一種單軸雙陀螺穩定系統及其控制方法
2023-05-31 03:50:16 2
一種單軸雙陀螺穩定系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種單軸雙陀螺穩定系統及其使用方法。本穩定系統包括機座和兩個轉速相反、穩定軸平行的陀螺器，其中陀螺器包括定子下部、定子上部、磁極、滾動球軸承、電樞繞組、定子勵磁繞組、螺栓、轉子、電樞鐵芯、換向器、絕緣套筒、電刷、軸承端蓋、推力球軸承。它是利用定子勵磁繞組通電後產生旋轉磁場並作用於轉子閉合鋁框形成磁電動力旋轉扭矩而使其轉動，大質量的定子轉動後產生轉動力矩，根據陀螺的定軸性原理，可以增加與機座相固定平臺的穩定性，該陀螺穩定系統採用兩個陀螺器同步使用，採用相反的轉動。該系統結構簡單、抗動力擾動能力強，適用於車輛、船舶、飛行器的穩定。
【專利說明】
一種單軸雙陀螺穩定系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種穩定系統及其控制方法，特別是針對陀螺穩定系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]陀螺儀是一種機械裝置，其主要部分是一個對旋轉軸以極高角速度旋轉的轉子，在沒有任何外力矩作用在陀螺儀上時，陀螺儀的自轉軸在慣性空間中的指向保持穩定不變，即指向一個固定的方向，同時反抗任何改變轉子軸向的力量，這就是陀螺儀的定軸性。利用這一原理製成了陀螺穩定平臺。市場上主要用陀螺儀的特性製成感應器使用，直接式陀螺穩定平臺較少，即使有應用，也是用電機帶動轉子作高速轉動，效率較低。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種單軸雙陀螺穩定系統及其控制方法。
[0004]單軸雙陀螺穩定系統具有機座，在機座上設有兩個轉向相反的陀螺器，陀螺器包括定子下部、定子上部、磁極、定子端滾動球軸承、電樞繞組、定子勵磁繞組、定位螺栓、轉子、電樞鐵芯、換向器、絕緣套筒、電刷器、轉子上端滾動球軸承、軸承端蓋、推力球軸承，其中電刷器包括電刷、彈簧片、電刷座、刷握，換向器包括絕緣縫隙、換向片；兩個定子端滾動球軸承同心布置在機座的軸承孔內，定子下部的兩個軸端與定子端滾動球軸承過盈配合，定子上部通過定位螺栓與定子下部連接，軸承蓋通過螺栓固定在定子上部上，轉子上端滾動球軸承通過過盈連接固定在定子上部上，換向器與絕緣套筒過盈連接，絕緣套筒與轉子上端的軸過盈配合，換向片、彈簧片固定在刷握上，刷握固定在電刷座上，電刷器通過螺釘固定在定子上部，換向片與電刷接觸，電樞繞組嵌入電樞鐵芯槽內，轉子與推力球軸承過盈連接，推力球軸承固定在定子下部上，定子勵磁繞組固定在磁極上，磁極固定在定子下部上。
[0005]所述的單軸雙陀螺穩定系統採用雙陀螺器布置，兩個陀螺的旋轉軸平行。
[0006]所述的單軸雙陀螺穩定系統的方法為:兩組定子勵磁繞組所通的電流流向相反，每一組電樞繞組兩端分別接在換向器上兩個相隔180°的換向片上，兩邊的電刷同時只能接觸兩個相隔180°的換向片，使得每一組通電的電樞繞組在勵磁繞組通電後產生的固定的磁場中受到始終不變向的且垂直於電樞繞組所在平面的磁場力作用，使得電樞鐵芯轉動，從而帶動轉子轉動；當轉子(8)轉動後,產生動量矩H,其中,H=JQ，若需增大動量矩H,則能通過增大陀螺器轉子(8)的轉動慣量J，也能通過增大轉子(8)的轉速Ω實現；兩個陀螺器的轉子產生的動量矩分別為H1和H2,當被穩定的平臺受到繞X軸的幹擾力矩Mx的作用時，將引起兩個陀螺器分別繞軸71和72以方向相反的角速度《1和ω2進動，同時分別產生陀螺力矩Mxl=H1 ω i和Mx2=H2 ω 2，均與幹擾力矩Mx反向，起到對抗幹擾力矩Mx的作用，從而增加平臺的穩定性。
[0007]本發明是利用定子勵磁繞組通電後產生旋轉磁場並作用於轉子閉合鋁框形成磁電動力旋轉扭矩而使其轉動，大質量的定子轉動後產生轉動力矩，根據陀螺的定軸性原理，可以增加與機座相固定平臺的穩定性，該陀螺穩定系統採用兩個陀螺器同步使用，採用相反的轉動，以抵消各自的陀螺有害的力矩。該系統結構簡單、抗動力擾動能力強，適用於車輛、船舶、飛行器的穩定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為單軸雙陀螺穩定系統局部剖視示意圖；
圖2為單軸雙陀螺穩定系統結構示意圖；
圖3為陀螺器的剖視示意圖；
圖4為電樞繞組及定子勵磁繞組的電流流向示意圖；
圖5為電樞繞組及換向器不意圖；
圖中，機座1、定子下部2、定子上部3、磁極4、定子端滾動球軸承5、電樞繞組6.1、定子勵磁繞組6.2、定位螺栓7、轉子8、電樞鐵芯9、換向器10、絕緣縫隙10.1、換向片10.2、絕緣套筒11、電刷器12、電刷12.1、彈簧片12.2、電刷座12.3、刷握12.4、轉子上端滾動球軸承13、軸承端蓋14、推力球軸承15。
【具體實施方式】
[0009]如圖1、3、4、5所示，陀螺儀穩定系統具有機座1，在機座上設有兩個轉向相反的陀螺器，陀螺器包括定子下部2、定子上部3、磁極4、定子端滾動球軸承5、電樞繞組6.1、定子勵磁繞組6.2、定位螺栓7、轉子8、電樞鐵芯9、換向器10、絕緣套筒11、電刷器12、轉子上端滾動球軸承13、軸承端蓋14、推力球軸承15，其中電刷器12包括電刷12.1、彈簧片12.2、電刷座12.3、刷握12.4，換向器10包括絕緣縫隙10.1、換向片10.2 ;兩個定子端滾動球軸承5同心布置在機座I的軸承孔內，定子下部2的兩個軸端與定子端滾動球軸承5過盈配合，定子上部3通過定位螺栓7與定子下部2連接，軸承蓋14通過螺栓固定在定子上部3上，轉子上端滾動球軸承13通過過盈連接固定在定子上部3上，換向器10與絕緣套筒11過盈連接，絕緣套筒11與轉子8上端的軸過盈配合，換向片12.1、彈簧片12.2固定在刷握12.4上，刷握12.4固定在電刷座12.3上，電刷器12通過螺釘固定在定子上部3，換向片10.2與電刷12.1接觸，電樞繞組6.1嵌入電樞鐵芯9槽內，轉子8與推力球軸承15過盈連接，推力球軸承15固定在定子下部2上,定子勵磁繞組6.2固定在磁極4上,磁極4固定在定子下部2上。磁極4、定子下部2和定子上部3都是由導磁良好的鋼鐵製成，電樞鐵芯9由導磁良好的娃鋼片疊成，轉子8由導磁良好的鋼鐵製成,換向器有18個銅製換向片,排成圓筒形，固定在一個絕緣套筒11上，換向片間留有縫隙，相互絕緣；電樞繞組6.1通過電刷12.1供電，電刷12.1的主要成份是石墨，導電良好又潤滑。電刷12.1固定在刷握12.4內，由彈簧片12.2壓向換向器12 ;本發明有兩個主磁極，故有兩個電刷組，每個電刷組由兩個電刷12.1構成。電刷組固定在電刷座12.3上，構成電刷器12。
[0010]單軸雙陀螺穩定系統採用雙陀螺器布置，兩個陀螺的旋轉軸平行，整個系統通過螺栓固定在載體上。
[0011]單軸雙陀螺穩定系統其方法為:兩組定子勵磁繞組6.2所通的電流流向相反，每一組電樞繞組6.1兩端分別接在換向器10上兩個相隔180°的換向片10.2上，兩邊的電刷12.1同時只能接觸兩個相隔180°的換向片10.2，使得每一組通電的電樞繞組6.1在勵磁繞組6.2通電後產生的固定的磁場中受到始終不變向的且垂直於電樞繞組6.1所在平面的磁場力作用，使得電樞鐵芯9轉動，從而帶動轉子8轉動；當轉子(8)轉動後，產生動量矩H，其中，H=J Ω，若需增大動量矩H，則能通過增大陀螺器轉子(8)的轉動慣量J，也能通過增大轉子(8)的轉速Ω實現；兩個陀螺器的轉子產生的動量矩分別為H1和H2，當被穩定的平臺受到繞X軸(見附圖2)的幹擾力矩Mx的作用時，將引起兩個陀螺器分別繞軸yi和y2以方向相反的角速度ω i和ω2進動，同時分別產生陀螺力矩Mxl=H1 ω:和Mx2=H2 ω2，均與幹擾力矩Mx反向,起到對抗幹擾力矩Mx的作用，從而增加平臺的穩定性。
【權利要求】
1.一種單軸雙陀螺穩定系統，其特徵在於具有機座(I )，在機座上設有兩個轉向相反的陀螺器，陀螺器包括定子下部(2)、定子上部(3)、磁極(4)、定子端滾動球軸承(5)、電樞繞組(6.1)、定子勵磁繞組(6.2)、定位螺栓(7)、轉子(8)、電樞鐵芯(9)、換向器(10)、絕緣套筒(11)、電刷器(12)、轉子上端滾動球軸承(13)、軸承端蓋(14)、推力球軸承(15)，其中電刷器(12)包括電刷(12.1)、彈簧片(12.2)、電刷座(12.3)、刷握(12.4)，換向器(10)包括絕緣縫隙(10.1)、換向片(10.2);兩個定子端滾動球軸承(5)同心布置在機座(I)的軸承孔內，定子下部(2 )的兩個軸端與定子端滾動球軸承(5 )過盈配合，定子上部(3 )通過定位螺栓(7)與定子下部(2)連接，軸承蓋(14)通過螺栓固定在定子上部(3)上，轉子上端滾動球軸承(13)通過過盈連接固定在定子上部(3)上，換向器(10)與絕緣套筒(11)過盈連接，絕緣套筒(11)與轉子(8)上端的軸過盈配合，換向片(12.1)、彈簧片(12.2)固定在刷握(12.4)上，刷握(12.4)固定在電刷座(12.3)上，電刷器(12)通過螺釘固定在定子上部(3)，換向片(10.2)與電刷(12.1)接觸，電樞繞組(6.1)嵌入電樞鐵芯(9)槽內，轉子(8)與推力球軸承(15)過盈連接，推力球軸承(15)固定在定子下部(2)上，定子勵磁繞組(6.2)固定在磁極(4)上,磁極(4)固定在定子下部(2)上。
2.根據權利要求1所述的一種單軸雙陀螺穩定系統，其特徵在於所述的兩個轉向相反的陀螺器的旋轉軸平行。
3.一種使用如權利要求1所述系統的單軸雙陀螺穩定方法，其特徵在於:兩組定子勵磁繞組(6.2)所通的電流流向相反，每一組電樞繞組(6.1)兩端分別接在換向器(10)上兩個相隔180°的換向片(10.2)上，兩邊的電刷(12.1)同時只能接觸兩個相隔180°的換向片(10.2)，使得每一組通電的電樞繞組(6.1)在勵磁繞組(6.2)通電後產生的固定的磁場中受到始終不變向的且垂直於電樞繞組(6.1)所在平面的磁場力作用，使得電樞鐵芯(9)轉動，從而帶動轉子(8)轉動；當轉子(8)轉動後,產生動量矩H,其中,H=J Ω ,若需增大動量矩H，則能通過增大陀螺器轉子(8)的轉動慣量J，也能通過增大轉子(8)的轉速Ω實現；兩個陀螺器的轉子產生的動量矩分別為H1和H2,當被穩定的平臺受到繞X軸的幹擾力矩Mx的作用時，將引起兩個陀螺器分別繞軸71和72以方向相反的角速度《1和ω2進動，同時分別產生陀螺力矩Mxl=H1 ω I和Mx2=H2 ω 2，均與幹擾力矩Mx反向，起到對抗幹擾力矩Mx的作用，從而增加平臺的穩定性。
【文檔編號】G01C19/02GK104316038SQ201410612153
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】胡樹根, 彭維峰, 徐屬斌 申請人:金華中科機電研究所