CN107357324A - 控制力矩陀螺、控制力矩陀螺仪及行驶装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制力矩陀螺、具有该控制力矩陀螺的控制力矩陀螺仪及具有该控制力矩陀螺仪的行驶装置。本发明提供的控制力矩陀螺包括驱动装置和陀螺盘，驱动装置驱动陀螺盘沿其旋转轴转动，陀螺盘包括主盘体和位于主盘体上的至少两个副盘体，副盘体沿陀螺盘的周向均布，且其自转轴转动，自转轴与旋转轴的法面相交，副盘体在旋转轴方向的角速度分量的方向与主盘体的角速度方向一致，具有陀螺盘整体尺寸紧凑，体积小而动量矩大的优点。

Description

控制力矩陀螺、控制力矩陀螺仪及行驶装置

技术领域

本发明涉及一种控制力矩陀螺，尤其是一种体积小而动量矩大的控制力矩陀螺、具有该控制力矩陀螺的控制力矩陀螺仪及具有这该控制力矩陀螺仪的行驶装置。

背景技术

绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺。通常所说的陀螺一般指的是对称陀螺，为质量分布均匀、结构对称的刚体，对称轴即其自转轴。人们用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪。

陀螺的定轴性与陀螺的转动惯量及自转角速度成正比，因此，具有强定轴性的陀螺一般都会体积较大，从而结构笨重且启动时间长。当陀螺稳定后，若需要改变其特性，则需改变其自转角速度，而转动惯量越大，就越难改变其自转角速度。

在现有的飞行器中，一般都安装有电子陀螺仪以检测机身或其他部件的倾斜角度，并通过控制系统控制飞行器的姿态，使飞行器稳定飞行。电子陀螺仪成本低、无转动部分且重量轻，但无法满足不同飞行状况下的不同需要，如遇强风、变向、扰流、电磁干扰等不同情况时，就有可能失去作用，从而飞行器脱离原有飞行轨道甚至倾倒。另外，电子陀螺仪易受电磁环境干扰，使用场合往往受到限制，且电子陀螺仪一般采用后发式的控制方式，当遇到突发的飞行状况时，由于控制的滞后，不能有效的纠正飞行过程中的运行状态；其次，电子陀螺仪是对整机进行控制，使飞行器整体恢复平稳状态需要消耗较大的能耗。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种体积小而动量矩大的控制力矩陀螺。

本发明的第二目的在于提供一种具有体积小且动量矩大的陀螺的控制力矩陀螺仪。

本发明的第三目的在于提供一种强定轴性的控制力矩陀螺仪的飞行器。

为实现上述第一目的，本发明提供的控制力矩陀螺包括驱动装置和陀螺盘，驱动装置驱动陀螺盘沿其旋转轴转动，陀螺盘包括主盘体和位于主盘体上的至少两个副盘体，副盘体沿陀螺盘的周向均布，且其自转轴转动，自转轴与旋转轴的法面相交，副盘体在旋转轴方向的角速度分量的方向与主盘体的角速度方向一致。

由此方案可见，驱动装置驱动主盘体速转动，副盘体沿旋转轴周向均匀分布在主盘体上，所产生的动量矩与主盘体叠加，使陀螺盘的动量矩进一步增加，且副盘体设置在主盘体内部，从而陀螺盘的整体尺寸紧凑，体积小而动量矩大。

进一步方案为，自转轴与旋转轴的法面垂直。进一步增加陀螺盘的定轴性。

进一步方案为，控制力矩陀螺陀螺运转时，主盘体带动副盘体公转并自转。增加控制力矩陀螺的转动惯量，使控制力矩陀螺更加稳定。

进一步方案为，驱动装置包括转子和固定座，转子与主盘体同轴布置且相对固定，转子能相对固定座转动；固定座沿其周向设置有第一环形磁极阵列；每个副盘体沿其周向设置有第二环形磁极阵列；第二环形磁极阵列位于第一环形磁极阵列的外侧附近；主盘体通过第一环形磁极阵列和第二环形磁极阵列之间的磁力作用带动副盘体自转。

由此方案可见，第二环形磁极阵在第一环形磁极阵列的外侧附近与其产生相互作用，并且有效的利用磁极之间的磁力作用带动副盘体转动，减少电能耗。

进一步方案为，第一环形磁极阵列的工作面朝向其中心部位内凹；第二环形磁极阵列的工作面背离其中心部位外凸；内凹和所述外凸相互迎合。由此方案可见，增加磁极的配合长度和磁极作用力，增加副盘的转动惯量，有利于增加固定座与副盘体之间的稳定性。

另一种方案为，也可以是第一环形磁极阵列的工作面背离其中心部位外凸，第二环形磁极阵列的工作面朝向其中心部位内凹。

进一步方案为，第一环形磁极阵列和第二环形磁极阵列的所有磁极均为交错布置的异性磁极。由此方案可见，利用交错分布的异性磁铁之间的吸力与排斥力间隙做功，使副盘体能在第一环形磁极阵列带动下自转，有利于控制副盘体的自转方向，加强副盘体自转稳定，减少能耗。

进一步方案为，第一环形磁极阵列和第二环形磁极阵列的所有磁极均为同性磁极。由此方案可见，利用磁极阵列之间同性磁极的相互排斥力做功，使第一环形磁极阵列和第二环形磁极阵列之间总处于排斥状态；在同一较近距离的情况下，第一环形磁极阵列和第二环形磁极阵列之间具有的更大排斥力，具有更大的力驱动副盘体自转，使控制力矩陀螺结构更加紧凑，减小控制力矩陀螺的体积。

进一步方案为，第二环形磁极阵列上的磁极的中心线与副盘体上第二环形磁极阵列的磁极对应的旋转半径的自转线速度方向成第一夹角，其中第一夹角为锐角；第一环形磁极阵列上的磁极的中心线与第一环形磁极阵列的磁极的切线方向成第二夹角，其中第二夹角为锐角；第一环形磁极阵列的磁极与第二环形磁极阵列的磁极能相互正对。

由此方案可见，进一步加强第一磁极阵列与第二磁极阵列的相互作用力，使得副盘体在磁力的作用下能够更轻易地自转。

另一进一步方案为，驱动装置包括转子和固定座，转子与主盘体同轴布置且相对固定，转子能相对固定座转动；固定座沿其周向固定有能构成回路的环形线圈阵列；每个所述副盘体沿其周向固定有环形磁极阵列；环形磁极阵列位于所述环形线圈阵列的外侧附近；主盘体通过环形线圈阵列和环形磁极阵列之间的磁力作用带动副盘体自转。

由此方案可见，通过通电环形线圈阵列产生磁力，在磁力作用下驱动副盘体自转，环形磁极阵列位于所述环形线圈阵列的外侧附近，两者处于存有最大的相互作用的位置上；充足的驱动力使副盘体达到增加转动惯量的目的，整体上增加控制力矩陀螺的转动惯量。

进一步的方案为，导磁环包括面向环形磁极阵列的齿部和连接齿部的轭部。由此可见，齿部与轭部的结构设置，增加气隙磁密，增加相互作用的磁力大小。

进一步的方案为，环形线圈阵列的每个线圈分别接入对应的全波整流电路；每个全波整流电路的输出端顺向串接。由此方案可见，环形线圈阵列对环形磁极阵列的切向阻碍作用有利于促进副盘体的自转，同时通过环形线圈阵列感生的电动势可以作为电源利用，一举两得，此时，控制力矩陀螺可兼做发电机，提高能源利用率。可最大化的提高线圈的发电效率，避免感应电动势相互抵消。

为实现上述第二目的，本发明提供的控制力矩陀螺仪包括控制力矩陀螺和支撑控制力矩陀螺的可控二倾转自由度支架，其中该陀螺为上述的控制力矩陀螺。

由此方案可见，控制力矩陀螺安装在支架上，形成控制力矩陀螺仪。控制力矩陀螺体积小而动量矩大，从具有该陀螺的控制力矩陀螺仪也可体积较小而定轴性强。用于飞行器、船、无人车等，以向其提供充分的稳定性。而且，控制力矩陀螺仪具有不受电磁环境干扰的优点，即使遇到突发状况时，也能及时稳定飞行器、船、无人车，确保安全，能满足恶劣的环境下对稳定性的需求。

为实现本发明第三目的，本发明提供的行驶装置包括机身和控制力矩螺仪，控制力矩陀螺仪安装在机身上，其中控制力矩陀螺仪为上述的控制力矩陀螺仪。由以上方案可见，行驶装置上设置的控制力矩螺仪的稳定性不受电磁环境干扰，即使遇到突发的行驶状况时，也能及时稳定机身，确保行驶的安全，能满足行驶装置在恶劣的环境下对稳定性的需求，同时具有足够高的转动惯量，保证行驶稳定。

附图说明

图1是本发明控制力矩陀螺第一实施例的结构示意图；

图2是本发明控制力矩陀螺第一实施例的结构示意图；

图3是本发明控制力矩陀螺第一实施例的内部结构示意图；

图4是本发明控制力矩陀螺第一实施例的磁极凹凸迎合的结构示意图；

图5是本发明控制力矩陀螺第一实施例的优化的磁极正对的示意图；

图6是本发明控制力矩陀螺第二实施例内部环形线圈阵列结构示意图；

图7是本发明控制力矩陀螺第三实施例的外部结构示意图；

图8是本发明控制力矩陀螺第三实施例的内部结构示意图；

图9是本发明控制力矩陀螺第三实施例的内部结构的剖切示意图；

图10是本发明本发明控制力矩陀螺第三实施例第一种优化的结构示意图；

图11是本发明本发明控制力矩陀螺第三实施例第二种优化的结构示意图；

图12是本发明本发明控制力矩陀螺第三实施例第三种优化的结构示意图；

图13是本发明本发明控制力矩陀螺第三实施例第四种优化的结构示意图；

图14是本发明本发明控制力矩陀螺第三实施例第五优化的结构示意图；

图15是本发明控制力矩陀螺仪第一实施例的结构示意图；

图16是图15的左视图；

图17是本发明控制力矩陀螺仪第二实施例的结构示意图；

图18是本发明控制力矩陀螺仪第三实施例的结构示意图；

图19是本发明控制力矩陀螺仪第四实施例的结构示意图。

具体实施方式

空间的两条直线有如下三种关系：一、相交直线，即在同一平面内，二者有且只有一个公共点；二、平行直线，即在同一平面内，二者没有公共点；三、异面直线，即二者不同在任何一个平面内，没有公共点。

空间直线与平片的关系有三种：一、直线在平面内，即二者有无数个公共点；二、直线与平面相交，即二者有且只有一个公共点；三、直线在平面平行，即二者没有公共点。

下面结合具体实施例并参照附图对本发明进行说明。

控制力矩陀螺第一实施例

如图1、图2、图3所示，控制力矩陀螺140包括驱动装置（未显示）和陀螺盘，驱动装置驱动陀螺盘沿其旋转轴141转动。驱动装置包括转子148和固定座144，转子148与所述主盘体147同轴布置且相对固定，转子148能相对固定座144转动；陀螺盘包括主盘体147和位于主盘体147上的副盘体150，副盘体150沿陀螺盘周向分布，且可绕其自转轴151转动，自转轴151与旋转轴141的法面相交，副盘体在旋转轴141方向的角速度分量的方向与主盘体147的角速度方向一致。主盘体147还包括两个盘片143和环形箍142，旋转轴141与主盘体147的两个盘片143相连接，两盘片143垂直于旋转轴141径向延伸，把驱动装置的固定座144夹持在其中，且设置有连接两盘片143的环形箍142，环形箍142呈外凸的弧形，从而整个控制力矩陀螺140呈现轮子的形状，从而转动时阻力较小。在驱动装置工作时，旋转轴141可带动陀螺盘高速转动。在其他实施例中，也可不设置环形箍，两盘片143的外端可互相向对方靠拢并接触，优选地在端部形成弧形连接，以减小转动时的阻力。

驱动装置的固定座144设置有第一环形磁极阵列145，副盘体150可设置四个，沿固定座144的周向均布在固定座144的外围，在其他实施例中，副盘体的个数可为其他数量，如两个、三个、四个、五个，甚至更多，优选地沿固定座144的周向均布在固定座144的外围。副盘体150沿陀螺盘的周向均布是指，副盘体150关于主盘体147的旋转轴141旋转对称，即所有副盘体150绕主盘体147的旋转轴141旋转一定角度后所占据的空间能与原来所有副盘体150所占据的空间重合，这样有利于保证陀螺盘整体的动平衡。

副盘体150的自转轴151的两端可固定在两个盘片143上，自转轴151上设置有单向轴承153，从而在副盘体150相对盘片143转动时，自转轴151不转动。在其他实施例中，单向轴承153可设置在两个盘片143上，从而在副盘体150相对盘片143转动时，自转轴151转动。副盘体150的外侧面上设置有第二环形磁极阵列152。第二环形磁极阵列152位于所述第一环形磁极阵列145的外侧附近，其中外侧附近指能够产生相互作用的位置。第一环形磁极阵列145和第二环形磁极阵列152的所有磁极均为交错布置的异性磁极。在陀螺盘转动时，副盘体150跟随一起转动即公转，由于固定座144不随陀螺盘一起转动，第一环形磁极阵列145与第二环形磁极阵列152的各磁极之间的距离发生变化，磁极之间的排斥及吸引作用使副盘体150发生转动即自转，可选的，副盘体150和主盘体147之间设置有单向轴承153，单向轴承153使副盘体150只可沿一个方向自转，副盘体150的自转可进一步增加陀螺盘的动量矩，增加控制力矩陀螺仪的稳定能力。

优选地，副盘体150的转动方向与主盘体147的转动方向相同。

优选地，第一环形磁极阵列145和第二环形磁极阵列150的所有磁极均为同性磁极。利用磁极的排斥力，加强驱动副盘体150自转。

优选地，如图4所示，第一环形磁极阵列1451的工作面朝向其中心部位内凹，第二环形磁极阵列1521的工作面背离其中心部位外凸，内凹和外凸相互迎合，增加了磁极的配合长度，增加磁极作用力，增加副盘的转动惯量，有利于增加稳定性。

优选的，如图5所示，第二环形磁极阵列181上的磁极的中心线与第二环形磁极阵列182的磁极对应的旋转半径的自转线速度方向成第一夹角，其中第一夹角为锐角；第一环形磁极阵列181上的磁极的磁极中心线与第一环形磁极阵列182的磁极的切线方向成第二夹角，其中第二夹角为锐角；第一环形环形磁极阵列181的磁极与第二环形磁极阵列182的磁极能相互正对。进一步加强第一磁极阵列181与第二磁极阵列182的相互作用力，使得副盘体150在磁力的作用下能够更容易地自转。

磁极与磁极之间的相互正对如图5所示。第一环形磁极阵列181上的其中一个磁极183与第二环形磁极阵列182的其中一个磁极184互相正对。

可选的，副盘体还可以通过风阻式自转，增强陀螺内部的散热能力，减少能耗，简化传动结构。

控制力矩陀螺第二实施例

本实施例与控制力矩陀螺第一实施例的结构基本相同，不同之处在于，固定座144的外侧面上设置环形线圈阵列替代第一实施例的第一环形磁极阵列。

如图6所示，副盘体150沿其周向均匀分布有环形磁极阵列152，固定座144上设置有导磁环146，包括面向环形磁极阵列152的齿部1461和连接齿部的轭部1462，固定座144沿其周向均匀分布有环形线圈阵列（未示出），环形线圈阵列的线圈绕在齿部1461上，陀螺盘通过环形线圈阵列和环形磁极阵列152之间的磁力作用带动副盘体150自转。环形线圈阵列构成闭合回路时，环形磁极阵列152的磁极的磁力线经过环形线圈阵列的线圈时，由于电磁感应所产生的磁力对副盘体150形成切向阻力，促使副盘体150自转。导磁环146有利于增加气隙磁密，增加相互作用的磁力大小。

优选的，环形线圈阵列的每个线圈分别接入对应的全波整流电路；每个全波整流电路的输出端顺向串接。全波整流电路是指能够把交流转换成单一方向电流的电路，最少由两个整流器合并而成，一个负责正方向，一个负责反方向，最典型的全波整流电路是由四个二极管组成的整流桥，一般用于电源的整流。全波整流电路也可由MOS管搭建。此方案可见，环形线圈阵列对环形磁极阵列的切向阻碍作用有利于促进副盘体的自转，同时通过环形线圈阵列感生的电动势可以作为电源利用，一举两得，此时，控制力矩陀螺兼做发电机，提高能源利用率。全波整流电路的输出端顺向串接避免感应电动势相互抵消，最大化提高线圈发电效率。全波整流电路的输出端顺向串接输出的电压可以先存储至电容，然后再向用电器释放功率。

控制力矩陀螺第三实施例

如图7、图8、图9所示，控制力矩陀螺10包括陀螺盘1、陀螺盘侧壁2、副盘体3、驱动装置4、旋转轴5、单向轴承8。陀螺盘1包括上盘体11和下盘体12；副盘体3包括第二环形性磁极阵列31,、副盘体轴承32、副盘体自转轴33、副盘体盘体34；驱动装置4包括第一环形磁极阵列41、转子42、线圈定子43、固定座44。

陀螺盘1的上盘体11和下盘体12装配结合，陀螺盘侧壁2被上盘体11和下盘体12夹紧装配，旋转轴5与陀螺盘1的上盘体11和下盘体12相连接，其中旋转轴5通过单向轴承8与上盘体11固定连接，上盘体11和下盘体12垂直于旋转轴5相对的径向延伸，把驱动装置4的线圈定子43加持在其中，转子42与旋转轴5固定连接，形成电动机结构。驱动装置4工作时，通过旋转轴5带动陀螺盘1高速旋转。副盘体3通过副盘体3自转轴33与陀螺盘1可旋转固定连接，陀螺盘1旋转带动副盘体3公转。固定座45上的第一环形磁极阵列41与副盘体3上第二环形磁极阵列31相互作用，驱动副盘体3绕副盘体自转轴33自转。控制力矩陀螺10呈现轮子的形状，从而转动时阻力较小。陀螺盘侧壁呈阶梯型结构有效是控制力矩陀螺旋转趋于稳定。控制力矩陀螺10固定座45通过孔6固定安装在支撑架上。

另一种方案如图10所示，主盘体6003通过旋转轴6001固定正在固定座6002上，副盘体6004通过自转轴6006可旋转地固定在主盘体6003上，自转轴6006平行于旋转轴6001，第一副磁极阵列6005安装在副盘体6004表面，第二副磁极阵列6007安装在固定座6002上，第一副磁极阵列6005与第二副磁极阵列6007正对。自转轴6006位于主盘体6003中部，副盘体6004可统一位于主盘体6003上侧，也可统一位于主盘体6003下侧。

另一种方案如图11所示，其与图15所示的方案的区别在于副盘体7004的自转轴7006位于主盘体7003的外侧。

另一种方案如图12所示，其与图16所示的方案的区别在于副盘体8004位于主盘体8003的外侧。副盘体8004与主盘体8003处于同一旋转平面上。利于减少电机高度，便于扁平化设计。

另一种方案如图13所示，其与图15所示的方案的区别在于主盘体9003上下两侧均设置有备第一副磁极阵列9005的副盘体9004和第二副磁极阵列9007。

另一种方案如图14所示，其与图18所示的方案的区别在于副盘体9014的自转轴9016位于主盘体9013的外侧。

控制力矩陀螺仪第一实施例

如图15和图16所示，控制力矩陀螺安装在可控二倾转自由度支架上，构成控制力矩陀螺仪。控制力矩陀螺为上述控制力矩陀螺实施例中的任一种。控制力矩陀螺仪100包括安装架110、外框架120和内框架130组成的支撑框架、控制力矩陀螺140。安装架110设置包括两个安装臂102，每个安装臂102的两端都设置有固定座101，以把控制力矩螺仪100安装在适当位置，在只使用每个安装臂102的一个固定座101固定时，另两个固定座101优选地采用平衡板连接，以使控制力矩陀螺仪100更稳定。固定座101呈板状，优选地固定座101支承跨度中部有凸起结构，形成梯形在受到冲击时，冲击力通过固定座101时，梯形的凸起部分结构可以改变冲击力的震动传播路径延长冲击力在固定座上传播路程和时间，以此减弱冲击力对控制力矩陀螺仪100影响。内外框架位于同一主平面内，控制力矩陀螺140包括陀螺盘和驱动装置，陀螺盘的旋转轴位于该主平面内。安装臂102呈板状，且中部有梯形凸起结构，可改变冲击力的震动传播路径，延长冲击力在安装臂102上传播路程和时间，从而削弱冲击力对控制力矩陀螺仪100的干扰。

安装臂102上设置有孔供外框架120的突柱121穿过，并设置有保护盖103以保护突柱121在孔内自由转动，以使支撑框架及控制力矩陀螺140绕摆动轴自由摆动。两个突柱121沿摆动轴远离外框架而向外延伸，突柱121的中心轴即为摆动轴，该摆动轴位于支撑框架的主平面内。齿轮122设置在外框架120上，并靠近其中一个突柱121，外框架120上还可设置有多个连接件123，连接件123沿支撑框架的周向分散布置，一端固定在外框架120上，另一端可卡接在内框架130沿周向设置的卡槽内。内框架130的周向外侧面上设置有齿牙131与齿轮122相啮合，连接件123上也可设置有齿轮与齿牙131啮合，通过齿牙131与齿轮122及其他齿轮的配合内框架130与外框架120之间在主平面内的相对位置可方便地调整，且由于齿轮啮合的自锁性，内框架130与外框架120之间的位置在调整完毕后不会相对滑动。内框架130上可设置有多个连接件132，连接件132沿支撑框架的周向分散布置，一端固定在内框架130上，另一端可卡接在外框架120沿周向设置的卡槽内。在其他实施例中，内外框架之间的连接可采用其他形式，只要可保证内外框架之间间隙均匀且可相对移动即可。陀螺140设置在内框架130上，其轴向两端分别支撑在支撑梁133上。在其他实施例中，齿牙也可设置在外框架120的内周面，而齿轮设置在内框架130上。

控制力矩陀螺仪第二实施例

如图17所示，控制力矩陀螺仪200包括安装架210、外框架220和内框架230组成的支撑框架、陀螺240，陀螺包括驱动装置和陀螺盘。其中，陀螺可为上述陀螺实施例中的任一种，安装架210设置包括两个安装臂，每个安装臂的两端都设置有固定作座，以把控制力矩陀螺仪200安装在适当位置，在只使用每个安装臂的一个固定座固定时，另两个固定座优选地采用平衡板连接，以使控制力矩陀螺仪200更稳定。每个固定座都包括两个分离安装部，以在受到冲击时对控制力矩螺仪200有一定程度的弹性缓冲。外框架220为两个相分离的弧形段，每个弧形段上设置有沿摆动轴方向延伸的突柱，突柱伸入至安装臂的孔内，以使支撑框架和控制力矩陀螺240可绕摆动轴摆动。摆动轴及陀螺盘的旋转轴都位于支撑框架的主平面内。外框架220和/或内框架230上还可设置有多个连接件，以使内外框架保持一定距离地连接。内框架230的周向外侧面上可设置有齿牙，外框架220上设置有齿轮与齿牙相啮合，通过齿牙与齿轮的配合内框架与外框架之间的相对位置可在主平面内方便地调整，且由于齿轮啮合的自锁性，内框架与外框架之间的位置在调整完毕后不会相对滑动。

控制力矩陀螺仪第三实施例

如图18所示，控制力矩陀螺仪300包括安装架310、外框架320和内框架330组成的支撑框架、控制力矩陀螺340，控制力矩陀螺包括驱动装置和陀螺盘。其中，控制力矩陀螺可为上述控制力矩陀螺实施例中的任一种，安装架310设置包括两个安装臂302，每个安装臂302的两端都设置有固定痤301，以把控制力矩陀螺仪300安装在适当位置，在只使用每个安装臂的一个固定座301固定时，另两个固定座301优选地采用平衡板连接，以使控制力矩陀螺仪300更稳定。固定座301呈板状，优选地其上压制有突起部，以在受到冲击时控制力矩陀螺仪300有一定程度的弹性缓冲。安装臂302呈板状，且分为三各部分，中间部分与两端部分分别成一夹角；安装臂302与固定座301的特殊结构，共同作用，进一步的加强在控制力矩陀螺仪100受到冲击时所起到弹性缓冲的能力。

内外框架位于同一主平面内，陀螺盘的旋转轴位于该主平面内。

安装臂302上设置有孔供外框架320的突柱321穿过，并设置有保护盖303以保护突柱321在孔内自由转动，以使支撑框架及控制力矩陀螺340绕摆动轴自由摆动。两个突柱321沿摆动轴远离外框架320而向外延伸，突柱321的中心轴即为摆动轴，该摆动轴位于支撑框架的主平面内。齿轮322设置在外框架320上，并靠近其中一个突柱321，外框架320上还可设置有多个连接件323，连接件323沿支撑框架的周向分散布置，一端固定在外框架320上，另一端可卡接在内框架330沿周向设置的卡槽内。内框架330的周向外侧面上设置有齿牙331与齿轮322相啮合，连接件323上也可设置有齿轮与齿牙331啮合，通过齿牙331与齿轮322及其他齿轮的配合内框架330与外框架320之间在主平面内的相对位置可方便地调整，且由于齿轮啮合的自锁性，内框架330与外框架320之间的位置在调整完毕后不会相对滑动。内框架330上可设置有多个连接件332，连接件332沿支撑框架的周向分散布置，一端固定在内框架330上，另一端可卡接在外框架320沿周向设置的卡槽内。在其他实施例中，内外框架之间的连接可采用其他形式，只要可保证内外框架之间间隙均匀且可相对移动即可。陀螺140具有两个，同轴地设置在内框架330上，其轴向两端分别支撑在支撑梁333上。在其他实施例中，齿牙也可设置在外框架320的内周面，而齿轮设置在内框架330上。

控制力矩陀螺340的结构可与控制力矩陀螺仪第一实施例中的控制力矩陀螺140的结构相同或类似。本实施例中，控制力矩陀螺340设置为具有同轴的两个陀螺盘，使控制力矩陀螺仪300的动量矩增加，进而增加其稳定性。

控制力矩陀螺仪第四实施例

如图19所示，控制力矩陀螺仪800包括外壳801、电机802、旋转轴803、第二角度传感器804、外圈805、第一力矩器806、第二力矩器807、内圈808和第一角度传感器809。电机802为前述电机实施例中的任意一种电机。电机802通过旋转轴803可旋转地安装在内圈808上，内圈808通过第二角度传感器804和第二力矩器807可旋转地安装在外圈805上，外圈805通过第一角度传感器809和第一力矩器806可转动的安转在外壳801上。控制力矩陀螺仪800能进行二自由度倾转，具有较高的稳定性和控制灵活性。

以上陀螺仪可安装于飞行器、航空器、无人车及无人船上，以实现飞行器、航空器、无人车及无人船的稳定，在遇到突发状况时，及时有效的纠正运行状态，减小控制调整时的能耗。

行驶装置实施例

行驶装置可为现有的多轴飞行器、直升机、固定翼飞行器等航空器，车辆、水面船舶和潜艇等，其包括机身，机身上安装有上述控制力矩陀螺仪实施例中所描述的控制力矩陀螺仪。利用控制力矩陀螺仪实现机身的稳定，使飞行器的飞行不受外界环境影响，可实现恶劣条件下的稳定飞行。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (13)

1.控制力矩陀螺，包括驱动装置和陀螺盘，所述驱动装置驱动所述陀螺盘沿其旋转轴转动，其特征在于：

所述陀螺盘包括主盘体和位于所述主盘体上的至少两个副盘体，所述副盘体沿所述陀螺盘的周向均布，且可绕其自转轴转动，所述自转轴与所述旋转轴的法面相交，所述副盘体在所述旋转轴方向的角速度分量的方向与所述主盘体的角速度方向一致。

2.根据权利要求1所述的控制力矩陀螺，其特征在于：

所述自转轴与所述旋转轴的法面垂直。

3.根据权利要求2所述的控制力矩陀螺，其特征在于：

所述陀螺盘运转时，所述主盘体带动所述副盘体公转并自转。

4.根据权利要求3所述的控制力矩陀螺，其特征在于：

所述驱动装置包括转子和固定座，所述转子与所述主盘体同轴布置且相对固定，所述转子能相对所述固定座转动；

所述固定座沿其周向固定有第一环形磁极阵列；

每个所述副盘体沿其周向固定有第二环形磁极阵列；

所述第二环形磁极阵列位于所述第一环形磁极阵列的外侧附近；

所述主盘体通过所述第一环形磁极阵列和所述第二环形磁极阵列之间的磁力作用带动所述副盘体自转。

5.根据权利要求4所述的控制力矩陀螺，其特征在于：

所述第一环形磁极阵列的工作面朝向其中心部位内凹；

所述第二环形磁极阵列的工作面背离其中心部位外凸；

所述内凹和所述外凸相互迎合。

6.根据权利要求4所述的控制力矩陀螺，其特征在于：

所述第一环形磁极阵列和所述第二环形磁极阵列的所有磁极均为交错布置的异性磁极。

7.根据权利要求4所述的控制力矩陀螺，其特征在于：

所述第一环形磁极阵列和所述第二环形磁极阵列的所有磁极均为同性磁极。

8.根据权利要求7所述的控制力矩陀螺，其特征在于：

所述第二环形磁极阵列上的磁极的中心线与所述副盘体上所述第二环形磁极阵列的磁极对应的旋转半径的自转线速度方向成第一夹角，所述第一夹角为锐角；

所述第一环形磁极阵列上的磁极的中心线与所述第一环形磁极阵列的磁极的切线方向成第二夹角，所述第二夹角为锐角；

所述的第一环形磁极阵列的磁极与第二环形磁极阵列的磁极能相互正对。

9.根据权利要求3所述的控制力矩陀螺，其特征在于：

所述驱动装置包括转子和固定座，所述转子与所述主盘体同轴布置且相对固定，所述转子能相对所述固定座转动；

所述固定座沿其周向固定有能构成回路的环形线圈阵列；

每个所述副盘体沿其周向固定有环形磁极阵列；

所述环形磁极阵列位于所述环形线圈阵列的外侧附近；

所述主盘体通过所述环形线圈阵列和所述环形磁极阵列之间的磁力作用带动所述副盘体自转。

10.根据权利要求9所述的控制力矩陀螺，其特征在于：

导磁环，包括面向所述环形磁极阵列的齿部和连接所述齿部的轭部；

所述环形线圈阵列的每个线圈绕在所述齿部上。

11.根据权利要求9所述的控制力矩陀螺，其特征在于：

所述环形线圈阵列的每个线圈分别接入对应的全波整流电路；

每个所述全波整流电路的输出端顺向串接。

12.控制力矩陀螺仪，包括根据权利要求1-11任一所述的控制力矩陀螺和用于支承所述力矩陀螺的支架。

13.行驶装置，包括机身、安装在所述机身上的动力单元和权利要求12所述的控制力矩陀螺仪。