KR20090116690A

KR20090116690A - 제어 모멘트 자이로 및 그 조립 장치

Info

Publication number: KR20090116690A
Application number: KR1020097009910A
Authority: KR
Inventors: 필리프 포쇠; 스테판 쉬펭
Original assignee: 아스트리움 에스아에스
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2009-11-11
Also published as: EP2081829A2; JP2010507793A; JP5095746B2; WO2008050019A3; FR2907423A1; WO2008050019A2; US8052093B2; KR101441628B1; FR2907423B1; ES2349830T8; ATE479600T1; DE602007008934D1; IL198340A; US20100006705A1; EP2081829B1; ES2349830T3; IL198340A0

Abstract

고정자(42)와 제1 회전 축선을 중심으로 고정자(42)에 대하여 회전자(40)를 회전시키는 수단을 구비하는 짐벌 조립체의 가동 부분 또는 회전자(40)에, 휠 지지체(20)에 의해 장착된 관성 휠(50)을 포함하며, 상기 관성 휠(50)의 스피너가 상기 제1 회전 축선과 정렬되지 않은 제2 회전 축선을 중심으로 회전할 수 있는 제어 모멘트 자이로(10)에 있어서, 상기 짐벌의 상기 고정자(42)는 받침부(30)에 장착되고 진동 감쇠 수단(70)에 의해 상기 받침부(30)에 부착되고, 상기 고정자(40)를 회전시키는 수단은 상기 받침부(30)의 내측 용적(31) 내에 적어도 부분적으로 수용되는 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.

제어 모멘트 자이로, 위성, 우주선, 짐벌, 관성 휠, 받침부, 진동 감쇠

Description

제어 모멘트 자이로 및 그 조립 장치{GYRODYNE AND DEVICE FOR ASSEMBLY THEREOF}

본 발명은 제어 모멘트 자이로(control moment gyro)라고도 불리는 자이로스코프 효과 토크 액추에이터 및 이를 지지 구조체(carrying structure)에 장착하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명의 주제는, 단지 하나의 회전 축선이 존재하더라도 때로는 "짐벌"이라고 불리는 장치에 장착되어 축선을 중심으로 회전하도록 배치된 관성 휠(모멘텀 휠이라고도 칭함)을 구비하는 제어 모멘트 자이로이다. 관성 휠은, 실질적으로 일정한 놈(norm)을 가진 각운동량을 생성하도록, 적절한 수단에 의해 회전하고 실질적으로 일정한 속도를 유지하는 스피너(spinner)를 포함한다. 휠은 이하에서 "휠 지지체"라고 불리는 구조 부재에 의해 짐벌의 가동부(movable portion)(회전자)에 강성적으로 부착된다. 짐벌의 고정부(일반적으로 고정자라고 칭함)는 지지 구조체에 부착되도록 설계된다. 회전자는 적절한 수단(베어링, 모터 등)에 의해 짐벌의 고정자에 대하여 회전하도록 배치됨으로써, 회전자는 짐벌 축선이라고 불리는 고정 축선을 중심으로 고정자에 대하여 회전한다. 휠, 휠 지지체 및 짐벌 조립체는, 짐벌 축선과 휠의 각운동량 사이의 각도가 일정하고 항상 0이 아니고 대부분의 경우 에 90°와 동일하도록 배치된다. 짐벌의 회전자의 회전은 휠 선회축의 각운동량을 생성할 수 있고, 그에 따라 짐벌의 회전자의 회전의 순간 속도 벡터와 휠의 각운동량 벡터의 벡터적(vectorial product)과 동일한 자이로스코프 토크를 지지 구조체에 생성한다.

제어 모멘트 자이로의 작동에 필요한 모터와 센서의 전기 공급 및 짐벌 축선의 방위와 스피너의 속도의 제어는 제어 전자 장치(control electronics)의 보조로 실시되며, 제어 전자 장치는 종래 기술에 따라 일부 또는 전체가 원격 배치되고 제어 모멘트 자이로의 기계적 부분 내에 완전히 포함되지는 않는다. 따라서 전자 장치 및 제어 모멘트 자이로의 전자 부품은 길이가 수 미터에 이를 수도 있는 전선에 의해 연결된다. 한편, 일반적으로 위성이 작동하는 환경에 퍼져 있는 강력한 방사선 때문에, 이러한 전자 장치들은 주로 알루미늄으로 이루어진 케이스에 의해 보호되어야 하며, 케이스의 두께는 상기 방사선의 유해 효과를 충분히 감소시키기에 충분하여야 한다.

또한, 모멘텀 휠이 이상적으로 균형을 유지하는 것은 아니라는 사실도 고려되어야 할 또 다른 요인이다. 작동 중에, 제어 모멘트 자이로는 바람직하지 않은 미세 진동(microvibration)을 생성하는데, 미세 진동은 지지 구조체를 통하여 예를 들면 광학 탐지기와 같은 탑재 장치(payload)의 민감한 부품에 전달되고 작동을 교란시킨다.

제어 모멘트 자이로는 특히 위성 조종 시스템에 있어서 자세와 방위를 제어하기 위한 시스템 내에 주로 적용되고 있다. 구체적으로, 제어 모멘트 자이로는 특 히 위성에 탑재된 장치의 조준선(line of sight)을 급속히 경사지게 하는 데에 필요한 상당한 토크를 전달할 수 있게 하는 설비의 구성품이다.

일반적으로, 위성에 연결된 3차원 기준 축선 시스템을 모든 자세로 다시 배향시킬 수 있도록, 적어도 3개의 제어 모멘트 자이로를 포함하는 제어 모멘트 자이로 집단(cluster)이 사용되며, 특정 경우에 있어서는 2개의 축선에 대하여 경사지게 하도록 적어도 2개의 제어 모멘트 자이로를 포함하는 제어 모멘트 자이로 집단이 사용된다. 여분성(redundancy)을 제공하고 특이성(singularity)을 회피하는 처리를 단순화하기 위하여, 집단 내에는 주로 적어도 4개의 제어 모멘트 자이로가 사용된다. 제어 모멘트 자이로 집단의 보조에 의해 위성의 자세를 제어하는 방법과 장치의 전형적인 실시 형태가 프랑스 공개특허공보 제FR 2 786 283호 또는 제FR 2 826 470호에 기재되어 있다.

모든 방향으로 토크를 생성할 수 있도록, 4개의 제어 모멘트 자이로의 집단은, 대부분의 경우에 종래 기술에 따라, 4개의 제어 모멘트 자이로의 짐벌 축선이 주로 정사면체형의 파라미드의 4면에 각각 수직이 되도록 배치("피라미드형"이라고 불리는 형상)된다. 제어 모멘트 자이로의 배치가 피라미드형과는 다른 구성도 존재하지만, 경우에 따라서는 모든 방향으로 토크를 효과적으로 생성할 수 있도록, 개수가 적어도 3개인 제어 모멘트 짐벌은 모든 짐벌 축선이 한 방향으로 정렬되지 않을 필요가 없다. 집단의 모든 짐벌 축선에 대하여 적어도 2개의 다른 경사가 필요하다.

다음으로 이러한 제어 모멘트 자이로 집단을 위성 내에 설치하는 데에 문제 가 발생한다. 예시적으로, 사용자에 의해 특정된 꼭지각을 가진 정사면체 피라미드의 4면에 제어 모멘트 자이로의 짐벌 축선이 각각 수직이 되도록 주의함으로써 목표로 하는 집단의 형상을 따르게 하기 위하여, 예를 들면 위성의 벽들 중 하나와 같은 위성의 지지 구조체로 이루어진 장착 면에 4개의 제어 모멘트 자이로 집단을 배치하는 문제가 수반된다는 점을 고려할 수 있다.

예를 들어 2002년 8월 12일 ~ 15일에 미국 유타 로건에서의 "소형 위성에 관한 제16회 연례 AIAA/USU 컨퍼런스(The Sixteenth Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites)" 중에 브이.제이. 라파스, 더블유.에이치. 스테인, 시.아이. 언더우드가 발표한 "기민성 소형 위성에 대한 제어 모멘트 자이로 기반의 자세 제어 시스템의 개발에 관한 실제 결과(Practical Results on the development of a Control Moment Gyro based Attitude Control System for Agile Small Satellite)"에 기재된 종래 기술에 따르면, 각 제어 모멘트 자이로는 도 1a에 예시된 도면에 따라 중간 구조체(1)에 부착되고 중간 구조체 그 차제는 장착 면(2)에 부착되며, 짐벌 축선(3)은 장착 면(2)에 대하여 경사지고, 짐벌의 회전자(4a, 4b)는 분리된 두 부분에 위치하고 휠을 양측의 대향 지점에서 수용하고, 짐벌의 2개의 고정자(5a, 5b)는 휠의 양측에서 중간 구조체에 부착되거나 중간 구조체(1) 내에 병합되고, 중간 구조체는 휠이 지지체 상에서 360° 회전할 수 있게 하는 오목부(7)를 구비한다. 개략적으로 요람(cradle)형 구조체라고 불리는 중간 구조체의 형상은 제어 모멘트 자이로의 짐벌 축선이 장착 면에 대하여 목표 각도로 경사지도록 구성된다.

이러한 구성에 기초하여 종래 기술에 따른 여러 변형 형태가 존재하며, 이에 따르면, 다수의 제어 모멘트 자이로의 중간 구조체들은 장착 면에 독립적으로 장착되거나, 이와는 달리, 여러 제어 모멘트 자이로의 집단이 전술한 원리에 따라 부착되는 피라미드형의 단일 구조체를 형성한다. 이러한 대안적 형태가 도 1b에 개략적인 단면도로 도시되어 있다.

종래 기술에 따른 이러한 설치에는 몇 가지 제약이 있다. 무엇보도다, 짐벌이 휠을 양측에서 수용하고 그에 따라 소정의 휠의 치수와 중량에 대하여 중간 지지체의 크기와 중량이 증가하므로, 장착 장치의 부피와 중량이 상당히 증가한다. 이러한 중간 구조체는, 휠이 360° 회전할 때에 지나갈 수 있도록, 오목하게 가공되어야 하므로 더욱 복잡해진다. 따라서 중간 구조체는, 제어 모멘트 자이로 전첵 장착 면에 부착될 때에, 제어 모멘트 자이로의 짐벌 축선을 목표 각도로 경사지게 하면서 휠을 둘러싸고 휠의 양측에서 짐벌 축선을 수용하는 요람 형상이어야 한다. 특히, 장치 전체가 수 g까지의 정적 가속도, 10Hz ~ 100Hz 범위에서 전형적으로 20g ~ 100g의 진동 및 100Hz ~ 1000Hz 범위에서 전형적으로 1000g의 충격을 받게 되는 위성 발사 단계 중에, 장치 전체는 매우 바람직하지 못한 동적 환경에 견디어 변형이나 손상을 받지 않도록 설계되어야 함에 따라, 이러한 중간 구조체의 중량과 복잡성은 더욱 증가한다.

종래 기술에 따른 이러한 장치에 있어서, 제어 모멘트 자이로를 지지하는 구조체들의 중량과 부피를 제한하는 하나의 방법은, 구조체들을 단일 구조의 부재 내에 조합하고 여기에 집단 전체를 장착하는 것이다. 그러나 이 경우에, 장치의 모듈 성이 결여된다는 또 다른 제약이 수반되며, 장치는 위성의 지지 구조체 상에 일괄적으로 장착되어야 하며, 각각의 제어 모멘트 자이로는 위성 상의 여러 위치에 개별적으로 설치될 수 없게 된다. 위성은 일반적인 형상이 통상적으로 평행육면체이고 위성의 각 벽에는 설비(전자 장치, 추진체, 탑재 부품 등)가 산재하여 있으며, 이러한 위성에 제어 모멘트 자이로의 고정 부착형 조립체를 탑재하여 배치하는 것이 얼마나 어려운 것인지를 이해할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 제어 모멘트 자이로를 장착하기 위한 장치의 목적은, 크기가 소형이고 집약적이고 전달되는 각운동량과 토크에 대하여 최소 공간을 필요로 하는 제어 모멘트 자이로 집단의 모듈형 제조를 가능하게 하는 것이다.

특히 본 발명은 전형적으로 중량이 100Kg과 500kg 사이의 범위인 소형 위성에 적용되며, 이를 위하여, 제어 모멘트 자이로의 기계적 부분과, 이러한 기계적 부분과 위성의 지지 구조체의 접속 부재(interface part)와, 제어 전자 장치와, 지지 구조체 상의 제어 모멘트 자이로에 의해 발생하는 진동의 감소를 위해 필요할 수도 있는 절연 및 감쇠 장치로 이루어진 조립체의 부피와 중량을 최소화하는 것이 중요하다. 그러나 본 발명은, 중량이 수 톤에 이를 수도 있는 위성과 더욱 일반적으로는 우주 정거장과 같은 우주선 또는 기타 대형 우주 시스템 내에 통합되도록 설계된 대형 치수의 제어 모멘트 자이로에도 바람직하다.

또한 본 발명의 목적들 중 하나는 관성 휠에 의해 위성으로 전달되는 미세 진동의 전파를 방지할 수 있는 제어 모멘트 자이로의 제조를 가능하게 하는 것이다.

제어 모멘트 자이로 및 이를 위성 지지 구조체 상에 장착하기 위한 장치의 중량과 부피를 감소시키기 위하여, 본 발명에서 주제로 하는 제어 모멘트 자이로는 휠 지지체에 의해 짐벌 조립체의 가동 부분 또는 회전자에 장착된 관성 휠을 포함하고, 짐벌 조립체는 고정자와 제1 회전 축선을 중심으로 고정자에 대하여 회전자를 회전시키는 수단을 또한 구비하고, 상기 관성 휠의 스피너가 상기 제1 회전 축선과 정렬되지 않은 제2 회전 축선을 중심으로 회전할 수 있으며, 본 발명이 특징으로 하는 바에 의하면, 짐벌의 고정자는 받침부(chock)에 장착되고 진동 감쇠 수단에 의해 받침부에 부착되고, 고정자를 회전시키는 수단은 받침부의 내측 용적 내에 적어도 부분적으로 수용된다.

그에 따라 종래 기술에 비하여 용적과 중량이 감소하고 관성 휠에 의해 위성으로 전달되는 미세 진동을 감쇠시킬 수 있는 제어 모멘트 자이로와 그 장착 장치가 달성된다.

바람직하게는, 제1 회전 축선은 받침부의 하측 기부(lower base)에 대하여 경사진다.

바람직하게는, 짐벌의 상기 고정자는 하측 기부가 평면형인 받침부에 장착되고, 받침부는 평면형의 기부에 대하여 경사진 상면을 구비한다.

본 발명의 변형 형태에 따르면, 짐벌의 고정자는 진동 감쇠 수단에 의해 받침부에 나사 결합된다.

바람직하게는, 짐벌의 고정자에 대한 회전자의 회전 축선과 평면형 기부의 법선 사이의 경사 각도는 60° 미만이고, 바람직하게는 실질적으로 30°이다.

배선에 기인하는 용적과 중량을 최소화하기 위하여, 제어 모멘트 자이로를 제어하기 위한 전자 수단(electronic means)은 받침부의 내측 용적 내에 수용된다.

또한 제어 모멘트 자이로를 더욱 소형화하기 위하여, 받침부는 짐벌의 고정자에 대하여 회전자를 회전시키는 수단이 계합될 수 있는 개구부를 구비한다.

바람직한 실시 형태에 따르면, 개구부는 받침부의 상면에 제공된다.

관성 휠에 의해 위성으로 전달되는 미세 진동을 최소화하기 위하여, 짐벌의 고정자는 진동 감쇠 장치에 의하여 받침부의 상면에 부착된다.

또한, 미세 진동 감쇠의 효과를 향상시키기 위하여, 다수의 진동 감쇠 수단은 짐벌의 상기 고정자의 둘레에 분배된다.

바람직한 실시 형태에 따르면, 진동 감쇠 수단은 받침부에 부착된 적어도 하나의 부재와 짐벌의 고정자에 부착된 적어도 하나의 다른 부재를 포함한다.

진동을 효과적으로 감쇠하기 위하여, 상기 받침부에 부착된 적어도 하나의 부재는 적어도 하나의 탄성중합체 장착 블록에 의하여 짐벌의 고정자에 부착된 적어도 하나의 다른 부재에 연결된다.

진동을 효과적으로 감쇠하기 위하여, 짐벌의 고정자를 진동 감쇠 수단에 부착하기 위한 지점들은 대략 하나의 동일 평면에 위치하고, 휠, 휠 지지체, 짐벌의 고정자 및 회전 수단으로 이루어진 조립체의 무게 중심은 상기 평면으로부터 최대 수 cm만큼 떨어져 있다.

제어 모멘트 자이로가 위성의 구조체에 직접 부착될 수 있도록, 평면형 기부는 위성 또는 우주선의 플랫폼에 부착하기 위한 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 주제는 본 발명에 따른 적어도 하나의 제어 모멘트 자이로가 자세 제어를 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 우주선이다.

바람직하게는, 자세 제어를 위하여 본 발명에 따른 적어도 2개의 제어 모멘트 자이로가 사용되고, 적어도 2개의 제어 모멘트 자이로의 받침대는 적절한 부착 수단에 의해 서로 부착되거나 단일 구조체 내에 결합된다.

본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라 단지 예시하기 위한 이하의 설명에 기초한 예를 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1a는, 전술한 바와 같이, 제어 모멘트 자이로의 짐벌 및 공지된 유형의 장착 장치의 축선을 지나는 단면도이다.

도 1b는, 전술한 바와 같이, 제어 모멘트 자이로 집단 및 공지된 유형의 장착 장치의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 제어 모멘트 자이로의 분해 사시도를 나타낸다.

도 3은 본 발명에 따른 제어 모멘트 자이로의 개략적인 단면도를 나타낸다.

도 4a와 도 4b는 본 발명에 따라 지지체에 제어 모멘트 자이로를 장착한 여러 변형 형태를 나타낸다.

도 5는 본 발명에 따라 여러 장착 장치들이 일체화될 수 있음을 나타내는 도면이다.

도 2에는, 휠 지지체(20)에 의해 회전자(40)를 구비하는 조립체의 가동부(즉, 회전자)에 장착된 관성 휠(50)과, 고정자(42)와, 제1 회전 축선을 중심으로 고정자에 대하여 회전자를 회전시키는 수단을 포함하는 제어 모멘트 자이로(10)의 분해도가 도시되어 있고, 상기 관성 휠(50)의 스피너는 상기 제1 회전 축선과 정렬되어 있지 않은 제2 회전 축선을 중심으로 회전 가능하며, 상기 고정자(42)는 평면형의 하측 기부(32)를 구비한 받침부(30)에 장착되고, 상기 회전자(40)를 회전시키는 수단은 상기 받침부(30)의 내측 용적(31) 내에 적어도 부분적으로 수용되는 특징이 있다.

관성 휠(50)은 공지된 유형의 구성으로 이루어질 수 있고, 예를 들면 밀폐된 케이싱과 스피너를 포함한다. 케이싱은, 스피너가 회전하는 베어링을 지지하는 지지 판과, 스피너를 구동하기 위한 모터의 고정자와, 속도계(tachymeter)를 구비한다. 휠의 내부 구성은 공지된 유형일 수 있으므로 상세히 설명하지 않기로 한다.

일반적으로, 스피너는 고속으로 회전하고, 통상적으로는 일정한 속도로 회전한다. 구동 모터는 예를 들면 일반적으로 전자 개폐되는 브러시리스 공심형 토크 모터(brushless and ironless torque motor)를 포함하며, 모터의 토크는 마찰을 통한 에너지 소산을 보상한다.

또한 본 발명에 따르면, 짐벌은 가동부인 회전자(40)와, 고정부인 고정자(42)와, 고정자(42)에 대하여 회전자(40)를 회전시키는 수단(도면에 도시 생략)을 포함한다.

짐벌의 고정자에 대하여 회전자를 회전시키는 상기 수단은, 브러시리스 토크 모터형인 것이 바람직한 모터와, 각도 코더(angle coder)(86)(도 3 참조)와, 예를 들면 짐벌을 통해 휠에 공급할 전력을 전달할 수 있게 하는 브러시형 집전기(brushed power collector)를 일반적으로 포함한다.

받침부(30)는, 짐벌의 회전자(40)를 회전시키는 수단이 적어도 부분적으로 수용되는 내측 용적(31)을 구획하도록 제조된다. 경우에 따라서는, 짐벌의 고정자(42)도 받침부(30)의 내측 공간에 적어도 부분적으로 수용되기도 하나, 반드시 그럴 필요가 있는 것은 아니다.

받침부(30)의 바람직한 실시 형태에 따르면,

- 받침부는 부분적으로 절제된 하측 평면형 기부(32)를 포함하며, 하측 기부(32)에는 짐벌과 휠(50)의 모터를 제어하기 위한 전자 장치(60)뿐만 아니라 제어 모멘트 자이로(10)와 위성 또는 우주선 사이의 접속을 위한 모든 수단이 계합되고 삽입될 수 있고, 하측 기부(32)는 제어 모멘트 자이로(10)를 플랫폼 또는 우주선 또는 위성의 본체에 부착하기 위한 부착 수단(80)과 수평인 평면을 정의하며,

- 받침부는 4개의 측벽(33 ~ 36), 즉 서로 평행한 2개의 사다리꼴 형상의 벽(33, 34)과 서로 평행한 2개의 장방형 벽(35, 36)을 포함하며, 2개의 장방형 벽 중 하나(36)는 다른 하나의 장방형 벽(35)보다 높이가 높고,

- 받침부는 4개의 측벽(33 ~ 36)의 상측 가장자리를 연결하는 상면(37)을 또한 포함하며, 상면(37)은 하측 평면형 기부(32)와 대향하고 평면형 기부(32)에 대하여 경사진 각도를 가지며, 짐벌의 회전자(40)를 회전시키는 수단이 계합되어 삽입되고 고정될 수 있는 중앙 개구부(38)를 구비한다.

받침부(30)의 내측 용적(31) 내에, 위성 또는 우주선과 제어 모멘트 자이로(10)를 접속시키기 위한 제어 수단과, 짐벌의 회전자(40)를 회전시키는 수단을 제어할 수 있게 하는 전자 수단(60)을 수용하는 구성이 또한 제공된다.

휠(50)을 지지하기 위한 구조체(20)는 더욱 구체적으로는 단부 판(end-plate)(21)의 형태이고, 말단부(22)는 휠(50)의 비회전 부분을 지지한다.

휠(50)을 지지하기 위한 구조체(20)의 말단부(22)는, 회전자(40)를 회전시키는 수단에 의하여 회전 가능한 링(23)을 포함한다.

휠(50)의 관성 중량의 회전에 의해 생성되고 위성 설비에 전달되어 위성 설비의 성능을 저하시킬 수도 있는 미세 진동을 감소시키기 위하여, 탄성중합체계의 모듈형 다축 진동 및 충격 절연 장치의 형태인 진동 감쇠기(vibration attenuator) 또는 절연기(insulator)(70)를 짐벌의 고정자(42)의 둘레에 배치하는 구성이 제공된다. 프랑스 특허출원 제FR 05 13083호에 명확하게 기재되어 있는 그와 같은 모듈형 절연 장치는 궤도 내에서 작동 중에 제어 모멘트 자이로(10)에 의해 지지 구조체에 전달되는 미세 진동을 감쇠시킬 수 있고, 특히 위성 발사 중에 지지 구조체에 의해 제어 모멘트 자이로에 전달되는 진동과 충격도 감쇠시킬 수 있다.

그러나, 특정 실시 형태에 따르면, 설비의 적어도 하나의 진동 발생 구성품(예를 들면, 관성 휠(50))을 절연하기 위한 이러한 다축 장치(70)는 다수의 절연 모듈(isolation module)을 포함하는 것을 특징으로 하며, 각 절연 모듈은 2개의 강성 부재를 포함하고, 그 중 하나는 외측 부재(72)라고 불리며 지지 구조체인 받침부(30)에 부착되도록 설계되고, 다른 하나는 내측 부재(74)라고 불리며 진동 설비 또는 진동 설비의 지지체인 짐벌의 고정자(42)에 부착되도록 설계된다. 내측 및 외측 부재(72, 74)는 적어도 하나의 감쇠 수단(damping means)에 의해 서로 연결되며, 예를 들면 탄성중합체로 이루어진 것이 바람직하고 진동 발생 설비에 의해 발생한 저진폭 진동의 전달을 인장, 압축 및 전단 축선들 중 적어도 하나에서의 변형에 의하여 감쇠시키는 적어도 하나의 절연 장착 블록(76)에 의해 연결된다.

받침부(30)의 상면(37)에는 다수의 개구부(75) 형태의 부착 수단이 또한 제공되어 진동 감쇠 및 절연 수단(70)의 부착을 가능하게 하고, 더욱 구체적으로는 감쇠 및 절연 수단(70)의 외측 부재(72)가 받침부(30)에 부착될 수 있게 있다.

따라서, 짐벌의 회전자(40)를 회전시키는 수단과 짐벌의 고정자(42)는, 특히 관성 휠(50)이 배치되어 회전하는 경우에 진동과 충격을 감쇠하고 절연할 수 있는 감쇠 및 절연 수단(70)에 의하여, 상면(37)의 개구부 내에 지지된다.

진동을 감쇠하고 절연하기 위한 수단(70)은 짐벌의 고정자(42)의 둘레에 분배되는 것이 바람직하며, 예를 들면 하나의 동일 원의 4개의 등간격 지점에, 바람직하게는 상면(37)의 네 모서리에 전술한 바와 같이 4개의 절연 모듈의 형태로 배치된다.

받침부(30)의 하측 기부(32)의 평면에 대한 상면(37)의 경사 각도는 제어 모멘트 자이로(10)의 방위 각도를 결정할 수 있게 한다. 바람직하게는, 하측 평면형 기부(32)와 상면(37) 사이의 경사 각도는 0°와 60°사이이고, 바람직하게는 실질적으로 30°와 동일하다.

또한, 통합된 전자 장치(60)는 배선에 기인하는 용적과 중량을 실질적으로 최소화한다.

또한, 고속 회전하는 휠(50)에 의해 발생하는 진동의 발생원과 감쇠 수단(70)이 근접하게 되므로, 더욱 효율적으로 통합된 감쇠 수단(70)에 의하여 미세 진동은 최소화된다.

도 3은 본 발명에 따른 제어 모멘트 자이로(10)의 실시 형태의 개략적인 단면도를 나타내며, 짐벌의 회전자(40)를 회전시킬 수 있는 구동 수단(81)이 도시되어 있다.

짐벌의 고정자(42)와 회전자(40) 사이에는 구름 베어링(82)이 제공된다.

짐벌의 가동부의 회전 각도인 짐벌의 회전자(40)의 회전 각도를 측정할 수 있는 위치 센서(86) 및 신호의 통과를 위하여 중앙 통로(84)가 제공된다.

도 4는 받침부에 짐벌의 고정자를 장착하는 2가지 다른 유형을 상당히 개략적으로 나타낸다. 도 4a에서, 고정자(42)와 받침부(30)는 일체형이다. 도 4b에서, 고정자(42)는 받침부(30)에 나사 연결된다.

도 5는 여러 받침대가 서로 결합되어 하나의 구조체를 형성함으로써 본 발명의 유형의 여러 제어 모멘트 자이로를 통합할 수 있는 본 발명에 따른 장치를 나타낸다.

결론적으로, 본 발명은 제어 모멘트 자이로와 그 부착 장치를 매우 소형화하고 용적을 감소시킬 수 있고 관성 휠로부터 위성으로의 미세 진동의 전파를 감쇠시킬 수 있다는 사실 이외에도, 본 발명에 따르면 각 제어 모멘트 자이로는 독립적이고 기구와 전자 장치를 연결하는 위성에 의해 제공되는 배선에 더 이상 의존하지 않으므로, 제어 모멘트를 독립적으로 대체하는 것도 더욱 용이하다. 또한, 받침부는 방사선으로부터 제어 전자 장치(60)를 보호하는 역할도 한다.

Claims

휠 지지체(20)에 의해 짐벌 조립체의 가동 부분 또는 회전자(40)에 장착된 관성 휠(50)을 포함하며, 짐벌 조립체는 고정자(42)와 제1 회전 축선을 중심으로 고정자(42)에 대하여 회전자(40)를 회전시키는 수단을 또한 구비하고, 상기 관성 휠(50)은 상기 제1 회전 축선과 정렬되지 않은 제2 회전 축선을 중심으로 회전할 수 있는 스피너를 구비하는 제어 모멘트 자이로(10)에 있어서,

상기 짐벌의 상기 고정자(42)는 받침부(30)에 장착되고 진동 감쇠 수단(70)들에 의해 상기 받침부(30)에 부착되고, 상기 고정자(40)를 회전시키는 수단은 상기 받침부(30)의 내측 용적(31) 내에 적어도 부분적으로 수용되는 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
제1항에 있어서,

상기 제1 회전 축선은 상기 받침부(30)의 하측 기부(32)에 대하여 경사진 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 짐벌의 상기 고정자(42)는 하측 기부(32)가 평면형인 받침부(30)에 장착되고, 상기 받침부(30)는 평면형의 기부(32)에 대하여 경사진 상면(37)을 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 짐벌의 고정자(42)는 상기 진동 감쇠 수단(70)들에 의해 상기 받침부(30)에 나사 결합된 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 짐벌의 고정자(42)에 대한 회전자의 회전 축선과 상기 평면형 기부(32)의 법선 사이의 경사 각도는 60° 미만, 바람직하게는 실질적으로 30°와 동일한 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

제어 모멘트 자이로를 제어하기 위한 전자 수단(60)은 상기 받침부(30)의 상기 내측 용적(31) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 받침부(30)는 상기 짐벌의 상기 고정자(42)에 대하여 회전자(40)를 회전시키는 수단이 계합될 수 있는 개구부(38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 개구부(38)는 상기 받침부(30)의 상기 상면(37)에 제공된 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 짐벌의 상기 고정자(42)는 상기 진동 감쇠 수단(70)들에 의하여 상기 받침부(30)의 상기 상면(37)에 부착된 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 진동 감쇠 수단(70)들은 상기 짐벌의 상기 고정자(42)의 둘레에 분배되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 진동 감쇠 수단(70)들은 상기 받침부(30)에 부착된 적어도 하나의 부재(72)와 상기 짐벌의 상기 고정자(42)에 부착된 적어도 하나의 다른 부재(74)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
제11항에 있어서,

상기 받침부(30)에 부착된 적어도 하나의 부재(72)는 적어도 하나의 탄성중합체 장착 블록에 의하여 상기 짐벌의 상기 고정자(42)에 부착된 적어도 하나의 다른 부재(74)에 연결된 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 짐벌의 상기 고정자(42)를 상기 진동 감쇠 수단(70)들에 부착하기 위한 지점들은 대략 하나의 동일 평면에 위치하고, 휠(50), 휠 지지체(20), 고정자(42) 및 회전자(40)를 회전시키는 수단을 포함하는 조립체의 무게 중심은 상기 평면으로부터 최대 수 cm만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평면형 기부(32)는 바람직하게는 위성 또는 우주선의 플랫폼에 부착하기 위한 수단(80)을 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 모멘트 자이로.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 제어 모멘트 자이로가 자세 제어를 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 우주선.
제15항에 있어서,

자세 제어를 위하여, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 제어 모멘트 자이로가 적어도 2개 사용되고, 적어도 2개의 제어 모멘트 자이로의 받침대는 부착 수단에 의해 서로 부착된 것을 특징으로 하는 우주선.