JPH01140013A - ２軸式角速度ジャイロスコープ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は一般に２軸式の角速度ジャイロスコープ装置に
間し、特に可撓性の回転ディスクを有する２軸式角速度
ジャイロスコープに関する０回転ディスクは中央ハブ部
と、複数の可動穿孔部材とからなり、各穿孔部材が中央
ハブ部から延びて、低いディスク速度における性能を向
上する。

（従来の技術） ２軸式の角速度ジャイロスコープ装置は、回転ディスク
を有する。この回転ディスクが、モータなどによって回
転される０回転時、ディスクは固定の検知機構を通り過
ぎながら回転する。検知機構とディスクは、磁気ヘッド
アセンブリ、光学的アセンブリなどで構成し得る。

動作時、ディスクの回転軸がその回転軸に直角な軸を中
心に回動されると、回転するディスクは歳差運動を生じ
る傾向がある。ディスクが可撓性だと、回転運動に基づ
く作用がディスクをたわませる。このたわみ量が検知機
構によフて検出され、それに対応した信号を発生する。

（発明が解決しようとする課Ｈ） 従来、回転ディスクを用いた角速度ジャイロスコープは
、低い各速度での変化での歳差運動も測定可能とするた
め、例えば２０，０００　ｒｐ霧など比較的高い速度で
回転させる必要のある−様な厚さのディスクを用いてい
た。一般に、高い回転速度で動作するジャイロスコープ
は製造が困雅且っ高価で、通例大きく、時には不快感を
引き起こす高い音域の音を発生する。このような音の発
生と高価な点は、多くの用途において望ましくなく、人
の活動と密接に間違した消費製品では特にそうである０
例えば、角速度ジャイロスコープが自動車の緩回と傾き
（ｐｉｔｃｈｉｎｇ）を検知するのに使われる車両操縦
システムにおいて、高価なのは致命的欠点であり、音の
発生は非常な不快感をもよおす。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、上記の点を考慮して、回転ディスクを
有する２軸式の角速度ジャイロスコープ装置が提供され
る。ディスクは、中央ハブ部と複数の可撓性部材からな
る。可撓性部材の各々が中央ハブ部から延び、導電性の
湾曲した外側部分を有する。′ディスクに隣接した絶縁
プレート上に、ｉｌｌ数の導電性プレート部材が端と端
を接して装着されている、ディスクを回転軸を中心に、
プレート部材に隣接して回転するモータが設けられてい
る。ディスクが回転されると、ディスクの回転軸に直角
な軸を中心とした移動が可撓性のディスク部材をプレー
ト部材に対して接近及び離反するようにたわませ、両者
間のキャパシタンス（静電容！１１）を変化させる。プ
レート部材と可撓性のディスク部材との間に接続された
電気回路が、プレート部材と回転ディスクの可撓性部材
うち対向した同土間におけるキャパシタンスの差変化を
検出し、ディスクの回転軸に直角な直交軸Ｘ及びｙを中
心とした回動に対応した信号を発生する。

本発明の別の重要な特徴は、回転ディスクの各可撓性部
材の中心部における材料を取り除く点にある０個々の可
撓性部材の使用と各部材からの材料除去が、それらの可
撓性を改善し、本発明の装置の低いディスク速度におけ
る性能を向上させる。

また、個々の可撓性部材は「飛走」することになるので
、空気制動され、撮動の悪影響が減じられる。ディスク
とプレーと部材の間の隔隔は約５０ミルである。

本発明の上記特徴である可撓性のディスク部材とその中
心部からの材料除去で、ディスクはより低い速度で回転
可能となり、従って精度を落とすことなくノイズの発生
レベルを低下させられる。

本発明の別の重要な特徴は、容量型検知部材を充電する
のに使われる電流源を切り替え、電流源間における処理
及び動作上における不一致を補償する点にある。

一般に、安価な各速度ジャイロスコープを達成する上で
最も困難な仕様は、入力が存在しないかあるいは低い角
速度での入力における出力の精度である。角速度を表す
アナログ電圧が充分な精度で発生されているとすれば、
残りの問題は、システムコンピュータに必要なデジタル
精度をいかに安価に得るかということになる。

はとんどの時間、車両は比較的まっすぐな道路に沿って
か、なだらかな坂道上を走行するので、車両操縦システ
ムで使われる角速度ジャイロスコープの公称出力は、平
均電圧との比較において、容量的に結合されたのこぎり
波信号の所定点に中心合わせすることができる。容量的
に結合されたのこぎり波を一方の比較器入力に接続し、
アナログ角速度信号を他方の比較記入力に接続すれば、
そのデユーティサイクルが低い角速度範囲における角速
度にきわめて正確に比例したゲート信号が発生される。

容量的に結合されたのこぎり波の平均値が角速度ジャイ
ロスコープのアナログ出力の平均値にほぼ等し昏すれば
、デユーティサイクルはのこぎり波振幅の小変化によっ
て影響されない。

ゲート信号が正確なパルス速度の出力を制御し、角速度
に正確に比例した平均パルス速度をコンピュータに与え
る。

本発明の上記及びその他の目的、特徴並びに利点は、添
付の図面に関する以下の詳細な説明から明かとなろう。

（実施例） 第１図を参照すると、全体を１で表した本発明による２
軸式の角速度ジャイロスコープ装置が示しである。１Ｗ
ｌｔｌには、ハウジング２が備わっている。ハウジング
２内にモータ３が装着されている。モータ３の軸に、回
転ディスク４が取り付けられている。ディスク４の前方
に、プレート５が装着されている。ディスク４に隣接し
たプレート５の表面に、４つの導電性で、細長く湾曲プ
レート部材６．７．８及び９が、端と端を接して設けら
れている。

第２図を参照すれば、ディスク４には複数の可撓性部材
１０，１１．１２及び１３が設けられている。これらの
可撓性部材１０〜１３は各々、ディスク部材４の中心に
位置したハブ部１４から延びている０回転ディスク全体
が導電性で、標４電位に接続されている。

ディスク４は約５ミル厚で、約２インチの外径を持ち、
動作時にはモータ３により約２０００　ｒｐｍの速度で
回転される。それぞれの可撓性部材ｌＯ〜１３の中心部
では、各部材の可撓性を増すように、パイ（Ｆｊり状の
一部が取り除かれている。

第３図を参照すると、全体を２０で表したｔ″ＸＸ回路
しである。電気回路２０は、プレート部材６．７．８及
び９の直交する対向対と回転するディスク部材４との間
のキャパシタンス（静電容量）に対応した信号を発生す
るために設けられている。

電気回路２０内に、一対の電流源２１と２２が設けられ
ている。電流源２１と２２は、電位源Ｂ＋と一対のスイ
ッチ部材Ｓｌと５２に接続されている。スイッチ部材Ｓ
１は、コンデンサＣ１を介してアースに接続されている
。コンデンサＣＩの一方の極板が、回転ディスク４から
なる。コンデンサＣ１の他方の極板は、プレート部材６
〜９の１つ、つまりプレート部材６からなる。スイッチ
部材Ｓ２は、コンデンサＣ２を介してアースに接続され
ている。コンデンサＣ２の一方の極板が、回転ディスク
４からなる。コンデンサＣ２の他方の極板は、プレート
部材６〜９の反対側の１つ、つまりプレート部材８から
なる。スイッチ部材Ｓ１は、スイッチＳ３を介してアー
スに、また抵抗Ｒ２とコンデンサＣ４からなるＲＣ低域
フィルタ網を介して増幅器２４の一入力にも接続されて
いる。同じくスイッチ部材Ｓ２は、スイッチＳ４を介し
てアースに、また抵抗Ｒ１とコンデンサＣ３からなるＲ
Ｃ低域フィルタ網を介して増幅器２４の他入力にも接続
されている。コンデンサＣＩと０２は、クロス結合線２
５と２６を介して電流源２１と２２へも、それぞれ選択
的に接続される。

クロック駆動のスイッチドライバ２３が、スイッチＳ１
、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４の動作を制御する。

増幅器２４の出力が、比較器２６の一入力に接続される
。比較器２６の他入力は、コンデンサＣ５を介して比較
器２６に接続されるのこぎり波発生器２７によって与え
られる。標準電圧Ｖ　ＲＥＦが抵抗Ｒ３を介し、比較器
２６の同じ他入力に接続されている。比較器２６の出力
は、ＡＮＤゲート２日の一入力に接続される。ＡＮＤゲ
ート２８の他入力は、クロックパルスＲ２９に接続され
ている。ＡＮＤゲート２８の出力は、カウンタ３０に接
続される。

第４図を参照すると、のこぎり波発生器２７の出力は、
さらに後述するように複数ののこぎり波信号３１からな
る。

第３図の電気回路に加え、コンデンサＣＩと０２の上側
極板が対向対のプレート部材７と９からなる点を除き、
第３図の回路と同等な別の電気回路が設けられている。

動作時、ディスク４は約２０００　ｒｐＩｌｌで回転さ
れる。装置ｌがディスク４０回転軸に直角な軸を中心に
回動すると、可撓性のディスク部材１０〜１３は細長い
杉状のプレート部材６〜９に対して内側及び外側にたわ
む、このたわみが生じるにつれ、ディスク４とプレート
部材６〜９０間におけるキャパシタンスの差変化が第３
図の電気回路及びそれと対の電気回路（不図示）によっ
て検出され、一対の対応した出力信号を発生する。

センサつまりトランスデユーサでは、差動的に変化する
平衡対のコンデンサを用いることが多い。

但し場合により、２つの電流源の差動変化に対してはで
きるだけ感応しないことが、上記の差動変化を検知する
回路の非常に１要な特性である。

そこで、使用するトランジスタの温度及び処理の変化に
よって生じる可能性のある′ｒｌｔＭ　Ｒ２１と２２に
おける差を補償するため、コンデンサＣ１とＣ２及び対
をなす回路中の対応コンデンサ（不図示）が、を流ｆｉ
２１と２２へ反復的にクロス結合される。同じく、コン
デンサＣＩと０２はスイッチＳ３とＳ４によって周間的
にアースまたはその他の定電位へと放電され、その後動
きのない状態で増幅器２４にＤＣ入力を与えるように低
域濾波される。増幅器２４への入力は、プレート部材と
ディスクの間での測定キャパシタンスの逆数に比例した
電圧である。スイッチ５１〜Ｓ４の動作は、スイッチド
ライバ２３内のクロックによって与えられる。

のこぎり波発生器２７は、第４図に示すようなのこぎり
波信号３１を与える。実際には、温度と経時によっての
こぎり波の勾配が変化するので、増幅器２４から比較器
２６へのある一定の入力について、装置ｌに加わる回動
速度の測定値であるカウンタ３０でのカウントも変化す
る。比較器２６からのある一定の入力に対するゲート２
日の出力の差を減じるため、標準信号Ｖ　ＲＩ：Ｆが比
較器２６の入力に印加される。標準信号Ｖ　ＲＥＦは、
増幅器２４の平常出力とほぼ等しく選ばれる。増幅器２
４の平常出力とは、ディスク４の回転軸に直角な軸を中
心に装置１が回動していないときに得られる出力のこと
である。

装置ｌの特定の一用途例は、自動車操縦システムである
。走行時間の大部分において、自動車は直線状に走って
いるかあるいは比較的低い角速度で縫目しているので、
増幅器２４の出力は比較的一定に留まっている。増幅器
２４の出力がその平常出力から大きくそれるのは、鋭く
、比較的高い速度での旋回時だけである。この特性のた
め、コンデンサＣ５を介してのこぎり波発生器２７を比
較器２６の入力に接続することで、第３図の回路は第４
図に示すように、のこぎり波の最小及び最大振幅のほぼ
中間点Ｘで通常作動するようになされる。システムはほ
とんどの時間中間点Ｘの回りで動作するため、のこぎり
波発生器２７の勾配変化は、増幅器２４からのある一定
の出力に対するカウンタ３０の精度に最小限の影響しか
及ぼさない。

本発明の好ましい実施例を上述したが、発明の精神及び
範囲を逸脱せずに、多くの変更をなし得ることが予期さ
れる。従って、上記の実施例は本発明の例示に過ぎず、
発明の範囲はそれらに制限されず、特許請求の範囲の記
載によってのみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の分解斜視図；第２図は第１
図の回転ディスク部材の平面図；　第３図はディスクが
回転され、装置がディスクの回転軸に直角な軸を中心に
回動されるときに、回転ディスクの可撓性部材と導電性
のプレート部材の間での差キャパシタンスにおける変化
に対応した信号を与える電気回路のブロック図；　第４
図はのこぎり波発生器の出力波形図である。 １・・・２軸式角速度ジャイロスコープ装置、３・・・
回転手段くモータ）、４・・・回転ディスク、６〜９・
・・プレート部材、ｌＯ〜１３・・・可撓性部材、１４
・・・中央ハブ部、２０・・・電気回路手段、２１．２
２・・・電流源、２４・・・増幅器、２６・・・比較器
、２７・・・のこぎり波発生器、Ｓ１〜Ｓ４・・・スイ
ッチ部材（Ｓｌ、Ｓ２；　切り替え手段、Ｓ３、Ｓ４；
放電手段）、０１〜Ｃ５・・・コンデンサ。 手続補正書（方式） 特許庁長官　　吉　１）文　毅　　殿 １、事件の表示　　　昭和６３年特許願第２２２１７８
号２、発明の名称　　　２軸式角速度ジャイロスコープ
３、補正をする者 事件との関係　　出願人 名　称　　エタック　インコーホレーテッド４、代理人

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性の回転ディスクで、該ディスクが中央ハブ
   部と複数の可撓性部材からなり、該可撓性部材の各々が
   前記中央ハブ部から延びている：前記ディスクを標準電
   位源に接続する手段；前記ディスクに隣接した絶縁プレ
   ート上に装着された複数の導電性プレート部材； 前記導電性のディスクを、回転軸を中心に前記プレート
   部材に隣接して回転する手段；及び前記プレート部材と
   前記回転ディスクの導電性可撓性部材との間に接続され
   、前記ディスクが前記回転軸に直角な軸を中心に回動さ
   れて前記ディスクの導電性可撓性部材が回動されたとき
   における、前記各プレート部材と前記ディスクの導電性
   可撓性部材との間のキャパシタンスの変化を測定する電
   気回路手段； を備えた２軸式角速度ジャイロスコープ装置。
2. （２）前記可撓性部材の各々が環状の外側部分と一対の
   半径方向に延びた脚部材からなり、該脚部材が前記中央
   ハブ部から延びている請求項１記載の２軸式角速度ジャ
   イロスコープ装置。
3. （３）前記測定手段が、前記プレート部材及び前記回転
   ディスクの直交対に関する前記キャパシタンスの変化の
   比を測定する手段からなる請求項１記載の２軸式角速度
   ジャイロスコープ装置。
4. （４）前記電気回路手段が： 前記プレート部材のうち各対向したプレート部材を前記
   ディスクに対してそれぞれ充電する一対の電流源； 前記対向した各プレート部材間で前記電流源を周期的に
   切り替え、電流源における電流変化を補償する手段； 前記対向したプレート部材を前記ディスクに対して周期
   的に放電し、前記充電と放電が一対ののこぎり波電圧を
   発生する；及び 前記のこぎり波電圧を濾波して差動増幅し、前記対向プ
   レート部材と前記ディスクとの間のキャパシタンスの逆
   数に比例した出力信号を与える手段； を備えた請求項１記載の２軸式角速度ジャイロスコープ
   装置。
5. （５）前記電気回路手段が： のこぎり波電圧発生器と比較器とを有する電圧−パルス
   速度変換器； のこぎり波電圧発生器を前記比較器の第１入力に結合す
   るコンデンサ手段； 標準電位源； 前記標準電位源を前記比較器の第１入力に結合する手段
   ；及び 前記キャパシタンスの変化を前記比較器の第２入力への
   入力信号として結合する手段； を備えた請求項１記載の２軸式角速度ジャイロスコープ
   装置。
6. （６）一対のコンデンサ； 前記コンデンサを充電する一対の電流源；及び前記各コ
   ンデンサ間で前記電流源を周期的に切り替え、電流源に
   おける変化を補償する手段；を備えた電気回路装置。
7. （７）アナログ信号をデジタル信号に変換する電気回路
   で、該アナログ信号がほとんどの時間、所定のレベルか
   あるいは該所定のレベルから比較的小さいずれを有する
   振幅を持つものにおいて：のこぎり波電圧発生器； 第１及び第２入力を有する比較器； 前記のこぎり波電圧発生器を前記比較器の第１入力に結
   合するコンデンサ手段； 前記所定のレベルにほぼ等しい大きさを有する標準電位
   源； 前記標準電位源を前記比較器の第１入力に結合する手段
   ；及び 前記アナログ信号を前記比較器の第２入力に結合する手
   段； を備えた電気回路。