一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于微小推力测量技术领域，是一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置，主要包含竖直位移机构、旋转机构、执行机构以及稳转反馈控制模块。所述的竖直位移机构主要包括贯通式直线丝杆步进电机以及真空转接法兰等。所述的旋转机构主要包括直流电机和直流电机控制系统。所述的执行机构具体包括十字形永磁体组件以及组合式电涡流板。所述的稳转控制模块具体包括转速传感器以及计算机。本装置利用组合式电涡流板与永磁体组件之间由于相对运动产生的电磁作用力实现真空舱内超导磁悬浮试验台的起旋与消旋并通过反馈系统保证试验台起旋后稳定在设定转速。通过反馈转速补偿有效降低执行机构分离时永磁体磁场对超导磁悬浮试验台的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置
本专利技术涉及基于高温超导磁悬浮试验平台的微小卫星物理仿真以及微小力测量等领域，具体的，该专利技术是一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置。
技术介绍
为了满足航天任务中对可靠性的高要求，有必要对航天器进行地面物理仿真实验，检测并优化其在轨性能，提高其在外太空工作的可靠性。卫星地面物理仿真试验系统应该尽可能复现航天器在外太空的工作环境，比如微重力,较低阻尼力以及真空环境等。气浮台作为目前仿真试验台的核心设备，有其固有的缺点，这也是限制气浮仿真试验台进一步发展的因素。高温超导磁悬浮仿真试验台可以在一定程度上应对上述发展的新趋势和问题。这种类型的磁悬浮有着较高的承载能力，不需要气体等工质维持，这意味着可以维持较长的悬浮时间。在高温超导磁悬浮结构中，悬浮平台在磁场均匀方向上运动，且摩擦阻力非常微小，这表明该结构可以用来模拟低摩擦阻力的空间环境。高温超导体具有特殊的磁通钉扎特性，这使得高温超导磁悬浮具有自稳定的优点。这种性质减小了加工精度和装配难度，缩短了测试准备周期，可以一定程度的应对日益频繁的航天器测试任务。此外，超导磁悬浮仿真试验台可以完全放置在真空中，能最大限度的模拟太空环境。但是进入真空舱实验这也带来了一系列新的问题。包括仿真实验台的装配与调试，标定等。更重要的是，航天器的仿真试验以及基于转动惯量法的微小推力测量均要求试验台具备一个初始的转动状态，因此真空舱内仿真试验台的启动和制动是一个必须解决的难题，即磁悬浮试验台的起消旋。不同于非真空环境超导磁悬浮试验平台的起消旋机构，真空舱内部试验平台的起消旋不易控制与调整，且真空舱内部狭小的空间限制起旋机构的布置与大小。为了保证仿真试验平台的可重复性，要求我们在不打开真空舱的条件下实现悬浮平台的启动与停转。另外，起旋机构完成其启动浮台的工作任务后，不应该在后续试验中影响试验浮台的工作。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术设计了一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置。其结构简单精巧，可以有效减小真空舱内部的占用空间；起停控制超调量低，使得在起消旋的过程中对悬浮台造成的振动低；可重复性高，可对磁悬浮试验台在不开真空舱的情况下进行起消旋控制；可靠性高，即完成起旋任务后，起旋机构脱离，不会影响磁悬浮仿真试验台的转动。稳转反馈控制系统可使得磁悬浮试验台通过起旋机构达到设定的初始转动频率。所述的起消旋装置包括竖直位移机构，旋转机构、执行机构以及稳转控制模块。竖直位移机构包括贯通式直线丝杆步进电机、步进电机控制系统、联轴器以及直流电机支撑架转接板；旋转机构包括直流电机支撑架，直流电机控制器，直流无刷电机以及十字形永磁体组件支撑架；执行机构包括十字形永磁体组件以及组合式电涡流板；稳转控制模块包括转速传感器，计算机。贯通式直线丝杆步进电机位于起消旋装置的顶部，整个步进电机转轴穿过真空舱上壁面。可通过步进电机控制器精确驱动旋转机构的上升和下降，从而调整执行机构所包含的气隙的大小，实现起消旋机构的进入和分离。步进电机位于舱内的旋转轴通过联轴器与旋转机构刚性连接。竖直位移机构的量程为500mm。联轴器分为上下两部分，上半部分为凹槽，侧面开有两个螺纹孔，通过螺钉固定在步进电机的转轴上。联轴器下半部分为螺柱，用以悬挂并紧固直流电机支撑架转接板。直流电机支撑架转接板主要实现竖直位移机构与旋转机构之间的刚性连接。形状如同倒立的“L”。转接板的水平部分与联轴器紧固，竖直部分用于悬挂并紧固直流电机支撑架。转接板应该保证足够的高度，以确保电机安装过程中不会接触联轴器螺柱以及留有电机控制器的布线空间。旋转机构中的支撑架用于固定电机。也是一个L形状，竖直部分与竖直位移机构的电机支撑架转接板相连接，水平部分有四个通孔，与电机上的螺纹孔一一对应，用以固定电机。旋转机构的核心模块为电机控制系统。电机选择无极变速直流电机，可通过真空舱外电机控制器实现直流电机的正反转控制以及转速的无极调节，同时电机的最小输出扭矩大于执行机构部分产生的电涡流阻尼力。电机控制器是电机工作指令发出模块，由操作人员在舱外操作计算机端界面设定初始转速，计算器处理中心同时结合稳转反馈控制系统传输的反馈信号实现对电机的转速控制。直流电机控制系统通过穿舱线与内部的直流电机通信。永磁体组件支撑架主要是固定永磁体组件并将其稳固悬挂于电机转轴端，跟随电机转轴无差转动，支撑架呈“十”字型。上部的中空圆柱体侧面有两个螺纹孔，实现与电机转轴的紧固连接，下部的十字架安装并紧固4个条形永磁体。起消旋装置的执行机构包含永磁体组件以及产生感应电流的组合式电涡流板。4个相同的条形永磁体组件固定于十字架上跟随电机转动，每个条形永磁体组件包含两块相同的永磁体以及一片聚磁钢板。条形永磁体组件通过十字架侧面的螺钉固定于十字架的凹槽内。增强后的磁场与其下面的组合式电涡流板之间的相对运动导致金属板内部产生较大的涡旋电流，条形永磁体与涡流板之间的安培力带动电涡流板做跟随运动。所述组合式电涡流板由8块圆形金属导体板组合而成，材料为铝制金属板。每块导体板的厚度为1mm，并通过电涡流板支撑架固定，同时，支撑架下部固定于磁悬浮试验台上。进一步的，所述稳转控制模块中的转速传感器实现对浮台转速的采样，并通过转速反馈将采样频率与设定频率的差分信号传递至计算机端口，由计算机发出直流电机控制信号，实现对起旋或者消旋后浮台的稳定转速设定。本专利技术的优点如下：(1)、一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置，结构设计简单精巧，占用真空舱内部较小的空间实现整个超导仿真试验台的起消旋控制，节省的空间为后续扩展仿真试验台的功能提供了可能；(2)、一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置，与磁悬浮试验台构成的仿真或者测量系统在起消旋过程中具有较低的超调量，即利用涡流效应产生电磁力的本装置在启动和制动旋转浮台的过程中对旋转浮台的影响较小，所造成的浮台偏移程度及振动低，噪音小，对于在起消旋开始阶段维持悬浮试验台的稳定性具有重要意义；(3)、一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置，非触式启动和制动设计，有利于保证仿真试验台的完整性，不因起消旋的任务而改变其仿真试验台的整体布局，更具说服力与客观性；(4)、一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置，可重复性高，当需要在真空舱内做多组工况下的实验，可随时控制仿真试验台的启动与制动，大大提高了真空舱内磁悬浮仿真试验台的可靠性与可控性；(5)、一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置，可通过稳转反馈控制系统实现对磁悬浮试验台转速的精确调控；(6)、一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置，起消旋任务完成后，可脱离磁悬浮仿真试验台，不会对仿真试验台的工作过程产生任何影响。本专利技术的有益效果是：将基于涡流效应产生的电磁相互作用力用于真空舱内部超导磁悬浮试验台的起消旋，并通过精巧而简洁的设计，在占用真空舱内部较小的空间的同时实现整个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置，其特征在于简洁而精巧的结构设计，占用真空舱内部较小的空间实现整个超导磁悬浮仿真试验台的起旋与消旋，也为仿真试验台后续的功能扩展提供了空间上的可能。装置主要分为竖直位移机构、旋转机构、执行机构以及稳转反馈控制模块。/n所述竖直位移机构中的贯通式直线丝杆步进电机位于起消旋装置的最顶部，工作时，可控制位于真空舱外部的步进电机实现旋转机构与执行机构的上升与下降。位于真空舱内部的丝杠轴末端与联轴器相连并固定。/n联轴器上部与步进电机丝杠固定，通过螺钉与丝杠末端固定连接。下部与电机支撑架转接板通过螺柱刚性连接。同时，为保证可靠性，联轴器螺柱末端还需用螺帽紧固。/n电机支撑架转接板上部与联轴器固定，下部用于安装电机支撑架，为衔接竖直位移机构与旋转机构的中间结构。上部通过螺帽固定，下部与电机支撑架配合，并用螺钉固定。/n所述旋转机构中的直流电机支撑架安装于电机支撑架转接板的下部，通过螺钉固定，下部用于安装和固定电机。直流电机及其控制系统是旋转机构的核心模块。直流电机安装在支撑架上，通过螺钉紧固，电机转轴悬挂及紧固永磁体组件支撑架。电机的控制系统，即直流电机调速器位于真空舱外部，通过航空插头与穿舱线与舱内的旋转电机通信，控制电机的转速与正反转。/n所述执行机构中的永磁体组件固定架是衔接永磁体组件与直流电机的中间结构，主要作用是固定永磁体组件，实现永磁体与电机转轴之间的无差跟随转动。/n所述十字形永磁体组件是执行机构的永磁部分，由4块条形永磁体组件组装而成，每个条形永磁体组件包含两块相同的永磁体以及一片聚磁钢板，该设计可大大增强永磁体磁场的大小，并通过永磁体组件固定架排列为“十”字形状。/n所述组合式电涡流板由多块圆形金属导体板组合而成，并通过电涡流板支撑架固定。/n执行机构中永磁体组件与组合式电涡流板之间的相互作用力实现悬浮台的起消旋，并且可控制执行机构内部的气隙实现相互作用力大小的调控。/n所述稳转控制模块中的转速传感器实现对浮台转速的采样，并通过转速反馈将采样频率与设定频率的差分信号传递至计算机端口，由计算机发出电机控制信号，实现对起旋或者消旋后浮台的稳定转速设定。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置，其特征在于简洁而精巧的结构设计，占用真空舱内部较小的空间实现整个超导磁悬浮仿真试验台的起旋与消旋，也为仿真试验台后续的功能扩展提供了空间上的可能。装置主要分为竖直位移机构、旋转机构、执行机构以及稳转反馈控制模块。
所述竖直位移机构中的贯通式直线丝杆步进电机位于起消旋装置的最顶部，工作时，可控制位于真空舱外部的步进电机实现旋转机构与执行机构的上升与下降。位于真空舱内部的丝杠轴末端与联轴器相连并固定。
联轴器上部与步进电机丝杠固定，通过螺钉与丝杠末端固定连接。下部与电机支撑架转接板通过螺柱刚性连接。同时，为保证可靠性，联轴器螺柱末端还需用螺帽紧固。
电机支撑架转接板上部与联轴器固定，下部用于安装电机支撑架，为衔接竖直位移机构与旋转机构的中间结构。上部通过螺帽固定，下部与电机支撑架配合，并用螺钉固定。
所述旋转机构中的直流电机支撑架安装于电机支撑架转接板的下部，通过螺钉固定，下部用于安装和固定电机。直流电机及其控制系统是旋转机构的核心模块。直流电机安装在支撑架上，通过螺钉紧固，电机转轴悬挂及紧固永磁体组件支撑架。电机的控制系统，即直流电机调速器位于真空舱外部，通过航空插头与穿舱线与舱内的旋转电机通信，控制电机的转速与正反转。
所述执行机构中的永磁体组件固定架是衔接永磁体组件与直流电机的中间结构，主要作用是固定永磁体组件，实现永磁体与电机转轴之间的无差跟随转动。
所述十字形永磁体组件是执行机构的永磁部分，由4块条形永磁体组件组装而成，每个条形永磁体组件包含两块相同的永磁体以及一片聚磁钢板，该设计可大大增强永磁体磁场的大小，并通过永磁体组件固定架排列为“十”字形状。
所述组合式电涡流板由多块圆形金属导体板组合而成，并通过电涡流板支撑架固定。
执行机构中永磁体组件与组合式电涡流板之间的相互作用力实现悬浮台的起消旋，并且可控制执行机构内部的气隙实现相互作用力大小的调控。
所述稳转控制模块中的转速传感器实现对浮台转速的采样，并通过转速反馈将采样频率与设定频率的差分信号传递至计算机端口，由计算机发出电机控制信号，实现对起旋或者消旋后浮台的稳定转速设定。


2.如权利要求1所述的一种基于电磁涡流效应的超导磁悬浮试验台起消旋装置，其特征在于该起消旋机构与磁悬浮试验台构成的航天器物理仿真系统在起消旋过程中具有较低的超调量，平稳性好。即在启动与制动过程中，该起消旋机构的进入与退出只存在很小的噪音，对磁悬浮仿真试验台的影响小，造成的振动低，悬浮台在起旋过程中的偏移量小，有利于维持仿真试验台在整个实验过程中的稳定性。在前阶段实施的起旋方案中，利用弹性力实现起旋造成浮台在气旋过...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文将，刘朝鑫，冀宇，宋东彬，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11