CN104728054A - 用于确定转角位置和/或转速的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于确定转角位置和/或转速的方法。在用于确定动力传动系（10）的旋转的元件（2）的转角位置和/或转速的方法中，至少两个沿着所述动力传动系（10）的旋转的元件（2）的圆周方向偏移地布置的传感器（20、21、22、23）分别检测一个对旋转表征的测量值，其中从所述测量值中确定所述转角位置和/或所述转速，其中对于所述确定来说顾及了所述至少两个传感器（20、21、22、23）的、沿着圆周方向的间距。

Description

用于确定转角位置和/或转速的方法
技术领域
本发明涉及一种尤其在能量产生设备中的动力传动系中用于确定转角位置和/或转速、尤其是用于进一步确定扭转角和/或转矩的方法。
背景技术
由组件、比如传动机构、接合器和连接元件（轴）构成的动力传动系是尤其不同的电的能量产生设备的、比如风能设备、水电站等的重要的组成部分。
所述动力传动系履行在驱动装置（比如风能设备的转子）与输出装置（比如相应的发电机）之间建立机械连接的任务，通过所述机械连接通过旋转运动来传输能量。动力传动系组件、比如传动机构用于将加载在所述驱动装置上的转速和转矩转换为与所述输出装置的工作范围相对应的数值。接合器在需要时用于在驱动装置与输出装置之间进行分开，并且轴在所参与的组件之间建立机械连接。其它的组件、比如机械的制动器或者类似部件可以被集成在所述动力传动系中。
因为所参与的组件以及所述组件的连接也不是具有任意的刚性，而是拥有有限的刚度，所以出现所述轴的移位。所述轴的移位不利地影响到测量精度。
即使在本申请的范围内主要关于风能设备对本发明进行描述，但是本发明绝不局限于风能设备或者用于产生能量的装置，而是原则上也能够用在所有相应的装置上，对于这些装置来说可能出现轴、转轴及类似部件的、尤其是具有布置在中间的传动机构的轴及转轴的扭转振动。
因此，在DE 10 2011 118 831 A1中说明了一种方法和一种测量系统，所述方法及测量系统根据轴的角度差来计算转矩，所述转矩可以用作用于调节器的输入参量，用所述调节器可以抑制在所述动力传动系中的振动。
在US 2008/0067815中追求一种类似的方案，根据该文件从在发电机转速中的变化中产生一种信号，通过该信号通过发电机调节力矩来实现振动抑制。
在所有这些解决方案中，应该视为不利是，由于所述轴的、相对于支架的移位而只能以有限的精度来检测用于转速、转矩及扭转角的信号质量。
因此，值得追求的是，说明一种可行方案，用于以较高的精度在动力传动系中检测转速、转矩和/或扭转角。
发明内容
按照本发明，建议具有独立权利要求的特征的一种方法和一种动力传动系。有利的设计方案是从属权利要求的及以下说明的主题。
在一种按本发明的、用于在尤其在能量产生设备中、尤其是风能发电站中的动力传动系中确定转角位置和/或转速的方法中，其中至少两个传感器沿着旋转的元件的圆周方向偏移地布置，各由一个传感器检测对旋转表征的测量值。从所述测量值中确定所述转角位置和/或所述转速，其中对于所述确定来说顾及了所述至少两个传感器的、沿着圆周方向的间距。由此对所述动力传动系中的旋转的元件的、尤其在负荷下的移位、尤其是相切的和/或径向的移位进行补偿。同样可以确定扭转角和/或转矩。通过沿着圆周方向偏移地布置传感器的方式，可以对由于所述移位而产生的测量值偏差进行补偿，因为对于所述两个偏移的传感器来说所述移位不同程度地起作用，也就是由所述两个传感器所检测到的测量值彼此有偏差。在顾及到精确的偏移的情况下，由此可以算出所述偏差。所述旋转的元件的、相切的和/或径向的移位由此不再对测量精度产生负面影响。因此可以得到非常精确的数值。
用精确的转速测量和/或转矩测量，可以如此改进对于风能设备的调节或者控制，从而可以提高能量产量，并且同时通过对于动态的负荷及振动的识别和检测可以有效地对其进行抑制。对于风能设备来说，转矩及斜度调节大多数将发电机的转速信号用作输入参量，在进行转矩及斜度调节时可以放弃滤波器，并且就这样所述调节算法可以明显更快地给出正确的、用于有待设定的转矩或有待设定的俯仰角的额定值。由此，而后可以更快地对未预测的事件作出反应，并且由此可以明显地降低负面的后果。
优选所述传感器中的两个传感器沿着所述旋转的元件的圆周方向相对于彼此以处于150°与210°之间的角度、尤其是大约180°为幅度偏移，并且/或者沿着轴向的方向布置在（大致）相同的高度上。由此通过移位到由所述两个传感器检测到的测量值这种方式来反向对偏差进行校正，并且可以以简单的方式算出所述偏差，因为所述偏差尤其在量方面是相等的。
有利地将至少一个另外的传感器用于检测所述动力传动系的测量值，其中对于确定所述转角位置和/或转速和/或扭转角和/或转矩来说对所述测量值加以顾及。尤其所述至少一个另外的传感器在此以沿着轴向的方向相对于所述至少两个传感器偏移的方式来布置。所述至少一个另外的传感器同样可以包括两个沿着圆周方向偏移地布置的传感器。通过这样的另外的传感器，可以得到额外的参考测量值，所述参考测量值可以用于更好地求得所述转角位置和/或转速，或者用于普遍地提高测量精度。通过这样的另外的传感器，作为替代方案也可以得到额外的测量值，可以将所述额外的测量值用于计算所述扭转角和/或所述转矩。
此外有利的是，与所述至少两个传感器相比，所述至少一个另外的传感器在所述动力传动系的、其它更快地旋转的元件上检测测量值。为此，所述另外的传感器尤其布置在传动机构的后面，而所述至少两个传感器则布置在所述传动机构的前面。对于所述至少两个传感器的测量值的补偿可以就这样由更大程度地移位的元件来计算-比如对于风能设备来说在转子侧就是这种情况-，并且所述参考测量值由没有移位或者仅仅较少程度地移位的元件来计算-在发电机侧大多数就是这种情况-。
优选使用四个传感器，所述四个传感器分别检测所述动力传动系的旋转的元件的测量值，其中所述四个传感器中的各两个传感器以沿着圆周方向相互偏移的方式来布置。使用两个传感器对来对测量值进行补偿，由此可以进一步提高测量精度。但是，尤其所述两个传感器对也可以沿着不同的径向的方向来检测测量值，由此可以顾及到对于多个比如相互垂直的移位方向的补偿。
由所述传感器借助于尤其具有标记的信号带或者在传动机构的齿轮上检测所述测量值。具有标记的信号带、比如具有孔或者铁磁的元件或者彩色的标记的金属带可以以很简单的方式被安置在旋转的元件上，尤其是被安置在能量产生设备的轴上。由此也可以特别容易地进行加装。而后可以如此安置相应的传感器，从而可以检测在所述信号带上的标记。所述传感器为此具有相应的检测单元、比如感应的或者光学的检测单元。所测量的信号在这种情况中是脉冲串、比如矩形脉冲串，从所述脉冲串中可以以所熟知的方式来确定转速和/或转角位置。
风能设备的按本发明的计算单元、比如控制仪尤其在程序技术上被设立用于实施所述按本发明的方法。
以软件的形式来实现本发明的做法也是有利的，因为这尤其能够实现较低的成本，尤其如果还将执行用的计算单元用于其它任务并且因此本来就存在。合适的、用于提供计算机程序的数据载体尤其是光盘、硬盘、闪存盘、EEPROMs、CD-ROMs、DVDs及类似更多数据载体。也可以通过计算机网络（互联网、内联网等等）来下载程序。
按本发明的、具有旋转的、尤其是设有信号带和/或齿轮的元件的动力传动系具有至少两个传感器，所述传感器沿着圆周方向偏移地布置在所述旋转的元件上，并且被设立用于各检测所述旋转的元件的一个测量值，用于确定转角和/或转速。尤其能量产生设备、尤其是风能设备中的、这样的动力传动系可以用于实施按本发明的方法。
本发明的其它优点和设计方案从说明书和附图中获得。
不言而喻，前面所提到的并且接下来还要解释的特征不仅能够在相应所说明的组合中、而且也能够在其它的组合中或者单独地使用，而不离开本发明的范围。
附图说明
借助于实施例在附图中示意性地示出了本发明，并且下面参照附图对本发明进行详细描述。
图1是用于实施按本发明的方法的风能设备的、一种优选的设计方案的示意图；
图2是用于实施按本发明的方法的风能设备的、动力传动系的、一种优选的设计方案的示意图；并且
图3是用于实施按本发明的方法的传动机构的、一种优选的设计方案的示意图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了一种风能设备100。所述风能设备100在当中具有动力传动系10，该动力传动系又具有一个传动机构，所述传动机构则拥有一构造为转子侧的轴2的、旋转的元件和一构造为发电机侧的轴5的、旋转的元件。所述传动机构3引起以下结果：所述轴2和5的旋转速度是不同的，尤其所述轴5在所述风能设备100运行时转得比所述轴2快。
此外，所述风能设备100在所述动力传动系10的转子侧的端部1’上具有转子1并且在所述动力传动系10的发电机侧的端部6’上具有发电机6。通过所述动力传动系10，由此可以将所述转子1的旋转运动传递到所述发电机6上。
在所述转子侧的端部1’上，在所述轴2上布置了两个传感器20、21’，这两个传感器沿着圆周方向相对于彼此偏移了180°。在所述发电机侧的端部6’上，在所述轴5上设置了另一传感器25。所述传感器20、21、25被连接到计算单元80上，借助于所述计算单元来对由所述传感器20、21、25检测的测量值、比如转速进行处理。尤其在所述计算单元80中，对所述轴2的、沿着径向的方向的移位进行补偿。在此，形成由所述两个传感器20、21检测到的测量值的平均值。
利用所述另一传感器25的测量值，尤其可以确定转矩，方法是：检测沿着所述动力传动系10的轴向的方向的、也就是在所述转子侧的端部1’与所述发电机侧的端部6’之间的扭转或者扭转角。借助于所述扭转角以及已知的或者能够确定的扭转模量，由此可以推断出转矩。在此，要顾及到所述传动机构3的、在转速或者旋转方面的变速比。
在图1中同样示出了一种风能设备100。该风能设备又具有一个传动机构，所述传动机构具有一构造为转子侧的轴2的、旋转的元件以及一构造为发电机侧的轴5的、旋转的元件。所述传动机构3引起以下结果：所述轴2和5的旋转速度是不同的，尤其所述轴5在所述风能设备100运行时转得比所述轴2快。所述轴2、5和所述传动机构一起构成所述动力传动系。
此外，所述风能设备100在所述动力传动系10的转子侧的端部1上具有转子1并且在所述动力传动系10的发电机侧的端部6上具有在这里未示出的发电机。通过所述动力传动系，由此可以将所述转子1的旋转运动传递到所述发电机上。
在所述转子侧的端部上，在所述轴2上布置了四个传感器20、21、22、23，其中所述传感器20、21和所述传感器22、23分别沿着圆周方向相对于彼此偏移了180°。沿着轴向的方向，所述传感器对20、21和22、23同样偏移。在所述发电机侧的端部上，在所述轴5上布置了另一传感器25。
所述传感器20、21、22、23、25被连接到计算单元80上，借助于所述计算单元来对由所述传感器20、21、22、23、25检测的测量值、比如转速进行处理。尤其在所述计算单元80中，对所述轴2的、沿着径向的方向的移位进行补偿。在此，形成由所述两个传感器20、21检测到的测量值的平均值。同样的情况适用于所述传感器22、23，其中通过所述额外的测量值来提高所求得的转速的精度。为此，比如可以相应地通过所述传感器20、21和22、23来检测，并且随后通过这两个平均值。在此可以顾及到多个尤其相互垂直的、径向的移位。
此外，在所述轴2、5上安置了信号带，在这些信号带中其中一个信号带在所述轴2上示范性地用30来表示。这样的、具有标记的信号带、比如具有孔、突起或者磁性的元件的金属带能够借助于所述传感器20、21来检测所述轴2的转速。也可以在风能设备的现有的动力传动系上特别容易地加装这样的信号带，因为仅仅必须围绕着所述轴来放置并且固定所述信号带。可以相应地安置相应的传感器、比如所述传感器20、21，以便可以用其来检测所述信号带的旋转。
在图3中示出了动力传动系的传动机构3。在所述传动机构3上示意性地示出了传感器20、21、22、23、25，就像在图1和2中所描绘的那样来使用所述传感器。但是在这里区别是，所述传感器不是被安置在轴上，而是被安置在传动机构的上面或里面。
在这里，对于所述测量值的检测比如可以通过对于旋转的齿轮的齿的检测来进行。所述传感器又检测不同的转速，因为布置了本身不一样快地旋转的元件。

Claims (18)

1.用于确定动力传动系（10）的旋转的元件（2）的转角位置和/或转速的方法，
其中至少两个沿着所述动力传动系（10）的旋转的元件（2）的圆周方向偏移地布置的传感器（20、21、22、23）分别检测一个对旋转表征的测量值，
其中从所述测量值中确定所述转角位置和/或所述转速，
其中对于所述确定来说顾及了所述至少两个传感器（20、21、22、23）的、沿着圆周方向的间距。
2.按权利要求1所述的方法，其中从至少两个转角位置值和/或转速值中确定扭转角和/或转矩。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中所述传感器（20、21、22、23）中的两个传感器沿着圆周方向偏移了150°到210°，并且/或者沿着轴向的方向布置在大致相同的高度上。
4.按权利要求3所述的方法，其中按照计算规则和/或求平均值来从所述测量值中求得所述转角位置和/或所述转速。
5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中至少一个另外的传感器（25）检测另一个对旋转表征的测量值，其中对于确定所述转角位置和/或转速来说顾及了所述另一个对旋转表征的测量值。
6.按权利要求5所述的方法，其中所述至少一个另外的传感器（25）以相对于所述至少两个传感器（20、21、22、23、25）沿着轴向的方向偏移的方式来布置。
7.在引用至少权利要求2的情况下按权利要求6所述的方法，其中在确定所述扭转角和/或转矩时使用所述另一个对旋转表征的测量值。
8.按权利要求6或7所述的方法，其中所述动力传动系（10）具有传动机构（3），并且其中与所述至少两个传感器（20、21、22、23）相比，所述至少一个另外的传感器（25）布置在所述动力传动系的更快地旋转的元件（5）上。
9.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中四个传感器（20、21、22、23）分别检测一个对旋转表征的测量值，其中所述四个传感器（20、21、22、23）中的各两个传感器以沿着圆周方向相互偏移的方式来布置。
10.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述两个沿着圆周方向偏移的传感器（20、21）借助于信号带（30）或者齿轮来检测所述测量值。
11.按权利要求10所述的方法，其中所述信号带（30）具有标记。
12.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述动力传动系（10）是能量产生设备（100）的、尤其风能设备的动力传动系。
13.计算单元，该计算单元被设立用于实施按前述权利要求中任一项所述的方法。
14.计算机程序，该计算机程序促使计算单元（80）在该计算机程序在尤其按权利要求13所述的计算单元上被执行时实施按权利要求1到12中任一项所述的方法。
15.机器可读的存储介质，具有被保存在其上面的、按权利要求14所述的计算机程序。
16.具有旋转的元件（2）的动力传动系，其中所述动力传动系（10）具有至少两个传感器（20、21），所述至少两个传感器以沿着圆周方向偏移的方式布置在所述旋转的元件（2）上并且被设立用于：分别检测所述旋转的元件（2）的测量值，以便求得转角位置和/或转速。
17.按权利要求16所述的动力传动系，其中所述旋转的元件（2）具有信号带和/或齿轮。
18.能量产生设备、尤其是风能设备（100），具有按权利要求13所述的计算单元（80）和/或按权利要求16或17所述的动力传动系（10）。
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