[發(fā)明專(zhuān)利]一種磁懸浮反作用飛輪裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710260005.1
• 申請(qǐng)日: 2017-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107040082B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓邦成;鄭世強(qiáng);李海濤;劉剛;樂(lè)韻
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02K7/02
• 分類(lèi)號(hào): H02K7/02;H02N15/00
• 代理公司: 北京科迪生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

本發(fā)明公開(kāi)了一種磁懸浮反作用飛輪裝置，可作為衛(wèi)星、對(duì)地觀測(cè)平臺(tái)、空間望遠(yuǎn)鏡等航天器的姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由輪體、外殼、底座、徑向磁懸浮軸承、軸向被動(dòng)磁懸浮軸承、保護(hù)軸承、位置傳感器、電機(jī)部件組成。采用磁懸浮軸承對(duì)飛輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行五自由度非接觸懸浮，并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)子繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，輸出控制力矩，徑向磁懸浮軸承控制轉(zhuǎn)子徑向平動(dòng)，軸向磁懸浮軸承控制轉(zhuǎn)子的徑向轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向平動(dòng)。本發(fā)明各個(gè)組件布局合理、緊湊，減小了體積，減輕了重量，消除了機(jī)械軸承飛輪的轉(zhuǎn)速過(guò)零摩擦力和機(jī)械磨損，提高了飛輪的控制精度和使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛輪機(jī)構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁懸浮反作用飛輪裝置，可用于衛(wèi)星、對(duì)地觀測(cè)平臺(tái)、空間望遠(yuǎn)鏡等航天器的姿態(tài)控制。

背景技術(shù)

衛(wèi)星、對(duì)地觀測(cè)平臺(tái)、宇宙飛船、空間望遠(yuǎn)鏡等航天器的姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、功耗低、可靠性高。目前作為航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飛輪，一般采用機(jī)械軸承支承，這就從根本上限制了飛輪轉(zhuǎn)速的提高，因此為了達(dá)到所需的角動(dòng)量，就不得不增加飛輪重量，增大體積。另外，機(jī)械軸承存在機(jī)械磨損、不平衡振動(dòng)不可控和過(guò)零摩擦力矩大等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了飛輪的使用壽命以及航天器姿態(tài)控制的精度和穩(wěn)定度。有的磁懸浮飛輪，采用兩個(gè)徑向磁懸浮軸承沿軸向并排放置，受到整個(gè)飛輪重量和體積的限制，兩個(gè)徑向磁軸承之間的距離很短，這會(huì)使得飛輪轉(zhuǎn)子在受到擾動(dòng)等因素需要輸出力矩調(diào)整姿態(tài)時(shí)，作用到兩個(gè)徑向磁軸承的力會(huì)很大，因而徑向磁軸承在徑向方向的尺寸就會(huì)增加，這勢(shì)必會(huì)增加飛輪的體積和重量。有的磁懸浮飛輪徑向磁懸浮軸承和軸向磁懸浮軸承均采用永磁偏置、主動(dòng)控制方式的混合磁懸浮軸承，因此存在功耗大和可靠性低的缺點(diǎn)。有的五自由度懸浮結(jié)構(gòu)采用軸向混合磁軸承，轉(zhuǎn)子位于懸浮結(jié)構(gòu)中部，因此存轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小和質(zhì)量重的缺點(diǎn)，故不能滿足衛(wèi)星、對(duì)地觀測(cè)平臺(tái)等航天器所要求的體積小、重量輕的目的。還有些儲(chǔ)能飛輪系統(tǒng)采用軸向混合混合磁軸承和徑向混合磁軸承及主動(dòng)控制方式，因此存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和可靠性低的缺點(diǎn)。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN200610011579.7、中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN201210147464.6、中國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利CN201310334470.7，給出了三種磁懸浮儲(chǔ)能飛輪，但這兩種儲(chǔ)能飛輪用于航天器的儲(chǔ)能裝置，不適合做為航天器姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN201510003170.X、中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN201510003197.9，給出了兩種軸向混合磁軸承實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子五自由度懸浮結(jié)構(gòu)，盡管這兩種五自由度懸浮結(jié)構(gòu)可用于提供轉(zhuǎn)子軸向和徑向懸浮力，但由于沒(méi)有電機(jī)，不能驅(qū)動(dòng)飛輪系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)，因此不能提供角動(dòng)量控制航天器的姿態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有機(jī)械軸承飛輪、兩個(gè)徑向磁懸浮軸承軸向并置的磁懸浮飛輪的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積小、可靠性高、重量輕、振動(dòng)噪聲小、壽命長(zhǎng)的磁懸浮反作用飛輪。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：一種磁懸浮反作用飛輪裝置，由靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分兩部分組成，靜止部分包括：徑向磁懸浮軸承的靜止部分、外殼、軸向磁懸浮軸承的靜止部分、保護(hù)軸承、位置傳感器、電機(jī)的定子部分、底座；轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括：輪體、徑向磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)部分、軸向磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)部分、電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，保護(hù)軸承處于飛輪的中部，保護(hù)軸承與底座連接，在保護(hù)軸承的外側(cè)是徑向磁懸浮軸承，其靜止部分與底座連接，其轉(zhuǎn)動(dòng)部分與輪體連接，在徑向磁懸浮軸承的外側(cè)是位置傳感器，位置傳感器與底座連接，在位置傳感器的外側(cè)是電機(jī)，其靜止部分與底座連接，其轉(zhuǎn)動(dòng)部分與輪體連接，在電機(jī)的外側(cè)是軸向磁懸浮軸承，其靜止部分與底座連接，其轉(zhuǎn)動(dòng)部分與輪體連接，位置傳感器的輸出電信號(hào)與外加控制器的輸入端相連，該控制器的輸出端與徑向磁懸浮軸承的電磁線圈相連，形成電的閉環(huán)回路，底座位于飛輪的最底部。

其中，徑向磁懸浮軸承為永磁偏置、電磁控制的主動(dòng)式磁軸承。

其中，軸向被動(dòng)磁懸浮軸承為永磁被動(dòng)式磁軸承。

其中，所述的徑向磁懸浮軸承和軸向被動(dòng)磁懸浮軸承是磁力相等的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，或磁力不相等的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。