JPS59184834A - 回転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は人工衛星など０回転する飛しよう体の姿勢制
御系やメカニカルデスパンアンテナ（Ｍｅｃｈａｎｉｃ
ａｌ　Ｄｅｓｐｕｎ’　Ａｎｔｅｎｎａ）の制御系の動
作”ｔ８認するため、上記飛しよう体を回転させる回転
装置において、上記飛しよう体個有の不つ９あいを観測
しながら回転させる構成の簡単な回転装置を提供するも
のである。

なお、ここでは説明の便宜上、上記回転装置のベアリン
グを空気ベアリングとし、また供試体を中実円筒として
説明する。

まず従来の回転装置について簡単に説明する。

第１図は従来のこの種の装置の構成を示すもので。

図において（１）は供試体（例えば人工衛星）、（２＋
は上記供試体（１）を搭載して回転する回転台、（３）
は構体、（４）は上記回転台（２）と構体（３）との間
に作られた間隙に圧縮空気を充満させ、この圧力で潤滑
作用をもつ空気ベアリング、（５）は上記回転台（２）
に接続され回転力を伝える回転軸、　（６）＆ｉ上記回
転軸（５）に回転力を与えるモータ（例えばＤＣサーボ
モータなど）、（７１は上記モータ（６）を駆動する駆
動部、（８）は上記叫１軸（５）に取りつけられその回
転角度を計測する角度検出器（例えばリゾルバーなど）
、＋９１は上記角度検出器（８）が送出する角度信号を
処理する角度エンコーダ、　ａａ＋’ｚ上記駆動部（７
）と角度エンコーダ（９）とにケーブルａ〔経由接続さ
れる制御部である。

このように構成されているから供試体ｆｉ＋は回転台（
２）　Ｋ取付けられ、この回転台（２）は構体（３）と
の間に設けられた空気ベアリング（４）によって摩擦な
く。

しかも一定の剛性をもって回転することができる。

この回転は回転軸（５）がモータ（６）によって回転さ
れることによって行われる。回転を安定させるため駆動
部（７）へ送る制御信号は、角度検出部（８）で検出し
た角度信号を角度エンコーダ（９）で処理し制一部００
へ送り、ここで一定の回転速度を得るように生成される
。

このように回転速度を一定に保ち１回転むらを極力低く
抑えることは人工衛星のスピン試験を行う際極めてＮ要
である。もし０回転むらがある場合は人工衛星に搭載さ
れるコンポーネントの動作に悪影響を及ぼし、正しい試
験が不可能となる。

前記回転むらは、設定回転速度に対し０．０４％以内に
収まっていることが望まれることから回転装置の製作に
は釉々の観点から十分な注意が払われる。

ここで説明した空気ベアリング（４）は上述の理由で精
度の極めて高い回転装置に良く用いられてい゛るもので
ある。

ところが、このような従来の回転装置において回転むら
を発生する要素があり、その中で主要なものに供試体（
１）の不つυあいに起因する回転軸（５）に及ぼす転倒
モーメントがある。これが大きくなると回転中に振動が
発生し、モータ（６）にトルクの変動をもたらし、その
結果回転むらが発生する。

さらに上記振動が空気ベアリング（４）の剛性限界を超
えると、空気ベアリング（４）の空気層がつぶれて回転
台（２）゛が構体（３）に接触して空気ベアリングを破
壊するという欠点がある。これは供試体（１）の破損に
もつながる。そこで供試体（１）の不つりおいが前記剛
性限界を超える転倒モーメントの大きさに至らぬよう、
供試体ｉｌ＋を回転台（２）に搭載する際、その不つり
あいを修正しさらに回転中に転倒モーメントの大きさを
監視する必要があった。

次に本発明に係る装置の一実施例を図を用いて詳述する
。

第２図から８４図は本発明の一実施例を示すもので、第
２図は一実施ψ１」を構成を示すブロック図。

第３図は転倒モーメントの測定理論を説明するための模
式図、第４図は処理の流れを示す流れ図である。

図中、（１）から０１）は第１図に同じ、　０２は中央
処理装置０４）（以下ＣＰＵと呼ぶ）に情報を入力する
入力装置（例えばキーボード）、ａ：ｙはＣＰＵα４と
各種入出力装置＋９１．０［１Ｌ０７．α９．噛との中
継を行う入出力インタフェース、　０５１９’！各種測
定データや処理プログラムを記憶する記憶装部、　（１
６１は構体（３）の基礎部■の所定位置に取りつけられ
圧力を検出して電気信号（これを以下圧力検出信号と呼
ぶ）に変換する圧力検出器、α７＋は上記圧力検出器（
１６１に接続され、構体（３）の内部に設きれ、上記圧
力検出信号を増幅する増幅器、θ〜は上記増幅器（１′
７１に接続され、上記圧力検出信号の雑音を除去する低
域通過フィルタ、Ｏｇ）は上記低域通過フィルタθδを
通過した上記圧力検出信号をＣＰＵ［Ｉ４１の命令に従
って計測するボルトメータ、（社）は計算結果などを表
示する出力表示装置（例えばＣＲＴなど）、圓は基礎部
のにと９つけられ、構体（３）を支持する基健ブロック
、ωは供試体＋１）の重心を含む重心面、（財）は供試
体（１）の回転軸線、（２５１ｔ’ｚ供試体（１）の慣
性主軸である。

次に本発明に係る装置の動作を説明する。（１）からＯ
Ｉｌの各要素の動作は従来例の説明と同じであるから省
略する。

さて、第４図のＡで回転装置の駆動条件、すなわち回転
角速度（これをωとする）、供試体の質量（これをＭと
する）、供試体の重心高さくこれをｄとする）などを入
力装置ＩＺによｐ入力する。

このデータは入出力インタフェース（１３とＣＰ　Ｕ　
Ｑ４１を経由して記憶装置（１５１に記憶される。

次に第４図のＢで供試体（１）を回転台（２）に搭載す
る。このとき空気ベアリング（４）はすでに動作してい
るものとする。

次に第４図のＣで供試体（１）のスピン試験を開始する
命令を入力装置Ｏ２から入力する。この命令は入出力イ
ンタフェースｕＪ経由ＣＰＵ（１４１へムシ。処理プロ
グラムに従って判断され所定の動作が実行される。

次に第４図のＤでＣＰＵＱ４１の命令により制御部００
）が動作し、この命令に従って駆動部（７）を起動する
。このときの回転角速度は１例えば１ラジアン／秒程度
の低い値に設定される。この回転角速度をω１　とする
。

次に第４図のＥで回転角を角度検出器（８）で読みと９
値を角度エンコーダ（９）で処理して入出力インタフェ
ース（１３１経由ＣＰＵで０４］へ送シ、記憶装置α９
で記憶する。

次に第４図のＦで圧力検出器ｔ１６１の圧力検出信号を
増幅器αので増幅し、低域通過フィルタ０８を通して雑
音を除去し適度なレベルにしたのち、ボルトメータα印
で測定して、記憶装置（１５１に記憶させる。

この測定は上記角度エンコーダ（９）から発生される所
定の回転角度毎（例えば１度毎）のトリガパルスをワイ
ヤα１１でボルトメータＱ９）に送シ、このトリガパル
スに同期させて上記圧力検出信号をサンプリングするこ
とで行われる。

次に第４図のＧで９回転角速度を増大してω２（例えば
１０ラジアン／秒）にする。そしてＨで終了判定を行っ
たのち、Ｅへ戻ってＥからＧの処理を再び行と。以上の
処理が終了したら工で駆動部（７）をＣＰ　Ｕ　（１４
１の命令で停止させる。

次にＪで、前記角度データと圧力データとから供試体（
１）の不つやあいに係るパラメータすなわち偏重心ｒ及
び慣性主軸の傾きφ、及び偏重心ｒの位置を示す角度θ
を求める。そして、上記ｒとφを減少させるための修正
を行うための計算を行う。

ここで、上記ｒ、φ、θの計算について簡単に第３図を
用いて説明する。供試体（１）が回転軸線＋２４ｊ周シ
に回転運動を竹うと不つりあいにより回転軸（５）を曲
げようとする転倒モーメントが発生する。

この転倒モーメント（以下ＭＴと呼ぶ）は、静子つシあ
いに動らく重力モーメント（以下Ｍ８ｇと呼ぶ）と静子
クリあいに働らぐ遠心力モーメント（以下ＭＢｃと呼ぶ
）及び勤王つシあいに働らく遠心力モーメント（以下Ｍ
ＤＣと呼ぶ）に分解され。

（１）式のように表される。

ＭＴ＝Ｍｓｇ＋Ｍｓｃ＋Ｍ＋：＋ｃ ”　”θ’ｇ　＋　Ｍ−ｅ−ｄ・ω２＋２φ・（工２−
工ｘ）ω２　（１）ここで１Ｍは供試体の質量 ｅは偏重心、すなわち回転軸線（２４と供試体（１＋の
重心点Ｐ１との距離 ｇは重力加速度 ｄは回転台（２）表面から供試体（１）の重心点Ｐ１″
！！での距離 ωは回転角速度 φは回転軸線（財）と供試体ｔ１＋の慣性主軸四との交
角すなわち慣性主軸傾角 Ｉｚは供試体（１）の回転軸線＠周シの慣性モーメント 工ｘは上記回転軸線（財）に直角な軸まわシの慣性モー
メント 次に、圧力検出点Ｐ２において圧力検出器α［ＮＣ加え
られる圧力ＦＴは（２）式で求められる。

辷こで、ｒは回転軸線外から圧力検出点Ｐ２までの距離 りは基礎部＠から重心点Ｐ１を含む重 心面＠までの距離 ｄは軸受点Ｐ３から重心面器までの距 離 ここで９回転角速度をω１のときの圧力ＰＴ　、、ω２
のときの圧力をＰＴ２とすると（２）式から、偏重心ｅ
と慣性主軸傾角φが求められ、それぞれ（３）式と（４
）式のように表される。

。＝へ勉ｕ（３） α＋１ さらに、ｅの角度についてはＥで回転角が記憶装置０５
１に記憶されているので、この値と圧力検出値の関係か
ら求められこれをθとすると、供試体（１）の重心位＠
Ｐ１がどの位置にあって回転軸線０４１からどの程度偏
移しているかを知ることができる。

次に０以上のようにして不つりあいが測定された後、こ
の不つシあいを修正するための計算を行い１以上の結果
をｋで出力表示装置翰に表示する。

以上のように本発明によれば。供試体（１）の不っシあ
いを計測して、これを打消すよう修正することができる
ので回転軸（５）の振動を抑圧し回転むらの発生を防止
するとと°が可能とυ、さらに空気ベアリング（４）の
つぶれによる破損を防止することができ、精度の高い回
転性能と高い安全性を有する回転装置を実現できる利点
が生ずる。

なお、一実施例では空気ベアリングのみ説明したが、他
のベアリング、例えば油圧ベアリングやボールベアリン
グなどを用いることもでき、また供試体も任意形状のも
のが回転できることは言うまでもない。

さらに、一実施例では各構成要素をそれぞれ分離した形
で示したが、各構成要素個有の機能をいくつかまとめる
こともできるなど１本発明の趣旨とする点を逸脱しない
範囲において種々の変形がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成図、第２図は発明の実施例の構
成図、第３図は転倒モーメントの測定理論を説明するた
めの模式図、第４図は処理の流れを示す図である。 図中、（１）は供試体、（２）は回転台、（３）は構体
、（４）は空気ベアリング、　＋５１＆！回転軸、　（
６）＆’！モーター。 （７）は駆動部、（８）は角度検出器。（９）は角度エ
ンコーダ、α■丁制御部、　Ｑｌｌはケーブル、０２１
は入力装置。 α３１は入出力インタフェース、　０４１は中央処理装
置。 ＵＳ＋を工記憶装置、α６）は圧力検出器、　１７１は
増幅器、αｅは低域通過フィルタ、　０９１１ボルトメ
ータ、Ｃ！Ｌｊは出力表示装置、　１２ｎは基礎ブロッ
ク、■は基礎部、＠は重心面、■は回転軸線、　ｔ２５
１は慣性主軸、　Ｐｌは重心点、Ｐ２は圧力検出点、Ｐ
５は軸受は点１Ｍは供試体質量、ωは回転角速度、φは
慣性主軸傾角、θは偏重心、ｄ＆Ｘ軸受は点からの重心
高、ｈは基礎部からの重心高、ｒは回転軸線間から圧力
検出点Ｐ２までの距離、Ａは駆動条件入力、Ｂは供試体
取付。 Ｃは試験開始入力、Ｄは駆動部起動、Ｅは角度読みとり
、Ｆは圧力読みとり、Ｇは回転速度変更。 Ｈに終了判定、■は駆動部停止９　Ｊは計算、には表示
出力、Ｌは印字出力である。 °なお図中同一、あるいは相当部分には同一符号を付し
て示してちる。 代理人大岩増雄 第１図 第２図 第３図 ○１ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 供試体を搭載して回転運動を行う回転台と、この回転台
   を支持する箱状の構体と、上記構体との間に設けられた
   軸受は機構と、上記回転台に接続された回転軸と、上記
   回転Ｓに回転力を与えるモータと、上記モータを駆動す
   る駆動部と、上記回転軸に取り付けられ、この回転角度
   を検出する角度検出器と、上記回転角度によって上記回
   転台の回転速度を制御する制御信号を上記駆動部に送出
   する制御部とを備えた回転装置において上記構体の基礎
   部の一点に取シつけられ、この点に加わる圧力を電気信
   号に変換する圧力検出器と、上記圧力検出器が出力する
   電気信号を増幅する増幅器と。 上記増幅器の出力を沖波して雑音を除去する低域通過Ｆ
   波器と、上記ｐ波器の出力を計測する電圧計と、上記角
   度検出器の回転角度検出信号を所要の形態に処理して中
   央処理装置に与え”、かつ所定回転角度毎にトリガパル
   スを上記電圧計の外部トリガとして上記電圧計に与える
   角度工／コーダと。 上記供試体の不つυあい計測及び回転制御及びデータ処
   理を行うに必要なプログラム及び不つＣ６φに起因する
   上記供試体の転倒モーメン）ｋ検出する上記圧力検出器
   の圧力データと、上記角度検出器の角度データを記憶す
   る記憶装置と、上記記憶装置との間で情報の授受を行う
   と共に上記回転台の駆動部を制御部に制御信号を与え、
   かつ上記圧力検出器及び上記角度検出器による計測値を
   もとに所定のデータ処理を行う中央処理装置と、上記回
   転台の駆動条件や起動指示などを上記中央処理装置に入
   力する入力手段と、計測結果を出力する出力手段とを備
   え、上記供試体を回転させたときの不クリあいを計測し
   、その偏重心ベクトル及び慣性主軸の傾角を求めて上記
   出力手段に出力し。 かつ不つりあいの修正方法を出力することを特徴とする
   回転装置。・