JP2766745B2 - コントロールモーメントジャイロ - Google Patents
コントロールモーメントジャイロInfo
- Publication number
- JP2766745B2 JP2766745B2 JP21856791A JP21856791A JP2766745B2 JP 2766745 B2 JP2766745 B2 JP 2766745B2 JP 21856791 A JP21856791 A JP 21856791A JP 21856791 A JP21856791 A JP 21856791A JP 2766745 B2 JP2766745 B2 JP 2766745B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spherical
- axis
- gimbal
- magnetic pole
- control moment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多自由度モータを利用
したコントロールモーメントジャイロ（以下ＣＭＧとい
う）に関する。
したコントロールモーメントジャイロ（以下ＣＭＧとい
う）に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＣＭＧにおいては、図６に示すよ
うに制御器１３が接続されたスピンモータ０１によりψ
軸まわりに高速回転するフライホイール０２をジンバル
０３で支持し、このジンバル０３を制御器１３が接続さ
れたジンバル駆動用モータ０４でθ軸まわりに回転さ
せ、ジャイロ効果によりφ軸まわりのトルクを得、これ
らを複数個配置することにより、任意空間の姿勢制御を
行っていた。
うに制御器１３が接続されたスピンモータ０１によりψ
軸まわりに高速回転するフライホイール０２をジンバル
０３で支持し、このジンバル０３を制御器１３が接続さ
れたジンバル駆動用モータ０４でθ軸まわりに回転さ
せ、ジャイロ効果によりφ軸まわりのトルクを得、これ
らを複数個配置することにより、任意空間の姿勢制御を
行っていた。
【０００３】上記従来のＣＭＧの作用は以下の通りであ
る。即ち、スピンモータ０１により、フライホイール０
２をψ軸まわりに一定速度で回転させ、ψ軸まわりの角
運動量Ｈを発生させる。更に、ジンバル０３をθ軸まわ
りにある速度で回転させ、θ軸まわりの回転速度ベクト
ルωを発生させる。この結果、ジャイロ効果により、φ
軸まわりにＴ＝Ｈ×ωなるトルクが発生するため、上記
ＣＭＧはこのトルクを利用し、任意空間における姿勢制
御を行なう。
る。即ち、スピンモータ０１により、フライホイール０
２をψ軸まわりに一定速度で回転させ、ψ軸まわりの角
運動量Ｈを発生させる。更に、ジンバル０３をθ軸まわ
りにある速度で回転させ、θ軸まわりの回転速度ベクト
ルωを発生させる。この結果、ジャイロ効果により、φ
軸まわりにＴ＝Ｈ×ωなるトルクが発生するため、上記
ＣＭＧはこのトルクを利用し、任意空間における姿勢制
御を行なう。
【０００４】なお、制御器１３は、外部指令に基づきス
ピンモータ０１及びジンバル駆動用モータ０４の回転を
制御するものであり、０５は軸受でフライホイール０２
又はジンバル０３の回転軸を支持している。
ピンモータ０１及びジンバル駆動用モータ０４の回転を
制御するものであり、０５は軸受でフライホイール０２
又はジンバル０３の回転軸を支持している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のＣＭＧにおいて
は、フライホイールを回転するためのスピンモータとジ
ンバルを駆動するためのモータを別構成品としているた
め、次の課題があった。 （１）構成品の配置、構造が複雑となる。 （２）電動機の台数（２台）に対応する制御器が必要で
ある。 （３）従って、ＣＭＧの小型化、高信頼性化、簡素化は
困難である。
は、フライホイールを回転するためのスピンモータとジ
ンバルを駆動するためのモータを別構成品としているた
め、次の課題があった。 （１）構成品の配置、構造が複雑となる。 （２）電動機の台数（２台）に対応する制御器が必要で
ある。 （３）従って、ＣＭＧの小型化、高信頼性化、簡素化は
困難である。
【０００６】本発明は上記の課題を解決しようとするも
のである。
のである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のコントロールモ
ーメントジャイロは、それぞれ互いに隣り合う磁極の極
性が異なる複数個の磁極要素がその外表面に格子状に配
設されフライホイールを形成する真球状の球面ロータ、
同球面ロータの外表面に沿って設けられ上記磁極要素に
対向する複数個の電磁石がその内面側に配設されジンバ
ルを形成する球面ステータ、同球面ステータと上記球面
ロータの間に形成された静圧軸受、および上記球面ステ
ータの電磁石が接続された制御器を備えたことを特徴と
している。
ーメントジャイロは、それぞれ互いに隣り合う磁極の極
性が異なる複数個の磁極要素がその外表面に格子状に配
設されフライホイールを形成する真球状の球面ロータ、
同球面ロータの外表面に沿って設けられ上記磁極要素に
対向する複数個の電磁石がその内面側に配設されジンバ
ルを形成する球面ステータ、同球面ステータと上記球面
ロータの間に形成された静圧軸受、および上記球面ステ
ータの電磁石が接続された制御器を備えたことを特徴と
している。
【０００８】
【作用】上記において、制御器は指令信号を入力する
と、球面ステータのそれぞれの電磁石に電流を供給して
電磁力を発生させ、この電磁力は球面ロータの磁極要素
に作用する。
と、球面ステータのそれぞれの電磁石に電流を供給して
電磁力を発生させ、この電磁力は球面ロータの磁極要素
に作用する。
【０００９】上記電磁力が磁極要素に作用すると、球面
ロータをフライホイールとして第１の軸まわりに一定速
度で回転させて第１の軸まわりの角運動量Ｈを発生さ
せ、また、第１の軸と直交する第２の軸まわりにある速
度で回転させて第２の軸まわりの回転速度ベクトルωを
発生させる。この結果、ジャイロ効果により、第１及び
第２の軸と直交する第３の軸まわりにＴ＝Ｈ×ωなるト
ルクが発生する。
ロータをフライホイールとして第１の軸まわりに一定速
度で回転させて第１の軸まわりの角運動量Ｈを発生さ
せ、また、第１の軸と直交する第２の軸まわりにある速
度で回転させて第２の軸まわりの回転速度ベクトルωを
発生させる。この結果、ジャイロ効果により、第１及び
第２の軸と直交する第３の軸まわりにＴ＝Ｈ×ωなるト
ルクが発生する。
【００１０】上記により、多自由度モータでフライホイ
ール回転用のスピンモータとジンバル駆動用モータの共
用化を図ることができるため、従来のＣＭＧに比べて、
装置の小型化、高信頼性化、簡素化が可能となる。
ール回転用のスピンモータとジンバル駆動用モータの共
用化を図ることができるため、従来のＣＭＧに比べて、
装置の小型化、高信頼性化、簡素化が可能となる。
【００１１】
【実施例】本発明の一実施例のＣＭＧを図１乃至図５に
示す。図１において、６は球面ロータでフライホイール
を兼ねている。この球面ロータ６は図２に示すように中
空真球形状であり、その外表面上には図３に示すように
永久磁石または電磁石からなる磁極要素７が格子状に配
置され、かつそれぞれ隣り合う磁極要素７の磁極の極性
が異なるように配置されている。たヾし、図４に示すよ
うに互いに隣り合う磁極要素７の磁性が異なるような配
置が不可能となる球面ロータ６の極部分は除く。
示す。図１において、６は球面ロータでフライホイール
を兼ねている。この球面ロータ６は図２に示すように中
空真球形状であり、その外表面上には図３に示すように
永久磁石または電磁石からなる磁極要素７が格子状に配
置され、かつそれぞれ隣り合う磁極要素７の磁極の極性
が異なるように配置されている。たヾし、図４に示すよ
うに互いに隣り合う磁極要素７の磁性が異なるような配
置が不可能となる球面ロータ６の極部分は除く。
【００１２】８は上記球面ロータ６の外側に設けられた
球面ステータでジンバルを兼ねている。この球面ステー
タ８の上記球面ロータ６の外表面と対向する内側の面に
は図５に示すように電磁石９が格子状で、かつ球面状に
配置されている。
球面ステータでジンバルを兼ねている。この球面ステー
タ８の上記球面ロータ６の外表面と対向する内側の面に
は図５に示すように電磁石９が格子状で、かつ球面状に
配置されている。
【００１３】また、上記球面ステータ８には、球面ロー
タ６の位置（ψ、θ位置）を検出する位置検出器兼角速
度検出器１０が装着されている。１１は球面ロータの回
転方向をψ、θ軸まわりに限定するロータリガイドであ
り、球面ステータ兼ジンバル８に固定されている。
タ６の位置（ψ、θ位置）を検出する位置検出器兼角速
度検出器１０が装着されている。１１は球面ロータの回
転方向をψ、θ軸まわりに限定するロータリガイドであ
り、球面ステータ兼ジンバル８に固定されている。
【００１４】１２は制御器であり、外部又は内部の指令
信号及び位置検出器兼角速度検出器１０からのフィード
バック信号に基づき、球面ロータ６が所定の位置又は速
度となるように電磁石９の通電を制御する。
信号及び位置検出器兼角速度検出器１０からのフィード
バック信号に基づき、球面ロータ６が所定の位置又は速
度となるように電磁石９の通電を制御する。
【００１５】また、球面ロータ６と球面ステータ８との
すき間には静圧軸受が形成され、球面ロータ６の任意回
転を許容している。
すき間には静圧軸受が形成され、球面ロータ６の任意回
転を許容している。
【００１６】上記において、制御器１２は外部又は内部
の指令信号を入力するとともに、位置検出器兼速度検出
器１０より球面ロータの位置（ψ、θ位置）信号を入力
しながら球面ステータ８のそれぞれの電磁石９に電流を
供給して、電磁力を発生させる。
の指令信号を入力するとともに、位置検出器兼速度検出
器１０より球面ロータの位置（ψ、θ位置）信号を入力
しながら球面ステータ８のそれぞれの電磁石９に電流を
供給して、電磁力を発生させる。
【００１７】上記それぞれの電磁石９が発生した電磁力
は、球面ロータ８の磁極要素７と作用し、球面ロータ６
をフライホイールとしてψ軸まわりに一定速度で回転さ
せ、ψ軸まわりの角運動量Ｈを発生させ、また、θ軸ま
わりにある速度で回転させてθ軸まわりの回転速度ベク
トルωを発生させる。
は、球面ロータ８の磁極要素７と作用し、球面ロータ６
をフライホイールとしてψ軸まわりに一定速度で回転さ
せ、ψ軸まわりの角運動量Ｈを発生させ、また、θ軸ま
わりにある速度で回転させてθ軸まわりの回転速度ベク
トルωを発生させる。
【００１８】この結果、ジャイロ効果により、φ軸まわ
りにＴ＝Ｈ×ωなるトルクが発生し、本実施例のコント
ロールモーメントジャイロはこのトルクを利用して任意
空間における姿勢制御を行う。
りにＴ＝Ｈ×ωなるトルクが発生し、本実施例のコント
ロールモーメントジャイロはこのトルクを利用して任意
空間における姿勢制御を行う。
【００１９】上記により、多自由度モータでフライホイ
ール回転用のスピンモータとジンバル駆動用モータの共
用化が図れるため、従来のＣＭＧに比べて、小型化、高
信頼性化、簡素化が可能となった。
ール回転用のスピンモータとジンバル駆動用モータの共
用化が図れるため、従来のＣＭＧに比べて、小型化、高
信頼性化、簡素化が可能となった。
【００２０】
【発明の効果】本発明のコントロールモーメントジャイ
ロは、球面ステータの内面側に複数個の電磁石を配設し
て制御器より電流を供給し、この電磁石が発生した電磁
力が球面ロータの外表面に設けられた複数個の磁極要素
に作用して球面ロータに回転力を与えるものとすること
により、多自由度モータを形成し、この多自由度モータ
でフライホイール回転用のスピンモータとジンバル駆動
用モータの共用化を図ることができるため、従来のＣＭ
Ｇに比べて、装置の小型化、高信頼性化、簡素化が可能
となる。
ロは、球面ステータの内面側に複数個の電磁石を配設し
て制御器より電流を供給し、この電磁石が発生した電磁
力が球面ロータの外表面に設けられた複数個の磁極要素
に作用して球面ロータに回転力を与えるものとすること
により、多自由度モータを形成し、この多自由度モータ
でフライホイール回転用のスピンモータとジンバル駆動
用モータの共用化を図ることができるため、従来のＣＭ
Ｇに比べて、装置の小型化、高信頼性化、簡素化が可能
となる。
【図１】本発明の一実施例に係るＣＭＧの説明図であ
る。
る。
【図２】上記一実施例に係る球面ロータの断面図であ
る。
る。
【図３】上記一実施例に係る球面ロータの磁極要素の配
置図である。
置図である。
【図４】上記一実施例に係る球面ロータの極部分の状態
の説明図である。
の説明図である。
【図５】上記一実施例に係る球面ステータの説明図であ
る。
る。
【図６】従来の装置の説明図である。
６ 球面ロータ ７ 磁極要素 ８ 球面ステータ ９ 電磁石 １０ 位置検出器兼角速度検出器 １１ ロータリガイド １２ 制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−73808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−245914（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−501569（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01C 19/04 - 19/24
Claims (1)
- 【請求項１】 それぞれ互いに隣り合う磁極の極性が異
なる複数個の磁極要素がその外表面に格子状に配設され
フライホイールを形成する真球状の球面ロータ、同球面
ロータの外表面に沿って設けられ上記磁極要素に対向す
る複数個の電磁石がその内面側に配設されジンバルを形
成する球面ステータ、同球面ステータと上記球面ロータ
の間に形成された静圧軸受、および上記球面ステータの
電磁石が接続された制御器を備えたことを特徴とするコ
ントロールモーメントジャイロ。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21856791A JP2766745B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | コントロールモーメントジャイロ |
| EP92111921A EP0526774B1 (en) | 1991-07-31 | 1992-07-13 | Electric motor having a spherical rotor and its application apparatus |
| DE69209187T DE69209187T2 (de) | 1991-07-31 | 1992-07-13 | Elektrischer Motor mit einem sphärischen Läufer und seine Anwendungsvorrichtung |
| US07/922,836 US5413010A (en) | 1991-07-31 | 1992-07-31 | Electric motor having a spherical rotor and its application apparatus |
| US08/356,645 US5476018A (en) | 1991-07-31 | 1994-12-15 | Control moment gyro having spherical rotor with permanent magnets |
| US08/357,023 US5542762A (en) | 1991-07-31 | 1994-12-15 | Agitator powered by electric motor having a spherical rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21856791A JP2766745B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | コントロールモーメントジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0552568A JPH0552568A (ja) | 1993-03-02 |
| JP2766745B2 true JP2766745B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=16721969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21856791A Expired - Lifetime JP2766745B2 (ja) | 1991-07-31 | 1991-08-29 | コントロールモーメントジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2766745B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4831682B2 (ja) * | 2006-10-05 | 2011-12-07 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 球面ステッピングモータ |
| JP5931499B2 (ja) * | 2012-02-22 | 2016-06-08 | サンケン電気株式会社 | フライホイール装置、および、それを備えたエネルギー貯蔵装置 |
| US10118716B2 (en) * | 2016-07-12 | 2018-11-06 | Honeywell International Inc. | Spin and tilt control of a multi-degree of freedom electromagnetic machine |
| CN108333944B (zh) * | 2018-02-27 | 2020-05-15 | 北京控制工程研究所 | 基于框架角自适应调整的cmg操纵方法及系统 |
| CN109552669A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-04-02 | 上海交通大学 | 基于磁流体动力学卫星姿态控制执行机构的环形电磁结构 |
-
1991
- 1991-08-29 JP JP21856791A patent/JP2766745B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0552568A (ja) | 1993-03-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980310 |