JP5357558B2

JP5357558B2 - コントロールモーメントジャイロ

Info

Publication number: JP5357558B2
Application number: JP2009024917A
Authority: JP
Inventors: デニス・ウェイン・スミス; ポール・バチェル; カルロス・ジェイ・スティーヴンス; スティーヴン・エドワード・フィスク
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2008-02-11
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: US7997157B2; EP2088080B1; JP2009186477A; EP2088080A1; US20090200428A1

Description

本発明は、一般に、回転装置に関し、より詳細には、大内径ジンバル軸受を有するステータアセンブリを備えるコントロールモーメントジャイロに関する。

コントロールモーメントジャイロ（ＣＭＧ）は、通常、衛星姿勢制御システムに用いられている。一般的なＣＭＧは、内部ジンバルアセンブリ（ＩＧＡ）を支持するハウジングを備え得る。ＩＧＡは、シャフトに結合された慣性要素（たとえば回転リングまたは円筒）を備えるロータを有する。スピン軸受が、シャフトの回転運動を容易にするためにシャフト両端周りに配置され、そのシャフトはスピンモータによってスピン軸周りに回転させることができる。ＩＧＡは、ＣＭＧハウジングの第１の端部に装着されたトルクモジュールアセンブリ（ＴＭＡ）によってジンバル軸周りに回転させることができる。ＩＧＡの回転運動を容易にするために、ＩＧＡとＣＭＧとの間にジンバル軸受が配置されている。また、信号モジュールアセンブリ（ＳＭＡ）を、ＴＭＡとは反対側のＣＭＧハウジングの第２の部分に装着することにより、電気信号および電力をＩＧＡに送ることができる。ＣＭＧはまた、ＩＧＡの回転速度および回転位置を求めるのに適した多くのセンサ（たとえば、エンコーダ、リゾルバ、タコメータなど）を備え得る。最後に、宇宙機インターフェース（たとえば、複数のボルト穴）がＣＭＧハウジングの外面に設けられ、それにより、ＣＭＧを人工衛星などの親宇宙機に装着する（たとえばボルト締めする）ことができる。

親宇宙機に所望のトルクを加えるために、ＴＭＡが、ＩＧＡ、したがってスピニングロータをジンバル軸周りに回転させる。スピニングロータは、十分な質量をもち、ロータがその回転面から外れた運動をするとスピン軸およびジンバル軸に直交する出力軸周りに有為なトルクを発生する速度で回転する。このトルクが、ＩＧＡハウジングおよびＣＭＧハウジングの両方を通るロータ−宇宙機負荷経路に沿って、ＣＭＧロータから宇宙機へ伝達される。同様に、摩擦の結果としてスピン軸受で発生した熱も、やはり、ロータ−宇宙機負荷経路に沿って宇宙機へ伝導され得る。

上記のタイプのＣＭＧは、極めて巧みに設計されてきており、宇宙機の姿勢制御システム内で使用するのに十分に適合している。それにもかかわらず、従来のＣＭＧは、しばしば、比較的長く非効率的なロータ−宇宙機負荷経路を備える。上記で指摘したように、ロータ−宇宙機負荷経路の大部分がＩＧＡハウジングおよびＣＭＧハウジングを通る。ＩＧＡハウジングは、通常、薄肉で撓みやすく、したがって、宇宙機へのトルクの伝達および熱の伝導には比較的不適切である。ＩＧＡハウジングを強化するいくつかの対策を取ることができるが（たとえばハウジングの壁を厚くし、またはハウジングにリブを設ける）、これらの対策はＣＭＧに過剰な重量を増す。さらに、ＴＭＡとＳＭＡとがＩＧＡハウジングの両端に装着されているので、ＩＧＡがジンバル軸周りに回転させられると、ＩＧＡハウジングおよび他のＣＭＧの構成部品に望ましくない捩りが発生する。

上記を考慮すると、上記で指摘した短所を克服するＣＭＧを提供することが望ましいことが理解されよう。特に、そのようなＣＭＧが、比較的小型で軽量な外皮に、効率的なロータ−宇宙機負荷経路（すなわち、比較的短く強固なトルク伝達経路および効率的な熱伝導経路）を形成すれば、利点となる。そのようなＣＭＧが、上記のジンバル運動中のＣＭＧ構成要素の撓みを最小限に抑え、または無くするように設計されていることがやはり望ましい。最後に、そのようなＣＭＧが容易に拡大縮小できることが望ましい。本発明の他の望ましい特徴および特性は、添付図面および上記背景技術と併せて以下の本発明の詳細な説明および添付特許請求の範囲から明らかになるであろう。

宇宙機に配備するためのコントロールモーメントジャイロ（ＣＭＧ）が提供される。ＣＭＧは、ＩＧＡハウジングと、ＩＧＡハウジングに回転可能に結合されたロータと、ＩＧＡハウジングに結合され、ロータをスピン軸の周りに回転させるように構成されたスピンモータとを備える内部ジンバルアセンブリ（ＩＧＡ）を備える。ＣＭＧは、（ｉ）ＩＧＡハウジングに回転可能に結合されたステータアセンブリハウジングと、（ｉｉ）ステータアセンブリハウジングに結合され、ＩＧＡをジンバル軸の周りに回転させるように構成されたトルクモジュールアセンブリとを備えるステータアセンブリをさらに備える。ジンバル軸受がＩＧＡハウジングとステータアセンブリハウジングとの間に配置されている。ジンバル軸受は、スピン軸との距離がトルクモジュールアセンブリとの距離より近くなるように、スピン軸とトルクモジュールアセンブリとの間に位置する。

また、ロータに回転可能に結合された第１の端部と、第１の端部に実質的に対向する第２の端部とを有するＩＧＡハウジングを備える内部ジンバルアセンブリ（ＩＧＡ）を支持するために、ステータアセンブリが設けられている。ステータアセンブリは、（ｉ）ＩＧＡハウジングに回転可能に結合されたステータアセンブリハウジング、および、（ｉｉ）ステータアセンブリハウジングに装着され、ＩＧＡにトルクを加えるように構成されたトルクモジュールアセンブリを備える。トルクモジュールアセンブリは、ＩＧＡハウジングの第２の端部に近接して配置されている。ジンバル軸受がステータアセンブリハウジングとＩＧＡとの間に配置されている。ジンバル軸受は、ＩＧＡハウジングの第２の端部よりは第１の端部の近くに位置している。

本発明の少なくとも１つの例が、添付図面に即して以下に説明される。添付図面では、同じ番号は同じ要素を示す。

比較的長く非効率的なロータ−宇宙機負荷経路を有する従来のコントロールモーメントジャイロの断面図である。第１の例示的実施形態による、比較的短く効率的なロータ−宇宙機負荷経路を有するコントロールモーメントジャイロの断面図である。第１の例示的実施形態による、比較的短く効率的なロータ−宇宙機負荷経路を有するコントロールモーメントジャイロの分解組立図である。図２および３に示されたコントロールモーメントジャイロを親宇宙機に装着するのに使用され得る例示的装着構造体を示す斜視図である。第２の例示的実施形態によるコントロールモーメントジャイロの分解組立図である。

以下の実施形態の詳細な説明は、本質的に単に例示的なものであり、本発明、または本発明の用途および用法を限定するものではない。さらに、前述の背景技術、または以下の実施形態の詳細な説明に示された理論によって拘束されるものでもない。

以下の説明では、例示的信号モジュールアセンブリ（ＳＭＡ）および例示的トルクモジュールアセンブリ（ＴＭＡ）に言及される。信号モジュールアセンブリはまた、「センサ」モジュールアセンブリと呼ばれることもあり、トルクモジュールアセンブリはまた、トルク「モータ」アセンブリと呼ばれることもあることに留意されたい。使用される特定の用語に関係なく、信号モジュールアセンブリは、電気信号および／または電力を回転境界面を越えて伝達するように適合された物体または装置（たとえばスリップリングアセンブリ）を備え得る。同様に、トルクモジュールアセンブリまたはトルクモータアセンブリは、回転体にトルクを加えるのに適した装置またはシステム（たとえば２路式歯車列と組み合わされた電磁モータ）を備え得る。ＴＭＡは、位置センサおよび／または速度センサ（たとえば、エンコーダ、リゾルバ、タコメータなど）を有することもあり有さないこともある。

図１は、人工衛星などの宇宙機に装備するのに適した従来のコントロールモーメントジャイロ（ＣＭＧ）２０の断面図である。ＣＭＧ２０は、内部ジンバルアセンブリ（ＩＧＡ）２４が回転可能に装着されたＣＭＧハウジング２２を備える。信号モジュールアセンブリ（ＳＭＡ）２８およびトルクモジュールアセンブリ（ＴＭＡ）３０がＣＭＧハウジング２２の両端部に装着され、それにより、ＩＧＡ２４がＳＭＡ２８とＴＭＡ３０との間に配置されるようになる。ＩＧＡ２４はロータアセンブリを備え、そのロータアセンブリはロータ３２を備える。ロータ３２は、ロータ殻４４によってシャフト３６に結合された慣性要素３４（たとえば回転リングまたは円筒）を備える。シャフト３６は、第１および第２の両方の端部を有し、そのそれぞれが、ＩＧＡハウジング２６に設けられたそれぞれ異なる円環で受けられる。ロータ３２の回転運動を容易にするために、スピン軸受３８（たとえば浮動組合せ軸受カートリッジまたは固定組合せ軸受カートリッジ）が、各円環内に設けられ、シャフト端部周りに配置されている。また、スピンモータ４０が、シャフトの下側端部周りに配置され、付勢されると、ロータ３２にトルクを加えてロータ３２をスピン軸４２周りに回転させる。

ＴＭＡ３０は、ＩＧＡ２４をジンバル軸４８周りに選択的に回転させることができる少なくとも１つの電磁モータ４６を備える。電磁モータ４６に加えて、ＴＭＡ３０はまた、他のタイプの構成要素（たとえば、歯車列、位置センサ、速度センサなど）を備え得るが、それら構成要素は当分野では標準的なものであり、簡潔化のために本明細書では説明しない。ＩＧＡ２４の回転運動を容易にするために、ＣＭＧハウジング２２とＩＧＡ２４との間に第１および第２のジンバル軸受５０が配置されている。軸受５０はそれぞれ、たとえば、所定の固定力を軸受カートリッジに加える外側スリーブ内に配置された組合せ軸受カートリッジの形態を取ることができる。

ＣＭＧ２０を宇宙機に搭載できるようにするために、宇宙機インターフェース５２が、ＣＭＧハウジング２２の外側に設けられている。宇宙機インターフェース５２は、たとえば、複数のボルト穴がそれを貫通する環状構造体を備え得、その環状構造体が宇宙機の壁に直接ボルト締めされ、または宇宙機にさらに取り付けられる装着構造体にボルト締めされ得る。ＣＭＧ２０の作動中は、ＴＭＡ３０が、ＩＧＡ２４をジンバル軸４８周りに選択的に回転させて、ロータ３２の各運動量を調節し、それにより、ジャイロスコープトルクを親宇宙機に加える。これが行われると、トルクが、本明細書では直接的ロータ−宇宙機負荷経路と呼ばれる経路に沿って、ロータ３２から宇宙機へ伝達される。さらに、スピン軸受３８で発生した過度の熱は、ロータ−宇宙機経路を通ってスピン軸受３８から宇宙機へ取り去られる。図１では、ロータ−宇宙機負荷経路５４の一部分が点線によって示されている。見て分かるように、ロータ−宇宙機伝達経路５４の図示された部分は、ロータ３２から、スピン軸受３８を介し、ＩＧＡハウジング２６を介し、ジンバル軸受５０を介し、ＣＭＧハウジング２２を介し、最終的に宇宙機インターフェース５２へと通る。

さらに図１を参照すると、ロータ−宇宙機伝達経路５４は、比較的長く、経路５４の大部分が、比較的薄肉で撓みやすいＩＧＡハウジング２６を通過することが指摘されよう。これらの理由で、ＣＭＧ２０は、ロータ３２から宇宙機インターフェース５２へトルクを伝達し熱を伝導するには比較的不適切な経路を形成する。さらに、ＴＭＡ３０とＳＭＡ２８とがＣＭＧハウジング２２の両端に装着されているので、ＩＧＡ２４がジンバル軸４８周りに回転させられると、ＩＧＡハウジング２６および他のＣＭＧ２０の構成部品に望ましくない捩り運動が加えられ得る。これらの短所を克服する改良されたＣＭＧの例示的実施形態が、図２および３に即して次に説明される。

図２および３はそれぞれ、例示的実施形態による大内径ジンバル軸受を備えるＣＭＧ６０の断面図および分解組立図である。ＣＭＧ６０は、２つの主アセンブリ、すなわち（１）ステータアセンブリ６２、および（２）内部ジンバルアセンブリ（ＩＧＡ）６４を備える。ＩＧＡ６４は、ステータアセンブリ６２とＩＧＡ６４との間に介在するジンバル軸受アセンブリ６６（図３に番号標示されている）を備える。図示の例示的実施形態では、ジンバル軸受アセンブリ６６は、第１と第２のジンバル軸受固定具７０間に配置された環状ジンバル軸受６８を備える。図２および３では、ジンバル軸受６８は、内輪と外輪との間に捕捉された２列の転動要素（たとえば軸受玉）を有する組合せ軸受対として示されている。この例にかかわらず、ジンバル軸受アセンブリ６６、具体的にはジンバル軸受６８は、ＩＧＡ６４の回転を容易にするのに適したいかなる物体または装置の形態を取ってもよい。図２および３を図１と比較することによって分かるように、ジンバル軸受６８は、どちらのジンバル軸受５０（図１）よりも著しく大きく、したがって、ジンバル軸受６８は、大内径軸受とみなしてよい。そのような大内径軸受を受け入れるようにステータアセンブリ６２およびＩＧＡ６４を設計することによって、以下に詳細に説明するように、ロータ−宇宙機負荷経路の長さを著しく減少させることが可能になる。

ＩＧＡ６４は、ロータアセンブリ７４を支持する内部ジンバルアセンブリ（ＩＧＡ）ハウジング７２を備える。ＩＧＡハウジング７２の個々の形状および構成は各実施形態間で当然変化するが、図示された例では、ＩＧＡハウジング７２は、外側に延出してロータアセンブリ７４の両端部に係合する２つのアーム７５を有する実質的に半球体の形態を取る。ロータアセンブリ７４は、図１に即して上記に説明したＩＧＡ２４のロータアセンブリと同様であり、図２に示すように、ロータアセンブリ７４は、ロータ殻８４によってシャフト８０に結合された慣性要素７８（たとえば、回転リングまたは円筒）を有するロータ７６を備える。

ＩＧＡ６４は、さらにスピンモータ８６を備え、そのスピンモータ８６はシャフト８０の上端部周りに配置され得る。付勢されると、スピンモータ８６は、ロータ７６をスピン軸８８の周りに回転させる。また、２つのスピン軸受９０が、シャフト８０の両端部周りに配置されている。図２に示された例示的実施形態では、スピン軸受９０は、組合せ軸受対として示されているが、ジンバル軸受６８の場合と同様に、スピン軸受９０は、ロータ７６の回転を容易にするのに適したいかなる物体または装置の形態を取ってもよい。ＩＧＡ６４はまた、調整ダイアフラム９１（図２に示す）、スピン軸受給油装置９２（図３に示す）、速度センサなど、当業界では標準的であり簡素化のために本明細書では説明しない様々な他の構成要素を備え得る。

ステータアセンブリ６２は、トルクモジュールアセンブリ（ＴＭＡ）９８および信号モジュールアセンブリ（ＳＭＡ）１００が結合された（たとえば、ＴＭＡ９８はステータアセンブリハウジング９６に装着され得、ＳＭＡ１００はＴＭＡ９８に装着され得る）ステータアセンブリハウジング９６を備える。上記のＣＭＧ２０（図１）に用いられたＴＭＡが行ったように、ＴＭＡ９８は、ＩＧＡ６４をジンバル軸１０２周りに選択的に回転させるように作用する。ただし、上記のＣＭＧとは対照的に、ＴＭＡ９８は、ＳＭＡ１００に隣接して配置されている（すなわち、ＴＭＡ９８はＳＭＡ１００とＩＧＡ６４との間に介在する）。図２に示すように、ＴＭＡ９８は、歯車列１０６（たとえば、２路式歯車列）を介して回転出力シャフト１０４に結合されたモータ（図示せず）を備える。ただし、ＴＭＡ９８は、トルクをＩＧＡ６４に加えるのに適したいかなる形態を取ってもよく、ハーモニック・アンド・トラクション駆動（ｈａｒｍｏｎｉｃａｎｄｔｒａｃｔｉｏｎｄｒｉｖｅ）構成を含めて、他の駆動構成を備えることができる。所望なら、ＩＧＡ６４の位置および／または速度を感知するために、位置および／または速度センサ（たとえば、回転エンコーダ、リゾルバ、タコメータなど）もまたＴＭＡ９８に組み込むことができる。それに加えて、またはその代わりに、位置および／または速度センサをステータアセンブリハウジング９６内の別の位置に配置することもできる。たとえば、図２および３に示すように、回転エンコーダ１０８を、ＴＭＡ９８とＩＧＡハウジング７２との間で、ステータアセンブリハウジング９６に装着することができる。

ＳＭＡ１００は、回転境界面を越えて信号および電力を伝送することができるスリップリングアセンブリ１１０または他の装置を備え（図２）、その装置からケーブル束１１２または他のその種の導体が延出する。詳細には、ケーブル束１１２は、ＴＭＡ９８を貫通して設けられた長手方向チャネル１１４（図２）を通って延出してＩＧＡ６４に接続する。ＳＭＡ１００によって、電気信号および電力を回転境界面を越えて伝達し、ＩＧＡ６４に組み込まれているスピンモータ８６、加熱器（図示せず）、および他の全ての電気的構成要素に供給することが可能になる。ＳＭＡ１００およびＴＭＡ９８をこのように構成することによって、重量および収納容積の著しい低減が達成される。さらに、ＴＭＡとＳＭＡとがステータアセンブリハウジングの両端部内に装着されているＣＭＧとは対照的に、ＩＧＡ６４がジンバル軸１０２周りに回転させられるとき、ＣＭＧ６０が曲げ力を受けることは殆どない。

図２および３に示された例示的実施形態では、ステータアセンブリ６２はステータカバー１１６を備える。ステータアセンブリハウジング９６に結合されると、ステータカバー１１６は、ＩＧＡ６４を封止的に囲い込む。ステータカバー１１６によって、ＣＭＧ６０の地上試験に際し、ステータアセンブリ６２内に真空に近い状態を作り出すことが可能になる。あるいは、ステータカバーは、ＩＧＡハウジング７２を覆うように配置されて、同様にＩＧＡ６４を囲い込むことができる。もちろん、ステータカバー１１６は、ＣＭＧ６０が宇宙空間に配備されたときその作動に必要ではない。したがって、代替実施形態では、ＣＭＧ６０がステータカバー１１６を備えていないこともある。ただし、備えられた場合に、ステータカバー１１６は、ＣＭＧ６０の構成要素を付け加えて支持する必要はなく、ステータカバー１１６は、トルクを伝達し、または熱を伝導する経路を形成する必要もない。したがって、ステータカバー１１６を、比較的薄肉で、完全な半球形またはそれに近く設計することにより、ＣＭＧ６０の全体体積および重量を最低限に抑えることができる。

宇宙機インターフェース１１８は、ステータアセンブリハウジング９６の外側に設けられている。この例では、宇宙機インターフェース１１８は、ジンバル軸１０２が貫通する（たとえば、ジンバル軸１０２はインターフェース１１８の中心を貫通し得る）実質的に環状の構造を備える。複数のボルト穴が宇宙機インターフェース１１８を貫通して形成されることにより、ＣＭＧ６０が親宇宙機の壁にボルト締めされ、または親宇宙機にさらにボルト締めされる装着構造体にボルト締めされ得る。このように装着されると、ＣＭＧ６０は、親宇宙機にその姿勢を制御するトルクを加えることができる。上記のように、トルクは、直接的ロータ−宇宙機負荷経路に沿って宇宙機に加えられる。さらに、ロータ７６の回転により発生した熱は、やはり、ロータ−宇宙機負荷経路に沿って宇宙機へ伝導することによって放散される。ロータ−宇宙機負荷経路１２０の一部分が図２に示されている。見て分かるように、ロータ−宇宙機負荷経路１２０は、ロータ７６から、スピン軸受９０を介し、ＩＧＡハウジング７２を介し、ジンバル軸受６８を介し、ステータアセンブリハウジング９６を介し、宇宙機インターフェース１１８へと通る。図１に即して上記で説明したロータ−宇宙機負荷経路とは対照的に、ロータ−宇宙機負荷経路１２０は比較的短い。さらに、経路１２０は、ＩＧＡハウジング７２の比較的厚肉で強固な部分を通過する。これらの要因により、経路１２０は、宇宙機へトルクを伝達し、熱を伝導するのに有効な道筋を形成する。これにより、従来のＣＭＧに比較して、より大きな運動量出力および改善されたスピン軸受の熱放散が可能になり、その結果、ＣＭＧ６０を搭載した宇宙機のミッション能力が向上する。

すなわち、大内径ジンバル軸受６８が、スピン軸８８に比較的近く、宇宙機インターフェース１１８に実質的に隣接して配置され、それにより、ロータ−宇宙機負荷経路が著しく短縮されたＣＭＧ６０の例示的実施形態が説明されてきた。ジンバル軸受６８は、軸受６８の大きさならびにステータアセンブリ６２およびＩＧＡ６４の設計の故に、そのように配置することができる。たとえば、図３に示されるように、ＩＧＡハウジング７２は、ジンバル軸受６８がその周りに配置されるジンバル軸受リング１２２を備える。ＩＧＡハウジング７２は、平均外径を有する傾斜外面を有し、ジンバル軸受６８の内径は、ＩＧＡハウジング７２の傾斜外面の平均外径より大きい。さらに、宇宙機インターフェース１１８とジンバル軸受６８は重なり合っている。すなわち、宇宙機インターフェース１１８およびジンバル軸受６８はそれぞれ、ジンバル軸１０２に実質的に直交する平面によって横断されるようになっている（たとえば、インターフェース１１８と軸受６８とは実質的に同心であり得る）。さらに、図示された例では、ＩＧＡハウジング７２は、ステータアセンブリ６２に回転可能に結合された第１の端部と、ロータアセンブリ７４を支持するために２つのアームがそこから延出する第２の端部とを有するほぼ半球形の本体を備え、第１の端部の外径は第２の端部の外径より小さい。ロータ−宇宙機経路１２０の大部分が第１の端部を通過することに、注目すべきである。最後に、ジンバル軸受６８およびロータ７６はそれぞれ、ジンバル軸１０２に実質的に直交する平面によって横断されるようになっている。

上記に示したように、ＩＧＡハウジング７２の、ロータ−宇宙機負荷経路１２０が通過する部分は、比較的厚くしたがって強固な壁によって特徴付けることができる。図２に示す例示的実施形態では、ＩＧＡハウジング７２の平均厚さ（ジンバル軸１０２に直交する平面に沿って取った）は、ジンバル軸受６８の平均厚さの２倍を十分に超える。さらに、直接的ロータ−宇宙機経路１２０の、ＩＧＡハウジング７２を通過する部分は、長さが、ＩＧＡハウジング７２の高さ（ジンバル軸１０２に沿って取った）より短い。

少なくとも一つにはその無類に小型な外形によって、１つまたは複数のＣＭＧ６０を極めて様々な方式で宇宙機に装着することができる。たとえば、図４に示すように、ＣＭＧ６０を、親宇宙機（図示せず）に取り付けられる機械加工型装着構造体１２４によって受けることができる。装着構造体１２４は、宇宙機に取り付ける（たとえば、ボルト締めする）ことができる基底部１２６と、円周上で宇宙機インターフェース１１８に係合することができるリング部分１２８とを備える。ＣＭＧ６０がステータカバー（たとえば、図２および３に示されるステータカバー１１６）を備えていない場合には、装着構造体１２４がまた、ロータアセンブリ７４を取り囲むカバー部分１３０も備え得る。当然、数多くの他のＣＭＧ装着形態もまた可能である。

上記では大内径軸受を有するＣＭＧの好ましい実施形態を説明してきたが、添付特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、ＣＭＧは、他の様々な構造構成を取ることができることが理解されよう。この点をさらに示すために、図５では、第２の例示的実施形態によるＣＭＧ１４０の分解組立図を提示する。ＣＭＧ１４０は、図２および３に即して上記で説明したＣＭＧ６０と同様であり、したがって、ＣＭＧ１４０については、以下を指摘する以外は詳細に説明しない。ＣＭＧ１４０は、内部ジンバルアセンブリ（ＩＧＡ）１４４を回転可能に支持するステータアセンブリ１４２を備える。ステータアセンブリ１４２は、宇宙機インターフェース１４８がそれに配置されたステータアセンブリハウジング１４６を備える。信号モジュールアセンブリ（ＳＭＡ）１５０およびトルクモジュールアセンブリ（ＴＭＡ）１５２が、ステータアセンブリハウジング１４６にそれぞれ装着されている。ＩＧＡ１４４は、この例示的事例では円環の形態を取るＩＧＡハウジング１５６を備える。環状歯車１５８が、ＩＧＡハウジング１５６に固定的に結合されている。ＣＭＧ１４０が組み立てられると、歯車１５８の歯が、ＴＭＡ１５２に用いられているモータに結合されたピニオンに係合する。上記で指摘したように、ＴＭＡ１５２は、ＩＧＡ１４４をジンバル軸１６０の周りに選択的に回転させるためにＩＧＡハウジング１５６にトルクを加えるように働く。この場合も、大内径ジンバル軸受１５４が、ＩＧＡ１４４の回転運動を容易にするためにステータアセンブリハウジング１４６内に配置されている。

ＩＧＡ１４４は、ロータ１６４を取り囲むカバー１６２を備えるロータアセンブリをさらに有する。カバー１６２は、たとえば複数の固定具（たとえばボルト）を使用してＩＧＡハウジング１５６に装着することができる第１および第２のフランジ１６５を有する。ロータ１６４は、シャフト１６８に結合された慣性要素１６６（たとえば回転リングまたは円筒）を備える。ＣＭＧ１４０の作動中は、ロータ１６４は、カバー１６２内でスピン軸１７０の周りに回転する。スピン軸受１７２が、ロータ１６４の回転運動を容易にするために、シャフト１６８の両端部周りに配置されている。そして、ＩＧＡ１４４が、ジンバル軸１６０の周りに回転させられることにより、宇宙機に対してトルクを発生することができる。ＣＭＧ１４０が組み立てられると、大内径ジンバル軸受１５４は、スピン軸１７０に比較的近く、宇宙機インターフェース１４８に実質的に隣接する位置に来る。上記に説明したように、これにより、ロータ−宇宙機負荷経路が著しく短縮され強固になり、それにより、トルクおよび熱を、ＣＭＧロータから親宇宙機へ効率的に伝達／伝導することが可能になる。

このように、比較的小型で軽量な外皮に、効率的なロータ−宇宙機負荷経路（すなわち、比較的短く強固なトルク伝達経路および効率的な熱伝導経路）を実現した複数のＣＭＧの例が提示されてきた。上記のＣＭＧは、従来のＣＭＧが作動中に通常受けるＳ字形曲げ力を最低限に抑え、または解消することに注目すべきである。さらに、上記のＣＭＧの設計が容易に拡大縮小できることが当業者には理解されよう。

少なくとも１つの例示的実施形態が上記の実施形態の詳細な説明で提示されたが、極めて数多くの変形形態が存在することを理解されたい。また、１つまたは複数の例示的実施形態は単に例であり、本発明の範囲、用途、または構成を決して限定するものではないことを理解されたい。むしろ、上記の実施形態の詳細な説明は、本発明の例示的実施形態を実施するのに好都合な道筋を当業者に提供するであろう。添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、例示的実施形態で記述された要素の機能および配置に様々な変更を加えることができることが理解されよう。

２０コントロールモーメントジャイロ（ＣＭＧ）
２２ＣＭＧハウジング
２４内部ジンバルアセンブリ（ＩＧＡ）
２６ＩＧＡハウジング
２８信号モジュールアセンブリ（ＳＭＡ）
３０トルクモジュールアセンブリ（ＴＭＡ）
３２ロータ
３４慣性要素
３６シャフト
３８スピン軸受
４０スピンモータ
４２スピン軸
４４ロータ殻
４６電磁モータ
４８ジンバル軸
５０ジンバル軸受
５２宇宙機インターフェース
５４ロータ−宇宙機負荷経路
６０ＣＭＧ
６２ステータアセンブリ
６４内部ジンバルアセンブリ（ＩＧＡ）
６６ジンバル軸受アセンブリ
６８ジンバル軸受
７０ジンバル軸受固定具
７２内部ジンバルアセンブリ（ＩＧＡ）ハウジング
７４ロータアセンブリ
７５アーム
７６ロータ
７８慣性要素
８０シャフト
８４ロータ殻
８６スピンモータ
８８スピン軸
９０スピン軸受
９１調整ダイアフラム
９２スピン軸受給油装置
９６ステータアセンブリハウジング
９８トルクモジュールアセンブリ（ＴＭＡ）
１００信号モジュールアセンブリ（ＳＭＡ）
１０２ジンバル軸
１０４回転出力シャフト
１０６歯車列
１０８回転エンコーダ
１１０スリップリングアセンブリ
１１２ケーブル束
１１４長手方向チャネル
１１６ステータカバー
１１８宇宙機インターフェース
１２０ロータ−宇宙機負荷経路
１２２ジンバル軸受リング
１２４装着構造体
１２６基底部
１２８リング部分
１３０カバー部分
１４０ＣＭＧ
１４２ステータアセンブリ
１４４内部ジンバルアセンブリ（ＩＧＡ）
１４６ステータアセンブリハウジング
１４８宇宙機インターフェース
１５０信号モジュールアセンブリ（ＳＭＡ）
１５２トルクモジュールアセンブリ（ＴＭＡ）
１５４ジンバル軸受
１５６ＩＧＡハウジング
１５８歯車
１６０ジンバル軸
１６２カバー
１６４ロータ
１６５フランジ
１６６慣性要素
１６８シャフト
１７０スピン軸
１７２スピン軸受

Claims

宇宙機に配備するコントロールモーメントジャイロ（ＣＭＧ）（６０、１４０）であって、
ＩＧＡハウジング（７２、１５６）、
前記ＩＧＡハウジングに回転可能に結合されたロータ（７６、１６４）、および、
前記ＩＧＡハウジングに結合され、前記ロータをスピン軸（８８、１７０）の周りに回転させるように構成されたスピンモータ（８６）
を備える内部ジンバルアセンブリ（ＩＧＡ）（６４、１４４）と、
前記ＩＧＡハウジングに回転可能に結合されたステータアセンブリハウジング（９６、１４６）、
前記ステータアセンブリハウジングに結合され、前記ＩＧＡをジンバル軸（１０２、１６０）の周りに回転させるように構成されたトルクモジュールアセンブリ（９８、１５２）、および、
前記ＩＧＡハウジングと前記ステータアセンブリハウジングとの間に配置されたジンバル軸受（６８、１５４）であって、前記スピン軸と前記トルクモジュールアセンブリとの間に位置し、前記スピン軸との距離が前記トルクモジュールアセンブリの任意の点との距離より近いジンバル軸受
を備えるステータアセンブリ（６２、１４２）と
を備えるコントロールモーメントジャイロ（６０、１４０）。
前記ジンバル軸受（６８、１５４）に実質的に隣接して前記ステータアセンブリハウジング（９６、１４６）に配置された宇宙機インターフェース（１１８、１４８）をさらに備える、請求項１に記載のコントロールモーメントジャイロ（６０、１４０）。
前記宇宙機インターフェース（１１８、１４８）と前記ジンバル軸受（６８、１５４）とが少なくとも部分的に重なり合い、前記ジンバル軸受が、前記ＩＧＡハウジング（７２、１５６）の周りに配置された実質的に環状の軸受を備える、請求項２に記載のコントロールモーメントジャイロ（６０、１４０）。