[发明专利]一种基于电磁效应的力矩产生装置

说明书

技术领域

本发明涉及科学研究或教学的实验装置，尤其涉及一种基于电磁效应的力矩产生装置，该装置可为欠驱动系统提供所需的力矩，广泛地应用于独轮机器人侧向姿态调整、独轮机器人转向、卫星姿态调整、航天器姿态调整、导弹姿态调整、直升飞机或蝶形飞行器主螺旋桨反扭矩克服等领域。

背景技术

欠驱动系统由于缺少直接作用的力或力矩，给系统控制带来很大难度，例如独轮机器人，由于只有一个轮子和地面接触，且普通轮子只可以前后移动，所以不能提供侧向力矩，另外独轮机器人转向也需要力矩；卫星、航天器、导弹等为了指向预定的方向都需要力矩驱动，现有技术中航天器和导弹一般通过向外喷出气体实现姿态调整，卫星采用惯性飞轮旋转产生反作用轮和磁力矩器或液体回路实现姿态调整，直升飞机或蝶形飞行器主螺旋桨的反旋转力矩克服使用与主桨正交的旋转尾桨实现。

文献《独轮自平衡机器人建模与控制研究》和《独轮机器人姿态控制研究》公开了一种利用惯性飞轮控制独轮机器人侧平衡的方案，文献《六自由度独轮机器人本体研制及动力学控制方法研究》公开了利用惯性飞轮控制独轮机器人转向的方案，惯性飞轮提供反转力矩的方式也广泛的应用于卫星姿态调整上，但是经论证利用惯性飞轮提供反扭矩控制姿态仍然控制起来难度大，这是因为惯性飞轮旋转提供的反扭矩大小与飞轮的旋转加速度成正比，而电机是一速度伺服系统故对加速度的跟踪不易实现，当飞轮匀速旋转时就没有反扭矩产生了，而且由于电机转速限制提供的反扭矩大小亦有限。发明专利号为200510111490.3的主动磁控为主的微小卫星姿态控制方法及系统采用以磁力矩器主动磁控为主，结合重力梯度杆与动量轮偏置稳定的控制系统作为卫星姿态稳定平台，利用地磁场和卫星上的线圈电流相互作用提供转矩调整卫星姿态；这与本专利的公开的利用永磁铁和电枢绕组在磁场中相互作用产生反力矩有显著区别。发明专利号为200910152010.6的专利利用液体在管道中流动产生的角动量使得卫星姿态发生改变与本专利公开的利用电磁效应调整卫星姿态方案亦有显著区别。对于航天器来说其携带的可供喷出的气体毕竟有限，而本发明公开的利用电能转化为机械能方案可以应用太阳能可以说是取之不尽用之不竭。此外本发明还可为导弹姿态调整和直升飞机反扭矩克服提供新的解决方案。

申请号分别为200720037988.4和200820120359.2，名称为电磁力矩实验仪的实用新型专利，利用生活中常见的物品制作实验器材来完成电磁电动的产生原理、涡电流做功原理、涡电流的产生作用、涡电流在磁场作用下产生力矩实验；公开号为CN102529574A名称为移动式医疗设备电磁力矩平衡摩擦脚轮的发明专利公开了一种利用安装电磁力矩平衡电机的移动式医疗设备脚轮，该专利利用脚轮转动时产生电磁力矩平衡脚轮的摩擦力矩以减小人员的推力。以上专利与本发明的提出的方案均是基于麦克斯韦方程揭示的电磁感应原理而提出的，但是以上专利在技术领域、技术方案和产生的有益效果方面均有显著区别。

发明内容

为了给欠驱动系统提供所需力矩，而且该力矩与速度成正比，方便利用电机进行控制，本发明提出一种利用电磁效应产生反力矩的装置，可广泛应用于独轮机器人、卫星、航天飞机和导弹的姿态调整，亦可应用于直升飞机或蝶形飞行器反扭矩克服。

一种基于电磁效应的力矩产生装置，本发明特征在于，包括：外壳1、磁铁组2、电枢绕组3、前轴承4、后轴承5、前端盖6、后端盖7、电机8、电机支架9，负载11，其中

外壳1，下部呈长方形，与位于所述的力矩产生装置外部的某个欠驱动系统固定连接，所述的欠驱动系统至少包括独轮机器人、直升飞机、蝶形飞行器、卫星、航天器、导弹中任何一个待驱动的系统，

磁铁组2，至少由四块永久磁铁组成，所述的四块永久磁铁对称固定分布于所述的外壳1内侧，且固定连接，以形成恒定磁场，

电枢绕组3，同轴插入所述的外壳1内且固定，所述的磁铁组2与电枢绕组3之间有气隙，所述的电枢绕组3并联连接负载11，

前轴承4，与所述的电枢绕组3同轴连接，嵌入所述的前端盖6中心的轴承槽内，所述的前端盖6是扣压在所述的外壳1前端口上面，

后轴承5，与所述的电枢绕组3同轴连接，嵌入所述的后端盖7中心的轴承槽内，所述的后端盖6是扣压在所述的外壳1后端口上面，

电机8，与伸出所述前端盖6的电枢绕组3的轴用弓形键同轴固定连接，

电机支架9，由位于上部的圆环和下部的长方条二者构成，所述的电机支架9上部的圆环与所述的电机8同轴插入固定，所述的电机支架9下部长方条与所述的欠驱动系统固定连接。