星載控制力矩陀螺用無刷直流電機組件的製作方法
2023-04-28 22:05:36
星載控制力矩陀螺用無刷直流電機組件的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種星載控制力矩陀螺用無刷直流電機組件，所述電機組件中的電機採用中空轉子盤式結構，電機組件的位置傳感器採用高精度雙通道旋轉變壓器，其轉子與電機同軸安裝，定子固定於電機定子上，位置傳感器的輸出與控制單元連接，控制單元與驅動單元連接，位置傳感器將速度反饋信號輸入控制單元，控制單元根據速度參考信號控制驅動單元功率元器件的輸出電壓，實現低速穩定運行。本實用新型的優點是採用中空轉軸盤式結構，有效減小電機組件的重量，提高輸出轉矩；採用鎖相控制技術實現電機的低速穩速控制；採用12極39槽繞組分布形式，提高繞組正弦性，降低齒槽轉矩，提高穩速精度。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及永磁同步電機組件，特別涉及一種適用於星載控制力矩陀螺用無 刷直流電機組件。 星載控制力矩陀螺用無刷直流電機組件
【背景技術】
[0002] 隨著我國空間技術的發展，要求衛星具備的功能越來越多，同時對衛星指向精度 和姿態穩定度也提出了越來越高的要求。因此研製高精度、高穩定度的衛星是當前空間技 術的一個重要發展方向。衛星控制系統是衛星的一個關鍵分系統，縱觀國內外衛星的發展， 衛星控制系統通常採用的執行機構是控制力矩陀螺（CMG)，它的轉矩輸出精度直接決定了 衛星的姿態控制精度。而控制力矩陀螺的框架系統的角速率精度是影響其轉矩輸出精度的 重要因素之一，因此要實現控制力矩陀螺輸出轉矩的高精度，必須實現其框架系統的高精 度控制。
[0003] 本實用新型的無刷直流電機組件主要應用於CMG系統的低速伺服分系統，作為該 分系統的主要驅動元件。 實用新型內容
[0004] 本實用新型所要解決的技術問題是要提供一種體積緊湊、輸出轉矩大和低速穩定 性高的星載控制力矩陀螺用無刷直流電機組件。
[0005] 為了解決以上的技術問題，本實用新型提供了一種星載控制力矩陀螺用無刷直流 電機組件，所述電機組件中的電機採用中空轉子盤式結構，電機組件的位置傳感器採用高 精度雙通道旋轉變壓器，其轉子與電機同軸安裝，定子固定於電機定子上，位置傳感器的輸 出與控制單元連接，控制單元與驅動單元連接，位置傳感器將速度反饋信號輸入控制單元， 控制單元根據速度參考信號控制驅動單元開關元器件的輸出電壓，實現低速穩定運行。
[0006] 所述電機採用中空轉子盤式結構，是指電機組件中電機外徑較大，軸向較短且轉 子為空心結構，便於減輕整體重量，有效減小電機組件的重量，提高電機輸出轉矩。
[0007] 所述電機組件中的電機轉子外套有磁鋼保護套。所述磁鋼保護套為鋁合金材料。
[0008] 所述電機組件採用12極39槽繞組的分布形式。
[0009] 所述位置傳感器採用高精度雙通道旋轉變壓器，其轉子與電機同軸安裝，定子固 定於電機定子上。當電機旋轉時，高精度雙通道旋轉變壓器輸出兩路正餘弦信號，解調後可 以得出定轉子之間的角度差值，以此確定電機的運行位置，並通過檢測旋轉變壓器的運行 頻率確定電機的運行轉速，控制單元接收這些指令後控制驅動單元開關元器件工作，使電 機相電流的矢量合成與電機的磁極正交，來實現電機的矢量控制。
[0010] 本實用新型的優越功效在於：
[0011] 1)採用中空轉軸盤式結構，有效減小電機組件的重量，提高輸出轉矩；
[0012] 2)為保證轉子磁鋼在加工和安裝過程中的完整性，在轉子中增加了磁鋼保護套， 不會影響電機的磁路，並將磁鋼完全包覆，起到對磁鋼的保護作用，在使用過程中可以有效 的防止磁鋼碎片產生，提高了電機的可靠性；
[0013] 3)採用鎖相控制技術實現電機的低速穩速控制。由於鎖相環（Phase-Lock Loop， PLL)是將相位作為控制信號，相位是轉速的積分，對於轉速階躍，即使穩態相位存在誤差， 對於速度而目是無差的。當速度反饋號和速度參考號鎖定時，電機的平均速度誤差將 為零，只存在很小的瞬時高頻抖動，意味著很高的穩態精度。
[0014] 4)電機組件採用12極39槽繞組分布形式，提高繞組正弦性，降低齒槽轉矩，提高 穩速精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0016] 圖中標號說明
[0017] 1 一定子線圈； 2-定子鐵芯；
[0018] 3-磁鋼保護套； 4 一永磁體；
[0019] 5-轉子軛部。
【具體實施方式】
[0020] 請參閱附圖所示，對本實用新型作進一步的描述。
[0021] 如圖1所示，本實用新型提供了一種星載控制力矩陀螺用無刷直流電機組件，所 述電機組件中的電機採用中空轉子盤式結構，電機組件的位置傳感器採用高精度雙通道旋 轉變壓器，其轉子與電機同軸安裝，定子固定於電機定子上，位置傳感器的輸出與控制單元 連接，控制單元與驅動單元連接，位置傳感器將速度反饋信號輸入控制單元，控制單元根據 速度參考信號控制驅動單元開關元器件的輸出電壓，確保電機運行轉速穩定性，實現整個 系統的低速穩定性。
[0022] 所述電機採用中空轉子盤式結構，是指電機外徑較大，軸向較短，轉軸為空心結 構，便於減輕整體重量，電機轉子的轉子軛部5採用中空結構減輕電機組件整體重量，採用 這種結構可以有效節約空間，降低整機重量，同時提高運行可靠性。
[0023] 所述電機組件中的電機轉子外套有磁鋼保護套3,磁鋼保護套3為鋁合金材料，確 保電機在安裝及使用過程中的可靠性。
[0024] 所述電機組件採用12極39槽繞組的分布形式。
[0025] 所述電機為中空轉子盤式結構，採用徑向磁路結構。其中，電機轉子包括磁鋼保護 套3、永磁體4和轉子軛部5;電機定子包括定子線圈1和定子鐵芯2。通過控制電機定子 中三相繞組的導通順序產生磁場變化，驅動電機轉子運轉，帶動星載控制力矩陀螺的低速 框架輸出軸同步運行，實現星載控制力矩陀螺的正常運行。
[0026] 所述位置傳感器採用高精度雙通道旋轉變壓器，其轉子與電機同軸安裝，定子固 定於電機定子上。當電機旋轉時，高精度雙通道旋轉變壓器輸出兩路正餘弦信號，解調後可 以得出定轉子之間的角度差值，以此確定電機的運行位置，並通過檢測旋轉變壓器的運行 頻率確定電機的運行轉速，控制單元接收這些指令後控制驅動單元的開關元器件工作，使 電機相電流的矢量合成與電機的磁極正交，來實現電機的矢量控制。
[0027] 所述的開關元器件是指晶閘管或IGBT。
[0028] 本實用新型的主要技術參數如下：電動機額定轉速為0.01° /s、輸入電壓為 28VDC、調速範圍為0. 0Γ /s?5° /s。經過反覆調整各項參數後達到：CMG框架轉速帶寬 達到10Hz左右，在各個轉速點的瞬態轉速控制精度都在0. 01量級以下，平均轉速精度則穩 定在0. 004左右。經過有限元及熱場仿真，本實用新型在有限體積下具有較大的輸出力矩， 而且低速穩定性很好，完全滿足電機組件在空間的運行要求。
[0029] 最後有必要在此說明的是：以上實施例只用於對本實用新型的技術方案作進一步 詳細地說明，不能理解為對本實用新型保護範圍的限制；本領域的技術人員根據本實用新 型的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬於本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種星載控制力矩陀螺用無刷直流電機組件，其特徵在於：所述電機組件中的電機 採用中空轉子盤式結構，電機組件的位置傳感器採用高精度雙通道旋轉變壓器，其轉子與 電機同軸安裝，定子固定於電機定子上，位置傳感器的輸出與控制單元連接，控制單元與驅 動單元連接，位置傳感器將速度反饋信號輸入控制單元，控制單元根據速度參考信號控制 驅動單元開關元器件的輸出電壓，實現低速穩定運行。
2. 根據權利要求1所述的星載控制力矩陀螺用無刷直流電機組件，其特徵在於：所述 電機採用中空轉子盤式結構，是指電機組件中電機外徑較大，軸向較短且轉子為空心結構。
3. 根據權利要求1所述的星載控制力矩陀螺用無刷直流電機組件，其特徵在於：所述 電機組件中的電機轉子外套有磁鋼保護套。
4. 根據權利要求3所述的星載控制力矩陀螺用無刷直流電機組件，其特徵在於：所述 磁鋼保護套為鋁合金材料。
5. 根據權利要求1所述的星載控制力矩陀螺用無刷直流電機組件，其特徵在於：所述 電機組件採用12極39槽繞組的分布形式。
【文檔編號】H02K29/06GK203883653SQ201420253270
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】王真, 施楊華, 戴亮, 陳業明 申請人:中國電子科技集團公司第二十一研究所