CN110816899A - 一种新型三轴微飞轮装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种新型三轴微飞轮装置，属于智能装置技术领域，所述装置包括：X轴微飞轮、Y轴微飞轮、Z轴微飞轮以及基座；所述X轴微飞轮、所述Y轴微飞轮和所述Z轴微飞轮安装在所述基座上。解决了现有技术中微飞轮装置占用的空间较大，难以应用在对尺寸要求严格的微纳卫星场合的问题；达到了在实现微纳卫星三轴稳定的同时，占用较少的空间，结构紧凑，重量较轻的效果。

Description

一种新型三轴微飞轮装置

技术领域

本申请涉及一种新型三轴微飞轮装置，属于智能装置技术领域。

背景技术

三轴微飞轮是微纳卫星姿态控制执行机构，它利用自身所储存的角动量与微纳卫星本体进行角动量交换，来实现对微纳卫星三轴的稳定姿态控制。当微纳卫星承受外扰动力矩时，通过控制微飞轮加速或减速以产生控制力矩，吸收微纳卫星由于外扰引起的角动量变化，使整星角动量保持不变，从而实现微纳卫星的姿态稳定。

从结构上看，微飞轮是一个电机驱动的旋转体，由惯量轮体、精密轴系、驱动电机等组成，其优点是结构简单，但采用该结构的单轴微飞轮，各向空间占用较多，不适合应用于对尺寸具有严格要求的微纳卫星场合。

发明内容

本申请提供了一种新型三轴微飞轮装置，可以解决现有方案中微飞轮装置占用的空间较大，难以应用在对尺寸要求严格的微纳卫星场合的问题。本申请提供如下技术方案：

第一方面，提供了一种新型三轴微飞轮装置，所述装置包括：X轴微飞轮、Y轴微飞轮、Z轴微飞轮以及基座；

所述X轴微飞轮、所述Y轴微飞轮和所述Z轴微飞轮安装在所述基座上。

可选的，所述X轴微飞轮包括：

X轴旋转轮体、X轴支架、X轴电机；所述X轴电机固定在所述X轴支架上，所述X轴旋转轮体与所述X轴电机固连，所述X轴支架安装在所述基座上。

可选的，X轴电机通过外螺纹与X轴支架的内螺纹连接固定，X轴旋转轮体通过中心光孔与X轴电机的输出光轴通过过盈配合连接。

可选的，所述X轴旋转轮体上安装有配重件。

可选的，所述X轴微飞轮还包括施加在所述X轴旋转轮体顶端的紧固胶。

可选的，所述X轴微飞轮还包括调隙垫片，所述调隙垫片设置在所述X轴旋转轮体和所述X轴电机的输出轴之间。

可选的，所述X轴支架通过X轴支架安装螺钉安装在所述基座上。

可选的，所述Y轴微飞轮包括：

Y轴支架、Y轴旋转轮体、Y轴电机；所述Y轴电机固定在所述Y轴支架上，所述Y轴旋转轮体与所述Y轴电机固连，所述Y轴支架安装在所述基座上。

可选的，Y轴电机通过外螺纹与Y轴支架的内螺纹连接固定，Y轴旋转轮体通过中心光孔与Y轴电机的输出光轴通过过盈配合连接。

可选的，所述Y轴旋转轮体上安装有配重件。

可选的，所述Y轴微飞轮还包括施加在所述Y轴旋转轮体顶端的紧固胶。

可选的，所述Y轴微飞轮还包括调隙垫片，所述调隙垫片设置在所述Y轴旋转轮体和所述Y轴电机的输出轴之间。

可选的，所述Y轴支架通过所述Y轴支架安装螺钉安装在所述基座。

可选的，所述Z轴微飞轮包括：

Z轴旋转轮体、Z轴支架、Z轴电机；所述Z轴电机固定在所述Z轴支架上，所述Z轴旋转轮体与所述Z轴电机固连，所述Z轴支架安装在所述基座上。

可选的，Z轴电机通过外螺纹与Z轴支架的内螺纹连接固定，Z轴旋转轮体通过中心光孔与Z轴电机的输出光轴通过过盈配合连接。

可选的，所述Z轴旋转轮体上安装有配重件。

可选的，所述Z轴微飞轮还包括施加在所述Z轴旋转轮体顶端的紧固胶。

可选的，所述Z轴微飞轮还包括调隙垫片，所述调隙垫片设置在所述Z轴旋转轮体和所述Z轴电机的输出轴之间。

可选的，所述Z轴支架通过Z轴支架安装螺钉安装在所述基座。

本申请的有益效果在于：

通过将X轴微飞轮、Y轴微飞轮和Z轴微飞轮同时安装在同一个基座上，解决了现有技术中微飞轮装置占用的空间较大，难以应用在对尺寸要求严格的微纳卫星场合的问题；达到了在实现微纳卫星三轴稳定的同时，占用较少的空间，结构紧凑，重量较轻的效果。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1本发明所述的一种新型三轴微飞轮装置的结构示意图。

图2本发明所述的一种新型三轴微飞轮装置中X轴微飞轮的结构示意图。

图3本发明所述的一种新型三轴微飞轮装置中基座的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的一种新型三轴微飞轮装置的结构示意图，如图1所示，所述装置包括：X轴微飞轮、Y轴微飞轮、Z轴微飞轮以及基座8；

所述X轴微飞轮、所述Y轴微飞轮和所述Z轴微飞轮安装在所述基座8上。

其中，所述X轴微飞轮包括：

X轴旋转轮体1、X轴支架2、X轴电机3；所述X轴电机3固定在所述X轴支架2上，所述X轴旋转轮体1与所述X轴电机3固连，所述X轴支架2安装在所述基座8上。

并且，实际实现时，所述X轴支架2通过X轴支架安装螺钉7安装在所述基座8上。

请参考图2，其示出了X轴微飞轮的结构，X轴微飞轮装置包括：轮体1、支架2、电机3和配重件13；电机3通过外螺纹与支架2的内螺纹连接固定，轮体1通过中心光孔与电机3的输出光轴通过过盈配合连接；如图2所示，所述X轴旋转轮体1上安装有所述配重件13。

X轴旋转轮体1侧壁沿轴向布置用于安装配重件13的安装孔，所述安装孔沿周向均匀布置，所述配重件13通过所述安装孔安装在所述X轴旋转轮体上。可选的，X轴旋转轮体1侧壁沿轴向布置若干层用于固定配重件13的安装孔，并且，实际实现时，安装孔可以为沉头螺纹孔，每层包含沿周向均匀布置的若干个沉头螺纹孔，且一个或者多个沉头螺纹孔用于安装一个配重件13。另外，当安装孔为沉头螺纹孔时，配重件13中设置有对应的螺纹，且在配重件13有多个时，各配重件13的重量可以相同也可以不同，可选的，各配重件13的重量可以成梯度分布，具体取决于动平衡校正的精度要求。

所述微飞轮装置还包括：调隙垫片17，所述调隙垫片17设置在X轴旋转轮体1和所述X轴电机3的输出轴之间。通过设置调隙垫片17可以调整X轴旋转轮体1与X轴支架2的间隙。其中，在调隙垫片17有多个时，各调隙垫片17的内径和外径相同，并且各调隙垫片17的厚度也可以按梯度设计，具体取决于间隙调整的精度要求。

为了增强X轴旋转轮体1与X轴电机3输出轴间的传动可靠性，所述微飞轮装置还包括施加在所述X轴旋转轮体1顶端的紧固胶18，所述紧固胶18的材料为硅橡胶。

所述微飞轮装置对外机械接口设置在所述X轴支架2上，所述对外机械接口包括安装孔14，所述安装孔14用于将所述微飞轮装置安装在基座中。其中，安装孔14可以为螺纹孔，此时可以通过螺钉将微飞轮装置紧固在基座上。实际实现时，安装孔14可以有多个，图中仅以安装孔14有4个来举例说明。

可选的，所述X轴支架2上还设置有安装面15和安装止口16，所述安装面15和所述安装止口16用于保证所述微飞轮装置的安装精度。

所述微飞轮装置对外电气接口为X轴电机排线19。

X轴旋转轮体1采用直筒设计形式，所述X轴支架2和所述X轴电机3容纳在所述X轴旋转轮体1的筒内。这也就是说X轴旋转轮体1的最大直径即为微飞轮装置的最大直径。

通过采用直筒设计，X轴支架2可将X轴电机3容纳在筒内，X轴支架2的最大直径不超过X轴旋转轮体1的最大直径，最大程度地利用了内部空间，实现空间占用的最小化。

实际实现时，所述X轴支架2的侧边设置n个开孔，n为正整数。n个开孔的目的是减轻X轴支架的重量，进一步的减轻了微飞轮装置的重量。另外，通过设置开孔达到了在减轻重量的同时对X轴支架2的支撑强度的影响可以忽略不计。在X轴旋转轮体1顶部靠近轴线的位置开孔减重处理，确保X轴旋转轮体1以最小重量实现最大惯量。

此外，在上述设计中，可以依据控制简单、安装方便、出线走向符合总体布局需要等因素，来选择X轴电机3，保证微飞轮总体结构的微小型化和轻量化。

微飞轮装置的动平衡校正过程：在常温常压下，将微飞轮装置安装在线动平衡机上，通过微飞轮装置驱动X轴电机将微稳速至2000r/min，由动平衡机测试、计算微飞轮的等效动静不平衡量，之后采用加重平衡法对微飞轮转子进行动、静平衡补偿，直至微飞轮装置的动静不平衡度满足指标要求。

通过将电机的输出轴与轮体相连，取消了现有微飞轮装置的机械轴承支承结构，简化了电机输出轴与微飞轮轮体的连接方式，并将动平衡校正方法由减重方式改为加重方式，结构简单、调整灵便，有利于微飞轮装置的微小型化和轻量化，大大降低微飞轮装置装配、拆卸、校正和调试的难度。

所述Y轴微飞轮包括：

Y轴支架10、Y轴旋转轮体11、Y轴电机12；所述Y轴电机12固定在所述Y轴支架10上，所述Y轴旋转轮体11与所述Y轴电机12固连，所述Y轴支架10安装在所述基座8上。

所述Y轴支架10通过所述Y轴支架安装螺钉9安装在所述基座8。

需要说明的是，Y轴微飞轮的结构与X轴微飞轮的结构类似，在此不再赘述。

所述Z轴微飞轮包括：

Z轴旋转轮体4、Z轴支架5、Z轴电机6；所述Z轴电机6固定在所述Z轴支架5上，所述Z轴旋转轮体4与所述Z轴电机6固连，所述Z轴支架5安装在所述基座8上。

所述Z轴支架5通过Z轴支架安装螺钉安装在所述基座8。

请参考图3，其示出了基座8的示意图，在基座8的X、Y、Z三个方向上具有对应安装X轴微飞轮、Y轴微飞轮和Z轴微飞轮的安装面。

需要说明的是，Z轴微飞轮的结构也与X轴微飞轮的结构类似，在此不再赘述。

通过将X轴、Y轴、Z轴三轴微飞轮安装在同一基座上，使得微飞轮装置结构紧凑，便于集中控制。相对于三个独立的微飞轮，三轴微飞轮集成安装具有更高的功能密度，同时占用较少的空间。另外，采用电机输出轴与X轴、Y轴、Z轴旋转轮体固连的方式，用于传递电机的输出力矩，相对于常规的轴承支承，该方式降低了结构重量，结构上更紧凑简单，摩擦也较小。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种新型三轴微飞轮装置，其特征在于，所述新型三轴微飞轮装置包括：X轴微飞轮、Y轴微飞轮、Z轴微飞轮以及基座；

所述X轴微飞轮、所述Y轴微飞轮和所述Z轴微飞轮安装在所述基座上。

2.根据权利要求1所述的新型三轴微飞轮装置，其特征在于，所述X轴微飞轮包括：

X轴旋转轮体、X轴支架、X轴电机；所述X轴电机固定在所述X轴支架上，所述X轴旋转轮体与所述X轴电机固连，所述X轴支架安装在所述基座上。

3.根据权利要求1所述的新型三轴微飞轮装置，其特征在于，所述X轴支架通过X轴支架安装螺钉安装在所述基座上。

4.根据权利要求1所述的新型三轴微飞轮装置，其特征在于，所述Y轴微飞轮包括：

Y轴支架、Y轴旋转轮体、Y轴电机；所述Y轴电机固定在所述Y轴支架上，所述Y轴旋转轮体与所述Y轴电机固连，所述Y轴支架安装在所述基座上。

5.根据权利要求4所述的新型三轴微飞轮装置，其特征在于，所述Y轴支架通过所述Y轴支架安装螺钉安装在所述基座。

6.根据权利要求1所述的新型三轴微飞轮装置，其特征在于，所述Z轴微飞轮包括：

Z轴旋转轮体、Z轴支架、Z轴电机；所述Z轴电机固定在所述Z轴支架上，所述Z轴旋转轮体与所述Z轴电机固连，所述Z轴支架安装在所述基座上。

7.根据权利要求6所述的新型三轴微飞轮装置，其特征在于，所述Z轴支架通过Z轴支架安装螺钉安装在所述基座。

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