技術領域

本發明屬于風力發電技術領域，涉及一種偏航裝置，適合在兆瓦級及其以上大功率變速恒頻風力發電機組中使用。

背景技術

在風力發電機組的運行過程中，機組機械部件損壞幾率遠大于電氣部件。而在機械部件中，偏航系統部件又是機械中經常出現故障的重點問題。由于風速及風向具有隨機性，風力發電機組偏航裝置在工作過程中間斷運行、運行時間短且起停較為頻繁，偏航軸承極易出現磨損。現有偏航電機起動轉矩較低、過載能力弱，在風力發電機組的運行過程中軸承的輕微磨損即會使電機無法正常起動，導致電機燒壞，進而引起偏航故障、造成機組停機，影響機組的正常運行及發電量。同時，由于各部件自身重量較大且風力發電機組機艙與塔筒聯接處即偏航電機安裝處的空間狹小，偏航裝置出現故障后的維修工作難于實施，更換故障部件難度很大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中偏航裝置起動轉矩低、過載能力差等缺點，提出一種風力發電機組偏航裝置。

本發明的技術解決方案是：

一種風力發電機組偏航裝置，包括控制器、偏航制動器、偏航控制繼電器、偏航接觸器、偏航電機、偏航減速器、偏航外齒輪、偏航計數器、扭纜傳感器、風向儀和風速儀，電機與偏航減速器相連，偏航減速器與偏航大齒輪相嚙合，控制器根據風向儀或風速儀輸入的信號，控制偏航制動器，并通過偏航控制繼電器和偏航接觸器控制偏航電機運轉，由偏航電機通過偏航減速器驅動偏航大齒輪，所述電機為Halbach磁體結構永磁電機，所述Halbach磁體結構永磁電機的定子由電樞繞組和鐵軛構成，轉子由轉軸以及固定在轉軸周圍的Halbach永磁體陣列構成。

本發明與現有技術相比的優點在于：

本發明通過采用Halbach磁體結構永磁電機做偏航電機，在偏航裝置體積及輸出功率相同的情況下大幅增加裝置的出力，改善偏航裝置的起動性能，使得偏航裝置在頻繁起停的工作條件下更易帶動機組主艙旋轉；同時，提高偏航電機的過載能力，拓寬其工作范圍，使偏航裝置在偏航軸承出現輕度磨損時維持正常工作，從而降低偏航裝置故障率及維護工作量、延長其運行壽命，避免由于偏航裝置故障造成的機組停機及發電量損失。

附圖說明

圖1為本發明的風力發電機組偏航裝置結構示意圖(俯視圖)。

圖2為本發明的風力發電機組偏航裝置結構示意圖(側視圖)。

圖3為風力發電機組偏航裝置結構框圖。

圖4為風力發電機組偏航裝置中的偏航電機-Halbach磁體結構永磁電機的結構示意圖。

圖5為2對極每極2塊磁體的Halbach磁體結構永磁電機轉子示意圖，其中(a)為轉子永磁體陣列結構圖，(b)為氣隙磁場分布圖。

圖6為2對極每極3塊磁體的Halbach磁體結構永磁電機轉子示意圖，其中(a)為轉子永磁體陣列結構圖，(b)為氣隙磁場分布圖。

圖7為2對極每極4塊磁體的Halbach磁體結構永磁電機轉子示意圖，其中(a)為轉子永磁體陣列結構圖，(b)為氣隙磁場分布圖。

具體實施方式

下面根據附圖和實施例對本發明做進一步描述。

本發明的風力發電機組偏航裝置，能夠根據控制器發出的指令調整機艙角度，實現風力發電機組的迎風及側風控制。所述裝置由偏航大齒輪1、偏航減速器3、Halbach磁體結構永磁電機4、偏航制動器5及其他附屬裝置如偏航計數器、扭纜傳感器、風向儀等部分組成，如圖1、圖2所示。其聯接及位置放置為：Halbach磁體結構永磁電機安裝于機艙底座2，經偏航減速器3與固定在塔筒法蘭盤上的偏航大齒輪1聯接；偏航制動器5固定于機艙基座；風向儀安裝于機艙外表面頂部；偏航計數器安裝于機艙底端。各個構成部件的結構和連接關系如圖3所示。

如圖4所示，本發明采用的偏航電機為具有Halbach磁體結構的2對極永磁電機，永磁材料采用具有高矯頑力和高剩磁密度的釹鐵硼。定子由鐵軛6和電樞繞組8構成，Halbach磁體陣列7固定于轉軸9周圍，其中的每塊磁體按照一定方式進行充磁并固定在一起。氣隙磁場強度隨電機每極所分成Halbach磁體塊數的增加而不斷增大，但造價會升高。在應用過程中，可根據實際風力發電機組偏航裝置的需要以及機組的工作環境合理選擇電機每極所分磁體的塊數。當機組的工作環境惡劣或風向變化頻繁導致偏航軸承磨損率高時，可適當增加每極的磁體塊數。