CN107677214A - 发电机气隙的实时检测系统、方法和风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了发电机气隙的实时检测系统、方法和风力发电机组，该系统包括：检测电路和至少一对信号发射装置和信号接收装置；每个信号发射装置与对应的信号接收装置，轴向正对且分别设置于定子与转子之间的气隙的两端外侧；信号发射装置为可伸缩的信号发射装置，其伸缩范围覆盖气隙的宽度；信号接收装置的信号接收范围覆盖信号发射装置的伸缩范围；检测电路分别与信号发射装置和信号接收装置电连接，用于控制每个信号发射装置边发射无线信号边进行伸缩，根据对应的信号接收装置反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度；从而在不影响发电机运行的情况下，更加精确和实时地检测气隙的实际宽度。
Description
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，具体而言，本发明涉及一种发电机气隙的实时检测系统、方法和风力发电机组。
背景技术
发电机包括定子和转子，定子静止不动，转子为旋转件。定子和转子之间存在一定的气隙，用以保证转子在旋转时不与定子发生摩擦，避免造成扫膛，烧坏电机。气隙宽度(转子与定子之间的径向距离)的大小，决定磁通量的大小，如果气隙宽度较大的话，漏磁就多，那么发电机的发电效率就会降低；如果气隙宽度太小，就容易扫定子膛。因此，需要将气隙宽度控制到一个合理的数值，才能达到最佳效果。
众多因素容易造成气隙宽度的变化：例如，电机的定子、转子在生产时有一定的加工误差，定转子并不能保证都是圆形，实际中更多的形状是椭圆形或类椭圆形，这会影响局部气隙宽度大小；定子、转子在套装时不能保证圆心完全重合(即偏心)，偏心会影响气隙宽度的大小；定子、转子在运行时受到重力、温度场、偏心磁拉力、或短路扭矩等工况的影响，转子容易发生不同程度的变形，这也会导致气隙宽度大小的变化。
较多的因素影响气隙宽度的变化，导致测量相对比较困难，特别是发电机处于运行状态时气隙实际宽度难以测量；气隙的实际宽度对电机的成本又有着至关重要的影响，这又要求技术人员必须去测量。
传统的气隙宽度的一种测量方法是在发电机出厂时，在发电机未运行状态下，测量并选取若干静态的、冷态的气隙大小的数据，以此作为气隙大小的参考。
现有的气隙宽度的另一种测量方法是在发电机运行时通过电涡流传感器间接测量气隙宽度变化的范围，结合冷态的气隙宽度数据求出气隙宽度的大概范围。
然而，本发明的发明人发现，现有的气象宽度的测量方法存在不少的缺陷：例如，冷态测量的气隙宽度值只是发电机处于非运行状态时的数值，不能精确反映发电机处于运行工况下的气隙宽度值，导致两者存在很大的误差；间接测量只能通过测量气隙外某一点的变化来间接反映气隙内的宽度变化，也存在很大的误差，而且无法测量出因转子倾斜等因素所造成的气隙宽度不均匀，所以也不能精确的反映气隙宽度的实时变化。总之，现有方法测得的气隙宽度的精确度较低。
而且，气隙宽度的大小决定磁通量的大小，进而决定设计原材料的用量。磁通量大则需要较少的永磁体用量和较少的线圈(大部分材料为铜)；反之，则需要较大的永磁体和线圈。而永磁体的材料来源于稀土，铜属于贵金属，两者得到成本都较高。由于现有方法无法精确地检测气隙宽度的大小，导致发电机在设计时通常选择的气隙宽度值偏大，导致设计出的发电机成本较高。
另外，本发明的发明人还发现，以外转子内定子型的发电机为例，发电机在工作过程中，通常有异物(例如失效的胶块)侵入或意外工况(例如碰撞)的变形发生，然而现有方法无法及时地检测出气隙宽度的变化，很容易造成转子的内表面和定子内表面的摩擦，轻则造成永磁体、绕组绝缘的损伤，重则直接造成发电机扫膛，直接失效。总之，现有方法无法及时检测气隙宽度。
综上，现有技术存在检测发电机气隙宽度不够精确、或者不够及时的缺陷。
发明内容
本发明针对现有方式的缺点，提出一种发电机气隙的实时检测系统、方法和风力发电机组，用以解决现有技术存在检测发电机气隙宽度不够精确、或者不够及时的问题。
本发明的实施例根据第一个方面，提供了一种发电机气隙的实时检测系统，包括：检测电路和至少一对信号发射装置和信号接收装置；
每个信号发射装置与对应的信号接收装置，轴向正对且分别设置于定子与转子之间的气隙的两端外侧；
所述信号发射装置为可伸缩的信号发射装置，其伸缩范围覆盖所述气隙的宽度；
所述信号接收装置的信号接收范围覆盖所述信号发射装置的伸缩范围；
检测电路分别与所述信号发射装置和信号接收装置电连接，用于控制每个信号发射装置边发射无线信号边进行伸缩，根据对应的信号接收装置反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度。
较佳地，所述信号发射装置包括：信号发射器和可伸缩臂；
所述信号发射器通过所述可伸缩臂与所述定子相连接，所述信号发射器的径向伸缩范围大于所述气隙的理论宽度；
所述检测电路分别与所述信号发射器和可伸缩臂电连接；
和/或，所述信号发射器具体为光信号发射源；
和/或，所述可伸缩臂的伸缩精度为百微米级别至微米级别。
较佳地，当所述定子具体为内定子时，所述信号发射器基于所述可伸缩臂的径向伸缩范围，大于外转子的磁极内周壁半径与所述内定子的铁芯外周壁半径的差值的绝对值。
较佳地，所述信号发射器基于所述可伸缩臂径向伸缩的上限半径，大于所述外转子的磁极内周壁半径且小于所述外转子的磁轭内壁半径；
且，所述信号发射器基于所述可伸缩臂径向伸缩的下限半径，小于所述内定子的铁芯外周壁的半径。
较佳地，所述信号发射装置还包括：第一、二发射器固定支架；
第一发射器固定支架的一端设置有所述信号发射器，另一端与所述可伸缩臂的一端相固接；
第二发射器固定支架的一端与所述可伸缩臂的另一端相固接，另一端固接在所述定子上。
较佳地，第二发射器固定支架的另一端固接在所述定子的一个垂直于轴向的端面上或所述定子的定子支架上。
较佳地，所述信号接收装置包括：信号接收器和信号接收支架；
所述信号接收支架的一端设置有所述信号接收器，另一端固定在所述定子上；
所述信号接收器与所述信号发射器轴向正对，且所述信号接收器的径向信号接收范围大于所述信号发射器的径向伸缩范围；
所述检测电路与所述信号接收器电连接；
和/或，所述信号接收器具体为光电传感器。
较佳地，所述信号接收支架的另一端固接在所述定子的另一个垂直于轴向的端面上或所述定子的定子支架上。
本发明的实施例根据第二个方面，还提供了一种风力发电机组，包括：本发明实施例根据第一个方面提供上述任一项所述的发电机气隙的实时检测系统。
本发明的实施例根据第三个方面，还提供一种发电机气隙的实时检测方法，包括：
对于至少一对分设于定子与转子之间的气隙的两端外侧的信号接收装置和可伸缩的信号发射装置，控制每个所述信号发射装置发射无线信号，并根据对应的信号接收装置反馈的电信号对该信号发射装置进行伸缩；
根据对应的信号接收装置反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度。
较佳地，所述控制每个所述信号发射装置发射无线信号，并根据对应的信号接收装置反馈的电信号对该信号发射装置进行伸缩，包括：
控制所述信号发射装置中的信号发射器持续发射无线信号；
当接收到所述信号接收装置中信号接收器反馈的第一类型电信号时，控制所述信号发射装置中的可伸缩臂沿原径向继续伸展或回缩；
当接收到所述信号接收器反馈的第二类型电信号时，控制所述可伸缩臂沿相反的径向继续回缩或伸展，直到接收到下一个第二类型电信号；
其中，所述信号接收器接收到所述无线信号时反馈第一类型电信号，否则反馈第二类型电信号。
较佳地，所述根据对应的信号接收装置反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度，包括：
确定出所述信号接收装置中信号接收器反馈的相邻两次第二类型电信号的时间间隔；
根据所述时间间隔和可伸缩臂的预设的伸缩速度，确定出所述气隙在该对信号发射装置和信号接收装置处的候选实际宽度，作为所述气隙的实际宽度。
较佳地，本发明实施例的发电机气隙的实时检测方法，还包括：
当确定出所述相邻两次第二类型电信号的时间间隔，不大于所述可伸缩臂伸缩一个预设的气隙的最小允许宽度时，则确定出所述气隙在该对信号发射装置和信号接收装置处的实际宽度异常。
本发明与现有技术相比，具备如下有益的技术效果：
1、本发明实施例中，每个信号发射装置与对应的信号接收装置都设置在发电机内部，轴向正对且分别设置于定子与转子之间的气隙的两端外侧，不会对气隙产生影响，不会影响发电机转子或定子的正常运行。每个信号发射装置与对应的信号接收装置，都支持在发电机处于正常运行等各种工作状态时直接实时地检测气隙的实际宽度。而且，每个信号发射装置的伸缩范围覆盖该气隙的宽度，说明每个信号发射装置发出的无线信号覆盖整个气隙的宽度；对应的信号接收装置的信号接收范围覆盖信号发射装置的伸缩范围，接收到该无线信号时说明两者之间的轴向空间畅通仍属于气隙的范围，未接收到该无线信号时说明两者之间的轴向空间被阻断已经不属于气隙的范围，对应输出指定类型的电信号；检测电路支持控制信号发射装置一边覆盖气隙进行伸缩一边持续发射出无线信号，同时根据对应的信号接收装置反馈的指定类型的电信号的时间间隔，精确地确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度。从而本发明实施例支持在发电机运行时，在不影响发电机运行的情况下，更加精确和实时地检测转子与定子之间的气隙的实际宽度。
2、根据本发明实施例确定出的更加精确的气隙的实际宽度，能够在后续的发电机设计中采用更小的气隙，与传统的选择偏大的气隙宽度相比，大大缩小气隙宽度，有利于增大发电机的磁通量，能够减少永磁体和线圈的用量，降低发电机的成本。
3、本发明实施例中，信号发射装置中的信号发射器具体为光信号发射源，可以发射出指定波长的光信号，既可以与信号接收装置配合完成对气隙所属轴向空间是否被阻挡的检测，从而精确且实时地检测出气隙的实际宽度；又不会对气隙所属轴向空间产生影响；而且光信号的信号发射器技术成熟，可靠性较高，且成本较低。
4、本发明实施例中，可伸缩臂的伸缩精度为百微米级别至微米级别。可伸缩臂的伸缩精度较高，能够把气隙宽度划分为较为精细且数据较多的气隙子宽度，支持检测每个气隙子宽度的轴向空间是否被阻挡来确定该气隙子宽度处的气隙是否产生形变或者附着了异物，从而能够进一步提升检测气隙的实际宽度的精度。
5、本发明实施例中，信号发射装置中的第二发射器固定支架的另一端固定连接在定子的定子支架上，以远离定子的铁芯和绕组端部等温度变形区，以保障相固定连接的信号发射器与信号接收装置的位置正对平行。
6、本发明实施例中，信号接收装置中的信号接收器具体为光电传感器，用于接收到信号发射器发射出的指定波长的光信号时，输出第一类型电信号；未接收到该指定波长的光信号时，输出第二类型电信号。既可以与信号发射器和可伸缩臂配合完成对气隙所属轴向空间是否被阻挡的检测，从而精确且实时地检测出气隙的实际宽度；又不会对气隙所属轴向空间产生影响；而且光信号的信号接收器技术成熟，可靠性较高，且成本较低。
7、本发明实施例中，信号接收装置中的信号接收支架的另一端固接在定子的定子支架上，以远离定子的铁芯和绕组端部等温度变形区，以保障相固定连接的信号接收器与信号发射器的位置正对平行。
8、本发明实施例中，在定子端面的径向圆周上均匀布设多对信号发射装置和信号接收装置；利用多对信号发射装置和信号接收装置可以在任意时刻，精确地检测获得气隙的实际宽度并对气隙的实际宽度进行监控，能够及时发现气隙内是否存在异物。
9、本发明实施例中，检测电路与发电机电连接，还用于将信号接收器反馈的相邻两次第二类型电信号的时间间隔，与可伸缩臂伸缩一个预设的气隙的最小允许宽度所需的时间间隔相比较，当前者不大于后者时，确定出气隙的实际宽度异常。便于及时控制发电机停机，可以有效防止异常扩大或事故的发生，提升发电机的可靠性和安全性。
10、本发明实施例中，控制信号发射装置中的信号发射器持续发射无线信号；信号接收器接收到无线信号时反馈第一类型电信号，否则反馈第二类型电信号；当接收到信号接收装置中信号接收器反馈的第一类型电信号时，控制信号发射装置中的可伸缩臂沿原径向继续伸展或回缩；当接收到信号接收器反馈的第二类型电信号时，控制可伸缩臂沿相反的径向继续回缩或伸展，直到接收到下一个第二类型电信号。本发明实施例的可伸缩臂的伸缩方式，既可以覆盖整个气隙的实际宽度进行精确地检测，又不会产生冗余检测，使得检测速度快效率高，有利于及时确定出气隙的实际宽度。
11、本发明实施例中，将信号接收器反馈的相邻两次第二类型电信号的时间间隔，与可伸缩臂伸缩一个预设的气隙的最小允许宽度所需的时间间隔相比较，当前者不大于后者时，可以精确且及时地确定出气隙的实际宽度异常，及时控制发电机停机，可以有效防止异常扩大或事故的发生，提升发电机的可靠性和安全性。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的发电机气隙的实时检测系统内部结构的一个实例的示意图；
图2为本发明实施例的发电机气隙的实时检测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明的发明人考虑到，需要在发电机正常运行时，在不影响发电机正常运行的情况下，实时地检测转子与定子之间的气隙的实际宽度，从而得到更为准确和及时的气隙的宽度值。
基于上述考虑，本发明实施例提供了一种发电机气隙的实时检测系统。
图1为本发明实施例的发电机气隙的实时检测系统内部结构的一个实例的示意图。如图1所示，本发明实施例的发电机气隙的实时检测系统，包括：检测电路和至少一对信号发射装置30和信号接收装置40；
每个信号发射装置30与对应的信号接收装置40，轴向正对且分别设置于定子20与转子10之间的气隙的两端外侧。本发明实施例中的轴向具体指与发电机定子或转子的旋转轴相平行的轴所延伸的方向。
信号发射装置30为可伸缩的信号发射装置，其伸缩范围覆盖该气隙的宽度。本发明实施例中的径向为在垂直于轴向的平面内，基于表示发电机定子或转子的旋转轴的圆心的半径或直径所在方向。气隙的宽度指定子与转子之间的径向距离。
信号接收装置40的信号接收范围覆盖信号发射装置30的伸缩范围。
检测电路设置于发电机的外围，分别与信号发射装置30和信号接收装置40电连接，用于控制每个信号发射装置30边发射无线信号边进行伸缩，根据对应的信号接收装置40反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度。
较佳地，检测电路用于控制每个信号发射装置30发射无线信号，并根据对应的信号接收装置40反馈的电信号对该信号发射装置30进行伸缩；根据对应的信号接收装置40反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度。由于检测电路设置于发电机的外围，因此未标示在图1中。
虽然图1中的定子为内定子且转子为外转子，但图1仅仅是示例，事实上本发明实施例的发电机气隙的实时检测系统也可以应用于实时检测基于外定子和内转子的发电机的气隙。
本发明实施例中的信号发射装置30发射的无线信号具体可以是指定波长的电磁波信号，例如红外信号、可见光波段的光信号、紫外信号或射频信号等等。
本发明实施例中，每个信号发射装置与对应的信号接收装置都设置在发电机内部，轴向正对且分别设置于定子与转子之间的气隙的两端外侧，不会对气隙产生影响，不会影响发电机转子或定子的正常运行。每个信号发射装置与对应的信号接收装置，都支持在发电机处于正常运行等各种工作状态时直接实时地检测气隙的实际宽度。而且，每个信号发射装置的伸缩范围覆盖该气隙的宽度，说明每个信号发射装置发出的无线信号覆盖整个气隙的宽度；对应的信号接收装置的信号接收范围覆盖信号发射装置的伸缩范围，接收到该无线信号时说明两者之间的轴向空间畅通仍属于气隙的范围，未接收到该无线信号时说明两者之间的轴向空间被阻断已经不属于气隙的范围，对应输出指定类型的电信号；检测电路支持控制信号发射装置一边覆盖气隙进行伸缩一边持续发射出无线信号，同时根据对应的信号接收装置反馈的指定类型的电信号的时间间隔，精确地确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度。从而本发明实施例支持在发电机运行时，在不影响发电机运行的情况下，更加精确和实时地检测转子与定子之间的气隙的实际宽度。
较佳地，如图1所示，本发明实施例的信号发射装置30包括：信号发射器31和可伸缩臂33。
信号发射器31通过可伸缩臂33与定子20相连接，信号发射器31的径向伸缩范围L1大于气隙的理论宽度δ1。本领域技术人员可以通过实验数据、历史数据、运营数据、设计数据和/或实际情况等预先确定出气隙的理论宽度。
检测电路分别与信号发射器31和可伸缩臂33电连接，用于一边控制信号发射器31持续发射出无线信号一边根据对应的信号接收装置40反馈的电信号控制可伸缩臂33进行径向伸缩。
较佳地，信号发射器31具体为光信号发射源，可以发射出指定波长的光信号，既可以与信号接收装置40配合完成对气隙所属轴向空间是否被阻挡的检测，从而精确且实时地检测出气隙的实际宽度δ2；又不会对气隙所属轴向空间产生影响；而且光信号的信号发射器31技术成熟，可靠性较高，且成本较低。
较佳地，可伸缩臂33的伸缩精度为百微米级别至微米级别。可伸缩臂33的伸缩精度较高，能够把气隙宽度划分为较为精细且数据较多的气隙子宽度，支持检测每个气隙子宽度的轴向空间是否被阻挡来确定该气隙子宽度处的气隙是否产生形变或者附着了异物，从而能够进一步提升检测气隙的实际宽度的精度。
较佳地，如图1所示，当本发明实施例中涉及的定子具体为内定子20时，内定子20包括铁芯21；外转子10包括端盖11、磁轭12和磁极14，磁轭12包括磁轭内壁13，磁极14包括磁极内周壁15；端盖11设置于磁轭12的两端，磁极14设置于磁轭内壁13上。
信号发射器31基于可伸缩臂33的径向伸缩范围，大于外转子10的磁极内周壁15半径与内定子20的铁芯外周壁23半径的差值的绝对值。
进一步，如图1所示，信号发射器31基于可伸缩臂33径向伸缩的上限半径，大于外转子10的磁极内周壁15半径D2且小于外转子10的磁轭内壁13半径D1；且，信号发射器31基于可伸缩臂33径向伸缩的下限半径，小于内定子20的铁芯外周壁23的半径D3。
其中，信号发射器31基于可伸缩臂33径向伸缩的半径具体是指，信号发射器31至外转子10或内定子20的旋转轴之间的径向距离。信号发射器31基于可伸缩臂33径向伸缩的上限半径具体是指，信号发射器31至外转子10或内定子20的旋转轴之间的最大径向距离(此时可伸缩臂33向外径向伸展到上限，到达距离外转子10最近的位置)。信号发射器31基于可伸缩臂33径向伸缩的下限半径具体是指，信号发射器31至外转子10或内定子20的旋转轴之间的最小径向距离(此时可伸缩臂33向内径向缩短到下限，到达距离内定子20最近的位置)。
较佳地，如图1所示，信号发射装置30还包括：第一发射器固定支架32和第二发射器固定支架34。
第一发射器固定支架32的一端设置有信号发射器31，另一端与可伸缩臂33的一端相固定连接；第二发射器固定支架34的一端与可伸缩臂33的另一端相固接，另一端固定连接在定子上。
进一步，如图1所示，本发明实施例中的定子还包括定子支架22。
第二发射器固定支架34的另一端固定连接在定子的一个垂直于轴向的端面上。或者，第二发射器固定支架34的另一端固定连接在定子的定子支架22上，以远离定子的铁芯21和绕组端部等温度变形区，以保障相固定连接的信号发射器31与信号接收装置40的位置正对平行。
较佳地，如图1所示，信号接收装置40包括：信号接收器42和信号接收支架41。
信号接收支架41的一端设置有信号接收器42，另一端固定在定子上。
信号接收器42与信号发射器31轴向正对，且信号接收器42的径向信号接收范围L2大于信号发射器31的径向伸缩范围L1。信号接收器42用于接收到信号发射器31发射出的无线信号时，输出第一类型电信号；未接收到该无线信号时，输出第二类型电信号。
本发明实施例中的检测电路与信号接收器40电连接，用于根据对应的信号接收装置40中信号接收器42反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度。
进一步，信号接收器42的信号接收端与信号发射器31的信号发射端轴向正对。
进一步，信号接收器42在径向平面内垂直于径向的尺寸(当径向接收范围理解为宽度时，该尺寸可以理解为长度或高度)，大于信号发射器31在径向平面内垂直于径向的尺寸，使得信号发射器31发射的所有无线信号都能够被信号接收器42所接收。
较佳地，信号接收器41具体为光电传感器，用于接收到信号发射器31发射出的指定波长的光信号时，输出第一类型电信号；未接收到该指定波长的光信号时，输出第二类型电信号。既可以与信号发射器31和可伸缩臂33配合完成对气隙所属轴向空间是否被阻挡的检测，从而精确且实时地检测出气隙的实际宽度δ2；又不会对气隙所属轴向空间产生影响；而且光信号的信号接收器41技术成熟，可靠性较高，且成本较低。
较佳地，如图1所示，信号接收支架41的另一端固接在定子的另一个垂直于轴向的端面上。或者，信号接收支架41的另一端固接在定子的定子支架22上，以远离定子的铁芯21和绕组端部等温度变形区，以保障相固定连接的信号接收器42与信号发射器31的位置正对平行。
事实上，为准确地获得气隙的宽度值，避免偶然误差，可以在定子端面的径向圆周上均匀布设多对信号发射装置30和信号接收装置40；永磁电机的转子的转速通常较低，可伸缩臂33在一个径向伸缩量程L1的伸缩时间相比于转子的转速通常足够短，尤其是发电机非满发状态时转速的随机性，基本可以认为多对信号发射装置30和信号接收装置40可以360度全方位的覆盖检测定子端面圆周上各位置处的气隙的实际宽度。利用多对信号发射装置30和信号接收装置40可以在任意时刻，精确地检测获得气隙的实际宽度并对气隙的实际宽度进行监控，能够及时发现气隙内是否存在异物。积累足够多的(例如指定数量的)发电机气隙的实际宽度后，可以据此优化现有发电机的内部结构(例如气隙的理论宽度及相关的定子和转子的结构和用料量等)。
更优的，本发明实施例的发电机气隙的实时检测系统，还包括：信息记录系统。信息记录系统用于记录检测电路接收到的多种信息和包含中间检测结果在内的各种检测结果等等。
较佳地，本发明实施例的检测电路与发电机电连接，还用于将信号接收器42反馈的相邻两次第二类型电信号的时间间隔，与可伸缩臂33伸缩一个预设的气隙的最小允许宽度所需的时间间隔相比较，当前者不大于后者时，确定出气隙的实际宽度异常。便于及时控制发电机停机，可以有效防止异常扩大或事故的发生，提升发电机的可靠性和安全性。
基于同一发明思路，本发明实施例还提供了一种风力发电机组，该风力发电机组包括本发明实施例提供的上述任一发电机气隙的实时检测系统。
基于同一发明思路和上述发电机气隙的实时检测系统，本发明实施例还提供了一种配套的发电机气隙的实时检测方法，该方法的流程示意图如图2所示，包括下述步骤：
S201：对于至少一对分设于定子与转子之间的气隙的两端外侧的信号接收装置和可伸缩的信号发射装置，控制每个信号发射装置发射无线信号，并根据对应的信号接收装置反馈的电信号对该信号发射装置进行伸缩。
具体地，控制信号发射装置30中的信号发射器31持续发射无线信号，对应的信号接收装置40中的信号接收器42若接收到该无线信号，说明此时刻信号发射器31与信号接收器42之间的气隙的轴向空间畅通，则反馈(输出)第一类型电信号；若未接收到该无线信号，说明此时刻信号发射器31与信号接收器42之间的气隙的轴向空间被阻断，该轴向空间的至少一处已经被变形的转子、变形的定子或异物占用，则反馈(输出)第二类型电信号。
当接收到信号接收装置40中信号接收器42反馈的第一类型电信号时，控制信号发射装置30中的可伸缩臂33沿原径向继续伸展或回缩；当接收到信号接收器42反馈的第二类型电信号时，控制可伸缩臂沿相反的径向继续回缩或伸展，直到接收到下一个第二类型电信号。
较佳地，第一类型电信号可以是高电平，表示逻辑1；第二类型电信号可以是低电平，表示逻辑0。
例如，信号发射器31在T1时刻在径向伸缩范围中的X1位置发送了一个无线信号Y1，信号接收装置40在接收到无线信号Y1时向检测电路反馈第一类型电信号；检测电路接收到信号接收装置40反馈的第一类型电信号时，记录中间检测结果为1，表明X1位置所在的轴向的信号通道无阻碍。
由于检测电路接收的信号接收装置40反馈的电信号为第一类型电信号，控制信号发射器31继续发射信号，可伸缩臂33继续沿原径向运动，信号接收装置40继续接受并处理信号，直到信号接收装置40未接收到信号发射器发射出的无线信号，此时向检测电路反馈第二类型电信号；检测电路接收到信号接收装置40反馈的第二类型电信号时，记录中间检测结果为0，表明此时刻信号发射器31位置所在的轴向的信号通道被阻碍；此时信号发射器31的时间、位置分别为Tn，Xn；下标n为自然数。
由于检测电路接收的信号接收装置40反馈的电信号为第二类型电信号，控制信号发射器31继续发射信号，并控制可伸缩臂33沿相反的径向(即反方向)运动。直到下一次的中间检测结果记录为0时，信号发射器31的时间、位置分别为Tn+y，Xn+y，下标中的y为自然数。
S202：根据对应的信号接收装置反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度。
具体地，确定出信号接收装置40中信号接收器42反馈的相邻两次第二类型电信号的时间间隔；根据该时间间隔和可伸缩臂33的预设的伸缩速度，确定出气隙在该对信号发射装置30和信号接收装置40处的候选实际宽度，作为气隙的实际宽度。
进一步，将信号接收器42反馈的相邻两次第二类型电信号的时间间隔，与可伸缩臂33伸缩一个预设的气隙的最小允许宽度所需的时间间隔相比较(由于无线信号从信号发射装置30传输至信号接收装置40、以及信号接收装置40根据接收的无线信号反馈电信号等信号传输时间，远远小于可伸缩臂33的伸缩时间，因此可以忽略信号传输时间)；当比较结果为前者大于后者时，确定出气隙在该对信号发射装置30和信号接收装置40处的实际宽度正常。其中，可伸缩臂33伸缩一个预设的气隙的最小允许宽度，可以理解为信号发射器31基于可伸缩臂33的伸缩，对气隙的最小允许宽度所属轴向空间进行遍历扫描。
当仅有一对信号发射装置30和信号接收装置40时，可以确定出发电机仍可以正常工作。
当存在多对信号发射装置30和信号接收装置40时，若确定出气隙在每对信号发射装置30和信号接收装置40处的实际宽度都大于气隙的最小允许宽度时，则可以确定出发电机仍可以正常工作。
当上述比较结果为信号接收器42反馈的相邻两次第二类型电信号的时间间隔，不大于可伸缩臂33伸缩一个预设的气隙的最小允许宽度时，则确定出发电机气隙在该对信号发射装置30和信号接收装置40处的实际宽度异常，该对信号发射装置30传输至信号接收装置40处的气隙区段内有异物、或者定子和转子即将摩擦扫膛，此时控制发电机停止转动。
例如，承接上述步骤中的例子，如果Tn+y和Tn的时间间隔大于可伸缩臂33伸缩一个预设的气隙的最小允许宽度所需的时间间隔，则信号发射器31的两位置Xn+y和Xn的差值就是转子此处气隙的实际宽度值δ2。
进一步，对于每一对信号发射装置30和信号接收装置40所探测的气隙，可以通过重复检测，得到两个以上δ2值，例如多个δ2值，确定其中的最小值，作为发电机基于该对信号发射装置30传输至信号接收装置40检测的气隙的实际宽度。
如果Tn+y和Tn的时间间隔小于可伸缩臂33伸缩一个气隙的最小允许宽度所需的时间间隔，则确定出发电机基于该对信号发射装置30传输至信号接收装置40检测的气隙内有异物、或者定子和转子即将摩擦扫膛，此时控制发电机停止转动。
事实上，当确定出气隙在两对以上信号发射装置和信号接收装置处各自的候选实际宽度时，将最小的候选实际宽度作为气隙的实际宽度。
本发明实施例提供的发电机气隙的实时检测方法中，对于至少一对分设于定子与转子之间的气隙的两端外侧的信号接收装置和可伸缩的信号发射装置，控制每个信号发射装置发射无线信号，并根据对应的信号接收装置反馈的电信号对该信号发射装置进行伸缩；根据对应的信号接收装置反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度。合理控制信号接收装置的伸缩方式，可以使得无线信号被气隙实际宽度的两端分别阻断时，进而使得信号接收装置基于未接收到该无线信号而相邻两次反馈的指定类型的电信号，从而可以根据相邻两次反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出气隙的实际宽度。
而且，本发明实施例的上述方法中，控制信号发射装置中的信号发射器持续发射无线信号；信号接收器接收到无线信号时反馈第一类型电信号，否则反馈第二类型电信号；当接收到信号接收装置中信号接收器反馈的第一类型电信号时，控制信号发射装置中的可伸缩臂沿原径向继续伸展或回缩；当接收到信号接收器反馈的第二类型电信号时，控制可伸缩臂沿相反的径向继续回缩或伸展，直到接收到下一个第二类型电信号。本发明实施例的可伸缩臂的伸缩方式，既可以覆盖整个气隙的实际宽度进行精确地检测，又不会产生冗余检测，使得检测速度快效率高，有利于及时确定出气隙的实际宽度。
进一步，本发明实施例的上述方法中，将信号接收器反馈的相邻两次第二类型电信号的时间间隔，与可伸缩臂伸缩一个预设的气隙的最小允许宽度所需的时间间隔相比较，当前者不大于后者时，可以精确且及时地确定出气隙的实际宽度异常，及时控制发电机停机，可以有效防止异常扩大或事故的发生，提升发电机的可靠性和安全性。
本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种发电机气隙的实时检测系统，其特征在于，包括：检测电路和至少一对信号发射装置和信号接收装置；
每个信号发射装置与对应的信号接收装置，轴向正对且分别设置于定子与转子之间的气隙的两端外侧；
所述信号发射装置为可伸缩的信号发射装置，其伸缩范围覆盖所述气隙的宽度；
所述信号接收装置的信号接收范围覆盖所述信号发射装置的伸缩范围；
检测电路分别与所述信号发射装置和信号接收装置电连接，用于控制每个信号发射装置边发射无线信号边进行伸缩，根据对应的信号接收装置反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发射装置包括：信号发射器和可伸缩臂；
所述信号发射器通过所述可伸缩臂与所述定子相连接，所述信号发射器的径向伸缩范围大于所述气隙的理论宽度；
所述检测电路分别与所述信号发射器和可伸缩臂电连接；
和/或，所述信号发射器具体为光信号发射源；
和/或，所述可伸缩臂的伸缩精度为百微米级别至微米级别。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
当所述定子具体为内定子时，所述信号发射器基于所述可伸缩臂的径向伸缩范围，大于外转子的磁极内周壁半径与所述内定子的铁芯外周壁半径的差值的绝对值。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述信号发射器基于所述可伸缩臂径向伸缩的上限半径，大于所述外转子的磁极内周壁半径且小于所述外转子的磁轭内壁半径；
且，所述信号发射器基于所述可伸缩臂径向伸缩的下限半径，小于所述内定子的铁芯外周壁的半径。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号发射装置还包括：第一、二发射器固定支架；
第一发射器固定支架的一端设置有所述信号发射器，另一端与所述可伸缩臂的一端相固接；
第二发射器固定支架的一端与所述可伸缩臂的另一端相固接，另一端固接在所述定子上。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，第二发射器固定支架的另一端固接在所述定子的一个垂直于轴向的端面上或所述定子的定子支架上。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号接收装置包括：信号接收器和信号接收支架；
所述信号接收支架的一端设置有所述信号接收器，另一端固定在所述定子上；
所述信号接收器与所述信号发射器轴向正对，且所述信号接收器的径向信号接收范围大于所述信号发射器的径向伸缩范围；
所述检测电路与所述信号接收器电连接；
和/或，所述信号接收器具体为光电传感器。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述信号接收支架的另一端固接在所述定子的另一个垂直于轴向的端面上或所述定子的定子支架上。
9.一种风力发电机组，其特征在于，包括：如上述权利要求1-8任一项所述的发电机气隙的实时检测系统。
10.一种发电机气隙的实时检测方法，其特征在于，包括：
对于至少一对分设于定子与转子之间的气隙的两端外侧的信号接收装置和可伸缩的信号发射装置，控制每个所述信号发射装置发射无线信号，并根据对应的信号接收装置反馈的电信号对该信号发射装置进行伸缩；
根据对应的信号接收装置反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制每个所述信号发射装置发射无线信号，并根据对应的信号接收装置反馈的电信号对该信号发射装置进行伸缩，包括：
控制所述信号发射装置中的信号发射器持续发射无线信号；
当接收到所述信号接收装置中信号接收器反馈的第一类型电信号时，控制所述信号发射装置中的可伸缩臂沿原径向继续伸展或回缩；
当接收到所述信号接收器反馈的第二类型电信号时，控制所述可伸缩臂沿相反的径向继续回缩或伸展，直到接收到下一个第二类型电信号；
其中，所述信号接收器接收到所述无线信号时反馈第一类型电信号，否则反馈第二类型电信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据对应的信号接收装置反馈的指定类型的电信号的时间间隔，确定出定子与转子之间的气隙的实际宽度，包括：
确定出所述信号接收装置中信号接收器反馈的相邻两次第二类型电信号的时间间隔；
根据所述时间间隔和可伸缩臂的预设的伸缩速度，确定出所述气隙在该对信号发射装置和信号接收装置处的候选实际宽度，作为所述气隙的实际宽度。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：
当确定出所述相邻两次第二类型电信号的时间间隔，不大于所述可伸缩臂伸缩一个预设的气隙的最小允许宽度时，则确定出所述气隙在该对信号发射装置和信号接收装置处的实际宽度异常。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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