一種輪緣驅(qū)動式反作用飛輪制造技術(shù)

一種輪緣驅(qū)動式反作用飛輪屬于飛輪設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中飛輪體積和質(zhì)量大的問題，提高了空間飛行器運(yùn)行效率和運(yùn)行的平穩(wěn)性。包括真空殼、繞組、安裝軸、軸承、微型真空閥、底座、位置傳感器、電樞支架、電路接口、飛輪輪體、永磁體、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、端部導(dǎo)磁環(huán)；所述繞組和位置傳感器安裝在所述電樞支架上；所述反作用飛輪通過永磁無刷直流電機(jī)驅(qū)動。本發(fā)明專利技術(shù)整體位于真空殼內(nèi)，提高了飛輪的轉(zhuǎn)動慣量/質(zhì)量比；采用端部導(dǎo)磁環(huán)，消除了端部漏磁在底座上產(chǎn)生的渦流效應(yīng)，提高了飛輪的機(jī)械效率；由繞組和電樞支架構(gòu)成的永磁無刷直流電機(jī)定子采用無槽無鐵芯式結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)行效率和運(yùn)行的平穩(wěn)性。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于飛輪設(shè)計
，涉及一種空間飛行器姿態(tài)控制裝置，具體涉及一種輪緣驅(qū)動式反作用飛輪。
技術(shù)介紹
反作用飛輪利用自身儲存的動量及其在加速或制動時產(chǎn)生的反作用力矩來控制空間飛行器的姿態(tài)，具有壽命長、控制精度高等優(yōu)點。傳統(tǒng)反作用飛輪多以大內(nèi)孔盤式的輪轂驅(qū)動結(jié)構(gòu)為主，電機(jī)也常為有鐵芯結(jié)構(gòu)，不僅增加了飛輪的體積和質(zhì)量，而且也造成飛輪渦流損耗嚴(yán)重，效率低等問題。2012年第3期《工程設(shè)計學(xué)報》公開了一種輪緣驅(qū)動式反作用飛輪電機(jī)設(shè)計，反作用飛輪電機(jī)包括真空殼、繞組、安裝軸、微型真空閥、底座、位置傳感器、電樞支架、電路接口、飛輪輪體、永磁體、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)；所述繞組和位置傳感器安裝在所述電樞支架上；所述飛輪輪體內(nèi)部徑向環(huán)形安裝有永磁體和內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)；安裝軸與飛輪輪體通過軸承連接，所述繞組通過電路接口與外部控制電路相連并驅(qū)動飛輪轉(zhuǎn)動部分旋轉(zhuǎn)；飛輪轉(zhuǎn)動部分通過鎖緊螺母軸向固定于安裝軸上，電樞支架、安裝軸均采用螺栓連接固定于底座上，真空殼與底座組成真空腔體，通過微型真空閥抽氣和密封。該反作用飛輪電機(jī)端部漏磁在底座上產(chǎn)生的渦流效應(yīng)造成飛輪渦流損耗嚴(yán)重，位置傳感器的信號精度差。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提出一種輪緣驅(qū)動式反作用飛輪，解決現(xiàn)有技術(shù)中飛輪渦流損耗嚴(yán)重和位置傳感器信號精度差的問題，提高了空間飛行器運(yùn)行效率和運(yùn)行的平穩(wěn)性。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的反作用飛輪由靜止部分和轉(zhuǎn)動部分組成，靜止部分包括:真空殼、繞組、安裝軸、軸承的內(nèi)圈部分、微型真空閥、底座、位置傳感器、電樞支架、電路接口 ；轉(zhuǎn)動部分包括:飛輪輪體、永磁體、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、軸承的外圈部分；所述繞組和位置傳感器安裝在所述電樞支架上；所述飛輪輪體內(nèi)部徑向環(huán)形安裝有永磁體和內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)；安裝軸與飛輪輪體通過軸承連接，所述繞組通過電路接口與外部控制電路相連并驅(qū)動飛輪轉(zhuǎn)動部分旋轉(zhuǎn)；飛輪轉(zhuǎn)動部分通過鎖緊螺母軸向固定于安裝軸上，電樞支架、安裝軸均采用螺栓連接固定于底座上，真空殼與底座組成真空腔體，通過微型真空閥抽氣和密封；所述反作用飛輪還包括端部導(dǎo)磁環(huán)，所述端部導(dǎo)磁環(huán)位于所述飛輪輪體軸向端部；所述位置傳感器集成于繞組中，并且與永磁體面對面安裝。所述反作用飛輪通過永磁無刷直流電機(jī)驅(qū)動，所述永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子部分包括所述的內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、端部導(dǎo)磁環(huán)和飛輪輪體，所述永磁無刷直流電機(jī)定子部分包括繞組和電樞支架。所述微型真空閥與真空殼之間為螺紋連接，所述微型真空閥為雙螺紋結(jié)構(gòu)，所述雙螺紋結(jié)構(gòu)的外螺紋和內(nèi)螺紋的旋向、螺距和導(dǎo)程相同。所述真空殼與底座之間、真空殼與微型真空閥之間均采用O型橡膠密封圈密閉。所述位置傳感器采用磁敏式霍爾傳感器，所述磁敏式霍爾傳感器的個數(shù)為3的倍數(shù)。本專利技術(shù)的有益效果為:本專利技術(shù)的反作用飛輪通過永磁無刷直流電機(jī)控制飛輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)力矩輸出，整體位于真空殼內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、有效轉(zhuǎn)動慣量高，提高了飛輪的轉(zhuǎn)動慣量/質(zhì)量比；采用端部導(dǎo)磁環(huán)，消除了端部漏磁在底座上產(chǎn)生的渦流效應(yīng)，解決了渦流損耗嚴(yán)重的問題，提高了飛輪的機(jī)械效率；位置傳感器集成于繞組中，并且與永磁體面對面安裝，提高了驅(qū)動電機(jī)的集成度和位置傳感器信號的精度。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的反作用飛輪整體結(jié)構(gòu)示意圖；其中:1、真空殼，2、飛輪輪體，3、永磁體，4、繞組，5、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)，6、軸承，7、安裝軸，8、微型真空閥，9、鎖緊螺母，10、底座，11、位置傳感器，12、電樞支架，13、端部導(dǎo)磁環(huán)，14、電路接口。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)做進(jìn)一步描述。參見附圖1，本專利技術(shù)的輪緣驅(qū)動式反作用飛輪主要由靜止部分和轉(zhuǎn)動部分組成，靜止部分包括:真空殼1、繞組4、軸承6的內(nèi)圈部分、安裝軸7、微型真空閥8、鎖緊螺母9、底座10、位置傳感器11、電樞支架12、電路接口 14 ;轉(zhuǎn)動部分包括:飛輪輪體2、永磁體3、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)5、端部導(dǎo)磁環(huán)13、軸承6的外圈部分。繞組4和位置傳感器11都安裝于電樞支架12上，所述位置傳感器11與所述永磁體3面對面，所述繞組4和位置傳感器11通過電路接口 14與外部控制電路相連并驅(qū)動飛輪轉(zhuǎn)動部分旋轉(zhuǎn)；飛輪轉(zhuǎn)動部分通過鎖緊螺母9軸向固定于安裝軸7上。電樞支架12、安裝軸7均采用螺栓連接固定于底座10上。真空殼I與底座10組成真空腔體，通過微型真空閥8的抽氣和密封，保持腔體內(nèi)的真空度要求，為保證真空腔體的密閉性，真空殼I與底座10、真空殼I與微型真空閥8之間均采用O型橡膠密封圈密閉。所述微型真空閥8與真空殼I之間為螺紋連接，所述微型真空閥8為雙螺紋結(jié)構(gòu)，所述雙螺紋結(jié)構(gòu)的外螺紋和內(nèi)螺紋的旋向、螺距和導(dǎo)程相同；所述位置傳感器11采用磁敏式霍爾傳感器，所述磁敏式霍爾傳感器的個數(shù)為3個，并且周向呈120度電角度。所述反作用飛輪采用永磁無刷直流電機(jī)驅(qū)動，所述飛輪輪體2、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)5和端部導(dǎo)磁環(huán)13作為電機(jī)磁路的一部分構(gòu)成了永磁無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述繞組4和電樞支架12構(gòu)成永磁無刷直流電機(jī)的定子。電機(jī)定子采用空心杯式無鐵芯無齒槽結(jié)構(gòu)，減小飛輪系統(tǒng)質(zhì)量并消除電機(jī)定子產(chǎn)生的渦流損耗及齒槽轉(zhuǎn)矩脈動，提高電機(jī)電磁效率和飛輪轉(zhuǎn)動的平穩(wěn)性。為便于制作，繞組4先纏繞在事先加工好的電樞支架12上，用環(huán)氧樹脂膠灌，固化成型，以強(qiáng)化定子剛度和強(qiáng)度，其中電樞支架12采用不導(dǎo)磁的電木材料或其他非導(dǎo)磁材料，如酚醛樹脂、工程塑料等，避免鐵損和定位力矩。所述繞組4有三組，通過電路接口 14與外部控制電路相連，外部控制電路通過檢測位置傳感器11的信號來控制相應(yīng)繞組4通電，以保持繞組4所受到的電磁力矩方向不變，從而通過作用力與反作用力的原理來驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實現(xiàn)對飛輪輪體2的驅(qū)動，控制電路不斷地循環(huán)交替給每相繞組通電，保證電機(jī)轉(zhuǎn)子持續(xù)的轉(zhuǎn)動。以上為本專利技術(shù)的具體實施方式，但絕非對本專利技術(shù)的限制。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種輪緣驅(qū)動式反作用飛輪，由靜止部分和轉(zhuǎn)動部分組成，所述靜止部分包括：真空殼（1）、繞組（4）、安裝軸（7）、軸承（6）的內(nèi)圈部分、微型真空閥（8）、底座（10）、位置傳感器、電樞支架（12）、電路接口（14）；所述轉(zhuǎn)動部分包括：飛輪輪體（2）、永磁體（3）、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)（5）、軸承（6）的外圈部分；所述繞組（4）和位置傳感器安裝在所述電樞支架（12）上；所述飛輪輪體（2）內(nèi)部徑向環(huán)形安裝有永磁體（3）和內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)（5）；安裝軸（7）與飛輪輪體（2）通過軸承（6）連接，所述繞組（4）通過電路接口（14）與外部控制電路相連并驅(qū)動飛輪轉(zhuǎn)動部分旋轉(zhuǎn)；飛輪轉(zhuǎn)動部分通過鎖緊螺母（9）軸向固定于安裝軸（7）上，電樞支架（12）、安裝軸（7）均采用螺栓連接固定于底座（10）上，真空殼（1）與底座（10）組成真空腔體，通過微型真空閥（8）抽氣和密封；其特征在于，所述反作用飛輪還包括端部導(dǎo)磁環(huán)（13），所述端部導(dǎo)磁環(huán)（13）位于所述飛輪輪體（2）軸向端部；所述位置傳感器（11）集成于繞組（4）中，并且與永磁體（3）面對面安裝。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種輪緣驅(qū)動式反作用飛輪，由靜止部分和轉(zhuǎn)動部分組成，所述靜止部分包括:真空殼(I)、繞組(4)、安裝軸(7)、軸承(6)的內(nèi)圈部分、微型真空閥(8)、底座(10)、位置傳感器、電樞支架(12)、電路接口(14);所述轉(zhuǎn)動部分包括:飛輪輪體(2)、永磁體(3)、內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)(5)、軸承(6)的外圈部分；所述繞組(4)和位置傳感器安裝在所述電樞支架(12)上；所述飛輪輪體(2)內(nèi)部徑向環(huán)形安裝有永磁體(3)和內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)(5);安裝軸(7)與飛輪輪體(2)通過軸承(6)連接，所述繞組(4)通過電路接口( 14)與外部控制電路相連并驅(qū)動飛輪轉(zhuǎn)動部分旋轉(zhuǎn)；飛輪轉(zhuǎn)動部分通過鎖緊螺母(9)軸向固定于安裝軸(7)上，電樞支架(12)、安裝軸(7)均采用螺栓連接固定于底座(10)上，真空殼(I)與底座(10)組成真空腔體，通過微型真空閥(8)抽氣和密封；其特征在于，所述反作用飛輪還包括端部導(dǎo)磁環(huán)(13)，所述端部導(dǎo)磁環(huán)(13)位于所述飛輪輪體(2)軸向端部；所述位置傳感器(11)集成于繞組(4)中，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：武俊峰，王輝，吳一輝，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：