● 摘要
磁悬浮控制力矩陀螺（Magnetically Suspended Control Moment Gyroscope，MSCMG）具有高精度、长寿命的突出优点，是控制力矩陀螺技术的重要发展方向之一。目前MSCMG面临的突出问题是磁轴承-转子系统功耗较大，影响了工程化应用的进程。由于磁轴承转子系统部件较多，结构复杂，掌握功耗分布是降低功耗的必要步骤。本文结合国防预研重点项目“磁悬浮控制力矩陀螺工程样机研制”，针对MSCMG磁轴承-转子系统的功耗分布进行了分析和实验研究。（1）阐述了MSCMG系统总体结构，并在磁轴承-转子系统结构和工作原理基础上，建立了磁轴承的损耗模型。（2）分析了影响MSCMG磁轴承-转子系统的支承损耗的因素。从铜耗、开关损耗及铁耗三方面进行理论分析，对框架转动CMG输出力矩时磁轴承铜耗和开关损耗的变化进行了相应的实验研究。根据实验结果，提出了降低支承损耗的方法。（3）分析了MSCMG磁轴承-转子系统的旋转损耗。旋转损耗按照产生机理可分为铁耗和风阻损耗两部分，其中铁耗主要包括径向磁轴承铁耗、轴向磁轴承铁耗和高速电机的铁耗三部分，并通过实验将各部分功耗进行分离。针对分离结果，确定各部分损耗的比例，为降低磁轴承转子系统的旋转铁耗提供了参考价值。（4）分析了磁轴承-转子系统的风阻损耗，建立了其数学模型，并对模型进行实验验证。结果表明，真空度是影响风阻损耗的主要因素。理论模型所得风阻损耗的结果与实验结果基本一致。本文分离了MSCMG用磁轴承-转子系统各部分的功耗，为降低磁轴承-转子系统功耗和工程化改进提供了理论和实验依据。