JPH0454883B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、単軸サーボ型レートジヤイロスコー
プに関する。このジヤイロスコープは、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ツセンブリ。(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、
ジンバルアツセンブリを支持している軸受。(c)第
２の軸周りのジンバルアツ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、コイルの巻線が付勢されると、第２の
軸の周りの復元トルクが得られるようになつてい
る。ジンバルアツセンブリに取り付けられている
トルカー。

このようなジヤイロスコープおいて、第１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ヤイロスコープが変
位すると、回転軸の周りにジンバルの角変位が生
ずる。サーボ型レートジヤ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、トルカーによる復元トルクがジン
バルに与えられる。ジンバルを基準位置に維持す
るためトルカーのコイルに与えられている電流か
ら、入力軸周りのジヤイロスコープの角速度が測
定できる。

従来、いろいろなジヤ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
かも小型化したジヤ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差するように、永久
磁石が第１軸と同軸なコイルの内部でジヤイロス
コープに取り付けられていることを特徴とする、
前述したような単軸サーボ型レートジヤイロスコ
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。ジヤイロスコープは、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、
該磁石に対して磁束の通路を提供している。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、ジヤイロスコープハ
ウジングの一部を形成する。ジンバルアツセンブ
リは、第１および第２の軸受によつて支えられ、
一方、軸受は、ジンバルアツセンブリを囲繞して
いるジヤ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ツトで支持されている。
スロツトの形状はＶ字型である。ジンバルアツセ
ンブリはシール構造をしている。センサーは、ジ
ンバルアツセンブリの一端に取り付けられてい
る。ジヤイロスコープは、ジンバルアツセンブリ
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。

トルカーのコイルを慣性リングと同軸に取り付
けることによつて、ジヤイロスコープを小型にす
ることができる。また、ジヤイロスコープは、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、ジヤ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、本発明によるジヤ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、ジヤイロスコープ
は、モーター１１を備えている外部円筒状シエル
１０が取り付けられているジンバルアツセンブリ
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１５を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によつて支持され
るが、場合によつては、玉軸受を使うこともでき
る。軸受１７は、内部円筒状ジヤーナル１８を備
えている。このジヤーナルの外側曲面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つのスラストプレートが、ジヤーナル１
８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、ガスがジヤー
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、シエル１０の両端で
ジンバルアツセンブリ１を封止し、かつ、ジンバ
ルアツセンブリ１には不活性ガスが充填されてい
る。

慣性リング１６とモーター１１は、ジンバルの
シエル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。ジンバルアツセンブ
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。ジンバルアツセンブリ１は、英国特
許第1545774号明細書に記載されているような２
つの湾曲した軸受２５，２６によつて軸支されて
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、ジンバルのシエ
ル１０の外面に固着させている。湾曲した軸受２
５，２６の外端は、第２図に示されているジヤイ
ロスコープの磁性部材１００に設けられているＶ
字型溝３０，３１に嵌挿されている。

水平板１０１は、ジンバルアツセンブリ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
性ピツクオフ１０２を備え、かつ、このピツクオ
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、ジンバルアツセン
ブリ１の上部取付板２に設けられているセンサー
の動きをする電極１０３と協働している。

ジヤ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
カー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
アツセンブリ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。従つて、コイル４０
は、スピン軸２３と同軸に配列され、しかし、回
転軸２４の下方で転移できる。また、磁石４１
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。それによつて、磁石４１は、ジンバルアツセ
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、従つて、磁石４
１とコイル４０の長さは概ね等しくなる。磁石４
１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、水平面内にあつて、かつ、コイル４０
と交差するとともに、磁束の通路として作用して
いる磁性部材１００の中を通過している。

ジンバルアツセンブリ１の上方に、ジヤイロス
コープの電子制御装置２００が、頂部水平板１０
１上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から成つている。容量性ピツクオフ
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、トルカ
ーのコイル４０に接続している。

ジヤイロスコープは、金属キヤツプ１０４によ
つて被されている。このキヤツプ１０４は、ジン
バルアツセンブリ１と電子制御装置２００を包囲
するべく、磁性部材１００に取り付けられてい
る。キヤツプ１０４は、磁性部材１００に対し、
Ｏ−リング１０５によつてシールされている。こ
のＯ−リング１０５は、磁性部材１００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、ジヤイロスコープの底部をシー
ルし、かつ、複数のターミナル５１を有してい
る。また、このターミナル５１によつて、電子制
御装置２００は外部との接続が可能になる。ジヤ
イロスコープのジンバルアツセンブリ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、ジヤイロスコープの形によつて決
まる。トルカーのコイル４０と軸受２５，２６を
一緒にして、ジンバルアツセンブリ１をシール構
造にすることができる。軸受２５，２６をＶ字型
スロツト３０，３１と並べ、かつシンバルを所定
の位置に落し込むことによつて、ジンバルアツセ
ンブリ１を簡単に設置することができる。それぞ
れ、軸受２５，２６の上方でスロツト３０，３１
を橋絡しているストラツプ６１，６２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、ストラ
ツプ６１，６２は、各軸受２５，２６の上縁に接
している。ピツクオフ１０２を備えている頂部水
平板１０１は、ジンバルアツセンブリ１の上方
で、支持体１００に固着される。電子制御装置２
０１は、ジンバルに対して電気的に接続され、か
つ頂部水平板１０１上に堆積される。

作動時において、ジヤイロスコープが入力軸２
７の周りに回転すると、ジンバルアツセンブリ１
を回転軸２４の周りに回転させる。この入力軸２
７は、スピン軸２３と回転軸２４の両方に直交し
ている。電子制御装置２００は、トルカーのコイ
ル４０に対し、ピツクオフ１０２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２３に沿つた磁界を生じ、かつ、この磁界は、
永久磁石４１によつて生じた磁界と作用し合う。
第３図に示すように、磁石４１の磁力線は、それ
ぞれ円周を半分づつ磁性部材１００を介して、コ
イル４０と交差する。従つて、電流がコイル４０
の中を流れると、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、それによつて、ジン
バルを復元させる力として作用する。環状間隙４
２が狭いため、コイルの移動は殆んど不可能で、
従つて、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。

トルカーのコイル４０に流れる電流が、入力軸
２７の周りのジヤ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、ジヤイロス
コープの出力としてターミナル５１に与えられ
る。

次に、本発明によるジヤイロスコープの構造的
利点を説明する。トルカー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
置くことによつて、ジヤイロスコープの回転軸２
４方向の長さを短縮し、小型化することができ
る。それによつて、各軸の寸法がほぼ等しくなつ
た構造のジヤ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つのジヤイロスコー
プを、慣性プラツトフオ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
を磁束の通路として使うことにより、漂遊磁界を
最小にできるため、トルカー４は非常に効率がよ
くなる。これによつて、トルカー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257Hzの固有振動数にさせることが
できる。ジヤ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
装置の安定性向上に役立つ。

構造を規格化すると、修理や部品交換が簡単に
なる。また、殆んど同じ構成要素を使つて、異な
る用途のジヤイロスコープに改良できる利点がで
てくる。例えば、ジンバルが違つても、同じ磁性
部材１００と電子制御装置２００を使用でき、場
合によつては、別の軸受も使うことができる。こ
の場合、回路板２０１の追加若しくは交換を行な
うだけで、簡単に電子制御装置２００を改良する
ことができる。これによつて、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ヤイロス
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ヤイロスコープと全
く同じである。もし必要であれば、キヤツプ１０
４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、ジヤイロスコープを示す中央縦断面
図である。第２図は、ジヤイロスコープのキヤツ
プを破断して示す側面図である。第３図は、第１
図に示すジヤイロスコープの−線横断面図で
ある。 １……ジンバルアツセンブリ、２，３……取付
板、４……トルカー、１０……シエル、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……慣性リング、１７……気体軸受、１
８……ジヤーナル、１９……外側曲面、２０……
内側平滑面、２１，２２……スラストプレート、
２３……スピン軸、２４……回転軸、２５，２６
……軸受、２７……入力軸、３０，３１……スロ
ツト、４０……コイル、４１……磁石、４２……
間隙、４３……直径、４４……磁力線、５０……
末端板、５１……ターミナル、６１，６２……ス
トラツツプ、１００……磁性部材、１０１……水
平板、１０２……ピツクオフ、１０３……電極、
１０４……金属キヤツプ、１０５……Ｏ−リン
グ、１０６……凹部、２００……電子制御装置、
２０１……回路板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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ーを有し、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
   ているジンバルアツセンブリと、第１軸に直交す
   る第２軸の周りで角変位ができるようにジンバル
   アツセンブリを支持している軸受と、第２軸周り
   のジンバルアツ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つている、ジン
   バルアツセンブリに取り付けられているトルカー
   とを備えている単軸サーボ型レートジヤイロスコ
   ープであつて、 コイル４０が、円筒形状をし、かつ、第１軸２
   ３と同軸になつているとともに、第２軸２４から
   離隔しているジンバルアツセンブリ１の一端に取
   り付けられており、また、その磁界がコイル４０
   の巻線と交差するように、永久磁石４１が、第１
   軸２３と同軸なコイル４０の内部で、ジヤイロス
   コープに取り付けられていることを特徴とする単
   軸サーボ型レートジヤイロスコープ。 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項に記載のジヤイロスコープ。 ３ コイル４０と磁石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項に記載のジヤイロスコープ。 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して磁束の通
   路を提供し、また、少なくともコイル４０の一部
   が、磁石４１と磁性部材１００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項〜第
   ３項のいずれかに記載のジヤイロスコープ。 ５ 磁性部材１００が、ジヤ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項に記載のジヤイロスコープ。 ６ ジヤンバルアツセンブリ１が、第１および第
   ３の軸受２５，２６によつて支えられ、しかも、
   該軸受が、ジンバルアツ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ツト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〜第５項のいずれかに記載のジヤイ
   ロスコープ。 ７ スロツト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
   ヤイロスコープ。 ８ ジンバルアツセンブリ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〜第
   ７項のいずれかに記載のジヤイロスコープ。 ９ センサー１０２，１０３が、ジンバルアツセ
   ンブリ１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〜第８項のいずれかに
   記載のジヤイロスコープ。 １０ ジンバルアツセンブリ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２００
   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〜第
   ９項のいずれかに記載のジヤイロスコープ。