具有帶非對稱致動的流體工作機械的風能系統的製作方法

2023-04-30 01:55:21

專利名稱：具有帶非對稱致動的流體工作機械的風能系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及風能系統和流體工作(fluid-working)機械。更具體地， 本發明涉及具有充當傳動裝置的流體工作機械的風能系統。
背景技術：
風能系統正經受日益增長的需求。因此，大的兆瓦級的風力渦輪 機正在全世界的許多地方被安裝。它們將風的動能轉化為電能。對於 大型的風能系統，由於從轉子輸入的能量引起很高的載荷，因此在大 多數情況下傳動箱是不可避免的。然而，由於來自風力的能量頻繁變 化這一事實，當發生大量載荷變化時，傳動箱的構造會產生問題。因 此，對傳動箱的要求很多而且嚴格。
在本領域已知採用齒輪箱作為傳動箱。在風能系統的早期階段， 在許多風力渦輪機中，齒輪箱是失效和缺陷的根源。這些齒輪箱問題
期階段的問題已經很大程度上得到了解決，但是考慮到尺寸、質量和 成本，齒輪箱的建造仍然是一個困難的任務。

發明內容
鑑於上述情況，提供了一種風能系統，其包括具有充當傳動裝置 的非對稱致動的流體工作機械。
根據另一個實施例，提供了一種風能系統，其包括具有工作腔的 充當傳動裝置的流體工作機械，該工作腔能夠切換到預先指定狀態。
根據本發明的另 一個實施例，提供了 一種具有非對稱致動和能夠 切換到預先指定狀態的工作腔的風能系統。
根據另一個方面，提供了一種操作風能系統的方法，該方法包括提供一種具有非對稱致動的流體工作機械作為風能系統的傳動裝置。
根據另一個方面，提供了一種操作風能系統的方法，該方法包括 提供一種流體工作機械作為傳動裝置，以及關閉流體工作機械的工作 腔。
根據另 一方面，提供了在風能系統中具有非對稱致動的流體工作 機械的用途。
根據另 一方面，提供了具有能夠被切換到預先指定狀態的工作腔
的流體工作初4戒的用途。
根據另一方面，提供了一種風能系統，該風能系統包括帶有非對 稱致動的充當的傳動裝置的流體工作機械，由此所述流體工作機械接 收旋轉能量，並將旋轉能量輸出到第二裝置。
典型地，風能系統還包括具有至少一個轉子葉片的轉子以及用來 將動能轉化為電能的發電機。根據典型的實施例，流體工作機械置於 轉子和發電機之間。因此，流體工作機械充當傳動裝置，用來將轉子 的旋轉能量轉送給發電機。典型地，旋轉頻率由此被修正。
通過所附權利要求、描述以及附圖，本發明的其它方面、優勢以 及特徵將變得顯而易見。


在本說明書的剩餘部分，包括對附圖的引用，對本領域技術人員
更具體地描述了本發明的完整及使能公開，包括其最佳模式，附圖中 圖1顯示了根據本文描述的實施例的風能系統的示意性視圖。 圖2顯示了根據本文描述的實施例的風能系統的頂部的示意性側視圖。
圖3a顯示了根據本文描述的實施例的具有汽缸單元的傳動箱的 示意性視圖。
圖3b顯示了根據本文描述的實施例的汽缸單元的更詳細的示意 性一見圖。
5圖3c顯示了根據本文描述的另外的實施例的汽缸單元的更詳細 的示意性^L圖。
圖3d顯示了根據本文描述的另外的實施例的汽缸單元的更詳細 的示意性一見圖。
圖4a顯示了根據本文描述的實施例的驅動單元或輸出單元的示 意性一見圖。
圖4b顯示了根據本文描述的另一個實施例的驅動單元或輸出單 元的示意性-現圖。
圖4c顯示了根據本文描述的其它實施例的驅動單元或輸出單元 的示意性一見圖。
圖4d顯示了根據本文描述的其它實施例的驅動單元或輸出單元 的示意性-f見圖。
圖5a顯示了根據本文描述的實施例的流體工作機械的示意性平 面視圖。
圖5b顯示了根據本文描述的另一個實施例的流體工作機械的示 意性平面-見圖。
圖6顯示了根據本文描述的實施例的驅動單元或輸出單元的另一 個示意性-現圖。
部件列表100風能系統
110風能系統的塔架
120機艙
130輪轂
140轉子葉片
210傳動箱
230發電機
240轉子軸
250發電機驅動軸310驅動軸
320輸出軸
330汽缸單元
331驅動單元
332輸出單元
333液壓連4妄1
334液壓連接2
335貯存裝置，例如低壓歧管
336貯存裝置，例如高壓歧管
337工作腔，例如，汽缸
338活塞
339閥1
340閥2
341凸輪，環
342驅動/輸出軸
343殼體
344輥子
345引導通道
346用於將活塞保持在阻塞位置的裝置
347單個液壓連接
348閥3
349閥4
350閥5
351閥6
351閥具體實施例方式
現在將對本發明的多個實施例進行詳細引用，其中 一個或多個範例在圖中進行了圖解。每個範例都以對本發明進行解釋的方式進行提 供，且不意味著對本發明的限制。例如，；陂圖解或描述為一個實施例 的一部分的特徵還可用於其它實施例，或與其它實施例結合，以產生
更多的實施例。其意圖在於使本發明包括此類更改和變動。
一般而言，本文描述的實施例涉及具有非對稱致動的充當傳動裝 置的流體工作才幾械。流體工作枳4成允許液壓能傳輸。對於流體工作才幾 械而言，已知許多不同的致動原理，例如由離心力致動的徑向活塞式 機械，或由樞轉偏心盤或凸輪致動的軸向活塞式機械。因此，可以實 現將轉子轉矩連續可變地傳輸給發電機，並且與傳統的傳動裝置相比 較，傳輸轉矩的裝置的尺寸可以減小。因此，可以降低風能系統的制 造成本，並且單位投資成本所產生的能量方面的整體效率將會提高。
流體工作才幾械針對一定運行範圍內的最優效率而設計。將流體工 作機械在風能系統中作為主功率傳輸裝置而應用要求高效運行，以及 變化的旋轉速度下的低壓力波動和低流動波動。
圖1是例如為風力渦輪機的風能系統的示意性側視圖。風能系統
100包括塔架110，機艙120安裝在塔架的頂端。機艙容納傳動鏈(圖 2所示)，發電機連接在傳動鏈上(圖2所示)。承載著三個轉子葉片140 的輪轂130安裝在所述機械機搶120的橫向端。
圖2顯示了風力渦輪機的一個實施例的頂部的更詳細的視圖。機 艙120容納包含轉子輪轂130、轉子軸240、傳動箱210和發電機驅 動軸250的傳動鏈。傳動箱210的輸出連接到主發電機230上。傳動 箱210安裝在轉子輪轂和發電機中間。典型地，傳動箱置於轉子軸240 的尾端。根據本文描述的實施例，傳動箱210是充當傳動裝置的流體 工作機械。
圖3a示出了傳動箱210的一個實施例的較近視圖。通常，如本 實施例所示，傳動箱210為流體工作機械。流體工作機械典型地包含 一個或多個汽缸單元330並充當傳動裝置。轉子軸240連接到汽缸單 元330上。根據本文描述的實施例，轉子軸240連接到或者屬於汽缸單元的驅動軸310。轉子軸240傳輸轉子葉片140吸收的能量，並且 將該能量從轉子葉片140傳輸給汽缸單元330。轉子軸可直接連接到 汽缸軸上，或者通過諸如驅動軸310的中間軸連4妄，例如圖3a中所示。 轉子軸將動能傳輸至可包括若干汽缸單元的流體工作才幾械。汽缸單元 330連接到發電機230上。根據本文描述的實施例，輸出軸320連接 到汽缸單元330的輸出上，並將能量傳輸給發電機軸250。發電機軸 250繼續將能量傳輸給發電機230。發電機將動能轉化為電能。
在圖3b中示出了汽缸單元330的一個實施例的較近視圖。汽缸 單元330包含驅動單元331 、輸出單元332、兩個液壓連接333和334、 以及兩個流體貯存裝置335和336。根據本文描述的實施例，貯存裝 置可為壓力歧管，例如低壓歧管335和高壓歧管336。驅動軸連接到 汽缸單元330的驅動單元331上。輸出軸320連接到輸出單元332上。 驅動單元331和輸出單元332通過兩個液壓連接進4亍連接。兩個液壓 連接的其中一個，即液壓連接333聯接到例如低壓歧管的貯存裝置335 上。另外一個液壓連接，即液壓連接334耳關接到例如高壓歧管的貯存 裝置336上。驅動單元331和輸出單元332之間的液壓連接確保了以 可變的傳輸比進行能量的傳輸。
圖3c示出了另一個實施例。在這個實施例中，在驅動單元331 和輸出單元332之間只給出了一個液壓連4妄347。該液壓連4妄347內 的容納物可以選擇性地通過閥從貝i存裝置336和335輸入。因此，如 上關於圖3b的解釋提供了相同的功能。才艮據另一個實施例，液壓連 接也可為汽缸。
圖3d中示出了另一個實施例。驅動單元331和輸出單元332通 過兩個液壓連接333和334連接。例如為〗氐壓jt支管和高壓Jt支管的兩個 貯存裝置335和336也可連接到液壓連接333和334上。通過兩個閥 349和350,貯存裝置335可連"l妄到液壓連4妾333或液壓連4姿334中 的任意一個上。根據一些實施例，當閥349和350均打開時，l&存裝 置335可連接到液壓連接333和334兩者之上。
9根據本文描述的實施例，貯存裝置336也通過閥351和352連接 到液壓連接333和334兩者之上。通過閥351和352，貯存裝置336 可連接到液壓連接333或液壓連接334中的任意一個之上。4艮據一些 實施例，當閥351和352均打開時，貯存裝置336可連接到液壓連才妄 333和334兩者之上。根據一些實施例，閥349, 350, 351和352可 通過例如為計算機的控制器(未示出)進行控制。
圖4a示出了驅動單元331或輸出單元332的一個實施例的詳細 的示意性橫截面視圖。兩者可相似地設計，但是，在其它實施例中， 它們可不同地設計。在驅動單元331或輸出單元332中，定位有至少 兩個汽缸。這些汽缸是工作腔，在圖4a的實施例中它們示出為汽缸 337。在下面的描述中，術語"汽缸"和"工作腔，，的意思相同。活 塞338可在汽缸337內往復運動。汽缸337經由液壓連接333聯接到 例如低壓歧管的貯存裝置(在圖3b中用標號335表示)上。典型地，可 為提升閥或類似裝置的電磁可控閥339能夠將汽缸337和貯存裝置 335分開。閥339可定位於汽缸337和液壓連接333之間。4艮據其它 的實施例，閥可置於液壓連接333中。根據又一個實施例，閥可定位 於貯存裝置335的出口處。
在驅動單元/輸出單元內，還提供有汽缸337和例如高壓歧管的另 一個貯存裝置(在圖4a中以標號336表示)的連接。這是通過液壓連接 334以及典型地可為提升閥或類似裝置的電;茲可控閥340來進行布置 的。如圖4a中所示，該連4^f立於驅動單元/輸出單元側。閥340可定 位於汽缸337和液壓連接334之間。根據其它的實施例，閥可置於液 壓連接334中。根據又一個實施例，閥可位於貯存裝置336的出口處。
閥339和340可由控制單元(未示出)進行控制。控制單元能夠根 據實際情況發出信號來打開或關閉閥。
驅動單元331或輸出單元332的活塞338與凸4侖341接觸。該凸 輪可為具有一個或多個凸輪的環。典型地，凸輪在環上連續分布。根 據汽缸的位置，環可具有凹入(如圖4a所示)或凸起(如圖4b所示)的整體彎曲。根據其它的實施例，凸輪可為另一種形狀，例如盤形、鏈形
等。凸輪還可為環形段的層疊。如果示於圖4a和4b中的實施例用作 驅動單元，則凸輪341根據輸入運動而移動。由軸342提供的輸入運 動將來自於驅動軸310的能量傳輸給驅動單元。軸342可為驅動軸310 或轉子軸240。當凸輪旋轉時，活塞338根據凸輪的運動的曲線側而 運動。例如，根據本文描述的一些實施例，凸輪朝向活塞的表面可為 正弦形。因此，當輥子344位於凸輪的頂部時，活塞向上運動，也就 是進入汽缸，而當輥子344位於兩個凸輪之間的位置時，活塞向下運 動，也就是離開汽缸。
通過移動活塞，旋轉動能被轉化為液壓能。例如，當凸輪341以 如下方式運動，即活塞337在汽缸337內向上運動時，控制到高壓歧 管的連接的閥由運算單元打開。在圖4a的實施例中，該閥為閥340。 相反，當凸輪以如下方式運動，即活塞在汽缸內向下運動時，控制到 低壓歧管的連接的閥被打開，但是將汽缸連接到高壓歧管的閥保持關 閉。如果示於圖4a中的實施例充當輸出單元，則其相反地運行。
根據本文描述的實施例，活塞可由除了凸輪之外的裝置驅動。例 如，可使用凸輪盤。根據另一個實施例，可使用鏈等。根據又一個實 施例，可使用曲柄-連杆-活塞系統。
凸輪341聯接到活塞338上以傳輸由活塞338的運動提供的能量。 當凸輪連接到軸342上時，液壓能量以一定的傳輸比轉化為旋轉能量。 除了其它因素之外，傳輸比還取決於設計，尤其取決於凸輪的半徑， 以及控制單元(未示出)採取的控制動作。根據一些實施例，為了獲得 可能的最長部件壽命，凸輪的半徑設計成使得在翻轉元件(overrolling element)中獲得的接觸應力最小。在如圖4a中所示的實施例充當輸出 單元的情況下，軸342連接到輸出軸320上。軸342也可為輸出軸320 或發電機軸250。輸出軸320例如通過發電機軸將能量傳輸給發電機。 發電機將旋轉動能轉化為電能。
根據本文描述的實施例，上述的驅動單元以及輸出單元可用作電由控制單元的控制決定。在由泵模式、電動機模式以及空轉模式混合的連續的機器工作周期中，模式改變的序列允許流進和流出高壓歧管336的平均有效流率 在完全泵流動、零流動和完全電動機流動之間無限地變化。大多數情 況下，驅動單元充當泵，而輸出單元充當電動才幾。在特殊情況下，例 如為了啟動風能系統，功能可以反過來。根據本文描述的實施例，對於風能系統，流體工作機械可有五種 工作模式全沖程泵模式，部分沖程泵模式，全衝程電動機模式，部 分衝程電動機模式，以及空轉模式。因此，部分衝程和全衝程的差別 就在於相對於活塞運動的底部死點和頂部死點，/人這些狀態的其中一 個狀態向另一個狀態進行轉換所處的相位角。這可由控制單元進行控 制。從電動機模式到泵模式進行變換或者相反變換典型地都不是突然 的。根據本文描述的又一個實施例，如對應於圖3c的圖4c中所示， 工作腔337僅連接到一個液壓連接上。閥348調節到達工作腔337的 流體的量。單個液壓連接347連接到例如為低壓歧管和高壓歧管的貝er 存裝置335和336兩者之上。可在液壓連接347和貯存裝置335或336 的連接點處定位附加閥以調節貯存裝置的各自的內容物的流動。根據 本文描述的實施例，提供控制單元來控制位於液壓連接347和!)&存裝 置335或336之間的連接點處的附加閥的打開和關閉。控制單元能夠 根據實際情況發出信號來打開或關閉這些閥。典型地，控制單元能夠 根據傳動箱的給定輸入或理想輸出來驅動附加閥。/人而液壓連接347 中的流動得到調節。在圖4d中，示出了另一個實施例。在該實施例中，驅動單元331 和輸出單元332由單個液壓連接347進行連接。如圖4b中所示，環 341的具有凸起的形狀。根據實施例，活塞的數量多於兩個。在活塞的數量多於兩個的情 況下，活塞可以如圖5a中所示的方式布置。圖5a示出了流體工作才幾12械的頂部視圖。活塞338以環形方式布置在殼體343中。活塞圍繞軸 342定位，軸342可連接到輸出軸或驅動軸上。才艮據一些實施例，軸 342可為驅動軸或輸出軸。活塞338由凸4侖341驅動。對於圖5a和5b 中所示的實例，活塞典型地在殼體中沿徑向定位。圖5a中的凸輪具有 呈凹入形式的整體彎曲。根據本文描述的實施例，凸輪也可呈圖5b 中所示的凸起形式的彎曲。凸輪的整體彎曲取決於活塞在徑向方向上 的位置。根據本文描述的一些實施例，在圖6中示出了兩個工作腔。輥子 344在凸輪環341上滾動。輥子由被軸(未示出)移動的凸輪341驅動。 輥子344與活塞338接觸。輥子344和活塞338之間的連接是柔性的 並且可移動。例如，輥子可在活塞內在一種引導通道345中滾動。圖 6的實施例中所示的輥子可用於本文描述的所有實施例。圖6中的汽缸的位置示出了位於凸輪上的位置(圖的左邊部分)和 離開凸輪的位置(圖的右邊部分)。這些位置標誌了預設位置。根據本 文描述的實施例，如果活塞處於凸輪上的位置，可以通過裝置346阻 塞活塞從而將活塞保持在阻塞位置。 一旦活塞位於阻塞位置，工作 腔暫時失效。這例如在低風速下的運行期間可能是有用的。將活塞保 持在阻塞位置的方法下面將更詳細地進^f於描述。根據本文描述的實施例，充當風能系統的傳動裝置的流體工作機 械為帶有非對稱致動的液壓機械。非對稱致動由凸輪引起。而且，提 供了使選定的工作腔暫時失效的裝置。工作腔的選擇由計算單元完 成，並且取決於實際風況和理想載荷。根據本文描述的實施例，作為風能系統的一部分並適於風能系統 的運行的流體工作機械具有涉及瞬態壓力、體積流動、噪聲和效率的 特徵性行為。典型地，這些特徵取決於機械設計和電子控制。通過採 用活塞的非對稱致動，可降低壓力和流率的波動，並提高效率。根據本文描述的實施例，活塞的控制由計算單元對實際情況進行 最優適應。因此，壓力、流動以及噪聲的特性可以得到控制。控制允許流體工作機械內流體的連續流動，從而獲得連續的壓力特性和連續 而可靠的能量輸出。因為在風能系統中，波動是問題的一部分，所需 的是對波動的控制和消除。涉及到流動中的不規則性時，風能系統的 容差增加。能量輸出變得更安全，並且更可靠。在高壓力等級下液壓工作機械效率更高。根據本文描述的實施 例，為了增加每個工作腔中的壓力級，從而增加對於低轉矩運行的整 體傳動效率，減少工作腔的數量或者降低工作腔的體積對於較低轉矩 運行是有益的。這由於這樣的事實，即在高壓力等級下，液壓工作才幾 械更高效。當運行在較低轉矩下時，為特定轉矩設計的機械經受較高 的損耗。典型地由計算單元控制汽缸的失效。典型地風能系統包括用 來測量提供給驅動單元的轉矩的轉矩測量裝置(未示出)。例如，轉矩 測量裝置可允許直接測量由轉子施加的轉矩，或者可由所發出的功率 來計算轉矩。根據本文描述的實施例，在計算單元的控制下，當汽缸失效時， 一部分汽缸在靜止位置或空轉位置運行。如果它們處於靜止位置，它 們完全不運動。例如，它們與凸輪分離，並停留在活塞完全進入汽缸內的位置。圖6中的左圖示出了該實施例，此時活塞完全進入到汽缸內。如果活塞位於空轉位置，活塞將和其它的活塞一起上下移動，但 是沒有力的交換，因為在相應的汽缸內沒有對到低壓歧管和高壓歧管 的連接的交替打開。根據本文描述的實施例，由工作腔失效裝置346安排減少工作腔 的數量。根據一些實施例，工作腔失效裝置包括將活塞夾在固定位置 上的機械阻塞裝置，例如當活塞位於TDC(頂部死點)時插入的鉤或銷。 這種銷具有錐形末端，以將輥子從凸輪表面完全抬起。活塞的釋放可 以時機適當配合(timing -wise coordinate)的方式發生,應避免棍子阻塞 凸輪。根據其它的實施例，工作腔失效裝置包括用來吸引活塞的電磁裝 置。例如，電磁裝置包括吸引活塞磁性塊和/或附接在汽缸上的材料的線圏。根據可與本文描述的其它的實施例組合的實施例，活塞的控制 也可通過使用霍爾效應傳感器來執行。根據又一個實施例，工作腔失效裝置利用了在泵沖程或電動才幾衝 程之外期間沿相反方向在活塞上的壓力差。這可以通it^工增加活塞 低壓側的壓力或在活塞的壓力側施加低壓來實現。在一些實施例中， 施加的低壓甚至低於大氣壓力。如圖6中所示，彈簧可限定預設位置 為凸輪上的位置或離開凸輪的位置。而且，典型地，提供了通過電子和/或電磁方式控制閥的致動的裝 置，例如由電-茲鐵等製成的提升閥。典型地，當汽缸失效時，活塞固 定在頂部死點位置。提供了適於風能系統的具有一個或多個工作腔的流通機械。該流 體工作機械典型地包括驅動單元和輸出單元。典型地，驅動單元具有至少兩個汽缸，和/或輸出單元具有至少兩個汽缸。驅動單元可充當泵 和/或電動機。在風能系統的標準運行中，驅動單元典型地用作泵。輸 出單元可充當泵和/或電動機。在風能系統的標準運行中，輸出單元典 型地用作電動機。流體工作機械典型地用作用於風能系統的傳動裝 置。由於驅動單元和輸出單元的協作，流體工作^L械允許旋轉運動轉 化為不同旋轉速度下的旋轉運動。通過非對稱致動，使用這種流體工 作機械旨在優化壓力、流動、效率、部件載荷，並從而優化壽命以及 噪聲特性。在高壓力等級下液壓工作機械典型地更有效。因此，當運行在較 低轉矩或較低壓力下時，為特定轉矩或特定壓力設計的機械經受較高 的損耗。對於較低轉矩或較低壓力期間的運行模式，為了增加各活動 工作腔中的壓力級，從而增加對於低轉矩運行的整體效率，減少活動 工作腔的數量或者工作腔動作的數量對於較低轉矩期間的運行是有 益的。在本文中，術語"液壓工作機械"與術語"流體工作機械"意 思相同。將驅動單元和/或輸出單元中的至少一個汽 臨時切換到預先指定的狀態增加了流體工作機械充當傳動裝置的效率。例如，預先指定 的狀態可為關閉狀態或降壓狀態。這尤其與遠遠低於額定功率的風能 系統的運行模式相關，具體地，指達到額定功率的60%時的模式，更典型地，指達到額定功率的50%時的模式。在這些模式中，所有活塞的運行效率不高。為了增加其它活塞的壓力，關閉至少一個活塞是有 利的。本文中術語"關閉"和"失效"是同義的。將工作腔的一部分 切換到預先確定的狀態在風能系統的運行中完成。具體地，當其它的 工作腔正在運行時完成對一部分工作腔的關閉。根據本文描述的實施例，流體工作機械的非對稱致動是由將流體 工作機械的工作腔的活塞阻塞或夾緊的機械裝置、驅動流體工作機械 的工作腔沿給定運動曲線運動的凸輪或電氣地控制閥而引起的。通過使用帶有非對稱致動的流體工作機械，可以實現效率的增 加。而且，流體工作機械為其一部分的風能系統運行會更好，也就是 說，風能系統能應付能量流動中更大的不規則性。通過使用流體工作 機械代替常規齒輪作為傳動裝置，在一定的百分比範圍內的物理效率 可能典型地降低。根據本文描述的實施例，通過使用流體工作機械， 此百分比可以降^氐。而且，與常規齒輪相比，經濟效率仍然可以增加。 經濟效率的增大是由於建造和定位流體工作機械的成本降低。因此， 在風能系統的壽命期內，可以顯著的降低每兆瓦的成本。為風能系統提供了充當傳動裝置的連續可變的流體工作機械。在 風能系統中，由於與實際風速和風向相關的變化工況，能量輸入的波 動以及由此輸出波動也非常大。因此，需要降^^能量產出的波動。由 於不可能影響風況，本文所描述的充當傳動裝置的連續可變的積4戒可 有助於使能量輸出的波動效應最小化。根據本文描述的實施例，具有活塞的非對稱致動的流體工作機械 用作連續可變的傳動裝置。例如，非對稱致動可由控制閥的致動的閥 門機構控制引起，並因此能夠阻塞流體工作機械的一些工作腔。典型 地，非對稱致動也可由機械裝置，例如移動活塞和/或被活塞移動的非 圓形的凸4侖引起。才艮據本文描述的實施例，如上所述的驅動單元以及輸出單元可充 當電動機和/或泵。通過改變致動的方向可以改變單元的功能。因此， 本文描述的實施例適用於用作泵的工作腔以及用作電動才幾的工作月空 上，且反之亦然。根據本文描述的實施例，用於風能系統的流體工作機械的汽缸和活塞的數量可多於15個，典型地多於40個，甚至典型地多於60個 甚至100個。在典型實施例中，在每個驅動單元和輸出單元中均設有 60-120個汽缸和活塞。典型地，汽缸呈環形布置。典型地，控制單元 將所有汽缸的1/n切換到預先指定的狀態。例如，如果總共有80個汽 缸，在低轉矩運行時,所有汽缸的1/4可被關閉(即n=4)。根據本文描 述的典型的實施例，在所有汽缸的1/n被切換到預先指定狀態的情況 下，汽缸的每n個汽缸被切換狀態。換句話說，被選中進行切換的汽 缸在所有汽缸中均勻分布。這保證了均勻的力傳輸，並減少了由於汽 缸單元中不規則的力分布而引起的傳動裝置上的載荷。根據典型的實 施例，n大於1並選擇成使得工作腔的總的數目除以n為整數。而且， 轉矩越小，例如由於低風速情況，n選擇得越大。在非常低風速的情 況下，也可以使例如所有工作腔的2/3或3/4失效。根據本文描述的實施例，由於流體工作機械的重量較輕，並且與 常規的機械齒輪相比製造費用較低，應用流體工作機械充當傳動裝置 降低了在風能系統中安裝流體工作機械的成本。本書面描述使用範例來公開本發明，包括本發明的最佳模式，並 使得任何本領域的技術人員能夠製造和使用本發明。雖然本發明才艮據 多個特定實施例進行描述，但本領域技術人員應意識到本發明可通過 處於權利要求精神和範圍之內的變型來實施。尤其是，上述實施例中 相互不排斥的特徵可彼此組合。本發明可取得專利的範圍由權利要求 書限定，並可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果此類其它實 例具有的結構要件和權利要求的字面語言沒有不同，或者如果它們包 括的等價結構要件和權利要求書的字面語言沒有本質的不同，則它們 都意在屬於權利要求書的範圍之內。1權利要求
1.一種風能系統(100)，包括具有非對稱致動的充當傳動裝置的流體工作機械。
2. —種風能系統(100)，包括充當傳動裝置的流體工作機械，所 述流體工作機械具有能夠切換到預先指定狀態的工作腔(337)。
3. 根據權利要求2所述的風能系統，其特徵在於，所述流體工 作機械具有非對稱致動。
4. 根據前述任一權利要求所述的風能系統，其特徵在於，所述 流體工作機械包括用於接收旋轉運動的驅動單元(331)和用於傳輸旋 轉運動的輸出單元(332)。
5. 根據前述任一權利要求所述的風能系統，其特徵在於，所述 風能系統具有控制單元，以控制所述非對稱致動和/或將所述工作腔切 換到預先指定的狀態。
6. 根據權利要求5所述的風能系統，其特徵在於，驅動單元(331) 和輸出單元(332)中的每一個單元均包括至少15個工作腔。
7. 根據前述任一權利要求所述的風能系統，其特徵在於，所述 風能系統具有工作腔失效裝置(346),用於臨時將所述工作腔切換到預 先指定的狀態。
8. 根據前述任一權利要求所述的風能系統，其特徵在於，所述 流體工作機械接收旋轉力，並且將旋轉能量輸出至第二裝置。
9. 一種用來運行風能系統(100)的方法，包括提供了具有非對稱致動並且充當所述風能系統的傳動裝置的流 體工作機械。
10. —種用來運行風能系統(100)的方法，包括提供充當風能系統的傳動裝置的流體工作機械，所述流體工作機 械具有能夠被關閉的工作腔。
11. 根據權利要求9所述的用來運行風能系統的方法，其特徵在於，所述流體工作機械包括用來接收旋轉運動的驅動單元(331)和用來 傳輸旋轉運動的輸出單元(332),所述驅動單元具有至少兩個工作腔 (337),所述方法還包括測量提供給所述流體工作機械的轉矩；以及根據轉矩和/或所述輸出單元的至少其中 一個所述工作腔的關閉 來關閉所述驅動單元的至少其中一個所述工作腔。
全文摘要
本發明涉及具有帶非對稱致動的流體工作機械的風能系統，具體而言，涉及一種具有帶非對稱致動的液壓能量傳動裝置的風能系統(100)。非對稱致動例如由用來控制活塞(338)的致動的閥門控制和機械裝置引起。汽缸單元(330)提供成包括與兩個液壓連接(333，334)相聯的驅動單元(331)和輸出單元(332)。驅動單元和輸出單元包括最少兩個汽缸(337)，活塞(338)在其中做往復運動。其中的一些汽缸在低風速期間可被關閉。汽缸與低壓歧管(335)和高壓歧管(336)連通。這些歧管是液壓連接的一部分。在風能系統中使用液壓工作機械作為傳動裝置提高了整體的經濟效率。
文檔編號F03D9/00GK101649814SQ20091016740
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月13日 優先權日2008年8月13日
發明者J·E·黑梅爾曼, J·J·涅斯 申請人:通用電氣公司