[发明专利]一种混合磁路力矩器及利用该力矩器构成的挠性陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合磁路力矩器及利用该力矩器构成的挠性陀螺仪，尤其涉及一种三排磁钢混合磁路混合磁路力矩器及利用该力矩器组成的小型化大动态挠性陀螺仪，属于机电一体化技术领域。

背景技术

挠性动调陀螺仪是两自由度陀螺仪，其转子经挠性支承与电机驱动轴连接，并在电机的驱动下，相对壳体作高速转动。当动调陀螺仪在调谐转速下工作时，挠性接头的弹性恢复力矩可以完全被平衡环振荡运动产生的动力反弹性力矩所抵消，这时陀螺仪转子将稳定在惯性空间，成为不受约束的自由转子。在捷联惯测组合系统应用时，陀螺仪与伺服回路组成闭合系统，陀螺仪将来自传感器的信号经放大回路产生电流流入力矩器线圈，通电线圈在转子磁场中产生电磁力，并产生电磁力矩，根据作用与反作用的原理，电磁力矩将作用到陀螺转子上，使陀螺实现预期进动。在力矩器产生的力矩驱动下，陀螺转子跟踪仪表壳体运动，分别测量沿陀螺仪两输出轴的加矩电流(或经I/F变换为脉冲频率)值，则可分别测得仪表壳体绕相应输入轴相对惯性空间的运动角速度，经捷联解算即可得到运载体的角速度。

通常力矩器在挠性陀螺仪中有以下作用:①对陀螺加矩，使陀螺按要求进动；②施加陀螺所需要的修正及补偿力矩，抵消有害力矩，实现对陀螺常值漂移的补偿；③在捷联系统中的动调陀螺，力矩器应产生足够大的力矩，使陀螺转子与壳体在工作过程中，始终保持相互位置不变，即使陀螺仪传感器的输出处于零位；④通过测量输入到力矩器中的电流，可以精确计算陀螺仪的各种误差及漂移。从以上几点作用可以清楚看出，力矩器在挠性陀螺仪中是十分重要的，尤其是捷联用陀螺仪更为突出。

挠性陀螺仪对力矩器的要求：①为实现陀螺仪最大测量范围，力矩系数k_M应尽可能大；②力矩系数k_M的高稳定性，随时间、温度和其它环境条件的变化尽可能小；③力矩系数k_M的高对称性，正反力矩系数尽可能一致；④力矩系数k_M的高线性度。如图1所示，现有力矩器采用两组径向充磁磁钢环，飞轮组件由飞轮2、第一磁钢环组件3、隔磁环4、第二磁钢环组件5、导磁环6组成，两个磁环磁场极性相反，与导磁环5可以形成磁路，但该结构使得挠性陀螺仪力矩系数k_M较小，动态测量范围约±200°/s，大动态时线性度精度低于1×10^-3，大动态与高精度难以兼顾；陀螺仪电机启动时间10s以上，陀螺仪稳定时间需1h，难以满足运动载体快速使用要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种混合磁路力矩器及利用该力矩器构成的挠性陀螺仪，本发明采用混合磁路力矩器，提高工作气隙磁场的磁密B_δ，提高陀螺仪力矩系数，使利用该混合磁路力矩器构成的挠性陀螺仪最大跟踪角速率达到600°/s以上；挠性陀螺仪同步时间小于5s，当采用高压启动低压运行时陀螺仪同步时间减小为2s，实现工作快速性要求。

本发明的技术解决方案为：一种混合磁路力矩器，包括第一磁钢环组件、隔磁环、第二磁钢环组件、第三磁钢环组件、第一热磁补偿片、第二热磁补偿片、加强套、力矩器骨架和力矩器线圈，隔磁环和第二磁钢环组件设置在第一磁钢环组件和第三磁钢环组件之间，在第一磁钢环组件和第三磁钢环组件外部分别安装第一热磁补偿片和第二热磁补偿片，在第一磁钢环组件、第二磁钢环组件、第三磁钢环组件)、第一热磁补偿片和第二热磁补偿片组成的结构上安装加强套，第一磁钢环组件、隔磁环、第二磁钢环组件、第三磁钢环组件、第一热磁补偿片和第二热磁补偿片通过高强度胶粘接在飞轮上构成力矩器混合闭环磁路，力矩器线圈通过胶粘在力矩器骨架上构成力矩器定圈部分；其中第一磁钢环组件由12块扇形磁钢拼装形成第一组磁环并径向充磁，第二磁钢环组件由6块扇形磁钢拼装形成第二组磁环并轴向充磁，第三磁钢环组件由12块扇形磁钢拼装形成第三组磁环并径向充磁，第一磁钢环组件与第三磁钢环组件两个磁环的磁场极性相反，三组磁钢环组件组成混合磁路。

第一磁钢环组件、第二磁钢环组件和第三磁钢环组件均采用高磁能积钐钴磁钢GYROS30材料，磁能积水平最高为29～30MGOe。

第一热磁补偿片和第二热磁补偿片采用磁温度补偿合金1J32材料。

力矩器线圈采用耐高温自粘漆包线，耐温等级超过250℃，力矩器骨架采用氮化铝陶瓷材料。