(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ポンプと、油圧モータと、前記油圧ポンプの出力を前記油圧モータの入力に接続する高圧ライン及び前記油圧ポンプの出力を前記油圧モータの入力に接続する低圧ラインと、トランスミッションコントローラとを備える油圧トランスミッションであって、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータはそれぞれ、前記低圧ラインと連通している低圧マニホールドと、前記高圧ラインと連通している高圧マニホールドと、複数のシリンダと、各シリンダと前記低圧及び高圧マニホールドとの間の作動流体の流れを調整するための複数のバルブとを備え、
各シリンダと関連するバルブの少なくとも１つは電気的に制御される弁であり、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータは、それぞれ、前記バルブの開閉状態を制御することで、前記シリンダの各々について、作動流体の正味押しのけ容積が存在する動作サイクルか作動流体の正味押しのけ容積が存在しない非動作サイクルかをシリンダ容積の各サイクル毎に選択して、全シリンダ数ｍに対する前記動作サイクルを実行中のシリンダ数ｎの割合ｎ／ｍを変化させることで、押しのけ容積を調節可能に構成され、
少なくとも１つの運転モードでは、前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの一方の油圧機械は、該一方の油圧機械に関して設定可能な押しのけ容積の最大値と最小値との間の連続範囲から少なくとも１つの押しのけ容積値を除外した不連続の作動流体押しのけ容積範囲から選択される作動流体押しのけ容積で作動するように、前記シリンダの各々について前記バルブの開閉状態が制御され、前記油圧ポンプまたは前記油圧モータの他方の油圧機械は、該他方の油圧機械に関して設定可能な押しのけ容積の最大値と最小値との間の連続範囲からなる連続の作動流体押しのけ容積範囲から選択される作動流体押しのけ容積で作動するように、前記シリンダの各々について前記バルブの開閉状態が制御され、
前記トランスミッションコントローラは、前記油圧ポンプ又は油圧モータが前記不連続の押しのけ容積範囲で作動している間、該トランスミッションの入力及び出力トルクが、連続する範囲の全域にわたり変化することを許容するように、前記高圧マニホールド内の圧力を変化させるように構成されることを特徴とする油圧トランスミッション。
【請求項２】
前記トランスミッションコントローラは、前記不連続の作動流体押しのけ容積範囲にて作動する前記一方の油圧機械の押しのけ容積に対して、前記連続の作動流体押しのけ容積範囲にて作動する前記他方の油圧機械の押しのけ容積を調節して、双方の押しのけ容積差を調整し、前記一方の油圧機械のトルクが所望の値となるように前記高圧マニホールド内の圧力を制御するように構成された請求項１に記載の油圧トランスミッション。
【請求項３】
前記油圧ポンプ又は前記油圧モータは、前記連続範囲における任意の押しのけ容積を実現可能であるが、該連続範囲から１以上の押しのけ容積値を除くようにプログラムされていることを特徴とする、請求項１に記載の油圧トランスミッション。
【請求項４】
前記不連続の押しのけ容積範囲は、望ましくない振動数を１以上有する力が生じることを避けるように選択される押しのけ容積を除くことを特徴とする、請求項１に記載の油圧トランスミッション。
【請求項５】
前記不連続の押しのけ容積範囲は、発生したノイズを最小化するように選択される押しのけ容積を含むことを特徴とする、請求項１に記載の油圧トランスミッション。
【請求項６】
前記高圧ラインは、容量可変の作動流体保持容器と連続的又は選択的に連通していることを特徴とする、請求項１に記載の油圧トランスミッション。
【請求項７】
前記油圧ポンプ又は前記油圧モータは、選択されたシリンダを動作サイクルとし、該複数のシリンダのうち残りを非動作サイクルとするように構成され、
前記選択されたシリンダは、シリンダの１以上のグループを形成しており、
動作サイクルにある各グループのシリンダ間には相関関係が存在することを特徴とする、請求項１に記載の油圧トランスミッション。
【請求項８】
前記各グループのシリンダは、トルクリップルと軸受サイドロードのいずれか一方又は両方を制限可能な前記相関関係が成立するように選択されることを特徴とする、請求項７に記載の油圧トランスミッション。
【請求項９】
前記油圧ポンプ又はモータは、トルクリップルを制限するため、前記各グループのシリンダが、３６０°／ｎ（ただし、ｎは２よりも大きい整数）の隔たりの位相差で作動するように構成されることを特徴とする、請求項８に記載の油圧トランスミッション。
【請求項１０】
少なくともいくつかの状況において、軸受サイドロードを制限するため、前記選択された１以上のグループの各シリンダに対し、カムの反対側に位置し、該シリンダに同調して作動する１個の他のシリンダが存在し、又はカムの周囲に角度３６０°／ｍの間隔で配置され、該シリンダに同調して作動する他のシリンダが整数ｍ個存在するように、１以上のシリンダのグループが選択されることを特徴とする、請求項７に記載の油圧トランスミッション。
【請求項１１】
動作サイクル中の１サイクルあたりのシリンダの正味押しのけ容積を選択するために、前記電気的に制御される弁を開閉するタイミングを制御することによって、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうちの前記一方の押しのけ容積が可変であることを特徴とする、請求項１に記載の油圧トランスミッション。
【請求項１２】
前記トランスミッションコントローラは、前記高圧ライン内の圧力が、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうちの前記一方の押しのけ容積の予定されたステップ変化よりも先に変化させるように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の油圧トランスミッション。
【請求項１３】
動作サイクル中のシリンダの正味押しのけ容積を選択するために、前記電気的に制御される弁を開閉するタイミングを制御することによって、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうちの前記一方の押しのけ容積が可変であることを特徴とする、請求項１に記載の油圧トランスミッション。
【請求項１４】
各連続サイクル毎に、動作サイクルを実行しようとする１以上のシリンダのグループを選択し、前記電気的に制御される弁を開閉するタイミングを制御することによって、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうちの前記一方の押しのけ容積が、０から作動最大値までの作動範囲にわたり可変であって、
動作サイクルの間、前記シリンダの押しのけ容積が変化する範囲において、前記油圧ポンプ又は油圧モータの正味押しのけ容積が、前記作動範囲の上側領域においては連続であるが、前記作動範囲の下側領域においては不連続になるように、前記電気的に制御される弁の開閉タイミングが制御可能であることを特徴とする、請求項１３に記載の油圧トランスミッション。
【請求項１５】
請求項１に記載の油圧トランスミッションと、油圧ポンプを駆動するタービンと、油圧モータによって駆動される発電機とを備える、再生可能エネルギー発電装置。
【請求項１６】
油圧ポンプと、油圧モータと、前記油圧ポンプの出力を前記油圧モータの入力に接続する高圧ライン及び前記油圧ポンプの出力を前記油圧モータの入力に接続する低圧ラインとを備える油圧トランスミッションの運転方法であって、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータはそれぞれ、低圧マニホールドと、高圧マニホールドと、複数のシリンダと、各シリンダと前記低圧及び高圧マニホールドとの間の作動流体の流れを調整するための複数のバルブとを備え、
各シリンダと関連するバルブの少なくとも１つは、電気的に制御される弁であり、
前記運転方法は、
前記バルブの開閉状態を制御し、前記シリンダの各々について、作動流体の正味押しのけ容積が存在する動作サイクルか作動流体の正味押しのけ容積が存在しない非動作サイクルかをシリンダ容積の各サイクル毎に選択して、全シリンダ数ｍに対する前記動作サイクルを実行中のシリンダ数ｎの割合ｎ／ｍを変化させることで、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのそれぞれの押しのけ容積を調節し、
前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの一方における前記バルブの開閉状態を制御することによる作動流体の押しのけ容積の不連続な変化を前記高圧マニホールド内の圧力変化に調和させて、前記油圧トランスミッションの入力及び出力トルクを制御することを特徴とする、油圧トランスミッションの運転方法。
【請求項１７】
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうちの前記一方を、不連続の作動流体押しのけ容積範囲において作動させ、前記油圧ポンプまたは前記油圧モータの他方を、連続の作動流体押しのけ容積範囲において作動させ、
前記高圧マニホールド内の圧力の変化によって、前記油圧ポンプ又は油圧モータが前記不連続の押しのけ容積範囲で作動するにもかかわらず、前記油圧トランスミッションの入力及び出力トルクを、連続する範囲の全域にわたり可変とすることを特徴とする、請求項１６に記載の油圧トランスミッションの運転方法。
【請求項１８】
油圧トランスミッションコントローラ上で実行されたときに、請求項１に記載の油圧トランスミッションとして油圧トランスミッションを機能させるコンピュータプログラムが格納された、コンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
油圧トランスミッションコントローラ上で実行されたときに、請求項１６に記載の方法に従って油圧トランスミッションを機能させるコンピュータプログラムが格納された、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量油圧ポンプ及び可変容量油圧モータを備える油圧トランスミッションの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧トランスミッションは、再生可能エネルギー抽出装置における電力変換等のアプリケーションに有用であり、回転シャフトを通じてタービン翼に連結する可変容量油圧ポンプと、発電機に連結する１以上の可変容量油圧モータとを備える油圧トランスミッションを有する風力発電装置を提供することが知られている。
【０００３】
可変容量油圧ポンプ及びモータを用いた既知の油圧トランスミッションは、典型的には、連続する押しのけ容積範囲で作動可能なポンプ及びモータを採用している。これにより、入力及び出力トルクの双方が、連続する範囲にわたり制御可能となる。入力トルクとは、ポンプに加えられるトルクのことをいい、出力トルクとは、モータにより生じるトルクのことをいう。米国特許第７，７９３，４９６号（Ｒａｍｐｅｎ）には、可変容量油圧ポンプと可変容量油圧モータの両方を備え、そのいずれもが連続的に可変な出力押しのけ容積を有する、車両アプリケーションのための油圧トランスミッションが記載されている。油圧ポンプ及び油圧モータの双方の押しのけ容積が急速かつ無限に変化可能であるため、トルクの伝達は高度に制御可能である。
【０００４】
電力出力を最適化するため、また、いくつかの使用形態において発電機が電力シンク（たとえば、配電網）との同調を維持するのを確保するために、油圧モータにより発電機に加えられるトルクを調節することが望ましいことから、出力トルクの制御は、再生可能エネルギー抽出装置において重量である。入力トルクの制御は、タービンが油圧ポンプと連結しているアプリケーションにおいては特に重要である。その場合、回転シャフトを経由する油圧ポンプへの入力トルクは、反対方向にタービンに加えられるトルクに結合される。効率的な発電のための最適なトルクは、タービンの回転速度等の要因に伴い変化するであろうことから、再生可能エネルギー発電装置においては、タービンに（そしてそのためタービンのブレードに）加えられるトルクを制御することは、とりわけ重要となりうる。これは、タービンが回転シャフトを経由して直接油圧ポンプに連結している場合、すなわち、ギアボックスが介在しない場合に、特に関連がある。
【０００５】
しかしながら、不連続なオイルの押しのけ容積範囲を有する可変容量油圧ポンプ又は油圧モータを使用することが望ましいという状況もありうる。例えば、望ましくない振動数（例えば、風力発電装置のブレードやタワーの共振周波数等の、内部にトランスミッションが搭載された機械の部品の共振周波数に相当する振動数）を有する力が生じる１以上の押しのけ容積で油圧ポンプ又はモータを作動させることを避けることが望ましいかもしれない。また、他の動作上の利点があるために、不連続の押しのけ容積範囲を有する油圧ポンプ又はモータを用いることが望ましいかもしれない。
【０００６】
そこで、本発明は、可変容量油圧ポンプと、可変容量油圧モータとを備える油圧トランスミッションであって、前記油圧ポンプ又は油圧モータは、不連続の押しのけ容積を有するが、連続する入力及び出力トルクの範囲を有することが望ましい、油圧トランスミッションを提供するという技術的課題に取り組む。
【０００７】
押しのけ容積とは、シリンダ容積のサイクルと連動する、シャフトのある角回転に対して押しのけられたオイルの正味量のことをいう。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、油圧ポンプと、油圧モータと、前記油圧ポンプの出力を前記油圧モータの入力に接続する高圧ライン及び前記油圧ポンプの出力を前記油圧モータの入力に接続する低圧ラインと、トランスミッションコントローラとを備える油圧トランスミッションであって、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータはそれぞれ、前記低圧ラインと連通している低圧マニホールドと、前記高圧ラインと連通している高圧マニホールドと、複数のシリンダと、各シリンダと前記低圧及び高圧マニホールドとの間のオイルの流れを調整するための複数のバルブとを備え、
各シリンダと関連するバルブの少なくとも１つは電気的に制御される弁であり、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータは、それぞれ、前記バルブの開閉状態を制御することで、前記シリンダの各々について、作動流体の正味押しのけ容積が存在する動作サイクルか作動流体の正味押しのけ容積が存在しない非動作サイクルかをシリンダ容積の各サイクル毎に選択して、全シリンダ数ｍに対する前記動作サイクルを実行中のシリンダ数ｎの割合ｎ／ｍを変化させることで、押しのけ容積を調節可能に構成され、
少なくとも１つの運転モードでは、前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの一方の油圧機械は、該一方の油圧機械に関して設定可能な押しのけ容積の最大値と最小値との間の連続範囲から少なくとも１つの押しのけ容積値を除外した不連続の作動流体押しのけ容積範囲から選択される作動流体押しのけ容積で作動するように、前記シリンダの各々について前記バルブの開閉状態が制御され、前記油圧ポンプまたは前記油圧モータの他方の油圧機械は、該他方の油圧機械に関して設定可能な押しのけ容積の最大値と最小値との間の連続範囲からなる連続の作動流体押しのけ容積範囲から選択される作動流体押しのけ容積で作動するように、前記シリンダの各々について前記バルブの開閉状態が制御され、
前記トランスミッションコントローラは、前記油圧ポンプ又は油圧モータが前記不連続の押しのけ容積範囲で作動している間、該トランスミッションの入力及び出力トルクが、連続する範囲の全域にわたり変化することを許容するように、前記高圧マニホールド内の圧力を変化させるように構成される（例えば、プログラムされる）ことを特徴とする油圧トランスミッションが提供される。
【０００９】
トランスミッションの入力トルクは、油圧ポンプの瞬間押しのけ容積と、油圧ポンプの高圧マニホールドと低圧マニホールドの間の圧力差（その圧力は、典型的には、高圧ラインと低圧ラインの間の圧力差に非常に類似している）の関数である。トランスミッションの出力トルクは、油圧モータの瞬間押しのけ容積と、油圧モータの高圧マニホールドと低圧マニホールドの間の圧力差（その圧力は、典型的には、高圧ラインと低圧ラインの間の圧力差に非常に類似している）の関数である。
【００１０】
したがって、油圧ポンプと油圧モータのうちの１つが不連続の押しのけ容積範囲で作動する場合であっても、油圧ポンプと油圧モータの他方が連続のオイルの押しのけ容積範囲で作動可能であること及び高圧ライン内の圧力が可変であることを確保することで、連続的に変化可能な範囲の入力及び出力トルクを得ることができる。低圧ライン内の圧力を測定し、所望の入力及び出力トルクを得るために考慮に入れることもできるが、本発明の目的のためには、典型的には、積極的には調整しない。しかしながら、他の目的のために、低圧ラインの調整がいくらか行われてもよい。
【００１１】
このことは、連続の押しのけ容積範囲が提供不可能な油圧ポンプ又はモータを使用することを許容するため、または、ある押しのけ容積範囲を意図的に除外し、それにより不連続の押しのけ容積範囲を提供することを許容するので、利点である。例えば、油圧ポンプ又はモータは、ある押しのけ容積で作動される場合に、望ましくない振動数の力を生じる可能性があるために、又は、油圧ポンプ及び油圧モータのうち一方を、トルクリップルや軸受サイドロードを最小限にするように作動させることができるように、ある押しのけ容積が意図的に除外されてもよい。したがって、油圧ポンプ又は油圧モータのうち前記一方が連続の押しのけ容積範囲で作動可能であっても、例えば、望ましくない振動数を有する力を生じることを避けるように、不連続の押しのけ容積範囲で作動されてもよい。その場合、関係のある振動数をもつ力を生じるのに要する押しのけ容積は、押しのけ容積とシャフトの回転速度の両方に依存する可能性があるので、不連続の押しのけ容積範囲における１以上の不連続が、油圧ポンプ又は油圧モータのうち前記一方のシリンダ容積のサイクルと連動しているシャフトの回転速度とともに変化してもよい。
【００１２】
電気的に制御される弁は、トランスミッションコントローラ又は別のコントローラに制御されてもよい。油圧ポンプと油圧モータはそれぞれ、シリンダ容積の各サイクル毎に、各シリンダが、動作サイクルか非動作サイクルかを選択するように、電気的に制御される弁を能動的に制御するコントローラを備えていてもよい。
【００１３】
典型的には、前記油圧ポンプ及び油圧モータの前記他方の押しのけ容積は、前記高圧マニホールド内の圧力を変化させるように制御される。
【００１４】
油圧ポンプ及び油圧モータの前記他方は、高圧ライン内の圧力を増加させまたは減少させるとの要求に応じて、シリンダが動作又は非動作サイクルを選択することで、急速かつ簡素に、高圧マニホールド内の圧力を変化させることができる。シリンダは、典型的にはカムの周囲に配置され、位相に隔たりがあるため、典型的には、要求の変化があってから、シリンダの正味押しのけ容積を選択する機会があるまでに、わずかな時間のみが経過する。シリンダが動作又は非動作サイクルのどちらを実行するかについての決定を最初に行った後は、能動的にバルブの開閉を制御することで、１以上のシリンダの正味押しのけ容積を、サイクルの途中に変えることもできる。
【００１５】
前記油圧ポンプ又は前記油圧モータは、連続の押しのけ容積範囲を生成することが可能であるが、１以上の押しのけ容積を除くようにプログラムされていてもよい。
【００１６】
前記不連続の押しのけ容積範囲は、望ましくない振動数を１以上有する力が生じることを避けるように選択される押しのけ容積を除いてあってもよい。望ましくない振動数とは、例えば、油圧トランスミッションを含む装置の構造部品の振動周波数等である。例えば、油圧トランスミッションが風力発電装置のナセルの一部である場合、風力発電装置のブレードや風力発電装置のタワーの振動周波数が、望ましくない振動数となりうる。前記不連の押しのけ容積範囲は、発生したノイズを最小化するように選択される押しのけ容積を含んでいてもよい。
【００１７】
高圧ラインはもっぱら剛壁により画定されていてもよい。この場合、高圧ライン内の圧力は、油圧ポンプ又はモータの押しのけ容積の変化に応じて急速に変化する。しかしながら、高圧ラインは、容量可変のオイル保持容器（典型的にはアキュムレータ、又はある長さのフレキシブルホース）と連続的又は選択的に連通していてもよい。高圧ラインは、ある長さのフレキシブルホース等の、容量可変な部分を備えていてもよい。
【００１８】
アキュムレータや他の容量可変のオイル保持容器が高圧ラインと連通していると、油圧ポンプ又は油圧モータの押しのけ容積の変化に応答する高圧ライン内の圧力の変化率が低下する。これには、いつくかのアプリケーションにおいて、入力及び／又は出力トルクの変化を平滑化させるという利点がありうる。
【００１９】
前記油圧ポンプ又は前記油圧モータは、選択されたシリンダを動作サイクルとし、該複数のシリンダのうち残りを非動作サイクルとするように構成され、
前記選択されたシリンダは、動作サイクルにある各グループのシリンダ間に相関関係が成立するように、シリンダのグループを１以上形成していてもよい。
【００２０】
これにより、選択が変更されるまで、選択されたシリンダは、各容積サイクルの間は動作サイクルとなり、それ以外のシリンダは、各容積サイクルの間は非動作サイクルとなる。選択されたシリンダは１以上のグループを形成するので、典型的に１つめのシリンダが動作サイクルとなる場合、同じグループ内の２番目のシリンダは典型的には動作サイクルとなる、というように、シリンダの選択は相関関係をもつことになる。したがって、動作サイクルとなるように選択されるシリンダの間に相関関係がないような既知の配置と比較して、例えばトルクリップルや軸受サイドロードを減少させるなど、機械の寿命を改善するようにグループを決定できる。結果として、使用可能なシリンダの複数の離散的なフラクション（fraction）のうち一つが動作サイクルを実行するように、コントローラがシリンダを作動させる。ここで、使用可能なシリンダの複数の離散的なフラクションは、各シリンダが動作サイクル又は非動作サイクルを実行すべきかに関してシリンダ毎に独立した決定がなされる場合における、使用可能なシリンダのうちの取り得る離散的なフラクションの数よりも少ない。使用可能なシリンダのうちの離散的なフラクションの数は、前記複数のシリンダのシリンダ数未満であることが好ましい。
【００２１】
前記複数のシリンダは、油圧ポンプ又はモータのシリンダの全てであってもよいし、偏心器の周囲のシリンダの全てであってもよい。しかし、油圧ポンプ又はモータは、異なる方法で選択される１以上のシリンダをさらに備えていてもよい。
【００２２】
好ましくは、油圧ポンプ又はモータは、回転シャフトと、回転シャフトの位置決定するためのシャフト位置センサを備え、コントローラは、シャフト位置センサで測定されたシャフト位置を考慮に入れて、シリンダ容積のサイクルと同調する関係にあるように、電気的に制御される弁を作動させるように構成される。
【００２３】
相関関係とは、押しのけ容積とは実質的に独立な相関関係のことをいい、したがって、
押しのけ容積要求信号が変更されるまでずっと、作動室容積の各サイクル毎に特定のシリンダを選択させるような、最大出力に対する割合で押しのけ容量の要求が維持される場合のように、先行技術の機械に一時的にみられるような明らかな相関関係ではない（例えば、位相的に等間隔な１２個のシリンダを備える機械において、要求の最大値のちょうど２５％の要求では、要求信号に小さな変化があるまで、各サイクル毎に同じ３つのシリンダが選択されるようになっていた）。したがって、シリンダの選択が変更されるまで、選択されたシリンダは、典型的には繰り返し動作サイクルとされ、一方、前記複数のシリンダのうち残りのシリンダは繰り返し非動作サイクルとされる。
【００２４】
シリンダのグループとは、最低２つのシリンダのことをいう。典型的には、シリンダのグループは、３以上のシリンダのグループである。典型的には、シリンダは同一の容積を持つ。典型的には、位相オフセットは別として、シャフトの位相に伴うシリンダ容積のプロファイルは、各シリンダについて同一である。
【００２５】
好ましくは、各グループのシリンダは、トルクリップルと軸受サイドロードのいずれか又は両方を制限する（好ましくは最小化する）ように選択される。
【００２６】
トルクリップルは、シリンダによる高圧作動油ラインへの（ポンプ又はポンプとして作動するポンプ・モータの場合）又は高圧作動油ラインからの（モータ又はモータとして作動するポンプ・モータの場合）作動油の押しのけ流量の変化に強く影響を受ける。トルクリップルを制限するように選択されたシリンダのグループの１以上のみを動作サイクルとすることで、全体としてのトルクリップルが制限される。シリンダのグループにより生成されるトルクリップルは、そのグループのシリンダ間の位相差と、シリンダ容積の各サイクルにおける、位相の変化に伴い押しのけられた流体の変化に依存する。シリンダのグループの選択が変更されるまで、選択されたシリンダは動作サイクルとなり、他のシリンダはアイドルサイクルとなる。典型的には、シリンダのグループの選択の変更は最小限に抑えられ、これにより、グループの選択の変更により一時的に発生しうるトルクリップルを最小化する。
【００２７】
軸受サイドロードは、カムに働く不同一な力から生じ、正味の半径方向の力の原因となる。軸受サイドロードは、例えば、同一グループ内に、位相が一致し、かつ、カムを挟んで互いに反対側にあるシリンダを含み、それらがカムに働かせる力を相殺し、それにより軸受に働く力を相殺するようにすることで、制限することができる。これにより、クランクシャフトや軸受に働く望ましくない力が減少する。
【００２８】
典型的には、グループのシリンダは、繰り返すシリンダ容積のサイクルの間、最大トルクと最小トルクの間の変化を、最大トルクの１０％以内に、又は好ましくは５％以内に減少させるように選択される。
【００２９】
油圧ポンプ又はモータは、トルクリップルを制限するため、前記各グループのシリンダが、３６０°／ｎ（ただし、ｎは２よりも大きい整数）の隔たりの位相差で作動するように構成されてもよい。
【００３０】
この位相差は、ほとんどのカムの作業表面プロファイルについて、トルクリップルを最小化する。任意の２つのシリンダ間の位相差は、その２つのシリンダのカムの周囲の角度押しのけ容積により、また、カムの作業表面のプロファイルにより決まる。カムは、リングカムでもよい。シリンダは、リングカムの外側の周囲に位置していてもよい。カムは、マルチローブカムでもよい。
【００３１】
少なくともいくつかの状況において、軸受サイドロードを制限するため、前記選択された１以上のグループの各シリンダに対し、カムの反対側に位置し、該シリンダに同調して作動する１個の他のシリンダが存在し、又はカムの周囲に角度３６０°／ｍの間隔で配置され、該シリンダに同調して作動する他のシリンダが整数ｍ個存在するように、１以上のシリンダのグループが選択されてもよい。軸受サイドロードは制限されているが、ゼロまで低減されているのではなく、閾値未満に維持されていることが好ましく、これは、軸受がスリップするのを回避するために、いくつかの小さな軸受サイドロードを持つことが有利となり得るからである。
【００３２】
したがって、シリンダの内部で（典型的にはピストンやピストンシュー又はローラを介して）、作動油によりカムに働く力は、カムを挟んで両側のシリンダにより反対方向に働く、実質的に同じ大きさで半径方向に内側向きの力（又は、正味の合力が実質的にゼロである、角度３６０°／ｍの間隔で配置されたｍ個のシリンダ）により、つり合いの状態となる。これにより、軸受サイドロードは最小化される。油圧モータが特定の最大押しのけ容積率で動作している場合、シリンダのグループの１以上は、このように選択されてもよい。最大押しのけ容積率とは、あるシャフト回転速度において各シリンダがシリンダ容積の各サイクル毎に押しのけることができる作動油の最大量を、各シリンダが押しのけた場合の押しのけ容積の割合のことをいう。
【００３３】
通常運転時は、シリンダ容積のサイクルの回転数と等しい頻度で複数のシリンダのグループからシリンダのグループの１以上を選択することで、実際の押しのけ容積を押しのけ容積要求信号に最もよく適合させるために必要な頻度よりも少ない頻度でシリンダの選択が変更されてもよい。
【００３４】
通常運転時は、シリンダの選択は、通常（通常運転の時間のうち少なくとも９０％、又は少なくとも９５％又は９８％）、シリンダ容積のサイクルの回転数よりも少ない頻度で変更されてもよい。
【００３５】
これらのアプローチは、電気的に制御される弁を制御することにより各シリンダによる作動油の押しのけ容積をシリンダ容積の各サイクル毎に選択可能な油圧機械の通常運転モード、つまり、ｎ度位相が離れたシリンダがある場合、個々のシリンダを選択するかどうかの決定は、３６０／ｎ×シリンダ容積のサイクルの回転数の頻度で行われるのと対照的である。シリンダ容積の各サイクル中に、前記複数のシリンダのうち残りのシリンダが不動作サイクルとなっているのに対し、シリンダ容積の各サイクル毎に動作サイクルとなるように選択されたシリンダの動作との組み合わせで、この減少したシリンダの選択の頻度は、トルクリップル及び／又は軸受サイドロードを減少させる。これは、トルクリップル及び／又は軸受サイドロードを減少させるために選択された１以上のグループから、トルクリップル及び／又は軸受サイドロードを減少させるために選択された１以上の異なるグループへのシリンダの選択の変更が、典型的には一時的なトルクリップル及び／又は軸受サイドロードを引き起こすためである。
【００３６】
コントローラは、通常運転中、使用可能なシリンダのうち離散的な取り得る一連のフラクションの一つが用いられるように前記複数のシリンダの中から一以上のグループを選択するとともに、作動室容積のサイクルの周波数（単位時間あたりの回数；frequency）と等しい頻度にてシリンダ容積の一回のサイクルについて離散的な取り得る一連の押しのけ容積の中から異なる一つを選択することで押しのけ容積要求信号に最も整合するのに必要であろう頻度よりも少ない頻度（又は前記周波数の半分よりも少ない頻度、あるいは前記周波数の４分の１よりも少ない頻度）でシリンダの選択を変更するように構成される。
【００３７】
これらのアプローチは、油圧ポンプが、例えば風力発電装置等の再生可能エネルギータービン、特に１トンを超える質量をもつタービンに接続されている場合に特に有用である。これは、タービンの慣性が比較的高く、ポンプの押しのけ容積の変更の遅延（例えば、風速の変動によって起こるタービンの回転速度の変化に起因する）は、特に懸念されないためである。
【００３８】
油圧機械は、１以上の別の運転モード、例えば、シャットダウンや起動時、又は一時的なイベントや障害への応答時等において、より高い頻度でシリンダの選択を変更してもよい。
【００３９】
典型的には、前記複数のシリンダは、共通の作動油出力（ポンプ又はポンピングモードのポンプ・モータの場合）又は共通の作動油入力（モータ又はモータリングモードのポンプ・モータの場合）を共有しており、コントローラによる電気的に制御される弁の制御のおかげで、シリンダ容積の各サイクル毎に、共通の作動油出力又は共通の作動油入力に個別に接続可能である。
【００４０】
それぞれ別の作動油出力又は入力を有するシリンダがさらにあってもよい。好ましくは、相関性のある動作サイクルを有するシリンダは、（ハードウェアの中に定義されているというよりも、）コントローラがコンピュータプログラムを実行することにより選択される。
【００４１】
コントローラは、複数のシリンダのグループを決定するシリンダグループ分けデータを考慮して、個々のシリンダが動作サイクルか非動作サイクルかを選択してもよい。
【００４２】
シリンダグループ分けデータは、ＲＡＭのようなコンピュータ可読媒体に格納される。シリンダグループ分けデータは、油圧機械の運転が開始する前に決定されてもよい。シリンダグループ分けデータは、油圧機械の運転中に生成されてもよい。
【００４３】
コントローラは、運転中にグループのうち少なくとも１つを形成するシリンダを変更するように、又は、いくつかの状況において、グループのうち少なくとも１つが選択される状況（例えば、押しのけ容積）を変更するように、シリンダグループ分けデータを変更するようにプログラムされていてもよい。
【００４４】
シリンダは、あるときに第１のグループに属し、その後第２のグループに属してもよい。コントローラは、運転中にグループのうち少なくとも１つを形成するシリンダを変更するように、又は、１つ又はそのシリンダに障害があるとの決定に応答して、グループのうち少なくとも１つが選択される状況を変更するように、又は、摩耗を低減させるためにシリンダの使用率を均一にするように、プログラムされていてもよい。
【００４５】
動作サイクルは、作動油の最大ストローク容積をシリンダが押しのけるフルストロークサイクルであってもよい。動作サイクルは、作動油の最大ストローク容積の一部のみをシリンダが押しのける部分ストロークサイクルであってもよい。不動作サイクルは、作動油がシリンダの中へ又はシリンダから流れるが正味押しのけ容積がないサイクル、又はシリンダは低圧及び高圧マニホールドからシールされたままであり、したがって作動油の正味押しのけ容積を作らないサイクルであってもよい。
【００４６】
コントローラは、動作サイクルの間、各シリンダによる作動油の正味押しのけ容積を変化させるように、各シリンダと関連する少なくとも１つのバルブの開閉時点を調整するようにプログラムされていてもよい。
【００４７】
したがって、油圧機械による、カム１サイクルあたりの作動油の正味押しのけ容積のいくつかのバリエーションが、１以上のシリンダのグループの選択を変更することなく可能である。これにより、油圧機械が、動作サイクルを実行するシリンダのパターンを変更せずに、要求の小さな変化に適応することが可能となる。これは、動作サイクルを実行するシリンダのパターンの変更の頻度を減少させ、それにより、変更がなされるときに生じる可能性がある一時的なトルクリップルを減少させる。
【００４８】
動作サイクルの間の１サイクルあたりのシリンダの正味押しのけ容積を選択するために、前記電気的に制御される弁を開閉するタイミングを制御することによって、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうちの前記一方の押しのけ容積が可変であってもよい。
【００４９】
前記高圧ライン内の圧力は、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうちの前記一方の押しのけ容積の予定されたステップ変化よりも先に変化してもよい。
【００５０】
好ましくは、高圧ラインの圧力は、ネガティブフィードバックループを用いて、例えば、比例積分制御器を用いて制御される。
【００５１】
典型的には、油圧ポンプと油圧モータの押しのけ容積の変化のタイミングは、出力トルクを平滑にするように選択される。
【００５２】
各連続サイクル毎に、動作サイクルを実行しようとする１以上のシリンダのグループを選択し、前記電気的に制御される弁を開閉するタイミングを制御することによって、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうちの前記一方の押しのけ容積が、０から作動最大値までの作動範囲にわたり可変であって、
前記電気的に制御される弁を開閉するタイミングを制御することによって、動作サイクルの間、前記シリンダの押しのけ容積が変化する範囲において、前記油圧ポンプ又は油圧モータの正味押しのけ容積が、前記作動範囲の上側領域においては連続であるが、前記作動範囲の下側領域においては不連続であってもよい。
【００５３】
各連続サイクル毎に、動作サイクルを実行する１以上のシリンダのグループを選択することにより、もし各動作サイクル中の作動油の正味押しのけ容積が同一であれば、油圧ポンプ又はモータの出力が量子化される。前記電気的に制御可能な弁の開閉タイミングを変化させることにより、各動作サイクル中の作動油の正味押しのけ容積を変化させることが可能であるが、それが可能な程度は限定される。例えば、ピストン速度が大きく、シリンダ容積の変化の速度が大きい場合に、ストロークの中間部で能動的にバルブの開閉を行うことは、実際的でない。ストローク中間部でのバルブ状態の変化は、望ましくない衝撃応力の原因となる。結果として、押しのけ容積の作動範囲の上限側において、油圧ポンプと油圧モータのうちの前記一方が、いずれかの連続の押しのけ容積範囲を生成しうるが、押しのけ容積の作動範囲の下限側においては、その範囲は不連続であってもよい。
【００５４】
本発明は、第２の態様において、本発明の第１の態様による油圧トランスミッションと、油圧ポンプを駆動するタービンと、油圧モータによって駆動される発電機とを備える、再生可能エネルギー発電装置にまで及ぶ。
【００５５】
タービンは、ギアボックスを介在せずに、直接又は回転シャフトを経由して油圧ポンプに接続されていてもよい。
【００５６】
本発明は、その中でエンジンが油圧ポンプを駆動し、油圧モータが車輪や他のアクチュエータを駆動する車両にまでも及ぶ。
【００５７】
本発明の第３の態様によれば、油圧ポンプと、油圧モータと、前記油圧ポンプの出力を前記油圧モータの入力に接続する高圧ライン及び前記油圧ポンプの出力を前記油圧モータの入力に接続する低圧ラインとを備える油圧トランスミッションであって、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータはそれぞれ、低圧マニホールドと、高圧マニホールドと、複数のシリンダと、各シリンダと前記低圧及び高圧マニホールドとの間の作動流体の流れを調整するための複数のバルブとを備え、
各シリンダと関連するバルブの少なくとも１つは、シリンダ容積の各サイクル毎に、各シリンダが、作動流体の正味押しのけ容積が存在する動作サイクルか、作動流体の正味押しのけ容積が存在しない非動作サイクルかを選択するように能動的に制御される、電気的に制御される弁である油圧トランスミッションの運転方法であって、
前記油圧トランスミッションの入力及び出力トルクを調整するように、前記高圧マニホールド内の圧力の変化とともに、前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの一方による作動流体の押しのけ容積の不連続な変化を調和させることを特徴とする、油圧トランスミッションの運転方法が提供される。
【００５８】
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうちの前記一方は、不連続の作動流体押しのけ容積範囲において作動し、前記油圧ポンプまたは前記油圧モータの他方は、連続の作動流体押しのけ容積範囲において作動し、
前記高圧マニホールド内の圧力の変化のおかげで、前記油圧ポンプ又は油圧モータが前記不連続の押しのけ容積範囲で作動するにもかかわらず、前記油圧トランスミッションの入力及び出力トルクは、連続する範囲の全域にわたり可変であってもよい。
【００５９】
本発明は、第３の態様において、油圧トランスミッションコントローラ上で実行されたときに、本発明の第１の態様による油圧トランスミッションとして又は本発明の第２の態様の方法に従って油圧トランスミッションを機能させるコンピュータプログラムが格納された、コンピュータ可読媒体（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＰＲＯＭ又は磁気又は光学ディスク）にまでも及ぶ。
【００６０】
本発明の３つの態様のいずれかに関連して記載される任意的な特徴は、本発明のそれぞれの態様の任意的な特徴である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
次の図を参照して、本発明の例示的な実施形態を説明する。
【図１】図１は、本発明による油圧トランスミッションを備えた風力発電装置の概略図である。
【図２】図２は、油圧ポンプの概略図である。
【図３】図３は、油圧モータが取りうる押しのけ容積を示すグラフである。
【図４】図４は、不連続の押しのけ容積範囲で作動する油圧ポンプの実施形態の一例が取りうる押しのけ容積を示すグラフである。
【図５】図５は、不連続の押しのけ容積範囲で作動する油圧ポンプの別の実施形態が取りうる押しのけ容積を示すグラフである。
【図６】図６は、不連続の押しのけ容積範囲で作動する油圧ポンプのさらに別の実施形態が取りうる押しのけ容積を示すグラフである。
【図７】図７は、油圧ポンプの押しのけ容積の不連続変化を含む期間における油圧ポンプ押しのけ容積、油圧モータ押しのけ容積、高圧ライン内圧力及び入力トルクの変化のグラフである。
【図８】図８は、油圧ポンプ押しのけ容積の変化よりも前に入力トルクの変化を平滑化するための油圧モータ押しのけ容積の変化のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
図１は、タワー２と、その上に搭載された、ブレード６を有するタービン４を備える風力発電装置１の概略図である。風力発電装置のナセル（図示しない）の中で、入力ドライブシャフト８は、ギアボックスを介さずに、タービンを可変容量油圧ポンプ１０に直接接続する。可変容量油圧ポンプは、概して１２として示される油圧トランスミッションの一部であり、該油圧トランスミッションは、出力ドライブシャフト１８を通じて発電機１６に連結された可変容量油圧モータ１４を少なくとも１つ含む。オイルタンク２０は、（作動油としての）オイルのストックを保持し、油圧モータの出力から油圧ポンプの入力に延びる低圧ライン２２と連通している。高圧ライン２４は、油圧ポンプの出力から油圧モータに伸びる。油空圧アキュムレータ２６は、高圧ラインに接続される。典型的な実施形態では、各々が別々の発電機を駆動する高圧及び低圧ラインの間に並列に接続された複数の油圧モータが備えられる。
【００６３】
油圧ポンプと油圧モータ両方の押しのけ容積が可変であるため、トランスミッションは、入力ドライブシャフト８におけるトルク（入力トルク）と発電機ドライブシャフト１６におけるトルク（出力トルク）の双方の独立した制御を許容するとともに、モータからの力を発電機に伝達する。圧力センサ３０からの高圧ラインの圧力の測定値を、他の入力とともに受け取り、油圧ポンプ及び油圧モータの押しのけ容積や、ブレードピッチ制御等の、制御されうる他のアクチュエータを制御するタービンコントローラ２８（トランスミッションコントローラとして機能する）により、入力ドライブシャフトにおけるトルクが調整される。
【００６４】
油圧ポンプ及び油圧モータは、それぞれ、可変容量の放射状ピストン油圧機械であり、その中において、各シリンダ容積毎に各シリンダにより押しのけられる作動油の容積は、電気的な弁の制御により選択可能である。図２は、このタイプの油圧機械１００を示し、シリンダの内面とそれぞれのピストン１０６との間に画定され、周期的に変化するシリンダ容積１０４を有する複数のシリンダ１０２を備える、電気的に整流された油圧ポンプ／モータの形をしている。ピストン１０６は、マルチローブ偏心カム１１０により回転可能なクランクシャフト１０８から駆動され、これにより、シリンダ容積を周期的に変化させるようにシリンダ内を往復する。油圧ポンプの場合には、回転可能なクランクシャフトはタービンドライブシャフトに連結され、油圧モータの場合には、回転可能なクランクシャフトは出力ドライブシャフトに連結される。シャフト位置及び速度センサ１１２は、シャフトの瞬間的な角度位置及び回転速度を測定し、信号ライン１１４を通じてマシンコントローラ１１６に通知する。これによりコントローラが各作動室のサイクルの瞬間的な位相を決定することができる。マシンコントローラは、典型的には、その使用中、格納されたプログラムを実行するマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラである。いくつかの実施形態では、タービンコントローラは、油圧ポンプ及び／又は油圧モータのマシンコントローラとしても機能してもよい。
【００６５】
作動室はそれぞれ、電気的に作動される面シールポペットバルブ１１８の形の低圧バルブ（ＬＰＶ）と関連する。低圧バルブは、関連するシリンダに向かうように内側を向いており、シリンダから低圧マニホールド１２０に伸びる経路を選択的に密封するように動作可能である。低圧マニホールド１２０は、使用中、通常は流体の正味のソース又はシンクとして機能するが、１又はいくつかのシリンダ、またはここに示される全てのシリンダを、低圧ライン２２に接続してもよい。ＬＰＶはノーマルオープンソレノイドクローズドの弁であり、作動室の圧力が低圧マニホールド内の圧力よりも低いとき、すなわち吸入ストロークの間、シリンダを低圧マニホールドと流体的に連通させるように受動的に開くが、ＬＰＶ制御ライン１２６（図を簡素にするため、ほとんどの場合、接続はＸにより暗黙的に示される）を経由したコントローラの能動的な制御のもとで、シリンダを低圧マニホールドとの流体的な連通から切り離すように、選択的に閉じることが可能である。代替として、ノーマルクローズドソレノイドオープンの電気的に制御可能な弁を用いることができる。
【００６６】
作動室はさらに、それぞれ、高圧バルブ（ＨＰＶ）１２８と関連する。高圧バルブ１２８は、シリンダから外側に向いており、シリンダから高圧マニホールド３０に伸びる経路を密封するように動作可能である。高圧マニホールド３０は、使用中、流体の正味のソース又はシンクとして機能し、１又はいくつかのシリンダ、またはここに示される全てのシリンダを、高圧ライン２４に接続してもよい。
【００６７】
油圧ポンプの場合、ＨＰＶは、シリンダ内の圧力が高圧マニホールド内の圧力を超えると受動的に開く、ノーマルクローズであり圧力で開くチェック弁であってもよい。モータの場合、又はポンプの場合でもモータリングサイクルを実行できることが望ましい場合には、ＨＰＶは、関連する作動室の圧力により一旦ＨＰＶが開いたら、コントローラが、ＨＰＶ制御ライン１３４（図を簡素にするため、ほとんどの場合、接続はＹにより暗黙的に示される）を用いて選択的に開けたままにすることができてもよい、ノーマルクローズソレノイドオープンのチェック弁である。
【００６８】
通常運転においては、例えば欧州特許出願公開第０３６１９２７号明細書、欧州特許出願公開第０４９４２３６号明細書、欧州特許出願公開第１５３７３３３号明細書及び欧州特許出願公開第２０５５９４３号明細書に記載のように、各シリンダにより押しのけられる作動油の容積は、それぞれのシリンダに関連するＨＰＶ及びＬＰＶの能動的な制御により各作動室容積のサイクル毎に制御される。（油圧ポンプの場合には、ＨＰＶの能動的な制御は任意であり、圧力作動式のチェック弁を使用してもよい。）能動的な制御は、バルブを開け、閉め、開いた状態に維持し、又は閉まった状態に維持するためにエネルギーを使用することを含むことができる。動作ポンピングサイクルの場合、コントローラは、関連するシリンダ容積サイクルにおいて、最大容積点に近いシリンダに関連するＬＰＶを閉めることで、低圧マニホールドへの経路を閉め、これにより、続く収縮ストロークの際に、流体を関連するＨＰＶを通して外に出す。動作モータリングサイクルの場合、コントローラは、吸入ストローク中のシリンダに関連するＨＰＶを閉め（最大容積動作サイクルの場合の、関連するシリンダ容積サイクルにおける最大容積点の直前に）、その後、シリンダ内の圧力が一旦十分に低下すると、排気ストローク中に作動油が低圧マニホールドに押しのけられるように、そのシリンダに関連するＬＰＶを開ける。不動作サイクルに達するために、ＬＰＶは、吸入ストローク中に低圧マニホールドから作動油を受け、排出ストローク中には低圧マニホールドに返すように、開いている状態に維持されるか、又は、シリンダが、シリンダ容積サイクルを通して密封されたままになるように閉じた状態に維持されてもよい。したがって、前記機械は、十分に長い時間、どのような平均押しのけ容積をも提供することができる。これを容積の無限可変押しのけ容積といい、これは連続の押しのけ容積範囲の一例である。
【００６９】
図３を参照して説明すると、米国特許第７，７９３，４９６号のトランスミッション等の知られているトランスミッションにおいては、油圧ポンプ及び油圧モータはそれぞれ、ポンプ又はモータの各最大押しのけ容積の０％から１００％の間の連続的な押しのけ容積範囲４０を出力することができる。
【００７０】
本発明は、少なくとも通常運転モードにおいて、機械のうちの１つが不連続の取りうる押しのけ容積範囲で作動されるトランスミッションに関する。以下の例においては、不連続の取りうる押しのけ容積範囲で作動する機械は油圧ポンプであるが、油圧ポンプの代わりに油圧モータが不連続の取りうる押しのけ容積範囲で作動される場合にも同様の原理が当てはまる。
【００７１】
図４を参照して説明すると、実施形態の一例において、油圧ポンプのマシンコントローラは、油圧ポンプが、２つの除外される押しのけ容積４２では作動されないことを確保する。除外される押しのけ容積は、これらの押しのけ容積では、タワーやブレードの共振周波数に相当する振動の原因となる力が生じるので、選択されるものである。したがって、油圧ポンプの押しのけ容積の範囲は不連続である。コントローラは、望ましくない振動が発生する押しのけ容積が、クランクシャフトの回転スピードに伴い変化することを考慮してもよい（しなくてもよい）。
【００７２】
取りうる押しのけ容積の全範囲にわたっては作動されない、別の機械の取りうる押しのけ容積を図５に示す。この場合、通常運転モードにおいて、油圧ポンプ（例として）の押しのけ容積は、複数の離散値４４をとり、したがって不連続である。押しのけ容積は量子化される。これは、選択されたシリンダは各連続サイクル容積において動作サイクルであり、残りのシリンダはシリンダ容積の各連続サイクルにおいて不動作サイクルであり、押しのけ容積は常に最大押しのけ容積のｎ／ｍの割合（ただしｎは各連続サイクルにおいて動作サイクルであるシリンダの数であり、ｍは全シリンダの数である）であるように機械が作動される実施形態において起こるかもしれない。
【００７３】
図６は、さらに別の機械の取りうる押しのけ容積を示し、これは、取りうる押しのけ容積の範囲の上端のほうでは、連続する押しのけ容積範囲４６にわたり作動することができるが、取りうる押しのけ容積の範囲の下端のほうでは、不連続の押しのけ容積範囲４８が存在する場合のものである。このような状況は、例えば、機械が図５に示されるように作動されるが、マシンコントローラが、例えば欧州特許出願公開第１５７３３３号明細書に記載の方法を使用して、各シリンダによる最大押しのけ容積出力の割合を変えるためにＬＰＶ及び／又はＨＰＶの能動的制御のタイミングを変更するようにプログラムされているような場合に起こりうる。典型的には、これを行うのは、限定された範囲でのみ可能である。ストロークの途中に起こる相当の圧力差に抗して能動的にバルブを開閉するのに必要となる力や、シリンダ内に高圧に加圧された流体が存在する際に、バルブが能動的に開かれるときにおこりうるバルブの寿命への影響があることによる。このような場合、相当の力によりバルブシートやエンドストップに影響を与える。図６に示される例では、マシンコントローラが、バルブタイミングを制御することにより、個々のシリンダによる押しのけ容積を、最大シリンダ容積の８０〜１００％から変えることが可能である。
【００７４】
タービンの通常運転の間、タービンコントローラは、タービン又はそのタービンが一部であるタービンのグループのパワー出力を最大化するように油圧モータ及び油圧ポンプの入力及び出力トルクを調整するために、例えば平滑な電力出力を配電網に出力するための条件等の他の要因を考慮しながら、油圧モータ及び油圧ポンプの押しのけ容積を制御する。
【００７５】
油圧ポンプの押しのけ容積は、通常、例えば、ブレードに加わるトルクが、風からの力をできるだけ効率よく受けるように最適化されるように、入力ドライブシャフトにおけるトルクを調整するために制御される。しかし、通常運転の一部として、コントローラは他の要因を考慮に入れてもよい。例えば、突風から受ける力を最大化するために、予測される突風に前もってロータの回転速度を増加させてもよい。
【００７６】
油圧モータの押しのけ容積は、典型的には、効率的な発電のために、出力ドライブシャフトのトルクが最適となるように選択される。また、油圧モータの押しのけ容積は、また、したがって出力ドライブシャフトにおけるトルクは、配電網等の負荷との同調を維持するように発電機の位相と周波数を制御するために、継続的に制御される。
【００７７】
油圧ポンプ及び油圧モータの押しのけ容積を制御するために、タービンコントローラは、適切な制御信号を各マシンコントローラに伝達する。代替の実施形態においては、タービンコントローラは、マシンコントローラの一方または両方として機能してもよい。制御信号は、例えば、所望の押しのけ容積や高圧ラインの目標圧力を指示する信号や、発電機及びそれをアクティブ又はアイドルモードに駆動する油圧モータを切り換える信号を含む。
【００７８】
入力ドライブシャフトにおけるトルクは、油圧ポンプの押しのけ容積と、高圧及び低圧ラインの間の圧力差の両方に比例する。同様に、出力ドライブシャフトにおけるトルクは、油圧モータの押しのけ容積と、高圧及び低圧ラインの間の圧力差の両方に比例する。実際的には、高圧ライン内の圧力は、典型的には、低圧ライン内の圧力よりも大幅に急激に変化するので、高圧ライン内の圧力は、最も綿密に調整される。
【００７９】
時々、所望の入力トルク及び出力トルクの両方を得るために、油圧ポンプ（この例においては）の押しのけ容積を、油圧ポンプが作動する押しのけ容積の範囲内にはない押しのけ容積に変更することが望ましい場合もある。そのような場合、タービンコントローラは、連続的な押しのけ容積範囲において作動される機械（この場合では油圧モータ）の押しのけ容積を変更することにより高圧マニホールド内の圧力を変更する。高圧マニホールド内の圧力は、油圧ポンプにより高圧マニホールド内に押しのけられる作動油の量と、油圧モータにより高圧マニホールドから外に押しのけられる作動油の量との差に依存して変化する。また、アキュムレータの容積も同様である。したがって、高圧マニホールド内の圧力を変化させることで、所望の入力及び出力トルクを得ることが可能となる。これは、油圧ポンプの押しのけ容積の不連続性のため、他の方法では可能とはならない。
【００８０】
したがって、図７を参照して説明すると、油圧ポンプの押しのけ容量は、離散しているより高い押しのけ容積５２とより低い押しのけ容積５４の中間値である第１の値５０を有してもよく、油圧ポンプはこれらのレベルの間の押しのけ容積で作動されなくてもよい。入力トルク５６の少しの増加を得るためには、油圧モータの押しのけ容積を減少６０させ、続けて増加６２させることで、高圧ライン圧力５８が増加する。したがって、油圧ポンプの押しのけ容積を変化させることでしか可能とはならなかった、入力トルクの変化が得られる。圧力を変化させることができるので、したがって、油圧モータのみが連続の押しのけ容積範囲で作動していても、入力及び出力トルクは連続する範囲にわたって変化しうる。
【００８１】
図８を参照して説明すると、高圧ライン内の圧力５８の変化（及び、低圧ライン内の圧力は実質的に変化しないため、高圧ラインと低圧ラインの間の圧力差の変化も）は、油圧ポンプの押しのけ容積６６の意図された変化６４と同期することができる。油圧ポンプの押しのけ容積のステップ変化（この例においては、押しのけ容積の増加）をするとの決定が一度なされると、油圧ポンプの押しのけ容積の変更がされる前からされた後までにわたる期間、モータの押しのけ容積が変更（この例においては増加）される（６８）。この結果、高圧ライン内の圧力が減少し、このことは、入力トルク７２の変動を平滑化させる効果がある。モータの押しのけ容積は、その後、圧力の変化を停止させるため、元に戻される（７０）。このように、可能な場合は、連続の押しのけ容積範囲での油圧機械の押しのけ容積の変化を一定時間スケジュールすることができ、油圧機械を連続の押しのけ容積範囲で制御することにより、前もって圧力を変化させることができる。これは、望ましい入力トルクからの逸脱を最小化する。
【００８２】
本発明の方法は、油圧トランスミッションの通常運転モードに関連する。他の状況、例えば、起動時やシャットダウン時、又は障害への応答時等においては、代替のモードが適用される。通常動作モードにおいては、油圧モータ及び油圧ポンプの一方は不連続の押しのけ容積範囲で作動するが、上述したような他の運転モードにおいては、油圧モータと油圧ポンプの両方が完全に連続の押しのけ容積範囲で作動する実施形態があってもよい。
【００８３】
本発明は、特に不連続の押しのけ容積範囲で油圧ポンプを使用することが許容される、風力発電装置等のアプリケーションに特に有用である。油圧ポンプはタービンに連結されているため、通常は高い慣性が存在する。このため、所望の入力及び出力トルクが確立されるのに必要な時間は、問題とはならない。
【００８４】
一実施形態においては、油圧ポンプは、上述の図５を参照して説明した方法、すなわち、シリンダ容積の各サイクルにおいて、選択されたシリンダは動作サイクルとなり、複数のシリンダのうち残りのシリンダは不動作サイクルとなるような方法により作動される複数のシリンダを備える。時々、シリンダの選択は変更される。しかし、選択されるシリンダは、かならず、トルクリップルを最小化するように選択されたシリンダのグループ（典型的には、シリンダ３つ又はシリンダ４つ又はそれ以上のグループ）の組み合わせである。例えば、グループは、３６０°／ｎ（ただし、ｎはグループ内のシリンダの数である）の隔たりの位相差を有するシリンダを含んでいてもよい。したがって、例えば欧州特許出願公開第０３６１９２７号明細書、欧州特許出願公開第０４９４２３６号明細書及び欧州特許出願公開第１５３７３３３号明細書に記載されているような、要求に最もよく適合するように、個別のシリンダ全ての押しのけ容積を選択する先行技術の方法と比較して、１つのグループのシリンダからの押しのけ容積の合計の変動が低減されている（これはトルクリップルの低減につながる）。さらに、可能な場合は、シリンダのグループの組み合わせは、各シリンダには、同じ位相で作動し、クランクシャフトを挟んでちょうど逆側に位置する別のシリンダが存在するように選択される。したがって、クランクシャフトに働く向かい合ったシリンダからの力は相殺され、これはクランクシャフトに働く半径方向の力（軸受サイドロード）を、そしてこれにより軸受に働く力を低減する。
【００８５】
例示される実施形態は、主に風力発電装置に関係するが、当業者にとっては、本発明による油圧トランスミッションが他のタイプの再生可能エネルギー発電装置や、車両のトランスミッション等、他のアプリケーションにも有用であることは明らかであろう。
【００８６】
ここに開示された本発明の範囲内であれば、さらなる変更や改良を加えてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１        風力発電装置
２        タワー
４        タービン
６        ブレード
８        入力駆動軸
１０     可変容量油圧ポンプ
１２     油圧トランスミッション
１４     油圧モータ
１６     発電機
１８     出力駆動軸
２０     オイルタンク
２２     低圧ライン
２４     高圧ライン
２６     アキュムレータ
２８     タービンコントローラ
３０     圧力センサ
４０     取りうる押しのけ容積の範囲
４２     除かれた押しのけ容積
４４     連続の押しのけ容積範囲
４６     連続の押しのけ容積範囲
４８     不連続の押しのけ容積範囲
５０     ポンプの押しのけ容積の第１の値
５２     より高い離散の押しのけ容積
５４     より低い離散の押しのけ容積
５６     入力トルク
５８     高圧ライン圧力
６０     モータの押しのけ容積の減少
６２     モータの押しのけ容積の増加
６４     ポンプの押しのけ容積の変化
６６     ポンプの押しのけ容積
６８     モータの押しのけ容積の変化
７０     モータの押しのけ容積の変化
７２     入力トルク
１００  油圧機械
１０２  シリンダ
１０４  シリンダ容積
１０６  ピストン
１０８  回転可能なクランクシャフト
１１０  マルチローブ偏心カム
１１２  シャフト位置及び速度センサ
１１４  信号ライン
１１６  マシンコントローラ
１１８  低圧バルブ（ＬＰＶ）
１２０  低圧マニホールド
１２６  ＬＰＶ制御ライン
１２８  高圧バルブ（ＨＰＶ）
１３４  ＨＰＶ制御ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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