Редукторный привод рамки силового гироскопа

Полезная модель относится к редукторным приводам рамки силовых гироскопов и может быть использована в космической технике. Техническим результатом является увеличение момента самоторможения в приводе и обеспечение его нормированной (заданной) величины при этом пульсации угловой скорости выходного звена редукторного привода не допустимы. Редукторный привод содержит приводной электродвигатель и редуктор, выходное звено которого связано с валом рамки силового гироскопа. В состав приводного электродвигателя введено бесконтактное тормозное устройство на основе магнитотвердых сплавов, содержащее ротор и статор с зазором охватывающий ротор, который имеет возможность поворота относительно статора на неограниченный угол. Статор выполнен в виде кольца из магнитотвердого сплава с широкой рабочей петлей гистерезиса, магнитная индукция которой соответствует максимальной магнитной проницаемости. Ротор выполнен с постоянными магнитами, равномерно расположенными относительно оси ротора.

Полезная модель относится к редукторным приводам рамки силового гироскопа и может быть использована в космической технике.

Известен привод [1], содержащий приводной электродвигатель на валу которого установлено электромеханическое фрикционное тормозное устройство и механическую передачу, выходное звено которой жестко связано с исполнительным органом. Недостатком такого привода является наличие продуктов износа и возможность сваривания контактирующих поверхностей фрикционного тормоза в глубоком (до 10^-12 Па) вакууме.

Известен редукторный привод [2] содержащий приводной электродвигатель, тормозное устройство на постоянных магнитах, равномерно расположенных на его роторе и статоре, редуктор, выходное звено которого связано с исполнительным органом. Недостатком такого редукторного привода является зависимость величины тормозного момента, создаваемого тормозным устройством на постоянных магнитах, от угла поворота его ротора, что вызывает пульсацию угловой скорости выходного звена редукторного привода при постоянной угловой скорости приводного электродвигателя.

Известен редукторный привод рамки силового гироскопа [3], выбранный в качестве прототипа, содержащий приводной электродвигатель и редуктор, выходное звено которого связано с валом рамки на котором жестко установлен электродвигатель-маховик силового гироскопа.

Недостатком такого редукторного привода является малая величина момента самоторможения - момента, препятствующего, при снятом питании с приводного электродвигателя, повороту вала рамки силового гироскопа, под воздействием возникающего в процессе эксплуатации внешнего момента, прикладываемого к валу рамки силового гироскопа. При превышении величины внешнего момента над величиной момента самоторможения применение силового гироскопа по назначению становится невозможным, из-за несанкционированного изменения положения вектора кинетического момента, совпадающего с осью вращения ротора двигателя-маховика, в пространстве.

Другим недостатком прототипа является невозможность обеспечения нормированной (заданной) величины момента самоторможения.

Недостатки прототипа обусловлены тем, что самоторможение в нем обеспечивается только за счет моментов, обусловленных действием сил трения в подшипниках и зубьях шестерней редуктора.

Целью предполагаемого изобретения является увеличение момента самоторможения в приводе рамки силового гироскопа, обеспечение нормированной (заданной) величины момента самоторможения, при этом пульсации угловой скорости выходного звена редукторного привода не допустимы.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом редукторном приводе рамки силового гироскопа введено бесконтактное магнитное тормозное устройство на основе магнитотвердых сплавов, содержащее ротор с постоянными магнитами, равномерно расположенными относительно оси ротора, жестко установленный на валу приводного электродвигателя и статор в форме кольца, выполненный из магнитотвердого сплава, например, типа «викаллой» с широкой рабочей петлей гистерезиса, магнитная индукция которой соответствует максимальной магнитной проницаемости, жестко установленный в корпусе электродвигателя, причем статор с зазором охватывает ротор, имеющий возможность поворота относительно статора на неограниченный угол.

Предлагаемый редукторный привод рамки силового гироскопа увеличивает момент самоторможения в приводе по сравнению с прототипом за счет введения в состав привода бесконтактного тормозного устройства на основе магнитотвердых сплавов, причем установка такого тормозного устройства на валу приводного электродвигателя дополнительно увеличивает момент самоторможения, создаваемый тормозным устройством на выходном звене редукторного привода, пропорционально передаточному числу редуктора.

Предлагаемый редукторный привод рамки силового гироскопа обеспечивает нормированную (заданную) величину момента самоторможения, за счет того, что введенное по сравнению с прототипом, в состав привода бесконтактное магнитное тормозное устройство на основе магнитотвердых сплавов, установленное на валу приводного электродвигателя, создает нормированный тормозной момент в приводе, определяемый параметрами магнитной системы тормозного устройства (объем активных материалов ротора и статора), величиной зазора между ротором и статором (а, следовательно, величиной индукции магнитного поля в зазоре), передаточным числом редуктора. Эти величины стабильны и не изменяются в процессе эксплуатации силового гироскопа, в отличие от прототипа, в котором самоторможение обеспечивается только за счет моментов, обусловленных действием сил трения в подшипниках и зубьях шестерней редуктора, которые невозможно спрогнозировать заранее, и которые изменяются по мере износа контактирующих поверхностей в процессе эксплуатации силового гироскопа.

Предлагаемый редукторный привод рамки силового гироскопа обеспечивает отсутствие пульсаций угловой скорости выходного звена редукторного привода при постоянной угловой скорости вращения приводного электродвигателя, за счет того, что тормозной момент, создаваемый бесконтактным магнитным тормозным устройством на основе магнитотвердых сплавов, с широкой рабочей петлей гистерезиса, не зависит от угла поворота ротора тормозного устройства, поскольку сплошное кольцо статора тормозного устройства не имеет явно выраженных полюсов в отличие от бесконтактного тормозного устройства на основе постоянных магнитов [2].

На фиг. изображен общий вид редукторного привода рамки силового гироскопа.

Редукторный привод рамки силового гироскопа содержит приводной электродвигатель 1, в состав которого введено бесконтактное тормозное устройство, состоящее из ротора 2 с постоянными магнитами (выполненными, например, на основе сплавов самарий-кобальт или неодим-железо-бор), равномерно расположенными относительно оси ротора и статора 3, имеющего форму кольца, выполненного из магнитотвердого сплава с широкой рабочей петлей гистерезиса, магнитная индукция которой соответствует максимальной магнитной проницаемости, (например, викаллой - сплав 52КФ). Ротор 2 жестко закреплен на валу 4 приводного электродвигателя 1, а статор 3 жестко установлен в корпусе приводного электродвигателя 1, причем статор 3 охватывает ротор 2 с зазором . Ротор 2 имеет возможность поворота на неограниченный угол относительно статора 3. На валу 4 приводного двигателя 1 установлена шестерня 5, которая входит в зацепление с входной шестерней 6 редуктора 7 при установке приводного двигателя 1 и редуктора 7 в корпусе 8 силового гироскопа, при этом выходное звено 9 редуктора 7 входит в зацепление с контактной зоной, выполненной на оси подвеса 10. Вал рамки силового гироскопа 10 установлен в шарикоподшипниковой опоре 11 в корпусе 8 силового гироскопа. Таким образом, вал рамки силового гироскопа 10 вместе с жестко связанным с ним электродвигателем-маховиком 12 имеет возможность поворота на неограниченный угол относительно оси вала 10.

Редукторный привод рамки силового гироскопа работает следующим образом. Сигналы питания и управления поступают на приводной электродвигатель 1. За счет электромагнитного взаимодействия активных частей формируется электромагнитный момент М_ЭМ , стремящийся повернуть вал 4 приводного электродвигателя. Повороту вала препятствует тормозной момент М_Т, создаваемый бесконтактным магнитным тормозным устройством. Тормозной момент М_Т, создается за счет взаимодействия магнитного поля постоянных магнитов ротора 2 с охватывающим их с зазором статором 3, выполненным из магнитотвердого сплава с широкой рабочей петлей гистерезиса, магнитная индукция которой соответствует максимальной магнитной проницаемости. Величина, тормозного момента M_Т не зависит от угла поворота вала 4 приводного электродвигателя 1. При изменении величины сигналов управления и достижении соотношения моментов М_ЭМ>М_Т начинается поворот вала 4 приводного электродвигателя с угловой скоростью ±₁ при этом на выходной шестерне 5 приводного электродвигателя 1 создается момент М_ПЭ, величина которого равна М_ПЭ=М_ЭМ-М_Т. Момент М_ПЭ, создаваемый на входе редуктора 7, формирует на выходном звене 9 редуктора момент М_Р1, величина которого равна М_Р1=i·М_ПЭ, где i - передаточное число редуктора 7, при этом выходное звено редуктора 9 вращается с угловой скоростью ±₂, величина которой равна ±₂=±₁/i. Момент М_Р1 прикладывается к взаимодействующим с выходным звеном 9 редуктора 7 валом рамки силового гироскопа 10, установленным в корпусе силового гироскопа 8 через шарикоподшипник 11, обеспечивая вращение вала рамки силового гироскопа 10 вместе с жестко связанным с ним электродвигателем-маховиком 12 с угловой скоростью ±₃. Тем самым формируя гироскопический управляющий момент М_У, величина которого равна М_У=Н·(±₃), где Н - кинетический момент ротора электродвигателя-маховика 12. Угловые скорости ±₂ и ±₃ не являются пульсирующими при неизменности сигналов управления, поскольку в этом случае отсутствует пульсация момента М_Р1 т.к. величина формирующих его моментов М_ЭМ, при неизменности сигналов управления, и М _Т не зависят от угла поворота вала 4 приводного двигателя 1.

В случае возникновения внешнего момента Мвн, приложенного извне к электродвигателю-маховику 12, при наличие сигналов питания и управления, поступающих на приводной двигатель, несанкционированного изменения положения вектора кинетического момента Н и возникновения несанкционированного управляющего момента М_У не произойдет, поскольку момент М_Р1, создаваемый редукторным приводом на выходном звене 9 редуктора 7 определен из условия М_Р1=i·М_ПЭ>М _ВН - превышение момента на выходном звене редуктора М _Р1 над внешним моментом М_ВН.

В случае возникновения внешнего момента М_ВН, приложенного извне к электродвигателю-маховику 12, при отсутствии сигналов питания и управления, поступающих на приводной двигатель, несанкционированного изменения положения вектора кинетического момента Н и возникновения несанкционированного управляющего момента М_У также не произойдет, поскольку момент М_Р2, создаваемый редукторным приводом на выходном звене 9 редуктора 7 определен из условия М_Р2=i·M_T>M_BН - превышение момента на выходном звене редуктора М_Р2 над внешним моментом М_ВН.

Литература:

1. Patent US 2012/0153753 Н02К 7/102. «Electromechanical brake actuator motor brake».

2. Patent US 5,751,127, F16D 37/02; H02K 49/10. «Magnet brake».

3. Patent US 2009/0235765 G01C 19/30. «Signal torque module assembly for use in control moment gyroscope».

Редукторный привод рамки силового гироскопа, содержащий приводной электродвигатель и редуктор, выходное звено которого связано с валом рамки силового гироскопа, отличающийся тем, что в состав привода введено бесконтактное магнитное тормозное устройство на основе магнитотвердых сплавов, содержащее жестко установленный на валу приводного электродвигателя ротор с постоянными магнитами, равномерно расположенными относительно оси ротора, и жестко установленный в корпусе приводного электродвигателя статор в форме кольца, выполненный из магнитотвердого сплава с широкой рабочей петлей гистерезиса, магнитная индукция которой соответствует максимальной магнитной проницаемости, статор с зазором охватывает ротор, имеющий возможность поворота относительно статора на неограниченный угол.