CN108418367A - 一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机 - Google Patents

一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机 Download PDF

Info

Publication number
CN108418367A
CN108418367A CN201810161571.1A CN201810161571A CN108418367A CN 108418367 A CN108418367 A CN 108418367A CN 201810161571 A CN201810161571 A CN 201810161571A CN 108418367 A CN108418367 A CN 108418367A
Authority
CN
China
Prior art keywords
halbach
drum type
type brake
stator
magnetoes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810161571.1A
Other languages
English (en)
Inventor
房淑华
薛松寒
盘真保
阳辉
彭飞
林鹤云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201810161571.1A priority Critical patent/CN108418367A/zh
Priority to PCT/CN2018/088139 priority patent/WO2019161625A1/zh
Publication of CN108418367A publication Critical patent/CN108418367A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/12—Machines characterised by the modularity of some components

Abstract

本发明公开了一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，该电机为圆环形，包括三个转子(1)和一个定子(2)，三个转子(1)分别位于圆环形定子(2)的外周；其中，所述的转子(1)为圆筒式，包括电枢绕组(1.1)、电枢铁心齿(1.2)和转子轭(1.3)，在转子轭(1.3)的内圆设有电枢铁心齿(1.2)形成半闭口梨形槽(3)，电枢绕组(1.1)放置于半闭口梨形槽(3)中；定子(2)由定子铁心(2.1)和表贴于定子铁心的Halbach永磁环阵列(2.2)构成，采用Halbach永磁环阵列(2.2)结构，能够在不影响电机电磁性能的前提下，有效提高气隙磁通的正弦性，减小转矩脉动。该电机充分利用空间，提高功率密度；可使单侧的磁场强度大幅度提升，提高气隙磁密正弦性，易于电机的高精度伺服控制。

Description

一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机
技术领域
本发明涉及一种电动机，具体涉及一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，属于电机技术领域。
背景技术
大型天文望远镜集成了光学、精密机械与精密控制的最新技术和成果，在发展光学系统的同时，望远镜口径的增大，在方位轴和高度轴的轴系驱动上也给我们带来了新的挑战，良好的精密驱动平台是保证高质量观测的必要条件。
欧洲南方天文台4台8米口径(等效口径16米)光学望远镜VLT，美、英、加合作的两台8米望远镜GEMINI，日本的8米望远镜SUBARU，美国的10米光学望远镜Keck I、Keck II。国内有南京天文光学技术研究所研制的口径为8米级的反射施密特望远镜LAMOST。正在建造计划中的美国的30米极大望远镜TMT、和欧洲的39米E-ELT望远镜。未来中国也有计划建造12米的光学/红外望远镜。口径越来越大成为望远镜发展的必然趋势。为了简化望远镜结构、降低结构惯性矩的控制系统的影响，大型天文望远镜的俯仰轴都采用开放式结构(欧州南方天文台的VLT望远镜、日本国家天文台的Subaru望远镜和计划中的中国极大望远镜CFGT都采用这样的结构)。但如何实现俯仰轴的精准控制则是研制大型天文望远镜迫切需要解决的技术难题。
实现精准控制需要尽可能地降低转矩脉动。综合现有资料来看，目前大口径天文望远镜用弧线永磁同步电机的研究，更多的是关注了弧线电机中单元电机的设计，齿槽弧度对电机力矩波动的影响，改变单元电机间的位置关系以降低力矩波动，以及增加辅助励磁线圈降低弧线电机定位力矩及转矩脉动等问题。然而，针对大型天文望远镜用弧线电机精准运行的研究还未达到成熟阶段。因此，本发明提出Halbach圆筒式弧线永磁电机，实现低转矩脉动，为大型天文望远镜用弧线电机精准运行控制打下基础。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，解决传统应用于大型天文望远镜永磁电机的转矩脉动大的问题。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机为圆环形，包括三个转子(1)和一个定子(2)，三个转子(1)分别位于圆环形定子(2)的外周；其中，所述的转子(1)为圆筒式，包括电枢绕组(1.1)、电枢铁心齿(1.2)和转子轭(1.3)，在转子轭(1.3)的内圆设有电枢铁心齿(1.2)形成半闭口梨形槽(3)，电枢绕组(1.1)放置于半闭口梨形槽(3)中；定子(2)由定子铁心(2.1)和表贴于定子铁心的Halbach永磁环阵列(2.2)构成，采用Halbach永磁环阵列(2.2)结构，能够在不影响电机电磁性能的前提下，有效提高气隙磁通的正弦性，减小转矩脉动。
其中，
所述的电枢绕组(1.1)采用饼式结构，取消了绕组的端部。
所述的Halbach永磁环阵列(2.2)为环形永磁体，置于定子铁心(2.1)与电枢铁心齿(1.2)之间，该Halbach永磁环阵列(2.2)紧贴定子铁心(2.1)外表面，与电枢铁心齿(1.2)有间隙沿圆周方向均匀分布。
所述的表贴于定子铁心的Halbach永磁环阵列(2.2)由分段磁体构成，各磁体的磁化方向沿阵列依次旋转90°，在圆周上均形成60对磁极。
所述的Halbach永磁环阵列(2.2)材质均为钕铁硼环形永磁体。
所述的电枢铁心齿(1.2)、转子背轭(1.3)和定子铁心(2.1)材质均为高导磁材料。
所述的三个转子结构是基于特定的极槽配合，即12槽10极，三个转子模块间沿定子圆周相距θ＝92°分布，采用圆筒式结构。
所述的电枢绕组(1.1)，相邻转子电枢绕组采用错相位连接方式，即将绕组A1，B2，C3串联起来形成U相绕组，将B1，C2，A3串联起来形成V相绕组，将C1，A2，B3绕组串联起来形成W相绕组，三相绕组形成了空间对称结构。
所述的Halbach永磁环阵列(2.2)沿定子圆周相距θ＝3°均匀分布。
有益效果：
1、本电机转子采用圆筒式，增大了气隙面积，具有更高的转矩密度、功率密度和转矩平稳性；
2、本电机永磁体采用表贴式Halbach永磁环阵列，可使单侧的磁场强度大幅度提升，降低圆筒式弧线电机径向气隙磁密波形畸变率，提高气隙磁密的正弦性，有效地抑制运行时的转矩脉动；
3、三个转子模块间夹角θ＝92°，相邻转子模块绕组采用错相位连接方式，相较于传统的绕组连接方式，能够有效抑制电流波形中的高次谐波，降低电机运行时的力矩波动。
附图说明
图1为本发明的电机整体截面图。
图中有：转子1、电枢绕组1.1、转子齿1.2、转子轭1.3；定子2、定子铁心2.1、表贴式Halbach环形永磁体2.2；半闭口梨形槽3。
图2为本发明的电机永磁体局部充磁示意图。
图3为本发明的电机单个转子局部截面图。
图4为本发明的电机绕组换相位连接示意图。
具体实施方式
本实施的用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，单个转子模块采用12槽10极的极槽配合，三个转子沿定子周向相距角θ＝92°分布的圆筒式弧线永磁电机，相比于传统的永磁电机不同点在于：转子采用圆筒式结构、定子采用表贴式Halbach环形永磁体。转子采用圆筒式结构，能够实现对表贴式永磁体360°包裹，具有更高的转矩密度、功率密度和转矩平稳性。圆筒式弧线电机的绕组采用饼式线圈，取消了电枢绕组的端部。定子采用表贴式钕铁硼Halbach环形永磁体，可降低圆筒式弧线电机径向气隙磁密波形畸变率，提高气隙磁密的正弦性，有效抑制运行时的转矩脉动。
所述的用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，其特征是，该电机包括三个转子模块1和定子2；所述的转子1包括于电枢绕组1.1、电枢铁心齿1.2和转子轭1.3，单个转子的极槽配合采用12槽10极；所述的转子1设在定子2外部，包括电枢绕组1.1、电枢铁心齿1.2和转子轭1.3，电枢绕组1.1放置于半闭口梨形槽3中，圆筒式弧线永磁电机的电枢绕组采用饼式线圈，取消了绕组的端部，相邻转子模块绕组采用错相位连接方式。具体而言，将绕组A1，B2，C3串联起来形成U相绕组，将B1，C2，A3串联起来形成V相绕组，将C1，A2，B3绕组串联起来形成W相绕组，三相绕组形成了空间对称结构；所述的定子2包括定子铁心2.1、表贴式环形Halbach环形永磁体2.2，所述的永磁体2.2为表贴式钕铁硼环形永磁体，置于定子铁心2.1和转子齿1.2之间，该永磁体2.2紧贴定子铁心2.1外表面、与转子齿1.2有间隙，表贴式Halbach永磁环阵列由分段磁体构成，各磁体的磁化方向沿阵列依次旋转90°，在圆周上均形成60对磁极。
本发明公开的一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机的运行原理如下：
对于永磁部分，永磁磁通首先从定子永磁的N极到转子电枢齿，再穿过转子背轭，到达定子永磁的S极，形成闭合的旋转磁场；与此同时，电机定子绕组里将通入和转子旋转速度相同的三相交流电，定转子形成的旋转磁场相互作用，从而实现机电能量转换。所述转子采用圆筒式结构，增大了气隙面积，因而具有更高的转矩密度、功率密度和转矩平稳性。所述定子采用表贴式Halbach环形永磁体，可使单侧的磁场强度大幅度提升，降低了圆筒式弧线电机径向气隙磁密波形畸变率，提高气隙磁密的正弦性，有效地抑制了运行时的转矩脉动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，其特征是，该电机为圆环形，包括三个转子(1)和一个定子(2)，三个转子(1)分别位于圆环形定子(2)的外周；其中，所述的转子(1)为圆筒式，包括电枢绕组(1.1)、电枢铁心齿(1.2)和转子轭(1.3)，在转子轭(1.3)的内圆设有电枢铁心齿(1.2)形成半闭口梨形槽(3)，电枢绕组(1.1)放置于半闭口梨形槽(3)中；定子(2)由定子铁心(2.1)和表贴于定子铁心的Halbach永磁环阵列(2.2)构成，采用Halbach永磁环阵列(2.2)结构，能够在不影响电机电磁性能的前提下，有效提高气隙磁通的正弦性，减小转矩脉动。
2.根据权利1要求所述的用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，其特征是，所述的电枢绕组(1.1)采用饼式结构，取消了绕组的端部。
3.根据权利1要求所述的用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，其特征是，所述的Halbach永磁环阵列(2.2)为环形永磁体，置于定子铁心(2.1)与电枢铁心齿(1.2)之间，该Halbach永磁环阵列(2.2)紧贴定子铁心(2.1)外表面，与电枢铁心齿(1.2)有间隙沿圆周方向均匀分布。
4.根据权利1要求所述的用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，其特征是，所述的表贴于定子铁心的Halbach永磁环阵列(2.2)由分段磁体构成，各磁体的磁化方向沿阵列依次旋转90°，在圆周上均形成60对磁极。
5.根据权利1要求所述的用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，其特征是，所述的Halbach永磁环阵列(2.2)材质均为钕铁硼环形永磁体。
6.根据权利1要求所述的用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，其特征是，所述的电枢铁心齿(1.2)、转子背轭(1.3)和定子铁心(2.1)材质均为高导磁材料。
7.根据权利1要求所述的用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，其特征是，所述的三个转子结构是基于特定的极槽配合，即12槽10极，三个转子模块间沿定子圆周相距θ＝92°分布，采用圆筒式结构。
8.根据权利1要求所述的用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，其特征是，所述的电枢绕组(1.1)，相邻转子电枢绕组采用错相位连接方式，即将绕组A1，B2，C3串联起来形成U相绕组，将B1，C2，A3串联起来形成V相绕组，将C1，A2，B3绕组串联起来形成W相绕组，三相绕组形成了空间对称结构。
9.根据权利1要求所述的用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机，其特征是，所述的Halbach永磁环阵列(2.2)沿定子圆周相距θ＝3°均匀分布。
CN201810161571.1A 2018-02-26 2018-02-26 一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机 Pending CN108418367A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810161571.1A CN108418367A (zh) 2018-02-26 2018-02-26 一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机
PCT/CN2018/088139 WO2019161625A1 (zh) 2018-02-26 2018-05-24 一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810161571.1A CN108418367A (zh) 2018-02-26 2018-02-26 一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108418367A true CN108418367A (zh) 2018-08-17

Family

ID=63129066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810161571.1A Pending CN108418367A (zh) 2018-02-26 2018-02-26 一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN108418367A (zh)
WO (1) WO2019161625A1 (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1761130A (zh) * 2004-10-11 2006-04-19 中国科学院电工研究所 一种永磁同步电动机
JP2008061458A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Fuji Mach Mfg Co Ltd 円筒型リニアモータ
CN102522865A (zh) * 2011-12-07 2012-06-27 中国科学院光电技术研究所 一种能够减少力矩波动的多定子弧形直线电机
CN203911720U (zh) * 2014-04-29 2014-10-29 江苏大学 一种磁悬浮永磁直线电机
CN104852537A (zh) * 2015-05-28 2015-08-19 东南大学 一种天文望远镜用三维气隙哈尔巴赫永磁弧形电机及其控制方法
US20160336825A1 (en) * 2014-03-12 2016-11-17 National Institute of Technology Linear motor
CN206412913U (zh) * 2017-01-19 2017-08-15 中山市溢丰达机械设备有限公司 一种弧形永磁电机

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011252989A (ja) * 2010-06-01 2011-12-15 Kenkotokina Corp 手振れ補正装置
CN103661085B (zh) * 2013-12-16 2016-03-02 江苏大学 一种汽车前大灯随动转向弧线驱动系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1761130A (zh) * 2004-10-11 2006-04-19 中国科学院电工研究所 一种永磁同步电动机
JP2008061458A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Fuji Mach Mfg Co Ltd 円筒型リニアモータ
CN102522865A (zh) * 2011-12-07 2012-06-27 中国科学院光电技术研究所 一种能够减少力矩波动的多定子弧形直线电机
US20160336825A1 (en) * 2014-03-12 2016-11-17 National Institute of Technology Linear motor
CN203911720U (zh) * 2014-04-29 2014-10-29 江苏大学 一种磁悬浮永磁直线电机
CN104852537A (zh) * 2015-05-28 2015-08-19 东南大学 一种天文望远镜用三维气隙哈尔巴赫永磁弧形电机及其控制方法
CN206412913U (zh) * 2017-01-19 2017-08-15 中山市溢丰达机械设备有限公司 一种弧形永磁电机

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
常九健: "基于弧形电机拼接的大型望远镜驱动技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019161625A1 (zh) 2019-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108429420B (zh) 一种非对称双三相弧线永磁同步电机
CN108390529B (zh) 双定子永磁同步电机
CN105515229B (zh) 一种盘式电机
CN103222165B (zh) 三相永磁伺服电动机
CN204615602U (zh) 电动汽车驱动用容错式四相开关磁阻电动机
CN111817459A (zh) 单定子双转子轴向磁通混合定子永磁对转电机
CN104821697A (zh) 电动汽车驱动用容错式四相开关磁阻电动机
CN103762759A (zh) 具有高磁隔离能力的径向磁通模块化多相电机
US8975799B2 (en) Broad-pole type square-wave three-phase brushless permanent magnet direct current motor and assembling method thereof
CN102157993A (zh) 一种模块化磁通切换永磁电机
CN105637733A (zh) 逆横向磁通机
CN105281514A (zh) 一种并联型混合磁材料复合转子磁通切换电机
WO2021120680A1 (zh) 电机转子和交替极电机
US20140117790A1 (en) Rotating electrical machine
CN103997177B (zh) 一种单相u形定子齿外转子开关磁阻发电机
CN113178962B (zh) 一种模块化转子混合励磁磁通反向电机
US11205943B1 (en) Two-stator and two-rotor combined energy-saving motor
CN205725388U (zh) 一种多定子混合磁路永磁同步电机
CN110417223A (zh) 一种永磁电机调磁机构及其调磁方法
CN108418367A (zh) 一种用于大型天文望远镜的Halbach圆筒式弧线永磁电机
CN105720761A (zh) 一种紧凑型永磁无刷电机分块式铁心绕线方法
CN105141100A (zh) 空间用机械臂用高功率密度永磁无刷电机的齿槽结构
CN201985636U (zh) 一种模块化磁通切换永磁电机
CN102545423B (zh) 横向磁场永磁电机
EP2894772A1 (en) Electromechanical converter

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180817