CN100588926C - 一种垂直轴风力发电机功率测量装置及功率测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种垂直轴风力发电机功率测量装置及功率测量方法。在垂直轴风力发电机的主轴上套有计数齿轮，在垂直轴风力发电机的底座中安装磁电传感器，磁电传感器与计数齿轮平行悬空布置在底座，主轴的下端通过止推轴承与底座相连，主轴伸出传动轴穿过止推轴承与发电机硬性联接，底座内安装有拉力传感器，发电机外壳与拉力传感器接触，磁电传感器、拉力传感器分别通过信号线与单片机相连。本发明用较精确的力传感器测出发电机外壳所需的制动力，进一步求出制动力矩，从而得出发电机的转动力矩。再测出主轴的转速，用主轴转速与电机转动力矩相乘得出发电机功率。
Description
(一)技术领域
本发明涉及的是一种风力发电机，具体地说是一种风力发电机的功率测量装置。本发明还涉及一种功率测量方法。
(二)背景技术
长期以来，发电机和电动机的功率测量一直是人们关注的热点。根据功率的传统公式，即功率等于力与速度的乘积，用在转动的物体上可以变形为扭矩与角速度的乘积。其中转速测量已发展了多种形式并能达到很高的精度，但扭矩的测量并没有太大的进展，尽管目前已开发出用光栅或压电材料的精度较高的扭矩传感器，但其高昂的价格让一般用户难以接受。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种较廉价、能较精确测量垂直轴风力发电机在转动过程中发电机功率的一种垂直轴风力发电机功率测量装置。本发明的目的还在于提供一种基于本发明的垂直轴风力发电机功率测量装置的功率测量方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的垂直轴风力发电机功率测量装置的组成包括：在垂直轴风力发电机的主轴上套有计数齿轮，在垂直轴风力发电机的底座中安装磁电传感器，磁电传感器与计数齿轮平行悬空布置在底座，主轴的下端通过第一止推轴承与底座相连，主轴伸出传动轴穿过第一止推轴承与发电机硬性联接，底座内安装有拉力传感器，发电机外壳与拉力传感器接触，磁电传感器、拉力传感器分别通过信号线与单片机相连。
本发明的直轴风力发电机功率测量装置还可以包括：
1、所述的传动轴穿过止推轴承与发电机硬性联接是传动轴通过硬性联轴器与发电机相连。
2、发电机通过第二止推轴承与基座接触。
基于本发明的垂直轴风力发电机功率测量装置的功率测量方法为：
风机叶片将吸收的风能转化为主轴的转动力矩，主轴转动时，套在其上面的计数齿轮跟随其一起转动，磁电传感器检测计数齿轮的信号后产生脉冲信号，经信号线传给单片机；同时主轴的转动力矩也传给传动轴，传动轴把主轴的转矩传给发电机，发电机转动的过程中其外壳随它一起转动，发电机受到拉力传感器的制动拉力而被阻止，拉力传感器检测力的作用产生电信号，该信号也被单片机接收，单片机事先存储有拉力作用距离的参数，在接收到拉力传感器传来的信号后，自动做乘积算出制动力矩，再用该制动力矩与接收到的转速参数做乘积，计算出发电机在转动时的功率。
本发明用较精确的力传感器测出发电机外壳所需的制动力，进一步求出制动力矩，从而得出发电机的转动力矩。再测出主轴的转速，用主轴转速与电机转动力矩相乘得出发电机功率。
各部分的功能作用分别是：风机主轴用来接受叶片作用的转矩；止推轴承用来承受风机整个上面部分的重力；传动轴用来将主轴的转动力矩进一步传到发电机；硬性联轴器用来连接传动轴和发电机；齿轮和磁电传感器用来测量风机主轴转速；力传感器用来测量电机外壳的制动力；单片机主要用来采集传感器信号并计算分析。
本发明的主要优点在于用较简单的机构和方法实现了风机功率较精确的测量，发明中提到的磁电传感器和力传感器技术都比现有的扭矩传感器技术成熟，不但价格低廉而且精度很高，便于在大片的垂直轴风车田推广。
(四)附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是电机及扭矩传感器的结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明的垂直轴风力发电机的功率测量装置的组成包括的构件有风机主轴1、风机底座2、计数齿轮3、止推轴承4、传动轴5、硬性联轴器6、柔性基座7、磁电传感器8、发电机9、拉力传感器10及单片机11。
构件间的连接关系是：垂直轴风力发电机的转动主轴上套有计数齿轮，磁电传感器与其平行悬空布置。主轴下端紧靠止推轴承，主轴中又伸出传动轴穿过止推轴承与发电机硬性联接，若发电机重量较轻可悬空放置；若较重可通过柔性基座提供支持力，但要在发电机与基座之间也加装止推轴承。发电机的外壳与拉力或压力传感器相接触。
当垂直轴风力发电机工作时，风机叶片将吸收的风能转化为主轴1的转动力矩，主轴1转动时，套在其上面的计数齿轮3跟随其一起转动，磁电传感器8感受到齿轮3的信号后产生脉冲信号，经信号线传给单片机11；同时主轴1的转动力矩也传给了传动轴5，传动轴5与发电机9通过硬性联轴器6连接，直到把主轴1的转矩传给发电机9。发电机9开始工作，在9转动的过程中其外壳将随它一起转动，但受到拉力传感器10的制动拉力而被阻止，拉力传感器10受到力的作用产生电信号，该信号也被单片机11接收。单片机11事先已存储有拉力作用距离的参数，在接收到拉力传感器10传来的信号后会自动做乘积算出制动力矩，再用该制动力矩与接收到的转速参数做乘积，从而计算出发电机9在转动时的功率。
Claims (4)
1、一种垂直轴风力发电机功率测量装置，其特征是：在垂直轴风力发电机的主轴上套有计数齿轮，在垂直轴风力发电机的底座中安装磁电传感器，磁电传感器与计数齿轮平行悬空布置在底座，主轴的下端通过第一止推轴承与底座相连，主轴伸出传动轴穿过第一止推轴承与发电机硬性联接，底座内安装有拉力传感器，发电机外壳与拉力传感器接触，磁电传感器、拉力传感器分别通过信号线与单片机相连。
2、根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机功率测量装置，其特征是：所述的传动轴穿过止推轴承与发电机硬性联接是传动轴通过硬性联轴器与发电机相连。
3、根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机功率测量装置，其特征是：发电机通过第二止推轴承与基座接触。
4、基于权利要求1所述的垂直轴风力发电机功率测量装置的功率测量方法，其特征是：风机叶片将吸收的风能转化为主轴的转动力矩，主轴转动时，套在其上面的计数齿轮跟随其一起转动，磁电传感器检测计数齿轮的信号后产生脉冲信号，经信号线传给单片机；同时主轴的转动力矩也传给传动轴，传动轴把主轴的转矩传给发电机，发电机转动的过程中其外壳随它一起转动，发电机受到拉力传感器的制动拉力而被阻止，拉力传感器检测力的作用产生电信号，该信号也被单片机接收，单片机事先存储有拉力作用距离的参数，在接收到拉力传感器传来的信号后，自动做乘积算出制动力矩，再用该制动力矩与接收到的转速参数做乘积，计算出发电机在转动时的功率。
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