[实用新型]一种中空超声电机驱动的小型框架式控制力矩陀螺

说明书

本实用新型公开了一种中空超声电机驱动的小型框架式控制力矩陀螺，包含框架、动量轮、定子、定子线圈、第一至第四轴承、底座、编码器和中空超声电机；框架包含U型支架和轴部；动量轮转轴的两端分别通过第一轴承、第二轴承和U形支架对应连接；定子和动量轮同轴设置；底座上设有供框架轴部穿过的通孔；框架轴部通过第三轴承、第四轴承和底座的通孔相连；编码器用于测量框架轴部的转速；中空超声电机的转子采用柔性连接件和框架轴部的下端面固连，用于驱动框架轴部转动。本实用新型专利控制力矩陀螺刚度高、固有频率高、控制精度高，能够满足高精度中小型空间机动平台的需要。

技术领域

本实用新型涉及空间机动平台实现快速机动任务的航天执行机构，尤其涉及一种中空超声电机驱动的小型框架式控制力矩陀螺。

背景技术

中小型卫星具有重量轻、体积小、可快速发射、在轨敏捷机动等特点。小型单框架控制力矩陀螺具有输出力矩大，功耗低等优点，是空间机动平台实现快速机动任务的理想航天执行机构。由于运载火箭发射对尺寸和重量有严格限制，以及单框架控制力矩陀螺以多组出现，要求单框架控制力矩陀螺体积小、重量轻，有满足卫星敏捷激动需求的力矩输出能力，现有的单框架控制力矩陀螺尚不能达到要求。

框架式控制力矩陀螺的优点是可以实现模块化设计，低速组件和高速组件均可单独设计并进行测试，而且高速组件可以借鉴现有的成熟的飞轮技术，结构紧凑，可靠度高。

超声电机是一种新型电机，它利用了压电材料的逆压电效应，在压电材料上施加交流信号产生交变电场，进而激发出压电材料在超声频段内的振动，并将这一振动放大，通过摩擦作用转换为电机转子的运动，作为功率输出并驱动其他负载。与传统电机相比，超声电机具有低转速、大力矩、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰等优点。采用超声电机驱动的框架式控制力矩陀螺可以实现稳定的力矩输出，频带较宽且响应快，在航空航天领域有着广泛的应用前景。

但是，超声电机的输出性能受定转子之间预压力的影响较大，现有的控制力矩陀螺平台均未考虑输出力矩分量对电机输出性能的影响从而导致的整机输出力矩的影响。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种中空超声电机驱动的小型框架式控制力矩陀螺。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种中空超声电机驱动的小型框架式控制力矩陀螺，包含框架、动量轮、定子、定子线圈、第一至第四轴承、底座、编码器和中空超声电机；

所述框架包含U型支架和轴部，其中，所述U形支架包含两个相互平行的侧板和连接两个侧板的底板；所述轴部的上端面和U形支架底板的中心处固连，所述轴部用于带动U型支架旋转；

所述动量轮为横截面呈工字型的飞轮，其转轴两端分别通过第一轴承、第二轴承和所述U形支架的两个侧板对应连接，使得所述动量轮能够在U形支架内转动；

所述定子呈圆环状，定子套在所述动量轮的转轴外、和U形支架的一个侧板固定相连，定子和动量轮同轴设置；

所述定子线圈缠绕在定子上；

所述动量轮轮辋的内壁上均匀设有若干磁钢；

所述底座上设有供所述框架轴部穿过的通孔；

所述框架轴部通过第三轴承、第四轴承和所述底座的通孔相连，其中，第三轴承、第四轴承的外圈和所述底座的通孔固连，第三轴承、第四轴承的内圈和所述框架的轴部固连；

所述编码器的转子部分和所述底座固连、定子部分和所述框架轴部固连，用于测量所述框架轴部的转速；

所述中空超声电机固定在所述底座上，其转子和所述框架轴部的下端面固连，用于驱动所述框架轴部转动。