CN108139424A - 风速测量装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的风速测量装置是一种用于测量风力发电机的风速的装置，所述风力发电机包括：旋转轴；至少一个叶片，所述至少一个叶片相对于所述旋转轴径向地设置，并且所述至少一个叶片通过施加在所述至少一个叶片上的风力而旋转；以及框架，所述框架安装在所述至少一个叶片的一侧，并且所述框架中具有空间，而且所述旋转轴穿过所述空间。其中，所述旋转轴包括：固定轴，所述固定轴固定在所述框架的一侧；以及可移动轴，所述可移动轴的一侧通过滑动联轴器连接至所述固定轴并且另一侧连接至所述至少一个叶片，以通过施加在所述至少一个叶片上的风力而滑动。所述风速测量装置包括：压力板，所述压力板形成在所述可移动轴的外周上，并且所述压力板经由作为媒介的轴承而连接至所述可移动轴；负载传感器，所述负载传感器设置在所述框架与所述压力板之间，以测量由所述压力板施加的压力；以及计算单元，所述计算单元与所述负载传感器电连接以基于施加的所述压力计算风速。

Description

风速测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于测量风速的装置，特别地，涉及一种被包括在风力发电机中并且测量传输到风力发电机的风速的风速测量装置。

背景技术

通常，风力发电机是将风能转换为旋转动能、再转换为电能的装置，并且用作一种环保、相对经济的替代能源。

风力发电机被构造成围绕轮毂形成的叶片通过风旋转，并且这种旋转相对于发电机被转换为电能。换言之，空气颗粒在移动时与叶片碰撞，并且叶片通过碰撞空气的力而旋转。然而，因为施加到旋转叶片的风速不是恒定的，所以可以进一步设置用于控制叶片的间距(pitch)的装置，以调节发电机的效率。这种控制装置将叶片的转数调节成适合于发电机的效率，此时，风速测量装置被设置成测量风速以确定合适的转数。换言之，基于风速测量装置测量的风速来调节叶片的间距，并且当风速超过指定值时，控制装置调节叶片的旋转动力。

KR 10-2009-0105308公开了一种涉及如上所述的设置成测量风力发电机的风速的一般风速测量装置的技术。一般风力发电机使用的利用超声波的风速测量装置与叶片具有一定的距离，因此，在获得给予叶片的风速和推力的数据时可能存在误差。而且，由于包括各种复杂传感器的结构，安装变得复杂，并且容易出现故障。

而且，这种使用超声波的风速测量装置对温度和湿度敏感，因此，风速测量装置受到外部环境的限制。

发明内容

技术问题

提供了一种风速测量装置，其不仅通过直接识别施加在叶片上的推力来输出精确的数据，而且以简单的结构来测量风速，并且不受外部环境的限制。

技术方案

根据实施例的一个方面，一种用于测量风力发电机的风速的风速测量装置，所述风力发电机包括：旋转轴；至少一个叶片，所述至少一个叶片围绕所述旋转轴径向地设置，并且所述至少一个叶片通过施加在所述至少一个叶片上的风力而旋转；以及框架，其设置在所述至少一个叶片的一侧，并且所述框架中具有空间，使得所述旋转轴穿过所述空间。其中，所述旋转轴包括：固定轴，其固定在所述框架的一侧；以及可移动轴，其一侧通过滑动联轴器连接至所述固定轴并且另一侧连接至所述至少一个叶片，以通过施加在所述至少一个叶片上的所述风力而滑动。所述风速测量装置包括：压力板，其形成在所述可移动轴的外周上，并且经由作为媒介的轴承而连接至所述可移动轴；负载传感器，其设置在所述框架与所述压力板之间，并且测量由所述压力板施加的压力；旋转计数器，其测量所述固定轴的转数；以及计算器，其与所述负载传感器和所述旋转计数器电连接以基于所述压力和所述转数计算所述风速。

通孔可以形成为穿过所述框架内的所述旋转轴，并且负载传感器支撑件可以设置成被所述框架的内侧支撑，其中，所述负载传感器可以设置在所述负载传感器支撑件与所述压力板之间以测量由所述压力板施加的所述压力。

所述负载传感器可以被构造为测力传感器以测量由所述压力板施加的所述压力。

多个所述负载传感器可以围绕所述旋转轴在径向方向上形成并且可以以规则的间隔彼此间隔开。

本发明的有利效果

根据本发明的风速测量装置，负载传感器可以被设置成直接检测施加在叶片上的推力并通过推力测量风速，从而获得精确的数据。

而且，风速测量装置与安装有发电机等的框架内的旋转轴一体化，因此风速测量装置不受外部环境的影响，并且不受安装场所的限制。此外，风速测量装置结构简单，因此可能发生故障较少，并且风速测量装置易于安装且可以以低成本制造。

而且，风速测量装置可以包括多个负载传感器以分布式地测量施加在叶片上的推力，因此，可以通过分布负载传感器的功能来增加风速测量装置的寿命。

附图说明

图1是示意性图示了根据本发明实施例的风速测量装置的截面图。

图2是图1的风速测量装置的负载传感器的安装位置的正视图。

图3是示意性图示了图1的风速测量装置的风速测量过程的流程图。

图4是用于描述通过图1的风速测量装置的计算器计算风速的示例的图。

图5是示意性图示了根据本发明另一个实施例的风速测量装置的截面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图更全面地描述本发明的一个或多个示例性实施例。这里使用的术语或词语不能以它们通常的定义或词典定义来解释，而是必须基于发明人可以适当地定义术语的概念以便以最佳的方式描述本发明的原则而以与本发明的方面的含义和概念对应的方式进行解释。

因此，这里描述的实施例和附图仅是优选示例，并不代表本发明的技术方面。因此，本领域的普通技术人员应当理解，本发明可以以许多不同的形式来实施。

在下文中，将参照附图详细描述本发明的一个或多个实施例。

参照图1至图4，根据本发明实施例的风速测量装置10被包括在风力发电机W中以测量风力发电机W的风速，其中，风力发电机W包括：旋转轴20、叶片30、以及框架40。风力发电机W包括至少一个围绕旋转轴20径向设置的叶片30，其中，至少一个叶片30在风力的作用下围绕旋转轴20旋转。框架40设置在前方(图1的左侧)，即，叶片30的一侧，并且框架40中具有空间。而且，旋转轴20可以穿过框架40。这里，旋转轴20包括固定轴21和可移动轴22。固定轴21可旋转地连接至框架40，并且可移动轴22的一侧通过滑动联轴器(sliding coupling)23连接至固定轴21且另一侧连接至叶片30。因此，可移动轴22可以对应于施加在叶片30上的风力而滑动。这里，图1至图4所示的框架40图示了风力发电机W的示意性构造，其中，发电机和压缩机50可以在框架40的内部和外部连接，并且可以额外设置风力发电机W所需的其他部件。然而，因为这些额外部件与本发明的主旨无关，所以这里将不提供其细节。

同时，框架40还可以包括负载传感器支撑件41。负载传感器支撑件41设置在框架40内。而且，负载传感器支撑件41在中央处具有供旋转轴20穿过的通孔42，并且负载传感器支撑件41被框架40的内侧支撑。

包括在风力发电机W中并且测量风速的风速测量装置10包括：压力板100、负载传感器200、旋转计数器300和计算器400。

压力板100经由作为媒介的轴承110而连接至可移动轴22。换言之，压力板100可以形成在位于框架40内的可移动轴的外周上，并且压力板100可以经由作为媒介的轴承110而连接至可移动轴22。这里，轴承110可以防止连接至可移动轴22的压力板100与可移动轴22一起旋转。换言之，压力板100不与可移动轴22一起旋转，但是当可移动轴22在风力的作用下滑动时，压力板100与可移动轴22一起滑动。

负载传感器200用来测量风的推力，并且设置在框架40与压力板100之间且被框架40支撑。详细地，负载传感器200可以设置在负载传感器支撑件41与压力板100之间，并且负载传感器200可以通过被负载传感器支撑件41支撑而被固定。然而，负载传感器200不限于被框架40支撑，并且可替代地，可以被轴承或其他支撑装置支撑。

负载传感器200可以被构造为测力传感器(load cell)，即，测量力的传感器。然而，负载传感器200不限于测力传感器，也可以是具有能够测量压力的其他构造的力传感器。换言之，压力板100可以通过施加在叶片30上的风的推力而滑动，以对负载传感器200加压，并且负载传感器200可以通过测量施加到负载传感器200的压力而确定风的推力。压力板100可以利用风朝向叶片30(图1的右侧)滑动，并且压力板100可以对设置在一侧的负载传感器200加压。因此，负载传感器200直接识别由风力施加的压力，因此，与负载传递机构设置在负载传感器200与叶片30之间的情况相比，可以通过减少由摩擦等引起的误差来获得精确的数据。

而且，多个负载传感器200可以基于旋转轴20设置在径向方向上。这里，多个负载传感器200可以以规则的间隔彼此间隔开。多个负载传感器200可以被设置成通过将由多个负载传感器200中的各负载传感器200测量的力相加来计算总推力，从而确定风速。而且，因为推力是通过设置多个负载传感器200而分布式地测量的，所以即使当推力在圆周方向上不均匀分布时，也可以精确地测量总推力。

旋转计数器300设置在旋转轴20的一侧以测量旋转轴20的转速。旋转计数器300可以设置在旋转轴的固定轴21处，并且可以是转速计等。

因此，计算器400基于由负载传感器200测量的压力和由旋转计数器300测量的转数来计算风速。

如图4的图所示，可以基于通过叶片30而旋转的旋转轴20的转数和由负载传感器200测量的压力(即，总推力)来计算风速。例如，可以通过使用插值法由如下两点(由图4中的“□”所示)处的压力值来计算转数为500rpm并且压力为200N时的风速：在该两点处，转数为500rpm，并且风速分别为10m/s和12m/s。类似地，可以通过使用插值法由如下两点(由图4中的“△”所示)处的转数来计算转数为600rpm并且压力为100N时的风速：在该两点处，压力为100N，并且风速分别为10m/s和12m/s。换言之，基于转数和压力的组合范围，可以不同地执行由转数和压力(即，总推力)来计算风速的方法。

根据本发明的风速测量装置10，负载传感器200可以被设置成直接检测施加在叶片30上的推力并且通过推力测量风速，从而获得精确的数据。

而且，风速测量装置10设置在框架40内，因此不受外部环境的影响，并且不受安装场所的限制。此外，风速测量装置10结构简单，因此可能发生故障较少，并且风速测量装置10易于安装且可以以低成本制造。

而且，多个负载传感器200被设置成分布式地测量施加在叶片30上的推力，因此，即使当推力在圆周方向上不均匀地分布时，也可以精确地测量总推力。

应当理解的是，这里说明的实施例应当仅被认为是描述性的，而不是为了限制的目的。各实施例中的特征或方面的描述通常应当被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。

本发明的实施方式

在下文中，将参照图5说明根据本发明另一个实施例的风速测量装置10。图5是示意性图示了根据本发明另一个实施例的风速测量装置10的截面图。这里，因为与图1至图3中的附图标记相同的附图标记表示具有相同结构和功能的相同元件，所以将不提供重复说明。

根据另一个实施例的风速测量装置10被包括在风力发电机W中，风力发电机W包括：旋转轴20、叶片30和框架40。这里，框架40设置在后面(图5的左侧)，即，叶片30的一侧。而且，框架40中具有空间，并且框架40还可以包括负载传感器支撑件41。旋转轴20可以穿过框架40，并且旋转轴20包括固定轴21和可移动轴22。

当可移动轴22在施加于叶片30上的风力的作用下滑动时，压力板100一起滑动，并且压力板100可以通过这种滑动运动对负载传感器200加压。因此，负载传感器200可以使用通过压力板100施加的压力来测量推力。换言之，压力板100利用风向叶片30的后方(图5的左侧)滑动，并且压力板100可以对设置在一侧的负载传感器200加压。

根据本发明的风速测量装置10，负载传感器200可以被设置成直接检测施加在叶片30上的推力并且通过推力测量风速，从而获得精确的数据。

而且，风速测量装置10设置在框架40内，因此不受外部环境的影响，并且不受安装场所的限制。此外，风速测量装置10结构简单，因此可能发生故障较少，并且风速测量装置10易于安装且可以以低成本制造。

而且，多个负载传感器200被设置成分布式地测量施加在叶片30上的推力，因此，即使当推力在圆周方向上不均匀地分布时，也可以精确地测量总推力。

应当理解的是，这里说明的实施例应当仅被认为是描述性的，而不是为了限制的目的。各实施例中的特征或方面的描述通常应当被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。

附图标记说明

10：风速测量装置 20：旋转轴

21：固定轴 22：可移动轴

23：滑动联轴器 30：叶片

40：框架 41：负载传感器支撑件

42：通孔 50：压缩机

100：压力板 110：轴承

200：负载传感器 300：旋转计数器

400：计算器 W：风力发电机

Claims (4)

1.一种用于测量风力发电机的风速的风速测量装置，所述风力发电机包括：旋转轴；至少一个叶片，所述至少一个叶片围绕所述旋转轴径向地设置，并且所述至少一个叶片通过施加在所述至少一个叶片上的风力而旋转；以及框架，所述框架设置在所述至少一个叶片的一侧，并且所述框架中具有空间，使得所述旋转轴穿过所述空间，

其中，所述旋转轴包括：固定轴，所述固定轴固定在所述框架的一侧；以及可移动轴，所述可移动轴的一侧通过滑动联轴器连接至所述固定轴并且另一侧连接至所述至少一个叶片，以通过施加在所述至少一个叶片上的所述风力而滑动，

所述风速测量装置包括：

压力板，所述压力板形成在所述可移动轴的外周上，并且所述压力板经由作为媒介的轴承而连接至所述可移动轴；

负载传感器，所述负载传感器设置在所述框架与所述压力板之间，并且所述负载传感器测量由所述压力板施加的压力；

旋转计数器，所述旋转计数器测量所述固定轴的转数；以及

计算器，所述计算器与所述负载传感器和所述旋转计数器电连接以基于所述压力和所述转数计算所述风速。

2.如权利要求1所述的风速测量装置，其中，通孔形成为穿过所述框架内的所述旋转轴，并且负载传感器支撑件设置成被所述框架的内侧支撑，

其中，所述负载传感器设置在所述负载传感器支撑件与所述压力板之间以测量由所述压力板施加的所述压力。

3.如权利要求1所述的风速测量装置，其中，所述负载传感器被构造为测力传感器以测量由所述压力板施加的所述压力。

4.如权利要求1至3中任一项所述的风速测量装置，其中，多个所述负载传感器围绕所述旋转轴在径向方向上形成并且以规则的间隔彼此间隔开。