專利名稱：一種可重復(fù)鎖緊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁懸浮飛輪鎖緊裝置，特別是一種可重復(fù)使用、可靠高、功耗小、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的磁懸浮飛輪鎖緊裝置，可作為磁懸浮飛輪系統(tǒng)的保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
磁懸浮飛輪屬于長(zhǎng)壽命、高精度航天器姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。航天器在發(fā)射過(guò)程中將 產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)和沖擊，由于磁懸浮飛輪采用磁軸承技術(shù)，定子和轉(zhuǎn)子之間存在間隙， 如果不采取保護(hù)措施，磁懸浮飛輪系統(tǒng)將會(huì)受到損壞，所以需要鎖緊裝置；另外，當(dāng)磁 懸浮飛輪需要正常工作時(shí)，還要對(duì)則磁懸浮飛輪鎖緊裝置進(jìn)行解鎖，使磁懸浮飛輪系統(tǒng) 進(jìn)入正常工作狀態(tài)。由于磁懸浮飛輪在發(fā)射前需要與航天器進(jìn)行各種測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，通常 需要磁懸浮飛輪進(jìn)行鎖緊和解鎖。另外，如果航天器在空間進(jìn)行變軌道工作，也需要對(duì) 磁懸浮飛輪進(jìn)行鎖緊和解鎖。目前所使用的磁懸浮飛輪鎖緊裝置主要有基于碳纖維復(fù)合 材料和航空鋼絲繩的鎖緊裝置、氣動(dòng)鎖緊裝置、步進(jìn)電機(jī)+齒輪傳動(dòng)副+螺母與螺桿傳動(dòng) 副鎖緊裝置。基于碳纖維復(fù)合材料和航空鋼絲繩的鎖緊裝置，采用火工品進(jìn)行解鎖，其 主要缺點(diǎn)是只能一次性使用，火工品在工作時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊大、火藥燃燒或爆炸時(shí)產(chǎn)生 有害氣體。氣動(dòng)鎖緊裝置雖然可重復(fù)使用，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并且需要?dú)庠?，可靠性較差， 質(zhì)量和體積大。步進(jìn)電機(jī)十齒輪傳動(dòng)副+螺母與螺桿傳動(dòng)副鎖緊裝置也可實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用， 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在多種活動(dòng)部件，因此質(zhì)量較大，可靠性也較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決何題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可重復(fù)使用、易于控制、 功耗小、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠的磁懸浮飛輪鎖緊裝置。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為 一種可重復(fù)鎖緊裝置由靜止部分和運(yùn)動(dòng)部分兩部分組 成，其特征在于靜止部分包括電磁鐵的磁鐵座、電磁鐵的永磁體、支架、緊固螺釘、 擋板、傳感器、壓縮彈簧、拉伸彈簧和連接螺釘；運(yùn)動(dòng)部分包括電磁鐵的吸盤(pán)、支柱、 彈簧柱和鎖柱；永磁體通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠粘接在磁鐵座上，磁鐵座通過(guò)連接螺釘固定在支 架的一端，吸盤(pán)處于電磁鐵的外側(cè)；吸盤(pán)與支柱連接，鎖柱通過(guò)拉伸彈簧與支架相連接， 擋板通過(guò)緊固螺釘與支架連接，在擋板和支柱之間為彈簧柱，彈簧柱與支柱連接，在彈 簧柱的外側(cè)為壓縮彈簧，壓縮彈簧通過(guò)彈簧柱與擋板連接；傳感器通過(guò)連接螺釘固定在支架上，擋板通過(guò)緊固螺釘固定在支架上，支柱處于支架的中部，鎖柱處于支柱的上側(cè)。 傳感器輸出的電信號(hào)與外加控制器的輸入端相連，該控制器的輸出端與電磁鐵的線圈相 連，形成電的閉環(huán)回路；線圈位于磁鐵座的槽內(nèi)，并通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠與磁鐵座粘接在一 起。
上述方案的原理是當(dāng)需要對(duì)磁懸浮飛輪進(jìn)行鎖緊時(shí)，電磁鐵中的線圈通電流，使 永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同，分別如圖2中的實(shí)線和虛線所示， 實(shí)線為永磁磁路，虛線為電磁磁路，此時(shí)產(chǎn)生的磁力吸引吸盤(pán)克服壓縮彈簧和機(jī)構(gòu)的摩 擦力推動(dòng)支柱產(chǎn)生X軸正方向的運(yùn)動(dòng)，支柱水平方向的運(yùn)動(dòng)又推動(dòng)鎖柱產(chǎn)生垂直方向的 運(yùn)動(dòng)，使鎖柱與磁懸浮飛輪轉(zhuǎn)子接觸，然后停止給電磁鐵供電，由于設(shè)計(jì)肘選擇鎖柱的
夾角a和支柱的夾角p相等，而且?jiàn)A角a或夾角p不大于鎖柱與支柱摩擦角以及支柱與 支架摩擦角的和，也就是機(jī)構(gòu)的自鎖條件，利用機(jī)構(gòu)的自鎖和電磁鐵中的永磁體提供的 磁力保護(hù)鎖緊狀態(tài)。當(dāng)需要對(duì)磁懸浮飛輪進(jìn)行解鎖時(shí)，電磁鐵中的線圈通與鎖緊相反方 向的電流，使永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)與電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小相等，方向相反，如圖4所示， 此時(shí)，電磁鐵不產(chǎn)生磁力，支柱在壓縮彈簧的彈力作用下在水平方向產(chǎn)生與鎖緊時(shí)相反 方向的運(yùn)動(dòng)，鎖柱在拉伸彈簧的彈簧力作用下在垂直方向產(chǎn)生與鎖緊時(shí)相反方向的運(yùn) 動(dòng)，脫離轉(zhuǎn)子，然后停止通電，利用壓縮彈簧的彈力保持解鎖狀態(tài)。鎖緊和解鎖狀態(tài)可 以通過(guò)傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，更加利于控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明由于采用電磁鐵和機(jī)構(gòu)的自鎖，與一次 性鎖緊裝置相比實(shí)現(xiàn)了磁懸浮飛輪的可重復(fù)鎖緊功能，可反復(fù)使用。與現(xiàn)有的可重復(fù)鎖 緊裝置相比，本發(fā)明所述的可重復(fù)鎖緊裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，活動(dòng)部件少，鎖緊和解鎖狀態(tài)可 通過(guò)傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因而可靠性高，控制更加容易，又由于在電磁鐵中采用永磁體， 因而顯著減小了鎖緊裝置的質(zhì)量、體積和功耗。


圖1為本發(fā)明技術(shù)解決方案的可重復(fù)鎖緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明技術(shù)解決方案的可重復(fù)鎖緊裝置在鎖緊過(guò)程中的截面示意圖3為本發(fā)明技術(shù)解決方案的可重復(fù)鎖緊裝置在鎖緊狀態(tài)的截面示意圖4為本發(fā)明技術(shù)解決方案的可重復(fù)鎖緊裝置在解鎖過(guò)程中的截面示意圖； 圖5為本發(fā)明技術(shù)解決方案的可重復(fù)鎖緊裝置在解鎖狀態(tài)的截面示意圖6 (a)為本發(fā)明技術(shù)解決方案的鎖柱結(jié)構(gòu)示意圖6 (b)為本發(fā)明技術(shù)解決方案的鎖柱主視圖； 圖6 (C)為本發(fā)明技術(shù)解決方案的鎖柱左視圖； 圖7 U)為本發(fā)明技術(shù)解決方案的支柱結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7 (b)為本發(fā)明技術(shù)解決方案的支柱主視圖； 圖7 (C)為本發(fā)明技術(shù)解決方案的支柱剖面圖； 圖8為本發(fā)明技術(shù)解決方案的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖9為本發(fā)明技術(shù)解決方案的的可重復(fù)鎖緊機(jī)構(gòu)在磁懸浮飛輪中位置示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖l、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示，本發(fā)明由電磁鐵12、鎖柱2、支架3、 支柱5、彈簧柱6、壓縮彈簧7、擋板8、拉伸彈簧9、傳感器11組成，電磁鐵12、傳 感器II和擋板8通過(guò)緊固螺釘4和連接螺釘10固定在支架上，吸盤(pán)121和電磁鐵12 的磁極間形成0.5~2mm的間隙，支柱5和吸盤(pán)121在支架3內(nèi)只能實(shí)現(xiàn)水平x軸方向運(yùn) 動(dòng)，如圖l中的x軸方向所示，需要鎖緊時(shí)，給線圈123通電流，使電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方 向與永磁體122產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同，如圖2中的實(shí)線和虛線所示，吸盤(pán)121在磁力作 用下克服壓縮彈簧7的彈簧彈力和摩擦力，推動(dòng)支柱5水平運(yùn)動(dòng)，支柱5又推動(dòng)鎖柱2 產(chǎn)生垂直方向運(yùn)動(dòng)，使鎖柱2與磁懸浮飛輪轉(zhuǎn)子接觸，消除磁懸浮飛輪中的間隙，然后 停止通電，利用機(jī)構(gòu)的自鎖和電磁鐵12中的永磁體121產(chǎn)生的磁力保持鎖緊狀態(tài)，機(jī) 構(gòu)自鎖的原理是當(dāng)驅(qū)動(dòng)力方向在機(jī)構(gòu)摩擦角范圍內(nèi)時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力多大，鎖柱2都不能 運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)了自鎖，圖3中虛線為鎖柱在鎖緊時(shí)的位置，當(dāng)解鎖時(shí)，電磁鐵12通過(guò) 相反方向的電流，如圖4中的實(shí)線和虛線所示，由壓縮彈簧7克服摩擦力實(shí)現(xiàn)解鎖，使 鎖柱2在拉伸彈簧9的作用下脫離轉(zhuǎn)子，然后停止通電，利用彈簧力保持解鎖狀態(tài)，使 磁懸浮飛輪可正常工作，鎖緊和解鎖狀態(tài)可通過(guò)傳感器11進(jìn)行檢測(cè)，如檢測(cè)出位置為 2mm,則鎖緊裝置處于解鎖狀態(tài)，如檢測(cè)出位置為0.5mm，則鎖緊裝置處于鎖緊狀態(tài)。 在具體應(yīng)用時(shí)，本發(fā)明所述的可重復(fù)鎖緊裝置一般需要3個(gè)或4個(gè)均布在磁懸浮飛輪轉(zhuǎn) 子的圓周方向?qū)崿F(xiàn)對(duì)磁懸浮飛輪的鎖緊和解鎖功能，如圖9所示。
上述本發(fā)明所用的磁鐵座124、吸盤(pán)121均應(yīng)用導(dǎo)磁性能良好的材料制成，如各種 碳鋼、電工純鐵等；永磁體122的材料為磁性能良好的稀土永磁體或鐵氧體永磁體，永 磁體122為軸向充磁；激磁線圈123用導(dǎo)電良好的電磁線繞制后浸漆烘干而成；鎖柱2 和支柱5分別為鋁和鋼兩種不同的金屬材料。
圖3為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置在鎖緊狀態(tài)的截面示意圖，在鎖緊狀態(tài)，吸盤(pán)121 由永磁體的磁力作用靠在電磁鐵12的磁鐵座124上，使鎖柱2與磁懸浮飛輪轉(zhuǎn)子接觸， 消除磁懸浮飛輪中的間隙，保持鎖緊功能。
圖5為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置在解鎖狀態(tài)的截面示意圖，在解鎖狀態(tài)，吸盤(pán)121
由壓縮彈簧7的彈力作用遠(yuǎn)離的電磁鐵12的磁鐵座124，磁力作用靠在電磁鐵12的磁 鐵座124上，保持鎖柱2不接觸磁懸浮飛輪轉(zhuǎn)子，保持解鎖狀態(tài)。
圖6為本發(fā)明的鎖柱2的結(jié)構(gòu)示意圖，其功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)飛輪轉(zhuǎn)子的鎖緊，材料為鋁 或鋼等金屬材料，上下面均為斜面，夾角a根據(jù)鎖柱和支柱以及支柱和支架之間的摩擦 角來(lái)選擇，不大于鎖柱和支柱以及支柱和支架之間的摩擦角的和。
圖7為本發(fā)明的支柱5的結(jié)構(gòu)示意圖，其功能是支承鎖柱，材料為鋁或鋼等金屬材 料，上面均為斜面，下面為平面，夾角(3根據(jù)鎖柱和支柱以及支柱和支架之間的摩擦角 來(lái)選擇，不大于鎖柱和支柱以及支柱和支架之間的摩擦角的和，且與夾角a相等。
圖8為本發(fā)明的傳感器11的結(jié)構(gòu)示意圖，由傳感器探頭Ul和傳感器支架112組 成，吸盤(pán)121為傳感器探測(cè)體，傳感器探頭111與吸盤(pán)121之間形成探測(cè)間隙，探測(cè)間 隙一般為0.5mm 2mm。
圖9為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊機(jī)構(gòu)在磁懸浮飛輪中位置示意圖，在磁懸浮飛輪系統(tǒng)中， 一般需要3個(gè)或4個(gè)可重復(fù)鎖緊機(jī)構(gòu)14固定在底座15上，均布在飛輪轉(zhuǎn)子16的圓周 方向?qū)Υ艖腋★w輪進(jìn)行鎖緊或解鎖，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁懸浮飛輪系統(tǒng)的保護(hù)功能。
總之，本發(fā)明的鎖緊裝置保護(hù)了磁懸浮飛輪系統(tǒng)，具有可重復(fù)使用、可靠性高、結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員
來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也
應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種可重復(fù)鎖緊裝置，由靜止部分和運(yùn)動(dòng)部分兩部分組成，其特征在于靜止部分包括電磁鐵(12)的磁鐵座(124)、電磁鐵(12)的永磁體(122)、支架(3)、緊固螺釘(4)、擋板(8)、傳感器(11)、壓縮彈簧(7)、拉伸彈簧(9)和連接螺釘(10)；運(yùn)動(dòng)部分包括電磁鐵(12)的吸盤(pán)(121)、支柱(5)、彈簧柱(6)和鎖柱(2)；永磁體(122)通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠粘接在磁鐵座(124)上，磁鐵座(124)通過(guò)連接螺釘(10)固定在支架(3)的一端，吸盤(pán)(121)處于電磁鐵(12)的外側(cè)；吸盤(pán)(121)通過(guò)連接軸(13)與支柱(5)連接，鎖柱(2)通過(guò)拉伸彈簧(9)與支架(3)相連接，擋板(8)通過(guò)緊固螺釘(4)與支架(3)連接，在擋板(8)和支柱(5)之間為彈簧柱(6)，彈簧柱(6)與支柱(5)連接，在彈簧柱(6)的外側(cè)為壓縮彈簧(7)，壓縮彈簧(7)通過(guò)彈簧柱(6)與擋板(8)連接；傳感器(11)通過(guò)連接螺釘(10)固定在支架(3)上，擋板(8)通過(guò)緊固螺釘(4)固定在支架(3)上，支柱(5)處于支架(3)的中部，鎖柱(2)處于支柱(5)的上側(cè)；傳感器(11)輸出的電信號(hào)與外加控制器的輸入端相連，該控制器的輸出端與電磁鐵(12)的線圈(123)相連，形成電的閉環(huán)回路；線圈(123)位于磁鐵座(124)的槽內(nèi)，并通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠與磁鐵座(124)粘接在一起。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種可重復(fù)鎖緊裝置，其特征在于:所述的吸盤(pán)(121) 和電磁鐵(12)的磁極間形成0.5 2mm的間隙。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可重復(fù)鎖緊裝置，其特征在于所述的永磁體(122) 為一軸向圓環(huán)，沿軸向充磁。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種可重復(fù)鎖緊裝置，其特征在于所述的鎖柱(2)和 支柱(5)為鋁或鋼材料。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可重復(fù)鎖緊裝置，其特征在于所述的傳感器(11) 為電感式位移傳感器、或?yàn)殡姕u流式位移傳感器、或?yàn)殡娙菔轿灰苽鞲衅?，或?yàn)楣馕灰?傳感器。
全文摘要
一種可重復(fù)鎖緊裝置，可作為磁懸浮飛輪的保護(hù)裝置，主要由電磁鐵、鎖柱、支架、支柱、彈簧柱、壓縮彈簧、連接軸、擋板、拉伸彈簧、傳感器組成，電磁鐵、傳感器和擋板通過(guò)緊固螺釘和連接螺釘固定在支架上，磁鐵座通過(guò)連接螺釘固定在支架的一端，吸盤(pán)處于電磁鐵外側(cè)，吸盤(pán)與支柱連接，鎖柱通過(guò)拉伸彈簧與支架相連接，擋板通過(guò)緊固螺釘與支架連接，在擋板和支柱之間為彈簧柱，彈簧柱與支柱連接，在彈簧柱的外側(cè)為壓縮彈簧，壓縮彈簧通過(guò)彈簧柱與擋板連接，傳感器和擋板通過(guò)緊固螺釘和連接螺釘固定在支架上，鎖柱處于支柱的上側(cè)。本發(fā)明的鎖緊裝置保護(hù)了磁懸浮飛輪系統(tǒng)，具有可重復(fù)使用、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B64G1/24GK101367439SQ200810119968
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者強(qiáng) 劉, 孫津濟(jì), 房建成, 曦 王, 韓邦成 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)