[發(fā)明專利]一種新型三軸集成微飛輪

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310176809.5
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN104158340A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李延寶;李結(jié)凍;胡坤;田偉程
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新躍儀表廠
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 馮和純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間執(zhí)行機構(gòu)領(lǐng)域，尤其是微小衛(wèi)星姿態(tài)控制執(zhí)行機構(gòu)，具體涉及一種新型三軸集成微飛輪。

背景技術(shù)

多年來，由于對衛(wèi)星的能源、觀測能力、星上處理能力和通信能力的需求不斷增長，使得衛(wèi)星的尺寸變得越來越大，重量也不斷增加，制造成本和發(fā)射成本也大大增加。例如美國國家偵察局目前正在太空運行的一顆巨大的情報衛(wèi)星重達(dá)15噸，商用地球同步衛(wèi)星也有重達(dá)5噸的。然而，近二十年來，微電子、微機械、計算機、通信和能源等技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這些高新技術(shù)的利用使相同功能的衛(wèi)星重量和體積大幅度減小，同時，還出現(xiàn)了單一功能的微納衛(wèi)星甚至皮衛(wèi)星。

小衛(wèi)星具有許多大型衛(wèi)星不可比擬的優(yōu)點，例如體積小、重量輕、研制成本和發(fā)射成本低、研制周期短。此外，由于成本很低，在空間軌道上可布置較多的數(shù)量以做備份，提供更大的冗余。小衛(wèi)星還具有高新技術(shù)含量高、技術(shù)集成度高和功能密度大等特點，這些優(yōu)點和特點日益得到重視。小衛(wèi)星使得一箭多星發(fā)射更加容易實現(xiàn)，甚至可以從飛機上空投火箭來發(fā)射衛(wèi)星，這將極大地降低發(fā)射費用。目前衛(wèi)星的平均發(fā)射費用是衛(wèi)星成本的一半。小衛(wèi)星由于采用新設(shè)計思路、新技術(shù)、新管理模式以及流水線化的制造和生產(chǎn)方式，已成為最活躍、最富十挑戰(zhàn)性和具有廣闊商業(yè)前景的空間技術(shù)領(lǐng)域，也是21世紀(jì)初衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。

按衛(wèi)星的質(zhì)量劃分，人們一般將1000kg以下的衛(wèi)星稱為小衛(wèi)星。其中，500-1000kg的稱為小型衛(wèi)星，100-500kg的稱為超小衛(wèi)星，10-100kg的稱為微型衛(wèi)星，1-10kg的稱為納衛(wèi)星，0.1-lkg的稱為皮衛(wèi)星，0.lkg以下的稱為飛衛(wèi)星。

由于反作用飛輪的姿態(tài)控制方法可獲得較高的姿態(tài)控制精度，也是小衛(wèi)星姿態(tài)控制首選方案之一。其不僅可以作為姿態(tài)穩(wěn)定控制執(zhí)行機構(gòu)，而且還可作為姿態(tài)機動控制執(zhí)行機構(gòu)，通常大衛(wèi)星采用的噴氣姿態(tài)機動方式需要專門的冷氣或熱氣噴氣系統(tǒng)作為執(zhí)行機構(gòu)，增加了衛(wèi)星的重量、成本和技術(shù)復(fù)雜性，不適合小衛(wèi)星“快、好、省”的原則。為此，可將通常作為姿態(tài)穩(wěn)定控制執(zhí)行機構(gòu)的反作用輪用于姿態(tài)的機動，減少了噴氣機構(gòu)所需氣體的質(zhì)量，這樣“一物多用”有利于提高小衛(wèi)星的功能密度，并且國外的一些小衛(wèi)星也在進(jìn)行該項技術(shù)研究。然而目前還沒有滿足微小衛(wèi)星姿態(tài)控制的輕量化、高控制精度微型飛輪系統(tǒng)，所以通過突破三軸微飛輪研制中的關(guān)鍵技術(shù)，完成樣機研制將大大推進(jìn)我國的航天事業(yè)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種微小衛(wèi)星姿態(tài)控制執(zhí)行機構(gòu)，能夠?qū)ξ⑿⌒l(wèi)星的姿態(tài)進(jìn)行精確控制。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種新型三軸集成微飛輪，包括：支架、三個飛輪、電機、控制電路板、電機安裝架、軸承；三個飛輪安裝于支架上，且三軸相互正交，電機帶動飛輪的轉(zhuǎn)動，控制電路板控制飛輪的轉(zhuǎn)速；三個飛輪通過軸承和電機輸入軸支撐于支架上，三個飛輪和電機輸出軸之間采用膠接；軸承和支架采用膠接，安裝方便，連接可靠；電機通過電機安裝架和支架連接。

進(jìn)一步，所述軸承采用真空潤滑劑進(jìn)行潤滑。

進(jìn)一步，所述控制電路板為多層結(jié)構(gòu)，控制電路板之間通過螺柱進(jìn)行連接。

進(jìn)一步，所述支架采用一體化結(jié)構(gòu)，為立方體結(jié)構(gòu)，減輕了結(jié)構(gòu)的重量。

進(jìn)一步，所述軸承的內(nèi)圈和電機的輸出軸進(jìn)行配合連接。

作為本發(fā)明技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述電機安裝架有4個固定輻條，電機安裝架通過固定輻條上的螺釘孔用螺釘和支架連接，固定輻條外圈直徑和支架上固定臺上槽的直徑相同。

進(jìn)一步，所述電機通過螺釘和電機安裝架進(jìn)行固定。

進(jìn)一步，電機安裝架5有4個固定輻條，電機安裝架通過輻條上的螺釘孔用螺釘7和支架連接，輻條外圈直徑和支架1上固定臺上槽的直徑相同，從而保證電機4的輸出軸和支架上軸承6的安裝孔的中心的同軸度。

本發(fā)明的新型三軸集成微飛輪，其優(yōu)點和有益效果是：體積小，重量輕，安裝方便，通用化強，可靠性高，可輸出任意方向的控制力矩，因此可用于大部分微小衛(wèi)星的姿態(tài)控制。

附圖說明

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

圖1是本發(fā)明的新型三軸集成微飛輪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的新型三軸集成微飛輪的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖3是本發(fā)明的新型三軸集成微飛輪支架的剖面示意圖；

圖4是本發(fā)明的新型三軸集成微飛輪電機與飛輪的安裝示意圖；

圖5是本發(fā)明的新型三軸集成微飛輪電機的電機安裝架示意圖；

圖6是本發(fā)明的新型三軸集成微飛輪剖面示意圖。