[發明專利]一種完全非接觸的雙框架磁懸浮控制力矩陀螺

有效

• 申請號: 201710957229.8
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107792397B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 韓邦成;翟魯鑫;李海濤;鄭世強;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
• 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;鄧治平

本發明公開了一種完全非接觸的雙框架磁懸浮控制力矩陀螺，主要由磁懸浮高速轉子系統、內框架系統和外框架系統三大部分組成。磁懸浮高速轉子系統主要由上下陀螺房、陀螺高速轉子、徑向磁軸承、軸向磁軸承、高速驅動電機、徑向軸向位移傳感器、保護軸承等組成；磁懸浮內框架系統和外框架系統主要由內外框架、內外框架三自由度磁軸承、內外框架徑向傳感器、內外框架電機、內外框架保護軸承、內外框架軸向傳感器、內外框架軸等組成。本發明的高速轉子系統由磁軸承支撐，可提高高速轉子的工作轉速和使用壽命；同時內、外框架系統均采用磁軸承支撐的方式，消除了機械摩擦，提高了系統的控制精度。

技術領域

本發明涉及控制力矩陀螺的技術領域，具體涉及一種完全非接觸的雙框架磁懸浮控制力矩陀螺，可作為航天器的姿態執行機構，可用于大型航天器如空間站、小型快響應大機動航天器如敏捷機動衛星的姿態控制。

背景技術

隨著載人航天、對地觀測、科學研究的發展，相應的空間站、衛星平臺或小型航天器對姿態控制的要求越來越高，具體體現在姿態控制的穩定性和大角度機動的靈活性?，F有的姿態控制執行機構主要包括推力器、慣性執行機構和環境力矩執行機構三大類。相比于其它兩類執行機構，慣性執行機構是利用動量交換定理來實現姿態控制的，具有無需消耗工質、控制力矩精度高的優點。慣性執行機構可分為慣性動量輪和控制力矩陀螺兩大類。慣性動量輪只能輸出單方向的較小力矩且存在飽和問題，而控制力矩陀螺具有力矩放大倍數大、動態性能好、輸出力矩連續且精度高。按照框架的轉動自由度，控制力矩陀螺可分為單框架控制力矩陀螺和雙框架控制力矩陀螺。單框架控制力矩陀螺結構相對簡單，輸出力矩大，但其控制能力局限于單個自由度；而雙框架控制力矩陀螺可輸出兩個方向的力矩，具有兩自由度控制能力的優點，因此可作為大型航天器或小型快響應大機動航天器的主要姿態控制執行機構?，F有的雙框架控制力矩陀螺，高速轉子系統和內、外框架系統一般采用機械軸承支承，機械軸承有摩擦、磨損、需要潤滑等缺點，這些缺點對高速轉子系統的影響體現在轉速受限問題、發熱問題、潤滑導致的污染問題和無法維護導致的壽命有限問題等；這些缺點對框架系統的影響體現在框架軸所受非線性的摩擦力矩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。

專利CN201410383894.7《一種四自由度單框架磁懸浮控制力矩陀螺》和專利CN200710065550.1《單端支撐式單框架磁懸浮控制力矩陀螺》中，采用了磁懸浮支撐的轉子，但框架系統采用了單框架的機械軸承支撐的方式，單框架系統限制了輸出力矩的方向，機械軸承支撐的框架軸受摩擦力矩影響導致系統的非線性不易被克服。專利CN200710065551.6《完全非接觸單框架磁懸浮控制力矩陀螺》中采用了磁懸浮支撐的轉子系統和框架系統，但框架采用單端支撐的方式，不利于框架剛度的提高，進而影響整個系統的振動特性。專利CN201410384117.4《一種四自由度雙框架磁懸浮控制力矩陀螺》和專利CN200710304236.4《雙框架磁懸浮控制力矩陀螺》中的磁懸浮控制力矩陀螺，其框架系統雖然采用了雙框架形式，但其雙端機械軸承支撐的方式沒有實現框架的無摩擦懸浮。

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，將磁懸浮支承技術同時應用于控制力矩陀螺的高速轉子系統和內、外框架系統中，提供了一種完全非接觸的雙框架磁懸浮控制力矩陀螺，可作為航天器的姿態執行機構用于大型航天器如空間站、小型快響應大機動航天器如敏捷機動衛星的姿態控制。