空间用机械臂用高功率密度永磁无刷电机的齿槽结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种空间机械臂用高功率密度永磁无刷电机特殊齿形结构，属于电机技术领域。
【背景技术】
[0002]空间机械手臂是空间工程必备重要装置，辅助航天员完成高精度的运输以及维护工作。机械臂的设计要求是高强度、高可靠性、灵活工作并具有尽量轻便的体积和重量。在机械臂驱动系统中，电磁装置是必不可少的。相比于液压驱动等其他地面机械臂常用驱动方式，电磁驱动在太空领域具有极大优势。因此就目前空间领域发展情况而言，其它空间科技先进国家都采用电磁驱动方式解决空间机械臂的驱动问题。
[0003]电机作为电磁驱动重要核心设备，在设计与加工中存在很多技术难点。其中针对高可靠性、高效性、高可控性、减重性等都进行了相应的方案分析与比较。由于电机采用导磁性铁磁材料与导电性电磁材料为主要构成，其重量的减小仅能体现在增加能量密度上，因此选用永磁电机为理想方案。同时采用适当增加电机转速以减小电机体积的方法，同时配以适当的减速装置达到综合体积与重量最小化设计。
[0004]在减小重量和体积的同时要求兼顾电机的可靠性问题。通常情况下采用冗余设计:包括冗余绕组设计、冗余控制器设计、冗余霍尔装置设计等。
【发明内容】
[0005]本发明目的是为了解决现有空间机械臂用电机配备冗余设计的情况下不能兼顾减小体积的问题，提供了一种空间用机械臂用高功率密度永磁无刷电机的齿槽结构。
[0006]本发明所述空间用机械臂用高功率密度永磁无刷电机的齿槽结构，该电机定子的内圆表面沿圆周排列P对定子齿，每相邻两个定子齿的极靴之间形成定子齿槽口，所述定子齿槽口为外窄内宽结构；在其中P个定子齿的齿冠处开有霍尔元件埋入槽，且该槽口面向圆心方向；开有霍尔元件埋入槽的P个定子齿与其余P个定子齿交错排列；
[0007]P为大于或等2的正整数。
[0008]本发明的优点:本发明是一种低惯量永磁无刷力矩电机，它作为空间站机械臂的驱动装置，能够直接满足空间机械臂末端低转速运行的要求，相对于现有技术中采用高速电机与齿轮减速装置配套来达到使用要求的方式，实现结构简单，电机系统的复杂程序降低；而采用埋入霍尔器件方法，减小电机整体长度，对减小重量，提高功率密度都具有很大好处。
【附图说明】
[0009]图1是传统电机的定子齿结构示意图；
[0010]图2是本发明所述空间用机械臂用高功率密度永磁无刷电机的齿槽结构的结构示意图；
[0011]图3是图2的A处局部放大图。
【具体实施方式】
[0012]【具体实施方式】一:下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述空间用机械臂用高功率密度永磁无刷电机的齿槽结构，该电机定子的内圆表面沿圆周排列P对定子齿，每相邻两个定子齿的极靴之间形成定子齿槽口，所述定子齿槽口为外窄内宽结构；在其中P个定子齿的齿冠处开有霍尔元件埋入槽，且该槽口面向圆心方向；开有霍尔元件埋入槽的P个定子齿与其余P个定子齿交错排列；
[0013]P为大于或等2的正整数。
[0014]本实施方式所涉及电机包括定子和转子，定子设置在转子的外部，转子采用中空盘式结构，中空盘式结构的中空多极永磁转子由转子磁极和转子铁轭构成。同时由于转子采用中空盘式，在相同重量的前提下能够达到最大的力矩输出，更加适用于航天领域。
[0015]定子上绕有冗余三相绕组，定子齿内埋有冗余霍尔元件。定子齿槽结构与传统电机相比较而言具有特殊设计之处，以保证磁通尽量均匀分布，以减小永磁电机的力矩波动。
[0016]图1所示为传统电机的定子齿结构，其定子齿槽口宽度是均匀宽度，而本实施方式电机定子齿槽口宽度为非均勾宽度，呈现外宽内窄分布。目的是使气隙磁密尽量分布均匀，以减小定位力矩及力矩波动。
[0017]【具体实施方式】二:本实施方式对实施方式一作进一步说明，霍尔元件埋入槽为喇叭口状，槽口外边沿处为喇叭开口位置。
[0018]增加槽口的宽度，即增加dtl，使槽口外边沿位置的开口宽度变大，形成喇叭口状，以防止磁路饱和，使磁密分布尽量均匀，减小电流中的谐波分量。
[0019]【具体实施方式】三:本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，定子齿槽口的径向厚度占定子齿径向高度的比例为0.2?0.3。
[0020]图1所示为传统电机的定子齿结构，其定子齿槽的径向厚度为匕，占定子齿径向高度的0.1?0.15，而本实施方式所述定子齿槽口的径向厚度ht2比传统电机的定子齿槽口的径向厚度要厚，以便于更好的插入霍尔元件。
【主权项】
1.空间用机械臂用高功率密度永磁无刷电机的齿槽结构，其特征在于，该电机定子的内圆表面沿圆周排列P对定子齿，每相邻两个定子齿的极靴之间形成定子齿槽口，所述定子齿槽口为外窄内宽结构；在其中P个定子齿的齿冠处开有霍尔元件埋入槽，且该槽口面向圆心方向；开有霍尔元件埋入槽的P个定子齿与其余P个定子齿交错排列； P为大于或等2的正整数。2.根据权利要求1所述空间用机械臂用高功率密度永磁无刷电机的齿槽结构，其特征在于，霍尔元件埋入槽为喇叭口状，槽口外边沿处为喇叭开口位置。3.根据权利要求1或2所述空间用机械臂用高功率密度永磁无刷电机的齿槽结构，其特征在于，定子齿槽口的径向厚度占定子齿径向高度的比例为0.1?0.15。
【专利摘要】空间用机械臂用高功率密度永磁无刷电机的齿槽结构，属于电机技术领域，本发明为解决现有空间机械臂用电机配备冗余设计的情况下不能兼顾减小体积的问题。本发明方案：该电机定子的内圆表面沿圆周排列p对定子齿，每相邻两个定子齿的极靴之间形成定子齿槽口，所述定子齿槽口为外窄内宽结构；在其中p个定子齿的齿冠处开有霍尔元件埋入槽，且该槽口面向圆心方向；开有霍尔元件埋入槽的p个定子齿与其余p个定子齿交错排列；p为大于或等2的正整数。本发明将霍尔元件埋入电机齿中，用以减少电机轴向体积。为了保证较小的定位力矩和力矩波动，采用了特殊的齿形和槽型结构。
【IPC分类】H02K29/08
【公开号】CN105141100
【申请号】CN201510658260
【发明人】尚静, 邹继斌, 胡建辉, 王骞, 赵猛, 刘雪缘
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年10月12日