2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high angular momentum, high torque small reaction wheel using magnetic bearing and electromagnetic brake
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17K18428
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
茂渡 修平 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (60769537)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 磁気軸受 / リアクションホイール / 磁気浮上 / 電磁ブレーキ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小型衛星向けのリアクションホイール（RW）は、小型・軽量化に伴って慣性モーメントを失い、角運動量が低下してしまう。本研究は、RWの軸受を磁気軸受とし、回転速度を向上させることによって、RWを30mm程度まで小型化しながら角運動量を高めることを目的とする。まず、ボールベアリングを用いた従来型のRWと制御回路について、小型化を行い、その評価を実施した。また、小型化によって減じるトルクを補うため、電磁ブレーキを用いることにより、瞬発的な高トルクを可能とした。
次に、RWの磁気軸受化について検討を行った。6自由度全てをアクティブ制御しようとすると、インバータ回路を含め全体を小型化することが難しい。そこで、軸受けの一部に永久磁石を用いたパッシブな永久磁石反発型を埋め込み、スラスト方向への一軸制御型磁気軸受を設計した。従来の磁気軸受では、制御力を出すアクチュエータを、モータの設計を磁気軸受と一体化して複雑化したり、あるいは回転体外部に電磁石を設置するなどし、小型化が難しかった。そこで、本研究では、高トルクを実現するために用いている電磁ブレーキを磁気軸受のアクチュエータとしても利用することで、小型かつ簡素な構造を提案した。ベアリング式の小型RWの構造で、既に電磁ブレーキを使う構造を提案しており、ほとんど構造を変えることなく実装できる。シミュレーションにより、永久磁石とコイルの最適な配置を検討し、提案する機構の実現性を検討した。
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