具有等电阻双绕组及冗余霍尔结构的紧凑型永磁无刷电机的制作方法

专利名称：具有等电阻双绕组及冗余霍尔结构的紧凑型永磁无刷电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是具有冗余结构及高功率密度永磁无刷电机的技术领域。
背景技术：
地面高精度机械臂、航天用机械臂以及探月工程用月球车机械臂等驱动采用的电机系统，为增加系统的运行可靠性，通常采用冗余设计方案。即采用电机定子绕组冗余结构、控制电路冗余设计。这样在一套系统出现故障的时候，可以启动另一套控制电路以及电机绕组系统工作。

发明内容
本发明的目的是提供一种具有等电阻双绕组及冗余霍尔结构的紧凑型永磁无刷电机，它解决了现有空间机械臂电机系统因电路控制失效等原因造成系统故障问题。同时可以保证两套绕组具有相同的机械特性和工作特性，又可以保证绕组间相互的独立性以及单层烧毁后相对绝缘的可靠性。所述的目的是通过以下方案实现的:所述的一种具有等电阻双绕组及冗余霍尔结构的紧凑型永磁无刷电机，是由中空盘式永磁转子、定子、双层绕组、六个霍尔元件组成；
双层绕组由第一层绕组和第二层绕组组成；第二层绕组套接在第一层绕组上；定子由多块定子铁心组成；每块定子铁心上有一个定子齿，多块定子铁心首尾相接形成相互间隔的定子齿与定子槽，在所有定子齿上呈分数槽式缠绕三相对称双层绕组，每一相双层绕组中的第一层绕组的匝数相等，每一 相双层绕组中的第二层绕组的匝数相等，第一层绕组的匝数与第二层绕组的匝数相等，各定子齿上第一层绕组的同相绕组之间相互串联；各定子齿上第二层绕组的同相绕组之间相互串联；多块定子铁心组成的内圆表面与中空盘式永磁转子的外圆表面之间有气隙；通过调整第一层绕组的线径和第二层绕组的线径，实现第一层绕组的直流电阻值与第二层绕组的直流电阻值相等；其中有六块定子铁心上的定子齿的极面上开有槽，这六块定子铁心为分散均匀布置，槽的中心处在双层绕组的轴心线上，每个槽中都镶嵌有一个霍尔兀件。本发明是一种低速小功率永磁无刷力矩电机，具有双层绕组和多个霍尔元件的冗余结构，它作为空间机械臂的驱动装置，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；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。同时，双层绕组的优点是可以满足系统在冗余状态下工作的需求。


图1是本发明的整体结构示意图2是图1中双层绕组3及定子铁心2-1的横截剖视结构示意图；图3是图1中某个定子齿2-2的极面上开有槽2-4及槽2-4中镶嵌有一个霍尔元件4的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一:如图1、图2所示，它是由中空盘式永磁转子1、定子2、双层绕组
3、六个霍尔元件4组成；
双层绕组3由第一层绕组3-1和第二层绕组3-2组成；第二层绕组3-2套接在第一层绕组3-1上；定子2由多块定子铁心2-1组成；每块定子铁心2-1上有一个定子齿2-2，多块定子铁心2-1首尾相接形成相互间隔的定子齿2-2与定子槽2-3，在所有定子齿2-2上呈分数槽式缠绕三相对称双层绕组3，每一相双层绕组3中的第一层绕组3-1的匝数相等，每一相双层绕组3中的第二层绕组3-2的匝数相等，第一层绕组3-1的匝数与第二层绕组
3-2的匝数相等，各定子齿上第一层绕组3-1的同相绕组之间相互串联；各定子齿上第二层绕组3-2的同相绕组之间相互串联；多块定子铁心2-1组成的内圆表面与中空盘式永磁转子I的外圆表面之间有气隙1-1 ;通过调整第一层绕组3-1的线径和第二层绕组3-2的线径，实现第一层绕组3-1的直流电阻值与第二层绕组3-2的直流电阻值相等；其中有六块定子铁心2-1上的定子齿2-2的极面上开有槽2-4，这六块定子铁心2-1为分散均匀布置，槽2-4的中心处在双层绕组3的轴心线上，每个槽2-4中都镶嵌有一个霍尔元件4。所述多块定子铁心2-1组成的内圆表面与中空盘式永磁转子I的外圆表面之间气隙1-1的尺寸范围为0.25mm-0.75mm。

所述中空盘式永磁转子I中的永磁材料为钐钴永磁材料。霍尔元件4的型号为通用普通霍尔或航天级别霍尔。工作原理:所述的定子铁心2-1由若干块硅钢片分段叠压而成然后组成定子2，定子2采用分块式铁心的设置方式能够减小定位力矩使电机的整体性能保持稳定。由于电机的绕线通常是通过槽口在齿上进行绕线的，若采用整块式的定子2结构，则要求槽口足够大，分块式铁心结构可以解决绕线工艺，进行每个铁心的单独绕线，因此槽口可以做的很小，提高功率密度。双层绕组3和六个霍尔元件4的优点是可以满足系统在冗余状态下工作的需求。
权利要求
1.具有等电阻双绕组及冗余霍尔结构的紧凑型永磁无刷电机，它是由中空盘式永磁转子(I)、定子(2)、双层绕组(3)、六个霍尔元件(4)组成；双层绕组(3 )由第一层绕组(3-1)和第二层绕组(3-2 )组成；第二层绕组(3-2 )套接在第一层绕组(3-1)上；定子(2)由多块定子铁心(2-1)组成；每块定子铁心(2-1)上有一个定子齿(2-2)，多块定子铁心(2-1)首尾相接形成相互间隔的定子齿(2-2)与定子槽(2-3)，在所有定子齿(2-2 )上呈分数槽式缠绕三相对称双层绕组(3 )，每一相双层绕组(3 )中的第一层绕组(3-1)的匝数相等，每一相双层绕组(3)中的第二层绕组(3-2)的匝数相等，第一层绕组(3-1)的匝数与第二层绕组(3-2)的匝数相等，各定子齿上第一层绕组(3-1)的同相绕组之间相互串联；各定子齿上第二层绕组(3-2)的同相绕组之间相互串联；多块定子铁心(2-1)组成的内圆表面与中空盘式永磁转子(I)的外圆表面之间有气隙(1-1);通过调整第一层绕组(3-1)的线径和第二层绕组(3-2)的线径，实现第一层绕组(3-1)的直流电阻值与第二层绕组(3-2)的直流电阻值相等；其中有六块定子铁心(2-1)上的定子齿2-2的极面上开有槽(2-4)，这六块定子铁心(2-1)为分散均匀布置，槽(2-4)的中心处在双层绕组(3)的轴心线上，每个槽(2-4)中都镶嵌有一个霍尔元件(4)。
2.根据权利要求1所述的具有等电阻双绕组及冗余霍尔结构的紧凑型永磁无刷电机，其特征在于所述多块定子铁心(2-1)组成的内圆表面与中空盘式 永磁转子(I)的外圆表面之间气隙(1-1)的尺寸范围为0.25mm-0.75mm。
3.根据权利要求1所述的具有等电阻双绕组及冗余霍尔结构的紧凑型永磁无刷电机，其特征在于所述中空盘式永磁转子(I)中的永磁材料为钐钴永磁材料。
全文摘要
具有等电阻双绕组及冗余霍尔结构的紧凑型永磁无刷电机，它涉及的是具有冗余结构及高功率密度永磁无刷电机的技术领域。它解决了现有空间机械臂电机系统因电路控制失效等原因造成系统故障问题。多块定子铁心首尾相接形成相互间隔的定子齿与定子槽，在所有定子齿上呈分数槽式缠绕三相对称双层绕组，在所有定子齿上呈分数槽式缠绕三相对称双层绕组，多块定子铁心组成的内圆表面与中空盘式永磁转子的外圆表面之间有气隙；其中有六块定子铁心上的定子齿的极面上开有槽，这六块定子铁心为分散均匀布置，槽的中心处在双层绕组的轴心线上，每个槽中都镶嵌有一个霍尔元件。本发明是一种低速小功率永磁无刷力矩电机，具有双层绕组和多个霍尔元件的冗余结构。
文档编号H02K3/28GK103236772SQ20131016982
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月10日 优先权日2013年5月10日
发明者尚静, 王昊, 赵博, 李婷婷, 丛宁 申请人:哈尔滨工业大学