KR101294501B1 - 가변비 트랜스미션 - Google Patents

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레이몬드 존 힉스
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오비탈2 리미티드
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Abstract

본 발명은, 무한 가변비를 갖는 가변비 트랜스미션으로서, 비교적 저속이지만 지속적으로 변하는 속력으로 운전되는 풍력 터빈 또는 조력 터빈(10) 등이 과도한 일시적인 토크 없이 동기식 발전기 등과 같은 정속 기계를 원활하게 구동할 수 있도록 하는 가변비 트랜스미션에 대해 설명한다. 바람직한 트랜스미션은 원동기 입력부(50) 및 구동 출력부를 구비하는 1차 차동 기어 트레인(120)을 포함하며, 이때 출력부 속력에 대한 입력부 속력의 비율은 가변적이고, 상기 비율은 1차 차동 기어 트레인(120) 내의 속력 제어용 전동장치(150)에 의해 제공되는 반응 토크에 따라 좌우되며, 상기 트랜스미션은 또한 2차 차동 기어 트레인(220)을 포함하고, 상기 2차 차동 기어 트레인은 제1 루트(115)를 매개로 입력부(50)와 회전식으로 연결되며 제2의 다른 루트(125)를 매개로 속력 제어용 전동장치(150)와 회전식으로 연결되고, 상기 2차 차동 기어 트레인은 2개의 병렬 파워 경로(P' 및 P")를 포함하는데, 제1 경로는 유압 회로에 2개의 유압 유닛(180, 500)을 구비하는 유압 바이패스를 포함하고, 바이패스 경로(P')의 유압 회로에서 전달되는 동력 및 이 동력의 방향은 다른 경로(P")에서의 속력을 변경시키기 위해 사용 중에 선택적으로 변하며, 이에 따라 상기 비율을 좌우하기 위해 제2 루트에서의 동력을 바꾸고 속력 제어용 전동장치의 반응 토크를 바꾼다. 상기 트랜스미션은 전체 입력 속도 범위에 대해 제1 루트 및 제2 루트를 사용한다.

Description

가변비 트랜스미션{VARIABLE RATIO TRANSMISSION}
본 발명은, 무한 가변비를 갖는 가변비 트랜스미션으로서, 예컨대 비교적 저속이지만 지속적으로 변하는 속력으로 운전되는 풍력 터빈 또는 조력 터빈과 같은 원동기가 과도한 일시적인 토크 없이 동기식 발전기와 같은 정속 기계를 원활하게 구동할 수 있도록 하는 가변비 트랜스미션에 관한 것이다.
구체적으로, 풍력 터빈용 가속 트랜스미션에 대한 요건은 이들 풍력 터빈의 회전 속력이 바람직한 발전기 속력, 즉 보통 1500 rpm에 비해 낮다는 점에서 비롯된다. 낮은 터빈 속력은, 풍력 에너지 발전이 터빈 스위핑 면적과 블레이드 선단 속력 한계의 함수라는 사실에 의해 언급된 바 있다. 따라서, 파워가 클수록 로터 속력은 느려진다. 실제로, 파워는 로터 직경의 제곱에 정비례하는 반면, 로터 속력은 선단 직경 및/또는 로터 파워의 제곱근에 반비례하며, 예컨대 3000 kW급 터빈은, 동일한 선단 속력에서 400 kW급 기계가 44 rpm으로 운전되는 것에 비해 16 rpm으로 운전된다. 로터 중량 및 토크는 로터 직경의 세제곱에 정비례하므로, 대형 터빈일수록 트랜스미션 스텝업(step up) 비율이 클 뿐만 아니라 입력 토크가 더 크고, 이에 따라 파워 대 중량의 비가 더 작아진다. 예를 들면, 3000 kW급 터빈은 400 kW급 터빈보다 7.5 배의 파워를 발생시키는 반면, 그 토크 및 중량은 20.54 배 로 증가하며(즉, 7.5의 1.5제곱으로 증가됨), 한편 속력이 7.5의 제곱근만큼 감소하기 때문에 상기 비율은 2.74의 비율로 증가한다.
기어박스의 체적, 중량 및 가격은 그 토크 및 전체적인 비율에 따라 결정되기 때문에, 진동형 천이성 과부하 토크를 감소시킴으로써 중량을 줄이고자 하는 동기가 되고, 이는 보통 모든 고정비 풍력 터빈 트랜스미션에서 이루어지며 제공된다. 이들은 터빈의 큰 스위핑 면적에 대해 풍속, 공기 밀도 및 유닛 공기역학 에너지의 통계적인 변동에 의해 발생된다. 이러한 변동에 의해 기어박스에 대한 그 입력부에서 터빈 로터 허브의 속력 변동이 나타나며, 이는 1회전당 수차례 발생할 수 있다. 이는, 첫째로 풍속의 꾸준한 변화에 의해 그리고 둘째로 돌풍 중에 발생하는 갑작스러운 변화에 의해 더 복잡해진다. 풍력 에너지는 공기 속도의 세제곱에 정비례하기 때문에, 50 %의 일시적인 속력 증가에 따라 공기역학적 파워가 3 배로 증가하게 된다. 이러한 파워 중 일부는 보다 낮은 효율에 의해 소산되고 일부는 터빈에서의 속력 증가 및 운동 에너지 증가에 사용되므로, 고정비 트랜스미션을 사용하면 발전기를 가속시키려고 하는 동안 추가적인 토크가 발생됨을 이해하게 된다. 이는, 터빈 로터의 축을 기준으로 할 때 그 축선을 중심으로 한 발전기의 극관성 모멘트에 스텝업 비율의 제곱을 곱한다는 사실에서 기인한다. 따라서, 80/1의 스텝업 비율을 요구하는 발전기는 그 축을 중심으로 6400 배의 기준 관성을 갖는다. 터빈 로터 허브의 평균 회전 속도로부터 터빈 로터 허브의 각도상 편차가 1도만큼 발생하면 이에 따라 동일한 시간 스케일에 걸쳐 발전기는 80 도만큼 변동된다.
비동기식 발전기는 원할한 전기적 출력을 발생시키기 위해 파워 조건을 채용할 수 있지만, 이는 그 속력의 변화를 위해 또한 기계적인 가속 토크가 요구되기 때문에 문제가 된다. 이러한 일시적인 가속 토크는 기계적인 트랜스미션 경로에서 응력 에너지에 의해 전달될 수 있고, 보다 강성의 트랜스미션은 더 큰 토크를 갖게 된다.
가변비 트랜스미션은, 상보적인 방식으로 터빈 속력의 일시적인 변경과 동일한 속도로 상기 비율을 변경함으로써 이러한 문제를 방지한다. 이렇게 함으로써, 터빈을 가속하고 운동 에너지 형태인 일시적인 과잉 동력이 터빈에 의해 흡수되도록 하여 발전기 토크, 속력 및 위상각을 일정하게 유지한다.
예컨대 본 출원인의 종래 특허 출원 WO 2004/109157에서 설명한 바와 같은 종래의 가변비 기어박스는, 풍력 터빈을 비롯한 용례에 채용되어 왔다. 그러나, 이러한 기어박스의 복잡성, 예컨대 클러치 및 대안적인 파워 루트와 같은 소모성 구성요소를 사용해야 하는 필요성 때문에, 그 크기, 중량 및 제작 비용이 증가하게 된다. 본 발명자는, 실시에 있어서 발전기 속력 제어 및 간단한 구조를 제공하는 단순한 가변비 기어박스가 요구됨을 인식하였다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 양태는 풍력 또는 조력 발전 용례를 위한 가변비 트랜스미션으로 구성되고 적어도 모든 동력 발전이 이루어지는 입력부 속력 범위 내에서 속력이 변하는 원동기 입력으로부터 실질적으로 일정한 속력 출력을 제공하기에 적합하며, 상기 트랜스미션은 원동기 입력부 및 구동 출력부를 구비하는 1차 차동 기어 트레인을 포함하며, 이때 출력부 속력에 대한 입력부 속력의 비율은 가변적이고, 상기 비율은 1차 차동 기어 트레인 내의 속력 제어용 전동장치에 의해 제공되는 반응 토크에 따라 좌우되며, 상기 트랜스미션은 또한 2차 차동 기어 트레인을 포함하고, 상기 2차 차동 기어 트레인은 제1 루트를 매개로 입력부와 회전식으로 연결되며 제2의 다른 루트를 매개로 속력 제어용 전동장치와 회전식으로 연결되고, 상기 2차 차동 기어 트레인은 2개의 병렬 파워 경로를 포함하는데, 제1 경로는 유압 회로에 2개의 유압 유닛을 구비하는 유압 바이패스를 포함하고, 바이패스 경로의 유압 회로에서 전달되는 동력 및 이 동력의 방향은 다른 경로에서의 속력을 변경시키기 위해 사용 중에 선택적으로 변하며, 이에 따라 상기 비율을 좌우하기 위해 제2 루트에서의 동력을 바꾸고 속력 제어용 전동장치의 반응 토크를 바꾸며, 상기 트랜스미션은 제1 루트 및 제2 루트가 전체 입력부 속력 범위에서 사용되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 제1 루트 및 제2 루트에는 클러치가 없다.
실시예에 있어서, 입력부 속력이 상기 범위 중 소정 값 미만인 경우 유닛은 이들 유닛 사이에서 하나의 방향으로 동력이 전달되도록 하며, 상기 입력부 속력이 상기 속력에 도달하거나 이 속력을 초과하면 상기 동력 전달 방향이 역전된다.
유압 유닛은 각각 입력부 속력에 비례하는 속력으로 구동되는 것이 바람직하다.
각각의 유압 유닛은 유압 체적 유량 또는 압력을 변경하기 위해 가변적인 행정을 갖는 용적식 장치(positive displacement device)인 것이 보다 바람직하다. 하나의 유닛 또는 2개 유닛 모두의 행정은 바이패스 경로에서 전달되는 동력을 변경하기 위해 조정되는 것이 바람직하다.
일 양태에 있어서, 1차 차동 기어 트레인 및/또는 2차 차동 기어 트레인은 주전원(epicyclic) 기어 트레인을 포함한다. 이 경우, 1차 차동 기어 트레인 및 2차 차동 기어 트레인은 양자 모두 주전원 기어 트레인일 수 있으며, 다음의 주전원 구조 중 하나 이상의 주전원 구조가 존재할 수 있다.
- 1차 차동 기어 트레인에 대한 제1 입력부는 1차 차동 기어 트레인의 유성 캐리어이다.
- 1차 차동 기어 트레인의 출력부는 1차 차동 기어 트레인의 환형부이다.
- 1차 차동 기어 트레인의 속력 제어용 전동장치는 1차 차동 기어 트레인의 태양 휠(sun wheel)이다.
- 2차 차동 기어 트레인의 2개의 파워 경로는 2차 차동 기어 트레인의 태양 휠 및 유성 캐리어를 포함한다.
본 발명은, (a) 저속 고정비 스텝업 스테이지, 및 (b) 저속 고정비 스테이지로부터 무단으로 변하는 입력부 속력을 받아들이는 입력 샤프트를 구비하고 출력 샤프트 상에 일정한 출력부 속력을 제공하는 가변비 스테이지로서, 전동장치를 포함하는 가변비 스테이지를 포함하는 트랜스미션 시스템을 포함한다.
상기 저속 고정비 스테이지는 직렬인 2개의 주전원 스테이지를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명은, 유체 구동식 원동기를 발전기에 구동 가능하게 연결하기 위해 사용되는, 전술한 바와 같은 가변비 트랜스미션을 포함한다.
본 발명은 본 명세서에서 설명되는 임의의 신규 특징의 조합을 포함하며, 이들 특징이 본 명세서에 조합된 것으로 설명되어 있는지 여부와 상관없이 본 명세서에서 설명하는 특징들의 임의의 신규 조합을 포함한다. 예를 들면, 본 발명은 적어도 모든 동력 발전이 이루어지는 입력부 속력 범위 내에서 속력이 변하는 원동기 입력으로부터 실질적으로 일정한 속력 출력을 제공하기에 적합하며 풍력 또는 조력 발전 용례에서의 가변비 트랜스미션으로서, 상기 트랜스미션은 원동기 입력부 및 구동 출력부를 구비하는 1차 차동 기어 트레인을 포함하며, 이때 출력부 속력에 대한 입력부 속력의 비율은 가변적이고, 상기 비율은 1차 차동 기어 트레인 내의 속력 제어용 전동장치에 의해 제공되는 반응 토크에 따라 좌우되며, 상기 트랜스미션은 또한 2차 차동 기어 트레인을 포함하고, 상기 2차 차동 기어 트레인은 제1 루트를 매개로 입력부와 회전식으로 연결되며 제2의 다른 루트를 매개로 속력 제어용 전동장치와 회전식으로 연결되고, 상기 2차 차동 기어 트레인은 2개의 병렬 파워 경로를 포함하는데, 제1 경로는 유압 회로에 2개의 유압 유닛을 구비하는 유압 바이패스를 포함하고, 바이패스 경로의 유압 회로에서 전달되는 동력 및 이 동력의 방향은 다른 경로에서의 속력을 변경시키기 위해 사용 중에 선택적으로 변하며, 이에 따라 주어진 상기 비율을 좌우하기 위해 제2 루트에서의 동력을 바꾸고 속력 제어용 전동장치의 반응 토크를 바꾸며, 상기 트랜스미션은 제1 루트 및 제2 루트에 클러치가 없는 것을 특징으로 하는 가변비 트랜스미션으로 구성될 수 있다.
본 발명은 다양한 방식과 구체적인 실시예로 행해질 수 있으며, 이제 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 설명할 것이다.
도 1a는 도 1b에 도시된 전동장치와 함께 사용하기 위한 스텝업 전동장치의 개략적인 단면도이다.
도 1b는 전동장치와 발전기의 조립체의 개략적인 부분 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1b의 전동장치를 도시하며, 다양한 작동 모드에서의 동력 전달을 도시하는 도면이다.
도 5는 사용되는 유압 유닛의 행정 속도와 이들 유압 유닛 중 하나의 속력 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 로터 파워 및 토크에 대한 로터 속력과, 직전에 언급한 유압 유닛의 속력의 그래프이다.
도 7은 유압 유닛 속력 및 바이패스 파워의 그래프이다.
도 8은 변수들에 관한 표이다.
도 1a를 참고하면, 2개의 주전원 기어 트레인(20 및 30)을 구비하는 스텝업 전동장치가 도시되어 있으며, 직렬인 주전원 기어 트레인들은 풍력 터빈 입력 샤프트(10)의 비교적 느린 회전을 피니언(40)에서의 보다 빠른 회전으로 변환시킨다. 도 1a에서의 전동장치는 회전 속력을 많이 증가시키기 때문에, 입력 샤프트(10)에서의 터빈 속력의 작은 변동은 피니언(40) 속력의 큰 변화로 증폭됨을 이해해야 한다. 동기식 발전기를 구동하기 위해서는 정속을 유지하는 것이 바람직하며, 이에 따라 피니언(40)은 도 1b에 상세하게 도시된 가변비 전동장치의 입력 기어(50)에 연결된다.
도 1b를 참고하면, 도 1a에 도시된 전동장치에 의해 다양한 속력으로 구동되는 입력 기어(50)가 도시되어 있다. 입력 기어(50)는 1차 피니언(100)을 구동시킨다. 1차 피니언(100)은 다음으로 1차 주전원 차동 기어 트레인(120)의 유성 캐리어(110)에 연결되며, 또한 제1 파워 트랜스미션 루트(115)를 따라 2차 피니언(200)을 구동한다. 유성 캐리어(110)는 1차 주전원 차동 기어 트레인(120)의 환형부(130)를 매개로 발전기(300)를 구동시킨다.
사용 중에, 1차 차동 기어 트레인의 태양 기어(150)의 반응 토크에 따라 발전기(300)의 속력이 제어될 수 있다. 사용 중에, 입력이 느려지는 경우, 태양 기어(150)는 환형부(130) 및 이에 따른 발전기(300)의 유효 속력을 증가시키기 위해 입력부[유성 캐리어(110)]와 동일한 방향으로 회전할 필요가 있으며, 입력이 더 빠른 경우, 태양 기어(150)는 환형부(130)를 감속시키기 위해 정지하거나 또는 입력부와 반대 방향으로 슬라이딩할 필요가 있다. 태양 기어(150) 상에서의 반응 토크는 그 속력을 제어하기 위해 사용될 수 있으며, 보다 큰 토크가 가해질 때 환형부(130)를 더 빠르게 구동하거나, 또는 보다 작은 토크가 가해질 때 반대 방향으로 구동되도록(슬라이딩하도록) 한다.
태양 기어의 반응 토크는 2차 차동 주전원 기어 트레인(220)에 의해 제어된다. 2차 차동 기어 트레인은 2차 피니언(200)에 연결되는 환형부(230)를 갖는다. 2가지 파워 경로(P' 및 P")는 2차 차동 기어 트레인(220)의 태양 기어(250) 및 유 성 캐리어(210)에 의해 형성된다. 유성 캐리어(210)는 2개의 유압 유닛(180)과 회전 가능하게 연결되며, 태양 기어(250)는 다른 유압 유닛(500)과 회전 가능하게 연결된다. 이러한 경우, 태양 기어(250)는 또한 한 쌍의 피니언(260, 265)에 연결되며, 이 피니언은 1차 차동 기어 트레인의 태양 기어(150)로부터 토크를 받거나 또는 상기 태양 기어에 토크를 제공하며, 제2 파워 루트(125)를 형성한다.
유압 바이패스를 통해 전달되는 동력 및 이 동력이 전달되는 방향은 2개의 유압 유닛의 행정을 변경함으로써 제어된다. 이는 다음으로 태양 기어(150)에서의 반응 토크를 변경시키고, 결과적으로 1차 차동 기어 트레인의 출력부 속력을 변경시킨다. 입력부 속력, 유압 바이패스에서의 압력을 모니터링할 뿐만 아니라 각각의 유압 유닛(500 및 180)에서의 행정 속도를 제어하기 위해 제어기를 이용한다.
사용 중에 전동장치는 이하에 설명되는 바와 같은 다수의 작동 모드를 갖는다.
첫째로, 도 2를 참고하면, 입력 샤프트가 11.5 rpm 이하일 때, 전동장치는 고정된 비율로 작동한다. 유압 유닛(180)은 거의 최대 행정으로 설정되지만 비교적 느리게 회전하며, 유압 유닛(500)은 거의 최소 행정으로 설정되지만 비교적 빠르게 회전하고, 이에 따라 유닛(180)에 의해 구동된다. 이에 따라 유압 바이패스를 통해 그리고 화살표(P)의 방향으로 전동장치를 통해 동력이 전달되며, 태양 기어(150)는 유성 캐리어(110)의 회전 방향으로 가능한 최대의 토크를 제공하여 발전기(300)의 속력을 증가시킨다. 그러나, 이러한 입력부 속력에서, 발전기는 요구되는 1500 rpm에 도달하지 못하며, 이에 따라 출력부 속력(발전기 속력)은 입력부 속 력에 따라 변할 수 있고 발전기는 올바른 속력으로 회전하지 않기 때문에 그리드 시스템에 연결되지 않는다.
둘째로, 도 3을 참고하면, 입력이 보통의 입력부 속력 범위인 약 11.5 rpm 내지 약 17.3 rpm 범위에 있을 경우, 제2의 작동 모드가 사용된다. 이 모드에 있어서, 발전기는 그리드 시스템과 동기화되며, 그리드에 동력을 제공하고, 이에 따라 그 속력을 일정하게 유지할 필요가 있다. 결과적으로, 전동장치는 가변적인 비율로 작동되는데, 이는 입력 샤프트 속력이 풍속 등의 변동에 따라 변하기 때문이다. 태양 기어(150)에 의해 제공되는 반응 토크는 발전기 속력을 증가시키기에 충분해야만 하지만, 입력부 속력이 약 11.5 내지 17.3 rpm 사이에서 증가할 때 반응 토크는 점차로 감소되어야만 한다. 이를 달성하기 위해, 유압 바이패스를 통해 전달되는 동력의 크기가 변경된다. 바이패스를 통해 전달되는 동력은 1개 또는 2개의 유압 유닛의 행정을 조정함으로써 제어될 수 있다. 이러한 모드에 있어서, 유닛(180)의 행정은 유닛(500)의 최대 행정으로 유지되거나 또는 최대 행정에 근접하게 유지되며, 바이패스에서의 압력 증가에 응답하여 초기의 최소 행정에서 입력부 속력의 함수로서 증가한다. 2차 차동 기어 트레인을 배치한 결과로서, 바이패스를 통해 전달되는 동력이 감소함에 따라 태양 기어(150)에 의해 생성되는 반응 토크의 크기가 전체적으로 감소되며, 이에 따라 입력부 속력이 증가할 때 발전기에 대한 출력부 속력이 일정하게 유지된다. 입력부 속력이 약 17.3 rpm에 근접하기 시작할 때, 유닛(180)의 행정은 감소되지만 유닛(500)의 행정은 최대가 된다.
입력부 속력이 약 17.3 rpm일 때에는, 바이패스를 통해 어떠한 동력도 전달되지 않는데, 이는 유닛(180)의 행정이 0이며 유닛(500)의 속력이 0이기 때문이다. 이러한 속력에서, 태양 기어(150)의 요구되는 반응 토크는 태양 기어의 미끄러짐을 중단시키기 위해 요구되는 토크와 동일하다. 이는 터빈에 대해 예측된 평균 회전 속력이다.
제3의 작동 모드는, 로터 속력이 17.3 rpm을 초과하지만 19 rpm을 초과하지는 않을 때 사용된다. 이 모드는 도 4에 도시되어 있다. 발전기는, 요구되는 회전 속력에서 여전히 동력을 발생시킨다. 태양 기어(150)는 유성 캐리어(110)에 대해 반대 방향으로 미끄러질 수 있으며, 이에 따라 효과적으로 구동되어 발전기(300)에 대한 출력을 느리게 한다. 이를 달성하기 위해, 유닛(500)의 행정은 최대로 유지되지만, 유닛(180)의 행정은 역전되므로 동력 전달은 반대 방향이 된다. 2개의 유닛의 회전도 역시 역전된다. 2차 차동 기어 트레인은 동력이 화살표(P)의 방향으로 전달되도록 배치된다. 로터 속력이 약 17.3 내지 약 19 rpm 사이에서 증가할 때, 유압 유닛(180)의 행정은 반대 방향으로 점진적으로 증가하며, 이에 따라 보다 많은 동력이 바이패스 경로(P')에서 전달된다. 이에 따라 태양 기어(150)에서 미끄러짐이 훨씬 더 많아지게 되어 추가로 출력을 느리게 한다.
바이패스를 통해 과도하게 많은 동력이 전달되지 못하도록 하기 위해, 브레이크(140 및/또는 245)를 사용하여 로터 속력이 19 rpm을 초과할 때 시스템을 감속시킨다. 또한, 상기 브레이크는, 예컨대 유지 보수 중에 또는 요소의 파손이 발생할 때 안전 목적으로 사용된다.
실제로, 로터의 입력부 속력은 끊임없이 변화하며, 이에 따라 유압 유닛(180 및 500)의 행정 속도는 도 5에 따라 조정되어 태양 기어(150)에서 필요한 반응 토크를 제공한다. 도 6은 로터 파워 및 유압 유닛(180)의 속력 사이의 관계를 나타낸다. 로터 속력이 증가함에 따라 유닛(180)의 속력은 증가한다. 도 7은 유압 유닛(180)의 속력(및 이에 따른 로터 속력)이 증가할 때 바이패스 파워가 제어되는 방식을 나타낸다. 도 8은 트랜스미션 시스템의 변수를 나타내는 표이고, 로터 속력의 증가에 따라 각각의 변수가 어떻게 변하는가를 나타낸다. 유닛(180 및 500)의 각 행정은, 기어 비율을 변경하고 정확하게 출력부 속력을 제어하기 위해 충분히 신속하게 변경될 수 있다. 터빈의 매우 큰 관성은, 터빈이 신속하게 속력을 변경하지 못하도록 하고 이에 따라 상기 비율을 변경함으로써 입력 토크가 매우 정확하게 제어될 수 있도록 보장한다.
본 출원에 있어서, 동력을 바이패스하기 위해 유압 트랜스미션을 사용하는 양태의 구체적인 장점은, 관련 관성이 발전기에 비해 무시할 만하다는 것이다. 기어 요소의 총체적인 관련 관성은 또한 실시 목적을 위해서도 무시할 만하다는 점을 지적하는 것은 타당하다. 인식 가능한 정도로 유닛의 행정 제어의 반응 시간을 앞지를 수 있는 임의의 매우 급격한 속력/토크 변동에 응답하기 위해, 크로스라인 제어 가능한 릴리프 밸브를 채용할 수 있다.
2차 차동 기어 트레인에 대해 단지 2개의 상이한 파워 경로(115 및 125)를 사용하는 것은, 전체 파워 발생 입력 기간(제2 파워 발생 모드 및 제3 파워 발생 모드)에 걸쳐 사용되는데, 이는 트랜스미션 구조를 단순화시키고 비용 및 중량을 줄여준다. 2개의 루트를 사용하는 것은, 예컨대 파워의 경로를 변경하기 위해 클 러치 등이 필요하지 않음을 의미한다.
앞서 하나의 구체적인 실시예를 설명하고 도시하였지만, 청구범위의 범위에 속할 수 있는 다수의 변형, 변경 및 대안이 가능함을 당업자는 명확히 이해할 것이다. 예를 들면, 주전원 차동 기어 트레인을 설명하고 도시하였지만, 다른 차동 장치도 유용한 효과를 위해 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 모든 동력 발생이 이루어지는 입력부 속력 범위 내에서 속력이 변하는 원동기 입력부로부터 일정한 속력 출력을 제공하도록 구성되며 풍력 또는 조력 발전 용례에서 사용되는 것인 가변비 트랜스미션으로서,
    상기 트랜스미션은 원동기 입력부 및 구동 출력부를 구비하는 1차 차동 기어 트레인을 포함하며, 출력부 속력에 대한 입력부 속력의 비율은 가변적이고, 상기 비율은 1차 차동 기어 트레인 내의 속력 제어용 전동장치에 의해 제공되는 반응 토크에 따라 좌우되며, 상기 트랜스미션은 2차 차동 기어 트레인을 더 포함하고, 상기 2차 차동 기어 트레인은 제1 루트를 매개로 입력부와 회전식으로 연결되며 제2의 다른 루트를 매개로 속력 제어용 전동장치와 회전식으로 연결되고, 상기 2차 차동 기어 트레인은 2개의 병렬 파워 경로를 포함하는데, 제1 경로는 유압 회로에 2개의 유압 유닛을 구비하는 유압 바이패스를 포함하고, 바이패스 경로의 유압 회로에서 전달되는 동력 및 이 동력의 전달 방향은 다른 경로에서의 속력을 변경시키기 위해 사용 중에 선택적으로 변경되며, 이에 따라 상기 비율을 좌우하기 위해 제2 루트에서의 동력을 바꾸고 속력 제어용 전동장치의 반응 토크를 바꾸며, 상기 트랜스미션은 제1 루트 및 제2 루트가 전체 입력 속력 범위에서 사용되는 것을 특징으로 하는 가변비 트랜스미션.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 루트 및 제2 루트는 클러치가 없는 것인 가변비 트랜스미션.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2개의 유압 유닛은, 입력부 속력이 상기 범위의 소정값 미만인 경우 이들 유압 유닛 사이에서 하나의 방향으로 동력이 전달되도록 하며, 상기 입력부 속력이 상기 소정값에 도달하거나 이를 초과하면 상기 동력의 전달 방향이 역전되는 것인 가변비 트랜스미션.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2개의 유압 유닛은 각각 입력부 속력에 비례하는 속력으로 구동되는 것인 가변비 트랜스미션.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 상기 유압 유닛은 체적 유량 또는 압력을 변경하기 위해 가변적인 행정을 갖는 용적식 장치인 것인 가변비 트랜스미션.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유압 유닛들 중 하나의 유닛 또는 2개의 유닛의 행정을 조정하여 바이패스 경로에서 전달되는 동력을 변경시키는 것인 가변비 트랜스미션.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 1차 차동 기어 트레인과 2차 차동 기어 트레인 중 어느 하나 혹은 양자 모두는 주전원(epicyclic) 기어 트레인을 포함하는 것인 가변비 트랜스미션.
  8. 제7항에 있어서, 상기 1차 차동 기어 트레인 및 2차 차동 기어 트레인은 양자 모두 주전원 기어 트레인인 것인 가변비 트랜스미션으로서,
    (ⅰ) 1차 차동 기어 트레인에 대한 원동기 입력부는 1차 차동 기어 트레인의 유성 캐리어인 것,
    (ⅱ) 1차 차동 기어 트레인의 출력부는 1차 차동 기어 트레인의 환형부인 것,
    (ⅲ) 1차 차동 기어 트레인의 속도 제어용 전동장치는 1차 차동 기어 트레인의 태양 휠(sun wheel)인 것, 그리고
    (ⅳ) 2차 차동 기어 트레인의 2개의 파워 경로는 2차 차동 기어 트레인의 태양 휠 및 유성 캐리어를 포함하는 것
    중 하나 이상의 주전원 구조가 존재하는 것인 가변비 트랜스미션.
  9. 트랜스미션 시스템으로서,
    (a) 저속 고정비 스텝업 스테이지, 및
    (b) 저속 고정비 스텝업 스테이지로부터 무단으로 변하는 입력부 속력을 받아들이는 입력 샤프트를 구비하고 출력 샤프트 상에 일정한 출력부 속력을 제공하는 가변비 스테이지로서, 제1항 또는 제2항에 따른 가변비 트랜스미션을 포함하는 가변비 스테이지
    를 포함하는 트랜스미션 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 저속 고정비 스텝업 스테이지는 직렬인 2개의 주전원 스테이지를 포함하는 것인 트랜스미션 시스템.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유체 구동식 원동기를 발전기에 구동 가능하게 연결하기 위해 사용되는 가변비 트랜스미션.
  12. 삭제
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