CN101546982A - 可固定转速输出的发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可固定转速输出的发电装置，其中具有可将不断变化的输入端转速转换成固定转速输出的定速装置，其组成包括：一动力源、一发电机及一定速装置；该定速装置内的机构包括有一第一差动齿轮组，其中的一输入端与动力源相耦接，输出端与负载相耦接；一无段变速器，其具有一输入端及一输出端，该无段变速器的输入端与动力源相耦接；一液动扭力变换器，其具有一输入端及一输出端，该液动扭力变换器的输入端与负载相耦接；一第二差动齿轮组，该差动齿轮组的两个输入端分别与无段变速机构及液动扭力变换器的输出端相耦接，动力合成后经由第二差动齿轮组的输出端传至第一差动齿轮组的另一输入端。

Description

可固定转速输出的发电装置
技术领域
本发明是有关于一种发电装置，尤指一种可将不断变化的转速变换成固定转速的风力发电系统。
背景技术
风力机为一种能量转换系统，可将风能转换成机械能，再由机械能转换成电能。目前大型风力机皆与电网并联，能将电能直接传入电网。然而一般电网的电力为固定频率及固定电压，故风力机在并网前需有一处理机制，将频率不断变化的电力转换成一固定频率的电力。
经检索得知现有技术有日本专利JP2004162652A(2004)如图1所示。叶轮10利用两个传动路径(101,102)将动力传递至发电机11，第一个路径是使用齿轮组(12，13)及齿轮组(14，15)将动力传给行星齿轮组的内齿轮。第二个路径是将叶轮的部分动力由无段变速器转换成适当的扭力与转速，再利用齿轮组(16，17)与齿轮组(18，19)将动力传给行星齿轮组的行星架。此行星齿轮组为差动齿轮系，即内齿轮与行星架为两个动力输入，而太阳齿轮111将动力输出至发电机11。此技术的特点是控制无段变速器的输出转速，并利用行星齿轮差动齿轮系，使发电机的转速维持固定。
另一现有技术为德国Voith的2005年专利US2005146141A1(DE10357292)，如图2所示，亦利用两组传动路径来使发电机的转速保持固定。首先叶轮20经由主齿轮箱21将转速提高，并将动力传给行星齿轮差动齿轮系的行星架，此为第一个传动路径。行星齿轮差动齿轮系的太阳齿轮轴22为输出轴，将主要动力传给后端的发电机23，另一部分的动力通过液动扭力变换器24，产生适当的扭力与转速，经齿轮组25回馈至行星齿轮差动齿轮系的内齿轮，进行转速合成，使发电机的转速保持固定。液动扭力转换器具有液体阻尼的特性，可减少扭转振动及负载波动，进而增加风力机系统并网兼容性，并可降低作用在其它组件上的负载。然而，液动扭力变换器对温度变化较敏感，而且液动扭力变换器在低转速时，其效率较低。
另一现有技术为美国专利US4774855A1(1988)如图3所示，使用液压传动与行星齿轮差动齿轮系来进行定速控制。叶轮30经主齿轮箱增速后，将动力分成两部分，一个经由齿轮组(31，32)传给行星齿轮差动齿轮系的行星架，另一个经由齿轮组(31，33)、液压泵34、液压管路35、液压马达36、齿轮组(37，38)等，传给行星齿轮差动齿轮系的太阳齿轮39。两个动力经由行星齿轮差动齿轮系的合成，使内齿轮输出为固定转速。然而，液压传动对温度变化较敏感，需考虑非线性的问题，而且其效率较低。
发明内容
有鉴于现有技术的缺失，本发明提出一种优于现有风力发电系统的机械定速装置，可将不断变化的转速变换成固定转速，使发电机可直接与电网并联，不需再使用电力转换器将不同频率的电力转换成电网的固定频率，可节省电力转换器硬件所需成本，并降低发电机控制所需的技术层次。
在一实施例中，本发明提出一种可固定转速输出的发电装置，其包括有：
一动力源、一发电机以及一定速装置；
该定速装置内之机构包括有：
一液动扭力变换器；
一无段变速器；
一第一差动齿轮组，包含有二个输入端及一个输出端，该差动齿轮组是以第一传动轴与动力源相连接，且该第一传动轴上具有一第一齿轮组与该无段变速器的输入端相耦接，该差动齿轮具有一第二传动轴与发电机相连接，该第二传动轴上具有一第二齿轮组与液动扭力变换器的输入端相耦接；以及
一第二差动齿轮组，包含有二个输入端及一个输出端，该第二差动齿轮组的二个输入端分别与无段变速器及液动扭力变换器的输出端耦接，该第二差动齿轮组的输出端与该第一差动齿轮组另一输入端耦接，经由该第二差动齿轮组作动力合成，将合成后的动力经该第一差动齿轮组的输出端传递至该发电机。
在另一实施例中，本发明另提出一种可固定转速输出的发电装置，其包括有：
一动力源、一发电机以及一定速装置；
该定速装置内的机构包括有：
一液压传动器；
一无段变速器；
一第一差动齿轮组，包含有二个输入端及一个输出端，该差动齿轮组是以第一传动轴与动力源相连接，且该第一传动轴上具有一第一齿轮组与该无段变速器的输入端相耦接，该差动齿轮组具有一第二传动轴与发电机相连接，该第二传动轴上具有一第二齿轮组与液压传动器的输入端相耦接；以及
一第二差动齿轮组，包含有二个输入端及一个输出端，该第二差动齿轮组的二个输入端分别与无段变速器及液压传动器的输出端耦接，该第二差动齿轮组的输出端与该第一差动齿轮组另一输入端耦接，经由该第二差动齿轮组作动力合成，将合成后的动力经该第一差动齿轮组的输出端传递至该发电机。
为进一步说明本发明的结构目的和功效，兹配合附图详细说明如后。
附图说明
图1至图3为现有风力发电系统内部机构的示意图；
图4为本发明的装置连结关系示意图；
图5为本发明第一实施例的示意图；
图6为本发明第二实施例的示意图。
10 叶轮                101,102 传动路径
11 发电机              12，13 齿轮组
14，15 齿轮组          16，17 齿轮组
18，19 齿轮组          111 太阳齿轮
20 叶轮                21 主齿轮箱
22 太阳齿轮轴          23 发电机
24 液动扭力变换器      25 齿轮组
30 叶轮                31，32 齿轮组
34 液压泵              35 液压管路
36 液压马达            37，38 齿轮组
39 太阳齿轮            40 叶轮
41 发电机                    42 第二差动齿轮组
43 无段变速器                44 液动扭力变换器
45 第一差动齿轮组             50 动力源
51 发电机                    52 定速装置
53 无段变速器                54 第一差动齿轮组
55 液动扭力变换器            56 第二差动齿轮组
561 控制器                   57 叶轮
58 增速齿轮箱                60 齿轮
61 齿轮                      63 齿轮
64 齿轮                      70 行星架
701 环齿轮                   72 太阳齿轮
73 行星架                    731 环齿轮
75 太阳齿轮                  80 液压传动器
81 液压泵                    82 液压马达
83 液压管路                  90 第一转动轴
91 第二转动轴
具体实施方式
以下将参照附图来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下图式所列举的实施例仅为辅助说明，但本案的技术手段并不限于所列举图式。
请参阅图4所示，为本发明的装置连结关系示意图。本发明是利用两个差动齿轮系，结合无段变速器及液动扭力变换器，形成高效率的定速装置。如图4所示，该发电机41的转速nG由该第一差动齿轮组45传递至该发电机41，该转速nG为叶轮40的转速nR与第二差动齿轮组42的输出转速nB合成，而第二差动齿轮组42的输出转速nB是由无段变速器43的输出转速nc与液动扭力变换器44的输出转速nH所合成。
当叶轮40的转速nR改变时，可经由调整第二差动齿轮组42的输出转速nB，使发电机41的转速nG保持固定，而第二差动齿轮组42的输出转速nB可通过调整无段变速器43的输出转速nc或调整液动扭力变换器44的输出转速nH来达成。
另外，藉由调整无段变速机构43的速比，可改变其输出转速nc；调整液动扭力变换器44的速比，可改变其输出转速nH。
第一实施例
请参阅图5所示，为本发明第一实施例的示意图。该可固定转速输出的发电装置，包括有：一动力源50、一发电机51以及一定速装置52，而该定速装置52的组成机构包括有：一无段变速器53、一第一差动齿轮组54、一液动扭力变换器55及一第二差动齿轮组56。
该动力源50包括有一叶轮57以及一增速齿轮箱58。该叶轮57配置于该发电装置最前端，该叶轮57后方配置有增速齿轮箱58来提升叶轮57转速；该发电机51则位于发电装置的最后端。
该第一差动齿轮组54，其内部包括有一行星架70、一太阳齿轮72及环齿轮701。
该第一差动齿轮组54与增速齿轮箱58间以一转动轴90相连接，并通过齿轮60及齿轮63与无段变速器53相联结，利用齿轮60及63可使从叶轮57输入的动力有一部分传入该第一差动齿轮组54，一部份传入无段变速器53，传入该无段变速器53的动力，经由无段变速器53转换后传递至与之连接的第二差动齿轮组56中。
该太阳齿轮72与发电机51间以一转动轴91相连接，并通过齿轮61及齿轮64与液动扭力变换器55相联结，利用齿轮61及64使从第一差动齿轮组54输出的动力有一部分传入该液动扭力变换器55，一部份传入发电机51内，传入该液动扭力变换器55的动力，经由液动扭力变换器55转换后传递至与之连接的第二差动齿轮组56中。
该第二差动齿轮组56，其内部包括有一行星架73、一太阳齿轮75及环齿轮731。
该无段变速器53的输出端与行星架73相连接，使动力传递入该第二差动齿轮组56。该液动扭力变换器55的输出端与太阳齿轮75相连接，使从液动扭力变换器55传递而来的动力，传入该第二差动齿轮组56。传入的两动力经由第二差动齿轮组56合成后，利用该环齿轮731及环齿轮701，将合成后的动力传入第一差动齿轮组54。
该定速装置52内部具有一控制器561，该控制器是控制无段变速器53及液动扭力变换器55输出至第二差动齿轮组56的转速。
第二实施例
请参阅图6所示，为本发明第二实施例的示意图。该可固定转速输出的发电装置，包括有：一动力源50、一发电机51以及一定速装置52，而该定速装置52的组成机构包括有：一无段变速器53、一第一差动齿轮组54、一液压传动器80及一第二差动齿轮组56。
该动力源50包括有一叶轮57以及一增速齿轮箱58。该叶轮57配置于该发电装置最前端，该叶轮57后方配置有增速齿轮箱58来提升叶轮57转速；该发电机51则位于发电装置的最后端。
该第一差动齿轮组54，其内部包括有一行星架70、一太阳齿轮72及环齿轮701。
该第一差动齿轮组54与增速齿轮箱58间以一转动轴90相连接，并通过齿轮60及齿轮63与无段变速器53相联结，利用齿轮60及63可使从叶轮57输入的动力有一部分传入该第一差动齿轮组54，一部份传入无段变速器53，传入该无段变速器53的动力，经由无段变速器53转换后传递至与之连接的第二差动齿轮组56中。
该太阳齿轮72与发电机51间以一转动轴91相连接，并通过齿轮61及齿轮64与液压传动器80相联结，利用齿轮61及64使从第一差动齿轮组54输出的动力有一部分传入该液压传动器80，一部份传入发电机51内，传入该液压传动器80的动力，经由液压传动器80转换后传递至与之连接的第二差动齿轮组56中。
该液压传动器80包括有一液压泵81、一液压马达82以及一液压管路83，该液压泵81与该液压马达82藉由该液压管路83相连通。
该第二差动齿轮组56，其内部包括有一行星架73、一太阳齿轮75及环齿轮731。
该无段变速器53的输出端与行星架73相连接，使动力传递入该第二差动齿轮组56。该液压传动器80的输出端与太阳齿轮75相连接，使从液压传动器80传递而来的动力，传入该第二差动齿轮组56。传入的两动力经由第二差动齿轮组56合成后，利用该环齿轮731及环齿轮701，将合成后的动力传入第一差动齿轮组54。
该定速装置52内部具有一控制器561，该控制器是控制无段变速器53及液压传动器80输出至第二差动齿轮组56的转速。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种可固定转速输出的发电装置，其特征在于，包含有：
一动力源、一发电机以及一定速装置；
该定速装置进一步包括有：
一液动扭力变换器；
一无段变速器；
一第一差动齿轮组，包含有二个输入端及一个输出端，该差动齿轮组是以第一传动轴与动力源相连接，且该第一传动轴上具有一第一齿轮组与该无段变速器的输入端相耦接，该差动齿轮组具有一第二传动轴与发电机相连接，该第二传动轴上具有一第二齿轮组与液动扭力变换器之输入端相耦接；以及
一第二差动齿轮组，包含有二个输入端及一个输出端，该第二差动齿轮组的二个输入端分别与无段变速器及液动扭力变换器的输出端耦接，该第二差动齿轮组的输出端与该第一差动齿轮组另一输入端耦接，经由该第二差动齿轮组作动力合成，将合成后的动力经该第一差动齿轮组的输出端传递至该发电机。
2.如权利要求1所述的可固定转速输出的发电装置，其特征在于，该动力源进一步包括有一叶轮以及一增速齿轮箱。
3.如权利要求1所述之可固定转速输出的发电装置，其特征在于，该定速装置还具有一控制器，该控制器是控制无段变速器的输出转速及液动扭力变换器的输出转速。
4.一种可固定转速输出的发电装置，其特征在于，包含有：
一动力源、一发电机以及一定速装置；
该定速装置内的机构包括有：
一液压传动器；
一无段变速器；
一第一差动齿轮组，包含有二个输入端及一个输出端，该差动齿轮组是以第一传动轴与动力源相连接，且该第一传动轴上具有一第一齿轮组与该无段变速器的输入端相耦接，该差动齿轮组具有一第二传动轴与发电机相连接，该第二传动轴上具有一第二齿轮组与液压传动器的输入端相耦接；以及
一第二差动齿轮组，包含有二个输入端及一个输出端，该第二差动齿轮组的二个输入端分别与无段变速器及液压传动器的输出端耦接，该第二差动齿轮组的输出端与该第一差动齿轮组另一输入端耦接，经由该第二差动齿轮组作动力合成，将合成后的动力经该第一差动齿轮组的输出端传递至该发电机。
5.如权利要求4所述的可固定转速输出的发电装置，其特征在于，该动力源还包括有一叶轮以及一增速齿轮箱。
6.如权利要求4所述的可固定转速输出的发电装置，其特征在于，该液压传动器包括有一液压泵、一液压马达以及一液压管路，该液压泵与该液压马达藉由该液压管路相连通。
7.如权利要求4所述的可固定转速输出的发电装置，其中该定速装置还包括一控制器，该控制器是控制无段变速器的输出转速及液压传动器的输出转速。
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