(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントロール・モーメント・ジャイロを有する減揺装置において、
前記コントロール・モーメント・ジャイロのフライホイールは、スピンモータにより回転駆動されるとともに、スピン軸受を介してジンバルで支持され、
前記ジンバルはジンバル軸を有するとともに、このジンバル軸がジンバル軸受を介してサポートで支持され、
前記ジンバル軸の一端に、前記ジンバル軸の回転運動を直線運動に変換するアームを取り付け、このアームと母機との間に、アキュームレータ機能を有するとともに前記ジンバル軸の動揺を減らすためのリニア・ダンパを設け、前記リニア・ダンパの有効トルクＴ1は、前記アームが水平の時を０度とする前記ジンバルの回転角度をθ、前記リニア・ダンパの出力トルクをＴとする時、
Ｔ1=Ｔcos θ
で与えられるとともに、前記ジンバル軸の他端には、前記スピンモータへの電力供給をなすワイヤが接続されるスリップリングが取り付けられ、前記リニア・ダンパと前記スリップリングとが前記ジンバル軸の軸方向に振り分けて配置されていることを特徴とするリニア・ダンパ型減揺装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記リニア・ダンパは放熱フィンを有し、前記リニア・ダンパおよび前記コントロール・モーメント・ジャイロは、カバーにより覆われるとともに、前記カバーに前記リニア・ダンパを冷却するためのファンが設置されていることを特徴とするリニア・ダンパ型減揺装置。
【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（遊漁船、レジャーボート、漁船、測量船、灯台（ブイ）見回り船等）、ゴンドラ、ロープウェイ等に利用される減揺装置に関する。
本発明は、吊下物、パワーショベル、クレーン等の回転揺れの減揺装置にも利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコントロール・モーメント・ジャイロ（以下ＣＭＧという）を有する減揺装置を図１０に示す。
従来のＣＭＧを有する減揺装置は、ジンバル・ブレーキにロータリ・ダンパ４を使用していた。
そのロータリ・ダンパの種類には、オイル式、ディスク・ブレーキ式、パウダブレーキ式、電動ブレーキ式等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常のロータリ・ダンパには、図１１（Ａ）に示すように、構造上、回転角度に制限（±９０〜±１００°）があり、母機（ボート等）の揺れ（外乱）が過大なものになると、回転角度が制限に達してしまう事がある。このため、図１０に示すようなメカニカル・ストッパ９を設置する必要があった。
【０００４】
また、特別なロータリ・ダンパには、図１１（Ｂ）に示すように構造上回転角度制限のないものもあるが、コスト高になるので、実用性は低い。
そして、従来のＣＭＧを有する減揺装置では、ジンバル・ブレーキとして、ロータリ・ダンパ４を使用しているため、揺れ（外乱）が大きくなるとロータリ・ダンパの吸収すべき熱量が大きくなる。吸収すべき熱量が大きいロータリ・ダンパは構造上大型になる。
本発明はこれらの問題を解決することができる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、本発明の一つの形態に係るコントロール・モーメント・ジャイロを有するリニア・ダンパ型減揺装置によると、
前記コントロール・モーメント・ジャイロのフライホイールは、スピンモータにより回転駆動されるとともに、スピン軸受を介してジンバルで支持され、
前記ジンバルはジンバル軸を有するとともに、このジンバル軸がジンバル軸受を介してサポートで支持され、
前記ジンバル軸の一端に、前記ジンバル軸の回転運動を直線運動に変換するアームを取り付け、このアームと母機との間に、アキュームレータ機能を有するとともに前記ジンバル軸の動揺を減らすためのリニア・ダンパを設け、前記リニア・ダンパの有効トルクＴ1は、前記アームが水平の時を０度とする前記ジンバルの回転角度をθ、前記リニア・ダンパの出力トルクをＴとする時、
Ｔ1=Ｔcos θ
で与えられるとともに、前記ジンバル軸の他端には、前記スピンモータへの電力供給をなすワイヤが接続されるスリップリングが取り付けられ、前記リニア・ダンパと前記スリップリングとが前記ジンバル軸の軸方向に振り分けて配置されていることを特徴としている。
【０００６】
従って次のように作用する。
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図１のように定めたとき、
(1)フライホイールを回転させ、Ｚ軸まわりの角運動量を確保しているときに、外乱によりＸ軸まわりにロール揺れが発生すると、
(2)ジャイロ効果によりジンバル軸がＹ軸まわりに揺動し、
(3)リニア・ダンパでジンバル軸の揺動にブレーキをかけ、Ｙ軸まわりのジンバルの揺動を制御する。
(4)そして、ジャイロ効果でコントロール・モーメント・ジャイロの出力トルクを、Ｘ軸まわりに外乱に対するカウンタトルクとして発生させる。
(5)そのため、母機のロール揺れを減少させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１〜図６、及び図８に示す。
図１は本発明の第１の実施の形態の構成を示す。
【０００８】
図１に示すように、本発明装置は、高速で回転するフライホイール１と、フライホイール１用のスピン軸受６と、フライホイール１を回すスピンモータ５と、これを支えるジンバル２と、ジンバル２を支持するジンバル軸受７と、サポート８と、リニア・ダンパ１０６を有する。
【０００９】
そして、母機１０７にはサポート８で固定され、本発明装置の出力するジャイロトルクで母機の横揺れを減揺させる。
本装置全体をコントロール・モーメント・ジャイロ（ＣＭＧ）１００という。
【００１０】
図２は本発明装置をボートに適用した場合の搭載図を示す。
ボートへの設置については、ボートの進行方向に対してジンバル軸３が直角になる様に配置する。
【００１１】
図２では、本発明装置を２機搭載した例を示しているが、船の大きさ、重さにより、１機、２機、３機、４機…と、搭載台数を変えることができる。
図３は本発明装置の内部構成例を示す。
【００１２】
高速で回転するフライホイール１をジンバル２で支持し、このジンバル２をサポート８で支持する。
フライホイール１は、スピンモータ５により回転する。
【００１３】
スピンモータ５は、コンパクト化のためパンケーキ型（偏平型）を使用している。
フライホイール１の回転数は制御せず、損失と釣り合った点を定常回転数としているため、余分なコントローラを必要としない。
【００１４】
図４は、本発明装置のリニア・ダンパ１０６の断面図を示す。
リニア・ダンパ１０６は、ピストンロッドＡ１とシリンダＡ２で構成され、ピストンヘッドの両側のコントロール・ポートＡ６にシリコンオイル等を満たし、ピストンのオリフィスＡ４で両コントロール・ポートＡ６を接続する。
【００１５】
シリコンオイル等の漏れは、シ−ルＡ５で防止している。
シリンダＡ２が外力でリニア運動をする時、両コントロール・ポールＡ６のオイルが、オリフィスＡ４で絞られるため、ダンピング反力を与えることができる。
【００１６】
リニア・ダンパ１０６はトラニオンＡ３で母機１０７に支持されている。
（リニア・ダンパの種類）
図４のリニア・ダンパ１０６は最も基本的なものであり、実際にはアキュムレータ機能を持たせたものである。
【００１７】
アキュムレータ機能とは、両ポートＡ６のオイルが、外部へ漏れた時には補給し、またオイル温度が上昇した時には膨張したオイルを吸収する機能を有することをいう。
【００１８】
図５はリニア・ダンパ１０６の取付例を示す。
リニア・ダンパ１０６はアーム１１０と取付けボルト／ナット１１１を使用してジンバル２のジンバル軸３の一端に取付けられる。
【００１９】
ジンバル軸３は、ジンバル軸受７でサポート８に支持されている。
また、コントロール・モーメント・ジャイロ（ＣＭＧ）１００には、トラニオンＡ３で接続され、ジンバル軸３の回転運動とリニア・ダンパ１０６の直線運動を可能にしている。
この構成で、ジンバル２の回転運動をリニア・ダンパ１０６の直線運動に変換し、ブレーキを働かせている。
【００２０】
従って、ジンバル２の回転角度に制限がなくなる。
そして、リニア・ダンパ１０６の外周に放熱フィン１１２を設置することにより、熱伝達が増し、熱吸収量の大きなダンパ（ジンバル・ブレーキ）になる。
【００２１】
図６は、本発明装置におけるヨー軸方向の分力を打ち消す方法を示す。
図６に示すように、本発明装置を１セットにつき２機（２機／１set）ボートに搭載し、フライホイール１の回転方向を互いに逆向きとすることにより、ヨー軸方向の分力を打ち消すことができる。
【００２２】
ヨー軸方向分力とは、ジンバル軸３及びジンバル２が動揺してロール方向に制振トルクを発生する時、ジンバル軸３が傾きを持ったために発生するヨー軸方向のトルク分力である。
【００２３】
また、複数台を船艇に設置する場合、ＣＭＧの各々に電気的、機械的な接続が不要なため、船艇の限られた空間内で自由に配置することができる。
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を、図７に基づいて説明する。
【００２４】
第２の実施の形態の基本構造は、第１の実施の形態と同じであるが、第２の実施の形態は、下記の点で第１の実施の形態と相違する。
（１）ジンバル軸３の一端にリニア・ダンパ１０６を取付け、他端にスリップリング１１３を取付ける。
【００２５】
その理由は、リニア・ダンパ１０６の採用により、ジンバル２の回転角度制限が無くなるため、スピンモータ５への電力供給をするワイヤがねじれない様にするためである。（ワイヤがねじれるとワイヤの破損をまねき故障する。）
（２）リニア・ダンパ１０６の放熱フィン１１２の熱伝達を促進するために、ファン１１４を設置し、送風により通風穴１１６を通じて強制的に熱を逃がす様にしている。
【００２６】
そのため、リニア・ダンパ１０６の吸収熱量を増加することができる。
ファン１１４は、図７に示すように、ＣＭＧ全体を覆うＣＭＧカバー１１５等に設置し、リニア・ダンパ１０６の放熱フィン１１２に風が当たるように設置する。
【００２７】
また、風がＣＭＧカバー１１５から出ていくように、適当な場所に通風穴１１６を設置する。
風の流れは、図７のように外から内へ流れるようにする。
【００２８】
ファン１１４の作動は、ＣＭＧと同時にオン・オフさせる。
ファン作動電力はスピンモータ電源から取る。
リニア・ダンパ１０６の放熱フィン１１２の採用（リニア・ダンパ１０６の軸方向のフィン）により自然対流、又は強制対流及び熱伝達を増加できる。そのため、小型で熱吸収量大のものを実現できる。
【００２９】
図８は本発明装置の減揺効果の計算結果を示す。
リニア・ダンパの出力トルクをＴとすると、図９に示すように、リニア・ダンパの有効トルクＴ1はＴcos θ（θはジンバルの回転角度、水平を０deg とする。）で与えられる。
【００３０】
一方、ＣＭＧの出力（ロール方向減揺出力）は、ＨをＣＭＧの角運動量とし、θ′を角速度とするとき、Ｈθ′cos θで与えられる。
θが大きくなると（９０deg に近づくと）ＣＭＧ出力（Ｈ  cos θ）は小さくなるため、ダンパの出力トルクがＴcos θで小さくなっても、ほとんど影響はない。
【００３１】
非線形要素を含んでいるが、シミュレーションによる確認では、同様の結果が得られている。
リニア・ダンパ方式は、ロータリ・ダンパ方式に比べて、効率がcos θ（θは回転角度）で変化するが、母機を船として、外乱として正弦波及びランダム波を入力した場合の船の揺れ角度φと、角速度φ´を計算し、両方式を比較した結果、図８に示すように両方式の効果に差はない事を確認した。
また、過大な入力を与えてジンバル軸３を９０°以上回転させた時も、問題が無い事を確認した。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、前述のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
(1)請求項１によれば、ジンバル・ブレーキにリニア・ダンパを使用しているため、ジンバルの回転角度に制限を無くすことができる。そのため、ロータリタイプと同等の減揺性能等を維持しつつ、ロータリ・ダンパに必要なメカニカル・ストッパを不要とすることができ、コストを低減できる。
さらに、ジンバルの回転角度に制限を無くした構成でありながら、スピンモータへ電力を供給するワイヤの捩じれを防止でき、このワイヤの破損を回避することができる。
(2)請求項２によれば、リニア・ダンパの放熱面積を大きくすることができ、熱吸収量の大きい小型の高性能な減揺装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図。
【図２】図１の装置をボートに適用した場合の搭載図。
【図３】図１の装置の内部構成例を示す図。
【図４】図１の装置のリニア・ダンパの断面図。
【図５】図１の装置のリニア・ダンパの取付例を示す図。
【図６】図１の装置におけるヨー軸方向の分力を打ち消す方法を示す図。
【図７】本発明の第２の実施の形態を示す図。
【図８】本発明装置の減揺効果の計算結果を示す図。
【図９】本発明装置のリニア・ダンパの出力トルクの説明図。
【図１０】従来装置の説明図。
【図１１】従来のロータリ・ダンパの説明図。
【符号の説明】
１…フライホィール、
２…ジンバル、
３…ジンバル軸、
４…ロータリ・ダンパ（ジンバル・ブレーキ）、
５…スピンモータ、
６…スピン軸受、
７…ジンバル軸受、
８…サポート、
９…メカニカル・ストッパ、
１００…コントロール・モーメント・ジャイロ（ＣＭＧ）、
１０６…リニア・ダンパ（ジンバル・ブレーキ）、
１０７…母機（ボート、ゴンドラ等）、
１１０…アーム、
１１１…取付ボルト／ナット、
１１２…放熱フィン、
１１３…スリップリング、
１１４…ファン、
１１５…ＣＭＧカバー、
１１６…通風穴
Ａ１…ピストンロッド、
Ａ２…シリンダ、
Ａ３…トラニオン、
Ａ４…オリフィス、
Ａ５…シール、
Ａ６…コントロール・ポート。
【図１】
0003637119.tif 000002
【図２】
0003637119.tif 000003
【図３】
0003637119.tif 000004
【図４】
0003637119.tif 000005
【図５】
0003637119.tif 000006
【図６】
0003637119.tif 000007
【図７】
0003637119.tif 000008
【図８】
0003637119.tif 000009
【図９】
0003637119.tif 000010
【図１０】
0003637119.tif 000011
【図１１】
0003637119.tif 000012