[发明专利]一种磁悬浮反作用飞轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮反作用飞轮，可作为卫星、对地观测平台、宇宙飞船、空间望远镜等航天器的姿态控制系统执行机构。

背景技术

卫星、对地观测平台、宇宙飞船、空间望远镜等航天器的姿态控制执行机构要求体积小、重量轻、寿命长、功耗低、可靠性高。目前作为航天器姿态控制系统执行机构的飞轮，一般仍旧采用机械轴承支承，这就从根本上限制了飞轮转速的提高，因此为了达到所需的角动量，就不得不增加飞轮重量，增大体积。另外，机械轴承存在机械磨损、不平衡振动不可控和过零摩擦力矩大等问题，严重影响了飞轮的使用寿命以及航天器姿态控制的精度和稳定度。现有的基于磁轴承支承的磁悬浮飞轮，其两个径向磁悬浮轴承沿轴向并排放置，且位于飞轮的中部，受到轴向长度的限制，两个径向磁悬浮轴承之间的距离很短，为了满足卫星大角速率机动时的承载力要求，需要增加径向磁悬浮轴承在径向方向的尺寸，这势必增加了飞轮的重量和体积。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有机械轴承飞轮和两个径向磁悬浮轴承轴向并置的磁悬浮飞轮的不足，提供一种体积小、重量轻、振动噪声小、寿命长的磁悬浮反作用飞轮。

本发明的技术解决方案是：磁悬浮反作用飞轮由静止部分和转动部分组成，静止部分包括：径向磁悬浮轴承的定子部分、上保护轴承、下保护轴承、锁紧螺母、轴向磁悬浮轴承的定子部分、安装轴、位移传感器、位移传感器支座、电机的定子部分、外壳和底座；转动部分包括：轮体、径向磁悬浮轴承的转子部分、轴向磁悬浮轴承的转子部分、电机的转子部分和轴承座。径向磁悬浮轴承位于飞轮的中部，沿轴向两端分别装有上保护轴承和下保护轴承，下保护轴承与安装轴相连，上保护轴承通过锁紧螺母安装在安装轴上，上保护轴承和下保护轴承的径向外侧是轴承座，轴承座与轮体相连，轴承座的轴向外侧是轴向磁悬浮轴承，轴向磁悬浮轴承的转子部分固定在轴承座上，其定子部分与安装轴相连，径向磁悬浮轴承的径向外侧是位移传感器，位移传感器通过位移传感器支座与底座连接在一起，电机位于轮体的轮缘部分，其转子部分安装在轮体的轮缘上，定子部分与底座相连，安装轴和外壳均安装在底座上，底座位于飞轮的最底部。

所述的轴向磁悬浮轴承的定子部分由4组相同的定子铁芯组成，4组定子铁芯无磁路耦合，完成轮体轴向平动自由度和两个径向转动自由度的主动控制；轴向磁悬浮轴承为非机械接触的主动控制磁悬浮轴承，采用纯电励磁的主动式磁悬浮轴承，或永磁偏置、电磁控制的主动式磁悬浮轴承。径向磁悬浮轴承为永磁偏置、电磁控制的主动式磁悬浮轴承，或纯电励磁的主动式磁悬浮轴承，完成轮体两个径向平动自由度的控制。所述的位移传感器具有4个正交放置的径向探头和4个正交放置的轴向探头，轴向探头完成轮体的轴向平动、两个径向转动三个广义位移的检测，径向探头完成轮体的两个径向平动广义位移的检测。