[發明專利]一種磁懸浮控制力矩陀螺裝置

有效

• 申請號: 201710280178.X
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107097978B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 韓邦成;鄭世強;李海濤;周新秀;王坤;樂韻
• 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;B64G1/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種磁懸浮控制力矩陀螺裝置，由飛輪系統和框架系統組成，飛輪系統由飛錘、徑向磁懸浮軸承、徑向位置傳感器、軸向被動磁懸浮軸承、電機、保護軸承、密封殼和軸座等組成，保護軸承處于飛輪的中部，兩側是密封殼和軸座，保護軸承上下兩側由里向外依次是飛錘、徑向磁懸浮軸承、徑向位置傳感器、軸向被動磁懸浮軸承、電機；框架系統由支架、轉盤、力矩電機、軸承、套筒、鎖母、導電滑環、光電碼盤、端蓋和底座組成，框架系統中支架與軸座相連，支架與轉盤相連，轉盤中部是導電滑環，向外是套筒、軸承、鎖母、光電碼盤和端蓋。本發明采用了軸向被動磁懸浮軸承和光電碼盤，減小了體積、重量和振動，提高了控制精度和響應速度。

技術領域

本發明涉及控制力矩陀螺的技術領域，具體涉及一種磁懸浮控制力矩陀螺裝置，可用于敏捷機動衛星和大型衛星等航天器的大角度姿態機動控制和姿態穩定控制。

背景技術

現代應用于城市測繪、精準農業、災害監測等敏捷機動衛星或大型衛星對地觀測或是科學研究的衛星平臺等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?，F有的單框架控制力矩陀螺，飛輪轉子系統都采用機械軸承支撐，由于機械軸承存在磨損，所以在轉速和使用壽命方面還存在很多限制，同時由于機械軸摩擦力矩的非線性，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；中國發明專利ZL200710065550.1，如附圖1所示的單框架磁懸浮控制力矩陀螺中的陀螺轉子采用內轉子結構，由于相同質量和體積的轉子，內轉子結構的陀螺轉子的轉動慣量要小于外轉子結構的陀螺轉子的角動量，在相同角速度時，內轉子結構的陀螺轉子的角動量要小于外轉子結構的陀螺轉子的角動量，所以在輸出相同角動量時，內轉子結構的控制力矩陀螺的體積和質量相對較大；有的單框架磁懸浮控制力矩陀螺采用兩端支撐的方式，如附圖2，框架系統有兩個支撐點(支撐點1、2)，兩端均需要一對機械軸承，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較大的回轉空間，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；中國發明專利ZL200710065551.6，如附圖3所示的單框架控制力矩陀螺中的飛輪和框架都采用磁懸浮軸承，這種結構的控制力矩陀螺結構和控制系統都比較復雜、體積和質量相對較大，不適合中小力矩輸出的控制力矩陀螺。

中國專利申請CN200710098750.7，給出了一種磁懸浮反作用飛輪，沒有框架系統，輸出力矩相對較小；中國專利申請CN200610011561.7，給出了一種磁懸浮轉臺，不適合作為航天器姿態控制執行機構；中國專利申請CN200610011579.7，給出了一種磁懸浮儲能飛輪，但這種儲能飛輪用于航天器的儲能裝置，不適合做為航天器姿態控制執行機構；中國專利申請CN200710304236.4，給出了一種雙框架磁懸浮控制力矩陀螺，有兩個框架系統，結構復雜，而且內框架系統與外框架系統存在耦合，控制難度較大。CN201510555829.2；專利申請CN201510555829.2，給出了一種大力矩磁懸浮控制敏感陀螺，但框架系統有兩個支撐點，兩端均需要一對機械軸承，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較大的回轉空間，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

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，將磁懸浮支承技術應用于控制力矩陀螺的飛輪子系統中，提供了一種單端支撐式單框架磁懸浮控制力矩陀螺，可用于中小型航天器比如小衛星的大角度機動姿態控制和大型衛星的姿態穩定控制。