(57)【要約】【課題】従来の帯状電極及び一対の追従電極を用いることなく転輪球に対する液槽の角度偏差の検出を可能とする。【解決手段】ジャイロロータ１ｄが収納された転輪球１ｂを上方から突き出したセンターピン１ｅによって液槽１ａ内に回動自在に支持し、移動体の針路変化に応じた転輪球１ｂに対する液槽１ａの回動を方位変化として検出するジャイロコンパスであって、転輪球１ｂに設けられたマーカー１ｆ１と、液槽１ａに設けられ、マーカー１ｆ１を検出する検出部１ｆ２とによって液槽１ａの回動を検出する。【選択図】図１
2017138228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にジャイロロータが収納された転輪球を上方から突き出したセンターピンによって液槽内に回動自在に支持し、移動体の針路変化に応じた前記転輪球に対する前記液槽の回動を方位変化として検出するジャイロコンパスであって、
前記転輪球に設けられたマーカーと、前記液槽に設けられ、前記マーカーを検出する検出部とによって前記液槽の回動を検出することを特徴とするジャイロコンパス。
【請求項２】
前記マーカー及び前記検出部は、前記転輪球の回動軸上に対向配置されることを特徴とする請求項１記載のジャイロコンパス。
【請求項３】
前記マーカーは磁気マーカーであることを特徴とする請求項１または２記載のジャイロコンパス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャイロコンパスに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献には、船舶等の移動体の方位を検出するジャイロコンパスが開示されている。このジャイロコンパスは、内部にジャイロロータが収納された転輪球を支持液が充填された液槽内に回動自在に支持し、移動体の針路変化に応じた転輪球に対する液槽の回動を方位変化として検出するジャイロコンパスであって、液槽の回動を検出するために、転輪球の赤道に沿って設けられた帯状電極の両端に附合する液槽内面の赤道上に１８０°の角度を隔てて一対設けられた追従電極を有する。すなわち、このようなジャイロコンパスでは、上記転輪球の回動（移動体の方位変化）を帯状電極と追従電極との間に存在する支持液（電解液）の抵抗を構成素子とするホイートストーンブリッジ回路によって検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８０６８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記ジャイロコンパスでは、帯状電極や一対の追従電極の形状精度や位置精度が転輪球の回動量の検出精度に影響する。したがって、ジャイロコンパスの製造では、帯状電極や一対の追従電極の形状精度や位置精度を高精度に管理している。しかしながら、帯状電極や一対の追従電極は、転輪球の赤道や液槽の内面に沿って湾曲状に設けられる長尺状の電極であり、高精度の形状精度や位置精度を実現するためには多大の工数を要する。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来の帯状電極及び一対の追従電極を用いることなく転輪球に対する液槽の角度偏差の検出が可能なジャイロコンパスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、ジャイロコンパスに係る第１の解決手段として、内部にジャイロロータが収納された転輪球を上方から突き出したセンターピンによって液槽内に回動自在に支持し、移動体の針路変化に応じた前記転輪球に対する前記液槽の回動を方位変化として検出するジャイロコンパスであって、前記転輪球に設けられたマーカーと、前記液槽に設けられ、前記マーカーを検出する検出部とによって前記液槽の回動を検出する、という手段を採用する。
【０００７】
ジャイロコンパスに係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、前記マーカー及び前記検出部は、前記転輪球の回動軸上に対向配置される、という手段を採用する。
【０００８】
ジャイロコンパスに係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、前記マーカーは磁気マーカーである、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、転輪球に設けられたマーカーと、液槽に設けられ、マーカーを検出する検出部とによって液槽の回動を検出するので、従来の帯状電極及び一対の追従電極を用いることなく転輪球に対する液槽の角度偏差の検出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るジャイロコンパスの全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における磁気式回転センサーを示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るジャイロコンパスの電気的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るジャイロコンパスＡは、船舶等の移動体に装備され、移動体の進行方向（方位）を検出する装置である。このジャイロコンパスＡは、図１に示すように、液槽部１、防振機構２及び演算制御部３をケース４内に収容したものである。ケース４の内部は、下方の機械室４ａと上方の電気室４ｂとに仕切られており、機械室４ａ内には液槽部１及び防振機構２が、電気室４ｂ内には演算制御部３がそれぞれ収容されている。
【００１２】
液槽部１は、コンテナ１ａと転輪球１ｂとを備えている。コンテナ１ａは、転輪球１ｂを支持液１ｃ（電解液）とともに収容する液槽であり、上端が防振機構２の下端に固定されている。すなわち、この液槽部１内には、支持液１ｃ（電解液）が充填されており、転輪球１ｂを支持液１ｃに浸漬した状態で収容する。
【００１３】
転輪球１ｂは、ジャイロロータ１ｄを内蔵しており、コンテナ１ｂの上部から下方に突き出たセンターピン１ｅと上記支持液１ｃ（電解液）とによって支持されている。すなわち、この転輪球１ｂは、センターピン１ｅの軸心周りつまり垂直軸を回転軸として回動自在な状態でコンテナ１ｂ内に収容されている。
【００１４】
上記ジャイロロータ１ｄは、転輪球１ｂに収納されると共にモータによって所定の回転数で回転駆動される回転体であり、回転軸が転輪球１ｂの回動面（水平面）と平行になるように支持されている。なお、コンテナ１ａ及び転輪球１ｂには、２組の対向電極（図示略）が設けられている。各対向電極は、支持液１ｃ（電解液）を挟んだ状態で対向するものであり、ジャイロロータ１ｄにモータ駆動電流を給電するためのものである。
【００１５】
また、上記液槽部１は、特徴的な構成要素として、磁気式回転センサー１ｆを備える。この磁気式回転センサー１ｆは、図１及び図２に示すように、転輪球１ｂの回動軸上に対向配置された磁気マーカー１ｆ１と検出部１ｆ２からなる非接触式回転センサーである。磁気マーカー１ｆ１は、図２（ａ）に示すように、Ｎ極及びＳ極を有する永久磁石を備えており、周囲にＮ極とＳ極とを結ぶ磁界を発生させる。検出部１ｆ２は、このような磁気マーカー１ｆ１に対向配置され、上記永久磁石の磁界を検出することにより自身と磁気マーカー１ｆ１との姿勢角の差分（角度偏差θ）を示す角度信号を出力する。
【００１６】
このような磁気マーカー１ｆ１及び検出部１ｆ２は、図２（ｂ）に示すように、磁気マーカー１ｆ１の中心軸Ｌ１と検出部１ｆ２の中心軸Ｌ２とが同軸となるように、また転輪球１ｂの回動軸方向に所定ギャップΔｄを隔てて対向する。磁気マーカー１ｆ１の中心軸Ｌ１と検出部１ｆ２の中心軸Ｌ２とのずれは角度偏差θの検出精度の低下を招くので、中心軸Ｌ１と中心軸Ｌ２とのずれは例えば３ミリメートル以下に設定される。また、上記ギャップΔｄは、角度偏差θの十分な検出精度を確保するために例えば４ミリメートル以下に設定される。
【００１７】
ここで、磁気マーカー１ｆ１では、図２（ｂ）に示すように、永久磁石が中心軸Ｌ１の方向の中心に埋設されているのではなく、検出部１ｆ２側に偏って配置されている。すなわち、磁気マーカー１ｆ１の永久磁石は、検出部１ｆ２により近接するように検出部１ｆ２側に偏って配置されている。このように永久磁石を配置することにより、検出部１ｆ２は、永久磁石のより強い磁界を検出することが可能である。
【００１８】
上記角度信号は、図２（ｃ）に示すように、検出部１ｆ２と磁気マーカー１ｆ１との角度偏差θに対して直線的に変化する特性を有する。すなわち、上記検出部１ｆ２は、検出部１ｆ２と磁気マーカー１ｆ１とが所定の基準角度偏差（θ＝０）の姿勢関係にある場合に所定の基準電圧（０（Ｖ））を出力し、角度偏差θが基準角度から増加するに従って基準電圧から直線的に増加する出力電圧を角度信号として出力する。
【００１９】
すなわち、本実施形態に係るジャイロコンパスＡは、従来の転輪球に設けられていた帯状電極及び従来のコンテナに設けられていた一対の追従電極を用いることなく、磁気式回転センサー１ｆを用いることによってコンテナ１ａと転輪球１ｂとの角度偏差を検出する。
【００２０】
防振機構２は、上端が機械室４ａの天井部（機械室４ａと電気室４ｂとを仕切る仕切板）に固定され、下端が上記液槽部１の上端に固定されている。すなわち、上述した液槽部１は、仕切板から垂下した状態かつ防振機構２を挟んだ状態でケース４に固定されている。防振機構２は、このような液槽部１をケース４の振動つまり移動体の振動に対して防振するためのものである。すなわち、この防振機構２は、例えば移動体が搖動した際に液槽部１の姿勢つまりセンターピン１ｅの姿勢を垂直状態に維持する。
【００２１】
演算制御部３は、転輪球１ｂに対するコンテナ１ａの追従制御を行う追従制御部、追従制御の結果に基づいて方位取得演算を行う演算部、また追従制御部や演算部等に電源を供給する電源部が電子回路として実装されたプリント基板と、上記追従制御を実現するためにコンテナ１ａを回転駆動する追従駆動部等を備えている。この追従駆動部は、コンテナ１ａを回転させる動力源としてのモータ（追従モータ）、当該追従モータを回転駆動する駆動回路及び追従モータとコンテナ１ａとを機械的に連結する連結機等から構成されている。
【００２２】
詳細については後述するが、このジャイロコンパスＡは、高速回転するジャイロロータ１ｃが有する慣性力、つまり外部モーメントの作用に対して自らの回転軸の方向つまり自らの回転面の方向を保持しようとする力を利用する慣性航行装置である。このようなジャイロコンパスＡは、上記慣性力に起因して移動体の針路変化に対して姿勢を保持しようとする転輪球１ｂに対してコンテナ１ａの姿勢を追従制御し、当該追従制御におけるコンテナ１ａの回動（角度変化）を移動体の方位変化として出力する。
【００２３】
次に、このようなジャイロコンパスＡの電気的な構成について、図３を参照して説明する。転輪球１ｂに搭載されたジャイロロータ１ｄには、演算制御部３に備えられた電源３ａから所定周波数の交流電流が駆動電流として給電される。すなわち、この駆動電流は、上述した２組の対向電極及び支持液１ｃ（電解液）を介して非接触給電される。
【００２４】
また、磁気式回転センサー１ｆ（検出部１ｆ２）が出力する角度信号は、演算制御部３の追従制御部３ｂに制御量として入力される。追従制御部３ｂは、角度信号（制御量）が示す転輪球１ｂとコンテナ１ａとの角度偏差が「ゼロ」になるように操作量を演算し制御信号として追従駆動部３ｃに出力する。追従駆動部３ｃは、上記追従制御部３ｂから入力される制御信号に基づいて追従モータに供給する駆動信号を生成する。また、演算部３ｄは、角度信号に基づいて移動体の方位を演算し、所定の出力装置（表示装置等）に出力する。
【００２５】
続いて、本実施形態に係るジャイロコンパスＡの動作について詳しく説明する。
本実施形態に係るジャイロコンパスＡでは、移動体が変針する場合に、転輪球１ｂはジャイロロータ１ｄに作用する慣性力によって変針前の姿勢を保持しようとするが、コンテナ１ａは移動体とともに連れ回る、つまり移動体と同様に回動しようとする。この結果として、水平面内におけるコンテナ１ａの姿勢角は、転輪球１ｂの姿勢角に対して角度偏差を持つことになる。
【００２６】
そして、このような角度偏差は磁気式回転センサー１ｆによって検出され、角度信号として追従制御部３ｂに入力される。追従制御部３ｂは、上記角度信号が示す角度偏差をゼロに収束させるように操作量を生成し、この操作量を制御信号として追従駆動部３ｃに出力する。この結果、コンテナ１ａは当該コンテナ１ａの姿勢角が転輪球１ｂの姿勢角に追従するように、つまりコンテナ１ａの姿勢角と転輪球１ｂの姿勢角との角度偏差がゼロになるように追従モータによって回転駆動される。
【００２７】
すなわち、本実施形態に係るジャイロコンパスＡでは、移動体が変針しようとすると、追従制御部３ｂ及び追従駆動部３ｃによって、コンテナ１ａの姿勢角と転輪球１ｂの姿勢角との角度偏差がゼロを維持するようにコンテナ１ａの姿勢角がフィードバック制御される。また、本実施形態に係るジャイロコンパスＡでは、磁気式回転センサー１ｆから演算部３ｄに入力される角度信号に基づいて移動体の針路が演算される。
【００２８】
ここで、本実施形態に係るジャイロコンパスＡでは、従来の転輪球に設けられていた帯状電極及び従来のコンテナに設けられていた一対の追従電極を用いることなく、またこのような帯状電極及び一対の追従電極を構成要素とするホイートストーンブリッジ回路を用いることなく、磁気式回転センサー１ｆを用いてコンテナ１ａと転輪球１ｂとの角度偏差を検出する。
【００２９】
したがって、本実施形態に係るジャイロコンパスＡでは、帯状電極及び一対の追従電極の形状精度や位置精度に影響されることなく、コンテナ１ａの姿勢角と転輪球１ｂの姿勢角との角度偏差を高精度に検出することができる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、磁気マーカー１ｆ１と検出部１ｆ２とからなる磁気式回転センサー１ｆを用いてコンテナ１ａの姿勢角と転輪球１ｂの姿勢角との角度偏差を検出したが、本発明にはこれに限定されない。例えば磁気マーカー１ｆ１に代えて光学マーカーを転輪球１ｂに設け、コンテナ１ａに設けた検出部で光学的に光学マーカーを検出することにより上記角度偏差を検出してもよい。
【００３１】
（２）上記実施形態では、磁気式回転センサー１ｆを転輪球１ｂの回動軸上に対向配置したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、磁気式回転センサー１ｆの設置個所は転輪球１ｂの回動軸上に限定されず、他の箇所であってもよい。
【００３２】
（３）また、上記実施形態の磁気式回転センサー１ｆは、検出部１ｆ２と磁気マーカー１ｆ１との相対的な角度（姿勢角）を検出するものであるが、本発明はこれに限定されない。例えばＮ極とＳ極とが所定のピッチで交互かつ直線状に複数配列するリニア磁気マーカー（帯状マーカー）を採用し、当該リニア磁気マーカーの磁界を検出するリニア検出部を採用してもよい。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ  ジャイロコンパス
１  液槽部
１ａ  コンテナ（液槽）
１ｂ  転輪球
１ｃ  支持液
１ｄ  ジャイロロータ
１ｅ  センターピン
１ｆ  磁気式回転センサー
１ｆ１  磁気マーカー
１ｆ２  検出部
２  防振機構
３  演算制御部
３ａ  電源
３ｂ  追従制御部
３ｃ  追従駆動部
３ｄ  演算部
４  ケース
４ａ  電気室
４ｂ  機械室
【図１】
2017138228.tif 000003
【図２】
2017138228.tif 000004
【図３】
2017138228.tif 000005