JP4368236B2 - Electrostatic levitation gyroscope - Google Patents
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Description
この発明は、ジャイロ機構部と電子回路とを備えた静電浮上型ジャイロ装置に関する。
ジャイロ機構部は、ジャイロロータとジャイロケースとを含み、ジャイロロータをジャイロケース内で静電支持力によって浮動的に支持する。ジャイロロータは、回転動作等の適正な動作のため、真空中に置かれる。
電子回路部は、ジャイロ機構部に接続され、ジャイロロータとジャイロケースとの相対変位を検出して、ジャイロロータの姿勢制御と回転駆動を行う。
詳しくは、姿勢制御や回転駆動を開始する際に行われる起動時の変位検出手法および起動シーケンス(作動開始手順、起動制御手段)に関する。
The present invention relates to an electrostatic levitation gyro apparatus including a gyro mechanism and an electronic circuit.
The gyro mechanism unit includes a gyro rotor and a gyro case, and supports the gyro rotor in a floating manner in the gyro case by electrostatic support force. The gyro rotor is placed in a vacuum for proper operation such as rotational operation.
The electronic circuit unit is connected to the gyro mechanism unit, detects the relative displacement between the gyro rotor and the gyro case, and performs attitude control and rotational driving of the gyro rotor.
Specifically, the present invention relates to a displacement detection method and a startup sequence (operation start procedure, startup control means) at the time of startup performed when starting posture control and rotational driving.
[前提の技術]
小形化に適した静電浮上型ジャイロは、船舶や航空機ばかりか自動車等の移動体にも使用されており、慣性空間に対する加速度等を検出するために、慣性を具有した機械部品からなるジャイロ機構部と、静電支持力の制御や相対変位の検出等を担う電子回路部とを備えている。
図19は、そのような静電浮上型ジャイロにおけるジャイロ機構部を2つ示している。同図(a)〜(c)は、円板形ロータ型の公知例であり(例えば特許文献1参照)、同図(d)及び(e)は、環状ロータ型の公知例である(例えば特許文献2参照)。なお、同図において、(a)及び(d)は縦断正面図であり、(b)と(c)と(e)は内蔵部品の展開斜視図である。
[Prerequisite technology]
Electrostatic levitation type gyros suitable for downsizing are used not only for ships and aircraft but also for moving objects such as automobiles. Gyro mechanism consisting of mechanical parts with inertia to detect acceleration to inertial space etc. And an electronic circuit unit for controlling electrostatic support force and detecting relative displacement.
FIG. 19 shows two gyro mechanism parts in such an electrostatic levitation gyro. (A) to (c) are known examples of the disk-shaped rotor type (see, for example, Patent Document 1), and (d) and (e) are known examples of the annular rotor type (for example, Patent Document 2). In the figure, (a) and (d) are longitudinal sectional front views, and (b), (c) and (e) are developed perspective views of built-in components.
本発明の実施や説明の前提となる部分について掻い摘んで再掲すると、何れのジャイロ機構部でも、ジャイロロータ10が静電浮上可能かつ回転可能な状態でジャイロケース20に内蔵されている。ジャイロケース20は、ガラス等の絶縁物からなる上側底部材21と下側底部材22とスペーサ23とを組み合わせて構成され、内部に円板状の又は環状の真空空間が形成されている。ジャイロロータ10は、シリコン等の導電体からなり、1本のスピン軸周りに安定して回転するよう、円板状に又は環状に形成されている。ジャイロケース20からジャイロロータ10に静電支持力や回転駆動力を作用させるために、両者の表面には、金属膜パターン等からなる多数の電極が形成されている。ジャイロロータ10の電極とジャイロケース20の電極は、それぞれの役割に応じて、対峙距離やピッチなど所定の対応関係を満たすよう配置されている。
When the portions that are the premise of the implementation and description of the present invention are scratched and reprinted, the
電子回路に接続されるジャイロケース20の電極(複数電極)について詳述すると、ジャイロロータ10を中間に挟んで対向配置された複数対に分けられる。特に静電支持用電極については、それぞれの対において更に隣接配置された群・対に分けられる。具体的には、隣接電極31a,31bと隣接電極41a,41bとが対向対をなし、隣接電極32a,32bと隣接電極42a,42bとが対向対をなし、隣接電極33a,33bと隣接電極43a,43bとが対向対をなし、隣接電極34a,34bと隣接電極44a,44bとが対向対をなしている。なお、環状ロータ型の場合は、静電支持用電極の対が多くて、隣接電極35a,35bと隣接電極45a,45bも対向対をなし、隣接電極36a,36bと隣接電極46a,46bも対向対をなしている。
The electrodes (multiple electrodes) of the
また、複数電極のうち回転駆動用電極については、上側底部材21の下面で円状に列ぶロータ駆動用電極37と、下側底部材22の上面で円状に列ぶロータ駆動用電極47とが対向対をなしている。
変位検出用電極も、変位検出用電極38と変位検出用電極48とが対向対をなしている。
なお、図示に際して、上側底部材21に設けられた電極には30番台の符号を付し、下側底部材22に設けられた電極には40番台の符号を付している。また、他の図示や説明に際して、隣接し合う電極31a,31bを区別しないで何れかを呼ぶとき又はそれらを纏めて呼ぶときには末尾のアルファベットを省いて電極31と言う。他の電極32等についても同様である。
In addition, among the plurality of electrodes, the rotation driving electrode includes a
Also in the displacement detection electrode, the
In the figure, the electrodes provided on the
さらに、役割分担が比較的単純で明瞭な環状ロータ型のジャイロ機構部について(図19(d),(e)参照)、静電支持用電極31〜36,41〜46の具体的な役割を説明する。空間で直交する3軸をそれぞれX軸,Y軸,Z軸とし、図19(d)では、紙面の左右方向にX軸を置き、紙面を貫く向きにY軸を置き、紙面の上下方向にZ軸を置き、X軸周りの回転をφとし、Y軸周りの回転をθとする。そうすると、電極31は、制御電圧を印加されてそれに応じたX方向の静電支持力を出すとともに、ジャイロロータ10のX方向変位に応じてジャイロロータ10表面との静電容量を変えるものとなっている。対向対をなす電極41も、制御電圧を印加されてそれに応じたX方向の静電支持力を出すとともに、ジャイロロータ10のX方向変位に応じてジャイロロータ10表面との静電容量を変えるものであるが、電極31とは逆向きの特性を示すものとなっている。電極対32,42はY方向に関して同様の機能を発揮し、電極対33,43はZ+φ方向に関して同様の機能を発揮し、電極対34,44はZ+θ方向に関して同様の機能を発揮し、電極対35,45はZ−φ方向に関して同様機能を発揮し、電極対36,46はZ−θ方向に関して同様の機能を発揮するものとなっている。
Further, with respect to the ring rotor type gyro mechanism that is relatively simple and clear (see FIGS. 19D and 19E), the specific roles of the
[従来の技術]
図20(a)は、このようなジャイロケース20の複数電極31〜48に接続されてジャイロ機構部と共に静電浮上型ジャイロを構成する電子回路を図示している。ここでも、明瞭化のため、環状ロータ型ジャイロの電子回路部を具体例に採って、本発明の実施形態との対比に役立つ部分を掻い摘んで再掲する。
この電子回路は、静電支持用電極31〜36,41〜46と共に拘束制御系を構成する制御演算回路53(制御回路)と、ロータ駆動用電極37,47と共にロータ駆動系を構成するロータ制御回路52(制御回路)と、変位検出用電極38,48と共に変位検出系を構成する信号検出回路とを具えている。なお、図示に際し、制御演算回路53については制御出力回路54を明記したが、ロータ制御回路52については省略している。
[Conventional technology]
FIG. 20A illustrates an electronic circuit that is connected to a plurality of
This electronic circuit includes a control arithmetic circuit 53 (control circuit) that constitutes a constraint control system together with the
制御演算回路53は、ジャイロロータ10とジャイロケース20とのZ軸周り以外の相対変位すなわちX方向変位ΔXとY方向変位ΔYとZ方向変位ΔZとφ方向変位Δφとθ方向変位Δθとから、公知の演算を行って、姿勢制御用の制御電圧V1,V12等を生成し、それぞれを複数の電極31〜48のうちの静電支持用電極31〜36,41〜46に印加する等のことで、それらの相対変位をゼロにする姿勢制御を行うものである。なお、これらの相対変位は、静電支持用電極31〜36,41〜46の容量変化から検出される。また、各制御電圧V1,V12等は、正電圧信号とそれを反転させた負電圧信号とを出力する制御出力回路54によって、印加前に、所要のレベルまで増幅されるようになっている。
The control
ロータ制御回路52は、ジャイロロータ10のZ軸周りの回転状態から、やはり公知の演算を行って、回転駆動用の制御電圧たとえば三相のパルス状信号を生成し、それらをロータ駆動用電極37,47へ循環的に印加する等のことで、ジャイロロータ10を一定速度で回転させる回転制御を行うようになっている。なお、ジャイロロータ10の回転状態は、ロータ駆動用電極37,47の容量変化から検出される。これらの制御電圧も、制御出力回路54又は同様の出力回路によって、印加前に、所要のレベルまで増幅されるようになっている。
このような制御電圧が直に印加される静電支持用電極31〜36,41〜46及びロータ駆動用電極37,47とは異なり、複数電極31〜48のうちの変位検出用電極38,48に対しては、ジャイロロータ10の運動に影響を及ぼすような制御電圧は印加されない。
The
Unlike the
信号検出回路は、ジャイロロータ10とジャイロケース20との相対変位を検出するために、ジャイロロータ10の運動に影響しない程度に周波数の高い変位検出用印加信号f1〜f12を用いるものであり、変位検出用印加信号f1〜f12を複数電極31〜48のうちの一部に印加する印加信号供給回路と、変位検出用印加信号f1〜f12が変位検出用電極38,48を経由した後のところで変位検出用印加信号f1〜f12に係る信号成分を検出して変位検出用検出信号Vpを生成する電流検出回路51(検出信号生成回路)とを具えている。
In order to detect the relative displacement between the
具体的には、印加信号供給回路は、弁別可能に周波数の異なる5つの正弦波信号w1〜w5を公知の関係式に基づいて組み合わせることで変位検出用印加信号f1〜f12を生成し、それらの変位検出用印加信号f1〜f12を変位検出用電極38,48でなく静電支持用電極31〜36,41〜46に印加するようになっている。しかも、その際、制御出力回路54の出力側で制御電圧V1,V12等に変位検出用印加信号f1〜f12を重畳させることで、印加を行うようにもなっている。
Specifically, the application signal supply circuit generates displacement detection application signals f1 to f12 by combining five sine wave signals w1 to w5 having different frequencies so as to be discriminated based on a well-known relational expression. The displacement detection application signals f1 to f12 are applied not to the
環状ロータ型では静電支持用電極の対向対が6対あるが、そのうち電極対31,41について詳述すると(図20(b)参照)、制御電圧V1は正電圧+V1と負電圧−V1とが対で生成され、正電圧+V1は変位検出用印加信号f1の重畳後に静電支持用電極31bに印加され、負電圧−V1は同じ変位検出用印加信号f1の重畳後に隣接の静電支持用電極31aに印加される。また、制御電圧V12は正電圧+V12と負電圧−V12とが対で生成され、正電圧+V12は変位検出用印加信号f12の重畳後に静電支持用電極41bに印加され、負電圧−V12は同じ変位検出用印加信号f12の重畳後に隣接の静電支持用電極41aに印加されるようになっている。
In the annular rotor type, there are six opposing pairs of electrostatic support electrodes. Of these, the electrode pairs 31 and 41 will be described in detail (see FIG. 20B). The control voltage V1 is a positive voltage + V1 and a negative voltage -V1. Are generated in pairs, and the positive voltage + V1 is applied to the
一方、電流検出回路51は(図20(a)参照)、制御出力回路54側に接続されるのでなく、複数電極31〜48のうちの変位検出用電極38,48に接続されている。電流検出回路51は、信号増幅用のアンプ等を具えているが、その入力ラインが変位検出用電極38,48の並列接続点に接続される。また、電流検出回路51から出力された変位検出用検出信号Vpがロータ制御回路52や制御演算回路53の入力回路へ送出されるようにもなっている。
On the other hand, the current detection circuit 51 (see FIG. 20A) is not connected to the
ここで、制御演算回路53における変位検出用検出信号Vpの入力回路に言及すると(図20(c)参照)、同期検波器とバンドパスフィルタとの従属接続回路に変位検出用検出信号Vpと正弦波信号w1とを入力して、変位検出用検出信号Vpから正弦波信号w1の成分を抽出する等のことで、例えばX方向変位ΔXを検知するようになっている。他の変位ΔY,ΔZ,Δφ,Δθについても同様である。
そして、このような信号検出回路によって、制御電極31〜37,41〜47の容量変化に基づいて相対変位ΔX,ΔY,ΔZ,Δφ,Δθや回転状態が検出される。また、それを入力した制御演算回路53及びロータ制御回路52の姿勢制御および回転駆動によって、ジャイロロータ10がジャイロケース20内の中立位置に浮上して回転し続ける。さらに、それらに基づいて、静電浮上型ジャイロに作用した加速度等が、演算され、検知されるのである。
Here, referring to the input circuit of the displacement detection detection signal Vp in the control arithmetic circuit 53 (see FIG. 20C), the displacement detection detection signal Vp and the sine are connected to the subordinate connection circuit of the synchronous detector and the band pass filter. For example, the X-direction displacement ΔX is detected by inputting the wave signal w1 and extracting the component of the sine wave signal w1 from the detection signal Vp for displacement detection. The same applies to the other displacements ΔY, ΔZ, Δφ, Δθ.
The signal detection circuit detects the relative displacements ΔX, ΔY, ΔZ, Δφ, Δθ and the rotation state based on the capacitance changes of the
ところで、このような加速度演算等の応用演算はジャイロ機構部の動作状態が定常状態すなわち想定範囲内の安定な状態にあるときだけ適正になされるものであり、作動の停止時や開始時には、所定の停止シーケンス(作動停止手順、停止制御手段)や起動シーケンス(作動開始手順、起動制御手段)が制御回路(ロータ制御回路52+制御演算回路53)の停止プログラムや起動プログラムの実行によって行われるようになっている。
By the way, such application calculation such as acceleration calculation is performed properly only when the operation state of the gyro mechanism is in a steady state, that is, a stable state within an assumed range. Stop sequence (operation stop procedure, stop control means) and start sequence (operation start procedure, start control means) are performed by executing a stop program or start program of the control circuit (
詳述すると、停止シーケンスでは、図示は割愛したが、ロータ駆動用電極37,47に印加する信号の周波数を徐々に下げることで、ジャイロロータ10の回転を減速させ、十分に減速したことを確認してから例えば回転速度が毎分100回転以下になってから、更に所定時間たとえば60秒の経過を待って、全制御を止めるようになっている。
More specifically, although not shown in the stop sequence, it is confirmed that the frequency of the signal applied to the
また、制御停止によってジャイロロータ10がジャイロケース20内で沈下(落下、降下)して、ジャイロロータ10がジャイロケース20と接触することになるので、ジャイロケース20には、停止時にジャイロロータ10を支承するための支承片101も設けられている。図21は、そのような静電浮上型ジャイロについて、(a)が円板形ロータ型ジャイロの機構部の縦断正面図、(b)が円板形ロータ型ジャイロのジャイロケースの横断平面図、(c)が環状ロータ型ジャイロの機構部の縦断正面図である。
Further, since the
支承片101は、ジャイロロータ10に蓄積されていた不所望な静電気を接触にて逃がすために導電性を具えており、分子間引力の僅少化のため小片にされ、擦れてもゴミ等を発生しないよう接触面(支承可能部位)が丸く形成され、どの向きにも安定に支承する等のためケース内周面の両端上に列設され、2段の放射状に配置されている。停止状態でジャイロロータ10とジャイロケース20の電極同士が接触したり過剰に近づいたりするのを防止するようにもなっている。円板形ロータでも環状ロータでも同様である。
The
さらに、図面を引用して起動シーケンスを詳述する。図21(d)は起動シーケンスの概要フローチャートであり、図22は、(a)がジャイロ機構部の縦断正面図、(b)がその横断平面図、(c)〜(g)は何れも信号波形例である。
この起動シーケンスでは(図21(d)参照)、作業メモリのクリアなど所定の初期化処理を行ってから(ステップS11)、制御を開始する(ステップS12)。すなわち、変位検出に基づく姿勢制御と回転駆動とを開始する。そして、制御状態の安定を待って(ステップS13)すなわちジャイロロータ10の相対位置と回転速度が所定範囲に収まると、上述した加速度演算等の応用演算が開始される(ステップS14)。これが正常起動である。
Further, the activation sequence will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 21 (d) is a schematic flowchart of the activation sequence. FIG. 22 (a) is a longitudinal front view of the gyro mechanism, (b) is a cross-sectional plan view thereof, and (c) to (g) are signals. It is an example of a waveform.
In this activation sequence (see FIG. 21 (d)), after a predetermined initialization process such as clearing of the working memory is performed (step S11), control is started (step S12). That is, attitude control based on displacement detection and rotational driving are started. Then, after waiting for the control state to stabilize (step S13), that is, when the relative position and the rotational speed of the
これに対し、起動しないときには次のようにしてリトライ(再試行)が行われる。すなわち、所定時間たとえば5秒ほど待っても制御状態が安定しないときには(ステップS15)、起動失敗と判断して制御を中断する(ステップS16)。すなわち変位検出も姿勢制御も回転駆動も停止する。それから、所定時間たとえば5秒ほど経過するのを待って(ステップS17)、制御を再開するようになっている(ステップS12)。リトライの効果を高めるため制御開始時には積分値のクリア等が行われるようにもなっている。 On the other hand, when it does not start, a retry (retry) is performed as follows. That is, when the control state is not stabilized after waiting for a predetermined time, for example, about 5 seconds (step S15), it is determined that the activation has failed and the control is interrupted (step S16). That is, the displacement detection, the attitude control, and the rotational drive are stopped. Then, after waiting for a predetermined time, for example, about 5 seconds (step S17), the control is resumed (step S12). In order to enhance the retry effect, the integrated value is cleared at the start of the control.
このような起動シーケンスでの動作例を述べるが、簡明化のため、Y軸正方向を上にしてジャイロ機構部を置いた状態でジャイロロータ10が下方の支承片101によって支承されているとする(図22(a),(b)参照)。また、ジャイロロータ10にX軸正方向の静電引力を生じる姿勢制御用制御電圧を正電圧XP+と負電圧XP−とし(これらは上述した+V1,−V1に相当する)、X軸負方向の静電引力を生じる姿勢制御用制御電圧を正電圧XM+と負電圧XM−とし(これらは上述した+V12,−V12に相当する)、Y軸正方向の静電引力を生じる姿勢制御用制御電圧を正電圧YP+と負電圧YP−とし、Y軸負方向の静電引力を生じる姿勢制御用制御電圧を正電圧YM+と負電圧YM−とし、ジャイロロータ10のZ軸周りの回転駆動用制御電圧である三相パルス信号の何れか一つを正電圧RP+とする。
An example of the operation in such a startup sequence will be described. For the sake of simplicity, it is assumed that the
この場合、周波数の高い変位検出用印加信号f1〜f12の成分や不変のオフセット成分はジャイロロータ10の動きに影響しないのでそれらの信号成分を無視すれば、正電圧XP+と負電圧XP−は反転波形となり、正電圧XM+と負電圧XM−も反転波形となり、正電圧YP+と負電圧YP−も反転波形となり、正電圧YM+と負電圧YM−も反転波形となる。
さらに、2回の起動失敗の後に正常起動する場合を具体例とする。すなわち(図22(c)〜(g)参照)、時刻t1で起動を開始し、時刻t2で起動を中断し、時刻t3で起動を再開し、時刻t4で再び中断し、時刻t5で起動再開し、時刻t6で起動に成功し定常状態に入るものとする。
In this case, the components of the displacement detection application signals f1 to f12 having a high frequency and the invariant offset components do not affect the movement of the
Furthermore, a specific example is a case where normal startup is performed after two startup failures. In other words (see FIGS. 22 (c) to 22 (g)), starting is started at time t1, starting is interrupted at time t2, starting is restarted at time t3, interrupted again at time t4, and restarting is started at time t5. It is assumed that the activation is successful at time t6 and a steady state is entered.
そうすると、起動開始直後は(時刻t1〜t2)、ジャイロロータ10の沈下状態を解消するように、浮上力を生む正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力になり(図22(c)参照)、それに反する正電圧YM+と負電圧YM−は最小出力になり(図22(d)参照)、浮上方向や沈下方向と直交方向に働く正電圧XP+と負電圧XP−と正電圧XM+と負電圧XM−は中間出力になる(図22(e),(f)参照)。図示や詳細な説明は割愛するがZ方向やφ,θ方向の制御電圧も適宜な中間の出力になる。また、回転駆動力を生む正電圧RP+はパルス出力状態になる(図22(g)参照)。 Then, immediately after the start of activation (time t1 to t2), the positive voltage YP + and the negative voltage YP− that generate levitation force become maximum outputs so as to eliminate the subsidence state of the gyro rotor 10 (see FIG. 22C). On the other hand, the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the minimum outputs (see FIG. 22D), and the positive voltage XP +, the negative voltage XP−, the positive voltage XM +, and the negative voltage acting in the direction perpendicular to the flying direction and the sinking direction. XM- becomes an intermediate output (see FIGS. 22E and 22F). Although illustration and detailed description are omitted, control voltages in the Z direction, φ, and θ directions are also appropriate intermediate outputs. Further, the positive voltage RP + that generates the rotational driving force is in a pulse output state (see FIG. 22G).
その状態を継続しても、起動成功に至らないとき、例えば浮上しないまま所定時間が経過したときには、起動が中断される。この状態では(時刻t2〜t3)、総ての制御電圧の出力が抑えられる(図22(c)〜(g)参照)。
そして、所定時間経過して起動が再開されると(時刻t3〜t4)、再び浮上および回転のため、正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−は最小出力、他の姿勢制御用の正電圧XP+等は中間出力になり、正電圧RP+はパルス出力状態になる。
それでも起動しないと再び制御が中断されて(時刻t3〜t4)総ての制御電圧の出力が抑えられる。
Even if the state is continued, when the activation is not successful, for example, when a predetermined time has passed without rising, the activation is interrupted. In this state (time t2 to t3), the output of all control voltages is suppressed (see FIGS. 22C to 22G).
When the start-up is resumed after a predetermined time has elapsed (time t3 to t4), the positive voltage YP + and the negative voltage YP− are the maximum output and the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the minimum output because of the rising and rotation again. Other attitude control positive voltages XP + and the like are intermediate outputs, and the positive voltage RP + is in a pulse output state.
If it still does not start, the control is interrupted again (time t3 to t4), and the output of all control voltages is suppressed.
さらに所定時間経過して起動が再開され(時刻t5)、またも浮上および回転のため、正電圧YP+と負電圧YP−が最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−が最小出力、他の正電圧XP+等が中間出力、正電圧RP+がパルス出力状態になる。
そして、ジャイロロータ10が浮上し且つ回転すると(時刻t6)、速やかに、浮上力を生む正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力から中間出力になり(図22(c)参照)、それと引き合う正電圧YM+と負電圧YM−も最小出力から中間出力になる(図22(d)参照)。
Further, after a predetermined time has elapsed, the start-up is resumed (time t5), and because of the rising and rotation, the positive voltage YP + and the negative voltage YP- are the maximum output, the positive voltage YM + and the negative voltage YM- are the minimum output, and other positive The voltage XP + and the like are in an intermediate output state, and the positive voltage RP + is in a pulse output state.
Then, when the
こうして、ジャイロロータ10のジャイロケース20に対する相対変位および回転速度が許容される所定範囲に収まり、そのことが変位検出等によって検知確認されると、それ以後は(時刻t6〜)、上述した定常状態での姿勢制御および回転駆動が行われるとともに、加速度演算等の応用演算も行われる。
In this way, when the relative displacement and rotational speed of the
また、図示は割愛したが、このようなジャイロ装置の実装についても説明する。上述したような電子回路とジャイロ機構部とを備えた静電浮上型ジャイロ装置は、プリント基板等に実装して電気的接続が確立されるが、その場合、ジャイロケース20を実装したプリント基板に電子回路の一部も実装されていた。その際、制御出力回路54や電流検出回路51など、ジャイロケース20の各電極31〜48と直接的に接続される回路部分は、優先的に同一基板に実装される。また、電流検出回路51のうちプリアンプはジャイロケース20の上面等に実装されることもある。何れにしても、真空空間はジャイロケース20の中にとどまり、ジャイロ機構部も電子回路も大気下で実装される。また、ジャイロケース20内のジャイロロータ10収納空間に真空状態を確保するには、真空雰囲気中で組み立てるか、組み立ててから真空引きしていた。そして、その真空状態を長期間に亘って維持するため、真空空間にゲッタ部材(真空維持部材)も収納していた。
Although illustration is omitted, implementation of such a gyro apparatus will also be described. An electrostatic levitation type gyro apparatus including an electronic circuit and a gyro mechanism as described above is mounted on a printed circuit board or the like to establish an electrical connection. In this case, the printed circuit board on which the
[未公開の先行技術]
[先行特許出願1] 特願2003−050223号
[先行特許出願2] 特願2002−362031号
[先行特許出願3] 特願2003−099695号
[先行特許出願4] 特願2003−130421号
[Undisclosed prior art]
[Prior Patent Application 1] Japanese Patent Application No. 2003-050223 [Prior Patent Application 2] Japanese Patent Application No. 2002-362031 [Prior Patent Application 3] Japanese Patent Application No. 2003-099695 [Prior Patent Application 4] Japanese Patent Application No. 2003-130421
ところで、静電浮上型ジャイロ装置の小形化が進むと、具体的にはジャイロロータ10の径が数mm程度やそれ以下に縮小されると、真空雰囲気中での組立であっても、組立後の真空引きであっても、作業が各段にし辛くなる。このため、真空状態の確保が困難になるうえ、工数の増加や歩留まりの低下等による不所望なコストアップまで招きかねない。また、小形化に伴う寸法効果によってゲッターの負担が増すため、真空状態の維持も難しくなる。しかも、ガラス製ジャイロケース20のスルーホールの気密にコストが嵩むため、コストアップまで招来してしまう。そこで、小形化の要請とコストダウンの要請とを両立させるべく、真空状態の確保と維持に関し、実装状況も考慮に入れて、適切な態様での具体化が同一出願人により創案されている。その要点は、真空パッケージを導入して真空空間をジャイロ機構部よりも広げ、その中に真空維持部材や電子回路まで取り込むことにより、真空維持等の困難性を増すことなく小形化を進めることが可能となって、小形の静電浮上型ジャイロ装置を安価に実現することができた、というものである(先行特許出願1参照)。
By the way, when the electrostatic levitation type gyro apparatus is further reduced in size, specifically, when the diameter of the
また、ジャイロロータとジャイロケースとの相対変位を検出するための信号検出回路に関しても、やはり同一出願人により、改良案が創出されているので(先行特許出願2参照)、その要点を述べる。
上述した従来の信号検出回路では、変位検出用印加信号f1〜f12を制御電圧V1,V12等に重畳していることから、両者の電圧の和が制御出力回路54の電源電圧Vccを超えることは出来ないので、変位検出用印加信号f1の振幅電圧Vfと制御電圧V1の最大電圧とに電源電圧Vccを割り振っている(図20(d)参照)。ところが、静電浮上型ジャイロの機構部の小形化が進むと、具体的には例えば従来5mm程度であったジャイロロータ10の径が1mm程度まで縮小されると、複数電極31〜48の容量が小さくなる。特に電流検出回路51の検出対象である入力電流Ip、これは変位検出用検出信号Vpの元であるが、この検出電流Ipが激減する。このため、変位ΔX等を正確に求めるのに必要とされる適正レベルの変位検出用検出信号Vpを得るには、変位検出用印加信号f1の振幅電圧Vfを大きくする必要がある。
Further, regarding the signal detection circuit for detecting the relative displacement between the gyro rotor and the gyro case, an improvement plan has been created by the same applicant (refer to the prior patent application 2), and the main points thereof will be described.
In the conventional signal detection circuit described above, since the displacement detection application signals f1 to f12 are superimposed on the control voltages V1, V12, etc., the sum of both voltages does not exceed the power supply voltage Vcc of the
しかしながら、所定の電源電圧Vccの下で振幅電圧Vfを増加させることは制御電圧V1の最大電圧の減少を伴うため、両者への割り振りのバランスが不所望に崩れてしまう(図20(e)参照)。他の変位検出用印加信号も同じである。そこで、同じ電源電圧の下で、制御電圧を犠牲にすることなく、変位検出用印加信号の振幅電圧を増やせるよう、信号検出回路を改良することが、重要である。そして、このような要請に応える改良案は、変位検出用信号の流れを従来と逆転させることにより、制御電圧と変位検出用信号との重畳が電圧有意の信号と電流有意の信号とによって遂行されるようになって、制御電圧を犠牲にすることなく変位検出用印加信号の振幅電圧を増やすことが可能となり、その結果、電極容量が減少しても容易に適正レベルの変位検出用検出信号が得られるので、小形化に適う静電浮上型ジャイロの信号検出回路を実現することができる、というものである。 However, increasing the amplitude voltage Vf under a predetermined power supply voltage Vcc is accompanied by a decrease in the maximum voltage of the control voltage V1, so that the balance of allocation to both is undesirably broken (see FIG. 20 (e)). ). The same applies to other displacement detection application signals. Therefore, it is important to improve the signal detection circuit so that the amplitude voltage of the displacement detection application signal can be increased under the same power supply voltage without sacrificing the control voltage. An improved solution to meet such a demand is achieved by reversing the flow of the displacement detection signal from the conventional one so that the superposition of the control voltage and the displacement detection signal is performed by the voltage significant signal and the current significant signal. As a result, it is possible to increase the amplitude voltage of the displacement detection applied signal without sacrificing the control voltage. As a result, even if the electrode capacitance is decreased, an appropriate level of displacement detection detection signal can be easily obtained. As a result, an electrostatic levitation gyro signal detection circuit suitable for miniaturization can be realized.
これら未公開の先行特許出願1,2に記載された技術事項は、多くの部分が本発明創案の前提となっているので、本発明の課題を提示するに先だって、ここに再掲する。先ず、図面を引用して静電浮上型ジャイロ装置の具体的な構成を説明する。図1は、装置パッケージングの構造を示し、(a)が装置の正面図、(b)が蓋を外したところの平面図、(c)が縦断面斜視図である。図2は、(a)が信号検出回路を含む全体回路図、(b)が変位検出用印加信号の発生回路、(c)が電流検出回路である。図3は、(a)が拘束制御系の信号入力回路、(b)がロータ駆動系の信号入力回路である。なお、それらの図示に際し、従来と同様の構成要素には同一の符号を付して示したので、また、背景の技術の欄における前提の技術の欄で述べたジャイロ機構部は以下の先行技術例でもそのまま利用されるので、従来との相違点を中心に説明する。ここでも、明瞭な対比等のため、電子回路部は環状ロータ型ジャイロ対応のものを具体例とし、ジャイロ機構部を説明してから電子回路部を説明する。
Since many of the technical matters described in these unpublished
このジャイロ装置70は(図1参照)、キャップ71(蓋体)とボックス72(箱体、缶体)とからなる密閉可能な装置パッケージ(真空収容器)を具えたものであり、その中には、上述したジャイロロータ10及びジャイロケース20からなるジャイロ機構部と、ガラス等の絶縁性基板からなるベース73(搭載基板)と、ゲッター75(真空維持部材)と、IC77,78(集積回路)とが格納されている。
This gyro device 70 (see FIG. 1) is provided with a sealable device package (vacuum container) consisting of a cap 71 (lid) and a box 72 (box, can). Are a gyro mechanism part composed of the
キャップ71とボックス72は、気密性に優れ加工も容易な部材たとえば金属からなり、ボックス72にキャップ71を被せて、ボックス72の正面壁に貫通形成されている真空吸引口76から排気すると、内部空間が真空になり、さらに真空吸引口76に栓をすると、気密に封止されて、真空状態が確立されるようになっている。ボックス72の底面には、多数のピン74(外部接続端子)が植設されている。ピン74は、装置パッケージの内外で電気導通をとるとともに、プリント基板などへの実装時にパッケージを支持するためのものであり、例えば多ピンICのPGA(Pin Grid Array)パッケージのピンと同様の良導体からなり、この例では概ね四辺形状に列設されていて、何れもボックス72の底面を貫通している。ピン74の貫通穴には固定と気密と絶縁のため例えば溶融ガラス等が充填されている。
The
ベース73は、ボックス72の内底より一回り小さい平板からなり、ボックス72内で多数のピン74によって支持されて、ボックス72底面から僅かに離れている。図示は割愛したがベース73の上面には配線パターンが形成されていて、そのうち適宜な配線が各ピン74に接続されている。この接続は金属等で剛になされていてピン74とベース73との連結を兼ねている。ベース73の上面には、ジャイロケース20とIC77,78が搭載されており、それらと配線パターンとの接続は、ワイヤボンディングでも可能であるが、この例では、IC77,78がベアチップのまま搭載されているので、金バンプや半田ボール等を介在させて一括接続するCOG(Chip On Glass)方式にてなされている。
The
ジャイロ機構部は、ジャイロケース20のジャイロロータ10格納空間を上述の如く真空密封したものでも良いが、この場合は、ジャイロケース20が丸ごと真空の装置パッケージに納められるので、密封の必要が無く、ジャイロケース20内にゲッタ部材を内蔵する必要も無い。
ゲッター75は、装置パッケージ内の真空空間に残っていた又は入り込んできた酸素や窒素等の気体を吸着して真空状態を維持するものであり、ジャイロケース20に内蔵されていた従来のゲッタ部材と比べて、材質は同じであるが、サイズは可成り大きくなっている。ゲッター75は、ベース73に搭載しても良いが、この例では、非蒸発ゲッターと呼ばれ通電加熱にて活性化されるものが採用されているので、ワイヤを介して2本のピン74で支持されている。
The gyro mechanism portion may be a vacuum-sealed storage space of the
The
IC77,78は、電子回路が上述した図20(a)の構成であれば、制御出力回路54や,電流検出回路51,印加信号f1〜f12の供給回路などを集積したものである。もっとも、ここでは、電子回路が信号検出回路を中心に改良されているので、それに応じて、IC77,78への集積部分も一部異なっている。具体的な集積部分は、電子回路の相違点を詳述した後で述べるが、IC77,78は、ベアチップのままベース73に搭載される。チップ数は、図示のように2個でも良く、1個に纏めても良く、3個以上でも良い。
The
次に電子回路部を説明する。この電子回路が上述した従来例のものと相違するのは(図2(a)参照)、電流検出回路51に代わって印加信号発生回路61(印加信号供給回路)が変位検出用電極38,48に接続されている点と、制御出力回路54の出力に対する変位検出用印加信号f1〜f12の重畳が無くなってその代わり制御出力回路54それぞれに電流検出回路64が付設された点と、制御回路52,53がデジタル化されてロータ制御回路62及び制御演算回路63になった点である。
Next, the electronic circuit unit will be described. This electronic circuit is different from that of the above-described conventional example (see FIG. 2A), in which an applied signal generating circuit 61 (applied signal supply circuit) is replaced with the
印加信号発生回路61は、周波数がジャイロロータ10の運動に影響しないほど高いという要件を満たせば変位検出用印加信号V0として正弦波の信号を発生するものでも良く、変位検出用印加信号V0の振幅は電源電圧の許す範囲で任意に設定して良いが、ここでは(図2(b)参照)、変位検出用印加信号V0として三角波の電圧信号を発生するために、一対の定電流回路を逆向きに設け、クロックCLKaで切り替わるスイッチ等にて、電流送出と電流吸入とを交互に繰り返すようになっている。
The applied
このような定電流回路対とスイッチ回路とによって生成された変位検出用印加信号V0は、図示のように適宜なカップリングコンデンサ61aを介して又はそのようなものを介さず直に変位検出用電極38,48に印加される。そのように構成すると、印加信号発生回路61から変位検出用電極38,48の並列接続点に供給される変位検出用印加電流i0は、定電流の向きがクロックCLKaに同期して反転する矩形波状のものとなり、変位検出用印加信号V0は三角波の電圧信号となる。なお、クロックCLKaの周波数は例えば1MHz以上にされる。これは制御電圧の有効周波数とされる数十kHzより遙かに高く、上記要件が満たされる。
The displacement detection applied signal V0 generated by such a constant current circuit pair and the switch circuit is directly connected to the displacement detection electrode via an
電流検出回路64は(図2(a)参照)、制御演算回路63から静電支持用電極31〜36,41〜46へ姿勢制御用の制御電圧V1,V12等を送出する12個または12組の制御出力回路54それぞれに付設されるとともに、ロータ制御回路62からロータ駆動用電極37へ回転駆動用の制御電圧を送出する制御出力回路54それぞれにも付設される。それぞれの電流検出回路64は(図2(c)参照)、一対のカレントミラー64a,64bと、それらの出力ライン同士を接続させた差動出力ライン64cと、信号増幅や雑音除去等を行って変位検出用検出電流i1等を出力するアンプ等64dからなる。
The current detection circuit 64 (see FIG. 2A) is a set of twelve or twelve sets for sending control voltages V1, V12, etc. for posture control from the control
カレントミラー64aは、入力側が付設先の制御出力回路54(そのうち特に出力段回路)の給電線のうち高電位側のもの(+)に介挿接続され、カレントミラー64bは、入力側が付設先の制御出力回路54(そのうち特に出力段回路)の給電線のうち低電位側(−)のものに介挿接続され、両者の出力側は共に差動出力ライン64cに接続される。これにより、電流検出回路64は、何れも、該当する制御出力回路54の出力電流を検出してそれと同じか又は対応している変位検出用検出電流i1〜i12,r1〜r6を生成するものとなっている。
The
制御演算回路63の演算内容は基本的に従来例と変わらないが、回路構成は(図3(a)参照)、DSP66(デジタルシグナルプロセッサ)の採用によってデジタル化されているため、前段に、A/D変換回路65が設けられている。A/D変換回路65は、この例では、6個が設けられ、何れも、クロックCLKbのタイミングでサンプリング・標本化して、例えば12ビットで量子化するようになっている。クロックCLKbは、上述したクロックCLKaの位相を例えば90゜ずらしたものであり、クロックCLKaに同期している。なお、スイッチング時の過渡状態を外せば、位相差は90゜以外でも良く、周波数は逓倍または逓減されていても良い。
The calculation contents of the control
6個のA/D変換回路65は、静電支持用電極31への変位検出用検出電流i1と静電支持用電極41への変位検出用検出電流i12との差をとってX方向変位ΔXの成分を抽出した信号と、静電支持用電極32への変位検出用検出電流i2と静電支持用電極42への変位検出用検出電流i11との差をとってY方向変位ΔYの成分を抽出した信号と、静電支持用電極33への変位検出用検出電流i3と静電支持用電極43への変位検出用検出電流i10との差をとってZ+φ方向変位ΔZ+Δφの成分を抽出した信号と、静電支持用電極34への変位検出用検出電流i4と静電支持用電極44への変位検出用検出電流i9との差をとってZ+θ方向変位ΔZ+Δθの成分を抽出した信号と、静電支持用電極35への変位検出用検出電流i5と静電支持用電極45への変位検出用検出電流i8との差をとってZ−φ方向変位ΔZ−Δφの成分を抽出した信号と、静電支持用電極36への変位検出用検出電流i6と静電支持用電極46への変位検出用検出電流i6との差をとってZ−θ方向変位ΔZ−Δθの成分を抽出した信号とに割り振られる。
The six A /
ロータ制御回路62の演算内容も基本的に従来例と変わらないが、回路構成は(図3(b)参照)、やはり、DSP67の採用によってデジタル化されているため、前段に量子化手段が設けられている。量子化手段は、A/D変換回路65と同じでも良いが、ロータ回転制御の遂行には変位検出用検出電流r1〜r6のうち一つ以上の位相が把握できれば足りるので、この例では、A/D変換回路65より簡便なコンパレータCOMPが変位検出用検出電流r1〜r6それぞれに設けられている。二値化された各変位検出用信号は、DSP67のサンプリングプログラムの処理によってDSP67に随時入力されて標本化された後、ジャイロロータ10のZ軸周りの回転状態に基づいて三相パルス状信号などの回転駆動用制御電圧を生成する公知の演算に供されるようになっている。
The calculation content of the
このような電子回路のうち、IC77,78に集積されるのは、制御出力回路54や,電流検出回路64,印加信号発生回路61などである。DSP66,67は、専用品を作っても良いが、汎用の市販品でも足りるので、そのようなDSP66,67はIC77,78に集積されない。
Among such electronic circuits, the
このような構成の静電浮上型ジャイロ装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図1(d)は、装置実装状況を示す斜視図である。また、図4は、(a)が制御電圧印加部分の詳細図であり、(b)〜(f)は何れも信号波形例である。ここでも、先ず機構部の実装態様を説明し、次に電子回路の動作を説明する。 The use mode and operation of the electrostatic levitation gyro apparatus having such a configuration will be described with reference to the drawings. FIG. 1D is a perspective view showing a device mounting state. 4A is a detailed view of a control voltage application portion, and FIGS. 4B to 4F are signal waveform examples. Also here, the mounting mode of the mechanism part will be described first, and then the operation of the electronic circuit will be described.
ジャイロ装置70をプリント基板80に実装するには(図1(d)参照)、それに先立って、プリント基板80に、ピン74対応のスルーホールと電気接続のための配線パターンを形成しておく。そのプリント基板80に、一般的なIC実装技術を用いて、DSP66,67といったICやその他の電子部品を実装する。電源回路を構成するレギュレータIC81や平滑コンデンサ82等も実装しておく。それから、プリント基板80のスルーホールにピン74を差し込んで、半田付け等にて接続する。
In order to mount the
そうすると、ジャイロ装置70がプリント基板80に固定され、ひいてはジャイロケース20がプリント基板80に対して固定されるとともに、ジャイロケース20の各電極31〜48と電子回路との電気的接続が確立される。具体的には、電子回路のうち内蔵部分であるIC77,78はジャイロ装置70組立完了時点でベース73の配線パターンによってジャイロケース20と接続されているので、それらと電子回路の残部たとえばDSP66,67とが、プリント基板80の配線パターンとピン74とを介して、接続される。こうして、静電浮上型ジャイロ装置がプリント基板80に搭載され、それが自動車等に組み込まれると、ジャイロ機構部および電子回路部が動作可能となる。
Then, the
以上の説明より明らかに、ジャイロ装置70は、扱い慣れたIC例えばPGAタイプICとほぼ同様にして簡単に実装することができる。さらに、ジャイロ装置70の真空引きに関しても、ジャイロケース20より大きくて丈夫なため扱い易い装置パッケージが対象なので、作業が楽になるうえ、既存の設備や治具を継続使用するのも容易となる。その真空状態の維持に関しては、ゲッター75を十分に大きくすることが可能であり、例えばジャイロケース20に納まらないほど大きくすることも可能なので、真空状態が長期間に亘って維持される。その真空空間を、従来は薄いガラス等で密封していたが、それより厚くても良く変形能にも富む金属等で出来たパッケージ71+72で密封しているので、気密性能が向上して、更に長期間に亘って真空状態が維持される。しかも、ジャイロ装置70には、ジャイロケース20が内蔵されているだけでなく、電子回路の一部であるIC77,78もベアチップの状態で内蔵されており、これによって、電子回路部のコンパクト実装が一段と進められている。なお、IC77,78は、ベアチップ搭載であるが、それを囲むジャイロ装置70の内部空間は真空状態になっているので、酸化等にて劣化することが無い。
As is apparent from the above description, the
次に電子回路の動作説明に移るが(図4(a)参照)、従来例との対比明瞭化等のため、環状ロータ型の6対の静電支持用電極のうち電極対31,41について、制御電圧の印加状況を詳述する。制御電圧V1はやはり正電圧V1bと負電圧V1aとの対に分けられて、正電圧V1bは静電支持用電極31bに印加され、負電圧V1aは隣接の静電支持用電極31aに印加される。また、制御電圧V12も正電圧V12bと負電圧V12aとの対に分けられて、正電圧V12bは静電支持用電極41bに印加され、負電圧V12aは隣接の静電支持用電極41bに印加される。
Next, the operation of the electronic circuit will be described (see FIG. 4A). For the sake of clarity and comparison with the conventional example, the electrode pairs 31 and 41 of the six pairs of electrostatic rotor support electrodes of the annular rotor type will be described. The application state of the control voltage will be described in detail. The control voltage V1 is also divided into a pair of a positive voltage V1b and a negative voltage V1a, the positive voltage V1b is applied to the
そして(図4(b)参照)、ジャイロロータ10がZ軸周りの回転は別として中立位置に静止しているとき静電支持用電極31,41に印加される一定のオフセット電圧をVofとし、姿勢制御のために算出され変化するX軸制御電圧成分をVxとすると、正電圧V1bのうち制御出力回路54の出力する主成分は+Vof+Vxにされ、負電圧V1aの主成分は−Vof−Vxにされ、正電圧V12bの主成分は+Vof−Vxにされ、負電圧V12aの主成分は−Vof+Vxにされる。ここまでは基本的に従来例と同様であるが、変位検出用信号の重畳については従来例と異なるため、これらの制御電圧V1,V12等へ直に変位検出用印加信号V0が重畳されるようなことはない。もっとも、変位検出用印加信号V0が伝達されて来たことの影響は受ける。
And (see FIG. 4 (b)), a constant offset voltage applied to the
すなわち(図4(c)参照)、印加信号発生回路61によって、電圧波形が三角波状に変化する変位検出用印加信号V0が発生され、これが変位検出用電極38,48とジャイロロータ10と静電支持用電極31,41を順に経て制御電圧V1,V12に重畳する。変位検出用印加電圧信号V0の振幅は、印加信号発生回路61に昇圧回路等を付設すれば、制御出力回路54の電源電圧Vccを超えることも可能であり、従来の変位検出用印加信号f1,f12に比べて可成り大きい。これに対し(図4(b)参照)、制御電圧V1,V12に重畳する電圧成分は極めて小さいので、正電圧V1bの波形は主成分+Vof+Vxの波形から大きく離れることなくそれに沿い、負電圧V1aは主成分−Vof−Vxに沿い、正電圧V12bは主成分+Vof−Vxに沿い、負電圧V12aは主成分−Vof+Vxに沿い、いずれも主成分とほぼ同様の波形を描く。
That is, (see FIG. 4C), the applied
一方、変位検出用印加電圧信号V0と共に変位検出用印加電流i0(図4(d)参照)も変位検出用電極38,48とジャイロロータ10と静電支持用電極31,41等を順に経て制御出力回路54の出力ラインに伝達されるが、その際に変位検出用印加電流i0は複数電極31〜48の容量に基づいて分割され、伝達先でそれぞれ該当個所の電流検出回路64によって変位検出用検出電流信号i1〜i12として検出される。これらの電流信号は(図4(e)の変位検出用検出電流i1を参照)、分割に応じた明確な電流値を示し、クロックCLKaに対応した周波数の矩形波となる。
On the other hand, the displacement detection applied current i0 (see FIG. 4 (d)) as well as the displacement detection applied voltage signal V0 are controlled through the
そして(図4(f)及び図3(a)参照)、クロックCLKaに同期しているが位相のずれているクロックCLKbのタイミングで、X方向変位ΔXを反映した電流信号(i1−i12)や同様の信号がA/D変換回路65によって量子化され、それらを取り込んだDSP66によって姿勢制御のための公知の演算が行われる。また、慣性空間に対する角速度や加速度なども算出される。こうして、この場合も、姿勢制御や加速度検出等が適切に遂行される。さらに、変位検出用検出電流r1〜r6が二値化されてDSP67に取り込まれ、それらを取り込んだD67SPによって回転駆動のための公知の演算が行われる。回転駆動用制御電圧の基本周波数は上限が数百Hz程度であるが、変位検出用検出電流r1〜r6の基本周波数は上述したように高いので、両者は容易かつ正確に弁別される。こうして、ロータ回転駆動も適切に遂行される。
And (see FIG. 4 (f) and FIG. 3 (a)), the current signal (i1-i12) reflecting the X-direction displacement ΔX at the timing of the clock CLKb that is synchronized with the clock CLKa but out of phase. A similar signal is quantized by the A /
以上の説明より明らかに、この静電浮上型ジャイロの信号検出回路にあっては、変位検出用印加電圧信号V0を必要に応じて拡大することが可能かつ容易であり、しかも、制御電圧V1,V12等も制御出力回路54の電源電圧Vcc近くまで拡大できるので、例えジャイロ機構部の小形化に伴って複数電極31〜48の容量が小さくなったとしても、十分な信号レベルを確保することができて、変位の検出を適切に果たすことはもちろん、姿勢制御性能の向上にも貢献する。
As is clear from the above description, in the signal detection circuit of the electrostatic levitation type gyro, the applied voltage signal V0 for displacement detection can be expanded as required, and the control voltage V1, Since V12 and the like can be expanded to near the power supply voltage Vcc of the
これら未公開の先行特許出願1,2に記載された技術事項に加えて、上掲した未公開の先行特許出願3に記載された技術事項も、本発明創案の前提となっており、また多くの部分が本発明に引き継がれているので、その概要を再掲する。
上述したように、実装状況も考慮して小形化すべく真空パッケージにジャイロ機構や電子回路を取り込んだり、ジャイロ機構部の小形化に伴って電極容量が減少しても適正レベルの変位検出用検出信号が得られるように変位検出用信号の流れを従来と逆転させたりして、静電浮上型ジャイロ装置の小形化が推し進められ、静電浮上型ジャイロ装置の応用範囲が広がっている。もっとも、小形化が可能になったからといって、全部が小形のもので置き換えられる訳ではない。
In addition to the technical matters described in these unpublished
As described above, even if the gyro mechanism or electronic circuit is incorporated into the vacuum package in order to reduce the size in consideration of the mounting situation, or even if the electrode capacity decreases due to the downsizing of the gyro mechanism, the detection signal for detecting the displacement at an appropriate level Thus, the flow of the displacement detection signal is reversed from that of the prior art to reduce the size of the electrostatic levitation gyro device, and the application range of the electrostatic levitation gyro device is expanded. However, just because miniaturization has become possible, not everything is replaced with a smaller one.
ジャイロロータを回転させてその慣性を利用する静電浮上型ジャイロ装置の場合、検出精度がジャイロロータの大きさに依存するのを避けられないため、種々のサイズのものが使い分けられている。そして、サイズに応じて電源電圧Vccや制御電圧V1等にも各種の電圧が採用されている。例えば、ロータ径が1〜2mmのときには3Vや5V程度の電圧で足りるが、ロータ径が5mmを超えると12Vや15Vといった電圧が用いられることが多い。
ただし、電子回路の電圧が高いと、使用できる電子部品が限られたり高価になったりする。特に、電流検出回路64のカレントミラーのように1MHz等の高速で動作するうえ広いダイナミックレンジも要求される半導体部品に、15V程度以上の高耐圧性能まで要求すると、適正価格で具体化するのが困難になる。
In the case of an electrostatic levitation type gyro apparatus that utilizes the inertia by rotating the gyro rotor, the detection accuracy cannot be avoided depending on the size of the gyro rotor. Various voltages are adopted for the power supply voltage Vcc, the control voltage V1, and the like according to the size. For example, when the rotor diameter is 1 to 2 mm, a voltage of about 3 V or 5 V is sufficient, but when the rotor diameter exceeds 5 mm, a voltage of 12 V or 15 V is often used.
However, if the voltage of the electronic circuit is high, usable electronic parts are limited or expensive. In particular, when a semiconductor component that operates at a high speed such as 1 MHz and requires a wide dynamic range such as a current mirror of the
その場合、制御電圧へ直に変位検出用印加信号を重畳させる従来技術が引き続き使われる。
しかしながら、変位検出用信号の流れを従来と逆転させて、制御電圧の出力段回路のところで、変位検出用印加信号に係る信号成分の検出を行う手法には、制御電圧をほとんど犠牲にしないで済むことや、変位検出用印加信号のレベル設定が制御電圧の制約を受けずにほぼ自由に行えることなど、従来技術に勝る利点が多い。
In that case, the conventional technique of superimposing the displacement detection application signal directly on the control voltage is continuously used.
However, the method of detecting the signal component related to the displacement detection application signal in the output stage circuit of the control voltage by reversing the flow of the displacement detection signal from that of the prior art requires almost no sacrifice of the control voltage. In addition, there are many advantages over the prior art in that the level of the displacement detection application signal can be set almost freely without being restricted by the control voltage.
そこで、変位検出用電極に変位検出用信号を印加して制御電極より制御回路寄りで検出を行う手法の採用を前提として、上述した何れとも異なる新たな構成の信号検出回路が創案されている。その要点は、変位検出用電極に変位検出用信号を印加して制御電極より制御回路寄りで検出を行うに際して、隣り合う制御電極に対し逆相の制御電圧が印加されること及び同相の変位検出用印加信号が伝達されることに基づき、信号検出を同相成分の抽出にて行うようにしたことにより、変位検出用信号の流れを従来と逆転させた静電浮上型ジャイロ装置であって新たなものを実現することができた、というものである。また、電源電圧や制御電圧の影響が検出信号生成回路になるべく及ばないよう更なる工夫も加味されており、例えば、変位検出用信号の流れを従来と逆転させて検出するに際して制御電圧等の電圧レベルによる制約が緩やかになるよう、同相検出回路が受動素子で具体化可能なものとなっている。 Accordingly, a signal detection circuit having a new configuration different from any of the above has been devised on the premise of adopting a technique of applying a displacement detection signal to the displacement detection electrode and performing detection closer to the control circuit than the control electrode. The main point is that when a displacement detection signal is applied to the displacement detection electrode and the detection is performed closer to the control circuit than the control electrode, a reverse-phase control voltage is applied to the adjacent control electrode and an in-phase displacement detection is performed. An electrostatic levitation type gyro apparatus in which the flow of the displacement detection signal is reversed from that of the prior art by performing signal detection by extracting the in-phase component based on the transmission of the applied signal. The thing was able to be realized. In addition, further contrivance has been added so that the influence of the power supply voltage and the control voltage does not reach the detection signal generation circuit as much as possible. For example, when detecting the flow of the displacement detection signal by reversing the conventional flow, the voltage such as the control voltage is applied. The common-mode detection circuit can be implemented with a passive element so that the restriction by level becomes loose.
さらに、起動シーケンス(作動開始手順、起動制御手段)についても、改良が試みられている。図5は、その具体例を示し、(a)が起動シーケンスの概要フローチャート、(b)〜(f)は何れも信号波形例である。これらは、上述した従来例の図21(d)及び図22(c)〜(g)と対比されるものであるが、信号波形についは反転波形を省いて正電圧YP+,YM+,XP+,XM+,RP+だけを図示している。 Furthermore, improvements have also been attempted in the activation sequence (operation start procedure, activation control means). FIG. 5 shows a specific example, in which (a) is an outline flowchart of the activation sequence, and (b) to (f) are all signal waveform examples. These are contrasted with the above-described conventional example of FIG. 21 (d) and FIGS. 22 (c) to (g), but the signal waveforms are omitted from the inverted waveforms and the positive voltages YP +, YM +, XP +, XM +. , Only RP + is shown.
その改良点は、制御電極が静電支持用電極と回転駆動用電極とに分かれており而もそれに対応して制御回路によるジャイロロータの姿勢制御用制御電圧と回転駆動用制御電圧の生成も別個になされるのを利用して、起動シーケンスを浮上シーケンスと回転シーケンスとに分けたことである。これにより、この静電浮上型ジャイロ装置は、起動時に姿勢制御を行ってジャイロロータの浮上を確認してから回転駆動を行うようになっている。 The improvement is that the control electrode is divided into an electrostatic support electrode and a rotation drive electrode, and the generation of the control voltage for the gyro rotor attitude control and the control voltage for the rotation drive by the control circuit is also correspondingly divided. Using this, the start-up sequence is divided into a levitation sequence and a rotation sequence. As a result, the electrostatic levitation gyro apparatus is configured to perform rotational driving after performing the attitude control at the time of activation and confirming the floating of the gyro rotor.
図5(a)を参照して詳述すると、従来の制御開始では(ステップS12)姿勢制御と回転駆動を同時に行っていたのに対し、この試作例では(ステップS21)回転駆動は開始せずに姿勢制御を開始するようになっている。それに伴って、従来の制御状態の安定待ちが(ステップS13)、この試作例では浮上待ちになって(ステップS22)ジャイロロータ10の相対位置が所定範囲に収まるのを待つようになっている。
そして、浮上の確認が得られてから(ステップS22)応用演算を開始するまで(ステップS14)の間に、回転駆動の開始とその確認を行うようにもなっている(ステップS23〜S26)。
In more detail with reference to FIG. 5A, in the conventional control start (step S12), the attitude control and the rotation drive are performed simultaneously, whereas in this prototype (step S21), the rotation drive does not start. At the same time, attitude control is started. Along with this, the conventional control state waits for stabilization (step S13), and in this prototype, it waits for levitation (step S22) and waits for the relative position of the
Then, after the confirmation of ascent is obtained (step S22) and before the application calculation is started (step S14), the rotation drive is started and confirmed (steps S23 to S26).
すなわち、起動シーケンス後半の回転シーケンスでは、変位検出に基づく姿勢制御が既に行われているところに追加して回転駆動も開始する(ステップS23)。そして、加速に要する所定時間の経過を待ち(ステップS24)、それからジャイロロータ10の回転速度が所定速度に達したのを確認して(ステップS25)、応用演算が開始される(ステップS14)。これが正常起動である。
これに対し、回転速度が足りないときには再び加速時間の経過を待つようになっている(ステップS25→S26→S24)。その際、念のため浮上確認も行って(ステップS26)、浮上状態が損なわれているときには浮上シーケンスのリトライに戻るようにもなっている(ステップS26→S16)。
That is, in the rotation sequence in the latter half of the activation sequence, the rotational drive is started in addition to the position where the attitude control based on the displacement detection has already been performed (step S23). Then, the process waits for a predetermined time required for acceleration (step S24), and then confirms that the rotational speed of the
On the other hand, when the rotational speed is insufficient, the acceleration time is again waited (steps S25 → S26 → S24). At that time, ascentment is also confirmed (step S26), and when the ascent state is impaired, the ascending sequence is retried (step S26 → S16).
このような起動シーケンスでの動作例を述べるが、ここでも明瞭な対比のため、Y軸正方向を上にしてジャイロ機構部を置いた状態でジャイロロータ10が下方の支承片101によって支承されているとする。また、ジャイロロータ10にX軸正方向の静電引力を生じる姿勢制御用制御電圧を正電圧XP+と負電圧XP−とし(これらは上述したV1b,V1aに相当する)、X軸負方向の静電引力を生じる姿勢制御用制御電圧を正電圧XM+と負電圧XM−とし(これらは上述したV12b,V12aに相当する)、Y軸正方向の静電引力を生じる姿勢制御用制御電圧を正電圧YP+と負電圧YP−とし、Y軸負方向の静電引力を生じる姿勢制御用制御電圧を正電圧YM+と負電圧YM−とし、ジャイロロータ10のZ軸周りの回転駆動用制御電圧である三相パルス信号の何れか一つを正電圧RP+とする。
An example of the operation in such a starting sequence will be described. Again, for the sake of clear comparison, the
この場合も、周波数の高い変位検出用信号V0,i1〜i12の成分や不変のオフセット成分はジャイロロータ10の動きに影響しないのでそれらの信号成分を無視すれば、正電圧XP+と負電圧XP−は反転波形となり、正電圧XM+と負電圧XM−も反転波形となり、正電圧YP+と負電圧YP−も反転波形となり、正電圧YM+と負電圧YM−も反転波形となる。
さらに、やはり2回の起動失敗の後に正常起動する場合を具体例とする。すなわち、時刻t1で起動を開始し、時刻t2で起動を中断し、時刻t3で起動を再開し、時刻t4で再び中断し、時刻t5で起動再開し、時刻t6で起動に成功し定常状態に入るものとする。
Also in this case, the components of the displacement detection signals V0, i1 to i12 having a high frequency and the invariant offset components do not affect the movement of the
Furthermore, the case where it starts normally after two starting failures again is taken as a specific example. That is, the start is started at time t1, the start is interrupted at time t2, the start is restarted at time t3, the start is stopped again at time t4, the start is restarted at time t5, the start is successful at time t6, and the steady state is reached. Enter.
そうすると、起動開始直後は(時刻t1〜t2)、ジャイロロータ10の沈下状態を解消するように、浮上力を生む正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力になり(図5(b)参照)、それに反する正電圧YM+と負電圧YM−は最小出力になり(図5(c)参照)、浮上方向や沈下方向と直交方向に働く正電圧XP+と負電圧XP−と正電圧XM+と負電圧XM−は中間出力になる(図5(d),(e)参照)。図示や詳細な説明は割愛するがZ方向やφ,θ方向の制御電圧も適宜な中間の出力になる。なお、従来と異なり、回転駆動力を生む正電圧RP+は出力されない(図5(f)参照)。 Then, immediately after the start of the start (time t1 to t2), the positive voltage YP + and the negative voltage YP− that generate the levitation force become the maximum output so as to eliminate the subsidence state of the gyro rotor 10 (see FIG. 5B). On the other hand, the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the minimum outputs (see FIG. 5C), and the positive voltage XP +, the negative voltage XP−, the positive voltage XM +, and the negative voltage acting in the direction perpendicular to the flying direction and the sinking direction. XM- becomes an intermediate output (see FIGS. 5D and 5E). Although illustration and detailed description are omitted, control voltages in the Z direction, φ, and θ directions are also appropriate intermediate outputs. Unlike the conventional case, the positive voltage RP + that generates the rotational driving force is not output (see FIG. 5F).
その状態を継続しても、ジャイロロータ10が浮上しないまま所定時間が経過したときには、姿勢制御が中断される。この状態では(時刻t2〜t3)、総ての制御電圧の出力が抑えられる(図5(b)〜(f)参照)。
そして、所定時間経過して姿勢制御が再開されると(時刻t3〜t4)、再び浮上のため、正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−は最小出力、他の姿勢制御用の正電圧XP+等は中間出力になる。ここでも正電圧RP+は出力されない。
それでも浮上しないと再び制御が中断されて(時刻t3〜t4)総ての制御電圧の出力が抑えられる。
Even if the state is continued, when the predetermined time has passed without the
Then, when the posture control is resumed after a predetermined time has elapsed (time t3 to t4), the positive voltage YP + and the negative voltage YP− are the maximum output, the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the minimum output. Other attitude control positive voltages XP + and the like are intermediate outputs. Again, the positive voltage RP + is not output.
If it still does not rise, the control is interrupted again (time t3 to t4), and the output of all control voltages is suppressed.
さらに所定時間経過して姿勢制御が再開され(時刻t5)、またも浮上のため、正電圧YP+と負電圧YP−が最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−が最小出力、他の正電圧XP+等が中間出力になる。正電圧RP+は出力されない。
そして、ジャイロロータ10が浮上すると(時刻t6)、速やかに、浮上力を生む正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力から中間出力になり(図5(b)参照)、それと引き合う正電圧YM+と負電圧YM−も最小出力から中間出力になる(図5(c)参照)。
At the same time, attitude control is resumed after a predetermined time (time t5), and again, the positive voltage YP + and the negative voltage YP− are the maximum output, the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the minimum output, and other positive voltages XP + etc. are intermediate outputs. The positive voltage RP + is not output.
When the
こうして、ジャイロロータ10のジャイロケース20に対する相対変位が許容される所定範囲に収まり、そのこと即ち浮上したことが変位検出等によって検知確認されると、起動シーケンスが浮上シーケンスから回転シーケンスに移行して、回転駆動力を生む正電圧RP+はパルス出力状態になる(図5(f)参照)。真空中で浮上しているジャイロロータ10は大抵順調に回転を始め更に加速されて所定の回転速度に達する。それ以後は(時刻t6〜)、上述した定常状態での姿勢制御および回転駆動が行われるとともに、加速度演算等の応用演算も行われる。
In this way, when the relative displacement of the
[発明が解決しようとする技術課題]
このように、この試作例の静電浮上型ジャイロ装置にあっては、静電支持用電極と回転駆動用電極との個別制御が可能なことを利用して、起動時に姿勢制御を行ってジャイロロータの浮上を確認してから回転駆動を行うようになったことにより、起動時にジャイロロータ10と支承片101とが擦れるのを回避することができるようになった。そのため、両者の接触部分から擦過片等のゴミが発生するといった不所望な事態を確実に防止することができる。支承片101がジャイロロータ10の外周側に在るため、ジャイロロータ10が回転すると、ジャイロロータ10と支承片101との相対速度は直ぐ高速になり、その状態で擦れると、小片の支承片101には擦過傷等が付き易いのである。
[Technical Problem to be Solved by the Invention]
As described above, in the electrostatic levitation type gyro apparatus of this prototype, the attitude control is performed at the time of activation by utilizing the fact that the electrostatic support electrode and the rotation drive electrode can be individually controlled. Since the rotary drive is performed after confirming the floating of the rotor, it is possible to avoid rubbing between the
ジャイロロータ収納空間内でのゴミ発生が少なくなることにより、ゴミに起因する故障が確実に減る。またゴミによる起動不良も少なくなると期待される。
しかしながら、このような静電浮上型ジャイロ装置では、浮上シーケンスにおいてパルス駆動の回転力が働かないため、そしてその影響が大きいため、浮上の能力は多少なりとも低下する。パルス駆動の回転力があると、これによってジャイロロータ10に微振動が生じる等のため、一般に強い静止摩擦が一般に弱い動摩擦に変わったり、分子間力を生む微視的な密着が破られたり、完全放電を妨げて制御対象外の不所望な静電引力を生じる自然酸化膜が破られたりするが、そのような機会が回転駆動の後回しによって減ってしまうからであろうと考えられる。
By reducing the generation of dust in the gyro rotor storage space, failures due to dust are reliably reduced. In addition, it is expected that there will be fewer startup failures due to garbage.
However, in such an electrostatic levitation type gyro device, since the rotational force of the pulse drive does not work in the levitation sequence, and the influence thereof is great, the levitation ability is somewhat reduced. When there is a pulse-driven rotational force, this causes micro vibrations in the
また、周波数の高い変位検出用信号がジャイロロータ10の運動に影響しないのはジャイロロータ10が浮上してからのことであり、浮上前の初期状態では、浮上状態でのジャイロケース20における中立位置から大きく離れ、ジャイロケース20内でジャイロロータ10が下方へ片寄っており、この状態では、変位検出用信号によってジャイロケースとジャイロロータとの電極間に片寄りを強めるような静電力が働いてしまう。この不所望な作用は、片寄りが大きいほど強く、信号が大きいほど強く、姿勢制御用制御電圧の働きを弱めてジャイロロータの浮上を妨げようとする。このため、変位検出用検出信号(Vp,i1〜i12,r1〜r6)の適正レベルを確保するために変位検出用印加信号(f1〜f12,V0)の振幅電圧を増やす努力が、浮上後の定常状態は別として、浮上前の初期起動時についてみれば、裏目に出ることすらありうる。
In addition, the displacement detection signal having a high frequency does not affect the motion of the
そこで、起動時に姿勢制御を行ってジャイロロータの浮上を確認してから回転駆動を行うという起動シーケンスの採用を前提としながらも、その欠点を克服して浮上能力を向上させるよう、起動時の変位検出手法や起動シーケンスに工夫を凝らすことが技術的な課題となる。
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ロータを擦らずとも高率で浮上させる静電浮上型ジャイロ装置を実現することを目的とする。
Therefore, while assuming the use of a startup sequence in which the attitude control is performed at startup to confirm the floating of the gyro rotor and then the rotation is driven, the displacement at startup is improved to overcome the drawbacks and improve the flying capability. Devising ingenuity in detection methods and activation sequences is a technical issue.
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to realize an electrostatic levitation type gyro apparatus that floats at a high rate without rubbing the rotor.
本発明の静電浮上型ジャイロ装置は(解決手段1)、このような課題を解決するために創案されたものであり、出願当初の請求項1に記載の如く、ジャイロロータを静電浮上可能かつ回転可能に内蔵するジャイロケースと、これに形成されている複数の電極のうち静電支持用電極および回転駆動用電極に前記ジャイロロータの姿勢制御用および回転駆動用の制御電圧をそれぞれ生成して印加する制御回路と、前記複数電極のうち前記制御電圧の印加されない変位検出用電極を介して前記ジャイロロータと前記ジャイロケースとの相対変位検出用信号の送受を行う信号検出回路とを備えた静電浮上型ジャイロ装置において、起動時に姿勢制御を行って前記ジャイロロータの浮上を確認してから回転駆動を行う起動制御手段と、前記相対変位検出用信号の印加側および検出側それぞれに配された利得可変部と、前記起動制御手段による浮上確認の最中に前記利得可変部の印加側利得は漸増させ検出側利得は漸減させる利得可変制御回路とを具えたものである。 The electrostatic levitation type gyro apparatus of the present invention (Solution 1) has been devised to solve such a problem, and as described in claim 1 at the beginning of the application, the gyro rotor can be electrostatically levitated. In addition, a gyro case built rotatably and a control voltage for controlling the attitude and rotation of the gyro rotor are respectively generated on the electrostatic support electrode and the rotation drive electrode among the plurality of electrodes formed on the gyro case. And a signal detection circuit that transmits and receives a relative displacement detection signal between the gyro rotor and the gyro case via a displacement detection electrode to which the control voltage is not applied among the plurality of electrodes. In the electrostatic levitation type gyro apparatus, an activation control means for performing rotation control after performing the attitude control at the time of activation to confirm the floating of the gyro rotor, and the relative displacement detection A gain variable section disposed on each of the signal application side and the detection side, and a gain variable control circuit that gradually increases the application-side gain of the gain variable section and gradually decreases the detection-side gain during the confirmation of levitation by the activation control means; It is a thing with.
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置は(解決手段2)、出願当初の請求項2に記載の如く、上記解決手段1の静電浮上型ジャイロ装置であって、前記姿勢制御用制御電圧を又はこれより高い浮上用制御電圧を断続させて前記静電支持用電極に印加する浮上強化手段を設け、前記起動制御手段が前記ジャイロロータの浮上確認の不成立時に前記浮上強化手段を作動させるようにしたものである。
Further, the electrostatic levitation gyro apparatus of the present invention (solution 2) is the electrostatic levitation gyro apparatus of the solution 1, as described in
さらに、本発明の静電浮上型ジャイロ装置は(解決手段3)、出願当初の請求項3に記載の如く、上記解決手段2の静電浮上型ジャイロ装置であって、前記浮上強化手段が、前記姿勢制御用制御電圧または前記浮上用制御電圧とは逆向きに前記ジャイロロータを駆動する沈下用制御電圧を生成してこれも断続させて前記静電支持用電極に印加するようになっている、というものである。
Further, the electrostatic levitation type gyro apparatus of the present invention (solution 3) is the electrostatic levitation type gyro apparatus of the
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置は(解決手段4)、出願当初の請求項4に記載の如く、上記解決手段2,3の静電浮上型ジャイロ装置であって、前記浮上強化手段が、前記姿勢制御用制御電圧または前記浮上用制御電圧と直交または斜交する向きに前記ジャイロロータを駆動する揺動用制御電圧を生成してこれも前記静電支持用電極に印加するようになっている、というものである。
あるいは、出願当初の請求項6に記載の如く、上記解決手段1の静電浮上型ジャイロ装置であって、前記ジャイロロータの転動を惹起する制御電圧を前記静電支持用電極に印加する浮上強化手段を設け、前記起動制御手段が前記ジャイロロータの浮上確認の不成立時に前記浮上強化手段を作動させるようになっている、というものである。
Further, the electrostatic levitation type gyro apparatus of the present invention (solution means 4) is the electrostatic levitation type gyro apparatus of the above solution means 2 and 3, as described in claim 4 at the beginning of the application, wherein the levitation enhancement means. However, a swing control voltage for driving the gyro rotor in a direction orthogonal to or obliquely intersecting with the attitude control control voltage or the levitation control voltage is generated and applied to the electrostatic support electrode. It is that.
Alternatively, as described in
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置は(解決手段5)、出願当初の請求項5に記載の如く、上記解決手段2〜4の静電浮上型ジャイロ装置であって、前記浮上強化手段が断続周期を変化させるようになっている、というものである。
The electrostatic levitation type gyro apparatus of the present invention (Solution means 5) is the electrostatic levitation type gyro apparatus of the above solution means 2 to 4, as described in
このような本発明の静電浮上型ジャイロ装置にあっては(解決手段1)、起動時に起動制御手段が作動し、これによって先ず姿勢制御が行われ、この姿勢制御によってジャイロロータの浮上したことが信号検出に基づいて確認されると、その後からジャイロロータの回転駆動が行われる。そのため、初期起動時にジャイロロータがジャイロケースに接触しているような状態では決して回転駆動が行われないので、ジャイロロータの接触支持面が擦れるおそれが無い。 In such an electrostatic levitation type gyro apparatus of the present invention (Solution 1), the activation control means is activated at the time of activation, whereby the attitude control is first performed, and the gyro rotor is floated by this attitude control. Is confirmed based on the signal detection, the rotational drive of the gyro rotor is performed thereafter. Therefore, in a state where the gyro rotor is in contact with the gyro case at the time of initial start-up, the rotational drive is never performed, so there is no possibility that the contact support surface of the gyro rotor is rubbed.
また、そのような初期起動時にはロータの浮上が確認されるまでの間に、利得可変部と利得可変制御回路とによって、相対変位検出用信号に関し、印加側では、利得(ゲイン,信号増幅率)が微小レベルから定常レベルへ漸増させられる。一方、検出側では、利得が大レベルから定常レベルへ漸減させられる。
印加側利得が小さいと、変位検出用印加信号(f1〜f12,V0)も小さくて、ジャイロロータの片寄りに起因する浮上阻止の力も弱くなるので、姿勢制御による浮上力が減殺されることなく十分に機能することとなる。
Further, at the time of such initial start-up, the gain (gain, signal amplification factor) on the application side is related to the relative displacement detection signal by the gain variable section and the variable gain control circuit until the rotor floating is confirmed. Is gradually increased from a minute level to a steady level. On the other hand, on the detection side, the gain is gradually reduced from a large level to a steady level.
If the application-side gain is small, the displacement detection application signals (f1 to f12, V0) are also small and the levitation-preventing force due to the offset of the gyro rotor is weakened, so that the levitation force due to attitude control is not diminished. It will work well.
一方、変位検出用印加信号を小さくしただけでは変位検出用検出信号(Vp,i1〜i12,r1〜r6)も小さくなって変位検出演算等に不都合を生じるが、本発明の信号検出回路の場合、印加側利得の小さい間は、検出側利得が大きくなっていて、それらが相殺しあうので、変位検出用検出信号が適切なレベルで得られることとなる。また、変位検出用印加信号が小さいとS/N(信号/雑音)比が低下するが、そのような状態は初期の一時だけであり、浮上の確認されるまでには漸増・漸減を終えて定常状態になるので、浮上後の姿勢制御や回転駆動に不都合はない。
したがって、この発明によれば、ロータを擦らずとも高率で浮上させる静電浮上型ジャイロ装置を実現することができる。
On the other hand, the displacement detection detection signals (Vp, i1 to i12, r1 to r6) are also reduced simply by reducing the displacement detection application signal, which causes inconvenience in the displacement detection calculation, etc. In the case of the signal detection circuit of the present invention. While the gain on the applied side is small, the gain on the detection side is large and they cancel each other, so that the detection signal for displacement detection can be obtained at an appropriate level. In addition, if the applied signal for displacement detection is small, the S / N (signal / noise) ratio is lowered, but such a state is only in the initial stage, and gradually increases / decreases until the rising is confirmed. Since it is in a steady state, there is no inconvenience in attitude control and rotational driving after ascent.
Therefore, according to the present invention, it is possible to realize an electrostatic levitation type gyro apparatus that floats at a high rate without rubbing the rotor.
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置にあっては(解決手段2)、浮上確認の最中における上述の浮上強化に加えて、浮上失敗時には、別の浮上強化がなされる。すなわち、ジャイロロータの浮上確認の不成立時には、起動制御手段によって浮上強化手段が作動させられ、これによって、姿勢制御用制御電圧か又はこれより高められた浮上用制御電圧が、断続させさられるとともに、静電支持用電極に印加される。このような静電支持用電極への断続印加により、パルス状の回転駆動が無くても、ジャイロロータにはそれを浮上させようとする力ばかりか振動させようとする力も働くので、ジャイロロータの浮上を妨げる不所望な力が、摩擦力であれ分子間引力であれ残留静電気の引力であれゴミの付着力であれ何れが原因であろうとも、緩和抑制される。そのため、姿勢制御による浮上力が減殺されることなく十分に機能することとなる。しかも、その状態では未だ回転駆動は行われないので、ジャイロロータの接触支持面が擦れるおそれは無い。したがって、この発明によれば、ロータを擦らずとも更に高率で浮上させる静電浮上型ジャイロ装置を実現することができる。 Further, in the electrostatic levitation type gyro apparatus of the present invention (solution 2), in addition to the above-described levitation enhancement during the confirmation of levitation, another levitation enhancement is performed at the time of levitation failure. That is, when the confirmation of the floating of the gyro rotor is not established, the levitation enhancing means is activated by the activation control means, whereby the attitude control control voltage or the levitation control voltage higher than this is intermittently interrupted, Applied to the electrostatic support electrode. By such intermittent application to the electrostatic support electrode, even if there is no pulse-like rotational drive, not only the force to lift the gyro rotor but also the force to vibrate it works. Regardless of whether the undesired force that prevents levitation is caused by frictional force, intermolecular attractive force, residual electrostatic attractive force, or dust adhesion, it is suppressed. Therefore, the levitation force by the posture control functions sufficiently without being reduced. In addition, since the rotational drive is not yet performed in this state, there is no possibility of rubbing the contact support surface of the gyro rotor. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize an electrostatic levitation type gyro apparatus that floats at a higher rate without rubbing the rotor.
さらに、本発明の静電浮上型ジャイロ装置にあっては(解決手段3)、浮上力が静電引力に依拠する場合、通常の姿勢制御であれば、沈下状態にある間は、接触支持側の静電支持用電極に有効な制御電圧は印加されないが、この解決手段3の静電浮上型ジャイロ装置にあっては、ジャイロロータの浮上確認の不成立時に、姿勢制御用制御電圧か浮上用制御電圧が離隔側の静電支持用電極に断続印加させさられるとともに、接触支持側の静電支持用電極には沈下用制御電圧が断続印加される。この沈下用制御電圧は印加時にジャイロロータを浮上とは逆向きに即ち沈下させる向きに駆動するが、その駆動が振動的なので、非印加時には接触面からの弾撥力に基づいてジャイロロータに反動力が働く。これにより、ジャイロロータに振動を惹起する力が増し、ひいては浮上阻止力が減ることとなる。 Further, in the electrostatic levitation type gyro apparatus of the present invention (solution 3), when the levitation force depends on the electrostatic attraction, if it is normal posture control, the contact support side is in the subsidence state. Although no effective control voltage is applied to the electrostatic support electrode, in the electrostatic levitation type gyro apparatus of the solving means 3, when the confirmation of the levitation of the gyro rotor is not established, either the attitude control control voltage or the levitation control is applied. The voltage is intermittently applied to the electrostatic support electrode on the remote side, and the subsidence control voltage is intermittently applied to the electrostatic support electrode on the contact support side. When applied, the subsidence control voltage drives the gyro rotor in a direction opposite to that of floating, that is, in a direction that causes the gyro rotor to sink, but since the drive is vibrational, when it is not applied, the gyro rotor reacts against the gyro rotor based on the elastic force from the contact surface. Power works. As a result, the force that induces vibration in the gyro rotor increases, and as a result, the levitation prevention force decreases.
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置にあっては(解決手段4)、浮上確認の不成立時に、回転駆動用電極でなく静電支持用電極への制御電圧印加によってジャイロロータの揺動・転動が惹起される。
揺動・転動状態では、回転動作と異なり、擦れを生じる沈下側・接触支持側の面方向移動が回避・抑制されるとともに、揺動・転動の源泉力が、梃子使用時のように接触部位を支点や作用点として向きを変えて、浮上方向にも働く。
このように姿勢制御の浮上力だけでなくそれとは異質の浮上力も加わることにより、浮上のメカニズムが多様化するとともに浮上の機会も増加するので、回転駆動が加わらなくても、ジャイロロータは高い確率で浮上することとなる。
In the electrostatic levitation type gyro apparatus of the present invention (solution 4), when the confirmation of levitation is not established, the gyro rotor is swung by applying a control voltage to the electrostatic support electrode instead of the rotation drive electrode. Rolling is triggered.
In the swinging / rolling state, unlike the rotating operation, the movement in the surface direction on the sinking side / contact support side that causes rubbing is avoided / suppressed, and the source force of the swinging / rolling is the same as when using an insulator. It changes the direction of contact as a fulcrum or action point and works in the flying direction.
In this way, not only the levitation force of attitude control but also the levitation force different from that is added, so the levitation mechanism is diversified and the chance of levitation increases, so even if there is no rotational drive, the gyro rotor has a high probability Will surface.
また、本発明の静電浮上型ジャイロ装置にあっては(解決手段5)、振動を利用する場合には振動周期を固有振動数に合わせると効果が増すが、固有振動数には製造時の寸法差等に起因する個体毎のばらつきが有る他、ジャイロロータの浮上を妨げる原因が多岐に亘り、それらや接触状態などが固有振動数に影響するため、最適な振動周期は或る程度推測できても確定しきれるものではない。これに対し、この解決手段4の静電浮上型ジャイロ装置にあっては、断続周期が変化するので、ジャイロロータに惹起される振動周期が何れかのタイミングで最適な状態になることが期待される。
これにより、ジャイロロータに惹起される振動が増強され、ひいては浮上阻止力が減ることとなる。
Further, in the electrostatic levitation type gyro apparatus of the present invention (solution 5), when using vibration, the effect is increased by adjusting the vibration period to the natural frequency. In addition to individual variations due to dimensional differences, etc., there are various causes that prevent the gyro rotor from rising, and because these and contact conditions affect the natural frequency, the optimal vibration period can be estimated to some extent. But it cannot be confirmed. On the other hand, in the electrostatic levitation type gyro apparatus of the solving means 4, since the intermittent period changes, it is expected that the vibration period induced in the gyro rotor will be in an optimal state at any timing. The
As a result, the vibration induced in the gyro rotor is enhanced, and consequently the levitation preventing force is reduced.
このような解決手段で達成された本発明の静電浮上型ジャイロ装置について、これを実施するための形態を幾つか説明する。 Several forms for implementing the electrostatic levitation type gyro apparatus of the present invention achieved by such a solution will be described.
本発明の実施形態1は、上述した解決手段の静電浮上型ジャイロ装置であって、変位検出用信号の流れを従来と逆転させた信号検出回路に新たな構成を採用したものである。
すなわち、ジャイロロータを静電浮上可能かつ回転可能に内蔵するジャイロケースと、これに形成されている複数の電極のうち静電支持用電極および回転駆動用電極に前記ジャイロロータの姿勢制御用および回転駆動用の制御電圧をそれぞれ生成して印加する制御回路と、前記ジャイロロータと前記ジャイロケースとの相対変位を検出するための変位検出用印加信号を前記複数電極のうちの一部に印加する印加信号供給回路と、前記複数電極のうち前記制御電圧の印加されない変位検出用電極を経由したところで前記変位検出用印加信号に係る信号成分を検出して変位検出用検出信号を生成しこれを前記制御回路に送出する検出信号生成回路と、前記制御回路に複数設けられ前記制御電圧のうち少なくとも姿勢制御用のものに関しては互いに逆相の対となるものを生成して前記複数電極のうち隣り合うものに振り分けて印加する出力段回路とを備えた静電浮上型ジャイロ装置において、前記印加信号供給回路が、前記変位検出用印加信号を前記変位検出用電極に印加するものであり、前記検出信号生成回路が、前記出力段回路それぞれの出力側に付設された複数の同相検出回路を具有しており、前記同相検出回路は、それぞれ、付設先の出力段回路の出力であって逆相関係の対から同相成分を抽出することにより前記変位検出用印加信号に係る信号成分の検出を行うようになっている、というものである。
The first embodiment of the present invention is an electrostatic levitation type gyro apparatus as the above-described solution, and adopts a new configuration in a signal detection circuit in which the flow of a displacement detection signal is reversed from that of the conventional one.
That is, a gyro case in which the gyro rotor is electrostatically levitated and rotatably incorporated, and among the plurality of electrodes formed on the gyro rotor, the electrostatic support electrode and the rotation drive electrode are used for attitude control and rotation of the gyro rotor. A control circuit that generates and applies a control voltage for driving, and an application that applies a displacement detection application signal for detecting a relative displacement between the gyro rotor and the gyro case to a part of the plurality of electrodes. A signal component related to the displacement detection application signal is detected after passing through a signal supply circuit and a displacement detection electrode to which the control voltage is not applied among the plurality of electrodes, and a displacement detection detection signal is generated and the control is performed. A plurality of detection signal generation circuits to be sent to the circuit, and a plurality of the control voltages provided for the control circuit, for at least attitude control. In an electrostatic levitation gyro apparatus including an output stage circuit that generates a pair of phases and distributes and applies to adjacent ones of the plurality of electrodes, the application signal supply circuit includes the displacement detection application A signal is applied to the displacement detection electrode, and the detection signal generation circuit includes a plurality of common-mode detection circuits attached to the output side of each of the output stage circuits, and the common-mode detection circuit includes: Each of them is an output of an output stage circuit at an attachment destination, and a signal component related to the displacement detection application signal is detected by extracting an in-phase component from a pair of opposite-phase relations. .
このような実施形態の静電浮上型ジャイロ装置にあっては、変位検出用信号が、変位検出用電極に印加され、それから、ジャイロロータを経て複数の制御電極に伝達され、それぞれ該当する出力段回路の出力側に到達する。そのときの伝達状態・伝達程度には各制御電極の容量変化が反映されているので、変位検出用印加信号に係る信号成分を検出すれば、その検出値に基づいてジャイロロータとジャイロケースとの相対変位を算出することが可能である。 In the electrostatic levitation type gyro apparatus of such an embodiment, the displacement detection signal is applied to the displacement detection electrode, and then transmitted to the plurality of control electrodes via the gyro rotor, and the corresponding output stage. Reach the output side of the circuit. Since the capacitance change of each control electrode is reflected in the transmission state and transmission level at that time, if the signal component related to the displacement detection applied signal is detected, the gyro rotor and the gyro case are detected based on the detected value. Relative displacement can be calculated.
その検出は、隣り合う電極に対し変位検出用印加信号が同相で伝達されてくることに基づいて、同相成分の抽出にて行われる。また、そのような隣り合う制御電極に対して逆相の制御電圧が印加されていることから、同相成分の抽出は、受動素子のような耐電圧も応答性も高くて安い電子部品を用いて具体化しうる。例えば信号同士の加算や分圧といった手法で行うことが可能となる。そして、このような抽出によって、変位検出用検出信号は、制御電圧から分離されて、単独のものとなるので、その後続処理には、もはや制御回路の出力段回路のような高耐圧性能は要求されない。 The detection is performed by extracting the in-phase component based on the fact that the displacement detection application signal is transmitted to the adjacent electrodes in the same phase. In addition, since a reverse-phase control voltage is applied to such adjacent control electrodes, in-phase component extraction is performed using electronic components that have high withstand voltage and high response, such as passive elements. It can be embodied. For example, it can be performed by a method such as addition of signals or partial pressure. As a result of such extraction, the detection signal for displacement detection is separated from the control voltage and becomes a single signal. Therefore, high voltage resistance performance like the output stage circuit of the control circuit is no longer required for the subsequent processing. Not.
このように、変位検出用電極に変位検出用信号を印加して制御電極より制御回路寄りで検出を行うとともに、それに際して、隣り合う制御電極に対し逆相の制御電圧が印加されること及び同相の変位検出用印加信号が伝達されることに基づき、変位検出用印加信号に係る信号成分の検出を同相成分の抽出にて行うようにしたことにより、カレントミラー等を設けて電流検出を行う既述のものとは異なるものであっても、適切に所望の信号を検出することが、可能となる。
したがって、この実施形態によれば、変位検出用信号の流れを従来と逆転させた静電浮上型ジャイロ装置であって新たなものを実現することができる。
In this way, a displacement detection signal is applied to the displacement detection electrode to perform detection nearer to the control circuit than the control electrode, and at that time, an opposite-phase control voltage is applied to the adjacent control electrode and the in-phase is detected. Since the detection of the signal component related to the displacement detection application signal is performed by extracting the in-phase component based on the transmission of the displacement detection application signal, current detection is performed by providing a current mirror or the like. Even if it is different from the above, it is possible to appropriately detect a desired signal.
Therefore, according to this embodiment, it is possible to realize a new electrostatic levitation gyro apparatus in which the flow of the displacement detection signal is reversed from the conventional one.
本発明の実施形態2は、上述した実施形態1の静電浮上型ジャイロ装置であって、前記同相検出回路の各々に、容量素子の直列回路からなり逆相出力(すなわち互いに逆相の出力対)の中点電圧(すなわち両信号の中間の電圧)を検出する中点電圧検出回路と、この中点電圧検出回路と付設先の出力段回路とに介挿して設けられ前記制御電圧の周波数成分の電流は通過させるが前記変位検出用印加信号の周波数成分の電流は通過させない電流制限回路とが、具わっている、というものである。
このような実施形態の静電浮上型ジャイロ装置にあっては、同相検出回路が、中点電圧検出回路と電流制限回路とで具体化され、中点電圧検出回路が、受動素子である容量素子の直列回路で具体化されている。電流制限回路も抵抗などの受動素子で具体化しやすいものであり、この電流制限回路の存在によって、変位検出用印加信号が出力段回路へ逃げることなく中点電圧検出回路に伝達される。
このような同相検出回路は、受動素子で構成されて、耐電圧も応答性も高いうえ安価なものとなっている。
したがって、この実施形態によれば、変位検出用信号の流れを従来と逆転させて検出するに際して制御電圧等の電圧レベルによる制約の緩やかな静電浮上型ジャイロ装置を実現することができる。
In the electrostatic levitation type gyro apparatus according to such an embodiment, the common-mode detection circuit is embodied by a midpoint voltage detection circuit and a current limiting circuit, and the midpoint voltage detection circuit is a passive element. This is embodied in a series circuit. The current limiting circuit is also easily embodied by a passive element such as a resistor. By the presence of this current limiting circuit, the displacement detection application signal is transmitted to the midpoint voltage detection circuit without escaping to the output stage circuit.
Such an in-phase detection circuit is composed of passive elements, and has high withstand voltage and high response and is inexpensive.
Therefore, according to this embodiment, it is possible to realize an electrostatic levitation type gyro apparatus that is less constrained by a voltage level such as a control voltage when detecting the flow of a displacement detection signal in the reverse direction.
このような解決手段や実施形態で達成された本発明の静電浮上型ジャイロ装置について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例1〜実施例7により説明する。図6〜図7に示した実施例1は、上述した解決手段1(当初請求項1)を具現化したものであり、図8〜図9に示した実施例2は、上述した実施形態1も具現化したものであり、図10〜図13に示した実施例3は、上述した実施形態2および解決手段2(当初請求項2)も具現化したものであり、図14に示した実施例4は、上述した解決手段3(当初請求項3)を具現化したものであり、図15〜図16に示した実施例5は、上述した解決手段4の一方(当初請求項4)を具現化したものであり、図17に示した実施例6は、上述した解決手段5(当初請求項5)を具現化したものであり、図18に示した実施例7は、上述した解決手段4の他方(当初請求項6)及び解決手段5(当初請求項5)を具現化したものである。 With respect to the electrostatic levitation type gyro apparatus of the present invention achieved by such a solution and the embodiment, specific modes for carrying out this will be described with reference to the following first to seventh embodiments. The first embodiment shown in FIGS. 6 to 7 embodies the above-described solution 1 (initial claim 1), and the second embodiment shown in FIGS. 8 to 9 is the first embodiment described above. The third embodiment shown in FIGS. 10 to 13 also embodies the above-described second embodiment and solution means 2 (initial claim 2), and the implementation shown in FIG. Example 4 embodies the above-described solving means 3 (initial claim 3), and the fifth embodiment shown in FIGS. 15 to 16 is one of the above-described solving means 4 (initial claim 4). The sixth embodiment shown in FIG. 17 is an embodiment of the above-described solution 5 (initial claim 5), and the embodiment 7 shown in FIG. 18 is the above-described solution. 4, the solution means 5 (initial claim 5) is embodied.
なお、それらの図示に際し、背景の技術の欄における前提の技術の欄や,同じく背景の技術の欄における従来の技術の欄,発明が解決しようとする課題の欄における未公開の先行技術の欄において言及した構成要素と同様の構成要素には同一の符号を付して示したので、また、前提の技術の欄で述べたジャイロ機構部は以下の各実施例でもそのまま利用されるので、重複する再度の説明は割愛し、以下、公知の従来技術や未公開の先行技術との相違点を中心に説明する。
ここでも、明瞭な対比等のため、電子回路部は環状ロータ型ジャイロ対応のものを具体例とする。
It should be noted that in the illustration, the premise technology column in the background technology column, the conventional technology column in the background technology column, and the undisclosed prior art column in the problem to be solved by the invention are also shown. Since the same reference numerals are given to the same constituent elements as those mentioned in the above, the gyro mechanism described in the column of the premise technique is also used as it is in the following embodiments. The description will not be repeated, and the following description will focus on differences from known prior art and undisclosed prior art.
Also here, for the sake of clear contrast and the like, a specific example of the electronic circuit unit corresponding to the annular rotor type gyro is taken.
本発明の静電浮上型ジャイロ装置の実施例1について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図6は、(a)がパッケージの蓋を外したところの平面図、(b)が縦断正面図である。また、図7は、(a)が信号検出回路を含む全体回路図、(b)が変位検出用印加信号の利得変化を示すタイムチャート、(c)が変位検出用検出信号の利得変化を示すタイムチャートである。 A specific configuration of the electrostatic levitation gyro apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 6A is a plan view of the package with the lid removed, and FIG. 6B is a longitudinal front view. 7A is an overall circuit diagram including the signal detection circuit, FIG. 7B is a time chart showing the gain change of the displacement detection applied signal, and FIG. 7C is the gain change of the displacement detection signal. It is a time chart.
この静電浮上型ジャイロ装置(図6,図7参照)が既述の先行特許出願1,2記載例(図1〜図4参照)や従来例(図19〜図22参照)と相違するのは、パッケージング手法に関する改良点(図1→図6)と、信号検出回路に関する改良点(図20→図7)である。 This electrostatic levitation type gyro device (see FIGS. 6 and 7) is different from the previously described examples of the prior patent applications 1 and 2 (see FIGS. 1 to 4) and the conventional example (see FIGS. 19 to 22). These are improvements regarding the packaging method (FIG. 1 → FIG. 6) and improvements regarding the signal detection circuit (FIG. 20 → FIG. 7).
先ずパッケージング手法に関して改良点を説明する。図6に示した静電浮上型ジャイロ装置97は、既述した図1記載のものを改良したものであり、ガラス基板のベース73を割れ難くするために、ベース73が円板形になっている。これに伴って、ピン74も円形状に列設されている。なお、パッケージも、ボックス72にキャップ71を被せる構造のものから、円板状の底板72に丸帽状のキャップ71を被せる構造のものになっている。
First, improvements regarding the packaging method will be described. The electrostatic
また、ピン74がベース73から外周側へ外れて、両者の接合が剛接合でなくなっている。両者の電気的接続はボンディングワイヤ99によって行われ、ベース73をパッケージ底板72から浮かせて支持するための機械的接続は、例えば板バネからなる弾性支持部材98によって行われる。このようにピン74とベース73とに弾性支持部材98を介在させて、ベース73が弾性支持部材のみによって弾性支持されるようにしたことにより、衝撃を吸収する機能が向上する。衝撃が加わったときの問題点としては、ベース73の損傷の他、ロータが電極またはストッパーに衝突してロータの回転が止まると浮上および回転のシーケンスをやり直す必要があるが、そのような問題も回避することができる。
Further, the
次に、信号検出回路に関して相違点を述べると、図7(a)に示した信号検出回路は図2(a)の未公開先行技術でなく図20(a)の従来回路をベースにしたものであるが、図7(a)の信号検出回路が図20(a)のものと相違するのは、相対変位検出用信号のうち印加側の利得可変部としての増幅器60aが変位検出用印加信号f1〜f12それぞれの信号ラインに介挿された点と、相対変位検出用信号のうち検出側の利得可変部としての増幅器60bが変位検出用検出信号Vpの信号ラインに介挿された点と、起動シーケンス中で浮上を確認している最中に増幅器60aの利得すなわち印加側利得Gaは漸増させ増幅器60bの利得すなわち検出側利得Gbは漸減させる利得可変制御を行う利得制御回路60が追加された点である。なお、起動シーケンスには図5の未公開先行技術(起動制御手段)が採用されており、初期起動時には、姿勢制御を行って(ステップS21)、ジャイロロータの浮上を確認してから(ステップS22,S15)、回転駆動を行うようになっている(ステップS23)。
Next, regarding the signal detection circuit, the signal detection circuit shown in FIG. 7 (a) is based on the conventional circuit of FIG. 20 (a) instead of the undisclosed prior art of FIG. 2 (a). However, the difference between the signal detection circuit of FIG. 7A and that of FIG. 20A is that the
利得制御回路60による印加側利得Ga,検出側利得Gbの可変制御を可能とするために、増幅器60a,60bには増幅率(利得)可変のものが採用されている。増幅率可変の増幅器は、市販の個別ICを用いたものでも良く、LSIデザインシステムのライブラリ等を利用してIC77,78(集積回路)に組み込んだものでも良く、例えば公知の構成例を述べると、オペレーショナルアンプ(演算増幅器)の信号入力部と帰還部に抵抗を配した反転増幅器または非反転増幅器を基本にして、入力抵抗および帰還抵抗の何れか一方または双方に可変抵抗を採用し、その抵抗値を利得制御回路60の制御に応じて変化させるようにしたものである。
In order to enable variable control of the application-side gain Ga and the detection-side gain Gb by the
増幅器60aは、変位検出用印加信号f1〜f12が姿勢制御用制御電圧V1〜V12に重畳される両信号ラインの接続点(又は波形合成回路)よりも上流側のところ即ち印加信号発生回路側・印加信号供給回路側のところで、変位検出用印加信号f1〜f12の信号ラインそれぞれに介挿されている。
増幅器60bは、変位検出用検出信号Vpがロータ制御回路52や制御演算回路53に入力されるところよりも上流側のところ即ち電流検出回路51側のところで、変位検出用検出信号Vpの信号ラインに介挿されている。
The
The
利得制御回路60は、起動シーケンスにおいて(図5(a)参照)、姿勢制御の開始時(ステップS21)を時刻t0とし、ジャイロロータ10の浮上確認に費す時間の経過時(ステップS15)を時刻t1としたとき、時刻t0から時刻t1に掛けて印加側利得Gaを「0」から「1」までほぼ直線的に漸増させ、その間にジャイロロータ10が浮上したら(ステップS22→S23)時刻t1以降は印加側利得Gaを「1」に固定するようになっている(図7(b)参照)。なお、浮上確認の不成立時には(図5(a)ステップS15→S16)印加側利得Gaを「0」にするようになっている。
In the start-up sequence (see FIG. 5A), the
また、検出側利得Gbについては、印加側利得Gaと検出側利得Gbとを掛け合わせた利得によって決まる変位検出用信号の総合利得を適正値「1」に維持するため、検出側利得Gbを印加側利得Gaの逆数にするようになっている(図7(c)参照)。もっとも、検出側利得Gbが過大になって変位検出ひいては姿勢制御による浮上動作が不所望に不安定化するのを防止するために、検出側利得Gbは或る程度(図7(c)では「10」)を超えては大きくならないようになっている(図7(c)の時刻t0直後部分を参照)。 As for the detection side gain Gb, the detection side gain Gb is applied in order to maintain the total gain of the displacement detection signal determined by the gain obtained by multiplying the application side gain Ga and the detection side gain Gb at an appropriate value “1”. The reciprocal of the side gain Ga is set (see FIG. 7C). However, in order to prevent the detection-side gain Gb from becoming excessively large and the displacement detection and consequently the flying operation by the attitude control from being undesirably destabilized, the detection-side gain Gb has a certain level (in FIG. 10 ") is not increased (see the portion immediately after time t0 in FIG. 7C).
この実施例1の静電浮上型ジャイロ装置について、特に信号検出回路について、その使用態様及び動作を説明する。ここでも既述したもの(図20,図22,図5)との相違点を述べるが、相違点は、起動シーケンスにおける浮上確認の最中(図5(a)のステップS22,S15、図5(b)〜(e)及び図22(c)〜(f)における時刻t1〜t2と時刻t3〜t4と時刻t5〜t6)に、変位検出用印加信号f1〜f12に係る印加側利得Gaが「0」から「1」へ漸増し、変位検出用検出信号Vpに係る検出側利得Gbが「10」から「1」へ漸減することである。 The use mode and operation of the electrostatic levitation type gyro apparatus according to the first embodiment, particularly the signal detection circuit, will be described. Here, the difference from the above-described one (FIGS. 20, 22, and 5) will be described. The difference is in the midst of the confirmation of ascent in the startup sequence (steps S22 and S15 in FIG. 5A, FIG. 5). At times t1 to t2, times t3 to t4, and times t5 to t6 in (b) to (e) and FIGS. 22C to 22F, the application-side gain Ga related to the displacement detection application signals f1 to f12 is That is, “0” is gradually increased from “1”, and the detection-side gain Gb related to the displacement detection detection signal Vp is gradually decreased from “10” to “1”.
このように、ジャイロロータ10を浮上させる初期起動時には、印加側利得Gaが定常値「1」より小さいので、それに対応して変位検出用印加信号f1〜f12も小さくなる。そして、起動開始直後(時刻t1〜t2)や,起動再開後(時刻t3〜t4,t5〜t6)は、ジャイロケース20内でジャイロロータ10が下方へ片寄っていて中立位置から大きく離れていても、ジャイロケース20とジャイロロータ10との電極間に片寄りを強めるような静電力のうち変位検出用信号によるものは、小さく抑えられる。
そのため、ジャイロロータの片寄りに起因する不所望な浮上阻止の力が弱くなるので、起動時にジャイロロータ浮上まで回転駆動を見合わせても、姿勢制御による浮上力が減殺されることなく十分に働いて、ジャイロロータ10が浮上しやすくなる。
In this way, at the initial start-up time when the
As a result, the force to prevent undesired levitation caused by the gyro rotor being offset becomes weaker, so even if the rotational drive is suspended until the gyro rotor levitates at startup, the levitation force due to attitude control will work sufficiently without being reduced. The
また、印加側利得Gaが「1」より小さいときには、検出側利得Gbが「1」より大きくなって、変位検出用信号の総合利得(全増幅率)が概ね定常値「1」に保たれることから、変位検出用検出信号Vpは制御演算回路53での変位検出演算等に適合した適切なレベルを維持するので、ジャイロロータ10の片寄りを無くすような姿勢制御が行われて、ジャイロロータ10が速やかに浮上する。ジャイロロータ10の浮上が確認されたら、起動シーケンスが浮上シーケンスから回転シーケンスに移行し、所定の回転速度に達した後は(時刻t6〜)、定常状態での姿勢制御および回転駆動が行われるとともに、加速度演算等の応用演算も行われることは、既述した通りであり、その状態では、印加側利得Gaも検出側利得Gbも定常値「1」に保たれる。
Further, when the application-side gain Ga is smaller than “1”, the detection-side gain Gb is larger than “1”, and the total gain (total amplification factor) of the displacement detection signal is substantially maintained at the steady value “1”. Therefore, since the detection signal Vp for displacement detection maintains an appropriate level suitable for the displacement detection calculation in the
本発明の静電浮上型ジャイロ装置の実施例2について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図8は、(a)が、信号検出回路を含む全体回路図、(b)が変位検出用印加信号の発生回路、(c)が検出信号生成回路である。また、図9は、(a)が制御電圧印加部分の詳細図、(b)〜(f)は何れも信号波形例である。 A specific configuration of the electrostatic levitation gyro apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 8A is an overall circuit diagram including a signal detection circuit, FIG. 8B is a displacement detection application signal generation circuit, and FIG. 8C is a detection signal generation circuit. FIG. 9A is a detailed view of a control voltage application portion, and FIGS. 9B to 9F are signal waveform examples.
この静電浮上型ジャイロ装置が既述の先行特許出願1,2記載例と相違するのは、信号検出回路に関する改良点(図2→図8)である。
この信号検出回路も上述の実施例1と同じく起動時に変位検出用信号の利得を漸増および漸減させるようにしたものであるが、実施例1と異なりベース(前提回路)が図20の従来回路でなく図2の未公開先行技術になっている。
そのため、利得制御回路60は実施例1と同じであるが、増幅器60a,60bは介挿箇所と個数が相違している。
This electrostatic levitation type gyro device is different from the above-described examples of the
Similarly to the first embodiment, this signal detection circuit is configured to gradually increase and decrease the gain of the displacement detection signal at the time of startup. However, unlike the first embodiment, the base (premise circuit) is the conventional circuit of FIG. It is not yet disclosed prior art in FIG.
Therefore, the
すなわち、印加側利得Gaを可変する増幅器60aは、印加信号発生回路61の出力ラインに介挿されて、変位検出用印加電圧信号V0を浮上シーケンス中は微小レベル(増幅率「0」)から定常レベル(増幅率「1」)へ漸増させるようになっている。
また、検出側利得Gbを可変する増幅器60bは、多数の電流検出回路64それぞれの出力ラインに介挿されて、変位検出用検出電流i1〜i12を浮上シーケンス中は大レベル(増幅率「10」)から定常レベル(増幅率「1」)へ漸減させるようになっている。
That is, the
An
この場合も(図9参照)、既述したもの(図2,図4,図5)との相違点は、起動シーケンスにおける浮上確認の最中(図5(a)のステップS22,S15、図5(b)〜(e)及び図22(c)〜(f)における時刻t1〜t2と時刻t3〜t4と時刻t5〜t6)に、変位検出用印加電圧信号V0及び変位検出用印加電流i0に係る印加側利得Gaが「0」から「1」へ漸増し、変位検出用検出電流i1〜i12に係る検出側利得Gbが「10」から「1」へ漸減することである。 Also in this case (see FIG. 9), the difference from the above-described one (FIGS. 2, 4 and 5) is that during the ascent check in the activation sequence (steps S22 and S15 in FIG. 5A, FIG. At time t1 to t2, time t3 to t4 and time t5 to t6 in FIGS. 5 (b) to (e) and FIGS. 22 (c) to 22 (f), the displacement detection applied voltage signal V0 and the displacement detection applied current i0. The application-side gain Ga according to the above increases gradually from “0” to “1”, and the detection-side gain Gb related to the displacement detection detection currents i1 to i12 gradually decreases from “10” to “1”.
このように、ジャイロロータ10を浮上させる初期起動時には、印加側利得Gaが定常値「1」より小さいので、それに対応して変位検出用印加電圧信号V0及び変位検出用印加電流i0も小さくなる(図9(c),(d)の実線波形を参照、なお破線波形は利得固定の対比例)。そのため、この場合も、ジャイロロータの片寄りに起因する不所望な浮上阻止の力が弱くなるので、起動時にジャイロロータ浮上まで回転駆動を見合わせても、姿勢制御による浮上力が減殺されることなく十分に働いて、ジャイロロータ10が浮上しやすくなる。
In this way, at the initial start-up time when the
さらに、やはり変位検出用信号の総合利得(全増幅率)が概ね定常値「1」に保たれるよう、印加側利得Gaが「1」より小さいときには、検出側利得Gbが「1」より大きくなるので、変位検出用検出電流i1〜i12は制御演算回路63での変位検出演算等に適合した適切なレベルを維持する(図9(e)の実線波形を参照、なお破線波形は利得Ga可変で利得Gb固定の対比例)。ジャイロロータ10の浮上が確認されたら、実施例1で述べたのと同様、印加側利得Gaも検出側利得Gbも定常値「1」に保たれる。
Further, when the application side gain Ga is smaller than “1”, the detection side gain Gb is larger than “1” so that the total gain (total amplification factor) of the displacement detection signal is generally maintained at the steady value “1”. Therefore, the displacement detection detection currents i1 to i12 are maintained at an appropriate level suitable for the displacement detection calculation or the like in the control calculation circuit 63 (refer to the solid line waveform in FIG. 9E, and the broken line waveform is variable in gain Ga). In contrast, the gain Gb is fixed. When the flying of the
本発明の静電浮上型ジャイロ装置の実施例3について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図10は、(a)が信号検出回路を含む全体回路図、(b)が変位検出用印加信号の発生回路、(c)が検出信号生成回路である。また、図11(a)は、制御電圧印加部分と検出信号生成回路の詳細図である。さらに、図12は、(a)が起動シーケンスの概要フローチャート、(b)が浮上強化処理の概要フローチャートである。 A specific configuration of the electrostatic levitation gyro apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 10A is an overall circuit diagram including a signal detection circuit, FIG. 10B is a displacement detection application signal generation circuit, and FIG. 10C is a detection signal generation circuit. FIG. 11A is a detailed diagram of the control voltage application portion and the detection signal generation circuit. Further, FIG. 12A is an outline flowchart of the activation sequence, and FIG. 12B is an outline flowchart of the levitation enhancement process.
この静電浮上型ジャイロ装置(図10〜12参照)が既述の先行特許出願1,2記載例(図1〜図5参照)や上述の実施例2(図8〜図9参照)と相違するのは、信号検出回路に関する改良点(図2→図8→図10)と、起動シーケンス(起動制御手段)に関する改良点(図5→図12)である。 This electrostatic levitation type gyro device (see FIGS. 10 to 12) is different from the previously described examples of the prior patent applications 1 and 2 (see FIGS. 1 to 5) and the second embodiment (see FIGS. 8 to 9). What is to be improved is the improvement relating to the signal detection circuit (FIG. 2 → FIG. 8 → FIG. 10) and the improvement relating to the activation sequence (activation control means) (FIG. 5 → FIG. 12).
先ず信号検出回路に関して相違点を述べると、図10,図11に示した信号検出回路が図2〜図4,図8のものと相違するのは、矩形波電流発生用の印加信号発生回路61が矩形波電圧発生用の印加信号発生回路90になった点と、電流検出回路64に代わって同相検出回路91が検出信号生成回路の主要部になった点である。また、それに随伴して、増幅器60aの介挿先が印加信号発生回路90の変位検出用印加電圧信号V0出力ラインになり(図10(b)参照)、増幅器60bの介挿先が同相検出回路91の変位検出用検出信号m1〜m12出力ラインそれぞれになっているが(図10(c)参照)、利得制御回路60や制御演算回路63など(図10(a)参照)他は基本的に同じである。
First, the difference between the signal detection circuits will be described. The signal detection circuits shown in FIGS. 10 and 11 are different from those shown in FIGS. 2 to 4 and 8 in that the applied
印加信号発生回路90は(図10(b)参照)、印加信号発生回路61と同様に周波数がジャイロロータ10の運動に影響しないほど高いという要件を満たせば変位検出用印加信号V0として正弦波の信号を発生するものでも良いが、ここでは、デジタル化に適した矩形波の信号を発生するために、クロックCLKaを増幅器60aで増幅して変位検出用印加電圧信号V0を生成している。この場合も、変位検出用印加電圧信号V0が変位検出用電極38,48に印加されるので、変位検出用印加信号V0の振幅は電源電圧の許す範囲で任意に設定することが許される。
The applied signal generation circuit 90 (see FIG. 10B), like the applied
同相検出回路91は、制御出力回路54毎に設けられ(図10(a)参照)、それぞれ(図10(c)参照)、一つの中点電圧検出回路92と二つの電流制限回路93とからなり、制御出力回路54の出力側に付設されている。
静電支持用電極31に制御電圧V1を印加する制御出力回路54を具体例にして説明すると(図10(c)参照)、既述したように、静電支持用電極31は隣り合う静電支持用電極31aと静電支持用電極31bとからなり、制御電圧V1は互いに逆相の関係にある負電圧V1aと正電圧V1bとの対に分けられて、正電圧V1bは静電支持用電極31bに印加され、負電圧V1aは隣接の静電支持用電極31aに印加されるようになっている。
The common-
The
そして、このことを前提として、同相検出回路91は、付設先の制御出力回路54の逆相出力V1a,V1bから同相成分を抽出することにより変位検出用印加電圧信号V0に係る信号成分m1を検出し、これを増幅器60bで増幅して変位検出用検出信号m1として変位検出用検出電流i1に代えて制御演算回路63に送出するようになっており、そのために、中点電圧検出回路92は、負電圧V1aのラインと正電圧V1bのラインとの双方に架橋の如く接続され、電流制限回路93は、中点電圧検出回路92と制御出力回路54との間で、一つが負電圧V1aのラインに介挿接続され、もう一つが正電圧V1bのラインに介挿接続されている。
On the premise of this, the common-
具体的な回路構成例を挙げると(図11(a)参照)、中点電圧検出回路92は、容量の等しい2個のコンデンサC(容量素子)を直列接続した回路からなり、その直列回路の一端が正電圧V1bのラインに接続され他端が負電圧V1aのラインに接続されコンデンサC同士の接続点から検出信号m1が取り出されてこの信号ラインが増幅器60aを介して制御演算回路63まで延びている。また、電流制限回路93は何れも抵抗Rからなり、負電圧V1a及び正電圧V1bのラインそれぞれに対して制御出力回路54の出力端とコンデンサCの接続点との間で介挿接続されている。繰り返しとなる詳細な説明は割愛するが、静電支持用電極31と対向対をなす静電支持用電極41についても同様に中点電圧検出回路92と電流制限回路93とが付設されて変位検出用検出信号m12が生成されやはり増幅器60bを介して制御演算回路63に送出されるようになっている。詳細図は割愛したが、他の制御電極32〜36,42〜46についても同様である。
As a specific circuit configuration example (see FIG. 11A), the midpoint
さらに構成に関して起動シーケンスの改良点を述べると、図12にフローチャートを示した起動シーケンスが図5のものと相違するのは、浮上失敗時に姿勢制御を停止してからリトライ(再試行)のため所定時間の経過を待っていたタイミングで(ステップS17)単に待つのでなく浮上強化処理(浮上強化手段)を実行ようになったことである(ステップS30)。
すなわち(ステップS31〜S32)、ジャイロロータの浮上確認の不成立時には、姿勢制御用制御電圧を可能なら倍加して浮上用制御電圧を生成し、これを断続させながら静電支持用電極に印加するようになっている。
When the improvement of the activation sequence is further described with respect to the configuration, the activation sequence shown in the flowchart in FIG. 12 is different from that in FIG. This means that instead of simply waiting at the timing of waiting for the passage of time (step S17), the levitation enhancement processing (levitation enhancement means) is executed (step S30).
That is, (steps S31 to S32), when the confirmation of the floating of the gyro rotor is not established, the control voltage for attitude control is doubled if possible to generate the control voltage for floating, and this is intermittently applied to the electrostatic support electrode. It has become.
既述部分も含めて詳述すると、この起動シーケンスでは(図12参照)、作業メモリのクリアなど所定の初期化処理を行ってから(ステップS11)、先ず浮上シーケンスを行うために、姿勢制御を開始する(ステップS21)。これにより、姿勢制御とそれに必要な変位検出は行われるが、回転駆動は行われない。そして、ジャイロロータ10の浮上を確認して肯定的な結果が所定時間内に得られると(ステップS22,S15)すなわちジャイロロータ10の相対位置が所定範囲に収まると、回転シーケンスに移行する。そして、回転駆動も開始して(ステップS23)、加速に要する所定時間の経過を待ち(ステップS24)、それからジャイロロータ10の回転速度が所定速度に達したのを確認して(ステップS25)、応用演算が開始される(ステップS14)。これが正常起動である。
In detail, including the above-described part, in this activation sequence (see FIG. 12), after performing a predetermined initialization process such as clearing the working memory (step S11), first, attitude control is performed to perform the ascent sequence. Start (step S21). As a result, posture control and displacement detection necessary for it are performed, but rotation driving is not performed. Then, when the rising of the
これに対し、ジャイロロータ10が浮上しないときには次のようにしてリトライが行われる。すなわち、所定時間たとえば5秒ほど待っても浮上の確認が得られないときには(ステップS15)、浮上失敗と判断して浮上制御を中断し(ステップS16)、浮上強化処理を行う(ステップS30)。この浮上強化処理では、変位検出や姿勢制御を完全に止めるのでなく、通常の姿勢制御を変形して特別な浮上制御を行う。具体的には、先ず、演算モードを通常モードから浮上強化モードに切り替える。
On the other hand, when the
浮上強化モードでは、通常の姿勢制御の演算にて算出された姿勢制御電圧V1〜V12を2倍して、そのうち出力可能な最大値を超えるものについては最大値に直して、これらを浮上用制御電圧とするようになる(ステップS31)。それから、それらの浮上用制御電圧を通常の姿勢制御電圧V1〜V12に代えてそれぞれ該当する静電支持用電極31〜36,41〜46に印加するのであるが、その際、所定周期で断続しながら印加する(ステップS32)。そして、この断続印加を所定時間たとえば5秒間ほど継続してから浮上強化処理を終え(ステップS33)、その後、通常の姿勢制御を再開するようになっている(ステップS21)。
In the levitation enhancement mode, the attitude control voltages V1 to V12 calculated by the normal attitude control calculation are doubled, and those exceeding the maximum outputable value are corrected to the maximum value, and these are controlled for levitation. The voltage is set (step S31). Then, these levitation control voltages are applied to the corresponding
また、回転シーケンスから浮上シーケンスに戻ってリトライが行われることもある。すなわち、回転シーケンスにおいて、回転速度が足りないときには再び加速時間の経過を待つようになっている(ステップS25→S26→S24)。その際、念のため浮上確認も行って(ステップS26)、浮上状態が損なわれているときには浮上シーケンスのリトライに戻るようにもなっている(ステップS26→S16)。
なお、この場合も、起動シーケンスにおける浮上確認の最中(図12(a)のステップS22)、利得制御回路60によって、変位検出用印加電圧信号V0及び変位検出用印加電流i0に係る印加側利得Gaが「0」から「1」へ漸増し、変位検出用検出信号m1〜m12に係る検出側利得Gbが「10」から「1」へ漸減するようになっている。
In addition, a retry may be performed by returning from the rotation sequence to the ascending sequence. That is, in the rotation sequence, when the rotation speed is insufficient, the acceleration time is again waited (steps S25 → S26 → S24). At that time, ascentment is also confirmed (step S26), and when the ascent state is impaired, the ascending sequence is retried (step S26 → S16).
Also in this case, during the ascent check in the startup sequence (step S22 in FIG. 12A), the
この実施例3の静電浮上型ジャイロ装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図11(b)〜(e)は何れも信号波形例である。また、図13は、(a)がジャイロ機構部の横断平面図、(b)〜(f)は何れも信号波形例、(g)及び(h)は共にジャイロ機構部の横断平面の要部拡大図である。
先に図11を参照しながら正常起動後の定常状態での動作等を説明し(なお、図11(c)において実線は定常状態での波形を示し破線は起動時の浮上シーケンス中の利得変化を示す)、その後で図13を参照しながら起動時の動作等を説明する。
The use mode and operation of the electrostatic levitation gyro apparatus according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. FIGS. 11B to 11E are signal waveform examples. 13A is a transverse plan view of the gyro mechanism, FIGS. 13B to 13F are signal waveform examples, and FIGS. 13G and 11H are main parts of the transverse plane of the gyro mechanism. It is an enlarged view.
First, the operation in a steady state after normal startup will be described with reference to FIG. 11 (note that in FIG. 11C, the solid line shows the waveform in the steady state, and the broken line shows the gain change during the levitation sequence at startup) After that, the operation at the time of start-up will be described with reference to FIG.
先ず定常状態での動作等を説明するが(図11(b)〜(e)参照)、ここでも、環状ロータ型の6対の静電支持用電極のうち、電極31について詳述する。
そうすると(図11(b)参照)、静電支持用電極31に印加されるオフセット電圧Vofや、姿勢制御のために算出され変化するX軸制御電圧成分Vxは既述の先行特許出願1,2記載例と同じなので、正電圧V1bのうち制御出力回路54の出力する主成分は+Vof+Vxにされ、負電圧V1aの主成分は−Vof−Vxにされる。、正電圧V12bの主成分は+Vof−Vxにされ、負電圧V12aの主成分は−Vof+Vxにされる。
この逆相の制御電圧V1すなわち負電圧V1a及び正電圧V1bは、やはり、制御出力回路54から静電支持用電極31に送出され、それへ直に変位検出用印加信号V0が重畳されることもなく、変位検出用印加信号V0は静電支持用電極31から制御出力回路54へ逆向きに伝達されて来る。
First, the operation in a steady state will be described (see FIGS. 11B to 11E). Here again, the
Then (see FIG. 11B), the offset voltage Vof applied to the
The negative phase control voltage V1, that is, the negative voltage V1a and the positive voltage V1b are also sent from the
すなわち(図11(c)参照)、印加信号発生回路90によって、電圧波形がデューテイ比50%の矩形波となる変位検出用印加信号V0が発生され、これが変位検出用電極38とジャイロロータ10と静電支持用電極31を順に経て制御電圧V1に重畳する。変位検出用印加電圧信号V0の振幅は、印加信号発生回路90に昇圧回路等を付設すれば、印加信号発生回路61のときと同様、制御出力回路54の電源電圧Vccを超えることも可能であり、従来の変位検出用印加信号f1等に比べて可成り大きい。これに対し(図11(b)参照)、制御電圧V1に重畳する電圧成分は極めて小さいので、正電圧V1bの波形は主成分+Vof+Vxの波形から大きく離れることなくそれに沿い、負電圧V1aは主成分−Vof−Vxに沿い、いずれも主成分とほぼ同様の波形を描く。
That is, (see FIG. 11C), the applied
この変位検出用印加電圧信号V0は、隣り合う静電支持用電極31a,3bに対して同相で伝達されて来るので、その静電支持用電極31を経て制御出力回路54の出力ラインに伝達される際にも、逆相の制御電圧V1a,V1bに同相で重畳する(図11(b)の実線グラフ参照)。この電圧成分をm1とすると、正電圧V1bは+Vof+Vx+m1となり、負電圧V1aは−Vof−Vx+m1となる。そして、中点電圧検出回路92によって、両者の丁度中間の電圧が検出される。この検出信号m1には(図11(d)参照)、制御電圧V1の逆相成分が相殺しあって残らないので、変位検出用印加電圧信号V0に係る同相成分だけが含まれている。その波形は、エッジ等での乱れを無視すれば、クロックCLKaに対応した周波数の矩形波となり、その振幅には、静電支持用電極31とジャイロロータ10との静電容量ひいては両者の相対変位ΔXが的確に反映されている。
Since the applied voltage signal V0 for displacement detection is transmitted in phase to the adjacent
そして(図11(e),(a)参照)、クロックCLKaに同期しているが位相のずれているクロックCLKbのタイミングで、X方向変位ΔXを反映した検出信号m1や,静電支持用電極41側から同様にして得られる検出信号m12が適宜増幅等されてからA/D変換回路65によって量子化され、さらに他の静電支持用電極32〜36,静電支持用電極42〜46についても同様にして変位検出用検出信号が同相検出回路91によって得られA/D変換回路65によって量子化され、それらを取り込んだDSP66によって姿勢制御のための公知の演算が行われる。また、慣性空間に対する角速度や加速度なども算出される。こうして、この場合も、姿勢制御や加速度検出等が適切に遂行される。さらに、変位検出用検出信号r1〜r6についても、図示に際して符号は変えなかったが、やはり電流信号でなく電圧信号で得られ、それが二値化されてDSP67に取り込まれ、それらを取り込んだD67SPによって回転駆動のための公知の演算が行われる。
Then (see FIGS. 11 (e) and 11 (a)), the detection signal m1 reflecting the X-direction displacement ΔX at the timing of the clock CLKb synchronized with the clock CLKa but shifted in phase, and the electrostatic support electrode The detection signal m12 obtained in the same manner from the 41 side is appropriately amplified and then quantized by the A /
なお、コンデンサCの容量や抵抗Rの抵抗値は、静電支持用電極31とジャイロロータ10との静電容量や、制御出力回路54の出力電圧などを考慮して、制御電圧V1の主成分Vof+Vxに含まれる周波数成分の電流は電流制限回路93を良く通過するが(すなわち長い周期で見れば抵抗を無視できるが)、変位検出用印加電圧信号V0の周波数成分の電流は電流制限回路93をほとんど通過しないように(すなわち短い周期で見れば抵抗を無視できないように)選定されている。一例を挙げると、制御電圧V1の逆相成分Vxの周波数がせいぜい数十kHzで、変位検出用印加電圧信号V0の周波数すなわち検出信号m1の基本周波数が1MHzで、静電支持用電極31の静電容量が0.1pF程度のとき、コンデンサCと抵抗Rはそれぞれ20pFと250kΩで良い。
The capacitance of the capacitor C and the resistance value of the resistor R are the main components of the control voltage V1 in consideration of the capacitance between the
これにより、制御電圧V1は、同相検出回路91の有無に拘わらず、静電支持用電極31に対して適切に印加される。また、変位検出用印加電圧信号V0に係る信号成分は、一般に出力インピーダンスの小さい制御出力回路54に吸収されることなく、電流制限回路93によって中点電圧検出回路92へ集中的に伝送される。そのため、検出信号m1が小振幅ながらも確実に検出される。他の変位検出用検出信号についても同様である。
こうして、ロータ姿勢制御が適切に遂行される。同様にして、基本周波数がせいぜい数百Hz程度のロータ回転駆動も、適切に遂行される。
Thus, the control voltage V1 is appropriately applied to the
Thus, the rotor attitude control is appropriately performed. Similarly, rotor rotation driving with a fundamental frequency of at most several hundred Hz is also appropriately performed.
以上の説明より明らかに、この実施例の静電浮上型ジャイロの信号検出回路にあっては、変位検出用印加電圧信号V0を必要に応じて拡大することが可能かつ容易であり、しかも、制御電圧V1,V12等も制御出力回路54の電源電圧Vcc近くまで拡大できるので、例えジャイロ機構部の小形化に伴って複数電極31〜48の容量が小さくなったとしても、十分な信号レベルを確保することができて、変位の検出を適切に果たすことはもちろん、姿勢制御性能の向上にも貢献する。さらに、上述したようなコンデンサCや抵抗Rは、数MHz以上の周波数に対応したものであっても、数十V以上の耐圧性能を兼備したものが、容易に入手できるので、この発明は、電源電圧Vccや制御電圧V1等が数V程度の小形ジャイロ装置はもちろん、それより大きくて電源電圧Vccや制御電圧V1等が十数Vを超えるような静電浮上型ジャイロ装置にも、適用することができる。
As is apparent from the above description, in the signal detection circuit of the electrostatic levitation gyro according to the present embodiment, the displacement detection applied voltage signal V0 can be easily expanded as necessary, and the control is performed. Since the voltages V1, V12, etc. can be expanded to near the power supply voltage Vcc of the
次に、起動時の動作等を詳述する(図13参照)。ここでも明瞭な対比のため、Y軸正方向を上にしてジャイロ機構部を置いた状態でジャイロロータ10が下方の支承片101によって支承されているとする(図13(a)参照)。また、ジャイロロータ10にX軸正方向の静電引力を生じる姿勢制御用制御電圧を正電圧XP+と負電圧XP−とし(これらは上述したV1b,V1aに相当する)、X軸負方向の静電引力を生じる姿勢制御用制御電圧を正電圧XM+と負電圧XM−とし(これらは上述したV12b,V12aに相当する)、Y軸正方向の静電引力を生じる姿勢制御用制御電圧を正電圧YP+と負電圧YP−とし、Y軸負方向の静電引力を生じる姿勢制御用制御電圧を正電圧YM+と負電圧YM−とし、ジャイロロータ10のZ軸周りの回転駆動用制御電圧である三相パルス信号の何れか一つを正電圧RP+とする。
Next, the operation at the time of startup will be described in detail (see FIG. 13). Here, for the sake of clear comparison, it is assumed that the
この場合も、周波数の高い変位検出用印加信号V0,検出信号m1〜m12の成分や不変のオフセット成分を無視すれば、正電圧XP+と負電圧XP−は反転波形となり、正電圧XM+と負電圧XM−も反転波形となり、正電圧YP+と負電圧YP−も反転波形となり、正電圧YM+と負電圧YM−も反転波形となる。
さらに、対比のため、やはり2回の起動失敗の後に正常起動する場合を具体例とする。すなわち(図13(b)参照)、時刻t1で起動を開始し、時刻t2で起動を中断し、時刻t3で起動を再開し、時刻t4で再び中断し、時刻t5で起動再開し、時刻t6で起動に成功し定常状態に入るものとする。
Also in this case, if the components of the displacement detection application signal V0 and the detection signals m1 to m12 having a high frequency and the invariant offset components are ignored, the positive voltage XP + and the negative voltage XP− have inverted waveforms, and the positive voltage XM + and the negative voltage XM− also has an inverted waveform, positive voltage YP + and negative voltage YP− also have inverted waveforms, and positive voltage YM + and negative voltage YM− also have inverted waveforms.
Furthermore, for the sake of comparison, a specific example will be given of a case where normal startup is performed after two startup failures. That is, (see FIG. 13B), the start is started at time t1, the start is interrupted at time t2, the start is restarted at time t3, the start is stopped again at time t4, the start is restarted at time t5, and the time t6 It is assumed that the startup is successful and the steady state is entered.
そうすると、起動開始直後は(時刻t1〜t2)、浮上シーケンスで通常の姿勢制御が実行されるので、ジャイロロータ10の沈下状態を解消するように、浮上力を生む正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力になり(図13(b)参照)、それに反する正電圧YM+と負電圧YM−は最小出力になり(図13(c)参照)、浮上方向や沈下方向と直交方向に働く正電圧XP+と負電圧XP−と正電圧XM+と負電圧XM−は中間出力になる(図13(d),(e)参照)。図示や詳細な説明は割愛するがZ方向やφ,θ方向の制御電圧も適宜な中間の出力になる。浮上シーケンスでは、回転駆動力を生む正電圧RP+は出力されない(図13(f)参照)。
Then, immediately after the start of activation (time t1 to t2), normal posture control is executed in the ascending sequence, so that the positive voltage YP + and the negative voltage YP− that generate levitation force are eliminated so as to eliminate the subsidence state of the
また(図11参照)、起動時の浮上シーケンスでは、変位検出用信号に関して、この場合も、上述した実施例1,2同様、浮上確認の最中に、変位検出用印加電圧信号V0に係る印加側利得Gaが「0」から「1」へ漸増し、変位検出用検出信号m1〜m12に係る検出側利得Gbが「10」から「1」へ漸減する。そして、ジャイロロータ10を浮上させる初期起動時には、印加側利得Gaが定常値より小さいことに対応して変位検出用印加電圧信号V0が小さくなり(図11(c)の破線波形を参照)、それによって、この場合も、ジャイロロータ10が浮上しやすくなる。なお、この場合も、印加側利得Gaが小さいときには検出側利得Gbが大きくなって変位検出用信号の総合利得が概ね定常値「1」に保たれるので、変位検出用検出信号m1〜m12は制御演算回路63での変位検出演算等に適合した適切なレベルを維持する(図11(d)参照)。
In addition, in the ascending sequence at the time of activation, regarding the displacement detection signal, as in the first and second embodiments, the application relating to the displacement detection applied voltage signal V0 is also performed during the ascent confirmation. The side gain Ga gradually increases from “0” to “1”, and the detection side gain Gb related to the detection signals m1 to m12 for displacement detection gradually decreases from “10” to “1”. Then, at the initial start-up time when the
もっとも(図13参照)、上記状態を継続しても、ジャイロロータ10が浮上しないまま所定時間が経過したときには、通常の姿勢制御は中断され、浮上強化処理による特別な浮上制御に移行する。この浮上制御の実行中は(時刻t2〜t3)、各姿勢制御電圧の倍増と断続印加が行われる(図13(b)〜(f)参照)。具体的には、正電圧YP+と負電圧YP−は倍増しても最大出力のまま断続印加され(図13(b)参照)、正電圧YM+と負電圧YM−は倍増してもほぼ最小出力のまま断続印加され(図13(c)参照)、正電圧XP+と負電圧XP−と正電圧XM+と負電圧XM−は倍増にてほぼ最大出力になって断続印加される(図13(d),(e)参照)。Z方向やφ,θ方向の制御電圧も倍増にてほぼ最大出力になって断続印加される。ここでも正電圧RP+は出力されない(図13(f)参照)。
However (see FIG. 13), even if the above state is continued, when a predetermined time elapses without the
そして、所定時間経過して通常の姿勢制御が再開されると(時刻t3〜t4)、再び浮上のため、正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−は最小出力、他の姿勢制御用の正電圧XP+等は中間出力になる。ここでも正電圧RP+は出力されない。変位検出用信号の漸増・漸減も再び行われる。
それでも浮上しないと再び通常の姿勢制御が中断されて(時刻t3〜t4)浮上強化処理が実行される。そして、正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−はほぼ最小出力、他の姿勢制御用の正電圧XP+等はほぼ最大出力で断続印加される。回転駆動用の正電圧RP+は出力されない。
When normal posture control is resumed after a lapse of a predetermined time (time t3 to t4), the positive voltage YP + and the negative voltage YP− are the maximum output, and the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the minimum. The output, the positive voltage XP + for other attitude control, etc. are intermediate outputs. Again, the positive voltage RP + is not output. The gradual increase / decrease of the displacement detection signal is also performed again.
If it still does not rise, the normal posture control is interrupted again (time t3 to t4), and the rising reinforcement process is executed. The positive voltage YP + and the negative voltage YP− are intermittently applied at the maximum output, the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are approximately the minimum output, and the other positive voltage XP + for posture control is approximately the maximum output. The positive voltage RP + for rotation driving is not output.
さらに所定時間経過して通常の姿勢制御が再開され(時刻t5)、またも浮上のため、正電圧YP+と負電圧YP−が最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−が最小出力、他の正電圧XP+等が中間出力になる。正電圧RP+は出力されない。
そして、ジャイロロータ10が浮上すると(時刻t6)、速やかに、浮上力を生む正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力から中間出力になり(図13(b)参照)、それと引き合う正電圧YM+と負電圧YM−も最小出力から中間出力になる(図13(c)参照)。
Further, normal posture control is resumed after a lapse of a predetermined time (time t5), and again, the positive voltage YP + and the negative voltage YP− are the maximum output, the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the minimum output, A positive voltage XP + or the like becomes an intermediate output. The positive voltage RP + is not output.
When the
こうして、ジャイロロータ10のジャイロケース20に対する相対変位が許容される所定範囲に収まり、そのこと即ち浮上したことが変位検出等によって検知確認されると、起動シーケンスが浮上シーケンスから回転シーケンスに移行して、回転駆動力を生む正電圧RP+はパルス出力状態になる(図13(f)参照)。真空中で浮上しているジャイロロータ10は大抵順調に回転を始め更に加速されて所定の回転速度に達する。それ以後は(時刻t6〜)、上述した定常状態での姿勢制御および回転駆動が行われるとともに、加速度演算等の応用演算も行われる。印加側利得Gaも検出側利得Gbも定常値「1」に維持される。
In this way, when the relative displacement of the
こうして、ジャイロロータ10のジャイロケース20に対する相対変位が許容される所定範囲に収まり、そのこと即ち浮上したことが変位検出等によって検知確認されると、起動シーケンスが浮上シーケンスから回転シーケンスに移行して、回転駆動力を生む正電圧RP+はパルス出力状態になる(図13(f)参照)。真空中で浮上しているジャイロロータ10は大抵順調に回転を始め更に加速されて所定の回転速度に達する。それ以後は(時刻t6〜)、上述した定常状態での姿勢制御および回転駆動が行われるとともに、加速度演算等の応用演算も行われる。
In this way, when the relative displacement of the
このように、この実施例の静電浮上型ジャイロ装置にあっては、静電支持用電極と回転駆動用電極との個別制御が可能なことを利用して、起動時に姿勢制御を行ってジャイロロータの浮上を確認してから回転駆動を行うようになったことにより、起動時にジャイロロータ10と支承片101とが擦れるのを回避することができる。そのため、両者の接触部分から擦過片等のゴミが発生するといった不所望な事態を確実に防止することができる。
As described above, in the electrostatic levitation type gyro apparatus of this embodiment, the gyroscope performs the attitude control at the start-up by utilizing the fact that the electrostatic support electrode and the rotation drive electrode can be individually controlled. Since the rotational drive is performed after confirming the floating of the rotor, it is possible to avoid rubbing between the
さらに、通常の姿勢制御だけではジャイロロータ10が浮上しないときには、通常の姿勢制御を変形した特別な姿勢制御を行うようにしたことにより、回転駆動は行わなくても、ジャイロロータ10に微振動を惹起することができる。
すなわち(図13(g),(h)参照)、最大値の正電圧YP+が印加されているときには(図13(g)参照)それによってジャイロロータ10に浮上方向の力が働いて(実線矢印参照)浮上方向へ僅かに動くが、浮上を阻止する逆向きの力を上回らない限り(矢付き長破線を参照)浮上は阻止される。
Further, when the
That is, when the maximum positive voltage YP + is applied (see FIG. 13 (g)) (see FIG. 13 (g), (h)), a floating force is applied to the gyro rotor 10 (solid arrow). (See) Slightly move in the direction of ascent, but as long as the reverse force that prevents ascent is exceeded (see long dashed line with arrows), ascent is prevented.
そして、正電圧YP+の印加が止むと(図13(h)参照)残った浮上阻止力によってジャイロロータ10が沈み込み(矢付き長破線を参照)それで圧縮された支承片101の弾撥力によって浮上方向の反力が生じる(矢付き短破線を参照)。この弾撥力が次の正電圧YP+印加時の浮上力に加勢する。
こうして、ジャイロロータ10に浮上方向・沈下方向の微振動が生じ、単発での浮上力よりも強い浮上力が作用する。しかも、回転駆動は行わないので、回転駆動を伴ったときのような擦れは、発生しない。
Then, when the application of the positive voltage YP + is stopped (see FIG. 13 (h)), the
In this way, fine vibrations in the rising and lowering directions are generated in the
なお、振動による浮上強化の効果が最も高くなるのは、ジャイロロータ10の質量と支承片101のバネ特性とに基づく固有振動数に断続周期を合致させたときであるが、そうでなくても微振動させればそれなりに浮上力が強化されるので、浮上用制御電圧を断続する周波数は、適宜な周波数たとえば500Hzに設定される。
また、断続のディーティ比も適宜設定して良いが、この例では、姿勢制御電圧を2倍して浮上制御電圧を生成していることに対応して、その逆数の1/2になっている。すなわちディーティ比が50%に設定されている。これにより、平均電圧が通常時と同じになるので、浮上強化処理実行中にジャイロロータ10が浮上したとしてもジャイロロータ10が暴走することはない。
It should be noted that the effect of strengthening the levitation by vibration is the highest when the intermittent frequency is matched with the natural frequency based on the mass of the
In addition, the intermittent duty ratio may be set as appropriate, but in this example, corresponding to the fact that the attitude control voltage is doubled to generate the levitation control voltage, it is ½ of the reciprocal thereof. . That is, the duty ratio is set to 50%. As a result, the average voltage becomes the same as that at normal time, so that the
本発明の静電浮上型ジャイロ装置の実施例4について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図14は、(a)が浮上強化処理の概要フローチャート、(b)〜(f)は何れも信号波形例である。
この静電浮上型ジャイロ装置が上述した実施例3のものと相違するのは、浮上強化処理(S30)の内容が次のように改変されたことである。すなわち、浮上用制御電圧とは逆向きにジャイロロータを駆動する沈下用制御電圧を生成してこれも断続させて静電支持用電極に印加するようになっている。
A specific configuration of the electrostatic levitation gyro apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 14, (a) is a schematic flowchart of the levitation enhancement process, and (b) to (f) are all signal waveform examples.
This electrostatic levitation type gyro apparatus is different from that of the third embodiment described above in that the contents of the levitation strengthening process (S30) are modified as follows. That is, a sinking control voltage for driving the gyro rotor is generated in the direction opposite to the flying control voltage, and this is also intermittently applied to the electrostatic support electrode.
具体的には、先ず浮上方向と沈下方向を変位検出に基づいて検知確認し(ステップS41)、演算モードを通常モードから浮上強化モードに切り替える。この浮上強化モードでは、通常の姿勢制御の演算にて算出された姿勢制御電圧V1〜V12のうち浮上方向のものだけ用いる。この例の沈下状態ではY軸正方向YP+,YP−を採用し、それを2倍して、それが出力可能な最大値を超えるときは最大値に直して、これを浮上用制御電圧および沈下用制御電圧とするようになっている(ステップS42)。 Specifically, first, the flying direction and the sinking direction are detected and confirmed based on the displacement detection (step S41), and the calculation mode is switched from the normal mode to the floating enhancement mode. In this levitation enhancement mode, only the attitude control voltages V1 to V12 calculated by normal attitude control calculations are used in the levitation direction. In this subsidence state, the Y-axis positive direction YP +, YP- is adopted, doubled, and when it exceeds the maximum value that can be output, it is corrected to the maximum value, and this is controlled by the control voltage for levitation and the subsidence. Control voltage (step S42).
それから、その浮上用制御電圧を正電圧YP+,負電圧YP−として該当する静電支持用電極に印加し、沈下用制御電圧を正電圧YM+,負電圧YM−として該当する静電支持用電極に印加する(ステップS43)。しかも、その際、何れも所定周期で断続しながら印加するのであるが、互いに逆相で印加する。すなわち、沈下用制御電圧の断続が浮上用制御電圧の断続から半周期ずれて、沈下用制御電圧の印加が浮上用制御電圧の非印加時に行われる。このような逆相での断続印加が所定時間だけ継続されるようになっている(ステップS44)。 Then, the levitation control voltage is applied to the corresponding electrostatic support electrode as a positive voltage YP + and a negative voltage YP-, and the subsidence control voltage is applied to the corresponding electrostatic support electrode as a positive voltage YM + and a negative voltage YM-. Apply (step S43). In addition, in this case, both are applied while being interrupted at a predetermined cycle, but they are applied in opposite phases. In other words, the intermittent control voltage is shifted half a cycle from the intermittent control voltage, and the control voltage is applied when the control voltage is not applied. Such intermittent application in reverse phase is continued for a predetermined time (step S44).
この場合も、起動シーケンスに上記の実施例3のときと同様の条件や仮定を付すと、起動開始直後は(時刻t1〜t2)、浮上シーケンスで通常の姿勢制御が実行されるので、ジャイロロータ10の沈下状態を解消するように、浮上力を生む正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力になり(図14(b)参照)、それに反する正電圧YM+と負電圧YM−は最小出力になり(図14(c)参照)、浮上方向や沈下方向と直交方向に働く正電圧XP+と負電圧XP−と正電圧XM+と負電圧XM−は中間出力になる(図14(d),(e)参照)。Z方向やφ,θ方向の制御電圧も適宜な中間の出力になる。回転駆動力を生む正電圧RP+は出力されない(図14(f)参照)。 In this case as well, if the same conditions and assumptions as in the third embodiment are applied to the startup sequence, normal attitude control is executed in the ascent sequence immediately after the start of startup (time t1 to t2). Thus, the positive voltage YP + and the negative voltage YP− that generate levitation force are maximum outputs (see FIG. 14B), and the opposite positive voltage YM + and negative voltage YM− are minimum outputs. (See FIG. 14C), the positive voltage XP +, the negative voltage XP−, the positive voltage XM +, and the negative voltage XM− acting in the direction perpendicular to the ascending direction and the sinking direction become intermediate outputs (FIGS. 14D and 14D). e)). The control voltages in the Z direction, φ and θ directions are also appropriate intermediate outputs. The positive voltage RP + that generates the rotational driving force is not output (see FIG. 14F).
その状態を継続しても、ジャイロロータ10が浮上しないまま所定時間が経過したときには、通常の姿勢制御は中断され、浮上強化処理による特別な浮上制御に移行する。この浮上制御の実行中は(時刻t2〜t3)、浮上用制御電圧と沈下用制御電圧とが逆相で断続印加される(図14(b)〜(f)参照)。具体的には、正電圧YP+と負電圧YP−は倍増しても最大出力のまま断続印加され(図14(b)参照)、正電圧YM+と負電圧YM−も最大出力であるがこちらは位相を半周期ずらして断続印加される(図14(c)参照)。正電圧XP+と負電圧XP−と正電圧XM+と負電圧XM−は印加されない(図14(d),(e)参照)。Z方向やφ,θ方向の制御電圧も印加されない。正電圧RP+も印加されない(図14(f)参照)。
Even if the state is continued, when a predetermined time has passed without the
そして、所定時間経過して通常の姿勢制御が再開されると(時刻t3〜t4)、再び浮上のため、正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−は最小出力、他の姿勢制御用の正電圧XP+等は中間出力になる。ここでも正電圧RP+は出力されない。
それでも浮上しないと再び通常の姿勢制御が中断されて(時刻t3〜t4)浮上強化処理が実行される。そして、正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力で断続印加され、正電圧YM+と負電圧YM−は最大出力だが逆相で断続印加され、他の姿勢制御用の正電圧XP+等や回転駆動用の正電圧RP+は印加されない。
When normal posture control is resumed after a lapse of a predetermined time (time t3 to t4), the positive voltage YP + and the negative voltage YP− are the maximum output, and the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the minimum. The output, the positive voltage XP + for other attitude control, etc. are intermediate outputs. Again, the positive voltage RP + is not output.
If it still does not rise, the normal posture control is interrupted again (time t3 to t4), and the rising reinforcement process is executed. The positive voltage YP + and the negative voltage YP− are intermittently applied at the maximum output, and the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the maximum output, but are intermittently applied in the reverse phase. No positive voltage RP + is applied.
さらに所定時間経過して通常の姿勢制御が再開され(時刻t5)、浮上のため、正電圧YP+と負電圧YP−が最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−が最小出力、他の正電圧XP+等が中間出力になる。正電圧RP+は出力されない。
そして、ジャイロロータ10が浮上すると(時刻t6)、速やかに、浮上力を生む正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力から中間出力になり(図14(b)参照)、それと引き合う正電圧YM+と負電圧YM−も最小出力から中間出力になる(図14(c)参照)。それから、ジャイロロータ10のジャイロケース20に対する相対変位が許容される所定範囲に収まり、そのこと即ち浮上したことが変位検出等によって検知確認されると、起動シーケンスが浮上シーケンスから回転シーケンスに移行して、回転駆動力を生む正電圧RP+はパルス出力状態になる(図14(f)参照)。
Further, after a predetermined time has elapsed, normal posture control is resumed (time t5), and since rising, positive voltage YP + and negative voltage YP- are maximum output, positive voltage YM + and negative voltage YM- are minimum output, and other positive voltages XP + etc. are intermediate outputs. The positive voltage RP + is not output.
When the
このように、この実施例の静電浮上型ジャイロ装置にあっては、上述した実施例3と同様に回転駆動なしでジャイロロータ10に浮上方向・沈下方向の微振動を生じさせることができるうえ、ジャイロロータ10に浮上方向の静電引力が作用していないときには、沈下方向の静電引力を作用させることにより、浮上阻止力によるジャイロロータ10の沈み込みを増加させ、ひいては支承片101の弾撥力を増強させるので、浮上能力を更に強化することができる。ジャイロロータ10の沈み込みの増加には残留静電気の追加放電も期待できる。
As described above, in the electrostatic levitation gyro apparatus of this embodiment, it is possible to cause fine vibrations in the flying direction and the sinking direction in the
本発明の静電浮上型ジャイロ装置の実施例5について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図15は、(a)が浮上強化処理の概要フローチャート、(b)〜(f)は何れも信号波形例である。また、図16は、ジャイロ機構部の横断平面図である。
この静電浮上型ジャイロ装置が上述した実施例4のものと相違するのは、浮上強化処理(S30)の内容が次のように改変されたことである。すなわち、浮上用制御電圧とは逆向きにジャイロロータを駆動する沈下用制御電圧を生成してこれらを逆相で断続させながら静電支持用電極に印加する点は引き継いでいるが、さらに、浮上用制御電圧や沈下用制御電圧とほぼ直交する向きにジャイロロータを駆動する揺動用制御電圧を生成してこれも静電支持用電極に印加するようになっている。
A specific configuration of the electrostatic levitation gyro apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 15, (a) is a schematic flowchart of the levitation enhancement process, and (b) to (f) are all signal waveform examples. FIG. 16 is a cross-sectional plan view of the gyro mechanism.
This electrostatic levitation type gyro apparatus is different from that of the fourth embodiment described above in that the contents of the levitation strengthening process (S30) are modified as follows. In other words, the control voltage for subsidence that drives the gyro rotor in the opposite direction to the control voltage for levitation is generated and applied to the electrostatic support electrode while intermittently switching them in reverse phase. An oscillation control voltage for driving the gyro rotor is generated in a direction substantially orthogonal to the control voltage for subsidence and the subsidence control voltage, and this is also applied to the electrostatic support electrode.
具体的には、先ず浮上方向と沈下方向を変位検出に基づいて検知確認し(ステップS51)、演算モードを通常モードから浮上強化モードに切り替える。この浮上強化モードでは、通常の姿勢制御の演算にて算出された姿勢制御電圧V1〜V12のうち浮上方向のものとそれに直交するものを用いる。この例の沈下状態では浮上方向のものにY軸正方向YP+,YP−を採用し、それを2倍して、それが出力可能な最大値を超えるときは最大値に直して、これを浮上用制御電圧および沈下用制御電圧とする。さらに、浮上方向と直交するものにX軸正方向XP+,XP−を採用し、それを2倍して、それが出力可能な最大値を超えるときは最大値に直して、これを揺動用制御電圧とするようになっている(ステップS52)。 Specifically, first, the ascending direction and the descending direction are detected and confirmed based on displacement detection (step S51), and the calculation mode is switched from the normal mode to the enhanced levitation mode. In the enhanced levitation mode, the attitude control voltages V1 to V12 calculated by the normal attitude control calculation are those that are perpendicular to the levitation direction. In this example, the Y-axis positive direction YP +, YP- is adopted as the flying direction in the subsidence state, doubled, and when it exceeds the maximum value that can be output, it is corrected to the maximum value, and this is levitated. Control voltage and sinking control voltage. Furthermore, the X-axis positive direction XP +, XP- is adopted as the one orthogonal to the flying direction, and it is doubled, and when it exceeds the maximum value that can be output, it is adjusted to the maximum value and this is controlled for oscillation. The voltage is set (step S52).
それから、その浮上用制御電圧を正電圧YP+,負電圧YP−として該当する静電支持用電極に印加し、沈下用制御電圧を正電圧YM+,負電圧YM−として該当する静電支持用電極に印加し、揺動用制御電圧を正電圧XP+,負電圧XP−として該当する静電支持用電極に印加する(ステップS53)。しかも、その際、何れも所定周期で断続しながら印加するのであるが、浮上用制御電圧と沈下用制御電圧は互いに逆相で印加する。すなわち、沈下用制御電圧の断続が浮上用制御電圧の断続から半周期ずれて、沈下用制御電圧の印加が浮上用制御電圧の非印加時に行われる。このような逆相での断続印加と揺動方向への断続印加が所定時間だけ継続されるようになっている(ステップS54)。 Then, the levitation control voltage is applied to the corresponding electrostatic support electrode as a positive voltage YP + and a negative voltage YP-, and the subsidence control voltage is applied to the corresponding electrostatic support electrode as a positive voltage YM + and a negative voltage YM-. The swing control voltage is applied to the corresponding electrostatic support electrode as a positive voltage XP + and a negative voltage XP− (step S53). In addition, at that time, both are applied while being intermittent at a predetermined cycle, but the control voltage for levitation and the control voltage for subsidence are applied in opposite phases. In other words, the intermittent control voltage is shifted half a cycle from the intermittent control voltage, and the control voltage is applied when the control voltage is not applied. Such intermittent application in the reverse phase and intermittent application in the swing direction are continued for a predetermined time (step S54).
この場合も、上記の実施例4と同様に起動シーケンスに付される条件や仮定を引き継ぐと、起動開始直後は(時刻t1〜t2)、浮上シーケンスで通常の姿勢制御が実行されるので、ジャイロロータ10の沈下状態を解消するように、浮上力を生む正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力になり(図15(b)参照)、それに反する正電圧YM+と負電圧YM−は最小出力になり(図15(c)参照)、浮上方向や沈下方向と直交方向に働く正電圧XP+と負電圧XP−と正電圧XM+と負電圧XM−は中間出力になる(図15(d),(e)参照)。Z方向やφ,θ方向の制御電圧も適宜な中間の出力になる。回転駆動力を生む正電圧RP+は出力されない(図15(f)参照)。
Also in this case, if the conditions and assumptions attached to the startup sequence are inherited as in the fourth embodiment, normal attitude control is executed in the ascent sequence immediately after the start of startup (time t1 to t2). The positive voltage YP + and the negative voltage YP− that generate levitation force are maximum outputs (see FIG. 15B), and the opposite positive voltage YM + and negative voltage YM− are minimum outputs so as to eliminate the subsidence state of the
その状態を継続しても、ジャイロロータ10が浮上しないまま所定時間が経過したときには、通常の姿勢制御は中断され、浮上強化処理による特別な浮上制御に移行する。この浮上制御の実行中は(時刻t2〜t3)、浮上用制御電圧と沈下用制御電圧とが逆相で断続印加されるのに加えて揺動用制御電圧も断続印加される(図15(b)〜(f)参照)。具体的には、正電圧YP+と負電圧YP−は倍増しても最大出力のまま断続印加され(図15(b)参照)、正電圧YM+と負電圧YM−も最大出力であるがこちらは位相を半周期ずらして断続印加される(図15(c)参照)。正電圧XP+と負電圧XP−は倍増してほぼ最大出力が断続印加される(図15(d)参照)。正電圧XM+と負電圧XM−は印加されない(図15(e)参照)。Z方向やφ,θ方向の制御電圧も印加されない。正電圧RP+も印加されない(図15(f)参照)。
Even if the state is continued, when a predetermined time has passed without the
そして、所定時間経過して通常の姿勢制御が再開されると(時刻t3〜t4)、再び浮上のため、正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−は最小出力、他の姿勢制御用の正電圧XP+等は中間出力になる。ここでも正電圧RP+は出力されない。
それでも浮上しないと再び通常の姿勢制御が中断されて(時刻t3〜t4)浮上強化処理が実行される。そして、正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力で断続印加され、正電圧YM+と負電圧YM−は最大出力だが逆相で断続印加され、正電圧XP+と負電圧XP−は最大出力で断続印加され、他の姿勢制御用の正電圧XM+等や回転駆動用の正電圧RP+は印加されない。
When normal posture control is resumed after a lapse of a predetermined time (time t3 to t4), the positive voltage YP + and the negative voltage YP− are the maximum output, and the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the minimum. The output, the positive voltage XP + for other attitude control, etc. are intermediate outputs. Again, the positive voltage RP + is not output.
If it still does not rise, the normal posture control is interrupted again (time t3 to t4), and the rising reinforcement process is executed. The positive voltage YP + and the negative voltage YP− are intermittently applied at the maximum output, the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the maximum output but intermittently applied in the reverse phase, and the positive voltage XP + and the negative voltage XP− are intermittently applied at the maximum output. Other positive voltage XM + for posture control and positive voltage RP + for rotational driving are not applied.
さらに所定時間経過して通常の姿勢制御が再開され(時刻t5)、浮上のため、正電圧YP+と負電圧YP−が最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−が最小出力、他の正電圧XP+等が中間出力になる。正電圧RP+は出力されない。
そして、ジャイロロータ10が浮上すると(時刻t6)、速やかに、浮上力を生む正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力から中間出力になり(図15(b)参照)、それと引き合う正電圧YM+と負電圧YM−も最小出力から中間出力になる(図15(c)参照)。それから、ジャイロロータ10のジャイロケース20に対する相対変位が許容される所定範囲に収まり、そのこと即ち浮上したことが変位検出等によって検知確認されると、起動シーケンスが浮上シーケンスから回転シーケンスに移行して、回転駆動力を生む正電圧RP+はパルス出力状態になる(図15(f)参照)。
Further, after a predetermined time has elapsed, normal posture control is resumed (time t5), and since rising, positive voltage YP + and negative voltage YP- are maximum output, positive voltage YM + and negative voltage YM- are minimum output, and other positive voltages XP + etc. are intermediate outputs. The positive voltage RP + is not output.
When the
このように、この実施例の静電浮上型ジャイロ装置にあっては、上述した実施例1,4と同様、回転駆動なしでジャイロロータ10に浮上方向・沈下方向の微振動を生じさせることができる。また、上述した実施例4と同様、ジャイロロータ10に浮上方向の静電引力が作用していないときには、沈下方向の静電引力を作用させることにより、浮上阻止力によるジャイロロータ10の沈み込みを増加させ、ひいては支承片101の弾撥力を増強させることができる。さらに(図16参照)、揺動用制御電圧の印加によって、X軸正方向XP+,XP−にも静電引力が作用し、これによってジャイロロータ10が一方の支承片101aを支点にして揺動・転動しようとするので、他方の支承片101bには引き剥がそうとする力が作用する。この力は、擦れを生じることなく、Y軸正方向YP+,YP−に加勢する。これにより、浮上能力がより一層強化される。
As described above, in the electrostatic levitation type gyro apparatus of this embodiment, as in the first and fourth embodiments described above, the
本発明の静電浮上型ジャイロ装置の実施例6について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図17は、時刻t2〜時刻t3における信号YP+の波形例である。
この静電浮上型ジャイロ装置が上述した実施例3〜実施例5のものと相違するのは、断続周期いいかえれば断続周波数が変化するようになったことである。
A specific configuration of the electrostatic levitation gyro apparatus according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a waveform example of the signal YP + at time t2 to time t3.
This electrostatic levitation type gyro device is different from those of the third to fifth embodiments described above in that the intermittent frequency changes in other words.
この場合、断続周波数は例えば300Hzから始まって徐々に高くなり700Hzに達する。
ジャイロロータ10の質量と支承片101のバネ特性とに基づく固有振動数に関しては、ジャイロロータ10と接触している支承片101の個数の多寡やそれらの個体差等に起因して生じる変動であれば、その程度の周波数帯域で概ねカバーされることから、ジャイロロータに惹起される振動周期が浮上強化処理中に一度は最適な状態になるので、浮上能力が大きく強化される。
In this case, the intermittent frequency starts from 300 Hz and gradually increases and reaches 700 Hz.
The natural frequency based on the mass of the
なお、ジャイロロータ10単体での変形による振動も期待する場合には、もっと高い周波数まで断続周波数を変化させると良い。そのような振動を引き起こすジャイロロータの変形モードとして、例えば、Y軸方向の圧縮変形およびX軸方向の伸張変形と、Y軸方向の伸張変形およびX軸方向の圧縮変形とを、交互に繰り返すものが挙げられる。
In addition, when the vibration by deformation | transformation with the
本発明の静電浮上型ジャイロ装置の実施例7について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図18は、(a)が浮上強化処理の概要フローチャート、(b)〜(f)は何れも信号波形例である。
この静電浮上型ジャイロ装置が上述した実施例5,実施例6のものと相違するのは、浮上強化処理(S30)の内容が次のように改変されたことである。すなわち、ジャイロロータの浮上確認の不成立時に、ジャイロロータの転動を惹起する揺動用制御電圧は静電支持用電極に印加するが、浮上用制御電圧や沈下用制御電圧の印加は行わないようになっている。なお、揺動用制御電圧の印加に際して、断続することや、断続周波数を変化させることは、引き継いでいる。
A specific configuration of the electrostatic levitation gyro apparatus according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 18, (a) is a schematic flowchart of the levitation enhancement process, and (b) to (f) are all signal waveform examples.
This electrostatic levitation type gyro apparatus is different from those of the fifth and sixth embodiments described above in that the contents of the levitation strengthening process (S30) are modified as follows. In other words, when the confirmation of floating of the gyro rotor is not established, the swing control voltage that causes the gyro rotor to roll is applied to the electrostatic support electrode, but the floating control voltage and the sink control voltage are not applied. It has become. In addition, when applying the oscillation control voltage, the intermittent operation and the change of the intermittent frequency are succeeded.
具体的には、先ず転動方向を変位検出に基づいて検知確認し(ステップS61)、演算モードを通常モードから浮上強化モードに切り替える。この浮上強化モードでは、通常の姿勢制御の演算にて算出された姿勢制御電圧V1〜V12のうち浮上方向と直交するものを用いる。この例の沈下状態では浮上方向と直交するものにX軸正方向XP+,XP−を採用し、それを2倍して、それが出力可能な最大値を超えるときは最大値に直して、これを揺動用制御電圧とするようになっている(ステップS62)。 Specifically, first, the rolling direction is detected and confirmed based on the displacement detection (step S61), and the calculation mode is switched from the normal mode to the levitation strengthening mode. In this enhanced levitation mode, the attitude control voltages V1 to V12 calculated by the normal attitude control calculation are used that are orthogonal to the ascent direction. In this example, the X-axis positive direction XP +, XP- is adopted as the one perpendicular to the flying direction in the subsidence state, doubled, and when it exceeds the maximum output value, it is corrected to the maximum value. Is set as the swing control voltage (step S62).
それから、その揺動用制御電圧を正電圧XP+,負電圧XP−として該当する静電支持用電極に印加する(ステップS63)。しかも、その際、断続周波数を例えば300Hzから700Hzへ漸増させながら断続印加する。X軸負方向や,Y軸の正負両方向,Z方向等には制御電圧が印加されない。このような転動方向・揺動方向への断続印加が所定時間だけ継続されるようになっている(ステップS64)。 Then, the oscillation control voltage is applied to the corresponding electrostatic support electrode as a positive voltage XP + and a negative voltage XP− (step S63). In addition, at that time, intermittent application is performed while gradually increasing the intermittent frequency from, for example, 300 Hz to 700 Hz. The control voltage is not applied in the negative direction of the X axis, both positive and negative directions of the Y axis, the Z direction, and the like. Such intermittent application in the rolling direction / swinging direction is continued for a predetermined time (step S64).
この場合も、上記の実施例5と同様に起動シーケンスに付される条件や仮定を引き継ぐと、起動開始直後は(時刻t1〜t2)、浮上シーケンスで通常の姿勢制御が実行されるので、ジャイロロータ10の沈下状態を解消するように、浮上力を生む正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力になり(図18(b)参照)、それに反する正電圧YM+と負電圧YM−は最小出力になり(図18(c)参照)、浮上方向や沈下方向と直交方向に働く正電圧XP+と負電圧XP−と正電圧XM+と負電圧XM−は中間出力になる(図18(d),(e)参照)。Z方向やφ,θ方向の制御電圧も適宜な中間の出力になる。回転駆動力を生む正電圧RP+は出力されない(図18(f)参照)。
In this case as well, if the conditions and assumptions attached to the startup sequence are inherited as in the fifth embodiment, normal attitude control is executed in the ascent sequence immediately after the start of startup (time t1 to t2). The positive voltage YP + and the negative voltage YP− that generate the levitation force are the maximum outputs (see FIG. 18B), and the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the minimum outputs so as to eliminate the subsidence state of the
その状態を継続しても、ジャイロロータ10が浮上しないまま所定時間が経過したときには、通常の姿勢制御は中断され、浮上強化処理による特別な浮上制御に移行する。この浮上制御の実行中は(時刻t2〜t3)、浮上用制御電圧や沈下用制御電圧の印加は停止され揺動用制御電圧だけが断続印加される(図18(b)〜(f)参照)。具体的には、正電圧YP+と負電圧YP−は印加されず(図18(b)参照)、正電圧YM+と負電圧YM−も印加されない(図18(c)参照)。正電圧XP+と負電圧XP−は倍増してほぼ最大出力が断続印加されるが(図18(d)参照)、正電圧XM+と負電圧XM−は印加されない(図18(e)参照)。Z方向やφ,θ方向の制御電圧も印加されない。正電圧RP+も印加されない(図18(f)参照)。
Even if the state is continued, when a predetermined time has passed without the
そして、所定時間経過して通常の姿勢制御が再開されると(時刻t3〜t4)、再び浮上のため、正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−は最小出力、他の姿勢制御用の正電圧XP+等は中間出力になる。ここでも正電圧RP+は出力されない。
それでも浮上しないと再び通常の姿勢制御が中断されて(時刻t3〜t4)浮上強化処理が実行される。そして、正電圧XP+と負電圧XP−は最大出力で断続印加されるが、他の姿勢制御用の正電圧XM+等や回転駆動用の正電圧RP+は印加されない。
When normal posture control is resumed after a lapse of a predetermined time (time t3 to t4), the positive voltage YP + and the negative voltage YP− are the maximum output, and the positive voltage YM + and the negative voltage YM− are the minimum. The output, the positive voltage XP + for other attitude control, etc. are intermediate outputs. Again, the positive voltage RP + is not output.
If it still does not rise, the normal posture control is interrupted again (time t3 to t4), and the rising reinforcement process is executed. The positive voltage XP + and the negative voltage XP− are intermittently applied at the maximum output, but the other positive voltage XM + for attitude control and the positive voltage RP + for rotation driving are not applied.
さらに所定時間経過して通常の姿勢制御が再開され(時刻t5)、浮上のため、正電圧YP+と負電圧YP−が最大出力、正電圧YM+と負電圧YM−が最小出力、他の正電圧XP+等が中間出力になる。正電圧RP+は出力されない。
そして、ジャイロロータ10が浮上すると(時刻t6)、速やかに、浮上力を生む正電圧YP+と負電圧YP−は最大出力から中間出力になり(図18(b)参照)、それと引き合う正電圧YM+と負電圧YM−も最小出力から中間出力になる(図18(c)参照)。それから、ジャイロロータ10のジャイロケース20に対する相対変位が許容される所定範囲に収まり、そのこと即ち浮上したことが変位検出等によって検知確認されると、起動シーケンスが浮上シーケンスから回転シーケンスに移行して、回転駆動力を生む正電圧RP+はパルス出力状態になる(図18(f)参照)。
Further, after a predetermined time has elapsed, normal posture control is resumed (time t5), and since rising, positive voltage YP + and negative voltage YP- are maximum output, positive voltage YM + and negative voltage YM- are minimum output, and other positive voltages XP + etc. are intermediate outputs. The positive voltage RP + is not output.
When the
このように、この実施例の静電浮上型ジャイロ装置にあっては、揺動用制御電圧の印加によって、X軸正方向XP+,XP−に静電引力が作用し、これによってジャイロロータ10が転動しようとするので、擦れを生じることなく、接触部位の一方を支点にして他方を引き剥がす力が働く。これにより、浮上能力が強化される。また、断続印加によって微振動も生じるので、これによって浮上能力が更に強化される。
Thus, in the electrostatic levitation gyro apparatus of this embodiment, electrostatic attraction acts in the positive X-axis directions XP + and XP− by the application of the swing control voltage, thereby causing the
[その他]
なお、上記の各実施例では、板状のキャップ71と箱状のボックス72とからなる装置パッケージや、帽子状のキャップ71と円板状の底板72とからなる装置パッケージが用いられていたが、装置パッケージはこれに限られない。装置パッケージは、気密封止可能な容器であれば良い。真空吸引口76も正面に限らずパッケージの何処に有っても良い。真空雰囲気中で組み立てるときのように真空引きが要らないときは、真空吸引口76を形成する必要が無い。
[Others]
In each of the above embodiments, an apparatus package including a plate-shaped
上記の実施例1では、弾性支持部材98がベース73とピン74とに介在して設けられていたが、ベース73の弾性支持は、それに限られるものでなく、例えば弾性支持部材をベース73とパッケージ71,72とに介在させても良い。弾性支持部材も、板バネに限らず、コイルバネや、シリコンゴム等の弾性部材からなるものであっても、それらを組み合わせたものであっても良い。
In the first embodiment, the
また、既述した信号検出回路に関しても種々の変形が可能である。例えば、A/D変換回路65の上流に逐次選択切換回路を設けて、A/D変換回路65の個数を減らすようにしても良い。なお、電流検出回路64とDSP66との間に存在するA/D変換回路65等は、既述したように制御演算回路63の一部であるとしても良いが、制御演算回路に属するのでなく信号検出回路の一部をなしているとしても、両者に属しているインターフェイス部としても、不都合は無い。また、制御演算回路63のDSP66とロータ制御回路62のDSP67は、既述したように別個に設けても良いが、両方のプログラムをインストールしたDSPに纏めても良い。
Various modifications can be made to the signal detection circuit described above. For example, a sequential selection switching circuit may be provided upstream of the A /
また、浮上強化処理について、上記の各実施例では、該当期間中(t2〜t3,t4〜t5)断続印加を継続するようになっていたが、印加停止を併用しても良い。例えば、制御電圧の断続印加と印加停止とを1秒ずつ交互に行うようにしても良い。その時間や起動シーケンスにおける幾つかの時間も例示であり、適宜な時間に変更しても良い。 In addition, regarding the levitation strengthening process, in each of the above-described embodiments, intermittent application is continued during a corresponding period (t2 to t3, t4 to t5), but application stop may be used in combination. For example, intermittent application and stop of application of the control voltage may be performed alternately every 1 second. The time and some times in the activation sequence are also examples, and may be changed to appropriate times.
10 ジャイロロータ(ジャイロ機構部)
20 ジャイロケース(ジャイロ機構部)
21 上側底部材(ジャイロケース、ジャイロ機構部)
22 下側底部材(ジャイロケース、ジャイロ機構部)
23 スペーサ(ジャイロケース、ジャイロ機構部)
31〜36 静電支持用電極(姿勢制御用電極、制御電極、拘束制御系)
37 ロータ駆動用電極(回転電極、ロータ駆動系)
38 変位検出用電極(検出電極、変位検出系)
41〜46 静電支持用電極(姿勢制御用電極、制御電極、拘束制御系)
47 ロータ駆動用電極(回転電極、ロータ駆動系)
48 変位検出用電極(検出電極、変位検出系)
51 電流検出回路(変位検出系)
52 ロータ制御回路(制御回路、ロータ駆動系)
53 制御演算回路(制御回路、拘束制御系)
54 制御出力回路(制御回路、拘束制御系)
55 A/D変換回路(制御演算回路、拘束制御系)
56 DSP(デジタルシグナルプロセッサ、制御演算回路、拘束制御系)
60 利得制御回路(ゲイン可変制御回路、信号検出回路、変位検出系)
60a,60b 増幅器(ゲイン可変部、信号検出回路、変位検出系)
61 印加信号発生回路(印加信号供給回路、信号検出回路、変位検出系)
62 ロータ制御回路(制御回路、ロータ駆動系)
63 制御演算回路(制御回路、拘束制御系)
64 電流検出回路(検出信号生成回路、信号検出回路、変位検出系)
64a,64b カレントミラー(電流反転回路)
65 A/D変換回路(信号入力回路、信号検出回路+制御演算回路)
66 DSP(デジタルシグナルプロセッサ、制御演算回路、拘束制御系)
67 DSP(デジタルシグナルプロセッサ、制御演算回路、ロータ駆動系)
70 ジャイロ装置(静電浮上型ジャイロ装置)
71 キャップ(蓋体、真空収容器、気密封止パッケージ)
72 ボックス(箱体、缶体、真空収容器、気密封止パッケージ)
73 ベース(ガラス基板、絶縁性基板、機構部と回路部の搭載基板)
74 ピン(リード、外部接続端子)
75 ゲッター(真空維持部材)
76 真空吸引口(貫通穴+密栓)
77,78 IC(電流検出回路等、制御出力回路等)
80 プリント基板(回路印刷基板、ジャイロ装置の実装基板)
81 レギュレータIC(電源回路)
82 平滑コンデンサ(電源回路)
90 印加信号発生回路(印加信号供給回路、信号検出回路、変位検出系)
91 同相検出回路(検出信号生成回路、信号検出回路、変位検出系)
92 中点電圧検出回路(同相検出回路)
93 電流制限回路(低域濾波、同相検出回路)
94 回路形成基板(絶縁基板)
97 ジャイロ装置(静電浮上型ジャイロ装置)
98 弾性支持部材
99 ボンディングワイヤ
101 支承片101
10 Gyro rotor (gyro mechanism)
20 Gyro case (Gyro mechanism)
21 Upper bottom member (gyro case, gyro mechanism)
22 Lower bottom member (gyro case, gyro mechanism)
23 Spacer (gyro case, gyro mechanism)
31-36 Electrostatic support electrodes (attitude control electrodes, control electrodes, restraint control system)
37 Rotor drive electrode (rotary electrode, rotor drive system)
38 Electrode for displacement detection (detection electrode, displacement detection system)
41-46 Electrostatic support electrodes (posture control electrodes, control electrodes, restraint control system)
47 Rotor drive electrode (rotary electrode, rotor drive system)
48 Electrode for displacement detection (detection electrode, displacement detection system)
51 Current detection circuit (displacement detection system)
52 Rotor control circuit (control circuit, rotor drive system)
53 Control arithmetic circuit (control circuit, constraint control system)
54 Control output circuit (control circuit, restraint control system)
55 A / D conversion circuit (control arithmetic circuit, constraint control system)
56 DSP (digital signal processor, control arithmetic circuit, restraint control system)
60 Gain control circuit (gain variable control circuit, signal detection circuit, displacement detection system)
60a, 60b amplifier (gain variable section, signal detection circuit, displacement detection system)
61 Application signal generation circuit (application signal supply circuit, signal detection circuit, displacement detection system)
62 Rotor control circuit (control circuit, rotor drive system)
63 Control arithmetic circuit (control circuit, constraint control system)
64 Current detection circuit (detection signal generation circuit, signal detection circuit, displacement detection system)
64a, 64b Current mirror (current inversion circuit)
65 A / D conversion circuit (signal input circuit, signal detection circuit + control arithmetic circuit)
66 DSP (digital signal processor, control arithmetic circuit, restraint control system)
67 DSP (digital signal processor, control arithmetic circuit, rotor drive system)
70 Gyroscope (Electrostatic Levitation Gyroscope)
71 Cap (lid, vacuum container, hermetically sealed package)
72 boxes (box, can, vacuum container, hermetically sealed package)
73 Base (Glass substrate, insulating substrate, mechanism and circuit board)
74 pins (lead, external connection terminal)
75 Getter (Vacuum maintenance member)
76 Vacuum suction port (through hole + sealing plug)
77, 78 IC (current detection circuit, control output circuit, etc.)
80 Printed circuit board (circuit printed circuit board, gyro device mounting circuit board)
81 Regulator IC (Power supply circuit)
82 Smoothing capacitor (power circuit)
90 Application signal generation circuit (application signal supply circuit, signal detection circuit, displacement detection system)
91 In-phase detection circuit (detection signal generation circuit, signal detection circuit, displacement detection system)
92 Midpoint voltage detection circuit (common-mode detection circuit)
93 Current limiting circuit (low-pass filtering, common-mode detection circuit)
94 Circuit board (insulating board)
97 Gyro Device (Electrostatic Levitation Type Gyro Device)
98
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