[發明專利]一種磁懸浮萬向穩定平臺

在審

• 申請號: 202210843266.7
• 申請日: 2022-07-18
• 公開（公告）號: CN114962454A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 王衛杰;朱宏業;任元;王麗芬;樊亞洪;廖鶴;尹增愿;于春淼;李磊;龐維坤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;F16F15/03
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

一種磁懸浮萬向穩定平臺主要由定子系統和動子系統兩部分組成，動子系統主要包括：動子骨架、萬向磁軸承動子、周向磁軸承動子、載荷承接件；定子系統主要包括：平動磁軸承定子、萬向磁軸承定子、周向磁軸承定子、傳感器。本發明采用全球面磁懸浮結構，其中平動磁軸承包括三組周向120°均布、35.26°斜裝的磁極，三組磁極在空間上形成正交結構，實現動子系統三自由度平動懸浮和解耦控制，萬向、周向磁軸承均采用球面洛倫茲力磁懸浮結構，分別實現動子系統的萬向偏轉和周向無旋控制。本發明通過全球面磁懸浮和全通道主動控制實現了動子系統的萬向偏轉和精確指向，大幅提升了穩定平臺的敏捷性、穩定性和精確性，在航空航天遙感領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種航天器及大氣層內飛行器通用的非接觸磁懸浮萬向穩定平臺，其動子系統通過電磁力懸浮，能夠有效地隔離飛行器本體產生的振動，動子系統載荷承接件可以搭載需要甚穩超靜工作條件的載荷，由于控制動子系統三自由度平動的純電磁平動磁軸承、控制兩自由度偏轉的洛倫茲力磁軸承、控制周向無旋的洛倫茲力磁軸承都是球面結構，動子系統能夠實現三自由度平動懸浮、萬向偏轉及周向無旋控制。

技術背景

航天器在軌運行過程中，受到宇宙空間環境中的多種擾動的影響產生振動，造成姿態的變化，對于航天器搭載的需要甚穩超靜工作環境的載荷而言，振動的影響無法忽略，類似地，大氣層內飛行器由于要考慮氣動力和重力影響，情況更加復雜，利用磁懸浮技術使載荷非接觸懸浮可以有效隔絕飛行器產生的振動，提高載荷的姿態指向精度。

磁懸浮技術現在地面上的主要應用在磁懸浮列車上，其次在航空乃至航天領域都有著廣闊的應用前景，航天上應用的磁懸浮飛輪、磁懸浮控制力矩陀螺都是采用磁懸浮技術對轉子進行控制，對于可以提供甚穩超靜環境的磁懸浮慣性穩定平臺的研究還比較有限。

磁懸浮慣性穩定平臺一般具有多自由度懸浮控制、隔振和姿態穩定控制等多項功能，授權專利ZL201210321861.0所述的一種五自由度主動磁懸浮慣性穩定平臺具備兩自由度平動、三自由度旋轉主動控制能力，但其設計功能為航空遙感領域隔振，進一步用于航天領域還需要對結構和材料等進行優化。授權專利ZL202010295521.X所述的一種洛倫茲慣性穩定平臺采用球面洛倫茲力磁軸承實現了大角度偏轉，但其穩定精度仍有待提升。上述的兩款磁懸浮慣性穩定平臺均具有進一步優化空間，投入航天領域實用還需進一步升級改造。

經分析表明，提高磁懸浮平臺指向精度的前提是，平臺軸向平動控制和徑向平動控制都對徑向轉動控制沒有干擾，即在X、Y和Z三個方向的平動必須與徑向X和Y方向轉動完全解耦，這就要求磁軸承產生徑向和軸向電磁力時，不會對懸浮平臺產生偏轉力矩。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種多種飛行器通用的非接觸磁懸浮萬向穩定平臺，能夠實現動子系統的超穩超靜控制，隔離振動，提出了一種新的軸向、徑向三自由度平動懸浮控制可解耦的斜裝三正交平動磁軸承設計，動子系統能夠進行萬向偏轉，增大了載荷承接件搭載的載荷工作的帶寬。