CN107559141B - 基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置，包括电磁驱动线圈组件、永磁转子组件、角度定位组件、安装底座；电磁驱动线圈组件、角度定位组件安装在安装底座上；永磁转子组件设置在安装底座上，并能够相对于电磁驱动线圈组件进行转动。本发明可通过调节两个电磁线圈中驱动电流的大小实现输出力矩的控制，进而调整涡流发生器相对于风机叶片的角度，因此可通过翼型气动特性某参数对驱动器进行反馈控制，从而可实现对翼型气动特性的主动控制。

Description

基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置
技术领域
本发明涉及驱动器技术，风力机叶片表面流场控制技术领域，具体地，涉及一种控制风机叶涡流发生器安装角度的电磁驱动装置。
背景技术
该电磁驱动装置主要用于风力机叶片表面流场控制，承受一定来流负载以及有定位要求的电磁驱动装置，通过控制通入电磁线圈电流来提供一定大小的驱动力矩，驱动器末端与涡流发生器连接，通过控制驱动器输入电流控制涡流发生器相对风机叶片来流角度，从而实现叶片表面流动分离的控制，可一定程度上减小风机叶片阻力。当前风力机功率逐渐增大，使得风轮叶片的长度也逐渐增大。较早的风力机叶片多选用较薄的翼型，但此类翼型在较大载荷情况下很容易发生断裂而失效。目前大型风力机叶片的根部大都采用较大厚度的翼型从而提高叶片的结构强度。但对于大厚度翼型很容易发生流动分离，一般翼型根部的流动状态处于非设计状态，从而使流动分离的可能性加大，所以通过控制流动分离来减小风力机叶片阻力成为风力机气动研究中的热点。由于加装涡流发生器是控制流动分离的一种有效方法，因此风力机加装涡流发生器成为一种有效的解决方法。涡流发生器相对于叶片的安装角度对叶片气动特性有很大影响，而自然风不断变化，因此本发明通过控制涡流发生器相对于叶片安装角从而控制叶片表面流场分离。
本发明能够通过将驱动器内置于风力机叶片内部，改变叶片表面的涡流发生器的安装角度，对翼型气动特性和流场结构产生影响，控制叶片表面流动分离，从而改善突变来流引起的载荷变化并控制功率波动。目前没有发现同本发明类似技术的说明和报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置，目的在于通过控制涡流发生器相对于叶片安装角度控制叶片表面流动分离，从而有效抑制分离，提升翼型的气动性能。
根据本发明提供的一种基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置，包括电磁驱动线圈组件、永磁转子组件、角度定位组件、安装底座；
电磁驱动线圈组件、角度定位组件安装在安装底座上；
永磁转子组件设置在安装底座上，并能够相对于电磁驱动线圈组件进行转动。
优选地，电磁驱动线圈组件包括两个支撑铁芯、两个线圈轴、若干连接螺钉，还包括电磁线圈；
两个线圈轴之间相对的端面为配合端面；两个线圈轴的配合端面之间通过连接螺钉紧密贴合；
两个线圈轴分别穿插在两个支撑铁芯的一端，两个支撑铁芯的另一端连接安装底座；
两个线圈轴上均缠绕有电磁线圈；
线圈轴设置有沿轴向延伸的矩形通孔，支撑铁芯的一端为长方柱形，与矩形通孔配合连接；
配合端面上设置有凹槽；
两个线圈轴的配合端面之间连通的凹槽和连通的矩形通孔，共同形成容纳空间以安装永磁转子组件，并能够使永磁转子组件自由转动。
优选地，永磁转子组件包括转动轴、永磁转子、永磁转子定位螺钉、支撑套；
永磁转子通过永磁转子定位螺钉紧固安装在转动轴上；
安装在转动轴上的支撑套与凹槽相匹配安装；
转动轴的一端开槽，作为涡流发生器的安装槽，转动轴的另一端通过滚动轴承安装于安装底座上。
优选地，永磁转子位于两个线圈轴的配合端面之间连通的矩形通孔所形成的容纳空间内。
优选地，转动轴与线圈轴通过支撑套配合，支撑套外表面与线圈轴过盈配合，支撑套内表面与转动轴间隙配合。
优选地，角度定位组件包括限位永磁体107、限位盘303、永磁体限位块；
限位盘安装于转动轴上，并连接安装底座；
永磁体限位块安装于安装底座上；
限位永磁体安装于永磁体限位块的永磁体限位槽中，使限位永磁体只能够沿转动轴的径向方向移动。
优选地，限位永磁体与限位盘接触，或者限位永磁体与限位盘之间存在间隙。
优选地，限位永磁体与限位盘接触的端面形状为弧形。
优选地，转动轴的端部连接涡流发生器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明可通过调节两个电磁线圈中驱动电流的大小实现输出力矩的控制，进而调整涡流发生器相对于风机叶片的角度，因此可通过翼型气动特性某参数对驱动器进行反馈控制，从而可实现对翼型气动特性的主动控制。由于翼型气动特性对涡流发生角度对翼型气动特性有较大影响，不同的角度对应于不同的流动状态及不同的气动特性，因此可通过控制涡流发生器的相对于叶片角度控制风机气动特性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明提供的基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置的俯视图。
图2是本发明提供的基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置的主视图。
图3是本发明中电磁驱动线圈组件的主视图。
图4是本发明中电磁驱动线圈组件的俯视图。
图5是本发明中线圈轴轴测图。
图6是本发明中永磁转子组件示意图。
图7是本发明中永磁转子及限位组件示意图。
图8是本发明提供的基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置的结构总图。
图中：
100-安装底板；101-支撑铁芯；102-电磁线圈；103-转动轴；104-涡流发生器；105-线圈轴；106-永磁体限位块；107-限位永磁体；108-凹槽；109-矩形通孔；
201-支撑铁芯安装螺钉；202-滚动轴承；203-限位块安装螺钉；204-线圈连接螺钉；
301-支撑套；302-永磁转子；303-限位盘；304-永磁转子定位螺钉。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置，包括：电磁驱动线圈组件、永磁转子组件、角度定位组件。
如图3所示，电磁驱动线圈组件包括两个支撑铁芯101、两个线圈轴105、多个连接螺钉204，还包括电磁线圈102。电磁线圈102缠绕在线圈轴105上，以产生驱动磁场，两个电磁线圈102通入同向电流能够产生叠加的磁场，从而产生更强的驱动磁场。两个线圈轴105相对的配合端面之间进行机械加工，使两个线圈轴105的配合端面连接后能够产生容纳空间以安装转动轴103，并能够使永磁转子302自由转动，线圈轴105的结构如图5所示。线圈轴105通过两个支撑铁芯101利用方孔进行安装和定，支撑铁芯101穿插在方孔中。支撑铁芯101的一端为立方柱形，与线圈轴105中的方孔配合，支撑铁芯101的另一端通过支撑铁芯安装螺钉201与安装底板100连接，如图8所示，从而实现安装定位。
图6是永磁转子组件示意图，如图6所示，永磁转子组件包括转动轴103、永磁转子302、永磁转子定位螺钉304，还包括两个支撑套301。永磁转子302为长方体形状，安装在转动轴103上，转动轴103轴上加工一个方孔与永磁转子302配合，同时利用永磁转子定位螺钉304对永磁转子302进行定位，防止转动过程中永磁转子302脱落。两支撑套301安装于转动轴103上，较大程度减小转动轴103与线圈轴105之间的摩擦。转动轴103的一端开槽，以便于安装涡流发生器104，并利用定位螺钉进行定位。转动轴103的另一端通过滚动轴承202安装于安装底座100上。
图7是永磁转子组件和角度定位组件的侧视图。角度定位组件包括限位永磁体107、限位盘303、永磁体限位块106。限位盘303安装于转动轴103上，并通过平面进行定位。限位永磁体107安装于永磁体限位块106的永磁体限位槽中，使其只能够沿转动轴的径向方向移动。限位永磁体107与限位盘303接触，其与限位盘303接触的端面形状为弧形，以增大与限位盘303的接触面积。
如图8所示的总体结构图。电磁驱动线圈组件产生较大磁场强度，从而使永磁转子组件产生较大驱动力矩。两个线圈轴端面进行加工，使两个线圈轴端面配合后能够产生允许永磁转子转动的长方体槽和转动轴安装孔，其中，长方体槽由两个连通的矩形通孔形成，转动轴安装孔由两个连通的凹槽形成。转动轴与线圈轴通过支撑套配合，两支撑套外表面与线圈轴过盈配合，而内表面与转动轴间隙配合，从而能够较大程度上减小转动轴与线圈轴之间的摩擦力。电磁线圈则缠绕在线圈轴上，产生驱动磁场，通过改变电磁线圈的接线方式，使得两组电磁线圈串联或并联。转动轴的一端通过滚动轴承安装于安装底板上，而另一端加工出很薄的开槽以便安装涡流发生器，并利用螺钉对涡流发生器进行定位。转动轴中间加工方形槽，永磁转子便安装在方形槽中，并利用永磁转子定位螺钉进行夹紧。在驱动磁场的作用下，永磁转子发生摆动，从而带动涡流发生器摆动。角度定位组件安装在安装底座上，对永磁转子进行定位。限位永磁体与限位盘相互作用，产生一定的吸引力，永磁转子摆动运动时需要克服限位永磁体与限位盘之间相互作用产生的摩擦力矩，该摩擦力矩大小可以控制，通过改变限位永磁体的大小或限位盘的大小便可控制限位力矩，一旦电磁线圈通入的电流达到一定大小时，永磁转子产生的驱动力矩便可克服限位力矩带动涡流发生器转动，通过角度传感器进行反馈，涡流发生器运动到目标位置后减小驱动电流，永磁转子产生的驱动力矩不能克服限位力矩，从而涡流发生器保持在该位置。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置，其特征在于，包括电磁驱动线圈组件、永磁转子组件、角度定位组件、安装底座；
电磁驱动线圈组件、角度定位组件安装在安装底座上；
永磁转子组件设置在安装底座上，并能够相对于电磁驱动线圈组件进行转动；
电磁驱动线圈组件包括两个支撑铁芯、两个线圈轴、若干连接螺钉，还包括电磁线圈；
两个线圈轴之间相对的端面为配合端面；两个线圈轴的配合端面之间通过连接螺钉紧密贴合；
两个线圈轴分别穿插在两个支撑铁芯的一端，两个支撑铁芯的另一端连接安装底座；
两个线圈轴上均缠绕有电磁线圈；
线圈轴设置有沿轴向延伸的矩形通孔，支撑铁芯的一端为长方柱形，与矩形通孔配合连接；
配合端面上设置有凹槽；
两个线圈轴的配合端面之间连通的凹槽和连通的矩形通孔，共同形成容纳空间以安装永磁转子组件，并能够使永磁转子组件自由转动；
永磁转子组件包括转动轴、永磁转子、永磁转子定位螺钉、支撑套；
永磁转子通过永磁转子定位螺钉紧固安装在转动轴上；
安装在转动轴上的支撑套与凹槽相匹配安装；
转动轴的一端开槽，作为涡流发生器的安装槽，转动轴的另一端通过滚动轴承安装于安装底座上；
角度定位组件包括限位永磁体(107)、限位盘(303)、永磁体限位块；
限位盘安装于转动轴上，并连接安装底座；
永磁体限位块安装于安装底座上；
限位永磁体安装于永磁体限位块的永磁体限位槽中，使限位永磁体只能够沿转动轴的径向方向移动。
2.根据权利要求1所述的基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置，其特征在于，永磁转子位于两个线圈轴的配合端面之间连通的矩形通孔所形成的容纳空间内。
3.根据权利要求1所述的基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置，其特征在于，转动轴与线圈轴通过支撑套配合，支撑套外表面与线圈轴过盈配合，支撑套内表面与转动轴间隙配合。
4.根据权利要求1所述的基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置，其特征在于，限位永磁体与限位盘接触，或者限位永磁体与限位盘之间存在间隙。
5.根据权利要求4所述的基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置，其特征在于，限位永磁体与限位盘接触的端面形状为弧形。
6.根据权利要求1所述的基于风机叶片涡流发生器主动控制的电磁驱动装置，其特征在于，转动轴的端部连接涡流发生器。
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