CN104158340A - 一种新型三轴集成微飞轮 - Google Patents

Abstract

本发明的一种新型三轴集成微飞轮，包括：支架、三个飞轮、电机、控制电路板、电机安装架、轴承；三个飞轮安装于支架上，且三轴相互正交，电机带动飞轮的转动，控制电路板控制飞轮的转速；三个飞轮通过轴承和电机输入轴支撑于支架上，三个飞轮和电机输出轴之间采用胶接；轴承和支架采用胶接，安装方便，连接可靠；电机通过电机安装架和支架连接。本发明装置，体积小，重量轻，安装方便，通用化强，可靠性高，可输出任意方向的控制力矩，因此可用于大部分微小卫星的姿态控制。

Description

一种新型三轴集成微飞轮

技术领域

本发明涉及空间执行机构领域，尤其是微小卫星姿态控制执行机构，具体涉及一种新型三轴集成微飞轮。

背景技术

多年来，由于对卫星的能源、观测能力、星上处理能力和通信能力的需求不断增长，使得卫星的尺寸变得越来越大，重量也不断增加，制造成本和发射成本也大大增加。例如美国国家侦察局目前正在太空运行的一颗巨大的情报卫星重达15吨，商用地球同步卫星也有重达5吨的。然而，近二十年来，微电子、微机械、计算机、通信和能源等技术取得了突飞猛进的发展，这些高新技术的利用使相同功能的卫星重量和体积大幅度减小，同时，还出现了单一功能的微纳卫星甚至皮卫星。

小卫星具有许多大型卫星不可比拟的优点，例如体积小、重量轻、研制成本和发射成本低、研制周期短。此外，由于成本很低，在空间轨道上可布置较多的数量以做备份，提供更大的冗余。小卫星还具有高新技术含量高、技术集成度高和功能密度大等特点，这些优点和特点日益得到重视。小卫星使得一箭多星发射更加容易实现，甚至可以从飞机上空投火箭来发射卫星，这将极大地降低发射费用。目前卫星的平均发射费用是卫星成本的一半。小卫星由于采用新设计思路、新技术、新管理模式以及流水线化的制造和生产方式，已成为最活跃、最富十挑战性和具有广阔商业前景的空间技术领域，也是21世纪初卫星技术发展的重要趋势。

按卫星的质量划分，人们一般将1000kg以下的卫星称为小卫星。其中，500-1000kg的称为小型卫星，100-500kg的称为超小卫星，10-100kg的称为微型卫星，1-10kg的称为纳卫星，0.1-lkg的称为皮卫星，0.lkg以下的称为飞卫星。

由于反作用飞轮的姿态控制方法可获得较高的姿态控制精度，也是小卫星姿态控制首选方案之一。其不仅可以作为姿态稳定控制执行机构，而且还可作为姿态机动控制执行机构，通常大卫星采用的喷气姿态机动方式需要专门的冷气或热气喷气系统作为执行机构，增加了卫星的重量、成本和技术复杂性，不适合小卫星“快、好、省”的原则。为此，可将通常作为姿态稳定控制执行机构的反作用轮用于姿态的机动，减少了喷气机构所需气体的质量，这样“一物多用”有利于提高小卫星的功能密度，并且国外的一些小卫星也在进行该项技术研究。然而目前还没有满足微小卫星姿态控制的轻量化、高控制精度微型飞轮系统，所以通过突破三轴微飞轮研制中的关键技术，完成样机研制将大大推进我国的航天事业的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种微小卫星姿态控制执行机构，能够对微小卫星的姿态进行精确控制。

为解决上述技术问题，本发明的一种新型三轴集成微飞轮，包括：支架、三个飞轮、电机、控制电路板、电机安装架、轴承；三个飞轮安装于支架上，且三轴相互正交，电机带动飞轮的转动，控制电路板控制飞轮的转速；三个飞轮通过轴承和电机输入轴支撑于支架上，三个飞轮和电机输出轴之间采用胶接；轴承和支架采用胶接，安装方便，连接可靠；电机通过电机安装架和支架连接。

进一步，所述轴承采用真空润滑剂进行润滑。

进一步，所述控制电路板为多层结构，控制电路板之间通过螺柱进行连接。

进一步，所述支架采用一体化结构，为立方体结构，减轻了结构的重量。

进一步，所述轴承的内圈和电机的输出轴进行配合连接。

作为本发明技术方案的一种改进，所述电机安装架有4个固定辐条，电机安装架通过固定辐条上的螺钉孔用螺钉和支架连接，固定辐条外圈直径和支架上固定台上槽的直径相同。

进一步，所述电机通过螺钉和电机安装架进行固定。

进一步，电机安装架5有4个固定辐条，电机安装架通过辐条上的螺钉孔用螺钉7和支架连接，辐条外圈直径和支架1上固定台上槽的直径相同，从而保证电机4的输出轴和支架上轴承6的安装孔的中心的同轴度。

本发明的新型三轴集成微飞轮，其优点和有益效果是：体积小，重量轻，安装方便，通用化强，可靠性高，可输出任意方向的控制力矩，因此可用于大部分微小卫星的姿态控制。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的新型三轴集成微飞轮结构示意图；

图2是本发明的新型三轴集成微飞轮的结构剖面示意图；

图3是本发明的新型三轴集成微飞轮支架的剖面示意图；

图4是本发明的新型三轴集成微飞轮电机与飞轮的安装示意图；

图5是本发明的新型三轴集成微飞轮电机的电机安装架示意图；

图6是本发明的新型三轴集成微飞轮剖面示意图。

图中，支架1、三个飞轮2、控制电路板3、电机4、电机安装架5、轴承6、螺钉7，螺柱8。

具体实施方式

以下将结合说明书附图及具体实施例对本发明的新型三轴集成微飞轮作进一步的详细描述。 

如图1，图2所示，是本发明实施例的新型三轴集成微飞轮，包括支架1、三个飞轮2、控制电路板3、电机4、电机安装架5、轴承6、螺钉7和螺柱8。每层控制电路板之间通过螺柱8进行连接。 

如图3所示，是本发明的新型三轴集成微飞轮的支架1，支架1采用一体化结构，为立方体结构，三个飞轮2安装于支架1的三个正交面，从而保证三个飞轮2的轴正交。 

如图4所示，是本发明新型三轴集成微飞轮电机4、电机安装架5和飞轮2的安装方式。电机4通过螺钉7和电机安装架5进行固定，电机4的输出轴分别和三个飞轮2胶接成一体，轴承6的内圈和电机4的输出轴进行配合连接。

如图5所示，是本发明新型三轴集成微飞轮的电机安装架5。电机安装架5有4个固定辐条，电机安装架5通过辐条上的螺钉孔用螺钉和支架1连接，辐条外圈直径和支架1上固定台上槽的直径相同，从而保证电机4的输出轴和支架上轴承6的安装孔的中心的同轴度。

如图6所示，是本发明新型三轴集成微飞轮的飞轮2。飞轮2根据卫星姿态控制指标进行设计，在保证飞轮的转动惯量的同时，要使飞轮的质量和体积最小。

本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (7)

1.一种新型三轴集成微飞轮，其特征在于，包括：支架、三个飞轮、电机、控制电路板、电机安装架、轴承；

所述三个飞轮安装于支架上，且三轴相互正交，电机带动飞轮的转动，控制电路板控制飞轮的转速；

所述三个飞轮通过轴承和电机输入轴支撑于支架上，三个飞轮和电机输出轴之间采用胶接；

所述轴承和支架采用胶接；

所述电机通过电机安装架和支架连接。

2.根据权利要求1所述的新型三轴集成微飞轮，其特征在于，所述轴承采用真空润滑剂进行润滑。

3.根据权利要求1所述的新型三轴集成微飞轮，其特征在于，所述控制电路板为多层结构，控制电路板之间通过螺柱进行连接。

4.根据权利要求1所述的新型三轴集成微飞轮，其特征在于，所述支架采用一体化结构，为立方体结构。

5.根据权利要求1所述的新型三轴集成微飞轮，其特征在于，所述轴承的内圈和电机的输出轴进行配合连接。

6.根据权利要求5所述的新型三轴集成微飞轮，其特征在于，所述电机安装架有4个固定辐条，电机安装架通过固定辐条上的螺钉孔用螺钉和支架连接，固定辐条外圈直径和支架上固定台上槽的直径相同。

7.根据权利要求6所述的新型三轴集成微飞轮，其特征在于，所述电机通过螺钉和电机安装架进行固定。