一种内动子洛伦兹惯性稳定平台的制作方法

本发明涉及一种惯性稳定平台，尤其涉及一种小体积、低质量、高精度的内动子洛伦兹惯性稳定平台，特别适用于长距遥感、稳瞄、高精度快速大角度机动场合。

背景技术：

舰船、飞机、车辆等载体在行驶运动过程中，经常发生颠簸摇晃，导致载体上的载荷设备随载体摇晃，造成载荷设备能力不能充分发挥。高清相机、通讯雷达、瞄准镜等载荷设备需要很好的姿态稳定环境，才能达到最佳性能指标，所以需对载体进行姿态补偿控制。现有姿态补偿手段有整体式姿态补偿机构和局部式姿态补偿机构，前者通过机构对载体姿态进行补偿，后者通过机构对载体上的载荷进行姿态补偿。现有整体式姿态补偿机构有减摇鳍、减摇舭、减摇水舱、减摇陀螺等，其均能够输出很大的姿态补偿力矩，实现对舰船、飞机、车辆等载体的补偿。但其体积重量非常大，载体设计时需考虑减摇力矩引起的应力。此外整体式姿态补偿机构体积质量大，适用于大承载力宏观低速场合，具有偏转角度小，稳定精度低，控制带宽低等缺点。局部式姿态补偿机构只对载体上某个或某几个载荷进行姿态补偿，具有体积质量小，姿态控制带宽高、姿态控制精度高、响应快等优点。

现有局部式姿态补偿机构有stewart平台、陀螺平台、磁悬浮平台等。stewart平台属于六自由度并联机构，具有刚度大、承载能力强等优势，但其体积重量大，且自身存在六个误差源，对位置姿态进行解算时常出现奇异解。陀螺平台利用陀螺仪特性来保持平台稳定，可隔离载体的扰动，并且控制系统简单，但受到干扰力矩和外界因素的影响，会引起陀螺漂移，影响平台精度。现有磁悬浮平台多为磁阻力式稳定平台，采用多组线圈差动对平台进行控制，控制精度不受外界因素影响，但磁阻力轴承与电流成平方关系，限制了平台姿态控制精度的进一步提升。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术不足，提出一种新型大角度偏摆、高控制带宽、高控制精度的内动子洛伦兹惯性稳定平台，可实现沿方位轴和俯仰轴±20°偏转。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的内动子洛伦兹惯性稳定平台，主要由动子系统和定子系统两部分组成，动子系统主要包括：球面磁钢、内动子骨架、内平台和陀螺仪；定子系统主要包括：支撑体、上径向轴承挡环、下径向轴承挡环、径向滚珠轴承套、滚珠、安装底座、控制板、外导磁环、左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架、后绕组骨架、左绕组、右绕组、前绕组和后绕组；球面磁钢位于内动子骨架的径向外侧，并通过环氧树脂胶固定在内动子骨架的上，内动子骨架位于球面磁钢的径向内侧，并与球面磁钢同球心位置安装，内平台位于内动子骨架的径向内侧上端，并通过内动子骨架与内平台间的螺纹配合安装在内动子骨架上，陀螺仪位于内平台的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在内平台上，支撑体位于内平台的轴向下端，上径向轴承挡环通过螺钉固定在支撑体径向球形端面的轴向上端，下径向轴承挡环通过螺钉固定在支撑体径向球形端面的轴向下端，上径向轴承挡环和下径向轴承挡环的中心与支撑体的中心处于同一轴线上，径向滚珠轴承套位于支撑体径向球形端面的径向外侧，径向滚珠轴承套位于上径向轴承挡环的轴向下端和下径向轴承挡环的轴向上端，滚珠内嵌于径向滚珠轴承套中，安装底座位于支撑体的轴向下端，并通过螺纹和支撑体固连在一起，控制板固定在安装底座上，外导磁环、左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架、后绕组骨架、左绕组、右绕组、前绕组和后绕组位于球面磁钢的径向外侧，外导磁环通过螺钉固定在安装底座的轴向上端，外导磁环与球面磁钢共球心安装，左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架和后绕组骨架通过螺钉固定在外导磁环径向内侧左右前后四个方向上，左绕组、右绕组、前绕组和后绕组分别缠绕在左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架和后绕组骨架上，并通过环氧树脂胶固定在左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架和后绕组骨架上，球面磁钢和外导磁环之间形成球壳气隙。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的内动子洛伦兹惯性稳定平台，采用密珠轴承实现三轴平动支撑和姿态摇晃自适应衰减，利用线性洛伦兹轴承控制平台姿态，提升了姿态控制带宽与精度；洛伦兹磁轴承与电流成线性化关系，具有高线性度、高控制带宽、高控制精度的优势，为进一步提高平台精度提供了新的方向。

附图说明

图1为本发明实施例提供的内动子洛伦兹惯性稳定平台结构示意图；

图2为本发明实施例动子系统的剖视图；

图3为本发明实施例定子系统的剖视图；

图4为本发明实施例洛伦兹轴承系统剖面图；

图5为本发明实施例球面磁钢剖面图；

图6为本发明实施例外导磁环、左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架、后绕组骨架、左绕组、右绕组、前绕组和后绕组安装示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的内动子洛伦兹惯性稳定平台，其较佳的具体实施方式是：

主要由动子系统和定子系统两部分组成，动子系统主要包括：球面磁钢、内动子骨架、内平台和陀螺仪；定子系统主要包括：支撑体、上径向轴承挡环、下径向轴承挡环、径向滚珠轴承套、滚珠、安装底座、控制板、外导磁环、左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架、后绕组骨架、左绕组、右绕组、前绕组和后绕组；球面磁钢位于内动子骨架的径向外侧，并通过环氧树脂胶固定在内动子骨架的上，内动子骨架位于球面磁钢的径向内侧，并与球面磁钢同球心位置安装，内平台位于内动子骨架的径向内侧上端，并通过内动子骨架与内平台间的螺纹配合安装在内动子骨架上，陀螺仪位于内平台的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在内平台上，支撑体位于内平台的轴向下端，上径向轴承挡环通过螺钉固定在支撑体径向球形端面的轴向上端，下径向轴承挡环通过螺钉固定在支撑体径向球形端面的轴向下端，上径向轴承挡环和下径向轴承挡环的中心与支撑体的中心处于同一轴线上，径向滚珠轴承套位于支撑体径向球形端面的径向外侧，径向滚珠轴承套位于上径向轴承挡环的轴向下端和下径向轴承挡环的轴向上端，滚珠内嵌于径向滚珠轴承套中，安装底座位于支撑体的轴向下端，并通过螺纹和支撑体固连在一起，控制板固定在安装底座上，外导磁环、左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架、后绕组骨架、左绕组、右绕组、前绕组和后绕组位于球面磁钢的径向外侧，外导磁环通过螺钉固定在安装底座的轴向上端，外导磁环与球面磁钢共球心安装，左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架和后绕组骨架通过螺钉固定在外导磁环径向内侧左右前后四个方向上，左绕组、右绕组、前绕组和后绕组分别缠绕在左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架和后绕组骨架上，并通过环氧树脂胶固定在左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架和后绕组骨架上，球面磁钢和外导磁环之间形成球壳气隙。

所述的球面磁钢为烧结钕铁硼材料，采用多层拼接而成，沿径向方向充磁，充磁方向为外n内s或外s内n；所述的球面磁钢径向外球面与左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架、后绕组骨架、左绕组、右绕组、前绕组和后绕组之间的单边间隙均为0.22mm-0.25mm；所述的陀螺仪为角速率mens陀螺仪；所述的球面磁钢、内动子骨架、支撑体、径向滚珠轴承套、外导磁环、左绕组骨架、右绕组骨架、前绕组骨架、后绕组骨架、左绕组、右绕组、前绕组和后绕组均为共球心安装；所述的内动子骨架的内球面和支撑体的外球面均做喷丸处理。

上述方案的原理是：

本发明的内动子洛伦兹惯性稳定平台，具有大角度偏摆、高控制带宽、高控制精度的优点。利用密珠轴承与动子内球面的球面点接触，实现对平台动子系统的三轴平动支撑，使其可沿径向两自由度偏转和沿轴向360°旋转。采用非接触式洛伦兹轴承实现对平台动子系统径向两自由度偏转控制。洛伦兹惯性稳定平台分为减摇和机动两种工作模式。减摇模式：当载体发生摇晃，平台利用密珠轴承将平台载荷摇晃衰减60％-80％，实现了自适应减摇，通过mems陀螺检测惯性稳定平台角度偏转信息，通过数字解算后传递到控制器，通过控制器输出相应电流至洛伦兹轴承线圈，使得洛伦兹轴承产生控制力矩，完成剩余摇晃角度的补偿，实现载荷姿态的精确补偿控制。机动模式：当载荷保持姿态稳定，控制器将平台机动目标姿态位置信息转换为电流信息，并将电流加载至洛伦兹轴承中，使平台机动到目标姿态位置。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明是一种内动子洛伦兹惯性稳定平台，与现有局部式姿态补偿机构相比，利用密珠轴承实现三轴平动支撑，大幅提升姿态摇摆角，同时依靠密珠轴承将平台载荷摇晃衰减一半以上，实现了自适应减摇。此外采用线性洛伦兹轴承控制平台姿态机动与姿态稳定，提升了姿态控制带宽和姿态控制精度。

具体实施例：

如图1所示为本发明技术解决方案的结构示意图，一种内动子洛伦兹惯性稳定平台，其特征在于，主要由动子系统和定子系统两部分组成，动子系统主要包括：球面磁钢1、内动子骨架2、内平台3和陀螺仪4；定子系统主要包括：支撑体5、上径向轴承挡环6a、下径向轴承挡环6b、径向滚珠轴承套7、滚珠8、安装底座9、控制板10、外导磁环11、左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c、后绕组骨架12d、左绕组13a、右绕组13b、前绕组13c和后绕组13d；球面磁钢1位于内动子骨架2的径向外侧，并通过环氧树脂胶固定在内动子骨架2的上，内动子骨架2位于球面磁钢1的径向内侧，并与球面磁钢1同球心位置安装，内平台3位于内动子骨架2的径向内侧上端，并通过内动子骨架2与内平台3间的螺纹配合安装在内动子骨架2上，陀螺仪4位于内平台3的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在内平台3上，支撑体5位于内平台3的轴向下端，上径向轴承挡环6a通过螺钉固定在支撑体5径向球形端面的轴向上端，下径向轴承挡环6b通过螺钉固定在支撑体5径向球形端面的轴向下端，上径向轴承挡环6a和下径向轴承挡环6b的中心与支撑体5的中心处于同一轴线上，径向滚珠轴承套7位于支撑体5径向球形端面的径向外侧，径向滚珠轴承套7位于上径向轴承挡环6a的轴向下端和下径向轴承挡环6b的轴向上端，滚珠8内嵌于径向滚珠轴承套7中，安装底座9位于支撑体5的轴向下端，并通过螺纹和支撑体5固连在一起，控制板10固定在安装底座19上，外导磁环11、左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c、后绕组骨架12d、左绕组13a、右绕组13b、前绕组13c和后绕组13d位于球面磁钢1的径向外侧，外导磁环11通过螺钉固定在安装底座9的轴向上端，外导磁环11与球面磁钢1共球心安装，左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c、后绕组骨架12d通过螺钉固定在外导磁环11径向内侧左右前后四个方向上，左绕组13a、右绕组13b、前绕组13c、后绕组13d分别缠绕在左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c和后绕组骨架12d上，并通过环氧树脂胶固定在左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c和后绕组骨架12d上，球面磁钢1和外导磁环11之间形成球壳气隙14。

如图2所示为本发明技术解决方案动子系统的剖视图，动子系统主要包括：球面磁钢1、内动子骨架2、内平台3和陀螺仪4；球面磁钢1位于内动子骨架2的径向外侧，并通过环氧树脂胶固定在内动子骨架2的上，内动子骨架2位于球面磁钢1的径向内侧，并与球面磁钢1同球心位置安装，内平台3位于内动子骨架2的径向内侧上端，并通过内动子骨架2与内平台3间的螺纹配合安装在内动子骨架2上，陀螺仪4位于内平台3的轴向上端，通过紧固螺钉安装在内平台3上。

如图3所示为本发明技术解决方案定子系统的剖视图，定子系统主要包括：支撑体5、上径向轴承挡环6a、下径向轴承挡环6b、径向滚珠轴承套7、滚珠8、安装底座9、控制板10、外导磁环11、左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c、后绕组骨架12d、左绕组13a、右绕组13b、前绕组13c和后绕组13d；支撑体5位于定子系统的中心位置，支撑体5径向为球形端面，上径向轴承挡环6a通过螺钉固定在支撑体5径向球形端面的轴向上端，下径向轴承挡环6b通过螺钉固定在支撑体5径向球形端面的轴向下端，上径向轴承挡环6a和下径向轴承挡环6b的中心与支撑体5的中心处于同一轴线上，径向滚珠轴承套7位于支撑体5径向球形端面的径向外侧，径向滚珠轴承套7位于上径向轴承挡环6a的轴向下端和下径向轴承挡环6b的轴向上端，滚珠8内嵌于径向滚珠轴承套7中，安装底座9位于支撑体5的轴向下端，并通过螺纹和支撑体5固连在一起，外导磁环11、左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c、后绕组骨架12d、左绕组13a、右绕组13b、前绕组13c和后绕组13d位于球面磁钢1的径向外侧，外导磁环11通过螺钉固定在安装底座9的轴向上端，外导磁环11与球面磁钢1共球心安装，左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c和后绕组骨架12d通过螺钉固定在外导磁环11径向内侧左右前后四个方向上，左绕组13a、右绕组13b、前绕组13c和后绕组13d分别缠绕在左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c和后绕组骨架12d上，并通过环氧树脂胶固定在左绕组骨架13a、右绕组骨架13b、前绕组骨架13c和后绕组骨架13d上。

如图4所示为本发明技术解决方案洛伦兹轴承系统剖面图，洛伦兹轴承系统剖面图主要包括球面磁钢1、外导磁环11、左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c、后绕组骨架12d、左绕组13a、右绕组13b、前绕组13c和后绕组13d；球面磁钢1位于外导磁环11的径向内侧，并保证球面磁钢1与外导磁环11共球心安装，外导磁环11、左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c、后绕组骨架12d、左绕组13a、右绕组13b、前绕组13c和后绕组13d位于球面磁钢1的径向外侧，外导磁环11与球面磁钢1共球心安装，左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c和后绕组骨架12d通过螺钉固定在外导磁环11径向内侧左右前后四个方向上，左绕组13a、右绕组13b、前绕组13c和后绕组13d分别缠绕在左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c和后绕组骨架12d上，并通过环氧树脂胶固定在左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c和后绕组骨架12d上。

如图5所示为本发明技术解决方案球面磁钢1剖面图，球面磁钢1为烧结钕铁硼材料，采用多层拼接而成，沿径向方向充磁，充磁方向为外n内s或外s内n，其通过环氧树脂胶固定在内动子骨架2上。

如图6所示为本发明技术解决方案中外导磁环11、左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c、后绕组骨架12d、左绕组13a、右绕组13b、前绕组13c和后绕组13d安装示意图；安装时先将加工好的前绕组骨架12a、后绕组骨架12b、后绕组骨架12c和后绕组骨架12d通过无磁沉头螺钉固定安装在外导磁环11上，在左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c和后绕组骨架12d上涂好环氧树脂胶后，将左绕组13a、右绕组13b、前绕组13c和后绕组13d分别套装在左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c和后绕组骨架12d上，最后通过整形工装对绕组组件进行整形，达到预期效果，经过48小时真空保存后，左绕组骨架12a、右绕组骨架12b、前绕组骨架12c和后绕组骨架12d固化在外导磁环11上。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。