JP4425066B2

JP4425066B2 - 静電浮上型ジャイロ装置

Info

Publication number: JP4425066B2
Application number: JP2004173166A
Authority: JP
Inventors: 政勝松本; 恵輔深津
Original assignee: Tokyo Keiki Inc
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: JP2005351776A

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、姿勢制御用の制御電圧の生成手法およびそれに適合した変位検出手法に関する。

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。すなわち、静電浮上型ジャイロ装置は、回転体であるジャイロロータと、それ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、これに形成や付設されているケース付属部材を利用して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変位検出回路と、上記の又は別のケース付属部材を利用してジャイロロータの姿勢制御および回転駆動を行う制御回路とを備えたものである。

静電浮上型ジャイロ装置は長年の改良により進歩しているが、初期のものでは（例えば特許文献１の図１１等を参照）、ジャイロロータが球体であり、静電支持用のケース付属部材はジャイロケースに複数形成された対向対の電極であり、回転駆動用のケース付属部材はジャイロケースに複数装着された対向対のコイルであり、変位検出用のケース付属部材はジグザグ模様の変位を検出する複数の光学的ピックアップであり、変位検出回路は模様の変位から角度変位を求めるようになっており、制御回路は、姿勢制御のため対向対の電極に接続されており、更にジャイロロータを回転させるためコイルに交流電圧を印加するようになっていた。

それを改良したものでは、ジャイロロータを円盤状にしたものがある（例えば特許文献１の図１，図２等を参照）。この場合、対数こそ三対から四対に増えているが、この場合も、静電支持用のケース付属部材は、ジャイロケースに複数配置された対向対の電極であり、回転駆動用のケース付属部材は、ジャイロケースに複数配置された対向対のコイルである。また、変位検出用のケース付属部材は、ジャイロロータの孔を挟んで対向配置された発行素子および受光素子であり、変位検出回路は、上記の孔の偏倚による受光量の変化からジャイロロータの相対変位を求めるようになっており、制御回路は、ジャイロロータを回転させるためコイルに交番電圧を印加するとともに、ジャイロロータのジャイロケースに対する姿勢を一定に維持するため、検出された相対変位に応じて増減する姿勢制御用電圧を生成して対向対の電極に印加するようになっている。

次に改良したものは（例えば特許文献２参照）、ジャイロロータが円盤状であり、静電支持用のケース付属部材も、ジャイロケースに複数配置された対向対の電極であるが、その静電支持用電極の詳細構造や、他のケース付属部材が改良されている。すなわち、静電支持用電極はそれぞれ径方向に分割されて隣り合う隣接電極（電極対，電極群）になり、回転駆動用のケース付属部材は、ジャイロケースの両内面で円状に列設された多数の回転駆動用電極の対向対になっている。それに伴って、制御回路は、ジャイロロータ姿勢制御用の制御電圧を生成してそれを静電支持用電極に印加するとともに、ジャイロロータ回転駆動用の制御電圧を生成してそれを回転駆動用電極に印加するようになっている。

また、変位検出用のケース付属部材も、ジャイロケースの両内面に形成された電極になっており、制御電圧の印加されない変位検出用電極も、ジャイロケースの両内面に形成されている。そして、変位検出回路は、変位検出用電極を介してジャイロロータと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になっている。具体的には、制御電圧の印加されない変位検出用電極が、相対変位検出用信号の検出に用いられる検出側電極になっていて、信号検出回路の入力側に接続されるのに対し、相対変位検出用信号を印加される印加側電極には、姿勢制御用の制御電圧の印加される静電支持用電圧が兼用されていて、信号検出回路は、周波数弁別可能な幾つかの変位検出用印加信号を姿勢制御用の制御電圧に重畳させて静電支持用電圧に印加するとともに、変位検出用電極から変位検出用印加信号に係る信号成分を抽出して変位検出用検出信号を生成するようになっている。

更に改良を加えた静電浮上型ジャイロ装置では（例えば特許文献３参照）、ジャイロロータが環状になり、ジャイロケースに形成されている静電支持用電極がジャイロロータを囲むように配置されている。静電支持用電極は、この場合も、複数の対向対からなり、その各々が隣接電極（電極対，電極群）からなるが、この隣接電極は、周方向に分割されて隣り合っている。なお、回転駆動用電極は、円状列設の対向対であり、制御回路は、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生成してそれぞれ静電支持用電極および回転駆動用電極に印加するものである。また、信号検出回路は、変位検出用印加信号を姿勢制御用の制御電圧に重畳させ、制御電圧の印加されない変位検出用電極から変位検出用印加信号に係る信号成分を抽出して変位検出用検出信号を生成するようになっている。

特開平７−０７１９６５号公報（図１、図２、図１１）特開平０８−３２０２３１号公報（第１頁）特開２００１−２３５３２９号公報（第１頁）

［先行特許出願１］特願２００２−３６２０３１号
［先行特許出願２］特願２００３−０９９６９５号
また、変位検出用信号の流れを従来と逆転させたものもある（先行特許出願１，２参照）。具体的には、信号検出回路について、制御電圧の印加されない変位検出用電極に変位検出用印加信号を印加し、制御回路から静電支持用電極に姿勢制御用の制御電圧を印加するところから変位検出用印加信号に係る信号成分を分離抽出して変位検出用検出信号を生成するようになっている。変位検出用信号の分離抽出は、制御電圧の出力段回路における差動電流を検出するのと（先行特許出願１参照）、逆相の制御電圧から同相成分を検出するのとがあり（先行特許出願２参照）、後者の同相検出手法は静電支持用電極が複数の対向対からなりその各々が隣接電極からなることを前提とするが、前者の電流検出手法や従来の信号検出手法にはそのような制約が無い。

ところで、これらの信号検出回路や制御回路のうち演算部分はデジタルシグナルプロセッサやマイクロプロセッサの採用等によりデジタル化が進んでいるが、静電支持用電極に印加される姿勢制御用の制御電圧は依然としてアナログ信号であり、そのため、制御電圧の出力段回路には高価なアナログアンプが必要であった。
そこで、原価低減のため、制御電圧の出力も、デジタル化・スイッチ化して、高価なアンプを不要とすることが望まれる。具体的にはパルス幅変調を採用したい。

しかしながら、制御電圧をパルス化すると、変位検出用信号の重畳が難しくなるうえ、変位検出用信号に大きなスイッチングノイズが重畳してしまう。
そこで、制御電圧の生成をパルス幅変調で行っても、その影響が変位検出用信号にはほとんど及ばないよう、信号検出のための部材等に工夫を凝らすことが技術的な課題となる。

本発明の静電浮上型ジャイロ装置は、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、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、前記制御回路が、前記制御電圧の生成をパルス幅変調にて行うものであり、前記変位検出用電極が、前記信号検出回路の出力側に接続され前記相対変位検出用信号を印加される印加側電極と、前記信号検出回路の入力側に接続され前記相対変位検出用信号の検出に用いられる検出側電極とからなり、前記検出側電極または前記印加側電極が、前記静電支持用電極に近接して分散配置されている、というものである。

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、相対変位検出用信号が、変位検出用電極のうち印加側電極に印加され、それからジャイロロータを経て、変位検出用電極のうち検出側電極から検出されるが、印加側電極および検出側電極の何れか一方または双方が静電支持用電極に近接して分散配置されていて、各静電支持用電極の容量変化が弁別可能な又は分割可能な状態で相対変位検出用信号に反映されるので、相対変位検出用信号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。しかも、この場合、相対変位検出用信号の送受に用いられる電極が、印加側電極も検出側電極も共に、制御電圧の印加されない変位検出用電極であることから、ジャイロロータのところは別としてそれ以外のところでは相対変位検出用信号と制御電圧とが完全に分離されるので、制御電圧がパルスであってもそのスイッチングノイズが相対変位検出用信号に及ぶ割合は激減する。

このような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１〜３により説明する。

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１は、（ａ）がジャイロ機構部の縦断面図、（ｂ）がジャイロケースにおける電極の平面配置図、（ｃ）が信号検出回路および制御回路の要部ブロック図、（ｄ）が幾つかの信号に関する波形例である。

この静電浮上型ジャイロ装置は、ジャイロ機構部については特許文献３等に開示された環状のジャイロロータ１０を採用し、信号検出回路３０については先行特許出願１，２等に開示された逆転方式を採用していて制御電圧Ａ，Ｂの印加されない変位検出用電極２２に印加信号発生回路３１から変位検出用印加信号Ｃを印加するようになっているが、ジャイロケース２０における電極２１〜２５の配置や，信号検出回路３０における信号検出方式３２，制御回路４０の制御電圧出力段回路４１などが改良されている。

すなわち、軸対称の環状に形成されたジャイロロータ１０と、これ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２０と、これに形成されている複数の電極２１〜２５のうち静電支持用電極２４，２５および回転駆動用電極２１にジャイロロータ１０の姿勢制御用の制御電圧Ａ，Ｂ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４０と、複数の電極２１〜２５のうち制御電圧Ａ等の印加されない変位検出用電極２２，２３を介してジャイロロータ１０とジャイロケース２０との相対変位検出用信号Ｃ，Ｄ，Ｅの送受を行う信号検出回路３０とを備えた静電浮上型ジャイロ装置において、次のような改良が施されている。

先ず、制御回路４０については、最終段の制御電圧出力段回路４１にパルス幅変調方式のものが採用されて、制御回路４０は姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂの生成をパルス幅変調にて行うものとなっている。また、相対変位検出用信号の送受については、電極が、印加側も検出側も共に、制御電圧の印加されない変位検出用電極になっている。すなわち、変位検出用電極２２，２３は、信号検出回路３０の出力側に接続され相対変位検出用印加信号Ｃを印加されるが姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂ等は印加されない印加側電極２２と、信号検出回路３０の入力側に接続され印加信号Ｃに係る相対変位検出用検出信号Ｄ，Ｅの検出に用いられるがやはり姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂは印加されない検出側電極２３とからなる。さらに、そのうち検出側電極２３は、静電支持用電極２４に近接して分散配置されている。印加側電極２２は、適宜な空き領域に対称形で分散している。

各部材について詳述すると、ジャイロ機構部については（図１（ａ）参照）、ジャイロロータ１０が、シリコン等の導電体からなり、１本のスピン軸（対称軸）周りに安定して回転するよう、環状に形成されている。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と下側底部材とスペーサとを組み合わせて構成され、内部に環状の真空空間が形成されている。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、ジャイロケース２０の内表面には、金属膜パターン等からなる多数の電極２１〜２５が形成されている。

これらの電極２１〜２５は（図１（ａ），（ｂ）参照）、何れも複数個・多数個が対向配置された回転駆動用電極２１と相対変位検出用の印加側電極２２と相対変位検出用の検出側電極２３と静電支持用電極２４と静電支持用電極２５とからなる。そのうち電極２１〜２４は、ジャイロケース２０の上側底部材にも下側底部材にも環状内部空間に臨んで円状に列設されており上側底部材の各々と下側底部材の各々とが一対一で対向している。静電支持用電極２５は、ジャイロケース２０の環状内部空間に臨む両周面に放射状・円環状に列設されており両周面の各々が一対一で対向している。

回転駆動用電極２１は等角に多数個たとえば１２個が列設され、静電支持用電極２４，２５は、スピン軸（その軸方向を本明細書ではＺ方向とする）を中心に直交する四方（本明細書ではそのうち相反する２方向を纏めてＸ方向としそれに直交する相反２方向を纏めてＹ方向とし相反２方向を区別するときには正負を付加する）に分散して配置され、それに一対一で対応して但し重ならないよう径方向にずらして検出側電極２３が分散配置されている。印加側電極２２は、検出側電極２３同士の間隙や静電支持用電極２５同士の間隙に配置されている。

回転駆動用電極２１は、順次循環駆動のため個別に制御回路４０の出力段回路それぞれに接続され、印加側電極２２は、同じ印加信号Ｃを印加するため相互に接続されて信号検出回路３０の出力側の印加信号発生回路３１に共通接続され、検出側電極２３は、ジャイロロータ１０の各部の相対変位を区別して検出するため個別に信号検出回路３０の入力側の電流電圧変換回路３２それぞれに接続され、静電支持用電極２４，２５は、ジャイロロータ１０の各部に適切な静電引力を働かせるため個別に制御回路４０の制御電圧出力段回路４１それぞれに接続されている。

このような電極配置と結線とにより、Ｘ方向に対向配置の静電支持用電極２５からＸ方向に正負の静電引力が生じ、Ｙ方向に対向配置の静電支持用電極２５からＹ方向に正負の静電引力が生じ、Ｘ方向に対向配置の静電支持用電極２４からＹ方向軸線周り回転のθ方向に正負の静電引力が生じ、Ｙ方向に対向配置の静電支持用電極２４からＸ方向軸線周り回転のφ方向に正負の静電引力が生じ、ジャイロケース２０の上下の底部材に対向配置の静電支持用電極２４からＺ方向に正負の静電引力が生じるものとなっている。

制御回路４０は（図１（ｃ）参照）、ジャイロロータ１０とジャイロケース２０とのスピン軸周り以外の相対変位すなわちＸ方向変位とＹ方向変位とＺ方向変位とφ方向変位とθ方向変位とから、公知の演算を行って、姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂ等を生成し、それぞれを複数の電極２１〜２５のうち各方向の静電支持用電極２４，２５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ようになっている。また、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、それらを回転駆動用電極２１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もなっている。なお、ジャイロロータ１０の回転状態は、回転駆動用電極２１の容量変化から検出され、それ以外の相対変位ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ，Δφ，Δθは、静電支持用電極に近接配置された検出側電極２３の容量変化から検出されるようになっている。

制御回路４０から静電支持用電極２４，２５に送出される姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂ等は、制御電圧出力段回路４１によってパルス幅変調されるようになっている（図１（ｄ）参照）。具体的には、制御電圧出力段回路４１は、ジャイロロータ１０の運動に影響しないほど高い周波数たとえば数百ｋＨｚ以上でスイッチングしながら高位電源電圧たとえば５Ｖと低位電源電圧たとえば接地電圧の０Ｖとの何れかを出力するが、そのディーティ比を変えることにより平均電圧を所望の電圧に一致させるようになっている。

また、制御回路４０は、対向対の静電支持用電極２４に送出される姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂについては、姿勢制御用制御電圧Ａが５Ｖのときには姿勢制御用制御電圧Ｂが０Ｖになり姿勢制御用制御電圧Ａが０Ｖのときには姿勢制御用制御電圧Ｂが５Ｖになるような一対の制御電圧をそれぞれの制御電圧出力段回路４１から出力するようになっている。これにより、ジャイロロータ１０が適正に浮上していれば、ディーティ比が５０％より大きいか小さいかに応じて正方向か負方向か何れかの方向に静電引力が生じ、その静電引力の大きさがディーティ比の５０％からの偏倚に応じて変化するものとなる。

信号検出回路３０は（図１（ｃ）参照）、出力側の相対変位検出用印加信号供給回路として印加信号発生回路３１を具え、入力側の相対変位検出用検出信号生成回路として電流電圧変換回路３２及び引算回路３３を具えたものである。印加信号発生回路３１は、やはりジャイロロータ１０の運動に影響しないほど高い周波数たとえば数百ｋＨｚ以上の印加信号Ｃを生成するが、この印加信号Ｃは、一定の周波数および一定の振幅を持った適宜な波形たとえば正弦波や（図１（ｄ）参照），三角波（図示せず），矩形波（図示せず）などであって、例えば０Ｖ〜５Ｖの電源電圧の許す範囲でなるべく大きな一定の電流振幅をとるようになっている。

電流電圧変換回路３２（図１（ｃ）参照）は、検出側電極２３毎に設けられ、それぞれ接続先の検出側電極２３から検出した検出信号Ｄ，Ｅについて電流信号から電圧信号に変換するようになっている。引算回路３３は、対向対の検出側電極２３毎に即ちそれに対応した一対の電流電圧変換回路３２毎に設けられ、対をなす検出信号Ｄ，Ｅについて、それらが電流電圧変換回路３２にて電圧信号に変換された後で、差を算出するようになっている。検出信号Ｄ等は（図１（ｄ）参照）、印加信号Ｃの電流を分割した電流信号であるが、検出側電極２３ひいては静電支持用電極２４とジャイロロータ１０における対峙面との距離に応じてそこの静電容量が変化することに基づき、ジャイロロータ１０の変位に応じて電流の分割状態が変化するので、該当電極２３の各配置部位におけるジャイロロータ１０とジャイロケース２０との相対変位を反映したものとなる。

さらに、それら多数の引算回路３３による検出信号は、一旦、Ｘ方向の正方向および負方向に配置された静電支持用電極２５について相対変位ΔＸを反映するものと、Ｙ方向の正方向および負方向に配置された静電支持用電極２５について相対変位ΔＹを反映するものと、Ｘ方向の正方向に配置された静電支持用電極２４について相対変位ΔＺ＋Δθを反映するものと、Ｘ方向の負方向に配置された静電支持用電極２４について相対変位ΔＺ−Δθを反映するものと、Ｙ方向の正方向に配置された静電支持用電極２４について相対変位ΔＺ＋Δφを反映するものと、Ｙ方向の負方向に配置された静電支持用電極２４について相対変位ΔＺ−Δφを反映するものとの６個に纏められ、それからＡ／Ｄ変換および適宜な加減演算が施されて、相対変位ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ，Δφ，Δθを反映するものに集約され、制御回路４０での姿勢制御用制御電圧の演算に供されるようになっている。

この実施例１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、幾つかの信号に関する波形例である。

信号検出回路３０により検出側電極２３の容量変化に基づいて相対変位ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ，Δφ，Δθが検出され、それを入力した制御回路４０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、更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は、従来通りなので、それについての更なる説明は割愛して、以下、従来とは相違する動作等を中心に説明する。すなわち、制御回路４０の出力する姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂ等が制御電圧出力段回路４１にてパルス幅変調されるようになったことや、そのように制御電圧をパルス化しても改造後の変位検出用電極２２，２３及び信号検出回路３０によりスイッチングノイズの影響を排して適切に相対変位の検出が行われることを説明する。

姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂ等は（図１（ｄ）参照）、制御回路４０から静電支持用電極２４，２５に送出されるが、その際、制御電圧出力段回路４１によってパルス幅変調されて、例えば振幅５Ｖのパルス信号になる（図１（ｄ）参照）。その周波数は一定であるが、パルス幅はディーティ比５０％を基準に増減する。そのディーティ比が増えると姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂの平均電圧が上がり、ディーティ比が減ると姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂの平均電圧が下がるが、その平均電圧がジャイロロータ１０における静電支持用電極２４対峙部位に対する有効な静電引力となる。

また、対向対の静電支持用電極２４に印加される姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂを対比してみると、姿勢制御用制御電圧Ａが５Ｖのとき姿勢制御用制御電圧Ｂは０Ｖになり、姿勢制御用制御電圧Ａが０Ｖのとき姿勢制御用制御電圧Ｂは５Ｖになるので、ジャイロロータ１０の電位が姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂの印加によって不所望に変動することはない。また、ディーティ比の増減が反対になるが増減量すなわち偏倚は等しいので、５０％からのディーティ比の偏倚に応じてジャイロロータ１０には正方向にも負方向にも静電支持力が作用する。

一方、印加信号Ｃは（図１（ｄ）参照）、印加信号発生回路３１から印加側電極２２に印加されるが、印加側電極２２が分散しているうえ互いに接続されているので、ジャイロロータ１０が変位してもそれと印加側電極２２との合計容量はあまり変化しない。そして、印加信号Ｃは、周波数も最大電流も一定であるが、最大電流ができるだけ大きくなるよう、電圧振幅が電源電圧を目一杯利用した例えば５Ｖの正弦波にされる。

印加側電極２２に印加された印加信号Ｃは、ジャイロロータ１０を介して分散配置の検出側電極２３に伝わり、検出信号Ｄ，Ｅ等となって、それぞれ該当する電流電圧変換回路３２で検出される。その際、印加信号Ｃが各検出側電極２３の容量に応じて検出側電極２３に分配されるので、検出信号Ｄ，Ｅ等は（図１（ｄ）参照）、ジャイロロータ１０が検出側電極２３に近寄ると、振幅・信号レベルが増大し、ジャイロロータ１０が検出側電極２３から離れると、振幅・信号レベルが減少する態様で、相対変位を反映する。

対向対の検出側電極２３から抽出される検出信号Ｄ，Ｅも対比してみると、それらは振幅の異なる相似波形であり、ジャイロロータ１０の変位状態に応じて、検出信号Ｄの振幅・信号レベルが増大するときには検出信号Ｅの振幅・信号レベルが減少し、検出信号Ｄの振幅・信号レベルが減少するときには検出信号Ｅの振幅・信号レベルが増大する、という関係にある。そこで、検出信号Ｄ，Ｅをそれぞれ電流電圧変換回路３２で検出してから引算回路３３にて統合した相対変位検出用検出信号は、ジャイロロータ１０とジャイロケース２０との各部での相対変位を正方向にも負方向にも的確に反映したものとなる。

こうして、この静電浮上型ジャイロ装置にあっては、姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂ等をパルス化することで、制御電圧出力段回路４１から高価なアナログアンプ等を省くことが出来て、装置が安価になっているが、それにとどまらず更に相対変位検出用信号の送受に関して、印加信号Ｃの印加される印加側電極２２にも、検出信号Ｄ，Ｅ等の検出される検出側電極２３にも、制御電圧の印加されない変位検出用電極を割り当てたことにより、ジャイロケース２０の電極やそれに接続された信号線については制御電圧と相対変位検出用信号との重畳が解消されたので、制御電圧がパルス化されてもそのスイッチングノイズの悪影響が相対変位検出用信号に及ぶことがない。例え及んでも僅かにすぎない。

図２にジャイロケースにおける電極２３，２４の平面配置図を示した本発明の静電浮上型ジャイロ装置が上述した実施例１のものと相違するのは、検出側電極２３の静電支持用電極２４に対する位置ずれが径方向でなく周方向になっていることである。
上例では静電支持用電極２４の内径側に一つずつ形成されていた検出側電極２３が、本例では、二つに分かれて静電支持用電極２４の周方向両脇に配置されている。形成箇所は分かれても、図示しない配線にて接続されている。

そして、そのような検出側電極２３から合わせて検出される相対変位検出用検出信号は、検出側電極２３の間に形成されている静電支持用電極２４とジャイロロータ１０との静電容量の変化ひいてはジャイロロータ１０とジャイロケース２０との相対変位を反映したものとなる。そのため、この場合も、上例と同様、制御電圧がパルス幅変調にて生成されるが、そのスイッチングの影響が変位検出用信号に及ぶことはほとんどない。

図３にジャイロケースにおける電極２３，２４の平面配置図を示した本発明の静電浮上型ジャイロ装置が上述した実施例１，２のものと相違するのは、検出側電極２３の静電支持用電極２４に対する位置ずれを径方向でなく周方向にする際に検出側電極２３でなく静電支持用電極２４を二つに分けたことである。
すなわち、静電支持用電極２４は、ジャイロロータ１０を挟むようにして向かい合う複数の対向対からなり、その各々がジャイロケース２０の上側か下側か何れかの底部材において周方向に分かれた隣接電極（２４＋，２４−）からなるが、この隣接電極の間に検出側電極２３が一つずつ配置されている。

この場合、隣接電極の何れか一方（２４＋）には姿勢制御用制御電圧Ａ等が印加され、他方（２４−）には姿勢制御用制御電圧Ｂ等が印加される。その対向対における隣接電極にも同様に姿勢制御用制御電圧Ａ，Ｂが印加されるが、その際、上側底部材における隣接電極のうち姿勢制御用制御電圧Ａの印加される電極と下側底部材において対向する電極には姿勢制御用制御電圧Ｂが印加され、上側底部材における隣接電極のうち姿勢制御用制御電圧Ｂの印加される電極と下側底部材において対向する電極には姿勢制御用制御電圧Ａが印加されるので、ジャイロロータ１０の電位が一層安定する。また、検出側電極２３が相対変位を最も良く反映するところに配置されているので、検出精度が向上する。

［その他］
なお、上記実施例では、環状ジャイロロータを具体例に採って説明したが、本発明の適用は、これに限られる訳でなく、その他のものにも可能であり、例えば円板状・円盤状ジャイロロータの装置にも適用することができる。
また、上記実施例では、検出側電極２３が静電支持用電極２４に近接して分散配置されていたが、印加側電極２２を静電支持用電極２４に近接して分散配置しても良い。印加側電極２２と検出側電極２３のうち何れか一方がそのようになっていれば、他方は分散していても集中していても良い。

本発明の実施例１について、静電浮上型ジャイロ装置の構造等を示し、（ａ）がジャイロ機構部の縦断面図、（ｂ）がジャイロケースにおける電極の平面配置図、（ｃ）が信号検出回路および制御回路の要部ブロック図、（ｄ）が信号波形例である。本発明の実施例２について、ジャイロケースにおける電極の平面配置図である。本発明の実施例３について、ジャイロケースにおける電極の平面配置図である。

符号の説明

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ロータ駆動用電極（制御電極、ロータ駆動系）
２２印加側電極（変位検出用電極、変位検出系）
２３検出側電極（変位検出用電極、変位検出系）
２４静電支持用電極（姿勢制御用電極、制御電極、拘束制御系）
２５静電支持用電極（姿勢制御用電極、制御電極、拘束制御系）
３０信号検出回路（変位検出回路、変位検出系）
３１印加信号発生回路（相対変位検出用印加信号供給回路）
３２電流電圧変換回路（相対変位検出用検出信号生成回路）
３３引算回路（差算出、相対変位検出用検出信号生成回路）
４０制御回路（姿勢制御演算、ロータ回転演算、拘束制御系、ロータ駆動系）
４１制御電圧出力段回路（ＰＷＭ、パルス幅変調回路）
Ａ姿勢制御用制御電圧（一面側、一方側）
Ｂ姿勢制御用制御電圧（他面側、対向側）
Ｃ印加信号（相対変位検出用信号、共通）
Ｄ検出信号（相対変位検出用信号、一面側、一方側）
Ｅ検出信号（相対変位検出用信号、他面側、対向側）

Claims

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、前記制御回路が、前記制御電圧の生成をパルス幅変調にて行うものであり、前記変位検出用電極が、前記信号検出回路の出力側に接続され前記相対変位検出用信号を印加される印加側電極と、前記信号検出回路の入力側に接続され前記相対変位検出用信号の検出に用いられる検出側電極とからなり、前記検出側電極または前記印加側電極が、前記静電支持用電極に近接して分散配置されていることを特徴とする静電浮上型ジャイロ装置。