CN105658956B - 用于带有远远地偏离的运行点的驱动器的传动线路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有至少一个传动线路的驱动装置,该传动线路装有至少两个彼此间隔开的运行点以便实现在高的效率时的高的转速传播。本发明还涉及一种用于调节相应的装置特别是风力能量仪器的负载转速的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种设有至少一个传动线路/驱动器的装置,该装置带有至少两个与彼此偏离的运行点以用于在传动线路中实现在高的效率时的高的转速传播。本发明还涉及一种用于调节相应的装置尤其风力能量仪器的负载转速的方法。
本发明涉及所有的这样的驱动情形,其负载情况的突出之处在于如下情况:
(i)存在两个运行点或运行范围,其转速在数值上以明显大于1,特别是大于10的系数处于彼此偏离。
(ii)功率需要在两个运行点/运行范围中大约一样高。
(iii)应当在两个运行点/运行范围中在驱动器中实现高的效率。
(iv)在运行点或运行范围之间的过渡应当在不中断可控制性、转矩或转动的情况下发生,除输出转动方向的可能的反向点之外。
背景技术
典型的应用是风能量仪器,其利用一个或多个飞行体通过与地面站连接的一个或多个牵引绳索(6)将机械的能量借助于YOYO原理转化成电的能量。这样的仪器例如从文件DE2006001806、文件CA2730939、文件DE3209368、文件DE4319823、文件DE19629417以及文件DE102008047261中已知。该周期至少具有阶段A-伸出和E-收回。在伸出时,地面站以发电运行工作并且利用慢的速度和高的力释放牵引绳索。在回收时地面站以马达运行工作并且利用高的速度和小的力再次回收牵引绳索。仪器的总效能强烈地取决于在收回阶段E和伸出阶段A之间的速度比例。理想的速度比例取决于在运行阶段E和A之间的飞行器具的飞行轨道和空气动力学的性质(例如滑动系数)的不同并且在高度开发的飞行器具的情况下在数值上处于10:1或以上。
本发明的问题在于,完成一种传动线路,其在带有相对彼此大的转速差的两个运行点或运行范围中具有高的效率。此外必须在在运行点或运行范围之间的整个的范围上保障以转速和/或力矩方式的负载可控制性。在此所有的驱动器的待安装的总的额定功率应当尽可能小。由于高的安全要求,在驱动器失灵时的负载可控制性也是有利的。
已知的是利用这样的驱动器的解决方案,该驱动器被保守设计到这样的程度,即其能够在两个运行点/运行范围中提供要求的功率。对此其可能在运行点中的至少一个中在场削弱范围中工作。该解决方案具有在运行点中的一个中的低的效率,以及尽管可能大的场削弱范围总是仍然需要保守设计驱动机器的缺点,从而在足够的功率给出的情况下在两个运行点中保障大的转速传播。此外在该驱动器失灵时丢失了负载控制能力。在此仅仅可利用高的额外成本来实现失灵保险的提高。
另一种已知的解决方案是使用切换传动机构(例如:联接传动机构)。为了在切换时间点中在不中断转矩的情况下实现切换,必须使用负载切换传动机构,例如双联接传动机构。切换传动机构导致更高的成本和原理上决定的更高的失灵可能性。同样在此丢失了在该驱动器失灵时的负载可控制性。
另一解决方案是分别使用驱动器以用于伸出和以用于回收。在此待安装的驱动功率是大的,因为在运行阶段中的每个中分别仅仅有一个驱动器工作。转矩从一个机器至另一个机器的过渡必须利用合适的联接件来进行。
此外已知这样的传动线路,其基于两个驱动机器在环绕传动机构上的互联。这些传动线路例如在平行式混合驱动器中是普遍的。这些传动线路用于两个通常不同的驱动机器,例如内燃机和电动马达的功率总和。为此使驱动器联结到环绕传动机构的差动轴处。由此这些驱动器的力矩和功率合计到形成输出的总轴上。在此转速相关的运行范围受限于驱动机器的运行范围,因为在两个驱动器的方向相同的转速的情况下输出同样以相应变速的额定转速来转动并且在驱动器的相反指向的额定转速的情况下输出仅仅仍以在驱动器转速之间的相应变速的差来转动。两个驱动器中的一个的转动方向反向在输出处带来了以仅仅小的系数,通常接近1的转速改变。
同样丰田公司的所谓的“混合协同驱动”为现有技术。这里将驱动器分别联结到行星传动机构的每个轴处。在该布置中由于在行星传动机构处的功率平衡仍然始终有功率的一部分从3个驱动器中的至少一个馈入到至少另一驱动器中,这遭受了损失。也不会设置成,输出转速由两个驱动器的相反的转动来大幅地提高,因为这里不希望在小的力矩下实现高的转速。转矩恰好在高的速度下不应当降低。此外在行星传动机构的桥接件处的驱动器为不能够改变转动方向的内燃机。
发明内容
该目的根据本发明以下面的方式解决,即传动线路具有至少两个驱动器或者说动力机器(A1,A2),其驱动功率借助于环绕传动机构(3)来总和并且传递到负载或工作机器(L)处。
因此本发明的对象是用于在被驱动的机器或仪器的传动线路中实现在高的效率时的高的转速传播的装置,包括
(i)两个借助于马达或发电机工作的动力机器(A1,A2),这些动力机器(A1,A2)间接地通过合适的联结元件、传递环节和/或变速设备(7、8)或直接与环绕传动机构(3)的桥接轴(S)和两个标准传动机构轴中的较慢的标准传动机构轴(2)抗扭地与彼此连接,以及
(ii)工作机器(L),其间接地通过合适的联结元件、传递环节和/或变速设备或直接与环绕传动机构(3)的两个标准传动机构轴中的较快的标准传动机构轴(1)抗扭地与彼此连接,其中,环绕传动机构(3)的内部的运动通过一个或多个合适的联接装置(6)闭锁在一个转动方向上并且在另一转动方向上允许。
应阐明的是,根据本发明“驱动器”和“驱动机器”这些概念与“动力机器”(A1,A2)这一概念同义地使用。同样“负载”或“负载机器”这一概念与“工作机器”(L)这一概念同义地使用。
根据本发明两个动力机器或驱动机器(A1,A2)中的每个能够功能上与另外的尤其一个、两个、三个或四个驱动机器功能上处于连接。同样工作机器(L)能够功能上与另外的尤其一个、两个三个或四个工作机器连接或联结。
根据本发明两个动力机器中的每个以及必要时与它们连接的另外的驱动器能够具有前置变速设备(Vorsetzungeinrichtung)和/或变速设备。
驱动器分别在下文中是指一个或多个互联的动力机器,负载是指一个或多个分布的工作机器,分别包括可能的变速设备和功率总和设备/功率分布设备在内。为了更好地理解,在下文中以与功率流的方向无关的方式保留驱动器和负载,或动力机器和工作机器这些概念。然而这明确地对于本发明而言意味着不起限制作用。功率不仅能够从一个或两个驱动器中流动到环绕传动机构中并且从环绕传动机构中流至负载,而且能够分别反向流动。即明确地还设置有发电的或混合的运行并且根据本发明是可行的。换言之,动力机器(A1,A2)能够暂时在整个工作过程期间作为工作机器,并且工作机器(L)作为动力机器运行。这能够例如在根据插图5的飞行风力仪器中实行。
驱动器或负载的力矩、转速和功率这些概念始终是指这些在到行星传动机构(3)的相应的联结点处的量。力矩在下面始终表示到环绕传动机构的轴上的转矩。
本发明的对象特别为这样的相应的装置,在其中能够如下设计联接装置:
(i)该联接装置由自由运转联接件形成,
(ii)至少将一个,特别是将一个、两个、三个或四个联接装置切换或安置到环绕传动机构的两个标准传动机构轴(1、2)之间。
(iii)至少将一个,特别是将一个、两个、三个或四个联接装置切换或安置到环绕传动机构的较慢的标准传动机构轴(2)和桥接轴(S)之间。
(iv)至少将一个,特别是将一个、两个、三个或四个联接装置切换或安置到环绕传动机构的较快的标准传动机构轴(1)和桥接轴(S)之间。
(v)至少将一个,特别是将一个、两个、三个或四个联接装置切换或安置到环绕传动机构的一个或多个行星齿轮(P)和桥接轴(S)之间。
在本发明的另一实施方式中联接装置(6)转动弹性地与涉及的环节中的一个或多个连接。
在本发明的另一实施方式中能够为单级或多级的环绕传动机构是行星传动机构,更确切地说,为单级的或多级的行星传动机构。
本发明的对象是这样的相应的装置,在其中安装的动力机器(A1,A2)(包括前置变速设备在内)的效率相关的最佳点的转速基本上是一样的或与彼此偏差最多10%、特别是1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%和9%。
本发明的对象还为这样的装置,在其中安装的动力机器的效率相关的最佳点的转矩相对彼此在数值上表现为基本上如同由在使用的环绕传动机构的功率流方向上的标准变速比和标准效率的乘积的减少了1的倒数的数值,或者最大偏差不多于该比例的10%,优选地在0和5%之间。
本发明的对象还为这样的装置,在其中安装的动力机器的转矩转速特性曲线基本上是相同的,或者在任何的转速时都不以在额定力矩值中多于10%,优选地在0-5%之间来彼此偏差。
此外本发明的对象是用于调节如上述和下述描述的那样的装置在以闭锁的联接装置来运行中的负载转矩的方法,其中,调节两个动力机器(A1,A2)的转速,其中,在本发明的一种实施方式中,一个动力机器(A1或A2)作为主器械运行,并且另一个动力机器(A1或A2)作为从器械运行。在此能够将作为从器械运行的动力机器的转矩调节回路的理论转矩与作为主器械运行的动力机器的必要时嵌入到转速调节回路中的转矩调节回路的理论转矩设定成固定的比例,其中,在另一实施方式中动力机器的理论转矩的比例相应于额定力矩或力矩能力的比例。在此力矩调节的动力机器(A1,A2)能够附加地具有极限转速的调节。在此作为从器械运行的动力机器的极限转速以这样的方式调整成比另一作为主器械运行的动力机器的极限转速更高,即作为从器械运行的动力机器仅仅在在系统中发生错误的情况中达到其极限转速。
本发明的对象另外是用于调节上述和下述描述的装置在以开启的联接装置来运行中的负载转矩的方法,其中(a)联结到环绕传动机构的标准传动机构轴中的较慢的标准传动机构轴(2)处的动力机器(A1,A2)的转矩调节到通过由在功率流方向上的标准变速比和标准效率的乘积来除的负的负载理论力矩上,或(b)联结到环绕传动机构的桥接轴(S)处的动力机器的转矩调节到通过由在功率流方向上的标准变速比和标准效率的减少了1的乘积来除的负载理论力矩上,以及在(a)和(b)中将另一驱动机器的转速调节到确定的值上。
本发明的对象还为用于调节上述和下述描述的装置在以开启的联接装置来运行中的负载转矩的相应的方法,其中,两个动力机器(A1,A2)的转速以这种方式来调节,即由联结到环绕传动机构的标准传动机构轴中的较慢的标准传动机构轴(2)处的驱动器的转速和标准变速比的乘积,以减少了由另一驱动器的转速和减少了1的标准变速比的乘积的方式,相应于负载理论转速。在此能够将两个动力机器的转速在数值上分别调节到由环绕传动机构的加倍的并且减少了1的标准变速比来除的输出的理论转速上。
根据本发明的传动线路装置尤其适用于其使用在风能量仪器,优选地飞行风力仪器中。因此本发明的对象还为这样的飞行风力仪器,其借助于根据本发明的传动线路装置来运行。
附图说明
插图1示出带有减传动机构的本发明的沃尔夫的简图,总轴是桥接轴S,
插图2示出带有加传动机构的本发明的沃尔夫的简图,总轴是标准传动机构轴2,
插图3示出带有2个动力机器MG的实施例,通过2个相同的正齿轮级(7、8)联结到行星传动机构(3)处,
插图4以4象限示例性地针对2个同步伺服驱动器和减传动机构示出根据本发明的驱动线路的特性曲线,
插图5示出根据本发明的传动线路装置在带有可伸出的和可收回的风帆的飞行风力仪器中的用途。
具体实施方式
如通常那样,环绕传动机构的环节利用1、2和S来标注,其中,S代表桥接轴并且1和2代表标准传动机构轴。标准变速比i12定义为轴1相对于轴2在存在桥接时的转速比例并且形成传动机构的独立于运行的结构特征。标准传动机构轴中的在数值上较慢的标准传动机构轴在下面标注为2,因此较快的标准传动机构轴标注为1,从而标准变速比据此在数值上始终大于或等于1。已知的转速基本方程是:
ω1-ω2i12-ωs(1-i12)=0 (a)
ω1,ω2和ωS是用于传动机构环节的转速。环绕传动机构的环节的转矩根据固定的、取决于标准变速比i12和标准效率η12的比例来分配:
和
指数w1在此限定为在轴1处到达的功率的符号:
w1=sgn((ω1-ωS)M1) (c)
总体力矩平衡
M1+M2+MS=0 (d)
始终存在在施加到传动机构环节上的转矩M1、M2和MS之间。
根据本发明,驱动器中的一个抗扭地联结到桥接轴(S)处,第二驱动器抗扭地联结到标准传动机构轴中在数值上较慢地运转的标准传动机构轴(2)处并且负载(L)抗扭地联结到标准传动机构轴中较快地运转的标准传动机构轴(1)处。此外根据本发明在环绕传动机构的任意的可彼此相对运动的环节的至少一对之间分别安置有自由运转联接件(6),该自由运转联接件在一个相对的转动方向上相对彼此释放通过其联结的环节-在下文中称为E模式-并且闭锁涉及的环节的另一相对的转动方向-在下文中称为A模式。由此环绕传动机构的每个内部的运动被阻止在一个转动方向上,从而其能够在该方向上仅仅仍总体上相对于支架来转动。因此在该模式中驱动器(AS,A2)也强制联结到同样的转速上。为了满足文本内的方程而所需的力矩在模式A中至少部分地将自由运转联接件(6)施加到涉及的环节上。
自由运转件不仅能够安置在传动机构环节1–2(见插图)、1–S、S–2的一个或多个外部的对之间,或者只要在结构上可行,而且能够安置在一个或多个任意的环绕的传动机构环节之间,例如安置在一个或必要时多个行星齿轮P和桥接件S(见插图)之间。在安置多个自由运转件时可如此选取其转动方向/闭锁方向,使得这些自由运转件一起开启并且一起闭锁。通过安置多个自由运转件能够分配在模式A中的待保持的力矩并且这样可能节约结构空间或者成本。在一种有利的特有方案中自由运转件弹性地联结到涉及的环节处,以便保障所有的自由运转件起作用,并且不因为在自由运转件的一个的构件中的制造不准确和不同的刚度而被较早地阻止并且由此阻碍了阻止其它的自由运转件。在下文中出于简单起见还说明了一个单个的自由运转件。符号规则:在闭锁的自由运转件(模式A)和方向相同的驱动力矩的情况中对于该本文而言输出力矩正地指向,所以驱动力矩负地指向。
本发明不局限于具有运动自由度2的传动机构。能够使用带有更高的自由度的传动机构。另外的自由的环节能够例如与其它的环节或者支架联结,以便由此获得多级的三轴传动机构,或者例如能够联接另外的驱动器,以便也将它们功率累加至输出功率。
在闭锁的模式A中根据方程(b)通过自由运转件确保环绕传动机构的固定的力矩分布。从驱动器中来看其不再适用,相反,驱动器的力矩比例能够通过力矩调节件或者其它的装置或措施来自由调整。力矩平衡
MAS+MA2+ML=0
(e)
对于驱动器的力矩MAS、MA2和负载的力矩ML而言然而必须还总是存在。在模式A中可达到根据插图4的范围I、III、IV、V和VI。
因为两个驱动轴在模式A中方向相同地转动,所以一种有利的运行类型在于,将相同指向的力矩施加到驱动轴上。接着驱动轴的轴功率同样相同指向并且在输出轴处驱动功率的总和以及驱动力矩的总和可在驱动轴的转速的情况下来调用。否则驱动器中的一个的驱动功率的一部分会通过另一驱动器被再次引出并且在输出处会不可供使用。模式A的这种不期望的部分运行范围在下面称为模式A*。环绕传动机构在闭锁的模式A中的效率是1。如果驱动器的力矩比例满足方程(b),则自由运转件是无力矩的。系统在驱动轴的转速还仍相同的情况下准确地位于在模式A和模式E之间的过渡处。
在自由运转的模式E中在驱动的情况下固定地根据方程(b)划分力矩。在模式E中可达到根据插图的范围II、III、IV、V和VI。
因为驱动器安置到轴S和2处,故其力矩通常(如果适用)相反指向。因此在一种有利的运行类型中给它们相反指向的转动方向。那么其轴功率再次相同指向并且在输出轴处驱动功率的总和可在高的转速的情况下被调用。否则驱动器中的一个的驱动功率的一部分通过另一驱动器被再次引出并且在输出处不可供使用。模式E的这种不期望的部分运行范围在下面称为模式E*。环绕传动机构在自由运转的模式E中的效率在带有正的标准变速比(加传动机构)的传动机构的情况下在驱动轴的在数值上一样大的转速的情况下处于低于标准效率η12一点,在负的标准变速比(减传动机构)的情况下处于高于标准效率η12一点。
通过本发明,在模式A中驱动器的转矩转速特征曲线的力矩合计为在输出处在从驱动器的两个负的极限转速中的较大的极限转速直到驱动器的两个正的极限转速中的较小的极限转速为止的范围中的特性曲线。
在模式E中特性曲线在负的转速范围中由根据以ω2=驱动器A2的极限正的转速和ωS=驱动器AS的极限负的转速的方程(a)的转速ω1限制,以及在正的转速范围中由驱动器的两个正的极限转速中的较小的极限转速限制。力矩正的还是负的都被限制于值
其中,M2max和MSmax表示在环节2和环节S处的驱动器的在当前的转速的情况下分别对于该状态的持续而言可行的最大力矩。两个模式的运行范围相交。
转速传播kD,定义为在方向相反地以+ω和-ω转动的驱动器的情况下的输出转速ωL2(模式E)和在方向相同地以ω转动的驱动器的情况下的输出转速ωL1(模式A)之间的比例,为
转速传播kM,定义为在相反指向的驱动力矩+M和-M的情况下的输出力矩ML2(模式E)和在方向相同的相应大小M的驱动力矩的情况下的输出力矩ML1(模式A)之间的比例,为
对于减传动机构适用kM=kD+1,对于加传动机构适用kM=kD-1。
比例kD和kM在理论的条件下算出。
输出功率PL1和PL2的比例在上述提及的条件下为kM/kD。
在本发明的一种能量上和经济上有利的特有方案在两个驱动器处分别如此选取可能的前置传动机构的变速比和/或机器,使得两个驱动器的最佳点处在相同的转速上。通过该措施能够在模式A中由于固定的相同的转速,但任意的力矩分布使得两个驱动器同时在转速上且在力矩上在最佳点中运行。
本发明的一种能量上和经济上有利的特有方案在两个驱动器处分别如此选取可能的前置传动机构的变速比和/或机器,即力矩在两个驱动器的最佳点中的比例为
通过该措施能够在模式E中由于根据方程(b)的固定的不相等的力矩分布不一致,但任意的转速比例使得两个机器同时在转速上且在力矩上在最佳点中运行。
能量上和经济上特别有利的是,满足两个条件,也就是说安装带有在根据方程文本的最佳点中的力矩的比例和相同的最佳点转速的驱动器。以这种方式能够在两个模式A和E中使驱动器同时地不仅在转速上而且在力矩上在最佳点中运行。
在其它情况中继而能够在安全技术上或经济上有利的是,安装两个相同的驱动器。那么在模式A中能够继续使两个机器不仅同时在转速上和在力矩上在其最佳点中运行,而且在模式E中它们在转速上双方能够同时在最佳点中运行,但在力矩上机器中的一个必须以根据方程文本的系数与另一机器不同,也就是说机器中的至少一个不能够同时与另一个在其力矩最佳点中工作。这能够在模式E中意味着在效率中的略微的损失。对此在失灵时两个机器中的随便哪个还存在一半的驱动功率。此外用于两个相同的驱动系统的采购消耗和集成消耗更少了。
在使用多个自由运转件时必须保证它们同时闭锁,由此闭锁力矩尽可能均匀地分配到自由运转件上。这由于在涉及的结构元件中的不同大的间隙和刚度而不总是得到。相反地,能够发生的是,一个自由运转件闭锁并且承载了全部的力矩,而另一或其它的自由运转件仍是未受负载的。为了应对这一点,在一种有利的特有方案中提出,在使用多个自由运转件的情况下在每个自由运转件和分别至少一个连结构件之间分别设置有转动弹性的联接件。这负责将闭锁力矩更好地分布到自由运转件上,以及还负责在闭锁过程时的一定的冲击缓冲。由第二提及的作用能够还获得在使用仅仅一个自由运转件时的转动弹性的联接件的优点。
本发明能够例如借助于单级的行星传动机构,额定变速比i=7来实施。该行星传动机构具有i12=-6的标准变速比,因此可达到根据kD=13的方程(g)的转速传播。作为示例性的实施方案提出,将带有调节的频率变换器的两个相同的电动马达MG(所谓的伺服马达)通过两个相同的正齿轮级(7、8)联结到空心齿轮2和桥接件S处,以及将负载(L),例如绳索卷筒联结到太阳1处。行星传动机构可相对于支架转动地来支承。分别将一个自由运转件(6)安置在桥接件S和行星齿轮P之间,也就是说以这样的方式,使得该自由运转件在负载的正的功率(例如在力的情况下从绳索卷筒中展开的绳索)和两个驱动器的负的功率(发电的运行)的情况下闭锁。在该组件中两个驱动器运动学上相同值地联结到环绕传动机构处。它们的轴线处于平行并且相对于负载的同样平行的轴线分别处于相同的间距。这样的组件能够良好地集成到绳索卷筒中。
在另一特有方案中两个驱动机器中的仅仅一个相对于环绕传动机构轴线偏移地来安置,第二个同轴地来安置。
在另一特有方案中能够将两个机器相对于行星传动机构同轴地来安置,在其中两个机器中的至少一个具有空心轴,穿过通过该空心轴使轴引导至后部的驱动机器。
在电动马达和到行星传动机构中的输入之间的转速变速比能够设置在所有的情况中。
在所有的提及的特有方案中能够将绳索卷筒要么同轴于行星传动机构要么通过正齿轮传动机构或牵引器件传动机构而轴线偏移于行星传动机构进行安置。在行星传动机构的太阳和绳索卷筒之间的转速变速比能够设置在这两个情况中。
为了能够备选地调节输出的转速或力矩,提出下列的方法。驱动器中的一个在下文中被称作为主驱动器,另一个为从驱动器。
模式A:如果系统位于模式A(自由运转件是闭锁的)中并且应当调节负载力矩,则根据本发明调节两个驱动器的转矩。这能够为了简单起见分别针对输出的一半的负的理论力矩M1soll进行。但还可实现在两个驱动器之间在其特性曲线之内的每个其它的力矩比例。如果在模式A中转速调节负载,则转速调节主驱动器,力矩调节从驱动器。在两个情况中以有利的特征从驱动器在每个时间点上获得主驱动器的当前的力矩理论值MM作为理论值,乘以比例k2S。对于k2S的合适的值是由从驱动器到主驱动器的力矩能力,例如额定力矩的比例。在相同的驱动器的情况下为k2S=0.5。假如在主驱动器中存在转速调节或转速限制调节时,则对于MM而言使用这样的值,即该值源于该转速调节或转速限制调节作为用于力矩调节的引导量来给出。以这样的方式负载力矩不仅在力矩调节运行中,而且在主驱动器的可能作用的转速调节中根据驱动器的可承受负载能力来分配。与纯取决于负载的力矩预设(负载力矩的固定的分配)相反,对于两个驱动器中的每个而言由此存在这样的优点,即当主驱动器的可能的转速调节作用时,从驱动器的力矩一起被调节并且这由此能够有助于遵循理论转速。从驱动器应当为该目的具有与主驱动器的最大的调节的转速一样大的或更大的允许的极限转速。从驱动器的可能的独有的转速限制调节被调整到比主驱动器的极限值更高的极限值上。提议的是,极限如此变得更高,即使得从驱动器的转速限制调节仅仅在驱动器的机械的联结或主驱动器的转速限制调节不起作用的情况下才起作用。
模式E:如果系统位于模式E(自由运转件是开启的)中,并且应当调节负载力矩,则根据本发明或者驱动器A2形成主驱动器并且调节成值
或者驱动器AS形成主驱动器并且调节成值
相应另一个驱动器形成从驱动器并且被转速调节。
在这两个情况中提议的是,从驱动器的转速调整到这样的值上,该值产生两个驱动器的最小的总损失功率。在带有损失功率取决于转速的相同的变化曲线的驱动器的情况下,其为主驱动器的负的转速,从而两者在数值上一样快地转动。
如果在模式E中应当调节负载转速,则根据本发明提议,代替上述提及的在主驱动器中的力矩调节而调节两个驱动器的转速。在此必须适用的是:
ω2i12+ωs(1-i12)=ω1soll (l)
有利的是,如此选取驱动器的转速,即使得两个驱动器的总损失功率最小。在带有损失功率取决于转速的相同的变化曲线的驱动器的情况下这相应为对于每个驱动器而言的数值
过渡:在0和驱动器的极限转速中在数值上较小的极限转速之间的在数值上的负载转速并且在0之上且在根据方程(f)的值之下的负载力矩的工作范围中,系统能够不仅在模式A中,而且模式E中运行。在模式A和E之间的过渡可在特征区域(插图4)的该子范围III中实现。范围III继续分为这些范围,在其中带有闭锁的自由运转件的准静态的运行是能量上更适宜的并且还分为这样的范围,在其中带有开启的自由运转件的运行是能量上更适宜的。在这些子范围之间的极限函数能够从使用于两个驱动器在模式A中的损失功率的总和的函数方程与在模式E中的函数方程相等中来算出。在下面的假设的情况下,即负载力矩的幂的指数(驱动器的总损失功率的取决于转速的份额取决于该指数)等于驱动器转速的幂的指数(驱动器的总损失功率的取决于转速的份额线性地取决于该指数),则获得直线。由此能够例如在电的机器中以下面的方式为出发点进行简化,即损失功率的一部分仅仅平方地取决于力矩,以及损失功率的另一部分仅仅平方地取决于转速。
在该情况中在模式A和E中获得相同的损失功率的函数
其带有在转矩的平方和损失功率之间的比例系数CM和带有在转速的平方和损失功率转速之间的比例系数Cω。
根据本发明建议的是,在力矩的工作点的通过处在模式之间的转换通过该函数来执行。
如果应当阻碍在过渡点处的猛烈的转速突变和力矩突变,建议的是,利用斜坡形的变化曲线来设计过渡。例如从模式A到模式E的过渡能够具有2个阶段:在第一阶段中使自由运转件以任意的变化曲线来减轻负载直到过渡点为止。在过渡点处使涉及的驱动器没有加速度且没有力矩突变地从力矩调节转换至转速调节。在第二阶段中使驱动器以任意的变化曲线行进到描述的转速值上。变化曲线的陡度能够由在驱动线路中的可最大允许的角加速度或可最大允许的力矩斜度来预设。
在转换阶段期间的较高的损失功率,如果留在范围AE中,用由于变动到更适宜的模式中而获得的节约来弥补。可能当停留持续时间在更适宜的其它的模式中预计仅仅是短暂的时,不值得模式变动。
同样能够使用驱动器的提高的加速度消耗(该加速度消耗能够由于从转速的过零处进一步远离地变动到另一模式中而出现),以便进一步优化转换时间点。然而在此在带有高的加速能力的传统的驱动器中仅仅可预料微不足道小的节约。
利用本发明实现了,传动线路的驱动器能够在至少两个运行点中在理想的效率下工作。绳索可控制性在全部的转速范围中在运行点之间得到保障。由于功率总和,所有的驱动器的全部的安装的额定功率仅仅必须与在运行点中的最大的功率需要(例如缩回或伸出)一样大。
Claims (12)
1.飞行风力仪器,带有经由绳索卷筒可伸出的和可收回的风帆,以及用于在被驱动的机器的传动线路中实现在高的效率时的高的转速传播的装置,其中,所述传动线路在此包括:
(a) 借助于马达或发电机工作的第一动力机器(A1)和第二动力机器(A2),
(b) 工作机器(L),和,
(c) 环绕传动机构(3),所述环绕传动机构(3)包括下列传动机构环节:桥接轴(S)、较慢的标准传动机构轴(2)、较快的标准传动机构轴(1)和至少一个联接装置(6),
其特征在于,
(i) 所述环绕传动机构(3)的桥接轴(S)与所述第一动力机器(A1)在形成第一驱动器的情况下、所述较慢的标准传动机构轴(2)与所述第二动力机器(A2)在形成第二驱动器的情况下、以及所述较快的标准传动机构轴(1)与所述工作机器(L)在形成从动器的情况下直接地或间接地经由联结元件(7、8)抗扭地连接,
(ii) 所述联接装置(6)是自由运转联接件,所述自由运转联接件在一个转动方向上在相应于所述风帆的伸出阶段的第一运行状态中闭锁所述环绕传动机构(3)的第一驱动器和第二驱动器的内部的运动,并且在另一转动方向上在相应于所述风帆的收回阶段的第二运行状态中允许所述内部的运动,其中,所述自由运转联接件在所述第一运行状态与所述第二运行状态之间进行转换,以及
(iii) 所述环绕传动机构(3)具有带有在数值上大于1的值的标准变速比。
2.根据权利要求1所述的飞行风力仪器,其特征在于,所述自由运转联接件能够如下地被控制,使得在闭锁的模式中所述第一驱动器和所述第二驱动器被强制联结到同样的转速上,并且施加相同指向的转矩到相同方向转动的被驱动的传动机构轴上,并且在所述较快的标准传动机构轴(1)处,驱动功率的总和以及驱动力矩的总和可在被驱动的传动机构轴的转速的情况下来调用,并且在打开的模式中所述第一驱动器和所述第二驱动器在它们的转速方面是自由的,并且施加相反的转矩到相反转动的传动机构轴上,并且在所述较快的标准传动机构轴(1)处,所述驱动功率的总和可在高的转速的情况下来调用。
3.根据权利要求2所述的飞行风力仪器,其特征在于,在所述打开的模式中,驱动的转速以减少了由所述第一驱动器的减少了1的标准变速比的乘积的方式相应于由联结到所述较慢的标准传动机构轴(2)处的所述第二驱动器的转速和标准变速比的乘积。
4.根据权利要求1所述的飞行风力仪器,其特征在于,至少一个自由运转联接件在所述环绕传动机构的所述桥接轴(S)和所述较慢的标准传动机构轴(2)之间切换。
5.根据权利要求1所述的飞行风力仪器,其特征在于,至少一个自由运转联接件在所述环绕传动机构的所述桥接轴(S)和所述较快的标准传动机构轴(1)之间切换。
6.根据权利要求1所述的飞行风力仪器,其特征在于,至少一个自由运转联接件在所述环绕传动机构的所述较快的标准传动机构轴(1)和所述较慢的标准传动机构轴(2)之间切换。
7.根据权利要求1所述的飞行风力仪器,其特征在于,至少一个自由运转联接件在所述环绕传动机构的所述桥接轴(S)和行星齿轮(P)之间切换。
8.根据权利要求1所述的飞行风力仪器,其特征在于,所述自由运转联接件转动弹性地与所述传动机构环节中的一个或多个连接。
9.根据权利要求1所述的飞行风力仪器,其特征在于,安装的所述第一动力机器(A1)和所述第二动力机器(A2)的效率相关的最佳点的转速基本上是相等的或彼此间偏差最多10%。
10.根据权利要求1所述的飞行风力仪器,其特征在于,安装的所述第一动力机器(A1)和所述第二动力机器(A2)的效率相关的最佳点的转矩相较于彼此在数值上表现为基本上与由在使用的环绕传动机构的功率流方向上的标准变速比和标准效率的乘积的减少了1的倒数值的数值一样,或者最大偏差不多于该数值的10%。
11.根据权利要求1所述的飞行风力仪器,其特征在于,所述联结元件(7、8)是传递环节。
12.用于在被驱动的机器的传动线路中实现在高的效率时的高的转速传播的装置,包括:
(a)借助于马达或发电机工作的第一动力机器(A1)和第二动力机器(A2),
(b)工作机器(L),以及
(c)环绕传动机构(3),所述环绕传动机构包括下列传动机构环节:桥接轴(S)、较慢的标准传动机构轴(2)、较快的标准传动机构轴(1)和至少一个联接装置(6),并且在此所述桥接轴(S)与所述第一动力机器(A1)、所述较慢的标准传动机构轴(2)与所述第二动力机器(A2)、所述较快的标准传动机构轴(1)与所述工作机器(L)直接或间接地经由联结元件(7、8)抗扭地连接,其中,所述环绕传动机构(3)的内部的运动通过所述至少一个联接装置(6)被闭锁在一个转动方向上并且在另一转动方向上得到允许,
其中,
(i)所述至少一个联接装置转动弹性地与所述传动机构环节中的一个或多个连接,或
(ii)安装的所述第一动力机器(A1)和所述第二动力机器(A2)的效率相关的最佳点的转速基本上是相等的或彼此间偏差最多10%,或
(iii)安装的所述第一动力机器(A1)和所述第二动力机器(A2)的效率相关的最佳点的转矩相较于彼此在数值上表现为基本上与由在所述环绕传动机构(3)的功率流方向上的标准变速比和标准效率的乘积的减少了1的倒数值的数值一样,或者最大偏差不多于该数值的10%。
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