[发明专利]磁悬浮飞轮锁紧装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮飞轮锁紧装置，特别是涉及一种可重复使用、便于控制、可靠性高、结构简单的磁悬浮飞轮锁紧装置，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执行机构，与机械轴承支承的飞轮相比，在控制精度、稳定性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执行机构。由于磁悬浮飞轮采用磁轴承技术，定子和转子之间存在间隙，航天器在发射过程中将产生剧烈振动和冲击，飞轮系统存在较大的振动载荷，为了防止飞轮系统的损坏，必须采用额外的锁紧装置对其进行保护。锁紧装置是磁悬浮飞轮的一种保护装置，可以对磁悬浮飞轮转子进行锁紧和解锁，使磁悬浮飞轮系统不工作时处于锁紧状态，正常工作时处于解锁状态。磁悬浮飞轮在运输、储存及调试中需要对磁悬浮飞轮进行锁紧和解锁。另外，航天器在空间进行变轨道工作，有时也需要对磁悬浮飞轮锁紧和解锁。

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的锁紧装置、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要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-钢丝绳的锁紧装置。其中气动锁紧装置由于需要气源，在轨重复使用不太方便。

专利申请号20081019968.0所公开的一种电磁锁紧装置，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公开了一种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

本发明期望解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可重复使用、易于控制、可靠性高、结构简单，可以防止多余物的产生的磁悬浮飞轮用电磁锁紧装置。

本发明的技术解决方案是：一种磁悬浮飞轮锁紧装置，包括飞轮系统、锁紧电磁铁和解锁继电器，其中，该飞轮系统包括：飞轮定子轴；飞轮定子，固定安装在该飞轮定子轴上；飞轮转子，设置于该飞轮定子外侧；以及底座，设置在该飞轮定子和该飞轮转子下方，并与该飞轮定子轴固定连接；其中该锁紧电磁铁设置在该飞轮定子和该飞轮转子上方并套在该飞轮定子轴上；该解锁继电器设置在该锁紧电磁铁上方并套在该飞轮定子轴上，该解锁继电器与该锁紧电磁铁彼此邻接并沿着该飞轮定子轴一起移动；当将该飞轮系统从解锁状态变为锁紧状态时，该锁紧电磁铁被接通锁紧电流并产生锁紧磁通，使得该锁紧电磁铁带动该飞轮系统的飞轮转子向下移动，继而通过该解锁继电器将该飞轮转子锁紧在该底座上，从而变成锁紧状态；以及当将该飞轮系统从锁紧状态变为解锁状态时，该解锁继电器被接通解锁电流并产生解锁磁通，使得该飞轮转子通过该解锁继电器产生的解锁力从该底座解锁并在飞轮定子产生的轴向恢复力作用下向上移动，从而恢复成解锁状态。