[发明专利]一种大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机

说明书

本发明涉及一种大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机，该圆筒形弧线永磁电机包括转子部分(I)和定子(II)部分，转子部分(I)套在定子部分(II)的外面；其中转子部分由三个圆筒式转子模块组成，每一个圆筒式转子模块由圆筒式转子铁心和圆环状电枢绕组(4)构成，圆环状电枢绕组(4)位于圆筒式转子铁心的内圆周的槽内，其中圆筒式转子铁心包括转子背轭(1)、转子齿(2)、转子槽(3)，转子齿和转子槽位于转子背轭的内孔壁；定子部分由定子铁心(5)以及表贴于定子铁心外的交错极性永磁体阵列(6)构成。本发明满足了望远镜俯仰轴在180°范围内的自由转动；其次，圆环状的电枢绕组增大了气隙面积，提升了电机的转矩密度和转矩平稳性。

技术领域

本发明涉及一种大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机，可用于天文望远镜俯仰轴在180°范围内自由转动的高精密运动场合。

背景技术

大口径天文望远镜的传统传动方式主要有蜗轮蜗杆传动、齿轮传动、摩擦传动以及力矩电机同轴安装传动等，这些传统的传动方式在望远镜的发展过程中扮演着重要角色，但存在反向间隙、齿面接触应力大、高频齿形误差大的缺点。因此，随着科学技术的发展，为了解决上述缺点，欧洲南方天文台率先提出采用拼接式弧形电机的传动方式，围绕该传动方式，国内外许多研究机构以及学者开展了相关研究工作并取得了重大的成果。中国专利(申请号：CN92223750.6)公开了一种弧形电动机，该电机由圆弧状的定子和钢制的飞轮转子构成，通过定子的旋转磁场以及转子感应电流产生的磁场相互作用来实现转子的旋转运动。中国专利(申请号：CN200710134531.X)公开了一种用于大型天文望远镜的超低速精密弧线电机，同时该团队又公开了强风载扰动下大型望远镜永磁同步电机控制系统及其方法(申请号：CN201410169656.6)。相比于传统方式，采用弧线电机的传动方式具有中间传动环节少，结构简单，易于维护以及传动效率高等优点，但是由于上述弧线电机本身绕组存在端部，致使电机的转矩密度不够大；再加上电机本身所具有的齿槽效应、边端效应、三相绕组不对称所引起的高次谐波电流，将会导致电机产生定位力矩以及力矩波动，削弱电机运行的平稳、可靠、精确性。针对上述存在的科学问题，目前多采用基于弧形电机中的单元电机的设计、改变齿槽结构和添加辅助结构等方法来解决。大口径天文望远镜用弧线电机还存在诸多科学问题亟待解决，如电机转矩密度进一步提高、转矩脉动进一步减小等。

发明内容

技术问题：为了克服上述弧线电机所存在的缺陷，本发明提出了一种大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机，提高电机的转矩密度，削弱定位力矩和力矩波动，实现弧线电机运行的平稳性、可靠性和精确性。

技术方案：为了达到上述目的，本发明的一种大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机，包括转子部分和定子部分，转子部分套在定子部分的外面；其中转子部分由三个圆筒式转子模块组成，每一个圆筒式转子模块由圆筒式转子铁心和圆环状电枢绕组构成，圆环状电枢绕组位于圆筒式转子铁心的内圆周的槽内，其中圆筒式转子铁心包括转子背轭、转子齿、转子槽，转子齿和转子槽位于转子背轭的内孔壁；定子部分由定子铁心以及表贴于定子铁心外的交错极性永磁体阵列构成。

其中，

所述的定子铁心为沿圆周方向呈180°圆心角的弧段。

所述的交错极性永磁体阵列，其永磁体为环形永磁体，在定子铁心上沿圆周方向均匀排列，相邻的环形永磁体极性相反，相邻且极性相反的两永磁体构成一对极，于是在180°圆心角的弧段上形成45对极。

所述的交错极性的永磁环阵列材质选用钕铁硼永磁体或稀土钴永磁体。

所述的三个圆筒式转子模块，其中相邻两转子模块间沿圆周方向相距θ＝8°的圆心角；三个圆筒式转子模块与定子构成三个为12槽10极的单元电机。

所述的圆筒式转子模块，其内部沿着圆周方向均匀开槽，形成等间距分布的十三个转子齿和十二个转子槽；转子槽内部均嵌入圆环状电枢绕组。