專利名稱：太陽跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁驅(qū)動電機，尤其涉及一種太陽跟蹤系統(tǒng)用高效、高出力、高功 率密度、高可靠性和低力矩波動表面安裝式或內(nèi)置式永磁驅(qū)動電機，屬于電機技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽跟蹤系統(tǒng)是針對太陽能光伏發(fā)電需要對太陽進行實時跟蹤的應(yīng)用設(shè)計。基本 功能是使光伏陣列隨著太陽而轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)高精度的太陽跟蹤。太陽跟蹤器的穩(wěn)定性與可靠 性一直是其沒有被大規(guī)模應(yīng)用的主要問題，驅(qū)動電機性能是關(guān)鍵之一。目前國內(nèi)外太陽跟 蹤驅(qū)動電機基本上采用永磁直流電機，存在耗電大、效率低、電磁兼容性差、噪音大、力矩波 動大、線性度差、過載能力低、換向器火花、電刷磨損和可靠性差等缺陷。系統(tǒng)可靠性差、跟 蹤誤差大、成本過高。性能對太陽跟蹤系統(tǒng)品質(zhì)的提升至關(guān)重要，直接影響太陽能利用效率 和可靠性。目前國內(nèi)外正在研發(fā)的永磁直流無刷電機(PMBLM)其電樞勵磁為“非圓形跳躍 式”的旋轉(zhuǎn)磁場，存在較大的力矩波動，精度低，調(diào)速范圍也窄，影響電機高效、寬調(diào)速、平穩(wěn) 低噪運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高效、高出力、高功率密度、高可靠性和低力矩波動的太 陽跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)太陽跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機，包括機殼和機殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，定子包括固定 在機殼內(nèi)壁的定子鐵芯和定子繞組，定子鐵芯包括定子磁軛、定子槽和定子齒，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn) 軸和轉(zhuǎn)子鐵芯，特點是所述轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻開有永磁槽，在永磁槽中鑲有徑向磁 化矩形條狀磁鋼，徑向磁化矩形條狀磁鋼與極靴構(gòu)成永磁磁極，極靴外圓為同心或非同心 弧形曲面，形成均勻或不均勻?qū)ΨQ徑向氣隙。進一步地，上述的太陽跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機，其中，所述相鄰兩塊徑向磁化矩 形條狀磁鋼中的一塊徑向磁化矩形條狀磁鋼所在的永磁槽的兩端開半圓凹槽。更進一步地，上述的太陽跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機，其中，所述徑向磁化矩形條狀 磁鋼為V型徑向磁化矩形條狀磁鋼。再進一步地，上述的太陽跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機，其中，所述V型徑向磁化矩形 條狀磁鋼所在的永磁槽內(nèi)沿徑向插有矩形撐條。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在①本發(fā)明內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子鐵芯的相鄰磁極兩端間隔開凹槽，使電機合成力矩波動 大幅降低，與常規(guī)永磁驅(qū)動電機(不開半圓凹槽)比較，力矩波動減少40%，實現(xiàn)高精度平 穩(wěn)運行；②電機定轉(zhuǎn)子間的不均勻?qū)ΨQ徑向氣隙，具有聚磁、改善氣隙磁場波形、使氣隙磁 場接近正弦波，降低電機噪音、力矩波動，抑制靜態(tài)和動態(tài)電樞反應(yīng)、提高過載能力，提高太陽跟蹤系統(tǒng)精度；③在內(nèi)置式V型磁鋼間的永磁槽內(nèi)，徑向插入高強度樹脂矩形撐條，抗機械強度， 減小轉(zhuǎn)子高速運行時的離心力，磁橋?qū)挾瓤蓽p小，提高氣隙磁通密度，可轉(zhuǎn)矩增加10%，使 電機具有高效、高出力、高可靠性和低力矩波動等特性。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步說明圖1 帶磁極兩端間隔開凹槽的內(nèi)置式永磁(IPM)電機剖面示意圖；圖2.圖1結(jié)構(gòu)電機的力矩與旋轉(zhuǎn)角關(guān)系波形示意圖；圖3 內(nèi)置式V型徑向磁化矩形條狀磁鋼的永磁驅(qū)動電機剖面示意圖；圖4 :V型磁鋼間插入矩形撐條的內(nèi)置式永磁結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；圖5 =V型磁鋼間插入矩形撐條的內(nèi)置式永磁電機的局部剖面示意圖；圖6.圖5電機磁鋼間帶與不帶矩形撐條的輸出力矩與負載角關(guān)系示意圖；圖7 帶不均勻氣隙的內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子剖面示意圖；圖8 永磁電機氣隙磁通密度波形示意圖。圖中各附圖標記的含義見下表 針對太陽跟蹤驅(qū)動電機存在耗電大、效率低、力矩波動大等缺陷，本發(fā)明提供太陽 跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機，能有效跟蹤太陽高度角與方位角轉(zhuǎn)動，按照太陽運動軌跡方式 運行，跟蹤太陽由東向西和太陽赤緯角，解決太陽光始終垂直照射到物體表面，保證獲得最 大太陽輻射能量，保證太陽電池陣列在白天任何時刻都正對太陽，實現(xiàn)全天8小時自動對 太陽的實時追蹤。本發(fā)明太陽跟蹤驅(qū)動電機的性能優(yōu)化技術(shù)，可減少永磁渦流損耗50 %，降 低力矩波動40%，增加輸出轉(zhuǎn)矩10%，提高功率密度12%。如圖1所示，太陽跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機，包括機殼和機殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，定 子包括固定在機殼內(nèi)壁的定子鐵芯和定子繞組，定子鐵芯包括定子磁軛6、定子槽7和定子 齒8，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸9和轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻開有永磁槽2，在永磁槽2中鑲 有徑向磁化矩形條狀磁鋼lb，徑向磁化矩形條狀磁鋼Ib與極靴4構(gòu)成永磁磁極，轉(zhuǎn)子極靴 4外圓為同心或非同心弧形曲面，形成均勻或不均勻?qū)ΨQ徑向氣隙5。電機定轉(zhuǎn)子間的不均 勻?qū)ΨQ徑向氣隙，具有聚磁、改善氣隙磁場波形、使氣隙磁場接近正弦波，降低電機噪音、力 矩波動，抑制靜態(tài)和動態(tài)電樞反應(yīng)、提高過載能力。相鄰兩塊徑向磁化矩形條狀磁鋼中的一塊徑向磁化矩形條狀磁鋼所在的永磁槽 的兩端開半圓凹槽3。即磁極兩端間隔開凹槽，例如對于6極永磁電機，只在1、3、5的磁極兩 端開半圓凹槽，2、4、6磁極兩端不開槽，由于相鄰磁極極弧寬度(或極距)相隔近180° (電 角度)，如圖2所示，使電機磁極兩端開槽與不開槽產(chǎn)生的力矩Tr與旋轉(zhuǎn)角β的關(guān)系曲線 Tr = f ( β )，即力矩波形接近相反，曲線a為磁極兩端不開凹槽的力矩波形，曲線b為磁極 兩端開凹槽的力矩波形，使疊加后的合成力矩(如曲線c)波動大幅降低，與常規(guī)永磁驅(qū)動 電機(不開半圓凹槽)比較，力矩波動減少40%，實現(xiàn)電機高精度平穩(wěn)運行。如圖3，轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻開有永磁槽2，V型徑向磁化矩形條狀磁鋼Ic鑲 在永磁槽2中，稱為V型內(nèi)置式永磁(IPM)。V型徑向磁化矩形條狀磁鋼Ic與極靴4構(gòu)成永 磁磁極。由于“內(nèi)置式永磁”，導(dǎo)磁極靴漏磁會很大，因此，在磁極間設(shè)置隔磁磁橋(其寬度 為h)，隔磁磁橋?qū)挾萮必須足夠窄，保證隔磁磁橋截面處磁路高度飽和，導(dǎo)磁系數(shù)減小，減 少磁橋處分流磁通，減少漏磁，增加有效磁通，提高出力。隔磁磁橋?qū)挾仍秸?，磁路越飽和?漏磁越少，但太窄影響轉(zhuǎn)子機械強度。如圖4、圖5，在內(nèi)置式V型徑向磁化矩形條狀磁鋼Ic中間的永磁槽2內(nèi)徑向插入 高強度樹脂矩形撐條10，抗機械強度，減小轉(zhuǎn)子高速運行時的應(yīng)力集中和離心力。證明比 較V型磁鋼間的永磁槽內(nèi)插入與不插入矩形撐條的電機，在相同轉(zhuǎn)速下，為了保證隔磁磁 橋截面處承受同樣的應(yīng)力和離心力，前者隔磁磁橋?qū)挾萮必須1. 8mm(圖3)，而后者(圖4、 圖5)僅為0. 9mm，從而顯著減少漏磁，增加有效磁通，提高氣隙磁通密度、磁鋼利用率和電 機的功率密度，圖6為圖5電機磁鋼間帶與不帶矩形撐條的輸出力矩T與負載角θ關(guān)系， 實線d為帶矩形撐條IPM電機輸出力矩波形，虛線e為不帶矩形撐條IPM電機輸出力矩波 形，由圖6可知采用矩形撐條的前者，增加轉(zhuǎn)矩10%，使電機具有高效、高出力、高功率密 度、高可靠性和低力矩波動等特性。如圖5、圖7，轉(zhuǎn)子極靴4外圓為非同心弧形曲面，形成不均勻?qū)ΨQ徑向氣隙5，電機 定轉(zhuǎn)子間的不均勻?qū)ΨQ徑向氣隙5具有聚磁、改善氣隙磁場波形效果。圖8示意了永磁電機氣隙磁通密度波形，圖8中Bg表示氣隙磁通密度，π表示極距(磁極的距離)的電角度 為180°，π/2為電角度90°，m為帶均勻氣隙的氣隙磁密波形，為方波；η為帶不均勻氣隙 的氣隙磁密波形，接近正弦波，從而降低了電機噪音、力矩波動，抑制靜態(tài)和動態(tài)電樞反應(yīng)、 提高過載能力，同時內(nèi)置式永磁能產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，利于高速運行和頻繁啟動，實現(xiàn)高效、高 出力、高功率密度、寬調(diào)速、快響應(yīng)的平穩(wěn)運行，實現(xiàn)電機小型輕量化。
需要理解到的是以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤 飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
太陽跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機，包括機殼和機殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，定子包括固定在機殼內(nèi)壁的定子鐵芯和定子繞組，定子鐵芯包括定子磁軛、定子槽和定子齒，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子鐵芯，其特征在于所述轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻開有永磁槽，在永磁槽中鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼，徑向磁化矩形條狀磁鋼與極靴構(gòu)成永磁磁極，極靴外圓為同心或非同心弧形曲面，形成均勻或不均勻?qū)ΨQ徑向氣隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機，其特征在于所述相鄰兩塊 徑向磁化矩形條狀磁鋼中的一塊徑向磁化矩形條狀磁鋼所在的永磁槽的兩端開半圓凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機，其特征在于所述徑向磁化 矩形條狀磁鋼為V型徑向磁化矩形條狀磁鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機，其特征在于所述V型徑向 磁化矩形條狀磁鋼所在的永磁槽內(nèi)沿徑向插有矩形撐條。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽跟蹤系統(tǒng)用永磁驅(qū)動電機，包括機殼和機殼內(nèi)的定子和轉(zhuǎn)子，定子包括固定在機殼內(nèi)壁的定子鐵芯和定子繞組，定子鐵芯包括定子磁軛、定子槽和定子齒，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)圓周方向均勻開有永磁槽，在永磁槽中鑲有徑向磁化矩形條狀磁鋼，徑向磁化矩形條狀磁鋼與極靴構(gòu)成永磁磁極，轉(zhuǎn)子極靴外圓為同心或非同心弧形曲面，形成均勻或不均勻?qū)ΨQ徑向氣隙；相鄰兩塊徑向磁化矩形條狀磁鋼中的一塊徑向磁化矩形條狀磁鋼所在的永磁槽的兩端開半圓凹槽；徑向磁化矩形條狀磁鋼為V型徑向磁化矩形條狀磁鋼；V型徑向磁化矩形條狀磁鋼所在的永磁槽內(nèi)沿徑向插有矩形撐條。該電機具有高效、高出力、高可靠性和低力矩波動等特性。
文檔編號H02K21/14GK101917076SQ20101026379
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者林德芳, 胡崗 申請人:蘇州工業(yè)園區(qū)和鑫電器有限公司;蘇州工業(yè)園區(qū)美能新能源有限公司