[發明專利]用于風力發電站的差動機構

無效

• 申請號: 200980139844.1
• 申請日: 2009-10-09
• 公開（公告）號: CN102177365A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 格拉爾德·黑亨貝格爾
• 申請（專利權）人: 格拉爾德·黑亨貝格爾
• 主分類號: F16H3/72
• 分類號: F16H3/72;H02P9/42;F03D7/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 俞海舟

技術領域

本發明涉及一種用于能量獲取設備、尤其是風力發電站的差動機構、一種用于運行這種差動機構的方法以及一種具有這種差動機構的能量獲取設備、尤其是風力發電站。

背景技術

風力發電站逐漸成為越來越重要的發電設備。因此通過風進行發電的百分比份額持續提高。這點一方面由和電流質量的新標準有關，另一方面和風力發電站越來越大的趨向有關。同時海上風力發電站也成為趨勢，這種風力發電站要求至少5WM安裝容量的設備規模。由于海上區域中的風力發電站的基礎設施和維護或安裝成本很高，所以這類設備的效率和可使用性都是特別重要的。

對于所有設備共同的是可變的轉子轉速的必要性，一方面為了提高在部分負荷范圍內的空氣動力效率并且另外一方面為了調節風力發電站的傳動系中的轉矩，最后為了與轉子葉片調節相結合進行轉速調節。現在應用的大部分風力發電站為了滿足該要求，使用與變頻器組合的、轉速可變的所謂的雙重饋電的三相交流電機或同步發電機形式的發電機方案。這些方案然而具有缺點：(a)風力發電站在電網干擾的情況下的電特性僅僅有條件地滿足供電企業的要求；(b)風力發電站僅僅借助于變壓站可連接到中壓電網上；以及(c)對于可變的轉速需要的變頻器是功率非常大的并且因此是效率損失的源頭。

這些問題能夠通過應用他勵的中壓同步發電機解決。在此然而需要替代的方案，以便滿足對風力發電站的傳動系中的可變的轉子轉速或轉矩調節的要求。一個可能性在于應用差動機構，其通過在恒定的發電機轉速的情況下改變傳動比而允許風力發電站的可變的轉速。

WO2004/109157A1示出了一種復雜的、流體靜力的“多通道”設計，其具有多個平行的差動級和多個可切換的離合器，由此可在單個通道間切換。借助所示技術方案可減小流體靜力的功率和由此流體靜力的損耗。但整個裝置的復雜結構是一大缺點。此外，各單個級之間的切換在控制風力發電站時也是問題。另外該公開文獻還示出了一種機械的制動器，其直接作用于發電機軸上。

WO2006/010190A1示出一種簡單的具有多級的差動機構的電概念，該差動機構優選設定一個異步發電機作為差動驅動裝置。該差動驅動裝置的額定轉速1500rpm在電動運行時擴大1/3至2000rpm，這意味著大約33％的磁場削弱范圍。

EP?1283359A1示出了具有電差動驅動裝置的單級和多級差動機構，單級方案具有圍繞輸入軸同軸定位的具有高額定轉速的特殊三相交流電機，其基于結構形式具有極大的關于轉子軸的慣性矩。作為替換方案，多級差動機構設有高速標準三相交流電機，該三相交流電機平行于差動機構的輸入軸定向。

已知設計的缺點一方面在于差動驅動裝置中的高損耗，另一方面在于設計時用來解決該問題的復雜的機械結構或特殊機電構造以及由此的高昂成本。在流體靜力的方案中此外應用的泵的壽命是一個問題或者在與外部的環境調節適配時需要高的耗費。總之可以確定，所選擇的額定轉速范圍或者對于調整極端負載是過小的或對于風力發電站的最佳的發電是過大的。此外在已知的用于差動驅動裝置的電方案中可以確定，它們在額定轉速范圍和磁場削弱范圍之間規定了不利的分配并且沒有充分考慮到對于控制重要的標準如差動驅動裝置的關于轉子的慣性矩(J_red)。

發明內容

本發明的任務是盡可能地避免上述缺點并且提供一種差動驅動裝置，其除成本盡可能低外既保證了最大發電量又確保了風力發電站的最佳控制。

上述任務利用具有權利要求1特征的差動機構解決。

上述任務此外利用具有權利要求13特征的能量獲取設備解決。

上述任務最后也利用具有權利要求15和16的特征的方法解決。

其余從屬權利要求的技術方案為本發明優選的實施方式。

通過將轉速限定在給定的范圍上在較高的空氣動力效率和通過差動驅動裝置引起的效率損失之間達到了最佳的平衡，同時顧及到了在能量獲取設備特別是風力發電站中的與調節相關的邊界條件。

附圖說明

下面參考附圖進一步說明本發明優選的實施方式。

圖1示出按現有技術的5WM風力發電站的功率曲線、轉子轉速和由此產生的特性值如葉尖速比和功率系數，

圖2示出按現有技術的具有電差動驅動裝置的差動機構的原理圖，

圖3示出按現有技術的具有泵/馬達組合的流體靜力的差動驅動裝置的原理圖，

圖4示出按現有技術的同軸于差動級的輸入軸定向的特殊三相交流電機的原理圖，

圖5示出風力發電站的轉子上的轉速情況和由此產生的用于差動驅動裝置的最大輸入轉矩M_max，