JPH0552568A - Control moment gyroscope - Google Patents
Control moment gyroscopeInfo
- Publication number
- JPH0552568A JPH0552568A JP21856791A JP21856791A JPH0552568A JP H0552568 A JPH0552568 A JP H0552568A JP 21856791 A JP21856791 A JP 21856791A JP 21856791 A JP21856791 A JP 21856791A JP H0552568 A JPH0552568 A JP H0552568A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spherical
- axis
- spherical rotor
- stator
- rotor
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control moment gyro (hereinafter referred to as CMG) using a multi-degree-of-freedom motor.
【0002】[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。2. Description of the Related Art In a conventional CMG, a spin motor 01 to which a controller 13 is connected as shown in FIG.
A flywheel 02 that rotates at high speed around the axis is supported by a gimbal 03, and this gimbal 03 is rotated around the θ axis by a gimbal driving motor 04 to which the controller 13 is connected, and a torque around the φ axis is obtained by the gyro effect. By arranging a plurality of these, the posture control of an arbitrary space is performed.
【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。The operation of the above-mentioned conventional CMG is as follows. That is, the spin motor 01 causes the flywheel 0
2 is rotated around the ψ-axis at a constant speed to generate an angular momentum H about the ψ-axis. Further, the gimbal 03 is rotated at a certain speed around the θ axis to generate a rotation speed vector ω around the θ axis. As a result, due to the gyro effect, φ
Since torque T = H × ω is generated around the axis, the CMG uses this torque to control the attitude in an arbitrary space.
【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。The controller 13 controls the rotations of the spin motor 01 and the gimbal driving motor 04 on the basis of an external command, and 05 is a bearing that is a flywheel 02.
Alternatively, it supports the rotating shaft of the gimbal 03.
【0005】[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。The conventional CMG has the following problems because the spin motor for rotating the flywheel and the motor for driving the gimbal are separate components. (1) The arrangement and structure of the components become complicated. (2) A controller corresponding to the number of electric motors (two) is required. (3) Therefore, it is difficult to reduce the size, increase the reliability, and simplify the CMG.
【0006】本発明は上記の課題を解決しようとするも
のである。The present invention is intended to solve the above problems.
【0007】[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。In the control moment gyro of the present invention, a plurality of magnetic pole elements each having a magnetic pole adjacent to each other and having different polarities are arranged on the outer surface in a lattice shape to form a flywheel. Spherical rotor,
A spherical stator having a plurality of electromagnets provided along the outer surface of the spherical rotor and facing the magnetic pole elements and forming a gimbal on the inner surface side thereof, and a static stator formed between the spherical stator and the spherical rotor. It is characterized by comprising a pressure bearing and a controller to which the electromagnet of the spherical stator is connected.
【0008】[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。In the above, when the controller inputs a command signal, it supplies a current to each electromagnet of the spherical stator to generate an electromagnetic force, which acts on the magnetic pole element of the spherical rotor.
【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。When the electromagnetic force acts on the magnetic pole elements, the spherical rotor is rotated as a flywheel around the first axis at a constant speed to generate an angular momentum H about the first axis, and the first axis is also rotated. A rotation speed vector ω about the second axis is generated by rotating the rotation axis at a speed around a second axis orthogonal to the rotation axis. As a result, due to the gyro effect, torque T = H × ω is generated around the third axis orthogonal to the first and second axes.
【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。As described above, since the spin motor for rotating the flywheel and the motor for gimbal driving can be shared by the multi-degree-of-freedom motor, compared with the conventional CMG,
The device can be downsized, highly reliable, and simplified.
【0011】[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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A CMG according to an embodiment of the present invention is shown in FIGS. In FIG. 1, a spherical rotor 6 also serves as a flywheel. As shown in FIG. 2, this spherical rotor 6 has a hollow spherical shape, and on its outer surface, as shown in FIG. 3, magnetic pole elements 7 made of permanent magnets or electromagnets are arranged in a grid pattern and are adjacent to each other. The magnetic poles of the magnetic pole element 7 are arranged so that their polarities are different. However, as shown in FIG. 4, the pole portions of the spherical rotor 6 that cannot be arranged such that the magnetic pole elements 7 adjacent to each other have different magnetisms are excluded.
【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。Reference numeral 8 is a spherical stator provided outside the spherical rotor 6 and also serves as a gimbal. On the inner surface of the spherical stator 8 facing the outer surface of the spherical rotor 6, electromagnets 9 are arranged in a grid and spherical shape as shown in FIG.
【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。A position detector / angular velocity detector 10 for detecting the position (ψ, θ position) of the spherical rotor 6 is mounted on the spherical stator 8. Reference numeral 11 is a rotary guide that limits the rotation direction of the spherical rotor to the ψ and θ axes, and is fixed to the spherical stator and gimbal 8.
【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。A controller 12 energizes the electromagnet 9 based on an external or internal command signal and a feedback signal from the position detector / angular velocity detector 10 so that the spherical rotor 6 reaches a predetermined position or velocity. Control.
【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。Further, a hydrostatic bearing is formed between the spherical rotor 6 and the spherical stator 8 to allow the spherical rotor 6 to rotate freely.
【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。In the above description, the controller 12 inputs an external or internal command signal, and inputs the spherical rotor position (ψ, θ position) signals from the position detector / speed detector 10 to each of the spherical stators 8. A current is supplied to the electromagnet 9 to generate an electromagnetic force.
【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。The electromagnetic force generated by each of the electromagnets 9 acts on the magnetic pole element 7 of the spherical rotor 8 and the spherical rotor 6
Is used as a flywheel to rotate around the ψ-axis at a constant speed to generate an angular momentum H around the ψ-axis, and to rotate at a speed around the θ-axis to generate a rotation speed vector ω around the θ-axis.
【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。As a result, a torque of T = H × ω is generated around the φ axis due to the gyro effect, and the control moment gyro of this embodiment uses this torque to control the attitude in an arbitrary space.
【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。As described above, since the spin motor for flywheel rotation and the motor for gimbal drive can be commonly used in the multi-degree-of-freedom motor, it is possible to reduce the size, increase the reliability, and simplify the conventional CMG. became.
【0020】[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。In the control moment gyro of the present invention, a plurality of electromagnets are arranged on the inner surface side of the spherical stator to supply a current from the controller, and the electromagnetic force generated by the electromagnets is applied to the outer surface of the spherical rotor. A multi-degree-of-freedom motor is formed by acting on a plurality of magnetic pole elements provided to give a rotational force to the spherical rotor, and this multi-degree-of-freedom motor is used for spin motor and gimbal drive for flywheel rotation. Since the motor can be shared, the conventional CM
Compared with G, the device can be downsized, highly reliable, and simplified.
【図1】本発明の一実施例に係るCMGの説明図であ
る。FIG. 1 is an explanatory diagram of a CMG according to an embodiment of the present invention.
【図2】上記一実施例に係る球面ロータの断面図であ
る。FIG. 2 is a sectional view of a spherical rotor according to the above embodiment.
【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。FIG. 3 is a layout view of magnetic pole elements of the spherical rotor according to the embodiment.
【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。FIG. 4 is an explanatory view of a state of a pole portion of the spherical rotor according to the above embodiment.
【図5】上記一実施例に係る球面ステータの説明図であ
る。FIG. 5 is an explanatory diagram of a spherical stator according to the above embodiment.
【図6】従来の装置の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional device.
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 6 spherical rotor 7 magnetic pole element 8 spherical stator 9 electromagnet 10 position detector and angular velocity detector 11 rotary guide 12 controller
Claims (1)
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。1. A spherical spherical rotor having a spherical shape in which a plurality of magnetic pole elements adjacent to each other and having different polarities are arranged in a grid pattern on the outer surface of the rotor to form a flywheel, and along the outer surface of the spherical rotor. A spherical stator having a plurality of electromagnets provided on its inner surface side and facing the magnetic pole element and forming a gimbal, a static pressure bearing formed between the spherical stator and the spherical rotor, and an electromagnet of the spherical stator. A control moment gyro, which is equipped with a controller connected to.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21856791A JP2766745B2 (en) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | Control moment gyro |
EP92111921A EP0526774B1 (en) | 1991-07-31 | 1992-07-13 | Electric motor having a spherical rotor and its application apparatus |
DE69209187T DE69209187T2 (en) | 1991-07-31 | 1992-07-13 | Electric motor with a spherical rotor and its application device |
US07/922,836 US5413010A (en) | 1991-07-31 | 1992-07-31 | Electric motor having a spherical rotor and its application apparatus |
US08/357,023 US5542762A (en) | 1991-07-31 | 1994-12-15 | Agitator powered by electric motor having a spherical rotor |
US08/356,645 US5476018A (en) | 1991-07-31 | 1994-12-15 | Control moment gyro having spherical rotor with permanent magnets |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21856791A JP2766745B2 (en) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | Control moment gyro |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0552568A true JPH0552568A (en) | 1993-03-02 |
JP2766745B2 JP2766745B2 (en) | 1998-06-18 |
Family
ID=16721969
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21856791A Expired - Lifetime JP2766745B2 (en) | 1991-07-31 | 1991-08-29 | Control moment gyro |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2766745B2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008092758A (en) * | 2006-10-05 | 2008-04-17 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Spherical surface stepping motor |
JP2013170667A (en) * | 2012-02-22 | 2013-09-02 | Sanken Electric Co Ltd | Flywheel device, and energy storage device with the same |
JP2018009964A (en) * | 2016-07-12 | 2018-01-18 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッドHoneywell International Inc. | Spin and tilt control of multi-degree of freedom electromagnetic machine |
CN108333944A (en) * | 2018-02-27 | 2018-07-27 | 北京控制工程研究所 | The CMG method of operating and system adaptively adjusted based on frame corners |
CN109552669A (en) * | 2018-11-27 | 2019-04-02 | 上海交通大学 | Annular electromagnetic structure based on magnetohydrodynamics satellite gravity anomaly executing agency |
-
1991
- 1991-08-29 JP JP21856791A patent/JP2766745B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008092758A (en) * | 2006-10-05 | 2008-04-17 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Spherical surface stepping motor |
JP2013170667A (en) * | 2012-02-22 | 2013-09-02 | Sanken Electric Co Ltd | Flywheel device, and energy storage device with the same |
JP2018009964A (en) * | 2016-07-12 | 2018-01-18 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッドHoneywell International Inc. | Spin and tilt control of multi-degree of freedom electromagnetic machine |
CN108333944A (en) * | 2018-02-27 | 2018-07-27 | 北京控制工程研究所 | The CMG method of operating and system adaptively adjusted based on frame corners |
CN109552669A (en) * | 2018-11-27 | 2019-04-02 | 上海交通大学 | Annular electromagnetic structure based on magnetohydrodynamics satellite gravity anomaly executing agency |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2766745B2 (en) | 1998-06-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6881901B2 (en) | Multi-degree-of-freedom spherical actuator | |
US4732353A (en) | Three axis attitude control system | |
EP0526774B1 (en) | Electric motor having a spherical rotor and its application apparatus | |
US4739241A (en) | Spherical motor particularly adapted for robotics | |
JP5530103B2 (en) | Control moment gyroscope | |
EP2955114A1 (en) | Control moment gyroscope | |
US20040232790A1 (en) | Spherical motor using oscillatory magnetic fields | |
JP7076201B2 (en) | Multi-degree-of-freedom electromagnetic machine and its control method | |
EP3269650B1 (en) | Spin and tilt control of a multi-degree of freedom electromagnetic machine | |
CN109229424B (en) | Multi-freedom-degree spherical electric magnetic suspension momentum wheel | |
JPH0685630B2 (en) | Three-dimensional motor | |
JP2766745B2 (en) | Control moment gyro | |
JP5488131B2 (en) | Electromagnetic actuator | |
JP2003324936A (en) | Spherical surface motor | |
JP4081828B2 (en) | Concentric multi-axis motor | |
CN112968630B (en) | Multifunctional multi-freedom-degree spherical driver | |
KR101452443B1 (en) | Driving apparatus having multi-degrees of freedom | |
WO2005075938A1 (en) | Bearingless gyroscope | |
RU2030081C1 (en) | Module of stepping electric motor | |
JPH0591710A (en) | Linear motor for swing operation | |
JP3152480B2 (en) | Multi-axis table | |
JPH04271287A (en) | Magnetic levitation actuator | |
US20230095855A1 (en) | Motor and apparatus using the same | |
US2868021A (en) | Gyroscopic apparatus | |
JPH0596606U (en) | 1-axis compound motion unit |
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 |