[发明专利]一种低功耗高速双圈磁钢无刷直流电机

说明书

一种低功耗高速双圈磁钢无刷直流电机，包括转子系统和定子系统，转子系统包括：外安装套、外导磁环、外平行充磁磁钢、外上45°充磁磁钢、外下45°充磁磁钢、外磁钢锁母、外组件锁母、转子外壳、内安装套、内导磁环、内平行充磁磁钢、内上45°充磁磁钢、内下45°充磁磁钢、内磁钢护套、内磁钢锁母和内组件锁母；定子系统包括：空心杯定子骨架、定子铝基板、绕组和环氧树脂胶。本发明采用无定子铁芯的双圈轴向Halbach磁钢结构，消除了定铁芯引起的磁滞损耗和齿槽引起的转矩脉动，降低了涡流损耗，并在内外圈磁钢的上下分别添加一块45°充磁的磁钢，起到磁路聚磁作用，提升了气隙磁密大小，拓宽了气隙磁密平顶宽度，提高了输出力矩大小和输出力矩精度。

技术领域

本发明涉及一种低功耗、高转速的双圈磁钢无刷直流电机，尤其涉及一种采用轴向Halbach磁路构型、气隙磁密强、气隙磁密平顶宽度宽、力矩大、精度高、特别适用于动量轮转子的驱动机构的双圈磁钢无刷直流电机。

背景技术

动量轮是航天器姿态控制的关键执行机构，具有低功耗、长寿命、高精度等突出优势，通过电机驱动飞轮转子加速或减速，输出高精度控制力矩，实现航天器姿态控制和姿态稳定。电机作为控制动量轮转速的核心组件，决定了转子的速率跟踪精度以及稳速精度，是实现航天器高指向精度与高稳定精度的关键机构。无刷直流电机具有可靠性高、寿命长、功耗低、效率高、启动力矩大、速度范围宽、调速特性好和控制方式简单的优势，是目前动量轮所普遍采用的驱动机构。

现有技术中，发明专利200910188716.8所述的无刷直流电机，采用传统定子铁芯结构，电机在高速运转时会在定子铁芯中产生非常大的磁滞损耗和涡流损耗，同时，由于定子齿槽的存在，会使转子在旋转时产生齿槽转矩和齿谐波，定转子之间产生了大量的损耗，增大了电机功耗。为消除磁滞损耗，降低涡流损耗，发明专利200410101898.8提出了一种无定子铁芯无刷直流电动机，采用空心杯无定子铁芯结构，消除了齿槽效应，提高了电机力矩精度，但其定转子之间气隙大，气隙磁密偏小，导致输出力矩较小。为提高电机的输出力矩，发明专利申请201410291690.0所述的一种飞轮用双磁钢双转子永磁电机，通过采用等厚瓦片式双转子结构，提高了气隙磁密，增大了电机的输出力矩。但该方案的磁钢拼接处气隙磁密较低，缩小了气隙磁密平顶宽度，限制了力矩精度进一步提高，同时该方案电机内外转子通过螺钉安装在一起，不是直接固定在同一个零件上，安装基准不统一，电机内外转子同轴度精度不高。为拓宽平顶宽度，提高力矩精度，本发明人已授权的发明专利201710767979.9所述的一种高精度双圈磁钢无刷直流电机，通过双圈非等厚梯形瓦片式磁钢结构补偿磁钢拼接处气隙磁密波动，增加了气隙磁密平顶宽度，提高了力矩精度；同时将内外双圈非等厚梯形瓦片式磁钢固定在同一转盘环形槽的内外壁上，保障了定转子间同轴度，进一步提高了力矩精度。但该方案的气隙磁密还是不够大，且所采用的梯形磁钢加工制造难度大，制造成本高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提出了一种转子气隙磁密大、有效磁密高、磁密分布更均匀的低功耗高速双圈磁钢无刷直流电机。