一种金字塔构型四轴微纳飞轮结构制造技术

本发明专利技术涉及一种金字塔构型四轴微纳飞轮结构，四个微纳型飞轮分别通过其第一支架安装在组合体整机基座上，成金字塔构型，微纳型飞轮角动量法线与安装面法线夹角可根据需要任意设置；四个微纳型飞轮由密封罩包覆；四路COTS器件驱动线路集成在一块线路板上，对外电气接口由一个接插件实现，简化了结构，降低了成本。驱动线路置于真空密封腔另一侧非密封腔内，并由盖板实现辐照防护，改善了散热条件。此外，该结构还减小了体积、重量；整机为长方体结构，四个微纳型飞轮由整机基座实现对整星机械接口，简化了安装方式，使用方便；轴承组件由一对轴承展开实现外圈或内圈旋转，减少了零件数量，简化了组件结构。

【技术实现步骤摘要】
一种金字塔构型四轴微纳飞轮结构
本专利技术涉及一种飞轮结构，特别是一种用于航天器的金字塔构型四轴微纳飞轮结构。
技术介绍
飞轮作为航天器的主要执行机构，通过其转速变化输出的力矩来保持航天器的姿态稳定或实现航天器的姿态控制。名称为一种新型三轴集成微飞轮(专利号为CN104158340A)的专利，名称为三轴集成微飞轮结构(专利号为CN107380486A)的专利中，主要涉及三轴集成微飞轮结构。随着微纳卫星工程的发展，对微纳卫星机动能力提出了更高的要求。为满足上述要求，需要实现微纳飞轮的机构冗余，冗余飞轮构型既可使系统具备更大机动能力，又可在部分微纳飞轮失效时仍然提供任意方向力矩。在微纳卫星工程领域需考虑的机构冗余飞轮结构问题以上专利均没有提及。然而这一微纳飞轮结构问题直接影响微纳卫星的应用，因此解决好微纳飞轮的机构冗余结构问题有着重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种体积小、重量轻、结构简单的金字塔构型四轴微纳飞轮结构。本专利技术的技术解决方案是：提供一种四轴微纳飞轮结构，包括四个微纳型飞轮、基座、支架结构；四个微纳型飞轮分别通过一个支架结构固定在基座上，四个微纳型飞轮沿周向均匀分布，均向内或向外倾斜一定角度。优选的，四个微纳型飞轮向内或向外倾斜角度的范围均为0～90°。优选的，微纳型飞轮包括电机定子、电机转子和轴承支承结构；轴承支承结构通过一对轴承展开形成内圈旋转或外圈旋转结构，实现电机转子相对于电机定子的旋转。优选的，微纳型飞轮包括电机定子、电机转子和轴承支承结构，支架结构包括第一支架，第二支架；第一支架的倾斜表面用于固定电机定子，其上开有定位槽以安装第一轴承，电机转子通过其中轴下部安装在第一轴承上；第二轴承安装在电机转子中轴上部，第二支架连接到第二轴承上，实现内圈旋转。优选的，微纳型飞轮包括电机定子、电机转子和轴承支承结构，支架结构包括第一支架，第二支架；第一支架的倾斜表面用于固定电机定子，中间具有与倾斜表面垂直设置的支承轴，第一轴承和第二轴承安装在支承轴上，并通过法兰实现与电机转子连接；第二支架连接到通过第二轴承阶梯轴上端面，实现外圈旋转。优选的，还包括中心轴，固定在基座的中心，每个第二支架通过一个支臂连接到中心轴，支臂具有一定弯折角度，使得第二支架的中心轴与转子的中心轴重合。优选的，根据微纳型飞轮的倾斜角度要求，选择第一支架倾斜表面的倾斜角度以及第二支架支臂的角度。优选的，还包括锁紧螺母，旋入第二支架的内部，压紧第二轴承的外环。优选的，电机转子中轴为阶梯轴，下部与第一轴承的内环尺寸匹配，上部与第二轴承的内环尺寸匹配。优选的，还包括内锁紧螺母、外锁紧螺母；外锁紧螺母通过外螺纹旋入法兰上部开口，将第二轴承的外环压紧至第一轴承的外环；内锁紧螺母通过内螺纹套设在支承轴上，将第二轴承的内环压紧至第一轴承的内环。优选的，支承轴为阶梯轴，下部与定子的内孔形状匹配，上部与第一轴承和第二轴承的内环尺寸匹配。优选的，还包括密封罩，与基座构成密封腔体，并进行真空密封处理，四个微纳型飞轮及支架结构设置在所述密封腔体内。优选的，还包括驱动线路板和盖板，基座的下部具有腔室，驱动线路板设置在下部腔室内，盖板封闭下部腔室，实现辐照防护。提供一种微纳卫星适用所述的四轴微纳飞轮结构。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术四个微纳型飞轮通过飞轮支架以金字塔四面体构型安装在组合体整机基座上，如果一个飞轮出现故障，仍可正常工作，实现了机构冗余，冗余飞轮构型既可使系统具备更大机动能力，又可在部分飞轮失效时仍然提供任意方向力矩；四个微纳型飞轮及其支架等由整机壳体真空密封腔包覆，实现长期密封，在实现卫星三轴力矩控制的同时保证其长寿命。(2)本专利技术四路COTS器件驱动线路集成在一块线路板上，对外电气接口由一个接插件实现，简化了结构，减小了体积、重量，降低了成本；驱动线路置于真空密封腔另一侧非密封腔内，并由盖板实现辐照防护，改善了散热条件；四个微纳型飞轮由整机基座实现对整星机械接口，简化了安装方式，使用方便；(3)本专利技术单轴微纳型飞轮中轴承组件由一对轴承展开实现外圈或内圈旋转，减少了零件数量，简化了组件结构；四轴微纳型飞轮第二支架均安装在基座中心轴上，实现四轮共同支承，在保证支承性能的同时减少了零件数量，减少了体积、重量。(4)本专利技术设置了倾斜的支撑结构，可以根据实际的倾斜需求，选择支架的倾斜角度，采用模块化的设计，便于加工。(5)本专利技术提供了内、外圈旋转的两种驱动结构，便于根据实际设计需求进行选择。附图说明图1为本专利技术飞轮结构俯视图；图2为本专利技术图1的剖视图；图3为本专利技术飞轮结构轴承组件内圈旋转结构剖视图；图4为本专利技术飞轮结构轴承组件外圈旋转结构剖视图。具体实施方式飞轮是航天器的主要执行机构，通过其转速变化输出的力矩来保持航天器的姿态稳定或实现航天器的姿态控制。随着微纳卫星工程的发展，对微纳卫星机动能力提出了更高的要求。为满足上述要求，需要实现微纳飞轮的机构冗余，冗余飞轮构型既可使系统具备更大机动能力，又可在部分微纳飞轮失效时仍然提供任意方向力矩。这一微纳飞轮结构问题直接影响微纳卫星的应用，亟需解决。本专利技术即解决了微纳飞轮的机构冗余问题。如图1、2、3、4所示，为本专利技术飞轮结构示意图，图中1为密封罩，2为基座，3为微纳型飞轮，4为中心轴，5为驱动线路，6为盖板，7为轴承组件，8为电机组件，9为第一支架，10为第二支架，11为第二轴承，12为第一轴承，13为锁紧螺母，14为支承轴，15为内锁紧螺母，16为外锁紧螺母，17为电机定子，18为电机转子，19为安装面，20为法兰。密封罩1、基座2与密封罩接口部分均为正方形薄壳结构，盖板6、基座2与盖板接口部分均为正方形薄壳结构；微纳型飞轮3通过其第一支架9安装在组合体整机基座2上；驱动线路5为薄板式结构。轴承、电机、驱动线路等技术均为本领域内成熟技术，已广泛应用。如图1、2、3、4所示，密封罩1及基座2通过真空密封处理(抽真空装置未显示在图中)防止润滑油过度挥发，保证长寿命。基座2密封腔侧提供微纳型飞轮3、中心轴4的安装基板，盖板6与基座2连接组成一个非密封腔，驱动线路5安装在基座2非密封腔侧壁上，并由盖板实现辐照防护，改善了散热条件。整机为长方体结构，四个微纳型飞轮3由整机基座2实现对整星机械接口，简化了安装方式，使用方便。轴承组件7由成对使用的轴承(第二轴承11、第一轴承12)展开实现外圈或内圈旋转，减少了零件数量，简化了组件结构。内圈旋转结构包括：如图3所述，左支架9的倾斜表面用于固定电机定子，其上开有定位槽以安装第一轴承12，电机转子通过其中轴下部安装在第一轴承12上；第二轴承11安装在电机转子中轴上部，第二支架10连接到第二轴承11上。第二支架10通过一个支臂连接到中心轴4，支臂具有一定弯折角度，使得第二支架10的中心轴与转子的中心轴重合。锁紧螺母13，旋入第二支架10的内部，压紧上轴承11的外环，实现预紧。外圈旋转结构包括：第一支架的倾斜表面用于固定电机定子，中间具有与倾斜表面垂直设置的支承轴14，第一轴承12和第二轴承11安装在支承轴14上，并通过法兰20实现与电机转子连接；第二支架10连接到通过第二轴承11阶梯轴上端面。第二支架10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四轴微纳飞轮结构，其特征在于：包括四个微纳型飞轮(3)、基座(2)、支架结构；四个微纳型飞轮(3)分别通过一个支架结构固定在基座(2)上，四个微纳型飞轮(3)沿周向均匀分布，均向内或向外倾斜一定角度。

【技术特征摘要】
1.一种四轴微纳飞轮结构，其特征在于：包括四个微纳型飞轮(3)、基座(2)、支架结构；四个微纳型飞轮(3)分别通过一个支架结构固定在基座(2)上，四个微纳型飞轮(3)沿周向均匀分布，均向内或向外倾斜一定角度。2.如权利要求1所述的四轴微纳飞轮结构，其特征在于：四个微纳型飞轮(3)向内或向外倾斜角度的范围均为0～90°。3.如权利要求1所述的四轴微纳飞轮结构，其特征在于：微纳型飞轮(3)包括电机定子(17)、电机转子(18)和轴承支承结构；轴承支承结构通过一对轴承展开形成内圈旋转或外圈旋转结构，实现电机转子(18)相对于电机定子(17)的旋转。4.如权利要求1所述的四轴微纳飞轮结构，其特征在于：微纳型飞轮(3)包括电机定子(17)、电机转子(18)和轴承支承结构，支架结构包括第一支架(9)，第二支架(10)；第一支架的倾斜表面用于固定电机定子，其上开有定位槽以安装第一轴承(12)，电机转子通过其中轴下部安装在第一轴承(12)上；第二轴承(11)安装在电机转子中轴上部，第二支架(10)连接到第二轴承(11)上，实现内圈旋转。5.如权利要求1所述的四轴微纳飞轮结构，其特征在于：微纳型飞轮(3)包括电机定子(17)、电机转子(18)和轴承支承结构，支架结构包括第一支架(9)，第二支架(10)；第一支架的倾斜表面用于固定电机定子，中间具有与倾斜表面垂直设置的支承轴(14)，第一轴承(12)和第二轴承(11)安装在支承轴(14)上，并通过法兰(20)实现与电机转子连接；第二支架(10)连接到通过第二轴承(11)阶梯轴上端面，实现外圈旋转。6.如权利要求3或4所述的四轴微纳飞轮结构，其特征在于：还包括中心轴(4)，固定在基座(2)的中心，...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐明，武登云，周宁宁，杨磊，张鹏波，张绍卫，李刚，周刚，杨屹，来林，陈辰，刘占东，路宏，韩甜甜，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11