專利名稱：一種可重復鎖緊裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁懸浮飛輪鎖緊裝置，特別是一種可重復使用、可靠高、功耗小、 結構簡單的磁懸浮飛輪鎖緊裝置，可作為磁懸浮飛輪系統(tǒng)的保護裝置。
背景技術：
磁懸浮飛輪屬于長壽命、高精度航天器姿態(tài)控制執(zhí)行機構。航天器在發(fā)射過程中將 產生劇烈的振動和沖擊，由于磁懸浮飛輪采用磁軸承技術，定子和轉子之間存在間隙， 如果不采取保護措施，磁懸浮飛輪系統(tǒng)將會受到損壞，所以需要鎖緊裝置；另外，當磁 懸浮飛輪需要正常工作時，還要對則磁懸浮飛輪鎖緊裝置進行解鎖，使磁懸浮飛輪系統(tǒng) 進入正常工作狀態(tài)。由于磁懸浮飛輪在發(fā)射前需要與航天器進行各種測試和實驗，通常 需要磁懸浮飛輪進行鎖緊和解鎖。另外，如果航天器在空間進行變軌道工作，也需要對 磁懸浮飛輪進行鎖緊和解鎖。目前所使用的磁懸浮飛輪鎖緊裝置主要有基于碳纖維復合 材料和航空鋼絲繩的鎖緊裝置、氣動鎖緊裝置、步進電機+齒輪傳動副+螺母與螺桿傳動 副鎖緊裝置。基于碳纖維復合材料和航空鋼絲繩的鎖緊裝置，采用火工品進行解鎖，其 主要缺點是只能一次性使用，火工品在工作時對結構的沖擊大、火藥燃燒或爆炸時產生 有害氣體。氣動鎖緊裝置雖然可重復使用，但結構較復雜，并且需要氣源，可靠性較差， 質量和體積大。步進電機十齒輪傳動副+螺母與螺桿傳動副鎖緊裝置也可實現(xiàn)重復使用， 但結構復雜，存在多種活動部件，因此質量較大，可靠性也較差。

發(fā)明內容
本發(fā)明的技術解決何題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種可重復使用、易于控制、 功耗小、體積小、結構簡單、性能可靠的磁懸浮飛輪鎖緊裝置。
本發(fā)明的技術解決方案為 一種可重復鎖緊裝置由靜止部分和運動部分兩部分組 成，其特征在于靜止部分包括電磁鐵的磁鐵座、電磁鐵的永磁體、支架、緊固螺釘、 擋板、傳感器、壓縮彈簧、拉伸彈簧和連接螺釘；運動部分包括電磁鐵的吸盤、支柱、 彈簧柱和鎖柱；永磁體通過環(huán)氧樹脂膠粘接在磁鐵座上，磁鐵座通過連接螺釘固定在支 架的一端，吸盤處于電磁鐵的外側；吸盤與支柱連接，鎖柱通過拉伸彈簧與支架相連接， 擋板通過緊固螺釘與支架連接，在擋板和支柱之間為彈簧柱，彈簧柱與支柱連接，在彈 簧柱的外側為壓縮彈簧，壓縮彈簧通過彈簧柱與擋板連接；傳感器通過連接螺釘固定在支架上，擋板通過緊固螺釘固定在支架上，支柱處于支架的中部，鎖柱處于支柱的上側。 傳感器輸出的電信號與外加控制器的輸入端相連，該控制器的輸出端與電磁鐵的線圈相 連，形成電的閉環(huán)回路；線圈位于磁鐵座的槽內，并通過環(huán)氧樹脂膠與磁鐵座粘接在一 起。
上述方案的原理是當需要對磁懸浮飛輪進行鎖緊時，電磁鐵中的線圈通電流，使 永磁體產生的磁場方向與電流產生的磁場方向相同，分別如圖2中的實線和虛線所示， 實線為永磁磁路，虛線為電磁磁路，此時產生的磁力吸引吸盤克服壓縮彈簧和機構的摩 擦力推動支柱產生X軸正方向的運動，支柱水平方向的運動又推動鎖柱產生垂直方向的 運動，使鎖柱與磁懸浮飛輪轉子接觸，然后停止給電磁鐵供電，由于設計肘選擇鎖柱的
夾角a和支柱的夾角p相等，而且夾角a或夾角p不大于鎖柱與支柱摩擦角以及支柱與 支架摩擦角的和，也就是機構的自鎖條件，利用機構的自鎖和電磁鐵中的永磁體提供的 磁力保護鎖緊狀態(tài)。當需要對磁懸浮飛輪進行解鎖時，電磁鐵中的線圈通與鎖緊相反方 向的電流，使永磁體產生的磁場與電流產生的磁場大小相等，方向相反，如圖4所示， 此時，電磁鐵不產生磁力，支柱在壓縮彈簧的彈力作用下在水平方向產生與鎖緊時相反 方向的運動，鎖柱在拉伸彈簧的彈簧力作用下在垂直方向產生與鎖緊時相反方向的運 動，脫離轉子，然后停止通電，利用壓縮彈簧的彈力保持解鎖狀態(tài)。鎖緊和解鎖狀態(tài)可 以通過傳感器進行監(jiān)測，更加利于控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于本發(fā)明由于采用電磁鐵和機構的自鎖，與一次 性鎖緊裝置相比實現(xiàn)了磁懸浮飛輪的可重復鎖緊功能，可反復使用。與現(xiàn)有的可重復鎖 緊裝置相比，本發(fā)明所述的可重復鎖緊裝置結構簡單，活動部件少，鎖緊和解鎖狀態(tài)可 通過傳感器進行監(jiān)測，因而可靠性高，控制更加容易，又由于在電磁鐵中采用永磁體， 因而顯著減小了鎖緊裝置的質量、體積和功耗。


圖1為本發(fā)明技術解決方案的可重復鎖緊裝置結構示意圖2為本發(fā)明技術解決方案的可重復鎖緊裝置在鎖緊過程中的截面示意圖3為本發(fā)明技術解決方案的可重復鎖緊裝置在鎖緊狀態(tài)的截面示意圖4為本發(fā)明技術解決方案的可重復鎖緊裝置在解鎖過程中的截面示意圖； 圖5為本發(fā)明技術解決方案的可重復鎖緊裝置在解鎖狀態(tài)的截面示意圖6 (a)為本發(fā)明技術解決方案的鎖柱結構示意圖6 (b)為本發(fā)明技術解決方案的鎖柱主視圖； 圖6 (C)為本發(fā)明技術解決方案的鎖柱左視圖； 圖7 U)為本發(fā)明技術解決方案的支柱結構示意圖； 圖7 (b)為本發(fā)明技術解決方案的支柱主視圖； 圖7 (C)為本發(fā)明技術解決方案的支柱剖面圖； 圖8為本發(fā)明技術解決方案的傳感器結構示意圖9為本發(fā)明技術解決方案的的可重復鎖緊機構在磁懸浮飛輪中位置示意圖。
具體實施例方式
如圖l、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所示，本發(fā)明由電磁鐵12、鎖柱2、支架3、 支柱5、彈簧柱6、壓縮彈簧7、擋板8、拉伸彈簧9、傳感器11組成，電磁鐵12、傳 感器II和擋板8通過緊固螺釘4和連接螺釘10固定在支架上，吸盤121和電磁鐵12 的磁極間形成0.5~2mm的間隙，支柱5和吸盤121在支架3內只能實現(xiàn)水平x軸方向運 動，如圖l中的x軸方向所示，需要鎖緊時，給線圈123通電流，使電流產生的磁場方 向與永磁體122產生的磁場方向相同，如圖2中的實線和虛線所示，吸盤121在磁力作 用下克服壓縮彈簧7的彈簧彈力和摩擦力，推動支柱5水平運動，支柱5又推動鎖柱2 產生垂直方向運動，使鎖柱2與磁懸浮飛輪轉子接觸，消除磁懸浮飛輪中的間隙，然后 停止通電，利用機構的自鎖和電磁鐵12中的永磁體121產生的磁力保持鎖緊狀態(tài)，機 構自鎖的原理是當驅動力方向在機構摩擦角范圍內時，無論驅動力多大，鎖柱2都不能 運動，即實現(xiàn)了自鎖，圖3中虛線為鎖柱在鎖緊時的位置，當解鎖時，電磁鐵12通過 相反方向的電流，如圖4中的實線和虛線所示，由壓縮彈簧7克服摩擦力實現(xiàn)解鎖，使 鎖柱2在拉伸彈簧9的作用下脫離轉子，然后停止通電，利用彈簧力保持解鎖狀態(tài)，使 磁懸浮飛輪可正常工作，鎖緊和解鎖狀態(tài)可通過傳感器11進行檢測，如檢測出位置為 2mm,則鎖緊裝置處于解鎖狀態(tài)，如檢測出位置為0.5mm，則鎖緊裝置處于鎖緊狀態(tài)。 在具體應用時，本發(fā)明所述的可重復鎖緊裝置一般需要3個或4個均布在磁懸浮飛輪轉 子的圓周方向實現(xiàn)對磁懸浮飛輪的鎖緊和解鎖功能，如圖9所示。
上述本發(fā)明所用的磁鐵座124、吸盤121均應用導磁性能良好的材料制成，如各種 碳鋼、電工純鐵等；永磁體122的材料為磁性能良好的稀土永磁體或鐵氧體永磁體，永 磁體122為軸向充磁；激磁線圈123用導電良好的電磁線繞制后浸漆烘干而成；鎖柱2 和支柱5分別為鋁和鋼兩種不同的金屬材料。
圖3為本發(fā)明的可重復鎖緊裝置在鎖緊狀態(tài)的截面示意圖，在鎖緊狀態(tài)，吸盤121 由永磁體的磁力作用靠在電磁鐵12的磁鐵座124上，使鎖柱2與磁懸浮飛輪轉子接觸， 消除磁懸浮飛輪中的間隙，保持鎖緊功能。
圖5為本發(fā)明的可重復鎖緊裝置在解鎖狀態(tài)的截面示意圖，在解鎖狀態(tài)，吸盤121
由壓縮彈簧7的彈力作用遠離的電磁鐵12的磁鐵座124，磁力作用靠在電磁鐵12的磁 鐵座124上，保持鎖柱2不接觸磁懸浮飛輪轉子，保持解鎖狀態(tài)。
圖6為本發(fā)明的鎖柱2的結構示意圖，其功能是實現(xiàn)對飛輪轉子的鎖緊，材料為鋁 或鋼等金屬材料，上下面均為斜面，夾角a根據(jù)鎖柱和支柱以及支柱和支架之間的摩擦 角來選擇，不大于鎖柱和支柱以及支柱和支架之間的摩擦角的和。
圖7為本發(fā)明的支柱5的結構示意圖，其功能是支承鎖柱，材料為鋁或鋼等金屬材 料，上面均為斜面，下面為平面，夾角(3根據(jù)鎖柱和支柱以及支柱和支架之間的摩擦角 來選擇，不大于鎖柱和支柱以及支柱和支架之間的摩擦角的和，且與夾角a相等。
圖8為本發(fā)明的傳感器11的結構示意圖，由傳感器探頭Ul和傳感器支架112組 成，吸盤121為傳感器探測體，傳感器探頭111與吸盤121之間形成探測間隙，探測間 隙一般為0.5mm 2mm。
圖9為本發(fā)明的可重復鎖緊機構在磁懸浮飛輪中位置示意圖，在磁懸浮飛輪系統(tǒng)中， 一般需要3個或4個可重復鎖緊機構14固定在底座15上，均布在飛輪轉子16的圓周 方向對磁懸浮飛輪進行鎖緊或解鎖，實現(xiàn)對磁懸浮飛輪系統(tǒng)的保護功能。
總之，本發(fā)明的鎖緊裝置保護了磁懸浮飛輪系統(tǒng)，具有可重復使用、可靠性高、結 構簡單等優(yōu)點。
本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員
來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也
應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種可重復鎖緊裝置，由靜止部分和運動部分兩部分組成，其特征在于靜止部分包括電磁鐵(12)的磁鐵座(124)、電磁鐵(12)的永磁體(122)、支架(3)、緊固螺釘(4)、擋板(8)、傳感器(11)、壓縮彈簧(7)、拉伸彈簧(9)和連接螺釘(10)；運動部分包括電磁鐵(12)的吸盤(121)、支柱(5)、彈簧柱(6)和鎖柱(2)；永磁體(122)通過環(huán)氧樹脂膠粘接在磁鐵座(124)上，磁鐵座(124)通過連接螺釘(10)固定在支架(3)的一端，吸盤(121)處于電磁鐵(12)的外側；吸盤(121)通過連接軸(13)與支柱(5)連接，鎖柱(2)通過拉伸彈簧(9)與支架(3)相連接，擋板(8)通過緊固螺釘(4)與支架(3)連接，在擋板(8)和支柱(5)之間為彈簧柱(6)，彈簧柱(6)與支柱(5)連接，在彈簧柱(6)的外側為壓縮彈簧(7)，壓縮彈簧(7)通過彈簧柱(6)與擋板(8)連接；傳感器(11)通過連接螺釘(10)固定在支架(3)上，擋板(8)通過緊固螺釘(4)固定在支架(3)上，支柱(5)處于支架(3)的中部，鎖柱(2)處于支柱(5)的上側；傳感器(11)輸出的電信號與外加控制器的輸入端相連，該控制器的輸出端與電磁鐵(12)的線圈(123)相連，形成電的閉環(huán)回路；線圈(123)位于磁鐵座(124)的槽內，并通過環(huán)氧樹脂膠與磁鐵座(124)粘接在一起。
2、 根據(jù)權利要求l所述的一種可重復鎖緊裝置，其特征在于:所述的吸盤(121) 和電磁鐵(12)的磁極間形成0.5 2mm的間隙。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種可重復鎖緊裝置，其特征在于所述的永磁體(122) 為一軸向圓環(huán)，沿軸向充磁。
4、 根據(jù)權利要求l所述的一種可重復鎖緊裝置，其特征在于所述的鎖柱(2)和 支柱(5)為鋁或鋼材料。
5、 根據(jù)權利要求1所述的一種可重復鎖緊裝置，其特征在于所述的傳感器(11) 為電感式位移傳感器、或為電渦流式位移傳感器、或為電容式位移傳感器，或為光位移 傳感器。
全文摘要
一種可重復鎖緊裝置，可作為磁懸浮飛輪的保護裝置，主要由電磁鐵、鎖柱、支架、支柱、彈簧柱、壓縮彈簧、連接軸、擋板、拉伸彈簧、傳感器組成，電磁鐵、傳感器和擋板通過緊固螺釘和連接螺釘固定在支架上，磁鐵座通過連接螺釘固定在支架的一端，吸盤處于電磁鐵外側，吸盤與支柱連接，鎖柱通過拉伸彈簧與支架相連接，擋板通過緊固螺釘與支架連接，在擋板和支柱之間為彈簧柱，彈簧柱與支柱連接，在彈簧柱的外側為壓縮彈簧，壓縮彈簧通過彈簧柱與擋板連接，傳感器和擋板通過緊固螺釘和連接螺釘固定在支架上，鎖柱處于支柱的上側。本發(fā)明的鎖緊裝置保護了磁懸浮飛輪系統(tǒng)，具有可重復使用、可靠性高、結構簡單等優(yōu)點。
文檔編號B64G1/24GK101367439SQ200810119968
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權日2008年9月19日
發(fā)明者強 劉, 孫津濟, 房建成, 曦 王, 韓邦成 申請人:北京航空航天大學