专利名称：风轮发电机和潮流发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风轮发电机和潮流发电机，该风轮发电机和潮流发电机将转子的旋转能经由液压传动装置传输到发电机，该液压传动装置是液压泵和液压马达的组合。
背景技术：
近年来，从保护环境的视角看，使用利用风力的风轮发电机以及可再生能源类型的涡轮发电机诸如利用潮汐的潮流发电机正变得流行。
在上述发电机中，风轮发电机将风的动能转化成转子的旋转能并进一步通过发电机将转子的旋转能转化成电功率。在普通的风轮发电机中，转子的转速大约为每分钟几转到每分钟几十转。同时，发电机的额定速度通常为1500rpm或1800rpm,因而将机械变速箱设置在转子与发电机之间。具体地，通过变速箱将转子的转速增大到发电机的额定速度，然后输入到发电机。近年来，因为风轮发电机正变得更大以提高发电效率，所以变速箱趋于变得更沉重和更昂贵。因而，配备采用可变容量式的液压泵和液压马达的组合的液压传动装置的风轮发电机正在得到更多关注。例如，专利文献I公开了一种使用液压传动装置的风轮发电机，该液压传动装置包括通过转子旋转的液压泵和连接到发电机的液压马达。在该风轮发电机的液压传动装置中，液压泵和液压马达经由高压容器和低压容器相连。由此，转子的旋转能经由液压传动装置传输到发电机。另外，液压泵由多个活塞和缸的组以及凸轮构成，所述凸轮使活塞在缸中周期性地往复。另外，专利文献2描述了一种采用液压传动装置的风轮发电机，该液压传动装置由通过转子旋转的液压泵、连接到发电机的液压马达以及布置在液压泵与液压马达之间的工作油路径构成。在该风轮发电机的液压传动装置中，液压泵由多个活塞和缸的组、使活塞在缸中周期性往复的凸轮以及利用活塞的往复打开和关闭的高压阀和低压阀构成。通过将活塞锁闭在上死点附近，由缸和活塞包围的工作室无效，然后液压泵的排量改变。引用列表专利文献专利文献I :US 2010/0032959专利文献2 :US 2010/0040470
发明内容
技术问题要促进称为“可再生能源式的涡轮发电机”的风轮发电机和潮流发电机，必须将电力成本降至等于或低于诸如热能发电和液压能发电的其它发电方法的电力成本，同时要降低其运行成本。要降低这些成本，必须进一步提高风轮发电机和潮流发电机的生产率和易于维护性。并且，取决于某一地点或环境状况，风轮发电机和潮流发电机的规格通常改变，因而存在各种类型的具有不同输出的风轮发电机和潮流发电机。因而，有效地生产各种类型的具有不同输出的风轮发电机和潮流发电机以便降低包括生产成本在内的发电成本是重要的。然而，专利文献I和专利文献2中提出的风轮发电机使用具有许多部件诸如活塞、缸、凸轮、低压阀和高压阀的液压马达，因而生产率和易于维护性是不够的。并且专利文献I和专利文献2都没有公开有效地生产各种类型的具有不同输出的风轮发电机的解决方案。鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种风轮发电机和潮流发电机，该风轮发电机和潮流发电机配备具有液压泵和液压马达的组合的液压传动装置并且具有优良的生产率和易于维护性。问题的解决方案本发明提出了一种风轮发电机或潮流发电机，该风轮发电机或潮流发电机包括 转子；发电机，其将从该转子传输的旋转能转化成电功率；以及液压传动装置，其将转子的旋转能传输到该发电机，其中该液压传动装置包括可变排量式的液压泵，其通过转子驱动；可变排量式的液压马达，其连接到该发电机；高压油管，其布置在液压泵的排出侧与液压马达的进口侧之间；以及低压油管，其布置在液压泵的进口侧与液压马达的排出侧之间，其中液压传动装置的液压泵和液压马达中的每一个包括多个工作室，该多个工作室中的每一个工作室由缸和在该缸中以滑动方式移动的活塞包围；凸轮，该凸轮具有与活塞形成接合的凸轮面；高压阀，所述高压阀中的每一个打开和关闭工作室中的每一个工作室与高压油管之间的高压连通路径；以及低压阀，该低压阀中的每一个低压阀打开和关闭工作室中的每一个工作室与低压油管之间的低压连通路径，并且其中该液压传动装置至少部分地由多个模块构成。此处“模块”指单元，其构成液压传动装置的一部分并且是标准化的部件单元。模块中的每一个模块共享相同的形状和结构。并且模块中的每一个模块优选在相同的操作下执行共同的功能、具有相同的性能并且以相同的性能设计。另外，每个模块彼此类似但在设计中可包括少许差别。在上述的风轮发电机或潮流发电机中，液压传动装置包括液压泵和液压马达的组合，因而与使用机械变速箱的传统风轮发电机或传统潮流发电机相比，能够降低风轮发电机的重量和成本。另外，要采用包括各种部件诸如缸、活塞、凸轮、高压阀和低压阀的液压传动装置，液压传动装置至少部分地由多个模块形成，因而生产率和可维护性得以改进。具体地，通过用模块形成液压传动装置，液压传动装置能够容易地组装并且风轮发电机或潮流发电机的生产率得以提高。另外，即使当液压传动装置发生故障时，模块也能个别地替换，即只需对导致故障的模块进行替换。由此，能够容易地对风轮发电机或潮流发电机执行维护。此外，通过根据预期输出而改变液压传动装置的模块的数量，能够有效地生产各种具有不同输出的风轮发电机或潮流发电机。在上述的风轮发电机或潮流发电机中，优选液压泵由多个模块构成，所述模块中的每一个模块由缸体、活塞、高压阀和低压阀组成，该缸体具有至少一个缸，该活塞、高压阀和低压阀设置用于缸体的至少一个缸中的每一个缸。如上所述，液压泵由多个模块构成，所述模块中的每一个模块由缸体及其附属部件组诸如活塞、高压阀和低压阀组成。由此，能够显著地改进风轮发电机或潮流发电机的生产率和可维护性。在此情形中，优选液压泵的活塞包括活塞体和活塞辊或活塞滑靴，该活塞体在缸中以滑动方式移动，而该活塞辊或活塞滑靴安装在该活塞体上并且与凸轮的凸轮面形成接
合 ο如上所述，液压泵的活塞由包括活塞体和活塞辊或活塞滑靴的活塞形成，使得该活塞能够沿凸轮面平滑地运行。部件的数量通过使用包括活塞体和活塞辊或活塞滑靴的活塞而增加。然而，活塞能够在仍保持风轮发电机的生产率和可维护性的同时安装在上述的模块(缸体及其附属部件组)中。 另外，优选液压泵的缸体在泵的旋转轴的轴向方向上延伸，液压泵的缸体包括至少一个缸阵列，并且液压泵的缸体形成部分地覆盖泵的旋转轴的外周的弧形形状，该至少一个缸阵列中的每一个缸阵列由在泵的旋转轴的轴向方向上的缸布置组成，并且还优选液压泵由绕泵的旋转轴布置的多个模块构成，所述模块中的每一个模块由弧形的缸体、活塞、高压阀和低压阀组成，该活塞、高压阀和低压阀设置用于缸体的缸中的每一个缸。活塞、高压阀和低压阀内装在缸体中，因而模块的外部形状由缸体而不是部件组(活塞、高压阀和低压阀)限定。由于模块的外部形状由缸体的形状设定，所以缸体的形状对组装和拆卸液压泵的可加工性具有显著的影响。特别地在风轮机的旋转轴长于Im的情形中，液压泵的尺寸相当大并且难以执行液压泵的组装/拆卸。通过使模块的外部形状对工人而言易于操纵，液压泵的组装/拆卸能够得以有效地执行。在此方面，通过使用在泵的旋转轴线的方向上延伸的弧形缸体，当组装/拆卸液压泵时，模块能够容易地拆卸或安装，从而改进了风轮发电机或潮流发电机的可维护性。在此情形中，优选液压泵的缸体包括绕泵的旋转轴布置的多个缸阵列，并且高压连通路径布置在相邻的缸阵列之间，属于所述缸阵列的相邻缸阵列的缸的工作室通过该高压连通路径与高压油管连通。以这种方式，多个缸阵列绕泵的旋转轴布置，并且高压连通路径布置在相邻的缸阵列之间，属于相邻缸阵列的缸的工作室通过该高压连通路径与高压油管连通。因此，在属于相邻缸阵列的缸中能够共享该高压连通路径。另外，高压工作油流动所通过的高压连通路径布置在缸体中，从而改进了其液体密封性。液压泵部分地由具有端板的缸体构成，该端板与缸体形成接触。通常，一对端板在泵的旋转轴的轴向方向上布置在泵的旋转轴的外周上或周围以置入多个缸体。可替代地，液压泵的缸体可以连续方式绕泵的旋转轴的整个周边形成环形形状，并且液压泵可由在泵的旋转轴的轴向方向上布置的多个模块构成，所述模块中的每一个模块由环形形状的缸体、活塞、高压阀和低压阀组成，该活塞、高压阀和低压阀设置用于缸体的缸中的每一个缸。如上所述，模块中的每一个模块由缸体及其中的附属部件组组成。通过改变在泵的旋转轴的轴向方向上布置或绕该轴布置的模块的数量，能够有效地利用更少种类的部件生产各种类型的具有不同输出的风轮发电机或潮流发电机。在此情形中，在各种具有不同输出的发电机中能使用基本相同的端板，并且能够改变泵的旋转轴的轴向方向和布置在端板之间的模块的数量。
在该风轮发电机中，优选液压泵的环凸轮具有凸轮面，该凸轮面限定多个具有绕泵的旋转轴交替布置的凹部和凸部的波形部，并且该环凸轮通过将多个模块在泵的旋转轴的周向方向上并排布置而环形地形成，所述模块中的每一个模块是环凸轮在泵的旋转轴的周向方向上所分成的弧形构件中的一个弧形构件。如上所述，液压泵的凸轮是具有凸轮面的环凸轮，该凸轮面限定多个具有绕泵的旋转轴交替布置的凹部和凸部的波形部。当该轴进行一圈旋转时，液压泵的活塞能够移动许多次，从而实现液压泵的大扭矩。另外，液压泵的环凸轮通过将多个弧形模块在泵的旋转轴的周向方向上并排布置而形成，从而显著地提高了液压泵的生产率和可维护性。可替代地，该风轮发电机可构造为使得液压泵的凸轮是具有凸轮面的环凸轮，该凸轮面限定多个具有绕泵的旋转轴交替布置的多个凹部和凸部的波形部，该环凸轮以连续方式绕泵的旋转轴的整个周边环形地形成，并且该环凸轮形成模块，而多个模块在泵的旋转轴的轴向方向上布置以形成液压泵。如上所述，液压泵的凸轮是具有凸轮面的环凸轮，该凸轮面限定多个具有绕泵的·旋转轴交替布置的凹部和凸部的波形部。当该轴进行一圈旋转时，液压泵的活塞能够移动许多次，从而实现液压泵的大扭矩。另外，该环凸轮以连续方式绕泵的旋转轴的整个周边环形地形成，并且该环凸轮形成模块。通过简单地改变在轴的轴向方向上布置的模块的数量，能够有效地生产各种类型的具有不同输出的风轮发电机。在上述的风轮发电机中，还优选液压泵的凸轮是绕泵的旋转轴周向布置的环凸轮，并且该环凸轮具有凸轮面，该凸轮面限定多个具有绕泵的旋转轴交替布置的多个凹部和凸部的波形部，并且多个环凸轮在泵的旋转轴的轴向方向上布置，使得环凸轮的凸轮面的相位彼此相对移位。由此，活塞的运动的定时能通过环凸轮中的每一个环凸轮而彼此延迟，从而减小液压泵的振动。此外优选在上述的风轮发电机中，液压传动装置包括多个液压马达，所述液压马达中的每一个液压马达形成模块。在此情形中，多个形成模块的液压马达和发电机的组可设置在该风轮发电机中。在配备机械变速箱的传统风轮发电机中，轴、发电机和输出轴机械连接。因而，传统风轮发电机具有非常复杂的用以将轴的扭矩传输到多个输出轴的结构。另一方面，在配备该液压传动装置的风轮发电机中，通过简单地布置多个液压马达并且将高压油管和低压油管连接到液压马达中的每一个液压马达，轴的扭矩能够传输到多个液压马达的输出轴。以这种方式，通过将轴的扭矩传输到液压马达的输出轴，液压马达和与其相连的发电机能够得以小型化，并且布置液压马达和发电机的灵活性得以提高。此外，通过将液压马达中的每一个液压马达制成一个模块并且改变模块的数量(液压马达的数量)，能够有效地生产各种类型的具有不同输出的风轮发电机。在上述的风轮发电机中，优选液压马达的凸轮是偏心凸轮，其相对于与发电机相连的曲轴的轴心偏心布置，并且液压马达由在曲轴的轴向方向上布置的多个模块构成，所述模块中的每一个模块由缸体、活塞、高压阀和低压阀组成，该缸体具有至少一个缸，该活塞、高压阀和低压阀设置用于缸体的至少一个缸中的每一个缸，该缸体以连续方式绕曲轴的中心轴线周向布置。
通过制成缸体及其附属部件组的一个模块并且改变布置在曲轴的轴向方向上的模块的数量，能够有效地生产各种类型的具有不同输出的风轮发电机。在上述的风轮发电机中，还优选液压马达的活塞包括活塞体和活塞辊或活塞滑靴，该活塞体在缸中以滑动方式移动，而该活塞辊或活塞滑靴安装在该活塞体上并且与凸轮的凸轮面形成接合。如上所述，通过使用包括活塞体和活塞辊或活塞滑靴的活塞作为液压马达的活塞，凸轮能够与活塞的垂直运动同步地平滑旋转。另外，部件的数量通过使用包括活塞体和活塞辊或活塞滑靴的活塞而增加。然而，活塞能够在仍保持风轮发电机的生产率和可维护性的同时安装在上述的模块(缸体及其附属部件组)中。可替代地，液压马达的凸轮可包括偏心凸轮，其相对于与发电机相连的曲轴的轴心偏心布置，并且液压马达可由在曲轴的周向方向上布置的多个模块构成，所述模块中的每一个模块由缸体、活塞、高压阀和低压阀组成，该缸体具有至少一个缸并且部分地覆盖该偏心凸轮的凸轮面，该活塞、高压阀和低压阀设置用于缸体的至少一个缸中的每一个缸。在上述的风轮发电机中，还优选液压马达的凸轮包括多个偏心凸轮，所述多个偏心凸轮相对于与发电机相连的曲轴的轴心偏心布置，并且多个环凸轮在曲轴的轴向方向上布置，使得偏心凸轮的凸轮面的相位彼此相对移位。低压油管可包括通向大气的部分，但在使用中，其中的流体优选处在高于大气压力的压力下。低压油管可包括软管或管子，并且优选包括形成液压泵和液压马达的本体的导管。由此，用以旋转偏心凸轮中的每一个偏心凸轮的活塞的往复运动的节距能彼此移置，从而减小液压泵的振动。本发明的有利效果根据本发明，风轮发电机或潮流发电机使用包括液压泵和液压马达的组合的液压传动装置，因而与使用机械变速箱的传统风轮发电机或潮流发电机相比，能够降低风轮发电机的重量和成本。另外，要采用包括各种部件诸如缸、活塞、凸轮、高压阀和低压阀的液压传动装置，液压传动装置至少部分地由多个模块形成，因而生产率和可维护性得以改进。具体地，通过用模块形成液压传动装置，液压传动装置能够容易地组装并且风轮发电机或潮流发电机的生产率得以提高。另外，即使当液压传动装置发生故障时，模块也能个别地替换，即只需对导致故障的模块进行替换。由此，能够容易地对风轮发电机或潮流发电机执行维护。此外，通过根据预期输出而改变液压传动装置的模块的数量，能够有效地生产各种具有不同输出的风轮发电机或潮流发电机。
图I是显示风轮发电机的示例结构的示意图。图2是显示该风轮发电机的液压泵的示例构造的视图。图3是显示该风轮发电机的液压马达的示例构造的视图。图4是由多个模块构成的液压泵的示例的图示。图5是沿图4的线A-A截取的剖面图。
图6是显示构成液压泵的模块的缸体的剖面图。图7是自图6的方向B看到的缸体的平面图。图8是由多个模块构成的液压泵的另一示例的图示。图9是沿图8的线C-C截取的剖面图。图10是显示具有多个作为模块的液压马达的液压传动装置的简图。图11是由多个模块构成的液压马达的示例的图示。
图12是由多个模块构成的液压马达的另一示例的图示。图13是沿图11的线D-D截取的剖面图。图14是由多个模块构成的液压马达的另一示例的图示。图15是沿图14的线E-E截取的剖面图。
具体实施例方式现在将参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。然而，预期的是如果没有特别指定，则尺寸、材料、形状、其相对位置等将被理解为仅仅是说明性的而不限制本发明的范围。下文对与本发明有关的风轮发电机的总体结构进行说明。图I是显示该风轮发电机的示例结构的示意图。图2是显示该风轮发电机的示例结构的示意图。图2是显示该风轮发电机的液压泵的示例构造的视图。图3是显示该风轮发电机的液压马达的示例构造的视图。使用三叶片风轮机作为该风轮发电机的示例。然而，本发明不限于此示例而是能应用于各种类型的风轮机。如图I中所示，风轮发电机I包括通过风旋转的转子2、用于增加转子2的转速的液压传动装置10、用于产生电功率的发电机20、短舱22以及用于支撑短舱22的塔架24。转子2构造为使得主轴8 (泵的旋转轴)连接到具有叶片4的毂6。具体地，三个叶片4从毂6径向延伸，并且叶片4中的每一个叶片安装在与主轴8相连的毂6上。由此，作用在叶片4上的风力使整个转子2旋转，转子2的旋转经由主轴8输入到液压传动装置
10。毂6可容纳用于改变叶片4的桨距角的桨距驱动机构。液压传动装置10包括通过主轴8旋转的可变排量式的液压泵12、连接到发电机20的可变排量式的液压马达14以及布置在液压泵12与液压马达14之间的高压油管16和低压油管18。高压油管16将液压泵12的排出侧和液压马达14的进口侧连接。低压油管18将液压马达14的排出侧和液压泵12的进口侧连接。由此，主轴8的旋转使液压泵12旋转，从而在高压油管16与低压油管18之间产生压力差。该压力差驱动液压马达14。液压传动装置10根据主轴8的转速调节增速比(液压泵12和液压马达14的排量比)，以便使液压马达14的转速保持在恒定速度。如图2中所示，液压泵12具有多个由缸30和活塞32包围的工作室33、具有与活塞32接合的凸轮面的凸轮34以及高压阀36和低压阀38的组，每组高压阀36和低压阀38设置用于工作室33中的每一个工作室。缸30是形成在下文描述的缸体中的柱形空间。在缸30的内部形成由缸30和活塞32包围的工作室33。
从使活塞32沿凸轮34的凸轮面平滑运行的视角看，活塞32中的每一个活塞优选包括活塞体32A和活塞辊或活塞滑靴，该活塞体32A在缸30中以滑动方式移动，而该活塞辊或活塞滑靴安装在活塞体32A上并且与凸轮34的凸轮面接合。“活塞辊”是与凸轮34的凸轮面形成接触并且在其上滚动的构件。“活塞滑靴”是与凸轮34的凸轮面形成接触并且在其上滑动的构件。图2中示出的示例显示了每一个均具有活塞体32A和活塞辊32B的活塞32。凸轮34经由凸轮架35安装在主轴8的外周上。对于主轴8的一圈旋转，凸轮34使液压泵的活塞32中的每一个活塞向上和向下移动多次，从而增大液压泵的扭矩。根据该观点，凸轮34优选是具有凸轮面的环凸轮，该凸轮面限定多个具有绕主轴交替布置的凹部34A和凸部34B的波形部。凸轮34通过诸如螺栓、键和销的固定构件固定到凸轮架35。
高压阀36布置在高压油管16与工作室33的每一个工作室之间的高压连通路径37中。同时，低压阀38布置在低压油管18与工作室33的每一个工作室之间的低压连通路径39中。通过打开和关闭高压阀36和低压阀38，能够改变高压油管16与工作室33的每一个工作室之间以及低压油管18与工作室33的每一个工作室之间的连通状态。高压阀36和低压阀38的打开和关闭与活塞32的向上和向下运动同步执行。在液压泵12中，当凸轮34随主轴8旋转时，每个活塞32的活塞体32A周期性地向上和向下移动。并且在液压泵12中，泵步骤和吸入步骤重复地执行，在该泵步骤中，活塞32从下死点移动到上死点，而在该吸入步骤中，活塞32从上死点移动到下死点。在该泵步骤中，高压阀36打开而低压阀38关闭，以便将工作室33中的高压油经由高压连通路径37供应到高压油管16。同时，在该吸入步骤中，高压阀36关闭而低压阀38打开，以便将来自低压油管18的低压油经由低压连通路径39供应到工作室33。以这种方式，液压泵12通过主轴8的旋转而旋转，从而在高压油管16与低压油管18之间产生压力差。如图3中所示，液压马达13包括多个形成在缸40与活塞42之间的液压室43、具有与活塞42接合的凸轮面的凸轮44以及设置用于液压室43中的每一个液压室的高压阀46和低压阀48。缸40是设置用于下文描述的缸体的柱形空间。在缸40的内部形成由缸40和活塞42包围的工作室43。从使活塞42的向上和向下运动平滑地转化成凸轮44的旋转运动的视角看，活塞42中的每一个活塞优选包括活塞体42A和活塞辊或活塞滑靴，该活塞体42A在缸40中以滑动方式移动，而该活塞辊或活塞滑靴安装在活塞体42A上并且与凸轮44的凸轮面接合。此处，“活塞辊”是与凸轮34的凸轮面形成接触并且在其上旋转的构件。“活塞滑靴”是与凸轮34的凸轮面形成接触并且在其上滑动的构件。图3显示了活塞42中的每一个活塞均具有活塞体42A和活塞辊42B的示例。凸轮44是偏心凸轮,其相对于与发电机20相连的曲轴45的轴心O偏心地布置。当活塞42完成一组向上和向下运动时，凸轮44和凸轮44安装在其上的曲轴45完成一圈旋转。高压阀46布置在高压油管16与工作室43的每一个工作室之间的高压连通路径47中。同时，低压阀48布置在低压油管18与工作室43的每一个工作室之间的低压连通路径49中。通过打开和关闭高压阀46和低压阀48，能够改变高压油管16与工作室43的每一个工作室之间以及低压油管18与工作室43的每一个工作室之间的连通状态。高压阀46和低压阀48的打开和关闭与活塞42的向上和向下运动同步执行。在液压马达14中，活塞42通过使用高压油管16与低压油管18之间的压力差而上下移动。并且在液压马达14中，马达步骤和排出步骤重复地执行，在该马达步骤中，活塞42从上死点移动到下死点，而在该排出步骤中，活塞42从下死点移动到上死点。在该马达步骤中，高压阀46打开而低压阀48关闭，以便将高压油从高压油管16经由高压连通路径47供应到工作室43。同时，在该排出步骤中，高压阀46关闭而低压阀48打开，以便将工作室43中的工作油经由低压连通路径排出到低压油管18。以这种方式，在马达步骤中供应到工作室43中的高压油将活塞42向下推向下死点，然后曲轴45随凸轮44旋转。 如图I中所示，发电机20连接到液压传动装置10的液压马达14。已知的同步发电机或异步发电机能用作发电机20。将具有几乎恒定转速的扭矩从液压马达14输入到发电机20，然后发电机20产生具有几乎恒定频率的交流电。短舱22可旋转地支撑转子2的毂并且容纳诸如液压传动装置10和发电机20的多个装置。此外短舱22可旋转地支撑在塔架24上并且可根据风向通过未示出的偏航马达(yaw motor)转动。塔架24形成从基座26向上延伸的柱。例如，塔架24能由一个柱状构件或多个在垂直方向上相连的单元构成以形成柱形形状。如果塔架24由多个单元构成，则短舱22安装在最顶部单元上。接下来，对用于与该优选实施例相关的风轮发电机I的液压传动装置10的详细构造进行说明。在该风轮发电机I中，液压传动装置10至少部分地由多个模块构成。下文中，通过使用如下示例对液压传动装置10的构造进行说明其中液压传动装置10的液压泵12由多个模块形成的示例；其中液压传动装置通过使用多个液压马达14作为模块形成的示例；以及其中液压传动装置10的液压马达14由多个模块形成的示例。(液压泵模块)图4示出了由多个模块构成的液压泵的示例。图5是沿图4的线A-A截取的剖面图。图6是显示构成液压泵12的模块的缸体的剖面图。图7是自图6的方向B的缸体的平面图。图4显示了安装在主轴8上的液压泵12。具体地，凸轮架35固定到主轴8的外周，而凸轮34安装在该凸轮架35上。另外，在图4中示出的示例中，液压泵12布置在用于在短舱侧可旋转地支撑主轴8的主轴轴承9A与9B之间。在凸轮架35的外周上，泵壳50经由泵轴承52固定。泵壳50覆盖缸30、活塞32、高压阀36、低压阀38和凸轮34中的每个部件，并且还防止工作油泄漏到外部。另外，泵壳50包括一对布置在主轴8的轴向方向上的端板50A和50B以及布置在该对端板50A和50B之间的柱形外壳50C。液压泵12由多个模块构成，这些模块中的每一个模块均由缸体54、活塞32、高压阀36和低压阀38组成，该缸体54具有至少一个缸30，而该活塞32、高压阀36和低压阀38设置用于缸体54的缸30中的每一个缸。该模块由缸体54以及诸如活塞32、高压阀36和低压阀38的附属部件形成。以这种方式，液压泵12通过组合多个模块而构成以便显著地改进风力发电机I的生产率和可维护性。如图7中所示，缸体54中的每一个缸体是在主轴8的轴向方向上延伸的弧形横截面的构件。缸体54中的每一个缸体包括至少一个缸阵列56 (参见图7)。如图7所示，缸体54中的每一个缸体由在主轴8的轴向方向上布置的缸30-1、30-2、30-3和30_4构成。对于缸体54,成对的活塞32、高压阀36和低压阀38布置用于缸30中的每一个缸。如图5中所示，液压泵12由多个在主轴8的周向方向上布置的模块Ml构成，模块Ml中的每一个模块均由弧形的缸体54、活塞32、高压阀36和低压阀38组成，该活塞32、高压阀36和低压阀38设置用于缸体54的缸30中的每一个缸。活塞32、高压阀36和低压阀38集成在缸体54中，并且由活塞32、高压阀36和低·压阀38构成的此部件组不限定模块的形状。模块的形状由缸体54限定并且显著地影响液压泵12的拆卸和组装的可加工性。就这一点，使用在主轴8的轴向方向上延伸的弧形的缸体54，使得当组装或拆卸液压泵12时，模块Ml能容易地安装或卸下。由此，风轮发电机I的可维护性得以改进。缸体54包括多个在主轴8的周向方向上布置的缸阵列56。并且高压连通路径37布置在相邻的缸阵列56之间，通过该高压连通路径37，属于彼此相邻的缸阵列56的缸30的流体室33与高压流体管线连通。在图7中所示的示例中，高压连通路径37布置在一对相邻的缸阵列56之间。八个缸30属于该对相邻的缸阵列56。八个缸30中的每一个缸的每个工作室33经由高压阀36连接到高压连通路径37。以这种方式，标准化的高压连通路径37能用于属于相邻缸阵列56的所有的缸30。另外，高压的工作油移动所通过的高压连通路径37布置在缸体54的一侧，并因而改进了液体密封性，即抑制了工作油的泄漏。另外，以与高压连通路径37相同的方式，标准化的低压连通路径39能用于多个缸30。在此情形中，针对多个缸30标准化的高压连通路径37和低压连通路径39可布置为从缸体54的相对端沿主轴8的轴向方向延伸。此外，来自工作室33的高压油通过高压连通路径37供应到高压油管16，该高压油管16连接到液压泵12的后端侧，例如距液压泵12的毂6最远的一侧。同时，如图4和图5所示，低压连通路径39布置在缸体54的在主轴8的径向方向上的外侧以及泵壳50的在该径向方向上的内侧。低压连通路径39是设置用于多个缸30的公共低压连通路径，并且与连接到液压泵12的顶部的低压油管18连通。以这种方式，低压油管18的低压油流动通过低压连通路径39，然后经由低压阀38供应到工作室33中的每一个工作室。如图5中所示，液压泵12的凸轮34可由多个并排布置在主轴8的周向方向上的模块M2环形地形成。模块M2中的每一个模块是上述环凸轮(参见图2)在主轴8的周向方向上所分成的弧形构件58。以这种方式，弧形构件58作为模块M2并排布置在主轴8的周向方向上，以便形成环凸轮，即凸轮34。由此，液压泵12的生产率和易于维护性能显著改进。如图4中所示，液压泵12的凸轮34的阵列布置在主轴8的轴向方向上。在此情形中，优选布置为使得凸轮34中的每一个凸轮的凸轮面相对于彼此移置，以通过延迟活塞32彼此的运动的定时来减小液压泵12的振动。换句话说，在主轴8的周向方向上的一个位置处，多个布置在主轴8的轴向方向上的凸轮34具有彼此不同的高度。如上文说明的，参照图4到图7对采用模块Ml和M2的液压泵12的构造进行了说明。然而，液压泵12的模块化的实施例不限于上述示例，并且下面的模块也可构成液压泵12。图8是由多个与图4和图5的模块不同的模块构成的液压泵的另一示例的图示。图9是沿图8的线C-C截取的剖面图。在图8和图9中所示的液压泵中，已经在图4到图7中说明的部件具有相同的附图标记并且将不进行进一步地说明。在图8和图9中所示的液压泵60中，缸体62以连续方式绕主轴的整个周边形成环形形状。液压泵60由多个布置在主轴8的轴向方向上的模块M3构成。模块M3中的每一个模块由环形形状的缸体62、活塞30、高压阀36和低压阀38构成。
如图8所示，除了凸轮64形成以连续方式环绕主轴8的整个周边的环形形状的事实之外，液压泵60的凸轮64与图5的液压泵12的凸轮(环凸轮)34具有公共的特征。具体地，凸轮64是以连续方式绕主轴的整个周边形成的环形的环凸轮，并且在主轴8的周向方向上不被分割。如图9中所示，液压泵60包括多个在主轴8的轴向方向上布置的模块M4。模块M4中的每一个模块由绕主轴8的整个周边形成的环形凸轮64(环凸轮)构成。以这种方式，通过改变布置在主轴8的轴向方向上的模块M4(凸轮64)的数量能够有效地生产各种风轮发电机I。另外，如图9中所示，考虑到减小液压泵60的振动，液压泵60的凸轮64相对于彼此移置。(具有多个液压马达的液压传动装置)图10是显示具有多个作为模块的液压马达14的液压传动装置的简图。图10的液压传动装置70包括多个模块M5，多个模块M5中的每一个模块由液压马达14(14-1、14-2、14-3)中的每一个液压马达构成。一端连接到液压泵12的排出侧的高压油管16沿路线分开以连接到液压马达14的进口侧。同时，一端连接到液压马达14中的每一个液压马达的排出侧的低压油管18在该路线上会合并且连接到液压泵的进口侧。多个液压马达14设置为模块M5。高压油管16和低压油管18连接到液压马达14中的每一个液压马达，以便将主轴8的旋转输出到多个液压马达14的输出轴(图3的曲轴45)。以这种方式，通过将主轴的旋转输出到多个液压马达14，液压马达14和连接到液压马达14的发电机20 (20-1、20-2、20-3)能得以小型化，从而实现液压马达14和发电机的定位的更大灵活性。另外，当安装多个液压马达14时，通过简单地改变模块M5的数量，即液压马达14的数量，能够有效地生产各种具有不同输出的风轮发电机I。(液压马达的模块化)图11是由多个模块构成的液压马达14的另一示例的图示。图12是由多个模块构成的液压马达14的另一示例的图示。图13是沿图11的线D-D截取的剖面图。如图11中所不，液压马达14的凸轮44是偏心凸轮，其相对于与发电机20相连的曲轴45的轴心O偏心布置(参见图13)。在液压马达14中设置绕凸轮40形成的缸体80。缸体80包括至少一个缸40以及设置用于缸40中的每一个缸的成对的活塞42、高压阀46和低压阀48。另外，在图11中所示的示例中，活塞42包括活塞体42A和活塞滑靴42C，该活塞体42A在缸40中以滑动方式移动，而该活塞滑靴42C安装在活塞体42A中并且与凸轮44的凸轮面接合。如图11中所示，液压马达14由多个在曲轴45的周向方向上布置的模块M6构成。图11显示了具有六个模块M6的示例结构。模块M6中的每一个模块由部分地覆盖凸轮44 (偏心凸轮)的凸轮面的缸体80、设置用于缸体80的每个缸40的活塞、设置用于缸体的至少一个缸中的每一个缸的高压阀46和低压阀48构成。图11示出了其中模块M6由部分地覆盖凸轮(偏心凸轮)44的凸轮面的缸体及其附属部件组构成的情形。此外可能的是，如图12中所示，模块M6’由以连续方式绕曲轴45的中心轴线O周向布置的缸体82及其附属部件组诸如活塞42、高压 阀46和低压阀48构成。在图13中所示的另一示例中，液压马达14由多个在曲轴45的轴向方向上布置的环构成。通过将图11的模块并排布置在曲轴45的周向方向上，该环中的每一个环以连续方式形成。此外使用图12的模块M6’形成环是可能的。在此情形中，通过将模块M6’并排布置在曲轴45的周向方向上，环中的每一个环以连续方式形成，并且多个环布置在曲轴45的轴向方向上。在这些情形中，通过改变在曲轴45的轴向方向上布置的环的数量，能够有效地生产各种具有不同输出的风轮发电机。从减小液压马达的振动的视角看，图13显示了这样的示例，其中液压马达14的多个凸轮44布置在曲轴45的轴向方向上，使得凸轮44的凸轮面的相位相对彼此移置。如上文参照图11到图13所述，液压马达14由模块M6或M6’构成。然而，液压马达14的构造不限于上述示例并且可进行如下修改。图14是由多个模块构成的液压马达的另一示例的图示。图15是沿图14的线E-E截取的剖面图。在图14和图15的液压马达中，相同的附图标记用于与图11到图13的液压马达14相同的部件，并将省略对这些部件的进一步说明。如图14和图15中所不，液压马达90的缸体92部分地覆盖凸轮(偏心凸轮)44的凸轮面并且在曲轴45的轴向方向上延伸。在液压马达90中，多个模块M7布置在曲轴45的周向方向上。模块7中的每一个模块由缸体92、设置用于缸体92的每个缸40的活塞42、高压阀46和低压阀48构成。以这种方式，模块M7中的每一个模块由缸体92及其部件组形成，该缸体92部分地覆盖凸轮(偏心凸轮)44的凸轮面并且在曲轴的轴向方向上延伸。通过改变并排布置在曲轴45的周向方向上的模块M7的数量，能够有效地生产各种具有不同输出的风轮发电机。尽管已参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是对本领域中的技术人员明显的是在不偏离本发明的范围的情况下可作出各种变化。例如，优选实施例使用本发明所应用的示例性情形。但是本发明也可应用于潮流发电机。潮流发电机指安装在适当位置诸如海洋、河流和湖泊中并且使用潮汐能的发电机。除了转子2通过潮流而不是风旋转之外，潮流发电机与风轮发电机I具有相同的结构。潮流发电机包括通过潮流旋转的转子2、用于增加转子2的转速的液压传动装置10和用于产生电功率的发电机20。此处使用相同的附图标记来说明与风轮发电机I共同的部件。此处，潮流发电机的液压传动装置10至少部分地由多个模块(Ml到M7)构成，因而潮流发电机的生产率和易于维护性得以改进。另外，通过根据输出而改变液压传动装置10的模块(Ml到M7)的数量，能够有效地生产各种具有不同输出的潮流发电机。附图标记列表I风轮发电机2 转子4 叶片6 毂8 主轴9A主轴轴承9B主轴轴承10液压传动装置12液压泵14液压马达16高压油管18低压油管20发电机22 短舱24 塔架26 基座30 缸32 活塞32A活塞体32B活塞辊34 凸轮35凸轮架36 高压阀37高压连通路径38低压阀39低压连通路径40 缸42 活塞42A活塞体42B活塞辊42C活塞滑靴44 凸轮46高压阀47高压连通路径
48低压阀49低压连通路径50泵壳50A 端板50B 端板50C柱形外壳52泵轴承54缸体 56缸阵列58弧形构件60液压泵62缸体64凸轮70液压传动装置80缸体90液压马达92缸体M1-M7 模块
权利要求
1.一种风轮发电机或潮流发电机,包括 转子； 发电机，所述发电机将从所述转子传输的旋转能转化成电功率；以及 液压传动装置，所述液压传动装置将所述转子的旋转能传输到所述发电机， 其中所述液压传动装置包括可变排量式的液压泵，所述液压泵由所述转子驱动；可变排量式的液压马达，所述液压马达联接到所述发电机；高压油管，所述高压油管布置在所述液压泵的排出侧与所述液压马达的进口侧之间；以及低压油管，所述低压油管布置在所述液压泵的进口侧与所述液压马达的排出侧之间，以及低压油管，所述低压油管布置在所述液压泵的进口侧与所述液压马达的排出侧之间， 其中所述液压传动装置的所述液压泵和所述液压马达中的每一个包括多个工作室，所述多个工作室中的每一个工作室被缸和在所述缸中以滑动方式移动的活塞包围；凸轮， 所述凸轮具有与所述活塞接合的凸轮面；高压阀，所述高压阀中的每一个高压阀打开和关闭所述工作室中的每一个工作室与所述高压油管之间的高压连通路径；以及低压阀，所述低压阀中的每一个低压阀打开和关闭所述工作室中的每一个工作室与所述低压油管之间的低压连通路径，并且 其中所述液压传动装置至少部分地由多个模块构成。
2.根据权利要求I所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压泵由所述多个模块构成，所述模块中的每一个模块由缸体、所述活塞、所述高压阀和所述低压阀组成，所述缸体具有至少一个缸，所述活塞、所述高压阀和所述低压阀设置用于所述缸体的所述至少一个缸中的每一个缸。
3.根据权利要求2所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压泵的所述活塞包括活塞体和活塞辊或活塞滑靴，所述活塞体在所述缸中以滑动方式移动，而所述活塞辊或活塞滑靴安装在所述活塞体上，并且与所述凸轮的所述凸轮面接合。
4.根据权利要求2所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压泵的所述缸体在所述泵的旋转轴的轴向方向上延伸，所述液压泵的所述缸体包括至少一个缸阵列，并且所述液压泵的所述缸体形成部分地覆盖所述泵的旋转轴的外周的弧形形状，所述至少一个缸阵列中的每一个缸阵列由在所述泵的旋转轴的轴向方向上布置的缸组成，并且 其中所述液压泵由绕所述泵的旋转轴布置的多个模块构成，所述模块中的每一个模块由弧形形状的所述缸体、所述活塞、所述高压阀和所述低压阀组成，所述活塞、所述高压阀和所述低压阀设置用于所述缸体的所述缸中的每一个缸。
5.根据权利要求4所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压泵的所述缸体包括绕所述泵的旋转轴布置的多个所述缸阵列，并且所述高压连通路径布置在相邻的缸阵列之间，属于所述缸阵列中的相邻的缸阵列的所述缸的所述工作室通过所述高压连通路径与所述高压油管连通。
6.根据权利要求2所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压泵的所述缸体以连续方式绕所述泵的旋转轴的整个周边形成环形形状，并且其中所述液压泵由在所述泵的旋转轴的轴向方向上布置的多个模块构成，所述模块中的每一个模块由环形形状的所述缸体、所述活塞、所述高压阀和所述低压阀组成，所述活塞、所述高压阀和所述低压阀设置用于所述缸体的所述缸中的每一个缸。
7.根据权利要求I所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压泵的环凸轮具有所述凸轮面，所述凸轮面限定多个具有绕所述泵的旋转轴交替设置的凹部和凸部的波形部， 其中所述环凸轮通过将多个模块在所述泵的旋转轴的周向方向上并排布置而环形地形成，所述模块中的每一个模块是所述环凸轮在所述泵的旋转轴的周向方向上所分成的弧形构件中的一个弧形构件。
8.根据权利要求I所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压泵的所述凸轮是具有凸轮面的环凸轮，所述凸轮面限定多个具有绕所述泵的旋转轴交替设置的多个凹部和凸部的波形部，所述环凸轮以连续方式绕所述泵的旋转轴的整个周边环形地形成，并且 其中所述环凸轮形成所述模块，并且，多个所述模块在所述泵的旋转轴的轴向方向上布置，以形成所述液压泵。
9.根据权利要求I所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压泵的所述凸轮是绕所述泵的旋转轴周向地设置的环凸轮，并且所述环凸轮具有凸轮面，所述凸轮面限定多个具有绕所述泵的旋转轴交替设置的多个凹部和凸部的波形部，并且 其中多个所述环凸轮在所述泵的旋转轴的轴向方向上布置，使得所述环凸轮的凸轮面的相位彼此相对移位。
10.根据权利要求I所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压传动装置包括多个所述液压马达，多个所述液压马达中的每一个液压马达形成所述模块。
11.根据权利要求10所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中多个形成所述模块的所述液压马达和所述发电机的组设置在所述风轮发电机中。
12.根据权利要求I所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压马达的所述凸轮是偏心凸轮，所述偏心凸轮相对于与所述发电机联接的曲轴的轴心偏心地设置，并且 其中所述液压马达由在所述曲轴的轴向方向上布置的多个所述模块构成，所述模块中的每一个模块由所述缸体、所述活塞、所述高压阀和所述低压阀组成，所述缸体具有至少一个缸，所述活塞、所述高压阀和所述低压阀设置用于所述缸体的所述至少一个缸中的每一个缸，所述缸体以连续方式绕所述曲轴的中心轴线周向地设置。
13.根据权利要求12所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压马达的所述活塞包括活塞体和活塞辊或活塞滑靴，所述活塞体在所述缸中以滑动方式移动，而所述活塞辊或活塞滑靴安装在所述活塞体上，并且与所述凸轮的所述凸轮面接合。
14.根据权利要求I所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压马达的所述凸轮包括偏心凸轮，所述偏心凸轮相对于与所述发电机相连的曲轴的轴心偏心地设置，并且 其中所述液压马达由在所述曲轴的周向方向上布置的多个所述模块构成，所述模块中的每一个模块由缸体、所述活塞、所述高压阀和所述低压阀组成，所述缸体具有至少一个缸并且部分地覆盖所述偏心凸轮的所述凸轮面，所述活塞、所述高压阀和所述低压阀设置用于所述缸体的所述至少一个缸中的每一个缸。
15.根据权利要求14所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压马达的所述活塞包括活塞体和活塞辊或活塞滑靴，所述活塞体在所述缸中以滑动方式移动，而所述活塞辊或活塞滑靴安装在所述活塞体上，并且与所述凸轮的所述凸轮面接合。
16.根据权利要求I所述的风轮发电机或潮流发电机， 其中所述液压马达的所述凸轮包括多个偏心凸轮，所述多个偏心凸轮相对于与所述发电机联接的曲轴的轴心偏心地设置，并且所述多个偏心凸轮在所述曲轴的轴向方向上布置，使得所述偏心凸轮的所述凸轮面的相位彼此相对移位。
全文摘要
本发明的目的是提供一种风轮发电机和潮流发电机，所述风轮发电机和潮流发电机配备具有液压泵和液压马达的组合的液压传动装置并且具有优良的生产率和可维护性。风轮发电机1具有用于将主轴8的旋转能传输到发电机20的液压传动装置10。液压传动装置10包括由主轴8驱动的可变排量式的液压泵12、连接到发电机20的可变排量式的液压马达14以及布置在液压泵12与液压马达14之间的高压油管和低压油管。液压传动装置10至少部分地由多个模块(M1至M7)构成。
文档编号F03D9/00GK102959238SQ201080003070
公开日2013年3月6日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者堤和久, 前川厚志, 清水将之, 斯蒂芬·索尔特, 乌韦·施泰因, 威廉·兰彭, 罗伯特·福克斯, 豪克·卡斯滕斯 申请人:三菱重工业株式会社