[發(fā)明專利]一種中空超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小型框架式控制力矩陀螺

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810509744.4
• 申請(qǐng)日: 2018-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN108945525A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘松;徐張凡;陳雷;唐洪權(quán)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B64G1/28
• 分類號(hào): B64G1/28
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

本發(fā)明公開了一種中空超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小型框架式控制力矩陀螺，包含框架、動(dòng)量輪、定子、定子線圈、第一至第四軸承、底座、編碼器和中空超聲電機(jī)；框架包含U型支架和軸部；動(dòng)量輪轉(zhuǎn)軸的兩端分別通過第一軸承、第二軸承和U形支架對(duì)應(yīng)連接；定子和動(dòng)量輪同軸設(shè)置；底座上設(shè)有供框架軸部穿過的通孔；框架軸部通過第三軸承、第四軸承和底座的通孔相連；編碼器用于測(cè)量框架軸部的轉(zhuǎn)速；中空超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用柔性連接件和框架軸部的下端面固連，用于驅(qū)動(dòng)框架軸部轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明專利控制力矩陀螺剛度高、固有頻率高、控制精度高，能夠滿足高精度中小型空間機(jī)動(dòng)平臺(tái)的需要。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間機(jī)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)快速機(jī)動(dòng)任務(wù)的航天執(zhí)行機(jī)構(gòu)，尤其涉及一種中空超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小型框架式控制力矩陀螺。

背景技術(shù)

中小型衛(wèi)星具有重量輕、體積小、可快速發(fā)射、在軌敏捷機(jī)動(dòng)等特點(diǎn)。小型單框架控制力矩陀螺具有輸出力矩大，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，是空間機(jī)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)快速機(jī)動(dòng)任務(wù)的理想航天執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于運(yùn)載火箭發(fā)射對(duì)尺寸和重量有嚴(yán)格限制，以及單框架控制力矩陀螺以多組出現(xiàn)，要求單框架控制力矩陀螺體積小、重量輕，有滿足衛(wèi)星敏捷激動(dòng)需求的力矩輸出能力，現(xiàn)有的單框架控制力矩陀螺尚不能達(dá)到要求。

框架式控制力矩陀螺的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，低速組件和高速組件均可單獨(dú)設(shè)計(jì)并進(jìn)行測(cè)試，而且高速組件可以借鑒現(xiàn)有的成熟的飛輪技術(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠度高。

超聲電機(jī)是一種新型電機(jī)，它利用了壓電材料的逆壓電效應(yīng)，在壓電材料上施加交流信號(hào)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，進(jìn)而激發(fā)出壓電材料在超聲頻段內(nèi)的振動(dòng)，并將這一振動(dòng)放大，通過摩擦作用轉(zhuǎn)換為電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)，作為功率輸出并驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載。與傳統(tǒng)電機(jī)相比，超聲電機(jī)具有低轉(zhuǎn)速、大力矩、響應(yīng)速度快、斷電自鎖、無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。采用超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)的框架式控制力矩陀螺可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的力矩輸出，頻帶較寬且響應(yīng)快，在航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

但是，超聲電機(jī)的輸出性能受定轉(zhuǎn)子之間預(yù)壓力的影響較大，現(xiàn)有的控制力矩陀螺平臺(tái)均未考慮輸出力矩分量對(duì)電機(jī)輸出性能的影響從而導(dǎo)致的整機(jī)輸出力矩的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)背景技術(shù)中所涉及到的缺陷，提供一種中空超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小型框架式控制力矩陀螺。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種中空超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小型框架式控制力矩陀螺，包含框架、動(dòng)量輪、定子、定子線圈、第一至第四軸承、底座、編碼器和中空超聲電機(jī)；

所述框架包含U型支架和軸部，其中，所述U形支架包含兩個(gè)相互平行的側(cè)板和連接兩個(gè)側(cè)板的底板；所述軸部的上端面和U形支架底板的中心處固連，所述軸部用于帶動(dòng)U型支架旋轉(zhuǎn)；

所述動(dòng)量輪為橫截面呈工字型的飛輪，其轉(zhuǎn)軸兩端分別通過第一軸承、第二軸承和所述U形支架的兩個(gè)側(cè)板對(duì)應(yīng)連接，使得所述動(dòng)量輪能夠在U形支架內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述定子呈圓環(huán)狀，定子套在所述動(dòng)量輪的轉(zhuǎn)軸外、和U形支架的一個(gè)側(cè)板固定相連，定子和動(dòng)量輪同軸設(shè)置；

所述定子線圈纏繞在定子上；

所述動(dòng)量輪輪輞的內(nèi)壁上均勻設(shè)有若干磁鋼；

所述底座上設(shè)有供所述框架軸部穿過的通孔；

所述框架軸部通過第三軸承、第四軸承和所述底座的通孔相連，其中，第三軸承、第四軸承的外圈和所述底座的通孔固連，第三軸承、第四軸承的內(nèi)圈和所述框架的軸部固連；

所述編碼器的轉(zhuǎn)子部分和所述底座固連、定子部分和所述框架軸部固連，用于測(cè)量所述框架軸部的轉(zhuǎn)速；

所述中空超聲電機(jī)固定在所述底座上，其轉(zhuǎn)子和所述框架軸部的下端面固連，用于驅(qū)動(dòng)所述框架軸部轉(zhuǎn)動(dòng)。