CN1190161A - 用于液压能和电能间双向变换的功率换能系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于在液压能和电能间进行双向变换的功率换能系统,其中采用双向变换的能量种类实现有选择地车(机)载电能系统或液压能系统的能量供给。采用双向功率换能系统用较少的分(功能)系统可实现已知的系统方案。通过对液压能或电能的双向横向馈送给有关能源系统的可能性的利用可实现装机总功率的减少。同时还实现了车(机)载能的按需控制的功率管理和机载能系统的制造和工作费用的降低以及飞机自重的减少。

Description

用于液压能和电能间双向 变换的功率换能系统
本发明涉及一种机动运输工具能量系统源的液压能和电能间双向变换的功率换能系统，其中利用双向变换和选择提供不同的能量种类实现对运输工具内的，优选飞机内的电能系统或液压能系统的能量供给。
在已知的机动运输工具的车(机)载能量系统中，其工作的可靠性在很大程度上由自主工作的能源来保证，在系统中安装的各种对安全起关键作用的能量系统的消耗器始终可以使用由能源提供(输出)的液压和/或电能(功率)。其中涉及(安装在机动运输工具上的)液压操纵系统(用于机动运输工具控制)和电气/电子系统，尤其是动力装置和计算机设备(计算机)(用于导航和通信及机动运输工具控制)。这种避免故障发生的传统的液压和电气车(机)载能量系统(通常)由多重(备份)独立的能源(发电机或泵)构成，这些能源设置在机动运输工具的每个驱动装置上并且主要通过一条交流总线(AC-BUS BAR)馈送给配电系统，及馈送给液压网路。
在机动运输工具制造业中已有用于电气和液压车(机)载的能量系统的系统方案，下面将对照系统简图对此加以说明。
其中一个系统方案涉及一典型的带有四个驱动装置的机动运输工具的车(机)载能量系统，其中每个驱动装置带有一具有安装在电机上的恒速传动装置的交流发电机，该交流发电机在正常情况下向配属给其的交流总线(ACBUS)输送电能。在一个或多个驱动装置或一个单独的或多个(配属给驱动装置的)发电机出现故障时(仅)可以将发电机利用一(后置于发电机的)总线开关与有关的由发电机馈电的主总线断开(隔离)。
由发电机馈电的主总线通过其它可断开的总线相互横向(水平向)连接。就此而言，(在驱动装置故障或单个发电机失效时)对重要的用电器通过其它总线间的总线开关横向馈送电能并因此由有关的发电机馈电的主总线供电。在这种能源系统中已知安装有在车(机)载电网系统中作为应急发电机工作的设备。这些设备(CSMG(恒速的发动机驱动的发电机))可以使液压能变换成电能，该电能通过一条交流总线(AC ESS(重要的))用于对特别关键的用电器馈电。用于这样一种(在所述系统方案中加以考虑的)应急发电机的原始能量是从(三个安装的)液压系统中的一个系统中提取的，由驱动装置驱动的液压泵或者由带有液压泵耦合的定压空气涡轮机(RAT)向该系统提供液压能量。(必要时)可以由多重故障((配属给驱动装置)的所有发电机失效、驱动装置和发电机的组合故障、所有四个驱动装置暂时失效)确定触发由应急发电机提供电能的必要性。本系统方案的构思在于，在应急情况出现这类(单独)的故障时由一附加的对安全关键的总线通过一多路开关替代实现(至少)由两条横向连接的(横向馈电的)交流总线的供电，后者此时则由(由应急发电机提供的)应急电能供电。
根据上述系统方案，车(机)载液压能量设备由三个独立的液压系统构成，对其中的两个系统首先分别由一个驱动装置驱动的液压泵馈给。这些泵通常是恒压调节的。为了在驱动装置和/或驱动装置驱动的液压泵(参见在应急状况时提供电能的所述组合)多重失效时具有最低量的液压能，在定压空气涡轮机上安装有一台液压泵，该液压泵用于在应急状况时(必要时)向(三个系统中的)一个独立的液压系统的液压网馈送液压能量。
另外为每个独立的液压系统附加安装有压控液压泵，这些液压泵分别由一台电动机(典型情况由一台交流异步电机)驱动，该电动机由一条总线馈电。当由驱动装置驱动的液压泵或驱动装置(单独地或所有地)不在工作状态时，尤其是在维护保养或试车(机)时，这些附加的(电动机驱动的)液压泵通常用于(停放的车(机)的)液压系统的能量供给。但液压泵也可以经相应设计用于在(车辆)正常工作时(当对液压功率需求大时)提供功率支持或在相同系统的驱动装置驱动的相应液压泵失效时用附加提供的液压能对该系统进行供给。这种相近似的情况在仅配备驱动装置驱动的液压泵的两个所述的独立的液压系统中是与实际结合得很紧密的。另外可以将一个液压管路-传送单元[PTU(功率传送单元)]接在(两个)液压系统之间，利用这种液压管路-传送单元可以替代安装的辅助(电动机驱动的)液压泵。这样一种功率-传送单元可实现由一个具有多余功率的独立的液压系统向另一个(通常是独立的)缺乏能源的，例如压力过低或功率需求增大的液压系统的双向横向馈送。
此外用一个变换/整流单元(TRU)实现由两个驱动装置驱动的交流发电机分别向与其连接的主总线馈送的交流电流的变换，该变换/整流单元单独接在有关的主总线上。各个变换/整流单元向与其连接的主总线(DC BUS)馈送直流电流。
其它已知的系统方案涉及的是一个带有两个驱动装置的车辆的典型的车载能量系统，其中同样每个驱动装置带有一台具备内装恒速传动装置的交流发电机，在正常情况下该交流发电机向配属给其的交流-总线(AC BUS)输出电能。下面的两个方案同样是一个带有三个独立的液压系统的车(机)载能量系统，但与上述具有四个驱动装置和四条交流总线的系统配置不同，这里仅有两个驱动装置和两条交流总线。
两个系统方案就其各设备“液压泵、驱动发电机、定压空气驱动液压泵、应急发电机等”而言，具有相同的部件，这些部件在这两个系统方案中着眼于向三个独立的液压系统及两条交流主总线和对安全关键的交流总线的能量提供，但进行的连接不同。
还有另外一种系统方案，两个驱动装置中的每一个驱动两台恒压控制的初级泵和一台主发电机。为液压系统地面工作同样备有一台电动机驱动的恒压泵以及一台定压空气涡轮机驱动的作为液压应急源的泵。在两条交流主总线间同样在一台主发电机失效时通过闭合总线开关实现电功率的横向馈送。(与第一个系统方案相似)采用一个变换/整流单元实现(由主总线输出的)交流电流的进一步变换，其中这样的两个单元向与其连接的直流总线馈送直流功率。同样与第一个系统方案相类似地通过一个多路开关可选择对安全关键的交流总线提供能量。在主发电机失效时同样通过一台应急发电机将来自中央液压系统的能量输送给该对安全关键的交流总线。在驱动装置复合(这里是双重)失效或驱动装置驱动的液压泵组合故障和第二驱动装置失效时可以通过一台带有与液压泵耦合的定压空气涡轮机产生应急液压能并从而产生应急电能并提供给中央系统。
最后一种已知用于带有两个驱动装置的车辆的系统方案具有一(与第二系统方案接近的)类似的设计结构。(与第二个系统方案的)主要区别在于，每个驱动装置仅驱动一台液压泵，其中每台泵配属给一独立的液压系统。一台由电动机驱动的液压泵主要(也包括在正常工作时)向第三液压系统提供液压能。该(第三)液压系统还与一台定压空气驱动的液压泵连接。在应急状况时，第三液压系统驱动一台液压发动机，该液压发动机与一台应急发电机机械耦合。应急发电机负责向对安全关键的交流总线馈送应急电能。就系统而言同样使用的是(上述)液压功率传送单元，该液压功率传送单元实现了在已有的两个独立的液压系统间在有选择的两个方向上液压功率的馈送。它采用已知的方式(如在第一系统方案中所述)替代了在液压系统中电动机驱动的液压泵。
综上所述，用于车辆的出于安全考虑分别多重(冗余)实现的液压和电力车(机)载能量系统的所有三种已知的(并经详细探讨的)系统方案具有下述功能和目的相同的分系统及设备，仅各个液压系统及(电力)总线的连接和配置方式(可能)不同。因此采用了多台由电动机驱动的压控液压泵，为正常的地面工作或备用工作产生所需要的液压能量，这些液压泵在个别情况时也作为正常工作时的初级泵加以应用或选择性地接通。其中电能被转换成机械(轴及驱动)能，通过该机械能单功能工作的液压泵被驱动。另外对该车(机)载能量系统用一单功能工作的应急发电机驱动，以便在初级发电机(主发电机)失效时采用(由至少一个)液压系统提供的液压能量产生电能。另外每个在系统方案中考虑的驱动装置带有至少一台交流发电机和一台液压泵，其中第二种系统方案甚至考虑每个驱动装置带有两台液压泵。从而通过其数量(每个系统方案)改善了已有驱动装置的冗余度-同时也有利于改善液压和电力初级能源(发电机和泵)的可用度。
与此对应，所探讨的系统方案含有大量的分(功能)系统，以便出于对安装的车(机)载能量系统所要求的系统安全的考虑保证在有关系统中液压能和电能的持续可用度和同时也保证两个能量系统的高的馈送可靠性。因此将会对设备费用并且同时对车辆自重以及附加费用(油耗、维护和修理费用)造成不利的影响。另外要指出一点的是，没有一种所述的系统方案利用液压和电力能量系统双向横向馈送方案或建议实施这样一种系统方案。
故本发明的任务在于，设计这样一种功率变换系统，利用此系统采用少量的分(功能)系统即可实现已知的系统方案，并可以保证车(机)载的液压能和电能系统具有(与已知系统方案相比)相同的或更高的安全程度。采用这种功率变换系统将实现，通过对液压能或电能的双向横向馈给的利用可以减少有关能量系统的装机总功率。同时采用功率变换系统可以实现车(机)载液压能和电能的按需要控制的功率管理，其中该系统将降低车(机)载能量系统的制造和工作费用并将有利于运输工具自重量的减少。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种功率换能系统，用于一种机动运输工具能量系统源的不同类别能量的变换，该功率换能系统在液压车(机)载系统与电力车(机)载系统间进行功率双向变换，其中为液压车(机)载系统配备有液压源，该液压源对带有相连接的液压负载的液压管道系统进行馈给，并且为电力车(机)载系统配备有电源，该电源对带有相连接的电力负载的配电系统进行馈给，功率换能系统由一液压和一电力分系统构成，在两者间进行双向功率变换，两者分别具有一台动力机，两者的转动设置的部件以机械方式相互耦合在一起，其中的液压分系统与液压管道系统相连接，电力分系统与配电系统相连接，一个控制单元接在两个分系统上，该控制单元根据检测出的液压管道系统或配电系统的工作状况对动力机进行控制，从而实现分别安装在两个分系统上的工作方式-开关件的断开或接通并激活分系统的两个双向功能中的一个。
下面对照附图以一实施例为例对本发明作进一步的说明。
图1为带有四个驱动装置的运输飞机的典型已知的液压和电气能量的产生和供给系统；
图2为带有两个驱动装置的运输飞机的典型已知的液压和电气能量产生和供给系统；
图3为带有两个驱动装置的运输飞机的典型已知的液压和电气能量产生和供给系统；
图4为用于液压能和电能间双向变换的、并连接有有待供给的能量系统的功率换能系统和飞机驾驶舱连接的框图；
图4a为图4的双向液压-电功率换能系统的详图；
图5为液压转速控制品质因数高时的双向液压-电功率变换系统；
图6为图4a或5的双向功率换能系统的简图；
图7a为双向功率换能系统的工作方式“电动-泵”；
图7b为功率换能系统的工作方式“备用或应急发电机”；
图7c为在首先由一电动-泵供给的、带有一定压空气蜗轮机的液压系统中的双向功率换能系统；
图8a为图3的采用双向功率换能系统的液压和电气能量产生和供给系统；
图8b为图2的采用双向功率换能系统的液压和电气能量产生和供给系统；
图8c为图1的采用双向功率换能系统的液压和电气能量产生和供给系统。
在飞机上已知需要电气和液压应急和备用能量源，该应急和备用能量源目前是采用多重安装的能量变换器(泵、发电机)实现的。其中采用了电驱动的液压泵或液压驱动的应急发电机，所述液压泵或应急发电机构成根据图1至3的已知的(和在本说明书引言部分中所述的)系统方案的一部分。与涉及飞机的带有(如图1所示的)四个驱动装置及(如图2和3所示的)两个驱动装置的典型的液压和电气能量产生和供给系统的系统方案相对照，下面将对该方案的改进加以说明，该改进消除了系统方案伴随的(并且在上面曾加以批评的)缺点。由于对目前在飞机上实现的系统方案已做了引述(详细的)说明，故在此不再对(与这些方案有关的)其它实施加以赘述。利用附图标记说明(与安装在系统中的器件及其相互连接相关)对一个加以评判的专业人员可以成功地不需付出特殊代价实现根据图1至3的已知的系统方案。
接着将对照图4至8c对双向功率换能系统的结构和功能作进一步的说明。
在图4的框图中对用于在液压和电能间进行双向变换的功率换能系统做了表述。其中“功率换能系统就其手段和其与系统有关的配合的整体而言是一个(所谓的)双向工作的“液压-电气功率换能系统”(以下简称作：HELW)，该系统(就其功能而言)用于将电能变换成液压能或(反之)将液压能变换成电能。该系统由一液压分系统12和一电气分系统13构成，两者通过一传动装置或一根轴14相互旋转机械连接，其中进一步的实施(通常)涉及两个系统的轴连接。
液压分系统12主要由一液压发动机-/泵单元构成，液压(柱塞)机15(作为特征组成部分)属于此单元，该液压机至少具有一个用于机械轴耦合和旋转移动设置的部件。
电气分系统13的核心部分是一个(所谓的)“电气随机频率-发电机/电动机”，(同步)电机20(作为特征组成部分)属于前者的一部分，该电机至少具有一个用于轴机械耦合的并旋转移动设置的部件。
液压和电气分系统12、13的液压和电机15、20的旋转移动设置的部件通过轴14或传动装置相互机械和转动耦合，从而(在实施前)在标称功率情况下使两个分系统12、13的效率协调一致。
一(所谓的)“综合VSCF-及电机功率和调节电子装置”(VSCF：变速恒频)属于电气分系统13的一部分，该电子装置(通常)是一个电子单元22，该单元与电机20电气连接。
下面将(对照图4a)对液压和电气分系统12、13的具体结构和属于该分系统组成部分的各器件的工作方式作进一步说明。
(通常)一控制单元26与两个分系统12、13电气(信息技术)连接，该控制单元起着一(所谓的)“优先和安全电路”作用及与系统有关的监视作用。其中控制单元26对两个分系统12、13进行监视并根据检测到的并配属给由多条(液压)管道的集合实现的一中央液压网的(通常的)液压管路系统10，或配属给由多条电气总线的集合实现一中央电气总线网的(通常的)配电系统3的(实时)工作状况对液压或电气分系统12、13(液压或电机15、20)进行控制，从而实现某一分别安装在两个分系统12、13的(并且在图4中未示出的)第一和第二工作种类开关件18、21的相应接通或断开并激活两个分系统12、13的一个双向功能。
据此控制单元26控制两个分系统12、13的工作方式模式，将摄取的能量种类变换成旋转机械输出的旋转能，该旋转能被传递到(传动装置或)轴14上，或摄取(传动装置及)轴传递的旋转能及其变换成车(机)载液压或电力网所需要的能量种类。同时例如由液压机15泵入的液压能(利用液压机15)被传递给液压管道系统10(中央液压网)，液压管道系统的管道接在液压分系统12上(借助液压机15来传输)。
另一方面，例如(传输到电机20的旋转能被电机转换成电能，其中接着)由电机20输出的电能输送给电子单元22。其中电子单元22起着“综合的VSCF或电机功率和调节电子装置”的作用，该电子单元构成(下面还将详述的)电气分系统13的功率电子部分。由电子单元22(沿功率流向)继续处理并输出的电能通过与其连接的配电系统3被馈送给车(机)载电能系统。
要提及的是，(在图4中未进一步示出的)中央电子控制和监视单元附加安装在车(机)载驾驶舱99内，该单元与一控制单元26的(未示出的)自动电(信息技术)连接。同时还要补充一点的是，一旦经信号变换的输入指令可实现控制单元26的工作模式-逻辑时，(提前涉及下述实施)除了在液压系统中(中央液压网或液压机载系统)出现压力损耗或在电力系统中(中央电力总线系统或电力机载系统)的交流总线上出现压降时由所述的自动电路相应激活双向功率变换系统外，控制单元26的工作模式-逻辑还根据飞行员(一般为：操作人员)下达的电路测试和/或断开自动电路的指令(电子置入的信息)进行动作。
在图4中另外还连同示出了原始能源，该原始能源分别馈送不同种类的能量(液压能和电能)，该原始能源分别与车(机)载中央液压网和中央电力总线网连接。液压源9和电能源2被固定在(例如)一驱动装置1上，并由后者驱动。其中由驱动装置驱动的主泵(液压泵)向与其管路连接的液压管道系统10输送液压能，其中主泵由油罐中将液压介质抽出并从回流系统中将液压介质吸出。由一交流发电机组产生所需要的电能，电能被馈送给与发电机组连接的(并由一电气开关4进行通断控制的)配电网3。两个由驱动装置驱动的主源也可以(以根据经验的替代方式)分布在多个安装在车(机)载的各个驱动装置内的原始功率源上。
在图4a中以更为详细的方式以一架飞机为例示出一双向工作的功率换能系统，该系统将电能变换成液压能或以功率流相反的方向进行变换。
图4a所示的功率换能系统的结构，如上面所述，两台通过轴14或传动装置机械耦合的机械15、20中的每一台在相应布线的情况下既可以作为发动机又可以作为换能器将机械轴功率(旋转能)变换成电或液压功率。其中轴驱动的液压机械15在泵-模式时将机械轴功率转换成相应的泵输送的液压功率。另一方面液压机15从液压管道系统10接收液压功率，在发电机-模式时在其旋转设置的机械件外端产生机械轴功率，该轴功率(机械地)通过轴14或传动装置被传递到电机20的旋转设置的机械件上。如前面所述，后者机械20在发电机-模式时将机械接收的轴功率转换成电功率。另一方面最终方向相反被电机20接收的电能转换成机械轴能(旋转能)，在电动机-模式时其旋转设置的机械件在输出端(机械地)将该机械轴能通过轴14传递到液压机15的旋转设置的机械件上。
图4a中所示的液压分系统12主要由一作为液压机15采用的可调液压挤压机构成，优选由一带有可调斜盘15a的轴向柱塞机构成，可通过一调整装置16，例如一调节活塞或一机电调整装置对其活塞排量施加影响，并由将其交替接通的(电气/电子/液压机械的)调节器17a、17b构成，该调节器作用于调整装置16的调节机构，以及由一个与液压挤压机15(管路)连接的第一工作方式-开关件18构成。
第一工作方式-开关件18起着一阀门组的作用，该阀门组例如由两个并联(管路连接)的阀门18a、18b构成。据此，该阀门组由一作为止回阀的第一阀门18a和一作为截止阀的第二阀门18b构成，它们的输入端的管路与第一节点18c(管路节点)连接，该节点是液压分系统12的输入端。两个阀门18a、18b的输出端的管路与第二节点18d(管路节点)连接，第二节点的管路接在液压挤压机15上。
第一阀门18a在此例如被一弹簧置于非激活的基本位置(在该位置因此并未电气激活)，该基本位置阻止从液压管路系统10提取液压功率，然而在此阀门位置时并不对液压机15的泵工作(将液压功率传输到液压管道系统中)造成阻碍。由此通过该(未被电激活的第一阀门18a的基本位置利用)弹簧阻止由液压管路系统10(确切地说：由(液压)管路98)提取液压功率。反之，在此位置时可以使液压机械15(在泵-模式时)作为泵通过第一阀门18a将液压功率馈送给液压管路系统10(确切地说：馈送给(液压)管路98)。
这里被一个(例如电气)信号控制的第二阀门18b激活液压机15的发动机工作，从而可以从液压管路系统10摄取液压功率并将其转换成用于电气分系统13或(确切地说)为(位于发电机组-模式的)电机20的机械功率。
上述的(由两个阀门18a、18b构成的)阀门组的相同的功能也可以采用一个可选择使用的阀门(单阀)(一所谓的止回释放阀)加以实现。其中第一阀门18a的功能并入第二阀门18b的截止状态内。
这种液压分系统12作为(根据现有技术已知的)压力调节泵工作，其功能件-配置(图4a)由第一框区19a示出，或作为(根据现有技术已知的)转速调节的或(所谓的)次级调节的液压发动机工作，其功能件-配置(图4a)由第二框区19b示出。
在这两个功能件配置中，两个调节器17a、17b分别与调节装置16(例如与一调节活塞)信息技术地连通。另外，第一调节器17a与(至少一个)传感器连接，该传感器接在(与第二节点18d和挤压机15连接的)管路节点上。同样第二调节器17b与(至少一个)传感器连接，该传感器(例如)检测轴14的转动(确切地说：转速)。这两个调节器17a、17b可以以电气、机电或液压方式(即利用加有压力的液压介质进行信号传输)加以实施。
第一个有效的调节器17a在工作模式：“压力调节泵”时作为压力调节器工作，该调节器将采集泵的输出压力P0。在该“泵-模式”时，泵输送流经第一阀门18a(止回阀)流入液压能量系统，其中如图所示(在阀门组内)的第二阀门18b截止。
第二个有效的调节器17b在工作模式：“次级调节的液压发动机”时，作为转速调节器工作，该调节器用于调整或调节挤压机15(在此工作模式时)的发动机的转速nH。通过把第二阀门18b激活到状态“通路”建立工作模式，从而实现自高压管路98至液压发动机15的流入。
作用于调节机械的第二调节器17b在此是一个液压机械调节器，该调节器用于检测转速nH。但它也可以是带有电气传感器的电液压调节器，所述电气传感器实现转速nH的测量。该(通过第二阀门18b(截止阀)与第一工作方式-开关件18的阀门组-)相关的两个调节器17a、17b与液压挤压机15可切换地连接。
第一调节器17a在工作模式：“压力调节泵”时是带有电液压执行机构的液压机械的或电子的调节器，分别作用于斜盘15a的调节装置16。
在作为电子调节器实施时，第一调节器17a具有两种特殊的布线方案：
a)该电子压力调节器的第一种布线方案是泵的“启动布线”，以便从双向功率换能系统的静止状态开始使其快速(即无负载地)起动。在由控制单元26的工作模式-逻辑预给定的起动阶段，使斜盘15b保持在零冲程位置并因而无负载的状态下，直至近似达到电气分系统13的电机20的同步转速。只有在这时第一调节器17a才被调到所需要的压力P0上。
b)该电子压力调节器的第二种布线方案涉及的是额定压力给定(即调节压力给定)。额定压力可具有与(图8a至图8c中所示的)驱动装置驱动的主泵(液压泵9a至9d)的标称压力P0相符的常数值。当双向功率换能系统作为对同时工作的初级泵(初级液压泵9a、9b、9c、9d)进行支持的最高载荷-液压泵工作时，该与液压泵9a至9d的(所谓的)“平截止”特性相符的额定压力值在第一调节器17a中通过控制单元26的工作模式-逻辑来预给定。
对此也可以根据泵的排送量，相应于压力调节泵的(所谓的)“软截止”特性对额定压力P0进行变更。优选在双向功率换能系统作为唯一的或作为失效的初级泵9a、9b、9c、9d的备用的液压泵向液压系统馈送液压功率并且对此所需的最大的发动机功率受到较强的限制时，该额定压力在第一调节器17a中通过控制单元26的工作模式-逻辑预给定。
图4a中所示的电气分系统13主要由电机20、第二工作方式-开关件21和电子单元22构成。电机20例如可以是交流同步电机，该电机在系统中作为电动机或发电机工作。另外，第二工作方式-开关件21带有一极性转换装置。其中同步电机和极性转换装置的电子/电气调节部分的端子(通常)与一电压调节器连接。电子单元22由已知的功率电子部分实现，该功率电子部分由按下面顺序串联的器件构成：整流器、反相换流器和滤波输出级。同步电机的(交流)端子与极性转换装置21的(交流)端子(转换机械的刀形触片)连接。(功率电子部分的)整流器的输入端主端子与极性转换装置21的多极转换机构的一个(交流)触点连接。
(交流)连接的导线端子与带有至少两个位置的极性转换装置21的其它(交流)触点连接，所述(交流)连接可被第一(交流)开关23a断开并与第一(交流)总线3a连接。同样(功率电子部分)的滤波输出级的输出端的主端子与(交流)连接线连接，该(交流)连接可由第二(交流)开关23b断开并与第二(交流)总线3b连接。如果在总线3a上的连接与在3b上的相同，则两个(交流)开关23a、23b也可以是彼此相同的。
当电机20作为电网中的电动机工作时，宜利用在此应用情况时由整流-和反相换流级构成的电子单元22(功率和调节电子电路)，以便确保电机20的受控(受调节)的起动阶段。在此情况时，整流器和反相换流器的功能顺序必须切换。因此在反相换流器接在电机20上时，整流级由电能系统供电。
另外(在此处)要提及的是，电机20和/或车(机)载电网3不必非得是(三相)交流的。甚至也可以考虑采用任意的，例如单相电机20作为电动机和发电机。
如果电机20和车(机)载网3相互并不匹配，则电子单元22在泵模式时以相反的方向(如上面有关受控起动所述)作为以电动机方式工作的电机20的调节和转换电子装置。
也可以直接(在电机20功率不大时)在(单项或多项)交流电压网上工作，即不需要采用(通常必要时双向工作的)电子单元22。
当在直流电压网上工作时，在发电机组模式时(利用转换开关)绕开反相换流器。在任何情况下都需要反相换流器进行在电机20以电动机方式工作时的电子换向，但在采用机械换向时可以完全省去变相换流器。
通过极性转换装置21，
*该极性转换装置向电机20[(交流)同步电机]馈送(交流)功率(来自电能系统)或
*由电机20输出的(交流)功率，(通过电子单元22)输送给(第二)(交流)总线3b(并随之输送给电能系统)，电力分系统13中的电机20：
a)或者当通过第一开关23a由第一总线3a摄取电功率时作为电动机工作(极性转换装置21具有图4a所示的上开关位置)，
b)或者当轴14或传动装置驱动电机20(电力分系统13)并通过(第二)开关23b将电功率馈送给(第二)总线3b时作为具有恒定有效电压U和恒定频率f的(交流)发电机工作。
该根据b)所述的工作方式和极性转换装置21所取的开关状况(多相转换机构的(交流)触点，这些触点与整流器的输入端的主端子连接，并且这些触点分别利用一导电并旋转固定在有关的刀形触片上的开关件闭合)与一用于在变化的或波动的驱动转速nE情况下产生恒压和频率(英文VSCF：变速恒频)的电力系统的已知功能原理相符。
出于完整起见，在图4a中还绘入了上面已提及的电压调节器(u-调节器)，该调节器属于已知的发电机组原理。
这两个液压和电力分系统12、13通过传动装置，优选通过所述的轴14，机械连接，以便-“出于功率重量比考虑”-(液压机15的)发动机转速nH与(电机20的)驱动转速nE在标称功率条件下的两台动力机的最佳可能的部分效率范围内相互进行匹配。
通过(对照图4所述的并)装在控制单元26内的工作模式-逻辑(电气及电子逻辑)实现该双向功率换能系统的工作方式-控制。控制单元采集并处理输入给其的传感器信号24a、24b、24c，这些信号与在飞机上的液压和电力能量系统内传感检测出的测量值相符。据此利用(未示出的)传感器至少可检测出液压管路系统10的高压管路98内的液压介质的压力和配电系统3的电力总线3a、3b上的电压，并转换成一个取决于压力的传感器信号24a和至少一个取决于电压的传感器信号24b、24c。工作模式-逻辑将传感器信号24a、24b、24c转换成用于控制两个分系统12、13的工作方式-开关件18、21(分集换接装置)的逻辑开关信号25，以便建立泵-或发电机-工作模式。
工作方式-逻辑宜具有一个(图中未示出的)自动电路，该自动电路在(机载)液压能量系统中出现压力损耗时或在配电系统3的相应总线3a、3b上出现压降时将相应激活双向功率换能系统。另外可以由(通常由操作者或)位于驾驶舱99的驾驶员对用于测试连接和/或用于断开其自动开关的工作模式-逻辑的各种信息进行寻址，所述自动电路对作为输入信号27的工作模式-逻辑加以记录并进行相应处理。另外在该工作模式-逻辑中还宜对(图4a中未示出的)来自双向功率换能系统的测量信号进行处理，该工作模式-逻辑用于监视液压和/或电力分系统，起着修正功能。因此在该测量参数出现偏差或不允许的系统值时，自动电路被断开并且整个系统也被断开。
据此，采用这种双向功率换能系统(根据图4a)例如可以：
*在发电机工作方式时：液压能变换成电能并且馈送给(第二)总线3b，其原电源[(所谓的)原功率源，或原发电机2]或者产生故障，或者通过配属的总线3b不再能充分令人满意地对所有用电器供电。机动运输工具为此具有至少一个处于高效状况下的驱动装置1。
*在泵工作方式时：由一完好状况的电力总线3a获得电能并且(经通过电机20与液压机15的轴机械连接的变换)作为液压能馈送给液压管路系统10。
双向功率换能系统始终与某个液压车(机)载系统连接；在电气一侧可以视要求和应用状况有一条或多条不同的总线(3a、3b)，这些总线利用电气开关23a、23b(视要求)被断开。
在图5中介绍了双向功率换能系统的另一实施方式。其中电力分系统13(与图4和4a相反)不具有电子单元22(功率电子部分)，该电子单元用于即便在轴14的转速出现变化时产生稳定不变的频率。如果可以保证甚至负荷剧烈变化时液压机15(液压发动机)的转速调整也是充分精确的，从而可以满足对产生的输出电压频率精度的要求，则此功率换能系统的简化方案才是有益的。
所有其它的上述的和尤其是对照图4a所述的双向功率换能系统的特征同样也适合于图5中所示的实施。
图6以简图方式示出与上述和在图4a及5详细示出相同的特定的(在这里所述的)双向功率换能系统40。该设计结构用于说明与车(机)载能量系统设计有关的其它的实施方式。如果在发电机-模式时对液压机15(作为液压发动机)的调整可以保证电机20(作为发电机)充分精确和稳定输出频率的要求，则电子单元22(功率和调节电子装置)是选用件。
由于采用的是特定的(相同的)双向功率换能系统40，所以图7a和7b所示的选择应用更为明显：
-如图7a所示，该定义的功率换能系统40在固定-或地面运行时驱动装置1a或1b停机情况下作为单功能、电驱动[以及构成(根据图1至3)已知的、独立的液压系统11a、11b、11c的]液压泵的替代设备，和/或在驱动装置1a或1b，更确切地说在驱动装置1b上的由驱动装置驱动的原液压泵9b停机时作为支持或保证液压泵功率需求的辅助泵或备用泵，并且
-如图7b所示，该功率换能系统40作为单功能、液压驱动[以及构成(根据图1至3)已知的(用CSMG标示的或作为应急发电机工作的)设备6的]发电机组，对电力总线(AC BUS)供电并满足在该总线功率增大的需求，或对已知的(构成配电网3并用AC ESS标示的)总线供电，所述总线用于为特别重要的用电器馈电，这是因为如图7b所示，驱动装置驱动的发电机2a、2b、2c、2d或单条(多条)总线3a、3b、3c、3d或一个(多个)驱动装置1a、1b、1c、1d停机或失效的风险尤其在飞机中是始终存在的。
如图7a所示(涉及定义的双向功率换能系统40)有下述电气连接：
第一个驱动装置驱动的(交流)发电机2a(作为一个原电功率源)与第一(可由第一开关4a断开的)(交流)总线3a(AC，BUS)连接，所述发电机2a与一条连接有另一个(构成定义的双向功率换能系统40一部分的)工作方式开关件21(如图5所示)的(交流)线路相连接，故定义的双向功率换能系统40通过该[可由第一(交流)开关23断开的]线路连接供电。功率换能系统40的液压机15与高压管路98连接，在驱动装置驱动的液压泵9b(或驱动装置1b)停机时通过此管路液压能被传递给液压系统10。
另外，图7b所示的电路对用AC ESS标示的(交流)总线3e做了考虑，其中一条与(交流)总线3a(AC BUS)连接的(附加的并且由一附加开关23c可断开的)(交流)线路与用AC ESS标示的(交流)总线3e连接。其中经驱动装置驱动的原液压泵9b通过液压管路98获取液压能，该液压能用于驱动液压机15。在(如图4和4a所示)液压能变换成电能的上述双向变换过程后加在工作方式-开关件21(图5所示)输出端上的电能被馈送给(交流)总线3a(ACBUS)，该电能又被输送给(交流)总线3e(AC ESS)。其中由于设定第一驱动装置驱动的交流发电机2a停机，线路受到(与能量相关的)影响。
采用根据图6所述的定义的双向功率换能系统40替代液压系统中的：
-[(图1至3所示的)已知独立的液压系统11a的]单功能、电驱动液压泵，
-以及替代单功能、液压驱动[(图1至3所示的)已知的(用CSMG标示的及作为应急发电机工作的)设备6。
该液压系统已知主要由一驱动装置驱动的液压泵9a至9d对其加以馈送并且与此液压泵配合还有一个备用-或应急能量源，例如一台定压空气涡轮机(RAT)及与其耦合的液压泵7也能输送液压能，该液压能通过被称作CSMG的设备6[的(所谓的应急)发电机]转换成电能[对比参见：(图1所示的)第二液压功率系统]，该系统与(图7C所示的)推荐的方案相比，具有的特殊的优点是通过由定义的功率换能系统40替代(单功能、电驱动液压泵或单功能、液压驱动的CSMG设备6)所述手段实现的。该优点在于，视工作模式连接[通过(第二)工作方式开关件21的开关位置]功率换能系统40可有选择地作为原泵或作为应急发电机工作。
图7c中的连接示出，定义的功率换能系统40的液压机15与高压管路98连接，该高压管路与液压泵7连接，该液压泵与定压空气涡轮机(RAT)机械耦合。功率换能系统40的第二工作方式开关件21分别与第一(交流)总线3a以及(为主要用电器供电的)(交流)总线3e(AC ESS)连接。(单相)多路开关8具有四个端子，其中搭接片与两个端子连接。搭接片又与一线路连接器相接，该线路连接器与(交流)总线3e(AC ESS)连接。剩余的两个端子分别与线路连接器相接。线路连接器与第一和第二交流总线3a和3b连接。
第一(交流)总线3a通过一(可断开的)线路连接器与驱动装置驱动的发电机2a连接。因此有如下可能，(在相应工作模式连接情况下)定压空气涡轮机驱动的液压泵7间液压机15输送液压能，该液压能如上所述被双向功率换能系统40转换成电能，该电能在发电机2a停机时被馈送给总线3e并且当多路开关8在相应开关位置时被馈送给总线3a或3b。当液压网缺少液压能时，则(在相应的工作模式连接情况下)由驱动装置驱动的发电机2a产生的电能如上所述通过相应的总线-连接3a或3e馈送给定义的双向功率换能系统40。电机20将电能转换成机械转动，该机械转动通过轴14或传动装置被传递到相耦合的液压机15上。最后，液压机15将液压能传递给总液压网10。
显然，在多重备份的液压和电力车(各种类型)载，尤其是机载的总能量系统中视应用状况也可以采用上述用于所述双向功率换能系统的基本原理组合，以便克服图1至3所示的系统方案的已知缺点。
图8a、8b、8c所示的系统图举例示出了对图1至3所示的已知的典型系统方案的采用双向功率换能系统的替代方案。
与图3所示的方案相对比，如图8a所示(图1至3所示的)已知独立的液压系统11a、11b的所有电驱动的液压泵以及液压功率转换单元121(PTU)被功率换能系统40a、40b、40c替代。该功率换能系统同时具有备用-或应急发电机的功能。
与图3所示的方案相比，其附加优点在于，节省了惯用的机械，在此节省了(带配套的应急发电机)的被称作CSMG的设备6，同时明显地改善了电功率的可用度(即降低了故障概率)。
同时可以在行驶或飞行时
-当总线3a、3b上对功率需求增大或峰值载荷时：双向功率换能系统40b、40c作为辅助发电机工作，其中由相应的液压系统10b、10c中获取功率
或
-当液压系统10b、10c中对功率需求增大或峰值载荷时：双向功率换能系统40b、40c作为辅助泵工作，其中由相应的总线3a、3b中获取功率。
只有当正常工作时相应消耗系统所需的电功率和液压功率的峰值载荷不同时出现时，该方案变型才宜于应用。这样就实现了由原能量源(液压泵9a、9b或发电机2a、2b)不能提供的液压或电功率的制备。另外，还实现了在对电力及液压能量系统进行系统设计时就已经考虑到该由双向功率换能系统40b、40c产生的电及液压功率。其优点是在峰值功率需求不变的情况下，即重量和成本保持不变的情况下，实现了原发电机2a、2b和原泵9a、9b装机标称功率相应可能的降低。
如图8b所示，所有电驱动的泵11a至11c(如图2所示)由双向功率换能系统40a至40c替代。同时在这里每个驱动装置1a、1b仅安装有一台原泵9a、9b，即双额定功率，这意味着与图2所示的已知系统方案相比安装的是双排送流量。驱动装置负荷并不因驱动泵和发电机的轴动率的消耗而发生变化。
所有功率换能系统40a至40c可以作为电驱动的泵，或作为辅助及应急发电机工作。
与图2所示的已知比较方案对照，图8b所示的带有双向功率换能系统40a至40c的这种系统方案的优点如下：
-有两个带有双液压功率的液压系统供使用；在图2所示的已知系统中只有中间的液压系统10b具有此种功率；
-节省了(在典型飞机中)如图2所示的由中央底盘井至两个由驱动装置驱动的泵9b、9c的管路，并随之降低了液压系统10b设备的重量；
-节省了图2所示的CSMG设备(应急发电机)；
-通过双向功率换能系统40a至40c大大改进了电功率及液压功率的可用度，即减少了其故障概率；
-同时(并且也如结合图8a的系统方案已做的说明)通过相应接通功率换能系统40a至40c可以满足在电气总线或液压系统中特定飞行阶段功率需求增大或峰值功率需求的要求或者在进行系统设计时已利用了此可能性，以便通过泵及发电机的较少的装机额定功率实现相应重量和成本的节省。
如图8C所示，所有(图1所示)电动泵11a至11c都通过双向功率换能系统40a至40c来替代。同时只在两个驱动装置1a，1d上分别安装一个发电机2a、2d，即双额定功率(相对于图1所示典型的现有技术方案)。在另外两个驱动装置1b，1c上分别安装有两个泵9a，9b或9c，9d。与图1所示已知系统方案相比，通过摄取的轴功率来驱动泵和发电机的驱动装置负荷不发生变化。
所有功率换能系统40a至40c可以作为电驱动的泵，或作为辅助及应急发电机工作。
与图1所示的已知比较方案对照，(图8c)所示的带有双向功率换能系统40a至40c的这种系统方案的优点如下：
-在电流总线3a、3d或液压系统10a至10c中具有相同的可供使用的电或液压额定功率时，用于内、外驱动装置之间两个泵的管路以及(在典型的飞机中)从飞机机身引到内设的驱动装置1b，1c以用于两个发电机的敷设电缆均可节省掉，从而降低重量并节约)成本。
-图1所示的CSMG-装置6(应急发电机)可以节省掉。
-通过双向功率换能系统40a至40c大大改进了电功率及液压功率的可用度，即减少了其故障概率；
-同时(并且如结合图8a和8b的系统方案已做的说明)通过相应接通功率换能系统40a至40c可以满足在电气总线或液压系统中特定飞行阶段功率需求增大或峰值功率需求的要求或者在进行系统设计时已利用)此可能性，以便通过泵及发电机的较少的装机额定功率实现相应重量和成本的节省。
综上所述，本发明提出一种采用双向功率换能系统的、液压应急源和应急电源间的能量变换系统，该系统通常适用于机动运输工具，不仅仅用于飞机才能实现上述优点。因此所推荐的双向功率换能系统可以承担目前大多(机载的)电驱动液压泵以及液压-电力备用-或应急发电机的功能。
该系统通常由一台可以作为泵工作的液压马达和一台利用传动装置或轴连接的发电机/电动机构成。在应急发电时，变换器将用变频发电机-交流电压产生一稳频车(机)载电压。在需要液压功率时，作为为机载网馈送的变频器的该变换器为转速可调电动机供电，以便驱动液压泵。其中(必要时双向实施的)控制和变频电子装置是建立在大规模集成的大功率半导体的基础之上的。除可节省液压机械转速控制的作为发电机中的VSCF技术(变速稳频技术)的变换功能外，功率电子装置也用于电动机控制，以便在过量或应急需要液压能时可保证电机的可控起动。
采用双向功率换能系统可实现电力和液压机(车)载能量设计，该设计与已知的系统方案相比除节省了部件外还实现了可比较的或较高的可靠性。另外与已知的系统方案相比还相应节省了重量、复杂度、维护费用并因此也降低了制造和工作成本。同样这种双向功率换能系统也用于校正峰值功率需求，与此相反，已知的功率管理方案或者仅涉及能量种类，或者为不同能量种类间的每一个换能方向备有固有的部件。
采用所述双向功率换能系统在其输入和输出端并根据能量或功率需求将电能转换成(机械能并把机械能转换成)液压能(和反之)。利用包括实施方式的该方案可以将电力和液压应急和备用能源在技术上综合在一起，已知(在飞机上)目前是通过单独的能量变换器(电驱动液压泵以及液压驱动的应急发电机)实现的。
一般在现代陆路、水路和空中运输工具中都会出现对液压能和电能增大的需求，目前此点是由于有意延长运输距离和力求实现运输工具自重的降低产生的。在现代的交通和运输飞机中，尤其是大型飞机(未来的宽机身及多舱飞机)上都可以预见到此需求，该需求将随着飞机规模的增大而超比例地增长。因此必须实现未来的能量系统，该能量系统可实现机载网峰值负荷的暂时的和与能源有关的校正。由于已知的系统是在仅分别考虑到电能和/或液压峰值功率上必要的后备能力而设计的，故采用本发明推荐的，综合成现代功率管理系统的双向功率换能系统可以实现此要求。

Claims (42)

1.一种功率换能系统，用于一种机动运输工具能量系统源的不同类别能量的变换，该功率换能系统在液压车(机)载系统与电力车(机)载系统间进行功率双向变换，其中为液压车(机)载系统配备有液压源(9)，该液压源对带有相连接的液压负载的液压管道系统(10)进行馈给，并且为电力车(机)载系统配备有电源(2)，该电源对带有相连接的电力负载的配电系统(3)进行馈给，其特征在于：功率换能系统由一液压和一电力分系统(12、13)构成，在两者间进行双向功率变换，两者分别具有一台动力机(15、20)，两者的转动设置的部件以机械方式相互耦合在一起，其中的液压分系统(12)与液压管道系统(10)相连接，电力分系统(13)与配电系统(3)相连接，一个控制单元(26)接在两个分系统(12、13)上，该控制单元根据检测出的液压管道系统(10)或配电系统(3)的工作状况对动力机(15、20)进行控制，从而实现分别安装在两个分系统(12、13)上的工作方式-开关件(18、21)的断开或接通并激活分系统(12、13)的两个双向功能中的一个。
2.按照权利要求1所述的功率换能系统，其特征在于：两台动力机(15、20)的部件由一根轴或一传动装置机械耦合在一起，以便在标称功率情况下对两个分系统(12、13)的转速或两个分系统(12、13)的效率进行相互协调。
3.按照权利要求1所述的功率换能系统，其特征在于：液压分系统(12)由一液压机(15)和一第一工作方式开关件(18)，一条管路将前两者相互连接在一起，和一个控制和调节单元构成，其中另一条管路与作为液压件的第一工作方式-开关件连接，至少有一个压力传感器(24a)安装在该管路上，该压力传感器对穿流的液压介质的压力进行感应检测并通过一条与其和控制单元(26)连接的传输线路将信号输送给控制单元，以便做进一步处理，所述管路与液压管路系统(10)的一条高压管路连接，并且其中另外还有一条管路与液压机(15)连接，该管路与一条连接油罐的液压抽油管路或液压管路系统(10)的回流管路连接，并且有一条传输线路与控制和调节单元(17)连接，该传输线路与另外一个压力传感器内连接，该压力传感器对穿流过另一管路的液压介质的压力进行感应检测并将信号通过另一条传输线路输送给控制和调节单元(17)，并且另一传输线路与控制和调节单元(17)连接，该控制和调节单元与安装在液压机(15)上的柱塞排量调节装置信号互通，并在控制和调节单元上还连接有另外一条传输线路，该传输线路与一转速传感器连接，该转速传感器对旋转设置在液压机(15)上的一动力机部件或与该动力机部件固定连接的机械轴(14)的转速进行感应检测并通过另一条传输线路将信号输送给控制和调节单元(17)。
4.按照权利要求1所述的功率换能系统，其特征在于：至少用一台旋转的电机(20)实现电力分系统(13)，该电机具有另一个旋转设置的部件和一个电气连接段，该电气连接段与作为电气部件的第二工作方式-开关件(21)导电连接。
5.按照权利要求4所述的功率换能系统，其特征在于：用第二工作方式-开关件(21)可实现由配电系统(3)接收电机(20)的电功率或向配电系统(3)输出电机(20)的电功率的必要的转换。
6.按照权利要求4所述的功率换能系统，其特征在于：用第二工作方式-开关件(21)可实现与其电气连接的配电系统(3)的电气分隔。
7.按照权利要求4所述的功率换能系统，其特征在于：电力分系统(13)附加含有一个电子单元(22)，该电子单元专门与第二工作方式-开关件(21)导电连接，因此电机(20)与第二工作方式开关件(21)和电子单元(22)构成串联电路。
8.按照权利要求7所述的功率换能系统，其特征在于：电子单元(22)含有一个整流器和一个反相换流器和一个滤波器，上述器件以上述顺序串联。
9.按照权利要求7所述的功率换能系统，其特征在于：电子单元(22)仅含有整流器和反相换流器，上述器件以上述顺序串联，并且反相换流器通过第二工作方式-开关件(21)与电机(20)导电连接并将电功率馈送给整流器，与配电系统(3)连接的电连接线路接在此整流器上。
10.按照权利要求7所述的功率换能系统，其特征在于：电子单元(22)含有一个整流器和一个反相换流器，上述器件以上述顺序串联，并且整流器通过第二工作方式-开关件(21)与电机(20)电气连接并且反相换流器有一电连接线，通过此电气连接线电功率被馈送给配电系统(3)。
11.按照权利要求9或10中任一项所述的功率换能系统，其特征在于：滤波器有选择地后置于反相换流器。
12.按照权利要求4和7所述的功率换能系统，其特征在于：用一多相极性转换装置实现第二工作方式-开关件(21)，其中电机(20)的电气连接段与极性转换装置的刀形触片连接段连接并且电子单元(22)以及电力连接总线在有关的功率流向上分别与极性转换装置的转换触点-连接区域的分隔开的触接段连接。
13.按照权利要求4所述的功率换能系统，其特征在于：在作为控制输入端实现的电机(20)连接区和配属给第二工作方式-开关件(21)的连接区之间接有一个调压器。
14.按照权利要求12和13所述的功率换能系统，其特征在于：调压器尤其与极性转换装置的连接区连接。
15.按照权利要求8和12所述的功率换能系统，其特征在于：整流器与极性转换装置的转换触点-连接区域的分别有关的触接段连接，其中极性转换装置的另一连接区与所述滤波器连接。
16.按照权利要求3所述的功率换能系统，其特征在于：液压机(15)是一个可调挤压机，优选是一个内装可调斜盘(15a)的轴向柱塞机，由一控制和调节单元(17)对其柱塞排量进行调控。
17.按照权利要求3和16所述的功率换能系统，其特征在于：液压分系统(12)的控制和调节单元(17)由一第一和一第二调节器(17a、17b)和一接在两个调节器(17a、17b)中间的调节装置(16)构成，上述器件以上述顺序信号传输串联，其中第一调节器(17a)通过其它传输线路与另一压力传感器并且调整装置(17)通过附加的传输线路与斜盘(15a)并且第二调节器(17b)通过另一传输线路与转速传感器信号传输连接。
18.按照权利要求3所述的功率换能系统，其特征在于：第一工作方式-开关件(18)是一个复式阀，该阀实现了两个并联阀(18a、18b)的功能，或是一个由两个并联在一起的阀(18a，18b)的组合构成的阀组。
19.按照权利要求18所述的功率换能系统，其特征在于：阀组由第一阀(18a)和第二阀(18b)构成，该阀的输入端与第一节点(18c)并且在输出端与第二节点(18d)连接，其中另一条管路与第一节点(18c)并且一条别的管路与第二节点(18d)连接。
20.按照权利要求19所述的功率换能系统，其特征在于：第一阀门(18a)为止回阀并且第二阀门(18b)为可控截止阀。
21.按照权利要求18或19所述的功率换能系统，其特征在于：复式阀组在第一阀(18a)处于并不是由信号激活的基本位置时实现止回阀功能，该阀门此时起着阻塞来自液压管路系统(10)的液压介质的流入作用，并且复式阀或阀组在由信号激活的位置时可允许来自液压管路系统(10)的液压介质流入液压机(15)内。
22.按照权利要求1所述的功率换能系统，其特征在于：控制单元(26)内装有工作模式-逻辑，该工作模式-逻辑另外含有一个自动电路并与多条传输线路连接，传输线路与检测压力的传感器相连接，该传感器安装在液压管路系统(10)的管路上，以便在管路上可以检测出液压管路系统(10)中的工作状况：“液压介质的充足的压力”，并且传输线路与检测电压的传感器相连接，该传感器设置在电力线路系统(3)上，以便在电力线路系统上检测配电系统(3)上的工作状况：“充足的电压”，其中由传感器将工作状况信号输送给控制单元(26)，并且工作模式逻辑另外连接有多条其它的传输线路，工作模式逻辑利用传输线路来传输转换成开关信号的传感器信号，传输线路与液压分系统(12)和电力分系统(13)和多个电气开关(23a、23b)连接，电气开关中间连接在与电力分系统(13)连接的总线连接线上。
23.按照权利要求3、4和22所述的功率换能系统，其特征在于：分别有控制单元(26)的一条传输线路与第一工作方式-开关件(18)和第二工作方式-开关件(21)连接，以便通过两个工作方式开关件(18、21)的开关信号控制激活液压分系统(12)的泵-工作模式或电力分系统(13)的发电机工作模式，其中另一条传输线路单独与控制和调节单元(17)连接。
24.按照权利要求3至5、12、17至19、22和23所述的功率换能系统，其特征在于：分别有一条与工作模式逻辑连接的传输线路与控制调节单元(17)的第一调节器(17a)和第二调节器(17b)并且与第一工作方式-开关件(18)的第二阀门(18b)和与第二工作方式  开关件(21)的可控连接区及至少一个电气开关(23a、23b)连接，其中工作模式逻辑将检测出的并将输送给其的变成信号的传感器信号转换成逻辑控制信号，工作模式逻辑通过其它的传输线路将逻辑控制信号输送给电路器件。
25.按照权利要求22所述的功率换能系统，其特征在于：工作模式逻辑另外与至少另一条传输线路连接，该传输线路用于传输为对液压管路系统(10)和/或配电系统(3)进行线路测试和/或接通或断开自动电路由操作人员发出的转换成信号的控制指令，该自动电路连接有监控单元，监控单元集中设置在驾驶舱(99)中。
26.按照权利要求1至8、12和15所述的功率换能系统，其特征在于：与极性转换装置的有关的转接触点-连接区连接的总线连接器至少连接一第一总线(3a)并且与滤波器连接的另一总线连接器至少连接一第二总线(3b)，所述总线是配电系统(10)的部分段，用驱动装置驱动的发电机(2)实现的、作为原功率源的电源为该配电系统馈送电能。
27.按照权利要求3所述的功率换能系统，其特征在于：与第一工作方式-开关件(18)的连接点连接的管路与液压管路系统(10)的至少一条高压管路(98)连接，其中至少一液压源(9)与液压管路系统(10)连接，该液压源向液压管路系统馈送液压能。
28.按照权利要求1和3所述的功率换能系统，其特征在于：在吸收机械轴功率时液压机(15)起着液压泵功能或在吸收液压驱动功率时液压机起着液压发动机功能，并且在吸收机械轴功率时电机(20)起着发电机功能或者在吸收电功率时电机起着电驱动的发动机的功能，其中两台动力机(15、20)的相关工作方式以控制单元(26)对第一工作方式-开关件(18)的相应控制为前提条件，由控制单元起动，将第一工作方式-开关件(18)置于相应的工作方式-模式：“泵模式或发电机模式”，并且其中通过对两台动力机(15、20)的轴机械耦合实现能量的双向变换，即液压能变换成电能或电能变换成液压能，所以因此可以将相应种类的能量有选择地在至少一作为管路系统(10)的组成部分的液压分系统段和至少作为配电系统(3)的组成部分的电力分系统段之间的两个方向上进行变换。
29.按照权利要求1、3、16、17、21和28所述的功率换能系统，其特征在于：液压机(15)在工作模式：“泵”时是一个压控泵并且在此时工作的第一调节器(17a)在该工作模式时是一个用于液压机(15)的输出压力P0的压力调节器，其中泵输送液压介质流经第一阀门(18a)流入液压管路系统(10)。
30.按照权利要求1、3、16至19、21、22和28所述的功率换能系统，其特征在于：液压机(15)在工作模式：“发电机”时是一个转速控制、次级调节的液压发动机并且在此时工作的第二调节器(17b)在该工作模式时是一个用于发动机转速nH的转速调节器，其中通过将第二阀门(18b)激活，置于开启状态而实现工作模式并实现来自与第一工作方式-开关件(18)连接的高压管路(98)的液压介质的穿流。
31.按照权利要求1、3、17、18、28和30所述的功率换能系统，其特征在于：用第二调节器(17b)实现的转速调节可实现由电机(20)制备的电能以确定的电网频率馈送给有关的配电网(3)，其中电机(20)在此时处于工作方式-模式“发电机”。
32.按照权利要求30所述的功率换能系统，其特征在于：在工作模式：“发电机”时作用于调节装置(16)的第二调节器(17b)是一个液压机械调节器，该调节器对发动机的转速nH进行测量，或是一个电气或机电调节器，该调节器通过电传感器测定发动机转速nH。
33.按照权利要求1、17、29至32所述的功率换能系统，其特征在于：第一调节器和第二调节器(17a、17b)根据有待调节的工作方式-模式通过第二阀门(18b)可相互切换。
34.按照权利要求1、17、29至32所述的功率换能系统，其特征在于：在工作方式-模式：“泵”时第一调节器(17a)是一个内装有执行机构(16)的液压机械调节器或带有电液压或机电执行机构的电子调节器，该执行机构用于调整液压机(15)的液压排量。
35.按照权利要求1、17、20和25、28至32所述的功率换能系统，其特征在于：优选在工作方式-模式：“泵”时作为电子调节器实现的并且与控制单元(26)的工作模式-逻辑连接的第一调节器(17a)的控制和调节机构至少含有下述三种调节器连接方案中的一种：
a)实现起动连接，在此连接时液压机(15)在工作方式模式：“泵”时被保持在几乎零液压排量位置，直至接近达到作为电驱动发动机的电机(20)在工作方式-模式：“泵”状态时的同步转速；
b)带有相应于作为液压源(9)应用的驱动装置驱动的液压泵的标称压力P0的恒定额定压力的调节器作为调节装置，用于控制作为支持峰值功率需求的辅助泵的所述双向功率换能系统(40)的运行；
c)带有受泵输送量影响的额定压力的调节器，该调节器额定压力与已知的液压泵的“软截止”特性相符，优选作为调节装置，用于控制作为单独向液压系统馈送的液压泵的所述双向功率换能系统(40)的运行，当作为液压源(9)工作的液压泵失效时，也是此情况。
36.按照权利要求1、7至11、28和31所述的功率换能系统，其特征在于：以工作方式-模式：“发电机”工作的电机(20)与作为调节和转换装置的电子单元(22)相连接，该电子单元转换提供的电能应满足配电网(3)中用电器的要求或具有相应电压-、电流-和频率特性的机载电网的要求，其中对提供的电能进行电子变换和处理是根据以大功率半导体为基础的变频器和变压器的原理实现的。
37.按照权利要求7至11、28和36所述的功率换能系统，其特征在于：电子单元(22)通过相应的极性变换也可以双功能地作为在工作方式-模式：“泵”时电机的发动机控制装置工作，以便在激活泵工作方式时实现有利于保护电网的对电机(20)的起动或者符合工作方式-模式：“泵”的要求实现对电机(20)的转速控制。
38.按照权利要求1、7至11、26和28所述的功率换能系统，其特征在于：电机(15)是一台交流同步电机，该电机在由第一总线(3a)吸收电功率时作为电动机工作，该电机通过一条总线连接器与第一总线连接，其中以第二工作方式-开关件(21)的相应开关位置为前提条件，根据所述开关位置电子单元(22)被断开。
39.按照权利要求1、7至11、26和28所述的功率换能系统，其特征在于：轴驱动的电机(15)是一台驱动转速nE可变的交流发电机，该电机通过电子单元(22)向第二总线(3b)馈送具有恒压u及稳频f的电功率。
40.按照权利要求1所述的功率换能系统，其特征在于：双向采用液压管路系统(10)和配电系统(3)进行变换的两个分系统(12、13)共同起着电动机驱动的液压泵作用或备用发电机的作用。
41.按照权利要求1、26和28所述的功率换能系统，其特征在于：至少一液压管路系统(10)的分(系统)段与液压分系统(12)连接并且至少一配电分系统(13)与电气分系统(13)连接。
42.按照权利要求1所述的功率换能系统，其特征在于：该系统可作为液压管路系统(10)的液压源(9)加以应用，液压管路系统附加具有液压备用或应急源，该液压备用或应急源用于支持或在相邻系统的液压源(9)失效或与配电系统(3)连接的标准电源系统失效时被激活，并且该液压备用或应急源通过定义的双向功率换能系统(4)用于向配电系统(3)的一个或多个电气分系统提供应急能源，旨在在应急状况时提供电源。
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