(57)【要約】  複合型プラネット・ギヤ装置（１００、２００、３００、４００）は、リング・ギヤ（１１０、２１０、３１０、４１０）、少なくとも２つのプラネット・ギヤ・ユニット（１２０、２２０、３２９、４２９）、およびサン・ホイール（１３０、２３０、３３０、４３０）を有する。各プラネット・ギヤ・ユニットは、リング・ギヤと噛み合う１次プラネット歯を備えた１次プラネット・ギヤ（１２１、２２１、３２１、４２１）と、サン・ホイールと噛み合う２次プラネット歯を備えた２次プラネット・ギヤ（１２２、２２２、３２２、４２２）とを含む。２次プラネット・ギヤは、１次プラネット・ギヤに軸線方向に接続されており、１次プラネット・ギヤの直径よりも大きい直径を有する。各プラネット・ギヤ・ユニットは、１次プラネット歯に対する２次プラネット歯の限定された弾力的な回転を可能にするように配置された衝撃吸収トランスミッション装置（２０）を含む。
2018534505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング・ギヤ（１１０、２１０、３１０、４１０）、少なくとも２つのプラネット・ギヤ・ユニット（１２０、２２０、３２０、４２０）、およびサン・ホイール（１３０、２３０、３３０、４３０）を有する、複合型プラネット・ギヤ装置（１００、２００、３００、４００）であって、それぞれのプラネット・ギヤ・ユニットは、該リング・ギヤと噛み合う１次プラネット歯（１２１’）を備えた１次プラネット・ギヤ（１２１、２２１、３２１、４２１）と、該サン・ホイールと噛み合う２次プラネット歯（１２２’）を備えた２次プラネット・ギヤ（２２２、３２２、４２２）とを含み、該２次プラネット・ギヤは、該１次プラネット・ギヤに軸線方向に接続されており、該１次プラネット・ギヤの直径よりも大きい直径を有する、複合型プラネット・ギヤ装置（１００、２００、３００、４００）において、
それぞれのプラネット・ギヤ・ユニット（１２０、２２０、３２０、４２０）は、衝撃吸収トランスミッション装置（２０）を含み、該衝撃吸収トランスミッション装置（２０）は、該１次プラネット歯に対する該２次プラネット歯の限定された弾力的な回転を可能にするように配置されていることを特徴とする複合型プラネット・ギヤ装置。
【請求項２】
それぞれのトランスミッション装置（２０）は、前記１次プラネット歯（１２１’）と前記２次プラネット歯（１２２’）との間でトルクを伝達するように配置されている複数の弾力的な部材（２４）を含む、請求項１に記載の複合型プラネット・ギヤ装置。
【請求項３】
前記弾力的な部材（２４）は、前記２次プラネット・ギヤに配置されている、請求項２に記載の複合型プラネット・ギヤ装置。
【請求項４】
それぞれのトランスミッション装置（２０）は、ドライブ・ディスク（２１）およびコグ・ホイール部材（２５）を含み、該ドライブ・ディスク（２１）は、前記１次プラネット・ギヤ（１２１）を前記２次プラネット・ギヤ（１２２）に接続するプラネット・シャフト（２２）に固定されており、該ドライブ・ディスク（２１）には、該ドライブ・ディスクに固定されている複数の軸線方向に延在するピン（２３）が設けられており、該コグ・ホイール部材（２５）は、周囲歯（２５’）を備えるとともにトランスミッション・ディスク（２６）を含み、該トランスミッション・ディスク（２６）には、該複数のピン（２３）に対応する複数の開口部（２６’）が設けられており、環状の弾力的な部材（２４）は、それぞれの開口部（２６）の中に受け入れられており、それぞれのピン（２３）は、それぞれの弾力的な部材（２４）の中に受け入れられている、請求項３に記載の複合型プラネット・ギヤ装置。
【請求項５】
前記コグ・ホイール部材（２５）の前記周囲歯（２５’）は、前記２次プラネット歯を形成しており、前記ドライブ・ディスク（２１）は、プラネット・シャフト（２２）によって前記１次プラネット・ギヤに回転しないように固定されている、請求項４に記載の複合型プラネット・ギヤ装置。
【請求項６】
それぞれのプラネット・ギヤ・ユニット（１２０、２２０、３２０、４２０）は、軸受（２２４、３２４）とともに、プラネット・ギヤ・モジュールを形成している、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の複合型プラネット・ギヤ装置。
【請求項７】
前記プラネット・ギヤ・モジュールは、前記複合型プラネット・ギヤ装置のハウジングに軸受を装着するための少なくとも１つの軸受ハブ（２２４ａ、３２４ａ）をさらに含む、請求項６に記載の複合型プラネット・ギヤ装置。
【請求項８】
前記複合型プラネット・ギヤ装置（３００、４００）は、偶数のプラネット・ギヤ・ユニット（３２０、４２０）を含む積層式のプラネット・ギヤであり、前記１次プラネット・ギヤ（３２１、４２１）は、第１の半径方向の平面の中に配置されており、前記２次プラネット・ギヤ（３２２、４２２）のうちの半分（３２２’、４２２’）は、第２の半径方向の平面の中に配置されており、前記２次プラネット・ギヤのうちの半分（３２２’’、４２２’’）は、第３の半径方向の平面の中に配置されており、該第３の半径方向の平面は、該第２の半径方向の平面よりも前記第１の半径方向の平面から大きい距離に配置されている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の複合型プラネット・ギヤ装置。
【請求項９】
前記トランスミッション装置（２０）は、前記限定された弾力的な回転を両方の回転方向に等しく可能にするように配置されている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の複合型プラネット・ギヤ装置。
【請求項１０】
前記弾力的な部材（２４）は、予荷重がかけられていないか、または、両方の回転方向に等しく予荷重がかけられている、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の複合型プラネット・ギヤ装置。
【請求項１１】
前記トランスミッション装置（２０）は、少なくとも１°の、好ましくは、２°〜４°の範囲の中の、限定された弾力的な相対回転を可能にするように配置されている、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の複合型プラネット・ギヤ装置。
【請求項１２】
第１のギヤ・ステップを形成する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の第１の複合型ギヤ装置（２００）と、ドライブ・トレイン装置の第２のギヤ・ステップを形成する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の第２の複合型ギヤ装置（３００、４００）とを含む、ドライブ・トレイン装置。
【請求項１３】
前記第１の複合型プラネット・ギヤ装置の前記サン・ホイールは、前記第２の複合型プラネット・ギヤ装置の前記リング・ギヤに接続されている、請求項１２に記載のドライブ・トレイン装置。
【請求項１４】
前記第２の複合型プラネット・ギヤ装置（３００）の前記サン・ホイール（３３０）、または、さらなる複合型プラネット・ギヤ装置のサン・ホイールは、発電機もしくはモータ（５００）または別のユーティリティ・アプライアンスのロータに接続されている、請求項１２または１３に記載のドライブ・トレイン装置。
【請求項１５】
少なくとも、前記第１の複合型プラネット・ギヤ装置を受け入れる第１のコンパートメント（８２０）と、前記第２の複合型プラネット・ギヤ装置を受け入れる第２のコンパートメント（８３０）とに分割されたハウジングを含み、該コンパートメントは、異なる潤滑媒体が該それぞれのコンパートメントに役立つことを可能にするために、互いに封止されている、請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載のドライブ・トレイン装置（８００）。
【請求項１６】
前記第１のコンパートメント（８２０）および前記第２のコンパートメント（８３０）のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つのサブ・コンパートメント（８２０ａ、８２０ｂ、８３０ａ、８３０ｂ）に分割されている、請求項１５に記載のドライブ・トレイン装置（８００）。
【請求項１７】
第１の管状のシャフト部材（７１０、７１０’）と、第２の管状のシャフト部材（７１２、７１２’）とを含む入力シャフトを含み、該第１の管状のシャフト部材（７１０、７１０’）は、前記第１の複合型プラネット・ギヤ装置の前記リング・ギヤに接続されており、該第２の管状のシャフト部材（７１２、７１２’）は、該第１の管状のシャフト部材の周りに同軸に配置されており、環状の装着ディスク（７１１、７１１’）によって前記第１の管状のシャフト部材に固定されており、前記第２の管状のシャフト部材は、軸受（７１３、７１３’）の中で、前記ドライブ・トレイン装置のハウジング（７１４、７１４’）に軸支されている、請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載のドライブ・トレイン装置（８００）。
【請求項１８】
前記第１の管状のシャフト部材（７１０、７１０’）は、比較的弱く、また、前記装着ディスク（７１１、７１１’）から前記第１の複合型プラネット・ギヤ装置の前記リング・ギヤへトルクを主に伝達するように配置されており、前記第２の管状のシャフト部材（７１２、７１２’）は、前記ハウジング（７１４、７１４’）とともに、前記装着ディスク（７１１、７１１’）からの軸線方向の力、半径方向の力、および曲げ力を吸収するように配置されている、請求項１７に記載のドライブ・トレイン装置。
【請求項１９】
タービンは、前記装着ディスクに固定されている、請求項１７または１８に記載のドライブ・トレイン装置。
【請求項２０】
前記第１の複合型プラネット・ギヤ装置、前記第２の複合型プラネット・ギヤ装置、および前記入力シャフトは、モジュール式に組み立てられおよび分解されるモジュール・パー・モジュールになるように配置された別々のモジュール（２、３、４）として配置されている、請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載のドライブ・トレイン装置。
【請求項２１】
前記装着ディスク（７１１、７１１’）に装着されているタービンを制御するための制御手段（４５１、４５２）は、前記第１の複合型プラネット・ギヤ装置から、前記入力シャフトの前記第１の管状のシャフト部材（７１０、７１０’）を軸線方向に通って、前記装着ディスク（７１１、７１１’）へ延在している、請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載のドライブ・トレイン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いくつかのトルク伝達ギヤ・コンポーネントにトルクを分けることによって、トルクを伝達するための複合型プラネット・ギヤ装置に関する。また、本発明は、ドライブ・トレイン装置のそれぞれのギヤ・ステップを形成する少なくとも２つのそのような複合型プラネット・ギヤ装置を含むドライブ・トレイン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転運動またはトルクを別の回転運動およびトルクに変換する必要性が存在する、多くの用途がある。ほとんどの場合、何らかの種類のプラネタリ・ギヤ装置および複合型プラネタリ・ギヤ装置が、そのような回転から回転への配置に使用され得る。
【０００３】
そのような用途の例は、風車および流体動力ミルのようなデバイスであり、そこでは、低いＲＰＭにおける高いトルクを、より高いＲＰＭを伴うより低いトルクに変換することが必要である。他の例は、車およびトラック、タービン、電気モータ、ならびに、他の駆動装置の中のモータであり、そこでは、高いＲＰＭおよび低いトルクを、低いＲＰＭを伴う高いトルクに変換することが必要である。
【０００４】
伝達されるトルクがいくつかのギヤ・コンポーネントの間で分けられる、プラネタリ・ギヤなどのようなギヤ装置において、ギヤ装置のオーバ・デタミネーション（ｏｖｅｒ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）に伴う問題がある。そのようなオーバ・デタミネーションは、バランスの取れていない荷重、および、ギヤ・コンポーネントの不均一な摩耗につながる可能性がある。本発明は、オーバ・デタミネーションに関連する問題を解決することに関するだけではなく、ギヤ装置を通して伝達される力が劇的に変化するときに、ギヤ装置の中に起こる過渡的な力を低減するために、衝撃吸収を提供することに関連する問題を解決することに関する。ギヤ装置のこれらのタイプにおいて、装置全体が、耐久性のあるものであり、また、予測可能な長い耐用寿命を有することは極めて関心の高いものである。さらに重要な態様は、体積重量比がギヤ比に対して可能な限り低くなることである。
【０００５】
本発明は、上述のタイプのさまざまな用途において、また、他の用途において使用され得る。どのように本発明がギヤ装置の機能性を改善することができるかを実証するための特定の関心の用途は、風力発電産業である。この産業において、プラネタリ・ギヤボックスは、タービンまたはロータ・ブレードから電力の発生のための発電機へのドライブラインの中心部分の役割を果たしている。
【０００６】
運動中の大きい質量、プロペラ、および発電機に起因する乱れた風の変化は、ギヤボックスを通る力の方向の突然で強力な変化を生じさせる。この方向の変化は、ギヤボックス・ドライブ・トレインの中の空気ギャップおよび剛性とともに、噛み合っている歯の上に、および、軸受の中に、衝撃波および高い過負荷をもたらす。ギヤ歯間の金属接触は、ギヤボックスの中の油を汚染することになる。ＲＰＭ粘度および清浄度に対して油の品質を最適化することは、非常に重要である。寿命時間をさらに延長するために、軸受およびギヤなどのような損傷を受けやすいパーツがより良好に最適化された新しいコンポーネントと適切な場所で交換され得るギヤボックスを生成することが必要である。
【０００７】
そのうえ、ワイ．グオ（Ｙ．Ｇｕｏ）、ジェイ．ケラー（Ｊ．Ｋｅｌｌｅｒ）、およびアール．パーカー（Ｒ．Ｐａｒｋｅｒ）による２０１２年６月付けのプレプリントの非特許文献１に説明されているように、過渡的な力は、風車において非常に一般的であり、また、この種類の配置に対してマイナスの寿命時間要因を有し、ギヤボックスを通して、スプリット・トルクの均一な分配を実現することが可能である。
【０００８】
多くの異なる種類のエピサイクリック・ギヤボックスがテストされてきたが、風車ギヤボックスの低い寿命時間の原因は、依然として十分には知られていない。今日では、多くの風車製造業者が、直接駆動の永久磁石を探しているが、それらは、土類金属を使用して、非常に大きく、重く、高価になり、土類金属は、限られた資源である。
【０００９】
ギヤボックスは、１つの回転シャフトから別の回転シャフトへ、回転速度、トルク、および／または回転を変化させる動力伝達のためのデバイスである。車軸間のこの動力伝送は、通常、２つの円筒形状のギヤの間の協調的な噛み合いを通して行われる。これは、転動移動および摺動移動を伴う１度に２つだけの歯の側面が現在のトルクを伝達することを意味している。その２つの対合する歯フランクによって、噛み合いは、ギヤ間で伝達されるトルクに関して寸法決めされなければならない。これは、ギヤ直径、幅、および噛み合いを変化させることによって行われ得る。ギヤ材料、および、歯フランクの硬度、ならびに、ギヤボックスを潤滑する油は、当然ながら、強度の増加および機械的な摩滅に対する抵抗の増加に関して、極めて重要な要因を構成する。円筒形状のギヤボックスにおいて、より大きい直径の駆動ギヤがより小さい直径の被駆動ギヤを備えたギヤと噛み合うときに、アップシフトが起こる。それに対応して、より小さい直径駆動ギヤがより大きい直径の被駆動ギヤと噛み合っているときには、ダウンシフトが起こる。高いアップシフトまたはダウンシフトを必要とする用途では、いくつかのギヤ・ステップが必要とされ得る。たとえば１：５の第１のステップは、たとえば１：５の第２のステップによって補完され得、１：２５の合計アップシフトをもたらす。噛み合っている２つの歯フランクが、たとえば、電気的なエネルギーを発生させるための風のエネルギーの抽出などにおいて、大きい入力トルクに関して適合されなければならない場合には、円筒形状のギヤ装置は、そのギヤ比に関連して、大きく重いギヤボックスにつながる可能性がある。この問題を回避するために、さまざまな異なるプラネタリ・ギヤボックスが、高い速度比を有するコンパクトなエネルギー密度の高いギヤ装置を提供することに関して提案されており、ここで、速度比は、ギヤボックスの入力シャフトおよび出力シャフトの出力速度に対する入力速度として理解されるべきである。
【００１０】
プラネタリ・ギヤボックスは、３つのタイプのエレメント、すなわち、プラネタリ・ギヤ、プラネット・キャリア、および、メイン・ギヤの周りに構築され、メイン・ギヤは、外側リング・ギヤまたはリング・ホイール、および、内部サン・ギヤまたはサン・ホイールから構成されている。このタイプのギヤボックスによって、リング・ギヤとサン・ギヤとの間でギヤボックスを通してトルクを変換する際に協働するいくつかのプラネット・ギヤに、入来トルクを分けることが可能である。
【００１１】
プラネタリ・ギヤボックスは、多くの方法で作製され得るが、ほとんどの場合は、単一のまたは複合型トランスミッション・ギヤボックスとして作製され得る。単一のプラネタリ・ギヤボックスでは、複数の単一のプラネタリ・ギヤが、リング・ギヤとサン・ギヤとの間で直接トルクを変換する。
【００１２】
複合型プラネタリ・ギヤ・トランスミッションでは、トルクは、複数のプラネタリ・ギヤ・セットを介してリング・ギヤからサン・ギヤへ伝達され、それぞれのプラネタリ・ギヤ・セットは、少なくとも２つのプラネタリ・ギヤを含み、そのうちの１つは、リング・ギヤと噛み合っており、また、そのうちの１つは、サン・ギヤと噛み合っている。それぞれのセットの中のプラネタリ・ギヤは、複合型プラネタリ・ギヤボックスの中で、互いに噛み合い接触しているか、または、ステップ式複合型プラネタリ・ギヤボックスと同様に、共通のシャフトによって互いに固定されているか、のいずれかであることが可能である。そのような複合型プラネタリ・ギヤ装置は、単一のプラネタリ・トランスミッション・ギヤボックスよりも高い速度比を発生させることが可能である。
【００１３】
プラネタリ・ギヤボックス・キャリアは、いくつかの実施形態では、トランスミッション入力／出力シャフトに接続され得、したがって、固定されたリング・ギヤによって、サン・ギヤに対してその回転するプラネタリ・ギヤを通して、および、出力／入力シャフトへのその接続を通して、トルクを変換する。他の例では、キャリアは、ギヤボックスに固定され得、そして、それは、リング・ギヤがギヤボックス入力／出力シャフトに接続されていることを意味している。したがって、回転するリング・ホイールは、トルクを変換するその回転するプラネタリ・ギヤを備えた固定されたプラネタリ・キャリアを通して、出力／入力シャフトに接続されているサン・ギヤにトルクを伝える。
【００１４】
スプリット・トランスミッションによって、トルクの変換が、関与するコグ・フランクの上に均一に分配されることが極めて重要である。
３つのプラネタリ・ギヤが単一のプラネタリ・ギヤボックス構築体の中で使用されている場合に、サン・ギヤは、３つのプラネタリ・ギヤ歯フランクを通して中心に置かれ得、また、物理的な理由および幾何学的な理由によって、リング・ギヤとサン・ギヤとの間に均一な力の伝達分布を発生させる可能性を与える。
【００１５】
風力タービン、車などに使用される、多くのプラネタリ・ギヤボックスにおいて、単一のプラネタリ構築体としての１〜３ステップの３つのプラネタリ・ギヤは、入来１次トルクをリング・ギヤとサン・ギヤとの間で伝えるために使用される。
【００１６】
単一のトランスミッション・ギヤボックスの中に３つのプラネタリ・ギヤがある場合に、リング・ホイールの内部ギヤリングによって、約１：１２のギヤ比を実現することが可能である。この高いギヤ比において、サン・ホイールおよびそのシャフトは、サイズが不釣り合いになることになり、したがって、通常は、より低いギヤ比が実際には使用される。単一のプラネタリ・ギヤボックスの中に４つのプラネタリ・ギヤがある場合に、プラネタリ・ギヤが互いに当たり始める前に、約１：５，２のギヤ比を達成することが可能であり得、６つのプラネタリ・ギヤは、おおよそ１：２，５であり、８つのプラネタリ・ギヤは、おおよそ１：２である。
【００１７】
従来技術
特許文献１は、風力発電に関し、また、それぞれのステップの中に３つのプラネット・ギヤを備えた、２段のプラネタリ・ギヤボックスを開示している。第１段の回転するプラネット・キャリアは、３つのプラネタリ・ギヤを通して、プラネタリ・ギヤ歯フランクを通して中心に置かれたサン・ギヤへ、トルクを伝達する。このサン・ギヤは、３つの追加的なプラネタリ・ギヤを通してトルクを変換する第２のステップの中のプラネット・キャリアを回転させるための駆動手段を介して、発電機に動力を与えるシャフトに取り付けられているサン・ホイールへ、おおよそ１：１６の合計ギヤ比でトルクをさらに伝える。他の特許では、同様の装置が、別のプラネット・ギヤ段、および／または、固定された軸線のギヤ・システムをさらに装備しており、ギヤ比を改善し、発電機のサイズ、重量、およびコストを低減する。３つのプラネット・ギヤを備えたそのような配置によって、第１のサン・ギヤ、その３つのプラネットを備えた第２のプラネット・キャリア、および、ヘリカル・カット・コグは、フリー・フローティング・ユニットを生成することになり、フリー・フローティング・ユニットは、コグ・ホイール・フランクのみによって中心に置かれて安定化されている。
【００１８】
理論では、上記の配置は、オーバ・デタミネーション問題を含まないはずであり、重力が、特定の関心であり得る。
第１のステップの中で３つのプラネタリ・ギヤだけを使用する別の否定的側面は、大きい１次トルクだけが、３対のコグ・ホイール・フランクの上に分割され得、３対のコグ・ホイール・フランクは、大きいコグ・ホイール直径およびサイズを必要とし、３つのプラネタリ・ホイールおよびサン・ホイールの上で変換されるトルクを処理する。軸受の上の荷重は、高くなることになるので、より大きいサイズおよび直径を有する軸受をもたらし、それは、油圧機械的な滑り軸受が使用されない場合には、ギヤ自身よりも大きくなる可能性さえある。さらに、より大きい直径のボール軸受またはローラ軸受は、指数関数にしたがって、ＲＰＭに対するそれらの耐性を低減する。
【００１９】
風力タービン、車などに使用される他のプラネタリ・ギヤボックスでは、１〜３ステップの中の４つのプラネタリ・ギヤが、入来１次トルクをリング・ギヤとサン・ギヤとの間に伝えるために使用される。入来トルクを、ギヤボックスを通る４つの経路に分けることは、ギヤおよび軸受のサイズを減少することになるが、また、ギヤ比を約１：４となるまで低減することになる。さらに、これらの場合、フリー・フローティング・サン・ギヤを有する可能性がない。その代わりに、均一の荷重分配は、ここで、ギヤ、シャフト、軸受の製造、センタリング、弾力性などの精度を増加させることによって、実現されることが求められる。
【００２０】
オーバ・デタミネーションをさらに最小化するために、ギヤ・シャフトは、特許文献２に開示されているものなどのようなフレックス・ピン装置を装備している場合がある。
４つのプラネタリ・ギヤを含む単一ステップのプラネタリ・ギヤ装置は、幾何学的な理由に起因して、最大で約１：５，２のギヤ比を可能にし、実際には、通常、１：４のギヤ比が実現される。２つのステップ・ギヤ装置として配置されているときには、これは、１：１６のギヤ比を与えることになる。ギヤ比を改善するために、および、駆動される発電機のサイズを低減するために、たとえば、特許文献３に開示されているものなどのような、第３のプラネタリ・ギヤ段が追加され得る。他の公知の配置では、第３のギヤ・ステップは、固定された軸線ギヤ・システムとして配置され得、それは、また、風力に関するギヤ・トレインの中の他の大きな問題を解決し、風力タービンのパワー・サポートおよび制御のための中心シャフトの中の孔部を通る中心開口接点を有する。
【００２１】
ハイブリッド・ステップ式のプラネタリ解決策と称される場合もある複合型プラネタリ・ギヤボックスは、リンクされた２つのプラネタリ・ギヤを有しており、それらは、異なる直径を有する１次プラネタリ・ギヤおよび２次プラネタリ・ギヤであり、それらは、１つの複合型ギヤ・ステップの中の１つの共通のシャフトの上に固定されている。この配置は、高い理論ギヤ比でトルクを変換するが、ギヤボックスに関する他の問題を考慮して、リンクされた３対のプラネタリ・ギヤによるギヤ比は、実際には、１：１５から１：２０の領域にあることになる。
【００２２】
そのような複合型のステップ式プラネタリ・ギヤ装置は、理論的に、大きいギヤ比、コンパクトな構築体、高いエネルギー密度、および、高い速度比を示すとしても、ステップ式プラネタリ・ギヤは、たとえば、風車産業の中で、実際にはそれほど使用されてこなかった。そのような公知のステップ式ギヤ装置は、以下の問題を頻繁に示すことが分かった。
【００２３】
それらは、オーバ・デタミネーションを防止するために、非常に正確な機械加工および測定を必要とする。その理由は、１つの共通のシャフトへの正確な固定を伴う２つの異なるギヤの間の二重の噛み合い接触は、製造および組み立てをより困難にし、より大きい故障のリスクをもたらすからである。
【００２４】
同じレベルに４つのプラネットを備えたステップ式プラネタリ・ギヤは、ギヤ比を低減し、この解決策を魅力的でないものにすることになる。
特許文献４は、複合型プラネタリ・ギヤボックスを開示しており、そこでは、２次プラネット・ギヤが、２つの軸線方向のレベルに積層されており、したがって、内部にギヤの付いたリング・ホイールから中心のサン・ギヤへスプリット・トルクを生成する。その文献は、オーバ・デタミネーションの問題を議論しているが、本明細書で説明されているすべての実施形態に使用可能な満足のいく解決策を提案することができていない。
【００２５】
特許文献５では、複数の同一の形状の第１および第２のプラネット・シャフトは、１次的および２次プラネット・ギヤを装備しており、１次的および２次プラネット・ギヤは、軸線方向および半径方向（第２のプラネット・シャフトによる）の両方に積層されており、セクタを形成し、外部リング・ギヤから中心のサン・ギヤへスプリット・トルクを変換する。より小さい直径のギヤは、より良好な機械加工条件および測定条件を提供し、関係するギヤの上に均一のフランク圧力を実現することになる。欠点は、たとえば、特許文献４に説明されているものと同じギヤ比を実現するための追加のギヤ・ステップである。
【００２６】
特許文献６は、１次および２次プラネット・ギヤを装備している複数の同一の形状の第１、第２、および第３のプラネット・シャフトを備えたギヤボックスを提示しており、ここで、それらのプラネットを備えた第１および第２のプラネット・シャフトは、外部にカットされたリング・ギヤの両側に積層されており、２つの第１のプラネット・シャフトを備えた２つのセクタを形成しており、２つの第１のプラネット・シャフトは、それらのプラネット・ギヤによって、第２のプラネット・シャフトのプラネット・ギヤと一緒に噛み合わされており、これらの２つのセクタは、第３のプラネット・シャフトおよびそのプラネット・ギヤと一緒に噛み合わされており、スプリット・トルクとしてリング・ギヤによって発生するトルクの半分を発電機の駆動シャフトに変換する。
【００２７】
２つのレベルに第２のプラネタリ・ギヤを積層することは、高い速度比を実現する可能性を改善し、ギヤボックスを通るスプリット・トルク・ギヤ機能を倍増するが、ギヤボックスの中のさらに異なる位置にある６つの、８つの、またはそれ以上のコグ・ホイールが、均一のコグ・フランク圧力で噛み合うように固定されなければならないことをもたらすことになる。
【００２８】
より高いトルクがギヤボックスを通して伝達されるときに、ギヤのうちの少なくとも１つが、たとえばスプラインによって、シャフトに固定されなければならず、スプラインは、ミスアライメントのリスクをさらに劇的に増加させ、１つまたは多くのコグ・フランクのオーバ・デタミネーションを生成する。
【００２９】
より大きいコグ・ホイールは、正確なマスキング・パラメータを有するように測定および調節することが困難である。
特許文献７は、プラネタリ・ギヤ・ユニットを開示している。それは、等しい直径の２つのサブギヤを備えたスプリット・プラネット・ギヤを含み、それらは、プラネタリ回転軸線に対して平行に配置されているスプリング・バーによって、互いに対して相互に予荷重がかけられている。その配置は、バックラッシュのないプラネタリ・ギヤ・ユニットをもたらすと言われている。
【００３０】
Ｓｗｅｄｉｓｈ  Ｅｌｆｏｒｓｋ  ｒｅｐｏｒｔ  １０：５０  ２０１１  ａｎｄ  ＣＩＲＰ  Ａｎｎａｌｓ  −  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ６１  （２０１２）  ６１１−６３４によって作成された、すべてのスウェーデンの風車に関する損傷報告書は、ギヤボックスが、全体的に、約束された２０年の耐用寿命の約半分よりも長くは持ちこたえなかったことを結論付けた。その結果は、ギヤボックス設計者が、すべての内部の動的な力を考慮できていないことを示している。
【００３１】
特許文献８は、コンプライアント・ギヤ（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ  ｇｅａｒ）を開示している。この文献は、衝撃吸収、噛み合っているギヤ間の公差要件の低減、およびノイズレス・ギヤに使用されることになるコンプライアント・ギヤを生成するという以前の試みは、噛み合っているギヤ間の中心線距離を維持するための半径方向の剛性の欠如に起因して、失敗した。この文献は、コンプライアント・ラミネート間のサンドイッチ構築体としてのリジッドのシムの侵入によって、コンプライアント・ギヤの半径方向の剛性を増加させることを提案している。それの後に、特許文献９のような他の同様の構築体が続き、または、単に、コグ・ホイール特許文献１０の内側の、もしくは、特許文献１１と同様のコグ・ホイールに接続されているハブの中の、曲げ可能なスプロケットをギヤに提供することが続いた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】米国特許第６，４５９，１６５号明細書
【特許文献２】米国特許第３，３０３，７１３号明細書
【特許文献３】米国特許第８，９０７，５１７号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１０／０１１３２１０Ａ１号明細書
【特許文献５】米国特許第８，７３４，２８９Ｂ２号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００３／００１５０５２Ａ１号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１０／０２４０４９０Ａ１号明細書
【特許文献８】米国特許第４，６７４，３５１号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第４，８３１，８９７Ａ号明細書
【特許文献１０】国際公開第２００７／１１９０７４Ａ１号公報
【特許文献１１】ドイツ特許出願公開第１０２００７０５３５０９Ａ１号明細書
【非特許文献】
【００３３】
【非特許文献１】ＮＲＥＬ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｐａｐｅｒ；  ＮＲＥＬ／ＣＰ−５０００−５５３５５；  「Ｄｙｎａｍｉｃ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｐｌａｎｅｔａｒｙ  Ｇｅａｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｂａｌａｎｃｅ  Ａｐｐｒｏａｃｈ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
本発明の目的は、改良された複合型のステップ式および／または積層型のプラネット・ギヤ装置を提供することである。
別の目的は、入力シャフトに作用する過渡的なトルク変化のマイナスの影響を低減するために、衝撃吸収特性を有するそのような複合型プラネット・ギヤ装置を提供することである。
【００３５】
さらなる目的は、合計荷重を共有する複数のギヤの間で等しい荷重分配を可能にする高い自由度で、オーバ・デタミネーションによって引き起こされる問題を効率的に低減する、そのような複合型プラネット・ギヤ装置を提供することである。
【００３６】
一層さらなる目的は、高いギヤ比、高いエネルギー密度、および、高い速度比を示す、そのような複合型プラネット・ギヤ装置を提供することである。
さらに別の目的は、容易に組み立ておよび分解され得、また、メンテナンスを容易に可能にする、そのような複合型プラネット・ギヤ装置を提供することである。
【００３７】
さらに別の目的は、ギヤボックスを駆動するように配置されている風力タービンが、タービンを発電機に接続するギヤ装置の限定されたパーツの小さい修正だけを必要としながら、省スペース式で容易に制御され得ることを可能にする、そのような複合型プラネット・ギヤ装置を提供することである。
【００３８】
別の目的は、最適なギヤ比を依然として可能にしながら、サン・ホイールなどのような構成コンポーネントの寸法が小さく維持され得る、そのような複合型プラネット・ギヤ装置を提供することである。
【００３９】
さらに別の目的は、ドライブ・トレインを形成する複合のギヤ装置が、モジュール式のコンポーネントを組み合わせることによって容易に組み立てられ得ることを可能にする、そのような複合型プラネット・ギヤ装置を提供することである。
【００４０】
さらなる目的は、かなりの程度の乱流を示す激しく変化する風から電気エネルギーを効率的に抽出するための風車の中で使用されるように適合されている、そのような複合型プラネット・ギヤ装置を提供することである。
【００４１】
さらに別の目的は、複合型プラネット・ギヤ装置のリング・ギヤに接続された、入来または送出シャフトが、半径方向および軸線方向に安定して支持されることを可能にする、そのような複合型プラネット・ギヤ装置を提供することである。
【００４２】
一層さらなる目的は、複合型プラネット・ギヤ装置のサン・ホイールに接続され、または、それを形成する、入来または送出シャフトが、半径方向に支持されることを可能にする、そのような複合型プラネット・ギヤ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
これらのおよび他の目的は、請求項１のプリアンブルに述べられており、また、請求項１の特徴部分に特定されている特別な技術的特徴を示す、複合型プラネット・ギヤ装置によって実現される。複合型プラネット・ギヤは、リング・ギヤ、少なくとも２つのプラネット・ギヤ・ユニット、およびサン・ホイールを含む。それぞれのプラネット・ギヤ・ユニットは、リング・ギヤと噛み合う１次プラネット歯を備えた１次プラネット・ギヤと、サン・ホイールと噛み合う２次プラネット歯を備えた２次プラネット・ギヤとを含む。２次プラネット・ギヤは、１次プラネット・ギヤに軸線方向に接続されている。２次プラネット・ギヤの直径は、１次プラネット・ギヤの直径よりも大きい。それぞれのプラネット・ギヤ・ユニットは、衝撃吸収トランスミッション装置を含み、衝撃吸収トランスミッション装置は、１次プラネット歯に対する２次プラネット歯の限定された弾力的な回転を可能にするように配置されている。
【００４４】
２次プラネット・ギヤが１次プラネット・ギヤよりも大きい直径を有することは、ギヤ・ユニット自体が複合型プラネタリ・ギヤ装置の中のギヤ・ステップを構成することをもたらす。それによって、複合型プラネタリ・ギヤ装置は、３つのギヤ・ステップを提供する。第１のギヤ・ステップは、リング・ギヤと１次プラネット・ギヤとの間の直径の差に対応している。第２のギヤ・ステップは、１次プラネット・ギヤと２次プラネット・ギヤとの間の直径の差に対応している。第３のギヤ・ステップは、２次ギヤ・ステップとサン・ホイールとの間の直径の差に対応している。このようにして、複合型ギヤ装置は、比較的高い合計ギヤ比によって容易に設計され得る。さらに、そのような高い合計ギヤ比は、省スペースおよび省重量式で達成され得る。また、追加的な第２のギヤ・ステップは、複合型ギヤ装置全体に関して所望の合計ギヤ比を選択するときに、自由度を増加させる。
【００４５】
衝撃吸収トランスミッション装置は、１次プラネット・ギヤと２次プラネット・ギヤとの間の弾力的な相対回転をさらに可能にする。このようにして、プラネタリ・ギヤのうちの１つの激しい回転の加速および遅延は、他のプラネット・ギヤによって滑らかに吸収され、それによって、１つのコグ・フランクが、噛み合っているギヤの対応するコグ・フランクに接触するときの、激しい衝撃を防止する。
【００４６】
たとえば、風車の据え付けにおいて使用されるときに、激しく変化する力および乱流を伴う風は、ロータの回転速度を瞬間的に変化させる。これは、ギヤ装置およびそれに接続されている発電機の運動量と相俟って、１つのギヤのコグ歯が、噛み合っているギヤにおける２つのコグ歯の隣接するコグ・フランクと絶え間なく高頻度で変化する接触をさせることになる。本発明の衝撃吸収トランスミッション装置は、そのような変化する接触の影響を効率的に低減し、また、入力シャフトの上の激しい回転の加速および遅延が、トランスミッション・ユニットの下流に配置されているギヤに伝達されることを防止する。
【００４７】
また、衝撃吸収効果に加えて、トランスミッション・ユニットは、プラネタリ・ギヤの中のスプリット・トルク・トランスミッションのオーバ・デタミネーションによって引き起こされる問題を大きく低減する。２次プラネット・ギヤは、それらのそれぞれの１次ギヤに対して限定的に弾性的に回転可能であるので、それぞれの２次ギヤは、サン・ホイールとのその係合を個別に調節することが可能であり、ギヤ装置の合計荷重が、瞬間的に係合しているすべての協働するコグ・フランクの間で均一に分配されるようになっている。
【００４８】
このようにして、複合型プラネット・ギヤおよびその構成パーツは、高く瞬間的に大きく変化するトルクに依然として耐えることができる状態で、比較的小さい寸法で設計され得る。そして、これは、複合型プラネット・ギヤが、高いエネルギー密度、高いギヤ比、および、高い速度比で設計され得ることを可能にする。また、弾力的なトランスミッション装置の荷重分配効果は、複合型プラネット・ギヤを通してトルクを伝送することに関与するすべてのコグ・フランクの摩耗を低減し、それによって、装置全体の耐用寿命を大きく改善する。
【００４９】
また、トランスミッション装置は、コンプライアント・ギヤとして理解され得、コンプライアント・ギヤは、衝撃吸収のために、噛み合っているギヤとスプラインとの間に必要とされる公差を低減するために、および、騒音を低減するために、使用されるように配置されており、このトランスミッション装置の中の可能性のあるコンプライアンス機能が、以前に公知のコンプライアント・ギヤよりも比較的はるかに高いとしても、半径方向の剛性が危険にさらされないようになっている。高いコンプライアンス機能は、複合型のステップ式および積層型のプラネタリ・ギヤボックスの中で使用されるように十分に適合されており、また、たとえば、本発明による２つのステップ式および積層式の複合型ギヤボックスから構成されるドライブ・トレインの中で、高い速度比に起因して、ドライブ・トレインの中の入力トルクと出力トルクとの間の非常に高いコンプライアンス性質を発生させることになる。これらのギヤ装置が風車の中で使用される場合には、それらは、たとえば、乱れた風の間に、タービン、ロータ、またはプロペラと発電機との間に頻繁に起こるトルク方向の変化をかなりの程度まで滑らかにし、さらに防止することになる。
【００５０】
トランスミッション装置の衝撃吸収特性を満たすことは、トランスミッション装置が、１次プラネット・ギヤと２次プラネット・ギヤとの間で、特定の最小の弾力的な相対回転を可能にするように配置されることを必要とすることが留意されるべきである。これは、トランスミッション装置が、入力軸の上の激しく変動するトルクによって引き起こされる遅延および加速を低減することができることが必要である。好ましくは、トランスミッション装置は、複合型プラネット・ギヤ装置に関して意図された最大トルクが印加されるときに、少なくとも１度の、好ましくは、２度から４度の間の、弾力的な相対回転を可能にするように配置されるべきであることが分かった。
【００５１】
それぞれのトランスミッション装置は、第１のプラネット歯と第２のプラネット歯との間でトルクを伝達するように配置されている複数の弾力的な部材を含むことが可能である。
【００５２】
好ましくは、弾力的な部材は、１次プラネット・ギヤよりも大きい直径を有する２次プラネット・ギヤに配置されている。このようにして、弾力的な部材によって吸収される必要のある力を低減することが可能である。２次プラネット・ギヤは、１次プラネット・ギヤよりも大きい直径を有するので、弾力的な部材が、１次プラネット・ギヤに配置されているか、または、１次プラネット・ギヤおよび２次プラネット・ギヤを軸線方向に接続するプラネット・シャフトに配置されているとした場合よりも、回転軸線から長い距離に弾力的な部材を配置することが可能である。この距離を増加させることによって、１次プラネット・ギヤと２次プラネット・ギヤとの間で伝達されるトルクは、それに対応して低減された、弾力的な部材に作用する力をもたらすことになる。これは、弾力的な部材の材料特性を選ぶときに、より高い自由度を可能にし、スペース要件を低減し、弾力的な部材の耐用寿命を引き伸ばす。
【００５３】
それぞれのトランスミッション装置は、ドライブ・ディスクおよびコグ・ホイール部材を含むことが可能であり、ドライブ・ディスクは、１次プラネット・ギヤを２次プラネット・ギヤに接続するプラネット・シャフトに固定されており、ドライブ・ディスクには、ドライブ・ディスクに固定されている複数の軸線方向に延在するピンが設けられており、コグ・ホイール部材は、周囲歯を備えるとともにトランスミッション・ディスクを含み、トランスミッション・ディスクには、複数のピンに対応する複数の開口部が設けられており、環状の弾力的な部材は、それぞれの開口部の中に受け入れられており、それぞれのピンは、それぞれの弾力的な部材の中に受け入れられている。
【００５４】
そのような場合、コグ・ホイール部材の周囲歯は、２次プラネット歯を形成することが可能であり、ドライブ・ディスクは、プラネット・シャフトによって１次プラネット・ギヤに回転しないように固定され得る。
【００５５】
有利には、プラネット・ギヤ・ユニットは、軸受とともに、プラネット・ギヤ・モジュールを形成することが可能である。そのようなモジュールは、単一のコンポーネントとして、容易に装着および取り外され得る。
【００５６】
プラネット・ギヤ・モジュールは、複合型プラネット・ギヤ装置の主本体部またはハウジングに軸受を固定するための少なくとも１つの軸受ハブをさらに含むことが可能である。
【００５７】
それぞれの弾力的な部材は、環状のゴム・ブッシングを含むことが可能である。
それぞれの弾力的な部材は、内側金属製スリーブおよび外側金属製スリーブをさらに含むことが可能である。
【００５８】
複合型プラネット・ギヤ装置は、偶数のプラネット・ギヤ・ユニットを含む積層式のプラネット・ギヤ装置であることが可能であり、１次プラネット・ギヤは、第１の半径方向の平面の中に配置されており、２次プラネット・ギヤのうちの半分は、第２の半径方向の平面の中に配置されており、２次プラネット・ギヤのうちの半分は、第３の半径方向の平面の中に配置されており、第３の半径方向の平面は、第２の半径方向の平面よりも第１の半径方向の平面から大きい距離に配置されている。
【００５９】
複合型プラネット・ギヤ装置が積層式でない場合、それは、偶数または奇数のプラネット・ギヤ・ユニットを含むことが可能である。
トランスミッション装置は、限定された弾力的な回転を両方の回転方向に等しく可能にするように配置され得る。このようにして、複合型プラネット・ギヤ装置は、入来シャフトに印加されるトルクの激しい変動、および、複合型プラネット・ギヤが両方の回転方向に駆動されるときに、送出シャフトに十分に等しく印加される荷重の激しい変動を吸収することができることになる。さらに、複合型プラネット・ギヤ装置は、いずれかの回転方向に駆動されるときに、十分に等しく激しい遅延および加速を吸収することができることになる。
【００６０】
弾力的な部材は、予荷重がかけられないか、または、両方の回転方向に等しく予荷重がかけられ得る。これは、とりわけ、単独で見たときに単一のプラネット・ギヤ・ユニットのそれぞれの弾力的な部材に当てはまる。いくつかのプラネット・ギヤ・ユニットが、複合型プラネット・ギヤ装置を形成するように装着されるときに、正確な位置決めなどのようないくつかの用途において、反対側の回転方向に作用するコグ・フランク間に特定の全体的な予荷重を生成することが望ましい可能性がある。次いで、装着の間に、異なるプラネット・ギヤ・ユニットを角度的に調節することが可能であり、複数のプラネット・ギヤ・ユニットの半分の弾力的な部材が、一方の回転方向にいくらか予荷重がかけられ、一方、プラネット・ギヤ・ユニットの残りの半分の弾力的な部材が、他方の回転方向に等しく予荷重がかけられるようになっている。しかし、複合型プラネット・ギヤ装置のそのような全体的な予荷重は、比較的低く維持されるべきである。その理由は、そのような予荷重は、弾力的な部材を圧縮し、それによって、それらの衝撃吸収能力を対応する程度まで低減することになるからである。また、複合型プラネット・ギヤ装置のそのような全体的な予荷重は、コグ・フランクにかかる荷重を増加させることになることが留意されるべきである。それによって、複合型プラネット・ギヤ装置によって伝達され得る最大トルクを低減すること、または、関与するギヤおよび軸受の寸法を増加させること、もしくは、代替的にコグ・フランクの荷重軸受能力を増加させることのいずれかが必要である。
【００６１】
本発明は、ドライブ・トレイン装置にさらに関係し、ドライブ・トレイン装置は、第１のギヤ・ステップを形成する上記に説明されているような第１の複合型プラネット・ギヤ装置と、ギヤ装置の第２のギヤ・ステップを形成する上記に説明されているような第２の複合型ギヤ装置とを含む。
【００６２】
第１の複合型プラネット・ギヤ装置のサン・ホイールは、次いで、第２の複合型ギヤ装置のリング・ギヤに接続され得る。
第２の複合型プラネット・ギヤ装置のサン・ホイールは、発電機、モータ、または別のユーティリティ・アプライアンスのロータにさらに接続され得る。
【００６３】
代替的に、ドライブ・トレイン装置は、３つ以上の複合型プラネット・ギヤ・ステップを含むことが可能であり、最後のギヤ・ステップは、サン・ホイールを含み、サン・ホイールは、発電機、モータ、または別のユーティリティ・アプライアンスに接続されている。
【００６４】
発電機、モータ、または別のユーティリティをサン・ホイールに接続することによって、または、代替的に、ユーティリティの一部を形成することが可能であるサン・ホイールによって、サン・ホイールに接続されているかまたはサン・ホイールを含む、ユーティリティのシャフトが、サン・ホイールと噛み合う２次プラネット・ギヤによって複数の方向に半径方向に支持されることになることを、もたらす。たとえば、３つのプラネット・ギヤ・ユニットを含む複合型プラネット・ギヤにおいて、サン・ホイールは、３つの方向に半径方向に支持されることになる。それに対応して、６つのまたは８つのプラネット・ギヤ・ユニットを含む積層式の複合型プラネット・ギヤ装置において、サン・ホイールは、対応する数の半径方向に支持されている。これは、それが接続されているユーティリティにかかる半径方向の荷重を低減するという点において大きな利点を提供し、また、高い速度の用途においてとりわけ有利である。特に、そのような半径方向の支持は、ユーティリティ、および、ユーティリティの中に含まれる追加的な軸受の耐用寿命を大きく改善する。
【００６５】
ドライブ・トレイン装置は、ハウジングを含むことが可能であり、ハウジングは、少なくとも、第１の複合型ギヤ装置を受け入れる第１のコンパートメントと、第２の複合型ギヤ装置を受け入れる第２のコンパートメントとに分割されており、コンパートメントは、異なる潤滑媒体がそれぞれのコンパートメントに役立つことを可能にするために、互いに封止されている。
【００６６】
第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメントのうちの少なくとも１つは、少なくとも２つのサブ・コンパートメントに分割され得る。
ドライブ・トレイン装置は、入力シャフトをさらに含むことが可能であり、入力シャフトは、第１の管状のシャフト部材と、第２の管状のシャフト部材とを含み、第１の管状のシャフト部材は、第１の複合型ギヤ装置のリング・ギヤに接続されており、第２の管状のシャフト部材は、第１の管状のシャフト部材の周りに同軸に配置されており、環状の装着ディスクによって第１の管状のシャフト部材に固定されており、第２の管状のシャフト部材は、軸受の中で、ドライブ・トレイン装置のハウジングに軸支されている。
【００６７】
第１の管状のシャフト部材は、比較的弱く、また、装着ディスクから第１の複合型ギヤ装置のリング・ギヤへトルクを主に伝達するように配置され得、第２の管状のシャフト部材は、ハウジングとともに、装着ディスクからの軸線方向の力、半径方向の力、および曲げ力を吸収するように配置され得る。
【００６８】
これは、ドライブ・ディスクに接続されている入力シャフトまたは出力シャフトが、単にドライブ・トレイン装置に接続されることによって、半径方向および軸線方向に安定して支持されることになるという点において、大きな利点を提供する。このようにして、ドライブ・トレイン装置の外側に追加的な軸受または他の支持構造体を配置する必要性が低減され、そして、それは、さまざまな用途においてドライブ・トレインを利用するときに、スペース要件およびコストを低減する。たとえば、軸線方向および半径方向のスペース要件は、風車または電気自動車のダイレクト・ドライブ・トランスミッションにおいて、ドライブ・トレイン装置または複合型プラネット・ギヤ装置を利用するときに、大きく低減され得る。
【００６９】
管状のまたは中空のシャフトの配置は、このシャフトの内部スペースが、カップリングなどのような、シャフトに接続されている外部ユーティリティの部分を収容するために利用され得ることを、さらに可能にする。また、これは、全体の据え付けのスペース要件を低減することに貢献する。
【００７０】
風力タービンなどのようなタービンは、装着ディスクに固定され得る。
ドライブ・トレイン装置において、第１の複合型プラネット・ギヤ装置、第２の複合型プラネット・ギヤ装置、ならびに、適用可能なときには、発電機および入力シャフトは、モジュール式に組み立てられおよび分解されるモジュール・パー・モジュール（ｍｏｄｕｌｅ  ｐｅｒ  ｍｏｄｕｌｅ）になるように配置された別々のモジュールとして配置され得る。
【００７１】
ドライブ・トレイン装置は、装着ディスクに装着されているタービンを制御するために、電気的なワイヤおよび／または制御流体を導くためのパイプなどのような制御手段を含むことが可能であり、その制御手段は、第１のギヤ・ステップ、または、最後のギヤ・ステップではない別のギヤ・ステップから、入力シャフトの第１の管状のシャフト部材を軸線方向に通って、装着ディスクへ延在している。
【００７２】
複合型プラネット・ギヤおよびギヤ装置のさらなる目的および利点は、実施形態の以下の詳細な説明から、および、添付の特許請求の範囲から明らかである。
一般的に、特許請求の範囲の中で使用されているすべての用語は、本明細書で明示的に別段の定めがなければ、当技術分野におけるそれらの通常の意味にしたがって解釈されるべきである。「１つの（ａ／ａｎ／ｔｈｅ）エレメント、装置、コンポーネント、手段、ステップなど」へのすべての参照は、明示的にそうでないことが述べられていなければ、エレメント、装置、コンポーネント、手段、ステップなどの少なくとも１つのインスタンスを参照するものとして素直に解釈されるべきである。本明細書で開示されている任意の方法のステップは、明示的に述べられていなければ、開示されている正確な順序で実施される必要はない。
【００７３】
ここで、本発明は、例として、添付の図面を参照して説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１ａ】風車のためのドライブ・トレインを図示する斜視図であり、ドライブ・トレインが本発明の実施形態によるギヤ装置を含むことを示す図。
【図１ｂ】図１ａに示されているドライブ・トレインの分解斜視図。
【図２】本発明の１つの実施形態による簡単化された複合型プラネット・ギヤの概略斜視図。
【図３】本発明による複合型プラネット・ギヤの中で使用され得る衝撃吸収プラネット・ユニットの例の分解斜視図。
【図４】本発明による３つのステップ式の複合型プラネット・ギヤ装置の概略の簡単化された上面図。
【図５】図４に示されている３つのステップ式の複合型プラネット・ギヤ装置の斜視的でより完全な半断面図。
【図６】本発明による６つのステップ式の複合型プラネット・ギヤ装置の概略の簡単化された上面図。
【図７】図６に示されている６つのステップ式の複合型プラネット・ギヤ装置の斜視的でより完全な半断面図。
【図８】発電機モジュールに装着されているときの、６つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ装置の斜視的な半断面図。
【図９】本発明による８つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ装置の概略の簡単化された半断面図。
【図１０】図９に示されている８つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ装置の斜視的でより完全な半断面図。
【図１１】本発明によるドライブ・トレイン装置の一部を形成し得る入力モジュールのいくつかのパーツを図示する斜視図。
【図１２】いくつかのパーツが除去されている状態の図１０に示されている８つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ装置を図示する斜視的な半断面図。
【図１３】入力モジュールを図示する斜視的な断面図。
【図１４】代替的な入力モジュールを図示する対応図。
【図１５】本発明の実施形態によるドライブ・トレイン装置全体およびその潤滑代替例を通る斜視的な半断面図。
【図１６】本発明の実施形態による潤滑および制御代替例の詳細を図示する、拡大されたスケールの斜視図。
【図１７】本発明のそれぞれの代替的な実施形態による、８つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ装置の概略の簡単化された上面図。
【図１８】本発明のそれぞれの代替的な実施形態による、８つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ装置の概略の簡単化された上面図。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
ここで、本発明は、添付の図面を参照して、より完全に以降で説明され、図面では、本発明の特定の実施形態が示されている。しかし、本発明は、多くの異なる形態で具現化され得、本明細書に記述されている実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、例として提供されており、本開示が徹底的で完全なものになり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるようになっている。同様の番号は、説明の全体を通して同様のエレメントを参照する。
【００７６】
図１ａおよび図１ｂは、風車のためのモジュール式のドライブ・トレイン装置１を図示している。ドライブ・トレイン１は、入力モジュール２、８つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ装置である第１のギヤ・ステップ・モジュール３、および、６つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ装置である第２のギヤ・ステップ・モジュール４、ならびに、最後に発電機モジュール５を含む。入力モジュール２は、ベース・フレーム６に固定されており、ベース・フレーム６は、風車（図示せず）のナセル（図示せず）に固定され得る。ドライブ・トレインは、入力モジュール２から発電機モジュール５へ中心に延在する長手方向軸線を示す。入力モジュール２は、装着ディスク２’を含み、装着ディスク２’は、長手方向軸線の周りに回転可能であり、また、半径方向に延在する風力タービン・ブレード（図示せず）の固定を可能にするように配置されている。
【００７７】
第１のギヤ・ステップ・モジュール３は、スプライン・シャフト３’を含み、スプライン・シャフト３’は、入力モジュール２の対応するスプライン（図示せず）によって、中空の入力シャフト（図示せず）の中へ挿入されている。入力シャフトは、タービンから第１のモジュール３へ回転移動およびトルクを伝達するために装着ディスク２’に接続されている。第２のギヤ・ステップ・モジュール４は、入力ギヤ４’を含み、入力ギヤ４’は、装着されるときに、第１のギヤ・ステップ・モジュール３の中へ挿入される。さらに詳細に下記に説明されるように、第２のギヤ・ステップ・モジュール４の入力ギヤ４’は、第１のギヤ・ステップ・モジュール３の出力サン・ホイールを形成している。
【００７８】
発電機モジュール５には、発電機入力ギヤ５’が設けられており、発電機入力ギヤ５’は、同じように、第２のギヤ・ステップ・モジュール４の中へ挿入されており、そこで、第２のギヤ・ステップ・モジュールのサン・ホイールを形成している。発電機モジュール５には、ブレーキ・ディスク５’’がさらに設けられており、ブレーキ・ディスク５’’は、発電機モジュール５のロータ（図示せず）に固定されており、そして、ロータは、発電機入力ギヤ５’に接続されている。たとえば、クランピング摩擦デバイス（図示せず）によって、ブレーキング・ディスク５’’にブレーキ力に印加することによって、したがって、発電機ロータ、ドライブ・トレイン１全体、および風力タービンの回転を遅くすることが可能である。
【００７９】
ドライブ・トレイン装置１全体のこのモジュール式の配置は、ドライブ・トレインの組み立て、分解、およびメンテナンスに関して、大きな利点を提供する。異なるモジュールの軸線方向の互いの中への挿入および互いに除去を可能にする配置は、モジュールを補修し、修理し、および交換するために必要とされるスペースを大きく低減する。それによって、ギヤ・トレインを収容するナセルの内部スペースが、最小に維持され得る。
【００８０】
図２は、１つの実施形態による複合型プラネット・ギヤの一般的な概念を概略の簡単化されたように図示しており、複合型プラネット・ギヤは、図１ａおよび図１ｂに示されているギヤ・モジュール３、４のいずれかまたは両方の中で使用され得る。
【００８１】
図２に図示されている複合型プラネット・ギヤ１００は、単一のリング・ギヤ１１０、複数のプラネット・ギヤ・ユニット１２０、および、単一のサン・ホイール１３０を含む。明瞭化のために、１つだけのプラネット・ギヤ・ユニットが図２に示されているが、複合型プラネット・ギヤ１００は、リング・ギヤ１１０からサン・ホイール１３０へトルクを伝達するときに、同時に係合しているいくつかの対のギヤ・フランクの荷重の所望の分配を実現するために少なくとも２つのプラネット・ギヤ・ユニットを含むべきであることが認識される。非積層式の複合型プラネット・ギヤを含む実施形態では、プラネット・ギヤ・ユニットの数は、典型的に３つまたは４つである。積層式の複合型プラネット・ギヤでは、プラネット・ギヤ・ユニットの数は、２倍になることが可能であり、したがって、典型的に、６つまたは８つのプラネット・ギヤ・ユニットをもたらす。リング・ギヤ、プラネット・ギヤ・ユニット、およびサン・ホイールのそれぞれのギヤ・フランクによって支持されることになる荷重は、したがって、プラネット・ギヤ・ユニットの数によって割られる合計荷重まで低減される。
【００８２】
図２において見られるように、プラネット・ギヤ・ユニット１２０は、１次プラネット・ギヤ１２１および２次プラネット・ギヤ１２２をそれぞれ含み、１次プラネット・ギヤ１２１は、リング・ギヤ１１０と噛み合う１次歯１２１’を有しており、２次プラネット・ギヤ１２２は、１次プラネット・ギヤ１２１に軸線方向に接続されている。２次プラネット・ギヤ１２２には、２次歯１２２’が設けられており、２次歯１２２’は、サン・ホイールと噛み合っている。本発明によれば、プラネット・ギヤ・ユニットは、衝撃吸収トランスミッション装置をさらに含み、衝撃吸収トランスミッション装置は、２次歯１２２’が１次歯１２１’に対して限定された弾力的な回転を行うことを可能にする。
【００８３】
図３は、そのような衝撃吸収トランスミッション・ユニットがどのように配置され得るかの例を図示している。図３に示されている例によれば、トランスミッション・ユニット２０は、円形のドライブ・ディスク２１を含み、ドライブ・ディスク２１は、プラネット・シャフト２２に回転しないように固定されている。プラネット・シャフト２２には、スプライン（図示せず）が設けられており、ドライブ・ディスク２１および１次プラネット・ギヤ（図３には示されていない）がプラネット・シャフト２２に回転しないように固定され得るようになっている。
【００８４】
ドライブ・ディスク２１には、複数の円筒形状のピン２３が設けられており、ピン２３は、ドライブ・ディスク２１に固定されており、プラネット・シャフト２２に平行に延在している。ピン２３は、円周方向に均一に分配されており、示されている例では、９個のそのようなピン２３が、ドライブ・ディスク２１の上に配置されている。それぞれのピン２３は、それぞれの弾力的な部材２４の中に受け入れられている。弾力的な部材２４は、天然ゴムまたは合成ゴムなどのような、弾力的な弾性材料を含む。それぞれの弾力的な部材の弾力的な弾性材料は、円筒形状のスリーブとして形成されており、円筒形状のエンベロープ表面、および、軸線方向に中心に延在する円筒形状のボアを有する。弾力的な部材は、内側の円筒形状の金属スリーブ２４’、および、外側の円筒形状の金属スリーブ２４’’をさらに含み、内側の円筒形状の金属スリーブ２４’は、円筒形状のボアの中に受け入れられ、外側の円筒形状の金属スリーブ２４’’は、弾力的な弾性材料スリーブのエンベロープ表面を取り囲んでいる。内側金属製スリーブ２４’および／または外側金属製スリーブ２４’’は、好ましくは、圧入によって弾力的な弾性材料に嵌め込まれており、弾力的な弾性材料が圧縮され、それによって、装着されるときにプリテンションまたは予荷重がかけられるようになっている。円筒形状の弾力的な部材２４のそのような対称的な半径方向の予荷重は、弾力的な部材がプラネット・ギヤ・ユニット（弾力的な部材がその中に含まれている）の両方の回転方向に等しく予荷重がかけられることをもたらすことになることが留意されるべきである。弾力的な部材２４の数、弾力的な弾性材料の寸法および特性、ならびに、圧縮の程度を選択することによって、印加されるトルクと、１次歯と２次歯との間で許容される相対回転の程度との間の比を調節することが可能である。
【００８５】
トランスミッション・ユニット２０は、周囲歯２５’を備えた環状のコグ・ホイール部材２５、および、円形のトランスミッション・ディスク２６をさらに含み、トランスミッション・ディスク２６は、複数の円筒形状の貫通開口部２６’、および、プラネット・シャフト２２を受け入れるための中心の円筒形状のボア２６’’を備えている。貫通開口部２６’の数および位置決めは、ピン２３の数および位置決めに対応している。貫通開口部２６’は、弾力的な部材２４が締まり嵌めでその中に受け入れられ得るように、さらに寸法決めされている。環状のスライド軸受２９が、ドライブ・ディスク２１および環状のコグ・ホイール部材２５との間に配置され、それらの間の相対回転を可能にするようになっている。
【００８６】
環状のコグ・ホイール部材２５およびトランスミッション・ディスク２６には、装着ボルト２８の受け入れのための複数の相互に対応する装着孔部２５’’、２６’’’が設けられている。トランスミッション・ディスク２６の装着孔部２６’’’は、トランスミッション・ディスク２６の周囲の方向に細長くなっており、環状のコグ・ホイール部材２５とトランスミッション・ディスク２６との間の相対的な角度位置が、装着ボルト２８を締め付ける前に調節され得るようになっている。これは、重要な特徴である。その理由は、それが、プラネット・シャフト２３に固定されている１次プラネット・ギヤ２１と環状のコグ・ホイール部材２５との間の、すなわち、１次プラネット歯と２次プラネット歯との間の相対的な角度位置が、装着されるときに調節されることを可能にするからである。ギヤ装置全体の据え付けの間に、そのような公称角度調節が、ドライブ・トレインの中に含まれるすべてのトランスミッション・ユニットに関して実施され得、同時に係合しているすべてのドライブ・トレイン・コグ・フランクが、等しい公称荷重を経験することができるようになっている。
【００８７】
また、トランスミッション・ユニット２０は、中心軸受２７を含み、中心軸受２７は、ドライブ・ディスク２１とトランスミッション・ディスク２６との間に、プラネット・シャフト２２の周りに同軸に配置されている。軸受２７は、スライド軸受またはローラ軸受であることが可能であり、それは、ドライブ・ディスク２１とトランスミッション・ディスク２６との間の相対的な小さい回転移動を可能にする。
【００８８】
衝撃吸収トランスミッション・ユニット２０の上述の実施形態では、弾力的な部材２４は、市販されている標準的なブッシングから形成されている。しかし、１次プラネット歯と２次プラネット歯との間の限定された弾力的な相対回転は、多くの他の方法でも達成され得る。たとえば、ドライブ・ディスクには、軸線方向に突出する支持部材および半径方向に延在する支持部材が設けられ得、それらは、概してドライブ・ディスクの円周方向に面している対向する第１の支持表面を形成している。トランスミッション・ディスクは、それぞれの第１の支持表面に面する対応する第２の支持表面を含むことが可能である。圧縮スプリング、リーフ・スプリング、または弾性ブッシングなどのような、弾性部材が、対向する第１および第２の支持表面のそれぞれの対の間に配置され得、トランスミッション・ディスクおよび環状のコグ・ホイール部材がドライブ・ディスクおよび１次ギヤに対して限定的におよび弾性的に回転されることを可能にするようになっている。
【００８９】
プラネット・ギヤ・ユニットの中に含まれている衝撃吸収トランスミッション・ユニットの異なる実施形態によって、印加されるトルクと最大の相対回転との間の比を選ぶことが可能である。たとえば、１次プラネット歯と２次プラネット歯との間の相対回転が最大トルクにおいておおよそ２°−４°となるように、トランスミッション・ユニットを設計することが適切である可能性がある。しかし、また、他のトルクと相対回転との比も使用され得る。
【００９０】
図４および図５は、本発明による、例証する非積層式の複合型プラネット・ギヤ２００を図示している。そのようなプラネット・ギヤは、ギヤ装置の中の単一のステップ・ギヤ、第１のステップ・ギヤ、第２のステップ・ギヤ、または、追加的なステップ・ギヤとして使用され得る。示されている例では、複合型プラネット・ギヤ２００は、たとえば、単一ステップ式プラネタリ・ギヤの使用として図示されており、または、ドライブ・トレインに関する第１のギヤ・モジュールとして適合され得る。
【００９１】
複合型プラネット・ギヤ２００は、スプライン入力シャフト２０３を含む。入力シャフト２０３は、リング・ホイール担持ディスク２０５に固定され、リング・ホイール担持ディスク２０５を通って延在しており、そして、リング・ホイール担持ディスク２０５は、リング・ホイール２１０に固定されている。３つの衝撃吸収プラネット・ギヤ・ユニット２２０は、リング・ホイール２１０およびサン・ホイール２３０に噛み合い接触して配置されている。衝撃吸収プラネット・ギヤ・ユニット２２０は、図２および図３を参照して上記に説明されているプラネット・ギヤ・ユニット１２０のように構築されており、ここでは、さらに詳細には説明されていない。
【００９２】
プラネット・ギヤ・ユニット２２０のプラネット・シャフト２２３は、軸受２２４の中でプラネット・キャリア２２５に軸支されており、プラネット・キャリア２２５は、静止パーツを形成している。また、入力シャフト２０３は、軸受２２６の中でプラネット・キャリア２２５に軸支されている。それぞれのプラネット・ギヤ・ユニット２２０の１次プラネット・ギヤ２２１は、リング・ホイール２１０と噛み合っており、２次プラネット・ギヤ２２２は、サン・ホイール２３０と噛み合っている。サン・ホイール２３０は、第１のステップ出力シャフト２３１に固定されており、第１のステップ出力シャフト２３１は、中空の入力シャフト２０３の内側の軸受２３２の中に軸支されている。
【００９３】
それぞれの衝撃吸収プラネット・ギヤ・ユニット２２０は、軸受２２４および軸受ハブ２２４ａとともに、衝撃吸収プラネット・ギヤ・モジュールを形成している。軸受ハブ２２４ａは、環状の装着部材を形成しており、環状の装着部材によって、軸受２２４の外周部がプラネット・キャリアに固定され得る。軸受ハブ２２４ａは、１次プラネット・ギヤ２２１よりも大きい直径を有しており、軸受２２４および軸受ハブ２２４ａが除去されたときに、プラネット・キャリア２２５の中の残りの装着孔部が、１次プラネット・ギヤ２２１の直径よりも大きい直径を有するようになっている。このようにして、プラネット・ギヤ・ユニット２２０と、その軸受２２４と、軸受ハブ２２４ａとを含むプラネット・ギヤ・モジュールは、単一の複合コンポーネントとして、下方から軸線方向に装着および取り外され得る。プラネット・ギヤ・モジュールは、組み立て、分解、およびメンテナンスを容易にするための少なくとも１つのスプライン配置をさらに含む。軸受２２４が１次プラネット・ギヤ２２１よりも大きい直径を有する場合には、軸受ハブ２２４ａは、プラネット・キャリア２２５に対する軸受２２４の別の固定具によって交換され得、その固定具は、ギヤボックス構築体のハウジングを形成する主本体部の一部である。そのような場合、衝撃吸収プラネット・ギヤ・ユニットおよび軸受は、単独でプラネット・ギヤ・モジュールを形成し、それは、単一の複合コンポーネントとして、容易に装着および取り外され得る。
【００９４】
複合型プラネット・ギヤは、側壁部２４１および底壁部２４２を含むハウジング２４０をさらに含む。ハウジング２４０は、静止パーツを形成しており、それは、プラネット・キャリア２２５と一体に形成されるか、または、プラネット・キャリア２２５に対して固定されている。ハウジング２４０は、スライド軸受２４３を備えたリング・ホイール担持ディスク２０５、および、軸受２３２を備えた出力シャフト２３１とともに、内部スペースを密封して囲んでいる。このようにして、ハウジング２４０を備えた複合型プラネット・ギヤ２００は、モジュールを形成している。したがって、ハウジング２４０は、油などのような潤滑媒体を含有することが可能であり、潤滑媒体は、モジュールの中に入れられており、したがって、それは、ドライブ・トレイン装置全体の他のパーツおよびモジュールの中で使用される潤滑媒体とは異なっていてもよい。また、第１のモジュールは、軸線方向の挿入および引き抜きによって、ドライブ・トレイン装置の入力モジュールに、および、それから、容易に装着され得る。
【００９５】
図６および図７は、本発明による６つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ装置３００を図示している。そのような積層式のプラネット・ギヤ装置は、図１ｂに示されているような、または、他のギヤ装置の中に示されているような、単一の第１のギヤ・ステップ・モジュールまたは第２のギヤ・ステップ・モジュールとして使用され得る。示されている例では、積層式の複合型プラネット・ギヤ３００は、第２のギヤ・ステップとしての使用に関して図示されている。したがって、積層式の複合型ギヤ３００は、図１ａおよび図１ｂに示されているギヤ・モジュール４に対応している。
【００９６】
６つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ３００は、中空の入力シャフト３０４の上に装着されている入力ギヤ３０３を含む。上記に説明されているように、その入力ギヤは、図１ａおよび図１ｂに示されているドライブ・トレイン１の中の第１のギヤ・モジュール３のサン・ホイールに対応している。入力シャフト３０４は、リング・ホイール担持ディスク３０５に固定されており、リング・ホイール担持ディスク３０５を通って延在しており、そして、リング・ホイール担持ディスク３０５は、リング・ホイール３１０に固定されている。入力シャフト３０４は、強力な軸受３２６の中でプラネット・キャリア３２５に軸支されている。６つの衝撃吸収プラネット・ギヤ・ユニット３２０が、リング・ホイール３１０およびサン・ホイール３３０と噛み合い接触して配置されている。プラネット・ギヤ・ユニット３２０は、一般的に、図２および図３を参照して上記に説明されているプラネット・ギヤ・ユニットとして構築されている。しかし、図６および図７に示されている積層式の複合型プラネット・ギヤ３００において、プラネット・ギヤ・ユニット３２０のセットは、３つの第１のプラネット・ギヤ・ユニット３２０’、および、３つの第２のプラネット・ギヤ・ユニット３２０’を含む。第１のプラネット・ギヤ・ユニット３２０’および第２のプラネット・ギヤ・ユニット３２０’’のプラネット・シャフト３２３’、３２３’’は、等しい長さであり、また、図３および図４に示されているプラネット・シャフト２２０よりも長くなっている。第２のギヤ・ユニット３２０’’の２次プラネット・ギヤ３２２’’が、第１のギヤ・ユニット３２０’の２次プラネット・ギヤ３２２’が配置されている半径方向の平面よりも、１次ギヤ３２１’、３２１’’から大きい距離に配置されている半径方向の平面に配置されているという点のみにおいて、第１のプラネット・ギヤ・ユニット３２０’および第２のプラネット・ギヤ・ユニット３２０’’は異なっている。
【００９７】
プラネット・ギヤ・ユニット３２０’、３２０’’のプラネット・シャフト３２３’、３２３’’は、軸受３２４の中でプラネット・キャリア３２５に軸支されている。それぞれのプラネット・ギヤ・ユニット２２０’、３２０’’の１次プラネット・ギヤ３２１’、３２１’’は、リング・ホイール３１０と噛み合っている。図７に示されている配置において、補助センタリング・シャフト３５０が据え付けられている。補助センタリング・シャフト３５０は、センタリング・デバイス３５１を形成する環状のフランジによって支持されている。入力シャフト３０４は、センタリング・デバイス３５１に接触することなく、センタリング・デバイス３５１まで延在している。センタリング・シャフト３５０のエンベロープ表面は、サン・ホイールを形成しており、２次プラネット・ギヤ３２２’、３２２’’は、異なる軸線方向の平面において、センタリング・シャフトのサン・ホイールと噛み合っている。そのような補助センタリング・シャフト３５０は、衝撃吸収プラネット・ユニット３２０’、３２０’’の装着および公称調節のための一時的な支援手段として使用され得る。
【００９８】
図５に示されている実施形態と同様に、プラネット・ギヤ・ユニット３２０’、３２０’’は、軸受３２４および軸受ハブ３２４ａとともに、プラネット・ギヤ・モジュールを形成している。
【００９９】
６つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ３００は、ハウジング３４０をさらに含み、ハウジング３４０は、側壁部２４１および底壁部３４２を含み、底壁部３４２には、中心開口部が設けられている。ハウジング３４０は、ギヤ・ステップ・モジュールを互いに接続するためのフランジ・ユニット３４０’を形成している。
【０１００】
図８は、発電機モジュール５００または５がそれに装着されたときに、図１ａおよび図１ｂの中のドライブ・トレイン１の中の第２のギヤ・ステップ・モジュールであるとして、６つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ装置３００を示している。図８において見られるように、図７に示されている補助センタリング・シャフト３５０は、除去されており、発電機モジュール５００の入力シャフト５０１が、中心のフランジ付き開口部３３３を通して挿入されている。発電機の入力シャフト５０１は、シャフトの両端に配置された軸受によって確実に支持されており、また、突出する端部において、サン・ホイール３３０を形成する外部歯が設けられている。装着されているときには、サン・ホイール３３０は、２次プラネット・ギヤ３２２’、３２２’’と噛み合っている。発電機モジュール５００は、環状のフランジ５０２をさらに含み、環状のフランジ５０２は、底壁部３４２の中に配置されているフランジ付き開口部３３３の中に受け入れられている。このようにして、ハウジング３４０は、スライド軸受３４３を備えたリング・ホイール担持ディスク３０５、底壁部３４２、および発電機シャフト５０１、およびフランジ５０２とともに、内部スペースを密封して囲んでいる。したがって、ハウジング３４０を備えた積層式の複合型プラネット・ギヤ３００は、図１ｂに示されている第２のギヤ・ステップ・モジュール４に対応する第２のギヤ・ステップ・モジュールを形成している。ハウジング３４０は、油などのような潤滑媒体を含有することが可能であり、潤滑媒体は、モジュールの中に入れられており、したがって、それは、ドライブ・トレイン装置全体の他のパーツおよびモジュールの中で使用される潤滑媒体とは異なっていてもよい。また、第２のギヤ・ステップ・モジュールは、軸線方向の挿入および引き抜きによって、ドライブ・トレイン装置の第１のギヤ・ステップ・モジュールに、および、それから、容易に装着され得る。それに対応して、サン・ホイール３３０によって構成される発電機入力ギヤを含む発電機モジュール５００は、それが衝撃吸収ユニット３２０の組み立ておよび適合に使用されると、補助センタリング・シャフト３５０の除去の後に、第２のギヤ・ステップ・モジュールに、および、それから、容易に装着され得る。したがって、発電機モジュールは、底壁部３４２の中の孔部を通した軸線方向の挿入および引き抜きによって、第２のギヤ・ステップ・モジュールに容易に装着され、また、第２のギヤ・ステップ・モジュールから除去され得る。
【０１０１】
図９および図１０は、８つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ装置４００を図示しており、それは、図１ａおよび図１ｂのドライブ・トレイン１の中の第１のギヤ・モジュールを表している。この積層式の複合型プラネット・ギヤ４００は、図６および図７に示されている積層式の複合型プラネット・ギヤ３００と同様である。しかし、プラネット・ギヤ４００は、それが８つの衝撃吸収プラネット・ユニット４２０を含むという点において、プラネット・ギヤ３００とは異なっている。プラネット・ユニット４２０のセットは、４つの第１のプラネット・ユニット４２０’、および、４つの第２のプラネット・ユニット４２０’’を含む。図６および図７に示されているプラネット・ユニット３２０と同じように、第２のプラネット・ユニット４２０’’の２次プラネット・ギヤ４２２’’は、第１のプラネット・ユニット４２０’の２次プラネット・ギヤ４２２’よりも、１次ギヤ４２１’、４２１’’から大きい軸線方向の距離に配置されている。
【０１０２】
図１０において見られるように、積層式の複合型プラネット・ギヤ４００は、入力シャフト４０４を含み、入力シャフト４０４は、駆動リング・ホイール担持ディスク４０５に固定されており、駆動リング・ホイール担持ディスク４０５を通って延在している。入力シャフト４０４は、強力な軸受４２６の中に軸支されている。入力シャフト４０４は、センタリング・ユニット４５０に向けて軸線方向に延在するが、センタリング・ユニット４５０に接触しておらず、センタリング・ユニット４５０は、ハウジング４４０にリジッドに固定されている。センタリング・ユニット４５０は、電気的なワイヤ４５１およびパイプ４５２などのような制御手段を受け入れる複数の貫通穴を含み、制御手段は、中空の入力シャフト４０４の中へ、および、中空の入力シャフト４０４を通って軸線方向に延在している。電気的なワイヤ４５１およびパイプ４５２は、風力タービン（図示せず）のハブに配置されている調整デバイスに接続されている。このようにして、調整信号および油圧流体は、異なる機能、たとえば、風力タービンのピッチを調整するために、ドライブ・トレイン装置全体の第１のギヤ・ステップから風力タービンへ導かれ得る。第１のギヤ・ステップに配置されているセンタリング・ユニット４５０および中空の入力シャフト４０４を含むそのような配置の重要な利点は、タービンを制御するために必要とされるすべてパイプおよびワイヤがタービンからギヤ装置の第１のステップのみに延在することである。それによって、ギヤ装置のさらに下流にパイプおよびワイヤを延在させる必要がない。すなわち、第２のギヤ・ステップを通して、可能性のあるさらなるギヤ・ステップを通して、または、発電機を通して、パイプまたはワイヤを配置することは必要ない。このようにして、さらなる貫通穴または貫通開口部は、第１のギヤ・ステップの下流において、ドライブ・トレインの中心軸の中に本質的に必要とされない。そして、これは、サン・ホイールの直径を低減することを可能にし、それによって、第１および第２のギヤ・ステップの中にそれぞれ配置されている単に２つの積層式の複合型プラネット・ギヤ装置を利用することによって、大きいギヤ比を実現する。
【０１０３】
センタリング・ユニット４５０は、調節サン・ホイール４３０を担持するセンタリング・シャフト４５５のためのサポートとしてさらに機能し、それは、衝撃吸収プラネット・ユニット４２０の公称荷重を装着および調節するときに使用され得る。
【０１０４】
複合型プラネット・ギヤ装置の上述の実施形態において、リング・ギヤは、１次歯と噛み合う内部歯を備えて配置されている。しかし、リング・ギヤは、１次プラネット・ギヤの上の１次歯と噛み合う外部歯を備えて配置されることも可能である。図１７および図１８は、これらの２つの異なる構成を概略的にそれぞれ図示している。図１７に示されている複合型プラネット・ギヤ装置１０００は、８つのプラネット・ギヤ・ユニット１０２０を含む積層式の複合型プラネット・ギヤ装置である。８つのプラネット・ギヤ・ユニット１０２０は、１つの軸線方向のレベルに配置されている２次ギヤ１０２２’を有する４つのギヤ・ユニット１０２０’のグループと、異なる軸線方向のレベルに配置されている２次プラネット・ギヤ１０２２’’を有する４つのギヤ・ユニット１０２０’’の別のグループとに分割される。すべての２次プラネット・ギヤ１０２２’、１０２２’’は、外部歯を設けられた共通のサン・ホイール１０３０と噛み合っている。それぞれの２次プラネット・ギヤ１０２２’、１０２２’’は、それぞれの１次プラネット・ギヤ１０２１’、１０２１’’に軸線方向に接続されており、すべての１次プラネット・ギヤは、本質的に同じ軸線方向のレベルに配置されている。内部歯（図示せず）を設けられたリング・ギヤ１０１０は、１次プラネット・ギヤ１０２１’、１０２１’’の上に配置されている外部の１次歯（図示せず）と噛み合っている。したがって、この実施形態は、図９に示されている実施形態に完全に対応している。
【０１０５】
図１８に示されている代替的な実施形態において、ギヤ装置は、また、複合型の積層式のプラネタリ・ギヤ装置２０００であり、複合型の積層式のプラネタリ・ギヤ装置２０００は、８つのプラネット・ギヤ・ユニット２０２０を含み、８つのプラネット・ギヤ・ユニット２０２０は、１つの軸線方向のレベルに配置されている２次プラネット・ギヤ２０２２’を備えた４つのプラネット・ギヤ・ユニット２０２０’と、異なる軸線方向のレベルに配置されている２次プラネット・ギヤ２０２２’’を備えた４つのプラネット・ギヤ・ユニット２０２０’’とに分割されている。すべての２次プラネット・ギヤ２０２２’、２０２２’’は、それぞれの１次プラネット・ギヤ２０２１’、２０２１’’に軸線方向に接続されており、１次プラネット・ギヤ２０２１’、２０２１’’は、本質的に同じ軸線方向のレベルの上にすべて配置されている。しかし、この実施形態において、１次ギヤ２０２１’、２０２１’’の外部の１次歯（図示せず）は、リング・ギヤ２０２０の上に配置されている外部歯（図示せず）と噛み合っている。
【０１０６】
１次歯と噛み合う外部歯を備えたリング・ギヤ２０１０を含むそのような複合型プラネット・ギヤ装置は、いくつかの用途において、内部歯を備えたリング・ギヤを含む複合型プラネット・ギヤ装置と比較したときに、いくつかの利点を示すことが可能である。たとえば、それらは、同じリング・ギヤ直径によって、いくらか高いギヤ比を示すことが可能である。さらに、使用時に、１次プラネット・ギヤ２０２１’、２０２１’’と２次プラネット・ギヤ２０２２’、２０２２’’との間に軸線方向に配置されている軸受に印加される荷重が低減され得る。したがって、図１８に図示されているタイプの複合型プラネット・ギヤ装置は、たとえば、比較的小さいトルクが複合型プラネット・ギヤ装置によって伝達されることになるいくつかの用途において、使用する機会を見出すことが可能である。
【０１０７】
しかし、内部歯を備えたリング・ギヤを含む複合型プラネット・ギヤ装置と比較して、外部歯を備えたタイプは、また、複数の一般的な不利益を示す。たとえば、それらは、２次プラネット・ギヤ２０２２’、２０２２’’がより大きい直径を有することを必要とする。また、複合型プラネット・ギヤ装置の合計寸法が増加する。さらに、ギヤ比に対する重量、および、製造コストが増加する。
【０１０８】
図１１は、入力モジュール６００を図示しており、入力モジュール６００は、ベース・フレーム６１０に固定されている。入力モジュール６００は、図１ａおよび図１ｂに示されている入力モジュール２に対応している。たとえば、風車（図示せず）の中に据え付けられるときに、ベース・フレーム６１０は、風車のナセル（図示せず）に固定されている。入力モジュール６００は、中空の入力シャフト６２０をさらに含み、入力シャフト６２０は、風力タービン（図示せず）の固定のために、装着ディスク（図示せず）に固定されている。入力シャフト６２０には、内部スプライン６２１が設けられており、内部スプライン６２１は、図１２に示されている第１のステップ・ギヤ・モジュール４００の第１のステップ入力シャフト４０４の上の外部スプライン４０３に対応している。
【０１０９】
図１２は、図１０に示されている８つのステップ式および積層式の複合型プラネット・ギヤ装置４００を図示しており、それは、図１ａおよび図１ｂの中の第１のギヤ・ステップ・モジュールである。センタリング・シャフト４５５および調節サン・ホイール４３０の除去、ならびに、蓋（図示せず）によってセンタリング・ユニット４５０の中の孔部を閉じた後に、これは、第２のギヤ・ステップ・モジュールの入力ギヤが、図１ａおよび図１ｂのドライブ・トレイン１のこの第１のギヤ・モジュールの中へ嵌め込むことを可能にする。また、入力モジュール２、６００からトルクを受け取るために、および、第１のギヤ・モジュールのリング・ギヤにトルクを伝送するために、ギヤ・ステップ・モジュール４００には、スプライン４０３が設けられている。
【０１１０】
図１３および図１４は、入力モジュール７００、７００’のそれぞれの実施形態を図示している。入力モジュール７００、７００’は、中心の中空の内側シャフト部材７１０、７１０’を含み、内側シャフト部材７１０、７１０’は、環状の装着ディスク７１１、７１１’に固定されている。風車において使用されるときに、装着ディスク７１１、７１１’は、風力タービンのタービン・ブレード（図示せず）をドライブ・トレイン装置に固定するために使用される。装着ディスク７１１、７１１’は、その周辺において、外側中空のシャフト部材７１２、７１２’に固定されている。外側シャフト部材７１２、７１２’は、内側シャフト部材７１１、７１１’の周りに同軸に配置されている。外側シャフト部材７１２、７１２’は、さらに、強力な軸受７１３、７１３’の中で、入力モジュール７００、７００’の頑丈なケーシングまたはハウジング７１４、７１４’に軸支されている。ハウジング７１４、７１４’は、ナセル（図示せず）に固定されているので、軸受７１３、７１３’も、ナセルに間接的に固定されている。このようにして、外側シャフト部材７１２、７１２’は、強力に支持されており、また、それは、タービンが強力で過渡的な乱れた風の流れにさらされるときに、装着ディスク７１１、７１１’に作用する強力な軸線方向の力、半径方向の力、および曲げ力を支持および吸収することが可能である。外側シャフト部材７１４、７１４’の大きい抵抗および強度に起因して、内側シャフト部材７１０、７１０’は、比較的弱くされ得、また、装着ディスク７１１、７１１’から第１のギヤ・ステップ・モジュールへ捩じり力を主に伝達するように寸法決めされ得る。このようにして、内側シャフト部材７１０、７１０’のいくらかの程度の捩じり弾力性を可能にすることさえも可能であり、ギヤ装置に対する激しく変化する風の流れのマイナスの影響が低減されるようになっている。したがって、内側シャフト部材７１０、７１０’のそのような捩じり撓み性は、衝撃吸収プラネット・ギヤ・ユニットと組み合わせて、ギヤ装置を保護し、ギヤ装置および発電機の駆動を滑らかにするように作用する。
【０１１１】
また、ハウジング７１４、７１４’によって支持されている同軸のシャフト部材７１０、７１０’、７１２、７１２’の配置は、入力モジュールが比較的小さい寸法で設計されることを可能にする。
【０１１２】
有利な入力モジュールは、いくつかの用途では、中間ギヤ装置なしに、タービンなどのような駆動源を発電機などのようなユーティリティの入力シャフトに直接接続するためのスタンドアロンのユニットとして、別々に使用され得ることが留意されるべきである。それに対応して、本発明の１つの態様によれば、駆動デバイスを被駆動デバイスに接続するための入力モジュールは、内側管状のシャフト、外側管状のシャフト、および、取り囲むハウジングを含み、内側管状のシャフトは、外側管状のシャフトの内側に同軸に配置されており、外側管状のシャフトは、軸受の中でハウジングに軸支されており、内側および外側管状のシャフトのそれぞれの第１の端部は、駆動デバイスの固定のために配置されている装着ディスクによって接続されている。
【０１１３】
図１５は、１つの実施形態によるドライブ・トレイン装置８００全体を図示している。ドライブ・トレイン装置８００は、図１ａおよび図１ｂに示されている配置に対応しており、入力モジュール８１０、第１のギヤ・ステップ・モジュール８２０、第２のギヤ・ステップ・モジュール８３０、および、発電機またはモータ・モジュール８４０を含む。モジュールは、一方から他方へ互いに軸線方向に固定されている。それぞれのモジュールは、封止された内部スペースまたはコンパートメントをさらに囲み、異なるコンパートメントが、異なる潤滑媒体および／または冷却媒体、ならびに、他のさまざまな雰囲気、たとえば、必要とされ得るような冷却ガスを含有することができるようになっている。第１のギヤ・ステップ・モジュール８２０および第２のギヤ・ステップ・モジュール８３０のそれぞれのコンパートメントは、サブ・コンパートメント８２０ａ、８２０ｂおよび８３０ａ、８３０ｂにそれぞれさらに分割されている。サブ・コンパートメントは、ドライブ・トレイン装置の軸線方向に次々に配置されており、また、内部壁部によって相互に分離されており、内部壁部は、長手方向に対して垂直に延在しており、それぞれのモジュールのハウジングの一部を形成している。これは、それぞれのサブ・コンパートメントおよびその中に配置されている軸受が個別に潤滑および冷却を提供され得ることを可能にする。この目的のために、それぞれのモジュールのハウジングには、潤滑媒体および／または冷却媒体を導くためのパイプ、チューブ、および／またはチャネルが設けられ得る。
【０１１４】
図１５に示されているように、第１のステップ・モジュール８２０および第２のステップ・モジュール８３０は、上記に説明されているようなそれぞれの衝撃吸収プラネット・ユニットの一部を形成する複数のプラネット・シャフト８２１、８３１を含む。プラネット・シャフト８２１、８３１は、それぞれの制御ロッド８２１、８３１の周りに、回転可能に同軸に配置されている。
【０１１５】
図１６は、１つのそのような制御ロッド８２１を、拡大してより詳細に図示している。図１６において見られるように、制御ロッド８２１には、軸線方向のチャネル８５１、パイプ８５２、およびワイヤ８５３が設けられ得る。そのようなチャネル、パイプ、およびワイヤは、たとえば、異なるコンパートメントの中の軸受、潤滑、および雰囲気など、異なる条件をセンシングおよびモニタリングするために使用され得る。また、これらのコンポーネントは、たとえば、潤滑媒体および／または冷却媒体を追加することによって、そのような条件を調節するために使用され得る。チャネル、パイプ、およびワイヤがそれぞれのコンパートメントの中の所望の位置において送出することができるようにするために、制御ロッド８２１、８３１には、軸線方向のチャネル８５１から制御ロッド８２１の周辺に延在する半径方向のチャネル８５５が設けられ得る。さらに、制御ロッド８２１のエンベロープ表面は、Ｏリングなどのようなシーリングがコンパートメントの中に特定のゾーンを画定することを可能にするための円周方向の溝部８５６を示すことが可能である。そのようなゾーンは、たとえば、軸受などの雰囲気および条件をモニタリングおよび調整するために使用され得る。制御ロッド８２１、８３１は、ポリマー材料、金属、またはそれらの組み合わせなどのような、任意の適切な材料で形成され得る。
【０１１６】
また、同様の制御ロッド（図示せず）が、図１０に示されている中空の入力シャフト４０４、ならびに、図１３および図１４に示されている内側シャフト部材７１０、７１０’を通して、装着ディスク７１１、７１１およびそれに装着された風力タービンのハブへ軸線方向に延在する、ワイヤ４５１およびパイプ、ならびに／または他の制御手段を受け入れるために使用され得る。
【０１１７】
本発明は、主に、数個の実施形態を参照して上記に説明されてきた。しかし、当業者によって容易に理解されるように、上記に開示されているもの以外の実施形態も、添付の特許請求の範囲によって定義されているような、本発明の範囲の中で等しく可能である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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