具有多个液压设备的发电装置的制作方法

本发明涉及一种具有多个液压设备的发电装置，更具体地，涉及一种将旋转力转换为液压而驱动发电机的发电装置。

背景技术：

图1是概略性地图示以往的发电装置的结构图。如图1所示，例如，利用风力的液压式发电装置包括：旋转叶片1、液压泵2、液压马达3、发电机4、运送管线5、返回管线6、控制器7、斜板角度调节器8等。

例如，若刮风，则旋转叶片1发生转矩，且咬合在旋转轴中的液压泵2会排出工作流体。排出的工作流体由运送管线5发送至液压马达3，接着，液压马达使得发电机4旋转而生产电力。

为了从风得到最大输出，控制器7接受来自风速计9的所输入的风速，并通过斜板角度调节器8调节液压泵2或者液压马达3所具有的斜板的角度，以便维持最佳速度比。

旋转叶片1起到将风的能量转换为旋转的机械能的作用，且液压泵2起到将机械能转换为流体的能量的作用，液压马达3起到将流体的能量转换为旋转的机械能的作用，并且，发电机4起到将传递的机械能转换为电能的作用。

这种发电装置，当以液压泵、液压马达或者发电机具有的容量(额定输出)的20％以下的水平从能量源(风、水等)输入能量时，具有效率大幅下降的问题。

技术实现要素：

技术问题

对此，本发明的主要目的在于提供一种发电装置，所述发电装置在将旋转力转换为液压而驱动发电机的发电装置中，对于低速旋转也能够有效地利用能量。

解决问题的方案

根据本发明的发电装置，包括：旋转叶片；至少一个液压泵，所述至少一个液压泵由所述旋转叶片的旋转而驱动以使工作流体流动；运送管线，所述运送管线连接于所述液压泵的排出侧而形成所述工作流体的流道；至少两个液压马达，所述至少两个液压马达并联在所述运送管线上；以及，发电机，所述发电机将从所述液压马达传递的旋转力转换为电力。

发明效果

如上所述，根据本发明，适当地分隔液压泵及液压马达等的容量，从而即便在低风速下也具有能够有效发电的效果。

并且，根据本发明，最终具有可以促进发电效率的最大化和提高发电量的效果。

附图说明

图1是概略性地图示以往的发电装置的结构图。

图2是概略性地图示根据本发明的第一实施例的发电装置的结构图。

图3是概略性地图示根据本发明第二实施例的发电装置的结构图。

图4是概略性地图示根据本发明第三实施例的发电装置的结构图。

图5是概略性地图示根据本发明第四实施例的发电装置的结构图。

图6是概略性地图示图2及图3图示的切换单元和发电机的连接关系的示意图。

具体实施方式

以下，通过示例性的附图详细说明本发明。需要注意的是，针对各个附图的特征要素中附加参考符号，对于相同的特征要素，虽然表示在其他图中，但是尽可能使其具有相同的符号。并且，对于说明本发明，在相关的公知特征或者对于功能的具体说明判断为混淆本发明的要旨的情况下，省略其详细的说明。

本发明，为了解决，例如，与风或者水等一样的能量源的流体，以所期望的输出的20％以下水平的方式，微弱地刮风或者流动时效率下降的问题点，其特征在于，将液压泵、液压马达或者发电机中的至少一个是分隔其容量来设置的。

下面，为了方便说明，将以能量源为风的情况举例说明，但并非必须限定于此，例如，也可以适用于利用水等发电是理所当然的。

第一实施例

图2是概略性地图示根据本发明的第一实施例的发电装置的结构图。

如图2所示，根据本发明的第一实施例发电装置，包括：旋转叶片10；至少一个液压泵21、22，所述至少一个液压泵21、22通过由该旋转叶片的旋转驱动以使工作流体流动；运送管线50，所述运送管线50连接于该液压泵排出侧而形成工作流体的流路；至少两个液压马达31、32，所述至少两个液压马达31、32在该运送管线上并联；以及，发电机40，所述发电机40从液压马达传递的旋转力转换为电力。

液压泵的驱动轴共同连接于旋转叶片10的旋转轴，由此，由旋转叶片的旋转可以驱动液压泵。

图2中，向旋转叶片10的旋转轴连接多个液压泵21、22，显示出其驱动轴相互之间且与旋转叶片的旋转轴同轴连接的例子，但不限于此，例如由与齿轮箱等一样的手段，驱动轴可以以并列的方式连接。

多个液压泵21、22具有相互不同的容量。例如，当第一液压泵21与第二液压泵22相比容量相对较大时，这些液压泵具有的容量比可以为4:1。

液压泵21、22可以是，例如，与斜板式活塞泵一样的可变容量型泵。在这种情况下，可以分别包括用于控制液压泵的排出量的斜板角度调节器80。

并且，液压泵21、22可以是固定容量型泵，在这种情况下，在液压泵的驱动轴中可以设置离合器或者附设与各液压泵联系的循环管线而选择相应的液压泵和流道。

运送管线50将液压泵21、22的排出侧连接到多个液压马达31、32的吸入侧。通过该运送管线50从液压泵排出的工作流体向各个液压马达分开流入。

可选择地，可以具备经过阀门52连接到运送管线50的蓄压器51，该蓄压器可以储存能量，因此，储存能量后，当风力较弱时，释放并进行发电，则可以提高效率。

多个液压马达31、32具有相互不同的容量。例如，第一液压马达31与第二液压马达32相比容量相对较大时，这些液压马达具有的容量比可以为4:1。

由液压泵的工作而驱动的液压马达31、32，例如，与斜板式活塞马达等一样的可变容量型马达为较好。在这种情况下，液压马达可以分别由斜板角度调节器80调节其容量。

进一步地，可以包含返回管线60，所述返回管线60将液压泵21、22的吸入侧连接到液压马达31、32的排出侧，此时，工作在液压马达内的工作流体经过返回管线流入至液压泵，接着由液压泵压力上升，从而可以从液压泵排出。

可选择地，在返回管线60中可以具备罐61，可以通过另外的供给泵62抽吸工作流体而运送至液压马达。

在液压马达31、32的输出轴上共同连接发电机40的转子。由此，通过液压马达的旋转，发电机的转子旋转驱动，从而生产交流电力。图2中显示有输出轴的相互间且与发电机的转子同轴连接的例子，但不限于此。

如图6所示，发电机40包括：转子；定子，所述固定中插入该转子；以及，多个线圈部43、44，所述多个线圈部43、44卷绕在定子上且以具有相互不同的线圈数的方式分开。这些发电机，可以根据从风速计91或者液压计及流量计、旋转叶片10的旋转角速度检测计(未图示)获取而计算出的输出，在切换单元45中以选择的方式确定发电机的第一线圈部43或者第二线圈部44中的至少一个而提高发电效率。

例如，当定子具有第一线圈部及第二线圈部，第一线圈部43与第二线圈部44相比线圈数相对较多时，这些第一线圈部及第二线圈部的线圈比可以是4:1。

本发明的发电装置可以包括控制器70。该控制器连接到斜板角度调节器80而调节斜板的角度，因此，旋转叶片10可以以从风速获得最大能量的方式维持叶尖速比(tipspeedratio)的同时，选择液压泵21、22或者液压马达31、32的容量。

并且，控制器70可以连接到风速计91或者液压计及流量计、旋转叶片10的旋转角速度检测计。根据从风速计检测出的风速、或者从液压计及流量计检测出的工作流体的液压及流量、从旋转角速度检测计检测出旋转叶片的旋转角速度等，控制器可以将第一液压泵21或者第二液压泵22连接至流道，并且可以将第二液压马达31或者第二液压马达32连接至流道。

并且，控制器70可以将切换单元45作为媒介连接到发电机40。特别是，控制器可以根据由风速计91或者液压计及流量计、旋转叶片10的旋转角速度检测计获取而计算出的输出，使得切换单元45选择性地决定发电机的第一线圈部43或者第二线圈部44中的至少一个，并且使得所选择的线圈连接到电力系统。

以下，对如此构成的根据本发明的第一实施例的发电装置的工作进行说明。

旋转叶片10例如将风的能量转换为旋转力。其旋转轴旋转的情形下，使得液压泵21、22驱动。液压泵工作而排出工作流体，并且由运送管线50向液压马达31、32传送工作流体而驱动液压马达。

通过液压马达31、32的旋转来旋转发电机40的转子，且发电机生产交流电力。在液压马达中排出的工作流体通过返回管线60循环而再次吸入至液压泵21、22。如此，旋转叶片10的旋转力通过液压系统传动，从而在发电机中转换为电力。

根据这种本发明的第一实施例的发电装置，例如，当设置地点的平均风速维持在所期望的输出的20％以下的水平时，将分开发电机40的线圈，以使第一线圈部43及第二线圈部44的线圈比成为4:1，或者分割与该发电机的转子同轴连接的液压马达的容量，以使第一液压马达31及第二液压马达32的容易比成为4:1，或者分割与旋转叶片10的旋转轴同轴连接的液压泵的容量，以使第一液压泵21及第二液压泵22的容量比成为4:1的方式进行布置。

当以不足所期望的输出的20％的方式刮风时，只有发电机40的定子中卷绕的第二线圈部44维持其运行。并且，当以所期望的输出的20％以上的方式刮风时，使得在发电机的定子上卷绕的第一线圈部43上生产电力。尤其，当刮起狂风时，在发电机的定子上卷绕的第一线圈部及第二线圈部上一起生产电力。

若接收到来自风速计91或者液压计及流量计或者旋转角速度检测计的检测信号，则控制器70基于设定的运转规范，向切换单元45发送控制信号，根据该控制信号，切换单元选择性地切换发电机40的第一线圈部43或者第二线圈部44而连接于电力系统，从而履行稳定且有效的发电。

随之，当以不足所期望的输出的20％的方式刮风时，使得工作流体仅向容量小的第二液压马达32流动。并且，当以所期望的输出的20％以上的方式刮风时，使得工作流体向容量大的第一液压马达31流动。尤其，当刮起狂风时，工作流体向第一液压马达及第二液压马达两侧流动。

若控制器70接收到来自风速计91或者液压计及流量计或者旋转角速度检测计的检测信号，则控制器基于设定的运转规范，向斜板角度调节器80发送控制信号。根据该控制信号，斜板角度调节器80可以变换斜板的角度来控制相应的液压马达31、32的旋转角速度。

特别是，若风速减少到不足所期望的输出的20％，则可以使得工作流体不要向第一液压马达31流动，使得工作流体向第二液压马达32流动，从而以适当的旋转角速度进行旋转。并且，若风速增加到所期望的输出的20％以上，则可以使得工作流体不要向第二液压马达流动，使得第一液压马达旋转。尤其是，若刮起狂风，则可以使得第一液压马达及第二液压马达都旋转，从而按所期望的输出进行运转。

同样，当以不足所期望的输出的20％的方式刮风时，可以使得工作流体仅向容量小的第二液压马达32流动。并且，当以所期望的输出的20％以上的方式刮风时，使得工作流体向容量大的第一液压马达31流动。尤其，当刮起狂风时，工作流体向第一液压马达及第二液压马达两侧流动。

若控制器70接收到来自风速计91或者液压计及流量计或者旋转角速度检测计的检测信号，则控制器基于设定的运转规范，向斜板角度调节器80发送控制信号。根据该控制信号，斜板角度调节器80可以变换斜板的角度来控制该液压泵21、22的旋转角速度，以便维持叶尖速比。

当液压泵21、22为固定容量型泵的情况下，控制器70可以向液压泵的驱动轴设置的离合器或者与各个液压泵联系的循环管线中布置的阀门等传送控制信号而选择相应的液压泵和流道。

在这种情况下也是，若风速减少到不足所期望的输出的20％的水平，则可以使得第一液压泵21的排出量为零，仅适当地调节第二液压泵22的排出量。由此，工作流体可以从第二液压泵向第二液压马达32流动。

并且，若风速增加到所期望的输出的20％以上，则可以使得第二液压泵22的排出量为零，调节第一液压泵21的排出量。由此，工作流体可以从第一液压泵向第一液压马达31流动。

尤其，若刮起狂风，则通过两侧第一液压泵21及第二液压泵22排出工作流体，接着，可以向第一液压马达31及第二液压马达32流动。结果，发电机40以所期望适当的输出至恰当水平的输出运转，最终可以使得发电效率最大化。

其中，当以所期望的输出以上的方式刮风时，开放阀门52，可以在蓄压器51中储存能量，此时，为了补充不足的工作流体，可以运行供给泵62而从罐61向蓄压器供给工作流体来储存能量。之后，当以不足所期望的输出的20％的方式刮风时，释放储存的能量进行发电，则可以提高发电量。

并且，当以不足所期望的输出的20％的水平刮风时，也是可以在蓄压器51中补充工作流体后，在发电机的效率低的区域中释放储存的能量来进行发电，则从结果上可以提高发电效率。

例如，当以发电机所具有的额定输出的约10％的水平刮风时，图1中图示的以往的发电装置中，液压泵及液压马达的效率分别是32％，发电机具有68％的效率。

根据本发明的第一实施例的发电装置中，当以发电机40所具有的额定输出的大约10％水平刮风时，工作流体的渠道确定为从第二液压泵22向第二液压马达32，并使得发电机的第二线圈部44运行起来。这种情况下，第二液压泵与第二液压马达的效率分别是72％，且发电机的效率为87％。

根据本发明的第一实施例的发电装置中，当以发电机40所具有的额定输出20％以上的方式刮风时，工作流体的渠道确定为从第一液压泵21向第一液压马达31，并使得发电机的第一线圈部43运行起来，由于从此沿着液压泵、液压马达或者发电机的效率曲线进行，因此可以维持高的效率来发电。

另一方面，使用两个以上的旋转叶片进行发电的情况下，如图2所示，以共享发电机40的方式布置也是可以的。

第二实施例

图3是概略性地图示根据本发明的第二实施例的发电装置的结构图。

如图3所示，根据本发明的第二实施例的发电装置，除了在旋转叶片10的旋转轴上连接有多个液压泵20的同时，该液压泵具有的容量比为1:1的点之外，剩余的特征要素与前述的第一实施例的特征要素相同。

于是，针对说明根据本发明的第二实施例的发电装置，对于与由第一实施例的发电装置相同的特征要素赋予相同的符号的情形下，省略其特征及功能的详细说明。

在风速高的区域中超过发电机40所具有的额定输出20％的风速发生频率增大。这种情况下，若采用根据本发明的第一实施例的发电装置的结构，则反而可以发生导致效率下降的问题。

因此，根据本发明的第二实施例的发电装置中，由多个液压泵20来分割容量，并将其容量比设为1:1来可以克服效率的降低。

更具体地，根据本发明的第二实施例的发电装置，例如，当设置地点的平均风速维持在所期望的输出的20％以上的水平时，将分开发电机40的线圈，以使第1第一线圈部43及第二线圈部44的线圈比成为4:1，或者分割与该发电机的转子同轴连接的液压马达的容量，以使第一液压马达31及第二液压马达32的容量比成为4:1，或者分割与旋转叶片10的旋转轴同轴上连接的液压泵的容量，以使液压泵20的容量比成为1:1的方式进行布置。

当以一定范围内的流速刮风时，可以仅使得在液压泵20中的一个中流动工作流体。当刮起狂风时，向液压泵的两侧流动工作流体。

当控制器70接收到来自风速计91或者液压计及流量计或者旋转角速度检测计的检测信号时，控制器基于设定的运转规范，向斜板角度调节器80发送控制信号。根据该控制信号，斜板角度调节器80可以变换斜板的角度来控制该液压泵20的旋转角速度，以便维持叶尖速比。

当液压泵20是固定容量型泵的情况下，控制器70可以向液压泵的驱动轴设置的离合器或者与各个液压泵联系的循环管线中布置的阀门等传送控制信号而选择相应的液压泵与流道。

若风速在一定范围内，则可以使得在液压泵20中的某一个排出量为零，调节另一个排出量。

若风速超过一定范围的狂风刮起，则可以通过两侧液压泵20排出工作流体，从而按所期望的输出进行运转。

如此，考虑到平均风速，按发电装置所期望的输出进行运行，从而最终可以最大化发电效率。

第三实施例

图4是概率性地图示根据本发明的第三实施例的发电装置的结构图。

如图4所示，根据本发明的第三实施例的发电装置，除了在多个液压马达31、32中连接有一个相应的发电机41、42的点之外，剩下的特征要素与前述的第一实施例的特征要素相同。

于是，针对说明根据本发明的第三实施例的发电装置，对于与由第一实施例的发电装置相同的特征要素赋予相同的符号的情形下，省略其特征及功能的详细的说明。

前述的第一实施例与第二实施例中，由于其结构问题第一液压马达31和第二液压马达32中的一个得要空转，且在发电机40的情况下，导致在不使用的线圈部中线圈比左右的铜损，由惯性引起的损失，摩擦损失等损失。

因此，根据本发明的第三实施例的发电装置中，由多个发电机41、42将容量进行分开，并将其容量比例如设为4:1，因此可以消除不必要的损失。这些多个发电机41、42可以分别连接至电力系统而供应所生产的电力。

更具体地，根据本发明的第三实施例的发电装置，在容量相对大的第一液压马达31的输出轴上直接连接有大型的第一发电机41，容量小的第二液压马达32的输出轴直接连接有小型的第二发电机42。

根据这种本发明的第三实施例的发电装置，例如，当设置地点的平均风速维持在所期望的总输出的20％以下的水平时，分割发电机的容量，以使第一发电机41及第二发电机42的容量比成为4:1，或者改变与各个发电机连接的各个液压马达的容量，以使第一液压马达31及第二液压马达32的容量比成为4:1，或者分割与旋转叶片10的旋转轴同轴连接的液压泵的容量，以使第一液压泵21及第二液压泵22的容量比成为4:1的方式进行布置。

当以不足所期望的总输出的20％的方式刮风时，仅有容量小的第二发电机42维持其运行，并且，当以所期望的总输出的20％以上的方式刮风时，使得在容量大的第一发电机41上生产电力。尤其，当刮起狂风时，在第一发电机及第二发电机两侧一起生产电力。

随之，当以不足期望的总输出的20％的方式刮风时，使得工作流体仅向容量小的第二液压马达32流动。并且，当以所期望的总输出的20％以上的方式刮风时，使得工作流体向容量大的第一液压马达31流动，尤其，当刮起狂风时，工作流体向第一液压马达及第二液压马达的两侧流动。

若控制器70接收到来自风速计91或者液压计及流量计或者旋转角速度检测计的检测信号，则控制器基于设定的运转规范，向斜板角度调节器80发送控制信号。根据该控制信号，斜板角度调节器80可以变换斜板的角度而控制该液压马达31、32的旋转角速度。

特别是，若风速减少到不足所期望的输出的20％，则可以使得工作流体不要向第一液压马达31流动，使得工作流体向第二液压马达32流动，以适当的旋转角速度旋转。并且，若风速增加到所期望的输出的20％以上，则可以使得工作流体不要向第二液压马达上流动，使得第一液压马达旋转。尤其是，若刮起狂风，则可以使得第一液压马达及第二液压马达都旋转而按所期望的输出运转。

同样，当以不足所期望的输出的20％的方式刮风时，可以使得工作流体仅向容量小的第二液压泵22流动。并且，当以所期望的输出的20％以上的方式刮风时，工作流体向容量大的第一液压泵21流动。尤其，当刮起狂风时，工作流体向第一液压泵及第二液压泵两侧流动。

若控制器70接收到来自风速计91或者液压计及流量计或者旋转角速度检测计的检测信号，则控制器基于设定的运转规范，向斜板角度调节器80发送控制信号。根据该控制信号，斜板角度调节器80可以变换斜板的角度来控制该液压泵21、22的旋转角速度，以便维持叶尖速比。

当液压泵21、22为固定容量型泵的情况下，控制器70可以向液压泵的驱动轴上设置的离合器或者与各个液压泵联系的循环管线中布置的阀门等传送控制信号，而选择相应的液压泵和流道。

在这种情况下，若风速减少到不足所期望的输出的20％，则也可以使得第一液压泵21的排出量为零，仅适当地调节第二液压泵22的排出量。由此，工作流体可以从第二液压泵向第二液压马达32流动，结果运行第二发电机42而进行小容量发电。

并且，若风速增加到所期望的输出的20％以上，则可以使得第二液压泵22的排出量为零，调节第一液压泵21的排出量。由此，工作流体可以从第一液压泵向第一液压马达31流动，结果运行第一发电机41而进行大容量发电。

尤其，若刮起狂风，则可以通过两侧第一液压泵21及第二液压泵22排出工作流体，接着，向第一液压马达31及第二液压马达32流动。结果，按第一发电机41及第二发电机42所期望的总输出运行，从而最终可以使发电效率最大化。

其中，当以所期望的输出以上的方式刮风时，为了从罐61补充工作流体而运转供给泵62后，可以开放阀门52而在蓄压器51中储存能量。然后，当以不足所期望的输出的20％的方式刮风时，若释放储存的能量进行发电，则可以提高发电量。

并且，当以所期望的输出的20％水平以下的方式刮风时，也可以在蓄压器51中补充工作流体之后，在发电机的效率低的区域中释放储存的能量来进行发电，则结果上可以提高发电效率。

另一方面，在使用2个以上的旋转叶片进行发电的情况下，如图4所示，可以以共享第一发电机41或者第二发电机42的方式进行布置。

如此，根据本发明的第三实施例的发电装置具有以下优点，即，可以最大程度上有效地利用能量的同时，即便不使用复杂的控制手段，也可以以简单且容易的方式构成而进行控制。

第四实施例

图5是概略性地图示根据本发明的第四实施例的发电装置的结构图。

如图5所示，根据本发明的第四实施例的发电装置，除了旋转叶片10的旋转轴上连接多个液压泵20的同事，这些液压泵具有的容量比为1:1的点之外，剩下的特征要素与前述的第三实施例的特征要素相同。

也就是说，根据本发明的第四实施例的发电装置是组合根据第二实施例的发电装置的构成特征与根据第三实施例的发电装置的结构特征。

于是，针对说明根据本发明的第四实施例的发电装置，对于与由第二实施例及第三实施例的发电装置相同的特征要素赋予相同的符号的情形下，省略其特征及功能的详细的说明。

在风速高的区域中超过发电机所具有的额定输出20％的风的发生频率会增大，在这种情况下，若采用根据本发明的第三实施例的发电装置的特征，则反而可以发生效率降低的问题。

因此，在根据本发明的第四实施例的发电装置中，将由多个液压泵20来分开容量，并将其容量比设为1:1来可以克服效率下降。

更具体地，根据本发明的第四实施例的发电装置，例如，当设置地点的平均风速维持所期望的输出的20％以上的水平时，将分开发电机的容量，以使第一发电机41及第二发电机42的容量比成为4:1，或者在各个发电机中连接的各个液压马达的容量设为不同，以使第一液压马达31及第二液压马达32的容量比设为4:1，或者，分割与旋转叶片10的旋转轴同轴连接的液压泵20的容量以使液压泵的容量比成为1:1。

如此，根据本发明，考虑到平均风速而适当地分开液压泵、液压马达或者发电机的容量，从而在低风速下也可以最大化发电效率。

并且，若采用分开线圈方式的单一发电机，则可以降低设施单价，并且每液压马达独立布置发电机的情况下，可以减少不必要的损失，提高效率。

另一方面，当使用2个以上旋转叶片进行发电时，若共享发电机，则不仅可以具有提高发电机的效率3～6％，并且节省设施单价的优点。

以上说明只不过是示例性地说明了本发明的技术思想，只要是本发明所属的技术领域中具有通常的知识的人，则在不脱离本发明本质特征的范围内，能够进行各种的修改及改变。因此，在本发明中公开的实施例不是为了限定本发明的技术思想，而是为了进行说明，并且，本发明的技术思想的范围不会由这些实施例而限定。本发明的范围由以下权利要求书解析，且与其相同的范围内的所有技术思想应解析为包含在本发明的权利范围内。

商业上利用可行性

如上所示，本发明是将旋转力转换为液压而确定发电机的发电领域中，针对低速的旋转也能够有效地利用能量的发明。