[发明专利]在机器中提供恒速机械输出的系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及风力涡轮，更具体地，涉及在风力涡轮中提供恒速机械输出的系统和方法。

背景技术

可再生形式的能量，如风力，已经日益成为符合当前和未来电力要求的期望源。通常通过使用风力涡轮来捕获风力，风力涡轮包括具有机械耦合至可旋转轴的多个风力涡轮叶片的轮毂。可旋转轴直接或者间接地连接至发电机。例如，发电机包括同步发电机。

典型地，为了进行有效运行，发电机需要恒定的输入角速度。然而，风的角速度经常发生变化，从而可旋转轴不能够为发电机提供恒定的输入角速度。通常，提供变速磁耦合来解决上述问题。变速磁耦合提供在可旋转轴处，这消除了可旋转轴角速度的变化并向发电机提供了恒定的输入角速度。变速磁耦合将电功率转换为机械功率，并将该机械功率传递至可旋转轴以维持该恒定的输入角速度。

传统上，变速磁耦合直接从电网汲取电功率以供其运行，这导致在多种电网准则符合性问题，从而引起了复杂性和费用。

由于这些和其它原因，需要本发明的实施例。

发明内容

提供了一种在风力涡轮中提供恒速机械输出的系统。该系统包括至少一个电机，该至少一个电机配置成将接收自输入轴的旋转机械功率转换为机器电功率。该系统进一步包括电耦合至机器并配置成将机器电功率从直流(DC)功率转换为交流(AC)功率或从交流(AC)功率转换为直流(DC)功率的一个或多个电变换器，其中变换器生成差分电功率。转矩变换器电耦合至电变换器并采用从该一个或多个电变换器接收到的差分电功率来生成恒速机械输出。

附图说明

参考附图阅读下文的详细描述将更好地理解本发明实施例的这些和其它特征、方面和优点，在整个附图中，相同的附图标记代表相同的部件，在附图中：

图1是风力涡轮系统的图示，该系统包括根据本发明示范实施例的恒速机械输出系统；

图2是根据示范实施例的图1中恒速机械输出系统的放大图；以及

图3是根据本发明实施例的一种用于提供在风力涡轮中生成恒速机械输出的系统的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例包括一种在风力涡轮系统中提供恒速机械输出的系统和方法。该系统包括设置在中间轴上的至少一个电机，中间轴的一端附着至主传动机构，第二端附着至转矩变换器。电机将接收自输入轴的旋转机械功率转换至机器电功率。机器电功率被传送至一个或多个电变换器，其将该机器电功率从直流(DC)功率转换为交流(AC)功率。交流功率被传送至转矩变换器，该转矩变换器将交流功率转换为辅助机械功率并将该辅助机械功率传送给机械耦合至该转矩变换器的输出轴。由转矩变换器生成的辅助机械功率与旋转机械功率叠加以提供恒速机械输出。该恒速机械输出被馈送至同步发电机以生成电网电功率。

图1是风力涡轮系统10的图示，风力涡轮系统10包括根据本发明示范性实施例的恒速机械输出系统12。风力涡轮系统10包括在一端18处附着到输入轴16的多个风力涡轮叶片14。在运行中，风以一风角速度击打多个风力涡轮叶片14并使得多个风力涡轮叶片14以一叶片角速度旋转。多个风力涡轮叶片14进一步使得输入轴16以一输入角速度转动。如本文所使用的，术语“角速度”是测量为转每分钟(rpm)的转速并且可互换使用。如同所示，在一个实施例中，输入轴16在第二端24处机械耦合至传动链22中提供的主传动机构20。传动链22通过传动链22内的行星齿轮组将输入角速度增大至中间角速度。传动链22连接至中间轴26，中间轴26机械耦合至恒速机械输出系统12。在示范性实施例中，输入轴可以直接机械耦合至中间轴或恒速机械输出系统。恒速机械输出系统12向输出轴28提供恒速机械输出，以使其以恒定角速度旋转。以该恒定角速度旋转的输出轴28驱动同步发电机30。

在运行中，风角速度由于多种环境因素而变化。风角速度的变化导致动态的叶片角速度。该动态的叶片角速度引起输入角速度改变或变化，从而导致不期望的中间角速度的变化。可以理解，需要输出轴28的恒定的角速度以运行同步发电机30。中间角速度的变化由恒速机械输出系统12进行调节以提供恒定的角速度给输出轴28。在示范性实施例中，由恒速机械输出系统12生成的辅助机械功率向在此所述的输出轴28提供恒定的角速度。