JPH07215280A - 船舶用動揺制振装置及び船舶 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 構造が簡単で、メンテナンスも容易で、性能
悪化のおそれも少ない船舶用動揺制振装置を提供する。 【構成】 コントロール・モーメント・ジャイロのフラ
イホイール１を、軸受６及びジンバル２で支持する。こ
のジンバル２は軸受７とサポート８で支持され、サポー
ト８はボートに固定される。５はフライホイール１を高
速回転させるための偏平型スピンモータである。フライ
ホイール１の回転数は制御せず損失との釣り合った点を
定常回転数としているため、余分なコントローラを必要
としない。ジンバル軸３の動揺を制御するブレーキとし
て、ディスクブレーキ３０を装着する。ディスクブレー
キはジンバル軸連結固定ディスク９とサポート連結固定
ディスク１０とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボートや遊漁船等に利用
できる動揺制振装置に関する。本発明はゴンドラや、モ
ノレール、又はクレーン吊荷等の動揺制振にも利用でき
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置は図１２に示すように、コン
トロール・モーメント・ジャイロのジンバル軸３にドラ
ムブレーキ４を設け、そのドラムブレーキの摩擦力によ
りジンジル２の動揺を制動している。すなわち高速回転
しているフライホイール１をジンバル２によって支持
し、ジンバル２と接続されたジンバル軸３の回転をドラ
ムブレーキ４により制動する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置のようにド
ラムブレーキを使う場合には、ドラムブレーキの表面に
ついたゴミや水分等の除去が困難であり、放熱性も良く
ない。そのためメンテナンスが容易でなく、性能悪化の
おそれもある。

【０００４】さらにフライホイールの回転数も制御しな
ければならないため、そのコントローラを必要とし、高
温、多湿な海上での運用には適していない。本発明はこ
れらの問題を解決できるとともに、狭いスペース内でも
利用できる装置および前記装置を搭載した船舶を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（第１の手段）本発明に係る船舶用動揺制振装置はコン
トロール・モーメント・ジャイロ１００を有する動揺制
振装置において、前記ジャイロ１００のフライホイール
１のスピン軸６０は偏平型スピンモータ５により駆動さ
れるとともに、スピン軸受６を介してジンバル２で支持
され、前記ジンバル２はジンバル軸３とジンバル軸受７
を介してサポート８で支持され、ジンバル軸３の動揺は
ディスクブレーキ３０により制動され、前記ディスクブ
レーキ３０はジンバル軸連結固定ディスク９とサポート
連結固定ディスク１０とからなることを特徴とする。

【０００６】（第２の手段）本発明に係る船舶用動揺制
振装置は第１の手段において、ジンバル軸３の動揺はパ
ウダブレーキ４０により制動され、前記パウダブレーキ
４０はサポート８に設置した永久磁石１２と、ジンバル
軸連結固定ディスク９と、パウダブレーキ４０内に封入
された磁性粘体のパウダ１４から成ることを特徴とす
る。

【０００７】（第３の手段）本発明に係る船舶用動揺制
振装置は第１の手段において、ジンバル軸３の動揺は、
オイルダンパ１１により制動され、前記オイルダンパ１
１はジンバル軸３に固定されたディスク９の周囲をオイ
ル１７で満たし、オイルダンパのケーシング５０と前記
ディスク９との間の微細すきま２０を通してオイル１７
が移動するときの抵抗力を、ジンバル軸３のブレーキ力
とすることを特徴とする。

【０００８】（第４の手段）本発明に係る船舶は、コン
トロール・モーメント・ジャイロ１００のジンバル軸３
を船体のピッチ軸方向と平行に設置した第１の手段、第
２の手段、又は第３の手段に記載の船舶用動揺制振装置
を具備することを特徴とする。

【０００９】

【作用】ジンバル軸の制動抵抗として用いたディスクブ
レーキやパウダブレーキの場合はブレーキ機能の点検が
楽に行える。また最悪の場合でもディスクを交換するだ
けでよいためメンテナンスが容易である。

【００１０】またオイルダンパ（粘性ダンパ）を使用す
る場合はジンバル軸の制動抵抗は、クーロン摩擦でな
く、ジンバル軸角速度に比例した制動抵抗（粘性抵抗）
となり、非線形要素がなくなるので、本発明装置の性能
向上にもつながる。

【００１１】本発明装置はコンパクトであるので、バッ
テリによる駆動を可能にすることにより電源（発電機）
のない小型のボート等にも適用が可能となる。またフラ
イホイールの回転数制御においては、余分なコントロー
ラをなくすことができるために信頼性も向上する。

【００１２】

【実施例】

（第１実施例）本件発明の第１実施例図１〜図３に示
す。図１は、本発明装置をボートに適用した場合の搭載
図を示し、図２は本発明の制振装置の構成図を示す。

【００１３】本発明装置のボートへの設置については、
ボートの進行方向に対して、ジンバル軸３が直角になる
様に配置する。尚図１では本発明装置を２機搭載した例
を示しているが、１機のみを用いても良い。図３に第１
実施例に対する各機器の構成を示す。コントロール・モ
ーメント・ジャイロ１００のフライホイール１を、軸受
６及びジンバル２で支持する。このジンバル２は軸受７
とサポート８で支持され、サポート８はボートに固定さ
れる。５はフライホイール１を高速回転させるためのス
ピンモータである。制振装置本体のコンパクト化のため
スピンモータ５は、パンケーキ型（偏平型）の物を使用
している。また、フライホイール１の回転数は制御せず
損失との釣り合った点を定常回転数としているため、余
分なコントローラを必要としない。これらの電気・電子
部品数の低減により、本装置の信頼性を向上させ、コス
トの低減を計っている。

【００１４】ジンバル軸３の動揺を制動するブレーキと
して、ディスクブレーキ３０を装着する。ディスクブレ
ーキ３０は、ジンバル軸固定ディスク９とサポート固定
ディスク１０からなり、サポート８側に固定されたディ
スク１０とジンバル軸３に連結固定されたディスク９の
擦り合わせ時の摩擦トルクによって、ジンバル軸３の動
揺を制動するものである。尚これにはパウダブレーキ４
０を用いても良い。

【００１５】これらの装置を駆動させた場合、ジンバル
軸３及びジンバル２が動揺してロール軸方向に制振トル
クを発生するが、ジンバル軸３が傾きを持つために、ヨ
ー軸方向（鉛直方向）に分力を発生する。しかし、本発
明装置を１セットにつき２機（２機／１ｓｅｔ）ボート
に搭載し、フライホイール１の回転を各々逆に駆動する
ことにより、このヨー軸方向の分力を打ち消すことがで
きる。

【００１６】またこれら２機の間には、電気的又は機械
的な接続の必要がないためボート等の限られた空間内で
の配置には非常に有利である。 （第２実施例）本発明の第２実施例を図１、図２および
図４に示す。

【００１７】第２実施例は、ジンバル軸３の制動用とし
て、第１実施例のディスクブレーキ３０に代えてオイル
ダンパ（粘性ダンパ）１１を使用したものである。第２
実施例の方式の各機器の構成品は第１実施例のディスク
ブレーキ方式と同様である。そのため詳細な説明を省略
する。

【００１８】第２実施例の方式の特徴は、ジンバル軸３
に発生する回転力に対し、ジンバル角速度ｐに比例した
制動力が得られることである。第１実施例では摩擦制動
力がクーロン摩擦であったが、第２実施例では粘性摩擦
になるため第２実施例により第１実施例よりも高性能化
を図ることが出来る。

【００１９】（第３実施例）本発明の第３実施例を図１
〜図５に示す。第３実施例は、第１実施例または第２実
施例において、ジンバル２の揺れ角度を先に述べた制動
用ブレーキ（３０，１１）を用いて小さく調整する。第
３実施例によれば制振装置１セットにつき１機（１機／
ｓｅｔ）でもヨー軸方向の分力は小さいため、必ずしも
１セットにつき２機搭載する必要性はない。第３実施例
の方式についても各機器の構成については先に述べた第
１実施例と同様であるため、詳細な説明を省略する。

【００２０】更にこれら３方式の実施例については、い
づれもスピンモータ用の電流リミッタを設置することに
より、バッテリで駆動することが可能であるため、電源
のない場所、特に小型のボート等への適用には非常に有
理である。

【００２１】次に本発明装置に使用するディスクブレー
キ、パウダブレーキ、粘性ブレーキ、スピン系のオープ
ン制御、偏平型スピンモータにつき説明する。 （ディスクブレーキ）図６にディスクブレーキ３０の適
用例を示す。

【００２２】サポート８に固定されたディスク１０に、
永久磁石１２とブレーキ板１６が設置されており、ジン
バル軸３に固定されたディスク９との間に、永久磁石に
よる磁束１３が作用する事で、ジンバルの回転運動に対
して、クーロン摩擦力が働き、ジンバル３の動揺を制動
する。この時、ブレーキ力は永久磁石の磁束により常に
ほぼ一定の制動力を得ることができる。

【００２３】（パウダブレーキ）図７にパウダブレーキ
の適用例を示す。サポート８に永久磁石１２が設置され
ており、ジンバル軸３に固定されたディスク９とブレー
キ内に封入された磁性粘体（パウダ）１４に、永久磁石
による磁束１３が作用する事で、ジンバルの回転運動に
対して、クーロン摩擦力が働き、ジンバル３の動揺を制
動する。この時、ブレーキ力は永久磁石の磁束により、
常にほぼ一定の制動力を得ることができる。

【００２４】（オイルダンパ）図８にオイルダンパ（粘
性ダンパ）の適用例を示す。ジンバル軸３に固定された
ディスク９（断面Ｂ−Ｂ参照）の周囲をオイル（シリコ
ン油等）１７で満たし、オイルダンパのケーシング５０
とディスク９との間の微細すきま２０を通して、オイル
１７が移動する時の抵抗力をジンバル軸３のブレーキ力
として利用し、ジンバル３の動揺を制動する。

【００２５】この時、オイルダンパのブレーキ力は、理
論的に図８（Ｂ）に示すように回転速度に比例する粘性
摩擦として働くため、線形制動が可能となり、ジンバル
の制動がしやすくなる長所を有する。

【００２６】（ジンバルブレーキ）図９は、ジンバル・
ブレーキと制振効果の関係を示す。本発明装置の制振出
力は、図９に示す様にブレーキ力の最適値で最も優れた
制振効果を有するため、図６〜図８に示す各ブレーキす
なわちディスクブレーキ（図６）、パウダブレーキ（図
７）、オイルダンパ（図８）に対してこのブレーキ力を
あらかじめ調整する。

【００２７】ブレーキ力が最適値より小さいと、ジンバ
ルが過度に揺動あるいは、回転して、制振トルク（出
力）がでない。またブレーキ力が最適値より大きいとジ
ンバルが揺動できず、同様に制振トルク（出力）がでな
い。

【００２８】（スピン系のオープン制御）図１０はスピ
ン系のオープン制御特性を示すブロック図と回転数トル
ク特性を示す。スピン系ではバッテリ１８から定電圧を
供給し、電流リミッタ１９を通して、直接スピンモータ
５に電流が供給される。スピンモータ５にはフライホイ
ール１が直結されている。ここではスピンモータ５の回
転速度センサ等によるフィードバックを行わず、回転速
度は図１０の電圧一定特性直線により、回転トルク（摩
擦損失、風損、うず電流損、銅損等）と釣り合った点に
より一義的に決定され、オープン制御を行っている。こ
れにより回転数制御コントローラをなくすことができ
る。

【００２９】電流リミッタ１９は、モータの起動時に過
電流が流れることを防止することにより、モータを損傷
させる事を防いでいる。 （偏平型スピンモータ）図１１は、偏平型スピンモータ
の構造を示す。

【００３０】図１１に示すようにモータの高さを短く
し、ジンバルの回転に支障ない様にした構造にする。ス
ピンモータ５は電機子２１、永久磁石１２、ブラシ２２
及び軸受２３から構成されており、電機子２１を薄くで
きるプリントモータを採用しているので、小型化するこ
とができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）ジャイロのジンバル軸の制動用としてディスクブ
レーキ等を使用することにより、摩擦力による発熱の悪
影響を抑えることが出来る。

【００３２】（２）構造が簡単になるためメンテナンス
も容易になる。 （３）フライホイールを回転させるための余分なコント
ローラの削除により信頼性のある安価な装置が提供出来
る。 （４）コンパクト化することができるため各種のボート
（レジャー用小型ボートや遊漁船等）に利用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る実艇搭載の外観図、

【図２】本発明の制振装置の構成図、

【図３】第１実施例の各機器の構成図、

【図４】第２実施例の各機器の構成図、

【図５】第３実施例の各機器の構成図、

【図６】本発明装置におけるディスクブレーキの適用
図、

【図７】本発明装置におけるパウダブレーキの適用図、

【図８】本発明装置におけるオイルダンパ（粘性ダン
パ）の適用図、

【図９】ブレーキ力と制振効果の関係を示す図、

【図１０】スピン系のオープン制御特性の説明図、

【図１１】偏平タイプのスピンモータの構造を示す図、

【図１２】従来の実施例を示す図、

【符号の説明】

１…フライホール ２…ジンバル ３…ジンバル軸 ４…ドラムブレーキ ５…スピンモータ ６…スピン軸受 ７…ジンバル軸受 ８…サポート ９…ジンバル軸連結固定ディスク １０…サポート固定ディスク １１…オイルダンパ／粘性ダンパ １２…永久磁石 １３…永久磁石による磁束 １４…磁性粉体（パウダ） １５…シール １６…ブレーキ板 １７…オイル（シリコン油等） １８…バッテリ １９…電流リミッタ ２０…微細すきま ２１…電機子 ２２…ブラシ ２３…軸受 ３０…ディスクブレーキ ４０…パウダブレーキ ５０…オイルダンパのケ−シング ６０…スピン軸 １００…コントロール・モーメント・ジャイロ

フロントページの続き (72)発明者 竹内 洋志 愛知県小牧市大字東田中1200番地 三菱重 工業株式会社名古屋誘導推進システム製作 所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コントロール・モーメント・ジャイロ
   （１００）を有する動揺制振装置において、前記ジャイ
   ロ（１００）のフライホイール（１）のスピン軸（６
   ０）は偏平型スピンモータ（５）により駆動されるとと
   もに、スピン軸受（６）を介してジンバル（２）で支持
   され、 前記ジンバル（２）はジンバル軸（３）とジンバル軸受
   （７）を介してサポート（８）で支持され、 ジンバル軸（３）の動揺はディスクブレーキ（３０）に
   より制動され、 前記ディスクブレーキ（３０）はジンバル軸連結固定デ
   ィスク（９）とサポート連結固定ディスク（１０）とか
   らなることを特徴とする船舶用動揺制振装置。
2. 【請求項２】 ジンバル軸（３）の動揺はパウダブレー
   キ（４０）により制動され、 前記パウダブレーキ（４０）はサポート（８）に設置し
   た永久磁石（１２）と、ジンバル軸連結固定ディスク
   （９）と、パウダブレーキ（４０）内に封入された磁性
   粘体のパウダ（１４）から成ることを特徴とする請求項
   １記載の船舶用動揺制振装置。
3. 【請求項３】 ジンバル軸（３）の動揺は、オイルダン
   パ（１１）により制御され、 前記オイルダンパ（１１）はジンバル軸（３）に固定さ
   れたディスク（９）の周囲をオイル（１７）で満たし、
   オイルダンパのケーシング（５０）と前記ディスク
   （９）との間の微細すきま（２０）を通してオイル（１
   ７）が移動するときの抵抗力を、ジンバル軸（３）のブ
   レーキ力とすることを特徴とする船舶用動揺制振装置。
4. 【請求項４】 コントロール・モーメント・ジャイロ
   （１００）のジンバル軸（３）を船体のピッチ軸方向と
   平行に設置した請求項１，２又は３記載の船舶用動揺制
   振装置を具備することを特徴とする船舶。