《一種磁懸浮控制敏感陀螺》是2015年1月6日中國人民解放軍裝備學院申請的發明專利，公布號為CN104613950A，公布日為2015年5月13日，發明人是任元、王衛傑、劉強、樊亞洪、繆存孝、蔡遠文、姚紅、張立元、邵瓊玲、王盛軍。
《一種磁懸浮控制敏感陀螺》主要由定子系統、轉子系統以及旋轉調製系統三部分組成，定子系統主要包括：底座、芯軸、保護軸承、徑向磁軸承定子、軸向磁軸承定子、電機定子、位移感測器；轉子系統主要包括：飛輪輪體、保護軸承蓋、徑向磁軸承轉子、軸向磁軸承轉子、電機轉子、偏轉磁軸承轉子；旋轉調製系統主要包括：偏轉磁軸承定子、超音波電機、光電碼盤、導電滑環、旋轉調製軸承。該發明首次提出磁懸浮控制敏感陀螺（Magnetically Suspended Control＆amp;Sensing Gyroscope，MSCSG）新概念，集成控制力矩陀螺的姿態控制功能和角速率敏感器的姿態測量功能，實現姿態檢控一體，採用定子旋轉調製和轉子偏轉調製技術消除陀螺漂移誤差，從而提高陀螺敏感精度。
2021年6月24日，《一種磁懸浮控制敏感陀螺》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種磁懸浮控制敏感陀螺》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種磁懸浮控制敏感陀螺
- 類別：發明專利
- 申請公布號：CN104613950A
- 申請公布日：2015年5月13日
- 申請號：2015100065975
- 申請日：2015年1月6日
- 申請人：中國人民解放軍裝備學院
- 地址：北京市懷柔區3380信箱92號
- 發明人：任元、王衛傑、劉強、樊亞洪、繆存孝、蔡遠文、姚紅、張立元、邵瓊玲、王盛軍
- Int. Cl.：G01C19/04(2006.01)I;G01C19/24(2006.01)I;G01C19/42(2006.01)I
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背景技術
慣性導航系統由於其完全自主式導航等優點，廣泛套用於運載火箭、彈道飛彈、太空飛行器等各類飛行器的姿態控制系統。慣性執行機構和慣性敏感器是慣性導航系統的核心器件，以控制力矩陀螺為代表的慣性執行機構和以陀螺儀為代表的慣性敏感器分別負責平台姿態的控制和檢測功能，二者之間的木桶效應制約著慣性導航系統精度的提升。
截至2015年1月，磁懸浮控制敏感陀螺集成控制力矩陀螺的姿態控制功能和角速率敏感器的姿態測量功能，與相關的磁懸浮控制力矩陀螺或磁懸浮速率陀螺相比，磁懸浮控制敏感陀螺的最大特點是，它的定子可以旋轉，轉子可以偏轉。其內涵具體體現在以下三個方面：在控制功能方面，傳統控制力矩陀螺的轉子，是不能偏轉的，通過磁懸浮控制敏感陀螺轉子的偏轉，提高了控制力矩的精度和頻寬。在檢測功能方面，星上用的三浮陀螺的定子，是不能旋轉的，通過磁懸浮控制敏感陀螺定子的旋轉，提高了角速率的精度和頻寬。
發明內容
發明目的
《一種磁懸浮控制敏感陀螺》要解決的技術問題是：克服截至2015年1月有的控制力矩陀螺和角速率敏感器之間的異位問題，提出了一種磁懸浮控制敏感陀螺，實現了控制力矩陀螺的姿態控制功能和角速率敏感器的姿態測量功能的一體化。
技術方案
《一種磁懸浮控制敏感陀螺》的技術解決方案：一種磁懸浮控制敏感陀螺主要由定子系統、轉子系統以及旋轉調製系統三部分組成，其特徵在於，定子系統主要包括：底座、芯軸、電機定子和軸向磁軸承定子安裝盤、上保護軸承、下保護軸承、徑向磁軸承定子、鍵、保護軸承鎖母、軸向磁軸承定子、電機定子、位移感測器、密封蓋；旋轉調製系統主要包括：旋轉調製組件、偏轉磁軸承定子；轉子系統主要包括：飛輪輪體、上保護軸承蓋、下保護軸承蓋、徑向磁軸承轉子、軸向磁軸承轉子、電機轉子、偏轉磁軸承轉子、徑向磁軸承轉子鎖母、軸向磁軸承內轉子鎖母、軸向磁軸承外轉子鎖母、電機內轉子鎖母、電機外轉子鎖母、偏轉磁軸承內轉子鎖母、偏轉磁軸承外轉子鎖母；磁懸浮轉子系統和磁懸浮定子系統之間通過徑向磁軸承、軸向磁軸承、偏轉磁軸承實現非機械接觸的穩定懸浮，偏轉磁軸承定子通過旋轉調製組件實現定子旋轉，旋轉調製組件位於底座上部徑向內側和芯軸徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在底座上，偏轉磁軸承定子位於旋轉調製組件上部並通過緊固螺釘安裝在旋轉調製組件上；芯軸位於底座上部徑向內側，並通過緊固螺釘安裝在底座上，芯軸位於上保護軸承、下保護軸承、徑向磁軸承定子和保護軸承鎖母徑向內側，電機定子和軸向磁軸承定子安裝盤位於旋轉調製組件上部和芯軸中部徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在芯軸上，徑向磁軸承定子位於上保護軸承和下保護軸承之間，通過鍵與芯軸相連，並防止徑向磁軸承定子繞芯軸轉動，上保護軸承、下保護軸承和徑向磁軸承定子通過保護軸承鎖母安裝在芯軸上，軸向磁軸承定子位於徑向磁軸承定子徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在電機定子和軸向磁軸承定子安裝盤上，電機定子位於軸向磁軸承定子徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在電機定子和軸向磁軸承定子安裝盤上，位移感測器位於底座上部和旋轉調製組件徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在底座上，密封蓋位於芯軸和底座上部，並通過過盈配合安裝在芯軸和底座上；徑向磁軸承轉子位於徑向磁軸承定子徑向外側，並通過徑向磁軸承轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，軸向磁軸承內轉子位於軸向磁軸承定子徑向內側，並通過軸向磁軸承內轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，軸向磁軸承外轉子位於軸向磁軸承定子徑向外側，並通過軸向磁軸承內轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，電機內轉子位於電機定子徑向內側，並通過電機內轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，電機外轉子位於電機定子徑向外側，並通過電機外轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，偏轉磁軸承內轉子位於偏轉磁軸承定子徑向內側，並通過偏轉磁軸承內轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，偏轉磁軸承外轉子位於偏轉磁軸承定子徑向外側，並通過偏轉磁軸承外轉子鎖母安裝在飛輪輪體上，上保護軸承蓋和下保護軸承蓋分別位於上保護軸承和下保護軸承的徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在飛輪輪體上。
所述的旋轉調製組件包括靜止部分和轉動部分，靜止部分主要包括：超音波電機定子、旋轉調製定子軸承套、旋轉調製軸承定子、旋轉調製定子鎖母；轉動部分主要包括：超音波電機轉子、旋轉調製軸承轉子、旋轉調製轉子軸承套、旋轉調製轉子鎖母、導電滑環、偏轉磁軸承定子安裝盤、光電碼盤、光電碼盤壓環；超音波電機定子位於旋轉調製定子軸承套中部徑向外側，並通過過盈配合安裝在旋轉調製定子軸承套上，旋轉調製軸承位於旋轉調製定子軸承套徑向內側，旋轉調製軸承定子通過旋轉調製定子鎖母安裝在旋轉調製定子軸承套上；旋轉調製轉子軸承套位於旋轉調製軸承徑向內側，並通過旋轉調製轉子鎖母安裝在旋轉調製軸承轉子上，導電滑環位於旋轉調製轉子軸承套上部徑向內側，並通過過盈配合安裝在旋轉調製轉子軸承套上，偏轉磁軸承定子安裝盤位於旋轉調製轉子軸承套上部徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在旋轉調製轉子軸承套上，光電碼盤位於偏轉磁軸承定子安裝盤中部徑向外側，並通過光電碼盤壓環安裝在旋轉調製轉子軸承套上，超音波電機轉子位於旋轉調製定子軸承套徑向外側、超音波電機定子和偏轉磁軸承定子安裝盤之間，並通過緊固螺釘安裝在偏轉磁軸承定子安裝盤上。
所述的徑向磁軸承為純電磁磁軸承或永磁偏置磁軸承，包括靜止部分和轉動部分，靜止部分主要包括：徑向磁軸承定子套筒、徑向磁軸承定子鐵心、徑向磁軸承定子隔磁塊、徑向磁軸承繞組線圈、徑向磁軸承定子鎖母；轉動部分主要包括：徑向磁軸承轉子鐵心。
所述的軸向磁軸承為洛倫茲力磁軸承，包括靜止部分和轉動部分，靜止部分主要包括：軸向磁軸承定子骨架、軸向磁軸承繞組線圈；轉動部分主要包括：軸向磁軸承內導磁環、軸向磁軸承磁鋼、軸向磁軸承隔磁環、軸向磁軸承外導磁環。
所述的電機採用基於空心杯繞組無定子鐵心永磁無刷直流高速電機，包括靜止部分和轉動部分，靜止部分主要包括：電機杯形定子骨架、電機繞組；轉動部分主要包括：電機內轉子疊層、電機磁鋼、電機外轉子疊層。
所述的偏轉磁軸承為洛倫茲力磁軸承，包括靜止部分和轉動部分，靜止部分主要包括：偏轉磁軸承定子骨架、偏轉磁軸承繞組線圈；轉動部分主要包括：偏轉磁軸承內保護環、偏轉磁軸承內磁鋼、偏轉磁軸承內隔磁環、偏轉磁軸承內導磁環、偏轉磁軸承外磁鋼、偏轉磁軸承外隔磁環、偏轉磁軸承外導磁環。
方案原理
《一種磁懸浮控制敏感陀螺》技術方案的原理是：如圖1所示，磁懸浮控制敏感陀螺處於工作狀態下，通過徑向磁軸承、軸向磁軸承，保持轉子系統與定子系統的徑向和軸向間隙，當轉子系統受到某一干擾後，轉子系統產生徑/軸向的平動，轉子系統的徑/軸向間隙發生變化，徑/軸向位移感測器及時檢測徑/軸向間隙的變化量，並將其轉換為數字量傳遞至磁軸承控制器，通過控制徑/軸向磁軸承線圈電流的大小，增加/減小徑/軸向磁軸承的電磁力，維持磁懸浮系統的徑/軸向間隙均勻，消除干擾影響，實現轉子系統的完全懸浮支承，隨後啟動電機，利用電機驅動轉子高速轉動。通過偏轉磁軸承控制轉子系統徑向兩個自由度的偏轉，當轉子系統受到某一干擾後，轉子系統產生赤道面的偏轉，軸向位移感測器及時檢測軸向間隙的變化量，並將其轉換為數字量傳遞至磁軸承控制器，通過控制偏轉磁軸承線圈電流的大小，產生一對大小相等、方向相反的安培力，形成力偶，維持磁轉子系統赤道面的穩定，消除干擾影響。磁懸浮控制敏感陀螺集成控制力矩陀螺的姿態控制功能和角速率敏感器的姿態測量功能，在控制功能方面，通過磁懸浮控制敏感陀螺轉子的偏轉，提高了控制力矩的精度和頻寬。在檢測功能方面，通過磁懸浮控制敏感陀螺定子的旋轉，提高了角速率的精度和頻寬。
發明優點
《一種磁懸浮控制敏感陀螺》的優點在於：（1）徑向磁軸承磁極面採用球面結構，球面磁極的電磁力始終經過徑向磁軸承轉子磁極面球心，即電磁力始終經過一點；（2）軸向磁軸承和偏轉磁軸承採用洛倫茲力磁軸承支承技術，洛倫茲力磁軸承具有較高的線性度；（3）採用定子旋轉調製誤差補償技術，實時消除陀螺漂移，復現真值，與補償前實測值相比，測量精度可大幅提高；（4）採用轉子偏轉調製誤差補償技術，解決了轉子偏轉時的陀螺漂移問題，同樣可以大幅提高姿態角速率的檢測精度。
附圖說明
圖1為《一種磁懸浮控制敏感陀螺》技術解決方案的磁懸浮控制敏感陀螺的剖視圖；
圖2為《一種磁懸浮控制敏感陀螺》技術解決方案的旋轉調製組件的剖視圖；
圖3a為《一種磁懸浮控制敏感陀螺》技術解決方案的徑向磁軸承的剖視圖；
圖3b為《一種磁懸浮控制敏感陀螺》技術解決方案的徑向磁軸承的端面圖；
圖4為《一種磁懸浮控制敏感陀螺》技術解決方案的軸向磁軸承的剖視圖；
圖5為《一種磁懸浮控制敏感陀螺》技術解決方案的電機的剖視圖；
圖6a為《一種磁懸浮控制敏感陀螺》技術解決方案的偏轉磁軸承的剖視圖；
圖6b為《一種磁懸浮控制敏感陀螺》技術解決方案的偏轉磁軸承的端面圖。
技術領域
《一種磁懸浮控制敏感陀螺》集成控制力矩陀螺的姿態控制功能和角速率敏感器的姿態測量功能，實現姿態檢控一體，採用定子旋轉調製和轉子偏轉調製技術消除陀螺漂移誤差，從而提高陀螺敏感精度，適用於新一代高精度長壽命對地觀測平台、運載火箭以及彈道飛彈的姿態控制系統。
權利要求
1.一種磁懸浮控制敏感陀螺，主要由定子系統、轉子系統以及旋轉調製系統三部分組成，其特徵在於，定子系統主要包括：底座（1）、芯軸（3）、電機定子和軸向磁軸承定子安裝盤（4）、上保護軸承（5A）、下保護軸承（5B）、徑向磁軸承（6）定子、鍵（7）、保護軸承鎖母（8）、軸向磁軸承（9）定子、電機（10）定子、位移感測器（12）、密封蓋（13）；旋轉調製系統主要包括：旋轉調製組件（2）、偏轉磁軸承（11）定子；轉子系統主要包括：飛輪輪體（14）、上保護軸承蓋（15A）、下保護軸承蓋（15B）、徑向磁軸承（6）轉子、軸向磁軸承（9）轉子、電機（10）轉子、偏轉磁軸承（11）轉子、徑向磁軸承轉子鎖母（16）、軸向磁軸承內轉子鎖母（17）、軸向磁軸承外轉子鎖母（18）、電機內轉子鎖母（19）、電機外轉子鎖母（20）、偏轉磁軸承內轉子鎖母（21）、偏轉磁軸承外轉子鎖母（22）；磁懸浮轉子系統和磁懸浮定子系統之間通過徑向磁軸承（6）、軸向磁軸承（9）、偏轉磁軸承（11）實現非機械接觸的穩定懸浮，偏轉磁軸承（11）定子通過旋轉調製組件（2）實現定子旋轉，旋轉調製組件（2）位於底座（1）上部徑向內側和芯軸（3）徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在底座（1）上，偏轉磁軸承（11）定子位於旋轉調製組件（2）上部並通過緊固螺釘安裝在旋轉調製組件（2）上；芯軸（3）位於底座（1）上部徑向內側，並通過緊固螺釘安裝在底座（1）上，芯軸（3）位於上保護軸承（5A）、下保護軸承（5B）、徑向磁軸承（6）定子和保護軸承鎖母（8）徑向內側，電機定子和軸向磁軸承定子安裝盤（4）位於旋轉調製組件（2）上部和芯軸（3）中部徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在芯軸（3）上，徑向磁軸承（6）定子位於上保護軸承（5A）和下保護軸承（5B）之間，通過鍵（7）與芯軸（3）相連，並防止徑向磁軸承（6）定子繞芯軸（3）轉動，上保護軸承（5A）、下保護軸承（5B）和徑向磁軸承（6）定子通過保護軸承鎖母（8）安裝在芯軸（3）上，軸向磁軸承（9）定子位於徑向磁軸承（6）定子徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在電機定子和軸向磁軸承定子安裝盤（4）上，電機（10）定子位於軸向磁軸承（9）定子徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在電機定子和軸向磁軸承定子安裝盤（4）上，位移感測器（12）位於底座（1）上部和旋轉調製組件（2）徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在底座（1）上，密封蓋（13）位於芯軸（3）和底座（1）上部，並通過過盈配合安裝在芯軸（3）和底座（1）上；徑向磁軸承（6）轉子位於徑向磁軸承（6）定子徑向外側，並通過徑向磁軸承轉子鎖母（16）安裝在飛輪輪體（14）上，軸向磁軸承（9）內轉子位於軸向磁軸承（9）定子徑向內側，並通過軸向磁軸承內轉子鎖母（17）安裝在飛輪輪體（14）上，軸向磁軸承（9）外轉子位於軸向磁軸承（9）定子徑向外側，並通過軸向磁軸承內轉子鎖母（18）安裝在飛輪輪體（14）上，電機（10）內轉子位於電機（10）定子徑向內側，並通過電機內轉子鎖母（19）安裝在飛輪輪體（14）上，電機（10）外轉子位於電機（10）定子徑向外側，並通過電機外轉子鎖母（20）安裝在飛輪輪體（14）上，偏轉磁軸承（11）內轉子位於偏轉磁軸承（11）定子徑向內側，並通過偏轉磁軸承內轉子鎖母（21）安裝在飛輪輪體（14）上，偏轉磁軸承（11）外轉子位於偏轉磁軸承（11）定子徑向外側，並通過偏轉磁軸承外轉子鎖母（22）安裝在飛輪輪體（14）上，上保護軸承蓋（15A）和下保護軸承蓋（15B）分別位於上保護軸承（5A）和下保護軸承（5B）的徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在飛輪輪體（14）上。
2.根據權利要求1所述的磁懸浮控制敏感陀螺，其特徵在於：所述的旋轉調製組件（2）包括靜止部分和轉動部分，靜止部分主要包括：超音波電機（201）定子、旋轉調製定子軸承套（202）、旋轉調製軸承（203）定子、旋轉調製定子鎖母（204）；轉動部分主要包括：超音波電機（201）轉子、旋轉調製軸承（203）轉子、旋轉調製轉子軸承套（205）、旋轉調製轉子鎖母（206）、導電滑環（207）、偏轉磁軸承定子安裝盤（208）、光電碼盤（209）、光電碼盤壓環（210）；超音波電機（201）定子位於旋轉調製定子軸承套（202）中部徑向外側，並通過過盈配合安裝在旋轉調製定子軸承套（202）上，旋轉調製軸承（203）位於旋轉調製定子軸承套（202）徑向內側，旋轉調製軸承（203）定子通過旋轉調製定子鎖母（204）安裝在旋轉調製定子軸承套（202）上；旋轉調製轉子軸承套（205）位於旋轉調製軸承（203）徑向內側，並通過旋轉調製轉子鎖母（206）安裝在旋轉調製軸承（203）轉子上，導電滑環（207）位於旋轉調製轉子軸承套（205）上部徑向內側，並通過過盈配合安裝在旋轉調製轉子軸承套（205）上，偏轉磁軸承定子安裝盤（208）位於旋轉調製轉子軸承套（205）上部徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在旋轉調製轉子軸承套（205）上，光電碼盤（209）位於偏轉磁軸承定子安裝盤（208）中部徑向外側，並通過光電碼盤壓環（210）安裝在旋轉調製轉子軸承套（205）上，超音波電機（201）轉子位於旋轉調製定子軸承套（202）徑向外側、超音波電機（201）定子和偏轉磁軸承定子安裝盤（208）之間，並通過緊固螺釘安裝在偏轉磁軸承定子安裝盤（208）上。
3.根據權利要求1所述的磁懸浮控制敏感陀螺，其特徵在於：所述的徑向磁軸承（6）為純電磁磁軸承或永磁偏置磁軸承，包括靜止部分和轉動部分，靜止部分主要包括：徑向磁軸承定子套筒（601）、徑向磁軸承定子鐵心（602）、徑向磁軸承定子隔磁塊（603）、徑向磁軸承繞組線圈（604）、徑向磁軸承定子鎖母（605）；轉動部分主要包括：徑向磁軸承轉子鐵心（606）。
4.根據權利要求1所述的磁懸浮控制敏感陀螺，其特徵在於：所述的軸向磁軸承（9）為洛倫茲力磁軸承，包括靜止部分和轉動部分，靜止部分主要包括：軸向磁軸承定子骨架（901）、軸向磁軸承繞組線圈（902）；轉動部分主要包括：軸向磁軸承內導磁環（903）、軸向磁軸承磁鋼（904）、軸向磁軸承隔磁環（905）、軸向磁軸承外導磁環（906）。
5.根據權利要求1所述的磁懸浮控制敏感陀螺，其特徵在於：所述的電機（10）採用基於空心杯繞組無定子鐵心永磁無刷直流高速電機，包括靜止部分和轉動部分，靜止部分主要包括：電機杯形定子骨架（1001）、電機繞組（1002）；轉動部分主要包括：電機內轉子疊層（1003）、電機磁鋼（1004）、電機外轉子疊層（1005）。
6.根據權利要求1所述的磁懸浮控制敏感陀螺，其特徵在於：所述的偏轉磁軸承（11）為洛倫茲力磁軸承，包括靜止部分和轉動部分，靜止部分主要包括：偏轉磁軸承定子骨架（1101）、偏轉磁軸承繞組線圈（1102）；轉動部分主要包括：偏轉磁軸承內保護環（1103）、偏轉磁軸承內磁鋼（1104）、偏轉磁軸承內隔磁環（1105）、偏轉磁軸承內導磁環（1106）、偏轉磁軸承外磁鋼（1107）、偏轉磁軸承外隔磁環（1108）、偏轉磁軸承外導磁環（1109）。
7.根據權利要求1、2或6所述的磁懸浮控制敏感陀螺，其特徵在於：偏轉磁軸承（11）定子通過緊固螺釘安裝在旋轉調製組件（2）轉子上，旋轉調製組件（2）轉子通過超音波電機（201）驅動，從而實現偏轉磁軸承（11）定子旋轉。
8.根據權利要求1或3所述的磁懸浮控制敏感陀螺，其特徵在於：所述的徑向磁軸承（6）磁極面為球面結構，球面磁極的電磁力始終經過徑向磁軸承轉子磁極面球心，即電磁力始終經過一點。
9.根據權利要求1或6所述的磁懸浮控制敏感陀螺，其特徵在於：所述的偏轉磁軸承（11）定子部分，四個偏轉磁軸承繞組線圈（1102）位於偏轉磁軸承定子骨架（1101）上，成對串聯使用，當四個偏轉磁軸承繞組線圈（1102）匝數相同時，產生的安培力大小相等，方向相反形成力偶，不會對三個平動方向產生干擾。
10.根據權利要求1或6所述的磁懸浮控制敏感陀螺，其特徵在於：磁懸浮控制敏感陀螺的轉子系統通過偏轉磁軸承（11）實現徑向兩個偏轉自由度的控制。
實施方式
如圖1所示，該磁懸浮控制敏感陀螺主要由定子系統、轉子系統以及旋轉調製系統三部分組成，其特徵在於，定子系統主要包括：底座1、芯軸3、電機定子和軸向磁軸承定子安裝盤4、上保護軸承5A、下保護軸承5B、徑向磁軸承6定子、鍵7、保護軸承鎖母8、軸向磁軸承9定子、電機10定子、位移感測器12、密封蓋13；旋轉調製系統主要包括：旋轉調製組件2、偏轉磁軸承11定子；轉子系統主要包括：飛輪輪體14、上保護軸承蓋15A、下保護軸承蓋15B、徑向磁軸承6轉子、軸向磁軸承9轉子、電機10轉子、偏轉磁軸承11轉子、徑向磁軸承轉子鎖母16、軸向磁軸承內轉子鎖母17、軸向磁軸承外轉子鎖母18、電機內轉子鎖母19、電機外轉子鎖母20、偏轉磁軸承內轉子鎖母21、偏轉磁軸承外轉子鎖母22；磁懸浮轉子系統和磁懸浮定子系統之間通過徑向磁軸承6、軸向磁軸承9、偏轉磁軸承11實現非機械接觸的穩定懸浮，偏轉磁軸承11定子通過旋轉調製組件2實現定子旋轉，旋轉調製組件2位於底座1上部徑向內側和芯軸3徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在底座1上，偏轉磁軸承11定子位於旋轉調製組件2上部並通過緊固螺釘安裝在旋轉調製組件2上；芯軸3位於底座1上部徑向內側，並通過緊固螺釘安裝在底座1上，芯軸3位於上保護軸承5A、下保護軸承5B、徑向磁軸承6定子和保護軸承鎖母8徑向內側，電機定子和軸向磁軸承定子安裝盤4位於旋轉調製組件2上部和芯軸3中部徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在芯軸3上，徑向磁軸承6定子位於上保護軸承5A和下保護軸承5B之間，通過鍵7與芯軸3相連，並防止徑向磁軸承6定子繞芯軸3轉動，上保護軸承5A、下保護軸承5B和徑向磁軸承6定子通過保護軸承鎖母8安裝在芯軸3上，軸向磁軸承9定子位於徑向磁軸承6定子徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在電機定子和軸向磁軸承定子安裝盤4上，電機10定子位於軸向磁軸承9定子徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在電機定子和軸向磁軸承定子安裝盤4上，位移感測器12位於底座1上部和旋轉調製組件2徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在底座1上，密封蓋13位於芯軸3和底座1上部，並通過過盈配合安裝在芯軸3和底座1上；徑向磁軸承6轉子位於徑向磁軸承6定子徑向外側，並通過徑向磁軸承轉子鎖母16安裝在飛輪輪體14上，軸向磁軸承9內轉子位於軸向磁軸承9定子徑向內側，並通過軸向磁軸承內轉子鎖母17安裝在飛輪輪體14上，軸向磁軸承9外轉子位於軸向磁軸承9定子徑向外側，並通過軸向磁軸承內轉子鎖母18安裝在飛輪輪體14上，電機10內轉子位於電機10定子徑向內側，並通過電機內轉子鎖母19安裝在飛輪輪體14上，電機10外轉子位於電機10定子徑向外側，並通過電機外轉子鎖母20安裝在飛輪輪體14上，偏轉磁軸承11內轉子位於偏轉磁軸承11定子徑向內側，並通過偏轉磁軸承內轉子鎖母21安裝在飛輪輪體14上，偏轉磁軸承11外轉子位於偏轉磁軸承11定子徑向外側，並通過偏轉磁軸承外轉子鎖母22安裝在飛輪輪體14上，上保護軸承蓋15A和下保護軸承蓋15B分別位於上保護軸承5A和下保護軸承5B的徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在飛輪輪體14上。
圖2為該發明中旋轉調製組件2包括靜止部分和轉動部分，靜止部分主要包括：超音波電機201定子、旋轉調製定子軸承套202、旋轉調製軸承203定子、旋轉調製定子鎖母204；轉動部分主要包括：超音波電機201轉子、旋轉調製軸承203轉子、旋轉調製轉子軸承套205、旋轉調製轉子鎖母206、導電滑環207、偏轉磁軸承定子安裝盤208、光電碼盤209、光電碼盤壓環210；超音波電機201定子位於旋轉調製定子軸承套202中部徑向外側，並通過過盈配合安裝在旋轉調製定子軸承套202上，旋轉調製軸承203位於旋轉調製定子軸承套202徑向內側，旋轉調製軸承203定子通過旋轉調製定子鎖母204安裝在旋轉調製定子軸承套202上；旋轉調製轉子軸承套205位於旋轉調製軸承203徑向內側，並通過旋轉調製轉子鎖母206安裝在旋轉調製軸承203轉子上，導電滑環207位於旋轉調製轉子軸承套205上部徑向內側，並通過過盈配合安裝在旋轉調製轉子軸承套205上，偏轉磁軸承定子安裝盤208位於旋轉調製轉子軸承套205上部徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在旋轉調製轉子軸承套205上，光電碼盤209位於偏轉磁軸承定子安裝盤208中部徑向外側，並通過光電碼盤壓環210安裝在旋轉調製轉子軸承套205上，超音波電機201轉子位於旋轉調製定子軸承套202徑向外側、超音波電機201定子和偏轉磁軸承定子安裝盤208之間，並通過緊固螺釘安裝在偏轉磁軸承定子安裝盤208上。
圖2為該發明中旋轉調製組件2包括靜止部分和轉動部分，靜止部分主要包括：超音波電機201定子、旋轉調製定子軸承套202、旋轉調製軸承203定子、旋轉調製定子鎖母204；轉動部分主要包括：超音波電機201轉子、旋轉調製軸承203轉子、旋轉調製轉子軸承套205、旋轉調製轉子鎖母206、導電滑環207、偏轉磁軸承定子安裝盤208、光電碼盤209、光電碼盤壓環210；超音波電機201定子位於旋轉調製定子軸承套202中部徑向外側，並通過過盈配合安裝在旋轉調製定子軸承套202上，旋轉調製軸承203位於旋轉調製定子軸承套202徑向內側，旋轉調製軸承203定子通過旋轉調製定子鎖母204安裝在旋轉調製定子軸承套202上；旋轉調製轉子軸承套205位於旋轉調製軸承203徑向內側，並通過旋轉調製轉子鎖母206安裝在旋轉調製軸承203轉子上，導電滑環207位於旋轉調製轉子軸承套205上部徑向內側，並通過過盈配合安裝在旋轉調製轉子軸承套205上，偏轉磁軸承定子安裝盤208位於旋轉調製轉子軸承套205上部徑向外側，並通過緊固螺釘安裝在旋轉調製轉子軸承套205上，光電碼盤209位於偏轉磁軸承定子安裝盤208中部徑向外側，並通過光電碼盤壓環210安裝在旋轉調製轉子軸承套205上，超音波電機201轉子位於旋轉調製定子軸承套202徑向外側、超音波電機201定子和偏轉磁軸承定子安裝盤208之間，並通過緊固螺釘安裝在偏轉磁軸承定子安裝盤208上。
圖4為該發明中軸向磁軸承9的剖視圖，軸向磁軸承9主要包括：軸向磁軸承定子骨架901、軸向磁軸承繞組線圈902、軸向磁軸承內導磁環903、軸向磁軸承磁鋼904、軸向磁軸承隔磁環905、軸向磁軸承外導磁環906，其中，軸向磁軸承定子骨架901和軸向磁軸承繞組線圈902為靜止部分，其餘為轉動部分。軸向磁軸承繞組線圈902位於軸向磁軸承定子骨架901的徑向外側，並通過間隙配合安裝在軸向磁軸承定子骨架901上；軸向磁軸承內導磁環903位於軸向磁軸承定子骨架901的徑向內側，軸向磁軸承磁鋼904位於軸向磁軸承定子骨架901的徑向外側，並通過軸向磁軸承隔磁環905隔為上下兩部分，軸向磁軸承外導磁環906位於軸向磁軸承磁鋼904的徑向外側。
圖5為該發明中電機10的剖視圖，電機10主要包括：電機杯形定子骨架1001、電機繞組1002、電機內轉子疊層1003、電機磁鋼1004、電機外轉子疊層1005，其中，電機杯形定子骨架1001和電機繞組1002為靜止部分，其餘為轉動部分。電機繞組1002位於電機杯形定子骨架1001的徑向外側，並通過間隙配合安裝在電機杯形定子骨架1001上；電機內轉子疊層1003位於電機杯形定子骨架1001的徑向內側，電機磁鋼1004位於電機杯形定子骨架1001的徑向外側，電機外轉子疊層1005位於電機磁鋼1004的徑向外側。
圖6a為該發明中偏轉磁軸承11的剖視圖，圖6b為該發明中偏轉磁軸承11的端面圖，偏轉磁軸承11主要包括：偏轉磁軸承定子骨架1101、偏轉磁軸承繞組線圈1102、偏轉磁軸承內保護環1103、偏轉磁軸承內磁鋼1104、偏轉磁軸承內隔磁環1105、偏轉磁軸承內導磁環1106、偏轉磁軸承外磁鋼1107、偏轉磁軸承外隔磁環1108、偏轉磁軸承外導磁環1109，其中，偏轉磁軸承定子骨架1101和偏轉磁軸承繞組線圈1102為靜止部分，其餘為轉動部分。偏轉磁軸承繞組線圈1102位於偏轉磁軸承定子骨架1101的徑向外側，並通過間隙配合安裝在偏轉磁軸承定子骨架1101上；偏轉磁軸承內保護環1103位於偏轉磁軸承定子骨架1101的徑向內側，偏轉磁軸承內磁鋼1104位於偏轉磁軸承內保護環1103的徑向內側，並通過偏轉磁軸承內隔磁環1105隔為上下兩部分，偏轉磁軸承內導磁環1106位於偏轉磁軸承內磁鋼1104的徑向內側；偏轉磁軸承外磁鋼1107位於偏轉磁軸承定子骨架1101的徑向外側，並通過偏轉磁軸承外隔磁環1108隔為上下兩部分，偏轉磁軸承外導磁環1109位於偏轉磁軸承外磁鋼1107的徑向外側。
專利榮譽
2021年6月24日，《一種磁懸浮控制敏感陀螺》獲得第二十二屆中國專利獎優秀獎。
