一种磁悬浮反作用飞轮装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107040082A(43)申请公布日2017.08.11(21)申请号201710260005.1(22)申请日2017.04.20(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人韩邦成郑世强李海涛刘刚乐韵(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人杨学明顾炜(51)Int.Cl.H02K7/02(2006.01)H02N15/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种磁悬浮反作用飞轮装置(57)摘要本发明公开了一种磁悬浮反作用飞轮装置，可作为卫星、对地观测平台、空间望远镜等航天器的姿态控制执行机构，主要由轮体、外壳、底座、径向磁悬浮轴承、轴向被动磁悬浮轴承、保护轴承、位置传感器、电机部件组成。采用磁悬浮轴承对飞轮转子进行五自由度非接触悬浮，并由电机驱动飞轮转子绕转轴旋转，输出控制力矩，径向磁悬浮轴承控制转子径向平动，轴向磁悬浮轴承控制转子的径向转动和轴向平动。本发明各个组件布局合理、紧凑，减小了体积，减轻了重量，消除了机械轴承飞轮的转速过零摩擦力和机械磨损，提高了飞轮的控制精度和使用寿命。CN107040082ACN107040082A权利要求书1/1页1.一种磁悬浮反作用飞轮装置，由静止部分和转动部分两部分组成，其特征在于：静止部分包括径向磁悬浮轴承(4)的静止部分、外壳(1)、轴向磁悬浮轴承(7)的静止部分、保护轴承(3)、位置传感器(5)、电机(6)的定子部分和底座(8)；转动部分包括轮体(2)、径向磁悬浮轴承(4)的转动部分、轴向磁悬浮轴承(7)的转动部分和电机(6)的转动部分，保护轴承(3)处于飞轮的中部，保护轴承(3)与底座(8)连接，在保护轴承(3)的外侧是径向磁悬浮轴承(4)，其静止部分与底座(8)连接，其转动部分与轮体(2)连接，在径向磁悬浮轴承(4)的外侧是位置传感器(5)，位置传感器(5)与底座(8)连接，在位置传感器(5)的外侧是电机(6)，其静止部分与底座(8)连接，其转动部分与轮体(2)连接，在电机(6)的外侧是轴向磁悬浮轴承(7)，其静止部分与底座(8)连接，其转动部分与轮体(2)连接，位置传感器(5)的输出电信号与外加控制器的输入端相连，该控制器的输出端与径向磁悬浮轴承(4)的电磁线圈相连，形成电的闭环回路，底座(8)位于飞轮的最底部。2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮反作用飞轮装置，其特征在于：所述的径向磁悬浮轴承(4)为永磁偏置、电磁控制的主动式磁轴承。3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮反作用飞轮装置，其特征在于：所述的轴向被动磁悬浮轴承(7)为永磁被动磁轴承。4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮反作用飞轮装置，其特征在于：所述的径向磁悬浮轴承(4)和轴向被动磁悬浮轴承(7)是磁力相等的对称结构，或磁力不相等的非对称结构。5.根据权利要求1所述的一种磁悬浮反作用飞轮装置，其特征在于：所述的电机(6)不再含有机械轴承，径向磁悬浮轴承(4)、轴向磁悬浮轴承(7)为电机(6)起到径向和轴向支撑定位作用。2CN107040082A说明书1/3页一种磁悬浮反作用飞轮装置技术领域[0001]本发明涉及飞轮机构的技术领域，具体涉及一种磁悬浮反作用飞轮装置，可用于卫星、对地观测平台、空间望远镜等航天器的姿态控制。背景技术[0002]卫星、对地观测平台、宇宙飞船、空间望远镜等航天器的姿态控制执行机构要求体积小、重量轻、寿命长、功耗低、可靠性高。目前作为航天器姿态控制系统执行机构的飞轮，一般采用机械轴承支承，这就从根本上限制了飞轮转速的提高，因此为了达到所需的角动量，就不得不增加飞轮重量，增大体积。另外，机械轴承存在机械磨损、不平衡振动不可控和过零摩擦力矩大等问题，严重影响了飞轮的使用寿命以及航天器姿态控制的精度和稳定度。有的磁悬浮飞轮，采用两个径向磁悬浮轴承沿轴向并排放置，受到整个飞轮重量和体积的限制，两个径向磁轴承之间的距离很短，这会使得飞轮转子在受到扰动等因素需要输出力矩调整姿态时，作用到两个径向磁轴承的力会很大，因而径向磁轴承在径向方向的尺寸就会增加，这势必会增加飞轮的体积和重量。有的磁悬浮飞轮径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承均采用永磁偏置、主动控制方式的混合磁悬浮轴承，因此存在功耗大和可靠性低的缺点。有的五自由度悬浮结构采用轴向混合磁轴承，转子位于悬浮结构中部，因此存转动惯量小和质量重的缺点，故不能满足卫星、对地观测平台等航天器所要求的体积小、重量轻的目的。还有些储能飞轮系统采用轴向混合混合磁轴承和径向混合磁轴承及主动控制方式，因此存在结构复杂和可靠性低的缺点。中国专利申请CN200610011579.7、中国专利申请CN2012101