一种在空间应用的扫描驱动装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种在空间应用的扫描驱动装置，包括一对角接触球轴承(1)、电机(12)、圆感应同步器(3)、滑环静环(8)和滑环动环(9)；所述的滑环静环(8)作为扫描驱动装置的主轴，同时用于传递数据与功率信号；所述的滑环动环(9)的上端和下端均设有一个供角接触球轴承(1)的轴承座，该滑环动环(9)同时用于传递数据。本发明的上述扫描驱动装置将滑环、主轴和轴承座复合化、一体化设计，使得结构更加紧凑和简洁；降低了生产成本，同时避免的成像过程中的电磁干扰。
【专利说明】一种在空间应用的扫描驱动装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及机电一体化【技术领域】，特别涉及一种在空间应用的扫描驱动装置。
【背景技术】
[0002]空间扫描驱动机构是各类型遥感仪器、光学仪器等星载观测设备的子系统。空间扫描驱动机构按照设计要求运动，输出转速和扭矩，反馈运动信息，传递功率信号、控制信号和观测数据，以实现仪器系统的对地、对空等扫描观测。
[0003]由于空间应用的特殊性，决定了空间扫描驱动机构具备以下特点:
[0004](I)低速:为保证仪器的图像质量，应保证目标在探测器视场内有一定的停留时间，因此扫描速度较低；(2)大惯量:星载观测仪器的扫描口径通常较大，以保证探测器上接收到足够的能量，有较好的观测分辨率，从而使扫描镜的转动惯量较大；(3)低功耗:由于空间仪器的能源有限，应尽量减小功耗；(4)高可靠性:空间仪器所处环境恶劣，且难于维修，因此扫描驱动机构要具有高可靠性；(5)高精度:扫描驱动机构具有高精度才能保证图像的质量；(6)优良的环境耐受性:扫描驱动机构在入轨前需要经过复杂的动力学环境(如正弦振动、冲击载荷、随机振动、噪音冲击等)，为保证在其入轨后仍能在空间环境下正常工作，需要扫描驱动机构具有优良的环境耐受性，以适应一系列恶劣环境考验。
[0005]空间扫描驱动机构发展至今，已经形成了多种技术方案，并获得了成功的应用。但据统计，空间扫描机构的故障占全部空间仪器故障的60%，因此现有的空间扫描驱动机构依然是空间仪器领域的关键技术和疑难技术。
[0006]如图1所不,是目前成功在空间应用的一种扫描驱动机构配置方案。该方案属于直接驱动方案，由一对角接触球轴承I作为该机构主要承力轴承，并在该角接触球轴承I的外部分别设有上轴承座6和下轴承座7，直流无刷力矩电机2作为动力源，圆感应同步器3作为角度反馈元件构成闭环伺服系统，设有导电滑环4和旋转变压器5作为功率信号和低频电信号传输元件。该扫描驱动机构的优点是:1)集成度高；2)结构紧凑；3)电机直接驱动增加了系统精度和可靠性。但是，该扫描驱动机构存在的缺点是:1)由于其高集成度，使得电机绕组和其他元器件之间共处一室，如果屏蔽不当会造成电磁干扰，影像仪器图像和数据的质量；2)采用电机直接驱动方案使得中低速状态的精确控制难于实现，转速范围仅能被限制在中高速范围内；3)采用电机直接驱动方案使得扫描驱动机构输出力矩受限，不能为大转动惯量仪器设备的扫描驱动机构提供足够的驱动力矩。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于，为解决现有的扫描驱动机构的结构复杂，且由于集成度较高使得测量过程中易受电磁干扰，进而降低影像仪器图像和数据的质量的技术问题，本发明针对空间扫描驱动机构提出了一种新型的扫描驱动装置。该扫描驱动装置将滑环、主轴和轴承座复合化、一体化设计，使得整个扫描驱动装置的结构更加简单和紧凑，降低了生产成本，同时避免的成像过程中的电磁干扰。
[0008]为实现上述目的，本发明提供一种在空间应用的扫描驱动装置，包括一对角接触球轴承、电机和圆感应同步器，所述的角接触球轴承用于承受扫描驱动装置的径向力和轴向力，所述的圆感应同步器用于将测量得到的角度数据反馈至电机以控制其转动，所述的电机为扫描驱动装置提供动力；所述的扫描驱动装置还包括滑环静环和滑环动环；所述的滑环静环作为扫描驱动装置的主轴，同时用于传递数据与功率信号；所述的滑环动环的上端和下端均设有一个供角接触球轴承的轴承座，该滑环动环同时用于传递数据。
[0009]作为上述技术方案的进一步拓展，所述的扫描驱动装置还包括基座，所述的基座为扫描驱动装置提供安装平台。
[0010]作为上述技术方案的进一步拓展，所述的滑环静环的底部与基座固定，所述的电机设置于滑环动环的外侧，该电机通过设有的齿轮与滑环动环的外壁齿轮啮合，并将动力和力矩传递给滑环动环。
[0011]作为上述技术方案的进一步拓展，所述的滑环动环的底部与基座固定，所述的电机设置于滑环动环的内侧，该电机通过设有的齿轮与滑环静环的外壁齿轮啮合，并将动力和力矩传递给滑环静环。
[0012]作为上述技术方案的进一步拓展，所述的滑环静环的顶部设有轴系上盖，该轴系上盖用于密封角接触球轴承。
[0013]本发明的一种在空间应用的扫描驱动装置优点在于:
[0014]I)结构紧凑，集成度高:本发明的扫描驱动装置将滑环、主轴和轴承座复合化、一体化设计，使得结构更加紧凑和简洁；
[0015]2)大幅改善了装置的电磁兼容性:通过将电机系统独立出来置于滑环外侧，使得扫描驱动装置主体部分由滑环静环、滑环动环和圆感应同步器等被动电磁元器件组成，大大降低了由于电磁干扰而影响仪器系统图像和数据质量的问题，同时也大大降低了 EMC问题的处理难度；
[0016]3)转速输出范围大，精度高:电机通过齿轮将动力和力矩传递给滑环动环或滑环静环，此时仅需设置相应的传动比和圆感应同步器参数，既可实现扫描驱动装置的低转速高精度控制，也可实现扫描驱动装置的高转速高精度控制，相比于现有的扫描驱动机构在转速输出方面具有更大的柔性；
[0017]4)转矩输出范围大:通过改变传动比，能够方便实现高扭矩输出，能够克服直驱类方案输出转矩受限的缺点，满足于大型空间仪器的扫描驱动的功率要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为一种现有的用于空间扫描的驱动机构结构示意图。
[0019]图2为本发明实施例中的一种在空间应用的扫描驱动装置结构示意图。
[0020]1、角接触球轴承2、直流无刷力矩电机3、圆感应同步器
[0021]4、导电滑环 5、旋转变压器6、上轴承座
[0022]7、下轴承座 8、滑环静环9、滑环动环
[0023]10、刷丝11、基座12、电机
[0024]13、齿轮14、轴系上盖
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本发明所述的一种在空间应用的扫描驱动装置进行详细说明。
[0026]如图2所示，本发明的一种在空间应用的扫描驱动装置，包括:滑环静环8、角接触球轴承1、滑环动环9、电机12、圆感应同步器3，所述的角接触球轴承I用于承受扫描驱动装置的径向力和轴向力，其为整套扫描驱动装置的主承力轴承；所述的圆感应同步器3作为扫描驱动装置的角度测量与反馈元件，其用于将测量得到的角度数据反馈至电机12以控制其转动，该圆感应同步器3与电机12 —起实现扫描驱动装置的闭环伺服控制。所述的电机12为扫描驱动装置提供动力；所述的滑环静环8对滑环的定子和主轴进行了复合设计，使得该滑环静环8既是扫描驱动装置的主轴，又能够用于传递数据与功率信号；所述的滑环动环9对滑环的转子和轴承座进行了复合设计，该滑环动环9的上端和下端均设有一个供角接触球轴承I的轴承座，使滑环的转子和轴承座功能合二为一，该滑环动环9既是扫描驱动装置的轴承座，又能够实现滑环动环9的数据传递功能。
[0027]所述的滑环静环8和滑环动环9传递的数据信号主要指给扫描观测仪器发出的控制信号和扫描观测仪器传回的科学数据，所述的功率信号主要指扫描观测仪器正常工作所需要的电能。
[0028]基于上述扫描驱动装置的结构，所述的扫描驱动装置还可包括基座，所述的基座为扫描驱动装置提供基础安装面和结构支撑，是整套扫描驱动装置的机架。如图2所示，在本实施例中所述的滑环静环8的底部与基座11固定，所述的电机12设置于滑环动环9的夕卜侧，该电机12通过设有的齿轮13与滑环动环9的外壁齿轮啮合。电机12和滑环静环8都安装在基座11上，滑环静环8与滑环动环9构成轴系。此时，可通过滑环动环9上设有传动齿轮与电机12输出轴上设有的齿轮13啮合传递运动；并将运动和力矩传递给滑环动环9，实现规定的速度和力矩输出。所述的传动齿轮与滑环动环9可为一体结构，二者之间在实际操作中可以直接一体化加工，也可以分别加工，再通过螺钉和销定位等方式连接。
[0029]如图2所示，所述的滑环静环8的顶部穿设有轴系上盖14，所述的轴系上盖14用于密封角接触球轴承I ;该轴系上盖14可通过螺钉固定在滑环动环9的上表面，以使整个扫描驱动装置的内部处于封闭状态。
[0030]另外，所述的滑环动环的底部还可与基座固定，所述的电机设置于滑环动环的内侦牝该电机通过设有的齿轮与滑环静环的外壁齿轮啮合，并将动力和力矩传递给滑环静环。
[0031]基于上述扫描驱动装置的结构，在电机12中可通过设置减速器以增大调速范围和力矩输出范围；同时，通过采用不同规格的电机和滑环动环9或滑环静环8以适应不同工况需求。本发明中的电机提供两种连接方式，一方面通过滑环动环与基座连接，再将电机上设有的齿轮与滑环静环的外壁啮合，可以实现滑环静环的运动与功率输出；另一方面，通过滑环静环与基座连接，滑环动环安装传动齿轮，再与电机上设有的齿轮啮合，可以实现滑环动环的运动与功率输出；此时，所述的传动齿轮和电机减速器的表面均可采用蜗轮蜗杆方式设置，以方便实现扫描驱动装置的自锁。
[0032]利用如图2中所示的扫描驱动装置进行工作的具体操作过程如下所述:
[0033]所述的电机12作为系统动力源输出力矩与转速，并将输出的动力通过齿轮传递到滑环动环9上；扫描观测仪器安装在滑环动环9上，当滑环动环9按照设定运动旋转时，同时就带动了扫描观测仪器完成扫描运动。扫描观测仪器所需要的电子控制信号和电源信号通过滑环动环9传输，扫描观测仪器获得的科学数据也通过滑环动环9传递回控制台。此时，扫描驱动装置的运动控制是通过角度反馈元件实现的，即通过圆感应同步器3将运动测量结果反馈给控制台，控制台根据测量结果来控制电机12输出，从而调节扫描观测运动。
[0034]综上所述，本发明——在空间应用的扫描驱动装置，其结构紧凑、具有较高的系统集成度和完整的高精度闭环伺服控制系统，可以满足各类型空间探测仪器的扫描观测需求，具有广阔的应用前景和巨大的应用价值。
[0035]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种在空间应用的扫描驱动装置，包括一对角接触球轴承(I)、电机(12)和圆感应同步器(3)，所述的角接触球轴承(I)用于承受扫描驱动装置的径向力和轴向力，所述的圆感应同步器(3)用于将测量得到的角度数据反馈至电机(12)以控制其转动，所述的电机(12)为扫描驱动装置提供动力；其特征在于，所述的扫描驱动装置还包括滑环静环(8)和滑环动环(9);所述的滑环静环(8)作为扫描驱动装置的主轴，同时用于传递数据与功率信号；所述的滑环动环(9)的上端和下端均设有一个供角接触球轴承(I)的轴承座，该滑环动环(9)同时用于传递数据。
2.根据权利要求1所述的在空间应用的扫描驱动装置，其特征在于，所述的扫描驱动装置还包括基座，所述的基座为扫描驱动装置提供安装平台。
3.根据权利要求2所述的在空间应用的扫描驱动装置，其特征在于，所述的滑环静环(8)的底部与基座(11)固定，所述的电机(12)设置于滑环动环(9)的外侧，该电机(12)通过设有的齿轮(13)与滑环动环(9)的外壁齿轮啮合，并将动力和力矩传递给滑环动环(9)。
4.根据权利要求2所述的在空间应用的扫描驱动装置，其特征在于，所述的滑环动环(9)的底部与基座(11)固定，所述的电机(12)设置于滑环动环(9)的内侧，该电机(12)通过设有的齿轮(13)与滑环静环(8)的外壁齿轮啮合，并将动力和力矩传递给滑环静环(8)。
5.根据权利要求1所述的在空间应用的扫描驱动装置，其特征在于，所述的滑环静环(8)的顶部穿设有轴系上盖(14)，该轴系上盖(14)用于密封角接触球轴承(I)。
【文档编号】G05D13/62GK104199475SQ201410438343
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】李彬, 刘浩 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心