專利名稱：具有帶非對(duì)稱致動(dòng)的流體工作機(jī)械的風(fēng)能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)能系統(tǒng)和流體工作(fluid-working)機(jī)械。更具體地， 本發(fā)明涉及具有充當(dāng)傳動(dòng)裝置的流體工作機(jī)械的風(fēng)能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)能系統(tǒng)正經(jīng)受日益增長(zhǎng)的需求。因此，大的兆瓦級(jí)的風(fēng)力渦輪 機(jī)正在全世界的許多地方被安裝。它們將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。對(duì)于 大型的風(fēng)能系統(tǒng)，由于從轉(zhuǎn)子輸入的能量引起很高的載荷，因此在大 多數(shù)情況下傳動(dòng)箱是不可避免的。然而，由于來(lái)自風(fēng)力的能量頻繁變 化這一事實(shí)，當(dāng)發(fā)生大量載荷變化時(shí)，傳動(dòng)箱的構(gòu)造會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。因 此，對(duì)傳動(dòng)箱的要求很多而且嚴(yán)格。
在本領(lǐng)域已知采用齒輪箱作為傳動(dòng)箱。在風(fēng)能系統(tǒng)的早期階段， 在許多風(fēng)力渦輪機(jī)中，齒輪箱是失效和缺陷的根源。這些齒輪箱問(wèn)題
期階段的問(wèn)題已經(jīng)很大程度上得到了解決，但是考慮到尺寸、質(zhì)量和 成本，齒輪箱的建造仍然是一個(gè)困難的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，提供了一種風(fēng)能系統(tǒng)，其包括具有充當(dāng)傳動(dòng)裝置 的非對(duì)稱致動(dòng)的流體工作機(jī)械。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種風(fēng)能系統(tǒng)，其包括具有工作腔的 充當(dāng)傳動(dòng)裝置的流體工作機(jī)械，該工作腔能夠切換到預(yù)先指定狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例，提供了 一種具有非對(duì)稱致動(dòng)和能夠 切換到預(yù)先指定狀態(tài)的工作腔的風(fēng)能系統(tǒng)。
根據(jù)另一個(gè)方面，提供了一種操作風(fēng)能系統(tǒng)的方法，該方法包括提供一種具有非對(duì)稱致動(dòng)的流體工作機(jī)械作為風(fēng)能系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置。
根據(jù)另一個(gè)方面，提供了一種操作風(fēng)能系統(tǒng)的方法，該方法包括 提供一種流體工作機(jī)械作為傳動(dòng)裝置，以及關(guān)閉流體工作機(jī)械的工作 腔。
根據(jù)另 一方面，提供了在風(fēng)能系統(tǒng)中具有非對(duì)稱致動(dòng)的流體工作 機(jī)械的用途。
根據(jù)另 一方面，提供了具有能夠被切換到預(yù)先指定狀態(tài)的工作腔
的流體工作初4戒的用途。
根據(jù)另一方面，提供了一種風(fēng)能系統(tǒng)，該風(fēng)能系統(tǒng)包括帶有非對(duì) 稱致動(dòng)的充當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)裝置的流體工作機(jī)械，由此所述流體工作機(jī)械接 收旋轉(zhuǎn)能量，并將旋轉(zhuǎn)能量輸出到第二裝置。
典型地，風(fēng)能系統(tǒng)還包括具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子以及用來(lái) 將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電機(jī)。根據(jù)典型的實(shí)施例，流體工作機(jī)械置于 轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)之間。因此，流體工作機(jī)械充當(dāng)傳動(dòng)裝置，用來(lái)將轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)送給發(fā)電機(jī)。典型地，旋轉(zhuǎn)頻率由此被修正。
通過(guò)所附權(quán)利要求、描述以及附圖，本發(fā)明的其它方面、優(yōu)勢(shì)以 及特征將變得顯而易見。


在本說(shuō)明書的剩余部分，包括對(duì)附圖的引用，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員
更具體地描述了本發(fā)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(jù)本文描述的實(shí)施例的風(fēng)能系統(tǒng)的示意性視圖。 圖2顯示了根據(jù)本文描述的實(shí)施例的風(fēng)能系統(tǒng)的頂部的示意性側(cè)視圖。
圖3a顯示了根據(jù)本文描述的實(shí)施例的具有汽缸單元的傳動(dòng)箱的 示意性視圖。
圖3b顯示了根據(jù)本文描述的實(shí)施例的汽缸單元的更詳細(xì)的示意 性一見圖。
5圖3c顯示了根據(jù)本文描述的另外的實(shí)施例的汽缸單元的更詳細(xì) 的示意性^L圖。
圖3d顯示了根據(jù)本文描述的另外的實(shí)施例的汽缸單元的更詳細(xì) 的示意性一見圖。
圖4a顯示了根據(jù)本文描述的實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)單元或輸出單元的示 意性一見圖。
圖4b顯示了根據(jù)本文描述的另一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)單元或輸出單 元的示意性-現(xiàn)圖。
圖4c顯示了根據(jù)本文描述的其它實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)單元或輸出單元 的示意性一見圖。
圖4d顯示了根據(jù)本文描述的其它實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)單元或輸出單元 的示意性-f見圖。
圖5a顯示了根據(jù)本文描述的實(shí)施例的流體工作機(jī)械的示意性平 面視圖。
圖5b顯示了根據(jù)本文描述的另一個(gè)實(shí)施例的流體工作機(jī)械的示 意性平面-見圖。
圖6顯示了根據(jù)本文描述的實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)單元或輸出單元的另一 個(gè)示意性-現(xiàn)圖。
部件列表100風(fēng)能系統(tǒng)
110風(fēng)能系統(tǒng)的塔架
120機(jī)艙
130輪轂
140轉(zhuǎn)子葉片
210傳動(dòng)箱
230發(fā)電機(jī)
240轉(zhuǎn)子軸
250發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸310驅(qū)動(dòng)軸
320輸出軸
330汽缸單元
331驅(qū)動(dòng)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(huán)
342驅(qū)動(dòng)/輸出軸
343殼體
344輥?zhàn)?br> 345引導(dǎo)通道
346用于將活塞保持在阻塞位置的裝置
347單個(gè)液壓連接
348閥3
349閥4
350閥5
351閥6
351閥具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將對(duì)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)引用，其中 一個(gè)或多個(gè)范例在圖中進(jìn)行了圖解。每個(gè)范例都以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋的方式進(jìn)行提 供，且不意味著對(duì)本發(fā)明的限制。例如，；陂圖解或描述為一個(gè)實(shí)施例 的一部分的特征還可用于其它實(shí)施例，或與其它實(shí)施例結(jié)合，以產(chǎn)生
更多的實(shí)施例。其意圖在于使本發(fā)明包括此類更改和變動(dòng)。
一般而言，本文描述的實(shí)施例涉及具有非對(duì)稱致動(dòng)的充當(dāng)傳動(dòng)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(duì)于流體工作才幾 械而言，已知許多不同的致動(dòng)原理，例如由離心力致動(dòng)的徑向活塞式 機(jī)械，或由樞轉(zhuǎn)偏心盤或凸輪致動(dòng)的軸向活塞式機(jī)械。因此，可以實(shí) 現(xiàn)將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩連續(xù)可變地傳輸給發(fā)電機(jī)，并且與傳統(tǒng)的傳動(dòng)裝置相比 較，傳輸轉(zhuǎn)矩的裝置的尺寸可以減小。因此，可以降低風(fēng)能系統(tǒng)的制 造成本，并且單位投資成本所產(chǎn)生的能量方面的整體效率將會(huì)提高。
流體工作才幾械針對(duì)一定運(yùn)行范圍內(nèi)的最優(yōu)效率而設(shè)計(jì)。將流體工 作機(jī)械在風(fēng)能系統(tǒng)中作為主功率傳輸裝置而應(yīng)用要求高效運(yùn)行，以及 變化的旋轉(zhuǎn)速度下的低壓力波動(dòng)和低流動(dòng)波動(dòng)。
圖1是例如為風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)能系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖。風(fēng)能系統(tǒng)
100包括塔架110，機(jī)艙120安裝在塔架的頂端。機(jī)艙容納傳動(dòng)鏈(圖 2所示)，發(fā)電機(jī)連接在傳動(dòng)鏈上(圖2所示)。承載著三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片140 的輪轂130安裝在所述機(jī)械機(jī)搶120的橫向端。
圖2顯示了風(fēng)力渦輪機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的頂部的更詳細(xì)的視圖。機(jī) 艙120容納包含轉(zhuǎn)子輪轂130、轉(zhuǎn)子軸240、傳動(dòng)箱210和發(fā)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)軸250的傳動(dòng)鏈。傳動(dòng)箱210的輸出連接到主發(fā)電機(jī)230上。傳動(dòng) 箱210安裝在轉(zhuǎn)子輪轂和發(fā)電機(jī)中間。典型地，傳動(dòng)箱置于轉(zhuǎn)子軸240 的尾端。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，傳動(dòng)箱210是充當(dāng)傳動(dòng)裝置的流體 工作機(jī)械。
圖3a示出了傳動(dòng)箱210的一個(gè)實(shí)施例的較近視圖。通常，如本 實(shí)施例所示，傳動(dòng)箱210為流體工作機(jī)械。流體工作機(jī)械典型地包含 一個(gè)或多個(gè)汽缸單元330并充當(dāng)傳動(dòng)裝置。轉(zhuǎn)子軸240連接到汽缸單 元330上。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，轉(zhuǎn)子軸240連接到或者屬于汽缸單元的驅(qū)動(dòng)軸310。轉(zhuǎn)子軸240傳輸轉(zhuǎn)子葉片140吸收的能量，并且 將該能量從轉(zhuǎn)子葉片140傳輸給汽缸單元330。轉(zhuǎn)子軸可直接連接到 汽缸軸上，或者通過(guò)諸如驅(qū)動(dòng)軸310的中間軸連4妄，例如圖3a中所示。 轉(zhuǎn)子軸將動(dòng)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(fā)電機(jī)230上。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，輸出軸320連接 到汽缸單元330的輸出上，并將能量傳輸給發(fā)電機(jī)軸250。發(fā)電機(jī)軸 250繼續(xù)將能量傳輸給發(fā)電機(jī)230。發(fā)電機(jī)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。
在圖3b中示出了汽缸單元330的一個(gè)實(shí)施例的較近視圖。汽缸 單元330包含驅(qū)動(dòng)單元331 、輸出單元332、兩個(gè)液壓連接333和334、 以及兩個(gè)流體貯存裝置335和336。根據(jù)本文描述的實(shí)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(qū)動(dòng)軸連接到 汽缸單元330的驅(qū)動(dòng)單元331上。輸出軸320連接到輸出單元332上。 驅(qū)動(dòng)單元331和輸出單元332通過(guò)兩個(gè)液壓連接進(jìn)4亍連接。兩個(gè)液壓 連接的其中一個(gè)，即液壓連接333聯(lián)接到例如低壓歧管的貯存裝置335 上。另外一個(gè)液壓連接，即液壓連接334耳關(guān)接到例如高壓歧管的貯存 裝置336上。驅(qū)動(dòng)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(jìn)行能量的傳輸。
圖3c示出了另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，在驅(qū)動(dòng)單元331 和輸出單元332之間只給出了一個(gè)液壓連4妄347。該液壓連4妄347內(nèi) 的容納物可以選擇性地通過(guò)閥從貝i存裝置336和335輸入。因此，如 上關(guān)于圖3b的解釋提供了相同的功能。才艮據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，液壓連 接也可為汽缸。
圖3d中示出了另一個(gè)實(shí)施例。驅(qū)動(dòng)單元331和輸出單元332通 過(guò)兩個(gè)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(gè) 貯存裝置335和336也可連接到液壓連接333和334上。通過(guò)兩個(gè)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(gè)上。根據(jù)一些實(shí)施例，當(dāng)閥349和350均打開時(shí)，l&存裝 置335可連接到液壓連接333和334兩者之上。
9根據(jù)本文描述的實(shí)施例，貯存裝置336也通過(guò)閥351和352連接 到液壓連接333和334兩者之上。通過(guò)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(gè)之上。4艮據(jù)一些 實(shí)施例，當(dāng)閥351和352均打開時(shí)，貯存裝置336可連接到液壓連才妄 333和334兩者之上。根據(jù)一些實(shí)施例，閥349, 350, 351和352可 通過(guò)例如為計(jì)算機(jī)的控制器(未示出)進(jìn)行控制。
圖4a示出了驅(qū)動(dòng)單元331或輸出單元332的一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì) 的示意性橫截面視圖。兩者可相似地設(shè)計(jì)，但是，在其它實(shí)施例中， 它們可不同地設(shè)計(jì)。在驅(qū)動(dòng)單元331或輸出單元332中，定位有至少 兩個(gè)汽缸。這些汽缸是工作腔，在圖4a的實(shí)施例中它們示出為汽缸 337。在下面的描述中，術(shù)語(yǔ)"汽缸"和"工作腔，，的意思相同?；?塞338可在汽缸337內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。汽缸337經(jīng)由液壓連接333聯(lián)接到 例如低壓歧管的貯存裝置(在圖3b中用標(biāo)號(hào)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?qū)⑵?37和貯存裝置 335分開。閥339可定位于汽缸337和液壓連接333之間。4艮據(jù)其它 的實(shí)施例，閥可置于液壓連接333中。根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，閥可定位 于貯存裝置335的出口處。
在驅(qū)動(dòng)單元/輸出單元內(nèi)，還提供有汽缸337和例如高壓歧管的另 一個(gè)貯存裝置(在圖4a中以標(biāo)號(hào)336表示)的連接。這是通過(guò)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(lái)進(jìn)行布置 的。如圖4a中所示，該連4^f立于驅(qū)動(dòng)單元/輸出單元側(cè)。閥340可定 位于汽缸337和液壓連接334之間。根據(jù)其它的實(shí)施例，閥可置于液 壓連接334中。根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，閥可位于貯存裝置336的出口處。
閥339和340可由控制單元(未示出)進(jìn)行控制?？刂茊卧軌蚋?據(jù)實(shí)際情況發(fā)出信號(hào)來(lái)打開或關(guān)閉閥。
驅(qū)動(dòng)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(gè)或多個(gè)凸輪的環(huán)。典型地，凸輪在環(huán)上連續(xù)分布。根 據(jù)汽缸的位置，環(huán)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(jù)其它的實(shí)施例，凸輪可為另一種形狀，例如盤形、鏈形
等。凸輪還可為環(huán)形段的層疊。如果示于圖4a和4b中的實(shí)施例用作 驅(qū)動(dòng)單元，則凸輪341根據(jù)輸入運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)。由軸342提供的輸入運(yùn) 動(dòng)將來(lái)自于驅(qū)動(dòng)軸310的能量傳輸給驅(qū)動(dòng)單元。軸342可為驅(qū)動(dòng)軸310 或轉(zhuǎn)子軸240。當(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，活塞338根據(jù)凸輪的運(yùn)動(dòng)的曲線側(cè)而 運(yùn)動(dòng)。例如，根據(jù)本文描述的一些實(shí)施例，凸輪朝向活塞的表面可為 正弦形。因此，當(dāng)輥?zhàn)?44位于凸輪的頂部時(shí)，活塞向上運(yùn)動(dòng)，也就 是進(jìn)入汽缸，而當(dāng)輥?zhàn)?44位于兩個(gè)凸輪之間的位置時(shí)，活塞向下運(yùn) 動(dòng)，也就是離開汽缸。
通過(guò)移動(dòng)活塞，旋轉(zhuǎn)動(dòng)能被轉(zhuǎn)化為液壓能。例如，當(dāng)凸輪341以 如下方式運(yùn)動(dòng)，即活塞337在汽缸337內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制到高壓歧 管的連接的閥由運(yùn)算單元打開。在圖4a的實(shí)施例中，該閥為閥340。 相反，當(dāng)凸輪以如下方式運(yùn)動(dòng)，即活塞在汽缸內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(guān) 閉。如果示于圖4a中的實(shí)施例充當(dāng)輸出單元，則其相反地運(yùn)行。
根據(jù)本文描述的實(shí)施例，活塞可由除了凸輪之外的裝置驅(qū)動(dòng)。例 如，可使用凸輪盤。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，可使用鏈等。根據(jù)又一個(gè)實(shí) 施例，可使用曲柄-連桿-活塞系統(tǒng)。
凸輪341聯(lián)接到活塞338上以傳輸由活塞338的運(yùn)動(dòng)提供的能量。 當(dāng)凸輪連接到軸342上時(shí)，液壓能量以一定的傳輸比轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)能量。 除了其它因素之外，傳輸比還取決于設(shè)計(jì)，尤其取決于凸輪的半徑， 以及控制單元(未示出)采取的控制動(dòng)作。根據(jù)一些實(shí)施例，為了獲得 可能的最長(zhǎng)部件壽命，凸輪的半徑設(shè)計(jì)成使得在翻轉(zhuǎn)元件(overrolling element)中獲得的接觸應(yīng)力最小。在如圖4a中所示的實(shí)施例充當(dāng)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(fā)電機(jī)軸250。輸出軸320例如通過(guò)發(fā)電機(jī)軸將能量傳輸給發(fā)電機(jī)。 發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。
根據(jù)本文描述的實(shí)施例，上述的驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)模式以及空轉(zhuǎn)模式混合的連續(xù)的機(jī)器工作周期中，模式改變的序列允許流進(jìn)和流出高壓歧管336的平均有效流率 在完全泵流動(dòng)、零流動(dòng)和完全電動(dòng)機(jī)流動(dòng)之間無(wú)限地變化。大多數(shù)情 況下，驅(qū)動(dòng)單元充當(dāng)泵，而輸出單元充當(dāng)電動(dòng)才幾。在特殊情況下，例 如為了啟動(dòng)風(fēng)能系統(tǒng)，功能可以反過(guò)來(lái)。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，對(duì)于風(fēng)能系統(tǒng)，流體工作機(jī)械可有五種 工作模式全沖程泵模式，部分沖程泵模式，全沖程電動(dòng)機(jī)模式，部 分沖程電動(dòng)機(jī)模式，以及空轉(zhuǎn)模式。因此，部分沖程和全沖程的差別 就在于相對(duì)于活塞運(yùn)動(dòng)的底部死點(diǎn)和頂部死點(diǎn)，/人這些狀態(tài)的其中一 個(gè)狀態(tài)向另一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換所處的相位角。這可由控制單元進(jìn)行控 制。從電動(dòng)機(jī)模式到泵模式進(jìn)行變換或者相反變換典型地都不是突然 的。根據(jù)本文描述的又一個(gè)實(shí)施例，如對(duì)應(yīng)于圖3c的圖4c中所示， 工作腔337僅連接到一個(gè)液壓連接上。閥348調(diào)節(jié)到達(dá)工作腔337的 流體的量。單個(gè)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(diǎn)處定位附加閥以調(diào)節(jié)貯存裝置的各自的內(nèi)容物的流動(dòng)。根據(jù) 本文描述的實(shí)施例，提供控制單元來(lái)控制位于液壓連接347和!)&存裝 置335或336之間的連接點(diǎn)處的附加閥的打開和關(guān)閉?？刂茊卧軌?根據(jù)實(shí)際情況發(fā)出信號(hào)來(lái)打開或關(guān)閉這些閥。典型地，控制單元能夠 根據(jù)傳動(dòng)箱的給定輸入或理想輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)附加閥。/人而液壓連接347 中的流動(dòng)得到調(diào)節(jié)。在圖4d中，示出了另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元331 和輸出單元332由單個(gè)液壓連接347進(jìn)行連接。如圖4b中所示，環(huán) 341的具有凸起的形狀。根據(jù)實(shí)施例，活塞的數(shù)量多于兩個(gè)。在活塞的數(shù)量多于兩個(gè)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(huán)形方式布置在殼體343中?；钊麌@軸 342定位，軸342可連接到輸出軸或驅(qū)動(dòng)軸上。才艮據(jù)一些實(shí)施例，軸 342可為驅(qū)動(dòng)軸或輸出軸?；钊?38由凸4侖341驅(qū)動(dòng)。對(duì)于圖5a和5b 中所示的實(shí)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(jù)本文描述的實(shí)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于活塞在徑向方向上 的位置。根據(jù)本文描述的一些實(shí)施例，在圖6中示出了兩個(gè)工作腔。輥?zhàn)?344在凸輪環(huán)341上滾動(dòng)。輥?zhàn)佑杀惠S(未示出)移動(dòng)的凸輪341驅(qū)動(dòng)。 輥?zhàn)?44與活塞338接觸。輥?zhàn)?44和活塞338之間的連接是柔性的 并且可移動(dòng)。例如，輥?zhàn)涌稍诨钊麅?nèi)在一種引導(dǎo)通道345中滾動(dòng)。圖 6的實(shí)施例中所示的輥?zhàn)涌捎糜诒疚拿枋龅乃袑?shí)施例。圖6中的汽缸的位置示出了位于凸輪上的位置(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(biāo)志了缺省位置。根據(jù)本 文描述的實(shí)施例，如果活塞處于凸輪上的位置，可以通過(guò)裝置346阻 塞活塞從而將活塞保持在阻塞位置。 一旦活塞位于阻塞位置，工作 腔暫時(shí)失效。這例如在低風(fēng)速下的運(yùn)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(xì)地進(jìn)^f于描述。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，充當(dāng)風(fēng)能系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置的流體工作機(jī) 械為帶有非對(duì)稱致動(dòng)的液壓機(jī)械。非對(duì)稱致動(dòng)由凸輪引起。而且，提 供了使選定的工作腔暫時(shí)失效的裝置。工作腔的選擇由計(jì)算單元完 成，并且取決于實(shí)際風(fēng)況和理想載荷。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，作為風(fēng)能系統(tǒng)的一部分并適于風(fēng)能系統(tǒng) 的運(yùn)行的流體工作機(jī)械具有涉及瞬態(tài)壓力、體積流動(dòng)、噪聲和效率的 特征性行為。典型地，這些特征取決于機(jī)械設(shè)計(jì)和電子控制。通過(guò)采 用活塞的非對(duì)稱致動(dòng)，可降低壓力和流率的波動(dòng)，并提高效率。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，活塞的控制由計(jì)算單元對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行 最優(yōu)適應(yīng)。因此，壓力、流動(dòng)以及噪聲的特性可以得到控制?？刂圃试S流體工作機(jī)械內(nèi)流體的連續(xù)流動(dòng)，從而獲得連續(xù)的壓力特性和連續(xù) 而可靠的能量輸出。因?yàn)樵陲L(fēng)能系統(tǒng)中，波動(dòng)是問(wèn)題的一部分，所需 的是對(duì)波動(dòng)的控制和消除。涉及到流動(dòng)中的不規(guī)則性時(shí)，風(fēng)能系統(tǒng)的 容差增加。能量輸出變得更安全，并且更可靠。在高壓力等級(jí)下液壓工作機(jī)械效率更高。根據(jù)本文描述的實(shí)施 例，為了增加每個(gè)工作腔中的壓力級(jí)，從而增加對(duì)于低轉(zhuǎn)矩運(yùn)行的整 體傳動(dòng)效率，減少工作腔的數(shù)量或者降低工作腔的體積對(duì)于較低轉(zhuǎn)矩 運(yùn)行是有益的。這由于這樣的事實(shí)，即在高壓力等級(jí)下，液壓工作才幾 械更高效。當(dāng)運(yùn)行在較低轉(zhuǎn)矩下時(shí)，為特定轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)的機(jī)械經(jīng)受較高 的損耗。典型地由計(jì)算單元控制汽缸的失效。典型地風(fēng)能系統(tǒng)包括用 來(lái)測(cè)量提供給驅(qū)動(dòng)單元的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置(未示出)。例如，轉(zhuǎn)矩 測(cè)量裝置可允許直接測(cè)量由轉(zhuǎn)子施加的轉(zhuǎn)矩，或者可由所發(fā)出的功率 來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)矩。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，在計(jì)算單元的控制下，當(dāng)汽缸失效時(shí)， 一部分汽缸在靜止位置或空轉(zhuǎn)位置運(yùn)行。如果它們處于靜止位置，它 們完全不運(yùn)動(dòng)。例如，它們與凸輪分離，并停留在活塞完全進(jìn)入汽缸內(nèi)的位置。圖6中的左圖示出了該實(shí)施例，此時(shí)活塞完全進(jìn)入到汽缸內(nèi)。如果活塞位于空轉(zhuǎn)位置，活塞將和其它的活塞一起上下移動(dòng)，但 是沒(méi)有力的交換，因?yàn)樵谙鄳?yīng)的汽缸內(nèi)沒(méi)有對(duì)到低壓歧管和高壓歧管 的連接的交替打開。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，由工作腔失效裝置346安排減少工作腔 的數(shù)量。根據(jù)一些實(shí)施例，工作腔失效裝置包括將活塞夾在固定位置 上的機(jī)械阻塞裝置，例如當(dāng)活塞位于TDC(頂部死點(diǎn))時(shí)插入的鉤或銷。 這種銷具有錐形末端，以將輥?zhàn)訌耐馆啽砻嫱耆稹；钊尼尫趴?以時(shí)機(jī)適當(dāng)配合(timing -wise coordinate)的方式發(fā)生,應(yīng)避免棍子阻塞 凸輪。根據(jù)其它的實(shí)施例，工作腔失效裝置包括用來(lái)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(jù)可與本文描述的其它的實(shí)施例組合的實(shí)施例，活塞的控制 也可通過(guò)使用霍爾效應(yīng)傳感器來(lái)執(zhí)行。根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，工作腔失效裝置利用了在泵沖程或電動(dòng)才幾沖 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(cè)的壓力或在活塞的壓力側(cè)施加低壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中， 施加的低壓甚至低于大氣壓力。如圖6中所示，彈簧可限定缺省位置 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(guò)電子和/或電磁方式控制閥的致動(dòng)的裝 置，例如由電-茲鐵等制成的提升閥。典型地，當(dāng)汽缸失效時(shí)，活塞固 定在頂部死點(diǎn)位置。提供了適于風(fēng)能系統(tǒng)的具有一個(gè)或多個(gè)工作腔的流通機(jī)械。該流 體工作機(jī)械典型地包括驅(qū)動(dòng)單元和輸出單元。典型地，驅(qū)動(dòng)單元具有至少兩個(gè)汽缸，和/或輸出單元具有至少兩個(gè)汽缸。驅(qū)動(dòng)單元可充當(dāng)泵 和/或電動(dòng)機(jī)。在風(fēng)能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行中，驅(qū)動(dòng)單元典型地用作泵。輸 出單元可充當(dāng)泵和/或電動(dòng)機(jī)。在風(fēng)能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行中，輸出單元典 型地用作電動(dòng)機(jī)。流體工作機(jī)械典型地用作用于風(fēng)能系統(tǒng)的傳動(dòng)裝 置。由于驅(qū)動(dòng)單元和輸出單元的協(xié)作，流體工作^L械允許旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn) 化為不同旋轉(zhuǎn)速度下的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)非對(duì)稱致動(dòng)，使用這種流體工 作機(jī)械旨在優(yōu)化壓力、流動(dòng)、效率、部件載荷，并從而優(yōu)化壽命以及 噪聲特性。在高壓力等級(jí)下液壓工作機(jī)械典型地更有效。因此，當(dāng)運(yùn)行在較 低轉(zhuǎn)矩或較低壓力下時(shí)，為特定轉(zhuǎn)矩或特定壓力設(shè)計(jì)的機(jī)械經(jīng)受較高 的損耗。對(duì)于較低轉(zhuǎn)矩或較低壓力期間的運(yùn)行模式，為了增加各活動(dòng) 工作腔中的壓力級(jí)，從而增加對(duì)于低轉(zhuǎn)矩運(yùn)行的整體效率，減少活動(dòng) 工作腔的數(shù)量或者工作腔動(dòng)作的數(shù)量對(duì)于較低轉(zhuǎn)矩期間的運(yùn)行是有 益的。在本文中，術(shù)語(yǔ)"液壓工作機(jī)械"與術(shù)語(yǔ)"流體工作機(jī)械"意 思相同。將驅(qū)動(dòng)單元和/或輸出單元中的至少一個(gè)汽 臨時(shí)切換到預(yù)先指定的狀態(tài)增加了流體工作機(jī)械充當(dāng)傳動(dòng)裝置的效率。例如，預(yù)先指定 的狀態(tài)可為關(guān)閉狀態(tài)或降壓狀態(tài)。這尤其與遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定功率的風(fēng)能 系統(tǒng)的運(yùn)行模式相關(guān)，具體地，指達(dá)到額定功率的60%時(shí)的模式，更典型地，指達(dá)到額定功率的50%時(shí)的模式。在這些模式中，所有活塞的運(yùn)行效率不高。為了增加其它活塞的壓力，關(guān)閉至少一個(gè)活塞是有 利的。本文中術(shù)語(yǔ)"關(guān)閉"和"失效"是同義的。將工作腔的一部分 切換到預(yù)先確定的狀態(tài)在風(fēng)能系統(tǒng)的運(yùn)行中完成。具體地，當(dāng)其它的 工作腔正在運(yùn)行時(shí)完成對(duì)一部分工作腔的關(guān)閉。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，流體工作機(jī)械的非對(duì)稱致動(dòng)是由將流體 工作機(jī)械的工作腔的活塞阻塞或夾緊的機(jī)械裝置、驅(qū)動(dòng)流體工作機(jī)械 的工作腔沿給定運(yùn)動(dòng)曲線運(yùn)動(dòng)的凸輪或電氣地控制閥而引起的。通過(guò)使用帶有非對(duì)稱致動(dòng)的流體工作機(jī)械，可以實(shí)現(xiàn)效率的增 加。而且，流體工作機(jī)械為其一部分的風(fēng)能系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)更好，也就是 說(shuō)，風(fēng)能系統(tǒng)能應(yīng)付能量流動(dòng)中更大的不規(guī)則性。通過(guò)使用流體工作 機(jī)械代替常規(guī)齒輪作為傳動(dòng)裝置，在一定的百分比范圍內(nèi)的物理效率 可能典型地降低。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，通過(guò)使用流體工作機(jī)械， 此百分比可以降^氐。而且，與常規(guī)齒輪相比，經(jīng)濟(jì)效率仍然可以增加。 經(jīng)濟(jì)效率的增大是由于建造和定位流體工作機(jī)械的成本降低。因此， 在風(fēng)能系統(tǒng)的壽命期內(nèi)，可以顯著的降低每兆瓦的成本。為風(fēng)能系統(tǒng)提供了充當(dāng)傳動(dòng)裝置的連續(xù)可變的流體工作機(jī)械。在 風(fēng)能系統(tǒng)中，由于與實(shí)際風(fēng)速和風(fēng)向相關(guān)的變化工況，能量輸入的波 動(dòng)以及由此輸出波動(dòng)也非常大。因此，需要降^^能量產(chǎn)出的波動(dòng)。由 于不可能影響風(fēng)況，本文所描述的充當(dāng)傳動(dòng)裝置的連續(xù)可變的積4戒可 有助于使能量輸出的波動(dòng)效應(yīng)最小化。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，具有活塞的非對(duì)稱致動(dòng)的流體工作機(jī)械 用作連續(xù)可變的傳動(dòng)裝置。例如，非對(duì)稱致動(dòng)可由控制閥的致動(dòng)的閥 門機(jī)構(gòu)控制引起，并因此能夠阻塞流體工作機(jī)械的一些工作腔。典型 地，非對(duì)稱致動(dòng)也可由機(jī)械裝置，例如移動(dòng)活塞和/或被活塞移動(dòng)的非 圓形的凸4侖引起。才艮據(jù)本文描述的實(shí)施例，如上所述的驅(qū)動(dòng)單元以及輸出單元可充 當(dāng)電動(dòng)機(jī)和/或泵。通過(guò)改變致動(dòng)的方向可以改變單元的功能。因此， 本文描述的實(shí)施例適用于用作泵的工作腔以及用作電動(dòng)才幾的工作月空 上，且反之亦然。根據(jù)本文描述的實(shí)施例，用于風(fēng)能系統(tǒng)的流體工作機(jī)械的汽缸和活塞的數(shù)量可多于15個(gè)，典型地多于40個(gè)，甚至典型地多于60個(gè) 甚至100個(gè)。在典型實(shí)施例中，在每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元和輸出單元中均設(shè)有 60-120個(gè)汽缸和活塞。典型地，汽缸呈環(huán)形布置。典型地，控制單元 將所有汽缸的1/n切換到預(yù)先指定的狀態(tài)。例如，如果總共有80個(gè)汽 缸，在低轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí),所有汽缸的1/4可被關(guān)閉(即n=4)。根據(jù)本文描 述的典型的實(shí)施例，在所有汽缸的1/n被切換到預(yù)先指定狀態(tài)的情況 下，汽缸的每n個(gè)汽缸被切換狀態(tài)。換句話說(shuō)，被選中進(jìn)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，并減少了由于汽 缸單元中不規(guī)則的力分布而引起的傳動(dòng)裝置上的載荷。根據(jù)典型的實(shí) 施例，n大于1并選擇成使得工作腔的總的數(shù)目除以n為整數(shù)。而且， 轉(zhuǎn)矩越小，例如由于低風(fēng)速情況，n選擇得越大。在非常低風(fēng)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(jù)本文描述的實(shí)施例，由于流體工作機(jī)械的重量較輕，并且與 常規(guī)的機(jī)械齒輪相比制造費(fèi)用較低，應(yīng)用流體工作機(jī)械充當(dāng)傳動(dòng)裝置 降低了在風(fēng)能系統(tǒng)中安裝流體工作機(jī)械的成本。本書面描述使用范例來(lái)公開本發(fā)明，包括本發(fā)明的最佳模式，并 使得任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明。雖然本發(fā)明才艮據(jù) 多個(gè)特定實(shí)施例進(jìn)行描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到本發(fā)明可通過(guò) 處于權(quán)利要求精神和范圍之內(nèi)的變型來(lái)實(shí)施。尤其是，上述實(shí)施例中 相互不排斥的特征可彼此組合。本發(fā)明可取得專利的范圍由權(quán)利要求 書限定，并可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果此類其它實(shí) 例具有的結(jié)構(gòu)要件和權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒(méi)有不同，或者如果它們包 括的等價(jià)結(jié)構(gòu)要件和權(quán)利要求書的字面語(yǔ)言沒(méi)有本質(zhì)的不同，則它們 都意在屬于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。1權(quán)利要求
1.一種風(fēng)能系統(tǒng)(100)，包括具有非對(duì)稱致動(dòng)的充當(dāng)傳動(dòng)裝置的流體工作機(jī)械。
2. —種風(fēng)能系統(tǒng)(100)，包括充當(dāng)傳動(dòng)裝置的流體工作機(jī)械，所 述流體工作機(jī)械具有能夠切換到預(yù)先指定狀態(tài)的工作腔(337)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述流體工 作機(jī)械具有非對(duì)稱致動(dòng)。
4. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的風(fēng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述 流體工作機(jī)械包括用于接收旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元(331)和用于傳輸旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的輸出單元(332)。
5. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的風(fēng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述 風(fēng)能系統(tǒng)具有控制單元，以控制所述非對(duì)稱致動(dòng)和/或?qū)⑺龉ぷ髑磺?換到預(yù)先指定的狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)能系統(tǒng)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)單元(331) 和輸出單元(332)中的每一個(gè)單元均包括至少15個(gè)工作腔。
7. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的風(fēng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述 風(fēng)能系統(tǒng)具有工作腔失效裝置(346),用于臨時(shí)將所述工作腔切換到預(yù) 先指定的狀態(tài)。
8. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的風(fēng)能系統(tǒng)，其特征在于，所述 流體工作機(jī)械接收旋轉(zhuǎn)力，并且將旋轉(zhuǎn)能量輸出至第二裝置。
9. 一種用來(lái)運(yùn)行風(fēng)能系統(tǒng)(100)的方法，包括提供了具有非對(duì)稱致動(dòng)并且充當(dāng)所述風(fēng)能系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置的流 體工作機(jī)械。
10. —種用來(lái)運(yùn)行風(fēng)能系統(tǒng)(100)的方法，包括提供充當(dāng)風(fēng)能系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置的流體工作機(jī)械，所述流體工作機(jī) 械具有能夠被關(guān)閉的工作腔。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用來(lái)運(yùn)行風(fēng)能系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述流體工作機(jī)械包括用來(lái)接收旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元(331)和用來(lái) 傳輸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的輸出單元(332),所述驅(qū)動(dòng)單元具有至少兩個(gè)工作腔 (337),所述方法還包括測(cè)量提供給所述流體工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩；以及根據(jù)轉(zhuǎn)矩和/或所述輸出單元的至少其中 一個(gè)所述工作腔的關(guān)閉 來(lái)關(guān)閉所述驅(qū)動(dòng)單元的至少其中一個(gè)所述工作腔。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有帶非對(duì)稱致動(dòng)的流體工作機(jī)械的風(fēng)能系統(tǒng)，具體而言，涉及一種具有帶非對(duì)稱致動(dòng)的液壓能量傳動(dòng)裝置的風(fēng)能系統(tǒng)(100)。非對(duì)稱致動(dòng)例如由用來(lái)控制活塞(338)的致動(dòng)的閥門控制和機(jī)械裝置引起。汽缸單元(330)提供成包括與兩個(gè)液壓連接(333，334)相聯(lián)的驅(qū)動(dòng)單元(331)和輸出單元(332)。驅(qū)動(dòng)單元和輸出單元包括最少兩個(gè)汽缸(337)，活塞(338)在其中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。其中的一些汽缸在低風(fēng)速期間可被關(guān)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(fēng)能系統(tǒng)中使用液壓工作機(jī)械作為傳動(dòng)裝置提高了整體的經(jīng)濟(jì)效率。
文檔編號(hào)F03D9/00GK101649814SQ20091016740
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月13日
發(fā)明者J·E·黑梅爾曼, J·J·涅斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司