[发明专利]一种磁悬浮万向稳定平台

说明书

一种磁悬浮万向稳定平台主要由定子系统和动子系统两部分组成，动子系统主要包括：动子骨架、万向磁轴承动子、周向磁轴承动子、载荷承接件；定子系统主要包括：平动磁轴承定子、万向磁轴承定子、周向磁轴承定子、传感器。本发明采用全球面磁悬浮结构，其中平动磁轴承包括三组周向120°均布、35.26°斜装的磁极，三组磁极在空间上形成正交结构，实现动子系统三自由度平动悬浮和解耦控制，万向、周向磁轴承均采用球面洛伦兹力磁悬浮结构，分别实现动子系统的万向偏转和周向无旋控制。本发明通过全球面磁悬浮和全通道主动控制实现了动子系统的万向偏转和精确指向，大幅提升了稳定平台的敏捷性、稳定性和精确性，在航空航天遥感领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种航天器及大气层内飞行器通用的非接触磁悬浮万向稳定平台，其动子系统通过电磁力悬浮，能够有效地隔离飞行器本体产生的振动，动子系统载荷承接件可以搭载需要甚稳超静工作条件的载荷，由于控制动子系统三自由度平动的纯电磁平动磁轴承、控制两自由度偏转的洛伦兹力磁轴承、控制周向无旋的洛伦兹力磁轴承都是球面结构，动子系统能够实现三自由度平动悬浮、万向偏转及周向无旋控制。

技术背景

航天器在轨运行过程中，受到宇宙空间环境中的多种扰动的影响产生振动，造成姿态的变化，对于航天器搭载的需要甚稳超静工作环境的载荷而言，振动的影响无法忽略，类似地，大气层内飞行器由于要考虑气动力和重力影响，情况更加复杂，利用磁悬浮技术使载荷非接触悬浮可以有效隔绝飞行器产生的振动，提高载荷的姿态指向精度。

磁悬浮技术现在地面上的主要应用在磁悬浮列车上，其次在航空乃至航天领域都有着广阔的应用前景，航天上应用的磁悬浮飞轮、磁悬浮控制力矩陀螺都是采用磁悬浮技术对转子进行控制，对于可以提供甚稳超静环境的磁悬浮惯性稳定平台的研究还比较有限。

磁悬浮惯性稳定平台一般具有多自由度悬浮控制、隔振和姿态稳定控制等多项功能，授权专利ZL201210321861.0所述的一种五自由度主动磁悬浮惯性稳定平台具备两自由度平动、三自由度旋转主动控制能力，但其设计功能为航空遥感领域隔振，进一步用于航天领域还需要对结构和材料等进行优化。授权专利ZL202010295521.X所述的一种洛伦兹惯性稳定平台采用球面洛伦兹力磁轴承实现了大角度偏转，但其稳定精度仍有待提升。上述的两款磁悬浮惯性稳定平台均具有进一步优化空间，投入航天领域实用还需进一步升级改造。

经分析表明，提高磁悬浮平台指向精度的前提是，平台轴向平动控制和径向平动控制都对径向转动控制没有干扰，即在X、Y和Z三个方向的平动必须与径向X和Y方向转动完全解耦，这就要求磁轴承产生径向和轴向电磁力时，不会对悬浮平台产生偏转力矩。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多种飞行器通用的非接触磁悬浮万向稳定平台，能够实现动子系统的超稳超静控制，隔离振动，提出了一种新的轴向、径向三自由度平动悬浮控制可解耦的斜装三正交平动磁轴承设计，动子系统能够进行万向偏转，增大了载荷承接件搭载的载荷工作的带宽。