一種天文望遠鏡用三維氣隙哈爾巴赫永磁弧形電機及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種適用于天文領域新型的永磁弧形電機，可滿足低速、大轉矩、高精度的特性要求。屬于電機及控制領域范疇。
【背景技術】
[0002]隨著人們對宇宙探索的不斷加深，對天文望遠鏡的要求也越來越高。天文望遠鏡不僅要有精密的光學系統，而且要有高精度的傳動驅動系統，對所觀測的目標進行準確地跟蹤，以取得有關被觀測目標的準確信息。因此，平滑穩定的低速高精度傳動系統對天文望遠鏡而言非常重要。
[0003]國外已經成功將弧形永磁同步電機(Arc PMSM)應用于直接大型天文望遠鏡，如歐洲南方天文臺的VLT望遠鏡、日本天文臺的Subaru望遠鏡和西班牙的GTC望遠鏡。國內也進行了一些理論分析和仿真研宄，取得了一些成果。專利“用于大型天文望遠鏡的超低速精密弧線電機(CN101174784) ”介紹了大力矩交流稀土永磁同步伺服電機，實現了大口徑天文望遠鏡直接驅動的弧線運動；專利“弧線電機(CN2132329Y)”介紹了一種圓弧形定子電機，它包括圓弧狀定子和一個銅制飛輪轉子，由轉子軸直接驅動工作機，實現低速運轉，具有結構簡單、成本低等優點；專利“弧線電機驅動的數控電動螺旋壓力機(CN103331926A) ”介紹了一種弧形電機驅動的數控電動螺旋壓力機，解決了其啟動沖擊大，維護困難，傳動效率低，能耗高、數控精度不高的問題。常九健等學者在論文和專利中分析了一種應用在大型天文望遠鏡上的環形永磁同步電機的齒槽力，并通過轉子與定子相對位置的幾何優化的方法來減小齒槽力。此外，對定子弧形電機控制方法的研宄也較多，可消除弧形電機由于邊端效應造成的力矩波動，滿足電機低速、高精度旋轉的要求。
【發明內容】
[0004]發明目的:為滿足天文望遠鏡技術發展對新結構大型超低速弧形電機的需要，本發明提供一種天文望遠鏡用三維氣隙哈爾巴赫永磁弧形電機，該電機能夠滿足天文望遠鏡低速、大轉矩、高精度的要求。
[0005]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:一種天文望遠鏡用三維氣隙哈爾巴赫永磁弧形電機，包括定子和轉子，所述定子包括四個定子單元，每個定子單元均采用弧形結構；轉子為192極結構，且采用雙面哈爾巴赫永磁結構；每一塊定子單元均可獨立驅動轉子運動；該永磁弧形電機氣隙結構為三維氣隙結構。
[0006]優選的:定子單元包括定子鐵心和線圈，所述定子鐵心采用10槽結構，而所述線圈設置于槽內；所述轉子包括永磁體和轉子鐵心，且永磁體設置于轉子鐵心上。
[0007]優選的:所述定子單元沿轉子周向均勾分布，通過非導磁支架固定。
[0008]優選的:所述定子鐵心和轉子鐵心均由硅鋼片疊加而成。
[0009]優選的:線圈繞組采用分數槽繞組，線圈繞組排列方式為:UVWUVWUVW。
[0010]優選的:所述電機采用直驅方式。
[0011]一種天文望遠鏡用三維氣隙哈爾巴赫永磁弧形電機的控制方法:采用無差拍直接轉矩和磁通控制的方法。
[0012]有益效果:本發明提供的一種天文望遠鏡用三維氣隙哈爾巴赫永磁弧形電機，相比現有技術，具有以下有益效果:
[0013]1.本發明由四個定子單元和一個轉子所組成，每塊定子單元和轉子相當于一臺單元電機，整臺電機可以看成是有4臺單元電機構成。當其中任一(或兩個或三個)定子單元出現故障時，可實現冗余控制而且并不影響整臺電機正常工作，具有高可靠性。
[0014]2.每個定子單元采用了弧形結構，提高電機的空間利用率，節省了硅鋼片和用銅量。
[0015]3.由定子鐵心和線圈組成，每個定子采用10槽結構。
[0016]4.轉子由鐵心和192個永磁極組成，采用雙面哈爾巴赫結構，有效的抑制了轉矩脈動。
[0017]5.永磁弧形電機氣隙結構為三維氣隙，顯著增加了氣隙的面積，提高了永磁體的利用率，進而提高轉矩密度。
[0018]6.繞組采用分數槽繞組排列，有效的抑制了諧波，速度達到了低速Γ/s ;高速10° /S，且轉矩大。
[0019]7.該電機采用直驅方式，因此，可大大提高望遠鏡的動態響應性能。
[0020]綜上所述:本發明涉及的具有三維氣隙的高功率密度永磁弧形電機，滿足天文望遠鏡對驅動電機低速、大轉矩、高精度的要求。電機具有易于安裝、可冗余控制、可靠性高且成本低等優點。
【附圖說明】
[0021]圖1為一種天文望遠鏡用三維氣隙哈爾巴赫永磁弧形電機結構示意圖。
[0022]圖2為一種天文望遠鏡用三維氣隙哈爾巴赫永磁弧形電機部分轉子結構圖。
[0023]圖3為一種天文望遠鏡用三維氣隙哈爾巴赫永磁弧形電機定子結構示意圖。
[0024]其中有為定子鐵心、2為永磁體、3為線圈、4為轉子鐵心；2_1為第一永磁體(S極)，2_2為第一永磁體(N極)，2_3為第二永磁體(S極)，2_4為第三永磁體(N極)，2_5為第二永磁體(N極)，2_6為第三永磁體(S極)。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0026]—種天文望遠鏡用三維氣隙哈爾巴赫永磁弧形電機，如圖1所示，包括定子和轉子，如圖3所示，所述定子包括四個定子單元，每個定子單元均采用弧形結構；定子單元包括定子鐵心和線圈，所述定子鐵心采用10槽結構，而所述線圈設置于槽內；所述轉子包括永磁體和轉子鐵心，且永磁體設置于轉子鐵心上。定子單元沿轉子周向均勻分布，通過非導磁支架固定。線圈繞組采用分數槽繞組，線圈繞組排列方式為:UVWUVWUVW。
[0027]如圖2所示，轉子為192極結構，且采用雙面哈爾巴赫永磁結構；且每一塊定子單元均可獨立驅動轉子運動；該永磁弧形電機氣隙結構為三維氣隙結構。
[0028]所述定子鐵心和轉子鐵心均由硅鋼片疊加而成。
[0029]