[发明专利]一种磁悬浮万向球

说明书

本发明公开了一种磁悬浮万向球主要由内球面定子系统和外球面转子系统组成，内球面定子系统主要包括：感应电机定子系统、无线伺服系统、位移传感器；外球面转子系统采用双体结构，主要包括磁悬浮球壳、高速轴向转子、永磁同步电机。本发明首次提出磁悬浮万向球新概念，集反作用飞轮和双框架控制力矩陀螺功能于一体，其特征是通过悬浮‑偏转一体控制、轴向‑径向分体旋转、功率‑信号无线传输，保证球面转子360度的万向偏转，避免单体磁悬浮转子轴向旋转‑径向偏转时的涡流损耗，降低多自由度惯性执行机构的体积和质量，以无线双体万向磁悬浮球面转子系统实现了三个自由度球面包络控制力矩的输出，具有小体积、高精度、低功耗、高功能密度的优点。

技术领域

本发明涉及一种万向球装置，尤其涉及到一种磁悬浮万向球。

背景技术

卫星姿态控制系统的执行机构主要类型包括推力器、反作用飞轮和控制力矩陀螺(CMG)。飞轮和控制力矩陀螺属于惯性执行机构，推力器常用于为二者进行角动量卸载。控制力矩陀螺多用于需要输出较大控制力矩的大型航天器。反作用飞轮由于体积紧凑，是小卫星姿态控制系统中应用最广泛的执行机构，但是其只能输出一个自由度的控制力矩，若要实现小卫星三轴姿态控制至少需要三个反作用飞轮，这无疑又增加了小卫星的质量和体积，同时，飞轮控制力矩较小，控制效率不高，所以其能够提供的机动能力受限。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种磁悬浮万向球以解决上述问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种磁悬浮万向球，包括内球面定子系统和外球面转子系统，所述内球面定子系统主要包括：底座、内球面下陀螺房、感应电机定子系统、无线伺服功率系统、无线伺服信号系统、内球面上陀螺房、位移传感器；所述外球面转子系统采用双体结构，主要包括磁悬浮球面转子上球壳、轴向转子上轴承、永磁同步电机定子、高速轴向转子、磁悬浮球面转子下球壳、轴向转子下轴承；所述磁悬浮内球面定子系统和所述外球面转子系统之间通过所述感应电机定子系统、所述磁悬浮球面转子上球壳、所述磁悬浮球面转子下球壳实现非机械接触的稳定悬浮，所述高速轴向转子通过所述轴向转子上轴承、所述永磁同步电机定子、所述轴向转子下轴承实现高速变速旋转；所述内球面下陀螺房位于所述底座的轴向上端，并通过间隙配合与所述底座相连，所述无线伺服功率系统位于所述内球面下陀螺房的径向外侧靠近赤道面一端，通过紧固螺钉安装在所述内球面下陀螺房上，所述内球面上陀螺房位于所述内球面下陀螺房的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在所述内球面下陀螺房上，所述无线伺服信号系统位于所述内球面上陀螺房的径向外侧靠近赤道面一端，并通过紧固螺钉安装在所述内球面上陀螺房上，所述位移传感器位于所述内球面上陀螺房轴向顶端，并通过紧固螺钉安装在所述内球面上陀螺房上，所述感应电机定子系统均布于所述内球面下陀螺房和所述内球面上陀螺房上；所述轴向转子上轴承和所述轴向转子下轴承分别位于所述磁悬浮球面转子上球壳和所述磁悬浮球面转子下球壳径向内侧靠近极轴一端，并分别通过间隙配合与所述磁悬浮球面转子上球壳和所述磁悬浮球面转子下球壳相连，所述高速轴向转子位于所述轴向转子上轴承和所述轴向转子下轴承径向内侧，并通过间隙配合与所述轴向转子上轴承和所述轴向转子下轴承相连，所述永磁同步电机定子位于所述高速轴向转子径向外侧，并通过间隙配合与所述磁悬浮球面转子上球壳和所述磁悬浮球面转子下球壳相连，所述磁悬浮球面转子上球壳和所述磁悬浮球面转子下球壳赤道面重合，通过紧固螺钉连接在一起，构成完整磁悬浮球面转子系统。

进一步地，所述磁悬浮球面转子上球壳和所述磁悬浮球面转子下球壳材质均为软磁材料。

进一步地，所述感应电机定子系统包括多个线圈结构；所述线圈结构均匀分布于所述内球面上陀螺房与所述内球面下陀螺房连接，形成球状结构外表面。