专利名称：一种可重复锁紧装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁悬浮飞轮锁紧装置，特别是一种可重复使用、可靠高、功耗小、 结构简单的磁悬浮飞轮锁紧装置，可作为磁悬浮飞轮系统的保护装置。
背景技术：
磁悬浮飞轮属于长寿命、高精度航天器姿态控制执行机构。航天器在发射过程中将 产生剧烈的振动和冲击，由于磁悬浮飞轮采用磁轴承技术，定子和转子之间存在间隙， 如果不采取保护措施，磁悬浮飞轮系统将会受到损坏，所以需要锁紧装置；另外，当磁 悬浮飞轮需要正常工作时，还要对则磁悬浮飞轮锁紧装置进行解锁，使磁悬浮飞轮系统 进入正常工作状态。由于磁悬浮飞轮在发射前需要与航天器进行各种测试和实验，通常 需要磁悬浮飞轮进行锁紧和解锁。另外，如果航天器在空间进行变轨道工作，也需要对 磁悬浮飞轮进行锁紧和解锁。目前所使用的磁悬浮飞轮锁紧装置主要有基于碳纤维复合 材料和航空钢丝绳的锁紧装置、气动锁紧装置、步进电机+齿轮传动副+螺母与螺杆传动 副锁紧装置。基于碳纤维复合材料和航空钢丝绳的锁紧装置，采用火工品进行解锁，其 主要缺点是只能一次性使用，火工品在工作时对结构的冲击大、火药燃烧或爆炸时产生 有害气体。气动锁紧装置虽然可重复使用，但结构较复杂，并且需要气源，可靠性较差， 质量和体积大。步进电机十齿轮传动副+螺母与螺杆传动副锁紧装置也可实现重复使用， 但结构复杂，存在多种活动部件，因此质量较大，可靠性也较差。
发明内容
本发明的技术解决何题是:克服现有技术的不足，提供一种可重复使用、易于控制、 功耗小、体积小、结构简单、性能可靠的磁悬浮飞轮锁紧装置。
本发明的技术解决方案为 一种可重复锁紧装置由静止部分和运动部分两部分组 成，其特征在于静止部分包括电磁铁的磁铁座、电磁铁的永磁体、支架、紧固螺钉、 挡板、传感器、压縮弹簧、拉伸弹簧和连接螺钉；运动部分包括电磁铁的吸盘、支柱、 弹簧柱和锁柱；永磁体通过环氧树脂胶粘接在磁铁座上，磁铁座通过连接螺钉固定在支 架的一端，吸盘处于电磁铁的外侧；吸盘与支柱连接，锁柱通过拉伸弹簧与支架相连接， 挡板通过紧固螺钉与支架连接，在挡板和支柱之间为弹簧柱，弹簧柱与支柱连接，在弹 簧柱的外侧为压縮弹簧，压縮弹簧通过弹簧柱与挡板连接；传感器通过连接螺钉固定在支架上，挡板通过紧固螺钉固定在支架上，支柱处于支架的中部，锁柱处于支柱的上侧。 传感器输出的电信号与外加控制器的输入端相连，该控制器的输出端与电磁铁的线圈相 连，形成电的闭环回路；线圈位于磁铁座的槽内，并通过环氧树脂胶与磁铁座粘接在一 起。
上述方案的原理是当需要对磁悬浮飞轮进行锁紧时，电磁铁中的线圈通电流，使 永磁体产生的磁场方向与电流产生的磁场方向相同，分别如图2中的实线和虚线所示， 实线为永磁磁路，虚线为电磁磁路，此时产生的磁力吸引吸盘克服压縮弹簧和机构的摩 擦力推动支柱产生X轴正方向的运动，支柱水平方向的运动又推动锁柱产生垂直方向的 运动，使锁柱与磁悬浮飞轮转子接触，然后停止给电磁铁供电，由于设计肘选择锁柱的
夹角a和支柱的夹角p相等，而且夹角a或夹角p不大于锁柱与支柱摩擦角以及支柱与 支架摩擦角的和，也就是机构的自锁条件，利用机构的自锁和电磁铁中的永磁体提供的 磁力保护锁紧状态。当需要对磁悬浮飞轮进行解锁时，电磁铁中的线圈通与锁紧相反方 向的电流，使永磁体产生的磁场与电流产生的磁场大小相等，方向相反，如图4所示， 此时，电磁铁不产生磁力，支柱在压縮弹簧的弹力作用下在水平方向产生与锁紧时相反 方向的运动，锁柱在拉伸弹簧的弹簧力作用下在垂直方向产生与锁紧时相反方向的运 动，脱离转子，然后停止通电，利用压縮弹簧的弹力保持解锁状态。锁紧和解锁状态可 以通过传感器进行监测，更加利于控制。
本发明与现有技术相比的优点在于本发明由于采用电磁铁和机构的自锁，与一次 性锁紧装置相比实现了磁悬浮飞轮的可重复锁紧功能，可反复使用。与现有的可重复锁 紧装置相比，本发明所述的可重复锁紧装置结构简单，活动部件少，锁紧和解锁状态可 通过传感器进行监测，因而可靠性高，控制更加容易，又由于在电磁铁中采用永磁体， 因而显著减小了锁紧装置的质量、体积和功耗。
图1为本发明技术解决方案的可重复锁紧装置结构示意图2为本发明技术解决方案的可重复锁紧装置在锁紧过程中的截面示意图3为本发明技术解决方案的可重复锁紧装置在锁紧状态的截面示意图4为本发明技术解决方案的可重复锁紧装置在解锁过程中的截面示意图； 图5为本发明技术解决方案的可重复锁紧装置在解锁状态的截面示意图6 (a)为本发明技术解决方案的锁柱结构示意图6 (b)为本发明技术解决方案的锁柱主视图； 图6 (C)为本发明技术解决方案的锁柱左视图； 图7 U)为本发明技术解决方案的支柱结构示意图； 图7 (b)为本发明技术解决方案的支柱主视图； 图7 (C)为本发明技术解决方案的支柱剖面图； 图8为本发明技术解决方案的传感器结构示意图9为本发明技术解决方案的的可重复锁紧机构在磁悬浮飞轮中位置示意图。
具体实施例方式
如图l、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明由电磁铁12、锁柱2、支架3、 支柱5、弹簧柱6、压縮弹簧7、挡板8、拉伸弹簧9、传感器11组成，电磁铁12、传 感器II和挡板8通过紧固螺钉4和连接螺钉10固定在支架上，吸盘121和电磁铁12 的磁极间形成0.5~2mm的间隙，支柱5和吸盘121在支架3内只能实现水平x轴方向运 动，如图l中的x轴方向所示，需要锁紧时，给线圈123通电流，使电流产生的磁场方 向与永磁体122产生的磁场方向相同，如图2中的实线和虛线所示，吸盘121在磁力作 用下克服压縮弹簧7的弹簧弹力和摩擦力，推动支柱5水平运动，支柱5又推动锁柱2 产生垂直方向运动，使锁柱2与磁悬浮飞轮转子接触，消除磁悬浮飞轮中的间隙，然后 停止通电，利用机构的自锁和电磁铁12中的永磁体121产生的磁力保持锁紧状态，机 构自锁的原理是当驱动力方向在机构摩擦角范围内时，无论驱动力多大，锁柱2都不能 运动，即实现了自锁，图3中虚线为锁柱在锁紧时的位置，当解锁时，电磁铁12通过 相反方向的电流，如图4中的实线和虚线所示，由压縮弹簧7克服摩擦力实现解锁，使 锁柱2在拉伸弹簧9的作用下脱离转子，然后停止通电，利用弹簧力保持解锁状态，使 磁悬浮飞轮可正常工作，锁紧和解锁状态可通过传感器11进行检测，如检测出位置为 2mm,则锁紧装置处于解锁状态，如检测出位置为0.5mm，则锁紧装置处于锁紧状态。 在具体应用时，本发明所述的可重复锁紧装置一般需要3个或4个均布在磁悬浮飞轮转 子的圆周方向实现对磁悬浮飞轮的锁紧和解锁功能，如图9所示。
上述本发明所用的磁铁座124、吸盘121均应用导磁性能良好的材料制成，如各种 碳钢、电工纯铁等；永磁体122的材料为磁性能良好的稀土永磁体或铁氧体永磁体，永 磁体122为轴向充磁；激磁线圈123用导电良好的电磁线绕制后浸漆烘干而成；锁柱2 和支柱5分别为铝和钢两种不同的金属材料。
图3为本发明的可重复锁紧装置在锁紧状态的截面示意图，在锁紧状态，吸盘121 由永磁体的磁力作用靠在电磁铁12的磁铁座124上，使锁柱2与磁悬浮飞轮转子接触， 消除磁悬浮飞轮中的间隙，保持锁紧功能。
图5为本发明的可重复锁紧装置在解锁状态的截面示意图，在解锁状态，吸盘121
由压縮弹簧7的弹力作用远离的电磁铁12的磁铁座124，磁力作用靠在电磁铁12的磁 铁座124上，保持锁柱2不接触磁悬浮飞轮转子，保持解锁状态。
图6为本发明的锁柱2的结构示意图，其功能是实现对飞轮转子的锁紧，材料为铝 或钢等金属材料，上下面均为斜面，夹角a根据锁柱和支柱以及支柱和支架之间的摩擦 角来选择，不大于锁柱和支柱以及支柱和支架之间的摩擦角的和。
图7为本发明的支柱5的结构示意图，其功能是支承锁柱，材料为铝或钢等金属材 料，上面均为斜面，下面为平面，夹角(3根据锁柱和支柱以及支柱和支架之间的摩擦角 来选择，不大于锁柱和支柱以及支柱和支架之间的摩擦角的和，且与夹角a相等。
图8为本发明的传感器11的结构示意图，由传感器探头Ul和传感器支架112组 成，吸盘121为传感器探测体，传感器探头111与吸盘121之间形成探测间隙，探测间 隙一般为0.5mm 2mm。
图9为本发明的可重复锁紧机构在磁悬浮飞轮中位置示意图，在磁悬浮飞轮系统中， 一般需要3个或4个可重复锁紧机构14固定在底座15上，均布在飞轮转子16的圆周 方向对磁悬浮飞轮进行锁紧或解锁，实现对磁悬浮飞轮系统的保护功能。
总之，本发明的锁紧装置保护了磁悬浮飞轮系统，具有可重复使用、可靠性高、结 构简单等优点。
本发明说明书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。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也
应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种可重复锁紧装置，由静止部分和运动部分两部分组成，其特征在于静止部分包括电磁铁(12)的磁铁座(124)、电磁铁(12)的永磁体(122)、支架(3)、紧固螺钉(4)、挡板(8)、传感器(11)、压缩弹簧(7)、拉伸弹簧(9)和连接螺钉(10)；运动部分包括电磁铁(12)的吸盘(121)、支柱(5)、弹簧柱(6)和锁柱(2)；永磁体(122)通过环氧树脂胶粘接在磁铁座(124)上，磁铁座(124)通过连接螺钉(10)固定在支架(3)的一端，吸盘(121)处于电磁铁(12)的外侧；吸盘(121)通过连接轴(13)与支柱(5)连接，锁柱(2)通过拉伸弹簧(9)与支架(3)相连接，挡板(8)通过紧固螺钉(4)与支架(3)连接，在挡板(8)和支柱(5)之间为弹簧柱(6)，弹簧柱(6)与支柱(5)连接，在弹簧柱(6)的外侧为压缩弹簧(7)，压缩弹簧(7)通过弹簧柱(6)与挡板(8)连接；传感器(11)通过连接螺钉(10)固定在支架(3)上，挡板(8)通过紧固螺钉(4)固定在支架(3)上，支柱(5)处于支架(3)的中部，锁柱(2)处于支柱(5)的上侧；传感器(11)输出的电信号与外加控制器的输入端相连，该控制器的输出端与电磁铁(12)的线圈(123)相连，形成电的闭环回路；线圈(123)位于磁铁座(124)的槽内，并通过环氧树脂胶与磁铁座(124)粘接在一起。
2、 根据权利要求l所述的一种可重复锁紧装置，其特征在于:所述的吸盘(121) 和电磁铁(12)的磁极间形成0.5 2mm的间隙。
3、 根据权利要求1所述的一种可重复锁紧装置，其特征在于所述的永磁体(122) 为一轴向圆环，沿轴向充磁。
4、 根据权利要求l所述的一种可重复锁紧装置，其特征在于所述的锁柱(2)和 支柱(5)为铝或钢材料。
5、 根据权利要求1所述的一种可重复锁紧装置，其特征在于所述的传感器(11) 为电感式位移传感器、或为电涡流式位移传感器、或为电容式位移传感器，或为光位移 传感器。
全文摘要
一种可重复锁紧装置，可作为磁悬浮飞轮的保护装置，主要由电磁铁、锁柱、支架、支柱、弹簧柱、压缩弹簧、连接轴、挡板、拉伸弹簧、传感器组成，电磁铁、传感器和挡板通过紧固螺钉和连接螺钉固定在支架上，磁铁座通过连接螺钉固定在支架的一端，吸盘处于电磁铁外侧，吸盘与支柱连接，锁柱通过拉伸弹簧与支架相连接，挡板通过紧固螺钉与支架连接，在挡板和支柱之间为弹簧柱，弹簧柱与支柱连接，在弹簧柱的外侧为压缩弹簧，压缩弹簧通过弹簧柱与挡板连接，传感器和挡板通过紧固螺钉和连接螺钉固定在支架上，锁柱处于支柱的上侧。本发明的锁紧装置保护了磁悬浮飞轮系统，具有可重复使用、可靠性高、结构简单等优点。
文档编号B64G1/24GK101367439SQ200810119968
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者强 刘, 孙津济, 房建成, 曦 王, 韩邦成 申请人:北京航空航天大学