一種在空間應用的掃描驅動裝置製造方法
2023-10-05 01:48:14 2
一種在空間應用的掃描驅動裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種在空間應用的掃描驅動裝置，包括一對角接觸球軸承(1)、電機(12)、圓感應同步器(3)、滑環靜環(8)和滑環動環(9)；所述的滑環靜環(8)作為掃描驅動裝置的主軸，同時用於傳遞數據與功率信號；所述的滑環動環(9)的上端和下端均設有一個供角接觸球軸承(1)的軸承座，該滑環動環(9)同時用於傳遞數據。本發明的上述掃描驅動裝置將滑環、主軸和軸承座複合化、一體化設計，使得結構更加緊湊和簡潔；降低了生產成本，同時避免的成像過程中的電磁幹擾。
【專利說明】一種在空間應用的掃描驅動裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及機電一體化【技術領域】，特別涉及一種在空間應用的掃描驅動裝置。
【背景技術】
[0002]空間掃描驅動機構是各類型遙感儀器、光學儀器等星載觀測設備的子系統。空間掃描驅動機構按照設計要求運動，輸出轉速和扭矩，反饋運動信息，傳遞功率信號、控制信號和觀測數據，以實現儀器系統的對地、對空等掃描觀測。
[0003]由於空間應用的特殊性，決定了空間掃描驅動機構具備以下特點:
[0004](I)低速:為保證儀器的圖像質量，應保證目標在探測器視場內有一定的停留時間，因此掃描速度較低；(2)大慣量:星載觀測儀器的掃描口徑通常較大，以保證探測器上接收到足夠的能量，有較好的觀測解析度，從而使掃描鏡的轉動慣量較大；(3)低功耗:由於空間儀器的能源有限，應儘量減小功耗；(4)高可靠性:空間儀器所處環境惡劣，且難於維修，因此掃描驅動機構要具有高可靠性；(5)高精度:掃描驅動機構具有高精度才能保證圖像的質量；(6)優良的環境耐受性:掃描驅動機構在入軌前需要經過複雜的動力學環境(如正弦振動、衝擊載荷、隨機振動、噪音衝擊等)，為保證在其入軌後仍能在空間環境下正常工作，需要掃描驅動機構具有優良的環境耐受性，以適應一系列惡劣環境考驗。
[0005]空間掃描驅動機構發展至今，已經形成了多種技術方案，並獲得了成功的應用。但據統計，空間掃描機構的故障佔全部空間儀器故障的60%，因此現有的空間掃描驅動機構依然是空間儀器領域的關鍵技術和疑難技術。
[0006]如圖1所不,是目前成功在空間應用的一種掃描驅動機構配置方案。該方案屬於直接驅動方案，由一對角接觸球軸承I作為該機構主要承力軸承，並在該角接觸球軸承I的外部分別設有上軸承座6和下軸承座7，直流無刷力矩電機2作為動力源，圓感應同步器3作為角度反饋元件構成閉環伺服系統，設有導電滑環4和旋轉變壓器5作為功率信號和低頻電信號傳輸元件。該掃描驅動機構的優點是:1)集成度高；2)結構緊湊；3)電機直接驅動增加了系統精度和可靠性。但是，該掃描驅動機構存在的缺點是:1)由於其高集成度，使得電機繞組和其他元器件之間共處一室，如果屏蔽不當會造成電磁幹擾，影像儀器圖像和數據的質量；2)採用電機直接驅動方案使得中低速狀態的精確控制難於實現，轉速範圍僅能被限制在中高速範圍內；3)採用電機直接驅動方案使得掃描驅動機構輸出力矩受限，不能為大轉動慣量儀器設備的掃描驅動機構提供足夠的驅動力矩。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於，為解決現有的掃描驅動機構的結構複雜，且由於集成度較高使得測量過程中易受電磁幹擾，進而降低影像儀器圖像和數據的質量的技術問題，本發明針對空間掃描驅動機構提出了一種新型的掃描驅動裝置。該掃描驅動裝置將滑環、主軸和軸承座複合化、一體化設計，使得整個掃描驅動裝置的結構更加簡單和緊湊，降低了生產成本，同時避免的成像過程中的電磁幹擾。
[0008]為實現上述目的，本發明提供一種在空間應用的掃描驅動裝置，包括一對角接觸球軸承、電機和圓感應同步器，所述的角接觸球軸承用於承受掃描驅動裝置的徑向力和軸向力，所述的圓感應同步器用於將測量得到的角度數據反饋至電機以控制其轉動，所述的電機為掃描驅動裝置提供動力；所述的掃描驅動裝置還包括滑環靜環和滑環動環；所述的滑環靜環作為掃描驅動裝置的主軸，同時用於傳遞數據與功率信號；所述的滑環動環的上端和下端均設有一個供角接觸球軸承的軸承座，該滑環動環同時用於傳遞數據。
[0009]作為上述技術方案的進一步拓展，所述的掃描驅動裝置還包括基座，所述的基座為掃描驅動裝置提供安裝平臺。
[0010]作為上述技術方案的進一步拓展，所述的滑環靜環的底部與基座固定，所述的電機設置於滑環動環的外側，該電機通過設有的齒輪與滑環動環的外壁齒輪嚙合，並將動力和力矩傳遞給滑環動環。
[0011]作為上述技術方案的進一步拓展，所述的滑環動環的底部與基座固定，所述的電機設置於滑環動環的內側，該電機通過設有的齒輪與滑環靜環的外壁齒輪嚙合，並將動力和力矩傳遞給滑環靜環。
[0012]作為上述技術方案的進一步拓展，所述的滑環靜環的頂部設有軸系上蓋，該軸系上蓋用於密封角接觸球軸承。
[0013]本發明的一種在空間應用的掃描驅動裝置優點在於:
[0014]I)結構緊湊，集成度高:本發明的掃描驅動裝置將滑環、主軸和軸承座複合化、一體化設計，使得結構更加緊湊和簡潔；
[0015]2)大幅改善了裝置的電磁兼容性:通過將電機系統獨立出來置於滑環外側，使得掃描驅動裝置主體部分由滑環靜環、滑環動環和圓感應同步器等被動電磁元器件組成，大大降低了由於電磁幹擾而影響儀器系統圖像和數據質量的問題，同時也大大降低了 EMC問題的處理難度；
[0016]3)轉速輸出範圍大，精度高:電機通過齒輪將動力和力矩傳遞給滑環動環或滑環靜環，此時僅需設置相應的傳動比和圓感應同步器參數，既可實現掃描驅動裝置的低轉速高精度控制，也可實現掃描驅動裝置的高轉速高精度控制，相比於現有的掃描驅動機構在轉速輸出方面具有更大的柔性；
[0017]4)轉矩輸出範圍大:通過改變傳動比，能夠方便實現高扭矩輸出，能夠克服直驅類方案輸出轉矩受限的缺點，滿足於大型空間儀器的掃描驅動的功率要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為一種現有的用於空間掃描的驅動機構結構示意圖。
[0019]圖2為本發明實施例中的一種在空間應用的掃描驅動裝置結構示意圖。
[0020]1、角接觸球軸承2、直流無刷力矩電機3、圓感應同步器
[0021]4、導電滑環 5、旋轉變壓器6、上軸承座
[0022]7、下軸承座 8、滑環靜環9、滑環動環
[0023]10、刷絲11、基座12、電機
[0024]13、齒輪14、軸系上蓋
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發明所述的一種在空間應用的掃描驅動裝置進行詳細說明。
[0026]如圖2所示，本發明的一種在空間應用的掃描驅動裝置，包括:滑環靜環8、角接觸球軸承1、滑環動環9、電機12、圓感應同步器3，所述的角接觸球軸承I用於承受掃描驅動裝置的徑向力和軸向力，其為整套掃描驅動裝置的主承力軸承；所述的圓感應同步器3作為掃描驅動裝置的角度測量與反饋元件，其用於將測量得到的角度數據反饋至電機12以控制其轉動，該圓感應同步器3與電機12 —起實現掃描驅動裝置的閉環伺服控制。所述的電機12為掃描驅動裝置提供動力；所述的滑環靜環8對滑環的定子和主軸進行了複合設計，使得該滑環靜環8既是掃描驅動裝置的主軸，又能夠用於傳遞數據與功率信號；所述的滑環動環9對滑環的轉子和軸承座進行了複合設計，該滑環動環9的上端和下端均設有一個供角接觸球軸承I的軸承座，使滑環的轉子和軸承座功能合二為一，該滑環動環9既是掃描驅動裝置的軸承座，又能夠實現滑環動環9的數據傳遞功能。
[0027]所述的滑環靜環8和滑環動環9傳遞的數據信號主要指給掃描觀測儀器發出的控制信號和掃描觀測儀器傳回的科學數據，所述的功率信號主要指掃描觀測儀器正常工作所需要的電能。
[0028]基於上述掃描驅動裝置的結構，所述的掃描驅動裝置還可包括基座，所述的基座為掃描驅動裝置提供基礎安裝面和結構支撐，是整套掃描驅動裝置的機架。如圖2所示，在本實施例中所述的滑環靜環8的底部與基座11固定，所述的電機12設置於滑環動環9的夕卜側，該電機12通過設有的齒輪13與滑環動環9的外壁齒輪嚙合。電機12和滑環靜環8都安裝在基座11上，滑環靜環8與滑環動環9構成軸系。此時，可通過滑環動環9上設有傳動齒輪與電機12輸出軸上設有的齒輪13嚙合傳遞運動；並將運動和力矩傳遞給滑環動環9，實現規定的速度和力矩輸出。所述的傳動齒輪與滑環動環9可為一體結構，二者之間在實際操作中可以直接一體化加工，也可以分別加工，再通過螺釘和銷定位等方式連接。
[0029]如圖2所示，所述的滑環靜環8的頂部穿設有軸系上蓋14，所述的軸系上蓋14用於密封角接觸球軸承I ;該軸系上蓋14可通過螺釘固定在滑環動環9的上表面，以使整個掃描驅動裝置的內部處於封閉狀態。
[0030]另外，所述的滑環動環的底部還可與基座固定，所述的電機設置於滑環動環的內偵牝該電機通過設有的齒輪與滑環靜環的外壁齒輪嚙合，並將動力和力矩傳遞給滑環靜環。
[0031]基於上述掃描驅動裝置的結構，在電機12中可通過設置減速器以增大調速範圍和力矩輸出範圍；同時，通過採用不同規格的電機和滑環動環9或滑環靜環8以適應不同工況需求。本發明中的電機提供兩種連接方式，一方面通過滑環動環與基座連接，再將電機上設有的齒輪與滑環靜環的外壁嚙合，可以實現滑環靜環的運動與功率輸出；另一方面，通過滑環靜環與基座連接，滑環動環安裝傳動齒輪，再與電機上設有的齒輪嚙合，可以實現滑環動環的運動與功率輸出；此時，所述的傳動齒輪和電機減速器的表面均可採用蝸輪蝸杆方式設置，以方便實現掃描驅動裝置的自鎖。
[0032]利用如圖2中所示的掃描驅動裝置進行工作的具體操作過程如下所述:
[0033]所述的電機12作為系統動力源輸出力矩與轉速，並將輸出的動力通過齒輪傳遞到滑環動環9上；掃描觀測儀器安裝在滑環動環9上，當滑環動環9按照設定運動旋轉時，同時就帶動了掃描觀測儀器完成掃描運動。掃描觀測儀器所需要的電子控制信號和電源信號通過滑環動環9傳輸，掃描觀測儀器獲得的科學數據也通過滑環動環9傳遞迴控制臺。此時，掃描驅動裝置的運動控制是通過角度反饋元件實現的，即通過圓感應同步器3將運動測量結果反饋給控制臺，控制臺根據測量結果來控制電機12輸出，從而調節掃描觀測運動。
[0034]綜上所述，本發明——在空間應用的掃描驅動裝置，其結構緊湊、具有較高的系統集成度和完整的高精度閉環伺服控制系統，可以滿足各類型空間探測儀器的掃描觀測需求，具有廣闊的應用前景和巨大的應用價值。
[0035]最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。儘管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種在空間應用的掃描驅動裝置，包括一對角接觸球軸承(I)、電機(12)和圓感應同步器(3)，所述的角接觸球軸承(I)用於承受掃描驅動裝置的徑向力和軸向力，所述的圓感應同步器(3)用於將測量得到的角度數據反饋至電機(12)以控制其轉動，所述的電機(12)為掃描驅動裝置提供動力；其特徵在於，所述的掃描驅動裝置還包括滑環靜環(8)和滑環動環(9);所述的滑環靜環(8)作為掃描驅動裝置的主軸，同時用於傳遞數據與功率信號；所述的滑環動環(9)的上端和下端均設有一個供角接觸球軸承(I)的軸承座，該滑環動環(9)同時用於傳遞數據。
2.根據權利要求1所述的在空間應用的掃描驅動裝置，其特徵在於，所述的掃描驅動裝置還包括基座，所述的基座為掃描驅動裝置提供安裝平臺。
3.根據權利要求2所述的在空間應用的掃描驅動裝置，其特徵在於，所述的滑環靜環(8)的底部與基座(11)固定，所述的電機(12)設置於滑環動環(9)的外側，該電機(12)通過設有的齒輪(13)與滑環動環(9)的外壁齒輪嚙合，並將動力和力矩傳遞給滑環動環(9)。
4.根據權利要求2所述的在空間應用的掃描驅動裝置，其特徵在於，所述的滑環動環(9)的底部與基座(11)固定，所述的電機(12)設置於滑環動環(9)的內側，該電機(12)通過設有的齒輪(13)與滑環靜環(8)的外壁齒輪嚙合，並將動力和力矩傳遞給滑環靜環(8)。
5.根據權利要求1所述的在空間應用的掃描驅動裝置，其特徵在於，所述的滑環靜環(8)的頂部穿設有軸系上蓋(14)，該軸系上蓋(14)用於密封角接觸球軸承(I)。
【文檔編號】G05D13/62GK104199475SQ201410438343
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】李彬, 劉浩 申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心