JPS59163510A - 単軸サ−ボ型レ−トジャイロスコ−プ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、車軸サーボ型レートジャイロスコープに関す
る。このジャイロスコープは、以下の諸構成要素を備え
ている。

（ａ）慣性リングと、これを第１の軸の周りに回転させ
るためのモーターとを有し、かつ、モーターと慣性リン
グが互いに同軸となるように取り付けられているジンバ
ルアッセンブリ。（ｂ）第１の軸に直交する第２の軸の
周りで角変位ができるように、ジンバルアッセンブリを
支持している軸受。

（Ｃ）第２の軸に関するジンバルアッセンブリの変位を
検出するためのセンサー。（ｄ）コイルと永久磁石を有
し、かつ、コイルの巻線がイ」勢されると、第２の軸の
周りの復元トルクが得られるようになっている、ジンバ
ルアッセンブリと共に取り付けられている１−ルカー。

このようなジャイロスコープにおいて、第】軸即ちスピ
ン軸と第２軸即ち回転軸に直交する入力軸の周りに回転
成分を有するジャイロスコープが変位すると、回転軸の
周りにジンバルの角変位が生ずる。サーボ型レートジャ
イロスコープにおいて、この角変位が検出されると、そ
の基準位置を維持するべく、トルカ−による復元１ヘル
クがジンバルに与えられる。ジンバルを基準位置に維持
するためトルカ−のコイルに与えられている電流から、
入力軸周りのジャイロスコープの角速度が測定できる。

従来、いろいろなジャイロスコープが提案されてきたが
、それらは一般に大型であるため、低コストで製造する
ことができず、また、正確に組み立てることも困難であ
る。

本発明の目的は、比較的に安価に製造でき、しかも小型
化したジャイロスコープを提供することにある。

本発明によれば、コイルが、円筒形状をし、かつ、第１
軸と同軸で、しかも第２軸から離隔し、ジンバルの一端
に取り付けられており、また、磁石の磁界がコイルの巻
線と交鎖するように、永久磁石が、第１軸と同軸なコイ
ルの内部で、ジャイロスコープと共に固着されるように
なっていることを特徴とする、前述したような車軸サー
ボ型レートジャイロスコープが提供される。

磁石は、第１軸と第２軸との両方に概ね直角に分極して
いる。コイルおよび磁石は円形断面を有する。ジャイロ
スコープは、円筒状磁性部材を有し、かつこの部材は、
磁石を囲繞するとともに、該磁石に対して磁性復路を提
供している。少なくともコイルの一部分は、磁石と磁性
部材の間で伸長している。磁性部材は、ジャイロスコー
プハウジングの一部を形成する。ジンバルアッセンブリ
は、第１および第２の軸受によって支えられ、一方、軸
受は、ジンバルアッセンブリを囲繞しているジャイロス
コープ磁性部材から成る基磁構造体に設けられているス
ロットで支持されている。スロットの形状はＶ字型であ
る。ジンバルアッセンブリはシール構造をしている。セ
ンサーは、ジンパルアンセンブリの一端に取り付けられ
ている。

ジャイロスコープは、ジンバルアッセンブリの一端に電
子制御装置を有し、かつ、この制御装置は、段積みされ
た複数の回路板を備えている。

トルカ−のコイルを慣性リングと同軸に取り付けること
によって、ジャイロスコープを小型にすることができる
。また、ジャイロスコープは、簡単に組み立てることが
できる。構造全体を完全に作り変えることなく、ジャイ
ロスコープのいろいろな要素に対し変更を行なうことが
できる。

以下、本発明によるジャイロスコープの好適実施例を、
添付の図面を参照して詳細に説明する。

まず、第１図を参照すると、ジャイロスコープは、モー
ター（１１）を備えている外部円筒状シェル（１０）が
取り付けられているジンバルアッセンブリ（１）を有し
ている。モーターは、軟鉄極片（１４）に円筒状コイル
（１３）が巻かれているステーター（１２）を備えてい
る。更に、モーター（１１）は、円筒状ヒステリシスス
リーブ（］５）の形状をしたローターを有し、かつ、こ
のスリーブには、同型の慣性リング（１６）が取り付け
られている。慣性リング（１６）は、通常の流体力学的
気体軸受（１７）によって支持されるが、場合によって
は、玉軸受を使うこともできる。軸受（１７）は、内部
円筒状ジャーナル（１８）を備えている。このジャーナ
ルの外側曲面（１９）には、螺旋状の溝が形成されてお
り、かつ、この曲面は、慣性リング（１６）の内側平滑
面（，２０）と協働している。

２つのスラストプレ／−トが、ジャーナル（１８）の両
端に固着されている。更に、このプレートの内向きの面
には、溝が形成されており、かつ、この面は、慣性リン
グ（１６）の平滑な端部と協働している。

慣性リング（１６）の回転で、ガスかジャーナル（１８
）およびスラストプレート（２１）　（２２）の溝に吸
い込まれると、両面の間に潤滑性ガス膜が形成される。

取付板（２）　（３）が、シェル（１０）の両端でジン
バルアッセンブリ（１）を封止し、かつ、ジンバルアッ
センブリ（１）には不活性ガスが充填さ九ている。

慣性リング（１６）とモー’ｙ−（ｕ）は、ジンバルの
シェル（１０）の内部で同心的に取り付けられ、また、
慣性リング（１６）は、同心で、かつ垂直なスピン軸（
２３）の周りを回転する。ジンバルアッセンブリ（１）
自体は、水平方向の回転軸（２４）の周りで角変位がで
きるよう取り付けられている。回転軸（２４）は、スピ
ン軸（２３）に対して直交し、かつそれを貫通している
。シンバルアッセンブリ（１）は、英国特許第１．５／
１５７７１号明細罫に記載されているような２つの湾曲
した軸受（２５）　（２６）によって軸支されており、
更に、この軸受は、その両端を、長手方向の中程で、か
つ、両側において、ジンバルのシェル（１０）の外面に
固着させている。湾曲した軸受（２５）　（２６）の外
端は、第２図に示されているジャイロスコープの磁性部
材（１００）に設けられている７字型溝（３０）（３１
）に嵌挿されている。

水平板（１０１）は、ジンバルアッセンブリ（１）上の
磁性部材（１００）一杯に伸びている。水平板（１０１
）は、第１図に示されるセンサーの働きをする容量性ピ
ンクオフ（１０２）　を備え、かつ、このピンクオフ（
１０２）は、水平方向の回転軸（２４）の周りのジンバ
ルの角変位を検出するため、ジンバルアッセンブリ（１
）の上部取付板（２）に設けられているセンサーの働き
をする電極（１０３）と協働している。

ジャイロスコープの底部には、コイル（４０）とサマリ
ウム−コバルト製の磁石（４１）とから成るトルカ−（
４）が設けられている。コイル（４０）は、円筒形状を
し、しかも円形断面を有し、更に、ジンバルアッセンブ
リ（１）と共に転移できるように、その底部に取り付け
られている。従って、コイル（４０）は、スピン軸（２
３）と同軸に配列され、しかも、回転軸（２４）の下方
で転移できる。また、磁石（４Ｊ）も、円筒形状をし、
しかも円形断面を有し、かつ、磁性部材（１００）の底
部に取り付けられている。それによｐて、磁石（４１）
は、ジンバルアッセンブリ（１）が基準位置にくる際、
スピン軸（２３）と同軸的に並ぶようになる。コイル（
４０）は、環状間隙（４２）の内部で、磁石（４１）の
外側曲面から磁性部材（１００）の下方部にかけて伸長
し、従って、磁石（４１）とコイル（４０）の長さは概
ね等しくなる。磁石（４１）は、第３図に示すように、
回転軸（２４）に対し垂直な直径（４３）方向に分極し
、その結果、その磁力線（４４）は、水平面内にあって
、かつ、コイル（４０）と交鎖するとともに、復路とし
て作用している磁性部材（１，００）の中を通過してい
る。

ジンバルアッセンブリ スコ・−プの電子制御装置（２００）が、゛頂部水平板
（１，０１，）　」二に取り付けられている。電子制御
装置（２００）は、垂直方向に互いに堆積されている一
つ以上の回路板（２０１）から成っている。容量性ピッ
クオフ（１０２）から得られる出力信号を受信し、か・
つ付勢信号を出すため、電子制御装置（２００）は、１
〜ルカーのコイル（４０）に接続している。

ジャイロスコープは、金属キャンプ（１０４）によって
被されている。このキャンプ（］、、　０４　）は、シ
ンバルアンセンブリ（１）と電子制御装置（２００）を
包囲するべく、磁性部材（ｉｏｏ）に取り付けられてい
る。

キャップ（１０４）は、磁性部材（１，００）に対し、
○−リング（１０５）によってシールされている。この
〇−リング（１，０５）は、磁性部材（］、００）の外
面の周りに設けられている環状凹部（１０６）に嵌入さ
れている。

末端板（５０）が、ジャイロスコープの底部をシールし
、かつ、振数のターミナル（５１）を有している。

また、このターミナル（５１）によって、電子制御装置
（２００）は外部との接続が可能になる。ジャイロスコ
ープのジンバルアッセンブリ（１）の外側全体に、不活
性ガス若しくはダンピング流体を充填する。

その構造は、ジャイロスコープの形によって決まる。１
−ルカーのコイル（４０）と軸受（２５）　（２６）を
−緒にして、ジンバルアッセンブリ（１）をシール構造
にすることができる。軸受（２５）　（２６）をｖ字型
スロツｈ　（３１）（３１）と並べ、かつシンバルを所
定の位置に落とし込むことによって、ジンバルアッセン
ブリ（１）を簡単に設置することかできる。それぞれ、
軸受（２５）　（２６）の上方で溝（３０）（３１）を
橋絡しているストラップ（６］、）（６２）は、軸受を
所定の位置に固定するべく使われている。それが３つの
接触場所に正確に置かれるように、スＩ−ラップ（６１
，）（６２）は、各軸受（２５）　（２６）の上縁に接
している。ピックオフ（１０２）を備えている頂部水平
Ｆｊ、（１０１）は、ジンバルアッセンブリ（１）の上
方で、支持体（１００）に固着される。電子制御装置（
２０１）は、ジンバルに対して電気的に接続され、かつ
頂部水平板（１０］、　）上に堆積される。

作動する際、ジャイロスコープの入力軸（２７）、即ち
スピン軸（２３）と回転軸（２４）とに直交し、かつ両
方の軸を貫通している軸の周りに成る成分を持っている
ジャイロスコープが転移すると、回転軸（２４）の周り
にジンバルアッセンブリ（１）の角変位がもたらされる
。電子制御装置（２００）は、ｊ−ルカーのコイル（４
０）に対し、ピックオフ（］０２）の出力に基づいた電
流を出す。このコイル（４０）に流れる電流は、軸（２
３）に沿った磁界を生し、かつ、この磁界は、永久磁石
（４１）によって生じた磁界と作用し合う。第３図に示
すように、磁石（４］）の磁力線は、それぞれ円周を半
分づつ磁性部材（１，００）を介して、コイル（４０）
と交鎖する。従って、電流がコイル（４０）の中を流ハ
ると、コイル（４０）の半分は、スピン軸（２３）に平
行な上向きの力を持ち、一方、別の半分は下向きの力を
持つことになる。つまり、その直径の周り、即ち回転軸
（２４）の周りにコイル（４０）を捩ろうとする偶力が
現われ、それによって、ジンバルを復元させる力として
作用する。環状間隙（４２）が狭いため、コイルの移動
は殆んど不可能で、従って、ジンバルの角変位だけに限
定される。

復元トルクにより、コイル（４０）を間隙（４２）の中
心に保つことができ、かつ、磁性部材（１００）若しく
は磁石（４１）との接触を防止できる。

ｈルカーのコイル（４０）に流れる電流が、入力軸（２
７）の周りのジャイロスコープの角速度を表わしている
。この電流を指示する信号が、ジャイロスコープの出力
としてターミナル（５１）に与えられる。

次に、本発明によるジャイロスコープの構造的利点を説
明する。トルカ−（４）をスピン軸（２３）の方向に合
わせ、かつ回転軸（２４）から遠ざかる方向に置くこと
によって、ジャイロスコープの回転軸（２４）方向の長
さを短縮し、小型化することができる。それによって、
各軸の寸法がほぼ等しくなった構造のジャイロスコープ
を作ることができる。

集約して配列できるため、３つのジャイロスコープを、
慣性プラットフォームに垂直方向に取り付けて用いるこ
とができる。また、磁性部材（１００）を復路として使
うことにより、漂遊磁界を最小にてきるため、トルカ−
（４）は非常に効率がよくなる。これによって、１ヘル
カー（４）は、連続的に１３００度毎秒までの入力速度
をとらえることができ、更に、約２５７肚の固有振動数
にさせることができる。ジャイロスコープが対称型であ
ると、３つの軸（２３）　（，２４）　（２７）が一致
するため、それが装置の安定性向」二に役立つ。

構造を規格化すると、修理や部品交換か簡単になる。ま
た、殆んと同じ構成要素を使って、異なる用途のジャイ
ロスコープに改良できる利点がでてくる。例えば、ジン
バルか違っても、同じ磁性部材（１００）と電子制御装
置（２００）を使用でき、場合によっては、別の軸受も
使うことかできる。この場合、回路板（２０１）の追加
若しくは交換を行なうたりて、簡単に電子制御装置（２
００）を改良することができる。これによって、同じ機
械的要素を用い、簡単な制御装置を備えた安価なジャイ
ロスコープを作ることができ、しかも、これは、複雑な
制御装置を備えた高価なジャイロスコープと全く同しで
ある。もし必要であれば、キャンプ（１０４）を高くす
るだけで、回路板を更に追加することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ジャイロスコープを示す中央縦断面図である
。 第２図は、ジャイロスコープのキャップを破断して示す
側面図である。 第３図は、第１図に示すジャイロスコープの■−■線横
線面断面図る。 （１）ジンバルアッセンブリ　　（２）　（３）取付板
（４）トルカ＝　　　　　　　　（１０）シェル（１１
）モーター　　　　　　　　（１２）ステーター（１３
）コイル　　　　　　　　　（１４）極片（１５）ヒス
テリシススリーブ　　（１６）慣性リンク（１７）気体
軸受　　　　　　　　（１８）ジャーナル（１９）外側
曲面　　　　　　　　（２０）内側平滑面（２１）（２
２）スラス１へプレート　　（２３）スピン軸（２４）
回転軸　　　　　　　　　（２５）　（２６）軸受（２
７）入力＄１１１　　　　　　　　　　（３０）　（３
１）ｉ荏（４０）コイル　　　　　　　　　（４１）磁
石（４２）間隙　　　　　　　　　　（４３）直径（／
Ｉ／Ｉ）磁力線　　　　　　　　　（５０）末端板（５
Ｉ）ターミナル　　　　　　　（６１）（６２）スＩ〜
ラップ（１００）磁性部材　　　　　　　（１０１，）
水平板（１０２）ピックオフ　　　　　　　（１０３）
電極（ｉｏ４）金属キャンプ　　　　　　（１０５）Ｏ
−リンク（１，０６）四部　　　　　　　　　（２００
）電子制御装置（２０１）回路板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （＋、）慣性リングおよびそれを第１軸の周りに回転さ
   せるためのモータニを有し、かつ、モーターと慣性リン
   グが互いに同軸となるよう取り付けられているジンハル
   アッセンブリと、第１軸に直交する第２軸の周りて角変
   位ができるようにジンハルアッセンブリを支持している
   軸受と、第２軸に関するジンバルアッセンブリの変位を
   検出するためのセンサーと、コイルおよび永久磁石を有
   し、かつ、コイルの巻線が付勢されると、第２軸の周り
   の復元トルクが得られるようになっている、ジンバルア
   ッセンブリと共に取り付けられている１ヘルカーとを備
   えている単軸サーボ型し−１−ジャイロスコープであっ
   て、 コイル（４０）が、円筒形状をし、かつ、第１軸（２３
   ）と同軸になっているとともに、第２軸（２４）から離
   隔しているジンバルアッセンブリ（１）の一端に取り付
   けら九でおり、また、その磁界がコイル（４０）の巻線
   と交鎖するように、永久磁石（４１）が、第１軸（２３
   ）と同軸なコイル（４０）の内部で、ジャイロスコープ
   と共に固着されるようになっていることを特徴とする車
   軸サーボ型し−１−ジャイロスコープ。 （２）磁石（４１）が、第１軸（２３）と第２軸（２４
   ）とに概ね直交して分極していることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項に記載のジャイロスコープ。 （３）コイル（４０）と磁岩（４１）が、円形断面を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項または
   第（２）項に記載のジャイロスコープ。 （４）磁石（４１）を囲繞する円筒状磁性部材（１００
   ）が設けられ、かつ該部材が磁石に対して磁性復路を提
   供し、また、少なくともコイル（４０）の一部分が、磁
   石（４１）と磁性部組（１，ｏｏ）との間で伸長してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）乃至第（３
   ）項のいずれかに記載のジャイロスコープ。 （５）磁性部材（１００）が、ジャイロスコープハウジ
   ングの一部を形成することを特徴とする特許請求の範囲
   第（４）項に記載のジャイロスコープ。 （６）ジンバルアッセンブリ（１）が、第１および第３
   の軸受（２５）　（２６）によって支えられ、しかも、
   該軸受が、ジンバルアッセンブリを囲繞している磁性部
   材（１００）に設けられているスロット（３０）（３１
   ）で支持されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項乃至第（５）項のいずれかに記載のジャイロス
   コープ。 （７）スロット（３０）（３１）の形状がＶ字型である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（６）項に記載のジ
   ャイロスコープ。 （８）ジンバルアッセンブリ（１）がシール構造をして
   いることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第
   （７）項のいずれかに記載のジャイロスコープ。 （９）センサー（１，０２）　（］　０３）が、ジンバ
   ルアッセンブリ（１）の端部に取り付けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至第（８）項
   のいずれかに記載のジャイロスコープ。 （１，０）ジンバルアッセンブリ（１）の一端に電子制
   御装置　（２００）が設けられ、かつ電子制御装置（２
   ００）が、積み重ねられた複数の回路板（２０１）　を
   備えてなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   乃至第（９）項のいずれかに記載のジャイロスコープ。