[发明专利]主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统

权利要求书

1.一种主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统，其特征包括机舱、偏航支撑体、俯仰调整悬架和悬浮塔架，共同完成偏航支撑体的俯仰刚度提升、高频气隙波动平抑、水平位移被动调整、悬浮气隙主动控制以及机舱偏航控制，实现机舱稳定悬浮下主动偏航迎风；所述机舱前端放置桨叶，捕获风能并驱动发电机发电，发电机后侧设置减震尾轴，机舱后侧设置4mm厚铝板，发电机减震尾轴上安装永磁体，与机舱后侧铝板产生涡流阻尼力，平抑发电机水平方向震动和位移，机舱后端设置风速风向传感器；所述偏航支撑体倒向放置在悬浮塔架上，支撑、悬浮以及偏航机舱，4个气隙传感器正交安装在偏航支撑体下端圆环体内，检测4个正交位置的气隙变化，给出偏航支撑体质心的有效悬浮气隙，偏航绕组设置在偏航支撑体下端圆环体内，并经三相逆变器、BUCK变流器和风力发电机机侧变流器的直流母线耦合；偏航支撑体中部立式设置永磁体环带，与塔架外侧的立式设置的永磁体环带，组成机舱水平位移的被动调整机构；圆环形铝板内嵌在偏航支撑体上端面机舱底座，与悬浮塔架上安装的悬浮绕组对应，增加偏航支撑体轴向悬浮阻尼；所述俯仰调整悬架安装在偏航支撑体机舱底座下端面，外形为T形圆柱体结构，下移偏航支撑体和机舱的整体重心，提升偏航支撑体的俯仰刚度，悬架下端设置轴向永磁体，与塔架内支撑设置的同极永磁体协同工作，被动平抑轴向悬浮气隙波动；所述悬浮塔架为机舱和偏航支撑体的支撑平台，上端设置圆环形凹槽，与偏航支撑体上的圆环凸沟对应，限制偏航支撑体在悬浮塔架上的水平运动，悬浮塔架上端设置16个N/S交错排列的悬浮绕组，并成圆环状排列，主动悬浮偏航支撑体，使机舱稳定悬浮在设定的悬浮气隙10mm；悬浮塔架设置塔架内支撑，平台上设置与俯仰调整悬架相反磁极的永磁体；所述悬浮气隙主动控制是由DSP28035主控单元根据气隙传感器检测的4个正交位置气隙高度，实时计算偏航支撑体质心轴向悬浮高度，调控H桥变流器占空比，改变悬浮绕组的电流大小和方向，悬浮偏航支撑体；所述悬浮绕组经H桥变流器、BUCK变流器与发电机机侧变流器直流母线耦合，BUCK变流器将发电机直流母线电压DC1050V，降压为DC550V为风力偏航系统供电；所述机舱偏航控制是在轴向悬浮气隙稳定后，偏航绕组由三相逆变器通三相交流电，电流控制是由主控单元DSP28035根据风速风向传感器和转速传感器测得的偏航角度以及转速实施控制的，采用轴径向磁场解耦将偏航电流分解为无功电流和转矩电流，并设置无功电流为零，消除无功电流对偏航支撑体悬浮高度影响，转矩参考电流根据风力偏航转矩实时计算获取，并采用传统PI控制完成对转矩参考电流的快速跟踪。

2.根据权利要求1所述的主被动协同调控的磁悬浮风力偏航系统，其特征是所述俯仰刚度提升由俯仰调整悬架、偏航支撑体以及塔架内支撑共同完成，俯仰调整悬架增大俯仰刚度为m₂gL₂,其中m₂为俯仰调整悬架质量，g为重力加速度，L₂为俯仰力臂；塔架内支撑与俯仰调整悬架两永磁体产生斥力，增大俯仰刚度（k_z-k_x)L²，其中k_z、k_x分别是沿Z轴和X轴的两永磁体斥力系数，L为俯仰调整悬架高度；所述高频气隙波动平抑由圆环形铝板和悬浮绕组协同完成，偏航支撑体上圆环形铝板的高频轴向位移波动，使得悬浮绕组主磁场在圆环形铝板中产生涡流阻尼力，被动平抑悬浮气隙高频波动；所述水平位移被动调整是由固定在偏航支撑体内侧的永磁体环带和悬浮塔架外侧的永磁体环带协同完成，偏航支撑体内侧永磁体为S/N设置，悬浮塔架外侧永磁体N/S设置，两永磁体环带产生水平斥力，平抑风机桨叶产生的水平推力。