用于監(jiān)控發(fā)電系統(tǒng)的齒輪箱中的部件健康的設(shè)備和方法
【專利摘要】用于監(jiān)控發(fā)電系統(tǒng)的齒輪箱中的部件健康的設(shè)備和方法。齒輪箱包括具有可相對(duì)移動(dòng)的部件的齒輪組、附接到這些部件中的一個(gè)部件的電樞、以及附接到這些部件中的另一個(gè)部件的磁體。所述電樞經(jīng)受來自所述磁體的變化磁場，以產(chǎn)生電能。用于監(jiān)控部件健康的電氣裝置位于所述齒輪箱內(nèi)并且由從所述電樞接收到的電能供電。
【專利說明】用于監(jiān)控發(fā)電系統(tǒng)的齒輪箱中的部件健康的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)一般涉及發(fā)電系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及監(jiān)控發(fā)電系統(tǒng)的齒輪箱中的部件(諸如風(fēng)輪機(jī))健康。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)用規(guī)模的風(fēng)能系統(tǒng)或風(fēng)場包括一組風(fēng)輪機(jī)，這組風(fēng)輪機(jī)共同作為發(fā)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)以在沒有消耗礦物燃料的情況下生產(chǎn)電能。風(fēng)輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)和被收納在機(jī)艙中的齒輪箱，并且被放置在位于周圍地區(qū)上方足夠高度處的塔上，使得渦輪機(jī)被提供有比地平面處的風(fēng)流更強(qiáng)且更一致的風(fēng)流。兆瓦級(jí)的風(fēng)輪機(jī)能具有重量超過100噸的機(jī)艙和跨度超過90米的轉(zhuǎn)子。由于它們的尺寸、重量和工作高度，因此在風(fēng)輪機(jī)上執(zhí)行大修是昂貴的，常常需要起重機(jī)以從塔上移除轉(zhuǎn)子和機(jī)艙。風(fēng)輪機(jī)的主要組件因此通常被設(shè)計(jì)成具有大于或等于風(fēng)輪機(jī)的估計(jì)使用年限的使用壽命以減小預(yù)期維修費(fèi)用。
[0003]大型風(fēng)輪機(jī)中的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生具有低角速度和高轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)。為了提供具有適于借助發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力的角速度的旋轉(zhuǎn)，可能需要齒輪箱提供大約100:1的超速傳動(dòng)比。因?yàn)樾行驱X輪能夠以緊湊形式因素提供大超速傳動(dòng)比和高動(dòng)力傳遞效率，因此它們常常被用于風(fēng)輪機(jī)應(yīng)用中的齒輪箱的輸入級(jí)。施加至齒輪箱的輸入級(jí)的大轉(zhuǎn)矩和用來向發(fā)電機(jī)傳遞電力的高超速傳動(dòng)比使齒輪箱的活動(dòng)部件經(jīng)受極端力。這些力可能在風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計(jì)壽命已過之前使部件磨損到故障點(diǎn)。
[0004]在正常操作中，每個(gè)齒輪箱部件均因與相鄰齒輪、軸承以及齒輪箱中的其它部件接觸而產(chǎn)生特征振動(dòng)或振動(dòng)特征。當(dāng)部件磨損時(shí)，其振動(dòng)特征可以改變從而足以確定它何時(shí)接近其使用壽命的終點(diǎn)。同樣地，部件故障可以改變它產(chǎn)生的振動(dòng)特征從而足以允許立即檢測到故障。因此，監(jiān)控齒輪箱部件健康的一個(gè)可行方式是通過檢測和分析由齒輪箱部件產(chǎn)生的振動(dòng)，從而異常振動(dòng)能向風(fēng)輪機(jī)操作者提供預(yù)警。然而，從齒輪箱的內(nèi)部部件中的許多部件到齒輪箱外殼的振動(dòng)傳遞路徑通過經(jīng)過潤滑劑、橫跨多個(gè)齒輪和軸承配合面、并且穿過其它部件而被衰減。從齒輪箱外部檢測到的單個(gè)部件振動(dòng)特征還被由其它部件發(fā)出的振動(dòng)掩蓋，從而使得難以隔離單一故障。衰減的信號(hào)和背景噪音級(jí)的結(jié)合因此減小了安裝到齒輪箱外殼上的傳感器的以在故障處理中及早檢測到磨損的部件的能力。
[0005]更接近于被監(jiān)控的部件安裝振動(dòng)傳感器可以形成用于振動(dòng)能量傳遞的更直接的路徑。這可以增大信噪比以在故障處理中充分早地更可靠地檢測單個(gè)部件的異常振動(dòng)發(fā)射，以允許在預(yù)測的故障出現(xiàn)之前執(zhí)行預(yù)防性措施，或者按計(jì)劃修理。然而，由于行星齒輪箱的空間有限，以及內(nèi)部部件的旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，因此利用電線或電纜從安裝到齒輪箱內(nèi)的活動(dòng)部件上的傳感器恢復(fù)信號(hào)并且向該傳感器提供電力是不切實(shí)際的。
[0006]因此，需要一種用于監(jiān)控風(fēng)輪機(jī)齒輪箱的健康的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法允許傳感器精確地評(píng)估振動(dòng)特征并且允許在沒有電纜或電線的情況下操作。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為了克服常規(guī)系統(tǒng)的這些和其它缺點(diǎn)，一種用于發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備包括齒輪箱，所述齒輪箱具有:齒輪組，所述齒輪組具有第一部件和能相對(duì)于該第一部件移到的第二部件；電樞，所述電樞附接至所述齒輪組的所述第一部件；磁體，所述磁體附接至所述齒輪組的所述第二部件，使得所述磁體和所述電樞在所述齒輪組的操作期間呈現(xiàn)出相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而所述電樞經(jīng)受來自所述磁體的變化磁場，從而產(chǎn)生電能；以及位于所述齒輪箱內(nèi)的電氣裝置，所述電氣裝置與所述電樞電耦合以使得所述電氣裝置由所述電能供電。
[0008]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述齒輪組可以是行星齒輪組，所述行星齒輪組包括外齒圈、太陽齒輪、使所述太陽齒輪與所述外齒圈聯(lián)接的多個(gè)行星齒輪、以及支撐所述行星齒輪的托架。所述第一部件可以選自所述外齒圈、所述太陽齒輪、所述行星齒輪中的一個(gè)行星齒輪、或者所述托架中的一者，并且所述第二部件可以選自所述外齒圈、所述太陽齒輪、所述行星齒輪中的一個(gè)行星齒輪、或所述托架中的另一者。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一部件是所述行星齒輪中的一個(gè)行星齒輪。在另一實(shí)施方式中，所述第二部件是所述行星齒輪中的一個(gè)行星齒輪。所述電氣裝置可以附接至所述齒輪組，諸如附接至所述第一部件。
[0009]所述電氣裝置可以包括無線傳感器，該無線傳感器構(gòu)造成感測與所述齒輪箱的操作有關(guān)的變量，并且構(gòu)造成無線地輸出表示所感測到的變量的信號(hào)。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，所感測到的變量可以是在所述齒輪箱內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)能量。所述無線傳感器可以包括收發(fā)器，該收發(fā)器無線地輸出所述信號(hào)，并且該設(shè)備還可以包括與所述齒輪箱相關(guān)聯(lián)的天線，其中，所述天線構(gòu)造成從所述無線傳感器的所述收發(fā)器接收所述信號(hào)并且將所述信號(hào)傳送到所述齒輪箱外部的另一收發(fā)器。
[0010]可以為了使所述電樞和所述電氣裝置電耦合而提供供電器。所述供電器構(gòu)造成捕獲和調(diào)節(jié)從所述電樞供應(yīng)到所述電氣裝置的電能。在一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)電系統(tǒng)是具有轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪機(jī)，其中齒輪箱的齒輪組使所述轉(zhuǎn)子和所述發(fā)電機(jī)聯(lián)接。
[0011]在另一實(shí)施方式中，還公開了一種向齒輪箱中的電氣裝置供電的方法，并且所述方法包括:將電樞附接至齒輪組的第一部件；將磁體附接至所述齒輪組的第二部件；將電氣裝置定位在所述齒輪箱內(nèi)部；以及使所述電氣裝置和所述電樞電耦合，從而當(dāng)所述第一部件和所述第二部件相對(duì)于彼此移動(dòng)時(shí)，來自所述電樞的電能向所述電氣裝置供電。所述齒輪組可以是行星齒輪組，并且將所述電樞附接至所述第一部件可以包括將所述電樞附接至外齒圈、太陽齒輪、行星齒輪中的一個(gè)行星齒輪或托架中的一者，并且將所述磁體附接至所述第二部件可以包括將所述磁體附接至所述外齒圈、所述太陽齒輪、所述行星齒輪中的一個(gè)行星齒輪、或托架中的另一者。所述電氣裝置可以包括無線傳感器，該無線傳感器構(gòu)造成感測與所述齒輪箱的操作有關(guān)的變量并且構(gòu)造成無線地輸出表示所感測到的變量的信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施方式中，所感測到的變量可以是在所述齒輪箱內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)能量。所述方法還可以包括將所述無線傳感器構(gòu)造成具有能夠無線地輸出信號(hào)的收發(fā)器，并且將所述齒輪箱構(gòu)造成具有能夠從所述無線傳感器的所述收發(fā)器接收信號(hào)并且將所述信號(hào)傳送到所述齒輪箱外部的另一收發(fā)器。
[0012]在又另一實(shí)施方式中，向齒輪箱中的電氣裝置供電的方法包括:使附接至齒輪組的第一部件的電樞和附接至齒輪組的第二部件的磁體之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)；通過使所述電樞經(jīng)受來自所述磁體的變化磁場而在所述電樞中產(chǎn)生電能；并且向所述齒輪箱內(nèi)的電氣裝置供以電能。所述方法還可以包括用無線傳感器感測與所述齒輪箱的操作有關(guān)的變量，并且從所述無線傳感器無線地輸出表示所感測的變量的信號(hào)。所述無線傳感器可以包括收發(fā)器，并且所述方法還可以包括將來自所述收發(fā)器的信號(hào)傳送到所述齒輪箱外部的另一收發(fā)器。供電器可以捕獲和調(diào)節(jié)從所述電樞供應(yīng)到所述電氣裝置的電能。
[0013]在另一實(shí)施方式中，為了監(jiān)控風(fēng)輪機(jī)齒輪箱的健康狀態(tài)而提供監(jiān)控系統(tǒng)。所述監(jiān)控系統(tǒng)包括:無線傳感器，該無線傳感器構(gòu)造成在運(yùn)轉(zhuǎn)期間從所述風(fēng)輪機(jī)齒輪箱收集振動(dòng)數(shù)據(jù)；和處理中心，該處理中心與所述無線傳感器通信耦合。所述處理中心構(gòu)造成接收從所述無線傳感器通信的所述振動(dòng)數(shù)據(jù)并且分析所述振動(dòng)數(shù)據(jù)以確定所述風(fēng)輪機(jī)齒輪箱的健康狀態(tài)。
[0014]在另一實(shí)施方式中，提供一種風(fēng)輪機(jī)齒輪箱的健康狀態(tài)的方法。所述方法包括操作所述風(fēng)輪機(jī)齒輪箱，并且響應(yīng)于操作所述風(fēng)輪機(jī)齒輪箱，利用所述風(fēng)輪機(jī)齒輪箱內(nèi)的無線傳感器收集振動(dòng)數(shù)據(jù)。所述方法還包括將振動(dòng)數(shù)據(jù)從所述無線傳感器向外傳送到所述風(fēng)輪機(jī)齒輪箱并且分析振動(dòng)數(shù)據(jù)以確定所述風(fēng)輪機(jī)齒輪箱的健康狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]結(jié)合在本說明書中并且構(gòu)成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式，并且與上面給出的本發(fā)明的概括描述和下面給出的實(shí)施方式的詳細(xì)描述一起用來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0016]圖1是用于風(fēng)場中的典型的風(fēng)輪機(jī)的立體圖；
[0017]圖2是圖1的風(fēng)輪機(jī)的一部分的立體圖，其中機(jī)艙被局部拆開以露出被收納在該機(jī)艙內(nèi)部的結(jié)構(gòu)；
[0018]圖3是包括一級(jí)風(fēng)輪機(jī)齒輪箱的示例性行星齒輪組的分解立體圖；
[0019]圖4是圖3中的行星齒輪組的剖面端視圖；
[0020]圖5是圖4中的行星齒輪組，示出了無線振動(dòng)傳感器和結(jié)合到托架中的它們的關(guān)聯(lián)的磁感應(yīng)能量收獲部件；
[0021]圖6是具有磁感應(yīng)能量收獲供電器的無線傳感器的簡圖；
[0022]圖7是行星齒輪組的剖面端視圖，示出了用于無線傳感器磁感應(yīng)收獲系統(tǒng)的部件布局;
[0023]圖8至圖10是圖7中的行星齒輪組的剖面端視圖，示出了無線傳感器磁感應(yīng)能量收獲系統(tǒng)的另選實(shí)施方式；以及
[0024]圖11是示出用于將由齒輪箱中的無線傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊惺綌?shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]通常，本發(fā)明的實(shí)施方式涉及通過聯(lián)接至風(fēng)輪機(jī)齒輪箱部件和/或相鄰部件的傳感器遠(yuǎn)距離監(jiān)控風(fēng)能應(yīng)用中的風(fēng)輪機(jī)齒輪箱部件健康，并且涉及用于向傳感器供應(yīng)電力的方法和系統(tǒng)。傳感器在無線通信線路上傳送數(shù)據(jù)并且被提供有來自局部收獲的能量的電力。這樣，傳感器可以無限地操作而不需要電線、電纜或其他橫跨移動(dòng)界面的物理連接。通過將電樞安裝到部件上，并且放置磁體使得電樞因齒輪箱的運(yùn)動(dòng)而經(jīng)受變化的磁通量來感應(yīng)地收獲能量。局部能量收獲可以允許傳感器無限地起作用。在代表性實(shí)施方式中，被監(jiān)控的部件位于行星齒輪箱內(nèi)，但本發(fā)明不限于此。監(jiān)控可以包括從相同或不同風(fēng)場中的多個(gè)渦輪機(jī)獲得部件健康數(shù)據(jù)并且在集中式數(shù)據(jù)庫中收集數(shù)據(jù)。
[0026]參看圖1和圖2，風(fēng)輪機(jī)10包括塔12、設(shè)置在塔12的頂點(diǎn)處的機(jī)艙14、操作地聯(lián)接至發(fā)電機(jī)20的轉(zhuǎn)子16、以及被收納在機(jī)艙14內(nèi)的齒輪箱34。除了發(fā)電機(jī)20和齒輪箱34之外，機(jī)艙14收納將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成電能以及操作風(fēng)輪機(jī)10和最優(yōu)化風(fēng)輪機(jī)10的性能所需的各種部件。塔12支撐由機(jī)艙14、轉(zhuǎn)子16和被收納在機(jī)艙14內(nèi)的其它風(fēng)輪機(jī)部件呈現(xiàn)的負(fù)載并且操作以將機(jī)艙14和轉(zhuǎn)子16提升到地平面或海平面上方的高度，如可以是這樣的情況，在該情況下通常發(fā)現(xiàn)具有低紊流和高速度的氣流。
[0027]轉(zhuǎn)子16可以包括中心轂22和在繞該中心轂22的周向分布的位置處附接至該中心轂22的多個(gè)葉片24。在代表性實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子16包括三個(gè)葉片24。從中心轂22徑向向外突出的葉片24構(gòu)造成與經(jīng)過的氣流相互作用以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，這些旋轉(zhuǎn)力使中心轂22繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。葉片24的設(shè)計(jì)、構(gòu)造和操作為風(fēng)輪機(jī)設(shè)計(jì)的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟悉，并且可以包括附加的功能方面以最優(yōu)化性能。例如，葉片24的槳距角控制可以由槳距控制機(jī)構(gòu)(未示出)來實(shí)現(xiàn)，該槳距控制機(jī)構(gòu)響應(yīng)于風(fēng)速以最優(yōu)化低風(fēng)條件下的電力生產(chǎn)，并且如果風(fēng)速超過設(shè)計(jì)限值則使葉片順槳。
[0028]轉(zhuǎn)子16可以直接或者如圖所示借助驅(qū)動(dòng)軸32間接聯(lián)接至齒輪箱34。無論以哪種方式，齒輪箱34都通過聯(lián)軸器36將轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)傳遞到發(fā)電機(jī)20。超過最小級(jí)的風(fēng)可以致動(dòng)轉(zhuǎn)子16，從而使轉(zhuǎn)子16在大體上垂直于風(fēng)的方向上旋轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)矩施加至發(fā)電機(jī)20的輸入軸。由發(fā)電機(jī)20產(chǎn)生的電力可以被供應(yīng)到電網(wǎng)(未示出)或供應(yīng)到用于稍后釋放到電網(wǎng)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的。這樣，風(fēng)的動(dòng)能可被用于發(fā)電的風(fēng)輪機(jī)10所利用。
[0029]齒輪箱34將轉(zhuǎn)子16的低旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)變成適于產(chǎn)生電力的旋轉(zhuǎn)速度。齒輪箱34的輸出可以由聯(lián)軸器36聯(lián)接至發(fā)電機(jī)20，該聯(lián)軸器36可以在齒輪箱34的輸出軸和發(fā)電機(jī)20的輸入之間提供彈性連接。發(fā)電機(jī)20通過使電樞和磁體之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)來將施加到其輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。齒輪箱34可以包括利用行星齒輪組的一級(jí)或多級(jí)。行星齒輪組能夠以緊湊形式因素提供大超速傳動(dòng)比和高動(dòng)力傳遞效率，從而使它們很好地適于使用于風(fēng)輪機(jī)齒輪箱。
[0030]齒輪箱一般包括第一部件和能相對(duì)于該第一部件移動(dòng)的第二部件。如將在下面進(jìn)一步詳細(xì)地說明的，齒輪箱的這些部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以用來從齒輪箱收獲電力以便向例如可以監(jiān)控部件中的一個(gè)或多個(gè)部件的健康的電氣裝置供電。為此，并且參照?qǐng)D3和圖
4,齒輪箱34可以包括行星齒輪組40,該行星齒輪組包括小齒輪或太陽齒輪42、小齒輪軸44、多個(gè)行星齒輪46、包括多個(gè)銷50的托架48、以及內(nèi)齒圈或外齒圈52。太陽齒輪42具有面向外并且周向分布的齒，這些齒與行星齒輪46嚙合，并且太陽齒輪42可以附接至軸44，從而太陽齒輪42和軸44作為單元一起旋轉(zhuǎn)。為了起到說明目的，行星齒輪組40示出有三個(gè)行星齒輪46，然而，可以使用各種數(shù)量的行星齒輪46，這取決于太陽齒輪42和外齒圈52的相關(guān)的尺寸，以及其它設(shè)計(jì)因素。每個(gè)行星齒輪46均可以附接至其中一個(gè)銷50，使得每個(gè)行星齒輪46均自由旋轉(zhuǎn)并且繞相應(yīng)的銷50的軸線旋轉(zhuǎn)。軸承(未示出)可以被引入以減小行星齒輪46和銷50之間的摩擦并且傳遞載荷。外齒圈52包括面向內(nèi)并且周向分布的齒，這些齒與行星齒輪46上的齒嚙合，從而，當(dāng)托架48相對(duì)于外齒圈52旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)行星齒輪46均繞其相應(yīng)的銷50的軸線旋轉(zhuǎn)。
[0031]行星齒輪組40可以構(gòu)造成通過將太陽齒輪42、托架48或外齒圈52中的任一個(gè)保持靜止，將轉(zhuǎn)矩耦合至用作輸入的非靜止部件(其中其余部件用作輸出)來將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩從輸入傳遞到輸出。為了提供超速傳動(dòng)比，行星齒輪組40可以構(gòu)造成使得托架48用作輸入，夕卜齒圈52保持靜止，并且小齒輪軸44用作輸出。在該構(gòu)造中，齒輪組的超速傳動(dòng)比是(1+A/S)，其中A是外齒圈52中的齒的數(shù)量，并且S是太陽齒輪42中的齒的數(shù)量。為了實(shí)現(xiàn)較高的超速傳動(dòng)比，齒輪箱34可以包括串聯(lián)放置的多個(gè)齒輪組40，其中一個(gè)行星齒輪組40的輸出驅(qū)動(dòng)下一個(gè)行星齒輪組40的輸入，使得總齒輪比是多個(gè)行星齒輪組40的比的乘積。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，齒輪箱34可以包括串聯(lián)地構(gòu)成的兩個(gè)行星齒輪組40，并且也可以包括平行齒輪級(jí)以將第二行星齒輪級(jí)的輸出耦合至發(fā)電機(jī)20，從而提供轉(zhuǎn)子16和發(fā)電機(jī)20之間的范圍在80:1至100:1的總超速傳動(dòng)比。兩個(gè)行星齒輪組40也可以共用單個(gè)外齒圈52，在該情況下外齒圈52將具有足夠的軸向長度以容納兩組行星齒輪和兩個(gè)太陽齒輪。
[0032]參照?qǐng)D5，齒輪箱34可以包含潤滑劑64以通過在旋轉(zhuǎn)期間用潤滑劑64涂覆齒輪部件來減小齒輪箱部件上的摩擦和磨損。為此，潤滑劑64可以在齒輪箱34內(nèi)形成集液槽，使得齒輪箱部件在操作期間變得飛濺潤滑。另選地或另外，潤滑劑64可以從外部容器被迫(即，被壓力供給)進(jìn)到期望的區(qū)域，從而減小或消除對(duì)集液槽的需要。
[0033]參照?qǐng)D5和圖6，齒輪箱34和該齒輪箱34內(nèi)的行星齒輪組40可以包括電氣裝置，該電氣裝置構(gòu)造成監(jiān)控齒輪組40的部件中的至少一個(gè)部件。在一個(gè)實(shí)施方式中，電氣裝置可以包括一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54。在這點(diǎn)上，齒輪箱34可以包括無線傳感器54、天線56、磁體58、電樞60和供電器62,它們一起形成用于將與齒輪箱34的操作有關(guān)的齒輪箱數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)綗o線輸入/輸出(I/O)收發(fā)器66的通信系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)可以是振動(dòng)數(shù)據(jù)。然而，例如可以表示部件健康的其它數(shù)據(jù)也可以被傳輸。單獨(dú)的無線傳感器54可以以接近于銷50的方式定位在托架48上以提高傳感器對(duì)單個(gè)行星齒輪46的振動(dòng)發(fā)射的敏感性，或者單個(gè)傳感器可以安裝到托架48上并且用來集中監(jiān)控多個(gè)齒輪箱部件。因?yàn)樾行驱X輪46與外齒圈52以及太陽齒輪42直接接觸，因此與安裝在齒輪箱34的外部上的常規(guī)傳感器相比，附接至托架48的一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54可以對(duì)從經(jīng)受磨損的部件發(fā)出的振動(dòng)更敏感。
[0034]盡管在代表性實(shí)施方式中無線傳感器54被直接安裝到托架48上，但是本發(fā)明并不限于此，并且也可以采用直接聯(lián)接至或嵌入太陽齒輪42、小齒輪軸44、行星齒輪46、銷50、外齒圈52或任何其它部件的無線傳感器54的任何組合以監(jiān)控齒輪箱部件的健康和行星齒輪組40的狀況。例如，無線傳感器54可以能夠檢測災(zāi)難性故障出現(xiàn)之前各個(gè)被磨損或破壞的部件。在發(fā)生之前搶先預(yù)知故障的能力向操作者提供了定期維護(hù)或采取其他預(yù)防措施(諸如減小渦輪機(jī)輸出)的選擇，以阻止故障或延遲故障。無線傳感器54可以安裝供它們聯(lián)接的部件中的腔內(nèi)或部件的外表面上，從而它們經(jīng)受由部件產(chǎn)生和/或傳遞到部件的振動(dòng)。
[0035]無線傳感器54可以是市場上可買到的傳感器，并且可以利用模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器將振動(dòng)傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，或者可以作為與由振動(dòng)傳感器產(chǎn)生的電壓成比例的模擬信號(hào)傳輸該振動(dòng)傳感器信號(hào)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以由無線傳感器54存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中以用于在被詢問時(shí)稍后以周期間隔自動(dòng)傳輸從而基于傳輸通道的可用性保存電力或信道容量，或者數(shù)據(jù)可以被實(shí)時(shí)地不斷傳輸。當(dāng)周期地進(jìn)行傳輸以保存?zhèn)鞲衅麟娏r(shí)，傳輸?shù)闹芷诳梢匀Q于有多少內(nèi)存可應(yīng)用于傳感器54，其范圍從幾秒到幾分鐘。天線56可以提供從齒輪箱34的內(nèi)部到無線I/O收發(fā)器66的射頻(RF)路徑，從而它與無線傳感器54通信。
[0036]因?yàn)橛糜邶X輪箱34的輸入的主軸承和轉(zhuǎn)子軸通常以小于每分鐘30轉(zhuǎn)(RPM)的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，由低速級(jí)齒輪組產(chǎn)生的振動(dòng)的檢測可以要求無線傳感器54具有測量頻譜范圍在大約0.1Hz至大約6，OOOHz的振動(dòng)信號(hào)的能力。當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度借助齒輪箱34而增大時(shí)，所產(chǎn)生的振動(dòng)頻率也將增大，從而無線傳感器54的設(shè)計(jì)帶寬可以被調(diào)整為適應(yīng)于傳感器正在監(jiān)控的部件旋轉(zhuǎn)所在的角速度。監(jiān)控由較高速度級(jí)齒輪箱34中的部件產(chǎn)生的振動(dòng)的無線傳感器54可以要求具有測量頻譜范圍從大約3，OOOHz到大約20，OOOHz的振動(dòng)信號(hào)的能力。
[0037]如果無線傳感器54的操作環(huán)境包括潤滑劑64，則無線潤滑劑傳感器(未示出)(諸如浮動(dòng)液位開關(guān))可以用來感測無線傳感器54中的任一個(gè)是否浸入潤滑劑64中，從而當(dāng)浸沒不存在時(shí)可以按照預(yù)定時(shí)間進(jìn)行傳輸。無線潤滑劑傳感器可以另外地為構(gòu)造成測量潤滑劑質(zhì)量(例如污染水平)或性質(zhì)(例如，溫度)的傳感器。
[0038]參照?qǐng)D6，無線傳感器54可以包括加速計(jì)68或其它振動(dòng)傳感器，其響應(yīng)于加速度，即，沿一個(gè)或多個(gè)軸線的振動(dòng)輸出信號(hào)。與加速計(jì)68 —起使用的示例性振動(dòng)傳感器包括，但不限于，壓電式傳感器、恒定電流式傳感器、電容式傳感器等。來自加速計(jì)68的輸出表示存在于無線傳感器54處的振動(dòng)能量并且被供應(yīng)到無線輸入-輸出(I/O)模塊72。
[0039]無線I/O模塊72可以包括模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器78、機(jī)載存儲(chǔ)器80和傳送器82。無線I/o模塊72可以利用A/D轉(zhuǎn)換器78將由加速計(jì)68提供的信號(hào)編碼以產(chǎn)生表示加速計(jì)68的輸出信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以由傳送器82進(jìn)一步編碼和通過RF傳輸，從而它可以由天線56接收。數(shù)據(jù)傳輸可以實(shí)時(shí)發(fā)生，或者數(shù)據(jù)可以被保留在機(jī)載存儲(chǔ)器80中以用于在稍后時(shí)間傳輸。
[0040]供電器62捕獲由電樞60提供的電能并且調(diào)節(jié)所捕獲的電能，從而所調(diào)節(jié)的電能可以用來向無線傳感器54供電。供電器62可以包括變壓器84、整流器86和能量存儲(chǔ)裝置90，其中整流器包括構(gòu)造成環(huán)的二極管88，能量存儲(chǔ)裝置可以是電容器、可充電電池或其它合適的能量存儲(chǔ)裝置。供電器62也可以包括調(diào)節(jié)器92以調(diào)節(jié)該供電器的輸出，從而使它提供一致的電壓。這樣的裝置的操作如下:當(dāng)磁體58移動(dòng)通過電樞60時(shí)，由于隨時(shí)間變化的磁場而可以在電樞60中產(chǎn)生隨時(shí)間變化電流的或交變電流(AC)。電樞60聯(lián)接至變壓器84的輸入，從而電流流過變壓器84的初級(jí)線圈，以適于為無線傳感器54產(chǎn)生電力的電壓水平在次級(jí)線圈中的感生電流。在變壓器84的輸出處的AC電流流過整流器86，從而產(chǎn)生具有DC分量的電壓。整流器86的輸出用來向能量存儲(chǔ)裝置90充電以提供電力貯存器。電力可以由電壓調(diào)節(jié)器92進(jìn)一步調(diào)節(jié)，從而供電器62在變化的操作條件(諸如變化的磁體旋轉(zhuǎn)速度和無線傳感器電力負(fù)載)下向無線傳感器54提供一致的電壓。
[0041]電樞60可以包括電線或其它導(dǎo)線,其定位成使得它暴露于由于電樞60和磁體58之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的變化的磁通量。電樞60可以由合適的導(dǎo)體(諸如銅或鋁)制成，并且可以涂覆有絕緣材料(諸如清漆)。電樞60可以形成為環(huán)、線圈或其它形狀以增大由變化的磁通量感應(yīng)的電流。線圈可以形成有空心，或者可以包括芯材料，諸如軟鐵或其它磁性材料的層壓件，以及包括絕緣材料的層以防止形成渦電流。電樞60也可以包括幾個(gè)線圈，這幾個(gè)線圈電耦合在一切并且單獨(dú)地定位以從定位在分離的齒輪或其它活動(dòng)部件中的磁體收獲能量，并且可以將從多個(gè)位置收獲的能量耦合到單個(gè)供電器62中。另選地，多個(gè)電樞60可以連接至單個(gè)供電器62。
[0042]在一個(gè)實(shí)施方式中，每個(gè)磁體58均為稀土磁體,其包含由含有一種或多種稀土(鑭系)元素(諸如釹或釤)的合金的磁性材料，這些稀土元素是鐵磁性金屬。包含稀土元素和過渡金屬(諸如鐵、鎳、或鈷)的某些合金具有遠(yuǎn)高于室溫的居里溫度，這對(duì)于在高溫環(huán)境下操作的永磁體是所希望的性質(zhì)。適于磁體58的磁性材料的代表性合金包括，但不限于，包含鈷的釤合金(SmCo5)以及包含鐵和硼的釹合金(Nd2Fe14B)?？梢允┘与婂儗踊蛲繉右员Ｗo(hù)磁體58不被腐蝕、破壞和碎裂。稀土合金的特征在于，大的磁各向異性的晶體結(jié)構(gòu)促進(jìn)借助強(qiáng)磁場沿一個(gè)具體方向的磁化，但是，一旦被磁化，就抵抗沿任何不同方向被磁化。齒輪箱34可以包括冷卻系統(tǒng)(未示出)，該冷卻系統(tǒng)防止磁體58的溫度超過組成磁性材料的居里溫度。
[0043]磁體58中的每個(gè)磁體均可以由整體構(gòu)造的單個(gè)、整體永磁體構(gòu)成，或者可以是包括多個(gè)單獨(dú)的永磁體的組件。磁體58可以嵌入供附接其的齒輪箱部件中，或者可以粘附結(jié)合到齒輪箱部件的外表面上。磁體58也可以利用機(jī)械夾、框架或其它常規(guī)的機(jī)械緊固技術(shù)被接合到齒輪箱部件上。
[0044]在另選實(shí)施方式中，磁體58中的磁性材料可以是陶瓷或鐵氧體材料或者鋁鎳鈷合金。然而，稀土合金對(duì)于磁體58是優(yōu)選的，這是因?yàn)榕c磁場強(qiáng)度有關(guān)的相對(duì)較高的剩磁性(BJ、測量對(duì)退磁的阻尼的相對(duì)較高的矯頑性(HcdX以及與能量密度有關(guān)的相對(duì)較高的能量乘積(BHniax )。
[0045]永磁體被示出為具有符合供其安裝的部件的形狀的曲率。然而，每一永磁體均不被強(qiáng)迫具有彎曲形狀，并且可以具有矩形形狀或任何其他形狀。
[0046]由磁感應(yīng)從磁體58和電樞60的相對(duì)運(yùn)動(dòng)收獲的能量允許可以被安裝到齒輪箱34的活動(dòng)部件上的無線傳感器54在有限使用電線或電纜的情況下被供電。磁感應(yīng)是一種物理現(xiàn)象，其在導(dǎo)體相對(duì)于磁場移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生橫跨該導(dǎo)體的電壓。使用能量收獲將能量存儲(chǔ)裝置90保持在充電狀態(tài)，從而無線傳感器54可以被內(nèi)部供電，這減小或消除了對(duì)無線傳感器應(yīng)用中的常規(guī)的電池的壽命的擔(dān)憂。能量存儲(chǔ)裝置90在齒輪箱34的壽命期間可以不必更換，這可以消除或至少減小對(duì)接近齒輪箱34的內(nèi)部部件并且將風(fēng)輪機(jī)停止使用的需要。結(jié)果，能量收獲改善了齒輪箱34中無線傳感器54的實(shí)踐性。作為向無線傳感器54供電的解決方案，磁感應(yīng)能力收獲可以用來提供具有大體上無限持續(xù)時(shí)間的供電器。
[0047]參照?qǐng)D7至圖10，其中相同的附圖標(biāo)記表示與圖1至圖6中相同的特征，行星齒輪組40的概略端視圖呈現(xiàn)為為了清楚而省略的托架48和齒輪箱34外殼，示出了本發(fā)明的各個(gè)代表性實(shí)施方式。盡管電樞60被示出為由電耦合在一起的各種數(shù)量的線圈形成，但是應(yīng)理解，電樞60可以包括任何數(shù)量的線圈，并且也可以由單個(gè)電線、線環(huán)或線圈形成，這取決于供安裝電樞的齒輪組部件的尺寸和構(gòu)造，以及行星齒輪46的尺寸和數(shù)量。同樣地，應(yīng)理解，磁體58和電樞60的尺寸、數(shù)量和位置在不偏離總體發(fā)明理念的精神或范圍的情況下可以不同于所示的那些尺寸、數(shù)量和位置。
[0048]具體參照?qǐng)D7，電樞60相對(duì)于太陽齒輪42安裝在固定位置，并且磁體58如圖所示通常相對(duì)于行星齒輪46安裝在固定位置。電樞60可以安裝在太陽齒輪42的表面上，或者定位在太陽齒輪42內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)腔中，并且磁體58可以類似地安裝到行星齒輪46上。電樞60電耦合到供電器62，其也可以安裝到太陽齒輪42上。當(dāng)太陽齒輪42和托架48之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，諸如當(dāng)外齒圈52固定并且太陽齒輪42旋轉(zhuǎn)時(shí)，行星齒輪46繞它們相應(yīng)的銷50旋轉(zhuǎn)，從而使磁體58相對(duì)于電樞60移動(dòng)，從而通過電樞60穿過由磁體58產(chǎn)生的磁場的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而可以在電樞60中感應(yīng)出電壓。供電器62調(diào)節(jié)并存儲(chǔ)由電樞60收獲的電力，從而它可以向一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54供電。對(duì)于安裝到太陽齒輪42上的電樞60,供電器62可以用來向安裝在太陽齒輪42或小齒輪軸44中的一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54提供電力，從而避免將電力稱合到相對(duì)于供電器62移動(dòng)的無線傳感器54。電樞60和磁體58的不同放置可以是優(yōu)選的，這取決于需要電力的無線傳感器54定位在何處，并且也可以取決于行星齒輪組40是否構(gòu)造成具有作為靜止構(gòu)件的太陽齒輪42、托架48或外齒圈52。
[0049]具體參照?qǐng)D8，電樞60相對(duì)于外齒圈52安裝在固定位置，并且磁體58如圖所示通常相對(duì)于行星齒輪46安裝在固定位置。電樞60可以安裝在外齒圈52上或安裝在外齒圈52內(nèi)的腔中，并且磁體58可以類似地安裝到行星齒輪46上。當(dāng)外齒圈52和托架48之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，諸如當(dāng)托架48固定并且外齒圈52旋轉(zhuǎn)時(shí)，行星齒輪46可以繞它們相應(yīng)的銷50旋轉(zhuǎn),從而使磁體58相對(duì)于電樞60移動(dòng)，從而通過電樞60穿過由磁體58產(chǎn)生的磁場的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在電樞60中感生出電壓。供電器62調(diào)節(jié)并存儲(chǔ)由電樞60收獲的電力，從而它可以向一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54供應(yīng)電力。對(duì)于安裝到外齒圈52上的電樞60,供電器62可用來向安裝到外齒圈52上的一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54提供電力，從而避免將電力率禹合到相對(duì)于供電器62移動(dòng)的無線傳感器54。供電器62因此可以用來向相對(duì)于外齒圈52靜止的無線傳感器54提供電力，而不需要橫跨活動(dòng)界面耦合電力。
[0050]具體參照?qǐng)D9，電樞60相對(duì)于行星齒輪46安裝在固定位置，并且磁體58如圖所示通常相對(duì)于太陽齒輪42安裝在固定位置。電樞60可以安裝在行星齒輪46上，或者安裝在行星齒輪46內(nèi)的腔中，并且磁體58可以安裝在太陽齒輪42上或安裝在太陽齒輪42內(nèi)的腔中。當(dāng)太陽齒輪42和托架48之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，諸如當(dāng)托架48繞固定的太陽齒輪42旋轉(zhuǎn)時(shí)，行星齒輪46可以繞它們相應(yīng)的銷50旋轉(zhuǎn)，從而使磁體58相對(duì)于電樞60移動(dòng)，從而可以通過電樞60穿過由磁體58產(chǎn)生的電場的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在電樞60中感應(yīng)出電壓。供電器62調(diào)節(jié)并存儲(chǔ)由電樞60收獲的電力，從而它可以向一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54供應(yīng)電力。對(duì)于安裝到行星齒輪46上的電樞60，供電器62可以用來向安裝到行星齒輪46上的一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54提供電力，從而避免將電力耦合到相對(duì)于供電器62移動(dòng)的無線傳感器54上。供電器62因此可以用來向安裝在無線傳感器54的相關(guān)聯(lián)的行星齒輪46中的無線傳感器54提供電力，而不需要橫跨移動(dòng)界面耦合電力。
[0051]具體參照?qǐng)D10，電樞60相對(duì)于行星齒輪46安裝在固定位置，并且磁體58如圖所示通常相對(duì)于外齒圈52安裝在固定位置。電樞60可以安裝在行星齒輪46上或安裝在行星齒輪46內(nèi)的腔中，并且磁體58可以安裝在外齒圈52上或安裝外齒圈52內(nèi)的腔中。當(dāng)太陽齒輪42和托架48之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，諸如當(dāng)托架48繞固定的太陽齒輪42旋轉(zhuǎn)時(shí)，行星齒輪46可以繞它們相應(yīng)的銷50旋轉(zhuǎn)，從而使電樞60相對(duì)于磁體58移動(dòng)，從而通過電樞60穿過由磁體58產(chǎn)生的磁場相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在電樞60中感應(yīng)出電壓。供電器62調(diào)節(jié)并且存儲(chǔ)由電樞60收獲的電力，從而它可以向一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54供應(yīng)電力。對(duì)于安裝到行星齒輪46上的電樞，供電器62可以用來向安裝到行星齒輪46上的一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54提供電力，從而避免將電力耦合到相對(duì)于供電器62移動(dòng)的無線傳感器54。供電器62因此可以用來向安裝在無線傳感器54的相關(guān)聯(lián)的行星齒輪46中的無線傳感器54提供電力，而不需要橫跨移動(dòng)界面耦合電力。
[0052]參照?qǐng)D11，其中相同的附圖標(biāo)記是指與圖1至圖10中相同的特征，并且根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供框圖，其示出了風(fēng)輪機(jī)齒輪箱部件健康監(jiān)控系統(tǒng)100。監(jiān)控系統(tǒng)100從一個(gè)或多個(gè)風(fēng)輪機(jī)齒輪箱34的內(nèi)部部件收集數(shù)據(jù)并且將所收集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在集中式數(shù)據(jù)處理中心101處的數(shù)據(jù)庫中。該數(shù)據(jù)例如可以是振動(dòng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以由無線I/O收發(fā)器66從每個(gè)齒輪箱34中的一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54收集，所述收發(fā)器通過網(wǎng)絡(luò)103將數(shù)據(jù)傳送到集中式數(shù)據(jù)處理中心101。由監(jiān)控系統(tǒng)100收集的數(shù)據(jù)可以來自單個(gè)風(fēng)輪機(jī)10、單個(gè)風(fēng)場，或者它可以來自不同位置的多個(gè)風(fēng)場。一旦數(shù)據(jù)已被收集，它就可以由監(jiān)控系統(tǒng)100分析以確定齒輪箱34的健康狀態(tài)。風(fēng)輪機(jī)操作者可以訪問集中式數(shù)據(jù)處理中心101處的數(shù)據(jù)庫，并且也可以接收來自監(jiān)控系統(tǒng)100的警報(bào)，從而通知他們預(yù)測的部件故障和推薦的行動(dòng)過程。
[0053]監(jiān)控系統(tǒng)100包括一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54a至54η以及定位在齒輪箱34內(nèi)的電力子發(fā)電機(jī)102a至102m。電力子發(fā)電機(jī)102包括感應(yīng)地耦合到電樞60的磁體58，電樞繼而電耦合到供電器62。磁體58安裝到內(nèi)齒輪箱部件上，從而只要齒輪箱34運(yùn)動(dòng)磁體就相對(duì)于電樞60移動(dòng)。每個(gè)子發(fā)電機(jī)102均可以向一個(gè)或多個(gè)無線傳感器54供以電力，并且相反地，每個(gè)無線傳感器54均可以接收來自一個(gè)以上的子發(fā)電機(jī)102的電力，從而子發(fā)電機(jī)102的數(shù)量不必與無線傳感器54的數(shù)量相同。
[0054]無線傳感器54可以包括加速計(jì)68或可以安裝到齒輪箱部件上的其它振動(dòng)傳感器，以及無線I/O模塊72。無線I/O模塊72適于接收來自加速計(jì)68的信號(hào)，這些信號(hào)表示存在于所監(jiān)控的部件中的振動(dòng)能量，并且無線I/O模塊72適于將信號(hào)傳輸?shù)綗o線I/O收發(fā)器66。另選地，信號(hào)可以保存在機(jī)載存儲(chǔ)器80中以稍后被傳輸?shù)綗o線I/O收發(fā)器66。
[0055]無線I/O收發(fā)器66可以包括無線傳感器接口 104、處理器106、存儲(chǔ)器108、數(shù)據(jù)緩沖器110以及網(wǎng)絡(luò)接口 112。無線傳感器54可以是市場上可買到的無線加速計(jì)，并且可以利用無線線路(諸如 IEEE802.15.1 (藍(lán)牙)、IEEE802.11 (W1-Fi), IEEE802.15.4 (包括ZigBee, WirelessHART和MiWi))、利用私有協(xié)議或任何其它合適的無線通信協(xié)議的超寬帶傳輸通過無線傳感器接口 104被通信耦合。無線傳感器54可以將所接收的數(shù)據(jù)保存在機(jī)載存儲(chǔ)器80上，以周期性間隔突發(fā)地傳輸數(shù)據(jù)以保存電力，或者無線傳感器54可以不斷地實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。無線線路114可以包括誤差校正，諸如循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)，以防止數(shù)據(jù)損失或訛誤，并且可以基于無線傳感器54信號(hào)的可用性觸發(fā)數(shù)據(jù)流。另選地，無線傳感器接口 104可以適于接收表不來自無線傳感器54的代表原始信號(hào)的模擬傳輸。模擬信號(hào)可以由無線傳感器接口 104或處理器106轉(zhuǎn)變成數(shù)字格式并且被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩沖器110中，或者由網(wǎng)絡(luò)接口 112實(shí)時(shí)地傳輸?shù)郊惺綌?shù)據(jù)處理中心101。
[0056]無線I/O收發(fā)器66可以通過網(wǎng)絡(luò)103通信耦合到集中式數(shù)據(jù)處理中心101，從而無線傳感器54可以將無線傳感器數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接口 112傳輸?shù)郊惺綌?shù)據(jù)處理中心101。無線傳感器數(shù)據(jù)可以利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(諸如用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(UDP/IP))或傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)在可以包括到網(wǎng)絡(luò)103的局部線路116的路徑上被傳送。局部線路116可以是硬連線的線路(諸如IEEE802.3 (以太網(wǎng))線路)，或者是利用無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的無線線路(諸如W1-Fi)或者私人線路(諸如利用免授權(quán)頻帶(諸如902-928MHZ工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)(ISM)頻帶)的展布頻譜傳輸)。無線I/O收發(fā)器66可以在無線傳感器54數(shù)據(jù)被接收時(shí)實(shí)時(shí)地傳輸無線傳感器54數(shù)據(jù)，或者收發(fā)器可以利用數(shù)據(jù)緩沖器110存儲(chǔ)傳感器數(shù)據(jù)以稍后傳輸。
[0057]傳輸?shù)郊惺綌?shù)據(jù)處理中心101的數(shù)據(jù)可以是原始傳感器數(shù)據(jù)，或者無線I/O收發(fā)器66可以執(zhí)行數(shù)據(jù)分析并且在傳輸之前處理。處理可以包括下列技術(shù)中的任一個(gè)或所有:利用快速傅里葉轉(zhuǎn)換(FFT)的頻率分析，小波變換和其它信號(hào)分析技術(shù)以檢測故障或獲得故障信息。處理數(shù)據(jù)局部地可以允許無線I/O收發(fā)器66將處理數(shù)據(jù)或故障碼傳輸?shù)郊惺綌?shù)據(jù)處理中心101，保存網(wǎng)絡(luò)帶寬和服務(wù)器處理能力。時(shí)間戳也可以被加入到數(shù)據(jù)傳輸包以使集中式數(shù)據(jù)處理中心101能夠根據(jù)時(shí)間來追蹤數(shù)據(jù)。為了有利于在傳輸之前數(shù)據(jù)處理，處理器106可以包括基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。
[0058]集中式數(shù)據(jù)處理中心101可以將來自多個(gè)風(fēng)輪機(jī)10和風(fēng)場的傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在由位置、時(shí)間和其它服務(wù)數(shù)據(jù)分類的數(shù)據(jù)庫中?？赏ㄟ^在集中式數(shù)據(jù)處理中心101中的服務(wù)器的一個(gè)或多個(gè)處理器120上運(yùn)行的程序來自動(dòng)分析數(shù)據(jù)以發(fā)現(xiàn)潛在問題?；趶拿總€(gè)無線I/O收發(fā)器66接收的數(shù)據(jù)，集中式數(shù)據(jù)處理中心101可以產(chǎn)生報(bào)告或警報(bào)以向操作者提供關(guān)于單個(gè)風(fēng)輪機(jī)10的健康狀態(tài)的信息。報(bào)告可以包括可疑部件異常的列表、以及故障的推測時(shí)間以及建議的補(bǔ)救。系統(tǒng)使用者也可以訪問集中式數(shù)據(jù)處理中心101以下載或分析振動(dòng)數(shù)據(jù)，或者以檢查具體的風(fēng)輪機(jī)10的狀態(tài)。對(duì)數(shù)據(jù)中心的遠(yuǎn)程訪問可以由風(fēng)場操作者利用，并且可以包括安全特征以使得許可用戶僅能在它們的監(jiān)督下訪問關(guān)于風(fēng)輪機(jī)的信肩、O
[0059]如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，本發(fā)明的實(shí)施方式也可以實(shí)施在計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品實(shí)施在至少一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，所述至少一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上實(shí)施有計(jì)算機(jī)可讀程序編碼。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是電子的、磁的、光學(xué)的、電磁的、紅外線的或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備或裝置，或者其任何合適的組合，其能包含或存儲(chǔ)借助或結(jié)合指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用的程序。示例性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)包括但不限于:硬盤、軟盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、可擦可編程序只讀存儲(chǔ)器、閃速存儲(chǔ)器、便攜式光盤只讀存儲(chǔ)器、光學(xué)存儲(chǔ)裝置、磁存儲(chǔ)裝置或者其任何合適的組合。用于實(shí)施用于本發(fā)明的實(shí)施方式的操作的計(jì)算機(jī)程序編碼可以以一種或多種面向?qū)ο蠛统绦蚓幊陶Z言來書寫。
[0060]本文所述的方法能由供應(yīng)到任何類型的計(jì)算機(jī)的處理器的計(jì)算機(jī)程序指令來執(zhí)行以產(chǎn)生具有執(zhí)行指令以實(shí)施本文指定的功能/動(dòng)作的處理器的機(jī)器。這些計(jì)算機(jī)程序指令也可以被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，該介質(zhì)可以指導(dǎo)計(jì)算機(jī)以具體的方式起作用。為此，計(jì)算機(jī)程序指令可以被加載在計(jì)算機(jī)上以使執(zhí)行一系列操作步驟并且從而產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)施處理，使得執(zhí)行的指令為實(shí)施本文所指定的功能/動(dòng)作提供處理。
[0061]本文所使用的術(shù)語僅是為了描述【具體實(shí)施方式】的目的并且并不旨在限制本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一”和“該”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文以另外清楚地指出。將進(jìn)一步理解的是，術(shù)語“包括”和/或“包括著”，在用于本說明書中時(shí)，表示所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組的存在或添加。此外，就術(shù)語“包括”、“具有著”、“具有”、“有”、“由…組成”或其變型被用于詳細(xì)描述或權(quán)利要求中來說，這樣的術(shù)語旨在以類似于術(shù)語“包括著”的方式包括在內(nèi)。[0062]雖然已經(jīng)通過各種實(shí)施方式的描述說明了本發(fā)明并且雖然這些實(shí)施方式已被非常詳細(xì)地描述，但是 申請(qǐng)人:并不旨在將所附權(quán)利要求的范圍約束或以任何方式限制到這樣的細(xì)節(jié)。附加的優(yōu)點(diǎn)和修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。例如，雖然上面關(guān)于行星齒輪箱被描述，但是本發(fā)明的方面可以有利地和較寬范圍的齒輪箱一起使用。另外，本發(fā)明的方面可以用于較寬范圍的應(yīng)用，這些應(yīng)用具有相對(duì)移動(dòng)部件，這些相對(duì)移動(dòng)部件可能期望一些類型的監(jiān)控。而且，應(yīng)該理解的是，雖然本文公開的電氣裝置主要屬于無線傳感器，但是其它電氣裝置可以受益于本發(fā)明的某些方面，包括但不限于用于向電氣裝置供電的電力收獲方面。因此，本發(fā)明在其較寬方面不應(yīng)該限于具體細(xì)節(jié)、代表性方法、以及所示和所述的說明性示例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 齒輪箱，所述齒輪箱包括齒輪組，所述齒輪組具有第一部件和能相對(duì)于該第一部件移動(dòng)的第二部件； 電樞，所述電樞附接至所述齒輪組的所述第一部件； 磁體，所述磁體附接至所述齒輪組的所述第二部件，所述磁體和所述電樞布置成在所述齒輪組的操作期間呈現(xiàn)出相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而所述電樞經(jīng)受來自所述磁體的變化磁場，以產(chǎn)生電能；以及 位于所述齒輪箱內(nèi)的電氣裝置，所述電氣裝置與所述電樞電耦合，從而所述電氣裝置由所產(chǎn)生的電能供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述齒輪組是行星齒輪組，所述行星齒輪組包括外齒圈、太陽齒輪、使所述太陽齒輪與所述外齒圈聯(lián)接的多個(gè)行星齒輪、以及支撐所述行星齒輪的托架。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述第一部件選自所述外齒圈、所述太陽齒輪、所述行星齒輪中的一個(gè)行星齒輪、或所述托架中的一者，并且所述第二部件選自所述外齒圈、所述太陽齒輪、所述行星齒輪中的一個(gè)行星齒輪、或所述托架中的另一者。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述第一部件是所述行星齒輪中的一個(gè)行星齒輪。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè) 備，其中，所述第二部件是所述行星齒輪中的一個(gè)行星齒輪。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述電氣裝置附接至所述齒輪組。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述電氣裝置附接至所述齒輪組的所述第一部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電氣裝置包括無線傳感器，所述無線傳感器構(gòu)造成感測與所述齒輪箱的操作相關(guān)的變量并且無線地輸出表示所感測到的變量的信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所感測到的變量是在所述齒輪箱內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)倉tfi。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其中，所述無線傳感器包括收發(fā)器，所述收發(fā)器無線地輸出所述信號(hào)，所述設(shè)備還包括: 與所述齒輪箱相關(guān)聯(lián)的天線，所述天線構(gòu)造成從所述無線傳感器的所述收發(fā)器接收所述信號(hào)并且將所述信號(hào)傳送到所述齒輪箱外部的另一收發(fā)器。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括: 供電器，所述供電器使所述電樞與所述電氣裝置電耦合，所述供電器構(gòu)造成捕獲并調(diào)節(jié)從所述電樞供應(yīng)到所述電氣裝置的電能。
12.一種風(fēng)輪機(jī)，所述風(fēng)輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)和根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述齒輪箱的所述齒輪組使所述轉(zhuǎn)子與所述發(fā)電機(jī)操作地耦合。
13.一種向齒輪箱中的電氣裝置供電的方法，所述齒輪箱具有齒輪組，所述齒輪組具有第一部件和能相對(duì)于該第一部件移動(dòng)的第二部件，所述方法包括: 使附接至所述齒輪組的所述第一部件的電樞和附接至所述齒輪組的所述第二部件的磁體之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)；通過使所述電樞經(jīng)受來自所述磁體的變化磁場來在所述電樞中產(chǎn)生電能；以及 向所述齒輪箱內(nèi)的電氣裝置供以電能。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述電氣裝置包括無線傳感器，所述方法還包括: 借助所述無線傳感器感測與所述齒輪箱的操作有關(guān)的變量；以及 從所述無線傳感器無線地輸出表示所感測到的變量的信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所感測到變量是在所述齒輪箱內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)倉tfi。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中，所述無線傳感器包括收發(fā)器，所述收發(fā)器無線地輸出所述信號(hào)，所述方法還包括: 將所述信號(hào)從所述收發(fā)器傳輸?shù)剿鳊X輪箱外部的另一收發(fā)器。
17.根據(jù)權(quán)利14至16中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述無線傳感器包括收發(fā)器，所述收發(fā)器無線地輸出所述信號(hào)，所述方法還包括: 將所述信號(hào)從所述收發(fā)器傳送到與所述齒輪箱相關(guān)聯(lián)的天線；以及 將所述信號(hào)從所述天線傳送到所述齒輪箱外部的另一收發(fā)器。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中的任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括: 借助供電器捕獲并調(diào)節(jié)從所述電樞供應(yīng)到所述電氣裝置的電能，所述供電器使所述電樞與所述電氣裝置電耦合。`
【文檔編號(hào)】G01M13/02GK103502638SQ201180067830
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月17日
【發(fā)明者】A·薩辦納維爾, J·K·翁 申請(qǐng)人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司