CN101908810A - 风力发电机变桨用直流无刷电机及其驱动系统 - Google Patents

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傅建民
王政
王焦剑
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Abstract

本发明揭示了一种风力发电机变桨用直流无刷电机，配置有用于控制桨叶止动的电磁刹车、用于采集电机转速信号的旋转变压器，以及用于测定桨叶位置和角度信号的绝对式编码器。本发明还揭示了一种风力发电机变桨用直流无刷电机的驱动系统，包括主控芯片和与之相连的IGBT模块和绝对式编码器。本发明的有益效果主要体现在：采用直流无刷电机来驱动桨叶，制造工艺简单，成本较低，响应快，并且避免了普通直流电机碳刷易损的问题产生，且完全能适用4000瓦的桨叶驱动所需。

Description

风力发电机变桨用直流无刷电机及其驱动系统
技术领域
本发明涉及一种风力发电机变桨用直流无刷电机及其驱动系统，属于风力发电技术领域。
背景技术
目前在风力发电领域中，一般使用直流串激电机来驱动桨叶。直流串激电机配置了电磁刹车、旋转变压器和绝对式编码器，通过旋转变压器来实时输出电机的转速信号，通过绝对式编码器来实时输出桨叶的位置(角度)信号，独立于串激电机外整个变桨控制系统的主控系统根据接收到的电机实时速度和桨叶位置信号，对该串激电机闭环实施控制。但是，直流串激电机的制造工艺一般比较复杂，且成本也较高。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种适用于风力发电机变桨用的成本较低的直流无刷电机。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种风力发电机变桨用直流无刷电机，装载于风力发电机的轮毂内通过变速箱驱动桨叶，所述直流无刷电机配置有用于控制桨叶止动的电磁刹车、用于采集电机转速信号的旋转变压器，以及用于测定桨叶位置和角度信号的绝对式编码器，所述电磁刹车、旋转变压器机转子直接连接在所述直流无刷电机的电机轴上，所述绝对式编码器转轴通过联轴器与所述直流无刷电机的电机轴连接，所述电磁刹车、旋转变压器定子、绝对式编码器固定在所述直流无刷电机的机壳上。
本发明还揭示了一种风力发电机变桨用直流无刷电机的驱动系统，包括主控芯片，与所述主控芯片相连的定子线圈，主控芯片通过IGBT模块与定子线圈连接，所述主控芯片通过绝对式编码器检测转子位置。所述主控芯片与IGBT模块之间连接有起放大作用的驱动器，所述主控芯片通过驱动器驱动IGBT模块。所述主控芯片上还连接有内部温度传感器和起到警示作用的蜂鸣器
本发明的有益效果主要体现在：采用直流无刷电机来驱动桨叶，制造工艺简单，成本较低，响应快，并且避免了普通直流电机碳刷易损的问题产生，且完全能适用4000瓦的桨叶驱动所需。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1是本发明风力发电机变桨用直流无刷电机的结构剖视示意图。
图2是本发明风力发电机变桨用直流无刷电机各电气部件的电路信号示意图。
图3是本发明风力发电机变桨用直流无刷电机的驱动系统的控制框图。
具体实施方式
本发明揭示了一种风力发电机变桨用直流无刷电机及其附带配置。如图1、图2所示的本发明直流无刷电机的结构剖面图和各电气部件的电路信号示意图：该直流无刷电机包括进行桨叶调整主导作用的电机定子11、电机转子12、与电机转子12一体化固接的转轴13以及用于电子控制的接线盒16，该些主要器件收容于硬质的电机外壳14内，并且电机外壳一端连通接设一风机15，以满足直流无刷电机运作时降温的需要。此外，其附带的配置结构还包括有用于控制桨叶止动的电磁刹车4、用于测定桨叶位置和角度的绝对式编码器2，以及用于精确采集电机转速的旋转变压器3。该电磁刹车4、旋转变压器3转子直接连接在电机转轴13上，绝对式编码器2转轴通过联轴器5与电机转轴13连接，电磁刹车4的本体、旋转变压器3定子、绝对式编码器2固定连接在电机外壳14上。
从电路信号上分析：直流无刷电机的电机转速信号由旋转变压器采集获得，而桨叶距离或角度的数据信号则由绝对式编码器采集获得，全部测得数据通过接线盒单向传输至直流无刷电机控制器单元进行数据运算；根据存储在直流无刷控制器内的编程运算处理后对直流无刷电机输出控制信号，同时也可在需要的情况下直接驱动电磁刹车，从电机内部对直流无刷电机进行机械性的止动控制。
图3揭示了本发明直流无刷电机的驱动系统的示意框图。
所述直流无刷电机的驱动系统包括主控芯片，与所述主控芯片相连的定子线圈，主控芯片通过IGBT模块与定子线圈连接，所述主控芯片通过绝对式编码器检测转子位置。所述主控芯片通过驱动器驱动IGBT模块。所述主控芯片上还连接有内部温度传感器和起到警示作用的蜂鸣器。
所述IGBT模块为绝缘栅双极型功率管，即为起到瞬时开关作用的大功率开关器件，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。由于GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。而IGBT模块综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
所述绝对式编码器检测转子相对于定子线圈的位置信号，将该信号传递至主控芯片，主控芯片通过输出脉宽可调制的高低电平控制电机的转速和转向。
由于无刷直流电机具有特性硬，响应快，制造工艺简单等优点，因此将之运用到风力发电领域中具有很好的推广意义。

Claims (4)

1.一种风力发电机变桨用直流无刷电机，装载于风力发电机的轮毂内通过变速箱驱动桨叶，所述直流无刷电机配置有用于控制桨叶止动的电磁刹车、用于采集电机转速信号的旋转变压器，以及用于测定桨叶位置和角度信号的绝对式编码器，其特征在于：所述电磁刹车、旋转变压器机转子直接连接在所述直流无刷电机的电机轴上，所述绝对式编码器转轴通过联轴器与所述直流无刷电机的电机轴连接，所述电磁刹车、旋转变压器定子、绝对式编码器固定在所述直流无刷电机的机壳上。
2.一种如权利要求1所述的风力发电机变桨用直流无刷电机的驱动系统，其特征在于：所述驱动系统包括主控芯片，与所述主控芯片相连的定子线圈，所述主控芯片通过一IGBT模块与定子线圈连接，所述主控芯片通过绝对式编码器采集转子位置信号。
3.根据权利要求2所述的风力发电机变桨用直流无刷电机的驱动系统，其特征在于：所述主控芯片与IGBT模块之间连接有起放大作用的驱动器，所述主控芯片通过驱动器驱动IGBT模块。
4.根据权利要求2所述的风力发电机变桨用直流无刷电机的驱动系统，其特征在于：所述主控芯片上还连接有内部温度传感器和起到警示作用的蜂鸣器。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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