关于Gyromat-2000陀螺马达电源改进
1.前言
多年来国内引进了大量德国Gyromat-2000高精度陀螺经纬仪用于建立高精度方位基准，估计大约有百台。这些仪器通常在良好的环境中使用，环境温度一般不低于－20°C。
为了消除导流丝的干扰，Gyromat-2000陀螺马达驱动电路安装在陀螺房内，供电电源为镍镉电池也安装在陀螺房内。
Gyromat-2000直流陀螺马达的功耗＜0.7W，工作时间＜7min，陀螺房没有力矩线圈，因此陀螺房内除去陀螺马达驱动电路之外没有其他用电电路。由于装有电池，因此其陀螺房的重量和尺寸偏大。
电池容量可供继续４次寻北测量工作，数月不用必须重新充电，充电时间为4～5h、储存寿命为３～４年、电池重量约为300g。 为了更换电池，仪器必须定期返厂（德国）。更换陀螺房内的电池的工作既影响使用（停用数月）又需另外经费（路费和手续费大约8～10万元/次）。 如能十五所能完成此项工作并且更换 “无限寿命”的电池做到一劳永逸，不仅带来经济效益也会获得巨大社会效益。而且也会从中学习到一些设计思想。 采用超级电容代替原有电池就就可以实现一劳永逸。 由于Gyromat-2000本来就使用电池工作（超级电容又称为电容电池，其体积重量甚至售价也与原有电池相当），陀螺房在锁定时有电池充电引线装置与外部电源相连，为此更换工作基本上不存在修改设计问题，不会改变原有状态。
2.超级电容介绍
超级电容又称为电容电池是近几年发展起来的超大容量的电容器。 超级电容与普通高能可充电电池的比较 特 性 普通（镍镉）电池 超级电容 充放电工作机理 化学过程 纯物理过程 储存寿命 4（年） ＞30（年） 一次充电时间 ＞4h低速充电 ＜180s瞬时充电 一次充电可供寻北5（新电池） 1 次数 充放电过载能力 有限制，不允许短路放无限制,甚至允许短路 电 放电 内阻 高内阻：数Ω 低内阻：mΩ ●随温度变化而加大 ●随温度变化而加大，与 内阻变化 （内阻越高充放电●随充放电次数增加而充放电次数和存放时间加大 无关 效率越低） ●随存放时间加长而加 大 单体电压 1.5V，串联使用 2.7V，串联使用 工作温度 －20°C～ －30°C～ 寿命内可充放电次～100次 ＞100，000次， 数 可认为是无限的
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体积比 重量比 定期更换要求 成本 老化问题 老化后表现 低温特性 3.具体实施
●了解Gyromat-2000陀螺房内部结构 ●了解陀螺房与外部之间的关系 ●确定超级电容串联个数和容量
●确定超级电容外形尺寸（是否可能采用厂家标准元件或者是定制外形尺寸） ●确定是否需要增加控制电路及其电路图（确定DC/DC型号、内外电源切换电路） ●是否需要增加外部部件例如设计新的外部的特殊电源 ●温度试验
●安装和固定方式 ●系统试验
●陀螺房静平衡 ●系统重新标定
4.经济社会效益分析和十五时的优势
30年前十五所就开始研究仿造Gyromat-2000的前身MW77的原理和结构。10多年前引进一台Gyromat-2000，近几年与德国厂家商讨技术引进。因此对于其原理和结构有相当的了解。 更换的直接成本很低主要是： 超级电容（500元/台）、专用电源（1000元/台） 工时费：拆装和重新标定工时费（按一个人工作一周计算，拆装两天标定三天） 报价： 建议更换收费8～10万元/台 社会效益则是显而易见的。
５具体操作设想 ●调查国内拥有情况
●了解附近国家的拥有情况 ●解剖一台学习 ●确定具体实施计划
●人员组成 试验阶段：高级结构设计＋电路设计＋高级装配工人 ●予投资金 除去一台Gyromat-2000之外予投资金１０万元 ●用修改后的Gyromat-2000去有关单位演示宣传。
６技术准备
●关于锁放机构分析
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1 1 4～5年一次 1 严重 变形、漏液 容量下降 内阻加大 0.５ 0.3 一劳永逸 １ 基本上不存在 基本上不存在 容量下降 本身即为低内阻 Gyromat-2000陀螺房的锁放机构在陀螺房的中间位置而不是在下部，此结构估计就是考虑到便于电池的更换。在陀螺房处于完全锁定状态下从陀螺房底部，打开底盖取出旧的电池和装入新的电池，而无需拆卸悬带部分！ ●可能需要做的工作：
1)测定超级电容的－30°C的特性(本人已经组织过高低温试验均很成功)，与超级电容厂家一起完成；
确定是否需要DC/DC并且确定电路型号和电路板； 2)散件电路的陀螺马达启动试验；
3)确定超级电容串联的个数和单体电容量； 4)确定是否需要特制电容及其外形尺寸； 5)分析学习使用说明书
6)确定专用外部供电电源以及与陀螺房之间的接线方法； 7)超级电容和DC/DC等电路在陀螺房内的布局以及固定方式； 8)设计专用支架用以倒放寻北仪 9)是否需要重新静平衡 10)重新标定
11)修改使用说明书
●具体操作： 取下经纬仪（下部暂时称为寻北仪），将寻北仪在专用支架上 倒放－取下多层磁屏罩－露出陀螺房底盖－打开底盖取出电池 陀螺房拆卸过程全程录像 ●标定：参考使用手册进行
外国人能在20多年前能发明和设计出来难道中国人连小小的修改工作都做不了吗？！
余祖荫
2010年５月27日
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