本发明涉及一种大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机，可用于天文望远镜俯仰轴在180°范围内自由转动的高精密运动场合。
背景技术：
大口径天文望远镜的传统传动方式主要有蜗轮蜗杆传动、齿轮传动、摩擦传动以及力矩电机同轴安装传动等，这些传统的传动方式在望远镜的发展过程中扮演着重要角色，但存在反向间隙、齿面接触应力大、高频齿形误差大的缺点。因此，随着科学技术的发展，为了解决上述缺点，欧洲南方天文台率先提出采用拼接式弧形电机的传动方式，围绕该传动方式，国内外许多研究机构以及学者开展了相关研究工作并取得了重大的成果。中国专利(申请号：cn92223750.6)公开了一种弧形电动机，该电机由圆弧状的定子和钢制的飞轮转子构成，通过定子的旋转磁场以及转子感应电流产生的磁场相互作用来实现转子的旋转运动。中国专利(申请号：cn200710134531.x)公开了一种用于大型天文望远镜的超低速精密弧线电机，同时该团队又公开了强风载扰动下大型望远镜永磁同步电机控制系统及其方法(申请号：cn201410169656.6)。相比于传统方式，采用弧线电机的传动方式具有中间传动环节少，结构简单，易于维护以及传动效率高等优点，但是由于上述弧线电机本身绕组存在端部，致使电机的转矩密度不够大；再加上电机本身所具有的齿槽效应、边端效应、三相绕组不对称所引起的高次谐波电流，将会导致电机产生定位力矩以及力矩波动，削弱电机运行的平稳、可靠、精确性。针对上述存在的科学问题，目前多采用基于弧形电机中的单元电机的设计、改变齿槽结构和添加辅助结构等方法来解决。大口径天文望远镜用弧线电机还存在诸多科学问题亟待解决，如电机转矩密度进一步提高、转矩脉动进一步减小等。
技术实现要素：
技术问题：为了克服上述弧线电机所存在的缺陷，本发明提出了一种大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机，提高电机的转矩密度，削弱定位力矩和力矩波动，实现弧线电机运行的平稳性、可靠性和精确性。
技术方案：为了达到上述目的，本发明的一种大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机，包括转子部分和定子部分，转子部分套在定子部分的外面；其中转子部分由三个圆筒式转子模块组成，每一个圆筒式转子模块由圆筒式转子铁心和圆环状电枢绕组构成，圆环状电枢绕组位于圆筒式转子铁心的内圆周的槽内，其中圆筒式转子铁心包括转子背轭、转子齿、转子槽，转子齿和转子槽位于转子背轭的内孔壁；定子部分由定子铁心以及表贴于定子铁心外的交错极性永磁体阵列构成。
其中，
所述的定子铁心为沿圆周方向呈180°圆心角的弧段。
所述的交错极性永磁体阵列，其永磁体为环形永磁体，在定子铁心上沿圆周方向均匀排列，相邻的环形永磁体极性相反，相邻且极性相反的两永磁体构成一对极，于是在180°圆心角的弧段上形成45对极。
所述的交错极性的永磁环阵列材质选用钕铁硼永磁体或稀土钴永磁体。
所述的三个圆筒式转子模块，其中相邻两转子模块间沿圆周方向相距θ＝8°的圆心角；三个圆筒式转子模块与定子构成三个为12槽10极的单元电机。
所述的圆筒式转子模块，其内部沿着圆周方向均匀开槽，形成等间距分布的十三个转子齿和十二个转子槽；转子槽内部均嵌入圆环状电枢绕组。
所述的转子齿、转子背轭和定子铁心材质均为高导磁材料。
所述的高导磁材料为电工纯铁或硅钢片。
所述的圆环状电枢绕组采用的是集中式分布方式；三个圆筒式转子模块的电枢绕组采用交叉式连接方式；每个圆筒式转子模块的绕组连接方式采用双三相绕组连接方式。
有益效果：圆筒式弧线永磁电机的设计，可以满足天文望远镜俯仰轴在180°范围内自由旋转；该电机设计为圆筒式结构，能够实现对环形永磁体的360°全包裹，提高了永磁体的利用率；相比于传统电机，本发明涉及的圆筒式弧线永磁电机无绕组端部，同时增大了气隙面积，具有高转矩密度、力矩脉动小的优点；该电机的三个圆筒式转子模块的电枢绕组均采用集中式绕组以及交叉式的连接方式，可以有效的抑制因三相不对称问题所导致的空间谐波以及转矩波动；为了进一步实现电机的冗余运行及跟踪精度，圆筒式转子模块的电枢绕组可采用双三相绕组连接方式。
附图说明
图1为一种大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机结构示意图；
其中有：转子部分i，定子部分ii；
图2为圆筒形弧线永磁电机的剖面示意图；其中有：转子背轭1、转子齿2、转子槽3、圆环状的电枢绕组4、定子铁心5、交错磁极的永磁环6；
图3为转子模块的组成部分示意图；其中a为转子背轭1、转子齿2、转子槽3的结构示意图，b为圆环状的电枢绕组4的结构示意图；
图4为定子部分的结构示意图；其中a为定子铁心5的结构示意图，b为交错磁极的永磁环6的结构示意图；
图5为绕组连接方式的示意图。
其中有：电枢绕组a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3，相邻两转子模块间沿圆周方向相距的圆心角θ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明
本发明所涉及的一种大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机，不仅可以实现天文望远镜俯仰轴在180°范围内自由旋转，满足天体观测的定位以及跟踪精度，而且该电机具有高转矩密度、转矩脉动小的特点。
参见图1–4，本发明提供的一种大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机，包括转子部分i和定子部分ii这两部分。
转子部分i由三个转子模块组成，转子模块采用圆筒式结构，相邻两转子模块间相距θ＝8°的圆心角；三个转子模块均由转子铁心和圆环状的电枢绕组4构成。
定子部分ii由定子铁心5和交错磁极的永磁环阵列6组成。
定子铁心5为沿圆周方向呈180°圆心角的弧段，永磁体阵列采用永磁环阵列6结构，环形永磁体在定子铁心上沿圆周方向均匀阵列，相邻永磁体极性相反，相邻且极性相反的两永磁体构成一对极，在180°圆周上形成45对极。
45对极的交错磁极永磁环阵列6材质采用钕铁硼永磁体或稀土钴永磁体。
三个圆筒式转子模块和定子共同形成三个10极12槽的单元电机；在圆筒式转子模块的内部沿着圆周方向均匀开槽，形成转子背轭1以及等间距分布的十三个转子齿2和十二个转子槽3，每个转子槽里嵌入圆环状的电枢绕组4。
转子背轭1、转子齿2、定子铁心5材质均为高导磁材料。如：转子背轭1、转子齿2、定字铁心5材质采用电工纯铁或硅钢片。
所述一种大口径天文望远镜用圆筒式弧线永磁电机，为了有效的抑制由三相不对称问题引起的空间谐波以及力矩波动，该电机的绕组连接方式的特征是：三个圆筒式转子模块的电枢绕组均采用集中式绕组，且三个圆筒式转子模块的绕组采用交叉式连接方式，相序分别为：第一块转子模块的相序为a1-b1-c1，第二块转子模块的相序为b2-c2-a2，第三块转子模块的相序为c3-a3-b3，三个模块的三相绕组可以组成完整三相对称连接(a1-b2-c3，b1-c2-a3，c1-a2-b3)；同时，为了实现电机的冗余运行以及精准控制，三个转子模块的电枢绕组可采用双三相绕组连接方式。综合以上所述的绕组连接方式，该电机的绕组连接方式如图5所示。