JP3940736B2 - Flywheel - Google Patents
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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。 The present invention relates to a flywheel for performing reaction control by applying reaction torque to an artificial satellite.
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。 A flywheel is mounted on an artificial satellite and requires stable rotation in order to reduce attitude fluctuation due to disturbance and change the attitude of the satellite by reaction torque (output torque).
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。 If the rotation of the flywheel is not stable, disturbances that occur will reduce the performance of observation equipment onboard the satellite. In order to reduce this generated disturbance, it is necessary to finely adjust the balance of the rotor.
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。
Conventional fine adjustment will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating the flywheel. In FIG. 3, 301 is a flywheel, 302 is a rotating mass, 303 is a shaft, 304 is a motor rotor, 305 is a motor stator, 306 is an upper housing, 307 is a lower housing, 308 is a fixed bearing, 309 is a free bearing, 310 is a weight balance adjusting screw, and 311 is a housing sealing mechanism.
The weight
A brushless DC motor is formed by the
During the test, the rotating
The tester releases the sealing of the
After this adjustment, the rotating
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(gcm2)
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=mrdω2
SB=mrω2
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。
However, in order to repeat such measurement and adjustment, the sealing of the
For example, the adjustment results are as follows for static balance (SB) and dynamic balance (DB).
SB = 0.24 (gcm)
DB = 4.6 (gcm 2 )
Here, as shown in FIG. 4, the radius of the rotating
DB = mrdω 2
SB = mrω 2
It is.
The predetermined reference position of the rotating
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。 The problem to be solved by the present invention is to provide a flywheel capable of improving adjustment accuracy without reassembly during fine adjustment.
上記課題を解決するため請求項1に係る封止構造のフライホイールは、シャフトを中心に回転するローテイティングマスと、ハウジング封止機構を備えて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所定の角度間隔で同一角度位置において前記シャフト方向に2個ずつ設けられるバランス調整ネジ部材を備え、前記ハウジング側面にバランス調整ネジ部材が対向することができるようにシャフト方向に2個ずつのバランス調整用穴を設け、当該穴に封止部材により封止したものである。
In order to solve the above problems, a flywheel having a sealing structure according to
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。 The flywheel of the present invention is provided with a balance adjustment hole on the side of the housing, and the balance adjusting member of the rotating mass can be moved through this hole, so there is no need to assemble the housing at the time of fine adjustment. Can be increased.
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。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of the device according to the present invention, wherein 101 is a flywheel, 102 is a rotating mass, 103 is a shaft, 104 is a motor rotor, 105 is a motor stator, 106 is an upper housing, and 107 is lower. The housing 108 is a fixed bearing, 109 is a free bearing, 110 is a weight balance adjustment screw, 111 is a housing sealing mechanism, 112 is a balance adjustment hole, and 113 is a seal for the
In the present invention, the
In the present invention, the
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。
In a state where the
The driving of the brushless DC motor is stopped, and from the determination result, the weight
After this adjustment, the brushless DC motor is driven, and the shake of the
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(gcm2)
In the process of this adjustment, the
For example, the adjustment results were as follows for static balance (SB) and dynamic balance (DB).
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。
When the
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。
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