星載控制力矩陀螺用無(wú)刷直流電機(jī)組件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種星載控制力矩陀螺用無(wú)刷直流電機(jī)組件，所述電機(jī)組件中的電機(jī)采用中空轉(zhuǎn)子盤(pán)式結(jié)構(gòu)，電機(jī)組件的位置傳感器采用高精度雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)同軸安裝，定子固定于電機(jī)定子上，位置傳感器的輸出與控制單元連接，控制單元與驅(qū)動(dòng)單元連接，位置傳感器將速度反饋信號(hào)輸入控制單元，控制單元根據(jù)速度參考信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)單元功率元器件的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)低速穩(wěn)定運(yùn)行。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是采用中空轉(zhuǎn)軸盤(pán)式結(jié)構(gòu)，有效減小電機(jī)組件的重量，提高輸出轉(zhuǎn)矩；采用鎖相控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的低速穩(wěn)速控制；采用12極39槽繞組分布形式，提高繞組正弦性，降低齒槽轉(zhuǎn)矩，提高穩(wěn)速精度。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及永磁同步電機(jī)組件，特別涉及一種適用于星載控制力矩陀螺用無(wú) 刷直流電機(jī)組件。 星載控制力矩陀螺用無(wú)刷直流電機(jī)組件

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)空間技術(shù)的發(fā)展，要求衛(wèi)星具備的功能越來(lái)越多，同時(shí)對(duì)衛(wèi)星指向精度 和姿態(tài)穩(wěn)定度也提出了越來(lái)越高的要求。因此研制高精度、高穩(wěn)定度的衛(wèi)星是當(dāng)前空間技 術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。衛(wèi)星控制系統(tǒng)是衛(wèi)星的一個(gè)關(guān)鍵分系統(tǒng)，縱觀國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星的發(fā)展， 衛(wèi)星控制系統(tǒng)通常采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制力矩陀螺（CMG)，它的轉(zhuǎn)矩輸出精度直接決定了 衛(wèi)星的姿態(tài)控制精度。而控制力矩陀螺的框架系統(tǒng)的角速率精度是影響其轉(zhuǎn)矩輸出精度的 重要因素之一，因此要實(shí)現(xiàn)控制力矩陀螺輸出轉(zhuǎn)矩的高精度，必須實(shí)現(xiàn)其框架系統(tǒng)的高精 度控制。
[0003] 本實(shí)用新型的無(wú)刷直流電機(jī)組件主要應(yīng)用于CMG系統(tǒng)的低速伺服分系統(tǒng)，作為該 分系統(tǒng)的主要驅(qū)動(dòng)元件。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是要提供一種體積緊湊、輸出轉(zhuǎn)矩大和低速穩(wěn)定 性高的星載控制力矩陀螺用無(wú)刷直流電機(jī)組件。
[0005] 為了解決以上的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種星載控制力矩陀螺用無(wú)刷直流 電機(jī)組件，所述電機(jī)組件中的電機(jī)采用中空轉(zhuǎn)子盤(pán)式結(jié)構(gòu)，電機(jī)組件的位置傳感器采用高 精度雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)同軸安裝，定子固定于電機(jī)定子上，位置傳感器的輸 出與控制單元連接，控制單元與驅(qū)動(dòng)單元連接，位置傳感器將速度反饋信號(hào)輸入控制單元， 控制單元根據(jù)速度參考信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)單元開(kāi)關(guān)元器件的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)低速穩(wěn)定運(yùn)行。
[0006] 所述電機(jī)采用中空轉(zhuǎn)子盤(pán)式結(jié)構(gòu)，是指電機(jī)組件中電機(jī)外徑較大，軸向較短且轉(zhuǎn) 子為空心結(jié)構(gòu)，便于減輕整體重量，有效減小電機(jī)組件的重量，提高電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。
[0007] 所述電機(jī)組件中的電機(jī)轉(zhuǎn)子外套有磁鋼保護(hù)套。所述磁鋼保護(hù)套為鋁合金材料。
[0008] 所述電機(jī)組件采用12極39槽繞組的分布形式。
[0009] 所述位置傳感器采用高精度雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)同軸安裝，定子固 定于電機(jī)定子上。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，高精度雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器輸出兩路正余弦信號(hào)，解調(diào)后可 以得出定轉(zhuǎn)子之間的角度差值，以此確定電機(jī)的運(yùn)行位置，并通過(guò)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器的運(yùn)行 頻率確定電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，控制單元接收這些指令后控制驅(qū)動(dòng)單元開(kāi)關(guān)元器件工作，使電 機(jī)相電流的矢量合成與電機(jī)的磁極正交，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的矢量控制。
[0010] 本實(shí)用新型的優(yōu)越功效在于：
[0011] 1)采用中空轉(zhuǎn)軸盤(pán)式結(jié)構(gòu)，有效減小電機(jī)組件的重量，提高輸出轉(zhuǎn)矩；
[0012] 2)為保證轉(zhuǎn)子磁鋼在加工和安裝過(guò)程中的完整性，在轉(zhuǎn)子中增加了磁鋼保護(hù)套， 不會(huì)影響電機(jī)的磁路，并將磁鋼完全包覆，起到對(duì)磁鋼的保護(hù)作用，在使用過(guò)程中可以有效 的防止磁鋼碎片產(chǎn)生，提高了電機(jī)的可靠性；
[0013] 3)采用鎖相控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的低速穩(wěn)速控制。由于鎖相環(huán)（Phase-Lock Loop， PLL)是將相位作為控制信號(hào)，相位是轉(zhuǎn)速的積分，對(duì)于轉(zhuǎn)速階躍，即使穩(wěn)態(tài)相位存在誤差， 對(duì)于速度而目是無(wú)差的。當(dāng)速度反饋號(hào)和速度參考號(hào)鎖定時(shí)，電機(jī)的平均速度誤差將 為零，只存在很小的瞬時(shí)高頻抖動(dòng)，意味著很高的穩(wěn)態(tài)精度。
[0014] 4)電機(jī)組件采用12極39槽繞組分布形式，提高繞組正弦性，降低齒槽轉(zhuǎn)矩，提高 穩(wěn)速精度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0017] 1 一定子線圈； 2-定子鐵芯；
[0018] 3-磁鋼保護(hù)套； 4 一永磁體；
[0019] 5-轉(zhuǎn)子軛部。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 請(qǐng)參閱附圖所示，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0021] 如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種星載控制力矩陀螺用無(wú)刷直流電機(jī)組件，所 述電機(jī)組件中的電機(jī)采用中空轉(zhuǎn)子盤(pán)式結(jié)構(gòu)，電機(jī)組件的位置傳感器采用高精度雙通道旋 轉(zhuǎn)變壓器，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)同軸安裝，定子固定于電機(jī)定子上，位置傳感器的輸出與控制單元 連接，控制單元與驅(qū)動(dòng)單元連接，位置傳感器將速度反饋信號(hào)輸入控制單元，控制單元根據(jù) 速度參考信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)單元開(kāi)關(guān)元器件的輸出電壓，確保電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)整個(gè) 系統(tǒng)的低速穩(wěn)定性。
[0022] 所述電機(jī)采用中空轉(zhuǎn)子盤(pán)式結(jié)構(gòu)，是指電機(jī)外徑較大，軸向較短，轉(zhuǎn)軸為空心結(jié) 構(gòu)，便于減輕整體重量，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軛部5采用中空結(jié)構(gòu)減輕電機(jī)組件整體重量，采用 這種結(jié)構(gòu)可以有效節(jié)約空間，降低整機(jī)重量，同時(shí)提高運(yùn)行可靠性。
[0023] 所述電機(jī)組件中的電機(jī)轉(zhuǎn)子外套有磁鋼保護(hù)套3,磁鋼保護(hù)套3為鋁合金材料，確 保電機(jī)在安裝及使用過(guò)程中的可靠性。
[0024] 所述電機(jī)組件采用12極39槽繞組的分布形式。
[0025] 所述電機(jī)為中空轉(zhuǎn)子盤(pán)式結(jié)構(gòu)，采用徑向磁路結(jié)構(gòu)。其中，電機(jī)轉(zhuǎn)子包括磁鋼保護(hù) 套3、永磁體4和轉(zhuǎn)子軛部5;電機(jī)定子包括定子線圈1和定子鐵芯2。通過(guò)控制電機(jī)定子 中三相繞組的導(dǎo)通順序產(chǎn)生磁場(chǎng)變化，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)星載控制力矩陀螺的低速 框架輸出軸同步運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)星載控制力矩陀螺的正常運(yùn)行。
[0026] 所述位置傳感器采用高精度雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)同軸安裝，定子固 定于電機(jī)定子上。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，高精度雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器輸出兩路正余弦信號(hào)，解調(diào)后可 以得出定轉(zhuǎn)子之間的角度差值，以此確定電機(jī)的運(yùn)行位置，并通過(guò)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)變壓器的運(yùn)行 頻率確定電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，控制單元接收這些指令后控制驅(qū)動(dòng)單元的開(kāi)關(guān)元器件工作，使 電機(jī)相電流的矢量合成與電機(jī)的磁極正交，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的矢量控制。
[0027] 所述的開(kāi)關(guān)元器件是指晶閘管或IGBT。
[0028] 本實(shí)用新型的主要技術(shù)參數(shù)如下：電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為0.01° /s、輸入電壓為 28VDC、調(diào)速范圍為0. 0Γ /s?5° /s。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)后達(dá)到：CMG框架轉(zhuǎn)速帶寬 達(dá)到10Hz左右，在各個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)的瞬態(tài)轉(zhuǎn)速控制精度都在0. 01量級(jí)以下，平均轉(zhuǎn)速精度則穩(wěn) 定在0. 004左右。經(jīng)過(guò)有限元及熱場(chǎng)仿真，本實(shí)用新型在有限體積下具有較大的輸出力矩， 而且低速穩(wěn)定性很好，完全滿足電機(jī)組件在空間的運(yùn)行要求。
[0029] 最后有必要在此說(shuō)明的是：以上實(shí)施例只用于對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步 詳細(xì)地說(shuō)明，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制；本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新 型的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種星載控制力矩陀螺用無(wú)刷直流電機(jī)組件，其特征在于：所述電機(jī)組件中的電機(jī) 采用中空轉(zhuǎn)子盤(pán)式結(jié)構(gòu)，電機(jī)組件的位置傳感器采用高精度雙通道旋轉(zhuǎn)變壓器，其轉(zhuǎn)子與 電機(jī)同軸安裝，定子固定于電機(jī)定子上，位置傳感器的輸出與控制單元連接，控制單元與驅(qū) 動(dòng)單元連接，位置傳感器將速度反饋信號(hào)輸入控制單元，控制單元根據(jù)速度參考信號(hào)控制 驅(qū)動(dòng)單元開(kāi)關(guān)元器件的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)低速穩(wěn)定運(yùn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載控制力矩陀螺用無(wú)刷直流電機(jī)組件，其特征在于：所述 電機(jī)采用中空轉(zhuǎn)子盤(pán)式結(jié)構(gòu)，是指電機(jī)組件中電機(jī)外徑較大，軸向較短且轉(zhuǎn)子為空心結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載控制力矩陀螺用無(wú)刷直流電機(jī)組件，其特征在于：所述 電機(jī)組件中的電機(jī)轉(zhuǎn)子外套有磁鋼保護(hù)套。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的星載控制力矩陀螺用無(wú)刷直流電機(jī)組件，其特征在于：所述 磁鋼保護(hù)套為鋁合金材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載控制力矩陀螺用無(wú)刷直流電機(jī)組件，其特征在于：所述 電機(jī)組件采用12極39槽繞組的分布形式。
【文檔編號(hào)】H02K29/06GK203883653SQ201420253270
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】王真, 施楊華, 戴亮, 陳業(yè)明 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十一研究所