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CN103175641A - 用于测量传动装置的轴的扭矩、旋转方向以及旋转速度的装置 - Google Patents

用于测量传动装置的轴的扭矩、旋转方向以及旋转速度的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于测量传动装置（2）轴（1）的尤其方位角传动装置输出轴的扭矩、旋转方向以及旋转速度的装置，其中能够在所述轴（1）的外圆周（3）上位置固定地安置带（4、5），所述带可以通过测量传感器（6、7）进行检测并且可以测量轴（1）的扭转，其中所述测量传感器（6、7）分别具有霍尔传感器（8）并且在所述轴（1）的外圆周（3）的两个不同的位置上分别布置带（4、5），所述带包括多边形的穿孔（9）和/或凹处（10），其中在所述穿孔（9）和/或凹处（10）之间存在接片（11），所述接片可以通过测量传感器（6、7）进行检测。此外，要求保护用于运行测量轴（1）的扭矩、旋转方向以及旋转速度的装置（1）的方法。

Description

用于测量传动装置的轴的扭矩、旋转方向以及旋转速度的装置
技术领域
本发明涉及一种用于测量传动装置的轴的尤其风力发电设备方位角传动装置输出轴的扭矩、旋转方向以及旋转速度的装置，其中可以在轴的外圆周上位置固定地安置带，所述带可以通过测量传感器进行检测并且使轴的扭转可测，其中所述测量传感器分别具有霍尔传感器。此外，本发明涉及一种用于运行这种装置的方法。 
本发明的应用领域尤其延伸到用于现代风力发电设备的方位角传动装置上。应用领域不仅仅限制于风力发电设备，例如在许多Krahn类型中能够使悬臂通过多个传动装置围绕垂直轴线旋转。 
背景技术
由普遍公开的现有技术公开了吊舱在风力发电设备上旋转，使得转子跟随风向。转子叶片也必须围绕其纵轴线旋转，从而调节正确的叶片位置。在此必须克服各个节距轴承以及方位角轴承中很大的摩擦力矩。 
由于所需要的扭矩较大，可以使用液压驱动装置或电驱动装置。在液压驱动装置中液压气缸例如作用到偏心轮上并且由此允许旋转。然而在此将旋转运动限制在半转以下。如果要进行更大的旋转运动或者由于其它原因不希望使用液压的解决方案，那么就使用电驱动装置。在电驱动装置中，电动马达的较高的转速通过多级传动装置转换成较低的转速。传动装置的输出齿轮嵌入齿圈中，该齿圈大多数构造成轴承的部分。由此能够旋转风力发电设备的吊舱。 
如果所要求的扭矩很大，那么安置多个驱动装置。在驱动装置的传动装置上会出现损坏，例如损坏的轴承，其中由此提高传动装置中的摩擦力矩。相应地，传动装置在马达功率保持相同时将更少的扭矩发送到齿圈上。 
如果只有极少的驱动装置，那么必须提高马达功率用于实现相同的驱动力矩。在此也提高了马达电流。根据可测量的电流提高能够识别传动装置缺陷。如果存在很多驱动装置，那么马达电流的提高就很小，从而不能明确地测量并且因此不能识别缺陷。如果失去了电动马达的用于克服有缺陷的轴承中摩擦的整个驱动力矩，那么传动装置的输出轴不再驱动齿圈，而是齿圈被输出轴驱动。由于存在缺陷，剩余的驱动装置以及其传动装置过载并且在更长时间里同样损坏。 
由DE 10 2006 054 179 A1获知一种用于测量轴上扭矩尤其用于测量汽车齿条辅助力转向装置的转向力矩的装置。所述轴分成输入轴和输出轴，其中这两个轴部件通过具有更小强度的扭转元件进行连接。该扭转元件承载着磁性的输出单元，该输出单元的编码可以通过扭转而改变并且可以通过配属于输出单元的传感器单元读出。然而这种用于测量轴上扭矩的装置不适合于数值较大的扭矩，如在风力发电设备的方位角传动装置中存在的一样。 
由DE 199 07 270 A1获知另一种用于测量轴尤其汽车传动装置输出轴的扭矩的装置。在预先给出的轴向区域上，所述轴设有仅仅一个套环，该套环如此与轴连接，使得轴的扭转导致套环的扭转。为该套环配设了用于确定扭转大小的测量装置。虽然可以用所述技术上的解决方案实现轴上扭矩的测量，但是已知的解决方案的缺点在于，只能测量具有较小直径的轴，所述轴在较小的轴段内具有较大的扭转。对于较小的扭转值来说，所述装置没有提供精确的测量方案。 
发明内容
从前面所述的现有技术出发，本发明的任务是提供一种装置以及用于运行这种装置的方法，从而以简单的方式方法测量较大的扭矩，该扭矩由于轴直径和材料特征仅仅略微扭转所述轴。 
该任务从按权利要求1前序部分所述的用于测量轴的扭矩、旋转方向以及旋转速度的装置出发结合其特征部分特征得到解决。本发明有利的改进方案从下面的从属权利要求中获得。在方法技术方面，所述任务通过权利要求6得到解决。 
按本发明，在所述轴的外圆周的两个不同的位置上分别布置带，该带包围多边形的穿孔和/或凹处，其中在穿孔和/或凹处之间存在接片，所述接片可以通过测量传感器进行检测。所述带如此安置在所述轴的外圆周上，从而排除打滑或者旋转。制造所述带或者至少带的接片的材料应该是可磁化的，使得测量传感器通过磁场变化检测穿孔和/或凹处之间的接片，其中在测量传感器中集成磁体，该磁体产生磁场，该磁场被接片影响。通过磁场变化对接片的测量对于油池中运行的轴中证实是特别有利的。要指出，具有结构的带不是强制要求的。可以使用可能的标记、凹处和/或存在的结构例如小齿轮（Ritzel）的结构。 
根据进一步改善本发明的措施提出，所述带具有至少一个穿孔和/或至少一个凹处，其中在带周上测量的穿孔和/或凹处的尺寸大于其余穿孔和/或凹处的尺寸。通过至少一个穿孔和/或凹处的明显的不同可以确定精确的参考点。也可以考虑用于能够准确地确定带的位置的穿孔和/或凹处模型。 
优选为了更精确地测量扭矩，所述带具有相互间最大的间距并且每个测量传感器包括至少两个霍尔传感器。最大的间距能够测量轴的很小的扭矩。两个传感器之间的距离越大，轴的所测量的转扭也越大。在由于轴的直径或者其材料特性甚至在扭矩较大时也只有很小扭转的轴中，通过所述带相互间的间距放大所述轴的所测量的转扭。至少两个霍尔传感器在每个测量传感器中的布置提高了识别接片的精度。 
按本发明的解决方案的优点尤其在于，所述轴具有轴组件例如行星齿轮架和驱动小齿轮，可以在其上安置带。行星齿轮架布置在轴的一端上并且驱动小齿轮布置在轴的另一端上。这实现了两个引起轴更大转扭的带之间更大的间距。 
此外，所述测量传感器优选垂直于所述带布置并且与带之间具有小于5mm的间距。测量传感器的垂直的布置确保了接片的最佳的检测，其中带与传感器之间较小的间距为测量的精度作出贡献。 
为了运行所述用于测量轴的扭矩、旋转方向以及旋转速度的装置，还说明了一种方法，用该方法为了校正测量信号用恒定的转速没有加载地运行所述传动装置，其中在将带装配到轴上和/或轴组件上之后确定由轴运动引起的参考接片顺序。由于制造公差，所述穿孔和/或凹处具有略微不同的尺寸。在一次性的校正期间确定第一测量传感器的单个接片与第二测量传感器的接片之间具有什么样的间距。 
优选所述参考接片顺序作为校正值持续地保存在分析电子装置中。为了在运行其它方法时所需的比较而保存前面测量的参考接片顺序。 
此外提出，通过所述参考接片顺序与在传动装置运行期间的接片顺序的比较来确定轴的旋转方向。当所测量的序列相应于参考接片顺序的反转的序列，那么存在负的旋转方向。如果基本上没有与参考接片顺序一致，那么应该推断出错误。 
此外优选在传动装置运行时在轴的扭转载荷之下测量两个带接片顺序相互间关于时间的移动。所述接片顺序关于时间的移动可以说明轴的转扭。所述带的接片的所测量的移动取决于轴的布置以及带之间的距离并且优选可以在两位数的毫秒范围内。 
此外可选地提出，所述接片顺序关于时间的移动借助于轴的旋转速度转换成接片顺序的局部移动，其中从中计算出轴的传递的扭矩。所述轴的旋转速度v从带的接片关于时间的距离t中借助于以下公式确定： 
v=s/r/t。
假定已知布置了带的轴或轴组件的侧面S的空间距离s以及半径r。 
尤其在为了吊舱（Gondel）的旋转而具有多个并联的方位角驱动装置的风力发电设备中，可以通过所有方位角传动装置的输出轴上所测量的扭矩的比较来找出由于明显更小的扭矩引起的有缺陷的方位角传动装置，其中方位角驱动装置分别由电动马达和方位角传动装置组成。 
附图说明
下面根据附图结合本发明优选实施例的描述详细示出其它改善本发明的措施。附图示出： 
图1是具有用于测量轴的扭矩、旋转方向以及旋转速度的装置的传动装置的示意性剖视图，
图2是具有两个霍尔传感器的测量传感器的放大图，在其下面布置了具有穿孔和/或凹处的带，该图还示出了测量参考接片顺序的图，其中关于时间绘出了电压。
具体实施方式
根据图1，按本发明用于测量传动装置2的轴1的扭矩、旋转方向以及旋转速度的装置具有两条带4、5，其中第一带4布置在轴1的外圆周3上并且第二带5布置在行星齿轮架13上。所述带4、5由测量传感器6、7进行检测，所述测量传感器垂直于带4、5布置并且具有小于5mm的间距15。所述测量传感器6、7记录来自带4、5的信号。该信号是传动装置2运行期间各个带4、5的接片顺序，并且在分析电子装置17中进行处理和保存。 
图2示出了所述两个测量传感器6、7之一，其包括两个霍尔传感器8，其中需要至少两个霍尔传感器8用于精确的信号识别。所述带4具有穿孔9和/或凹处10，其中接片11处于两个穿孔9和/或凹处10之间。尺寸大于其余穿孔9尺寸的穿孔和/或凹处10的尺寸的其中一个穿孔9和/或其中一个凹处10用于确定参考接片顺序16。所述带4的参考接片顺序16在带下方绘出。 
本发明不限制于前面所描述的优选实施例。更确切地说也可以考虑其变型方案，所述变型方案用下面权利要求的保护范围一起包括。例如也可以将第一带4布置在驱动小齿轮14上，从而增加两个带4、5之间的间距12。此外，代替所述带4、5，穿孔9和/或凹处10也可以具有安置到轴1上和/或轴组件13、14上的标记或者存在的结构，如利用小齿轮的结构。可以通过优选激光或者切削方法使轴结构化。 
补充地指出，“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一个”不排除多个。此外要指出，参照上述实施例之一描述的特征或步骤也可以与上面所描述的其它实施例的其它特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不视作限制。 
附图标记列表
1      轴
2      传动装置
3      外圆周
4      第一带
5      第二带
6      第一测量传感器
7      第二测量传感器
8      霍尔传感器
9      穿孔
10     凹处
11     接片
12     间距
13     行星齿轮架
14     驱动小齿轮
15     间距
16     参考接片顺序
17     分析电子装置

Claims (10)

1.用于测量传动装置（2）的轴（1）的、尤其风力发电设备的方位角传动装置的输出轴的扭矩、旋转方向以及旋转速度的装置，其中能够在所述轴（1）的外圆周（3）上位置固定地安置带（4、5），所述带可以通过测量传感器（6、7）进行检测并且可以测量轴（1）的扭转，其中所述测量传感器（6、7）分别具有霍尔传感器（8），
其特征在于，在所述轴（1）的外圆周（3）的两个不同的位置上分别布置带（4、5），所述带包括多边形的穿孔（9）和/或凹处（10），其中在所述穿孔（9）和/或凹处（10）之间存在接片（11），所述接片可以通过测量传感器（6、7）进行检测。
2.按权利要求1所述的装置，
其特征在于，所述带（4、5）具有至少一个穿孔（9）和/或至少一个凹处（10），其中所述穿孔（9）和/或凹处（10）在所述带（4、5）的周边上测量的尺寸大于其余穿孔（9）和/或凹处（10）的尺寸。
3.按权利要求1所述的装置，
其特征在于，为了精确地测量扭矩，所述带（4、5）相互间具有最大距离（12）并且每个测量传感器（6、7）包括至少两个霍尔传感器（8）。
4.按权利要求1或3所述的装置，
其特征在于，所述轴（1）具有轴组件例如行星齿轮架（13）以及驱动小齿轮（14），在其上能够安置所述带（4、5）。
5.按权利要求1所述的装置，
其特征在于，所述测量传感器（6、7）垂直于所述带（4、5）布置并且与所述带（4、5）之间具有小于5mm的距离（15）。
6.用于运行按上述权利要求中任一项所述装置的方法，
其特征在于，为了校正测量信号用恒定的转速没有负载地运行所述传动装置（2），其中在将带（4、5）装配到轴（1）和/或轴组件（13、14）上之后确定由轴（1）的运动引起的参考接片顺序（16）。
7.按权利要求6所述的用于运行装置的方法，
其特征在于，参考接片顺序（16）作为校正值持续地保存在分析电子装置（17）中。
8.按权利要求6或7所述的用于运行装置的方法，
其特征在于，在传动装置（2）通过参考接片顺序（16）与运行期间的接片顺序的比较来确定轴（1）的旋转方向。
9.按权利要求6所述的用于运行装置的方法，
其特征在于，在传动装置（2）的运行中在轴（1）的扭转载荷下测量两个带（4、5）的接片相互间关于时间的移动。
10.按权利要求6或9所述的用于运行装置的方法，
其特征在于，接片顺序关于时间的移动借助于所述轴（1）的旋转速度转换成接片顺序的局部移动，其中从中计算出所述轴（1）的传递的扭矩。
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