(57)【要約】  ジンバルサーボシステムへの使用に適した支承組立体が提供される。支承組立体は、ハウジングと、第１のシャフトと、第１のシャフトがハウジングに対して軸線回りに回転するように第１のシャフトをハウジングに回転可能に結合する軸受と、ペイロードに結合されるようになった第１の端部を有する第２のシャフトと、フレックスピボット要素とを有し、このフレックスピボット要素は、第２のシャフトがフレックスピボット要素を介して第１のシャフトに対して回転するよう第１のシャフトの端部を第２のシャフトの第２の端部に回動可能に結合する。第２のシャフトの回転に応答して、フレックスピボット要素は、第１のシャフトの軸線回りに所与の角度回動するようになっている。回動角度は、第１のシャフトに対する第２のシャフトの変位を反映し、軸受の摩擦外乱に対応する。
2010509689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジンバルサーボシステムへの使用に適した軸受組立体であって、
ハウジングと、
端部及び軸線を備えた第１のシャフトと、
前記第１のシャフトが前記ハウジングに対して前記軸線回りに回転するよう前記第１の第１のシャフトを前記ハウジングに回転可能に結合した軸受と、
ペイロードに結合されるようになった第１の端部及び第２の端部を備えた第２のシャフトと、
フレックスピボット要素とを有し、前記フレックスピボット要素は、前記第２のシャフトが前記フレックスピボット要素を介して前記第１のシャフトに対して回転するように前記第１のシャフトの前記端部を前記第２のシャフトの前記第２の端部に回動可能に結合しており、
前記第２のシャフトの回転に応答し、前記フレックスピボット要素は、前記第１のシャフトの前記軸線回りに所与の角度回動するようになっており、前記回動角度は、前記第１のシャフトに対する前記第２のシャフトの変位を反映している、軸受組立体。
【請求項２】
前記第２のシャフトは、前記第１のシャフトと同軸整列状態にある、請求項１記載の軸受組立体。
【請求項３】
前記回動角度は、前記ハウジングに対する前記第２のシャフトの回転に起因して前記軸受により前記第１のシャフトに及ぼされる摩擦外乱に対応している、請求項１記載の軸受組立体。
【請求項４】
前記第２のシャフトを前記ハウジングに対して回転させるよう作動的に構成された第１のモータを更に有する、請求項１記載の軸受組立体。
【請求項５】
前記フレックスピボット要素の近くに設けられた位置変換器を更に有し、前記位置変換器は、前記回動角度を検出し、対応の変位信号を出力するようになっており、前記第１のモータは、前記変位信号に作動的に結合されていて、前記変位信号に従って前記第２のシャフトにトルクをかけるようになっている、請求項４記載の軸受組立体。
【請求項６】
前記フレックスピボット要素の近くに設けられた位置変換器を更に有し、前記位置変換器は、前記回動角度を検出し、対応の変位信号を出力するようになっており、
前記変位信号に作動的に結合されていて、前記第２のシャフトの回転に基づくと共に前記変位信号により反映されたトルクによってオフセットしたトルク補償信号を出力するよう作動的に構成されたサーボコントローラを更に有し、
前記第１のモータは、前記トルク補償信号に作動的に結合されていて、前記トルク補償信号に従って前記第２のシャフトを前記ハウジングに対して回転させるようになっている、請求項４記載の軸受組立体。
【請求項７】
第１のシャフトの前記軸線回り又はプラットホームのジンバル式軸線回りにおける前記ペイロードの角速度を検出し、対応の角速度信号を出力するようになった速度センサを更に有し、前記サーボコントローラは、前記角速度信号に作動的に結合されていて、前記変位信号によって反映された前記トルクによってオフセットした前記角速度信号に基づいて前記トルク補償信号を出力する、請求項６記載の軸受組立体。
【請求項８】
前記変位信号に作動的に結合されると共に前記変位信号によって反映された前記トルクを補償するために前記第１のシャフトを前記ハウジングに対して回転させるよう作動的に構成された軸受モータを更に有する、請求項６記載の軸受組立体。
【請求項９】
前記軸受は、前記第１のシャフトに取り付けられた内レース部材と、前記ハウジングに取り付けられた外レース部材と、前記内レース部材と前記外レース部材との間に設けられた玉軸受又はころ軸受のうちの一方とを有する、請求項１記載の軸受組立体。
【請求項１０】
ジンバルサーボシステムへの使用に適した軸受組立体であって、
ハウジングと、
端部及び軸線を備えた第１のシャフトと、
前記第１のシャフトが前記ハウジングに対して前記軸線回りに回転するよう前記第１の第１のシャフトを前記ハウジングに回転可能に結合した軸受と、
ペイロードに結合されるようになった第１の端部及び第２の端部を備えた第２のシャフトと、
フレックスピボット要素とを有し、前記フレックスピボット要素は、前記第２のシャフトが前記フレックスピボット要素を介して前記第１のシャフトに対して回転するように前記第１のシャフトの前記端部を前記第２のシャフトの前記第２の端部に回動可能に結合しており、
前記第２のシャフトの回転に応答して、前記フレックスピボット要素は、前記第１のシャフトの前記軸線回りに所与の角度回動するようになっており、前記回動角度は、前記第１のシャフトに対する前記第２のシャフトの変位を反映すると共に前記ハウジングに対する前記第２のシャフトの回転に起因して前記軸受により前記第１のシャフトに及ぼされる摩擦外乱に対応している、軸受組立体。
【請求項１１】
前記第２のシャフトは、前記第１のシャフトと同軸整列状態にある、請求項１０記載の軸受組立体。
【請求項１２】
前記第２のシャフトを前記ハウジングに対して回転させるよう作動的に構成された第１のモータを更に有する、請求項１０記載の軸受組立体。
【請求項１３】
前記フレックスピボット要素の近くに設けられた位置変換器を更に有し、前記位置変換器は、前記回動角度を検出し、対応の変位信号を出力するようになっており、前記第１のモータは、前記変位信号に作動的に結合されていて、前記軸受の前記摩擦外乱に対抗するよう前記変位信号に従って前記第２のシャフトにトルクをかけるようになっている、請求項１２記載の軸受組立体。
【請求項１４】
前記変位信号に作動的に結合されると共に前記変位信号によって反映された前記トルクを補償するために前記第１のシャフトを前記ハウジングに対して回転させるよう作動的に構成された軸受モータを更に有する、請求項１３記載の軸受組立体。
【請求項１５】
前記フレックスピボット要素の近くに設けられた位置変換器を更に有し、前記位置変換器は、前記回動角度を検出し、対応の変位信号を出力するようになっており、
前記変位信号に作動的に結合されていて、前記第２のシャフトの回転に基づくと共に前記変位信号により反映されたトルクによってオフセットしたトルク補償信号を出力するよう作動的に構成されたサーボコントローラを更に有し、
前記第１のモータは、前記トルク補償信号に作動的に結合されていて、前記トルク補償信号に従って前記第２のシャフトを前記ハウジングに対して回転させるようになっている、請求項１２記載の軸受組立体。
【請求項１６】
第１のシャフトの前記軸線回り又はプラットホームのジンバル式軸線回りにおける前記ペイロードの角速度を検出し、対応の角速度信号を出力するようになった速度センサを更に有し、前記サーボコントローラは、前記角速度信号に作動的に結合されていて、前記変位信号によって反映された前記トルクによってオフセットした前記角速度信号に基づいて前記トルク補償信号を出力する、請求項１５記載の軸受組立体。
【請求項１７】
前記サーボコントローラは、前記変位信号に基づいて軸受補償信号を出力するよう作動的に構成された進み／遅れ補償器を有し、前記軸受組立体は、前記軸受補償信号に作動的に結合されていて、前記軸受補償信号によって反映された前記トルクを補償するよう前記第１のシャフトを前記ハウジングに対して回転させるようになった軸受モータを更に有する、請求項１５記載の軸受組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジンバル式プラットホーム（gimballed platform）の１本又は２本以上の軸線を安定化させるために用いられるジンバルサーボシステム（gimbal servo system）に関する。本発明は、特に、ジンバルサーボシステムに用いられる軸受組立体であって、軸受組立体のジンバル軸受と関連した摩擦を効果的に抑制する軸受組立体に関する。
【０００２】
〔関連出願の説明〕
本願は、２００６年１１月１０日に出願された米国特許仮出願第６０／８６５，３２１号（発明の名称：Frictionless Bearing For Use In Servo Systems）、２００６年１１月１０日に出願された米国特許仮出願第６０／８６５，２９５号（発明の名称：Frictionless Bearing）及び２００６年１１月１１日に出願された米国特許仮出願第６０／８６５，４２３号（発明の名称：Simple Frictionless Bearing）の出願日に関する権益を主張する出願であり、これら米国仮特許出願の全てを参照により引用し、法上許容可能な程度までこれらの内容を本明細書の一部とする。
【背景技術】
【０００３】
ジンバルサーボ機構又はサーボシステムは、典型的には、航空機及び地上車両に搭載される光学システム（「ジンバル式光学システム」）、例えばＴＶカメラ及び赤外線（ＩＲ）カメラのためのジンバル式プラットホームを安定化するために用いられる。その目的は、それぞれの光学システムの視線（ＬＯＳ）の動きを最小限に抑えることにある。従来型ジンバルサーボ機構は、典型的には、プラットホームの１つ又は２つ以上のジンバル軸線回りの運動（例えば、角速度）を検出するためにジンバル式プラットホームに取り付けられた速度センサ（例えば、ジャイロスコープ）を採用している。ジンバルサーボ機構のサーボ又はトルカモータは、プラットホームをそれぞれのジンバル軸線回りに逆回転させて（反対方向に回転させて）検出された動きを補償し、ジンバル式プラットホーム及びかくしてジンバル式プラットホームに取り付けられた光学システムの視線（ＬＯＳ）を安定化させるために用いられる。しかしながら、ジンバル式光学システムに用いられる従来型ジンバル軸受組立体は、典型的には、ジンバル式プラットホームの取り付けベースがジンバル軸受を含むジンバル軸線回りに動くと、ジンバル軸受の摩擦外乱を生じる。ジンバル軸受の摩擦により、トルク外乱が従来型サーボ機構体又はサーボシステムに生じ、この従来型サーボ機構体又はサーボシステムは、これに応答して、光学システムのＬＯＳのジッタ又は望ましくない動きを生じさせ、かかるジッタ又は望ましくない動きは、ジンバル式光学システムの解像力に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００４】
或る特定の従来型ジンバルサーボ機構は、光学システムの視線（ＬＯＳ）を許容可能なＬＯＳ安定化誤差レベルまで安定化するためにジンバル軸受の摩擦外乱を是正する種々の設計を採用している。しかしながら、ジンバル式光学システムに関するＬＯＳ安定化誤差のレベルは、特に、例えば標的を識別して追跡するために長焦点距離カメラを採用している光学システムにとっては依然として問題である。
【０００５】
加うるに、或る特定の従来型サーボ安定化ジンバル式プラットホーム（例えば、ボウディッチ（Bowditch）等に付与された米国特許第４，３９５，９２２号明細書に開示されている）は、多くのジンバルを追加し、追加したジンバルと共にフレックスピボット（flex pivot）を用いることによりジンバル軸受摩擦を無くそうとしている。ジンバル軸受摩擦外乱の問題に対するかかる解決策は、ジンバル式システムに不要な複雑さ及びコストを追加する。
【０００６】
図１は、ジンバル式プラットホーム又はペイロード１４の単一軸線１２（例えば、方位軸線）を安定化する従来型軸受組立体付きジンバルサーボシステム１０を断面図で示している。図２は、図１の従来型ジンバルサーボシステム３０の機能ブロック図である。図１に示されているように、従来型軸受組立体は、単一の軸受１６とシール１８とから成る構成を有する。単一軸受１６は、ペイロード１４に取り付けられたジンバルアクスル又はシャフト２０を軸線１２に沿ってハウジング又は支持構造体２２に回転可能に結合してサーボ又はトルカ（torquer）モータ２３（図２に機能の形態で示されたジンバルサーボシステムの一コンポーネント）が、ペイロード１４を回転させてペイロード１４に取り付けられている速度センサ２４によって測定された軸線１２回りのペイロードの運動に対抗して軸線１２回りの角速度を検出することができるようになっている。トルカモータ２３は、典型的には、シャフト２０に取り付けられたロータ２６及び支持構造体２２に取り付けられたステータ２８により具体化されている。
【０００７】
２つの追加の軸受組立体及びジンバルサーボシステム１０（図１には示されていない）は、通常、ジンバル式プラットホーム又はペイロードの角ジンバル軸線（例えば、ピッチ軸線及びロール軸線）を安定化するために採用されている。かくして、３本の運動軸線を備えた従来型ジンバル式プラットホーム又はペイロードは、典型的には、３本の軸線の各々について単一の軸受１６を備えている。
【０００８】
軸受１６は、典型的には、ジンバルシャフト２０の軸線１２回りのペイロード１４の運動方向に摩擦外乱をもたらす。摩擦外乱は、シャフト２０とハウジング又は支持構造体２２の相対速度が符号（又は方向若しくは極性）を変えたときに符号（又は方向若しくは曲線）を急変する。摩擦トルクの変化（摩擦外乱の符号の変化に対応している）は、典型的には、非常に急に生じるので、ジンバルサーボ機構体又はシステムは、これを十分迅速に補償することができない。その結果、ジンバル又はシャフト２０は、サーボ機構の帯域幅の制限及び有限応答時間に起因して、サーボ機構がジンバル又はシャフトを停止させることができる前に動き、その結果、軸線１２回りにジッタ運動が生じる。ジンバル軸受摩擦外乱は、通常、非線形であり、全く予測できないので、従来型ジンバルサーボ機構又はシステムは、摩擦を正確に補償し得ない。
【０００９】
各ジンバル軸線に関する従来型ジンバルサーボシステム３０は、典型的には、サーボコントローラ（図１には示されていない）を有し、かかるサーボコントローラは、速度を指令信号３４（通常、図示されていない車両システムコントローラによって提供される）と速度センサ２４によって検出された角速度の速度差を出力するよう作動的に構成された加算器３２を有している。サーボコントローラは、典型的には、補償器３６を更に有し、この補償器は、加算器３２から出力された速度差を受け取り、速度ループ利得コントローラ３８によって調整され、次に電力増幅器４０によって増幅された補償速度信号を出力するよう作動的に構成されている。電力増幅器から出力された増幅補償速度信号４２は、トルカモータ２３によって受け取られ、このトルカモータは、軸受１６の摩擦外乱４８（これは、シャフト２０回りのペイロード１４の運動方向に対応した信号を有する）により調整された（これは、加算器４６によってモデル化されている）逆回転トルク４４を提供する。ジンバルシャフト２０に及ぼされたときの調整済み逆回転トルク５０には、ジンバルシャフト２０に対応した既知のジンバル慣性の逆数（１／ＪG）を効果的に乗算する（これは、乗算器５２によってモデル化されている）。結果として得られたジンバル２０の加速度５４を効果的に積分して（これは、積分器５６によってモデル化されている）、プラットホーム１４の速度５８を生じさせ、この角速度は、速度センサ２４によって検出され、角速度５８と同一方向における軸受１６の摩擦外乱４８を誘起する。
【００１０】
図２に示されているように、補償器３２は、典型的には、折れ点周波数（ωZ）がジンバルサーボシステム３０の低周波数利得を最大にする一方で、トルカモータ２３により出力された逆回転トルク４４のゼロｄＢクロスオーバ周波数において十分な位相マージンを維持するよう設定された比例積分（ＰＩ）補償器である。ゼロｄＢクロスオーバ周波数は、典型的には、２５〜６０Ｈｚである。補償器３２は、典型的には、積分器５６に起因して無限静的利得を有する。しかしながら、摩擦外乱４８のトルクの周波数におけるサーボシステム３０の利得の制限に起因して、ペイロード１４（及びペイロードを有する光学システムのＬＯＳ）は、摩擦外乱４８の結果としてジッタ運動を生じる。サーボシステム３０のゼロｄＢクロスオーバ周波数を増大させ、それによりサーボシステム３０の開ループ利得を増大させることにより、摩擦外乱４８の効果を減少させることができる。しかしながら、サーボシステム３０の制約、例えば、速度センサ２４の帯域幅の制限又は構造的共振に起因して、通常、軸受摩擦外乱４８の効果を十分低いデブリまで減少させることは可能ではない。
【００１１】
図３Ａ〜図３Ｄは、軸受１６の摩擦外乱４８を誘起し、ジンバル式プラットホーム又はペイロード視線（ＬＯＳ）のジッタを引き起こす支持構造体２２の角運動の効果を示している。図３Ａは、ジンバル（即ち、シャフト２０）に対する図１に示す従来型軸受組立体の支持構造体２２の経時的な角度位置を示す例示のグラフ図である。図３Ｂは、ジンバル２０に対する支持構造体２２の経時的な角速度の例示のグラフ図であり、角速度は、図３Ａに示す角度位置に対応している。図３Ｃは、支持構造体２２を従来型軸受組立体のジンバル２０に結合した軸受１６の摩擦トルクの例示のグラフ図であり、軸受摩擦トルクは、図３Ｂに示されている支持構造体の角速度に生じる。図３Ｄは、図３Ｃに示された軸受１６の摩擦トルクによって生じるジンバル式プラットホーム又はペイロード１４のＬＯＳジッパの例示のグラフ図である。軸受１６及びシール１８を備えた典型的な２軸ジンバル及びサーボシステム３０に関するゼロｄＢクロスオーバ周波数が４０〜５０Ｈｚの場合、軸受摩擦外乱４８に起因したＬＯＳジッタ（図３Ｄに反映されている）は、ピークからピークまでが２００〜３００マイクロラジアンである。かくして、軸受摩擦外乱は、画像解像力がピークからピークまでが２００〜３００マイクロラジアンのＬＯＳジッタの影響を受けるジンバル式光学システムについては依然として問題である。
【００１２】
したがって、上述の問題を解決し、軸受摩擦外乱がジンバル式プラットホーム又はペイロードのジッタを回避するよう効果的に打ち消されるジンバルサーボシステムの実現を可能にする軸受組立体が要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第４，３９５，９２２号明細書
【発明の概要】
【００１４】
本発明によるシステム、装置及び製造物品は、ジンバルサーボシステムにより安定化されたジンバル式プラットホーム又はペイロードのジッタを効果的に阻止するために軸受によりジンバルに及ぼされる摩擦外乱（「軸受摩擦」）を補償し又は無くすようジンバルサーボシステムに用いられる手段を提供する。
【００１５】
本発明のシステム及び装置によれば、ジンバルサーボシンバルへの使用に適した軸受組立体が提供される。軸受組立体は、ハウジングと、端部及び軸線を備えた第１のシャフトと、第１のシャフトがハウジングに対して軸線回りに回転するよう第１のシャフトをハウジングに回転可能に結合する軸受とを有する。軸受組立体は、第２のシャフトと、フレックスピボット要素とを更に有する。第２のシャフトは、第１の端部及び第２の端部を有する。第２のシャフトの第１の端部は、ペイロードに結合されるようになっている。フレックスピボット要素は、第２のシャフトがフレックスピボット要素を介して第１のシャフトに対して回転するよう第１のシャフトの端部を第２のシャフトの第２の端部に回動可能に結合する。第２のシャフトの回転に応答して、フレックスピボット要素は、第１のシャフトを軸線回りに所与の角度回動するようになっており、この回動角度は、第１のシャフトに対する第２のシャフトの変位を反映している。
【００１６】
一具体化例では、回動角度は、ハウジングに対する第２のシャフトの回転に起因して軸受により第１のシャフトに及ぼされる摩擦外乱に対応している。
【００１７】
軸受組立体は、第２のシャフトをハウジングに対して回転させるよう作動的に構成された第１のモータを有するのが良い。軸受組立体は、フレックスピボット要素の近くに設けられた位置変換器を更に有するのが良い。位置変換器は、回動角度を検出し、対応の変位信号を出力するようになっている。第１のモータは、変位信号に作動的に結合されていて、変位信号に従って第２のシャフトにトルクをかけるようになっているのが良い。
【００１８】
別の具体化例では、軸受組立体は、変位信号に作動的に結合されると共に変位信号によって反映されたトルクを補償するために第１のシャフトをハウジングに対して回転させるよう作動的に構成された軸受モータを更に有するのが良い。
【００１９】
本発明の他のシステム、方法、特徴及び利点は、添付の図面及び詳細な説明を吟味すると、当業者には明らかであり又は明らかになろう。かかる追加のシステム、方法、特徴及び利点は全て、本明細書の開示範囲内に含まれ、本発明の範囲に含まれ、そして特許請求の範囲に記載された本発明によって保護されるものである。
【００２０】
本明細書に組み込まれてその一部をなす添付の図面は、本発明の具体化例を示しており、詳細な説明と一緒になって、本発明の利点及び原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ジンバル式プラットホーム又はペイロードの単一軸線を安定化する従来型軸受組立体及びサーボシステムの断面図である。
【図２】図１のジンバルサーボシステムの機能ブロック図である。
【図３Ａ】単一の軸線ジンバルに対する図１の従来型軸受組立体の支持構造体の角度位置と時間との関係を表すグラフ図である。
【図３Ｂ】単一軸線ジンバルに対する従来型軸受組立体の支持構造体の角速度と時間の関係を表すグラフ図であり、角速度が図３Ａに示された角度位置に対応していることを前提とするグラフ図である。
【図３Ｃ】支持構造体を従来型軸受組立体のジンバルに結合した軸受の摩擦トルクのグラフ図であり、軸受摩擦トルクが、支持構造体の図３Ｂに示された角速度に基づいて生じることを前提するグラフ図である。
【図３Ｄ】図３Ｃに示す軸受摩擦トルクにより生じるジンバル式プラットホーム又はペイロードのＬＯＣジッタのグラフ図である。
【図４】本発明の軸受組立体の断面斜視図である。
【図５】図４に示す軸受組立体を用いた本発明に従って具体化されているジンバルのための例示のジンバルサーボシステムの機能ブロック図である。
【図６Ａ】図４の軸受組立体の内側又は第２のペイロード支持シャフト（「内側シャフト」）の角度位置又は回転量の例示の時刻歴グラフ図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す内側シャフトの角度位置又は回転量に基づく軸受組立体のフレックスピボット要素の回動角度又は変位の例示の時刻歴グラフ図であり、フレックスピボット要素が内側シャフトを図４の軸受組立体の外側又は第１のペイロード支持シャフト（「外側シャフト」）に結合し、回動角度又は変位が外側シャフトに対する内側シャフトの変位を反映していることを前提とする図である。
【図６Ｃ】図６Ａに示す内側シャフトの角度位置又は回転量に基づく外側シャフトに対するフレックスピボット要素のトルクの例示の時刻歴グラフ図であり、フレックスピボット要素が外側シャフトを図４の軸受組立体のハウジングに結合した軸受により外側シャフトに及ぼされた摩擦外乱に対応していることを前提とする図である。
【図６Ｄ】外側シャフトをハウジングに結合した図４に示す軸受の外レース部材に対する内レース部材の変位の例示の時刻歴グラフ図であり、内レース部材が外側シャフトに取り付けられ、外レース部材がハウジングに取り付けられていることを前提とする図である。
【図６Ｅ】内側シャフトにトルクをかけて図６Ｃに示されているフレックスピボット要素のトルクに対抗するよう図４の軸受組立体のトルカモータにより出力されたフレックスピボット補償トルクの例示の時刻歴グラフ図である。
【図６Ｆ】外側シャフトに及ぼされた図４に示す軸受の摩擦外乱又はトルクの例示の時刻歴グラフ図である。
【図７】本発明の別の軸受組立体の断面斜視図である。
【図８】図７に示す軸受組立体を用いている本発明に従って構成されたジンバルのための例示のジンバルサーボシステムの機能ブロック図である。
【図９Ａ】外側シャフトのジンバル軸線に対する図７の軸受組立体のハウジング又は支持構造体の正弦波状位置変化（即ち、角度位置）の例示の時刻歴グラフ図であり、ジンバル（即ち、外側シャフト）が安定化され又は静止状態にあることを前提とする図である。
【図９Ｂ】ジンバル軸線及び外側シャフトに対する図７の軸受組立体のハウジング又は支持構造体の角速度の時刻歴グラフ図である。
【図９Ｃ】外側シャフトをハウジングに回転可能に結合した図７の軸受組立体の軸受の摩擦外乱又はトルクの時刻歴グラフ図であり、軸受摩擦トルクが外側シャフトに対する軸受組み立てハウジングの角速度又はトルクに応答して外側シャフトに及ぼされることを前提とする図である。
【図９Ｄ】図９Ｂに示すようなハウジングの角速度又は回転量に起因した内側シャフトの回転に基づく図７の軸受組立体のフレックスピボット要素の回動角度又は変位（「フレックスピボット変位」）の例示の時刻歴グラフ図であり、フレックスピボット要素が内側シャフトを軸受組立体の外側シャフトに結合し、フレックスピボット変位が外側シャフトに対する内側シャフトの変位を反映していることを前提とする図である。
【図９Ｅ】図９Ｄに示すフレックスピボット変位に基づく外側シャフトに対するフレックスピボット要素のトルクの例示の時刻歴グラフ図である。
【図９Ｆ】内側シャフトにトルクをかけて図９Ｅに示すフレックスピボット要素のトルクに対抗するよう図７の軸受組立体のトルカモータにより出力されたフレックスピボット補償トルクの例示の時刻歴グラフ図である。
【図９Ｇ】は外側シャフトをハウジングに結合した図７の軸受の内レース部材に対する外レース部材の角速度の例示の時刻歴グラフ図であり、内レース部材が外側シャフトに取り付けられ、外レース部材がハウジングに取り付けられていることを前提とする図である。
【図９Ｈ】ハウジングに対する内側シャフトの図９Ａに示すような角度位置変化に応答した図７に示す軸受の内レース部材に対する外レース部材の変位の例示の時刻歴グラフ図である。
【図１０Ａ】図７の軸受組立体のハウジングに対する内側シャフトの坂路状位置変化（即ち、角度位置）の例示の時刻歴グラフ図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す内側シャフトの角度位置又は回転量に基づく図７の軸受組立体のフレックスピボット要素の回動角度又は変位（「フレックスピボット変位」）の例示の時刻歴グラフ図である。
【図１０Ｃ】内側シャフトをハウジングに結合した図７の軸受の外レース部材に対する内レース部材の変位の例示の時刻歴グラフ図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｂに示すフレックスピボット変位に基づく外側シャフトに対するフレックスピボット要素のトルクの例示の時刻歴グラフ図である。
【図１０Ｅ】内側シャフトにトルクをかけて図１０Ｄに示すフレックスピボット要素のトルクに対抗するよう図７の軸受組立体のトルカモータにより出力されたフレックスピボット補償トルクの例示の時刻歴グラフ図である。
【図１０Ｆ】ハウジング対する内側シャフトの図１０Ａに示すような角度位置の変化に応答して外側シャフトに及ぼされる図７に示す軸受の摩擦外乱又はトルクの例示の時刻歴グラフ図である。
【図１０Ｇ】外側シャフトにトルクをかけて図１０Ｆに示す軸受摩擦外乱又はトルクに対抗にするよう図７の軸受組立体の軸受モータにより出力された軸受補償トルクの例示の時刻歴グラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に添付の図面に示されている本発明の方法、システム及び製品の具体化例を詳細に参照する。
【００２３】
図４は、本発明の軸受組立体４００の断面斜視図である。軸受組立体４００は、以下に更に詳細に説明するようにジンバル式プラットホーム又はペイロードを安定化するためにジンバルサーボシステム（例えば、図５に示すジンバルサーボシステム５００）に使用可能である。軸受組立体４００は、ハウジング４０２と、端部４０６及び軸線４０８を備えた第１の又は外側のシャフト４０４とを有し、軸線４０８は、軸受組立体４００を用いて安定化されるべきプラットホーム又はペイロードのジンバル軸線に一致している。軸受組立体４００は、軸受４１０（本明細書では「外側軸受」ともいう）を更に有する。軸受４１０は、外側シャフト４０４がハウジング４０２に対してジンバル軸線４０８回りに回転するよう外側シャフト４０４をハウジング４０２に回転可能に結合している。
【００２４】
図４に示す具体化例では、軸受４１０は、外側シャフト４０４に結合され又は取り付けられた内レース部材４１２と、ハウジング４０２に結合され又は取り付けられた外レース部材４１４と、内レース部材４１２と外レース部材４１４との間に設けられた玉軸受又はころ軸受４１６とを有している。変形具体化例では、玉軸受又はころ軸受４１６に代えて、内レース部材４１２及び外レース部材４１４が同一方向又は逆方向に互いに対して移動することができるようにする別の要素又は材料を用いても良い。例えば、玉軸受又はころ軸受４１６に代えて、ニードル軸受若しくはジャーナル軸受又はころ軸受、玉軸受、ニードル軸受、若しくはジャーナル軸受の任意の組み合わせを用いても良い。
【００２５】
内レース部材４１２は、内レース部材４１２が玉軸受又はころ軸受４１６を介して移動しているときに内側軸受４１０が外側シャフト４０４に回転可能に結合されるよう外側シャフト４０４に結合され又は取り付けられる。図４に示す具体化例では、内レース部材４１２は、外側シャフト４０４の周囲にわたって延びている。同様に、外レース部材４１４は、外レース部材４１４が玉軸受又はころ軸受４１６を介して移動しているときに内側軸受４１０がハウジング４０２に回転可能に結合されるようハウジング４０２に結合され又は取り付けられている。
【００２６】
第１又は外側シャフト４０４を回転させ又はこれにトルクをかけると、軸受４１０は、このシャフト４０４に摩擦外乱（図５では符号５４８で示されている）を及ぼす。摩擦外乱５４８は、シャフト４０４の回転方向に一致した符号をもつ軸受速度に対応している。図４に示す具体化例では、玉軸受又はころ軸受４１６（又はその均等例）は、玉軸受又はころ軸受４１６が運動を開始する前に外側シャフト４０４を先ず最初に回転させ又はこれにトルクをかけると、外側シャフト４０４に取り付けられている内レース部材に摩擦外乱５４８を及ぼす場合がある。
【００２７】
軸受組立体４００は、外側軸受４１０をハウジング４０２の外部の汚染要因物から保護するシール４１８を更に有するのが良い。シール４１８は、シャフト４０４を回転させ又はこれにトルクを加えると、外側シャフト４０４を擦る密封リップを備えた一端部を有するのが良い。この具体化例では、シール４１８は、ハウジング４０２又は軸受４１０の外レース部材４１４に取り付けられた別の端部を有する。変形例として、シール４１８は、シール４１８が外側シャフト４０４又は内レース部材４１２に取り付けられた端部を有するよう逆になっていても良い。この具体化例ではシール４１８の密封リップは、ハウジング４０２を擦ることができる。軸受摩擦又は軸受摩擦外乱と言った場合、軸受摩擦又は軸受摩擦外乱は、密封リップの擦り又はシールの摩擦を更に含む。
【００２８】
図４に示されているように、軸受組立体４００は、第１の端部４２２及び第２の端部４２４を備えた第２の又は内側のシャフト４２０を更に有する。内側シャフト４２０の第１の端部４２２は、軸受組立体４００を用いたジンバルサーボシステム５００により本発明に従って安定化されるべきプラットホーム又はペイロード（図面には示されていない）に結合されるようになっている。図４に示す具体化例では、内側シャフト４２０は、外側シャフト４０４と同軸整列状態にある。
【００２９】
加うるに、軸受組立体４００は、フレックスピボット要素４２６（本明細書では「内側軸受」とも言う）を有し、このフレックスピボット要素は、第１の又は外側のシャフト４０４の端部４０６を第２の又は内側のシャフト４２０の第２の端部４２４に回動可能に結合しており、内側シャフト４２０は、フレックスピボット要素４２６を介して外側シャフト４０４に対して回転するようになっている。フレックスピボット要素４２６は、例えば内側シャフト４２０に結合したときのプラットホーム又はペイロードの動きに起因して生じる内側シャフト４２０の回転に応答して外側シャフト又はジンバル軸線４０８回りに所与の角度回動するようになっている。回動角度（本明細書では「フレックスピボット変位」とも言う）は、外側シャフト４０４に対する内側シャフト４２０の角変位を反映している。回動角度は、ハウジング４０２に対する第２の又は内側のシャフト４２０の回転に起因して軸受４１０により第１の又は外側のシャフト４０４に及ぼされる摩擦外乱５４８に対応している。
【００３０】
外側軸受４１０により第１の又は外側のシャフト４０に及ぼされる摩擦外乱４５８は、以下に更に説明するように、フレックスピボット要素４２６を２本のシャフト４０４，４１２相互間の内側軸受として用いることによりジンバルサーボシステム５００において効果的に無くされる。フレックスピボット要素４２６は、ジンバルサーボシステム５００によって補償できる所定のばね定数を有し、その結果、フレックスピボット要素は、事実上、ばね定数がゼロであるように見えるようになる。フレックスピボット要素４２６のばね定数は、軸受４１０の摩擦外乱５４８に打ち勝つのに十分である。かくして、ＬＯＳを備えたペイロード又はプラットホームが内側シャフト４２０の端部４２２に取り付けられると、２つの軸受４１０，４１８により、ジンバルサーボシステム５００は、ＬＯＳジッタの発生を阻止しながら２本のシャフト４０４，４１２（ひとまとまりとなってペイロード又はプラットホームのためのジンバルとして作用する）を安定化することができる。
【００３１】
フレックスピボット要素４２６は、捩りばね、撓み軸受、ピボット軸受又はシャフト４０４又はシャフト４１２のいずれにも摩擦を事実上与えないで外側シャフト４０４に対する内側シャフト４２０の限定された角度回転を可能にする他の回転軸受であって良い。例えば、フレックスピボット要素４２６は、シー‐フレックス・ベアリング・カンパニー・インコーポレイテッド（C-Flex Bearing Co., Inc.）から市販されているシングルエンド形撓み軸受（例えば、モデルＧ‐３０又はＨ‐３０）又はリバーホーク・カンパニー（Riverhawk Company）から市販されている片持ち形ピボット軸受（例えば、モデル５０１６‐８００又は５０２０‐８００）であるのが良い。図４に示す具体化例では、フレックスピボット要素４２６は、外側シャフト４０４に取り付けられた第１のｃ字形セグメント４２７と、内側シャフト４２０に取り付けられた第２のｃ字形セグメント４２８と、第１のｃ字形セグメント４２７を第２のｃ字形セグメント４２８に結合していて、２つのセグメント４２７，４２８（及びかくして２本のシャフト２０４，４２０）を本発明に従ってシャフト４０４又はシャフト４１２のいずれにも摩擦を及ぼさないで互いに対して変位させることができるようになった横ばね部材４２９とを有している。
【００３２】
軸受組立体４００は、第２の又は内側のシャフト４２０をハウジング４０２に対して軸線４０８回りに回転させ又はこれにトルクをかけるよう作動的に構成された第１のモータ４３０を更に有するのが良い。一具体化例では、第１のモータ４３０は、ハウジング４０２に取り付けられたステータ４３２及びシャフト４０４に取り付けられたロータ４３４を有するサーボ又はトルカモータであり、その結果、内側シャフト４２０の端部４２２に取り付けられたペイロードに電流を第１又はトルカモータ４３０に流すことによって内側シャフト４２０回りにトルクをかけることができるようになっている。内側シャフト４２０は、単独で又は内側シャフト４０４に一緒になって、ジンバルサーボシステム５００により安定化されるべきジンバルに相当している。
【００３３】
図４に示されている具体化例では、軸受組立体４００は、フレックスピボット要素４２６の近くに設けられた位置変換器４３６を有する。位置変換器４３６は、フレックスピボット要素４２６の回動角度を検出し、これに対応した変位信号４３８を出力するようになっている。位置変換器４３６は、インダクトシン、ＲＶＤＴ（可変差動変圧器）、エンコーダ、ポテンショメータ、シンクロ（syncro）、レゾルバ、ＡＤＴ（角変位変換器）、又はフレックスピボット要素４２６の変位を測定することができる他の装置であるのが良い。
【００３４】
第１のモータ４３０は、サーボコントローラ４４０を介して変位信号４３８に作動的に結合されている。この具体化例では、サーボコントローラ４４０は、ジンバル又は内側シャフト４２０（例えば、速度センサ４４６、例えばジャイロスコープにより信号４４４として検出されて出力された）の回転量又は角速度（例えば、図５の速度５５８）に基づくと共にフレックスピボット変位信号４３８に対応したトルク（図５ではフレックスピボット補償トルク５４１として示されている）によりオフセットしたトルク補償信号４４２を出力するよう作動的に構成されている。ジンバルサーボシステム５００の一部として、サーボコントローラ４４０は、補償速度信号４４２をサーボ又はトルカモータ４３０に出力してジンバル速度信号４４４により反映された内側シャフト４２０の回転に対抗するようになっている。
【００３５】
サーボコントローラ４４０が第１のモータ４３０に組み込まれた変形具体化例では、第１のモータは、変位信号４３８に直接結合されても良く、そして速度センサ４４６により出力され、フレックスピボット変位信号４３８から導き出されたフレックスピボット補償トルク５４１によりオフセットしたトルク補償信号４４２を内部で発生する。本明細書において更に説明するように、いずれの具体化例においても、第１のモータ４３０は、ジンバル速度信号４４４によって反映された内側シャフト４２０の回転に対抗するようトルク補償信号４４２（及びかくしてフレックスピボット変位信号４３８）に従って第２の又は内側のシャフト４２０をハウジング４０２に対して回転させ又はこれにトルクを加えるようになっている。
【００３６】
したがって、軸受組立体４００（内側シャフト４２０又はシャフト４０４，４２０のひとまとまりに対応したジンバルを安定化するための図５に示されているようなジンバルサーボシステム５００に用いられる場合）は、サーボコントローラ４４０及び速度センサ４４６を有するのが良い。速度センサ４４６は、プラットホーム又はペイロードが図４に示すように結合された内側シャフト４２０又はプラットホーム若しくはペイロードに取り付けられるのが良く、或いはプラットホーム若しくはペイロード内に設けられるのが良く、その結果、速度センサ４４６は、プラットホームのジンバル式軸線回り（例えば、同軸に整列したシャフト４０４，４２０に対応したジンバル軸線４０８回り）の運動（例えば、角速度５５８を検出することができるようになっている。
【００３７】
変形具体化例では、速度センサ４４６は、タコメータ発電機、増分エンコーダ又はシャフト４２０とハウジング４０２との間に設けられる他の速度センサであって良い。さらに別の具体化例では、速度センサ４４６は、シャフト４２０とハウジング４０２との間に設けられた位置変換器、例えばポテンショメータ、レゾルバ、エンコーダ又はインダクトシンを用いて具体化されても良い。
【００３８】
図５に示されているように、ジンバルサーボシステム５００は、従来型サーボシステム３０に類似したコンポーネントを有しても良い。しかしながら、フレックスピボット要素４２６を外側シャフト４０４と内側シャフト４２０との間の内側軸受として採用することにより、ジンバルサーボシステム５００は、位置変換器４３６によって測定されて出力されたフレックスピボット変位信号４３８に基づいて、外側軸受４１０によりジンバル又は外側シャフト４０４に及ぼされた摩擦外乱に効果的に対抗するようになっている。
【００３９】
例えば、図５に示す具体化例では、ジンバルサーボシステム５００のサーボコントローラ４４０は、第１の加算器５３２を有し、この第１の加算器は、ジンバル又は内側シャフト４２０回りのジンバル式プラットホーム又はペイロードの検出された運動（即ち、図５のジンバル速度５５８）を反映するようジンバルスルーレート（slew rate）指令信号３４（これは、図示していない車両システムコントローラによって提供できる）と速度センサ４４６により出力された角速度信号４４４の速度差を出力するよう作動的に構成されている。サーボコントローラ４４０は、補償器５３６と、速度ループ利得コントローラ５３８と、電力増幅器５４０と、速度ループ利得コントローラ５３８と電力増幅器５４０との間に設けられた第２の加算器５３２とを更に有するのが良い。補償器５３６は、加算器５３２から出力された速度差を受け取り、補償速度信号５３７を出力するよう作動的に構成されており、この補償速度信号は、第２の加算器５４２への出力のためにＫRLの利得を有するよう速度ループ利得コントローラ５３８によって調整される場合がある。一具体化例では、速度ループ利得ＫRLは、２５Ｈｚクロスオーバに関しては、２５×２×πであり、６０Ｈｚクロスオーバに関しては、６０×２×πである。加算器５４２は、補償速度信号５３７又は利得調整済み補償速度信号５３９（これらの信号は各々、速度センサ４４６によって検出されたジンバル角速度５５８に対応している）とフレックスピボット補償トルク５４１信号との差としてトルク補償信号５４３を出力するよう作動的に構成されており、かかるフレックスピボット補償トルク信号は、位置変換器４３６により出力されたフレックスピボット変位信号４３８のフィードバックに基づいてサーボコントローラ４４０のフレックスピボット要素利得補償器５４９を介して導き出される。フレックスピボット要素利得補償器５４９は、フレックスピボット変位信号４３８及びフレックスピボット要素４２６のばね定数と関連した換算係数又は一定の補償利得Ｋcompの関数としてフレックスピボットトルクを発生することができる。
【００４０】
次に、トルク補償信号５４３を電力増幅器５４０によって増幅するのが良く、この電力増幅器は、増幅したトルク補償信号４４２をトルカモータ４３０に出力することができる。変形具体化例では、電力増幅器５４０を第１のモータ４３０に組み込んでも良い。この具体化例では、サーボコントローラ４４０は、トルク補償信号５４３を第１のモータ４３０に出力する。
【００４１】
第１のモータ４３０は、トルク補償信号５４３又は増幅したトルク補償信号４４２（フレックスピボット補償トルク５４１によってオフセットされている）に基づいて逆回転トルク５４４をジンバル又は内側シャフト４２０に送る。内側シャフト４２０に作用する（これは、ジンバルトルカ加算器５４６によってモデル化されている）調整された又は全逆回転トルク５５０は、第１のモータ４３０によって出力された逆回転トルク５４４及びフレックスピボット要素４２６のばね定数（ＫXDCR）及びフレックスピボット変位５５１に基づいてフレックスピボット要素４２６（これは、乗算器５４７によってモデル化されている）によって生じた機械的フレックスピボットトルク５４５を含む。
【００４２】
調整後又は全逆回転トルク５５０には、ジンバル内側シャフト４２０に加えられると、ジンバルシャフト４２０に対応した既知のジンバル慣性の逆数（１／ＪG）が効果的に乗算される（これは、乗算器５５２によってモデル化されている）。結果的に得られたジンバル加速度５５４は、効果的に積分されて（これは、積分器５５６によってモデル化されている）速度センサ４４６により検出されるプラットホーム又はペイロードの角速度５５８（又は「ジンバル速度」）を生じさせる。次に、ジンバル又は角速度５５８をジンバル又はシャフト４２０によって効果的に積分して（これは、積分器５６０によってモデル化されている）、ジンバル又はシャフト４２０の位置４６２を生じさせる。
【００４３】
フレックスピボット変位５５１は、ジンバル位置４６２（内側シャフト４２０に対応している）と外側軸受４０４の位置５６６（外側シャフト４０４に対応している）との差（これは、加算器５６４によってモデル化されている）に対応している。
【００４４】
図５に示されているように、外側軸受４１０に作用する全トルク５６８は、軸受４１０（及びシール４１８）の摩擦外乱５４８に対応したトルクとフレックスピボットトルク５４５の和である（これは、加算器５７０によってモデル化されている）。全軸受トルク５６８には、軸受４１０の慣性の逆数（１／ＪB）が効果的に乗算され（これは、積分器５７２によってモデル化されている）、それにより軸受４１０の加速度５７４が得られる。軸受加速度５７４を効果的に積分して（積分器５７６によってモデル化されている）、軸受４１０の速度５７８を生じさせる。軸受速度５７８を効果的に積分して（これは、積分器５８０によってモデル化されている）外側軸受４１０の位置５６６をもたらす。図５に示されているジンバルサーボシステム５００の具体化例では、積分器５７２，５７６，５８０は、本発明に従って軸受４１０と外側シャフト４０４及びハウジング４０２の相互作用により行われる機械的な積分である。
【００４５】
図５に示されているように、外側シャフト４０４に及ぼされる軸受摩擦外乱５４８は、軸受速度５７８の関数であり、かかる軸受摩擦外乱は、軸受トルク加算器５７０に効果的にフィードバックされてフレックスピボットトルク５４５と組み合わされ、それにより、外側シャフト４０４に作用する全軸受トルク５６８が定められる。
【００４６】
ジンバルスルーレート指令３４がゼロである場合、ジンバル又はシャフト４０に作用する（そして、全逆回転トルク５５０を生じさせる）残りのトルクは、フレックスピボットトルク５４５であり、フレックスピボット補償トルク５４１信号は、加算器５４２を介してトルク補償信号５４３を発生させるために用いられることは注目されたい。トルク補償信号５４３を増幅器５４０に送り、次に第１のモータ４３０に送る。モータ４３０の出力トルク５４４とフレックスピボットトルク５４５は、事実上合わさってゼロになり又は互いに打ち消す。加うるに、フレックスピボットトルク５４５は、軸受摩擦外乱５４８を事実上補償する。かくして、ジンバルサーボシステム５００によりジンバル又は内側シャフト４２０に及ぼされる全逆回転トルク５５０は、事実上ゼロになるか、或いは、プラットホーム又はペイロード運動のジンバル速度（これは、符号５５２によってモデル化されているジンバル慣性加速度と関連している）に対応し、軸受摩擦外乱５４８は、ＬＯＳジッタが生じないようフレックスピボットトルク５４５によって効果的に補償される。
【００４７】
図６Ａ〜図６Ｆは、内側ペイロード支持シャフト４２０の坂路状位置変化に応答してジンバル又は内側ペイロード支持シャフト４２０を安定化させるためにジンバルサーボシステム５００に用いられる軸受組立体４００の作動を示している。図６Ａは、軸受組立体４００の内側ペイロード支持シャフト４２０の角度位置又は変位の例示の時刻歴グラフ図である。時刻ゼロから時刻ｔ2までの期間、内側ペイロード支持シャフト４２０の位置又は変位は、位置方向の回転を反映して上昇する。時刻ｔ2とｔ3との間では、内側シャフト４２０の位置は、一定のままである。ｔ2とｔ4との間では、内側シャフト４２０の位置又は変位は、逆方向の回転を反映して下降する。図６Ｂは、図６Ａに示す内側シャフト４２０の角度位置５６２又は回転量に基づいてフレックスピボット要素４２６の回動角度又は変位（即ち、位置変換器４３６によって測定されたフレックスピボット変位５５１）を示している。フレックスピボット要素４２６は、当初、フレックスピボットトルク５４５（及びフレックス回動補償トルク５４１）が軸受摩擦外乱５４８に打ち勝ち（即ち、加算器５７０から出力される全軸受トルクが事実上ゼロである）、玉軸受又はころ軸受４１６を動かして外側シャフト４０４が回転するようにするのに十分であるとき、ｔ1まで変位する。ｔ1からｔ2まで、フレックスピボットトルク５４５は、玉軸受け又はころ軸受４１６（及びかくして外側シャフト４０４）がフレックスピボット変位５５１に対応した一定のオフセット角度で内側ペイロード支持シャフト４２０に追随するので変化しない。
【００４８】
図６Ｃは、フレックスピボット要素４２６によって生じたフレックスピボットトルク５４６及び位置変換器４３６により得られたトルク５４１を示している。フレックスピボットトルク５４５とフレックスピボット補償トルク５４１は、両方共、図６Ｂに示すフレックスピボット変位５５１に対応し又はこれに比例している。
【００４９】
図６Ｄは、軸受外レース部材（及びハウジング４０２）に対する軸受内レース部材４１２（及び外側シャフト４０４）の変位を示している。図６Ｄに示されているように、時刻ｔ1まで、内レース部材４１２（及びかくして外側シャフト４０４）は、動かない。時刻ｔ1では、図６Ｃに示されているようなフレックスピボットトルク５４５が軸受摩擦外乱５４８に打ち勝つのに十分である場合、内側ペイロード支持シャフト４２０からの内レース部材４１２（及び外側シャフト４０４）の変位は、図６Ａに示す内側シャフト４２０の変位に従ってｔ1とｔ2との間で増大する。
【００５０】
図６Ｅは、内側シャフト４２０にトルクをかけて図６Ｃに示すフレックスピボット要素４２６のトルク５４５に対抗するよう第１又はトルカモータ４３０によって生じるフレックスピボット補償トルク出力５４４を示している。上述したように、トルカモータ４３０は、位置変換器４３６により測定されたフレックスピボット変位信号４３８から導き出されたフレックスピボット補償トルク５４１に基づいてフレックスピボット補償トルク出力５４４を生じさせるようジンバルサーボシステム５００において促される。本発明によれば、図６Ｃに示すフレックスピボットトルク５４５と図６Ｅに示すフレックスピボット補償トルク出力５４４の合計は、ゼロである。
【００５１】
図６Ｆは、外側シャフト４０４に及ぼされる軸受４１０の摩擦外乱５４８又はトルクを示している。図６Ｆに示されているように、ｔ0とｔ1との間では、軸受４１０の摩擦外乱５４８又はトルクは、図６Ｂに示す内側シャフト４２０及び外側シャフト４０４のフレックスピボット変位４３８及び図６Ｃに示す対応のフレックスピボットトルク５４５に従って外側シャフト４０４に及ぼされる。上述したように、時刻ｔ1では、図６Ｃに示されているフレックスピボットトルク５４５は、軸受摩擦外乱５４８に打ち勝つのに十分である。時刻ｔ2では、内側ペイロード支持シャフト４２０の運動は、図６Ａに示されているように停止し、それにより、軸受４１０の内レース４１２の運動も又、図６Ｄに示されているように停止する。ｔ3では、図６Ａに示されている内側ペイロード支持シャフト４２０は、逆方向への動きを開始する。その結果、図６Ｂに示されているフレックスピボット変位４３８（位置変換器４３６によって測定される）は、先に至った角度位置の負の位置まで下降する。図６Ｃに示すフレックスピボットトルク５４５及び図６Ｅに示す第１又はトルカモータ４３０からのその補償トルク５４４も又、図６Ｆに示す軸受摩擦外乱５４８又はトルクが符号を変えるように符号を変える。ｔ4では、軸受４１０並びに（その結果として）内レース部分４１２及び外側シャフト４０４は、図６Ｃに示すフレックスピボットトルク５４５に応答して図６Ｄに示すように再び動き始め、フレックスピボットトルク５４５が再び軸受４１０を駆動して外側シャフト４０４を動かすのに十分に高い値に達する。
【００５２】
図６Ａ〜図６Ｆに示されている記載内容は、動摩擦と静摩擦が互いに等しく、動摩擦が位置又は時間につれて変化しない理想的な摩擦モデルである。しかしながら、軸受４１０の摩擦５４８が位置につれて変化する場合であっても、軸受摩擦外乱５４８を補償するよう同一の軸受組立体４００及びジンバルサーボシステム５００を首尾良く採用することができる。軸受４１０の摩擦５４８が時間につれて迅速に変化する場合、増幅器５４０は、ペイロードのためのトルカモータ４３０を駆動し、増幅器５４０への入力５４３の計算は、フレックスピボット補償トルク５４４がほぼ理想的であり、即ちフレックスピボット要素４２６により生じるフレックスピボットトルク５４５にほぼ等しいように十分迅速である。
【００５３】
図７を参照すると、本発明による別の軸受組立体５００の断面斜視図が示されている。軸受組立体７００は、以下に更に詳細に説明するように、ジンバル式プラットホーム又はペイロードを安定化するためにジンバルサーボシステム（例えば、図８に示すジンバルサーボシステム８００）に使用可能である。図７に示されているように、軸受組立体７００は、上述したように、軸受組立体４００及びそのコンポーネントの各々を有している。
【００５４】
軸受組立体４００（軸受組立体７００の改良が施されない状態で動作した場合）は、フレックスピボット要素４２６により生じたフレックスピボットトルク５４５が軸受４１０の摩擦外乱５４８を超える大きさに達した場合、軸受４１０（及び外側シャフト４０４）の内レース部材４１２の運動において滑らかな移行ではなく僅かなステップを生じる場合がある。
【００５５】
この潜在的な問題を軽減するため、軸受組立体７００は、第１の又は外側のシャフト４０４をハウジング４０２に対して軸線４０８回りに回転させ又はこれにトルクを加えるよう作動的に構成された第２のモータ７０２を有している。一具体化例では、第２のモータ７０２は、ハウジング４０２に取り付けられたステータ７０４及びシャフト４０４に取り付けられたロータ７０６を有するサーボ又はトルカモータであり、その結果、軸受４１０の内レース部材４１２と外側シャフト４０４には、電流を第２のモータ又はトルカモータ７０２に流すことにより内側シャフト４２０回りのフレックスピボットトルクを補償するよう互いに逆にトルクがかけられるようになる。第２又はトルカモータ７０２は、歯車モータ又は軸受４１０の内レース部材４１２を駆動することができる他のモータであっても良い。
【００５６】
図７に示されているように、第２のモータ７０２は、サーボコントローラ７４０を介して、フレックスピボット要素４２６によって測定される変位信号４３８に作動的に結合されている。一具体化例では、サーボコントローラ７４０は、ピボット変位信号４３８に基づく軸受トルク補償信号７４２を第２のモータ７０２に出力するよう作動的に構成されている。ジンバルサーボシステム８００の一部として、サーボコントローラ７４０は、軸受補償速度信号７４２をサーボ又はトルカモータ４３０に出力してフレックスピボット要素４２６により外側シャフト４０４に及ぼされるフレックスピボットトルク５４５（フレックスピボット変位４３８に対応している）に対抗するになっている。
【００５７】
一具体化例では、第２又はトルカモータ７０２は、軸受内レース部材４１２及び外側シャフト４０４にトルクをかけて位置変換器４３６によって測定されたフレックスピボット変位４３８（又は角度若しくは撓み）がゼロ又はほぼゼロになるようにする。その結果、フレックスピボット要素４２６により生じたフレックスピボットトルク５４５が軸受４１０の摩擦外乱５４８を超える大きさに達したとき、第２のモータ７０２は、軸受４１０の内レース部材４１２にトルクをかけて内レース部材４１２（及び外側シャフト４０４）が停止位置から回転位置へ滑らかな移行又は傾斜関数で動くよう促されるようになっている。
【００５８】
以下に詳細に説明するように、フレックスピボット要素４２６に起因する非常に僅かなトルクは、軸受組立体７００及び軸受組立体７００を用いたジンバルサーボシステム８００で採用されるフレックスピボット要素４２６のばね定数に応じて、外側シャフト４０４に作用したままであるのが良い。外側シャフト４０４に残って作用するトルクは、フレックスピボット要素４２６の僅かな変位４３８に起因して小さい。サーボコントローラ７４０又はジンバルサーボシステム８００（サーボコントローラを含む）は、角度又は変位４３８がフレックスピボット要素製造業者によって指定された使用変位又は角度内に維持されている限り、フレックス回動角度又は変位４３８又は角度をゼロに保つことは必要ではない。ジンバルサーボシステム８００が角度又は変位４３８をゼロに保たないことに起因してフレックスピボット要素４２６により生じる残留トルクは、本明細書において説明するように第１又はトルカモータ４３０を通る電流信号５４４によって補償される。
【００５９】
サーボコントローラ７４０は、上述したように内側シャフト４２０に対応したジンバルの安定化を制御する（サーボ制御システム８００の一部として）サーボコントローラ４４０を有している。特に、サーボコントローラ７４０は、ジンバル又は内側シャフト４２０の（例えば、速度センサ４４６によって検出されると共に信号４４４として出力される）回転量又は角速度（例えば、図８の速度５５８）に基づくと共にフレックスピボット変位信号４３８に相当するフレックスピボット補償トルク５４１によりオフセットされたトルク補償信号４４２を出力する。ジンバルサーボシステム５００の一部として、サーボコントローラ４４０は、補償速度信号４４２をサーボ又はトルカモータ４３０に出力してジンバル速度信号４４４によって反映される内側シャフト４２０の回転に対抗するようになっている。
【００６０】
図８を参照すると、軸受組立体７００を採用したジンバルサーボシステム８００の機能ブロック図が示されている。ジンバルサーボシステム８００は、図６に示すジンバルサーボシステム５００に対応し、これと一致して動作するジンバル安定化（又は速度）サーボループ８０２を有している。加うるに、ジンバルサーボシステム８００は、サーボコントローラ７４０によって制御される軸受サーボループ８０４を有している。
【００６１】
安定化サーボループ８０２に関し、ジンバルサーボシステム８００のコントローラ７４０は、第１の加算器５３２を有し、この第１の加算器は、ジンバルスルーレート指令信号３４と速度センサ４４６により出力された角速度信号４４４の速度差を出力してジンバル又は内側シャフト４２０回りのジンバル式プラットホーム又はペイロードの検出されたジンバル運動又は速度５５８を反映するよう作動的に構成されている。サーボコントローラ７４０は、補償器５３６と、速度ループ利得コントローラ５３８と、電力増幅器５４０と、速度ループ利得コントローラ５３８と電力増幅器５４０との間に設けられた第２の加算器５４２とを更に有するのが良い。補償器５３６は、加算器５３２から出力された速度差を受け取り、補償速度信号５３７を出力するよう作動的に構成されており、この補償速度信号は、第２の加算器５４２への出力のためにＫRLの利得を有するよう速度ループ利得コントローラ５３８によって調整されるのが良い。加算器５４２は、補償速度信号５３７又は利得調整済み補償速度信号５３９（これら信号の各々は、速度センサ４４６によって検出されたジンバル角速度５５８に相当している）とフレックスピボット補償トルク５４１信号との差としてトルク補償信号５４３を出力するよう作動的に構成されており、かかるフレックスピボット補償トルク５４１信号は、位置変換器４３６によって出力されたフレックスピボット変位信号４３８フィードバックに基づきサーボコントローラ７４０のフレックスピボット要素ばね利得補償器（これは、ブロック５４９によってモデル化されている）を介して導き出される。フレックスピボット要素利得補償器５４９は、フレックスピボット信号４３８及びフレックスピボット要素４２６のばね定数と関連した換算係数又は一定の補償利得Ｋcompの関数としてフレックスピボット補償トルク５４１信号又は指令を発生する。フレックスピボット変位信号４３８は、以下に更に説明するように、ジンバルサーボループ８０４によってゼロに又はほぼゼロにオフセットされ又は駆動されるのが良い（ペイロード又はプラットホーム運動が速度センサ４４６によって検出されない場合）。
【００６２】
引き続き安定化サーボループ８０２を参照すると、トルク補償信号５４３は、電力増幅器５４０によって増幅され、この電力増幅器は、増幅したトルク補償信号４４２をトルカモータ４３０に出力することができる。変形具体化例では、電力増幅器５４０を第１のモータ４３０に組み込んでも良い。この具体化例では、サーボコントローラ７４０は、トルク補償信号５４３を第１のモータ４３０に出力する。
【００６３】
ジンバルサーボシステム５００に一致して、安定化サーボループ８０２で用いられている第１のモータ４３０は、トルク補償信号５４３又は増幅したトルク補償信号４４２（フレックスピボット補償トルク５４１によってオフセットされている）に基づいて逆回転トルク５４４をジンバル又は内側シャフト４２０に送る。内側シャフト４２０に作用する調整された又は全逆回転トルク５５０（これは、ジンバルトルカ加算器５４６によってモデル化されている）は、第１のモータ４３０によって出力された逆回転トルク５４４及びフレックスピボット要素４２６のばね定数（ＫXDCR）及びフレックスピボット変位５５１に基づいて（乗算器５４７によってモデル化されている）フレックスピボット要素４２６によって生じた機械的フレックスピボットトルク５４５を含む。
【００６４】
調整後又は全逆回転トルク５５０には、ジンバル内側シャフト４２０に加えられると、ジンバルシャフト４２０に対応した既知のジンバル慣性の逆数（１／ＪG）が効果的に乗算される（これは、乗算器５５２によってモデル化されている）。結果的に得られたジンバル加速度５５４は、効果的に積分されて（これは、積分器５５６によってモデル化される）、速度センサ４４６により検出されるプラットホーム又はペイロードの角速度５５８（又は「ジンバル速度」）を生じさせる。次に、ジンバル又は角速度５５８をジンバル又はシャフト４２０によって効果的に積分して（これは、積分器５６０によってモデル化されている）ジンバル又はシャフト４２０の位置４６２を生じさせる。
【００６５】
ジンバルサーボシステム５００に一致して、フレックスピボット変位５５１は、ジンバル位置４６２（内側シャフト４２０に対応している）と外側軸受４０４の位置５６６（外側シャフト４０４に対応している）との差に対応している（これは、加算器５６４によってモデル化されている）。
【００６６】
図８に示されているように、外側軸受４１０に作用する全トルク５６８（加算器７７０によってモデル化されている）は、軸受４１０（及びシール４１８）の摩擦外乱５４８に対応したトルクと、フレックスピボットトルク５４５と、外側シャフト４０４に加わるフレックスピボットトルク５４５に対抗するよう軸受サーボループ８０４の一部として第２のモータ７０２によって出力されたトルク８０６（「軸受モータトルク」又は「フレックスピボット補償トルク」ともいう）の和である。全軸受トルク５６８には、軸受４１０（積分器５７２によってモデル化されている）の慣性の逆数（１／ＪB）が効果的に乗算され、それにより軸受４１０の加速度５７４が得られる。軸受加速度５７４を効果的に積分して（積分器５７６によってモデル化されている）、軸受４１０の速度５７８を生じさせる。軸受速度５７８を効果的に積分して（これは、積分器５８０によってモデル化されている）、外側軸受４１０の位置５６６をもたらす。図８に示されているジンバルサーボシステム８００の具体化例では、積分器５７２，５７６，５８０は、本発明に従って軸受４１０と外側シャフト４０４及びハウジング４０２の相互作用により行われる機械的積分である。
【００６７】
外側シャフト４０４に及ぼされる軸受摩擦外乱５４８は、軸受速度５７８の関数であり、かかる軸受摩擦外乱は、軸受トルク加算器７７０に効果的にフィードバックされてフレックスピボットトルク５４５及び軸受モータトルク８０６と組み合わされ、それにより、外側シャフト４０４に作用する全軸受トルク５６８が定められる。
【００６８】
軸受サーボループ８０４に関し、ジンバルサーボシステム８００のサーボコントローラ７４０は、軸受サーボループ８０４の周波数応答を安定化する進み／遅れ補償器８０８を有している。補償器５３６は、位置変換器４３６からのフレックスピボット変位４３８信号を受け取り、フレックスピボット４３８に基づいて軸受ループ又はトルク補償信号８１０を出力するよう作動的に構成されている。進み／遅れ補償器８０８によって生じる軸受ループ又はトルク補償信号８１０は、フレックスピボット変位５３８の周波数応答位相をゼロｄＢクロスオーバ周波数の付近で−１８０°極よりも上に至らせて軸受サーボループ８０４を安定状態に保つ。ループ８０４を安定状態に保つために用いられる進み／遅れ補償器８０８は、摩擦と慣性の非及び更に軸受４１０のスティクション（静摩擦）の量（即ち、軸受４１０について動摩擦よりも静摩擦の方がどれほど大きいかを利用することになる。スティクションが十分高い場合、タコメータ発電機又は他の何らかの速度センサを軸受サーボループ８０４に追加してループを安定状態に保つ必要がある。
【００６９】
軸受サーボループ８０４を引き続き参照すると、サーボコントローラ７４０は、軸受ループ利得コントローラ８１２及び電力増幅器８１６を更に有するのが良い。軸受ループ利得コントローラ８１２は、軸受ループ又はトルク補償信号８１０を調整してＫBRGの利得を有するようにし、調整された信号８１４を電力増幅器８１６に出力することができるよう作動的に構成されている。
【００７０】
次に、調整された軸受トルク補償信号８１４を電力増幅器８１６で増幅してＫA2（アンペア／ボルト）の電流利得を有するようにし、それにより増幅した軸受トルク補償信号７４２として第２のモータ７０２に出力するのが良い。変形具体化例では、電力増幅器８１６は、第２のモータ７０２に組み込まれても良い。この具体化例では、サーボコントローラ７４０は、軸受トルク補償信号８１４を第２のモータ７０２に出力する。
【００７１】
上述したように、第２のモータ４３０は、軸受トルク補償信号８１４又は増幅された軸受トルク補償信号７４２に基づいて軸受モータトルク８０６を外側シャフト４０４に与えてフレックスピボットトルク５４５によって生じた回転に対抗する。その結果、外側シャフト４０４に作用する全トルク５６８（加算器７７０によってモデル化されている）は、摩擦外乱５４８に相当する軸受４１０のトルクと、フレックスピボットトルク５４５と、外側シャフト４０４に加わるフレックスピボットトルク５４５に対抗するよう軸受サーボループ８０４によって維持された軸受モータトルク８０６との合計である。
【００７２】
図９Ａ〜図９Ｈは、支持構造体又はハウジング４０２の正弦波運動に関する軸受組立体７００の動作の時刻歴を示している。図９Ａは、外側シャフト４０４のジンバル軸線４０８に対する軸受組立体７００の支持構造体又はハウジング４０２の正弦波状位置変化（即ち、角度位置）を示しており、ジンバル（即ち、外側シャフト４０４）は、ジンバルサーボシステム８００により安定化され又は静止状態に保たれている。図９Ｂは、図９Ａに示す正弦波状位置変化の積分に従ってジンバル軸線４０８及び外側シャフト４０４に対する軸受組立体７００の支持構造体又はハウジング４０２の角速度を示している。
【００７３】
図９Ｃは、軸受１０の例示の摩擦外乱又はトルク５４８を示しており、軸受摩擦外乱摩擦トルク５４８は、図９Ｂに示すような外側シャフト４０４に対する軸受組立体ハウジング４０２の角速度又はトルクに応答して、外側シャフト４０４に及ぼされる。軸受摩擦トルク５４８の符号は、ハウジング４０２の角速度又はトルクの符号に追随し、それにより、軸受摩擦トルク５４８が例えば本発明に従って補償されない場合、内側シャフト４２０に取り付けられているペイロードのＬＯＳジッタが生じる場合がある。図９Ｃに示す軸受摩擦トルク５４８の曲線は、ハウジング４０２の速度がフレックスピボットの撓みにより符号を変える場合に有限の勾配を有する。図示の軸受摩擦トルク曲線は、静摩擦と動摩擦がこの具体化例では同一なので理想的な摩擦である。しかしながら、本発明に従って具体化された軸受組立体（例えば、４００又は７００）を用いたジンバルサーボシステム（例えば、５００又は８００）は、軸受４１０の静摩擦が軸受４１０の滑り摩擦又は動摩擦よりも大きい場合であっても軸受摩擦外乱又はトルク５４８を補償してＬＯＳジッタを阻止することができる。
【００７４】
図９Ｄは、フレックスピボット要素４２６の回動角度又は変位５５１（又は、位置変換器４３６によって測定された回動角度又は変位４３８）を示しており、回動角度又は変位５５１又は４３８は、図９Ｂに示すようなハウジング４０２の角速度又は回転量に起因した内側シャフト４２０の回転量に基づいている。上述したように、フレックスピボット要素４２６は、内側シャフト４２０を軸受組立体７００の外側シャフト４０４に結合し、フレックスピボット変位５５１又は４３８は、外側シャフト４０４に対する内側シャフト４２０の変位を反映している。
【００７５】
図９Ｅは、図９Ｄに示されているようなフレックスピボット変位５５１又は４３８に基づく外側シャフト４０４に対するフレックスピボット要素４２６のフレックスピボットトルク５４５を示している。ジンバルサーボシステム８００で観察されるフレックスピボットトルク５４５は、代表的には、軸受摩擦トルク５４８よりもかなり小さい。というのは、第２のモータ又は軸受モータ７０２が、トルクの大部分を提供して軸受４１０及びかくして外側シャフト４０４を回転させるからである。
【００７６】
図９Ｆは、ジンバルサーボシステム８００の作動中、第１のモータ又はペイロードトルカモータ４３０により出力されたフレックスピボット補償トルク５４４を示しており、それにより、内側シャフト４２０にトルクをかけて図９Ｅに示すフレックスピボット要素のトルク５４５に対抗し又は打ち消し、ペイロードのＬＯＳジッタが生じるのを阻止する。
【００７７】
図９Ｇは、外側シャフト４０４をハウジング４０２に結合している軸受内レース部材４１２に対するハウジングに取り付けられている軸受外レース部材４１４の角速度を示している。軸受組立体７００を用いたジンバルサーボシステム８００の作動に基づき、図９Ｇに示されている相対軸受４１０速度は、軸受４１０が方向を逆転しているときゼロのままである。軸受４１０が方向を逆転し、相対軸受速度がゼロに維持されている期間中、フレックスピボット変位５５１又は４３８及びこれに対応したフレックスピボットトルク５４５は、ゼロを通過している。
【００７８】
図９Ｈは、ハウジングに対する内側シャフトの図９Ａに示すような角度位置変化に応答した軸受内レース部材４１２に対する軸受外レース部材４１４の変位を示している。図９Ｈに示す曲線のピークの最上部と最下部は、相対軸受４１０速度がゼロである図９Ｇに示す対応の期間を反映して僅かに平べったくなっている。
【００７９】
軸受組立体７００を採用したジンバルサーボシステム８００の作動の別の一例が、図１０Ａ〜図１０Ｇに示されており、これらの図では、内側ペイロード支持シャフト４２０の坂路状位置変化が生じている。図１０Ａは、軸受組立体７００のハウジング４０２に対する内側シャフト４２０の例示の坂路状位置変化（即ち、角度位置）を示している。坂路状位置変化は、例えば、内側シャフト４２０のフィンガーターン（finger turn）に等価であるのが良い。時刻ゼロから時刻ｔ2までの間、内側ペイロード支持シャフト４２０の位置又は変位は、一方向における回転を反映して上昇する。時刻ｔ2と時刻ｔ4の間においては、内側シャフト４２０の位置は、一定のままである。時刻ｔ4と時刻ｔ7の間においては、内側シャフト４２０の位置又は変位は、逆方向の回転を反映して下降する（時刻ｔ7ではゼロまで）。
【００８０】
図１０Ｂは、図１０Ａに示す内側シャフト４２０の角度位置又は回転に基づく軸受組立体７００のフレックスピボット要素４２６の回動角度又は変位５５１又は４３８を示している。フレックスピボット要素４２６は、当初、フレックスピボットトルク５４５（及びフレックス回動補償トルク５４１）が軸受摩擦外乱５４８に打ち勝ち（即ち、加算器７７０から出力される全軸受トルクが事実上ゼロである）、玉軸受又はころ軸受４１６を動かして外側シャフト４０４が回転するようにするのに十分であるとき、ｔ1まで変位する。図１０Ｂに示されているように、フレックスピボット要素４２６は、第２のモータ又は軸受モータ７０２を駆動するジンバルサーボシステム８００が、第２のモータ又は軸受モータ７０２が軸受摩擦外乱５４８に打ち勝って軸受４１０を動かすのに十分大きな誤差信号を有する場合（例えば、ジンバルサーボシステム８００の軸受サーボループ８０４に入力されるフレックスピボット変位４３８に応答して生じる軸受モータトルク８０６が十分大きい場合）ｔ1まで変位する。フレックスピボット変位４３８は、内側ペイロードシャフト４２０の運動方向が図１０Ａに示されているように方向を逆転した場合、ｔ1からｔ4まで一定のままである。
【００８１】
図１０Ｃは、図１０Ｂに示すフレックスピボット変位５５１又は４３８の結果としての軸受外レース部材４１４に対する軸受内レース部材４１２の変位を示している。図１０Ｃに示されているように、時刻ｔ1まで、内レース部材４１２（及びかくして外側シャフト４０４）は、動かない。時刻ｔ1では、図１０Ｂに示されているフレックスピボット変位４３８（及び図１０Ｄの対応のフレックスピボットトルク５４５）が軸受摩擦外乱５４８に打ち勝つのに十分である場合、内側ペイロード支持シャフト４２０からの内レース部材４１２（及び外側シャフト４０４）の変位は、図１０Ａに示す内側シャフト４２０の変位に従ってｔ1とｔ2との間で増大する。軸受４１０の運動又は変位は、内側ペイロードシャフト４２０が図１０Ａに示されているように停止したとき、ｔ2で停止する。軸受４１０は、ジンバルサーボシステム８００の軸受サーボループ８０４の受け取るフレックスピボット変位４３８がこの場合も又、軸受摩擦外乱５４８に打ち勝つのに十分である場合、ｔ6で変位し又は逆方向への動きを再び開始する。本発明によれば、図１０Ｂに示すフレックスピボット変位４３８と図１０Ｃに示す軸受内レース部材４１２の変位は、組み合わされると、図１０Ａに示す内側ペイロード支持シャフト４２０の変位に事実上等しい。
【００８２】
図１０Ｄは、図１０Ｂに示すフレックスピボット変位５５１又は４３８に基づく外側シャフト４０４に対するフレックスピボット要素４２６のフレックスピボットトルク５４５を示している。図１０Ｅは、ジンバルサーボシステム８００の作動中に第１のモータ４３０又はペイロードトルカモータ４３０によって出力された（フレックスピボット補償トルク５４１のフィードバックに基づく）を示しており、それにより、内側シャフト４２０にトルクをかけて図１０Ｄに示すフレックスピボットトルク５４５に対抗し又はこれを打ち消す。この具体化例では、フレックスピボットトルク５４５及びフレックスピボット補償トルク５４４は、内側ペイロード４２０に作用する唯一のトルクである。これら２つのトルク５４５，５４４が大きさが等しく向きが逆である限り、ペイロードシャフト４２０に加わるトルクは、ゼロである。
【００８３】
図１０Ｆは、ハウジング４０２に対する内側シャフト４２０の図１０Ａに示すような角度位置変化に応答して外側シャフト４０４に及ぼされる軸受摩擦外乱又はトルク５５１又は４３８を示している。図１０Ｇは、外側シャフト４０４にトルクをかけて図１０Ｆに示す軸受摩擦外乱又はトルク５５１又は４３８に対抗し又はこれを打ち消すよう第２のモータ又は軸受モータ７０２によって出力される軸受モータ補償トルク８０６を示している。本発明の別の観点によれば、第２のモータ又は軸受モータ７０２によって出力された軸受モータ補償トルク８０６は、外側シャフト４０４に対する軸受摩擦外乱５４８に打ち勝って第１のモータ又はペイロードモータ４３０がこのトルクを提供する必要がないようになる。かくして、一具体化例では、図１０Ｆに示す軸受摩擦外乱又はトルク５５１又は４３８は、図１０Ｅに示すフレックスピボット補償トルク５４４（又は５４１）と図１０Ｇに示す軸受モータ補償トルク８０６の組み合わせの負の値（又は逆の符号）に事実上等しい。
【００８４】
軸受サーボループ８０４及び第２のモータ又は軸受モータ７０２を採用することにより、ジンバルサーボシステム８００は、フレックスピボット変位４３８が本明細書において説明したように軸受摩擦外乱４３８に打ち勝つのに十分であるとき、軸受４１０を滑らかに動かすことができる。
【００８５】
本発明の具体化例に関する上述の説明は、例示及び説明の目的のために提供されている。これは、排他的ではなく、本発明を開示した形態そのものに限定することはない。上述の教示に照らして改造及び変形が可能であり、又は本発明の実施から改造及び変形を得ることができる。例えば、サーボコントローラ４４０又は７４０の上述の具体化例のコンポーネント（例えば、加算器５３２，５４２、補償器５３６，８０８、利得コントローラ５３８，８１２及び電力増幅器５４０，８１６）をハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせで具体化できる。例えば、加算器５３２、補償器５３６、ループ利得コントローラ５３８及び電力増幅器５４０を全体として又は部分的に、論理回路、例えば特別注文された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はプログラム可能論理装置、例えばＰＬＡ又はＦＰＧＡに組み込むことができる。変形例として、サーボコントローラ４４０又は７４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）及び例えば補償器５３６及びループ利得コントローラ５３８と関連していて、ＣＰＵによって実行されるコンポーネントプログラムモジュールのホストとして働くメモリを有しても良い。
【００８６】
したがって、本発明の種々の実施形態を説明したが、本発明の範囲に含まれる多くの実施形態及び具体化例が可能であることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲の記載及びその均等範囲による以外に限定されることはない。
【図１】
2010509689.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図９Ｈ】
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【図１０Ａ】
2010509689.tif 000027
【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
2010509689.tif 000031
【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【国際調査報告】
2010509689.tif 000034