小卫星用反作用飞轮系统设计

摘要

考虑小卫星用反作用飞轮系统小型化的要求,提出了飞轮电机体积最小时的电枢尺寸确定方法,并设计了一种定子无铁芯式反作用飞轮系统.为防止磁路饱和,将多学科优化设计方法应用于飞轮转子结构和电机磁场联合设计中,并采用外罚函数法及序列二次规划算法(SQP)组合优化策略对飞轮系统进行多目标优化设计.选取飞轮转子质量最小和电机气隙磁通密度最大为优化目标,以最大等效应力、一阶共振频率、极转动惯量、磁饱和等作为约束条件,将iSIGHT软件作为优化平台,集成有限元软件ANSYS实现了优化过程,最后依据优化结果制造出飞轮样机.优化结果表明,优化后飞轮转子质量由0.73 kg减小到0.67 kg.减小了8.22％,气隙磁通密度由0.376 T增大到0.401 T,增大了6.65％.设计的优化方法提高了飞轮设计的合理性,推动了飞轮系统的小型化研究.