本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其是一種機(jī)械和液壓混合動(dòng)力發(fā)電機(jī)組。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源與環(huán)境危機(jī)日益加劇，全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)、環(huán)境污染和氣候變暖也逐步引起了人類的廣泛關(guān)注，可再生能源的開發(fā)利用正呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢(shì)，風(fēng)能在地球上廣泛存在，且是目前人們所掌握的最成熟的可再生能源之一。不難預(yù)見(jiàn)，風(fēng)力發(fā)電必將會(huì)在未來(lái)世界能源供應(yīng)中起到舉足輕重的作用。

目前風(fēng)電行業(yè)備受關(guān)注的三種機(jī)型分別為齒輪箱式傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，針對(duì)齒輪箱式傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，采用多級(jí)齒輪箱結(jié)構(gòu)，但齒輪箱的傳動(dòng)比為固定值，不能隨著風(fēng)速的變化而變化，同時(shí)齒輪箱的故障率較高而且不易維修；直驅(qū)式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)型，該機(jī)型存在發(fā)電機(jī)體積過(guò)大、制造成本過(guò)高、重量較重和不易于吊裝等方面的不足；針對(duì)液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，雖能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速且壓力高體積小，但該機(jī)型在風(fēng)速較低的時(shí)候，液壓傳動(dòng)有盲區(qū)，不能真正發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。

目前，國(guó)內(nèi)外均有專利對(duì)采用混合傳動(dòng)技術(shù)來(lái)改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行等方面存在的問(wèn)題。

中國(guó)專利CN200810100747.9，東南大學(xué)提出的機(jī)電混合式無(wú)極變速風(fēng)力發(fā)電裝置。改裝置能實(shí)現(xiàn)真正的變速恒頻運(yùn)行，可顯著提高系統(tǒng)的可靠性、運(yùn)行效率及整個(gè)系統(tǒng)的效率。但該裝置機(jī)構(gòu)復(fù)雜，且不具備液壓傳動(dòng)的柔性，所需元件較精密，維修不方便。

中國(guó)專利CN201310121132.5，浙江大學(xué)提出一種無(wú)極增速的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。增速機(jī)構(gòu)有三級(jí)差動(dòng)行星齒輪構(gòu)成，無(wú)極調(diào)速動(dòng)作由單作用彈簧復(fù)位型的調(diào)速液壓缸控制油膜來(lái)完成。該系統(tǒng)能穩(wěn)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電的頻率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的變速恒頻運(yùn)行。但并未體現(xiàn)出機(jī)液傳動(dòng)的最大優(yōu)勢(shì)，齒輪箱較復(fù)雜，通過(guò)油膜副調(diào)速存在能量損失，系統(tǒng)發(fā)熱。

中國(guó)專利CN201510571111.2，長(zhǎng)安大學(xué)提出一種采用二次元件的機(jī)械液壓混合無(wú)極變速裝置。該裝置通過(guò)純機(jī)械傳動(dòng)與機(jī)械液壓混合傳動(dòng)的傳動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)混合傳動(dòng)，傳動(dòng)效率高、變速范圍廣。但是該系統(tǒng)的純機(jī)械傳動(dòng)部分仍無(wú)法做到無(wú)極調(diào)速且齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

美國(guó)專利US6663525B1，Kevin D.Mckee等人提出一種具有制動(dòng)能力的機(jī)液傳動(dòng)裝置。該裝置由行星齒輪機(jī)構(gòu)、泵、馬達(dá)等裝置構(gòu)成，但是液壓系統(tǒng)只是作為制動(dòng)裝置來(lái)控制輸出的旋轉(zhuǎn)，本質(zhì)上還是機(jī)械傳動(dòng)。

綜上所述，現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用機(jī)械液壓混合傳動(dòng)技術(shù)中，僅是在機(jī)械傳動(dòng)支路的基礎(chǔ)上增加了液壓傳動(dòng)支路，齒輪箱部分還是比較復(fù)雜，為克服技術(shù)缺陷，急需提供一種新型的機(jī)液混合傳動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種在可靠性高、體積小、效率高、能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，且風(fēng)速較低時(shí)也擁有定傳動(dòng)比的機(jī)液混合傳動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明主要包括風(fēng)力機(jī)、能量傳動(dòng)部分和能量輸出部分，所述能量傳動(dòng)部分包括第一傳動(dòng)齒輪、第二傳動(dòng)齒輪、第三傳動(dòng)齒輪、第一離合器、第二離合器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、控制器；所述能量輸出部分包括第一能量輸出系統(tǒng)和第二能量輸出系統(tǒng)；第一能量輸出系統(tǒng)由增速齒輪箱、輸出齒輪組及發(fā)電機(jī)組成，第二能量輸出系統(tǒng)由定量泵、泵/馬達(dá)、蓄能器、變量馬達(dá)、齒輪A及發(fā)電機(jī)組成；

其中，風(fēng)力機(jī)與第二傳動(dòng)齒輪同軸連接，第一傳動(dòng)齒輪和第三傳動(dòng)齒輪分別與第二傳動(dòng)齒輪嚙合；在風(fēng)力機(jī)與第二傳動(dòng)齒輪的連接軸上安裝轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器將信號(hào)輸出至控制器，控制器分別與第一離合器、第二離合器連接進(jìn)行控制；

第一傳動(dòng)齒輪與第一離合器連接，第一離合器與增速齒輪箱相連，增速齒輪箱與輸出齒輪組同軸連接，輸出齒輪組中的一個(gè)齒輪與發(fā)電機(jī)同軸連接，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電并入電網(wǎng)，組成第一能量輸出系統(tǒng)；

第三傳動(dòng)齒輪與第二離合器連接，第二離合器又與定量泵同軸連接；定量泵與變量馬達(dá)通過(guò)高壓管路和低壓管路構(gòu)成閉式容積調(diào)速回路；補(bǔ)油泵電機(jī)與補(bǔ)油泵同軸連接，補(bǔ)油泵吸油口與油箱相連，補(bǔ)油泵壓油口分別連接第一單向閥和第二單向閥進(jìn)油口，第一單向閥出油口連接到高壓管路，第二單向閥出油口連接到低壓管路，進(jìn)而通過(guò)液壓管路為系統(tǒng)補(bǔ)油；溢流閥跨接在補(bǔ)油泵壓油口與油箱之間；第一安全閥跨接在高壓管路與油箱之間，第二安全閥跨接在低壓管路與油箱之間；變量馬達(dá)與齒輪A同軸連接并輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，齒輪A與輸出齒輪組中的一個(gè)齒輪嚙合，齒輪A驅(qū)動(dòng)輸出齒輪組帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電并入電網(wǎng)，組成第二能量輸出系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述增速齒輪箱包括第一增速齒輪、第二增速齒輪、第三增速齒輪、第四增速齒輪，第一增速齒輪與第一離合器連接，第二增速齒輪與第一增速齒輪嚙合，第二增速齒輪與第三增速齒輪同軸連接，第四增速齒輪與第三增速齒輪嚙合，第四增速齒輪與輸出齒輪組中的齒輪同軸連接。

進(jìn)一步的，所述輸出齒輪組包括第一輸出齒輪、第二輸出齒輪、第三輸出齒輪；第一輸出齒輪與第四增速齒輪同軸連接，第一輸出齒輪與第三輸出齒輪內(nèi)嚙合，第一輸出齒與第二輸出齒輪外嚙合，第二輸出齒輪與齒輪A嚙合。

進(jìn)一步的，在第二輸出系統(tǒng)中安裝泵/馬達(dá)和儲(chǔ)能器；泵/馬達(dá)與變量馬達(dá)同軸連接；泵/馬達(dá)的出油口與儲(chǔ)能器連通，泵/馬達(dá)的進(jìn)油口與低壓管路接通。

工作過(guò)程大致分為如下三種情況：

1)在風(fēng)速較低(液壓傳動(dòng)處于盲區(qū))時(shí)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)出風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，輸入到控制器中，由控制器發(fā)出信號(hào)控制第二離合器將第三齒輪和定量泵分離開，這時(shí)風(fēng)能驅(qū)動(dòng)風(fēng)力機(jī)通過(guò)第一齒輪、第一離合器、增速齒輪箱、輸出齒輪組與發(fā)電機(jī)相連，同時(shí)將機(jī)械傳動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的捕獲、轉(zhuǎn)化和傳輸。

2)在風(fēng)速較高時(shí)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)出風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，輸入到控制器中，由控制器發(fā)出信號(hào)控制第一離合器將第一齒輪和增速箱分離開，這時(shí)風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)第三齒輪驅(qū)動(dòng)定量泵同步轉(zhuǎn)動(dòng)，定量泵輸出高壓油到變量馬達(dá)，變量馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳遞到齒輪A，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)輸出齒輪組帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電并入電網(wǎng)，整個(gè)過(guò)程中通過(guò)控制變量馬達(dá)確保發(fā)電機(jī)的穩(wěn)速輸出，保證電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)并/離網(wǎng)發(fā)電。

3)當(dāng)風(fēng)速更大時(shí)，機(jī)組產(chǎn)生剩余能量，儲(chǔ)能裝置中泵/馬達(dá)處于泵工況，輸出高壓油至蓄能器，即可將機(jī)組中剩余能量以液壓能的形式存儲(chǔ)在蓄能器中；當(dāng)風(fēng)速較小且液壓傳動(dòng)已經(jīng)出了工作盲區(qū)時(shí)，機(jī)組能量匱乏，儲(chǔ)能裝置中泵/馬達(dá)處于馬達(dá)工況，蓄能器輸出高壓油驅(qū)動(dòng)泵/馬達(dá)，將蓄能器存儲(chǔ)的液壓能以機(jī)械能的形式釋放，與變量馬達(dá)一起驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。儲(chǔ)能裝置的作用是將變量馬達(dá)輸出的機(jī)械能與蓄能器中油液的液壓能之間進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中能量的存儲(chǔ)和釋放，進(jìn)而確保機(jī)組輸出能量的均勻和平滑。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、采用機(jī)械傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)液混合傳動(dòng)發(fā)電，解決單一齒輪傳動(dòng)故障率高的問(wèn)題，并彌補(bǔ)了單純液壓傳動(dòng)低速盲區(qū)的缺點(diǎn)；液壓傳動(dòng)采用定量泵-變量馬達(dá)閉式容積調(diào)速回路和泵/馬達(dá)儲(chǔ)能裝置，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，控制簡(jiǎn)單靈活，使發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定輸出電能。

2、采用離合器裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)在不同風(fēng)速下的分離，控制簡(jiǎn)單、操作靈活。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。

圖2是本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)化框圖。

圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)布置示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)：1-風(fēng)力機(jī)、2-傳動(dòng)齒輪組、2.1-第一傳動(dòng)齒輪、2.2-第二傳動(dòng)齒輪、2.3-第三傳動(dòng)齒輪、3.1-第一離合器、3.2-第二離合器、4-增速齒輪箱、4.1-第一增速齒輪、4.2-第二增速齒輪、4.3-第三增速齒輪、4.4-第四增速齒輪、5-轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、6-輸出齒輪組、6.1-第一輸出齒輪、6.2-第二輸出齒輪、6.3-第三輸出齒輪、7-齒輪A、8-發(fā)電機(jī)、9-定量泵、10-第一單向閥、11-第二單向閥、12-溢流閥、13-補(bǔ)油泵、14-補(bǔ)油泵電機(jī)、15-油箱、16-第一安全閥、17-第二安全閥、18-泵/馬達(dá)、19-蓄能器、20-變量馬達(dá)、21-高壓管路、22-低壓管路、23-電網(wǎng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

本發(fā)明主要包括風(fēng)力機(jī)1、能量傳動(dòng)部分和能量輸出部分；所述能量傳動(dòng)部分包括傳動(dòng)齒輪組2、第一離合器3.1、第二離合器3.2、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器5、控制器24；所述傳動(dòng)齒輪組由第一傳動(dòng)齒輪2.1、第二傳動(dòng)齒輪2.2、第三傳動(dòng)齒輪2.3組成；所述能量輸出部分包括第一能量輸出系統(tǒng)和第二能量輸出系統(tǒng)；第一能量輸出系統(tǒng)由增速齒輪箱4、輸出齒輪組6及發(fā)電機(jī)8組成，第二能量輸出系統(tǒng)由定量泵9、泵/馬達(dá)18、蓄能器19、變量馬達(dá)20、齒輪A7及發(fā)電機(jī)8組成；

如圖1所示，風(fēng)力機(jī)1與第二傳動(dòng)齒輪2.2同軸連接，第一傳動(dòng)齒輪2.1和第三傳動(dòng)齒輪2.3分別與第二傳動(dòng)齒輪2.2嚙合；在風(fēng)力機(jī)與第二傳動(dòng)齒輪的連接軸上安裝轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器5，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器5將信號(hào)輸出至控制器24，控制器24分別與第一離合器3.1、第二離合器3.2連接進(jìn)行控制；第一傳動(dòng)齒輪2.1與第一離合器3.1連接，第一離合器3.1與增速齒輪箱4相連，增速齒輪箱4與輸出齒輪組6同軸連接，輸出齒輪組6中的一個(gè)齒輪與發(fā)電機(jī)8同軸連接，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)8發(fā)電并入電網(wǎng)23，組成第一能量輸出系統(tǒng)；第三傳動(dòng)齒輪2.3與第二離合器3.2連接，第二離合器3.2又與定量泵9同軸連接；定量泵9與變量馬達(dá)20通過(guò)高壓管路21和低壓管路22構(gòu)成閉式容積調(diào)速回路；補(bǔ)油泵電機(jī)14與補(bǔ)油泵13同軸連接，補(bǔ)油泵13吸油口與油箱15相連，補(bǔ)油泵13壓油口分別連接第一單向閥10和第二單向閥11進(jìn)油口，第一單向閥10出油口連接到高壓管路21，第二單向閥11出油口連接到低壓管路22，進(jìn)而通過(guò)液壓管路為系統(tǒng)補(bǔ)油；溢流閥12跨接在補(bǔ)油泵13壓油口與油箱15之間；第一安全閥16跨接在高壓管路21與油箱15之間，第二安全閥17跨接在低壓管路22與油箱15之間；變量馬達(dá)20與齒輪A7同軸連接并輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，齒輪A7與輸出齒輪組6中的一個(gè)齒輪嚙合，齒輪A7驅(qū)動(dòng)輸出齒輪組6帶動(dòng)發(fā)電機(jī)8發(fā)電并入電網(wǎng)23，組成第二能量輸出系統(tǒng)。

所述增速齒輪箱4包括第一增速齒輪4.1、第二增速齒輪4.2、第三增速齒輪4.3、第四增速齒輪4.4，第一增速齒輪4.1與第一離合器3.1連接，第二增速齒輪4.2與第一增速齒輪4.1嚙合，第二增速齒輪4.2與第三增速齒輪4.3同軸連接，第四增速齒輪4.4與第三增速齒輪4.3嚙合，第四增速齒輪4.4與輸出齒輪組6中的齒輪同軸連接。

所述輸出齒輪組6包括第一輸出齒輪6.1、第二輸出齒輪6.2、第三輸出齒輪6.3；第一輸出齒輪6.1與第四增速齒輪4.4同軸連接，第一輸出齒輪6.1與第三輸出齒輪6.3內(nèi)嚙合，第一輸出齒輪6.1與第二輸出齒輪6.2外嚙合，第二輸出齒輪6.2與齒輪A7嚙合。

在第二輸出系統(tǒng)中安裝泵/馬達(dá)18和儲(chǔ)能器19；泵/馬達(dá)18與變量馬達(dá)20同軸連接；泵/馬達(dá)18的出油口與儲(chǔ)能器19連通，泵/馬達(dá)18的進(jìn)油口與低壓管路22接通。

本發(fā)明通過(guò)離合器作用實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)與定量泵和齒輪的傳動(dòng)通斷，低風(fēng)速時(shí)液壓傳動(dòng)處于盲區(qū)，液壓元件的效率低，液壓的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)不出來(lái)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器5測(cè)出風(fēng)力機(jī)1的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，輸入到控制器24中，由控制器24發(fā)出信號(hào)控制第二離合器3.2將第三齒輪2.3和定量泵9分離開，這時(shí)風(fēng)力機(jī)1與增速齒輪箱4連接，風(fēng)力機(jī)1的狀態(tài)是低速大扭矩，通過(guò)齒輪傳動(dòng)增速，帶動(dòng)輸出齒輪組6進(jìn)而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)8發(fā)電；高風(fēng)速時(shí)，齒輪箱傳動(dòng)比為固定值，不能隨風(fēng)速的變化而變化，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器5測(cè)出風(fēng)力機(jī)1的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，輸入到控制器24中，由控制器24發(fā)出信號(hào)控制第一離合器3.1將第一齒輪2.1和增速箱4分離開，這時(shí)風(fēng)力機(jī)1與定量泵9同軸相連，捕獲風(fēng)能并轉(zhuǎn)化為液壓能；定量泵9高壓口通過(guò)高壓管路21與變量馬達(dá)20吸油口相連，變量馬達(dá)20壓油口通過(guò)低壓管路22與定量泵9低壓口相連，構(gòu)成閉式容積調(diào)速回路；補(bǔ)油泵電機(jī)14與補(bǔ)油泵13同軸連接，補(bǔ)油泵13吸油口與油箱15相連，補(bǔ)油泵13壓油口分別連接第一單向閥10和第二單向閥11進(jìn)油口，第一單向閥10出油口連接到高壓管路21，第二單向閥11出油口連接到低壓管路22，進(jìn)而通過(guò)液壓管路為系統(tǒng)補(bǔ)油；溢流閥12跨接在補(bǔ)油泵13壓油口與油箱15之間；第一安全閥16跨接在高壓管路21與油箱15之間，第二安全閥17跨接在低壓管路22與油箱15之間，其作用是分別防止高壓管路21和低壓管路22壓力過(guò)載，起安全保護(hù)作用；整個(gè)過(guò)程中通過(guò)控制變量馬達(dá)20的擺角，確保發(fā)電機(jī)8穩(wěn)速輸出，保證與發(fā)電機(jī)8與電網(wǎng)23并/離發(fā)電。

圖2所示為本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)化圖。風(fēng)能通過(guò)風(fēng)輪將一部分風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能經(jīng)齒輪傳動(dòng)到發(fā)電機(jī)，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；另一部分風(fēng)能通過(guò)風(fēng)輪將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為液壓能傳遞到定量泵，由定量泵將這部分液壓能經(jīng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞至變量馬達(dá)，變量馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，最終將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；另一方面變量馬達(dá)將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能帶動(dòng)儲(chǔ)能裝置的泵/馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行能量存儲(chǔ)和釋放，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)布置示意圖如圖3所示，包括風(fēng)力機(jī)1、傳動(dòng)齒輪組2、增速齒輪箱4、輸出齒輪6、定量泵9、泵/馬達(dá)18、蓄能器19、變量馬達(dá)20、發(fā)電機(jī)8；其中，泵/馬達(dá)18與蓄能器19組成儲(chǔ)能裝置；變量馬達(dá)20與發(fā)電機(jī)8組成發(fā)電裝置。所有裝置都位于機(jī)艙C上，液壓管路連接定量泵9和變量馬達(dá)20，構(gòu)成閉式容積調(diào)速回路。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。