[實用新型]基于可變磁場電磁線圈的一種磁懸浮試驗臺起消旋機構(gòu)

有效

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• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN211969780U
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊文將;劉朝鑫;冀宇;宋東彬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00;G01R33/00
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本發(fā)明屬于超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域，是基于可變磁場電磁線圈的一種磁懸浮試驗臺起消旋機構(gòu)，主要分為電機旋轉(zhuǎn)模塊、電磁相互作用模塊以及線圈供電模塊。電機旋轉(zhuǎn)模塊包含懸掛桿、電機固定架、直流電機以及電機調(diào)節(jié)器；電磁相互作用模塊包含電磁線圈骨架，電磁線圈，電磁鐵芯，電渦流板以及支撐桿；線圈供電模塊包含陽極盤、陽極電刷、陰極盤以及陰極電刷。旋轉(zhuǎn)的通電螺線管線圈在電渦流板中產(chǎn)生渦流，由此產(chǎn)生電磁線圈與電渦流板之間的相互作用力，并帶動磁懸浮試驗臺轉(zhuǎn)動，通過控制線圈中電流的大小和旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)動方向，實現(xiàn)磁懸浮試驗臺的起旋和消旋。本發(fā)明結(jié)構(gòu)精巧，起消旋控制便捷，適用于真空以及非真空環(huán)境下磁懸浮試驗臺的起消旋任務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型專利發(fā)明涉及衛(wèi)星物理仿真以及微小力測量等領(lǐng)域，具體的，該發(fā)明是基于可變磁場電磁線圈的一種磁懸浮試驗臺起消旋機構(gòu)。

背景技術(shù)

為了滿足航天任務(wù)中對可靠性的高要求，有必要對航天器進行地面物理仿真實驗，檢測并優(yōu)化其在軌性能，提高其在外太空工作的可靠性。衛(wèi)星地面物理仿真試驗系統(tǒng)應(yīng)該盡可能復(fù)現(xiàn)航天器在外太空的工作環(huán)境，比如微重力,較低阻尼力以及真空環(huán)境等。氣浮臺作為目前仿真試驗臺的核心設(shè)備，有其固有的缺點，這也是限制氣浮仿真試驗臺進一步發(fā)展的因素。高溫超導(dǎo)磁懸浮仿真試驗臺可以在一定程度上應(yīng)對上述發(fā)展的新趨勢和問題。這種類型的磁懸浮有著較高的承載能力，不需要氣體等工質(zhì)維持，這意味著可以維持較長的懸浮時間。在高溫超導(dǎo)磁懸浮結(jié)構(gòu)中，懸浮平臺在磁場均勻方向上運動，且摩擦阻力非常微小，這表明該結(jié)構(gòu)可以用來模擬低摩擦阻力的空間環(huán)境。高溫超導(dǎo)體具有特殊的磁通釘扎特性，這使得高溫超導(dǎo)磁懸浮具有自穩(wěn)定的優(yōu)點，這種性質(zhì)減小了加工精度和裝配難度，縮短了測試準備周期，可以一定程度的應(yīng)對日益頻繁的航天器測試任務(wù)。

超導(dǎo)磁懸浮仿真試驗臺可以完全放置在真空中，能最大限度的模擬太空環(huán)境，完全克服氣浮臺對大氣環(huán)境強依賴性的特點。但是進入真空艙實驗這也帶來了一系列新的問題。包括仿真實驗臺的裝配與調(diào)試，標定等。更重要的是，航天器的仿真試驗以及微小推力的測量均要求試驗臺具備一個初始的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，因此真空艙內(nèi)仿真試驗臺的啟動和制動也是一個必須解決的難題，即仿真試驗臺的起消旋。不同于非真空環(huán)境超導(dǎo)磁懸浮試驗平臺的起消旋機構(gòu)，真空艙內(nèi)部試驗平臺的起消旋不易控制與調(diào)整，且真空艙內(nèi)部狹小的空間限制起旋機構(gòu)的布置與大小。為了保證仿真試驗平臺的可重復(fù)性，要求我們在不打開真空艙的條件下實現(xiàn)懸浮平臺的啟動與停轉(zhuǎn)。另外，起旋機構(gòu)完成其啟動浮臺的工作任務(wù)后，不應(yīng)該在后續(xù)試驗中影響試驗浮臺的工作。綜合考慮前面提到的各種因素，我們提出了本實用新型專利，即基于可變磁場電磁線圈的一種磁懸浮試驗臺起消旋機構(gòu)，以解決上述提到的各種問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明設(shè)計了基于可變磁場電磁線圈的一種磁懸浮試驗臺起消旋機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單精巧，可以有效減小真空艙內(nèi)部的占用空間；起停控制超調(diào)量低，使得在起消旋的過程中對懸浮臺造成的振動低；可重復(fù)性高，可對磁懸浮試驗臺在不開真空艙的情況下進行起消旋控制；可靠性高，即完成起旋任務(wù)后，起旋機構(gòu)可通過切斷電磁線圈電流實現(xiàn)磁場置零，確保起消旋機構(gòu)退出仿真平臺，不會影響磁懸浮仿真試驗臺的轉(zhuǎn)動，保證了試驗浮臺在測試過程中只受到衛(wèi)星等航天器的作用。

所述的電磁起消旋機構(gòu)包括電機旋轉(zhuǎn)模塊、電磁相互作用模塊以及線圈供電模塊。電機旋轉(zhuǎn)模塊包括懸掛桿、電機固定架、直流電機以及直流電機調(diào)節(jié)器；電磁相互作用模塊包含電磁線圈骨架，電磁線圈，電磁鐵芯，電渦流板以及支撐桿；線圈供電模塊包含陽極盤、陽極電刷、陰極盤以及陰極電刷。

電機旋轉(zhuǎn)模塊是起消旋機構(gòu)的動力來源，依靠直流電機的大扭矩力克服電磁相互作用力，帶動浮臺旋轉(zhuǎn)。

懸掛桿位于起消旋裝置的頂部，通過穿艙孔懸掛并緊固于真空艙上壁面，并用橡膠圈密封。除了懸掛整個電機旋轉(zhuǎn)模塊，同時也起到固定供電模塊中陽極盤與陰極盤的作用。