[發(fā)明專利]主被動協(xié)同調(diào)控的磁懸浮風力偏航系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810056783.3
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN108019316B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設計）人: 褚曉廣;蔡彬;孔英;王強;衣學濤;李向東
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: F03D7/02
• 分類號: F03D7/02;F03D7/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種主被動協(xié)同調(diào)控的磁懸浮風力偏航系統(tǒng)，其特征包括機艙、偏航支撐體、俯仰調(diào)整懸架和懸浮塔架，共同完成偏航支撐體的俯仰剛度提升、高頻氣隙波動平抑、水平位移被動調(diào)整、懸浮氣隙主動控制以及機艙偏航控制，實現(xiàn)機艙穩(wěn)定懸浮下主動偏航迎風；所述機艙前端放置槳葉，捕獲風能并驅動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機后側設置減震尾軸，機艙后側設置4mm厚鋁板，發(fā)電機減震尾軸上安裝永磁體，與機艙后側鋁板產(chǎn)生渦流阻尼力，平抑發(fā)電機水平方向震動和位移，機艙后端設置風速風向傳感器；所述偏航支撐體倒向放置在懸浮塔架上，支撐、懸浮以及偏航機艙，4個氣隙傳感器正交安裝在偏航支撐體下端圓環(huán)體內(nèi)，檢測4個正交位置的氣隙變化，給出偏航支撐體質(zhì)心的有效懸浮氣隙，偏航繞組設置在偏航支撐體下端圓環(huán)體內(nèi)，并經(jīng)三相逆變器、BUCK變流器和風力發(fā)電機機側變流器的直流母線耦合；偏航支撐體中部立式設置永磁體環(huán)帶，與塔架外側的立式設置的永磁體環(huán)帶，組成機艙水平位移的被動調(diào)整機構；圓環(huán)形鋁板內(nèi)嵌在偏航支撐體上端面機艙底座，與懸浮塔架上安裝的懸浮繞組對應，增加偏航支撐體軸向懸浮阻尼；所述俯仰調(diào)整懸架安裝在偏航支撐體機艙底座下端面，外形為T形圓柱體結構，下移偏航支撐體和機艙的整體重心，提升偏航支撐體的俯仰剛度，懸架下端設置軸向永磁體，與塔架內(nèi)支撐設置的同極永磁體協(xié)同工作，被動平抑軸向懸浮氣隙波動；所述懸浮塔架為機艙和偏航支撐體的支撐平臺，上端設置圓環(huán)形凹槽，與偏航支撐體上的圓環(huán)凸溝對應，限制偏航支撐體在懸浮塔架上的水平運動，懸浮塔架上端設置16個N/S交錯排列的懸浮繞組，并成圓環(huán)狀排列，主動懸浮偏航支撐體，使機艙穩(wěn)定懸浮在設定的懸浮氣隙10mm；懸浮塔架設置塔架內(nèi)支撐，平臺上設置與俯仰調(diào)整懸架相反磁極的永磁體；所述懸浮氣隙主動控制是由DSP28035主控單元根據(jù)氣隙傳感器檢測的4個正交位置氣隙高度，實時計算偏航支撐體質(zhì)心軸向懸浮高度，調(diào)控H橋變流器占空比，改變懸浮繞組的電流大小和方向，懸浮偏航支撐體；所述懸浮繞組經(jīng)H橋變流器、BUCK變流器與發(fā)電機機側變流器直流母線耦合，BUCK變流器將發(fā)電機直流母線電壓DC1050V，降壓為DC550V為風力偏航系統(tǒng)供電；所述機艙偏航控制是在軸向懸浮氣隙穩(wěn)定后，偏航繞組由三相逆變器通三相交流電，電流控制是由主控單元DSP28035根據(jù)風速風向傳感器和轉速傳感器測得的偏航角度以及轉速實施控制的，采用軸徑向磁場解耦將偏航電流分解為無功電流和轉矩電流，并設置無功電流為零，消除無功電流對偏航支撐體懸浮高度影響，轉矩參考電流根據(jù)風力偏航轉矩實時計算獲取，并采用傳統(tǒng)PI控制完成對轉矩參考電流的快速跟蹤。

2.根據(jù)權利要求1所述的主被動協(xié)同調(diào)控的磁懸浮風力偏航系統(tǒng)，其特征是所述俯仰剛度提升由俯仰調(diào)整懸架、偏航支撐體以及塔架內(nèi)支撐共同完成，俯仰調(diào)整懸架增大俯仰剛度為m₂gL₂,其中m₂為俯仰調(diào)整懸架質(zhì)量，g為重力加速度，L₂為俯仰力臂；塔架內(nèi)支撐與俯仰調(diào)整懸架兩永磁體產(chǎn)生斥力，增大俯仰剛度（k_z-k_x)L²，其中k_z、k_x分別是沿Z軸和X軸的兩永磁體斥力系數(shù)，L為俯仰調(diào)整懸架高度；所述高頻氣隙波動平抑由圓環(huán)形鋁板和懸浮繞組協(xié)同完成，偏航支撐體上圓環(huán)形鋁板的高頻軸向位移波動，使得懸浮繞組主磁場在圓環(huán)形鋁板中產(chǎn)生渦流阻尼力，被動平抑懸浮氣隙高頻波動；所述水平位移被動調(diào)整是由固定在偏航支撐體內(nèi)側的永磁體環(huán)帶和懸浮塔架外側的永磁體環(huán)帶協(xié)同完成，偏航支撐體內(nèi)側永磁體為S/N設置，懸浮塔架外側永磁體N/S設置，兩永磁體環(huán)帶產(chǎn)生水平斥力，平抑風機槳葉產(chǎn)生的水平推力。