風輪發電機和潮流發電機的製作方法

2023-06-02 22:16:11

專利名稱：風輪發電機和潮流發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種風輪發電機和潮流發電機，該風輪發電機和潮流發電機將轉子的旋轉能經由液壓傳動裝置傳輸到發電機，該液壓傳動裝置是液壓泵和液壓馬達的組合。
背景技術：
近年來，從保護環境的視角看，使用利用風力的風輪發電機以及可再生能源類型的渦輪發電機諸如利用潮汐的潮流發電機正變得流行。
在上述發電機中，風輪發電機將風的動能轉化成轉子的旋轉能並進一步通過發電機將轉子的旋轉能轉化成電功率。在普通的風輪發電機中，轉子的轉速大約為每分鐘幾轉到每分鐘幾十轉。同時，發電機的額定速度通常為1500rpm或1800rpm,因而將機械變速箱設置在轉子與發電機之間。具體地，通過變速箱將轉子的轉速增大到發電機的額定速度，然後輸入到發電機。近年來，因為風輪發電機正變得更大以提高發電效率，所以變速箱趨於變得更沉重和更昂貴。因而，配備採用可變容量式的液壓泵和液壓馬達的組合的液壓傳動裝置的風輪發電機正在得到更多關注。例如，專利文獻I公開了一種使用液壓傳動裝置的風輪發電機，該液壓傳動裝置包括通過轉子旋轉的液壓泵和連接到發電機的液壓馬達。在該風輪發電機的液壓傳動裝置中，液壓泵和液壓馬達經由高壓容器和低壓容器相連。由此，轉子的旋轉能經由液壓傳動裝置傳輸到發電機。另外，液壓泵由多個活塞和缸的組以及凸輪構成，所述凸輪使活塞在缸中周期性地往復。另外，專利文獻2描述了一種採用液壓傳動裝置的風輪發電機，該液壓傳動裝置由通過轉子旋轉的液壓泵、連接到發電機的液壓馬達以及布置在液壓泵與液壓馬達之間的工作油路徑構成。在該風輪發電機的液壓傳動裝置中，液壓泵由多個活塞和缸的組、使活塞在缸中周期性往復的凸輪以及利用活塞的往復打開和關閉的高壓閥和低壓閥構成。通過將活塞鎖閉在上死點附近，由缸和活塞包圍的工作室無效，然後液壓泵的排量改變。引用列表專利文獻專利文獻I :US 2010/0032959專利文獻2 :US 2010/0040470

發明內容
技術問題要促進稱為「可再生能源式的渦輪發電機」的風輪發電機和潮流發電機，必須將電力成本降至等於或低於諸如熱能發電和液壓能發電的其它發電方法的電力成本，同時要降低其運行成本。要降低這些成本，必須進一步提高風輪發電機和潮流發電機的生產率和易於維護性。並且，取決於某一地點或環境狀況，風輪發電機和潮流發電機的規格通常改變，因而存在各種類型的具有不同輸出的風輪發電機和潮流發電機。因而，有效地生產各種類型的具有不同輸出的風輪發電機和潮流發電機以便降低包括生產成本在內的發電成本是重要的。然而，專利文獻I和專利文獻2中提出的風輪發電機使用具有許多部件諸如活塞、缸、凸輪、低壓閥和高壓閥的液壓馬達，因而生產率和易於維護性是不夠的。並且專利文獻I和專利文獻2都沒有公開有效地生產各種類型的具有不同輸出的風輪發電機的解決方案。鑑於上述問題，本發明的目的是提供一種風輪發電機和潮流發電機，該風輪發電機和潮流發電機配備具有液壓泵和液壓馬達的組合的液壓傳動裝置並且具有優良的生產率和易於維護性。問題的解決方案本發明提出了一種風輪發電機或潮流發電機，該風輪發電機或潮流發電機包括 轉子；發電機，其將從該轉子傳輸的旋轉能轉化成電功率；以及液壓傳動裝置，其將轉子的旋轉能傳輸到該發電機，其中該液壓傳動裝置包括可變排量式的液壓泵，其通過轉子驅動；可變排量式的液壓馬達，其連接到該發電機；高壓油管，其布置在液壓泵的排出側與液壓馬達的進口側之間；以及低壓油管，其布置在液壓泵的進口側與液壓馬達的排出側之間，其中液壓傳動裝置的液壓泵和液壓馬達中的每一個包括多個工作室，該多個工作室中的每一個工作室由缸和在該缸中以滑動方式移動的活塞包圍；凸輪，該凸輪具有與活塞形成接合的凸輪面；高壓閥，所述高壓閥中的每一個打開和關閉工作室中的每一個工作室與高壓油管之間的高壓連通路徑；以及低壓閥，該低壓閥中的每一個低壓閥打開和關閉工作室中的每一個工作室與低壓油管之間的低壓連通路徑，並且其中該液壓傳動裝置至少部分地由多個模塊構成。此處「模塊」指單元，其構成液壓傳動裝置的一部分並且是標準化的部件單元。模塊中的每一個模塊共享相同的形狀和結構。並且模塊中的每一個模塊優選在相同的操作下執行共同的功能、具有相同的性能並且以相同的性能設計。另外，每個模塊彼此類似但在設計中可包括少許差別。在上述的風輪發電機或潮流發電機中，液壓傳動裝置包括液壓泵和液壓馬達的組合，因而與使用機械變速箱的傳統風輪發電機或傳統潮流發電機相比，能夠降低風輪發電機的重量和成本。另外，要採用包括各種部件諸如缸、活塞、凸輪、高壓閥和低壓閥的液壓傳動裝置，液壓傳動裝置至少部分地由多個模塊形成，因而生產率和可維護性得以改進。具體地，通過用模塊形成液壓傳動裝置，液壓傳動裝置能夠容易地組裝並且風輪發電機或潮流發電機的生產率得以提高。另外，即使當液壓傳動裝置發生故障時，模塊也能個別地替換，即只需對導致故障的模塊進行替換。由此，能夠容易地對風輪發電機或潮流發電機執行維護。此外，通過根據預期輸出而改變液壓傳動裝置的模塊的數量，能夠有效地生產各種具有不同輸出的風輪發電機或潮流發電機。在上述的風輪發電機或潮流發電機中，優選液壓泵由多個模塊構成，所述模塊中的每一個模塊由缸體、活塞、高壓閥和低壓閥組成，該缸體具有至少一個缸，該活塞、高壓閥和低壓閥設置用於缸體的至少一個缸中的每一個缸。如上所述，液壓泵由多個模塊構成，所述模塊中的每一個模塊由缸體及其附屬部件組諸如活塞、高壓閥和低壓閥組成。由此，能夠顯著地改進風輪發電機或潮流發電機的生產率和可維護性。在此情形中，優選液壓泵的活塞包括活塞體和活塞輥或活塞滑靴，該活塞體在缸中以滑動方式移動，而該活塞輥或活塞滑靴安裝在該活塞體上並且與凸輪的凸輪面形成接
合 ο如上所述，液壓泵的活塞由包括活塞體和活塞輥或活塞滑靴的活塞形成，使得該活塞能夠沿凸輪面平滑地運行。部件的數量通過使用包括活塞體和活塞輥或活塞滑靴的活塞而增加。然而，活塞能夠在仍保持風輪發電機的生產率和可維護性的同時安裝在上述的模塊(缸體及其附屬部件組)中。 另外，優選液壓泵的缸體在泵的旋轉軸的軸向方向上延伸，液壓泵的缸體包括至少一個缸陣列，並且液壓泵的缸體形成部分地覆蓋泵的旋轉軸的外周的弧形形狀，該至少一個缸陣列中的每一個缸陣列由在泵的旋轉軸的軸向方向上的缸布置組成，並且還優選液壓泵由繞泵的旋轉軸布置的多個模塊構成，所述模塊中的每一個模塊由弧形的缸體、活塞、高壓閥和低壓閥組成，該活塞、高壓閥和低壓閥設置用於缸體的缸中的每一個缸。活塞、高壓閥和低壓閥內裝在缸體中，因而模塊的外部形狀由缸體而不是部件組(活塞、高壓閥和低壓閥)限定。由於模塊的外部形狀由缸體的形狀設定，所以缸體的形狀對組裝和拆卸液壓泵的可加工性具有顯著的影響。特別地在風輪機的旋轉軸長於Im的情形中，液壓泵的尺寸相當大並且難以執行液壓泵的組裝/拆卸。通過使模塊的外部形狀對工人而言易於操縱，液壓泵的組裝/拆卸能夠得以有效地執行。在此方面，通過使用在泵的旋轉軸線的方向上延伸的弧形缸體，當組裝/拆卸液壓泵時，模塊能夠容易地拆卸或安裝，從而改進了風輪發電機或潮流發電機的可維護性。在此情形中，優選液壓泵的缸體包括繞泵的旋轉軸布置的多個缸陣列，並且高壓連通路徑布置在相鄰的缸陣列之間，屬於所述缸陣列的相鄰缸陣列的缸的工作室通過該高壓連通路徑與高壓油管連通。以這種方式，多個缸陣列繞泵的旋轉軸布置，並且高壓連通路徑布置在相鄰的缸陣列之間，屬於相鄰缸陣列的缸的工作室通過該高壓連通路徑與高壓油管連通。因此，在屬於相鄰缸陣列的缸中能夠共享該高壓連通路徑。另外，高壓工作油流動所通過的高壓連通路徑布置在缸體中，從而改進了其液體密封性。液壓泵部分地由具有端板的缸體構成，該端板與缸體形成接觸。通常，一對端板在泵的旋轉軸的軸向方向上布置在泵的旋轉軸的外周上或周圍以置入多個缸體。可替代地，液壓泵的缸體可以連續方式繞泵的旋轉軸的整個周邊形成環形形狀，並且液壓泵可由在泵的旋轉軸的軸向方向上布置的多個模塊構成，所述模塊中的每一個模塊由環形形狀的缸體、活塞、高壓閥和低壓閥組成，該活塞、高壓閥和低壓閥設置用於缸體的缸中的每一個缸。如上所述，模塊中的每一個模塊由缸體及其中的附屬部件組組成。通過改變在泵的旋轉軸的軸向方向上布置或繞該軸布置的模塊的數量，能夠有效地利用更少種類的部件生產各種類型的具有不同輸出的風輪發電機或潮流發電機。在此情形中，在各種具有不同輸出的發電機中能使用基本相同的端板，並且能夠改變泵的旋轉軸的軸向方向和布置在端板之間的模塊的數量。
在該風輪發電機中，優選液壓泵的環凸輪具有凸輪面，該凸輪面限定多個具有繞泵的旋轉軸交替布置的凹部和凸部的波形部，並且該環凸輪通過將多個模塊在泵的旋轉軸的周向方向上並排布置而環形地形成，所述模塊中的每一個模塊是環凸輪在泵的旋轉軸的周向方向上所分成的弧形構件中的一個弧形構件。如上所述，液壓泵的凸輪是具有凸輪面的環凸輪，該凸輪面限定多個具有繞泵的旋轉軸交替布置的凹部和凸部的波形部。當該軸進行一圈旋轉時，液壓泵的活塞能夠移動許多次，從而實現液壓泵的大扭矩。另外，液壓泵的環凸輪通過將多個弧形模塊在泵的旋轉軸的周向方向上並排布置而形成，從而顯著地提高了液壓泵的生產率和可維護性。可替代地，該風輪發電機可構造為使得液壓泵的凸輪是具有凸輪面的環凸輪，該凸輪面限定多個具有繞泵的旋轉軸交替布置的多個凹部和凸部的波形部，該環凸輪以連續方式繞泵的旋轉軸的整個周邊環形地形成，並且該環凸輪形成模塊，而多個模塊在泵的旋轉軸的軸向方向上布置以形成液壓泵。如上所述，液壓泵的凸輪是具有凸輪面的環凸輪，該凸輪面限定多個具有繞泵的·旋轉軸交替布置的凹部和凸部的波形部。當該軸進行一圈旋轉時，液壓泵的活塞能夠移動許多次，從而實現液壓泵的大扭矩。另外，該環凸輪以連續方式繞泵的旋轉軸的整個周邊環形地形成，並且該環凸輪形成模塊。通過簡單地改變在軸的軸向方向上布置的模塊的數量，能夠有效地生產各種類型的具有不同輸出的風輪發電機。在上述的風輪發電機中，還優選液壓泵的凸輪是繞泵的旋轉軸周向布置的環凸輪，並且該環凸輪具有凸輪面，該凸輪面限定多個具有繞泵的旋轉軸交替布置的多個凹部和凸部的波形部，並且多個環凸輪在泵的旋轉軸的軸向方向上布置，使得環凸輪的凸輪面的相位彼此相對移位。由此，活塞的運動的定時能通過環凸輪中的每一個環凸輪而彼此延遲，從而減小液壓泵的振動。此外優選在上述的風輪發電機中，液壓傳動裝置包括多個液壓馬達，所述液壓馬達中的每一個液壓馬達形成模塊。在此情形中，多個形成模塊的液壓馬達和發電機的組可設置在該風輪發電機中。在配備機械變速箱的傳統風輪發電機中，軸、發電機和輸出軸機械連接。因而，傳統風輪發電機具有非常複雜的用以將軸的扭矩傳輸到多個輸出軸的結構。另一方面，在配備該液壓傳動裝置的風輪發電機中，通過簡單地布置多個液壓馬達並且將高壓油管和低壓油管連接到液壓馬達中的每一個液壓馬達，軸的扭矩能夠傳輸到多個液壓馬達的輸出軸。以這種方式，通過將軸的扭矩傳輸到液壓馬達的輸出軸，液壓馬達和與其相連的發電機能夠得以小型化，並且布置液壓馬達和發電機的靈活性得以提高。此外，通過將液壓馬達中的每一個液壓馬達製成一個模塊並且改變模塊的數量(液壓馬達的數量)，能夠有效地生產各種類型的具有不同輸出的風輪發電機。在上述的風輪發電機中，優選液壓馬達的凸輪是偏心凸輪，其相對於與發電機相連的曲軸的軸心偏心布置，並且液壓馬達由在曲軸的軸向方向上布置的多個模塊構成，所述模塊中的每一個模塊由缸體、活塞、高壓閥和低壓閥組成，該缸體具有至少一個缸，該活塞、高壓閥和低壓閥設置用於缸體的至少一個缸中的每一個缸，該缸體以連續方式繞曲軸的中心軸線周向布置。
通過製成缸體及其附屬部件組的一個模塊並且改變布置在曲軸的軸向方向上的模塊的數量，能夠有效地生產各種類型的具有不同輸出的風輪發電機。在上述的風輪發電機中，還優選液壓馬達的活塞包括活塞體和活塞輥或活塞滑靴，該活塞體在缸中以滑動方式移動，而該活塞輥或活塞滑靴安裝在該活塞體上並且與凸輪的凸輪面形成接合。如上所述，通過使用包括活塞體和活塞輥或活塞滑靴的活塞作為液壓馬達的活塞，凸輪能夠與活塞的垂直運動同步地平滑旋轉。另外，部件的數量通過使用包括活塞體和活塞輥或活塞滑靴的活塞而增加。然而，活塞能夠在仍保持風輪發電機的生產率和可維護性的同時安裝在上述的模塊(缸體及其附屬部件組)中。可替代地，液壓馬達的凸輪可包括偏心凸輪，其相對於與發電機相連的曲軸的軸心偏心布置，並且液壓馬達可由在曲軸的周向方向上布置的多個模塊構成，所述模塊中的每一個模塊由缸體、活塞、高壓閥和低壓閥組成，該缸體具有至少一個缸並且部分地覆蓋該偏心凸輪的凸輪面，該活塞、高壓閥和低壓閥設置用於缸體的至少一個缸中的每一個缸。在上述的風輪發電機中，還優選液壓馬達的凸輪包括多個偏心凸輪，所述多個偏心凸輪相對於與發電機相連的曲軸的軸心偏心布置，並且多個環凸輪在曲軸的軸向方向上布置，使得偏心凸輪的凸輪面的相位彼此相對移位。低壓油管可包括通向大氣的部分，但在使用中，其中的流體優選處在高於大氣壓力的壓力下。低壓油管可包括軟管或管子，並且優選包括形成液壓泵和液壓馬達的本體的導管。由此，用以旋轉偏心凸輪中的每一個偏心凸輪的活塞的往復運動的節距能彼此移置，從而減小液壓泵的振動。本發明的有利效果根據本發明，風輪發電機或潮流發電機使用包括液壓泵和液壓馬達的組合的液壓傳動裝置，因而與使用機械變速箱的傳統風輪發電機或潮流發電機相比，能夠降低風輪發電機的重量和成本。另外，要採用包括各種部件諸如缸、活塞、凸輪、高壓閥和低壓閥的液壓傳動裝置，液壓傳動裝置至少部分地由多個模塊形成，因而生產率和可維護性得以改進。具體地，通過用模塊形成液壓傳動裝置，液壓傳動裝置能夠容易地組裝並且風輪發電機或潮流發電機的生產率得以提高。另外，即使當液壓傳動裝置發生故障時，模塊也能個別地替換，即只需對導致故障的模塊進行替換。由此，能夠容易地對風輪發電機或潮流發電機執行維護。此外，通過根據預期輸出而改變液壓傳動裝置的模塊的數量，能夠有效地生產各種具有不同輸出的風輪發電機或潮流發電機。


圖I是顯示風輪發電機的示例結構的示意圖。圖2是顯示該風輪發電機的液壓泵的示例構造的視圖。圖3是顯示該風輪發電機的液壓馬達的示例構造的視圖。圖4是由多個模塊構成的液壓泵的示例的圖示。圖5是沿圖4的線A-A截取的剖面圖。
圖6是顯示構成液壓泵的模塊的缸體的剖面圖。圖7是自圖6的方向B看到的缸體的平面圖。圖8是由多個模塊構成的液壓泵的另一示例的圖示。圖9是沿圖8的線C-C截取的剖面圖。圖10是顯示具有多個作為模塊的液壓馬達的液壓傳動裝置的簡圖。圖11是由多個模塊構成的液壓馬達的示例的圖示。
圖12是由多個模塊構成的液壓馬達的另一示例的圖示。圖13是沿圖11的線D-D截取的剖面圖。圖14是由多個模塊構成的液壓馬達的另一示例的圖示。圖15是沿圖14的線E-E截取的剖面圖。
具體實施例方式現在將參照附圖對本發明的優選實施例進行詳細描述。然而，預期的是如果沒有特別指定，則尺寸、材料、形狀、其相對位置等將被理解為僅僅是說明性的而不限制本發明的範圍。下文對與本發明有關的風輪發電機的總體結構進行說明。圖I是顯示該風輪發電機的示例結構的示意圖。圖2是顯示該風輪發電機的示例結構的示意圖。圖2是顯示該風輪發電機的液壓泵的示例構造的視圖。圖3是顯示該風輪發電機的液壓馬達的示例構造的視圖。使用三葉片風輪機作為該風輪發電機的示例。然而，本發明不限於此示例而是能應用於各種類型的風輪機。如圖I中所示，風輪發電機I包括通過風旋轉的轉子2、用於增加轉子2的轉速的液壓傳動裝置10、用於產生電功率的發電機20、短艙22以及用於支撐短艙22的塔架24。轉子2構造為使得主軸8 (泵的旋轉軸)連接到具有葉片4的轂6。具體地，三個葉片4從轂6徑向延伸，並且葉片4中的每一個葉片安裝在與主軸8相連的轂6上。由此，作用在葉片4上的風力使整個轉子2旋轉，轉子2的旋轉經由主軸8輸入到液壓傳動裝置
10。轂6可容納用於改變葉片4的槳距角的槳距驅動機構。液壓傳動裝置10包括通過主軸8旋轉的可變排量式的液壓泵12、連接到發電機20的可變排量式的液壓馬達14以及布置在液壓泵12與液壓馬達14之間的高壓油管16和低壓油管18。高壓油管16將液壓泵12的排出側和液壓馬達14的進口側連接。低壓油管18將液壓馬達14的排出側和液壓泵12的進口側連接。由此，主軸8的旋轉使液壓泵12旋轉，從而在高壓油管16與低壓油管18之間產生壓力差。該壓力差驅動液壓馬達14。液壓傳動裝置10根據主軸8的轉速調節增速比(液壓泵12和液壓馬達14的排量比)，以便使液壓馬達14的轉速保持在恆定速度。如圖2中所示，液壓泵12具有多個由缸30和活塞32包圍的工作室33、具有與活塞32接合的凸輪面的凸輪34以及高壓閥36和低壓閥38的組，每組高壓閥36和低壓閥38設置用於工作室33中的每一個工作室。缸30是形成在下文描述的缸體中的柱形空間。在缸30的內部形成由缸30和活塞32包圍的工作室33。
從使活塞32沿凸輪34的凸輪面平滑運行的視角看，活塞32中的每一個活塞優選包括活塞體32A和活塞輥或活塞滑靴，該活塞體32A在缸30中以滑動方式移動，而該活塞輥或活塞滑靴安裝在活塞體32A上並且與凸輪34的凸輪面接合。「活塞輥」是與凸輪34的凸輪面形成接觸並且在其上滾動的構件。「活塞滑靴」是與凸輪34的凸輪面形成接觸並且在其上滑動的構件。圖2中示出的示例顯示了每一個均具有活塞體32A和活塞輥32B的活塞32。凸輪34經由凸輪架35安裝在主軸8的外周上。對於主軸8的一圈旋轉，凸輪34使液壓泵的活塞32中的每一個活塞向上和向下移動多次，從而增大液壓泵的扭矩。根據該觀點，凸輪34優選是具有凸輪面的環凸輪，該凸輪面限定多個具有繞主軸交替布置的凹部34A和凸部34B的波形部。凸輪34通過諸如螺栓、鍵和銷的固定構件固定到凸輪架35。
高壓閥36布置在高壓油管16與工作室33的每一個工作室之間的高壓連通路徑37中。同時，低壓閥38布置在低壓油管18與工作室33的每一個工作室之間的低壓連通路徑39中。通過打開和關閉高壓閥36和低壓閥38，能夠改變高壓油管16與工作室33的每一個工作室之間以及低壓油管18與工作室33的每一個工作室之間的連通狀態。高壓閥36和低壓閥38的打開和關閉與活塞32的向上和向下運動同步執行。在液壓泵12中，當凸輪34隨主軸8旋轉時，每個活塞32的活塞體32A周期性地向上和向下移動。並且在液壓泵12中，泵步驟和吸入步驟重複地執行，在該泵步驟中，活塞32從下死點移動到上死點，而在該吸入步驟中，活塞32從上死點移動到下死點。在該泵步驟中，高壓閥36打開而低壓閥38關閉，以便將工作室33中的高壓油經由高壓連通路徑37供應到高壓油管16。同時，在該吸入步驟中，高壓閥36關閉而低壓閥38打開，以便將來自低壓油管18的低壓油經由低壓連通路徑39供應到工作室33。以這種方式，液壓泵12通過主軸8的旋轉而旋轉，從而在高壓油管16與低壓油管18之間產生壓力差。如圖3中所示，液壓馬達13包括多個形成在缸40與活塞42之間的液壓室43、具有與活塞42接合的凸輪面的凸輪44以及設置用於液壓室43中的每一個液壓室的高壓閥46和低壓閥48。缸40是設置用於下文描述的缸體的柱形空間。在缸40的內部形成由缸40和活塞42包圍的工作室43。從使活塞42的向上和向下運動平滑地轉化成凸輪44的旋轉運動的視角看，活塞42中的每一個活塞優選包括活塞體42A和活塞輥或活塞滑靴，該活塞體42A在缸40中以滑動方式移動，而該活塞輥或活塞滑靴安裝在活塞體42A上並且與凸輪44的凸輪面接合。此處，「活塞輥」是與凸輪34的凸輪面形成接觸並且在其上旋轉的構件。「活塞滑靴」是與凸輪34的凸輪面形成接觸並且在其上滑動的構件。圖3顯示了活塞42中的每一個活塞均具有活塞體42A和活塞輥42B的示例。凸輪44是偏心凸輪,其相對於與發電機20相連的曲軸45的軸心O偏心地布置。當活塞42完成一組向上和向下運動時，凸輪44和凸輪44安裝在其上的曲軸45完成一圈旋轉。高壓閥46布置在高壓油管16與工作室43的每一個工作室之間的高壓連通路徑47中。同時，低壓閥48布置在低壓油管18與工作室43的每一個工作室之間的低壓連通路徑49中。通過打開和關閉高壓閥46和低壓閥48，能夠改變高壓油管16與工作室43的每一個工作室之間以及低壓油管18與工作室43的每一個工作室之間的連通狀態。高壓閥46和低壓閥48的打開和關閉與活塞42的向上和向下運動同步執行。在液壓馬達14中，活塞42通過使用高壓油管16與低壓油管18之間的壓力差而上下移動。並且在液壓馬達14中，馬達步驟和排出步驟重複地執行，在該馬達步驟中，活塞42從上死點移動到下死點，而在該排出步驟中，活塞42從下死點移動到上死點。在該馬達步驟中，高壓閥46打開而低壓閥48關閉，以便將高壓油從高壓油管16經由高壓連通路徑47供應到工作室43。同時，在該排出步驟中，高壓閥46關閉而低壓閥48打開，以便將工作室43中的工作油經由低壓連通路徑排出到低壓油管18。以這種方式，在馬達步驟中供應到工作室43中的高壓油將活塞42向下推向下死點，然後曲軸45隨凸輪44旋轉。 如圖I中所示，發電機20連接到液壓傳動裝置10的液壓馬達14。已知的同步發電機或異步發電機能用作發電機20。將具有幾乎恆定轉速的扭矩從液壓馬達14輸入到發電機20，然後發電機20產生具有幾乎恆定頻率的交流電。短艙22可旋轉地支撐轉子2的轂並且容納諸如液壓傳動裝置10和發電機20的多個裝置。此外短艙22可旋轉地支撐在塔架24上並且可根據風向通過未示出的偏航馬達(yaw motor)轉動。塔架24形成從基座26向上延伸的柱。例如，塔架24能由一個柱狀構件或多個在垂直方向上相連的單元構成以形成柱形形狀。如果塔架24由多個單元構成，則短艙22安裝在最頂部單元上。接下來，對用於與該優選實施例相關的風輪發電機I的液壓傳動裝置10的詳細構造進行說明。在該風輪發電機I中，液壓傳動裝置10至少部分地由多個模塊構成。下文中，通過使用如下示例對液壓傳動裝置10的構造進行說明其中液壓傳動裝置10的液壓泵12由多個模塊形成的示例；其中液壓傳動裝置通過使用多個液壓馬達14作為模塊形成的示例；以及其中液壓傳動裝置10的液壓馬達14由多個模塊形成的示例。(液壓泵模塊)圖4示出了由多個模塊構成的液壓泵的示例。圖5是沿圖4的線A-A截取的剖面圖。圖6是顯示構成液壓泵12的模塊的缸體的剖面圖。圖7是自圖6的方向B的缸體的平面圖。圖4顯示了安裝在主軸8上的液壓泵12。具體地，凸輪架35固定到主軸8的外周，而凸輪34安裝在該凸輪架35上。另外，在圖4中示出的示例中，液壓泵12布置在用於在短艙側可旋轉地支撐主軸8的主軸軸承9A與9B之間。在凸輪架35的外周上，泵殼50經由泵軸承52固定。泵殼50覆蓋缸30、活塞32、高壓閥36、低壓閥38和凸輪34中的每個部件，並且還防止工作油洩漏到外部。另外，泵殼50包括一對布置在主軸8的軸向方向上的端板50A和50B以及布置在該對端板50A和50B之間的柱形外殼50C。液壓泵12由多個模塊構成，這些模塊中的每一個模塊均由缸體54、活塞32、高壓閥36和低壓閥38組成，該缸體54具有至少一個缸30，而該活塞32、高壓閥36和低壓閥38設置用於缸體54的缸30中的每一個缸。該模塊由缸體54以及諸如活塞32、高壓閥36和低壓閥38的附屬部件形成。以這種方式，液壓泵12通過組合多個模塊而構成以便顯著地改進風力發電機I的生產率和可維護性。如圖7中所示，缸體54中的每一個缸體是在主軸8的軸向方向上延伸的弧形橫截面的構件。缸體54中的每一個缸體包括至少一個缸陣列56 (參見圖7)。如圖7所示，缸體54中的每一個缸體由在主軸8的軸向方向上布置的缸30-1、30-2、30-3和30_4構成。對於缸體54,成對的活塞32、高壓閥36和低壓閥38布置用於缸30中的每一個缸。如圖5中所示，液壓泵12由多個在主軸8的周向方向上布置的模塊Ml構成，模塊Ml中的每一個模塊均由弧形的缸體54、活塞32、高壓閥36和低壓閥38組成，該活塞32、高壓閥36和低壓閥38設置用於缸體54的缸30中的每一個缸。活塞32、高壓閥36和低壓閥38集成在缸體54中，並且由活塞32、高壓閥36和低·壓閥38構成的此部件組不限定模塊的形狀。模塊的形狀由缸體54限定並且顯著地影響液壓泵12的拆卸和組裝的可加工性。就這一點，使用在主軸8的軸向方向上延伸的弧形的缸體54，使得當組裝或拆卸液壓泵12時，模塊Ml能容易地安裝或卸下。由此，風輪發電機I的可維護性得以改進。缸體54包括多個在主軸8的周向方向上布置的缸陣列56。並且高壓連通路徑37布置在相鄰的缸陣列56之間，通過該高壓連通路徑37，屬於彼此相鄰的缸陣列56的缸30的流體室33與高壓流體管線連通。在圖7中所示的示例中，高壓連通路徑37布置在一對相鄰的缸陣列56之間。八個缸30屬於該對相鄰的缸陣列56。八個缸30中的每一個缸的每個工作室33經由高壓閥36連接到高壓連通路徑37。以這種方式，標準化的高壓連通路徑37能用於屬於相鄰缸陣列56的所有的缸30。另外，高壓的工作油移動所通過的高壓連通路徑37布置在缸體54的一側，並因而改進了液體密封性，即抑制了工作油的洩漏。另外，以與高壓連通路徑37相同的方式，標準化的低壓連通路徑39能用於多個缸30。在此情形中，針對多個缸30標準化的高壓連通路徑37和低壓連通路徑39可布置為從缸體54的相對端沿主軸8的軸向方向延伸。此外，來自工作室33的高壓油通過高壓連通路徑37供應到高壓油管16，該高壓油管16連接到液壓泵12的後端側，例如距液壓泵12的轂6最遠的一側。同時，如圖4和圖5所示，低壓連通路徑39布置在缸體54的在主軸8的徑向方向上的外側以及泵殼50的在該徑向方向上的內側。低壓連通路徑39是設置用於多個缸30的公共低壓連通路徑，並且與連接到液壓泵12的頂部的低壓油管18連通。以這種方式，低壓油管18的低壓油流動通過低壓連通路徑39，然後經由低壓閥38供應到工作室33中的每一個工作室。如圖5中所示，液壓泵12的凸輪34可由多個並排布置在主軸8的周向方向上的模塊M2環形地形成。模塊M2中的每一個模塊是上述環凸輪(參見圖2)在主軸8的周向方向上所分成的弧形構件58。以這種方式，弧形構件58作為模塊M2並排布置在主軸8的周向方向上，以便形成環凸輪，即凸輪34。由此，液壓泵12的生產率和易於維護性能顯著改進。如圖4中所示，液壓泵12的凸輪34的陣列布置在主軸8的軸向方向上。在此情形中，優選布置為使得凸輪34中的每一個凸輪的凸輪面相對於彼此移置，以通過延遲活塞32彼此的運動的定時來減小液壓泵12的振動。換句話說，在主軸8的周向方向上的一個位置處，多個布置在主軸8的軸向方向上的凸輪34具有彼此不同的高度。如上文說明的，參照圖4到圖7對採用模塊Ml和M2的液壓泵12的構造進行了說明。然而，液壓泵12的模塊化的實施例不限於上述示例，並且下面的模塊也可構成液壓泵12。圖8是由多個與圖4和圖5的模塊不同的模塊構成的液壓泵的另一示例的圖示。圖9是沿圖8的線C-C截取的剖面圖。在圖8和圖9中所示的液壓泵中，已經在圖4到圖7中說明的部件具有相同的附圖標記並且將不進行進一步地說明。在圖8和圖9中所示的液壓泵60中，缸體62以連續方式繞主軸的整個周邊形成環形形狀。液壓泵60由多個布置在主軸8的軸向方向上的模塊M3構成。模塊M3中的每一個模塊由環形形狀的缸體62、活塞30、高壓閥36和低壓閥38構成。
如圖8所示，除了凸輪64形成以連續方式環繞主軸8的整個周邊的環形形狀的事實之外，液壓泵60的凸輪64與圖5的液壓泵12的凸輪(環凸輪)34具有公共的特徵。具體地，凸輪64是以連續方式繞主軸的整個周邊形成的環形的環凸輪，並且在主軸8的周向方向上不被分割。如圖9中所示，液壓泵60包括多個在主軸8的軸向方向上布置的模塊M4。模塊M4中的每一個模塊由繞主軸8的整個周邊形成的環形凸輪64(環凸輪)構成。以這種方式，通過改變布置在主軸8的軸向方向上的模塊M4(凸輪64)的數量能夠有效地生產各種風輪發電機I。另外，如圖9中所示，考慮到減小液壓泵60的振動，液壓泵60的凸輪64相對於彼此移置。(具有多個液壓馬達的液壓傳動裝置)圖10是顯示具有多個作為模塊的液壓馬達14的液壓傳動裝置的簡圖。圖10的液壓傳動裝置70包括多個模塊M5，多個模塊M5中的每一個模塊由液壓馬達14(14-1、14-2、14-3)中的每一個液壓馬達構成。一端連接到液壓泵12的排出側的高壓油管16沿路線分開以連接到液壓馬達14的進口側。同時，一端連接到液壓馬達14中的每一個液壓馬達的排出側的低壓油管18在該路線上會合併且連接到液壓泵的進口側。多個液壓馬達14設置為模塊M5。高壓油管16和低壓油管18連接到液壓馬達14中的每一個液壓馬達，以便將主軸8的旋轉輸出到多個液壓馬達14的輸出軸(圖3的曲軸45)。以這種方式，通過將主軸的旋轉輸出到多個液壓馬達14，液壓馬達14和連接到液壓馬達14的發電機20 (20-1、20-2、20-3)能得以小型化，從而實現液壓馬達14和發電機的定位的更大靈活性。另外，當安裝多個液壓馬達14時，通過簡單地改變模塊M5的數量，即液壓馬達14的數量，能夠有效地生產各種具有不同輸出的風輪發電機I。(液壓馬達的模塊化)圖11是由多個模塊構成的液壓馬達14的另一示例的圖示。圖12是由多個模塊構成的液壓馬達14的另一示例的圖示。圖13是沿圖11的線D-D截取的剖面圖。如圖11中所不，液壓馬達14的凸輪44是偏心凸輪，其相對於與發電機20相連的曲軸45的軸心O偏心布置(參見圖13)。在液壓馬達14中設置繞凸輪40形成的缸體80。缸體80包括至少一個缸40以及設置用於缸40中的每一個缸的成對的活塞42、高壓閥46和低壓閥48。另外，在圖11中所示的示例中，活塞42包括活塞體42A和活塞滑靴42C，該活塞體42A在缸40中以滑動方式移動，而該活塞滑靴42C安裝在活塞體42A中並且與凸輪44的凸輪面接合。如圖11中所示，液壓馬達14由多個在曲軸45的周向方向上布置的模塊M6構成。圖11顯示了具有六個模塊M6的示例結構。模塊M6中的每一個模塊由部分地覆蓋凸輪44 (偏心凸輪)的凸輪面的缸體80、設置用於缸體80的每個缸40的活塞、設置用於缸體的至少一個缸中的每一個缸的高壓閥46和低壓閥48構成。圖11示出了其中模塊M6由部分地覆蓋凸輪(偏心凸輪)44的凸輪面的缸體及其附屬部件組構成的情形。此外可能的是，如圖12中所示，模塊M6』由以連續方式繞曲軸45的中心軸線O周向布置的缸體82及其附屬部件組諸如活塞42、高壓 閥46和低壓閥48構成。在圖13中所示的另一示例中，液壓馬達14由多個在曲軸45的軸向方向上布置的環構成。通過將圖11的模塊並排布置在曲軸45的周向方向上，該環中的每一個環以連續方式形成。此外使用圖12的模塊M6』形成環是可能的。在此情形中，通過將模塊M6』並排布置在曲軸45的周向方向上，環中的每一個環以連續方式形成，並且多個環布置在曲軸45的軸向方向上。在這些情形中，通過改變在曲軸45的軸向方向上布置的環的數量，能夠有效地生產各種具有不同輸出的風輪發電機。從減小液壓馬達的振動的視角看，圖13顯示了這樣的示例，其中液壓馬達14的多個凸輪44布置在曲軸45的軸向方向上，使得凸輪44的凸輪面的相位相對彼此移置。如上文參照圖11到圖13所述，液壓馬達14由模塊M6或M6』構成。然而，液壓馬達14的構造不限於上述示例並且可進行如下修改。圖14是由多個模塊構成的液壓馬達的另一示例的圖示。圖15是沿圖14的線E-E截取的剖面圖。在圖14和圖15的液壓馬達中，相同的附圖標記用於與圖11到圖13的液壓馬達14相同的部件，並將省略對這些部件的進一步說明。如圖14和圖15中所不，液壓馬達90的缸體92部分地覆蓋凸輪(偏心凸輪)44的凸輪面並且在曲軸45的軸向方向上延伸。在液壓馬達90中，多個模塊M7布置在曲軸45的周向方向上。模塊7中的每一個模塊由缸體92、設置用於缸體92的每個缸40的活塞42、高壓閥46和低壓閥48構成。以這種方式，模塊M7中的每一個模塊由缸體92及其部件組形成，該缸體92部分地覆蓋凸輪(偏心凸輪)44的凸輪面並且在曲軸的軸向方向上延伸。通過改變並排布置在曲軸45的周向方向上的模塊M7的數量，能夠有效地生產各種具有不同輸出的風輪發電機。儘管已參照示例性實施例對本發明進行了描述，但是對本領域中的技術人員明顯的是在不偏離本發明的範圍的情況下可作出各種變化。例如，優選實施例使用本發明所應用的示例性情形。但是本發明也可應用於潮流發電機。潮流發電機指安裝在適當位置諸如海洋、河流和湖泊中並且使用潮汐能的發電機。除了轉子2通過潮流而不是風旋轉之外，潮流發電機與風輪發電機I具有相同的結構。潮流發電機包括通過潮流旋轉的轉子2、用於增加轉子2的轉速的液壓傳動裝置10和用於產生電功率的發電機20。此處使用相同的附圖標記來說明與風輪發電機I共同的部件。此處，潮流發電機的液壓傳動裝置10至少部分地由多個模塊(Ml到M7)構成，因而潮流發電機的生產率和易於維護性得以改進。另外，通過根據輸出而改變液壓傳動裝置10的模塊(Ml到M7)的數量，能夠有效地生產各種具有不同輸出的潮流發電機。附圖標記列表I風輪發電機2 轉子4 葉片6 轂8 主軸9A主軸軸承9B主軸軸承10液壓傳動裝置12液壓泵14液壓馬達16高壓油管18低壓油管20發電機22 短艙24 塔架26 基座30 缸32 活塞32A活塞體32B活塞輥34 凸輪35凸輪架36 高壓閥37高壓連通路徑38低壓閥39低壓連通路徑40 缸42 活塞42A活塞體42B活塞輥42C活塞滑靴44 凸輪46高壓閥47高壓連通路徑
48低壓閥49低壓連通路徑50泵殼50A 端板50B 端板50C柱形外殼52泵軸承54缸體 56缸陣列58弧形構件60液壓泵62缸體64凸輪70液壓傳動裝置80缸體90液壓馬達92缸體M1-M7 模塊
權利要求
1.一種風輪發電機或潮流發電機,包括 轉子； 發電機，所述發電機將從所述轉子傳輸的旋轉能轉化成電功率；以及 液壓傳動裝置，所述液壓傳動裝置將所述轉子的旋轉能傳輸到所述發電機， 其中所述液壓傳動裝置包括可變排量式的液壓泵，所述液壓泵由所述轉子驅動；可變排量式的液壓馬達，所述液壓馬達聯接到所述發電機；高壓油管，所述高壓油管布置在所述液壓泵的排出側與所述液壓馬達的進口側之間；以及低壓油管，所述低壓油管布置在所述液壓泵的進口側與所述液壓馬達的排出側之間，以及低壓油管，所述低壓油管布置在所述液壓泵的進口側與所述液壓馬達的排出側之間， 其中所述液壓傳動裝置的所述液壓泵和所述液壓馬達中的每一個包括多個工作室，所述多個工作室中的每一個工作室被缸和在所述缸中以滑動方式移動的活塞包圍；凸輪， 所述凸輪具有與所述活塞接合的凸輪面；高壓閥，所述高壓閥中的每一個高壓閥打開和關閉所述工作室中的每一個工作室與所述高壓油管之間的高壓連通路徑；以及低壓閥，所述低壓閥中的每一個低壓閥打開和關閉所述工作室中的每一個工作室與所述低壓油管之間的低壓連通路徑，並且 其中所述液壓傳動裝置至少部分地由多個模塊構成。
2.根據權利要求I所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓泵由所述多個模塊構成，所述模塊中的每一個模塊由缸體、所述活塞、所述高壓閥和所述低壓閥組成，所述缸體具有至少一個缸，所述活塞、所述高壓閥和所述低壓閥設置用於所述缸體的所述至少一個缸中的每一個缸。
3.根據權利要求2所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓泵的所述活塞包括活塞體和活塞輥或活塞滑靴，所述活塞體在所述缸中以滑動方式移動，而所述活塞輥或活塞滑靴安裝在所述活塞體上，並且與所述凸輪的所述凸輪面接合。
4.根據權利要求2所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓泵的所述缸體在所述泵的旋轉軸的軸向方向上延伸，所述液壓泵的所述缸體包括至少一個缸陣列，並且所述液壓泵的所述缸體形成部分地覆蓋所述泵的旋轉軸的外周的弧形形狀，所述至少一個缸陣列中的每一個缸陣列由在所述泵的旋轉軸的軸向方向上布置的缸組成，並且 其中所述液壓泵由繞所述泵的旋轉軸布置的多個模塊構成，所述模塊中的每一個模塊由弧形形狀的所述缸體、所述活塞、所述高壓閥和所述低壓閥組成，所述活塞、所述高壓閥和所述低壓閥設置用於所述缸體的所述缸中的每一個缸。
5.根據權利要求4所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓泵的所述缸體包括繞所述泵的旋轉軸布置的多個所述缸陣列，並且所述高壓連通路徑布置在相鄰的缸陣列之間，屬於所述缸陣列中的相鄰的缸陣列的所述缸的所述工作室通過所述高壓連通路徑與所述高壓油管連通。
6.根據權利要求2所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓泵的所述缸體以連續方式繞所述泵的旋轉軸的整個周邊形成環形形狀，並且其中所述液壓泵由在所述泵的旋轉軸的軸向方向上布置的多個模塊構成，所述模塊中的每一個模塊由環形形狀的所述缸體、所述活塞、所述高壓閥和所述低壓閥組成，所述活塞、所述高壓閥和所述低壓閥設置用於所述缸體的所述缸中的每一個缸。
7.根據權利要求I所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓泵的環凸輪具有所述凸輪面，所述凸輪面限定多個具有繞所述泵的旋轉軸交替設置的凹部和凸部的波形部， 其中所述環凸輪通過將多個模塊在所述泵的旋轉軸的周向方向上並排布置而環形地形成，所述模塊中的每一個模塊是所述環凸輪在所述泵的旋轉軸的周向方向上所分成的弧形構件中的一個弧形構件。
8.根據權利要求I所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓泵的所述凸輪是具有凸輪面的環凸輪，所述凸輪面限定多個具有繞所述泵的旋轉軸交替設置的多個凹部和凸部的波形部，所述環凸輪以連續方式繞所述泵的旋轉軸的整個周邊環形地形成，並且 其中所述環凸輪形成所述模塊，並且，多個所述模塊在所述泵的旋轉軸的軸向方向上布置，以形成所述液壓泵。
9.根據權利要求I所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓泵的所述凸輪是繞所述泵的旋轉軸周向地設置的環凸輪，並且所述環凸輪具有凸輪面，所述凸輪面限定多個具有繞所述泵的旋轉軸交替設置的多個凹部和凸部的波形部，並且 其中多個所述環凸輪在所述泵的旋轉軸的軸向方向上布置，使得所述環凸輪的凸輪面的相位彼此相對移位。
10.根據權利要求I所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓傳動裝置包括多個所述液壓馬達，多個所述液壓馬達中的每一個液壓馬達形成所述模塊。
11.根據權利要求10所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中多個形成所述模塊的所述液壓馬達和所述發電機的組設置在所述風輪發電機中。
12.根據權利要求I所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓馬達的所述凸輪是偏心凸輪，所述偏心凸輪相對於與所述發電機聯接的曲軸的軸心偏心地設置，並且 其中所述液壓馬達由在所述曲軸的軸向方向上布置的多個所述模塊構成，所述模塊中的每一個模塊由所述缸體、所述活塞、所述高壓閥和所述低壓閥組成，所述缸體具有至少一個缸，所述活塞、所述高壓閥和所述低壓閥設置用於所述缸體的所述至少一個缸中的每一個缸，所述缸體以連續方式繞所述曲軸的中心軸線周向地設置。
13.根據權利要求12所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓馬達的所述活塞包括活塞體和活塞輥或活塞滑靴，所述活塞體在所述缸中以滑動方式移動，而所述活塞輥或活塞滑靴安裝在所述活塞體上，並且與所述凸輪的所述凸輪面接合。
14.根據權利要求I所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓馬達的所述凸輪包括偏心凸輪，所述偏心凸輪相對於與所述發電機相連的曲軸的軸心偏心地設置，並且 其中所述液壓馬達由在所述曲軸的周向方向上布置的多個所述模塊構成，所述模塊中的每一個模塊由缸體、所述活塞、所述高壓閥和所述低壓閥組成，所述缸體具有至少一個缸並且部分地覆蓋所述偏心凸輪的所述凸輪面，所述活塞、所述高壓閥和所述低壓閥設置用於所述缸體的所述至少一個缸中的每一個缸。
15.根據權利要求14所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓馬達的所述活塞包括活塞體和活塞輥或活塞滑靴，所述活塞體在所述缸中以滑動方式移動，而所述活塞輥或活塞滑靴安裝在所述活塞體上，並且與所述凸輪的所述凸輪面接合。
16.根據權利要求I所述的風輪發電機或潮流發電機， 其中所述液壓馬達的所述凸輪包括多個偏心凸輪，所述多個偏心凸輪相對於與所述發電機聯接的曲軸的軸心偏心地設置，並且所述多個偏心凸輪在所述曲軸的軸向方向上布置，使得所述偏心凸輪的所述凸輪面的相位彼此相對移位。
全文摘要
本發明的目的是提供一種風輪發電機和潮流發電機，所述風輪發電機和潮流發電機配備具有液壓泵和液壓馬達的組合的液壓傳動裝置並且具有優良的生產率和可維護性。風輪發電機1具有用於將主軸8的旋轉能傳輸到發電機20的液壓傳動裝置10。液壓傳動裝置10包括由主軸8驅動的可變排量式的液壓泵12、連接到發電機20的可變排量式的液壓馬達14以及布置在液壓泵12與液壓馬達14之間的高壓油管和低壓油管。液壓傳動裝置10至少部分地由多個模塊(M1至M7)構成。
文檔編號F03D9/00GK102959238SQ201080003070
公開日2013年3月6日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者堤和久, 前川厚志, 清水將之, 史蒂芬·索爾特, 烏韋·施泰因, 威廉·蘭彭, 羅伯特·福克斯, 豪克·卡斯滕斯 申請人:三菱重工業株式會社