JP2018019568A

JP2018019568A - Reaction wheel device

Info

Publication number: JP2018019568A
Application number: JP2016150484A
Authority: JP
Inventors: 真司巳谷; Shinji Mitani; 修平茂渡; Shuhei Mowatari
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2036-07-29
Also published as: JP6725141B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reaction wheel device capable of achieving size reduction.SOLUTION: The reaction wheel device includes a reaction wheel in an enclosure of a polyhedron, and each of faces constituting the polyhedron is constituted of frame parts corresponding to each of the faces constituting the polyhedron and at least two of the frame parts is constituted of at least two rigid circuit board parts of a rigid flexible substrate.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この発明は、リアクションホイール装置に関する。 The present invention relates to a reaction wheel device.

小型衛星向けの姿勢制御用モジュールや小型のモジュラーロボットとして、リアクションホイールを組み込んだ小型姿勢制御モジュールが従来研究されてきた。これらはモータ、慣性ホイール、制御回路等を備え、衛星やロボット等の姿勢制御に必要な回転トルクを発生させるものである。 Conventionally, small attitude control modules incorporating reaction wheels have been studied as attitude control modules for small satellites and small modular robots. These include a motor, an inertia wheel, a control circuit, and the like, and generate rotational torque necessary for attitude control of a satellite, a robot, or the like.

そのような小型姿勢制御モジュールは、一層の小型化が求められているところ、本発明者らは、１０ｃｍ立方以下のサイズの３軸リアクションホイール装置を提案した（下記特許文献１参照）。 In such a small attitude control module, further miniaturization is required, and the present inventors have proposed a three-axis reaction wheel device having a size of 10 cm cubic or less (see Patent Document 1 below).

特願２０１５−１３０１３３号Japanese Patent Application No. 2015-130133

上述のように、本発明者らによって、１０ｃｍ立方以下のサイズの３軸リアクションホイール装置が実現されたものの、小型姿勢制御モジュールは、その更なる小型化が求められている。 As described above, although the present inventors have realized a three-axis reaction wheel device having a size of 10 cm cubic or less, the compact posture control module is required to be further miniaturized.

そこで、本発明は、更なる小型のリアクションホイール装置を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the further small reaction wheel apparatus.

本発明の１つの態様は、多面体の筐体内にリアクションホイールが設けられたリアクションホイール装置であって、前記多面体を構成する面の各々は、前記多面体を構成する面の各々に対応するフレーム部で構成され、前記フレーム部のうちの少なくとも２つが、リジッドフレキシブル基板の少なくとも２つのリジッド回路基板部により構成されているリアクションホイール装置を提供するものである。 One aspect of the present invention is a reaction wheel device in which a reaction wheel is provided in a housing of a polyhedron, and each of the surfaces constituting the polyhedron is a frame portion corresponding to each of the surfaces constituting the polyhedron. A reaction wheel device is provided in which at least two of the frame parts are constituted by at least two rigid circuit board parts of a rigid flexible board.

前記リジッドフレキシブル基板は、第１のリジッド回路基板部を備え、前記リジッドフレキシブル基板の第１のリジッド回路基板部は、前記第１のリジッド回路基板部の厚さ方向に貫通する第１の貫通開口部を有し、前記第１の貫通開口部は、前記第１のリジッド回路基板部の側縁に略平行に延びるナット収容部と、前記第１のリジッド回路基板部の側縁に開口し、前記ナット収容部に対して直交して延びるねじ収容部とを有し、前記ナット収容部には、ナットが収容され、前記第１のリジッド回路基板部に隣接する少なくとも１つの第１のフレーム部は、前記第１のリジッド回路基板部の前記第１の貫通開口部の前記ねじ収容部及び前記ナット収容部に収容された前記ナットに整列する位置に貫通穴を有し、前記少なくとも１つの第１のフレーム部の外側から挿入されているねじが、前記貫通穴及び前記ねじ収容部を通して、前記ナットに螺合することによって前記少なくとも１つの第１のリジッド回路基板部と前記第１のフレーム部が接続されているものとすることができる。 The rigid flexible board includes a first rigid circuit board part, and the first rigid circuit board part of the rigid flexible board penetrates in the thickness direction of the first rigid circuit board part. The first through opening is open to the side edge of the first rigid circuit board part, and the nut housing part extending substantially parallel to the side edge of the first rigid circuit board part, A screw housing portion extending orthogonally to the nut housing portion, wherein the nut housing portion contains a nut and is at least one first frame portion adjacent to the first rigid circuit board portion. Has a through hole at a position aligned with the screw accommodated in the first through opening of the first rigid circuit board portion and the nut accommodated in the nut accommodating portion, and the at least one first 1 The screw inserted from the outside of the loop portion is screwed into the nut through the through hole and the screw accommodating portion, whereby the at least one first rigid circuit board portion and the first frame portion are It can be connected.

前記リジッドフレキシブル基板の少なくとも１つのリジッド回路基板部の側縁に、外方に向かって開口する切欠部が形成され、前記切欠部が形成された前記側縁に接続されるフレーム部が、前記切欠部が形成された前記側縁に接続されるフレーム部と前記切欠部との間に開口部を形成するように、前記切欠部の開口端を覆うように配置され、前記筐体内部に設けられた部品からの配線が、前記開口部を通して、前記少なくとも１つのリジッド回路基板部の外側の面に設けられた端子に接続されているものとすることができる。 At least one rigid circuit board part of the rigid flexible board is formed with a notch that opens outward at a side edge, and a frame part connected to the side edge on which the notch is formed has the notch Arranged so as to cover the opening end of the notch so as to form an opening between the frame part connected to the side edge where the part is formed and the notch, and is provided inside the housing. The wiring from the connected component may be connected to a terminal provided on the outer surface of the at least one rigid circuit board portion through the opening.

前記リジッドフレキシブル基板の少なくとも１つのリジッド回路基板部の、前記リジッドフレキシブル基板のフレキシブルケーブル部が接続されている少なくとも１つの側縁に、外方に向かって開口する段状の切欠部が形成され、前記フレキシブルケーブル部は、前記段状の切欠部の深さの深い方の部分から延びているものとすることができる。 At least one side edge of at least one rigid circuit board part of the rigid flexible board to which the flexible cable part of the rigid flexible board is connected is formed with a stepped notch that opens outward, The flexible cable portion may extend from a deeper portion of the stepped notch.

前記多面体の少なくとも１つの頂点部又は辺部に、外部装置を接続可能な接続補助部材が取り付けられているものとすることができる。 A connection assisting member capable of connecting an external device may be attached to at least one vertex or side of the polyhedron.

前記リアクションホイールは、前記フレーム部に対向して設けられているものとすることができる。 The reaction wheel may be provided to face the frame portion.

前記リアクションホイールは、前記リジッドフレキシブル基板により構成されている前記フレーム部以外の前記フレーム部に対向して設けられているものとすることができる。 The reaction wheel may be provided to face the frame part other than the frame part constituted by the rigid flexible substrate.

前記リアクションホイールは、前記フレーム部に対向して配置された回転体と、前記フレーム部と前記回転体との間に配置された電磁石と、前記フレーム部に取り付けられ、前記電磁石を前記フレーム部側に付勢する付勢部材と、を備え、前記回転体の前記電磁石に対向する部分の少なくとも一部は、強磁性体材料で形成され、前記電磁石の非励磁時に前記電磁石と前記回転体が離間するように前記電磁石が前記付勢部材により付勢され、前記電磁石の励磁時に前記電磁石が前記付勢部材の付勢力に抗して前記回転体に接触することによって前記回転体が制動されるものとすることができる。 The reaction wheel is attached to the rotating body disposed opposite to the frame portion, an electromagnet disposed between the frame portion and the rotating body, and the electromagnet on the frame portion side. A biasing member that biases the electromagnet, and at least a part of a portion of the rotating body facing the electromagnet is formed of a ferromagnetic material, and the electromagnet and the rotating body are separated from each other when the electromagnet is not excited. The electromagnet is urged by the urging member so that the rotator is braked by contacting the rotator against the urging force of the urging member when the electromagnet is excited. It can be.

前記回転体を回転させるためのモータが、前記回転体と前記フレーム部の間に配置され、前記モータからの配線が、前記付勢部材と前記フレーム部の間に引き出されているものとすることができる。 A motor for rotating the rotating body is disposed between the rotating body and the frame portion, and wiring from the motor is drawn out between the biasing member and the frame portion. Can do.

前記多面体は、６面体とすることができる。 The polyhedron may be a hexahedron.

前記筐体内部に設けられた部品は、前記リアクションホイールの電磁石とすることができる。 The component provided in the housing can be an electromagnet of the reaction wheel.

上記構成を有する本発明によれば、更なる小型のリアクションホイール装置が提供される。 According to this invention which has the said structure, the further small-sized reaction wheel apparatus is provided.

本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイール装置の斜視図である。It is a perspective view of the reaction wheel device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイール装置に用いられるリジッドフレキシブル基板の平面図である。It is a top view of the rigid flexible substrate used for the reaction wheel device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイール装置の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a reaction wheel device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイールの斜視図である。It is a perspective view of the reaction wheel concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイールの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the reaction wheel which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図４のVI−VI断面図である。It is VI-VI sectional drawing of FIG. 本発明の第２の実施形態に係るリアクションホイールシステム装置の斜視図である。It is a perspective view of the reaction wheel system device concerning a 2nd embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイール装置の斜視図、図２は、本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイール装置に用いられるリジッドフレキシブル基板の平面図、図３は、本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイールの分解斜視図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of a reaction wheel device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a rigid flexible substrate used in the reaction wheel device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. These are the exploded perspective views of the reaction wheel concerning a 1st embodiment of the present invention.

リアクションホイール装置５は、立方体（正６面体）の形状を有する。立方体を構成する面の各々は、立方体を構成する面の各々に対応するフレーム部で構成され、互いに接続されたフレーム部がリアクションホイール装置５の筐体を構成する。リアクションホイール装置の形状は、任意の適切な多面体形状とすることができる。 The reaction wheel device 5 has a cubic (regular hexahedron) shape. Each of the surfaces constituting the cube is constituted by a frame portion corresponding to each of the surfaces constituting the cube, and the frame portions connected to each other constitute a housing of the reaction wheel device 5. The shape of the reaction wheel device can be any suitable polyhedral shape.

リアクションホイール装置５は、３つのリアクションホイール１、２、３を備える。リアクションホイール１、２、３の後述のフライホイール１３、２３、３３の回転軸線の方向が互いに直交するように、リアクションホイール１、２、３が配置されている。これにより、直交する３軸に対して角運動量を発生させることができる。それぞれのリアクションホイールのフレーム１０、２０、３０は、同一の略正方形形状を有し、リアクションホイール装置５の６つのフレーム部のうちの３つを構成する。 The reaction wheel device 5 includes three reaction wheels 1, 2, and 3. The reaction wheels 1, 2, and 3 are arranged so that directions of rotation axes of flywheels 13, 23, and 33 described later of the reaction wheels 1, 2, and 3 are orthogonal to each other. Thereby, angular momentum can be generated with respect to three orthogonal axes. Each reaction wheel frame 10, 20, 30 has the same substantially square shape, and constitutes three of the six frame portions of the reaction wheel device 5.

リアクションホイール装置５のフレーム部のうちの残りの３つは、リジッドフレキシブル基板４の後述のリジッド回路基板部４０、４１、４２により構成される。 The remaining three of the frame portions of the reaction wheel device 5 are configured by rigid circuit board portions 40, 41, and 42 described later of the rigid flexible substrate 4.

フレーム１０、２０、３０と、リジッド回路基板部４０、４１、４２は、以下に詳細に述べるようにリアクションホイール装置５が全体として立方体の形状を有するように、互いに連結される。 The frames 10, 20, 30 and the rigid circuit board portions 40, 41, 42 are connected to each other so that the reaction wheel device 5 has a cubic shape as a whole as described in detail below.

図２に示されるように、リジッドフレキシブル基板４は、リジッド回路基板部４０、４１、４２、リジッド回路基板部４０とリジッド回路基板部４１を接続するフレキシブルケーブル部４５、リジッド回路基板部４０とリジッド回路基板部４２を接続するフレキシブルケーブル部４６を備える。 As shown in FIG. 2, the rigid flexible board 4 includes rigid circuit board parts 40, 41, and 42, a flexible cable part 45 that connects the rigid circuit board part 40 and the rigid circuit board part 41, and the rigid circuit board part 40 and the rigid circuit board 40. A flexible cable portion 46 for connecting the circuit board portion 42 is provided.

リジッドフレキシブル基板４には、制御ユニットを構成する回路素子、ＭＥＭＳセンサ慣性計測ユニット（ＩＭＵ）５２等の回路素子が備えられる。 The rigid flexible substrate 4 includes circuit elements that constitute a control unit, such as a MEMS sensor inertia measurement unit (IMU) 52.

制御ユニットは、リアクションホイール１、２、３の後述の各々のモータ１４、２４、３４や電磁石１２、２２、３２の励磁電流を制御することにより、各フライホイール１３、２３、３３の回転状態を制御する。また、制御ユニット５１は、ＭＥＭＳセンサＩＭＵ５２からの３軸の角速度や加速度等の検出情報等を取得し、この情報に基づいて各種計算を行ったり、取得した情報や計算結果に基づいて、モータ１４、２４、３４、電磁石１２、２２、３２の制御等を行う。 The control unit controls the excitation current of each of the motors 14, 24, and 34 and the electromagnets 12, 22, and 32, which will be described later, of the reaction wheels 1, 2, and 3, thereby controlling the rotational state of each flywheel 13, 23, and 33. Control. Further, the control unit 51 acquires detection information and the like of the triaxial angular velocity and acceleration from the MEMS sensor IMU 52, performs various calculations based on this information, and performs the motor 14 based on the acquired information and calculation results. , 24, 34, and the electromagnets 12, 22, 32 are controlled.

ＭＥＭＳセンサＩＭＵ５２は、立方体頂点の各隅に近い位置にリジッド回路基板部上に複数配置され、ＩＭＵ５２からの情報は制御ユニットに送信され、この情報に基づいて重力加速度方向等が制御ユニットによって求められ、各フライホイール１３、２３、３３の回転状態が制御される。 A plurality of MEMS sensors IMU52 are arranged on the rigid circuit board at positions close to the corners of the cube apex. Information from the IMU52 is transmitted to the control unit, and based on this information, the direction of gravity acceleration and the like are obtained by the control unit. The rotational state of each flywheel 13, 23, 33 is controlled.

リジッド回路基板部４０、４１、４２は、同一の略正方形の形状を有する。リジッドフレキシブル基板４は、リジッド回路基板部４０、４１、４２が互いに直交するようにフレキシブルケーブル部４５、４６が折り曲げられることによって、リアクションホイール装置５の立方体の立方体を構成する面のうちの３つの面を構成する。 The rigid circuit board portions 40, 41, and 42 have the same substantially square shape. The rigid flexible board 4 has three of the surfaces constituting the cube of the reaction wheel device 5 by bending the flexible cable parts 45, 46 so that the rigid circuit board parts 40, 41, 42 are orthogonal to each other. Configure the surface.

また、リジッド回路基板部４０、４１、４２の側縁には、外方に向かって開口する矩形の第１の切欠部４０１、４１１、４２１が形成され、第１の切欠部４０１、４１１、４２１と所定の距離だけ離れて外方に向かって開口する矩形の第２の切欠部４０２、４１２、４２２が形成され、第１の切欠部４０１、４１１，４２１と第２の切欠部４０２、４１２、４２２の間に矩形の第１の残存部４０３、４１３、４２３が形成され、第２の切欠部４０２、４１２、４２２の第１の残存部４０３、４１３、４２３とは反対側に矩形の第２の残存部４０４、４１４、４２４が形成されている。 Further, rectangular first notches 401, 411, 421 opening outward are formed on the side edges of the rigid circuit board portions 40, 41, 42, and the first notches 401, 411, 421 are formed. Rectangular second notches 402, 412, and 422 that are opened outward by a predetermined distance from each other, and the first notches 401, 411, 421 and the second notches 402, 412, A rectangular first remaining portion 403, 413, 423 is formed between the second notches 402, 412, 422, and a rectangular second remaining portion 403, 413, 423 is opposite to the first remaining portion 403, 413, 423. Remaining portions 404, 414, and 424 are formed.

また、リジッド回路基板部４０、４１、４２の各隅部には、その厚さ方向に貫通する第１の貫通開口部４０５、４１５、４２５と第１の貫通穴４０６、４１６、４２６が形成されている。すなわち、第１の残存部４０３、４１３、４２３のリジッド回路基板部４０、４１、４２の隅側に第１の貫通穴４０６、４１６、４２６が形成される。また、第２の切欠部４０２、４１２、４２２の第２の残存部４０４、４１４、４２４側に、第１の貫通開口部４０５、４１５、４２５が形成される。第１の貫通開口部４０５、４１５、４２５は、リジッド回路基板部４０、４１、４２の側縁、すなわち４０２、４１２、４２２の底辺に略平行に延びるナット収容部４０５ａ、４１５ａ、４２５ａと、リジッド回路基板部４０、４１、４２の側縁である第２の切欠部４０２、４１２、４２２に開口し、ナット収容部４０５ａ、４１５ａ、４２５ａに対して直交して延びるねじ収容部４０５ｂ、４１５ｂ、４２５ｂとを有する。第１の貫通開口部４０５、４１５、４２５のリジッド回路基板部４０、４１、４２の厚さ方向に対する横断面の形状は、本実施形態においては十字形状であるが、Ｔ字形状としてもよい。ナット収容部４０５ａ、４１５ａ、４２５ａには、ナット８０１が嵌合されている。ナット８０１は、ナット収容部４０５ａ、４１５ａ、４２５ａに嵌合される構成に換えて、ナット収容部４０５ａ、４１５ａ、４２５ａに隙間があるように収容される構成としてもよい。 In addition, first through openings 405, 415, and 425 and first through holes 406, 416, and 426 penetrating in the thickness direction are formed at the corners of the rigid circuit board portions 40, 41, and 42, respectively. ing. That is, the first through holes 406, 416, 426 are formed on the corner sides of the rigid circuit board portions 40, 41, 42 of the first remaining portions 403, 413, 423. In addition, first through openings 405, 415, and 425 are formed on the second remaining portions 404, 414, and 424 side of the second notches 402, 412, and 422. The first through openings 405, 415, and 425 are rigidly connected to nut receiving portions 405 a, 415 a, and 425 a that extend substantially parallel to the side edges of the rigid circuit board portions 40, 41, and 42, that is, the bottom sides of 402, 412, and 422. Screw housing portions 405b, 415b, and 425b that open to the second notches 402, 412, and 422, which are side edges of the circuit board portions 40, 41, and 42, and extend orthogonally to the nut housing portions 405a, 415a, and 425a. And have. The cross-sectional shape of the first through-opening portions 405, 415, and 425 with respect to the thickness direction of the rigid circuit board portions 40, 41, and 42 is a cross shape in the present embodiment, but may be a T shape. A nut 801 is fitted in the nut accommodating portions 405a, 415a, and 425a. The nut 801 may be configured to be accommodated such that there is a gap in the nut accommodating portions 405a, 415a, and 425a, instead of the configuration that is fitted to the nut accommodating portions 405a, 415a, and 425a.

リアクションホイール１、２、３のフレーム１０、２０、３０は、上述のとおり略正方形の形状を有する。フレーム１０、２０、３０の側縁には、外方に向かって開口する矩形の第３の切欠部１０１、２０１、３０１が形成され、第３の切欠部１０１、２０１、３０１と所定の距離だけ離れて外方に向かって開口する矩形の第４の切欠部１０２、２０２、３０２が形成され、第３の切欠部１０１、２０１、３０１と第４の切欠部１０２、２０２、３０２の間に矩形の第３の残存部１０３、２０３、３０３が形成され、第４の切欠部１０２、２０２、３０２の第３の残存部１０３、２０３、３０３とは反対側に矩形の第４の残存部１０４、２０４、３０４が形成されている。 The frames 10, 20, and 30 of the reaction wheels 1, 2, and 3 have a substantially square shape as described above. On the side edges of the frames 10, 20, and 30, rectangular third notches 101, 201, and 301 that open outward are formed, and a predetermined distance from the third notches 101, 201, and 301 is formed. A rectangular fourth notch 102, 202, 302 is formed that opens away from the outside and is rectangular between the third notch 101, 201, 301 and the fourth notch 102, 202, 302. Third remaining portions 103, 203, and 303 are formed, and the fourth remaining portions 104 that are rectangular on the side opposite to the third remaining portions 103, 203, and 303 of the fourth notches 102, 202, and 302, 204 and 304 are formed.

また、フレーム１０の各隅部には、その厚さ方向に貫通する第２の貫通穴１０６、２０６、３０６が形成されている。すなわち、第３の残存部１０３、２０３、３０３のフレーム１０、２０、３０の隅側に第２の貫通穴１０６、２０６、３０６が形成される。また、第４の切欠部１０２、２０２、３０２の第４の残存部１０４、２０４、３０４側の底面に、雌ねじ部１０５、２０５、３０５が形成されている。 Further, second through holes 106, 206, and 306 penetrating in the thickness direction are formed at each corner of the frame 10. That is, the second through holes 106, 206, and 306 are formed in the corners of the frames 10, 20, and 30 of the third remaining portions 103, 203, and 303. Also, female thread portions 105, 205, and 305 are formed on the bottom surfaces of the fourth notches 102, 202, and 302 on the fourth remaining portions 104, 204, and 304 side.

リジッド回路基板部４０、４１、４２の各々に形成された各切欠部と各残存部、リアクションホイールのフレーム１０、２０、３０の各々に形成された各切欠部と各残存部が互いに嵌め込まれている。 Each notch and each remaining portion formed in each of the rigid circuit board portions 40, 41, and 42, and each notch and each remaining portion formed in each of the frames 10, 20, and 30 of the reaction wheel are fitted into each other. Yes.

リジッド回路基板部４０、４１、４２の側縁、フレーム１０、２０、３０の側縁の形状は、直線状等任意の適切な形状とすることができる。 The shapes of the side edges of the rigid circuit board portions 40, 41, and 42 and the side edges of the frames 10, 20, and 30 can be any suitable shape such as a straight line.

リジッド回路基板部４０に隣接するフレーム部であるフレーム１０は、リジッド回路基板部４０の第１の貫通開口部４０５のねじ収容部４０５ｂ、ナット収容部４０５ａに収容されたナット８０１、及び接続補助部材９１のねじ穴９１１に整列する位置に第２の貫通穴１０６を有する。そして、フレーム１０の外側から挿入されたねじ８１１が、接続補助部材９１のねじ穴９１１、第２の貫通穴１０６及びねじ収容部４０５ｂを通して、ナット８０１に螺合することによってリジッド回路基板部４０とフレーム１０が接続されている。 The frame 10 that is a frame part adjacent to the rigid circuit board part 40 includes a screw housing part 405b of the first through opening 405 of the rigid circuit board part 40, a nut 801 housed in the nut housing part 405a, and a connection auxiliary member. The second through hole 106 is provided at a position aligned with the 91 screw hole 911. Then, the screw 811 inserted from the outside of the frame 10 is screwed into the nut 801 through the screw hole 911, the second through hole 106, and the screw accommodating portion 405b of the connection auxiliary member 91, whereby the rigid circuit board portion 40 and A frame 10 is connected.

また、リジッド回路基板部４１に隣接するフレーム部であるリジッド回路基板部４０も同様に、リジッド回路基板部４１の第１の貫通開口部４１５のねじ収容部４１５ｂ、ナット収容部４１５ａに嵌合されたナット８０２、及び接続補助部材９１のねじ穴９１２に整列する位置に第１の貫通穴４０６を有する。そして、リジッド回路基板部４０の外側から挿入されたねじ８１２が、接続補助部材９１のねじ穴９１２、第１の貫通穴４０６及びねじ収容部４１５ｂを通して、ナット８０２に螺合することによってリジッド回路基板部４０とリジッド回路基板部４１が接続されている。 Similarly, the rigid circuit board portion 40 that is a frame portion adjacent to the rigid circuit board portion 41 is also fitted into the screw housing portion 415b and the nut housing portion 415a of the first through opening 415 of the rigid circuit board portion 41. The first through hole 406 is provided at a position aligned with the screw hole 912 of the connection nut 91 and the connection auxiliary member 91. Then, the screw 812 inserted from the outside of the rigid circuit board portion 40 is screwed into the nut 802 through the screw hole 912, the first through hole 406, and the screw housing portion 415b of the connection auxiliary member 91, thereby being rigid circuit board. The unit 40 and the rigid circuit board unit 41 are connected.

また、フレーム２０に隣接するフレーム部であるフレーム１０は、フレーム２０の雌ねじ部２０５及び接続補助部材９２のねじ穴９２１に整列する位置に第２の貫通穴１０６を有する。そして、フレーム１０の外側から挿入されたねじ８１３が、接続補助部材９２のねじ穴９２１及び第２の貫通穴１０６を通して、雌ねじ部２０５に螺合することによってフレーム２０とフレーム１０が接続されている。 The frame 10, which is a frame portion adjacent to the frame 20, has a second through hole 106 at a position aligned with the female screw portion 205 of the frame 20 and the screw hole 921 of the connection assisting member 92. Then, the screw 813 inserted from the outside of the frame 10 is screwed into the female screw portion 205 through the screw hole 921 and the second through hole 106 of the connection auxiliary member 92, so that the frame 20 and the frame 10 are connected. .

また、リジッド回路基板部４１の外側から挿入されたねじ８１４が、接続補助部材９１のねじ穴９１３及びリジッド回路基板部４１の第１の貫通穴４１６を通して、フレーム１０の雌ねじ部１０５に螺合することによってフレーム１０とリジッド回路基板部４１が接続されている。 Further, the screw 814 inserted from the outside of the rigid circuit board portion 41 is screwed into the female screw portion 105 of the frame 10 through the screw hole 913 of the connection auxiliary member 91 and the first through hole 416 of the rigid circuit board portion 41. Thus, the frame 10 and the rigid circuit board portion 41 are connected.

他のリジッド基板とリジッド回路基板部、リジッド回路基板部とフレーム、フレームとフレームの接続構造も同様である。 The same applies to other rigid boards and rigid circuit board parts, rigid circuit board parts and frames, and frame-to-frame connection structures.

このような接続構造により、フレーム部としてリジッド回路基板部自体を用いることができる。すなわち、リジッド回路基板部は、その厚さが非常に小さく、またその側端面に垂直な方向に脆いので、その側端面に開口するねじ穴を形成することができず、側端面を接続面として隣接するフレーム部を接続することが困難であったが、このような接続構造により、側端面を接続面として隣接するフレーム部を接続することが可能となり、フレーム部としてリジッド回路基板部自体を用いることが可能となった。 With such a connection structure, the rigid circuit board portion itself can be used as the frame portion. That is, the rigid circuit board portion has a very small thickness and is brittle in a direction perpendicular to the side end face, so that a screw hole that opens to the side end face cannot be formed, and the side end face is used as a connection face. Although it was difficult to connect the adjacent frame portions, such a connection structure makes it possible to connect the adjacent frame portions with the side end surface as a connection surface, and the rigid circuit board portion itself is used as the frame portion. It became possible.

このような接続構造、すなわち、板状の第１の部材が、前記第１の部材の厚さ方向に貫通する第１の貫通開口部を有し、前記第１の貫通開口部は、前記第１の部材の側縁に略平行に延びるナット収容部と、前記第１の部材の側縁に開口し、前記ナット収容部に対して直交して延びるねじ収容部とを有し、前記ナット収容部には、ナットが収容され、前記第２の部材は、前記第１の部材の前記第１の貫通開口部の前記ねじ収容部及び前記ナット収容部に収容された前記ナットに整列する位置に貫通穴を有し、前記第１の部材の外側から挿入されているねじが、前記貫通穴及び前記ねじ収容部を通して、前記ナットに螺合することによって前記第１の部材と前記第２の部材が接続されている接続構造は、リジッド回路基板部と他のフレーム部との接続構造に限定されるものでなく、板状部材を、該板状部材の側端面を接続面として、他の部材に接続する接続構造一般に用いることができる。 Such a connection structure, that is, a plate-like first member has a first through-opening that penetrates in the thickness direction of the first member, and the first through-opening includes the first through-opening. A nut housing portion that extends substantially parallel to a side edge of the first member; and a screw housing portion that opens at a side edge of the first member and extends perpendicular to the nut housing portion. The nut is accommodated in the portion, and the second member is aligned with the screw accommodating portion of the first through-opening portion of the first member and the nut accommodated in the nut accommodating portion. A screw having a through hole and inserted from the outside of the first member is screwed into the nut through the through hole and the screw housing portion, thereby the first member and the second member. Is connected to the rigid circuit board part and other frame parts. Not limited to continue construction, the plate-like member, as a connection surface side end surface of the plate-like member, it can be used for connection structure generally connected to other members.

本実施形態によれば、フレーム部としてリジッド回路基板部自体を用いることができるので、リアクションホイール装置の筐体内を占める回路素子の体積を格段に減少させることが可能となり、より装置を小型化することができる。 According to this embodiment, since the rigid circuit board portion itself can be used as the frame portion, the volume of the circuit elements occupying the housing of the reaction wheel device can be significantly reduced, and the device is further downsized. be able to.

また、リジッド回路基板部４０、４１、４２の第２の切欠部４０２、４１２、４２２の第１の残存部４０３、４１３、４２３側には、更に、外方に向かって開口する矩形の第５の切欠部４０７、４１７、４２７が形成され、全体として段状の切欠部となっている。第５の切欠部４０７、４１７、４２７が形成された側縁である第２の切欠部４０２、４１２、４２２に接続されるフレーム部であるフレーム１０、３０、２０の第３の残存部１０３、３０３、２０３が第５の切欠部４０７、４１７、４２７の開口端を覆うように配置されて、開口部４０８、４１８、４２８が形成される。リアクションホイール装置５の筐体内部に設けられた部品であるリアクションホイール１の電磁石１２からの配線１２２は、開口部４０８を通して、リジッド回路基板部４０の外側の面に設けられた端子４０９に接続されている。リアクションホイール２、３の電磁石２２、３３からの配線も同様に開口部４２８、４１８を通して、リジッド回路基板部４２、４１の外側の面に設けられた端子４２９、４１９に接続されている。 Further, a rectangular fifth opening opening outward is provided on the first remaining portions 403, 413, and 423 of the second cutout portions 402, 412, and 422 of the rigid circuit board portions 40, 41, and 42, respectively. Cutout portions 407, 417, and 427 are formed to form stepped cutouts as a whole. A third remaining portion 103 of the frames 10, 30, 20 which is a frame portion connected to the second notches 402, 412, 422, which is a side edge where the fifth notches 407, 417, 427 are formed, 303 and 203 are arrange | positioned so that the opening end of 5th notch part 407, 417, 427 may be covered, and opening part 408, 418, 428 is formed. The wiring 122 from the electromagnet 12 of the reaction wheel 1, which is a component provided inside the reaction wheel device 5, is connected to a terminal 409 provided on the outer surface of the rigid circuit board unit 40 through the opening 408. ing. Similarly, the wirings from the electromagnets 22 and 33 of the reaction wheels 2 and 3 are also connected to terminals 429 and 419 provided on the outer surfaces of the rigid circuit board portions 42 and 41 through the openings 428 and 418.

このような構成により、筐体内部に設けられた部品からの配線を、開口部を通してリジッド回路基板部の外側の面に設けられた端子に接続することができるので、リジッド回路基板部の外側の基板面に回路素子を搭載することが可能となった。これにより、リアクションホイール装置の筐体内を占める回路素子の体積を更に減少させることが可能となり、また回路のメンテナンスが容易となった。また、リアクションホイール装置の組み立てと分解が現実的に可能となった。 With such a configuration, the wiring from the component provided inside the housing can be connected to the terminal provided on the outer surface of the rigid circuit board part through the opening, so that the outer side of the rigid circuit board part can be connected. Circuit elements can be mounted on the substrate surface. As a result, the volume of the circuit element occupying the housing of the reaction wheel device can be further reduced, and the maintenance of the circuit is facilitated. In addition, the reaction wheel device can be assembled and disassembled practically.

また、フレキシブルケーブル部には曲げ半径が小さいと大きな力がかかるが、このように、フレキシブルケーブル部が、段状の切欠部の深さの深い方の部分である第５の切欠部から延びている構成とし、フレキシブルケーブル部の長さを長くし、且つフレキシブルケーブル部取り付け間の距離を長くすることによって、フレキシブルケーブル部にかかる力を緩和することができる。 Moreover, a large force is applied to the flexible cable portion when the bending radius is small. Thus, the flexible cable portion extends from the fifth cutout portion which is the deeper portion of the stepped cutout portion. The force applied to the flexible cable portion can be reduced by increasing the length of the flexible cable portion and increasing the distance between the flexible cable portion attachments.

続いて、リアクションホイール１、２、３の構成について、図４〜６を参照して説明する。図４は、本実施形態に係るリアクションホイールの斜視図、図５は、本実施形態に係るリアクションホイールの分解斜視図、図６は、図４のVI−VI断面図である。 Next, the configuration of the reaction wheels 1, 2, and 3 will be described with reference to FIGS. 4 is a perspective view of the reaction wheel according to the present embodiment, FIG. 5 is an exploded perspective view of the reaction wheel according to the present embodiment, and FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG.

図４〜６に示されるように本実施形態に係るリアクションホイール１は、フレーム１０と、付勢部材である板ばね１１と、電磁石１２と、回転体であるフライホイール１３と、モータ１４とを備えている。 As shown in FIGS. 4 to 6, the reaction wheel 1 according to this embodiment includes a frame 10, a leaf spring 11 that is an urging member, an electromagnet 12, a flywheel 13 that is a rotating body, and a motor 14. I have.

フレーム１０は、上述のように略正方形の形状を有し、その側縁には各切欠部と各残存部が形成されている。また、フレーム１０には、厚さ方向に貫通する開口部１０９が４つ形成されている。このようにフレームに開口部を有する構成とすることによりフレームを軽量化することができる。フレームは、開口部がない板状の構成とすることができるし、開口部の数や形状等は任意の適切な数や形状とすることができる。フレーム１０の中心部には、円形の凹部１０７が形成され、凹部１０７の中心部には厚さ方向に貫通する開口部１０８が設けられている。 The frame 10 has a substantially square shape as described above, and each cutout portion and each remaining portion are formed on a side edge thereof. The frame 10 has four openings 109 penetrating in the thickness direction. In this manner, the frame can be reduced in weight by adopting a configuration in which the opening is provided in the frame. The frame can have a plate-like configuration with no openings, and the number and shape of the openings can be any appropriate number and shape. A circular recess 107 is formed at the center of the frame 10, and an opening 108 penetrating in the thickness direction is provided at the center of the recess 107.

モータ１４は、モータ本体１４１とシャフト１４３を備え、モータ本体１４１に、接続部材１８を介して取り付けられた後述のフライホイール１３を回転させる。モータ本体１４１は、フランジ部を有する略円筒状固定子部１４１ａと、軸線方向の中央に突出した円筒状の凸状部を有する円盤状の回転子部１４１ｂを備える。固定子部１４１ｂが、フレーム１０の凹部１０７と開口部１０８に嵌め込まれ接着されることにより、モータ１４がフレーム１０に固定される。 The motor 14 includes a motor main body 141 and a shaft 143, and rotates a flywheel 13 (described later) attached to the motor main body 141 via a connection member 18. The motor main body 141 includes a substantially cylindrical stator portion 141a having a flange portion, and a disk-shaped rotor portion 141b having a cylindrical convex portion protruding in the center in the axial direction. The motor portion 14 is fixed to the frame 10 by the stator portion 141 b being fitted into and bonded to the concave portion 107 and the opening portion 108 of the frame 10.

フライホイール１３は、略切頭円錐の形状を有し、周縁部が回転軸線に平行な環状面を有する。フライホイール１３は、強磁性体材料で形成されている。フライホイール１３の電磁石１２に対向する側には電磁石１２を収容可能な凹部１３１が形成され、凹部１３１の電磁石に対向する面は平面に形成されている。フライホイール１３の中央にはモータ１４のシャフト１４３を通すための穴１３３が設けられている。凹部１３１の電磁石に対向する面には、フライホイール１３の頂部に形成されたねじ穴１３５を介してねじ１３６によって、円筒状の接続部材１８が固定される。また、接続部材１８のフレーム１０側の面と、モータ１４の回転子部１４１ｂは接着材により固定されている。 The flywheel 13 has a substantially truncated conical shape, and a peripheral portion has an annular surface parallel to the rotation axis. The flywheel 13 is made of a ferromagnetic material. A recess 131 that can accommodate the electromagnet 12 is formed on the side of the flywheel 13 that faces the electromagnet 12, and the surface of the recess 131 that faces the electromagnet is flat. In the center of the flywheel 13, a hole 133 for passing the shaft 143 of the motor 14 is provided. A cylindrical connecting member 18 is fixed to the surface of the recess 131 facing the electromagnet by a screw 136 through a screw hole 135 formed at the top of the flywheel 13. Further, the frame 10 side surface of the connecting member 18 and the rotor portion 141b of the motor 14 are fixed by an adhesive.

フライホイール１３と接続部材１８は一体化した構成とすることも可能であるが、別個の部材とすることにより、フライホイール１３と接続部材１８の間にシム薄厚材が挿入可能な構成とすることができる。これにより、非励磁時に電磁石１２とフライホイール１３は近づきすぎても離れすぎていてもいけないところ、電磁石１２とフライホイール１３との隙間の大きさの調整をすることが可能となる。 The flywheel 13 and the connecting member 18 can be integrated, but by using separate members, a thin shim can be inserted between the flywheel 13 and the connecting member 18. Can do. As a result, when the electromagnet 12 and the flywheel 13 should not be too close or too far apart when de-excited, the size of the gap between the electromagnet 12 and the flywheel 13 can be adjusted.

モータを上側に配置すると、モータを支持するための片持ち又は両支持梁構造が必要となり、フライホイールの形状を略切頭円錐にできないが、このように、モータをフレーム側に配置し、フライホイールの形状を略切頭円錐の形状とすることによって、隣接するリアクションホイールをより接近させて配置させることができ、より装置を小型化することができる。 If the motor is arranged on the upper side, a cantilever or both support beam structure is required to support the motor, and the shape of the flywheel cannot be made into a substantially truncated cone. By making the shape of the wheel a substantially truncated cone, adjacent reaction wheels can be arranged closer to each other, and the device can be further miniaturized.

板ばね１１は、中央に円形の開口部を有する円板の形状を有する。そして、板ばね１１には、径方向外方に向かって凸となる弧状の第１のスリット１１１が、板ばね１１の内周側に、９０°の角度間隔で周方向に４つ設けられている。第１のスリット１１１は板ばね１１の厚さ方向に貫通して延びている。また、板ばね１１には、弧状の第２のスリット１１３が、板ばね１１の外周側に、９０°の角度間隔で周方向に４つ設けられている。第２のスリット１１３は板ばね１１の厚さ方向に貫通して延びている。第１のスリット１１１と第２のスリット１１３は互い違いに配置されている。板ばね１１の縁部には、径方向外方に延び、ねじ穴が形成されている耳部１１６が９０°の角度間隔で周方向に４つ形成されており、板ばね１１がフレーム１０にねじを介して固定されている。ここで、後述のように、電磁石からの配線１２２とモータ１４からの配線１４４は、フレームに対して略平行に延びるため、電磁石からの配線１２２とモータ１４からの配線１４４の干渉を防止するために、耳部１１６は、電磁石からの配線１２２及びモータ１４からの配線１４４に対して周方向にずれるように配置されている。スリットの形状、配置、数等は、他の任意の適切な形状、配置、数等とすることができる。また、板ばねの形状も、他の任意の適切な形状とすることができる。 The leaf spring 11 has a disk shape having a circular opening at the center. The leaf spring 11 is provided with four arc-shaped first slits 111 protruding outward in the radial direction on the inner circumferential side of the leaf spring 11 in the circumferential direction at an angular interval of 90 °. Yes. The first slit 111 extends through the leaf spring 11 in the thickness direction. Further, the leaf spring 11 is provided with four arc-shaped second slits 113 in the circumferential direction at an angular interval of 90 ° on the outer circumferential side of the leaf spring 11. The second slit 113 extends through the thickness direction of the leaf spring 11. The first slits 111 and the second slits 113 are arranged alternately. Four edge portions 116 that extend outward in the radial direction and have screw holes formed in the circumferential direction at an angular interval of 90 ° are formed on the edge of the leaf spring 11, and the leaf spring 11 is attached to the frame 10. It is fixed via a screw. Here, as will be described later, the wiring 122 from the electromagnet and the wiring 144 from the motor 14 extend substantially parallel to the frame, so that interference between the wiring 122 from the electromagnet and the wiring 144 from the motor 14 is prevented. In addition, the ear portion 116 is disposed so as to be displaced in the circumferential direction with respect to the wiring 122 from the electromagnet and the wiring 144 from the motor 14. The shape, arrangement, number, etc. of the slits can be any other suitable shape, arrangement, number, etc. The shape of the leaf spring can also be any other suitable shape.

電磁石１２はリング形状を有し、その径方向の断面が矩形状である。電磁石１２の形状は、リング形状の一部すなわち円弧状とし、１つ又はそれ以上の円弧状の電磁石１２を配置してもよい。電磁石の形状や径方向の断面の形状は、他の任意の適切な形状とすることができる。電磁石１２のフレーム１０に対向する面は板ばね１１にねじを介して固定され、板ばね１１は電磁石１２をフレーム１０側に付勢する。すなわち、フレーム１０が電磁石１２に対して鉛直下方に配置されていないときも、電磁石１２の非励磁時に電磁石１２とフライホイール１３が離間するように電磁石１２が板ばね１１によって付勢され、電磁石１２を軸方向に移動可能とする。電磁石１２とフライホイール１３との間の隙間は、所定の間隔に維持される。そして、板ばね１１の構造（形状や弾性付与部の形状や数等）や剛性（材料や厚み）等は、重力による板ばねのたわみと吸引磁力との関係の最適化により決定することができる。 The electromagnet 12 has a ring shape and has a rectangular cross section in the radial direction. The shape of the electromagnet 12 may be a part of a ring shape, that is, an arc shape, and one or more arc-shaped electromagnets 12 may be arranged. The shape of the electromagnet and the shape of the cross section in the radial direction can be any other appropriate shape. The surface of the electromagnet 12 facing the frame 10 is fixed to the leaf spring 11 via a screw, and the leaf spring 11 biases the electromagnet 12 toward the frame 10. That is, even when the frame 10 is not arranged vertically below the electromagnet 12, the electromagnet 12 is urged by the leaf spring 11 so that the electromagnet 12 and the flywheel 13 are separated when the electromagnet 12 is not excited. Is movable in the axial direction. The gap between the electromagnet 12 and the flywheel 13 is maintained at a predetermined interval. The structure (shape, shape and number of elasticity imparting portions), rigidity (material and thickness), etc. of the leaf spring 11 can be determined by optimizing the relationship between the deflection of the leaf spring due to gravity and the attractive magnetic force. .

電磁石１２からの配線１２２は、板ばね１１の厚さ方向に貫通する穴１１５を通して、板ばね１１とフレーム１０の間に引き出され、上述のように、開口部４０８を通して、リジッド回路基板部４０の外側の面に設けられた端子４０９に接続されている。 The wiring 122 from the electromagnet 12 is drawn between the leaf spring 11 and the frame 10 through the hole 115 penetrating in the thickness direction of the leaf spring 11, and through the opening 408 as described above, the rigid circuit board portion 40. It is connected to a terminal 409 provided on the outer surface.

また、モータ１４からの配線１４４は、フラットケーブルの形でモータ１４の固定子部の側面から引き出されているが、このモータ１４からの配線１４４も、板ばね１１とフレーム１０の間に引き出され、板ばね１１の外縁付近で折り曲げられて、リジッド回路基板部４１の内側の面に設けられた端子に接続されている。このように、本実施形態においては、モータからの配線とフライホイールの間に板ばねを介在させる構成とすることにより、モータ１４からの配線１４４とフライホイール１３との干渉を防止することができる。この場合、板ばね１１の外縁がフライホイール１３の外縁よりも外側にあるようにすると、そのような効果をより確実に奏することができる。 Further, the wiring 144 from the motor 14 is drawn out from the side surface of the stator portion of the motor 14 in the form of a flat cable, but the wiring 144 from the motor 14 is also drawn out between the leaf spring 11 and the frame 10. The leaf spring 11 is bent near the outer edge and connected to a terminal provided on the inner surface of the rigid circuit board portion 41. Thus, in the present embodiment, interference between the wiring 144 from the motor 14 and the flywheel 13 can be prevented by adopting a configuration in which the leaf spring is interposed between the wiring from the motor and the flywheel. . In this case, when the outer edge of the leaf spring 11 is located outside the outer edge of the flywheel 13, such an effect can be achieved more reliably.

このような構成に換えて、上述の第５の切欠部４０７、４１７、４２７が形成された側縁である第２の切欠部４０２、４１２、４２２に接続されるフレーム部であるフレーム１０、３０、２０の第３の残存部１０３、３０３、２０３が第５の切欠部４０７、４１７、４２７の開口端を覆うように配置されて形成された開口部４０８、４１８、４２８を通して、モータ１４からの配線１４４を引き出すことによって、モータ１４からの配線１４４とフライホイール１３との干渉を防止することもできる。 Instead of such a configuration, the frames 10 and 30 that are frame portions connected to the second notches 402, 412, and 422, which are side edges where the above-described fifth notches 407, 417, and 427 are formed. , 20 through the openings 408, 418, 428 formed so as to cover the open ends of the fifth notches 407, 417, 427 from the motor 14. By pulling out the wiring 144, interference between the wiring 144 from the motor 14 and the flywheel 13 can be prevented.

上記の実施形態においては、電磁石からの配線１２２とモータ１４からの配線１４４は９０°直交するように配置されていたが、互いに同一の方向又は反対の方向に配置してもよい。 In the above embodiment, the wiring 122 from the electromagnet and the wiring 144 from the motor 14 are arranged so as to be orthogonal to each other by 90 °, but may be arranged in the same direction or in the opposite direction.

このような構成において、フライホイール１３の回転中に電磁石１２が励磁されると、発生する磁束による電磁力によって、強磁性体材料で形成されたフライホイール１３に電磁石１２が板ばね１１の付勢力に抗して引きつけられ接触し、フライホイール１３の制動が行われる。電磁石１２が発生する磁束の大きさや磁束の変化速度を変化させることによって制動状態を制御することができる。電磁石１２の磁束の変化をステップ状とし且つ大きな磁力を発生させることによって、回転しているフライホイール１３を急停止させることができる。これにより、リアクションホイール１は、発生している角運動量を即時にゼロとすることができる。 In such a configuration, when the electromagnet 12 is excited while the flywheel 13 is rotating, the electromagnet 12 is biased by the leaf spring 11 on the flywheel 13 formed of a ferromagnetic material by the electromagnetic force generated by the generated magnetic flux. At the same time, the flywheel 13 is braked. The braking state can be controlled by changing the magnitude of the magnetic flux generated by the electromagnet 12 and the changing speed of the magnetic flux. By making the change in the magnetic flux of the electromagnet 12 stepwise and generating a large magnetic force, the rotating flywheel 13 can be stopped suddenly. Thereby, the reaction wheel 1 can make the generated angular momentum zero immediately.

フライホイール１３をより高い応答性で急停止させるためには、制動力を大きくすればよい。その１つの手法として、フライホイール１３と電磁石１２の接触面積を増加させることが考えられる。 In order to make the flywheel 13 stop suddenly with higher responsiveness, the braking force may be increased. One approach is to increase the contact area between the flywheel 13 and the electromagnet 12.

具体的には、電磁石１２の励磁時に電磁石１２のフライホイール１３に接触する面である第１の制動面１２１と、フライホイール１３の電磁石１２に接触する面である第２の制動面１３４を相補的な形状とすればよい。本実施形態においては、電磁石１２の第１の制動面１２１とフライホイール１３の第２の制動面１３１が互いに平行な平面であり相補的な形状となっている。相補的な形状として、電磁石１２とフライホイール１３の接触面積のより大きな形状、例えば断面が円弧の形状を採用すると、制動力が大きくすることができる。 Specifically, the first braking surface 121 that is a surface that contacts the flywheel 13 of the electromagnet 12 and the second braking surface 134 that is the surface that contacts the electromagnet 12 of the flywheel 13 are complemented when the electromagnet 12 is excited. It may be a typical shape. In the present embodiment, the first braking surface 121 of the electromagnet 12 and the second braking surface 131 of the flywheel 13 are parallel planes and have complementary shapes. If a shape with a larger contact area between the electromagnet 12 and the flywheel 13 is adopted as a complementary shape, for example, a shape having a circular cross section, the braking force can be increased.

また、電磁石１２の励磁時に電磁石１２がフライホイール１３のより外周部側に接触するように構成すると、フライホイール１３の中心部側に接触するように構成した場合よりも制動面を大きくとることが可能となる。本実施形態においては、電磁石１２の励磁時に電磁石１２がフライホイール１３の外縁部に接触するように構成することによって、接触面積を増加させ制動力を大きくしている。 Further, when the electromagnet 12 is configured to come into contact with the outer peripheral side of the flywheel 13 when the electromagnet 12 is excited, the braking surface can be made larger than when the electromagnet 12 is configured to come into contact with the center side of the flywheel 13. It becomes possible. In the present embodiment, the electromagnet 12 is configured to contact the outer edge of the flywheel 13 when the electromagnet 12 is excited, thereby increasing the contact area and increasing the braking force.

上記実施形態においては、フライホイール１３全体が強磁性体材料で形成されていたが、フライホイール１３の電磁石１２に対向する部分の少なくとも一部を強磁性体材料で形成すれば制動を行うことができる。そして、それ以外の部分をその強磁性体材料よりも密度の高い材料（例えば、タングステン）で形成すれば、フライホイール１３の体積を増加させることなく、フライホイール１３の質量を増加させ、リアクションホイール１の同一回転数当たりの蓄積角運動量を大きくすることができる。 In the above embodiment, the entire flywheel 13 is made of a ferromagnetic material. However, if at least a part of the flywheel 13 facing the electromagnet 12 is made of a ferromagnetic material, braking can be performed. it can. If the other portions are made of a material having a higher density than the ferromagnetic material (for example, tungsten), the mass of the flywheel 13 is increased without increasing the volume of the flywheel 13, and the reaction wheel is increased. The accumulated angular momentum per one same rotation speed can be increased.

このような構成により、リアクションホイール装置を更に小型化することができ、上述の従来のリアクションホイール装置５が１０ｃｍ立方のサイズであるのに対して、３０ｍｍ立方以下のサイズの超小型リアクションホイール装置を実現することができた。 With such a configuration, the reaction wheel device can be further reduced in size. While the above-described conventional reaction wheel device 5 has a size of 10 cm cubic, an ultra-small reaction wheel device having a size of 30 mm cubic or less is used. Could be realized.

上記実施形態においては、リアクションホイールの数が３つで、リアクションホイールのフライホイールの回転軸線の方向が互いに直交するものであったが、フライホイールの回転軸線の方向が互いに異なるものであれば、リアクションホイールの数は２つ以上の任意の数とすることができる。 In the above embodiment, the number of reaction wheels is three, and the directions of the rotational axes of the flywheel of the reaction wheel are orthogonal to each other, but if the directions of the rotational axes of the flywheel are different from each other, The number of reaction wheels can be any number greater than or equal to two.

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係るリアクションホイール装置の斜視図である。この図７を参照して、本発明の第２の実施形態の構成及び動作原理を説明する。図７において図１〜６と対応する部分には同一の符号を付し、第１の実施形態と重複する説明は省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 7 is a perspective view of a reaction wheel device according to the second embodiment of the present invention. With reference to FIG. 7, the configuration and operation principle of the second embodiment of the present invention will be described. In FIG. 7, parts corresponding to those in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and description overlapping with the first embodiment is omitted.

本実施形態は、第１の実施形態のリアクションホイール装置に拡張用基板等の外部装置を接続可能とするものである。 In this embodiment, an external device such as an expansion board can be connected to the reaction wheel device of the first embodiment.

第１の実施形態の接続補助部材９１〜９８は、リアクションホイール装置５の筐体の各辺に沿って直交する３つの方向に延びる３つの枝部を有するものであった。これに対して、本実施形態の接続補助部材９３'、９４'、９５'、９８'、接続補助部材９１''、９２''、９６''、９７''は、更に、リアクションホイール装置５の外方の１つの方向に延びる枝部９３'ｄ、９４'ｄ、９５'ｄ、９８'ｄ、リアクションホイール装置５の外方の２つの方向に延びる枝部９１''ｄ、９２''ｄ、９６''ｄ、９７''ｄ、９１''ｅ、９２''ｅ、９６''ｅ、９７''ｅを有する。これらの枝部には雌ねじ部９３'ｆ、９４'ｆ、９５'ｆ、９８'ｆ、９１''ｆ、９２''ｆ、９６''ｆ、９７''ｆが形成されており、枝部９１''ｅ、９２''ｅ、９６''ｅ、９７''ｅに拡張用基板７がねじ止めされている。 The connection auxiliary members 91 to 98 of the first embodiment have three branches extending in three directions orthogonal to each side of the housing of the reaction wheel device 5. On the other hand, the connection auxiliary members 93 ′, 94 ′, 95 ′, 98 ′ and the connection auxiliary members 91 ″, 92 ″, 96 ″, 97 ″ of the present embodiment are further provided with the reaction wheel device 5. Branches 93′d, 94′d, 95′d, 98′d extending in one direction of the outer side, and branches 91 ″ d, 92 ″ extending in the two directions outward of the reaction wheel device 5. d, 96 "d, 97" d, 91 "e, 92" e, 96 "e, 97" e. These branch portions are formed with female thread portions 93′f, 94′f, 95′f, 98′f, 91 ″ f, 92 ″ f, 96 ″ f, and 97 ″ f. The extension board 7 is screwed to the portions 91 ″ e, 92 ″ e, 96 ″ e, 97 ″ e.

また、枝部に雌ねじ部を形成する構成に換えて雄ねじ部を形成した接続補助部材を用意すれば、雌ねじ部が形成された接続補助部材と雄ねじ部が形成された接続補助部材を予め螺合により結合させておき、これに２つのリアクションホイール装置５を接続することにより、複数のリアクションホイール装置５を相互に接続することができる。 In addition, if a connection auxiliary member having a male screw portion is prepared instead of the structure in which the female screw portion is formed in the branch portion, the connection auxiliary member having the female screw portion and the connection auxiliary member having the male screw portion are previously screwed together. It is possible to connect a plurality of reaction wheel devices 5 to each other by connecting the two reaction wheel devices 5 to each other.

このように、フレーム部を相互に接続する際に用いられる接続補助部材を、外部装置を接続可能な構成とすることにより、リアクションホイール装置に、拡張用基板や更なるリアクションホイール装置等の外部装置を取り付けることができる。 In this way, by connecting the external device to the connection auxiliary member used when connecting the frame portions to each other, the reaction wheel device can be connected to an external device such as an expansion board or a further reaction wheel device. Can be attached.

取り付ける外部装置が拡張用基板である場合、外部機器を制御することができるようになり、例えば外部機器としてスラスタやファン等の推進機構を接続すれば、１つのモジュールで姿勢制御に加えて並進制御等が可能となる。 When the external device to be attached is an expansion board, it becomes possible to control external devices. For example, if a thruster, a fan, or other propulsion mechanism is connected as an external device, translation control is performed in addition to attitude control with one module. Etc. are possible.

また、取り付ける外部装置がリアクションホイール装置である場合、複数のリアクションホイール装置を相互接続してクラスタ化することにより、発生するトルクを増加させ、目的に応じた必要なトルクを発生させることができる。また、複数軸構成の内の単軸が故障しても他の軸で依然として三軸制御が可能となるので、システムの頑強性（ロバスト性）が向上する。 Further, when the external device to be attached is a reaction wheel device, a plurality of reaction wheel devices are interconnected and clustered to increase the generated torque and generate a necessary torque according to the purpose. In addition, even if a single axis in a multi-axis configuration fails, the other axes can still perform three-axis control, so that the robustness (robustness) of the system is improved.

上記実施形態においては、外部装置を接続可能な接続補助部材は、リアクションホイール装置の筐体の頂点部に取り付けられていたが、リアクションホイール装置の筐体の辺部に取り付けてもよい。 In the above embodiment, the connection auxiliary member that can connect the external device is attached to the apex of the housing of the reaction wheel device, but may be attached to the side of the housing of the reaction wheel device.

以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施形態に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかであろう。 Although the present invention has been described above with reference to several embodiments for purposes of illustration, the present invention is not limited thereto, and forms and details are within the scope and spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made.

１、２、３リアクションホイール
１０、２０、３０フレーム
１０１第３の切欠部
１０２第４の切欠部
１０３第３の残存部
１０４第４の残存部
１０５雌ねじ部
１０６第２の貫通穴
１０７凹部
１０８穴
１０９開口部
１１板ばね
１１１第１のスリット
１１３第２のスリット
１１５穴
１１６耳部
１２電磁石
１２１第１の制動面
１２２配線
１３フライホイール（第１のフライホイール）
１３１凹部
１３３穴
１３４第２の制動面
１３５ねじ穴
１３６ねじ
１４モータ
１４１モータ本体
１４１ａ固定子部
１４１ｂ回転子部
１４３シャフト
１４４配線
１８接続部材
４リジッドフレキシブル基板
４０、４１、４２リジッド回路基板部
４０１、４１１、４２１第１の切欠部
４０２、４１２、４２２第２の切欠部
４０３、４１３、４２３第１の残存部
４０４、４１４、４２４第２の残存部
４０５、４１５、４２５第１の貫通開口部
４０５ａ、４１５ａ，４２５ａナット収容部
４０５ｂ、４１５ｂ、４２５ｂねじ収容部
４０６、４１６、５２６第１の貫通穴
４０７、４１７、４２７第５の切欠部
４０８、４１８、４２８開口部
４０９、４１９、４２９端子
４５、４６フレキシブルケーブル部
５リアクションホイール装置
５１制御ユニット
５２ＭＥＭＳセンサＩＭＵ
７拡張用基板
８０１、８０２ナット
８１１、８１２、８１３、８１４ねじ
９１、９２、９３'、９４'、９５'、９８'、９１''、９２'、'９６'、'９７'' 接続補助部材 1, 2, 3 Reaction wheel 10, 20, 30 Frame 101 Third notch portion 102 Fourth notch portion 103 Third remaining portion 104 Fourth remaining portion 105 Female thread portion 106 Second through hole 107 Recessed portion 108 Hole 109 opening 11 leaf spring 111 first slit 113 second slit 115 hole 116 ear portion 12 electromagnet 121 first braking surface 122 wiring 13 flywheel (first flywheel)
131 Recess 133 Hole 134 Second braking surface 135 Screw hole 136 Screw 14 Motor 141 Motor body 141a Stator part 141b Rotor part 143 Shaft 144 Wiring 18 Connection member 4 Rigid flexible board 40, 41, 42 Rigid circuit board part 401, 411, 421 First notch 402, 412, 422 Second notch 403, 413, 423 First remaining portion 404, 414, 424 Second remaining portion 405, 415, 425 First through opening 405a 415a, 425a Nut accommodating portion 405b, 415b, 425b Screw accommodating portion 406, 416, 526 First through hole 407, 417, 427 Fifth notch 408, 418, 428 Opening 409, 419, 429 Terminal 45, 46 Flexible cable part 5 Reaction wheel device 51 Control unit 52 MEMS sensor IMU
7 Expansion board 801, 802 Nut 811, 812, 813, 814 Screw 91, 92, 93 ', 94', 95 ', 98', 91 '', 92 ',' 96 ',' 97 '' Connection auxiliary member

Claims

A reaction wheel device in which a reaction wheel is provided in a polyhedral housing,
Each of the surfaces constituting the polyhedron is configured with a frame portion corresponding to each of the surfaces constituting the polyhedron,
A reaction wheel device in which at least two of the frame parts are constituted by at least two rigid circuit board parts of a rigid flexible board.

The rigid flexible board includes a first rigid circuit board part,
The first rigid circuit board part of the rigid flexible board has a first through opening that penetrates in the thickness direction of the first rigid circuit board part,
The first through opening has a nut housing portion extending substantially parallel to a side edge of the first rigid circuit board portion and a side edge of the first rigid circuit board portion. A screw housing portion extending orthogonally to the
A nut is accommodated in the nut accommodating portion,
At least one first frame portion adjacent to the first rigid circuit board portion is housed in the screw housing portion and the nut housing portion of the first through-opening portion of the first rigid circuit board portion. A through hole at a position aligned with the nut,
The screw inserted from the outside of the at least one first frame portion is screwed into the nut through the through hole and the screw accommodating portion, thereby the at least one first rigid circuit board portion and the The reaction wheel device according to claim 1, wherein the first frame portion is connected.

At least one rigid circuit board part of the rigid flexible board is formed with a notch that opens outwardly on a side edge thereof,
The frame part connected to the side edge where the notch is formed forms an opening between the frame part connected to the side edge where the notch is formed and the notch, Arranged to cover the open end of the notch,
The reaction according to claim 1 or 2, wherein wiring from a component provided in the housing is connected to a terminal provided on an outer surface of the at least one rigid circuit board portion through the opening. Wheel device.

At least one side edge of at least one rigid circuit board part of the rigid flexible board to which the flexible cable part of the rigid flexible board is connected is formed with a stepped notch that opens outward,
The reaction wheel device according to any one of claims 1 to 3, wherein the flexible cable portion extends from a deeper portion of the stepped cutout portion.

The reaction wheel device according to any one of claims 1 to 4, wherein a connection auxiliary member capable of connecting an external device is attached to at least one vertex or side of the polyhedron.

The reaction wheel device according to any one of claims 1 to 5, wherein the reaction wheel is provided to face the frame portion.

The reaction wheel device according to claim 6, wherein the reaction wheel is provided to face the frame portion other than the frame portion configured by the rigid flexible substrate.

The reaction wheel is
A rotating body disposed to face the frame portion;
An electromagnet disposed between the frame portion and the rotating body;
A biasing member attached to the frame portion and biasing the electromagnet toward the frame portion;
With
At least a part of the portion of the rotating body facing the electromagnet is formed of a ferromagnetic material,
The electromagnet is urged by the urging member so that the electromagnet and the rotating body are separated when the electromagnet is not excited,
The reaction wheel device according to any one of claims 1 to 7, wherein when the electromagnet is excited, the rotating body is braked by contacting the rotating body against the biasing force of the biasing member. .

A motor for rotating the rotating body is disposed between the rotating body and the frame portion;
The reaction wheel device according to claim 8, wherein wiring from the motor is drawn out between the biasing member and the frame portion.

The reaction wheel device according to claim 1, wherein the polyhedron is a hexahedron.

The reaction wheel device according to any one of claims 3 to 10, wherein the component provided in the housing is an electromagnet of the reaction wheel.