本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種能量獲取設(shè)備，尤其是風(fēng)力發(fā)電站，具有驅(qū)動(dòng)軸、發(fā)電機(jī)（８）和帶三個(gè)驅(qū)動(dòng)端和從動(dòng)端的差動(dòng)機(jī)構(gòu)（１１至１３），第一驅(qū)動(dòng)端與驅(qū)動(dòng)軸連接，從動(dòng)端與發(fā)電機(jī)（８）連接，并且第二驅(qū)動(dòng)端與差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置（６）連接。差動(dòng)機(jī)構(gòu)（１１至１３）是行星齒輪傳動(dòng)裝置。差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置（６）與差動(dòng)機(jī)構(gòu)（１１至１３）的太陽輪（１１）連接，并且差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置（６）設(shè)置在發(fā)電機(jī)（８）的遠(yuǎn)離差動(dòng)機(jī)構(gòu)（１１至１３）的一側(cè)上。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種能量獲取設(shè)備、尤其是風(fēng)力發(fā)電站，具有驅(qū)動(dòng)軸、發(fā)電機(jī)和帶三個(gè)驅(qū)動(dòng)端和從動(dòng)端的差動(dòng)機(jī)構(gòu)，第一驅(qū)動(dòng)端與驅(qū)動(dòng)軸連接，從動(dòng)端與發(fā)電機(jī)連接，第二驅(qū)動(dòng)端與差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置連接，差動(dòng)機(jī)構(gòu)是行星齒輪傳動(dòng)裝置。
技術(shù)介紹
風(fēng)力發(fā)電站逐漸成為越來越重要的發(fā)電設(shè)備。因此通過風(fēng)進(jìn)行發(fā)電的百分比份額持續(xù)提高。這點(diǎn)一方面由和電流質(zhì)量的新標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，另一方面和風(fēng)力發(fā)電站越來越大的趨向有關(guān)。同時(shí)海上風(fēng)力發(fā)電站也成為趨勢(shì)，這種風(fēng)力發(fā)電站要求至少5WM安裝容量的設(shè)備規(guī)模。由于海上區(qū)域中的風(fēng)力發(fā)電站的基礎(chǔ)設(shè)施和維護(hù)或者說安裝成本很高，所以這類設(shè)備的效率和可使用性都是特別重要的。W02004/109157A1示出了一種復(fù)雜的、流體靜力的“多通道”設(shè)計(jì)，其具有多個(gè)平行的差動(dòng)級(jí)和多個(gè)可切換的離合器，由此可在單個(gè)通道間切換。借助所示技術(shù)方案可減小流體靜力的功率和由此流體靜力的損耗。但整個(gè)裝置的復(fù)雜結(jié)構(gòu)是一大缺點(diǎn)。此外，各單個(gè)級(jí)之間的切換在控制風(fēng)力發(fā)電站時(shí)也是問題。另外該公開文獻(xiàn)還示出了一種機(jī)械的制動(dòng)器，其直接作用于發(fā)電機(jī)軸上。EP U83359A1示出了具有電差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的單級(jí)和多級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)，單級(jí)方案具有圍繞輸入軸同軸定位的具有高額定轉(zhuǎn)速的特殊三相交流電機(jī)，其基于結(jié)構(gòu)形式具有極大的關(guān)于轉(zhuǎn)子軸的慣性矩。作為替換方案，多級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)有高速標(biāo)準(zhǔn)三相交流電機(jī)，該三相交流電機(jī)平行于差動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入軸定向。已知設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)一方面在于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置中的高損耗，另一方面在于設(shè)計(jì)時(shí)用來解決該問題的復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)或者說特殊機(jī)電構(gòu)造以及由此的高昂成本。總之可以確定， 沒有充分考慮到對(duì)于控制重要的標(biāo)準(zhǔn)如差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的關(guān)于轉(zhuǎn)子的慣性矩(Jred)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的任務(wù)是盡可能地避免上述缺點(diǎn)并且提供一種差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，其除成本盡可能低外，既保證了最大發(fā)電量又確保了風(fēng)力發(fā)電站的最佳控制。本專利技術(shù)解決該任務(wù)的方式是，差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置與差動(dòng)機(jī)構(gòu)的太陽輪連接，并且差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在發(fā)電機(jī)的遠(yuǎn)離差動(dòng)機(jī)構(gòu)的一側(cè)上。由此該設(shè)備的極其緊湊且有效的結(jié)構(gòu)方式是可能的，通過這種結(jié)構(gòu)方式也最佳地解決了能量制造設(shè)備、尤其是風(fēng)力發(fā)電站的控制技術(shù)方面的任務(wù)。其余從屬權(quán)利要求的技術(shù)方案為本專利技術(shù)優(yōu)選的實(shí)施方式。附圖說明下面參考附圖進(jìn)一步說明本專利技術(shù)優(yōu)選的實(shí)施方式。圖1示出按現(xiàn)有技術(shù)的5麗風(fēng)力發(fā)電站的功率曲線、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和由此產(chǎn)生的特性3值如葉尖速比和功率系數(shù)，圖2示出按現(xiàn)有技術(shù)的具有電差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的差動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理圖，圖3示出按現(xiàn)有技術(shù)的具有泵/馬達(dá)組合的流體靜力的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的原理圖，圖4示出按現(xiàn)有技術(shù)的同軸于差動(dòng)級(jí)的輸入軸定向的特殊三相交流電機(jī)的原理圖，圖5示出風(fēng)力發(fā)電站的轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)速情況和由此產(chǎn)生的用于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的最大輸入轉(zhuǎn)矩Iax，圖6示例示出電差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速和功率與風(fēng)速的關(guān)系，圖7示出對(duì)于單級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)而言最大轉(zhuǎn)矩和比例因數(shù)y/x與額定轉(zhuǎn)速范圍的關(guān)系，圖8示出具有單級(jí)和替代地具有二級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)的差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)矩以及對(duì)Jral的作用，圖9示出單級(jí)或者說二級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)的倍乘因數(shù)f (J)，差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的慣性矩J的值與該倍乘因數(shù)相乘，從而計(jì)算在最小的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(nmin)時(shí)關(guān)于轉(zhuǎn)子軸的Jral，圖10示出對(duì)于單級(jí)或二級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)而言所需的轉(zhuǎn)矩，以便借助電差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置能夠根據(jù)轉(zhuǎn)速補(bǔ)償轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)速跳躍，圖11示出包括磁場(chǎng)削弱范圍的電差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(PM-同步電機(jī))的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩特性與所需的用于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)矩的比較，圖12示出用于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的最大輸入轉(zhuǎn)矩和比例因數(shù)y/x與電差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的磁場(chǎng)削弱范圍的關(guān)系，圖13示出總發(fā)電量的差異率與磁場(chǎng)削弱范圍的關(guān)系，圖14示出在具有80%的磁場(chǎng)削弱范圍的電差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的情況下，在不同年平均風(fēng)速時(shí)對(duì)于不同額定轉(zhuǎn)速范圍而言的總發(fā)電量的差異率，圖15示出在液壓差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的情況下在不同年平均風(fēng)速時(shí)對(duì)于不同額定轉(zhuǎn)速范圍而言的總發(fā)電量的差異率，圖16示出對(duì)于單級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)而言在不同的額定轉(zhuǎn)速范圍中電差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的發(fā)電成本，圖17示出對(duì)于二級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)而言在不同的額定轉(zhuǎn)速范圍時(shí)電差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的發(fā)電成本，圖18示出三相交流電機(jī)，其利用在之間連接的電阻短路，圖19示出具有集成到主傳動(dòng)裝置中的單級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案，圖20示出具有集成到同步發(fā)電機(jī)中的單級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案，圖21示出單級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)的替代方案，其具有位于內(nèi)齒輪和差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置之間的同軸連接。具體實(shí)施例方式風(fēng)力發(fā)電站的轉(zhuǎn)子的功率由下述公式計(jì)算出轉(zhuǎn)子功率=轉(zhuǎn)子面積X功率系數(shù)X空氣密度/2 X風(fēng)速3其中，功率系數(shù)與風(fēng)力發(fā)電站轉(zhuǎn)子的葉尖速比(=葉尖速度與風(fēng)速的比值)有關(guān)。4風(fēng)力發(fā)電站的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)基于隨發(fā)展待確定的葉尖速比(值大多在7和9之間)，以獲得最佳的功率系數(shù)。出于這個(gè)原因，在風(fēng)力發(fā)電站運(yùn)行時(shí)應(yīng)在部分負(fù)荷范圍中調(diào)節(jié)到相應(yīng)小的轉(zhuǎn)速，以便確保最佳空氣動(dòng)力效率。圖1示出了轉(zhuǎn)子功率、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、葉尖速比和用于轉(zhuǎn)子的給定最大轉(zhuǎn)速范圍的功率系數(shù)或8. 0-8. 5的最佳葉尖速比的功率系數(shù)的關(guān)系。從圖表中可以看出，當(dāng)葉尖速比偏離于其8. 0-8. 5的最佳值時(shí)，功率系數(shù)下降，因此根據(jù)上述公式轉(zhuǎn)子功率相應(yīng)于轉(zhuǎn)子的空氣動(dòng)力特性也降低。圖2示出用于風(fēng)力發(fā)電站的差動(dòng)系統(tǒng)，其包括差動(dòng)級(jí)3或11至13、適配傳動(dòng)級(jí)4 和差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置6。風(fēng)力發(fā)電站的轉(zhuǎn)子1驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)裝置2，該轉(zhuǎn)子位于用于主傳動(dòng)裝置2 的驅(qū)動(dòng)軸上。主傳動(dòng)裝置2為3級(jí)傳動(dòng)裝置，其具有兩個(gè)行星齒輪級(jí)和一個(gè)圓柱齒輪級(jí)。差動(dòng)級(jí)3位于在主傳動(dòng)裝置2和發(fā)電機(jī)8之間，主傳動(dòng)裝置2通過差動(dòng)級(jí)3的行星架12驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)8優(yōu)選是他勵(lì)同步發(fā)電機(jī)，在需要時(shí)也可具有大于20kv的額定電壓，發(fā)電機(jī)與差動(dòng)級(jí)3的內(nèi)齒輪13連接并且由其驅(qū)動(dòng)。差動(dòng)級(jí)3的小齒輪11與差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置6連接。調(diào)節(jié)差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置6的轉(zhuǎn)速，以便一方面在轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)速變化時(shí)保證發(fā)電機(jī)8轉(zhuǎn)速恒定并且另一方面在風(fēng)力發(fā)電站的整個(gè)傳動(dòng)系中控制轉(zhuǎn)矩。為了提高用于差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置6的輸入轉(zhuǎn)速，在所示情況下選擇二級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)，其在差動(dòng)級(jí)3和差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置6之間提供圓柱齒輪形式的適配傳動(dòng)級(jí)4。差動(dòng)級(jí)3和適配傳動(dòng)級(jí)4因此構(gòu)成所述二級(jí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)。差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置為三相交流電機(jī)，其通過變頻器7和變壓器5連接到電網(wǎng)上。作為替換方案，差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置還可以如圖3所示被構(gòu)造成例如流體靜力泵/馬達(dá)組合9。在這種情況下第二泵優(yōu)選通過適配傳動(dòng)級(jí)10與發(fā)電機(jī)8的驅(qū)動(dòng)軸連接。圖4示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的差動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一種可能的實(shí)施方式。在此行星架12 以所示方式被主傳動(dòng)裝置2驅(qū)動(dòng)，發(fā)電機(jī)8與內(nèi)齒輪13連接或小齒輪與電差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置6 連接。這種變型方案為單級(jí)方案，在此出于結(jié)構(gòu)原因使用特殊三相交流電機(jī)，與標(biāo)準(zhǔn)三相交流電機(jī)相比該特殊三相交流電機(jī)昂貴許多并且還具有特別大的慣性矩。差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置6的關(guān)于轉(zhuǎn)子1的慣性矩這點(diǎn)對(duì)控制技術(shù)產(chǎn)生不利的影響。差動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速方程如下轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)=X *轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子+y *轉(zhuǎn)速差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，其中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速是恒定的，因數(shù)χ和y可以從所選擇的主傳動(dòng)裝置和差動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比中推導(dǎo)出。轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩通過待刮過的風(fēng)和轉(zhuǎn)子的空氣動(dòng)力效率來確定。轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)矩和差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置上的轉(zhuǎn)矩之間的比例是恒定的，所以傳動(dòng)系中的轉(zhuǎn)矩可以通過差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置來調(diào)整。差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)矩方程如下胃失巨差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置失巨轉(zhuǎn)子女y/x，其中，比例系數(shù)y/本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．能量獲取設(shè)備、尤其是風(fēng)力發(fā)電站，其包含驅(qū)動(dòng)軸、發(fā)電機(jī)（８）和帶三個(gè)驅(qū)動(dòng)端和從動(dòng)端的差動(dòng)機(jī)構(gòu)（１１至１３），第一驅(qū)動(dòng)端與驅(qū)動(dòng)軸連接，從動(dòng)端與發(fā)電機(jī)（８）連接，并且第二驅(qū)動(dòng)端與差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置（６）連接，差動(dòng)機(jī)構(gòu)（１１至１３）是行星齒輪傳動(dòng)裝置，其特征在于，所述差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置（６）與差動(dòng)機(jī)構(gòu)（１１至１３）的太陽輪（１１）連接，并且所述差動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置（６）設(shè)置在發(fā)電機(jī)（８）的遠(yuǎn)離差動(dòng)機(jī)構(gòu)（１１至１３）的一側(cè)上。
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：格拉爾德·黑亨貝格爾，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：格拉爾德·黑亨貝格爾，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：AT
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