[发明专利]一种纳星部署器用高推力密度电磁作动器

说明书

本发明提出了一种纳星部署器用高推力密度电磁作动器，主要由定子和动子两部分组成，定子主要包括：定子框架、磁轭、磁环和锁母；动子主要包括：线圈骨架和线圈。本发明在单层磁极上形成上、下双永磁分支磁通，实现了对永磁磁通分流有效缓解了磁轭磁饱和，减小了磁轭的厚度，单层磁极单层线圈构型降低了作动器轴向尺寸及体积质量；双永磁分支回路改善了气隙磁场分布，降低了推力波动并增大了推力密度。本发明具有体积小、质量轻、推力密度大且推力平稳的特点，非常适用于部署器对纳卫星在轨调速释放。

技术领域

本发明涉及一种纳星部署器用高推力密度电磁作动器，属于航空航天技术领域。

背景技术

多颗卫星协同工作完成复杂太空探索任务已成为当今国际航天领域的一个研究热点，如编队、集群等。尤其是纳星研制周期短、成本低等优势，其构成的集群灵活性高、鲁棒性高，能完成大卫星无法独立完成的或所需成本高昂的任务。面向纳卫星在轨部署任务，为节约成本，往往在一次发射任务中利用部署器存储和在轨释放大量的纳卫星。由于纳星具备较弱的轨控能力和有限的燃料，因此期望在弹射分离这些纳卫星时能够通过调整弹射纳卫星的速度、时序和角度，使它们彼此自然形成稳定的相对运动。这就需要在轨部署器在特定的时刻针对不同质量的纳卫星实现调速释放。而传统的部署器采用多采用压缩弹簧，难以实现纳卫星可重复精确释放。

电磁作动器利用通电线圈在磁场中产生电磁力，响应速度快，非常适用于部署器重复调速释放纳卫星。在工业应用中，为提高电磁作动器的推力密度，往往采用halbach永磁阵列及其拓扑结构，或改变磁钢的形状及磁钢充磁方向，这些发明本质上属于通过重塑气隙磁场的方式来提高气隙磁场强度从而实现高推力密度。针对航天应用，为便于安装和降低发射成本，往往期望电磁作动器体积小重量轻。

发明内容

本发明为了解决上述背景技术中提到的期望电磁作动器体积小重量轻的技术问题，提出一种纳星部署器用高推力密度电磁作动器，相比于传统的电磁作动器，在单层磁极中实现了双永磁支路分流，从而缓解了磁轭磁饱和，具有体积小、质量轻、推力密度大的优势。

本发明提出一种纳星部署器用高推力密度电磁作动器，包括定子和动子，定子包括定子框架、外磁轭、外磁环、外上磁环、外下磁环、外上磁轭、外锁母、内磁轭、内磁环、内上磁环、内下磁环、内上磁轭、内锁母和端部磁轭；动子包括线圈骨架和环形线圈；

所述外磁轭位于定子框架凹槽外壁的径向内侧，所述外磁环位于外磁轭的径向内侧中心位置，所述外上磁环位于外磁轭和外磁环的上端，所述外下磁环位于外磁轭和外磁环的下端，所述外上磁轭位于外上磁环的上端，所述外锁母位于外上磁轭的上端，所述内磁轭位于定子框架凹槽内壁的径向外侧，所述内磁环位于内磁轭的径向外侧，所述内上磁环位于内磁轭和内磁环的上端，所述内下磁环位于内磁轭和内磁环的下端，所述内上磁轭位于内上磁环的上端，所述内锁母位于内上磁轭的上端，所述端部磁轭位于外下磁环和内下磁环的下端，所述外磁轭、外磁环、外上磁环、外下磁环和外上磁轭通过外锁母和定子框架之间的螺纹固定安装在定子框架上，所述内磁轭、内磁环、内上磁环、内下磁环、内上磁轭和端部磁轭通过内锁母和定子框架之间的螺纹固定安装在定子框架的环形槽内，所述外磁轭、外磁环、外上磁环、外下磁环、外上磁轭、外锁母的径向内壁和内磁轭、内磁环、内上磁环、内下磁环、内上磁轭、内锁母的径向外壁之间形成气隙，所述线圈骨架位于外磁轭、外磁环、外上磁环、外下磁环、外上磁轭和外锁母的径向内侧，所述环形线圈环绕并固定在线圈骨架的槽内。

优选地，所述外磁环、外上磁环、外下磁环、内磁环、内上磁环和内下磁环均为衫钴合金硬磁材料，其中外磁环和内磁环为径向充磁，外上磁环、外下磁环、内上磁环和内下磁环为轴向充磁，充磁方向为外磁环外S内N、外上磁环上S下N、外下磁环上N下S、内磁环外S内N、内上磁环上N下S和内下磁环上S下N；或者充磁方向为外磁环外N内S、外上磁环上N下S、外下磁环上S下N、内磁环外N内S、内上磁环上S下N和内下磁环上N下S。

优选地，所述外磁轭、外上磁轭、内磁轭、内上磁轭和端部磁轭为软磁合金1J50材料。