２５    ハウジング部分
２６、２７    主軸受  
【図１】
2007303462.tif 000003
【図２】
2007303462.tif 000004
【図３】
2007303462.tif 000005
【図４】
2007303462.tif 000006
【図５】
2007303462.tif 000007
【図６】
2007303462.tif 000008
【図７】
2007303462.tif 000009
【図８】
2007303462.tif 000010
【図９】
2007303462.tif 000011
【図１０】
2007303462.tif 000012
【図１１】
2007303462.tif 000013
【図１２】
2007303462.tif 000014
【外国語明細書】
2007303462000001.pdf