JPS6032565Y2 - フリ−ジャイロジンバルの駆動装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、誘導飛しよう体に有するフリージャイロジ
ンバルの駆動装置に関する。

以下、従来のフリージャイロジンバルについて説明する
。

第１図は、従来のフリージャイロジンバルの構造図であ
り、図において１は目標と誘導飛しよう体との角度の追
尾誤差信号を検出するセンサ一部、２はジャイロスピン
ロータ（以下スピンロータという。

）、３はアウタージンバリング、４はインナージンバリ
ング、５は鉄心、６ａはピッチトルキングコイルＡ、６
ｂはピッチトルキングコイルＢ、７ａはヨートルキング
コイルＡ、７ｂはヨートルキングコイルＢ、８はピッチ
マグネット、９はヨーマグネット、１０ａはアウタージ
ンバル軸受Ａｓ １０ ｂはアウタージンバル軸受Ｂ
、 １１はインナージンバル軸受、１２は、ロータ軸
受テある。

フリージャイロジンバルは、スピンロータ２、アウター
ジンバル３、インナージンバル４、アウタージンバル軸
受Ａ １０ ａ、アウタージンバル軸受Ｂ１０ ｂ、イ
ンナージンバル軸受Ａ１１及びロータ軸受１２から構成
されている。

ピッチトルキングコイルＡ６ａとピッチトルキングコイ
ルＢ６ｂは直列に接続されている。

同様にヨートルキングコイルＡ７ａとヨートルキングコ
イルＢ７ｂも直列に接続されている。

また、ピッチマグネット８はＳ極でピッチトル企ングコ
イルＢ６ｂと対面しているが、ピッチトルキングコイル
Ａ６ａとはＮ極のマグネットが対面している。

同様に、ヨートルキングコイルＢ７ｂはヨーマグネット
９のＮ極と対面し、ヨートルキングコイルＡ？ａはＳ極
と対面している。

第２図は、第１図に示した従来のフリージャイロジンバ
ルを駆動する駆動回路のブロック図である。

第２図において、６ａｔ ６ｂｔ ７ａ、７ｂは第
１図に示したものと同様である。

１３ａはピッチ追尾誤差信号、１３ｂはヨー追尾誤差信
号、１４ａはピッチ入力回路、１４ｂはヨー入力回路、
１５ａはピッチサーボ増幅器、１５はヨーサーボ増幅器
である。

従来この種のフリージャイロジンバルを駆動するには、
センサ一部１で検出された目標と飛しよう体との追尾誤
差信号に比例したトルクを発生することでセンサ一部１
を駆動するわけである。

すなわち、今、センサ一部１でピッチ追尾誤差信号１３
ａのみを検出したとする。

ピッチ追尾誤差信号１３ａはピッチ入力回路１４ａを通
してピッチサーボ増幅器１５ａで電流増幅されて、ピッ
チトルキングコイルＡ６ａとピッチトルキングコイルＢ
６ｂに電流を供給する。

ピッチトルキングコイルＡ６ａおよびピッチトルキング
コイルＢ６ｂに対面するピッチマグネット８とでフレミ
ングの左手の法則に従ってトルクを発生する。

このトルクの作用点からスピンロータ２の回転方向イの
９０°位置の点で歳差運動がなされてセンサ一部１は追
尾誤差信号に比例した角速度で、ピッチ軸方向口に駆動
される。

同様に、センサ一部１がヨー追尾誤差信号１３ｂを検出
した場合もヨー軸方向ハに駆動される。

従って、センサ一部１をピッチ軸方向口とヨー軸方向へ
に駆動させるためには、ピッチサーボ増幅器１５ａとヨ
ーサーボ増幅器１５ｂの２台を必要とした。

また、トルキングコイルはコイルの保持と磁気回路を構
成する鉄心５に巻いてあり、飛しよう体に固定されてい
る。

この鉄心５は、センサ一部１の動作角度範囲を考慮する
と湾曲にしなければならず、形状が複雑となり、その加
工に時間を要した。

また、マグネットも４極設けるため、その取付けもトル
キングコイル面に面接させなければならないため、取付
方法や組立が困難であった。

ところで、フリージャイロの調節時に、ジンバル軸の静
的バランスをとることが重要条件の一つである。

静的バランスがくずれると、見かけ上、フリージャイロ
にトルクが加わったと同様になり、この見かけトルクに
よりセンサ一部１がドリフトしてしまうことになる。

従って、従来のフリージャイロジンバルにおいては、前
述したように構造が複雑であり、この静的バランスの調
整には多大の時間を要していた。

ここで追尾誤差信号とフリージャイロの出力角速度につ
いて説明する。

追尾誤差信号Ｅは、入力回路（利得１）を通して、サー
ボ増幅器で電流増幅されトルキング電流ＩＴが得られる
。

Ｉ、＝胞・ξ ・・・・・・・・・（１）そして、
このトルキング電流Ｉ丁と対面するマグネットによりト
ルクＴＴが発生する。

Ｔ、＝にア・■ア ・・・・・・（２）フリージャイ
ロの出力角度θ・はトルクＴＴをスピンロータの角運動
量Ｈで除したものであるから、 ＴＴＴ。

θ・＝π”ＪｓＷｓ ・・・・・・（３）となる。

従って、Ｅ−胞・ＫＴ θ・” ＪｓＷｓ ・・・・・・（４）となる
。

二二で）ｌ ＝ ＪｓＷｓ Ｋａ：サーボ増幅器の利得 に、：トルク感度 に、ニスピンロータ軸まわりの慣性能率 Ｗ、ニスピンロータの回転速度 上記（４）式から出力角度θ・はスピンロータの回転速
度Ｗｓに反比例することがわかるが、安定した出力角速
度を得るには、スピンロータの回転速度（回転数）を一
定になる様に制御しなくてはならない。

一般にスピンロータの駆動には直流モータ、交流モータ
等による電気的駆動方法とバネ圧、ガス圧等による機械
的駆動方法がある。

いずれの場合でも従来のフリージャイロジンバル駆動装
置においては、その出力角速度を安定に保持するには、
スピンロータの回転数を制御し、一定にしなければなら
ない。

また、スピンロータの回転数をフィードバックして駆動
するには、あらたに回転数の制御を必要とした。

さらに飛しよう体の様に限られた電源容量内でスピンロ
ータを電気的駆動する場合、誘導飛しよう体の発射した
後スピンロータの駆動電源を切ったり、バネ圧やガス圧
等によりスピンロータに初速を与えて、スピンロータを
惰走させて使用する場合の回転数の制御が困難となり、
フリージャイ口の精度が低下してしまう欠点がある。

この考案によるフリージャイロジンバル駆動装置は前述
の欠点を除去したもので、その目的はフリージャイロ部
を小型化し、サーボ増幅器を１台しか使用せずにフリー
ジャイロの精度を向上することである。

以下この考案の一実施例を図面に従って説明する。

第３図は、この考案の実施例を示すフリージャ４９口部
の展開構造図を示すもので、１はセンサ一部あって２自
由度をもったジンバルに保持されるプラットホーム（イ
ンナージンバル４に相当）上に配置され、１６は、１対
のマグネットを有するスピンロータ、１７ａピツチリフ
アレンスコイル、１７ｂはヨーリファレンスコイル、１
８はプリセツションコイルでアル。

スピンロータ１６はジャイロ効果により空間安定化させ
るための角運動量を前記プラットホーム上で発生させる
ので、１対のマグネットを有している。

前記ピッチリファレンスコイル１７ａとヨーリファレン
スコイル１７ｂは、プリセツションコイル１８上に巻い
てあり、プリセツションコイル１８は、ジンバル駆動し
ない固定座、すなわち飛しよう体に固定されている。

１対のマグネットを有するスピンロータ１６は、プリセ
ツションコイル１８の中空部分で回転及び歳差運動が可
能になるように配置されている。

プリセツションコイル１８は、鉄心を持たずにスピン軸
二の円周方向に巻かれて、１対のマグネットを有するス
ピンロータ１６の外周面に対向するように飛しよう体に
固定されている。

ピッチリファレンスコイル１７ａとヨーリファレンスコ
イル１７ｂは、飛しよう体に固定されたプリセツション
コイル１８の外周面に取り付けられ、１対のマグネット
を有するスピンロータ１６の回転に同期して、１回転に
対して１サイクルの誘起電圧を９０°の位相差をもって
発生させる。

このため、ピッチリファレンスコイル１７ａとヨーリフ
ァレンスコイル１７ｂは、機械的に９０°ノ間隔をもっ
て配置し、ピッチリファレンスコイル１７ａは、１対の
マグネットを有するスピンロータ１６のマグネットの中
心がヨー駆動軸へに位置したときに誘起電圧が最大とな
り、同様にヨーリファレンスコイル１７ｂは、マグネッ
トの中心がピッチが駆動軸木に位置したときに誘起電圧
が最大となるよう取り付ける。

この実施例においては、誘起電圧波形を正弦波状にする
ため、ピッチリファレンスコイル１７ａとヨーリファレ
ンスコイル１７ｂのコイル幅ヲ大きくし、１対のマグネ
ットを有するスピンロータ１６のマグネットの磁界分布
を幅広く検出している。

また、１対のマグネットを有するスピンロータ１６が歳
差運動により傾いた場合でもピッチリファレンスコイル
１７ａ及びヨーリファレンスコイルの誘起電圧を一定に
保つため、コイルを２つに分割し、どちらに傾いても一
定になるよう補償している。

第４図は、この考案の実施例を示すブロック図である。

図において、１７ａは、ピッチリファレンスコイル、１
７ｂはヨーリファレンスコイル、１８はプリセツション
コイル、１９ａはピッチ入力回路、１９ｂはヨー入力回
路、２０ａはピッチ乗算器、２０ｂはヨー乗算器、２１
は加算器、２２はサーボ増幅器である。

ピッチリファレンスコイル１７ａで発生したピッチリフ
ァレンス信号は、ピッチ入力回１９ａを通して、ピッチ
乗算器２０ａに入力されピッチ追尾誤差信号１３ａピツ
チ乗算器２０ａにより乗算され加算器２１に入力される
。

同様に、ヨーリファレンス信号とヨー追尾誤差信号１３
ｂが乗算され加算器２１に入力される。

ヨー成分のピッチ成分が加算器２１により加算されるこ
とは、ベクトル加算が行われたことになる。

従って例えば、ヨー追尾誤差信号１３ｂがゼロの場合は
加算器２１の出力はピッチ成分のみとなる。

加算された信号はサーボ増幅器２２で増幅され、スピン
軸二の円周方向に巻いであるプリセツションコイル１８
に電流を流す。

プリセツションコイル１８に流レタ電流と、回転してい
る１対のマグネットを有するスピンロータ１６のマグネ
ットが同期した点でトルクが発生し、このトルクの作用
点から１対のマグネットを有するスピンロータ１６の回
転方向トに９０’の位置で歳差運動がなされて、センサ
一部１は追尾誤差信号に比例した角速度でホのピッチ軸
方向に駆動される。

スナワチ、この装置は２ケのリファレンスコイル１７ａ
、１７ｂを設け、その出力信号と追尾誤差信号１３ａ、
１３ｂを各々乗算器２０ａ、２０ｂを用いて乗算したの
を加算し、この信号をサーボ増幅器２２に入力すること
によって、１台のサーボ増幅器２２で２軸を同時に駆動
することができる。

また、フリージャイロの出力角速度は、スピンロータの
回転数の変動に対して一定にあることを説明する。

リファレンスコイルの出力型ＩＥＥｒは、スピンロータ
の回転速度Ｗｓに比例する。

従って Ｅｒ＝に１・ＷＳ・・・・・・（５） となり、このリファレンスコイルの出力電圧は、追尾誤
差電圧Ｅと乗算され、乗算器出力電圧ｅｃを得る。

Ｅｃ＝ ｔ ｅ ｅｒ ＝（６１ 乗算器出力電圧ｅｃは加算器（利得１）を通して、サー
ボ増幅器で電流増幅され、プリセツションコイル電流１
ｐを出力する。

Ｉｐ＝Ｋａ−Ｅｃ ””（７） この電流によるプリセツショントルクＴｐはＴｐ ＝
Ｋ ＋・Ｉｐ ・・・・・・（８）となる。

また、フリージャイロの出力角速度θ・はプリセツショ
ントルクＴｐスピンロータの角運動ｉ１Ｈで乗したもの
であるから、 θ・＝升、ｆｆｌ ・・・・・・（９）ＨＪｓＷｓ （Ｈ＝ＪＳＷＳ） 従って θ・＝に、−ｔ °Ｋｌ°に° ・・・・・・００ｓ となり、出力角速峠はスピンロータの回転速度には関係
なく出力されることがわかる。

ここで Ｋｌ−誘起電圧定数 Ｋａ＝ミニサーボ器の利得 に、＝トルク感度 Ｊｓ＝スピン軸まわりの慣性能率 である。

スピンロータの駆動方法が直流モータ、交流モータ等を
使用する電気的駆動方法や、バネ圧、ガス圧等を用いる
機械的駆動方法にかかわらずスピンロータの回転数の変
動に対しても出力角速度は安定であり、また、スピンロ
ータを横走させて用いる場合でも安定は出力角速度が得
られる。

従って、スピンロータの回転数の一定制御を必要とない
。

以上の説明の様に、この考案は鉄心を除去したプリセツ
ションコイルを用いることにより、構造的に小型化され
、リファレンスコイルと乗算器を用いることによりサー
ボ増幅器が１台使用するのみでよく、スピンロータの回
転数の変動に対して安定であり精度の向上が行えること
を利点とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフリージャイロジンバルを示す構造図、
第２図は従来のフリージャイロジンバルの駆動回路のブ
ロック図、第３図はこの考案の一実施例を示す展開構造
図、第４図はこの考案の一実施例を示す駆動回路のブロ
ック図である。 １はセンサ一部、１０ａはアウタジンバル軸受Ａ、１０
ｂはアウタジンバル軸受Ｂ１１１はインナージンバル軸
受、１２はロータ軸受、１３ａはピッチ追尾誤差信号、
１３ｂはヨー追尾誤差信号、１４ａはピッチ入力回路、
１４ｂはヨー入力回路１５ａはピッチサーボ増幅器、１
５ｂはヨーサーボ増幅器、１６は１対のマグネットを有
するジャイロスピンロータ、１７ａはピッチリファレン
スコイル、１７ｂはヨーリファレンスコイル、１８はプ
リセツションコイル、１９ａはピッチ入力回路、１９ｂ
はヨー入力回路、２０ａはピッチ乗算器、２０ｂはヨー
乗算器、２１は加算器、２２はサーボ増幅器である。 なお、図中、同一あるいは相当部分には同一符号を付し
て示しである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 目標に対する角度の追尾誤差を検出するセンサ一部を空
   間安定化し、目標に追尾させるフリージャイロジンバル
   駆動装置において、前記センサ一部を２自由度をもった
   ジンバルに保持されるプラットホーム上に配置し、ジャ
   イロ効果により空間安定化させるための角運動量を前記
   プラットホーム上で発生させるｌ対のマグネットを有し
   たスピンロータと、回転状態にある前記スピンロータの
   １対のマグネットとの相互作用からトルクを発生させ前
   記プラットホームを歳差運動させるためジンバル駆動し
   ない固定座に配置したプリセツションコイルと、回転状
   態にある前記スピンロータのマグネットとの相互作用か
   ら誘起電圧を９０’の位相差をみって発生させるためジ
   ンバル駆動しない固定座に配置した２つのリファレンス
   コイルと、前記センサーによって検出された追尾誤差信
   号と前記２つのリファレンスコイルの出力とをそれぞれ
   乗算する２つの乗算回路と、前記２つの乗算回路の出力
   を加算する加算回路と、前記加算回路の出力を電力増幅
   して前記プリセツションコイルに電流を供給する増幅器
   とを備えたことを特徴とするフリージャイロジンバル駆
   動装置。