一种磁轮驱动的磁悬浮动量球制造技术

一种磁轮驱动的磁悬浮动量球，用于卫星姿态调整，所述磁轮驱动的磁悬浮动量球包含定子和一个动子，所述动子为球壳形，动子材料为非铁磁性的导电金属材料；所述定子分为三组，三组定子的轴线相互正交，每组包括两个定子，每组中的两个定子以动子的球心对称布置，每个定子包含定子电机和磁轮，磁轮安装在定子电机上并由定子电机驱动旋转；磁轮的上表面是和动子外表面同心的球面，且磁轮上表面的球面半径大于动子外表面的球面半径，磁轮与动子的外表面留有气隙。本发明专利技术实现了磁悬浮动量球的悬浮旋转驱动一体化，结构简单紧凑，体积小质量轻，成本低,效率高，并且属于固有的稳定悬浮，悬浮控制简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁轮驱动的磁悬浮动量球，用于卫星姿态调整的执行器，属于航空航天

技术介绍
在轨卫星承担特定的探测、开发和利用空间的任务，此类任务对卫星姿态控制提出了姿态稳定或姿态机动的需求。卫星姿态稳定与机动的执行机构作为卫星姿态控制的一项关键技术一直广受关注，基于动量矩守恒原理的动量轮是常用的一种技术方案。现有成熟技术为机械滚珠轴承动量轮，有学者提出的磁悬浮动量轮虽然克服了机械滚珠轴承动量轮的机械摩擦损耗等不足，但动量轮均存在体积与质量大、结构复杂和成本高等问题，此外一个卫星需搭载多个动量轮实现卫星三轴姿态调整，进而造成多动量轮之间耦合较大并进一步降低了卫星的有效载荷。动量球的动子可绕任意轴旋转，代替多个动量轮独立实现卫星三轴姿态控制，具有体积小、质量轻和成本低等优点。现有磁悬浮动量球技术多为永磁同步的磁悬浮动量球，制造复杂，成本昂贵，不利于小型化和低成本化，限制了其应用。现有的感应式磁轮驱动的磁悬浮动量球大多不能实现悬浮驱动一体，不利于卫星的姿态控制；并且其悬浮多采用吸浮实现，不是固有稳定的悬浮系统，悬浮控制复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于卫星姿态调整的磁轮驱动的磁悬浮动量球，实现小型化，低成本化和悬浮旋转驱动一体，并且实现固有稳定的悬浮和高效的姿态调整性能。本专利技术的技术方案如下:—种磁轮驱动的磁悬浮动量球，所述磁轮驱动的磁悬浮动量球包含定子和一个动子；所述动子为球壳形，动子材料采用非铁磁性的导电金属材料；所述定子分为三组，三组定子的轴线相互正交，每组包括两个定子，每组中的两个定子以动子的球心对称布置，其特征在于:每个定子包含定子电机和磁轮，磁轮安装在定子电机上并由定子电机驱动旋转；磁轮的上表面是和动子外表面同心的球面，且磁轮上表面的球面半径大于动子外表面的球面半径，磁轮与动子的外表面间留有气隙。所述磁轮为NS永磁阵列磁轮或Halbach永磁阵列磁轮。所述动子采用两个半球壳组合而成。磁轮和定子电机之间采用磁悬浮支承。本专利技术与现有技术方案相比，具有以下优点及突出性的技术效果:本专利技术实现了磁悬浮动量球的悬浮旋转驱动一体化，结构简单紧凑，体积小质量轻，成本低，效率高，并且属于固有的稳定悬浮，悬浮控制简单。【附图说明】图1是本专利技术提供的磁轮驱动的磁悬浮动量球实施例示意图。图2是实施例中定子结构示意图。图3是实施例中NS永磁阵列磁轮示意图。图4是实施例中Halbach永磁阵列磁轮示意图。图5是实施例中动子结构示意图。图中:1_定子，2-动子，3-气隙，4-磁轮，5-定子电机，6_NS永磁阵列磁轮，7-Halbach永磁阵列磁轮，8_动子半球壳，9-NS永磁阵列磁轮中N极指向球面球心的磁钢，10-NS永磁阵列磁轮中S极指向球面球心的磁钢，Il-Halbach永磁阵列磁轮中N极指向球面球心的磁钢，12-Halbach永磁阵列磁轮中N极沿着磁轮圆周逆时针切线方向的磁钢，13-Halbach永磁阵列磁轮中S极指向球面球心的磁钢，14-Halbach永磁阵列磁轮中S极沿着磁轮圆周逆时针切线方向的磁钢。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术实施方式作进一步详细描述。图1是本专利技术提供的磁轮驱动的磁悬浮动量球实施例示意图，包含一个动子2和六个定子I，各定子I和动子2之间形成气隙3，所述动子2为球壳形，所述六个定子I分为三组，三组定子的轴线相互正交，每组包括两个定子，每组中的两个定子以动子2的球心对称布置；每个定子I包含磁轮4和定子电机5。图2是实施例中定子结构示意图，每个定子I包含定子电机5和磁轮4 (磁轮只画出一部分)，磁轮4的上表面是和动子2外表面同心的球面，且磁轮4上表面的球面半径大于动子外表面的球面半径，磁轮4与动子2的外表面间留有气隙3。磁轮4安装在定子电机5上，定子电机5固定，驱动磁轮4相对于卫星旋转，磁轮4和定子电机5之间可采用磁悬浮支承，以减小摩擦。图3是实施例中NS永磁阵列磁轮示意图。NS永磁阵列磁轮6与动子2相配合的内表面为球面，由N极指向球面球心的磁钢9和S极指向球面球心的磁钢10这两种磁钢相邻排列而成。图4是实施例中Halbach永磁阵列磁轮示意图。Halbach永磁阵列磁轮7与动子2相配合的内表面为球面，由如图4所示的四种不同充磁方向的磁钢11、12、13和14相邻排列而成，这四种磁钢依次为N极指向球面球心的磁钢11、N极沿着磁轮圆周逆时针切线方向的磁钢12、S极指向球面球心的磁钢13和S极沿着磁轮圆周逆时针切线方向的磁钢14。图5是实施例中动子结构示意图，动子2的材料为非铁磁性的导电材料，为方便制造，动子2采用两个半球壳8组合而成，本实施例中动子2采用铝材料。每个定子I的定子电机5驱动磁轮4旋转，以形成绕该定子轴线旋转的磁场，旋转磁场在动子2中感应出涡流，涡流在磁场中受力，为动子2提供沿该定子轴线的悬浮力和绕该定子轴线的转矩，驱动动子绕该定子轴线旋转，从而大大提高了为卫星提供动量矩的能力，提尚了姿态调整效率。当两个或两个以上定子I的磁轮4旋转时，每个定子I均为动子2提供沿该定子轴线的悬浮力和绕该定子轴线的转矩；各个定子I产生的悬浮力合成为动子2所受悬浮力，控制动子2的稳定悬浮，各个定子I产生的转矩合成为动子所受转矩，驱动动子2沿任意轴旋转。在动子2工作时，每组的两个定子的磁轮以相同的转速旋转，为动子提供两个通过该组定子轴线且大小相等方向相反的悬浮力，实现动子2在该定子轴线方向的悬浮，当其中一个定子和动子2之间的气隙3减小时，该定子提供的悬浮力增大，另一个定子和动子2之间的气隙3增大，该定子提供的悬浮力减小，两个悬浮力共同作用使动子2重新回到中间位置，所以动子的悬浮属于固有稳定的悬浮，悬浮控制简单易实现。【主权项】1.一种磁轮驱动的磁悬浮动量球，所述磁轮驱动的磁悬浮动量球包含定子(I)和一个动子(2);所述动子为球壳形，动子材料米用非铁磁性的导电金属材料；所述定子分为三组，三组定子的轴线相互正交，每组包括两个定子，每组中的两个定子以动子的球心对称布置，其特征在于:每个定子包含定子电机(5)和磁轮(4)，磁轮安装在定子电机上并由定子电机驱动旋转；磁轮的上表面是和动子外表面同心的球面，且磁轮上表面的球面半径大于动子外表面的球面半径，磁轮与动子的外表面间留有气隙(3)。2.根据权利要求1所述的一种磁轮驱动的磁悬浮动量球，其特征在于:所述磁轮为NS永磁阵列磁轮(6)或Halbach永磁阵列磁轮(7)。3.根据权利要求1或2所述的一种磁轮驱动的磁悬浮动量球，其特征在于:所述动子采用两个半球壳(8)组合而成。4.根据权利要求3所述的一种磁轮驱动的磁悬浮动量球，其特征在于:磁轮和定子电机之间采用磁悬浮支承。【专利摘要】一种磁轮驱动的磁悬浮动量球，用于卫星姿态调整，所述磁轮驱动的磁悬浮动量球包含定子和一个动子，所述动子为球壳形，动子材料为非铁磁性的导电金属材料；所述定子分为三组，三组定子的轴线相互正交，每组包括两个定子，每组中的两个定子以动子的球心对称布置，每个定子包含定子电机和磁轮，磁轮安装在定子电机上并由定子电机驱动旋转；磁轮的上表面是和动子外表面同心的球面，且磁轮上表面的球面半径大于动子外表面的球面半径，磁轮与动子的外表面留有气隙。本专利技术实现了磁悬浮动量球的悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁轮驱动的磁悬浮动量球，所述磁轮驱动的磁悬浮动量球包含定子(1)和一个动子(2)；所述动子为球壳形，动子材料采用非铁磁性的导电金属材料；所述定子分为三组，三组定子的轴线相互正交，每组包括两个定子，每组中的两个定子以动子的球心对称布置，其特征在于：每个定子包含定子电机(5)和磁轮(4)，磁轮安装在定子电机上并由定子电机驱动旋转；磁轮的上表面是和动子外表面同心的球面，且磁轮上表面的球面半径大于动子外表面的球面半径，磁轮与动子的外表面间留有气隙(3)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸣，朱煜，陈安林，杨开明，成荣，
申请(专利权)人：清华大学，北京华卓精科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11