[发明专利]磁悬浮可变尾翼型风力偏航系统

权利要求书

1.一种应用于大中型风电机组的磁悬浮可变尾翼型风力偏航系统，其特征是，包括风力桨叶、机舱悬浮、尾翼力臂伸缩、尾翼迎风角度调整、发电机以及塔架，所述机舱悬浮由悬浮绕组、悬浮永磁体和水平永磁体组成，两变流器独立控制悬浮绕组，与悬浮永磁体和水平永磁体协同实现机舱稳定悬浮；所述尾翼力臂伸缩由电磁联动结构、调向耦合器、组合换向齿轮、力臂传动轴和力臂传动齿轮组成，协同完成尾翼力臂伸缩；所述尾翼迎风角度调整由机械联动结构、步进电机和尾翼构成，步进电机经机械联动装置驱动尾翼角度调整；

所述悬浮绕组包括翼侧悬浮绕组和叶侧悬浮绕组，并设置在机舱底部，分别由8个绕组串联而成，由翼侧H桥变流器和叶侧H桥变流器单独进行电流调控；所述悬浮永磁体共8对，包括翼侧悬浮永磁体和叶侧悬浮永磁体，内置于U形塔架底部；所述水平永磁体对称安装在U形塔架周围，与悬浮绕组极性相同，抑制机舱水平推力；所述塔架为U型结构，用于机舱悬浮时侧翻保护以及正面迎风时的机舱支撑；所述电磁联动结构是力臂方向调整的控制机构，带动换向杆驱动调向耦合器与组合换向齿轮耦合，通过力臂传动轴和力臂传动齿轮，驱动尾翼联轴力臂伸缩，包括拉伸和收缩两继电器、调向磁铁、弹簧和换向杆；所述调向磁铁固定于弹簧顶部，带动换向杆和调向耦合器左右滑动；所述调向耦合器由耦合内齿、耦合外齿、耦合外环、滚珠和耦合内环组成，耦合内齿成凸型结构与力臂传动轴机械联接，耦合外齿与组合换向齿轮机械耦合，耦合外环经滚珠、内外环卡槽与内环相连；所述组合换向齿轮包括同向齿轮和换向齿轮，与发电机输出轴刚性连接，完成力臂传动轴转向调整；

所述机械联动结构包括角度传动轴、角度传动齿轮、角调齿轮以及角调制动器，所述角度传动轴在步进电机驱动下，带动角度传动齿轮以及角调齿轮旋转；所述角调制动器为角度传动轴制动装置，用于尾翼联轴调整时角调齿轮固定，辅助驱动尾翼联轴的力臂伸缩；

所述磁悬浮可变尾翼型风力偏航系统有机舱悬浮、尾翼力臂伸缩和尾翼迎风角度调整三个工作模式：

1)机舱悬浮：传感器检测偏航角α₀≠0时，叶侧变流器和翼侧变流器通电启动，确定相同气隙参考，根据风速风向变化，调整两变流器输入电流，与悬浮永磁体协调作用，改变两侧悬浮斥力，抑制倾覆力以及下压力变化，实现纵向稳定悬浮，并通过水平永磁体有效抵消水平推力，为大中型风力机被动偏航提供安全保障；

2)尾翼力臂伸缩：机舱悬浮稳定后，改变力臂长度，实现偏航转矩粗调，保证系统运行安全性以及对风精确性，根据风速风向变化，确定调整方向，查找风速对应力臂长度，确定力臂大致范围L，结合阶跃风变化，进一步确定力臂精确调整范围ΔL，根据两次力臂计算，确定最终力臂长度L′，偏航过程为保证运行安全性，对偏航转速进行限制，若偏航速度大于ω_opt，L′减小，减小偏航转速，若偏航速度小于ω_opt，增大L′增加偏航转速，悬浮气隙稳定且力臂伸缩和L′确定后，执行尾翼伸缩操作，采用PI控制，根据长度和方向变化，控制拉伸继电器或收缩继电器通断，带动换向杆驱动调向耦合器与组合换向齿轮耦合，通过力臂传动轴和力臂传动齿轮，驱动尾翼联轴伸缩，完成力臂调整；

3)尾翼迎风角度调整：为实现精确对风，进行尾翼偏转角度调整；首先根据力臂调整L′、最佳偏航转速ω_opt以及最短调整时间t_min，在安全性前提下，综合确定尾翼偏转角度θ_ref，正对风时，发电机超过最大功率将造成设备损坏，根据发电机运行状态，确定保护侧偏角，进行尾翼迎风角度调整，实现设备保护，机舱悬浮稳定，完成伸缩操作后，根据所计算的θ_ref为参考目标，控制步进电机转动，通过角度传动轴以及角度传动齿轮带动角调齿轮动作，完成角度调整，改变尾翼迎风面积，精确改变偏航转矩，偏航对风结束，两悬浮绕组断电，机舱悬浮下落，完成风电系统偏航实现精确对风。