非接触二维电磁作动器的制作方法

1.本发明涉及电磁作动器结构领域，具体地，涉及非接触二维电磁作动器；尤其涉及用于卫星在轨高精度姿态调节的非接触二维电磁作动器。


背景技术：

2.动静分离式卫星平台打破传统卫星载荷与平台固连设计思路，采用基于非接触二维电磁作动器的“动静隔离非接触、主从解耦高精度”的全新设计方法，突破固连设计方法存在微振动“难测、难控”技术瓶颈，可从根本上解决载荷指向精度与稳定度难以大幅提升的重大难题。非接触二维电磁作动器是动静分离式卫星平台控制系统中重要执行机构，对产品结构、安装精度、磁场泄露均提出较高要求。故需要提供一种安装精度高，且防止磁场泄露的非接触二维电磁作动器。
3.与之相似的发明有：串接式高能电磁作动器，专利号cn1431757a。该专利公开了一种串联式的电磁做动器，采用多块高强磁铁串联而成。两者之间有明显不同，该专利目的在通过串联多块导磁板，增加可布置的电磁线圈有效匝数，从而起到大幅增加作动器激振力的目的，而本发明侧重于通过电场力调节卫星载荷舱的姿态和位置。
4.与之相似的发明有：摆动式电磁作动器，专利号cn101478198a。该专利公开了一种摆动式电磁做动器，采用提供提供力臂的轮盘实现摆动。两者之间有明显不同，该专利通过传感器、轮盘等实现作动器在一定角度范围、一定频带范围内实现往复运动的目的，而本发明采用多个方向的机械限位措施，输出力方向位于线圈平面内。
5.与之相似的发明有：一种用于振动主动控制的电磁作动器，专利号cn107763127a。该专利公开了一种用于振动主动控制的电磁作动器，采用弹簧片与作动杆连接，实现振动主动控制。两者之间有明显不同，该专利通过采用两个弹簧片压在端盖内实现振动控制作用，而本发明采用线圈、磁极控制保证卫星平台与载荷不接触，采用限位措施保证作动器的可靠性。
6.与之相似的发明有：一种复合式刚性作动器，专利号cn102013755a。该专利公开了一种将滚珠丝杠作动器和压电陶瓷作动器串联形成的一种特殊作动器，其发明优点在于复合式作动器具备结构/机构振动、形状主动控制的能力。本发明与其有明显不同，本发明侧重于电磁作动器，在产品安装精度、磁场泄露控制方面有明显优势。
7.与之相似的发明有：集成式惯性电磁作动器，专利号cn103791013a。该专利公开了一种将加速度计、控制器、直流风扇等集成在一起的电磁作动器，其发明优点在于作动器只需要接通电源就能即装即用。本发明与其有明显不同，本发明侧重于应用航天器在轨环境，具有高精度、高可靠性的优势，同时创新性的设置机械限位防止控制系统故障造成舱体之间彻底分离。


技术实现要素：

8.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种非接触二维电磁作动器。
9.根据本发明提供的一种非接触二维电磁作动器，包括：磁屏蔽、隔磁体、导磁体、线圈、永磁体磁极以及线圈支架；
10.所述磁屏蔽设置为一端开口的箱型结构，所述磁屏蔽内壁安装所述隔磁体，所述隔磁体内侧套装所述导磁体；
11.所述导磁体内侧对称侧壁安装所述永磁体磁极，所述磁屏蔽中部固定安装所述线圈支架，所述线圈支架上固定安装所述线圈，所述线圈位于两侧所述永磁体磁极之间；
12.所述磁屏蔽两端分别安装第一安装块和第二安装块，所述磁屏蔽通过所述第一安装块连接被控制载荷，所述磁屏蔽通过所述第二安装块连接平台舱。
13.优选地，所述磁屏蔽开口处设置线圈支架防尘罩，所述线圈支架底部固定安装在所述线圈支架防尘罩上。
14.优选地，所述磁屏蔽背向开口处一端外侧通过螺钉配合转接螺母固定安装所述第一安装块，所述第一安装块背向所述磁屏蔽一侧连接被控制载荷。
15.优选地，所述线圈支架防尘罩背向所述线圈支架一侧固定安装所述第二安装块，所述第二安装块背向所述磁屏蔽一侧连接平台舱。
16.优选地，当所述线圈通电时，所述线圈在两侧所述永磁体磁极之间的磁场中产生电磁力，电磁力输出方向位于所述线圈所在平面内。
17.优选地，当所述第一安装块和所述第二安装块通过换向支架分别连接所述被控制载荷和所述平台舱，所述磁屏蔽实现转动，所述线圈电磁力的输出方向实现转动；
18.所述换向支架包括形成夹角的第一侧面和第二侧面；
19.通过所述第一侧面连接所述第一安装块，所述第二侧面连接所述被控制载荷，或者所述第一侧面连接所述第二安装块，所述第二侧面连接所述平台舱，所述磁屏蔽和所述线圈电磁力输出方向的旋转角度与所述第一侧面和所述第二侧面夹角角度相同。
20.优选地，所述磁屏蔽侧面安装连接工装，所述连接工装一端连接第一安装块，另一端连接第二安装块。
21.优选地，口型限位块穿过所述线圈支架防尘罩并固定安装在所述第二安装块上。
22.优选地，所述隔磁体靠近所述磁屏蔽开口处一侧固定安装转接框，所述转接框背向所述隔磁体一端部分位于所述口型限位块中部位置侧面。
23.优选地，限位杆一端固定连接所述转接框，另一端垂直穿过所述口型限位块中心，所述限位杆受所述转接框沿上下方向进行限位，避免线圈支架和线圈所在的线圈组件与导磁体和磁屏蔽等所在磁体组件完全分离，也避免分别与两者相连的被控制载荷和平台舱完全分离；
24.同时，由于磁体组件和线圈组件的连接限位在磁屏蔽内部完成，故无需在磁屏蔽外部再设计两者的连接结构，降低外部勾挂的风险。
25.优选地，所述磁屏蔽和所述隔磁体采用工业纯铁一体化加工成型，所述第一安装块和所述第二安装块采用铝合金加工成型。
26.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
27.1、本发明通过对线圈相对于永磁体磁极之间三个运动方向均设有机械限位，保证线圈与磁铁之间的安装精度，可以避免磁铁的磁场泄露对卫星姿控影响；
28.2、磁铁和线圈之间的相对运动通过口型限位块与限位杆干涉，防止控制系统故障
造成磁铁和线圈彻底分离；
29.3、本发明外部无突出物连接，降低勾挂风险，整体结构紧凑、外观间接、结构刚度大，具备良好的适用性和可继承性。
附图说明
30.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
31.图1为非接触二维电磁作动器整体结构图；
32.图2为电磁作动器仰视图；
33.图3为图2中f-f的剖面图；
34.图4为图3中r-r的剖面图；
35.图5为电磁作动器内部视图；
36.图6为图5中a-a的剖面图；
37.图7为线圈组件结构示意图；
38.图8为图7中b-b的剖面图；
39.图9为口型限位块处局部放大图；
40.图10为限位杆配合口型限位块结构示意图；
41.图11为安装连接工装时电磁作动器结构示意图；
42.图12为电磁作动器工作原理图。
43.图中所示：
44.具体实施方式
45.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
46.实施例1
47.如图1至图7所示，本实施例包括：磁屏蔽1、隔磁体2、导磁体3、线圈5、永磁体磁极6
以及线圈支架7；磁屏蔽1设置为一端开口的箱型结构，磁屏蔽1内壁安装隔磁体2，隔磁体2内侧套装导磁体3，导磁体3内侧对称侧壁安装永磁体磁极6，磁屏蔽1中部固定安装线圈支架7，线圈支架7上固定安装线圈5，线圈5位于两侧永磁体磁极6之间，磁屏蔽1两端分别安装第一安装块4和第二安装块11，磁屏蔽1通过第一安装块4连接被控制载荷16，磁屏蔽1通过第二安装块11连接平台舱17。磁屏蔽1和隔磁体2采用工业纯铁一体化加工成型，第一安装块4和第二安装块11采用铝合金加工成型。
48.磁屏蔽1开口处设置线圈支架防尘罩8，线圈支架7底部固定安装在线圈支架防尘罩8上。线圈支架防尘罩8背向线圈支架7一侧固定安装第二安装块11，第二安装块11背向磁屏蔽1一侧连接平台舱17。磁屏蔽1背向开口处一端外侧通过螺钉配合转接螺母12固定安装第一安装块4，第一安装块4背向磁屏蔽1一侧连接被控制载荷16。
49.如图8至图10所示，口型限位块9穿过线圈支架防尘罩8并固定安装在第二安装块11上，隔磁体2靠近磁屏蔽1开口处一侧固定安装转接框13，转接框13背向隔磁体2一端部分位于口型限位块9中部位置侧面。限位杆10一端固定连接转接框13，另一端垂直穿过口型限位块9中心。
50.如图11所示，磁屏蔽1侧面安装连接工装14，连接工装14一端连接第一安装块4，另一端连接第二安装块11。
51.如图12所示，当线圈5通电时，线圈5在两侧永磁体磁极6之间的磁场中产生电磁力，电磁力输出方向位于线圈5所在平面内。当第一安装块4和第二安装块11通过换向支架15分别连接被控制载荷16和平台舱17，磁屏蔽1实现转动，线圈5电磁力的输出方向实现转动，换向支架15包括形成夹角的第一侧面和第二侧面，通过第一侧面连接第一安装块4，第二侧面连接被控制载荷16，或者第一侧面连接第二安装块11，第二侧面连接平台舱17，磁屏蔽1和线圈5电磁力输出方向的旋转角度与第一侧面和第二侧面夹角角度相同。
52.实施例2
53.实施例2作为实施例1的优选例。
54.如图1所示，两块永磁体磁极6布置在线圈5两侧，距离5mm，线圈5的包络尺寸为69mm
×
69mm
×
4mm。磁屏蔽1为开口长方体盒状零件，隔磁体2呈口形结构零件，材料均采用工业纯铁表面镀层，且隔磁体2位于磁屏蔽1内部。线圈支架防尘罩8的外壁和磁屏蔽1的内壁的间隙不小于5mm，依靠线圈支架防尘罩8的外壁和磁屏蔽1的内壁机械限位，防止运动过程中永磁体磁极6撞击在线圈5上。
55.如图2至图6所示，隔磁体2设置在磁屏蔽1内，两块永磁体磁极6固定在导磁体3和隔磁体2内侧壁中部，采用航天结构胶结。4-m3螺钉从顶部依次穿过第一安装块4、磁屏蔽1顶部并通过转接螺母12固定。内屏蔽组件通过6-m2.5螺钉固定在磁屏蔽1上，内屏蔽组件由隔磁体2、导磁体3及永磁体磁极6组成。
56.如图7至图8所示，线圈5位于磁屏蔽1中央。线圈5通过4-m3螺钉固定至线圈支架7上，4-m3螺钉从底部依次穿过第二安装块11、线圈支架防尘罩8与线圈支架7连接。第二安装块11采用铝合金加工成型，提供与平台舱17安装螺纹接口。
57.如图9至图10所示，口型限位块9内口尺寸为14mm
×
14mm
×
5mm，口型限位块9穿过线圈支架防尘罩8通过m3螺母固定在第二安装块11上，限位杆10位于口型限位块9中心，限位杆10固定至转接框13，转接框13通过螺钉4-m2.5固定至隔磁体2，从而实现上下两个方向
的机械限位。线圈支架防尘罩8的外壁和磁屏蔽1的内壁的间隙不小于5mm，依靠线圈支架防尘罩8的外壁和磁屏蔽1的内壁实现水平面机械限位。
58.如图11所示，为保证非接触二维电磁作动器的初始状态安装精度，组件状态下，连接工装14将第一安装块4和第二安装块11固定。星上完成安装后拆除连接工装14。
59.如图12所示，第一安装块4与被动控制载荷16连接，线圈5磁力输出方向位于线圈5平面内，可采用换向支架15将其换向安装输出不同空间方向的输出力。
60.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
61.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种非接触二维电磁作动器，其特征在于，包括：磁屏蔽(1)、隔磁体(2)、导磁体(3)、线圈(5)、永磁体磁极(6)以及线圈支架(7)；所述磁屏蔽(1)设置为一端开口的箱型结构，所述磁屏蔽(1)内壁安装所述隔磁体(2)，所述隔磁体(2)内侧套装所述导磁体(3)；所述导磁体(3)内侧对称侧壁安装所述永磁体磁极(6)，所述磁屏蔽(1)中部固定安装所述线圈支架(7)，所述线圈支架(7)上固定安装所述线圈(5)，所述线圈(5)位于两侧所述永磁体磁极(6)之间；所述磁屏蔽(1)两端分别安装第一安装块(4)和第二安装块(11)，所述磁屏蔽(1)通过所述第一安装块(4)连接被控制载荷(16)，所述磁屏蔽(1)通过所述第二安装块(11)连接平台舱(17)。2.根据权利要求1所述非接触二维电磁作动器，其特征在于：所述磁屏蔽(1)开口处设置线圈支架防尘罩(8)，所述线圈支架(7)底部固定安装在所述线圈支架防尘罩(8)上。3.根据权利要求1所述非接触二维电磁作动器，其特征在于：所述磁屏蔽(1)背向开口处一端外侧通过螺钉配合转接螺母(12)固定安装所述第一安装块(4)，所述第一安装块(4)背向所述磁屏蔽(1)一侧连接被控制载荷(16)。4.根据权利要求2所述非接触二维电磁作动器，其特征在于：所述线圈支架防尘罩(8)背向所述线圈支架(7)一侧固定安装所述第二安装块(11)，所述第二安装块(11)背向所述磁屏蔽(1)一侧连接平台舱(17)。5.根据权利要求1所述非接触二维电磁作动器，其特征在于：当所述线圈(5)通电时，所述线圈(5)在两侧所述永磁体磁极(6)之间的磁场中产生电磁力，电磁力输出方向位于所述线圈(5)所在平面内。6.根据权利要求5所述非接触二维电磁作动器，其特征在于：当所述第一安装块(4)和所述第二安装块(11)通过换向支架(15)分别连接所述被控制载荷(16)和所述平台舱(17)，所述磁屏蔽(1)实现转动，所述线圈(5)电磁力的输出方向实现转动；所述换向支架(15)包括形成夹角的第一侧面和第二侧面；通过所述第一侧面连接所述第一安装块(4)，所述第二侧面连接所述被控制载荷(16)，或者所述第一侧面连接所述第二安装块(11)，所述第二侧面连接所述平台舱(17)，所述磁屏蔽(1)和所述线圈(5)电磁力输出方向的旋转角度与所述第一侧面和所述第二侧面夹角角度相同。7.根据权利要求1所述非接触二维电磁作动器，其特征在于：所述磁屏蔽(1)侧面安装连接工装(14)，所述连接工装(14)一端连接第一安装块(4)，另一端连接第二安装块(11)。8.根据权利要求2所述非接触二维电磁作动器，其特征在于：口型限位块(9)穿过所述线圈支架防尘罩(8)并固定安装在所述第二安装块(11)上，所述隔磁体(2)靠近所述磁屏蔽(1)开口处一侧固定安装转接框(13)，所述转接框(13)背向所述隔磁体(2)一端部分位于所述口型限位块(9)中部位置侧面。9.根据权利要求8所述非接触二维电磁作动器，其特征在于：限位杆(10)一端固定连接所述转接框(13)，另一端垂直穿过所述口型限位块(9)中心。10.根据权利要求1所述非接触二维电磁作动器，其特征在于：所述磁屏蔽(1)和所述隔磁体(2)采用工业纯铁一体化加工成型，所述第一安装块(4)和所述第二安装块(11)采用铝
合金加工成型。

技术总结
本发明提供了一种非接触二维电磁作动器，包括：磁屏蔽、隔磁体、导磁体、线圈、永磁体磁极以及线圈支架；所述磁屏蔽设置为一端开口的箱型结构，所述磁屏蔽内壁安装所述隔磁体，所述隔磁体内侧套装所述导磁体；所述导磁体内侧对称侧壁安装所述永磁体磁极，所述磁屏蔽中部固定安装所述线圈支架，所述线圈支架上固定安装所述线圈，所述线圈位于两侧所述永磁体磁极之间；所述磁屏蔽两端分别安装第一安装块和第二安装块，所述磁屏蔽通过所述第一安装块连接被控制载荷，所述磁屏蔽通过所述第二安装块连接平台舱。本发明通过对线圈支架和线圈进行限位，保证线圈与磁铁之间的安装精度，可以避免磁铁的磁场泄露对卫星姿控影响。磁铁的磁场泄露对卫星姿控影响。磁铁的磁场泄露对卫星姿控影响。


技术研发人员：王开浚 周丽平 任友良 张如变 陈夜
受保护的技术使用者：上海卫星工程研究所
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/9