磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置制造方法
【專利摘要】一種磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置，可作為磁懸浮飛輪的保護裝置，主要由鎖緊機構(gòu)和飛輪組件兩部分組成，鎖緊機構(gòu)包括：傳感器、壓板、電機座、電機、移動柱、移動柱連接軸、傳動柱、鎖柱連接軸、鎖柱、鎖芯；飛輪組件包括：飛輪底座、定子芯軸、錐形保護軸承套、飛輪轉(zhuǎn)子、錐形保護軸承、錐形保護軸承定位套筒、自鎖螺母。本實用新型在鎖緊狀態(tài)下利用錐形保護軸承與錐形保護軸承套錐面約束轉(zhuǎn)子徑向四個自由度，鎖緊機構(gòu)只約束轉(zhuǎn)子軸向一個平動自由度，大大降低了鎖緊機構(gòu)的負荷，提高了鎖緊和解鎖可靠性，同時具有可重復使用、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。
【專利說明】磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種可重復使用、高可靠性、低功耗的磁懸浮飛輪鎖緊裝置，作為磁懸浮飛輪系統(tǒng)的保護裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]磁懸浮飛輪采用磁軸承技術(shù)支承，消除了機械軸承帶來的摩擦磨損，克服了高速轉(zhuǎn)子對姿態(tài)系統(tǒng)振動干擾，提高了控制力矩精度和穩(wěn)定度，是高精度對地觀測衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的理想慣性執(zhí)行機構(gòu)。發(fā)射主動段，衛(wèi)星平臺存在激烈的振動沖擊，因此磁懸浮飛輪需要額外的鎖緊裝置對其進行保護。入軌后，對鎖緊裝置進行解鎖，使飛輪轉(zhuǎn)子在磁軸承支撐下處于自由懸浮狀態(tài)。
[0003]按鎖緊/解鎖次數(shù)，鎖緊裝置可分為一次性鎖緊裝置和可重復鎖緊裝置。早期的衛(wèi)星姿控系統(tǒng)采用一次性鎖緊裝置，并利用火工品對其進行解鎖。然而，衛(wèi)星平臺發(fā)射前磁懸浮飛輪必須在鎖緊狀態(tài)下完成各種地面環(huán)境試驗；此外，衛(wèi)星變軌工作時為防止自由狀態(tài)下的飛輪轉(zhuǎn)子對姿控平臺的干擾，也需對其進行鎖緊。鑒于此，磁懸浮飛輪用可重復鎖緊技術(shù)應運而生。目前磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置主要有形狀記憶合金內(nèi)鎖緊裝置、電機-彈片-鋼絲繩外鎖緊裝置、電磁內(nèi)鎖緊裝置、杠桿式內(nèi)鎖緊裝置、電機-楔形塊內(nèi)鎖緊裝置?，F(xiàn)存磁懸浮飛輪可重復鎖緊技術(shù)在提高鎖緊/解鎖次數(shù)、減小飛輪系統(tǒng)質(zhì)量、提高鎖緊/解鎖可靠性等方面存在不足，有待于進一步改進。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的任務在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可重復使用、易于控制、功耗小、體積小、性能可靠的磁懸浮飛輪鎖緊裝置。
[0005]本實用新型的技術(shù)解決方案為:
[0006]一種磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置，由鎖緊機構(gòu)和飛輪組件兩部分組成，其中:鎖緊機構(gòu)包括:傳感器、壓板、電機座、電機、移動柱、移動柱連接軸、傳動柱、鎖柱連接軸、鎖柱、鎖芯；飛輪組件包括:飛輪底座、定子芯軸、上錐形保護軸承套、下錐形保護軸承套、飛輪轉(zhuǎn)子、上錐形保護軸承、下錐形保護軸承、錐形保護軸承定位套筒、自鎖螺母；傳感器和壓板分別位于電機座的外側(cè)與上側(cè)，并通過螺釘固定在電機座上，電機通過螺釘固定在電機座上、并通過螺紋與移動柱連接，移動柱通過移動柱連接軸與傳動柱連接，傳動柱通過鎖柱連接軸與鎖柱連接，鎖芯通過環(huán)氧樹脂膠粘接在鎖柱槽內(nèi)，電機座通過螺釘固定在飛輪底座上，定子芯軸位于飛輪底座卡口內(nèi)，并通過螺釘固定在飛輪底座上，上錐形保護軸承套和下錐形保護軸承套分別位于飛輪轉(zhuǎn)子的上端和下端卡口內(nèi)，分別通過螺釘固定在飛輪轉(zhuǎn)子上端和下端，上錐形保護軸承和下錐形保護軸承分別位于上錐形保護軸承和下錐形保護軸承的徑向內(nèi)側(cè)，上錐形保護軸承套內(nèi)錐面與上錐形保護軸承外錐面形成上保護間隙，下錐形保護軸承套內(nèi)錐面與下錐形保護軸承外錐面形成下保護間隙，錐形保護軸承定位套筒位于上錐形保護軸承和下錐形保護軸承間，自鎖螺母位于定子芯軸上端，上錐形保護軸承、下錐形保護軸承和錐形保護軸承定位套筒位于定子芯軸徑向外側(cè)，并通過自鎖螺母固定于定子芯軸上。
[0007]所述的傳感器為微動開關(guān)傳感器。所述的電機為超聲波電機。所述的電機輸出軸端部帶有梯形螺紋。所述的移動柱為鑄造錫青銅ZCuSnlOPbl或黃銅材料。所述的鎖芯為四氟乙烯或聚酰亞胺材料。所述的錐形保護軸承套和錐形保護軸承的錐面錐度均為45度。所述的錐形保護軸承套和錐形保護軸承均為軸承鋼GCrl5或不銹鋼9Crl8材料。所述的移動柱連接軸、傳動柱、鎖柱連接軸和鎖柱均鍍二硫化鑰，鍍層厚度為I?2μπι。
[0008]上述方案的原理是:
[0009]當需要對磁懸浮飛輪進行鎖緊時，電機正轉(zhuǎn)，并通過螺紋帶動移動柱沿X軸水平背離電機運動，同時通過傳動柱推動鎖柱沿Y軸豎直向上運動，使鎖芯與飛輪轉(zhuǎn)子接觸，當傳動柱運動至豎直位置時，下錐形保護軸承剛好與下錐形保護軸承套接觸，并對其施加一定的預緊壓力，此時電機停止供電。鎖緊狀態(tài)，傳動軸處于豎直狀態(tài)，因此發(fā)射主動段，飛輪轉(zhuǎn)子慣性力只能傳遞至電機座與移動柱接觸表面，不會對電機產(chǎn)生沖擊。同時電機輸出軸與移動柱螺紋接觸表面和超聲波電機都具有自鎖功能，即利用移動柱處于豎直狀態(tài)、螺紋自鎖和超聲波電機自鎖功能共同保持鎖緊狀態(tài)。當需要對磁懸浮飛輪進行解鎖時，電機反轉(zhuǎn)，并通過螺紋帶動移動柱沿X軸駛向電機，同時通過傳動柱將鎖柱沿Y軸豎直拉下，使鎖芯離開飛輪轉(zhuǎn)子表面。當傳感器檢測到解鎖位置時，電機停止供電，利用超聲波電機自鎖功能和電機輸出軸與移動柱螺紋自鎖功能共同保持解鎖狀態(tài)。
[0010]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:(1)由于采用電機作為執(zhí)行機構(gòu)，與一次性鎖緊裝置相比實現(xiàn)了磁懸浮飛輪的可重復鎖緊功能；(2)利用傳動柱傾斜與豎直兩個位置的變化，實現(xiàn)機構(gòu)的鎖緊和解鎖，減化了鎖緊機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)，減少了機構(gòu)活動部件的數(shù)量，大大提高了鎖緊和解鎖的可靠性；(3)鎖緊狀態(tài)，傳動柱處于豎直位置，飛輪轉(zhuǎn)子的振動不會對執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生沖擊，且電機輸出軸與移動柱螺紋接觸表面和超聲波電機都具有自鎖功能，大大提高了鎖緊的可靠性；(4)鎖緊狀態(tài)，利用錐形軸承和錐形保護軸承錐面約束飛輪轉(zhuǎn)子徑向兩個平動和兩個徑向轉(zhuǎn)動自由度，鎖緊機構(gòu)只需約束轉(zhuǎn)子軸向平動一個自由度，減少了鎖緊機構(gòu)對飛輪轉(zhuǎn)子約束自由度的數(shù)量，消除了鎖緊機構(gòu)徑向沖擊力，大大提高了鎖緊可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置截面示意圖；
[0012]圖2為本實用新型技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置的鎖緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本實用新型技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置的鎖緊機構(gòu)在鎖緊狀態(tài)截面示意圖；
[0014]圖4為本實用新型技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置的鎖緊機構(gòu)在解鎖狀態(tài)截面示意圖；
[0015]圖5a為本實用新型技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置的鎖緊機構(gòu)移動部件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5b為本實用新型技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置的鎖緊機構(gòu)
[0017]移動部件截面示意圖；
[0018]圖6a為本實用新型技術(shù)解決方案的移動柱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6b為本實用新型技術(shù)解決方案的移動柱剖視圖；
[0020]圖7為本實用新型技術(shù)解決方案的傳動柱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖8為本實用新型技術(shù)解決方案的鎖柱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖9為本實用新型技術(shù)解決方案的錐形保護軸承套剖視圖；
[0023]圖10為本實用新型技術(shù)解決方案的錐形保護軸承剖視圖；
[0024]圖11為本實用新型技術(shù)解決方案的可重復鎖緊機構(gòu)在磁懸浮飛輪中位置示意圖。

【具體實施方式】
[0025]如圖1所示，本實用新型主要由鎖緊機構(gòu)和飛輪組件兩部分組成，鎖緊機構(gòu)包括:傳感器1、壓板2、電機座3、電機4、移動柱5、移動柱連接軸6、傳動柱7、鎖柱連接軸8、鎖柱9、鎖芯10 ;飛輪組件包括:飛輪底座21、定子芯軸22、上錐形保護軸承套23A、下錐形保護軸承套23B、飛輪轉(zhuǎn)子24、上錐形保護軸承25A、下錐形保護軸承25B、錐形保護軸承定位套筒26、自鎖螺母27 ;傳感器I和壓板2分別位于電機座3的外側(cè)與上側(cè)，并通過螺釘固定在電機座3上，電機4通過螺釘固定在電機座3上、并通過螺紋與移動柱5連接，移動柱5通過移動柱連接軸6與傳動柱7連接，傳動柱7通過鎖柱連接軸8與鎖柱9連接，鎖芯10通過環(huán)氧樹脂膠粘接在鎖柱9槽內(nèi)，電機座3通過螺釘固定在飛輪底座21上，定子芯軸22位于飛輪底座21卡口內(nèi)，并通過螺釘固定在飛輪底座21上，上錐形保護軸承套23A和下錐形保護軸承套23B分別位于飛輪轉(zhuǎn)子24的上端和下端卡口內(nèi)，分別通過螺釘固定在飛輪轉(zhuǎn)子24上端和下端，上錐形保護軸承25A和下錐形保護軸承25B分別位于上錐形保護軸承23A和下錐形保護軸承23B的徑向內(nèi)側(cè)，上錐形保護軸承套23A內(nèi)錐面與上錐形保護軸承25A外錐面形成上保護間隙，下錐形保護軸承套23B內(nèi)錐面與下錐形保護軸承25B外錐面形成下保護間隙，錐形保護軸承定位套筒26位于上錐形保護軸承25A和下錐形保護軸承25B間，自鎖螺母27位于定子芯軸22上端，上錐形保護軸承25A、下錐形保護軸承25B和錐形保護軸承定位套筒26位于定子芯軸22徑向外側(cè)，并通過自鎖螺母27固定于定子芯軸22上。在具體應用時，本發(fā)明所述的可重復鎖緊裝置一般需要3個或4個均布在磁懸浮飛輪轉(zhuǎn)子的圓周方向?qū)崿F(xiàn)對磁懸浮飛輪的鎖緊和解鎖功能。
[0026]圖2為本實用新型中鎖緊機構(gòu)示意圖，傳感器I位于電機座3側(cè)面，并通過螺釘固定在電機座3上，電機4位于電機座后端，并通過螺釘固定在電機座上，鎖芯10通過環(huán)氧樹脂膠粘接在鎖柱9槽內(nèi)。
[0027]圖3為本實用新型中鎖緊機構(gòu)在鎖緊狀態(tài)截面示意圖，當需要對磁懸浮飛輪進行鎖緊時，控制系統(tǒng)控制電機4正轉(zhuǎn)，并通過電機4的輸出軸螺紋帶動移動柱5沿X軸水平背離電機4運動，同時通過傳動柱7推動鎖柱9沿Y軸豎直向上運動。鎖緊狀態(tài)下，傳動柱7處于豎直位置，傳遞至鎖芯10處的慣性力全部轉(zhuǎn)移至移動柱5與電機座3的接觸面內(nèi)，不會對電機4執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生沖擊力。
[0028]圖4為本實用新型中鎖緊機構(gòu)在解鎖狀態(tài)的截面示意圖，當需要對磁懸浮飛輪
[0029]進行解鎖時，控制系統(tǒng)控制電機4反轉(zhuǎn)，并通過電機4的輸出軸螺紋帶動移動柱5沿X軸水平駛向電機4，同時通過傳動柱7將鎖柱9沿Y軸豎直拉下，實現(xiàn)飛輪的解鎖。
[0030]圖5a為本實用新型中鎖緊機構(gòu)移動部件的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5b為本發(fā)明中鎖緊機構(gòu)移動部件的截面示意圖，移動柱5通過移動柱連接軸6與傳動柱7相連接，傳動柱7通過鎖柱連接軸8與鎖柱9連接，鎖芯10通過環(huán)氧樹脂膠粘接在鎖柱9槽內(nèi)，移動柱連接軸6和鎖柱連接軸8通過其端部螺母安裝在傳動柱7兩端。
[0031]圖6a為本實用新型中移動柱5的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6b為本發(fā)明中移動柱5的剖視圖。其材料為鑄造錫青銅ZCuSnlOPbl或黃銅，內(nèi)部梯形螺紋孔與電機4輸出軸連接，兩個通孔與鎖柱連接軸8連接。
[0032]圖7為本實用新型中傳動柱7的結(jié)構(gòu)示意圖。其材料為合金鋼，表面鍍二硫化鑰，鍍層厚度為I?2μπι，兩端通孔分別與移動柱連接軸6和鎖柱連接軸8連接。
[0033]圖8為本實用新型中鎖柱9的結(jié)構(gòu)示意圖，其材料為合金鋼，表面鍍二硫化鑰，鍍層厚度為I?2μπι，上端槽用于粘接鎖芯10，下端兩通孔與鎖柱連接軸8連接。
[0034]圖9為本實用新型中錐形保護軸承套23的剖視圖，其材料為為軸承鋼GCrl5或不銹鋼9Crl8，內(nèi)錐面錐度為45度，內(nèi)錐面與錐形保護軸承25外錐面形成磁懸浮飛輪保護間隙，鎖緊狀態(tài)下，與錐形保護軸承25外錐面重合，約束飛輪轉(zhuǎn)子24的兩個徑向平動和兩個徑向轉(zhuǎn)動共四個自由度。
[0035]圖10為本實用新型中錐形保護軸承25的剖視圖，其材料為為軸承鋼GCrl5或不銹鋼9Crl8，外錐面錐度為45度，外錐面與錐形保護軸承套23形成磁懸浮飛輪保護間隙，鎖緊狀態(tài)下，與錐形保護軸承套23內(nèi)錐面重合，約束飛輪轉(zhuǎn)子24的兩個徑向平動和兩個徑向轉(zhuǎn)動共四個自由度。
[0036]圖11為本實用新型中可重復鎖緊機構(gòu)20在磁懸浮飛輪中位置示意圖，在磁懸浮飛輪系統(tǒng)中，一般需要3個或4個可重復鎖緊機構(gòu)20均勻安裝在飛輪底座21圓周方向上，對磁懸浮飛輪進行鎖緊或解鎖，實現(xiàn)對磁懸浮飛輪系統(tǒng)的保護功能。
[0037]總之，本實用新型的鎖緊裝置保護了磁懸浮飛輪系統(tǒng)，具有可重復使用、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。
[0038]本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置，由鎖緊機構(gòu)和飛輪組件兩部分組成，其特征在于:鎖緊機構(gòu)包括:傳感器(I)、壓板(2)、電機座(3)、電機(4)、移動柱(5)、移動柱連接軸(6)、傳動柱(7)、鎖柱連接軸(8)、鎖柱(9)、鎖芯(10);飛輪組件包括:飛輪底座(21)、定子芯軸(22)、上錐形保護軸承套(23A)、下錐形保護軸承套(23B)、飛輪轉(zhuǎn)子(24)、上錐形保護軸承(25A)、下錐形保護軸承(25B)、錐形保護軸承定位套筒(26)、自鎖螺母(27);傳感器(I)和壓板(2)分別位于電機座(3)的外側(cè)與上側(cè)，并通過螺釘固定在電機座(3)上，電機(4)通過螺釘固定在電機座(3)上、并通過螺紋與移動柱(5)連接，移動柱(5)通過移動柱連接軸(6 )與傳動柱(7 )連接，傳動柱(7 )通過鎖柱連接軸(8 )與鎖柱(9 )連接，鎖芯(10 )通過環(huán)氧樹脂膠粘接在鎖柱(9)槽內(nèi)，電機座(3)通過螺釘固定在飛輪底座(21)上，定子芯軸(22)位于飛輪底座(21)卡口內(nèi)，并通過螺釘固定在飛輪底座(21)上，上錐形保護軸承套(23A)和下錐形保護軸承套(23B)分別位于飛輪轉(zhuǎn)子(24)的上端和下端卡口內(nèi)，分別通過螺釘固定在飛輪轉(zhuǎn)子(24)上端和下端，上錐形保護軸承(25A)和下錐形保護軸承(25B)分別位于上錐形保護軸承(23A)和下錐形保護軸承(23B)的徑向內(nèi)側(cè)，上錐形保護軸承套(23A)內(nèi)錐面與上錐形保護軸承(25A)外錐面形成上保護間隙，下錐形保護軸承套(23B)內(nèi)錐面與下錐形保護軸承(25B)外錐面形成下保護間隙，錐形保護軸承定位套筒(26)位于上錐形保護軸承(25A)和下錐形保護軸承(25B)間，自鎖螺母(27)位于定子芯軸(22)上端，上錐形保護軸承(25A)、下錐形保護軸承(25B)和錐形保護軸承定位套筒(26)位于定子芯軸(22)徑向外側(cè)，并通過自鎖螺母(27)固定于定子芯軸(22)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置，其特征在于:所述的傳感器(I)為微動開關(guān)傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置，其特征在于:所述的電機(4)為超聲波電機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置，其特征在于:所述的電機(4)輸出軸端部帶有梯形螺紋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置，其特征在于:所述的移動柱(5)為鑄造錫青銅ZCuSnlOPbl或黃銅材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置，其特征在于:所述的鎖芯(10)為四氟乙烯或聚酰亞胺材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置，其特征在于:所述的錐形保護軸承套(23)和錐形保護軸承(25)的錐面錐度均為45度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置，其特征在于:所述的錐形保護軸承套(23)和錐形保護軸承(25)均為軸承鋼GCrl5或不銹鋼9Crl8材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮飛輪可重復鎖緊裝置，其特征在于:所述的移動柱連接軸(6 )、傳動柱(7 )、鎖柱連接軸(8 )和鎖柱(9 )均鍍二硫化鑰，鍍層厚度為I?2 μ m。
【文檔編號】B64G1/24GK204173165SQ201420567042
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】劉強, 房建成, 徐寶東, 葉郭波, 李魁龍, 張義 申請人:北京石油化工學院