JPH02201217A - 振動ジャイロ - 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、振動子を強制的に振動させ、振動子全体が回
転運動した時に、振動子に生ずるコリオリ力を検出して
回転角速度、回転方向等を求める振動ジャイロに係り、
特に振動子の駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

振動ジャイロは、振動子を振動させておくだけでコリオ
リ力を検出でき、回転子を用いないところから、長寿命
で小型、軽量な方向センサとして注目されており、自動
車のナビゲーションなどへの応用が研究されている。

従来の振動ジャイロは、振動子に支持軸を取り付け、支
持軸の端部を固定台等の外部支持構造物に固定して振動
子を支持するとともに、振動子に振動駆動用の圧電素子
とコリオリカ検出用の圧電素子とを貼り付けた構造をな
している。そして、コリオリカの検出は、駆動用の圧電
素子に所定周波数の電圧を印加して振動子を振動させる
とともに、振動子が回転した時に、振動子の振動方向に
直交した方向に生ずるコリオリカに伴う歪みを、検出用
圧電素子によって電気信号として検出して求めるように
なっている。

また、振動子は、複数の振動駆動部を対称に形成すると
、各振動駆動部からの零回転時における漏れ電圧が、相
互に相殺されて小さくなることが期待されるため、複数
の振動駆動部を一体に形成したＵ字型やＨ型の形状をな
すものが一般的である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記した圧電素子により振動子を振動駆動する
従来の振動ジャイロは、圧電素子に電圧を印加するため
に、圧電素子に極めて細いリード線を接続する必要があ
る。このため、リード線の断線が生じやすく、取り扱い
が容易でない、特に、振動ジャイロの小型化を図るため
にも、リード線の数をできるだけ少なくする必要がある
。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされ
たもので、圧電素子を用いることなく振動子を駆動する
ことができる振動ジャイロを提供することを目的として
いる。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る振動ジャイロ
は、振動子を振動させてコリオリ力を検出する振動ジャ
イロにおいて、前記振動子が強磁性体を有しているとと
もに、この強磁性体に対向して配設され、前記振動子を
励振する励振コイルを有していることを特徴としている
。

励振コイルは、振動子の両側に配設してもよいし、片側
のみに配設してもよい、そして、振動子全体を強磁性体
によって構成することもできる。

また、振動子は、非磁性体からなる振動子本体と、この
振動子本体の励振コイルに対向した部分に固着した強磁
性体とをもって構成してもよい。この強磁性体は、永久
磁石にすることができる。

さらに、振動子には、複数の振動駆動部を設けることが
できる。そして、振動子をＨ型に形成し、中央のウェブ
部より一側の一対のフランジ部を振動駆動部にしてもよ
いし、対角線上の一対のフランジ部を振動駆動部にして
もよい。

なお、本考案の振動ジャイロを、振動子が強磁性体を有
しているとともに、この強磁性体に対向して配設され、
前記振動子を励振する励振コイルと、前記振動子の振動
を検出する振動検出器と、゛この振動検出器の検出信号
を受け、前記励振コイルに供給する励磁電流を制御する
制御回路とを設けた構成にすることができる。

振動子の振動を検出する振動検出器は、圧電素子が望ま
しい。

〔作用〕

上記の如く構成した本発明は、振動子の振動駆動部を圧
電素子によらず、励振コイルにより行うようにしたこと
により、振動子に取り付けるリード線の数を少なくする
ことができ、取り扱いが容易となるとともに、断線など
の故障を少なくすることができ、信頼性が向上する。

励振コイルを振動子の両側に設けると、振動子を強く振
動させることができ、信頼性が高まる。

また、励振コイルを振動子の片側だけに設け、振動子の
弾性力を利用して振動させるようにすると、振動ジャイ
ロの小型化とコストの低減が図れる。

そして、振動子を強磁性体で形成すると、振動子の形成
が容易となる。しかし、振動子を非磁性体と強磁性体と
によって構成すると、振動子のコストの低減が図れる０
強磁性体を永久磁石にすると、励振コイルとの間の吸引
力と斥力とを利用でき、振動子を強く振動させることが
できる。

なお、振動子の振動を検出する振動検出器と、この振動
検出器の検出信号に基づいて励振コイルに供給する励磁
電流を制御する制御回路を設けると、振動子の振動振幅
を一定にすることができ、回転速度や回転角度等の測定
精度が良好になる。

〔実施例〕

本発明に係る振動ジャイロの好ましい実施例を、添付図
面に従って詳説する。

第１図は、本発明に係る実施例の要部説明図である。

第１図において、振動子１０は、振動子本体ｌｌが板状
の非磁性体から構成され、ベース部１２と一体に形成し
た４つの振動駆動部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ，１４０を
有し、略Ｈ型に形成されている。そして、Ｈ型のウェブ
部となっているベース部１２の中心部には、四角形をな
す軸孔１６が穿設してあり、この軸孔１６に弾性体１８
が挿入しである０弾性体１８は、振動子ｌＯの振動を吸
収するように、例えばシリコンゴムからなり、中心部に
断面が四角形をした支持軸２０を貫通させる角孔が設け
られている。

一方、Ｈ型のフランジ部となっている各振動駆動部１４
Ａ−１４Ｄは、支持軸２０の軸方向両側の面に、ケイ素
鋼板やフェライトなどの強磁性体２２Ａ、２２Ｂ、２２
Ｃ，２２Ｄ　（−側は図示せず）が貼り付けである。そ
して、各強磁性体２２Ａ〜２２Ｄの対向部には、鉄芯２
４Ａ、２４Ｂに巻回した励振コイル２６Ａ、２６Ｂが配
設しである（第１図には、振動駆動部２ＯＡ用の鉄芯２
４Ａ、２４Ｂ１励振コイル２６Ａ、２６Ｂのみが示しで
ある）、これらの励振コイル２６Ａ、２６Ｂは、一方の
リード線が切換器２８の端子ａＳｂに接続してあり、可
動片Ｃを介して高周波電源３０に接続されるとともに、
他方のリード線が高周波電源３０に接続され、高周波電
源３０から交互に励磁電流を受けて、振動駆動部１４Ａ
−１４Ｂを厚さ方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に振動させる。

そして、高周波′Ｉ！１源３０は制御回路３２により出
力周波数が制御されており、切換器２８は高周波電源３
０の出力周波数に同期して制御回路３２により切換制御
される。

また、各振動駆動部１４Ａ−１４Ｄの先端に４Ｌコリオ
リ力を検出するための検出部３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ１
３４Ｄが振動駆動部と一体に形成しである。これらの検
出部３４Ａ〜３４Ｄは板状をなし、厚さ方向が振動駆動
部１４（１４Ａ〜１４Ｄ）の強磁性体２２Ａ〜２２Ｄの
取り付は面と平行になっており、幅方向が強磁性体２２
Ａ〜２２Ｄの取り付は面と直交している。そして、各検
出部３４Ａ〜３４Ｄの厚さ方向の面、すなわち強磁性体
２２Ａ〜２２Ｄの取り付は面と直交した面の基端部には
、検出用圧電素子３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ１３６Ｄが貼
り付けである。

上記の如く構成した実施例の作用は、次のとおりである
。

支持軸１２は、図示しない固定台等の外部支持構造物に
固定され、振動子ｌＯを垂直に保持する。

そして、制御回路３２は、高周波電源３０の出力周波数
を所定の周波数に制御するとともに、この周波数に同期
して切換器２日を切り換え、励振コイル２６Ａ、２６Ｂ
に交互に励磁電流を供給し、鉄芯２４Ａ、２４Ｂを励磁
する。

すなわち、制御回路３２は、高周波電源３０の出力周波
数が振動駆動部１４Ａ〜１４Ｂの共振周波数となるよう
に、高周波電源３０の出力周波数を所定の値に制御する
。また、制御回路３２は、例えば高周波電源３０の出力
周波数の最初の半周期の時に、切換器２日の可動片Ｃを
端子ａ側にして励振コイル２６Ａに励磁電流を供給する
。このため、鉄芯２４Ａが励磁されて強磁性体２２Ａを
吸引し、振動駆動部１４Ａが矢印Ａのように励振コイル
２６Ａ側に引かれて撓む、また、制御回路３２は、高周
波電源３０の出力周波数の次の半周期の時に、切換器２
８の可動片Ｃを端子す側に切り換え、励振コイル２６Ｂ
に励磁電流を供給して鉄芯２４Ｂを励磁する。これによ
り、振動駆動部１４Ａは、励振コイル２６Ｂ側に貼り付
けである図示しない強磁性体が鉄芯２４Ｂに吸引され、
矢印Ｂのように励振コイル２６Ｂ側に引かれて撓む。

制御回路３２は、次の半周期の時に再び切換器２８の可
動片Ｃを端子ａにして鉄芯２４Ａを励磁する。以下、同
様にして高周波型ｔａｏの出力周波数の半周期ごとに、
切換器２日を切り換えて励振コイル２６Ａ、２６Ｂに交
互に励磁電流を供給し、鉄芯２４Ａ、２４Ｂを励磁して
振動駆動部１４Ａを振動させる。このことは、他の振動
駆動部１４Ｂ−１４Ｄについても同様である。ただし、
各振動駆動部１４Ａ〜１４Ｂの振動方向については、通
常のＨ型をした圧電型振動ジャイロと同様に、次のよう
な同期が図られている。

すなわち、振動駆動部１４Ａが矢印Ａ方向に引かれてい
る時には、振動駆動部１４Ｂ、Ｌ４Ｃは矢印Ｂ方向に引
かれ、振動駆動部１４０は振動駆動部１４Ａと同方向の
矢印Ａ方向に図れる。

このように振動駆動部１４Ａ−１４Ｂを振動駆動させた
状態において、振動子１０全体が垂直な軸の回りに回転
すると、振動方向に直交した方向にコリオリカが発生し
、検出部３４Ａ〜３４Ｄに歪みを与える。そして、各検
出部３４Ａ〜３４Ｄに貼り付けた検出用圧電素子３６Ａ
〜３６Ｄは、検出部３４Ａ〜３４Ｄの歪みの大きさに応
じた電気信号を検出信号として出力する。

このように、実施例においては、圧電素子に代えて励振
コイル２６Ａ、２６Ｂにより振動子１０を振動させるよ
うにしたことにより、振動子１０に接続するリード線の
数を大幅に減少させることができ、取り扱いが容易とな
るとともに、故障の少ない振動ジャイロを得ることがで
きる。

しかも、実施例においては、振動子１０と支持軸２０と
の間に弾性体１８を介在させたことにより、振動子ｌＯ
の振動が弾性体１８に吸収されるため、振動子ｌＯの振
動が支持軸２０を介して外部支持構造物に伝達して外部
支持構造物を振動させ、この外部支持構造物の振動が振
動子１０に影響することによるコリオリカの検出精度の
低下を防ぐことができる。そして、実施例においては、
振動子１０に設けた軸孔１６と支持軸２０とを四角形に
形成したことにより、振動子ｌＯと支持軸２０との相対
回転を防止することができ、使用中に振動子ｌＯが傾く
ことによる検出誤差の発生をな（すことができる、また
、支持軸２０は、従来の丸棒状の軸と異なり、平らな面
を有しているところから、振動子１０を垂直にセント、
支持することが容易となる。

前記実施例においては、非磁性体からなる振動子本体１
１に強磁性体２２Ａ〜２２Ｄを貼り付けた場合について
説明したが、振動子本体ｌｌ自体を強磁性体によって構
成してもよい、この振動子本体を強磁性体で形成した場
合、強磁性体２２Ａ〜２２Ｄを貼り付ける工数を省略す
ることができる。

また、前記実施例においては、強磁性体２２Ａ〜２２Ｄ
としてケイ素鋼板やフェライトを用いた場合について説
明したが、強磁性体２２Ａ〜２２Ｄは永久磁石であって
もよい、さらに、強磁性体２２Ａ〜２２Ｄは、振動駆動
部１４Ａ〜１４Ｂを貫通させて設けてもよし、蒸着など
により形成してもよい。

さらに、前記実施例においては、鉄芯２４Ａ、２４Ｂ、
励振コイル２６Ａ、２６Ｂを振動子１０の両側に設けた
場合について説明したが、鉄芯、励振コイルは、振動子
１０の片側のみに配設し、振動子１０の弾性力を利用し
て振動をさせるようにしもよい、このように、励振コイ
ルを片側のみに設けると、切換器２８を省略でき、装置
の簡素化が図れる。また、強磁性体として永久磁石を用
いれば、永久磁石には吸引力と斥力とが作用させること
ができ、振動子ｌＯを強く振動させることができる。

なお、前記実施例においては、Ｈ型の４つのフランジ部
のすべてを振動駆動部にした場合について説明したが、
４つのフランジ部のいずれか１つを振動駆動部にしても
よいし、ウェブ部であるベース部１２の一側のフランジ
部、例えば振動駆動部１４Ａ、１４Ｂだけを振動駆動部
をしてもよいし、対角線上にあるフランジ部（振動駆動
部１４Ａ、１４Ｄまたは振動駆動部１４Ｂ、１４Ｃ）の
みを振動駆動部としてもよい、このように、振動子１０
のフランジ部の一部だけを振動駆動部にすると、鉄芯、
励振コイルの数が減少して構造の簡素化と、コスト低減
が図れる。

また、前記実施例においては、軸孔１６と支持軸２０と
を四角形に形成した場合について説明したが、これらは
三角形、五角形、六角形等の他の多角形または円形であ
ってもよい、そして、弾性体１８は、振動子１０の振動
の吸収、減衰効果をより高めるために、支持軸２０の全
長にわたって設けてもよい。

第２図は、他の実施例の説明図である。

第２図において、振動駆動部１４Ａの両側面には、永久
磁石４０Ａ、４０Ｂが鉄芯２４Ａ、２４Ｂの端面に対面
して貼り付けである。永久磁石４０Ａ、４０Ｂは、鉄芯
２４Ａ、２４Ｂに対面した面が同じ極（例えばＮ極）と
なっている、そして、鉄芯２４Ａ、２４Ｂに巻回した励
振コイル２６Ａ１２６Ｂは直列に接続しであるとともに
、駆動回路４２に接続しである。

振動駆動部１４Ａの基端部には、圧電素子からなる振動
検出器４４が貼り付けてあり、振動駆動部１４Ａが振動
することによる歪み量を検出できるようになっている。

そして、振動検出器４４の検出信号は、増幅器４６を介
して制御回路３２に入力するようになっている。この制
御回路３２は、振動検出器４４の検出信号を受けて、発
振回路４８の周波数と駆動回路４２の出力とを制御する
。

そして、発振回路４８は、駆動回路４２の出力周波数を
制御する。なお、振動子ＩＯと支持軸２０との間に介在
させた弾性体１８の両端には、弾性体１８が振動子１０
から抜けるのを防止する鍔５０．５０が形成しである。

このように構成した第２図の実施例においてｔ！駆動回
路４２が発振回路４８の出力周波数を受け、この周波数
に同期した周波数の電流を励振コイル２６Ａ、２６Ｂに
供給する。そして、今、電流ｌが図の如く流れたとする
と、鉄芯２４Ａは永久磁石４０Ａに対向した端面がＮ極
に励磁され、鉄芯２４Ｂは鉄芯２４Ｂに対向した面がＳ
極に励磁される。永久磁石４０Ａ、４０Ｂは、鉄芯２４
Ａ２２４Ｂに対向した面がＮ極となっているため、鉄芯
２４Ａと永久磁石４０Ａとの間には斥力が作用し、鉄芯
２４Ｂと永久磁石４０Ｂとの間には吸引力が作用する。

このため、振動駆動部１４Ａは、鉄芯２４Ｂ側に撓む。

一方、電流ｉが図示と反対方向に流れると、鉄芯２４Ａ
、２４Ｂの極性が反対となり、振動駆動部１４Ａは鉄芯
２４Ａ側に撓む、従って、駆動回路４２が所定の周波数
で電流ｌを励振コイル２６Ａ、２６Ｂに供給すると、鉄
芯２４Ａ、２４Ｂは半周期ごとに種牛が逆転して振動駆
動部１４Ａを振動させる。

振動検出器４４は、振動駆動部１４Ａが振動すると、振
動による振動駆動部１４Ａの基端部における撓み量（歪
み量）を検出し、検出信号を出力する。この検出信号は
、増幅器４６によって増幅され、制御回路３２に入力さ
れる。制御回路３２は、入力された検出信号を基準値と
比較し、振動駆動部１４・への振動振幅が所定値となっ
ているか否かを演算する。そして、制御回路３２は、振
動駆動部１４Ａの振幅が所定値より小さな場合には、駆
動回路４２の出力電流を増加し、振動駆動部１４Ａの振
幅が所定値より大きな場合には、駆動回路４２の出力電
流を減少して振動駆動部１４Ａの振幅を所定値にする。

なお、第２図には、振動駆動部１４Ａの部分のみを示し
たが、振動駆動部１４Ｂ〜１４Ｄも同様である。

このように、振動駆動部１４Ａ〜１４Ｄの振動振幅を一
定となるように制御すると、振動子ｌＯが垂直軸の回り
に回転した時に、回転速度が同じであれば、同一のコリ
オリカが発注し、振動ジャイロによる回転速度等の検出
精度を向上することができる。また、実施例においては
、弾性体１８に鍔５０，５０を設けたことにより、振動
子１０と弾性体１８との軸方向における相対移動をなく
すことができ、振動子１０が鉄芯２４Ａ、２４Ｂに接触
したりするを防止できる。

なお、前記実施例においては、振動検出器４４として圧
電素子を用いた場合について説明した力（振動検出器は
磁気抵抗器や光学的な検出器であってもよい、また、前
記実施例においては、振動子ｌＯがＨ型の場合について
説明したが、振動子の形状は、実施例に限定されず、音
片型、音叉型等であってもよい。

〔発明の効果〕

以上に説明した如く、本考案によれば、振動子を圧電素
子によらず、励振コイルによって振動させるようにした
ことにより、振動子に取り付けるリード線の数を少なく
することができ、取り扱いが容易となるとともに、断線
などの故障を少な（することができ、信頬性が向上する
。

そして、励振コイルを振動子の両側に設けると、振動子
を強く振動させることができ、感度を良好にできる。ま
た、励振コイルを振動子の片側だけに設け、振動子の弾
性力を利用して振動させるようにすると、振動ジャイロ
の小型化とコストの低減が図れる。さらに、振動子自体
を強磁性体にすると、振動子の形成が容易となる。しか
し、振動子を非磁性体と強磁性体とによって構成すると
、振動子のコストの低減が図れる。また、強磁性体を永
久磁石にすると、励振コイルとの間の吸引力と斥力とを
利用でき、振動子を強く振動させることができる。

なお、振動子の振動を検出する振動検出器と、この振動
検出器の検出信号に基づいて励振コイルに供給する励磁
電流を制御する制御回路を設けると、振動子の振動振幅
を一定にすることができ、回転速度等の検出精度を向上
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る振動ジャイロの説明図、
第２図は他の実施例の説明図である。 ｌＯ−・・・・・振動子、１１　・・−・・−振動子本
体、１２−・・−ウェブ部（ベース部）、１４Ａ〜１４
０　・・−・−・フランジ部（振動駆動部）、２２Ａ〜
２２Ｄ　・・・−強磁性体、２６Ａ、２６Ｂ　・・−・
−・励振コイル、３０−・−・−高周波電源、３２−・
・・制御回路、３４Ａ〜３４Ｄ　・・−・・−検出部、
３６Ａ〜３６Ｄ−・・・・検出用圧電素子、４４　−−
一一−−振動検出器。 第１図

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動子を振動させてコリオリ力を検出する振動ジ
   ャイロにおいて、前記振動子が強磁性体を有していると
   ともに、この強磁性体に対向して配設され、前記振動子
   を励振する励振コイルを有していることを特徴とする振
   動ジャイロ。
2. （２）前記励振コイルは、前記振動子の両側に配設した
   ことを特徴とする請求項１記載の振動ジャイロ。
3. （３）前記励振コイルは、前記振動子の片側のみに配設
   したことを特徴とする請求項１記載の振動ジャイロ。
4. （４）前記振動子は、強磁性体によって形成されたこと
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の振
   動ジャイロ。
5. （５）前記振動子は、非磁性体からなる振動子本体と、
   この振動子本体の前記励振コイルに対向した部分に固着
   した前記強磁性体とからなることを特徴とする請求項１
   ないし３のいずれか１に記載の振動ジャイロ。
6. （６）前記強磁性体は、永久磁石であることを特徴とす
   る請求項５記載の振動ジャイロ。
7. （７）前記振動子は、複数の振動駆動部を有しているこ
   とを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１に記載の
   振動ジャイロ。
8. （８）前記振動子はＨ型に形成され、ウエブ部より一側
   の一対のフランジ部が振動駆動部であることを特徴とす
   る請求項７記載の振動ジャイロ。
9. （９）前記振動子はＨ型に形成され、対角線上の一対の
   フランジ部が振動駆動部であることを特徴とする請求項
   ７記載の振動ジャイロ。
10. （１０）振動子を振動させてコリオリ力を検出する振動
    ジャイロにおいて、前記振動子が強磁性体を有している
    とともに、この強磁性体に対向して配設され、前記振動
    子を励振する励振コイルと、前記振動子の振動を検出す
    る振動検出器と、この振動検出器の検出信号を受け、前
    記励振コイルに供給する励磁電流を制御する制御回路と
    を設けたことを特徴とする振動ジャイロ。
11. （１１）前記振動検出器は、圧電素子であることを特徴
    とする請求項１０記載の振動ジャイロ。