專利名稱：用于可旋轉式系統(tǒng)的偏航組件及其組裝方法
技術領域：
本公開的領域大體涉及風力渦輪發(fā)電機，且更具體地講，涉及用于在風力渦輪發(fā) 電機上使用的控制裝置。
背景技術：
至少一些已知的風力渦輪發(fā)電機包括具有多個葉片的轉子。轉子有時聯(lián)接到定位 在底座(例如衍架或管狀塔架)的頂部上的外殼或機艙上。至少一些已知的公用級風力渦 輪機(即設計成以便對公用電網提供電功率的風力渦輪機)具有有預定形狀和尺寸的轉子 葉片。轉子葉片將機械風能轉換成誘生的葉片升力，葉片升力進一步誘生機械旋轉扭矩，機 械旋轉扭矩驅動一個或多個發(fā)電機，隨后產生電功率。發(fā)電機有時但不總是通過齒輪箱旋 轉地聯(lián)接到轉子上。齒輪箱逐步提高渦輪機轉子的固有地低的旋轉速度，以便于發(fā)電機高 效地將旋轉機械能轉換成被供應到公用電網中的電能。還存在無齒輪的直接驅動式風力渦 輪發(fā)電機。在這種已知風力渦輪機的操作期間，可使用偏航裝置來將風力渦輪機定向到風向 中。一些已知的偏航裝置包括電動馬達或液壓馬達和高速比傳動裝置，高速比傳動裝置對 偏航軸承的帶齒的路徑起作用，并且因此將機器轉動到期望位置。由于風切變的影響，例如 在偏航以及在機器固定時該機器會經受脈動力。這些力常常沿一個方向具有主導的趨勢， 這意味著這些力傾向于使風力渦輪機轉動偏離風向。已知的偏航裝置包括單個輸入軸，該單個輸入軸接收來自位于風力渦輪機內的馬 達的扭矩，且通過多個傳動組件將該扭矩傳遞到有利于使風力渦輪機偏航的單個輸出扭矩 軸上。但是，因為可由單個輸出軸施加的旋轉力有限，所以在各個風力渦輪機內需要許多偏 航裝置來供應使風力渦輪機偏航所需的力，尤其是在非最佳天氣條件下，例如在疾風中。
發(fā)明內容
在一個方面中，提供了一種用于可旋轉式系統(tǒng)的偏航驅動組件。該偏航驅動組件 包括構造成用來接收來自聯(lián)接在可旋轉式系統(tǒng)的主體內的偏航驅動馬達的扭矩的輸入軸， 其中該扭矩有利于使可旋轉式系統(tǒng)圍繞偏航軸線旋轉。該偏航驅動組件包括構造成用來接 收扭矩且將旋轉偏航力傳遞到可旋轉式系統(tǒng)的至少兩個輸出軸，以及操作性地聯(lián)接到兩個 輸出軸上的差動齒輪級，其中差動齒輪級包括構造成用來驅動聯(lián)接到兩個輸出軸中的各個 上的小齒輪的差動行星齒輪。在另一個方面中，提供了一種風力渦輪機。該風力渦輪機包括偏航驅動馬達和操 作性地聯(lián)接到該馬達上的至少一個偏航驅動組件。偏航驅動組件包括構造成用來接收來自 聯(lián)接在可旋轉式系統(tǒng)的主體內的偏航驅動馬達的扭矩的輸入軸，其中扭矩有利于使可旋轉 式系統(tǒng)圍繞偏航軸線旋轉。偏航驅動組件包括構造成用來接收扭矩且將旋轉偏航力傳遞到 可旋轉式系統(tǒng)的至少兩個輸出軸，以及操作性地聯(lián)接到兩個輸出軸上的差動齒輪級，其中 差動齒輪級包括構造成用來驅動聯(lián)接到兩個輸出軸中的各個上的小齒輪的差動行星齒輪。
在又一個方面中，提供了一種用于組裝可旋轉式系統(tǒng)的方法。該方法包括通過偏 航驅動組件輸入軸將偏航驅動組件聯(lián)接到偏航驅動馬達上，其中輸入軸構造成用來接收來 自聯(lián)接在可旋轉式系統(tǒng)的主體內的偏航驅動馬達的扭矩，并且其中該扭矩有利于使可旋轉 式系統(tǒng)圍繞偏航軸線旋轉。該方法包括使至少兩個輸出軸自偏航驅動組件延伸，其中，兩個 輸出軸構造成用來將旋轉偏航力傳遞到可旋轉式系統(tǒng)。該方法包括將差動齒輪級操作性地 聯(lián)接到兩個輸出軸上，其中差動齒輪級包括構造成用來驅動聯(lián)接到兩個輸出軸中的各個上 的小齒輪的差動行星齒輪。
參照下列附圖對非限制和非窮盡性的實施例進行了描述，其中，除非另外指定，相 同參考標號在所有各附圖中始終表示相同部件。圖1是示例性風力渦輪發(fā)電機的側面正視圖。圖2是與圖1所示的示例性風力渦輪發(fā)電機一起使用的機艙的截面示意視圖。圖3是與圖1所示的示例性風力渦輪發(fā)電機一起使用的示例性偏航驅動組件的透 視圖。圖4是與圖3所示的示例性偏航驅動組件一起使用的示例性傳動結構的示意圖。圖5是與圖4所示的示例性傳動結構一起使用的示例性差動級的示意圖。圖6是可與圖3所示的示例性偏航驅動組件一起使用的備選傳動結構的示意圖。圖7是可與圖3所示的示例性偏航驅動組件一起使用的備選傳動結構的示意圖。部件列表
100 風力渦輪發(fā)電機 ~204輸出/輸出(I/O)線管 206變槳位置反饋裝置 300偏航驅動組件 302~~驅動組件
旋轉偏航軸線 306~~下底板 308變速箱 400傳動結構 402輸入軸 ~1θ4第一級行星組件 406輸入太陽齒輪 408 環(huán)形齒輪 "410~~行星齒輪 ~420第二級行星組件
422傳動桿 ~424輸入太陽齒輪
426 環(huán)形齒輪 ~428~~行星齒輪 ~~440第三級行星組件442傳動桿
輸入太陽齒輪 446 環(huán)形齒輪
具體實施例方式圖1是示例性風力渦輪發(fā)電機100的示意視圖。在該示例性實施例中，風力渦輪 發(fā)電機100是水平軸風力渦輪機。或者，風力渦輪發(fā)電機100可為豎直軸風力渦輪機。風 力渦輪發(fā)電機100具有自支承面104延伸的塔架102、聯(lián)接到塔架102上的機艙106，以及 聯(lián)接到機艙106上的轉子108。轉子108具有可旋轉的輪轂110和聯(lián)接到輪轂110上的多 個轉子葉片112。在該示例性實施例中，轉子108具有三個轉子葉片112。或者，轉子108 具有使得風力渦輪發(fā)電機100能夠如本文描述的那樣起作用的任何數量的轉子葉片112。 在該示例性實施例中，塔架102由管狀鋼材制成，且具有在支承面104和機艙106之間延伸 的腔體(圖1中未顯示)?；蛘撸?02是使得風力渦輪發(fā)電機100能夠如本文描述的 那樣起作用的任何塔架，包括但不限于柵格塔架。塔架102的高度是使得風力渦輪發(fā)電機 100能夠如本文描述的那樣起作用的任何值。葉片112定位在轉子輪轂110周圍，以有利于使轉子108旋轉，從而將來自風124 的動能轉換成可使用的機械能，并且隨后轉換成電能。轉子108和機艙106在偏航軸線116 上圍繞塔架102旋轉，以控制葉片112相對于風124的方向的投影(perspective)。葉片 112通過將葉片根部部分120在多個載荷傳遞區(qū)122處聯(lián)接到輪轂110上來與輪轂110配 合。載荷傳遞區(qū)122具有輪轂載荷傳遞區(qū)和葉片載荷傳遞區(qū)(均未在圖1中顯示)。在葉 片112中誘生的載荷通過載荷傳遞區(qū)122傳遞到輪轂110。各個葉片112還包括葉片尖端 部分125。
在該示例性實施例中，葉片112具有介于50米(m) (164英尺(ft))和100米(m) (328ft)之間的長度，但是這些參數對本公開不形成限制。或者，葉片112可具有使風力渦 輪發(fā)電機能夠如本文描述的那樣起作用的任何長度。當風124撞擊各個葉片112時，在各 個葉片112上誘生葉片升力(未顯示)，且當葉片尖端部分125加速時，導致轉子108圍繞 旋轉軸線114旋轉。葉片112的槳距角(未顯示)，即相對于風124的方向確定各個葉片 112的投影的角，可由變槳調節(jié)機構(圖1中未顯示)改變。特別地，增大葉片112的槳距 角會減小暴露于風124的區(qū)域126的百分比，而且相反，減小葉片112的槳距角會增加暴露 于風124的區(qū)域126的百分比。
例如，大約0度的葉片槳距角(有時稱為“動力位置”)將很大百分比的葉片表面 區(qū)域126暴露給風124，從而導致在葉片112上誘生第一升力值。類似地，大約90度的葉片 槳距角(有時稱為“順槳位置”)將顯著更小的百分比的葉片表面區(qū)域126暴露給風124， 從而導致在葉片112上誘生第二升力值。在葉片112上誘生的第一升力值大于在葉片112 上誘生的第二升力值，從而升力值與暴露于風124的葉片表面區(qū)域126成正比例。因此，在 葉片112上誘生的升力值與葉片槳距角的值不成正比例。而且，例如，當葉片升力增大時，葉片尖端部分125的線性速度提高。相反，當葉片 升力減小時，葉片尖端部分125的線性速度降低。因此，葉片尖端部分125的線性速度值與 在葉片112上誘生的升力值成正比例，且由此得出，葉片尖端部分125的線性速度與葉片槳 距角不成正比例。此外，當葉片尖端部分125的線性速度提高時，來自葉片112的聲發(fā)射(圖1中未 顯示)的幅度(未顯示)增大。相反，當葉片尖端部分125的線性速度降低時，來自葉片 112的聲發(fā)射的幅度減小。因此，來自葉片112的聲發(fā)射的幅度與葉片尖端部分125的線性 速度成正比例，且由此得出來自葉片112的聲發(fā)射的幅度與葉片槳距角不成正比例。對于各個葉片112，繞變槳軸線118來調節(jié)葉片112的槳距角。在該示例性實施 例中，葉片112的槳距角是單獨地控制的。或者，槳距角可作為一組來進行控制。更進一步 或者，可調整葉片的變槳以及葉片112的速度，以便降低聲發(fā)射。在一個實施例中，風力渦 輪發(fā)電機100可由本地控制器(未顯示)控制來降低潛在的聲發(fā)射，或者通過遠程控制器 (未顯示)遠程地控制來降低噪聲。圖2是示例性風力渦輪發(fā)電機100的機艙106的截面示意視圖。風力渦輪發(fā)電機 100的各種構件容納在風力渦輪發(fā)電機100的塔架102頂部的機艙106中。機艙106包括 聯(lián)接到一個葉片112 (在圖1中顯示)上的一個變槳驅動機構130。機構130沿著變槳軸線 118調整相關聯(lián)的葉片112的變槳。圖2中僅顯示了三個變槳驅動機構130中的一個。在 該示例性實施例中，各個變槳驅動機構130包括至少一個變槳驅動馬達131。變槳驅動馬達 131是使機構130能夠如本文描述的那樣起作用的、由電功率驅動的任何電動馬達?；蛘撸?變槳驅動機構130包括任何適當的結構、構造、布置和/或構件，例如但不限于液壓缸、彈簧 和伺服機構。另外，變槳驅動機構130可由任何適當的方式驅動，例如但不限于液壓流體， 以及/或者機械動力，例如但不限于誘生彈簧力和/或電磁力。機艙106還包括通過轉子軸134(有時稱為低速軸134)、齒輪箱136、高速軸138 和聯(lián)接件140可旋轉地聯(lián)接到定位在機艙106內的發(fā)電機132上的轉子108。轉子軸134 的旋轉可旋轉地驅動齒輪箱136，齒輪箱136隨后可旋轉地驅動高速軸138。高速軸138通過聯(lián)接件140可旋轉地驅動發(fā)電機132，且軸138旋轉有利于發(fā)電機132產生電功率。齒輪箱136和發(fā)電機132分別由支承件142和144支承。在該示例性實施例中，齒輪箱136使 用雙路徑幾何結構來驅動高速軸138?；蛘?，主轉子軸134通過聯(lián)接件140直接聯(lián)接到發(fā)電 機132上。機艙106進一步包括偏航驅動組件146，偏航驅動組件146固定地聯(lián)接到下底板 147上，且接合塔架環(huán)形齒輪148，可使用塔架環(huán)形齒輪148來使機艙106和轉子108在軸線 116(在圖1中顯示)上旋轉，以控制葉片112相對于風向的投影，如本文更加詳細地描述。 機艙106還包括至少一個氣象桿149。桿149包括風向標和風力計(圖2中均未顯示)。桿 149為渦輪機控制系統(tǒng)(未顯示)提供可包括風向和/或風速的信息。渦輪機控制系統(tǒng)的 一部分駐留在控制面板150內。機艙106進一步包括有利于轉子軸134的徑向支承和對準 的前支承軸承152和后支承軸承154。風力渦輪發(fā)電機100包括變槳控制系統(tǒng)200。在一個實施例中，變槳控制系統(tǒng)200 的至少一部分定位在機艙106中。或者，變槳控制系統(tǒng)200的至少一部分定位在機艙106 外面。特別地，本文描述的變槳控制系統(tǒng)200的至少一部分包括至少一個處理器202和存 儲裝置(未顯示)，以及至少一個輸入/輸出(I/O)線管204，其中線管204包括至少一個 I/O通道(未顯示)。更具體地，處理器202定位在控制面板150內。變槳控制系統(tǒng)200基 本提供本文描述的風力渦輪機噪聲減小的技術效果。如本文所用，用語處理器不僅限于本領域中稱為計算機的那些集成電路，而是寬 泛地指微控制器、微型計算機、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成電路和其它可編程電路， 而且這些用語在本文中可互換地使用。在本文描述的實施例中，存儲器可包括但不限于，諸 如隨機存取存儲器(RAM)的計算機可讀介質和諸如快閃存儲器的計算機可讀的非易失性 介質?；蛘?，也可使用軟盤、壓縮盤_只讀存儲器(CD-ROM)、磁光盤(MOD)，以及/或者數字 多功能盤(DVD)。而且，在本文描述的實施例中，額外的輸入通道可以是但不限于與操作者 接口相關聯(lián)的計算機外圍設備，例如鼠標和鍵盤?；蛘?，也可使用其它計算機外圍設備，其 可包括例如但不限于掃描器。此外，在該示例性實施例中，額外的輸出通道可包括但不限于 操作者接口監(jiān)視器。處理器202和本文描述的其它處理器(未顯示)處理傳輸自多個電氣裝置和電子 裝置的信息，該多個電氣裝置和電子裝置可包括但不限于葉片變槳位置反饋裝置206 (在 下文中進一步描述)和發(fā)電反饋裝置(未顯示)。RAM和存儲裝置(未顯示)存儲和傳遞 將由處理器202執(zhí)行的信息和指令。在處理器202執(zhí)行指令期間，RAM和存儲裝置也可用 來存儲臨時變量、靜態(tài)(即不改變的)信息和指令以及其它中間信息，以及將臨時變量、靜 態(tài)(即不改變的)信息和指令以及其它中間信息提供給處理器202。所執(zhí)行的指令包括但 不限于常駐的葉片變槳系統(tǒng)200控制命令。指令序列的執(zhí)行不限于硬件電路和軟件指令的 任何特定組合。在該示例性實施例中，包括但不限于處理器202的變槳控制系統(tǒng)200的至少一部 分定位在控制面板150內。此外，處理器202通過至少一個I/O線管204聯(lián)接到葉片變槳 驅動馬達131上。I/O線管204包括具有任何體系結構(包括但不限于Cat 5/6電纜、雙絞 線線材以及無線通信特征)的任何數量的通道。變槳控制系統(tǒng)200可包括分布式和/或集 中式控制體系結構。
變槳控制系統(tǒng)200還包括通過至少一個I/O線管204與處理器202聯(lián)接的多個獨 立的葉片變槳位置反饋裝置206。在該示例性實施例中，各個變槳驅動機構130與單個葉 片變槳位置反饋裝置206相關聯(lián)?；蛘?，任何數量的葉片變槳位置反饋裝置206與各個機 構130相關聯(lián)。因此，在該示例性實施例中，如本文描述，變槳驅動機構130和相關聯(lián)的驅 動馬達131以及葉片變槳位置反饋裝置206均包括在系統(tǒng)200中。各個葉片變槳位置反饋 裝置206測量各個葉片112的變槳位置，或者更具體地測量各個葉片112相對于風124(在 圖1中顯示)和/或相對于轉子輪轂110的角度。葉片變槳位置反饋裝置206是在風力渦 輪發(fā)電機100內或遠離風力渦輪發(fā)電機100具有任何適當的位置的任何適當的傳感器，例 如但不限于光學角編碼器、磁性旋轉編碼器和增量編碼器或者它們的一些組合。此外，葉片 變槳位置反饋裝置206將基本表示相關聯(lián)的葉片112變槳 位置的變槳量度信號(未顯示) 傳輸到處理器202，以便于處理器202處理。圖3是與圖1所示的示例性風力渦輪發(fā)電機100 —起使用的示例性偏航驅動組件 300和302的透視圖。在該示例性實施例中，風力渦輪發(fā)電機100包括圍繞旋轉偏航軸線 304彼此基本沿徑向相對地定位的兩個偏航驅動組件300和302。或者，可包括使風力渦輪 發(fā)電機100能夠如本文描述的那樣起作用的任何數量的偏航驅動組件。在一個實施例中， 可使用基本類似的驅動組件來控制風力渦輪發(fā)電機100的轉子葉片112 (在圖1中顯示) 的變槳。在該示例性實施例中，偏航驅動組件300和302聯(lián)接到定位在風力渦輪機塔架 102 (如圖2所示)頂部的下底板306上，從而使得偏航驅動組件接合聯(lián)接到風力渦輪機塔 架102上的塔架環(huán)形齒輪148 (在圖2中顯示)上，并且使得風力渦輪發(fā)電機100可如本文 描述的那樣起作用。偏航驅動組件300和302包括變速箱308，變速箱308基本包圍了各個 偏航驅動組件300和302，且在其中保持內部傳動構件。圖4是與圖3所示的示例性偏航驅動組件300和302 —起使用的示例性傳動結構 400的示意圖。在該示例性實施例中，輸入軸402可旋轉地支承在變速箱308內，且操作性 地聯(lián)接到第一級行星組件404上。第一級行星組件404包括輸入太陽齒輪406和環(huán)形齒輪 408，輸入太陽齒輪406接收由輸入軸402傳遞到該太陽齒輪406上的扭矩，環(huán)形齒輪408 固定地聯(lián)接在變速箱308內。在該示例性實施例中，行星齒輪410操作性地聯(lián)接在太陽齒 輪406和環(huán)形齒輪408之間?；蛘?，可在第一級行星組件404內使用任何數量的行星齒輪 410，以傳遞來自輸入軸402的輸入扭矩，從而使得偏航驅動組件300和302可如本文描述 的那樣起作用。在該示例性實施例中，行星齒輪410通過力傳動桿422將輸入扭矩傳遞到第二級 行星組件420。第二級行星組件420包括輸入太陽齒輪424和環(huán)形齒輪426，輸入太陽齒輪 424接收通過力傳動桿422傳遞到該太陽齒輪424上的扭矩，環(huán)形齒輪426固定地聯(lián)接在變 速箱308內。在該示例性實施例中，行星齒輪428操作性地聯(lián)接在太陽齒輪424和環(huán)形齒 輪426之間。或者，可在第二級行星組件420內使用任何數量的行星齒輪428，以傳遞來自 輸入軸402的輸入扭矩，從而使得偏航驅動組件300和302可如本文描述的那樣起作用。在該示例性實施例中，行星齒輪428通過力傳動桿422將輸入扭矩傳遞到第三級 行星組件440。第三級行星組件440包括輸入太陽齒輪444和環(huán)形齒輪446，輸入太陽齒輪 444接收通過力傳動桿442傳遞到該太陽齒輪444上的扭矩，環(huán)形齒輪446固定地聯(lián)接在變速箱308內。在該示例性實施例中，行星齒輪448操作性地聯(lián)接在太陽齒輪444和環(huán)形齒 輪446之間?；蛘?，可在第三級行星組件440內使用任何數量的行星齒輪448，以傳遞來自 輸入軸402的輸入扭矩，從而使得偏航驅動組件300和302可如本文描述的那樣起作用。在該示例性實施例中，行星齒輪448通過力傳動桿462將輸入扭矩傳遞到第四級 行星組件460。第四級行星組件460包括輸入太陽齒輪464和差動齒輪466，輸入太陽齒輪 464接收通過力傳動桿462傳遞到該輸入太陽齒輪464上的扭矩。在該示例性實施例中，行 星齒輪468操作性地聯(lián)接在太陽齒輪464和差動齒輪466之間。或者，可在第四級行星組 件460內使用任何數量的行星齒輪468，以傳遞來自輸入軸402的輸入扭矩，從而使得偏航 驅動組件300和302可如本文描述的那樣起作用。行星齒輪468通過力傳動桿472將輸入 扭矩傳遞到第一輸出軸470。第一輸出小齒輪474聯(lián)接到第一輸出軸470上，且接合塔架環(huán) 形齒輪148 (在圖2中顯示)，以對塔架環(huán)形齒輪148施加扭矩，以便于使風力渦輪發(fā)電機 100圍繞軸線116 (在圖1中顯示)偏航。差動齒輪466接合輸出齒輪476。在該示例性實施例中，輸出齒輪476是接合差動 齒輪466且將輸出扭矩傳遞到第二輸出軸478的正齒輪?；蛘?，輸出齒輪476可為使偏航 驅動組件300和302能夠如本文描述的那樣起作用的任何類型的齒輪，例如，諸如斜齒輪。 第二輸出小齒輪480聯(lián)接到輸出軸478上，且接合塔架環(huán)形齒輪148 (在圖2中顯示)，以對 塔架環(huán)形齒輪148施加扭矩，以便于使風力渦輪發(fā)電機100圍繞軸線116 (在圖1中顯示) 偏航。在該示例性實施例中，第一輸出軸470和第二輸出軸478沿著塔架環(huán)形齒輪148基 本相等地分配輸入旋轉偏航力 ，以有利于風力渦輪發(fā)電機100圍繞軸線116旋轉。圖5是適用于與圖4所示的示例性傳動結構400 —起使用的示例性差動級500的 示意圖。在該示例性實施例中，第四級行星組件460容納在通過多個螺栓504聯(lián)接到下底 板147上的箱體502內?；蛘?，箱體502可通過使偏航驅動組件300和302能夠如本文描 述的那樣起作用的任何類型的緊固裝置或其組合(例如，諸如通過焊縫和/或螺釘)聯(lián)接 到下底板147上。在該示例性實施例中，差動齒輪466通過多個軸承508和510支承在箱體502內， 且齒輪476 (在圖4中顯示)由軸承512和513支承?；蛘?，齒輪476可僅由軸承512支承。 輸入太陽齒輪464旋轉地支承在箱體502內，而第一輸出軸470和第二輸出軸478通過多 個軸承旋轉地支承在箱體502內。在操作期間，偏航驅動組件300和302使用多個輸出軸，從而減少每個風力渦輪發(fā) 電機100所需的偏航驅動組件的數量。更具體地，本文描述的示例性偏航驅動組件構造使 得能夠使用兩個輸出小齒輪以有利于供應通常由兩個單獨的偏航驅動器產生的扭矩。因 此，減少了偏航驅動組件的數量。圖6是可與圖3所示的示例性偏航驅動組件一起使用的備選傳動結構600的示意 圖。傳動結構600的操作類似于圖4所示的且在本文中描述的傳動結構400。因此，其中相 似的構件類似地編號。但是，雖然傳動結構600類似于圖4所示的實施例，但傳動結構600 結合了使用定位在第四行星組件460內的額外的輸出正齒輪604的第三輸出傳動組件602。 更具體地，第三輸出傳動組件602包括接合差動齒輪466的輸出齒輪604。在所示備選實 施例中，輸出齒輪604是接合差動齒輪466且將輸出扭矩傳遞到第三輸出軸606的正齒輪。 或者，輸出齒輪604可為使偏航驅動組件300和302能夠如本文描述的那樣起作用的任何類型的齒輪，例如，諸如斜齒輪。第三輸出小齒輪608聯(lián)接到輸出軸606上，且接合塔架環(huán) 形齒輪148 (在圖2中顯示)，以對塔架環(huán)形齒輪148施加扭矩，以便于使風力渦輪發(fā)電機 100(在圖1中顯示)偏航和/或變槳?；蛘?，可使用使風力渦輪發(fā)電機100能夠如本文描 述的那樣起作用的任何數量的輸出齒輪、軸和小齒輪組合。在操作期間，這種備選傳動結構 600將沿著塔架環(huán)形齒輪148基本相等地分配輸入旋轉偏航力，以有利于風力渦輪發(fā)電機 100圍繞軸線116旋轉。圖7是可與圖3所示的示例性偏航驅動組件300和302 —起使用的備選傳動結構 700的示意圖。傳動結構700的操作類似于圖4所示的且在本文描述的傳動結構400。因 此，其中相似的構件類似地編號。然而，雖然傳動結構700類似于圖4所示的實施例，但是 傳動結構700結合了第二輸出行星傳動組件702。更具體地，且在所示的備選實施例中，第 五級行星組件702包括太陽齒輪706、接合差動齒輪466的差動齒輪708，且行星齒輪704 操作性地聯(lián)接在太陽齒輪706和差動齒輪708之間。行星齒輪704通過力傳動桿712將輸 入扭矩傳遞到第二輸出軸710。第二輸出小齒輪714聯(lián)接到第二輸出軸710上，且接合塔架 環(huán)形齒輪148 (在圖2中顯示)，以對塔架環(huán)形齒輪148施加扭矩，以便于使風力渦輪發(fā)電機 100圍繞軸線116(在圖1中顯示)偏航。在一個備選實施例中，可提供不止一個行星組件 460，從而使得不止一個輸出將扭矩傳遞到塔架環(huán)形齒輪(在圖2中顯示)。以上詳細描述了偏航驅動組件的示例性實施例。上述偏航驅動組件使用多個輸出 軸組件以有利于減少每個風力渦輪機的偏航驅動組件的數量。更具體地，偏航驅動組件的 最后一級可包括差動行星齒輪，該差動行星齒輪使得能夠使用兩個輸出小齒 輪，以有利于 供應由兩個單獨的偏航驅動器產生的扭矩。因此，偏航驅動組件的數量可減少50%，即每個 風力渦輪機可使用兩個偏航驅動組件，而非四個偏航驅動組件，且因此有利于減小整個風 力渦輪機偏航驅動系統(tǒng)的重量。這可產生可被優(yōu)化成較小的大小的控制系統(tǒng)，且最大程度 地減少工作構件的數量，從而簡化風力渦輪發(fā)電機的制造、組裝和維護。另外，這種系統(tǒng)可減小在已知的風力渦輪機中普遍的齒隙效應，且通過提供偏航 驅動組件使得能夠更有效地使用控制系統(tǒng)，通過改進克服波動的風載荷的阻尼，該偏航驅 動組件更易于以提高的精度進行控制。對于所傳遞的扭矩的量，較少數量的旋轉構件可產 生偏航齒輪構件的壽命得以提高的系統(tǒng)。雖然前述描述包含許多細節(jié)，但是這些細節(jié)不應理解為限制本發(fā)明的范圍，而是 僅理解為提供對一些實施例的說明。類似地，可設計不偏離本發(fā)明的精神或范圍的本發(fā)明 的其它實施例。可以組合的方式采用來自不同實施例的特征。因此，本發(fā)明的范圍僅由所 附的權利要求書及其法律等效物而非由前述描述來表明和限制。由此將包含落在權利要求 書的意思和范圍內的本文所公開的本發(fā)明的所有添加、刪除和修改。雖然是在用于與風力渦輪機系統(tǒng)一起使用的偏航驅動組件的情況下對本文所述 的裝置和方法進行描述的，但要理解的是，該裝置和方法不限于風力渦輪機應用，而是可包 括在任何可旋轉式機器內使用的偏航和/或變槳驅動組件。同樣地，所示系統(tǒng)構件不限于 本文描述的具體實施例，而是相反，可與本文描述的其它構件獨立地及分開地使用系統(tǒng)構 件。如本文所用，以單數形式敘述且前面有詞語“一個”或“一種”的元件或步驟應理 解為不排除復數個元件或步驟，除非明確敘述了這種排除。此外，對本發(fā)明的“一個實施例”的引用不意圖被理解為排除了同樣結合了所述特征的額外實施例的存在性。
本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，且還使本領域技術人員能夠 實踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結合的方法。本發(fā)明的可授予 專利的范圍由權利要求書限定，且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果這種其它 實例具有不異于權利要求書的字面語言的結構元素，或者如果這種其它實例包括與權利要 求書的字面語言無實質性差異的等效結構元素，則這種其它實例意圖處于權利要求書的范 圍之內。
權利要求
一種用于可旋轉式系統(tǒng)的偏航驅動組件(146)，所述偏航驅動組件包括構造成用來接收來自聯(lián)接在所述可旋轉式系統(tǒng)的主體內的偏航驅動馬達的扭矩的輸入軸(402)，所述扭矩有利于使所述可旋轉式系統(tǒng)圍繞偏航軸線(116)旋轉；構造成用來接收所述扭矩且將旋轉偏航力傳遞到所述可旋轉式系統(tǒng)的至少兩個輸出軸(470，478，606，710)；以及操作性地聯(lián)接到所述輸出軸上的差動齒輪級(500)，所述差動齒輪級包括構造成用來驅動聯(lián)接到所述輸出軸中的各個上的小齒輪(474，480，608，714)的差動行星齒輪(704)。
2.根據權利要求1所述的偏航驅動組件(146)，其特征在于，所述輸出軸(470，478， 606,710)包括構造成用來通過所述差動行星齒輪(428，448，468)操作性地接合所述差動 齒輪級的正齒輪(476)。
3.根據權利要求1所述的偏航驅動組件(146)，其特征在于，所述偏航驅動組件(146) 進一步包括可旋轉地聯(lián)接在所述輸入軸(402)和所述輸出軸(470，478，606，710)之間的至 少一個行星級，各個所述行星級包括至少一個行星齒輪(428，448，468)。
4.根據權利要求3所述的偏航驅動組件(146)，其特征在于，所述行星級(404，420， 440，460，702)包括通過相應的行星齒輪(428，448，468)操作性地聯(lián)接在所述輸入軸和所 述差動行星齒輪之間的至少三個行星級。
5.根據權利要求3所述的偏航驅動組件(146)，其特征在于，所述偏航驅動組件進一步 包括構造成用來基本包圍所述偏航驅動組件的變速箱(308)，并且其中，所述行星級(404， 420，440，460，702)進一步包括固定地聯(lián)接到所述變速箱(308)的內部上的環(huán)形齒輪(148， 408,446)。
6.根據權利要求1所述的偏航驅動組件(146)，其特征在于，所述輸出軸(470，478， 606,710)通過所述差動齒輪級操作性地并聯(lián)聯(lián)接，所述輸出軸構造成用來通過所述相應的 小齒輪(474，480，608，714)接合聯(lián)接到所述可旋轉式系統(tǒng)的上部部分上的環(huán)形齒輪(148， 408,446)。
7.根據權利要求6所述的偏航驅動組件(146)，其特征在于，所述輸出軸(470，478， 606,710)構造成用來沿著所述環(huán)形齒輪(148，408，446)的表面基本相等地分配所述旋轉 偏航力。
8.一種風力渦輪機，包括偏航驅動馬達；操作性地聯(lián)接到所述偏航驅動馬達上的至少一個偏航驅動組件(142)，所述偏航驅動 組件包括構造成用來接收來自聯(lián)接在所述風力渦輪機的主體內的所述偏航驅動馬達的扭矩的 輸入軸(402)，所述扭矩有利于使所述風力渦輪機圍繞偏航軸線(116)旋轉；構造成用來接收所述扭矩且將旋轉偏航力傳遞到所述風力渦輪機的至少兩個輸出軸 (470，478，606，710)；以及操作性地聯(lián)接到所述輸出軸上的差動齒輪級(500)，所述差動齒輪級包括構造成用來 驅動聯(lián)接到所述輸出軸中的各個上的小齒輪(474，480，608，714)的差動行星齒輪。
9.根據權利要求8所述的風力渦輪機，其特征在于，所述輸出軸(470，478，606，710)包 括構造成用來通過所述差動行星齒輪(428，448，468)操作性地接合所述差動齒輪級(500)的正齒輪(476)。
10.根據權利要求8所述的風力渦輪機，其特征在于，所述風力渦輪機進一步包括可旋 轉地聯(lián)接在所述輸入軸(402)和所述輸出軸(470，478，606，710)之間的至少一個行星級 (404，420，440，460，702)，各個所述行星級包括至少一個行星齒輪(428，448，468)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于可旋轉式系統(tǒng)的偏航組件及其組裝方法。提供了一種用于可旋轉式系統(tǒng)的偏航驅動組件(146)。該偏航驅動組件包括構造成用來接收來自聯(lián)接在可旋轉式系統(tǒng)的主體內的偏航驅動馬達的扭矩的輸入軸(402)，該扭矩有利于使可旋轉式系統(tǒng)圍繞偏航軸線(116)旋轉；構造成用來接收扭矩且將旋轉偏航力傳遞到可旋轉式系統(tǒng)的至少兩個輸出軸(470，478，606，710)；以及操作性地聯(lián)接到輸出軸上的差動齒輪級(500)，該差動齒輪級包括構造成用來驅動聯(lián)接到輸出軸中的各個上的小齒輪(474，480，608，714)的差動行星齒輪(704)。
文檔編號F03D7/04GK101839215SQ201010145550
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權日2009年3月19日
發(fā)明者N·K·艾亞肯努 申請人:通用電氣公司