用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，由多塊定子組和一個轉子組成，每塊定子組由上下兩塊相同的定子件、鐵心單元、鐵心定位件、線圈繞組、定子外殼、連接件構成。上下兩塊定子件由連接件連接定位；鐵心單元上繞有線圈繞組，鐵心單元和線圈繞組通過鐵心定位件連接定位；鐵心單元和線圈繞組通過環(huán)氧澆注的方式固定在定子外殼里，整塊定子組用螺釘通過定子外殼上的螺紋孔固定在轉臺設備的固定臺面上；轉子由四塊相同的弧形扇區(qū)機構拼接，每塊扇區(qū)結構由永磁體和磁軛構成，磁軛上下兩表面分別粘有永磁，轉子整體用螺釘通過磁軛上通孔固定在轉臺設備的轉動部分上；所述多塊定子采用錯位排列方式安裝。
【專利說明】用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電動機設計領域，涉及一種用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機。

【背景技術】
[0002]傳統的大型轉臺設備采用的傳動方式主要包括:蝸輪蝸桿傳動、齒輪傳動、摩擦傳動和力矩電機同軸安裝傳動。這些傳統的傳動方式在大型轉臺設備的發(fā)展的過程中都起到了舉足輕重的作用，但是這些傳動方式仍然存在著諸多的缺點，尤其是隨著科學技術的不斷進步，研制新一代大型轉臺設備時這些傳動方式已不能勝任。采用渦輪蝸桿傳動方式時，渦輪的尺寸難以做得很大，而且大尺寸渦輪精度難以得到保證，對于大型轉臺設備而言傳動質量一般都很大，常常使渦輪部分的慣量與其嚙合的蝸桿部分慣量難以匹配。在大型轉臺設備被制動時，蝸桿副的不可逆轉特性會產生很大的沖擊，若采取在蝸桿軸上加質量的辦法來匹配慣量消除沖擊，不僅需要增加許多質量，而且會使大型轉臺設備伺服系統的機電時間常數增大，延長了起、制動時間，也降低了伺服跟蹤性能。蝸輪蝸桿傳動已經不適應對于控制要求越來越高的現代大型轉臺設備；摩擦傳動雖然克服了渦輪蝸桿傳動的致命弱點，但傳動剛度差、低速爬行和滑移則是自身的致命弱點，低速爬行會影響運動穩(wěn)定性和傳動精度，而滑移則會引起觀測目標的像在視場中抖動，嚴重時像會漂移出視場；齒輪傳動與渦輪蝸桿傳動類似，都屬于嚙合傳動，同樣存在反向間隙、高頻齒形誤差、較高齒面接觸應力等問題；采用力矩電機同軸安裝傳動時，由于傳統的大力矩低轉速旋轉電機極數多、直徑大、電刷多，產生的摩擦力矩和慣量大，使控制系統成為嚴重的非線性，不易實現高精度跟蹤。同時隨著電機尺寸的增大，會給電機的加工、運輸帶來諸多不便，使電機的制造成本增加。


【發(fā)明內容】

[0003]為了解決現有技術的問題不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，該電機可以有效減小電機由齒槽力、邊端力、徑向吸引力造成的力矩波動，以實現大型轉臺設備的平穩(wěn)、高精度運行，滿足大型轉臺設備對大型低力矩波動弧形電機的需要。
[0004]本發(fā)明一種用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，是一種由多塊相同弧形定子組成的大力矩、低波動交流永磁同步電機，所述電機由多塊結構相同的定子組和一個轉子裝配而成；每塊定子組由兩塊相同的定子件、連接件、鐵心定位件、線圈繞組、鐵心單元、定子外殼構成；上下兩塊定子件由連接件連接定位；鐵心單元上繞有線圈繞組，鐵心單元和線圈繞組通過鐵心定位件連接定位；鐵心單元和線圈繞組通過環(huán)氧澆注的方式固定在定子外殼里，整塊定子組用螺釘通過定子外殼上的螺釘孔固定在大型轉臺設備的固定臺面上；轉子由四塊相同的弧形扇區(qū)機構拼接而成，每塊扇區(qū)結構由永磁體和磁軛構成，磁軛上下兩表面分別粘有永磁鐵；轉子整體用螺釘通過磁軛上通孔固定在大型轉臺設備的轉動部分上；所述多塊定子采用錯位排列方式安裝，用于有效降低電機整體的磁阻力，減小電機的力矩波動。
[0005]上述的一種用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機傳動裝置主要是為大型轉臺設備的實驗樣機設計的，尺寸是按照比例進行縮放的，為了節(jié)約成本，定子塊也只設計加工為3塊，永磁鐵的個數設計加工為64極。但是按照本發(fā)明的設計思想，完全可以制造出直徑為8?10米的弧形電機，為了得到更大的力矩，永磁體的個數和定子塊的個數可以任意增加。
[0006]更具體地說就是，設計制造更大尺寸的弧形電機，就是可以將永磁體的極數取得更多，這樣每塊永磁體的對應的中心角就會變得更小，只要保證每塊定子節(jié)距對應160°電角度，那么每塊定子對應的中心角就會減小，這樣就可以排放下更多的定子塊，并且電機總體出力和定子的個數成正比例，這樣就可以使電機整體出更多的力矩。
[0007]本發(fā)明與現有技術相比的優(yōu)點在于:本發(fā)明采用多弧線電機的方式來驅動大型轉臺設備，與傳統的驅動方式相比，省去了大量的齒輪、絲杠、摩擦輪等中間傳動環(huán)節(jié)，大大地提高了系統的傳動精度和傳動效率；系統中沒有相互接觸的摩擦副，不存在摩擦現象和各種摩擦引起的爬行問題，同時該種傳動方式將驅動力均勻地分布在整個傳動機構上，大大減小了傳動系統局部變形，提高了傳動系統的剛度。隨著科技的發(fā)展，大型轉臺設備的尺寸越來越大，需要的力矩電機的尺寸越來越大。與同軸安裝力矩電機相比，本發(fā)明可以將電機的定子分成多塊，大大地減小了加工和運輸難度，可以滿足大型轉臺設備的發(fā)展對新型傳動方式的需要，實現大型轉臺設備的平穩(wěn)、高精度運行。本發(fā)明中每塊定子組結構形式完全一樣，由上下兩塊相同的定子組成，上下兩塊定子由連接件連接定位。每塊定子由鐵心單元、鐵心定位件、線圈繞組、定子外殼、定子外殼連接件構成。轉子由四塊相同的弧形扇區(qū)機構拼接而成，每塊扇區(qū)結構由永磁體和磁軛構成，磁軛上下兩表面分別粘有永磁鐵。整個電機采用分數槽結構設計，永磁鐵的形狀、每塊定子的長度、以及齒槽的形狀經過有限元優(yōu)化設計，可以將由邊端效應和齒槽效應造成的力矩波動大大減小。該種電機可以根據實際應用情況進行定制，可以滿足各種大型轉臺的尺寸需求。該種電機可以很好地抵消轉子和定子之間的巨大吸引力，方便安裝和拆卸。另外由于該種電機定子和轉子分塊加工測試，可以有效降低大型電機加工難度，同時也可以降低加工、運輸、安裝費用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1本發(fā)明實例整體結構圖；
[0009]圖2本發(fā)明實例轉子弧形扇區(qū)單元結構圖；
[0010]圖3本發(fā)明實例定子組整體結構圖；
[0011]圖4本發(fā)明實例定子外殼結構圖；
[0012]圖5本發(fā)明實例定子鐵心整體及繞組結構圖；
[0013]圖6本發(fā)明實例單塊定子繞組排布圖；
[0014]圖7本發(fā)明實例定子鐵心單元連接件結構圖；
[0015]圖8本發(fā)明實例定子鐵心單元結構圖。

【具體實施方式】
[0016]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0017]如圖1示出本發(fā)明用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機的實例整體結構，電機主要由三個定子組1-1、1_2、1-3、轉子構成。每塊定子組結構形式完全一樣，由上下兩塊相同的定子件組成，上下兩塊定子組由連接件6連接定位。如圖3、4、5所示每塊定子組由由兩塊相同的定子件、連接件6、鐵心定位件11、線圈繞組12、鐵心單元13、定子外殼構成。參照圖4、圖5、圖7所示，鐵心單元13上纏繞有線圈繞組12，鐵心單元13和線圈繞組12通過鐵心定位件11連接定位；鐵心單元13和線圈繞組12通過環(huán)氧澆注的方式固定在定子外殼里，整塊定子組1-1、1_2、1-3用螺釘通過定子外殼上的螺釘孔5固定在大型轉臺設備的固定臺面上；轉子由四塊相同的弧形扇區(qū)機構拼接而成，每塊扇區(qū)結構由永磁體3和磁軛2構成，磁軛2上下兩表面分別粘有永磁鐵3 ;轉子整體用螺釘通過磁軛上通孔2-1、2-2固定在大型轉臺設備的轉動部分上；所述多塊定子采用錯位排列方式安裝，用于有效降低電機整體的磁阻力，減小電機的力矩波動。
[0018]多塊鐵心單元13安裝在鐵心定位件11上，在鐵心單元13上纏繞線圈繞組12，鐵心定位件11通過通孔14和15安裝在定子外殼內。如圖2所示，轉子由四塊弧形扇區(qū)單元組成，每塊弧形扇區(qū)單元90度。每塊弧形扇區(qū)單元由永磁體3和轉子磁軛2構成，永磁體3貼在轉子磁軛2的上下表面。
[0019]如圖1所示，所述每塊定子采用分數槽結構設計，定子槽開口大小采用有限元最優(yōu)化設計，這樣可以最大限度地減小齒槽轉矩。定子組1-1、1_2、1-3的個數可以隨意增加或減少，定子組1-1、1-2、1-3安裝時只需保證相鄰定子組之間角度為360/n，其中η為定子組1-1、1-2、1-3的個數，這樣可以最大限度地減小齒槽轉矩和邊端轉矩，減小由此產生的力矩波動；不同定子組1-1、1_2、1-3之間相同相線圈繞組12采用并聯的連接方式。
[0020]如圖2所示轉子弧形扇區(qū)單元結構圖，轉子由四塊相同的弧形扇區(qū)單元拼接成為一個整圓。轉子通過通孔2-1、2-2安裝在大型轉臺設備的轉動部分上。轉子弧形扇區(qū)單元外貼永磁體，永磁體3的形狀采用有限元法優(yōu)化設計，使氣隙中磁場成正弦規(guī)律分布，以用以最大限度地減小電機產生的力矩波動。永磁體3的最高高度為8mm，電機轉子磁軛2采用導磁性良好的45號鋼。永磁體3的材料型號為NdFeB,該種永磁體3剩磁達到1.08T,矯頑力達到790KA/m。
[0021]如圖3定子組整體結構圖所示，每塊定子組結構形式完全一樣，由上下兩塊相同的定子組成，上下兩塊定子由連接件6連接定位。上下兩塊定子間的相應相繞組通過線纜插頭4串聯在一起。不同定子組之間相同相繞組采用并聯的連接方式。每塊定子組上開有螺紋孔5，可以方便安裝/拆卸機構的安裝。
[0022]如圖4定子外殼結構圖所示，每個定子殼上開有4個相同的通孔7，用以安裝定子外殼連接件。8和9是螺紋孔，用以安裝鐵心定位件。10是線纜插頭的安裝位置，鐵心定位件11是安裝/拆卸機構的安裝位置。
[0023]如圖5定子鐵心整體及繞組結構圖所示，鐵心單元13上繞有線圈繞組12，鐵心單元13和線圈繞組12通過鐵心定位件11連接定位。多塊鐵心單元13安裝在鐵心定位件11上以后，然后在鐵心單元13上纏繞線圈，最后用螺釘將鐵心定位件11安裝在定子殼內。
[0024]如圖5和圖6單塊定子繞組排布圖所示電機每塊定子九極八槽，線圈繞組12采用跨相鄰槽的方式纏繞，從右至左，線圈繞組12分別按AaaAAaBbbBBbCccCCc的方式纏繞，其中A表示A相線圈繞進，a表示A相線圈繞出，B表示B相線圈繞進，b表示B相線圈圈繞出，、C表示C相線圈繞進，c表示C相線圈繞出。電機線圈繞組12采用漆包線，線圈繞組12采用雙股并繞的方式。
[0025]如圖7定子鐵心單元連接件結構圖所示，鐵心定位件上有九個伸出梁用來安裝鐵心單元，鐵心定位件上開有通孔14、15用來將鐵心和線圈繞組固定在定子殼內部。
[0026]如圖5和圖8定子鐵心單元結構圖所示，電機由多塊完全相同的定子塊組成，每塊定子由九個相同的鐵心單元組成，每個鐵心單元由多片厚度為0.5mm的軋制矽鋼片疊壓而成，定子矽鋼片材料型號是M19_24G，每塊定子的長度經過有限元優(yōu)化設計，用以最大限度地減小邊端力矩造成的力矩波動。
[0027]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，其特征在于:所述電機由多塊結構相同的定子組和一個轉子裝配而成；每塊定子組由兩塊相同的定子件、連接件、鐵心定位件、線圈繞組、鐵心單元、定子外殼構成；上下兩塊定子件由連接件連接定位；鐵心單元上繞有線圈繞組，鐵心單元和線圈繞組通過鐵心定位件連接定位；鐵心單元和線圈繞組通過環(huán)氧澆注的方式固定在定子外殼里，整塊定子組用螺釘通過定子外殼上的螺釘孔固定在大型轉臺設備的固定臺面上；轉子由四塊相同的弧形扇區(qū)機構拼接而成，每塊扇區(qū)結構由永磁體和磁軛構成，磁軛上下兩表面分別粘有永磁鐵；轉子整體用螺釘通過磁軛上通孔固定在大型轉臺設備的轉動部分上；所述多塊定子采用錯位排列方式安裝，用于有效降低電機整體的磁阻力，減小電機的力矩波動。
2.根據權利要求1所述的用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，其特征在于:永磁體的結構采用有限元法優(yōu)化設計，使氣隙中磁場成正弦規(guī)律分布，用以最大限度地減小電機產生的力矩波動。
3.根據權利要求1所述的用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，其特征在于:磁軛采用導磁性良好的45號鋼,永磁體最高高度為8mm,該種永磁體剩磁達到1.08T,矯頑力達到 790KA/m。
4.根據權利要求1所述的用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，其特征在于:所述每塊鐵心單元由多片厚度為0.5mm的矽鋼片軋制而成，定子矽鋼片材料型號是M19_24G，每塊定子的長度經過有限元優(yōu)化設計，用以最大限度地減小邊端力矩造成的力矩波動。
5.根據權利要求1所述的用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，其特征在于:所述線圈繞組采用跨相鄰槽的方式纏繞，從右至左，線圈繞組分別按AaaAAaBbbBBbCccCCc的方式纏繞，其中A表示A相線圈繞進，a表示A相線圈繞出，B表示B相線圈繞進，b表示B相線圈繞出、C表示C相線圈繞進，c表示C相線圈繞出。
6.根據權利要求5所述的用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，其特征在于:所述線圈繞組采用漆包線，線圈繞組采用雙股并繞的方式。
7.根據權利要求1所述的用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，其特征在于:所述每塊定子采用分數槽結構設計，定子槽開口大小采用有限元最優(yōu)化設計，用以最大限度地減小齒槽轉矩。
8.根據權利要求1所述的用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，其特征在于:所述定子組個數隨意增加或減少，定子組安裝時只需保證相鄰定子組之間角度為360/n，其中η為定子組個數；這樣能以最大限度地減小齒槽轉矩和邊端轉矩，用于減小由此產生的力矩波動；不同定子組之間相同相線圈繞組采用并聯的連接方式。
9.根據權利要求1所述的用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，其特征在于:多塊鐵心單元安裝在鐵心定位件上，在鐵心單元上纏繞線圈繞組，最后用螺釘將鐵心定位件安裝在定子殼內。
10.根據權利要求1所述的用于大型轉臺的雙邊弧形永磁同步電機，其特征在于:上下兩塊定子間的相應相繞組采用串聯方式連接。
【文檔編號】H02K1/28GK104052222SQ201410304596
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權日:2014年6月30日
【發(fā)明者】常九健, 馬文禮 申請人:中國科學院光電技術研究所