发动机和发电机之间的变速器的稳态和瞬时控制制造技术

一种系统（１），用于将可变输出转换为具有期望速度值的输入，包括变速器（３０），其接收具有第一速度（Ｖｅ）的输出并且产生具有第二速度（Ｖｇｅｎ）的输入；第一、第二和第三传感器（１２，１０，７），其产生与第一速度（Ｖｅ）、第二速度（Ｖｇｅｎ）和用于所述输入的功率需求（Ｐｄｅｍ）相对应的数据（３９，３２，３７）；比率设定值控制器（３４）；比率控制器（３６）以及速度控制器（４）。比率设定值控制器（３４）接收数据（３９，３２，３７）并计算有效功率（Ｐａｖ）、所述系统的稳定级别（Ｓ，Ｕ１，Ｕ２）、用于第一速度（Ｖｅ）的期望值以及用于传动比的期望值和变化率。比率控制器（３６）接口连接比率设定值控制器（３４）并致动变速器（３０）以跟随所述期望变化率将传动比改变至期望值。速度控制器（４）改变第一速度（Ｖｅ）直至第二速度（Ｖｇｅｎ）与所述期望速度值一致。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及机械式变速器系统和发动机驱动的发电机系统。更具体地，本 专利技术涉及一种无级变速器系统，该系统能有利地用于发电机系统为发电机提供恒速驱动从 而为可变负载供应稳定电力，同时使得发动机速度能够连续调节以在最佳效率范围中运 行。
技术介绍
多年来一直使用发电机系统来从机械能量源供应电力至负载，如内燃机的动力输 出(PTO)驱动永磁发电机。由于一般必须为负载供应基本恒定频率(典型为50或60Hz) 的交流电，所述发电机必须以基本恒定的速度(对于两极发电机，60Hz为1800转/分，50Hz 为1500转/分)驱动。否则必须在所述发电机和负载之间插入电子变频器来调节电波频 率(见例如美国专利No. 5，552，640)(萨顿(Sutton)等-1996年9月3日-英国盖斯股份 公司(British GAS pic))。考虑到要消除转换的频率，大多数发电机系统因此使柴油机在 相当高的范围内恒速驱动，以在任何时候提供发电机最大额定功率。如萨顿所强调，使所述发动机恒速运行有许多缺点，这些缺点能够通过引进合适 的发动机速度控制器来消除。实际上，本领域的一般技术人员都深知内燃机应该以最佳效 率的比速(输出机械功率/输入燃料功率)输出给定功率。因此，在负载需求变化较大时， 恒速工作的发动机会产生更高的燃料成本、增加的污染物排放、更高的噪音级别和更高的 维护成本。因此需要作为负载瞬时功率需求的函数连续调节发动机速度。在这种系统诸多 的优势特性中，在较高的速度范围内可得到最大发动机功率以支撑重负载，而轻负载则能 使发动机在接近怠速的水平运行。然而，这产生的问题是将发动机的可变速度连续转换为 恒速驱动以通过固定比齿轮箱以稳定的频率操作发电机。克罗宁(Cronin)在4，382，188号美国专利(Lockheed公司，1983年5月3日) 中指出，无级变速器(CVT)如超环面(toroidal)驱动可用来在预选的发动机速度范围内 将来自发动机的可变速度机械输出进行转换从而以恒定频率驱动永磁发电机。实际上， 在CVT中，来自变速器的驱动的输出速度与施加到变速器的驱动的输入速度的比率在预定 的高、低比率限值之间是连续并无限可变的。然而，克罗宁的专利技术意在对固有的可变的发 动机速度起作用，并未意识到(有计划)基于效率的目的来控制所述发动机。在美国专利 No. 5，539，258)(萨顿等人-1996年7月3日-英国盖斯股份公司)及0643474号欧洲专 利(萨顿-1997年3月3日-英国盖斯股份公司)中，虽然萨顿披露了特定的发动机驱动 的发电机系统包括超环面CVT和电脑化系统来控制发动机节气门和连续传动比，因此在检测到负载功率需求改变时，发动机的速度基于编程的发动机效率图按照测得的功率需求被 自动设定在最有效的范围内。尽管该系统可随缓慢改变的负载功率需求正确运行，其仍存在的挑战是在负载需 求发生突变时保持供应电流的质量。这主要是由系统内的瞬时惯性响应和延迟造成的。例 如，在负载突然施加和节气门全部打开时，发动机需要一些上升时间加速至全速。相反，在 负载突然从发电机断开时，发动机不应该空转，并且发动机和CVT不管功率需求有何变化 必须在任何时候都保持稳定状态。许多发动机/CVT系统已发展到能在交通工具中满意地 运行，但均不能适应指定用来供给电网并且每年运行数千小时的交流发电机的需要。同样 值得指出的是，绝大多数无级变速器和发动机控制装置都是为交通工具如轿车、船只、火车 和飞机开发的。因此，它们中的大多数要依赖液力或液压装置来运行，并且可提供的类型不 是设计用来每年持续运行如此之多小时的。虽然液力装置对交通工具来说是正常的选择， 但是低产量和维护需要导致的成本使其不适于运用在重负载发电机中。因此，全机械式超 环面CVT如美国3，581，587号专利(Dickenbrock-1971年6月1日-通用汽车公司)设想 为优选用于这种应用的CVT类型。在超环面CVT中，机械功率从输入超环面圆盘经一系列 运行在每个盘内表面上、距其中心可控制的距离的摩擦滚筒传递至输出超环面圆盘。通过 迫使所述滚筒运行在每个盘上的不同直径的轨道上来控制比率，所述直径的比率确定了所 述传动比。这种相当简单的基本概念非常适合发电机系统。然而，为了使它们足够可靠、坚 固和灵活以适应这种苛刻的应用，必须对早期设计进行改进。尽管以上示例显示出一些现有技术的发电机系统试图采用无级变速器使发动机 速度能够改变以提高效率，但是这些系统和传动装置仍然缺少它们为可变负载供给频率和 电压都稳定的电力而提供实用、可靠、耐用但买的起的解决方案所需的重要特征。因此现有技术发电机系统和机械式变速器系统中的一个显著改进是，提供能够从 变速机械能量源恒速驱动设备的变速器系统，以及能有利地用于为可变负载供给稳定电力 的能够进行发动机速度调节的高效发电机系统。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种消除了现有技术装置和系统的局限和缺点的高效 发电机系统和用于该系统的无级变速器。更具体地，根据本专利技术，提供了一种系统，用于将机械功率可变源的可变输出传输 为具有用于设备的期望设备速度值的输入，该系统包括接收可变输出并产生输入的变速 器，该变速器确定了所述输出的第一速度和所述输入的第二速度之间的传动比；第一传感 器，其测量第一速度并产生相应于第一速度的第一速度数据；第二传感器，其测量第二速度 并产生相应于第二速度的第二速度数据；第三传感器，其测量所述设备的功率需求并产生 相应于功率需求的功率需求数据；比率设定值控制器，其接收第一和第二速度数据以及功 率需求数据，该比率设定值控制器计算作为第一速度数据和所述功率需求数据的函数的所 述源的有效功率和所述系统的稳定级别，确定作为所述功率需求的函数的用于第一速度的 期望的源速度值，计算作为所述期望的源速度值的函数的用于所述传动比的期望比率值， 并且确定作为系统稳定级别的函数的用于所述传动比的期望改变率；比率控制器，其将所 述比率设定值控制器接口连接至所述变速器，该比率控制器致动所述变速器以跟随期望改变率将传动比变至期望比率值；以及源速度控制器，其从第二传感器接收第二速度数据并 且改变第一速度直至第二速度数据与期望的设备速度值一致。而且根据本专利技术，提供了一种系统，用于将机械功率可变源的可变输出转换为具 有用于设备的期望速度值的输入，该系统包括变速器，其接收所述可变输出并产生所述输 入，所述变速器具有在所述输出的第一速度和所述输入的第二速度之间的可变比率；至少 一个传感器，其产生与第一速度相应的第一速度数据，与第二速度的相应的第二速度数据， 以及与所述设备的功率需求相应的功率需求数据；第一控制器，其接收第一速度数据、第二 速度数据和功率需求数据，基于第一速度数据和所述功率需求数据计算有效功率和期望的 传动比值，基于第一速度与包括期望速度值的设定范围的第一对比和有效功率与至少一个 阈值的第二对比将所述系统分类为至少第一类和第二类中其一，在所述系统处于第一类时 指示所述变速器将可变比率快速转换为期望的传动比值，并且在所述系统处于第二类时指 示所述变速器将可变比率逐渐转换为期望的传动值；以及第二控制器，其接收第二速度数 据并发送速度校正信号至机械动力源以改变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，用于将机械功率可变源的可变速度输出转换为具有用于设备的期望速度值的输入，所述系统包括：变速器，其设有接收所述可变源的可变速度输出的输入并设有产生所述期望速度输入的输出，所述变速器具有在所述输入的第一速度和所述输出的第二速度之间的可变比率；至少一个传感器，其产生与所述第一速度相应的第一速度数据、与所述第二速度相应的第二速度数据和与所述设备的功率需求相应的功率需求数据；第一控制器，其接收所述第一速度数据、所述第二速度数据和所述功率需求数据，基于所述第一速度数据和所述功率需求数据计算有效功率和期望的传动比值，基于所述第一速度与包括期望速度值的设定范围的第一对比和所述有效功率与至少一个阈值的第二对比将所述系统分类为至少第一类和第二类中其一，在所述系统处于所述第一类时指示所述变速器将所述可变比率快速转换为所述期望传动比值，并且在所述系统处于所述第二类时指示所述变速器将所述可变比率逐渐转换为所述期望传动比值；以及第二控制器，其接收所述第二速度数据并将速度校正信号发送至机械动力源以改变所述第一速度直至所述第二速度数据与期望的速度值一致。

【技术特征摘要】
CA 2004-9-27 2,479,8901.一种系统，用于将机械功率可变源的可变速度输出转换为具有用于设备的期望速度 值的输入，所述系统包括变速器，其设有接收所述可变源的可变速度输出的输入并设有产生所述期望速度输入 的输出，所述变速器具有在所述输入的第一速度和所述输出的第二速度之间的可变比率；至少一个传感器，其产生与所述第一速度相应的第一速度数据、与所述第二速度相应 的第二速度数据和与所述设备的功率需求相应的功率需求数据；第一控制器，其接收所述第一速度数据、所述第二速度数据和所述功率需求数据，基于 所述第一速度数据和所述功率需求数据计算有效功率和期望的传动比值，基于所述第一速 度与包括期望速度值的设定范围的第一对比和所述有效功率与至少一个阈值的第二对比 将所述系统分类为至少第一类和第二类中其一，在所述系统处于所述第一类时指示所述变 速器将所述可变比率快速转换为所述期望传动比值，并且在所述系统处于所述第二类时指 示所述变速器将所述可变比率逐渐转换为所述期望传动比值；以及第二控制器，其接收所述第二速度数据并将速度校正信号发送至机械动力源以改变所 述第一速度直至所述第二速度数据与期望的速度值一致。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一控制器基于所述第一和第二对比将所述 系统分类为第一类、第二类和第三类之一，并且所述第一控制器在所述系统处于第三类时 避免指示所述变速器改变所述可变比率。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一控制器在所述第一速度高于所述设定范 围时将所述系统分类为所述第三类。4.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一控制器在所述第一速度低于所述设定范 围并且所述有效功率高于所述至少一个阈值时将所述系统分类为第三类。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一控制器在所述第一速度低于所述设定范 围并且所述有效功率低于所述至少一个阈值时将所述系统分类为第一类。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一控制器在所述第一速度处于所述设定范 围内并且所述有效功率低于所述至少一个阈值时将所述系统分类为第一类。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个阈值包括第一阈值，并且所述第一 控制器在所述第一速度处于所述设定范围内并且所述有效功率高于所述第一阈值时将所 述系统分类为第二类。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一个阈值还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞缪尔博杜安，
申请(专利权)人：SOE技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]