星载控制力矩陀螺用无刷直流电机组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种星载控制力矩陀螺用无刷直流电机组件，所述电机组件中的电机采用中空转子盘式结构，电机组件的位置传感器采用高精度双通道旋转变压器，其转子与电机同轴安装，定子固定于电机定子上，位置传感器的输出与控制单元连接，控制单元与驱动单元连接，位置传感器将速度反馈信号输入控制单元，控制单元根据速度参考信号控制驱动单元功率元器件的输出电压，实现低速稳定运行。本实用新型的优点是采用中空转轴盘式结构，有效减小电机组件的重量，提高输出转矩；采用锁相控制技术实现电机的低速稳速控制；采用12极39槽绕组分布形式，提高绕组正弦性，降低齿槽转矩，提高稳速精度。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及永磁同步电机组件，特别涉及一种适用于星载控制力矩陀螺用无 刷直流电机组件。 星载控制力矩陀螺用无刷直流电机组件
【背景技术】
[0002] 随着我国空间技术的发展，要求卫星具备的功能越来越多，同时对卫星指向精度 和姿态稳定度也提出了越来越高的要求。因此研制高精度、高稳定度的卫星是当前空间技 术的一个重要发展方向。卫星控制系统是卫星的一个关键分系统，纵观国内外卫星的发展， 卫星控制系统通常采用的执行机构是控制力矩陀螺（CMG)，它的转矩输出精度直接决定了 卫星的姿态控制精度。而控制力矩陀螺的框架系统的角速率精度是影响其转矩输出精度的 重要因素之一，因此要实现控制力矩陀螺输出转矩的高精度，必须实现其框架系统的高精 度控制。
[0003] 本实用新型的无刷直流电机组件主要应用于CMG系统的低速伺服分系统，作为该 分系统的主要驱动元件。 实用新型内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是要提供一种体积紧凑、输出转矩大和低速稳定 性高的星载控制力矩陀螺用无刷直流电机组件。
[0005] 为了解决以上的技术问题，本实用新型提供了一种星载控制力矩陀螺用无刷直流 电机组件，所述电机组件中的电机采用中空转子盘式结构，电机组件的位置传感器采用高 精度双通道旋转变压器，其转子与电机同轴安装，定子固定于电机定子上，位置传感器的输 出与控制单元连接，控制单元与驱动单元连接，位置传感器将速度反馈信号输入控制单元， 控制单元根据速度参考信号控制驱动单元开关元器件的输出电压，实现低速稳定运行。
[0006] 所述电机采用中空转子盘式结构，是指电机组件中电机外径较大，轴向较短且转 子为空心结构，便于减轻整体重量，有效减小电机组件的重量，提高电机输出转矩。
[0007] 所述电机组件中的电机转子外套有磁钢保护套。所述磁钢保护套为铝合金材料。
[0008] 所述电机组件采用12极39槽绕组的分布形式。
[0009] 所述位置传感器采用高精度双通道旋转变压器，其转子与电机同轴安装，定子固 定于电机定子上。当电机旋转时，高精度双通道旋转变压器输出两路正余弦信号，解调后可 以得出定转子之间的角度差值，以此确定电机的运行位置，并通过检测旋转变压器的运行 频率确定电机的运行转速，控制单元接收这些指令后控制驱动单元开关元器件工作，使电 机相电流的矢量合成与电机的磁极正交，来实现电机的矢量控制。
[0010] 本实用新型的优越功效在于：
[0011] 1)采用中空转轴盘式结构，有效减小电机组件的重量，提高输出转矩；
[0012] 2)为保证转子磁钢在加工和安装过程中的完整性，在转子中增加了磁钢保护套， 不会影响电机的磁路，并将磁钢完全包覆，起到对磁钢的保护作用，在使用过程中可以有效 的防止磁钢碎片产生，提高了电机的可靠性；
[0013] 3)采用锁相控制技术实现电机的低速稳速控制。由于锁相环（Phase-Lock Loop， PLL)是将相位作为控制信号，相位是转速的积分，对于转速阶跃，即使稳态相位存在误差， 对于速度而目是无差的。当速度反馈号和速度参考号锁定时，电机的平均速度误差将 为零，只存在很小的瞬时高频抖动，意味着很高的稳态精度。
[0014] 4)电机组件采用12极39槽绕组分布形式，提高绕组正弦性，降低齿槽转矩，提高 稳速精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0016] 图中标号说明
[0017] 1 一定子线圈； 2-定子铁芯；
[0018] 3-磁钢保护套； 4 一永磁体；
[0019] 5-转子轭部。
【具体实施方式】
[0020] 请参阅附图所示，对本实用新型作进一步的描述。
[0021] 如图1所示，本实用新型提供了一种星载控制力矩陀螺用无刷直流电机组件，所 述电机组件中的电机采用中空转子盘式结构，电机组件的位置传感器采用高精度双通道旋 转变压器，其转子与电机同轴安装，定子固定于电机定子上，位置传感器的输出与控制单元 连接，控制单元与驱动单元连接，位置传感器将速度反馈信号输入控制单元，控制单元根据 速度参考信号控制驱动单元开关元器件的输出电压，确保电机运行转速稳定性，实现整个 系统的低速稳定性。
[0022] 所述电机采用中空转子盘式结构，是指电机外径较大，轴向较短，转轴为空心结 构，便于减轻整体重量，电机转子的转子轭部5采用中空结构减轻电机组件整体重量，采用 这种结构可以有效节约空间，降低整机重量，同时提高运行可靠性。
[0023] 所述电机组件中的电机转子外套有磁钢保护套3,磁钢保护套3为铝合金材料，确 保电机在安装及使用过程中的可靠性。
[0024] 所述电机组件采用12极39槽绕组的分布形式。
[0025] 所述电机为中空转子盘式结构，采用径向磁路结构。其中，电机转子包括磁钢保护 套3、永磁体4和转子轭部5;电机定子包括定子线圈1和定子铁芯2。通过控制电机定子 中三相绕组的导通顺序产生磁场变化，驱动电机转子运转，带动星载控制力矩陀螺的低速 框架输出轴同步运行，实现星载控制力矩陀螺的正常运行。
[0026] 所述位置传感器采用高精度双通道旋转变压器，其转子与电机同轴安装，定子固 定于电机定子上。当电机旋转时，高精度双通道旋转变压器输出两路正余弦信号，解调后可 以得出定转子之间的角度差值，以此确定电机的运行位置，并通过检测旋转变压器的运行 频率确定电机的运行转速，控制单元接收这些指令后控制驱动单元的开关元器件工作，使 电机相电流的矢量合成与电机的磁极正交，来实现电机的矢量控制。
[0027] 所述的开关元器件是指晶闸管或IGBT。
[0028] 本实用新型的主要技术参数如下：电动机额定转速为0.01° /s、输入电压为 28VDC、调速范围为0. 0Γ /s?5° /s。经过反复调整各项参数后达到：CMG框架转速带宽 达到10Hz左右，在各个转速点的瞬态转速控制精度都在0. 01量级以下，平均转速精度则稳 定在0. 004左右。经过有限元及热场仿真，本实用新型在有限体积下具有较大的输出力矩， 而且低速稳定性很好，完全满足电机组件在空间的运行要求。
[0029] 最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本实用新型的技术方案作进一步 详细地说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制；本领域的技术人员根据本实用新 型的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1. 一种星载控制力矩陀螺用无刷直流电机组件，其特征在于：所述电机组件中的电机 采用中空转子盘式结构，电机组件的位置传感器采用高精度双通道旋转变压器，其转子与 电机同轴安装，定子固定于电机定子上，位置传感器的输出与控制单元连接，控制单元与驱 动单元连接，位置传感器将速度反馈信号输入控制单元，控制单元根据速度参考信号控制 驱动单元开关元器件的输出电压，实现低速稳定运行。
2. 根据权利要求1所述的星载控制力矩陀螺用无刷直流电机组件，其特征在于：所述 电机采用中空转子盘式结构，是指电机组件中电机外径较大，轴向较短且转子为空心结构。
3. 根据权利要求1所述的星载控制力矩陀螺用无刷直流电机组件，其特征在于：所述 电机组件中的电机转子外套有磁钢保护套。
4. 根据权利要求3所述的星载控制力矩陀螺用无刷直流电机组件，其特征在于：所述 磁钢保护套为铝合金材料。
5. 根据权利要求1所述的星载控制力矩陀螺用无刷直流电机组件，其特征在于：所述 电机组件采用12极39槽绕组的分布形式。
【文档编号】H02K29/06GK203883653SQ201420253270
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】王真, 施杨华, 戴亮, 陈业明 申请人:中国电子科技集团公司第二十一研究所