CN110887466B - 一种无磁耦合双模态高精度永磁力矩器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无磁耦合双模态高精度永磁力矩器，包括定子组件、转子组件和内导磁环；转子组件设置于内导磁环和定子组件之间形成的工作气隙内；定子组件由外导磁环和内粘接的八级磁钢组成，相邻磁钢之间留有间隙；转子组件由线圈骨架和外固定的8个载流线圈组成；线圈骨架由绝缘材料制成；位于奇数位的1、3、5、7号载流线圈为小标度力矩线圈，串联连接；位于偶数位的2、4、6、8号载流线圈为大标度力矩线圈，串联连接；在线圈骨架上安装有接线片C1、接线片C2和接线片C3，小标度力矩线圈始端a1和末端a2分别与接线片C1和接线片C3相连，大标度力矩线圈始端b1和末端b2分别与接线片C2和接线片C3相连。本发明同时实现了陀螺仪超高漂移精度和超高测速量程的要求。

Description

一种无磁耦合双模态高精度永磁力矩器

技术领域

本发明属于陀螺仪技术领域，涉及惯性仪表的执行元件，具体涉及一种无磁耦合双模态高精度永磁力矩器。

背景技术

永磁式力矩器是惯性仪表中应用最为广泛的一种执行元件，力矩器磁极对安装通电线圈的动子产生转动力矩，可用于平衡惯性仪表的误差角速度或得到所需的输入角速度驱动力矩。陀螺力矩器标度因数K计算公式为：

式中：

M——力矩；

N——线圈匝数；

I——线圈反馈电流；

L——工作边有效长度；

B——工作气隙磁感应强度；

r——线圈回转半径。

由此可见一般一个力矩器可实现一种标度因数。

同时兼顾高分辨率和高量程一直是陀螺设计中存在的技术难题，因此在某些应用中(如卫星)对某些项目配备了两种类型陀螺仪。为了解决在单一陀螺上能够同时实现高漂移精度和高测速量程，亟待需要设计一种全新的无磁耦合双模态高精度永磁力矩器，满足航天系统等某些特殊应用的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种能够同时实现陀螺仪超高漂移精度和超高测速量程的要求的无磁耦合双模态高精度永磁力矩器。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种无磁耦合双模态高精度永磁力矩器，其特征在于：包括定子组件、转子组件和内导磁环；所述内导磁环和定子组件内外同心设置，两者之间形成工作气隙，所述转子组件设置于工作气隙内；

所述定子组件由外导磁环和粘接在外导磁环内环面上的沿圆周方向布置的八级磁钢组成，相邻磁钢之间留有间隙；

所述转子组件采用八级结构，由线圈骨架和沿圆周方向顺序嵌装于线圈骨架外圆面上的预制凹槽内的8个载流线圈组成；线圈骨架由绝缘材料制成；位于奇数位的1、3、5、7号载流线圈为小标度力矩线圈，该四个线圈串联连接；位于偶数位的2、4、6、8号载流线圈为大标度力矩线圈，该四个线圈串联连接；在线圈骨架上安装有接线片C1、接线片C2和接线片C3，小标度力矩线圈始端a1和末端a2分别与接线片C1和接线片C3相连，大标度力矩线圈始端b1和末端b2分别与接线片C2和接线片C3相连，接线片C3为公共端。

而且的，在定子组件的相邻磁钢之间的间隙内灌注有胶体。

而且的，线圈骨架的材质选用氧化铝陶瓷或微晶玻璃。

而且的，定子组件上的八级磁钢由稀土永磁材料制成。

本发明具有的优点和积极效果：

高分辨率是高精度陀螺仪实现高精度的前提条件，而同时兼顾高分辨率和高量程一直是陀螺设计中存在的技术难题。因此，某些应用中，如卫星总体对某些卫星项目配备了两种类型陀螺仪：高精度姿态控制时采用某甚高精度液浮陀螺仪，大速率机动时采用能够实现高测速量程的某光纤陀螺仪。本发明首次在液浮陀螺领域提出了应用双模态力矩器实现陀螺仪双量程(双指令速率标度因数)的技术方案，在系统进行低速率、高精度的姿态精度检测时陀螺仪应用双模态力矩器中的小标度工作，而在系统大速率机动需要很高测速量程时陀螺仪切换到双模态力矩器中的大标度工作，进而在单一型号陀螺上同时实现高精度和高量程，解决量程和精度之间的矛盾，使高精度液浮陀螺仪同时实现高精度和高量程。

附图说明

图1是本发明双模态永磁式力矩器的平面图；

图2是本发明双模态永磁式力矩器的立体图；

图3是定子组件的平面图；

图4是定子组件的立体图；

图5是转子组件的平面图；

图6是图5的右视侧视图；

图7是力矩器线圈接线图；

图8是转子骨架三维结构视图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种无磁耦合双模态高精度永磁力矩器，请参见图1-8,其发明点为：

包括定子组件3、转子组件2和内导磁环1；所述内导磁环和定子组件内外同心设置，两者之间形成工作气隙，所述转子组件设置于工作气隙内。

所述定子组件由外导磁环3-1和粘接在外导磁环内环面上沿圆周方向布置的八级磁钢3-2组成，磁钢优选采用由稀土永磁材料制成。相邻磁钢之间留有间隙，在该间隙内进一步灌注有胶体，避免出现磁钢尖端磕碰及吸附多余物、难于清理等不足。

所述转子组件采用八级结构，由线圈骨架2-1和沿圆周方向顺序嵌装于线圈骨架外圆面上的预制凹槽内的8个载流线圈2-2组成；线圈骨架由绝缘材料制成，优选采用但不限于氧化铝陶瓷或微晶玻璃。位于奇数位的1、3、5、7号载流线圈为小标度力矩线圈，该四个线圈串联连接。位于偶数位的2、4、6、8号载流线圈为大标度力矩线圈，该四个线圈串联连接。在线圈骨架上安装有接线片C1、接线片C2和接线片C3，小标度力矩线圈始端a1和末端a2分别与接线片C1和接线片C3相连，大标度力矩线圈始端b1和末端b2分别与接线片C2和接线片C3相连，接线片C3为公共端。注意线圈走线方向，保证对陀螺所加驱动力矩方向一致。一种模态下工作时，另一种模态为断路状态、没有电流通过，不会产生相互电磁耦合干扰；另外，线圈绕制上互不干涉、工艺操作也较为简单。

综上，本发明的技术方案主要包括力矩器高性能磁刚组件设计、双线圈无磁耦合干扰设计、多线圈骨架结构设计。

1、高性能磁刚组件设计：由公式(1)可知，通过设计合适的线圈回转半径、工作气隙磁感应强度、工作边有效长度、线圈匝数的方法可实现双标度力矩系数。鉴于双模态中的大标度要求，须采用磁能积更高的永磁材料，因此选用稀土永磁材料作为磁钢组件的材料，如钐钴磁钢。又由于增加工作边有效长度可以提高标度，因此采用八极磁钢结构。鉴于双模态中的大标度要求，内、外导磁环选用具有高的饱和磁感应强度B_s和磁导率μ_m的导磁材料，如铁钴钒软磁合金。

2、双线圈无磁耦合设计：为避免双路线圈磁场耦合干扰，在转子线圈设计上，考虑骨架线槽容积允许的条件下，采用大、小标度线圈分离的方法，就是奇数磁极缠绕小标度线圈、偶数磁极缠绕大标度线圈的结构方式，避免双路线圈在同一磁极下耦合磁干扰，进而对陀螺施矩电流产生影响。

3、多线圈骨架结构设计；在骨架结构方面，需要进行两路输出的设计方式，选择两组输出线圈同极性公共端的方式进行，可减少1根引线输出，减少陀螺导电游丝的数量和干扰力矩。

本发明经过实际设计、加工、装配及测试已验证能够很好的实现设计的最初目的，使宇航高精度陀螺仪同时实现高精度和高量程；所形成的方法、技术也可应用于国防其它领域陀螺仪。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (3)

1.一种无磁耦合双模态高精度永磁力矩器，其特征在于：包括定子组件、转子组件和内导磁环；所述内导磁环和定子组件内外同心设置，两者之间形成工作气隙，所述转子组件设置于工作气隙内；

所述定子组件由外导磁环和粘接在外导磁环内环面上的沿圆周方向布置的八级磁钢组成，相邻磁钢之间留有间隙，磁钢组件的材料选用稀土永磁材料，内、外导磁环选用具有高的饱和磁感应强度和磁导率的导磁材料；

所述转子组件采用八级结构，由线圈骨架和沿圆周方向顺序嵌装于线圈骨架外圆面上的预制凹槽内的8个载流线圈组成；线圈骨架由绝缘材料制成；位于奇数位的1、3、5、7号载流线圈为小标度力矩线圈，该四个线圈间串联连接；位于偶数位的2、4、6、8号载流线圈为大标度力矩线圈，该四个线圈间串联连接；在线圈骨架上安装有接线片C1、接线片C2和接线片C3，小标度力矩线圈始端a1和末端a2分别与接线片C1和接线片C3相连，大标度力矩线圈始端b1和末端b2分别与接线片C2和接线片C3相连，接线片C3为公共端。

2.根据权利要求1所述的无磁耦合双模态高精度永磁力矩器，其特征在于：在定子组件的相邻磁钢之间的间隙内灌注有胶体。

3.根据权利要求1所述的无磁耦合双模态高精度永磁力矩器，其特征在于：线圈骨架的材质选用氧化铝陶瓷或微晶玻璃。

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