一種磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球，用于衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整的執(zhí)行器，屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在軌衛(wèi)星承擔(dān)特定的探測、開發(fā)和利用空間的任務(wù)，此類任務(wù)對衛(wèi)星姿態(tài)控制提出了姿態(tài)穩(wěn)定或姿態(tài)機動的需求。衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定與機動的執(zhí)行機構(gòu)作為衛(wèi)星姿態(tài)控制的一項關(guān)鍵技術(shù)一直廣受關(guān)注，基于動量矩守恒原理的動量輪是常用的一種技術(shù)方案?，F(xiàn)有成熟技術(shù)為機械滾珠軸承動量輪，有學(xué)者提出的磁懸浮動量輪雖然克服了機械滾珠軸承動量輪的機械摩擦損耗等不足，但動量輪均存在體積與質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本高等問題，此外一個衛(wèi)星需搭載多個動量輪實現(xiàn)衛(wèi)星三軸姿態(tài)調(diào)整，進而造成多動量輪之間耦合較大并進一步降低了衛(wèi)星的有效載荷。
[0003]動量球的動子可繞任意軸旋轉(zhuǎn)，代替多個動量輪獨立實現(xiàn)衛(wèi)星三軸姿態(tài)控制，具有體積小、質(zhì)量輕和成本低等優(yōu)點。現(xiàn)有磁懸浮動量球技術(shù)多為永磁同步的磁懸浮動量球，制造復(fù)雜，成本昂貴，不利于小型化和低成本化，限制了其應(yīng)用?，F(xiàn)有的感應(yīng)式磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球大多不能實現(xiàn)懸浮驅(qū)動一體，不利于衛(wèi)星的姿態(tài)控制；并且其懸浮多采用吸浮實現(xiàn)，不是固有穩(wěn)定的懸浮系統(tǒng)，懸浮控制復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整的磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球，實現(xiàn)小型化，低成本化和懸浮旋轉(zhuǎn)驅(qū)動一體，并且實現(xiàn)固有穩(wěn)定的懸浮和高效的姿態(tài)調(diào)整性能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球，所述磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球包含定子和一個動子；所述動子為球殼形，動子材料采用非鐵磁性的導(dǎo)電金屬材料；所述定子分為三組，三組定子的軸線相互正交，每組包括兩個定子，每組中的兩個定子以動子的球心對稱布置，其特征在于:每個定子包含定子電機和磁輪，磁輪安裝在定子電機上并由定子電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；磁輪的上表面是和動子外表面同心的球面，且磁輪上表面的球面半徑大于動子外表面的球面半徑，磁輪與動子的外表面間留有氣隙。
[0007]所述磁輪為NS永磁陣列磁輪或Halbach永磁陣列磁輪。所述動子采用兩個半球殼組合而成。磁輪和定子電機之間采用磁懸浮支承。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，具有以下優(yōu)點及突出性的技術(shù)效果:本發(fā)明實現(xiàn)了磁懸浮動量球的懸浮旋轉(zhuǎn)驅(qū)動一體化，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積小質(zhì)量輕，成本低，效率高，并且屬于固有的穩(wěn)定懸浮，懸浮控制簡單。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明提供的磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球?qū)嵤├疽鈭D。
[0010]圖2是實施例中定子結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3是實施例中NS永磁陣列磁輪示意圖。
[0012]圖4是實施例中Halbach永磁陣列磁輪示意圖。
[0013]圖5是實施例中動子結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1_定子，2-動子，3-氣隙，4-磁輪，5-定子電機，6_NS永磁陣列磁輪，7-Halbach永磁陣列磁輪，8_動子半球殼，9-NS永磁陣列磁輪中N極指向球面球心的磁鋼，10-NS永磁陣列磁輪中S極指向球面球心的磁鋼，Il-Halbach永磁陣列磁輪中N極指向球面球心的磁鋼，12-Halbach永磁陣列磁輪中N極沿著磁輪圓周逆時針切線方向的磁鋼，13-Halbach永磁陣列磁輪中S極指向球面球心的磁鋼，14-Halbach永磁陣列磁輪中S極沿著磁輪圓周逆時針切線方向的磁鋼。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步詳細(xì)描述。
[0016]圖1是本發(fā)明提供的磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球?qū)嵤├疽鈭D，包含一個動子2和六個定子I，各定子I和動子2之間形成氣隙3，所述動子2為球殼形，所述六個定子I分為三組，三組定子的軸線相互正交，每組包括兩個定子，每組中的兩個定子以動子2的球心對稱布置；每個定子I包含磁輪4和定子電機5。
[0017]圖2是實施例中定子結(jié)構(gòu)示意圖，每個定子I包含定子電機5和磁輪4 (磁輪只畫出一部分)，磁輪4的上表面是和動子2外表面同心的球面，且磁輪4上表面的球面半徑大于動子外表面的球面半徑，磁輪4與動子2的外表面間留有氣隙3。磁輪4安裝在定子電機5上，定子電機5固定，驅(qū)動磁輪4相對于衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)，磁輪4和定子電機5之間可采用磁懸浮支承，以減小摩擦。
[0018]圖3是實施例中NS永磁陣列磁輪示意圖。NS永磁陣列磁輪6與動子2相配合的內(nèi)表面為球面，由N極指向球面球心的磁鋼9和S極指向球面球心的磁鋼10這兩種磁鋼相鄰排列而成。
[0019]圖4是實施例中Halbach永磁陣列磁輪示意圖。Halbach永磁陣列磁輪7與動子
2相配合的內(nèi)表面為球面，由如圖4所示的四種不同充磁方向的磁鋼11、12、13和14相鄰排列而成，這四種磁鋼依次為N極指向球面球心的磁鋼11、N極沿著磁輪圓周逆時針切線方向的磁鋼12、S極指向球面球心的磁鋼13和S極沿著磁輪圓周逆時針切線方向的磁鋼14。
[0020]圖5是實施例中動子結(jié)構(gòu)示意圖，動子2的材料為非鐵磁性的導(dǎo)電材料，為方便制造，動子2采用兩個半球殼8組合而成，本實施例中動子2采用鋁材料。
[0021]每個定子I的定子電機5驅(qū)動磁輪4旋轉(zhuǎn)，以形成繞該定子軸線旋轉(zhuǎn)的磁場，旋轉(zhuǎn)磁場在動子2中感應(yīng)出渦流，渦流在磁場中受力，為動子2提供沿該定子軸線的懸浮力和繞該定子軸線的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動動子繞該定子軸線旋轉(zhuǎn)，從而大大提高了為衛(wèi)星提供動量矩的能力，提尚了姿態(tài)調(diào)整效率。
[0022]當(dāng)兩個或兩個以上定子I的磁輪4旋轉(zhuǎn)時，每個定子I均為動子2提供沿該定子軸線的懸浮力和繞該定子軸線的轉(zhuǎn)矩；各個定子I產(chǎn)生的懸浮力合成為動子2所受懸浮力，控制動子2的穩(wěn)定懸浮，各個定子I產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩合成為動子所受轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動動子2沿任意軸旋轉(zhuǎn)。
[0023]在動子2工作時，每組的兩個定子的磁輪以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，為動子提供兩個通過該組定子軸線且大小相等方向相反的懸浮力，實現(xiàn)動子2在該定子軸線方向的懸浮，當(dāng)其中一個定子和動子2之間的氣隙3減小時，該定子提供的懸浮力增大，另一個定子和動子2之間的氣隙3增大，該定子提供的懸浮力減小，兩個懸浮力共同作用使動子2重新回到中間位置，所以動子的懸浮屬于固有穩(wěn)定的懸浮，懸浮控制簡單易實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.一種磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球，所述磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球包含定子(I)和一個動子(2);所述動子為球殼形，動子材料米用非鐵磁性的導(dǎo)電金屬材料；所述定子分為三組，三組定子的軸線相互正交，每組包括兩個定子，每組中的兩個定子以動子的球心對稱布置，其特征在于:每個定子包含定子電機(5)和磁輪(4)，磁輪安裝在定子電機上并由定子電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；磁輪的上表面是和動子外表面同心的球面，且磁輪上表面的球面半徑大于動子外表面的球面半徑，磁輪與動子的外表面間留有氣隙(3)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球，其特征在于:所述磁輪為NS永磁陣列磁輪(6)或Halbach永磁陣列磁輪(7)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球，其特征在于:所述動子采用兩個半球殼(8)組合而成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球，其特征在于:磁輪和定子電機之間采用磁懸浮支承。
【專利摘要】一種磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球，用于衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整，所述磁輪驅(qū)動的磁懸浮動量球包含定子和一個動子，所述動子為球殼形，動子材料為非鐵磁性的導(dǎo)電金屬材料；所述定子分為三組，三組定子的軸線相互正交，每組包括兩個定子，每組中的兩個定子以動子的球心對稱布置，每個定子包含定子電機和磁輪，磁輪安裝在定子電機上并由定子電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；磁輪的上表面是和動子外表面同心的球面，且磁輪上表面的球面半徑大于動子外表面的球面半徑，磁輪與動子的外表面留有氣隙。本發(fā)明實現(xiàn)了磁懸浮動量球的懸浮旋轉(zhuǎn)驅(qū)動一體化，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積小質(zhì)量輕，成本低,效率高，并且屬于固有的穩(wěn)定懸浮，懸浮控制簡單。
【IPC分類】H02K16/00, B64G1/24, H02N15/00
【公開號】CN105207430
【申請?zhí)枴緾N201510587651
【發(fā)明人】張鳴, 朱煜, 陳安林, 楊開明, 成榮
【申請人】清華大學(xué), 北京華卓精科科技有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月15日