[发明专利]能量获取设备、特别是风力发电站

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，其包含与转 子连接的驱动轴、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，并且第二驱动端与电差 动驱动装置连接。

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-在使用与之有关的中压同步发电机的情况下-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。

EP 1283359A1示出了具有电差动驱动装置的单级和多级差动机 构，其中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。

这些技术方案尽管允许将中压同步发电机连接到电网(即在没有 应用变频器的情况下)，然而已知方案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 考虑到对于成本重要的标准例如差动驱动装置的最佳控制和尺寸。

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能量获取设 备，其除了成本尽可能低外也保证差动驱动装置的最小的结构尺寸。

本发明解决该任务的方式是，电差动驱动装置的最大的惯性矩 J_DA，max＝(J_R/s_ges²)＊f_A，其中f_A≤0.2并且J_R是转子的惯性矩并且s_ges是 转速范围比，其是差动驱动装置的转速范围与转子的转速范围的比值。

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5WM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5示例示出根据现有技术的电差动驱动装置的转速和功率与风 速的关系，

图6示出对于两种不同的运行方式而言在部分负荷范围和在额定 负荷范围内差动驱动装置的转矩/转速特性曲线，

图7示出对于应用系数f_A＝0.2时差动驱动装置的最大允许的惯性 矩以及根据现有技术的高动态的伺服驱动装置的惯性矩与额定转矩的 典型比值和根据本发明的差动驱动装置的惯性矩与额定转矩的典型比 值的比较，

图8示出差动驱动装置的惯性矩和转矩特性曲线的斜率对风力发 电站的调节特性的影响，

图9与本发明相关联的差动级的一个可能的实施方式，

图10示出根据本发明的具有塔式行星齿轮的差动级的一个方案。

具体实施方式

风力发电站的转子的功率由下述公式计算出：