中图分类号：tm341  文献标识码：e

文章编号：1004-7018{2010)07-0069-01

    红外地球敏感器作为卫星姿态控制系统的光学姿态敏感器，已广泛用于三轴稳定卫星平台中。它主要由红外热敏探测器、精密光学和转动扫描机构、电子信息处理系统等部分组成。转动扫描驱动机构中的永磁同步电动机是其关键部件，用于驱动旋转反射镜，将地球红外辐射反射到热敏探测器，它的稳定性、可靠性和转动精度将直接影响到红外地球敏感器的姿态测量精度。此外卫星的在轨使用要求越来越高，对红外地球敏感器的转动扫描机构一并提出了更高的要求。

    应敏感器的要求，为充分利用空间、减小体积，采用分装式的结构设计方案。永磁同步电动机结构简图如图1所示。

   

    为了满足系统的光学光路要求，将电动机设计成中空转轴的结构形式，保证电动机在运行时不会遮挡系统的光路。同时在结构中增加了迷宫设计，保证电动机润滑油在运行过程中不易流失，确保了系统长期可靠运行。电动机运行转速比较低，因此设计成乡极盘式结构，使其运行在低速大力矩情况下。

    电动机的结构紧凑，采用高精度光学编码器作为位置传感器，因此具有可靠性高、控制精度高等优点。

    永磁同步电动机的永磁转子产生恒定的电磁场，当定子通以三相对称的正弦波交流电时，产生旋转磁场。两种磁场相互作用产生电磁力，从而使转子旋转。若改变通人定子三相电源的频率和相位，就可以改变转子的转速和位置。因此，对三相永磁同步电动机的控制也与异步电动机控制相似，可直接采用矢量控制。

    在三相水磁同步电动机转子上同轴安装一个位置传感器，可用来测量转子的位置。通过检测转子实际位置也即得到转子的磁通位置，从而使三相永磁同步电动机的矢量控制较为简单。控制原理框图如图2所示。

    针对低速高稳速精度的要求，我们采用低速大力矩的直驱式承磁同步电动机。为了实现对转矩波动系数的要求，该电动机采用了分数槽绕组结构形式。与整数槽绕组相比，定子槽与转子磁极之间的相对位置在相邻的极对卜是不同的，故各次齿谐波电势在各极下属于同一相昀各槽导线中也是不同相的，因此齿谐波电势合成为·相的总电势时会被大大削弱。电动机采用了6列极45槽的分数槽绕组设计．绕组星形电势图如图3所示。同时进行有限元优化仿真设计，在保证运行转角和转矩系数的条件下，降低电动机的定位力矩同时，使电动机的运行平稳，性能有所改善？电动机的齿槽转矩仿真波形如图4所示。

   

    该电动机设计体现了体积小、重量轻、精度高和可靠性高的特点。针对其负载是光学元件，为了实现高控制精度的要求，采用直接驱动方式，省去了减速机构，具有体积小、重量轻的优点，同时满足单位电流大出力、转矩波动系数小以及寿命长等要求。

    永磁同步电动机同轴安装高精度位置检测元件，以提高抗干扰能力和调速精度一采用高精度调速的锁相技术，控制器实现高稳速精度驱动要求，以简单的电路形式达到陕速起动并进入锁定状态。在额定状态长期工作时，电动机速度不受温度及磨损等影响，有效抑制转速漂移，从而达到稳速。

    我们对永磁同步电动机及驱动器并进行r测试。电动机额定功率5w、额定转速为60 r/min、输入电压为24 v (dc)、调速范围为10~ 60 r/min。电动机能够平稳起动，并在额定转速和额定功率内稳定运行。测试结果如表1所示。目前该电动机及驱动器已成功应用在航天器的红外地球敏感器中。