可变速比变速器制造技术

描述了一种具有无级变速的速比的可变速比变速器，其例如使诸如风力或潮汐涡轮机（１０）等能以较低但连续变化的速度运转，以在没有过大瞬时转矩的情况下平稳地驱动如同步发电机等的恒速机器。优选的变速器包括具有从动输入（５０）和驱动输出的初级差速器齿轮系（１２０），输入速度与输出速度的速比是可变的，且所述速比受由初级差速器（１２０）内的速度控制齿轮传动装置（１５０）提供的反作用转矩支配，该变速器还包括次级差速器齿轮系（２２０），该次级差速器齿轮系经由第一路线（１１５）与输入（５０）旋转连接，并经由不同的第二路线（１２５）与速度控制齿轮传动装置（１５０）旋转连接，其中次级差速器齿轮系包括两条平行的动力路径Ｐ′和Ｐ″，一条路径包括具有在液压回路中的两个液压单元（１８０，５００）的液压旁路，沿着旁路路径Ｐ′的液压回路传输的动力和传输动力的方向在使用中可选择地变化以改变路径Ｐ″中的速度，由此改变第二路线中的动力并改变速度控制齿轮传动装置的反作用转矩，并由此支配所述速比。变速器利用第一路线和第二路线以用于整个输入速度范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有无级变速的速比的可变速比变速器，其例如使诸如风力或潮汐涡轮机的原动机能够以较低的但连续变化的速度运转，以在没有过大的瞬时转矩的情况下平 稳地驱动诸如同步发电机的恒速机器。
技术介绍
具体地，对于用于风力涡轮机的增速变速器的需要源于其与典型地为1500rpm的 优选的发电机速度相比转速较低。低的涡轮机速度由以下事实导致，即风能发电是涡轮机 扫掠面积和叶片叶尖速度极限的函数。因而，功率越高，转子速度越低。实际上，功率与转 子直径的平方成正比，而转子速度与叶尖直径和/或转子功率的平方根成反比；例如，与具 有相同叶尖速度的400kW机器以44rpm运转相比，3000kW涡轮机将以16rpm运转。由于转 子重量和转矩与转子直径的立方成正比；较大的涡轮机不但具有较大的变速器增速比，而 且具有甚至更大的输入转矩，并因此具有较低的功率对重量比。例如，尽管3000kW涡轮机 产生了 400kW机器的7. 5倍的功率，但是其转矩和重量增加到原来的20. 54倍(即，7. 5的 1. 5次幂)，而因为其速度减少了 7. 5倍的平方根，所以速比增加到原来的2. 74倍。 由于变速箱的体积、重量和价格受其转矩和总速比的支配，所以有通过减少寄生 的瞬时过载转矩来减少重量的动机，所述寄生的瞬时过载转矩通常在所有固定速比的风力 涡轮机变速器中产生(并为其提供)。这些通过风速、空气密度和在涡轮机的大的扫掠面积 上的单元空气动力能量中的随机变化而产生。这些变化导致涡轮机转子毂在其至变速箱的 输入处的速度波动，所述速度波动每转可能会发生多次。这由于风速的稳态变化以及阵风 期间发生的突然变化而进一步复杂化。由于风能与空气速度的立方直接相关，所以50%的 瞬时速度增加将把空气动力学功率增加到原来的3倍。在该功率中的某些部分将由于较低 效率而耗散，而某些部分将通过涡轮机中增加的速度和动能而耗散时，由此可以知道，对于 固定速比变速器，将产生额外转矩以试图使发电机加速。这源于以下事实，即发电机的惯 量绕其自身轴线(指涡轮机转子的轴线时)的极矩被乘以增速比的平方。因而，需要80/1 的增速比的发电机将具有绕其自身轴线惯量的6400倍的折合惯量(referred inertia)。 涡轮机转子毂与其平均转速的1度角偏差将因此意味着发电机在相同的时间尺度上的80 度的波动。 异步发电机可以采用功率调节以产生平稳的电力输出，但是这掩饰了问题，因为 机械加速转矩将仍然需要改变其速度。这种瞬时加速转矩仅可以通过机械变速器路径中的 应变能而减小，因而更加刚性的变速器将具有更高的转矩。 可变速比变速器通过按与涡轮机速度的瞬时变化相同的比率以互补的方式改变 其速比而消除该问题。通过这样做，发电机转矩、速度和相位角通过允许涡轮机加速和吸收 动能形式的过大的瞬时功率而保持恒定。 例如在本申请人的在先专利申请W02004/109157中说明的现有的可变速比变速 箱已经为包括风力涡轮机的应用所采用。然而，这些应用的复杂性(例如使用诸如离合器3和可替代的动力路线的可消耗部件的需要)增加了它们的尺寸、重量和制造成本。本专利技术 人已经意识到需要一种简单的可变速比变速箱，其在实施例中提供了发电机速度控制和简 单的设计。
技术实现思路
根据一个方面，本专利技术涉及一种用于风力或潮汐发电机应用的可变速比变速器， 其适于从原动机输入提供基本恒速的输出，所述原动机输入至少在产生所有发电的输入速 度范围内改变速度，所述变速器包括具有原动机输入和驱动输出的初级差速器齿轮系，其 中所述输入速度与输出速度的速比是可变的，并且其中所述速比受由所述初级差速器内的 速度控制齿轮传动装置所提供的反作用转矩支配，所述变速器还包括次级差速器齿轮系， 所述次级差速器齿轮系经由第一路线与所述输入进行旋转连接，并且经由不同的第二路线 与所述速度控制齿轮传动装置进行旋转连接，其中所述次级差速器齿轮系包括两条平行的 动力路径， 一条路径包括液压旁路，所述液压旁路具有在液压回路中的两个液压单元，沿着 所述旁路路径的液压回路传输的动力和所传输动力的方向在使用中能够选择地变化以改 变另一条路径中的速度，由此改变所述第二路线中的动力并改变所述速度控制齿轮传动装 置的反作用转矩，并由此支配所述速比，所述变速器的特征在于，所述第一路线和第二路线 用于整个输入速度范围。 优选地，第一路线和第二路线是无离合器的。 在一个实施例中，当输入速度在范围内的预定值以下时，所述单元使动力在所述 单元之间的一个方向上传输，并且当达到或超过所述速度时，所述动力传输方向反向。 优选地，液压单元各自都以与输入速度成比例的速度被驱动。 更优选地，每个液压单元都是具有可变冲程的容积式装置以改变体积流量或压 力。 优选地，调节一个或两个单元的冲程以改变在旁路路径中传输的动力。 在一个布置中，初级和/或次级差速器齿轮系包括行星齿轮系。如果这样，则初级和次级齿轮系可以二者都是行星齿轮系，并且存在以下行星布置中的任何一个或多个 至初级差速器的第一输入是初级差速器的行星架； 初级差速器的输出是初级差速器的齿圈； 初级差速器的速度控制齿轮是初级差速器的太阳轮； 次级差速器的两条动力路径包括次级差速器的太阳轮和行星架。 本专利技术涉及一种变速器系统，其包括(a)低速固定速比的增速段；和(b)可变速比段，所述变速器系统具有输入轴，以用于从所述固定速比段接收无级可变的输入速度并且在其输出轴上提供恒定的输出速度，其中所述可变速比段包括或包含如任一项上述权利要求所述的变速器。 优选地，固定速比段包括两个串联的行星段。 本专利技术涉及一种经由如上所述的可变速比变速器驱动地连接至发电机的流体驱 动的原动机。 本专利技术扩展到此处所述的任何新颖的结构特征以及此处所述的结构特征的任何 新颖的组合，不论这些结构特征是否在此组合地说明。例如，本专利技术可以涉及一种用于风力或潮汐发电机应用的可变速比变速器，其适于从原动机输入提供基本恒速的输出，所述 原动机输入至少在产生所有发电的输入速度范围内改变速度，所述变速器包括具有原动机 输入和驱动输出的初级差速器齿轮系，其中输入速度与输出速度的速比是可变的，并且其 中所述速比受由初级差速器内的速度控制齿轮传动装置所提供的反作用转矩支配，该变速 器还包括次级差速器齿轮系，所述次级差速器齿轮系经由第一路线与所述输入进行旋转连 接，并且经由不同的第二路线与速度控制齿轮传动装置进行旋转连接，其中次级差速器齿 轮系包括两条平行的动力路径， 一条路径包括液压旁路，所述液压旁路具有在液压回路中 的两个液压单元，沿着旁路路径的液压回路传输的动力和所传输动力的方向在使用中能够 选择地变化以改变另一条路径中的速度，由此改变第二路线中的动力并改变速度控制齿轮 传动装置的反作用转矩，并由此支配所述速比，该变速器特征在于，第一路线和第二路线是 无离合器的。附图说明 本专利技术可以以多种方式执行，并且现在将参照附图说明具体的实施例，其中 图la是用于与图lb中所示的齿轮传动装置一起使用的增速齿轮传动装置的剖视 示意图； 图lb是齿轮传动装置和发电机的组件的局部剖视示意图； 图2至4示出图lb的齿轮传动装置，示出在多种操作模式期间的动力传输； 图5是指示使用的液压单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于风力或潮汐发电机应用的可变速比变速器，其适于从原动机输入提供基本恒速的输出，所述原动机输入至少在产生所有发电的输入速度范围内改变速度，所述变速器包括具有原动机输入和驱动输出的初级差速器齿轮系，其中所述输入速度与输出速度的速比是可变的，并且其中所述速比受由所述初级差速器内的速度控制齿轮传动装置所提供的反作用转矩支配，所述变速器还包括次级差速器齿轮系，所述次级差速器齿轮系经由第一路线与所述输入进行旋转连接，并且经由不同的第二路线与所述速度控制齿轮传动装置进行旋转连接，其中所述次级差速器齿轮系包括两条平行的动力路径，一条路径包括液压旁路，所述液压旁路具有在液压回路中的两个液压单元，沿着所述旁路路径的液压回路传输的动力和所传输动力的方向在使用中能够选择地变化以改变另一条路径中的速度，由此改变所述第二路线中的动力并改变所述速度控制齿轮传动装置的反作用转矩，并由此支配所述速比，所述变速器的特征在于，所述第一路线和第二路线用于整个输入速度范围。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2007-6-8 0711043.0;US 2007-6-8 60/942,675一种用于风力或潮汐发电机应用的可变速比变速器，其适于从原动机输入提供基本恒速的输出，所述原动机输入至少在产生所有发电的输入速度范围内改变速度，所述变速器包括具有原动机输入和驱动输出的初级差速器齿轮系，其中所述输入速度与输出速度的速比是可变的，并且其中所述速比受由所述初级差速器内的速度控制齿轮传动装置所提供的反作用转矩支配，所述变速器还包括次级差速器齿轮系，所述次级差速器齿轮系经由第一路线与所述输入进行旋转连接，并且经由不同的第二路线与所述速度控制齿轮传动装置进行旋转连接，其中所述次级差速器齿轮系包括两条平行的动力路径，一条路径包括液压旁路，所述液压旁路具有在液压回路中的两个液压单元，沿着所述旁路路径的液压回路传输的动力和所传输动力的方向在使用中能够选择地变化以改变另一条路径中的速度，由此改变所述第二路线中的动力并改变所述速度控制齿轮传动装置的反作用转矩，并由此支配所述速比，所述变速器的特征在于，所述第一路线和第二路线用于整个输入速度范围。2. 根据权利要求1所述的可变速比变速器，其中，所述第一路线和第二路线是无离合 器的。3. 根据权利要求1或2所述的可变速比变速器，其中，当所述输入速度在所述范围内的 预定值以下时，所述单元使动力在所述单元之间的一个方向上传输，并且当达到或超过所 述速度时，所述动力传...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ希克斯，F坎利夫，
申请(专利权)人：轨道二有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]