一種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機及裝配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機，適用于大型磁懸浮控制力矩陀螺，屬于永磁同步電機技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]慣性執(zhí)行機構(gòu)是各類衛(wèi)星、空間站等航天器平臺進行姿態(tài)調(diào)整與控制所普遍使用的慣性執(zhí)行機構(gòu)，其中基于磁懸浮軸承支撐的控制力矩陀螺是重要的一類?？刂屏赝勇萃ㄟ^驅(qū)動電機調(diào)節(jié)陀螺內(nèi)轉(zhuǎn)子角動量矢量的方式，對外提供一定精度的力矩輸出。驅(qū)動電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與高精度控制是磁懸浮控制力矩陀螺的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]對于驅(qū)動電機而言，要滿足控制力矩陀螺的高精度、低速、大力矩并且質(zhì)量輕、體積小。從上述方面考慮，驅(qū)動電機一般選用永磁同步電機結(jié)構(gòu)形式，而Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)由于磁鋼充磁方向總是正交與定子氣隙磁密的特點，具有一定體積輸出的力矩大等優(yōu)點，所以最適合永磁同步電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。
[0004]Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)是一種新型磁鋼結(jié)構(gòu)，形狀和充磁方向角度不規(guī)則。與傳統(tǒng)瓦形磁鋼、矩形磁鋼相比，相鄰磁鋼之間相互排斥，其中，每三塊磁鋼充磁方向大體一致，如圖1所示。由于永磁同步電機用Halbach磁鋼彼此之間存在較大斥力，并且形狀不規(guī)則，給裝配方法和精度帶來很大的困難，所以利用傳統(tǒng)瓦形N-S極直接粘接的方法，幾乎不可能實現(xiàn)。磁鋼彼此之間極易出現(xiàn)磕碰和裂縫，使永磁同步電機轉(zhuǎn)子難以裝配，精度無法滿足產(chǎn)品使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機，解決了互斥的磁鋼高精度裝配難題，實現(xiàn)了互斥的磁鋼高精度快速裝配，滿足產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0007]—種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機，包括鎖緊螺釘、隔磁防碰墊、合成模套、剛性支撐架、磁極、轉(zhuǎn)子磁軛和同心裝置，同心裝置與轉(zhuǎn)子磁軛固定連接并緊密配合，在轉(zhuǎn)子磁軛上同軸安裝合成模套，合成模套采用瓦形結(jié)構(gòu)并設(shè)有安裝鎖緊螺釘?shù)目?，剛性支撐架固定連接在合成模套上，在合成模套中安裝Halbach磁鋼，三塊Halbach磁鋼組成一個磁極，在Halbach磁鋼與鎖緊螺釘之間安裝隔磁防碰墊。
[0008]一種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機裝配方法，包括鎖緊螺釘、隔磁防碰墊、磁鋼模擬塊、合成模套、剛性支撐架、磁極、轉(zhuǎn)子磁軛和同心裝置；
[0009]第一步:將三塊形狀與Halbach磁鋼相同的磁鋼模擬塊按照Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機轉(zhuǎn)子單個磁極裝配規(guī)則安裝在瓦形結(jié)構(gòu)的合成模套中并用鎖緊螺釘固定；
[0010]第二步:取出左端或右端的一塊磁鋼模擬塊，在一塊Halbach磁鋼表面涂抹膠液，沿相應(yīng)位置緩慢滑入，Halbach磁鋼與相鄰的磁鋼模擬塊及合成模套緊密配合，在間隙處放置隔磁防碰墊并用鎖緊螺釘固定；
[0011 ]第三步:取出中間的磁鋼模擬塊，在一塊Halbach磁鋼表面涂抹膠液，沿相應(yīng)位置緩慢滑入，并用鎖緊螺釘固定；
[0012]第四步:取出剩余的磁鋼模擬塊，在一塊Halbach磁鋼表面涂抹膠液，沿相應(yīng)位置緩慢滑入，并用鎖緊螺釘固定；
[0013]第五步:待膠液自動固化后，將鎖緊螺釘松開，磁極成型；
[0014]第六步:將磁極極性粘接；
[0015]第七步:將轉(zhuǎn)子磁軛與同心裝置固定連接；
[0016]第八步:將磁極按照Halbach永磁同步電機轉(zhuǎn)子安裝順序裝配，在合成模套上涂抹粘接劑并用鎖緊螺釘調(diào)整Halbach磁鋼和轉(zhuǎn)子磁軛之間的厚度，保證合成模套與轉(zhuǎn)子磁軛高精度配合；
[0017]在上述的一種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機及裝配方法中，48塊Halbach磁鋼緊密粘接在轉(zhuǎn)子磁軛中，Halbach磁鋼圓周面與轉(zhuǎn)子磁軛同軸度保證在0.0lmm以內(nèi)。
[0018]在上述的一種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機及裝配方法中，鎖緊螺釘采用銅制的開槽螺釘，用于將互斥的Halbach磁鋼緊固在合成模套中，通過Halbach磁鋼的端面約束實現(xiàn)互斥的Halbach磁鋼粘接精度的主動控制。
[0019]在上述的一種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機及裝配方法中，隔磁防碰墊采用不導磁的薄銅墊材料，用于防止Halbach磁鋼與鎖緊螺釘之間發(fā)生摩擦或磕碰。
[0020]在上述的一種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機及裝配方法中，磁鋼模擬塊的形狀規(guī)格與Halbach磁鋼加工尺寸一致，材料采用聚四氟乙烯，用于保持磁極間距一致。
[0021]在上述的一種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機及裝配方法中，合成模套兩側(cè)設(shè)有螺紋孔和配合面，材料采用聚四氟乙烯，通過機械精加工保證合成模套內(nèi)孔配合面形位精度與永磁同步電機轉(zhuǎn)子磁軛配合面精度一致，同軸度誤差小于0.001mm，并適當加厚孔外壁厚度，保證材料的剛度和安裝面的形位公差。
[0022]在上述的一種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機及裝配方法中，剛性支撐架采用7A09硬鋁材料，用于安裝鎖緊螺釘。
[0023]在上述的一種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機及裝配方法中，轉(zhuǎn)子磁軛采用軟磁DT4C材料。
[0024]在上述的一種Halbach磁鋼結(jié)構(gòu)永磁同步電機及裝配方法中，同心裝置采用7A09硬鋁材料，用于保證轉(zhuǎn)子磁軛的同軸度。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0026]1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，可以實現(xiàn)多個磁極同步作業(yè)，提高了轉(zhuǎn)子工程化效率，便于批量裝配。
[0027]2、本發(fā)明采用磁鋼模擬塊預(yù)先成型方法，大幅降低了 Halbach磁鋼裝配的難度，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0028]3、本發(fā)明采用磁鋼模擬塊進行空間位置固定，保證了 Ha I bach磁鋼的粘接裝配的精度。
[0029]4、本發(fā)明采用外端面與兩端端面雙層螺釘緊固的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)互斥的Halbach磁鋼全自由度約束和裝配主動控制。
[0030]5、本發(fā)明磁鋼模擬塊和合成模套均采用聚四氟乙烯材料，可以在操作過程中進行精確調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)磁極裝配一次成型。
[0031]6、本發(fā)明避免了單塊磁鋼粘接過程中的斥力影響，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)子快速粘接，大幅縮減了工作周期。
[0032]7、本發(fā)明同心裝置采用一體式結(jié)構(gòu)，便于實現(xiàn)高精度同軸裝配。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明原理示意圖
[0034]圖2為本發(fā)明合成模套結(jié)構(gòu)圖
[0035]圖3a和3b為本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖
[0036]圖4為本發(fā)明剛性支撐架結(jié)構(gòu)圖