CN109245479A - 一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机 - Google Patents

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刘志宏
李仲君
马本富
忽敏学
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Abstract

本发明涉及一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机，包括壳体、霍尔组件、定子组件和转子组件，霍尔组件和定子组件均同轴套装在转子组件的外侧，壳体设置在霍尔组件、定子组件及转子组件的外侧。本发明电机结构形式采用外定子、内转子分装式结构，以便于电机安装在平台上。本智力成果解决了卫星平台姿态控制用永磁直流无刷力矩电机输出力矩小问题，适合推广应用。

Description

一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机
技术领域
本发明涉及控制电机技术领域，尤其是一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机。
背景技术
卫星平台姿态控制用力矩电机要求可靠性高、寿命长，具有力矩大、动态响应快等特点，同时要求电机重量要轻，以节约发射燃料。
目前使用的有刷结构的力矩电机，存在换向器结构复杂、工作时易产生火花、电刷长时间工作可靠性无法保证等问题。另外，由于在外太空工作，无法进行维修或更换。如果采用无刷结构的力矩电机，由于其施矩小、重量大，又不能满足平台姿态控制使用需求。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的：
一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机，其特征在于：包括壳体、霍尔组件、定子组件和转子组件，霍尔组件和定子组件均同轴套装在转子组件的外侧，壳体设置在霍尔组件、定子组件及转子组件的外侧。
而且，所述的霍尔组件由支架、印制接线板和霍尔元件组成，霍尔元件为三个，该三个霍尔元件按照相序焊接在一块印制接线板上，并确保三个霍尔元件电角度120°，印刷接线板固定在支架，该支架安装在定子上。
而且，所述的霍尔元件选择双极锁存型，输出波形占空比接近1:1。
而且，所述的定子组件由定子铁芯、绕组和引出线组合而成，定子铁芯采用铁钴钒系软磁合金冲片叠压制成，定子铁芯外侧绕制绕组，绕组采用三相、分数槽绕组，绕组采用四线并绕、星型连接，绕组连接引出线，引出线采用航天标准的单点双绕引出线，该引出线从壳体中引出。
而且，所述的定子铁芯槽数取66槽。
而且，所述的转子组件由端环、磁钢、转子环和铜罩组成，转子环外侧设置磁钢，该磁钢采用高磁能积的钕铁硼磁钢，端环同轴套装在转子环外侧且压紧磁钢，铜罩装在磁钢外侧。
而且，所述的磁钢的磁能积不低于45MGsOe，矫顽力不低于800kA/m，永磁磁钢采用26极分块结构。
而且，所述的壳体采用铁镍系软磁合金制成。
本发明的优点和积极效果是：
本发明采用高性能磁钢和高饱和磁性材料，将其分别做为电机转子和定子铁芯材料，开展新型永磁直流无刷力矩电机。
高性能磁钢的使用不仅可以提高电机的输出力矩，还可以减少材料使用量；高饱和磁性材料的使用，也可有效减少材料的使用量，避免磁路饱和带来的力矩畸变。
本智力成果解决了卫星平台姿态控制用永磁直流无刷力矩电机输出力矩小问题，通过优化设计、优化结构，实现了输出力矩6N·m。
附图说明
图1是电机的结构图；
图2是图1的侧视图；
图3是霍尔组件的结构图；
图4是定子组件的结构图；
图5是转子组件的结构图。
具体实施方式
下面结合附图详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机，包括壳体1、霍尔组件2、定子组件3和转子组件4，霍尔组件和定子组件均同轴套装在转子组件的外侧，霍尔组件、定子组件及转子组件均位于壳体内。电机结构形式采用外定子、内转子分装式结构，见图1，以便于电机安装在平台上。
本智力成果中采用霍尔组件作为转子位置传感器，霍尔组件采用与电机本体分离的安装方式，即：霍尔组件由支架5、印制接线板6和霍尔元件7组成，霍尔元件为三个，将三个霍尔元件按照相序焊接在一块印制接线板上，并确保三个霍尔元件电角度120°，印刷接线板固定在支架，该支架安装在定子上。霍尔元件选择双极锁存型，输出波形占空比接近1:1。霍尔组件相对电机本体可调节位置并进行固定。这种单独安装方式灵活性较高，十分便于调整霍尔元件，找到最佳换相位置，使电机达到较好的运行效果。
本智力成果中采用铁钴钒系软磁合金作为定子铁芯8材料，进行电机设计，包括电机结构设计、磁路设计、定子铁芯槽、齿、轭设计以及绕组设计等。定子组件由定子铁芯8、绕组9和引出线10组合而成，定子铁芯采用铁钴钒系软磁合金冲片叠压制成，该合金饱和磁密高，可达2.4T，可以保证定子齿、轭磁路不饱和。定子铁芯槽数取66槽。
定子铁芯外侧绕制绕组，绕组采用三相、分数槽绕组，采用分数槽绕组，同一相绕组的各线圈可安排在不同的极对之下，由于各对极下的齿、槽间存在着空间位移，使得一相绕组中串联导体感应的齿谐波电动势相位不同，从而使合成电动势因向量合成而被消弱，降低齿槽效应，故能有效降低齿槽转矩和转矩波动。绕组采用四线并绕、星型连接，绕组连接引出线，引出线采用航天标准的单点双绕引出线，该引出线从壳体中引出。
转子组件由端环11、磁钢12、转子环13和铜罩14组成，转子环外侧设置磁钢，该磁钢采用高磁能积的钕铁硼磁钢，磁钢的磁能积不低于45MGsOe，矫顽力不低于800kA/m。在取得相同输出力矩情况下，体积小、重量轻、成本低。永磁磁钢采用26极分块结构，易于加工、充磁，性能一致性好，磁场波形接近梯形波，有利于方波驱动控制。转子环既是磁路的一部分，又是磁钢的支撑件，因此在保证磁路要求的情况下，要具有足够的力学强度，电磁纯铁DT4E可以满足要求。端环同轴套装在转子环外侧且压紧磁钢，防止轴向移动。铜罩装在磁钢外侧。
本智力成果中采用铁镍系软磁合金作为壳体，在满足机械强度的要求下，有效消除了定子漏磁，避免电机漏磁对平台内其他电子元件的干扰。

Claims (8)

1.一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机，其特征在于：包括壳体、霍尔组件、定子组件和转子组件，霍尔组件和定子组件均同轴套装在转子组件的外侧，壳体设置在霍尔组件、定子组件及转子组件的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机，其特征在于：所述的霍尔组件由支架、印制接线板和霍尔元件组成，霍尔元件为三个，该三个霍尔元件按照相序焊接在一块印制接线板上，并确保三个霍尔元件电角度120°，印刷接线板固定在支架，该支架安装在定子上。
3.根据权利要求2所述的一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机，其特征在于：所述的霍尔元件选择双极锁存型，输出波形占空比接近1:1。
4.根据权利要求1所述的一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机，其特征在于：所述的定子组件由定子铁芯、绕组和引出线组合而成，定子铁芯采用铁钴钒系软磁合金冲片叠压制成，定子铁芯外侧绕制绕组，绕组采用三相、分数槽绕组，绕组采用四线并绕、星型连接，绕组连接引出线，引出线采用航天标准的单点双绕引出线，该引出线从壳体中引出。
5.根据权利要求4所述的一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机，其特征在于：所述的定子铁芯槽数取66槽。
6.根据权利要求1所述的一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机，其特征在于：所述的转子组件由端环、磁钢、转子环和铜罩组成，转子环外侧设置磁钢，该磁钢采用高磁能积的钕铁硼磁钢，端环同轴套装在转子环外侧且压紧磁钢，铜罩装在磁钢外侧。
7.根据权利要求6所述的一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机，其特征在于：所述的磁钢的磁能积不低于45MGsOe，矫顽力不低于800kA/m，永磁磁钢采用26极分块结构。
8.根据权利要求1所述的一种控制卫星平台姿态的永磁直流无刷力矩电机，其特征在于：所述的壳体采用铁镍系软磁合金制成。
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