[发明专利]一种用于光电跟踪设备多定子弧线电机

说明书

技术领域

本发明属于电动机设计领域，涉及一种用于光电跟踪设备多定子弧线电机。

背景技术

传统的光电跟踪设备采用的传动方式主要包括：蜗轮蜗杆传动、齿轮传动、摩擦传动和力矩电机同轴安装传动。这些传统的传动方式在光电跟踪设备的发展的过程中都起到了举足轻重的作用，但是这些传动方式仍然存在着诸多的缺点，尤其是随着科学技术的不断进步，研制新一代大型光电跟踪设备时这些传动方式已不能胜任。采用涡轮蜗杆传动方式时，涡轮的尺寸难以做得很大，而且大尺寸涡轮精度难以得到保证，对于大型光电跟踪设备而言传动质量一般都很大，常常使涡轮部分的惯量与其啮合的蜗杆部分惯量难以匹配。在光电跟踪设备被制动时，蜗杆副的不可逆转特性会产生很大的冲击，若采取在蜗杆轴上加质量的办法来匹配惯量消除冲击，不仅需要增加许多质量，而且会使光电跟踪设备伺服系统的机电时间常数增大，延长了起、制动时间，也降低了伺服跟踪性能。蜗轮蜗杆传动已经不适应对于控制要求越来越高的现代大型光电跟踪设备；摩擦传动虽然克服了涡轮蜗杆传动的致命弱点，但传动刚度差、低速爬行和滑移则是自身的致命弱点，低速爬行会影响运动稳定性和传动精度，而滑移则会引起观测目标的像在视场中抖动，严重时像会漂移出视场；齿轮传动与涡轮蜗杆传动类似，都属于啮合传动，同样存在反向间隙、高频齿形误差、较高齿面接触应力等问题；采用力矩电机同轴安装传动时，由于传统的大力矩低转速旋转电机极数多、直径大、电刷多，产生的摩擦力矩和惯量大，使控制系统成为严重的非线性，不易实现高精度跟踪。同时随着电机尺寸的增大，会给电机的加工、运输带来诸多不便，使电机的制造成本增加。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于光电跟踪设备多定子弧线电机，该电机可以有效减小电机由齿槽力、边端力、径向吸引力造成的力矩波动，以实现大型光电跟踪设备的平稳、高精度运行，满足光电跟踪设备对大型低力矩波动弧形电机的需要。

本发明的技术解决方案：一种用于光电跟踪设备多定子弧线电机，所述的用于光电跟踪设备多定子弧线电机是一种由四块相同弧形定子组成的大力矩、低波动交流永磁同步电机，该装置由四块相同定子和一个转子装配而成，其中转子上贴有永磁铁，定子上绕有线圈绕组，该电机由定子铁心即弧形矽钢片，线圈绕组，永磁体，背铁，定子外壳构成。四个定子结构形式完全一样，由铁心、绕组和定子外壳构成，铁心和线圈通过环氧浇注的方式固定在定子外壳里，整块定子用螺钉通过定子外壳上的两个U型槽固定在光电跟踪设备的固定台面上；转子由永磁体和背铁构成，永磁体贴在背铁的外表面，转子整体用螺钉通过背铁上4个φ11的通孔固定在光电跟踪设备的转动部分上；转子与定子最小气隙为1.2mm，整个电机的有效厚度为50mm；所述四块定子采用错位排列方式安装，两两对称分布，可以抵消定子与转子之间的径向吸引力，消除电机由于径向力产生的高频振动和噪音。所述的电机转子外贴64极(32对)永磁体，永磁铁的形状采用有限元法优化设计，使气隙中磁场成正弦规律分布，可以最大限度地减小电机产生的力矩波动；

所述的电机转子外半径198.8mm，内半径178mm，背铁采用导磁性良好的45号钢，永磁体最高高度为6mm，永磁体材料型号为XG196/96，该种永磁体剩磁达到0.96T，矫顽力达到690KA/m；

所述的电机由4块完全相同的定子块组成，每块定子由100块厚度为0.5mm的矽钢片压制而成，定子外半径240mm，内半径200mm，中心角为54°，外弧长为226.2mm，定子矽钢片材料型号是M19_24G，每块定子的长度经过有限元优化设计，可以最大限度地减小边端力矩造成的力矩波动；

所述的电机每块定子11极10槽，绕组采用跨相邻槽的方式缠绕，从右至左，线圈绕组分别按AaaAAaBbbBBbCccCCc的方式缠绕，其中A表示A相线圈绕进，a表示A相线圈绕出，B、C相线圈同理；

所述的电机绕组采用线径为0.5mm的漆包线，线圈采用双股并绕的方式，每个线圈60匝；

所述的电机每块定子采用分数槽结构设计，每极每相槽数q＝3/8，线圈节距中心角为5°(160°电角度)，线圈绕组在空间相位相差120°电角度，定子槽开口大小采用有限元优化设计，可以最大限度地减小齿槽转矩；

所述的定子块1-1和1-2，1-3和1-4之间相差87.1875°，可以最大限度地减小齿槽转矩和边端转矩，减小由此产生的力矩波动；

所述的电机弧形矽钢片和线圈封装在定子外壳里，整个定子通过定子外壳上的U型槽进行定位和位置调整，转子通过背铁上的4个φ11的通孔进行定位；