[发明专利]一种电动式磁悬浮双框架动量球装置

说明书

本发明公开了一种电动式磁悬浮双框架动量球装置，用于航天器姿态控制系统执行机构。由电动式磁悬浮驱动电机模块、内调节框架、外调节框架及端部支承锁紧机构组成，电动式磁悬浮驱动电机模块通过轴和支承锁紧机构与内调节框架连接，内调节框架通过轴和支承锁紧机构与外调节框架相连。电动式磁悬浮驱动电机模块由两层并列的定子阵列、球形动子及中心保持架构成。通过对定子线圈施加不同频率、幅值和相位的正弦交流电，形成不同方向的旋转磁场，进而驱动球形动子稳定磁悬浮的同时实现旋转驱动，根据角动量守恒原理，结合支承锁紧机构的锁紧与解锁功能切换，实现航天器姿态三轴稳定可控。

技术领域

本发明属于航天器技术领域，具体地为一种电动式磁悬浮双框架动量球装置，作为航天器姿态控制系统执行机构。

背景技术

目前普遍采用动量轮和控制力矩陀螺作为人造卫星等航天器姿态控制系统执行器。

然而，单个飞轮只能提供相对于航天器特定方向的姿态控制作用，因此，至少需要3个动量飞轮才能实现航天器三轴姿态完全可控。通常配置4～6个动量飞轮以实现容错设计及控制算法优化，因此占用较大的空间体积。控制力矩陀螺采用额外的力矩电机驱动框架旋转，调节框架的空间朝向，然而力矩电机结构复杂使得整个控制力矩陀螺同样占用较大的空间。此外，接触式动量飞轮和控制力矩陀螺均存在机械磨损与机械振动，限制了姿态控制精度及使用寿命。

在航天器技术的发展中，重量轻、体积小、成本低的小卫星技术越来越引起世界各国的重视。从缩小卫星体积、提高卫星有效载荷、降低成本的角度，现有动量轮方案极大地阻碍了卫星的小型化和低成本化趋势。

申请号为CN201410384117.4的专利《一种四自由度双框架磁悬浮控制力矩陀螺》和申请号为CN200710304236.4的专利《双框架磁悬浮控制力矩陀螺》虽提出了多自由度双框架控制力矩陀螺，但其结构复杂，且框架端部安装力矩电机驱动框架旋转，力矩电机体积较大，使得整个双框架磁悬浮控制力矩陀螺占用较大的空间体积。申请号为CN201510813055.9的专利《一种内转子磁悬浮球面陀螺飞轮》虽然采用球面磁轴承作为支承部件，能够实现磁悬浮陀螺飞轮的五自由度主动悬浮，然而其转子转轴方向的调节范围有限。

发明内容

为了克服现有技术的不足，解决航天器姿态控制系统驱动执行机构存在的技术问题，本发明提供了一种电动式磁悬浮双框架动量球装置。

本发明的电动式磁悬浮双框架动量球装置，用于航天器姿态控制系统驱动执行机构，包括电动式磁悬浮驱动电机模块2、内调节框架1、外调节框架4及支承锁紧机构3：