[發明專利]一種非對稱雙三相弧線永磁同步電機

有效

• 申請號: 201810159260.1
• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN108429420B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 房淑華;王海濤;陽輝;林鶴云;秦嶺;盤真保
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K21/14
• 分類號: H02K21/14;H02K1/16;H02K1/27
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種非對稱雙三相弧線永磁同步電機，該電機包括定子組合(I)和轉子(IV)兩部分，三個定子組合(I)在轉子(IV)外的圓周上形成弧線結構，每一個定子組合(I)包含一個12槽定子模塊(II)和一個9槽定子模塊(III)并排設置在轉子(IV)外的圓周上；12槽定子模塊(II)與轉子(IV)形成12槽10極單元電機，9槽定子模塊(III)塊與轉子(IV)形成9槽8極單元電機；定子組合(I)與轉子(IV)共同構成雙三相電機；轉子采用內置式“V”型永磁體排布，聚磁效應強，能夠有效提升主磁通，提高電機的轉矩密度；永磁體構成120對極，使得電機具有低速大轉矩的特點，應用于低速大轉矩直接驅動場合以及大口徑天文望遠鏡驅動場合。

技術領域

本發明涉及非對稱雙三相弧線永磁同步電機，應用于低速大轉矩直接驅動場合以及大口徑天文望遠鏡驅動場合。

背景技術

大口徑天文望遠鏡在人類探索宇宙過程中起著至關重要的作用，它集成了天文、光學、力學、計算機、自動控制和精密機械等技術，其對驅動精度有極高的要求。通常大型天文望遠鏡的機架重達數百至數千噸，體積大，負載總力矩受望遠鏡姿態和環境的影響很大，為了簡化望遠鏡結構、降低結構慣性矩的控制系統影響，大口徑天文望遠鏡的俯仰軸都采用開放式結構，如歐洲南方天文臺的VLT望遠鏡、中國極大望遠鏡CFGT等。

目前，大口徑天文望遠鏡主要有齒輪傳動、摩擦傳動和直接驅動以及力矩電機同軸安裝傳動，但是這些傳統的傳動方式存在這造價高、效率低等諸多缺點。隨著科學技術的進一步發展，適用于大口徑天文望遠鏡的拼接式弧形電機驅動方式被提出，這種傳動方式已經成功地應用在歐洲南方天文臺的VLT望遠鏡(8.2m)、西班牙的GTC望遠鏡(10.4m)等。同時，國內中科院天文光學研究所、中科院光電技術研究所、東南大學等高校及科研單位也對這種傳動方式進行了深入研究。中國專利(專利號：CN2015102840353.7)公布了一種天文望遠鏡用三維氣隙哈爾巴赫永磁弧形電機及控制方法，該電機結構不僅能夠節省材料，而且可以提升轉矩密度，同時哈爾巴赫結構可以抑制轉矩脈動。中國專利(專利號：201110168527.1)公布了一種用于大型望遠鏡的多定子弧形電機控制方法，消除力矩波動，并且滿足電機對寬調速、高精度旋轉的要求。相比于傳統天文望遠鏡驅動電機，采用弧線電機，在滿足力矩要求的基礎上，能夠降低制造成本，提高轉矩密度，并且方便安裝制造。同時，采用三維氣隙結構和控制方法等創新方法，能夠提升電機的轉矩密度和降低力矩波動。然而，通過改變電機拓撲結構的方法，弧線永磁同步電機在轉矩密度、力矩波動等方面仍有可進一步優化的空間。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提出一種非對稱雙三相弧線永磁同步電機，該電機采用弧線結構，提升了電機的轉矩密度與功率密度，節省制造成本，方便制造、運輸以及安裝；該非對稱雙三相弧線永磁同步電機具有較高的轉矩密度、運行效率，較低的轉矩脈動，以及良好的運行平穩性、可靠性，可應用于低速大轉矩直接驅動場合以及大口徑天文望遠鏡驅動場合。

技術方案：為了進一步提高大口徑天文望遠鏡用電機的驅動能力、運行的平穩性及可靠性，本發明提出一種非對稱雙三相弧線永磁同步電機，三組定子組合在圓周上均勻排布，定子組合中兩種定子模塊不均勻排列形成非對稱結構，以降低電機的力矩波動；在此基礎上，在每個定子鐵心的端部增加輔助齒，齒頂施加低磁能積的永磁體，使電機磁路完整，降低端部效應所帶來的力矩波動，提高電機的平穩性。兩種定子模塊線圈采用集中繞組方式連接，減小線圈的端部，降低電機的損耗；同時，同一個定子組合內定子電樞線圈各自連接成三相，不同種定子電樞線圈連接成雙三相，提高電機的容錯能力，能夠實現冗余運行，提升電機運行的可靠性。轉子采用“V”型永磁體排布方式，并在永磁體加增加隔磁橋，提高氣隙磁密，降低漏磁，有效地提升電機的轉矩密度。