JPS6027810A

JPS6027810A - ジヤイロ装置

Info

Publication number: JPS6027810A
Application number: JP13618083A
Authority: JP
Inventors: Nakayasu Hirono; 広野　仲保; Takashi Aoki; 青木　聳
Original assignee: Tokyo Keiki Co Ltd
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1983-07-26
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1985-02-12
Also published as: JPH0344247B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】１個のジャイロロータを収めたジャイロ球かけん吊線で
タンク容器の液体中に吊り下げられた構造をもち、上記
ジャイロロータのスピン軸の指北運動を静定するダンピ
ング手段に起立安定手段を設けることζこよって起動を
安定ζこ行うことができるジャイロ装置に関する。

従来、この褌のジャイロ装置としては例えば第１図に示
すようなものかある。第１図に示すジャイロ装置は１個
のジャイロロータを収めたジャイロ球ｌがけん吊線３で
タンク容器２の液体７中に吊り下げらイ］、た構造をも
つジャイロで、ジャイロ球１は球軸受を一切用いずζこ
支持され、従って有害な摩擦トルクが少く、小さな角運
動量のジャイロを用いても高精度でコンバクトナ小型ジ
ャイロ装置が得られるという特徴をもつものである。ま
たこのジャイロ装置のダンピング手段はジャイロ球１の
垂＠輔まわりの動きに対して一次側コイル４と２次側コ
イル５とからなる偏位検出器６からのｂ位誤差信号とジ
ャイロ傾斜信号を得て、追従環１６を追従させると共に
ジャイロ球Ｉｆこダンピングトルクを与える方位追従装
置である。Ｔ　’ｃｌ’わち上記万位誤差信号ｌこジャ
イロ傾斜信号を加えることにより追従環１６をサーボシ
ステムによりこ２１．らの誤差信号が零となるようＯこ
追従させる。その結果ジャイロ傾斜信号によるジャイロ
の垂直軸まわりのトルクだけジャイロ球１のけん吊線３
を捩ることになり、この捩れトルクがダンピングトルク
になる。しかしジャイロ傾斜信号Ｇこ比例した信号では
ダンピングによって静定するジャモロ装、置は緯度誤差
を含んでいるので、このジャイロ傾斜信号を微分する回
路が緯度に依って生ずる誤差を自動的をこイじ正する回
路として方位追従装置に含まれている。こＶ）ような線
間誤差が発生しないダンピング手段もまた特徴の−っで
ある。

しかしながら、このような従来のジャイロ装置にあって
は、時折起動時にスピン軸の起立が不安定にＰる不具合
が生ずる。こイ９．ハジャイロ装酸を小形とする目的か
らタンク容器２を小型にするためにジャイロ球１とタン
ク容器２との間隙が狭く制約されるとともに緯度誤差が
発生しないように方位追従装置ζこジャイロ傾斜信号を
微分する回路が含まれているためである。丁なわち起動
時にたまたまジャイロ球１の傾斜が大きく、ジャイロ球
１がタンク容器２に接触している状態でジャイロ装置ａ
が起動されると、ジャイロ傾斜信号は一定で変化しない
ために微分された出力信号は零とｆＳす、ジャイロ球１
の傾斜を復元するトルクが発生しない。従ってジャイロ
ロータのスピン軸の起立が不可能になるという問題があ
った。

本発明Ｃ１、このような従来の間粗点ＣＯ漸目してなさ
イｔたもので、ジャイロロータのスピン軸の傾斜量、す
なわち偏位検出器準にて検出されるジャイロ傾斜信号が
所定値以上に大きくなったならば方位追従装置イの緯度
誤差修正用の微分回路を操作し、微分製作を停止させる
ような起立安定手段を備えることにより上記の問題点を
解決することを目的とする。

本発明のジャイロ装置においては、その起動時にジャイ
ロ球の傾斜が大きく、タンク容器ζこ接触しているよう
な状態にあっても、この傾斜によって発生する所定値以
上に大きいジャイロ傾斜信号は微分回路を通過するが、
起立安定手段が働いて、例えば微分回路を短絡するので
微分されることなく単に増巾されるη）ら、ダンピング
トルクとしてはジャイロ傾斜信号に比例したトルクをジ
ャイロ球に与えることができる。

従ってジャイロ球は大きな傾斜復元力によりタンク容器
から離脱して指北運動を継続することができる。やがて
指北運動が進行してジャイロ傾斜信号が減少し、上記所
定値以下になると再び微分回路が開放されてジャイロ傾
斜信号は微分され、ダンピングトルクは微分動作により
作用し、ジャイロ球は緯度誤差を残さない靜定ｃこ向う
。このようにしてジャイロ装置は安定な起動動作を行う
ことができる。

以下図面に基づき詳細な説明を行う。第１図は従来のジ
ャイロ装置の一部を示す路線図である一１第１図に於て
、１はその内部に高速にて回転するジャイロロータを内
蔵するジャイロ球で液密構造である。２はジャイロ球１
を包囲するタンク容器、３はジャイロ球１を支持するけ
ん吊線で、そυ）上端をタンク容器２に、下端をジャイ
ロ球１にそれぞれ固定する。４Ｎ、４８及び５Ｎ、５８
は夫々無接触で偏位した角度を検出する偏位恢出装置６
の一次側及び２次側のコイルで、−次側コイル４Ｎおよ
び４Ｓは例えばジャイロ球１の表面で、ジャイロロータ
のスピン軸の延長との変点Ｔなわちジャイロ球の北及び
南側船こそれぞれ設置される。一方二次側コイル５Ｎ、
５Ｓはタンク容器２υ）内側で一次側コイル４Ｎ、４８
に対応した位置ηに設置され、３組の差動的に巻かれた
コイルよりｆＳりそｎぞれ水平誤差信号、方位誤差信号
およびジャイロ傾斜信号を検出できるように配置される
。７は高粘性のダンピングオイル、例えはシリコンオイ
ルが利用される液体でタンク容器２に充填され、る。タ
ンク容器２の赤道上スピン軸と直交する東西位置に一対
の水平軸８．８′の一端を取り付け、そイＬ等の他端を
水平項１２の対応する位置に設けた軸受１３．１３’ｉ
こ回動的に嵌合する。１０４ま水平追従用サーボモータ
で、これを水平壌１２ζこ取付ける。一方の水平１ｍ１
ｕｌこ水平歯車９を取付け、こｎをサーボモータｌＯの
回転軸に取付けた水平ビニオン１１と噛合はせる。

水平慎１２の水平軸の軸受１３，１３’と直交する位置
にジンバル１１４１１４，１４’をそれぞれ取付け、こ
れらを追従環１６の対応する位１直に取付け、ジンバル
軸軸受１５．１５’にそｎ、ぞれ回動的に嵌什する。追
従環１６の上下ζこ追従軸１７．１７’を取付け、これ
らの遊端部を振器２４の対応−「る位置に設けた追従軸
軸受２５゜２５′に回動的に嵌合する。方位歯車２１を
一万の追従軸１７１こ取付ける。１９は振器２４に取付
けた方位追従用サーボモータ２ｏはその回転軸ζこ取付
けた方位ピニオンでこイ″Ｌは方位歯車２１と噛合せる
。２２はコンパスカートチ、コｎを追従軸１７’ｆこ取
付ける。２３は振器２４の上面Ｏこ於てコンパスカード
２２と対応するように取付けた基線板で、その中央に引
かれた基＃２６と、コンパスカード２２とにより、この
ジャイロ装置を装備した航行体の針路が読みとられる。

第１図においては省略したが偏位検出器６と水平追従用
サーボモータＩ　Ｏとの間に水平ｆｉｌ　２ｔこ固着さ
イする水平軸サーボアンプが設けらイｔ１　こイ１．ら
が水平追従装置ｄを形成する。同Ｉ薩様ζこ洞位検出装６と万位追従用サーボモータ１９人− との［川に振器２４に固ｆ４される方位軸サーボアンプ
が設けらイ１２、こイ９．らが方位追従装晴を形成する
０第２図は従来装置のジャイロ球１の動作を説明する路線
図である。第２図はタンク容器２以内を路線的に示した
もので、ジャイロ球１内のジャイロロータのスピン軸の
指北端Ａ側（ジャイロ球１の上にある）が水平面Ｈ−Ｈ
／に対して角度θだけ上昇している場合である。ここで
、ジャイロ球１の重心０１、けん吊線３とジャイロ球１
との結合点をＱｌけん吊線３とタンク容器２との結合点
をＰ１タンク容器２の中心を０２とし、ジャイロ球１内
のジャイロロータのスピン軸が水平（θ＝（））の時、
Ｏｌと０２は一致しているものとする。又Ａを指北端、
ＢをＡと１８０度ずれたジャイロ球ｌ上の点とし、Ａ　
’　、　Ｂ　’をＡ、Ｈに対応するタンク容器２の点と
する。

さてけん吊線３は実際には曲げ剛性がある為に、同図点
線の如き撓み曲線を呈するので、タンク容器２に対する
ジャイロ球１の軸方向移動量ξ（０からＯＩＣ／Ｊ距離
）は極くわずか減少する筈であるが実用的な設計ではこ
の影響が極めて小さく、ここでは一応けん吊線３は完全
に可撓性のものとして説明を進める。サーボ系（水平お
よび方位追従装置）の作用で、タンク容器２上の点Ａ　
／　、　Ｂ　’と、ジャイロ球１上の点Ａ、Ｂとは常に
［α線上をこあるようをこされるので、タンク容器２も
ジャイロ球１と同様θ度だけ水平面Ｈ−Ｈ／ｉこ対して
傾斜する。今外部の加速度がないものとＴｎば、ジャイ
ロ球１のスピン軸方向には何等外力が作用してないので
、けん吊Ｗ＄３は鉛直線に一致する。けん吊線３の張力
をＴとし、ジャイロ球ｌのダンピングオイルである液体
７による浮力を除いた残留型ｉｔをｍｇと丁れば、けん
吊線３の張力Ｔが点Ｏ１のまわりに、％ｌ＝’ｌ”　ＩＩ　ｒｓｒＩＩａ　＝ｍｇ　ｍ　ｒ
ｓＩｎ０４ｍｇ＠ｒ６なるモーメントＭを作り、これが
ジャイロ球ｌのトルクとして、そのへ半軸（ｑを通って
紙面に直角）のまわりに加わることになる。またここで
はｒは第２図のジャイロ球１の重心０１とけん吊線３と
ジャイロ球ｌとの結合点Ｑとの間の距離である。このよ
うにしてスピン軸の水平面ｌこ対する傾斜に比例したト
ルクをジャイロ球１の水平軸のまオつりに加えることが
出来る。これがジャイロ球ｌの指北連動の要因である。

ジャイロ球１の慣性と地球の重力Ｅこ基づくトルクによ
って発生するプレセツションと地球の回転に基づくスピ
ン軸の水平面Ｏこ対する傾斜によってジャイロ球ｌは指
北連動を起す。更（ここのジャイロ球１の指北運動を減
衰させるダンピングトルクの加え方を第２図によって説
明する。第１図において示したようｆこ第２図ζこ偏位
検出装置刈の一次側コイル４Ｎ、４８を点ＡとＢの位置
に、二次側コイル５Ｎ、５８を点Ａ′とＢ′の位＋ｉｔ
　Ｉこ補える。この偏位検出装置友は三組の差動コイル
からなりジャイロ球ｌとタンク容器２との相対用変位を
検出する。二次側コイル５の第１コイルは水平軸まオ）
りの相対角変位を水平誤差ＩＫ号として検出し、第２コ
イルζこ垂直軸（誤方位軸）まわりの相対角変位を万態（信号として検出し
、第３コイルはジャイロロータのスピン軸方向の相対角
変位をジャイロ傾斜信号として検出する。水平ならび擾
こ方位誤差信号はそｎぞれ水平軸ならびに方位軸アンプ
で増巾されて水平追従用ならびζこ万位追従用サーボモ
ータ１０と１９に入力し、タンク容器２を常にジャイロ
球１に追従させて、水平軸及び垂直軸（方位軸）回りの
相対角変位を零に保っている。ジャイロ球が傾斜し、そ
７１にタンク容器２が追従して傾斜すると、けん吊線３
が常ζこ鉛直になる性質があるため、ジャイロ球１は第
２図に示すようにタンク容器２の中心にはとどまｎず、
傾斜の低い方に移動する。この移動距離はジャイロロー
タのスピン軸の傾斜角度θに比例するため、二次側コイ
ル５の第３のコイルによって検出されるジャイロ傾斜信
号によって上記移動距離Ｘを知ることができる。第２図
で点ｉと０との距離がＸでけん吊線３の長さをａとすれ
ばＸ＝ａｓｓｉｎθ″、ａθ　となる。そこでこのような
ジャイロ傾斜信号を方位追従装置に与えてジャイロ球１
とタンク容器２の間に追従誤差を作り出す。つまり、け
ん吊線３が捩じらイする。このけん吊線３を捩ることを
こよりジャイロ球１ζこ垂直軸回りのトルクを与え、ジ
ャイロ装置の指北運動Ｏこダンピングを与えるのである
。

しかし単にジャイロ傾斜信号に比例した垂直軸トルクで
指北運Ｔ！ＪＪを減衰させると緯度誤差が残ることは周
知のとおりである。従ってこのジャイロ装置は独特の技
術を利用している。すなわちジャイロ傾斜信号を微分し
て傾斜速度信号とし、更に、こｒＬ！こ一次遅れ特性を
もたせ、この遅れた傾斜速度信号に比例するトルクを垂
直軸回りに加えてダンピンクトルクとしている。このこ
とをこより緯度誤差の無い静定が行れる。

第３図は従来装置の方位追従装置のブロック用サーボモ
ータ１９との間に方位軸サーボアンプ３０が設けら石７
たものである。２８と２９とのコイルで方位誤差１６号
とジャイロ傾斜信号とをそイ１．ぞｎ検出する。方位誤
差信号とジャイロ傾斜侶月とは方位信号系と傾斜信号系
Ｃ・こ分れて方位軸サーボアン７−３　（ｌ　Ｃ／）プ
リアンプ３１と３２にそ７１．ぞれ入力する。各信号は
それぞれプリアンプ３１と３２によって波形整形、増巾
され、傾斜信号系には、このプリアンプにゲイン調整機
能をもたせ、ジャイロのダンピング調整としている。方
位信号系ではプリアンプ３２の出力は両波デモシュレー
タを形成するデモシュレータ３４ならびに逆相にするた
めの増巾器３５とデモシュレータ３６に入力し、傾斜信
号系ではプリアンプ３１の出力は後段に十分増巾可能な
フィルタがあるため半成のデモシュレーク３３に入力し
、それぞれ交流を直流にオ換する。デモシュレータ３３
の直流出力はＫＡフィルタ３７に入力する。ＫＡフィル
タ３７は２０μＦのコンデンサーＣ１と１００　ＭΩの
抵抗器Ｒ１による２、０１３０秒余の微分時定数をもつ
微分回路とフィルタから形成されるアンプである。ＫＡ
フィルタ３７の傾斜信号系出力とデモシュレータ３４と
３６の方位１河号糸出力は加算されて加算アンプ３８ｉ
こ入力する。加算アンプ３８の出力はモジュレータ３９
に入力して交流に変換さｎｌ、その出力はゲイン調整器
を経てサーボパワーアン１４０１こ入力する。サーボパ
ワーアンプ４０は方位追従用サーボモータ１９を駆動し
、このモータばギヤ２１５：介して係合している追従環
１６を回動じジャイロ球Ｉに対して方位追従動作を行う
とともに、上進のジャイロ傾斜信号を微分し、史に−次
遅れ特性をもたせるようにしたＫＡフィルター３７の出
力信号に比例したダンピングトルクをジャイロ球１の重
石軸回りにカロえている。

第４図は本発明のジャイロ装置に利用さ７″１．／−１
方位追従装）Ｕの起立安定手段の一実施例を示す回路図
である。本発明のジャイロ装置Ｗは第１図および８ｇ２
図に示す従来装置μの構造および動作≦こ関し゛（全く
同一であるので説明は省略する。

また本発明のジャモロ装置置の方位追従装ｒｌｔはＫＡ
フィルター３７を制御する起立安定手段を示す起立安定
回路４１以外は従来装置と同一であるの）ら図示を省略
し、第３図の相互に関連する一部と起立安定回路４１の
回路図を第４図をこ示すＯ第４図で入力端子Ｄ＋こはジャイロ傾斜信号が入力し、
プリアンプ３１にて波形整形および増巾され出力が調整
さイ９５、半波のデモシュレータ３３に入力し、交流を
直流に変換する。デモシュレーク３３の直流出力はコン
デンサーＣ］と抵抗器Ｒ１による微分回路を含むＫＡフ
ィルタ３７に入力し、その出力は出力端子Ｅに出力する
。以上は既に説明した通りである。

起立安定回路［Ｊは交流入力を直流に変換するデモシュ
レータ４９と、′Ｊ胃巾器４２と、Ｊ冑巾器４２の出力
である脈流を平滑゛ｆる増巾器４３又は正の出力′電圧
を出力し、出力側のトランジスタ４６ゐるいは４５を駆
動し、その出力でリレー４７を駆動し、ＫＡフィルタ３
７のコンデンサーＣ１１こ並列に仲人さｎたスイッチ４
８を閉止する作用を行う比較器４４とからなる。この比
較器４４にといてはその−の入力端子は＋１５Ｖと一１
５Ｖの区源からそイｔぞイＬ抵抗器几２を介してＩＬ流
を供給されるブリッジ形にｔ’Ｍ＋’、、ｆｉｔされる
４個のダイオードの零電位点に接続され他の零電位点は
比較器４４の出力端子に接続される。デモシュレータ４
９はデモシュレータ３３と同様にＦ’　Ｅ　Ｔ　（電界
効果トランジスタ）からなり、１饋流の増巾器４２と変
調形直流増巾器を形成する。またＦＥＴは一般のトラン
ジスタに比ベトリフト又はオフセットが非常Ｏこ少ない
ので優秀なスイッチ特性をもつチョッパーとして利用さ
イ′１．る。端子ル゛から交流Ｉ唱こ同期した信号をデ
モシュレータ４９のゲイト４こ入力すると同期整流作用
によって交流を１■流に変換することができる。比較器
４４は入力電圧が所定値±αの間においては出力電圧は
零を示し、入力電圧が負の方向に所定値−αを越えると
きは正の出力電圧を示し、入力電圧が正の方向ζこ所定
値＋αを越るときは負の出力電圧を示すよう７，１″動
作をする。所定値±αの絶対値１α１は次式で示される
。

１αＨ−ＴＬ；Ｌ　×１５　ｙ入力端子りには極性を２もつジャイロ傾斜信号が入力する故、その何れに対して
も所定値の絶対値Ｉαしこ対応する必要が１ｂるため（
ここのような比Ｉ咬器４４が必要である。すなわち所定
値−αより大きい負の入力電圧が入力すると比較器４４
の出力電圧は正となり、トランジスタ４６を、１枢鯛し
、リレー４７においても電流は接地に向って流れ、リレ
ー４７は作動してスイッチ４８を閉止し、コンデンサー
Ｃ１を短絡する。比較器４４への入力電圧が所定個、−
αより小さい負の値になると出力電圧は零となりトラン
ジスタ４６のベース電流は断トなり、リレー４７は作動
せずスイッチ４８は開放される。入力′螺圧が正の場合
も全く同様にトランジスタ４５を駆動することになるが
説明は省略する。リレー４７のコイルに並列に備えられ
るゼナーダイオードはリレー４７を過電圧から保＃Ｔる
ものである。

このよう船こ起動安定回路４１は本発明のジャイロ装置
がその起動時にジャイロ球１の傾斜が大きく、タンク容
器２に接触しているような状態にあって、この傾斜ζこ
よって発生する所定値の絶対１！ホ１α１以上に大きい
ジャイロ傾斜信号が微分回路であるコンデンサーＣ１と
抵抗器Ｒｔを含むＫＡフィルター３７を通過するとき、
コンデンサーＣ１ｆスイッチ４８の閉止によって短絡す
るりＣ１微分さイ１．てジャイロ傾斜信号が零になるこ
とがなく、１（Ａフィルター３７は単なる瑠１１］器と
して作ｊＨする故に、このジャイロ傾斜信号ζこ比例し
１こトルクをジャイロ球ｉｆこ与えることができる。従
ってジャイロ球１げ大きな傾斜復元力によってタンク容
器２から離脱しで指北運動を継続することができる。次
にやがて指北運動が進行してジャイロ傾斜信号が減少し
、所定値の絶対値Ｉα１以下になると、起動安定回路４
１は比較器４４の出力電Ｈ−を零としリレー４７の作動
を１孕止し、スイッチ４８を開放させる故、コンデンサ
ーＣＩの短絡は開放となり、ジャイロ１１．Ｉｌ斜倍信
号微分され、ダンピングトルクが作用し、ジャイロ球１
はタンク容器２と共に＃度誤差を残さない静定に向う。

このようにして本発明のジャイロ装置Ｃま安定な起動動
作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のジャイロ装置の一部を示す路線図、第２
図は従来のジャイロ球１の動作を説明する路線図、第３
図は従来のジャイロ装置の方位追従装置のブロック線図
、第４図は本発明のジャイロ装置における方位追従装置
の起立安定手段の一実施１シｌを示す回路図である。１・・・ジャイロ球、２・・・タンク容器、３・・・け
ん吊線、４・・・１−次側コイル、６・・・偏位検出装
置、５・・・２次側コイル、７・・・液体、８・・・水
平軸、９・・・水平歯車、ＩＯ・・・水平追従用サーポ
モーク、１１・・・水平ピニオン、１２・・・水平穣、
１３と１３′・・・軸受、１４と１４’・・・ジンバル
軸、１５と１５′ジンバル軸軸受、１６・・・追従ｔｌ
、ｔ７と１７′・・・追従軸、１９　・方位追従用サー
ボモータ２０・・・方位ビニオン、２１・・・方位歯車
、２２・・・コンパスカード、２３・・・基線板、２４
・・・振器、２５と２５′・・・追従軸軸受、２６・・
・基線、２８と２９・・・コイル、３０・・・力位ｌｌ
ｌ１１１サーボアンプ、３１と３２　・プリアンプ、：
３３と３４と３６と４９・・・デモシュレーク、３５と
４２と４３・・・増巾器、３７・・・ＫＡフィルタ、３
８　・加算アンプ、３９・・・モジュレータ、４０・・
サーホパワーアンプ、４１・・・起立安定回路、４４・
・・比較器、４５と４６・・・トランジスタ、４７・・
・リレー、４８・・・スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

スピン軸を略々水平にしたジャイロロータを液体密に収
めるジャイロ球と、このジャイロ球をけん吊線で液体中
ζこ吊り下げるタンク容器と、このタンク容器を支持す
る水平環と、上記ジャイロ球を３軸の自由式を有するよ
うにこの水平環を支持する追従環と、上記ジャイロ球の
外側に設けられる一次側コイルとこれに対向して上記タ
ンク容器の内側に設けられる二次側の三組の差動コイル
とからなる偏位検出装置と、この偏位検出装置の第１コ
イルからの水平誤差信号を得て上記ジャイロ球の水平軸
まわりの動きに対して上記タンク容器を追従させ、上記
水平環に固着される水平追従装置と、上記偏位検出装置
の第２２よび第３コイルからの方位誤差信号およびジャ
イロ傾斜信号を得て上記ジャイロ球の垂直軸まわりの動
きに対して上記追従環を追従させると共薔こ上記ジャイ
ロ球にダンピングトルクを与える方位追従装置と、この
方位追従装置を保持するととも着こ上記追従環を回転自
在に支持する振器とを具備するジャイロ装置において、
このジャイロ装置の起動を安定暑こ行うために上記ジャ
イロ傾斜信号の所定値以上において上記方位追従装置の
微分動作を停止させるようにした起立安定手段を設ける
ことを特徴きするジャイロ装置。