KR100942199B1 - 제어 모멘텀 자이로스코프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제어 모멘텀 자이로스코프에 관한 것으로, 짐벌모터의 회전에 의하여 스핀모터의 회전축과 수직방향으로 발생하는 강한 토크(자이로스코픽토크)에도 충분히 견딜 수 있어야 하며, 이 때 발생될 수 있는 진동 및 충격을 효과적으로 흡수함을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 제어 모멘텀 자이로스코프는, 양방향의 회전력을 발생하는 짐벌모터와; 상기 짐벌모터의 짐벌축에 결합되어 양방향으로 회전하는 휠 하우징과; 상기 휠 하우징 내부에 장착되는 스핀모터와; 상기 스핀모터에 축 결합되어 상기 휠 하우징의 회전방향에 대해 직교하는 방향으로 회전하는 휠과; 상기 휠 하우징의 내부에 원통형 단면으로 형성되며 내부에 상기 스핀모터가 탑재되는 모터탑재부 및; 상기 스핀모터를 상기 모터탑재부에 쐐기식으로 고정하는 고정수단으로 구성되며; 상기 고정수단은 상하부가 연통된 통 형상으로 이루어져 상기 스핀모터가 내부에 삽입되며 상단 내주면에 경사부가 구비되고 상기 모터 탑재부에 안착 고정되는 고정블록, 상기 스핀모터가 관통되도록 상하부가 관통된 통 형상이며 저부에 상기 고정블록의 경사부에 쐐기식으로 결합되는 테이퍼형 압입부가 구비되어 상기 고정블록에 결합되는 덮개로 이루어진 것을 특징으로 한다.

위성, 제어, 자이로스코프, 스핀모터

Description

제어 모멘텀 자이로스코프{CONTROL MOMENT GYROSCOPE}

본 발명은 제어 모멘텀 자이로스코프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 짐벌모터의 회전에 의하여 스핀모터의 회전축과 수직방향으로 발생하는 강한 토크(자이로스코픽토크)에도 충분히 견딜 수 있어야 하며, 이 때 발생될 수 있는 진동 및 충격을 효과적으로 흡수할 수 있는 제어 모멘텀 자이로스코프에 관한 것이다.

일반적으로, 인공위성이 발사되어 위성의 운용궤도에 진입했을 때, 위성의 안테나 또는 카메라 등의 탑재체가 정확한 방향으로 지향되어야하며, 태양전지는 태양의 방향으로 향하도록 위성의 자세제어가 이루어진다.

또한, 인공위성이 운행하는 도중에, 태양방사 압력, 미소 대기 영향 등으로 인하여 인공위성의 자세가 불안정해진 것을 조절할 필요가 있다.

이와 같이 위성의 불안정한 자세를 조절하여 정확한 방향의 위치를 잡는 자세 안정 제어법 중에는 동체 고정 안정법이 있다.

이런 동체 고정 안정법은 모멘텀 휠을 이용하여 위성이 안정된 자세를 유지 하도록 하는 것이다.

제어 모멘트 자이로스코프(CMG ; Control Moment Gyroscope)라고 하는 것은 특히 인공위성의 자세를 제어하기 위한 것으로서 2축방향의 모멘트에 의해 발생하는 자이로스코프 토크를 이용하는 것을 말한다.

제어 모멘텀 자이로스코프의 원리에 대해 설명하면, 먼저 짐벌모터에 의해 회전대가 일축을 기준으로 회전하고, 또한 상기 회전대에 의해 회전하면서 상기 회전대의 회전방향과 직교되는 방향으로 휠이 회전된다. 상기 휠은 스핀모터에 의해 구동된다. 이와 같이 상호 직교되는 방향의 모멘텀에 의해 자이로스코프 모멘트가 발생하는 것이다.

종래의 제어 모멘트 자이로스코프의 경우 제어모멘트 자이로스코프의 스핀모터를 고정하는데 있어서 주요 요구사항인 자이로스코픽토크에 의한 휨 변형력을 견디고, 진동 및 강한 충격에도 저진동 유발과 수직 직선성 유지를 위해 지금까지 하부의 지지구조물이 스핀모터와 일체로 형성되도록 설계되고 있다.

이와 같이 스핀모터와 이 스핀모터를 지지하는 하부 지지구조물의 일체형 설계구조는 전술한 목적달성에는 적합하나, 설계 및 제작의 난제들로 인하여 고비용이 초래되고 있다.

그리고, 상기 스핀모터와 상기 하부 지지구조물은 금형을 통해 일체형으로 제조되는데, 이 금형이 고가이기 때문에 제조원가가 비싸지는 문제점도 있다.

삭제

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원통형의 상용제품의 모터를 이용하여 자이로스코픽토크에 의한 휨 변형력과 진동 및 강한 충격에도 저진동 유발, 수직 직선성 유지가 가능한 구조를 확보할 수 있고, 우주선 및 인공위성의 고 기동 자세제어 상황에서도 제어 모멘트 자이로의 유발 진동을 억제할 수 있는 제어 모멘텀 자이로스코프를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 목적은 금형을 사용하지 않고 원재료를 공작기계에 의해 가공함으로써 제조할 수 있도록 하려는데 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 제어 모멘텀 자이로스코프는, 양방향의 회전력을 발생하는 짐벌모터와; 상기 짐벌모터의 짐벌축에 결합되어 양방향으로 회전하는 휠 하우징과; 상기 휠 하우징 내부에 장착되는 스핀모터와; 상기 스핀모터에 축 결합되어 상기 휠 하우징의 회전방향에 대해 직교하는 방향으로 회전하는 휠과; 상기 휠 하우징의 내부에 원통형 단면으로 형성되며 내부에 상기 스핀모터가 탑재되는 모터탑재부 및; 상기 스핀모터를 상기 모터탑재부에 쐐기식으로 고정하는 고정수단으로 구성되며; 상기 고정수단은 상하부가 연통된 통 형상으로 이루어져 상기 스핀모터가 내부에 삽입되며 상단 내주면에 경사부가 구비되고 상기 모터 탑재부에 안착 고정되는 고정블록, 상기 스핀모터가 관통되도록 상하부가 관통된 통 형상이며 저부에 상기 고정블록의 경사부에 쐐기식으로 결합되는 테이퍼형 압입부가 구비되어 상기 고정블록에 결합되는 덮개로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 제어 모멘텀 자이로스코프에 의하면, 스핀모터와 휠이 장착되는 휠 하우징의 구조 개선을 통해 원기둥 형태의 스핀모터를 견고하게 장착할 수 있으므로 제어 모멘트 자이로 내부에서 발생하는 미세 유발 진동을 억제하여 제어 모멘트 자이로의 진동을 저감시키고 짐벌 회전 운동의 제어기 성능을 개선시키는 효과를 제공한다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 제어 모멘텀 자이로스코프는, 양방향(장/역방향)의 회전력을 발생하는 짐벌모터(10)와, 짐벌모터(10)의 짐벌축(11)에 결합되어 양방향(정/역방향)으로 회전하는 휠 하우징(20)과, 휠 하우징(20) 내부에 장착되는 스핀모터(30)와, 스핀모터(30)에 축(31) 결합되어 휠 하우징(20)의 회전방향에 대해 직교하는 방향으로 회전하는 휠(40)과, 스핀모터(30)를 휠 하우징(20)에 고정하는 고정수단으로 구성된다.

짐벌모터(10)는 커플링(12)을 통해 짐벌축(11)과 연결되어 짐벌축(11)을 양방향(정/역빙향)으로 회전시킨다.

휠 하우징(20)은 내부에 스핀모터(30)와 휠(40)이 장착되며 짐벌모터(10)에 의한 회전할 수 있도록 도 1 기준 좌우 양측이 유선형으로 형성될 수 있으며, 스핀모터(30)가 장착되는 하부 구조물(21) 및 하부 구조물(21)을 덮는 덮개(22)로 이루어진다.

하부 구조물(21)의 내부에는 스핀모터(30)가 탑재되는 모터 탑재부(23)가 형성된다. 모터 탑재부(230)는 스핀모터(30)의 안정적 지지를 위하여 내부에 공간이 형성된 원통형 단면으로 형성되어 내부 공간에 스핀모터(30)가 삽입되도록 하는 것이 바람직하다.

스핀모터(30)는 짐벌모터(10)의 짐벌축(11)과 직교하는 방향의 회전력을 발생할 수 있도록 휠 하우징(20) 내부에 세워지며, 축(31)이 베어링(32)을 통해 덮개(22)에 지지 된다.

도 2와 도 3에서와 같이, 상기 고정수단은 스핀모터(30)를 휠 하우징(20) 즉 하부 구조물(21)에 견고하게 고정할 수 있도록 구성되며, 예컨대, 스핀모터(30)가 삽입되는 고정블록(50) 및 고정블록(50)에 삽입된 스핀모터(30)를 견고하게 쐐기식으로 고정하는 덮개(60)로 구성된다.

고정블록(50)은 내부에 상하부가 연통된 통 형상으로 이루어져 스핀모터(30)가 내부에 삽입되며 상단 내주면에 경사부(51)가 구비된다.

덮개(60)는 스핀모터(30)가 관통되도록 상하부가 관통된 통 형상이며 저부에 고정블록(50)의 경사부(51)에 쐐기식으로 결합되는 테이퍼형 압입부(61)가 구비된다.

즉, 고정블록(50)과 덮개(60) 내부에 스핀모터(30)를 삽입한 상태에서 덮개(60)를 고정블록(50)에 고정하는 체결구(62)를 조이게 되면, 체결구(62)가 조여질수록 테이퍼형 압입부(61)와 경사부(51)에 의해 덮개(60)가 쐐기식으로 고정블록(50)에 끼워지게 되므로 스핀모터(30)에 대한 지지력이 커지게 된다.

고정블록(50)과 덮개(60)의 내주면에는 스핀모터(30)의 구동에 따른 진동을 흡수할 수 있는 방진패드가 더 부착될 수도 있다.

스핀모터(30)의 지지력을 더욱 크게 하기 위하여 고정블록(50)에는 조임구(52)가 갖추어진다. 고정블록(50)에는 원주방향을 따라 다수의 볼트공이 천공되며, 이 볼트공에 조임구(52)가 나사 체결되어, 이 조임구(52)의 선단부가 고정블록(50) 내부의 스핀모터(30)에 맞닿아 스핀모터(30)를 조여 지지한다.

고정블록(50)의 고정 구조는 다음과 같다.

고정블록(50)을 모터 탑재부(23)에 고정하기 위하여 고정블록(50)의 둘레부에는 외향 플랜지(53)가 형성되어, 이 외향 플랜지(53)가 모터 탑재부(23)의 상면에 안착된 상태에서 다수의 체결구(54)가 플랜지(53)와 모터 탑재부(23)에 체결됨으로써 고정블록(50)이 모터 탑재부(23)에 고정된다.

고정블록(50)의 플랜지(53)와 모터 탑재부(23)의 상면이 평평한 면이면 체결구(54)에 큰 힘이 전가되어 체결구(54)가 파단될 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 플랜지(53)는 모터 탑재부(23)에 요철 구조에의한 끼움방식 및 체결구(54)에 의한 방식이 병행된다.

예컨대, 모터 탑재부(23)의 내주면측에는 제1안착턱(24)이 형성되고, 플랜지(53)에는 제1안착턱(24)에 안착되는 제2안착턱(55)이 형성된다. 제1,2안착턱(24,55)은 환형으로 형성될 수도 있고 다수개가 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성될 수도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 제어 모멘텀 자이로스코프의 전체 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 제어 모멘텀 자이로스코프에 적용된 고정수단의 분해 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 제어 모멘텀 자이로스코프에 적용된 고정수단의 결합 상태 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10 : 짐벌모터, 20 : 휠 하우징

30 : 스핀모터, 40 : 휠

50 : 고정블록, 60 : 덮개

Claims (5)

1. 2축 방향의 모멘트에 의해 발생되는 토크를 이용하여 인공위성의 자세를 제어하는 자이로스코프로서,

   양방향의 회전력을 발생하는 짐벌모터와;

   상기 짐벌모터의 짐벌축에 결합되어 양방향으로 회전하는 휠 하우징과;

   상기 휠 하우징 내부에 장착되는 스핀모터와;

   상기 스핀모터에 축 결합되어 상기 휠 하우징의 회전방향에 대해 직교하는 방향으로 회전하는 휠과;,

   상기 휠 하우징의 내부에 원통형 단면으로 형성되며 내부에 상기 스핀모터가 탑재되는 모터탑재부 및;

   상기 스핀모터를 상기 모터탑재부에 쐐기식으로 고정하는 고정수단으로 구성되며;

   상기 고정수단은 상하부가 연통된 통 형상으로 이루어져 상기 스핀모터가 내부에 삽입되며 상단 내주면에 경사부가 구비되고 상기 모터 탑재부에 안착 고정되는 고정블록, 상기 스핀모터가 관통되도록 상하부가 관통된 통 형상이며 저부에 상기 고정블록의 경사부에 쐐기식으로 결합되는 테이퍼형 압입부가 구비되어 상기 고정블록에 결합되는 덮개로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어 모멘텀 자이로스코프.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 고정블록의 둘레부에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 배열되며 상기 고정블록에 나사 체결되어 상기 고정블록 내부에 삽입된 스핀모터를 조이는 다수의 조임구가 더 포함된 것을 특징으로 하는 제어 모멘텀 자이로스코프.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 고정블록의 둘레부에는 상기 모터 탑재부의 상면에 안착되어 체결구로 체결되는 외향 플랜지가 형성된 것을 특징으로 하는 제어 모멘텀 자이로스코프.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 모터 탑재부의 내주면측에는 제1안착턱이 형성되고,상기 플랜지에는 상기 제1안착턱에 안착되는 제2안착턱이 형성된 것을 특징으로 하는 제어 모멘텀 자이로스코프.

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