一种风力发电机叶轮方位角测量装置的制作方法

1.本发明涉及一种叶轮方位角的角度测量装置，属于风力发电技术领域。


背景技术：

2.风电是可再生能源领域中最具大规模开发价值和商业化发展前景的发电方式，可利用的风能在全球范围内分布广泛、储量巨大。
3.风力发电机利用叶片驱动叶轮转动，最终将机械能转化为电能。叶轮方位角对风力发电机整机的载荷水平有着重大的影响。叶轮方位角可用于机组的载荷控制，有利于优化机组设计及提高机组的安全性。
4.目前常用的叶轮方位角测量装置多通过测量可触发的脉冲信号来等分叶轮方位角，如绝对值编码器。这类装置测量的精度取决于能触发的脉冲信号的数量。测量精度越高，制造成本也会越高，二者不可兼顾。因此，需要一种测量值可靠且精度较高，同时结构简单，成本较低的叶轮方位角测量装置。
5.cn 107762739公开了一种叶轮方位角的测量方法和装置，该方法利用气压高度传感器采集自身的当前高度，并将当前高度发送给控制器，控制器根据当前高度，采用圆周三角函数，计算叶轮的全部叶片的当前方位角。该专利中所使用的高度传感器的测量高度受温度、湿度、气压、空气密度等影响，误差较大。同时，叶轮内部的空气在叶轮转动过程中受到离心力和重力的相互作用也会导致高度传感器测量的高度波动较大，测量数据偏差较大，精度低，可靠性较差。
6.cn 205401002公开了一种风力发电机叶轮方位角测量装置，在叶轮轮毂连接的转动轴表面固定设置的多个磁铁块，磁铁块对应设置舌簧触点元件和角度识别单元。该种装置设置和电路设置较复杂，且该装置的测量精度决定于磁铁块的数量，若要保持高的测量精度，就要增加磁铁块的数量，从而增加装置的成本；否则测量精度较低。
7.cn 207960850 公开了一种风力发电机组风轮方位角测量装置，包括大齿轮半圆片、小齿轮、支架、编码器和连接组件。该测量装置需要增加额外的齿轮装置，增加了制造成本，而且随着齿轮的磨损，测量精度会降低；精度方面，该测量装置的测量精度是由大齿轮的齿数所决定的，也就意味着要想高的测量精度，就需要增加大齿轮的齿数，这就会大大的增加加工成本。
8.cn 209212471公开了一种风力发电机组的风轮方位角测量装置，包括出力单与计量单元。当叶轮旋转时，计量单元的与出力单元之间相对旋转并输出角度信号。该实用新型置在测量过程中只考虑了重力而忽略了风轮旋转过程中产生的离心力，会导致测量数据偏差较大，精度较低。
9.cn 104697489公开了一种平面法线方位角测量装置、方法及应用，包括可调平支架，激光发射装置，偏转装置，反射光接收装置，电子罗经以及控制装置。该方法利用沿水平方向向待测平面发射激光束，通过将激光投射距离最小时刻的激光束为待测平面法线在水平面内的投影，可准确获得任意平面的法线方位角。但装置所需器件繁多，设计复杂，成本
较高。且测量角度误差经过反射时会放大，导致精度降低。


技术实现要素：

10.叶轮方位角测量装置包括随轴同转构件、圆环体、固定件与距离测量设备。随轴同转构件安装在风力发电机主轴上，其旋转轴线与主轴相同。圆环体沿主轴轴线方向分为联接端与测量端，联接端与随轴同转构件以机械方式联接，同时二者保持同轴转动；测量端在与转轴平行的平面上的投影不是直线，呈折线形。固定件与主轴、随轴同转构件及圆环体均保持相对静止状态。距离测量设备与固定件以机械方式联接，能够测量其与圆环体测量端的距离。
11.随轴同转构件固定在主轴与轮毂联接的法兰面上或主轴输入与输出端之间，随轴同转构件和圆环体联接的平面以及圆环体联接端在与转轴平行的平面上的投影都是一条直线。随轴同转构件安装在主轴的内部或外部，圆环体的径向尺寸不大于随轴同转构件。
12.共有一个或两个距离测量设备，当拥有两个测量设备时，其安装位置的连线通过主轴的旋转轴线。距离测量设备的轴线与主轴的旋转轴线平行，两个轴线的距离等于圆环体的径向尺寸。
13.距离测量设备和圆环体测量端不发生干涉，圆环体旋转一圈测量所得与圆环体测量端的距离与叶轮位置形成对应的关系。距离测量设备的输出是距离测量值，或者以查表的方式计算得出的方位角
14.本发明的有益效果是：本发明为风电机组的传动系提供了一种叶轮方位角测量装置。该装置涉及的部件少，结构简单。将角度转化为常规的位移测量，利用叶轮方位角与距离测量值的一一对应关系以及测量的连续性保证了测量的精度和可靠性。装置成本较低并且便于安装与维护。
附图说明
15.图1为一种风力发电机叶轮方位角测量装置示意图。
16.图2为一种风力发电机叶轮方位角测量装置圆环体侧视图。
17.图3为一种风力发电机叶轮方位角测量装置圆环体的展开图。
18.附图说明：1
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圆环体，2
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主轴，3
‑
固定件，4
‑
传感器固定架，5
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距离测量设备，6
‑
随轴同转构件。
19.值得注意的是上述附图是用于说明本发明的特征，并非旨在展示任何实际结构或反映各种部件的尺寸，相对比例等等细节信息。为了更清楚的展示本发明的原理，并且为了避免不必要的细节使本发明的原理变得模糊，各图中示例已经经过简化处理。这些图示对于相关领域的技术人员在理解本发明时不会带来不便，而实际的测量装置可以包括更多的部件。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例的相关附图，对本发明实施例进行完整的描述。本专利描述的仅是一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的
所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.如图1所示，叶轮方位角测量装置包括随轴同转构件（6）、圆环体（1）、固定件（3）与距离测量设备（5）。随轴同转构件安装在风力发电机主轴（2）上，位置可以是主轴（2）与轮毂联接的法兰面上或主轴输入端与输出端之间的任意位置，其旋转轴线与主轴相同。随轴同转构件（6）的安装可以部署在主轴（2）的外部，也可以在主轴（2）的内部。圆环体（1）沿主轴轴线方向分为联接端与测量端，联接端与随轴同转构件（6）以机械方式联接，同时二者保持同轴转动，圆环体（1）的径向尺寸不大于随轴同转构件（6）。
22.固定件（3）与主轴（2）、随轴同转构件（6）及圆环体（1）在任意时刻均保持相对静止状态。距离测量设备（5）与固定件（3）以机械方式联接，能够测量其与圆环体测量端的距离。整个方位角测量装置共有一个或两个距离测量设备，两个测量设备时，其安装位置的连线通过主轴的旋转轴线。距离测量设备（5）的轴线与主轴（2）的旋转轴线平行，两个轴线的距离等于圆环体（1）的径向尺寸。
23.距离测量设备（5）在安装时保证和圆环体测量端不发生干涉，并且可以根据测量需求在两个部件之间预留一定的距离。如图2所示，随轴同转构件（6）和圆环体（1）联接的平面以及圆环体联接端在与转轴平行的平面上的投影都是一条直线。圆环体测量端在与转轴平行的平面上的投影不是一条直线，而呈折线形。如图3所示，如果将圆环体（1）从一特定位置切断然后展开，则可以得到一个直角梯形或是直角三角形。
24.圆环体测量端的外形使得风力发电机运行后，圆环体（1）随主轴（2）转动的一圈内，距离测量设备（5）测得与圆环体测量端上任意一点的距离时刻都与其他点不同。这种方法对叶轮一圈360度的方位进行了机械式的“编码”，使得测量时刻叶轮的位置与测得距离形成了一一对应的关系。距离测量设备（5）以查表的方式根据所测距离计算得出对应方位角作为整个测量装置的输出。也可以将距离测量值以模拟量的方式直接传递给可编程控制器等其他设备。