JP2021519424A

JP2021519424A - 回転装置のための改善された機構

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Publication number: JP2021519424A
Application number: JP2020551917A
Authority: JP
Inventors: トムソン，スタンレイ; ミラー，アンドリュー; テイラー，パトリック; ヒクソン，ジェラード; コーツ，トム
Original assignee: Verton Ip Pty Ltd
Current assignee: Verton Ip Pty Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: US20210017001A1; WO2019183675A1; EP3775774A4; CA3095192A1; EP3775774A1; AU2019240762A1; JP7312466B2

Abstract

ジャイロモジュールは、支持体に回転可能に取り付けられた少なくとも１つのジャイロ回転子を備え、少なくとも１つのジャイロ回転子は、少なくとも１つの第１の動力源によって駆動され、少なくとも１つのジンバルフレームが少なくとも１つのジャイロ回転子の支持体に結合されている。ジャイロモジュールは、少なくとも１つのジンバルフレームに結合され、少なくとも１つのジャイロ回転子の向きを変更するための少なくとも１つの旋回軸受を備え、少なくとも１つの旋回軸受は、少なくとも１つのジンバルフレームに取り付けられた少なくとも１つの第２の動力源によって駆動される。【選択図】図１

Description

本発明は、回転装置のための改善された機構（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）に関する。特に、本発明の実施形態は、ジャイロデバイス、より詳細には制御モーメントジャイロスコープのための改善された機構に関する。

限定しないが輸送および建設などの産業分野において、荷物を吊るし、移動させ、再配置することは、荷物を最終位置に設置する前に何度も行われる。吊り下げられた荷物を、例えばクレーンを介して、移動させることは、周囲の作業者や構造物を危険にさらす可能性がある。移動のある局面はクレーンによって制御可能であるが、荷物の回転は、予測不可能なことが多く、また風などの環境要因および／または荷物自体の性質によって突然に影響を受け得ることが多い。１つ以上のジャイロスコープを使用して荷物の回転を制御することが知られている。実際に、本出願人は、制御モーメントジャイロスコープ（ＣＭＧ）モジュールを含む、荷物の追跡および制御のための改善された荷物管理システムおよび方法を考案してきた。これらのシステムや方法において、吊り下げられた荷物の向きは、制御モーメントジャイロモジュール内で角運動量を転送することによって制御される。出願人の改善された荷物管理システムおよび方法は、特許文献１の主題であり、特許文献１は、その全体を本明細書に援用として参照される。

上記のような用途においてジャイロスコープを使用することに関連する問題は、ジャイロスコープの回転子やその筐体の物理的な大きさや関連する質量である。例えば、制御モーメントジャイロスコープから出力される、使用可能なトルクまたはモーメントを生成する際の決定的な拘束条件は、ジャイロ回転子の外径であり、より程度は低いが、幅または厚さである。制御モーメントジャイロスコープには、多くの用途があるが、特に、そこでは、特許文献１に記載のジャイロモジュールの寸法などのデバイスの外径寸法が使用性や市場での受け入れに対して重要になる。したがって、最大可能回転子直径に対する最小可能スペースにおいて収容可能なジャイロモジュールのための少なくとも機械的構成要素および好ましくはまた電気的構成要素の機構を開発することが要求されている。

本明細書におけるいずれの従来技術への参照も、その従来技術が一般常識の一部を形成することを承認したり、何らかの形の示唆をしたりするものではないし、そのように解釈されるべきものでもない。

国際公開第２０１７／０５９４９３号（ＰＣＴ／ＡＵ２０１６／０５０９４１）

本発明の好適な目的は、回転装置のための、特に制御モーメントジャイロスコープのための改善された機構を提供することである。これは、従来技術の上記問題のうちの１つ以上を解決するか、または少なくとも改良し、かつ／または有用な商用代替物を提供する。

本発明は、回転装置のための、特に制御モーメントジャイロスコープのための改善された機構に関する。特に、本発明の実施形態は、従来の軸受の代わりに１つ以上の旋回軸受を使用して、支持し、ジャイロスコープの回転子の向きを変更することに関する。

１つの形態において、必ずしも最も広いわけではなく、唯一の形態でもないが、本発明は、
支持体に回転可能に取り付けられた少なくとも１つのジャイロ回転子であって、前記少なくとも１つのジャイロ回転子は、少なくとも１つの第１の動力源によって駆動される、少なくとも１つのジャイロ回転子と、
前記少なくとも１つのジャイロ回転子の前記支持体に結合された少なくとも１つのジンバルフレームと、
前記少なくとも１つのジンバルフレームに結合され、前記少なくとも１つのジャイロ回転子の向きを変更するための少なくとも１つの旋回軸受であって、前記少なくとも１つの旋回軸受は、前記少なくとも１つのジンバルフレームに取り付けられた少なくとも１つの第２の動力源によって駆動される、少なくとも１つの旋回軸受と
を備えるジャイロモジュールである。

いくつかの実施形態において、前記ジャイロモジュールは、単一の第１の動力源によって駆動される単一のジャイロ回転子と、前記単一のジャイロ回転子の前記支持体の各側に結合されたジンバルフレームと、各ジンバルフレームに結合され、前記単一のジャイロ回転子の向きを変更するための旋回軸受であって、各旋回軸受は、それぞれの第２の動力源によって駆動される、旋回軸受とを備える。

他の実施形態において、前記ジャイロモジュールは、単一の第１の動力源によって駆動される単一のジャイロ回転子と、前記単一のジャイロ回転子の前記支持体の各側に結合されたジンバルフレームと、各ジンバルフレームに結合され、前記単一のジャイロ回転子の向きを変更するための旋回軸受であって、前記旋回軸受のうちの１つは、それに対応する第２の動力源によって駆動される、旋回軸受とを備える。

さらなる実施形態において、前記ジャイロモジュールは、単一の第１の動力源によって駆動される単一のジャイロ回転子と、前記単一のジャイロ回転子の前記支持体の一方の側に結合された一対のジンバルフレームと、前記一対のジンバルフレームに結合され、前記単一のジャイロ回転子の向きを変更するための単一の旋回軸受であって、前記単一の旋回軸受は、第２の動力源によって駆動される、単一の旋回軸受とを備える。

さらなる実施形態において、前記ジャイロモジュールは、それぞれ第１の動力源によって駆動される２つのジャイロ回転子と、前記２つのジャイロ回転子のうちの少なくとも１つのジャイロ回転子の前記支持体の各側に結合された一対のジンバルフレームと、各ジンバルフレームに結合され、前記２つの前記ジャイロ回転子の間にあり、前記２つのジャイロ回転子の向きを変更するための旋回軸受であって、前記旋回軸受は、単一の第２の動力源によって駆動される、旋回軸受とを備える。

他の実施形態において、前記ジャイロモジュールは、単一の第１の動力源によって駆動される２つのジャイロ回転子と、前記２つのジャイロ回転子のうちの少なくとも１つのジャイロ回転子の前記支持体の各側に結合された一対のジンバルフレームと、各ジンバルフレームに結合され、前記２つの前記ジャイロ回転子の間にあり、前記２つのジャイロ回転子の向きを変更するための旋回軸受であって、前記旋回軸受は、単一の第２の動力源によって駆動される、旋回軸受とを備える。

好ましくは、前記２つのジャイロ回転子は、ベルトまたはエンドレスループなどによって結合されるが、前記２つのジャイロ回転子のうちの第１のジャイロ回転子が前記単一の第１の動力源によって駆動され、前記２つのジャイロ回転子のうちの第２のジャイロ回転子が前記ベルトまたはエンドレスループなどによって駆動されるように結合される。

好適には、少なくとも１つのジンバルフレームが前記２つのジャイロ回転子の間に結合された前記ベルトまたはエンドレスループなどが通ることを可能にする開口を備える。

好ましくは、前記少なくとも１つの第１の動力源および／または前記少なくとも１つの第２の動力源は、電動モータの形態である。

好適には、各旋回軸受は、リングギアを備える固定内側リングと、前記内側リングに対して可動な外側リングとを備える。

好ましくは、前記旋回軸受の前記外側リングは、前記ジンバルフレームに結合されている。

好ましくは、前記第２の動力源にピニオンギアが結合され、前記ピニオンギアは、前記少なくとも１つのジャイロ回転子の向きを変更するために、前記ピニオンギアの回転によって前記旋回軸受の前記外側リングが前記内側リングに対して回転運動を行うように前記内側リングの前記リングギアに係合している。

いくつかの実施形態において、前記ジャイロ回転子は、偏心であり、前記少なくとも１つのジャイロ回転子の前記支持体が前記少なくとも１つの第１の動力源の駆動シャフトの軸に対して横方向にオフセットされている。

いくつかの実施形態において、前記少なくとも１つの第１の動力源は、ホイールモータまたはハブモータであり、前記ジャイロ回転子は、前記モータの構造の一体化部分である。

いくつかの実施形態において、各旋回軸受は、固定外側リングと、前記外側リングに対して可動な内側リングとを備える。

いくつかの実施形態において、前記リングギアは、前記ジャイロ回転子に対してオフセットされているか、または前記ジャイロ回転子に向かって移動しており、かつ必要に応じて外向きに伸びて、前記旋回軸受の最外部を形成している。

好適には、前記少なくとも１つのジャイロ回転子は、前記支持体に固定された定置中空状真空カバー内の真空中で回転する。

好適には、前記真空カバーは、対称であり、かつ／または前記ジャイロ回転子の断面形状に実質的に適合する断面形状を有する。あるいは、前記真空カバーは、前記真空カバーの少なくとも一部が前記ジャイロモジュールの部品のうちの１つ以上のための構造的支持体を形成するように、前記ジャイロ回転子の断面形状と異なる断面形状を有する。

好適には、前記ジャイロモジュールは、前記支持体に取り付けられた真空ポンプと、前記真空ポンプと前記真空カバーの内部との間に結合されたコンジットとを備える。

好適には、前記ジャイロモジュールは、前記中空状真空カバー内において、前記第１の動力源のシャフトに対する１つ以上のシールをさらに備える。

別の形態において、必ずしも最も広い形態ではないが、本発明は、ジャイロモジュール内の少なくとも１つのジャイロ回転子の向きを変更する方法であって、前記ジャイロモジュールは、支持体に回転可能に取り付けられた少なくとも１つのジャイロ回転子と、前記少なくとも１つのジャイロ回転子に取り付けられた少なくとも１つの第１の動力源と、前記少なくとも１つのジャイロ回転子の前記支持体に結合された少なくとも１つのジンバルフレームと、前記少なくとも１つのジンバルフレームに結合された少なくとも１つの旋回軸受と、前記少なくとも１つのジンバルフレームに結合された少なくとも１つの第２の動力源とを備え、前記方法は、前記少なくとも１つの旋回軸受を前記少なくとも１つの第２の動力源を用いて駆動して、前記少なくとも１つのジャイロ回転子の向きを変更する工程を包含する、方法である。

さらなる形態において、必ずしも最も広い形態ではないが、本発明は、ジャイロモジュール内の少なくとも１つのジャイロ回転子の向きを変更する方法であって、
少なくとも１つのジャイロ回転子を支持体に回転可能に取り付ける工程と、
少なくとも１つのジンバルフレームを前記少なくとも１つのジャイロ回転子の前記支持体に結合する工程と、
少なくとも１つの旋回軸受を前記少なくとも１つのジンバルフレームに結合する工程と、
前記少なくとも１つのジャイロ回転子を少なくとも１つの第１の動力源によって駆動する工程と、
前記少なくとも１つの旋回軸受を前記少なくとも１つのジンバルフレームに取り付けられた少なくとも１つの第２の動力源によって駆動して、前記少なくとも１つのジャイロ回転子の前記向きを変更する工程と
を包含する方法である。

本発明のさらなる局面および／または実施形態および／または特徴は、以下の詳細な説明から明らかになる。

以下、本発明が容易に理解および実施され得るために、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態を参照する。図面において、同一の要素は、同様の参照符号によって示される。図面は、あくまで例として提供される。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るジャイロモジュールの正面斜視図である。図２は、図１に示すジャイロモジュールの後面斜視図である。図３は、図１に示すジャイロモジュールの平面断面図である。図４は、本発明の第２の実施形態に係るジャイロモジュールの正面斜視図である。図５は、図４に示すジャイロモジュールの後面斜視図である。図６は、本発明の第３の実施形態に係るジャイロモジュールの正面斜視図である。図７は、図６に示すジャイロモジュールの後面斜視図である。図８は、図７に示すジャイロモジュールの平面断面図である。図９は、図７に示すジャイロモジュールの部分正面断面図である。図１０は、図７に示すジャイロモジュールの右側面図である。図１１は、本発明の第４の実施形態に係るジャイロモジュールの正面斜視図である。図１２は、図１１に示すジャイロモジュールの後面斜視図である。図１３は、図１１に示すジャイロモジュールの平面断面図である。図１４は、本発明の第５の実施形態に係るジャイロモジュールの正面斜視図である。図１５は、図１４に示すジャイロモジュールの後面斜視図である。図１６は、本発明の第６の実施形態に係るジャイロモジュールの正面斜視図である。図１７は、図１６に示すジャイロモジュールの後面斜視図である。図１８は、図１６に示すジャイロモジュールの正面断面図である。図１９は、本発明の第７の実施形態に係るジャイロモジュールの正面斜視図である。図２０は、図１９に示すジャイロモジュールの後面斜視図である。図２１は、図１９に示すジャイロモジュールの正面断面図である。図２２は、本発明の第８の実施形態に係るジャイロモジュールの正面斜視図である。図２３は、図２２に示すジャイロモジュールの後面斜視図である。図２４は、図２２に示すジャイロモジュールの正面断面図である。図２５は、本発明の第９の実施形態に係るジャイロモジュールの正面斜視図である。図２６は、図２５に示すジャイロモジュールの後面斜視図である。図２７は、図２５に示すジャイロモジュールの断面正面斜視図である。図２８は、図２５に示すジャイロモジュールの断面後面斜視図である。図２９は、図２５に示すジャイロモジュールの平面断面図である。

図面における要素は、簡潔および明瞭となるように例示され、必ずしも正確な縮尺にはなっていないことが当業者に理解される。例えば、図面における要素のいくつかの相対的な寸法は、本発明の実施形態を理解しやすくなるように変形されていることがある。装置の要素のいつかは、分かりやすくするために一部の図面から省略されていることがある。

本発明の実施形態は、少なくとも１つのジャイロ回転子を備えるジャイロモジュールに関する。少なくとも１つのジャイロ回転子は、少なくとも１つのジャイロ回転子の支持体に回転可能に取り付けられている。少なくとも１つのジャイロ回転子は、少なくとも１つの第１の動力源によって駆動される。少なくとも１つのジンバルフレームが少なくとも１つのジャイロ回転子の支持体に結合されている。少なくとも１つのジャイロ回転子の向きを変更するために、少なくとも１つの旋回軸受が少なくとも１つのジンバルフレームに結合されている。少なくとも１つの旋回軸受は、少なくとも１つのジンバルフレームに取り付けられた少なくとも１つの第２の動力源によって駆動される。

図１〜３を参照する。第１の実施形態に係るジャイロモジュール１００は、単一のジャイロ回転子１０２を備える。ジャイロ回転子１０２は、ジャイロ回転子１０２のための支持体１０４に回転可能に取り付けられている。この実施形態において、支持体１０４は、互いに対して間隔をあけた一対の円形板１０４Ａ、１０４Ｂの形態である。ジャイロ回転子１０２は、電動モータなどの単一の第１の動力源１０６によって駆動される。第１の動力源１０６は、支持板１０４Ａ、１０４Ｂの一方または両方における開口１０７を介してジャイロ回転子１０２に結合されている。ジャイロ回転子１０２の支持体１０４の各側には、ジンバルフレーム１０８が、当該分野で公知のいずれかの適切な手段、例えば、溶接または締め付け具によって結合されている。したがって、ジンバルフレーム１０８は、２つある。この実施形態において、一方のジンバルフレーム１０８は、支持板１０４Ａに結合され、他方のジンバルフレーム１０８は、支持板１０４Ｂに結合されている。あるいは、ジンバルフレーム１０８は、ジャイロ回転子１０２の支持体１０４に取り付けられた単一のジンバルフレームの２つの部分と考えられ得る。この実施形態において、ジャイロモジュール１００は、ジャイロ回転子１０２の向きを変更するために、各ジンバルフレーム１０８に結合された旋回軸受１１０を備える。したがって、この実施形態において、旋回軸受１１０は、２つある。すなわち、ジャイロ回転子１０２の各側に１つの旋回軸受１１０がある。各旋回軸受１１０は、ジンバルフレーム１０８のうちのそれぞれの１つに取り付けられた、それぞれの第２の動力源１１２（電動モータなど）によって駆動される。

各旋回軸受１１０は、リングギア１１６を備える固定内側リング１１４と、内側リング１１４に対して可動な外側リング１１８とを備える。各旋回軸受１１０の外側リング１１８は、当該分野で公知のいずれかの適切な手段、例えば、溶接または締め付け具によって、それぞれのジンバルフレーム１０８に結合されている。各第２の動力源１１２には、それぞれのピニオンギア１２０が結合されている。例えば、各ジンバルフレーム１０８は、それぞれの開口１２２を備え得る。各開口１２２には、それぞれの１つの第２の動力源１１２の駆動シャフト１２４を通すことができる。各ジンバルフレーム１０８について、ジンバルフレーム１０８の一方の側に第２の動力源１１２が取り付けられ、ジンバルフレーム１０８の他方の側においては、ピニオンギア１２０が第２の動力源１１２の駆動シャフト１２４に取り付けられている。各ピニオンギア１２０は、それぞれの旋回軸受１１０の内側リング１１４のそれぞれのリングギア１１６に係合している。ピニオンギア１２０がそれぞれの第２の動力源１１２によって駆動され、回転することにより、旋回軸受１１０の外側リング１１８が内側リングに対して回転運動し、ジャイロ回転子１０２の向きを変更する。

図４および５を参照する。第２の実施形態に係るジャイロモジュール１００Ａは、単一の第１の動力源１０６によって駆動される単一のジャイロ回転子１０２を備える。単一のジャイロ回転子１０２の支持体１０４の各側には、ジンバルフレーム１０８が結合されている。すなわち、ジンバルフレーム１０８は、各支持板１０４Ａ、１０４Ｂに結合されている。単一のジャイロ回転子１０２の向きを変更するために、旋回軸受１１０が各ジンバルフレーム１０８に結合されている。しかし、この第２の実施形態において、旋回軸受１１０のうちの１つだけがそれに対応する第２の動力源１１２によって駆動される。各旋回軸受１１０の外側リング１１８は、それぞれのジンバルフレーム１０８に結合されているが、ジンバルフレーム１０８のうちの１つだけが第２の動力源１１２を備える。それ以外は、ジャイロモジュール１００Ａは、上記のジャイロモジュール１００と同じ特徴を有する。この実施形態は、第１の実施形態に比べて、ジャイロモジュール１００の質量、部品数、および製造コストが低くなる。

図６〜１０を参照する。第３の実施形態に係るジャイロモジュール１００Ｂは、単一の第１の動力源１０６によって駆動される単一のジャイロ回転子１０２を備える。単一のジャイロ回転子１０２の支持体１０４の一方の側に一対のジンバルフレーム１０８が結合されている。ここで、ジンバルフレーム１０８は、支持体１０４の互いに反対の面のそれぞれに、すなわち支持板１０４Ａ、１０４Ｂのそれぞれに、結合されている。第１および第２の実施形態とは異なり、単一のジャイロ回転子１０２の向きを変更するために、単一の旋回軸受１１０が一対のジンバルフレーム１０８に結合されている。単一の旋回軸受１１０は、単一の第２の動力源１１２によって駆動される。それ以外は、ジャイロモジュール１００Ｂは、上記のジャイロモジュール１００と同じ特徴を有する。

旋回軸受１１０のころがり要素および軌道輪（ｒａｃｅ）の分散性を利用して、ジャイロ回転子１０２の所与の直径に対して、筐体が取り得る最小のサイズを可能にすることに加えて、各端部に１つの旋回軸受を設ける代わりに、単一の旋回軸受１１０を使用することによって、旋回軸受の非常に高いモーメントまたは偏心荷重容量についての特性が十分に利用される。この実施形態に記載の片持ちばね式の機構内の制御モーメントジャイロスコープ内のジャイロ回転子１０２を支持する単一の旋回軸受１１０を使用することによって、質量、部品数、および複雑性がさらに低減され、そして、上記の第１および第２の実施形態ならびに従来技術と比べて、ジャイロモジュール１００Ｂの製造および運転の両方におけるコストについて、それらを改善するような影響を与え得る。

図１１〜１３を参照する。第４の実施形態に係るジャイロモジュール１００Ｃは、それぞれの第１の動力源１０６によって駆動される２つのジャイロ回転子１０２を備える。すなわち、ジャイロモジュールは、２つの第１の動力源１０６を備える。この実施形態に係るジャイロモジュール１００Ｃは、支持体１０４の各側に結合された一対のジンバルフレーム１０８を備える。すなわち、２つのジャイロ回転子１０２のうちの少なくとも１つのジャイロ回転子の支持板１０４Ａ、１０４Ｂのそれぞれに一対のジンバルフレーム１０８が結合されている。図１１〜１３に示す実施形態において、支持体１０４の各側にジンバルフレーム１０８が結合されている。すなわち、２つのジャイロ回転子１０２のそれぞれについて、支持板１０４Ａ、１０４Ｂのそれぞれにジンバルフレーム１０８が結合されている。すなわち、ジンバルフレーム１０８は、４つある。しかし、４つのジンバルフレーム１０８のすべてが同じ形状や構成を有する必要はない。各ジンバルフレーム１０８に単一の旋回軸受１１０が結合されている。単一の旋回軸受１１０は、２つのジャイロ回転子１０２の間にある。より詳細には、各ジンバルフレーム１０８は、旋回軸受１１０の外側リング１１８に結合されている。旋回軸受１１０は、ジンバルフレーム１０８のうちの１つに取り付けられた単一の第２の動力源１１２によって駆動され、２つのジャイロ回転子１０２の向きを同時に変更する。単一の第２の動力源１１２は、ピニオンギア１２０に結合されている。ピニオンギア１２０は、上記の実施形態に関して記載した旋回軸受１１０の固定内側リング１１４のリングギア１１６に係合している。

この実施形態は、本明細書に記載の第１、第２、および第３の実施形態よりも質量が大きく、部品数が多く、製造コストが高いが、第１、第２、および第３の実施形態よりも大きなモーメントを発生でき、同じモーメントを発生可能な従来のジャイロモジュールよりも小さな体積で発生できる。全体のサイズおよび質量は、常に市場での受け入れや有用性の要因となるが、ジャイロモジュール１００の長さが重要とならない用途もある。例えば、制御モーメントジャイロモジュール１００がリフティングビーム（ｌｉｆｔｉｎｇｂｅａｍ）またはスプレッダーバー（ｓｐｒｅａｄｅｒｂａｒ）内に完全に収容されている場合である。そのような用途において、リフティングビームの全長は、吊り下げられた荷物を適切に支持するために吊り鎖またはスリングの間隔を広げる必要性に応じて設定される。この要件のために、装置の全長は、ジャイロ回転子１０２によって駆動される長さを超える長さとなるように要求されることが多い。これらの用途におけるジャイロモジュール１００の全長は、重要ではないが、完成品の直径は、とりわけ、リフト間でクレーン上のリフティングビームを支持する能力や狭い空間における装備の使いやすさに影響を与える。利用可能なモーメント出力の限度を設定するジャイロ回転子１０２の外径に合わせて、単一のジャイロモジュール１００Ｃ内で２つのジャイロ回転子１０２を使用することは、リフティングビーム直径を増大させることなく容量を倍にする。

図１４および１５を参照する。第５の実施形態に係るジャイロモジュール１００Ｄは、単一の第１の動力源１０６によって駆動される２つのジャイロ回転子１０２を備える。一対のジンバルフレーム１０８が支持体１０４の各側に結合されている。すなわち、２つのジャイロ回転子１０２のうちの少なくとも１つのジャイロ回転子の、好ましくはジャイロ回転子１０２のうちの両方のジャイロ回転子の支持板１０４Ａ、１０４Ｂのそれぞれに一対のジンバルフレーム１０８が結合されている。各ジンバルフレーム１０８に旋回軸受１１０が結合されている。旋回軸受１１０は、２つのジャイロ回転子１０２の間にある。旋回軸受１１０は、単一の第２の動力源１１２によって駆動され、２つのジャイロ回転子の向きを同時に変更する。

この実施形態において、ベルト、鎖、または他のエンドレスループ１２６などによって２つのジャイロ回転子１０２が結合されているが、２つのジャイロ回転子のうちの第１のジャイロ回転子が単一の第１の動力源１０６によって駆動され、２つのジャイロ回転子１０２のうちの第２のジャイロ回転子１０２がベルト、鎖、または他のエンドレスループ１２６などによって駆動されるように結合されている。各ジャイロ回転子１０２のシャフト１２８の端部は、ベルト、鎖、または他のエンドレスループ１２６を受け取るための滑車１３０を備えることができる。ジンバルフレーム１０８のうちの少なくとも１つは、２つのジャイロ回転子１０２の間に結合されたベルト、鎖、または他のエンドレスループ１２６などが通ることのできる開口１３２を備える。

各第１の動力源１０６を取り付け、動力を与え、制御し、モニタする必要がある、図１１〜１３に関して上記した実施形態と異なり、ベルト、鎖、または他のエンドレスループ駆動は、簡単、安価で、信頼性があり、設置コストまたは稼働コストが最小である。したがって、ベルト、鎖、または他のエンドレスループ駆動を使用することによって、コスト、サイズ、または複雑性に関する不利な点を最小にするために、ジャイロモジュール１００Ｄの出力を倍にすることが可能になる。

上記の実施形態に記載のジャイロ回転子１０２はすべて対称であるが、より小さなジャイロモジュールの空間についての拘束条件によっては、偏心回転子の使用が要求されることが考えられる。ここで、図１６〜１８に示すように、支持体１０４（腹部（ｗｅｂ）または中心部）は、軸受およびモータのための空間を最適化するようにオフセットされている。第６の実施形態に係るジャイロモジュール１００Ｅにおいて、支持板１０４Ａ、１０４Ｂを備える支持体（腹部または中心部）１０４は、上記の実施形態と同様に、回転子軸受１０３を介して回転子駆動モータ１０６の駆動シャフトに取り付けられている。しかし、図６〜１０に示す実施形態と比べると、支持体（腹部または中心部）１０４は、回転子駆動モータ１０６の駆動シャフトの軸に対して横方向の一方側にオフセットされている。これは、偏心回転子を示す図１８の断面図と、回転子１０２の支持体（腹部または中心部）１０４が中心に位置する図８に示す断面図とを比較するとよく分かる。

図１９〜２１を参照する。第７の実施形態に係るジャイロモジュール１００Ｆにおいて、回転子駆動モータ１０６に対する改善または変更は、特注のハブモータまたはホイールモータ１０６Ａを使用することを含む。ここで、ジャイロ回転子１０２は、モータ１０６Ａの構造の一体化部分である。これは、可能な長期改善と考えられてきたが、本発明のジャイロモジュールのサイズを低減するためにより重要になる可能性がある。回転子モータおよび回転子を一体化することは、上記の実施形態に記載のモータ１０６を使用する場合と比べて、部品数および軸受などの可動部品の数、および空きスペースを低減する。空きスペースは、特許文献１に記載されるように、センサーや他の構成要素などの他の目的のために使用され得る。ハブモータまたはホイールモータ１０６Ａが本明細書に記載されるように同心回転子または偏心回転子とともに使用され得ることが考えられる。

図２２〜２４を参照する。第８の実施形態に係る、さらに別のジャイロモジュール１００Ｇは、ピニオンギア１２０を介してリングギア１１６に結合されたオフセット第２の動力源またはジンバルドライブ１１２を備え、上記の実施形態とは多くの点で異なる。そのような実施形態において、上記の実施形態とは逆に、旋回軸受の内側リング１１４が回転し、外側リング１１８が固定されている。第二に、そのような実施形態において、ジンバルドライブのためのリングギア１１６は、完全に内側にあるのではなく、回転子１０２に対してオフセットされているか、回転子１０２に向かって移動しており、そして外側へ伸びて、旋回軸受の最も外側の部分を形成している。これは、ジャイロモジュール１００の全直径または全長のどちらも増大させることなく比較的厚い回転子１０２を可能にしつつ、より大きな第２の動力源またはジンバルドライブモータ１１２の実質的なサイズに対して、より小さなジャイロモジュールにおいて十分なクリアランス（ｃｌｅａｒａｎｃｅ）を生成する。第三に、第２の動力源またはジンバルドライブモータ１１２は、支持体１０４の前支持板１０４Ａに結合された、さらなるオフセットジンバルフレーム１０８Ａに取り付けられている。オフセットジンバルフレーム１０８Ａは、固定外側リング１１８に結合されたジンバルフレーム１０８に対して追加されている。リングギア１１６は、旋回軸受と一体化され得るか、または別個のリングとして作製され、次いで旋回軸受自体にボルト締めされるか、シュリンク（ｓｈｒｉｎｋ）され得る。

図２５〜２９を参照する。第９の実施形態に係るジャイロモジュール１００Ｈは、支持体１０４に回転可能に取り付けられたジャイロ回転子１０２を備える。支持体１０４は、ジンバルフレーム１０８に結合されているか、またはその延長部である前および後支持板１０４Ａ、１０４Ｂを備える。ジャイロ回転子１０２は、回転子駆動モータ１０６の形態である第１の動力源の駆動シャフトに回転子軸受１０３を介して回転可能に取り付けられている。ジンバルフレーム１０８は、旋回軸受１１０の外側リング１１８に取り付けられている。第２の動力源またはジンバルドライブモータ１１２は、ジンバルフレーム１０８のうちの１つの一方側に取り付けられている。第２の動力源１１２の駆動シャフトは、ジンバルフレーム１０８の反対側においてピニオンギア１２０に結合され、ピニオンギアは、旋回軸受１１０の内側リング１１４のリングギア１１６と係合している。

この実施形態において、ジャイロ回転子１０２は、真空中で回転するか、または定置中空状真空カバー１４０内に部分的に収容されている。定置中空状真空カバー１４０は、例えば、支持体１０４の前および後支持板１０４Ａ、１０４Ｂに任意の適切な手段によって固定されている。前または後支持板１０４Ａ、１０４Ｂのうちの一方に真空ポンプ１４２が取り付けられ、真空ポンプ１４２は、コンジット１４４によって中空状真空カバー１４０の内部に結合されている。第１の動力源１０６のシャフトを封止するように、回転シール１４６が中空状真空カバー１４０内に設けられている。

ジャイロモジュールの動作速度において空力的損失が大きいので、第１の動力源のサイズが増大し、したがってバッテリ、制御器、および配線が増加する。また、第１の動力源１０６に高負荷がかかると、低減または排除が必要な熱形態の損失が発生する。

空気密度が低減するとその分だけ抵抗が低減するので、上記真空は、部分真空または完全真空であり得る。真空カバー１４０は、図示のようにぴったり合うことも可能であるし、より大きいことも可能である。しかし、真空カバー１４０は、第１の動力源１０６のシャフト軸受または第１の動力源１０６を密閉せずに、それらが真空カバー１４０の真空または部分真空空間内で熱を生成しないようにすることが有用である。真空カバー１４０の真空または部分真空空間内で熱が生成されると、排除が困難である。真空ポンプ１４２は、連続して稼働され得るか、または繰り返しオンにされ得る、すなわち、シール１４６を通り抜けた漏れによって内圧が上昇して予め設定された量を超えた場合のみ、要求に応じてオンにされ得る。

真空カバー１４０は、完全に対称であり、ジャイロ回転子１０２の全周囲にぴったりと合ってもよい。すなわち、真空カバー１４０の断面形状は、図２５〜２９に示すように、ジャイロ回転子１０２の断面形状に実質的に適合する。あるいは、真空カバー１４０は、真空カバー１４０の少なくとも一部がジャイロモジュールの１つ以上の部品（ジャイロ回転子１０２のシャフト軸受、および／または高速モータの形態の第１の動力源１０６、および／またはケーブル支持体などの他のブラケットなど）のための構造支持体を形成するように、異なる形状にされ得る。シール１４６を通り抜けた漏れによって蓄積された圧力は、内部体積に依存しないので、内部体積がジャイロ回転子１０２をよりもはるかに大きくても関係ない。真空カバー１４０は、例えば水平または垂直方向に分割された２つ以上の部品からなり、真空カバー１４０をジャイロ回転子１０２上にまたはその周囲に配置できるようにされ得る。

ジャイロ回転子１０２の周囲の圧力を低減すると、同じ動作速度をより小さな第１の動力源１０６およびバッテリを用いて達成でき、または同じサイズの第１の動力源１０６およびバッテリ、またはその両方の所定の組み合わせに対して、より高速の動作速度を達成できる。

別の形態において、本発明は、ジャイロモジュール１００〜１００Ｈにおける少なくとも１つのジャイロ回転子１０２の向きを変更する方法である。ジャイロモジュール１００〜１００Ｈは、支持体１０４に回転可能に取り付けられた少なくとも１つのジャイロ回転子１０２と、少なくとも１つのジャイロ回転子１０２に結合された少なくとも１つの第１の動力源１０６とを備える。ジャイロモジュール１００〜１００Ｈは、少なくとも１つのジャイロ回転子１０２の支持体１０４に結合された少なくとも１つのジンバルフレーム１０８と、少なくとも１つのジンバルフレーム１０８に結合された少なくとも１つの旋回軸受１１０とを備える。少なくとも１つの第２の動力源１１２が少なくとも１つのジンバルフレーム１０８に取り付けられている。上記方法は、少なくとも１つの第２の動力源１１２を用いて少なくとも１つの旋回軸受を駆動して、少なくとも１つのジャイロ回転子１０２の向きを変更する工程を包含する。

さらなる形態において、本発明は、ジャイロモジュール１００〜１００Ｈにおいて少なくとも１つのジャイロ回転子１０２の向きを変更する方法である。方法は、ｉ）少なくとも１つのジャイロ回転子１０２を支持体１０４に回転可能に取り付ける工程と、ｉｉ）少なくとも１つのジンバルフレーム１０８を少なくとも１つのジャイロ回転子１０２の支持体１０４に結合する工程と、ｉｉｉ）少なくとも１つの旋回軸受１１０を少なくとも１つのジンバルフレーム１０８に結合する工程と、ｉｖ）少なくとも１つのジャイロ回転子１０２を少なくとも１つの第１の動力源１０６によって駆動する工程と、ｖ）少なくとも１つの旋回軸受１１０を、少なくとも１つのジンバルフレーム１０８に取り付けられた少なくとも１つの第２の動力源１１２によって駆動して、少なくとも１つのジャイロ回転子１０２の向きを変更する工程とを包含する。

本発明に係る方法は、本明細書に記載の特定の実施形態の操作に対応する工程をさらに含むことが理解され得る。

本発明に係るジャイロモジュールの実施形態は、本出願人の特許文献１に記載の改善された荷物管理システムおよび方法と完全に整合することが理解され得る。本発明に係るジャイロモジュール１００〜１００Ｈのモジュール性は、維持されており、特許文献１に記載のジャイロモジュールと同様に同じ体積内により多数の本発明に係るジャイロモジュールを組み合わせることができる。したがって、本発明に係るジャイロモジュールは、より大きな単位体積当たりの出力を提供し、特定の性能要件に適合するように利用可能な組み合わせに関してより大きな汎用性を提供する。

したがって、本発明の実施形態は、上記課題のうちの少なくともいくつかを解決または少なくとも改善する。例えば、１つ以上の旋回軸受１１０におけるころがり要素およびころがり要素軌道輪の分散性によって、荷重（この場合、１つ以上のジャイロ回転子１０２）が実質的にジャイロ回転子１０２の行程容積以下の包絡空間（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）内で支持および制御されることが可能になる。本明細書に記載し、添付の図面に例示した実施形態の特定の機構によって、回転子１０２、駆動モータ１０６、１１２、軸受、ジンバル、電気配線、任意のセンサー、入力または出力デバイス、および必要に応じて、バッテリを含むジャイロモジュール１００が、内側長さおよび内径の両方がジャイロ回転子自体の外径に等しい円筒内に完全に収容されることが可能にされるので、設計要件が満たされる。本発明をより広範囲の用途において使用可能にする体積の低減に加えて、従来技術のうちの少なくともいつかと比べて、質量、複雑性、および製造・運転コストがより低減され、ならびに耐久性がより改善されるので、さらなる利点が提供される。

本明細書において、用語「備える」や同様の用語は、非排他的包含を意味するように意図され、列挙された要素を備える装置は、それらの要素のみを含むのではなく、列挙されていない他の要素も当然ながら含み得る。

明細書全体にわたり、その目的は、いずれの実施形態や特徴の特定の集まりにも限定することなく本発明を説明することであった。当業者は、本発明の範囲内で特定の実施形態を変更し得る。例えば、本明細書に記載の２つ以上の実施形態からの１つ以上の特徴を組み合わせて、１つ以上のさらなる実施形態を形成し得ることが考えられる。

Claims

支持体に回転可能に取り付けられた少なくとも１つのジャイロ回転子であって、前記少なくとも１つのジャイロ回転子は、少なくとも１つの第１の動力源によって駆動される、少なくとも１つのジャイロ回転子と、
前記少なくとも１つのジャイロ回転子の前記支持体に結合された少なくとも１つのジンバルフレームと、
前記少なくとも１つのジンバルフレームに結合され、前記少なくとも１つのジャイロ回転子の向きを変更するための少なくとも１つの旋回軸受であって、前記少なくとも１つの旋回軸受は、前記少なくとも１つのジンバルフレームに取り付けられた少なくとも１つの第２の動力源によって駆動される、少なくとも１つの旋回軸受と
を備えるジャイロモジュール。
単一の第１の動力源によって駆動される単一のジャイロ回転子と、
前記単一のジャイロ回転子の前記支持体の各側に結合されたジンバルフレームと、
各ジンバルフレームに結合され、前記単一のジャイロ回転子の向きを変更するための旋回軸受であって、各旋回軸受は、それぞれの第２の動力源によって駆動される、旋回軸受と
を備える、請求項１に記載のジャイロモジュール。
単一の第１の動力源によって駆動される単一のジャイロ回転子と、
前記単一のジャイロ回転子の前記支持体の各側に結合されたジンバルフレームと、
各ジンバルフレームに結合され、前記単一のジャイロ回転子の向きを変更するための旋回軸受であって、前記旋回軸受のうちの１つは、それに対応する第２の動力源によって駆動される、旋回軸受と
を備える、請求項１に記載のジャイロモジュール。
単一の第１の動力源によって駆動される単一のジャイロ回転子と、
前記単一のジャイロ回転子の前記支持体の一方の側に結合された一対のジンバルフレームと、
前記一対のジンバルフレームに結合され、前記単一のジャイロ回転子の向きを変更するための単一の旋回軸受であって、前記単一の旋回軸受は、第２の動力源によって駆動される、単一の旋回軸受と
を備える、請求項１に記載のジャイロモジュール。
それぞれ第１の動力源によって駆動される２つのジャイロ回転子と、
前記２つのジャイロ回転子のうちの少なくとも１つのジャイロ回転子の前記支持体の各側に結合された一対のジンバルフレームと、
各ジンバルフレームに結合され、前記２つの前記ジャイロ回転子の間にあり、前記２つのジャイロ回転子の向きを同時に変更するための旋回軸受であって、前記旋回軸受は、単一の第２の動力源によって駆動される、旋回軸受と
を備える、請求項１に記載のジャイロモジュール。
単一の第１の動力源によって駆動される２つのジャイロ回転子と、
前記２つのジャイロ回転子のうちの少なくとも１つのジャイロ回転子の前記支持体の各側に結合された一対のジンバルフレームと、
各ジンバルフレームに結合され、前記２つの前記ジャイロ回転子の間にあり、前記２つのジャイロ回転子の向きを変更するための旋回軸受であって、前記旋回軸受は、単一の第２の動力源によって駆動される、旋回軸受と
を備える、請求項１に記載のジャイロモジュール。
ベルトまたはエンドレスループなどであって、前記２つのジャイロ回転子のうちの第１のジャイロ回転子が前記単一の第１の動力源によって駆動され、前記２つのジャイロ回転子のうちの第２のジャイロ回転子が前記ベルトまたはエンドレスループなどによって駆動されるように、前記２つのジャイロ回転子の間に結合されたベルトまたはエンドレスループなどをさらに備える、請求項６に記載のジャイロモジュール。
少なくとも１つのジンバルフレームが前記２つのジャイロ回転子の間に結合された前記ベルトまたはエンドレスループなどが通ることを可能にする開口を備える、請求項６または７に記載のジャイロモジュール。
前記少なくとも１つの第１の動力源および／または前記少なくとも１つの第２の動力源は、電動モータの形態である、請求項１〜８の何れか一項に記載のジャイロモジュール。
各旋回軸受は、リングギアを備える固定内側リングと、前記内側リングに対して可動な外側リングとを備える、請求項１〜９の何れか一項に記載のジャイロモジュール。
前記旋回軸受の前記外側リングは、前記少なくとも１つのジンバルフレームに結合されている、請求項１０に記載のジャイロモジュール。
前記リングギアは、ジャイロ回転子に対してオフセットされている、請求項１〜１１の何れか一項に記載のジャイロモジュール。
前記第２の動力源にピニオンギアが結合され、前記ピニオンギアは、前記少なくとも１つのジャイロ回転子の向きを変更するために、前記ピニオンギアの回転によって前記旋回軸受の前記外側リングが前記内側リングに対して回転運動を行うように前記内側リングの前記リングギアに係合している、請求項１０〜１２の何れか一項に記載のジャイロモジュール。
前記第２の動力源は、前記ジンバルフレームの一方の側で取り付けられ、前記ピニオンギアは、前記ジンバルフレームの他方の側で、前記ジンバルフレームの開口を通って伸びる前記第２の動力源の駆動シャフトに取り付けられている、請求項１３に記載のジャイロモジュール。
前記ジャイロ回転子は、偏心であり、前記少なくとも１つのジャイロ回転子の前記支持体が前記少なくとも１つの第１の動力源の駆動シャフトの軸に対して横方向にオフセットされている、請求項１〜１４の何れか一項に記載のジャイロモジュール。
前記少なくとも１つの第１の動力源は、ホイールモータまたはハブモータである、請求項１〜１５の何れか一項に記載のジャイロモジュール。
前記ジャイロ回転子は、前記モータの構造の一体化部分である、請求項１６に記載のジャイロモジュール。
各旋回軸受は、リングギアを備える固定外側リングと、前記外側リングに対して可動な内側リングとを備える、請求項１〜９または１５〜１７の何れか一項に記載のジャイロモジュール。
前記リングギアは、前記ジャイロ回転子に対してオフセットされているか、または前記ジャイロ回転子に向かって移動しており、かつ外向きに伸びて、前記旋回軸受の最外部を形成している、請求項１８に記載のジャイロモジュール。
前記少なくとも１つのジャイロ回転子は、真空中で回転する、請求項１〜１９の何れか一項に記載のジャイロモジュール。
前記真空は、前記支持体に固定された定置中空状真空カバー内に含まれている、請求項２０に記載のジャイロモジュール。
前記真空カバーは、対称であり、かつ／または前記ジャイロ回転子の断面形状に実質的に適合する断面形状を有する、請求項２１に記載のジャイロモジュール。
前記真空カバーは、前記真空カバーの少なくとも一部が前記ジャイロモジュールの１つ以上の部品のための構造的支持体を形成するように、前記ジャイロ回転子の断面形状と異なる断面形状を有する、請求項２１に記載のジャイロモジュール。
前記支持体に取り付けられた真空ポンプと、前記真空ポンプと前記真空カバーの内部との間に結合されたコンジットとをさらに備える、請求項２０〜２３の何れか一項に記載のジャイロモジュール。
前記中空状真空カバー内において、前記第１の動力源のシャフトに対する１つ以上のシールをさらに備える、請求項２０〜２４の何れか一項に記載のジャイロモジュール。
ジャイロモジュール内の少なくとも１つのジャイロ回転子の向きを変更する方法であって、前記ジャイロモジュールは、支持体に回転可能に取り付けられた少なくとも１つのジャイロ回転子と、前記少なくとも１つのジャイロ回転子に結合された少なくとも１つの第１の動力源と、前記少なくとも１つのジャイロ回転子の前記支持体に結合された少なくとも１つのジンバルフレームと、前記少なくとも１つのジンバルフレームに結合された少なくとも１つの旋回軸受と、前記少なくとも１つのジンバルフレームに取り付けられた少なくとも１つの第２の動力源とを備え、前記方法は、前記少なくとも１つの旋回軸受を前記少なくとも１つの第２の動力源を用いて駆動して、前記少なくとも１つのジャイロ回転子の向きを変更する工程を包含する、方法。
ジャイロモジュール内の少なくとも１つのジャイロ回転子の向きを変更する方法であって、
少なくとも１つのジャイロ回転子を支持体に回転可能に取り付ける工程と、
少なくとも１つのジンバルフレームを前記少なくとも１つのジャイロ回転子の前記支持体に結合する工程と、
少なくとも１つの旋回軸受を前記少なくとも１つのジンバルフレームに結合する工程と、
前記少なくとも１つのジャイロ回転子を少なくとも１つの第１の動力源によって駆動する工程と、
前記少なくとも１つの旋回軸受を前記少なくとも１つのジンバルフレームに取り付けられた少なくとも１つの第２の動力源によって駆動して、前記少なくとも１つのジャイロ回転子の前記向きを変更する工程と
を包含する方法。