CN102447351A - 风电变桨专用稀土永磁直流伺服电机 - Google Patents
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Abstract
一种风电变桨专用稀土永磁直流伺服电机，包括壳体，以及壳体内设置的直流电机本体(2)、测速电机本体(3)和编码器(4)；所述直流伺服电机本体的转子(8)、测速电机本体的转子和编码器(4)的转轴共轴转动；所述直流电机本体的转子(8)由铁芯以及铁芯上的绕组构成，所述直流电机本体的转子(8)的长径比是2.7～4.7。与现有技术相比，国内外利用的直流变桨系统的伺服电机是直流串励式电机，此电机要正常运行需要有励磁机、加热器等附属机构；而本发明无上述附属机构，体积小、效率高、机电时间常数小、始动负载电压低、工作温度范围广、起动转矩大。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体是一种风电变桨专用稀土永磁直流伺服电机。
背景技术
在能源消耗日益增长濒临枯竭，环境污染日渐严重的今天，作为可再生绿色能源的风电成为世界各国普遍重视的能源，风力发电技术也成为各国学者竞相研究的热点。
目前商用大型风力发电机组一般为水平轴风力发电机，它由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成。其中控制系统包括控制桨距变化的变桨系统。变桨距调节能够按最佳参数运行，额定风速以下具有较高的风电利用系数，功率曲线饱满，额定风速以上功率输出稳定，不会造成发电机超负荷，较定距矢速式，整机受力状况得到改善，而且年发电量大，因此逐步替代定桨距调节。
全球风力发电机组制造将出现新的发展趋势：风电机组单机容量持续增大；变桨距功率可调节型机组发展迅速；变速恒频技术得到快速推广；无齿轮箱风电机组的市场份额迅速扩大；全功率变流技术兴起。就风力发电机组而言，风电的利用率取决于尖速比，即叶片尖的转速与风速的比值。因此，提高风电利用率的关键是变桨系统。直流调桨系统和交流调桨系统是目前最多的变桨系统，由于后者具有高故障率，操作需要交流变换器，雷击的时候有可能停止变桨，调桨刹车系统稳定性不高等缺点，使得直流调桨系统逐步替代交流调桨系统。
但是，国内直流变桨系统的伺服电机多为外国进口的串励式伺服电机，这种电机附属机构多(此电机要正常运行需要有励磁机、加热器等附属机构)，耗能大，效率低。因此，结合风机国产化目标，轻型化、高性能化、高效节能的变桨距调节系统专用稀土永磁直流伺服电机是目前研究开发的重点。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种风电变桨专用稀土永磁直流伺服电机，具体技术方案如下：
一种风电变桨专用稀土永磁直流伺服电机，包括壳体，以及壳体内设置的直流电机本体2、测速电机本体3和编码器4；所述直流伺服电机本体的转子8、测速电机本体的转子和编码器4的转轴共轴转动。
所述直流电机本体的转子8，由铁芯以及铁芯上的绕组构成，所述直流电机本体的转子8的长径比是2.7～4.7，优选3.743；
所述直流电机本体的转子8采用多槽斜槽结构；
所述直流电机本体2的绕组连接方式是单波绕组方式；
所述直流电机本体2的气隙是2mm。
所述直流电机本体的定子7，其由钢机壳和磁钢叠加构成；所述磁钢制成平行圆弧式。
本发明还包括温度传感器10和风机5；风机5的出风口设在直流电机本体的制动器9和换向器6所在位置；温度传感器10检测换向器6电刷的温度，并输出温度信号给风机5的运转控制装置。
本发明具有以下特点：
1.电枢设计成细长形，选择较大的长径比，从而减小了转子转动惯量。
2.直流电机本体磁钢采用耐180℃高温的稀土永磁钕铁硼38UH，在磁负荷较高的前提下，将电负荷也选取的较大，以充分发挥稀土永磁体性能优异的长处，改善了动态性能。
3.采用径向磁化方式，磁钢制成平行圆弧式，造成不均匀气隙，改善了换向效果；
4.采用多槽斜槽结构，增加元件数和换向片数，电枢绕组采用单波绕组，绕组系数接近1，加大电机的气隙，使其达到2mm，以降低气隙磁阻不均匀度，减小由此产生的转矩脉动；
5.测速电机本体磁钢采用2:17钐钴；
6.直流电机本体和测速电机本体的换向器均采用银镍铜材料；
7.轴承使用8325D高低温润滑油脂；
8.机组外面采用新型氯磺化聚乙烯涂料面漆进行涂覆，并保证机组其他材料绝缘等级为F级。
本发明的达到的效果如下：
a)机组转动惯量为22800N.m.s2x10-6，机电时间常数小于15ms；保证系统调速范围1∶10000；
b)负载始动电压≤0.5V；
c)转矩脉动＜6％；
d)机组不带附加装置情况下，能在-45℃～+65℃环境下正常工作。
与现有技术相比，国内外利用的直流变桨系统的伺服电机是直流串励式电机，此电机要正常运行需要有励磁机、加热器等附属机构；而本发明无上述附属机构，体积小、效率高、机电时间常数小、始动负载电压低、工作温度范围广、起动转矩大。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是实施例中磁钢的径向截面示意图。
图3是转子铁心的多槽斜槽结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
一种风电变桨专用稀土永磁直流伺服电机，包括壳体，以及壳体内设置的直流电机本体2、测速电机本体3和编码器4，其特征是，所述直流伺服电机本体的转子7、测速电机本体的转子和编码器4的转轴共轴转动。
所述直流电机本体的转子8，由铁芯以及铁芯上的绕组构成，所述直流电机本体的转子8的长径比是2.7～4.7，本例优选3.743；
所述直流电机本体的转子8采用多槽斜槽结构，如图3所示；
所述直流电机本体2的绕组连接方式是单波绕组方式；
所述直流电机本体2的气隙是2mm。
所述直流电机本体的定子7，其由钢机壳和磁钢叠加构成；所述磁钢制成平行圆弧式，如图2所示。
本发明还包括温度传感器10和风机5；风机5的出风口设在直流电机本体的制动器9和换向器6所在位置；温度传感器10检测换向器6电刷的温度，并输出温度信号给风机5的运转控制装置。
本例的电机，可达到主要技术指标：
1.额定功率4.1KW；2.额定转速2410rpm；3.额定转矩17N.m；4.额定电压250V；5.额定电流18.3A；6.效率90％；7.转速控制精度0.09％；8.负载始动电压≤0.5V。
Claims (5)
1.一种风电变桨专用稀土永磁直流伺服电机，包括壳体，以及壳体内设置的直流电机本体(2)、测速电机本体(3)和编码器(4)，其特征是，所述直流伺服电机本体的转子(8)、测速电机本体的转子和编码器(4)的转轴共轴转动；
所述直流电机本体的转子(8)由铁芯以及铁芯上的绕组构成，所述直流电机本体的转子(8)的长径比是2.7～4.7。
2.根据权利要求1所述的风电变桨专用稀土永磁直流伺服电机，其特征是还包括温度传感器(10)和风机(5)；风机(5)的出风口设在直流电机本体的制动器(9)和换向器(6)所在位置；温度传感器(10)检测换向器(6)电刷的温度，并输出温度信号给风机(5)的运转控制装置。
3.根据权利要求1所述的风电变桨专用稀土永磁直流伺服电机，其特征是所述直流电机本体的定子(7)是由钢机壳和磁钢叠加构成；所述磁钢制成平行圆弧式。
4.根据权利要求1所述的风电变桨专用稀土永磁直流伺服电机，其特征是
所述直流电机本体的转子(8)采用多槽斜槽结构；
所述直流电机本体(2)的绕组连接方式是单波绕组方式；
所述直流电机本体(2)的气隙是2mm。
5.根据权利要求1所述的风电变桨专用稀土永磁直流伺服电机，其特征是所述直流电机本体的转子(8)的长径比优选3.743。
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