一种风力发电机叶片前风速测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种测量装置，尤其涉及一种风力发电机叶片前风速测量装置，属于测控设备技术领域。

背景技术：

清洁能源即绿色能源，是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的新型能源，如水能、风能、太阳能等。其中，风能作为自然界中广泛存在的可再生能源，自数千年以前就已受到了普及应用，如利用风力提水、灌溉、磨面、舂米，用风帆推动船舶前进等，但利用风力进行发电是直至近几十年以来才形成长规模发展的新型发电方式。

风力发电装置一般为风力发电机组，通过发电机风叶的转动把风的动能转变为电能。在风力发电机运行期间，由于风机变桨和功率预测的需要，往往要对风速进行准确测量。目前的测速装置由于技术原因普遍安装在风机机舱上方，实现的是叶片后风速测量，并需通过数据统计规律对风速进行相应的修正后得到最终的风机实际风速，具有操作复杂的缺陷。

此外，由于叶根位置通流面积大且空气被叶根周期性搅动，叶根后方位置的空气形成在时间和空间上无规律变化的小漩涡湍流，因此，叶片后风速测量方式会出现风速大小和方向均实时快速变化的现象表征，从而导致风机变桨角效果不佳，并使得风力发电机不能保持高效运行。

为了克服上述缺陷，人们后继开发了一种风机叶片前风速测量方式，该测量方式具有风速修正难度小且修正准确性较高的优点，但目前工程中常见的传统风速测量仪器，均不能实现在旋转基座下对风速风向进行测量，在一定程度上仍然会造成风机变桨和功率预测偏差。

技术实现要素：

为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种风力发电机叶片前风速测量装置。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种风力发电机叶片前风速测量装置，由风力发电机、无线信号接收装置和风速测量装置组成；无线信号接收装置设置于风力发电机的上端；风速测量装置包括固定模块、旋转套筒、超声波风速测量仪；

固定模块包覆固定于风机叶片的中部；固定模块的中间设置有凸轴，凸轴上套置有滚动轴承对，凸轴的末端与微型发电机前端的中心轴固定连接；滚动轴承对、微型发电机均设置于旋转套筒的内部空腔中；

旋转套筒的末端中间纵向设置有连接杆；连接杆通过紧固螺栓与旋转套筒固定连接；连接杆的两端分别设置有超声波风速测量仪、空心配重块；空心配重块的内部中间设置有电源电路及信号发射系统；

微型发电机上套置有行星变速卡环、电刷滑环；电刷滑环设置于行星变速卡环的后侧；电刷滑环的电刷、滑环分别通过导线与微型发电机、电源电路及信号发射系统相连接；

行星变速卡环包括与微型发电机固定连接的内橡胶套以及与旋转套筒固定连接的外橡胶套；外橡胶套套置于内齿圈上；内齿圈的内部设置有中心齿轮；

内齿圈与中心齿轮的中间设置有三个行星齿轮，内齿圈、中心齿轮均与行星齿轮啮合相接；行星齿轮呈等边三角形排列。

滚动轴承对的内环均与固定模块的凸轴固定连接、外环均与旋转套筒的内壁固定连接。

电源电路及信号发射系统为电源装置、电路装置和信号发射装置集成为一体。

空心配重块的重量大于超声波风速测量仪的重量。

超声波风速测量仪与紧固螺栓之间的距离小于空心配重块与紧固螺栓之间的距离；紧固螺栓设置于旋转套筒的末端中间。

超声波风速测量仪通过导线与电源电路及信号发射系统相连接。

电刷滑环的滑环与旋转套筒之间的连接方式为绝缘连接。

本实用新型具有前风速测量结果准确、精确度高的优点，有效解决了旋转基座下无法测量叶片前风速的问题；此外，本实用新型为自发电装置，可以将风机叶片旋转时产生的动能转换为电能为整体装置提供工作供电，具有发电功率高、系统工作稳定的优点。

附图说明

图1为本实用新型的整体剖面结构示意图。

图2为风速测量装置的剖面结构示意图。

图3为行星变速卡环的纵截面结构示意图。

图中：1、风力发电机；2、无线信号接收装置；3、风速测量装置；4、固定模块；5、滚动轴承对；6、电刷滑环；7、旋转套筒；8、超声波风速测量仪；9、微型发电机；10、行星变速卡环；11、电源电路及信号发射系统；12、空心配重块；13、外橡胶套；14、内齿圈；15、行星齿轮；16、中心齿轮；17、内橡胶套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-3所示，本实用新型由风力发电机1、无线信号接收装置2和风速测量装置3组成；无线信号接收装置2设置于风力发电机1的上端；风速测量装置3设置于风机叶片上，包括固定模块4、旋转套筒7、超声波风速测量仪8；

固定模块4包覆固定于风机叶片的中部；固定模块4的中间设置有凸轴，凸轴上套置有滚动轴承对5，凸轴的末端与微型发电机9前端的中心轴固定连接；滚动轴承对5、微型发电机9均设置于旋转套筒7的内部空腔中；

滚动轴承对5的内环均与固定模块4的凸轴固定连接、外环均与旋转套筒7的内壁固定连接，旋转套筒7通过滚动轴承对5实现其与固定模块4之间的相对转动，从而在风机叶片旋转时可相对于固定模块4做旋转运动，并通过空心配重块12的作用维持其空间位置的相对静止。

旋转套筒7的末端中间纵向设置有连接杆；连接杆通过紧固螺栓与旋转套筒7固定连接；连接杆的两端分别设置有超声波风速测量仪8、空心配重块12；空心配重块12的重量大于超声波风速测量仪8的重量；超声波风速测量仪8与紧固螺栓之间的距离小于空心配重块12与紧固螺栓之间的距离；紧固螺栓设置于旋转套筒7的末端中间。

通过空心配重块12的配重作用，可以一直保持超声波风速测量仪8处于竖直向上的状态，从而实现在旋转基座下对叶片前风速进行稳定性测量。此外，由于风机叶轮转速远远低于超声波传播速度，对超声波测速仪的测量影响可以忽略不计，该风速测量装置所测量的风速大小和方向即为计为绝对风速。

空心配重块12的内部中间设置有电源电路及信号发射系统11；电源电路及信号发射系统11为电源装置、电路装置和信号发射装置集成为一体。超声波风速测量仪8通过导线与电源电路及信号发射系统11相连接，通过导线与电源电路及信号发射系统11为其提供工作电源。

微型发电机9上套置有行星变速卡环10、电刷滑环6；电刷滑环6设置于行星变速卡环10的后侧；电刷滑环6的电刷、滑环分别通过导线与微型发电机9、电源电路及信号发射系统11相连接；电刷滑环6的滑环与旋转套筒7之间的连接方式为绝缘连接。

微型发电机9产生的电能将通过电刷滑环6运送至电源电路及信号发射系统11进行存储，储存的电能一部分供与超声波风速测量仪8测量使用，另一部分供与电路装置，使其对超声波风速测量仪8的输出信号进行处理后，再通过滤波放大由信号发射装置发射传输至无线信号接收装置2中，最终实现测量信号的可靠远传。

行星变速卡环10包括与微型发电机9固定连接的内橡胶套17以及与旋转套筒7固定连接的外橡胶套13；外橡胶套13套置于内齿圈14上；内齿圈14的内部设置有中心齿轮16；内齿圈14与中心齿轮16的中间设置有三个行星齿轮15，内齿圈14、中心齿轮16均与行星齿轮15啮合相接；行星齿轮15呈等边三角形排列。

通过行星变速卡环10将微型发电机9外壳与旋转套筒7的内侧分别卡住，可使微型发电机9外壳和旋转套筒7在风机叶片旋转时共同旋转，产生电能，然后通过行星变速卡环10中的齿轮齿数配比实现中心齿环16的相对转速远高于内齿圈14的转速，从而使微型发电机9外壳相对于微型发电机9中心轴做高速旋转，产生磁感线，微型发电机9通过高速切割磁感线连续发电，达到变速的作用，提高工作供电的能力。

本实用新型与传统技术相比，具有以下优势：

(1)超声波风速测量仪始终处于竖直向上状态，它不会跟随风机叶片的旋转而摆动，有效克服了传统技术不能在旋转基座下测量叶片前风速的问题；

(2)由于风机叶片转速远远低于超声波传播速度，本实用新型选用超声波风速测量仪，可以有效忽略叶片转速对测量精度的影响，使超声波风速测量仪所测得的风速大小和方向即为绝对风速，具有测量精度高的优点；

(3)可将叶片旋转时的动能转换为电能，实现自发电功能，不仅可以有效利用绿色能源，而且解决了风机叶片在旋转时测量装置的供能问题；

(4)行星变速卡环的设计可进一步提升微型发电机的产能功率，保证装置在使用过程中的正常运转。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。