JP5156914B2 - ジンバルにおける冗長系モータ構造 - Google Patents

ジンバルにおける冗長系モータ構造 Download PDF

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本発明は、ジンバルにおける冗長系モータ構造に関し、特に、直交二軸の第１軸及び第２軸を各々一対のモータで駆動し、各々冗長系を構成して信頼性を高めると共に、回転トルクアップを計るための新規な改良に関する。
従来、用いられていたこの種の直交二軸のジンバル機構としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示された構成を挙げることができるが、何れの構成においても、各軸を回転させるモータは各々１個のみで構成されていた。
特開平１０−２１３４３８号公報 特開２００２−９８７８３号公報
従来の直交二軸のジンバル機構は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述の直交二軸のジンバル機構においては、各軸共、１個のモータのみで駆動されていたため、モータ又はモータ駆動回路が故障するとジンバル機構の作動は停止状態となり、装置の動作の継続が不可能となっていた。
本発明によるジンバルにおける冗長系モータ構造は、全体形状が長手筒形状をなす本体の互いに離間した第１、第２軸受体に回転自在に支持された第１軸と、前記本体側に設けられ前記第１軸を回転させるため互いに軸方向に沿って直列状に配設された一対の第１、第２モータと、前記第１軸の端部に接続され前記第１軸により前記第２軸受体を介して第１軸回り方向へ回転すると共に断面凹状をなす回転部材と、前記回転部材内に設けられ一対の第３、第４軸受体を介して回転自在で、かつ、前記第１軸とは９０度軸方向が異なる第２軸と、前記回転部材に設けられ前記第２軸を第２軸回り方向へ回転させるため互いに離間して配設された一対の第３、第４モータと、前記第２軸の両端部の第１、第２フランジに設けられた一対の被回転部材と、前記本体側に設けられ前記第１軸の回転を検出する第１マルチスピードシンクロと、前記本体側に設けられ前記第１軸の制動を行うための第１ブレーキと、前記回転部材側に設けられ前記第２軸の回転を検出する第２マルチスピードシンクロと、前記回転部材側に設けられ前記第２軸の制動を行うための第２ブレーキと、前記本体の前記回転部材が設けられている端部とは反対側の端部に設けられ基板を有する制御体部と、を備え、前記第１、第２軸により、直交二軸のジンバル機構を構成し、前記各モータは、中空軸モータからなり、前記第１軸は同時駆動する前記第１、第２モータで駆動し、前記第２軸は同時駆動する前記第３、第４モータで駆動するようにしたジンバルにおける冗長系モータ構造において、前記第１軸及び第２軸は、互いに直交二軸のジンバル機構を構成しているため、前記第２軸の各フランジに設けられた各被回転部材は、外部から送られてくる慣性信号により、前記制御体部を介して前記第１、第２モータを用いて第１軸を回転させ、さらに、前記第３、第４モータを用いて第２軸を回転することによって、直交二軸ジンバルによる前記各被回転部材の軸方向は、前記直交二軸ジンバルが搭載されている部材の姿勢が変化した場合でも、常に、一方向を向くように制御され、前記制御体部は、前記各モータを駆動するための４個のドライバを有しており、各々モータの何れかが故障した場合、又は、何れかのドライバが故障した場合でもジンバルの駆動を行うことができるようにした構成である。
本発明によるジンバルにおける冗長系モータ構造は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、直交二軸のジンバルの各軸に対して、各々２個のモータが設けられているため、一方のモータに故障が発生した場合でも、他方のモータで軸の回転が可能となり、信頼性を向上させることができる。
また、各軸の２個のモータを同時駆動することにより、１個使用のモータに対して２個のモータによる２倍のトルクを用いることができ、被回転部材の質量が大きい場合でも、迅速な回転駆動を行うことができる。
本発明は、直交二軸の第１軸及び第２軸を各々一対のモータで駆動し、各々冗長系を構成して信頼性を高めると共に、回転トルクアップを計るようにしたジンバルにおける冗長系モータ構造を提供することを目的とする。
以下、図面と共に本発明によるジンバルにおける冗長系モータ構造の好適な実施の形態について説明する。
図１から図３において符号１で示されるものは、全体形状が長手筒形状をなす本体であり、この本体１の下部には制御系の基板２を有する制御体部３が設けられている。前記制御体部３は、本体１の後述の回転部材１０が設けられている端部とは反対側の端部に設けられている。
前記本体１の上部に互いに間隔をあけて設けられた第１、第２軸受体４、５には長手形状の第１軸６が第１軸回り方向Ｒ１へ回転自在に設けられており、この第１軸６の下部にはこの第１軸１の回転を検出するための第１マルチスピードシンクロ７が設けられている。
前記第１軸６のマルチスピードシンクロ７の近傍位置には、前記本体１に取付けられたブレーキ８が設けられ、このブレーキ８によって前記第１軸６の制動を行うことができるように構成されている。また、前記第１軸６は、前記本体１に設けられた中空軸型の第１、第２モータ２０、２１を貫通し、各モータ２０、２１の同時駆動によって第１軸６が駆動されるように構成されている。
前記本体１の上部には、前記第２軸受体５を介して前記第１軸６の上部に設けられ前記第１軸６と共に回転すると共に断面凹状をなす回転部材１０が回転自在に配設され、この回転部材１０に設けられ互いに離間する第３、第４軸受体１１、１２には第２軸１３が回転自在に設けられ、前記第２軸１３は前記第１軸６に対して直交し、直交二軸のジンバルを形成することができるように構成されている。
前記回転部材１０には、前記第２軸１３を回転駆動するための一対の中空軸型の第３、第４モータ１４、１５が互いに離間して設けられ、前記第３モータ１４の近傍に設けられた周知の第２マルチスピードシンクロ１６により、前記第２軸１３の第２軸回り方向Ｒ２への回転が検出されるように構成されている。
前記回転部材１０の一端には、図３に示されるように、周知構造の第２ブレーキ１７が設けられ、この第２ブレーキ１７によって前記第２軸１３の回転の制動ができるように構成されている。
前記第１、第２モータ２０、２１は、前記第１軸６上で互いに軸方向に沿って直列状に配設され、前記第１、第２モータ２０、２１を同時駆動することにより、１個のモータの２倍の回転トルクで前記第１軸６を回転駆動することができる。
また、前記第３、第４モータ１４、１５は、前記第２軸１３上で互いに軸方向に沿って配設され、前記第３、第４モータ１４、１５を同時駆動することにより、１個のモータの２倍の回転トルクで前記第２軸１３を回転駆動することができる。
前記第２軸１３の両端部には、第１フランジ３０及び第２フランジ３１が一体状に接続して設けられており、前記第１フランジ３０には検出器等の第１被回転部材４０が設けられていると共に、前記第２フランジ３１には検出器等の第２被回転部材４１が設けられている。
前記第１軸６及び第２軸１３は、互いに直交二軸のジンバルを構成しているため、第２軸１３の各フランジ３０、３１に設けられた各被回転部材４０、４１は、図示しない外部の慣性航法装置から送られてくる慣性信号により、前記制御体部３を介して前記第１、第２モータ２０、２１を用いて第１軸６を回転させ、さらに、前記第３、第４モータ１４、１５を用いて第２軸１３を回転することによって、直交二軸ジンバルによる前記各被回転部材４０、４１の軸方向は、前記直交二軸ジンバルが搭載されている部材の姿勢が変化した場合でも、常に、一方向を向くように制御される。尚、前記制御体部３は、前記各モータ２０、２１、１４、１５を駆動するための４個のドライバを有しており、各々モータ２０、２１、１４、１５の何れかが故障した場合、又は、何れかのドライバが故障した場合でもジンバルの駆動を行うことができるように構成されている。
本発明によるジンバルにおける冗長系モータ構造を示す断面図である。 図１の左側断面図である。 図１の平面断面図である。
１ 本体
２ 基板
３ 制御体部
４ 第１軸受体
５ 第２軸受体
６ 第１軸
７ 第１マルチスピードシンクロ
Ｒ１ 第１軸回り方向
Ｒ２ 第２軸回り方向
８ 第１ブレーキ
１６ 第２マルチスピードシンクロ
１７ 第２ブレーキ
１０ 回転部材
１１ 第３軸受体
１２ 第４軸受体
１３ 第２軸
１４ 第３モータ
１５ 第４モータ
２０ 第１モータ
２１ 第２モータ
３０ 第１フランジ
３１ 第２フランジ
４０ 第１被回転部材
４１ 第２被回転部材

Claims (1)

  1. 全体形状が長手筒形状をなす本体(1)の互いに離間した第１、第２軸受体(4,5)に回転自在に支持された第１軸(6)と、前記本体(1)側に設けられ前記第１軸(6)を回転させるため互いに軸方向に沿って直列状に配設された一対の第１、第２モータ(20,21)と、前記第１軸(6)の端部に接続され前記第１軸(6)により前記第２軸受体(5)を介して第１軸回り方向(R1)へ回転すると共に断面凹状をなす回転部材(10)と、前記回転部材(10)内に設けられ一対の第３、第４軸受体(11,12)を介して回転自在で、かつ、前記第１軸(6)とは９０度軸方向が異なる第２軸(13)と、前記回転部材(10)に設けられ前記第２軸(13)を第２軸回り方向(R2)へ回転させるため互いに離間して配設された一対の第３、第４モータ(14,15)と、前記第２軸(13)の両端部の第１、第２フランジ(30,31)に設けられた一対の被回転部材(40.41)と、前記本体(1)側に設けられ前記第１軸(6)の回転を検出する第１マルチスピードシンクロ(7)と、前記本体(1)側に設けられ前記第１軸(6)の制動を行うための第１ブレーキ(8)と、
    前記回転部材(10)側に設けられ前記第２軸(13)の回転を検出する第２マルチスピードシンクロ(16)と、前記回転部材(10)側に設けられ前記第２軸(13)の制動を行うための第２ブレーキ(17)と、
    前記本体(1)の前記回転部材(10)が設けられている端部とは反対側の端部に設けられ基板(2)を有する制御体部(3)と、を備え、
    前記第１、第２軸(6,13)により、直交二軸のジンバル機構を構成し、前記各モータ(20,21,14,15)は、中空軸モータからなり、前記第１軸(6)は同時駆動する前記第１、第２モータ(20,21)で駆動し、前記第２軸(13)は同時駆動する前記第３、第４モータ(14,15)で駆動するようにしたジンバルにおける冗長系モータ構造において、
    前記第１軸(6)及び第２軸(13)は、互いに直交二軸のジンバル機構を構成しているため、前記第２軸(13)の各フランジ(30,31)に設けられた各被回転部材(40.41)は、外部から送られてくる慣性信号により、前記制御体部(3)を介して前記第１、第２モータ(20,21)を用いて第１軸(6)を回転させ、さらに、前記第３、第４モータ(14,15)を用いて第２軸(13)を回転することによって、直交二軸ジンバルによる前記各被回転部材(4,41)の軸方向は、前記直交二軸ジンバルが搭載されている部材の姿勢が変化した場合でも、常に、一方向を向くように制御され、前記制御体部(3)は、前記各モータ(20,21,14,15)を駆動するための４個のドライバを有しており、各々モータ(20,21,14,15)の何れかが故障した場合、又は、何れかのドライバが故障した場合でもジンバルの駆動を行うことができるように構成されていることを特徴とするジンバルにおける冗長系モータ構造。
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