JPS6313128B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、人工衛星に搭載する磁気軸受ジン
バルホイールに関するものである。

第１図は従来の人工衛星用磁気軸受ジンバルホ
イールの一例を示す断面の斜視図である。図中矢
印で示すｘ，ｚは直角座標ｘ，ｙ，ｚのｘ軸とｚ
軸を示し、xy平面による断面を示している。図
において１はホイール、２はロータで、ホイール
１とロータ２はｚ軸のまわりに回転する。すなわ
ち、ロータ２の回転軸がｚ軸となるような直角座
標を用いて説明する。３は永久磁石であり、半径
方向に着磁された環状の磁石を形成する。４はロ
ータ２のｚ方向変位を検出する非接触変位計であ
る。第１図にはｘ軸上に中心対称に配置された２
個の非接触変位計だけが示されているが、同様に
ｙ軸上に中心対称に配置された２個の非接触変位
計が設けられている。５は磁気回路を閉じるステ
ータ、６は制御コイルで、制御コイル６にはロー
タ２にｚ軸方向変位についての変位信号に応じて
電流が流され、ロータ２と永久磁石３との間の磁
気回路の磁束を変化させてロータ２のｚ軸方向の
位置を制御する。７は吸引力によつてロータ２の
傾きを補正し、かつ、ロータ２をジンバルさせる
ための電磁石である。電磁石７もｘ軸上に１対と
ｙ軸上に１対設けられる。

第２図は制御コイル６及び電磁石７を駆動する
装置を示す説明図であり、図において４，６，７
は第１図の同一符号と同一部分を示し、８は位相
補償器、９は電力増幅器である。

次に動作について説明する。４個の非接触変位
計４の出力の和信号は、位相補償器８及び電力増
幅器９を通つて制御コイル４を駆動し、ロータ２
とステータ５間の空隙の磁束を平均的に一定に保
つ。しかし、これだけでは、ロータ２が傾く恐れ
があるので、軸対称位置にある２対の非接触変位
計４の出力の差信号によつてロータ２の傾きを検
出し、この差信号に応じて、位相補償器８及び電
力増幅器９を通して、電磁石７を駆動し、ロータ
２の傾きを修する。また、この電磁石７によつ
て、ホイール１の角運動量ベクトルをｚ軸方向か
ら微小な範囲で傾けることが可能であるので、人
工衛星の三軸姿勢制御においても電磁石７による
制御が行なわれる。

従来の磁気軸受ジンバルホイールでは、ロータ
２の傾き補正及びジンバリングに電磁石７を使用
しているので、消費電力が大きく、また、ホイー
ル１に渦電流が発生して回転摩擦が増加する。さ
らに、ホイール１に一部鉄材を使用しなければな
らないので、重量が増加する等の欠点があつた。

この発明は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、永久磁石３とロ
ータ２間の磁束を制御する複数個の制御コイルを
設け、この複数個の制御コイルによつてロータの
ｚ軸方向の位置制御とジンバリング制御とを行な
うように構成し、電磁石が不要である磁気軸受ジ
ンバルホイールを提供することを目的としてい
る。

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第３図はこの発明の一実施例を示す断面の斜
視図、第４図はこの発明の一実施例を示す横断面
図、第５図ａ，ｂはそれぞれこの発明の一実施例
を示す側断面図及び横断面図であり、これらの図
において１，２，３，４，５は第１図の同一符号
と同一または相当する部分を示し、６ａは制御コ
イル、１０，１１，１２，１３はそれぞれ磁気回
路が形成されている空〓を示す。第５図ａに示す
上部の永久磁石３のＮ極によつて生じた磁束は、
空隙１０を経てロータ２へ移り、空隙１１を経て
再び永久磁石３のＳ極へ戻る。下部の永久磁石３
についても同様のことがいえる。

ロータ２のｚ軸方向（回転軸方向）の変位は非
接触変位計４によつて検出され、あらかじめ設定
された位置からずれていれば、その誤差信号に応
じて直列に接続された上下の制御コイル６ａに電
流を流して空隙１０，１１及び空隙１２，１３の
磁束を変化させ吸引力を調整し、ロータ２を設定
位置に戻すように制御する。この実施例では、４
組の制御コイル６ａのそれぞれによつて独立に上
記のようなｚ軸方向制御が４つの磁気回路に対し
て行なわれるようになつている。

第６図はこの発明の一実施例の制御コイルを駆
動する装置の一例を示す説明図であり、図におい
て４，６ａは第３図、第４図、第５図の同一符号
と同一部分を示し、８，９は第２図の同一符号と
同一または相当する部分を示す。

ｚ軸方向の位置は４つの非接触変位計４の和を
とつて平均することにより得られるので、この和
信号とｚ方向設定信号zcとの差をとることによ
り、ローターのｚ軸方向の誤差が得られる（第６
図破線Ａに囲まれた部分を示す）。ｙ軸まわりの
回転変位はｙ軸について対称な位置にある２つの
非接触変位計の差をとれば得られるので、この差
信号とｙ軸まわりに回転角設定信号φycとの差を
とることにより、ロータのｙ軸まわり回転角度誤
差が得られる（第６図破線Ｂに囲まれた部分が示
す）。ｘ軸まわりの回転角度誤差信号も同様に第
６図破線Ｃに囲まれた部分で得られる。こうして
ｘ軸、ｙ軸まわりに回転角度誤差信号とｚ軸変位
誤差信号は系を安定化するための位相補償回路８
を通じて電磁石６ａへ電力を供給する電力増幅器
へ入力される。このとき、ｚ軸方向の誤差信号は
４つの電力増幅器へ同相で入力され、各電磁石６
αの合力がｚ軸方向誤差を修正する制御力とな
る。ｙ軸まわり回転角度誤差信号はｙ軸について
対称な位置にある電磁石６αに接続された電力増
幅器９へ逆相で入力されるので、この２つの電磁
石により発生する吸引力はｙ軸まわりの遇力とな
り、ｙ軸まわり回転角度誤差を修正する制御トル
クになる。ｘ軸まわり回転角度誤差信号も同様に
処理される（第６図破線図Ｄで囲まれた部分が示
す。） なお、ｘ軸方向、ｙ軸方向の位置変化について
は、第５図に示すようにロータ２とステータ５の
相対する部分を同心円状の相対向する凹凸状態の
形状にすることによつて、磁気の吸引力によつて
自然に制御されているので、特に外力による制御
を施す必要はない。

なお、上記実施例ではステータ５を４分割し、
分割したステータ部分のそれぞれに制御コイル６
ａを設けたものを示したが、３分割する構成とす
ることも可能である。この場合、制御コイルを駆
動する回路を変更することにより、同等の効果を
あげることができる。

第７図はステータを３分割した実施例を示す正
面図である。

また、上記実施例では制御コイル６ａを上下に
１つづつ設けたものを示したが第８図に示すよう
に設置してもよい。第８図はこの発明の他の実施
例を示す断面図であり、第３図と同一符号は同一
または相当する部分を示す。

以上のように、この発明によれば、複数個の制
御コイルによつてロータの回転軸方向の位置の制
御とともにジンバル制御とホイールの角運動量ペ
クトルを軸方向から微小な範囲で傾ける制御がで
き、電磁石が不要となり、消費電力が少くなり、
回転摩擦が減少し、かつ重量を減少させることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の人工衛星用磁気軸受ジンバルホ
イールの一例を示す断面の斜視図、第２図は制御
コイル及び電磁石を駆動する装置を示す説明図、
第３図はこの発明の一実施例を示す断面の斜視
図、第４図はこの発明の一実施例を示す横断面
図、第５図ａ，ｂはそれぞれこの発明の一実施例
を示す側断面図、横断面図、第６図はこの発明の
一実施例の制御コイルを駆動する装置の一例を示
す説明図、第７図はステータを３分割した実施例
を示す正面図、第８図はこの発明の他の実施例を
示す断面図である。 図において１はホイール、２はロータ、３は永
久磁石、４は非接触変位計、５はステータ、６ａ
は制御コイル、８は位相補償器、９は電力増幅
器、１０，１１，１２，１３は磁気回路の形成さ
れている空隙である。なお、各図中同一符号は同
一または相当部分を示すものとする。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 永久磁石の吸引力を電磁力で調整することに
   よりロータの回転軸方向の位置を制御して非接触
   回転させる磁気軸受を設けた人工衛星用磁気軸受
   ジンバルホイールにおいて、上記回転軸に直角な
   平面上の位置に関して上記磁気軸受を３個以上の
   部分に分割し、この分割した各部分の電磁力をそ
   れぞれ独立に制御する制御装置を設け、上記ロー
   タの回転軸方向の平均位置の偏差により上記各分
   割部分の電磁力の和をフイードバツク制御し、上
   記ロータの角運動量ベクトルの所望の傾斜方向に
   対する偏差により上記各分割部分の相互間の電磁
   力の差をフイードバツク制御することを特徴とす
   る人工衛星用磁気軸受ジンバルホイール。