CN108061006A - 风力发电机组变桨编码器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种风力发电机组变桨编码器，其特征在于包括随变桨轴承同步转动的磁栅尺磁条和用于将磁栅尺磁条转动量转化为对应的变桨角度的磁头，整个结构利用磁感应原理，不受系统电信号干扰。其中，磁栅尺磁条安装在与变桨轴承同轴心的变桨法兰盘上，变桨法兰盘的内圆周面上设有台阶，磁栅尺磁条贴合在台阶上且用磁条安装压板紧压在台阶上，磁条安装压板通过螺钉与变桨法兰盘固定相连。磁栅尺磁条为一段弧形的磁条，磁头固定安装在变桨轴承内圈法兰面上不动，无磨损。

Description

风力发电机组变桨编码器
技术领域
本发明涉及一种编码器，进一步说是风力发电机组变桨编码器。
背景技术
发明编码器是一种将角度位移转换成一连串数字脉冲的旋转式传感器。编码器的基本结构包括主轴、发光元件、光栅盘和接收元件。当编码器主轴带动光栅盘旋转时，发光元件发出的光被光栅盘切割成断续光，被接收元件接收产生初始信号，该信号被后续电路处理后输出脉冲信号，进一步进行信号传输。
变桨编码器用于计算叶片的实际变桨角度，以便根据实际风速对变桨角度做出调整，最终达到最大的发电效率。目前变桨编码器多采用转速编码器，精度低，一般为0.5-1°，并且转速编码器的小齿轮与变桨轴承齿面啮合，容易磨损，振动较大，电信号也容易受到系统干扰，这就限制了其使用寿命和控制精度。另外转速编码器对安装空间也有一定要求。而磁编码器的精度为一般为0.01°，对于如何将磁编码器利用在风机上检测风机变桨是本行业中急需解决的问题，本发明就是在此背景下做出的改进。
发明现有技术中，若想提高编码器的编码位数和编码精度，需通过增加光栅盘中的码道来实现，显然这会导致编码器的外径尺寸增大。因此，现有技术中高位数的编码器的外径尺寸比较大，不能满足在一些设备中的应用要求。
发明内容
本发明克服了上述技术的不足，提供了利用磁编码器的一种风力发电机组变桨编码器，整个结构利用磁感应原理，不受系统电信号干扰，以解决现有转速变桨编码器控制精度不高，安装使用复杂等问题。
为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种风力发电机组变桨编码器，其特征在于包括随变桨轴承同步转动的磁栅尺磁条和用于将磁栅尺磁条转动量转化为对应的变桨角度的磁头，磁变桨编码器的精度为0.01°，整个结构利用磁感应原理，不受系统电信号干扰。
其中，磁栅尺磁条安装在与变桨轴承同轴心的变桨法兰盘上，变桨法兰盘的内圆周面上设有台阶，磁栅尺磁条贴合在台阶上且用磁条安装压板紧压在台阶上，磁条安装压板通过螺钉与变桨法兰盘固定相连。磁栅尺磁条为一段弧形的磁条，磁栅尺磁条首尾端与变桨法兰盘中心的夹角范围在0°-95°之间，磁头固定安装在变桨轴承内圈法兰面上不动，磁头正对着磁栅尺磁条且与磁栅尺磁条之间间隙在0.1-2.5mm之间，无磨损。
本发明与位于变桨液压缸的位置增量编码器配合使用，实时监控和校准实际变桨角度。本发明属于绝对值编码器，磁头通过采集与之对应位置的磁栅尺磁条信息，并将其转化为对应的变桨角度，传递到风机的控制系统，风机控制系统通过将其与增量编码器信号的比较，实时调整叶片变桨角度，以求达到最大的发电功率。
本发明的有益效果是：
1、用于计算风力发电机组的实际变桨角度的变桨编码器采用磁编码器，精度高，抗干扰能力强，安装简单，调试方便，并节省了一定的使用空间。对实际变桨角度进行精确计算和控制，更有利于提高实际发电效率。
2、本发明与位于变桨液压缸的位置增量编码器配合使用，实时监控和校准实际变桨角度，磁变桨编码器属于绝对值编码器，磁头通过采集与之对应位置的磁栅尺磁条信息，并将其转化为对应的变桨角度，传递到风机的控制系统，风机控制系统通过将其与增量编码器信号的比较，实时调整叶片变桨角度，以求达到最大的发电功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种编码器的轴向截面示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1所示为本发明实施例提供的一种编码器的轴向截面示意图。本实施例提供的编码器，包括基座1、主轴2、磁源体3、发光元件4、光栅盘5、磁采集器6、光采集器7和线路板8；
所述主轴2轴向穿过所述基座1，与所述基座1可相对旋转，所述磁源体3与所述
光栅盘5设置于所述主轴2的内端部，所述磁源体3位于所述主轴2的轴心处，所述光栅盘5与所述主轴2同轴连接；
所述发光元件4设置于所述基座1上，所述光采集器7与所述发光元件4相对设置，所述发光元件4发出的光信号经过所述光栅盘5后由所述光采集器7接收；
所述磁采集器6与所述磁源体3相对设置，用于接收所述磁源体3发出的磁信号，所述光采集器7和所述磁采集器6均与所述线路板8连接。
由上述内容可知，本实施例提供的编码器，包括基座、主轴、磁源体、发光元件、光栅盘、磁采集器、光采集器和线路板。在应用时，主轴转动，带动磁源体和光栅盘旋转，位于主轴轴心处的磁源体旋转产生磁信号，由磁采集器接收相应输出模拟量信号；发光元件发出的光信号通过光栅盘，由光采集器接收并输出模拟量信号；线路板中电路对磁采集器和光采集器输出的模拟量信号结合处理，输出脉冲信号。所述编码器将光电编码和磁电编码结合，来实现高位数编码，通过设置磁源体和磁采集器，结合磁电编码，可减少光栅盘中的码道数，使光栅盘外径减小，从而使编码器的外径尺寸减小。因此，所述编码器实现了高位数编码、外径小的应用要求。
本实施例中，所述主轴2与所述基座1通过轴承9连接，以保证所述主轴2与所述基座1可灵活旋转。所述轴承9采用单列深沟球轴承，具体采用两个单列深沟球轴承，请参考图1。
本实施例中，磁源体3位于主轴2的内端部轴心处，具体地，在主轴内端部的轴心处设有空腔，磁源体3设于所述空腔内。所述磁源体3具体为磁钢。在主轴转动时，主轴带动磁源体旋转，从磁源体N、S极发出相应角度位置的磁信号。与磁源体相对设置的磁采集器6接收该磁信号。
发光元件4设置于基座1朝向主轴内端部的一端面上，光栅盘5设于主轴2的内端部，与主轴同轴连接。具体地，在主轴的内端部设有台肩10，光栅盘5固定连接于所述台肩10，可参考图1。发光元件产生光信号，光信号通过转动后的光栅盘，由光采集器接收，输出相应的模拟量信号。
本实施例中，在所述光采集器7的光采集面上可设置狭缝片11，狭缝片11上分布有与光栅盘5的码道对应的狭缝，狭缝如同是光采集面上的光接收窗口，有利于对通过光栅盘的光信号的准确接收。
本实施例中，光采集器7和磁采集器6均连接在线路板8上，线路板8中电路对光采集器7和磁采集器6输出的模拟量信号进行后续处理，以输出编码后的脉冲信号。本实施例所述的编码器，将光电编码和磁电编码相结合，在主轴转动时，带动磁源体和光栅盘同步转动，磁源体转动发出相应角度位置的磁信号，由磁采集器接收并向线路板输出相应的模拟量信号，发光元件发出的光信号，通过转动后的光栅盘，由光采集器接收并输出相应的模拟量信号。线路板中电路将光采集器输出的模拟量信号和磁采集器输出的模拟量信号结合处理，例如可将磁采集器输出的模拟量信号作为编码的粗码，将光采集器输出的模拟量信号作为编码的精码，这样通过将磁采集器输出的模拟量信号作为编码粗码，可省去光栅盘中的粗码码道，使光栅盘的外径大大减小，从而使编码器的外径尺寸减小。因此，本发明提供的编码器实现了高位数编码、但外径较小、重量轻，可应用于小型机器人、雷达、经纬仪、风电设备和医疗器械等，在使用时安装方便，维修保养简单，成本低。以上对本发明所提供的编码器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.风力发电机组变桨编码器，其特征在于包括随变桨轴承同步转动的磁栅尺磁条和用于将磁栅尺磁条转动量转化为对应的变桨角度的磁头，所述磁栅尺磁条安装在与变桨轴承同轴心的变桨法兰盘上，所述磁头固定安装在变桨轴承内圈法兰面上；所述磁头正对着磁栅尺磁条且与磁栅尺磁条之间间隙在 0.1-2.5mm 之间。
2.根据权利要求 1 所述的编码器，其特征在于，所述主轴与所述基座通过轴承连接。
3.根据权利要求 1 所述风力发电机组变桨编码器，其特征在于所述磁栅尺磁条为一段弧形的磁条，磁栅尺磁条首尾端与变桨法兰盘中心的夹角范围在 0°--95°之间。
4.根据权利要求 2 所述的编码器，其特征在于，所述轴承的个数为两个。
5.根据权利要求 2 所述的编码器，其特征在于，所述轴承为单列深沟球轴承。
6.根据权利要求 3 所述风力发电机组变桨编码器，其特征在于所述变桨法兰盘的内圆周面上设有台阶，所述磁栅尺磁条贴合在台阶上且用磁条安装压板紧压在台阶上，磁条安装压板通过螺钉与变桨法兰盘固定相连。
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