风力发电机组的变桨限位单元、结构和叶片位置检测装置的制作方法

本实用新型涉及风电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组的变桨限位单元、结构和叶片位置检测装置。

背景技术：

在风力发电机组(简称“风电机组”)中，变桨系统通过调整叶片的位置(也称“桨距角”)实现最大功率跟踪和气动刹车的重要功能，其可靠性直接关系到风电机组的安全。因此，对叶片的位置进行准确测量和保护是保证风电机组正常运行必不可少的重要环节。

针对风电机组使用齿形带传动的变桨系统，由于其传动方式是利用带齿和轮齿啮合以传递运动和动力，而不是齿轮之间通过轮齿的啮合，所以一般难以对叶片的实际角度进行检测。

当前，对于使用齿形带传动的变桨系统，其判断叶片位置的方法是通过一个挡块检测多个角度位置(一般为两个角度，如5度、87度)的接近开关，从而判断叶片实际位置是否达到预期位置，检测方法为：当编码器所测的角度值为预期位置附近时，然而该预期位置相应角度的接近开关信号没有触发，则认为有故障，风电机组顺桨停机。但该方法也存在如下不足：

接近开关的检测距离一般较短，当接近开关距离挡块的距离变大，或接近开关故障，或接近开关线路松动，都会导致风力发电机触发故障，进而可能导致风电机组误报引起停机，或者使风电机组的运行存在安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供的一种风力发电机组的变桨限位单元、结构和叶片位置检测装置，能够准确检测叶片的位置，避免或减少误报停机，提高风电机组运行的安全性。

为达到上述目的，本实用新型实施例提供了一种风力发电机组的变桨限位单元，所述风力发电机组包括叶片安装装置和变桨轴承内圈，包括：设置在所述叶片安装装置上的滚轮装置、设置在所述变桨轴承内圈上的包含两个隔离设置的金属带组成的金属带组和信号触发电路，所述两个隔离设置的金属带串联在所述信号触发电路中；当所述滚轮装置随所述叶片安装装置旋转到与所述金属带组正对时，所述滚轮装置接触所述金属带组上两个隔离的金属带，使两个金属带导电连接，并触发所述信号触发电路产生检测信号。

本实用新型实施例还提供了一种风力发电机组的变桨限位结构，包含叶片安装装置和变桨轴承内圈，还包括：两组如上所述的风力发电机组的变桨限位单元；其中，在叶片安装装置上设置有一个滚轮装置，在变桨轴承内圈的两个预置角度上对应设置有分别包含两个隔离设置的金属带组成的金属带组，以及两个信号触发电路，所述滚轮装置与任一所述金属带组及其串联所在的所述信号触发电路形成一组所述风力发电机组的变桨限位单元。

本实用新型实施例还提供了一种风力发电机组的叶片位置检测装置，包括：编码器、控制器和如上所述的风力发电机组的变桨限位结构，其中，所述编码器设置在变桨电机的驱动装置上，用于检测叶片的旋转角度；所述风力发电机组的变桨限位结构用于，在叶片旋转至预置角度时输出检测信号；所述控制器分别与所述编码器、所述风力发电机组的变桨限位结构连接，用于采集所述叶片的旋转角度和所述检测信号的信息，并根据所述旋转角度和所述检测信号的采集情况，确定叶片的位置。

本实用新型实施例提供的风力发电机组的变桨限位单元、结构和叶片位置检测装置，通过在齿形带结构的变桨系统中设置由滚轮装置、金属带组以及信号触发电路，以替代现有技术中采用的接近开关产生开关信号实现叶片位置检测的方式，其核心思想是，利用滚轮装置在随叶片安装装置转动时，在预置角度位置处接触金属带组，以触发信号触发电路产生检测信号，从而实现对该预置角度的检测，避免了因接近开关故障或线路故障而导致的风电机组误报停机，实现对变桨系统叶片位置的准确检测。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1现有技术中采用接近开关测量叶片位置的检测系统示意图；

图2为本实用新型实施例提供的风力发电机组的变桨限位单元示意图一；

图3为本实用新型实施例提供的风力发电机组的变桨限位单元示意图二；

图4本实用新型实施例提供的信号触发电路的结构示意图；

图5本实用新型实施例提供的风力发电机组的变桨限位结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的风力发电机组叶片位置的检测装置结构图。

附图标号说明

101-减速机、102-传动轮、103-张紧轮、104-张紧轮、105-轮毂、106-齿形带、107-叶片安装装置、108-齿形带固定块、109-齿形带固定块、110-张紧轮固定装置、111-5度接近开关、112-87度接近开关、113-挡块、114-变桨轴承内圈、201-滚轮装置、202-5度金属带组、203-87度金属带组、301-支撑结构、302-滚轮、303-金属带、304-金属带、305-支撑杆、306-连接轴、307-螺栓、308-弹性部件、309-绝缘材料、401-电源模块、402-数字量采集模块、601-编码器、602-控制器、603-风力发电机组的变桨限位结构。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

首先，如图1所示，为现有技术中采用接近开关测量叶片位置的检测系统示意图，包括编码器(图中未标出)，以及减速机101、传动轮102、张紧轮103、张紧轮104、轮毂105、齿形带106、叶片安装装置107(具体是指变桨轴承及与变桨轴承相连接、固定的部件，如叶根法兰)、齿形带固定块108、齿形带固定块109、张紧轮固定装置110、5度接近开关111、87度接近开关112、挡块113、变桨轴承内圈114；

其中，编码器设置在变桨电机的尾部，即驱动装置上，用于检测叶片的旋转角度；减速机101与变桨电机(图中未示出)啮合；传动轮102与减速机101的输出轴机械连接；减速机101、张紧轮固定装置110均固定安装于轮毂105上；张紧轮固定装置110用于安装张紧轮103、张紧轮104；张紧轮103、张紧轮104用于对齿形带106进行拉紧，以保证传动的可靠性；5度接近开关111、87度接近开关112安装于变桨轴承内圈114上，且5度接近开关111安装于叶片的5度位置；87度接近开关112安装于叶片的87度位置；挡块113安装于叶片安装装置107上(叶片安装装置107与变桨轴承外圈固定连接)且随叶片安装装置107转动；

叶片安装装置107为圆环形的机械机构(图中相邻的虚线圆和实线圆之间的结构)，用于安装叶片，在实际操作中，也可将挡块113直接安装在叶片根部；齿形带106沿叶片安装装置107的侧面，并与叶片安装装置107的侧面贴紧，用于为传动提供动力；齿形带固定块108、齿形带固定块109和张紧轮固定装置110用于将齿形带106固定于叶片安装装置107上。

该系统的工作原理为：当需要变桨(即改变叶片桨距角)时，变桨电机(图中未示出)带动减速机101转动，减速机101带动传动轮102转动，传动轮102转动时，带动齿形带106移动，齿形带106带动叶片安装装置107转动，从而使风电机组叶片的角度发生变化，实现调节桨距角的目的；当编码器(图中未标出)所测的角度在5度附近，同时挡块113转动到5度接近开关111的位置并触发5度接近开关111时，变桨系统认为叶片位置正确；当编码器所测的角度在5度附近，而5度接近开关111未触发时，则认为发生异常，变桨系统触发故障并使风电机组顺桨停机；同理，当编码器所测的角度在87度附近，同时挡块113转动到87度接近开关112的位置并触发87度接近开关112时，变桨系统认为叶片位置正确；当编码器所测的角度在87度附近，而87度接近开关112未触发时，则认为发生异常，变桨系统触发故障并使风电机组顺桨停机。

这种叶片位置检测系统存在如下缺点：

1)接近开关的检测距离一般较短，接近开关距离挡块的距离变大，或接近开关故障，或接近开关线路松动，都会导致风力发电机触发故障停机；

2)发生故障的接近开关可能是5度位置的接近开关，也可能是87度位置的接近开关，还可能是挡块发生松动，而导致这三种故障的原因较多较复杂，难以全部有效解决；如果不进行处理，会使风力发电机误报故障的次数较多，影响发电量。

为了解决采用挡块触发接近开关的方式造成的上述缺陷，本发明实施例提供了一种利用滚轮装置与金属带组相接触来产生检测信号的叶片位置检测方式，降低了测量时对距离位置的精度要求，减少误报故障的次数。

下面通过多个实施例来进一步说明本申请的技术方案。

实施例一

如图2所示，为本实用新型实施例提供的风力发电机组的变桨限位单元示意图一，该风力发电机组中包括叶片安装装置107和变桨轴承内圈114，该风力发电机组的变桨限位单元包括：设置在叶片安装装置107上的滚轮装置201、设置在变桨轴承内圈114上的包含两个隔离设置的金属带组成的金属带组(如图2中所示的5度金属带组202)和信号触发电路(图2中未标出)，两个隔离设置的金属带串联在所述信号触发电路中；

例如，图2中5度金属带组202中包含两个金属带，且这两个金属带因相互隔离设置而彼此绝缘，且这两个金属带串联在一个外接的信号触发电路中。需要说明书的是，这里所谓的串联是指如果两个金属带处于导电连接状态，那么它们在上述信号触发电路中是串联关系。

本实施例中的信号触发电路，其功能是在整个信号触发电路导通时产生一个检测信号，而整个信号触发电路除了接入的两个隔离设置的金属带处于断开状态外，其他电路部分都已处于连通状态。因此只要将两个金属带导电连接，就可以触发信号触发电路产生检测信号。本实施例中对信号触发电路的结构不做限定，只要能够满足上述功能即可。

当滚轮装置201随叶片安装装置107旋转到与金属带组正对时，滚轮装置201接触金属带组上两个隔离的金属带，使两个金属带导电连接，并触发信号触发电路产生检测信号。

具体地，例如当滚轮装置201随叶片安装装置107旋转到与图中的5度金属带组202正对时，滚轮装置201上的滚轮(导电材质)接触5度金属带组202上两个隔离的金属带，使两个金属带导电连接，从而使整个信号触发电路导通，产生一个检测信号。

本实施例提供的风力发电机组的变桨限位单元，当滚轮装置随叶片安装装置旋转到与金属带组正对时，滚轮装置与金属带组上两个隔离的金属带相接触，从而使两个金属带导电连接，以触发信号触发电路产生一个检测信号，实现对叶片位置的检测。本方案不同于采用接近开关检测叶片位置的方式，在实际操作时降低了检测难度，避免了因接近开关与挡块之间的距离难以控制而无法输出开关信号而导致的风电机组误报停机，实现了对变桨系统叶片位置的准确检测。

以下将对风力发电机组的变桨限位单元中的各结构部分进行具体说明。

实施例二

如图3所示，为本实用新型实施例提供的风力发电机组的变桨限位单元示意图二，该结构示意图为风力发电机组的变桨限位单元的侧视图，即从叶片安装装置107的外圆侧面的方向的观察图；本实施例中将对上述的滚轮装置201和金属带组以及信号触发电路的结构进行具体说明。

首先，如图3所示，滚轮装置201可包括：

设置在叶片安装装置107上的支撑结构301，支撑结构301的部分本体延伸至变桨轴承内圈114的上方，在位于延伸至变桨轴承内圈114上方的部分支撑结构301上设置有滚轮302，当滚轮装置201随叶片安装装置107旋转到与金属带组(如图3中金属带303和金属带304构成的金属带组)正对时，滚轮302与金属带组上两个隔离的金属带导电接触。

在实际应用场景中，支撑结构301也可设计为“Γ”形的一体结构，且竖向结构部分固定在叶片安装装置107上，用于抬高滚轮302位置(便于与金属带组接触)以及固定滚轮装置201整体结构的作用，上述“Γ”形结构横向结构用于延伸至变桨轴承内圈114上方固定滚轮302。

进一步地，如图3中所示，上述支撑结构301可以包括位于叶片安装装置107的环形切面上且沿环形切面竖直方向设置的支撑杆305，与支撑杆305的上端部连接且沿水平方向延伸至变桨轴承内圈114上方的连接轴306，滚轮302可转动的套接在连接轴306上。

具体地，可将现有技术中位于叶片安装装置107上的原挡块改造成为上述支撑杆305，将原接近开关所在位置替换成金属带组，以降低改造成本。

支撑杆305安装于叶片安装装置107的环形切面(该环形切面可位于叶片安装装置107的安装叶片的端部)上，用于固定连接轴306，同时，还用于使连接轴306、滚轮302的位置相对于叶片安装装置107所在平面高于变桨轴承内圈上的限位开关以及轮毂105上其余机械结构，以避免滚轮装置201与这些机械结构发生机械碰撞或拉拽，保护机械结构安全。

通过支撑结构301抬高滚轮302高度，以保障滚轮302在转动过程中不会影响到限位开关以及其它机械结构；同时，由于设置了滚轮302高度，所以在变桨轴承内圈114上除设置金属带位置的其余位置，滚轮302不会与任何结构接触，从而减小滚轮302的磨损。

进一步地，如图3所示，上述滚轮装置201中还包括：在远离支撑杆305的连接轴306的一侧端部，固定连接用于防止滚轮302脱落的螺栓307。

进一步地，如图3所示，在滚轮302表面设置有摩擦纹理。该摩擦纹理用于增大滚轮302与金属带之间的摩擦，实现很好的导电接触。

滚轮302的材质可以是金属，也可以是石墨，还可以是导电橡胶等导电材料。

进一步地，如图3所示，滚轮装置201还包括：设置在支撑杆305与连接轴306之间的弹性部件308，该弹性部件308用于在支撑杆305与连接轴306之间形成相互靠近的弹性应力。

具体地，上述弹性部件308可以是弹簧，用于当支撑杆305与连接轴306之间发生松动或滚轮302有一定磨损不能和金属带组形成很好的接触时，通过弹性部件308的弹力作用拉近支撑杆305与连接轴306的距离，从而保证滚轮302与金属带紧密接触。

其次，结合图2和图3中所示，上述金属带组中包含的两个金属带，如5度金属带组中的两个金属带可隔离设置在变桨轴承内圈114上的同一角度位置上(即分别对应在变桨叶片的5度位置)，金属带组中还可包括绝缘材料309，两个金属带如金属带303和金属带304通过绝缘材料309固定在变桨轴承内圈114上。

最后，如图4所示，为本实施例提供的信号触发电路的结构图，可包括：电源模块401和数字量采集模块402；其中，

电源模块401用于向外输出电压信号，且输出端(“+”端)与金属带组的一个金属带(如图3中的金属带303)连接；数字量采集模块402用于采集电压信号作为检测信号，且输入端与金属带组的另一个金属带(如图3中的金属带304)连接；

当金属带组中的两个金属带通过滚轮装置201实现导电连接后，图4中所示的信号触发电路导通，并被触发并产生检测信号。

具体地，电源模块401可以为能够输出24V恒定电压的电源，当滚轮装置201随叶片安装装置107转到预置角度，与预置角度位置的金属带组接触时，电源模块401输出的电压信号通过导通的金属带组传递到数字量采集模块402的数字量输入通道上，从而产生单脉冲形式的检测信号。

本实施例提供的风力发电机组的变桨限位单元，在图2所示结构的基础上，对滚轮装置、金属带组以及信号触发电路进行了具体说明。细化后的各结构可以方便、有效的对变桨叶片位置的进行检测。

进一步地，在上述关于风力发电机组的变桨限位单元的实施例的基础上，如图5所示，本实施例还提供了一种风力发电机组的变桨限位结构，包含叶片安装装置107和变桨轴承内圈114，还包括：两组如上所述的风力发电机组的变桨限位单元；其中，

在叶片安装装置107上设置有一个滚轮装置201，在变桨轴承内圈114的两个预置角度(如5度和87度)上对应设置有分别包含两个隔离设置的金属带组成的金属带组(如图中的5度金属带组202和87度金属带组203)，以及两个信号触发电路(图中未标出)，滚轮装置201与任一金属带组及其串联所在的信号触发电路形成一组上述风力发电机组的变桨限位单元。

其中图中角度a为82度。

可以理解的，在现有技术中采用挡块与接近开关组合产生开关信号的机制来检测叶片位置，可整体改造为本方案中采用滚轮装置接触金属带组产生检测信号来检测叶片位置，具体改造方法，可在原来设置挡块的位置设置滚轮装置、在原来设置接近开关的位置设置金属带组。

实施例三

如图6所示，为本实用新型实施例提供的风力发电机组的叶片位置检测装置，包括：编码器601、控制器602和如实施例二中所示的风力发电机组的变桨限位结构603，其中，

编码器601设置在变桨电机的驱动装置上，用于检测叶片的旋转角度；

风力发电机组的变桨限位结构603用于，在叶片旋转至预置角度时输出检测信号；

控制器602分别与编码器601、风力发电机组的变桨限位结构603连接，用于采集叶片的旋转角度和检测信号的信息，并根据旋转角度和检测信号的采集情况，确定叶片的位置。

具体的，控制器602可通过执行如下所示的处理过程确定叶片的位置：

首先，采集编码器601输出的旋转角度；

其中编码器601输出的旋转角度即为变桨系统执行叶片变桨时，叶片所要达到的指定角度位置。

其次，采集风力发电机组的变桨限位结构603输出的检测信号；

其中检测信号为滚轮装置201在旋转到预置角度时接触预置角度上金属带组后，触发信号触发电路产生的检测信号。

最后，对旋转角度和检测信号的采集情况进行判断，以确定叶片位置。

例如，当采集到的旋转角度为一预置角度，并且同步的采集到检测信号，则确定当前叶片的位置准确，且旋转角度为该预置角度。

例如，对应图5所示的风力发电机组的变桨限位结构，叶片位置的检测过程如下：

正常情况下，当叶片从90度位置向0度方向转动时，滚轮装置201首先接触87度金属带组203，连接87度金属带组203的信号触发电路产生一个检测信号。然后，叶片继续转动，滚轮装置201经过并接触5度金属带组202，连接5度金属带组202的信号触发电路产生一个检测信号。

检测过程中，当编码器601输出的旋转角度值为87度左右，而检测到连接87度金属带组202的信号触发电路产生一个检测信号时，则认为叶片位置正确，不触发故障停机，如果该信号触发电路没同步产生检测信号，则认为叶片位置不正确，触发故障停机；当编码器601输出的旋转角度值为5度左右，而检测到连接5度金属带组202的信号触发电路产生一个检测信号时，则认为叶片位置正确，不触发故障停机，如果该信号触发电路没同步产生检测信号，则认为叶片位置不正确，触发故障停机。

本实施例提供的风力发电机组的叶片位置检测装置，控制器通过采集编码器输出的旋转角度，以及风力发电机组的变桨限位结构输出的检测信号，并对其同步性进行判断，最终得到叶片的实际位置，提高检测的准确度，减少触发不必要的故障停机。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。