CN201265641Y - 可变速比的行星齿轮增速箱 - Google Patents
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Abstract
在传统的NGW行星增速箱的基础上将行星级的齿圈做成可转动的，并在该内齿圈上同轴地加工出一个外齿轮，构成一个内外齿圈。由该内外齿圈通过油泵齿轮传动机构驱动容积油泵，并在油泵出口加装面积可控的出油口。由于内外齿圈受到行星轮的圆周方向的作用力，故有与输出轴同方向的转动趋势。所以可以通过控制油泵的排油量，即控制了油泵转速，进而控制大齿圈有一定的转速。由于大齿圈的转向与输出轴的转向相同，故减小了输出轴的实际转速，进而实现改变传动比的目的，并且这种传动比的改变可以是连续的。
Description
技术领域
本实用新型涉及齿轮箱，尤其是一种可变速比的行星增速齿轮箱。
背景技术
齿轮箱是风力发电机的关键部件，目前我国兆瓦级的风力发电机均采用行星级增速齿轮箱。在中国专利CN1427149A和CN2893312Y中公开了这类行星增速箱的实例。但这些传统的行星增速箱的缺点是变速比不能改变。而风轮只有在变速运行的条件下才捕获更多的风能。故这种机组故通常只能采用可变速运行的双馈发电机来满足变速的要求。而双馈发电机必须配有1/3全功率的变流器，使产品复杂化，带来成本的增加，且电能品质不好。
因此，需要在风力发电机中采用可变速行星齿轮增速箱，以满足对风轮变速运行的需要，从而可采用恒速运行的一般同步发电机，甩掉了变流器，降低了成本，并大大改善了电能品质。
发明内容
为克服传统行星增速箱的不足，本实用新型提供一种可变速比的行星齿轮增速箱，包括输入轴、行星增速级、油泵齿轮传动机构、控制单元和输出轴，其中行星增速级包括太阳轮、行星齿轮和可转内外齿圈，控制单元包括容积油泵和控制元件，其中内外齿圈包括内齿轮和外齿轮，内齿轮和外齿轮同轴，且内齿轮与行星轮啮合，由该内外齿轮通过油泵齿轮传动机构来驱动容积油泵，并在容积油泵的出口处加装面积可控的出油口，由于行星增速级的内外齿圈受到行星轮的圆周方向的作用力，故具有转动趋势，其转动方向与输出轴同向，从而通过控制容积油泵的排油量，进而控制容积油泵的转速，使内外齿圈有一定的转速，由于内外齿圈的转向与输出轴的转向相同，减小了输出轴的转速，从而改变齿轮增速箱的传动比。
可选择地，传动比在一定范围内的是连续可变的。
还可选择地，在容积油泵出口处加装弹性元件，用于吸收整个传动过程中的冲击，降低传动过程中承载元件的动载荷幅值。
还可选择地，采用液压系统控制油泵转速，该液压系统包括伺服放大单元、执行机构、流量特性计算单元、泵转速特性计算单元和泵转速反馈单元。
兆瓦级风力发电机组的常规增速箱厂通常由一级行星齿传动加两级平行轴齿轮传动级组成，或两级行星传动加一级平行轴齿轮传动组成。本发明的可变速行星齿轮增速级可加装在任何一级行星级上，均能够满足对风轮变速运行的需要。采用可变速比增速箱后，风力发电机可采用恒速运行的一般同步发电机，甩掉了变流器，降低了成本，并大大改善了电能品质。
附图说明
图1是本实用新型的可变速比的行星齿轮增速箱的结构原理图；
图2是本实用新型的可变速比的行星齿轮增速箱的行星增速级的受力简图。
图3是液压控制系统的方框图。
具体实施方式
图1是本实用新型的可变速比的行星齿轮增速箱的结构原理图，图中所示的可变速比的行星齿轮增速箱包括输入轴1、行星增速级2、油泵齿轮传动机构5、控制单元6和输出轴9。行星增速级2包括太阳轮3、行星齿轮10和可转内外齿圈4。控制单元6包括容积油泵7和控制元件8。内外齿圈4包括内齿轮和外齿轮，内齿轮和外齿轮同轴，且内齿轮与行星轮10啮合，由内外齿轮通过油泵齿轮传动机构5来驱动容积油泵7，并在容积油泵7的出口处加装面积可控的出油口。由行星增速级2的内外齿圈受到行星轮的圆周方向的作用力，故具有转动趋势，其转动方向与输出轴同向，从而通过控制容积油泵7的排油量，进而控制容积油泵7的转速，使内外齿圈有一定的转速，由于内外齿圈的转向与输出轴的转向相同，减小了输出轴的转速，从而改变齿轮增速箱的传动比。该传动比在一定范围内是连续可变的。还可在容积油泵7出口处加装弹性元件，用于吸收整个传动过程中的冲击，降低传动过程中承载元件的动载荷幅值。
本实用新型的行星齿轮增速箱在传统的NGW行星增速箱的基础上将行星级的内齿圈做成可转动的，并在该内齿圈上同轴地加工出一个外齿轮，形成一个内外齿圈。由内外齿圈的外齿轮通过油泵齿轮传动机构5驱动容积油泵7，并在油泵出口加装面积可控的出油口。由于内外齿圈受到行星轮的圆周方向的作用力，故有转动趋势，转动方向与输出轴同向。所以可以通过控制油泵7的排油量，即控制了油泵转速，进而控制内外齿圈有一定的转速。由于内外齿圈的转向与输出轴的转向相同，故减小了输出轴的实际转速，进而实现改变传动比的目的，且这种传动比的改变可以是连续的。
行星增速级2的受力简图如附图2所示。图2中n为输入轴的转动方向。
运行时，输入轴对行星轮10有一周向力Q，内外齿圈4和太阳轮3在上、下分别对行星轮10有周向力P和P1。同时周向力P对内外齿圈4有一个反作用力，该反作用力使齿圈受到与输入轴转向相同方向的力矩M。一旦内外齿圈4失去约束就会转动。
设内外齿圈4不转时，输入和输出转速分别为n1和n2，则这时的增速比为：
i＝n2/n1
如果容积油泵7受到油路上油口开度的控制，有一定油量排出，使内外齿圈4以n3转速转动时，则输出轴的实际转速为应n2-n3。这时的增速比为：
i’＝(n2-n3)/n1
利用液压控制系统可实现排油流量连续变化，从而可实现增速箱速比的连续可调。
为保证速比的变化与主轴的转速按线性变化关系，可按图3设置液压系统。该液压系统包括伺服放大单元、执行机构、流量特性计算单元、泵转速特性计算单元和泵转速反馈单元。
本实用新型的行星齿轮增速箱运用在大型风力发电机上实现了可变速比的连续可调，能够满足对风轮变速运行的需要，从而可使风电机组采用恒速运行的一般同步发电机，甩掉了变流器，降低了成本，并大大改善了电能品质。此外，必要时在油泵出口的压力回路中还可加设弹性元件，以减小传动链中动载荷的峰值。这种增速箱还可应用于各种需要采用改变变速比的行星具轮增速箱的领域。
Claims (4)
1、一种可变速比的行星齿轮增速箱，包括输入轴(1)、行星增速级(2)、油泵齿轮传动机构(5)、控制单元(6)和输出轴(9)，其中行星增速级(2)包括太阳轮(3)、行星齿轮(10)和可转内外齿圈(4)，控制单元(6)包括容积油泵(7)和控制元件(8)，其特征在于：
内外齿圈(4)包括内齿轮和外齿轮，内齿轮和外齿轮同轴，且内齿轮与行星轮(10)啮合，由该内外齿轮通过油泵齿轮传动机构(5)来驱动容积油泵(7)，并在容积油泵(7)的出口处加装面积可控的出油口，由于行星增速级(2)的内外齿圈受到行星轮的圆周方向的作用力，故具有转动趋势，其转动方向与输出轴同向，从而通过控制容积油泵(7)的排油量，进而控制容积油泵(7)的转速，使内外齿圈有一定的转速，由于内外齿圈的转向与输出轴的转向相同，减小了输出轴的转速，从而改变齿轮增速箱的传动比。
2、根据权利要求1所述的可变速比的行星齿轮增速箱，其特征在于：所述传动比在一定范围内的是连续可变的。
3、根据权利要求1所述的可变速比的行星齿轮增速箱，其特征在于：在容积油泵(7)出口处加装弹性元件，用于吸收整个传动过程中的冲击，降低传动过程中承载元件的动载荷幅值。
4、根据权利要求1所述的可变速比的行星齿轮增速箱，其特征在于：采用液压系统控制油泵转速，该液压系统包括伺服放大单元、执行机构、流量特性计算单元、泵转速特性计算单元和泵转速反馈单元。
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