JPH06201817A - センサ角度の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 小型・小容量の電動機を用いてトランスジュ
ーサなどのセンサの直交２軸の周りの回転角を高速に制
御できる角度制御装置を提供する。 ［構成］ トランスジューサなどのセンサ(30)を回転自
在に保持する枠体(11)と、共通の軸心を有しかつ互に独
立に回転可能な状態で延在される第１，第２の回転軸(1
3,20) と、第２の回転軸(20)の回転力を直交方向への回
転力に変換しながら前記枠体に保持されたセンサに伝達
するベベルギヤなどの動力伝達機構(21,22) と、第１の
回転軸(13)を介して枠体(11)を回転させることによりセ
ンサ(30)の直交２軸の一方の周りの角度を制御する第１
の電動機(18)と、第２の回転軸(20)を回転させることに
より動力伝達機構(21,22) を介してセンサ(30)の直交２
軸の他方の周りの角度を制御する第２の電動機(19)と、
第１の電動機(18)に供給する回転指令の一部を第２の電
動機(19)にも供給することにより直交２軸の一方の周り
の角度の制御に伴い発生する他方の周りの角度の変化を
相殺する相殺回路とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ソナーやアンテナなど
のセンサの走査機構や追尾機構として利用されるセンサ
角度の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の制御装置の代表的な例として
は、船底から水中に超音波ビームを放射すると共にその
反射波を受波することによって魚群探知を行うソナーの
スキャンニング機構がある。

【０００３】ソナーのスキャンニング方式は、機械的に
スキャンニングを行うものと、電子的にスキャンニング
を行うものとに大別される。機械的スキャンニング方式
においては、図６乃至図８に示すように、船舶ａの船底
に搭載したトランスジューサを回転させることによっ
て、細い超音波ビームｂの送受波方向を変化させ、すな
わち送受波→回転→送受波→回転といった動作を繰り返
すことによって得られる反射波から魚群を探知し、探知
された情報をＰＰＩ表示する。ここで、図６に示すよう
に、超音波ビームｂを水平旋回させた場合は、海面付近
の魚群以外は探知することができないため、海面と海底
との間の中層域の魚群を探知するには、図７に示すよう
に、超音波ビームｂの放射を俯角方向とする必要があ
る。この場合の俯角θは、海水中における超音波ビーム
の減衰や屈折等による探知距離の限界と、海底までの水
深によって設定される。また、垂直断面方向において魚
群を探知する場合は、図８に示すように、旋回方向には
固定しておき、俯角方向にのみ超音波ビームｂの送受波
方向を回転させる。

【０００４】上述のような機械的スキャンニングは、従
来、図９に示すような角度制御装置によって行われてい
る。高周波電圧と超音波の相互変換を行うトランスジュ
ーサ１は、水平な回転軸２を介して枠体３に支承される
と共に、この枠体３の一側に取り付けられたパルスモー
タなどの俯角制御モータ４によって回転軸２の周りに回
転され、送受波面１ａの俯角が制御される。枠体３は、
垂直な回転軸５を介して図示しないハウジングに吊支さ
れ、このハウジングに取り付けられたパルスモータから
なる旋回角制御モータ６の回転力をギヤ７を介して伝達
することによって回転軸５の周りに回転され、これによ
って前記トランスジューサ１の送受波面１ａの旋回角が
制御される。トランスジューサ１に対する高周波電気信
号の入出力と、俯角制御モータ４への駆動電流及び俯角
制御信号の供給は、回転軸５の軸周に装着されたスリッ
プリング８と、このスリップリング８に摺接されたブラ
シ９を介して行われている。

【０００５】なお、トランスジューサ１、枠体３、俯角
制御モータ４及び旋回各制御モータ６を含む全体は、船
底から突出した図示しない保護ドームで覆われており、
このドーム内の下部には、音響インピーダンスがドーム
外部の海水と近似する油等の媒質が満たされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の制御装置に
よれば、俯角制御モータ４が枠体３と共に旋回されるた
め、トランスジューサ１の旋回角を制御する旋回角制御
モータ６の慣性負荷が大きくなり、この結果、高速の旋
回が困難になったり、トルクの大きい大型のモータが必
要になるという問題がある。また、スリップリング８と
これに摺接させるブラシ９の本数が俯角制御モータ４へ
の給電路の分だけ多くなると共に、このスリップリング
８の部分を通るトランスジューサ１への信号系に俯角制
御モータ６への駆動電流に伴うノイズが混入するおそれ
があるという問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるセンサ角
度の制御装置は、トランスジューサなどのセンサを回転
自在に保持する枠体と、共通の軸心を有しかつ互に独立
に回転可能な状態で延在される第１，第２の回転軸と、
前記第２の回転軸の回転力を直交方向への回転力に変換
しながら前記枠体に支承されたセンサに伝達するベベル
ギヤ、ウォームギヤ、クラウンギヤその他の動力伝達機
構と、前記第１の回転軸を介して前記枠体を回転させる
ことにより前記センサの前記直交２軸の一方の周りの角
度を制御する第１の電動機と、前記第２の回転軸を回転
させることにより前記動力伝達機構を介して前記センサ
の前記直交２軸の他方の周りの角度を制御する第２の電
動機と、前記第１の電動機に供給する回転指令の一部を
前記第２の電動機にも供給することにより前記直交２軸
の一方の周りの角度の制御に伴い発生する他方の周りの
角度の変化を相殺する相殺回路とを備えている。

【０００８】

【作用】本発明の制御装置をソナーに応用した場合につ
いて説明すれば、枠体に回転自在にトランスジューサが
保持されており、このトランスジューサの旋回角と俯角
とを制御するための第１，第２の回転軸が、共通の軸心
を有しながらかつ互いに独立に回転可能な状態で延在さ
れる。第１の電動機によって第１の回転軸に与えられた
回転力はその回転方向が変換されることなくそのまま枠
体に伝達されこの枠体に保持されているトランスジュー
サの旋回角を変化させる。これに対して、第２の電動機
によって第２の回転軸に与えられた回転量はベベルギヤ
などの動力伝達機構によって直交方向への回転力に変換
されながらトランスジューサに伝達され、上記旋回角と
直交するトランスジューサの俯角を変化させる。第１，
第２の電動機の回転力は互いに独立に回転可能な状態で
延在される第１，第２の回転軸を介してセンサに伝達さ
れるため、一方の電動機が他方の電動機の負荷となる不
都合が解消される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係わるセンサ角度の制御装置
を、船舶の魚群探知用のソナーのスキャンニング機構に
応用した場合を例にとって説明する。図１及び図２にお
いて、参照符号１０は船舶の船底部分に取り付けられる
ハウジング、１１はこのハウジング１０の下側に配置さ
れトランスジューサ３０を水平軸１２を介して回転自在
に支持する枠体、１３はこの枠体１１を回転自在に保持
する円筒状の回転軸である。この円筒状の回転軸１３
は、ハウジング１０の下端壁１０ａに開設された軸孔１
４に垂直に挿通されると共に、スラストベアリング１５
を介して回転自在に支承されており、その上端に設けら
れた従動ギヤ１６と、この従動ギヤ１６に噛み合った駆
動ギヤ１７からなるギヤ列を介して、前記ハウジング１
０の下端壁１０ａ上の旋回角制御用のパルスモータ１８
の回転力が伝達されることにより、枠体１１を介してト
ランスジューサ３０を垂直な軸心の周りに旋回させる。

【００１０】円筒状の回転軸１３の中空部１３ａには、
ハウジング１０の上端壁１０ｂに固定された俯角制御用
のパルスモータ１９の出力軸に接続された棒状の回転軸
２０が挿通されている。中空部１３ａの下端から枠体１
１内に突出した回転軸２０の下端には、駆動ベベルギヤ
２１が設けられている。一方、トランスジューサ３０の
背面３０ｂには水平軸１２と同心状に半円弧状の従動ベ
ベルギヤ２２が固定されている。この従動ベベルギヤ２
２は駆動ベベルギヤ２１と噛み合い、俯角制御モータ１
９によって回転される回転軸２０の旋回方向の回転力が
このベベルギヤ列２１，２２を介して直交する俯角方向
の回転力に変換されながらトランスジューサ３０に伝達
される。これに伴い、トランスジューサ３０は水平軸１
２の周りに回転され、その送受波面３０ａの俯角が制御
される。また、トランスジューサ３０の高周波信号の入
出力は、回転軸１３の周面に固定されたスリップリング
２３と、このスリップリング２３に摺接されたブラシ２
４を介して行われる。

【００１１】ハウジング１０やその下方のトランスジュ
ーサ３０等が存在する全空間は、船底から突出する図示
しないプラスチック製のドームで覆われ、このドーム内
の下部には音響特性が海水に近似する油等の媒質が満た
されている。ハウジング１０の軸孔１４の内周面と回転
軸１３の外周面との間、及び回転軸１３の中空部１３ａ
と回転軸２０の外周面との間には、それぞれオイルシー
ルなどの適宜な軸封装置２５，２６が介在され、ドーム
下部の油が各回転軸間の空隙などを通って上昇するのを
防止している。また、回転軸１３と回転軸２０の間には
ラジアルベアリング２７が介在されている。

【００１２】図３に示すように、旋回角制御用のパルス
モータ１８と俯角制御用のパルスモータ１９の駆動は、
入力される駆動パルスＰ1 ，Ｐ2 の個数によって制御さ
れ、これによって、トランスジューサ３０の送受波面３
０ａの旋回角と俯角が制御される。ここで、旋回角制御
モータ１８のみを回転させてトランスジューサ３０の旋
回角のみを制御しようとする場合、枠体１１を介して回
転軸１３によって旋回されるトランスジューサ３０と共
に、その背面３０ｂの従動ベベルギヤ２２も一体として
旋回されるので、静止している駆動ベベルギヤ２１との
噛み合いが変化する。この結果、トランスジューサ３０
の俯角がその旋回角の変化に伴い変化する。このため、
旋回角制御モータ１８に供給する駆動パルスＰ1 の一部
が、Ｎ分周器３２と加算器３３とを含む相殺回路３１を
介して俯角制御モータ１９にも供給されるようになって
いる。

【００１３】すなわち、相殺回路３１は、トランスジュ
ーサ３０の旋回角と同一の角度だけ駆動ベベルギヤ２１
を旋回させるように、旋回角制御モータ１８へ供給され
る駆動パルスＰ1 をＮ分周器３２で１／Ｎに分周し、こ
の分周された駆動パルス信号ΔＰ1 を加算器３３を介し
て俯角制御モータ１９に供給する。Ｎ分周器３２による
分周比率は、回転軸１３の従動ギヤ１６と旋回角制御モ
ータ１８の出力軸１８ａの駆動ギヤ１７とのギヤ比や各
パルスモータの１パルス当たりの回転角に応じて設定さ
れる。この結果、従動ベベルギヤ２２がトランスジュー
サ３０と一体に旋回されることによって発生する俯角の
変化を相殺するように駆動ベベルギヤ２１が回転され、
一定の俯角を維持した状態でトランスジューサ３０を旋
回制御することができる。また、この制御は、トランス
ジューサ３０を正逆いずれの方向へ旋回させる場合も、
同様に行われる。

【００１４】上記実施例によれば、俯角制御モータ１８
が枠体１１に取り付けられていないため、旋回角制御モ
ータ１８の駆動の際に作用する慣性負荷が小さくなる。
このため、トランスジューサ３０の旋回角制御の高速
化、あるいは旋回角制御モータ１８の小型化を図ること
ができる。また、俯角制御モータ１８への駆動電流の供
給は、スリップリング２３及びこれに摺接されたブラシ
２４を介して行う必要がないため、このスリップリング
２３及びブラシ２４を介して入出力されるトランスジュ
ーサ３０の信号のノイズ発生を防止することができる。
さらに、スリップリング２３とブラシ２４の個数が減少
するので、その摺動トルクが小さくなり、枠体１１の外
側を覆うドームの容積を縮小することができる。このた
め、旋回角制御モータ１８の小型化やスリップリング２
３の減少と相まって、装置全体の小型化が実現される。
また、俯角制御モータ１８がドーム内に存在しないた
め、軸封装置２５，２６による油封も、容易に行うこと
ができる。

【００１５】なお、俯角制御モータ１９による回転軸２
０の旋回方向の回転力を、トランスジューサ３０の俯角
方向の回転力に変換する駆動ベベルギヤ２１と従動ベベ
ルギヤ２２からなる動力伝達機構は、例えば図４に示す
ように、第２の回転軸２０に設けられたピニオンギヤ２
１’とトランスジューサ３０の背面３０ｂに固定したク
ラウンギヤ２２’の噛み合いからなる動力伝達機構や、
図５に示すように、第２の回転軸２０に設けられたウォ
ーム２１”とトランスジューサ３０の背面３０ｂに固定
したウォームホイール２２”からなるウォームギヤ等の
動力伝達機構に代えることができる。

【００１６】以上、本発明に係わるセンサ角度の制御装
置をソナーのスキャンニング機構に適用した場合を例に
とって説明したが、アンテナの方位角と仰角の制御装置
や光や煙や匂いなどを検知する各種のセンサの走査や追
尾のために直交２軸の周りの角度を制御する各種の角度
制御装置にも本発明の角度制御装置を適用できることは
明らかである。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、上述したような構成であるか
ら、一方の電動機が他方の負荷になるという従来の欠点
が解消され、小型・小電力の電動機を用いて高速の制御
を実現できるという効果が奏される。さらに、スリップ
リングとブラシから成る回転接触機構に電動機への給電
系が不要になるため、回転接触機構が簡単になると共に
給電系から信号系への雑音の混入の問題もなくなり、セ
ンサの検出精度や動作の信頼性が向上するという効果も
奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセンサ角度の制御装置をソナーの
スキャンニング機構に適用した一実施例を示す斜視図で
ある。

【図２】図１の実施例の側面図である。

【図３】図１，２の実施例において、旋回角の制御に伴
って発生する俯角の変化を相殺する相殺回路の構成を例
示する概念図である。

【図４】本発明における動力伝達機構としてピニオンギ
ヤとクラウンギヤを適用した他の実施例の部分斜視図で
ある。

【図５】本発明における動力伝達機構としてウオームと
ウォームホイールを適用した更に他の実施例の部分斜視
図である。

【図６】魚群探知において超音波ビームを水平旋回させ
るスキャンニング方法を示す説明図である。

【図７】魚群探知において超音波ビームの放射を俯角方
向に設定して旋回させるスキャンニング方法を示す説明
図である。

【図８】魚群探知において超音波ビームを俯角方向にの
み変化させるスキャンニング方法を示す説明図である。

【図９】船舶の魚群探知用ソナーにおけるトランスジュ
ーサの角度制御装置の従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１１ 枠体 １３ 円筒状の回転軸 １８ 旋回角制御モータ １９ 俯角制御モータ ２０ 回転軸 ２１ 駆動ベベルギヤ ２１’ピニオンギヤ ２１” ウォーム ２２ 従動ベベルギヤ ２２’ クラウンギヤ ２２” ウォームホイール ３０ トランスジューサ（センサ） ３１ 相殺回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスジューサ、アンテナその他のセ
   ンサの直交２軸の周りの角度を独立に制御するためのセ
   ンサ角度の制御装置において、 前記センサを回転自在に保持する枠体と、 共通の軸心を有しかつ互に独立に回転可能な状態で延在
   される第１，第２の回転軸と、 前記第２の回転軸の回転力を直交方向への回転力に変換
   しながら前記枠体に保持された前記センサに伝達する動
   力伝達機構と、 前記第１の回転軸を介して前記枠体を回転させることに
   より前記センサの前記直交２軸の一方の周りの角度を制
   御する第１の電動機と、 前記第２の回転軸を回転させることにより前記動力伝達
   機構を介して前記センサの前記直交２軸の他方の周りの
   角度を制御する第２の電動機と、 前記第１の電動機に供給する回転指令の一部を前記第２
   の電動機にも供給することにより前記直交２軸の一方の
   周りの角度の制御に伴い発生する他方の周りの角度の変
   化を相殺する相殺回路とを備えたことを特徴とするセン
   サ角度の制御装置。