KR102718441B1 - Reaction wheel using multilayer pcb - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다층기판을 이용한 리액션휠에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라이휠디스크를 회전시키기 위해서 형성되는 코일을 기판의 내부에 판형코일로 적층 형성하여 열악한 우주환경에서 보다 정확하고 오랫동안 작동하는 것을 보장할 수 있는 다층기판을 이용한 리액션휠에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 다층기판을 이용한 리액션휠에 의하면 코일을 형성할 때 다층으로 기판의 내부에 숨겨지기 때문에 본드를 사용하지 않아서 우주환경에서도 고장이 발생하지 않고, 코일지그가 없어지기 때문에 나사로 조일 부분도 없어서 큰 진동이 발생하더라도 매우 안정적으로 작동하며, 코일과 코일지그의 작업이 기판제작시 모두 이루어지므로, 인건비 등 소요되는 비용이 낮고, 작업자의 숙련도와는 관계없이 자동으로 생산되므로, 제품품질의 신뢰성이 향상되며, 코일이 이탈될 가능성이 거의 없기 때문에 자성의 발생 및 소멸로 인하여 히스테리시스가 증가하지는 않는 등의 효과가 발생한다.The present invention relates to a reaction wheel using a multilayer substrate, and more specifically, to a reaction wheel using a multilayer substrate in which a coil formed to rotate a flywheel disk is laminated as a plate-shaped coil on the inside of the substrate to ensure more accurate and long-term operation in a harsh space environment.
According to a reaction wheel using a multilayer substrate formed as a preferred embodiment of the present invention, since the coil is hidden inside the substrate in multiple layers when forming the coil, no bond is used, so no malfunction occurs even in a space environment, and since there is no coil jig, there is no part to be tightened with a screw, so it operates very stably even when large vibrations occur, and since the work of the coil and coil jig is all performed during the production of the substrate, the cost required, such as labor costs, is low, and since it is produced automatically regardless of the skill level of the worker, the reliability of product quality is improved, and since there is almost no possibility of the coil coming off, hysteresis does not increase due to the generation and disappearance of magnetism, and so on.
Description
본 발명은 다층기판을 이용한 리액션휠에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라이휠디스크를 회전시키기 위해서 형성되는 코일을 기판의 내부에 판형코일로 적층 형성하여 열악한 우주환경에서 보다 정확하고 오랫동안 작동하는 것을 보장할 수 있는 다층기판을 이용한 리액션휠에 관한 것이다.The present invention relates to a reaction wheel using a multilayer substrate, and more specifically, to a reaction wheel using a multilayer substrate in which a coil formed to rotate a flywheel disk is laminated as a plate-shaped coil on the inside of the substrate to ensure more accurate and long-term operation in a harsh space environment.
리액션휠(REACTION WHEEL)은 각운동량 보존법칙을 이용한 센서로, 인공위성의 전체 각운동량이 보존되는 것을 이용하여 원하는 자세방향과 반대되는 회전방향으로 운동량 변화를 발생시켜 리액션휠을 제외한 나머지 기체의 자세를 변화시킬 수 있도록 형성된다.The reaction wheel is a sensor that uses the law of conservation of angular momentum. It is formed to change the attitude of the rest of the aircraft, excluding the reaction wheel, by generating a change in momentum in the opposite direction of rotation to the desired attitude direction by utilizing the conservation of the entire angular momentum of the satellite.
즉, 국소부위의 운동량이 변화한 상태를 유지되지 못한다면 나머지 부위의 운동량 변화도 유지되지 못하며 기체 전체의 운동량은 변하지 않는다.That is, if the state of change in momentum of a local region cannot be maintained, the change in momentum of the remaining regions cannot be maintained either, and the momentum of the entire gas does not change.
상기 리액션휠은 모멘텀휠과 반작용휠을 모두 지칭하는 것으로, 고속으로 회전하는 플라이휠디스크의 자세변화에 따른 축방향 위치변화를 센싱하여 인공위성 등의 피제어물체의 자세를 제어하도록 형성된다.The above reaction wheel refers to both a momentum wheel and a reaction wheel, and is formed to control the attitude of a controlled object such as an artificial satellite by sensing a change in axial position according to a change in attitude of a flywheel disk rotating at high speed.
상기 모멘텀휠은 위성체 내부에 정속으로 회전하는 휠을 장착하여 회전 안정화 방법을 통해 위성의 자세를 유지하는 방법으로, 회전 안정화 방법의 단점을 극복하고 안테나, 센서 등이 관성목표를 지향할 수 있도록 할 수 있는 것이 장점이다.The above momentum wheel is a method of maintaining the satellite's attitude through a rotational stabilization method by installing a wheel that rotates at a constant speed inside the satellite. It has the advantage of overcoming the shortcomings of the rotational stabilization method and enabling antennas, sensors, etc. to aim at an inertial target.
상기 반작용휠은 휠의 회전속도의 변화를 통해서 제어토크를 발생시키는 방식으로 높은 자세 지향 정밀도를 가지며 주기적인 외부 교란토크를 흡수하여 위성의 안정성을 제공한다.The above reaction wheel has high attitude-oriented precision by generating control torque through changes in the rotational speed of the wheel, and provides stability to the satellite by absorbing periodic external disturbance torque.
일반적으로 저궤도 위성은 지구의 자전속도와 같은 속도로 지구와 함께 궤도상에서 회전하고 있다.Typically, low-orbit satellites orbit the Earth at the same speed as the Earth's rotation.
이러한 저궤도 위성은 지구의 자전속도보다 빠르며 높이에 따라 차이가 있지만 지구를 한 바퀴 도는데 약 90~100분이 소요된다.These low-orbit satellites orbit the Earth faster than its rotational speed and, depending on their altitude, take about 90 to 100 minutes to orbit the Earth.
그리고 이러한 저궤도 위성은 지구의 중력과 대기의 마찰로 인하여 지상 200 km 이상에서 사용되고 있으며(우주왕복선 스페이스셔틀은 190~207km 사이에 선회), 위성의 속도감쇄와 우주 입자선의 영향으로 정지궤도위성에 비하여 비교적 사용 수명이 짧다.And these low-orbit satellites are used at an altitude of more than 200 km above the ground due to the Earth's gravity and friction with the atmosphere (the Space Shuttle orbits between 190 and 207 km), and their service life is relatively short compared to geostationary satellites due to the satellite's speed reduction and the influence of cosmic particles.
그런데, 상기와 같은 저궤도 위성은 통상 내부에 구비된 리액션휠에 의해 자세를 교정하게 된다.However, low-orbit satellites like the above usually correct their attitude using reaction wheels built into them.
상기의 리액션휠은 플라이휠디스크의 축이 통과할 수 있도록 가운데 홀이 형성되고, 센서와 회로가 구성되는 기판(10)과; 상기 기판(10)의 상단에 코일(50)이 고정되도록 하는 코일안착부가 형성되는 코일지그(20)와; 상기 코일지그(20)의 코일안착부에 안착되는 코일(50)로 구성된다.The above reaction wheel is composed of a substrate (10) having a central hole formed so that the axis of the flywheel disk can pass through and a sensor and a circuit formed therein; a coil jig (20) having a coil mounting portion formed so that a coil (50) is fixed to the upper end of the substrate (10); and a coil (50) mounted on the coil mounting portion of the coil jig (20).
그러나, 종래의 리액션휠은 다음과 같은 문제점이 있었다.However, conventional reaction wheels had the following problems:
(1) 코일을 코일안착부에 감을 때 본드를 사용하게 되는데, 이러한 본드가 열악한 우주환경에서 녹거나 굳어서 떨어져 나갈 수 있어서 고장이 발생한다.(1) When winding a coil around a coil mounting portion, a bond is used, but this bond may melt or harden in the harsh space environment and fall off, resulting in a failure.
(2) 코일지그와 기판은 서로 나사를 조여서 조립하도록 형성되는데, 이러한 나사구조는 진동이 발생했을 때 풀릴 수 있어서, 안정성이 떨어진다.(2) The coil jig and the substrate are formed to be assembled by tightening screws to each other, but this screw structure can loosen when vibration occurs, resulting in poor stability.
(3) 코일을 수동으로 감아야 하기 때문에 인건비가 많이 소요되어 제작단가가 현저히 올라갈 뿐만 아니라, 작업자의 숙련도에 따라서 제품품질이 달라지기 때문에 제품품질의 신뢰성이 떨어진다.(3) Since the coil must be manually wound, a lot of labor costs are required, which significantly increases the manufacturing cost. In addition, since the product quality varies depending on the skill level of the worker, the reliability of the product quality decreases.
(4) 코일의 이탈로 인해서 히스테리시스가 증가하게 되어 오작동이 발생한다.(4) Hysteresis increases due to coil detachment, causing malfunction.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 사각형태의 케이스와; 케이스 내부에서 회전가능하도록 디스크축에 의해서 힌지고정되는 플라이휠디스크와; 상기 디스크축이 가운데에 힌지고정되도록 하고, 센서와 회로가 구성되는 기판으로 구성되되,In order to solve the above-mentioned problem, the present invention comprises a square case; a flywheel disk hingedly fixed by a disk axis so as to be rotatable inside the case; and a substrate in which the disk axis is hingedly fixed in the center and a sensor and a circuit are formed.
상기 기판은 다층구조로 형성되고, 상기 다층구조의 각각의 층에는 부채꼴형상의 판형코일이 형성되며, 상기 각각의 판형코일의 끝단은 기판을 관통하는 연결코일에 의해서 서로 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.The above substrate is formed into a multilayer structure, and a fan-shaped plate-shaped coil is formed on each layer of the multilayer structure, and the ends of each plate-shaped coil are formed to be connected to each other by a connecting coil penetrating the substrate.
상기 부채꼴형상의 판형코일은 가운데부분에는 수평하게 형성되고, 끝단외주연은 호형상으로 형성되며, 방사형으로 각 층마다 6개씩 형성된다.The fan-shaped plate coils above are formed horizontally in the center, and the outer periphery at the ends is formed in an arc shape, and six are formed radially in each layer.
상기 기판은 최상단층과 최하단층을 제외하고, 최하 18층 ~ 25층까지 적층할 수 있고, 플라이휠디스크의 회전수 즉, 자기장의 세기에 따라서 층의 개수를 결정한다.The above substrate can be laminated up to 18 to 25 layers, excluding the top and bottom layers, and the number of layers is determined according to the rotational speed of the flywheel disk, i.e., the strength of the magnetic field.
본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 다층기판을 이용한 리액션휠에 의하면 다음과 같은 효과가 발생한다.According to a reaction wheel using a multilayer substrate formed as a preferred embodiment of the present invention, the following effects occur.
(1) 코일을 형성할 때 다층으로 기판의 내부에 숨겨지기 때문에 본드를 사용하지 않아서 우주환경에서도 고장이 발생하지 않는다.(1) Since the coil is hidden inside the substrate in multiple layers when forming, no bonds are used, so there is no failure even in a space environment.
(2) 코일지그가 없어지기 때문에 나사로 조일 부분도 없어서 큰 진동이 발생하더라도 매우 안정적으로 작동한다.(2) Since there is no coil jig, there is no part to tighten with a screw, so it operates very stably even when large vibrations occur.
(3) 코일과 코일지그의 작업이 기판제작시 모두 이루어지므로, 인건비 등 소요되는 비용이 낮다.(3) Since the work of the coil and coil jig is all performed during the substrate manufacturing process, the costs, including labor costs, are low.
(4) 작업자의 숙련도와는 관계없이 자동으로 생산되므로, 제품품질의 신뢰성이 향상된다.(4) Since production is done automatically regardless of the worker’s skill level, the reliability of product quality is improved.
(5) 코일이 이탈될 가능성이 거의 없기 때문에 자성의 발생 및 소멸로 인하여 히스테리시스가 증가하지는 않는다.(5) Since there is little possibility of the coil being detached, hysteresis does not increase due to the generation and disappearance of magnetism.
도 1은 종래의 리액션휠의 평면을 나타낸 사진.
도 2는 종래의 리액션휠의 기판과 코일의 분리 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 다층기판을 이용한 리액션휠을 나타낸 사시사진.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 다층기판을 이용한 리액션휠의 판형코일의 기판의 단면 개념도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 다층기판을 이용한 리액션휠의 판형코일의 개념사시도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 다층기판을 이용한 리액션휠의 기판의 각 층을 나타내기 위한 개념도.Figure 1 is a photograph showing the plane of a conventional reaction wheel.
Figure 2 is a perspective view of the substrate and coil of a conventional reaction wheel.
Figure 3 is a perspective view showing a reaction wheel using a multilayer substrate formed according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional conceptual diagram of a plate-shaped coil substrate of a reaction wheel using a multilayer substrate formed according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 5 is a conceptual perspective view of a plate-shaped coil of a reaction wheel using a multilayer substrate formed as a preferred embodiment of the present invention.
Figure 6 is a conceptual diagram showing each layer of the substrate of a reaction wheel using a multilayer substrate formed as a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기에 앞서, 본 명세서에 도시된 도면은 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 그 구성요소의 크기나 형상 등을 다소 과장되거나 단순화시켜 표현할 수 있다.Before explaining specific embodiments of the present invention, the drawings illustrated in this specification may somewhat exaggerate or simplify the size or shape of components thereof in order to more clearly explain the present invention.
또한, 본 발명의 기술적 사상과는 관계없는 부분의 설명은 생략하였고, 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙여서 설명하였다.In addition, the description of parts unrelated to the technical idea of the present invention is omitted, and the same or similar components are described with the same reference numerals throughout the specification.
본 발명에서 정의된 용어 및 부호들은 사용자, 운용자 및 작성자에 의해서 임의로 정의되거나, 선택적으로 사용된 용어이기 때문에, 이러한 용어들은 본 명세서의 전체적인 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 하고, 용어자체의 의미로 한정하여서는 안된다.Since the terms and symbols defined in the present invention are terms arbitrarily defined or selectively used by users, operators, and writers, these terms should be interpreted as meanings and concepts that conform to the technical idea of the present invention based on the entire contents of this specification, and should not be limited to the meanings of the terms themselves.
본 발명은 사각형태의 케이스(100)와; 케이스(100) 내부에서 회전가능하도록 디스크축(112)에 의해서 힌지고정되는 플라이휠디스크(110)와; 상기 디스크축(112)이 가운데에 힌지고정되도록 하고, 센서와 회로가 구성되는 기판(200)으로 구성되되,The present invention comprises a square case (100); a flywheel disk (110) hingedly fixed by a disk axis (112) so as to be rotatable within the case (100); and a substrate (200) in which the disk axis (112) is hingedly fixed in the center and a sensor and a circuit are formed.
상기 기판(200)은 다층구조로 형성되고, 상기 다층구조의 각각의 층에는 부채꼴형상의 판형코일(210)이 형성되며, 상기 각각의 판형코일(210)의 끝단은 기판(200)을 관통하는 연결코일(220)에 의해서 서로 연결되도록 형성된다.The above substrate (200) is formed into a multilayer structure, and a fan-shaped plate-shaped coil (210) is formed on each layer of the multilayer structure, and the ends of each plate-shaped coil (210) are formed to be connected to each other by a connecting coil (220) that penetrates the substrate (200).
상기 기판(200)은 원형으로 형성되고, 기판(200)의 주연부로 돌출되는 플랜지(201)가 형성되어 케이스(100)에 고정된다.The above substrate (200) is formed in a circular shape, and a flange (201) protruding from the periphery of the substrate (200) is formed and fixed to the case (100).
상기 부채꼴형상의 판형코일(210)은 가운데부분에는 수평하게 형성되고, 끝단외주연은 호형상으로 형성되며, 방사형으로 각 층마다 6개씩 형성된다.The fan-shaped plate-shaped coil (210) above is formed horizontally in the center, the outer periphery of the end is formed in an arc shape, and six are formed radially in each layer.
즉, 판형코일(210)은 부채꼴형상의 판형띠로 형성되는 것으로, 좁은부분은 직선으로 이어지고, 넓은부분은 호형상으로 이어지도록 형성된다.That is, the plate-shaped coil (210) is formed as a fan-shaped plate-shaped band, with the narrow part connected in a straight line and the wide part connected in an arc shape.
상기 각 층의 판형코일(210)은 6개가 방사형으로 형성되는데, 좁은부분의 직선은 모여서 6각형태를 이룬다.The plate-shaped coils (210) of each layer above are formed radially in six pieces, and the straight lines of the narrow part come together to form a hexagonal shape.
상기 기판(200)의 가운데에는 축홀(202)이 형성되고, 상기 축홀(202)에는 디스크축(112)의 상단이 돌출되어 형성된다.An axial hole (202) is formed in the center of the above substrate (200), and the upper end of a disk shaft (112) is formed to protrude through the axial hole (202).
상기 기판(200)은 최상단층과 최하단층을 제외하고, 최하 18층 ~ 25층까지 적층할 수 있고, 플라이휠디스크(110)의 회전수 즉, 자기장의 세기에 따라서 층의 개수를 결정한다.The above substrate (200) can be laminated up to 18 to 25 layers, excluding the top layer and the bottom layer, and the number of layers is determined according to the rotational speed of the flywheel disk (110), i.e., the strength of the magnetic field.
상기 각 층의 판형코일(210)은 서로 근접하여 형성되도록 기판(200)을 압축하여 형성하는데, 전원이 인가되도록 가운데에 홀이 형성되고 연결코일(220)이 형성된다.The plate-shaped coils (210) of each layer above are formed by compressing the substrate (200) so that they are formed close to each other, and a hole is formed in the center to allow power to be applied, and a connecting coil (220) is formed.
도 6은 기판(200)의 적층구조를 단면으로 나타낸 것으로, 인슐레이터와 기판(200)이 다수개의 층으로 구성되어 있고, 연결코일(220)로 연결해야할 부분을 서로 연결하여 다층으로 형성된다.Figure 6 is a cross-sectional view of the laminated structure of the substrate (200), in which the insulator and the substrate (200) are composed of multiple layers, and parts to be connected are connected to each other with connecting coils (220) to form a multilayer structure.
상기 기판(200)은 최상단층과 최하단층을 제외하고, 최하 18층 ~ 25층까지 적층할 수 있고, 플라이휠디스크(110)의 회전수 즉, 자기장의 세기에 따라서 층의 개수를 결정한다.The above substrate (200) can be laminated up to 18 to 25 layers, excluding the top layer and the bottom layer, and the number of layers is determined according to the rotational speed of the flywheel disk (110), i.e., the strength of the magnetic field.
도 6과 같이, 구성된 기판(200)은 전체를 압축하여 두께를 3~10mm이내로 형성한다.As shown in Fig. 6, the configured substrate (200) is compressed as a whole to form a thickness of 3 to 10 mm.
상기와 같이 코일과 코일지그를 기판(200) 안에 모두 구성하기 때문에 열과 진동에 강하고, 안정성이 매우 높다.As described above, since the coil and coil jig are all configured within the substrate (200), it is resistant to heat and vibration and has very high stability.
본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 다층기판을 이용한 리액션휠에 의하면 코일을 형성할 때 다층으로 기판의 내부에 숨겨지기 때문에 본드를 사용하지 않아서 우주환경에서도 고장이 발생하지 않고, 코일지그가 없어지기 때문에 나사로 조일 부분도 없어서 큰 진동이 발생하더라도 매우 안정적으로 작동하며, 코일과 코일지그의 작업이 기판제작시 모두 이루어지므로, 인건비 등 소요되는 비용이 낮고, 작업자의 숙련도와는 관계없이 자동으로 생산되므로, 제품품질의 신뢰성이 향상되며, 코일이 이탈될 가능성이 거의 없기 때문에 자성의 발생 및 소멸로 인하여 히스테리시스가 증가하지는 않는 등의 효과가 발생한다.According to a reaction wheel using a multilayer substrate formed as a preferred embodiment of the present invention, since the coil is hidden inside the substrate in multiple layers when forming the coil, no bond is used, so no malfunction occurs even in a space environment, and since there is no coil jig, there is no part to be tightened with a screw, so it operates very stably even when large vibrations occur, and since the work of the coil and coil jig is all performed during the production of the substrate, the cost required, such as labor costs, is low, and since it is produced automatically regardless of the skill level of the worker, the reliability of product quality is improved, and since there is almost no possibility of the coil coming off, hysteresis does not increase due to the generation and disappearance of magnetism, and so on.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.Although the present invention has been described with reference to the attached drawings, focusing on preferred embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made therein without departing from the scope of the present invention encompassed by the claims set forth below.
100 : 케이스 110 : 플라이휠디스크
112 : 디스크축 200 : 기판
201 : 플랜지 202 : 축홀
210 : 판형코일 220 : 연결코일100 : Case 110 : Flywheel Disc
112 : Disk axis 200 : Substrate
201 : Flange 202 : Shaft hole
210: Plate coil 220: Connection coil
Claims (5)
상기 기판은 다층구조로 형성되고, 상기 다층구조의 각각의 층에는 부채꼴형상의 판형코일이 가운데부분에는 수평하게 형성되며, 끝단외주연은 호형상으로 형성되며, 방사형으로 각 층마다 6개씩 형성되고, 상기 각각의 판형코일의 끝단은 기판을 관통하는 연결코일에 의해서 서로 연결되도록 형성되되,
상기 기판은 최상단층과 최하단층을 제외하고, 18층 ~ 25층으로 적층하고 압축하여 전체 두께를 3~10mm로 형성하는 것을 특징으로 하는 다층기판을 이용한 리액션휠.A general reaction wheel comprising a square case; a flywheel disk hingedly fixed by a disk axis so as to be rotatable within the case; and a substrate in which the disk axis is hingedly fixed in the center and a sensor and a circuit are formed.
The above substrate is formed into a multilayer structure, and in each layer of the above multilayer structure, a fan-shaped plate-shaped coil is formed horizontally in the center, and the outer periphery of the end is formed in an arc shape, and six are formed radially for each layer, and the ends of each plate-shaped coil are formed to be connected to each other by a connecting coil penetrating the substrate,
A reaction wheel using a multilayer substrate, characterized in that the substrate is laminated and compressed in 18 to 25 layers, excluding the top and bottom layers, to form a total thickness of 3 to 10 mm.
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20240207 Patent event code: PE09021S01D |
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