一種磁懸浮動量球的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及航空航天技術領域，尤其涉及一種用于航天器姿態調整的磁懸浮動量球。
【背景技術】
[0002]由于受到空間多種擾動力的作用，在軌航天器通常具有姿態穩定的需求；對于一些偵查衛星等類型的衛星，還具有高精度姿態調整需求。因此用于航天器姿態穩定與精確調整的驅動裝置是航天器研制中的重要一環。
[0003]采用動量矩守恒原理的動量輪是目前最常用的一種姿態調整的驅動部件，現有成熟技術為機械滾珠軸承動量輪，新一代磁懸浮動量輪雖然克服了機械滾珠軸承動量輪的一些不足，但是仍具有動量輪所固有的一些問題，如體積和質量大，成本高，多動量輪之間相互耦合等。
[0004]進入21世紀，重量輕、體積小、成本低的小衛星技術引起世界各國的重視。從縮小衛星體積、提高衛星有效載荷、降低成本的角度，現有動量輪的缺點在一定程度上阻礙了衛星的小型化和低成本化。
[0005]磁懸浮動量球可以解決上述動量輪存在的問題，現有磁懸浮動量球技術多為永磁同步磁懸浮動量球，制造復雜，成本昂貴，不利于小型化和低成本化，限制了其應用。現有的感應式磁懸浮動量球大多不能實現懸浮驅動一體，不利于航天器的姿態控制；并且其懸浮多采用吸浮實現，不是固有穩定的懸浮系統，懸浮控制復雜。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種磁懸浮動量球，實現小型化，低成本化和懸浮、旋轉驅動一體，并且實現固有穩定的懸浮。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]一種磁懸浮動量球，所述磁懸浮動量球包含一個動子和定子；所述定子包括三組，每組包含兩個以動子的球心為對稱中心的定子，三組定子的軸線相互正交，每個定子包含定子鐵芯和線圈陣列；所述定子鐵芯與動子相配合的內表面為球面，并與動子的外表面留有氣隙，定子鐵芯沿徑向開有通槽，通槽在定子鐵芯的圓周上均勻分布；所述線圈陣列采用盤式電機定子繞組，線圈陣列中每個線圈的兩個有效邊分別放置于定子鐵芯的兩個通槽內；每個定子的線圈數量是通槽數量的一半或與通槽數量相等；所述動子為球殼形，材料為導電金屬材料。
[0009]動子采用兩個半球殼組合而成。通槽采用平面型通槽或弧面型通槽。在動子內嵌入由導磁材料制成的內球殼，內球殼的外表面與動子的內表面相配合。
[0010]本發明與現有技術方案相比，具有以下優點及突出性的技術效果:本發明中采用磁懸浮動量球進行衛星姿態調整，完美解決了傳統動量輪存在的體積和質量大，成本高，多動量輪之間相互耦合等問題；本發明中磁懸浮動量球采用感應式懸浮和驅動，成本低，懸浮、旋轉驅動一體化，結構簡單緊湊，體積小質量輕，并且屬于固有的穩定懸浮，懸浮控制簡單。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明提供的磁懸浮動量球實施例示意圖。
[0012]圖2是實施例中定子結構示意圖。
[0013]圖3a、圖3b是實施例中通槽形狀示意圖。
[0014]圖4是實施例中線圈結構示意圖。
[0015]圖5是實施例中動子結構示意圖。
[0016]圖中:1-定子，2-定子鐵芯，3-線圈陣列，4-動子，5-氣隙，6-通槽，7-線圈，8-有效邊，9-動子半球殼，10-通槽上部的面，11-平面型通槽，12-弧面型通槽。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明實施方式作進一步詳細描述。
[0018]圖1是本發明提供的磁懸浮動量球實施例不意圖，包含一個動子4和六個定子1，各定子I和動子4之間形成氣隙5。動子4為球殼形，所述六個定子I分為三組，分別編號為A，B，C，每組包含兩個以動子4的球心為對稱中心的定子，三組定子的軸線相互正交；每個定子I包含定子鐵芯2和線圈陣列3。
[0019]圖2是實施例中定子結構示意圖，定子鐵芯2上表面是球面，在圓周上開有通槽6，通槽6在定子鐵芯2的圓周上均勻分布，通槽采用平面型通槽11或弧面型通槽12，如圖3a和3b所示，平面型通槽如圖3a所示，通槽上部的面10為平面，這類通槽方便加工，弧面型的通槽如圖3b所示，通槽上部的面10為弧面，這類通槽更有利于磁場的分布。通槽6的數量根據普通盤式電機定子鐵芯常用的通槽數量來確定，本實施例中共24個通槽。線圈陣列3采用盤式電機繞組，采用雙層繞組時，線圈7的數量和通槽6的數量相等，采用單層繞組時，線圈7的數量是通槽6的數量的一半，本實施例中采用單層繞組，共12個線圈7，線圈在圓周上均勻排列，如圖4所示，每個線圈7包含兩條有效邊8，有效邊8的形狀根據通槽的形狀而定，兩個有效邊8分別放在兩個通槽內，兩通槽中間相隔4個通槽，兩條有效邊8在定子軸線方向上一高一低，位置高的有效邊放置于其中一個通槽的上半部分，位置低的直邊放置于另一通槽的下半部分，相鄰兩個線圈之間相隔一個通槽。
[0020]圖5是實施例中動子結構示意圖，動子4的材料為鋁、銅等導電材料，為方便制造，動子4采用兩個半球殼9組合而成。可在動子4內嵌入由鐵等導磁材料制成的內球殼，內球殼的外表面與動子的內表面相配合。
[0021]每個定子I的線圈陣列3中相鄰兩個線圈7中的交電流相差相同的電角度，以形成旋轉磁場。本實施例中相差的電角度為π/3，線圈陣列3中的交變電流在氣隙5中形成繞該定子軸線旋轉的磁場，旋轉磁場在動子4中感應出渦流，渦流在磁場中受力，為動子4提供沿該定子軸線的懸浮力和繞該定子軸線的轉矩。
[0022]當兩個或兩個以上定子I的線圈陣列3中通入交變電流時，每個定子I均為動子4提供沿該定子軸線的懸浮力和繞該定子軸線的轉矩；各個定子I產生的懸浮力合成為動子4所受懸浮力，控制動子4的穩定懸浮，各個定子I產生的轉矩合成為動子所受轉矩，驅動動子4沿任意軸旋轉。
[0023]在動子4工作時，分別在每組的兩個定子通入相同的電流，為動子提供兩個通過該組定子軸線且大小相等方向相反的懸浮力，實現動子4在該定子軸線方向的懸浮，當其中一個定子和動子4之間的氣隙5減小時，該定子提供的懸浮力增大，另一個定子和動子4之間的氣隙5增大，該定子提供的懸浮力減小，兩個懸浮力共同作用使動子4重新回到中間位置，所以動子的懸浮屬于固有穩定的懸浮，懸浮控制簡單易實現。
【主權項】
1.一種磁懸浮動量球，其特征在于:所述磁懸浮動量球包含一個動子(4)和定子(I);所述定子包括三組，每組包含兩個以動子的球心為對稱中心的定子，三組定子的軸線相互正交，每個定子包含定子鐵芯(2)和線圈陣列(3);所述定子鐵芯與動子相配合的內表面為球面，并與動子的外表面留有氣隙(5)，定子鐵芯沿徑向開有通槽(6)，通槽在定子鐵芯的圓周上均勻分布；所述線圈陣列采用盤式電機定子繞組，線圈陣列中每個線圈(7)的兩個有效邊(8)分別放置于定子鐵芯的兩個通槽內；每個定子的線圈數量是通槽數量的一半或與通槽數量相等；所述動子為球殼形，材料為導電金屬材料。
2.根據權利要求1所述的一種磁懸浮動量球，其特征在于:動子采用兩個半球殼(9)組合而成。
3.根據權利要求1所述的一種磁懸浮動量球，其特征在于:通槽采用平面型通槽(11)或弧面型通槽(12)。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種磁懸浮動量球，其特征在于:在動子內嵌入由導磁材料制成的內球殼，內球殼的外表面與動子的內表面相配合。
【專利摘要】一種磁懸浮動量球，用于航天器姿態調整，磁懸浮動量球包含一個球殼形動子和多個定子，所述定子有三組，每組包含兩個以動子的球心為對稱中心的定子，三組定子的軸線相互正交，每個定子包含定子鐵芯和線圈陣列，定子鐵芯與動子相配合的內表面為球面，并和動子的外表面留有氣隙，定子鐵芯沿徑向開有通槽，通槽在定子鐵芯的圓周上均勻分布；線圈陣列采用盤式電機定子繞組，線圈陣列中每個線圈的兩個有效邊分別放置于定子鐵芯的兩個通槽內。本發明成本低，懸浮、旋轉驅動一體化，結構簡單緊湊，體積小質量輕，并且屬于固有的穩定懸浮，懸浮控制簡單。
【IPC分類】H02K16-00, H02N15-00, B64G1-24
【公開號】CN104753273
【申請號】CN201510197943
【發明人】張鳴, 朱煜, 陳安林, 楊開明, 成榮, 劉峰, 胡金春, 胡楚雄, 徐登峰, 穆海華
【申請人】清華大學, 北京華卓精科科技有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月23日