[發明專利]采用無交叉單平面繞組的飛輪電機

無效

• 申請號: 200910072788.6
• 申請日: 2009-09-03
• 公開（公告）號: CN101640465A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 胡建輝;鄒繼斌;徐永向;劉承軍;尚靜;李勇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02K29/06
• 分類號: H02K29/06;H02K29/03;H02K3/28;H02K1/27
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及到電機技術領域。特別涉及一種采用無交叉單平面繞組的無刷直流電機。適用于衛星姿態控制。

背景技術

目前，衛星姿態控制用飛輪大多由獨立輪體和無刷直流電機構成，兩者之間通過法蘭等機械結構固定。存在結構復雜，難以實現飛輪的小型化、輕量化等問題。

傳統結構的無刷直流電機的繞組結構略顯復雜，不利于實現無鐵心電樞。

傳統電機的位置傳感器通常需要額外的安裝機構和空間，而且一般檢測的是漏磁場，位置檢測精度和可靠性均較差，而且位置傳感器相對電機繞組的位置通常需要在裝配時進行調整。上述問題使得傳統的飛輪電機結構復雜，功耗大，力矩平穩性差。

發明內容

為了解決現有的飛輪電機結構復雜、功耗大以及力矩平穩性差的問題，本發明提供了一種采用無交叉單平面繞組的飛輪電機。

本發明的采用無交叉單平面繞組的飛輪電機由轉子、無鐵心骨架式定子、永磁體和三個位置傳感器組成，所述轉子由外轉子鐵心和內轉子鐵心組成，內轉子鐵心和外轉子鐵心固定連接在轉矩輸出軸上，無鐵心骨架式定子固定在所述內轉子鐵心和外轉子鐵心之間，并且與所述內轉子鐵心和外轉子鐵心之間均留有氣隙，永磁體固定在內轉子鐵心或外轉子鐵心上與無鐵心骨架式定子相對的側壁上，所述無鐵心骨架式定子由繞組、骨架和定子座組成，所述骨架固定在定子座上，繞組為三相繞組，所述繞組由多組平面線圈組成，所述多組平面線圈均勻分布固定在骨架的側壁上，相鄰兩組平面線圈相差240度電角度，并且相鄰兩組平面線圈之間無交叉，三個位置傳感器分別固定在相鄰的三組平面線圈的中心位置的骨架上，所述平面線圈的個數Z與永磁體的極數2p之比為3/4。

本發明的飛輪電機采用永磁電機與輪體、傳感器集成一體化設計，由定子、轉子、位置傳感器組成。定子和轉子是電機的主要部分，是產生力矩的機構。位置傳感器檢測轉子位置，將轉子的位置信號轉換為電信號，根據該電信號，在相應的繞組中通以電流，使所述繞組產生的磁場與永磁體產生的主磁場相互作用，產生電磁轉矩，使得轉子平穩地旋轉。

飛輪電機采用徑向式磁路結構。定子采用無鐵心結構，以非導磁絕緣材料作為骨架，繞組固定在骨架上。電機轉子即為飛輪的輪體，轉子鐵心為電機磁路的一部分，同時又作為飛輪的輪體，一般加厚外轉子鐵心。采用永磁體產生主磁場。位置傳感器采用霍爾集成電路，直接固定在電樞骨架內，且處于氣隙磁場內。

本發明的特點：

定子繞組為無交叉單平面繞組，多個線圈構成三相繞組，屬于同一相的多個線圈串聯連接組成一相繞組，每個線圈均為單平面結構，并且相鄰線圈之間在空間上無交叉，具有結構簡單、工藝性強的優點。

定子骨架上的齒部具有足夠的空間，便于直接安放位置傳感器，使得位置傳感器直接檢測氣隙磁場，位置傳感器所在位置磁場的磁感應強度較高，從而保證位置傳感器輸出的位置信號的靈敏度和可靠性。位置傳感器的安裝槽的中心在圓周方向位于齒的中心線上，便于保證角度的加工精度，使得位置檢測信號的精度較高。位于齒中心線上安放的位置傳感器的輸出位置信號跟相鄰齒對應的一相繞組的相電動勢在相位上恰好相差30度電角度，滿足無刷直流電機的換向要求。位置傳感器無需額外的固定機構，裝配時無須額外的調整。繞組、骨架和位置傳感器形成一體化電樞，具有結構緊湊、體積小的特點。

定子采用無鐵心結構，以非導磁絕緣材料作為支撐骨架，繞組固定在骨架上，保證電樞的剛度和強度，同時不存在鐵損和定位力矩，也使電樞制造工藝簡單，使得飛輪電機具有損耗小、運行平穩的特點。

電機的轉子即為飛輪的輪體，轉子鐵心為電機磁路的一部分，同時又作為飛輪的輪體，一般加厚外轉子鐵心，充分利用材料和空間，顯著提高飛輪的轉動慣量。

采用永磁體產生主磁場，能夠提高電機出力，減小電機的體積和重量。

本發明的飛輪電機可以應用于衛星姿態控制飛輪和控制力矩陀螺，在應用于衛星姿態控制時，可以運行在電動/發電狀態，實現四象限運行。

附圖說明