CN105799951B - 机电一体化微磁力矩器及磁矩测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机电一体化微磁力矩器及磁矩测量方法，微磁力矩器包括磁力矩单绕组、左支架、右支架和PWM控制电路，左支架和右支架分别设置在磁力矩单绕组的两端，PWM控制电路设置在右支架内，并与磁力矩单绕组电连接；磁力矩单绕组包括棒芯、以及缠绕在棒芯上的线圈，棒芯采用铁镍合金材料lj85，确定磁力矩单绕组的线圈参数，以给定的质量和功耗的限制为约束条件，根据磁矩、质量和功耗计算公式对线圈参数进行穷举优化设计，再结合漆包线导线的工程规格确定。本发明机电一体化微磁力矩器及磁矩测量方法，低成本、输出磁矩大、输出磁矩线性度好、线性工作范围宽、剩磁小、功耗低、重量轻、体积小、控制方法简便。
Description
技术领域
本发明涉及卫星姿态控制技术，具体涉及一种机电一体化微磁力矩器及磁矩测量方法。
背景技术
随着现代微小卫星技术的发展，要求其姿态控制系统简单、可靠和易于实现。磁力矩器作为卫星姿态控制系统的重要组成部分，其小型化、集成化和低功耗是未来主要发展趋势。微纳卫星亟需研制既满足微纳卫星平台所需额定输出磁矩和剩磁设计指标，又满足质量、功耗和体积指标的低成本微型磁力矩器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机电一体化微磁力矩器及磁矩测量方法，重量轻、功耗低、体积小。
为了达到上述的目的，本发明提供一种机电一体化微磁力矩器，包括磁力矩单绕组、左支架、右支架和PWM控制电路，所述左支架和右支架分别设置在所述磁力矩单绕组的两端，所述PWM控制电路设置在所述右支架内，并与所述磁力矩单绕组电连接；所述磁力矩单绕组包括棒芯、以及缠绕在棒芯上的线圈，所述棒芯采用铁镍合金材料lj85，确定所述磁力矩单绕组的线圈参数，以给定的质量和功耗的限制为约束条件，根据磁矩、质量和功耗计算公式对线圈参数进行穷举优化设计，再结合漆包线导线的工程规格确定。
所述机电一体化微磁力矩器，其中，所述磁力矩单绕组插接在型号为J30V2-9TJS-P2的接插件上，所述PWM控制电路插接在型号为J30V2-21TJW-P2的接插件上，通过电缆连接两个插接件。
所述机电一体化微磁力矩器，其中，所述右支架一端设有卡槽，所述右支架上还设有引线孔，所述PWM控制电路安装在所述卡槽内，并与右支架进行胶结，连接所述磁力矩单绕组和PWM控制电路的电缆通过所述引线孔。
所述机电一体化微磁力矩器，其中，所述PWM控制电路包括电源芯片、电流传感器芯片、H桥芯片，所述电源芯片用于为所述电流传感器芯片，所述电流传感器芯片连接所述磁力矩单绕组，所述H桥芯片与所述电流传感器芯片连接。
所述机电一体化微磁力矩器，其中，所述电源芯片为TPS2173电源芯片，所述电流传感器芯片为MAX471电流传感器，所述H桥芯片为DRV8833H桥芯片，外部一次电源为所述电源芯片和H桥芯片供电。
本发明提供的另一技术方案是一种磁力矩器磁矩测量方法，用于测量机电一体化微磁力矩器的磁矩，该磁矩测量方法包括：利用高灵敏度磁通门磁力仪测量磁力矩器产生的磁场强度，根据磁通门磁力仪的探头至磁力矩器中心点的距离，由下述磁矩计算公式得出磁力矩器在不同大小通电电流下的磁矩；
磁力矩器的磁矩：
其中，H为磁场强度，R为探头至磁力矩器中心点的距离。
本发明的机电一体化微磁力矩器及磁矩测量方法解决了微型磁力矩器的低成本、输出磁矩大、输出磁矩线性度好、线性工作范围宽、剩磁小、功耗低、重量轻、体积小、控制方法简便等问题。
附图说明
本发明的机电一体化微磁力矩器及磁矩测量方法由以下的实施例及附图给出。
图1是本发明较佳实施例中机电一体化微磁力矩器的示意图。
图2是本发明较佳实施例中右支架结构示意图。
图3是图2中的A-A示图。
图4是本发明较佳实施例中PWM控制电路的示意图。
图5是本发明较佳实施例中机电一体化微磁力矩器磁矩测量方法的示意图。
具体实施方式
以下将结合图1～图5对本发明的机电一体化微磁力矩器及磁矩测量方法作进一步的详细描述。
本发明的机电一体化微磁力矩器采用单绕组+PWM控制电路的方式，如图1所示，本发明较佳实施例中，机电一体化微磁力矩器包括磁力矩单绕组1、左支架2、右支架3和PWM控制电路4，所述左支架2和右支架3分别设置在所述磁力矩单绕组1的两端，所述PWM控制电路4设置在所述右支架3内，并与所述磁力矩单绕组1电连接。
如图1所示，所述磁力矩单绕组1包括棒芯10、以及缠绕在棒芯上的线圈，所述棒芯采用新型铁镍合金材料lj85，与传统的铁镍合金材料lj50相比，采用lj85作棒芯材料，磁导率更大、矫顽力更小，由此研制出的微型磁力矩器的磁矩更大、剩磁更小。
较佳实施例中，所述磁力矩单绕组1插接在型号为J30V2-9TJS-P2的接插件上，所述PWM控制电路4插接在型号为J30V2-21TJW-P2的接插件上，通过电缆连接两个插接件。本实施例中采用低成本、小型化、轻量化的接插件（J30V2-9TJS-P2和J30V2-21TJW-P2），大大缩小了产品体积、减轻产品质量。
如图2和图3所示，所述右支架3一端设有卡槽31，所述右支架3另一端设有绕组支承槽32，所述右支架3上还设有引线孔33，所述磁力矩单绕组1一端置于所述绕组支承槽32内，所述PWM控制电路4安装在所述卡槽31内，并与右支架3进行胶结，连接所述磁力矩单绕组1和PWM控制电路4的电缆通过所述引线孔33。
较佳实施例中，如图4所示，所述PWM控制电路包括电源芯片41、电流传感器芯片42和H桥芯片43，所述电源芯片41用于为所述电流传感器芯片42供电，所述电流传感器芯片42连接所述磁力矩单绕组1，所述H桥芯片43与所述电流传感器芯片42连接。本实施例中，所述电源芯片41为TPS2173电源芯片，所述电流传感器芯片42为MAX471电流传感器，所述H桥芯片43为DRV8833H桥芯片，外部8v电源（一次电源）为所述电源芯片41、H桥芯片43供电。
本发明的机电一体化微磁力矩器中，所述磁力矩单绕组1的线圈参数的设计采用下述方法：以给定的质量和功耗的限制为约束条件，根据磁矩、质量和功耗计算公式对线圈参数进行穷举优化设计，再结合漆包线导线的工程规格确定线圈参数，所述线圈参数包括导线截面半径和线圈匝数。
磁力矩器的功耗：
其中，U为磁力矩器的工作电压，为导线截面半径，为导线的电阻率，为线圈匝数，为线圈半径，为磁芯半径；
磁力矩器的磁矩：
其中，
，
其中，为通电电流强度，为磁芯长度，；
磁力矩器的质量：
其中，为磁芯密度，为导线密度。
U、、、、为已知条件。
本发明提供的另一技术方案是一种磁力矩器磁矩测量方法，如图5所示，该磁矩测量方法包括：利用高灵敏度（1nT）磁通门磁力仪测量磁力矩器产生的磁场强度，根据磁通门磁力仪的探头至磁力矩器中心点的距离，由下述磁矩计算公式得出磁力矩器在不同大小通电电流下的磁矩。
磁力矩器的磁矩：
其中，H为磁场强度，R为探头至磁力矩器中心点的距离。
Claims (3)
1.机电一体化微磁力矩器，其特征在于，包括磁力矩单绕组、左支架、右支架和PWM控制电路，所述左支架和右支架分别设置在所述磁力矩单绕组的两端，所述PWM控制电路设置在所述右支架内，并与所述磁力矩单绕组电连接；所述磁力矩单绕组包括棒芯、以及缠绕在棒芯上的线圈，所述棒芯采用铁镍合金材料lj85，确定所述磁力矩单绕组的线圈参数，以给定的质量和功耗的限制为约束条件，根据磁矩、质量和功耗计算公式对线圈参数进行穷举优化设计，再结合漆包线导线的工程规格确定；
所述磁力矩单绕组插接在型号为J30V2-9TJS-P2的接插件上，所述PWM控制电路插接在型号为J30V2-21TJW-P2的接插件上，通过电缆连接两个插接件；
所述右支架一端设有卡槽，所述右支架上还设有引线孔，所述PWM控制电路安装在所述卡槽内，并与右支架进行胶结，连接所述磁力矩单绕组和PWM控制电路的电缆通过所述引线孔；
所述PWM控制电路包括电源芯片、电流传感器芯片、H桥芯片，所述电源芯片用于为所述电流传感器芯片供电，所述电流传感器芯片连接所述磁力矩单绕组，所述H桥芯片与所述电流传感器芯片连接。
2.如权利要求1所述的机电一体化微磁力矩器，其特征在于，所述电源芯片为TPS2173电源芯片，所述电流传感器芯片为MAX471电流传感器，所述H桥芯片为DRV8833H桥芯片，外部一次电源为所述电源芯片和H桥芯片供电。
3.一种磁力矩器磁矩测量方法，其特征在于，用于测量如权利要求1至2中任一权利要求所述的机电一体化微磁力矩器的磁矩，该磁矩测量方法包括：利用高灵敏度磁通门磁力仪测量磁力矩器产生的磁场强度，根据磁通门磁力仪的探头至磁力矩器中心点的距离，由下述磁矩计算公式得出磁力矩器在不同大小通电电流下的磁矩；
磁力矩器的磁矩：
其中，H为磁场强度，R为探头至磁力矩器中心点的距离。
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