JP2529860B2 - 磁気的隔絶指示ジンバル装置 - Google Patents

磁気的隔絶指示ジンバル装置

Info

Publication number
JP2529860B2
JP2529860B2 JP62174060A JP17406087A JP2529860B2 JP 2529860 B2 JP2529860 B2 JP 2529860B2 JP 62174060 A JP62174060 A JP 62174060A JP 17406087 A JP17406087 A JP 17406087A JP 2529860 B2 JP2529860 B2 JP 2529860B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gimbal
magnetic
housing
shaft
axial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62174060A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6329292A (ja
Inventor
リチヤード ケンデイング ジヨン
ローランド ヒツバル ウイリアム
アーサー キードロスキ ジエイムズ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell Inc
Original Assignee
Honeywell Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honeywell Inc filed Critical Honeywell Inc
Publication of JPS6329292A publication Critical patent/JPS6329292A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2529860B2 publication Critical patent/JP2529860B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/044—Active magnetic bearings
    • F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D19/00—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase
    • G05D19/02—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase characterised by the use of electric means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/12—Gyroscopes
    • Y10T74/1229—Gyroscope control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Accessories Of Cameras (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）発明の技術分野 本発明は６自由度指示および２方向振動隔絶能力を有
する磁気的隔絶指示ジンバル装置に関するものである。
（ロ）技術の背景 宇宙船の指示装置の表示は、宇宙船によつて発生され
る外乱により著しく影響される。このことは、非常に差
し迫つた指示安定性の要件、例えば１秒以下などの要件
をもつ装置において特に当てはまる。
１秒以下の精密な指示安定性を達成するために、宇宙
船によつて発生される外乱から指示装置を振動的に隔絶
すること、およびジンバルの構造的な柔軟性において指
示制御機能を容易にすることがしばしば要求される。６
自由度程度、すなわち、３つの線形および回転軸で振動
を減衰させるためにアイソレータが必要となる。振動レ
ベルは、典形的には各軸において少なくとも＋0.050イ
ンチ（１インチは約2.54cm）の直線的運動能力を必要と
するごとき大きさとなつている。
１つの手法は、ベース取付け隔絶構造を利用すること
であつたが、一対の指示系ジンバルがペイロードと振動
隔絶装置との間に取付けられる。振動隔絶装置は受動ま
たは能動構成要素を備えている。受動素子は、例えばス
プリングおよび流体、粘弾性磁気ダンパーを含んでい
る。能動素子は直線化磁気アクチユエータおよび／また
は電子制御ループを有する粘度感知器を含んでいる。ジ
ンバルはボール軸受または磁気的軸受で支持されてもよ
い。このような系の慣性指示要件はジンバルによつて負
担され、各ジンバルは単一の特定軸まわりにのみ自由度
を与える。この手法によつて代表される付加的コンプラ
イアンスが、ジンバル制御機能を更に困難にすることに
なる。
他の手法は、ベース取付けされた隔絶構造と同じジン
バル装置を利用するペイロード隔絶構造である。振動ア
イソレータはペイロードとジンバルとの間に取付けられ
る。しかし、慣性指示要件はジンバルから隔絶制御を行
なうアクチユエータへとシフトされる。これらのアクチ
ユエータによつて純粋な変換隔絶のについて３自由度、
慣性指示について２自由度、および純粋な隔絶または指
示であつてもよい回転制御について３自由度を与えてい
る。隔絶したペイロードとジンバルセツト間の角運動を
最小にするために複数のジンバルが制御される。ペイロ
ード隔絶構成の制御複雑性の増大がジンバルの構造上の
柔軟性に対する指示制御感度の低下によつてオフセツト
される。また、指示エラー上のペイロード質量の効果に
よつて、上記構成がより正確に制御できる。
ペイロード隔絶構造の事例としては、周知の環状懸吊
指示装置（ASPS）があるが、これは隔絶および指示制御
のために直線化磁気アクチユエータを採用している。こ
の装置は宇宙船の振動外乱を受けている間にペイロード
に対して1/0.01秒の指示安定性を与えている。この指示
系のジンバルは各ジンバルに対する単軸のみのまわりに
自由度を持つボール軸受で支持されている。振動アイソ
レータおよびバーニア（微調）指示系の付加物は電子制
御ループを有する能動素子を含んでいる。これらの能動
素子は直線化された磁気アクチユエータおよび線形位置
感知装置（センサ）となつており、それぞれは実質的な
機械的クリアランスを有している。これらの装置および
電子的制御ループは６自由度の振動隔絶とバーニア指示
能力を与えるよう構成されている。
これらベースおよびペイロード構成の主たる限界は、
ジンバル装置に対する付加物として、それらが付加的な
空間、重量、パワーを必要とする上に、宇宙船への応用
においてはすべてクリチカルな要因となつている。ベー
ス構造のために受動機構が用いられた場合でさえ、かさ
および重量の問題が残る。
前述のことが、現存装置においてその存在が周知とな
つている限界を説明している。したがつて、上述した限
界の１つ以上の問題を克服するために向けられる代替案
を与えるのに利点があろうことが明らかである。したが
つて、適正な代替案が本発明において与えられるのであ
り、この点を下記に更に詳細に述べる。
（ハ）発明の概要 本発明は、指示軸が指示能力を支援しており、かつ６
自由度の二方向振動隔絶が統合アツセンブリにおいて与
えられた磁気隔絶ジンバル装置となつており、これによ
つて制御の複雑性、重量、パワー、およびかさを最小化
している。
本発明の１つの特徴は、ハウジングおよび該ハウジン
グ内に回転可能に取付けられたシヤフトを有し、該シヤ
フトの質量中心軸がハウジング内で同軸的に延長してい
る磁気的隔絶指示ジンバル装置となつている。線形の二
軸大ギヤツプ径方向磁気アクチユエータがシヤフトと共
に同心的にハウジング内に設けられている。径方向電機
子（アマチユア）が前記シヤフトに接続され、軸方向磁
気アクチユエータ間に延長している。トルクモータも前
記シヤフトに接続されている。大ギヤツプ回転位置感知
の第１の部分が前記シヤフトに接続され、かつその第２
の部分が前記ハウジングに接続されている。
前記および他の特徴は、添付図面に関連して行なう下
記の発明の詳細な説明から明らかになろう。しかしなが
ら添付図面は説明のための図面であつて必ずしもそれら
に限定されるものでないことを理解されたい。
（ニ）好適な実施例についての説明 第１図の説明をする。図中の参照番号11は、従来のジ
ンバルおよびアイソレータに代わる磁気隔絶指示ジンバ
ルであつて、正確な指示と同時に振動外乱からの隔絶も
必要とするペイロード10を指示する前記磁気隔絶指示ジ
ンバルを示す。該磁気ジンバル11は、必要に応じて、従
来の多軸粗指示用ジンバル12に取り付けられるか、直接
構造体13に取り付けられるかする。前記振動外乱は、前
記振動感知ペイロード10から適切に作動して指示するよ
うに前記磁気ジンバル11により減衰されるが、その主な
発生源は前記構造体13にある。第１図に図示の如くジン
バル11を位置決めした場合、ジンバル12が二次外乱を生
ずることもあるが、これも前記磁気ジンバル11によつて
減衰する必要がある。
第２図は、本発明による磁気隔絶指示ジンバルをどの
ように前記第１図のシステムに適用し、従来のジンバル
組立て体および分離アイソレータと置換させるかを詳細
に示したものである。同図を参照するに、磁気ジンバル
組立て体11は、前記振動および指示感知ペイロード10に
取り付けられている。本実施例の場合、前記ジンバル組
立て体は軸方向モジユール14とトルクモジユール５の二
つのモジユールに分割される。図示の如く、これらのモ
ジユールは、前記ペイロード10の質量の中心を通つて取
り付けられるように考慮されている。しかしながら、前
記ジンバル11をペイロード構造体に取り付け、ペイロー
ド10が前記ジンバルの軸からオフセツトされるように該
ジンバル11を構成することもできる。前記各モジユール
14および15には、ハウジング16,16a、シヤフト17,17a、
線形二軸大ギヤツプ径方向磁気アクチユエータ18,18a、
径方向電機子19,19a、感知電子回路パツケージ20,20aお
よびカバー21,21aが夫々組込まれている。また図示され
ていないが、位置および磁束感知器も組込まれている。
本実施例によれば、前記電子回路パツケージ20は、どこ
にでも（例えばここには図示されていない他のいかなる
電子回路にも）取り付けることができる。前記軸方向モ
ジユール14には、一対の線形大ギヤツプ軸方向磁気アク
チユエータ22ならびに22aと、および軸方向電機子23と
が組込まれている。前記トルクモジユール15には、上記
構成要素のほかに、大ギヤツプ無鉄電機子ブラシレスDC
トルクモータ24,24aならびに24bと、および大ギヤツプ
回転位置レゾルバ25ならびに25aとが備えられている。
前記トルクモータ24,24a,24bは、ブラシレスDC無鉄電
機子モータである。巻線が鉄を全く含まない無鉄電機子
構成は、懸吊性能の妨げとなる背分力を生じない。前記
モータにより励磁電流に正比例するトルクが発生され、
よつて磁束密度帰還またはバイアス電流線形化が不要と
なる。前記モータには、交差軸運動を可能にする大径方
向クリアランスも組込まれている。そのようなトルクモ
ータ24,24a,24bの一例としては、米国特許第2,960,559
号に開示されたスペリーコーポレーシヨン製造によるも
のが挙げられる。
ペイロード10の支持および浮揚は、径方向アクチユエ
ータ18,18aを並列に２自由度作動して行なわれる。その
他の転位運動支持は、軸方向アクチユエータ22および22
aを作動して行なわれる。２自由度の回転は、径方向ア
クチユエータ18,18aを差動的に作動して得られる。その
他の回転自由度は、トルクモータ24,24aおよび24bによ
つて制御される。磁気アクチユエータ18,18a,22および2
2aの制御は、磁束感知器を介して行なわれる。但し、力
または位置感知器を利用してもよい。該位置感知器は、
アクチユエータギヤツプ内の磁気電機子19,19aおよび23
の中心づけに利用される。これらの感知器は、渦電流
式、誘導式、容量式、または光学式のいずれであつても
よい。これらの位置感知器を利用して、第２自由度の指
示制御と、約３自由度の浮揚制御を行なうことができ
る。前記トルクモータ24,24aおよび24bの整流は、内部
ホール効果装置と、レゾルバと、符号器とによつて達成
されるが、僅かな角度運動の場合は不要である。前記ブ
ラシレスDCモータ24,24aおよび24bは、必要に応じてAC
誘導モータに置換することができる。前記トルクモータ
の自由度の位置感知は、大ギヤツプ位置レゾルバ25およ
び25aによつて行なわれる。このレゾルバ25および25aか
らの出力は、ジンバルの角度制御ループにおけるエラー
信号の発生、またはジンバルの角度制御以外に応用した
場合には位置の読出しに利用することができる。外部感
知器からの信号を利用して、ジンバルのトルク命令を発
生することもできる。前記レゾルバ25および25aは、必
要に応じて角度エンコーダのようないずれの角度位置感
知器にも置換することができる。前記大磁気ギヤツプと
前記制御ループの低帯域幅とによつて全部で６自由度の
隔絶が行なわれる。これらの線形化された磁気アクチユ
エータ18,18a,22および22aを利用することによつて、前
記エアギヤツプの大部分に渡り磁気ジンバル11を作動で
きると共に、極度に直線的な力対力命令制御が行なわ
れ、システムを減結合する。前記大ギヤツプ無鉄電機子
トルク24,24aおよび24bを利用することによつて、ギヤ
ツプの位置に関係なく低速度で正確な直線的力対力指令
制御が行なわれる。このモータ型式は、他のモータ型式
で必要とするアクチユエータの交差結合補償も必要とし
ない。
次に、第３図および第４図の説明をする。同図には、
本実施例の位置感知器28,28aおよび28bの場所が示して
ある。前記径方向アクチユエータ18,18aに対する位置を
感知するため、前記感知器28,28aは調整可能なホルダー
29,29aに集積され、次いで前記ホルダーがハウジング1
6,16aに取り付けられ、前記径方向電機子19,19aを感知
する。第５図にはこのことが更に詳細に示してある。前
記軸方向の位置を感知するため、前記感知器28bがホル
ダー29b内に取り付けられ、軸方向電機子23を感知する
ように位置決めされる。この場合、ハウジング16への取
付け、および軸方向電機子23に対する軸方向アクチユエ
ータ22aならびに感知器28bの位置決めには中間プレート
30が利用される。第６図には、その詳細が図示されてい
る。他の感知器を利用する場合には、ホールダー（保持
装置）29,29aならびに29bと取付台とを使用している装
置に合わせて変更してもよい。
再び第３図および第４図を参照するに、前記浮揚シヤ
フト17,17aとペイロード10の運動は停止部26,26aおよび
27,27aとして機能する一連の連動面で拘束される。図示
されていないが、一体のケーシング構造体として機能
し、連結を強固なものにする一連の連動タブを前記連動
面27,27aに組み込んだり、不作動の場合に備えて前記ハ
ウジング16,16aに前記シヤフト17,17aを組み込んだりし
てもよい。本実施例では、前記抑制器とケーシング構造
体とが一体化しており、それらを別個の組立て体にする
必要はないが、別個の組立て体として前記停止部ならび
にケーシング構造体を付加することもできる。
前記第３図は、前記軸状電機子23に対する対向型大ギ
ヤツプ軸方向アクチユエータ22ならびに22aと位置感知
器28bの相対的位置が示してある。本図面では、浮揚組
立て体全体を左側に移行して示してある。同第３図の停
止部の面27を第４図の該面27aと比較すると、運動制限
装置としての前記面の機能を一層理解することができ
る。
前記第４図には、トルクモジユール15が示してある。
前記径方向アクチユエータ18aならびに感知器28aの取付
けおよび動作は、前記軸方向モジユールに対して明示し
た通りであるが、前記軸方向アクチユエータ22および22
aが大ギヤツプ位置レゾルバ25ならびに25a、および無鉄
電機子トルクモータ24,24aならびに24bと置換されると
いう点では相違している。同第４図は、磁気ギヤツプに
中心づけられた浮揚アセンブリを示している。
第７図の説明をする。同図には、前記第２図に図示の
ジンバル11の別の構成が示してあるが、該構成は、第１
図に図示のベースジンバル12に利用してもよい。同第７
図においては、ペイロード10に取り付けられるシヤフト
17と、ハウジング16と、二本の軸で転位ならびに回転を
行なう二つの線形二軸大ギヤツプ径方向アクチユエータ
18,18aと、径方向電機子19,19aと、軸方向電機子23と、
別の転位自由度で転位制御を行なう一対の線形大ギヤツ
プ軸方向磁気アクチユエータ22,22aと、別の回転軸回り
に制御を行なう大ギヤツプ無鉄電機子トルクモータ24,2
4a,24bと、およびジンバル軸回りに回転感知を行なう大
ギヤツプレゾルバ25,25aとが一つのコンパクトモジユー
ルに組込まれている。制御感知器、および前記アクチユ
エータの磁気ギヤツプに前記磁気電機子19,19a,23,24な
らびに24bを中心づけるのに利用される位置感知器は、
図示されていない。前記磁気ギヤツプの電気接続を行な
う電気ケーブル組立て体31が図示されているが、該組立
て体は、電気ケーブルだけでなく、光フアイバーケーブ
ル、光学的送信機、変圧機、同調空胴、または容量性連
動装置であつてもよい。
機能的制御構成についての説明 前記磁気隔絶指示ジンバルを利用したシステムの機能
的制御ループ構造は、もとのジンバルシステムの指示対
象物によつて異なると共に、標準的ジンバルが磁気ジン
バルに置換される。付加物式隔絶システムの場合のよう
に、通常前記磁気ジンバルシステムに対する磁気制御ル
ープの複雑性は、磁気インターフエイスをペイロードに
対してどれほど近接して配置するかによつて異なる。前
記磁気隔絶指示ジンバルの応用例として考えられた第８
図および第９図に図示の二つの機器構成は、この制御ル
ープの多様性を示している。
第８図において、磁気ジンバル11は、ジンバルスタツ
クの上部に置かれており、ペイロード10の付属構造とし
て作用している。同図に示すようにXP軸とYP軸まわりの
慣性指示が、YP軸用の径方向磁気アクチユエータおよび
XP軸用のトルクモータを用いて達成される。第２レベル
のジンバル12,12aが磁気ジンバル11の径方向ギヤツプを
追従するのに用いられている。他の４自由度の隔絶を与
えるために、径方向および軸方向アクチユエータが、ジ
ンバル固定子に対してジンバル回転子の横方向およびZP
軸回転位置ぎめを行なつている。
第10図の機能ブロツク図において、別個の指示位置ぎ
め機能は上部および下部制御ループによつてそれぞれ示
されている。低部ループ、XDおよびOZD用の駆動部は、
制御点で磁気ジンバルの固定子側の横方向およびZP軸回
転運動を表わす。図における中心制御点は任意に選択で
きるが、多くの場合は回転子の質量中心として、適宜、
定められる。
外乱入力からペイロード運動へと変換によつて定めら
れる４つの中央ループの隔絶についての特徴は、アイソ
レータ補償器の形式によつてほとんど決定される。慣性
指示軸まわりの外乱隔絶は、慣性補償器の帯域幅および
ペイロード外乱トルク予測の精度によつて決定される。
第10図のブロツクＡは、慣性指示補償マトリツクス機能
を含む。これは制御補償ブロツクであり、マトリツクス
（入力として２つの慣性エラー信号OPEX，OPYEおよび出
力として２つのトルク命令TXC，TYC）として区別されて
おり、補償ブロツクは２つの信号チヤンネル補償器から
構成でき、各指示制御軸に対して１つになつている。補
償はアナログ回路または搭載用デイジタル処理装置で実
現される。
慣性角度運動感知装置の機能はＢで示され、ペイロー
ド慣性運動を検出するための感知装置となつている。該
感知装置からの出力OPX，OPYは各指示軸に対して１つづ
つの信号を発生しており、各軸に関して指示ループが閉
じられている。運動感知装置用の同様の候補は懸吊式ジ
ヤイロパツケージとなつている。
磁気アクチユエータおよびトルクモータフレーム機能
に変換するソフトウエアは、ブロツクＣで指定される。
これはペイロード慣性フレームおよび命令および隔絶力
における指示トルクを受け、かつジンバルモータ用のト
ルク命令と軸方向磁気アクチユエータ用の力命令を発生
する計算ブロツクである。ソフトウエア変換について言
及したがそのブロツクはアナログ回路で実現できる。こ
の変換はアクチユエータのそれぞれ、およびペイロード
フレーム中のジンバルモータの方向と位置によつて決定
され、上部ジンバル角の関数となつている。
トルクモータ24,24a,24bはブロツクＤなる機能によつ
て指定され、第８図に示すように上部または下部磁気ジ
ンバル軸XPまわりで動作が行なわれる。
ペイロードおよび回転子動的機能はブロツクＥで示さ
れ、ペイロード用の運動方程式および上部ジンバル構造
の回転子側の運動方程式を与える。
径方向および軸方向磁気アクチユエータ18,18a,22,22
aは、ブロツク下としての機能が行なわれる。これらは
ジンバル軸XPに直角な軸YPとZPまわりで変換におけるペ
イロードを制御する力のアクチユエータがある。
隔絶補償マトリツクス機能はブロツクＧで示され、各
隔絶チヤンネルに対する単一の補償フイルタと目視ペイ
ロード線まわりの３つの変換および１つの回転フイルタ
を含む。
中央制御ポイント機能に対するソフトウエア変換は、
ブロツクＨで指定され、ペイロード隔絶制御ポイント
（ペイロードに対して固定された点）でのペイロード運
動（固定子構造に対して）に対するギヤツプ感知器によ
つて検出される如き磁気インターフエースで変換マトリ
ツクスに関係する相対的運動である。
ギヤツプ感知器28,28a,28bはブロツクＩで示されてい
る。アクチユエータ固定子に対して磁気アクチユエータ
電機子の運動を測定するのに用いられる近似装置があ
る。隔絶制御ポイントからアクチユエータギヤツプ機能
への幾何学的な変換はブロツクＪで指定される。これは
アクチユエータにおける相対運動に対する隔絶制御ポイ
ント（ブロツクＧ）での物理的変換（ソフトウエア変換
と反対）に関係する運動を表わす。
第９図に示す第２の実施例は、２個の標準ジンバル1
2,12aであつて慣性指示およびジンバル支持構造13に用
いられる前記ジンバル12,12a間の磁気ジンバル11を採用
している。この実施例においては、ベースおよび磁気ジ
ンバル11はペイロードYP軸とジンバル12の軸間の角度を
防止するための操作のためにのみ用いられる。慣性指示
モードにおいて、磁気ジンバル角は固定値に位置ぎめさ
れている。磁気ジンバル回転子の残りの５自由度は、磁
気中央ループで制御される。したがつて、磁気ジンバル
ループすべては、同じ相対位置ぎめ制御対象を有してい
る。
第11図は、第２の実施例用の磁気ジンバル用のジンバ
ル指示動作モードを表わす。この実施例において、磁気
アクチユエータは隔絶のためにのみ用いられる。ジンバ
ルモータはいくつかの指令されたジンバル方向に対して
低部ジンバルを駆動するのに用いられる。第11図は、第
10図に記載したように同じ機能ブロツクC-Jを含む。
第11図のブロツクＡ′は、第10図のブロツクＡに代
り、第11図のブロツクＢ′は第10図のブロツクＢに代
る。しかし、注意願いたいことは、第11図に示す各隔絶
変換ブロツクは、磁気ジンバル軸に直角な軸まわりで角
度中心づけ（または隔絶）制御ループに対して考慮しな
ければならないことである。
ジンバル角度制御補償機能はブロツクＡ′で指定さ
れ、ジンバル角度制御ループ用の制御補償フイルタを含
む。補償は、アナログ回路の制御処理装置において実現
してよい。
リボルバ25,25aはブロツクＢ′で示され、ジンバル角
度制御エラOEを出力する装置を含む。エラー角度は指令
ジンバル角の正弦、余弦でリボルバの正弦、余弦巻線を
励起することによつて発生される。
前述の点はジンバル装置の改良された磁気隔絶指示ジ
ンバル装置について述べた。この点は、支持機能のみだ
けでなく多自由度指示能力を与えると共に６自由度の２
方向外乱隔絶能力も与える。１つの連続したアツセンブ
リ内で支持、隔絶、および指示機能を集積することによ
つて、機械的、構造的、電気的、制御系のインパクトと
複雑が、別個のアイソレータおよびジンバルアツセンブ
リと比較して解決できる。
標準的なジンバルの１つを、ジンバル回転軸に対して
配置された径方向および軸方向磁気アクチユエータの構
造を有する磁気ジンバルと交換することによつて上記の
ことが実現される。
ジンバル軸自体まわりの回転制御は、無鉄電機子DCモ
ータによつて行なえる。
アクチユエータおよび関連する制御回路によつてジン
バルの径方向および軸方向のインターフエースで摩擦の
ない回転軸受けを提供し、これによつてジンバル軸と直
角な相対的および慣性回転が可能となる。
ジンバル軸自体まわりの回転制御は鉄なし電機子DCモ
ータによつて行なわれる。磁気ジンバル用の制御ループ
は磁気的付加装置を採用したものと同様である。しか
し、ジンバルの制御がインターフエースループの１つと
置換するので、磁気ジンバルを用いる際、必要な制御ル
ープの総数は付加的装置を用いる場合に必要な数よりも
１つだけ少ない。
【図面の簡単な説明】
第１図は構造体に取り付けられてペイロードパツケージ
を支持するジンバルの一実施例を示す概略図であり、第
２図は軸方向モジユールとトルクモジユールの二つのモ
ジユールを有し、その間にペイロードインターフエイス
を備える前記二つのモジユールによつて構成された本発
明によるジンバル構成の一実施例を示す部分断面立面図
であり、第３図は磁気アクチユエータの位置感知器を示
す前記第２図の軸方向モジユールの一実施例と一体運動
制限支持構造体の機能とを図示した断面図であり、第４
図は前記位置感知器を示す前記第２図のトルクモジユー
ルの実施例を示す断面図であり、第５図は前記径方向位
置感知器の詳細を示す前記第３図および第４図の拡大詳
細図であり、第６図は前記軸状位置感知器の詳細を示す
前記第３図の線Ａ−Ａに沿つた断面図であり、第７図は
前記第２図に図示の２つのモジユールの別の実施例とし
て構成された、単一モジユールによるジンバルの一実施
例を示す断面図であり、第８図は前記ペイロードに最も
近い最上部のジンバルが磁気ジンバルの場合の３つのジ
ンバルスタツクの実施例を示す概略図であり、第９図は
最下部ジンバルが磁気ジンバルの場合の３つのジンバル
スタツクの実施例を示す概略図であり、第10図は前記第
８図の構成に対する機能制御ブロツク図の実施例を示
し、かつ第11図は前記第９図の構成に対する機能制御ブ
ロツク図の実施例を示す。 図中、10はペイロード、11は磁気隔絶指示ジンバル、12
は従来のジンバル、13は構造体、14は軸方向モジユー
ル、15はトルクモジユール、16および16aはハウジン
グ、17および17aはシヤフト、18および18aは線形二軸大
ギヤツプ径方向磁気アクチユエータ、19および19aは径
方向電機子、20および20aは感知器電子回路パツケー
ジ、21および21aはカバー、22および22aは線形大ギヤツ
プ軸方向磁気アクチユエータ、23は軸方向電機子、24,2
4aおよび24bは大ギヤツプ無鉄電機子ブラシレスDCトル
クモータ、29および29aはホールダー、30は中間プレー
ト、31は電気ケーブル組立て体を夫々示す。
フロントページの続き (72)発明者 ジエイムズ アーサー キードロスキ アメリカ合衆国アリゾナ州85009，フエ ニツクス，ノース・21・アベニユー・ 2735

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】磁気的隔絶指示ジンバル装置において、 ハウジングと、 前記ハウジング内に回転可能に取付けられ、該ハウジン
    グ内で同軸的に延長する質量中心軸を有するシヤフト
    と、 前記ハウジング内で前記シヤフトと同心的に取付けられ
    た線形２軸大ギヤツプ径方向磁気アクチユエータと、 前記径方向磁気アクチユエータに隣接した前記シヤフト
    に取付けられた径方向電機子と、 前記ハウジング内に取付けられた１組の線形大ギヤツプ
    軸方向磁気アクチユエータと、 前記シヤフトに接続され、前記軸方向磁気アクチユエー
    タ間に延長している軸方向電機子と、 前記シヤフトに接続されたトルクモータと、および 前記シヤフトに接続された第１の部分および前記ハウジ
    ングに接続された第２の部分とを有する大ギヤツプ回転
    位置感知装置とを備えたことを特徴とする磁気的隔絶指
    示ジンバル装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のジンバル装置
    において、前記ハウジングはペイロードに接続された第
    １のモジユールおよび前記第１のモジユールと反対のペ
    イロードに接続された第２のモジユールとを有すること
    を特徴とする磁気的隔絶指示ジンバル装置。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載のジンバル装置
    において、各モジユールは感知装置の電子パツケージお
    よびカバーとを備えていることを特徴とする磁気的隔絶
    指示ジンバル装置。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第２項記載のジンバル装置
    において、前記第１のモジユールは１組の線形大ギヤツ
    プ軸方向磁気アクチユエータおよびその間で延長する軸
    方向電機子とを有していることを特徴とする磁気的隔絶
    指示ジンバル装置。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第２項記載のジンバ装置に
    おいて、前記第２のモジユールはトルクモータおよび大
    ギヤツプ回転位置感知装置を備えていることを特徴とす
    る磁気的隔絶指示ジンバル装置。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第２項記載のジンバル装置
    において、前記シヤフトと前記ハウジングにそれぞれ接
    続された連結停止部を有していることを特徴とする磁気
    的隔絶指示ジンバル装置。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第２項記載のジンバル装置
    において、前記径方向磁気アクチユエータに接続された
    調節可能な保持装置、および前記径方向電機子を感知す
    る前記保持装置内に取付けられた手段を備えている磁気
    的隔絶指示ジンバル装置。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第７項記載のジンバル装置
    において、前記ハウジング内に取付けられ、軸方向アク
    チユエータおよび前記軸方向電機子に対する軸方向電機
    子感知手段を有する磁気的隔絶指示ジンバル装置。
  9. 【請求項９】磁気的隔絶指示ジンバル装置であつて、 ペイロードの一方に接続された軸方向モジユール、およ
    び前記モジユールの反対側に接続されたトルクモジユー
    ルを含むハウジングと、 前記ハウジング内に回転可能に取付けられ、前記ハウジ
    ング内で同軸的に延長している質量中心軸を有するシヤ
    フト、 前記シヤフトと同心的に前記ハウジング内に取付けられ
    た線形２軸大ギヤツプ径方向磁気アクチユエータと、 前記径方向磁気アクチユエータに隣接したシヤフト上に
    取付けられた径方向電機子と、 前記軸方向モジユールに取付けられた１組の線形、大ギ
    ヤツプ軸方向磁気アクチユエータと、 前記シヤフトに接続され、前記軸方向磁気アクチユエー
    タ間に延長する前記軸方向モジユール内の軸方向電機子
    と、 および 前記シヤフトに接続された第１の部分と前記ハウジング
    に接続された第２の部分とを有する、前記トルクモジユ
    ール内の大ギヤツプ回転位置感知装置と、 を備えたことを特徴とする磁気的隔絶指示ジンバル装
    置。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第９項記載のジンバル装
    置において、各モジユールは感知装置の電子パツケージ
    およびカバーとを備えていることを特徴とする磁気的隔
    絶指示ジンバル装置。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第９項記載のジンバル装
    置において、前記シヤフトおよび前記ハウジングにそれ
    ぞれ接続された連動停止部を有していることを特徴とす
    る磁気的隔絶指示ジンバル装置。
  12. 【請求項１２】特許請求の範囲第９項記載のジンバル装
    置において、前記径方向磁気アクチユエータに接続され
    た調節可能な保持装置、および前記径方向電機子を感知
    する前記保持装置内に取付けられた手段を備えている磁
    気的隔絶指示ジンバル装置。
  13. 【請求項１３】特許請求の範囲第９項記載のジンバル装
    置において、前記第２のモジユールはトルクモータおよ
    び大ギヤツプ回転位置感知装置を備えていることを特徴
    とする磁気的隔絶指示ジンバル装置。
  14. 【請求項１４】特許請求の範囲第１項記載のジンバル装
    置において、前記ハウジングはペイロードに接続された
    単一モジユールを有していることを特徴とする磁気的隔
    絶指示ジンバル装置。
  15. 【請求項１５】特許請求の範囲第14項記載のジンバル装
    置において、前記単一モジユールは更にギヤツプにかか
    る電気的接続を行なう手段を有することを特徴とする磁
    気的隔絶指示ジンバル装置。
  16. 【請求項１６】特許請求の範囲第１項記載のジンバル装
    置において、磁気ジンバルはペイロードに取付けられて
    おり、かつ制御手段は慣性指示のための補償を制御する
    ために結合された手段と、およびペイロード慣性運動を
    検出するために結合された手段とを備えていることを特
    徴とする磁気的隔絶指示ジンバル装置。
  17. 【請求項１７】特許請求の範囲第１項記載のジンバル装
    置において、前記磁気ジンバルは支持部に取付けられ、
    かつ制御手段が設けられると共に、回転位置感知装置内
    にあり、ジンバル角度制御エラーを出力する手段を備え
    ていることを特徴とする磁気的隔絶指示ジンバル装置。
JP62174060A 1986-07-15 1987-07-14 磁気的隔絶指示ジンバル装置 Expired - Lifetime JP2529860B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US885627 1986-07-15
US06/885,627 US4803413A (en) 1986-07-15 1986-07-15 Magnetic isolating and pointing gimbal apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6329292A JPS6329292A (ja) 1988-02-06
JP2529860B2 true JP2529860B2 (ja) 1996-09-04

Family

ID=25387344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62174060A Expired - Lifetime JP2529860B2 (ja) 1986-07-15 1987-07-14 磁気的隔絶指示ジンバル装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4803413A (ja)
EP (1) EP0253615B1 (ja)
JP (1) JP2529860B2 (ja)
DE (1) DE3785973T2 (ja)

Families Citing this family (62)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5197341A (en) * 1991-06-20 1993-03-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Payload attitude control tester
US5889670A (en) 1991-10-24 1999-03-30 Immersion Corporation Method and apparatus for tactilely responsive user interface
US5274314A (en) * 1993-02-12 1993-12-28 Texas Instruments Incorporated Adaptive friction compensator
US5731804A (en) 1995-01-18 1998-03-24 Immersion Human Interface Corp. Method and apparatus for providing high bandwidth, low noise mechanical I/O for computer systems
US5724264A (en) * 1993-07-16 1998-03-03 Immersion Human Interface Corp. Method and apparatus for tracking the position and orientation of a stylus and for digitizing a 3-D object
US5734373A (en) * 1993-07-16 1998-03-31 Immersion Human Interface Corporation Method and apparatus for controlling force feedback interface systems utilizing a host computer
US6437771B1 (en) * 1995-01-18 2002-08-20 Immersion Corporation Force feedback device including flexure member between actuator and user object
US5721566A (en) 1995-01-18 1998-02-24 Immersion Human Interface Corp. Method and apparatus for providing damping force feedback
US5805140A (en) * 1993-07-16 1998-09-08 Immersion Corporation High bandwidth force feedback interface using voice coils and flexures
US5739811A (en) * 1993-07-16 1998-04-14 Immersion Human Interface Corporation Method and apparatus for controlling human-computer interface systems providing force feedback
CA2167304C (en) * 1993-07-16 1998-04-21 Louis B. Rosenberg Multi degree of freedom human-computer interface with tracking and forcefeedback
US5821920A (en) * 1994-07-14 1998-10-13 Immersion Human Interface Corporation Control input device for interfacing an elongated flexible object with a computer system
US5642469A (en) 1994-11-03 1997-06-24 University Of Washington Direct-drive manipulator for pen-based force display
US6400352B1 (en) 1995-01-18 2002-06-04 Immersion Corporation Mechanical and force transmission for force feedback devices
US6850222B1 (en) 1995-01-18 2005-02-01 Immersion Corporation Passive force feedback for computer interface devices
US5691898A (en) * 1995-09-27 1997-11-25 Immersion Human Interface Corp. Safe and low cost computer peripherals with force feedback for consumer applications
US6166723A (en) * 1995-11-17 2000-12-26 Immersion Corporation Mouse interface device providing force feedback
US7113166B1 (en) 1995-06-09 2006-09-26 Immersion Corporation Force feedback devices using fluid braking
US6697748B1 (en) 1995-08-07 2004-02-24 Immersion Corporation Digitizing system and rotary table for determining 3-D geometry of an object
US5999168A (en) * 1995-09-27 1999-12-07 Immersion Corporation Haptic accelerator for force feedback computer peripherals
US5959613A (en) 1995-12-01 1999-09-28 Immersion Corporation Method and apparatus for shaping force signals for a force feedback device
US6704001B1 (en) * 1995-11-17 2004-03-09 Immersion Corporation Force feedback device including actuator with moving magnet
US8508469B1 (en) 1995-12-01 2013-08-13 Immersion Corporation Networked applications including haptic feedback
US6147674A (en) 1995-12-01 2000-11-14 Immersion Corporation Method and apparatus for designing force sensations in force feedback computer applications
US6219032B1 (en) * 1995-12-01 2001-04-17 Immersion Corporation Method for providing force feedback to a user of an interface device based on interactions of a controlled cursor with graphical elements in a graphical user interface
US7027032B2 (en) * 1995-12-01 2006-04-11 Immersion Corporation Designing force sensations for force feedback computer applications
US6028593A (en) * 1995-12-01 2000-02-22 Immersion Corporation Method and apparatus for providing simulated physical interactions within computer generated environments
US6078308A (en) * 1995-12-13 2000-06-20 Immersion Corporation Graphical click surfaces for force feedback applications to provide user selection using cursor interaction with a trigger position within a boundary of a graphical object
US6859819B1 (en) 1995-12-13 2005-02-22 Immersion Corporation Force feedback enabled over a computer network
US6050718A (en) * 1996-03-28 2000-04-18 Immersion Corporation Method and apparatus for providing high bandwidth force feedback with improved actuator feel
US6374255B1 (en) * 1996-05-21 2002-04-16 Immersion Corporation Haptic authoring
US6024576A (en) 1996-09-06 2000-02-15 Immersion Corporation Hemispherical, high bandwidth mechanical interface for computer systems
US5828197A (en) * 1996-10-25 1998-10-27 Immersion Human Interface Corporation Mechanical interface having multiple grounded actuators
WO1998033136A1 (en) * 1997-01-27 1998-07-30 Immersion Human Interface Corporation Method and apparatus for providing high bandwidth, realistic force feedback including an improved actuator
US6020876A (en) 1997-04-14 2000-02-01 Immersion Corporation Force feedback interface with selective disturbance filter
US6020875A (en) * 1997-10-31 2000-02-01 Immersion Corporation High fidelity mechanical transmission system and interface device
US6104382A (en) 1997-10-31 2000-08-15 Immersion Corporation Force feedback transmission mechanisms
US6211861B1 (en) * 1998-06-23 2001-04-03 Immersion Corporation Tactile mouse device
US6256011B1 (en) * 1997-12-03 2001-07-03 Immersion Corporation Multi-function control device with force feedback
DE19921390B4 (de) * 1999-05-10 2005-06-09 Eads Astrium Gmbh Positionierungssystem für eine Meßeinrichtung eines Satelliten
US6693626B1 (en) * 1999-12-07 2004-02-17 Immersion Corporation Haptic feedback using a keyboard device
US7084854B1 (en) * 2000-09-28 2006-08-01 Immersion Corporation Actuator for providing tactile sensations and device for directional tactile sensations
IL143255A (en) 2001-05-20 2015-09-24 Simbionix Ltd Endoscopic ultrasonography simulation
US6687645B2 (en) 2001-06-28 2004-02-03 Northrop Grumman Corporation Motion and trajectory data generator for a multi-gimbaled rotating platform
US6904823B2 (en) * 2002-04-03 2005-06-14 Immersion Corporation Haptic shifting devices
US6834841B2 (en) * 2002-07-03 2004-12-28 Honeywell International Inc. Method and system for decoupling structural modes to provide consistent control system performance
AU2003285886A1 (en) 2002-10-15 2004-05-04 Immersion Corporation Products and processes for providing force sensations in a user interface
US8992322B2 (en) * 2003-06-09 2015-03-31 Immersion Corporation Interactive gaming systems with haptic feedback
US7850456B2 (en) 2003-07-15 2010-12-14 Simbionix Ltd. Surgical simulation device, system and method
US20080257038A1 (en) * 2005-10-06 2008-10-23 Technological Resources Pty. Limited Gravity Gradiometer
CN104656900A (zh) 2006-09-13 2015-05-27 意美森公司 用于游戏厅游戏触觉的系统和方法
GB0700470D0 (en) * 2007-01-10 2007-02-21 Cambridge Entpr Ltd Apparatus and method for acquiring sectional images
US8543338B2 (en) 2007-01-16 2013-09-24 Simbionix Ltd. System and method for performing computerized simulations for image-guided procedures using a patient specific model
US8500451B2 (en) * 2007-01-16 2013-08-06 Simbionix Ltd. Preoperative surgical simulation
CN100455874C (zh) * 2007-02-08 2009-01-28 武汉科技大学 基于dsp的控制驱动一体化二自由度云台
US9486292B2 (en) 2008-02-14 2016-11-08 Immersion Corporation Systems and methods for real-time winding analysis for knot detection
US9104791B2 (en) * 2009-05-28 2015-08-11 Immersion Corporation Systems and methods for editing a model of a physical system for a simulation
US8542105B2 (en) * 2009-11-24 2013-09-24 Immersion Corporation Handheld computer interface with haptic feedback
CN101740139B (zh) * 2009-12-14 2015-04-15 中国电子科技集团公司第五十四研究所 升降桅杆负载调平方法
US9866924B2 (en) 2013-03-14 2018-01-09 Immersion Corporation Systems and methods for enhanced television interaction
US9837939B1 (en) 2015-04-01 2017-12-05 Lockheed Martin Corporation System and method for providing vibration isolation by magnetic levitation
CN109949856B (zh) * 2019-03-15 2021-01-29 天津理工大学 一种基于柔性铰链的模块化六自由度精密微动机构

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3875488A (en) * 1973-02-15 1975-04-01 Raytheon Co Inertially stabilized gimbal platform
US4088018A (en) * 1976-02-27 1978-05-09 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Magnetic suspension and pointing system
US4403838A (en) * 1980-10-30 1983-09-13 Rockwell International Corporation Precision pointing and stabilization system
DE3213172A1 (de) * 1982-04-08 1983-10-13 Bbc Brown Boveri & Cie Formschlussloser elektromotorischer drehantrieb fuer waffenanlagen
US4498038A (en) * 1983-02-15 1985-02-05 Malueg Richard M Stabilization system for soft-mounted platform
JPS60245443A (ja) * 1984-05-18 1985-12-05 Ntn Toyo Bearing Co Ltd 制御式ラジアル磁気軸受装置
JPS6185060A (ja) * 1984-09-29 1986-04-30 Toshiba Corp 非接触位置決め装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP0253615A2 (en) 1988-01-20
US4803413A (en) 1989-02-07
JPS6329292A (ja) 1988-02-06
EP0253615B1 (en) 1993-05-26
DE3785973T2 (de) 1993-09-30
DE3785973D1 (de) 1993-07-01
EP0253615A3 (en) 1990-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2529860B2 (ja) 磁気的隔絶指示ジンバル装置
US5897223A (en) Stabilized platform system for camera
EP0486787B1 (en) Multi-bar parallelogram-type positioner
US8738317B2 (en) Inertial measurement device and an aircraft including such a device
JPH08505826A (ja) 直接トルク制御モーメント・ジャイロスコープ
CN104777842B (zh) 一种基于磁悬浮控制敏感陀螺的卫星单轴测控一体化方法
WO2017028021A1 (en) System and method for supporting compact servo system
CN111506118B (zh) 一种使用正交解耦力矩驱动的三自由度光电吊舱
JP2017159425A (ja) ロボット
EP0023958B1 (en) Free rotor gas-bearing gyroscope having electro-magnetic rotor restraint and acceleration output signal and method of operating a gyroscope
EP0612928A1 (en) Magnetic bearing device
EP0025446B1 (en) Two degree of freedom gyro having a permanent magnet motor
US8803467B2 (en) Partial arc curvilinear direct drive servomotor
DeMore et al. Design study for a high-accuracy three-axis test table
CA1117786A (en) Angular accelerometer stabilized pendulum
US3748912A (en) Gyroscope with universally mounted rotor
Hollis A planar XY robotic fine positioning device
JP3286186B2 (ja) 微動位置決め制御装置
US8013561B2 (en) Driving mechanism having position encoder for two-dimensional positioning
US20100060086A1 (en) Driving mechanism having position encoder for two-dimensional positioning
RU2771918C2 (ru) Гироскоп
Cunningham et al. Design of the annular suspension and pointing system (ASPS)(including design addendum)
Maruyama et al. Proposal of a new configuration for magnetically suspended gyro
Britcher Large angle magnetic suspension text fixture
JP4877954B2 (ja) 除振装置