JP5244813B2 - 風力エネルギプラントの差動歯車及びこの差動歯車の動力範囲の変更又は切り替えのための方法 - Google Patents

Description

本発明は、３つの入力又は出力を有する歯車ユニットを含む風力エネルギシステムのための差動歯車に関し、入力が、風力エネルギシステムのロータに接続され、第１の出力がジェネレータに接続され、第２の出力が、連続的に制御可能な歯車装置の入力シャフト、歯車ユニットのジェネレータ側の出力に接続される出力シャフトに接続される。

本発明はさらに、風の強さが変わったときに、風力エネルギシステムの差動歯車の動力範囲を変更又は切り替えるための方法に関し、３つの入力又は出力を有する歯車ユニットを含み、入力は、風力エネルギシステムのロータに接続され、第１の出力がジェネレータに接続され、そして、第２の出力が、連続的に制御可能な歯車装置の入力シャフトに接続される。

最先端の風力エネルギシステムは、一般に、可変ロータ速度で機能し、規制目的のためにトランスミッションのアクティブトルク制御を有する。これは、慣性モーメントの理由により、ロータの可変回転速度が、トランスミッションの回転速度における変化を低下させ、それ故、ロータブレード調整システムが最適に構成されることを可能にする。さらに、トランスミッションのトルクコントロールは、システム上の負荷が軽減されることを可能にし、グリッドに供給されるエネルギの電気の質を最適にすることを可能にする。部分負荷範囲における改良された空気力学的効率は、さらに、可変ロータ速度に有利である。

ジェネレータの可変回転速度、及び関係する重ねられた加速トルクは、一般に、特に結果として強くなる歯車ユニットにおける悪影響を有する。さらなる障害は、従来技術において主に使用される可変回転速度を伴う入力が、相当に高価な技術を使用することにより、要求される質の動力をただつくることができる周波数コンバータを使って一般に機能することである。

国際公開公報ＷＯ２００４／０８８１３２Ａは、差動歯車と流体トルクコンバータとを使用することによって、前述の障害を回避する装置を開示する。しかしながら、この解決策の不利な点は、歯車及び相互に高い動力レベルについて構成される水力学システムのかなりコストである。特に、この装置に関連する高レベルの流体損失は、広い回転速度範囲において重大であり、それ故、システムの部分負荷範囲における高い損失と、高い初期費用を引き起こす。

これらの障害は、国際公開公報ＷＯ２００４／１０９１５７Ａから知られる歯車によって大きく避けられる。この場合、多重パス差動歯車によって、流体システムを経由して、動力を部分負荷範囲における相互に低いレベルで維持する流体システムが使用される。しかしながら、複雑なカップリングシステム、及びかなりの労力とともにただ調整され得るポンプと連動し、両方とも可変回転速度で運転される複雑な多重パス差動歯車は、この解決策の大きな障害である。

本発明の目的は、従来知られた差動歯車の上記の障害を最小化し、そして、簡単な、効率的かつ費用高価の高い提案を与えることである。

この目的は、連続制御可能な歯車装置の入力シャフトが、調整比歯車を介してジェネレータ側の歯車ユニットの出力シャフトに接続される、請求項５による歯車とともに達成される。

この目的は、請求項１に定められるように、さらに、風力エネルギシステムの差動歯車の動力範囲を切り替えるための方法であって、３つの入力又は出力を有し、入力が風力エネルギシステムのロータに接続され、出力がジェネレータに接続され、入出力が、連続的に制御可能な歯車装置の第１のシャフト、歯車ユニットのジェネレータ側の出力に接続される第２のシャフト、に接続される方法によって達成される。風の強さが変わったときに、歯車ユニットの入力が、小さく、ゼロ入力トルクに規制され、ジェネレータがグリッドから分離し、連続的に制御可能な歯車装置の第１のシャフトを歯車ユニットの入出力シャフトに接続する切り替え可能な歯車装置が切り替えられ、しかも、歯車ユニットの第１の出力の回転速度が、同期回転速度がジェネレータで再設定され、その後、ジェネレータがグリッドに再度取り付けられる。

最後に、請求項４に定められるように、この目的はまた、風力エネルギシステムの差動歯車の動力範囲を変えるための方法であって、３つの入力又は出力を有する歯車ユニットを有し、入力が風力エネルギシステムのロータに接続され、出力がジェネレータに接続され、入出力が、連続的に制御可能な歯車装置の第１のシャフト、歯車ユニットのジェネレータ側の出力に接続される第２のシャフト、に接続される方法によって達成される。風の強さが変わったときに、連続的に制御可能な歯車装置の第１のシャフトを歯車ユニットの入出力シャフトに接続するステージレス歯車装置の速度伝達比が調整される。

ステージを伴う歯車装置又はステージレス歯車装置であり得る調整可能な比歯車は、回転速度が、前記調整可能な比歯車における速度伝達比を変えることによって、要求されるトルクの機能として変化することを可能にし、それによって、連続的に制御可能な歯車装置の動力範囲、及びそれ故、システムのコスト及び前記歯車の動力損失が、最小になるように維持されることを可能にする。

従属項は、本発明の望ましい実施形態に関係する。

本発明に係る差動歯車を含むトランスミッションを示す。

本発明の望ましい実施形態は、添付の図面を参照して、以下にさらに詳細に記載されるであろう。

単純化された図は、本発明による差動歯車を含むトランスミッション１を示す。トランスミッション１は、選択的に、中間歯車によってロータ３に接続された入力シャフト２を含み、この場合、２つの連続的に配置され、遊星ステージ４及び５として構成される２つの歯車ステージを駆動する。複数のステージとして歯車ステージを構成する必要はなく、これらは、他のタイプの歯車として構成され、又は全体に施され得る。

第２歯車ステージ５の出力シャフトは、平歯車ステージ６を駆動し、それ故、トランスミッションを軸方向にシフトさせることが可能になる。このシフトは、第１に、ハブに対して拡がり、ブレード調整機構によってシステムの動力を制御するケーブルが、歯車を介して案内されることを可能にし、第２に、信号を回転部分から固定された部分に移動させるための要求される装置（スリップリング要素）が、風力エネルギシステムのポッド内に収容されることを可能にし、それによって、また、トランスミッションが全長にわたって短くコンパクトになるということを可能にする。

平歯車ステージの出力シャフト６ａは、重ね合わせ歯車ユニット７の遊星キャリア８を駆動する。トルクは、重ね合わせ歯車ユニット７内で、ジェネレータ１１及び流体（油圧）ユニット１２に分配される。この目的のために、ジェネレータ１１は、重ね合わせ歯車ユニット７のリング歯車９に接続される。重ね合わせ歯車ユニット７の太陽歯車１０は、２ステージ調整比歯車１５に接続される。調整比歯車の歯車ステージは、ロータの回転速度と風力供給の機能として選択される。配置された２ステージ歯車装置１５の出力は、第２の調整可能な軸ピストンポンプ１４に流体的に接続される第１の調整可能な軸ピストンポンプ１３である。第２の軸ピストンポンプ１４のシャフトは、平歯車ステージ１６によってジェネレータのシャフト１１に接続される。

風力エネルギシステムの低い動力及び回転速度範囲において、要求される同期回転速度は、軸ピストンポンプ１３，１４を調整することによって、ジェネレータ１１で定められる。重ね合わせ歯車ユニット７の動力は、駆動している平歯車ステージ６から遊星歯車装置８に流れ、それから、リング歯車９及びジェネレータ１１に流れる。流体回路に要求される圧力をつくる第２の軸ピストンポンプ１４は、ジェネレータのシャフト上の平歯車ステージ１６によって駆動される。流体回路のエネルギは、第１の軸ピストンポンプ１３によって再び回転エネルギに変換される。この方法において、速度伝達比は連続的に変動し、特定の動力レベルに適応し、ジェネレータ１１の入力シャフトの回転速度が一定になる。

風力供給が増加すると、システムの動力及び、それ故、流体ユニット１２での回転速度もまた増加する。流体ユニット１２でのしきい値の速度に達する前に、システムは、電気ブレード調整システムによって、小さく０（ゼロ）入力トルクに規制される。この切り替え段階中に、同期ジェネレータ１１は、グリッドから離される。歯車１５は、この低動力の段階において、低速度伝達比に切り替えられる。ロータの回転速度は、それから、ジェネレータ１１での同期速度に達するまで、ブレード調整システムによって、再び増加させられる。この同期の後、手続は完了し、ジェネレータは、グリッドに再接続され、システムは、再び通常の運転モードに移り、高動力で機能する。流体ユニットは、それ故、同じ動力損失で、かなり高レベルのシステム動力を制御できる。

通常運転及び上記の定格化された動力の許容範囲において、動力の流れは、フェーズシフタステージ７を経由して循環する。余分な動力が、歯車１５を介して、フェーズシフタステージ７の太陽歯車１０によって流体ユニット１２に伝達される。前記流体ユニットは、平歯車装置１５を介して接続され、これは、ジェネレータのシャフトの制動トルクを発揮せしめ、それ故、ジェネレータの回転速度を同期回転速度で一定に維持する。このトルクは、ブレード調整システムが、風からロータブレードを回転させるまで、定格化された動力が再び達成されるような範囲に適用される。

Claims (11)

1. 風力エネルギシステムの差動歯車（１）の動力範囲を変更するための方法であって、３つの入力又は出力を有する歯車ユニット（７）を含み、入力が風力エネルギシステムのロータ（３）に接続され、出力がジェネレータ（１１）に接続され、入出力が連続的に可変な歯車装置（１２）の第１のシャフト、歯車ユニット（７）の出力に接続される第２のシャフトに接続され、
   風の強さに応じて、小さなゼロ入力トルクに対する歯車ユニット（７）の入力を規制するステップ、
   電気グリッドからジェネレータ（１１）を離すステップ、
   連続的に可変な歯車装置（１２）の第１のシャフトを歯車ユニット（７）の入出力に接続する切り替え可能な調整比歯車装置（１５）の速度伝達比を切り替えるステップ、
   歯車ユニット（７）の第１の出力の回転速度を、ジェネレータ（１１）で同期速度が再設定されるまで調節するステップ、
   及びジェネレータ（１１）を電気グリッドに取り付けるステップを含む方法。
2. 入力を規制するステップ、回転速度を調整するステップの少なくとも１つのステップが、風力エネルギシステムのブレード調整装置によって実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 入力を規制するステップが、風の強さの変化によって、連続的に可変な歯車装置（１２）のしきい値の速度に達する前に実行されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 風力エネルギシステムの差動歯車（１）の動力範囲を変える方法であって、差動歯車（１）は、３つの入力又は出力を有する歯車ユニット（７）を含み、入力が風力エネルギシステムのロータ（３）に接続され、出力がジェネレータ（１１）に接続され、入出力が連続的に可変な歯車装置（１２）の第１のシャフト、歯車ユニット（７）の出力に接続される第２のシャフトに接続され、
   変化する風の強さに対し、連続的に可変な歯車装置（１２）の第１のシャフトを歯車ユニット（７）の入出力に接続するステージレス歯車装置の速度伝達比を調節するステップを含む方法。
5. 風力エネルギシステムの差動歯車であって、３つの入力又は出力を有する歯車ユニット（７）を含み、入力が風力エネルギシステムのロータ（３）に接続され、出力がジェネレータ（１１）に接続され、入出力が連続的に制御可能な歯車装置（１２）の第１のシャフト、歯車ユニット（７）の出力に接続される第２のシャフトに接続され、連続的に制御可能な歯車装置（１２）の第１のシャフトが、調整比歯車（１５）を介して歯車ユニット（７）の入出力に接続されることを特徴とする差動歯車。
6. 調整比歯車（１５）が切り替え可能な比歯車装置であることを特徴とする請求項５に記載の差動歯車。
7. 調整比歯車（１５）が２ステージ歯車装置であることを特徴とする請求項６に記載の差動歯車。
8. 調整比歯車（１５）が平歯車装置であることを特徴とする請求項７に記載の差動歯車。
9. 調整比歯車（１５）がステージレス歯車装置であることを特徴とする請求項５に記載の差動歯車。
10. 歯車ユニット（７）が遊星歯車装置であり、遊星歯車装置の入力が、遊星キャリア（８）、リング歯車（９）への出力、及び太陽歯車（１０）への入出力に接続されることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載の差動歯車。
11. 連続的に制御可能な歯車装置（１２）が流体歯車装置であることを特徴とする請求項５から１０のいずれか１項に記載の差動歯車。

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