JP2006007886A

JP2006007886A - フライホイール

Info

Publication number: JP2006007886A
Application number: JP2004185587A
Authority: JP
Inventors: Hajime Shibata; 源柴田; Kazuo Hoshino; 和夫星野; Tomoya Ogawa; 智也小川
Original assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: JP3940736B2

Abstract

【課題】フライホイールにおいて、微調整時に再組立をせずに、調整精度を高める。
【解決手段】シャフトを中心に回転するローテイティングマスと、前記ローテイティングマスを収容するハウジングとを有する。ローテイティングマスのハウジング側面に対向する面にバランス調整部材を備え、ハウジング側面にバランス調整用穴を設けた。バランス調整用穴を通してローテイティングマスのバランス調整部材を動かすことができるので、微調整時にハウジングの開閉組立をする必要がなく、調整精度を高めることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、人工衛星にリアクショントルクを与え姿勢制御を行うためのフライホイールに関する。

フライホイールは、人工衛星に搭載して、外乱による姿勢変動を小さくし、リアクショントルク（出力トルク）により、衛星の姿勢を変化させるために、安定した回転が要求される。

フライホイールの回転が安定しないと、これから発生する擾乱が、衛星に搭載されている観測機器の性能を低下させることとなる。この発生擾乱を低減させるために、ロータのバランスを微調整する必要がある。

従来の微調整を説明する。図３はフライホイールを説明する図である。図３において、３０１はフライホイール、３０２はローテイティングマス、３０３はシャフト、３０４はモータロータ、３０５はモータステータ、３０６は上ハウジング、３０７は下ハウジング、３０８は固定側ベアリング、３０９は自由側ベアリング、３１０は重さバランス調整ネジ、３１１はハウジング封止機構である。
重さバランス調整ネジ３１０は前記ローテイティングマス３０２を形成する一定半径の円筒面に所定の角度間隔で設けられる。ハウジング封止機構３１１は、上ハウジング３０６と下ハウジング３０７との所定箇所に設けた突出部３１１ａ，３１１ｂをネジ３１１ｃにより止めることにより実現する。このとき、上ハウジング３０６と下ハウジング３０７との端部の向き合う部分にＯリングを介して気密とする。
フライホイール３０１を構成する各部品を組み立てた状態で、モータロータ３０４とモータステータ３０５によりブラシレス直流モータを形成する。モータロータ３０４の位置を検出し、該当するモータステータ３０５のステータコイルに電流を流し、トルクを発生させ、シャフト３０３を中心にして、ベアリング３０８，３０９を介してハウジング３０６，３０７の内部でローテイティングマス３０２を回転させる。
試験時、ローテイティングマス３０２を回転させ、軸の振れを測定する所定の手段により、シャフト３０３の振れを測定する。シャフト３０３の振れは、ローテイティングマス３０２の重さのアンバランスにより生じる。測定される振れの原因が、ローテイティングマス３０２の所定の基準位置からどれだけの角度方向の箇所の重さのアンバランスかを、測定結果から判定する。
試験員は、ハウジング封止機構３１１の封止を解除し、ローテイティングマス３０２を上ハウジング３０６から外して、測定結果が示すアンバランスを生じる角度方向の重さバランス調整ネジ３１０を調整して、ネジ３１０をローテイティングマス３０２の円筒部内に出し入れ調整して、測定結果に示されたアンバランスを解消するように重さを調整する。
この調整後、さらにローテイティングマス３０２を上下ハウジング３０６，３０７に収容し、ハウジング封止機構３１１によりハウジングを封止する。その後、上記調整によるバランスがとれたかを、シャフト３０３の振れを測定する。このような、測定と調整と組み立てをし、所定の測定結果内に入るまで行う。

ところが、このような測定と調整を繰り返すには、ハウジング封止機構３１１の封止を解除し、ローテイティングマス３０２を上ハウジング３０６から外すという作業を行わなければならず、再組み立て時にシャフト３０３の回転中心にズレが発生してしまい、シャフト３０３の振れが所定の範囲内に納めるには、長時間の調整組み立て作業を要していた。
例えば、調整実績は、静（ｓｔａｔｉｃ）バランス（ＳＢ）と動（ｄｙｎａｍｉｃ）バランス（ＤＢ）について次のようである。
ＳＢ＝０．２４（ｇｃｍ）
ＤＢ＝４．６（ｇｃｍ^２）
ここで、図４のように、ローテイティングマス３０２の半径をｒ、質量をｍ、重さバランス調整ネジ３１０の同一角度位置における２個間の間隔をｄ、ローテイティングマス３０２の角速度をωとすると、
ＤＢ＝ｍｒｄω^２
ＳＢ＝ｍｒω^２
である。
また、ローテイティングマス３０２の所定の基準位置は、ローテイティングマス３０２を形成する円筒面の所定の一箇所に設定され、例えばその箇所を他の部分と異なる色のペンキでマークを付ける。ローテイティングマス３０２の回転中に円筒面に光を当て、この反射光を受光素子により受け、基準位置からの反射変化を検出して、その検出信号を基準位置からの信号とし、図５のように、軸の振れを示す結果信号５０１と基準位置の信号５０２から、軸振れの原因となる基準位置からの角度位置を判定する。

本発明が解決しようとする課題は、微調整時に再組立をせずに、調整精度を高めることができる、フライホイールを提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１に係るフライホイールは、シャフトを中心に回転するローテイティングマスと、前記ローテイティングマスを収容するハウジングとを有し、前記ローテイティングマスの前記ハウジング側面に対向する面にバランス調整部材を備え、前記ハウジング側面にバランス調整用穴を設けたものである。

本発明のフライホイールは、ハウジング側面にバランス調整用穴を設けて、この穴を通してローテイティングマスのバランス調整部材を動かすことができるので、微調整時にハウジングの開閉組立をする必要がなく、調整精度を高めることができる。

図１は、本発明装置の一実施例の断面図であって、１０１はフライホイール、１０２はローテイティングマス、１０３はシャフト、１０４はモータロータ、１０５はモータステータ、１０６は上ハウジング、１０７は下ハウジング、１０８は固定側ベアリング、１０９は自由側ベアリング、１１０は重さバランス調整ネジ、１１１はハウジング封止機構、１１２はバランス調整用穴、１１３は前記バランス調整用穴１１２を封止することができる封止部材である。
本発明において、フライホイール１０１は従来のものと同様に、上下ハウジング１０６，１０７内にシャフト１０３を中心に固定側ベアリング１０８、自由側ベアリング１０９を介して回転可能に取り付けられ、モータロータ１０４、モータステータ１０５によりブラシレス直流モータを形成し、ローテイティングマス１０２を回転させる。
そして、本発明において、バランス調整用穴１１２の形成が特徴であり、図２のように、バランス調整用穴１１２は、ハウジングの側面すなわちローテイティングマス１０２の周囲に位置するように覆う上ハウジング１０６の側面に所定の角度間隔、例えば１２０°間隔で３箇所に形成される。本実施例の場合、重さバランス調整ネジ１１０が、ローテイティングマス１０２を形成する一定半径の円筒面に所定の角度間隔で同一角度位置において図の上下方向に２個ずつ設けられるから、バランス調整用穴１１２は、ローテイティングマス１０２が適当に回転して重さバランス調整ネジ１１０が対向することができるように、上下方向に２個ずつ設けられる。

封止部材１１３でバランス調整用穴１１２を封止した状態で、ブラシレス直流モータを駆動することによりローテイティングマス１０２を回転させ、シャフト１０３の振れを所定の手段により測定し、ローテイティングマス１０２の所定の基準位置からのアンバランスを判定する。
ブラシレス直流モータの駆動を停止し、判定結果から、ローテイティングマス１０２の重さのアンバランスを是正するに適当な位置にある重さバランス調整ネジ１１０を決め、その重さバランス調整ネジ１１０がバランス調整用穴１１２に対向するように、ローテイティングマス１０２を回転させる。試験員は、当該バランス調整用穴１１２のなかから前記位置を決めた調整ネジ１１０に近傍のバランス調整用穴１１２の封止部材１１３の封止を解いて、バランス調整用穴１１２を介し、重さバランス調整ネジ３１０を調整する。ネジ１１０をローテイティングマス１０２の円筒部内に出し入れ調整して、測定結果に示されたアンバランスを解消するように重さを調整する。
この調整後、ブラシレス直流モータを駆動し、上記調整によるバランスがとれたかを、シャフト１０３の振れを測定する。このような、測定と調整をし、所定の測定結果内に入るまで行う。

この調整の過程において、ハウジング封止機構１１１の解除、ハウジングの組立の作業をすることがなく、重さバランスの微調整後に、シャフト１０３の回転中心の変更を及ぼすことがなく、そのまま調整結果の確認をすることができるので、短時間に正確に微調整をすることができる。
例えば、調整実績は、静バランス（ＳＢ）と動バランス（ＤＢ）について次のようであった。
ＳＢ＝０．０１２（ｇｃｍ）
ＤＢ＝０．０６９（ｇｃｍ^２）

フライホイール１１０が、運用される時は、ハウジング１０６，１０７内は真空状態にして用いられる。そのため、バランス調整用穴１１２は、調整後、封止部材１１３により封止される。

本発明におけるフライホイールの一実施例を示す断面図である。バランス調整用穴の一実施例を説明する図である。従来のフライホイールの例を示す断面図である。フライホイールの振動を説明する図である。フライホイールの振れの信号と基準位置の信号を説明する図である。

符号の説明

１０１…フライホイール、１０２…ローテイティングマス、１０３…シャフト、１０４…モータロータ、１０５…モータステータ、１０６…上ハウジング、１０７…下ハウジング、１０８…固定側ベアリング、１０９…自由側ベアリング、１１０…重さバランス調整ネジ、１１１…ハウジング封止機構、１１２…バランス調整用穴、１１３…封止部材。

Claims

シャフトを中心に回転するローテイティングマスと、前記ローテイティングマスを収容するハウジングとを有し、前記ローテイティングマスの前記ハウジング側面に対向する面にバランス調整部材を備え、前記ハウジング側面にバランス調整用穴を設けたことを特徴とするフライホイール。