JPS5914162B2 - 零復帰特性を改善した旋回率指示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は航空機に搭載され、航空機の旋回時に旋回の率
を表示する旋回率表示装置、さらに詳しくいえばそのよ
うな表示の復帰性能を向上させた旋回率表示装置に関す
る。

旋回率表示装置としてターンアンドバンクインジケータ
、ターンコージネータ等が知られている。

これ等の装置はジャイロスコープを用い、ジャイロロー
タを支持するジンバルの機体に対する回転量を指示する
ようにしたものが多い。

そして通常指針の表示により９０’毎分の旋回であると
か１８０゜毎分の旋回であるというように構成されてい
る。

そのような表示装置において、ジャイロロータを支持す
る回転可能なジンバルは、ヘアスプリングや引張りばね
により、常に旋回度零方向への回転力が与えられており
、旋回時に発生する摂動トルクとこのばね等とのバラン
スによりジンバルの角度位置が決定され、旋回率の指示
が行なわれる。

そのばね等の零方向への復帰力は変位に比例しジンバル
の回転が大きい方が大きく、変位角が零に近づくに従っ
て減少し零点においては零となる。

またこのような装置においては、ジンバル系、ジャイロ
ロータを構成するモータのロータおよびステークを含む
、のジンバル軸まわりの慣性と前述したばねによる共振
の発生を防止するために、ジンバル系に制動装置が設け
られている。

これ等の装置による制動系数は、通常の旋回計では１（
クリティカルダンピング）、ターンコーディネータでは
１以上（オーバーダンピング）になっている。

そのために旋回を終了してからの零位置への復帰時間が
きわめて長くなり、僅かな摩擦力などの存在により完全
に零に復帰しないという問題があつた。

旋回を終了しても指針が零に戻らない、あるいは零に復
帰するまでの時間が非常に長くなることは、操縦者に不
安感を与える。

本発明の目的は計器の指示を実質的に損なわない範囲内
において計器の零戻り特性を改善した旋回率表示装置を
提供することにある。

前記目的を達成するため本発明による旋回率指示装置は
、ジャイロロータを支持するジンバルの回転変位を表示
する旋回率指示装置において、ジャイロロータを支持す
る一軸まわりの自由度を有し、常時、零位置方向への復
元力が与えられて本体内に支持されているジンバルと、
前記ジンバルの角度変位に対応する表示を行なう表示手
段と、ジンバルの角度方向の制動装置と、前記ジンバル
と一体に回転し回転軸から離れた位置に支持される永久
磁石片と、前記ジンバルが零位置にあるときに空隙を保
って前記永久磁石片に対向し互いに吸引力を及ぼしあう
ように前記本体に固定されている磁性部材とから構成し
である。

上記構成によれば、旋回率指示装置の零戻り特性は改善
される。

すなわち上記構成によれば指針が零近辺に近づくと、本
体に設けられている磁石装置と永久磁石片の吸引力で確
実に零に復帰させられる。

なおこの磁力は、旋回計使用上全く障害にならない。

以下図面等を参照して本発明による旋回率指示装置をさ
らに詳しく説明する。

以下の説明は旋回率指示装置の１種であるターンコージ
ネータについて行なうが他の旋回率指示装置にも同様に
適用できるものである。

第１図は本発明による装置の実施例を示す図である。

内部の構造を明らかにするために外部構造等を一部破断
して示しである。

第２図はジンバルとジャイロロータを構成するホールモ
ータの関係を示す図である。

第３図および第４図はダイアル板と指針の関連を説明す
るための略図である。

第５図は旋回率と指針の捩角を説明するためのグラフで
ある。

第１図に示されているようにアルミニュウム合金等によ
り鋳造された本体１０にはジンバル受管３０が一体に設
けられている。

ジンバル４０にはジンバル軸３５が固定されており、ロ
ーラベアリング３Ｌ３２により前記受管に回転可能に支
持されている。

ジンバル軸３５にはさらにダンピングリング３３．３４
が固定されており、これ等のリングの外周面とジンバル
受管３０との内周面には匍働液が充填されており、この
実施例では軸まわりのジンバル系の回転に対して制動率
を１以上、つまりオーバダンピングにしである。

ジンバル軸３５の下端に一体に設けられているねじ３６
の頭部と、前記ジンバル受管３０との間にはヘアスプリ
ング３７がかけられている。

なお前記ジンバル軸は機軸に平行な垂直平面に存在し機
軸に対して３０°の傾きを保っている。

このジンバルの両先端に設けられている凹溝で、ホール
モータのステータ軸が支持される。

このステータ軸、つまりジャイロのスピン軸、は非旋回
時に機軸に直角であり、かつ水平であるように支持され
る。

第２図は、ジンバル軸３５に垂直な方向から見た図であ
る。

ジンバル４０、ステータ軸、および後述する放熱板を兼
ねる制御回路支持フレーム６２は、ナツト５８，５９，
６０．６１により一体に固定される。

ジャイロロータを構成するホールモータロータ５０は、
ベアリング５６．５７によりステーク軸５３に回転可能
に支持されている。

５２はステータコアの１つを示している。

このホールモータのステータは４極であり、それぞれの
コアにはコイル５４が巻かれている。

この４榛のコアーのうちの互いに直交する２極の先端部
にはホール素子５５が設けられている。

これ等のコイルおよび素子はステータ軸５３に設けられ
ている両端に開く孔を介して接続線γ０゜７１により後
述する回転および速度制御回路７３に接続されている。

速度制御回路７３を形成するためのプリント板６４は、
前記速度制御回路支持フレーム６２と、ジンバルに一端
が固定されているサポートフレームに支持されており、
モータのステータのコア５２に巻かれているコイル５４
への電流供給をスイッチするパワートランジスタＱ１は
フレーム６２に熱的に結合されておりトランジスタの電
極はプリント板に半田付けされている。

制御回路に直流電源を接続するための電源線７２はケー
スと主フレーム１６に固定されているコネクタ１２と制
御回路７３間にたるみを持って接続し、ジンバル４０の
回転に制限を加えないようにしである。

電源が接続されるとホールモータのロータ５０の内側に
接続されている磁化されている磁石リングが、ホール素
子に磁束をおよぼしこのホール素子のホール電圧により
、コイルに接続されているトランジスタ４個をつぎつぎ
に作動させ回転磁界を形成することによりロータを高速
回転させる。

ジンバル４０には伝達ピン４２、および腕４１が設けら
れている。

腕４１には光源を形成するためのランプ４５と永久磁石
片４９を支持する非磁性部材４７が固定されている。

永久磁石片４９には、同様に非磁性部材４６により支持
された永久磁石片４８が対向させられ、光源用のランプ
４５には光電体４４が対抗させられている。

この光電体４４は光源４５の回転に対応する電気的出力
を取り出すためのものである。

後述する指針の指示によらずに電気的に出力を取り出せ
るようにしたものである。

次に第３図、第４図を参照して指針とジャイロロータ、
永久磁石等の関連をさらに説明する。

各図はパネル１３を前面から見た図である。

航空機の形状をした指針１７は指針軸１８に固定されて
おり、本体１０の中央部に設けられた孔（第１図参照）
に軸受１９，２０により回転可能に支持されている。

この軸１８の他端には、指針ホイール２１が固定されて
おり、このホイール２１にホーンばね２２が固定されて
おり、このホーンばねが、前記ジンバル４０に固定され
ている伝達ピン４２に結合させられている。

第３図に示されているように、ロータ５０のスピン軸Ｓ
Ａが機軸に対して水平に保たれているときは、指針１γ
の翼は０を指している。

このとき前述した永久磁石４８．４９の中心軸は図示の
ように一致させられている。

第４図は左旋回の場合の位置関係を示している。

パネル板１３に示されているＬｌおよびＲはそれぞれ左
旋回、および右旋回を示す文字であり、指針が指標１３
ａを指すときは例えば左方向１８０゜、毎分の旋回率を
示すものであり、通常の旋回においてはこの１３ａまた
は１３ｂの通常旋回位置が選ばれ、それよりも極端に大
きな旋回率とか、その半分以内の旋回率、例えば９０°
毎分等はあまり選択されない。

第５図は上記構成の旋回率計の動作を説明するためのグ
ラフである。

図において横軸に左右への旋回率縦軸に指針の回転角を
示しである。

図においてａの示す直線は旋回率とふれ角が比例してい
る通常の装置の特性を示している。

図中すの示す曲線は永久磁石片４９と４８の端面間の距
離を２ｍ１１Ｌ１ｃの示す曲線は１ｍｍにした場合の実
測値を示している。

その他の条件は下記に示す通りであって両方に共通した
条件となっている。

永久磁石片４９の形状：２φＸ３ｍｍ 永久磁石片４８の形状：上に同じ ジンバル軸から永久磁石： ４ｏ工 ４９の先端までの距離 各永久磁石の発生する：３８ｏヵ、つ７ 磁束の強さ 永久磁石間の極性は対向する面が互いに異なった極性と
し近接したときに相互に引きあうようにしである。

なお永久磁石４８．４９を支持する部材は弾性を有して
おり各磁石を軸方向に移動可能に支持している。

第５図から明らかなように、永久磁石片を設けると、旋
回率６０°毎分以内において永久磁石間の吸引力に原因
する感度の低下があられれており、その影響はギャップ
の小であるＣの曲線において著しい。

しかし６０°毎分を越えるとその影響は全く見られない
。

このような条件で旋回を終了したときの指針の戻りを測
定すると１８０°毎分旋回の状態で旋回を終了した場合
において、３６°毎分位置まで復帰する時間はａ、ｂ、
ｃのいずれの場合も殆んど変什は見られないが、３６°
毎分の位置を越えてから零に復帰するまでに要する時間
は、ｃ（ギャップ１朋）の場合は８秒、ｂ（ギャップ２
ｍｍ ）の場合は１３秒であり、いずれの場合にも指
針は正確に零位置に静止した。

ａに相当する場合には感覚的に零とみなし得るところま
で復帰するのに１８〜２５秒を要した。

さらにギャップをせまくする実験を行なったが０、５
ｍｍ以下にすると測定値の安定性において疑問があり、
上記構成においては１．５〜２．２ ｍｙｒｔの範囲に
設定することが好ましいことが判明した。

このようにギャップを設定すると零位置およびその近く
にあるときに、相互に吸引力が働く。

そのため旋回を開始した時点においてジンバル４０の左
右方向への角度変化に若干の拘束力を生せしめるが、旋
回開始時にはジンバル４０に相当大きな回転トルクが生
じるのでこの拘束力は全く問題にならない。

零近辺における指示誤差も計器の使用上全く問題になら
ないことは前述のとおりである。

本発明による旋回率計は以上のように構成されているの
で、旋回を終了すると指針は、円滑に零位置に復帰させ
られるので、操縦者は、いつまでもポインタが戻らない
ことにより不安な感じを持つという問題は完全に解決さ
れる。

次に従来の旋回率計においてはわずかな摩擦力でも、指
針の復帰が阻害され零近くにおいて止ってしまうという
ことがあったが、本発明による装置では、そのような問
題は生じ得ない。

以上詳しく説明した実施例につき、本発明の範囲内にお
いて種々の変形を施し得るものである。

例えば磁石４８．４９のいずれか一方を鉄片におきかえ
るようにしても同様な効果が得られる。

また磁石４９はジンバルと１体に回転しなくともジンバ
ルの移動に対応して移動し、ジンバルの移動を拘束し得
るものであれば良い。

本発明の範囲はそのような変形例を含めて特許請求の範
囲記載のすべてにおよぶものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の実施例を示す側面図、第２
図はジンバルとジャイロロータを構成するホールモータ
の関係を示す図、第３図および第４図はパネル板と指針
との関係を説明するために、パネル板を正面から見た図
、第５図は旋回率と指針の捩角を説明するためのグラフ
である。 １０・・・・・・計器本体、１１・・・・・・ケース、
１２・・・・・・コネクタ、１３・・・−・・パネル板
、１４・・・−・・表面ガラス、１５・・・・・・ガラ
ス押え、１６・・・・・・フレーム、１７・・・・・・
指針、１８・・・・・・指針軸、１９，２０・・・・・
・軸受、２１・・・・・・指針ホイール、２２・・・・
・・ホークばね、３０・・・・・・ジンバル受Ｌ ３１
．３２・・・−・・ジンバルベアリング、３３．３４・
・・・・・ダンパ管、３５・・・・・・ジンバル軸、３
６・・・・・・ねじ、３７・・・・・・ヘアスプリング
、４０・・・・・・ジンバル、４１・・・・・・腕、４
２・・・・・・伝達ピン、４４・・・・・・光電体、４
５・・・・・・ランプ、４６．４７・・・・・磁石保持
体、４８．４９・・・・・・永久磁石片、５０・・・・
・・ロータ、５１・・・・・・永久磁石、５２・・・・
・・ステータコア、５３・・・・・ステータ軸、５４・
・・−・・ステータコイル、５５・・・・・・ホール素
子、５６．５７・・・−・・ボールベアリング、５８，
５９，６０．６１・・・・・・ナツト、６２・・・−・
・制御回路支持フレーム（放熱フレーム）、６３・・・
・・・支持フレーム、６４・・・・・・プリント板、７
０．７１・・・・・・制御接続線、７２・・・・・・電
源線、７３・・・・・・回路ブロック。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ジャイロロータを支持するジンバルの回転変位を表
   示する旋回率指示装置において、ジャイロロータを支持
   する一軸まわりの自由度を有し、常時、零位置方向への
   復元力が与えられて本体内に支持されているジンバルと
   、前記ジンバルの角度変位に対応する表示を行なう表示
   手段と、ジンバルの回転角度の制動装置と、前記ジンバ
   ルと一体に回転し回転軸から離れた位置に支持される永
   久磁石片と、前記ジンバルが零位置にあるときに空隙を
   保って前記永久磁石片に対向し互いに吸引力を及ぼしあ
   うように前記本体に固定されている磁性部材とを含む零
   復帰特性を改善した旋回率指示装置。 ２ 前記永久磁石片と磁性部材は異なった極が対向する
   ように配置された永久磁石対である第１項記載の零復帰
   特性を改善した旋回率表示装置。 ３ 前記永久磁石と磁性部材の軸方向の距離は調節可能
   であって、空隙の長さが調節可能である第１項記載の零
   復帰等性を改善した旋回率指示装置。 ４ 前方永久磁石と磁性部材のジンバルの回転方向への
   影響力は零近辺であり、旋回率を実質的に表示する回転
   位置においては無視できる大きさである第１項記載の零
   復帰特性を改善した旋回率指示装置。 ５ 前記ジンバル系の角度方向の制動装置の制動率は臨
   界制動か過制動である第１項記載の零復帰特性を改善し
   た旋回率指示装置。