(57)【要約】回転子をその中で浮上させて摩擦損失を減らす真空の空洞を形成するウェーハ材料上に構築された固定子を有するマイクロホイール。複数のマイクロホイールをエネルギー貯蔵および／または運動量制御装置として働くように統合されることができる。
2004510927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー貯蔵および発生のためのマイクロホイールであって、
（ａ）第１のウェーハ上に構築されている第１の固定子と、
（ｂ）第２のウェーハ上に構築されている回転子と、
（ｃ）第３のウェーハ上に構築されている第２の固定子にして、前記回転子が前記第１の固定子と第２の固定子との間に並置されるようになされている、第２の固定子と、
（ｄ）前記回転子の自由な動作を可能にするように、前記第１のディスクと前記第３のディスクの間に位置する真空の空洞と、
を備えるマイクロホイール。
【請求項２】
前記回転子が、前記固定子に電流を通すことによって発生する電磁力を使用して浮上するようになされている、請求項１に記載のマイクロホイール。
【請求項３】
前記回転子が、電磁力を使用して加速または減速されるようになされている、請求項１に記載のマイクロホイール。
【請求項４】
前記回転子の位置および動作が、少なくとも１つの容量センサによって検出されるようになされている、請求項１に記載のマイクロホイール。
【請求項５】
前記回転子が、高密度で大きい破壊係数の材料を含む、請求項１に記載のマイクロホイール。
【請求項６】
前記高密度で大きい破壊係数の材料がシリコン結晶を含む、請求項５に記載のマイクロホイール。
【請求項７】
前記第１の固定子が高密度で大きい破壊係数の材料を含む、請求項１に記載のマイクロホイール。
【請求項８】
前記高密度で大きい破壊係数の材料がシリコン結晶を含む、請求項７に記載のマイクロホイール。
【請求項９】
前記固定子の少なくとも１つがマルチチップモジュール材料を含む、請求項１に記載のマイクロホイール。
【請求項１０】
前記回転子がマルチチップモジュール材料を含む、請求項１に記載のマイクロホイール。
【請求項１１】
前記回転子が、毎秒１０００〜６０００の回転速度でスピン回転するようになされている、請求項１に記載のマイクロホイール。
【請求項１２】
前記第１の固定子、回転子、および第２の固定子が、一体化統合されて構造的支持パッケージとされている、請求項１に記載のマイクロホイール。
【請求項１３】
各前記ウェーハが少なくとも厚さ１ｍｍである、請求項１に記載のマイクロホイール。
【請求項１４】
各前記ウェーハが直径２００ｍｍ（８インチ）以下である、請求項１に記載のマイクロホイール。
【請求項１５】
３本の軸の運動量制御のためのマルチホイールシステムであって、
（ａ）第１のマイクロホイールと、
（ｂ）前記第１のマイクロホイールの１つの表面に面するように配置された第２のマイクロホイールにして、第１および第２のマイクロホイールが共に作動する場合に前記第１のマイクロホイールと反対に回転するようになされた第２のマイクロホイールと、を備えており、
各マイクロホイールが、
ｉ）第１のウェーハ上に構築されている第１の固定子と、
ｉｉ）第２のウェーハ上に構築されている回転子と、
ｉｉｉ）第３のウェーハ上に構築された第２の固定子にして、前記回転子が前記第１の固定子と第２の固定子の間に並置されるようになされている、第２の固定子と、
ｉｖ）前記回転子の自由な動作を可能にするように、前記第１のディスクと前記第３のディスクとの間に位置する真空の空洞と、を備える、
マルチホイールシステム。
【請求項１６】
前記回転子が、前記固定子に電流を通すことによって発生する電磁力を使用して浮上するようになされている、請求項１５に記載のマルチホイールシステム。
【請求項１７】
前記回転子が、電磁力を使用して加速または減速されるようになされている、請求項１５に記載のマルチホイールシステム。
【請求項１８】
前記回転子の位置および動作が少なくとも１つの容量センサによって検出されるようになされている、請求項１５に記載のマルチホイールシステム。
【請求項１９】
前記回転子が高密度で大きい破壊係数の材料を含む、請求項１５に記載のマルチホイールシステム。
【請求項２０】
前記高密度で大きい破壊係数の材料がシリコン結晶を含む、請求項１９に記載のマルチホイールシステム。
【請求項２１】
前記第１の固定子が、高密度で大きい破壊係数の材料を含む、請求項１５に記載のマルチホイールシステム。
【請求項２２】
前記高密度で大きい破壊係数の材料がシリコン結晶を含む、請求項２１に記載のマルチホイールシステム。
【請求項２３】
前記固定子の少なくとも１つがマルチチップモジュール材料を含む、請求項１５に記載のマルチホイールシステム。
【請求項２４】
前記回転子がマルチチップモジュール材料を含む、請求項１５に記載のマルチホイールシステム。
【請求項２５】
前記回転子が毎秒１０００〜６０００の回転速度でスピン回転するようになされている、請求項１５に記載のマルチホイールシステム。
【請求項２６】
前記第１の固定子、回転子、および第２の固定子が一体化統合されて構造的支持パッケージとなされている、請求項１５に記載のマルチホイールシステム。
【請求項２７】
各前記ウェーハが少なくとも厚さ１ｍｍである、請求項１５に記載のマルチホイールシステム。
【請求項２８】
前記各ウェーハが直径２００ｍｍ（８インチ）以下である、請求項１５に記載のマルチホイールシステム。
【請求項２９】
エネルギー貯蔵および発生のためのマイクロホイールであって、
（ａ）第１のウェーハ上に構築され、導電体を備える第１の固定子にして、この導電体がその一部分上に取り付けられた磁性体材料を有している、第１の固定子と、
（ｂ）第２のウェーハ上に構築された回転子にして、前記第１の固定子の前記磁性体材料に面する第１の表面を備えるとともに、該第１の表面の反対側に第２の表面を有しており、回転子のこれら各表面が表面の一部分上に取り付けられた磁性体材料を有している回転子と、
（ｃ）第３のウェーハ上に構築され、導電体を備える第２の固定子にして、この導電体がその一部分上に取り付けられた磁性体材料を有しており、前記回転子が前記第１の固定子と第２の固定子との間に並置されるようになされており、前記回転子の前記第２の表面が第２の固定子の磁性体材料に面するようになされている、第２の固定子と、
（ｄ）各前記ウェーハが、直径２００ｍｍ（８インチ）以下であることと、
（ｅ）磁界を発生させるように第１の固定子導電体および第２の固定子導電体に電流を流す場合に、前記回転子の自由な動作を可能にするように前記第１のディスクと前記第３のディスクとの間に位置する真空の空洞と、
を備えるマイクロホイール。
【請求項３０】
前記回転子が、前記固定子に電流を通すことによって発生する電磁力を使用して浮上するようになされている、請求項２９に記載のマイクロホイール。
【請求項３１】
前記回転子が、電磁力を使用して加速または減速されるようになされている、請求項２９に記載のマイクロホイール。
【請求項３２】
前記回転子の位置および動作が少なくとも１つの容量センサによって検出されるようになされている、請求項２９に記載のマイクロホイール。
【請求項３３】
前記回転子が高密度で大きい破壊係数の材料を含む、請求項２９に記載のマイクロホイール。
【請求項３４】
前記高密度で大きい破壊係数の材料がシリコン結晶を含む、請求項３３に記載のマイクロホイール。
【請求項３５】
前記第１の固定子が、高密度で大きい破壊係数の材料を含む、請求項３３に記載のマイクロホイール。
【請求項３６】
前記高密度で大きい破壊係数の材料がシリコン結晶を含む、請求項３５に記載のマイクロホイール。
【請求項３７】
前記固定子の少なくとも１つがマルチチップモジュール材料を含む、請求項３６に記載のマイクロホイール。
【請求項３８】
前記回転子がマルチチップモジュール材料を含む、請求項３７に記載のマイクロホイール。
【請求項３９】
前記回転子が毎秒１０００〜６０００の回転速度でスピン回転するようになされている、請求項３８に記載のマイクロホイール。
【請求項４０】
前記第１の固定子、回転子、および第２の固定子が一体化統合されて構造的支持パッケージとなされている、請求項３９に記載のマイクロホイール。
【請求項４１】
前記各ウェーハが少なくとも厚さ１ｍｍである、請求項４０に記載のマイクロホイール。
【請求項４２】
前記各ウェーハが直径２００ｍｍ（８インチ）以下である、請求項４１に記載のマイクロホイール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、微小加工されたフライホイール（はずみ車）および／またはリアクションホイールに関し、詳細には、軽量宇宙船内のエネルギー貯蔵および姿勢制御のために使用される微小加工されたフライホイールおよび／またはリアクションホイールに関する。
【０００２】
（発明の背景）
軽量人工衛星の可能性は、現在、急激に高まっている。このような人工衛星は、実際、従来の人工衛星と比較して１桁小さい質量になることが望まれる。軽量人工衛星は、今日の人工衛星と同じ任務を低コストで遂行することが求められる、宇宙船の新しいパラダイムを示す。たとえば、一つの目的は、今日の１０００ｋｇの人工衛星と同じ働きをする未来の１００ｋｇの人工衛星を実現することである。別の目的として、宇宙監視および他の意図のため、再構成可能な集団内で働く質量約１０ｋｇの人工衛星が求められている。さらに、新しい後方支援宇宙任務には、たとえば軌道上補給支援および軌道からの離脱がおそらく含まれる。こうした新しい後方支援任務も、寿命の長い、小さく高い敏捷性のある人工衛星が必要である。
【０００３】
計画中の軽量人工衛星は、マイクロ人工衛星およびナノ人工衛星と呼ばれている。マイクロ人工衛星およびナノ人工衛星のある形態は、実演飛行のために２〜３年内に開発されるであろうと期待されている。こうした新しい人工衛星は、動力のための貯蔵エネルギーおよび軌道の維持または変更のための姿勢制御装置が必要である。
【０００４】
マイクロ人工衛星およびナノ人工衛星に利用できると期待される姿勢制御装置には、重力ブーム（ｇｒａｖｉｔｙ　ｂｏｏｍ）またはテザー（つなぎ部材、ｔｅｔｈｅｒ）、およびマイクロスラスタ（ｍｉｃｒｏｔｈｒｕｓｔｅｒ）が含まれる。残念なことに、重力ブームおよびテザーは、重量効率が高くない。テザーは動力を生み出すのではあるが、結論は同じである。他の欠点は、テザー人工衛星が、エネルギーの抽出によって引き起こされる抗力のため、約４カ月以内に軌道から離れることである。最も重要なことは、ブームおよびテザーが、後方支援任務のために配備される敏捷性のある人工衛星に適していないと考えられることである。こうした装置が望ましくない理由の１つは、アンテナまたはカメラに正確に向くように人工衛星の位置を調整する場合に、ブームおよびテザーの動きが緩慢であることである。さらに、こうしたシステムは、一方向にしか向けられないように制限を受けている。マイクロスラスタ（ｍｉｃｒｏｔｈｒｕｓｔｅｒ）は、可動性をもたらすことができるが、限られた燃料容量しか持てない。
【０００５】
計画中のマイクロ人工衛星およびナノ人工衛星の他の重要な要件は、エネルギーの貯蔵である。人工衛星上のエネルギー貯蔵には、軽量で小さく多数サイクルにわたって再充電可能な電池が必要である。ソーラーパネルで充電される人工衛星には、約３５，０００充電／放電サイクルまで可能な性能が必要であると予想される。こうした要件を満たす電池は、入手可能ではない。知られている再充電可能な電池、たとえばニッケル水素（ＮｉＨ）またはリチウムイオン（ＬｉＩｏｎ）電池は、１０００回を超えて再利用することができない。さらに、こうした電池は、高エネルギー容量および長い寿命を得るために安定した室温が必要である。温度の安定には、温度安定回路を追加する必要があり、それによってシステム重量およびコストが増加する。システムレベルでのＮｉＨ電池のエネルギー密度は２５Ｗｈ／ｋｇである。リチウムイオン電池は、エネルギー密度値が５０Ｗｈ／ｋｇである。パワー変換および温度安定回路が必要であるため、エネルギー密度値が電池のみのパワー密度よりも大幅に下がる。フライホイールとして使用されるマイクロホイールは、エネルギー密度が５０Ｗｈ／ｋｇに達し、１００，０００回以上再充電することができる。マイクロホイールは、電池からは得られない高サージの電流も提供することができる。
【０００６】
軽量人工衛星のためのエネルギー貯蔵および姿勢制御の要件は、現在知られているシステムでは、十分に対処されていないことを上記に示した。どちらの用途にも低コストおよび少ない損失が望ましい。
【０００７】
（発明の概要）
本発明は、初めて、軽量人工衛星のためのエネルギー貯蔵および姿勢制御の要件を満たす回転マイクロホイールを提供する。これらの目的を達成するために、本発明は、姿勢制御、エネルギー貯蔵、および電子装置機能を統合した、革新的かつ入手可能な微小加工されたリアクション／フライホイールを提供する。このマイクロホイールは、はるかに大きい機械的モーメンタムホイール（はずみ車）およびジャイロスコープホイールを使用する大型人工衛星と同様の高精度での照準を可能にする。本発明による構造のこの新規なマイクロホイールは、高度にモジュール式になっているため、様々な冗長度レベルのマイクロ人工衛星およびナノ人工衛星に使用することができる。
【０００８】
本発明の一つの目的は、現況技術のリアクションホイールと比較して、質量を約１０分の１に小さくして姿勢制御を実現し、それによって現在の任務をより軽量な重量で可能にし、新しい任務の可能性を開くことである。
【０００９】
本発明の他の目的は、マイクロスラスタを補完する微小加工されたホイールまたはマイクロホイールを提供し、それによって運動量輸送装置として使用されるマイクロホイールによって姿勢が制御される場合、燃料をより効果的に使用する軽量マイクロ人工衛星のより簡単かつ軽量の構造をもたらすことである。
【００１０】
本発明の他の目的は、宇宙監視および他の任務のため、再構成可能なクラスタ内で稼動する質量約１０ｋｇの人工衛星の姿勢制御を、クラスタ制御に必要不可欠な低コストで軽量で提供するために、運動量５Ｎｍｓおよびエネルギー容量４０Ｗ／ｈのモジュールで簡単に製造することができる微小加工されたホイールを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、長い寿命をもち、たとえば軌道上の補給や軌道からの離脱などの宇宙任務を可能にする、小型で高い敏捷性のある人工衛星のための高度に統合された微小加工フライホイールを提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、コスト、重量、および省動力のために軽量人工衛星に多機能的に統合される高度に統合された微小加工フライホイールを提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、低コスト（たとえば、４０米ドル／ウェーハ）および、最も強い炭素基質材料と同じ、毎秒６０００回転に達する高い回転速度を可能にする大きい破壊係数（ｒｕｐｔｕｒｅ　ｍｏｄｕｌｕｓ）をもつシリコン結晶材料を含むマイクロホイールを提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、高精度、ホイールとパッケージの間の小さい隙間（たとえば、約１０マイクロメータの間隔は低電流で高い浮上力および高トルクをもたらす）のための微小加工された平坦さと寸法、および良好なバランスを有するマイクロホイールを提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、軽量、高い信頼性、高い効果、低コストである製造プロセスに不可欠な、真空のパッケージ内で磁気浮上するマイクロホイールを提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、ホイールおよびパッケージが同じ材料であり、それによって広範な温度範囲にわたって動作することができ、他の電子装置のためのマルチチップモジュール材料（ＭＣＭ）として使用することができるマイクロホイールを提供することである。
【００１７】
要約すれば、本明細書でマイクロホイールと呼ぶ、本発明の微小加工された中間視（ｍｅｓｏｓｃｏｐｉｃ）的モーメンタム／フライホイール（はずみ車）は、現況技術の製品と比較して、コストを約１０分の１に下げ、重量を約１０分の１に減少することができる。さらに、このマイクロホイールは、姿勢制御、エネルギー貯蔵、電子プラットホーム、および構造的機能とモジュラーと新規な冗長な構成（アーキテクチャ）の多機能統合を可能にする。
【００１８】
（発明の詳細な説明）
次に図１を参照すると、本発明による、互いに逆回転構成で構築された中間的電気機械式モーメンタム／フライホイールの２つの例を備えるシステム１０が概略的に示されている。これらのホイールは、飛行体の構造に一体化して統合することができるので、外側パッケージは示していない。この構造は、二重のマイクロホイール２０、２２を備え、それぞれ真空の空洞を形成する３つの結合された層、上層１２、底層１６、および中間層１４を有する。（図２および図４に最も良く示されている）各中間層１４内の回転子は、上層１２および底層１６によって形成される２つの外側ホイールよりも小さい直径の正確な同心円として切断される。上層１２および底層１６は、固定子として機能する。中間層１４内に含まれる回転子は、各マイクロホイール２０、２２上の２つの外側の層上のアクチュエータによって回転し磁気浮上することができる。
【００１９】
２つの固定子の周囲にある２つのリング１５ａおよび１５ｂは、２つの固定子、上層１２と底層１６の間のスペーサを形成する。リング１５ａと１５ｂ、および２つの固定子は共に真空パッケージを形成する。固定子としての機能に加えて、上層１２または底層１６は有利にはどちらもマルチチップモジュール材料（ＭＣＭ）を備え、電子基板として働くことができる。有用な一実施形態では、厚さ約１ｍｍ、直径約２５〜２００ｍｍ（１〜８インチ）のシリコンウェーハを使用することができる。矢印３０および３２で示す対向するスピンをもつ二重のマイクロホイール２０、２２が、２０Ｗｈまで（８０Ｗｈ／ｋｇまで）、かなりの量の６ｍｍエネルギー貯蔵および５０Ｎｍｓを超える角運動量制御を可能にする。
【００２０】
微小加工マイクロホイールは、多機能統合に適している。６個のリアクションホイールの二重で冗長構成のアレイは、それぞれが２本の軸で３０〜５０度傾斜できることを想定して、エネルギーを貯蔵し、かつ完全な姿勢制御を提供することができる（Ｊ．Ｒ．Ｄｏｗｎｅｒ、「Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ　Ａｎｇｌｅ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ」、Ｐｈ．Ｄ．Ｔｈｅｓｉｓ、ＭＩＴ、１９８６）。微小加工フライホイールにおける低コスト、平坦形の要素、およびエネルギー貯蔵により、リアクションホイールのための新規なアーキテクチャへの扉が開かれる。互いに反対方向にスピンする２つのホイールは、互いの間で迅速にエネルギーおよび角運動量を移送することができる。外部パワーの必要性は小さい。外部パワーは、制御機能および内的損失のために必要とされるだけである。１対のマイクロリアクションホイールアーキテクチャにより、高い角周波数に必要な大きいパワーのため、単一ホイールでは達成できない、はるかに大きいモーメントを達成することができる。
【００２１】
さらに、電子装置をマイクロホイールシリコンパッケージに一体化統合することが可能である。シリコンは、高密度、多層配線および良好な熱伝導を伴う優れたマルチチップモジュール材料（ＭＣＭ）である。統合型バスおよびミッション電子装置をリアクション／フライホイール外部パッケージ上に収容することができる。低コストで、たとえば１５．２ｃｍ（６インチ）の規格の大直径シリコンウェーハは、標準モジュールに向いている。規格サイズおよび平担形の要素のため、微小加工ホイールは、人工衛星の壁または他の構造的平面パネルに統合されることができる。
【００２２】
次に図２を参照すると、本発明の教示によって構築された例示のマイクロホイール２０の断面図が概略的に示されている。このマイクロホイール２０は、それぞれ固定子として機能する上層１２および底層１６を備える。中間層１４は、他層の間に、回転子１４ａおよびその回転子の周りの実質的に円形の壁１４ｂを備える。上層１２は、好ましくはシリコンまたはそれと等価のウェーハ材料を含むベース１６９ａを備える。磁性体層１６８ａは、ベース１６９ａの底に付着しまたは取り付けられる。磁性体層１６８ａは、任意選択で凹部１７１ａをその中に有する好ましくはパーマロイ材料または等価の磁性体材料である。導体１６６ａは凹部１７１ａ内に付着する。凹部が存在しない場合は、材料を導体に直接取り付けることができる。導体１６６ａは、好ましくは、金、銅、または他の適当な導体でもよい。底層１６は、上層１２と同様に構築され、好ましくはシリコンまたは等価のウェーハ材料を含むベース１６９ｂを備える。磁性体層１６８ｂは、ベース１６９ｂの底に付着しまたは取り付けられる。磁性体層１６８ｂは、任意選択でその中に凹部１７１ｂを有する、好ましくはパーマロイ材料または等価の磁性体材料である。導体１６６ｂは凹部１７１ｂ内に付着する。凹部が存在しない場合は、材料を直接導体に取り付けることができる。導体１６６ｂは好ましくは、金または他の適当な導体を含むことができる。
【００２３】
回転子１４ａは、ベース１６９ｃを備え、ベース１６９ｃも好ましくは、シリコンまたは等価のウェーハ材料を含む。第１の回転子磁性体層１６４ａは、ベース１６９ｃの一側部に付着しまたは取り付けられる。第２の回転子磁性体層１６４ｂは、第１の回転子磁性体層１６４ａの反対側のベース１６９ｃの側部に付着しまたは取り付けられる。第１の磁性体層１６４ａおよび第２の磁性体層１６４ｂは、好ましくは、パーマロイ材料または等価の磁性体材料である。
【００２４】
好ましい一実施形態では、マイクロホイールの回転子１４ａは単一の結晶シリコンウェーハまたは複数のウェーハである。本発明によって構築されたマイクロホイールの回転子は、最も強い材料（たとえば炭素繊維）に近い重量当たりの破壊係数を示すことができる。マイクロホイールの回転子１４ａは、固定子として機能する２つのシリコンウェーハの間に懸垂される。動作の際には、図２の導体１６６ａ、１６６ｂ内に流れる電流によって懸垂力が発生する。電磁界は、回転子の両側および両方の固定子、すなわち磁性体層１６４ａ、１６４ｂ、１６８ａ、および１６８ｂ上のパターン化した磁気フィルムに誘導される。
【００２５】
次に図３を参照すると、本発明の教示によって構築された例示のマイクロホイールに使用されるような、作動および感知パターン５０が概略的に示されている。作動および感知パターン５０は、横と縦の位置制御および安定化アクチュエータ３４、容量性位置センサ３６、加速およびエネルギー輸送のためのトルクアクチュエータ３８、および浮上アクチュエータ４０を備える。
【００２６】
このアクチュエータ構成により、回転子を加速および減速してマイクロホイールにエネルギー／運動量を加算／減算することを含む、少なくとも６自由度におよぶ安定した運動制御ができるようになる。マイクロホイールの位置および運動は、制御ループを閉じるため、容量センサおよび／または誘導センサおよび／または光学センサによって感知される。パッケージは摩擦損失を最小にするために真空にされる。回転子／固定子の厚さおよび直径は、エネルギー貯蔵、運動量または両方の要件に合わせるために調整して作成することができる。
【００２７】
マイクロホイールは、人工衛星の壁との統合の新規なモードを可能にする。人工衛星の直径を２．５〜２０．３ｃｍ（１〜８インチ）かつ厚さを０．１〜０．３ｃｍ（約１／２５〜３／２５インチ）に調整することができるので、このホイールは人工衛星のどの形状およびサイズにも適合する。他の新規な構成は、ホイールの冗長構成アレイ、すなわち、エネルギーが加算または減算される場合に運動量を相殺できるホイールの積み重ねを含む。積み重ねたホイールは、補強材および包装のコストを下げるために用いることができる。
【００２８】
再び図２を参照すると、浮上および加速／減速が、回転子（ホイール）および固定子（パッケージ）上の磁気および電子パターンによって実施される。隙間１６０ａおよび１６０ｂは、固定子と回転子の間に隙間を設ける。他の実施形態では、この隙間は約５〜約１０マイクロメータにすることができる。導体１６６内を流れる電流は、磁界を発生する。比較的厚い、たとえば１０ミクロンの電気メッキした磁性体材料１６４は、それぞれパーマロイ層１６８ａ、１６８ｂおよびパーマロイ層１６４ａ、１６４ｂの間の磁力を増加する。他の実施形態では、磁性体材料は、パーマロイ以外でもよい。損失は、真空パッケージ内の回転および厚く電気メッキされた金属導体によって減少させることができる。電気的接触は、頂部ウェーハおよび底部ウェーハの端部から延び、またはウェーハバイアスを通ってアクセスされる。駆動電子装置は、一実施形態の外部の波形発生器内に配置することができる。回転速度は、電流のパルス幅または振幅変調によって制御することができる。浮上および推進は、アクチュエータの固定子と回転子部分の間の引力によって得ることができる。その力は回転子と固定子が共に近づくほど強くなる。磁石と導体が位置合せされない（すなわち、心合せされない）場合も心合せの力が存在する。したがって、これは固有安定性のある手法である。幾何形状および材料は渦電流損を減少させるように設計することができる。
【００２９】
微小加工したシリコンのフライホイールのパワー密度は、電子装置がシリコンパッケージの統合された一部分であるため、８０Ｗｈ／ｋｇまで高くすることができる。フライホイールが姿勢制御装置と統合される場合、有効パワー密度は、未来の電池の可能性を超えると考えられる。マイクロホイールのさらなる利点は、電池からの遅い電流流出と比較して非常に速い放電能力があることである。この高いパワー／活量バーストは、後方支援人工衛星任務の重要な部分である。
【００３０】
つぎに図４を参照すると、本発明の教示によって構築された例示のマイクロホイールの別の部分断面図により、容量性位置センサが詳細に示されている。図４に示した容量性位置センサは、金、銅、または固定子上に付着される他の適当な金属など、２枚の薄い金属フィルムで作成される。金属フィルム１８１および１８２は、２つの容量性プレートを形成する。回転子１４ａが固定子１２に近づくとき、距離が増えるので、回転子上に付着した中間の電極１８２までの距離が短くなるため、電極１８１と１８３の間のキャパシタンスが増加する。図３に示した容量結合のパターンにより、回転子と固定子の間の距離の別個の検出が可能になる。したがって、３つの寸法における位置検出が可能になる。電極の他のパターンでも、回転子の回転速度および回転方向を検出することができる。
【００３１】
特許諸法に従い、本発明の新規な主題を適用するのに必要な情報を当業者に提供し、必要に応じてこうした例および特別な構成要素を構築し使用するために本発明について本明細書でかなり詳細に記載した。しかし、本発明は、具体的に異なる設備および装置によって実施することもでき、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく設備の詳細および動作手順に関して様々な変更を加えることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によって逆回転構成で構築された中間的電気機械的モーメンタム／フライホイールの２つの例の概略図である。
【図２】
本発明の教示によって構築されたマイクロホイールの例の概略断面図である。
【図３】
本発明の教示によって構築されたマイクロホイールの例に使用される作動および検出パターンの概略的図である。
【図４】
本発明の教示によって構築されたマイクロホイールの例の別の概略断面図である。
【図２】
2004510927.tif 000003
【図３】
2004510927.tif 000004
【図４】
2004510927.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004510927.tif 000006
2004510927.tif 000007
2004510927.tif 000008
2004510927.tif 000009
2004510927.tif 000010
2004510927.tif 000011
2004510927.tif 000012
2004510927.tif 000013
2004510927.tif 000014
2004510927.tif 000015
2004510927.tif 000016
2004510927.tif 000017
2004510927.tif 000018
2004510927.tif 000019
2004510927.tif 000020
2004510927.tif 000021
2004510927.tif 000022
2004510927.tif 000023
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004510927.tif 000024
2004510927.tif 000025
【国際調査報告】
2004510927.tif 000026
2004510927.tif 000027
2004510927.tif 000028