CN105429411B - 一种Halbach磁钢结构永磁同步电机及装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Halbach磁钢结构永磁同步电机及装配方法，包括锁紧螺钉、隔磁防碰垫、磁钢模拟块、合成模套、刚性支撑架、磁极、转子磁轭和同心装置，Halbach磁钢通过锁紧螺钉安装在合成模套上，Halbach磁钢的端面约束能够主动控制粘接精度；隔磁防碰垫用于防止Halbach磁钢与锁紧螺钉发生磨损；磁钢模拟块用于保持磁极间距一致；通过机械精加工保证合成模套内孔配合面形位精度与永磁同步电机转子磁轭配合面精度一致，并适当加厚孔外壁厚度，进而提高材料的刚度，保证安装面的形位公差。本发明解决了Halbach磁钢高精度装配难题，实现了Halbach磁钢高精度快速装配，满足了产品的批量化生产。

Description

一种Halbach磁钢结构永磁同步电机及装配方法
技术领域
本发明涉及一种Halbach磁钢结构永磁同步电机，适用于大型磁悬浮控制力矩陀螺，属于永磁同步电机技术领域。
背景技术
惯性执行机构是各类卫星、空间站等航天器平台进行姿态调整与控制所普遍使用的惯性执行机构，其中基于磁悬浮轴承支撑的控制力矩陀螺是重要的一类。控制力矩陀螺通过驱动电机调节陀螺内转子角动量矢量的方式，对外提供一定精度的力矩输出。驱动电机的结构设计与高精度控制是磁悬浮控制力矩陀螺的关键技术之一。
对于驱动电机而言，要满足控制力矩陀螺的高精度、低速、大力矩并且质量轻、体积小。从上述方面考虑，驱动电机一般选用永磁同步电机结构形式，而Halbach磁钢结构由于磁钢充磁方向总是正交与定子气隙磁密的特点，具有一定体积输出的力矩大等优点，所以最适合永磁同步电机的结构设计要求。
Halbach磁钢结构是一种新型磁钢结构，形状和充磁方向角度不规则。与传统瓦形磁钢、矩形磁钢相比，相邻磁钢之间相互排斥，其中，每三块磁钢充磁方向大体一致，如图1所示。由于永磁同步电机用Halbach磁钢彼此之间存在较大斥力，并且形状不规则，给装配方法和精度带来很大的困难，所以利用传统瓦形N-S极直接粘接的方法，几乎不可能实现。磁钢彼此之间极易出现磕碰和裂缝，使永磁同步电机转子难以装配，精度无法满足产品使用要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种Halbach磁钢结构永磁同步电机，解决了互斥的磁钢高精度装配难题，实现了互斥的磁钢高精度快速装配，满足产品的批量化生产。
本发明的技术解决方案是：
一种Halbach磁钢结构永磁同步电机，包括锁紧螺钉、隔磁防碰垫、合成模套、刚性支撑架、磁极、转子磁轭和同心装置，同心装置与转子磁轭固定连接并紧密配合，在转子磁轭上同轴安装合成模套，合成模套采用瓦形结构并设有安装锁紧螺钉的孔，刚性支撑架固定连接在合成模套上，在合成模套中安装Halbach磁钢，三块Halbach磁钢组成一个磁极，在Halbach磁钢与锁紧螺钉之间安装隔磁防碰垫。
一种Halbach磁钢结构永磁同步电机装配方法，包括锁紧螺钉、隔磁防碰垫、磁钢模拟块、合成模套、刚性支撑架、磁极、转子磁轭和同心装置；
第一步：将三块形状与Halbach磁钢相同的磁钢模拟块按照Halbach磁钢结构永磁同步电机转子单个磁极装配规则安装在瓦形结构的合成模套中并用锁紧螺钉固定；
第二步：取出左端或右端的一块磁钢模拟块，在一块Halbach磁钢表面涂抹胶液，沿相应位置缓慢滑入，Halbach磁钢与相邻的磁钢模拟块及合成模套紧密配合，在间隙处放置隔磁防碰垫并用锁紧螺钉固定；
第三步：取出中间的磁钢模拟块，在一块Halbach磁钢表面涂抹胶液，沿相应位置缓慢滑入，并用锁紧螺钉固定；
第四步：取出剩余的磁钢模拟块，在一块Halbach磁钢表面涂抹胶液，沿相应位置缓慢滑入，并用锁紧螺钉固定；
第五步：待胶液自动固化后，将锁紧螺钉松开，磁极成型；
第六步：将磁极极性粘接；
第七步：将转子磁轭与同心装置固定连接；
第八步：将磁极按照Halbach永磁同步电机转子安装顺序装配，在合成模套上涂抹粘接剂并用锁紧螺钉调整Halbach磁钢和转子磁轭之间的厚度，保证合成模套与转子磁轭高精度配合；
在上述的一种Halbach磁钢结构永磁同步电机及装配方法中，48块Halbach磁钢紧密粘接在转子磁轭中，Halbach磁钢圆周面与转子磁轭同轴度保证在0.01mm以内。
在上述的一种Halbach磁钢结构永磁同步电机及装配方法中，锁紧螺钉采用铜制的开槽螺钉，用于将互斥的Halbach磁钢紧固在合成模套中，通过Halbach磁钢的端面约束实现互斥的Halbach磁钢粘接精度的主动控制。
在上述的一种Halbach磁钢结构永磁同步电机及装配方法中，隔磁防碰垫采用不导磁的薄铜垫材料，用于防止Halbach磁钢与锁紧螺钉之间发生摩擦或磕碰。
在上述的一种Halbach磁钢结构永磁同步电机及装配方法中，磁钢模拟块的形状规格与Halbach磁钢加工尺寸一致，材料采用聚四氟乙烯，用于保持磁极间距一致。
在上述的一种Halbach磁钢结构永磁同步电机及装配方法中，合成模套两侧设有螺纹孔和配合面，材料采用聚四氟乙烯，通过机械精加工保证合成模套内孔配合面形位精度与永磁同步电机转子磁轭配合面精度一致，同轴度误差小于0.001mm，并适当加厚孔外壁厚度，保证材料的刚度和安装面的形位公差。
在上述的一种Halbach磁钢结构永磁同步电机及装配方法中，刚性支撑架采用7A09硬铝材料，用于安装锁紧螺钉。
在上述的一种Halbach磁钢结构永磁同步电机及装配方法中，转子磁轭采用软磁DT4C材料。
在上述的一种Halbach磁钢结构永磁同步电机及装配方法中，同心装置采用7A09硬铝材料，用于保证转子磁轭的同轴度。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明结构简单，易于操作，可以实现多个磁极同步作业，提高了转子工程化效率，便于批量装配。
2、本发明采用磁钢模拟块预先成型方法，大幅降低了Halbach磁钢装配的难度，提高了产品的质量。
3、本发明采用磁钢模拟块进行空间位置固定，保证了Halbach磁钢的粘接装配的精度。
4、本发明采用外端面与两端端面双层螺钉紧固的方法，能够实现互斥的Halbach磁钢全自由度约束和装配主动控制。
5、本发明磁钢模拟块和合成模套均采用聚四氟乙烯材料，可以在操作过程中进行精确调整，能够实现磁极装配一次成型。
6、本发明避免了单块磁钢粘接过程中的斥力影响，实现电机转子快速粘接，大幅缩减了工作周期。
7、本发明同心装置采用一体式结构，便于实现高精度同轴装配。
附图说明
图1为本发明原理示意图
图2为本发明合成模套结构图
图3a和3b为本发明结构图
图4为本发明刚性支撑架结构图
图5为本发明同心装置结构图
其中：1锁紧螺钉；2隔磁防碰垫；3磁钢模拟块；4合成模套；5刚性支撑架；6磁极；7转子磁轭；8同心装置
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，三个方向大体一致(箭头方向)的Halbach磁钢作为一个磁极，与其相反的三块Halbach磁钢组成N-S磁钢对，磁极与磁极满足瓦形结构的要求。
如图2所示，
第一步：将三块形状与Halbach磁钢相同的磁钢模拟块3按照Halbach磁钢结构永磁同步电机转子单个磁极装配规则安装在合成模套4中并用锁紧螺钉1端面及两侧面固定，使磁钢模拟块3与合成模套4紧密配合；
第二步：取出左端或右端的一块磁钢模拟块3，在一块Halbach磁钢表面涂抹胶液，沿相应位置缓慢滑入，装配过程中保证Halbach磁钢与相邻的磁钢模拟块3及合成模套4紧密配合，在间隙处放置隔磁防碰垫2，并用锁紧螺钉1两端面固定，保证安装精度；
第三步：取出中间的磁钢模拟块3，在一块Halbach磁钢表面涂抹胶液，沿相应位置缓慢滑入，并用锁紧螺钉1两端面固定；
第四步：取出剩余的磁钢模拟块3，在一块Halbach磁钢表面涂抹胶液，沿相应位置缓慢滑入，并用锁紧螺钉1两端面固定；
第五步：待胶液自动固化后，将锁紧螺钉1松开，磁极6成型；
第六步：将磁极极性粘接；
如图3a和3b所示，
第七步：将转子磁轭7与同心装置8固定连接，转子磁轭7采用软磁DT4C材料；
第八步：将磁极6按照Halbach永磁同步电机转子安装顺序装配，磁极6内表面与两侧端面涂抹粘接剂，并用锁紧螺钉1和刚性支撑架5不断调整磁极6间的误差，保证磁极6与转子磁轭7高精度配合；
如图4所示，刚性支撑架5采用7A09硬铝材料，用于安装锁紧螺钉1。
如图5所示，同心装置8采用7A09硬铝材料，用于保证内、外安装面的同轴度公差小于0.005mm。
本发明的工作原理是：
Halbach磁极概念：三个方向大体一致(箭头方向)的Halbach磁钢作为一个磁极，与其相反的三块Halbach磁钢组成N-S磁钢对，磁极与磁极满足瓦形结构的要求。
本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (2)

1.一种Halbach磁钢结构永磁同步电机装配方法，其特征在于：包括锁紧螺钉(1)、隔磁防碰垫(2)、磁钢模拟块(3)、合成模套(4)、刚性支撑架(5)、磁极(6)、转子磁轭(7)和同心装置(8)；
第一步：将三块形状与Halbach磁钢相同的磁钢模拟块(3)按照Halbach磁钢结构永磁同步电机转子单个磁极(6)装配规则安装在瓦形结构的合成模套(4)中并用锁紧螺钉(1)固定；
第二步：取出左端或右端的一块磁钢模拟块(3)，在一块Halbach磁钢表面涂抹胶液，沿相应位置滑入，Halbach磁钢与相邻的磁钢模拟块(3)及合成模套(4)紧密配合，在间隙处放置隔磁防碰垫(2)并用锁紧螺钉(1)固定；
第三步：取出中间的磁钢模拟块(3)，在一块Halbach磁钢表面涂抹胶液，沿相应位置滑入并用锁紧螺钉(1)固定；
第四步：取出剩余的磁钢模拟块(3)，在一块Halbach磁钢表面涂抹胶液，沿相应位置滑入并用锁紧螺钉(1)固定；
第五步：待胶液自动固化后，将锁紧螺钉(1)松开，磁极(6)成型；
第六步：将磁极(6)极性粘接；
第七步：将转子磁轭(7)与同心装置(8)固定连接；
第八步：将磁极(6)按照Halbach永磁同步电机转子安装顺序装配，在磁极(6)内表面与两侧端面涂抹粘接剂，并用锁紧螺钉(1)和刚性支撑架(5)不断调整磁极(6)间的误差。
2.根据权利要求1所述的一种Halbach磁钢结构永磁同步电机装配方法，其特征在于：所述磁钢模拟块(3)用于保持磁极(6)间距一致。
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