JPH08505826A - 直接トルク制御モーメント・ジャイロスコープ - Google Patents

直接トルク制御モーメント・ジャイロスコープ

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JPH08505826A JP6515249A JP51524993A JPH08505826A JP H08505826 A JPH08505826 A JP H08505826A JP 6515249 A JP6515249 A JP 6515249A JP 51524993 A JP51524993 A JP 51524993A JP H08505826 A JPH08505826 A JP H08505826A
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ヘイブンヒル,ダグラス・ディ
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ハネウエル・インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】 宇宙船の方向制御を提供するための制御モーメント・ジャイロスコープ(10)。制御モーメント・ジャイロスコープは、ジンバル・ハウジング(24)内に、ハウジングの内部表面のいずれにも接触しないよう、静電気または磁気によって支持されるロータ(50)を有する。ハウジングは、ジンバル支持体(14)上に取り付けられ、ジンバル支持体は宇宙船に取り付けられる。ジンバル・ハウジングに接続されているのは、ジンバル軸の周りでハウジングを回転するトルク・モータ(12)である。宇宙船に方向変換トルクを誘発するために、ロータ(50)が最初に、そのロータ軸の周りでスピン回転する。次に、出力軸の周りでロータ(50)にトルクが誘発される。この誘発トルクによって、ロータ(50)は、ジンバル軸の周りで摂動し、トルク・モータがこれに追従する。出力軸の周りで誘発されるトルクは、宇宙船に直接伝達される。

Description

【発明の詳細な説明】 直接トルク制御モーメント・ジャイロスコープ 技術分野 本発明は、制御モーメント・ジャイロスコープ、特に制御モーメント・ジャイ ロスコープの作動中におけるトルク脈動の減少に関する。背景技術 制御モーメント・ジャイロスコープは、種々の乗物、特に宇宙船に対して方向 制御を提供する周知の手段である。制御モーメント・ジャイロスコープは通常、 ロータ、ロータ軸の周りでロータをスピン回転させるモータ、ジンバル、ジンバ ルの軸の周りでジンバルを回転させるジンバル・トルク・モータ、および制御シ ステムを有する。制御モーメント・ジャイロスコープは、宇宙船内に軸に沿って 取り付けられ、その中でトルクを誘発する。ロータは、ジンバル内に機械的に支 持され、ロータ軸に対して垂直なジンバルの軸の周りで回転する。 ジャイロスコープの作動中、ロータは、モータによって所定の速度でロータ軸 の周りでスピン回転する。宇宙船にトルクを誘発するために、ジンバル・トルク ・モータは、ジンバルの軸の周りにジンバルとスピン回転ロータとを回転させる 。ロータは十分な質量があり、そしてロータは、回転面から外れて運動すると、 ロータ軸にもジンバル軸にも垂直な出力軸の周囲に大きなトルクを誘発するよう な速度でスピン回転するる。出力軸の周囲のトルクは、宇宙船に直接伝達される 。 制御モーメント・ジャイロスコープの一つの要件は、宇宙船にかかるトルクを できるだけ滑らかな形で伝達することである。先行技術のジャイロスコープでは 、ジンバルの回転速度の変化によって、異常トルクが発生することがある。この 異常トルク、つまり脈動トルクは、ロータの角運動量に正比例するということを 考えると、重大になることがある。したがって、ロータの質量および回転速度が 大きくなるほど、脈動トルクが大きくなる可能性がある。 脈動トルクは様々な発生源から生じる。それには、ジンバルの速度センサ(タ コメータ)のエラー、モータの脈動トルク、モータのコギング・トルク、モータ ・ギア・トレーンの欠陥、電子駆動増幅器のバイアス、電子駆動増幅器の利得変 動、モータ転流のオフセット、モータ転流の利得変動、ジンバル・ベアリングの ノイズがある。以上の潜在的な問題の発生源すべてに通じる共通の要素は、すベ てがジンバルのトルク・モータの作動に関係していることである。 したがって、宇宙船に滑らかな形でトルクを与え、脈動トルクをほぼ除去する 、制御モーメント・ジャイロスコープが求められている。発明の開示 直接トルク制御モーメント・ジャイロスコープが提供される。ロータがジンバ ル・ハウジング内に支持され、ロータ軸の周りで所定速度でロータを回転させる モータが設けられている。ジンバル・ハウジングは、ジンバル支持構造中に配置 され、ロータ軸に対して垂直なジンバル軸の周りで回転することができる。ジン バル支持構造に配置されたジンバル・トルク・モータは、ジンバル軸の周りでジ ンバル・ハウジングおよびロータを回転させる。ジンバル支持構造は、ジャイロ スコープからのトルクを宇宙船に伝達する。 ジヤイロスコープは3本の基本軸、つまりジンバル軸、ロータの回転軸、およ び出力軸を有する。宇宙船にかかるトルクを誘発するために、力のアクチュエー タが出力軸の周りでスピン回転するロータにトルクを誘発する。この誘発トルク によって、ロータはジンバル軸の周りで摂動する。ジンバル・トルク・モータは 、ロータの摂動に追従してジンバル・ハウジングへのロータの接触を防止するよ うにジンバル・ハウジングを回転させる。ジンバル・ハウジングとロータとがジ ンバル軸の周りで回転するにつれて、出力軸の周りで宇宙船にトルクがかかる。 トルク・モータおよび速度調整要素がジンバル速度を与えるのではなく、力のア クチュエータが出力トルクを与えるので、トルクの脈動がほぼ除去される。図面の簡単な説明 第1図は、直接トルク制御モーメント・ジャイロスコープの概略図である。 第2図は、ジンバル・ハウジングの断面図である。 第3図は、ロータ・アセンブリの断面図である。 第4a図は、ジンバル・ハウジングの平面図、第4b図はジンバル・ハウジン グの下面図である。 第5図は、単純化したジャイロスコープの線図である。 第6図は、ジャイロスコープの制御システムのブロック図である。発明の好ましい実施例 第1図を参照すると、直接トルク制御モーメント・ジャイロスコープが図示さ れている。制御モーメント・ジャイロスコープ・アセンブリ10は、トルク・モ ータ12およびタコメータ13を含む。トルク・モータ12にはジンバル・ハウ ジング24が直接取り付けられている。ジンバル・ハウジングのトルク・モータ の反対側にセンサ・モジュール・アセンブリ16が取り付けられている。ジンバ ル・ハウジング24の上下で、トルク・モータ12からセンサ・モジュール・ア センブリ16へと、ジンバル・ハウジング支持フレーム14が延びている。ジン バル・ハウジング24は、ジンバル軸の周りで回転できるように、支持フレーム 14内に取り付けられる。トルク・モータ12は、ジンバル軸の周りでジンバル ・ハウジングにトルクを誘発するように、支持フレーム14上に配置される。 第2図は、ジンバル・ハウジング24の断面図を示し、第3図はロ−タ・アセ ンブリ50の断面図を示す。組立て済みの直接トルク制御モーメント・ジャイロ スコープ中で、ロータ・アセンブリ50はジンバル・ハウジング24内に収容さ れている。第2図では、ジンバル・ハウジング24の構成要素が、トルク・モー タ12およびセンサ・モジュール・アセンブリ16に取り付けられたシェル42 に囲まれている。シェルの頂部と底部に、保持アクチュエータ30および32が 配置されている。保持アクチュエータは磁界を発生し、この磁界は、磁界中に配 置された磁性材料でできた物質に単軸支持を行う働きをする。この場合、磁界は ロータ軸に沿って加えられる。 シェル42の底部には、下方磁気アクチュエータ34および35が配置されて おり、シェルの頂部には上方磁気アクチュエータ46および47がある。シェル の頂部近傍には、モータ・ステータ26およびレゾルバ・ステータ28も取り付 けられている。2個のステータは、ロータ軸の周りでジャイロスコープのロータ ・アセンブリ50にスピン回転を誘発する直流ブラシレス・モータの構成要素で ある。 シェル42の頂部および底部には、各々、タッチダウン面40および41が取 り付けられている。これらのタッチダウン面は、磁気アクチュエータ30と32 との間でジンバル・ハウジングが磁気浮遊していない場合、それを支持する。シ ェル42の底部および頂部には、ジンバル・ハウジング内の出力軸およびジンバ ル軸方向のロータ・アセンブリの運動を検出するのに使用されるギャップ・セン サ38および39も配置される。 第3図はロータ・アセンブリ50を示す。ロータ・シェル64は、ロータ・ア センブリ50の構成要素全部を支持する。ロータ・リム66はロータ・シェル6 4を取り囲み、アセンブリの質量の大部分を供給する。リムは、ロータが所定の 速度でスピン回転する間に宇宙船の方向変換を行うのに十分な運動量を提供する のに十分なサイズおよび密度である。ロータ・シェルには、ロータ・シャフト5 7も取り付けられている。アーマチャ52および54、モータのロータ62、レ ゾルバのロータ60はすべて、磁性材料製で、ロータ・シャフト57を取り囲む 。上方および下方保持磁気アーマチャ56および58は各々、ロータ・シャフト の対向する端に取り付けられ、これも磁性材料で作成されている。ロータ・アセ ンブリはさらに、タッチダウン面72および73、ギャップ・センサ面76およ び78も含む。 第4a図および第4b図は各々、ジンバル・ハウジング24内の磁気アクチュ エータの配置を示す透視図である。第4a図では、磁気アクチュエータ46、4 7、48および49が上方アーマチャ54の周囲に輪を形成しているのが分かる 。磁気アクチュエータ46および47は、ジンバル軸に平行な磁界を形成し、磁 気アクチュエータ48および49は、出力軸に平行な磁界を形成する。第4b図 では、磁気アクチュエータ34、35、36、37が下方アーマチャ52を取り 囲む環を形成している。アクチュエータ34および35が、ジンバル軸に平行な 磁界を形成し、アクチュエータ36および37が、出力軸に平行な磁界を形成す る。 ジャイロスコープを組み立てる際には、上方磁気アクチュエータ46〜49が 生成した円内で回転するように、上方アーマチャ54を位置合わせする。下方磁 気アーマチャ52は、下方磁気アクチュエータ34、35、36および37が生 成した円内で回転するように、位置合わせされる。モータのロータ62は、モー タのステータ26と位置合わせし、レゾルバのロータ60は、レゾルバのステー タ26と位置合わせする。保持磁気アーマチャ56および68は、各々、保持ア クチュエータ30および32と位置合わせする。 上方、下方および保持磁気アクチュエータの操作は、米国特許第4,642, 501号(Kral他)を研究することによって、よりよく理解することができ る。上記特許は、入力命令に比例する電磁気力を与えるための装置を開示してい る。電磁気力は1方向に加えられ、力がかかる本体またはアーマチャは、力の方 向に垂直な複数の方向に、自由に運動する。各装置は、ステータ・ピース2個、 アーマチャ1個、および各ステータの1極面上のフラックス・センサ1個から構 成される。各ステータは、磁気コアの周囲に巻かれて直列に接続された同一のコ イル2個を有する。ステータを、互いに対向して設定し、ステータ間にアーマチ ャを配置する。 各ステータ中のコイルに電圧を加えると、アーマチャに対向する力を及ぼす2 つの電磁界が発生する。電磁界が同等の強さで、ステータがアーマチャから等距 離にある場合は、アーマチャが、電磁気力の生じる軸に沿って宙に浮く。アーマ チャにかかる力は、ステータを取り囲む磁界の強度を測定してこの情報を制御電 子装置に伝達するフラックス・センサを使用することにより監視し制御できる。 アーマチャにかかる力は、磁界強度に正比例する。 ジャイロスコープ・アセンブリ10中では、上方および下方保持アクチュエー タ30および32が、磁界を発生し、それによりロータ・アセンブリがロータ軸 に沿って宙に浮くので、ロータ・アセンブリ50はジンバル・ハウジング24の 内部に接触しない。ブラシレス直流モータは、ジンバル・ハウジング42内でロ ータ軸の周りでロータ・アセンブリ50をスピン回転させる。ギャップ・センサ 38および39は、出力軸およびジンバル軸の方向で、ロータ・アセンブリの位 置を常に監視する。ロータ・アセンブリが内部表面のいずれかに向かって漂い始 めると、ギャップ・センサ38および39がこれを検出し、出力軸およびジンバ ル軸の磁気アクチュエータが、磁界強度を変化させることによって、これを補正 する。全磁気アクチュエータ上に配置されたフラックス・センサ41は、磁界の 強度を測定し、これもロータのために位置情報を提供する。 制御モーメント・ジャイロスコープの目的は、宇宙船など本体の方向を制御す ることである。当技術分野では、ロータのスピン回転軸に垂直な軸の周りで、ス ピン回転するロータにトルクが誘発されると、ロータは、ロータのスピン回転軸 と誘発トルクの軸との両方に対して垂直な軸の周りで摂動することがよく知られ ている。ロータが摂動するにつれて、元のトルクが誘発された軸の周りで、ロー タのための支持構造にトルクが誘発される。次に、このトルクは、支持構造を介 して宇宙船に伝達できる。第5図の線図を調べることによって、この現象をさら によく理解できる。 第5図の線図は、単純化したロータ80、ジンバル82、およびジンバル支持 体84の線図を示す。この例では、ロータが既定速度で回転し、ジンバル支持体 は、宇宙船などなんらかの支持構造に固定される。宇宙船にトルクを誘発する一 つの方法は、ジンバル軸の周りでジンバルおよびロータを回転させることである 。摂動運動の法則により、この回転は、出力軸の周りで感じられるトルクを誘発 する。この現象は次の式で記述される。 Tx=ωy×Hz Txは、出力軸のトルクである。 ωyは、ジンバル軸におけるロータの回転速度(ジンバル速度)である。 Hzは、ロータの角運動量である。 出力トルク変化は、ジンバル速度およびロータの回転速度に正比例する。 完璧なシステムでは、ジンバル・トルク・モータは一定かつ滑らかな速度で回 転し、トルク出力に異常はない。実際の世界では、欠陥のないモータはなく、し たがって、ジンバル速度に現れる異常は、角運動量によって増幅される。異常は 、次の式に含まれる。 Tx=(ωy+δωy)×Hz δωyは、ジンバルの異常速度である。 直接トルク制御モーメント・ジャイロスコープは、機械的トルク・モータでは なく、電磁気力アクチュエータを使用してロータにトルクを誘発させることによ って、トルク異常を大幅に減少させる。その操作は、第5図のジャイロスコープ と突き合わせることによって、さらによく理解できる。上述したように、典型的 な制御モーメント・ジャイロスコープは、出力軸に垂直な軸の周りでスピン回転 するロータを回転することにより、宇宙船にかかるトルクを誘発する。直接トル ク制御モーメント・ジャイロスコープでは、トルクはまず、出力軸の周りでスピ ン回転するロータにかかる。この誘発トルクによって、スピン回転するロータは ジンバル軸の周りで摂動する。ジンバルは、ロータの摂動に追従して回転する。 ジンバルの回転速度は、出力軸の周りでトルクに正比例する。ジンバル速度は、 次の式によって決定される。 ωy=Hz/Tx ロータとジンバルとが、ジンバル軸の周りで共同で回転するにつれて、出力軸の 周りでトルクが誘発される。磁気アクチュエータの生成したトルクは、出力軸の 周りで、宇宙船に直接反応する。 制御モーメント・ジャイロスコープ・アセンブリ10は、上述した原理を採用 している。宇宙船を方向変換したい場合は、ロータ・アセンブリ50を、保持ア クチュエータ間で、磁気で宙に浮かせる。直流ブラシレス・モータは、ロータ軸 の周りでロータ・アセンブリを回転させる。方向変換を生じるために、磁気アク チュエータ34、35、46および47によって、出力軸の周りで、ロータ・ア センブリにかかるトルクを誘発する。この誘発トルクによって、ロータ・アセン ブリ50は、ジンバル軸の周りで摂動する。ジンバル・ハウジング24内でのロ ータ・アセンブリ50の接触(タッチダウン)を防止するため、トルク・モータ はジンバル・ハウジング24を回転させ、ロータ・アセンブリの摂動に追従する 。ロータ・アセンブリが回転するにつれ、出力軸の周りで、宇宙船にかかるトル クが誘発される。 制御モーメント・ジャイロスコープの制御システムは、第6図のブロック図を 調べることによって、さらによく理解することができる。図は、直接トルク制御 モーメント・ジャイロスコープの制御フィードバック・システムを示す。宇宙船 を方向変換したくて、ロータ・アセンブリがスピン回転中の場合は、制御電子装 置92が入力命令を受け取る。それに対して、制御電子装置は、ジンバル軸の磁 気アクチュエータ98にトルク命令を送る。次に、ジンバル軸のアクチュエータ は、出力軸の周りでロータ・アセンブリにかかるトルクを誘発するよう、磁界強 度を強化する。このトルクによって、ロータ・アセンブリ50はジンバル軸の周 りで摂動する。 フラックス・センサ96は、出力軸アクチュエータの磁界強度の増加を検出し 、この情報を制御電子装置92に送り返す。ギャップ・センサ94も、ロータ・ アセンブリの摂動を検出し、この情報を制御電子装置92に伝達する。フラック ス・センサ96およびギャップ・センサ94の送った信号に応えて、制御電子装 置92はx軸アクチュエータ100の磁界強度を増加させるので、ロータ・アセ ンブリはジンバル・アセンブリの内部に接触しない。また、制御電子装置は、ジ ンバル・ハウジング24を回転するジンバル・トルク・モータ12に信号を送り 、次にこれがジンバル・ハウジング24を回転させる。ジンバル・ハウジングは 、ロータ・アセンブリ50の摂動にぴったり追従するよう、回転する。ジャイロ の摂動を監視する以外に、様々なセンサが、Z軸に沿ったロータ・アセンブリの 位置を監視し、制御信号が、Z軸の磁気アクチュエータ104に伝達される。 再び第1図を参照すると、ジンバル・ハウジングの回転は、出力軸の周りで与 えられたトルクに応じる。宇宙船に加えられるトルクは、トルク・モータによっ て誘発される速度ではなく、電磁気力アクチュエータによって与えられる。トル ク・モータの使用は、単にロータの摂動に追従するためだけなので、ジンバル・ ハウジング内に接触箇所がない。モータの代わりに磁気アクチュエータを用いる と、宇宙船内でより滑らかにトルクを誘発することができる。 以上は、新規かつ明瞭な直接トルク制御モーメント・ジャイロスコープに関す る説明である。本出願人は、以上の記述では本発明を限定せず、下記の特許請求 の範囲によって本発明を規定する。
【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1994年7月28日 【補正内容】 【図1】 【図2】 【図3】 【図4】 【図5】 【図6】 【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1994年11月30日 【補正内容】 補正請求の範囲 1.乗物に方向トルクを与える制御モーメント・ジャイロスコープであって、ジ ンバル(24)と、乗物に取り付けられて、ジンバル軸の周りで前記ジンバル( 24)を回転させるジンバル支持手段(14)と、ロータ(50)と、ジンバル 軸の周りで前記ジンバル(24)にトルクを供給するためのジンバル・トルク手 段(13)とを含み、前記制御モーメント・ジャイロスコープが、 ジンバル内にロータを磁気で浮遊させる手段(30、32)と、 ジンバル軸に対して垂直なロータ軸の周りで、前記ロータ(50)に角回転を 提供する手段(26)と、 ロータ軸とジンバル軸とに垂直な出力軸の周りで前記ロータ(50)にトルク を誘発する磁界を発生する手段(34、35、36、37、46、47、48、 49)とを含み、 前記ロータ(50)にかかるトルクが、前記ジンバル支持手段(14)を通し て乗物に伝達され、さらに、 前記ロータ(50)の前記ジンバル(24)への近さを検出する感知手段(4 1)と、 ジンバル軸の周りでロータ(50)の摂動に追従して、ジンバル(24)と前 記ロータ(50)との間の接触を防止するように、前記ジンバル(24)を回転 するための前記感知手段に接続された回転手段(12)とを含む、前記制御モー メント・ジャイロスコープ。 2.乗物が宇宙船であることを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の制御モー メント・ジャイロスコープ。 3.前記ロータ(50)が、静電界または電磁界によって前記ジンバル(24) 内で宙に浮くことを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の制御モーメント・ジ ャイロスコープ。 4.前記ロータ(50)を回転させるための前記手段が直流ブラシレス・モータ であることを特徴とする、請求の範囲第3項に記載の制御モーメント・ジャイロ スコープ。 5.前記感知手段(41)が磁気フラックス検出器であることを特徴とする、請 求の範囲第4項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 6.前記感知手段(41)がギャップ・センサであることを特徴とする、請求の 範囲第4項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 7.前記感知手段(41)がホール素子であることを特徴とする、請求の範囲第 5項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 8.前記感知手段(41)が渦流センサであることを特徴とする、請求の範囲第 6項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 9.前記ジンバル・トルク手段(12)が電気機械モータであることを特徴とす る、請求の範囲第1項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 10.トルクを誘発するための前記手段(34、35、36、37、46、47 、48、49)が、静電界または電磁界を発生する複数の磁気アクチュエータで あることを特徴とする、請求の範囲第3項に記載の制御モーメント・ジャイロス コープ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.乗物の方向性トルクを応用した制御モーメント・ジャイロスコープであって 、 ジンバルと、 前記ジンバルに取り付けられたロータと、 ジンバル軸の周りで前記ジンバルを回転させる乗物に機械的に取り付けられる ジンバル支持手段と、 ジンバル軸に対して垂直なロータ軸の周りで前記ロータをスピン回転させるた めの手段と、 ジンバル軸の周りで前記ジンバルにトルクを供給するためのジンバル・トルク 手段と、 ジンバル軸とロータ軸との両方に対して垂直な出力軸の周りで前記ロータにか かるトルクを誘発するための手段とを含み、 ジンバル軸の周りでの前記ロータの回転を検出する感知手段と、 ロータの回転を、前記ジンバル・トルク手段に与えられるトルク信号に変換し て、ジンバル軸の周りで前記ジンバル手段を回転させ、前記ロータの回転に追従 するための、前記感知手段に接続された制御手段とを含む、制御モーメント・ジ ャイロスコープ。 2.乗物が宇宙船であることを特徴とする、請求の範囲第1項に記載の制御モー メント・ジャイロスコープ。 3.前記ロータが、静電界または電磁界によって前記ジンバル内で宙に浮くこと を特徴とする、請求の範囲第1項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 4.前記ロータを回転させるための前記手段が直流ブラシレス・モータであるこ とを特徴とする、請求の範囲第3項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ 。 5.前記感知手段が磁気フラックス検出器であることを特徴とする、請求の範囲 第4項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 6.前記感知手段がギャップ・センサであることを特徴とする、請求の範囲第4 項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 7.前記感知手段がホール素子であることを特徴とする、請求の範囲第5項に記 載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 8.前記感知手段が渦流センサであることを特徴とする、請求の範囲第6項に記 載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 9.前記ジンバル・トルク手段が電気機械モータであることを特徴とする、請求 の範囲第1項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 10.トルクを誘発するための前記手段が、静電界または電磁界を発生する複数 の磁気アクチュエータであることを特徴とする、請求の範囲第3項に記載の制御 モーメント・ジャイロスコープ。 11.乗物に取り付けた制御モーメント・ジャイロスコープであって、 ロータと、 前記ロータを取り付けたジンバルと、 前記ジンバル内で前記ロータを支持するための手段と、 ロータ軸の周りで前記ロータを回転させるための手段と、 ロータ軸に垂直な出力軸の周りで、前記ロータにかかるトルクを誘発するため の手段と、 ジンバル軸の周りでの前記ロータの回転を感知するための複数のセンサと、 前記ジンバルが、ロータ軸と出力軸との両方に垂直であるジンバル軸の周りで 回転できるように、前記乗物上に取り付けられて、前記ジンバルに接続されたジ ンバル支持体と、 ジンバル軸の周りで前記ジンバルを回転させるためのジンバル・トルク・モー タと、 ジンバル軸の周りでの前記ロータの回転を追従するように、ジンバル軸の周り で前記ジンバルを回転するため、前記感知手段と前記トルク・モータとに電気的 に接続される制御回路とを含む、制御モーメント・ジャイロスコープ。 12.乗物が宇宙船であることを特徴とする、請求の範囲第11項に記載の制御 モーメント・ジャイロスコープ。 13.前記ロータを支持するための手段が、前記ロータの周りで静電界または電 磁界を発生する複数のアクチュエータであることを特徴とする、請求の範囲第1 1項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 14.前記ロータを回転させるための前記モータが直流ブラシレス・モータであ ることを特徴とする、請求の範囲第13項に記載の制御モーメント・ジャイロス コープ。 15.前記センサが磁気フラックス検出器であることを特徴とする、請求の範囲 第14項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 16.前記センサがギャップ・センサであることを特徴とする、請求の範囲第1 4項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 17.前記センサがホール素子であることを特徴とする、請求の範囲第15項に 記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 18.前記センサが渦流センサであることを特徴とする、請求の範囲第16項に 記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 19.トルクを誘発するための前記手段が、前記ロータの周りに静電界または電 磁界を発生する複数の磁気アクチュエータであることを特徴とする、請求の範囲 第11項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。 20.前記ジンバル・トルク手段が電気機械モータであることを特徴とする、請 求の範囲第11項に記載の制御モーメント・ジャイロスコープ。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009168817A (ja) * 2008-01-18 2009-07-30 Honeywell Internatl Inc 制御モーメントジャイロスコープ
JP2009186477A (ja) * 2008-02-11 2009-08-20 Honeywell Internatl Inc コントロールモーメントジャイロ
KR100942199B1 (ko) * 2007-12-26 2010-02-11 한국항공우주연구원 제어 모멘텀 자이로스코프
JP2010282465A (ja) * 2009-06-05 2010-12-16 Mitsubishi Electric Corp ジンバル制御装置
KR101357599B1 (ko) * 2013-08-19 2014-02-05 한국항공우주연구원 3차원 구체 구동 장치
JP2017138310A (ja) * 2016-02-02 2017-08-10 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド 改善されたゼロ近傍の毎分回転数(rpm)の感知

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998046967A2 (en) * 1997-03-20 1998-10-22 Honeywell Inc. Relative rate sensor for control moment gyroscopes
FR2773339B1 (fr) * 1998-01-06 2000-01-28 Commissariat Energie Atomique Appareil stabilise par un gyroscope, et notamment un robot bipede
FR2786283B1 (fr) * 1998-11-19 2001-01-26 Matra Marconi Space France Procede et dispositif de pilotage de l'attitude d'un satellite
US6891498B2 (en) 2002-03-28 2005-05-10 Honeywell International Inc. Inertial reference system for a spacecraft
US6681649B2 (en) 2002-04-03 2004-01-27 Honeywell International Inc. Inertial control and measurement system
US6682019B2 (en) 2002-04-04 2004-01-27 Honeywell International Inc. Minimum energy wheel configurations for energy storage and attitude control
US6648274B1 (en) 2002-04-12 2003-11-18 David A. Bailey Virtual reaction wheel array
US6834561B2 (en) * 2002-08-22 2004-12-28 Honeywell International Inc. Radially actuated control moment gyroscope
US6849980B1 (en) * 2003-02-21 2005-02-01 Che Ram Souza Voigt Cross plane wide-gap motor system for gimbal
US8020809B2 (en) * 2007-04-18 2011-09-20 Ithaco Space Systems, Inc. Direct torque actuator control for control moment gyroscope
US8210062B2 (en) * 2007-04-18 2012-07-03 Ithaco Space Systems, Inc. Control moment gyroscope array and method of power distribution therefor
US8129984B2 (en) 2007-06-27 2012-03-06 Brooks Automation, Inc. Multiple dimension position sensor
US8823294B2 (en) * 2007-06-27 2014-09-02 Brooks Automation, Inc. Commutation of an electromagnetic propulsion and guidance system
WO2009003195A1 (en) * 2007-06-27 2008-12-31 Brooks Automation, Inc. Motor stator with lift capability and reduced cogging characteristics
KR101532060B1 (ko) * 2007-06-27 2015-06-26 브룩스 오토메이션 인코퍼레이티드 셀프 베어링 모터를 위한 위치 피드백
US9752615B2 (en) 2007-06-27 2017-09-05 Brooks Automation, Inc. Reduced-complexity self-bearing brushless DC motor
US8283813B2 (en) 2007-06-27 2012-10-09 Brooks Automation, Inc. Robot drive with magnetic spindle bearings
KR20180014247A (ko) 2007-07-17 2018-02-07 브룩스 오토메이션 인코퍼레이티드 챔버 벽들에 일체화된 모터들을 갖는 기판 처리 장치
US20090100957A1 (en) * 2007-10-23 2009-04-23 Honeywell International, Inc. Rotor assemblies having shafts with integral bearing raceways
WO2009127228A1 (en) * 2008-04-17 2009-10-22 Erke Erke Arastirmalari Ve Mühendislik A.S. Gear device, preferably motor device
FR2934677B1 (fr) * 2008-07-29 2011-05-27 Thales Sa Dispositif d'actionneur gyroscopique a suspension magnetique
WO2011070138A1 (en) * 2009-12-10 2011-06-16 Movea S.A Gyroscopic exercise ball
US10479531B2 (en) 2010-08-24 2019-11-19 Honeywell International Inc. Shell rotor assembly for use in a control moment gyroscope and method of making the same
DE102012208623A1 (de) * 2012-05-23 2013-11-28 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Ausüben von Drehmoment auf ein Objekt
US20140180184A1 (en) * 2012-09-14 2014-06-26 James Duguid Neuroplasticity vertigo treatment device and method
US20150209212A1 (en) * 2012-09-14 2015-07-30 James R. Duguid Method and apparatus for treating, assessing and/or diagnosing balance disorders using a control moment gyroscopic perturbation device
KR101474274B1 (ko) 2013-03-25 2014-12-18 한국항공우주연구원 제어 모멘트 자이로
GB2506726B (en) 2013-07-16 2014-10-22 Sergey Nikolaevich Andreev Two-wheel gyroscope-stabilized vehicle and methods for controlling thereof
CN103471576B (zh) * 2013-09-24 2015-10-21 北京控制工程研究所 一种框架驱动供电一体化组件
US9440751B2 (en) * 2014-05-22 2016-09-13 Honeywell International Inc. Ultra low noise data acquisition circuit
FR3041327B1 (fr) * 2015-09-18 2019-05-31 Thales Actionneur gyroscopique a double guidage cardan, element de suspension et element de butee
CN109515755B (zh) * 2018-11-26 2021-09-17 北京航空航天大学 一种五自由度单框架磁悬浮控制力矩陀螺
DE102019205329A1 (de) 2019-04-12 2020-10-15 Construction Robotics GmbH Vorrichtung zur Steuerung einer an einem Strang hängenden Last
US11794883B2 (en) * 2020-04-20 2023-10-24 Lockheed Martin Corporation Vibration control assembly
IL309026B1 (en) * 2023-12-02 2024-04-01 Konovalov Sergey An energy storage device

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3082631A (en) * 1949-06-28 1963-03-26 Bosch Arma Corp Gyroscopic apparatus
GB886305A (en) * 1959-10-10 1962-01-03 Dehavilland Aircraft Improved gyroscopic apparatus
US3107540A (en) * 1961-12-04 1963-10-22 Bosch Arma Corp Gyroscope pickoff and torquer
US3276273A (en) * 1962-06-25 1966-10-04 Sperry Rand Corp Earth's magnetic field responsive apparatus
US3608384A (en) * 1969-01-03 1971-09-28 Skagit Corp Apparatus for rotationally positioning a supported load
US3742769A (en) * 1971-03-25 1973-07-03 Sperry Rand Corp Gyroscope
US3762226A (en) * 1971-04-07 1973-10-02 Sperry Rand Corp Control moment gyroscope with integral torque control
US4242917A (en) * 1978-07-03 1981-01-06 Sperry Corporation Isolation flexure for gyroscopes
US4285552A (en) * 1980-02-11 1981-08-25 Sperry Corporation Torquer apparatus for magnetically suspended members
US4375878A (en) * 1980-10-28 1983-03-08 Lockheed Missiles & Space Company, Inc. Space satellite with agile payload orientation system
JPS58149899A (ja) * 1982-02-26 1983-09-06 三菱電機株式会社 人口衛星姿勢制御用磁気軸受ホイ−ル
US4642501A (en) * 1985-10-15 1987-02-10 Sperry Corporation Magnetic suspension and pointing system with flux feedback linearization
US4732353A (en) * 1985-11-07 1988-03-22 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Three axis attitude control system
US4724368A (en) * 1985-12-23 1988-02-09 Huges Aircraft Co. Multiple phase electronically commutated torque motor
US4961352A (en) * 1988-02-24 1990-10-09 Satcon Technology Corporation Magnetic bearing and suspension system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100942199B1 (ko) * 2007-12-26 2010-02-11 한국항공우주연구원 제어 모멘텀 자이로스코프
JP2009168817A (ja) * 2008-01-18 2009-07-30 Honeywell Internatl Inc 制御モーメントジャイロスコープ
JP2009186477A (ja) * 2008-02-11 2009-08-20 Honeywell Internatl Inc コントロールモーメントジャイロ
JP2010282465A (ja) * 2009-06-05 2010-12-16 Mitsubishi Electric Corp ジンバル制御装置
KR101357599B1 (ko) * 2013-08-19 2014-02-05 한국항공우주연구원 3차원 구체 구동 장치
JP2017138310A (ja) * 2016-02-02 2017-08-10 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド 改善されたゼロ近傍の毎分回転数(rpm)の感知

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RU95113429A (ru) 1997-06-10

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