JPH10246636A

JPH10246636A - 減揺装置

Info

Publication number: JPH10246636A
Application number: JP5075397A
Authority: JP
Inventors: Kazumichi Kato; 一路加藤; Takayoshi Fujii; 隆良藤井
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】減揺装置において、最適な制振効果を得るた
めのバネ定数の調節の調整や変更は、バネそのものの交
換や接続部の変更等により行うしかなく、最適な制振効
果を得るためのバネの調節は困難である。【解決手段】ジンバル１０とジンバル回転軸１３が接
続されるジンバル側面に可動用溝を設け、ジンバル１０
とジンバル回転軸１３とを固定するための固定用具３１
を用いて、可動用溝に沿って止め具３２により固定す
る。これにより、ジンバル全体の重心とジンバル回転軸
とに偏差を持たせ振り子構造とし、ジンバル回転軸１３
を固定する位置の調節により、バネ定数に相当するパラ
メータの調節変更を容易にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶やゴンドラ等
の本体に横揺れ（揺動）防止のために設置する、ジャイ
ロモーメントを用いた減揺装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の減揺装置の構成を示すモデルの一
例を図６に示す。図において、符号１１はジャイロ・ロ
ータを、符号１２はジャイロ・ロータ回転軸を示す。ま
た、符号１０は、ジャイロ・ロータ１１を支える枠であ
るジンバルを、符号１３はジンバル回転軸を、符号１４
はジンバル回転軸１３まわりの復元力として働くバネ
を、符号１５は回転運動の減衰を行うジンバル回転軸１
３まわりのダンパを示す。なお、ここでいう「ダンパ」
は回転運動の減衰を行う全ての手段の総称を意味する。
また、符号２０は制御対象となる主系を、符号２１は主
系回転軸を、符号２２、２３は主系回転軸２１回りのバ
ネおよびダンパを示す。なお、図において、記号Φｘは
ジンバル１０の角変位を、記号Φｙは主系２０の角変位
を符号Ωはジャイロ・ロータ１１の回転速度を表わして
いる。

【０００３】図に示す直交座標系において、制御対象と
なる主系２０のｙ軸回りの振動を抑制するためにジンバ
ル１０をｘｚ平面に設ける。そして、ジャイロモーメン
トを発生させるために回転速度Ωで回転するジャイロ・
ロータ１１をｚ軸上に設置する。ここで、ジンバル１０
はジンバル回転軸１３を中心として回転可能に支持され
るとともに、ジンバル回転軸回りのバネ１４によって、
図示の位置（中立位置）に弾性的に支持され、さらに、
ダンパ１５により回転運動が減衰されるようになってい
る。また、主系２０は主系回転軸２１を中心として回転
可能に支持されるとともに、主系回転軸回りのバネ２２
によって、図示の位置（中立位置）に弾性的に支持さ
れ、さらに、ダンパ２３により回転運動が減衰されるよ
うになっている。この減揺装置において、外乱による主
系２０のｙ軸まわりの回転（主系の回転角Φｙ）によ
り、ジャイロ・ロータ１１には、ジンバル回転軸１３の
ｘ軸まわりにジャイロモーメントが作用する。さらに、
ジンバル１０と主系２０は、バネ１４とダンパ１５によ
り接続、支持されているため、ジンバル１０の回転によ
るジャイロモーメントによりｙ軸に制振作用が働く。こ
こで、ジンバル１０の回転は、ジンバル１０と主系２０
間に取り付けたバネ１４とダンパ１５で調節する。な
お、実際に用いる際は、主系は船舶やゴンドラ自身を指
し、主系のバネやダンパは、主系本体の重力や形状によ
るバネ、空気や水等の粘性などによるダンパを指す。こ
れら主系のバネやダンパを制御することは困難であり、
減揺装置は、そのジンバル回転軸回りのバネやダンパを
制御することで、主系の制振効果を出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最適な制振
効果を得るためには、バネ１４とダンパ１５の調節が必
要となる。しかし、上述の減揺装置において、バネ１４
をねじりバネ等の機械部品で構成している場合、バネ定
数の調整や変更は、バネそのものの交換や接続部の変更
等により行うしかない。よって、最適な制振効果を得る
ためのバネの調節は困難である、という課題がある。本
発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、バネ定
数に相当するパラメータの調節変更が容易な減揺装置を
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】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１に記載の発明は、主系回転軸
を中心として揺動する主系に設けられた支持手段と、該
支持手段により、前記主系回転軸を含む平面内で主系回
転軸と直交する方向へ向けて支持されたジンバル回転軸
と、該ジンバル回転軸に支持されて一体に回転するジン
バルと、該ジンバルに支持され、前記主系回転軸および
ジンバル回転軸と直交する方向に向けられた軸を中心と
して回転するジャイロ・ロータと、前記ジンバルと支持
手段との間に設けられて前記ジンバルに前記ジンバル回
転軸回りのモーメントを与える振り子手段と、を備えた
ことを特徴とする減揺装置である。

【０００６】請求項２に記載の発明は、主系回転軸を中
心として揺動する主系に設けられた支持手段と、該支持
手段により、前記主系回転軸を含む平面内で主系回転軸
と直交する方向へ向けて支持されたジンバル回転軸と、
該ジンバル回転軸に支持されて一体に回転するジンバル
と、該ジンバルに支持され、前記主系回転軸およびジン
バル回転軸と直交する方向に向けられた軸を中心として
回転するジャイロ・ロータと、前記ジンバルと支持手段
との間に設けられて前記ジンバル全体の重心をジンバル
回転軸に対してずらす振り子手段と、を備えたことを特
徴とする減揺装置である。

【０００７】請求項３に記載の発明は、請求項１あるい
は請求項２に記載の揺動装置において、前記振り子手段
が、前記ジンバルと前記ジンバル回転軸が接続されるジ
ンバル側面に設けられた可動用溝と、前記ジンバルと前
記ジンバル回転軸とを固定する固定用具と、前記固定用
具を前記可動用溝に沿って固定する止め具と、を備えた
ことを特徴としている。

【０００８】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の揺動装置において、前記可動用溝が前記ジンバル全体
の重心が前記ジャイロ・ロータの回転軸方向に移動する
よう前記ジンバル側面に設けられたことを特徴としてい
る。

【０００９】請求項５に記載の発明は、請求項１あるい
は請求項２に記載の揺動装置において、前記振り子手段
が、おもりと、前記おもりを前記ジンバルの底部に固定
するための止め具とを備えたことを特徴としている。

【００１０】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の揺動装置において、前記おもりが、前記ジンバル全体
の重心が前記ジャイロ・ロータの回転軸方向に移動する
位置に前記止め具により前記ジンバルの底部に固定され
ることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
減揺装置を図面を参照して説明する。（第１の実施の形態）図１は、本発明の一実施形態によ
る減揺装置を示す図である。同図において図６の各部に
対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略す
る。本実施形態の減揺装置の構成は図６に示す従来の減
揺装置に以下の構成変更をしたものである。具体的に
は、符号２０は制御対象となる主系を、符号１０はジン
バルを、符号１３はジンバル回転軸を、符号３１はジン
バル１０とジンバル回転軸１３とを固定するための固定
用具を、符号３２は固定用具を固定するための止め具を
表している。図において、ジンバル１０とジンバル回転
軸１３とは、固定具３１および止め具３２を用いて固定
されている。ここで、ジンバル１０はジンバル回転軸１
３を介して、主系２０に固定された支持部９０、接続部
９１により主系２０に支持されている。また、ジンバル
回転軸１３は、ジンバル回転軸１３と支持部９０とを接
続する接続部９１により回転可能に接続されている。な
お、接続部９１には、図６に示すダンパ１５あるいは摩
擦抵抗などによりこれと同等の減衰力を与えるブレーキ
等が内蔵されている。

【００１２】次に、図２は図１の減揺装置におけるジン
バル１０とジンバル回転軸１３とが接続される部分をジ
ンバル回転軸１３方向よりみた図である。図よりジンバ
ル１０とジンバル回転軸１３とが接続されるジンバル側
面３４は、ジャイロ・ロータ回転軸１２に対して平行な
関係にあり、このジンバル側面３４に２本の可動用溝３
３ａ、３３ｂが形成されている。そして、この２本の可
動用溝３３ａ、３３ｂにより、ジンバル１０に対してジ
ンバル回転軸１３を可動用溝３３ａ、３３ｂの長さ方向
の任意の位置に固定することができる。そして、ジンバ
ル１０とジンバル回転軸１３は、固定用具３１と可動用
溝３３とをボルト等の止め具３２を用いて一体に締め付
けることにより固定される。

【００１３】図６において、従来の減揺装置では、主系
２０とジンバル１０とを接続するバネ１４による復元力
Ｔｋは、Ｔｋ＝ｋΦｘ・・・（１）と表せる。ここで、記号ｋはバネ１４のバネ定数を、記
号Φｘはジンバル１０の角変位である。一方、本実施の
形態の減揺装置では、ジンバル１０全体の重心とジンバ
ル回転軸１３との偏差を「ε」、ジンバル１０全体の質
量を「ｍ」とすると、ジンバル１０およびジンバル回転
軸１３により構成される振り子の復元力Ｔｋ’は、Ｔｋ’＝ｍｇε・ｓｉｎΦｘ・・・（２）と表せる。ここで、記号ｇは重力加速度を表す。式
（１）においてｋ＝１、式（２）においてｍｇε＝１の
場合、すなわち、Ｔｋ＝Φｘ、Ｔｋ’＝ｓｉｎΦｘの場合の復元力Ｔｋ、Ｔｋ’とジンバル１０の角変位Φ
ｘとの関係を図３に示す。図３において、縦軸は復元力
Ｔｋ、Ｔｋ’を横軸はジンバル１０の角変位Φｘ（単
位：ラジアン）である。また、バネを用いた場合の復元
力Ｔｋは実線で、振り子による復元力Ｔｋ’は破線で表
している。図よりジンバル１０の角変位Φｘが小さい範
囲では、Ｔｋ≒Ｔｋ’ となる。

【００１４】よって、ジンバル１０に対してジンバル回
転軸１３を移動可能とし、ジンバル１０全体の重心とジ
ンバル回転軸１３とをずらした振り子構造にすることに
より、ばね機構と等価な復元力を与えることが可能とな
る。よって、ジンバル１０に対してジンバル回転軸１３
を固定する位置の調整によりバネ定数に相当するパラメ
ータの調節変更が容易となる。また、ジャイロ・ロータ
回転軸１２に平行なジンバル側面３４に可動用溝３３
ａ、３３ｂが設けられている。よって、これらの可動用
溝３３ａ、３３ｂが、ジンバル１０とジンバル回転軸１
３とを固定した際に、ジンバル１０全体の重心がジンバ
ル回転軸１３に対しジャイロ・ロータ回転軸１２方向の
みずれるようなる。

【００１５】なお、上記実施の形態における減揺装置の
可動用溝は、例えば、１本の可動用溝をジンバル１０全
体の重心がジンバル回転軸１３に対しジャイロ・ロータ
回転軸１２方向にずれるように設け、２本の止め具で固
定することも可能である。しかし、可動用溝を２本設
け、４つの止め具でジンバル１０とジンバル回転軸１３
を固定することにより、ジンバル１０とジンバル回転軸
１３との固定をより確実なものとするとともに、ジンバ
ル１０が回転する際の止め具３２にかかる力を軽減でき
る。

【００１６】（第２の実施の形態）他の実施の形態を図
４に示す。図において図１の各部に対応する部分には同
一の符号を付け、その説明を省略する。図において、符
号１１はジャイロ・ロータを、符号１２はジャイロ・ロ
ータ回転軸を、符号４２ａ、４２ｂは止め具を、符号４
３ａ、４３ｂはおもりを表している。なお、ジャイロ・
ロータ回転軸１２を介して、ジャイロ・ロータ１１がジ
ンバル１０に接続、支持されている。

【００１７】図５は、図４の減揺装置におけるジンバル
底部を表した図である。図よりジンバル底部４１には２
つのおもり４３ａ、４３ｂが止め具４２ａ、４２ｂによ
りジンバル底部４１に固定されている。止め具４２ａ、
４２ｂによるおもり４３ａ、４３ｂの固定方法として
は、おもり４３ａ、４３ｂを貫通するボルトでジンバル
底部４１の内面に締め付ける、あるいは、おもり４３
ａ、４３ｂを接着する等がある。なお、おもり４３ａ、
４３ｂは、ジンバル１０とジンバル回転軸１３とを固定
した際に、ジンバル１０全体の重心がジンバル回転軸１
３に対しジャイロ・ロータ回転軸１２方向にずれるよう
に止め具４２ａ、４２ｂにより固定される。

【００１８】上述したように、ジンバル底部４１におも
り４２ａ、４２ｂを設けることにより、ジンバル１０全
体の重心とジンバル回転軸１３とに偏差が生じ、第１の
実施の形態と同様に、ジンバル１０全体の重心とジンバ
ル回転軸１３とをずらした振り子構造となる。よって、
ばね機構と等価な復元力を与えることが可能となり、お
もり４３ａ、４３ｂの重さの調節によりバネ定数に相当
するパラメータの調節変更が容易となる。また、おもり
４３ａ、４３ｂは、ジンバル１０全体の重心がジンバル
回転軸１３に対しジャイロ・ロータ回転軸１２方向にず
れるようにジンバル底面４１に固定される。よって、制
御対象となる主系平面が重力方向に対して垂直な場合、
ジンバル１０全体の重心をずらしてもジンバル１０の復
元力が重力方向に対して非対称となることはなく、制振
効果を高めることができる。なお、本実施の形態におけ
る減揺装置のおもり２個設けられているが、他の個数設
けることも可能である。しかし、おもりをジャイロ・ロ
ータ回転軸１２に対して対称に２個設けることにより容
易に、ジンバル１０全体の重心をジンバル回転軸１３に
対しジャイロ・ロータ回転軸１２方向にずれるようでき
る。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による減揺
装置によれば、下記の効果を得ることができる。請求項
１に記載の発明によれば、ジンバルにジンバル回転軸回
りのモーメントを与える振り子手段を設けることによ
り、ばね機構と等価な復元力を与えることが可能とな
る。よって、バネ定数に相当するパラメータの調節変更
が容易となる。

【００２０】請求項２に記載の発明によれば、ジンバル
全体の重心をジンバル回転軸に対してずらす振り子手段
を設けることにより、ばね機構と等価な復元力を与える
ことが可能となる。よって、バネ定数に相当するパラメ
ータの調節変更が容易となる。

【００２１】また、請求項３に記載の発明によれば、振
り子手段はジンバルとジンバル回転軸が接続されるジン
バル側面に設けられた可動用溝と、ジンバルとジンバル
回転軸とを固定するための固定用具と、この固定用具を
可動用溝に沿って固定するための止め具とにより実現さ
れている。これにより、ばね機構と等価な復元力を与え
ることが可能となるとともに、ジンバルとジンバル回転
軸との固定位置を調節することによりバネ定数に相当す
るパラメータの調節変更が容易となる。

【００２２】また請求項４に記載の発明によれば、可動
用溝はジンバル全体の重心がジャイロ・ロータ回転軸方
向に移動するようジンバル側面に設けられている。よっ
て、制御対象となる主系平面が重力方向に対して垂直な
場合、ジンバル全体の重心をずらしてもジンバルの復元
力が重力方向に対して非対称となることはなく、制振効
果を高めることができる。

【００２３】また請求項５に記載の発明によれば、振り
子手段はおもりと、このおもりをジンバルの底部に固定
するための止め具とにより実現されている。これによ
り、ばね機構と等価な復元力を与えることが可能となる
とともに、おもりの重さを調節することによりバネ定数
に相当するパラメータの調節変更が容易となる。

【００２４】また請求項６記載の発明によればおもり
は、ジンバル全体の重心がジャイロ・ロータ回転軸方向
に移動する位置に止め具によりジンバルの底部に固定さ
れる。よって、制御対象となる主系平面が重力方向に対
して垂直な場合、ジンバル全体の重心をずらしてもジン
バルの復元力が重力方向に対して非対称となることはな
く、制振効果を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による減揺装置を示す図
である。

【図２】図１の減揺装置におけるジンバルとジンバル
回転軸とが接続される部分を示す図である。

【図３】本発明における減揺装置における復元力を説
明するための図である。

【図４】本発明の他の実施形態による減揺装置を示す
図である。

【図５】図４の減揺装置におけるジンバル底部の内面
を示す図である。

【図６】減揺装置の一従来例の構成図である。

【符号の説明】

１０ジンバル１１ジャイロ・
ロータ１２ジャイロ・ロータ回転軸１３ジンバル回
転軸２０主系３１固定用具３２止め具３３
ａ、３３ｂ可動用溝３４ジンバル側面４１ジンバル底
部４２ａ、４２ｂ止め具４３ａ、４３ｂ
おもり９０支持部９１接続部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主系回転軸を中心として揺動する主系に
設けられた支持手段と、該支持手段により、前記主系回転軸を含む平面内で主系
回転軸と直交する方向へ向けて支持されたジンバル回転
軸と、該ジンバル回転軸に支持されて一体に回転するジンバル
と、該ジンバルに支持され、前記主系回転軸およびジンバル
回転軸と直交する方向に向けられた軸を中心として回転
するジャイロ・ロータと、前記ジンバルと支持手段との間に設けられて前記ジンバ
ルに前記ジンバル回転軸回りのモーメントを与える振り
子手段と、を備えたことを特徴とする減揺装置。
【請求項２】主系回転軸を中心として揺動する主系に
設けられた支持手段と、該支持手段により、前記主系回転軸を含む平面内で主系
回転軸と直交する方向へ向けて支持されたジンバル回転
軸と、該ジンバル回転軸に支持されて一体に回転するジンバル
と、該ジンバルに支持され、前記主系回転軸およびジンバル
回転軸と直交する方向に向けられた軸を中心として回転
するジャイロ・ロータと、前記ジンバルと支持手段との間に設けられて前記ジンバ
ル全体の重心をジンバル回転軸に対してずらす振り子手
段と、を備えたことを特徴とする減揺装置。
【請求項３】前記振り子手段は、前記ジンバルと前記ジンバル回転軸が接続されるジンバ
ル側面に設けられた可動用溝と、前記ジンバルと前記ジンバル回転軸とを固定する固定用
具と、前記固定用具を前記可動用溝に沿って固定する止め具
と、を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２
記載の減揺装置。
【請求項４】前記可動用溝は、前記ジンバル全体の重心が前記ジャイロ・ロータの回転
軸方向に移動するよう前記ジンバル側面に設けられたこ
とを特徴とする請求項３記載の減揺装置。
【請求項５】前記振り子手段は、おもりと、前記おもりを前記ジンバルの底部に固定する
ための止め具とを備えたことを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の減揺装置。
【請求項６】前記おもりは、前記ジンバル全体の重心が前記ジャイロ・ロータの回転
軸方向に移動する位置に前記止め具により前記ジンバル
の底部に固定されることを特徴とする請求項５記載の減
揺装置。