超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机制造技术

超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机，包括有基座、一对单元式拼接盘式直接驱动电机，其特征在于，该装置具有一个呈旋转对称的中央旋转体及约束该旋转体轴向、径向运动的一对锥形主动式偏置磁悬浮轴承，实现旋转轴的磁悬浮支撑，同时，设有相应的一对径向保护轴承、一对轴向保护轴承和位置反馈系统，在此基础上，通过一对单元式拼接盘式直驱电机冗余或同步的驱动该中央旋转体。本发明专利技术将直驱电机、磁悬浮轴承、轴向与径向保护轴承、反馈与制动系统集成于一体，结构简单紧凑，具有高度集成性，提高了空间利用率，可有效降低机械加工成本与功率电子器件成本，提高产品的竞争性。

【技术实现步骤摘要】
超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机
本专利技术涉及一种单元式拼接盘式力矩电机驱动的磁悬浮旋转装置，具体涉及一种超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机，同时集成锥形主动式偏置磁悬浮轴承，设计的高精度磁悬浮旋转轴。可用于天文仪器的跟踪主轴，也可以用于雷达跟踪、航天测控仿真平台等领域。本专利技术为下列项目的研究成果：国家自然基金面上项目（项目编号：11573046，11273039）、中国科学院天文专项项目（C-113)。
技术介绍
大型天文仪器、航天器测控仿真平台等都是高精度设备，要求摩擦力矩小，传动机构刚度高，动态响应快，旋转精度高。传统旋转轴一般为采用液压静压轴承和机械轴承支承，液压静压轴承在结构设计上非常复杂，加工制造精度要求非常高，机械轴承精度很难满足大型天文仪器的精度要求。机械轴承支承的旋转轴还存在摩擦力矩大，非线性严重，功耗大，低速爬行等缺点，对于大型天文仪器而言，问题更明显。磁悬浮支撑具有非接触，无摩擦，精度高，低功耗，机械装配要求低等优点，且可与电机集成化设计，简化结构，降低成本。常规的磁悬浮轴承系统一般采用两个径向电磁轴承和一个轴向电磁轴承来控制旋转轴的五个自由度，占有相当的空间，结构复杂。本专利技术提出了一种单元式、拼接盘式直驱电机，集成锥形主动式偏置磁悬浮轴承，同时实现了旋转轴磁悬浮支撑和直接驱动。满足了旋转装置摩擦力矩小、传动刚度高、动态响应快、功耗低、旋转精度高的技术要求，该设计结构紧凑，可靠性高，免维护，加速性能优异，无振荡，在大型天文仪器、雷达、航天器测控平台等对可靠性、精度、承载等要求极高的应用场合有着广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种相对于现有技术状况而言应用范围更加广泛的单元式拼接盘式电机，同时，集成锥形主动式偏置磁悬浮轴承，实现了一种磁悬浮直接驱动旋转轴。本专利技术装置主要由角位移反馈系统、锥形主动式偏置磁悬浮轴承、单元式拼接盘式电机、轴向保护轴承、径向保护轴承、旋转轴、基座等组成。且满足以下技术要求：易于加工、装配，运输，维护成本低，承载能力强、无摩擦，低功耗，传动效率高，回转定位精度高、超低速运转时无爬行。完成上述专利技术任务的技术方案是：一种超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机，主要包括基座、一对单元式拼接盘式直接驱动电机、一对锥形主动式偏置磁悬浮轴承及轴向、径向保护轴承。其特征在于，该装置具有一个呈旋转对称的中央旋转体及约束该旋转体轴向、径向运动的一对锥形主动式偏置磁悬浮轴承，实现旋转轴的磁悬浮支撑，同时，设计有相应的一对径向保护轴承、一对轴向保护轴承和位置反馈系统，在此基础上，通过一对单元式拼接盘式直驱电机冗余或同步的驱动该中央旋转体。所述的一对单元式拼接盘式直接驱动电机、一对锥形主动式磁悬浮轴承、一对径向保护轴承、一对轴向保护轴承相对于旋转轴轴向中心对称布置。工作前先进行锥形主动式磁悬浮轴承初始化，根据轴向、径向锥形主动式磁悬浮轴承传感器标定的位置，初始化控制电流或电压，控制旋转轴的位置，工作时，旋转轴需要转动或者转动某个角度时，由控制器控制单元式拼接盘式直接驱动电机执行系统指令。所述单元式拼接盘式直驱电机为三相永磁力矩电机，被设计成2L（L=1，2，3，4……）个最小单元电机，2L个最小单元可以灵活自由组合成P个单元电机，根据型号大小，优选结构组合P=1，2，3，4，……。具体实施实例中，P=4，各个独立的单元电机可以单独作为一个电机运行，也可以协同同步运行。根据一种优选设计方案，左右两套单元式拼接盘式永磁同步力矩电机各有4个定子单元，各自共用一个转子，可以独立或者协同的驱动旋转轴4旋转。每个所述的直接驱动（单元）电机都包括一个与所述中央旋转圆柱体（旋转轴5）抗扭、刚性地连接在一起的附件（转子）和可通电的基件（定子单元）。附件（转子）参照图7中的2-8，2-9，2-10，2-11；可通电的基件（定子单元）参照图7中的2-1，2-2，2-3，2-4，2-5，2-6，2-7。所述的单元式拼接盘式直驱电机，其转子由p个N极和p个S极（p=1，2，3，…）交替均布的分组在转子轴上；每个磁极的永磁体采用单元式结构；每个磁极由m（m=1，2，3，…）个等长同极性的永磁体组成，并采用减小齿槽效应的设计；该m个等长同极性的永磁由自动涂胶装配机构按N、S极交替进行的方式均匀的装配在电机转子轴上；永磁铁外面设计了保护装置，保护永磁体。所述的单元式拼接盘式直驱电机，作为实例一个具体实现，电机转子由128个N极和128个S极交替均布的分布在转子轴上；每个磁极的永磁体采用单元式结构；整个转子由16个转子单元组成，每个转子单元交替均布了8个N极和8个S极永磁体2-10，每个磁极由2个等长同极性的永磁体组成，并采用减小齿槽效应的设计；该2个等长同极性的永磁按N、S极交替进行的方式均匀粘结在转子导磁环（板）上；永磁体2-10外面安装有不锈钢保护罩，通过螺钉固定在转子导磁环（板）上。所述单元式拼接盘式直驱电机，其定子采用单元式拼接结构设计，每个独立完整的定子单元由若干个最小定子绕组单元组合组成；可以有2M（M=1，2，3，4,……）个独立的定子单元均布在同一圆周上，各个独立的定子单元可以单独作为一个电机运行，也可以协同同步运行。所述的单元式拼接式结构设计是指每个独立定子单元（电机）（参照图10-图13，图14）都由最小定子绕组单元通过定位结构，更具体的讲一种凸凹槽定位结构，装配而成；每个绕组单元的定子铁芯3-2由矽钢片通过级进模一次冲压而成，每个内部单元的齿槽采用了用于减小齿槽效应结构；而每个完整定子单元最外侧的绕组单元，则采用了减少端面效应的设计。定子铁芯与定子绕组之间通过绝缘隔离罩绝缘。本专利技术采用减少端面效应的设计，具体是指在定子单元的最外层的两个定子绕组的矽钢片上设计了如图14-1、图14-2有利于的磁力线闭合的回路结构。对于中央旋转部件的驱动部分通过电动直接驱动实现，尤其通过直接驱动永磁同步力矩电机实现，优选单元式盘式拼接永磁同步力矩电机直接驱动中央旋转部件（旋转轴）。其中，每一个盘式直接驱动装置的可通电基件（定子单元）通过连接件与基座刚性连接。电机转子部件被构造成包含永磁铁励磁的附件，与中央旋转部件（旋转轴）通过连接件刚性的连接在一起，用于探测角度和/或相位位置的（传感）装置有利的轴向上设置在附件之间。所述的电机转子由n个N极和n个S极（n=1,2,3,…）交替均布的分组在转子轴上；每个磁极的永磁体采用单元式结构；每个磁极由m（m=1,2,3,…）个等长同极性的永磁体组成，并采用减小齿槽效应的设计；该m个等长同极性的永磁由自动涂胶装配机构按N、S极交替进行的方式均匀的装配在电机转子轴上；永磁铁外面设计了不锈钢保护装置。为了提高系统的可靠性。拼接式盘式直接驱动电机采用了对称的双冗余结构，既实现了轴向作用力的对称性，又可以通过双冗余控制系统实现某套控制系统出现故障时，另一套系统仍能够正常工作。正常工作时，两余度同时工作，当某一余度出现故障时，系统切除发生故障的余度，启用单余度方式。重复地说：本电机采用双余度系统，作为优选方式，采用热备份控制方式。即在正常情况下两余度同时工作，当某一余度出现故障时，系统切除发生故障的余度，启用单余度方式。为了实现中央旋转部件（旋转轴）绕中心旋转，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机，包括有基座、一对单元式拼接盘式直接驱动电机，其特征在于，该装置具有一个呈旋转对称的中央旋转体及约束该旋转体轴向、径向运动的一对锥形主动式偏置磁悬浮轴承，实现旋转轴的磁悬浮支撑，同时，设有相应的一对径向保护轴承、一对轴向保护轴承和位置反馈系统，在此基础上，通过一对单元式拼接盘式直驱电机冗余或同步的驱动该中央旋转体。

【技术特征摘要】
1.一种超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机，包括有基座、一对单元式拼接盘式直接驱动电机，其特征在于，该装置具有一个呈旋转对称的中央旋转体及约束该旋转体轴向、径向运动的一对锥形主动式偏置磁悬浮轴承，实现旋转轴的磁悬浮支撑，同时，设有相应的一对径向保护轴承、一对轴向保护轴承和位置反馈系统，在此基础上，通过一对单元式拼接盘式直驱电机冗余或同步的驱动该中央旋转体。2.根据权利要求1所述的超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机，其特征在于，所述的一对单元式拼接盘式直接驱动电机、一对锥形主动式磁悬浮轴承、一对径向保护轴承、一对轴向保护轴承相对于旋转轴轴向中心对称布置；工作前先进行初始化，锥形主动式磁悬浮轴承初始化，根据轴向、径向锥形主动式磁悬浮轴承传感器标定的位置，初始化控制电流，控制旋转轴的位置，工作时，旋转轴需要转动或者转动某个角度时，由控制器控制单元式拼接盘式直接驱动电机执行系统指令。3.根据权利要求1所述的超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机，其特征在于，所述超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机为三相永磁力矩电机，被设计成2L个最小单元电机，L=1，2，3，4……；2L个最小单元灵活自由组合成P个单元电机；各个独立的单元电机单独作为一个电机运行，或者协同同步运行。4.根据权利要求3所述的超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机，其特征在于，左右两套超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机各有4个定子单元，各自共用一个转子，独立或者协同的驱动旋转轴4旋转；每个所述的直接驱动单元电机都包括一个与所述中央旋转圆柱体抗扭、刚性地连接在一起的转子和可通电的定子单元。5.根据权利要求3所述的超低速单元式拼接盘式磁悬浮力矩电机，其特征在于，有2M个独立的定子单元均布在同一圆周上，M=1，2，3，4……，各个独立的定子单元单独作为一个电机运行，或者协同同步运行；所述的单元式拼接式结构设计是指每个独立定子单元电机都由最小定子绕组单元通过定位结构装配而成；每个绕组单元的定子铁芯由矽钢片通过级进模一次冲压而成，每个内部单元的齿槽采用了用于减小齿槽效应结构；而每个完整定子单元最外侧的绕组单元，则采用了减少端面效应的设计：在定子单元的最外层的两个定子绕组的矽钢片上设有有利于的磁力线闭合的回路结构；定子铁芯与定...

【专利技术属性】
技术研发人员：任长志，徐进，肖增华，乐中宇，叶宇，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32