一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪的制作方法
【專利摘要】一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪，包括下層定子和上層定子，上層定子和下層定子平行固定，之間形成氣隙，氣隙內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的外側(cè)為質(zhì)量塊，內(nèi)部徑向上下平面分別開有扇環(huán)形狀的凹槽，凹槽內(nèi)固定永磁體，上下兩層永磁體充磁方向相同，為N極和S極交替排列，上層定子和下層定子上開有定子齒槽，線圈繞制在定子槽內(nèi)，定子與軸承外側(cè)相固定，轉(zhuǎn)子中心為電機中軸，軸承套接在中軸之上，中軸頂部裝有光電編碼器；本發(fā)明動量輪在運行過程中，輸入為三相電源，由于采用軸向磁場結(jié)構(gòu)永磁電機，動量輪能夠輸出較大的轉(zhuǎn)矩；由于動量輪的盤式結(jié)構(gòu)，使得動量輪結(jié)構(gòu)緊密，有效地減小了動量輪的軸向尺寸；由于采用分數(shù)槽結(jié)構(gòu)繞組，能夠有效地減小動量輪的齒槽轉(zhuǎn)矩，使得動量輪運行更平穩(wěn)；同時采用光電編碼器，可以精確地測量動量輪的轉(zhuǎn)動情況。
【專利說明】
一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及動量輪技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪。
【背景技術(shù)】
[0002 ]現(xiàn)有動量輪主要采用徑向磁場永磁電機作為動量輪的驅(qū)動電機，這些徑向磁場永磁電機的工作原理為:定子為鐵芯，其上繞有線圈繞組，通入三相正弦或是方波電壓，三相之間相位差為120度。轉(zhuǎn)子為永磁體固定于轉(zhuǎn)子托盤上，N極和S極交替排列。工作時，通入三相電源，通電線圈在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。其作為動量輪的缺點為:結(jié)構(gòu)不夠緊密，難以適用于對動量輪尺寸有要求的場合;輸出轉(zhuǎn)矩和比轉(zhuǎn)矩較小，難以應(yīng)用于對轉(zhuǎn)矩要求較高的敏捷姿態(tài)控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪。動量輪整體采用盤式結(jié)構(gòu)，使得動量輪軸向尺寸小，整體機構(gòu)緊密;動量輪在運行過程中，輸入為三相交流方波，采用分數(shù)槽繞組結(jié)構(gòu)，動量輪齒槽轉(zhuǎn)矩小，運行平穩(wěn)；由于動量輪永磁體采用釹鐵硼材料，因此線圈所在氣隙中磁通密度很高，動量輪能夠在一定的輸入電壓下提供較高的輸出轉(zhuǎn)矩;動量輪采用光電編碼器，可以精確地測量動量輪的轉(zhuǎn)動情況。
[0004]為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪，包括下層定子2和上層定子1，兩個轉(zhuǎn)軸6的內(nèi)圈分別固定于上層定子I和下層定子2上，所述上層定子I與下層定子2之間形成氣隙，氣隙內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)子3，所述轉(zhuǎn)子3中間部分為電機中軸，兩個軸承6分別套接在電機中軸之上，轉(zhuǎn)子3邊緣為質(zhì)量塊，內(nèi)部上下平面沿徑向分別開有扇環(huán)槽3-1，所述扇環(huán)槽3-1內(nèi)固定永磁體4，上下兩層的永磁體4充磁方向為軸向且方向相同，為N極和S極交替排列，所述上層定子I和下層定子2上開有定子齒和定子槽，線圈5繞制在定子槽內(nèi)，光電編碼器7固定于轉(zhuǎn)子3的電機中軸頂部。
[0006]所述上層定子I和下層定子2之上均勻分布12個圓心角為15°的定子齒1-1，定子齒1-1之間為定子槽，定子齒1-1的形狀為扇環(huán)形，四個角做圓角處理。
[0007]所述線圈5分為三相，分別按順序繞制于上層定子I和下層定子2的定子槽內(nèi)。
[0008]所述轉(zhuǎn)軸6的軸承采用滾珠軸承，為中空環(huán)形。
[0009]所述上層定子1、下層定子2和轉(zhuǎn)子3的材料為45號鋼。
[0010]所述永磁體4的材料為釹鐵硼。
[0011]所述轉(zhuǎn)子3內(nèi)部上下平面沿徑向分別開有10個對稱分布的扇環(huán)槽3-1，扇環(huán)槽3-1的圓心角為25°，永磁體4采用環(huán)氧材料粘貼在轉(zhuǎn)子3的扇環(huán)槽3-1內(nèi)，轉(zhuǎn)子3單面的永磁體4的磁極數(shù)為1個。
[0012]所述光電編碼器7固定于轉(zhuǎn)子3的中軸頂部。
[0013]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0014]1.本發(fā)明動量輪在運行過程中，輸入為三相電源，由于整體采用盤式結(jié)構(gòu)，動量輪能夠輸出較大的轉(zhuǎn)矩，也使得動量輪結(jié)構(gòu)緊密，有效地減小了動量輪的軸向尺寸。
[0015]2.由于定子和轉(zhuǎn)子為徑向平面分布，動量輪的軸向尺寸較小，適用于對軸向尺寸有限制的場合。同時，在動量輪中，定子、轉(zhuǎn)子和氣隙互相平行，可以根據(jù)不同需求對動量輪中的氣隙厚度，定轉(zhuǎn)子數(shù)量等進行調(diào)節(jié)。
[0016]3.由于轉(zhuǎn)子邊緣增加了質(zhì)量塊的結(jié)構(gòu)，使得動量輪轉(zhuǎn)子在整體半徑有限的情況下，依然可以擁有較大的轉(zhuǎn)動慣量，從而使得動量輪能夠提供更高的角動量。
[0017]4.由于動量輪徑向尺寸較大，線圈和磁極的位置靠近動量輪外側(cè)，同時，采用了釹鐵硼永磁體，氣隙磁通密度較大，在同樣的外加電壓情況下，動量輪可以輸出更高的轉(zhuǎn)矩，增強姿態(tài)控制系統(tǒng)的敏捷姿態(tài)控制性能。
[0018]5.由于動量輪定子槽數(shù)為12，磁極數(shù)為10，其槽數(shù)與磁極數(shù)之比為分數(shù)，可以有效地減小動量輪運行時的齒槽轉(zhuǎn)矩，保證了動量輪轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性，減小了動量輪運行時的噪聲。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪截面示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明中定子鐵芯及線圈上視剖面示意圖。
[0021 ]圖3為本發(fā)明中轉(zhuǎn)子上視剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合圖1、圖2、圖3和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0023]如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪，包括下層定子2和上層定子I，兩個軸承6的外圈分別固定于上層定子I和下層定子2上，所述上層定子I與下層定子2之間形成氣隙，氣隙內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)子3，所述轉(zhuǎn)子3中間部分為電機中軸，兩個軸承6分別套接在電機中軸之上，轉(zhuǎn)子3邊緣為質(zhì)量塊，內(nèi)部徑向上下平面分別開有扇環(huán)槽3-1，所述扇環(huán)槽3-1內(nèi)固定永磁體4，上下兩層永磁體4充磁方向為軸向且方向相同，為N極和S極交替排列，所述上層定子I和下層定子2上繞有線圈5，上層定子I和下層定子2上開有定子齒和定子槽，線圈5繞制在定子槽內(nèi)，光電編碼器7固定于轉(zhuǎn)子3的電機中軸頂部。
[0024]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述上層定子I和下層定子2之上均勻分布12個圓心角為15°的定子齒1-1，定子齒1-1之間為定子槽，定子齒1-1的形狀為扇環(huán)形，四個角做圓角處理。
[0025]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述線圈4分為三相，分別按順序繞制于上層定子I和下層定子2的定子槽內(nèi)。
[0026]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述轉(zhuǎn)軸6的軸承采用滾珠軸承，為中空環(huán)形，兩個轉(zhuǎn)軸6套接在轉(zhuǎn)子3中間部分的上下，兩個轉(zhuǎn)軸6的內(nèi)圈分別固定于上層定子I以及下層定子2上，外圈轉(zhuǎn)動部分與轉(zhuǎn)子3固連。
[0027]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述上層定子I，下層定子2和轉(zhuǎn)子3的材料為45號鋼。
[0028]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述永磁體4的材料為釹鐵硼。
[0029]作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述轉(zhuǎn)子3內(nèi)部上下平面沿徑向分別開有10個對稱分布的扇環(huán)槽3-1，扇環(huán)槽3-1的圓心角為25°，永磁體4采用環(huán)氧材料粘貼在轉(zhuǎn)子3的扇環(huán)槽3-1內(nèi)，轉(zhuǎn)子3單面的永磁體4的磁極數(shù)為10個。
[0030]本發(fā)明的工作原理為:
[0031]由于本動量輪采用盤式結(jié)構(gòu)，上下兩層為動量輪定子，繞有線圈，中間一層為固定有釹鐵硼永磁體的轉(zhuǎn)子，因此，動量輪的運行原理和傳統(tǒng)無刷永磁電機相似，可以通過控制輸出的三相電源來控制動量輪的轉(zhuǎn)動。
[0032]動量輪工作時，向線圈通入三相的正弦波或方波，定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的軸向磁場，轉(zhuǎn)子表面固定的永磁體磁極在旋轉(zhuǎn)的磁場中受到切向力，從而進行圓周運動。
[0033]動量輪工作后，可以通過中軸頂部安裝的光電編碼器測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動情況，如轉(zhuǎn)速和位置信息，通過控制動量輪的輸入三相波的幅值和頻率，改變氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強度和旋轉(zhuǎn)速度，從而改變動量輪的運行狀態(tài)。
【主權(quán)項】
1.一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪，其特征在于:包括下層定子(2)和上層定子(I)，兩個轉(zhuǎn)軸(6)的外圈分別固定于上層定子(I)和下層定子(2)上，所述上層定子(I)與下層定子(2)之間形成氣隙，氣隙內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)子(3)，所述轉(zhuǎn)子(3)中間部分為電機中軸，兩個軸承(6)分別套接在電機中軸之上，轉(zhuǎn)子(3)邊緣為質(zhì)量塊，內(nèi)部上下平面沿徑向分別開有扇環(huán)槽(3-1)，所述扇環(huán)槽(3-1)內(nèi)固定永磁體(4)，上下兩層的永磁體(4)充磁方向為軸向且方向相同，為N極和S極交替排列，所述上層定子(I)和下層定子(2)上開有定子齒和定子槽，線圈(5)繞制在定子槽內(nèi)，光電編碼器(7)固定于轉(zhuǎn)子(3)的電機中軸頂部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪，其特征在于:所述上層定子(I)和下層定子(2)之上均勻分布12個圓心角為15°的定子齒(1-1)，定子齒(1-1)之間為定子槽，定子齒(1-1)的形狀為扇環(huán)形，四個角做圓角處理。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪，其特征在于:所述線圈(5)分為三相，分別按順序繞制于上層定子(I)和下層定子(2)的定子槽內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪，其特征在于:所述轉(zhuǎn)軸(6)的軸承采用滾珠軸承，為中空環(huán)形。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪，其特征在于:所述上層定子(1)、下層定子(2)和轉(zhuǎn)子(3)的材料為45號鋼。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪，其特征在于:所述永磁體(4)的材料為釹鐵硼。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于盤式結(jié)構(gòu)的動量輪，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子(3)內(nèi)部上下平面沿徑向分別開有10個對稱分布的扇環(huán)槽(3-1)，扇環(huán)槽(3-1)的圓心角為25°，永磁體(4)采用環(huán)氧樹脂膠粘貼在轉(zhuǎn)子(3)的扇環(huán)槽(3-1)內(nèi)，轉(zhuǎn)子(3)單面的永磁體(4)的磁極數(shù)為1個。
【文檔編號】H02K16/04GK106059226SQ201610421605
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】孫劍, 郭彥昊
【申請人】西安交通大學(xué)