飛輪反作用力矩測試裝置的製作方法
2023-05-27 23:25:26 1
專利名稱：飛輪反作用力矩測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測試飛輪反作用力矩的裝置。
背景技術：
飛輪是衛星姿態控制系統採用的主要執行部件，飛輪的輸出力矩、控制 精度和力矩解析度等性能直接影響著衛星的總體性能。因此，飛輪的力矩控 制受到廣泛重視與研究。飛輪沒有延伸出來的軸，不能直接連接扭矩傳感器， 所以很難測量其輸出力矩，也就無法準確地評價飛輪力矩控制效果的好壞。 目前一般通過飛輪的繞組電流乘以力矩係數或者對飛輪的轉速微分間接地作 為飛輪的輸出力矩。採用繞組電流得到飛輪輸出轉矩的方法是錯誤的，因為 此方法忽略了摩擦力矩，而飛輪力矩控制系統中，摩擦力矩的影響是不容忽
視的，所以根據繞組電流得到的力矩進行控制的效果是不準確的；採用對轉 速微分得到飛輪輸出轉矩的缺點是需要高解析度的轉速傳感器，否則會造成 計算的轉矩與飛輪的實際輸出轉矩有較大誤差，這種方法的結構複雜且成本 較高。
發明內容
本發明的目的是解決現有飛輪反作用力矩測量裝置測量結果不準確或結 構複雜、成本高的問題，提供一種飛輪反作用力矩測試裝置。
本發明包括工作檯、外殼、氣浮軸承、支架和控制器，它還包括電機組 件，電機組件由U型鐵芯、永磁磁鋼和繞組組成，工作檯與氣浮軸承的轉動 軸上端固定連接，氣浮軸承設置在外殼的內部，氣浮軸承的外殼體與外殼固 定連接，氣浮軸承的轉動軸下端與支架固定連接並同軸心線，
外殼的內側與u型鐵芯固定連接，u型鐵芯的內表面外側沿圓周方向設
置有永磁磁鋼，永磁磁鋼的永磁磁極沿圓周方向交錯排布，繞組沿圓周方向
設置在永磁磁鋼和u型鐵芯之間，繞組的底部與支架固定連接並同軸心線，
繞組與控制器連接。
本發明提供的第二種方案為本發明包括工作檯、外殼、氣浮軸承、支架
和控制器，它還包括電機組件，電機組件由u型鐵芯、永磁磁鋼和繞組組成，
工作檯與氣浮軸承的轉動軸上端固定連接，氣浮軸承設置在外殼的內部，氣 浮軸承的外殼體與外殼固定連接，氣浮軸承的轉動軸下端與支架固定連接並
同軸心線，
外殼的內側與u型鐵芯固定連接，u型鐵芯的內表面內側沿圓周方向設
置有永磁磁鋼，永磁磁鋼的永磁磁極沿圓周方向交錯排布，繞組沿圓周方向
設置在永磁磁鋼和u型鐵芯之間，繞組的底部與支架固定連接並同軸心線，
繞組與控制器連接。
本發明提供的第三種方案為本發明包括工作檯、外殼、氣浮軸承、支架
和控制器，它還包括電機組件，電機組件由u型鐵芯、內永磁磁鋼、外永磁
磁鋼和繞組組成，工作檯與氣浮軸承的轉動軸上端固定連接，氣浮軸承設置 在外殼的內部，氣浮軸承的外殼體與外殼固定連接，氣浮軸承的轉動軸下端 與支架固定連接並同軸心線，
外殼的內側與u型鐵芯固定連接，u型鐵芯的內表面內側沿圓周方向設 置有內永磁磁鋼，u型鐵芯的內表面外側沿圓周方向設置有外永磁磁鋼，內
永磁磁鋼和外永磁磁鋼的永磁磁極沿圓周方向交錯排布且數量相等，內永磁 磁鋼和外永磁磁鋼相對位置的磁極極性相反，繞組沿圓周方向設置在內永磁 磁鋼和外永磁磁鋼之間，繞組的底部與支架固定連接並同軸心線，繞組與控 制器連接。
本發明提供的第四種方案為本發明包括工作檯、外殼、氣浮軸承、支架
和控制器，它還包括電機組件，電機組件由u型鐵芯、永磁磁鋼和繞組組成，
工作檯與氣浮軸承的轉動軸上端固定連接，氣浮軸承設置在外殼的內部，氣
浮軸承的外殼體與外殼固定連接，氣浮軸承的轉動軸下端與u型鐵芯固定連
接，
u型鐵芯的內表面外側沿圓周方向設置有永磁磁鋼，永磁磁鋼的永磁磁
極沿圓周方向交錯排布，繞組沿圓周方向設置在永磁磁鋼和u型鐵芯之間，
支架的一端面與外殼的內側固定連接，支架的另一端面與繞組的底部固定連 接，繞組與控制器連接。
本發明提供的第五種方案為本發明包括工作檯、外殼、氣浮軸承、支架
和控制器，它還包括電機組件，電機組件由u型鐵芯、永磁磁鋼和繞組組成，
工作檯與氣浮軸承的轉動軸上端固定連接，氣浮軸承設置在外殼的內部，氣
浮軸承的外殼體與外殼固定連接，氣浮軸承的轉動軸下端與u型鐵芯固定連
接，
u型鐵芯的內表面內側沿圓周方向設置有永磁磁鋼，永磁磁鋼的永磁磁
極沿圓周方向交錯排布，繞組沿圓周方向設置在永磁磁鋼和u型鐵芯之間，
支架的一端面與外殼的內側固定連接，支架的另一端面與繞組的底部固定連 接，繞組與控制器連接。
本發明提供的第六種方案為本發明包括工作檯、外殼、氣浮軸承、支架
和控制器，它還包括電機組件，電機組件由u型鐵芯、內永磁磁鋼、外永磁
磁鋼和繞組組成，工作檯與氣浮軸承的轉動軸上端固定連接，氣浮軸承設置 在外殼的內部，氣浮軸承的外殼體與外殼固定連接，氣浮軸承的轉動軸下端
與u型鐵芯固定連接，
u型鐵芯的內表面內側沿圓周方向設置有內永磁磁鋼，u型鐵芯的內表
面外側沿圓周方向設置有外永磁磁鋼，內永磁磁鋼和外永磁磁鋼的永磁磁極 沿圓周方向交錯排布且數量相等，內永磁磁鋼和外永磁磁鋼相對位置的磁極 極性相反，繞組沿圓周方向設置在內永磁磁鋼和外永磁磁鋼之間，支架的一 端面與外殼的內側固定連接，支架的另一端面與繞組的底部固定連接，繞組 與控制器連接。 本發明的優點是-
1、 結構簡單、成本低；
2、 低摩擦採用氣浮軸承，大大減小了摩擦力矩對本發明裝置的影響， 提高了測量精度；
3、 採用無鐵芯的繞組結構，消除了定位力矩對本發明裝置的影響，提高 了測量精度。
圖1是本發明的結構示意圖，圖2是實施方式二的結構示意圖，圖3是 實施方式三的結構示意圖，圖4是實施方式四的結構示意圖，圖5是實施方 式五的結構示意圖，圖6是實施方式六的結構示意圖，圖7是繞組結構示意
圖及繞組線圈的繞線示意圖，圖8是永磁磁鋼、內永磁磁鋼和外永磁磁鋼的 展開圖，圖9是控制器結構示意圖，圖10是控制系統示意圖，圖11是測試 原理示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結合圖l和圖ll說明本實施方式，本實施方式包
括工作檯1、外殼2、氣浮軸承3、支架7和控制器8，它還包括電機組件DJ， 電機組件DJ由U型鐵芯4、永磁磁鋼5和繞組6組成，工作檯1與氣浮軸承 3的轉動軸上端3-2固定連接，氣浮軸承3設置在外殼2的內部，氣浮軸承3 的外殼體3-1與外殼2固定連接，氣浮軸承3的轉動軸下端3-3與支架7固定 連接並同軸心線，
外殼2的內側與U型鐵芯4固定連接，U型鐵芯4的內表面外側沿圓周 方向設置有永磁磁鋼5，永磁磁鋼5的永磁磁極沿圓周方向交錯排布，繞組6 沿圓周方向設置在永磁磁鋼5和U型鐵芯4之間，繞組6的底部與支架7固 定連接並同軸心線，繞組6與控制器8連接。
本裝置的動子包括工作檯1、氣浮軸承3、繞組6和支架7，不動子包括 外殼2、 U型鐵芯4和永磁磁鋼5。
如圖11所示，進行測試時將被測飛輪放在工作檯1上。
飛輪分為兩個部分飛輪轉子和飛輪定子，飛輪定子和飛輪轉子之間存 在力矩7;(也就是飛輪的輸出力矩)；測試裝置分為兩個部分動子和不動子， 動子和不動子之間存在可控力矩7^ 。飛輪定子和測試裝置的動子同軸心連接。
測試時，控制測試裝置的動子與不動子之間的轉角為零，通過讀取s，得到t;的值。
具體分析如下
以飛輪定子和裝置動子的連接體為研究對象
1 2 &
式中-
- ;——飛輪轉子對飛輪定子的反作用力矩
r2——測試裝置的不動子對動子的作用力矩
/2——飛輪定子和裝置動子的連接體對轉軸的轉動慣量 "2——飛輪定子和裝置動子的連接體對地的轉速
當控制轉角不變時，~ = o，此時-z;+r2=o，即72=7;，測試裝置的輸出 力矩與飛輪電機輸出的反作用力矩相等。
由於本裝置採用氣浮軸承3和無鐵芯的繞組結構，使裝置的摩擦力矩可 忽略且定位力矩為零，所以測試裝置的輸出力矩就是與控制電流成比例的電 磁轉矩。
1、 氣浮軸承3包括轉動軸、外殼體3-1等幾部分，在外殼體3-1上均勻 的分布著節流孔。壓縮空氣從進氣孔進入，經過分布在外殼體3-l中的節流孔 進入轉動軸和外殼體3-1之間的間隙，然後沿轉動軸的軸向流至轉動軸兩端部 排入大氣。工作原理是使轉動軸與外殼體3-l之間充滿著具有壓縮性的空氣， 並藉助形成的壓力氣膜來支承負載並實現平穩動作。
優點
(1) 幾乎無摩擦、不生熱、磨損小、壽命長。由於氣體的粘度僅為潤滑 油的千分之一的數量級，因此其摩擦損耗極低，這極大的改善了高速機械的 工作性能；
(2) 運轉平滑、精度高；軸承間隙小，能保證較高的迴轉精度，可用於 精密儀器、機械、計算機磁頭等應用領域；
(3) 耐高、低溫性能好，抗輻射能力強；
(4) 清潔度高，不汙染環境。
2、 採用無鐵芯結構繞組，無定位力矩。
在一般的力矩控制系統中，電機的定位力矩相對於輸出轉矩較小，所以 一般情況下可以忽略。但本發明中，測試對象是輸出力矩很小的飛輪，所以 測試裝置的輸出力矩也很小，定位力矩的存在對測試結果影響很大。為了消 除傳統電機有鐵芯的繞組結構帶來的定位力矩的影響，本發明採用無鐵芯式 繞組6的結構，消除了定位力矩，大大地提高了測量的解析度和精度。
具體實施方式
二下面結合圖2說明本實施方式，本實施方式包括工作 臺l、外殼2、氣浮軸承3、支架7和控制器8，它還包括電機組件DJ，電機 組件DJ由U型鐵芯4、永磁磁鋼5和繞組6組成，工作檯1與氣浮軸承3的 轉動軸上端3-2固定連接，氣浮軸承3設置在外殼2的內部，氣浮軸承3的外
殼體3-1與外殼2固定連接，氣浮軸承3的轉動軸下端3-3與支架7固定連接 並同軸心線，
外殼2的內側與U型鐵芯4固定連接，U型鐵芯4的內表面內側沿圓周 方向設置有永磁磁鋼5，永磁磁鋼5的永磁磁極沿圓周方向交錯排布，繞組6 沿圓周方向設置在永磁磁鋼5和U型鐵芯4之間，繞組6的底部與支架7固 定連接並同軸心線，繞組6與控制器8連接。
具體實施方式
三下面結合圖3說明本實施方式，本實施方式包括工作 臺l、外殼2、氣浮軸承3、支架7和控制器8，它還包括電機組件DJ，電機 組件DJ由U型鐵芯4、內永磁磁鋼5-l、外永磁磁鋼5-2和繞組6組成，工 作臺1與氣浮軸承3的轉動軸上端3-2固定連接，氣浮軸承3設置在外殼2 的內部，氣浮軸承3的外殼體3-l與外殼2固定連接，氣浮軸承3的轉動軸下 端3-3與支架7固定連接並同軸心線，
外殼2的內側與U型鐵芯4固定連接，U型鐵芯4的內表面內側沿圓周 方向設置有內永磁磁鋼5-1， U型鐵芯4的內表面外側沿圓周方向設置有外永 磁磁鋼5-2，內永磁磁鋼5-1和外永磁磁鋼5-2的永磁磁極沿圓周方向交錯排 布且數量相等，內永磁磁鋼5-1和外永磁磁鋼5-2相對位置的磁極極性相反， 繞組6沿圓周方向設置在內永磁磁鋼5-1和外永磁磁鋼5-2之間，繞組6的底 部與支架7固定連接並同軸心線，繞組6與控制器8連接。
具體實施方式
四下面結合圖4說明本實施方式，本實施方式包括工作 臺l、外殼2、氣浮軸承3、支架7和控制器8，它還包括電機組件DJ，電機 組件DJ由U型鐵芯4、永磁磁鋼5和繞組6組成，工作檯1與氣浮軸承3的 轉動軸上端3-2固定連接，氣浮軸承3設置在外殼2的內部，氣浮軸承3的外 殼體3-1與外殼2固定連接，氣浮軸承3的轉動軸下端3-3與U型鐵芯4固定 連接，
U型鐵芯4的內表面外側沿圓周方向設置有永磁磁鋼5，永磁磁鋼5的永 磁磁極沿圓周方向交錯排布，繞組6沿圓周方向設置在永磁磁鋼5和U型鐵 芯4之間，支架7的一端面與外殼2的內側固定連接，支架7的另一端面與 繞組6的底部固定連接，繞組6與控制器8連接。
本裝置的動子包括工作檯1、氣浮軸承3、 U型鐵芯4和永磁磁鋼5，不動子包括外殼2、繞組6和支架7。
具體實施方式
五下面結合圖5說明本實施方式，本實施方式包括工作 臺l、外殼2、氣浮軸承3、支架7和控制器8，它還包括電機組件DJ，電機 組件DJ由U型鐵芯4、永磁磁鋼5和繞組6組成，工作檯1與氣浮軸承3的 轉動軸上端3-2固定連接，氣浮軸承3設置在外殼2的內部，氣浮軸承3的外 殼體3-1與外殼2固定連接，氣浮軸承3的轉動軸下端3-3與U型鐵芯4固定 連接，
U型鐵芯4的內表面內側沿圓周方向設置有永磁磁鋼5，永磁磁鋼5的永 磁磁極沿圓周方向交錯排布，繞組6沿圓周方向設置在永磁磁鋼5和U型鐵 芯4之間，支架7的一端面與外殼2的內側固定連接，支架7的另一端面與 繞組6的底部固定連接，繞組6與控制器8連接。
具體實施方式
六下面結合圖6說明本實施方式，本實施方式包括工作 臺l、外殼2、氣浮軸承3、支架7和控制器8，它還包括電機組件DJ，電機 組件DJ由U型鐵芯4、內永磁磁鋼5-l、外永磁磁鋼5-2和繞組6組成，工 作臺1與氣浮軸承3的轉動軸上端3-2固定連接，氣浮軸承3設置在外殼2 的內部，氣浮軸承3的外殼體3-1與外殼2固定連接，氣浮軸承3的轉動軸下 端3-3與U型鐵芯4固定連接，
U型鐵芯4的內表面內側沿圓周方向設置有內永磁磁鋼5-1， U型鐵芯4 的內表面外側沿圓周方向設置有外永磁磁鋼5-2,內永磁磁鋼5-1和外永磁磁 鋼5-2的永磁磁極沿圓周方向交錯排布且數量相等，內永磁磁鋼5-1和外永磁 磁鋼5-2相對位置的磁極極性相反，繞組6沿圓周方向設置在內永磁磁鋼5-1 和外永磁磁鋼5-2之間，支架7的一端面與外殼2的內側固定連接，支架7 的另一端面與繞組6的底部固定連接，繞組6與控制器8連接。
具體實施方式
七下面結合圖7和圖8說明本實施方式，本實施方式與 實施方式一、二、四或五的不同之處在於繞組6由繞組線圈6-1和繞組骨架 6-2組成，繞組骨架6-2沿圓周方向均勻設置有多個凸起的線圈架6-2-1，線圈 架6-2-1的數量與永磁磁鋼5設置的永磁磁極數量相對應，繞組線圈6-1纏繞 在線圈架6-2-1上，每相鄰兩個線圈架6-2-1上纏繞的繞組線圈6-1的繞向相 反，每個線圈架6-2-1上纏繞的繞組線圈6-1串聯連接，繞組骨架6-2的材質
採用鋁、銅、不鏽鋼、環氧玻璃布棒、塑料、陶瓷或碳纖維，其它組成及連 接方式與實施方式一、二、四或五相同。
具體實施方式
八下面結合圖7、圖9和圖IO說明本實施方式，本實施 方式與實施方式七的不同之處在於控制器8包括DSP模塊8-1、兩個線性霍 爾元件8-2、電流傳感器8-3和功率驅動電路8-4，兩個線性霍爾元件8-2分別 設置在任意相鄰的兩個線圈架6-2-1上，所述線性霍爾元件8-2設置在線圈架 6-2-1左右對稱的中心軸線上，電流傳感器8-3串接在繞組線圈6-1上，線性 霍爾元件8-2測得的實際位移轉角和電流傳感器8-3測得的實際電流輸出給 DSP模塊8-1進行運算，DSP模塊8-1的輸出量控制電機組件DJ動作來保持 裝置平衡，其它組成及連接方式與實施方式七相同。
線性霍爾元件8-2是一種霍爾效應傳感器，能精確地跟蹤磁感應強度的微 小變化而變化，輸出與所檢測的磁感應強度成比例的模擬信號。在本發明中 線性霍爾元件8-2作為位置傳感器，方便、可靠且成本低，如圖7所示，兩個 線性霍爾元件8-2分別設置在任意相鄰的兩個線圈架6-2-1上，所述線性霍爾 元件8-2設置在線圈架6-2-1左右對稱的中心軸線上，這樣設置，保證了任意 一個線性霍爾元件8-2距離其左右相鄰的兩個繞組線圈6-1相等，且保證了兩 個線性霍爾元件8-2處於等值且反向的磁場位置。永磁磁鋼5上設置的永磁磁 極N、 S極交錯排布，形成交變磁場。在氣隙中的不同位置磁密不同，且磁密 隨位置的變化規律已知。線性霍爾元件8-2檢測所處位置的磁密大小，通過差 分處理從而得到位置信息。
如圖9和圖10所示，DSP模塊8-1接收位置傳感器-線性霍爾元件8-2反 饋的實際轉角信息e，與給定位置0*進行比較，得到位置差值，經過PID控制 算法得到給定的電流信號i*;給定電流信號T與電流傳感器8-3反饋的實際電 流信號i比較，得到電流差值，經過PID控制算法得到功率驅動電路8-4的控 制信號；控制信號經過功率驅動電路8-4得到控制電壓U，控制電壓U作用 在電機組件DJ上得到電流信號i和位置信號e。
其中
K——被測飛輪電機的力矩； R、 L—一繞組6的電阻和電感；
Kt、 Ke——電機組件DJ的力矩係數和反電勢係數；
J——飛輪定子和裝置動子的連接體相對於轉軸的轉動慣量；
K1-180/tc——固定常數。
通過位置電流雙閉環控制位置信號e=e*，得到被測飛輪電機的力矩
r產Kt承i。
具體實施方式
九本實施方式與實施方式三或六的不同之處在於繞組6 由繞組線圈6-1和繞組骨架6-2組成，繞組骨架6-2沿圓周方向均勻設置有多 個凸起的線圈架6-2-1，線圈架6-2-1的數量與內永磁磁鋼5-1和外永磁磁鋼 5-2設置的永磁磁極數量相對應，繞組線圈6-1纏繞在線圈架6-2-1上，每相 鄰兩個線圈架6-2-1上纏繞的繞組線圈6-1的繞向相反，每個線圈架6-2-1上 纏繞的繞組線圈6-l串聯連接，繞組骨架6-2的材質採用鋁、銅、不鏽鋼、環 氧玻璃布棒、塑料、陶瓷或碳纖維，其它組成及連接方式與實施方式三或六 相同。
具體實施方式
十本實施方式與實施方式九的不同之處在於控制器8包 括DSP模塊8-l、兩個線性霍爾元件8-2、電流傳感器8-3和功率驅動電路8-4， 兩個線性霍爾元件8-2分別設置在任意相鄰的兩個線圈架6-2-1上，所述線性 霍爾元件8-2設置在線圈架6-2-1左右對稱的中心軸線上，電流傳感器8-3串 接在繞組線圈6-1上，線性霍爾元件8-2測得的實際位移轉角和電流傳感器 8-3測得的實際電流輸出給DSP模塊8-1進行運算，DSP模塊8-1的輸出量控 制電機組件DJ動作來保持裝置平衡，其它組成及連接方式與實施方式九相同。
權利要求
1.飛輪反作用力矩測試裝置，它包括工作檯(1)、外殼(2)、氣浮軸承(3)、支架(7)和控制器(8)，其特徵在於它還包括電機組件(DJ)，電機組件(DJ)由U型鐵芯(4)、永磁磁鋼(5)和繞組(6)組成，工作檯(1)與氣浮軸承(3)的轉動軸上端(3-2)固定連接，氣浮軸承(3)設置在外殼(2)的內部，氣浮軸承(3)的外殼體(3-1)與外殼(2)固定連接，氣浮軸承(3)的轉動軸下端(3-3)與支架(7)固定連接並同軸心線，外殼(2)的內側與U型鐵芯(4)固定連接，U型鐵芯(4)的內表面外側沿圓周方向設置有永磁磁鋼(5)，永磁磁鋼(5)的永磁磁極沿圓周方向交錯排布，繞組(6)沿圓周方向設置在永磁磁鋼(5)和U型鐵芯(4)之間，繞組(6)的底部與支架(7)固定連接並同軸心線，繞組(6)與控制器(8)連接。
2、 飛輪反作用力矩測試裝置，它包括工作檯(l)、外殼(2)、氣浮軸承(3)、 支架(7)和控制器(8)，其特徵在於它還包括電機組件(DJ)，電機組件(DJ)由U 型鐵芯(4)、永磁磁鋼(5)和繞組(6)組成，工作檯(1)與氣浮軸承(3)的轉動軸上端 (3-2)固定連接，氣浮軸承(3)設置在外殼(2)的內部，氣浮軸承(3)的外殼體(3-l) 與外殼(2)固定連接，氣浮軸承(3)的轉動軸下端(3-3)與支架(7)固定連接並同軸 心線，外殼(2)的內側與U型鐵芯(4)固定連接，U型鐵芯(4)的內表面內側沿圓周 方向設置有永磁磁鋼(5)，永磁磁鋼(5)的永磁磁極沿圓周方向交錯排布，繞組 (6)沿圓周方向設置在永磁磁鋼(5)和U型鐵芯(4)之間，繞組(6)的底部與支架(7) 固定連接並同軸心線，繞組(6)與控制器(8)連接。
3、 飛輪反作用力矩測試裝置，它包括工作檯(l)、外殼(2)、氣浮軸承(3)、 支架(7)和控制器(8)，其特徵在於它還包括電機組件(DJ)，電機組件(DJ)由U 型鐵芯(4)、內永磁磁鋼(5-l)、外永磁磁鋼(5-2)和繞組(6)組成，工作檯(l)與 氣浮軸承(3)的轉動軸上端(3-2)固定連接，氣浮軸承(3)設置在外殼(2)的內部， 氣浮軸承(3)的外殼體(3-l)與外殼(2)固定連接，氣浮軸承(3)的轉動軸下端(3-3) 與支架(7)固定連接並同軸心線，外殼(2)的內側與U型鐵芯(4)固定連接，U型鐵芯(4)的內表面內側沿圓周 方向設置有內永磁磁鋼(5-l)， U型鐵芯(4)的內表面外側沿圓周方向設置有外 永磁磁鋼(5-2)，內永磁磁鋼(5-l)和外永磁磁鋼(5-2)的永磁磁極沿圓周方向交 錯排布且數量相等，內永磁磁鋼(5-l)和外永磁磁鋼(5-2)相對位置的磁極極性 相反，繞組(6)沿圓周方向設置在內永磁磁鋼(5-l)和外永磁磁鋼(5-2)之間，繞 組(6)的底部與支架(7)固定連接並同軸心線，繞組(6)與控制器(8)連接。
4、 飛輪反作用力矩測試裝置，它包括工作檯(l)、夕卜殼(2)、氣浮軸承(3)、 支架(7)和控制器(8)，其特徵在於它還包括電機組件(DJ)，電機組件(DJ)由U 型鐵芯(4)、永磁磁鋼(5)和繞組(6)組成，工作檯(1)與氣浮軸承(3)的轉動軸上端 (3-2)固定連接，氣浮軸承(3)設置在外殼(2)的內部，氣浮軸承(3)的外殼體(3-l) 與外殼(2)固定連接，氣浮軸承(3)的轉動軸下端(3-3)與U型鐵芯(4)固定連接，U型鐵芯(4)的內表面外側沿圓周方向設置有永磁磁鋼(5)，永磁磁鋼(5)的 永磁磁極沿圓周方向交錯排布，繞組(6)沿圓周方向設置在永磁磁鋼(5)和U型 鐵芯(4)之間，支架(7)的一端面與外殼(2)的內側固定連接，支架(7)的另一端面 與繞組(6)的底部固定連接，繞組(6)與控制器(8)連接。
5、 飛輪反作用力矩測試裝置，它包括工作檯(l)、外殼(2)、氣浮軸承(3)、 支架(7)和控制器(8)，其特徵在於它還包括電機組件(DJ)，電機組件(DJ)由U 型鐵芯(4)、永磁磁鋼(5)和繞組(6)組成，工作檯(1)與氣浮軸承(3)的轉動軸上端 (3-2)固定連接，氣浮軸承(3)設置在外殼(2)的內部，氣浮軸承(3)的外殼體(3-l) 與外殼(2)固定連接，氣浮軸承(3)的轉動軸下端(3-3)與U型鐵芯(4)固定連接，U型鐵芯(4)的內表面內側沿圓周方向設置有永磁磁鋼(5)，永磁磁鋼(5)的 永磁磁極沿圓周方向交錯排布，繞組(6)沿圓周方向設置在永磁磁鋼(5)和U型 鐵芯(4)之間，支架(7)的一端面與外殼(2)的內側固定連接，支架(7)的另一端面 與繞組(6)的底部固定連接，繞組(6)與控制器(8)連接。
6、 飛輪反作用力矩測試裝置，它包括工作檯(l)、外殼(2)、氣浮軸承(3)、 支架(7)和控制器(8)，其特徵在於它還包括電機組件(DJ)，電機組件(DJ)由U 型鐵芯(4)、內永磁磁鋼(5-l)、外永磁磁鋼(5-2)和繞組(6)組成，工作檯(l)與氣 浮軸承(3)的轉動軸上端(3-2)固定連接，氣浮軸承(3)設置在外殼(2)的內部，氣 浮軸承(3)的外殼體(3-l)與外殼(2)固定連接，氣浮軸承(3)的轉動軸下端(3-3)與 U型鐵芯(4)固定連接，U型鐵芯(4)的內表面內側沿圓周方向設置有內永磁磁鋼(5-l)， U型鐵芯 (4)的內表面外側沿圓周方向設置有外永磁磁鋼(5-2),內永磁磁鋼(5-l)和外永 磁磁鋼(5-2)的永磁磁極沿圓周方向交錯排布且數量相等，內永磁磁鋼(5-l)和 外永磁磁鋼(5-2)相對位置的磁極極性相反，繞組(6)沿圓周方向設置在內永磁 磁鋼(5-l)和外永磁磁鋼(5-2)之間，支架(7)的一端面與外殼(2)的內側固定連接， 支架(7)的另一端面與繞組(6)的底部固定連接，繞組(6)與控制器(8)連接。
7、 根據權利要求l、 2、 4或5所述的飛輪反作用力矩測試裝置，其特徵 在於繞組(6)由繞組線圈(6-l)和繞組骨架(6-2)組成，繞組骨架(6-2)沿圓周方向 均勻設置有多個凸起的線圈架(6-2-l)，線圈架(6-2-l)的數量與永磁磁鋼(5)設置 的永磁磁極數量相對應，繞組線圈(6-l)纏繞在線圈架(6-2-l)上，每相鄰兩個線 圈架(6-2-l)上纏繞的繞組線圈(6-l)的繞向相反，每個線圈架(6-2-l)上纏繞的繞 組線圈(6-l)串聯連接，繞組骨架(6-2)的材質採用鋁、銅、不鏽鋼、環氧玻璃 布棒、塑料、陶瓷或碳纖維。
8、 根據權利要求7所述的飛輪反作用力矩測試裝置，其特徵在於控制器 (8)包括DSP模i央(8-l)、兩個線性霍爾元件(8-2)、電流傳感器(8-3)和功率驅動 電路(8-4)，兩個線性霍爾元件(8-2)分別設置在任意相鄰的兩個線圈架(6-2-l) 上，所述線性霍爾元件(8-2)設置在線圈架(6-2-l)左右對稱的中心軸線上，電流 傳感器(8-3)串接在繞組線圈(6-l)上，線性霍爾元件(8-2)測得的實際轉角和電 流傳感器(8-3)測得的實際電流輸出給DSP模塊(8-l)進行運算，DSP模塊(8-l) 的輸出量控制電機組件(DJ)動作來保持裝置平衡。
9、 根據權利要求3或6所述的飛輪反作用力矩測試裝置，其特徵在於繞 組(6)由繞組線圈(6-l)和繞組骨架(6-2)組成，繞組骨架(6-2)沿圓周方向均勻設 置有多個凸起的線圈架(6-2-l)，線圈架(6-2-l)的數量與內永磁磁鋼(5-l)和外永 磁磁鋼(5-2)設置的永磁磁極數量相對應，繞組線圈(6-l)纏繞在線圈架(6-2-l) 上，每相鄰兩個線圈架(6-2-1)上纏繞的繞組線斷6-1)的繞向相反，每個線圈架 (6-2-l)上纏繞的繞組線圈(6-l)串聯連接，繞組骨架(6-2)的材質採用鋁、銅、不 鏽鋼、環氧玻璃布棒、塑料、陶瓷或碳纖維。
10、 根據權利要求9所述的飛輪反作用力矩測試裝置，其特徵在於控制 器(S)包括DSP模塊(8-1)、兩個線性霍爾元件(8-2)、電流傳感器(8-3)和功率驅 動電路(8-4)，兩個線性霍爾元件(8-2)分別設置在任意相鄰的兩個線圈架(6-2-l) 上，所述線性霍爾元件(8-2)設置在線圈架(6-2-l)左右對稱的中心軸線上，電流 傳感器(8-3)串接在繞組線圈(6-l)上，線性霍爾元件(8-2)測得的實際轉角和電 流傳感器(8-3)測得的實際電流輸出給DSP模塊(8-l)進行運算，DSP模塊(8-l) 的輸出量控制電機組件(DJ)動作來保持裝置平衡。
全文摘要
飛輪反作用力矩測試裝置，涉及一種測試飛輪反作用力矩的裝置。目的是解決現有飛輪反作用力矩測量裝置測量結果不準確或結構複雜、成本高的問題。本發明的氣浮軸承設置在外殼的內部並與其固定連接，氣浮軸承的轉動軸的上端與工作檯連接，其下端與支架固定連接並同軸心，與外殼內側固定連接的U型鐵芯內表面外側、內側或雙側沿圓周方向設置有永磁磁鋼，繞組設置在永磁磁鋼和U型鐵芯之間或兩層永磁磁鋼之間，繞組底部與支架固定連接並同軸心，繞組與控制器連接。另一種技術方案的氣浮軸承的上下端分別與工作檯和U型鐵芯固定連接，與外殼內側固定連接的是支架，其它組成及連接關係與第一種方案相同。本發明裝置結構簡單、成本低、測量精度高。
文檔編號G01L3/00GK101368859SQ20081013733
公開日2009年2月18日 申請日期2008年10月15日 優先權日2008年10月15日
發明者劉彥彬, 劉承軍, 靜 尚, 徐永向, 勇 李, 胡建輝, 鄒繼斌, 陸永平, 霞 陳 申請人:哈爾濱工業大學