KR20230032208A - 제어 모멘트 자이로 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로는 진동을 감쇄하고 외부에서 가해지는 충격을 완충시키는 댐퍼 조립체를 포함하며, 상기 댐퍼 조립체는 제1 축 방향으로 길게 형성되며 일단이 상기 짐벌 하우징과 결합되는 댐퍼암과, 상기 제1 축과 교차하는 제2 축 방향과 상기 제1 축 및 상기 제2 축과 모두 교차하는 제3 축 방향에서 상기 댐퍼암을 둘러싸는 댐퍼 하우징, 그리고 상기 댐퍼 하우징에 결합되어 상기 댐퍼암의 상기 제1 축 방향 타단을 지지하는 방진체를 포함한다.

Description

제어 모멘트 자이로{CONTROL MOMENT GYRO}

본 발명은 제어 모멘트 자이로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성 자세 제어 시스템에 이용되는 제어 모멘트 자이로에 관한 것입니다.

일반적으로 제어 모멘트 자이로(control moment gyro, CMG)는 위성 자세 제어 시스템에 이용되고 있다. 위성은 위성의 본체에 연결된 3개 이상의 제어 모멘트 자이로를 통해 3개의 축 자세를 제어할 수 있다. 실제로, 3축 제어에 대한 중복성(redundancy)를 확보하기 위하여 하나의 클러스터에 적어도 4개의 제어 모멘트 자이로가 사용될 수 있다. 제어 모멘트 자이로를 이용한 위성의 자세 제어 방법은 프랑스 특허 제98 14548호 또는 미국 특허 제6,305,647호에서 제공되어 있다.

예를 들어, 제어 모멘트 자이로는 각운동량을 발생시키기 위한 스핀 휠과 토크를 발생시키기 위한 짐벌 그리고 이들을 회전시키기 위한 2개의 모터를 포함하는 기계적인 부품들과, 이러한 기계적 부품들을 위성과 접속시키기 위한 접속 부재(interface part)와, 제어 전자 장치, 및 제어 모멘트 자이로에 의해 발생하는 진동의 감소를 위해 필요한 진동 감쇠 부재 등을 포함하고 있다. 따라서, 위성에 장착될 제어 모멘트 자이로는 상당한 크기와 무게 그리고 설치 공간을 필요로 하게 된다.

그런데, 위성은 발사체에 실려 지상에서 쏘아 올려지므로 무게와 부피에 제약이 크다. 이에, 위성의 자세를 제어하기 위한 제어 모멘트 자이로는 동일하거나 향상된 성능을 가지면서도 전체적인 부피와 중량을 최소화할 수 있어야 한다.

또한, 위성이 발사체에 실려 발사되는 과정에서 발생하는 진동과 충격으로부터 제어 모멘트 자이로가 손상되지 않도록 보호할 수 있어야 한다.

또한, 우주에서 위성에 탑재된 제어 모멘트 자이로가 동작할 때 발생하는 미세 진동을 저감시킬 수 있어야 한다.

본 발명의 실시예는 위성이 발사되는 과정에서 발생하는 진동과 충격으로부터 보호되고, 우주에서 동작할 때 발생하는 미세 진동을 저감시킬 수 있는 제어 모멘트 자이로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제어 모멘트 자이로는 제1 회전 축선을 중심으로 회전 가능하게 마련된 짐벌 지지대와, 상기 짐벌 지지대를 회전시키는 짐벌 모터와, 상기 제1 회전 축선과 교차하는 제2 회전 축선을 중심으로 회전 가능하게 마련된 스핀 휠과, 상기 스핀 휠에 연결되어 상기 스핀 휠을 회전시키는 휠 모터와, 상기 짐벌 지지대에 결합되어 상기 스핀 휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 지지암과, 상기 짐벌 모터를 수용 지지하는 짐벌 하우징, 그리고 상기 짐벌 하우징에 설치되어 발생되는 진동을 감쇄하고 외부에서 가해지는 충격을 완충시키는 댐퍼 조립체를 포함한다. 또한, 상기 댐퍼 조립체는 제1 축 방향으로 길게 형성되며 일단이 상기 짐벌 하우징과 결합되는 댐퍼암(damper arm)과, 상기 제1 축과 교차하는 제2 축 방향과 상기 제1 축 및 상기 제2 축과 모두 교차하는 제3 축 방향에서 상기 댐퍼암을 둘러싸는 댐퍼 하우징, 그리고 상기 댐퍼 하우징에 결합되어 상기 댐퍼암의 상기 제1 축 방향 타단을 지지하는 방진체를 포함한다.

상기 댐퍼 조립체의 상기 방진체는 상기 짐벌 하우징에서 멀어질수록 직경이 증가하는 원뿔대 형상으로 형성될 수 있다.

상기 방진체는 엘라스토머(elastomer)로 만들어진 원뿔대 형상의 본체부와, 상기 본체부의 가장자리에 마련되어 상기 댐퍼암 및 상기 댐퍼 하우징과 접촉하고 금속으로 만들어진 테두리부를 포함할 수 있다.

상기 방진체는 몰딩 성형으로 만들어질 수 있다.

또한, 상기 방진체와 상기 댐퍼암은 볼트로 결합될 수 있다.

상기 댐퍼 조립체는 상기 댐퍼 하우징의 내측에서 상기 제2 축 방향과 상기 제3 축 방향으로 상기 댐퍼암과 대향하도록 각각 설치된 복수의 탄성체를 더 포함할 수 있다.

상기 댐퍼암과 상기 탄성체는 소정의 간극을 두고 각각 배치될 수 있다.

상기 탄성체는 엘라스토머(elastomer)로 만들어질 수 있다.

상기 탄성체는 상기 댐퍼 하우징과 볼트로 결합될 수 있다.

또한, 상기 짐벌 모터는 중공 모터이자 외전형 모터일 수 있다. 그리고 상기 제어 모멘트 자이로는 상기 짐벌 모터의 중공에 설치된 슬립링와, 상기 짐벌 지지대를 회전 가능하게 지지하는 짐벌 베어링을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 짐벌 모터, 상기 슬립링, 상기 짐벌 베어링, 및 상기 댐퍼 조립체는 동일한 가상의 평면 상에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제어 모멘트 자이로는 위성이 발사되는 과정에서 발생하는 진동과 충격으로부터 보호되고, 우주에서 동작할 때 발생하는 미세 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로가 설치된 인공 위성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로의 단면도이다.
도 3은 도 2의 스핀 휠과 회전축을 나타낸 부분 단면 사시도이다.
도 4는 도 3의 스핀 휠의 일부를 확대 도시한 정면도이다.
도 5는 도 3의 스핀 휠의 종 방향 단면도이다.
도 6은 도 2의 휠 지지암의 종 방향 부분 단면도이다.
도 7은 도 2의 휠 지지암의 사시도이다.
도 8은 도 2의 댐퍼 조립체의 전방 사시도이다.
도 9는 도 2의 댐퍼 조립체의 전면도이다.
도 10은 도 2의 댐퍼 조립체의 후방 사시도이다.
도 11은 도 2의 댐퍼 조립체의 후면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 가진다. 본 명세서에 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 발명에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 '포함하는', '구비하는', '갖는' 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 '제1', '제2' 등의 표현들은 복수의 구성 요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로(101)를 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로(101)는 위성(100)에 장착되어 위성(100)의 자세 제어에 사용될 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로(101)는 전형적으로 중량이 100Kg 내지 1000kg 사이의 범위 내에 속하는 중소형 위성(100)에 적용될 수 있다. 그리고 위성(100)에는 3개 이상의 제어 모멘트 자이로(101)가 장착되어 3개의 축을 기준으로 위성(100)의 자세가 제어될 수 있다. 또한, 3축 제어에 대한 중복성(redundancy)를 확보하기 위하여 하나의 클러스터에 적어도 4개의 제어 모멘트 자이로(101)가 사용될 수도 있다.

하지만, 본 발명이 전술한 바에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로(101)는 중량이 수 톤에 이르는 중대형 위성과 우주선 또는 우주 정거장 같은 대형 우주 시스템에도 적용될 수 있다. 또한, 필요에 따라 2개의 제어 모멘트 자이로(101)가 사용되어 위성 등을 2축 제어할 수도 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로(101)는 짐벌 지지대(200), 짐벌 모터(320), 스핀 휠(400), 휠 모터(340), 휠 지지암(500), 짐벌 하우징(800), 및 댐퍼 조립체(900)을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로(101)는 슬립링(730), 짐벌 베어링(620), 위치 센서(770), 케이블(750), 회전축(460), 휠 베어링(640), 및 휠 커버(250)를 더 포함할 수 있다.

짐벌 지지대(200)는 제1 회전 축선을 중심으로 회전 가능하게 마련된다. 여기서, 제1 회전 축선은 후술할 짐벌 모터(320)의 회전 중심이 되는 축선일 수 있다.

또한, 짐벌 지지대(200)의 일면에는 후술할 휠 지지암(500)이 결합되고, 짐벌 지지대(200)의 타면에는 후술할 짐벌 모터(320)가 연결될 수 있다. 그리고 휠 지지암(500)과 결합된 짐벌 지지대(200)의 일면은 가운데가 짐벌 모터(320) 방향으로 함몰된 원판 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 짐벌 지지대(200)의 함몰된 공간은 후술할 스핀 휠(400)의 림(420)의 폭보다 큰 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 짐벌 지지대(200) 상에는 휠 지지암(500)에 지지된 후술할 스핀 휠(400)이 제1 회전 축선과 교차하는 제2 회전 축선을 중심으로 회전 가능하게 마련될 수 있다. 여기서, 제2 회전 축선은 후술할 휠 모터(340)의 회전 중심이 되는 축선일 수 있다.

짐벌 모터(340)는 짐벌 지지대(200)의 타면에 연결되어 짐벌 지지대(200)를 회전시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 짐벌 모터(340)는 중공 모터(hollow motor)이자 외전형 모터일 수 있다. 외전형 모터는 회전자의 외경이 내전형 모터보다 커 상대적으로 관성 모멘트가 크고 회전자의 안쪽에 자석을 부착할 수 있으므로 고속 회전에 유리하다.

슬립링(730)은 짐벌 모터(320)의 중공에 설치될 수 있다. 슬립링(730)은 회전하는 장비에 전기 에너지 또는 제어 신호를 공급하기 위한 후술할 케이블(750)(도 6에 도시함)의 꼬임없이 전달가능한 일종의 회전형 커넥터이다. 슬립링(730)은 전기 에너지 또는 제어 신호를 전달하는 동안 회전을 요구하는 전자 시스템에서 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로(101)에서는, 슬립링(730)을 통해 후술할 휠 모터(340)에 전기 에너지 및 제어 신호를 전달할 수 있게 된다.

휠 모터(340)는 후술할 스핀 휠(400)에 연결되어 스핀 휠(400)을 회전시킬 수 있다. 또한, 휠 모터(340)는 후술할 케이블(750)과 연결되기 위한 케이블 인입부(534)를 포함할 수 있다.

스핀 휠(400)은 짐벌 지지대(200)의 회전 중심인 제1 회전 축선과 교차하는 제2 회전 축선을 중심으로 회전 가능하게 마련될 수 있다.

구체적으로, 스핀 휠(400)은 허브(hub, 410)와, 허브(410)를 둘러싸는 림(rim, 420), 그리고 허브(410)와 림(420)을 연결하며 등간격으로 배열된 복수의 스포크(spoke, 430)를 포함할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 허브(410)는 중공 원통 형상으로 형성될 수 있다. 허브(410)의 중공에는 후술할 회전축(460)이 결합될 수 있다.

림(420)과 연결되는 스포크(430)의 일단부는 림(420)에 가까워질수록 두께가 두꺼워지고, 허브(410)와 연결되는 스포크(430)의 타단부는 허브(410)에 가까워질수록 두께가 두꺼워지도록 형성될 수 있다.

이때, 도 4에 도시한 바와 같이, 스포크(430)의 일단부의 최대 두께(t1)가 스포크(430)의 타단부의 최대 두께(t2)보다 상대적으로 더 두껍게 형성될 수 있다.

또한, 림(420)과 연결된 스포크(430)의 일단부와 허브(410)와 연결된 스포크(430)의 타단부는 각각 만곡된 형상을 가질 수 있다. 이때, 스포크(430)의 일단부가 갖는 만곡된 형상의 곡률 반경(R1)이 스포크의 타단부가 갖는 만곡된 형상의 곡률 반경(R2)보다 크게 형성될 수 있다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 복수의 스포크(430)는 허브(410)에서 림(420) 방향으로 갈수록 제2 회전 축선 방향의 폭이 커지도록 형성될 수 있다.

따라서, 스포크(430)는 허브(410)에서 림(420) 방향으로 갈수록 무게가 무거워지도록 형성될 수 있다.

또한, 허브(410)보다 림(420)은 제2 회전 축선 방향의 폭이 크게 형성될 수 있다. 즉, 허브의 폭(W1)보다 림의 폭(W2)이 더 크게 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스핀 휠(400)은 전체적으로 허브(410) 보다 림(420)에 가까워질수록 무게가 증가하는 형상을 갖게 된다.

이와 같이, 스핀 휠(400)이 허브(410)에서 림(420)으로 갈수록 질량이 증가되는 구조를 가짐으로써, 스핀 휠(400)은 질량 대비 관성을 크게 높일 수 있다. 이에, 질량 대비 스핀 휠(400)의 각운동량이 커질 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로(101)에 사용된 스핀 휠(400)은 동일한 질량 대비 강성은 유지하면서도 각운동량을 키울 수 있는 구조를 갖는다. 또한, 스핀 휠(400)의 각운동량이 커짐으로써, 짐벌 지지대(200)가 회전할 때 발생하는 토크도 증가된다.

결과적으로, 제어 모멘트 자이로(101)가 생성하는 토크를 증가시킬 수 있게 되며, 제어 모멘트 자이로(101)의 무게 및 부피 대비 생성할 수 있는 토크를 최대로 끌어올릴 수 있게 된다.

또한, 스핀 휠(400)의 림(420)의 외주면은 짐벌 지지대(200)의 함몰된 공간에 위치할 수 있다. 즉, 스핀 휠(400)은 림(420)의 일부가 짐벌 지지대(200)의 함몰된 공간에 위치한 상태로 회전할 수 있다. 그리고 림(420)의 외주면은 가운데가 볼록한 곡선 형상으로 형성될 수 있다. 이로 인해 외주면이 평면인 경우 보다 스핀 휠(400)의 질량 대비 각운동량을 키울 수 있다.

이와 같이, 스핀 휠(400)의 일부를 짐벌 지지대(200)의 함몰된 공간에 위치시킴으로써, 스핀 휠(400)의 회전 중심이되는 제2 회전 축선과 짐벌 지지대(200) 사이의 거리를 줄일 수 있게 된다. 따라서, 제어 모멘트 자이로(101)의 전체 높이를 낮출 수 있다. 즉, 스핀 휠(400)의 직경은 키우면서도 제어 모멘트 자이로(101)의 전체적인 크기는 줄일 수 있다.

또한, 스핀 휠(400)의 림(420)의 외주면을 가운데가 볼록한 곡선 형상으로 형성하여, 림(420)의 일부가 짐벌 지지대(200)의 함몰된 공간에 위치한 상태로 스핀 휠(400)이 회전할 때 짐벌 지지대(200)의 함몰된 공간에 위치하는 림(420)이 짐벌 지지대(200)와 충돌하거나 간섭되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로(101)의 동작 원리를 설명하면, 제어 모멘트 자이로(101)는 자이로스코프(gyroscope)의 원리를 이용한 토크 발생 장치로 휠 모터(340)가 스핀 휠(400)을 제2 회전 축선을 중심으로 고속으로 회전시키면 스핀 휠(400)의 회전 방향에 법선 방향으로 각운동량이 발생하게 된다. 이때, 짐벌 모터(320)를 구동하여 짐벌 지지대(200)를 제1 회전 축선을 중심으로 회전시키면, 제1 회전 축선과 제2 회전 축선에 수직한 방향으로 토크가 발생된다. 그리고 이와 같이 발생된 토크를 이용하여 위성(100)의 자세를 제어하게 된다. 여기서, 토크의 크기는 스핀 휠(400)의 각운동량과 짐벌 지지대(200)의 각속도의 곱으로 발생된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로(101)에 사용된 스핀 휠(400)은 질량 대비 높은 각운동량을 발생시킬 수 있는 구조를 가지므로, 제어 모멘트 자이로(101)의 전체적인 무게를 감소시킬 수 있다.

회전축(460)은 스핀 휠(400)의 허브(410)의 중공에 결합되며 휠 모터(340)와 연결되어 휠 모터(340)에 의해 회전할 수 있다. 그리고 회전축(460)은 중공축으로 형성될 수 있다. 그리고 회전축(460)의 중공(465)에는 후술할 휠 베어링(640)에 공급할 윤활유가 탑재될 수 있다. 또한, 회전축(460)에는 중공(465)에 탑재된 윤활유를 휠 베어링(640)에 공급하기 위한 유로가 형성될 수 있다.

휠 베어링(640)은 회전축(460)과 후술할 휠 지지암(500) 사이에 개재되어 회전축(460)을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 일례로, 휠 베어링(640)은 볼 베어링일 수 있다.

휠 지지암(500)은 짐벌 지지대(200)의 일면에 결합되어 스핀 휠(400)을 회전 가능하게 지지할 수 있다.

구체적으로, 휠 지지암(500)은 스핀 휠(400)의 허브(410)의 중공에 결합되며 휠 모터(340)와 연결되어 휠 모터(340)에 의해 회전하는 회전축(460)의 양 단을 지지할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 휠 지지암(500)과 회전축(460) 사이에는 휠 베어링(640)이 개재될 수 있다.

또한, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 휠 지지암(500)은 스핀 휠(400)을 지지하는 일단과 짐벌 지지대(200)에 결합되는 타단을 관통하도록 형성된 관통공(505)을 포함할 수 있다.

이와 같이 휠 지지암(500)에 관통공(505)을 형성하여 제어 모멘트 자이로(101)의 전체적인 무게를 저감시킬 수 있다. 그리고 휠 지지암(500)의 관통공(505)은 후술할 케이블(750)이 통과하는 경로가 될 수 있다.

또한, 휠 지지암(500)은 회전축(460)의 양단을 지지할 수 있다. 이때, 휠 지지암(500)은 회전축(460)과 분리되는 분리형이거나 회전축(460)과 일체로 형성된 일체형일 수 있다. 그리고 회전축(460)의 양단을 각각 지지하는 휠 지지암(500)의 제2 회전 축선 방향의 최소 두께는 스핀 휠(400)의 제2 회전 축선 방향의 최대 폭의 절반보다 크게 형성될 수 있다.

이에, 휠 지지암(500)은 충분한 강성을 확보하여 고속으로 회전하는 스핀 휠(400)을 안정적으로 지지할 수 있다.

또한, 휠 지지암(500)은 관통공(505)에 형성된 보강 리브(550)를 포함할 수 있다. 보강 리브(550)는 관통공(505)의 형성으로 저하된 휠 지지암(500)의 강도를 보강할 수 있다.

휠 커버(250)는 짐벌 지지대(200)의 일면에 결합되어 스핀 휠(400), 휠 모터(340), 및 휠 지지암(500)을 커버할 수 있다. 휠 커버(250)는 스핀 휠(400), 휠 모터(340), 및 휠 지지암(500)을 커버하면서, 탈기체 등으로 내부 구성품에서 발생하는 이물질이 위성(100)에 미치는 영향을 차단할 수 있다.

케이블(750)은 휠 지지암(500)의 관통공(505)을 따라 설치되고 짐벌 모터(320)의 중공에 설치된 슬립링(730)과 연결되어 휠 모터(340)에 전기 에너지와 제어 신호를 전달할 수 있다. 따라서, 케이블(750)이 외부로 노출되지 않고 안전하게 보호될 수 있다.

짐벌 하우징(800)은, 앞서 도 2에 도시한 바와 같이, 짐벌 모터(320)를 수용 및 지지할 수 있다. 그리고 짐벌 하우징(800) 상에서 짐벌 지지대(200)가 제1 회전 축선을 중심으로 회전하게 된다. 즉, 짐벌 하우징(800)은 고정자가 되고 짐벌 지지대(200)는 회전자가 될 수 있다.

짐벌 베어링(620)은 짐벌 하우징(800)에 수용되어 짐벌 지지대(200)를 회전 가능하게 지지한다. 즉, 짐벌 베어링(620)은 짐벌 하우징(800)과 짐벌 지지대(200) 사이에 개재될 수 있다. 일례로, 짐벌 베어링(620)은 롤러 베어링 또는 볼 베어링일 수 있다.

위치 센서(770)는 짐벌 하우징(800)에 수용되어 짐벌 모터(320)에 의해 회전하는 짐벌 지지대(200)의 회전 각도 및 회전 방향을 측정할 수 있다. 일례로, 위치 센서(770)는 엔코더(encoder), 레졸버(resolver), 로터리 포텐쇼미터(rotary potentiometer) 등일 수 있다. 즉, 위치 센서(770)는 짐벌 모터(320)의 회전 속도와 회전 방향을 감지할 수 있다.

댐퍼 조립체(900)는 짐벌 하우징(800)에 설치되어 발생되는 진동을 감쇄하고 외부에서 가해지는 충격을 완충시킬 수 있다. 즉, 댐퍼 조립체(900)는 짐벌 하우징(800)에 연결되어 스핀 휠(400) 및 짐벌 지지대(200)가 휠 모터(340) 및 짐벌 모터(320)에 의해 고속으로 회전하면서 발생하는 진동을 감쇄하고 외부에서 제어 모멘트 자이로(101)에 가해지는 충격을 완충시킬 수 있다. 이와 같이, 댐퍼 조립체(900)는 위성(100)이 발사체에 실려 발사될 때 발생하는 진동과 충격으로부터 제어 모멘트 자이로(101)를 보호하고, 우주에서 제어 모멘트 자이로(101)가 동작할 때 발생하는 미세 진동을 저감시킬 수 있다.

구체적으로, 도 8 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 댐퍼 조립체(900)는 댐퍼암(damper arm, 910)과, 댐퍼 하우징(980), 및 방진체(930)를 포함할 수 있다.

댐퍼암(910)은 제1 축 방향으로 길게 형성되며 일단이 짐벌 하우징(800)과 결합될 수 있다. 즉, 제1 축 방향은 댐퍼암(910)의 길이 방향일 수 있다.

또한, 댐퍼암(910)은 금속으로 만들어질 수 있으며, 댐퍼암(910)의 일단에는 짐벌 하우징(800)과 결합되기 위한 결합공(918)이 형성될 수 있다. 여기서, 결합공(918)은 짐벌 하우징과(800)의 안정적인 결합을 위해 제1 축 방향과 교차하는 방향 또는 후술할 제2 축 방향과 유사한 방향으로 복수개가 배열될 수 있다.

댐퍼 하우징(980)은 제1 축과 교차하는 제2 축 방향과 제1 축 및 제2 축과 모두 교차하는 제3 축 방향에서 댐퍼암(910)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 즉, 육면체를 예로 들어 설명하면, 댐퍼 하우징(980)은 제1 축 방향을 제외한 나머지 방향인 4면에서 댐퍼암(910)을 둘러쌀 수 있다.

방진체(930)는 댐퍼 하우징(980)에 결합되어 댐퍼암(910)의 제1 축 방향 타단을 지지할 수 있다. 이때, 방진체(930)는 짐벌 하우징(800)에서 멀어질수록 직경이 증가하는 원뿔대 형상으로 형성될 수 있다.

구체적으로, 방진체(930)는 엘라스토머(elastomer)로 만들어진 원뿔대 형상의 본체부(935)와, 본체부(935)의 가장자리에 마련되어 댐퍼암(910) 및 댐퍼 하우징(980)과 접촉하고 금속으로 만들어진 테두리부(938)를 포함할 수 있다. 그리고 방진체(930)의 본체부(935)와 테두리부(938)는 몰딩 성형으로 만들어질 수 있다.

또한, 방진체(930)와 댐퍼암(910)은 볼트(973)로 결합될 수 있다. 예를 들어, 방진체(930)의 중앙에 위치한 테두리부(938)를 볼트(973)가 관통하여 댐퍼암(910)의 타단에 결합될 수 있다.

또한, 댐퍼 조립체(900)는 댐퍼 하우징(800)의 내측에서 제2 축 방향과 제3 축 방향으로 댐퍼암(910)과 대향하도록 각각 설치된 복수의 탄성체(940)를 더 포함할 수 있다.

탄성체(940)는 댐퍼암(910)과 소정의 간극을 두고 떨어져 배치될 수 있다. 일례로, 탄성체(940)는 엘라스토머(elastomer)로 만들어질 수 있다. 그리고 탄성체(940)는 댐퍼 하우징(980)과 볼트(974)로 결합될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는, 짐벌 하우징(800)과 연결된 댐퍼암(910)으로 전달되는 진동 또는 충격이 방진체(930)와 탄성체(940)에 의해 2중으로 흡수 또는 완화될 수 있다.

특히, 탄성체(940)는 제2 축 방향과 제3 축 방향으로 가해지는 진동을 흡수할 수 있으며, 방진체(930)는 제2 축 방향과 제3 축 방향 뿐만 아니라 제1 축 방향으로 가해지는 진동과 충격을 모두 흡수할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 짐벌 모터(320), 슬립링(730), 짐벌 베어링(620), 및 댐퍼 조립체(900)는 동일한 가상의 평면 상에 배치될 수 있다. 여기서, 가상의 평면은 제2 회전 축선과 평행하고, 제1 회전 축선과 교차할 수 있다. 그리고, 전술한 바와 같이, 스핀 휠(400)의 림(420)의 외주면이 짐벌 지지대(200)의 함몰된 공간에 위치하므로, 제어 모멘트 자이로(101)가 장착되는 위성(100)의 본체와 스핀 휠(400)의 회전 중심이 되는 제2 회전 축선 사이의 거리를 최소화할 수 있다. 이에, 제어 모멘트 자이로(101)의 전체적인 높이를 낮추고 컴팩트한 형상을 구현하면서도 제어 모멘트 자이로(101)는 위성이 발사되는 과정에서 발생하는 진동과 충격으로부터 보호되고, 우주에서 동작할 때 발생하는 미세 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가상의 평면 상에 위치 센서(770)와 댐퍼 조립체(900)도 배치될 수 있다. 이 경우, 제어 모멘트 자이로(101)의 전체적인 높이를 더욱 낮출 수 있게 된다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 모멘트 자이로(101)는 위성이 발사되는 과정에서 발생하는 진동과 충격으로부터 보호되고, 우주에서 동작할 때 발생하는 미세 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또한, 짐벌 모터(320), 슬립링(730), 짐벌 베어링(620), 위치 센서(770), 및 댐퍼 조립체(900)를 제어 모멘트 자이로(101)의 높이 방향에 가로지르는 방향으로 설정된 가상의 평면 상에 배치하고, 스핀 휠(400)의 림(420)의 외주면이 짐벌 지지대(200)의 함몰된 공간에 위치하도록 설치하여 제어 모멘트 자이로(101)가 장착되는 위성(100)의 본체와 스핀 휠(400)의 회전 중심이 되는 제2 회전 축선 사이의 거리를 최소화함으로써, 제어 모멘트 자이로(101)의 전체적인 높이를 낮추고 컴팩트한 형상을 구현할 수도 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 위성
101: 제어 모멘트 자이로
200: 짐벌 지지대
250: 휠 커버
320: 짐벌 모터
340: 휠 모터
400: 스핀 휠
410: 허브
420: 림
430: 스포크
460: 회전축
500: 휠 지지암
505: 관통공
534: 케이블 인입부
550: 보강 리브
620: 짐벌 베어링
640: 휠 베어링
750: 케이블
800: 짐벌 하우징
900: 댐퍼 조립체
910: 댐퍼암
918: 결합공
930: 방진체
935: 본체부
938: 테두리부
940: 탄성체
973, 974: 볼트

Claims (10)

1. 제1 회전 축선을 중심으로 회전 가능하게 마련된 짐벌 지지대;
   상기 짐벌 지지대를 회전시키는 짐벌 모터;
   상기 제1 회전 축선과 교차하는 제2 회전 축선을 중심으로 회전 가능하게 마련된 스핀 휠;
   상기 스핀 휠에 연결되어 상기 스핀 휠을 회전시키는 휠 모터;
   상기 짐벌 지지대에 결합되어 상기 스핀 휠을 회전 가능하게 지지하는 휠 지지암;
   상기 짐벌 모터를 수용 지지하는 짐벌 하우징; 및
   상기 짐벌 하우징에 설치되어 발생되는 진동을 감쇄하고 외부에서 가해지는 충격을 완충시키는 댐퍼 조립체
   를 포함하며,
   상기 댐퍼 조립체는,
   제1 축 방향으로 길게 형성되며 일단이 상기 짐벌 하우징과 결합되는 댐퍼암(damper arm);
   상기 제1 축과 교차하는 제2 축 방향과 상기 제1 축 및 상기 제2 축과 모두 교차하는 제3 축 방향에서 상기 댐퍼암을 둘러싸는 댐퍼 하우징; 및
   상기 댐퍼 하우징에 결합되어 상기 댐퍼암의 상기 제1 축 방향 타단을 지지하는 방진체
   를 포함하는 제어 모멘트 자이로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 댐퍼 조립체의 상기 방진체는 상기 짐벌 하우징에서 멀어질수록 직경이 증가하는 원뿔대 형상으로 형성된 제어 모멘트 자이로.
3. 제2항에 있어서,
   상기 방진체는,
   엘라스토머(elastomer)로 만들어진 원뿔대 형상의 본체부와;
   상기 본체부의 가장자리에 마련되어 상기 댐퍼암 및 상기 댐퍼 하우징과 접촉하고 금속으로 만들어진 테두리부
   를 포함하는 제어 모멘트 자이로.
4. 제3항에 있어서,
   상기 방진체는 몰딩 성형으로 만들어진 제어 모멘트 자이로.
5. 제1항에 있어서,
   상기 방진체와 상기 댐퍼암은 볼트로 결합된 제어 모멘트 자이로.
6. 제1항에 있어서,
   상기 댐퍼 조립체는 상기 댐퍼 하우징의 내측에서 상기 제2 축 방향과 상기 제3 축 방향으로 상기 댐퍼암과 대향하도록 각각 설치된 복수의 탄성체를 더 포함하는 제어 모멘트 자이로.
7. 제6항에 있어서,
   상기 댐퍼암과 상기 탄성체는 소정의 간극을 두고 각각 배치된 제어 모멘트 자이로.
8. 제6항에 있어서,
   상기 탄성체는 엘라스토머(elastomer)로 만들어진 제어 모멘트 자이로.
9. 제6항에 있어서,
   상기 탄성체는 상기 댐퍼 하우징과 볼트로 결합된 제어 모멘트 자이로.
10. 제1항에 있어서,
    상기 짐벌 모터는 중공 모터이자 외전형 모터이며,
    상기 제어 모멘트 자이로는,
    상기 짐벌 모터의 중공에 설치된 슬립링; 및
    상기 짐벌 지지대를 회전 가능하게 지지하는 짐벌 베어링
    을 더 포함하고,
    상기 짐벌 모터, 상기 슬립링, 상기 짐벌 베어링, 및 상기 댐퍼 조립체는 동일한 가상의 평면 상에 배치된 제어 모멘트 자이로.

Images