一种电磁力辅助风机滑动偏航装置及方法与流程

本发明涉及风力发电装备，尤其涉及一种电磁力辅助风机滑动偏航装置及方法。

背景技术：

1、偏航为风力发电机组中不可或缺的功能。目前的偏航技术方案多为滚动偏航与滑动偏航。为了降低成本，偏航电机一般选取多个较小扭矩的电机。偏航时多个电机共同输出，进而达到偏航要求的扭矩数。随着当前风力发电机组功率、叶片直径的不断增大，尤其是海上风电的快速发展，主机架尺寸和重量越来越大，其所需要的偏航电机所输出的扭矩也越来越大，而由于空间受限，偏航电机的数量不可能一直增加。且即便是选用多个偏航电机的技术方案，仍具有不小的成本。故，风机在偏航时需要克服的巨大的阻力扭矩为制约风机成本的重要因素。

2、对此，申请号为2017102475494的中国专利提供了一种混合悬浮气隙调整型风机偏航系统，一方面，其方案采用的是行星轮结构，这表明只能有一个大功率电机，成本高，而现在商业化的偏航结构之所以使用较多小功率电机，是因为买多个小功率电机的花费比买一个大功率电机要低，同时，行星轮也挡住了电缆的通路还有人员的移动路径；另一方面，结构复杂，而且永磁体产生的磁力是有限的，其工作时，主机架依托于这个复杂结构一直保持悬浮状态，主机架与其支持结构之间一直存在一个气隙，后期故障率大幅增大。上述便是现有技术目前存在的现状。

3、因此，针对上述现有技术目前存在的现状，研发一种电磁力辅助风机滑动偏航装置及方法是急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有技术中风机在偏航时需要克服的巨大的阻力扭矩耗费巨大成本、现有偏航装置结构复杂故障率高及成本高的问题，提出并设计一种电磁力辅助风机滑动偏航装置及方法。

2、一方面，本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种电磁力辅助风机滑动偏航装置，包括偏航齿圈和主机架，所述主机架的侧边安装有多个偏航电机（现有技术中方案采用的是行星轮结构，这表明只能有一个大功率电机，一个大功率电机带动行星轮结构运行，行星轮结构复杂，并且行星轮及其辅助电缆挡住了通行通道），所述偏航电机与所述偏航齿圈传动连接，所述主机架上靠近所述偏航齿圈的一面为机架偏航面，所述机架偏航面设置有上电磁铁，所述偏航齿圈上靠近所述主机架的一面为齿圈偏航面，所述齿圈偏航面设置有与所述上电磁铁对应布置的下电磁铁，所述齿圈偏航面还设置有压电传感器与气隙传感器。偏航时，上电磁铁和下电磁铁通电，通电情况下为同名磁极相对，产生相互的斥力，并给予主机架向上的反作用力，向上的反作用力将偏航齿圈与主机架之间顶出一丝缝隙、或通过电磁力抵消掉大部分偏航轴承与接触面之间的压力（现有技术中是工作时主机架一直保持悬浮状态，主机架与其支持结构之间一直存在一个气隙，而且永磁体产生的磁力是有限的，后期故障率大幅增大），从而减小偏航时偏航电机受到的阻力，降低偏航电机的输出功率，降低偏航电机成本。偏航结构更加简易，可靠性高，相对应的成本也会降低。

3、进一步的，所述机架偏航面与所述齿圈偏航面之间设置有上衬垫。上衬垫可为铜垫等，通过在主机架与偏航齿圈的接触面放置上衬垫，来减小主机架与偏航齿圈之间的摩擦，当电磁力抵消不足，主机架与偏航齿圈之间无法产生气隙的情况下，也能达到偏航的效果。

4、进一步的，所述压电传感器与气隙传感器设置有多个，多个压电传感器与气隙传感器在齿圈偏航面上间隔排布。由于主机架与偏航齿圈接触面间，各处的压力可能均不相同，以及偏航时磁极正对面积变化等原因，所以在偏航齿圈上表面处需设置多个压电传感器与气隙传感器。

5、进一步的，所述机架偏航面以及齿圈偏航面均设置有磁铁嵌槽，所述上电磁铁和所述下电磁铁均嵌于所述磁铁嵌槽中。因非偏航状态时，电磁极不通电，主机架自然落于偏航齿圈的齿圈偏航面上，上电磁铁和下电磁铁均嵌于磁铁嵌槽中，避免外露影响主机架与偏航齿圈的配合。

6、进一步的，所述主机架上固定有制动器，所述制动器与所述偏航齿圈的内侧面配合，所述制动器上与所述偏航齿圈配合的面安装有侧衬垫。主机架在水平方向的位置是由制动器的侧衬垫约束，制动器固定于主机架上，其上的侧衬垫与固定于塔筒上的偏航齿圈保持一定的同心度及间隙。侧衬垫用以保证主机架在水平方向不乱窜。

7、进一步的，所述上电磁铁和所述下电磁铁均为连续式布置。或者，所述上电磁铁和所述下电磁铁均设置有多块，且间隔布置，每相邻两块下电磁铁之间均具有相应的压电传感器与气隙传感器，每个传感器负责控制与自身相邻的两个电磁铁。

8、进一步的，所述上电磁铁与所述下电磁铁位置正对布置。或者，所述下电磁铁布置有两排，分别位于所述上电磁铁的两侧，呈三角式布置，更加稳定。

9、另一方面，本发明还提供了一种电磁力辅助风机滑动偏航方法，包括上述电磁力辅助风机滑动偏航装置，还包括以下步骤：偏航时，上电磁铁与下电磁铁通电，通电情况下产生同名磁极，产生相互的斥力，并给予主机架向上的反作用力，向上的反作用力将偏航齿圈与主机架之间顶出一丝缝隙或者通过电磁力抵消掉大部分偏航轴承与接触面之间的压力；在电磁辅助偏航的同时，通过压电传感器检测主机架与偏航齿圈之间的压力，在上电磁铁以及下电磁铁间断式布局情况下，由于在偏航过程中主机架一侧的上电磁铁与偏航齿圈一侧的下电磁铁会由于交错而导致正对面积减小，这便导致了主机架受到的电磁斥力的大小会相应发生波动，此时若压电传感器测得压力较大，则说明其给予的斥力较小、抵消偏航摩擦力不足，则快速加大电流，使其产生较大斥力，快速抵消主机架与偏航齿圈之间的压力，在此过程中，若检测到主机架与偏航齿圈之间的压力已较小，则降低电流的增加速度，缓慢增加主机架与偏航齿圈之间的斥力，直至压力传感器检测到压力近乎为0时，不再增加电流强度。其中，非偏航状态时，上电磁铁和下电磁铁不通电，主机架自然落于偏航齿圈上。

10、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

11、本方案提供了一种电磁力辅助风机滑动偏航装置及方法，偏航时，嵌入主机架与偏航齿圈的接触面以内电磁铁通电产生磁力，电磁力将偏航齿圈与主机架之间顶出一丝缝隙、或通过电磁力抵消掉大部分偏航轴承与接触面之间的压力，从而减小偏航时偏航电机受到的阻力。进而在电机选型方面，可降低偏航电机功率及扭矩等输出参数，进一步的在偏航电机选型方面实现降本。

技术特征：

1.一种电磁力辅助风机滑动偏航装置，包括偏航齿圈（1）和主机架（2），所述主机架（2）的侧边安装有多个偏航电机（3），所述偏航电机（3）与所述偏航齿圈（1）传动连接，其特征在于，所述主机架（2）上靠近所述偏航齿圈（1）的一面为机架偏航面，所述机架偏航面设置有上电磁铁（5），所述偏航齿圈（1）上靠近所述主机架（2）的一面为齿圈偏航面，所述齿圈偏航面设置有与所述上电磁铁（5）对应布置的下电磁铁（4），所述齿圈偏航面还设置有压电传感器（10）与气隙传感器（11）。

2.如权利要求1所述的一种电磁力辅助风机滑动偏航装置，其特征在于，所述机架偏航面与所述齿圈偏航面之间设置有上衬垫（6）。

3.如权利要求1所述的一种电磁力辅助风机滑动偏航装置，其特征在于，所述压电传感器（10）与气隙传感器（11）设置有多个，多个压电传感器（10）与气隙传感器（11）在齿圈偏航面上间隔排布。

4.如权利要求1所述的一种电磁力辅助风机滑动偏航装置，其特征在于，所述机架偏航面以及齿圈偏航面均设置有磁铁嵌槽，所述上电磁铁（5）和所述下电磁铁（4）均嵌于所述磁铁嵌槽中。

5.如权利要求2所述的一种电磁力辅助风机滑动偏航装置，其特征在于，所述主机架（2）上固定有制动器（9），所述制动器（9）与所述偏航齿圈（1）的内侧面配合，所述制动器（9）上与所述偏航齿圈（1）配合的面安装有侧衬垫（8）。

6.如权利要求1-5任一所述的一种电磁力辅助风机滑动偏航装置，其特征在于，所述上电磁铁（5）和所述下电磁铁（4）均为连续式布置。

7.如权利要求1-5任一所述的一种电磁力辅助风机滑动偏航装置，其特征在于，所述上电磁铁（5）和所述下电磁铁（4）均设置有多块，且间隔布置，每相邻两块下电磁铁（4）之间均具有相应的压电传感器（10）与气隙传感器（11）。

8.如权利要求1-5任一所述的一种电磁力辅助风机滑动偏航装置，其特征在于，所述上电磁铁（5）与所述下电磁铁（4）位置正对布置。

9.如权利要求1-5任一所述的一种电磁力辅助风机滑动偏航装置，其特征在于，所述下电磁铁（4）布置有两排，分别位于所述上电磁铁（5）的两侧。

10.一种电磁力辅助风机滑动偏航方法，其特征在于，包括权利要求7所述的电磁力辅助风机滑动偏航装置，还包括以下步骤：偏航时，上电磁铁（5）与下电磁铁（4）通电，通电情况下产生同名磁极，产生相互的斥力，并给予主机架（2）向上的反作用力，向上的反作用力将偏航齿圈（1）与主机架（2）之间顶出一丝缝隙或者通过电磁力抵消掉部分偏航轴承与接触面之间的压力；在电磁辅助偏航的同时，通过压电传感器（10）检测主机架（2）与偏航齿圈（1）之间的压力，在上电磁铁（5）以及下电磁铁（4）间断式布局情况下，由于在偏航过程中主机架（2）一侧的上电磁铁（5）与偏航齿圈（1）一侧的下电磁铁（4）会由于交错而导致正对面积减小，导致主机架（2）受到的电磁斥力的大小会相应发生波动，此时若压电传感器（10）测得压力大，则说明其给予的斥力小、抵消偏航摩擦力不足，则快速加大电流，使其产生斥力，快速抵消主机架（2）与偏航齿圈（1）之间的压力，在此过程中，若检测到主机架（2）与偏航齿圈（1）之间的压力已减小，则降低电流的增加速度，增加主机架（2）与偏航齿圈（1）之间的斥力，直至压力传感器检测到压力近乎为0时，不再增加电流强度；

技术总结
本发明提供了一种电磁力辅助风机滑动偏航装置及方法，涉及风力发电装备技术领域，采用的方案是：包括偏航齿圈和主机架，主机架的侧边安装有多个偏航电机，偏航电机与偏航齿圈传动连接，主机架上靠近偏航齿圈的一面为机架偏航面，机架偏航面设置有上电磁铁，偏航齿圈上靠近主机架的一面为齿圈偏航面，齿圈偏航面设置有与上电磁铁对应布置的下电磁铁，齿圈偏航面还设置有压电传感器与气隙传感器。偏航时，上电磁铁和下电磁铁通电，通电情况下为同名磁极，产生相互的斥力，并给予主机架向上的反作用力，向上的反作用力将偏航齿圈与主机架之间顶出一丝缝隙或通过电磁力抵消掉大部分偏航轴承与接触面之间的压力。结构简易，可靠性高，成本低。

技术研发人员：李阳,宋培龙,刘子哲,张凯,宋健,张荣顺
受保护的技术使用者：中车山东风电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13