[发明专利]一种磁流体动量球

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁流体动量球，用于卫星姿态调整的执行器，属于航空航天技术领域。

背景技术

在轨卫星承担特定的探测、开发和利用空间的任务，此类任务对卫星姿态控制提出了姿态稳定或姿态机动的需求。卫星姿态稳定与机动的执行机构作为卫星姿态控制的一项关键技术一直广受关注，基于动量矩守恒原理的动量轮是常用的一种技术方案。现有成熟技术为机械滚珠轴承动量轮，机械滚珠轴承动量轮存在较大的机械摩擦损耗、体积与质量大、结构复杂、成本高，此外一个卫星需搭载多个动量轮实现卫星三轴姿态调整，多动量轮之间耦合较大，并进一步降低了卫星的有效载荷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁流体动量球，通过磁流体的转动为卫星提供绕任意轴的动量矩，实现卫星的三轴姿态调整。

本发明的技术方案如下：

一种磁流体动量球，所述磁流体动量球包含定子和一个球壳；所述定子分为三组，三组定子的轴线相互正交，每组包括两个定子，每组中的两个定子以球壳的球心对称布置，定子内表面为球面；所述球壳采用两个半球壳组合而成，球壳材料为非铁磁性材料，其特征在于：定子内表面紧贴球壳外表面，球壳和定子内表面无相对运动，球壳内填充磁流体。

每个定子包含定子电机和磁轮，磁轮安装在定子电机上并由定子电机驱动旋转；定子电机的上表面为定子内表面，定子内表面紧贴球壳外表面；磁轮的上表面是与定子电机的上表面同心的球面，且其球面半径大于定子电机的上表面球面半径，磁轮和球壳之间留有气隙，磁轮为NS永磁阵列磁轮或Halbach永磁阵列磁轮。

每个定子包含定子铁芯和线圈阵列；所述定子铁芯的上表面为定子内表面，定子铁芯的上表面紧贴球壳外表面，定子铁芯沿径向开有通槽，该通槽在定子铁芯的圆周上均匀分布。

所述线圈阵列采用盘式电机定子绕组，线圈阵列中每个线圈的两个有效边分别放置于定子铁芯的两个通槽内，每个定子的线圈数量是通槽数量的一半或与通槽数量相等。

在球壳内嵌入由铁磁性材料制成的内球壳，内球壳的外表面与球壳的内表面之间有间隙，间隙中填充磁流体。

本发明与现有技术方案相比，具有以下优点及突出性的技术效果：本发明中采用磁流体的转动进行卫星姿态调整，具有体积和质量小，成本低，各轴之间耦合小等优点；本发明中磁流体动量球的球壳不转动，制造简单，结构紧凑；磁流体与球壳之间的摩擦小、损耗低，可靠性和效率高。

附图说明

图1是本发明提供的磁流体动量球实施例整体结构示意图。

图2是本发明提供的采用永磁驱动的磁流体动量球实施例示意图。

图3是本发明提供的采用永磁驱动的磁流体动量球实施例中定子结构示意图。

图4是实施例中球壳结构示意图。

图5是实施例中内球壳结构示意图。

图6是本发明提供的采用电磁驱动的磁流体动量球实施例示意图。

图7是本发明提供的采用电磁驱动的磁流体动量球实施例中定子结构示意图。

图中：1-定子；2-球壳；3-半球壳；4-定子铁芯；5-线圈阵列；6-线圈；7-线圈有效边；8-通槽；9-磁轮；10-定子电机；11-定子内表面；12-内球壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。

图1是本发明提供的磁流体动量球实施例整体结构示意图，磁流体动量球包含一个球壳2和定子1，定子1分为三组，三组定子的轴线相互正交，每组包括两个定子，每组中的两个定子以球壳2的球心对称布置。

图2是本发明提供的采用永磁驱动的磁流体动量球实施例示意图。图3是本发明提供的采用永磁驱动的磁流体动量球实施例中定子结构示意图。本实施例中的每个定子包含定子电机10和磁轮9，磁轮9安装在定子电机10上并由定子电机10驱动旋转；定子电机10的上表面为定子内表面11，定子内表面11为球面并其紧贴球壳2外表面，球壳2和定子内表面11无相对运动。磁轮9的上表面是与定子电机10的上表面同心的球面，且其球面半径大于定子电机的上表面球面半径，磁轮9和球壳2之间留有气隙，磁轮9为NS永磁阵列磁轮或Halbach永磁阵列磁轮。在采用永磁驱动的磁流体动量球实施例中，每个定子1的定子电机10驱动磁轮9旋转，以在球壳2的内腔形成绕该定子轴线的旋转磁场。

图4是实施例中球壳结构示意图。球壳2采用两个半球壳3组合而成，球壳材料为非铁磁性材料，球壳2内填充磁流体。