KR20210123320A - 유압식 및 공압식 속도 제어를 가지는 유압식 연속 가변 속도 시스템 및 사용 방법 - Google Patents

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더글라스 에스. 허쉬
리도반 린다
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프로스토 윈드 파워
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Abstract

풍력 터빈과 발전기를 연결하는 유압식 무단 변속기가 제공된다. 유압식 무단 변속기는 주 패들 휠과, 매크로 속도 제어를 위한 다수의 보조 패들 휠을 가진다. 마이크로 속도 제어를 위한 공압식 패들 휠이 또한 제공된다. 속도 제어를 위해 부하 또는 라인에 대한 AC 전기 특성 출력을 측정하는 컨트롤러가 포함된다.

Description

유압식 및 공압식 속도 제어를 가지는 유압식 연속 가변 속도 시스템 및 사용 방법
본 발명은, 마이크로 레벨 속도 제어를 위한 공압 보조 장치를 구비한 무단 변속기를 사용하고 전체 전력 장치의 에너지 생성을 완수한 후에 부하/라인에서 AC 전기 특성을 평가하는 것에 의해 터빈(풍력 또는 수력)으로부터의 발전을 최적화하는 시스템에 관한 것이다.
무단 변속기(CVT)가 공지되어 있고 자전거, 자동차, 윈치, 호이스트, 동력 전달기 등에 사용되어 왔다. 이러한 디바이스를 위해 개발된 다양한 설계 변형이 있으며, 유형은 벨트가 있는 가변 직경 풀리, 토로이달, 또는 롤러 기반, 마찰 기반, 유체 정역학적 기반, 래칫 기반, 자기 등을 포함한다.
CVT와 관련된 미국 특허의 예는 그 전체 개시 내용이 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 미국 특허 제4,565,110호, 제4,970,862호, 제4,945,482호, 제4,922,717호, 제5,072,587호, 제4,916,900호, 제4,914,914호, 제4,850,192호, 및 제4,838,024호를 포함한다. 이러한 종래 기술은 차량을 위한 보조 샤프트의 매크로 속도를 조절하기 위해 펌프, 피스톤, 기어, 벨트, 풀리, 클러치 또는 밸브를 통한 CVT 속도를 기술한다.
CVT의 또 다른 예는 또한 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 미국 특허 제7,679,207호에서 찾을 수 있다. 이 특허는 일반적으로 풍력 장치, CVT, 발전기, 및 CVT 제어를 포함하는 시스템을 설명한다. 풍력 터빈 설명에 대한 세부 정보가 제공되지만, CVT와 회전 속도계는 일반적으로 정의된다. 샤프트 속도의 CVT 제어 기술은 터빈의 피치 및 블레이드 편향에 의해, 그리고 컨트롤러의 전개를 통해 지정된다. 즉, 컨트롤러는 터빈 자체의 물리적 특성에 의해 터빈의 구동 속도를 조정하는 것에 의해 CVT의 속도 출력을 보상한다. 어떠한 구성의 풍력 터빈도 구동 샤프트를 가지며, 이러한 장치는 "엔진"으로 간주될 수 있다. 일반적인 용어에서 무단 변속기(CVT)는 엔진과 발전기 사이에 가변 속도 기계적 방법을 제공하며, 발전기는 풍력 터빈 또는 엔진 작동의 결과로서 전기를 발생시킨다.
그러나, 기계적으로 복잡하고 값비싼 설계와 제한된 제어 모드를 고려할 때 CVT에서의 개선이 필요하다. 본 발명은 개선된 CVT로 이러한 요구에 응답한다.
본 발명은 작동을 위해 유압 유체 압력을 변화시키기 위해 펌프, 피스톤, 기어, 벨트, 풀리, 클러치 또는 밸브를 필요로 하지 않는 공압 보조 유압식 CVT를 제공한다. 작동 제어의 한 부분은 프로그래머블 로직 컨트롤러, 또는 반응성 균형 전원(reactive balance electrical source)을 생산하고 부하 일탈(load erraticism)을 최소화하기 위해 CVT의 가변 속도 제어를 위해 유압 및 공압 양태 모두를 포함하는 유사한 디바이스 또는 수단으로, 전기 부하/라인으로 출력된 인버터의 출력을 모니터링하고, 그런 다음 시스템을 제어한다.
본 발명은 또한 매우 낮거나 매우 높은 풍력 조건 동안 전기를 생산하기 위하여 풍력 터빈으로부터 분리될 때 발전기를 구동하는 공압식 에너지 저장 장치를 제공한다.
본 발명의 특징은:
매크로 레벨 속도 조정을 위한 유압식 연속 가변 속도(CVT) 디바이스;
CVT의 마이크로 레벨 속도 조정을 위한 공압 시스템;
터빈 발전기의 직접 구동을 위한 공압식 에너지 저장 방법;
발전기를 제동하기 위한 공압식 제어 방법, 및
에너지 시스템으로부터 부하/라인으로의 출력의 AC 전기 특성을 측정하는 제어 시스템을 포함하며, 제어 시스템은 마이크로 레벨로 CVT 속도를 조정하기 위해 일련의 제어 밸브를 활성화할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은 유압식 연속 가변 속도 시스템 및 사용 방법 모두를 포함한다. 시스템은 터빈 출력 샤프트와 발전기 입력 샤프트를 가진다. 시스템은, 터빈 출력 샤프트에 연결된 제1 유압 챔버 및 발전기 입력 샤프트에 연결된 제2 유압 챔버를 가지는 유압 시스템을 포함한다. 제1 및 제2 유압 챔버는 서로 유압 연통하고, 제1 및 제2 유압 챔버는 발전기 입력 샤프트의 매크로 레벨 속도 조정을 위한 것이다.
시스템은 또한 제1 및 제2 공압 챔버를 가지는 공압 시스템을 가진다. 제1 공압 챔버는 압축 공기를 생성하고 적어도 하나의 저장 탱크에 저장하기 위해 터빈 출력 샤프트에 연결된다. 제2 공압 챔버는 발전기 입력 샤프트의 마이크로 속도 조정, 발전기 입력 샤프트의 제동, 및 발전기 입력 샤프트의 직접 구동 중 하나 이상을 위해 발전기 입력 샤프트 및 적어도 하나의 저장 탱크에 연결된다.
시스템은 또한 컨트롤러를 포함하며, 컨트롤러는 발전기 입력 샤프트에 연결된 발전기의 출력을 모니터링하고, 출력을 배전 그리드의 부하/라인과 비교하고, 배전 그리드에 공급된 전력을 관리하기 위해 유압 시스템 및 공압 시스템 중 하나 이상을 사용하여, 배전 그리드의 부하/라인의 측정에 기초하여 발전기 샤프트의 속도를 조정한다.
유압 시스템은 일련의 유압 동력식 패들 휠, 제1 유압 챔버와 관련된 적어도 하나의 패들 휠, 제2 유압 챔버와 관련된 복수의 패들 휠을 포함할 수 있다. 각각의 패들 휠은 입력 및 출력 밸브를 가지며, 입력 및 출력 밸브의 작동은 컨트롤러에 의해 제어된다.
제2 유압 챔버에 있는 패들 휠은 크기가 상이하며, 바람직하게 발전기 입력 샤프트의 속도를 증가 또는 감소시키기 위해 발전기를 향하는 방향으로 가장 작은 크기로부터 가장 큰 크기까지의 크기 범위에 놓인다. 유압 시스템은 또한 제1 및 제2 유압 챔버와 연통하는 저장소를 포함한다.
공압 시스템은 제1 공압 챔버와 관련된 적어도 하나의 패들 휠, 및 제2 공압 챔버와 관련된 적어도 하나의 패들 휠을 포함한다.
본 발명은 또한 터빈과 발전기 사이에 전술한 유압식 연속 가변 속도 시스템을 제공하고 컨트롤러, 유압 시스템, 및 공압 시스템를 사용하여 발전기 입력 샤프트의 속도를 제어하기 위한 단계를 포함하는, 터빈의 출력을 제어하는 방법을 포함한다.
도 1은 에너지 관리 장치를 통해 전력을 생성하기 위한 터빈 시스템 및 CVT를 포함하는 한 실시예를 도시하며,
도 2는 CVT의 유압식 매크로 속도 제어, 공압식 마이크로 속도 조절, 공압식 제동, 및 백업 작동과 관련된 기능을 포함하는 도 1의 CVT에 대한 상세도를 제공하며,
도 3은 도 1 및 도 2의 CVT를 위한 공압 및 유압 모듈의 예시적인 패들 휠 구성을 도시한다.
도 1은 터빈 또는 풍력 엔진(500), 통합형 공압 보조 유압식 CVT(503), 및 발전기(505)를 포함하는 시스템(700)의 실시예를 도시한다. CVT(503)는 엔진(500)과 발전기(505) 사이에 위치된다. CVT는 엔진(500) 및 발전기(505)에 각각 연결하기 위한 샤프트 어댑터(101A 및 101B)를 가진다. 회전 속도계(501)가 필요에 따라 공압식 안전 브레이크 작동을 위해 추가될 수 있다.
CVT는 일련의 유압 밸브(216, 217, 226, 227, 236, 237, 246, 247, 256, 및 257)를 가진다. 이들 밸브는 속도 제어를 위한 주 유압 챔버들의 선택을 제공한다. 공압식 제어 밸브(306, 311, 314, 319)가 또한 제공되며, 이들 밸브는 CVT(503)의 속도 제어에 대한 2차 보조를 제공한다.
유압 저장소(290)에는 밸브(291)가 제공된다. 유압 저장소(290)는 작동을 위한 유압 유체를 공급한다. 또한 시스템의 일부로서 복수의 공압 저장 탱크가 포함되며, 2개는 308 및 338로서 제공되지만, 더 많은 저장의 필요성이 존재하면 추가 저장 탱크가 제공될 수 있다. 공압 저장 탱크(308, 338)는 CVT(503)의 2차 보조를 위해 329, 339로서 도시된 2개의 개별 제어 밸브를 사용하는 공기 작동을 위해, 그리고 지속적인 발전을 위한 공압식 에너지 저장을 위해 제공된다.
안전 릴리프 밸브(330, 340)는 안전 목적을 위해 각각의 공압 저장 탱크(308, 338)에 제공된다.
시스템 컨트롤러(502)는 컨버터/인버터(508) 뒤에 제공되고 위치된다. 컨트롤러(502)는 발전 시스템(700)의 작동을 일정하게 조절하기 위해 부하 또는 배전 그리드(510)와 비교하여 발전 시스템(700)의 출력 전기 특성을 모니터링한다.
도 2는 통합형 공압 보조 유압식 CVT(503)의 추가 상세도를 제공한다. 샤프트 어댑터(101A)는 엔진(500)에 부착되고, 상부 공압 챔버(350) 및 상부 유압 챔버(200)를 통해 구동 샤프트(102)를 제공한다.
테이퍼 기어(301)는 공압 챔버(350) 위에 제공되고, 공압 챔버(350)에 제공된 통합형 공기 압축기(303)의 선택적인 작동을 위해 구동 샤프트(102)에 부착된다. 압축기(303)는 샤프트(304)에 연결된 대응 테이퍼 기어(302) 및 테이퍼 기어(301)가 밸브(322)에 의해 제어되는 공기 액추에이터(321)에 의해 맞물릴 때 작동한다. 공압 에너지는 제어 밸브(306) 및 포트(307)를 통해 저장 탱크(308)로 전달된다. 이러한 공압 에너지는 또한 액추에이터(321)를 비활성화하고 기어(301, 302)를 분리하도록 또한 사용될 수 있다. 공기 공급부의 흡기 및 배기는 공압 챔버에 있는 포트(323)를 통과한다.
CVT(503)는 또한 유압 챔버(200, 201)를 포함하며, 챔버(200)는 유체 전달을 위한 주요 소스이다. 유압 라인(204, 205, 214, 215, 224, 225, 234, 235, 244, 245, 254, 255)의 시스템은 유압 챔버(200, 201)를 통과하는 반면에, 외부 유압 라인(206, 207)은 일련의 제어 밸브(216, 217, 226, 227, 236, 237, 246, 247, 256, 257)를 통해 각각의 유압 라인을 상호 연결한다. 추기 밸브(bleed valve)(260)는 추기 목적을 위해 라인(207)에 제공된다. 저장소 밸브(291)는 라인(206)을 위해 제공되고, 이러한 밸브는 발전기(505)로부터 엔진(500)을 유압식으로 분리하기 위해 유압 유체 바이패스를 위한 능력을 제공한다.
유압 챔버(200)는 내부 챔버(203) 내에 위치되는 주 유압 패들 휠(202)을 가진다. 패들 휠(202)은 보조 유압 챔버(201)에 위치된 선택 보조 유압 드라이브(212, 222, 232, 242, 또는 252)에 유압 유체를 터빈의 회전 속도에 기초한 비율로 추진한다. 유압 유체는 하나 이상의 보조 유압 드라이브로 유도되고, 이에 기초하여, 제어 밸브(216/217, 226/227, 236/237, 246/247, 또는 256/257)의 쌍이 선택된다. 보조 유압 드라이브는 또한 패들 휠(212, 222, 232, 242, 252)이며, 패들 휠은 내부 챔버(213, 223, 233, 243, 253) 내에 각각 위치된다. 패들 휠(212, 22, 232, 242, 252)은 발전기(505)의 광범위한 매크로 작동에 필요한 터빈 속도에서의 증가 또는 감소에 비례하여 크기화된다.
보조 공압 챔버(351)는 발전기와 보조 유압 챔버(201) 사이에 제공되고 위치된다. 보조 공압 챔버(351)는 부하 또는 라인(510) 불균형을 최소화하기 위해 발전기(505) 속도를 최적화하는 능력을 제공한다. 저장 탱크(308)로부터의 압축 공기는 발전기(505) 속도를 증가시키기 위해 포트(310)를 통해 공급되는 반면에, 포트(314)는 발전기(505) 속도를 감소시키기 위해 이용된다. 제어 밸브(311, 314, 319)는 속도 제어의 이러한 마이크로 작동을 관리하기 위해 제공되고 사용된다. 보조 공압 챔버(351)는 보조 공압 챔버(351)의 보조 챔버(318)에 위치된 패들 휠(317)을 포함한다. 패들 휠(317)은 부하/라인(510)에 제공된 전력의 조절이 거의 즉각적이도록 소량의 증분만큼 발전기(505) 속도를 조정하는 수단을 제공한다. 이러한 것은 부하/라인(510)에 제공되는 전력의 일관성 및 품질을 관리할 수 있다.
통합형 공압 오버드라이브 유압식 CVT(503)는 엔진/터빈(500) 회전이 없거나 최소로 발생할 때 발전기(505) 작동의 작동을 위해 또한 사용될 수 있다. 주 저장 탱크(308)와 접속되는 일련의 저장 탱크(338) 등으로, 패들 휠(317)에 압축 공기를 제공하는 제어 밸브(311, 314, 319, 320, 329), 및 유압 챔버(200 및 201)에 대한 유압 공급을 차단할 수 있는 제어 밸브(260, 291)는 내부 샤프트(103)를 회전시키도록 제어되며, 이는 차례로 부하/라인(510)과 일치하는 관리된 전력으로 전기를 생산하기 위해 접속 커플링(101B)을 통해 발전기(505)의 샤프트를 회전시킨다.
도 3은 CVT(503)에서 사용하기 위한 패들 휠에 대한 상세도를 제공한다. 전술한 바와 같이, 챔버(200)는 패들 휠(202)을 가지며, 챔버(201)는 패들 휠(212, 222, 232, 242, 252)을 가지며, 각각의 패들 휠은 그 각각의 내부 챔버(203, 213, 223, 233, 243, 253)에 위치된다. 예를 들어, 패들 휠(202)은 휠(203) 주위의 축 회전(axial rotation)에서 X°에 위치된 일련의 패들(209)을 포함한다. 밀봉구(210)들은 축 회전에서 Y°로 내부 챔버(203) 주위에 위치되어 패들 휠(202)의 회전 동안 4개의 밀봉된 영역을 생성한다. 하나의 밀봉된 영역은 "A"로서 도시되어 있으며, 여기에서 2개의 패들(209' 및 209")은 밀봉구(210' 및 210)들과 만난다. 와이퍼들 사이의 주기(period)는 패들 휠(202)의 자체 윤활을 허용한다.
흡기 튜브(204)는 샤프트(102)가 회전함에 따라서 튜브(205)를 통해 패들 휠(202)로부터 유체의 배출에 기초하여 필요에 따라 유압 유체가 챔버에 들어가는 것을 허용한다. 튜브(205)로부터의 유체는 튜브(206)로 들어가고, 내부 챔버(213, 223, 233, 243, 253)로부터 배출 포트(214, 224, 234, 244, 254)를 통해 선택된 파트너 제어 밸브(216, 226, 236, 246, 256)를 경유하여 튜브(207)로 방출되는 유체의 배출과 함께, 선택된 제어 밸브(217, 227, 237, 247 또는 257)를 통해 적절한 패들 휠(212, 222, 232, 242, 252)로 흐른다. 튜브(207)는 CVT(503) 내에서 매크로 속도 제어를 위한 유압 사이클을 완료하기 위해 패들 휠 챔버(203) 및 패들 휠(202)의 주 공급부(204)로 유체를 복귀시킨다. 전형적으로, 터빈 속도에 비교하여 속도를 증가 및 감소시키기 위해 2 내지 3배의 비율이 이러한 매크로 레벨에 대해 설계된다.
CVT(503)의 공압식 양태는 매크로 속도 비율 사이의 마이크로 레벨 속도를 허용한다. 보다 구체적으로, 구동 샤프트(102)에 부착된 테이퍼 기어(301)가 플런저(304)에 의해 테이퍼 기어(302)에 맞물릴 때, 스크롤 또는 스크루형 공기 압축기(303)는 풍속이 이용 가능할 때 활성화된다. 이러한 것은 대기가 흡기 튜브(323)에 들어가, 압축되고, 제어 밸브(306)를 통해 포트(307)를 경유하여 저장 탱크(308)로 빠져나가는 것을 허용한다. 압축 공기는 그런 다음 포트(310, 311)를 통해 저장 탱크(308)로부터 공급될 수 있다. 제어 밸브(311, 314)는 패들 휠(317)에 의해 샤프트(103)의 속도를 감소시키거나 급증시키도록 신속하게 활성화된다. 유압 시스템이 이러한 마이크로 조정을 가능하게 하기 위해, 추기 밸브(260) 및 저장소 밸브(291)는 압력 보상을 허용하도록 일시적으로 개방된다. 공기 압력은 발전기(505) 샤프트 속도를 증가시킬 때 배기 밸브(319)를 통해 완화된다. 샤프트(103)를 감속하는 것은, 제어 밸브(314)가 활성화되고 배기 밸브(319)가 펄스 사이클로 폐쇄되어 라인(315)에 있는 압축 공기가 패들 휠(317)로 다시 유도될 때 생성된다. 마이크로 속도 제어를 위한 이러한 펄스 사이클의 타이밍은 역률이 최대화되는 것을 보장하기 위해 부하/그리드(510)의 AC 전기 파형을 일치시키도록 컨트롤러(502)에 의해 생성된다.
2개의 공압 챔버(350, 351)는 제어 밸브/추기 밸브(260)와 저장소 밸브(291)를 완전히 개방하는 한편, 유압 제어 밸브(216, 217, 226, 227, 236, 237, 246, 247, 256, 257)를 모두 폐쇄하는 것에 의해 발전기를 제동하여 완전히 정지시키는 것을 허용한다. 유체는 그런 다음 패들 휠(202)로부터 저장소(290)를 통해 단순히 순환하는 반면에, 공압식 제어 밸브(314)는 개방되고 제어 밸브(319)는 폐쇄되어 샤프트(103)가 회전하는 것을 정지시키도록 배압을 생성한다.
복수의 공압 저장 탱크(308, 338, ...)는 또한 터빈(500)을 구동하기 위한 바람이 없을 때 샤프트(103)를 회전시키고 발전기(505)를 구동하기 위해 저장된 공압 에너지를 제공할 수 있다. 이러한 모드에서, 제어 밸브/추기 밸브(260) 및 저장소 밸브(291)는 완전히 개방되고, 모든 유압 제어 밸브(216, 217, 226, 227, 236, 237, 246, 247, 256, 257)는 폐쇄된다. 이러한 작동 상태로, 유압 시스템은 중립에 있다. 그런 다음, 제어 밸브(311, 319)는 개방될 수 있고, 이러한 것은 공압 에너지가 패들 휠(317)을 작동시키는 것을 허용하고, 이는 부하/그리드(510)의 AC 전기 파형과 일치하기 위해 발전기(505)를 작동시키도록 샤프트(103)를 적절한 속도로 회전시킨다.
본 발명의 시스템 및 방법은 엔진, 예를 들어 풍력 터빈의 샤프트의 회전을 취하고 그 회전을 매크로 속도 및 마이크로 속도 제어 방식 모두로 발전기에 전달하는 훨씬 개선된 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 엔진이 회전하지 않거나 중요하지 않은 레벨로 회전할 때 발전기로부터 엔진을 분리하거나 발전기를 작동시키는 능력을 제공한다.
이와 같이 본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 각각 충족시키고 엔진, CVT 및 발전기 및 사용 방법을 사용하여 전력을 생성하는 새롭고 개선된 시스템을 제공하는 바람직한 실시예에 관하여 개시된다.
물론, 본 발명의 교시로부터 다양한 변경, 수정 및 변경이 본 발명의 의도된 사상 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 고려될 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구범위의 조건에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (8)

  1. 터빈 출력 샤프트 및 발전기 입력 샤프트를 가지는 유압식 연속 가변 속도 시스템으로서,
    상기 터빈 출력 샤프트에 연결된 제1 유압 챔버 및 상기 발전기 입력 샤프트에 연결된 제2 유압 챔버를 가지며, 상기 제1 및 제2 유압 챔버는 서로 유압 연통하고, 상기 제1 및 제2 유압 챔버는 상기 발전기 입력 샤프트의 매크로 레벨 속도 조정을 위한 것인 유압 시스템;
    압축 공기를 생성하고 적어도 하나의 저장 탱크에 저장하기 위하여 상기 터빈 출력 샤프트에 연결된 제1 공압 챔버, 및 상기 발전기 입력 샤프트의 마이크로 속도 조정, 상기 발전기 입력 샤프트의 제동, 및 상기 발전기 입력 샤프트의 직접 구동 중 하나 이상을 위해 상기 발전기 입력 샤프트 및 상기 적어도 하나의 저장 탱크에 연결되는 제2 공압 챔버를 가지는 공압 시스템; 및
    상기 발전기 입력 샤프트에 연결된 발전기의 출력을 모니터링하고, 상기 출력을 배전 그리드의 부하/라인과 비교하고, 상기 배전 그리드에 공급된 전력을 관리하기 위해 상기 유압 시스템 및 상기 공압 시스템 중 하나 이상을 사용하여, 상기 배전 그리드의 부하/라인의 측정에 기초하여 상기 발전기 샤프트의 속도를 조정하기 위한 컨트롤러를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 일련의 유압 동력식 패들 휠, 상기 제1 유압 챔버와 관련된 적어도 하나의 패들 휠, 상기 제2 유압 챔버와 관련된 복수의 패들 휠을 추가로 포함하며, 각각의 패들 휠은 입력 및 출력 밸브를 가지며, 상기 입력 밸브 및 상기 출력 밸브의 작동은 상기 컨트롤러에 의해 제어되는, 시스템.
  3. 제2항에 잇어서, 상기 제2 유압 챔버에 있는 상기 패들 휠은 상이한 크기인, 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 유압 챔버에 있는 상기 패들 휠은 상기 발전기 입력 샤프트의 속도를 증가 또는 감소시키기 위해 상기 발전기를 향하는 방향으로 가장 작은 크기로부터 가장 큰 크기까지의 크기 범위에 놓이는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유압 챔버와 연통하는 저장소를 추가로 포함하는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 공압 시스템은 상기 제1 공압 챔버와 관련된 적어도 하나의 패들 휠, 및 상기 제2 공압 챔버와 관련된 적어도 하나의 패들 휠을 포함하는, 시스템.
  7. 엔진의 출력을 제어하는 방법으로서,
    엔진과 발전기 사이에 제1항의 유압식 연속 가변 속도 시스템을 제공하고, 상기 컨트롤러, 상기 유압 시스템, 및 상기 공압 시스템를 사용하여 상기 발전기 입력 샤프트의 속도를 제어하기 위한 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 엔진은 풍력 터빈인, 방법.
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Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1514995A (en) 1976-07-19 1978-06-21 Lawson Tancred H Windmill generation of electricity
JPS59159456A (ja) 1983-02-26 1984-09-10 Toyota Motor Corp ベルト式無段変速機の油圧装置
JPH065102B2 (ja) 1985-01-19 1994-01-19 トヨタ自動車株式会社 変速機の制御装置
JPH0788883B2 (ja) 1986-09-26 1995-09-27 本田技研工業株式会社 油圧式伝動装置
US4838024A (en) 1986-11-19 1989-06-13 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Hydraulically operated continuously variable transmission
JPS63145866A (ja) 1986-12-09 1988-06-17 Honda Motor Co Ltd 油圧式伝動装置
JPS63149471A (ja) 1986-12-12 1988-06-22 Honda Motor Co Ltd 油圧式動力伝達装置
JPS63149470A (ja) 1986-12-12 1988-06-22 Honda Motor Co Ltd 油圧式無段変速機
JPS63303255A (ja) 1987-06-03 1988-12-09 Honda Motor Co Ltd 静油圧式無段変速機
JPH0721315B2 (ja) 1987-10-13 1995-03-08 本田技研工業株式会社 車両用無段変速機のクラッチ制御方法
DE19530253A1 (de) 1995-05-23 1996-11-28 Lothar Wanzke Windkraftanlage
US6000294A (en) 1997-11-15 1999-12-14 Eaton Corporation System and method for fluid assisted shifting of mechanical transmissions
TWI330218B (en) * 2004-10-29 2010-09-11 Tai Her Yang Split serial-parallel hybrid dual-power drive system
DE102006040476A1 (de) * 2006-08-29 2008-03-06 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Hydraulische oder pneumatische Steuerungseinrichtung eines automatisierten Schaltgetriebes
CN101016882B (zh) * 2007-01-05 2010-05-19 东南大学 电气无级变速双功率流风力发电机组
US7679207B2 (en) * 2007-05-16 2010-03-16 V3 Technologies, L.L.C. Augmented wind power generation system using continuously variable transmission and method of operation
GB2463647B (en) * 2008-09-17 2012-03-14 Chapdrive As Turbine speed stabillisation control system
WO2010114771A1 (en) 2009-03-30 2010-10-07 Emmeskay, Inc. Continuously variable transmission ratio device with optimized primary path power flow
CN102162431A (zh) * 2010-02-21 2011-08-24 赵国华 气压/液压混合控制的风力稳定发电装置
US20110142596A1 (en) * 2010-06-29 2011-06-16 Jacob Johannes Nies Method for monitoring a component in a hydraulic circuit, monitoring device and fluid turbine
KR20120090758A (ko) 2010-11-30 2012-08-17 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 풍력 발전기 시스템 및 그 작동 제어 방법
AU2010257233A1 (en) * 2010-11-30 2012-06-14 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine generator and tidal current generator
CA2824798A1 (en) * 2011-01-14 2012-07-19 General Compression, Inc. Compressed gas storage and recovery system and method of operation
CN103052795A (zh) * 2011-07-06 2013-04-17 三菱重工业株式会社 具有发电机的能量提取装置以及操作能量提取装置发电机的方法
DE102011084573A1 (de) 2011-10-14 2013-04-18 Sauer-Danfoss Gmbh & Co. Ohg Strömungskraftmaschine und getriebe zum betreiben derselbigen
CN202326016U (zh) * 2011-11-11 2012-07-11 韩树君 风动液压发电机组
US8522538B2 (en) * 2011-11-11 2013-09-03 General Compression, Inc. Systems and methods for compressing and/or expanding a gas utilizing a bi-directional piston and hydraulic actuator
AU2012354296B2 (en) 2011-12-20 2017-04-13 Syncwind Power Limited Power generating system and hydraulic control system
EP2649348B1 (en) 2012-01-31 2017-03-15 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hydraulic transmission comprising variable displacement pump or motor operable with discontinuous range of displacements
US9217412B2 (en) * 2012-04-29 2015-12-22 LGT Advanced Technology Limited Wind energy system and method for using same
KR20140140460A (ko) 2013-05-29 2014-12-09 대화정공 주식회사 연속가변 변속기가 구비된 풍력발전기
US9194465B2 (en) 2013-05-31 2015-11-24 Gm Global Technology Operations, Llc Hydraulic control system for a continuously variable transmission
US9731832B2 (en) * 2013-06-20 2017-08-15 Sikorsky Aircraft Corporation Torque converter for rotorcraft
JP6262994B2 (ja) * 2013-09-18 2018-01-17 三菱重工業株式会社 油圧トランスミッション及びこれを含む機械、並びに、油圧トランスミッションの運転方法
CN204733052U (zh) 2015-05-25 2015-10-28 刘立鹏 一种无极变速电机
US20180051676A1 (en) 2016-08-16 2018-02-22 Richard Chi-Hsueh Automatic and intelligent clutch-type wind turbine system
US20220117120A1 (en) * 2020-10-08 2022-04-14 Caeli, LLC Uninterruptible power and cooling for critical power applications
US20230163622A1 (en) * 2021-11-24 2023-05-25 Higher Dimension Materials, Inc. Hybrid energy storage systems

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