(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器であって、該変換器が、自然力により駆動されるパワーテイクオフ装置（２）を備えており、該パワーテイクオフ装置（２）が、ポンプ（４，４’）を有しており、パワーテイクオフ装置（２）に液圧アキュムレータユニット（３８）が対応配置されており、パワーテイクオフ装置（２）が、第１の液圧機械（３２，３２’）に作用接続されており、該第１の液圧機械（３２，３２’）が、電気機械を駆動するようになっている変換器において、該変換器が、第２の液圧機械（２６，２６’）を有しており、該第２の液圧機械（２６，２６’）を介して電気機械が駆動可能であり、該電気機械において取り出される電力を均一化するために、両液圧機械（３２，３２’；２６，２６’）の圧送／押退け容積が調整可能に形成されており、
両液圧機械（３２，２６；３２’，２６’）が、液圧的に直列に接続されており、第２の液圧機械（２６，２６’）が上流側に配置されており、液圧アキュムレータユニット（３８）に第１の液圧機械（３２，３２’）と第２の液圧機械（２６，２６’）との間の圧力が加えられていることを特徴とする、液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器。
【請求項２】
液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器であって、該変換器が、自然力により駆動されるパワーテイクオフ装置（２）を備えており、該パワーテイクオフ装置（２）が、ポンプ（４，４’）を有しており、パワーテイクオフ装置（２）に液圧アキュムレータユニット（３８）が対応配置されており、パワーテイクオフ装置（２）が、第１の液圧機械（３２，３２’）に作用接続されており、該第１の液圧機械（３２，３２’）が、電気機械を駆動するようになっている変換器において、該変換器が、第２の液圧機械（２６，２６’）を有しており、該第２の液圧機械（２６，２６’）を介して電気機械が駆動可能であり、該電気機械において取り出される電力を均一化するために、両液圧機械（３２，３２’；２６，２６’）の圧送／押退け容積が調整可能に形成されており、
変換器が、さらに別のパワーテイクオフ装置（２’）を備えており、該パワーテイクオフ装置（２’）に、さらに別の第３の液圧機械（４４，４４’）が対応配置されており、該第３の液圧機械（４４，４４’）が、同じく電気機械に作用接続されていて、第２の液圧機械（２６，２６’）に対して液圧的に並列に接続されており、第２の液圧機械（２６，２６’）のポート（Ｂ）と第３の液圧機械（４４，４４’）のポート（Ｂ）とが、第１の液圧機械（３２，３２’）のポート（Ａ）に接続されていることを特徴とする、液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器。
【請求項３】
第１の液圧機械（３２，３２’）のポート（Ｂ）が、タンク（Ｔ）または低圧に接続されている、請求項１または２記載の変換器。
【請求項４】
液圧アキュムレータユニット（３８）に、該液圧アキュムレータユニット（３８）を介して駆動可能である、付加発電機（５０）と付加液圧機械（５２）とを備えた付加的なモータ／発電機ユニット（４８）が対応配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の変換器。
【請求項５】
少なくとも第２の液圧機械（２６，２６’）が、液圧的に閉じられた回路に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の変換器。
【請求項６】
変換器が、液圧機械（２６，２６’）により駆動されるチャージポンプ（６２）を備えている、請求項５記載の変換器。
【請求項７】
パワーテイクオフ装置（２）が波力運転式であるかまたは風力運転式である、請求項１から６までのいずれか１項記載の変換器。
【請求項８】
液圧アキュムレータユニット（３８）が、並列に接続された複数の液圧アキュムレータを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の変換器。
【請求項９】
電気機械が発電機（３０，３０’）である、請求項１から８までのいずれか１項記載の変換器。
【請求項１０】
変換器アッセンブリにおいて、該変換器アッセンブリが、請求項１から９までのいずれか１項記載の複数の変換器を備えており、それぞれ２つの変換器（１，１’）に１つの液圧アキュムレータユニット（３８）が対応配置されていることを特徴とする、変換器アッセンブリ。
【請求項１１】
液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器を制御する方法において、変換器が、自然力により駆動されるパワーテイクオフ装置（２）を備えており、該パワーテイクオフ装置（２）が、ポンプ（４，４’）を有しており、パワーテイクオフ装置（２）に液圧アキュムレータユニット（３８）が対応配置されており、パワーテイクオフ装置（２）が、第１の液圧機械（３２，３２’）に作用接続されており、該第１の液圧機械（３２，３２’）が、電気機械を駆動するようになっており、変換器が、さらに、第２の液圧機械（２６，２６’）を備えており、該第２の液圧機械（２６，２６’）を介して電気機械が同じく駆動可能であり、調節可能な両液圧機械（３２，２６；３２’，２６’）の圧送／押退け容積を、パワーテイクオフ装置（２）に取り込まれた出力に関連して調整して、電気機械においてほぼ一定の電力を取り出し、
両液圧機械（３２，２６；３２’，２６’）が、液圧的に直列に接続されており、第２の液圧機械（２６，２６’）が上流側に配置されており、液圧アキュムレータユニット（３８）に第１の液圧機械（３２，３２’）と第２の液圧機械（２６，２６’）との間の圧力が加えられていることを特徴とする、液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器を制御する方法。
【請求項１２】
液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器を制御する方法において、変換器が、自然力により駆動されるパワーテイクオフ装置（２）を備えており、該パワーテイクオフ装置（２）が、ポンプ（４，４’）を有しており、パワーテイクオフ装置（２）に液圧アキュムレータユニット（３８）が対応配置されており、パワーテイクオフ装置（２）が、第１の液圧機械（３２，３２’）に作用接続されており、該第１の液圧機械（３２，３２’）が、電気機械を駆動するようになっており、変換器が、さらに、第２の液圧機械（２６，２６’）を備えており、該第２の液圧機械（２６，２６’）を介して電気機械が同じく駆動可能であり、調節可能な両液圧機械（３２，２６；３２’，２６’）の圧送／押退け容積を、パワーテイクオフ装置（２）に取り込まれた出力に関連して調整して、電気機械においてほぼ一定の電力を取り出し、
変換器が、さらに別のパワーテイクオフ装置（２’）を備えており、該パワーテイクオフ装置（２’）に、さらに別の第３の液圧機械（４４，４４’）が対応配置されており、該第３の液圧機械（４４，４４’）が、同じく電気機械に作用接続されていて、第２の液圧機械（２６，２６’）に対して液圧的に並列に接続されており、第２の液圧機械（２６，２６’）のポート（Ｂ）と第３の液圧機械（４４，４４’）のポート（Ｂ）とが、第１の液圧機械（３２，３２’）のポート（Ａ）に接続されていることを特徴とする、液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器を制御する方法。
【請求項１３】
ポンプ（４，４’）の出口における目下の体積流量（FlowW）を決定し、
第１の液圧機械（３２，３２’）の圧送／押退け容積（Disp1）を算出し、
ポンプ（４，４’）の出口における所要の相応の減衰圧（Press1）を決定し、
液圧アキュムレータユニット（３８）内の圧力（Press2）を検知し、
圧送／押退け容積（Disp1）と、液圧アキュムレータユニット（３８）内の圧力（Press2）と減衰圧（Press1）との間の圧力差とから所要のトルク（Torque1）を算出し、
電気機械の所要の電力取出し量（Power Output）を決定し、
電気機械に所望の電力取出し量（Power Output）が生じるまで、第２の液圧機械（２６，２６’）の圧送／押退け容積（Disp2）を調整する、請求項１１または１２記載の方法。
【請求項１４】
電気機械が発電機（３０，３０’）である、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した液電式の変換器、つまり、液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器、このような変換器を備えた変換器アッセンブリならびにこのような変換器を制御する方法に関する。
【０００２】
このような変換器は、たとえば米国特許第６３００６９８号明細書に記載されているような波力エネルギプラントにおいて使用される。この公知の波力エネルギプラントは液圧シリンダを有している。この液圧シリンダはブイに作用結合されており、これによって、液圧シリンダが、海況と、これに対応したブイの運動とによって操作され、ひいては、ポンプとして圧力媒体を液圧回路に圧送し、その結果、後置された液圧アキュムレータが加圧され、また、液圧機械が駆動されるようになっている。この液圧機械の出力軸は発電機に結合されており、これによって、液圧エネルギが電気エネルギに変換される。海況は、波の高さに関しても、周波数に関しても、激しく変化するので、発電機出口電圧を均一化するために、手間のかかる電子回路が設けられなければならない。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０１８６００号明細書には、改善された変換器が提案されている。この変換器では、取り出される電力の相応の変動を結果的に招く前述した波動の変動を均一化するために、液圧機械が、調整可能なもしくは可変の圧送／押退け容積を備えて形成されていて、回転数調整されて運転される。
【０００４】
本出願人のドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０２１５７６号明細書には、相応の変換器が開示されている。この変換器では、機械的な過負荷を回避するために、揺動体（ブイ）に制動装置が対応配置されており、これによって、揺動体が、予め規定された加速度、周波数または速度の超過時に制動されるようになっている。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０５６４００号明細書に示された変換器では、ポンプとして作用する液圧シリンダのピストンに、予め規定された減衰力および予め規定された圧力差が加えられているように、液圧機械が調節可能である。この解決手段でも、ポンプを介して液圧アキュムレータが加圧される。
【０００６】
前述した公知先行技術では、変換器が波力エネルギプラントの一部を成しているものの、本発明は、決してこのような用途に限定されるものではない。原理的には、このような変換器は、別のシステム、有利には自然力により駆動されるシステムでも使用することができる。したがって、ポンプが、風車、潮位差またはこれに類するものを介して駆動されてもよい。
【０００７】
前述した変換器には全て、波動または風力エネルギプラントを駆動する風の前述した不均一さ（むら）に基づき、発電機において取出し可能な電力も相応に変動してしまい、その結果、調整技術的に多大な手間をかけてしか、十分に均一な電力取出しを実現することができないという問題が共通している。
【０００８】
液圧アキュムレータを備えて形成されたこのような変換器の更なる問題は、ポンプにより発生させられた圧力が液圧アキュムレータ内の圧力よりも高い場合にしか、液圧アキュムレータの加圧が可能とならないことにある。このシステムでは、液圧アキュムレータの最高圧がシステム圧も制限するので、駆動媒体に蓄えられたエネルギ（波力エネルギ、風力エネルギ、・・・）を電気エネルギに十分に変換することが不可能となってしまう。さらに、この問題は、比較的制限された液圧アキュムレータ圧に基づき、波力エネルギまたは風力エネルギにより駆動されるポンプの液圧的な減衰が、制限されてしか可能とならないことによって増大させられる。
【０００９】
原理的には、液圧アキュムレータを備えて形成された変換器の代わりに、さらに、波力エネルギまたは風力エネルギにより駆動されるポンプを、発電機を駆動する調節可能な液圧機械に直接連結するかまたは発電機を揺動体に直接連結する可能性が存在する。このようなシステムは、たとえば「Ｗａｖｅ−Ｓｗｉｎｇ」プロジェクトに基づき公知である。このような直接連結されるシステムには、出力取出し量が、同じく自然力（波力エネルギ、風力エネルギ、・・・）の変動に関連して変動してしまい、エネルギ過多の場合にエネルギを蓄えるために、フライホイール等が使用されなければならないという欠点がある。このフライホイール等は、かなりの構成スペースを必要とし、その上、装置技術的な手間を増大させることになる。
【００１０】
このようなＰＴＯ（パワーテイクオフ装置）を介して取り出される運動学的な出力（動力）は、原理的には、ＰＴＯの運動に対する減衰力と、運動速度との積である。最適な出力取出し量を獲得するためには、浮体またはこれに類するものの各運動速度への最適な適合を実施する目的で、減衰力と運動速度とが波の周期の間に変えられ、逆転されなければならない。これにより、このような変換器では、最適な出力取出しを可能にするために、減衰力と運動速度とが調整されなければならない。これに相応して、波力エネルギプラントの場合には、この出力取出し量が、波の各周期の間に２回、波頂もしくは海況における最高値と、その間に位置する両ゼロ交点との間で変化してしまう。
【００１１】
したがって、本発明の課題は、液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器、このような変換器を備えた変換器アッセンブリおよびこのような変換器を制御する方法を改良して、取り込まれる出力またはエネルギの変動時でも、均一化された電力取出しが可能となるようにすることである。
【００１２】
この課題は、液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器に関しては請求項１の特徴組合せによって解決され、変換器アッセンブリに関しては請求項１０の特徴組合せによって解決され、方法に関しては請求項１１の特徴組合せによって解決される。
【００１３】
本発明の有利な改良態様は、従属請求項の対象である。
【００１４】
液圧エネルギを電気エネルギに変換するための本発明に係る変換器は、ポンプを備えた、有利には自然力により駆動されるユニット（以下、ＰＴＯ：パワーテイクオフ装置と呼ぶ）を有している。このＰＴＯには、液圧アキュムレータユニットが対応配置されている。この液圧アキュムレータユニットは、液圧機械に作用結合されている。この液圧機械は、電気機械、有利には発電機を駆動する。本発明によれば、この電気機械を同じく駆動することができる第２の液圧機械が設けられており、取り出される電力を均一化するために、両液圧機械の圧送／押退け容積が調整可能、つまり、可変である。両液圧機械のこの調節によって、本発明に係る変換器では、ポンプに作用する減衰圧が調整され、ポンプを駆動する自然力の変動を均一化することができる。さらに、取り出される電力を均一化するために、両液圧機械の適切な制御によって、液圧アキュムレータからの圧力媒体流れおよび液圧アキュムレータへの圧力媒体流れを調整することができる。
【００１５】
調節可能な液圧機械は、有利には、４象限運転において、液圧機械の出力軸の回転方向と回転速度とを一定にしたまま運転することができるように形成されている。
【００１６】
このような切換によって、たとえば、第１の液圧機械により供給されるトルクが、予め規定されたトルクを発電機に加えるために十分でない場合には、第２の液圧機械をモータとして運転することが可能となる。しかし、第１の液圧機械を介してトルク過多が提供される場合には、第２の液圧機械がポンプとして運転されてもよく、これによって、第２の液圧機械を介して、液圧アキュムレータの加圧が行われる。その後、この液圧アキュムレータは、のちの時点で発電機を駆動するために放圧されてよい。
【００１７】
本発明に係る変換器アッセンブリは、このような複数の変換器を有している。これらの変換器には、１つの共通の液圧アキュムレータユニットが対応配置されている。
【００１８】
液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器を制御する本発明に係る方法では、両液圧機械の圧送／押退け容積が、ポンプからの圧力媒体体積流量またはポンプへの圧力媒体体積流量、液圧アキュムレータユニットからの圧力媒体体積流量または液圧アキュムレータユニットへの圧力媒体体積流量、タンクからの圧力媒体体積流量またはタンクへの圧力媒体体積流量、ポンプの出口圧、液圧アキュムレータユニットの圧力、タンク圧、液圧モータおよび電気機械（発電機）の回転数または液圧機械および発電機におけるトルクに関連して調整される。
【００１９】
変換器の１つの態様では、両液圧機械が直列に接続されており、第２の液圧機械が、第１の液圧機械の上流側に配置されており、液圧アキュムレータユニットに第１の液圧機械と第２の液圧機械との間の圧力が加えられている。
【００２０】
本発明によれば、第１の液圧機械の低圧ポートが、タンクまたは低圧に接続されていてよい。
【００２１】
本発明の１つの態様では、さらに別のＰＴＯが設けられており、このＰＴＯに第３の液圧機械が対応配置されており、この第３の液圧機械が、同じく電気機械に作用結合されていてよい。第３の液圧機械は、有利には、第２の液圧機械に対して液圧的に並列に接続されており、第１の液圧機械が、第２の液圧機械にも第３の液圧機械にも対応配置されていて、ひいては、第２の液圧機械および第３の液圧機械にそれぞれ直列に接続される。
【００２２】
本発明の１つの変化態様では、液圧アキュムレータユニットに、冒頭で説明した液圧機械に左右されずに液圧アキュムレータユニットを介して駆動可能である、付加発電機と付加液圧機械とを備えた電気式の付加ユニットが対応配置されていてよい。
【００２３】
少なくとも第２の液圧機械は、開いたかまたは閉じられた液圧回路に配置されていてよい。
【００２４】
閉じられた回路の態様では、漏れを補償するために、チャージポンプが設けられてよい。
【００２５】
上述したように、ＰＴＯは、波力運転式でもよいし、風力運転式でもよいし、その他の再生可能なエネルギによって駆動されていてもよい。
【００２６】
液圧アキュムレータユニットは、並列に接続された複数の液圧アキュムレータ（液圧アキュムレータ列）から成っていてよい。
【００２７】
液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器を制御する方法では、まず、ポンプの出口における目下の圧力媒体体積流量が決定されるように、液圧機械の圧送／押退け容積の調整が行われるようになっている。その後、ＰＴＯのこの出口値に関連して、第１の液圧機械の圧送／押退け容積が算出され、これに基づき、ＰＴＯのポンプの出口において調整されなければならない目下の相応の減衰圧が決定される。さらに、液圧アキュムレータユニット内の圧力が決定され、予め決定された減衰圧とシステムのタンク圧との間の圧力差と、第１の液圧機械の決定された圧送／押退け容積とから、第１の液圧機械のトルクが決定される。その後、電気機械に所望のトルクひいては所望の電力が生じるように、電気機械の所望の電力放出量と、第１の液圧機械の予め算出されたトルクとから、第２の液圧機械の圧送／押退け容積が調整される。このアルゴリズムが絶えず繰り返され、これによって、ＰＴＯに取り込まれる運動エネルギの変動が激しい場合でも、電気機械において、十分に一定の電力を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器の第１の実施の形態の回路図である。
【図２】ＰＴＯを介して取り込まれた運動学的な出力と、電気機械において取り出された均一化された電力（電気的な出力）とを示すための線図である。
【図３】２つのＰＴＯを備えた変換器の実施の形態を示す図である。
【図４】付加的な発電機・液圧機械ユニットを備えた変換器の実施の形態を示す図である。
【図５】閉じられた液圧回路を備えた変換器の実施の形態を示す図である。
【図６】図５に示した変換器に対する択一的な実施の形態を示す図である。
【図７】図３に示した実施の形態に類似して２つの変換器を備えた変換器アッセンブリを示す図である。
【００２９】
本発明の有利な実施の形態を以下に概略図につき詳しく説明する。
【００３０】
図１には、運動エネルギ、たとえば波力エネルギ、潮位差または風力エネルギを電気エネルギに変換する本発明に係る変換器１の第１の実施の形態の著しく簡単な回路図が示してある。説明を簡単にするために、本発明にとって重要でない構成エレメント、たとえば圧力、体積流量、トルク、回転速度等を検出するためのセンサ、液圧式の調整／制御エレメントおよび制御オイルポンプ等は省略してあり、本発明にとって重要な構成エレメントだけが図示してある。
【００３１】
すでに冒頭で述べたように、たとえば波力エネルギプラントはＰＴＯ２を有している。このＰＴＯ２は、図１に示していない浮体（ブイ）を備えている。この浮体は海況によって揺動運動を実施する。この揺動運動は伝達手段（図示せず）を介してポンプ４に伝達される。このポンプ４は、図１に示した実施の形態では、差動シリンダとして形成されている。ＰＴＯ２は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００９０１６９１６号明細書に説明されているように、波動によって旋回させられる、いわゆる「ウェーブプレート」として形成されていてもよい。
【００３２】
風力エネルギプラントに用いられる変換器の場合には、あとで詳しく説明するように、ＰＴＯ２が、ポンプを相応に駆動する風車を備えて形成される。
【００３３】
図１に示した液圧シリンダ（ポンプ４）に設けられた圧力室は、液圧式の整流器６を介して吐出し管路８とタンク管路１０とに接続されている。後者、つまり、タンク管路１０はタンクＴ内に開口している。図示の実施の形態では、液圧式の整流器６が、４つの逆止弁１２，１４，１６，１８を備えた逆止弁ユニットによって形成されている。液圧シリンダの底側の圧力室２０は逆止弁１４，１８を介して、また、液圧シリンダの環状室２２は他方の両逆止弁１２，１６を介して、吐出し管路８もしくはタンク管路１０に接続されている。逆止弁１２，１４は、吐出し管路８から対応配置された圧力室２２，２０の方向への圧力媒体流れを遮断し、逆止弁１６，１８は、対応配置された圧力室２２，２０からタンク管路１０の方向への圧力媒体流れを遮断する。したがって、逆止弁ユニットによって、液圧シリンダのピストン２４の運動方向に関係なく、圧力媒体が吐出し管路８内に圧送され、タンク管路１０から吸い込まれる。
【００３４】
吐出し管路８は、以下で第２のまたは上流側の液圧機械２６と呼ぶ液圧機械のポートＡに接続されている。液圧機械２６は、たとえばラジアルピストン機械またはアキシャルピストン機械として形成されていてよく、トルク・回転数逆転を伴う４象限運転で運転することができる。第２の液圧機械２６の出力軸２８は、以下で発電機３０と呼ぶ電気機械を駆動する。出力軸２８には、第１の液圧機械３２が間接的にまたは直接的に連結されている。この第１の液圧機械３２の構造は、第２の液圧機械２６の構造に対応していてよい。すなわち、第１の液圧機械３２も回転方向およびトルクの逆転を許容している。第１の液圧機械３２の入口ポートＡは、第２の液圧機械２６の出口ポートＢに流入管路３４を介して接続されている。この流入管路３４から、アキュムレータ管路３６が分岐している。このアキュムレータ管路３６は液圧アキュムレータユニット３８に通じている。この液圧アキュムレータユニット３８は、並列に接続された複数の液圧アキュムレータから形成することができる。これらの液圧アキュムレータは、たとえばガス圧式アキュムレータまたはばね式アキュムレータとして形成されていてよい。
【００３５】
また、第１の液圧機械３２の低圧ポートＢはタンク管路１０に接続されている。
【００３６】
以下にさらに詳しく説明するように、両液圧機械２６，３２の圧送／押退け容積は、発電機３０において、波形に追従した前述した変動する電力が取り出されるのではなく、均一な電力取出しが行われるように、制御ユニット４０を介して調整される、つまり、変化させられる。このことは、吐出し管路８内の減衰力ひいてはＰＴＯ２の運動速度の調整によって行われる。
【００３７】
本発明に係るこの制御法を以下に説明する。第１の方法ステップでは、ＰＴＯ２のポンプ４を介して吐出し管路８内に発生させられる、ポンプ４へのもしくはポンプ４からの目下の圧力媒体体積流量FlowWが決定される。この目下の体積流量FlowWは、測定されてもよいし、ＰＴＯ２の運動に基づくアルゴリズムを介して設定されてもよい。
【００３８】
続くステップでは、第１の液圧機械３２の圧送／押退け容積が、以下の公式１
Disp1=FlowW×1000/Speed・・・公式１
により決定される。ここで、Disp1は、第１の液圧機械３２の圧送／押退け容積（ｃｍ３／回転）であり、Speedは、出力軸２８の回転速度（回転／分）である。
【００３９】
第３のステップでは、設定されたアルゴリズムから、必要となる減衰力Press1が決定される。
【００４０】
さらに、液圧アキュムレータユニット３８内の圧力が決定され、その後、第１の液圧機械３２により加えるべきトルクTorque1が、以下の公式
Torque1=Disp1×(Press1-Press2)/(20×π)・・・公式２
により算出される。
【００４１】
システムの所望の電力取出し量は、発電機３０に作用するトルクTorqueGenを、以下の公式
Power Output=2×π×TorqueGen×Speed/60000・・・公式３
に従って算出して決定する。ここで、「Power Output」は、発電機３０における電力取出し量である。
【００４２】
この電力取出し量を達成するために、第２の液圧機械２６の圧送容積または押退け容積は、両液圧機械２６，３２を介して供給されるトルクの総和から、発電機３０における所望のトルクが得られるように調整される。このトルクバランスは、以下の公式
TorqueGen=Torque1+Torque2・・・公式４
によって得られる。ここで、Torque2は、以下の公式
Torque2=Disp2×(Press2-PressT)/(20×π)・・・公式５
により算出される。ここで、Press2は、液圧アキュムレータユニット３８内の圧力を表しており、PressTは、たとえば４〜５ｂａｒの範囲内であってよいタンク圧を表している。
【００４３】
その後、続く調整ステップでは、以下の等式
FlowB=Disp2×Speed/1000・・・公式６
により、第２の液圧機械２６を介した圧力媒体体積流量が決定され、最終的に以下の等式
FlowA=FlowW-FlowB・・・公式７
により、液圧アキュムレータユニット３８への正味体積流量または液圧アキュムレータユニット３８からの正味体積流量ひいては液圧アキュムレータユニット３８の加圧状態が決定される。
【００４４】
こうして、波動またはその他の自然力に関連して変動するＰＴＯ２の運動エネルギを、発電機３０において取り出されるほぼ一定の電力に変換することができる。
【００４５】
このことを図２に基づき説明する。図２には、ＰＴＯ２から変換器１に供給された入口側の運動学的な出力（動力）と、発電機３０において取り出された電気的な出力（電力）とを比較した線図が示してある。ＰＴＯ２を介して取り込まれた出力は、整流器６があるにもかかわらず、波動に相応して比較的強く変動しているが、発電機３０において取り出された電気的な出力は、ほぼ一定のままであることが認められる。このとき、液圧アキュムレータユニット３８の加圧状態は、その都度システムに取り込まれる出力に対して最適に調整されている。したがって、前述した調整法では、ＰＴＯ２において取り込まれた入口側の出力に関連して、液圧機械３２を介して、液圧アキュムレータユニット３８内の圧力Press2ひいては圧力差も変化させられる。
【００４６】
図３には、図１に示した実施の形態の変化形態が示してある。この変化形態では、２つのＰＴＯ２，２’が並列に接続されている。両ＰＴＯ２，２’の各々は、図３によれば、１つのポンプ４；４’を備えて形成されている。一方のポンプ４と、両液圧機械２６，３２、液圧アキュムレータユニット３８および発電機３０との接続は、図１に示した実施の形態に対応しているので、これに関しては、前述した記載を参照することにする。他方のＰＴＯ２’のポンプ４’も同じく液圧シリンダとして液圧式の整流器６’を備えて前述した構造で形成されている。液圧ポンプ４’の吐出し側は、別の吐出し管路４２を介して第３の液圧機械４４の入口ポートＡに接続されている。第３の液圧機械４４も同じく出力軸２８に作用接続されていて、ひいては、所定の割合のトルクに寄与する。第３の液圧機械４４のポートＢは流入管路３４に接続されており、これによって、第３の液圧機械４４のポートＢと、第２の液圧機械２６のポートＢと、液圧アキュムレータユニット３８と、第１の液圧機械３２のポートＡとが圧力媒体接続されている。これにより、第１の液圧機械３２と、液圧アキュムレータユニット３８と、発電機３０とが、両ＰＴＯ２，２’に対応配置されている。吐出し管路８，４２内の減衰力とＰＴＯ２，２’の運動速度との制御は、前述した調整アルゴリズムに従って行われる。
【００４７】
図４には、図１に示した実施の形態の変化形態が示してある。この変化形態では、アキュムレータ管路３６からアキュムレータ分岐管路４６が分岐している。このアキュムレータ分岐管路４６は、別のモータ・発電機ユニット４８に圧力媒体を供給する。このモータ・発電機ユニット４８は、原理的には、付加発電機５０と付加液圧機械５２とから成っている。この付加液圧機械５２は、ポートＡを介してアキュムレータ分岐管路４６に接続されていて、ポートＢを介してタンクＴに接続されている。付加発電機５０と付加液圧機械５２との構造は、前述した実施の形態の相応の構成エレメントに対応していてよい。
【００４８】
付加的なモータ・発電機ユニット４８は、ＰＴＯ２を介して取り込まれた出力が、発電機３０において取り出される電力を上回っていて、液圧アキュムレータユニット３８が相応に加圧されている場合に、制御ユニット４０を介して制御される。前述した実施の形態では、少なくともポンプ４，４’と、対応配置された液圧機械２６，４４とが、開いた液圧回路において運転される。
【００４９】
図５に示した実施の形態では、ポンプ４と第２の液圧機械２６とが、閉じられた液圧回路において運転される。この液圧回路は、図５に極めて簡単に示してある。図示の実施の形態では、ポンプ４が両ロッドシリンダとして形成されている。この両ロッドシリンダの、等しい横断面を備えて形成された圧力室５４，５６は、液圧式の整流器（図示せず）と作業管路５８，６０とを介して第２の液圧機械２６のポートＡ，Ｂに接続されており、これによって、両液圧機械２６，３２の旋回角の相応の調整によって、ＰＴＯ２に作用する減衰力を前述した形式で調整することができる。図５に示した実施の形態では、さらに、出力軸２８を介して駆動されるチャージポンプ６２が設けられている。このチャージポンプ６２は、閉じられた液圧回路に予圧を発生させるかまたはシステムの制御素子（図示せず）を制御するための制御圧を提供するために使用することができる。
【００５０】
図６には、風力エネルギプラントまたは流体流れを利用するその他のプラントにおいて使用することができる変換器１の実施の形態が示してある。この実施の形態では、風車６４が、一定の圧送／押退け容積を備えて形成された液圧機械６６を自体公知の形式で直接駆動する。この液圧機械６６は、閉じられた回路において第２の液圧機械２６に前述した形式で接続されている。風車６４の駆動時には、定容量型の液圧機械６６が、前述した実施の形態同様、ポンプとして作用し、第２の液圧機械２６を駆動する。閉じられた液圧回路の加圧のために、やはり、チャージポンプ６２が設けられていてよい。発電機３０、液圧機械３２および液圧アキュムレータ３８に関して、この実施の形態は、図５に示した実施の形態に対応しているので、詳しい説明は省略する。
【００５１】
図６に示した実施の形態では、互いに液圧的に接続された両液圧機械２６，６６によって、流体静力学式の伝動装置が実現される。この流体静力学式の伝動装置の代わりに、機械式の伝動装置が設けられている場合でも、図５および図６に示した形式で、液圧機械３２と液圧アキュムレータ３８とを使用することができる。この場合には、液圧機械３２が、図５および図６のように、機械式の伝動装置の出力軸２８と発電機３０との間の機械的な結合部に挿入されていてもよいし、機械式の伝動装置の動力取出し装置に装着されていてもよい。
【００５２】
図７には、前述した変換器のうちの２つの変換器１，１’が共に１つの液圧アキュムレータ３８に対応配置されている変換器アッセンブリが示してある。図３に示した実施の形態に類似して、各変換器１，１’は、調節可能な３つの液圧機械３２，２６，４４；３２’，２６’，４４’を備えて形成されている。これらの液圧機械３２，２６，４４；３２’，２６’，４４’は、１つの共通の出力軸２８，２８’を介して、それぞれ対応配置された発電機３０，３０’に作用接続されている。ポンプ４の吐出し側は吐出し管路８を介して、一方では、第３の液圧機械４４’のポートＡに接続されていて、他方では、変換器１の液圧機械４４のポートＡに接続されている。相応して、ポンプ４’の吐出し管路４２は変換器１，１’の第２の液圧機械２６，２６’のポートＡに接続されている。言い換えると、各吐出し管路８，４２が分岐して、第２の液圧機械２６，２６’もしくは第３の液圧機械４４，４４’の入口ポートＡに通じている。液圧機械２６，４４，２６’，４４’の別のポートＢは、前述した実施の形態に相応して、それぞれ変換器１；１’の対応配置された流入管路３４，３４’に接続されている。変換器１の、第１の液圧機械３２のポートＡに接続された流入管路３４から、図１および図３に示した実施の形態同様、液圧アキュムレータユニット３８に接続されたアキュムレータ管路３６が分岐している。相応して、変換器１’の流入管路３４’から、アキュムレータ接続管路６８が分岐している。このアキュムレータ接続管路６８はアキュムレータ管路３６に開口しており、これによって、液圧アキュムレータユニット３８が、第１の液圧機械３２，３２’のポートＡと、第２の液圧機械２６，２６’のポートＢと、第３の液圧機械４４，４４’のポートＢとに圧力媒体接続されている。複数の制御ユニット４０，４０’または１つの共通の制御ユニット４０を介して、前述した液圧機械３２，２６，４４，３２’，２６’，４４’の旋回角が、前述した方法に類似して調整され、これによって、各発電機３０，３０’において、ほぼ一定の電力が取り出される。その際には、吐出し管路８，４２内の相応の減衰圧が調整される。
【００５３】
当然ながら、図７に示した変換器アッセンブリは、２つよりも多くの変換器を備えて形成されていてもよい。
【００５４】
原理的には、図１〜図６に示した変化形態が、図７に示した変換器アッセンブリに転用されてもよい。
【００５５】
液電式の変換器、つまり、液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器、このような複数の変換器を備えた変換器アッセンブリおよび液圧エネルギを電気エネルギに変換するための変換器を制御する方法が開示されている。本発明に係る変換器、変換器アッセンブリおよび方法では、各変換器の２つの調節可能な液圧機械が制御されて、ＰＴＯに設けられたポンプの吐出し管路内で、予め規定された減衰圧が、ＰＴＯに取り込まれた機械的な出力に関連して調整されるようになっている。
【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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