[实用新型]用于转动轴的转角传感器和带有这种转角传感器的风力发电设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于转动轴的转角传感器，以及一种借助转角传感器确定和测量转动轴的转子转速或位置的方法。本实用新型还涉及在风力发电设备中转角传感器的多种应用。

背景技术

转角传感器是用于转动轴的测量系统，并且例如用于风力发电设备的转子中。其用于确定这种设备的转子位置和/或转速，其中风力发电设备的转子包括具有垂直竖立的转子叶片的转子轮毂和转子轴，该转子轴与发电机机械地相连以产生电流。

转角传感器具有安置在转动轴上方的探测头并且借助安置在探测头中的(基于光学、电或磁性工作的)传感器装置检测或测量轴的位置。通过对测量值的评估根据已确定的传感器信号获得轴当前的位置值。通过时间测量能够根据位置测量结果确定当前转子转速。这样确定的位置和速度值被传送至设备控制器中，其从中产生用于风力发电设备的控制和/或调节信号。对于已确定的位置数据要求非常高的测量精度，因为测量误差会导致设备的错误的控制和调节值。

例如在DE29815905U1中公开了一种称为角度测量系统的转角传感器装置。该已知装置具有在轴的外周上的圆盘形式的量具 在轴的外圆周上安置一种作为量具的标准体，这种标准体根据探测原理满足通常的光电的、磁性的、电感的或电容的探测头。

Fa.Baumer集团公司的产品说明书“Baumer,Sensorama,Innovation and Technology”01/2011版描述了一种称为“紧固带-旋转传感器”的装置，其公开了一种设计为紧固带(Spannband)的量具，其能够被探测头探测。具有磁性的紧固带借助例如是带子的紧固锁扣在轴上。两个集成在探测头内的传感器检测所述带的磁场并且在处理单元中产生测量信号，由该信号通过反正切函数(Arc-tang-Funtion)确定轴的位置值。这种探测可以不间断地越过紧固锁 和量具的可能的断开处，而不会丢失信号或脉冲。这种已知的紧固带编码器能够尤其在较大的轴直径情况下被事后安装，例如通常安置在风力发电设备的转子轴上。

特别是对于在风力发电设备的转子轴上的使用，这种已知的转角传感器具有明显的缺点。其必须一方面非常抗振，并且必须在极端的环境影响下可靠地工作，例如其在海上离岸的使用中。但是作为补充，位置确定需要很高的测量精度，用以与已述的测量精度值相适配。在磁性量具中存在这样的危险，金属的外来物或较强的磁场会损坏尺寸标准带并且使测量值出错。

这种传统的转角传感器仅是在一定条件下能够满足这些要求，因为尤其在恶劣的风力驱动时从磁化的尺寸标准带中获取测量值必须非常耗费地进行，因此这种转角传感器非常昂贵。

此外，这种测量值的获取由于重新校准、同步性和测量值求解的不足而具有很大的误差成因。为了在海上区域控制风力发电设备，转角传感器的探测例如通常大约在10至12Bit。这对应于相对轴直径的大约0.1至0.2度的测量精度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于这样扩展设计一种尤其用于风力发电设备所述类型的转角传感器，使得其构成一种耐用、廉价并且同时非常精确的测量系统。

所述技术问题通过一种用于转动轴的转角传感器解决，其包括：沿轴外圆周布置的量具，至少一个设计为传感器的探测头和测量值处理单元，其这样处理已检测的测量值，使得这些测量值能够评估并且能够被处理得到轴的位置数据和/或速度数据，其中探测头与量具相间隔地布置，并且传感器信号能够在轴转动时探测量具的表面，其中，量具包括具有链元件的滚子链，滚子链的内滚子或内销沿轴的轴向定向，其中，该链力传递地(例如摩擦配合地)和形状配合地固定在轴外圆周上。

按照本实用新型的具有设计为传感器的探测头的转角传感器使用具有链元件的滚子链作为量具，其内滚子或内销沿转动轴的轴向定向。在本实用新型范围中的“探测”指的是测量在链表面和传感器之间的距离。

滚子链是耐用的和可大量制造的产品，其尺寸和构造在国内和国际上是 标准化的(例如DIN8187，DIN ISO81889等等)。相应地其比特别耗费制造的量具要便宜得多。按照本实用新型的转角传感器可以简单地与各种轴外圆周相适配，其几乎没有机械磨损，并且对于在测量带或测量法兰上的量具，不需要耗费地制造的编码部分。实用新型发明人的试验测量已经证实，借助按照本实用新型的转角传感器确定的位置值和速度值具有相对转子外圆周的0.15度的测量精度。因此其可以满足用于风力发电设备的测量精度的要求。