[发明专利]风力发电站

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量获取设备、尤其是风力发电站，具有驱动轴、发电机和带三个驱动端和从动端的差动机构，第一驱动端与驱动轴连接，从动端与发电机连接，第二驱动端与差动驱动装置连接，差动机构是行星齿轮传动装置。

背景技术

风力发电站逐渐成为越来越重要的发电设备。因此通过风进行发电的百分比份额持续提高。这点一方面由和电流质量的新标准有关，另一方面和风力发电站越来越大的趋向有关。同时海上风力发电站也成为趋势，这种风力发电站要求至少5WM安装容量的设备规模。由于海上区域中的风力发电站的基础设施和维护或者说安装成本很高，所以这类设备的效率和可使用性都是特别重要的。

WO2004/109157A1示出了一种复杂的、流体静力的“多通道”设计，其具有多个平行的差动级和多个可切换的离合器，由此可在单个通道间切换。借助所示技术方案可减小流体静力的功率和由此流体静力的损耗。但整个装置的复杂结构是一大缺点。此外，各单个级之间的切换在控制风力发电站时也是问题。另外该公开文献还示出了一种机械的制动器，其直接作用于发电机轴上。

EP 1283359A1示出了具有电差动驱动装置的单级和多级差动机构，单级方案具有围绕输入轴同轴定位的具有高额定转速的特殊三相交流电机，其基于结构形式具有极大的关于转子轴的惯性矩。作为替换方案，多级差动机构设有高速标准三相交流电机，该三相交流电机平行于差动机构的输入轴定向。

已知设计的缺点一方面在于差动驱动装置中的高损耗，另一方面在于设计时用来解决该问题的复杂的机械结构或者说特殊机电构造以及由此的高昂成本。总之可以确定，没有充分考虑到对于控制重要的标准如差动驱动装置的关于转子的惯性矩(J_red)。

发明内容

本发明的任务是尽可能地避免上述缺点并且提供一种差动驱动装置，其除成本尽可能低外，既保证了最大发电量又确保了风力发电站的最佳控制。

本发明解决该任务的方式是，差动驱动装置与差动机构的太阳轮连接，并且差动驱动装置设置在发电机的远离差动机构的一侧上。

由此该设备的极其紧凑且有效的结构方式是可能的，通过这种结构方式也最佳地解决了能量制造设备、尤其是风力发电站的控制技术方面的任务。

其余从属权利要求的技术方案为本发明优选的实施方式。

附图说明

下面参考附图进一步说明本发明优选的实施方式。

图1示出按现有技术的5MW风力发电站的功率曲线、转子转速和由此产生的特性值如叶尖速比和功率系数，

图2示出按现有技术的具有电差动驱动装置的差动机构的原理图，

图3示出按现有技术的具有泵/马达组合的流体静力的差动驱动装置的原理图，

图4示出按现有技术的同轴于差动级的输入轴定向的特殊三相交流电机的原理图，

图5示出风力发电站的转子上的转速情况和由此产生的用于差动驱动装置的最大输入转矩M_max，

图6示例示出电差动驱动装置的转速和功率与风速的关系，

图7示出对于单级差动机构而言最大转矩和比例因数y/x与额定转速范围的关系，

图8示出具有单级和替代地具有二级差动机构的差动驱动装置的传动比和转矩以及对J_red的作用，

图9示出单级或者说二级差动机构的倍乘因数f(J)，差动驱动装置的惯性矩J的值与该倍乘因数相乘，从而计算在最小的转子转速(n_min)时关于转子轴的J_red，

图10示出对于单级或二级差动机构而言所需的转矩，以便借助电差动驱动装置能够根据转速补偿转子上的转速跳跃，

图11示出包括磁场削弱范围的电差动驱动装置(PM-同步电机)的转速/转矩特性与所需的用于差动驱动装置的转矩的比较，

图12示出用于差动驱动装置的最大输入转矩和比例因数y/x与电差动驱动装置的磁场削弱范围的关系，

图13示出总发电量的差异率与磁场削弱范围的关系，

图14示出在具有80％的磁场削弱范围的电差动驱动装置的情况下，在不同年平均风速时对于不同额定转速范围而言的总发电量的差异率，

图15示出在液压差动驱动装置的情况下在不同年平均风速时对于不同额定转速范围而言的总发电量的差异率，

图16示出对于单级差动机构而言在不同的额定转速范围中电差动驱动装置的发电成本，

图17示出对于二级差动机构而言在不同的额定转速范围时电差动驱动装置的发电成本，