CN207472210U - 发电机的气隙实时测控装置及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种发电机的气隙实时测控装置及风力电机组，该气隙实时测控装置包括：设置在发电机的外围的信号控制处理单元，以及内定子气隙传感器发射装置和内定子气隙传感器接收装置。内定子气隙传感器发射装置和内定子气隙传感器接收装置分别位于气隙的轴向两端外部，沿气隙的轴向正对，且分别固定设置在内定子的两个端面上。本实用新型一方面实现对气隙进行实时监测，另一方面能够依据实时监测的数据对发电机进行运行状态的判断，若发现故障，及时报警并停机保护发电机。

Description

发电机的气隙实时测控装置及风力发电机组

技术领域

本实用新型涉及发电机技术领域，尤其涉及一种发电机的气隙实时测控装置及风力发电机组。

背景技术

气隙结构是大型发电机中的重要构造，气隙的宽度、气隙中的形变或者温度的变化都会对发电机的性能造成严重影响。

永磁直驱同步发电机(例如，风力发电机)包括定子和转子。以外转子发电机为例，其内定子固定在发电机的中心，外转子围绕着内定子中心轴旋转，外转子内表面安装有永磁体，内定子安装有用来发电的绕组，外转子绕着内定子的中心轴进行旋转，内定子与外转子之间有相对运动，且内定子与外转子间形成一定的气隙。

发电机工作运行中，可能出现由于发电机内部部件脱落、发热或载荷过大，导致定子或转子发生形变，定子和转子的相对位置会发生变化，使得定子和转子之间的气隙变形或减小，甚至可导致定子和转子之间产生摩擦，从而产生定转子吸合故障，损坏定子和转子的表面，导致风力发电机损坏。

另一种可能，发电机在工作过程中，偶尔会有异物(例如失效的胶块)侵入或意外工况(例如碰撞)的变形发生，通常会造成外转子的内表面和内定子外表面的摩擦，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。

目前发电机技术领域，尚未出现有效的能够对定子和转子之间的气隙进行判断的技术方案，且无法避免因气隙异常导致损伤发电机，无法对发电机进行保护或避免因气隙异常造成发电机的经济损失。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种发电机的气隙实时测控装置及风力电机组，用以解决现有技术无法有效检测定子和转子之间气隙的技术问题，以有效地实现对内定子和外转子之间的气隙进行实时测控。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型的实施例根据第一个方面，提供一种发电机的气隙实时测控装置，包括：

内定子气隙传感器发射装置、内定子气隙传感器接收装置和信号控制处理单元；

所述内定子气隙传感器发射装置位于气隙的轴向一端外部，且固定设置在内定子的第一端面上；

所述内定子气隙传感器接收装置位于所述气隙的轴向另一端外部，沿所述气隙的轴向与所述内定子气隙传感器发射装置正对，且固定设置在内定子的第二端面上；

所述信号控制处理单元，设置在所述发电机的外围，分别与所述内定子气隙传感器发射装置和内定子气隙传感器接收装置电连接，用于监控所述内定子气隙传感器发射装置所发射出的光信号，且根据所述内定子气隙传感器接收装置是否接收到该光信号，确定出所述发电机气隙的实时状态参数。

进一步地，所述信号控制处理单元与位于所述发电机的外围的主控柜电连接，且所述主控柜与报警器电连接；所述主控柜基于所述信号控制处理单元上传的所述发电机气隙的实时状态参数，控制所述发电机的如下工作状态之一：常态运行、停机检修、停机报警。

进一步地，所述发电机的气隙实时测控装置的所述内定子气隙传感器发射装置包括第一光感传感器；

所述发电机的气隙实时测控装置的所述内定子气隙传感器接收装置包括第二光感传感器；

所述第一光感传感器的信号发射口与所述第二光感传感器的信号接收口处于同一直线上，该直线到内定子的回转轴线的距离，与外转子的磁极内壁的理论半径的差值的绝对值，为指定距离。

较佳地，所述气隙传感器发射装置还包括发射支架；所述发射支架的一端设置有第一光感传感器，另一端固定连接在所述定子的第一端面上；所述第一端面与所述第二端面相平行。

本实用新型的实施例根据第二个方面，提供另一种发电机的气隙实时测控装置，包括：

外转子气隙传感器发射装置、外转子气隙传感器接收装置和信号处理单元；

所述外转子气隙传感器发射装置位于气隙的轴向一端外部，且固定设置在外转子的第一端盖的内壁上；

所述外转子气隙传感器接收装置位于所述气隙的轴向另一端外部，沿所述气隙的轴向与所述外转子气隙传感器发射装置正对，且固定设置在所述外转子的第二端盖的内壁上；

所述信号控制处理单元，设置在所述发电机的外围，分别与所述外转子气隙传感器发射装置和所述外转子气隙传感器接收装置电连接，用于通过控制所述外转子气隙传感器发射装置发射出光信号，根据所述外转子气隙传感器接收装置是否接收到该光信号，确定出所述发电机气隙的状态参数。

进一步地，所述信号控制处理单元与位于所述发电机的外围的主控柜电连接，且所述主控柜与报警器电连接；所述主控柜基于所述信号控制处理单元上传的所述发电机气隙的实时状态参数，控制所述发电机的如下工作状态之一：常态运行、停机检修、停机报警。

进一步地，所述外转子气隙传感器发射装置包括第一光感传感器；

所述外转子气隙传感器接收装置包括第二光感传感器；

第一光感传感器的信号发射口与第二光感传感器的信号接收口处于同一直线上，该直线到内定子的回转轴线的距离，与内定子铁芯外表面的理论半径的差值的绝对值，为指定距离。

较佳地，所述第一端盖的内壁与所述第二端盖的内壁相平行。

本实用新型的实施例根据第三个方面，提供一种发电机气隙测控装置，所述测控装置包括：

内定子气隙传感器发射装置和内定子气隙传感器接收装置，分别位于气隙的轴向两端外部，沿所述气隙的轴向正对，且分别固定设置在内定子的两个端面上；

外转子气隙传感器发射装置和外转子气隙传感器接收装置，分别位于所述气隙的轴向两端外部，沿所述气隙的轴向正对，且分别固定设置在外转子的两个端盖的内壁上；

所述信号控制处理单元，设置在所述发电机的外围，分别与所述内定子、外转子气隙传感器发射装置以及内定子、外转子气隙传感器接收装置电连接，用于根据所述内定子气隙传感器接收装置是否接收到对应的内定子气隙传感器发射装置所发出的光信号、和/或所述外转子气隙传感器接收装置是否接收到对应的外转子气隙传感器发射装置所发出的光信号，确定出所述发电机气隙的状态参数。

较佳地，所述信号控制处理单元与位于所述发电机的外围的主控柜电连接，且所述主控柜与报警器电连接；所述主控柜基于所述信号控制处理单元上传的所述发电机气隙的实时状态参数，控制所述发电机的如下工作状态之一：常态运行、停机检修、停机报警。

较佳地，所述第一端面与所述第二端面相平行；且所述第一端盖的内壁与所述第一端盖的内壁相平行。

进一步地，所述内定子气隙传感器发射装置还包括发射支架；所述发射支架的一端设置有第一光感传感器，另一端固定连接在所述内定子的第一端面上；

所述气隙传感器接收装置还包括接收支架；所述接收支架的一端设置有第二光感传感器，另一端固定连接在所述内定子的第二端面上；

较佳地，所述支架为透明非金属材料，所述透明非金属材料对光线无干扰。

本实用新型的实施例根据第四个方面，提供一种风力发电机组，包括内定子、外转子以及本实用新型提供的上述任意一个方面的气隙实时测控装置。

与现有技术相比，本实用新型具备如下有益的技术效果：

1、本实用新型提供的气隙实时测控装置，提供了能够有效地实现对内定子和外转子之间的气隙进行实时测控、且依据测控信息对发电机的运行状态进行进一步判断处理的技术方案。当气隙处若有异物意外侵入时，本实用新型给予有效的检测手段。且本方案成功实现了气隙故障的实时报警，为发电机出现由于气隙引发的故障后尽早停机检修、尽早维护提供了技术手段。

从另一角度看，本实用新型为生产和验收阶段保证发电机装配质量也做出了积极贡献。

2、本实用新型提供的气隙实时测控装置，包括设置在发电机外围的信号控制处理单元，能够根据气隙传感器接收装置是否接收到对应的气隙传感器发射装置所发出的光信号，确定出发电机气隙的状态参数，从而根据状态参数来确定发电机气隙的实际状态。该技术方案设计巧妙，可操作性强，故障一旦显现，控制方能够及时明确地做出判断处理，避免因发电机气隙出现问题引起的对发电机的损坏。

3、本实用新型提供的气隙实时测控装置，可以灵活设置并同时使用至少两组气隙传感器接收装置与气隙传感器发射装置，且收发装置分别等高正对设置在内定子与外转子上面。该技术方案中装置布局合理，测控精度较高，获得了在运行阶段对发电机进行实时保护的良好技术效果。并且，该技术方案中的支架首选对光线无干扰的透明非金属材料，最大程度地减小干扰，提高测控准确度。

4、本实用新型提供的风力发电机组，将单台具有上述多方面优良技术效果的发电机应用到风力发电领域，并且根据不同条件灵活组建规模不等的风力发电机组，为风力发电工作提供了新的设备组建方案及技术支持，满足在场地及风力资源不相同情况下的风场的个性化设计需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例的布设在内定子上的测控装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例的布设在外转子上的测控装置结构示意图；

图3为本实用新型实施例的布设在内定子及外转子上的测控装置结构示意图；

图4为图3中传感器支架的局部结构示意图；

图5为本实用新型实施例的第一种光信号控制原理流程图；

图6为本实用新型实施例的第二种光信号控制原理流程图；

图7为本实用新型实施例的第三种光信号控制原理流程图。

附图标记说明：

10-外转子，12-外转子磁极，13-外转子的磁极内壁，14-外转子的第一端盖，15-外转子的第二端盖，11第一端盖的内壁，17-第二端盖的内壁；

20-内定子，21-内定子铁芯，22-内定子铁芯外表面；

23-内定子的第一端面，24-内定子的第二端面；

30-内定子气隙传感器发射装置，31-发射支架，32-第一光感传感器；

40-内定子气隙传感器接收装置，41-接收支架，42-第二光感传感器；

50-外转子气隙传感器发射装置，60-外转子气隙传感器接收装置；

16-内定子气隙传感器发射装置发射的、且内定子气隙传感器接收装置接收的光线；

L16：内定子气隙传感器发射装置30的光线到定子回转轴线的距离；这个距离是通过加工保证的，测量可以通过专业量具或激光跟踪仪进行测量。

25-外转子气隙传感器发射装置发射出的、且外转子气隙传感器接收装置接收的光线。

L25：外转子气隙传感器接收装置60接收的光线25到定子20回转轴线的距离；这个距离是通过加工保证的，测量可以通过专业量具或激光跟踪仪进行测量。

E1：异物及气隙变形允许的最大设计值1。该数值等同于第一光感传感器32的信号发射口与第二光感传感器42的信号接收口之间的连线到外转子磁极内壁的距离。

E2：外转子气隙传感器发射装置50所包含的第一光感传感器的信号发射口，与外转子气隙传感器接收装置60所包含的第二光感传感器的接收口的连线，到内定子的铁芯外表面的距离。

D1：外转子10上磁极12的内圆13的直径。

具体实施方式

永磁直驱同步发电机(例如，风力发电机)包含有定子和转子。以外转子发电机为例，其定子固定在发电机的中心，外转子围绕着内定子中心轴旋转，定子与转子之间形成一定的气隙。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，通常会造成转子的内表面和定子外表面的摩擦，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。

发明人发现，目前发电机技术领域，尚未出现有效的能够对定子和转子之间的气隙进行判断的技术方案，尤其在故障发生早期，气隙中仅仅出现碎屑或者转子几何形状产生轻微变化，难以及时发现或识别，导致无法避免因气隙异常导致损伤发电机，无法对发电机进行保护或避免因气隙异常造成发电机的经济损失。

并且发明人还发现，目前发电机技术领域，尚未出现能够同时对定子和转子之间的气隙进行判断、并且对发电机进行及时报警、停机保护的有效的技术方案。即尚未出现有效的能够避免因处于非常态的气隙导致的损伤发电机，对发电机进行保护或避免造成发电机的经济损失的技术方案。

下面详细描述本实用新型的实施例，该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，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本实用新型实施例中涉及的“轴向”通常是针对圆柱体类物体而言，就是圆柱体旋转中心轴的方向，即与中心轴共同的方向。“径向”垂直于“轴向”，即圆柱体端面圆的半径或直径方向。径向与轴向空间垂直。

图1为本实用新型实施例的布设在发电机内定子上的气隙实时测控装置结构示意图。图1示出了发电机的内定子20和外转子10，以及气隙实时测控装置的具体结构。包括：

内定子气隙传感器发射装置30、内定子气隙传感器接收装置40和信号控制处理单元。由于信号控制处理单元设置发电机的外围，附图中没有标示，仅在此做文字说明。

内定子气隙传感器发射装置30位于气隙的轴向一端外部，且固定设置在内定子20的第一端面23上。内定子气隙传感器接收装置40位于气隙的轴向另一端外部，沿该气隙的轴向与内定子气隙传感器发射装置30正对，且固定设置在内定子20的第二端面24上。

本实用新型实施例的信号控制处理单元，设置在该发电机的外围，分别与内定子气隙传感器发射装置30和内定子气隙传感器接收装置40电连接。该信号控制处理单元用于控制内定子气隙传感器发射装置30发射出光信号，且根据内定子气隙传感器接收装置40是否接收到该光信号，确定出该发电机气隙的实时状态参数。这里的发电机气隙的实时状态参数是指可以依据该参数来检测发电机是否因气隙可能发生故障的参数。例如：气隙宽度。通常气隙宽度指的是气隙的径向尺寸。

上述信号控制处理单元还用于基于发电机气隙的实时状态参数，控制该发电机的工作状态；具体包括：常态运行、停机检修或停机报警。

内定子气隙传感器发射装置30包括第一光感传感器32。内定子气隙传感器接收装置40包括第二光感传感器42。如图1所示，第一光感传感器32的信号发射口与第二光感传感器42的信号接收口处于同一直线上，该直线到内定子的回转轴线的距离即图1中的L16，并且该直线到外转子磁极内壁的距离是预先设定的，为沿径向从外转子的磁极内壁指向该回转轴线的指定距离，即图1中的E1。从另一角度，也可以理解为，该直线到内定子的回转轴线的距离，与外转子的磁极内壁的理论半径的差值的绝对值，为指定距离。

气隙传感器发射装置30还包括发射支架31，图1中明确示出了该发射支架31的一端设置有第一光感传感器32，另一端固定连接在内定子20的第一端面23上。气隙传感器接收装置40还包括接收支架41，接收支架41的一端设置有第二光感传感器42，另一端固定连接在内定子20的第二端面24上。进一步优选为，第一端面23与第二端面24相平行。

图1仅仅是本实用新型实施例的布设在发电机内定子上的气隙实时测控装置的示意图，在实际生产应用中，发电机上可以根据测控需要布设有多个内定子气隙传感器发射装置30以及与其位置相对应的内定子气隙传感器接收装置40。

根据不同发电机机型或发电机结构形式可以选择相适配的模式进行。例如，若定子可靠性比较高，其上无零部件失效风险，且定子刚度、尺寸精度不受工作工况(比如温度、短路工况)影响或影响很小的场合下建议使用上述图1所示的模式。若是转子的可靠性比较高，其上无零部件失效风险，且转子的子刚度、和尺寸精度不受工作工况影响或影响很小的场合下建议使用下述图2所示的模式。

图2为本实用新型实施例的布设在发电机外转子上的气隙实时测控装置结构示意图。该气隙实时测控装置包括：

外转子气隙传感器发射装置50、外转子气隙传感器接收装置60和信号控制处理单元。由于信号控制处理单元设置发电机的外围，附图中没有标示，仅在此做文字说明。

外转子气隙传感器发射装置50位于气隙的轴向一端外部，且固定设置在外转子10的第一端盖14的内壁16上。外转子气隙传感器接收装置60位于气隙的轴向另一端外部，沿该气隙的轴向与外转子气隙传感器发射装置50正对，且固定设置在外转子10的第二端盖15的内壁17上。其中，第一端盖14的内壁16与第二端盖15的内壁17相平行。

信号控制处理单元，设置在发电机的外围，分别与外转子气隙传感器发射装置50和外转子气隙传感器接收装置60电连接，用于通过控制外转子气隙传感器发射装置50发射出光信号，根据外转子气隙传感器接收装置60是否接收到该光信号，确定出发电机气隙的状态参数。这里的发电机气隙的实时状态参数是指可以依据该参数来检测发电机是否因气隙可能发生故障的参数。

较佳地，信号控制处理单元与位于发电机的外围的主控柜电连接，且该主控柜与报警器电连接。主控柜基于信号控制处理单元上传的发电机气隙的实时状态参数，控制该发电机的如下工作状态之一：常态运行、停机检修、停机报警。

较佳地，外转子气隙传感器发射装置50包括第一光感传感器，为表达简洁，图2中仅示意出外转子气隙传感器发射装置50，此处通过文字说明该外转子气隙传感器发射装置50内部包含有第一光感传感器。

同理，外转子气隙传感器接收装置60包括第二光感传感器。

第一光感传感器的信号发射口与第二光感传感器的信号接收口处于同一直线上，该直线到内定子的回转轴线的距离即图2中的L25，并且该直线到内定子铁芯外表面的距离是预先设定的，为沿径向从内定子铁芯外表面指向该发电机外部的指定距离，即图2中的E2。从另一角度，可以理解为，该直线到内定子的回转轴线的距离，与内定子铁芯外表面的理论半径的差值的绝对值，为指定距离。

图3为本实用新型实施例的布设在内定子及外转子上的气隙实时测控装置结构示意图。当上述图1和图2两种场合都不满足时，建议选用图3所示的模式。

图3中示出的发电机气隙测控装置，包括：内定子气隙传感器发射装置30、内定子气隙传感器接收装置40、外转子气隙传感器发射装置50和外转子气隙传感器接收装置60。

其中，内定子气隙传感器发射装置30和内定子气隙传感器接收装置40，分别位于气隙的轴向两端外部，沿气隙的轴向正对，且分别固定设置在内定子20的两个端面上。

外转子气隙传感器发射装置50和外转子气隙传感器接收装置60，分别位于气隙的轴向两端外部，沿气隙的轴向正对，且分别固定设置在外转子10的两个端盖的内壁上。

信号控制处理单元，设置在发电机的外围，分别与内定子气隙传感器发射装置30、内定子气隙传感器接收装置40、以及外转子气隙传感器发射装置50和外转子气隙传感器接收装置60电连接，用于根据内定子气隙传感器接收装置40是否接收到对应的内定子气隙传感器发射装置30所发出的光信号、和/或外转子气隙传感器接收装置60是否接收到对应的外转子气隙传感器发射装置50所发出的光信号，确定出该发电机气隙的状态参数。

这里的发电机气隙的实时状态参数是指可以依据该参数来检测发电机是否因气隙可能发生故障的参数。例如：气隙宽度。

较佳地，第一端盖的内壁14与第一端盖的内壁15相平行。

较佳地，信号控制处理单元还用于基于发电机气隙的实时状态参数，控制该发电机的如下工作状态之一：常态运行、停机检修、停机报警。

较佳地，本实用新型实施例的发电机上布设有多个内定子气隙传感器发射装置30以及与其位置对应的内定子气隙传感器接收装置40。而且，本实用新型实施例的发电机上布设有多个外转子气隙传感器发射装置50以及与其位置对应的外转子气隙传感器接收装置60。

较佳地，内定子气隙传感器发射装置30还包括发射支架31。发射支架31的一端设置有第一光感传感器32，另一端固定连接在内定子20的第一端面23上。气隙传感器接收装置40还包括接收支架41。

接收支架41的一端设置有第二光感传感器42，另一端固定连接在内定子20的第二端面24上。

较佳地，发射支架31和接收支架41为透明非金属材料，以最大程度避免对外转子气隙传感器发射装置50发射出的、且供外转子气隙传感器接收装置60接收到光线产生干扰。

例如：内定子上的传感器采集发电机的信号后将其直接传输至控制电路处理。由于外转子在工作中处于以一定速度旋转状态，不便直接固定安装传感器，因此采用引入中间过渡装置——滑环，滑环一端连接固定安装的传感器，另一端连接外转子本身，当外转子以一定速度旋转时，滑环可以做为起过渡作用的硬件装置进行信号处理。

本实用新型中，位于发电机的外围的信号控制处理单元属于电厂中央控制平台(也称主控柜)的一部分，也是存储在主控柜之中的一小部分，该中央控制平台不仅仅负责处理本实用新型中的发电机的收发信号及控制，还担负其他测控任务，包括控制发电机组。主控柜与发电机上的传感器通过有线连接，连接传感器的电线通过插拔方式与主控柜上的接口实现物理接通与断开。

图4为图3中传感器支架的局部结构示意图。图4示出了沿发电机气隙测控装置侧面观察到的支架及支架上的外转子气隙传感器发射装置以及与其位置对应的外转子气隙传感器接收装置的安装位置。标号32、42分别表示发射支架31上的第一光感传感器32与接收支架41上的第二光感传感器42。“H”代表发射支架31和接收支架41最大宽度。当支架的材料对光线有干扰时，信号控制处理单元中的控制程序中需要追加排除发射支架31和接收支架41最大宽度H的影响的设计。

本实用新型的实施例还提供一种风力发电机组，包括内定子、外转子以及本实用新型提供的上述任意一项的气隙实时测控装置。

图5为本实用新型实施例的第一种光信号控制原理流程图。该流程图所表达的控制过程适用但不限于图1示出的发电机结构形式。具体为：

气隙传感器安装，待气隙传感器(例如，以图1中的气隙传感器发射装置为例)正确安装后，进行校验步骤，结合图1，主要校验内定子气隙传感器发射装置30发射的、且内定子气隙传感器接收装置40接收的光线16到定子20回转轴线的距离，记为L16。L16这个距离是通过加工保证的，测量可以通过专业量具或激光跟踪仪进行测量。

若L16满足预设要求，则启动传感器，使其处于正常工作状态；否则重新安装内定子气隙传感器发射装置30、和内定子气隙传感器接收装置40，重新校验，直至满足预设要求。

内定子气隙传感器接收装置40按照一定的频率(例如每隔10分钟采集一次，或者每隔3分钟采集一次，或者指定的时间间隔)采集信号，并将所采集到的信号向设置在发电机的外围的信号控制处理单元传输。信号控制处理单元分别与内定子气隙传感器发射装置30和内定子气隙传感器接收装置40电连接，用于通过控制外转子气隙传感器发射装置30发射出光信号，根据外转子气隙传感器接收装置40是否接收到该光信号，确定出发电机气隙的状态参数。这里的发电机气隙的实时状态参数是指可以依据该参数来检测发电机是否因气隙可能发生故障的参数。信号控制处理单元基于发电机气隙的实时状态参数，控制该发电机的工作状态；具体包括：发电机工作或是发电机停机。

例如，正常情况下，内定子气隙传感器发射装置30产生的光线16被内定子气隙传感器接受装置40接收到，转化为信号定义为1(光路通)，当转子10出现意外工况或异物，光线16被阻断，不能被内定子气隙传感器接受装置40接收到，此时的信号定义为0(光路不通)。以此信号对发电机进行报警控制。

结合图1，图5中的校验步骤涉及到的参数的具体含义示例如下：

L16：内定子气隙传感器发射装置30的光线到定子回转轴线的距离；这个距离是通过加工保证的，测量可以通过专业量具或激光跟踪仪进行测量。

D1：外转子10上磁极12的内圆13的直径。

E1：异物及气隙变形允许的最大设计值1。

图6为本实用新型实施例的第二种光信号控制原理流程图。该流程图所表达的控制过程适用但不限于图2示出的发电机结构形式。具体为：

气隙传感器安装，待气隙传感器(例如，以图2中的外转子气隙传感器发射装置为例)正确安装后，进行校验步骤，结合图2，主要校验外转子气隙传感器发射装置50发射出的、且外转子气隙传感器接收装置60接收的光线25到定子20回转轴线的距离，记为L25。L25这个距离是通过加工保证的，测量可以通过专业量具或激光跟踪仪进行测量。

若L25满足预设要求，则启动传感器，使其处于正常工作状态；否则重新安装气隙传感气，重新校验，直至满足预设要求。

外转子气隙传感器接收装置40按照一定的频率(例如每隔10分钟采集一次，或者每隔3分钟采集一次，或者指定的时间间隔)采集信号，并将所采集到的信号向设置在发电机的外围的信号控制处理单元传输。信号控制处理单元分别与外转子气隙传感器发射装置50和外转子气隙传感器接收装置60电连接，用于通过控制外转子气隙传感器发射装置50发射出光信号，根据外转子气隙传感器接收装置60是否接收到该光信号，确定出发电机气隙的状态参数。这里的发电机气隙的实时状态参数是指可以依据该参数来检测发电机是否因气隙可能发生故障的参数。信号控制处理单元基于发电机气隙的实时状态参数，控制该发电机的工作状态；具体包括：发电机工作或是发电机停机。

例如，正常情况下，外转子气隙传感器发射装置50产生的光线25被外转子气隙传感器接受装置60接收到，转化为信号定义为1(光路通)，当外转子10出现意外工况或异物，光线25被阻断，不能被外转子气隙传感器接受装置60接收到，此时的信号定义为0(光路不通)。以此信号对电机进行报警控制。

结合图2，图6中的校验步骤涉及到的参数的具体含义示例如下：

L25：外庄子气隙传感器发射装置50的光线25到内定子20回转轴线的距离；这个距离是通过加工保证的，测量可以通过专业量具或激光跟踪仪进行测量。

D2：内定子20上外圆22的直径。

E2：异物及气隙变形允许的最大设计值2。

图7为本实用新型实施例的第三种光信号控制原理流程图。

该流程图所表达的控制过程具体为：

气隙传感器安装，具体而言是指两组位置不同的气隙传感器的安装过程，此处将其分别设为气隙传感器1和气隙传感器2。例如，气隙传感器1代表内定子气隙传感器发射装置30和内定子气隙传感器接收装置40组成的配套装置。气隙传感器2代表外转子气隙传感器发射装置50和外转子气隙传感器接受装置60组成的配套装置。

图7示出的是气隙传感器1安装，校验；然后再气隙传感器2安装，校验。实际生产装配过程中，也可以先安装传感器2，再安装传感器1。

待气隙传感器1和气隙传感器2(例如，以图3中的位置不同的两个气隙传感器发射装置为例)正确安装后，进行校验步骤，结合图3，主要校验两部分参数：

一部分为内定子气隙传感器发射装置30发射的、且内定子气隙传感器接收装置40接收的光线16到定子20回转轴线的距离，记为L16。L16这个距离是通过加工保证的，测量可以通过专业量具或激光跟踪仪进行测量。

若L16满足预设要求，则启动传感器，使其处于正常工作状态；否则重新安装内定子气隙传感器发射装置30、和内定子气隙传感器接收装置40，重新校验，直至满足预设要求。

另一部分为主要校验外转子气隙传感器发射装置50发射出的、且外转子气隙传感器接收装置60接收的光线25到定子20回转轴线的距离，记为L25。L25这个距离是通过加工保证的，测量可以通过专业量具或激光跟踪仪进行测量。

若L25满足预设要求，则启动传感器，使其处于正常工作状态；否则重新安装气隙传感器，重新校验，直至满足预设要求。

与图5和图6同理，结合附图3，当信号控制处理单元分别与内定子气隙传感器发射装置30和内定子气隙传感器接收装置40电连接，用于通过控制外转子气隙传感器发射装置30发射出光信号，根据外转子气隙传感器接收装置40是否接收到该光信号，确定出发电机气隙的状态参数。这里的发电机气隙的实时状态参数是指可以依据该参数来检测发电机是否因气隙可能发生故障的参数。

与图5和图6同理，结合附图3，信号控制处理单元分别与外转子气隙传感器发射装置50和外转子气隙传感器接收装置60电连接，用于通过控制外转子气隙传感器发射装置50发射出光信号，根据外转子气隙传感器接收装置60是否接收到该光信号，确定出发电机气隙的状态参数。这里的发电机气隙的实时状态参数是指可以依据该参数来检测发电机是否因气隙可能发生故障的参数。

当信号处理控制单元接收到气隙传感器1和气隙传感器2的反馈信号均代表光路通畅时，才会下达发电机工作的控制命令；若是气隙传感器1和气隙传感器2中出现任何一方光路不畅的情况，信号控制处理单元则会基于发电机气隙的实时状态参数，控制该发电机停机。以求最大程度地降低风险或隐患，保障发电机的安全运行。

图7中的校验步骤涉及到的参数的具体含义示例如下：

L16：内定子气隙传感器发射装置30的光线到定子回转轴线的距离；这个距离是通过加工保证的，测量可以通过专业量具或激光跟踪仪进行测量。

D1：外转子10上磁极12的内圆13的直径。

E1：异物及气隙变形允许的最大设计值1。

L25：外庄子气隙传感器发射装置50的光线25到内定子20回转轴线的距离；这个距离是通过加工保证的，测量可以通过专业量具或激光跟踪仪进行测量。

D2：内定子20上外圆22的直径。

E2：异物及气隙变形允许的最大设计值2。

上述为本实用新型的具体实施方式举例，所涉及的发电机的气隙实时测控装置既能够用于保护发动机的目的，也可以根据工况需要仅用于监测目的。在气隙实时测控装置中，安装在外转子上且固定成与外转子一同旋转的配套部件用于监测内定子；固定在该内定子上的配套部件用于监测外转子，发电机的操控或维护人员能够很容易区分这两套配套部件。

本实用新型一方面实现对气隙进行实时监测，另一方面能够依据实时监测的数据对发电机进行运行状态的判断，若发现故障，及时报警并停机保护发电机。

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)，具有与本实用新型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，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (16)

1.一种发电机的气隙实时测控装置，其特征在于，包括：

内定子气隙传感器发射装置、内定子气隙传感器接收装置和信号控制处理单元；

所述内定子气隙传感器发射装置位于气隙的轴向一端外部，且固定设置在内定子的第一端面上；

所述内定子气隙传感器接收装置位于所述气隙的轴向另一端外部，沿所述气隙的轴向与所述内定子气隙传感器发射装置正对，且固定设置在内定子的第二端面上；

所述信号控制处理单元，设置在所述发电机的外围，分别与所述内定子气隙传感器发射装置和内定子气隙传感器接收装置电连接，用于监控所述内定子气隙传感器发射装置所发射出的光信号，且根据所述内定子气隙传感器接收装置是否接收到该光信号，确定出所述发电机气隙的实时状态参数。

2.根据权利要求1所述的发电机的气隙实时测控装置，其特征在于，所述信号控制处理单元与位于所述发电机的外围的主控柜电连接，所述主控柜基于所述信号控制处理单元上传的所述发电机气隙的实时状态参数，控制所述发电机的如下工作状态之一：常态运行、停机检修、停机报警。

3.根据权利要求1所述的发电机的气隙实时测控装置，其特征在于，

所述内定子气隙传感器发射装置包括第一光感传感器；

所述内定子气隙传感器接收装置包括第二光感传感器；

所述第一光感传感器的信号发射口与所述第二光感传感器的信号接收口处于同一直线上，该直线到内定子的回转轴线的距离，与外转子的磁极内壁的理论半径的差值的绝对值，为指定距离。

4.根据权利要求1所述的发电机的气隙实时测控装置，其特征在于，

所述气隙传感器发射装置还包括发射支架；

所述发射支架的一端设置有第一光感传感器，另一端固定连接在所述内定子的第一端面上；

所述气隙传感器接收装置还包括接收支架；

所述接收支架的一端设置有第二光感传感器，另一端固定连接在所述内定子的第二端面上。

5.根据权利要求1所述的发电机的气隙实时测控装置，其特征在于，所述发电机上布设有多个所述内定子气隙传感器发射装置以及与其位置相对应的内定子气隙传感器接收装置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的发电机的气隙实时测控装置，其特征在于，所述第一端面与所述第二端面相平行。

7.一种发电机的气隙实时测控装置，其特征在于，包括：

外转子气隙传感器发射装置、外转子气隙传感器接收装置和信号处理单元，

所述外转子气隙传感器发射装置位于气隙的轴向一端外部，且固定设置在所述外转子的第一端盖的内壁上；

所述外转子气隙传感器接收装置位于所述气隙的轴向另一端外部，沿所述气隙的轴向与所述外转子气隙传感器发射装置正对，且固定设置在所述外转子的第二端盖的内壁上；

所述信号控制处理单元，设置在所述发电机的外围，分别与所述外转子气隙传感器发射装置和所述外转子气隙传感器接收装置电连接，用于通过控制所述外转子气隙传感器发射装置发射出光信号，根据所述外转子气隙传感器接收装置是否接收到该光信号，确定出所述发电机气隙的状态参数。

8.根据权利要求7所述的发电机的气隙实时测控装置，其特征在于，所述信号控制处理单元与位于所述发电机的外围的主控柜电连接，所述主控柜基于所述信号控制处理单元上传的所述发电机气隙的实时状态参数，控制所述发电机的如下工作状态之一：常态运行、停机检修、停机报警。

9.根据权利要求7所述的发电机的气隙实时测控装置，其特征在于，

所述外转子气隙传感器发射装置包括第一光感传感器；

所述外转子气隙传感器接收装置包括第二光感传感器；

第一光感传感器的信号发射口与第二光感传感器的信号接收口处于同一直线上，该直线到内定子的回转轴线的距离，与内定子铁芯外表面的理论半径的差值的绝对值，为指定距离。

10.根据权利要求7-9任一项所述的发电机的气隙实时测控装置，其特征在于，所述第一端盖的内壁与所述第二端盖的内壁相平行。

11.一种发电机的气隙实时测控装置，其特征在于，所述测控装置包括：

内定子气隙传感器发射装置和内定子气隙传感器接收装置，分别位于气隙的轴向两端外部，沿所述气隙的轴向正对，且分别固定设置在内定子的两个端面上；

外转子气隙传感器发射装置和外转子气隙传感器接收装置，分别位于所述气隙的轴向两端外部，沿所述气隙的轴向正对，且分别固定设置在外转子的两个端盖的内壁上；

信号控制处理单元，设置在所述发电机的外围，分别与所述内定子、外转子气隙传感器发射装置以及内定子、外转子气隙传感器接收装置电连接，用于根据所述内定子气隙传感器接收装置是否接收到对应的内定子气隙传感器发射装置所发出的光信号、和/或所述外转子气隙传感器接收装置是否接收到对应的外转子气隙传感器发射装置所发出的光信号，确定出所述发电机气隙的状态参数。

12.根据权利要求11所述的发电机的气隙实时测控装置，其特征在于，所述信号控制处理单元与位于所述发电机的外围的主控柜电连接；所述主控柜基于所述信号控制处理单元上传的所述发电机气隙的实时状态参数，控制所述发电机的如下工作状态之一：常态运行、停机检修、停机报警。

13.根据权利要求11所述的气隙实时测控装置，其特征在于，所述发电机上布设有多个所述内定子气隙传感器发射装置以及与其位置对应的内定子气隙传感器接收装置；和/或

所述发电机上布设有多个所述外转子气隙传感器发射装置以及与其位置对应的外转子气隙传感器接收装置。

14.根据权利要求11所述的气隙实时测控装置，其特征在于，

所述内定子气隙传感器发射装置还包括发射支架；

所述发射支架的一端设置有第一光感传感器，另一端固定连接在所述内定子的第一端面上；

所述气隙传感器接收装置还包括接收支架；

所述接收支架的一端设置有第二光感传感器，另一端固定连接在所述内定子的第二端面上；

所述支架为透明非金属材料，所述透明非金属材料对光线无干扰。

15.根据权利要求14所述的气隙实时测控装置，其特征在于，所述第一端面与所述第二端面相平行；且所述第一端盖的内壁与所述第二端盖的内壁相平行。

16.一种风力发电机组，其特征在于，包括内定子、外转子以及如权利要求1-15中任意一项所述的气隙实时测控装置。