本发明涉及风力发电领域，更具体地，涉及一种发电机转子磁极模拟测试装置。
背景技术：
风能作为清洁的可再生能源的代表，且因其蕴量巨大，越来越受到世界各国的重视。然而，由于风力发电机组运行工况复杂，且投运时间长，使得发电机转子磁极运行故障频频发生，其安全稳定问题日益突出。
在风力发电机组运行的过程中，转子磁极旋转会导致转子磁极交替地扫过定子齿槽，从而受到定子齿槽对其的周期性交变吸力。由于转子磁极可以以不同方式通过磁极固定件固定于转子支架的表面，因此周期性交变吸力会形成对磁极固定件的疲劳载荷，可能造成风力发电机组在长时间运行后发生转子磁极固定失效，进而引起转子磁极跳出。
因此，为了防止转子磁极在运行的过程中发生失效，需要一种能够模拟定子磁极和转子磁极的运行过程，并验证磁极固定件经历长时间的交变载荷后能否可靠地固定转子磁极的试验。目前，传统的测量方式均是依靠发电机的实际运行情况，结合经验进行判断，这种方式可靠性不高，并且由于依赖人力，所以易产生主观的判断，从而使得传统的测量方式的应用非常受限制。目前，与风力发电机组相关的测试装置大多集中在叶片疲劳试验、转子磁极T尾槽裂纹测试、转子磁极的弯曲疲劳测试等方面，而尚无相关试验及设备来验证磁极固定件在经历长时间的交变载荷后能否可靠地固定转子磁极。
技术实现要素：
为了模拟在发电机运行过程中转子磁极经受定子齿槽对其产生的交变载荷后，磁极固定件能否可靠地固定转子磁极，来测试转子磁极固定的防护可靠性，本发明提供一种发电机转子磁极模拟测试装置。
根据本发明的一方面，提供一种发电机转子磁极模拟测试装置，该发电机转子磁极模拟测试装置包括：第一底座，在第一底座上安装有驱动部；第二底座，被测磁极设置在第二底座上；模拟定子铁芯，安装在第一底座上，且与被测磁极之间的间隙值小于等于目标气隙值，其中，被测磁极能够相对于模拟定子铁芯旋转。
根据本发明的实施例，间隙值可由目标气隙值和目标发电机中定子铁芯上缠绕的线圈在负载状态下对被测磁极所产生的磁吸力来确定。
根据本发明的实施例，第二底座可包括：支撑底座，包括轨道；安装座，安装在轨道上，并能够沿着轨道运动，其中，被测磁极固定在安装座上。
根据本发明的实施例，模拟定子铁芯可以为模拟内定子铁芯，且模拟内定子铁芯可连接到驱动部。
根据本发明的实施例，模拟定子铁芯可以为模拟外定子铁芯，驱动部可安装在模拟外定子铁芯的中央。
根据本发明的实施例，驱动部可通过连接悬臂结合到第二底座。
根据本发明的实施例，被测磁极的整个表面可投影在模拟定子铁芯的侧表面上。
根据本发明的实施例，轨道上可设置有刻度。
根据本发明的实施例，安装座可具有凹槽部，被测磁极可通过磁极支撑样板安装在凹槽部中。
根据本发明的实施例，发电机转子磁极模拟测试装置还可包括多个限位块，以将安装座固定在轨道上。
根据本发明的发电机转子磁极模拟测试装置能够测试转子磁极固定的防护可靠性，并可得出磁极固定件的使用寿命，且结构简单、测试速度快、检测周期短。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面将会变得明显并更易于理解，在附图中：
图1是示出根据本发明的第一实施例的发电机转子磁极模拟测试装置的立体图；
图2是示出根据本发明的第一实施例的发电机转子磁极模拟测试装置的分解透视图；
图3是示出根据本发明的第一实施例的安装座的立体图；以及
图4是示出根据本发明的第二实施例的发电机转子磁极模拟测试装置的俯视图。
附图标号说明：
100-发电机转子磁极模拟测试装置；200-发电机转子磁极模拟测试装置；2-安装座；21-凹槽部；22-卡接部；3-驱动部；31-连接悬臂；4-模拟内定子铁芯；4’-模拟外定子铁芯；5-磁极样板；51-磁极支撑样板；52-被测磁极；6-限位块；11-第一底座；12-第二底座；13-支撑底座；132-轨道。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细的描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。实际上，本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中做出各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分而被显示或被描述的特征可供另一实施例使用，从而产生又一实施例。因而，只要其落入权利要求及其等价物的范围内，则本发明意图包含这种修改和变化。
由于在实际的发电机中，转子磁极以不同方式通过磁极固定件固定于转子支架的表面，因而在发电机运行的过程中，磁极固定件会因定子齿槽对转子磁极的周期性交变载荷而产生应力疲劳。此外，由于定子铁芯的磁极槽的数量较多，并且定子铁芯上突出的齿部与转子磁极之间的磁吸力大于定子铁芯上凹回的轭部与转子磁极之间的磁吸力，因此，在发电机运行过程中，定子铁芯上齿槽的数量越多、转子磁极的转速越大、定子铁芯与转子磁极的气隙越小，磁极固定件所受的应力疲劳载荷越大。
因此，根据本发明的发电机转子磁极模拟测试装置可通过使用单个被测磁极(多个被测磁极)以及模拟定子铁芯来模拟实际发电机中转子磁极和定子铁芯承受的交变载荷。具体地，根据本发明的实施例，通过改变模拟定子铁芯的齿槽的数量、模拟定子铁芯或被测磁极的转速以及模拟定子铁芯与被测磁极之间的间隙值来模拟目标发电机(即，将要测量的实际目标发电机)中的定子铁芯与转子磁极之间的磁吸力。
具体地，由于目标发电机中的定子铁芯上缠绕的线圈在负载状态下也会对转子磁极产生磁吸力，因此，针对根据本发明的模拟定子铁芯与被测磁极，可首先根据永磁体与导磁材料之间的磁吸力计算公式F＝f(d)计算出被测磁极与模拟定子铁芯之间的磁吸力F1与它们之间的间隙d的关系，或者通过其他合理的试验(例如，模拟仿真试验)得出被测磁极与模拟定子铁芯之间的磁吸力F1与它们之间的间隙d的关系，即，确定在风力发电机组中，缠绕有线圈的定子铁芯在没有负载的情况下与转子磁极之间的磁吸力与它们之间的间隙的成反比的关系。然后在通电状态下，根据电磁吸力计算公式计算出目标发电机中的缠绕有线圈的定子铁芯在负载状态下与转子磁极之间的电磁吸力F2，然后可获得被测磁极与模拟定子铁芯之间的等效间隙d1，然后将被测磁极与模拟定子铁芯之间的间隙调节为d1，以通过减小被测磁极与模拟定子铁芯之间的间隙来弥补实际线圈在负载状态下对转子磁极所产生的磁吸力。
例如，如果目标发电机的定子铁芯具有288个齿槽，额定转速为13r/min，则可将模拟定子铁芯设置为具有144个齿槽，其转速为100r/min，则在固定运行时间内可实现100×144÷(288×13)≈4倍等效加速系数。然后，将测量出的被测磁极的使用寿命增大4倍即可获得目标发电机中的磁极固定件的使用寿命。
下面将参照图1至图4详细地描述根据本发明的发电机转子磁极模拟测试装置。
图1是示出根据本发明的第一实施例的发电机转子磁极模拟测试装置的立体图。图2是示出根据本发明的第一实施例的发电机转子磁极模拟测试装置的分解透视图。图3是示出根据本发明的第一实施例的安装座的立体图。图4是示出根据本发明的第二实施例的发电机转子磁极模拟测试装置的俯视图。
参照图1，根据本发明的第一实施例的发电机转子磁极模拟测试装置100可包括：第一底座11，在第一底座11上安装有驱动部3；第二底座12，被测磁极52设置在第二底座12上；模拟定子铁芯，安装在第一底座11上，且与被测磁极52之间的间隙值小于等于目标气隙值。其中，被测磁极52能够相对于模拟定子铁芯旋转。上述目标气隙值为目标发电机中的转子磁极与定子铁芯之间的距离，并且上述间隙值由目标气隙值和目标发电机中定子铁芯上缠绕的线圈在负载状态下对被测磁极52所产生的磁吸力来确定。
可选地，如图1中所示，模拟定子铁芯可以为模拟内定子铁芯4，并且模拟内定子铁芯4的外表面上形成有齿槽。模拟内定子铁芯4可连接到驱动部3，并通过驱动部3以预定速率驱动模拟内定子铁芯4旋转。此外，模拟内定子铁芯4可与第一底座11在高度上分开一定距离。
可选地，模拟内定子铁芯4可由与目标发电机中的定子铁芯的材料相同的材料形成，并且使用与目标发电机中的定子铁芯的成型工艺相同的成型工艺在其表面上形成有齿槽。模拟内定子铁芯4可与目标发电机的成比例地整体缩小来制造。可选地，模拟内定子铁芯4的齿槽的尺寸可与目标发电机中的定子铁芯的齿槽的尺寸相同，也可与其不同，比如成比例设置。
可选地，第一底座11可呈正方形、矩形、圆形或者其他合适的形状。驱动部3可安装在第一底座11的中央。
可选地，驱动部3可以为驱动电机。在这种情况下，如图1中所示，模拟内定子铁芯4可安装在驱动部3的转轴上。驱动部3不限于此，而是可以是其他合适的驱动装置，只要其能够实现以预定速率驱动模拟内定子铁芯4。
可选地，第二底座12的数量可以为1个，如图1和图2中所示，但第二底座12的数量不受具体限制，并且可根据试验目的而进行各种改变。此外，根据本发明的第一底座11和第二底座12的材料没有具体限制，任何具有足够的硬度且能够满足本发明的试验目的的材料均可应用于本发明。
可选地，第二底座12可连接到第一底座11，或者嵌入第一底座11中，以模拟不同的目标发电机中的转子磁极所受的总磁吸力。优选地，第一底座11和第二底座12可一体地形成。
参照图1至图3，第二底座12可包括：支撑底座13，包括轨道132；安装座2，安装在轨道132上，并能够沿着轨道132运动。其中，被测磁极52固定在安装座2上。
可选地，支撑底座13的轨道132上可设置有刻度，以指示被测磁极52和模拟内定子铁芯4之间的间隙，并保证调整该间隙的精度。轨道132的形式不限于此，能够实现指示作用并实现导向作用的任何结构均可用于本发明。
可选地，安装座2可包括卡接部22和凹槽部21，凹槽部21可设置在卡接部22上。可选地，卡接部22可呈板形，凹槽部21可通过两个平行的弧形板分开预定距离而形成。被测磁极52可通过磁极支撑样板51安装在凹槽部21中，并且凹槽部21可具有能够确保磁极支撑样板51在受到磁吸力时不容易蹦出或移动的深度，卡接部22可安插在轨道132中，且卡接部22可相对于轨道132运动。
虽然图1中示出卡接部22可呈板形，然而卡接部22的形状不限于此，能够实现卡接的任何结构均可应用于本发明。
可选地，以与目标发电机中的转子磁极固定在转子支架的表面上的方式相同的方式，被测磁极52可安装在磁极支撑样板51上，从而构成磁极样板5。此外，磁极支撑样板51可呈弧形，且可由与目标发电机中的转子磁极的磁轭的材料相同的材料形成，被测磁极52可由与目标发电机中的转子磁极的材料相同的材料形成。此外，被测磁极52的尺寸和形状可与目标发电机中的转子磁极的尺寸和形状相同。
可选地，当根据试验目的选择多个被测磁极52进行试验时，多个被测磁极52分布在与模拟内定子铁芯4同轴的圆上。此外，在使用根据本发明的发电机转子磁极模拟测试装置进行试验期间，当从侧面观察时，被测磁极52可位于模拟内定子铁芯4的顶表面和底表面之间，以确保被测磁极52的整个表面可投影在模拟内定子铁芯4的侧表面上。
可选地，根据本发明的发电机转子磁极模拟测试装置100还可包括多个限位块6，以将安装座2固定在轨道132上。此外，还可使用紧固件(例如螺栓)进一步固定限位块6，以进一步固定安装座2。限位块6可至少设置在模拟内定子铁芯4与被测磁极52之间，以防止安装座2在试验期间因模拟内定子铁芯4与被测磁极52之间的磁吸力而在轨道132中发生移动，并精细地调节磁极样板5和模拟内定子铁芯4之间的间隙且保证该间隙在试验期间不发生变化。
可选地，根据本发明的第一实施例的发电机转子磁极模拟测试装置100采用模拟内定子旋转、被测磁极不动的方式，将目标发电机运行过程中定子齿槽对转子磁极的交变载荷成比例地转变为模拟内定子铁芯4对被测磁极52的交变载荷。
在下文中，将参照图4详细地介绍根据本发明的第二实施例的发电机转子磁极模拟测试装置200。由于根据第二实施例的发电机转子磁极模拟测试装置200与根据第一实施例的发电机转子磁极模拟测试装置100具有相同的元件，因此为了简洁起见，在此将省略其描述，并将主要描述它们的不同之处。
根据本发明的第二实施例，在发电机转子磁极模拟测试装置200中，如图4中所示，模拟定子铁芯可以为模拟外定子铁芯4’，驱动部3可安装在模拟外定子铁芯4’的中央，且可通过连接悬臂31结合到第二底座12，并驱动第二底座12以预定速率旋转。模拟外定子铁芯4’的内表面上形成有齿槽。
虽然图4中示出了驱动部3通过连接悬臂连接有四个第二底座12的情况，但是第二底座12的数量不限于此，例如驱动部3可通过连接悬臂31连接一个第二底座12，只要能够满足试验目的和试验需求即可。
可选地，模拟外定子铁芯4’可以以环绕第二底座12的方式通过紧固件(例如，拉紧螺杆和螺母)固定在第一底座11上，并与第一底座11在高度上分开预定距离以使得试验期间被测磁极52位于模拟外定子铁芯4’的顶表面和底表面之间(即，被测磁极52的整个表面可投影在模拟外定子铁芯4’的侧表面上)。
第二底座12可通过刻度调节模拟外定子铁芯4’与被测磁极52的间隙，以模拟目标发电机中的转子磁极实际所受的总磁吸力。
也就是说，根据本发明的第二实施例的发电机转子磁极模拟测试装置200采用模拟外定子铁芯不动、被测磁极旋转的方式，将目标发电机运行过程中定子齿槽对转子磁极的交变载荷成比例地转变为模拟外定子铁芯4’对被测磁极52的交变载荷。
如上所述，根据本发明的实施例，在将制造的模拟定子铁芯4(或4’)和被测磁极52以其彼此分开d1的距离安装在发电机转子磁极模拟测试装置上之后，启动驱动部(例如，驱动电机)，来驱动模拟定子铁芯4(或被测磁极52)以预定速率高速旋转。从而，可通过调试带动模拟定子铁芯4(或被测磁极52)高速旋转，来模拟目标发电机中定子齿槽对转子磁极的磁吸力，实现疲劳试验加速。
如上所述，根据本发明的实施例的发电机转子磁极模拟测试装置可通过模拟并加速定子铁芯齿槽对转子磁极的交变载荷来测试转子磁极固定的防护可靠性，并可得出磁极固定件的使用寿命，缩短对磁极固定件的疲劳固定件的判断时间。
如上所述，根据本发明的实施例的发电机转子磁极模拟测试装置的结构简单、制造成本低、测试速度快、检测周期短且得出的数据客观可靠，可以适用于不同类型的电机，具有通用性。
虽然已示出并描述了本公开的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行改变。