CN106895834A - 一种动力陀螺磁场系统及其设计制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动力陀螺磁场系统及其设计制造方法。磁场系统通过将磁导材料布置于磁钢的周围，对磁钢产生的磁场进行修正，以达到实际的使用要求。所述的磁导材料包括外导磁体和内导磁体，采用高磁导率材料制造；通过选择不同磁导率材料，设计不同的外形尺寸和不同的布置方式，可实现不同的磁场回路。通过合理布置磁导材料，可在动力陀螺内同时实现高磁感应强度区域及低磁感应强度区域。本发明结构简单、设计灵活、成本低，可移植性好，同时解决动力陀螺磁场系统高磁感应强度要求和探测系统低磁泄漏的需求。
Description
技术领域
本发明涉及的航空航天类产品结构的磁场系统技术领域，具体涉及一种动力陀螺磁场系统及其设计制造方法。
背景技术
动力陀螺的工作原理是利用高速旋转的陀螺转子具有的动量矩，使陀螺转轴在惯性空间中保持稳定指向。武器型号上应用的动力陀螺，一般陀螺转子与反射镜等光学元件集成为一体，其结构紧凑、空间占用少，同时动力陀螺一般采用线圈驱动，其控制规律简单，技术成熟，工作稳定，成本较低。动力陀螺以其具有的诸多优越性，被广泛地应用于航空、航天产品中，特别是制导武器领域。
武器型号上使用的动力陀螺，一般由线圈部件与磁钢配合，利用电磁感应原理，实现动力陀螺的起转、高速旋转和快速进动。在线圈匝数、电源参数等指标固定的情况下，动力陀螺要实现更快的启转速度和进动速度，就需要磁钢更高的磁性能，即厚度更大的磁钢，而磁钢厚度受到整个动力陀螺尺寸的限制，提升空间十分有限。另一方面，随着型号灵敏阈要求的提高，对系统低噪声的需求越来越高，磁钢产生的泄漏磁场对探测器、信号输出线缆、电子元件的磁干扰，阻碍了系统低噪声的实现。为此，需要对动力陀螺的磁场系统进行控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力陀螺磁场系统及其设计制造方法，一方面在线圈部件位置实现高磁感应强度，另一方面在探测器等电子元件位置实现低磁感应强度，从而达到系统要求的转子旋转速度和进动速度，以及满足系统灵敏阈要求的系统噪声。
本发明的一个技术方案为提供一种动力陀螺磁场系统，其包含：连接结构件，以及通过所述连接结构件承载的磁钢、内导磁体、外导磁体；所述磁钢位于外导磁体与内导磁体之间；所述外导磁体与磁钢紧密连接；内导磁体与磁钢相互分离。
优选地，所述动力陀螺磁场系统设置在动力陀螺的动力转子中；所述动力陀螺的探测器组件安置在陀螺转子的中心位置，所述内导磁体位于所述探测器组件与磁钢之间；所述动力陀螺的线圈部件位于陀螺转子的内部，且位于所述内导磁体与磁钢之间；所述动力陀螺的信号输出线缆在陀螺转子的外侧通过，所述外导磁体位于所述信号输出线缆与磁钢之间。
优选地，所述内导磁体在陀螺轴方向上的长度足以覆盖磁钢的长度；所述外导磁体在陀螺轴方向上的长度足以覆盖磁钢的长度。
优选地，所述探测器组件、信号输出线缆所处位置，是满足系统噪声要求的低磁感应强度区域；所述线圈部件所处位置，是满足启转速度和进动角速度要求的高磁感应强度区域。
优选地，所述磁钢、内导磁体、外导磁体分别为圆环状。
优选地，所述内导磁体使用软磁材料，或经过退火处理的电磁纯铁制成；
所述外导磁体使用软磁材料，或经过退火处理的电磁纯铁制成。
本发明的另一个技术方案，是提供一种上述任意一项动力陀螺磁场系统的设计制造方法，其中：
根据动力陀螺的旋转速度和进动速度指标，利用电磁理论，结合陀螺转子的质量、线圈参数，计算出线圈部件所处位置的磁感应强度需求值；
根据线圈部件所处位置的磁感应强度需求值、陀螺的内部空间，对磁钢、内导磁体、外导磁体的结构尺寸进行设计，并制成磁场系统；
对安装有磁场系统的陀螺样机进行仪器测试和测试试验，验证线圈部件所处位置的磁感应强度测试值是否满足磁感应强度需求值，同时验证探测器组件、信号输出线缆所处位置的磁感应强度是否满足系统噪声要求；
如果验证不满足的，对内导磁体和/或外导磁体的导磁参数进行调整后，制成新的磁场系统重新进行测试验证。
优选地，对内导磁体和/或外导磁体的导磁参数进行调整，包含对磁导率材料、外形尺寸、布置方式之中的一项或多项进行调整。
优选地，对内导磁体和/或外导磁体的外形尺寸进行调整，包含对内导磁体和/或外导磁体的厚度尺寸进行调整。
本发明的积极效果为：
本发明的动力陀螺磁场系统，结构简单、成本低，可移植性好，应用范围广泛；对磁钢的磁性能提升效果明显，对探测系统的屏蔽效果好，磁场系统与陀螺转子融为一体，可靠性高。本发明设计灵活，通过合理布置磁导材料，可在动力陀螺内同时解决动力陀螺磁场系统高磁感应强度要求和探测系统低磁泄漏的需求。
附图说明
图1是本发明所述动力陀螺磁场系统的结构示意图；
图2是本发明一个实例中动力陀螺的布局示意图；
图3是本发明一个实例中动力陀螺磁场系统与陀螺转子的位置关系及磁场强弱区域的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实例进行进一步说明。
本发明提供一种动力陀螺磁场系统，作为动力陀螺转子的一部分。将磁导材料布置于磁钢的周围，对磁钢产生的磁场进行修正，以达到实际的使用要求。本发明通过合理布置磁导材料，可在动力陀螺内同时实现高磁感应强度区域及低磁感应强度区域。
如图1所示，本发明的动力陀螺磁场系统，包含：磁钢1、内导磁体2、外导磁体3、连接结构件4。其中，磁钢1、内导磁体2、外导磁体3都成圆环状，由所述连接结构件4组合起来。磁钢1布置于外导磁体3与内导磁体2之间；外导磁体3与磁钢1紧密连接，修正磁场的同时也作为磁钢1的载体；内导磁体2与磁钢1分离安装。
在进行磁场系统的设计时，首先应确定动力陀螺的探测器、信号输出线缆8、线圈部件6的安放位置。图2示出了本例的探测器组件7、信号输出线缆8、线圈部件6在陀螺转子5中的布局：探测器组件7安置在陀螺转子5的中心位置，以接受光学系统汇聚的目标信号；信号输出线缆8在陀螺转子5的外侧通过；本例的陀螺结构紧凑，线圈部件6放置在转子5内部以节省空间。
如图3所示，考虑到低系统噪声的需求，探测器组件7、信号输出线缆8所处位置应布置为低磁感应强度区域10；并且，为了取得更快的启转速度和进动角速度，线圈部件6所处位置应布置为高磁感应强度区域20。以此作为磁场系统设计的基本要求之一。
为了满足上述要求，首先安排磁钢1位置，使线圈部件6位于内导磁体2与磁钢1之间的空间；为了充分利用磁钢1本身的磁场强度，磁钢1应尽可能地贴近线圈部件6。探测器组件7与磁钢1之间通过内导磁体2，来屏蔽磁场对探测器的磁干扰；所述内导磁体2在陀螺轴方向上的长度应足以覆盖磁钢1的长度，尽量阻挡探测器与磁力线的接触。外导磁体3作为载体与磁钢1紧密装配，外导磁体3在陀螺轴方向上的长度应足以覆盖磁钢1的长度，这样外导磁体3和内导磁体2就将磁钢1包围起来，形成如图3所示的高磁感应强度区域20，该区域内磁钢1产生的磁场强度得到了加强。同时，利用外导磁体3的屏蔽作用，形成如图3所示的低磁感应强度区域10，使外侧的信号输出线缆8受到的磁干扰明显减小。
内导磁体2和外导磁体3，采用高磁导率的材料制造而成，例如选用软磁材料或经过退火处理的电磁纯铁。内导磁体2和外导磁体3材质的选择和厚度尺寸等，都会直接影响磁场系统的效果。因此，根据不同的使用要求，可以对内导磁体2和外导磁体3各自的磁导率材料、外形尺寸、布置方式中的一项或多项进行适应选择或调整，以实现不同的磁场回路，从而将本发明的磁场系统应用于各种口径的动力陀螺。本发明的方案具有良好的可移植性，应用范围较广。
为了合理布置磁导材料，在动力陀螺内同时实现高磁感应强度区域及低磁感应强度区域，在进行本发明所述动力陀螺磁场系统的设计时，首先应确定动力陀螺的旋转速度和进动速度指标，利用电磁理论，结合陀螺转子5质量、线圈参数，计算得到线圈部件6位置所需的磁感应强度值，根据陀螺的内部空间对磁钢1、内导磁体2、外导磁体3的结构尺寸进行设计。通过对带磁场系统的陀螺样机进行仪器测试和测试试验，验证当前设计下线圈部件6位置磁感应强度值是否满足使用，同时探测器等位置磁感应强度是否足够小，以满足系统低噪声的要求。如果有不满足的，可以通过对磁导材料的更换或对导体尺寸修改等方式进行磁场调整，最终保证磁场布置符合使用要求。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种动力陀螺磁场系统，其特征在于，包含：连接结构件，以及通过所述连接结构件承载的磁钢、内导磁体、外导磁体；所述磁钢位于外导磁体与内导磁体之间；所述外导磁体与磁钢紧密连接；内导磁体与磁钢相互分离。
2.如权利要求1所述的动力陀螺磁场系统，其特征在于，
所述动力陀螺磁场系统设置在动力陀螺的动力转子中；
所述动力陀螺的探测器组件安置在陀螺转子的中心位置，所述内导磁体位于所述探测器组件与磁钢之间；
所述动力陀螺的线圈部件位于陀螺转子的内部，且位于所述内导磁体与磁钢之间；
所述动力陀螺的信号输出线缆在陀螺转子的外侧通过，所述外导磁体位于所述信号输出线缆与磁钢之间。
3.如权利要求2所述的动力陀螺磁场系统，其特征在于，
所述内导磁体在陀螺轴方向上的长度足以覆盖磁钢的长度；
所述外导磁体在陀螺轴方向上的长度足以覆盖磁钢的长度。
4.如权利要求2或3所述的动力陀螺磁场系统，其特征在于，
所述探测器组件、信号输出线缆所处位置，是满足系统噪声要求的低磁感应强度区域；
所述线圈部件所处位置，是满足启转速度和进动角速度要求的高磁感应强度区域。
5.如权利要求1或2所述的动力陀螺磁场系统，其特征在于，
所述磁钢、内导磁体、外导磁体分别为圆环状。
6.如权利要求1或2所述的动力陀螺磁场系统，其特征在于，
所述内导磁体使用软磁材料，或经过退火处理的电磁纯铁制成；
所述外导磁体使用软磁材料，或经过退火处理的电磁纯铁制成。
7.一种权利要求1-6中任意一项动力陀螺磁场系统的设计制造方法，其特征在于，
根据动力陀螺的旋转速度和进动速度指标，利用电磁理论，结合陀螺转子的质量、线圈参数，计算出线圈部件所处位置的磁感应强度需求值；
根据线圈部件所处位置的磁感应强度需求值、陀螺的内部空间，对磁钢、内导磁体、外导磁体的结构尺寸进行设计，并制成磁场系统；
对安装有磁场系统的陀螺样机进行仪器测试和测试试验，验证线圈部件所处位置的磁感应强度测试值是否满足磁感应强度需求值，同时验证探测器组件、信号输出线缆所处位置的磁感应强度是否满足系统噪声要求；
如果验证不满足的，对内导磁体和/或外导磁体的导磁参数进行调整后，制成新的磁场系统重新进行测试验证。
8.如权利要求7所述的动力陀螺磁场系统的设计制造方法，其特征在于，
对内导磁体和/或外导磁体的导磁参数进行调整，包含对磁导率材料、外形尺寸、布置方式之中的一项或多项进行调整。
9.如权利要求8所述的动力陀螺磁场系统的设计制造方法，其特征在于，
对内导磁体和/或外导磁体的外形尺寸进行调整，包含对内导磁体和/或外导磁体的厚度尺寸进行调整。
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