[发明专利]一种磁悬浮飞轮用杠杆式可重复锁紧装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮飞轮用杠杆式可重复锁紧装置，具有可重复使用、易于控制、 功耗小、可靠性高、锁紧力大、可以防止多余物的产生等优点，可作为磁悬浮飞轮系统 的保护装置。

背景技术

磁悬浮飞轮是一种新型的航天器姿态控制系统，与机械轴承支承的飞轮相比，在控 制精度和使用寿命等方面具有明显优势，是高精度对地观测卫星姿态控制的理想惯性执 行机构。由于磁悬浮飞轮工作时，转子不是采用机械轴承直接与定子刚性联接，而是在 一定的磁保护间隙内弹性支撑。因此，必须采用额外的锁紧装置对其进行保护。发射段， 飞轮系统存在较大的振动载荷，为了防止飞轮系统的损坏，需通过锁紧装置将飞轮锁紧； 在轨运行段，则需解除飞轮原有的锁紧关系，使飞轮转子处于自由状态便于悬浮。

根据锁紧/解锁次数，磁悬浮飞轮锁紧装置可以分为一次性锁紧装置和可重复性锁 紧装置。目前所使用的一次性锁紧装置主要有基于碳纤维复合材料和航空钢丝绳锁紧装 置、楔形块-锥形轴承锁紧装置、螺杆-螺母锁紧装置。以上三种方案都采用火工品进行 解锁，可靠性高，但只能一次性使用，不便于地面环境试验调试。由于磁悬浮飞轮发射 前需通过一系列的环境试验(扫频振动、随机振动、冲击、离心、高低温、热循环等)， 需经常对飞轮进行锁紧/解锁。此外卫星变轨时，为保护飞轮不受损坏，也需对其进行 反复锁紧/解锁。目前所使用的可重复锁紧装置主要有气动锁紧装置、电磁锁紧装置、 基于电机-弹片-钢丝绳锁紧装置。其中气动锁紧装置虽然可重复使用，但结构较复杂， 并且需要气源，可靠性较差，体积大。专利申请号200810119968.0所述的电磁锁紧装 置通过永磁磁场提供的永磁吸力保持锁紧，利用电磁磁场与永磁磁场的正向和反向叠 加，对飞轮转子锁紧和解锁，实现了锁紧装置的重复性使用。但锁紧启动力与解锁间隙 成反比，且解锁间隙不可调整，对锁紧装置的调试带来极大不便。工作时，一般在底座 上沿圆周方向安装三至四个电磁锁紧装置，使得执行锁紧和执行解锁时，对电磁铁动作 的同步性要求较高。专利申请号200910093150.0所述的电机-弹片-钢丝绳锁紧装置， 利用弹片作为伸张机构，利用钢丝绳作为收缩机构，通过电机正/反向转动，驱使收缩 机构将飞轮锁紧/伸张机构将飞轮释放，实现重复锁紧功能。由于弹片与飞轮转子外缘 接触表面都为曲面，在锁紧状态接触面间存在Hertz接触，使得接触面的局部应力过大。 此外在地面模拟发射的扫频振动和随机振动中，飞轮转子与弹片接触面间存在振幅为 1～100μm的往复摩擦振动，使得飞轮转子与弹片接触表面有多余物产生。通常振幅小 于300μm的往复摩擦振动就属于微动，而微动通常导致微动磨损和微动疲劳，并伴随 着第三体多余物的产生。这种微动下产生的多余物，严重污染了磁悬浮飞轮系统的工作 环境。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种可重复使用、易于控制、 功耗小、可靠性高、锁紧力大，可以防止多余物的产生的磁悬浮飞轮用杠杆式可重复锁 紧装置。