[发明专利]单端支撑式单框架磁悬浮控制力矩陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及单端支撑式单框架磁悬浮控制力矩陀螺，可用于中小型航天器比如小卫星或是微小卫星的大角度机动姿态控制。

背景技术

现代应用于对地观测或是科学研究的卫星平台或是小型航天器对稳定性和大角度机动的灵活性提出了越来越高的要求，能大角度机动的卫星可以提高对地观测的效率和质量。单框架控制力矩陀螺是航天器用于姿态控制的主要执行部件之一。现有的单框架控制力矩陀螺，陀螺转子系统都采用机械轴承支撑，由于机械轴承存在磨损，所以在转速和使用寿命方面还存在很多限制，同时由于机械轴摩擦力矩的非线性，会给航天器系统带来一个干扰力矩，从而影响航天器的稳定性；现有的单框架控制力矩陀螺都采用两端支撑的方式，如附图1，框架系统有两个支撑点(支撑点1、2)，这种结构的控制力矩陀螺的框架系统需要为转子系统提供回转空间，所以框架系统的体积和重量相对较大，并且和卫星的机械接口也比较大，不适合中小力矩输出的控制力矩陀螺。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，将磁悬浮支承技术应用于控制力矩陀螺的转子系统中，提供了一种单端支撑式单框架磁悬浮控制力矩陀螺，可用于中小型航天器比如小卫星或是微小卫星的大角度机动姿态控制。

本发明的技术解决方案为单端支撑式单框架磁悬浮控制力矩陀螺，其特征在于：主要由磁悬浮转子系统和框架系统两大部分组成，其中磁悬浮转子系统主要由陀螺转子、轴向磁轴承、径向磁轴承、径向位移传感器、轴向位移传感器、保护轴承、驱动电机、陀螺房组成，驱动电机位于磁悬浮转子系统的中部，两侧由里向外依次是径向磁轴承、径向位移传感器、保护轴承、轴向位移传感器，轴向磁轴承位于驱动电机径向方向的外侧，其中陀螺转子、径向磁轴承转子部分以及驱动电机转子部分组成磁悬浮转子系统的转子组件，其余为定子组件，定子组件和转子组件之间通过径向磁轴承和轴向磁轴承实现非机械接触的稳定悬浮，其中径向磁轴承的定子部分、轴向磁轴承的定子部分、驱动电机的定子部分、径向位移传感器、轴向位移传感器和保护轴承与陀螺房连接在一起，保护轴承与陀螺转子之间形成保护间隙，径向位移传感器与陀螺转子之间形成径向探测间隙，轴向位移传感器与陀螺转子之间形成轴向探测间隙；框架系统主要由框架连接件、框架端盖、框架芯轴、框架力矩电机、角位置传感器、导电滑环、机械轴承、底座组成，其中框架芯轴与框架力矩电机转子部分、角位置传感器转子部分以及框架连接件相连组成框架的转动部分，其余为静止部分，底座内侧从上到下依次安装有框架力矩电机的定子部分、角位置传感器的定子部分以及机械轴承，框架力矩电机的转子部分、角位置传感器的转子部分安装于框架芯轴上，导电滑环转动部分安装于框架芯轴内侧，静止部分与底座连接，框架芯轴通过机械轴承与底座相连，通过螺钉与框架连接件相连，框架连接件与磁悬浮转子系统的陀螺房固连，使转子系统和框架系统组成一体。

其中，径向磁轴承和轴向磁轴承为永磁偏置、电磁控制的主动式磁轴承，或纯电励磁的磁轴承，或被动式磁轴承。径向磁轴承和轴向磁轴承为磁力相等的对称结构，或磁力不相等的非对称结构。驱动电机不再含有机械轴承，径向磁轴承、轴向磁轴承为驱动电机起到径向和轴向支撑定位作用。

其中，角位置传感器为旋转变压器，也可以为光电码盘。