基于轴向磁通电动机的反作用飞轮系统设计

针对分布式小卫星系统对姿控单元小型化的要求,提出基于轴向磁通电动机的反作用飞轮系统设计方案。运用有限元法分析轴向磁通电动机的三维气隙磁场分布,建立基于印制电路板(Printed circuit board,PCB)绕组的反电动势参数计算模型。采用多学科优化设计方法,以反作用飞轮系统质量最小为目标,在同时满足飞轮系统结构强度、刚度和电动机气隙磁通密度要求的前提下,采用序列二次规划算法(Sequential quadratic programming,NLPQL)对飞轮转子主要结构尺寸进行优化,使反作用飞轮系统质量由0.899 kg减小到0.741 kg,减小了17.6%,结合优化结果制作出飞轮样机,并对样机进行空载试验。试验结果表明,样机反电动势实测值与理论计算值间的最大误差为9.7%,验证了设计方法的正确性和实用性,可有效地指导反作用飞轮小型化设计。