本發(fā)明涉及衛(wèi)星技術(shù)，特別是涉及一種真空環(huán)境下散熱的高速轉(zhuǎn)子及其驗(yàn)證法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)的衛(wèi)星飛輪包括殼體、輪體、軸承組件和電機(jī)組件，殼體提供真空環(huán)境，輪體、電機(jī)組件的轉(zhuǎn)子部分和軸承組件組成高速轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)高速轉(zhuǎn)動。軸承組件是高速轉(zhuǎn)子的主要熱源，衛(wèi)星飛輪的真空環(huán)境使高速轉(zhuǎn)子的熱量不能通過空氣對流散發(fā)出去，因此衛(wèi)星飛輪的散熱主要是通過軸承將熱量傳導(dǎo)到軸承中軸上，然后傳導(dǎo)到殼體上，最后由殼體對外傳導(dǎo)和對外輻射，如圖2所示。

因高速轉(zhuǎn)子的軸承油膜厚度非常小，其熱傳導(dǎo)效率極低，軸承滾珠與軸承內(nèi)外圈屬于點(diǎn)接觸，其熱傳導(dǎo)效率也非常低，因而會導(dǎo)致熱量在軸承組件中大量積聚，對高速轉(zhuǎn)子的長壽命、高穩(wěn)定、高可靠的工作不利。為了提高產(chǎn)品的可靠性，必須提高高速轉(zhuǎn)子的散熱效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種真空環(huán)境下散熱的高速轉(zhuǎn)子及其驗(yàn)證法，通過本發(fā)明的新散熱方法及其驗(yàn)證后，能有效地改善高速轉(zhuǎn)子傳導(dǎo)效率低的問題，并能提高高速轉(zhuǎn)子的產(chǎn)品可靠性。

本發(fā)明提供了一種真空環(huán)境下散熱的高速轉(zhuǎn)子，該高速轉(zhuǎn)子的散熱通道包含：

散熱通道a1：熱量通過軸承組件的軸承內(nèi)潤滑油導(dǎo)熱及軸承滾珠與軸承內(nèi)外圈的接觸導(dǎo)熱，將所述軸承內(nèi)熱量傳導(dǎo)到軸承中軸上，經(jīng)過中軸法蘭盤傳導(dǎo)到殼體的底座上，再通過所述軸承中軸上端螺紋傳導(dǎo)到所述殼體的上罩，所述殼體對外傳導(dǎo)散熱和對外輻射散熱；

散熱通道a2：熱量通過軸承組件的軸承傳導(dǎo)到軸套上，經(jīng)過所述軸套的安裝法蘭傳導(dǎo)到輪體，所述輪體將熱量輻射到所述殼體，所述殼體對外傳導(dǎo)散熱和對外輻射散熱。

優(yōu)選地，殼體非裝配表面和輪體非裝配表面經(jīng)過處理形成了表面輻射調(diào)整層。

優(yōu)選地，所述表面輻射調(diào)整層包含：所述殼體非裝配表面上的鋁合金黑色陽極氧化層和所述輪體非裝配表面上的黑鎳層。

優(yōu)選地，所述殼體的非裝配表面的輻射率≥0.5；所述殼體的裝配表面有涂覆保護(hù)層；所述殼體為合金材質(zhì)。

優(yōu)選地，所述輪體的非裝配表面的輻射率≥0.85；所述輪體的裝配表面有涂覆保護(hù)層；所述輪體為不銹鋼材質(zhì)。

優(yōu)選地，衛(wèi)星飛輪包含所述高速轉(zhuǎn)子和所述殼體；

所述高速轉(zhuǎn)子包含所述輪體、所述軸承組件和電機(jī)組件的轉(zhuǎn)子部分；所述軸承組件包含軸承中軸、軸承和軸套；所述軸承套在所述軸承中軸外側(cè)，所述軸套支撐在所述軸承外側(cè)；所述軸承組件通過中軸法蘭盤，利用螺釘固定于所述殼體底座上，軸承中軸上端通過螺紋與殼體的上罩連接；所述電機(jī)組件的定子部分與軸承組件同軸，所述電機(jī)組件的定子部分固定在殼體底座上；所述輪體和電機(jī)組件的轉(zhuǎn)子部分通過軸套的安裝法蘭，利用螺釘固定于軸承組件上。

本發(fā)明還提供了一種真空環(huán)境下高速轉(zhuǎn)子的散熱驗(yàn)證法，其包含以下步驟：

b1：設(shè)置非同時(shí)具有散熱通道a1和散熱通道a2的參考高速轉(zhuǎn)子，在其內(nèi)部設(shè)置第一熱敏電阻，并將參考高速轉(zhuǎn)子組裝形成參考衛(wèi)星飛輪；將上文所述高速轉(zhuǎn)子作為待測高速轉(zhuǎn)子，在其內(nèi)部設(shè)置第二熱敏電阻，并將待測高速轉(zhuǎn)子組裝形成待測的衛(wèi)星飛輪；

b2：將所述參考衛(wèi)星飛輪和待測的衛(wèi)星飛輪放置到同一真空試驗(yàn)箱中；

b3：調(diào)整所述真空試驗(yàn)箱的溫度，形成若干個(gè)不同的溫度階段；

b4：在每一個(gè)溫度階段，采用熱平衡試驗(yàn)對比法進(jìn)行驗(yàn)證，監(jiān)測所述第一熱敏電阻和第二熱敏電阻的阻值，并記錄所述參考衛(wèi)星飛輪的軸承溫度和待測的衛(wèi)星飛輪的軸承溫度，分別進(jìn)行對比。

優(yōu)選地，所述第一熱敏電阻設(shè)置在所述參考高速轉(zhuǎn)子的軸承中軸內(nèi)，所述第二熱敏電阻設(shè)置在所述待測高速轉(zhuǎn)子的軸承中軸內(nèi)，所述第一熱敏電阻與所述第二熱敏電阻相同。

優(yōu)選地，所述熱真空試驗(yàn)箱抽真空后的壓強(qiáng)低于1×10^-3pa；所述若干個(gè)不同的溫度階段，包含：

真空試驗(yàn)箱的溫度保持為-20℃的第一溫度階段；

真空試驗(yàn)箱的溫度保持為0℃的第二溫度階段；

真空試驗(yàn)箱的溫度保持為25℃的第三溫度階段；

真空試驗(yàn)箱的溫度保持為55℃的第四溫度階段。

優(yōu)選地，所述熱平衡試驗(yàn)對比法，包含：在任意一個(gè)溫度階段中，

q1：當(dāng)參考衛(wèi)星飛輪和待測的所述衛(wèi)星飛輪的溫度與所述真空試驗(yàn)箱的溫度一致時(shí)，啟動所述參考高速轉(zhuǎn)子和所述待測高速轉(zhuǎn)子，并以相同工況工作；

q2：監(jiān)測所述第一熱敏電阻的阻值和所述第二熱敏電阻的阻值的變化；

q3：當(dāng)所述第一熱敏電阻的阻值和第二熱敏電阻的阻值一段時(shí)間不發(fā)生變化時(shí)，記錄此時(shí)的第一熱敏電阻的阻值、第二熱敏電阻的阻值和兩組軸承(32)的溫度，使參考高速轉(zhuǎn)子和所述待測高速轉(zhuǎn)子同時(shí)停機(jī)；

q4；轉(zhuǎn)到下一個(gè)溫度階段，跳轉(zhuǎn)到步驟q1；直至所有的溫度階段測試結(jié)束。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是能有效地提升高速轉(zhuǎn)子的散熱效率，減低軸承溫度，提高產(chǎn)品的可靠性。

附圖說明

圖1本發(fā)明衛(wèi)星飛輪的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2參考衛(wèi)星飛輪的散熱方法示意圖；

圖3本發(fā)明衛(wèi)星飛輪的散熱方法示意圖；

圖4本發(fā)明一部分殼體示意圖；

圖5本發(fā)明另一部分殼體示意圖；

圖6本發(fā)明輪體示意圖。

其中，1-1.殼體；2-1.輪體；3.軸承組件；31.軸承中軸；32.軸承；33軸套；4.電機(jī)組件；5-1衛(wèi)星飛輪；6-1.高速轉(zhuǎn)子。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種真空環(huán)境下散熱的高速轉(zhuǎn)子及其驗(yàn)證法，為使本發(fā)明更明顯易懂，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖2所示，本發(fā)明的衛(wèi)星飛輪5-1包括殼體1-1、輪體2-1、軸承組件3、電機(jī)組件4。殼體1-1提供真空環(huán)境，且輪體2-1、電機(jī)組件4的轉(zhuǎn)子部分和軸承組件3組成高速轉(zhuǎn)子6-1。

軸承組件3包含軸承中軸31、軸承32和軸套33，軸承32套在軸承中軸31外側(cè)，軸套33支撐在軸承32外側(cè)。軸承組件3通過中軸法蘭盤，利用螺釘固定于殼體1-1的底座上，軸承中軸31的上端通過螺紋與殼體1-1的上罩連接。

電機(jī)組件4的定子部分與軸承組件3同軸，且電機(jī)組件4的定子部分也固定在殼體1-1的底座上。輪體2-1和電機(jī)組件4的轉(zhuǎn)子部分通過軸套33的安裝法蘭，利用螺釘固定于軸承組件3上，完成輪體2-1、電機(jī)組件4和軸承組件3裝配，從而組成高速轉(zhuǎn)子6-1在殼體1-1內(nèi)高速轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明是對未處理的參考衛(wèi)星飛輪的輪體和殼體采用高輻射率吸收率的表面處理工藝，得到本發(fā)明的輪體2-1和殼體1-1，從而改善高速轉(zhuǎn)子6-1的散熱效率。

本發(fā)明的散熱示意圖如圖3所示，散熱通路主要有兩條，散熱通道a1和散熱通道a2。

散熱通道a1：軸承32內(nèi)潤滑油導(dǎo)熱及軸承滾珠與軸承內(nèi)外圈的接觸導(dǎo)熱，將熱量傳導(dǎo)到軸承中軸31上，熱量通過中軸法蘭盤進(jìn)一步傳導(dǎo)到殼體1-1的底座上，再通過軸承中軸31上端的螺紋傳導(dǎo)到殼體1-1上罩上，最后由殼體1-1對外傳導(dǎo)和對外輻射，將熱量散到外部；

散熱通道a2：軸承32內(nèi)熱量傳導(dǎo)到軸套33上，通過軸套33的安裝法蘭傳導(dǎo)到輪體2-1上，再由輪體2-1輻射熱量到殼體1-1上，最后由殼體1-1對外傳導(dǎo)和對外輻射，將熱量散到外部。

輪體2-1和殼體1-1的高輻射率吸收率的表面處理工藝具體如下：

殼體的材料一般為鋁合金或鎂合金，為了提高其表面輻射率，將殼體的非裝配表面s1進(jìn)行鋁合金黑色陽極氧化(q/w181.1-90，輻射率≥0.85)，將裝配表面s2進(jìn)行涂覆保護(hù)來保證熱傳導(dǎo)通路暢通，得到殼體1-1，如圖4和圖5所示。

輪體大多為不銹鋼材料，為了提高表面輻射率，將輪體的非裝配表面s3進(jìn)行鍍黑鎳處理(fe/ep·ni12(bk))，輻射率≥0.5)，將裝配表面s4進(jìn)行涂覆保護(hù)來保證熱傳導(dǎo)通路暢通，得到輪體2-1，如圖6所示。為了驗(yàn)證本發(fā)明的散熱方法的有效性，采用熱平衡試驗(yàn)對比法來進(jìn)行驗(yàn)證。

將一組軸承組件3、輪體2-1、殼體1-1和電機(jī)組件4裝配形成本發(fā)明待測的衛(wèi)星飛輪5-1，其中在軸承中軸31內(nèi)安裝一熱敏電阻；再根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)，將一組軸承組件、輪體、殼體和電機(jī)組件裝配形成參考衛(wèi)星飛輪，且在軸承中軸內(nèi)安裝相同性質(zhì)的另一熱敏電阻。將這兩組衛(wèi)星飛輪放置到同一真空試驗(yàn)箱中，進(jìn)行熱平衡實(shí)驗(yàn)對比法進(jìn)行驗(yàn)證。

將真空試驗(yàn)箱抽真空至1×10^-3pa以下，分別調(diào)整溫度至-20℃、0℃、25℃、55℃這四個(gè)溫度階段，進(jìn)行試驗(yàn)。每個(gè)溫度階段的溫度調(diào)好后，待參考衛(wèi)星飛輪和本發(fā)明待測的衛(wèi)星飛輪5-1的溫度與真空試驗(yàn)箱溫度一致時(shí)，啟動參考高速轉(zhuǎn)子和本發(fā)明待測衛(wèi)星飛輪5-1的高速轉(zhuǎn)子6-1，并以相同工況進(jìn)行工作。

監(jiān)測軸承組件3的軸承中軸31內(nèi)的熱敏電阻阻值變化情況，直至熱敏電阻的阻值長時(shí)間不再發(fā)生變化時(shí)，分別記錄此時(shí)熱敏電阻的阻值及此時(shí)軸承32的溫度值，然后停機(jī)，再轉(zhuǎn)到下一個(gè)溫度階段測試。待四個(gè)溫度階段的試驗(yàn)全部結(jié)束后，取出真空試驗(yàn)箱中的兩組衛(wèi)星飛輪，結(jié)束試驗(yàn)。

整理并分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體結(jié)果如下表1所示。

表1熱平衡驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

從表1的熱平衡試驗(yàn)結(jié)果所示，表明通過本發(fā)明的方法使得四個(gè)溫度階段的軸承32的溫度均低于現(xiàn)有技術(shù)方案的軸承溫度。因?yàn)闇囟仍降?，散熱效果越好，所以本發(fā)明的散熱方法能夠有效提升高速轉(zhuǎn)子散熱效率。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。