JPS61283813A - ジヤイロ装置 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は、従来の船舶用のほか、陸上の航行体にも搭載
可能な小型のジャイロ装置に関する。

〔従来の技術〕

本発明と同一の出願人による従来の「ジャイロ装置」　
（特公昭５２−１００１７号明細書他）の概要を第３図
〜第７図によって説明しよう。

第３図に於て、（１）はその内部に高速にて回転するジ
ャイロロータを内蔵するジャイロケースで、之を液密構
造となす、（２）はジャイロケース（１）を包囲するタ
ンクの如き容器、（３）はジャイロケース（１）を支持
する懸吊線で、その上端をタンク（２）に、下端をレヤ
イロケース（１）に夫々固定する。　　（４Ｎ）　。

（４Ｓ）及び（５Ｎ）　、　　（５５）は夫々無接触変
位検出装置（６）の１次側及び２次側で、１次側（４Ｎ
）　。

（４Ｓ）は例えばジャイロケース（１）の表面で、ジャ
イロのスピン軸の延長との交点即ちジャイロの北及び南
側に夫々取付ける。一方、２次側（５Ｎ）　。

（５Ｓ）をタンク（２）の１次側（４Ｎ）　、　　（４
Ｓ）の対応する位置に取付ける。（７）は高粘性のダン
ピングオイルの如き液体で、之をタンク（２）内に充填
する。

タンク（２）の赤道上スピン軸と直交する位置（東西）
に一対の水平軸（８）　、　　（８’）の一端を取付け
、それ等の他端を水平環（１２）の対応する位置に設け
た軸受（１３）　、　　（１３’）ニ回動的に嵌合する
。　　（１Ｇ）は水平追従用サーボモータで、之を水平
環（１２）に取付ける。一方の水平軸（８）に水平歯車
（９）を取付け、之をサーボモータ（ｌＯ）の回転軸に
取付けた水平ピニオン（１１）と噛合せしめる。水平環
（１２）の前記水平軸々受（１３）　、　　（１３’）
と直交する位置にジンバル軸（１４）　、　　（１４’
）を夫々取付け、之等を追従環（１６）゛の対応する位
置に取付けたジンバル軸々受（１５）　、　　（１５’
）に夫々回動的に嵌合する。

追従環（１６）の上下に追従軸（１７）　、　　（１７
″）を取付け、之等の遊端部を盤器（２４）の対応せる
位置に設けた追従軸々受（２５）　、　　（２５’）に
回動的に嵌合する。方位歯車（２１）を一方の追従軸（
１７）に取付ける。　　（１９）は盤器（２４）に取付
けた方位追従サーボモータ、（２０）はその回転軸に取
付けた方位ピニオンで、之は方位歯車（２１）と噛合す
る。

（２２）はコンパスカードで、之を追従軸（１７’）に
取付ける。　　（２３）は盤器（２４）の上面に於てコ
ンパスカード（２２）と対応する如（取付けた基線板で
、その中央部に引かれた基線（２６）と、コンパスカー
ド（２２）とにより、重器の装備された航行体の針路を
読み取る。

次に、上述の無接触変位検出装置（６）の−具体例を第
４図及び第５図を参照して説明する。第４図はＮ（北）
側の一組をとり出したものである。同図に示す如く１次
側（４Ｎ）を１個の１次側コイルとなし、その巻き線は
ジャイロのスピン軸に直交する平面内にあり、通常ジャ
イロ電源と共用の交流で励磁され、破線矢印（ａｌ）、
　　（ａｔ）にて示す交番磁場を作る。２次側（５Ｎ）
も同じく４個の矩形コイル（５ＮＷ　）　、　　（５Ｎ
Ｂ　）　、　　（５ＮＵ　）　。

（５ＮＬ）より構成し、一対のコイル（５Ｎ％１）。

（５Ｎｌを横方向に並列に配置し、他方の対のコイル（
５ＮＵ　）　、　　（５ＮＬ　）を上下方向に並べる。

コイル対（５Ｎ１１　）　、　　（５Ｎ［！　）の巻き
始め及びコイル対（５ＮＵ）　、　　（５ＮＬ）の巻き
始めを互いに接続する。今、１次側コイル（４Ｎ）、即
ちジャイロケース（１）が２次側コイル（５Ｎ）、即ち
タンク（２）の中心に位置している場合を考えると、各
４個の各２次側コイル（５Ｎ＋１）　、　　（５ＮＥ）
　、　　（５ＮＵ）　、　　（５ＮＬ）中を１次コイル
（４Ｎ）による磁束が貫通するので、これに対応して電
圧が４個の各コイルに誘起されるが、各２次コイル中の
磁束変化は略々同一であり、更に各コイル対は上述の如
く差動的に接続せられているので、その出力端子（２−
１）及び（２−２）には、電圧は同等発生しない、ここ
で、例えば１次側コイル（４Ｎ）が東方に（同図Ｅ）偏
倚した場合を考えると、コイル（５ＮＩｌりを貫通する
磁束は増加し、コイル（５ＮＷ）を貫通する磁束は減少
するので、出力端子（２−１）には電圧が生ずるが、端
子＜２−２）には出力はない。

一方、１次コイル（４Ｎ）が西方に（同図Ｗ）偏倚した
場合には、前と逆にコイルＣ３Ｎｔｄ）の誘起電圧が増
加し、コイル（５Ｎりの誘起電圧が減少し、東偏した場
合とは逆位相の電圧が端子（２−１）に発生する。この
場合、コイル（５ＮＵ）　、　　（５ＮＬ）は上下方向
に配置されているので、その出力端子（２−２）には同
等電圧の発生がないのは上述と同様である。一方、１次
側コイル（４Ｎ）の上下方向変位に対しては、横方向に
配置されたコイル（５ＮＮ）。

（５８１りには同等電圧は発生しないが、上下方向に配
置されたコイル（５ＮＬ　）　、　　（５ＮＵ　）に電
圧が発生するので、その端子（２−２）に出力電圧が発
生する。即ち第３図の構造によって、ジャイロケース（
１）のＮ端のタンク（２）に対する東西方向及び上下方
向の変位を検出する事が出来る。

第５図は東西方向の検出装置のみを示したもので、ジャ
イロケース（１）を上部より見た配置図である。即ち、
Ｓ側の変位検出装置を１次側コイル（４Ｓ）及び２次側
コイル（５ＳＨ）　、　　（５謝）より構成し、ジャイ
ロケース（１）が東方に偏倚した時に、コイル（５ＳＩ
Ｅ）を通る磁束が増加し、コイル（５３Ｗ）の磁界は減
少して、端子（３−１）に電圧が誘起され、この電圧の
位相はコイル（５ＮＷ）　、　　（５ＮＩりの端子（２
−１）の発生電圧のそれと等しくされている。又、第５
図に示す様にコイル（５３Ｅ）。

（５５Ｗ　）及びコイル（５Ｎ［り　、　　（５ＮＷ）
が更に差動的に結線されているが為に、ジャイロケース
（１）の東西方向変位に対しては、端子（３−２）には
全く発生電圧がない代わりに、ジャイロケース（１）が
垂直軸線Ｏ（図面に垂直）のまわりに角変位を生ずると
、端子（３−２）にはその回転方向に応じ、位相の１８
０゛反転した出力電圧が発生す墨。

この出力電圧は、サーボ増幅１（３０）を介し、（又は
介さなくてもよい）方位サーボモータ（１９）の制御巻
線に加えられる。サーボモータ（１９）の回転は方位ピ
ニオン（２０）、方位歯車（２１）　、追従環（１６）
及び水平環（１２）を介して、タンク（２）に伝達され
、このタンク（２）は上記垂直軸のまわりの角変位がゼ
ロとなる様に制御される。即ち、ジャイロケース（１）
が如何なる方位をとろうとも、このサーボ系によって懸
吊線（３）には捩りが全く生ぜず、これよりジャイロに
は垂直軸に関しては如何なる外乱トルクも印加されるこ
とはない、尚、第５図に於て、（３−３）は誤差修正用
信号発生装置で、船舶の速度或いは緯度に対応した電圧
を発生し、方位追従系の追従をずらして懸吊線（３）を
捩り、ジャイロの垂直軸のまわりにトルクを加えて誤差
修正を行なう。

第６図は水平追従系をボしたもので、２次側（５Ｎ）及
び（５Ｓ）のコイル（５ＮＵ　）　、　　（５ＮＬ　）
及び（５ＳＵ）　、　　（５ＳＬ）が前述と同様差動的
に結線されており、これが為にコイル（５ＮＵ）　、　
　（５ＮＬ）の端子（４−１）には、ジャイロケース（
１）のタンク（２）に対する上下方向並進移動に対して
は出力電圧は発生しないが、水平軸のまわりの角運動に
対しては、端子（４−１）に電圧が発生し、これはサー
ボ増幅器（３１）に介しく又は介さずに）水平追従サー
ボモータ（ｌＯ）の制御巻線に加えられる。水平追従サ
ーボモータ（１０）の回転は、水平ピニオン（１１）及
び水平歯車（９）を介してタンク（２）を回転し、タン
ク（２）の上記角変位をゼロとならしめる。

第７図はタンクロ）以内を路線的に示したもので、ジャ
イロケース（１１内のジャイロのスピン軸の延長の指北
端（Ａ）側（ジャイロケース（１）上にある）が、水平
面（Ｈ−Ｈ’）に対して角θだけ上昇している場合であ
る。こ＼で、ジャイロケース（１）の重心（Ｏｆ　）　
、ｔＡ吊線（３）とジャイロケース（１）との結合点を
（Ｑ）　、懸吊線（３）とタンク（２）との結合点を（
Ｐ）、タンク（２）の中心を（０２）とし、ジャイロケ
ース（１）内のロータのスピン軸が水平（θ−〇）の時
、（０１）と（０２）は一致しているものとする。又、
（Ａ）を指北端、（Ｂ）と（Ａ）と１８０゛ずれたジャ
イロケース（１）上の点とし、（Ａ’）。

（Ｂ′）を（Ａ）、　　（Ｂ）に対応するタンク（２）
の点とする。

臥て、！！吊線（３）は、実際には曲げ剛性がある為に
、同図点線の如き撓み曲線を呈するので、タンク（２）
に対するジャイロケース（１）の軸方向移動量ξ（０２
〜０１）は極くわずか減少する筈であるが、実用的な設
計ではこの影響が極めて小さく、ここでは一応懸吊線（
３）は完全に可撓性のものとして説明を進める。前述の
如く、サーボ系の作用で、タンク（２）上の点（Ａ’）
、　　（Ｂ’）と、ジャイロケース（１）上の点（Ａ）
、　　（Ｂ）とは常に直線上にある如くなされているの
で、タンク（２）もジャイロケース（１）と同様θだけ
水平面（Ｈ−Ｈ’）に対して傾斜する。

今、外部の加速度がないものとすれば、ジャイロケース
［１）のスピン軸方向には同等外力が作用してないので
、懸吊線（３）は鉛直線に一致する。！ｌ！Ｉ吊線（３
）の張力をＴとし、ジャイロケース（１）のダンパー液
（７）による浮力を除いた残留重量を■とすれば、懸吊
線（３）の張力Ｔが点（Ｏｌ）のまわりにＭ＝Ｔｒｓｔ
ｎθ−■ｒｓｉｎθ なるモーメントＭを作り、これがジャイロのトルクとし
てその水平軸（（Ｏｘ　）を通って紙面に直角）のまわ
りに加わることになる。尚ここでｒは同図に示す如くジ
ャイロケース（１）の重心（０１）と懸吊線（３）とジ
ャイロケース（１）との結合点（Ｑ）との間の距離であ
る。即ち、この方法によっても、「スピン軸の水平面に
対する傾斜に比例したトルクをジャイロの水平軸のまわ
りに加える」ことが出来るが故に、距離ｒ、残留質量■
及びジャイロの角運動量を選定して、その指北運動の周
期を数十分内至百数十分とすることで、ジャイロコンパ
スを得ることが出来る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述のジャイロコンパスを、より小型の
航行体に搭載するために小型化しようとすると、非常な
困難さを伴う、その第１は、精度上の要求である。ジャ
イロコンパス等のジャイロ機器においては、ａ器の性能
は擾乱トルクとジャイロの角運動量との比、即ちジャイ
ロのドリフトレートで略々決定される。小型化は、必然
的にジャイロロータの外径寸法が小さくなることを意味
するが、ジャイロロータの角運動量は外径寸法の４条に
比例するため、擾乱トルクが一定の場合、急激にドリフ
トが増大することを意味し、システム性能を満足させる
ことが不可能となる。

困難さの第２は、構造、特にジンバル、サーボモータ、
スリップリング、軸受等の構造、配置に起因するもので
、これ等の組み合せ、配置等を良く考慮しない限り、ジ
ャイロコンパスの小型化は困難である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上述した従来の問題点を解決するジャイロ装
置を提供するもので、これは、スピン軸を略々水平にし
たジャイロを内蔵するジャイロケースと、該ジャイロケ
ースを３軸の自由度をもって支持する支持装置と、上記
ジャイロに指北作用を与える指北装置と、上記ジャイロ
ケースを略々垂直の軸のまわりに追従する追従軸を有す
る追従環と、上記追従軸を支持する盤器と、上記追従軸
を回動する為のサーボモータと、上記追従軸を介してジ
ャイロ等に電力を供給するためのスリップリングとより
なるジャイロコンパスにおいて、上記追従環はフォーク
状であり、上記盤器に対して片持的に支持されており、
上記追従軸に上記盤器に対して１個の導型大径玉軸受と
小径玉軸受とによって回転的に支持され、上記追従軸に
はパンケーキ型直接駆動方式のサーボモータの回転子が
回設され、該回転子と対応するＩＩｉ器側の位置に上記
サーボモータの固定子を取付けると共に、その外周にス
リップリングを取付ける構造としたジャイロ装置である
。

〔作用〕

本発明は、水平及び垂直のサーボモータに従来使われて
いた軸方向に長い歯車系を必要とするチューブ型の代わ
りに・、歯車系を必要としないパンケーキ型のサーボモ
ータを採用すると共に、垂直軸支持用の玉軸受として、
上部に導型大口系の玉軸受を用い、内側にパンケーキ型
サーボモータをその外側に′スリップリングを配し、又
、サーボモータの下側に小口径の玉軸受を介して、方位
角発信用の光学式エンコーダを取付ける構造とすること
により、ジャイロ装置の小型化を図ったものである。

〔実施例〕

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示す断面図及び
上面図である。同図において、第３図と同一の部材或い
は部品は同一の符号を付し、それ等の説明は省略する。

第１図及び第２図において、（１０’）は水平環（１２
）の水平軸（８）の位置に取りつけたパンケーキ型の水
平サーボモータで、直接駆動方式のため、第３図の従来
例における水平ピニオン（１１）、水平歯車（９）等は
不要であり、従って、これ等は削除されている。追従環
（１６）は、小型化の為、環状ではなく、フォーク状（
一方の腕は描かれていない）となされ、追従環（１６）
に固定されている追従軸（１７）は、薄型大口径の玉軸
受（２５’）と、小口径の玉軸受（２５）とにより支承
されているので、追従［（１６）は盤器（２４）から片
持ち的に支持されている。追従軸（１７）には、パンケ
ーキ型の方位サーボモータ（１９）の回転子（ＩＯＡ）
が、又、盤器（２４）側の対応する位置には、方位サー
ボモータ（１９）の固定子（１９Ｂ）が夫々固設される
。

追従環（１６）は、上記サーボモータ（１９）の外周部
で、その下方に突出する如くスカー）（１６Ａ）を有し
、該スカート（１６＾）の外周部にスリップリング（５
０）の集電環（５０＾）が固定される。ｌｌ器（２４）
の上記集電環（５０＾）と対応する位置には、ブラシ（
５０Ｂ）が固設され、これ等により、ジャイロロータや
水平サーボモータ（１０’）等に給電する。

盗塁（２４）の下方部には、取付部材（５２）を介して
方位エンコーダ（５１）の筐体（５１Ａ　）が取付けら
れる。一方、追従軸（１７）には、カップリング（５３
）を介して方位エンコーダ（５１）の軸（５１Ｂ）が連
結され、盗塁（２４）に対する追従環（１６）の方位角
を発信する。

（発明の効果〕 本発明によるジャイロ装置の効果は次の通りである。

追従軸の軸受として、薄形大口径の玉軸受と小口径の玉
軸受とを用いて、追従環を盗塁に対して片持ち的に支持
すると共に、内部にパンケーキ型サーボモータを、又、
その外側にスリップリングを配置すると共に、追従軸の
軸端にカップリングを介して方位角発信用のエンコーダ
を取付けた構造とすることにより装置の大幅な小型化を
達成することが出来た。水平及び垂直のサーボモータと
して、歯車系を必要としないパンケーキ型直接駆動方式
のダイレクトサーボモータを用いることにより、追従速
度、追従精度が大きく向上した結果船舶の方位基準とし
ての用途のほか、陸上用の走行体等の如く大きな回転運
動、回転角速度を有するものに対しても搭載が可能とな
ると共に、ジャモロ装−としての精度も向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のジャイロ装置の一具体例を示す断面図
、第２図はその上面図、第３図は従来例のジャイロコン
パスの路線的斜視図、第４図は変位検出装置の路線図、
第５図は方位追従系の路線図、第６図は水平追従系の路
線図、第７図は第３図のジャイロコンパスの指北原理の
説明に供する路線図である。 図に於いて、（ｌ）はジャイロケース、（２）はタンク
（容器）　、（３）は懸吊線、（６）は検出器、（４Ｎ
＞　。 （４Ｓ）　、　　（５Ｎ）及び（５Ｓ）はその構成要素
、（５Ｎｌ！＞（５ＮＷ）　、　　（５ＮＵ）　、　　
（５ＮＬ）　、　　（５５り　、　　（５８Ｎ）（５５
０）及び（５ＳＬ）は更にその一部、（刀はダンピング
オイル（液体）　、　（８）及び（８′）は水平軸、（
９）は水平歯車、（１０）はサーボモータ、（１１）は
水平ビニオン、（１２）は水平環、（１３）及び（１３
’）は軸受、（１４）及び（１４’）はジンバル軸、（
１５）及び（１５’）は軸受、（１６）は追従環、（１
７）及び（１７’）は追従軸、（１９）はサーボモータ
、（２０）は方位ビニオン、（ｚｌ）は方位歯車、（２
４）は盗塁、（２５）及び（２５’）は軸受、（５０）
はスリップリング、（５１）は方位エンコーダ、（５３
）はカップリングを夫々示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スピン軸を略々水平にしたジャイロを内蔵するジャイロ
   ケースと、該ジャイロケースを３軸の自由度をもって支
   持する支持装置と、上記ジャイロに指北作用を与える指
   北装置と、上記ジャイロケースを略々垂直の軸のまわり
   に追従する追従軸を有する追従環と、上記追従軸を支持
   する盤器と、上記追従軸を回動する為のサーボモータと
   、上記追従軸を介してジャイロ等に電力を供給するため
   のスリップリングとよりなるジャイロコンパスにおいて
   、上記追従環はフォーク状であり、上記盤器に対して片
   持的に支持されており、上記追従軸に上記盤器に対して
   １個の導型大径玉軸受と小径玉軸受とによって回転的に
   支持され、上記追従軸にはパンケーキ型直接駆動方式の
   サーボモータの回転子が回設され、該回転子と対応する
   盤器側の位置に上記サーボモータの固定子を取付けると
   共に、その外周にスリップリングを取付ける構造とした
   ことを特徴とするジャイロ装置。