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专利名称：一种风力检测的方法、风力检测仪和风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电的技术领域，具体地，涉及一种风力检测的方法、风力检测仪和风力发电机。
背景技术：
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。我国风能资源丰富，利用风能发电的潜力巨大。
现在，人们通常使用风力发电机将风能转换为电能。图1为现有技术风力发电机的结构示意图。如图1所示，风力发电机包括:桨叶101、导流罩102、发电机103、机舱罩104、塔架105、塔基106和风力检测仪107。风力以一定角度和速度作用在桨叶101上，使桨叶101产生旋转力矩而转动，从而将风能转换为机械能，旋转的桨叶101将驱动塔架104上的发电机发电，实现风能转换为电能。
在风力发电机的工作过程中，风力发电机捕获风能的数量与风速成三次方关系，导流罩102的转动轴与风向的夹角也影响风力发电机捕获风能的效率；当导流罩102的转动轴与风向之间存在夹角时，将降低风力发电机风力发电机捕获风能的效率，同时，导流罩102的转动轴与风向之间存在夹角时,偏向的风力会给风力发电机产生一个很大的偏载荷，降低风力发电机的使用寿命。所以，准确获取风向和风速等风力参数，对于风力发电机的发电效率和使用寿命等都至关重要。
现有技术中，风力检测仪107通常包括风向标和风速仪，使用风向标和风速仪来检测风向和风速等风力参数，风力检测仪107安装在叶轮101后面的机舱罩104上，由于气流经过叶轮101的阻挡或干扰之后才到达风力检测仪107，因此风速和风向等风力参数均发生变化，所以，风力检测仪107获取的风速和风向等风力参数精确度低、误差大。发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种风力检测的方法、风力检测仪和风力发电机，用于解决现有技术中检测到的风力参数精确度低、误差大的问题。
为此，本发明提供一种风力检测的方法，其中，包括:
检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号；
根据所述至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风向。
其中，所述风力检测的方法还包括:
根据所述至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风速。
其中，所述至少两个预设位置包括:
第一位置和第二位置；
所述第一位置和第二位置分别为所述检测点旋转时经过的圆周与该圆周在水平方向的直径相交的位置。
其中，所述至少两个预设位置还包括:
第三位置和第四位置；
所述第三位置和第四位置分别为所述检测点旋转时经过的圆周与该圆周在竖直方向的直径相交的位置。
其中，所述检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号包括:
检测所述旋转部件上的检测点的位置信号；
在所述旋转部件上的检测点处于预设位置时，检测所述检测点的力学信号。
其中，所述检测所述旋转部件上的检测点的位置信号包括:
通过加速度传感器检测所述旋转部件上的检测点的位置信号；
在所述加速度传感器检测到的加速度为水平预设值时，标识所述旋转部件上的检测点处于所述第一位置和第二位置。
其中，所述检测点的力学信号包括:
所述检测点的压力信号、拉力信号和压强信号中的至少一种。
其中，所述旋转部件为风力发电机的导流罩。
本发明还提供一种风力检测仪，其中包括:
力学传感器，用于检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号;
信号处理器，用于根据所述至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风向。
其中，所述信号处理器还用于:
根据所述至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风速。
其中，所述力学传感器包括:
压力传感器、拉力传感器和压强传感器中的至少一种；
所述压力传感器、拉力传感器和压强传感器分别用于检测所述检测点的压力信号、拉力信号和压强信号。
其中，所述风力检测仪还包括:
位置传感器，用于检测所述旋转部件上的检测点的位置信号；
基于所述位置传感器检测到的位置信号确定所述旋转部件上的检测点处于预设位置时，所述力学传感器检测所述检测点的力学信号。
其中，所述位置传感器包括:
加速度传感器，在所述加速度传感器检测到的加速度为水平预设值时，标识所述旋转部件上的检测点处于第一位置和第二位置；
所述第一位置和第二位置分别为所述检测点旋转时经过的圆周与该圆周在水平方向的直径相交的位置。
其中，所述风力检测仪还包括:
框架，所述力学传感器和位置传感器安装在所述框架上。
其中，所述框架为圆柱体，所述力学传感器包括压力传感器和/或拉力传感器；
所述力学传感器和位置传感器安装在所述框架的表面。
其中，所述框架为圆柱体，所述力学传感器包括压强传感器；
所述位置传感器安装在所述框架的表面；
所述压强传感器安装在所述框架的内部，并通过通孔与外部气流接触。
其中，所述框架包括固定连接的圆柱体和平板，所述力学传感器包括压力传感器和/或拉力传感器；
所述力学传感器和位置传感器安装在所述框架的表面。
其中，所述框架包括固定连接的圆柱体和平板，所述力学传感器包括压强传感器；
所述位置传感器安装在所述框架的表面；
所述压强传感器安装在所述框架的内部，并通过通孔与外部气流接触。
本发明还提供一种风力发电机，其中，包括上述的任意一种风力检测仪。
本发明具有下述有益效果:
本发明提供的风力检测的方法，通过检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号，可以直接检测旋转部件在旋转过程中所承载的风力产生的力学信号，检测到的旋转部件上力学信号的精确度高、误差小，然后根据上述力学信号可以计算得到精确度高的风向。
本发明提供的风力检测仪，通过力学传感器检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号，可以直接检测旋转部件在旋转过程中所承载的风力产生的力学信号，检测到的旋转部件上力学信号的精确度高、误差小，然后根据上述力学信号可以计算得到精确度高的风向。
本发明提供的风力发电机，通过将风力检测仪安装在桨叶的上风向，以提高风力检测仪检测到的作用在桨叶风力参数时的精确度，风力发电机根据风力参数调整叶轮旋转时的转动轴以与风向平行，从而提高风力发电机的发电效率，减少风力发电机的偏载荷，延长风力发电机的使用寿命。


图1为现有技术风力发电机的结构示意图2为本发明风力检测的方法第一实施例的流程图3为本发明风力检测的方法第二实施例的流程图4为本实施例中检测点的运动轨迹示意图5为本发明风力检测仪第一实施例的结构示意图6为本发明风力检测仪第二实施例的结构示意图7为本发明风力检测仪第三实施例的结构示意图8为本发明风力检测仪第四实施例的结构示意图9为本发明风力检测仪第四实施例的主视图10为本发明风力检测仪第四实施例的俯视图11为本发明风力发电机第一实施例的结构示意图12为本发明风力发电机第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的风力检测的方法、风力检测仪和风力发电机进行详细描述。
图2为本发明风力检测的方法第一实施例的流程图。如图2所示，本实施例中风力检测的方法具体包括如下步骤:
步骤201、检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号。
本步骤中，在旋转部件的旋转过程中，旋转部件上的检测点也在旋转，当检测点旋转到预设位置的时候，检测旋转部件上检测点处的力学信号，其中，预设位置至少有两个。检测得到旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号之后，进入步骤202。
步骤202、根据上述至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风向。
在本步骤中，根据检测点在处于至少两个预设位置时检测到的力学信号，并利用伯努利方程计算风力的风向，以得到旋转部件的转动轴与风向之间的夹角，利用伯努利方程计算风速的过程为现有技术，在此不再赘述。
在实际应用中，旋转部件可以为风力发电机上的导流罩等。
在本实施例中，通过检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号，可以直接检测旋转部件在旋转过程中所承载的风力产生的力学信号，检测到的作用在桨叶上的力学信号的精确度高、误差小，然后根据上述力学信号可以计算得到精确度高的风向。
图3为本发明风力检测的方法第二实施例的流程图，图4为本实施例中检测点的运动轨迹示意图。本实施例中，在旋转部件的检测点位置安装力学传感器，力学传感器可以检测到风力在检测点位置处的压力信号、拉力信号和压强信号中的至少一种；其中，加速度传感器和力学传感器在旋转部件带动下同步转动；在旋转部件的旋转过程中，可以通过加速度传感器检测安装旋转部件上检测点处的力学传感器的位置信号，力学传感器和加速度传感器的连线与旋转部件的转动轴相交。如图3所示，本实施例中风力检测的方法具体包括如下步骤:
步骤301、通过加速度传感器检测旋转部件上的检测点的位置信号。
在本步骤中，旋转部件绕转动轴旋转时，带动位置传感器和力学传感器绕转动轴做圆周运动，加速度传感器可以检测到力学传感器处于圆周的准确位置。如图4所示，在检测点400转动的圆周上设定两个预设位置，包括第一位置A和第二位置B，第一位置A和第二位置B分别为检测点旋转时经过的圆周与该圆周在水平方向的直径AB相交的位置。设定加速度传感器到达第一位置A或第二位置B，加速度传感器检测得到的加速度为水平预设值，水平预设值可以根据加速度传感器以及旋转部件的转速等参数来设置。
当加速度传感器检测到的加速度为水平预设值时，标识力学传感器到达圆周上的第一位置A或第二位置B，则进入步骤302。
步骤302、通过力学传感器检测旋转部件上检测点在至少两个预设位置上的力学信号。
在本步骤中，基于位置传感器检测到的位置信号确定旋转部件上的检测点处于预设位置时，力学传感器将检测出旋转部件上的检测点的力学信号，包括风力在第一位置A和第二位置B处产生的力学信号后，进入步骤303。
步骤303、根据上述至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风向。
在本步骤中，通过位置传感器检测出旋转部件上检测点处于预设位置时的位置信号，通过力学传感器检测出旋转部件上检测点的在预设位置处的力学信号，根据伯努利方程计算风力的风向，从而得到旋转部件的转动轴与风向之间的夹角。
在实际应用中，旋转部件可以为风力发电机上的导流罩；进一步的，利用检测点在各个预设位置处的力学信号，还可以计算得到风力的风速等风力参数。
如图4所示，还可以在检测点400旋转时经过的圆周上设定更多的预设位置。例如，在力学传感器转动的圆周上再设定两个预设位置，分别为第三位置C和第四位置D，第三位置C和第四位置D分别为检测点400旋转时经过的圆周与该圆周在竖直方向的直径CD相交的位置，通过检测四个预设位置处的力学信号，可以更准确地获取风力。
在本实施例中，通过加速度传感器检测旋转部件上的检测点的位置信号，通过力学传感器检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号，从而可直接获得旋转部件在旋转过程中不同位置上承载的风力产生的力学信号，检测到的作用在桨叶上的力学信号的精确度高、误差小，然后根据上述力学信号可计算得到精确度高的风向。
图5为本发明风力检测仪第一实施例的结构示意图。如图5所示，本实施例风力检测仪包括力学传感器501和信号处理器502，其中，力学传感器501用于检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号，在实际应用中，通常将力学传感器安装在旋转部件的前端或者迎风面；信号处理器502用于根据至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风向。
在本实施例中，通过力学传感器检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号，可以直接检测旋转部件在旋转过程中所承载的风力产生的力学信号，检测到的旋转部件上力学信号的精确度高、误差小，然后根据上述力学信号可以计算得到精确度高的风向。
图6为本发明风力检测仪第二实施例的结构示意图。如图6所示，在如图5所示风力检测仪的基础上，本实施例中的风力检测仪还包括位置传感器503，位置传感器503与信号处理器502连接，用于检测旋转部件上的检测点的位置信号，也就是检测安装在检测点位置处的力学传感器501的位置信号，信号处理器502基于位置传感器503检测到的位置信号确定旋转部件上的检测点处于预设位置时，获取力学传感器检测旋转部件上检测点的力学信号，信号处理器502根据力学传感器501在预设位置处检测得到的力学信号，利用伯努利方程可以计算出风力的风向。
进一步的，信号处理器还可以根据至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风速等风力参数。
在实际应用中，力学传感器501可以包括压力传感器、拉力传感器和压强传感器中的一种或多种，压力传感器、拉力传感器和压强传感器分别用于检测检测点的压力信号、拉力信号和压强信号；位置传感器503可以为加速度传感器；基于位置传感器503检测到的位置信号确定旋转部件上的检测点处于预设位置时，力学传感器501检测旋转部件上的检测点的力学信号。参阅图4，第一位置A和第二位置B为检测点旋转时经过的圆周与该圆周在水平方向的直径相交的位置，设定位置传感器503处于第一位置A和第二位置B时的加速度为水平预设值，当位置传感器503检测到加速度为水平预设值时，标识力学传感器501处于第一位置A或第二位置B ;信号处理器502根据第一位置A和第二位置B对应的力学信号获取风力的风向和风速等风力参数。
图7为本发明风力检测仪第三实施例的结构示意图。如图7所示，本实施例风力检测仪还包括框架504，框架504为圆柱体，本实施例中，以力学传感器501和位置传感器503分别为压力传感器和加速度传感器为例来介绍技术方案。将力学传感器501和位置传感器503固定安装在框架504的表面，以力学传感器501所在的位置为检测点，位置传感器503通过其显示的加速度来标识力学传感器501的位置信号；力学传感器501和位置传感器503之间的连线与框架504旋转时的转动轴平行。参阅图4，在框架504绕转动轴转动过程中，框架504将带动力学传感器501和位置传感器503做圆周运动，基于位置传感器503检测到的位置信号确定力学传感器501处于第一位置A或第二位置B时，力学传感器501检测得到风力产生的压力信号。
在风力检测仪的工作过程中，位置传感器503检测力学传感器501的位置信号并将其位置信号通知信号处理器502，力学传感器501检测风力产生的压力信号并通知信号处理器502，信号处理器502根据位置信号获取力学传感器501处于第一位置A和第二位置B时检测到的压力信号；由于风速和风力所产生的压力信号成正比，因此可以根据第一位置A和第二位置B处的压力信号计算风速，同时，根据上述力学信号还可以计算出风向和风向等风力参数。
在实际应用中，图7所示的力学传感器501也可以为拉力传感器，通过拉力传感器来检测预设位置的拉力信号，信号处理器根据拉力信号来获取风力的风速、风向等风力参数。
图8为本发明风力检测仪第四实施例的结构示意图。如图8所示，本实施例中，力学传感器501为压强传感器，为使力学传感器501检测到的压强信号更准确，可以将力学传感器501安装在框架504的内部，以力学传感器501所处的位置为检测点，力学传感器501通过通孔505与外界连通，以减少力学传感器501的较大线速度对所检测压强信号的影响，其中，位置传感器503与通孔505之间的连线与框架504旋转时的转动轴平行。框架504绕转动轴转动时，将带动压强传感器和和加速度传感器503绕旋转部件的转动轴做圆周运动，力学传感器501检测圆周上各个位置的压强信号，位置传感器503检测力学传感器501处于圆周上各个位置时的位置信号。
图9为本发明风力检测仪第四实施例的主视图，图10为本发明风力检测仪第四实施例的俯视图。如图9、图10所示，本实施例中的框架为固定在一起的圆柱体5041和平板5042，力学传感器501可以为压力传感器或拉力传感器；通常情况下，力学传感器501和位置传感器503安装在圆柱体5041的表面或平板5042的表面。优选的，力学传感器501安装在平板5042上，以使力学传感器501能充分与气流接触，提高力学传感器501检测到的力学信号的准确度。
进一步的，本实施例中力学传感器501中为压强传感器时，将压强传感器安装在框架的内部，压强传感器通过设置在框架上的通孔与外界气流接触，以减少压强传感器的较大的线速度对所检测压强信号的影响，使压强传感器检测到的风力产生的压强信号更准确、误差更小。
图11为本发明风力发电机第一实施例的结构示意图。如图11所示，本实施例风力发电机包括桨叶101、导流罩102、发电机103、机舱罩104、塔架105和塔基106，风力检测仪20安装在导流罩102上，其中，风力检测仪50可以采用上述的任意一种结构。在本实施例中，风力检测仪50采用图7所示的结构，并参阅图4，在风力发电机桨叶101和导流罩102在风力作用下转动时，安装在导流罩102前端的风力检测仪50也随之转动，风力检测仪50上的力学传感器501和位置传感器503将做圆周运动，力学传感器501检测风力产生的力学信号，力学信号包括压力信号、拉力信号和压强信号中的至少一种。
在风力检测仪的工作过程中，位置传感器503将检测力学传感器501的位置信号并通知信号处理器502，信号处理器502获取力学传感器501处于第一位置A和第二位置B时检测到的力学信号，并根据第一位置A和第二位置B处的力学信号计算风向，同时，以得到风向与叶轮101旋转时的转动轴之间的夹角，风力发电机根据上述夹角调整叶轮101和导流罩102的位置，使叶轮101旋转时的转动轴与风向平行以获取更多的风能，提高风力发电机的发电效率。
在实际应用中，除了获取力学传感器501处于第一位置A和第二位置B时所检测到的力学信号，还可以检测力学传感器501处于其它位置时的力学信号，信号处理器502根据上述的力学信号计算得到风速和风向等风力参数。
图12为本发明风力发电机第二实施例的结构示意图。如图12所示，本实施例中，风力检测仪中的力学传感器和加速度传感器直接固定在风力发电机的导流罩102前端，而不需要通过框架来安装在导流罩102上，以简化风力发电机的结构，减少制造成本。
本发明上述风力发电机的各实施例中，通过将风力检测仪安装在桨叶的上风向，以提高风力检测仪检测到的作用在桨叶风力参数时的精确度，风力发电机根据风力参数调整叶轮旋转时的转动轴以与风向平行，从而提高风力发电机的发电效率，减少风力发电机的偏载荷，延长风力发电机的使用寿命。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种风力检测的方法，其特征在于，包括: 检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号； 根据所述至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风向。
2.根据权利要求1所述的风力检测的方法，其特征在于还包括: 根据所述至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风速。
3.根据权利要求1所述的风力检测的方法，其特征在于，所述至少两个预设位置包括: 第一位置和第二位置； 所述第一位置和第二位置分别为所述检测点旋转时经过的圆周与该圆周在水平方向的直径相交的位置。
4.根据权利要求3所述的风力检测的方法，其特征在于，所述至少两个预设位置还包括: 第三位置和第四位置； 所述第三位置和第四位置分别为所述检测点旋转时经过的圆周与该圆周在竖直方向的直径相交的位置。
5.根据权利要求3所述的风力检测的方法，其特征在于，所述检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号包括: 检测所述旋转部件上的检测点的位置信号； 在所述旋转部件上的检测点处于预设位置时，检测所述检测点的力学信号。
6.根据权利要求5所述的风力检测的方法，其特征在于，所述检测所述旋转部件上的检测点的位置信号包括: 通过加速度传感器检测所述旋转部件上的检测点的位置信号； 在所述加速度传感器检测到的加速度为水平预设值时，标识所述旋转部件上的检测点处于所述第一位置和第二位置。
7.根据权利要求1所述的风力检测的方法，其特征在于，所述检测点的力学信号包括: 所述检测点的压力信号、拉力信号和压强信号中的至少一种。
8.根据权利要求1-7任一所述的风力检测的方法，其特征在于，所述旋转部件为风力发电机的导流罩。
9.一种风力检测仪，其特征在于包括: 力学传感器，用于检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号； 信号处理器，用于根据所述至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风向。
10.根据权利要求9所述风力检测仪，其特征在于，所述信号处理器还用于: 根据所述至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风速。
11.根据权利要求9所述风力检测仪，其特征在于，所述力学传感器包括: 压力传感器、拉力传感器和压强传感器中的至少一种； 所述压力传感器、拉力传感器和压强传感器分别用于检测所述检测点的压力信号、拉力信号和压强信号。
12.根据权利要求9-11任一所述风力检测仪，其特征在于还包括: 位置传感器，用于检测所述旋转部件上的检测点的位置信号； 基于所述位置传感器检测到的位置信号确定所述旋转部件上的检测点处于预设位置时，所述力学传感器检测所述检测点的力学信号。
13.根据权利要求12所述风力检测仪，其特征在于，所述位置传感器包括: 加速度传感器，在所述加速度传感器检测到的加速度为水平预设值时，标识所述旋转部件上的检测点处于第一位置和第二位置； 所述第一位置和第二位置分别为所述检测点旋转时经过的圆周与该圆周在水平方向的直径相交的位置。
14.根据权利要求12所述风力检测仪，其特征在于还包括: 框架，所述力学传感器和位置传感器安装在所述框架上。
15.根据权利要求14所述风力检测仪，其特征在于，所述框架为圆柱体，所述力学传感器包括压力传感器和/或拉力传感器； 所述力学传感器和位置传感器安装在所述框架的表面。
16.根据权利要求14所述风力检测仪，其特征在于，所述框架为圆柱体，所述力学传感器包括压强传感器； 所述位置传感器安装在所述框架的表面； 所述压强传感器安装在所述框架的内部，并通过通孔与外部气流接触。
17.根据权利要求14所述风力检测仪，其特征在于，所述框架包括固定连接的圆柱体和平板，所述力学传感器包括压力传感器和 /或拉力传感器； 所述力学传感器和位置传感器安装在所述框架的表面。
18.根据权利要求14所述风力检测仪，其特征在于，所述框架包括固定连接的圆柱体和平板，所述力学传感器包括压强传感器； 所述位置传感器安装在所述框架的表面； 所述压强传感器安装在所述框架的内部，并通过通孔与外部气流接触。
19.一种风力发电机，其特征在于，包括权利要求9-18任一所述的风力检测仪。
全文摘要
本发明提供一种风力检测的方法、风力检测仪和风力发电机，其中，风力检测的方法包括检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号；根据所述至少两个预设位置及其对应的力学信号获取风力的风向。本发明提供的上述实施例中，通过检测旋转部件上的检测点处于至少两个预设位置时的力学信号，可以直接检测旋转部件在旋转过程中所承载的风力产生的力学信号，检测到的作用在桨叶上的力学信号的精确度高、误差小，然后根据上述力学信号可以计算得到精确度高的风向。
文档编号G01P13/00GK103163325SQ201110416749
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者葛俊豪, 刘河 申请人:北京金风科创风电设备有限公司