CN103471576B - 一种框架驱动供电一体化组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种框架驱动供电一体化组件，属于空间执行机构领域。该框架驱动供电一体化组件包括框架支承组件、导电环组件、超声电机组件、双通道绝对零位式圆感应同步器组件、同步器转子锁紧螺母、导电环固定板。本发明的框架驱动供电一体化组件实现了框架驱动组件和框架供电组件一体化设计，框架电机采用新型超声电机，测角装置采用双通道绝对零位式圆感应同步器，实现了高精度、低功耗和轻小型化，适合于微小卫星应用。

Description

一种框架驱动供电一体化组件
技术领域
本发明涉及一种框架驱动供电一体化组件，属于空间执行机构领域。
背景技术
控制力矩陀螺属于空间飞行器姿态控制执行部件，用于空间飞行器姿态的快速机动和高精度姿态控制。控制力矩陀螺一般由内框架组件和外框架组件组成。内框架组件使控制力矩陀螺具备足够角动量的要素，主要包括高速转子、转子电机及其支承框架结构。外框架组件是使控制力矩陀螺内框架组件的高速转子及转子电机得以旋转导电、内框架组件得以绕框架轴旋转的要素，主要包括框架电机、角度测量装置、电传输装置及其支承框架结构。
文献《200Nms单框架控制力矩陀螺研制》（《空间控制技术及应用》第37卷第6期）、《direct torque control moment gyroscope》(Patent Number:US005386738A)所公开的控制力矩陀螺为常规陀螺式结构，其外框架组件的框架驱动组件（框架电机、角度测量装置、框架支承组件等组成）与框架供电组件（电传输装置、供电支承组件等组成）分别位于内框架组件的两端。这种常规陀螺式结构外框架组件由于支承的跨距大及支承的结构较大，整机的结构和体积大，不能满足对于体积和重量有严格要求微小卫星的应用。控制力矩陀螺产品在轨内框架组件工作在标称转速，外框架组件除空间飞行器需快速机动及姿态控制时大部分时间处于框架轴锁定状态。目前控制力矩陀螺外框架组件的框架电机主要采用电磁电机（永磁同步电机或者减速器配合永磁直流无刷电机）的方案，框架轴锁定需采用电磁电机通电的方式锁定，因此单个控制力矩陀螺产品不输出力矩时外框架组件电磁电机仍需消耗约12W左右的能源，即5个控制力矩陀螺组成的控制力矩陀螺群在不输出力矩情况下需消耗约60W左右的能源，不能满足对于功耗有严格要求微小卫星的应用；同时框架电机需具有足够的力矩满足控制力矩陀螺输出力矩时对内框架组件的驱动力，如需输出0.8Nm力矩，永磁同步电机或者减速器配合永磁直流无刷电机的方案重量不低于0.8Kg，相对于微小卫星用控制力矩陀螺产品来说重量较大。转速的控制精度和稳定度很大程度上取决于测角装置的精度，常用的帆板驱动机构、天线驱动机构、控制力矩陀螺外框架组件采用满足GB/T10404要求的多极和双通道旋转变压器作为测角装置，通常综合测角精度、体积重量等因素选择机座号90（外径尺寸90mm）规格的旋转变压器，该规格旋转变压器精度15"、宽度约35mm、重量约0.7Kg，该规格旋转变压器相对于微小卫星用控制力矩陀螺产品来说体积和重量较大。
因此，有必要设计研发一种高精度、低功耗、体积小、重量轻的控制力矩陀螺外框架组件，以满足微小卫星的应用需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种框架驱动供电一体化组件，实现了框架驱动组件和框架供电组件的一体化设计，可实现控制力矩陀螺整机轻量化和小型化，适合微小卫星应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种框架驱动供电一体化组件，包括框架支承组件、导电环组件、超声电机组件、双通道绝对零位式圆感应同步器组件、同步器组件转子锁紧螺母、导电环固定板；
所述的框架支承组件包括旋转轴、内隔圈、外隔圈、一对面对面安装的角接触球轴承、座套、防尘罩；旋转轴的一端与内框架组件固定连接、另一端插入座套的内部；座套与星体固定连接；一对面对面安装的角接触球轴承位于旋转轴与座套之间，并通过内隔圈和外隔圈间隔开；防尘罩安装在座套上；
导电环组件位于框架支承组件的旋转轴的内部，并与所述旋转轴同轴；所述的导电环组件包括导电环转子部分和导电环定子部分；所述导电环转子部分与框架支承组件的旋转轴固定连接，所述导电环定子部分通过过盈装配与导电环固定板连接；
超声电机组件安装在框架支承组件的座套的内部，并能够驱动旋转轴旋转；
双通道绝对零位式圆感应同步器组件位于框架支承组件的座套的内部；双通道绝对零位式圆感应同步器组件的转子与框架支承组件的旋转轴通过同步器转子锁紧螺母压紧，双通道绝对零位式圆感应同步器组件的定子固定在框架支承组件的座套内部；所述导电环固定板固定在双通道绝对零位式圆感应同步器组件的定子上。
本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
控制力矩陀螺外框架组件实现了框架驱动和框架供电组件一体化设计，结构紧凑、有利于整机的小型化和轻量化，适合微小卫星应用。
控制力矩陀螺外框架组件采用超声电机驱动，该电机可以实现断电大力矩锁定，断电自锁过程中电机不消耗能源，对于控制力矩陀螺外框架组件除空间飞行器需快速机动及姿态控制时大部分时间处于框架轴锁定状态的工况，可实现控制力矩陀螺整机低功耗，节约大量能源，适合微小卫星应用；控制力矩陀螺外框架组件采用超声电机驱动，该电机结构紧凑、约为同等输出力矩能力电磁电机重量的1/3,有利于整机的小型化和轻量化，适合微小卫星应用。
控制力矩陀螺外框架组件采用双通道绝对零位式圆感应同步器作为测角装置，可输出24位数据和10″测角精度，较常用的旋转变压器输出21位数据和15″测角精度具有更高的角度分辨率和测角精度，可实现更高的外框架组件角位置精度和转速控制精度；控制力矩陀螺外框架组件采用双通道绝对零位式圆感应同步器做为测角装置，相比旋转变压器轴向尺寸大幅度缩减至12.5mm，重量减轻至0.350Kg，可实现控制力矩陀螺整机轻量化和小型化，适合微小卫星应用。
附图说明
图1为本发明的框架驱动供电一体化组件结构示意图。
图2为框架支承组件结构示意图。
图3为导电环组件结构示意图。
图4为双通道绝对零位式圆感应同步器组件结构示意图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
如图1所示，本发明的框架驱动供电一体化组件，包括框架支承组件1、导电环组件2、超声电机组件3、双通道绝对零位式圆感应同步器组件4、同步器转子锁紧螺母5、导电环固定板6。
所述的框架支承组件1，如图2所示，包括旋转轴11、内隔圈12、外隔圈13、一对面对面安装的角接触球轴承14、座套15、防尘罩16；旋转轴11的一端（面17）与内框架组件固定连接、另一端插入座套15的内部；座套15的面18与星体固定连接；一对面对面安装的角接触球轴承14位于旋转轴11与座套15之间，并通过内隔圈12和外隔圈13间隔开；防尘罩16安装在座套15上。
导电环组件2位于框架支承组件1的旋转轴11的内部，并与所述旋转轴同轴。如图3所示，所述的导电环组件2包括导电环转子部分21、导电环支承轴承22、导电环定子部分23；所述的导电环组件2的导电环转子部分21与框架支承组件1的旋转轴11固定连接，工作时随旋转轴11一起转动，所述的导电环组件2的导电环定子部分23通过过盈装配与导电环固定板6连接；导电环组件实现了两个相对旋转结构（导电环转子部分21与导电环定子部分23）间的电流及电信号的传输，电流及电信号从导电环定子部分23的电缆24处输入，从导电环转子部分21的电缆25处输出；从而实现从外部接入的电流及电信号通过外框架组件传输给内框架组件的高速转子及转子电机。
超声电机组件3通过螺钉安装在框架支承组件1的座套15的内部，并能够驱动旋转轴11旋转。
所述的双通道绝对零位式圆感应同步器组件4，如图4所示，包括圆感应同步器定子41，圆感应同步器转子42；圆感应同步器转子42的内孔43与框架支承组件旋转轴11的内孔实现径向定位，通过同步器转子锁紧螺母5实现轴向压紧；圆感应同步器定子41通过螺钉与框架支承组件座套15连接，双通道绝对零位式圆感应同步器组件4与超声电机组件3、框架支承组件1串联安装；
所述的导电环固定板6通过螺钉与圆感应同步器定子41连接。
本发明的工作原理：本发明的框架支承组件，采用一对面对面安装的角接触球轴承和脂润滑方案，实现较小的摩擦力矩及摩擦力矩波动，并提供对超声电机组件、双通道绝对零位式圆感应同步器、导电环组件的支承，并有与控制力矩陀螺内框架组件及与星体的安装接口；所述的超声电机组件通电后提供控制力矩陀螺内框架组件绕框架轴旋转所需的驱动力矩，超声电机断电时提供较大的自锁力矩，与框架支承组件串联安装；所述的双通道绝对零位式圆感应同步器组件为框架驱动供电一体化组件提供高精度的角位置信息，用于框架驱动供电一体化组件高精度的定角锁定及高精度的转速控制，与框架支承组件串联安装；所述的导电环组件为控制力矩陀螺内框架组件的高速转子及转子电机得以旋转传递功率及电信号，与框架支承组件并联安装。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种框架驱动供电一体化组件，其特征在于：该框架驱动供电一体化组件包括框架支承组件(1)、导电环组件(2)、超声电机组件(3)、双通道绝对零位式圆感应同步器组件(4)、同步器转子锁紧螺母(5)、导电环固定板(6)；
所述的框架支承组件(1)包括旋转轴(11)、内隔圈(12)、外隔圈(13)、一对面对面安装的角接触球轴承(14)、座套(15)、防尘罩(16)；旋转轴(11)的一端与内框架组件固定连接、另一端插入座套(15)的内部；座套(15)与星体固定连接；一对面对面安装的角接触球轴承(14)位于旋转轴(11)与座套(15)之间，并通过内隔圈(12)和外隔圈(13)间隔开；防尘罩(16)安装在座套(15)上；
导电环组件(2)位于框架支承组件(1)的旋转轴(11)的内部，并与所述旋转轴同轴；所述的导电环组件(2)包括导电环转子部分(21)和导电环定子部分(23)；所述导电环转子部分(21)与框架支承组件(1)的旋转轴(11)固定连接，所述导电环定子部分(23)通过过盈装配与导电环固定板(6)连接；
超声电机组件(3)安装在框架支承组件(1)的座套(15)的内部，并能够驱动旋转轴(11)旋转；
双通道绝对零位式圆感应同步器组件(4)位于框架支承组件(1)的座套(15)的内部；双通道绝对零位式圆感应同步器组件(4)的转子与框架支承组件(1)的旋转轴通过同步器转子锁紧螺母(5)压紧，双通道绝对零位式圆感应同步器组件(4)的定子固定在框架支承组件(1)的座套内部；所述导电环固定板(6)固定在双通道绝对零位式圆感应同步器组件(4)的定子上。
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