[發明專利]完全非接觸單框架磁懸浮控制力矩陀螺

有效

• 申請號: 200710065551.6
• 申請日: 2007-04-16
• 公開（公告）號: CN101049861A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: 房建成;葉全紅;孫津濟;韓邦成;劉剛;魏彤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/28
• 分類號: B64G1/28
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 關玲;李新華

技術領域

本發明涉及完全非接觸單框架磁懸浮控制力矩陀螺，可用于大型航天器比如空間站或者小型航天器比如敏捷機動衛星的姿態控制。

背景技術

現代應用于對地觀測或是科學研究的衛星平臺或是小型航天器對穩定性和大角度機動的靈活性提出了越來越高的要求。能大角度機動的衛星可以提高對地觀測的效率和質量。單框架控制力矩陀螺是航天器用于姿態控制的主要執行部件之一。現有的單框架控制力矩陀螺，陀螺轉子系統和框架系統都采用機械軸承支撐，由于機械軸承存在磨損，所以轉子系統在轉速和使用壽命方面還存在很多限制，同時由于框架系統的機械軸摩擦力矩為非線性的，這會給航天器系統帶來一個干擾力矩，從而影響航天器的穩定性；現有的單框架控制力矩陀螺都采用兩端支撐的方式，如附圖1，框架系統有兩個支撐點(支撐點1、2)，這種結構的控制力矩陀螺的框架系統需要為轉子系統提供回轉空間，所以框架系統的體積和重量相對較大，并且和衛星的機械接口也比較大，不適合中小力矩輸出的控制力矩陀螺。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，將磁懸浮技術應用于控制力矩陀螺的轉子系統和框架系統中，提供了一種完全非接觸單框架磁懸浮控制力矩陀螺，可用于大型航天器如空間站或小型航天器如敏捷機動衛星的大角度機動姿態控制。

本發明的技術解決方案為一種完全非接觸單框架磁懸浮控制力矩陀螺，其特征在于：主要由磁懸浮轉子系統和磁懸浮機架系統兩大部分組成，其中磁懸浮轉子系統主要由密封罩、陀螺轉子、徑向磁軸承、左軸向磁軸承、保護軸承、軸座、轉子系統徑向/軸向一體化位移傳感器、轉子系統底座、驅動電機、轉子系統連接件、右軸向磁軸承組成，其中陀螺轉子、徑向磁軸承轉子部分、驅動電機轉子部分、左軸向磁軸承轉子部分、右軸向磁軸承轉子部分組成磁懸浮轉子系統的轉子組件，其余為定子組件，定子組件和轉子組件之間通過徑向磁軸承和軸向磁軸承實現非機械接觸的穩定懸浮，徑向磁軸承位于磁懸浮轉子系統的中部，其定子部分安裝于軸座上，轉子部分與陀螺轉子相連，徑向磁軸承的軸向兩側向外是徑向/軸向一體化位移傳感器和保護軸承，它們與軸座固連，徑向/軸向一體化位移傳感器的徑向外側是驅動電機，驅動電機的轉子部分安裝在陀螺轉子上，定子部分安裝在轉子系統底座上，保護軸承的徑向外側是左軸向磁軸承和右軸向磁軸承，它們的轉動部分通過軸承套與陀螺轉子相連，左軸向磁軸承的定子部分與軸座固連，右軸向磁軸承的定子部分與轉子系統底座相連，磁懸浮轉子系統的定子組件與軸座相連，軸座通過轉子系統底座與轉子系統連接件固連；磁懸浮框架系統主要由框架連接件、上徑向/軸向一體化位移傳感器、框架徑向磁軸承、框架力矩電機、框架軸向磁軸承、角位置傳感器、下徑向/軸向一體化位移傳感器、框架保護軸承、框架芯軸、導電滑環、框架底座組成，其中框架芯軸、框架力矩電機轉子部分、角位置傳感器轉子部分、框架連接件、下徑向/軸向一體化位移傳感器、框架徑向磁軸承轉子部分、框架軸向磁軸承轉子部分組成框架的轉動部分，其余為靜止部分，框架芯軸為空心圓柱，其內側安裝有框架徑向磁軸承的轉子部分和框架軸向磁軸承的轉子部分，其外側從下到上依次為保護軸承、下徑向/軸向一體化位移傳感器、角位置傳感器的轉子部分和框架力矩電機的轉子部分；上徑向/軸向一體化位移傳感器、框架徑向磁軸承的定子部分、框架力矩電機的定子部分、框架軸向磁軸承的定子部分、角位置傳感器的定子部分安裝在框架底座上，導電滑環22的轉動部分通過壓環與框架芯軸20相連，靜止部分連接在底座的內孔上，框架芯軸與框架連接件固連，框架連接件與轉子系統連接件固連，使轉子系統和框架系統組成一體。

所述的磁懸浮轉子系統的徑向磁軸承、左軸向磁軸承和右軸向磁軸承實現了磁懸浮轉子系統轉子組件的非接觸支承，磁懸浮框架系統徑向磁軸承和軸向磁軸承實現了磁懸浮框架系統轉動部分的非接觸支承，所述的磁軸承可以是磁力相等的對稱結構，也可以是磁力不相等的非對稱結構，其結構為永磁偏置、電磁控制的主動式磁軸承，或純電勵磁的磁軸承，或被動式磁軸承。

所述的驅動電機不再含有機械軸承，徑向磁軸承、左軸向磁軸承和右軸向磁軸承為驅動電機起到徑向和軸向支撐定位作用。

所述的框架力矩電機不再含有機械軸承，框架徑向磁軸承、框架軸向磁軸承為框架力矩電機起到徑向和軸向支撐定位作用。

所述的角位置傳感器為旋轉變壓器，也可以為光電碼盤。