JPS5936207B2 - ホ−ルモ−タを用いた旋回率指示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ジャイロスコープを用い旋回のため角変化速
度率を測定して表示する航空機の旋回率指示装置に関す
る。

前述のような旋回率指示装置として、ターンコージネー
ク、ターンアンドスリップインジケータ、ターンアンド
バンクインジケータなどが知られている。

これ等の装置の多くは、非旋回時にスピン軸が機軸に対
して直角でありかつ水平に保たれるジャイロスコープを
使用している。

このジャイロを高速回転させるために直流モータや交流
モータが使用されている。

外部から直流電源を供給しロータを回転させる直流モー
タは電源および接続が簡単であるという点ですぐれてい
る。

しかしながら従来の直流モータを高い信頼性の要求され
る航空機の旋回率指示装置に使用すると次のような問題
が生じる。

従来の直流モータの固有の問題は整流子を用いることで
ある。

整流子の刷子として用いられる炭素棒は摩擦により消耗
するものであって、定期的な点検と交換が必要となる。

そのような点検と交換は簡単ではなく、特に航空計器と
して使用されている場合は計器の再調整が不可欠となる
。

次に整流子の使用は無線雑音の発生を必然的に伴なうも
のであって、航空機に他の電子機器を搭載するときは、
それ等の機器の動作を妨害する虞れが生じる。

近年、整流子の不要な直流モータとしてホール素子を用
いてモ・−りのコイルに流イする＠：流をスイッチする
ホールモータが開発され判・殊な分野で用いられるにい
たっている。

ポール素子またはホール発電機は磁束の方向に従って発
生する電圧の極性が変る半導体素子であり、この素子を
ステータ側に固定し、コークの発生する磁束により生ず
る起電力でステータ巻線に流れる電流を切換えロータの
回転を持続させるものである。

そのためこのモータにはホール素子からの信号により、
ステーク巻線に供給する電流を切換える制御回路が付属
させられている。

制御回路とステーク巻線、ホール素子間は多数の接続線
で結ばれる。

このような制御回路、巻線を含めて、旋回率表示装置の
動力学的な特性を損なうことなく旋回率表示装置に収容
するためには解決しなければならない問題がある。

本発明の目的は前述した問題、すなわち旋回率指示装置
の動力学的な特性を損なうことなくホールモータを用い
た旋回率指示装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明によるホールモータ
を用いた旋回率指示装置は、すくなくとも−軸回りの自
由度を有するジャイロスコープを用いた旋回率指示装置
において、機体に固定される計器本体と、前記本体に対
して回転可能であり基準位置への復帰習性が力えられて
いるジンバルと、前記ジンバルにより、非旋回時に中心
軸が機軸に直角でありかつ垂平であるように支持されて
おりステーク巻線をもつモータステータおよび前記ステ
ータの外周に回転可能に支持されているモータ外側［コ
ークと、前記ステータに設けられているポール素子と、
前記ジンバルおよびステータに一体に支持されており前
記ホール素子回路からの信号により前記ステーク巻線に
加えられる電流を制御するホールモーフ制御回路装置上
、前記ステークのホール素子およびステータ巻線と前記
ホールモータ制御回路装置とを前記ジンバル軸に略対象
な配分で接続する複数本の接続線と、前記制御回路装置
と前記本体側電源とを直接緩く接続する可撓性の電源線
と、前記ジンバルの前記本体に対する回転移動により駆
動される指示装置とから構成されている。

前記構成によればジャイロの動力学特性を損なうことな
くホールモータをジャイロコークとして使用することが
でき、従来の直流モータにおいて見られた諸問題はすべ
て解決され、本発明の目的は完全に達成できる。

以下図面を参照して本発明による装置をさらに詳しく説
明する。

第１図はホールモータの動作原理を説明するための原理
的な回路図である。

第２図は本発明による装置に用いられるホールモータ制
御回路のブロック図である。

第３図は本発明による旋回率指示装置の側面図であり一
部破断して示しである。

第４図はジンバル軸に直角の方向からロータを見た図で
ある。

第５図はパネル板前方から見た図である。

まず第１図および第２図を参照して本発明による旋回率
指示装置に使用されるホールモータの動作を説明する。

ステークは４極であり６極を、図示のように￥１゜Ｙ２
．Ｘｌ、Ｘ２極とする。

６極にはそれぞれコイルが巻かれており各コイルの一端
は共通に接続されて負電源端子に接続されている。

極Ｙ１のコイルの他端はトランジスタＱ１のコレクタに
、極Ｘ２のコイルの他端はトランジスタＱ２のコレクタ
に、極Ｙ２のコイルの他端はトランジスタＱ３のコレク
タに、極Ｘ１のコイルの他端はＩ・ランジスタＱ４のコ
レクタに接続されている。

￥１極の先端にはホール素子ＨＧ、が、￥１極と９０°
ずれているＸ１極の先端にはホール素子ＨＧ２が設けら
れている。

各ホール素子は電源に接続されており、ホール素子ＨＧ
］のホール電圧出力端子Ｘ１はトランジスクＱ４のベー
スに、Ｘ２はトランジスタＱ２のベースに、ホール素子
ＨＧ２のホール電圧出力端子ｙ１はトランジスタＱ１の
ベースに、ｙ２はトランジスクＱ３のベースに接続され
ている。

ロータＲが図中時計方向に回転するためにはステータの
各コイルにより時計方向の回転磁界を発生させなければ
ならない。

ステータ￥１の位置にロータＲのＮ極がある場合ＨＧ１
にはｘｌの方に電圧を発生させ、この起電力により、ト
ランジスタＱ４が導通させられＸｌを励磁して、ここに
Ｓ極を作らせるとロータのＮ極が吸引されて矢印の方向
に９０°回転することになる。

その結果ＨＧ１に作用する磁界が中性点つまり零となり
出力も零となる。

このときＨＯ２はロータのＮ極と対向することによって
ｙ２の方向に電圧を発生し、トランジスタＱ３により￥
２極を励磁し、ロータをさらに９０°回転させる。

その結果ＨＧ１はロータのＳ極に対面させられるから、
Ｘ２に電圧が生じ、トランジスタＱ２を導通させ、Ｘ２
極をＳ極に励磁する次にはＸ１極、Ｘ１極と順次励磁さ
れロータを回転させるように構成されている。

第２図は本発明による装置に使用するホールモータ駆動
回路の全体の構成を示すブロック図である。

現実にホールモータを駆動するための回路は第１図に示
しただけではなくさらに種々の回路が付加されている。

モータの回転数の調整および調整された回転数を一定に
保って回転させるためにモータコイルに発生する逆起電
力が利用される。

モークコイルに生ずる逆起電力はモータの回転速度に比
例して現われる。

この電圧は各コイルに結合されているダイオードＤ１．
Ｄ２・・・・・・Ｄ４および速度調整用の可変抵抗４を
介して電圧増幅器１に印加される。

電圧増幅器１は前記ダイオードにより整流された回転速
度に比例する電圧成分を増幅し、ホール素子回路２（前
記ＨＧ１およびＨＯ２）の感度を調整する信号および電
力増幅度を調整する信号を電力増幅器３に供給する。

電力増幅器は前記第１図に示したトランジスタＱ１．Ｑ
２．Ｑ３．Ｑ４に相当するパワートランジスタを含んで
おり、このパワートランジスタの制御入力端子にはホー
ル素子回路からの出力端子が接続されており、増幅電流
はホールモータの各ステータコイルに供給される。

ホール素子回路はホールモータのロータの永久磁石の影
響下にあり、第１図に関連して説明したようにトランジ
スタを次々に動作させる。

この回路は負帰還がかかつており、逆起電力が増大する
とＨＧＩ 、２の感度を落しかつ、電力増幅度を低下さ
せることにより減速し、逆の場合は増速することにより
モータの回転速度を一定に保つようにしである。

上記のようなモーフ駆動システムにおいてホール素子Ｈ
Ｇ１．ＨＧ２をモータ側に設ける必要があり他の回路部
分とモータとの接続には、すくなくとも１０本以上の接
続線が必要であることに留意されたい。

第３図は前述のような制御回路を有するホールモータを
用いた旋回率指示装置の実施例を示す図である。

内部の構成を明らかにするために計器の外装部分を破断
して示しである。

この実施例ではジンバルの回転軸を機軸に対して３０°
傾むけである。

非旋回時にはスピン軸は機軸に対して直角かつ水平にな
るようになっている。

本体１０はアルミニュウムを主成分とする鋳物により構
成されており、中心部１０ａに指針を貫通させる孔が設
けられている。

この本体１０にはジンバルの軸を支持するためめジンバ
ル受管３０が固定されている。

ジンバル受管３０には一対のローラベアリング３Ｌ３２
が設けられており、ジンバル軸３５は、これ等のベアリ
ングにより回転可能に支持されている。

３３，３４はジンバル軸３５と受管３０との間に適当な
制動力を生せしめるために設けられたリングであって、
それ等の接合面に適当な制動液が充填されている。

ジンバル軸３５の下端とジンバル受管に設けられている
軸３０ａとの間にはへアースプリング３７がかけられて
おり、このヘアースプリングはジンバル軸３５を後述す
るロータの回転が機軸に直角でかつ水平になるように支
持し、旋回時には外力によるスピン軸の傾むき方向の力
と均合うように伸縮して平衡状態を形成する。

ジンバル軸３５には両端が直角に曲げ起こされているジ
ンバル４０が固定されている。

ジンバルの両端には溝が設けられており、この溝で、後
述するホールモータのステータ軸を支持する。

前記ジンバル４０とともに放熱フレームを兼ねる制御回
路要素支持部材６２が図中上方に位置するように固定さ
れる。

次に第４図を参照してジンバル４０とホールモータの関
係を説明する。

第４図はジンバルの回転軸に直角な上方向から見た図で
ある。

ホールモータのステータの中心軸５３の両端にはねじが
設けられており、ナツト５８，５９，６０゜６１を用い
てジンバル４０、放熱フレーム６２、中心軸５３を固定
している。

軸５３の中心には両端に開く孔が設けられており、この
孔を通してモータ回転制御のための接続線７０．７１が
モータステークのコイル５４、ホール素子５５等に接続
されている。

図中５２はステータの１極を示している。

ホールモータのロータ５０の内壁には円筒状の磁石５１
が設けられておりこの磁石は第１図で説明したように磁
化されている。

このロータ５０はボールベアリング５６．５７により回
転可能に支持されている。

パワートランジスタ以外の回路要素を支持するプリント
板６４（第３図参照）は放熱フレーム６２に固定されて
おり、さらに支持フレーム６３でジンバル４０に連結さ
れている。

ホールモータのステータ内の回路要素に接続されている
接続線はステータ軸５３の両側の孔から、なるべく対称
になるように２分されプリント板６４に接続される。

第１図によって説明したステークコイルに接続されるト
ランジスタＱｌ ＋ Ｑ２ ＋ Ｑ３＋ Ｑ４に相当す
るパワートランジスタは放熱フレーム６２上に並べて配
置され、放熱フレーム６２と熱的に結合させられている
。

各トランジスタの電極はプリント板６４に直接半田付け
されている。

プリント板に直流電源を供給するための接続線７２は、
コネクタ１２とプリント板６４、との間にたるみを保っ
て接続されている。

この接続線は、スピン軸の変更に対応して揺れ動くもの
であるから、自体十分な可撓性を有するものである。

コネクタ１２は本体１０に固定されているコツプ状のケ
ース１１、ケース１１内で本体１０に固定されている主
フレーム１６に固定されている。

なおこのコネクタは必要に応じホールモータの電源線以
外の外部との結合のために利用される。

ジンバル４０にはジンバルの回転を伝達するための伝達
ピン４２、および腕４１が設けられている。

本体の前方にはパネル板１３が設けられている。

このパネルのさらに前方に位置するようにポインタ１７
がポインタ軸１８に固定されている。

ポインタ軸１８は軸受１９，２０により、本体に回転可
能に設けられており、軸の他端にはポインタホイール２
１が固定されている。

このポインタホイール２１には先端が叉状になっている
ホーンはね２２が固定されておりホーンばね２２の先端
の叉状部分は、前述した伝達ピン４２に結合されており
、ジンバルの回転をポインタ１７に伝達する。

ポインタ１７の前面には表面ガラス１４が設けられてお
り、この表面ガラスはガラス押え１５により本体に固定
されている。

第５図はパネル板１３の前方から見た図である。

図中指標１３ａは１８０°毎分左旋回の位置を示し、１
３ｂは１８０°毎分の右旋回の位置を示している。

この図は左旋回中のポインタ１７とホーンばね２２、ロ
ータ５０の位置関係を示している。

腕４１に固定されている光源ランプ４５もジンバルの回
転に従って回転する。

この光源ランプ４５に対面する位置に光電体４４が設け
られている。

これは旋回率を電気的出力として取り出すために設けら
れたもので、あって、光電体としてＣｄｓなとの光導電
体が用いられ、４４と４５の角度ずれに比例した電気的
出力を取り出すために設けられたものであって、ポイン
タ１７の指示のみにより操縦するときには必ずしも必要
でない。

本体１０とパネル板１３との間の空間には種々の補助的
な表示要素を収容するようにすることができる。

例えば旋回装置がターンコージネータである場合には下
方の空間に水準器（レベル）を入れて、インクリノメー
タとして前方に表示をするようにすることができる。

また上方の空間には計器が作動可能状態にあること、ま
たは作動中であることを表示するためのパイロットラン
プの収容空間にすることができる。

パイロットランプの点滅はホールモータステータコイル
の逆起電力の発生により制御するようにすることもでき
る。

以１−説明したようにホールモータの制御回路の接続線
を回転軸対象に取り出して制御回路に接続しであるので
、多くの線はジンバルの回転を阻害する要因とはならず
、動的なバランスも良好に保たれる。

本発明による装置は制御回路はジンバルと一体に回動す
るように構成されているので、ジンバル軸まわりの摩擦
または、回転を妨げる要素は、電源ラインのみとなり、
従来の整流子を用いたＤＣＣモーフジャイロ場合と殆ん
ど変らなくすることができた。

またホールモータの使用により耐久性が著しく向上し、
従来のＤＣモータジャイロにおける刷子に原因するすべ
ての問題は解決された。

またホールモータ制御のためのパワートランジスタの放
熱の問題もジンバルと一体に固定される回路支持部材６
２を放熱フレーム、またはフィンとして使用することに
より合理的に解決することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はホールモータの動作原理を説明するための原理
的な回路図、第２図は本発明による装置に用いられるホ
ールモータ制御回路のブロック図、第３図は本発明によ
る旋回率指示装置の側面図、第４図はジンバル軸に直角
の方向からロータを見た図、第５図はパネル板前方から
見た図である。 １・・・・・・電圧増幅回路、２・・・・・・ホール素
子回路、３・・・・・・電力増幅回路、４・・・・・・
可変抵抗器、５・・・・・・ダイオード群、１０・・・
・・・計器本体、１１・・・・・・ケース、１２・・・
・・・コネクタ、１３・・・・・・パネル板、１４・・
・・・・表面ガラス、１５・・・・・・ガラス押え、１
６・・・・・・フレーム、１７・・・・・・ポインタ、
１８・・・・・・ポインタ軸、１９，２０・・・・・・
軸受、２１・・・・・・ポインタホイル、２２・・・・
・・ホークばね、３０・・・・・・ジンバル受管、３１
．３２・・・・・・ジンバルベアリング、３３，３４・
・・・・・ダンパ管、３５・・・・・・ジンバル軸、３
６・・・・・・ねじ、３７・・・・・・ヘアスプリンク
、４０・・・・・・ジンバル、４１・・・・・・腕、４
２・・・・・・伝達ピン、４４・・・・・・光電体、５
０・・・・・・ロータ、５１・・・・・・永久磁石、５
２・・・・・・ステータコア、５３・・・・・・ステー
ク軸、５４・・・・・・ステータコイル、５５・・・・
・・ホール素子、５６，５７・・・・・・ボールベアリ
ング、５８，５９，６０，６１・・・・・・ナツト、６
２・・・・・・放熱フレーム、６３・・・・・・支持フ
レーム、６４・・・・・・プリント板、７０．７１・・
・・・・制御接続線、７２・・・・・・電源線、７３・
・・・・・回路ブロック。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ すくなくとも−軸回りの自由度を有するジャイロス
   コープを用いた旋回率指示装置において、機体に固定さ
   れる計器本体と、前記本体に対して回転可能であり基準
   位置への復帰習性が与えられているジンバルと、前記ジ
   ンバルにより、非旋回時に中心軸が機軸に直角でありか
   つ垂平であるように支持されておりステーク巻線をもつ
   モータステータおよび前記ステークの外周に回転可能に
   支持されているモータ外側ロータと、前記ステークに設
   けられているホール素子と、前記ジンバルおよびステー
   タに一体に支持されており前記ホール素子回路からの信
   号により前記ステーク巻線に加えられる電流を制御する
   ホールモータ制御回路装置と、前記ステークのホール素
   子およびステータ巻線と前記ホールモータ制御回路装置
   とを前記ジンバル軸に略対象な配分で接続する複数本の
   接続線と、前記制御回路装置と前記本体側電源とを直接
   緩く接続する可撓性の電源線と、前記ジンバルの前記本
   体に対する回転移動により駆動される指示装置とから構
   成したホールモータを用いた旋回率指示装置。 ２ 前記複数本の接続線は２分され、前記ホールモータ
   ステータの軸に設けられている両端に開く孔を介して、
   それぞれステーク巻線およびホール素子に接続される特
   許請求の範囲第１項記載のホールモータを用いた旋回率
   指示装置。 ３ ホールモータ制御回路の素子はプリント板に支持さ
   れ、前記プリント板はモータステータの両端で支持され
   ている金属板に固定されており、前記制御回路中の電力
   供給素子は前記金属板に熱的〜に結合させられている特
   許請求の範囲第１項記載のホールモータを用いた旋回率
   指示装置。