CN112212847A - 一种用于两浮陀螺仪的组合传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于两浮陀螺仪的组合传感器，以解决现有技术中存在的内定子组件和外导磁环的加工性较差，且极易出现开裂掉渣的问题。该组合传感器包括由外至内依次设置的外导磁环组件、动圈组件、内定子组件；外导磁环组件包括外导磁环；内定子组件包括内导磁环、M组磁钢单元、M组磁极单元、多个激磁线包以及灌封胶；M为大于等于2的偶数；磁钢单元与磁极单元沿内导磁环的外周面周向均匀间隔设置；每组磁钢单元包括N个磁钢；每组磁极单元包括N个磁极；N≥1；多个激磁线包分别套装在每个磁极上；内导磁环和磁极为一体结构，且由导磁金属叠片叠压而成；外导磁环由导磁金属叠片叠压而成；磁钢的外侧面设有极靴保护片。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于两浮陀螺仪的组合传感器。
背景技术
两浮陀螺仪(以下简称陀螺)由于其高精度、长寿命、高可靠性而广泛应用于卫星、飞船、空间站等领域，为载体提供可靠的导航参数。以卫星应用为例，卫星的姿态信息即俯仰角、横滚角、航向角由三个正交分布的陀螺组成的惯性测量单元IMU提供，惯性测量单元是卫星总系统的核心分系统，决定卫星运行的轨道精度和运行寿命。一般卫星的设计寿命为在轨运行15年，其基本前提是惯性测量单元的陀螺正常工作15年，因此提高陀螺的可靠性有利于实现卫星在轨稳定工作的可靠性。
陀螺导航主要是利用了陀螺的定轴性和进动性，当输出轴上有角度输入时，浮子绕输出轴就会有一个成比例进动力矩，浮子绕输出轴转动，角度传感器测得转动角度信号并输出控制电流给力矩器，力矩器产生电磁力平衡进动力矩，使陀螺浮子稳定在零位附近，通过检测控制电流即可得到输入角速度的相关信息。
组合传感器是将陀螺上负责浮子角度测量的角度传感器和浮子角度调整的力矩器设计在一套电磁结构体上的装置，常见的结构形式包括三部分：外导磁环、内定子组件、动圈组件。如图1、图2所示，外导磁环01和内定子组件03安装在陀螺端盖04上，动圈组件02位于外导磁环01和内定子组件03之间，并安装在陀螺浮子05上，传感器激磁接线点06接入正弦交流电压后在外导磁环01和内定子组件03之间形成交变的电磁场，内定子组件03的四块永磁体在对应区域形成永磁场，陀螺浮子05转动时传感器输出接线点08会输出感应电动势，经解调放大后以电流形式加载至力矩器输入接线点07，力矩器输入接线点07对应的激磁线包在永磁场中形成力矩，拖动陀螺浮子05回到平衡位置。
由于宇航型号严苛的外观质量要求，组合传感器在生产和使用过程中零组件合格率较低，其中内定子组件03和外导磁环01的磁性材料开裂掉渣是导致陀螺报废的主要因素，也是陀螺长期工作可靠性方面最薄弱的环节。
现有的组合传感器中，内定子组件03和外导磁环01的具体结构如图3所示，其中内定子组件03包括内导磁环031、粘接在内导磁环031外周面上的四块磁钢032和四块磁极033、分别套装在四块磁极033上的四组激磁线包034以及灌封胶035，外导磁环01套装在内定子组件03外侧。磁钢032一般选用导磁性能良好、温度系数稳定、有一定加工性的铸造铝镍钴LNGT72制成，内导磁环031和磁极033选用导磁性能良好的粉末冶金铁氧体材料制成，外导磁环01也选用粉末冶金铁氧体材料制成。由于内定子组件03和外导磁环01的制备过程特殊，导致其加工性较差，加上宇航型号要经历严苛的温度条件和力学条件，极易出现开裂掉渣的情况，导致陀螺输出精度下降，甚至会使陀螺浮子05卡滞而丧失导航功能。因此，直接暴露在陀螺浮液中的内定子组件03和外导磁环01存在很大的可靠性风险。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的内定子组件和外导磁环的制备过程特殊，导致其加工性较差，加上宇航型号要经历严苛的温度条件和力学条件，极易出现开裂掉渣的情况，导致陀螺输出精度下降，甚至使陀螺浮子卡滞而丧失导航功能的问题，而提供了一种用于两浮陀螺仪的组合传感器。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种用于两浮陀螺仪的组合传感器，包括由外至内依次设置的外导磁环组件、动圈组件、内定子组件；所述外导磁环组件包括外导磁环；所述内定子组件包括内导磁环、M组磁钢单元、M组磁极单元、多个激磁线包以及灌封胶；M为大于等于2的偶数；所述磁钢单元与磁极单元沿内导磁环的外周面周向均匀间隔设置；每组磁钢单元包括N个磁钢；每组磁极单元包括N个磁极；N≥1；所述多个激磁线包分别套装在每个磁极上；其特殊之处在于：
所述内导磁环和磁极为一体结构，且由导磁金属叠片叠压而成；
所述外导磁环由导磁金属叠片叠压而成；
所述磁钢的外侧面设有极靴保护片。
进一步地，所述内导磁环和磁极由铁镍软磁合金1J79叠片叠压而成；
所述外导磁环由铁镍软磁合金1J79叠片叠压而成。
进一步地，所述极靴保护片的材质为铁镍软磁合金1J50。
进一步地，所述外导磁环组件还包括设置在外导磁环外侧的外导磁环支架；
所述内定子组件还包括设置在内导磁环内侧的定子支架。
进一步地，所述外导磁环支架的材质为铝；
所述定子支架的材质为铁镍软磁合金1J50。
进一步地，所述M＝2；所述N＝2。
本发明相比现有技术的有益效果是：
(1)本发明提供的一种用于两浮陀螺仪的组合传感器，通过将内导磁环和磁极设计为一体结构，并采用导磁金属叠片叠压而成，外导磁环也采用导磁金属叠片叠压而成，加工性较好，且开裂掉渣的概率较低；同时在磁钢的外侧面上增加极靴保护片，将容易开裂掉渣的铸造铝镍钴磁钢用强度、韧性较好的金属保护起来，有效解决了磁钢开裂掉渣的问题；综上，有效提高了陀螺的可靠性；
(2)内导磁环和磁极、外导磁环均采用铁镍软磁合金1J79叠片叠压而成，由于铁镍软磁合金相比一般金属强度、韧性更好，使用过程中不存在开裂掉渣的问题；
(3)在外导磁环外侧设置外导磁环支架，能够保证外导磁环在使用过程中不开片、翘片；在内导磁环内侧设置定子支架，能够保证内导磁环和磁极在使用过程中不开片、翘片；
(4)外导磁环支架的材质为铝，能够降低外导磁环与铝质陀螺端盖之间因材料线胀系数不匹配所带来的热应力问题；定子支架采用铁镍软磁合金1J50制成，能够降低内导磁环与铝质陀螺端盖之间因材料线胀系数不匹配所带来的热应力问题。
附图说明
图1是现有技术中组合传感器的剖视图；
图2是现有技术中组合传感器的正视图；
图3是现有技术中内定子组件和外导磁环的结构示意图；
图1-图3中，01-外导磁环，02-动圈组件，03-内定子组件，031-内导磁环，032-磁钢，033-磁极，034-激磁线包，035-灌封胶，04-陀螺端盖，05-陀螺浮子，06-传感器激磁接线点，07-力矩器输入接线点，08-传感器输出接线点；
图4是本发明用于两浮陀螺仪的组合传感器一个实施例的结构示意图；(未示出动圈组件)
图4中，1-外导磁环，2-内导磁环，3-磁钢，4-磁极，5-激磁线包，6-灌封胶，7-极靴保护片，8-外导磁环支架，9-定子支架。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于两浮陀螺仪的组合传感器作进一步详细说明。
如图4所示，该用于两浮陀螺仪的组合传感器包括由外至内依次设置的外导磁环组件、动圈组件、内定子组件。
外导磁环组件包括外导磁环1，外导磁环1由导磁金属叠片叠压而成，优选铁镍软磁合金1J79叠片叠压而成。
内定子组件包括内导磁环2、M组磁钢单元、M组磁极单元、多个激磁线包5以及灌封胶6，M为大于等于2的偶数。磁钢单元与磁极单元沿内导磁环2的外周面周向均匀间隔设置，每组磁钢单元包括N个磁钢3，每组磁极单元包括N个磁极4，N≥1。本实施例中，M＝2，N＝2，即磁钢单元为2组，磁极单元为2组，每组磁钢单元包括2个磁钢3，每组磁极单元包括2个磁极4，多个激磁线包5分别套装在每个磁极4上。
内导磁环2和磁极4为一体结构，且由导磁金属叠片叠压而成，优选铁镍软磁合金1J79叠片叠压而成。磁钢3由常规材料铸造铝镍钴LNGT72制成，并粘接在内导磁环2上，为防止其开裂掉渣，在每个磁钢3的外侧面上设置极靴保护片7，极靴保护片7的材质为强度、韧性较好的铁镍软磁合金1J50。
为进一步防止由导磁金属叠片叠压而成的外导磁环1、内导磁环2和磁极4在使用过程中出现开片、翘片的情况，在外导磁环1外侧设置外导磁环支架8，外导磁环1与外导磁环支架8微过盈配合；在内导磁环2内侧设置定子支架9，内导磁环2与定子支架9微过盈配合。外导磁环支架8的材质为铝，定子支架9的材质为铁镍软磁合金1J50，外导磁环1通过外导磁环支架8与陀螺端盖进行装配，内导磁环2通过定子支架9与陀螺端盖进行装配，降低了由于材料线胀系数不匹配所带来的热应力问题。
Claims (6)
1.一种用于两浮陀螺仪的组合传感器，包括由外至内依次设置的外导磁环组件、动圈组件、内定子组件；所述外导磁环组件包括外导磁环(1)；所述内定子组件包括内导磁环(2)、M组磁钢单元、M组磁极单元、多个激磁线包(5)以及灌封胶(6)；M为大于等于2的偶数；所述磁钢单元与磁极单元沿内导磁环(2)的外周面周向均匀间隔设置；每组磁钢单元包括N个磁钢(3)；每组磁极单元包括N个磁极(4)；N≥1；所述多个激磁线包(5)分别套装在每个磁极(4)上；其特征在于：
所述内导磁环(2)和磁极(4)为一体结构，且由导磁金属叠片叠压而成；
所述外导磁环(1)由导磁金属叠片叠压而成；
所述磁钢(3)的外侧面设有极靴保护片(7)。
2.根据权利要求1所述的用于两浮陀螺仪的组合传感器，其特征在于：
所述内导磁环(2)和磁极(4)由铁镍软磁合金1J79叠片叠压而成；
所述外导磁环(1)由铁镍软磁合金1J79叠片叠压而成。
3.根据权利要求2所述的用于两浮陀螺仪的组合传感器，其特征在于：
所述极靴保护片(7)的材质为铁镍软磁合金1J50。
4.根据权利要求1或2或3任一所述的用于两浮陀螺仪的组合传感器，其特征在于：
所述外导磁环组件还包括设置在外导磁环(1)外侧的外导磁环支架(8)；
所述内定子组件还包括设置在内导磁环(2)内侧的定子支架(9)。
5.根据权利要求4所述的用于两浮陀螺仪的组合传感器，其特征在于：
所述外导磁环支架(8)的材质为铝；
所述定子支架(9)的材质为铁镍软磁合金1J50。
6.根据权利要求5所述的用于两浮陀螺仪的组合传感器，其特征在于：
所述M＝2；
所述N＝2。
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