EP2601492A2 - Windkraftanlage mit drehmomenterfassung - Google Patents

Windkraftanlage mit drehmomenterfassung

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Publication number
EP2601492A2
EP2601492A2 EP11738406.5A EP11738406A EP2601492A2 EP 2601492 A2 EP2601492 A2 EP 2601492A2 EP 11738406 A EP11738406 A EP 11738406A EP 2601492 A2 EP2601492 A2 EP 2601492A2
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EP
European Patent Office
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shaft
generator
sensor
wind turbine
rotor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11738406.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd VON LÖBBECKE
Basti Steinacher
Christian Seene
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NCTengineering GmbH
Original Assignee
NCTengineering GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2601492A2 publication Critical patent/EP2601492A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/821—Displacement measuring means, e.g. inductive

Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine with torque detection.
  • a wind turbine converts kinetic wind energy into electrical energy. This is done by the fact that the wind flow acts on rotor blades of a rotor and sets this in a rotational movement.
  • the rotor passes the rotational energy via a shaft to a generator, where the kinetic energy is converted into electrical energy.
  • a transmission is connected between the generator and the rotor. This gear translates the low speed of the rotor shaft into a high speed of the generator shaft, which drives the rotor of the generator.
  • various gear stages are often combined in a wind power transmission, for example planetary stages and spur gear stages.
  • a coupling is often provided as a connecting element between the gearbox and generator, which transmits the torque of the drive shaft of the transmission to the rotor of the generator or can interrupt.
  • the speed of the system is set to an optimal ratio between peripheral speed of the rotor and wind speed, ie the so-called high-speed number is optimized.
  • the blades of the rotor are set in such a way that the highest driving torque is generated at the rotor shaft.
  • the speed is influenced by the counter-torque on the generator.
  • the aerodynamic efficiency of the blades is reduced by not adjusting them at their optimum angle of attack.
  • the speed of the system is therefore influenced by the angle of attack of the blades when a maximum generator torque is reached.
  • it is therefore necessary in this connection to determine the torque applied to the rotor or to the generator.
  • too large torques on the gearbox can cause damage, so that a torque detection is also desired for these purposes.
  • the present invention is based on the object of the present invention to provide a wind turbine with torque detection, which overcomes the above-mentioned disadvantages of the prior art.
  • the wind turbine according to the invention comprises a rotor, a gear, a generator, a rotor shaft between the rotor and the gear, a generator shaft between the gear and the generator, and a first magnetostrictive sensor arranged on the generator shaft or on the rotor shaft is.
  • the wind power plant according to claim 1 has the advantage that the magnetostrictive sensor for measuring the torque is arranged on one of the two shafts and thus the torque transmitted via this shaft can be detected directly. Magnetostrictive sensors also have the advantage that both static and dynamic moments can be measured. In addition, the non-contact measuring principle by means of the magnetostrictive sensors results, in particular, in a speed independence, which is likewise advantageous.
  • a development of the wind power plant according to the invention consists in that a second magnetostrictive sensor can be provided, wherein the first magnetostrictive sensor is arranged on the generator shaft and the second magnetostrictive sensor on the rotor shaft. In this way, both the torque on the generator shaft and the torque on the rotor shaft can be determined.
  • the first and / or the second magnetostrictive sensor may each comprise a magnetized axial section of the generator shaft or the rotor shaft. In this way, part of the respective shaft serves as part of the magnetostrictive sensor.
  • the first and / or the second magnetostrictive sensor can each comprise at least one magnetic field sensor for measuring a magnetic field generated by the magnetized axial section. This magnetic field sensor can have one or more coils.
  • the combination of the two last-mentioned further developments forms a non-contact magnetostrictive sensor in which a magnetic field programmed or imprinted into the shaft is not influenced as long as no torque is applied to the shaft. As soon as a torque is applied and the shaft is subjected to a torsion, the magnetic field changes, whereby this change can be measured by the corresponding magnetic field sensor or a plurality of magnetic field sensors.
  • the advantage of this technology is that an absolute measuring sensor system (as opposed to an incremental one) is provided.
  • each of the magnetized axial sections can have two or more magnetized axial sections. In this way, the sensitivity and the accuracy of the sensor can be increased.
  • each magnetized axial section or each magnetized axial section can be delimited on at least one side by a delimiting zone. In this way, the magnetic field structure can be further optimized for use in accurate torque detection.
  • the rotor shaft and / or the generator shaft can be designed as a hollow shaft or can, and that the at least one magnetic field sensor is disposed within the hollow shaft. In this way, the at least one magnetic field sensor can be space-optimized and / or housed in a protected manner.
  • a direction and / or a strength of the magnetic field measurable by the at least one magnetic field sensor can be proportional. onal to change a voltage applied to the rotor shaft and / or the generator shaft torque. This allows easy translation of the measured magnetic field strength into the applied torque.
  • the magnetostrictive sensor is produced by means of "pulse current modulated encoding (PCME)." According to this method, the magnetization is carried out in a short time, resulting in a closed and permanent magnetic pattern in the shaft, without this in the mechanical Properties is changed.
  • a further magnetic track which serves to detect the speed and the angle of rotation. This has the advantage that together with the determined torque and the performance of the wind turbine can be determined.
  • Windkraftanalge invention or one of the aforementioned developments is that further provided an evaluation, which from a caused by torsion of the rotor shaft and / or the generator shaft change a magnetic field of the magnetostrictive sensor on the rotor shaft and / or the Generator shaft applied torque can be determined. With the determined torque, load conditions in the respective shaft can then be documented and used to increase the efficiency of the wind power plant.
  • FIG. 1 illustrates a wind turbine with torque detection according to FIG. 1
  • Figure 2 illustrates a section of a wind turbine according to a second
  • FIG. 1 shows a wind turbine 100 which has a rotor 10, a gear 20 and a generator 30.
  • the rotor 10 is coupled to the transmission 20 via a rotor shaft 40.
  • the transmission 20 is coupled to the generator 30 via a generator shaft 50.
  • a magnetostrictive sensor 60 is disposed on the generator shaft 50.
  • the magnetostrictive sensor 60 consists of a magnetized region 61 of the generator shaft 50 and of a magnetic field sensor 62.
  • the magnetic field sensor 62 comprises at least one coil which detects changes in the magnetic field strength or changes in the magnetic field direction.
  • the magnetization of the region 61 of the wave is preferably carried out using the method "pulse current modulated encoding" (PCME), in which the wave is coded once with a special pulse frequency pattern, thereby producing a self-contained and permanent magnetic pattern in the wave. without changing the mechanical properties of the shaft
  • PCME pulse current modulated encoding
  • the measurement with the magnetostrictive sensor is based on the magnetostrictive effect that occurs when a ferromagnetic crystal is magnetized, with a change in shape of the magnetized crystal as the field strength increases. This is based on the fact that in the so-called Mullschen districts the direction of magnetization rotates and its boundaries are shifted. This results in a Change in shape of the ferromagnetic body. Conversely, changes in the magnetization result from the application of mechanical forces, so that a magnetic field structure stored in the shaft changes when a torque is applied, which is utilized for the measurement.
  • the PCME sensor has a number of advantages. It is capable of measuring torques without contact, and this can be done over a wide operating temperature range of -50 ° C to over + 250 ° C.
  • the sensor is insensitive to dirt, oil, water and mechanical shock loads and has a very high measuring accuracy.
  • the magnetostrictive sensor thus consists of a primary sensor in a region of the shaft which is magnetically coded.
  • the shaft should be made of ferromagnetic material for the PCME process, which provides a good basis for a PCME sensor.
  • the primary sensor converts the applied forces into a magnetic signal that can be detected on the surface of the shaft.
  • the shaft can be designed as a hollow shaft Volloder.
  • the secondary sensor is an array of magnetic field sensors placed in the immediate vicinity of the magnetically encoded region of the shaft. Since the magnetic field sensors do not touch the shaft, the shaft can rotate freely. The secondary sensor converts changes in the magnetic field caused by forces in the primary sensor into electrical signals.
  • An electronic unit is connected to the magnetic field sensor coils and serves for the further processing of the output signals from the coils.
  • FIG. 2 shows a second embodiment 200 of the wind turbine according to the invention in the neck.
  • a magnetostrictive torque sensor 65 is also arranged on the rotor shaft 40.
  • the magnetostrictive sensor 65 comprises, as a primary sensor, the axial magnetized region 66 of the rotor shaft 40, which is here designed as a hollow shaft, for example, and the magnetic sensor 67 as a secondary sensor.
  • the sensor 60 on the generator shaft 60 comprises, as a primary sensor, two magnetized regions 61 arranged axially one behind the other. which are separated by a delimiting area 70.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem Rotor, einem Getriebe, einem Generator, einer Rotorwelle zwischen dem Rotor und dem Getriebe, einer Generatorwelle zwischen dem Getriebe und dem Generator und einem ersten magnetostriktiven Sensor, der an der Generatorwelle oder an der Rotorwelle angeordnet ist.

Description

Windkraftanlage mit Drehmomenterfassung
BESCHREIBUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit Drehmomenterfassung.
Stand der Technik
Eine Windkraftanlage wandelt kinetische Windenergie in elektrische Energie um. Dies erfolgt dadurch, dass die Windströmung auf Rotorblätter eines Rotors einwirkt und diesen in eine Drehbewegung versetzt. Der Rotor gibt die Rotationsenergie über eine Welle an einen Generator weiter, wo die Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. In einigen Windkraftanlagen, insbesondere bei großen Ausführungen, ist zwischen dem Generator und dem Rotor ein Getriebe geschaltet. Dieses Getriebe übersetzt die niedrige Drehzahl der Rotorwelle in eine hohe Drehzahl der Generatorwelle, welche den Läufer des Generators antreibt. Um eine Übersetzung der ge- ringen Rotorwellendrehzahl auf eine geforderte hohe Drehzahl des Generators zu erzielen, werden häufig verschiedenen Getriebestufen in einem Windkraftgetriebe zusammengefasst, beispielsweise Planetenstufen und Stirnradstufen.
Weiterhin ist häufig eine Kupplung als Verbindungselement zwischen Getriebe und Generator vorgesehen, welche das Drehmoment der Antriebswelle des Getriebes auf den Läufer des Generators überträgt bzw. auch unterbrechen kann.
Um eine optimale Leistungsausbeute der Windkraftanlage zu erzielen, wird die Drehzahl der Anlage auf ein optimales Verhältnis zwischen Umfangsgeschwindigkeit des Rotors und Windgeschwindigkeit eingestellt, d. h. die sogenannte Schnelllaufzahl wird optimiert. Dabei sind die Blätter des Rotors derart eingestellt, dass das höchste An- triebsmoment an der Rotorwelle erzeugt wird. Die Drehzahl wird über das Gegenmoment am Generator beeinflusst.
Wenn die Drehzahl durch ein Erhöhen des Generatormoments nicht mehr auf dem Arbeitspunkt gehalten werden kann, wird der aerodynamische Wirkungsgrad der Blätter vermindert, indem diese nicht bei ihrem optimalen Anstellwinkel eingestellt werden. Die Drehzahl der Anlage wird daher bei Erreichen eines maximalen Generatormoments über den Anstellwinkel der Blätter beeinflusst. Um eine effiziente Ausnutzung der Windenergie zu ermöglichen, ist es daher in diesem Zusammenhang erforderlich, am Rotor bzw. am Generator anliegende Drehmomente zu ermitteln. Weiterhin können zu große Drehmomente am Getriebe Schäden daran verursachen, so dass eine Drehmomenterfassung auch für diese Zwecke erwünscht ist.
Aus dem Stand der Technik sind bislang nur Windkraftanlagen bekannt, bei denen das Drehmoment im Getriebe selbst gemessen wird. Derartige Messungen haben jedoch den Nachteil, dass sie nicht das unmittelbar am Rotor anliegende bzw. das über die Rotorwelle übermittelte Drehmoment erfassen und nicht hinreichend genau sind, um die Effizienz der Anlage zu optimieren. Ebensowenig wird gemäß Stand der Technik das unmittelbar am Generator anliegende Drehmoment bzw. das durch die Generatorwelle übermittelte Drehmoment erfasst.
Beschreibung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt gegenüber dem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage mit Drehmomenterfassung zur Verfügung zu stellen, welche die oben genannten Nachteile des Stands der Technik überwindet.
Diese Aufgabe wird durch eine Windkraftanlage gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Gemäß Patentanspruch 1 umfasst die erfindungsgemäße Windkraftanlage einen Rotor, ein Getriebe, einen Generator, eine Rotorwelle zwischen dem Rotor und dem Getrie- be, eine Generatorwelle zwischen dem Getriebe und dem Generator und einen ersten magnetostriktiven Sensor, der an der Generatorwelle oder an der Rotorwelle angeordnet ist.
Die Windkraftanlage gemäß Patentanspruch 1 hat den Vorteil, dass der magnetostrik- tive Sensor zur Messung des Drehmoments an einer der beiden Wellen angeordnet ist und somit unmittelbar das über diese Welle übertragene Drehmoment erfasst werden kann. Magnetostriktive Sensoren haben weiterhin den Vorteil, dass sowohl statische als auch dynamische Momente gemessen werden können. Zudem ergibt sich durch das berührungslose Messprinzip mittels der magnotestriktiven Sensoren insbe- sondere eine Drehzahlunabhängigkeit, die ebenfalls vorteilhaft ist.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Windkraftanlage besteht darin, dass ein zweiter magnetostriktiver Sensor vorgesehen sein kann, wobei der erste magnetostriktive Sensor an der Generatorwelle und der zweite magnetostriktive Sensor an der Rotorwelle angeordnet ist. Auf diese Weise kann sowohl das Drehmoment an der Generatorwelle als auch das Drehmoment an der Rotorwelle bestimmt werden.
Gemäß einer anderen Weiterbildung kann der erste und/oder der zweite magnetostriktive Sensor jeweils einen magnetisierten axialen Abschnitt der Generatorwelle bzw. der Rotorwelle umfassen. Auf diese Weise dient ein Teil der jeweiligen Welle als Teil des magnetostriktiven Sensors. Gemäß einer Weiterbildung der zuvor genannten Weiterbildung kann der erste und/oder der zweite magnetostriktive Sensor jeweils wenigstens einen Magnetfeldsensor zur Messung eines von dem magnetisierten axialen Abschnitt erzeugten Magnetfelds umfassen. Dieser Magntefeldsensor kann eine oder mehrere Spulen aufwei- sen.
Die Kombination der beiden zuletzt genannten Weiterbildungen bildet einen berührungslosen magnetostriktiven Sensor, in welchem ein in die Welle einprogrammiertes oder eingepägtes Magnetfeld nicht beeinflusst wird, solange kein Drehmoment an der Welle angelegt wird. Sobald ein Drehmoment anliegt und die Welle einer Torsion ausgesetzt ist, verändert sich das Magnetfeld, wobei diese Veränderung durch den entsprechenden Magnetfeldsensor bzw. mehrere Magnetfeldsensoren gemessen werden kann. Der Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass ein absolut messendes Sensorsystem (im Gegensatz zu einem inkrementalen) zur Verfügung gestellt wird.
Eine andere Weiterbildung der beiden zuletzt genannten Weiterbildungen besteht darin, dass jeder der magnetisierten axialen Abschnitte zwei oder mehr magnetisierte axiale Teilabschnitte aufweisen kann. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit und die Genauigkeit des Sensors erhöht werden.
Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass jeder magnetisierte axiale Abschnitt bzw. jeder magnetisierte axiale Teilabschnitt an wenigstens einer Seite durch eine Begrenzungszone begrenzt werden kann. Auf diese Weise kann die Magnetfeldstruktur zur Verwendung bei der genauen Drehmomenterfassung weiter optimiert werden.
Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass die Rotorwelle und/oder die Generatorwelle als Hohlwelle ausgebildet sein kann bzw. können, und dass der wenigstens eine Magnetfeldsensor innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist. Auf diese Weise kann der wenigstens eine Magnetfeldsensor raumoptimiert und/oder auf geschützte Art und Weise untergebracht werden.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung kann sich eine Richtung und/oder eine Stärke des durch den wenigstens einen Magnetfeldsensor messbaren Magnetfelds proporti- onal zu einem an der Rotorwelle und/oder der Generatorwelle anliegenden Drehmoment verändern. Dies ermöglicht eine einfache Übersetzung der gemessenen Mag- netfeldstärke in das anliegende Drehmoment. Gemäß einer anderen Weiterbildung ist der magnetostriktive Sensor mittels „pulse current modulated encoding (PCME)" hergestellt. Gemäß diesem Verfahren wird die Magnetisierung in kurzer Zeit durchgeführt, und es ergibt sich ein geschlossenes und dauerhaftes Magnetmuster in der Welle, ohne dass diese in den mechanischen Eigenschaften verändert wird.
Gemäß einer anderen Weiterbildung kann auf der Rotorwelle und/oder der Generatorwelle eine weitere magnetische Spur vorgesehen sein, die zur Erfassung der Drehzahl und des Drehwinkels dient. Dies hat den Vorteil, dass zusammen mit dem ermittelten Drehmoment auch die Leistung der Windkraftanlage bestimmt werden kann.
Eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Windkraftanalge bzw. einer der bereits genannten Weiterbildungen besteht darin, dass weiterhin eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche aus einer durch Torsion der Rotorwelle und/oder der Generatorwelle verursachten Änderung eines Magnetfelds des magnetostriktiven Sensors das an der Rotorwelle und/oder der Generatorwelle anliegende Drehmoment ermittelt werden kann. Mit dem ermittelten Drehmoment können dann Lastzustände in der jeweiligen Welle dokumentiert werden und zur Effizienzsteigerung der Windkraftanlage eingesetzt werden. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Weiteren mit Bezug auf die Figuren beschrieben, die lediglich beispielhafte Ausführungsformen veranschaulichen und durchaus nicht den gesamten Umfang der Erfindung darstellen. Es versteht sich, dass die gezeigten Merkmale in anderen Kombinationen, als in den Beispielen beschrieben, im Rahmen der Erfindung Verwendung finden können. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Figur 1 illustriert eine Windkraftanlage mit Drehmomenterfassung gemäß
Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2 illustriert einen Ausschnitt einer Windkraftanlage gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine Windkraftanlage 100, welche einen Rotor 10, ein Getriebe 20 und einen Generator 30 aufweist. Der Rotor 10 ist mit dem Getriebe 20 über eine Rotorwelle 40 gekoppelt. Weiterhin ist das Getriebe 20 mit dem Generator 30 über eine Generatorwelle 50 gekoppelt. In dieser Ausführungsform ist an der Generatorwelle 50 ein magnetostriktiver Sensor 60 angeordnet. Der magnetostriktive Sensor 60 besteht aus einem magnetisierten Bereich 61 der Generatorwelle 50 und aus einem Magnetfeldsensor 62. Der Magnetfeldsensor 62 umfasst wenigstens eine Spule, welche Veränderungen in der Magnetfeldstärke bzw. Änderungen der Magnetfeldrichtung detek- tiert.
Die Magnetisierung des Bereichs 61 der Welle erfolgt bevorzugt unter Verwendung des Verfahrens„pulse current modulated encoding" (PCME). Dabei wird die Welle einmalig mit einem speziellen Puls-Frequenzmuster kodiert. Dadurch wird ein in sich geschlossenes und dauerhaftes Magnetmuster in der Welle erzeugt, ohne die Welle in den mechanischen Eigenschaften zu ändern. Das bereits bestehende mechanisch beanspruchte Bauteil, in diesem Fall die Welle, ist selbst Teil des Sensors.
Die Messung mit dem magnetostriktiven Sensor beruht auf dem magnetostriktiven Effekt, der auftritt, wenn ein ferromagnetischer Kristall magnetisiert wird und dabei mit wachsender Feldstärke eine Formänderung des magnetisierten Kristalls erfolgt. Dies beruht darauf, dass sich in den sogenannten Weißschen Bezirken die Magnetisierungsrichtung dreht und deren Grenzen verschoben werden. Hierdurch erfolgt eine Formänderung des ferromagnetischen Körpers. Umgekehrt ergeben sich durch anlegen mechanischer Kräfte Änderungen in der Magnetisierung, sodass eine in der Welle gespeicherte Magnetfeldstruktur sich bei Anlegen eines Drehmoments verändert, was für die Messung ausgenutzt wird.
Im PCME-Prozess wird eine hohe elektrische Leistung durch die Welle geleitet, wobei die Hauptarbeitsprozesse der PCME-Technologie nacheinander ablaufen. Im ersten Schritt des PCME-Prozesses werden magnetische Störfelder, die noch in der Welle vorhanden sein könnten, entfernt. Im zweiten Schritt werden die„in sich geschlosse- nen" Magnetfeldstrukturen an der vorgesehen Stelle programmiert oder eingeprägt. In dritten Schritt werden unerwünschte magnetische Nebenwirkungen entfernt, ohne dabei die erwünschte PCME-Magnetisierung zu verändern.
Im Unterschied zu anderen bekannten Verfahren zur Messung von Kräften bzw. Drehmomenten besitzt der PCME-Sensor eine Reihe von Vorteilen. Er ist in Lage, berührungslos Drehmomente zu messen, wobei dies über einen großen Betriebstemperaturbereich von -50° C bis über +250° C erfolgen kann. Der Sensor ist unempfindlich gegenüber Schmutz, öl, Wasser sowie mechanische Schockbelastungen und verfügt über eine sehr hohe Messgenauigkeit.
Der magnetostriktive Sensor besteht somit aus einem Primärsensor in einer Region der Welle, die magnetisch kodiert wird. Die Welle sollte für den PCME Prozess aus ferromagnetischem Material bestehen, das eine gute Basis für einen PCME-Sensor darstellt. Der Primärsensor wandelt die anliegenden Kräfte in ein magnetisches Signal um, das auf der Oberfläche der Welle erfasst werden kann. Die Welle kann als Volloder Hohlwelle ausgeführt sein. Der Sekundärsensor ist eine Anordnung von Magnetfeldsensoren die unmittelbarer Nähe der magnetisch kodierten Region der Welle platziert werden. Da die Magnetfeldsensoren die Welle nicht berühren, kann die Welle frei rotieren. Der Sekundärsensor setzt Änderungen des magnetischen Feldes, welche durch Kräfte im Primärsensor verursacht werden, in elektrische Signale um. Eine Elektronikeinheit wird mit den Magnetfeldsensorspulen verbunden und dient der Weiterverarbeitung der Ausgangssignale von den Spulen. Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform 200 der erfindungsgemäßen Windkraftanlage im Ausschnitt. In dieser Ausführungsform ist auch an der Rotorwelle 40 ein magnetostriktiver Drehmomentsensor 65 angeordnet. Auf diese Weise ist eine optimale Überwachung der Drehmomente ausgehend von dem Rotor bis hin zum Gene- rator möglich. Der magnetostriktive Sensor 65 umfasst als Primärsensor den axialen magnetisierten Bereich 66 der Rotorwelle 40, welche hier beispielsweise als Hohlwelle ausgebildet ist, sowie als Sekundärsensor den Magnetfeldsensor 67. Der Sensor 60 an der Generatorwelle 60 umfasst als Primärsensor zwei axial hintereinander liegende magnetiesierte Bereiche 61 auf, die durch einen Begrenzungsbereich 70 von- einander getrennt sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Windkraftanlage, umfassend 5 einen Rotor; ein Getriebe; einen Generator;
o
eine Rotorwelle zwischen dem Rotor und dem Getriebe; eine Generatorwelle zwischen dem Getriebe und dem Generator; und einen ersten magnetostriktiven Sensor, der an der Generatorwelle oder an der Rotorwelle angeordnet ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 1 , weiterhin einen zweiten magnetostriktiven Sensor umfassend, wobei der erste magnetostriktive Sensor an der Generatorwelle und der zweite magnetostriktive Sensor an der Rotorwelle angeordnet ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste und/oder der zweite magnetostriktive Sensor jeweils einen magnetisierten axialen Abschnitt der Generatorwelle bzw. der Rotorwelle umfasst.
Windkraftanlage nach Anspruch 3, wobei der erste und/oder der zweite magnetostriktive Sensor jeweils wenigstens einen Magnetfeldsensor zur Messung eines von dem magnetisierten axialen Abschnitt erzeugten Magnetfelds umfasst.
Windkraftanlage nach Anspruch 3 oder 4, wobei jeder magnetisierte axiale Abschnitt zwei magnetisierte axiale Teilabschnitte aufweist.
6. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei jeder magnetisierte axiale Abschnitt bzw. jeder magnetisierte axiale Teilabschnitt an wenigstens einer Seite durch eine Begrenzungszone begrenzt wird.
7. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in Kombination mit Anspruch 4, wobei die Rotorwelle und/oder die Generatorwelle als Hohlwelle ausgebildet ist/sind und der wenigstens eine Magnetfeldsensor innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist.
8. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in Kombination mit Anspruch 4, wobei sich eine Richtung und/oder eine Stärke des durch den wenigstens einen Magnetfeldsensor messbaren Magnetfelds proportional zu einem an der Rotorwelle und/oder der Generatorwelle anliegenden Drehmoment verändert.
9. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der magnetostriktive Sensor ein mittels Pulse Current Modulated Encoding hergestellter Sensor ist.
10. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei auf der Rotorwelle und/oder der Generatorwelle eine weitere magnetische Spur vorgesehen ist, die zur Erfassung der Drehzahl und des Drehwinkels dient.
1 1. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiterhin eine Auswerteeinrichtung umfassend, welche aus einer durch Torsion der Rotorwelle und/oder der Generatorwelle verursachten Änderung eines Magnetfelds des magnetostriktiven Sensors das an der Rotorwelle und/oder der Generatorwelle anliegende Drehmoment ermitteln kann.
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