[发明专利]一种基于磁场调制原理的高可靠耐高温伺服电机

说明书

本发明提供了一种基于磁场调制原理的高可靠耐高温伺服电机，包括定子、调制环转子和机壳，所述定子的外圆表面固定在机壳的内圆表面上，所述调制环转子设置在定子的内部，且调制环转子与定子之间有气隙；所述定子包括定子铁心、定子绕组及q对极永磁体，所述定子铁心内侧定子齿上绕制定子绕组，所述永磁体固定在定子铁心内圆表面；所述调制环转子包括转子铁心和转轴，所述转子铁心固定安装在转轴上，所述转子铁心外圆开k个导磁齿。该电机具有结构简单、功率密度高、可靠性与安全性高、转动惯量小、耐高温等优点，满足空天飞行器对伺服系统小型轻质化、高可靠、高动态、耐恶劣环境等要求。

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，具体涉及一种基于磁场调制原理的高可靠耐高温伺服电机。

背景技术

空天飞行器是可实现水平起降、重复使用的新一代空地往返系统，具有空间结构紧凑、机动性能高、飞行速度快等特点，在军民领域存在重大的应用价值。作为空天飞行器的核心部件，伺服系统的性能直接决定了飞行器控制的动态品质与综合效能。空天飞行器在临近空间执行高机动性任务时，伺服系统需在高温环境下频繁作动，这对伺服系统的服役可靠性提出了新挑战。

目前，制约空天飞行器用伺服系统服役可靠性提升的主要技术瓶颈之一为其小型轻质化的设计需求、频繁正反转的运行工况会大大增加伺服电机部件的生热率，同时临近空间的高温真空工作环境增加伺服电机的散热难度。当伺服电机定子温升过高，超过绝缘材料的极限温升，电机将发生绕组故障，严重时伺服电机有烧毁的风险，降低伺服电机工作可靠性。常规伺服电机的永磁转子位于定子内部且与定子内腔之间存在一层气隙，由于气隙的导热系数非常低，永磁体涡流损耗产生的热量难以散出，造成永磁体较高温升，严重时会导致永磁体磁性能降低乃至退磁，影响电机使用寿命。此外，常规伺服电机多采用表贴式永磁转子结构，为实现伺服系统高动态性能需求，伺服电机将频繁高速正反转切换运行，这大大增加永磁体窜动的可能性。

发明内容

本发明目的是提出一种基于磁场调制原理的高可靠耐高温伺服电机，以解决常规伺服电机高温环境中频繁正反转运行所导致定子绕组温升过快、永磁转子热稳定性下降等问题，提高伺服电机高温运行可靠性。

本发明实现上述目的采用的技术方案如下：

一种基于磁场调制原理的高可靠耐高温伺服电机，包括定子、调制环转子和机壳，所述定子的外圆表面固定在机壳的内圆表面上，所述调制环转子设置在定子的内部，且调制环转子与定子之间有气隙；

所述定子包括定子铁心、定子绕组及q对极永磁体，所述定子铁心内侧定子齿上绕制定子绕组，所述永磁体固定在定子铁心内圆表面；所述定子绕组通有m相对称交流电流时，形成2p极数、ω₁转速的电枢旋转磁场；m、p、q为正整数，m≥3；

所述调制环转子包括转子铁心和转轴，所述转子铁心固定安装在转轴上，所述转子铁心外圆开k个导磁齿，且满足k＝|p±q|，k为正整数。

优选的，所述永磁体采用径向充磁结构或者异形阵列充磁结构，相邻两极充磁方向相反。

优选的，所述永磁体每极采用2块异形阵列结构，每极包括1块径向充磁永磁体与1块切向充磁永磁体间隔分布而成，所述径向充磁永磁体极弧系数为α_p1，所述切向充磁永磁体极弧系数为1-α_p1。

优选的，所述永磁体每极采用3块异形阵列结构，每极包括1块径向充磁永磁体、1块β角充磁永磁体与1块-β角充磁永磁体间隔分布而成，所述径向充磁永磁体极弧系数为α_p1，所述β角充磁永磁体与-β角充磁永磁体极弧系数为其中β角为充磁方向与径向的夹角。