JPH09144806A - リニア・ダンパ型減揺装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、母機（ボート等）の揺れが大きくな
っても、有効に作動することができる減揺装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】本発明に係るリニア・ダンパ型減揺装置
は、コントロール・モーメント・ジャイロ（ＣＭＧ）を
有する減揺装置において、コントロール・モーメント・
ジャイロ１００のフライホィール１のスピン軸６０は、
スピンモータ５により駆動されるとともに、スピン軸受
６を介してジンバル２で支持され、ジンバル２は、アー
ム１１０を有するジンバル軸３とジンバル軸受７を介し
てサポート８で支持され、ジンバル軸３の動揺は、アー
ム１１０と母機１０７の間に設けたリニア・ダンパ１０
６により減揺されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶（遊漁船、レ
ジャーボート、漁船、測量船、灯台（ブイ）見回り船
等）、ゴンドラ、ロープウェイ等に利用される減揺装置
に関する。本発明は、吊下物、パワーショベル、クレー
ン等の回転揺れの減揺装置にも利用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来のコントロール・モーメント・ジャ
イロ（以下ＣＭＧという）を有する減揺装置を図１０に
示す。従来のＣＭＧを有する減揺装置は、ジンバル・ブ
レーキにロータリ・ダンパ４を使用していた。そのロー
タリ・ダンパの種類には、オイル式、ディスク・ブレー
キ式、パウダブレーキ式、電動ブレーキ式等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常のロータリ・ダン
パには、図１１（Ａ）に示すように構造上、回転角度に
制限（±９０〜±１００°）があり、母機（ボート等）
の揺れ（外乱）が過大なものになると、回転角度制限に
達してしまう事がある。このため、図９に示すようなメ
カニカル・ストッパ９を設置する必要があった。

【０００４】また、特別なロータリ・ダンパには、図１
１（Ｂ）に示すように構造上回転角度制限のないものも
あるが、コスト高になるので、実用性は低い。そして、
従来のＣＭＧを有する減揺装置では、ジンバル・ブレー
キとして、ロータリ・ダンパ４を使用しているため、揺
れ（外乱）が大きくなるとロータリ・ダンパの吸収すべ
き熱量が大きくなる。吸収すべき熱量が大きいロータリ
・ダンパは構造上大型になる。本発明はこれらの問題を
解決することができる装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（第１の手段）本発明に係るリニア・ダンパ型減揺装置
は、コントロール・モーメント・ジャイロ（ＣＭＧ）を
有する減揺装置において、（Ａ）コントロール・モーメ
ント・ジャイロのフライホィールのスピン軸は、スピン
モータにより駆動されるとともに、スピン軸受を介して
ジンバルで支持され、（Ｂ）前記ジンバルは、アームを
有するジンバル軸とジンバル軸受を介してサポートで支
持され、（Ｃ）前記ジンバル軸の動揺は、アームと母機
の間に設けたリニア・ダンパにより減揺されることを特
徴とする。 （第２の手段）本発明に係るリニア・ダンパ型減揺装置
は、第１の手段において、（Ａ）コントロール・モーメ
ント・ジャイロのジンバル軸の一端には、スリップリン
グを有し、（Ｂ）前記ジンバル軸の他端には、アームを
有し、（Ｃ）前記アームは、冷却フィンを有するリニア
・ダンパの一端を回動可能に支持し、（Ｄ）前記コント
ロール・モーメント・ジャイロは、リニア・ダンパを冷
却するためのファンを設けたＣＭＧカバーを有すること
を特徴とする。

【０００６】従って次のように作用する。Ｘ軸、Ｙ軸、
Ｚ軸を図１のように定めたとき、 （１）フライホィールを回転させ、Ｚ軸まわりの角運動
量を確保しているときに、外乱により、Ｘ軸まわりにロ
ール揺れが発生すると、 （２）ジャイロ効果により、ジンバル軸が、Ｙ軸まわり
に揺動し、 （３）リニア・ダンパで、ジンバルの揺動にブレーキを
かけ、Ｙ軸まわりのジンバルの揺動を制御する。 （４）そして、ジャイロ効果で、コントロール・モーメ
ント・ジャイロ（ＣＭＧ）の出力トルクを、Ｘ軸まわり
に、外乱に対するカウンタトルクとして、発生させる。 （６）そのため、母機のロール揺れを減少させることが
できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を図１
〜図６、及び図８に示す。図１は本発明の第１の実施の
形態の構成を示す。

【０００８】図１に示すように、本発明装置は、高速で
回転するフライホィール１と、フライホィール用のスピ
ン軸受け６と、フライホィールを回すスピンモータ５
と、これを支えるジンバル２と、ジンバルを支持するジ
ンバル軸受け７と、サポート８と、リニア・ダンパ１０
６を有する。

【０００９】そして、母機１０７にはサポート８で固定
され、本発明装置の出力するジャイロトルクで母機の横
揺れを減揺させる。本装置全体をコントロール・モーメ
ント・ジャイロ（ＣＭＧ）１００という。

【００１０】図２は本発明装置をボートに適用した場合
の搭載図を示す。ボートへの接地については、ボートの
進行方向に対してジンバル軸３が直角になる様に配置す
る。

【００１１】図２では、本発明装置を２機搭載した例を
示しているが、船の大きさ、重さにより、１機、２機、
３機、４機…と、搭載台数を変えることができる。図３
は本発明装置の内部構成例を示す。

【００１２】高速で回転するフライホィール１をジンバ
ル２で支持し、このジンバルをサポート８で支持する。
フライホィール１は、スピンモータ５により回転する。

【００１３】スピンモータ５は、コンパクト化のため、
パンケーキ型（偏平型）を使用している。フライホィー
ル１の回転数は、制御せず、損失と釣り合った点を定常
回転数としているため、余分なコントローラを必要とし
ない。

【００１４】図４は、本発明装置のリニア・ダンパ１０
６の断面図を示す。リニア・ダンパは、ピストンロッド
Ａ１とシリンダＡ２で構成され、ピストンヘッドの両側
のポートＡ６にシリコンオイル等を満たし、ピストンの
オリフィスＡ４で両コントロール・ポートＡ６を接続す
る。

【００１５】シリコンオイル等の漏れは、シ−ルＡ５で
防止している。シリンダＡ２が外力でリニア運動をする
時、両コントロール・ポールＡ６のオイルが、オリフィ
スＡ４で絞られるため、ダンピング反力を与えることが
できる。

【００１６】リニア・ダンパはトラニオンＡ３で本体に
支持されている。 （リニア・ダンパの種類）図４のリニア・ダンパは、最
も基本的なものであり、実際には、アキュムレータ機能
を持たせたものもある。

【００１７】アキュムレータ機能とは、両ポートＡ６の
オイルが、外部へ漏れた時には補給し、またオイル温度
が上昇した時には膨張したオイルを吸収する機能を有す
ることをいう。

【００１８】図５はリニア・ダンパ１０６の取付例を示
す。リニア・ダンパ１０６はアーム１１０と取付ボルト
／ナット１１１を使用してジンバル２の軸３に取付けら
れる。

【００１９】軸３は、ジンバル軸受け７でサポ−ト８に
支持されている。また、コントロール・モーメント・ジ
ャイロ（ＣＭＧ）１００には、トラニオンＡ３で接続さ
れ、軸３の回転運動とリニア・ダンパ１０６の直線運動
を可能にしている。この構成で、ジンバル２の回転運動
をリニア・ダンパ１０６の直線運動に変換し、ブレーキ
を働かせている。

【００２０】従って、ジンバルの回転角度に制限がなく
なる。そして、このリニア・ダンパ１０６の外周に、放
熱フィン１１２を設置することにより、熱伝達が増し、
熱吸収量の大きなダンパ（ジンバル・ブレーキ）にな
る。

【００２１】図６は、本は装置におけるヨー軸方向の分
力を打ち消す方法を示す。図６に示すように、本発明装
置を１セットにつき２機（２機／１set ）ボートに搭載
し、フライホィール１の回転を各々逆に駆動することに
より、ヨー軸方向の分力を打ち消すことができる。

【００２２】ヨー軸方向分力とは、ジンバル軸３及びジ
ンバル２が動揺してロール方向に制振トルクを発生する
時、ジンバル軸３が傾きを持ったために発生するヨー軸
方向のトルク分力である。

【００２３】また、複数台を船艇に設置する場合、ＣＭ
Ｇの各々に電気的、機械的な接続が不要なため、船艇の
限られた空間内で自由に配置することができる。 （第２の実施の形態）次に第２の実施の形態を、図７に
基づいて説明する。

【００２４】第２の実施の形態の基本構造は、第１の実
施の形態と同じであるが、第２の実施の形態は、下記の
点で第１の実施の形態と相違する。 （１）ジンバル軸３の一端にリニア・ダンパ１０６を取
付け、他端にスリップリング１１３を取付ける。

【００２５】その理由は、リニア・ダンパ１０６の採用
により、ジンバル２の回転角度制限が無くなるため、ス
ピンモータ５への電力供給をするワイヤがねじれない様
にするためである。（ワイヤがねじれるとワイヤの破損
をまねき故障する。） （２）リニア・ダンパ１０６の放熱フィン１１２の熱伝
達を促進するために、ファン１１４を設置し、送風によ
り通風穴１１６を通じて強制的に熱を逃がす様にしてい
る。

【００２６】そのため、リニア・ダンパの吸収熱量を増
加することができる。ファンは、図７に示すように、Ｃ
ＭＧ全体を覆うように、ＣＭＧカバー１１５等に設置
し、リニア・ダンパ１０６の放熱フィン１１２に風が当
たるように設置する。

【００２７】また、風がＣＭＧカバー１１５から出てい
くように、適当な場所に通風穴１１６を設置する。風の
流れは、図７のように外から内へ流れるようにする。

【００２８】ファンの作動は、ＣＭＧと同時にオン・オ
フさせる。ファン作動電力はスピンモータ電源から取
る。リニア・ダンパの放熱フィンの採用（リニア・ダン
パの軸方向のフィン）により自然対流、又は強制対流及
び熱伝達を増加できる。そのため小型で、熱吸収量大の
ものを実現できる。

【００２９】図８は本発明装置の減揺効果の計算結果を
示す。リニア・ダンパの出力トルクをＴとすると、図９
に示すように、リニア・ダンパの有効トルクＴ₁はＴcos
θ（θはジンバルの回転角度、水平を０deg とす
る。）で与えられる。

【００３０】一方、ＣＭＧの出力（ロール方向減揺出
力）は、ＨをＣＭＧの角運動量とし、θ′を角速度とす
るとき、Ｈθ′cos θで与えられる。θが大きくなると
（９０deg に近づくと）ＣＭＧ出力（Ｈ cos θ）は小
さくなるため、ダンパの出力トルクがＴcos θで小さく
なっても、ほとんど影響はない。

【００３１】非線形要素を含んでいるが、シミュレーシ
ョンによる確認では、同様の結果が得られている。リニ
ア・ダンパ方式は、ロータリ・ダンパ方式に比べて、効
率がcos θ（θは回転角度）で変化するが、母機を船と
して、外乱として正弦波及びランダム波を入力した場合
の船の揺れ角度φと、角速度φ´を計算し、両方式を比
較した結果、図８に示すように両方式の効果に差はない
事を確認した。また、過大な入力を与えてジンバル軸３
を９０°以上回転させた時も、問題が無い事を確認し
た。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、前述のように構成されている
ので、以下に記載するような効果を奏する。 （１）ジンバルを使用したＣＭＧ減揺装置のジンバル・
ブレーキにリニア式ダンパを使用しているため、ジンバ
ルの回転角度に制限を無くすることができる。

【００３３】そのため、ロータリ・ダンパに必要なメカ
ニカル・ストッパが不要になる。しかし、減揺性能等に
はロータリタイプと差異はない。 （２）ダンパの放熱面積を大きくすることができる。そ
のため、吸収熱量の大きい、小型の高性能な減揺装置を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図。

【図２】図１の装置をボートに適用した場合の搭載図。

【図３】図１の装置の内部構成例を示す図。

【図４】図１の装置のリニア・ダンパの断面図。

【図５】図１の装置のリニア・ダンパの取付例を示す
図。

【図６】図１の装置におけるヨー軸方向の分力を打ち消
す方法を示す図。

【図７】本発明の第２の実施の形態を示す図。

【図８】本発明装置の減揺効果の計算結果を示す図。

【図９】本発明装置のリニア・ダンパの出力トルクの説
明図。

【図１０】従来装置の説明図。

【図１１】従来のロータリ・ダンパの説明図。

【符号の説明】

１…フライホィール、 ２…ジンバル、 ３…ジンバル軸、 ４…ロータリ・ダンパ（ジンバル・ブレーキ）、 ５…スピンモータ、 ６…スピン軸受、 ７…ジンバル軸受、 ８…サポート、 ９…メカニカル・ストッパ、 １００…コントロール・モーメント・ジャイロ（ＣＭ
Ｇ）、 １０６…リニア・ダンパ（ジンバル・ブレーキ）、 １０７…母機（ボート、ゴンドラ等）、 １１０…アーム、 １１１…取付ボルト／ナット、 １１２…放熱フィン、 １１３…スリップリング、 １１４…ファン、 １１５…ＣＭＧカバー、 １１６…通風穴 Ａ１…ピストンロッド、 Ａ２…シリンダ、 Ａ３…トラニオン、 Ａ４…オリフィス、 Ａ５…シール、 Ａ６…コントロール・ポート。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コントロール・モーメント・ジャイロ
   （ＣＭＧ）を有する減揺装置において、（Ａ）コントロ
   ール・モーメント・ジャイロ（１００）のフライホィー
   ル（１）のスピン軸（６０）は、スピンモータ（５）に
   より駆動されるとともに、スピン軸受（６）を介してジ
   ンバル（２）で支持され、（Ｂ）前記ジンバル（２）
   は、アーム（１１０）を有するジンバル軸（３）とジン
   バル軸受（７）を介してサポート（８）で支持され、
   （Ｃ）前記ジンバル軸（３）の動揺は、アーム（１１
   ０）と母機（１０７）の間に設けたリニア・ダンパ（１
   ０６）により減揺されることを特徴とするリニア・ダン
   パ型減揺装置。
2. 【請求項２】 コントロール・モーメント・ジャイロ
   （ＣＭＧ）を有する減揺装置において、（Ａ）前記コン
   トロール・モーメント・ジャイロ（１００）のジンバル
   軸（３）の一端には、スリップリング（１１３）を有
   し、（Ｂ）前記ジンバル軸（３）の他端には、アーム
   （１１０）を有し、（Ｃ）前はアーム（１１０）は、冷
   却フィン（１１２）を有するリニア・ダンパ（１０６）
   の一端を回動可能に支持し、（Ｄ）前記コントロール・
   モーメント・ジャイロ（１００）は、リニア・ダンパ
   （１０６）を冷却するためのファン（１１４）を設けた
   ＣＭＧカバー（１１５）を有することを特徴とする請求
   項１記載のリニア・ダンパ型減揺装置。