一种用于高空风力发电设备的姿态平衡装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于高空发电设备技术领域，特别涉及一种用于高空风力发电设备的姿态平衡装置。
【背景技术】
[0002]现在的风力发电站和风机多为地面建筑，受到地表粗糙度的影响，风能利用不高。为了更好的利用现有的风能资源，风机主轴的高度不断升高使得风机的塔筒造价不断攀升。这种高度和风能利用率之间迟早达到一个平衡点。而这个平衡点就是陆地风机的发展极限。塔筒无法无休止的提高，优良的风资源地区也最终会被全部开发利用，虽然海洋是风资源的宝库，但是基础建设难度、吊装难度、防腐问题和多变的海洋气候为海洋风场带来了相当大的开发难度。这样使得海洋优质风场数量也相对有限，逐步也会被完全利用。
[0003]众所周知大气流动受到地表粗糙度影响很大，大气中近地表百米到一千米的范围都受到地形影响；但是高于一千米就基本不受地表粗糙度影响了。近地表风速随着一天的不同时间有明显的变化(跟太阳对地面的加热有关)，高空大气的风速相对比较稳定，在地表风速为10米/秒时高空风速能达到20?30米/秒，所以高空风力资源更大更稳定，所以有必要研宄一种高空风力发电设备，高空风力发电设备需要安装姿态平衡装置来保持整个高空风力发电设备一直处于平衡状态，不会由于风的变化而发生倾斜、扭转等现象。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种用于高空风力发电设备的姿态平衡装置，该姿态平衡装置利用气流来保持整个高空风力发电设备一直处于平衡状态，不会由于风的变化而发生倾斜、扭转等现象。
[0005]为达到上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案予以实现。
[0006]一种用于高空风力发电设备的姿态平衡装置，安装外框架内，其特征在于，所述姿态平衡装置包括安装在外框架内的固定板，所述固定板上固定有与外框架垂直的固定叶片，所述固定板上固定有电机，所述电机的输出轴与固定叶片平行，所述电机的输出轴上设置有活动叶片；所述固定板上设置有电池组和控制单元；
[0007]所述控制单元包含单片机，用于测量高空风力发电设备的角加速度的三轴角加速度传感器，用于测量高空风力发电设备的角速度的三轴角速度传感器；所述三轴角加速度传感器的输出端和三轴角速度传感器的输出端对应电连接单片机的两个I/o输入端，所述单片机的I/o输出端电连接电机的控制端。
[0008]本技术方案的特点和进一步改进在于:
[0009]所述电机为四个，所述电机的输出轴固定有调节齿轮，所述活动叶片为两片，每片活动叶片的根部的两侧设置有与所述调节齿轮配合的内齿轮。
[0010]所述活动叶片设置在固定板的中部两侧。
[0011]所述固定叶片为四片，分别对应固定在所述固定板的两端部的两侧面。
[0012]本实用新型的用于高空风力发电设备的姿态平衡装置，通过控制系统中的三轴角加速度传感器和三轴角速度传感器测量整个高空风力发电设备的角加速度和角速度，再对各个轴向的角速度和角加速度值进行滤波，来确定欧拉角；继而得到此时高空风力发电设备的空间姿态；再通过单片机控制电机的正反转来调整两个活动叶片的夹角，借助气流在活动叶片上的反作用力来调整高空风力发电设备空间状态，使高空风力发电设备处于相对水平的空间位置。
[0013]该姿态平衡装置集成了机械单元、电子控制单元和传感器单元，可以独立工作也可与其它设备协同工作，在协同工作过程中主系统失效或者故障时，本设备可以自主判断，并断开主系统，自主完成预设的姿态调整。
【附图说明】
[0014]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说明。
[0015]图1为本实用新型的一种用于高空风力发电设备的姿态平衡装置的结构示意图；
[0016]图2为图1的剖视示意图；
[0017]图3为本实用新型的用于高空风力发电设备的姿态平衡装置中的控制单元的电气连接示意图；
[0018]图中:1、外框架；2、固定板；3、固定叶片；4、活动叶片；5、电机；6、电池组；7、控制单元；8、调节齿轮；9、内齿轮；10、控制盒。
【具体实施方式】
[0019]参照图1、图2，为本实用新型的一种用于高空风力发电设备的姿态平衡装置的结构示意图；该姿态平衡装置安装外框架I内，该姿态平衡装置包括安装在外框架I内的固定板2，固定板2上固定有与外框架I垂直的固定叶片3，固定板2上固定有电机5，电机5的输出轴与固定叶片3平行，电机5的输出轴上设置有活动叶片4 ;固定板2上设置有电池组6和控制单元7。
[0020]控制单元7包含单片机，用于测量高空风力发电设备的角加速度的三轴角加速度传感器，用于测量高空风力发电设备的角速度的三轴角速度传感器；三轴角加速度传感器的输出端和三轴角速度传感器的输出端对应电连接单片机的两个I/o输入端，单片机的I/O输出端电连接电机5的控制端，如图3所示。
[0021]其中，电机5为四个，电机5的输出轴固定有调节齿轮8，活动叶片4为两片，每片活动叶片4的根部的两侧设置有与调节齿轮8配合的内齿轮9，即用两个电机5控制一个活动叶片4的转动。
[0022]其中，活动叶片4设置在固定板2的中部两侧。
[0023]其中，固定叶片3为四片，分别对应固定在固定板2的两端部的两侧面。
[0024]该姿态平衡装置的工作过程如下:
[0025]单片机建立与固定板2的轴向垂直的水平轴为X轴，与固定板2的轴向同轴的水平轴为y轴，与X轴和y轴形成的平面垂直的轴为z轴的固定三维坐标系；三轴角加速度传感器实时测量得到高空风力发电设备在x、y、z三个轴上的角加速度值，通过计算可以得到该固定三维坐标系的三个轴在固定时间内扫过的三个角度值，该三个角度值即为欧拉角，通过该三个角度值可以确定高空风力发电设备每一个瞬时在空间中的姿态；得到高空风力发电设备在空间中的姿态后，单片机控制电机5工作调整活动叶片4的角度，利用风力使的高空风力发电设备恢复平衡，这时三轴角加速度传感器测得高空风力发电设备恢复平衡位置后，单片机再次发出指令控制电机5工作，使活动叶片4恢复原位；整个控制装置计算时间在0.0Ol秒以内，所以，活动叶片4每次只做微小调整就可以使电站一致保持直立状态。
[0026]为了确保我们读取的角度的正确性，我们就需要用角速度传感器来校核角度。在读取角加速度的同时读取角速度，对读取的角速度求时间的积分，就得到了瞬时的角度，这个角度不直接参与控制，只作为定期校准加速度角度来使用。
[0027]本实用新型的用于高空风力发电设备的姿态平衡装置，通过控制系统中的三轴角加速度传感器和三轴角速度传感器测量整个高空风力发电设备的角加速度和角速度，再对各个轴向的角速度和角加速度值进行滤波，来确定欧拉角；继而得到此时高空风力发电设备的空间姿态；再通过单片机控制电机的正反转来调整两个活动叶片的夹角，借助气流在活动叶片上的反作用力来调整高空风力发电设备空间状态，使高空风力发电设备处于相对水平的空间位置。
[0028]该姿态平衡装置集成了机械单元、电子控制单元和传感器单元，可以独立工作也可与其它设备协同工作，在协同工作过程中主系统失效或者故障时，本设备可以自主判断，并断开主系统，自主完成预设的姿态调整。
[0029]尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。
【主权项】
1.一种用于高空风力发电设备的姿态平衡装置，安装外框架内，其特征在于，所述姿态平衡装置包括安装在外框架内的固定板，所述固定板上固定有与外框架垂直的固定叶片，所述固定板上固定有电机，所述电机的输出轴与固定叶片平行，所述电机的输出轴上设置有活动叶片；所述固定板上设置有电池组和控制单元； 所述控制单元包含单片机，用于测量高空风力发电设备的角加速度的三轴角加速度传感器，用于测量高空风力发电设备的角速度的三轴角速度传感器；所述三轴角加速度传感器的输出端和三轴角速度传感器的输出端对应电连接单片机的两个I/o输入端，所述单片机的I/o输出端电连接电机的控制端。
2.根据权利要求1所述的一种用于高空风力发电设备的姿态平衡装置，其特征在于，所述电机为四个，所述电机的输出轴固定有调节齿轮，所述活动叶片为两片，每片活动叶片的根部的两侧设置有与所述调节齿轮配合的内齿轮。
3.根据权利要求1所述的一种用于高空风力发电设备的姿态平衡装置，其特征在于，所述活动叶片设置在固定板的中部两侧。
4.根据权利要求1所述的一种用于高空风力发电设备的姿态平衡装置，其特征在于，所述固定叶片为四片，分别对应固定在所述固定板的两端部的两侧面。
【专利摘要】本实用新型属于高空发电设备技术领域，公开了一种用于高空风力发电设备的姿态平衡装置。该姿态平衡装置安装外框架内，所述姿态平衡装置包括安装在外框架内的固定板，所述固定板上固定有与外框架垂直的固定叶片，所述固定板上固定有电机，所述电机的输出轴与固定叶片平行，所述电机的输出轴上设置有活动叶片；所述固定板上设置有电池组和控制单元；所述控制单元包含单片机，用于测量高空风力发电设备的角加速度的三轴角加速度传感器，用于测量高空风力发电设备的角速度的三轴角速度传感器；所述三轴角加速度传感器的输出端和三轴角速度传感器的输出端对应电连接单片机的两个I/O输入端，所述单片机的I/O输出端电连接电机的控制端。
【IPC分类】F03D11-00
【公开号】CN204327417
【申请号】CN201420723752
【发明人】宋康
【申请人】内蒙古久和能源装备有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月26日