[发明专利]控制力矩陀螺、控制力矩陀螺仪及行驶装置

说明书

本发明公开了一种控制力矩陀螺、具有该控制力矩陀螺的控制力矩陀螺仪及具有该控制力矩陀螺仪的行驶装置。本发明提供的控制力矩陀螺包括驱动装置和陀螺盘，驱动装置驱动陀螺盘沿其旋转轴转动，陀螺盘包括主盘体和位于主盘体上的至少两个副盘体，副盘体沿陀螺盘的周向均布，且其自转轴转动，自转轴与旋转轴的法面相交，副盘体在旋转轴方向的角速度分量的方向与主盘体的角速度方向一致，具有陀螺盘整体尺寸紧凑，体积小而动量矩大的优点。

技术领域

本发明涉及一种控制力矩陀螺，尤其是一种体积小而动量矩大的控制力矩陀螺、具有该控制力矩陀螺的控制力矩陀螺仪及具有这该控制力矩陀螺仪的行驶装置。

背景技术

绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺。通常所说的陀螺一般指的是对称陀螺，为质量分布均匀、结构对称的刚体，对称轴即其自转轴。人们用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪。

陀螺的定轴性与陀螺的转动惯量及自转角速度成正比，因此，具有强定轴性的陀螺一般都会体积较大，从而结构笨重且启动时间长。当陀螺稳定后，若需要改变其特性，则需改变其自转角速度，而转动惯量越大，就越难改变其自转角速度。

在现有的飞行器中，一般都安装有电子陀螺仪以检测机身或其他部件的倾斜角度，并通过控制系统控制飞行器的姿态，使飞行器稳定飞行。电子陀螺仪成本低、无转动部分且重量轻，但无法满足不同飞行状况下的不同需要，如遇强风、变向、扰流、电磁干扰等不同情况时，就有可能失去作用，从而飞行器脱离原有飞行轨道甚至倾倒。另外，电子陀螺仪易受电磁环境干扰，使用场合往往受到限制，且电子陀螺仪一般采用后发式的控制方式，当遇到突发的飞行状况时，由于控制的滞后，不能有效的纠正飞行过程中的运行状态；其次，电子陀螺仪是对整机进行控制，使飞行器整体恢复平稳状态需要消耗较大的能耗。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种体积小而动量矩大的控制力矩陀螺。

本发明的第二目的在于提供一种具有体积小且动量矩大的陀螺的控制力矩陀螺仪。

本发明的第三目的在于提供一种强定轴性的控制力矩陀螺仪的飞行器。

为实现上述第一目的，本发明提供的控制力矩陀螺包括驱动装置和陀螺盘，驱动装置驱动陀螺盘沿其旋转轴转动，陀螺盘包括主盘体和位于主盘体上的至少两个副盘体，副盘体沿陀螺盘的周向均布，且其自转轴转动，自转轴与旋转轴的法面相交，副盘体在旋转轴方向的角速度分量的方向与主盘体的角速度方向一致。

由此方案可见，驱动装置驱动主盘体速转动，副盘体沿旋转轴周向均匀分布在主盘体上，所产生的动量矩与主盘体叠加，使陀螺盘的动量矩进一步增加，且副盘体设置在主盘体内部，从而陀螺盘的整体尺寸紧凑，体积小而动量矩大。

进一步方案为，自转轴与旋转轴的法面垂直。进一步增加陀螺盘的定轴性。

进一步方案为，控制力矩陀螺陀螺运转时，主盘体带动副盘体公转并自转。增加控制力矩陀螺的转动惯量，使控制力矩陀螺更加稳定。

进一步方案为，驱动装置包括转子和固定座，转子与主盘体同轴布置且相对固定，转子能相对固定座转动；固定座沿其周向设置有第一环形磁极阵列；每个副盘体沿其周向设置有第二环形磁极阵列；第二环形磁极阵列位于第一环形磁极阵列的外侧附近；主盘体通过第一环形磁极阵列和第二环形磁极阵列之间的磁力作用带动副盘体自转。

由此方案可见，第二环形磁极阵在第一环形磁极阵列的外侧附近与其产生相互作用，并且有效的利用磁极之间的磁力作用带动副盘体转动，减少电能耗。

进一步方案为，第一环形磁极阵列的工作面朝向其中心部位内凹；第二环形磁极阵列的工作面背离其中心部位外凸；内凹和所述外凸相互迎合。由此方案可见，增加磁极的配合长度和磁极作用力，增加副盘的转动惯量，有利于增加固定座与副盘体之间的稳定性。