一種大力矩磁懸浮控制敏感陀螺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大力矩磁懸浮控制敏感陀螺，通過在現(xiàn)有的控制敏感陀螺上設(shè)計(jì)框架系統(tǒng)，利用框架系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)整個(gè)陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)大力矩輸出功能。大大克服了無框架磁懸浮控制敏感陀螺輸出力矩有限的不足，拓展了磁懸浮控制敏感陀螺的應(yīng)用范圍。適用于大型航天器、導(dǎo)彈以及船舶潛艇的姿態(tài)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是航天器、導(dǎo)彈以及船舶潛艇上廣泛采用的自主式導(dǎo)航控制系統(tǒng)。慣性執(zhí)行機(jī)構(gòu)和慣性敏感器是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心器件，以控制力矩陀螺為代表的慣性執(zhí)行機(jī)構(gòu)和以陀螺儀為代表的慣性敏感器分別負(fù)責(zé)平臺(tái)姿態(tài)的控制和檢測(cè)功能，二者之間的木桶效應(yīng)制約著慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度的提升。無框架系統(tǒng)的控制敏感陀螺雖然解決了上述木桶效應(yīng)，但輸出力矩有限，限制了其應(yīng)用范圍的拓展。
[0003]大力矩磁懸浮控制敏感陀螺集成控制力矩陀螺的姿態(tài)控制功能和角速率敏感器的姿態(tài)測(cè)量功能，通過在現(xiàn)有的控制敏感陀螺上設(shè)計(jì)框架系統(tǒng)，利用框架系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)整個(gè)陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)大力矩輸出功能。大大克服了無框架磁懸浮控制敏感陀螺輸出力矩有限的不足，拓展了磁懸浮控制敏感陀螺的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有磁懸浮控制敏感陀螺輸出力矩有限的不足，提出了一種帶框架系統(tǒng)的磁懸浮控制敏感陀螺，實(shí)現(xiàn)大力矩輸出功能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種大力矩磁懸浮控制敏感陀螺主要由定子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)調(diào)制系統(tǒng)以及框架系統(tǒng)等四部分組成，其特征在于，定子系統(tǒng)主要包括:下陀螺房、芯軸、電機(jī)定子和軸向磁軸承定子安裝盤、上保護(hù)軸承、下保護(hù)軸承、徑向磁軸承定子、鍵、保護(hù)軸承鎖母、軸向磁軸承定子、電機(jī)定子、位移傳感器、上陀螺房；旋轉(zhuǎn)調(diào)制系統(tǒng)主要包括:旋轉(zhuǎn)調(diào)制組件、偏轉(zhuǎn)磁軸承定子；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要包括:飛輪輪體、上保護(hù)軸承蓋、下保護(hù)軸承蓋、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子、軸向磁軸承轉(zhuǎn)子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、偏轉(zhuǎn)磁軸承轉(zhuǎn)子、徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鎖母、軸向磁軸承內(nèi)轉(zhuǎn)子鎖母、軸向磁軸承外轉(zhuǎn)子鎖母、電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子鎖母、電機(jī)外轉(zhuǎn)子鎖母、偏轉(zhuǎn)磁軸承內(nèi)轉(zhuǎn)子鎖母、偏轉(zhuǎn)磁軸承外轉(zhuǎn)子鎖母；磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和磁懸浮定子系統(tǒng)之間通過徑向磁軸承、軸向磁軸承、偏轉(zhuǎn)磁軸承實(shí)現(xiàn)非機(jī)械接觸的穩(wěn)定懸浮，偏轉(zhuǎn)磁軸承定子通過旋轉(zhuǎn)調(diào)制組件實(shí)現(xiàn)定子旋轉(zhuǎn)，整個(gè)陀螺系統(tǒng)通過框架系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)調(diào)制組件位于下陀螺房上部徑向內(nèi)側(cè)和芯軸徑向外側(cè)，并通過緊固螺釘安裝在下陀螺房上，偏轉(zhuǎn)磁軸承定子位于旋轉(zhuǎn)調(diào)制組件上部并通過緊固螺釘安裝在旋轉(zhuǎn)調(diào)制組件上；芯軸位于下陀螺房上部徑向內(nèi)側(cè)，并通過緊固螺釘安裝在下陀螺房上，芯軸位于上保護(hù)軸承、下保護(hù)軸承、徑向磁軸承定子和保護(hù)軸承鎖母徑向內(nèi)側(cè)，電機(jī)定子和軸向磁軸承定子安裝盤位于旋轉(zhuǎn)調(diào)制組件上部和芯軸中部徑向外側(cè)，并通過緊固螺釘安裝在芯軸上，徑向磁軸承定子位于上保護(hù)軸承和下保護(hù)軸承之間，通過鍵與芯軸相連，并防止徑向磁軸承定子繞芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)，上保護(hù)軸承、下保護(hù)軸承和徑向磁軸承定子通過保護(hù)軸承鎖母安裝在芯軸上，軸向磁軸承定子位于徑向磁軸承定子徑向外側(cè)，并通過緊固螺釘安裝在電機(jī)定子和軸向磁軸承定子安裝盤上，電機(jī)定子位于軸向磁軸承定子徑向外側(cè)，并通過緊固螺釘安裝在電機(jī)定子和軸向磁軸承定子安裝盤上，位移傳感器位于下陀螺房上部和旋轉(zhuǎn)調(diào)制組件徑向外側(cè)，并通過緊固螺釘安裝在下陀螺房上，上陀螺房位于芯軸和下陀螺房上部，并通過過盈配合安裝在芯軸和下陀螺房上；徑向磁軸承轉(zhuǎn)子位于徑向磁軸承定子徑向外側(cè)，并通過徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鎖母安裝在飛輪輪體上，軸向磁軸承內(nèi)轉(zhuǎn)子位于軸向磁軸承定子徑向內(nèi)側(cè)，并通過軸向磁軸承內(nèi)轉(zhuǎn)子鎖母安裝在飛輪輪體上，軸向磁軸承外轉(zhuǎn)子位于軸向磁軸承定子徑向外側(cè)，并通過軸向磁軸承內(nèi)轉(zhuǎn)子鎖母安裝在飛輪輪體上，電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子位于電機(jī)定子徑向內(nèi)側(cè)，并通過電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子鎖母安裝在飛輪輪體上，電機(jī)外轉(zhuǎn)子位于電機(jī)定子徑向外側(cè)，并通過電機(jī)外轉(zhuǎn)子鎖母安裝在飛輪輪體上，偏轉(zhuǎn)磁軸承內(nèi)轉(zhuǎn)子位于偏轉(zhuǎn)磁軸承定子徑向內(nèi)側(cè)，并通過偏轉(zhuǎn)磁軸承內(nèi)轉(zhuǎn)子鎖母安裝在飛輪輪體上，偏轉(zhuǎn)磁軸承外轉(zhuǎn)子位于偏轉(zhuǎn)磁軸承定子徑向外側(cè)，并通過偏轉(zhuǎn)磁軸承外轉(zhuǎn)子鎖母安裝在飛輪輪體上，上保護(hù)軸承蓋和下保護(hù)軸承蓋分別位于上保護(hù)軸承和下保護(hù)軸承的徑向外側(cè)，并通過緊固螺釘安裝在飛輪輪體上；包括定子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)調(diào)制系統(tǒng)在內(nèi)的整個(gè)陀螺系統(tǒng)通過緊固螺釘固定在框架系統(tǒng)的徑向內(nèi)側(cè)。
[0006]所述的旋轉(zhuǎn)調(diào)制組件包括靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分，靜止部分主要包括:超聲波電機(jī)定子、旋轉(zhuǎn)調(diào)制定子軸承套、旋轉(zhuǎn)調(diào)制軸承定子、旋轉(zhuǎn)調(diào)制定子鎖母；轉(zhuǎn)動(dòng)部分主要包括:超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)調(diào)制軸承轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)子軸承套、旋轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)子鎖母、導(dǎo)電滑環(huán)、偏轉(zhuǎn)磁軸承定子安裝盤、光電碼盤、光電碼盤壓環(huán)；超聲波電機(jī)定子位于旋轉(zhuǎn)調(diào)制定子軸承套中部徑向外側(cè)，并通過過盈配合安裝在旋轉(zhuǎn)調(diào)制定子軸承套上，旋轉(zhuǎn)調(diào)制軸承位于旋轉(zhuǎn)調(diào)制定子軸承套徑向內(nèi)側(cè)，旋轉(zhuǎn)調(diào)制軸承定子通過旋轉(zhuǎn)調(diào)制定子鎖母安裝在旋轉(zhuǎn)調(diào)制定子軸承套上；旋轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)子軸承套位于旋轉(zhuǎn)調(diào)制軸承徑向內(nèi)側(cè)，并通過旋轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)子鎖母安裝在旋轉(zhuǎn)調(diào)制軸承轉(zhuǎn)子上，導(dǎo)電滑環(huán)位于旋轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)子軸承套上部徑向內(nèi)側(cè)，并通過過盈配合安裝在旋轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)子軸承套上，偏轉(zhuǎn)磁軸承定子安裝盤位于旋轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)子軸承套上部徑向外側(cè)，并通過緊固螺釘安裝在旋轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)子軸承套上，光電碼盤位于偏轉(zhuǎn)磁軸承定子安裝盤中部徑向外側(cè)，并通過光電碼盤壓環(huán)安裝在旋轉(zhuǎn)調(diào)制轉(zhuǎn)子軸承套上，超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)子位于旋轉(zhuǎn)調(diào)制定子軸承套徑向外側(cè)、超聲波電機(jī)定子和偏轉(zhuǎn)磁軸承定子安裝盤之間，并通過緊固螺釘安裝在偏轉(zhuǎn)磁軸承定子安裝盤上。
[0007]所述的徑向磁軸承為純電磁磁軸承或永磁偏置磁軸承，包括靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分，靜止部分主要包括:徑向磁軸承定子套筒、徑向磁軸承定子鐵心、徑向磁軸承定子隔磁塊、徑向磁軸承繞組線圈、徑向磁軸承定子鎖母；轉(zhuǎn)動(dòng)部分主要包括:徑向磁軸承轉(zhuǎn)子鐵心。
[0008]所述的軸向磁軸承為洛倫茲力磁軸承，包括靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分，靜止部分主要包括:軸向磁軸承定子骨架、軸向磁軸承繞組線圈；轉(zhuǎn)動(dòng)部分主要包括:軸向磁軸承內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、軸向磁軸承磁鋼、軸向磁軸承隔磁環(huán)、軸向磁軸承外導(dǎo)磁環(huán)。
[0009]所述的電機(jī)采用基于空心杯繞組無定子鐵心永磁無刷直流高速電機(jī)，包括靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分，靜止部分主要包括:電機(jī)杯形定子骨架、電機(jī)繞組；轉(zhuǎn)動(dòng)部分主要包括:電機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子疊層、電機(jī)磁鋼、電機(jī)外轉(zhuǎn)子疊層。
[0010]所述的偏轉(zhuǎn)磁軸承為洛倫茲力磁軸承，包括靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分，靜止部分主要包括:偏轉(zhuǎn)磁軸承定子骨架、偏轉(zhuǎn)磁軸承繞組線圈；轉(zhuǎn)動(dòng)部分主要包括:偏轉(zhuǎn)磁軸承內(nèi)保護(hù)環(huán)、偏轉(zhuǎn)磁軸承內(nèi)磁鋼、偏轉(zhuǎn)磁軸承內(nèi)隔磁環(huán)、偏轉(zhuǎn)磁軸承內(nèi)導(dǎo)磁環(huán)、偏轉(zhuǎn)磁軸承外磁鋼、偏轉(zhuǎn)磁軸承外隔磁環(huán)、偏轉(zhuǎn)磁軸承外導(dǎo)磁環(huán)。
[0011]所述的框架系統(tǒng)主要包括:框架體、電機(jī)軸、框架電機(jī)軸承、框架電機(jī)軸承鎖母、框架電機(jī)、框架電機(jī)轉(zhuǎn)子鎖母、框架電機(jī)定子鎖母、框架電機(jī)蓋、旋變軸、框架導(dǎo)電滑環(huán)軸承、框架導(dǎo)電滑環(huán)軸承鎖母、框架導(dǎo)電滑環(huán)、框架導(dǎo)電滑環(huán)鎖母、框架導(dǎo)電滑環(huán)蓋。
[0012]上述方案的原理是:如圖1所示，大力矩磁懸浮控制敏感陀螺處于工作狀態(tài)下，通過徑向磁軸承、軸向磁軸承，保持轉(zhuǎn)子系統(tǒng)與定子系統(tǒng)的徑向和軸向間隙，當(dāng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)受到某一干擾后，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)產(chǎn)生徑/軸向的平動(dòng)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的徑/軸向間隙發(fā)生變化，徑/軸向位移傳感器及時(shí)檢測(cè)徑/軸向間隙的變化量，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳遞至磁軸承控制器，通過控制徑/軸向磁軸承線圈電流的大小，增加/減小徑/軸向磁軸承的電磁力，維持磁懸浮系統(tǒng)的徑/軸向間隙均勻，消除干擾影響，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的完全懸浮支承，隨后啟動(dòng)電機(jī)，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)。通過偏轉(zhuǎn)磁軸承控制