CN101368859A - 飞轮反作用力矩测试装置 - Google Patents

Abstract

飞轮反作用力矩测试装置，涉及一种测试飞轮反作用力矩的装置。目的是解决现有飞轮反作用力矩测量装置测量结果不准确或结构复杂、成本高的问题。本发明的气浮轴承设置在外壳的内部并与其固定连接，气浮轴承的转动轴的上端与工作台连接，其下端与支架固定连接并同轴心，与外壳内侧固定连接的U型铁芯内表面外侧、内侧或双侧沿圆周方向设置有永磁磁钢，绕组设置在永磁磁钢和U型铁芯之间或两层永磁磁钢之间，绕组底部与支架固定连接并同轴心，绕组与控制器连接。另一种技术方案的气浮轴承的上下端分别与工作台和U型铁芯固定连接，与外壳内侧固定连接的是支架，其它组成及连接关系与第一种方案相同。本发明装置结构简单、成本低、测量精度高。

Description

飞轮反作用力矩测试装置

技术领域

本发明涉及一种测试飞轮反作用力矩的装置。

背景技术

飞轮是卫星姿态控制系统采用的主要执行部件，飞轮的输出力矩、控制精度和力矩分辨率等性能直接影响着卫星的总体性能。因此，飞轮的力矩控制受到广泛重视与研究。飞轮没有延伸出来的轴，不能直接连接扭矩传感器，所以很难测量其输出力矩，也就无法准确地评价飞轮力矩控制效果的好坏。目前一般通过飞轮的绕组电流乘以力矩系数或者对飞轮的转速微分间接地作为飞轮的输出力矩。采用绕组电流得到飞轮输出转矩的方法是错误的，因为此方法忽略了摩擦力矩，而飞轮力矩控制系统中，摩擦力矩的影响是不容忽视的，所以根据绕组电流得到的力矩进行控制的效果是不准确的；采用对转速微分得到飞轮输出转矩的缺点是需要高分辨率的转速传感器，否则会造成计算的转矩与飞轮的实际输出转矩有较大误差，这种方法的结构复杂且成本较高。

发明内容

本发明的目的是解决现有飞轮反作用力矩测量装置测量结果不准确或结构复杂、成本高的问题，提供一种飞轮反作用力矩测试装置。

本发明包括工作台、外壳、气浮轴承、支架和控制器，它还包括电机组件，电机组件由U型铁芯、永磁磁钢和绕组组成，工作台与气浮轴承的转动轴上端固定连接，气浮轴承设置在外壳的内部，气浮轴承的外壳体与外壳固定连接，气浮轴承的转动轴下端与支架固定连接并同轴心线，

外壳的内侧与U型铁芯固定连接，U型铁芯的内表面外侧沿圆周方向设置有永磁磁钢，永磁磁钢的永磁磁极沿圆周方向交错排布，绕组沿圆周方向设置在永磁磁钢和U型铁芯之间，绕组的底部与支架固定连接并同轴心线，绕组与控制器连接。

本发明提供的第二种方案为本发明包括工作台、外壳、气浮轴承、支架和控制器，它还包括电机组件，电机组件由U型铁芯、永磁磁钢和绕组组成，工作台与气浮轴承的转动轴上端固定连接，气浮轴承设置在外壳的内部，气浮轴承的外壳体与外壳固定连接，气浮轴承的转动轴下端与支架固定连接并同轴心线，

外壳的内侧与U型铁芯固定连接，U型铁芯的内表面内侧沿圆周方向设置有永磁磁钢，永磁磁钢的永磁磁极沿圆周方向交错排布，绕组沿圆周方向设置在永磁磁钢和U型铁芯之间，绕组的底部与支架固定连接并同轴心线，绕组与控制器连接。

本发明提供的第三种方案为本发明包括工作台、外壳、气浮轴承、支架和控制器，它还包括电机组件，电机组件由U型铁芯、内永磁磁钢、外永磁磁钢和绕组组成，工作台与气浮轴承的转动轴上端固定连接，气浮轴承设置在外壳的内部，气浮轴承的外壳体与外壳固定连接，气浮轴承的转动轴下端与支架固定连接并同轴心线，

外壳的内侧与U型铁芯固定连接，U型铁芯的内表面内侧沿圆周方向设置有内永磁磁钢，U型铁芯的内表面外侧沿圆周方向设置有外永磁磁钢，内永磁磁钢和外永磁磁钢的永磁磁极沿圆周方向交错排布且数量相等，内永磁磁钢和外永磁磁钢相对位置的磁极极性相反，绕组沿圆周方向设置在内永磁磁钢和外永磁磁钢之间，绕组的底部与支架固定连接并同轴心线，绕组与控制器连接。

本发明提供的第四种方案为本发明包括工作台、外壳、气浮轴承、支架和控制器，它还包括电机组件，电机组件由U型铁芯、永磁磁钢和绕组组成，工作台与气浮轴承的转动轴上端固定连接，气浮轴承设置在外壳的内部，气浮轴承的外壳体与外壳固定连接，气浮轴承的转动轴下端与U型铁芯固定连接，

U型铁芯的内表面外侧沿圆周方向设置有永磁磁钢，永磁磁钢的永磁磁极沿圆周方向交错排布，绕组沿圆周方向设置在永磁磁钢和U型铁芯之间，支架的一端面与外壳的内侧固定连接，支架的另一端面与绕组的底部固定连接，绕组与控制器连接。

本发明提供的第五种方案为本发明包括工作台、外壳、气浮轴承、支架和控制器，它还包括电机组件，电机组件由U型铁芯、永磁磁钢和绕组组成，工作台与气浮轴承的转动轴上端固定连接，气浮轴承设置在外壳的内部，气浮轴承的外壳体与外壳固定连接，气浮轴承的转动轴下端与U型铁芯固定连接，

U型铁芯的内表面内侧沿圆周方向设置有永磁磁钢，永磁磁钢的永磁磁极沿圆周方向交错排布，绕组沿圆周方向设置在永磁磁钢和U型铁芯之间，支架的一端面与外壳的内侧固定连接，支架的另一端面与绕组的底部固定连接，绕组与控制器连接。

本发明提供的第六种方案为本发明包括工作台、外壳、气浮轴承、支架和控制器，它还包括电机组件，电机组件由U型铁芯、内永磁磁钢、外永磁磁钢和绕组组成，工作台与气浮轴承的转动轴上端固定连接，气浮轴承设置在外壳的内部，气浮轴承的外壳体与外壳固定连接，气浮轴承的转动轴下端与U型铁芯固定连接，

U型铁芯的内表面内侧沿圆周方向设置有内永磁磁钢，U型铁芯的内表面外侧沿圆周方向设置有外永磁磁钢，内永磁磁钢和外永磁磁钢的永磁磁极沿圆周方向交错排布且数量相等，内永磁磁钢和外永磁磁钢相对位置的磁极极性相反，绕组沿圆周方向设置在内永磁磁钢和外永磁磁钢之间，支架的一端面与外壳的内侧固定连接，支架的另一端面与绕组的底部固定连接，绕组与控制器连接。

本发明的优点是：

1、结构简单、成本低；

2、低摩擦：采用气浮轴承，大大减小了摩擦力矩对本发明装置的影响，提高了测量精度；

3、采用无铁芯的绕组结构，消除了定位力矩对本发明装置的影响，提高了测量精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是实施方式二的结构示意图，图3是实施方式三的结构示意图，图4是实施方式四的结构示意图，图5是实施方式五的结构示意图，图6是实施方式六的结构示意图，图7是绕组结构示意图及绕组线圈的绕线示意图，图8是永磁磁钢、内永磁磁钢和外永磁磁钢的展开图，图9是控制器结构示意图，图10是控制系统示意图，图11是测试原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图11说明本实施方式，本实施方式包括工作台1、外壳2、气浮轴承3、支架7和控制器8，它还包括电机组件DJ，电机组件DJ由U型铁芯4、永磁磁钢5和绕组6组成，工作台1与气浮轴承3的转动轴上端3-2固定连接，气浮轴承3设置在外壳2的内部，气浮轴承3的外壳体3-1与外壳2固定连接，气浮轴承3的转动轴下端3-3与支架7固定连接并同轴心线，

外壳2的内侧与U型铁芯4固定连接，U型铁芯4的内表面外侧沿圆周方向设置有永磁磁钢5，永磁磁钢5的永磁磁极沿圆周方向交错排布，绕组6沿圆周方向设置在永磁磁钢5和U型铁芯4之间，绕组6的底部与支架7固定连接并同轴心线，绕组6与控制器8连接。

本装置的动子包括工作台1、气浮轴承3、绕组6和支架7，不动子包括外壳2、U型铁芯4和永磁磁钢5。

如图11所示，进行测试时将被测飞轮放在工作台1上。

飞轮分为两个部分：飞轮转子和飞轮定子，飞轮定子和飞轮转子之间存在力矩T1(也就是飞轮的输出力矩)；测试装置分为两个部分：动子和不动子，动子和不动子之间存在可控力矩T₂。飞轮定子和测试装置的动子同轴心连接。测试时，控制测试装置的动子与不动子之间的转角为零，通过读取T₂，得到T₁的值。

具体分析如下：

以飞轮定子和装置动子的连接体为研究对象：

$-T_1+T_2=J_2\frac{d{\mathrm{\ω}}_2}{\mathrm{dt}}$

式中：

-T₁——飞轮转子对飞轮定子的反作用力矩

T₂——测试装置的不动子对动子的作用力矩

J₂——飞轮定子和装置动子的连接体对转轴的转动惯量

ω₂——飞轮定子和装置动子的连接体对地的转速

当控制转角不变时， $\frac{d{\mathrm{\ω}}_2}{\mathrm{dt}}=0,$ 此时-T₁+T₂＝0，即T₂＝T₁，测试装置的输出力矩与飞轮电机输出的反作用力矩相等。

由于本装置采用气浮轴承3和无铁芯的绕组结构，使装置的摩擦力矩可忽略且定位力矩为零，所以测试装置的输出力矩就是与控制电流成比例的电磁转矩。

1、气浮轴承3包括转动轴、外壳体3-1等几部分，在外壳体3-1上均匀的分布着节流孔。压缩空气从进气孔进入，经过分布在外壳体3-1中的节流孔进入转动轴和外壳体3-1之间的间隙，然后沿转动轴的轴向流至转动轴两端部排入大气。工作原理是使转动轴与外壳体3-1之间充满着具有压缩性的空气，并借助形成的压力气膜来支承负载并实现平稳动作。

优点：

(1)几乎无摩擦、不生热、磨损小、寿命长。由于气体的粘度仅为润滑油的千分之一的数量级，因此其摩擦损耗极低，这极大的改善了高速机械的工作性能；

(2)运转平滑、精度高；轴承间隙小，能保证较高的回转精度，可用于精密仪器、机械、计算机磁头等应用领域；

(3)耐高、低温性能好，抗辐射能力强；

(4)清洁度高，不污染环境。

2、采用无铁芯结构绕组，无定位力矩。

在一般的力矩控制系统中，电机的定位力矩相对于输出转矩较小，所以一般情况下可以忽略。但本发明中，测试对象是输出力矩很小的飞轮，所以测试装置的输出力矩也很小，定位力矩的存在对测试结果影响很大。为了消除传统电机有铁芯的绕组结构带来的定位力矩的影响，本发明采用无铁芯式绕组6的结构，消除了定位力矩，大大地提高了测量的分辨率和精度。

具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式包括工作台1、外壳2、气浮轴承3、支架7和控制器8，它还包括电机组件DJ，电机组件DJ由U型铁芯4、永磁磁钢5和绕组6组成，工作台1与气浮轴承3的转动轴上端3-2固定连接，气浮轴承3设置在外壳2的内部，气浮轴承3的外壳体3-1与外壳2固定连接，气浮轴承3的转动轴下端3-3与支架7固定连接并同轴心线，

外壳2的内侧与U型铁芯4固定连接，U型铁芯4的内表面内侧沿圆周方向设置有永磁磁钢5，永磁磁钢5的永磁磁极沿圆周方向交错排布，绕组6沿圆周方向设置在永磁磁钢5和U型铁芯4之间，绕组6的底部与支架7固定连接并同轴心线，绕组6与控制器8连接。

具体实施方式三：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式包括工作台1、外壳2、气浮轴承3、支架7和控制器8，它还包括电机组件DJ，电机组件DJ由U型铁芯4、内永磁磁钢5-1、外永磁磁钢5-2和绕组6组成，工作台1与气浮轴承3的转动轴上端3-2固定连接，气浮轴承3设置在外壳2的内部，气浮轴承3的外壳体3-1与外壳2固定连接，气浮轴承3的转动轴下端3-3与支架7固定连接并同轴心线，

外壳2的内侧与U型铁芯4固定连接，U型铁芯4的内表面内侧沿圆周方向设置有内永磁磁钢5-1，U型铁芯4的内表面外侧沿圆周方向设置有外永磁磁钢5-2，内永磁磁钢5-1和外永磁磁钢5-2的永磁磁极沿圆周方向交错排布且数量相等，内永磁磁钢5-1和外永磁磁钢5-2相对位置的磁极极性相反，绕组6沿圆周方向设置在内永磁磁钢5-1和外永磁磁钢5-2之间，绕组6的底部与支架7固定连接并同轴心线，绕组6与控制器8连接。

具体实施方式四：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式包括工作台1、外壳2、气浮轴承3、支架7和控制器8，它还包括电机组件DJ，电机组件DJ由U型铁芯4、永磁磁钢5和绕组6组成，工作台1与气浮轴承3的转动轴上端3-2固定连接，气浮轴承3设置在外壳2的内部，气浮轴承3的外壳体3-1与外壳2固定连接，气浮轴承3的转动轴下端3-3与U型铁芯4固定连接，

U型铁芯4的内表面外侧沿圆周方向设置有永磁磁钢5，永磁磁钢5的永磁磁极沿圆周方向交错排布，绕组6沿圆周方向设置在永磁磁钢5和U型铁芯4之间，支架7的一端面与外壳2的内侧固定连接，支架7的另一端面与绕组6的底部固定连接，绕组6与控制器8连接。

本装置的动子包括工作台1、气浮轴承3、U型铁芯4和永磁磁钢5，不动子包括外壳2、绕组6和支架7。

具体实施方式五：下面结合图5说明本实施方式，本实施方式包括工作台1、外壳2、气浮轴承3、支架7和控制器8，它还包括电机组件DJ，电机组件DJ由U型铁芯4、永磁磁钢5和绕组6组成，工作台1与气浮轴承3的转动轴上端3-2固定连接，气浮轴承3设置在外壳2的内部，气浮轴承3的外壳体3-1与外壳2固定连接，气浮轴承3的转动轴下端3-3与U型铁芯4固定连接，

U型铁芯4的内表面内侧沿圆周方向设置有永磁磁钢5，永磁磁钢5的永磁磁极沿圆周方向交错排布，绕组6沿圆周方向设置在永磁磁钢5和U型铁芯4之间，支架7的一端面与外壳2的内侧固定连接，支架7的另一端面与绕组6的底部固定连接，绕组6与控制器8连接。

具体实施方式六：下面结合图6说明本实施方式，本实施方式包括工作台1、外壳2、气浮轴承3、支架7和控制器8，它还包括电机组件DJ，电机组件DJ由U型铁芯4、内永磁磁钢5-1、外永磁磁钢5-2和绕组6组成，工作台1与气浮轴承3的转动轴上端3-2固定连接，气浮轴承3设置在外壳2的内部，气浮轴承3的外壳体3-1与外壳2固定连接，气浮轴承3的转动轴下端3-3与U型铁芯4固定连接，

U型铁芯4的内表面内侧沿圆周方向设置有内永磁磁钢5-1，U型铁芯4的内表面外侧沿圆周方向设置有外永磁磁钢5-2，内永磁磁钢5-1和外永磁磁钢5-2的永磁磁极沿圆周方向交错排布且数量相等，内永磁磁钢5-1和外永磁磁钢5-2相对位置的磁极极性相反，绕组6沿圆周方向设置在内永磁磁钢5-1和外永磁磁钢5-2之间，支架7的一端面与外壳2的内侧固定连接，支架7的另一端面与绕组6的底部固定连接，绕组6与控制器8连接。

具体实施方式七：下面结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式与实施方式一、二、四或五的不同之处在于绕组6由绕组线圈6-1和绕组骨架6-2组成，绕组骨架6-2沿圆周方向均匀设置有多个凸起的线圈架6-2-1，线圈架6-2-1的数量与永磁磁钢5设置的永磁磁极数量相对应，绕组线圈6-1缠绕在线圈架6-2-1上，每相邻两个线圈架6-2-1上缠绕的绕组线圈6-1的绕向相反，每个线圈架6-2-1上缠绕的绕组线圈6-1串联连接，绕组骨架6-2的材质采用铝、铜、不锈钢、环氧玻璃布棒、塑料、陶瓷或碳纤维，其它组成及连接方式与实施方式一、二、四或五相同。

具体实施方式八：下面结合图7、图9和图10说明本实施方式，本实施方式与实施方式七的不同之处在于控制器8包括DSP模块8-1、两个线性霍尔元件8-2、电流传感器8-3和功率驱动电路8-4，两个线性霍尔元件8-2分别设置在任意相邻的两个线圈架6-2-1上，所述线性霍尔元件8-2设置在线圈架6-2-1左右对称的中心轴线上，电流传感器8-3串接在绕组线圈6-1上，线性霍尔元件8-2测得的实际位移转角和电流传感器8-3测得的实际电流输出给DSP模块8-1进行运算，DSP模块8-1的输出量控制电机组件DJ动作来保持装置平衡，其它组成及连接方式与实施方式七相同。

线性霍尔元件8-2是一种霍尔效应传感器，能精确地跟踪磁感应强度的微小变化而变化，输出与所检测的磁感应强度成比例的模拟信号。在本发明中线性霍尔元件8-2作为位置传感器，方便、可靠且成本低，如图7所示，两个线性霍尔元件8-2分别设置在任意相邻的两个线圈架6-2-1上，所述线性霍尔元件8-2设置在线圈架6-2-1左右对称的中心轴线上，这样设置，保证了任意一个线性霍尔元件8-2距离其左右相邻的两个绕组线圈6-1相等，且保证了两个线性霍尔元件8-2处于等值且反向的磁场位置。永磁磁钢5上设置的永磁磁极N、S极交错排布，形成交变磁场。在气隙中的不同位置磁密不同，且磁密随位置的变化规律已知。线性霍尔元件8-2检测所处位置的磁密大小，通过差分处理从而得到位置信息。

如图9和图10所示，DSP模块8-1接收位置传感器-线性霍尔元件8-2反馈的实际转角信息θ，与给定位置θ^*进行比较，得到位置差值，经过PID控制算法得到给定的电流信号i^*；给定电流信号i^*与电流传感器8-3反馈的实际电流信号i比较，得到电流差值，经过PID控制算法得到功率驱动电路8-4的控制信号；控制信号经过功率驱动电路8-4得到控制电压U，控制电压U作用在电机组件DJ上得到电流信号i和位置信号θ。

其中：

T₁——被测飞轮电机的力矩；

R、L——绕组6的电阻和电感；

Kt、Ke——电机组件DJ的力矩系数和反电势系数；

J——飞轮定子和装置动子的连接体相对于转轴的转动惯量；

K1＝180/π——固定常数。

通过位置电流双闭环控制位置信号θ＝θ^*，得到被测飞轮电机的力矩T₁＝Kt*i。

具体实施方式九：本实施方式与实施方式三或六的不同之处在于绕组6由绕组线圈6-1和绕组骨架6-2组成，绕组骨架6-2沿圆周方向均匀设置有多个凸起的线圈架6-2-1，线圈架6-2-1的数量与内永磁磁钢5-1和外永磁磁钢5-2设置的永磁磁极数量相对应，绕组线圈6-1缠绕在线圈架6-2-1上，每相邻两个线圈架6-2-1上缠绕的绕组线圈6-1的绕向相反，每个线圈架6-2-1上缠绕的绕组线圈6-1串联连接，绕组骨架6-2的材质采用铝、铜、不锈钢、环氧玻璃布棒、塑料、陶瓷或碳纤维，其它组成及连接方式与实施方式三或六相同。

具体实施方式十：本实施方式与实施方式九的不同之处在于控制器8包括DSP模块8-1、两个线性霍尔元件8-2、电流传感器8-3和功率驱动电路8-4，两个线性霍尔元件8-2分别设置在任意相邻的两个线圈架6-2-1上，所述线性霍尔元件8-2设置在线圈架6-2-1左右对称的中心轴线上，电流传感器8-3串接在绕组线圈6-1上，线性霍尔元件8-2测得的实际位移转角和电流传感器8-3测得的实际电流输出给DSP模块8-1进行运算，DSP模块8-1的输出量控制电机组件DJ动作来保持装置平衡，其它组成及连接方式与实施方式九相同。

Claims (10)

1.飞轮反作用力矩测试装置，它包括工作台(1)、外壳(2)、气浮轴承(3)、支架(7)和控制器(8)，其特征在于它还包括电机组件(DJ)，电机组件(DJ)由U型铁芯(4)、永磁磁钢(5)和绕组(6)组成，工作台(1)与气浮轴承(3)的转动轴上端(3-2)固定连接，气浮轴承(3)设置在外壳(2)的内部，气浮轴承(3)的外壳体(3-1)与外壳(2)固定连接，气浮轴承(3)的转动轴下端(3-3)与支架(7)固定连接并同轴心线，

外壳(2)的内侧与U型铁芯(4)固定连接，U型铁芯(4)的内表面外侧沿圆周方向设置有永磁磁钢(5)，永磁磁钢(5)的永磁磁极沿圆周方向交错排布，绕组(6)沿圆周方向设置在永磁磁钢(5)和U型铁芯(4)之间，绕组(6)的底部与支架(7)固定连接并同轴心线，绕组(6)与控制器(8)连接。

2.飞轮反作用力矩测试装置，它包括工作台(1)、外壳(2)、气浮轴承(3)、支架(7)和控制器(8)，其特征在于它还包括电机组件(DJ)，电机组件(DJ)由U型铁芯(4)、永磁磁钢(5)和绕组(6)组成，工作台(1)与气浮轴承(3)的转动轴上端(3-2)固定连接，气浮轴承(3)设置在外壳(2)的内部，气浮轴承(3)的外壳体(3-1)与外壳(2)固定连接，气浮轴承(3)的转动轴下端(3-3)与支架(7)固定连接并同轴心线，

外壳(2)的内侧与U型铁芯(4)固定连接，U型铁芯(4)的内表面内侧沿圆周方向设置有永磁磁钢(5)，永磁磁钢(5)的永磁磁极沿圆周方向交错排布，绕组(6)沿圆周方向设置在永磁磁钢(5)和U型铁芯(4)之间，绕组(6)的底部与支架(7)固定连接并同轴心线，绕组(6)与控制器(8)连接。

3.飞轮反作用力矩测试装置，它包括工作台(1)、外壳(2)、气浮轴承(3)、支架(7)和控制器(8)，其特征在于它还包括电机组件(DJ)，电机组件(DJ)由U型铁芯(4)、内永磁磁钢(5-1)、外永磁磁钢(5-2)和绕组(6)组成，工作台(1)与气浮轴承(3)的转动轴上端(3-2)固定连接，气浮轴承(3)设置在外壳(2)的内部，气浮轴承(3)的外壳体(3-1)与外壳(2)固定连接，气浮轴承(3)的转动轴下端(3-3)与支架(7)固定连接并同轴心线，

外壳(2)的内侧与U型铁芯(4)固定连接，U型铁芯(4)的内表面内侧沿圆周方向设置有内永磁磁钢(5-1)，U型铁芯(4)的内表面外侧沿圆周方向设置有外永磁磁钢(5-2)，内永磁磁钢(5-1)和外永磁磁钢(5-2)的永磁磁极沿圆周方向交错排布且数量相等，内永磁磁钢(5-1)和外永磁磁钢(5-2)相对位置的磁极极性相反，绕组(6)沿圆周方向设置在内永磁磁钢(5-1)和外永磁磁钢(5-2)之间，绕组(6)的底部与支架(7)固定连接并同轴心线，绕组(6)与控制器(8)连接。

4.飞轮反作用力矩测试装置，它包括工作台(1)、外壳(2)、气浮轴承(3)、支架(7)和控制器(8)，其特征在于它还包括电机组件(DJ)，电机组件(DJ)由U型铁芯(4)、永磁磁钢(5)和绕组(6)组成，工作台(1)与气浮轴承(3)的转动轴上端(3-2)固定连接，气浮轴承(3)设置在外壳(2)的内部，气浮轴承(3)的外壳体(3-1)与外壳(2)固定连接，气浮轴承(3)的转动轴下端(3-3)与U型铁芯(4)固定连接，

U型铁芯(4)的内表面外侧沿圆周方向设置有永磁磁钢(5)，永磁磁钢(5)的永磁磁极沿圆周方向交错排布，绕组(6)沿圆周方向设置在永磁磁钢(5)和U型铁芯(4)之间，支架(7)的一端面与外壳(2)的内侧固定连接，支架(7)的另一端面与绕组(6)的底部固定连接，绕组(6)与控制器(8)连接。

5.飞轮反作用力矩测试装置，它包括工作台(1)、外壳(2)、气浮轴承(3)、支架(7)和控制器(8)，其特征在于它还包括电机组件(DJ)，电机组件(DJ)由U型铁芯(4)、永磁磁钢(5)和绕组(6)组成，工作台(1)与气浮轴承(3)的转动轴上端(3-2)固定连接，气浮轴承(3)设置在外壳(2)的内部，气浮轴承(3)的外壳体(3-1)与外壳(2)固定连接，气浮轴承(3)的转动轴下端(3-3)与U型铁芯(4)固定连接，

U型铁芯(4)的内表面内侧沿圆周方向设置有永磁磁钢(5)，永磁磁钢(5)的永磁磁极沿圆周方向交错排布，绕组(6)沿圆周方向设置在永磁磁钢(5)和U型铁芯(4)之间，支架(7)的一端面与外壳(2)的内侧固定连接，支架(7)的另一端面与绕组(6)的底部固定连接，绕组(6)与控制器(8)连接。

6.飞轮反作用力矩测试装置，它包括工作台(1)、外壳(2)、气浮轴承(3)、支架(7)和控制器(8)，其特征在于它还包括电机组件(DJ)，电机组件(DJ)由U型铁芯(4)、内永磁磁钢(5-1)、外永磁磁钢(5-2)和绕组(6)组成，工作台(1)与气浮轴承(3)的转动轴上端(3-2)固定连接，气浮轴承(3)设置在外壳(2)的内部，气浮轴承(3)的外壳体(3-1)与外壳(2)固定连接，气浮轴承(3)的转动轴下端(3-3)与U型铁芯(4)固定连接，

U型铁芯(4)的内表面内侧沿圆周方向设置有内永磁磁钢(5-1)，U型铁芯(4)的内表面外侧沿圆周方向设置有外永磁磁钢(5-2)，内永磁磁钢(5-1)和外永磁磁钢(5-2)的永磁磁极沿圆周方向交错排布且数量相等，内永磁磁钢(5-1)和外永磁磁钢(5-2)相对位置的磁极极性相反，绕组(6)沿圆周方向设置在内永磁磁钢(5-1)和外永磁磁钢(5-2)之间，支架(7)的一端面与外壳(2)的内侧固定连接，支架(7)的另一端面与绕组(6)的底部固定连接，绕组(6)与控制器(8)连接。

7.根据权利要求1、2、4或5所述的飞轮反作用力矩测试装置，其特征在于绕组(6)由绕组线圈(6-1)和绕组骨架(6-2)组成，绕组骨架(6-2)沿圆周方向均匀设置有多个凸起的线圈架(6-2-1)，线圈架(6-2-1)的数量与永磁磁钢(5)设置的永磁磁极数量相对应，绕组线圈(6-1)缠绕在线圈架(6-2-1)上，每相邻两个线圈架(6-2-1)上缠绕的绕组线圈(6-1)的绕向相反，每个线圈架(6-2-1)上缠绕的绕组线圈(6-1)串联连接，绕组骨架(6-2)的材质采用铝、铜、不锈钢、环氧玻璃布棒、塑料、陶瓷或碳纤维。

8.根据权利要求7所述的飞轮反作用力矩测试装置，其特征在于控制器(8)包括DSP模块(8-1)、两个线性霍尔元件(8-2)、电流传感器(8-3)和功率驱动电路(8-4)，两个线性霍尔元件(8-2)分别设置在任意相邻的两个线圈架(6-2-1)上，所述线性霍尔元件(8-2)设置在线圈架(6-2-1)左右对称的中心轴线上，电流传感器(8-3)串接在绕组线圈(6-1)上，线性霍尔元件(8-2)测得的实际转角和电流传感器(8-3)测得的实际电流输出给DSP模块(8-1)进行运算，DSP模块(8-1)的输出量控制电机组件(DJ)动作来保持装置平衡。

9.根据权利要求3或6所述的飞轮反作用力矩测试装置，其特征在于绕组(6)由绕组线圈(6-1)和绕组骨架(6-2)组成，绕组骨架(6-2)沿圆周方向均匀设置有多个凸起的线圈架(6-2-1)，线圈架(6-2-1)的数量与内永磁磁钢(5-1)和外永磁磁钢(5-2)设置的永磁磁极数量相对应，绕组线圈(6-1)缠绕在线圈架(6-2-1)上，每相邻两个线圈架(6-2-1)上缠绕的绕组线圈(6-1)的绕向相反，每个线圈架(6-2-1)上缠绕的绕组线圈(6-1)串联连接，绕组骨架(6-2)的材质采用铝、铜、不锈钢、环氧玻璃布棒、塑料、陶瓷或碳纤维。

10.根据权利要求9所述的飞轮反作用力矩测试装置，其特征在于控制器(8)包括DSP模块(8-1)、两个线性霍尔元件(8-2)、电流传感器(8-3)和功率驱动电路(8-4)，两个线性霍尔元件(8-2)分别设置在任意相邻的两个线圈架(6-2-1)上，所述线性霍尔元件(8-2)设置在线圈架(6-2-1)左右对称的中心轴线上，电流传感器(8-3)串接在绕组线圈(6-1)上，线性霍尔元件(8-2)测得的实际转角和电流传感器(8-3)测得的实际电流输出给DSP模块(8-1)进行运算，DSP模块(8-1)的输出量控制电机组件(DJ)动作来保持装置平衡。

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