(57)【要約】本発明は、特に風力発電設備用の遊星歯車機構に関する。遊星歯車機構は、遊星歯車と、遊星軸と、遊星キャリアと、を備える。遊星歯車は、第１軸受および第２軸受により、回転可能な状態で遊星軸上に支持される。第１軸受は、遊星歯車を、軸方向である第１方向への移動に対して支承可能であり、第２軸受は、遊星歯車を、第１方向と反対の、軸方向である第２方向への移動に対して支承可能である。遊星歯車機構は、支承手段を備え、第１軸受の内輪を、内輪の第１方向の移動に対して、遊星キャリアに支承し、支承手段を備え、第２軸受の内輪を、内輪の第２方向への移動に対して、遊星軸に支承し、および支承手段を備え、遊星軸を、遊星軸の第１方向への移動に対して、遊星キャリアに支承する。本発明に従い、遊星軸を遊星キャリアに支承する支承手段は、第１軸受および第２軸受が遊星軸と遊星キャリアの間の負荷パスに位置できないよう、配置される。【選択図】図２
2017500503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの遊星歯車（１０２）と、
少なくとも１つの遊星軸（１０８）と、
少なくとも１つの遊星キャリア（１１０）と、を備えた遊星歯車機構であって、
前記遊星歯車（１０２）は、少なくとも１列の第１軸受（１０４）および少なくとも１列の第２軸受（１０６）により、回転可能な状態で前記遊星軸（１０８）上に支持され、
前記第１軸受（１０４）は、前記遊星歯車（１０２）を、少なくとも、軸方向である第１方向（１２４）への移動に対して支承可能であり、および
前記第２軸受（１０６）は、前記遊星歯車（１０２）を、少なくとも、前記第１方向（１２４）と反対の、軸方向である第２方向（１２６）への移動に対して支承可能であり、
少なくとも１つの支承手段（１２８）を備え、前記第１軸受（１０４）の内輪を、該内輪の前記第１方向（１２４）への移動に対して、前記遊星キャリア（１１０）に支承し、
少なくとも１つの支承手段（１３０）を備え、前記第２軸受（１０６）の内輪を、該内輪の前記第２方向（１２６）への移動に対して、前記遊星軸（１０８）に支承し、および
少なくとも１つの支承手段（２０２、２０４）を備え、前記遊星軸（１０８）を、該遊星軸（１０８）の前記第１方向（１２４）への移動に対して、前記遊星キャリア（１１０）に支承する遊星歯車機構において、
前記遊星軸（１０８）を前記遊星キャリア（１１０）に支承する、前記支承手段（２０２、２０４）は、前記第１軸受（１０４）および前記第２軸受（１０６）が前記遊星軸（１０８）と前記遊星キャリア（１１０）の間の負荷パスに位置できないよう、配置されることを特徴とする遊星歯車機構。
【請求項２】
前記遊星キャリア（１１０）は開口（１１６）を備え、前記遊星軸（１０８）を、前記開口（１１６）を通して、前記遊星キャリア（１１０）に挿入可能であることを特徴とする、請求項１に記載の遊星歯車機構。
【請求項３】
前記遊星軸（１０８）は、前記第１方向（１２４）へ向かって前記遊星キャリア（１１０）に挿入されることを特徴とする、請求項１または２に記載の遊星歯車機構。
【請求項４】
少なくとも１つのスペーサ（２０４）は、前記遊星軸（１０８）を前記遊星キャリア（１１０）に支承する、支承手段としての役割を果たすことを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の遊星歯車機構。
【請求項５】
前記遊星軸（１０８）は、少なくとも１つの第１部分（２０６）および少なくとも１つの第２部分（２０８）からなり、
前記第１部分（２０６）および前記第２部分（２０８）は、取り外し可能な状態で互いに接続され、
前記第１軸受（１０４）および前記第２軸受（１０６）は、前記第１部分（２０６）に取り付けられ、および
前記第２部分（２０８）の少なくとも１部分は、支承手段（２０４）を構成し、前記遊星軸（１０８）を前記遊星キャリア（１１０）に支承することを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の遊星歯車機構。
【請求項６】
前記遊星キャリア（１１０）および前記遊星軸（１０８）は、前記第１部分（２０６）を前記遊星キャリア（１１０）内に位置させたまま、前記第２部分（２０８）を前記第１部分（２０６）から取り外し可能であるよう構成されることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の遊星歯車機構。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の遊星歯車機構を備えた、風力発電設備のための歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に風力発電設備の歯車装置において、遊星歯車段として使用可能な遊星歯車機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、上述の種類の遊星歯車機構の遊星歯車１０２のための、従来技術から既知の軸受を示す。遊星歯車１０２は、第１軸受１０４および第２軸受１０６により、回転可能な状態で、遊星軸または遊星ボルト１０８上に支持される。遊星軸１０８は、遊星キャリア１１０に固定される。
【０００３】
軸方向には、第１軸受１０４および第２軸受１０６の内輪が、遊星キャリア１１０と遊星軸１０８の間に留められる。しかしながら、第１軸受１０４および第２軸受１０６は円筒ころ軸受であるため、軸方向に一定の軸受の遊び１１２が必要である。この軸受の遊び１１２を確保するために、第１軸受１０４と第２軸受１０６の内輪の間には、スペーサ１１４が存在する。
【０００４】
スペーサ１１４を使用することで、追加の費用が発生するのみでなく、取り付けの際に問題が発生する。歯車装置は通常、まず第１軸受１０４および第２軸受１０６を、各々異なる側から遊星歯車１０２にはめ込んで組立てる。遊星歯車１０２を、第１軸受１０４および第２軸受１０６と共に、遊星キャリア１１０において位置決めした後、遊星軸１０８を、開口１１６を通して遊星キャリア１１０に挿入する。スペーサ１１４を使用する場合、このスペーサ１１４も、遊星軸１０８の挿入に先立って、位置決めする必要がある。ただしスペーサ１１４は、遊星歯車１０２を通しても、第１軸受１０４または第２軸受１０６を通しても、径方向に挿入不能である。このため、スペーサ１１４の位置決めには、追加的な手段が必要になる。
【０００５】
さらに、遊星軸１０８を遊星キャリア１１０に挿入した後に、軸受の遊び１１２を修正することもできない。軸受の遊び１１２を修正するには、スペーサ１１４を取り外して、幅の異なるスペーサ１１４に交換することになるであろう。
【０００６】
米国特許出願公開第US 2012/0003096 A1号明細書は、２列の軸受を使用し、両軸受の内輪の間でスペーサを使用しない、遊星歯車の軸受を開示する。遊星軸は、シリンダ形状に構成される。従って両軸受が、遊星軸を通して軸方向に挿入されることはない。その代わり遊星キャリアは、周方向に回転軸に直交する２つの面を備える。両軸受の各内輪は、これらの面により、軸方向の移動に対して支承される。従って軸受の遊びは、これらの両面に画定される。
【０００７】
上述の解決手段においては、内輪を支承可能な両面の間隔が、達成すべき軸受の遊びに規定される狭い許容限界の内部に位置するよう、遊星キャリアを構成する必要がある。これを実現するのは、極めて困難であろう。さらに遊星キャリアの剛性が、両方の側方半部のうち、一方への負荷に対して、軸方向に全く不十分である。さらに、米国特許出願公開第US 2012/0003096 A1号明細書に記載の形状の歯車装置は、遊星キャリアがワンピース型で構成されているように見受けられるため、取り付けが不可能である。しかしながら、ツーピース型で構成された遊星キャリアでは、上述の許容限界に関する問題の解決が更に困難となるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第US 2012/0003096 A1号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、従来技術における上述の欠点を有さない、遊星歯車機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する、本発明に従う遊星歯車機構によって解決される。好適な発展形態は、従属請求項に記載される。
【００１１】
遊星歯車機構は遊星歯車を備える。遊星歯車は、少なくとも１列の第１軸受、および少なくとも１列の第２軸受により、回転可能な状態で、遊星軸上に支持される。好適には遊星歯車が、まさに１つの回転軸を中心に、回転可能な状態で支持される。
【００１２】
第１要素を、一方向への移動に対して、第２要素に支承する手段を、下記において、第１要素を、その方向への移動に対して、形状接合的に第２要素に固定する手段とする。第１要素を、第１要素の一方向への移動に対して、第２要素に支承するとは、対応して第１要素を第２要素に固定することを意味し、従って第１要素の、その方向への並進運動が阻止される。
【００１３】
第１軸受は遊星歯車を、少なくとも、軸方向である第１方向、つまり風力発電設備のロータ方向への移動に対して、支承可能であるよう構成される。移動とは並進運動を意味する。従って軸方向への移動とは、遊星歯車の回転軸に平行する並進運動を意味する。
【００１４】
第１軸受は、実施形態に応じ、遊星歯車を遊星キャリア、および／または遊星軸に支承する。これは以下を意味する。軸方向への移動を促すような力が遊星歯車に作用すると、第１軸受がこの力に対抗するため、遊星歯車の軸方向の位置は不変である。つまり遊星歯車は、遊星歯車に作用する軸方向の力に応じた場所に支承されるのである。
【００１５】
類似して第２軸受は、遊星歯車を、少なくとも、第１方向と反対の、軸方向である第２方向、つまり風力発電設備の発電機方向への移動に対して支承可能である。この場合第１方向および第２方向は、互いに離れる方向を向く。対応して、第１軸受の内輪が第１方向へ、および／または第２軸受の内輪が第２方向へ移動すると、両内輪の間隔が増大する。第２軸受から見ると、第１軸受は第１方向にあり、第１軸受から見ると、第２軸受は第２方向にある。
【００１６】
両軸受の内輪の支承手段は、第１軸受および第２軸受、ならびに遊星歯車を、軸方向において位置決めする役割を果たす。少なくとも１つの支承手段は、第１軸受の内輪を、内輪の第１方向への移動に対して、遊星キャリアに支承する役割を果たす。好適には遊星キャリアが、第１軸受の内輪の支承手段として、周方向に遊星歯車の回転軸に直交する面を備える。この面は、回転軸に直交する環状の輪を描く。第１軸受の内輪がこの面に接触すると、内輪の第１方向への移動が阻止される。この場合、直に接触するか、または第１軸受の内輪と面の間に存在する、例えば輪状のスペーサである、要素を介して接触する。
【００１７】
類似して、遊星歯車機構は少なくとも１つの支承手段を備え、第２軸受の内輪を、第２方向への移動に対して、遊星軸に支承する。この支承手段は、第２軸受の内輪の第２方向への移動を阻止する。
【００１８】
第２軸受の内輪の支承手段として、好適には遊星軸が、段部分、つまり周方向に遊星歯車の回転軸に直交する面を備える。この面は、遊星歯車の回転軸に直交する環状の輪を描く。この面は、第２軸受の内輪と接触可能であるよう構成される。この場合、直に接触するか、または輪状のスペーサとして構成可能な、更なる要素を介して接触する。
【００１９】
第１軸受は、遊星歯車を、第１方向への移動に対して支承可能であり、および第２軸受は、遊星歯車を、第２方向への移動に対して支承可能であるため、第１軸受の内輪の支承手段および第２軸受の内輪の支承手段により、両軸受の遊びが画定される。第１軸受の内輪が遊星キャリアに支承され、および第２軸受の内輪が遊星軸に支承されるため、遊星軸の位置を、所望される軸受の遊びに応じて、遊星キャリアに対して固定する必要がある。このためには遊星軸を、第１方向への移動に対して、遊星キャリアに支承する。
【００２０】
好適には、遊星軸および遊星キャリアの各々が、支承手段として、周方向に遊星歯車の回転軸に直交する面を備える。両面は、形状接合的に接触可能であるよう構成される。好適には、これらの面が対向する。両面は、直に接触するか、または、好適には輪状のスペーサである、更なる要素を介して接触する。本発明に従い、更なる要素は第１軸受および／または第２軸受でなく、特に第１軸受の内輪および／または第２軸受の内輪ではない。本発明に従い、第１軸受および／または第２軸受、または第１軸受の内輪および／または第２軸受の内輪は、遊星軸を遊星キャリアに支承する手段としては構成されない。その代わり、遊星軸を遊星キャリアに支承する、少なくとも１つの支承手段は、第１軸受および第２軸受が遊星軸と遊星キャリアの間の負荷パスに位置できず、特に遊星軸を遊星キャリアに支承する負荷パスに位置できないよう、配置される。これは、遊星軸を遊星キャリアに支承することで発生可能なパワーフローは、第１軸受、特に第１軸の内輪を通って流れない、および／または第２軸、特に第２軸受の内輪を通って流れないことを意味する。遊星軸を遊星キャリアに支承することで発生可能なパワーフローは、遊星軸と遊星キャリアの間で、第１軸受および第２軸受の周囲を走る必要がある。第１軸受および第２軸受は、遊星軸と遊星キャリアの間で力を導かず、特に、遊星軸を遊星キャリアに支承することで発生可能な力を導くことがない。
【００２１】
これは、第１軸受と第２軸受の間に、遊星軸を遊星キャリアに支承する手段を配置しないこと、または、負荷パスが、第１軸受と第２軸受の間、特に第１軸受の内輪と第２軸受の内輪の間で、遊星軸を遊星キャリアに支承する手段を経て走るよう配置することで達成可能である。特に軸方向には、第１軸受と第２軸受の間に、遊星軸を遊星キャリアに支承する手段を経る負荷パスは走らない。その代わり、遊星軸を遊星キャリアに支承する手段は、第１軸受と第２軸受の間の中間スペースの外側、特に第１軸受の内輪と第２軸受の内輪の間の中間スペースの外側に配置される。
【００２２】
本発明の好適な発展形態では、遊星キャリアは開口を備える。開口を通して、遊星軸を遊星キャリアに挿入可能である。これは、遊星歯車機構を取り付ける役割を果たす。開口は、好適には貫通型であり、および環状の基本形状を有する。遊星キャリアは、開口に対向するリセスを備える。リセスは、同様に環状の基本形状を有し、このリセスに遊星軸を挿入可能である。
【００２３】
遊星軸は、第１方向へ向かって遊星キャリア（１１０）に挿入される、つまり遊星軸を第１方向へ移動させて、挿入する。
【００２４】
好適には遊星歯車機構は固定手段を備え、遊星軸を、少なくとも、軸方向である第２方向への移動に対して固定する。この固定手段は、特に上述の開口およびリセスとする。この場合好適には、遊星キャリアおよび遊星軸は、開口および／またはリセスに圧力結合、特に収縮結合される。この場合、遊星キャリアは加熱され、そして遊星軸上で収縮する。
【００２５】
圧力結合または収縮結合により、遊星軸を、第１方向への移動に対しても固定する。こうした背景から、遊星軸を、遊星軸の第１方向への移動に対して、遊星キャリアに支承する手段は、遊星キャリアに挿入された後の遊星軸を、圧力結合または収縮結合が形成されるまで正しい位置に保つ、という目的にも適う。
【００２６】
取り付けに関しては、遊星歯車機構の実施形態が、少なくともツーピース型の遊星軸を備えることが特に好適である。この場合第１部分は、取り外し可能な状態で第２部分と、例えば、ねじ留めされる。第１軸受および第２軸受は、第１部分に取り付けられる。つまり、第１軸受の内輪および第２軸受の内輪は、第１部分に固定される。第２部分の少なくとも１部分は、支承手段を構成し、遊星軸を遊星キャリアに支承する。これにより、第１部分を遊星キャリア内に位置させたまま、第２部分を第１部分から取り外し可能である。
【００２７】
上記で既述したように、取り付けのために、遊星軸を遊星キャリアに挿入する。軸受の遊びを許容不能に厳密に調整すべきである場合には、適切なスペーサを挿入するために、第２部分を取り外し可能である。
【００２８】
本発明の好適な実施形態について、添付の図面を参照して以下に詳述する。この場合同一の符号は、同一または機能的に類似の部品を示す。従って、特に１つの図面の１つの部品に関する記載は、他の図面において同一の符号を付された部品の機能を決定するために関連可能であり、および逆の場合もまた同様とする。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】遊星軸受における、従来技術から既知の軸方向の固定装置の図である。
【図２】遊星キャリアの発電機側に、遊星軸の支承手段を備える、本発明による遊星軸受の図である。
【図３】遊星キャリアの発電機側リセスの底部に遊星軸の支承手段を備える、本発明による遊星軸受の図である。
【図４】遊星キャリアのロータ側リセスの縁部に遊星軸の支承手段を備える、本発明による遊星軸受の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１乃至図４は、発電機側で開口１１６に、およびロータ側で孔１１８に、固定された遊星軸１０８を示す。遊星歯車１０２は、第１軸受１０４および第２軸受１０６により、回転可能な状態で、遊星軸１０８上に支持される。遊星歯車１０２における２つの止めリング１２０、または代替的にステップ１２２は（図１乃至図４の各図は、両選択肢を示す）、遊星歯車１０２が第１軸受１０４に対して、第１方向１２４に移動すること、および遊星歯車１０２が第２軸受１０６に対して、第２方向１２６に移動すること、を阻止する。
【００３１】
第１軸受１０４の内輪が遊星キャリア１１０と直に接触することで、第１軸受１０４が、遊星キャリア１１０に対して、および／または遊星軸１０８に対して、第１方向１２４に移動することを阻止する。この場合接触面１２８は、遊星歯車１０２の回転軸に直交する。類似して、遊星軸１０８の段部１３０が第２軸受１０６の内輪と直に接触することで、第２軸受１０６が、第２方向１２６へ移動することを阻止する。輪状のスペーサ１１４は、第１軸受１０４と第２軸受１０６の内輪の間を走る。
【００３２】
図２乃至図４の実施形態では、第１軸受１０４と第２軸受１０６の間に、スペーサ１１４は存在しない。その代わり各作用面対２０２は、遊星軸１０８が、遊星キャリア１１０に対して、第１方向１２４に移動することを阻止する。各作用面対２０２は、遊星キャリア１１０の面および遊星軸１０８の面により構成される。これらの面は互いに直に接触するか、または代替的に、スペーサ２０４を介して接触する（図２乃至図４の各図は、両選択肢を示す）。遊星キャリア１１０において作用面対２０２に属する面は第２方向１２６を示し、遊星軸１０８において作用面対２０２に属する面は第１方向１２４を示す。
【００３３】
図２の実施形態では、作用面対２０２およびスペーサ２０４は（下部に示す）、発電機側で遊星キャリアの外側に位置する。これにより、第１部２０６および第２部２０８を備えたツーピース型の、遊星軸１０８の実施形態が可能となる。第１部２０６を遊星キャリア１１０内に位置させたまま、第２部２０８は、スペーサ１１４を所望の軸受の遊び１１２に対応して調節するために、取り外し可能である。
【００３４】
代替的に、図３に示すように、作用面対２０２およびスペーサ２０４を（下部に示す）、遊星キャリア１１０において、発電機側の孔１１８の内部に配置可能である。この場合、孔１１８の底部は径方向の面を備える。この面は、直接またはスペーサ２０４を介して、遊星軸１０８の基底面と接触するため、遊星軸を、第１方向１２４への径方向の移動に対して支承する。
【００３５】
図４に示すように、作用面対２０２は、遊星軸１０８における更なる段部および遊星キャリア１１０における径方向の面により、更に構成可能である。これらの面は、直に、またはスペーサ２０４を介して（下部に示す）遊星軸１０８を支承するのみでなく、第１軸受１０４の内輪を、第１方向１２４への軸方向に移動に対して支承する。
【符号の説明】
【００３６】
１０２      遊星歯車
１０４      第１軸受
１０６      第２軸受
１０８      遊星軸
１１０      遊星キャリア
１１２      軸受の遊び
１１４      スペーサ
１１６      開口
１１８      孔
１２０      止めリング
１２２      ステップ
１２４      第１方向
１２６      第２方向
１２８      接触面
１３０      段部分
２０２      作用面対
２０４      スペーサ
２０６      第１部分
２０８      第２部分
【図１】
2017500503.tif 000003
【図２】
2017500503.tif 000004
【図３】
2017500503.tif 000005
【図４】
2017500503.tif 000006
【国際調査報告】
2017500503.tif 000007
2017500503.tif 000008
2017500503.tif 000009
2017500503.tif 000010