[發明專利]風力發電機變槳用直流無刷電機及其驅動系統

無效

• 申請號: 200910033619.1
• 申請日: 2009-06-05
• 公開（公告）號: CN101908810A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 傅建民;王政;王焦劍
• 申請（專利權）人: 蘇州能健電氣有限公司
• 主分類號: H02K29/06
• 分類號: H02K29/06;H02K7/10;H02P6/16
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陸明耀;陳忠輝

技術領域

本發明涉及一種風力發電機變槳用直流無刷電機及其驅動系統，屬于風力發電技術領域。

背景技術

目前在風力發電領域中，一般使用直流串激電機來驅動槳葉。直流串激電機配置了電磁剎車、旋轉變壓器和絕對式編碼器，通過旋轉變壓器來實時輸出電機的轉速信號，通過絕對式編碼器來實時輸出槳葉的位置(角度)信號，獨立于串激電機外整個變槳控制系統的主控系統根據接收到的電機實時速度和槳葉位置信號，對該串激電機閉環實施控制。但是，直流串激電機的制造工藝一般比較復雜，且成本也較高。

發明內容

本發明的目的在于解決上述的技術問題，提供一種適用于風力發電機變槳用的成本較低的直流無刷電機。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種風力發電機變槳用直流無刷電機，裝載于風力發電機的輪轂內通過變速箱驅動槳葉，所述直流無刷電機配置有用于控制槳葉止動的電磁剎車、用于采集電機轉速信號的旋轉變壓器，以及用于測定槳葉位置和角度信號的絕對式編碼器，所述電磁剎車、旋轉變壓器機轉子直接連接在所述直流無刷電機的電機軸上，所述絕對式編碼器轉軸通過聯軸器與所述直流無刷電機的電機軸連接，所述電磁剎車、旋轉變壓器定子、絕對式編碼器固定在所述直流無刷電機的機殼上。

本發明還揭示了一種風力發電機變槳用直流無刷電機的驅動系統，包括主控芯片，與所述主控芯片相連的定子線圈，主控芯片通過IGBT模塊與定子線圈連接，所述主控芯片通過絕對式編碼器檢測轉子位置。所述主控芯片與IGBT模塊之間連接有起放大作用的驅動器，所述主控芯片通過驅動器驅動IGBT模塊。所述主控芯片上還連接有內部溫度傳感器和起到警示作用的蜂鳴器

本發明的有益效果主要體現在：采用直流無刷電機來驅動槳葉，制造工藝簡單，成本較低，響應快，并且避免了普通直流電機碳刷易損的問題產生，且完全能適用4000瓦的槳葉驅動所需。

附圖說明

下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明：

圖1是本發明風力發電機變槳用直流無刷電機的結構剖視示意圖。

圖2是本發明風力發電機變槳用直流無刷電機各電氣部件的電路信號示意圖。

圖3是本發明風力發電機變槳用直流無刷電機的驅動系統的控制框圖。

具體實施方式

本發明揭示了一種風力發電機變槳用直流無刷電機及其附帶配置。如圖1、圖2所示的本發明直流無刷電機的結構剖面圖和各電氣部件的電路信號示意圖：該直流無刷電機包括進行槳葉調整主導作用的電機定子11、電機轉子12、與電機轉子12一體化固接的轉軸13以及用于電子控制的接線盒16，該些主要器件收容于硬質的電機外殼14內，并且電機外殼一端連通接設一風機15，以滿足直流無刷電機運作時降溫的需要。此外，其附帶的配置結構還包括有用于控制槳葉止動的電磁剎車4、用于測定槳葉位置和角度的絕對式編碼器2，以及用于精確采集電機轉速的旋轉變壓器3。該電磁剎車4、旋轉變壓器3轉子直接連接在電機轉軸13上，絕對式編碼器2轉軸通過聯軸器5與電機轉軸13連接，電磁剎車4的本體、旋轉變壓器3定子、絕對式編碼器2固定連接在電機外殼14上。

從電路信號上分析：直流無刷電機的電機轉速信號由旋轉變壓器采集獲得，而槳葉距離或角度的數據信號則由絕對式編碼器采集獲得，全部測得數據通過接線盒單向傳輸至直流無刷電機控制器單元進行數據運算；根據存儲在直流無刷控制器內的編程運算處理后對直流無刷電機輸出控制信號，同時也可在需要的情況下直接驅動電磁剎車，從電機內部對直流無刷電機進行機械性的止動控制。

圖3揭示了本發明直流無刷電機的驅動系統的示意框圖。

所述直流無刷電機的驅動系統包括主控芯片，與所述主控芯片相連的定子線圈，主控芯片通過IGBT模塊與定子線圈連接，所述主控芯片通過絕對式編碼器檢測轉子位置。所述主控芯片通過驅動器驅動IGBT模塊。所述主控芯片上還連接有內部溫度傳感器和起到警示作用的蜂鳴器。

所述IGBT模塊為絕緣柵雙極型功率管，即為起到瞬時開關作用的大功率開關器件，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式電力半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。由于GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。而IGBT模塊綜合了以上兩種器件的優點，驅動功率小而飽和壓降低。

所述絕對式編碼器檢測轉子相對于定子線圈的位置信號，將該信號傳遞至主控芯片，主控芯片通過輸出脈寬可調制的高低電平控制電機的轉速和轉向。

由于無刷直流電機具有特性硬，響應快，制造工藝簡單等優點，因此將之運用到風力發電領域中具有很好的推廣意義。