JPH05209749A

JPH05209749A - ジャイロコンパス

Info

Publication number: JPH05209749A
Application number: JP1695192A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hojo; 武北條; Takashi Koyama; 貴志小山; Tsurashi Yamamoto; 貫志山本
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1993-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】ジャイロコンパスにおいて、ボールベアリン
グのガタ又はボールベアリングとそれに装着された垂直
軸との間のガタに起因して生ずる方位誤差を除去するこ
とを目的とする。【構成】ジャイロコンパスにおいて、垂直環３に対す
るジャイロケース１のスピン軸方向の移動を検出する変
位検出装置１０８と、変位検出装置１０８からの出力信
号に応答して水平軸トルカ５２に出力信号を送出する演
算装置５３と、を設け、垂直環３に対するジャイロケー
ス１のスピン軸方向の移動によって生ずる水平軸９、
９’周りのトルクに対応して大きさが等しく且つ符号が
反対のトルクを水平軸トルカ５２によって発生させるこ
とによって、垂直環３に対するジャイロケース１のスピ
ン軸方向の移動の影響を相殺するように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば船舶に使用して好
適なジャイロコンパスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、船舶の針路測定にはジャイロコン
パスが多く用いられている。図２は、従来例によるジャ
イロコンパスを示す。

【０００３】ジャイロコンパスＡはジャイロロータを内
蔵したジャイロケース１を有しており、斯かるジャイロ
ロータは誘導電動機により一定の回転速度にて高速回転
される。ジャイロロータ即ちジャイロは水平方向のスピ
ン軸を有し、その回転ベクトルは南向き（北側より見て
時計方向）である。ジャイロケース１は上下に突出した
１対の垂直軸２、２’を有しており、斯かる垂直軸２、
２’はジャイロケース１の外側に配置された垂直環３の
対応する位置に取り付けられたボールベアリング４、
４’の内輪にそれぞれ嵌合している。上側の垂直軸２は
縣吊線５を介して縣吊線取り付け台５’に取り付けられ
ており、斯かる縣吊線取り付け台５’は垂直環３上に支
持されている。

【０００４】ジャイロケース１の全重量は縣吊線５又は
縣吊線取り付け台５’によって担われており、従って、
垂直軸２、２’のボールベアリング４、４’にはスラス
ト荷重が加わらず、ボールベアリング４、４’の摩擦ト
ルクが低減されることができる。

【０００５】垂直環３は１対の水平軸９、９’を有し、
斯かる水平軸９、９’は垂直軸２、２’及びジャイロの
スピン軸の双方に直交し東西の位置より外方に突出して
おり、斯かる水平軸９、９’の端部は垂直環３の外側に
配置された水平環１０の対応する位置に取り付けられた
ボールベアリング１１、１１’（１１’のみ図示）の内
輪に各々嵌合している。水平環１０は、更に、水平面内
にて水平軸９、９’と直交する１対のジンバル軸１２、
１２’を有する。斯かるジンバル軸１２、１２’の各々
は、水平環１０の外側に配置された追従環１３に取り付
けられた１対のジンバル軸ボールベアリング１４、１
４’の内輪に嵌合している。

【０００６】追従環１３はその上下に突出した１対の追
従軸１５、１５’を有しており、斯かる追従軸１５、１
５’は盤器１６の対応した位置に取り付けられた追従軸
ボールベアリング１７、１７’の内輪に嵌合している。
上側の追従軸１５の軸端にはコンパスカード１８が取り
付けられており、斯かるコンパスカード１８と盤器１６
の対応する船首側の位置に固設された基線１８Ｂとによ
って船首の方位角が読み取られる。下側の追従軸１５’
には方位歯車２１が取り付けられており、斯かる方位歯
車２１は方位ピニオン２０を介して盤器１６の下部に取
り付けられた方位サーボモータ１９の回転軸１９Ａと結
合している。方位歯車２１には歯車列を介して方位発信
器２２の回転軸２２Ａが係合しており、斯かる方位発信
器２２の方位信号は電気信号に変換されて外部に発信さ
れる。

【０００７】水平環１０の内部、即ち、水平環１０、垂
直環３、ジャイロケース１等を含む部分は通常鋭感部と
呼ばれている。斯かる鋭感部はジンバル軸１２、１２’
の周りに下方に重い物理振子を構成しており、これによ
って水平軸９、９’は船体の傾斜に関係なく常に水平面
内に保持される。

【０００８】ジャイロケース１の東側には追従ピックア
ップ８が取り付けられており、斯かる追従ピックアップ
８はジャイロケース１に配置された差動変圧器の１次コ
イル８─１とこれに相対する垂直環３の位置に配置され
た差動変圧器の２次コイル８─２とよりなる。ジャイロ
ケース１の方位と垂直環３の方位との間に差があると、
斯かる差は両者に設けられた追従ピックアップ８によっ
て検出され、斯かる方位差は電気信号８Ａに変換されて
外部のサーボ増幅器２３に供給される。斯かる電気信号
８Ａはサーボ増幅器２３によって増幅されて方位サーボ
モータ１９に供給され、それによって方位サーボモータ
１９は制御される。

【０００９】方位サーボモータ１９の回転は、回転軸１
９Ａ、歯車列、方位歯車２１を経由して追従環１３に伝
達され、更に水平環１０、水平軸９、９’等を介して垂
直環３に伝達されるため、垂直環３とジャイロケース１
との間の方位偏差は常にゼロに保たれるようになってい
る。かくして方位サーボモータ１９を制御する方位サー
ボ系が構成される。

【００１０】方位サーボ系の作用により、水平軸９、
９’とジャイロのスピン軸とは常に直交関係を保ち、且
つ縣吊線５の捩りトルクがジャイロケース１に加わるこ
とはない。即ち、サーボ系を持った垂直軸２、２’、水
平軸９、９’及びジンバル軸１２、１２’の３軸の働き
によって、ジャイロケース１は船体の揺動等の角運動か
ら完全に遮断されることとなり、ジャイロスコープを構
成することとなる。

【００１１】斯かるジャイロスコープに指北力を付与し
コンパスとしての機能を与えるのが、加速度計５１、水
平トルカ軸５２及び演算装置５３よりなる指北ループで
ある。加速度計５１は垂直環３の西側に取り付けられて
おり、水平面に対するジャイロのスピン軸の傾斜角を検
出するように構成されている。水平軸トルカ５２は、水
平環１０の水平軸９、９’の位置に取り付けられてお
り、ジャイロケース１に対して水平環１０より水平軸
９、９’周りのトルクを付与するように構成されてい
る。加速度計５１によって水平面に対するジャイロのス
ピン軸の傾斜角が検出されると、出力信号が演算装置５
３に供給される。水平軸トルカ５２は演算装置５３から
の信号に応答して水平環１０に対して作動する。それに
よってジャイロケース１は水平軸周りのトルクが付与さ
れ、ジャイロのスピン軸は子午線に向かって歳差運動
し、真北方向を指向する。こうして、指北ループによっ
てジャイロケース１に指北力が付与され、斯くしてジャ
イロコンパスが構成される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図２に示す如く、従来
例のジャイロコンパスＡは垂直軸２、２’を支持するた
めのボールベアリング４、４’を有する。ボールベアリ
ング４、４’は複数のボールを担持する内輪と外輪とを
有し、斯かる内輪と外輪とは摩擦トルクを最小化するた
めに又製造上の誤差のためにガタを有し互いに半径方向
に相対的に僅かに偏倚することができる。ボールベアリ
ング４、４’の内輪と斯かる内輪に嵌合された垂直軸
２、２’との間にも僅かなガタが存在し、内輪と垂直軸
２、２’とは互いに半径方向に相対的に僅かに偏倚する
ことができる。

【００１３】図３は、ボールベアリング４、４’の内輪
とそれに嵌合された垂直軸２、２’との間に斯かる半径
方向のガタ即ち間隙が存在する場合を誇張して示したも
のである。ジャイロケース１の上側及び下側に取り付け
られた垂直軸２、２’は、ボールベアリング４、４’の
内輪４─１、４─１’に各々嵌合されている。垂直軸２
の上端部には縣吊線５の下端が固定され、斯かる縣吊線
５の上端部は垂直環３に支持された縣吊線取り付け台
５’に取り付けられている。

【００１４】ジャイロケース１に水平方向の（図３で右
方向の）加速度αが作用すると、ボールベアリング４、
４’の内輪４─１、４─１’と垂直軸２、２’との間に
間隙が存在することによって、ジャイロケース１は加速
度αの方向に距離δだけ移動する。

【００１５】通常の船舶用ジャイロコンパスでは、斯か
る間隙による垂直軸２、２’の偏倚量δは小さくそれに
よって生ずる誤差がジャイロコンパスの性能に影響を及
ぼすことはないが、高精度のジャイロコンパスでは斯か
る誤差が問題となる場合がある。

【００１６】図３より明らかなように、質量Ｍのジャイ
ロケース１が距離δだけ移動すると、次の数１の式で示
される誤差トルクＴ_HEが発生する。

【００１７】

【数１】Ｔ_HE＝Ｍｇδ

【００１８】斯かる誤差トルクＴ_HEはジャイロケース１
を水平軸９、９’周りに回転させるように作用し、ジャ
イロコンパスに方位誤差を生じさせる。

【００１９】本発明は、斯かる点に鑑み、ボールベアリ
ング４、４’のガタ又はボールベアリング４、４’とそ
れに装着された垂直軸２、２’との間のガタに起因して
生ずる方位誤差を修正することができるように構成され
た高精度のジャイロコンパスを提供することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明に依れば、スピン
軸が略々水平なジャイロを内蔵するジャイロケース１
と、ジャイロケース１の外周に配置されジャイロケース
１を垂直軸２、２’の周りに回動可能に支持する垂直環
３と、垂直環３の外周に配置され垂直環３を垂直軸２、
２’と直交する水平軸９、９’の周りに回動可能に支持
する水平環１０と、水平環１０の水平軸９、９’の位置
に配置され入力信号に応答してトルクを水平軸９、９’
の周りにジャイロケース１に対して加える水平軸トルカ
５２と、スピン軸の水平面に対する傾斜角に比例したト
ルクをスピン軸と直交する水平軸９、９’の周りにジャ
イロケース１に対して加える指北装置５１、５２、５３
と、を有するジャイロコンパスにおいて、垂直環３に対
するジャイロケース１のスピン軸方向の移動を検出する
変位検出装置１０８と、変位検出装置１０８からの出力
信号に応答して水平軸トルカ５２に出力信号を送出する
演算装置５３と、を設け、垂直環３に対するジャイロケ
ース１のスピン軸方向の移動によって生ずる水平軸９、
９’周りのトルクに対応して、大きさが等しく且つ符号
が反対のトルクを水平軸トルカ５２によって発生させる
ことによって、垂直環３に対するジャイロケース１のス
ピン軸方向の移動の影響を相殺するように構成されてい
る。

【００２１】本発明のジャイロコンパスでは、ジャイロ
ケースの質量をＭ、重力加速度をｇ、変位検出装置のゲ
インをＫ_P、水平軸トルカのゲインをＫ_Tとして、演算
装置のゲインＫ₁は式Ｋ₁＝Ｍｇ／Ｋ_PＫ_Tによって設
定されている。

【００２２】

【作用】本発明に依れば、垂直環３に対するジャイロケ
ース１のスピン軸方向の変位量δが変位検出装置１０８
によって検出され、斯かるジャイロケース１のスピン軸
方向の移動によって生ずる水平軸周りのトルクに対抗す
るトルクが水平軸トルカ５２によって発生するように構
成されている。従って、垂直環３に対するジャイロケー
ス１のスピン軸方向の移動によって生ずる誤差トルクＴ
_HEの影響が相殺されるため、ジャイロケース１の垂直軸
２、２’にボールベアリング４、４’が装着されたジャ
イロコンパスにおいて、ボールベアリング４、４’部分
におけるガタによって生ずる方位誤差を除去することが
できる。

【００２３】

【実施例】以下、図１を参照して本発明のジャイロコン
パスの実施例について説明する。尚、図１において、図
２〜図３に対応する部分には同一の参照符号を付してそ
の詳細な説明は省略する。

【００２４】図１は本発明によるジャイロコンパスＡの
一例を示しており、ジャイロケース１は上下に突出した
１対の垂直軸２、２’を有し、上側の垂直軸２は縣吊線
５を介して縣吊線取り付け台５’に取り付けられてお
り、ジャイロケース１の全重量は縣吊線取り付け台５’
によって担持されている。縣吊線取り付け台５’は、ジ
ャイロケース１の周囲を延在する垂直環３に取り付けら
れており、斯かる垂直環３は東西方向に突出する水平軸
９、９’を有する。水平軸９、９’はボールベアリング
１１、１１’（１１’のみ図示）を介して水平環１０に
装着されており、斯かる水平環１０は水平軸９、９’に
直交し且つそれと同一面上のジンバル軸１２、１２’を
有する。ジンバル軸１２、１２’はボールベアリング１
４、１４’を介して追従環１３に装着されており、斯か
る追従環１３はその下部にて方位サーボモータ１９によ
って作動される方位歯車２１に装着されている。

【００２５】更に、上述の如き方位サーボ系と指北ルー
プとが設けられている。方位サーボ系はジャイロケース
１の東側に装着されジャイロケース１と垂直環３との間
の垂直軸２、２’周りの偏角を検出する追従ピックアッ
プ８とサーボ増幅器２３と追従環１３の下部に装着され
た方位サーボモータ１９とを含む。指北ループは加速度
計５１と水平トルカ軸５２と演算装置５３とを含み、ジ
ャイロスコープに指北力を付与するように構成されてい
る。

【００２６】図１に示す本例のジャイロコンパスＡが図
３に示す従来例のジャイロコンパスＡと異なる点は、ジ
ャイロケース１の西側にて追従ピックアップ８と反対側
に変位検出器１０８が取り付けられていることである。
斯かる変位検出器１０８はジャイロケース１の垂直環３
に対するスピン軸方向の変位量を検出するように構成さ
れており、ジャイロケース１に取り付けられた差動変圧
器の１次コイル１０８─１と垂直環３に取り付けられた
差動変圧器の２次コイル１０８─２とよりなり、両者は
互いに相対するように配置されている。

【００２７】垂直環３に対するジャイロケース１のスピ
ン軸方向の変位量δが変位検出器１０８によって検出さ
れ、変位検出器１０８から演算装置５３に対して次の数
２の式で表される出力信号Ｖが供給される。

【００２８】

【数２】Ｖ＝Ｋ_Pδ

【００２９】但し、Ｋ_Pは変位検出器１０８のゲインで
ある。演算装置５３は増幅器であり、ジャイロケース１
の変位量δを表す入力信号Ｖを受入れ命令信号を水平軸
トルカ５２に供給する。水平軸トルカ５０によって、次
の数３の式で表される所要トルクＴ_H’が発生される。

【００３０】

【数３】Ｔ_H’＝Ｋ_PδＫ_TＫ₁

【００３１】但し、Ｋ_Tは水平軸トルカ５２のゲイン、
Ｋ₁は演算装置５３の比例定数である。水平軸トルカ５
２によって発生される所要トルクＴ_H’は誤差トルクＴ
_HEと大きさが同じで極性が反対である。従って、数１の
式で表される誤差トルクＴ_HEと数３の式で表される所要
トルクＴ_H’を等しいと置いて、演算装置５３の比例定
数Ｋ₁は次の数４の式によって求められる。

【００３２】

【数４】Ｋ₁＝Ｍｇ／Ｋ_PＫ_T

【００３３】斯くして所要トルクＴ_H’を発生させるこ
とによって誤差トルクＴ_HEが相殺され、ジャイロケース
１のスピン軸方向の変位量δの影響が消去される。即
ち、ボールベアリング４、４’部分におけるガタによっ
てジャイロケース１が垂直環３に対してスピン軸方向に
偏倚しそれによって方位誤差が生ずることが回避され
る。

【００３４】以上の説明では、水平軸トルカ５２は水平
環９、９’に装着するように構成されているが、指北運
動のためのダンピング装置用の水平軸トルカを既に設け
ている場合には特設水平軸トルカ５２の代わりに斯かる
既設の水平軸トルカをを使用してもよい。変位検出器１
０８は、電磁式、静電容量式又は光学式のもの等であっ
てよく、要求性能に応じて所望の形式のものが使用され
る。

【００３５】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは容易に理解されよう。

【００３６】

【発明の効果】本発明に依ると、ジャイロケース１の垂
直軸２、２’にボールベアリング４、４’が装着された
ジャイロコンパスにおいて、ボールベアリング４、４’
自身のガタ又はボールベアリング４、４’とそれに装着
された垂直軸２、２’との間のガタによってジャイロケ
ース１が相対的に偏倚するとき、斯かる偏倚に起因した
方位誤差が生ずることを回避することができる利点があ
る。

【００３７】本発明に依ると、ジャイロケース１の垂直
軸２、２’にボールベアリング４、４’が装着されたジ
ャイロコンパスにおいて、ボールベアリング４、４’部
分におけるガタによって生ずる方位誤差を除去すること
ができるため、高い精度のジャイロコンパスを得ること
ができる利点がある。

【００３８】本発明に依ると、ボールベアリング４、
４’部分におけるガタによって生ずる方位誤差を除去す
るために、ジャイロケース１と垂直環３とに変位検出器
１０８を設け、変位検出器１０８の出力信号を演算装置
５３に供給し演算装置５３からの出力信号を水平軸トル
カ５２に供給し、水平軸トルカ５２によってジャイロケ
ース１を傾斜させ、それによって逆トルクを発生させる
ように構成されているため、磁気軸受の如き高価な機構
を使用することなく高い精度のジャイロコンパスを得る
ことができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のジャイロコンパスの例を示す図であ
る。

【図２】ジャイロコンパスの従来例を示す図である。

【図３】ジャイロケースの垂直軸にボールベアリングが
装着された状態を示す部分図である。

【符号の説明】

１ジャイロケース２、２’ 垂直軸３垂直環４、４’ボールベアリング５縣吊線５’縣吊線取り付け台６、６’ 液体安定器７ダンピングウェイト８追従ピックアップ９、９’ 水平軸１０水平環１１、１１’ ボールベアリング１２、１２’ ジンバル軸１３追従環１４、１４’ ボールベアリング１５、１５’ 追従軸１６盤器１７、１７’ ボールベアリング１８コンパスカード１８Ｂ基線１９方位サーボモータ１９Ａ回転軸２０方位ピニオン２１方位歯車２２方位発信器２３サーボ増幅器５１加速度計５２水平軸トルカ５３演算装置１０８変位検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スピン軸が略々水平なジャイロを内蔵す
るジャイロケースと、該ジャイロケースの外周に配置さ
れ上記ジャイロケースを垂直軸の周りに回動可能に支持
する垂直環と、該垂直環の外周に配置され上記垂直環を
上記垂直軸と直交する水平軸の周りに回動可能に支持す
る水平環と、該水平環の水平軸の位置に配置され入力信
号に応答してトルクを上記水平軸の周りに上記ジャイロ
ケースに対して加える水平軸トルカと、上記スピン軸の
水平面に対する傾斜角に比例したトルクを上記スピン軸
と直交する水平軸の周りに上記ジャイロケースに対して
加える指北装置と、を有するジャイロコンパスにおい
て、上記垂直環に対する上記ジャイロケースのスピン軸方向
の移動を検出する変位検出装置と、該変位検出装置から
の出力信号に応答して上記水平軸トルカに出力信号を送
出する演算装置と、を設け、上記垂直環に対する上記ジ
ャイロケースのスピン軸方向の移動によって生ずる水平
軸周りのトルクに対応して大きさが等しく且つ符号が反
対のトルクを上記水平軸トルカによって発生させること
によって、上記垂直環に対する上記ジャイロケースのス
ピン軸方向の移動の影響を相殺するようにしたことを特
徴とするジャイロコンパス。
【請求項２】請求項１のジャイロコンパスにおいて、
上記ジャイロケースの質量をＭ、重力加速度をｇ、上記
変位検出装置のゲインをＫ_P、上記水平軸トルカのゲイ
ンをＫ_Tとして、上記演算装置のゲインＫ₁を式Ｋ₁＝
Ｍｇ／Ｋ_PＫ_Tによって設定したことを特徴とするジャ
イロコンパス。