CN111409870B - 一种磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，主要由飞轮系统、传动机构和熔断锁紧机构组成，飞轮系统主要包括：飞轮系统主要包括：飞轮转子、定子轴、保护轴承锁母、保护轴承、飞轮底座和保护垫片；传动机构主要包括：蜗杆、蜗轮、蜗杆轴承、蜗杆支架、底座架、蜗轮轴、蜗轮锁母、蜗轮轴轴承、轴承压盖和键；熔断锁紧机构主要包括：钢球、限位弹簧、限位弹簧内轴、滑动限位块、解锁弹簧锁母、解锁弹簧压盖、解锁弹簧、熔丝和锁柱。本发明采用熔断熔丝实现解锁，避免了火工品爆炸解锁过程中多余物的产生，同时利用可从磁悬浮飞轮系统中拆卸的传动机构放大锁紧力，飞轮系统具有结构简单可靠、体积小、重量轻、发生成功低等优点。

Description

一种磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构

技术领域

本发明涉及一种微纳卫星部件，尤其涉及一种磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构。

背景技术

随着小卫星技术的发展，长寿命、低成本的微纳卫星的需求剧增。飞轮作为微纳卫星姿态控制的关键惯性执行机构，决定了微纳卫星姿态稳定度和姿态控制精度，是微纳卫星不可或缺的部件之一。磁悬浮飞轮从根本上解决了传统机械飞轮存在的摩擦和振动问题，具有高精度、长寿命、高可靠等优点，是新一代航天器的理想惯性执行机构。磁悬浮飞轮采用磁轴承支撑技术，定转子之间存在间隙，为防止卫星发射阶段因震动对飞轮系统造成的损坏，需要额外的锁紧保护装置对飞轮系统进行保护。当飞轮到达预定轨道后，需要对飞轮转子进行解锁释放，使飞轮转子处于自由悬浮状态便于悬浮工作。

磁悬浮飞轮锁紧装置按锁紧/解锁的次数可分为一次性锁紧机构和可重复锁紧机构两种，一次性锁紧装置具体体积小、重量轻、可靠性高等优点，在早期国外的磁悬浮飞轮上得到了较好应用。但目前使用的一次性锁紧装置全部采用火工品解锁，由于火工品只能使用一次，地面性能测试和环境力学试验时非常不便。此外，火工品爆炸时会产生冲击力和爆炸烟雾，前者降低卫星姿态稳定精度，后者污染航天器工作环境。

可重复锁紧机构分为外锁紧和内锁紧两种，授权发明专利200810119968.0所述的一种可重复锁紧装置采用内锁紧方式，通过永磁磁场和电磁磁场正向和反向叠加的原理对飞轮系统进行锁紧和解锁，实现了锁紧/解锁的可重复性。但锁紧/解锁需要复杂的控制系统，工作时需要在底座沿圆周方向安装三至四个电磁锁紧装置，对电磁铁动作的同步性要求较高，可靠性差，体积大，调试不方便。

授权发明专利200910093150.0所述的一种磁悬浮飞轮用可重复锁紧装置采用外锁紧方式，利用钢丝绳勒紧/释放弹片来实现飞轮的锁紧/解锁，具有锁紧/解锁可靠性高的优点，但需要在飞轮圆周方向安装一圈弹片和锁紧驱动机构，增大了飞轮的体积和重量。

授权发明专利201010117577.2一种磁悬浮飞轮用杠杆式可重复锁紧装置采用内锁紧方式，利用钢丝绳勒紧/释放杠杆锁柱的作用力实现飞轮的锁紧/解锁，锁紧可靠性高，且一定程度上降低了飞轮的体积和重量，但要锁柱位于飞轮径向内侧，导致接触面积过小，锁柱和飞轮内侧V型槽装配尺寸得不到保证。

授权发明专利201210338347.8所述的一种磁悬浮飞轮用可重复锁紧装置，是一种基于锥面锁紧和摩擦自锁的可重复内锁紧机构，利用电机的正反转驱动丝杠和锁头实现飞轮的锁紧和解锁，具有体积小、重量轻的优点，但飞轮定转子之间的比例不协调，驱动机构和锁紧机构占据了整个磁悬浮飞轮的大部分体积和重量。

现有技术中的可重复锁紧方案，均包括执行机构、传动机构、锁紧机构三大部分，执行机构提供作用力，传动机构放大执行机构提供的作用力，锁紧机构使飞轮处于锁紧状态，保护飞轮系统。执行机构和传动机构的存在，大大增加了飞轮系统的重量和体积，降低了飞轮额定角动量与质量的比值，大幅增加了发射成本，降低了磁悬浮飞轮市场竞争力。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种地面可重复锁紧解锁、体积小、重量轻和可靠性高的磁悬浮飞轮用锁紧保护机构。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，主要由飞轮系统、传动机构和熔断锁紧机构组成，飞轮系统主要包括：飞轮转子、定子轴、保护轴承锁母、保护轴承、飞轮底座和保护垫片；传动机构主要包括：蜗杆、蜗轮、前蜗杆轴承、后蜗杆轴承、蜗杆支架、底座架、蜗轮轴、蜗轮锁母、上蜗轮轴轴承、下蜗轮轴轴承、轴承压盖和键；熔断锁紧机构主要包括：钢球、限位弹簧、限位弹簧内轴、滑动限位块、解锁弹簧锁母、解锁弹簧压盖、解锁弹簧、熔丝和锁柱；飞轮转子位于定子轴的径向外侧，保护轴承锁母位于保护轴承的轴向上端，保护轴承位于定子轴的上端径向内侧，并通过保护轴承锁母与定子轴之间的螺纹配合安装在定子轴上，飞轮底座位于飞轮转子的轴向下端，定子轴位于飞轮底座的轴向上端，并通过螺钉固定在飞轮底座上，保护垫片位于飞轮底座的轴向上端，并通过螺钉固定安装在在飞轮底座上，蜗杆、蜗轮、前蜗杆轴承、后蜗杆轴承、蜗杆支架、底座架、蜗轮轴、蜗轮锁母、上蜗轮轴轴承、下蜗轮轴轴承、轴承压盖和键位于飞轮底座的轴向下端，蜗杆位于蜗轮的外侧，前蜗杆轴承和后蜗杆轴承位于蜗杆前端和后端，蜗杆通过前蜗杆轴承和后蜗杆轴承安装在蜗杆支架上，蜗杆支架通过螺钉固定安装在底座架上，蜗杆和蜗轮之间形成传动配合，蜗轮位于蜗轮轴的轴向中部，蜗轮锁母位于蜗轮的轴向下端，上蜗轮轴轴承和下蜗轮轴轴承位于蜗轮轴的轴向上端和轴向下端，轴承压盖位于底座架的轴向下端，蜗轮通过蜗轮锁母和键安装在蜗轮轴上，蜗轮、蜗轮轴、蜗轮锁母和键通过上蜗轮轴轴承和下蜗轮轴轴承安装在底座架上，底座架通过螺钉固定安装在飞轮底座上，钢球、限位弹簧、限位弹簧内轴、滑动限位块、解锁弹簧锁母、解锁弹簧压盖、解锁弹簧、熔丝和锁柱位于定子轴的径向内侧，钢球、限位弹簧和限位弹簧内轴被压缩在滑动限位块内部，解锁弹簧锁母位于滑动限位块的轴向上端，解锁弹簧压盖位于解锁弹簧锁母的轴向上端，解锁弹簧位于解锁弹簧压盖的径向外侧，熔丝位于滑动限位块、解锁弹簧锁母和解锁弹簧压盖的径向内侧，熔丝通过两端螺纹分别与滑动限位块和解锁弹簧压盖连接，锁柱位于熔丝的轴向上端和解锁弹簧压盖的径向内侧，锁柱通过解锁弹簧压盖与锁柱之间的螺纹配合安装在解锁弹簧压盖上。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，具有体积小、重量轻、结构简单、可靠性高等优点，且在地面测试时可多次重复锁紧解锁，可作为磁悬浮飞轮系统的保护装置。

附图说明

图1为本发明实施例提供的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构结构示意图。

图2a为本发明实施例的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构在锁紧状态下的剖视图；

图2b为本发明实施例的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构在解锁状态下的剖视图；

图3a为本发明实施例的传动机构剖视图；

图3b为本发明实施例的传动机构三维简图；

图4a为本发明实施例的熔断锁紧机构剖视图；

图4b为本发明实施例的熔断锁紧机构三维简图；

图5a为本发明实施例的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构发射段锁紧状态的剖视图；

图5b为本发明实施例的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构在轨解锁状态的剖视图；

图6为本发明实施例的熔丝三维示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，其较佳的具体实施方式是：

主要由飞轮系统、传动机构和熔断锁紧机构组成，飞轮系统主要包括：飞轮转子、定子轴、保护轴承锁母、保护轴承、飞轮底座和保护垫片；传动机构主要包括：蜗杆、蜗轮、前蜗杆轴承、后蜗杆轴承、蜗杆支架、底座架、蜗轮轴、蜗轮锁母、上蜗轮轴轴承、下蜗轮轴轴承、轴承压盖和键；熔断锁紧机构主要包括：钢球、限位弹簧、限位弹簧内轴、滑动限位块、解锁弹簧锁母、解锁弹簧压盖、解锁弹簧、熔丝和锁柱；飞轮转子位于定子轴的径向外侧，保护轴承锁母位于保护轴承的轴向上端，保护轴承位于定子轴的上端径向内侧，并通过保护轴承锁母与定子轴之间的螺纹配合安装在定子轴上，飞轮底座位于飞轮转子的轴向下端，定子轴位于飞轮底座的轴向上端，并通过螺钉固定在飞轮底座上，保护垫片位于飞轮底座的轴向上端，并通过螺钉固定安装在在飞轮底座上，蜗杆、蜗轮、前蜗杆轴承、后蜗杆轴承、蜗杆支架、底座架、蜗轮轴、蜗轮锁母、上蜗轮轴轴承、下蜗轮轴轴承、轴承压盖和键位于飞轮底座的轴向下端，蜗杆位于蜗轮的外侧，前蜗杆轴承和后蜗杆轴承位于蜗杆前端和后端，蜗杆通过前蜗杆轴承和后蜗杆轴承安装在蜗杆支架上，蜗杆支架通过螺钉固定安装在底座架上，蜗杆和蜗轮之间形成传动配合，蜗轮位于蜗轮轴的轴向中部，蜗轮锁母位于蜗轮的轴向下端，上蜗轮轴轴承和下蜗轮轴轴承位于蜗轮轴的轴向上端和轴向下端，轴承压盖位于底座架的轴向下端，蜗轮通过蜗轮锁母和键安装在蜗轮轴上，蜗轮、蜗轮轴、蜗轮锁母和键通过上蜗轮轴轴承和下蜗轮轴轴承安装在底座架上，底座架通过螺钉固定安装在飞轮底座上，钢球、限位弹簧、限位弹簧内轴、滑动限位块、解锁弹簧锁母、解锁弹簧压盖、解锁弹簧、熔丝和锁柱位于定子轴的径向内侧，钢球、限位弹簧和限位弹簧内轴被压缩在滑动限位块内部，解锁弹簧锁母位于滑动限位块的轴向上端，解锁弹簧压盖位于解锁弹簧锁母的轴向上端，解锁弹簧位于解锁弹簧压盖的径向外侧，熔丝位于滑动限位块、解锁弹簧锁母和解锁弹簧压盖的径向内侧，熔丝通过两端螺纹分别与滑动限位块和解锁弹簧压盖连接，锁柱位于熔丝的轴向上端和解锁弹簧压盖的径向内侧，锁柱通过解锁弹簧压盖与锁柱之间的螺纹配合安装在解锁弹簧压盖上。

传动机构仅在地面测试使用，用于其重复锁紧解锁实验，发射前从飞轮系统中拆卸。发射状态下，依靠熔断锁紧机构保持飞轮的锁紧状态，飞轮进入预定轨道后，通过控制器使熔丝升温，熔断熔丝，实现飞轮解锁。所述蜗杆和蜗轮轴为1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。所述蜗轮为聚酰亚胺或四氟乙烯材料。所述熔丝为AgCu10银铜合金材料，其70℃下屈服拉应力为20℃下屈服拉应力的三分一。所述限位弹簧和解锁弹簧均为压簧，材料为调制65Mn弹簧钢材料。所述锁柱为TC4棒材材料。

上述方案的原理是：

地面进行锁紧测试时，对蜗杆7施加一个正向力矩，使蜗杆7顺时针转动，通过蜗杆7与蜗轮8之间的啮合，带动蜗轮8顺时针转动，蜗轮8带动蜗轮轴12顺时针转动，由于定子轴2限制了滑动限位块20的旋转自由度，在蜗轮轴12的驱动下，滑动限位块20沿定子轴2内壁竖直向下移动，滑动限位块20带动钢球17、限位弹簧18、限位弹簧内轴19、解锁弹簧压盖22、熔丝24和锁柱25向下移动，解锁弹簧锁母21限制解锁弹簧23下端，使解锁弹簧23处于压缩状态，压缩状态的限位弹簧18依靠自身弹力，推动限位弹簧内轴19向外运动，限位弹簧内轴19推动钢球17进入定子轴2的凹槽内，同时锁柱25将飞轮转子1压紧在保护垫片6上，实现飞轮的锁紧。飞轮锁紧后利用钢球17与定子轴2内壁凹槽之间的摩擦自锁和蜗轮蜗杆间的摩擦自锁保持锁紧。地面进行飞轮解锁测试时，对蜗杆7施加一个大于飞轮锁紧力的反向力矩，使蜗杆7逆时针转动，通过蜗杆7与蜗轮8之间的啮合，带动蜗轮8逆时针转动，蜗轮8带动蜗轮轴12逆时针转动，由于定子轴2限制了滑动限位块20的旋转自由度，在蜗轮轴12的驱动下，滑动限位块20沿定子轴2内壁竖直向上移动，滑动限位块20内的钢球17推动限位弹簧和限位弹簧内轴19向内移动，使限位弹簧18处于压缩状态，钢球17离开定子轴2的凹槽，钢球17、限位弹簧18、限位弹簧内轴19、滑动限位块20、解锁弹簧压盖22、解锁弹簧23、熔丝24和锁柱25向上移动，使锁柱25离开飞轮转子1，实现飞轮的解锁。发射前将传动机构从飞轮系统中拆卸，入轨后依靠控制器对熔丝24加热熔断，压缩状态的解锁弹簧23依靠自身的弹力将锁柱25弹开，使锁柱25离开飞轮转子1，实现飞轮的解锁。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明利用熔丝熔断实现解锁，采用了可从磁悬浮飞轮系统中拆卸的传动机构放大锁紧力。与一次性锁紧机构相比，采用熔丝熔断解锁替代传动火工品爆炸解锁，避免了解锁过程中多余物的产生，且熔丝更换方便，利于飞轮地面调试和测试试验。与可重复锁紧机构相比，传动机构仅在地面测试使用，发射前从磁悬浮飞轮系统中拆卸，大大降低了飞轮的体积重量和发射成本，提升了飞轮产品的市场竞争力。

具体实施例：

如图1所示，一种磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，主要由飞轮系统、传动机构和熔断锁紧机构组成，飞轮系统主要包括：飞轮转子1、定子轴2、保护轴承锁母3、保护轴承4、飞轮底座5和保护垫片6；传动机构主要包括：蜗杆7、蜗轮8、前蜗杆轴承9a、后蜗杆轴承9b、蜗杆支架10、底座架11、蜗轮轴12、蜗轮锁母13、上蜗轮轴轴承14a、下蜗轮轴轴承14b、轴承压盖15和键16；熔断锁紧机构主要包括：钢球17、限位弹簧18、限位弹簧内轴19、滑动限位块20、解锁弹簧锁母21、解锁弹簧压盖22、解锁弹簧23、熔丝24和锁柱25；飞轮转子1位于定子轴2的径向外侧，保护轴承锁母3位于保护轴承4的轴向上端，保护轴承4位于定子轴2的上端径向内侧，并通过保护轴承锁母3与定子轴2之间的螺纹配合安装在定子轴2上，飞轮底座5位于飞轮转子1的轴向下端，定子轴2位于飞轮底座5的轴向上端，并通过螺钉固定在飞轮底座5上，保护垫片6位于飞轮底座5的轴向上端，并通过螺钉固定安装在在飞轮底座5上，蜗杆7、蜗轮8、前蜗杆轴承9a、后蜗杆轴承9b、蜗杆支架10、底座架11、蜗轮轴12、蜗轮锁母13、上蜗轮轴轴承14a、下蜗轮轴轴承14b、轴承压盖15和键16位于飞轮底座5的轴向下端，蜗杆7位于蜗轮8的外侧，前蜗杆轴承9a和后蜗杆轴承9b位于蜗杆7前端和后端，蜗杆7通过前蜗杆轴承9a和后蜗杆轴承9b安装在蜗杆支架10上，蜗杆支架10通过螺钉固定安装在底座架11上，蜗杆7和蜗轮8之间形成传动配合，蜗轮8位于蜗轮轴12的轴向中部，蜗轮锁母13位于蜗轮8的轴向下端，上蜗轮轴轴承14a和下蜗轮轴轴承14b位于蜗轮轴12的轴向上端和轴向下端，轴承压盖15位于底座架11的轴向下端，蜗轮8通过蜗轮锁母13和键16安装在蜗轮轴12上，蜗轮8、蜗轮轴12、蜗轮锁母13和键16通过上蜗轮轴轴承14a和下蜗轮轴轴承14b安装在底座架11上，底座架11通过螺钉固定安装在飞轮底座5上，钢球17、限位弹簧18、限位弹簧内轴19、滑动限位块20、解锁弹簧锁母21、解锁弹簧压盖22、解锁弹簧23、熔丝24和锁柱25位于定子轴2的径向内侧，钢球17、限位弹簧18和限位弹簧内轴19被压缩在滑动限位块20内部，解锁弹簧锁母21位于滑动限位块20的轴向上端，解锁弹簧压盖22位于解锁弹簧锁母21的轴向上端，解锁弹簧23位于解锁弹簧压盖22的径向外侧，熔丝24位于滑动限位块20、解锁弹簧锁母21和解锁弹簧压盖22的径向内侧，熔丝24通过两端螺纹分别与滑动限位块20和解锁弹簧压盖22连接，锁柱25位于熔丝24的轴向上端和解锁弹簧压盖22的径向内侧，锁柱25通过解锁弹簧压盖22与锁柱25之间的螺纹配合安装在解锁弹簧压盖22上。

图2a为本发明在解锁状态下的剖视图，图2b为本发明在锁紧状态下的剖视图，地面进行锁紧测试时，对蜗杆7施加一个正向力矩，使蜗杆7顺时针转动，通过蜗杆7与蜗轮8之间的啮合，带动蜗轮8顺时针转动，蜗轮8带动蜗轮轴12顺时针转动，由于定子轴2限制了滑动限位块20的旋转自由度，在蜗轮轴12的驱动下，滑动限位块20沿定子轴2内壁竖直向下移动，滑动限位块20带动钢球17、限位弹簧18、限位弹簧内轴19、解锁弹簧压盖22、熔丝24和锁柱25向下移动，解锁弹簧锁母21限制解锁弹簧23下端，使解锁弹簧23处于压缩状态，压缩状态的限位弹簧18依靠自身弹力，推动限位弹簧内轴19向外运动，限位弹簧内轴19推动钢球17进入定子轴2的凹槽内，同时锁柱25将飞轮转子1压紧在保护垫片6上，实现飞轮的锁紧。飞轮锁紧后利用钢球17与定子轴2内壁凹槽之间的摩擦自锁和蜗轮蜗杆间的摩擦自锁保持锁紧。地面进行飞轮解锁测试时，对蜗杆7施加一个大于飞轮锁紧力的反向力矩，使蜗杆7逆时针转动，通过蜗杆7与蜗轮8之间的啮合，带动蜗轮8逆时针转动，蜗轮8带动蜗轮轴12逆时针转动，由于定子轴2限制了滑动限位块20的旋转自由度，在蜗轮轴12的驱动下，滑动限位块20沿定子轴2内壁竖直向上移动，滑动限位块20内的钢球17推动限位弹簧和限位弹簧内轴19向内移动，使限位弹簧18处于压缩状态，钢球17离开定子轴2的凹槽，钢球17、限位弹簧18、限位弹簧内轴19、滑动限位块20、解锁弹簧压盖22、解锁弹簧23、熔丝24和锁柱25向上移动，使锁柱25离开飞轮转子1，实现飞轮的解锁。发射前将传动机构从飞轮系统中拆卸，入轨后依靠控制器对熔丝24加热熔断，压缩状态的解锁弹簧23依靠自身的弹力将锁柱25弹开，使锁柱25离开飞轮转子1，实现飞轮的解锁。在地面测试阶段对熔丝24进行熔断实验后，可将传动机构从飞轮系统中拆卸，再对熔丝24进行更换。

图3a为本发明的传动机构剖视图，图3b为本发明的传动机构三维简图，蜗杆7位于蜗轮8的外侧，前蜗杆轴承9a和后蜗杆轴承9b位于蜗杆7前端和后端，蜗杆7通过前蜗杆轴承9a和后蜗杆轴承9b安装在蜗杆支架10上，蜗杆支架10通过螺钉固定安装在底座架11上，蜗杆7和蜗轮8之间形成传动配合，蜗轮8位于蜗轮轴12的轴向中部，蜗轮锁母13位于蜗轮8的轴向下端，上蜗轮轴轴承14a和下蜗轮轴轴承14b位于蜗轮轴12的轴向上端和轴向下端，轴承压盖15位于底座架11的轴向下端，蜗轮8通过蜗轮锁母13和键16安装在蜗轮轴12上，蜗轮8、蜗轮轴12、蜗轮锁母13和键16通过上蜗轮轴轴承14a和下蜗轮轴轴承14b安装在底座架11上。地面进行锁紧测试时，对蜗杆7施加一个正向力矩，使蜗杆7顺时针转动，通过蜗杆7与蜗轮8之间的啮合，带动蜗轮8顺时针转动，蜗轮8带动蜗轮轴12顺时针转动，当飞轮转子1到达锁紧位置时，利用蜗杆7与蜗轮8间的摩擦自锁保持锁紧状态。地面进行飞轮解锁测试时，对蜗杆7施加一个大于飞轮锁紧力的反向力矩，使蜗杆7逆时针转动，通过蜗杆7与蜗轮8之间的啮合，带动蜗轮8逆时针转动，蜗轮8带动蜗轮轴12逆时针转动，当飞轮转子1到达解锁位置时，利用蜗杆7与蜗轮8间的摩擦自锁保持解锁状态。

图4a为本发明的熔断锁紧机构剖视图，图4b为本发明的熔断锁紧机构三维简图，钢球17、限位弹簧18和限位弹簧内轴19被压缩在滑动限位块20内部，解锁弹簧锁母21位于滑动限位块20的轴向上端，解锁弹簧压盖22位于解锁弹簧锁母21的轴向上端，解锁弹簧23位于解锁弹簧压盖22的径向外侧，熔丝24位于滑动限位块20、解锁弹簧锁母21和解锁弹簧压盖22的径向内侧，熔丝24通过两端螺纹分别与滑动限位块20和解锁弹簧压盖22连接，锁柱25位于熔丝24的轴向上端和解锁弹簧压盖22的径向内侧，锁柱25通过解锁弹簧压盖22与锁柱25之间的螺纹配合安装在解锁弹簧压盖22上。地面进行锁紧测试时，传动机构带动滑动限位块20竖直向下移动，并带动钢球17、限位弹簧18、限位弹簧内轴19、解锁弹簧压盖22、熔丝24和锁柱25向下移动，解锁弹簧锁母21限制解锁弹簧23下端，使解锁弹簧23处于压缩状态，压缩状态的限位弹簧18依靠自身弹力，推动限位弹簧内轴19向外运动，限位弹簧内轴19推动钢球17进入定子轴2的凹槽内，同时锁柱25压紧飞轮转子1在保护垫片6上，实现飞轮的锁紧。地面进行飞轮解锁测试时，传动机构带动滑动限位块20竖直向上移动，滑动限位块20内的钢球17推动限位弹簧和限位弹簧内轴19向内移动，使限位弹簧18处于压缩状态，钢球17离开定子轴2的凹槽，钢球17、限位弹簧18、限位弹簧内轴19、滑动限位块20、解锁弹簧压盖22、解锁弹簧23、熔丝24和锁柱25向上移动，使锁柱25离开飞轮转子1，实现飞轮的解锁。飞轮入轨解锁时，控制器对熔丝24加热熔断，压缩状态的解锁弹簧23依靠自身的弹力将锁柱25弹开，使锁柱25离开飞轮转子1，实现飞轮的解锁。入轨后依靠控制器对熔丝24加热熔断，压缩状态的解锁弹簧23依靠自身的弹力将锁柱25弹开，使锁柱25离开飞轮转子1，实现飞轮的解锁。

图5a为本发明的一种磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构发射段锁紧状态的剖视图，图5b为本发明的一种磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构在轨解锁状态的剖视图，发射段，对飞轮进行锁紧时，传动机构驱动滑动限位块20沿定子轴2内壁竖直向下移动，滑动限位块20带动钢球17、限位弹簧18、限位弹簧内轴19、解锁弹簧压盖22、熔丝24和锁柱25向下移动，解锁弹簧锁母21限制压缩解锁弹簧23的轴向位移，使压缩解锁弹簧23处于压缩状态，压缩状态的限位弹簧18依靠自身弹力，推动限位弹簧内轴19向外运动，限位弹簧内轴19推动钢球17进入定子轴2的凹槽内，同时锁柱25将飞轮转子1压紧在保护垫片6上，依靠钢球17与定子轴2凹槽之间的摩擦力保持飞轮的自锁，实现飞轮的锁紧。发射前将传动机构从飞轮系统中拆卸，入轨后依靠控制器对熔丝24加热熔断，压缩状态的解锁弹簧23自身的回复力将解锁弹簧22和锁柱25弹开，锁柱25离开飞轮转子1，实现飞轮的解锁，使飞轮能够正常工作。

图6为本发明技术解决方案的熔丝24三维示意图，其材料为AgCu10银铜合金，其70℃下屈服拉应力为20℃下屈服拉应力的三分一。熔丝24上螺纹241通过螺纹连接安装在解锁弹簧压盖22上，熔丝下螺纹243通过螺纹连接安装在滑动限位块20上，熔丝电熔段242与控制系统连接，飞轮需要解锁时，控制系统对熔丝24的熔丝电熔段242加载高频交流电，在电熔段242内部产生较强涡流效应，使熔丝24快速升温，当温度达到70℃时，熔丝24屈服拉应力激烈下降，并在锁紧拉力的作用下熔断，压缩状态的解锁弹簧23依靠自身的弹力将锁柱25弹开，使锁柱25离开飞轮转子1，实现飞轮的解锁。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，其特征在于，主要包括飞轮系统、传动机构和熔断锁紧机构组成；

所述飞轮系统主要包括：飞轮转子（1）、定子轴（2）、保护轴承锁母（3）、保护轴承（4）、飞轮底座（5）和保护垫片（6）；

所述传动机构主要包括：蜗杆（7）、蜗轮（8）、前蜗杆轴承（9a）、后蜗杆轴承（9b）、蜗杆支架（10）、底座架（11）、蜗轮轴（12）、蜗轮锁母（13）、上蜗轮轴轴承（14a）、下蜗轮轴轴承（14b）、轴承压盖（15）和键（16）；

所述熔断锁紧机构主要包括：钢球（17）、限位弹簧（18）、限位弹簧内轴（19）、滑动限位块（20）、解锁弹簧锁母（21）、解锁弹簧压盖（22）、解锁弹簧（23）、熔丝（24）和锁柱（25）；

所述飞轮转子（1）位于定子轴（2）的径向外侧，保护轴承锁母（3）位于保护轴承（4）的轴向上端，保护轴承（4）位于定子轴（2）的上端径向内侧，并通过保护轴承锁母（3）与定子轴（2）之间的螺纹配合安装在定子轴（2）上，飞轮底座（5）位于飞轮转子（1）的轴向下端，定子轴（2）位于飞轮底座（5）的轴向上端，并通过螺钉固定在飞轮底座（5）上，保护垫片（6）位于飞轮底座（5）的轴向上端，并通过螺钉固定安装在飞轮底座（5）上，蜗杆（7）、蜗轮（8）、前蜗杆轴承（9a）、后蜗杆轴承（9b）、蜗杆支架（10）、底座架（11）、蜗轮轴（12）、蜗轮锁母（13）、上蜗轮轴轴承（14a）、下蜗轮轴轴承（14b）、轴承压盖（15）和键（16）位于飞轮底座（5）的轴向下端，蜗杆（7）位于蜗轮（8）的外侧，前蜗杆轴承（9a）和后蜗杆轴承（9b）位于蜗杆（7）前端和后端，蜗杆（7）通过前蜗杆轴承（9a）和后蜗杆轴承（9b）安装在蜗杆支架（10）上，蜗杆支架（10）通过螺钉固定安装在底座架（11）上，蜗杆（7）和蜗轮（8）之间形成传动配合，蜗轮（8）位于蜗轮轴（12）的轴向中部，蜗轮锁母（13）位于蜗轮（8）的轴向下端，上蜗轮轴轴承（14a）和下蜗轮轴轴承（14b）位于蜗轮轴（12）的轴向上端和轴向下端，轴承压盖（15）位于底座架（11）的轴向下端，蜗轮（8）通过蜗轮锁母（13）和键（16）安装在蜗轮轴（12）上，蜗轮（8）、蜗轮轴（12）、蜗轮锁母（13）和键（16）通过上蜗轮轴轴承（14a）和下蜗轮轴轴承（14b）安装在底座架（11）上，底座架（11）通过螺钉固定安装在飞轮底座（5）上，钢球（17）、限位弹簧（18）、限位弹簧内轴（19）、滑动限位块（20）、解锁弹簧锁母（21）、解锁弹簧压盖（22）、解锁弹簧（23）、熔丝（24）和锁柱（25）位于定子轴（2）的径向内侧，钢球（17）、限位弹簧（18）和限位弹簧内轴（19）被压缩在滑动限位块（20）内部，解锁弹簧锁母（21）位于滑动限位块（20）的轴向上端，解锁弹簧压盖（22）位于解锁弹簧锁母（21）的轴向上端，解锁弹簧（23）位于解锁弹簧压盖（22）的径向外侧，熔丝（24）位于滑动限位块（20）、解锁弹簧锁母（21）和解锁弹簧压盖（22）的径向内侧，熔丝（24）通过两端螺纹分别与滑动限位块（20）和解锁弹簧压盖（22）连接，锁柱（25）位于熔丝（24）的轴向上端和解锁弹簧压盖（22）的径向内侧，锁柱（25）通过解锁弹簧压盖（22）与锁柱（25）之间的螺纹配合安装在解锁弹簧压盖（22）上。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，其特征在于：所述传动机构仅在地面测试使用，用于其重复锁紧解锁实验，发射前从飞轮系统中拆卸。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，其特征在于：发射状态下，依靠熔断锁紧机构保持飞轮的锁紧状态，飞轮进入预定轨道后，通过控制器使熔丝升温，熔断熔丝，实现飞轮解锁。

4.根据权利要求1、2或3所述的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，其特征在于：所述蜗杆（7）和蜗轮轴（12）为1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。

5.根据权利要求1、2或3所述的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，其特征在于：所述蜗轮（8）为聚酰亚胺或聚四氟乙烯材料。

6.根据权利要求1、2或3所述的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，其特征在于：所述熔丝（24）为AgCu10银铜合金材料，其70℃下屈服拉应力为20℃下屈服拉应力的三分一。

7.根据权利要求1、2或3所述的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，其特征在于：所述限位弹簧（18）和解锁弹簧（23）均为压簧，材料为调质65Mn弹簧钢材料。

8.根据权利要求1、2或3所述的磁悬浮飞轮熔断锁紧保护机构，其特征在于：所述锁柱（25）为TC4棒材材料。

Images