一種Halbach磁鋼結構永磁同步電機及裝配方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種Halbach磁鋼結構永磁同步電機，適用于大型磁懸浮控制力矩陀螺，屬于永磁同步電機技術領域。
【背景技術】
[0002]慣性執行機構是各類衛星、空間站等航天器平臺進行姿態調整與控制所普遍使用的慣性執行機構，其中基于磁懸浮軸承支撐的控制力矩陀螺是重要的一類。控制力矩陀螺通過驅動電機調節陀螺內轉子角動量矢量的方式，對外提供一定精度的力矩輸出。驅動電機的結構設計與高精度控制是磁懸浮控制力矩陀螺的關鍵技術之一。
[0003]對于驅動電機而言，要滿足控制力矩陀螺的高精度、低速、大力矩并且質量輕、體積小。從上述方面考慮，驅動電機一般選用永磁同步電機結構形式，而Halbach磁鋼結構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點，所以最適合永磁同步電機的結構設計要求。
[0004]Halbach磁鋼結構是一種新型磁鋼結構，形狀和充磁方向角度不規則。與傳統瓦形磁鋼、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，并且形狀不規則，給裝配方法和精度帶來很大的困難，所以利用傳統瓦形N-S極直接粘接的方法，幾乎不可能實現。磁鋼彼此之間極易出現磕碰和裂縫，使永磁同步電機轉子難以裝配，精度無法滿足產品使用要求。

【發明內容】

[0005]本發明的技術解決問題是:克服現有技術的不足，本發明提供了一種Halbach磁鋼結構永磁同步電機，解決了互斥的磁鋼高精度裝配難題，實現了互斥的磁鋼高精度快速裝配，滿足產品的批量化生產。
[0006]本發明的技術解決方案是:
[0007]—種Halbach磁鋼結構永磁同步電機，包括鎖緊螺釘、隔磁防碰墊、合成模套、剛性支撐架、磁極、轉子磁軛和同心裝置，同心裝置與轉子磁軛固定連接并緊密配合，在轉子磁軛上同軸安裝合成模套，合成模套采用瓦形結構并設有安裝鎖緊螺釘的孔，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磁鋼結構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磁鋼結構永磁同步電機轉子單個磁極裝配規則安裝在瓦形結構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整Halbach磁鋼和轉子磁軛之間的厚度，保證合成模套與轉子磁軛高精度配合；
[0017]在上述的一種Halbach磁鋼結構永磁同步電機及裝配方法中，48塊Halbach磁鋼緊密粘接在轉子磁軛中，Halbach磁鋼圓周面與轉子磁軛同軸度保證在0.0lmm以內。
[0018]在上述的一種Halbach磁鋼結構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磁鋼結構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生摩擦或磕碰。
[0020]在上述的一種Halbach磁鋼結構永磁同步電機及裝配方法中，磁鋼模擬塊的形狀規格與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磁鋼結構永磁同步電機及裝配方法中，合成模套兩側設有螺紋孔和配合面，材料采用聚四氟乙烯，通過機械精加工保證合成模套內孔配合面形位精度與永磁同步電機轉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磁鋼結構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磁鋼結構永磁同步電機及裝配方法中，轉子磁軛采用軟磁DT4C材料。
[0024]在上述的一種Halbach磁鋼結構永磁同步電機及裝配方法中，同心裝置采用7A09硬鋁材料，用于保證轉子磁軛的同軸度。
[0025]本發明與現有技術相比的有益效果是:
[0026]1、本發明結構簡單，易于操作，可以實現多個磁極同步作業，提高了轉子工程化效率，便于批量裝配。
[0027]2、本發明采用磁鋼模擬塊預先成型方法，大幅降低了 Halbach磁鋼裝配的難度，提高了產品的質量。
[0028]3、本發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、本發明采用外端面與兩端端面雙層螺釘緊固的方法，能夠實現互斥的Halbach磁鋼全自由度約束和裝配主動控制。
[0030]5、本發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整，能夠實現磁極裝配一次成型。
[0031]6、本發明避免了單塊磁鋼粘接過程中的斥力影響，實現電機轉子快速粘接，大幅縮減了工作周期。
[0032]7、本發明同心裝置采用一體式結構，便于實現高精度同軸裝配。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明原理示意圖
[0034]圖2為本發明合成模套結構圖
[0035]圖3a和3b為本發明結構圖
[0036]圖4為本發明剛性支撐架結構圖