一種磁路解耦的磁懸浮陀螺儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種磁路解耦的磁懸浮陀螺儀，采用磁軸承無接觸懸浮支承技術，避免了機械軸承帶來的摩擦磨損，采用磁軸承各通道磁路解耦設計，消除了磁軸承三個平動控制對徑向兩個偏轉控制的干擾力矩，提高了陀螺儀的敏感精度，適用于新一代高精度長壽命對地觀測平臺、運載火箭以及彈道導彈的姿態控制系統。
技術背景
[0002]慣性導航系統由于其完全自主式導航等優點，廣泛應用于運載火箭、彈道導彈、航天器等各類飛行器的姿態控制系統。陀螺儀作為慣性導航系統的核心器件，用于敏感和測量物體的角運動，其體積、精度、穩定性都對慣性導航系統有著決定性的影響。
[0003]減小軸承干擾力矩是制造高精度陀螺儀的首要關鍵技術，傳統的機械陀螺儀由于誤差較大，提供的信息可靠性低，在很多領域已經趨于淘汰。磁懸浮陀螺儀采用磁懸浮非接觸懸浮支承，消除了機械軸承帶來的摩擦磨損，降低了振動噪音，無需潤滑系統，具有無摩擦、高轉速、高精度、高穩定性等優點。
【發明內容】
[0004]本發明的技術解決問題是:克服現有磁懸浮陀螺儀的不足，提出了一種磁軸承各通道磁路解耦、轉子敏感精度更高的磁懸浮陀螺儀。
[0005]本發明的技術解決方案是:一種磁路解耦的磁懸浮陀螺儀，主要由定子系統和轉子系統兩部分組成，其特征在于，定子系統主要包括:芯軸、底座、上保護軸承、下保護軸承、保護軸承鎖母、徑向磁軸承定子、鍵、軸向磁軸承定子、電機定子、偏轉磁軸承定子、位移傳感器；轉子系統主要包括:徑向磁軸承轉子、軸向磁軸承轉子、電機轉子、偏轉磁軸承轉子、飛輪輪體、上保護軸承蓋、下保護軸承蓋、徑向磁軸承轉子鎖母、軸向磁軸承內轉子鎖母、軸向磁軸承外轉子鎖母、電機內轉子鎖母、電機外轉子鎖母、偏轉磁軸承內轉子鎖母、偏轉磁軸承外轉子鎖母；磁懸浮轉子系統和磁懸浮定子系統之間通過徑向磁軸承、軸向磁軸承、偏轉磁軸承實現非機械接觸的穩定懸浮，芯軸位于底座的上部徑向內側，并通過緊固螺釘安裝在底座上，芯軸位于上保護軸承、下保護軸承、保護軸承鎖母和徑向磁軸承定子的徑向內側，上保護軸承和下保護軸承分別位于芯軸上端和下端，徑向磁軸承定子位于上保護軸承和下保護軸承之間，上保護軸承、下保護軸承和徑向磁軸承定子通過保護軸承鎖母安裝在芯軸上，鍵位于徑向磁軸承定子和芯軸的徑向凹槽內，并防止徑向磁軸承定子繞芯軸轉動，軸向磁軸承定子位于徑向磁軸承定子徑向外側和底座上部，并通過緊固螺釘安裝在底座上，電機定子位于軸向磁軸承定子徑向外側和底座上部，并通過緊固螺釘安裝在底座上，偏轉磁軸承定子位于電機定子徑向外側和底座上部，并通過緊固螺釘安裝在底座上，位移傳感器位于底座上部外側，并通過緊固螺釘安裝在底座上；徑向磁軸承轉子位于徑向磁軸承定子徑向外側，并通過徑向磁軸承轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，軸向磁軸承內轉子位于軸向磁軸承定子徑向內側，并通過軸向磁軸承內轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，軸向磁軸承外轉子位于軸向磁軸承定子徑向外側，并通過軸向磁軸承外轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，電機內轉子位于電機定子徑向內側，并通過電機內轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，電機外轉子位于電機定子徑向外側，并通過電機外轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，偏轉磁軸承內轉子位于偏轉磁軸承定子徑向內側，并通過偏轉磁軸承內轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，偏轉磁軸承外轉子位于偏轉磁軸承定子徑向外側，并通過偏轉磁軸承外轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，上保護軸承蓋和下保護軸承蓋分別位于上保護軸承和下保護軸承的徑向外側，并通過緊固螺釘安裝在飛輪輪體上。
[0006]所述的徑向磁軸承為純電磁軸承或永磁偏置磁軸承。所述的軸向磁軸承為洛倫茲力磁軸承。所述的偏轉磁軸承為洛倫茲力磁軸承。
[0007]本發明的原理是:如圖1所示，陀螺儀處于工作狀態下，通過徑向磁軸承、軸向磁軸承，保持轉子系統與定子系統的徑向和軸向間隙，當轉子系統受到某一干擾后，轉子系統產生徑/軸向的平動，轉子系統的徑/軸向間隙發生變化，徑/軸向位移傳感器及時檢測徑/軸向間隙的變化量，并將其轉換為數字量傳遞至磁軸承控制器，通過控制徑/軸向磁軸承線圈電流的大小，增加/減小徑/軸向磁軸承的電磁力，維持磁懸浮系統的徑/軸向間隙均勻，消除干擾影響，實現轉子系統的完全懸浮支承，隨后啟動電機，利用電機驅動轉子高速轉動。通過偏轉磁軸承控制轉子系統赤道面的萬向偏轉，當轉子系統受到某一干擾后，轉子系統產生赤道面的偏轉，軸向位移傳感器及時檢測軸向間隙的變化量，并將其轉換為數字量傳遞至磁軸承控制器，通過控制偏轉磁軸承線圈電流的大小，產生一對大小相等、方向相反的安培力，形成力偶，維持磁轉子系統赤道面的穩定，消除干擾影響。通過磁軸承各通道磁路解耦設計，有效避免了轉子平動對轉動的干擾力矩，在角動量一定的條件下，增加了陀螺儀的品質因素，從而提高了陀螺儀敏感精度。
[0008]本發明的方案與現有方案相比，主要優點在于:(1)采用磁軸承支承技術，消除了機械軸承的摩擦磨損，無需潤滑，提高了陀螺儀轉子的轉速，延長了陀螺儀的使用壽命；(2)采用磁軸承各通道磁路解耦設計，與現有磁懸浮陀螺儀相比，消除了磁軸承三個平動控制對徑向兩個偏轉控制的干擾力矩，從而提高了陀螺儀的敏感精度。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明技術解決方案的磁懸浮陀螺儀的剖視圖；
[0010]圖2a為本發明技術解決方案的徑向磁軸承的剖視圖；
[0011]圖2b為本發明技術解決方案的徑向磁軸承的端面圖；
[0012]圖3為本發明技術解決方案的軸向磁軸承的剖視圖；
[0013]圖4為本發明技術解決方案的電機的剖視圖；
[0014]圖5a為本發明技術解決方案的偏轉磁軸承的剖視圖；
[0015]圖5b為本發明技術解決方案的偏轉磁軸承的端面圖。
具體實施方案
[0016]如圖1所示，該種磁懸浮陀螺儀主要由定子系統和轉子系統兩部分組成，其特征在于，定子系統主要包括:芯軸1、底座2、上保護軸承3A、下保護軸承3B、保護軸承鎖母4、徑向磁軸承5定子、鍵6、軸向磁軸承7定子、電機8定子、偏轉磁軸承9定子、位移傳感器10 ;轉子系統主要包括:徑向磁軸承5轉子、軸向磁軸承7轉子、電機8轉子、偏轉磁軸承9轉子、飛輪輪體11、上保護軸承蓋12A、下保護軸承蓋12B、徑向磁軸承轉子鎖母13、軸向磁軸承內轉子鎖母14、軸向磁軸承外轉子鎖母15、電機內轉子鎖母16、電機外轉子鎖母17、偏轉磁軸承內轉子鎖母18、偏轉磁軸承外轉子鎖母19 ;磁懸浮轉子系統和磁懸浮定子系統之間通過徑向磁軸承5、軸向磁軸承7、偏轉磁軸承9實現非機械接觸的穩定懸浮，芯軸I位于底座2的上部徑向內側，并通過緊固螺釘安裝在底座2上，芯軸I位于上保護軸承3A、下保護軸承3B、保護軸承鎖母4和徑向磁軸承5定子的徑向內側，上保護軸承3A和下保護軸承3B分別位于芯軸I上端和下端，徑向磁軸承5定子位于上保護軸承3A和下保護軸承3B之間，上保護軸承3A、下保護軸承3B和徑向磁軸承5定子通過保護軸承鎖母4安裝在芯軸I上，鍵6位于徑向磁軸承5定子和芯軸I的徑向凹槽內，并防止徑向磁軸承5定子繞芯軸I轉動，軸向磁軸承7定子位于徑向磁軸承5定子徑向外側和底座2上部，并通過緊固螺釘安裝在底座2上，電機8定子位于軸向磁軸承7定子徑向外側和底座2上部，并通過緊固螺釘安裝在底座2上，偏轉磁軸承9定子位于電機8定子徑向外側和底座2上部，并通過緊固螺釘安裝在底座2上，位移傳感器10位于底座2上部外側，并通過緊固螺釘安裝在底座2上；徑向磁軸承5轉子位于徑向磁軸承5定子徑向外側，并通過徑向磁軸承轉子鎖母13安裝在飛輪輪體11上，軸向磁軸承7內轉子位于軸向磁軸承7定子徑向內側，并通過軸向磁軸承內轉子鎖母14安裝在飛輪輪體11上，軸向磁軸承7外轉子位于軸向磁軸承7定子徑向外偵牝并通過軸向磁軸承外轉子鎖母15安裝在飛輪輪體11上，電機8內轉子位于電機8定子徑向內側，并通過電機內轉子鎖母16安裝在飛輪輪體11上，電機8外轉子位于電機8定子徑向外側，并通過電機外轉子鎖母17安裝在飛輪輪體11上，偏轉磁軸承9內轉子位于偏轉磁軸承9定子徑向內側，并通過偏轉磁軸承內轉子鎖母18安裝在飛輪輪體11上，偏轉磁軸承9外轉子位于偏轉磁軸承9定子徑向外側，并通過偏轉磁軸承外轉子鎖母19安裝在飛輪輪體11上，上保護軸承蓋12