CN114448201B - 一种空间旋转驱动装置及其组装方法和离心机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间旋转驱动装置及其组装方法和离心机，空间旋转驱动装置包括驱动电路板、电机转子、电机定子、轴承、中心转盘、支撑环、无线传能发射端和无线传能接收端，轴承位于支撑环的顶部内侧且轴承外圈与支撑环的顶部内侧壁固定连接，电机转子位于轴承的内侧且与轴承内圈固定连接；电机定子套设在电机转子的内侧且与支撑环的固定连接；驱动电路板安装在支撑环的底部并与电机定子连接，电机转子与中心转盘固定连接；无线传能发射端固定在电机定子的顶部，无线传能接收端与中心转盘固定连接。本发明的空间旋转驱动装置采用外转子形式的直流无刷力矩电机，结构紧凑，支撑效果更好，使中心转盘靠外布置，受力更加分散稳定。

Description

一种空间旋转驱动装置及其组装方法和离心机

技术领域

本发明涉及空间在轨相关技术领域，具体涉及一种空间旋转驱动装置及其组装方法和离心机。

背景技术

驱动装置作为离心机的核心部件，工作原理是根据离心机的原理设计。现有的离心机的驱动装置采用皮带传动，皮带如果老化会影响离心机的使用寿命以及转速稳定性的问题。为了避免皮带磨损张紧的变化对转速稳定性造成影响，设计了一套用电机带动丝杠螺母运动的张紧机构，整套驱动机构重量较重，同时皮带传动对转盘的圆弧面以及轴承安装面的垂直度加工要求比较高，很容易造成转动过程中皮带滑出转盘槽脱落的问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在技术问题的一种或几种，提供了一种空间旋转驱动装置及其组装方法和离心机。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种空间旋转驱动装置，包括驱动电路板、电机转子、电机定子、轴承、中心转盘、支撑环、无线传能发射端和无线传能接收端，所述轴承位于所述支撑环的顶部内侧且轴承外圈与支撑环的顶部内侧壁固定连接，所述电机转子位于所述轴承的内侧且与轴承内圈固定连接；所述电机定子套设在所述电机转子的内侧且与支撑环的固定连接；所述驱动电路板安装在所述支撑环的底部并与所述电机定子连接，所述电机转子与所述中心转盘固定连接；所述无线传能发射端固定在所述电机定子的顶部，所述无线传能接收端与所述中心转盘固定连接。

本发明的有益效果是：本发明的空间旋转驱动装置将电机转子设置在电机定子的外周侧，即采用外转子形式的直流无刷力矩电机，将电机转子直接装配在轴承内圈下方，驱动轴承内圈从而带动中心转盘的结构形式，结构紧凑，支撑效果更好，使中心转盘靠外布置，受力更加分散稳定。而且本发明的驱动装置还减少了额外传动机构，提高了整个驱动装置的可靠性，实现了驱动装置的高度一体化和模块化。采用电磁感应技术的无线传能方案取代导电滑环，无线电能传输技术是通过电磁场在没有直接接触的情况下传输电能，不再受限于接触式传输的低速状态、摩擦损耗和环境污染等，避免了传统的导电滑环进行定转子电能传输满足不了空间站长寿命要求。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，还包括磁感应齿圈和磁感应读数头，所述磁感应读数头安装在所述驱动电路板的上表面，所述磁感应齿圈安装在所述电机转子的下法兰面上，所述磁感应齿圈与所述电机转子同轴布置，所述磁感应齿圈的齿端面与所述磁感应读数头间隔布置。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过将磁感应齿圈安装在电机转子的下法兰面上，缩小了轴向尺寸，减小了装配空间，能够使磁感应齿圈和磁感应读数头更好的与驱动电路板进行配合，结构更加紧凑稳定。

进一步，所述驱动电路板上设有L型支架，所述磁感应读数头安装在所述L型支架上。

采用上述进一步方案的有益效果是：由于磁感应读数头与磁感应齿圈之间的装配精度要求高，必须保证齿端面与磁感应读数头之间的预设间距，结构设计考虑安装工艺，采用L型支架，先将磁感应读数头安装在L型支架上，再将L型支架安装在驱动电路板上，有利于调整磁感应读数头在L型支架上的位置，进而调整磁感应读数头与磁感应齿圈的齿端面之间的距离。

进一步，所述磁感应齿圈的上表面设有止口凸台，所述电机转子的底面和外侧面适配安装在所述止口凸台上。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置止口凸台，保证电机转子与磁感应齿圈同轴布置。

进一步，所述中心转盘呈圆筒状结构，所述中心转盘的底部位于所述轴承的内侧且与电机转子固定连接，所述中心转盘的顶部位于所述轴承以及所述支撑环的上方，所述中心转盘的外侧壁上设有一圈安装法兰。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用圆筒状结构的中心转盘，方便电机定子和电机转子之间的装配固定，可以利用中心转盘外侧壁上的安装法兰来安装顶部转盘。

进一步，所述支撑环包括内支撑环和外支撑环，所述内支撑环与所述外支撑环同轴布置且通过连接杆固定在外支撑环的内侧，所述电机定子位于内支撑环的上方且与所述内支撑环固定连接，所述轴承位于所述外支撑环的顶部内侧且轴承外圈与外支撑环的顶部内侧壁固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用外支撑环和内支撑环，方便与电机定子和轴承分别进行连接固定。

进一步，所述无线传能接收端外部设有耦合器外壳和传能盖板，所述传能盖板与中心转盘顶部止口搭接且通过螺钉固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：有利于装配结构的紧凑稳定。

一种空间旋转驱动装置的组装方法，包括以下步骤：

S1，将电机定子与支撑环底部固定连接；

S2，将电机转子与中心转盘固定连接，将电机转子与轴承的轴承内圈固定连接；

S3，将工装顶部与中心转盘顶部固定连接，工装一侧面上设有支撑筒，将支撑筒的外侧壁与电机定子的内圈配合套入到位，即实现将电机转子套设在电机定子的外周侧；

S4，将支撑环与轴承的轴承外圈固定，再用顶丝将工装顶出。

本发明的有益效果是：由于本发明驱动装置的电机定子和电机转子是分体结构，电机转子和电机定子之间存在作用力，采用带有支撑筒的工装，能够对其进行快速装配，而且装配精度高，结构稳定。

一种离心机，包括上述的空间旋转驱动装置，还包括顶部转盘，所述顶部转盘固定在所述中心转盘的顶部。

本发明的有益效果是：本发明的离心机，采用外转子形式的直流无刷力矩电机，将电机转子直接装配在轴承内圈下方，驱动轴承内圈从而带动中心转盘的结构形式，结构紧凑，支撑效果更好，使中心转盘靠外布置，用于驱动顶部转盘稳定旋转。

附图说明

图1为本发明空间旋转驱动装置的主视结构示意图；

图2为本发明空间旋转驱动装置的剖视结构示意图；

图3为本发明工装与电机定子、电机转子配合装配的剖视结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

5、空间旋转驱动装置；

50、驱动电路板；501、L型支架；

51、电机转子；52、电机定子；53、轴承内圈；54、轴承外圈；

55、中心转盘；551、安装法兰；

56、支撑环；561、内支撑环；562、外支撑环；563、连接杆；

57、磁感应齿圈；571、磁感应读数头；572、止口凸台；

58、无线传能发射端；581、无线传能接收端；582、耦合器外壳；583、传能盖板；584、止口；

59、工装；590、支撑筒。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1~图3所示，本实施例的一种空间旋转驱动装置，包括驱动电路板50、电机转子51、电机定子52、轴承、中心转盘55、支撑环56、无线传能发射端58和无线传能接收端581，所述轴承位于所述支撑环56的顶部内侧且轴承外圈54与支撑环56的顶部内侧壁固定连接，所述电机转子51位于所述轴承的内侧且与轴承内圈53固定连接；所述电机定子52套设在所述电机转子51的内侧且与支撑环56的固定连接；所述驱动电路板50安装在所述支撑环56的底部并与所述电机定子52连接，所述电机转子51与所述中心转盘55固定连接；所述无线传能发射端58固定在所述电机定子52的顶部，所述无线传能接收端581与所述中心转盘55固定连接。

如图1~图3所示，本实施例的空间旋转驱动装置还包括磁感应齿圈57和磁感应读数头571，所述磁感应读数头571安装在所述驱动电路板50的上表面，所述磁感应齿圈57安装在所述电机转子51的下法兰面上，所述磁感应齿圈57与所述电机转子51同轴布置，所述磁感应齿圈57的齿端面与所述磁感应读数头571间隔布置。通过将磁感应齿圈安装在电机转子的下法兰面上，缩小了轴向尺寸，减小了装配空间，能够使磁感应齿圈和磁感应读数头更好的与驱动电路板进行配合，结构更加紧凑稳定。

本实施例的磁感应齿圈57的材料可采用导磁材料，并做磷化防锈处理。本实施例的轴承可采用含油润滑薄壁双列角接触球轴承，满足使用长寿命要求。轴承内圈和轴承外圈之间的保持架为多孔聚酰亚胺材料。

如图1~图3所示，本实施例的所述驱动电路板50上设有L型支架501，所述磁感应读数头571安装在所述L型支架501上。由于磁感应读数头与磁感应齿圈之间的装配精度要求高，必须保证齿端面与磁感应读数头之间的预设间距，结构设计考虑安装工艺，采用L型支架，先将磁感应读数头安装在L型支架上，再将L型支架安装在驱动电路板上，有利于调整磁感应读数头在L型支架上的位置，进而调整磁感应读数头与磁感应齿圈的齿端面之间的距离。

如图2所示，本实施例的所述磁感应齿圈57的上表面设有止口凸台572，所述电机转子51的底面和外侧面适配安装在所述止口凸台572上。通过设置止口凸台，保证电机转子与磁感应齿圈同轴布置。

如图2和图3所示，本实施例的所述中心转盘55呈圆筒状结构，所述中心转盘55的底部位于所述轴承的内侧且与电机转子51固定连接，所述中心转盘55的顶部位于所述轴承以及所述支撑环56的上方，所述中心转盘55的外侧壁上设有一圈安装法兰551。采用圆筒状结构的中心转盘，方便电机定子和电机转子之间的装配固定，可以利用中心转盘外侧壁上的安装法兰来安装顶部转盘。

如图2和图3所示，本实施例的所述支撑环56包括内支撑环561和外支撑环562，所述内支撑环561与所述外支撑环562同轴布置且通过连接杆563固定在外支撑环562的内侧，所述电机定子52位于内支撑环561的上方且与所述内支撑环561固定连接，所述轴承位于所述外支撑环562的顶部内侧且轴承外圈54与外支撑环562的顶部内侧壁固定连接。采用外支撑环和内支撑环，方便与电机定子和轴承分别进行连接固定。

如图2所示，本实施例采用电磁感应技术的无线传能方案取代导电滑环，无线电能传输技术是通过电磁场在没有直接接触的情况下传输电能，不再受限于接触式传输的低速状态、摩擦损耗和环境污染等，避免了传统的导电滑环进行定转子电能传输满足不了空间站长寿命要求。

如图2所示，本实施例的所述无线传能接收端581外部设有耦合器外壳582和传能盖板583，所述传能盖板583与中心转盘55止口584搭接且通过螺钉固定连接，有利于装配结构的紧凑稳定。

实施例1中的无线传能发射端安装在离心机的定端，通过松不脱螺钉固定在电机定子上法兰面上，无线传能接收端安装在离心机的转子端，通过松不脱螺钉安装在中心转盘上。

本实施例的无线传能发射端和无线传能接收端的功能为电能转换（100V转28V）、无线传输（通过耦合电磁场实现非接触式电能传输）、稳压输出（反馈及控制算法）、RS422通信（接受配电主控电路的开关指令，并返回电压、电流等工参）、近距离非接触通信（向转子提供100/1000BaseT通信接口）等。

本实施例的驱动电路板除了接收人机交互系统指令输入，还要接收和计算动平衡测量系统数据，控制电机转子的转速。驱动电路板可采用三相桥式驱动电路，驱动电路板的主控制器通过磁感应读数头获取磁感应齿圈的齿数，进而控制电机转子的转速。

本实施例的空间旋转驱动装置的工作原理为，驱动装置的驱动电路板通过驱动电机定子使电机转子旋转，磁感应读数头获取磁感应齿圈的齿数并传输至驱动电路板，驱动电路板根据齿数控制电机转子的转速，将转速数据传输给定子控制器，定子控制器通过无线传能发射端到无线传能接收端，再传输到转子控制器，利用转子控制器控制中心转盘的转速。

实施例2

上述实施例1的一种空间旋转驱动装置的组装方法，包括以下步骤：

S1，将电机定子52与支撑环56底部固定连接；

S2，将电机转子51与中心转盘55固定连接，将电机转子51与轴承的轴承内圈53固定连接；

S3，将工装59顶部与中心转盘55顶部固定连接，工装59一侧面上设有支撑筒590，将支撑筒590的外侧壁与电机定子52的内圈配合套入到位，即实现将电机转子51套设在电机定子52的外周侧；

S4，将支撑环56与轴承的轴承外圈54固定，再用顶丝将工装59顶出。

由于本实施例驱动装置的电机定子和电机转子是分体结构，电机转子和电机定子之间存在作用力，采用带有支撑筒的工装，能够对其进行快速装配，而且装配精度高，结构稳定。

实施例3

本实施例的一种离心机，包括上述实施例1的空间旋转驱动装置5，还包括顶部转盘，所述顶部转盘固定在所述中心转盘55的顶部。本实施例的离心机，采用外转子形式的直流无刷力矩电机，将电机转子直接装配在轴承内圈下方，驱动轴承内圈从而带动中心转盘的结构形式，结构紧凑，支撑效果更好，使中心转盘靠外布置，用于驱动顶部转盘稳定旋转。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种空间在轨离心机，其特征在于，包括空间旋转驱动装置；

所述空间旋转驱动装置包括驱动电路板、电机转子、电机定子、轴承、中心转盘、支撑环、无线传能发射端和无线传能接收端，所述轴承位于所述支撑环的顶部内侧且轴承外圈与支撑环的顶部内侧壁固定连接，所述电机转子位于所述轴承的内侧且与轴承内圈固定连接；所述电机定子套设在所述电机转子的内侧且与支撑环的固定连接；所述驱动电路板安装在所述支撑环的底部并与所述电机定子连接，所述电机转子与所述中心转盘固定连接；所述无线传能发射端固定在所述电机定子的顶部，所述无线传能接收端与所述中心转盘固定连接；空间旋转驱动装置还包括顶部转盘，所述顶部转盘固定在所述中心转盘的顶部；

所述中心转盘呈圆筒状结构，所述中心转盘的底部位于所述轴承的内侧且与电机转子固定连接，所述中心转盘的顶部位于所述轴承以及所述支撑环的上方，所述中心转盘的外侧壁上设有一圈安装法兰；

所述无线传能接收端外部设有耦合器外壳和传能盖板，所述传能盖板与中心转盘顶部止口搭接且通过螺钉固定连接；

所述空间旋转驱动装置的组装方法，包括以下步骤：

S1，将电机定子与支撑环底部固定连接；

S2，将电机转子与中心转盘固定连接，将电机转子与轴承的轴承内圈固定连接；

S3，将工装顶部与中心转盘顶部固定连接，工装一侧面上设有支撑筒，将支撑筒的外侧壁与电机定子的内圈配合套入到位，即实现将电机转子套设在电机定子的外周侧；

S4，将支撑环与轴承的轴承外圈固定，再用顶丝将工装顶出。

2.根据权利要求1所述一种空间在轨离心机，其特征在于，还包括磁感应齿圈和磁感应读数头，所述磁感应读数头安装在所述驱动电路板的上表面，所述磁感应齿圈安装在所述电机转子的下法兰面上，所述磁感应齿圈与所述电机转子同轴布置，所述磁感应齿圈的齿端面与所述磁感应读数头间隔布置。

3.根据权利要求2所述一种空间在轨离心机，其特征在于，所述驱动电路板上设有L型支架，所述磁感应读数头安装在所述L型支架上。

4.根据权利要求2所述一种空间在轨离心机，其特征在于，所述磁感应齿圈的上表面设有止口凸台，所述电机转子的底面和外侧面适配安装在所述止口凸台上。

5.根据权利要求1所述一种空间在轨离心机，其特征在于，所述支撑环包括内支撑环和外支撑环，所述内支撑环与所述外支撑环同轴布置且通过连接杆固定在外支撑环的内侧，所述电机定子位于内支撑环的上方且与所述内支撑环固定连接，所述轴承位于所述外支撑环的顶部内侧且轴承外圈与外支撑环的顶部内侧壁固定连接。

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