JPS6120490Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は角速度検出装置に関するものである。
さて、本考案の詳しい説明に入る前に、第１図に
より従来のレートジヤイロの構造と、原理とを簡
単に説明する。

第１図においてスピン軸１０−１０のまわりに
高速回転するロータ３は、そのシヤフト３′，
３″が、ジンバル２により軸受４，４′を介して支
持されている。ジンバル２は、スピン軸１０−１
０と直交するシヤフト２′，２″を有し、シヤフト
２′，２″は、軸受５，５′を介して、ベース１に
より出力軸１２−１２のまわりに回転自在に支持
される。ジンバル２は出力軸１２−１２のまわり
に回転するとき、ジンバル２及びベース１に各端
が夫々固定されたバネ９による復元トルクと、ジ
ンバル２及びベース１間に設けられたダンパー８
による制動トルクを受けるようになつている。ま
た、ジンバル２のベース１に対する偏角を電気信
号に変換する変位検出器DDが、ジンバル２とベ
ース１との間にとりつけられており、ジンバル２
に固定したその可動部６は、ベース１に固定した
その固定部７と相対している。

レートジヤイロは、そのベース１を、はじめに
スピン軸１０−１０が静定していた方向と、出力
軸１２−１２の両者に直角な軸１１−１１のまわ
りに、矢印１４の如くゆつくり回転せしめられる
と、ジヤイロは、ジンバル２と共に出力軸１２−
１２のまわりに回転せしめられ、パネ９に変形を
与えるが、ジヤイロの軸１１−１１のまわりの回
転に対応する軸１２−１２のまわりのジヤイロ反
作用トルクが、パネ９の発生する復元トルクと等
しくなつたとき、両トルクは平衡し、ジンバル２
のベース１に対する軸１２−１２のまわりの回転
は、停止する。このときの、ジンバル２のベース
１に対する偏角は、変位検出器DDによつて計測
される。軸１１−１１のまわりのベース１の回転
角速度が大きい程、トルクの平衡点でのジンバル
２のベース１に対する姿勢角は大きい、すなわち
軸１２−１２のまわりの変位検出器DDの計側す
る偏角は大きくなる。ジヤイロ反作用トルクは、
軸１１−１１のまわりのベース１の回転角速度に
正しく比例するので、バネ９の発生トルクが偏角
と正しく比例していれば、軸１１−１１のまわり
のベース１の回転角速度と変位検出器DDの出力
とは、正しく比例する。従つて、変位検出器DD
の出力により、ベース１の回転角速度を計測する
ことができる。これがレートジヤイロの原理であ
る。

さて、従来のレートジヤイロは、第１図では簡
単化のため図示を省略したが、ジヤイロロータ３
の回転せしめるためのモータがあり、これが、ジ
ンバル２に対しロータ３を高速回転している。従
つて、２乃至３本の電路がジンバル２上のモータ
とベース１との間に存在している。通常これは、
可撓電線で作られるが、この発生トルクが精度低
下の原因となる。

本考案はこのような可撓電線を使用しない角速
度検出装置を提供するものである。

本考案の特徴とするところは、ジヤイロのロー
タ、これを回転せしめるためのモータ、該モータ
を支持する支持部、該支持部の両側に固定され、
上記ロータのスピン軸と直交する出力軸線上に配
置された２個の出力軸部材、該出力軸部材を上記
出力軸線のまわりに回転自在に支持するよう配置
された２個の軸受、該軸受をベースに対して支持
するためのホルダーを有する角速度検出装置にお
いて上記出力軸部材の出力軸線に沿つてトーシヨ
ンバーを配置し、該トーシヨンバーの一端を上記
出力軸部材に固定し、他端を上記ホルダーに固定
し、上記トーシヨンバーを復元トルク発生器と、
上記モータへ電力を送るための電路とを兼用せし
めたことを特徴とする角速度検出装置にある。

第２図は、本考案の角速度検出装置の一実施例
を示す断面図であり、第２図Ａは、出力軸３２−
３２およびスピン軸３０−３０の両軸に直角な方
向から見た図で、出力軸部材３２′，３２″および
ホルダー１３，１３′等が断面として示されてい
る。第２図Ｂは第２図Ａの装置を出力軸３２−３
２方向から見た図で、スピン軸３０−３０を含む
ロータシヤフト２４′，２４″とロータ２３，２
３′等が断面で示されている。又、第２図Ｃは、
同装置をスピン軸３０−３０方向から見た図で、
同図Ａと同じく、出力軸部材３２′，３２″および
ホルダー１３，１３′等が断面で示されている。

第２図に示す本考案の例においては、ジヤイロ
駆動用モータ２４は両側にシヤフト２４′，２
４″を有し、この中心線がスピン軸３０−３０で
あつて、ロータ２３，２３′が、この両側のシヤ
フト２４′，２４″にそれぞれつけられている。従
つて、第２図に示す本考案の例に於ては、第１図
のジンバル２対応する部分は、モータ２４のステ
ータを有する胴を内蔵し、これを固定している支
持部２２であり、出力軸部材３２′，３２″は、支
持部２２に固定せられ、出力軸部材３２′，３
２″の中心線が出力軸３２−３２である。出力軸
部材３２′，３２″は、その両端をボールベアリン
グ２５，２５′のインナーレースでささえられ、
ボールベアリング２５，２５′のアウターレース
の外周は、ホルダー１３，１３′によつて保持さ
れる。ホルダー１３，１３′は、第２図Ｃに示す
ように、ベース２１に直接固定されている。第２
図Ｂ及びＣに示す如く、支持部２２の下部には、
Ｅ型の磁気部材２６を設け、これと対向してダン
バープレート２８をベース２１につける。また、
スピン軸３０−３０に関し、磁気部材２６の装着
位置と対称の支持部２２上の位置に、磁気部材２
６と全く同様の磁気部材２６′を取り付ける。こ
れはまた、ダンバープレート２８と同様のダンパ
ープレート２８′と対向しており、このダンバー
プレート２８′は、ベース２１に固定された外筐
２１′にとりつけられている。このダンバープレ
ート２８，２８′と、磁気部材２６，２６′との構
造及び作用については、第３図で後述することと
するが、これらは、支持部２２が、出力軸３２−
３２のまわりに、ベース２１に対して回転すると
き、ベース２１から、支持部２２が制動トルクを
受ける作用を有する。支持部２２に固定された出
力軸部材３２′，３２″には、その中心に、出力軸
３２−３２に沿つて穴３２，３２〓があけられ
ており、この穴３２，３２〓の中心に、同じく
出力軸３２−３２に沿つてトーシヨンバー２９，
２９′が夫々挿着されている。トーシヨンバー２
９，２９′の一端は出力軸部材３２′，３２″に
夫々固定され、他端はホルダー１３，１３′に
夫々図の如く固定されている。従つて、支持部２
２が出力軸３２−３２のまわりに回転するとき、
トーシヨンバー２９，２９′は、これに対応して
捩られ、復元バネトルクを発生するので、第２図
に示す本考案の例では、第１図に示す従来例のバ
ネ９にあたるものを別途装置する必要はない。

さらに、第２図に示す考案の例において、支持
部２２は、電気的絶縁材料で作られ、ベース２１
及び外筐２１′も、絶縁材で作られている。こう
すると、出力軸部材３２′，３２″からそれぞれ電
路（図示せず）で、モータ２４のステータへ支持
部２２上で結線しておくと、外部電源から、ホル
ダー１３，１３′へ結線し、これへ電力を供給す
ると、トーシヨンバー２９，２９′を経て、この
電力はモータ２４へ供給され、ロータ２３，２
３′を回転せしめることができる。モータ２４が
直流モータであれば、これだけでモータ２３，２
３′を高速回転せしめることができるし、交流２
相、または３相モータの使用にあたつては、モー
タ２４の３線のうちの２線を出力軸部材３２′，
３２″に接続し、他の１線は、支持部２２上に取
り付けた適当なコンデンサを介して出力軸部材３
２′または３２″に接続することにより、ロータ２
３，２３′を分相交流電動機として駆動すること
ができる。かくして、第２図に示す本考案の装置
によれば、従来の如く電路別途可撓電線を使用す
る必要がない。

角速度検出装置として必要な、支持部２２の出
力軸３２−３２まわりのベース２１に対する偏角
を検知する変位検出器２７は、第２図Ｂ及びＣに
示すごとく、ベース２１につけられ、磁気部材２
６に相対している。この部分の構造と作用につい
ては第４図で詳述する。

なお第２図において、３３，３３′はフラツク
スリターンパス用の強磁性体、３４，３５は磁路
の空隙を示す。

さて、次に、第３図によりダンバープレート２
８（又は２８′）及び磁気部材２６（又は２６′）
の構造と作用とについて詳述する。第３図に出力
軸３２−３２まわりに制動作用を行うダンバー装
置DAを構成する磁気部材２６（又は２６′）、ダ
ンバープレート２８（又は２８′）、フラツクスリ
ターンパス３３（又は３３′）の斜視図を示す。
この例では、磁気部材２６（又は２６′）は図示
の如く着磁されたＥ型コアである。これは、フエ
ライト、鋳造磁石等による一体構造又は、軟質磁
性材（パーマロイ、電磁軟鉄）と硬質磁性材料の
複合構造でも良い。例えば、このＥ型コアは中央
突極が永久磁石で左右極と底面とは一体をなすコ
の字形断面の軟鉄系材質のものでよい。極性は中
央の磁極と両端の磁極とが反対の関係になつてい
る。導体よりなるダンバープレート２８（又は２
８′）は、磁界との相対運動により生ずる渦電流
により非接触で、上述の制動トルクを生じさせ
る。強磁性体３３（又は３３′）、即ち軟質磁性材
料よりなるフラツクスリターンパスは、マグネツ
ト２６（又は２６′）と相応して磁路を形成す
る。必要とする制動トルクは、磁気部材２６（又
は２６′）の強さ、空隙３４（又は３５）とダン
バープレート２８（又は２８′）、フラツクスリタ
ーンパス３３（又は３３′）により決定されるダ
ンバープレート２８（又は２８′）の磁束密度及
び、その導電率で設定することができる。

次に、第４図を参照して、上述の変位検出器
（以下センサーと称する）２７の一例を説明す
る。同図の例に於ては、このセンサー２７は、ベ
ース４０と、ベース４０上に固設したフラツクス
ガイド４１，４１′とフラツクスガイド４１，４
１′の対向一端間に於てベース４０上に配置した
磁気感知素子４２とより成る。第２図Ｃに示す磁
気部材２６より出る磁束を、フラツクスガイド４
１，４１′を通して磁気感知素子４２に導く。ベ
ース４０は非磁性材よりなり、その上に、フラツ
クスガイド４１，４１′及び磁気感知素子４２を
接着、モールド等により固定してある。又、フラ
ツクスガイド４１，４１′は軟質磁性材料で作ら
れており、磁気感知素子４２は、一例としてホー
ル素子を用いることができる。

次に、ダンバー装置DAとセンサー２７とを組
合わせて使用している状況を示す第５図を参照し
て両者の動作を説明する。先ずダンバー装置DA
としての作用は磁気部材２６とダンバープレート
２８との間に、矢印４３，４４で示すような相対
運動があるとき、その相対速度に比例した制動力
が生じる。磁気部材２６及びダンバープレート２
８の対向面は図示の例では直線で示してあるが、
両者の出力軸３２−３２まわりの回転運動が微小
であればこの回転運動は直接運動としてみなしう
る為、両者の対向面を必ずしも円弧状にする必要
はない。ただし、磁気部材２６の回転方向への幅
及び空隙３４の大小によつては、上記対向面を円
弧状にすることが望ましい。

次に、センサー２７としての作用は磁気部材２
６とセンサー２７との間に、矢印４３，４４で示
す方向の相対的変位があるとき、両フラツクスガ
イズ４１，４１′の磁位に差が生じ、磁気感知素
子４２に磁界が生じる。この磁界の変化を磁気感
知素子４２が検出することにより、変位を検出す
る。

センサー２７の調整としては、まず磁気部材２
６とセンサー２７との相対位置調整を行い、フラ
ツクスガイド４１，４１′の磁位を等しくしてお
く。この調整は、磁気感知素子４２の出力が零と
なるよう、センサー２７をスライドさせるか、磁
気部材２６を出力軸３２−３２まわりに、トーシ
ヨンバー２９，２９′を回転させて位置出しすれ
ば容易に行なうことができる。調整後は接着剤、
ねじ等により各部材を固定すれば良い。零調がな
された状態で、仮りに磁気部材２６がセンサー２
７に対して矢印４４方向に変位したとすると、フ
ラツクスガイド４１，４１′間の磁位に差が生
じ、第５図に示す如く、Ｎ，Ｓ極が配置されてい
るとすれば一方のフラツクスガイド４１′にＮ
極、他方のフラツクスガイド４１にＳ極が生じ、
その結果として磁気感知素子４２中を、フラツク
スガイド４１′から４１に向けて磁束が通過す
る。この時、磁気部材２６及びセンサー２７の相
対変位と磁気感知素子４２の出力との間に比例関
係が得られる。この電圧を測定する事により、磁
気部材２６の変位の方向と量とを知ることができ
る。磁気部材２６の変位は、ジヤイロの出力軸３
２−３２まわりの変位と等価であるから、これに
より入力角速度を測定できる。

次に第６図を参照して第２図に示した支持部２
２，出力軸部材３２′，軸受（ボールベアリン
グ）２５，ホルダー１３及びベース２１の具体的
構造を示す断面図である。この場合、支持部２
２，ベース２１は電気的絶縁材で作られているの
で、ホルダー１３と出力軸部材３２′との間に存
在するトーシヨンバー２９はそのまま復元トルク
発生器と電路とを兼ねることができる。軸受２５
としては、ボールベアリング等のころがり軸受を
用いる。この場合、図示の如く、ホルダー１３の
右端面部の出力軸３２−３２方向の厚さを薄くし
てあるので、部品の寸法誤差や温度変化により熱
膨脹に起因してトーシヨンバー２９に加わる過度
の張力や、座屈応力を吸収することができる。
尚、この場合、他方のホルダー１３の対応部は厚
くしておく。又、この逆でもよい。

第７図は、第６図と同様部分の異る他の一実施
例を示すものであり、この図の例では、軸受２５
の周辺部材は、すべて絶縁材料でつくられててお
り、ホルダー１３の金属部が減少し、一層の原価
低減がはかられている。なお、絶縁物をうまく利
用すれば、第６及び７図の例と異なり、ベース２
１を絶縁物でなく金属でつくることもでき、これ
は、支持部２２の材料についてもいうことができ
る。要は、トーシヨンバー２９を、モーター２４
駆動用の他の電路から絶縁しさえすればよいので
ある。

第８図は第６図及び７図と同様部品の更に異る
他の実施例を示すものである。この例では、一方
の出力軸部材３２′を介して、２本のトーシヨン
バー２９，２９′を、モータ（図示せず）に接続
した例である。この場合、ホルダー１３及び出力
軸部材３２′に夫々固定した絶縁部材５０，５１
を用いて両トーシヨンバー２９，２９′の絶縁を
確保している。この例によれば、他方の出力軸部
材３２″にトーシヨンバーを挿入する必要がなく
なるので、関連する調整が容易となる。

上述の如く、本考案による角速度検出装置は、
その構造が簡単で、低価格に作り得、且つ従来の
如く可撓電線による有害トルクが発生しないの
で、精度が向上する等の多くの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来レートジヤイロを示す斜視図、第
２図Ａ乃至Ｃは本考案による角速度検出装置の一
例の断面図、第３図はその制動装置の斜視図、第
４図はその変位検出器の斜視図、第５図Ａ及びＢ
は制動装置及び変位検出器の動作説明図の正面及
び側面断面図、第６図乃至第８図は夫々本考案の
主要部の他の例を示す断面図である。 図に於て、１３，１３′はホルダー、２１はベ
ース、２１′は外筐、２２は支持部、２３，２３
はロータ、２４はモータ、２４′，２４″はシヤフ
ト、２５，２５′はボールベアリング、２６，２
６′は磁気部材、２７は変位検出器、２８，２
８′はダンバープレート、２９，２９′はトーシヨ
ンバー、３０−３０はスピン軸、３２−３２は出
力軸、３２′，３２″は出力軸部材、３２，３２
〓は穴、３３，３３′は強磁性体、３４，３５は
空隙、４０はベース、４１，４１′はフラツクス
ガイド、４２は磁気感知素子、５０，５１は絶縁
部材である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ジヤイロのロータ、これを回転せしめるための
   モータ、該モータを支持する支持部、該支持部の
   両側に固定され、上記ロータのスピン軸と直交す
   る出力軸線上に配置された２個の出力軸部材、該
   出力軸部材を上記出力軸線のまわりに回転自在に
   支持するよう配置された２個の軸受、該軸受をベ
   ースに対して支持するためのホルダーを有する角
   速度検出装置において、上記出力軸部材に出力軸
   線に沿つてトーシヨンバーを配置し、該トーシヨ
   ンバーの一端を上記出力軸部材に固定し、他端を
   上記ホルダーに固定し、上記トーシヨンバーを復
   元トルク発生器と、上記モータへ電力を送るため
   の電路とを兼用せしめたことを特徴とする角速度
   検出装置。