[發明專利]三軸調姿的單驅動器磁流體調姿機構

在審

• 申請號: 202110927306.1
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113665847A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 周安壘;劉超鎮;王石剛;梁慶華;顧友林
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海航天控制技術研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明涉及衛星姿態控制技術領域內的一種三軸調姿的單驅動器磁流體調姿機構，包括電磁驅動器和球型模具；所述球型模具為空心球體，所述球型模具內填充有導電流體，所述電磁驅動器以同軸的方式套設于所述球型模具之外；通過所述電磁驅動器控制所述導電流體產生任意三維矢量方向的角動量。本發明相較于其他磁流體機構，僅通過一個調姿機構就能完成衛星三軸調姿任務，原理新穎，導電流體產生的角動量和空間利用率得以大幅提高。

技術領域

本發明涉及衛星姿態控制技術領域，具體地，涉及一種三軸調姿的單驅動器磁流體調姿機構，可作為衛星姿態控制的執行機構。

背景技術

飛輪作為一種執行部件，在航天器姿態控制系統中得到廣泛應用。傳統的機械式飛輪存在高速旋轉運動，隨著飛輪運行時間增加，飛輪機構中的軸承機械磨損加劇，導致衛星姿態控制精度和可靠性下降。軸承磨損嚴重易發生故障，使得衛星壽命降低。飛輪由于生產工藝的誤差，導致轉子質量不均勻，飛輪自身高速轉動時，存在擾動問題，擾動力會引起衛星結構微振動，會通過飛輪結構傳遞至衛星相機上，引起相機的振動，影響相機帶的成像精度。自身高速轉動產生的擾動也是航天器高精度姿態控制系統的干擾源之一。對衛星進行三軸姿態調姿任務需要安裝至少三套飛輪，會占用寶貴的工作空間。對于完成任意調姿方向的任務，需要將目標方向的所需角動量分解到各個工作飛輪，一同完成調姿任務，動量利用率較低。

經現有技術檢索發現，中國發明專利公開號為CN104483972A，公開了一種航天器流體環反作用執行機構，包括：安裝基座，用于安裝流體環及相應裝置；流體環，用于產生角動量；電磁泵組件，主要由永磁鐵或電磁鐵及電極板對等組成，驅動流體環內液體以可控速度流動；填充液，采用導電液體材料，裝置在流體環內，在電磁泵組件驅動下流動；屏蔽盒，罩在電磁泵外面，用以屏蔽電場和磁場，防止對外部器件干擾。該專利需要電磁泵驅動多個流體環進行作業，設計復雜，可靠性不佳。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種三軸調姿的單驅動器磁流體調姿機構。

根據本發明提供的一種三軸調姿的單驅動器磁流體調姿機構，包括電磁驅動器和球型模具；

所述球型模具為空心球體，所述球型模具內填充有導電流體，所述電磁驅動器以同軸的方式套設于所述球型模具之外；

通過所述電磁驅動器控制所述導電流體產生三維矢量方向的角動量。

一些實施方式中，所述電磁驅動器能夠繞所述球型模具進行兩自由度的旋轉運動。

一些實施方式中，所述球型模具的材料為非磁性材料。

一些實施方式中，所述電磁驅動器包括鐵芯和繞組線圈，所述鐵芯為圓柱型腔體結構，所述鐵芯設有通槽，多個所述通槽沿所述鐵芯的內周面分布，所述繞組線圈穿過所述通槽。

一些實施方式中，所述繞組線圈的數量為所述通槽數量的二分之一。

一些實施方式中，所述鐵芯為由硅鋼片通過疊壓工藝成型或由鐵磁材料通過機加工工藝成型。

一些實施方式中，所述電磁驅動器內表面與所述球型模具外表面之間的最短距離小于等于5mm且大于0mm。

一些實施方式中，所述導電流體為純鎵、鎵銦錫或汞中的任意一種。

一些實施方式中，所述電磁驅動器產生磁場，使得位于所述球型模具內的導電流體內部產生感應電流，磁場與感應電流相互作用產生洛倫磁力，使得導電流體產生旋轉運動，進而產生角動量；

通過所述電磁驅動器繞所述球型模具進行兩自由度旋轉運動，所述球型模具固定不動，使得所述球型模具內的導電流體運動，通過控制所述電磁驅動器的旋轉運動，達到控制由導電流體產生的角動量大小和方向發生變化，從而產生三維矢量方向的控制力矩。