[發明專利]一種磁懸浮陀螺飛輪

有效

• 申請號: 200910241243.3
• 申請日: 2009-11-27
• 公開（公告）號: CN101708778A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 房建成;劉彬;王志強;李光軍;王曦;劉剛
• 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 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀

技術領域

本發明涉及一種磁懸浮陀螺飛輪，用于衛星等航天器姿態控制系統中，同時進行三 自由度姿態控制并敏感航天器二自由度角速率。

背景技術

姿態控制系統是衛星等航天器的重要子系統，其姿控性能直接影響了航天器的性 能，同時，隨著衛星技術的發展，航天器對姿態控制系統體積小、重量輕、壽命長、功 耗低、可靠性高、功能集成的需求也越來越強烈。姿態控制系統由姿態敏感機構和姿態 控制執行機構兩部分組成，如三軸穩定衛星就需要三自由度角速率敏感機構和三自由度 動量交換機構。飛輪是航天器最主要的慣性姿態控制執行機構，按照姿控系統指令，提 供合適的控制力矩，校正航天器的姿態偏差，或完成某種預定的姿態調整。目前作為航 天器姿態控制系統執行機構的飛輪，一般仍舊采用機械軸承支承，這就從根本上限制了 飛輪轉速的提高，因此為了達到所需的角動量，就不得不增加飛輪重量，增大體積。另 外，機械軸承存在機械磨損、不平衡振動不可控和過零摩擦力矩大等問題，嚴重影響了 飛輪的使用壽命以及航天器姿態控制的精度和穩定度。隨著磁軸承技術的發展，磁懸浮 飛輪技術研究受到了各國的普遍重視。磁懸浮飛輪具有高轉速、長壽命、低振動、低功 耗等優點，在航空航天等領域有著廣泛的應用前景。基于洛侖茲力原理的磁軸承是磁懸 浮軸承的一種，它具有軸承力與控制電流成線性關系的特點，采用洛侖茲力磁軸承的磁 懸浮飛輪有利于提高其控制精度。

航天器姿態敏感機構一般采用陀螺儀對航天器相對于慣性空間的角位置或角速度 進行檢測，目前航天器采用的陀螺儀一般為動力調諧陀螺或光纖陀螺。21世紀初，加拿 大Bristal宇航有限公司研制出一種撓性陀螺飛輪的產品，該裝置不但具備三軸動量的 控制能力，而且可同時測量航天器2個軸的角速率，起到姿態敏感器的作用。正是陀螺飛 輪的這一多用途能力，顯著降低了航天器姿態控制系統的重量、體積、功耗和成本。該 陀螺飛輪裝置采用自旋轉子通過一種新型的“回轉式撓性框架”懸掛系統與驅動軸連接， 但由于其自旋轉子為機械轉子，因為機械磨損、不平衡振動等因素，難免影響其姿態控 制與姿態敏感精度及使用壽命；同時，撓性陀螺飛輪本質為姿態敏感器，其主要功能在 于姿態敏感，其作為姿態執行機構的姿態調整能力較弱。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服了現有磁懸浮飛輪只能作為姿態執行機構不能作為 姿態敏感機構的問題，提供一種磁懸浮陀螺飛輪。

本發明的技術解決方案是：磁懸浮陀螺飛輪，由靜止部分和轉動部分組成，靜止部 分包括：軸向磁軸承的定子部分、密封罩、徑向磁軸承的定子部分、上保護軸承、鎖緊 螺母、電機的定子部分、位移傳感器、安裝軸、底座和下保護軸承；轉動部分包括：軸 向磁軸承的轉子部分、徑向磁軸承的轉子部分、飛輪轉子和電機的轉子部分；軸向磁軸 承的轉子部分安裝于飛輪轉子的輪緣處，電機的轉子部分安裝于飛輪轉子的輪轂處，徑 向磁軸承的定子部分由徑向磁軸承定子端蓋和徑向磁軸承定子底座兩部分組成，其中徑 向磁軸承定子端蓋連接于飛輪轉子上，徑向磁軸承定子底座固定于飛輪轉子上，安裝軸 安裝于底座上，下保護軸承、徑向磁軸承的定子部分、上保護軸承和鎖緊螺母由下往上 依次套裝于安裝軸上，由鎖緊螺母進行預緊，軸向磁軸承的定子部分、電機的定子部分、 密封罩、位移傳感器均安裝于底座上，底座位于陀螺飛輪最底部。

所述的軸向磁軸承的定子部分由四組相同的繞組組成，四組繞組在軸向磁軸承的定 子部分的沿圓周90°分度。。