[发明专利]三轴调姿的单驱动器磁流体调姿机构

说明书

本发明涉及卫星姿态控制技术领域内的一种三轴调姿的单驱动器磁流体调姿机构，包括电磁驱动器和球型模具；所述球型模具为空心球体，所述球型模具内填充有导电流体，所述电磁驱动器以同轴的方式套设于所述球型模具之外；通过所述电磁驱动器控制所述导电流体产生任意三维矢量方向的角动量。本发明相较于其他磁流体机构，仅通过一个调姿机构就能完成卫星三轴调姿任务，原理新颖，导电流体产生的角动量和空间利用率得以大幅提高。

技术领域

本发明涉及卫星姿态控制技术领域，具体地，涉及一种三轴调姿的单驱动器磁流体调姿机构，可作为卫星姿态控制的执行机构。

背景技术

飞轮作为一种执行部件，在航天器姿态控制系统中得到广泛应用。传统的机械式飞轮存在高速旋转运动，随着飞轮运行时间增加，飞轮机构中的轴承机械磨损加剧，导致卫星姿态控制精度和可靠性下降。轴承磨损严重易发生故障，使得卫星寿命降低。飞轮由于生产工艺的误差，导致转子质量不均匀，飞轮自身高速转动时，存在扰动问题，扰动力会引起卫星结构微振动，会通过飞轮结构传递至卫星相机上，引起相机的振动，影响相机带的成像精度。自身高速转动产生的扰动也是航天器高精度姿态控制系统的干扰源之一。对卫星进行三轴姿态调姿任务需要安装至少三套飞轮，会占用宝贵的工作空间。对于完成任意调姿方向的任务，需要将目标方向的所需角动量分解到各个工作飞轮，一同完成调姿任务，动量利用率较低。

经现有技术检索发现，中国发明专利公开号为CN104483972A，公开了一种航天器流体环反作用执行机构，包括：安装基座，用于安装流体环及相应装置；流体环，用于产生角动量；电磁泵组件，主要由永磁铁或电磁铁及电极板对等组成，驱动流体环内液体以可控速度流动；填充液，采用导电液体材料，装置在流体环内，在电磁泵组件驱动下流动；屏蔽盒，罩在电磁泵外面，用以屏蔽电场和磁场，防止对外部器件干扰。该专利需要电磁泵驱动多个流体环进行作业，设计复杂，可靠性不佳。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种三轴调姿的单驱动器磁流体调姿机构。

根据本发明提供的一种三轴调姿的单驱动器磁流体调姿机构，包括电磁驱动器和球型模具；

所述球型模具为空心球体，所述球型模具内填充有导电流体，所述电磁驱动器以同轴的方式套设于所述球型模具之外；

通过所述电磁驱动器控制所述导电流体产生三维矢量方向的角动量。

一些实施方式中，所述电磁驱动器能够绕所述球型模具进行两自由度的旋转运动。

一些实施方式中，所述球型模具的材料为非磁性材料。

一些实施方式中，所述电磁驱动器包括铁芯和绕组线圈，所述铁芯为圆柱型腔体结构，所述铁芯设有通槽，多个所述通槽沿所述铁芯的内周面分布，所述绕组线圈穿过所述通槽。

一些实施方式中，所述绕组线圈的数量为所述通槽数量的二分之一。

一些实施方式中，所述铁芯为由硅钢片通过叠压工艺成型或由铁磁材料通过机加工工艺成型。

一些实施方式中，所述电磁驱动器内表面与所述球型模具外表面之间的最短距离小于等于5mm且大于0mm。

一些实施方式中，所述导电流体为纯镓、镓铟锡或汞中的任意一种。

一些实施方式中，所述电磁驱动器产生磁场，使得位于所述球型模具内的导电流体内部产生感应电流，磁场与感应电流相互作用产生洛伦磁力，使得导电流体产生旋转运动，进而产生角动量；

通过所述电磁驱动器绕所述球型模具进行两自由度旋转运动，所述球型模具固定不动，使得所述球型模具内的导电流体运动，通过控制所述电磁驱动器的旋转运动，达到控制由导电流体产生的角动量大小和方向发生变化，从而产生三维矢量方向的控制力矩。