JPS60132404A - 物体安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はジャイロと振り子の組み合せにより物体を安
定化させる物体安定化装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

周知のように、ジャイロと振り子の組み合せによる物体
安定化装置が使用される例として、船舶に搭載され、静
止衛星との通信を行う船上アンテナ装置がある。この船
上アンテナ装置に用いられる物体安定化装置の従来１Ｆ
１１を第１図及び第２図を参照して説明する。

静止衛星との通信を行なうアンテナ１１はプラットフォ
ーム１３上に設置され、エレベーション（俯仰角）方向
にはＥ、　Ｌ駆動源１２により駆動され、またアジマス
（方位角）方向にはＡｚ駆動機構１４で上記プラットフ
ォーム１３ごと１％動される。

フラットフオームＩ３は軸受手段としてのジンバル構造
体Ｉ５を介して支柱１６によシ支持され、この支柱１６
は船舶（動揺体）の甲板等に固定される。

第１図に示すジンバル構造体１５のＢ−０−Ｂ′断面は
第２図に示す如くである。すなわち、ジンバル構造体Ｉ
５はインナージンバル１５１、アウタージンバル１５２
及び略直交する２軸のシンバル軸１５３．１５４を有し
、インナージンバル１５１’ｄジンバル軸１５３により
上記支柱１６と連結され、アワタージンバル１５２はジ
ンバル軸１５４によりインナージンノ（ル１５１と連結
される。ジンバル軸１５３の一方の接続端部は支柱１６
に固定され、他方の接続端部はベアリング１５５を介し
てインナージンノくル１５１に回動可能如装着される。

ジンバル軸１５４の一方の接続部はアウタージンバル１
５２に固定され、他方の接続端部はベアリング１５６を
介してインナージンバル１５１に回動可能に装着される
。このようにプラットフォーム１３がジンバル構・遺体
Ｉ５を介して支柱１６で支持されることで、プラットフ
ォーム１３は船舶の任意方向の動揺から切り離され、船
舶の動揺（支柱Ｉ６の動き）に対して全く自由な状態に
される。すなわち、２軸のジンバル軸１５３゜１５４を
介してプラットフォームＩ３を支持したときのプラット
フォームＩ３の動きは例えば球面軸受等のポイントで支
持する軸受手段で支持したときの動きと全く同様である
。

このように、プラットフォーム１３と、支柱１６との間
にはジンバル構造体Ｚ５が介在されると共に、さらにア
クタージ／ノ（ル１５２の周りにはベアリング１５７が
配設されてプラットフォーム１３がアウタージンバル１
５２０周りで回動するように構成される。

すなわち、上す己アクタージンノくル１５２にはこれと
一体にし１］えばスプロケット１５８が装着されており
、プラットフォームＩ３にはＡｚ劇励源１４１からの駆
動力で駆動される例えばスプロケット１４２が設けられ
、これらスプロケット１４２，１５８にはチェーン１４
３が噛み自わされる。インナージンバル１５１及びアウ
タージンバル１５２は支柱Ｉ６に対してそれぞれ俯仰角
方向については揺動できるが方位角方向については支柱
１６と一体であるため、支柱１６と切離されて回転する
ことはできない。したがって、プラットフォームＩ３上
のスプロケット１４２が回動した場合、プラットフォー
ム１３自身がアウタージンノくル１５２の周り（方位角
方向）に回転する。このプラットフォーム１３の方位角
方向の回転はアンテナ１１の方位角方向の制御に利用さ
れる。また、プラットフォーム１３にはジャモロ装（ｇ
１７．１８が懸架される。このジャイロ装置ｚ７，１Ｂ
は船舶の動揺時に生じるプラットフォーム１３を顛けよ
うとする外力を吸収するためのもので、第１図及び第３
図に示すようにジャイロロータＩ７２゜１８２及びジャ
イロモータＺ　７３　、　Ｚ　＆　、？で構成される。

ジャイロモータ１７３．１８３はそれぞれ直交関係にあ
る回転軸１９．２０を介してプラットフォーム１３に固
定された懸架ボスト１７４，１８４により支持される。

回転軸１９．２０のジャイロモータ側の端部は固定であ
り、　１］％架ポスト側の端部はベアリングにより回動
可能に装着される。ジャイロローダ１７２゜１８２はジ
ャイロモータＪ　７．９　、１８３により高速で、かつ
互いに逆向きに回転される。ジャモロ装（ｆ；ｔ、ｘｖ
、ｘｓの重心はそれぞれ回転軸１９．２０の下方に位置
するように設定され、また、アンテナ１１．ジャイロ装
置１７．ＩＢ、プラットフォーム１３等を含む被安定化
物体の全体の重心はジンバル軸１５３，１５４を含む平
面より下方に位置するように設定される。

上記したジンバル構造体１５及びジャイロ装置１７．１
８自体は例えば特開昭５２−１３２６５８号公報、実開
昭５４−１１００４１号公報、米国特許第４０２０４９
１号明Ｓ＋＋　開示び米国特許第４１９３３０８号明細
書にも開示されているとおり、本願出願１１１周知のも
のである。

さて、このように構成された物体安定化装置は次のよう
に動作する。

すなわち、船舶が動揺しない鳩舎はジャイロロータ１７
２．１８２は鉛直軸と平行な軸周りに回転し、（すなわ
ち、ジャイロスピン軸１７Ｉ。

１８１け重力方向に一致している。）プラットフォーム
１３は傾かず安定したままである。しかしながら、船舶
が動揺（ピッチング運動、ローリング運動）シてプラッ
トフォーム１３を傾けようとするトルクが被安定化物体
に加えられたりすると、そのトルクはジャイロ装＋ｒｔ
ｘｙｒ１８に作用するので、ジャモロ装＠ｘ７．ｘｓは
回転軸２θ、７９周りに歳差運１．Ｉ＋を行う。つまり
、フリットフオーム１３を傾けようとするトルクが回転
軸１９．２０に加わると、ジャイロ装置ｉ￥１７．１８
がその不要なトルりを吸収し鉛直軸と平行なｉｌ’ｌｌ
１周りに回転していたジャイロロータ１７２．１８２が
鉛直軸からすわ、た＠ｌ　ｄ）方向の軸周りに回転する
ようになる。（すなわち、ジャイロスピン軸１７１．１
８１１ｆｉ重ブＪ方向に対し斜め方向に向く。）この鉛
直１カ＼らのずれの大きさはプラットフォーム１３を（
（負けようとするトルクの大きさ及びトルりの〕１０わ
っている時間に比１＋ｌし、またジャイロロータ１７２
゜１８２のもつ角運動量（慣性能率（モーメント）、回
転速度に比例）に反比例する７こｅ）ように、ジャイロ
装置１７．１８が動作することにより１船舶が動揺して
もプラットフォームＩ３は１頃７５≧ず安定に保たれる
。したがって、このプラットフォーム１３．上にｆ装置
され＝７’ｚアンテナ１１を萬に静止衛星方向に指向さ
せることができろうこのようなフリットフオームｘ３ｆ
ｇ安定化させる物体安定化装置は受動型スタビライザ装
置とも呼ばれている。

〔背景技術の問題点〕

ところで、上記物体安定化装置は形状及び電源ライン等
の病造上において、フリットフオーム１３及びジャイロ
ロータ１７２，１８２の各可動範囲が設定されている。

そのため、動揺体の動揺角及びジャイロ装置１７．１８
の動揺（すなわち、動揺加速度×動揺周期）が過大とな
った場合、プラットフォーム１３及びジャイロロータ１
７２，１８２の動揺を規制する図示しない規制部がそれ
ぞれ設けられている。すなわち、動揺体の動揺角が過大
となった場合には、まずプラットフォームＺ３が大きく
動揺して規制部に衝突し、これにともなってジャイロ装
置１７ｒ１８に大きなトルクが付与されるためジャイロ
ロータ１７２，１１１２が大きく動揺して規制部に衝突
する非安定状態となる。また、動揺角が機械的な動揺角
の限界内で、ジャモロ装（３１７、ｌ　８に加わる動揺
が過大となった場合には、まずジャイロロータ１７２，
１８２が大きく１マ１１１揺して規制部に衝突し、この
衝突による大きなトルクがプラットフォーム１３に付与
されるためプラットフォーム１３が犬ｆ、　（ｊ＋１１
揺して規ｆ＋ｊｌＪ部に価英する非安定状Ｕφとなる。

このような非安定状態はジャイロロータＩ　７２，１８
２が大きな角運動？ｉ　（ｆ◇を有し、被安定化物体が
大きな慣性モーメントを有することで、プラットフォー
ム１３が動１ｉ８１閉期で両端部を交互に規制部しζ衝
突さぜる状態となるため所要の機能が満されない。

゛また、このような非安定状態が続いた場合、常にジャ
モロ装ｆ＃　１７　、１　Ｂはジャイロロータ１７２．
１１１２の歳差運動にともなう角速度（財）ｘ角運動量
（Ｈ）＝ｌ−ルク（’ｒ）の反力トルクが部品のいずれ
かに付与されるものであるが、衝突にともなって反力ト
ルクが大きくなるため部品の寿命低下を丑ねくと共に、
衝突による破損をまねいていた。

〔発明の目的〕

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な
構成で、かつ被安定化物体の安定化状態を効果的に向上
するようにした物体安定化装置）チを提供することを目
的とするっ〔発明の概要〕 すなわち、この発明は任意方向に動揺する動（１５体に
対して動きを切Ｖ　Ｓす手段を介して設置される被安定
化物体と、この被安定化物体に装ｆＭされ回転駆動力を
発生する駆動源と、この駆動源の回転軸に連結され前記
動揺体の動揺状態で歳差運動を行うロータと、前記被安
定化物体の動揺角が所定角以上になったとき前記駆動源
の回転駆動を停止させる制御手段とを備えたことを特徴
とする。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実＃１例について図面を参照して詳
細に説明する。

第４図に示すように静止衛星とのｉｉ）伯を行なうアン
ブナ２０はプラットフォーム２１上に設置され、図示し
ないＥ　Ｌ　（ｌｊ？ｆ仰角）駆動機構及び八２（方位
角）駆ｍ１１機構によってＥＬ力方向びＡｚ力方向駆動
させるように構成される。プラットフォーム２１はジン
バル構造体２３により支柱２４と連結され、支柱２４は
図示しない！’Ｊ９　（＋ｌ［］の甲板等に固定される
。また、プラットフォーム２１には位１う１規制用のピ
ッチロールストッパ２５がジンバル構造体２３に対応し
て設けられる。支柱２４にはピッチロールストッパ２５
に対応した位置規制用のストッパーｆｊ’Ｊ　２６が設
けられ、ストッパ一部２６近傍の支柱２４には動揺角検
出用の検出スイッチ２７がピッチロールストッパ２５に
対応して設けられる。検出スイッチ２７は例えば船舶の
動揺が過大となってピッチロールストッパ２５がストッ
パ一部２６に当接するとオンされて、ジャイロロータ駆
動用のモータ２８．２９を停止するように構成されてお
り、オン状態からオフ状態への復帰は図示しないタイマ
ー等によって所安時間後に行なわれるように設定される
。

上記ジンバル構造体２３は自在継手（いわゆるユニバー
サル・ジヨイント）状に第５図に示す如く構成される。

すなわち、ジンバル構造体２３は略十字形状に設けた第
１及び第２のジンバル軸３０　、．９　Ｚを有し、これ
ら各両端はプラットフォーム２１及び支柱２４にそれぞ
れ固定された第１及び第２のヨーク部３２．３３に例え
ば針状ころ軸受（図示せず）を介在してほぼ同円周上で
支持される。これによりこの略十字形状のジンバル軸は
船舶のピッチング及びローリング運動に応じて回動する
。そして、第１及び第２のジンバル軸３０．３１の交差
する略中央部にはリード線挿通用の透孔３４が形成され
、この透孔３４には第６図て示すようにプラットフォー
ム２１等に搭載された電気部品（図示せず）のリード線
５１が挿される。そして、この透孔３４を挿通したリー
ド線５ノは支柱２４の下端部に設けられた挿通孔２４１
より取り出されて図示しない箪１源等に接続される。な
お、プラットフォーム２Ｉの重心は第１及び第２のジン
バル＠３０．３１よりも下方に設定される。

上記プラットフォーム２Ｉの両端部にはジャモロ装ｆｉ
ｌ’、’　３５　、３６が第７１ヌ１に示す如く略同様
に４’ｉ’ｆ成される。すなわち、プラットフォーム２
１の両端部には上記モータ２８，２９がそれぞれ固定さ
れ、これらモータ２８，２９の各回転軸２８１．２９１
にはそれぞれ連結用コイルスプリング３８．３９の一端
がダンパ一部材３８１．３９１を介して固着される。コ
イルスプリング３８　、３９は所定のばね力を有してお
り、その１１ハ端はジャイロロータ４０．４１のスピン
軸４０１．４１１に固着される。ジャイロロータ４０，
４１にはスピン１柚４０１　、４１１の他に歳差運動（
すなわち、ジャイロＡｚ軸ＧへＺ、ＧＡ２、周りの回転
）をするプリセツション軸４０２，４１２が設けられ、
これらスピンＱＱｌ＋　４　ｏ　ｚ　、　４　ｚ　Ｊ及
びプリセツション軸４０２．４１２はそれぞれベアリン
グ４２゜４３を介してハウジング４４．４５に所定の状
態に支持される。ハウジング４４．４５はプラットフォ
ーム２１に設けられた数句台４７゜４８に対してベアリ
ング４６を介して所定の状態に支持され゛ておυ、その
所定の位置には位置規制用のストッパ４９，５θがそれ
ぞれジャイロロータ４０，４１に対応して設けられる。

ストッパ４９．５０は、ジャイロロータ４ｏ。

４１に対して過大な動揺が付与されると、取付台４７．
４８の取付面４７１．４８１に当接し−ｃその位置規制
をする。ここで、ジャイロロータ４０，４１の重心はそ
れぞれプリセツション軸４０２．４１２に対して略一致
するように設定される。

さて、このように構成された物体安定化装置は次のよう
に動作する。

すなわち、船舶が動揺しない場合、ジャイロロータ４０
，４１は鉛直軸と平行な軸周りに回転し、（すなわち、
−スピン軸４０１．４１１は重力方向に一致している）
プラットフォーム２ノは傾かず安定状態にある。しかし
ながら、船舶が動揺（ピッチングまたはローリング運動
）してプラットフォーム２１を傾けようとするトルクが
被安定化物体に付与されると、そのトルクはジャイロロ
ータ４０．４１に作用するのでジャイロロータ４０，４
１はプリセツション軸４０２．４１２周りに歳差運動を
行う。つまり、プラットフォーム２１を傾けようとする
トルクがプリセツション軸４０２，４１２に付与される
と、ジャイロロータ４０，４１がこの不要なトルクを吸
収して、プリセツションＱ１１４０２　。

４１２を支点として傾き、いままで鉛直軸と平行な軸周
りに回転していたジャイロロータ４０゜４１が鉛直軸か
らずれた斜め方向の軸周シに回転するようになる。（す
なわち、ジャイロＡＺ軸（Ｇへ１）、（ＧＡ、？）が重
力方向に対し斜め方向に向く。）そして、ジャイロロー
タ４０゜４１はモータ２１１，２９の回転力がコイルス
プリング３８．３９を介してそれぞれ伝達される。

この際、コイルスプリング３８．３９はジャイロロータ
４０，４１に対して歳差運動を拘束するトルクをほとん
ど伺与することなく、シかもそのばね力によって外乱の
ない状態で、ジャイロロータ４０．４１の傾きをも阻止
する。プリセツション軸４０２．４１１は、スプロケッ
ト、？　０３　、　、？　０４に噛合わされたチェーン
からの伝達力により、必要に応じてプラットフォーム２
１がＡｚ軸周りに連続して回転する状態でプラットフォ
ーム２１の回転方向とは逆方向に回転駆動される。

次に、船舶の動揺が過大となって動揺角の限界を越えた
場合、まずプラットフォーム２１が非安定状態となって
大きく動揺される。するとプラットフォーム２Ｉのピッ
チロールストッパ２５は支柱２４のストッパ一部２６に
当接して規制されると共に、検出スイッチ２７をオンし
てジャイロ装置、？　５　、３６のモータ２ｇ、２９の
１駆動を停止させる。この結果、ジャイロ装置３５．３
６はジャイロロータ４０，４１の角運動量（Ｈ）が減少
して零となされる。この際、プラットフォーム２１は動
揺する間に、その重力による単振り子の原理によって略
水平に復帰され、ここに、プラットフォーム２Ｉ及びジ
ャイロロータ４０，４１が安定状態となる。

また、船舶の動揺角が機械的な動揺角の限界内で、ジャ
イロ装置３５．３６に対して付与される動揺が過大とな
った場合、まずジャイロロータ４０．４１の大きな歳差
運動によりストッパ４９．５０が取付面４７１，４８１
に当接する。この際、この当接によるトルクはプラット
フォーム２１をそのピッチロールストッパ２５が支柱２
４のストッパ一部２６に当接する如く動揺させて検出ス
イッチ２７をオンして、モータ２８．２９の駆動を停止
させる。この結果、上述したように、ジャイロ装置３５
．３６はジャイロロータ４０，４１の角運動量（（支）
が零となされプラットフォーム２１はその重力によって
略水平状に復帰してそれぞれ安定状態となる。

このように、上記物体安定化装置ではプラットフォーム
２１の動揺角を検出する検出スイッチ２７を設けて、こ
の検出スイッチ２７の検出に応じてジャイロ装置ｐｉ　
、？　５−、３６のモータ２８゜２９を停止させるよう
に構成した。これは非安定状態を速やかに安定状態に復
帰させることができることで、非安定状態で大きなトル
クを付与される各部品の負担が軽減されるため部品の寿
命が向上され、かつ非安定状態での衝突等による破損等
が防止される。

〔発明の効果ｊ 以上、詳述したようにこの発明によれば簡易な構成で、
かつ被安定化物体の安定化状態を効果的に向上するよう
にした物体安定化装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は従来の物体安定化装置を示
す斜視図、断面図及び構成図、第４図はこの発明の一実
施例に係る物体安定化装置を示１−斜視図、第５図は第
４図のジンバル構造体の詳細を示す斜視図、第６図は第
５図の要部を示す斜視図、第７図は第４図のジャイロ装
置の詳４＋１１を示す（゛構成図である。 ２０・・・アンテナ、２１・・・プラットフォーム、２
３・・・ジンバル構造体、２４・・・支柱、２５・・・
ピッチロールストッパ、２６・・・ストッパ一部、２７
・・・検出スイッチ、２Ｂ、２９・・・モータ、３０・
・・ａ！＋１のジンバル軸、３１・・・第２のジンバル
軸、３２・・・第１のヨーク部、３３・・・第２のヨー
クイｔＩへ、３４・・・透孔、５Ｉ・・・リード線、３
５゜３６・・・ジャモロ装（５ｉ、３’８　、３９・・
・コイルスプリング、４０．４１・・・ジャイロロータ
、４２゜４３・・・ベアリング、４４．４５・・・ハウ
ジング、４６・・・ベアリング、４７．４８・・・取付
台、４９Ｌ５０・・・ストッパ。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　運筆１図 第２図 第３図　□ ３ 第４図 １［ 第５図 第７図 ２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 任意方向に動揺する動揺体に対して動きを切り離す継手
   手段を介して設置される被安定化物体と、この被安定化
   物体に装着され回転駆動力を発生する陽動源と、この駆
   動源の回転軸に連結され前記動揺体の動揺状態で歳差運
   動を行うロータと、前記被安定化物体の動揺角が所定角
   以上になったとき前記駆動源の回転駆動を停止させる制
   御手段とを具備することを特徴とする物体安定化装置。