KR100649730B1 - Control moment gyroscope - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 자이로스코프에 대한 사시도,1 is a perspective view of a conventional gyroscope,
도 2는 종래의 자이로스코프에 대한 배치도,2 is a layout view of a conventional gyroscope,
도 3은 본 발명의 제어 모멘트 자이로스코프에 대한 단면도,3 is a cross-sectional view of the control moment gyroscope of the present invention;
도 4는 본 발명의 제어 모멘트 자이로스코프에 대한 사시도이다.4 is a perspective view of a control moment gyroscope of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 짐벌모터 110 : 센싱부100: gimbal motor 110: sensing unit
120 : 하부 연결축 130 : 상부 연결축120: lower connecting shaft 130: upper connecting shaft
200 : 스핀모터 210 : 휠200: spin motor 210: wheel
220 : 스핀 축 300 : 지지구조물220: spin axis 300: support structure
400 : 받침대 500 : 커버400: pedestal 500: cover
본 발명은 2축방향의 모멘트에 의해 구동 토크를 발생시키는 자이로스코프에 관한 것으로서, 상세하게는 휠이 스핀모터 일측에 배치되는 한편 짐벌모터는 상기 휠의 하부에 장착되고, 센싱부는 상기 휠의 상부에 장착되어 상기 휠의 반경반향으 로 질량이 고르게 분포되어 각모멘텀을 최대한 증가시키는 한편 질량과 부피를 감소시킬 수 있는 제어 모멘트 자이로스코프에 관한 것이다.The present invention relates to a gyroscope for generating a drive torque by a moment in the biaxial direction, in detail, the wheel is disposed on one side of the spin motor while the gimbal motor is mounted to the lower portion of the wheel, the sensing unit is the top of the wheel It is related to a control moment gyroscope which is mounted on and which can distribute mass evenly in the radial direction of the wheel to increase angular momentum as much as possible while reducing mass and volume.
일반적으로 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.In general, the control moment gyroscope (CMG) refers to the use of a gyroscope torque generated by moments in two axes, particularly for controlling the attitude of the satellite.
도 1을 참고하여 상기 제어 모멘텀 자이로스코프의 원리에 대해 설명하면, 먼저 짐벌모터(10)에 의해 회전대(11)가 일축(g)을 기준으로 회전하고 있고, 또한 상기 회전대(11)에 의해 회전하면서 상기 회전대(11)의 회전방향과 직교되는 방향(h)으로 휠(21)이 회전되는데, 상기 휠(21)은 스핀모터(20)에 의해 구동된다. 이와 같이 상호 직교되는 방향 즉 g 방향과 h 방향의 모멘텀에 의해 자이로스코프 모멘트(T)가 발생하는 것이다.The principle of the control momentum gyroscope will be described with reference to FIG. 1. First, the rotary table 11 is rotated by the
이러한 모멘트를 이용하여 인공위성의 자세를 제어하게 되는바 이하 도 2를 참조하여 설명한다. 상기 도 2에 도시된 삼각뿔은 인공위성(V)을 모사한 것이며, 상기 삼각뿔 하측에 도시된 CMG1, CMG2, CMG3, CMG4는 각 제어 모멘텀 자이로스코르프를 모사한 것이다. Using the moment to control the attitude of the satellite bar will be described with reference to FIG. The triangular pyramid shown in FIG. 2 simulates the satellite V, and CMG1, CMG2, CMG3, and CMG4 shown below the triangular pyramid simulate the respective control momentum gyroscopes.
상기 도 2에 도시된 바와 같이 통상 4개의 제어 모멘트 자이로스코프(CMG1, CMG2, CMG3, CMG4) 즉 각 2축의 모멘트(g1,h1)(hg2,h3)(g3,h3)(g4,h4)를 이용하여 인공위성(V)의 자세를 제어하게 된다. 원래 인공위성의 3축 자세제어를 위해서는 최소 3개의 제어 모멘트 자이로스코프가 필요하나 특이점을 회피하기 위해 요구되는 여유 자유도(Redundancy)를 위해 4개 이상의 제어 모멘트 자이로스코프를 사용 한다.As shown in FIG. 2, four control moment gyroscopes CMG1, CMG2, CMG3, and CMG4, that is, moments g1 and h1 (hg2 and h3) (g3 and h3) (g4 and h4) of the respective two axes are It is used to control the attitude of the satellite (V). Originally, three-axis attitude control of satellites requires at least three control moment gyroscopes, but four or more control moment gyroscopes are used for the redundancy required to avoid singularities.
상기 특이점이라고 하는 것은 인공위성의 자세에어에 있어 원하는 방향의 토크를 발생시킬 수 없는 짐벌각 조건이 존재하는데 이러한 조건을 일컫는다.The singular point is a gimbal angle condition that cannot generate torque in a desired direction in the attitude air of the satellite.
인공위성의 개발은 지구관측과 우주감시의 임무수행을 위해서 고정밀도와 고기동성의 두 가지 요구사항을 동시에 만족시키는 것을 요구하는 것이 요즘 추세인데, 상기 고기동성은 위성운영의 효율을 높이며 것을 뜻한다. 이러한 고기동 위성을 개발하기 위해서 1-10deg/sec 정도의 기동능력을 발생시키는 구동기가 요구되나, 기존에 사용되는 반작용 휠(Reaction wheel) 즉 스핀모터와 회전판에 의해 기동능력을 발생시키는 구성으로는 상기 요구되는 1-10 deg / sec의 능력을 발휘할 수 없었다.In recent years, the development of satellites has required both high-precision and high-mobility requirements to be met simultaneously for the purpose of earth observation and space surveillance, which means that the operation of satellites increases the efficiency of satellite operation. In order to develop such a high-powered satellite, a driver for generating a maneuverability of about 1-10 deg / sec is required. Could not achieve the required 1-10 deg / sec ability.
이러한 문제를 해결하기 위하여 상술한 제어 모멘트 자이로스코프가 사용되는데, 종래의 제어 모멘트 자이로스코프에 대해 상기 도 1을 다시 참조하여 설명하면, 상기 종래의 제어 모멘트 자이로스코프는 하단부에 짐벌모터(10)가 배치되고, 상기 짐벌모터(10)상에 회전대(11)가 장착되어 회전되게 된다. 이때 상기 회전대(11)에 스핀모터(20)가 장착되고 상기 스핀모터(20)에 의해 휠(21)이 회전하게 되는 구성이다.In order to solve this problem, the above-described control moment gyroscope is used. Referring to FIG. 1 for the conventional control moment gyroscope, the conventional control moment gyroscope has a
이러한 구성에 의해 상술한 바와 같이 상기 회전대(11)가 회전하게 됨은 물론 상기 휠(21)이 직교되는 방향으로 회전되어 자이로스코프 토크가 발생하게 된다.As described above, the rotating table 11 is rotated as described above, and the
그러나 상술한 바와 같은 종래의 제어 모멘트 자이로스코프의 경우 짐벌모터 (10)상에 회전대(11)가 배치되는 한편 상기 회전대(11)에 스핀모터(20)와 휠(21)이 배치되어 상기 자이로스코프는 상당한 공간을 차지하게 된다. 즉, 인공위성의 적재량과 적재공간의 제한 때문에 제어 모멘트자이로스코프와 그 질량에 요구되는 공간은 주어진 각모멘텀과 토크에 대하여 가능한한 줄여야 하는데, 상술한 바와 같은 종래의 제어 모멘트 자이로스코프의 경우 그 부피가 커서 상당한 공간을 차지하여 소형의 인공위성용 구동기로서는 사용하기 힘든 문제점이 있었다.However, in the case of the conventional control moment gyroscope as described above, the rotation table 11 is disposed on the
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 스핀모터에 의해 회전되는 휠의 일측 하부에 짐벌모터를 장착하는 한편 상기 휠의 일측 상부에는 센싱수단을 장착하는 구성에 의해 부피를 줄이고, 질량을 균등하게 분포시켜 각모멘텀을 최대한 증가시킬 수 있는 제어 모멘트 자이로스코프를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, by mounting a gimbal motor on the lower side of the wheel rotated by the spin motor, while the upper portion of the one side of the wheel by mounting the sensing means to reduce the volume, equal mass The purpose is to provide a control moment gyroscope that can be distributed in such a way that the angular momentum can be increased as much as possible.
상술한 목적은 일축에 대한 회전력을 공급하는 스핀모터와, 상기 스핀모터에 장착되어 회전력을 전달하는 스핀 축과, 상기 스핀 축이 원판형상의 중앙부에 장착되어 회전되는 휠과, 상기 휠의 일측 하부에 배치되는 한편 상기 스핀모터의 회전방향과 직교되는 회전력을 공급하는 짐벌모터와, 상기 짐벌모터에 장착되는 한편 상기 스핀모터에 관통되어 상기 스핀모터 및 상기 스핀모터에 장착된 상기 휠을 회전시키는 하부 연결축과, 상기 스핀모터로부터 관통되어 상방향으로 연장되는 상부 연결축과, 상기 상부 연결축을 수용하는 센싱부를 포함하는 제어 모멘텀 자이로스코프에 의해 달성될 수 있다.The above-described object is a spin motor for supplying rotational force about one axis, a spin axis mounted on the spin motor to transmit rotational force, a wheel on which the spin axis is mounted and rotated in a central portion of a disc, and a lower portion of one side of the wheel. A gimbal motor which is disposed at a side to supply a rotational force orthogonal to a rotational direction of the spin motor, and a lower part which is mounted to the gimbal motor and penetrated by the spin motor to rotate the spin motor and the wheel mounted to the spin motor. It may be achieved by a control momentum gyroscope including a connecting shaft, an upper connecting shaft penetrating from the spin motor and extending upward, and a sensing unit accommodating the upper connecting shaft.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the configuration of the present invention.
본 발명은 상술한 바와 같이 스핀모터에 의해 회전되는 휠의 일측 하부에 짐벌모터를 장착하는 한편 상기 휠의 일측 상부에는 센싱수단을 장착하는 구성에 의해 부피를 줄이고, 질량을 균등하게 분포시켜 각모멘텀을 최대한 증가시킬 수 있는 제어 모멘트 자이로스코프에 관련된 것으로서 이하 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.According to the present invention, the gimbal motor is mounted on one side of the lower side of the wheel rotated by the spin motor, while the upper side of the wheel is equipped with a sensing means to reduce the volume and distribute the mass evenly, thereby angular momentum. As related to the control moment gyroscope that can increase as much as will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
이미 설명된 바와 같이 자이로스코프 토크는 2축방향의 모멘트로부터 생성되는 것으로서 본 발명에서는 일축에 대한 회전력을 공급하는 스핀모터(200)와, 상기 스핀모터(200)에 장착되어 회전력을 전달하는 스핀 축(220)에 의해 상기 스핀 축(220)에 장착되는 휠(210)이 회전하게 된다. 이때 상기 휠(210)의 중앙부에 상기 스핀 축(220)이 장착되는 것이 질량관성모멘트를 감소시켜 각모멘텀을 증가시킬 수 있다.As described above, the gyroscope torque is generated from the moment in the biaxial direction, and in the present invention, the
한편 상기 휠(210)은 상기 스핀모터(200)의 일측에 1개가 장착되거나 양측에 각각 1개씩 장착될 수 있는데, 이하 설명의 편의를 위해 양측에 각각 1개씩 장착된 경우를 상정하여 설명하기로 한다. 이때 상기 휠(210)이 1개가 사용되는 경우에도 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.Meanwhile, one
상술한 바와 같이 스핀모터(200)의 양측에 휠(210)이 장착되는데, 상기 스핀모터를 회전시키는 짐벌모터(100)가 상기 휠(210) 사이의 하부에 배치된다. 또한, 상기 짐벌모터(100)에 스핀모터(200)를 회전가능하게 고정하기 위해 상기 스핀모터(200)에 관통되는 하부 연결축(120)이 장착된다.As described above,
이러한 구성에 의해 상기 짐벌모터(100)에 의해 상기 스핀모터(200) 및 휠(210)이 회전하게 되어 2축방향의 모멘트가 발생되는 것이다.In this configuration, the
또한, 상기 스핀모터(200)로부터 관통되어 상방향으로 연장되는 상부 연결축(130)이 수용되는 센싱부(110)가 상기 휠(210)사이의 상부측에 배치된다.In addition, the
상술한 바와 같이 상부 연결축(130)이 센싱부(110)에 수용되어 회전함에 의해 회전각도나 각가속도등을 센싱할 수 있게 된다.As described above, the upper connecting
상술한 바와 같이 스핀모터(200)의 양측에 배치되는 휠(210)사이의 상부측에 센싱부(110)를 배치하고 하부에는 짐벌모터(100)를 배치하여 전체적으로 부피를 감소시킴은 물론 상기 상하부에 배치되는 센싱부(110) 및 짐벌모터(100)에 의해 질량이 상대적으로 균등하게 분포되어 각모멘텀을 증가시킬 수 있어 소형 인공위성 자세제어를 위한 자이로스코프로 사용할 수 있게 되는 것이다.As described above, the
한편 상기 짐벌모터(100)를 지지하기 위해 지지구조물(300)을 상기 짐벌모터(100)의 하부에 설치하게 되고, 상기 지지구조물(300)은 받침대(400)에 의해 고정된다. 이러한 구성의 제어 모멘트 자이로스코프가 인공위성에 장착되어 상기 인공위성의 자세를 제어하는데 이용되는 것이다. Meanwhile, in order to support the
한편 상술한 본 발명의 제어 모멘트 자이로스코프를 보호하기 위해 중공형상의 커버(500)를 더 포함하는 것도 바람직하다. 이때 상기 커버(500)의 상부측에 두께부(510)를 형성하여 상기 센싱부(110)를 고정하는 것도 바람직하다. On the other hand it is also preferable to further include a
이상 살펴본 바와 같이 종래의 제어 모멘트 자이로스코프는 하단부에 짐벌모 터가 배치되고, 상기 짐벌모터상에 회전대가 장착되어 회전되게 된다. 이때 상기 회전대에 스핀모터가 장착되고 상기 스핀모터에 의해 휠이 회전하게 되는 구성이어서 부피가 커서 소형 인공위성에 사용하기 어려운 문제점이 있었으나,As described above, in the conventional control moment gyroscope, a gimbal motor is disposed at a lower end thereof, and a rotation table is mounted on the gimbal motor to be rotated. At this time, the spin motor is mounted on the swivel table and the wheel is rotated by the spin motor, so the volume is large and it is difficult to use in a small satellite.
스핀모터에 의해 회전되는 휠의 일측 하부에 짐벌모터를 장착하는 한편 상기 휠의 일측 상부에는 센싱수단을 장착하는 본 발명에 의해 부피를 줄이고, 질량을 균등하게 분포시켜 각모멘텀을 최대한 증가시킬 수 있어 소형의 인공위성을 위한 제어 모멘트 자이로스코프로 사용할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention in which the gimbal motor is mounted on one side lower portion of the wheel rotated by the spin motor while the sensing means is mounted on one side upper portion of the wheel, the volume can be reduced, the mass is evenly distributed, and the angular momentum can be increased as much as possible. It can be used as a control moment gyroscope for small satellites.
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Cited By (2)
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2005
- 2005-12-26 KR KR1020050129700A patent/KR100649730B1/en active IP Right Grant
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KR101093598B1 (en) * | 2009-02-02 | 2011-12-15 | 한국항공우주연구원 | Gyroscope |
KR101796541B1 (en) | 2017-03-29 | 2017-12-01 | (주)나라스페이스테크놀로지 | Control moment gyroscope and cube type satellite including the same |
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