一種五自由度單框架磁懸浮控制力矩陀螺，可作為長期在軌運行的大型衛星、空間站等大型航天器的姿態控制執行機構，由徑向磁軸承、芯軸、上軸向磁軸承、下軸向磁軸承、上保護軸承、下保護軸承、上軸向推力盤、下軸向推力盤、徑軸一體化傳感器、徑向傳感器、底座、高速電機、輪體、殼體、框架芯軸、機械軸承、框架、框架電機、框架電機軸、角位置傳感器和導電滑環組成。本發明中的徑向磁軸承控制陀螺轉子的徑向平動，陀螺轉子的軸向平動和偏轉通過軸向磁軸承控制實現。本發明各個組件布局緊湊，減小了體積和重量，消除了軸承機械摩擦，能夠有效地提高單框架控制力矩陀螺的壽命和控制精度。

技術領域

本發明涉及一種單框架磁懸浮控制力矩陀螺，特別是一種五自由度可輸出大力矩的單框架磁懸浮控制力矩陀螺，可作為長期在軌運行的大型衛星、空間站等大型航天器的姿態控制執行機構。

背景技術

控制力矩陀螺是在大型衛星、對地觀測平臺、空間站等大型航天器上使用的一類姿態控制系統慣性執行機構，該執行機構需要輸出大力矩、滿足重量輕、小體積、高可靠性、高精度、壽命長、快響應速度、低功耗的要求。

目前航天器姿態控制系統執行機構中一般仍舊采用由機械軸承支承的控制力矩陀螺，而機械軸承從根本上限制了控制力矩陀螺轉速的提高，因此在需要大角動量的情況下，必須增加控制力矩陀螺的重量及體積。此外，機械軸承存在機械磨損、不平衡振動不可控和過零摩擦力矩大等問題，嚴重影響了控制力矩陀螺的使用壽命以及航天器姿態控制的精度和穩定度。因此需要基于磁軸承支撐的單框架磁懸浮控制力矩陀螺作為大型航天器上的慣性執行機構。按照懸浮自由度的劃分,現有的單框架磁懸浮控制力矩陀螺可分為單自由度單框架磁懸浮控制力矩陀螺～五自由度單框架磁懸浮控制力矩陀螺。其中現有的五自由度單框架磁懸浮控制力矩陀螺，通過兩個徑向磁軸承控制轉子的兩個徑向偏轉運動，然而，為了輸出足夠的力矩，往往需要增加兩個徑向磁軸承之間的跨距，使得芯軸長度增加，模態降低，轉速提升易造成系統不穩定，振動加劇。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種五自由度單框架磁懸浮控制力矩陀螺，通過軸向磁軸承控制兩個徑向偏轉運動，提高了其能量密度，減小體積和功耗，同時提高了輸出力矩的能力。