一种天文望远镜用三维气隙哈尔巴赫永磁弧形电机及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于天文领域新型的永磁弧形电机，可满足低速、大转矩、高精度的特性要求。属于电机及控制领域范畴。
【背景技术】
[0002]随着人们对宇宙探索的不断加深，对天文望远镜的要求也越来越高。天文望远镜不仅要有精密的光学系统，而且要有高精度的传动驱动系统，对所观测的目标进行准确地跟踪，以取得有关被观测目标的准确信息。因此，平滑稳定的低速高精度传动系统对天文望远镜而言非常重要。
[0003]国外已经成功将弧形永磁同步电机(Arc PMSM)应用于直接大型天文望远镜，如欧洲南方天文台的VLT望远镜、日本天文台的Subaru望远镜和西班牙的GTC望远镜。国内也进行了一些理论分析和仿真研宄，取得了一些成果。专利“用于大型天文望远镜的超低速精密弧线电机(CN101174784) ”介绍了大力矩交流稀土永磁同步伺服电机，实现了大口径天文望远镜直接驱动的弧线运动；专利“弧线电机(CN2132329Y)”介绍了一种圆弧形定子电机，它包括圆弧状定子和一个铜制飞轮转子，由转子轴直接驱动工作机，实现低速运转，具有结构简单、成本低等优点；专利“弧线电机驱动的数控电动螺旋压力机(CN103331926A) ”介绍了一种弧形电机驱动的数控电动螺旋压力机，解决了其启动冲击大，维护困难，传动效率低，能耗高、数控精度不高的问题。常九健等学者在论文和专利中分析了一种应用在大型天文望远镜上的环形永磁同步电机的齿槽力，并通过转子与定子相对位置的几何优化的方法来减小齿槽力。此外，对定子弧形电机控制方法的研宄也较多，可消除弧形电机由于边端效应造成的力矩波动，满足电机低速、高精度旋转的要求。
【发明内容】
[0004]发明目的:为满足天文望远镜技术发展对新结构大型超低速弧形电机的需要，本发明提供一种天文望远镜用三维气隙哈尔巴赫永磁弧形电机，该电机能够满足天文望远镜低速、大转矩、高精度的要求。
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种天文望远镜用三维气隙哈尔巴赫永磁弧形电机，包括定子和转子，所述定子包括四个定子单元，每个定子单元均采用弧形结构；转子为192极结构，且采用双面哈尔巴赫永磁结构；每一块定子单元均可独立驱动转子运动；该永磁弧形电机气隙结构为三维气隙结构。
[0006]优选的:定子单元包括定子铁心和线圈，所述定子铁心采用10槽结构，而所述线圈设置于槽内；所述转子包括永磁体和转子铁心，且永磁体设置于转子铁心上。
[0007]优选的:所述定子单元沿转子周向均勾分布，通过非导磁支架固定。
[0008]优选的:所述定子铁心和转子铁心均由硅钢片叠加而成。
[0009]优选的:线圈绕组采用分数槽绕组，线圈绕组排列方式为:UVWUVWUVW。
[0010]优选的:所述电机采用直驱方式。
[0011]一种天文望远镜用三维气隙哈尔巴赫永磁弧形电机的控制方法:采用无差拍直接转矩和磁通控制的方法。
[0012]有益效果:本发明提供的一种天文望远镜用三维气隙哈尔巴赫永磁弧形电机，相比现有技术，具有以下有益效果:
[0013]1.本发明由四个定子单元和一个转子所组成，每块定子单元和转子相当于一台单元电机，整台电机可以看成是有4台单元电机构成。当其中任一(或两个或三个)定子单元出现故障时，可实现冗余控制而且并不影响整台电机正常工作，具有高可靠性。
[0014]2.每个定子单元采用了弧形结构，提高电机的空间利用率，节省了硅钢片和用铜量。
[0015]3.由定子铁心和线圈组成，每个定子采用10槽结构。
[0016]4.转子由铁心和192个永磁极组成，采用双面哈尔巴赫结构，有效的抑制了转矩脉动。
[0017]5.永磁弧形电机气隙结构为三维气隙，显著增加了气隙的面积，提高了永磁体的利用率，进而提高转矩密度。
[0018]6.绕组采用分数槽绕组排列，有效的抑制了谐波，速度达到了低速Γ/s ;高速10° /S，且转矩大。
[0019]7.该电机采用直驱方式，因此，可大大提高望远镜的动态响应性能。
[0020]综上所述:本发明涉及的具有三维气隙的高功率密度永磁弧形电机，满足天文望远镜对驱动电机低速、大转矩、高精度的要求。电机具有易于安装、可冗余控制、可靠性高且成本低等优点。
【附图说明】
[0021]图1为一种天文望远镜用三维气隙哈尔巴赫永磁弧形电机结构示意图。
[0022]图2为一种天文望远镜用三维气隙哈尔巴赫永磁弧形电机部分转子结构图。
[0023]图3为一种天文望远镜用三维气隙哈尔巴赫永磁弧形电机定子结构示意图。
[0024]其中有为定子铁心、2为永磁体、3为线圈、4为转子铁心；2_1为第一永磁体(S极)，2_2为第一永磁体(N极)，2_3为第二永磁体(S极)，2_4为第三永磁体(N极)，2_5为第二永磁体(N极)，2_6为第三永磁体(S极)。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0026]—种天文望远镜用三维气隙哈尔巴赫永磁弧形电机，如图1所示，包括定子和转子，如图3所示，所述定子包括四个定子单元，每个定子单元均采用弧形结构；定子单元包括定子铁心和线圈，所述定子铁心采用10槽结构，而所述线圈设置于槽内；所述转子包括永磁体和转子铁心，且永磁体设置于转子铁心上。定子单元沿转子周向均匀分布，通过非导磁支架固定。线圈绕组采用分数槽绕组，线圈绕组排列方式为:UVWUVWUVW。
[0027]如图2所示，转子为192极结构，且采用双面哈尔巴赫永磁结构；且每一块定子单元均可独立驱动转子运动；该永磁弧形电机气隙结构为三维气隙结构。
[0028]所述定子铁心和转子铁心均由硅钢片叠加而成。
[0029]