专利名称：液压发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电系统，具体是一种适用于工程机械、移动机 械、机动船只、各种车辆、特种装备等(以下称承载机械)上的电源 设备。它的动力来源是承载机械上的液压动力源。它输出的既可以是 标准的(与电网电力相同的)电能，也可以是其它特殊要求和规格下 的电能。
技术背景现有的应用于工程机械、移动机械、机动船只、各种车辆、特种装备等承载机械的电源设备有如下三种1 )普通独立燃油发电机；其中，普通独立燃油发电机是用一台独立于承载机械主原动机运转的内燃机直接拖动同步发电机运转。其 好处是价格便宜，产品商品化，可选择的品牌和产品很多，但是其缺 点显而易见体积大、重量大、噪音大、排烟散热要求高、日常维护 工作繁瑣，保养费用高。2 )硅整流发电机；其原理是利用承载机械主原动机的动力，通 过原动机取力或者齿轮箱取力口取力，直接拖动直流发电机；该发电 机釆用自励磁或者它励磁，通过控制励磁电流来控制输出电压；该直 流电能经过逆变器，变为标准电网电力规格相符的电能。其优点是效 率较高，传动简单，输出电压和频率的精度较好；缺点是由于发电机 体积和重量限制，这种原理无法做成大功率的发电机；另外，大功率 的逆变器的价格昂贵，也是限制其发展的重要因素。3 )承载机械主原动机电子油门转速控制拖动发电机；其原理与 独立燃油发电机基本相同，只不过其内燃机不是独立用来发电的，而 是取承载机械主原动机拖动同步发电机而成。其好处是与承载机械主
原动机集成在一起，体积和重量都大幅度减小，并且没有额外的排烟 散热要求(主原动机的排烟散热都已经是现成的)，但是其缺点是A)发电机部分必须由主原动机转动链上的机械轴直接拖动，导致发电机的安装位置必须按照原承载机械动力输出口的位置安装。而绝大 多数的承载机械动力输出口附近的空间都不够安装一台大功率发电机的。B)它的频率、电压控制精度也比较差，因而输出精度不高。 C)它只能驻车发电，而不能在行进中发电承载机械(车辆)在路 上行驶时，原动机转速变化范围很大，该系统无法在引擎转速范围很 大的情况下保证电能输出的稳定。综上所述，这种技术的适用范围很 窄。发明内容本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处， 提供一种液压发电系统，该发电系统利用液压动力转换的方式和反馈 控制原理，控制液压马达和发电机转速，从而使发电机输出的电能符 合精度要求。为了解决上述技术问题，本发明釆用以下的技术方案a)液压动 力装置用于将承载机械主原动机输入的机械能转换为液压能，产生 压力油；b)液压调节装置用于根据控制信号调节压力油的流量大小；c) 控制装置用于根据反馈信号输出控制信号，控制液压调节装置；d) 液压驱动装置用于根据压力油的流量大小驱动发电机运转；e) 发电机用于将通过发电机转轴上传递过来的动力转换为电能；f) 电压调节器用于调节发电机输出的电压大小；所述液压动力装置与 承载机械主原动机相连接，所述液压动力装置、液压调节装置、液压 驱动装置之间通过管路依次连接形成液压回路，所述控制装置与液压 调节装置连接构成闭环式控制回路，液压驱动装置通过传动机构与发 电机连接，发电机与电压调节器相连接。为了解决上述技术问题，本发明釆用以下进一步的技术方案 所述的液压调节装置集成于液压动力装置中，液压动力装置中设 有一带有变量机构的液压泵，液压调节装置直接扣压在液压泵的控制 接口上，液压动力装置的高压输出口与低压回油口分别与液压驱动装 置的高压油口、回油口用管路连接。所述的液压调节装置与液压驱动装置集于一体，液压动力装置的 高压油口、回油口通过管路分别与液压调节装置的高压油口、回油口 连接，液压调节装置的高压口与液压驱动装置的高压口直接扣压在一 起，液压调节装置的回油口与液压驱动装置回油口通过管路连接。所述的液压调节装置与液压驱动装置集于一体，液压动力装置的 高压油口、回油口通过管路分别与液压调节装置的高压油口、回油口 连接，液压调节装置的高压油口与液压驱动装置的高压油口通过管路 边接，液压调节装置的回油口与液压驱动装置回油口直接扣压在一 起。所述控制装置包括传感器单元用于釆集发电系统输出的信号； 信号调理单元用于将传感器釆集的信号进行调理；标准信号发生器单元用于产生系统预先设定的标准信号；电子比较器单元用于将 采集信号与标准信号进行比较，并输出一误差信号；控制单元用于根据误差信号和预先设定的算法，输出控制信号；功率放大器安装 在液压调节装置中，用于接收控制信号，并输出相应的电功率信号控 制液压调节装置的阀口开度。所述传感器为电压传感器，该传感器安装在发电机的输出电缆上。所述传感器为转速传感器，该传感器与发电机的转轴相连接。 所述的控制装置与液压调节装置集成于一体，由串联在高压主油路上的压差式流量传感器和液压调节装置构成液压控制调节部分。 所述的控制装置与液压调节装置集成于一体，由串联在高压主油路上的压差式流量传感器和集成于液压动力装置中的比例换向调节
阀构成液压控制调节部分。所述的控制装置与液压调节装置集成于一体，由串联在高压主油 路上的压差式流量传感器和一个比例换向调节阀构成液压控制调节 部分。由以上技术方案可知，本发明的有益效果如下1 )实现了从承 载机械主原动机(或液压系统)到发电机的大功率传动传输利用承 载机械主原动机的动力，用液压动力转换的方式和反馈控制原理，控 制液压马达和发电机转速，保证了液压驱动部分和发电机的转速恒 定，从而使发电机输出的电能符合精度要求，控制精度更高，并且没 有额外的排烟散热要求(主原动机的排烟散热都已经是现成的)；2 ) 体积小、重量轻、功率密度大，容易安装到承载机械上，并且实现了 发电机柔性(随意)布置，使发电机安装在承载机械上的位置可以任 意选择。作为本发明更进一步的实现方式液压调节装置既可集成于 液压动力装置中，也可与液压驱动装置集于一体，控制装置既独可立 设置，也可与液压调节装置集成于一体，使本发明安装位置可随意调 整、使用更加方便、更加安全可靠、能够适用于各种环境的发电系统， 并且发电系统整体结构紧凑，无论是体积和重量相对于现有技术都大 大减小。3 )实现了高精度和高响应速度控制，使电能的输出性能大 幅度提高；4 )能够实现输出电能(交流电)的相位控制，使液压发 电机及其控制系统能够方便地实现并网发电；5)由于该技术的液压 系统的负载能力较强，因此该液压发电系统可以实现带载起动，并且抗瞬间过载能力强；6 )设备免维护(或少维护)，寿命长，维护成本低。
图1为本发明的系统框图。
图4为本发明实施例1中控制形式之三的结构原理图。图5为本发明实施例2中控制形式之一的结构原理图。 图6为本发明实施例2中控制形式之二的结构原理图。 图7为本发明实施例2中控制形式之三的结构原理图。
具体实施方式
按照具体的实施方式原理图，以下逐一介绍本发明的实施工作原 理过程参见图1，本发明的液压发电系统，由液压动力装置l、液压调 节装置2、液压驱动装置3、发电机4、电压调节器5、以及控制装置 6组成。液压动力装置1:用于将承载机械主原动机输入的机械能转换为 液压能，产生压力油，主要由液压泵和油箱组成，液压泵的种类可以 有多种选择；液压调节装置2:用于根据控制信号调节压力油的流量大小，液 压调节装置可釆用比例换向调节阀、伺服阀、或者其它现有技术中描 述的可变节流换向阀等；控制装置6:用于根据反馈信号输出控制信号，控制液压调节装 置，控制装置可与液压调节装置集于一体，取液压流量为反馈信号 可采用压差式流量计、压差式流量传感器等；控制装置也可是独立的 电子调节器取发电机输出电流的频率和相位为反馈信号，或取装在发电机轴端的速度传感器为反馈信号；液压驱动装置3:用于根据压力油的流量大小驱动发电机运转， 液压驱动装置既可以使用液压齿轮马达，也可以使用液压柱塞马达，还可以使用液压叶片式马达做为液压驱动装置的核心部件；发电机4:用于将液压驱动力转换为电能； 电压调节器5:用于调节发电机输出的电压大小； 液压动力装置l与承载机械主原动机相连接，液压动力装置l、 液压调节装置2、液压驱动装置3之间通过管路依次连接形成液压回 路，控制装置6与液压调节装置2连接构成闭环式控制回路，液压驱动装置3的输出轴通过联轴器或其它机械传动机构直接或间接与发 电机4连接并驱动发电机运转，发电机4的输出电缆与电压调节器5 相连接。 实施例1:参见图2: 1-液压动力装置，U-液压泵，lB-油箱，2，-液压控制 调节部分，2A-压差式流量传感器，2B-比例换向调节阀，2C-液阻， 3-液压驱动装置，3A-防吸空单向闽，3B-液压马达，4-发电机，5-电压调节器。液压动力装置l、液压调节装置2、以及液压驱动装置3之间的 连接方式之一液压调节装置集成于液压动力装置中，这种情况下， 液压动力装置中设有一带有变量机构的液压泵1A,例如变量柱塞 泵，液压调节装置一般是直接扣压在液压泵的控制接口上，实现直接 相连；而液压动力装置的高压输出口和低压回油口与液压驱动装置的 高压油口、回油口用管路相连。控制装置形式之一取液压流量为反馈信号，这种情况下控制装 置与液压调节装置集成于一体，此时在液压动力装置到液压驱动部分 的高压主油路上，串联着一个压差式流量传感器2A;该压差式流量 传感器2A和集成于液压动力装置中的比例换向调节阀2B构成液压控 制调节部分2'。该压差式流量传感器2A两端的压力差信号与流过该 流量传感器的流量成正比；该压力差作用于液压控制调节部分中的比 例换向调节阀2B的可移动阀芯两端，并与阀芯上的弹簧预紧力相平 衡，进而保持了液压动力装置中的可变量液压泵的斜盘角度，即保持 相应的主油路流量。当主油路的流量受到某种原因干扰而偏离了预先 设定值，例如流量变小了，那么压差式流量传感器两端的压差就会减 小，因此作用于液压控制调节部分的阀芯两端的压力差就小于弹簧的
弹力，从而使阀芯向增大斜盘角度的方向移动，使主油路种的流量增 大，恢复原来设定的流量值。反之(当流量受到某种原因干扰而变大 时)亦然。参见图3， 1-液压动力装置，1A-液压泵，lB-油箱，2-液压调节 装置，2B-比例换向调节阀，2C-液阻，3-液压驱动装置，3A-防吸空 单向阀，3B-液压马达，4-发电机，5-电压调节器，6-控制装置。控制装置形式之二取发电机输出电流的频率和相位为反馈信 号，此时控制装置为独立的电子调节器，控制装置6包括传感器单元 6A、信号调理单元6B、标准信号发生器单元6C、电子比较器单元6D、 控制单元6E和功率放大器6F,传感器为电压传感器，该传感器安装 在发电机的输出电缆上，该传感器将发电机的输出电压信号经过信号 调理单元调理后，釆集到电子比较器；该比较器将采集到的信号和来 自控制模块内部的标准信号发生器输出的电压信号进行频率和相位 的比较，根据比较后的差值输出 一个电压与该差值成正比的直流信号(称之为误差信号)；该信号经过滤波和放大后，输入到控制单元； 控制单元根据该误差信号和预先制定的算法，输出一个携带控制量的 电压信号给安装于主油路上液压调节装置中的液压控制阀的功率放 大器；液压控制阀可釆用比例换向调节阀、伺服阀或者其它现有技术 中描述的可变节流换向阀，功率放大器输出相应的电功率信号，控制 比例阀或者伺服闽调节其闽口开度，从而精确调节主油路中流过的流 量，进而保证了液压驱动装置和发电机的转速恒定。当发电机的转速 受到某种原因干扰而偏离了预先设定值，例如转速变小了，则导致输 出电压的频率降低了。频率的降低导致在比较器中比较的两个信号的 频率和相位误差增大，比较器输出正误差信号，控制单元根据此信号 输出一个使阀口开度增大的电功率信号，控制比例阀或者伺服闽精确 调节阀口开度，使液压马达的流量增大，进而提高发电机的转速，保 持发电机以预先设定的转速恒速运转。反之(当转速受到某种原因干
扰而变大时)亦然。参见图4, 1-液压动力装置，1A-液压泵，1B-油箱，2-液压调 节装置，2B-比例换向调节阀，2C-液阻，3-液压驱动装置，3A-防吸 空单向闽，3B-液压马达，4-发电机，5-电压调节器，6-控制装置。控制形式之三取装在发电机轴端的速度传感器为反馈信号，此 时控制模块为独立的电子调节器。控制装置包括传感器单元6A、信 号调理单元6B、标准信号发生器单元6C、电子比较器单元6D、控制 单元6E和功率放大器6F。传感器为转速传感器，该传感器与发电机 的转轴相连接。该传感器将发电机的轴转速信号经过信号调理后，釆 集到电子比较器；该比较器将采集到的信号和来自控制模块内部的标 准信号发生器输出的电压信号进行转速和相位的比较，根据比较后的 差值输出一个电压与该差值成正比的直流信号(称之为误差信号)； 该信号经过滤波和放大后，输入到控制单元；控制单元根据该误差信 号和预先制定的算法，输出一个携带控制量的电压信号给安装于主油 路上液压调节装置中的液压控制阀的功率放大器；液压控制阀可采用 比例换向调节阀、伺服阀或者其它现有技术中描述的可变节流换向 阀，功率放大器输出相应的电功率信号，控制比例阀或者伺服闽调节 其阀口开度，从而精确调节主油路中流过的流量，进而保证了液压驱 动部分和发电机的转速恒定。当发电机的转速受到某种原因干扰而偏 离了预先设定值，例如转速变小了，则在比较器中比较的两个信号的 误差增大，比较器输出正误差信号，控制器根据此信号输出一个使阀 口开度增大的电功率信号，控制比例闽或者伺服阀精确调节阀口开 度，使液压马达的流量增大，进而提高发电机的转速，保持发电机以 预先设定的转速恒速运转。反之(当转速受到某种原因干扰而变大时) 亦然。以上三种控制装置都会把反馈回来的信号与预先设定好的控制 目标相比较，进而输出控制信号调节液压调节装置中的液压控制阀的 阀芯位移，从而改变或调节了通过液压马达的流量，控制调节了液压 马达和发电机的转速与相位，进而达到了控制发电机输出频率和相位 的目的。实施例2:参见图5， 1-液压动力装置，lA-液压泵，lB-油箱，2'-液压控制 调节部分，2A-压差式流量传感器，2B-比例换向调节阀，3-液压驱动 装置，3A-防吸空单向阀，3B-液压马达，4-发电机，5-电压调节器。液压动力装置、液压调节装置、以及液压驱动装置之间的连接方 式之二液压调节装置与液压驱动装置集于一体，具有一定长度的高 压管路和低压管路分别将液压动力装置与液压调节装置的高压油口 和回油口连接起来；而液压调节装置的高压油口与液压驱动装置的高 压油口直接扣压在一起，实现直接连接；液压调节装置的回油口与液压驱动装置的回油口通过管路连接；控制装置形式之一取液压流量为反馈信号，这种情况下控制装 置与液压调节装置集成于一体，构成液压控制调节部分2'，在高压主 油路上，串联着一个压差式流量传感器2A和比例换向调节阀2B;该压差式流量传感器两端的压力差信号与流过该流量传感器的流量成 正比；该压力差作用于比例换向调节阀的可移动阀芯两端，并与阀芯 上的弹簧预紧力相平衡，从而保持相应的主油路流量。当主油路的流 量受到某种原因干扰而偏离了预先设定值，例如流量变小了，那么压 差式流量传感器两端的压差就会减小，因此作用于比例换向调节阀阀 芯两端的压力差就小于弹簧的弹力，从而使比例换向调节阀阀芯向增 大阀口开度方向移动，进而减小了主油路上的总节流阻力，使主油路 中的流量增大，恢复原来设定的流量值。反之(当流量受到某种原因 干扰而变大时)亦然。参见图6， 1-液压动力装置，lA-液压泵，lB-油箱，2-液压调节 装置，2B-比例换向调节阀，3-液压驱动装置，3A-防吸空单向阀，3B-
液压马达，4-发电机，5-电压调节器，6-控制装置。控制装置形式之二与实施例1中的控制装置形式之二相同，取发 电机输出电流的频率和相位为反馈信号。参见图7， 1-液压动力装置，lA-液压泵，1B-油箱，2-液压调节 装置，2B-比例换向调节阀，3-液压驱动装置，3A-防吸空单向阀， 3B-液压马达，4-发电机，5-电压调节器，6-控制装置。控制装置形式之三与实施例1中控制装置形式之三相同，取装在 发电机轴端的速度传感器为反馈信号。 实施例3:液压动力装置、液压调节装置、以及液压驱动装置之间的连接方 式之三液压调节装置与液压驱动装置集于一体，具有一定长度的高 压管路和低压管路分别将液压动力装置与液压调节装置的高压油口 和回油口连接起来；而液压调节装置的高压油口与液压驱动装置的高 压油口通过管路连接；液压调节装置的回油口与液压驱动装置的回油 口直接扣压在一起，实现直接连接。控制装置形式之一、之二、之三与实施例2相同。 本发明利用液压动力驱动液压马达，再由液压马达拖动与其同轴 连接的同步发电机或者其它特种发电机；利用反馈控制原理，用高精 度、高响应速度的液压元件控制液压马达和发电机转速，从而使发电 机输出电能符合精度要求，实现标准电网电能或者其它特种电源规格 的电能输出。
权利要求
1、一种液压发电系统，其特征在于它包括a)液压动力装置用于将承载机械主原动机输入的机械能转换为液压能，产生压力油；b)液压调节装置用于根据控制信号调节压力油的流量大小；c)控制装置用于根据反馈信号输出控制信号，控制液压调节装置；d)液压驱动装置用于根据压力油的流量大小驱动发电机运转；e)发电机用于将通过发电机转轴上传递过来的动力转换为电能；f)电压调节器用于调节发电机输出的电压大小；所述液压动力装置与承载机械主原动机相连接，所述液压动力装置、液压调节装置、液压驱动装置之间通过管路依次连接形成液压回路，所述控制装置与液压调节装置连接构成闭环式控制回路，液压驱动装置通过传动机构与发电机连接，发电机的输出电缆与电压调节器相连接。
2、 如权利要求1所述的一种液压发电系统，其特征在于所述的液 压调节装置集成于液压动力装置中，液压动力装置中设有一带有变量 机构的液压泵，液压调节装置直接扣压在液压泵的控制接口上，液压 动力装置的高压输出口与回油口分别与液压驱动装置的高压油口和 回油口用管路连接。
3、 如权利要求1所述的一种液压发电系统，其特征在于所述的液 压调节装置与液压驱动装置集于一体，液压动力装置的高压油口和回 油口通过管路分别与液压调节装置的高压油口和回油口连接，液压调 节装置的高压口与液压驱动装置的高压口直接扣压在一起，液压调节 装置的回油口与液压驱动装置回油口通过管路连接。
4、 如权利要求1所述的一种液压发电系统，其特征在于所述的液 压调节装置与液压驱动装置集于一体，液压动力装置的高压油口、回 油口通过管路分别与液压调节装置的高压油口、回油口连接，液压调 节装置的高压油口与液压驱动装置的高压油口通过管路连接，液压调 节装置的回油口与液压驱动装置回油口直接扣压在一起。
5、 如权利要求1或2或3或4所述的一种液压发电系统，其特征在 于所述控制装置包括传感器单元用于采集发电系统输出的信号；信 号调理单元用于将传感器釆集的信号进行调理；标准信号发生器单 元用于产生系统预先设定的标准信号；电子比较器单元用于将釆 集信号与标准信号进行比较，并输出一误差信号；控制单元用于根 据误差信号和预先设定的算法，输出控制信号；功率放大器安装在 液压调节装置中，用于接收控制信号，并输出相应的电功率信号控制 液压调节装置的阀口开度。
6、 如权利要求5所述的一种液压发电系统，其特征在于所述传感器 为电压传感器，该传感器安装在发电机的输出电缆上。
7、 如权利要求5所述的一种液压发电系统，其特征在于所述传感器为转速传感器，该传感器与发电机的转轴相连接。
8、 如权利要求1或2或3或4所述的一种液压发电系统，其特征在于所述的控制装置与液压调节装置集成于一体，由串联在高压主油 路上的压差式流量传感器和液压调节装置构成液压控制调节部分。
9、 如权利要求1或2所述的一种液压发电系统，其特征在于所述 的控制装置与液压调节装置集成于一体，由串联在高压主油路上的压 差式流量传感器和集成于液压动力装置中的比例换向调节阀构成液 压控制调节部分。
10、 如权利要求l或3或4所述的一种液压发电系统，其特在于所 述的控制装置与液压调节装置集成于一体，由串联在高压主油路上的 压差式流量传感器和一个比例换向调节阀构成液压控制调节部分。
全文摘要
本发明针对现有液压发电系统存在的空间安排不尽合理、输出精度不高、只能驻车发电及电能输出不稳定等缺陷，公开了一种液压发电系统，包括a)液压动力装置；b)液压调节装置；c)控制装置；d)液压驱动装置；e)发电机；f)电压调节器。本发明利用液压动力驱动液压马达，再由液压马达拖动与其同轴连接的同步发电机或者其它特种发电机；利用反馈控制原理，用高精度、高响应速度的液压元件控制液压马达和发电机转速，从而使发电机输出电能符合精度要求，实现标准电网电能或者其它特种电源规格的电能输出。
文档编号F03C2/00GK101126369SQ20071007131
公开日2008年2月20日 申请日期2007年9月19日 优先权日2007年9月19日
发明者威 孙, 瑞欧·卡皮恩 申请人:丹纳森工程装备(杭州)有限公司