专利名称：风力发电机变桨用直流无刷电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种风力发电机变桨用直流无刷电机及其附
带配置。
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和角度信号，独立于直流串激电机外的整个变桨控 制系统根据接收到的电机实时速度和桨叶位置信号，对该电机闭环实施控制。但实际应用中，由于旋转变压器输出的速度信号与电机转速是一种非线性函数关 系，因此控制计算较为复杂、精度较差、失真度较大。为了提高整个风力发电系统的运作稳 定性，追求桨叶朝向来风的理想角度，主控系统必须加强对电机转速的控制。而从现有的技 术层面来说，弥补测速精度的唯一手段便是增加电机输入电压的脉冲频度，但脉冲电压频 度的增加势必会造成电机寿命的缩短。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种风力发电机变桨用直流无刷电 机，解决串激电机配置结构中旋转变压器测速精度差、失真大，以及由此造成的主控系统难 于控制、电机寿命缩短的问题。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 的测速发电机，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、测速发 电机转子直接连接在电机转轴上，所述绝对式编码器转轴通过联轴器与电机转轴连接，所 述电磁刹车、测速发电机定子、编码器固定在所述直流无刷电机的机壳上。进一步地，所述测速发电机包括永磁磁钢和电枢。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， 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检测转 子的位置信号。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(1)通过测速发电机替代旋转变压器精确采集电 机转速，简化了主控系统的控制计算，提高了桨叶的控制精度，并且有效延长了电机的寿 命；(2)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。
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明图1是本发明直流无刷电机的结构剖视示意图。图2是本发明直流无刷电机各电气部件的电路信号示意图。图3是本发明测速发电机与电机转速的线性关系图。图4是本发明直流无刷电机的控制框图。
具体实施例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—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测速发电机3。该电磁刹车4、测速发电机3转子直接连接在 电机转轴13上，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、测速 发电机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测速发电机采集获得，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电机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。其中测速发电机3采用永磁磁钢作为励磁场，这使得电枢中的旋转导体在恒定的 励磁场下产生的感生电势与转速具有明确的线性正比关系。故而，如图3所示可见，由测速 发电机采集并输出的转速信号与电机的实际转速有较好的线性关系；进而能够简化主控系 统的控制计算算法，一方面提高了桨叶变化调整的控制精度，保证了风力发电系统的稳定 输出功率，另一方面也有效延长了该直流无刷电机的使用寿命。图4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， 所述主控芯片通过IGBT模块与定子线圈连接，所述主控芯片通过绝对编码器与转子线圈 连接，采集转子位置信号。所述主控芯片与IGBT模块之间连接有起放大作用的驱动器，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来控制电机的转速和方向。 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。
权利要求
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，其特征在于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测速发电机，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、测速发电机转子直接连接在电机转轴上，所述绝对式编码器转轴通过联轴器与电机转轴连接，所述电磁刹车、测速发电机定子、绝对式编码器固定在所述直流无刷电机的机壳上。
2.根据权利要求1所述的风力发电机变桨用直流无刷电机，其特征在于所述测速发 电机包括永磁磁钢和电枢。
3.根据权利要求1所述的风力发电机变桨用直流无刷电机，其特征在于所述直流无 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，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检测转子的位置信号。
4.根据权利要求3所述的风力发电机变桨用直流无刷电机，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。
5.根据权利要求3所述的风力发电机变桨用直流无刷电机，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。
全文摘要
本发明提供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测速发电机，以及用于测定桨叶位置和角度信号的绝对式编码器。所述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通过测速发电机替代旋转变压器精确采集电机转速，简化了主控系统的控制计算，提高了桨叶的控制精度，并且有效延长了电机的寿命；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，具有很好的推广意义。
文档编号H02K7/10GK101908812SQ20091003362
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月5日 优先权日2009年6月5日
发明者傅建民, 王政, 王焦剑 申请人:苏州能健电气有限公司