用于阻尼能量產(chǎn)生設(shè)備中的扭轉(zhuǎn)振動的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于阻尼能量產(chǎn)生設(shè)備（100）中的扭轉(zhuǎn)振動的方法，所述能量產(chǎn)生設(shè)備具有一傳動系（2-5），一安裝在所述傳動系（2-5）的轉(zhuǎn)子側(cè)的端部（1'）上的轉(zhuǎn)子（1）和一經(jīng)由所述傳動系（2-5）驅(qū)動的、安裝在所述傳動系（2-5）的發(fā)電機側(cè)的端部（6'）上的發(fā)電機（6），其中，獲知所述傳動系（2-5）的第一部位（1'）和第二部位（6'）之間的關(guān)于時間的角度差，并且基于所獲知的角度差的時間走向，通過相應(yīng)地預(yù)設(shè)所述發(fā)電機的負(fù)載力矩（MG）和所述轉(zhuǎn)子（1）的驅(qū)動力矩（MA）來阻尼所述傳動系（2-5）中的扭轉(zhuǎn)振動。
【專利說明】用于阻尼能量產(chǎn)生設(shè)備中的扭轉(zhuǎn)振動的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于阻尼能量產(chǎn)生設(shè)備中的扭轉(zhuǎn)振動的方法，一種用于執(zhí)行該方法的計算單元以及一種相應(yīng)的能量產(chǎn)生設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]盡管本發(fā)明在本申請的框架中主要參照風(fēng)能設(shè)備來描述，但本發(fā)明不限于此，而是原則上可以在所有類型的發(fā)電站和設(shè)備中使用，在這些發(fā)電站和設(shè)備中會出現(xiàn)軸、橋等等、尤其具有中間連接的變速器的軸和橋的扭轉(zhuǎn)振動。
[0003]由部件:例如變速器、離合器和連接元件(軸)組成的傳動系是不同的電的能量產(chǎn)生設(shè)備、例如風(fēng)能設(shè)備、水力發(fā)電設(shè)備等等的重要的組成部分。傳動系滿足如下任務(wù)，即建立在一驅(qū)動裝置(例如一風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子)和一從動裝置(例如一相應(yīng)的發(fā)電機)之間的機械連接，經(jīng)由該機械連接通過一轉(zhuǎn)動運動傳遞能量。傳動系部件、例如變速器，用于將施加在驅(qū)動裝置上的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變到相應(yīng)于所述發(fā)電機的工作范圍的值上。離合器在需要時用于分開驅(qū)動裝置和傳送裝置并且軸建立所參與的部件之間的機械連接。其它部件，例如機械制動器或類似裝置可以集成在傳動系中。
[0004]由于所參與的部件無法任意剛性地制成，而是具有一最終的剛度，因此激勵(Anregungen)會導(dǎo)致高的動態(tài)載荷和振動。尤其會激勵固有振動。這種激勵可例如通過不恒定的輸入功率(在風(fēng)能設(shè)備的情況下例如通過暴風(fēng)或風(fēng)擾動)、通過外界的干擾或通過其它的設(shè)備部件的自身運動而進行。其它來源的振動也會引起傳動系中的振動，在風(fēng)能設(shè)備的情況下例如塔振動或由于變速器的齒嚙合弓I起的振動。
[0005]振動對所參與的部件、尤其變速器的壽命產(chǎn)生了不利的影響。持續(xù)的波動負(fù)載提高了相關(guān)的構(gòu)件的磨損并且導(dǎo)致了更短的更換間隔，這對于設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)運營商來說意味著財務(wù)上的和技術(shù)上的負(fù)擔(dān)，并且減小了設(shè)備利潤。尤其在海上范圍中的風(fēng)能設(shè)備的預(yù)期的日益興盛的觀點下，在可預(yù)見的未來這方面起到了越來越重要的作用，因為在那里更換損壞的部件更加困難。因此存在如下目標(biāo)，即識別出動態(tài)的激勵并且尤其減少振動，用以提高部件的使用壽命。
[0006]從WO 2011/072820 A2中公開了一種用于阻尼能量產(chǎn)生設(shè)備中的扭轉(zhuǎn)振動的方法，該能量產(chǎn)生設(shè)備具有一傳動系，一安裝在傳動系的轉(zhuǎn)子側(cè)的端部上的轉(zhuǎn)子和一經(jīng)由傳動系驅(qū)動的、安裝在傳動系的發(fā)電機側(cè)的端部上的發(fā)電機，其中，在應(yīng)用傳動系在其發(fā)電機側(cè)的端部上的角度位置和傳動系在其轉(zhuǎn)子側(cè)的端部上的角度位置的情況下，獲知一作用到該傳動系上的扭轉(zhuǎn)力矩，其中，通過相應(yīng)地調(diào)節(jié)發(fā)電機來阻尼所述扭轉(zhuǎn)振動。
[0007]該方法應(yīng)該進一步改進。尤其希望一種調(diào)節(jié)方案，其導(dǎo)致了所述扭轉(zhuǎn)振動的足夠的阻尼。有利的還有，提供相應(yīng)的(尤其成本低廉的且適合于批量生產(chǎn)的)傳感器，它們尤其也適用于改裝現(xiàn)有的傳動系。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]根據(jù)本發(fā)明，建議具有獨立權(quán)利要求的特征的一種用于阻尼能量產(chǎn)生設(shè)備中的扭轉(zhuǎn)振動的方法，一種用于執(zhí)行該方法的計算單元以及一種能量產(chǎn)生設(shè)備。有利的設(shè)計方案是從屬權(quán)利要求以及下面的說明書的主題。
[0009]發(fā)明優(yōu)點
本發(fā)明提出一種可能性，通過同時地影響驅(qū)動力矩和負(fù)載力矩來很大程度地抑制扭轉(zhuǎn)振動。所述驅(qū)動力矩經(jīng)由轉(zhuǎn)子影響，所述負(fù)載力矩經(jīng)由發(fā)電機影響。在本申請的框架中，“轉(zhuǎn)子(Rotor)”表示一能量產(chǎn)生設(shè)備的例如通過水或風(fēng)加載的并且驅(qū)動的部分。相反，所述發(fā)電機的運動部分以概念“旋轉(zhuǎn)體(Uiufer ) ”來命名。
[0010]在本發(fā)明的框架中確定傳動系的兩個部位之間的扭轉(zhuǎn)角度。作為扭轉(zhuǎn)振動理解為所述扭轉(zhuǎn)角度關(guān)于時間的改變。每當(dāng)在本發(fā)明的框架中說到預(yù)設(shè)、調(diào)節(jié)、影響或控制，都可以涉及在常開的或閉合的調(diào)節(jié)回路中的控制。
[0011]在一種優(yōu)選的實施方式中，如此地影響所述驅(qū)動力矩，例如通過相應(yīng)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的節(jié)面角(Pitchwinkeln),使得抑制轉(zhuǎn)子的加速和減速,從而轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度基本上保持恒定。這導(dǎo)致了傳動系中、尤其變速器中的負(fù)載峰值的減少。平均的驅(qū)動力矩接近最大的驅(qū)動力矩，這提高了能量輸入。如果所述旋轉(zhuǎn)速度提高，則所述驅(qū)動力矩減小，反過來一樣。
[0012]在另一種實施方式中，如此地影響所述負(fù)載力矩，例如通過充電/放電中間回路電容器或通過改變一經(jīng)過所述旋轉(zhuǎn)體的激勵電流，使得抑制所述扭轉(zhuǎn)角度的改變，從而所述扭轉(zhuǎn)角度基本上保持恒定。這導(dǎo)致了所述傳動系中、尤其一變速器中的負(fù)載峰值的減少。提高了能量輸入。如果所述扭轉(zhuǎn)角度提高，則所述負(fù)載力矩減小，反過來一樣。
[0013]一種用于檢測所述扭轉(zhuǎn)角度的簡單的可能性提供了具有旋轉(zhuǎn)元件和檢測單元的角度傳感器(參見圖2)的應(yīng)用，其中，所述旋轉(zhuǎn)元件具有在其周邊上分布的記號，這些記號被所述檢測單元掃描到。所述旋轉(zhuǎn)元件尤其涉及極輪、扇形輪、齒輪、分度盤等等。所述傳感器尤其適合于轉(zhuǎn)速確定。如果所檢測到的記號的頻率發(fā)生變化，則這直接歸因于轉(zhuǎn)速變化。從轉(zhuǎn)子側(cè)地和發(fā)電機側(cè)地檢測到的記號之間的時間差(相位差)中可以以簡單的方式確定所述扭轉(zhuǎn)角度。如果所述相位差發(fā)生變化，則這直接歸因于所述扭轉(zhuǎn)角度的變化。以這種方式可以特別有利地在使用這種傳感器的情況下實現(xiàn)上述的用于恒定保持所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和/或所述扭轉(zhuǎn)角度的控制。
[0014]特別有利地適合于改裝的是信號帶，所述信號帶具有一定數(shù)量的記號(例如磁性元件、有色元件、沖制元件)。所述信號帶可以在相應(yīng)的部位處，例如轉(zhuǎn)子側(cè)和/或發(fā)電機側(cè)圍繞所述傳動系張緊。如此地緊固一配屬的檢測單元(磁性的、光學(xué)的、感應(yīng)的等等)，使得其可以檢測所述信號帶上的記號。
[0015]合適的傳感器例如包括一設(shè)有永磁結(jié)構(gòu)的(例如永磁性的)旋轉(zhuǎn)元件以及一檢測單元，該檢測單元檢測由所述旋轉(zhuǎn)元件發(fā)出的信號，例如一磁體傳感器(例如霍爾傳感器或GMR傳感器)，其檢測由所述旋轉(zhuǎn)元件的結(jié)構(gòu)所發(fā)出的磁場。同樣優(yōu)選的是如下的傳感器，它們例如具有檢測單元，所述檢測單元本身產(chǎn)生一信號并且檢測一由所述旋轉(zhuǎn)元件引起的信號干擾(例如磁體連同磁體傳感器)，其中，這里所述旋轉(zhuǎn)元件影響由所述檢測單元產(chǎn)生的磁場。合適的旋轉(zhuǎn)元件這里可以是一金屬的、優(yōu)選鐵磁性的齒輪、一打孔帶等等。
[0016]在一種優(yōu)選的實施方式中，額外地確定在由轉(zhuǎn)子直接(不需要變速地)驅(qū)動的軸中的扭轉(zhuǎn)角度，用以如此地獲知該軸中的輸入轉(zhuǎn)矩。該輸入轉(zhuǎn)矩映射了所述傳動系由于一紊流風(fēng)場所造成的直接負(fù)載。與此相反，在輸入軸和輸出軸之間的扭轉(zhuǎn)角度通過發(fā)電機上的載荷以及其它的激勵來影響。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的計算單元，例如發(fā)電站的控制器，尤其是程序技術(shù)上地設(shè)置用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0018]本發(fā)明的以軟件的形式的執(zhí)行也是有利的，因為其實現(xiàn)了特別小的費用，尤其當(dāng)實施的計算單元還用于其它任務(wù)且因此無論如何都存在時。用于提供計算機程序的合適的數(shù)據(jù)載體特別是軟盤、硬盤、閃存、EEPROM、CD-ROM、DVD等。經(jīng)由計算機網(wǎng)絡(luò)(互聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)部網(wǎng))下載程序也是可行的。
[0019]本發(fā)明的其它優(yōu)點和設(shè)計方案從說明書和附圖中給出。
[0020]要理解的是，前面提到的和后面的還待闡釋的特征不僅能夠在對應(yīng)說明的組合中，而且能夠在不離開本發(fā)明的框架的情況下在其它的組合中或者以單獨的形式應(yīng)用。
[0021]本發(fā)明參照附圖中的實施例示意示出并且隨后在參考附圖的情況下詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的實施方式的能量產(chǎn)生設(shè)備；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的實施方式的能量產(chǎn)生設(shè)備的一種實施方式。
【具體實施方式】
[0023]圖1在示意圖中示出了一能量產(chǎn)生設(shè)備100的基本結(jié)構(gòu)，其設(shè)置用于執(zhí)行本發(fā)明。該能量產(chǎn)生設(shè)備100構(gòu)造成具有一轉(zhuǎn)子I和一發(fā)電機6的風(fēng)能設(shè)備，所述轉(zhuǎn)子和所述發(fā)電機通過一傳動系機械地相互連接，所述傳動系具有一轉(zhuǎn)子從動軸2、一變速器3、一離合器4和一發(fā)電機驅(qū)動軸5。所述轉(zhuǎn)子I安裝在所述傳動系2-5的轉(zhuǎn)子側(cè)的端部I’上，所述發(fā)電機6安裝在發(fā)電機側(cè)的端部6’上。在所述轉(zhuǎn)子側(cè)I’和所述發(fā)電機側(cè)6’上的兩個位置傳感器或者說角度傳感器7、8獲知角度位置Φκ (轉(zhuǎn)子I)和(K (發(fā)電機6)，所述角度位置被傳送到一計算單元9處。該計算單元程序技術(shù)地設(shè)置用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法。在該計算單元9中基于傳感器信號執(zhí)行所述發(fā)電機負(fù)載力矩Me以及所述轉(zhuǎn)子驅(qū)動力矩吣的控制。
[0024]在所述轉(zhuǎn)子從動軸2上與所述角度傳感器7間隔地設(shè)置一其它的角度傳感器10。從所述傳感器7和10的傳感器信號中可以確定所述轉(zhuǎn)子I的轉(zhuǎn)矩，尤其同樣在所述計算單元9中確定，從所述傳感器信號10和8中可以確定一關(guān)于所述變速器3 (和所述離合器)的扭轉(zhuǎn)角度，從所述傳感器信號7和8中可以確定一經(jīng)由整個傳動系2-5的扭轉(zhuǎn)角度。
[0025]所述傳感器7、8和10在該例子中適用于簡單的改裝并且具有一構(gòu)造成信號帶的旋轉(zhuǎn)元件和一檢測單元。所述信號帶可以例如是磁性的極帶或穿孔帶并且圍繞相關(guān)的軸張緊。
[0026]在該例子中所述傳感器7和8例如分別提供一矩形信號。邊沿-邊沿間距“相位差”相應(yīng)于角度差或者說扭轉(zhuǎn)角度Λφ= φ,-φρ兩個記號之間的時間間隔(“頻率”)相應(yīng)于轉(zhuǎn)速。通過一個或多個缺少的記號或者說通過雙重記號或多重記號可以進行轉(zhuǎn)角的絕對確定。有利的是，對所述記號進行計數(shù)也可以針對用于補償制造公差的修正算法來使用。因此，測量結(jié)果比純頻率測量更準(zhǔn)確。[0027]如果所檢測到的記號的頻率發(fā)生變化，則這直接歸因于轉(zhuǎn)速變化。如果所述相位差發(fā)生變化，則這直接歸因于所述扭轉(zhuǎn)角度的變化。以這種方式可以通過相應(yīng)地控制所述發(fā)電機負(fù)載力矩Mg以及所述轉(zhuǎn)子驅(qū)動力矩Ma來特別有利地實現(xiàn)用于恒定保持所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和/或所述扭轉(zhuǎn)角度的有利控制。
[0028]在圖2中示意性示出了所述兩個角度傳感器7和8，下面借助于它們來介紹一種用于確定所述角度差或者說所述扭轉(zhuǎn)角度的優(yōu)選的可能性。所述傳感器7和8在所示的優(yōu)選的實施方式中分別具有一構(gòu)造成信號帶11的旋轉(zhuǎn)元件以及一配屬的檢測單元12。所述信號帶11可以例如具有磁極，所述磁極由一磁性的檢測單元12來掃描。所得出的信號可以例如分別是一矩形信號，如在圖2中所示。
[0029]如所述，從所述邊沿-邊沿間距中可以確定所述角度差Λ φ。配對的邊沿可以尤其通過所述信號帶的一絕對配屬關(guān)系來確定。這種絕對的配屬關(guān)系例如從汽車技術(shù)(“缺少的齒”;例如具有58個齒的極輪(“60-2個齒”))中結(jié)合曲軸角度的確定而公知。例如可以定義一 0°位置，其例如與一轉(zhuǎn)子葉片的位置相關(guān)聯(lián)。
[0030]如果同一個傳感器的兩個邊沿的間距改變，則這相應(yīng)于轉(zhuǎn)速的改變；如果不同的傳感器的兩個邊沿的間距改變，則所述扭轉(zhuǎn)角度改變。
【權(quán)利要求】
1.用于阻尼能量產(chǎn)生設(shè)備(100、200)中的扭轉(zhuǎn)振動的方法，所述能量產(chǎn)生設(shè)備具有一傳動系(2-5)，一安裝在所述傳動系(2-5)的轉(zhuǎn)子側(cè)的端部0- )上的轉(zhuǎn)子(I)和一經(jīng)由所述傳動系(2-5)驅(qū)動的、安裝在所述傳動系(2-5)的發(fā)電機側(cè)的端部(6’)上的發(fā)電機(6)，其中，獲知所述傳動系(2-5)的第一部位0- )和所述傳動系(2-5)的第二部位(6’)之間的關(guān)于時間的角度差，并且基于所獲知的角度差的時間走向，通過相應(yīng)地預(yù)設(shè)所述發(fā)電機的負(fù)載力矩(Mc)和所述轉(zhuǎn)子(I)的驅(qū)動力矩(Ma)來阻尼所述傳動系(2-5)中的扭轉(zhuǎn)振動。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，獲知所述傳動系(2-5)的轉(zhuǎn)子側(cè)的端部0-)和發(fā)電機側(cè)的端部(6’)之間的角度差。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，經(jīng)由所述傳動系(2-5)的變速器(3)來獲知所述角度差。
4.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，經(jīng)由一直接由所述轉(zhuǎn)子(I)驅(qū)動的軸(2)來確定所述角度差。
5.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，從所述角度差中確定一轉(zhuǎn)矩。
6.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，如此地控制所述轉(zhuǎn)子(I)的驅(qū)動力矩(Ma)，使得抑制所述轉(zhuǎn)子(I)的旋轉(zhuǎn)加速或旋轉(zhuǎn)減速。
7.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，如此地控制所述發(fā)電機(6)的負(fù)載力矩(Me)，使得抑制所述角度差的改變。
8.按照前述權(quán)利 要求中任一項所述的方法，其中，所述轉(zhuǎn)子(I)的驅(qū)動力矩(Ma)的控制包括一轉(zhuǎn)子葉片的至少一個節(jié)面角的控制。
9.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述發(fā)電機(6)的負(fù)載力矩(Me)的控制包括一經(jīng)過所述發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)體繞組的激勵電流的控制。
10.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，為了檢測所述角度差，在所述傳動系(2-5)上的第一部位0- )處使用一角度傳感器(7、8、10)并且在所述傳動系(2-5)上的第二部位(6’ )處使用一其它的角度傳感器(7、8、10)。
11.按照權(quán)利要求10所述的方法，其中，使用至少一個角度傳感器(7、8、10)，其具有至少一個旋轉(zhuǎn)元件(11)和檢測單元(12 ),其中,所述旋轉(zhuǎn)元件(11)具有在其周邊上分布的記號，所述記號被所述檢測單元(12)掃描到。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中，確定一由于在所述旋轉(zhuǎn)元件(11)上的記號不規(guī)律性所造成的絕對的角位置。
13.計算單元(9)，尤其能量產(chǎn)生設(shè)備(100)的控制裝置，其設(shè)置用于執(zhí)行按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法。
14.能量產(chǎn)生設(shè)備(100)，具有一傳動系(2-5)，一安裝在所述傳動系(2-5)的轉(zhuǎn)子側(cè)的端部(I’)上的轉(zhuǎn)子(I)和一經(jīng)由所述傳動系(2-5)驅(qū)動的、安裝在所述傳動系(2-5)的發(fā)電機側(cè)的端部(6’ )上的發(fā)電機(6)，以及一按照權(quán)利要求13所述的計算單元(9)。
15.按照權(quán)利要求14所述的能量產(chǎn)生設(shè)備(100)，具有至少兩個角度傳感器(7、8、。10)，其中，至少一個角度傳感器(7、8、10)布置在所述傳動系(2-5)的第一部位(I’)處并且至少一個另外的角度傳感器(7、8、10)布置在所述傳動系(2-5)的第二部位(6’)處。
16.按照權(quán)利要求15所述的能量產(chǎn)生設(shè)備(100)，其中，所述至少兩個角度傳感器(7、。8、10)中的至少一個角度傳感器具有至少一個旋轉(zhuǎn)元件(11)和檢測單元(12)，所述旋轉(zhuǎn)元件具有在其周邊上分布的記號，所述記號具有優(yōu)選至少一個不規(guī)則性，所述檢測單元用于掃描所述記號。
17.按照權(quán)利要求16所述的能量產(chǎn)生設(shè)備(100)，其中，所述至少一個旋轉(zhuǎn)元件(11)是極輪 、扇形輪、齒輪、分度盤或信號帶。
【文檔編號】F03D7/02GK104040875SQ201280067328
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月18日
【發(fā)明者】M.默貝, R.施密特, A.奎爾 申請人:羅伯特·博世有限公司