CN102474157A - 用于风力涡轮机的电机偏转驱动系统 - Google Patents

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CN102474157A CN2010800285059A CN201080028505A CN102474157A CN 102474157 A CN102474157 A CN 102474157A CN 2010800285059 A CN2010800285059 A CN 2010800285059A CN 201080028505 A CN201080028505 A CN 201080028505A CN 102474157 A CN102474157 A CN 102474157A
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凯文·L·卡西内奥
彼得·瓦尔
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Abstract

一种用于风力涡轮机的偏转驱动系统,该风力涡轮机容纳在可偏转运动的机舱中,所述机舱在滚子轴承上固定在塔架顶部上。圆环形的高磁通铁芯材料形成圆形线性偏转电机的定子。该定子固定于塔架并且为静止的。多个磁铁邻近铁芯材料固定于该机舱,使得当该定子被正交激励时,该机舱围绕偏转枢轴在该滚子轴承上旋转。

Description

用于风力涡轮机的电机偏转驱动系统
技术领域
本发明涉及风力涡轮机,并且具体地涉及安装在支撑结构上用于围绕偏转轴线运动的风力涡轮机。
背景技术
风力涡轮机采用风力涡轮机电力发电机单元,该电力发电机单元利用由风力在多个转子叶片上产生的旋转力。叶片经由转子轴和齿轮驱动发电机单元。通过调节转子叶片的俯仰角来保持运行时产生与风能和所需的发电对应的电力来控制发电机单元。
发电机单元和用于将主轴的旋转传递至发电机单元的传递机构一起被装入机舱内,并被支撑以用于在塔架上的水平平面内旋转。
为了确保水平轴风力涡轮机在所有时间都能产生最大量的电能,使用偏转驱动以当风向改变时保持转子叶片面对风。如果转子未与风对齐,则风力涡轮机具有偏转偏差。偏转偏差将导致撞击在转子面积上的风能量的较低量。该偏转角度为机舱的方向和朝向风向的参考方向之间的角度。在风力涡轮机机舱中,偏转控制保持叶片始终朝向风的方向以允许风力有效地作用在叶片上。这通过将机舱旋转至风的方向进行。风力涡轮机偏转控制包括偏转制动器。当由于极端风力条件使风强大时该偏转制动器限制机舱。
目前的偏转驱动系统使用机械驱动来将涡轮机转向风的方向。偏转系统通常设有一个或多个驱动单元,每个驱动单元包括驱动电机,可能是齿轮电机,以及小齿轮,并且小齿轮优选地借助于相互啮合的齿将转矩直接从驱动电机传递至例如呈齿状齿圈形式的输出齿轮部。机舱被安装在滚子轴承或滑动偏转轴承上。制动器可以是液压制动器或电力制动器,当再定位完成时该制动器将机舱的位置固定从而避免由于反冲而在风力涡轮机部件上产生磨损和高疲劳负载。这些系统遭遇到如下问题,例如冰冻的电机轴,多个电机驱动分享电力,由于大量运动部件的复杂性和低可靠性。
需要一种不出现这些不令人满意的特性的偏转驱动系统。
发明内容
简言之,本发明涉及一种用于风力涡轮机的偏转驱动系统,该偏转驱动系统容纳在可偏转移动的机舱中,所述机舱在滚子轴承上固定在塔架顶部上。圆环形的高磁通铁芯材料形成圆形线性偏转电机的定子。该定子固定于塔架或固定于机舱并且为静止的。该定子具有多个导电的绕组,所述绕组能够建立运动磁场。包括多个磁铁的电机转子邻近铁芯材料固定于该可移动机舱或者固定于该塔架,使得当该定子绕组在正交中激励时,该机舱围绕偏转枢轴在该滚子轴承上旋转。因此,如果塔架承载绕组,则磁铁安装于机舱。另一方面,如果磁铁固定于塔架,则绕组安装于机舱。在后面情况下,用于绕组和电力的控制信号更容易在机舱中获取。此外,在环境方面在机舱侧绕组和电力的控制信号是最安全的。此外,将电子设备安装在机舱上允许电子设备在可形成空间的机舱内部。
另外,将电子设备和绕组安装在机舱侧方上消除电子设备/线圈和机舱系统之间的相对动作,否则电子设备/线圈接线必须通过集电环或者塔架电缆环以从塔架获得信号。
任意类型的线性电机能够适用本发明。此外,为了降低电机安装的难度,定子和转子可制成两个或多个环形部。这同样提高可维护性。
本发明具有如下优点,线性电机允许涡轮机偏转系统和塔架之间的更少的接触,因此减轻例如冰冻的电机轴和多个电机驱动共享电力的问题。
本发明具有减少机械复杂度,具有更高可靠性和最小数量的运动部件的优点。
本发明具有通过使用电驱动,而不是机械驱动的线性电机来偏转机舱,消除主要来源的潜在问题的优点。
本发明的另一优点为提供一种风力涡轮机,所述风力涡轮机具有减低的所有权的使用寿命成本。
本发明的另一优点为该偏转驱动系统在偏转电机和制动系统上具提供比例控制,以显著地降低偏转电机的成本。
附图说明
图1是显示被支撑在塔架上的风力涡轮机的分解透视图,在风力涡轮机中体现本发明。
图2是图1中所示的定子23的四分之一部分的俯视图。
图3A是沿图2的3-3视图线截取的本发明的第一实施例的剖视图。
图3B是沿图2的3-3视图线截取的本发明的第二实施例的剖视图。
图3C是图3A中所示的本发明的第一实施例的详细视图。
图3D是图3B中所示的本发明的第二实施例的详细视图。
图4是线性偏转电机电子正交驱动电路和偏转制动器控制的状态图。
图5是用于加热器的加热器控制框图,所述加热器能够将电压施加于一个或多个偏转电机绕组。
具体实施方式
参考图1。风力涡轮机包括轮毂2,转子叶片4,6附接至所述轮毂2。轮毂2附接至主轴,该主轴驱动在机舱10内部的齿轮和发电机。机舱10搁在支撑塔架12上,塔架12优选为搁在地面上、海洋底部上或漂浮在海洋上的塔状结构。通过使用球轴承将风力涡轮机机舱10支撑在支撑结构12上,从而风力涡轮机机舱10可围绕偏转轴线13旋转以面对由风速仪5显示的风向,风速仪为测量风向和风速两者的设备。涡轮机机舱10搁在圆形的钕铁硼永久磁铁线性偏转电机15上,该电机15配合在机舱10的内部上。该磁铁可以是永久磁铁或激励磁铁。
用于风力涡轮机的偏转驱动系统被容纳在可偏转运动的机舱10中,所述机舱10被固定在塔架12顶上。永久磁铁线性偏转电机15包括铁芯材料16,铁芯材料16形成位于机舱10和塔架12之间的圆形线性偏转电机的定子23。铁芯材料16承载多个与受控的电源连接的导电的绕组,以及多个接近铁芯材料的磁铁(在图3中显示)。
倒U字形的圆形电机转子包括多个在电机转子的内表面(在U字形的每个腿上)周围布置的磁铁,所述磁铁间隔布置从而在磁铁之间形成气隙。这将在下面参考图3更加全面地描述。电机转子17或者与可移动的机舱10(如在图1中所示)螺接,或者螺接于塔架法兰21的顶部。圆环的高磁通的铁芯材料形成圆形线性偏转电机的定子23并面对转子被固定。定子23或者固定至塔架12并且静止,或者固定至机舱并在这种情况下与机舱一起旋转。在图1和图3中,定子23被显示为固定至塔架并且转子17面对定子被固定至机舱。
在电机转子17的内周周围布置的磁铁在磁铁之间形成气隙。在图1中,电机转子17被显示为固定至可动的机舱使得磁铁邻接于铁芯材料,所述铁芯材料伸入气隙内。定子23包括多个绕组,所述绕组能够被激励从而建立行进的磁场。当定子23的绕组在正交中被激励时,在磁铁中产生线性力,并且机舱围绕偏转轴线枢轴13在滚子轴承上旋转。
在图1中,形成圆形线性偏转电机的定子23的铁芯材料16固定至在塔架12顶部的法兰23,并且在转子17中的多个磁铁邻近铁芯材料23固定至机舱10。
参考图2,图2是在图1中所示的定子23的四分之一部分的俯视图。偏转电机电子正交驱动电路39(图3)与两对电线20连接。一对电线与定子磁极线圈连接,所述电线逆时针方向地围绕每个磁极16缠绕以沿第一方向驱动电机转子。另一对电线与定子磁极线圈连接并且顺时针方向地围绕每个磁极16缠绕以在相反方向上驱动磁极转子。电缆槽盒19可能是必需的,以容纳用于定子绕组20的开始和终止连接以及与圆形线性偏转电机电子正交驱动电路39(图3)的接口连接。设置制动盘34以允许制动可旋转机舱,这将在下面参考图3更加全面地描述。
参考图3A,图3A是沿图2的视图线3-3截取的剖视图。线性电机(线性感应电机)是交流(AC)电机,该电机已经使电机的定子“打开”,从而代替产生转矩(轴的旋转),该电机沿定子打开长度产生线性力。如图1所示,对于本发明来说,线性电机15被弯曲成封闭的圆形,使得电机15沿圆形的周围产生线性力。电机为线性同步电机(LSM),所述电机设计有位于气隙内的激活绕组以及一组在气隙相反侧上的变换磁极磁铁14,18。磁铁14,18为永久磁铁,然而同样也能够使用激励磁铁。
圆环形的高磁通铁芯材料23形成圆形线性偏转电机的定子。钕铁硼永久磁铁14,18为圆形线性偏转电机的一部分,并且风力涡轮机的顶部在该电机上旋转。永久磁铁14,18在倒U字形圆形电机转子17内,该转子17螺接于机舱10的内部。电缆槽盒19容纳用于定子绕组20的开始和终止接线以及与圆形线性偏转电机电子正交驱动电路39的接口连接。
偏转电机电子正交驱动电路39与两对电线20连接。一对电线与定子磁极线圈连接,所述电线逆时针方向地围绕每个磁极缠绕以沿第一方向驱动电机转子。另一对电线与定子磁极线圈连接并且顺时针方向地围绕每个磁极缠绕以在相反方向上驱动磁极转子。
位于内圈24和外圈26之间的球轴承22提供滚动部件支撑。该轴承使用滚珠来保持轴承的运动部件之间的间隔。该球轴承减少运动机舱10和塔架12之间的旋转摩擦。通过使用两个座圈24,26来容纳滚珠并通过滚珠来传递负载得以实现减少旋转摩擦。内圈24螺接于塔架12,而外圈26螺接于机舱10。当外圈26旋转时,它同样引起球22旋转。由于滚珠在滚动,因此与如果两个平面在彼此之上摩擦的情况相比,滚珠具有更低的摩擦系数。
制动盘34附接在支撑塔架12和轴承24之间。液压驱动的盘式制动单元具有液压缸和将制动盘34夹在中间的制动测径器36,38。通过液压致动盘制动单元在制动盘上侧和下侧按压制动盘,锁住风力涡轮机10相对于支撑塔架12的旋转。当垫36,38被电流激活时,垫36,38松开盘34并且机舱10自由旋转。该制动单元在2009年4月4日申请的美国临时申请61/211,833和国际申请PCT/IB2009/006642中更全面地描述。简而言之,所涉及的偏转制动设备包括具有内部圆柱壁和外部圆柱壁的圆形旋转支撑底座,其中该圆形旋转支撑底座被直接安装在风力涡轮机塔架的顶部上。该设备还包括安装于圆形旋转支撑底座的机舱,多个可拆卸地安装于该圆形旋转支撑底座的制动衬面部件,以及作用在制动盘部件上的盘制动单元。
由于磨损部件,即制动衬面部件可拆卸地被安装至圆形旋转支撑底座并且因此能够在不从涡轮机塔架拆卸旋转支撑底座和机舱的情况下替换或维修制动衬面部件,因此该设备为容易维护的。万一该制动衬面部件需要替换,仅简单地将它们从旋转支撑底座拆卸,然而旋转支撑底座保持在涡轮机塔架的顶面上,并且机舱保持在旋转支撑底座上。
一旦在指定地点架设风力涡轮机,在该地点的风向具有优选的方向因此制动衬面部件的磨损不恒定。通过设置多个制动衬面部件,可能仅更换或维修那些已被磨坏的部件,显著地减少涡轮机的停工期和维护费用。
当然,在本发明中可采用其它的制动设备。特别地可使用一体形成的制动盘,该制动盘可以被布置在支撑结构之间,即涡轮机塔架和承载机舱的旋转支撑底座之间。
根据本发明,降低了系统的机械复杂度。关于偏转驱动,设备具有增加了的电子复杂度。然而,该复杂度本质上为电子的,不会产生与机械复杂度相同的可靠性缺陷。大体上根据本发明的系统由于消除了变速箱,小齿轮,环形齿轮等的机械复杂度,因此更为可靠。
本发明提供一种风力涡轮机,该风力涡轮机降低了所有权的使用寿命成本。在该偏转驱动中,没有齿轮磨损部件并且不需要变速箱润滑。此外,由于变速箱小齿轮啮合预载,在轴承上不出现的侧向推力。在偏转轴承上的应力减小因此减少了所需的轴承维护。根据本发明,由于小齿轮在回转齿轮啮合中“退出”,因此没有侧向推力,从而在偏转轴承上的应力更小并且实现减少了轴承维护。
在本发明中,不需要小齿轮/回转齿轮润滑系统或维护并且当改变方向时不产生反冲碰撞(backlash impact)。因此本发明提供减小的机械应力和较低成本的机械部件。
根据本发明的线性偏转驱动,没有小齿轮/回转齿轮的“嵌齿”推力(等),所述推力激励塔架将振动或冲击装载在机械部件上。
在根据现有技术的系统中,由于需要减少来自在电动机上的接触器驱动产生的起动和停止碰撞,风力涡轮机通常在一个地方停留的时间比最理想的时间长。相反,根据本发明的比例制动和偏转使得该系统在没有后果、没有制动/加载冲撞的情况下稍微振动偏转角度来减小偏转轴承/座圈的“虚假硬度”并且有助于球轴承更新它们的润滑。
除了上述列出的益处,由于没有通过非常大的偏转变速箱比(~10k∶1)反射的惯量,因此该线性电机具有明显较低的旋转惯量。因此该设备比现有技术的系统更灵活。同时具有更小的碰撞负荷:由于该更低的惯量,所以能够使该线性电机程序变得“顺从”,因为可使位置伺服调整器根据负荷瞬时值而具有一些“给定值”。这是该设计的重要的赋予者,因为现有的偏转系统具有大的惯量以致于偏转小齿轮需要接受全部的瞬时负载力,该反射的变速箱惯量阻碍电机足够快地降低有效转矩来软化冲撞负荷。
塔架动态性同样以积极的方式被影响。根据本发明的偏转驱动不具有变速箱惯量/弹性问题,变速箱惯量/弹性能够导致和塔架/机舱动态性明显共振。该电机/位置伺服具有动态响应,以动态地抵消(减振)机舱/塔架/转子之间的扭转振动。
最后,由于没有高速运动的部件,不需要有效冷却(每功率比非常大的气隙面积)并且没有啮合齿轮,因此根据本发明的偏转驱动自然更加安静。
因此根据本发明的偏转驱动系统具有许多优于现有的偏转驱动系统的益处。特别地所描述的驱动和制动系统的结合具有更多的益处。
参考图3B,其为图2的沿视图线3-3截取的本发明的第二实施例的剖视图。
圆环形的高磁通铁芯材料23形成圆形线性偏转电机的定子。永久磁铁14,18为圆形线性偏转电机的一部分,风力涡轮机的顶部(机舱)在电机上旋转。永久磁铁14,18在U形的圆形电机转子17内,转子17螺接于塔架12。在该第二实施例中,作为不需要的部件,省略在图3A中所示的第一实施例的电缆槽盒19,所述电缆槽盒19容纳开始和终止接线。
偏转电机电子正交驱动电路39位于机舱内并与两对电线20连接。一对电线与定子磁极线圈连接,所述电线逆时针方向地围绕每个磁极缠绕以沿第一方向驱动电机转子。另一对电线与定子磁极线圈连接并顺时针方向地围绕每个磁极缠绕以在相反方向上驱动磁极转子。
电机转子17螺接至塔架法兰21的顶部。圆环形的高磁通铁芯材料形成该圆形线性偏转电机的定子23并面对转子被固定。定子23固定于机舱并与机舱一起旋转。
优选的是,形成圆形线性偏转电机的定子23的铁芯材料固定至机舱10并且在转子17中的多个磁铁邻近铁芯材料23固定至塔架12。
这种布置的优点如下。控制信号和电力通常更容易在机舱中获取,而不是在塔架中。并且在环境方面,控制信号和电力在机舱中也是最安全。
将电子设备39安装在机舱侧方上允许电子设备39在机舱内部,在机舱内部通常可获得更多空间并且更容易到达。将电子设备放在塔架侧方上意味着应该设置在图3A中的附图标记39表示的部件槽盒。
将电子设备安装在机舱侧方意味着在电子设备和线圈和机舱系统之间不产生相对运动。否则电子设备/线圈接线必须通过集电环或者塔架电缆环以从塔架获得信号。
参考图3C,图3C为图3A所示的本发明的第一实施例的详细视图。圆环形的高磁通铁芯材料16形成圆形线性偏转电机的定子,所述定子螺接至塔架。永久磁铁14,18为圆形线性偏转电机的一部分,风力涡轮机的顶部(机舱)在电机上旋转。永久磁铁14,18在倒U字形的圆形电机转子17内,转子17螺接于机舱。铁芯绕组的水平定向为使得磁通路径与铁芯和永久磁铁14,18之间的气隙垂直。
参考图3D,图3D为图3B中所示的本发明的第二实施例的详细视图。圆环形的高磁通铁芯材料16形成圆形线性偏转电机的定子,所述定子螺接于机舱。永久磁铁14,18为圆形线性偏转电机的一部分,风力涡轮机的顶部(机舱)在电机上旋转。永久磁铁14,18在U形的圆形电机转子17内,转子17螺接于塔架12。铁芯绕组的水平定向为使得磁通路径与铁芯和永久磁铁14,18之间的气隙垂直。
偏转电机电子正交驱动电路
在图3中所示的偏转电机电子正交驱动电路39与两对电线20连接。一对电线与定子磁极线圈连接,所述电线逆时针方向地围绕每个磁极缠绕以沿第一方向驱动电机转子。另一对电线与定子磁极线圈连接并且顺时针方向地围绕每个磁极缠绕以在相反方向上驱动磁极转子。
偏转电机电子正交驱动电路39是编程的微处理器,以执行偏转电机和偏转制动器的控制。可以通过使用带有可编程软件的可编程逻辑阵列(PLA)、可编程逻辑控制器(PLC)、基于嵌入式微处理器的控制器,或者任意的微处理器或数字信号处理器(DSP)设备以执行组合逻辑电路以控制系统,来执行偏转电机和偏转制动器的控制。对于线性偏转电机电子正交驱动电路和偏转制动器控制的系统,PLA执行在图4中所示的状态图。
在风力涡轮机中,通过松开或应用偏转制动器以及通过致动偏转电机或断开偏转电机驱动来执行偏转控制(方位角控制)。在风力涡轮机中,方位角为从在参考平面中的参考向量(在风力涡轮机塔架上的一点)至在同一平面中的第二向量(风向)的角度。
当由风向测量仪5检测的风向和相对于在静止塔架上的一点的实际机舱位置之间的角度偏差大于预定角度时,偏转制动器34,36,38被松开,从而允许机舱围绕旋转轴线13在水平平面中旋转来使机舱与风向对齐。应用偏转制动器34,36,38来保持风力涡轮机使得转子叶片位于风向中。
偏转驱动系统在制动系统上提供比例控制,以显著地降低偏转电机的成本。当风向改变时,偏转制动器34,36,38成比例地松开并且该偏转电机被激励,使得机舱朝新位置旋转。当到达新位置时,成比例地应用偏转制动器34,36,38并且断开偏转电机。风力涡轮机平滑地改变位置,从而减小作用在偏转机构上的力。
操作方法
参考图4,图4为本发明的控制方法,即偏转电机驱动和偏转制动控制之间的相互作用的状态图。分别对应于停运状态、偏转方位角度偏差和偏转角度为零示出三个状态400,404,408。停运状态400对应于当机舱被锁定在位,偏转制动器打开并且偏转电机未激励时的状态。当风力涡轮机被致动时,产生从状态400至状态404的转换(402),并且在至状态404的状态转换中,当偏转电机在将偏转偏差减少为零的方向上逐渐地致动时,偏转制动被逐渐地松开。
当偏转偏差到达预定值时,偏转制动器逐渐地接合并且偏转电机被逐渐断开。当偏转偏差到达零时,产生从状态404至状态408的转换(406)并且状态转换成状态408。在状态408中机舱被锁定,偏转电机未被激励,并且方位角为零(机舱面向风)。
如果风速低于断流值并且风向改变使得偏转偏差不为零,则产生状态408至状态404的转换(410)并且该状态转换成状态404,其中偏转制动器逐渐地被松开并且偏转电机在向前或相反的方向上被激励以将偏转偏差减小至零。当偏转偏差到达预定值时,偏转制动器逐渐地被接合并且偏转电机逐渐地被断开直到偏转偏差减小为零。当偏转偏差到达零时,产生从状态404至状态408的转换(406)并且状态转换为状态408。当涡轮机是运作的时,继续两个状态408和状态404之间的循环;或者风速增加至断流值以上时,必须关闭该循环。当风速在断流值以上时,状态移动(412)至停运状态(400)并且产生机舱的锁定。
定子被多个定时正交信号控制,这些信号由查找表产生并且随后被低电平驱动和功率半导体电路处理,功率半导体电路通常以全电桥电路构造的形式用于每个驱动线。以这种方式,每个电桥驱动不仅能够在计时方面控制定子功率,而且还能够控制任意需要的方向。
根据本发明,关于定子的磁铁的替换构造是可能的。特别地,定子线圈可以被夹在两个磁铁之间。因此,根据电机的气隙所处的位置(12点方向,3点方向,6点方向,或者9点方向),各种电机的定位是可能的。
此外,关于定子的磁铁的替换构造是可能的,其中两个磁铁夹在定子线圈之间。
能够看出,本发明对于线性电机可实施各种设计。特别地,可使用三相线性电机或者定子可固定于机舱,而磁铁固定于塔架。
本发明还可用作偏转驱动的复合驱动和加热系统。在典型气候和使用风力涡轮机的条件下,潮湿空气接触冰冷的偏转驱动产生冷凝,冷凝能够导致偏转驱动部件加速磨损。而当电机运转时由于由电机产生的热量保持电机处于干燥,通常不会存在冷凝。然而,当电机关闭时,冷凝开始形成,停运时间越长,磨损的速度越明显。
根据本发明,电机绕组的一部分或全部用作偏转驱动的加热部件。采用将低电压输入至一个或多个电机绕组,来产生所需的热量,以保持偏转电机处于额定的温度内以及提供温度δ来保持电机不产生凝结以用于侵蚀保护。当然,当偏转制动器被接合时,可施加加热电压。此外电压可为DC电压或AC电压。为此,可使用现有的电路,或者绕组的一些或全部可与另外的电路连接。由于线性电机的绕组与在偏转对齐期间彼此相对移动组件的部分具有良好的热接触,这种方式为有利的。这是由于传统机械的偏转驱动和圆形线性电机驱动之间的结构差异。将圆形线性电机和电机绕组组合用作加热部件的确节省成本并且需要更少的部件来获得可靠的偏转驱动系统。
参考图5,480VAC的两相电压电源通过两相电路断电器和480VAC至50VAC的变压器与4偏转电机绕组20中的一个或多个绕组连接。偏转电机电子正交驱动电路39包括如下电路,该电路使电压电源根据圆形线性偏转电机的温度来调整所供给的电压。

Claims (8)

1.一种用于风力涡轮机的偏转驱动系统,该偏转驱动系统被容纳在固定在塔架12顶部上的可偏转运动的机舱10中,包括:
铁芯材料,所述铁芯材料形成位于所述机舱10和所述塔架12之间的圆形线性偏转电机的定子23;
所述铁芯材料承载多个与控制电源连接的导电绕组;以及
邻近所述铁芯材料23的多个磁铁14,18。
2.根据权利要求1所述的偏转驱动系统,其中,形成圆形线性偏转电机的定子23的所述铁芯材料被固定于所述机舱10;并且
所述多个磁铁14,18邻近所述铁芯材料23被固定于所述塔架12。
3.根据权利要求1所述的偏转驱动系统,其中,形成圆形线性偏转电机的定子23的所述铁芯材料被固定于所述塔架12;并且
所述多个磁铁14,18邻近所述铁芯材料23被固定于所述机舱10。
4.根据权利要求1、2或3所述的偏转驱动系统,其中,所述磁铁是永久磁铁或激励磁铁。
5.根据权利要求1-4所述的偏转驱动系统,其中,所述机舱10在滚子轴承22上固定在所述塔架的顶部,使得在所述定子23被正交激励时,所述机舱围绕偏转枢轴13在所述滚子轴承上旋转。
6.根据权利要求1-5所述的偏转驱动系统,包括偏转制动器30,38和在所述偏转制动器上的比例控制器39。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的偏转驱动系统,其中,所述圆形线性偏转电机的一个或多个电机绕组被连接,以被供应加热电压,以便将所述圆形线性偏转电机保持在给定温度之上。
8.根据权利要求7所述的偏转驱动系统,其中,电压电源与所述一个或多个电机绕组连接,并且其中所述电压电源根据所述圆形线性偏转电机的温度来调整所供应的电压。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009017028B4 (de) 2009-04-14 2014-08-21 Siemens Aktiengesellschaft Windenergieanlage und Antriebseinrichtung zur Verstellung eines Rotorblatts
EP2754886B1 (en) * 2013-01-14 2016-01-06 ALSTOM Renewable Technologies Method of operating a wind turbine rotational system and wind turbine rotational system
WO2014173808A1 (en) * 2013-04-23 2014-10-30 youWINenergy GmbH Wind turbine architecture
US10215156B2 (en) 2015-05-04 2019-02-26 General Electric Company Autonomous yaw control for a wind turbine
EP3107195A1 (de) * 2015-06-16 2016-12-21 InDriveTec AG Linearmotorantriebssystem
JP6476089B2 (ja) * 2015-07-28 2019-02-27 株式会社日立製作所 風力発電システム
CN105484938B (zh) * 2015-12-24 2018-11-23 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的偏航控制方法及装置
JP6921515B2 (ja) * 2016-12-07 2021-08-18 ナブテスコ株式会社 駆動装置、駆動装置ユニット及び風車
CN106988961B (zh) * 2017-04-17 2023-08-18 曲阜师范大学 混合悬浮气隙调整型风机偏航系统
CN110094296B (zh) * 2018-01-29 2020-06-09 江苏金风科技有限公司 风力发电机组在台风下的偏航控制方法和装置
CN110425082A (zh) * 2019-08-06 2019-11-08 国电联合动力技术有限公司 一种发电机组偏航系统和方法及偏航驱动方法
CN112253390A (zh) * 2020-11-12 2021-01-22 江苏乃尔风电技术开发有限公司 一种风力发电机及其控制装置
CN114893349B (zh) * 2022-07-14 2022-09-30 深圳众城卓越科技有限公司 偏航系统电机防过流过载控制方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3771462A (en) * 1967-01-25 1973-11-13 M Barthalon Electromagnetic motion imparting means and transporter system embodying the same
CN1549897A (zh) * 2001-12-28 2004-11-24 三菱重工业株式会社 逆风型风力涡轮机及其操作方法
CN1836104A (zh) * 2003-08-12 2006-09-20 纳博特斯克株式会社 风力发电装置的偏摆驱动装置中使用的减速器、使用了该减速器的风力发电装置的偏摆驱动方法及装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4135122A (en) * 1977-05-25 1979-01-16 Weyerhaeuser Company Method and apparatus for heating electrical motors and like devices
WO1984002752A1 (fr) * 1982-12-30 1984-07-19 Grp Interet Econom Aerogenerat Perfectionnements aux moteurs a vent et aerogenerateurs
DD221987A1 (de) * 1984-03-27 1985-05-08 Kranbau Eberswalde Abt Bfn Veb Drehwerksantrieb, insbesondere fuer drehkrane mit grosswaelzlager
US6531801B1 (en) * 1999-12-02 2003-03-11 Ispat Inland, Inc. Asynchronous motors having simple rotor structures
JP4333979B2 (ja) * 2002-08-09 2009-09-16 日本トムソン株式会社 リニアモータを内蔵したアライメントステージ装置
US20060205554A1 (en) * 2003-08-12 2006-09-14 Osamu Nohara Speed reducer for use in yaw drive apparatus for wind power generation apparatus, and yaw drive method and apparatus for wind power generation apparatus using the speed reducer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3771462A (en) * 1967-01-25 1973-11-13 M Barthalon Electromagnetic motion imparting means and transporter system embodying the same
CN1549897A (zh) * 2001-12-28 2004-11-24 三菱重工业株式会社 逆风型风力涡轮机及其操作方法
CN1836104A (zh) * 2003-08-12 2006-09-20 纳博特斯克株式会社 风力发电装置的偏摆驱动装置中使用的减速器、使用了该减速器的风力发电装置的偏摆驱动方法及装置

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