[发明专利]磁悬浮可变尾翼型风力偏航系统

说明书

本发明公开了一种磁悬浮可变尾翼型风力偏航系统，包括风力桨叶、机舱悬浮、尾翼力臂伸缩、尾翼迎风角度调整、发电机和U型塔架。机舱采用机舱悬浮、尾翼力臂伸缩和尾翼迎风角度调整协同作用，在风力带动下被动偏航，完成风机机舱正面迎风或发电机的侧偏保护；机舱悬浮通过两悬浮绕组与U型塔架内置的永磁体协同产生的悬浮力实现；尾翼力臂伸缩在机舱悬浮稳定后，由电磁联动结构改变力臂伸缩方向，并由调向耦合器、组合换向齿轮协同驱动力臂传动轴，执行尾翼力臂伸缩；尾翼迎风角度调整改变尾翼迎风角度，包括机械联动装置、步进电机和尾翼。本发明在机舱悬浮下采用风力和尾翼调整实现主被动偏航对风，极大降低了偏航功耗，提高了对风精度。

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮可变尾翼型风力偏航系统，尤其是一种应用于大中型风电设备偏航对风的装置，采用磁悬浮技术实现机舱悬浮、通过尾翼灵活调整改变偏航力矩，有效提高了偏航对风精确性，降低了偏航损耗。

背景技术

风力发电作为一种清洁、发展前景广阔的可再生能源，一直是世界各国的能源发展战略。提升风能捕获是风电领域科研工作者的研究热点，风力发电机组中偏航系统是基于风向变化实现风机机舱偏航对风的重要环节，是水平轴风力发电机组必不可少的组成部分，可有效提升风电机组可靠性、使用寿命和发电效率。但传统中大型风力发电机组由于发电机内置于机舱内部，机舱重量偏大，采用偏航电机实现偏航对风，偏航功耗大，且诸多偏航齿轮导致齿间隙较大，严重影响偏航对风精度；发明专利200910161406.7披露一种磁悬浮偏航装置，该装置采用单点悬浮驱动技术降低了偏航损耗以及偏航故障，但存在着机舱悬浮后的倾覆力矩无法有效平抑问题，极易导致机舱侧翻，甚至系统崩溃，该专利中虽增加了滚珠等机械约束限定侧翻，但增加了摩擦损耗，同时也带来了运行安全隐患；小型风力发电机普遍采用尾翼在风力作用下被动偏航，严格无偏航损耗，但偏航过程受风速波动影响大，严重影响系统捕获功率稳定性以及对风精度。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述技术中存在的不足，提供一种磁悬浮可变尾翼型风力偏航系统。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：本发明公开了一种磁悬浮可变尾翼型风力偏航系统，采用机舱两点悬浮、尾翼力臂伸缩以及迎风角度调整，实现风机机舱无摩擦偏航对风。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、力臂传动轴以及力臂传动齿轮组成，协同实现尾翼联轴拉伸与收缩；所述尾翼迎风角度调整由机械联动装置、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，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桥变流器根据倾覆力以及下压力变化，实时进行悬浮电流调控，实现倾覆力抑制；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，悬浮永磁体与悬浮绕组相斥产生悬浮升力，实现机舱悬浮；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，通过与悬浮绕组间斥力作用，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，机舱悬浮为无电机偏航提供基础。

所述电磁联动机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，驱动尾翼联轴执行力臂伸缩，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，通过继电器吸合改变调向磁铁运动方向，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，保证调向耦合器内环独立转动以及内外环协同滑动；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。