(57)【要約】【課題】更なる小型のリアクションホイール装置を提供すること。【解決手段】多面体の筐体内にリアクションホイールが設けられたリアクションホイール装置であって、前記多面体を構成する面の各々は、前記多面体を構成する面の各々に対応するフレーム部で構成され、前記フレーム部のうちの少なくとも２つが、リジッドフレキシブル基板の少なくとも２つのリジッド回路基板部により構成されているリアクションホイール装置。【選択図】図３
2018019568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多面体の筐体内にリアクションホイールが設けられたリアクションホイール装置であって、
前記多面体を構成する面の各々は、前記多面体を構成する面の各々に対応するフレーム部で構成され、
前記フレーム部のうちの少なくとも２つが、リジッドフレキシブル基板の少なくとも２つのリジッド回路基板部により構成されている
リアクションホイール装置。
【請求項２】
前記リジッドフレキシブル基板は、第１のリジッド回路基板部を備え、
前記リジッドフレキシブル基板の第１のリジッド回路基板部は、前記第１のリジッド回路基板部の厚さ方向に貫通する第１の貫通開口部を有し、
前記第１の貫通開口部は、前記第１のリジッド回路基板部の側縁に略平行に延びるナット収容部と、前記第１のリジッド回路基板部の側縁に開口し、前記ナット収容部に対して直交して延びるねじ収容部とを有し、
前記ナット収容部には、ナットが収容され、
前記第１のリジッド回路基板部に隣接する少なくとも１つの第１のフレーム部は、前記第１のリジッド回路基板部の前記第１の貫通開口部の前記ねじ収容部及び前記ナット収容部に収容された前記ナットに整列する位置に貫通穴を有し、
前記少なくとも１つの第１のフレーム部の外側から挿入されているねじが、前記貫通穴及び前記ねじ収容部を通して、前記ナットに螺合することによって前記少なくとも１つの第１のリジッド回路基板部と前記第１のフレーム部が接続されている請求項１に記載のリアクションホイール装置。
【請求項３】
前記リジッドフレキシブル基板の少なくとも１つのリジッド回路基板部の側縁に、外方に向かって開口する切欠部が形成され、
前記切欠部が形成された前記側縁に接続されるフレーム部が、前記切欠部が形成された前記側縁に接続されるフレーム部と前記切欠部との間に開口部を形成するように、前記切欠部の開口端を覆うように配置され、
前記筐体内部に設けられた部品からの配線が、前記開口部を通して、前記少なくとも１つのリジッド回路基板部の外側の面に設けられた端子に接続されている請求項１又は２に記載のリアクションホイール装置。
【請求項４】
前記リジッドフレキシブル基板の少なくとも１つのリジッド回路基板部の、前記リジッドフレキシブル基板のフレキシブルケーブル部が接続されている少なくとも１つの側縁に、外方に向かって開口する段状の切欠部が形成され、
前記フレキシブルケーブル部は、前記段状の切欠部の深さの深い方の部分から延びている請求項１〜３のいずれか１項に記載のリアクションホイール装置。
【請求項５】
前記多面体の少なくとも１つの頂点部又は辺部に、外部装置を接続可能な接続補助部材が取り付けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載のリアクションホイール装置。
【請求項６】
前記リアクションホイールは、前記フレーム部に対向して設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載のリアクションホイール装置。
【請求項７】
前記リアクションホイールは、前記リジッドフレキシブル基板により構成されている前記フレーム部以外の前記フレーム部に対向して設けられている請求項６に記載のリアクションホイール装置。
【請求項８】
前記リアクションホイールは、
前記フレーム部に対向して配置された回転体と、
前記フレーム部と前記回転体との間に配置された電磁石と、
前記フレーム部に取り付けられ、前記電磁石を前記フレーム部側に付勢する付勢部材と、
を備え、
前記回転体の前記電磁石に対向する部分の少なくとも一部は、強磁性体材料で形成され、
前記電磁石の非励磁時に前記電磁石と前記回転体が離間するように前記電磁石が前記付勢部材により付勢され、
前記電磁石の励磁時に前記電磁石が前記付勢部材の付勢力に抗して前記回転体に接触することによって前記回転体が制動される請求項１〜７のいずれか１項に記載のリアクションホイール装置。
【請求項９】
前記回転体を回転させるためのモータが、前記回転体と前記フレーム部の間に配置され、
前記モータからの配線が、前記付勢部材と前記フレーム部の間に引き出されている請求項８に記載のリアクションホイール装置。
【請求項１０】
前記多面体は、６面体である請求項１〜９のいずれか１項に記載のリアクションホイール装置。
【請求項１１】
前記筐体内部に設けられた部品は、前記リアクションホイールの電磁石である請求項３〜１０のいずれか１項に記載のリアクションホイール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リアクションホイール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型衛星向けの姿勢制御用モジュールや小型のモジュラーロボットとして、リアクションホイールを組み込んだ小型姿勢制御モジュールが従来研究されてきた。これらはモータ、慣性ホイール、制御回路等を備え、衛星やロボット等の姿勢制御に必要な回転トルクを発生させるものである。
【０００３】
そのような小型姿勢制御モジュールは、一層の小型化が求められているところ、本発明者らは、１０ｃｍ立方以下のサイズの３軸リアクションホイール装置を提案した（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２０１５−１３０１３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、本発明者らによって、１０ｃｍ立方以下のサイズの３軸リアクションホイール装置が実現されたものの、小型姿勢制御モジュールは、その更なる小型化が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、更なる小型のリアクションホイール装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様は、多面体の筐体内にリアクションホイールが設けられたリアクションホイール装置であって、前記多面体を構成する面の各々は、前記多面体を構成する面の各々に対応するフレーム部で構成され、前記フレーム部のうちの少なくとも２つが、リジッドフレキシブル基板の少なくとも２つのリジッド回路基板部により構成されているリアクションホイール装置を提供するものである。
【０００８】
前記リジッドフレキシブル基板は、第１のリジッド回路基板部を備え、前記リジッドフレキシブル基板の第１のリジッド回路基板部は、前記第１のリジッド回路基板部の厚さ方向に貫通する第１の貫通開口部を有し、前記第１の貫通開口部は、前記第１のリジッド回路基板部の側縁に略平行に延びるナット収容部と、前記第１のリジッド回路基板部の側縁に開口し、前記ナット収容部に対して直交して延びるねじ収容部とを有し、前記ナット収容部には、ナットが収容され、前記第１のリジッド回路基板部に隣接する少なくとも１つの第１のフレーム部は、前記第１のリジッド回路基板部の前記第１の貫通開口部の前記ねじ収容部及び前記ナット収容部に収容された前記ナットに整列する位置に貫通穴を有し、前記少なくとも１つの第１のフレーム部の外側から挿入されているねじが、前記貫通穴及び前記ねじ収容部を通して、前記ナットに螺合することによって前記少なくとも１つの第１のリジッド回路基板部と前記第１のフレーム部が接続されているものとすることができる。
【０００９】
前記リジッドフレキシブル基板の少なくとも１つのリジッド回路基板部の側縁に、外方に向かって開口する切欠部が形成され、前記切欠部が形成された前記側縁に接続されるフレーム部が、前記切欠部が形成された前記側縁に接続されるフレーム部と前記切欠部との間に開口部を形成するように、前記切欠部の開口端を覆うように配置され、前記筐体内部に設けられた部品からの配線が、前記開口部を通して、前記少なくとも１つのリジッド回路基板部の外側の面に設けられた端子に接続されているものとすることができる。
【００１０】
前記リジッドフレキシブル基板の少なくとも１つのリジッド回路基板部の、前記リジッドフレキシブル基板のフレキシブルケーブル部が接続されている少なくとも１つの側縁に、外方に向かって開口する段状の切欠部が形成され、前記フレキシブルケーブル部は、前記段状の切欠部の深さの深い方の部分から延びているものとすることができる。
【００１１】
前記多面体の少なくとも１つの頂点部又は辺部に、外部装置を接続可能な接続補助部材が取り付けられているものとすることができる。
【００１２】
前記リアクションホイールは、前記フレーム部に対向して設けられているものとすることができる。
【００１３】
前記リアクションホイールは、前記リジッドフレキシブル基板により構成されている前記フレーム部以外の前記フレーム部に対向して設けられているものとすることができる。
【００１４】
前記リアクションホイールは、前記フレーム部に対向して配置された回転体と、前記フレーム部と前記回転体との間に配置された電磁石と、前記フレーム部に取り付けられ、前記電磁石を前記フレーム部側に付勢する付勢部材と、を備え、前記回転体の前記電磁石に対向する部分の少なくとも一部は、強磁性体材料で形成され、前記電磁石の非励磁時に前記電磁石と前記回転体が離間するように前記電磁石が前記付勢部材により付勢され、前記電磁石の励磁時に前記電磁石が前記付勢部材の付勢力に抗して前記回転体に接触することによって前記回転体が制動されるものとすることができる。
【００１５】
前記回転体を回転させるためのモータが、前記回転体と前記フレーム部の間に配置され、前記モータからの配線が、前記付勢部材と前記フレーム部の間に引き出されているものとすることができる。
【００１６】
前記多面体は、６面体とすることができる。
【００１７】
前記筐体内部に設けられた部品は、前記リアクションホイールの電磁石とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成を有する本発明によれば、更なる小型のリアクションホイール装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイール装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイール装置に用いられるリジッドフレキシブル基板の平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイール装置の分解斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイールの斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイールの分解斜視図である。
【図６】図４のVI−VI断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るリアクションホイールシステム装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイール装置の斜視図、図２は、本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイール装置に用いられるリジッドフレキシブル基板の平面図、図３は、本発明の第１の実施形態に係るリアクションホイールの分解斜視図である。
【００２２】
リアクションホイール装置５は、立方体（正６面体）の形状を有する。立方体を構成する面の各々は、立方体を構成する面の各々に対応するフレーム部で構成され、互いに接続されたフレーム部がリアクションホイール装置５の筐体を構成する。リアクションホイール装置の形状は、任意の適切な多面体形状とすることができる。
【００２３】
リアクションホイール装置５は、３つのリアクションホイール１、２、３を備える。リアクションホイール１、２、３の後述のフライホイール１３、２３、３３の回転軸線の方向が互いに直交するように、リアクションホイール１、２、３が配置されている。これにより、直交する３軸に対して角運動量を発生させることができる。それぞれのリアクションホイールのフレーム１０、２０、３０は、同一の略正方形形状を有し、リアクションホイール装置５の６つのフレーム部のうちの３つを構成する。
【００２４】
リアクションホイール装置５のフレーム部のうちの残りの３つは、リジッドフレキシブル基板４の後述のリジッド回路基板部４０、４１、４２により構成される。
【００２５】
フレーム１０、２０、３０と、リジッド回路基板部４０、４１、４２は、以下に詳細に述べるようにリアクションホイール装置５が全体として立方体の形状を有するように、互いに連結される。
【００２６】
図２に示されるように、リジッドフレキシブル基板４は、リジッド回路基板部４０、４１、４２、リジッド回路基板部４０とリジッド回路基板部４１を接続するフレキシブルケーブル部４５、リジッド回路基板部４０とリジッド回路基板部４２を接続するフレキシブルケーブル部４６を備える。
【００２７】
リジッドフレキシブル基板４には、制御ユニットを構成する回路素子、ＭＥＭＳセンサ慣性計測ユニット（ＩＭＵ）５２等の回路素子が備えられる。
【００２８】
制御ユニットは、リアクションホイール１、２、３の後述の各々のモータ１４、２４、３４や電磁石１２、２２、３２の励磁電流を制御することにより、各フライホイール１３、２３、３３の回転状態を制御する。また、制御ユニット５１は、ＭＥＭＳセンサＩＭＵ５２からの３軸の角速度や加速度等の検出情報等を取得し、この情報に基づいて各種計算を行ったり、取得した情報や計算結果に基づいて、モータ１４、２４、３４、電磁石１２、２２、３２の制御等を行う。
【００２９】
ＭＥＭＳセンサＩＭＵ５２は、立方体頂点の各隅に近い位置にリジッド回路基板部上に複数配置され、ＩＭＵ５２からの情報は制御ユニットに送信され、この情報に基づいて重力加速度方向等が制御ユニットによって求められ、各フライホイール１３、２３、３３の回転状態が制御される。
【００３０】
リジッド回路基板部４０、４１、４２は、同一の略正方形の形状を有する。リジッドフレキシブル基板４は、リジッド回路基板部４０、４１、４２が互いに直交するようにフレキシブルケーブル部４５、４６が折り曲げられることによって、リアクションホイール装置５の立方体の立方体を構成する面のうちの３つの面を構成する。
【００３１】
また、リジッド回路基板部４０、４１、４２の側縁には、外方に向かって開口する矩形の第１の切欠部４０１、４１１、４２１が形成され、第１の切欠部４０１、４１１、４２１と所定の距離だけ離れて外方に向かって開口する矩形の第２の切欠部４０２、４１２、４２２が形成され、第１の切欠部４０１、４１１，４２１と第２の切欠部４０２、４１２、４２２の間に矩形の第１の残存部４０３、４１３、４２３が形成され、第２の切欠部４０２、４１２、４２２の第１の残存部４０３、４１３、４２３とは反対側に矩形の第２の残存部４０４、４１４、４２４が形成されている。
【００３２】
また、リジッド回路基板部４０、４１、４２の各隅部には、その厚さ方向に貫通する第１の貫通開口部４０５、４１５、４２５と第１の貫通穴４０６、４１６、４２６が形成されている。すなわち、第１の残存部４０３、４１３、４２３のリジッド回路基板部４０、４１、４２の隅側に第１の貫通穴４０６、４１６、４２６が形成される。また、第２の切欠部４０２、４１２、４２２の第２の残存部４０４、４１４、４２４側に、第１の貫通開口部４０５、４１５、４２５が形成される。第１の貫通開口部４０５、４１５、４２５は、リジッド回路基板部４０、４１、４２の側縁、すなわち４０２、４１２、４２２の底辺に略平行に延びるナット収容部４０５ａ、４１５ａ、４２５ａと、リジッド回路基板部４０、４１、４２の側縁である第２の切欠部４０２、４１２、４２２に開口し、ナット収容部４０５ａ、４１５ａ、４２５ａに対して直交して延びるねじ収容部４０５ｂ、４１５ｂ、４２５ｂとを有する。第１の貫通開口部４０５、４１５、４２５のリジッド回路基板部４０、４１、４２の厚さ方向に対する横断面の形状は、本実施形態においては十字形状であるが、Ｔ字形状としてもよい。ナット収容部４０５ａ、４１５ａ、４２５ａには、ナット８０１が嵌合されている。ナット８０１は、ナット収容部４０５ａ、４１５ａ、４２５ａに嵌合される構成に換えて、ナット収容部４０５ａ、４１５ａ、４２５ａに隙間があるように収容される構成としてもよい。
【００３３】
リアクションホイール１、２、３のフレーム１０、２０、３０は、上述のとおり略正方形の形状を有する。フレーム１０、２０、３０の側縁には、外方に向かって開口する矩形の第３の切欠部１０１、２０１、３０１が形成され、第３の切欠部１０１、２０１、３０１と所定の距離だけ離れて外方に向かって開口する矩形の第４の切欠部１０２、２０２、３０２が形成され、第３の切欠部１０１、２０１、３０１と第４の切欠部１０２、２０２、３０２の間に矩形の第３の残存部１０３、２０３、３０３が形成され、第４の切欠部１０２、２０２、３０２の第３の残存部１０３、２０３、３０３とは反対側に矩形の第４の残存部１０４、２０４、３０４が形成されている。
【００３４】
また、フレーム１０の各隅部には、その厚さ方向に貫通する第２の貫通穴１０６、２０６、３０６が形成されている。すなわち、第３の残存部１０３、２０３、３０３のフレーム１０、２０、３０の隅側に第２の貫通穴１０６、２０６、３０６が形成される。また、第４の切欠部１０２、２０２、３０２の第４の残存部１０４、２０４、３０４側の底面に、雌ねじ部１０５、２０５、３０５が形成されている。
【００３５】
リジッド回路基板部４０、４１、４２の各々に形成された各切欠部と各残存部、リアクションホイールのフレーム１０、２０、３０の各々に形成された各切欠部と各残存部が互いに嵌め込まれている。
【００３６】
リジッド回路基板部４０、４１、４２の側縁、フレーム１０、２０、３０の側縁の形状は、直線状等任意の適切な形状とすることができる。
【００３７】
リジッド回路基板部４０に隣接するフレーム部であるフレーム１０は、リジッド回路基板部４０の第１の貫通開口部４０５のねじ収容部４０５ｂ、ナット収容部４０５ａに収容されたナット８０１、及び接続補助部材９１のねじ穴９１１に整列する位置に第２の貫通穴１０６を有する。そして、フレーム１０の外側から挿入されたねじ８１１が、接続補助部材９１のねじ穴９１１、第２の貫通穴１０６及びねじ収容部４０５ｂを通して、ナット８０１に螺合することによってリジッド回路基板部４０とフレーム１０が接続されている。
【００３８】
また、リジッド回路基板部４１に隣接するフレーム部であるリジッド回路基板部４０も同様に、リジッド回路基板部４１の第１の貫通開口部４１５のねじ収容部４１５ｂ、ナット収容部４１５ａに嵌合されたナット８０２、及び接続補助部材９１のねじ穴９１２に整列する位置に第１の貫通穴４０６を有する。そして、リジッド回路基板部４０の外側から挿入されたねじ８１２が、接続補助部材９１のねじ穴９１２、第１の貫通穴４０６及びねじ収容部４１５ｂを通して、ナット８０２に螺合することによってリジッド回路基板部４０とリジッド回路基板部４１が接続されている。
【００３９】
また、フレーム２０に隣接するフレーム部であるフレーム１０は、フレーム２０の雌ねじ部２０５及び接続補助部材９２のねじ穴９２１に整列する位置に第２の貫通穴１０６を有する。そして、フレーム１０の外側から挿入されたねじ８１３が、接続補助部材９２のねじ穴９２１及び第２の貫通穴１０６を通して、雌ねじ部２０５に螺合することによってフレーム２０とフレーム１０が接続されている。
【００４０】
また、リジッド回路基板部４１の外側から挿入されたねじ８１４が、接続補助部材９１のねじ穴９１３及びリジッド回路基板部４１の第１の貫通穴４１６を通して、フレーム１０の雌ねじ部１０５に螺合することによってフレーム１０とリジッド回路基板部４１が接続されている。
【００４１】
他のリジッド基板とリジッド回路基板部、リジッド回路基板部とフレーム、フレームとフレームの接続構造も同様である。
【００４２】
このような接続構造により、フレーム部としてリジッド回路基板部自体を用いることができる。すなわち、リジッド回路基板部は、その厚さが非常に小さく、またその側端面に垂直な方向に脆いので、その側端面に開口するねじ穴を形成することができず、側端面を接続面として隣接するフレーム部を接続することが困難であったが、このような接続構造により、側端面を接続面として隣接するフレーム部を接続することが可能となり、フレーム部としてリジッド回路基板部自体を用いることが可能となった。
【００４３】
このような接続構造、すなわち、板状の第１の部材が、前記第１の部材の厚さ方向に貫通する第１の貫通開口部を有し、前記第１の貫通開口部は、前記第１の部材の側縁に略平行に延びるナット収容部と、前記第１の部材の側縁に開口し、前記ナット収容部に対して直交して延びるねじ収容部とを有し、前記ナット収容部には、ナットが収容され、前記第２の部材は、前記第１の部材の前記第１の貫通開口部の前記ねじ収容部及び前記ナット収容部に収容された前記ナットに整列する位置に貫通穴を有し、前記第１の部材の外側から挿入されているねじが、前記貫通穴及び前記ねじ収容部を通して、前記ナットに螺合することによって前記第１の部材と前記第２の部材が接続されている接続構造は、リジッド回路基板部と他のフレーム部との接続構造に限定されるものでなく、板状部材を、該板状部材の側端面を接続面として、他の部材に接続する接続構造一般に用いることができる。
【００４４】
本実施形態によれば、フレーム部としてリジッド回路基板部自体を用いることができるので、リアクションホイール装置の筐体内を占める回路素子の体積を格段に減少させることが可能となり、より装置を小型化することができる。
【００４５】
また、リジッド回路基板部４０、４１、４２の第２の切欠部４０２、４１２、４２２の第１の残存部４０３、４１３、４２３側には、更に、外方に向かって開口する矩形の第５の切欠部４０７、４１７、４２７が形成され、全体として段状の切欠部となっている。第５の切欠部４０７、４１７、４２７が形成された側縁である第２の切欠部４０２、４１２、４２２に接続されるフレーム部であるフレーム１０、３０、２０の第３の残存部１０３、３０３、２０３が第５の切欠部４０７、４１７、４２７の開口端を覆うように配置されて、開口部４０８、４１８、４２８が形成される。リアクションホイール装置５の筐体内部に設けられた部品であるリアクションホイール１の電磁石１２からの配線１２２は、開口部４０８を通して、リジッド回路基板部４０の外側の面に設けられた端子４０９に接続されている。リアクションホイール２、３の電磁石２２、３３からの配線も同様に開口部４２８、４１８を通して、リジッド回路基板部４２、４１の外側の面に設けられた端子４２９、４１９に接続されている。
【００４６】
このような構成により、筐体内部に設けられた部品からの配線を、開口部を通してリジッド回路基板部の外側の面に設けられた端子に接続することができるので、リジッド回路基板部の外側の基板面に回路素子を搭載することが可能となった。これにより、リアクションホイール装置の筐体内を占める回路素子の体積を更に減少させることが可能となり、また回路のメンテナンスが容易となった。また、リアクションホイール装置の組み立てと分解が現実的に可能となった。
【００４７】
また、フレキシブルケーブル部には曲げ半径が小さいと大きな力がかかるが、このように、フレキシブルケーブル部が、段状の切欠部の深さの深い方の部分である第５の切欠部から延びている構成とし、フレキシブルケーブル部の長さを長くし、且つフレキシブルケーブル部取り付け間の距離を長くすることによって、フレキシブルケーブル部にかかる力を緩和することができる。
【００４８】
続いて、リアクションホイール１、２、３の構成について、図４〜６を参照して説明する。図４は、本実施形態に係るリアクションホイールの斜視図、図５は、本実施形態に係るリアクションホイールの分解斜視図、図６は、図４のVI−VI断面図である。
【００４９】
図４〜６に示されるように本実施形態に係るリアクションホイール１は、フレーム１０と、付勢部材である板ばね１１と、電磁石１２と、回転体であるフライホイール１３と、モータ１４とを備えている。
【００５０】
フレーム１０は、上述のように略正方形の形状を有し、その側縁には各切欠部と各残存部が形成されている。また、フレーム１０には、厚さ方向に貫通する開口部１０９が４つ形成されている。このようにフレームに開口部を有する構成とすることによりフレームを軽量化することができる。フレームは、開口部がない板状の構成とすることができるし、開口部の数や形状等は任意の適切な数や形状とすることができる。フレーム１０の中心部には、円形の凹部１０７が形成され、凹部１０７の中心部には厚さ方向に貫通する開口部１０８が設けられている。
【００５１】
モータ１４は、モータ本体１４１とシャフト１４３を備え、モータ本体１４１に、接続部材１８を介して取り付けられた後述のフライホイール１３を回転させる。モータ本体１４１は、フランジ部を有する略円筒状固定子部１４１ａと、軸線方向の中央に突出した円筒状の凸状部を有する円盤状の回転子部１４１ｂを備える。固定子部１４１ｂが、フレーム１０の凹部１０７と開口部１０８に嵌め込まれ接着されることにより、モータ１４がフレーム１０に固定される。
【００５２】
フライホイール１３は、略切頭円錐の形状を有し、周縁部が回転軸線に平行な環状面を有する。フライホイール１３は、強磁性体材料で形成されている。フライホイール１３の電磁石１２に対向する側には電磁石１２を収容可能な凹部１３１が形成され、凹部１３１の電磁石に対向する面は平面に形成されている。フライホイール１３の中央にはモータ１４のシャフト１４３を通すための穴１３３が設けられている。凹部１３１の電磁石に対向する面には、フライホイール１３の頂部に形成されたねじ穴１３５を介してねじ１３６によって、円筒状の接続部材１８が固定される。また、接続部材１８のフレーム１０側の面と、モータ１４の回転子部１４１ｂは接着材により固定されている。
【００５３】
フライホイール１３と接続部材１８は一体化した構成とすることも可能であるが、別個の部材とすることにより、フライホイール１３と接続部材１８の間にシム薄厚材が挿入可能な構成とすることができる。これにより、非励磁時に電磁石１２とフライホイール１３は近づきすぎても離れすぎていてもいけないところ、電磁石１２とフライホイール１３との隙間の大きさの調整をすることが可能となる。
【００５４】
モータを上側に配置すると、モータを支持するための片持ち又は両支持梁構造が必要となり、フライホイールの形状を略切頭円錐にできないが、このように、モータをフレーム側に配置し、フライホイールの形状を略切頭円錐の形状とすることによって、隣接するリアクションホイールをより接近させて配置させることができ、より装置を小型化することができる。
【００５５】
板ばね１１は、中央に円形の開口部を有する円板の形状を有する。そして、板ばね１１には、径方向外方に向かって凸となる弧状の第１のスリット１１１が、板ばね１１の内周側に、９０°の角度間隔で周方向に４つ設けられている。第１のスリット１１１は板ばね１１の厚さ方向に貫通して延びている。また、板ばね１１には、弧状の第２のスリット１１３が、板ばね１１の外周側に、９０°の角度間隔で周方向に４つ設けられている。第２のスリット１１３は板ばね１１の厚さ方向に貫通して延びている。第１のスリット１１１と第２のスリット１１３は互い違いに配置されている。板ばね１１の縁部には、径方向外方に延び、ねじ穴が形成されている耳部１１６が９０°の角度間隔で周方向に４つ形成されており、板ばね１１がフレーム１０にねじを介して固定されている。ここで、後述のように、電磁石からの配線１２２とモータ１４からの配線１４４は、フレームに対して略平行に延びるため、電磁石からの配線１２２とモータ１４からの配線１４４の干渉を防止するために、耳部１１６は、電磁石からの配線１２２及びモータ１４からの配線１４４に対して周方向にずれるように配置されている。スリットの形状、配置、数等は、他の任意の適切な形状、配置、数等とすることができる。また、板ばねの形状も、他の任意の適切な形状とすることができる。
【００５６】
電磁石１２はリング形状を有し、その径方向の断面が矩形状である。電磁石１２の形状は、リング形状の一部すなわち円弧状とし、１つ又はそれ以上の円弧状の電磁石１２を配置してもよい。電磁石の形状や径方向の断面の形状は、他の任意の適切な形状とすることができる。電磁石１２のフレーム１０に対向する面は板ばね１１にねじを介して固定され、板ばね１１は電磁石１２をフレーム１０側に付勢する。すなわち、フレーム１０が電磁石１２に対して鉛直下方に配置されていないときも、電磁石１２の非励磁時に電磁石１２とフライホイール１３が離間するように電磁石１２が板ばね１１によって付勢され、電磁石１２を軸方向に移動可能とする。電磁石１２とフライホイール１３との間の隙間は、所定の間隔に維持される。そして、板ばね１１の構造（形状や弾性付与部の形状や数等）や剛性（材料や厚み）等は、重力による板ばねのたわみと吸引磁力との関係の最適化により決定することができる。
【００５７】
電磁石１２からの配線１２２は、板ばね１１の厚さ方向に貫通する穴１１５を通して、板ばね１１とフレーム１０の間に引き出され、上述のように、開口部４０８を通して、リジッド回路基板部４０の外側の面に設けられた端子４０９に接続されている。
【００５８】
また、モータ１４からの配線１４４は、フラットケーブルの形でモータ１４の固定子部の側面から引き出されているが、このモータ１４からの配線１４４も、板ばね１１とフレーム１０の間に引き出され、板ばね１１の外縁付近で折り曲げられて、リジッド回路基板部４１の内側の面に設けられた端子に接続されている。このように、本実施形態においては、モータからの配線とフライホイールの間に板ばねを介在させる構成とすることにより、モータ１４からの配線１４４とフライホイール１３との干渉を防止することができる。この場合、板ばね１１の外縁がフライホイール１３の外縁よりも外側にあるようにすると、そのような効果をより確実に奏することができる。
【００５９】
このような構成に換えて、上述の第５の切欠部４０７、４１７、４２７が形成された側縁である第２の切欠部４０２、４１２、４２２に接続されるフレーム部であるフレーム１０、３０、２０の第３の残存部１０３、３０３、２０３が第５の切欠部４０７、４１７、４２７の開口端を覆うように配置されて形成された開口部４０８、４１８、４２８を通して、モータ１４からの配線１４４を引き出すことによって、モータ１４からの配線１４４とフライホイール１３との干渉を防止することもできる。
【００６０】
上記の実施形態においては、電磁石からの配線１２２とモータ１４からの配線１４４は９０°直交するように配置されていたが、互いに同一の方向又は反対の方向に配置してもよい。
【００６１】
このような構成において、フライホイール１３の回転中に電磁石１２が励磁されると、発生する磁束による電磁力によって、強磁性体材料で形成されたフライホイール１３に電磁石１２が板ばね１１の付勢力に抗して引きつけられ接触し、フライホイール１３の制動が行われる。電磁石１２が発生する磁束の大きさや磁束の変化速度を変化させることによって制動状態を制御することができる。電磁石１２の磁束の変化をステップ状とし且つ大きな磁力を発生させることによって、回転しているフライホイール１３を急停止させることができる。これにより、リアクションホイール１は、発生している角運動量を即時にゼロとすることができる。
【００６２】
フライホイール１３をより高い応答性で急停止させるためには、制動力を大きくすればよい。その１つの手法として、フライホイール１３と電磁石１２の接触面積を増加させることが考えられる。
【００６３】
具体的には、電磁石１２の励磁時に電磁石１２のフライホイール１３に接触する面である第１の制動面１２１と、フライホイール１３の電磁石１２に接触する面である第２の制動面１３４を相補的な形状とすればよい。本実施形態においては、電磁石１２の第１の制動面１２１とフライホイール１３の第２の制動面１３１が互いに平行な平面であり相補的な形状となっている。相補的な形状として、電磁石１２とフライホイール１３の接触面積のより大きな形状、例えば断面が円弧の形状を採用すると、制動力が大きくすることができる。
【００６４】
また、電磁石１２の励磁時に電磁石１２がフライホイール１３のより外周部側に接触するように構成すると、フライホイール１３の中心部側に接触するように構成した場合よりも制動面を大きくとることが可能となる。本実施形態においては、電磁石１２の励磁時に電磁石１２がフライホイール１３の外縁部に接触するように構成することによって、接触面積を増加させ制動力を大きくしている。
【００６５】
上記実施形態においては、フライホイール１３全体が強磁性体材料で形成されていたが、フライホイール１３の電磁石１２に対向する部分の少なくとも一部を強磁性体材料で形成すれば制動を行うことができる。そして、それ以外の部分をその強磁性体材料よりも密度の高い材料（例えば、タングステン）で形成すれば、フライホイール１３の体積を増加させることなく、フライホイール１３の質量を増加させ、リアクションホイール１の同一回転数当たりの蓄積角運動量を大きくすることができる。
【００６６】
このような構成により、リアクションホイール装置を更に小型化することができ、上述の従来のリアクションホイール装置５が１０ｃｍ立方のサイズであるのに対して、３０ｍｍ立方以下のサイズの超小型リアクションホイール装置を実現することができた。
【００６７】
上記実施形態においては、リアクションホイールの数が３つで、リアクションホイールのフライホイールの回転軸線の方向が互いに直交するものであったが、フライホイールの回転軸線の方向が互いに異なるものであれば、リアクションホイールの数は２つ以上の任意の数とすることができる。
【００６８】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係るリアクションホイール装置の斜視図である。この図７を参照して、本発明の第２の実施形態の構成及び動作原理を説明する。図７において図１〜６と対応する部分には同一の符号を付し、第１の実施形態と重複する説明は省略する。
【００６９】
本実施形態は、第１の実施形態のリアクションホイール装置に拡張用基板等の外部装置を接続可能とするものである。
【００７０】
第１の実施形態の接続補助部材９１〜９８は、リアクションホイール装置５の筐体の各辺に沿って直交する３つの方向に延びる３つの枝部を有するものであった。これに対して、本実施形態の接続補助部材９３'、９４'、９５'、９８'、接続補助部材９１''、９２''、９６''、９７''は、更に、リアクションホイール装置５の外方の１つの方向に延びる枝部９３'ｄ、９４'ｄ、９５'ｄ、９８'ｄ、リアクションホイール装置５の外方の２つの方向に延びる枝部９１''ｄ、９２''ｄ、９６''ｄ、９７''ｄ、９１''ｅ、９２''ｅ、９６''ｅ、９７''ｅを有する。これらの枝部には雌ねじ部９３'ｆ、９４'ｆ、９５'ｆ、９８'ｆ、９１''ｆ、９２''ｆ、９６''ｆ、９７''ｆが形成されており、枝部９１''ｅ、９２''ｅ、９６''ｅ、９７''ｅに拡張用基板７がねじ止めされている。
【００７１】
また、枝部に雌ねじ部を形成する構成に換えて雄ねじ部を形成した接続補助部材を用意すれば、雌ねじ部が形成された接続補助部材と雄ねじ部が形成された接続補助部材を予め螺合により結合させておき、これに２つのリアクションホイール装置５を接続することにより、複数のリアクションホイール装置５を相互に接続することができる。
【００７２】
このように、フレーム部を相互に接続する際に用いられる接続補助部材を、外部装置を接続可能な構成とすることにより、リアクションホイール装置に、拡張用基板や更なるリアクションホイール装置等の外部装置を取り付けることができる。
【００７３】
取り付ける外部装置が拡張用基板である場合、外部機器を制御することができるようになり、例えば外部機器としてスラスタやファン等の推進機構を接続すれば、１つのモジュールで姿勢制御に加えて並進制御等が可能となる。
【００７４】
また、取り付ける外部装置がリアクションホイール装置である場合、複数のリアクションホイール装置を相互接続してクラスタ化することにより、発生するトルクを増加させ、目的に応じた必要なトルクを発生させることができる。また、複数軸構成の内の単軸が故障しても他の軸で依然として三軸制御が可能となるので、システムの頑強性（ロバスト性）が向上する。
【００７５】
上記実施形態においては、外部装置を接続可能な接続補助部材は、リアクションホイール装置の筐体の頂点部に取り付けられていたが、リアクションホイール装置の筐体の辺部に取り付けてもよい。
【００７６】
以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施形態に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかであろう。
【符号の説明】
【００７７】
１、２、３  リアクションホイール
１０、２０、３０  フレーム
１０１  第３の切欠部
１０２  第４の切欠部
１０３  第３の残存部
１０４  第４の残存部
１０５  雌ねじ部
１０６  第２の貫通穴
１０７  凹部
１０８  穴
１０９  開口部
１１  板ばね
１１１  第１のスリット
１１３  第２のスリット
１１５  穴
１１６  耳部
１２  電磁石
１２１  第１の制動面
１２２  配線
１３  フライホイール（第１のフライホイール）
１３１  凹部
１３３  穴
１３４  第２の制動面
１３５  ねじ穴
１３６  ねじ
１４  モータ
１４１  モータ本体
１４１ａ  固定子部
１４１ｂ  回転子部
１４３  シャフト
１４４  配線
１８  接続部材
４  リジッドフレキシブル基板
４０、４１、４２  リジッド回路基板部
４０１、４１１、４２１  第１の切欠部
４０２、４１２、４２２  第２の切欠部
４０３、４１３、４２３  第１の残存部
４０４、４１４、４２４  第２の残存部
４０５、４１５、４２５  第１の貫通開口部
４０５ａ、４１５ａ，４２５ａ  ナット収容部
４０５ｂ、４１５ｂ、４２５ｂ  ねじ収容部
４０６、４１６、５２６  第１の貫通穴
４０７、４１７、４２７  第５の切欠部
４０８、４１８、４２８  開口部
４０９、４１９、４２９  端子
４５、４６  フレキシブルケーブル部
５  リアクションホイール装置
５１  制御ユニット
５２  ＭＥＭＳセンサＩＭＵ
７  拡張用基板
８０１、８０２  ナット
８１１、８１２、８１３、８１４  ねじ
９１、９２、９３'、９４'、９５'、９８'、９１''、９２'、'９６'、'９７''  接続補助部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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