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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die Offenbarung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für ein Windturbinengeneratorsystem sowie ein Windturbinengeneratorsystem.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr.
2003-336571 (
JP 2003-336571 A ) beschreibt ein Windturbinengeneratorsystem mit einem Motorgenerator, einem Getriebe, einer Rotationswelle und dergleichen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ausgehend von dem Konzept einer Recyclinggesellschaft ist es denkbar, Teile aus anderen Bereichen als der Windenergieerzeugung auf Windturbinengeneratorsysteme anzuwenden. Beispielsweise umfassen Getriebeteile eines hybridelektrischen Fahrzeugs einen Motor, ein Getriebe, eine Rotationswelle und dergleichen, und eine Verwendung der Teile in einem Windturbinengeneratorsystem führt zu der effektiven Nutzung von Ressourcen. Die Offenbarung stellt eine Technologie zur Förderung eines solchen Vorgehens bereit, um eine nachhaltige Gesellschaft zu erreichen.
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Ein erster Aspekt der Offenbarung sieht ein Herstellungsverfahren für ein Windturbinengeneratorsystem vor. Das Herstellungsverfahren umfasst ein Vorbereiten eines Getriebes, das einen Antriebsmotorgenerator hat und für ein hybridelektrisches Fahrzeug vorgesehen ist. Das Herstellungsverfahren umfasst ein Montieren einer Turbinenschaufel auf eine Rotationswelle, die in dem vorbereiteten Getriebe an dem Antriebsmotorgenerator gekoppelt ist.
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Mit dem vorgenannten Herstellungsverfahren ist ein Getriebe, das an einem hybridelektrischen Fahrzeug befestigt ist, in der Lage, als ein Teil eines Windturbinengeneratorsystems verwendet werden. Da Getriebe in Massenproduktion hergestellte Fahrzeugteile sind, sind die Getriebe deutlich kostengünstiger als Teile für die Windenergieerzeugung. Windturbinengeneratorsysteme können zu geringen Kosten bereitgestellt werden, sodass es möglich ist, die Verbreitung erneuerbarer Energien weiter zu fördern.
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Bei dem Herstellungsverfahren kann die Rotationswelle des Getriebes eine Welle sein, die mit einem Rad des hybridelektrischen Fahrzeugs verbunden ist, wenn das Getriebe an dem hybridelektrischen Fahrzeug befestigt ist.
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Bei dem Herstellungsverfahren kann das Getriebe ein Planetengetriebe haben, und die Rotationswelle kann über das Planetengetriebe mit dem Antriebsmotorgenerator verbunden sein.
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Bei dem Herstellungsverfahren kann das Getriebe einen Leistungsmotorgenerator haben, und die Rotationswelle kann zudem über das Planetengetriebe mit dem Leistungsmotorgenerator verbunden sein.
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Bei dem Herstellungsverfahren kann das Planetengetriebe ein Sonnenrad, das mit dem Leistungsmotorgenerator verbunden ist, und ein Hohlrad haben, das mit dem Antriebsmotorgenerator und der Turbinenschaufel verbunden ist.
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Ein zweiter Aspekt der Offenbarung sieht ein Windturbinengeneratorsystem vor. Das Windturbinengeneratorsystem hat eine Turbinenschaufel, einen ersten Motorgenerator, einen zweiten Motorgenerator und ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Steg (bzw. Planetenträger). Der erste Motorgenerator ist mit dem Sonnenrad gekoppelt. Die Turbinenschaufel und der zweite Motorgenerator sind mit dem Hohlrad gekoppelt.
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Mit dem vorgenannten Windturbinengeneratorsystem ist ein Antriebsmoment, das von der Turbinenschaufel eingegeben wird, in der Lage, durch das Planetengetriebe zwischen dem ersten Motorgenerator und dem zweiten Motorgenerator verteilt zu werden. Daher ist möglich, die gesamte Leistungserzeugungseffizienz der ersten und zweiten Motorgeneratoren zu optimieren.
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Bei dem vorgenannten Windturbinengeneratorsystem kann ein Verhältnis zwischen einer Rotationsgeschwindigkeit des zweiten Motorgenerators und einer Rotationsgeschwindigkeit der Turbinenschaufel fest sein, und ein Verhältnis zwischen einer Rotationsgeschwindigkeit des ersten Motorgenerators und der Rotationsgeschwindigkeit der Turbinenschaufel kann einstellbar sein.
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Das Windturbinengeneratorsystem kann ferner eine mechanische Ölpumpe haben, die mit dem Steg gekoppelt ist, und die mechanische Ölpumpe kann konfiguriert sein, in Antwort auf eine Rotation des Stegs den Komponententeilen des Windturbinengeneratorsystems Öl zuzuführen.
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Bei dem vorgenannten Windturbinengeneratorsystem kann das Planetengetriebe konfiguriert sein, seinen Zustand zwischen einem ersten Zustand, in welchem das Hohlrad in einer Vorwärtsrichtung rotiert und das Sonnenrad in eine Rückwärtsrichtung rotiert, und einem zweiten Zustand zu ändern, in welchem das Hohlrad, der Steg und das Sonnenrad in der Vorwärtsrichtung rotieren, und der erste Motorgenerator kann konfiguriert sein, in dem zweiten Zustand ein Drehmoment in einer Vorwärtsrotationsrichtung zu erzeugen.
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Das vorgenannte Windturbinengeneratorsystem kann ferner eine Steuerungseinheit haben, die konfiguriert ist, ein Leistungserzeugungsdrehmoment des ersten Motorgenerators und ein Leistungserzeugungsdrehmoment des zweiten Motorgenerators zu steuern, der erste Motorgenerator kann ein Motorgenerator sein, der ein kleineres Anlaufmoment hat als der zweite Motorgenerator, die Steuerungseinheit kann konfiguriert sein, elektrische Leistung unter Verwendung des ersten Motorgenerators zu erzeugen, wenn ein Eingangsdrehmoment, das von der Turbinenschaufel eingegeben wird, kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und die Steuerungseinheit kann konfiguriert sein, elektrische Leistung unter Verwendung des ersten Motorgenerators und des zweiten Motorgenerators zu erzeugen, wenn das Eingangsdrehmoment größer als der vorbestimmte Wert ist.
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Das vorgenannte Windturbinengeneratorsystem kann ferner eine Steuerungseinheit, die konfiguriert ist, ein Leistungserzeugungsdrehmoment des ersten Motorgenerators und ein Leistungserzeugungsdrehmoment des zweiten Motorgenerators zu steuern, und einen Temperatursensor haben, der konfiguriert ist, eine Temperatur des ersten Motorgenerators und eine Temperatur des zweiten Motorgenerators zu messen, und die Steuerungseinheit kann konfiguriert sein, das Leistungserzeugungsdrehmoment mit Zunahme der durch den Temperatursensor gemessenen Temperatur zu reduzieren.
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Bei dem vorgenannten Windturbinengeneratorsystem kann das Windturbinengeneratorsystem ein System für ein hybridelektrisches Fahrzeug sein, das Hohlrad kann mit einem Rad gekoppelt sein und der Steg kann mit einer Ausgangswelle einer Kraftmaschine gekoppelt sein.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Merkmale, Vorteile und technische und gewerbliche Bedeutung der beispielhaften Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Zeichen gleiche Elemente kennzeichnen, und wobei:
- 1 ein Schaubild ist, das einen Zustand schematisch zeigt, in welchem eine Hybrideinheit eines hybridelektrischen Fahrzeugs als ein Teil eines Windturbinengeneratorsystems verwendet wird;
- 2 ein Schaubild ist, das die Konfiguration des hybridelektrischen Fahrzeugs, an welchem die Hybrideinheit installiert ist, schematisch zeigt;
- 3 ein Schaubild ist, das die Konfiguration des Windturbinengeneratorsystems, in welchem die Hybrideinheit verwendet wird, schematisch zeigt;
- 4 ein Beispiel eines Nomogramms eines Zustands ist, in welchem elektrische Leistung durch einen zweiten Motorgenerator erzeugt wird;
- 5 ein Beispiel eines Nomogramms eines Zustands ist, in welchem elektrische Leistung durch einen ersten Motorgenerator und den zweiten Motorgenerator erzeugt wird;
- 6 ein Beispiel eines Nomogramms in einem Planetenverriegelungszustand ist; und
- 7 ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer Leistungskurve des Windturbinengeneratorsystems zeigt.
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Ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In einem Ausführungsbeispiel der Technologie kann die Rotationswelle des Getriebes eine Welle sein, die mit einem Rad des hybridelektrischen Fahrzeugs verbunden ist, wenn das Getriebe an dem hybridelektrischen Fahrzeug befestigt ist. Mit einer solchen Konfiguration, wie in dem Fall der Leistungserzeugung unter Verwendung eines Rads in einem hybridelektrischen Fahrzeug, ist es möglich, elektrische Leistung durch Rotation einer Turbinenschaufel in einem Windturbinengeneratorsystem effizient zu erzeugen. Als ein weiteres Ausführungsbeispiel kann die Rotationswelle des Getriebes eine Kraftmaschinenwelle sein, die mit einer Kraftmaschine verbunden ist, wenn das Getriebe an dem hybridelektrischen Fahrzeug befestigt ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Technologie kann das Getriebe ferner ein Planetengetriebe haben. In diesem Fall kann die Rotationswelle des Getriebes über das Planetengetriebe mit dem Antriebsmotorgenerator verbunden sein.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann das Getriebe ferner einen Leistungsmotorgenerator haben. In diesem Fall kann die Rotationswelle des Getriebes über das Planetengetriebe mit dem Leistungsmotorgenerator verbunden sein. Mit einer solchen Konfiguration ist das Windturbinengeneratorsystem in der Lage, elektrische Leistung unter Verwendung zweier Motorgeneratoren zu erzeugen. Jedoch, selbst wenn das Getriebe zwei Motorgeneratoren hat, kann das Windturbinengeneratorsystem elektrische Leistung unter Verwendung nur eines der Motorgeneratoren erzeugen.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann das Planetengetriebe ein Sonnenrad, das mit dem Leistungsmotorgenerator verbunden ist, und ein Hohlrad haben, das mit dem Antriebsmotorgenerator und der Turbinenschaufel verbunden ist.
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In einem Ausführungsbeispiel der Technologie kann ein Verhältnis zwischen einer Rotationsgeschwindigkeit des zweiten Motorgenerators und eine Rotationsgeschwindigkeit der Turbinenschaufel fest sein. Ein Verhältnis zwischen einer Rotationsgeschwindigkeit des ersten Motorgenerators und der Rotationsgeschwindigkeit der Turbinenschaufel kann einstellbar sein. Mit einer solchen Konfiguration ist die Rotationsgeschwindigkeit des ersten Motorgenerators in der Lage, auf einen ausgewählten Wert eingestellt zu werden. Es ist möglich, die Energieumwandlungseffizienz des ersten Motorgenerators zu erhöhen.
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In einem Ausführungsbeispiel der Technologie kann das Windturbinengeneratorsystem ferner eine mechanische Ölpumpe haben, die mit dem Steg verbunden ist. Die mechanische Ölpumpe kann konfiguriert sein, in Antwort auf eine Rotation des Stegs Komponententeilen des Windturbinengeneratorsystems Öl zuzuführen. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, Komponententeile des Windturbinengeneratorsystems durch die Rotation des Stegs zu kühlen und zu schmieren.
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In einem Ausführungsbeispiel der Technologie kann das Planetengetriebe konfiguriert sein, seinen Zustand zwischen einem ersten Zustand, in welchem das Hohlrad in einer Vorwärtsrichtung rotiert und das Sonnenrad in einer Rückwärtsrichtung rotiert, und einem zweiten Zustand zu ändern, in welchem das Hohlrad, der Steg und das Sonnenrad in der Vorwärtsrichtung rotieren. In dem zweiten Zustand kann der erste Motorgenerator konfiguriert sein, ein Drehmoment in einer Vorwärtsrotationsrichtung zu erzeugen. Mit einer solchen Konfiguration erzeugt der erste Motorgenerator ein Drehmoment in der Vorwärtsrotationsrichtung, um ein Schalten von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu ermöglichen. In dem zweiten Zustand ist der Steg in der Lage, zu rotieren, sodass Öl in der Lage ist, unter Verwendung der mechanischen Ölpumpe zugeführt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel der Technologie kann das Windturbinengeneratorsystem ferner eine Steuerungseinheit haben, die konfiguriert ist, ein Leistungserzeugungsdrehmoment des ersten Motorgenerators und ein Leistungserzeugungsdrehmoment des zweiten Motorgenerators zu steuern. Der erste Motorgenerator kann ein Motorgenerator sein, der ein kleineres Anlaufmoment hat als der zweite Motorgenerator. Die Steuerungseinheit kann konfiguriert sein, elektrische Leistung unter Verwendung des ersten Motorgenerators zu erzeugen, wenn ein Eingangsdrehmoment, das von der Turbinenschaufel eingegeben wird, kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Die Steuerungseinheit kann konfiguriert sein, elektrische Leistung unter Verwendung des ersten Motorgenerators und des zweiten Motorgenerators zu erzeugen, wenn das Eingangsdrehmoment größer als der vorbestimmte Wert ist. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, sowohl eine Zunahme einer Nennleistung als auch eine Abnahme einer Einschaltwindgeschwindigkeit zum Beginn der Leistungserzeugung zu erzielen. Es ist möglich, die Leistungserzeugungseffizienz zu erhöhen.
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In einem Ausführungsbeispiel der Technologie kann das Windturbinengeneratorsystem ferner eine Steuerungseinheit haben, die konfiguriert ist, ein Leistungserzeugungsdrehmoment des ersten Motorgenerators und ein Leistungserzeugungsdrehmoment des zweiten Motorgenerators zu steuern. Das Windturbinengeneratorsystem kann ferner einen Temperatursensor haben, der konfiguriert ist, eine Temperatur des ersten Motorgenerators und eine Temperatur des zweiten Motorgenerators zu messen. Die Steuerungseinheit kann konfiguriert sein, das Leistungserzeugungsdrehmoment mit Zunahme der durch den Temperatursensor gemessenen Temperatur zu reduzieren. Mit einer solchen Konfiguration sind die Temperaturen der ersten und zweiten Motorgeneratoren in der Lage, gesteuert zu werden, sodass es möglich ist, die Leistungserzeugungseffizienz (bzw. Stromerzeugungseffizienz) zu erhöhen und die Lebensdauer von jedem der Motorgeneratoren zu verlängern.
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In einem Ausführungsbeispiel der Technologie kann das Windturbinengeneratorsystem ein System für ein hybridelektrisches Fahrzeug sein. Das Hohlrad kann mit einem Rad gekoppelt sein. Der Steg kann mit einer Ausgangswelle einer Kraftmaschine gekoppelt sein. Mit einer solchen Konfiguration ist eine Einheit, die an einem hybridelektrischen Fahrzeug befestigt ist, in der Lage, als ein Teil eines Windturbinengeneratorsystems verwendet zu werden.
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Konfiguration eines hybridelektrischen Fahrzeugs 2
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Zu Beginn wird eine Hybrideinheit 8 eines hybridelektrischen Fahrzeugs 2 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, wird in einem Windturbinengeneratorsystem 50 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Hybrideinheit 8 verwendet, die von dem hybridelektrischen Fahrzeug 2 abgenommen ist. Die Hybrideinheit 8 ist eine Leistungseinheit, die in dem hybridelektrischen Fahrzeug 2 mit Rädern 4 verbunden ist. Die Hybrideinheit 8 hat ein Getriebe 6 und eine Leistungssteuerungseinheit 7. Die Hybrideinheit 8 kann ein neues Produkt sein.
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Wie in 2 gezeigt ist, hat das Getriebe 6 ferner einen zweiten Motorgenerator 14 und ein Planetengetriebe 16. Das Planetengetriebe 16 ist zwischen einer Kraftmaschinenwelle 10a und einem ersten Motorgenerator 12 gelegen. Die Kraftmaschinenwelle 10a ist über das Planetengetriebe 16 mit dem ersten Motorgenerator 12 verbunden. Die Kraftmaschinenwelle 10a ist zudem über das Planetengetriebe 16 mit dem zweiten Motorgenerator 14 verbunden. Der erste Motorgenerator 12 ist ein Motorgenerator, der eine niedrigere Nennleistung und ein kleineres Anlaufmoment hat als der zweite Motorgenerator 14. In den Zeichnungen kann der erste Motorgenerator 12 als MG1 bezeichnet sein, und der zweite Motorgenerator 14 kann als MG2 bezeichnet sein.
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Das Planetengetriebe 16 hat ein Sonnenrad 16s, eine Vielzahl von Planetenrädern 16p, einen Steg 16c (bzw. Planetenträger) und ein Hohlrad 16u (bzw. Zahnkranz). Das Sonnenrad 16s ist mit dem erst Motorgenerator 12 verbunden. Die Planetenräder 16p sind um das Sonnenrad 16s herum angeordnet und stehen mit dem Sonnenrad 16s im Eingriff. Der Steg 16c stützt die Planetenräder 16p, sodass die Planetenräder 16p rotierbar sind. Der Steg 16c ist mit der Kraftmaschinenwelle 10a verbunden. Das Hohlrad 16u ist um die Planetenräder 16p herum gelegen und steht mit den Planetenrädern 16p im Eingriff. Das Hohlrad 16u ist über einen ersten Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus 18 mit dem zweiten Motorgenerator 14 verbunden. Das Hohlrad 16u ist über einen zweiten Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus 20 mit Achsen 4a der Räder 4 verbunden. Ein Differentialgetriebe 21 ist zwischen dem zweiten Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus 20 und den Achsen 4a vorgesehen.
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Das Getriebe 6 hat ferner eine mechanische Ölpumpe 24. Die mechanische Ölpumpe 24 ist mit der Kraftmaschinenwelle 10a gekoppelt und wird durch die Rotation der Kraftmaschinenwelle 10a angetrieben. Die mechanische Ölpumpe 24 wird durch die Rotation der Kraftmaschinenwelle 10a angetrieben, um Schmieröl in dem Getriebe 6 umlaufen zu lassen. Daher ist Öl in der Lage, jeder der Komponententeile des Getriebes 6 zugeführt werden.
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Die Leistungssteuerungseinheit 7 ist mit dem Getriebe 6 kombiniert. Die Leistungssteuerungseinheit 7 hat einen ersten Wechselrichter 26, einen zweiten Wechselrichter 28, einen DC-DC-Wandler 30 und eine Steuerungseinheit 31 zum Steuern dieser Komponenten. Die Steuerungseinheit 31 kann eine Leistungssteuerungseinheit (PCU) sein. Der erste Wechselrichter 26 ist mit dem ersten Motorgenerator 12 elektrisch verbunden. Die Steuerungseinheit 31 ist in der Lage, ein Leistungserzeugungsdrehmoment des ersten Motorgenerators 12 über den ersten Wechselrichter 26 zu steuern. Der zweite Wechselrichter 28 ist mit dem zweiten Motorgenerator 14 elektrisch verbunden. Die Steuerungseinheit 31 ist in der Lage, ein Leistungserzeugungsdrehmoment des zweiten Motorgenerators 14 über den zweiten Wechselrichter 28 zu steuern.
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Ein Temperatursensor 61 ist für den ersten Motorgenerator 12 vorgesehen, und ein Temperatursensor 62 ist für den zweiten Motorgenerator 14 vorgesehen. Die von den Temperatursensoren 61, 62 ausgegebenen Temperaturdaten werden in die Steuerungseinheit 31 eingegeben.
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Der DC-DC-Wandler 30 ist über den ersten Wechselrichter 26 mit dem ersten Motorgenerator 12 elektrisch verbunden und ist über den zweiten Wechselrichter 28 mit dem zweiten Motorgenerator 14 elektrisch verbunden. Eine Batterie 40 des hybridelektrischen Fahrzeugs 2 ist mit dem DC-DC-Wandler 30 elektrisch verbunden. Die Batterie 40 hat beispielsweise eine Vielzahl von Lithium-Ionen-Zellen und ist konfiguriert, wiederaufladbar zu sein. In dem hybridelektrischen Fahrzeug 2 ist der DC-DC-Wandler 30 in der Lage, eine Gleichstromleistung von der Batterie 40 herauf zu transformieren und die Gleichstromleistung dem ersten Wechselrichter 26 und dem zweiten Wechselrichter 28 zuzuführen. Der erste Wechselrichter 26 ist in der Lage, die Gleichstromleistung von dem DC-DC-Wandler 30 zu Wechselstromleistung umzuwandeln und die Wechselstromleistung dem ersten Motorgenerator 12 zuzuführen. Daher ist der erste Motorgenerator 12 in der Lage, mit von der Batterie 40 zugeführter elektrischer Leistung betrieben zu werden, um beispielsweise die Kraftmaschine 10 anzulassen. Gleichermaßen ist der zweite Wechselrichter 28 in der Lage, eine Gleichstromleistung von dem DC-DC-Wandler 30 in Wechselstromleistung umzuwandeln und die Wechselstromleistung dem zweiten Motorgenerator 14 zuzuführen. Daher ist der zweite Motorgenerator 14 der Lage, mit von der Batterie 40 zugeführter elektrischer Leistung betrieben zu werden, um beispielsweise die Räder 4 anzutreiben.
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Wie vorstehend beschrieben ist, wird der erste Motorgenerator 12 durch die Kraftmaschine 10 angetrieben, um als ein Generator zu dienen. In diesem Fall wandelt der erste Wechselrichter 26 Wechselstromleistung von dem ersten Motorgenerator 12 in Gleichstromleistung um und führt die Gleichstromleistung dem DC-DC-Wandler 30 zu. Dann ist der DC-DC-Wandler 30 in der Lage, Gleichstromleistung von dem ersten Wechselrichter 26 herab zu transformieren und die Gleichstromleistung der Batterie 40 zuzuführen. Andererseits ist der zweite Motorgenerator ebenfalls in der Lage, als ein Generator zu dienen, um ein regeneratives Bremsen in dem hybridelektrischen Fahrzeug 2 zu verwenden. In diesem Fall wandelt der zweite Wechselrichter 28 Wechselstromleistung von dem zweiten Motorgenerator 14 in Gleichstromleistung um und führt die Gleichstromleistung dem DC-DC-Wandler 30 zu. Dann ist der DC-DC-Wandler 30 in der Lage, Gleichstromleistung von dem zweiten Wechselrichter 28 herab zu transformieren und die Gleichstromleistung der Batterie 40 zuzuführen.
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Konfiguration eines Windturbinengeneratorsystems 50
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Als Nächstes wird das Windturbinengeneratorsystem 50 mit Verweis auf 1 und 3 beschrieben, in welchem die Hybrideinheit 8 verwendet wird. Das Windturbinengeneratorsystem 50 hat Turbinenschaufeln 52 und einen Spannungsregler 54 zusätzlich zu der Hybrideinheit 8. Der Spannungsregler 54 ist mit der Leistungssteuerungseinheit 7 verbunden und ist zwischen einem externen elektrischen Leistungssystem 100 und der Leistungssteuerungseinheit 7 zwischengeordnet.
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Wenn das Windturbinengeneratorsystem 50 hergestellt wird, wird anfänglich die Hybrideinheit 8 von dem hybridelektrischen Fahrzeug 2 abgenommen. Anschließend werden in der abgenommenen Hybrideinheit 8 die Turbinenschaufeln 52 an die Achse 4a des Getriebes 6 montiert. Daher ist die Struktur fertiggestellt, in welcher der erste Motorgenerator 12 mit dem Sonnenrad 16s gekoppelt ist und der zweite Motorgenerator 14 und die Turbinenschaufeln 52 mit dem Hohlrad 16u gekoppelt sind. Nichts ist mit der Kraftmaschinenwelle 10a verbunden. In der vorgenannten Struktur ist das Verhältnis zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des zweiten Motorgenerators 14 und der Rotationsgeschwindigkeit der Turbinenschaufeln 52 fest. Andererseits ist das Verhältnis zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des ersten Motorgenerators 12 und der Rotationsgeschwindigkeit der Turbinenschaufeln 52 einstellbar.
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Der Spannungsregler 54 ist mit der Leistungssteuerungseinheit 7 elektrisch verbunden. Elektrische Leistung, die durch den ersten Motorgenerator 12 und den zweiten Motorgenerator 14 erzeugt wird, wird über die Leistungssteuerungseinheit 7 dem Spannungsregler 54 zugeführt. Der Spannungsregler 54 koordiniert mit dem externen elektrischen Leistungssystem 100, um eine Zufuhr der erzeugten elektrischen Leistung an das externe elektrische Leistungssystem 100 zu ermöglichen. Eine elektrische Speichervorrichtung kann mit der Leistungssteuerungseinheit 7 anstelle von oder zusätzlich zu dem Spannungsregler 54 verbunden sein. Falls erforderlich, können ein Geschwindigkeitsreduktionsgetriebe, ein Geschwindigkeitserhöhungsgetriebe oder ein Triebstrang zwischen den Turbinenschaufeln 52 und der Achse 4a vorgesehen sein.
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Betrieb des Windturbinengeneratorsystems 50
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Der Betrieb des Windturbinengeneratorsystems 50 wird mit Verweis auf die Nomogramme von 4 bis 6 beschrieben. Jedes der Nomogramme zeigt die Beziehung zwischen einer Sonnenradrotationsgeschwindigkeit Ng, einer Stegrotationsgeschwindigkeit Ne und einer Hohlradrotationsgeschwindigkeit Nm.
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4 zeigt ein Beispiel des Nomogramms eines Zustands, in welchem elektrische Leistung durch den zweiten Motorgenerator 14 erzeugt wird. Wenn die Rotation der Turbinenschaufeln 52 an die Achse 4a eingegeben wird, rotiert das Hohlrad 16u in einer Vorwärtsrichtung mit der Hohlradrotationgeschwindigkeit Nm. Die Rotation des Hohlrads 16u wird auf den zweiten Motorgenerator 14 übertragen. Die Steuerungseinheit 31 steuert den zweiten Wechselrichter 28, um ein Leistungserzeugungsdrehmoment auf den zweiten Motorgenerator 14 aufzubringen. Daher kann elektrische Leistung durch den zweiten Motorgenerator 14 erzeugt werden. Das Sonnenrad 16s rotiert in einer Rückwärtsrichtung mit der Sonnenradrotationsgeschwindigkeit Ng, sodass der erste Motorgenerator 12 ohne Last in der Rückwärtsrichtung rotiert. Die Stegrotationsgeschwindigkeit Ne des Stegs 16c ist Null. Mit anderen Worten ist die Kraftmaschinenwelle 10a in einem künstlich verriegelten Zustand (siehe den Bereich R1).
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5 zeigt ein Beispiel des Nomogramms eines Zustands, in welchem elektrische Leistung durch den ersten Motorgenerator 12 und den zweiten Motorgenerator 14 erzeugt wird. In einem Leistungserzeugungszustand von 4 wird der erste Motorgenerator 12 veranlasst, ein Drehmoment in der Vorwärtsrotationsrichtung zu erzeugen. Genauer gesagt wird der erste Wechselrichter 26 so gesteuert, dass er ein Leistungserzeugungsdrehmoment auf den ersten Motorgenerator 12 aufbringt. Um ein Drehmoment in der Vorwärtsrotationsrichtung in dem ersten Motorgenerator 12, der in einer Rückwärtsrichtung rotiert, zu erzeugen, dient der erste Motorgenerator 12 als ein Generator. Ein Drehmoment in einer Richtung zum Rotieren der Kraftmaschinenwelle 10a in eine Vorwärtsrichtung wird in dem Sonnenrad 16s erzeugt. Daher nimmt die Stegrotationsgeschwindigkeit Ne zu (siehe den Bereich R2). Der Betrag des Anteils der erzeugten elektrischen Leistung zwischen dem ersten Motorgenerator 12 und dem zweiten Motorgenerator 14 kann durch Leistungserzeugungsdrehmomente gesteuert werden, die durch die Steuerungseinheit 31 jeweils sowohl auf den ersten Motorgenerator 12 als auch auf den zweiten Motorgenerator 14 aufgebracht werden.
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6 zeigt ein Beispiel des Nomogramms eines Planetenverriegelungszustands. In dem Zustand von 4 versorgt die Steuerungseinheit 31 über den ersten Wechselrichter 26 den ersten Motorgenerator 12 mit Leistung. Daher rotiert der erste Motorgenerator 12 in der Vorwärtsrichtung (siehe den Bereich R3), und die Stegrotationsgeschwindigkeit Ne nimmt weiter zu (siehe den Bereich R4). Dann, wenn die Stegrotationsgeschwindigkeit Ne bis zu der Sonnenradrotationsgeschwindigkeit Ng zunimmt, sind die Stegrotationsgeschwindigkeit Ne und die Hohlradrotationsgeschwindigkeit Nm zueinander gleich, wie in 6 gezeigt ist, und das Planetengetriebe ist in einem verriegelten Zustand.
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Wie vorstehend beschrieben ist, ist das Windturbinengeneratorsystem 50 in der Lage, in einen ausgewählten Zustand zwischen einem Zustand, in welchem die Stegrotationsgeschwindigkeit Ne (d. h. die Rotationsgeschwindigkeit der Kraftmaschinenwelle 10a) Null ist (4), und einem Zustand zu wechseln, in welchem die Stegrotationsgeschwindigkeit Ne maximal ist (6). Mit anderen Worten steuert die Steuerungseinheit 31 die Rotationsgeschwindigkeit des ersten Motorgenerators 12, um eine Einstellung der Stegrotationsgeschwindigkeit Ne (d. h. der Rotationsgeschwindigkeit der Kraftmaschinenwelle 10a) zu ermöglichen. Mit Zunehmen der Stegrotationsgeschwindigkeit Ne wird die Flussrate des von der mechanischen Ölpumpe 24 zirkulierten Schmieröls erhöht. Daher kann die Stegrotationsgeschwindigkeit Ne nach Bedarf gemäß einem Kühlzustand und einem Schmierzustand der Komponententeile des Windturbinengeneratorsystems 50 eingestellt werden.
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Konkretes Beispiel 1 einer Steuerung des Windturbinengeneratorsystems 50
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7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Leistungskurve des Windturbinengeneratorsystems 50 zeigt. In einem Bereich A1 von einer Einschaltwindgeschwindigkeit IS bis zu einer vorbestimmten Windgeschwindigkeit PS bringt die Steuerungseinheit 31 ein Leistungserzeugungsdrehmoment nur auf den ersten Motorgenerator 12 auf. Daher wird elektrische Leistung erzeugt, indem nur der erste Motorgenerator 12 verwendet wird. Andererseits bringt die Steuerungseinheit 31 in einem Bereich A2 von der vorbestimmten Windgeschwindigkeit PS bis zu einer Abschaltwindgeschwindigkeit OS ein Leistungserzeugungsdrehmoment auf jeden des ersten Motorgenerators 12 und des zweiten Motorgenerators 14 auf. Daher wird elektrische Leistung sowohl durch den ersten Motorgenerator 12 als auch durch den zweiten Motorgenerator 14 erzeugt. Mit anderen Worten, wenn das Eingangsdrehmoment, das von den Turbinenschaufeln 52 eingegeben wird, kleiner als ein vorbestimmtes Drehmoment ist, das durch die vorbestimmte Windgeschwindigkeit PS bestimmt wird, wird elektrische Leistung durch den ersten Motorgenerator 12 erzeugt. Andererseits, wenn das Eingangsdrehmoment größer als das vorbestimmte Drehmoment ist, wird elektrische Leistung sowohl durch den ersten Motorgenerator 12 als auch durch den zweiten Motorgenerator 14 erzeugt.
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Der erste Motorgenerator 12 ist ein Motorgenerator, der ein kleineres Anlaufmoment hat als der zweite Motorgenerator 14. Daher, indem in dem Bereich A1 nur der erste Motorgenerator 12 verwendet wird, wird die Einschaltwindgeschwindigkeit IS reduziert. Darüber hinaus, indem der erste Motorgenerator 12 und der zweite Motorgenerator 14 in dem Bereich A2 verwendet werden, wird die Nennleistung RO erhöht. Es ist möglich, die Leistungszeugungseffizienz zu erhöhen.
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Konkretes Beispiel 2 einer Steuerung des Windturbinengeneratorsystems 50
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Die Steuerungseinheit 31 überwacht Temperaturdaten, die von den Temperatursensoren 61, 62 erhalten werden. Dann wird ein Leistungserzeugungsdrehmoment, das auf den ersten Motorgenerator 12 aufgebracht wird, mit einer Zunahme der Temperatur des ersten Motorgenerators 12 auf eine vorbestimmte Temperatur reduziert. Ein Leistungserzeugungsdrehmoment, das auf den zweiten Motorgenerator 14 aufgebracht wird, wird mit einer Zunahme der Temperatur des zweiten Motorgenerators 14 auf die vorbestimmte Temperatur reduziert. Daher können die Temperatur des ersten Motorgenerators 12 und die Temperatur des zweiten Motorgenerators 14 auf die vorbestimmte Temperatur oder unterhalb gesteuert werden, sodass es möglich ist, die Leistungserzeugungseffizienz zu erhöhen und die Lebensdauer von jedem der Motorgeneratoren zu verlängern.
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Die Steuerungseinheit 31 erzeugt ein Drehmoment in der Vorwärtsrotationsrichtung in dem ersten Motorgenerator 12, wenn die Temperatur von mindestens einem des ersten Motorgenerators 12 und des zweiten Motorgenerators 14 auf die vorbestimmte Temperatur zunimmt. Daher wird die Kraftmaschinenwelle 10a rotiert, um das Antreiben der mechanischen Ölpumpe 24 zu ermöglichen, sodass es möglich ist, den ersten Motorgenerator 12 und den zweiten Motorgenerator 14 zu kühlen.
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Vorteilhafte Wirkungen
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Wie vorstehend beschrieben ist, wird bei dem Windturbinengeneratorsystem 50 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Hybrideinheit 8 für das hybridelektrische Fahrzeug 2 als Teil des Windturbinengeneratorsystems 50 verwendet. Da die Hybrideinheit 8 aus in Massenproduktion hergestellten Fahrzeugteilen hergestellt ist, ist die Hybrideinheit 8 deutlich kostengünstiger als Teile, die für die Windenergieerzeugung vorgesehen sind. Das Windturbinengeneratorsystem 50 kann zu niedrigen Kosten bereitgestellt werden, sodass es möglich ist, die weitere Verbreitung erneuerbarer Energien zu fördern. Die Hybrideinheit 8 ist vorteilhaft hinsichtlich ihrer Verfügbarkeit im Vergleich mit Teilen, die für die Windenergieerzeugung vorgesehen sind. Da das gesammelte Wissen im Bereich der Fahrzeuge für die Wartung der Hybrideinheit 8 verwendet werden kann, ist die Einfachheit der Wartung verbessert.
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Mit dem Windturbinengeneratorsystem 50 dieser Beschreibung kann ein Antriebsdrehmoment, das von den Turbinenschaufeln 52 eingegeben wird, durch das Planetengetriebe 16 zwischen dem ersten Motorgenerator 12 und dem zweiten Motorgenerator 14 verteilt werden. Die Rotationsgeschwindigkeit des ersten Motorgenerators 12 kann unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit der Turbinenschaufeln 52 gesetzt werden, sodass eine Leistungserzeugung an einem optimalen Betriebspunkt des ersten Motorgenerators 12 und des zweiten Motorgenerators 14 möglich ist. Es ist möglich, die gesamte Leistungserzeugungseffizienz des Windturbinengeneratorsystems 50 zu optimieren. Selbst in dem Fall, in welchem einer des ersten Motorgenerators 12 und des zweiten Motorgenerators 14 versagt, kann der andere elektrische Leistung erzeugen. Es ist möglich, eine Redundanz für den Versagensfall vorzusehen.
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Die Ausführungsbeispiele wurden vorstehend ausführlich beschrieben; jedoch dienen diese nur der Darstellung und beabsichtigen nicht, die beiliegenden Ansprüche zu beschränken. Die in den beiliegenden Ansprüchen beschriebene Technologie umfasst zudem verschiedene Modifikationen und Änderungen von den vorstehend dargestellten konkreten Beispielen. Die technischen Elemente, die in der Beschreibung oder den Zeichnungen beschrieben sind, weisen eine technische Verwendbarkeit alleine oder in verschiedenen Kombinationen vor und sind nicht auf Kombinationen der beiliegenden Ansprüche zu dem Einreichungszeitpunkt der Anmeldung beschränkt. Die in der Beschreibung und den Zeichnungen dargestellte Technologie kann verschiedene Zwecke gleichzeitig erfüllen und hat eine technische Verwendbarkeit, indem einer dieser Zwecke erfüllt wird.
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Modifikationen
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Eine Welle, an welche die Turbinenschaufeln 52 montiert werden, ist nicht auf die Achse 4a beschränkt. Die Turbinenschaufeln 52 können auf eine andere Rotationswelle montiert werden, die mit dem ersten Motorgenerator 12 oder dem zweiten Motorgenerator 14 gekoppelt ist, beispielsweise die Kraftmaschinenwelle 10a des Getriebes 6.
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Der zweite Motorgenerator 14 ist ein Beispiel des Antriebsmotorgenerators. Der erste Motorgenerator 12 ist ein Beispiel des Leistungsmotorgenerators. Die Zustände von 4 und 5 sind Beispiele des ersten Zustands. Der Zustand von 6 ist ein Beispiel des zweiten Zustands.
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Es ist ein Herstellungsverfahren für ein Windturbinengeneratorsystem (50) bereitgestellt. Das Herstellungsverfahren umfasst ein Vorbereiten eines Getriebes (6), das einen Antriebsmotorgenerator (14) hat und das für ein hybridelektrisches Fahrzeug (2) vorgesehen ist, und Montieren einer Turbinenschaufel (52) an eine Rotationswelle, die mit dem Antriebsmotorgenerator (14) in dem vorbereiteten Getriebe (6) gekoppelt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003336571 [0002]
- JP 2003336571 A [0002]
