[发明专利]完全非接触单框架磁悬浮控制力矩陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及完全非接触单框架磁悬浮控制力矩陀螺，可用于大型航天器比如空间站或者小型航天器比如敏捷机动卫星的姿态控制。

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，陀螺转子系统和框架系统都采用机械轴承支撑，由于机械轴承存在磨损，所以转子系统在转速和使用寿命方面还存在很多限制，同时由于框架系统的机械轴摩擦力矩为非线性的，这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，将磁悬浮技术应用于控制力矩陀螺的转子系统和框架系统中，提供了一种完全非接触单框架磁悬浮控制力矩陀螺，可用于大型航天器如空间站或小型航天器如敏捷机动卫星的大角度机动姿态控制。

本发明的技术解决方案为一种完全非接触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磁悬浮机架系统两大部分组成，其中磁悬浮转子系统主要由密封罩、陀螺转子、径向磁轴承、左轴向磁轴承、保护轴承、轴座、转子系统径向/轴向一体化位移传感器、转子系统底座、驱动电机、转子系统连接件、右轴向磁轴承组成，其中陀螺转子、径向磁轴承转子部分、驱动电机转子部分、左轴向磁轴承转子部分、右轴向磁轴承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，径向磁轴承位于磁悬浮转子系统的中部，其定子部分安装于轴座上，转子部分与陀螺转子相连，径向磁轴承的轴向两侧向外是径向/轴向一体化位移传感器和保护轴承，它们与轴座固连，径向/轴向一体化位移传感器的径向外侧是驱动电机，驱动电机的转子部分安装在陀螺转子上，定子部分安装在转子系统底座上，保护轴承的径向外侧是左轴向磁轴承和右轴向磁轴承，它们的转动部分通过轴承套与陀螺转子相连，左轴向磁轴承的定子部分与轴座固连，右轴向磁轴承的定子部分与转子系统底座相连，磁悬浮转子系统的定子组件与轴座相连，轴座通过转子系统底座与转子系统连接件固连；磁悬浮框架系统主要由框架连接件、上径向/轴向一体化位移传感器、框架径向磁轴承、框架力矩电机、框架轴向磁轴承、角位置传感器、下径向/轴向一体化位移传感器、框架保护轴承、框架芯轴、导电滑环、框架底座组成，其中框架芯轴、框架力矩电机转子部分、角位置传感器转子部分、框架连接件、下径向/轴向一体化位移传感器、框架径向磁轴承转子部分、框架轴向磁轴承转子部分组成框架的转动部分，其余为静止部分，框架芯轴为空心圆柱，其内侧安装有框架径向磁轴承的转子部分和框架轴向磁轴承的转子部分，其外侧从下到上依次为保护轴承、下径向/轴向一体化位移传感器、角位置传感器的转子部分和框架力矩电机的转子部分；上径向/轴向一体化位移传感器、框架径向磁轴承的定子部分、框架力矩电机的定子部分、框架轴向磁轴承的定子部分、角位置传感器的定子部分安装在框架底座上，导电滑环22的转动部分通过压环与框架芯轴20相连，静止部分连接在底座的内孔上，框架芯轴与框架连接件固连，框架连接件与转子系统连接件固连，使转子系统和框架系统组成一体。

所述的磁悬浮转子系统的径向磁轴承、左轴向磁轴承和右轴向磁轴承实现了磁悬浮转子系统转子组件的非接触支承，磁悬浮框架系统径向磁轴承和轴向磁轴承实现了磁悬浮框架系统转动部分的非接触支承，所述的磁轴承可以是磁力相等的对称结构，也可以是磁力不相等的非对称结构，其结构为永磁偏置、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。

所述的驱动电机不再含有机械轴承，径向磁轴承、左轴向磁轴承和右轴向磁轴承为驱动电机起到径向和轴向支撑定位作用。

所述的框架力矩电机不再含有机械轴承，框架径向磁轴承、框架轴向磁轴承为框架力矩电机起到径向和轴向支撑定位作用。

所述的角位置传感器为旋转变压器，也可以为光电码盘。