CN117072375A - 一种风电机组、基于电磁激励的偏航启动装置及启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组、基于电磁激励的偏航启动装置及启动方法，涉及风电设备结构领域，为了缩短风电机组的启动时间并降低局部齿轮的载荷，偏航启动装置包括：机舱壳体，为中空的筒状件；偏航齿轮，为环状件，偏航齿轮的下端面连接有环状的延伸法兰；磁线圈缠绕组件，设有多个且均匀分布于延伸法兰的外周与机舱壳体的内周；磁线圈，套设于磁线圈缠绕组件的外周；电源，连接于磁线圈并用于为磁线圈供电；控制系统，信号连接于电源并用于控制电源的开闭；启动系统，连接于偏航齿轮并用于转动偏航齿轮。本申请通过控制电源向磁线圈瞬时供电，产生瞬时的电磁激励，能够瞬间降低偏航齿轮啮合处的静摩擦，偏航时能够减小驱动载荷，缩短启动时间。

Description

一种风电机组、基于电磁激励的偏航启动装置及启动方法

技术领域

本发明涉及风电设备结构技术领域，更具体地说，涉及一种风电机组、基于电磁激励的偏航启动装置及启动方法。

背景技术

风电机组偏航机械系统一般由一套塔筒偏航大齿轮，多个偏航电机、偏航齿轮箱及偏航驱动齿轮组成，通过塔筒偏航齿轮和偏航电机齿轮啮合传递动力。多个偏航电机共用一套控制系统，但控制系统讯号传输可能会存在时间差，从而导致偏航电机启动不同步，造成先启动电机载荷过大；此外由于长期运行磨损，齿轮啮合处会存在不规则间隙，从而造成偏航启动冲击载荷过大，造成偏航大齿轮破损，引发安全事故。软启动的启动方法虽然一定程度降低了偏航启动载荷，但对机组运行工况要求高，成本高、故障率高、启动时间较长，启动时间在1s左右，且在电机不同步时局部齿轮载荷依然过大。

综上所述，如何缩短风电机组的启动时间并降低局部齿轮的载荷，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于电磁激励的偏航启动装置，该装置能够缩短风电机组的启动时间并降低局部齿轮的载荷。

本发明的另一目的是提供一种包括上述启动装置的风电机组以及应用于上述风电机组的启动方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于电磁激励的偏航启动装置，包括：

机舱壳体，为中空的筒状件；

偏航齿轮，设于机舱壳体内，偏航齿轮为环状件，偏航齿轮的下端面连接有环状的延伸法兰；

磁线圈缠绕组件，设有多个且均匀分布于延伸法兰的外周与机舱壳体的内周；

磁线圈，套设于磁线圈缠绕组件的外周；

电源，连接于磁线圈并用于为磁线圈供电；

控制系统，信号连接于电源并用于控制电源的开闭；

启动系统，连接于偏航齿轮并用于转动偏航齿轮。

在一些实施例中，启动系统包括偏航电机与传动齿轮，偏航电机的输出端与传动齿轮连接，传动齿轮与偏航齿轮啮合，偏航电机与控制系统信号连接。

在一些实施例中，延伸法兰上关于偏航齿轮的中心轴线中心对称设置的磁线圈串联连接并设置为一组，延伸法兰上的多组磁线圈并联连接。

在一些实施例中，机舱壳体内周关于机舱壳体的中心轴线中心对称设置的磁线圈串联连接并设置为一组，机舱壳体内周的多组磁线圈并联连接。

在一些实施例中，机舱壳体内周设置的多个磁线圈与延伸法兰外周设置的多个磁线圈一一对应设置。

在一些实施例中，任一磁线圈与电源之间设有检测装置，检测装置用于检测磁线圈是否通电，检测装置与控制系统信号连接。

在一些实施例中，偏航齿轮通过连接件与塔筒连接。

一种风电机组，包括基于电磁激励的偏航启动装置，所述基于电磁激励的偏航启动装置为上述实施例中的基于电磁激励的偏航启动装置。

一种启动方法，应用于上述风电机组，包括：

控制系统控制电源向磁线圈瞬时供电，以瞬间降低偏航齿轮啮合处的静摩擦；

启动偏航电机进行偏航，能够减小驱动载荷，缩短启动时间。

在一些实施例中，控制系统控制电源向磁线圈瞬时供电之后、且在启动偏航电机进行偏航之前，还包括：

检测装置检测所有磁线圈是否通电并将检测结果传递给控制系统；

存在不通电磁线圈时，控制系统控制启动系统增大启动偏航电机的驱动载荷，以保证偏航启动时间不变。

相较于上述背景技术，本发明提供的一种基于电磁激励的偏航启动装置，通过在机舱壳体内设置的偏航齿轮下方连接有环状的延伸法兰，该延伸法兰的外周与机舱壳体的内周均设置有多个磁线圈缠绕组件，磁线圈缠绕组件的外周套设有多个磁线圈，多个磁线圈与电源连接，电源与控制系统连接，电源向磁线圈瞬时供电能够产生电磁激励，瞬间降低偏航齿轮啮合处的静摩擦，电磁激励是指通过在物体上施加电磁场来改变物体的磁性能的一种方法。

风电机组包括上述基于电磁激励的偏航启动装置，本申请提供的应用于上述风电机组的启动方法，风电机组需要偏航时，通过控制系统控制电源向磁线圈瞬时供电，产生瞬时的电磁激励，能够瞬间降低偏航齿轮啮合处的静摩擦，通过启动系统进行偏航时，能够减小驱动载荷，缩短启动时间。

在控制系统控制电源供电与启动偏航电机之间，检测装置能够检测所有的磁线圈是否均正常通电，如存在磁线圈不正常通电的情况，检测装置将检测结果传输给控制系统，控制系统控制偏航电机启动时增大驱动载荷，能够保证偏航启动时间不变，较于现有技术有所缩短，并能够降低局部齿轮的载荷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的偏航齿轮与偏航电机的结构示意图；

图2为本发明所提供的偏航齿轮与偏航电机组合件的正视图；

图3为本发明所提供的偏航齿轮与偏航电机组合件的剖视图；

图4为本发明所提供的基于电磁激励的偏航启动装置的结构示意图。

图1至图4中，附图标记包括：

1为机舱壳体、2为偏航齿轮、3为磁线圈缠绕组件、4为磁线圈、5为延伸法兰、6为偏航电机、7为连接件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种基于电磁激励的偏航启动装置，该启动装置启动时能够缩短启动时间并降低局部齿轮的载荷。

本发明的另一核心是提供一种包括上述启动装置的风电机组。

本申请提供的一种基于电磁激励的偏航启动装置，包括：机舱壳体1、偏航齿轮2、磁线圈缠绕组件3、磁线圈4、电源、控制系统和启动系统。

其中，机舱壳体1为中空的筒状件；

偏航齿轮2设于机舱壳体1内，偏航齿轮2为环状件，偏航齿轮2的下端面连接有环状的延伸法兰5；

磁线圈缠绕组件3设有多个且磁线圈缠绕组件3均匀分布于延伸法兰5的外周与机舱壳体1的内周；

磁线圈4套设于磁线圈缠绕组件3的外周；

电源连接于磁线圈4并用于为磁线圈4供电；

控制系统信号连接于电源并用于控制电源的开闭；

启动系统连接于偏航齿轮2并用于转动偏航齿轮2。

具体来说，请参考附图1至附图4，偏航齿轮2为环状的齿轮，设置于机舱壳体1内部，机舱壳体1内部还设置有用于转动偏航齿轮2的启动系统，偏航齿轮2的下侧连接有环状的延伸法兰5，延伸法兰5的外周设有多个磁线圈缠绕组件3且多个磁线圈缠绕组件3均匀分布于同一水平面内，同时机舱壳体1的内周同样设有位于同一水平面内的多个磁线圈缠绕组件3，每一个磁线圈缠绕组件3的外周缠绕有磁线圈4，每个磁线圈4均与电源单独连接，能够实现单个磁线圈4的供电控制；

由控制系统控制电源向磁线圈4供电，以产生电磁激励，能够大幅降低由启动系统转动偏航齿轮2时所需载荷减小，且启动所需时间能够大幅缩减；

此外，本申请所提供的基于电磁激励的偏航启动装置的电磁感应原理简单，可靠性强，装置成本较低，易于维护和及时更换。

在一些实施例中，启动方式可为软启动或硬启动，软启动的定义为电机启动时电压逐渐增大至额定值，软启动能够减小启动冲击电流，硬启动的定义为电机启动时电机直接输出额定值，硬启动时不能减小启动冲击电流。

在上述实施例的基础之上，启动系统包括偏航电机6与传动齿轮，偏航电机6的输出端与传动齿轮连接，传动齿轮与偏航齿轮2啮合，偏航电机6与控制系统信号连接。

具体来说，偏航电机6与控制系统信号连接，通过控制系统能够及时完成偏航电机6的开启或关闭，由控制系统控制电源向磁线圈4供电后能够由控制系统及时控制偏航电机6开启，以实现风电机组的偏航，该过程时间较短，能够缩减偏航所需时间。

在一些实施例中，延伸法兰5上关于偏航齿轮2的中心轴线中心对称设置的磁线圈4串联连接并设置为一组，延伸法兰5上的多组磁线圈4并联连接。

具体来说，延伸法兰5上设置的多个磁线圈缠绕组件3与磁线圈4的数量相同且为偶数，且关于延伸法兰5的中心点或中心轴线中心对称的一组磁线圈4设置为一组，同一组的磁线圈4与电源串联连接，多组磁线圈4并联连接，当某个磁线圈4损坏时，该磁线圈4中心对称的另一个磁线圈4同时断电，且不影响其他组的磁线圈4，能够保证偏航齿轮2受到电磁激励时的驱动力稳定。

在上述实施例的基础之上，机舱壳体1内周关于机舱壳体1的中心轴线中心对称设置的磁线圈4串联连接并设置为一组，机舱壳体1内周的多组磁线圈4并联连接。

具体来说，机舱壳体1内周设置的多个磁线圈缠绕组件3与磁线圈4的数量相同且一般设置为偶数，机舱壳体1内周设置的磁线圈缠绕组件3与延伸法兰5外周设置的磁线圈缠绕组件3的数量相同，关于机舱壳体1的中心轴线中心对称设置的磁线圈4串联连接并设置为一组，多组磁线圈4并联连接，能够使得一组内的磁线圈4断路情况下其他磁线圈4能够正常工作，以保证偏航齿轮2启动过程中受到的驱动力稳定。

在上述实施例的基础之上，机舱壳体1内周设置的多个磁线圈4与延伸法兰5外周设置的多个磁线圈4一一对应设置。

具体来说，在停机状态下，也即风电机组无需偏航时，机舱壳体1内周设置的多个磁线圈4与延伸法兰5外周设置的多个磁线圈4，一一对应设置，以使风电机组需要偏航时，对应设置的磁线圈4在瞬时通电时能够产生足够大的电磁激励，且能够保证每次需要偏航时，电磁激励的大小相同。

在上述实施例的基础之上，任一磁线圈4与电源之间设有检测装置，检测装置用于检测磁线圈4是否通电，检测装置与控制系统信号连接。

具体来说，电源与每个磁线圈4之间均设有检测装置，检测装置的连接方式包括串联和并联，通过检测装置能够检测磁线圈4是否正常通电，并将检测结果传递给控制系统，如存在无法正常通电的磁线圈4，检测装置将该磁线圈4对应的信息传递给控制系统，控制系统根据信息调控启动系统的驱动载荷的大小，仍然能够保证减小驱动载荷，缩短启动时间。

在上述实施例的基础之上，偏航齿轮2通过连接件7与塔筒连接。

具体来说，请参考附图3与附图4，偏航齿轮2通过连接件7与塔筒连接，将塔筒作为定子，机舱壳体1为转子，主要驱动力仍然为机械驱动，以使本申请所提供的启动装置可由现有的启动装置改装而成，降低生产成本。

除了上述基于电磁激励的偏航启动装置，本发明还提供一种包括上述实施例公开的启动装置的风电机组，该风电机组的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本申请还提供了一种启动方法，应用于上述风电机组，包括：

控制系统控制电源向磁线圈瞬时供电，以瞬间降低偏航齿轮啮合处的静摩擦；

启动偏航电机进行偏航，能够减小驱动载荷，缩短启动时间。

具体来说，风电机组需要偏航时，本申请提供的方法由人工操作控制系统或由控制系统自动调控电源向磁线圈4瞬时供电，并由控制系统同时控制启动偏航电机6，以使得偏航时间能够大幅度缩减，且电磁激励能够导致偏航齿轮2的啮合处的静摩擦大幅降低。

在上述启动方法的基础之上，控制系统控制电源向磁线圈瞬时供电之后、且在启动偏航电机进行偏航之前，还包括：

检测装置检测所有磁线圈是否通电并将检测结果传递给控制系统；

存在不通电磁线圈时，控制系统控制启动系统增大启动偏航电机的驱动载荷，以保证偏航启动时间不变。

具体来说，在每一个或每一组的磁线圈4处设置检测装置，通过检测装置对磁线圈4的通电情况进行检测，并将检测结果传递给控制系统，控制系统对检测结果进行分析，如存在不能通电的磁线圈4，则控制系统控制启动系统根据不能通电的磁线圈4的数量增大驱动载荷，以保证每次偏航时偏航齿轮2都能承受相同的驱动载荷，保证风电机组的正常偏航。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的一种风电机组、基于电磁激励的偏航启动装置及启动方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于电磁激励的偏航启动装置，其特征在于，包括：

机舱壳体（1），为中空的筒状件；

偏航齿轮（2），设于所述机舱壳体（1）内，所述偏航齿轮（2）为环状件，所述偏航齿轮（2）的下端面连接有环状的延伸法兰（5）；

磁线圈缠绕组件（3），设有多个且均匀分布于所述延伸法兰（5）的外周与所述机舱壳体（1）的内周；

磁线圈（4），套设于所述磁线圈缠绕组件（3）的外周；

电源，连接于所述磁线圈（4）并用于为所述磁线圈（4）供电；

控制系统，信号连接于所述电源并用于控制所述电源的开闭；

启动系统，连接于所述偏航齿轮（2）并用于转动所述偏航齿轮（2）。

2.根据权利要求1所述的基于电磁激励的偏航启动装置，其特征在于，所述启动系统包括偏航电机（6）与传动齿轮，所述偏航电机（6）的输出端与所述传动齿轮连接，所述传动齿轮与所述偏航齿轮（2）啮合，所述偏航电机（6）与所述控制系统信号连接。

3.根据权利要求1所述的基于电磁激励的偏航启动装置，其特征在于，所述延伸法兰（5）上关于所述偏航齿轮（2）的中心轴线中心对称设置的所述磁线圈（4）串联连接并设置为一组，所述延伸法兰（5）上的多组所述磁线圈（4）并联连接。

4.根据权利要求2或3所述的基于电磁激励的偏航启动装置，其特征在于，所述机舱壳体（1）内周关于所述机舱壳体（1）的中心轴线中心对称设置的所述磁线圈（4）串联连接并设置为一组，所述机舱壳体（1）内周的多组所述磁线圈（4）并联连接。

5.根据权利要求4所述的基于电磁激励的偏航启动装置，其特征在于，所述机舱壳体（1）内周设置的多个所述磁线圈（4）与所述延伸法兰（5）外周设置的多个所述磁线圈（4）一一对应设置。

6.根据权利要求5所述的基于电磁激励的偏航启动装置，其特征在于，任一所述磁线圈（4）与所述电源之间设有检测装置，所述检测装置用于检测所述磁线圈（4）是否通电，所述检测装置与所述控制系统信号连接。

7.根据权利要求6所述的基于电磁激励的偏航启动装置，其特征在于，所述偏航齿轮（2）通过连接件（7）与塔筒连接。

8.一种风电机组，包括基于电磁激励的偏航启动装置，其特征在于，所述基于电磁激励的偏航启动装置为如权利要求6或7所述的基于电磁激励的偏航启动装置。

9.一种启动方法，其特征在于，应用于上述权利要求8所述的风电机组，包括：

控制系统控制电源向磁线圈瞬时供电，以瞬间降低偏航齿轮啮合处的静摩擦；

启动偏航电机进行偏航，能够减小驱动载荷，缩短启动时间。

10.如权利要求9所述的启动方法，其特征在于，所述控制系统控制电源向所述磁线圈瞬时供电之后、且在所述启动偏航电机进行偏航之前，还包括：

检测装置检测所有磁线圈是否通电并将检测结果传递给控制系统；

存在不通电磁线圈时，控制系统控制启动系统增大启动偏航电机的驱动载荷，以保证偏航启动时间不变。