A five-degree-of-freedom magnetic suspension flywheel can be used as attitude control actuator for satellites, earth observation platforms, space telescopes and other spacecrafts. It consists of magnetic bearings, high-speed motors, radial sensors, upper protective bearings, lower protective bearings, mandrel, wheel body, base, upper sensor detection ring, lower sensor detection ring and shell. The radial magnetic bearings in the five-degree-of-freedom magnetic suspension flywheel control the two radial translations of the flywheel rotor, and the axial magnetic bearings control the axial translations and two radial deflections of the flywheel rotor. Each component of the invention has compact layout, reduces volume and weight, eliminates zero-crossing friction and mechanical wear of the flywheel of mechanical bearing, and improves the output torque and control accuracy of the flywheel.
【技术实现步骤摘要】
一种五自由度磁悬浮飞轮
本专利技术涉及一种磁悬浮飞轮，特别是一种五自由度可输出大偏转力矩的磁悬浮飞轮，可作为卫星、对地观测平台、宇宙飞船、空间望远镜等航天器的姿态控制系统执行机构。
技术介绍
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，一般仍旧采用机械轴承支承，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。现有的基于磁轴承支承的磁悬浮飞轮，按照悬浮自由度的划分，可分为单自由度磁悬浮飞轮～五自由度磁悬浮飞轮，现有的五自由度飞轮结构，通常是采用两个径向磁轴承提供两个径向平动以及两个径向偏转运动，采用轴向磁轴承提供一个轴向平动运动，在需要飞轮输出大偏转力矩时，通常是通过增加两个径向磁轴承跨距输出足够力矩，这会使得芯轴较长，模态降低，限制了转速提升，加剧了振动。
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，提供一种五自由度磁悬浮飞轮，实现大偏转力矩输出，以减小自身体积和重量。本专利技术的技术解决方案为：一种五自由度磁悬浮飞轮，由径向磁轴承(1)、上轴向磁轴承(2)、下轴向磁轴承(3)、高速电机(4)、径轴一体化传感器(5)、径向传感器(6)、上保护轴承(7)、下保护轴承(8)、芯轴(9)、轮体(10)、底座(11)、上轴向推力盘(12)、下轴向推力盘(13)、壳体(14)组...
【技术保护点】
1.一种五自由度磁悬浮飞轮，其特征在于：由径向磁轴承(1)、上轴向磁轴承(2)、下轴向磁轴承(3)、高速电机(4)、径轴一体化传感器(5)、径向传感器(6)、上保护轴承(7)、下保护轴承(8)、芯轴(9)、轮体(10)、底座(11)、上轴向推力盘(12)、下轴向推力盘(13)、壳体(14)组成，其中芯轴(9)位于壳体(14)的中心，径向磁轴承(1)的定子部分套放在芯轴(9)上，径向磁轴承(1)定子部分的上端是上轴向磁轴承(2)，上轴向磁轴承(2)由八个轴向磁轴承定子单元组成，每个轴向磁轴承定子单元呈“E”字型，上轴向磁轴承(2)的上端是上保护轴承(7)，上轴向磁轴承(2)和上保护轴承(7)均固定在芯轴(9)上，上保护轴承(7)的径向外侧是上轴向推力盘(12)，上轴向推力盘(12)上存在“山”字型凹槽，上保护轴承(7)与上轴向推力盘(12)之间形成径向保护间隙和轴向保护间隙，上轴向推力盘(12)径向外侧是径轴一体化传感器(5)，其中上轴向推力盘(12)与径轴一体化传感器(5)的径向探头之间形成径向探测间隙，上轴向推力盘(12)与径轴一体化传感器(5)的轴向探头之间形成轴向探测间隙，径轴一...
【技术特征摘要】
1.一种五自由度磁悬浮飞轮，其特征在于：由径向磁轴承(1)、上轴向磁轴承(2)、下轴向磁轴承(3)、高速电机(4)、径轴一体化传感器(5)、径向传感器(6)、上保护轴承(7)、下保护轴承(8)、芯轴(9)、轮体(10)、底座(11)、上轴向推力盘(12)、下轴向推力盘(13)、壳体(14)组成，其中芯轴(9)位于壳体(14)的中心，径向磁轴承(1)的定子部分套放在芯轴(9)上，径向磁轴承(1)定子部分的上端是上轴向磁轴承(2)，上轴向磁轴承(2)由八个轴向磁轴承定子单元组成，每个轴向磁轴承定子单元呈“E”字型，上轴向磁轴承(2)的上端是上保护轴承(7)，上轴向磁轴承(2)和上保护轴承(7)均固定在芯轴(9)上，上保护轴承(7)的径向外侧是上轴向推力盘(12)，上轴向推力盘(12)上存在“山”字型凹槽，上保护轴承(7)与上轴向推力盘(12)之间形成径向保护间隙和轴向保护间隙，上轴向推力盘(12)径向外侧是径轴一体化传感器(5)，其中上轴向推力盘(12)与径轴一体化传感器(5)的径向探头之间形成径向探测间隙，上轴向推力盘(12)与径轴一体化传感器(5)的轴向探头之间形成轴向探测间隙，径轴一体化传感器(5)通过传感器座与芯轴(9)固连；径向磁轴承(1)定子的下端是下轴向磁轴承(3)，下轴向磁轴承(3)由八个轴向磁轴承定子单元组成，每个轴向磁轴承定子单元呈“E”字型，下轴向磁轴承(3)的下端为下轴向推力盘(13)，下轴向推力盘(13)上存在“山”字型凹槽，下轴向推力盘(13)的下端为下保护轴承(8)，下轴向磁轴承(3)和下保护轴承(8)也固定在芯轴(9)上，下保护轴承(8)和下轴向推力盘(13)之间形成径向保护间隙和轴向保护间隙，下轴向推力盘(13)的径向外侧是径向传感器(6)，下轴向推力盘(13)与径向传感器(6)的探头部分之间形成径向探测间隙，径向传感器(6)通过传感器座与底座(11)固连，底座(11)通过连接板固定高速电机(4)定子部分，高速电机(4)定子的外侧为外转子铁心，内侧为内转子铁心，外转子铁心和内转子铁心均安装在轮体(10)的下部，高速电机(4)的定子分别与内转子铁心和外转子铁心之间形成内侧磁间隙和外...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙津济，赵霁野，汤继强，乐韵，侯林，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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