[發(fā)明專利]一種電動式磁懸浮雙框架動量球裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811156737.7
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109347284B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱煜;張鳴;懷周玉;陳安林;楊開明;成榮;李鑫;王磊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04;H02N15/00;B64G1/24
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊;管士濤

1.一種電動式磁懸浮雙框架動量球裝置，其特征在于：包括電動式磁懸浮驅(qū)動電機模塊(2)、內(nèi)調(diào)節(jié)框架(1)、外調(diào)節(jié)框架(4)及支承鎖緊機構(gòu)(3)：

所述電動式磁懸浮驅(qū)動電機模塊(2)包括中心保持架(5)、球形動子(8)、兩套定子鐵芯(6)和定子線圈(7)；所述中心保持架(5)與定子鐵芯(6)為環(huán)形，兩套定子鐵芯(6)并排安裝在中心保持架(5)的兩側(cè)，定子鐵芯(6)的環(huán)形內(nèi)側(cè)沿徑向開槽形成同心圓周陣列齒狀，排列成同心圓周陣列的每一個齒(9)上都繞制定子線圈(7)，所有齒(9)的頂面(10)為同心球形曲面；球形動子(8)安裝在兩套定子鐵芯(6)及中心保持架(5)的環(huán)形空腔內(nèi)，在所有定子線圈(7)接通交流電后齒(9)形成的磁場作用下，球形動子(8)懸浮在中心旋轉(zhuǎn)運動并與所有的齒(9)之間形成均勻氣隙；所述中心保持架(5)環(huán)形外側(cè)有兩個軸(17)，兩個軸(17)的軸心線成一條直線且通過中心保持架(5)環(huán)形中心；

所述內(nèi)調(diào)節(jié)框架(1)為環(huán)形，內(nèi)調(diào)節(jié)框架(1)的環(huán)上有兩個孔(19)，內(nèi)調(diào)節(jié)框架(1)環(huán)形外側(cè)有兩個軸(18)，兩個孔(19)中心連線與兩個軸(18)的軸心連線都通過內(nèi)調(diào)節(jié)框架(1)的環(huán)心且相互垂直；所述中心保持架(5)位于內(nèi)調(diào)節(jié)框架(1)的環(huán)形腔內(nèi)，中心保持架(5)的兩個軸(17)分別安裝在內(nèi)調(diào)節(jié)框架(1)的兩個孔(19)內(nèi)，通過支承鎖緊機構(gòu)(3)支承連接；

所述外調(diào)節(jié)框架(4)為環(huán)形，外調(diào)節(jié)框架(4)的環(huán)上有兩個孔(20)，兩個孔(20)中心連線通過外調(diào)節(jié)框架(4)的環(huán)心，所述內(nèi)調(diào)節(jié)框架(1)位于外調(diào)節(jié)框架(4)的環(huán)形腔內(nèi)，內(nèi)調(diào)節(jié)框架(1)的兩個軸(18)分別安裝在外調(diào)節(jié)框架(4)的兩個孔(20)內(nèi)，通過支承鎖緊機構(gòu)(3)支承連接，其中，當(dāng)在同定子鐵芯(6)的定子線圈(7)中依次接入三相交流電，使相鄰的兩個線圈激勵電流相位相差120°，同時在另一同定子鐵芯(6)的定子線圈(7)中也接入同步的三相交流電，在球形動子(8)與齒(9)之間的氣隙中產(chǎn)生沿中心保持架(5)圓周方向的旋轉(zhuǎn)磁場渦流，使球形動子(8)穩(wěn)定懸浮并順著磁場渦流方向旋轉(zhuǎn)運動；

當(dāng)選擇同定子鐵芯(6)的定子線圈(7)中相鄰的3～6個線圈為A組，與A組以同定子鐵芯(6)的環(huán)心對稱分布的3～6個線圈為D組；同樣的，以另一個定子鐵芯(6)的定子線圈(7)中與A組線圈處于相同圓周位置的3～6個線圈為B組，與D組線圈處于相同圓周位置的另一個定子鐵芯(6)的3～6個線圈為C組；在A、B、C、D四組線圈中依次通入初相分別為0°、60°、180°和240°的正弦交流電，從而形成沿A、B、C、D線圈組所確定的平面且垂直中心保持架(5)圓周平面的旋轉(zhuǎn)磁場渦流，使得球形動子(8)穩(wěn)定懸浮并順著磁場渦流方向旋轉(zhuǎn)運動；

其中，當(dāng)中心保持架端部支承鎖緊機構(gòu)處于解鎖狀態(tài)，內(nèi)調(diào)節(jié)框架端部處于鎖緊狀態(tài)時，驅(qū)動球形動子旋轉(zhuǎn)反作用力矩驅(qū)動中心保持架反向旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)中心保持架相對于內(nèi)調(diào)節(jié)框架的空間朝向；當(dāng)中心保持架端部鎖緊，內(nèi)調(diào)節(jié)框架端部解鎖時，則對于球形動子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動反作用于中心保持架和內(nèi)調(diào)節(jié)框架構(gòu)成的整體，調(diào)整其相對于外調(diào)節(jié)框架的空間朝向；

當(dāng)調(diào)整中心保持架的主旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸向到達設(shè)定方位時，可鎖緊各框架，通過產(chǎn)生垂直于中心保持架環(huán)方向上的旋轉(zhuǎn)磁場消除球形動子垂直于中心保持架圓周方向上的速度分量，通過產(chǎn)生中心保持架圓周方向上的旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動球形動子轉(zhuǎn)動并控制球形動子轉(zhuǎn)速大小，以進行航天器特定軸向上的姿態(tài)調(diào)整。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動式磁懸浮雙框架動量球裝置，其特征在于：所述支承鎖緊機構(gòu)(3)包括外部固定環(huán)(11)、兩個滑動夾塊(12)、兩個電磁鐵(13)、四個銜鐵(15)、兩個壓縮彈簧(14)及軸承(16)；兩個滑動夾塊(12)、兩個電磁鐵(13)、四個銜鐵(15)、兩個壓縮彈簧(14)及軸承(16)都安裝在外部固定環(huán)(11)的環(huán)腔里，兩個滑動夾塊(12)以軸承(16)中心對稱布置，滑動夾塊(12)平面與軸承(16)中心線垂直；兩個滑動夾塊(12)中間形成的間隙中心在軸承(16)中心線上，以軸承(16)中心對稱方式在兩側(cè)間隙中各安裝一個電磁鐵(13)和壓縮彈簧(14)，在兩個滑動夾塊(12)正對電磁鐵(13)處設(shè)置銜鐵(15)，當(dāng)電磁鐵(13)通電時，通過電磁鐵(13)吸附銜鐵(15)，能夠驅(qū)動滑動夾塊(12)相向運動，滑動夾塊(12)擠壓軸承(16)內(nèi)的轉(zhuǎn)軸，通過摩擦鎖緊轉(zhuǎn)軸；當(dāng)電磁鐵(13)斷電時，在壓縮彈簧(14)的彈力驅(qū)動下滑動夾塊(12)恢復(fù)原位，解鎖轉(zhuǎn)軸。