用于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角傳感器，尤其用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子軸，該轉(zhuǎn)角傳感器具有沿軸外圓周布置的量具，至少一個(gè)設(shè)計(jì)為傳感器的探測(cè)頭和測(cè)量值處理單元，測(cè)量值處理單元處理已檢測(cè)的軸的位置數(shù)據(jù)和/或速度數(shù)據(jù)的測(cè)量值，其中探測(cè)頭與量具相間隔地布置，并且傳感器信號(hào)能夠在軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)探測(cè)量具的表面。所述量具包括具有鏈元件的滾子鏈，滾子鏈的內(nèi)滾子或內(nèi)銷沿軸定向，其中鏈力傳遞地和形狀配合地固定在軸外圓周上。本發(fā)明還涉及一種借助轉(zhuǎn)角傳感器確定和測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置的方法，其中為了確定和測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子位置建立(映射關(guān)系)鏈的至少一個(gè)參照物(映射)，并且借助當(dāng)前的測(cè)量值校準(zhǔn)至少一個(gè)參照物(掃描)。
【專利說明】用于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角傳感器，以及一種借助轉(zhuǎn)角傳感器確定和測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或位置的方法。本發(fā)明還涉及在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中轉(zhuǎn)角傳感器的多種應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]轉(zhuǎn)角傳感器是用于旋轉(zhuǎn)軸的測(cè)量系統(tǒng)，并且例如用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子中。其用于確定這種設(shè)備的轉(zhuǎn)子位置和/或轉(zhuǎn)速，其中風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子包括具有垂直豎立的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子輪轂和轉(zhuǎn)子軸，該轉(zhuǎn)子軸與發(fā)電機(jī)機(jī)械地相連以產(chǎn)生電流。
[0003]轉(zhuǎn)角傳感器具有安置在旋轉(zhuǎn)軸上方的探測(cè)頭并且借助安置在探測(cè)頭中的(基于光學(xué)、電或磁性工作的)傳感器裝置檢測(cè)或測(cè)量軸的位置。通過對(duì)測(cè)量值的評(píng)估根據(jù)已確定的傳感器信號(hào)獲得軸當(dāng)前的位置值。通過時(shí)間測(cè)量能夠根據(jù)位置測(cè)量結(jié)果確定當(dāng)前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。這樣確定的位置和速度值被傳送至設(shè)備控制器中，其從中產(chǎn)生用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制和/或調(diào)節(jié)信號(hào)。對(duì)于已確定的位置數(shù)據(jù)要求非常高的測(cè)量精度，因?yàn)闇y(cè)量誤差會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的錯(cuò)誤的控制和調(diào)節(jié)值。
[0004]例如在DE29815905U1中公開了一種稱為角度測(cè)量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角傳感器裝置。該已
知裝置具有在軸的外周上的圓盤形式的量具(Massverkdrperung)，在軸的外圓周上安置
一種作為量具的標(biāo)準(zhǔn)體，這種標(biāo)準(zhǔn)體根據(jù)探測(cè)原理滿足通常的光電的、磁性的、電感的或電容的探測(cè)頭。
[0005]Fa.Baumer 集團(tuán)公司的產(chǎn)品說明書“ Baumer, Sensorama, Innovation andTeChnOlOgy”01/2011版描述了一種稱為“緊固帶-旋轉(zhuǎn)傳感器”的裝置，其公開了一種設(shè)計(jì)為緊固帶(Spannband)的量具，其能夠被探測(cè)頭探測(cè)。具有磁性的緊固帶借助例如是帶子的緊固鎖扣在軸上。兩個(gè)集成在探測(cè)頭內(nèi)的傳感器檢測(cè)所述帶的磁場(chǎng)并且在處理單元中產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)，由該信號(hào)通過反正切函數(shù)(Arc-tang-Funtion)確定軸的位置值。這種探測(cè)可以不間斷地越過緊固鎖和量具的可能的斷開處，而不會(huì)丟失信號(hào)或脈沖。這種已知的緊固帶編碼器能夠尤其在較大的軸直徑情況下被事后安裝，例如通常安置在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子軸上。
[0006]特別是對(duì)于在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子軸上的使用，這種已知的轉(zhuǎn)角傳感器具有明顯的缺點(diǎn)。其必須一方面非常抗振，并且必須在極端的環(huán)境影響下可靠地工作，例如其在海上離岸的使用中。但是作為補(bǔ)充，位置確定需要很高的測(cè)量精度，用以與已述的測(cè)量精度值相適配。在磁性量具中存在這樣的危險(xiǎn)，金屬的外來物或較強(qiáng)的磁場(chǎng)會(huì)損壞尺寸標(biāo)準(zhǔn)帶并且使測(cè)量值出錯(cuò)。
[0007]這種傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)角傳感器僅是在一定條件下能夠滿足這些要求，因?yàn)橛绕湓趷毫拥娘L(fēng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)從磁化的尺寸標(biāo)準(zhǔn)帶中獲取測(cè)量值必須非常耗費(fèi)地進(jìn)行，因此這種轉(zhuǎn)角傳感器
非常昂貴。
[0008]此外，這種測(cè)量值的獲取由于重新校準(zhǔn)、同步性和測(cè)量值求解的不足而具有很大的誤差成因。為了在海上區(qū)域控制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，轉(zhuǎn)角傳感器的探測(cè)例如通常大約在10至12Bit。這對(duì)應(yīng)于相對(duì)軸直徑的大約0.1至0.2度的測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于這樣擴(kuò)展設(shè)計(jì)一種尤其用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備所述類型的轉(zhuǎn)角傳感器，使得其構(gòu)成一種耐用、廉價(jià)并且同時(shí)非常精確的測(cè)量系統(tǒng)。
[0010]所述技術(shù)問題通過一種用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角傳感器解決，其包括:沿軸外圓周布置的量具，至少一個(gè)設(shè)計(jì)為傳感器的探測(cè)頭和測(cè)量值處理單元，其這樣處理已檢測(cè)的測(cè)量值，使得這些測(cè)量值能夠評(píng)估并且能夠被處理得到軸的位置數(shù)據(jù)和/或速度數(shù)據(jù)，其中探測(cè)頭與量具相間隔地布置，并且傳感器信號(hào)能夠在軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)探測(cè)量具的表面，其中，量具包括具有鏈元件的滾子鏈，滾子鏈的內(nèi)滾子或內(nèi)銷沿軸的軸向定向，其中，該鏈力傳遞地(例如摩擦配合地)和形狀配合地固定在軸外圓周上。
[0011]按照本發(fā)明的具有設(shè)計(jì)為傳感器的探測(cè)頭的轉(zhuǎn)角傳感器使用具有鏈元件的滾子鏈作為量具，其內(nèi)滾子或內(nèi)銷沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸向定向。在本發(fā)明范圍中的“探測(cè)”指的是測(cè)量在鏈表面和傳感器之間的距離。
[0012]滾子鏈?zhǔn)悄陀玫暮涂纱罅恐圃斓漠a(chǎn)品，其尺寸和構(gòu)造在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上是標(biāo)準(zhǔn)化的(例如DIN8187，DIN IS081889等等)。相應(yīng)地其比特別耗費(fèi)制造的量具要便宜得多。按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)角傳感器可以簡(jiǎn)單地與各種軸外圓周相適配，其幾乎沒有機(jī)械磨損，并且對(duì)于在測(cè)量帶或測(cè)量法蘭上的量具，不需要耗費(fèi)地制造的編碼部分。專利發(fā)明人的試驗(yàn)測(cè)量已經(jīng)證實(shí)，借助按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)角傳感器確定的位置值和速度值具有相對(duì)轉(zhuǎn)子外圓周的0.15度的測(cè)量精度。因此其可以滿足用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的測(cè)量精度的要求。
[0013]鏈的內(nèi)滾子或內(nèi)銷沿軸的軸向定向，并且徑向上朝向設(shè)計(jì)為傳感器的探測(cè)頭，其中該鏈力傳遞(例如摩擦配合地)和形狀配合地固定，以用于保護(hù)轉(zhuǎn)子軸和防止在轉(zhuǎn)子外圓周上振動(dòng)。這種安置在外圓周上的總是相同的鏈元件可以保證簡(jiǎn)單地?zé)o磨損的測(cè)量值采集。測(cè)量值可以被控制器讀取，并且可用于其他系統(tǒng)的適用的總線系統(tǒng)或通信系統(tǒng)。在軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器檢測(cè)其相對(duì)于具有內(nèi)滾子或內(nèi)銷的鏈元件的距離，并且由此通過相應(yīng)的測(cè)量值處理確定軸的位置和速度數(shù)據(jù)。作為量具的鏈元件已經(jīng)具有轉(zhuǎn)子表面的增量部分，其因此原理上能夠由所有普通的傳感器記錄。其既可以是模擬的也可以是數(shù)字處理的傳感器。這種檢測(cè)的傳感器信號(hào)可以被輸入到相應(yīng)的數(shù)字或模擬的測(cè)量值處理單元中，并且在那借助(后續(xù)會(huì)描述的)按照本發(fā)明的測(cè)量方法加工用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸(尤其是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子軸)的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)。
[0014]對(duì)單個(gè)鏈元件的其它可能的距離(其可能對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生負(fù)面影響)可以有利地借助“映射關(guān)系”(Mapping)的方法來彌補(bǔ)。在該方法步驟中，建立量具(即鏈)的一種“映射”(Map)類型，以便能夠?qū)⑵溆米饔糜谳S的定位的參考物。該步驟包括記錄和保存信號(hào)最小值和信號(hào)最大值，由信號(hào)的最小值和最大值確定鏈元件的偏移量(offset)和確定振幅。接著借助當(dāng)前測(cè)量值校準(zhǔn)至少一個(gè)參照物(“掃描”)(Scanning)。
[0015]由于鏈或單獨(dú)的鏈元件的內(nèi)滾子或內(nèi)銷的始終相同的間距明顯有利的是，設(shè)有用于探測(cè)的測(cè)量系統(tǒng)，提供實(shí)際間距。因此可以使用普通的具有模擬/數(shù)字輸出的接近傳感器，其能夠檢測(cè)整個(gè)鏈寬度。已述的發(fā)明人試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果已經(jīng)顯示，具有相應(yīng)的封閉設(shè)計(jì)的和相應(yīng)的測(cè)量算法的模擬接近傳感器可以滿足所需的測(cè)量精度。由于鏈元件的構(gòu)造形式可以借助內(nèi)滾子或內(nèi)銷的規(guī)則順序在探測(cè)時(shí)生成大約正弦形的模擬傳感器信號(hào)，該信號(hào)以足夠的測(cè)量精度描述內(nèi)滾子和內(nèi)銷的被探測(cè)表面的距離。這種正弦形信號(hào)可以進(jìn)而直接被加工而確定軸的位置或角度。
[0016]在本發(fā)明另一種有利的實(shí)施形式中推薦，使用至少兩個(gè)具有固定預(yù)設(shè)間距的電感的模擬傳感器，由此能夠附加地提高測(cè)量精度。如果第一傳感器起作用，則第二傳感器作為冗余(Redundanz)之一，因此轉(zhuǎn)角傳感器直到下一次常規(guī)的保養(yǎng)日期時(shí)仍能保持功能性。當(dāng)鏈閉合結(jié)構(gòu)正好位于兩個(gè)傳感器之一的下方時(shí)，通過使用至少一個(gè)第二傳感器也可以提供測(cè)量值。此外，兩個(gè)或更多的傳感器設(shè)計(jì)提供了這種可能，實(shí)施附加的傳感器信號(hào)的可信度檢查。若鏈閉合結(jié)構(gòu)或鏈連接環(huán)節(jié)正好位于兩個(gè)傳感器之一的下方時(shí)，通過使用第二傳感器也可以提供測(cè)量值。
[0017]為了軸的定位，在測(cè)量過程之前，需要在轉(zhuǎn)角傳感器的量具上精確地確定所謂的同步點(diǎn)或零點(diǎn)。第二傳感器可以導(dǎo)致對(duì)該點(diǎn)更精確的定位。
[0018]不依賴于傳感器的數(shù)量，可以有利地在測(cè)量處理單元的存儲(chǔ)器中借助“映射關(guān)系”校準(zhǔn)當(dāng)前確定的測(cè)量值。在運(yùn)行程序中借助算法進(jìn)行傳感器信號(hào)的測(cè)量值處理，該傳感器信號(hào)在電感探測(cè)中實(shí)用地作為電壓信號(hào)，所述算法可根據(jù)傳感器信號(hào)確定轉(zhuǎn)子軸的位置和速度。
[0019]為了能夠處理傳感器的數(shù)據(jù)，可以有利地使用傳統(tǒng)的模擬/數(shù)字變流器(A/D變流器)，借助其可以將傳感器的模擬測(cè)量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)隨后被計(jì)算機(jī)輸入到測(cè)量值處理單元中，在那能夠被加工并且與早期保存的測(cè)量值作對(duì)比和評(píng)估。作為計(jì)算機(jī)和A/D變流器的備選這也可以借助微型控制器來實(shí)現(xiàn)。
[0020]為了保護(hù)軸和為了防滑地固持，用作量具的鏈必須借助可緊固的鏈連接環(huán)節(jié)被固定在軸外圓周上。為此，在鏈和軸表面之間安置防滑帶作為軸防護(hù)、防滑結(jié)構(gòu)和防震結(jié)構(gòu)。所述帶例如可以粘接在軸表面上。該帶有利地具有橡膠彈性的屬性和粗糙的表面。這種材料還要是耐氣候因素的和具有較長(zhǎng)的壽命。
[0021]兩個(gè)鏈端在軸上的連接借助可緊固的鏈連接環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)。連接環(huán)節(jié)的緊固區(qū)域應(yīng)該盡可能的小，以便不會(huì)使得探測(cè)值出錯(cuò)。在此，要排除傳統(tǒng)的鏈連接結(jié)構(gòu)或鏈鎖，因?yàn)殒溤南鄬?duì)軸外圓周的數(shù)量并非始終是偶數(shù)。這種緊固元件有利地包括兩個(gè)沿軸向延伸的構(gòu)造相同的元件，它們分別在一側(cè)借助銷與鏈端部相連。兩個(gè)端部有利地能夠借助螺栓緊固。這種鏈連接環(huán)節(jié)還有利地用作用于定位的同步點(diǎn)，因?yàn)檫@種環(huán)節(jié)能夠被傳感器與其它鏈環(huán)節(jié)相區(qū)分。
[0022]所述鏈需要在軸外圓周上具有一個(gè)或必要時(shí)多個(gè)引導(dǎo)裝置，因此其不會(huì)側(cè)向位移。為此推薦，引導(dǎo)裝置在其探測(cè)面上具有凹槽，鏈可以在該凹槽內(nèi)被引導(dǎo)，其中探測(cè)面具有與軸的曲率半徑相適配的曲率，用于保證相對(duì)鏈盡可能小的距離。
[0023]在此有利地推薦，將具有至少一個(gè)傳感器和測(cè)量值記錄裝置的探測(cè)頭集成在至少一個(gè)引導(dǎo)裝置中。至少一個(gè)傳感器、探測(cè)頭和引導(dǎo)裝置之一由此都集成在唯一的殼體中。因此可以有利地保證對(duì)鏈最優(yōu)的探測(cè)。所構(gòu)成的殼體此外應(yīng)該被盡可能如此耐用和如此小的設(shè)計(jì)，因此測(cè)量結(jié)果不會(huì)額外地被影響。
[0024]借助按照本發(fā)明的轉(zhuǎn)角傳感器確定和測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及位置的方法，有利地通過確定與測(cè)量相關(guān)的參數(shù)來實(shí)施。該過程在以下稱為“配置”(Konfiguration)。在該測(cè)量過程中將會(huì)核查，A/D變流器或微型控制器是否與總線連接器正確地相連。若是這種情況，則自動(dòng)地裝載配置數(shù)據(jù)，其主要包括測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)。這些數(shù)據(jù)包括在鏈緊固裝置中同步縫隙的長(zhǎng)度和鏈元件的長(zhǎng)度。如果沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤，則開始檢索鏈的同步點(diǎn)。在上下文中已經(jīng)指出，這種“搜索過程”不包括最終確定同步點(diǎn)。
[0025]在所有與測(cè)量相關(guān)的數(shù)據(jù)在程序的配置部分中被記錄和計(jì)算后，則開始按照本發(fā)明的“映射關(guān)系”，其建立鏈的參照物。這借助第一傳感器、接著借助第二傳感器(如果有)進(jìn)行。
[0026]在建立“映射”時(shí)，在經(jīng)過同步點(diǎn)后記錄和保存信號(hào)電壓的每個(gè)最小值和每個(gè)最大值。傳感器的輸出電壓取決于材料和傳感器之間的距離。因此最大值在每?jī)蓚€(gè)相鄰的鏈元件的內(nèi)滾子或內(nèi)銷之間的中部產(chǎn)生，因?yàn)樵谠搮^(qū)域中傳感器和鏈之間的距離是較大的。當(dāng)鏈的每一個(gè)內(nèi)滾子或內(nèi)銷被傳感器探測(cè)時(shí)，在鏈元件的端部出現(xiàn)電壓最小值，因?yàn)樵诖藗鞲衅骱玩溨g的距離較小。
[0027]在同步點(diǎn)出現(xiàn)最大測(cè)量值。通過在軸的多次轉(zhuǎn)動(dòng)中探測(cè)鏈，則確定搜索和保存最大電壓值。接著由所測(cè)的電壓值形成平均值并且將該平均值用作同步電壓(Sync-Spannung)。
[0028]通過最大值與最小值的差的一半可以得出鏈元件的偏移量(offset)。通過最大值與偏移量的差可以算出鏈元件的振幅，進(jìn)而得到參照值(映射)。每個(gè)單獨(dú)的鏈元件的振幅和偏移量可以被保存在特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或區(qū)域(Array)中，因此這種映射可以規(guī)律地被刷新。這阻止了測(cè)量誤差，并且提高了測(cè)量系統(tǒng)的精度，因?yàn)閭鞲衅鞯妮敵鲭妷豪鐕?yán)重地依賴于溫度。因此例如在確定的區(qū)間(例如在全部的100轉(zhuǎn)之后)開始新的映射過程?；谧詈笠淮涡D(zhuǎn)的數(shù)據(jù)有利地自動(dòng)地和持久地刷新映射關(guān)系，從而始終可以計(jì)算位置。
[0029]“掃描”方法步驟包括首先在每次轉(zhuǎn)動(dòng)中精確地確定同步點(diǎn)。精確確定同步點(diǎn)是非常重要的。當(dāng)該點(diǎn)以確定量移動(dòng)時(shí)，則整體的測(cè)量也以相同的量移動(dòng)。因此整個(gè)的測(cè)量結(jié)果會(huì)出錯(cuò)。為了確定同步點(diǎn)有利地建議全部四個(gè)可能的測(cè)量方法。
[0030]作為第一可行性方法，最大出現(xiàn)電壓的上升沿或下降波面(Flanke)(包括最小安全性)作為同步點(diǎn)被觸發(fā)。這種方法的缺點(diǎn)在于，同步電壓可能由于溫度改變而減小，因此同步點(diǎn)不會(huì)再被發(fā)現(xiàn)。此外，同步電壓的波面可能由于測(cè)量誤差或軸較大的制造公差在錯(cuò)誤的位置被觸發(fā)。
[0031]作為另一種可行性方法推薦，借助兩個(gè)測(cè)量值的電壓差確定同步點(diǎn)。但是因?yàn)檩S的速度不是恒定的，因此這種差值的大小也會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)速度而改變。在轉(zhuǎn)子軸較快地轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這種差值(Delta)會(huì)非常大，因?yàn)閱为?dú)的測(cè)量值會(huì)相互差距較大。在較慢的轉(zhuǎn)動(dòng)中，這種差值非常小。這種缺點(diǎn)可以有利地避開，通過將始終相同的測(cè)量點(diǎn)相互對(duì)比(例如所有1/4鏈元件)。為此保存較早的測(cè)量值，并且通過當(dāng)前的速度確定同步點(diǎn)，借助較晚的測(cè)量值形成差值。由位置數(shù)據(jù)確定的速度測(cè)量然而以精確的時(shí)間測(cè)量為前提。
[0032]作為第三種可行性方法推薦，借助積分確定同步點(diǎn)。在X，y坐標(biāo)系統(tǒng)中正弦曲線在整個(gè)周期(sin(x)從O到2π)上面積的積分的結(jié)果是O。這也適用于鏈元件的信號(hào)的積分。但是因?yàn)檫@種測(cè)量信號(hào)在X，y坐標(biāo)系統(tǒng)中沿正的Y方向偏移，由映射得出的偏移量必須被減去。當(dāng)傳感器經(jīng)過鏈連接環(huán)節(jié)的或同步點(diǎn)的縫隙時(shí)，則鏈元件的積分不等于O。這種效果可以因此用作觸發(fā)點(diǎn)。但是這種實(shí)施例僅在恒定轉(zhuǎn)速中能可靠地發(fā)揮功能。在軸的速度改變或完全靜止時(shí)需要在積分中考慮這種速度改變。
[0033]作為第四和優(yōu)選的用于同步點(diǎn)檢測(cè)的可行性方法推薦，將兩個(gè)在以確定距離錯(cuò)開的傳感器的測(cè)量值相加。通過相加新產(chǎn)生的、疊加的函數(shù)是周期性的。當(dāng)其中一個(gè)傳感器經(jīng)過同步點(diǎn)時(shí)，出現(xiàn)明顯的峰值，其大約是最大振幅的兩倍。這種峰值的正波面可以可靠地用作觸發(fā)點(diǎn)。在兩個(gè)傳感器中，兩個(gè)傳感器也會(huì)相繼經(jīng)過同步縫隙。因此會(huì)前后出現(xiàn)兩個(gè)峰值。兩個(gè)峰值可以用于計(jì)算同步點(diǎn)的位置。
[0034]在確定同步點(diǎn)后，可以通過參照物(映射)的校準(zhǔn)借助當(dāng)前的測(cè)量值確定軸的位置。這有利地首先通過所謂的“全局”(globale)然后通過“局部”(1kale)定位進(jìn)行。
[0035]全局定位通過鏈元件的數(shù)量的記錄乘以相對(duì)軸周長(zhǎng)的鏈元件長(zhǎng)度進(jìn)行。軸周長(zhǎng)和鏈元件長(zhǎng)度是已知的。在軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)計(jì)數(shù)鏈元件的數(shù)量。軟件可以借助鏈元件的數(shù)量計(jì)算傳感器“粗略的”全局位置。但是這種全局的位置計(jì)算仍不能滿足所需的測(cè)量精度，如其例如在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中用于轉(zhuǎn)角傳感器所要求的精度。例如為了達(dá)到0.15度的測(cè)量精度，因此必須還要實(shí)施局部的定位。
[0036]局部定位根據(jù)該方程進(jìn)行
【權(quán)利要求】
1.一種用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸(7)的轉(zhuǎn)角傳感器，包括: -沿軸外圓周布置的量具(22)， -至少一個(gè)設(shè)計(jì)為傳感器(20)的探測(cè)頭(19)和 -測(cè)量值處理單元(21)，其這樣處理已檢測(cè)的測(cè)量值，使得這些測(cè)量值可被評(píng)估或被評(píng)估，并且能夠被處理得到所述軸(7)的位置數(shù)據(jù)和/或速度數(shù)據(jù)，其中所述探測(cè)頭(19)與量具(22)相間隔地布置，并且傳感器信號(hào)能夠在所述軸(7)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)探測(cè)所述量具(22)的表面，其特征在于，所述量具(22)包括具有鏈元件(24)的滾子鏈(23)，該滾子鏈的內(nèi)滾子或內(nèi)銷(25)沿所述軸(7)的軸向定向，其中，所述鏈(23)力傳遞地和形狀配合地被固定在軸外圓周上。
2.按照權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述內(nèi)滾子和內(nèi)銷(25)的被探測(cè)的表面在探測(cè)過程中具有正弦形的模擬的曲線。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述傳感器(20)包括電感的模擬的接近傳感器。
4.按照前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述傳感器(20)包括至少兩個(gè)以固定間距相互布置的模擬傳感器。
5.按照前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述測(cè)量值處理單元(21)包括具有算法的流程程序，該算法通過至少一個(gè)傳感器信號(hào)確定所述軸(7)的位置和/或速度。
6.按照前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述測(cè)量值處理單元(21)包括存儲(chǔ)器，其中有已保存的測(cè)量值，該測(cè)量值與當(dāng)前測(cè)出的值能進(jìn)行對(duì)比或者能被對(duì)比，其中所述當(dāng)前值能與已保存值相適配`或者能被適配。
7.按照前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述鏈(23)的端部借助能夠張緊的鏈連接環(huán)節(jié)(26)相互連接。
8.按照前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，在所述鏈(23)和軸表面(27)之間安置防滑帶(28)作為軸防護(hù)、防滑結(jié)構(gòu)和防震結(jié)構(gòu)。
9.按照前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述鏈(23)在所述軸外圓周上具有至少一個(gè)引導(dǎo)裝置(31)。
10.按照權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述至少一個(gè)引導(dǎo)裝置(31)在其探測(cè)面上具有凹槽(32)，所述鏈(23)被在該凹槽(32)內(nèi)導(dǎo)引。
11.按照權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述探測(cè)面具有與所述軸外圓周的曲率半徑相適配的曲率。
12.按照前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述引導(dǎo)裝置(31)包括探測(cè)頭(19)和至少一個(gè)傳感器(20)。
13.按照前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述鏈(23)具有用于在軸表面(27)上位置識(shí)別的確定的同步點(diǎn)(33)。
14.按照前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)角傳感器，其特征在于，所述同步點(diǎn)(33)被安置在所述鏈連接環(huán)節(jié)(26)中。
15.一種借助按照權(quán)利要求1至14之一所述的轉(zhuǎn)角傳感器(18)用于確定和測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)軸(7)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置的方法，其特征在于，為了確定和測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子位置，建立(映射關(guān)系)所述鏈(23)的至少一個(gè)參照物(映射)，并且借助當(dāng)前的測(cè)量值校準(zhǔn)至少一個(gè)參照物(掃描)。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，測(cè)量過程的開展通過確定與測(cè)量相關(guān)的參數(shù)(配置)來進(jìn)行，并且包括對(duì)所述量具(22)的校準(zhǔn)。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述配置包括搜索同步點(diǎn)(33)。
18.按照權(quán)利要求15至17之一所述的方法，其特征在于，所述映射關(guān)系包括記錄和保存信號(hào)最小值和最大值，根據(jù)信號(hào)的最小值和最大值確定鏈元件的偏移量(偏移)和確定振幅。
19.按照權(quán)利要求15至18之一所述的方法，其特征在于，所述映射關(guān)系在確定的區(qū)間中進(jìn)行并且有規(guī)律地更新。
20.按照權(quán)利要求15至19之一所述的方法，其特征在于，所述掃描包括確定同步點(diǎn)(33)。
21.按照權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，對(duì)所述同步點(diǎn)(33)的確定通過確定信號(hào)的最大值的上升波面來實(shí)現(xiàn)。
22.按照權(quán)利要求20所述 的方法，其特征在于，對(duì)所述同步點(diǎn)(33)的確定通過兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的差值來獲得，其中，始終相互比較這兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)。
23.按照權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，對(duì)所述同步點(diǎn)(33)的確定通過兩個(gè)錯(cuò)開的傳感器(20)的測(cè)量值相加來實(shí)現(xiàn)。
24.按照權(quán)利要求15至23之一所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)速確定或定位包括記錄所述鏈元件(24)的數(shù)量乘以相對(duì)軸外圓周的鏈元件長(zhǎng)度(全局定位)。
25.按照權(quán)利要求15至24之一所述的方法，其特征在于，在轉(zhuǎn)速確定或定位中附加記錄，所述傳感器(20)位于鏈元件(24)的哪個(gè)部分區(qū)域中(局部定位)。
26.按照權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述局部定位根據(jù)該方程進(jìn)行

27.按照權(quán)利要求15至26之一所述的方法，其特征在于，所述定位包括檢測(cè)所述軸(7)的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)/逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
28.一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，具有通過風(fēng)可以圍繞轉(zhuǎn)子軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子出)，其有轉(zhuǎn)子輪轂(8)、轉(zhuǎn)子軸(7)和至少一個(gè)固定在所述轉(zhuǎn)子輪轂(8)上并由該轉(zhuǎn)子輪轂基本沿橫向于轉(zhuǎn)子軸線延伸的轉(zhuǎn)子葉片(9、10)，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備還具有至少一個(gè)發(fā)電機(jī)(16)，該發(fā)電機(jī)與所述轉(zhuǎn)子軸(7)機(jī)械地連接并且能夠由該轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動(dòng)，其特征在于按照前述權(quán)利要求1至14之一所述的、用于確定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)角傳感器(18)。
29.按照權(quán)利要求28所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置的確定和測(cè)量按照權(quán)利要求15至27之一所述的方法進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】G01B21/22GK103512543SQ201310245837
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】F.伯托洛蒂, S.斯邦尼克, T.薩姆貝克 申請(qǐng)人:Ssb風(fēng)系統(tǒng)兩合公司