JPH08320231A - Gyro device and its manufacture - Google Patents

Gyro device and its manufacture

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JPH08320231A
JPH08320231A JP12534595A JP12534595A JPH08320231A JP H08320231 A JPH08320231 A JP H08320231A JP 12534595 A JP12534595 A JP 12534595A JP 12534595 A JP12534595 A JP 12534595A JP H08320231 A JPH08320231 A JP H08320231A
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gyro
rotor
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electrode
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Takao Murakoshi
尊雄 村越
Takeshi Hojo
武 北條
Takafumi Nakaishi
隆文 中石
Shigeru Nakamura
茂 中村
Masaki Esashi
正喜 江刺
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Abstract

PURPOSE: To provide an electrostatic bearing type acceleration detecting type gyro device constituted in such a way as to make the displacement of a gyro rotor actively zero. CONSTITUTION: Control DC voltage for generating electrostatic bearing power, and displacement detecting AC voltage for detecting the displacement of a gyro rotor 20 are applied to electrostatic bearing electrodes, and a displacement detecting current (iP) generated at a displacement detecting electrode part is detected by a displacement detecting circuit 35. A control arithmetic part 140 computes the displacement of the gyro rotor 20 and control DC voltage to be applied to the electrostatic bearing electrodes from the displacement detecting voltage VP outputted from the displacement detecting circuit 35.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、船舶、航空機
等の移動体に使用して好適な、慣性空間に対する角速度
又は角変化及び加速度を検出するための加速度検出型ジ
ャイロ装置に関する。より詳細には、本発明は、ジャイ
ロロータを静電支持力によって浮動的に支持する形式の
極めて小型の加速度検出型ジャイロ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration detecting gyro device suitable for use in a moving body such as an automobile, a ship and an aircraft, for detecting an angular velocity or an angular change and acceleration with respect to an inertial space. More specifically, the present invention relates to an extremely small acceleration detection type gyro device of a type in which a gyro rotor is floatingly supported by electrostatic supporting force.

【0002】[0002]

【従来の技術】図13〜図19を参照して従来のジャイ
ロ装置の例を説明する。このジャイロ装置は、本願出願
人と同一の出願人によって平成6年6月17日に出願さ
れた特願平6−136074号に開示されたものであ
る。詳細については同出願を参照されたい。
2. Description of the Related Art An example of a conventional gyro device will be described with reference to FIGS. This gyro device is disclosed in Japanese Patent Application No. 6-136074 filed on June 17, 1994 by the same applicant as the present applicant. See that application for details.

【0003】先ず図13を参照してこのジャイロ装置の
構造を説明する。このジャイロ装置は静電ジャイロと称
され、静電支持力によって浮動的に支持された円盤状の
ジャイロロータ20と斯かるジャイロロータ20を内部
に収容するジャイロケース21とを有する。
First, the structure of the gyro device will be described with reference to FIG. This gyro device is called an electrostatic gyro, and has a disk-shaped gyro rotor 20 that is floatingly supported by an electrostatic supporting force, and a gyro case 21 that houses the gyro rotor 20 therein.

【0004】ここで、ジャイロ装置に対して図示のよう
に、XYZ座標を設定する。ジャイロ装置の中心軸線に
沿って上方にZ軸をとり、それに垂直にX軸及びY軸を
とる。ジャイロロータ20のスピン軸線はZ軸に沿って
配置される。
Here, XYZ coordinates are set for the gyro device as shown in the figure. The Z axis is taken upward along the central axis of the gyro device, and the X axis and the Y axis are taken perpendicularly thereto. The spin axis of the gyro rotor 20 is arranged along the Z axis.

【0005】ジャイロケース21は上側底部材22と下
側底部材24と両者を接続する環状のスペーサ23とを
有し、これらは適当な締結手段、例えば小ねじ25によ
って接続されてよい。こうして、ジャイロケース21の
内部にはジャイロロータ20を収容するための円盤状の
空洞部26が形成される。
The gyro case 21 has an upper bottom member 22 and a lower bottom member 24, and an annular spacer 23 connecting them, which may be connected by a suitable fastening means such as a machine screw 25. Thus, a disk-shaped hollow portion 26 for housing the gyro rotor 20 is formed inside the gyro case 21.

【0006】図13Aに示すように、上側底部材22及
び下側底部材24には空洞部26に通ずる孔22A、2
2A’が形成されており、上側底部材22の孔22Aに
はキャップ32が装填され、斯かるキャップ32は空洞
部26を長期間高い真空度に維持するためにゲッタ部材
33を内蔵する。下側底部材24の孔22A’にはパイ
プ34が接続されており、斯かるパイプ34を経由して
空洞部26が排気され真空にされる。
As shown in FIG. 13A, the upper bottom member 22 and the lower bottom member 24 have holes 22A, 2
2A ′ is formed, and a cap 32 is loaded in the hole 22A of the upper bottom member 22. The cap 32 incorporates a getter member 33 for maintaining the cavity 26 at a high vacuum for a long period of time. A pipe 34 is connected to the hole 22A ′ of the lower bottom member 24, and the hollow portion 26 is evacuated and evacuated through the pipe 34.

【0007】ジャイロロータ20は導電性材料によって
形成され、図13Aに示すように、好ましくは、肉薄の
中心部20Bとその外側のより肉厚な環状の電極部20
Cとを有するように構成してよい。中心部20Bには中
心軸線に沿って貫通孔20Aが形成されている。
The gyro rotor 20 is formed of a conductive material, and as shown in FIG. 13A, preferably has a thin central portion 20B and an outer thicker annular electrode portion 20.
It may be configured to have C and. A through hole 20A is formed in the central portion 20B along the central axis.

【0008】ジャイロ装置はジャイロケース21に対す
るジャイロロータ20の変位を検出する変位検出装置を
有しており、斯かる変位検出装置によってジャイロロー
タ20の半径方向の変位が検出される。斯かる変位検出
装置は、例えば図13Aに示すように、ジャイロケース
21の空洞部26の内側の上面と下面にそれぞれ配置さ
れた発光素子27と受光素子28とを含むものであって
よい。受光素子28は、図13Bに示すように、4つの
セグメント28−1、28−2、28−3、28−4に
分割されたものより構成されてよい。
The gyro device has a displacement detection device for detecting the displacement of the gyro rotor 20 with respect to the gyro case 21, and the displacement detection device detects the displacement of the gyro rotor 20 in the radial direction. Such a displacement detecting device may include, for example, as shown in FIG. 13A, a light emitting element 27 and a light receiving element 28 which are respectively arranged on the upper surface and the lower surface inside the cavity portion 26 of the gyro case 21. The light receiving element 28 may be configured by being divided into four segments 28-1, 28-2, 28-3, 28-4 as shown in FIG. 13B.

【0009】発光素子27と受光素子28は、ジャイロ
ロータ20の孔20Aを光路が通るようにその両側にそ
れぞれ配置されている。ジャイロロータ20が半径方向
に変位すると、光路に対して孔20Aの位置が偏倚する
ため、発光素子27によって発生された光のうち受光素
子28によって受光される光の量が変化する。4つの受
光素子セグメントの受光量の変化量は互いに異なるか
ら、ジャイロロータ20の半径方向の変位の大きさと方
向が求められる。
The light emitting element 27 and the light receiving element 28 are respectively arranged on both sides of the hole 20A of the gyro rotor 20 so that the optical path thereof passes. When the gyro rotor 20 is displaced in the radial direction, the position of the hole 20A is displaced with respect to the optical path, so that the amount of light received by the light receiving element 28 among the light generated by the light emitting element 27 changes. Since the amounts of change in the amount of light received by the four light receiving element segments are different from each other, the magnitude and direction of the radial displacement of the gyro rotor 20 can be obtained.

【0010】上側底部材22の内面には同心的に静電支
持電極29−1〜29−4及びロータ回転駆動用コイル
30−1〜30−4が配置されており、同様に、下側底
部材24の内面には同心的に静電支持電極29’−1〜
29’−4及びロータ回転駆動用コイル30’−1〜3
0’−4が配置されている。斯かる静電支持電極29−
1〜29−4、29’−1〜29’−4及びロータ回転
駆動用コイル30−1〜30−4、30’−1〜30’
−4はジャイロロータ20の電極部20Cに対応して且
つそれより隔置して配置されている。尚、静電支持電極
29−1〜29−4、29’−1〜29’−4とジャイ
ロロータ20の電極部20Cとの間の位置関係は後に詳
細に説明する。
Electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4 and rotor rotation driving coils 30-1 to 30-4 are concentrically arranged on the inner surface of the upper bottom member 22, and similarly, the lower bottom portion is arranged. Electrostatic support electrodes 29'-1 to 29'-1 are concentrically provided on the inner surface of the material 24.
29'-4 and coils 30'-1 to 30 'for rotating the rotor.
0'-4 is arranged. Such an electrostatic supporting electrode 29-
1 to 29-4, 29'-1 to 29'-4 and rotor rotation driving coils 30-1 to 30-4, 30'-1 to 30 '
-4 is arranged corresponding to the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 and spaced from it. The positional relationship between the electrostatic supporting electrodes 29-1 to 29-4, 29'-1 to 29'-4 and the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 will be described in detail later.

【0011】図13Bに示すように、例えば、第1の対
の静電支持電極29−1、29’−1及び第3の対の静
電支持電極29−3、29’−3はX軸に沿って配置さ
れ、第2の対の静電支持電極29−2、29’−2及び
第4の対の静電支持電極29−4、29’−4はY軸に
沿って配置される。静電支持電極29−1〜29−4、
29’−1〜29’−4は、ロータ回転駆動用コイル3
0−1〜30−4、30’−1〜30’−4の間に配置
されてよい。静電支持電極29−1〜29−4及び2
9’−1〜29’−4は、図示のように、扇形に形成さ
れてよい。
As shown in FIG. 13B, for example, the first pair of electrostatic support electrodes 29-1, 29'-1 and the third pair of electrostatic support electrodes 29-3, 29'-3 are arranged on the X-axis. And the second pair of electrostatic support electrodes 29-2, 29'-2 and the fourth pair of electrostatic support electrodes 29-4, 29'-4 are arranged along the Y-axis. . Electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4,
29'-1 to 29'-4 are coils 3 for rotor rotation drive.
It may be arranged between 0-1 to 30-4 and 30'-1 to 30'-4. Electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4 and 2
9'-1 to 29'-4 may be formed in a fan shape as shown.

【0012】ロータ回転駆動用コイル30−1〜30−
4、30’−1〜30’−4に駆動用交流電圧を印加す
ると、ジャイロロータ20はZ軸をスピン軸として高速
回転する。所望の回転数に達すると、交流電圧はカット
オフされるが、ジャイロロータ20はその後の使用期間
中惰性回転し続ける。ジャイロロータ20は高真空に維
持されたジャイロケース21の空洞部26にて非接触的
に支持されているため、数カ月以上回転し続ける。
Rotor rotation drive coils 30-1 to 30-
When a driving AC voltage is applied to 4, 30'-1 to 30'-4, the gyro rotor 20 rotates at high speed with the Z axis as the spin axis. When the desired number of revolutions is reached, the AC voltage is cut off, but the gyro rotor 20 continues to coast for the duration of its subsequent use. Since the gyro rotor 20 is supported in a non-contact manner by the hollow portion 26 of the gyro case 21 maintained in a high vacuum, it continues to rotate for several months or longer.

【0013】ジャイロロータ20には外部よりいかなる
トルクも作用しないから、ジャイロケース21がどのよ
うな運動をしても、慣性の法則によって、ジャイロロー
タ21のスピン軸線の方向は慣性空間に対して一定方向
に維持される。
Since no torque acts on the gyro rotor 20 from the outside, the spin axis direction of the gyro rotor 21 is constant with respect to the inertial space regardless of the movement of the gyro case 21 due to the law of inertia. Maintained in the direction.

【0014】次に図14を参照して本例のジャイロ装置
に設けられたZ拘束制御系及びXY拘束制御系とロータ
駆動系100の構成と動作を説明する。Z拘束制御系は
ジャイロロータ20のZ軸方向の変位を拘束するように
機能する。即ち、ジャイロロータ20を浮揚させ所定位
置に保持する機能を有する。XY拘束制御系はジャイロ
ロータ20のXY軸方向の変位を拘束するように機能
し、ロータ駆動系100はジャイロロータ20をスピン
軸線周りに回転させるように機能する。
The structure and operation of the Z constraint control system and the XY constraint control system and the rotor drive system 100 provided in the gyro device of this embodiment will be described with reference to FIG. The Z constraint control system functions to restrain the displacement of the gyro rotor 20 in the Z axis direction. That is, it has a function of levitating the gyro rotor 20 and holding it at a predetermined position. The XY constraint control system functions to restrain the displacement of the gyro rotor 20 in the XY axis directions, and the rotor drive system 100 functions to rotate the gyro rotor 20 around the spin axis.

【0015】ジャイロロータ20の電極部20Cのう
ち、第1の対の静電支持電極29−1、29’−1に対
応した部分を第1の部分P1 とし、第2の対の静電支持
電極29−2、29’−2に対応した部分を第2の部分
2 とし、第3の対の静電支持電極29−3、29’−
3に対応した部分を第3の部分P3 とし、第4の対の静
電支持電極29−4、29’−4に対応した部分を第4
の部分P4 とする。
Of the electrode portion 20C of the gyro rotor 20, a portion corresponding to the first pair of electrostatic supporting electrodes 29-1 and 29'-1 is referred to as a first portion P 1 and a second pair of electrostatic electrodes is provided. a portion corresponding to the supporting electrode 29-2,29'-2 and a second portion P 2, a third pair of electrostatic supporting electrodes 29-3,29'-
The portion corresponding to 3 is the third portion P 3, and the portion corresponding to the fourth pair of electrostatic support electrodes 29-4 and 29′-4 is the fourth portion.
Part P 4 .

【0016】先ずZ拘束制御系の構成と動作を説明す
る。本例のZ拘束制御系は静電方式であり、ジャイロロ
ータ20と静電支持電極との間に生成される静電気力に
よってジャイロロータ20は浮動的に支持され拘束され
る。
First, the structure and operation of the Z constraint control system will be described. The Z restraint control system of this example is an electrostatic system, and the gyro rotor 20 is supported and restrained in a floating manner by an electrostatic force generated between the gyro rotor 20 and the electrostatic support electrode.

【0017】本例のZ拘束制御系は、ジャイロロータ2
0の電極部20C(図14ではP1、P3 の部分)とジ
ャイロロータ20の両側に設けられた4対の静電支持電
極29−1、29’−1、29−2、29’−2、29
−3、29’−3、29−4、29’−4(図14では
29−1、29’−1、29−3、29’−3のみ図
示)と斯かる静電支持電極の各々に接続された4つのト
ランス41、42、43、44(図14では41、43
のみ図示)とを有する。
The Z-restraint control system of this example is based on the gyro rotor 2
No. 0 electrode portion 20C (portions P 1 and P 3 in FIG. 14) and four pairs of electrostatic support electrodes 29-1, 29′-1, 29-2, 29′− provided on both sides of the gyro rotor 20. 2, 29
-3, 29'-3, 29-4, 29'-4 (only 29-1, 29'-1, 29-3, 29'-3 are shown in FIG. 14) and each of these electrostatic supporting electrodes. Four connected transformers 41, 42, 43, 44 (41, 43 in FIG. 14)
(Only shown).

【0018】ここで、簡単化のため、ジャイロロータ2
0のX軸方向の変位Δx及びY軸方向の変位Δyはゼロ
であると仮定する。図14に示すように、第1及び第3
のトランス41、43の各中点T1、T4には変位Δx
によって修正された交流電圧(1±K1 Δx)VTXが印
加されるが、ここでは斯かる係数は(1±K1 Δx)=
1となる。従って点T1、T4には基準周波数をfo
交流電圧VTXが印加されている。第1のトランス41の
出力端T2、T3はそれぞれ静電支持電極29−1、2
9’−1に接続され、第3のトランス43の出力端T
5、T6はそれぞれ静電支持電極29−3、29’−3
に接続されている。
Here, for simplification, the gyro rotor 2
It is assumed that the displacement Δx in the X-axis direction of 0 and the displacement Δy in the Y-axis direction are zero. As shown in FIG. 14, the first and the third
The displacements Δx at the midpoints T1 and T4 of the transformers 41 and 43 of
An AC voltage (1 ± K 1 Δx) V TX modified by is applied, where the coefficient is (1 ± K 1 Δx) =
It becomes 1. The point T1, T4 hence the reference frequency AC voltage V TX of f o is applied. Output terminals T2 and T3 of the first transformer 41 are respectively electrostatic supporting electrodes 29-1 and 29-2.
9'-1 is connected to the output terminal T of the third transformer 43.
5 and T6 are electrostatic support electrodes 29-3 and 29'-3, respectively.
It is connected to the.

【0019】第1の対の静電支持電極29−1、29’
−1とジャイロロータ20の電極部20Cの第1の部分
1 とによってコンデンサ(静電容量をCとする。)が
構成され、斯かるコンデンサと第1のトランス41(イ
ンダクタンスをLとする。)とによって共振回路が構成
される。斯かる共振回路の共振周波数fa 〔=1/2π
√(LC)〕は、第1のトランス41に印加される交流
電圧VTXの基準周波数fo より小さい値に設定される。
The first pair of electrostatic support electrodes 29-1, 29 '.
The first portion P 1 and the capacitor electrode portion 20C of -1 and the gyro rotor 20 (the capacitance and C.) Is configured, the such capacitor and a first transformer 41 (inductance and L. ) And form a resonance circuit. The resonance frequency f a of such a resonance circuit [= 1 / 2π
√ (LC)] is set to the reference frequency f o is smaller than value of the AC voltage V TX applied to the first transformer 41.

【0020】次に図15を参照して本例のジャイロ装置
のZ拘束制御系の動作を説明する。図15は第1のトラ
ンス41とそれに接続された静電支持電極29−1、2
9’−1とを含む共振回路の動作を示す共振曲線のグラ
フであり、縦軸は一方の電極、例えば、ジャイロロータ
20の上側に配置された静電支持電極29−1の電極電
圧VT 、横軸は周波数比(fO /fa )である。ここ
に、fO は上述のように交流電圧VTXの基準周波数であ
り、fa は共振回路の共振周波数fa 〔=1/2π√
(LC)〕である。
Next, the operation of the Z-restraint control system of the gyro device of this example will be described with reference to FIG. FIG. 15 shows a first transformer 41 and electrostatic supporting electrodes 29-1, 2 connected to it.
9′-1 is a graph of a resonance curve showing the operation of the resonance circuit, in which the vertical axis represents the electrode voltage V T of one electrode, for example, the electrostatic support electrode 29-1 arranged above the gyro rotor 20. The horizontal axis represents the frequency ratio (f O / f a ). Here, f O is the reference frequency of the AC voltage V TX as described above, and f a is the resonance frequency f a of the resonance circuit [= ½π√
(LC)].

【0021】上述のように動作点では共振回路の共振周
波数fa は交流電源の基準周波数f o より小さく、周波
数比(fO /fa )は1より大きい。従って、図15に
示すように、動作点付近では電極電圧VT は減少関数で
ある。
As described above, at the operating point, the resonance frequency of the resonance circuit is
Wave number faIs the reference frequency f of the AC power supply oSmaller and frequency
Number ratio (fO/ Fa) Is greater than 1. Therefore, in FIG.
As shown, the electrode voltage V near the operating pointTIs a decreasing function
is there.

【0022】ジャイロロータ20の電極部20Cの第1
の部分P1 が上方に変位した場合を考える。斯かる第1
の部分P1 とその上側に配置された静電支持電極29−
1との間の距離が減少し、両者間の静電容量Cは増加す
る。従って、共振周波数fa〔=1/2π√(LC)〕
は減少し、周波数比(fO /fa )は増加する。その結
果、図示のように、静電支持電極29−1の電極電圧V
T は動作電圧VTOより小さくなる。こうして、上側の静
電支持電極29−1とジャイロロータ20の第1の部分
1 との間に働く引力は小さくなる。
First of the electrode portion 20C of the gyro rotor 20
Consider a case where the portion P 1 of is displaced upward. Such a first
Portion P 1 and the electrostatic supporting electrode 29- disposed above it.
The distance between 1 and 1 decreases, and the capacitance C between them increases. Therefore, the resonance frequency f a [= 1 / 2π√ (LC)]
Decreases and the frequency ratio (f O / f a ) increases. As a result, as shown in the figure, the electrode voltage V of the electrostatic supporting electrode 29-1 is
T becomes smaller than the operating voltage V TO . Thus, the attractive force acting between the upper electrostatic support electrode 29-1 and the first portion P 1 of the gyro rotor 20 becomes small.

【0023】ジャイロロータ20の第1の部分P1 とそ
の下側に配置された静電支持電極29’−1との間の関
係は丁度それと逆になる。第1の部分P1 とその下側に
配置された静電支持電極29’−1との間の距離は増加
し、両者間の静電容量Cは減少する。従って、共振周波
数fa 〔=1/2π√(LC)〕は増加し、周波数比
(fO /fa )は減少する。その結果、静電支持電極2
9’−1の電極電圧VTは動作電圧VTOより大きくな
る。こうして、下側の静電支持電極29’−1とジャイ
ロロータ20の第1の部分P1 との間に働く引力は大き
くなる。
The relationship between the first portion P 1 of the gyro rotor 20 and the electrostatic support electrode 29'-1 located below it is just opposite. The distance between the first portion P 1 and the electrostatic support electrode 29′-1 arranged below the first portion P 1 increases, and the electrostatic capacitance C between them increases. Therefore, the resonance frequency f a [= ½π√ (LC)] increases and the frequency ratio (f O / f a ) decreases. As a result, the electrostatic support electrode 2
The electrode voltage V T of 9′-1 becomes higher than the operating voltage V TO . Thus, the attractive force acting between the lower electrostatic support electrode 29′-1 and the first portion P 1 of the gyro rotor 20 becomes large.

【0024】ジャイロロータ20の第1の部分P1 が上
方に変位した場合、この第1の部分P1 を上方に偏倚さ
せる力が小さくなり、下方に偏倚させる力が大きくなる
ため、第1の部分P1 は相対的に下方に偏倚され、元の
位置に戻されるように動作する。
When the first portion P 1 of the gyro rotor 20 is displaced upward, the force for biasing the first portion P 1 upward becomes small, and the force for biasing it downward becomes large. The part P 1 is relatively biased downward and operates so as to be returned to its original position.

【0025】本例のZ拘束制御系によると、第1のトラ
ンス41と第1の対の静電支持電極29−1、29’−
1とを含む第1の共振回路によって、ジャイロロータ2
0の電極部20Cの第1の部分P1 のZ軸方向の変位は
常にゼロに維持され、第3のトランス43と第3の対の
静電支持電極29−3、29’−3とを含む第3の共振
回路によって、ジャイロロータ20の電極部20Cの第
3の部分P3 のZ軸方向の変位は常にゼロに維持され
る。同様に、第2及び第4の共振回路によってジャイロ
ロータ20の電極部20Cの第2及び第4の部分P2
4 のZ軸方向の変位は常にゼロに維持される。
According to the Z-restraint control system of this example, the first transformer 41 and the first pair of electrostatic supporting electrodes 29-1, 29'-
The first gyro rotor 2 including the
The displacement in the Z-axis direction of the first portion P 1 of the zero electrode portion 20C is always maintained at zero, and the third transformer 43 and the third pair of electrostatic supporting electrodes 29-3 and 29′-3 are connected to each other. Due to the third resonance circuit including, the displacement in the Z-axis direction of the third portion P 3 of the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 is always maintained at zero. Similarly, by the second and fourth resonance circuits, the second and fourth portions P 2 of the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 are
The displacement of P 4 in the Z-axis direction is always maintained at zero.

【0026】ジャイロロータ20の第1の部分P1 がジ
ャイロケース21より受ける力Fz1は、両側の静電支
持電極29−1、29’−1に印加されている電圧
1 、B 1 の差に比例する。ジャイロロータ20の電極
部20Cの第3の部分P3 の動作、第2及び第4のの部
分P2 、P4 の動作も同様である。
The first portion P of the gyro rotor 201Is
The force Fz1 received from the gyro case 21 is the electrostatic support on both sides.
Voltage applied to holding electrodes 29-1 and 29'-1
A1, B 1Proportional to the difference between. Electrode of gyro rotor 20
Third part P of part 20C3Operation, second and fourth parts
Minute P2, PFourThe operation of is also the same.

【0027】[0027]

【数1】Fz1=K(A1 −B1 ) Fz2=K(A2 −B2 ) Fz3=K(A3 −B3 ) Fz4=K(A4 −B4 [Number 1] Fz1 = K (A 1 -B 1 ) Fz2 = K (A 2 -B 2) Fz3 = K (A 3 -B 3) Fz4 = K (A 4 -B 4)

【0028】次に再び図14を参照して本例のロータ駆
動系100の構成と動作を説明する。ロータ駆動系10
0は、ジャイロロータ20と駆動用交流電源101とそ
れに接続された4対のコイル(図14では下側のコイル
30’−1、30’−2、30’−3、30’−4のみ
図示)とを有する。2相交流電圧の基本相V0 は直列に
接続された2つのコイル30’−1、30’−3に接続
され、2相交流電圧の90°相V90は直列に接続された
2つのコイル30’−2、30’−4に接続される。
Next, the structure and operation of the rotor drive system 100 of this embodiment will be described with reference to FIG. 14 again. Rotor drive system 10
Reference numeral 0 denotes a gyro rotor 20, a driving AC power supply 101, and four pairs of coils connected thereto (in FIG. 14, only lower coils 30′-1, 30′-2, 30′-3, 30′-4 are shown. ) And. The basic phase V 0 of the two-phase AC voltage is connected to the two coils 30'-1 and 30'-3 connected in series, and the 90 ° phase V 90 of the two-phase AC voltage is the two coils connected in series. It is connected to 30'-2 and 30'-4.

【0029】4対のコイル30−1、30’−1、30
−2、30’−2、30−3、30’−3、30−4、
30’−4に駆動用交流電源101より交番電圧が付与
されると、ジャイロケース21の空洞部26に駆動用交
流電源101の周波数に比例した回転磁界が発生し、斯
かる磁界とジャイロロータ20内に発生した渦電流との
相互作用によってジャイロータ20は回転する。
Four pairs of coils 30-1, 30'-1, 30
-2, 30'-2, 30-3, 30'-3, 30-4,
When an alternating voltage is applied to 30′-4 from the driving AC power supply 101, a rotating magnetic field proportional to the frequency of the driving AC power supply 101 is generated in the cavity portion 26 of the gyro case 21, and the magnetic field and the gyro rotor 20 are generated. The gyro rotor 20 rotates due to the interaction with the eddy current generated therein.

【0030】次に図16を参照して本例のジャイロ装置
のXY拘束制御系の構成と動作を説明する。XY拘束制
御系は、ジャイロータ20の電極部20Cと静電支持電
極29−1〜29−4、29’−1〜29’−4と発光
素子27及び受光素子28を含む変位検出装置と斯かる
変位検出装置の出力信号を入力するX及びY制御系5
0、60とを有する。ジャイロロータ20がX軸及びY
軸方向に偏倚した場合でも、XY拘束制御系によって、
スピン軸線がジャイロ装置の中心軸線即ちZ軸に整合す
るようにジャイロロータ20のX軸及びY軸方向の位置
が制御される。
Next, the configuration and operation of the XY constraint control system of the gyro device of this example will be described with reference to FIG. The XY restraint control system is a displacement detection device including an electrode portion 20C of the gyro rotor 20, electrostatic supporting electrodes 29-1 to 29-4, 29'-1 to 29'-4, a light emitting element 27 and a light receiving element 28. X and Y control system 5 for inputting the output signal of the displacement detection device
0 and 60. The gyro rotor 20 has X-axis and Y-axis.
Even if it is biased in the axial direction, the XY constraint control system
The position of the gyro rotor 20 in the X-axis and Y-axis directions is controlled so that the spin axis aligns with the central axis of the gyro device, that is, the Z-axis.

【0031】図16Aに示すように、X制御系50は周
波数fo の交流電圧VT を供給する交流電源50−1と
TX演算部50−2と2つの乗算器50−3、50−4
とを有する。VTX演算部50−2は、変位検出装置の受
光素子28より供給されたジャイロロータ20のX軸方
向の変位Δxを指示する信号を入力し、係数1±K1Δ
x(K1 は定数。)を演算する。交流電源50−1の一
端は接地され他端は2つの乗算器50−3、50−4に
接続されている。こうして、2つの乗算器50−3、5
0−4からは、係数1±K1 Δxによって修正された交
流電圧VT (1±K1 Δx)が出力される。図16Bに
示すようにY制御系60の構成はX制御系50の構成と
同様である。
As shown in FIG. 16A, X control system 50 is a frequency f o AC power source 50-1 and V TX computing unit 50-2 supplies an AC voltage V T of the two multipliers 50-3,50- Four
Have and. The V TX calculator 50-2 inputs a signal indicating the displacement Δx of the gyro rotor 20 in the X-axis direction, which is supplied from the light receiving element 28 of the displacement detection device, and the coefficient 1 ± K 1 Δ.
x (K 1 is a constant) is calculated. One end of the AC power supply 50-1 is grounded and the other end is connected to the two multipliers 50-3 and 50-4. Thus, the two multipliers 50-3, 5
From 0-4, the AC voltage V T (1 ± K 1 Δx) corrected by the coefficient 1 ± K 1 Δx is output. As shown in FIG. 16B, the Y control system 60 has the same configuration as the X control system 50.

【0032】ここでジャイロータ20の電極部20Cと
静電支持電極29−1〜29−4、29’−1〜29’
−4との間の位置関係を説明する。ジャイロータ20の
電極部20Cは、静電支持電極29−1〜29−4、2
9’−1〜29’−4に対して同心的に配置されている
が同時に半径方向内方に又は外方に偏倚して配置されて
いる。
Here, the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 and the electrostatic supporting electrodes 29-1 to 29-4, 29'-1 to 29 '.
The positional relationship between -4 and -4 will be described. The electrode portion 20C of the gyro rotor 20 has electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4, 2
9'-1 to 29'-4 are arranged concentrically with each other, but at the same time, are arranged radially inward or outward.

【0033】図13及び図14に示すように、ジャイロ
ータ20の電極部20Cが、静電支持電極29−1〜2
9−4、29’−1〜29’−4に対して半径方向内方
に偏倚して配置されている場合について説明する。図示
のように、静電支持電極29−1〜29−4、29’−
1〜29’−4の外径をジャイロロータ20の電極部2
0Cの外径より大きく形成し、静電支持電極が半径方向
外側に長さδ2 だけジャイロロータ20より突出するよ
うに構成する。
As shown in FIGS. 13 and 14, the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 has electrostatic support electrodes 29-1 and 29-2.
A case will be described in which the elements 9-4 and 29'-1 to 29'-4 are arranged so as to be offset inward in the radial direction. As shown, the electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4, 29'-
The outer diameter of 1-29'-4 is the electrode portion 2 of the gyro rotor 20.
It is formed to have an outer diameter larger than 0C, and the electrostatic supporting electrode is configured to protrude outward in the radial direction by a length δ 2 from the gyro rotor 20.

【0034】更に、静電支持電極29−1〜29−4、
29’−1〜29’−4の内径をジャイロロータ20の
電極部20Cの内径より大きく形成し、ジャイロロータ
20の電極部20Cが半径方向内側に長さδ1 だけ静電
支持電極29−1〜29−4、29’−1〜29’−4
より突出するように構成する。
Further, electrostatic supporting electrodes 29-1 to 29-4,
The inner diameters of 29'-1 to 29'-4 are formed to be larger than the inner diameter of the electrode portion 20C of the gyro rotor 20, so that the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 is radially inward by the length δ 1 by the electrostatic supporting electrode 29-1. ~ 29-4, 29'-1 to 29'-4
It is configured to project more.

【0035】こうして、ジャイロータ20の電極部20
Cを静電支持電極29−1〜29−4、29’−1〜2
9’−4に対して半径方向内方に偏倚して配置すること
によって、ジャイロロータ20には、第1の対の静電支
持電極29−1、29’−1によって半径方向外方(X
軸の正の方向に)に力Fx1が作用し、第3の対の静電
支持電極29−3、29’−3によって半径方向外方
(X軸の負の方向に)に力Fx3が作用する。これらの
力Fx1及びFx3はそれぞれトランス41、43の中
点T1、T4に印加される交流電圧の大きさによって変
化する。斯かる交流電圧が等しければ2つの力Fx1及
びFx3は等しく釣り合っている。
Thus, the electrode portion 20 of the gyro rotor 20
C is the electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4, 29'-1 and 2
9'-4, the gyro rotor 20 is arranged so as to be radially inwardly offset by the first pair of electrostatic supporting electrodes 29-1, 29'-1 in the radial outward (X
Force Fx1 acts in the positive direction of the axis), and force Fx3 acts radially outward (in the negative direction of the X axis) by the third pair of electrostatic support electrodes 29-3, 29'-3. To do. These forces Fx1 and Fx3 change depending on the magnitude of the AC voltage applied to the midpoints T1 and T4 of the transformers 41 and 43, respectively. If the alternating voltages are equal, the two forces Fx1 and Fx3 are equally balanced.

【0036】ジャイロロータ20にX軸方向の加速度α
X が作用して、ジャイロロータ20がジャイロケース2
1に対してX軸の正の方向にΔxだけ変位したものとす
る。斯かる変位Δxは受光素子28によって電圧信号と
して出力される。斯かる信号はX制御系50のVTX演算
部50−2に供給され、係数1±K1 Δxを指示する信
号が生成される。こうして、2つの乗算器50−3、5
0−4からはそれぞれ異なる電圧信号(1−K1 Δx)
T 、(1+K1 Δx)VT が生成される。
Acceleration α in the X-axis direction is applied to the gyro rotor 20.
X acts and the gyro rotor 20 moves the gyro case 2
It is assumed that the displacement is Δx in the positive direction of the X axis with respect to 1. The displacement Δx is output as a voltage signal by the light receiving element 28. Such a signal is supplied to the V TX calculation unit 50-2 of the X control system 50, and a signal indicating the coefficient 1 ± K 1 Δx is generated. Thus, the two multipliers 50-3, 5
Different voltage signals (1-K 1 Δx) from 0-4
V T , (1 + K 1 Δx) V T is generated.

【0037】斯かる電圧信号(1±K1 Δx)VT はそ
れぞれ2つトランス41、43の中点T1、T4に印加
され、第1の対の静電支持電極29−1、29’−1に
よって力Fx1が生成され、第3の対の静電支持電極2
9−3、29’−3によって力Fx3が生成される。ジ
ャイロロータ20に作用するX軸の正の方向の力Fx1
とX軸の負の方向の力Fx3はそれぞれ次の数2の式に
よって表される。
The voltage signal (1 ± K 1 Δx) V T is applied to the midpoints T1 and T4 of the two transformers 41 and 43, respectively, and the electrostatic support electrodes 29-1 and 29'- of the first pair are applied. The force Fx1 is generated by 1 and the third pair of electrostatic support electrodes 2
A force Fx3 is generated by 9-3 and 29'-3. Force Fx1 acting on the gyro rotor 20 in the positive direction of the X axis
And the force Fx3 in the negative direction of the X axis are expressed by the following equations (2).

【0038】[0038]

【数2】Fx1=k1 (1−K1 Δx)VT Fx3=k1 (1+K1 Δx)VT Fx1 = k 1 (1-K 1 Δx) V T Fx3 = k 1 (1 + K 1 Δx) V T

【0039】k1 は定数である。ジャイロロータ20に
作用するX軸方向の力の合力は次のようになる。
K 1 is a constant. The resultant force of the forces acting on the gyro rotor 20 in the X-axis direction is as follows.

【0040】[0040]

【数3】Fx1−Fx3=−2k1 1 T ・Δx[Number 3] Fx1-Fx3 = -2k 1 K 1 V T · Δx

【0041】こうして数3の式によって表されるように
変位Δxに比例した力によって、ジャイロロータ20は
X軸の負の方向に引っ張られ、それによって変位がゼロ
となる。ジャイロロータ20がY軸方向に偏倚した場合
も同様である。こうして、本例のXY拘束制御系によっ
て、ジャイロロータ20がX軸及びY軸方向に偏倚した
場合でも、変位量Δx及びΔyは常にゼロに維持され
る。すなわち、ジャイロロータ20のスピン軸線は常に
ジャイロ装置の中心軸線即ちZ軸に整合するように制御
される。
Thus, as represented by the equation (3), the force proportional to the displacement Δx pulls the gyro rotor 20 in the negative direction of the X axis, whereby the displacement becomes zero. The same applies when the gyro rotor 20 is biased in the Y-axis direction. In this way, the displacement amounts Δx and Δy are always maintained at zero even when the gyro rotor 20 is biased in the X-axis and Y-axis directions by the XY constraint control system of this example. That is, the spin axis of the gyro rotor 20 is always controlled so as to be aligned with the central axis of the gyro device, that is, the Z axis.

【0042】尚、上述の説明では2つトランス41、4
3の中点T1、T4に印加される電圧の変化量は変位Δ
xに比例すると仮定したが、実際に印加される電圧は斯
かる変位Δxに比例する項K1 ΔxVT 以外にダンピン
グに起因する項KD (dΔx/dt)VT も含む。
In the above description, the two transformers 41 and 4 are used.
The change amount of the voltage applied to the middle points T1 and T4 of 3 is the displacement Δ
Although it is assumed that the voltage is proportional to x, the actually applied voltage includes a term K D (dΔx / dt) V T due to damping in addition to the term K 1 ΔxV T proportional to the displacement Δx.

【0043】図13及び図14を参照して、ジャイロー
タ20の電極部20Cが、静電支持電極29−1〜29
−4、29’−1〜29’−4に対して半径方向内方に
偏倚して配置されている場合について説明したが、静電
支持電極29−1〜29−4、29’−1〜29’−4
に対して半径方向外方に偏倚して配置されている場合に
ついても同様である。但し、その場合には、ジャイロロ
ータ20に作用する力Fx1、Fx3の方向が逆にな
る。更に、ジャイロロータ20にY軸方向の加速度αY
が作用して、ジャイロロータ20がジャイロケース21
に対してY軸方向にΔyだけ変位した場合も同様であ
る。
Referring to FIGS. 13 and 14, the electrode portion 20C of the gyro rotor 20 has electrostatic support electrodes 29-1 to 29-29.
-4, 29'-1 to 29'-4 are described as being arranged inwardly in the radial direction, but electrostatic support electrodes 29-1 to 29-4, 29'-1 to 29'-1. 29'-4
The same applies to the case of being displaced outward in the radial direction with respect to. However, in that case, the directions of the forces Fx1 and Fx3 acting on the gyro rotor 20 are opposite. Further, the gyro rotor 20 is accelerated in the Y-axis direction by α Y
Acts, the gyro rotor 20 moves to the gyro case 21.
On the other hand, the same applies to the case where the displacement is Δy in the Y-axis direction.

【0044】図17〜図19を参照して、本例のジャイ
ロ演算部及び加速度演算部の構成と動作を説明する。ジ
ャイロ演算部はX軸周りの角速度dφ/dtを演算する
Xジャイロ演算部51とY軸周りの角速度dθ/dtを
演算するYジャイロ演算部61とを有し、加速度演算部
はX軸方向の加速度を演算するX加速度演算部53とY
軸方向の加速度を演算するY加速度演算部63とZ軸方
向の加速度を演算するZ加速度演算部73とを有する。
The configuration and operation of the gyro operation unit and the acceleration operation unit of this example will be described with reference to FIGS. The gyro computing unit has an X gyro computing unit 51 that computes an angular velocity dφ / dt about the X axis and a Y gyro computing unit 61 that computes an angular velocity dθ / dt about the Y axis, and the acceleration computing unit is in the X axis direction. X acceleration calculation unit 53 for calculating acceleration and Y
It has a Y acceleration calculation unit 63 that calculates the acceleration in the axial direction and a Z acceleration calculation unit 73 that calculates the acceleration in the Z axis direction.

【0045】図17を参照してXジャイロ演算部51及
びX加速度演算部53の構成と動作を説明する。Xジャ
イロ演算部51は、図示のように、4つの分圧部51−
1〜51−4と斯かる分圧部の各々に接続された4つの
整流部51−5〜51−8と各2対の整流部51−5、
51−6及び51−7、51−8に接続された2つの減
算部51−9、51−10と斯かる2つの減算部に接続
された第3の減算部51−11と演算部51−12とを
有する。
The configuration and operation of the X gyro calculator 51 and the X acceleration calculator 53 will be described with reference to FIG. The X gyro calculator 51 includes four voltage dividers 51-
1 to 51-4 and four rectifying sections 51-5 to 51-8 connected to each of the voltage dividing sections and two pairs of rectifying sections 51-5,
Two subtraction units 51-9 and 51-10 connected to 51-6 and 51-7 and 51-8, and a third subtraction unit 51-11 connected to these two subtraction units and an arithmetic unit 51- 12 and.

【0046】Xジャイロ演算部51は入力端子51a、
51b及び51c、51dを経由して2つのトランス4
1、43の出力端T2、T3及びT5、T6の端子出力
1、B1 及びA3 、B3 を入力する。2つのトランス
41、43の出力端T2、T3及びT5、T6の端子出
力A1 、B1 及びA3 、B3 は通常1000V以上の高
電圧であるため、斯かる電圧はそれぞれ4つの分圧部5
1−1〜51−4によって低電圧に分圧され、4つの整
流部51−5〜51−8にて直流電圧に整流される。斯
かる直流電圧信号は減算部51−9、51−10、51
−11にて減算演算される。こうして、演算部51−1
2の出力端よりジャイロロータ20のX軸周りの回転角
速度dφ/dtを指示するジャイロ信号が得られる。
The X gyro calculator 51 has an input terminal 51a,
Two transformers 4 via 51b, 51c and 51d
The terminal outputs A 1 , B 1 and A 3 , B 3 of the output terminals T2, T3 and T5, T6 of 1 , 43 are input. Since the terminal outputs A 1 , B 1 and A 3 , B 3 of the output terminals T2, T3 and T5, T6 of the two transformers 41, 43 are usually high voltages of 1000 V or more, each of these voltages is divided by four. Part 5
The voltage is divided into low voltages by 1-1 to 51-4, and is rectified into a DC voltage by the four rectifying units 51-5 to 51-8. Such a DC voltage signal is subtracted from the subtraction units 51-9, 51-10, 51.
Subtraction is performed at -11. Thus, the calculation unit 51-1
A gyro signal indicating the rotational angular velocity dφ / dt of the gyro rotor 20 around the X axis is obtained from the output terminal of 2.

【0047】次に、Xジャイロ演算部51の動作を詳細
に説明する。X軸周りに角速度dφ/dtが入力された
場合を考える。ジャイロロータ20のスピン運動による
角運動ベクトルHを図14に示すようにZ軸に沿って上
向きにとる。慣性の法則によりジャイロロータ20のス
ピン軸線はZ軸方向に沿って配置され続けようとする。
一方、ジャイロケース21がX軸周りに角速度dφ/d
tで回転変位すると、第2の対の静電支持電極29−
2、29’−2及び第4の対の静電支持電極29−4、
29’−4において、ジャイロロータ20の第2及び第
4の部分P2 、P 4 と上側電極の間の隙間と下側電極の
間の隙間とに差が生ずる。斯かる上下の隙間の差はY制
御系60の動作によってゼロとなる。このとき、上述の
ようにジャイロロータ20の第2及び第4の部分P2
4 にZ軸に沿って2つの互いに反対方向の力Fz2と
Fz4が作用し、それによって次式によって表されるト
ルクTX が発生する。
Next, the operation of the X gyro calculator 51 will be described in detail.
Explained. Angular velocity dφ / dt was input around the X axis
Consider the case. Due to the spin motion of the gyro rotor 20
As shown in FIG. 14, the angular motion vector H is moved up along the Z axis.
Take in the direction. According to the law of inertia, the gyro rotor 20
The pin axis tends to continue to be placed along the Z axis direction.
On the other hand, the gyro case 21 has an angular velocity dφ / d about the X axis.
When rotationally displaced at t, the second pair of electrostatic support electrodes 29-
2, 29'-2 and a fourth pair of electrostatic support electrodes 29-4,
29'-4, the second and the second gyro rotor 20
Part P of 42, P FourAnd the gap between the upper electrode and the lower electrode
There is a difference in the gap between them. The difference between the upper and lower gaps is Y
It becomes zero by the operation of the control system 60. At this time,
The second and fourth parts P of the gyro rotor 202,
PFourAnd two opposite forces Fz2 along the Z-axis
Fz4 acts, and as a result,
Luk TXOccurs.

【0048】[0048]

【数4】TX =(Fz2−Fz4)×r## EQU4 ## T X = (Fz2-Fz4) × r

【0049】ここに、rはスピン軸線から力の作用点ま
での距離である。
Here, r is the distance from the spin axis to the point of action of force.

【0050】斯かるトルクTX によってジャイロロータ
20のスピン軸線はY軸周りに小さい角度でプリセッシ
ョン運動する。斯かるプリセッション運動によって、第
1の対の静電支持電極29−1、29’−1及び第3の
対の静電支持電極29−3、29’−3とジャイロロー
タ20の第1及び第3の部分P1 、P3 との間の間隙が
変化する。即ち、上側の間隙と下側の間隙で差が生ず
る。
The torque T X causes the spin axis of the gyro rotor 20 to perform a precession motion around the Y axis at a small angle. By such precession movement, the electrostatic support electrodes 29-1, 29'-1 of the first pair and the electrostatic support electrodes 29-3, 29'-3 of the third pair and the first and second electrostatic support electrodes 29-1, 29'-3 of the gyro rotor 20 are formed. The gap between the third parts P 1 , P 3 changes. That is, there is a difference between the upper gap and the lower gap.

【0051】同様に、X制御系50の動作によって、斯
かる上側の間隙と下側の間隙の差がゼロとなるように制
御される。このとき、上述のようにジャイロロータ20
の第1及び第3の部分P1 、P3 に2つの互いに反対方
向の力Fz1とFz3が作用し、それによって次式によ
って表されるトルクTY が発生する。
Similarly, the operation of the X control system 50 is controlled so that the difference between the upper gap and the lower gap becomes zero. At this time, as described above, the gyro rotor 20
Two opposite forces Fz1 and Fz3 act on the first and third parts P 1 and P 3 of the , respectively, whereby a torque T Y represented by the following equation is generated.

【0052】[0052]

【数5】TY =(Fz1−Fz3)×r## EQU5 ## T Y = (Fz1-Fz3) × r

【0053】斯かるトルクTY によってジャイロロータ
20のスピン軸線はX軸周りに小さい角度でプリセッシ
ョン運動する。斯かるプリセッション運動は入力角速度
dφ/dtと同一の運動となり、その結果、スピン軸線
とジャイロケース21は一体となってX軸周りに角速度
dφ/dtで回転する。
The torque T Y causes the spin axis of the gyro rotor 20 to perform precession movement around the X axis at a small angle. Such precession movement becomes the same movement as the input angular velocity dφ / dt, and as a result, the spin axis and the gyro case 21 integrally rotate about the X axis at the angular velocity dφ / dt.

【0054】数4及び数5の式より角運動の方程式をた
て、数1の式を使用すると次の式が得られる。
From the equations (4) and (5), the equation of angular motion is formed, and the following equation is obtained by using the equation (1).

【0055】[0055]

【数6】 H(dφ/dt)=(Fz3−Fz1)×r =〔(A3 −B3 )−(A1 −B1 )〕×r×K H(dθ/dt)=(Fz4−Fz2)×r =〔(A4 −B4 )−(A2 −B2 )〕×r×KH (dφ / dt) = (Fz3−Fz1) × r = [(A 3 −B 3 ) − (A 1 −B 1 )] × r × K H (dθ / dt) = (Fz4− Fz2) × r = [(A 4 -B 4) - ( A 2 -B 2) ] × r × K

【0056】ここにHはジャイロロータ20の角運動量
である。従って、
Here, H is the angular momentum of the gyro rotor 20. Therefore,

【0057】[0057]

【数7】 dφ/dt=〔(A3 −B3 )−(A1 −B1 )〕×Kr/H dθ/dt=〔(A4 −B4 )−(A2 −B2 )〕×Kr/H[Formula 7] dφ / dt = [(A 3 −B 3 ) − (A 1 −B 1 )] × Kr / H dθ / dt = [(A 4 −B 4 ) − (A 2 −B 2 )] × Kr / H

【0058】こうして、Xジャイロ演算部51及びYジ
ャイロ演算部53では、4つのトランスの端子出力
1 、B1 、A2 、B2 、A3 、B3 、A4 、B4 を入
力してXジャイロ信号dφ/dt及びYジャイロ信号d
θ/dtを出力する。
Thus, the X gyro operation unit 51 and the Y gyro operation unit 53 input the terminal outputs A 1 , B 1 , A 2 , B 2 , A 3 , B 3 , A 4 , and B 4 of the four transformers. X gyro signal dφ / dt and Y gyro signal d
Output θ / dt.

【0059】次にX加速度演算部53の構成と動作を説
明する。X加速度演算部53は、Xジャイロ演算部51
の第1の対の整流部51−5、51−6の出力信号
1 、b 1 を入力する加算部53−1と及び第2の対の
整流部51−7、51−8の出力信号a3 、b3 を入力
する加算部53−2と斯かる2つの加算部に接続された
減算部53−3とを有する。
Next, the structure and operation of the X acceleration calculator 53 will be explained.
Reveal The X acceleration calculation unit 53 is the X gyro calculation unit 51.
Output signals of the first pair of rectifying units 51-5 and 51-6
a1, B 1Of the second pair and the adder 53-1 for inputting
Output signal a of the rectifying units 51-7 and 51-83, B3Enter
Connected to the adding unit 53-2 and the two adding units
And a subtraction unit 53-3.

【0060】加算部53−1及び53−2によってXジ
ャイロ演算部51の内部出力の和a 1 +b1 、a3 +b
3 が求められる。斯かる和は各電極に印加された電圧の
和A 1 +B1 、A3 +B3 に対応している。したがっ
て、加算部53−1及び53−2の出力はそれぞれX軸
方向の力Fx1及びFx3に対応している。
X adders are added by the adders 53-1 and 53-2.
Sum a of internal outputs of the gyro operation unit 51 1+ B1, A3+ B
3Is required. Such sum is the voltage applied to each electrode.
Sum A 1+ B1, A3+ B3It corresponds to. Accordingly
The outputs of the adders 53-1 and 53-2 are the X-axis, respectively.
It corresponds to directional forces Fx1 and Fx3.

【0061】減算部53−3では加算部53−1及び5
3−2の出力a1 +b1 、a3 +b 3 の差(a1
1 )−(a3 +b3 )が求められる。斯かる差は(A
1 +B1)−(A3 +B3 )に対応している。従って、
減算部53−3の出力はX軸の正の方向の力Fx1とX
軸の負の方向の力Fx3との差に対応している。
The subtraction unit 53-3 adds the addition units 53-1 and 5-3.
Output 3-21+ B1, A3+ B 3Difference of (a1+
b1)-(A3+ B3) Is required. The difference is (A
1+ B1)-(A3+ B3) Is supported. Therefore,
The output of the subtraction unit 53-3 is the force Fx1 and X in the positive direction of the X axis.
It corresponds to the difference from the force Fx3 in the negative direction of the shaft.

【0062】こうして、減算部53−3からは数3の式
によって表される変位Δxを指示する信号が出力され、
これより加速度αX が求められる。
Thus, the subtraction unit 53-3 outputs a signal indicating the displacement Δx expressed by the equation (3),
From this, the acceleration α X is obtained.

【0063】Yジャイロ演算部61及びY加速度演算部
63の構成と動作は同様なので説明は省略する。
Since the configurations and operations of the Y gyro computing unit 61 and the Y acceleration computing unit 63 are the same, description thereof will be omitted.

【0064】図19を参照してZ加速度演算部73の構
成と動作を説明する。Z加速度演算部73はXジャイロ
演算部51の内部信号a1 、b1 及びa3 、b3 とYジ
ャイロ演算部61の内部信号a2 、b2 及びa4 、b4
を入力してZ軸方向の加速度αZ を演算する。
The structure and operation of the Z acceleration calculator 73 will be described with reference to FIG. The Z acceleration calculation unit 73 has internal signals a 1 , b 1 and a 3 , b 3 of the X gyro calculation unit 51 and internal signals a 2 , b 2 and a 4 , b 4 of the Y gyro calculation unit 61.
Is input to calculate the acceleration α Z in the Z-axis direction.

【0065】次に、Z加速度演算部73の動作を説明す
る。以上の説明では、ジャイロロータ20の質量をゼロ
として計算したが、実際にはゼロではない。ジャイロロ
ータ20の質量をmとし、これを4つの部分に分割して
考える。Z軸方向に加速度α Z が作用したとすると、ジ
ャイロロータ20の第1及び第3の部分P1 、P3 に作
用する力Fz1、Fz3はそれぞれ次の数8の式によっ
て表される。
Next, the operation of the Z acceleration calculator 73 will be described.
It In the above description, the mass of the gyro rotor 20 is set to zero.
Was calculated as, but is not really zero. Gyrolo
The mass of the data 20 is m, and this is divided into four parts.
Think Acceleration α in the Z-axis direction ZWould work,
First and third parts P of the gyro rotor 201, P3Made by
The applied forces Fz1 and Fz3 are calculated by the following formula 8
Is represented.

【0066】[0066]

【数8】 Fz1=mαZ /4−(H/r)(dφ/dt) Fz3=mαZ /4+(H/r)(dφ/dt)Fz1 = mα Z / 4− (H / r) (dφ / dt) Fz3 = mα Z / 4 + (H / r) (dφ / dt)

【0067】この2つの式の和を計算してZ軸方向の加
速度αZ を求めることができる。
The acceleration α Z in the Z-axis direction can be obtained by calculating the sum of these two equations.

【0068】[0068]

【数9】 αZ =(Fz1+Fz3)×2/m =〔(A3 −B3 )+(A1 −B1 )〕×2K/mΑ Z = (Fz1 + Fz3) × 2 / m = [(A 3 −B 3 ) + (A 1 −B 1 )] × 2 K / m

【0069】尚、Z軸方向の加速度αZ はジャイロロー
タ20の第2及び第4の部分P2 、P4 に作用する力F
z2、Fz4によっても求めることができる。従って、
本例のZ加速度演算部73では、ジャイロロータ20の
各部分に作用する4つの力Fz1、Fz2、Fz3、F
z4よりZ軸方向の加速度αZ が演算される。
The acceleration α Z in the Z-axis direction is the force F acting on the second and fourth portions P 2 and P 4 of the gyro rotor 20.
It can also be obtained by z2 and Fz4. Therefore,
In the Z acceleration calculation unit 73 of this example, four forces Fz1, Fz2, Fz3, F acting on each part of the gyro rotor 20 are used.
The acceleration α Z in the Z-axis direction is calculated from z4.

【0070】[0070]

【発明が解決しようとする課題】従来のジャイロ装置の
Z拘束制御系及びXY拘束制御系は図14、図15及び
図16を参照して説明したように、LC共振回路を使用
してジャイロロータ20のZ軸方向及びXY方向の変位
を常にゼロに維持するように構成されている。例えば、
ジャイロロータ20の電極部20Cの第1の部分P1
おいて、X制御系50の交流電源50−1とトランス4
1と第1の対の静電支持電極29−1、29’−1とを
含む系によって、LC共振回路が構成される。
As described with reference to FIGS. 14, 15 and 16, the conventional Z-constraint control system and XY-constraint control system of the gyro device use the LC resonance circuit to control the gyro rotor. The displacements of the 20 in the Z-axis direction and the XY direction are always maintained at zero. For example,
In the first portion P 1 of the electrode portion 20C of the gyro rotor 20, the AC power source 50-1 of the X control system 50 and the transformer 4 are provided.
An LC resonance circuit is configured by a system including 1 and the first pair of electrostatic support electrodes 29-1 and 29′-1.

【0071】LC共振回路を使用したZ拘束制御系及び
XY拘束制御系は、電源からジャイロロータ20に至る
経路、上述の例では、交流電源50−1からX制御系5
0、トランス41及び第1の対の静電支持電極29−
1、29’−1を経由してジャイロロータ20に至る経
路にて様々な誤差が発生する欠点がある。斯かる誤差と
して配線やコイルの大型化に伴う浮遊容量の発生があ
る。
The Z restraint control system and the XY restraint control system using the LC resonance circuit are the paths from the power source to the gyro rotor 20, that is, the AC power source 50-1 to the X control system 5 in the above example.
0, the transformer 41 and the first pair of electrostatic supporting electrodes 29-
There is a drawback that various errors occur in the route from the 1, 29'-1 to the gyro rotor 20. As such an error, stray capacitance occurs due to the increase in the size of the wiring and the coil.

【0072】また、従来のZ、XY拘束制御系では、ジ
ャイロロータ20に対する浮揚力又は復元力の大きさを
調節する場合には、VTX演算部50−2の係数1±K1
Δxを変化させる必要があり、操作が煩雑であった。特
に始動時にジャイロロータ20を浮揚させるための制御
が困難であるという欠点があった。
Further, in the conventional Z, XY restraint control system, when adjusting the magnitude of the levitation force or the restoring force for the gyro rotor 20, the coefficient 1 ± K 1 of the V TX calculation unit 50-2 is used.
It was necessary to change Δx, and the operation was complicated. In particular, there is a drawback that control for levitating the gyro rotor 20 at the time of starting is difficult.

【0073】本発明は斯かる点に鑑み、より制御が容易
な拘束制御系を有するジャイロ装置を提供することを目
的とする。
In view of the above point, an object of the present invention is to provide a gyro device having a restraint control system which can be controlled more easily.

【0074】本発明は斯かる点に鑑み、従来のパッシブ
な拘束制御系に対してアクティブな拘束制御系を提供す
ることを目的とする。
In view of the above point, an object of the present invention is to provide an active restraint control system as compared with the conventional passive restraint control system.

【0075】[0075]

【課題を解決するための手段】本発明によると、例えば
図1に示すように、中心軸線方向に沿ってZ軸、それに
直交するX軸及びY軸を有するジャイロケースと、該ジ
ャイロケースの内部に静電支持力によって非接触的に支
持され上記中心軸線方向のスピン軸線を有する円盤状の
ジャイロロータと、上記ジャイロロータの両面に円周方
向に沿って形成された電極部と、上記ジャイロロータの
両面の電極部にそれぞれ対応して且つそれより隔置さ
れ、円周方向に互いに等角度の中心角度にて隔置された
少なくとも3対の静電支持電極と、上記ジャイロロータ
を上記スピン軸線周りに高速回転させるためのロータ駆
動系と、を有する加速度検出型のジャイロ装置におい
て、上記少なくとも3対の静電支持電極の各々はそれに
対応する上記ジャイロロータの電極部に対して半径方向
外方又は半径方向内方に偏倚して配置されていること
と、上記静電支持力を生成するために制御用直流電圧を
上記少なくとも3対の静電支持電極に印加するための制
御演算部と、上記制御用直流電圧に重畳して上記ジャイ
ロロータの変位を検出するための変位検出用交流電圧を
上記少なくとも3対の静電支持電極に印加することと、
上記ジャイロロータの両面の中心部に形成された変位検
出用電極部と、該変位検出用電極部の各々に対応して且
つそれより隔置され上記ジャイロケースに設けられた変
位検出用電極と、該変位検出用電極に流れる変位検出用
電流を検出し上記ジャイロロータの変位を指示する変位
検出用電圧信号を出力する変位検出用回路とを含む変位
検出系と、上記制御演算部の出力信号を入力してジャイ
ロ出力を演算するジャイロ出力演算部と、を有し、上記
制御演算部は上記変位検出用回路より出力され上記変位
検出用電圧信号を入力して上記ジャイロロータのX軸方
向、Y軸方向及びZ軸方向の直線変位とY軸周り及びX
軸周りの回転変位を演算し上記ジャイロロータの直線変
位及び回転変位がゼロとなるように上記制御用直流電圧
の修正量を演算し、それを上記制御用直流電圧にフィー
ドバックするように構成されていることを特徴とする。
According to the present invention, for example, as shown in FIG. 1, a gyro case having a Z axis along the central axis direction, and an X axis and a Y axis orthogonal to the Z axis, and an inside of the gyro case. A disk-shaped gyro rotor that is supported in a non-contact manner by an electrostatic supporting force and has a spin axis in the central axis direction; electrode portions formed on both surfaces of the gyro rotor along the circumferential direction; and the gyro rotor. At least three pairs of electrostatic supporting electrodes corresponding to the electrode portions on both sides of the gyro rotor and spaced from the electrode portions on both sides of the gyro rotor. In a gyro device of acceleration detection type having a rotor drive system for rotating at high speed, each of the at least three pairs of electrostatic supporting electrodes corresponds to the gyro corresponding thereto. The electrode portion of the rotor is radially outwardly or radially inwardly biased, and a control DC voltage is applied to the at least three pairs of electrostatics in order to generate the electrostatic supporting force. A control calculator for applying to the supporting electrodes, and a displacement detecting AC voltage for detecting displacement of the gyro rotor superimposed on the controlling DC voltage to the at least three pairs of electrostatic supporting electrodes. When,
Displacement detection electrode portions formed in the central portion of both surfaces of the gyro rotor, and displacement detection electrodes provided in the gyro case corresponding to each of the displacement detection electrode portions and spaced apart therefrom. A displacement detection system including a displacement detection circuit that detects a displacement detection current flowing through the displacement detection electrode and outputs a displacement detection voltage signal that indicates displacement of the gyro rotor, and an output signal of the control calculation unit. A gyro output calculation unit for inputting and calculating a gyro output, wherein the control calculation unit receives the displacement detection voltage signal output from the displacement detection circuit and inputs the displacement detection voltage signal in the X-axis direction of the gyro rotor, Y Axial and Z-axis linear displacement and around Y-axis and X
It is configured to calculate the rotational displacement about the axis, calculate the correction amount of the control DC voltage so that the linear displacement and the rotational displacement of the gyro rotor become zero, and feed it back to the control DC voltage. It is characterized by being

【0076】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記制御演算部は上記ジャイロロータの直線変位及び回
転変位を演算する変位演算部と上記ジャイロロータに印
加すべき力及び回転モーメントを演算するPID演算部
と上記制御用直流電圧の修正量を演算する制御電圧演算
部とを有することを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The control calculation unit calculates a displacement calculation unit that calculates a linear displacement and a rotational displacement of the gyro rotor, a PID calculation unit that calculates a force and a rotation moment to be applied to the gyro rotor, and a correction amount of the control DC voltage. And a control voltage calculation unit.

【0077】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロ出力演算部は上記制御演算部のPID演算
部の出力信号を入力してジャイロ出力を演算するように
構成されていることを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The gyro output calculation unit is configured to input an output signal of the PID calculation unit of the control calculation unit and calculate a gyro output.

【0078】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記変位検出用交流電圧は上記ジャイロロータの直線変
位及び回転変位に対応して互いに異なる変位検出用周波
数を有する交流電圧成分を含むことを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The displacement detecting AC voltage includes an AC voltage component having different displacement detecting frequencies corresponding to the linear displacement and the rotational displacement of the gyro rotor.

【0079】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記静電支持電極は円周方向に互いに90度の中心角度
にて隔置された4対の静電支持電極を含むことを特徴と
する。
According to the present invention, in the gyro device,
The electrostatic supporting electrodes include four pairs of electrostatic supporting electrodes that are spaced from each other at a central angle of 90 degrees in the circumferential direction.

【0080】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記4対の静電支持電極のうち第1の対の静電支持電極
に印加される上記変位検出用交流電圧をAC1A、A
1B、第2の対の静電支持電極に印加される上記変位検
出用交流電圧をAC2A、AC2B、第3の対の静電支持電
極に印加される上記変位検出用交流電圧をAC3A、AC
3B、第4の対の静電支持電極に印加される上記変位検出
用交流電圧をAC4A、AC 4Bとすると、それらは次の式
によって表されることを特徴とする。 AC1A=−EX−Eθ−EZ AC1B=−EX+Eθ+EZ AC2A=−EY−Eφ−EZ AC2B=−EY+Eφ+EZ AC3A=+EX+Eθ−EZ AC3B=+EX−Eθ+EZ AC4A=+EY+Eφ−EZ AC4B=+EY−Eφ+EZ ここに、±EXは位相が互いに180°異なり上記ジャ
イロロータのX軸方向の直線変位を検出するための交流
電圧成分、±EYは位相が互いに180°異なり上記ジ
ャイロロータのY軸方向の直線変位を検出するための交
流電圧成分、±EZは位相が互いに180°異なり上記
ジャイロロータのZ軸方向の直線変位を検出するための
交流電圧成分、±Eθは位相が互いに180°異なり上
記ジャイロロータのY軸周りの回転変位を検出するため
の交流電圧成分、±Eφは位相が互いに180°異なり
上記ジャイロロータのX軸周りの回転変位を検出するた
めの交流電圧成分、であり、該交流電圧成分は互いに異
なる上記変位検出用周波数を有する。
According to the present invention, in the gyro device,
Of the four pairs of electrostatic supporting electrodes, the first pair of electrostatic supporting electrodes
AC voltage for displacement detection applied to the1A, A
C1B, The displacement detection applied to the second pair of electrostatic support electrodes.
AC output voltage2A, AC2B, A third pair of electrostatically supported charges
The displacement detection AC voltage applied to the pole is AC3A, AC
3B, The displacement detection applied to the fourth pair of electrostatic support electrodes
AC voltage for AC4A, AC 4BThen they are
Is represented by. AC1A= -EX-Eθ-EZ AC1B= -EX + Eθ + EZ AC2A= -EY-Eφ-EZ AC2B= -EY + Eφ + EZ AC3A= + EX + Eθ−EZ AC3B= + EX-Eθ + EZ AC4A= + EY + Eφ-EZ AC4B= + EY-Eφ + EZ where ± EX is 180 ° out of phase with each other, and
AC for detecting linear displacement of the yellow rotor in the X-axis direction
The voltage components, ± EY, are 180 ° out of phase with each other
A signal for detecting the linear displacement of the gyro rotor in the Y-axis direction.
The flow voltage components, ± EZ, are 180 ° out of phase with each other.
For detecting the linear displacement of the gyro rotor in the Z-axis direction
The AC voltage components, ± Eθ, are 180 ° out of phase with each other
Note: To detect the rotational displacement of the gyro rotor around the Y axis.
AC voltage component of ± Eφ, phases are different from each other by 180 °
The rotational displacement around the X axis of the gyro rotor is detected.
AC voltage component for the purpose of
The above-mentioned displacement detection frequency is obtained.

【0081】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記第1及び第3の対の静電支持電極に印加される上記
制御用直流電圧の修正量をΔV1A、ΔV1B及びΔV3A
ΔV3B、上記第2及び第4の対の静電支持電極に印加さ
れる上記制御用直流電圧の修正量をΔV2A、ΔV2B及び
ΔV4A、ΔV4Bとすると次の関係を満たすことを特徴と
する。 ΔV1A+ΔV1B+ΔV3A+ΔV3B=0 ΔV2A+ΔV2B+ΔV4A+ΔV4B=0
According to the present invention, in the gyro device,
The correction amounts of the control DC voltage applied to the electrostatic support electrodes of the first and third pairs are ΔV 1A , ΔV 1B and ΔV 3A ,
ΔV 3B , the correction amount of the control DC voltage applied to the second and fourth pairs of electrostatic support electrodes is ΔV 2A , ΔV 2B and ΔV 4A , ΔV 4B , and the following relationship is satisfied. And ΔV 1A + ΔV 1B + ΔV 3A + ΔV 3B = 0 ΔV 2A + ΔV 2B + ΔV 4A + ΔV 4B = 0

【0082】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記変位検出用回路は電界効果形トランジスタを含むこ
とを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The displacement detecting circuit includes a field effect transistor.

【0083】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記静電支持電極の各対の静電支持電極の各々は、1対
の互いに隔置された櫛形部を含み、該櫛形部の各々は円
周方向に延在する複数の円周部と該円周部を接続する接
続部とを有し、上記2つの櫛形部の円周部は互い違いに
他を挟むように配置されていることを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
Each of the pair of electrostatic support electrodes of the electrostatic support electrode includes a pair of mutually spaced comb-shaped portions, each of the comb-shaped portions including a plurality of circumferential portions extending in the circumferential direction and And a connecting portion that connects the circumferential portions, and the circumferential portions of the two comb-shaped portions are arranged so as to alternately sandwich the other.

【0084】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記静電支持電極の各静電支持電極の第1及び第2の櫛
形部に印加される上記制御用直流電圧は大きさが同じで
互いに極性が異なることを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The control DC voltages applied to the first and second comb-shaped portions of each of the electrostatic support electrodes have the same magnitude but different polarities.

【0085】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロロータの電極部は上記静電支持電極の櫛形
部の円周部の各々に対応した複数の環状部を含み、上記
静電支持電極の櫛形部の円周部の各々はそれに対応する
上記ジャイロロータの電極部の環状部の各々に対して半
径方向外方又は内方に偏倚して配置され、それによって
上記ジャイロロータの上記中心軸線に対するX軸方向及
びY軸方向の変位がゼロとなるような力を生成すること
を特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The electrode portion of the gyro rotor includes a plurality of annular portions corresponding to the respective circumferential portions of the comb-shaped portion of the electrostatic support electrode, and each of the circumferential portions of the comb-shaped portion of the electrostatic support electrode corresponds to the circular portion. The electrodes of the gyro rotor are arranged so as to be offset outward or inward in the radial direction with respect to each of the annular portions, so that the displacement of the gyro rotor in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the central axis becomes zero. It is characterized by generating such a force.

【0086】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロロータは導電性材料よりなり上記電極部は
上記ジャイロロータの両面に形成された突起部として構
成されていることを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The gyro rotor is made of a conductive material, and the electrode portions are formed as projections formed on both surfaces of the gyro rotor.

【0087】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロロータは単結晶の珪素よりなることを特徴
とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The gyro rotor is characterized by being made of single crystal silicon.

【0088】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロケースは絶縁材料よりなる上側底部材及び
下側底部材を含み、上記静電支持電極は上記上側底部材
及び下側底部材の内面に装着された金属薄膜として構成
されていることを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The gyro case includes an upper bottom member and a lower bottom member made of an insulating material, and the electrostatic supporting electrode is configured as a metal thin film mounted on inner surfaces of the upper bottom member and the lower bottom member. And

【0089】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロケースの上側底部材及び下側底部材はガラ
スよりなることを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The upper bottom member and the lower bottom member of the gyro case are made of glass.

【0090】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記静電支持電極は蒸着、イオンプレーティング、フォ
トファブリケーションを含む薄膜生成技術によって形成
されていることを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The electrostatic supporting electrode is formed by a thin film forming technique including vapor deposition, ion plating, and photofabrication.

【0091】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロケースは上記上側底部材及び下側底部材の
間に配置されたスペーサを含み、該スペーサは上記上側
底部材及び下側底部材と陽極接合によって接続されてい
ることを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The gyro case includes a spacer disposed between the upper bottom member and the lower bottom member, and the spacer is connected to the upper bottom member and the lower bottom member by anodic bonding.

【0092】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロケースには放電兼用のストッパが装着され
ており、該ストッパは上記ジャイロロータの変位を制限
し且つ上記ジャイロロータに蓄積した静電気を外部に放
電させる機能を有することを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The gyro case is equipped with a stopper that also serves as a discharge, and the stopper has a function of limiting displacement of the gyro rotor and discharging static electricity accumulated in the gyro rotor to the outside.

【0093】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ジャイロケースにはゲッタ部材を収容する凹部が形
成され、該凹部は上記ジャイロケースの内部と通路によ
って接続されていることを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
A recess is formed in the gyro case to accommodate the getter member, and the recess is connected to the inside of the gyro case by a passage.

【0094】本発明によると、ジャイロ装置において、
上記ロータ駆動系は上記ジャイロロータの両面に設けら
れたロータ駆動用電極部と該ロータ駆動用電極部に対応
して且つそれより隔置されたロータ駆動用電極と該ロー
タ駆動用電極にロータ駆動用交流電圧を印加するための
ロータ駆動用交流電圧回路とを有し、上記ロータ駆動用
電極部は円周方向に1列に配置された複数の互いに隔置
された電極部を含み、上記ロータ駆動用電極は円周方向
に1列に配置された複数の互いに隔置された電極を含む
ことを特徴とする。
According to the present invention, in the gyro device,
The rotor drive system includes a rotor drive electrode portion provided on both surfaces of the gyro rotor, a rotor drive electrode corresponding to the rotor drive electrode portion and spaced from the rotor drive electrode portion, and a rotor drive electrode for the rotor drive electrode. An AC voltage circuit for driving a rotor for applying an AC voltage for use in the rotor, the rotor driving electrode portion includes a plurality of electrode portions arranged in a row in a circumferential direction and spaced from each other. The driving electrode is characterized in that it includes a plurality of electrodes arranged in a row in the circumferential direction and spaced from each other.

【0095】本発明によると、ジャイロケースと該ジャ
イロケースの内部に静電支持力によって非接触的に支持
された円盤状のジャイロロータとを有するジャイロ装置
を製造する方法において、導電性材料よりなる板材の両
面に溝を形成して突起部を形成することと、上記板材よ
り円形部分を切り出して円盤状のジャイロロータと該ジ
ャイロロータを囲む外側のスペーサとに分離すること
と、上記スペーサの両面に上側底部材及び下側底部材を
接合することと、を含む。
According to the present invention, a method for manufacturing a gyro device having a gyro case and a disk-shaped gyro rotor supported in the interior of the gyro case in a non-contact manner by an electrostatic supporting force is made of a conductive material. Forming grooves on both sides of the plate material to form protrusions; cutting a circular portion from the plate material to separate it into a disc-shaped gyro rotor and an outer spacer surrounding the gyro rotor; Joining the upper bottom member and the lower bottom member to.

【0096】本発明によると、ジャイロ装置の製造方法
において、上記スペーサと上記上側底部材及び下側底部
材の接合は陽極接合によってなされることを特徴とす
る。
According to the present invention, in the method of manufacturing a gyro device, the spacer is joined to the upper bottom member and the lower bottom member by anodic bonding.

【0097】本発明によると、ジャイロ装置の製造方法
において、絶縁材料よりなる上記上側底部材及び下側底
部材を用意することと、上記上側底部材及び下側底部材
の内面にそれぞれ金属薄膜よりなる静電支持電極を形成
することと、を含むことを特徴とする。
According to the present invention, in the method of manufacturing a gyro device, the upper bottom member and the lower bottom member made of an insulating material are prepared, and the inner surfaces of the upper bottom member and the lower bottom member are each made of a metal thin film. Forming an electrostatic supporting electrode that is

【0098】本発明によると、ジャイロ装置の製造方法
において、上記上側底部材及び下側底部材に形成された
上記静電支持電極は少なくとも3対の静電支持電極を含
み、該静電支持電極の各々は1対の櫛形部を含み、該櫛
形部は円周方向に延在する複数の円周部と該円周部を接
続する接続部とを有し、上記1対の櫛形部の円周部は互
い違いに他を挟むように配置されていることを特徴とす
る。
According to the present invention, in the method of manufacturing a gyro device, the electrostatic support electrodes formed on the upper bottom member and the lower bottom member include at least three pairs of electrostatic support electrodes, and the electrostatic support electrodes are provided. Each of which includes a pair of comb-shaped portions, the comb-shaped portion having a plurality of circumferential portions extending in the circumferential direction and a connecting portion connecting the circumferential portions, and the pair of comb-shaped portions The peripheral portions are alternately arranged so as to sandwich the other.

【0099】[0099]

【作用】本発明によるジャイロ装置は、ジャイロロータ
の上面及び下面に形成された電極部とそれに対応してジ
ャイロケースの内面に形成された少なくとも3対の、例
えば4対の静電支持電極とを有し、ジャイロケースの4
対の静電支持電極はジャイロロータの電極部に対して半
径方向内方又は外方に偏倚して配置されている。ジャイ
ロ装置は、更にジャイロロータを静電気力によって所定
の位置に浮動的に支持するための拘束制御系を有する。
The gyro device according to the present invention comprises the electrode portions formed on the upper surface and the lower surface of the gyro rotor, and at least three pairs of, for example, four pairs of electrostatic support electrodes formed on the inner surface of the gyro case corresponding thereto. Have, 4 of gyro case
The pair of electrostatic support electrodes are arranged so as to be biased inward or outward in the radial direction with respect to the electrode portion of the gyro rotor. The gyro device further includes a restraint control system for floatingly supporting the gyro rotor at a predetermined position by electrostatic force.

【0100】ジャイロロータの両面及びそれに対応する
ジャイロケースの内面には、それぞれ、変位検出用電極
部及び変位検出用電極が設けられ、更に、ジャイロロー
タを回転駆動するためのロータ駆動用電極部及びロータ
駆動用電極が設けられている。
Displacement detection electrode portions and displacement detection electrodes are provided on both surfaces of the gyro rotor and the corresponding inner surface of the gyro case, respectively, and further, a rotor drive electrode portion for rotationally driving the gyro rotor and A rotor driving electrode is provided.

【0101】静電支持電極には静電支持力を生成するた
めの制御用直流電圧とジャイロロータの変位を検出する
ための変位検出用交流電圧が印加される。ジャイロケー
スの内面の変位検出用電極には変位検出用電流が生成さ
れ斯かる変位検出用電流は変位検出用回路によって検出
される。
A control DC voltage for generating an electrostatic support force and a displacement detection AC voltage for detecting the displacement of the gyro rotor are applied to the electrostatic support electrodes. A displacement detection current is generated in the displacement detection electrode on the inner surface of the gyro case, and the displacement detection current is detected by the displacement detection circuit.

【0102】変位検出用回路より出力される変位検出用
電圧信号は、ジャイロロータの全ての変位、即ち、X軸
方向、Y軸方向及びZ軸方向の直線変位ΔX、ΔY及び
ΔZとY軸周り及びX軸周りの回転変位Δθ及びΔφを
含む。制御演算部は変位検出用回路より出力された変位
検出用電圧を入力してジャイロロータの変位と4対の静
電支持電極に印加すべき制御用直流電圧とを演算する。
こうして、変位検出用回路によって検出されたジャイロ
ロータの変位は制御用直流電圧にフィードバックされ、
ジャイロロータの変位はアクティブにゼロに保持され
る。
The displacement detection voltage signals output from the displacement detection circuit are all displacements of the gyro rotor, that is, linear displacements ΔX, ΔY and ΔZ in the X-axis direction, the Y-axis direction and the Z-axis direction and around the Y-axis. And rotational displacements Δθ and Δφ about the X axis. The control calculation unit inputs the displacement detection voltage output from the displacement detection circuit and calculates the displacement of the gyro rotor and the control DC voltage to be applied to the four pairs of electrostatic support electrodes.
Thus, the displacement of the gyro rotor detected by the displacement detection circuit is fed back to the control DC voltage,
The displacement of the gyro rotor is actively held at zero.

【0103】制御演算部は更に、ジャイロロータに印加
すべきX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の加速度fx、
fy及びfzとY軸周り及びX軸周りの回転モーメント
fθ及びfφを求め、ジャイロロータに印加すべきX軸
方向、Y軸方向及びZ軸方向の力Fx、Fy及びFzと
Y軸周り及びX軸周りのトルクTθ及びTφを求める。
それによってジャイロ出力を演算する。
The control calculation unit further includes accelerations fx in the X-axis direction, Y-axis direction and Z-axis direction to be applied to the gyro rotor,
fy and fz and rotational moments fθ and fφ about the Y-axis and the X-axis are obtained, and forces Fx, Fy and Fz in the X-axis direction, Y-axis direction and Z-axis direction to be applied to the gyro rotor and around the Y-axis and X-axis. The torques Tθ and Tφ around the axis are obtained.
Thereby, the gyro output is calculated.

【0104】静電支持電極の各々は、1対の互いに隔置
された櫛形部を含み、斯かる櫛形部は円周方向に延在す
る複数の円周部と斯かる円周部を接続する半径部とを含
み、2つの櫛形部の円周部は互い違いに他を挟むように
配置されている。
Each of the electrostatic supporting electrodes includes a pair of mutually spaced comb-shaped portions, and the comb-shaped portions connect the circumferential portions with a plurality of circumferential portions extending in the circumferential direction. Including the radius portion, the circumferential portions of the two comb-shaped portions are arranged so as to alternately sandwich the other.

【0105】各対の櫛形部に絶対値が等しく符号が反対
の制御用直流電圧±V1A〜±V4Bを印加することによっ
て、ジャイロロータ20の電位は常にゼロに保持され
る。
By applying the control DC voltages ± V 1A to ± V 4B having the same absolute value and opposite signs to the comb-shaped portions of each pair, the potential of the gyro rotor 20 is always maintained at zero.

【0106】ジャイロケース21の上側底部材22及び
下側底部材24はガラスの如き絶縁材料よりなり、ジャ
イロロータ20及びそれを囲むスペーサ23は単結晶シ
リコン(珪素)の如き導電性材料よりなる。ジャイロロ
ータ20及びスペーサ23は同一の材料より製造され
る。
The upper bottom member 22 and the lower bottom member 24 of the gyro case 21 are made of an insulating material such as glass, and the gyro rotor 20 and the spacer 23 surrounding it are made of a conductive material such as single crystal silicon (silicon). The gyro rotor 20 and the spacer 23 are made of the same material.

【0107】[0107]

【実施例】図1に本発明のジャイロ装置の例を示す。本
例のジャイロ装置は薄い円盤状のジャイロロータ20と
斯かるジャイロロータ20を内部に収容するジャイロケ
ース21とを有する。
1 shows an example of a gyro device according to the present invention. The gyro device of this example includes a thin disk-shaped gyro rotor 20 and a gyro case 21 that houses the gyro rotor 20 therein.

【0108】ここで、ジャイロ装置に対して図示のよう
に、XYZ座標を設定する。ジャイロ装置の中心軸線に
沿って上方にZ軸をとり、それに垂直にX軸及びY軸を
とる。ジャイロロータ20のスピン軸線はZ軸に沿って
配置される。
Here, XYZ coordinates are set for the gyro device as shown in the figure. The Z axis is taken upward along the central axis of the gyro device, and the X axis and the Y axis are taken perpendicularly thereto. The spin axis of the gyro rotor 20 is arranged along the Z axis.

【0109】図1Aに示すように、ジャイロケース21
は上側底部材22と下側底部材24と両者を接続するス
ペーサ23とを有し、スペーサ23は環状の内壁23A
を有する。こうして、上側底部材22及び下側底部材2
4の内面とスペーサ23の内壁23Aとによって、ジャ
イロケース21の内部にジャイロロータ20を収容する
ための円盤状の密閉された空洞部26が形成される。斯
かる空洞部26は適当な方法によって真空排気されてい
る。
As shown in FIG. 1A, the gyro case 21
Has an upper bottom member 22 and a lower bottom member 24, and a spacer 23 connecting them, and the spacer 23 is an annular inner wall 23A.
Have. Thus, the upper bottom member 22 and the lower bottom member 2
The inner surface of 4 and the inner wall 23 </ b> A of the spacer 23 form a disk-shaped sealed cavity 26 for housing the gyro rotor 20 inside the gyro case 21. The cavity 26 is evacuated by an appropriate method.

【0110】スペーサ23の環状の内壁23Aの外側に
は凹部23Bが形成されており、斯かる凹部23Bは通
路23Cによって空洞部26に接続されている。斯かる
通路23Cの高さは2〜3μmであってよい。斯かる凹
部23Bにはゲッタ部材33が配置されている。それに
よって、空洞部26は長期間高い真空度に維持されるこ
とができる。
A recess 23B is formed outside the annular inner wall 23A of the spacer 23, and the recess 23B is connected to the cavity 26 by a passage 23C. The height of such passage 23C may be 2-3 μm. A getter member 33 is arranged in the recess 23B. Thereby, the cavity 26 can be maintained at a high degree of vacuum for a long period of time.

【0111】ジャイロロータ20は導電性材料によって
形成されている。斯かる導電性材料として例えば単結晶
シリコン(珪素)が使用されてよい。単結晶材料を使用
することによって熱歪み、経年変化の影響が少ない高い
精度のジャイロロータを提供することができる。ジャイ
ロケース21の上側底部材22と下側底部材24は非導
電性材料、例えばガラスによって形成されている。スペ
ーサ23はジャイロロータ20と同一の材料によって形
成されてよい。尚、ジャイロロータ20及びジャイロケ
ース21の製造方法については後に詳細に説明する。
The gyro rotor 20 is made of a conductive material. Single crystal silicon (silicon) may be used as such a conductive material, for example. By using a single crystal material, it is possible to provide a gyro rotor with high accuracy that is less affected by thermal strain and aging. The upper bottom member 22 and the lower bottom member 24 of the gyro case 21 are made of a non-conductive material such as glass. The spacer 23 may be formed of the same material as the gyro rotor 20. The method of manufacturing the gyro rotor 20 and the gyro case 21 will be described in detail later.

【0112】図1A及び図1Bの右側に示すように、本
例のジャイロロータ20の上面及び下面には、同心状に
複数の環状の電極部200A、200B、200C、2
00D及び200A’、200B’、200C’200
D’が形成されている。即ち、上面及び下面には、同心
状に複数の環状溝200a、200b、200c、20
0d及び200a’、200b’、200c’、200
d’が形成され、斯かる環状溝によって突起状の環状の
電極部が形成されている。
As shown on the right side of FIGS. 1A and 1B, a plurality of concentric annular electrode portions 200A, 200B, 200C, 2 are provided on the upper surface and the lower surface of the gyro rotor 20 of this example.
00D and 200A ', 200B', 200C'200
D'is formed. That is, a plurality of annular grooves 200a, 200b, 200c, 20 are concentrically formed on the upper surface and the lower surface.
0d and 200a ', 200b', 200c ', 200
d ′ is formed, and a protrusion-shaped annular electrode portion is formed by the annular groove.

【0113】本例のジャイロロータ20の上面及び下面
には、環状の電極部200A、200B、200C、2
00D及び200A’、200B’、200C’、20
0D’の内側に駆動用電極部200E及び200E’が
形成されている。斯かる駆動用電極部200E、200
E’は、2つの同心状の環状溝200d、200e及び
200d’、200e’の間に形成された複数の扇形突
起部として構成され、円周上に沿って1列に環状に配置
されてよい。
On the upper and lower surfaces of the gyro rotor 20 of this example, annular electrode portions 200A, 200B, 200C, 2
00D and 200A ', 200B', 200C ', 20
Driving electrode portions 200E and 200E 'are formed inside 0D'. Such driving electrode portions 200E, 200
E'is configured as a plurality of fan-shaped protrusions formed between two concentric annular grooves 200d, 200e and 200d ', 200e' and may be annularly arranged in a row along the circumference. .

【0114】ジャイロロータ20の上面及び下面には、
中心部に、即ち、駆動用電極部200E及び200E’
の内側に、変位検出用電極部200F及び200F’が
形成されている。斯かる変位検出用電極部200F、2
00F’の中心部には凹部200f、200f’が形成
されている。
On the upper surface and the lower surface of the gyro rotor 20,
In the center, that is, the driving electrode portions 200E and 200E '
Displacement detection electrode portions 200F and 200F 'are formed inside. Such displacement detecting electrode portions 200F, 2
Recesses 200f and 200f 'are formed in the center of 00F'.

【0115】ジャイロロータ20の上面及び下面の突起
部として形成された環状の電極部200A、200B、
200C、200D及び200A’、200B’、20
0C’、200D’、駆動用電極部200E、200
E’及び変位検出用電極部200F、200F’は共面
に形成されてよい。
Ring-shaped electrode portions 200A and 200B formed as protrusions on the upper and lower surfaces of the gyro rotor 20,
200C, 200D and 200A ', 200B', 20
0C ', 200D', driving electrode portions 200E, 200
E ′ and the displacement detection electrode units 200F and 200F ′ may be formed on the same plane.

【0116】一方、図1A及び図1Bの左側に示すよう
に、ジャイロケース21の上側底部材22と下側底部材
24の内面には、少なくとも3対の静電支持電極、本例
では、第1、第2、第3及び第4の対の静電支持電極2
21、231、222、232、223、233及び2
24、234が配置されている。4対の静電支持電極は
円周方向に沿って互いに90°の角度間隔にて配置され
ている。例えば、第1及び第3の対の静電支持電極22
1、231及び223、233はX軸に沿って配置さ
れ、第2及び第4の対の静電支持電極222、232及
び224、234はY軸に沿って配置されている。
On the other hand, as shown on the left side of FIGS. 1A and 1B, at least three pairs of electrostatic support electrodes, in this example, the inner surface of the upper bottom member 22 and the lower bottom member 24 of the gyro case 21 are provided. First, second, third and fourth pairs of electrostatic support electrodes 2
21, 231, 222, 232, 223, 233 and 2
24 and 234 are arranged. The four pairs of electrostatic support electrodes are arranged at an angular interval of 90 ° from each other along the circumferential direction. For example, the first and third pairs of electrostatic support electrodes 22
1, 231 and 223, 233 are arranged along the X axis, and the second and fourth pairs of electrostatic support electrodes 222, 232 and 224, 234 are arranged along the Y axis.

【0117】各静電支持電極は1対の櫛形部よりなる。
例えば図1Bの左側には、第3の対の静電支持電極22
3、233のうち、上側底部材22の内面に形成された
静電支持電極223が示されている。この静電支持電極
223は互いに隔置された2つの櫛形部223−1、2
23−2を含み、斯かる2つの櫛形部は互いに隔置され
ている。
Each electrostatic support electrode is composed of a pair of comb-shaped portions.
For example, on the left side of FIG. 1B, a third pair of electrostatic support electrodes 22
3 and 233, the electrostatic support electrode 223 formed on the inner surface of the upper bottom member 22 is shown. The electrostatic supporting electrode 223 has two comb-shaped portions 223-1 and 2 that are spaced apart from each other.
23-2, two such combs being spaced from each other.

【0118】一方の櫛形部223−1は半径方向に延在
する半径部223Rと複数の円周方向に延在する円周部
223A、223Cとを有する。同様に、他方の櫛形部
223−2は半径方向に延在する半径部223Rと複数
の円周方向に延在する円周部223B、223Dとを有
する。各櫛形部223−1、223−2の円周部223
A、223C及び223B、223Dは互い違いに他を
挟むように配置されている。各櫛形部223−1、22
3−2の半径部223R、223Rの端部には端子部2
23R’、223R’がそれぞれ形成されている。
One comb-shaped portion 223-1 has a radial portion 223R extending in the radial direction and a plurality of circumferential portions 223A, 223C extending in the circumferential direction. Similarly, the other comb-shaped portion 223-2 has a radial portion 223R extending in the radial direction and a plurality of circumferential portions 223B, 223D extending in the circumferential direction. The circumferential portion 223 of each comb-shaped portion 223-1, 223-2
A, 223C and 223B, 223D are alternately arranged so as to sandwich the other. Each comb-shaped part 223-1, 22
The terminal portion 2 is provided at the end of the radius portions 223R and 223R of 3-2.
23R 'and 223R' are respectively formed.

【0119】ジャイロケース21の上側底部材22と下
側底部材24の内面には、4対の静電支持電極221、
231、222、232、223、233及び224、
234の内側に駆動用電極225、235がそれぞれ形
成されている。斯かる駆動用電極225、235は、円
周上に沿って1列に環状に配置された複数の扇形に構成
されてよい。
Four pairs of electrostatic supporting electrodes 221 are provided on the inner surfaces of the upper bottom member 22 and the lower bottom member 24 of the gyro case 21.
231, 222, 232, 223, 233 and 224,
Driving electrodes 225 and 235 are formed inside 234, respectively. The driving electrodes 225 and 235 may be formed in a plurality of fan shapes that are annularly arranged in a row along the circumference.

【0120】ジャイロケース21の上側底部材22と下
側底部材24の内面には、中心部に、即ち、駆動用電極
225、235の内側に変位検出用電極226、236
が形成されている。
Displacement detection electrodes 226, 236 are formed on the inner surfaces of the upper bottom member 22 and the lower bottom member 24 of the gyro case 21 at the center, that is, inside the driving electrodes 225, 235.
Are formed.

【0121】次にジャイロロータ20の環状の電極部2
00A、200B、200C、200D及び200
A’、200B’、200C’、200D’とジャイロ
ケース21の上側底部材22及び下側底部材24の静電
支持電極221、222、223、224及び231、
232、233、234の寸法及び相対的位置関係につ
いて説明する。
Next, the annular electrode portion 2 of the gyro rotor 20
00A, 200B, 200C, 200D and 200
A ′, 200B ′, 200C ′, 200D ′ and the electrostatic support electrodes 221, 222, 223, 224 and 231, of the upper bottom member 22 and the lower bottom member 24 of the gyro case 21.
The dimensions and relative positional relationship of 232, 233, and 234 will be described.

【0122】ジャイロロータ20の外径Dは5mm以下
であってよく、厚さtは0.1mm以下であってよく、
質量は10ミリグラム以下であってよい。図1には、4
本の環状の電極部200A、200B、200C、20
0D及び200A’、200B’、200C’、200
D’が図示されているが、実際には多数の環状の電極部
が形成されている。例えば、各電極部の半径方向の幅L
が約10μmであり、約20μmのピッチにて等間隔に
形成されている場合、半径方向に約2mmの幅の環状領
域内に約100本の環状の電極部が形成される。尚、各
電極部の半径方向の幅L及びピッチは製造方法が許す限
りできるだけ小さいほうが好ましい。
The outer diameter D of the gyro rotor 20 may be 5 mm or less, and the thickness t may be 0.1 mm or less,
The mass may be 10 milligrams or less. In FIG. 1, 4
Book-shaped electrode parts 200A, 200B, 200C, 20
0D and 200A ', 200B', 200C ', 200
Although D'is shown in the figure, a large number of annular electrode parts are actually formed. For example, the radial width L of each electrode portion
Is about 10 μm and is formed at regular intervals at a pitch of about 20 μm, about 100 annular electrode parts are formed in an annular region having a width of about 2 mm in the radial direction. The radial width L and the pitch of each electrode portion are preferably as small as possible as long as the manufacturing method permits.

【0123】ジャイロケース21の上側底部材22及び
下側底部材24の静電支持電極221、222、22
3、224及び231、232、233、234の寸法
は環状の電極部200A、200B、200C、200
D及び200A’、200B’、200C’、200
D’の寸法に対応して形成されてよい。例えば、図1に
て、第3の静電支持電極223の各櫛形部223−1、
223−2の円周部223A、223C及び223B、
223Dは合計4本含むものとして図示されているが、
実際には多数の円周部が形成されている。例えば、各円
周部の半径方向の幅Lが約10μmであり、約20μm
のピッチにて等間隔に形成されている場合、半径方向に
約2mmの幅の環状領域内に約100本の円周部が形成
される。
Electrostatic support electrodes 221, 222, 22 of the upper bottom member 22 and the lower bottom member 24 of the gyro case 21.
The dimensions of 3, 224 and 231, 232, 233, 234 are the annular electrode portions 200A, 200B, 200C, 200.
D and 200A ', 200B', 200C ', 200
It may be formed corresponding to the dimension of D '. For example, in FIG. 1, each comb-shaped portion 223-1 of the third electrostatic supporting electrode 223,
223-2 circumferential portions 223A, 223C and 223B,
Although the 223D is shown as including four in total,
In reality, many circumferential portions are formed. For example, the radial width L of each circumferential portion is about 10 μm and about 20 μm.
When they are formed at equal intervals with a pitch of about 100, about 100 circumferential portions are formed in an annular region having a width of about 2 mm in the radial direction.

【0124】次にジャイロロータ20の電極部とジャイ
ロケース21の静電支持電極の間の位置関係を説明す
る。例えば、ジャイロロータ20の電極部200A、2
00B、200C、200D及び200A’、200
B’、200C’、200D’と第3の対の静電支持電
極223、233の間の位置関係を説明する。ジャイロ
ロータ20の第1の電極部200A、200A’に対し
て第3の対の静電支持電極223、233の第1の円周
部223A、233Aが対応し、第2の電極部200
B、200B’に対して第3の対の静電支持電極223
の第2の円周部223B、233Bが対応する。以下同
様に、第3及び第4の電極部200C、200C’及び
200D、200D’に対して第3及び第4の円周部2
23C、233C及び223D、233Dが対応する。
Next, the positional relationship between the electrode portion of the gyro rotor 20 and the electrostatic support electrode of the gyro case 21 will be described. For example, the electrode parts 200A, 2 of the gyro rotor 20
00B, 200C, 200D and 200A ', 200
The positional relationship between B ′, 200C ′, 200D ′ and the electrostatic support electrodes 223, 233 of the third pair will be described. The first electrode portions 200A and 200A ′ of the gyro rotor 20 correspond to the first circumferential portions 223A and 233A of the electrostatic support electrodes 223 and 233 of the third pair, and the second electrode portion 200 corresponds.
B, 200B 'for the third pair of electrostatic support electrodes 223.
The second circumferential portions 223B and 233B of the above correspond. Similarly, the third and fourth circumferential portions 2 are formed with respect to the third and fourth electrode portions 200C, 200C 'and 200D, 200D'.
23C, 233C and 223D, 233D correspond.

【0125】ジャイロロータ20の電極部とそれに対応
するジャイロケース21の静電支持電極の間の間隙δは
数μm、例えばδ=2〜3μmであってよい。
The gap δ between the electrode portion of the gyro rotor 20 and the corresponding electrostatic support electrode of the gyro case 21 may be several μm, for example δ = 2 to 3 μm.

【0126】ジャイロロータ20の各電極部200A、
200B、200C、200D及び200A’、200
B’、200C’、200D’は、対応する静電支持電
極223、233の円周部223A、233A、223
B、233B、223C、233C及び223D、23
3Dに対して同心的に配置されているが同時に半径方向
内方に又は外方に偏倚して配置されている。
Each electrode part 200A of the gyro rotor 20,
200B, 200C, 200D and 200A ', 200
B ′, 200C ′, and 200D ′ are circumferential portions 223A, 233A, 223 of the corresponding electrostatic supporting electrodes 223, 233.
B, 233B, 223C, 233C and 223D, 23
They are arranged concentrically with respect to 3D, but at the same time, they are arranged radially inward or outward.

【0127】例えば、ジャイロロータ20の各電極部2
00A、200B、200C、200D及び200
A’、200B’、200C’、200D’の幅及びピ
ッチが、対応する静電支持電極223、233の円周部
223A、233A、223B、233B、223C、
233C及び223D、233Dの幅及びピッチと等し
く、両者は互いに所定の距離だけ、半径方向内方に又は
外方に偏倚して配置されている。
For example, each electrode portion 2 of the gyro rotor 20
00A, 200B, 200C, 200D and 200
The width and pitch of A ′, 200B ′, 200C ′, and 200D ′ correspond to the circumferential portions 223A, 233A, 223B, 233B, 223C of the corresponding electrostatic support electrodes 223, 233.
The widths and pitches of 233C and 223D and 233D are equal to each other, and they are arranged so as to be radially inwardly or outwardly offset by a predetermined distance from each other.

【0128】ジャイロロータ20の各電極部200A、
200B、200C、200D及び200A’、200
B’、200C’、200D’が、それに対応する静電
支持電極の円周部より半径方向内方に配置されている場
合を第3の静電支持電極223、233を例として説明
する。
Each electrode portion 200A of the gyro rotor 20,
200B, 200C, 200D and 200A ', 200
A case where B ′, 200C ′, and 200D ′ are arranged radially inward of the corresponding peripheral portions of the electrostatic support electrodes will be described by taking the third electrostatic support electrodes 223 and 233 as examples.

【0129】例えば、ジャイロロータ20の第1の電極
部200A、200A’の内径は対応する第1の円周部
223A、233Aの内径よりそれぞれ小さく、第1の
電極部200A、200A’の外径は対応する第1の円
周部223A、233Aの外径よりそれぞれ小さい。同
様に、ジャイロロータ20の第2、第3及び第4の電極
部200B、200B’、200C、200C’及び2
00D、200D’の内径は対応する第2、第3及び第
4の円周部223A、233A、223B、233B、
223C、233C及び223D、233Dの内径より
それぞれ小さく、ジャイロロータ20の第2、第3及び
第4の電極部200B、200B’、200C、200
C’及び200D、200D’の外径は対応する第2、
第3及び第4の円周部223A、233A、223B、
233B、223C、233C及び223D、233D
の外径よりそれぞれ小さい。
For example, the inner diameters of the first electrode portions 200A and 200A 'of the gyro rotor 20 are smaller than the inner diameters of the corresponding first circumferential portions 223A and 233A, respectively, and the outer diameters of the first electrode portions 200A and 200A' are smaller. Are smaller than the outer diameters of the corresponding first circumferential portions 223A and 233A, respectively. Similarly, the second, third and fourth electrode portions 200B, 200B ', 200C, 200C' and 2 of the gyro rotor 20 are also provided.
The inner diameters of 00D and 200D 'have corresponding second, third and fourth circumferential portions 223A, 233A, 223B, 233B,
223C, 233C and 223D, 233D, respectively, having an inner diameter smaller than that of the second, third, and fourth electrode portions 200B, 200B ', 200C, 200 of the gyro rotor 20.
The outer diameters of C'and 200D, 200D 'are the corresponding second,
Third and fourth circumferential portions 223A, 233A, 223B,
233B, 223C, 233C and 223D, 233D
Smaller than the outer diameter of.

【0130】ジャイロロータ20の電極部と第1、第2
及び第4の対の静電支持電極221、231、222、
232、224、234との間の位置関係も同様であ
る。またジャイロロータ20の電極部200A、200
B、200C、200D、200A’、200B’、2
00C’、200D’の各々が、それに対応する静電支
持電極の円周部の各々より半径方向外方に配置されてい
る場合も同様である。
Electrode portion of gyro rotor 20 and first and second electrodes
And a fourth pair of electrostatic support electrodes 221, 231, 222,
The positional relationship between 232, 224, and 234 is similar. In addition, the electrode portions 200A, 200 of the gyro rotor 20
B, 200C, 200D, 200A ', 200B', 2
The same applies when each of 00C 'and 200D' is arranged radially outward of each of the corresponding circumferential portions of the electrostatic support electrodes.

【0131】ここで、本例の静電支持電極を互い違いに
他を挟むように配置された1対の櫛形部を含むように構
成した理由を説明する。斯かる構成によって、ジャイロ
ロータ20の上側及び下側において、各対の櫛形部とそ
れに対応するジャイロロータ20の電極部との間の静電
容量は等しくなっている。例えば、第1の対の静電支持
電極221、231の第1の静電支持電極221におい
て、第1の櫛形部221−1(221A、221C)と
それに対応するジャイロロータ20の第1及び第3の電
極部200A、200Cの間の静電容量は第2の櫛形部
221−2(221B、221D)とそれに対応するジ
ャイロロータ20の第2及び第3の電極部200C、2
00Dの間の静電容量に等しく共にC1Aである。
Here, the reason why the electrostatic supporting electrodes of this example are configured to include a pair of comb-shaped portions which are alternately arranged so as to sandwich the other will be described. With such a configuration, on the upper side and the lower side of the gyro rotor 20, the capacitance between each pair of comb-shaped portions and the corresponding electrode portion of the gyro rotor 20 is equal. For example, in the first electrostatic support electrodes 221 of the first pair of electrostatic support electrodes 221, 231, the first comb-shaped portion 221-1 (221A, 221C) and the first and the first gyro rotor 20 corresponding thereto are formed. The capacitance between the three electrode portions 200A and 200C is the second comb-shaped portion 221-2 (221B, 221D) and the corresponding second and third electrode portions 200C and 2C of the gyro rotor 20.
Equal to the capacitance between 00D and both are C 1A .

【0132】従って第1の櫛形部221−1(221
A、221C)に印加する制御用直流電圧と第2の櫛形
部221−2(221B、221D)に印加する制御用
直流電圧を、大きさが等しく極性が反対の電圧、例えば
±V1Aとすることによって、ジャイロロータ20の電位
を常にゼロにすることができる。これについては、後に
図4を参照して再度説明する。
Therefore, the first comb-shaped portion 221-1 (221)
A control dc voltage applied to A, 221C) and control dc voltage applied to the second comb-shaped portion 221-2 (221B, 221D) are equal in magnitude but opposite in polarity, for example, ± V 1A . As a result, the potential of the gyro rotor 20 can be always zero. This will be described later again with reference to FIG.

【0133】第1の対の静電支持電極221、231の
第2の静電支持電極231においても同様である。また
第2、第3及び第4の静電支持電極222、232、2
23、233、224、234についても同様である。
The same applies to the second electrostatic support electrodes 231 of the first pair of electrostatic support electrodes 221 and 231. Also, the second, third and fourth electrostatic support electrodes 222, 232, 2
The same applies to 23, 233, 224, and 234.

【0134】尚、ジャイロロータ20の駆動用電極部2
00E、200E’及び変位検出用電極部200F、2
00F’と対応するジャイロケース21の駆動用電極2
25、235及び変位検出用電極226、236は、互
いに同一形状且つ半径方向に同一位置に配置されてよ
い。
Incidentally, the driving electrode portion 2 of the gyro rotor 20
00E, 200E 'and displacement detecting electrode portions 200F, 2
Driving electrode 2 of gyro case 21 corresponding to 00F '
The electrodes 25, 235 and the displacement detection electrodes 226, 236 may have the same shape and are arranged at the same position in the radial direction.

【0135】ジャイロケース21の上側底部材22と下
側底部材24の内面には、中心部に、即ち、変位検出用
電極226、236の中心部には、それぞれ放電兼用ス
トッパ127、128が設けられている。斯かるストッ
パ127、128は、ジャイロロータ20の上面及び下
面の中心部に形成された凹部200f、200f’に対
応して配置されている。
Discharge / combined stoppers 127 and 128 are provided at the center of the inner surface of the upper bottom member 22 and the lower bottom member 24 of the gyro case 21, that is, at the center of the displacement detection electrodes 226 and 236, respectively. Has been. The stoppers 127, 128 are arranged corresponding to the recesses 200f, 200f 'formed in the central portions of the upper and lower surfaces of the gyro rotor 20.

【0136】放電兼用ストッパ127、128は、ジャ
イロロータ20のZ軸方向の変位、X軸方向及びY軸方
向の変位を制限しジャイロロータ20がジャイロケース
21の内面に接触することを阻止すると同時にジャイロ
ロータ20に蓄積した静電気を放電させるために設けら
れている。
The discharge / combined stoppers 127 and 128 limit the displacement of the gyro rotor 20 in the Z-axis direction and the X-axis direction and the Y-axis direction to prevent the gyro rotor 20 from contacting the inner surface of the gyro case 21. It is provided to discharge static electricity accumulated in the gyro rotor 20.

【0137】ジャイロロータ20がZ軸方向に変位して
ジャイロケース21の内面に近づくと、ジャイロロータ
20の電極部がジャイロケース21の電極に接触する前
に、放電兼用ストッパ127、128がジャイロロータ
20の凹部200f、200f’の底に当接する。ま
た、ジャイロロータ20がX軸又はY軸方向に変位する
と、ジャイロロータ20がジャイロケース21の円周内
壁23Aに接触する前に、放電兼用ストッパ127、1
28がジャイロロータ20の凹部200f、200f’
の円周内壁に当接する。
When the gyro rotor 20 is displaced in the Z-axis direction and approaches the inner surface of the gyro case 21, the discharge / use stoppers 127 and 128 are set before the electrode portions of the gyro rotor 20 come into contact with the electrodes of the gyro case 21. The bottoms of the recesses 200f and 200f 'of 20 are in contact with each other. Further, when the gyro rotor 20 is displaced in the X-axis or Y-axis direction, before the gyro rotor 20 contacts the inner circumferential wall 23A of the gyro case 21, the discharge / combined stoppers 127, 1 are provided.
Reference numeral 28 denotes recesses 200f and 200f ′ of the gyro rotor 20.
Abut the inner wall of the circumference.

【0138】それによって、ジャイロロータ20のZ軸
方向、X軸方向及びY軸方向の変位が制限され、ジャイ
ロロータ20がジャイロケース21の内面に接触するこ
とが阻止される。また、ジャイロロータ20が停止し着
地したとき、放電兼用ストッパ127、128がジャイ
ロロータ20の凹部200f、200f’に当接するこ
とによって、ジャイロロータ20に蓄積された静電気が
放電兼用ストッパ127、128を経由して外部に放電
される。
As a result, the displacement of the gyro rotor 20 in the Z-axis direction, the X-axis direction and the Y-axis direction is restricted, and the gyro rotor 20 is prevented from coming into contact with the inner surface of the gyro case 21. Further, when the gyro rotor 20 stops and lands, the discharge / combined stoppers 127, 128 come into contact with the recesses 200f, 200f ′ of the gyro rotor 20, so that the static electricity accumulated in the gyro rotor 20 causes the discharge / combined stoppers 127, 128 to be discharged. It is discharged to the outside via.

【0139】ジャイロケース21の上側底部材22又は
下側底部材24に形成された静電支持電極221、23
1、222、232、223、233、224、23
4、駆動用電極225、235及び変位検出用電極22
6、236と外部電源又は外部回路と間は、スルーホー
ル接続によって電気的に接続されてよい。上側底部材2
2又は下側底部材24には小さな孔、即ち、スルーホー
ルが設けられ、斯かるスルーホールの内面には金属膜が
形成される。斯かる金属膜によって、静電支持電極、駆
動用電極及び変位検出用電極が外部電源又は外部回路に
接続される。
Electrostatic support electrodes 221 and 23 formed on the upper bottom member 22 or the lower bottom member 24 of the gyro case 21.
1, 222, 232, 223, 233, 224, 23
4, drive electrodes 225, 235 and displacement detection electrode 22
The 6, 236 and the external power supply or the external circuit may be electrically connected by a through hole connection. Upper bottom member 2
2 or the lower bottom member 24 is provided with a small hole, that is, a through hole, and a metal film is formed on the inner surface of the through hole. With such a metal film, the electrostatic supporting electrode, the driving electrode and the displacement detecting electrode are connected to an external power source or an external circuit.

【0140】図1Aに示すように、上側底部材22の外
面にはプリアンプ35、例えば、電界効果形トランジス
タが配置されており、斯かるプリアンプ35は変位検出
用電極226、236に接続されている。上側底部材2
2及び下側底部材24にはスルーホール22A(上側底
部材22に設けられたスルーホール22Aのみを図示)
が設けられ、斯かるスルーホール22Aの内面に形成さ
れた金属薄膜によってプリアンプ35は変位検出用電極
226、326に接続される。
As shown in FIG. 1A, a preamplifier 35, for example, a field effect transistor is arranged on the outer surface of the upper bottom member 22, and the preamplifier 35 is connected to the displacement detecting electrodes 226 and 236. . Upper bottom member 2
2 and the lower bottom member 24 have through holes 22A (only the through holes 22A provided in the upper bottom member 22 are shown)
Is provided, and the preamplifier 35 is connected to the displacement detection electrodes 226 and 326 by the metal thin film formed on the inner surface of the through hole 22A.

【0141】また、後に図3を参照して説明するよう
に、各対の櫛形部は電気的に接続される。従って、例え
ば、第3の対の第1の静電支持電極223の櫛形部22
3−1、223−2の端子部223R’、223R’の
各々に対応してスルーホール22B(一方のみ図示)が
設けられ、斯かるスルーホール22Bの内面に形成され
た金属薄膜は上側底部材22の外側に設けられた共通端
子に接続される。それによって2つの櫛形部223−
1、223−2の端子部223R’、223R’は電気
的に接続される。同様に、第1の対の第2の静電支持電
極231の櫛形部231−1、231−2の端子部23
1R’、231R’の各々に対応してスルーホール24
A(一方のみ図示)が設けられ、斯かるスルーホール2
4Aの内面に形成された金属薄膜は下側底部材24の外
側に設けられた共通端子に接続される。それによって2
つの櫛形部231−1、231−2の端子部231
R’、231R’は電気的に接続される。
As will be described later with reference to FIG. 3, the comb-shaped portions of each pair are electrically connected. Therefore, for example, the comb-shaped portion 22 of the first electrostatic support electrode 223 of the third pair is formed.
A through hole 22B (only one is shown) is provided corresponding to each of the terminal portions 223R 'and 223R' of 3-1 and 223-2, and the metal thin film formed on the inner surface of the through hole 22B is an upper bottom member. It is connected to a common terminal provided on the outside of 22. As a result, the two comb-shaped portions 223-
The terminal portions 223R ′ and 223R ′ of 1, 223-2 are electrically connected. Similarly, the terminal portions 23 of the comb-shaped portions 231-1 and 231-2 of the first pair of second electrostatic supporting electrodes 231 are formed.
Through hole 24 corresponding to each of 1R 'and 231R'
A (only one shown) is provided, and such through hole 2
The metal thin film formed on the inner surface of 4A is connected to a common terminal provided outside the lower bottom member 24. Thereby 2
Terminal part 231 of two comb-shaped parts 231-1 and 231-2
R ′ and 231R ′ are electrically connected.

【0142】図2に本発明によるジャイロ装置の制御ル
ープの例を示す。本例の制御ループは拘束制御部150
を含む拘束制御系とロータ駆動部160を含むロータ駆
動系とシークエンス制御部170とを有する。
FIG. 2 shows an example of a control loop of the gyro device according to the present invention. The control loop of this example is the constraint control unit 150.
And a rotor drive system including a rotor drive unit 160, and a sequence control unit 170.

【0143】本例の拘束制御部150は、変位検出用電
流iP を検出してそれを変位検出用電圧VP に変換する
変位検出用回路、即ち、プリアンプ35と斯かる変位検
出用電圧VP を入力して制御用直流電圧±V1A〜±
4A、±V1B〜±V4Bを生成する制御演算部140とを
有する。制御演算部140によって出力された制御用直
流電圧±V1A〜±V4A、±V1B〜±V4Bはそれぞれ変位
検出用交流電圧AC1A〜AC4A、AC1B〜AC4Bが加算
されて静電支持電極221〜224、231〜234に
供給される。尚、本例のジャイロ装置には制御演算部1
40の出力信号を入力するジャイロ加速度出力演算部1
45が設けられているが、それについては後に詳細に説
明する。
The restraint control section 150 of this embodiment detects the displacement detection current i P and converts it into the displacement detection voltage V P , that is, the preamplifier 35 and the displacement detection voltage V P. Input P to control DC voltage ± V 1A ~ ±
The control calculation unit 140 generates V 4A , ± V 1B to ± V 4B . DC control outputted by the control arithmetic unit 140 voltage ± V 1A ~ ± V 4A, ± V 1B ~ ± V 4B each displacement detection AC voltage AC 1A ~AC 4A, AC 1B ~AC 4B is added static It is supplied to the electric support electrodes 221 to 224 and 231 to 234. The gyro device of this example has a control calculation unit 1
Gyro acceleration output computing unit 1 for inputting 40 output signals
45 is provided, which will be described later in detail.

【0144】静電支持電極221〜224、231〜2
34に制御用直流電圧±V1A〜±V 4A、±V1B〜±V4B
を印加することによってジャイロロータ20は所定の基
準位置に浮動的に支持され拘束される。静電支持電極2
21〜224、231〜234に変位検出用交流電圧A
1A〜AC4A、AC1B〜AC4Bを印加することによっ
て、ジャイロケース21の内面に形成された変位検出用
電極226、236に変位検出用電流iP が流れる。斯
かる変位検出用電流iP はプリアンプ35によって電圧
信号VP に変換される。斯かる電圧信号VP はジャイロ
ロータ20の全ての直線変位及び回転変位を含む。
Electrostatic support electrodes 221-224, 231-2
DC voltage for control ± 341A~ ± V 4A, ± V1B~ ± V4B
The gyro rotor 20 is applied with
Floatably supported and restrained in the sub-position. Electrostatic support electrode 2
Displacement detection AC voltage A to 21 to 224 and 231 to 234
C1A~ AC4A, AC1B~ AC4BBy applying
For detecting displacement formed on the inner surface of the gyro case 21
Displacement detection current i is applied to electrodes 226 and 236.PFlows. Such
Current i for detecting displacementPIs the voltage by the preamplifier 35
Signal VPIs converted to. Such voltage signal VPIs a gyro
Includes all linear and rotational displacements of rotor 20.

【0145】斯かる電圧信号VP は制御演算部140に
供給される。制御演算部140によってジャイロロータ
20のZ軸方向の変位±Δz、X軸方向の変位±Δx及
びY軸方向の変位±ΔyとX軸周り及びY軸周りの回転
変位Δφ、Δθ(図2の右上に示す矢印の方向を正とす
る。)が検出される。更に、斯かる変位より静電支持電
極221〜224、231〜234に印加すべき制御用
直流電圧±V1A〜±V 4A、±V1B〜±V4Bが演算され
る。こうして制御用直流電圧±V1A〜±V4A、±V1B
±V4Bが変化し、ジャイロロータ20は偏倚量がゼロと
なるように元の位置に戻される。
Such voltage signal VPTo the control calculation unit 140
Supplied. The gyro rotor is controlled by the control calculation unit 140.
20 Z-axis displacement ± Δz, X-axis displacement ± Δx
And Y-axis displacement ± Δy and rotation around X-axis and Y-axis
Displacement Δφ, Δθ (The direction of the arrow shown in the upper right of FIG. 2 is positive.
It ) Is detected. Furthermore, electrostatic displacement is
For control to be applied to the poles 221 to 224, 231 to 234
DC voltage ± V1A~ ± V 4A, ± V1B~ ± V4BIs calculated
It Thus control DC voltage ± V1A~ ± V4A, ± V1B~
± V4BChanges, and the gyro rotor 20 has zero deviation.
Is returned to its original position.

【0146】本例の制御ループ又は拘束系は、このよう
にジャイロロータ20の偏倚量を実際に測定して斯かる
偏倚量がゼロになるように静電気力を積極的に変化させ
る点で、従来のパッシブ式拘束系とは異なりアクティブ
式に構成されている。
The control loop or the restraint system of the present example is conventional in that the bias amount of the gyro rotor 20 is actually measured and the electrostatic force is positively changed so that the bias amount becomes zero. Unlike the passive restraint system of, it is configured as an active type.

【0147】次に図3を参照して本発明による拘束制御
系の動作を詳細に説明する。ジャイロロータ20は実際
には高速で回転しているが、ジャイロロータ20のう
ち、第1、第2、第3及び第4の対の静電支持電極に対
応した位置にある4つの部分をそれぞれP1 、P2 、P
3 及びP4 とする。
Next, the operation of the restraint control system according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. Although the gyro rotor 20 actually rotates at a high speed, four parts of the gyro rotor 20 at positions corresponding to the electrostatic support electrodes of the first, second, third, and fourth pairs are respectively P 1 , P 2 , P
3 and P 4 .

【0148】図3には、本例のジャイロ装置をXZ平面
に沿って切断した断面が示されており、X軸に沿って配
置された第1及び第3の対の静電支持電極221、23
1及び223、233とそれに対応したジャイロロータ
20の第1及び第3の部分P 1 、P3 が示されている。
Y軸に沿って配置された第2及び第4の対の静電支持電
極とそれに対応したジャイロロータ20の第2及び第4
の部分P2 及びP4 は図示されていないが、紙面に垂直
な方向に沿って配置されている。
FIG. 3 shows the gyro device of this example in the XZ plane.
A cross section taken along is shown along the X-axis.
Placed first and third pairs of electrostatic support electrodes 221, 23
1 and 223, 233 and corresponding gyro rotor
First and third parts P of 20 1, P3It is shown.
A second and fourth pair of electrostatically supporting electrodes arranged along the Y axis.
Second and fourth poles and corresponding gyro rotor 20
Part P2And PFourNot shown, but perpendicular to the page
It is arranged along the different directions.

【0149】第1の対の静電支持電極221の円周部2
21A、221B、221C、221Dはジャイロロー
タ20の上面の電極部200A、200B、200C、
200Dに対応しており、第1の対の静電支持電極23
1の円周部231A、231B、221C、221Dは
ジャイロロータ20の下面の電極部200A’、200
B’、200C’、200D’に対応しており、第3の
対の静電支持電極223の円周部223A、223B、
223C、223Dはジャイロロータ20の上面の電極
部200A、200B、200C、200Dに対応して
おり、第3の対の静電支持電極233の円周部233
A、233B、233C、233Dはジャイロロータ2
0の下面の電極部200A’、200B’、200
C’、200D’に対応している。
The circumferential portion 2 of the first pair of electrostatic support electrodes 221
21A, 221B, 221C and 221D are electrode portions 200A, 200B and 200C on the upper surface of the gyro rotor 20,
It is compatible with 200D, and the first pair of electrostatic supporting electrodes 23
The circumferential portions 231A, 231B, 221C, 221D of No. 1 are electrode portions 200A ′, 200 on the lower surface of the gyro rotor 20.
B ′, 200C ′, 200D ′, and the circumferential portions 223A, 223B of the electrostatic support electrodes 223 of the third pair,
Reference numerals 223C and 223D correspond to the electrode portions 200A, 200B, 200C and 200D on the upper surface of the gyro rotor 20, and the circumferential portion 233 of the electrostatic support electrodes 233 of the third pair.
A, 233B, 233C and 233D are gyro rotors 2
Electrode parts 200A ′, 200B ′, 200 on the lower surface of 0
It corresponds to C'and 200D '.

【0150】先ず、制御用直流電圧の印加について説明
する。第1の対の静電支持電極221の第1の櫛形部2
21−1の円周部221A、221Cは加算器36−1
Aを経由して直流電圧−V1Aに接続され、第2の櫛形部
221−2の円周部221B、221Dは加算器36+
1Aを経由して直流電圧+V1Aに接続され、第1の対の
静電支持電極231の第1の櫛形部231−1の円周部
231A、231Cは加算器36−1Bを経由して直流
電圧−V1Bに接続され、第2の櫛形部231−2の円周
部231B、231Dは加算器36+1Bを経由して直
流電圧+V1Bに接続されている。
First, the application of the control DC voltage will be described. The first comb-shaped portion 2 of the first pair of electrostatic supporting electrodes 221
The peripheral parts 221A and 221C of 21-1 are adders 36-1.
It is connected to the DC voltage −V 1A via A, and the circumferential portions 221B and 221D of the second comb-shaped portion 221-2 are added by the adder 36+.
1A is connected to the DC voltage + V 1A, and the circumferential portions 231A and 231C of the first comb-shaped portion 231-1 of the first pair of electrostatic support electrodes 231 are DC-directed via the adder 36-1B. It is connected to the voltage −V 1B, and the circumferential portions 231B and 231D of the second comb-shaped portion 231-2 are connected to the DC voltage + V 1B via the adder 36 + 1B.

【0151】同様に、第3の対の静電支持電極223の
第1の櫛形部223−1の円周部223A、223Cは
加算器36−3Aを経由して直流電圧−V3Aに接続さ
れ、第2の櫛形部223−2の円周部223B、223
Dは加算器36+3Aを経由して直流電圧+V3Aに接続
され、第3の対の静電支持電極233の第1の櫛形部2
33−1の円周部233A、233Cは加算器36−3
Bを経由して直流電圧−V3Bに接続され、第2の櫛形部
233−2の円周部233B、233Dは加算器36+
3Bを経由して直流電圧+V3Bに接続されている。
Similarly, the circumferential portions 223A and 223C of the first comb-shaped portion 223-1 of the electrostatic support electrodes 223 of the third pair are connected to the DC voltage -V 3A via the adder 36-3A. , Circumferential portions 223B, 223 of the second comb-shaped portion 223-2
D is connected to the DC voltage + V 3A via the adder 36 + 3A, and the first comb-shaped portion 2 of the electrostatic support electrodes 233 of the third pair is connected.
The peripheral portions 233A and 233C of 33-1 are the adders 36-3.
Is connected to the DC voltage −V 3B via B, and the peripheral portions 233B and 233D of the second comb-shaped portion 233-2 are added by the adder 36+.
It is connected to the DC voltage + V 3B via 3B.

【0152】次に、検出用交流電圧の印加について説明
する。第1及び第3の対の静電支持電極221、231
及び223、233には制御用直流電圧に重畳して検出
用交流電圧AC1A、AC1B、AC3A、AC3Cが印加され
る。図示のように、第1の対の加算器36−1A、36
+1A及び36−1B、36+1Bには検出用交流電圧
AC1A、AC1B及びAC3A、AC3Cが印加され、第3の
対の加算器36−3A、36+3A及び36−3B、3
6+3Bには検出用交流電圧AC3A、AC3Cが印加され
ている。斯かる検出用交流電圧AC1A、AC1B、A
3A、AC3Cはそれぞれ次のように表される。
Next, the application of the detection AC voltage will be described. First and third pairs of electrostatic support electrodes 221, 231
223 and 233 are applied with the detection AC voltages AC 1A , AC 1B , AC 3A , and AC 3C superimposed on the control DC voltage. As shown, the first pair of adders 36-1A, 36-1
Detecting AC voltages AC 1A , AC 1B and AC 3A , AC 3C are applied to + 1A, 36-1B and 36 + 1B, and a third pair of adders 36-3A, 36 + 3A and 36-3B, 3
AC voltages AC 3A and AC 3C for detection are applied to 6 + 3B. Such detection AC voltages AC 1A , AC 1B , A
C 3A and AC 3C are represented as follows, respectively.

【0153】[0153]

【数10】AC1A=−EX−Eθ−EZ AC1B=−EX+Eθ+EZ AC3A=+EX+Eθ−EZ AC3B=+EX−Eθ+EZ[Equation 10] AC 1A = -EX-Eθ-EZ AC 1B = -EX + Eθ + EZ AC 3A = + EX + Eθ-EZ AC 3B = + EX-Eθ + EZ

【0154】ここに、検出用交流電圧AC1A、AC1B
AC3A、AC3Bの右辺の各項は次のように表される。
Here, the detection AC voltages AC 1A , AC 1B ,
The terms on the right side of AC 3A and AC 3B are expressed as follows.

【0155】[0155]

【数11】+EX=E0 cos(ω1 t+ζ1 ) −EX=E0 cos(ω1 t+η1 ) +Eθ=E0 cos(ω4 t+ζ4 ) −Eθ=E0 cos(ω4 t+η4 ) +EZ=E0 cos(ω3 t+ζ3 ) −EZ=E0 cos(ω3 t+η3 + EX = E 0 cos (ω 1 t + ζ 1 ) −EX = E 0 cos (ω 1 t + η 1 ) + E θ = E 0 cos (ω 4 t + ζ 4 ) −E θ = E 0 cos (ω 4 t + η 4 ). + EZ = E 0 cos (ω 3 t + ζ 3 ) −EZ = E 0 cos (ω 3 t + η 3 )

【0156】ここに、±EXはジャイロロータ20のX
軸方向の直線変位ΔXを検出するための電圧成分、±E
θはジャイロロータ20のY軸周りの回転変位Δθを検
出するための電圧成分、±EZはジャイロロータ20の
Z軸方向の直線変位ΔZを検出するための電圧成分であ
る。ω1 、ω3 、ω4 は変位検出用周波数である。ま
た、±EX、±Eθ及び±EZの符号は互いに180度
の位相差を表す。従って位相差ζ、ηについては次の関
係がある。
Here, ± EX is the X of the gyro rotor 20.
Voltage component for detecting linear displacement ΔX in the axial direction, ± E
θ is a voltage component for detecting the rotational displacement Δθ of the gyro rotor 20 around the Y axis, and ± EZ is a voltage component for detecting the linear displacement ΔZ of the gyro rotor 20 in the Z axis direction. ω 1 , ω 3 , and ω 4 are displacement detection frequencies. The signs of ± EX, ± Eθ and ± EZ represent a phase difference of 180 degrees. Therefore, the phase differences ζ and η have the following relationship.

【0157】[0157]

【数12】η1 =ζ1 ±180° η3 =ζ3 ±180° η4 =ζ4 ±180°[Equation 12] η 1 = ζ 1 ± 180 ° η 3 = ζ 3 ± 180 ° η 4 = ζ 4 ± 180 °

【0158】本例のジャイロ装置をYZ平面に沿って切
断した断面は図示してないが、Y軸に沿って配置された
第2及び第4の対の静電支持電極222、232及び2
24、234とそれに対応したジャイロロータ20の第
2及び第4の部分P2 及びP 4 に関しても同様な議論が
成り立つ。第2及び第4の対の静電支持電極222、2
32及び224、234の各々において、第1の櫛形部
と第2の櫛形部には大きさが同じで極性が反対の直流電
圧が印加される。
The gyro device of this example is cut along the YZ plane.
The cut cross section is not shown, but was placed along the Y axis
Second and fourth pairs of electrostatic support electrodes 222, 232 and 2
24, 234 and the corresponding gyro rotor 20
2 and the fourth part P2And P FourA similar discussion regarding
It holds. The second and fourth pairs of electrostatic support electrodes 222, 2
32 and 224 and 234, respectively, the first comb portion
And the second comb-shaped part have the same size but opposite polarity.
Pressure is applied.

【0159】第2の対の静電支持電極222の第1の櫛
形部222−1の円周部222A、222Cは直流電圧
−V2Aに接続され、第2の櫛形部222−2の円周部2
22B、222Dは直流電圧+V2Aに接続され、第2の
対の静電支持電極232の第1の櫛形部232−1の円
周部232A、232Cは直流電圧−V2Bに接続され、
第2の櫛形部232−2の円周部232B、232Dは
直流電圧+V2Bに接続されている。
The circumferential portions 222A and 222C of the first comb-shaped portion 222-1 of the second pair of electrostatic supporting electrodes 222 are connected to the DC voltage -V 2A, and the circumference of the second comb-shaped portion 222-2 is reduced. Part 2
22B and 222D are connected to a DC voltage + V 2A, and the circumferential portions 232A and 232C of the first comb-shaped portion 232-1 of the second pair of electrostatic support electrodes 232 are connected to a DC voltage −V 2B .
Circumferential portions 232B and 232D of the second comb-shaped portion 232-2 are connected to the DC voltage + V 2B .

【0160】同様に、第4の対の静電支持電極224の
第1の櫛形部224−1の円周部224A、224Cは
直流電圧−V4Aに接続され、第2の櫛形部224−2の
円周部224B、224Dは直流電圧+V4Aに接続さ
れ、第4の対の静電支持電極234の第1の櫛形部23
4−1の円周部234A、234Cは直流電圧−V4B
接続され、第2の櫛形部234−2の円周部234B、
234Dは直流電圧+V 4Bに接続されている。
Similarly, for the fourth pair of electrostatic support electrodes 224,
The circumferential portions 224A and 224C of the first comb-shaped portion 224-1 are
DC voltage-V4AConnected to the second comb 224-2.
Circumferential portions 224B and 224D are DC voltage + V4AConnected to
The first comb-shaped portion 23 of the fourth pair of electrostatic supporting electrodes 234.
The peripheral portions 234A and 234C of 4-1 are DC voltage -V.4BTo
Connected, the circumferential portion 234B of the second comb portion 234-2,
234D is DC voltage + V 4BIt is connected to the.

【0161】数10の式に対応して第2及び第4の対の
静電支持電極222、232及び224、234に印加
される検出用交流電圧AC2A、AC2B、AC4A、AC4C
に関して次の式が得られる。
Detecting AC voltages AC 2A , AC 2B , AC 4A and AC 4C applied to the second and fourth pairs of electrostatic support electrodes 222, 232 and 224, 234 corresponding to the equation (10).
The following equation is obtained with respect to.

【0162】[0162]

【数13】AC2A=−EY−Eφ−EZ AC2B=−EY+Eφ+EZ AC4A=+EY+Eφ−EZ AC4B=+EY−Eφ+EZ[Equation 13] AC 2A = -EY-Eφ-EZ AC 2B = -EY + Eφ + EZ AC 4A = + EY + Eφ-EZ AC 4B = + EY-Eφ + EZ

【0163】検出用交流電圧AC2A、AC2B、AC4A
AC4Bの右辺の各項は次のように表される。
AC voltage for detection AC 2A , AC 2B , AC 4A ,
Each term on the right side of AC 4B is expressed as follows.

【0164】[0164]

【数14】+EY=E0 cos(ω2 t+ζ2 ) −EY=E0 cos(ω2 t+η2 ) +Eφ=E0 cos(ω5 t+ζ5 ) −Eφ=E0 cos(ω5 t+η5 ) +EZ=E0 cos(ω3 t+ζ3 ) −EZ=E0 cos(ω3 t+η3 + EY = E 0 cos (ω 2 t + ζ 2 ) −EY = E 0 cos (ω 2 t + η 2 ) + E φ = E 0 cos (ω 5 t + ζ 5 ) −E φ = E 0 cos (ω 5 t + η 5 ) + EZ = E 0 cos (ω 3 t + ζ 3 ) −EZ = E 0 cos (ω 3 t + η 3 )

【0165】ここに、±EYはジャイロロータ20のY
軸方向の直線変位ΔYを検出するための電圧成分、±E
φはジャイロロータ20のX軸周りの回転変位Δφを検
出するための電圧成分、±EZはジャイロロータ20の
Z軸方向の直線変位ΔZを検出するための電圧成分であ
る。ω2 、ω3 、ω5 は検出用周波数である。斯かる電
圧成分に含まれる位相差は次のように表される。
Here, ± EY is the Y of the gyro rotor 20.
Voltage component for detecting linear displacement ΔY in the axial direction, ± E
φ is a voltage component for detecting the rotational displacement Δφ of the gyro rotor 20 around the X axis, and ± EZ is a voltage component for detecting the linear displacement ΔZ of the gyro rotor 20 in the Z axis direction. ω 2 , ω 3 , and ω 5 are detection frequencies. The phase difference contained in such a voltage component is expressed as follows.

【0166】[0166]

【数15】η2 =ζ2 ±180° η3 =ζ3 ±180° η5 =ζ5 ±180°[Equation 15] η 2 = ζ 2 ± 180 ° η 3 = ζ 3 ± 180 ° η 5 = ζ 5 ± 180 °

【0167】次に図4を参照して本例の変位検出系の原
理を説明する。図4は拘束制御系とロータ駆動系の等価
回路を示す。拘束制御系の等価回路では、第1及び第3
の対の静電支持電極221、231及び223、233
とそれに対応するジャイロロータ20の電極部200
A、200A’、200C、200C’がコンデンサに
置き換えられている。上述のように、第1の対の静電支
持電極221、231の第1の静電支持電極221にお
いて、第1の櫛形部221−1と第1及び第3の電極部
200A、200Cの間の静電容量と第2の櫛形部22
1−2と第2及び第4の電極部200B、200Dの間
の静電容量は等しくC1Aであり、第2の静電支持電極2
31において、第1の櫛形部231−1と第1及び第3
の電極部200A’、200C’の間の静電容量と第2
の櫛形部221−2と第2及び第4の電極部200
B’、200D’の間の静電容量は等しくC1Bである。
Next, the principle of the displacement detection system of this example will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows an equivalent circuit of the restraint control system and the rotor drive system. In the equivalent circuit of the restraint control system, the first and third
Pair of electrostatic support electrodes 221, 231, and 223, 233
And the electrode portion 200 of the gyro rotor 20 corresponding thereto
A, 200A ', 200C and 200C' are replaced by capacitors. As described above, in the first electrostatic support electrode 221 of the first pair of electrostatic support electrodes 221, 231, between the first comb-shaped portion 221-1 and the first and third electrode portions 200A, 200C. Capacitance and the second comb-shaped portion 22
The electrostatic capacitances between 1-2 and the second and fourth electrode portions 200B and 200D are equal to C 1A , and the second electrostatic support electrode 2
31, the first comb-shaped portion 231-1 and the first and third comb-shaped portions 231-1.
Of the capacitance between the electrode portions 200A 'and 200C' of the second electrode and the second
221-2 and second and fourth electrode portions 200
The capacitance between B ′ and 200D ′ is equal to C 1B .

【0168】同様に、第3の対の静電支持電極223、
233の第1の静電支持電極223において、第1の櫛
形部223−1と第1及び第3の電極部200A、20
0Cの間の静電容量と第2の櫛形部223−2と第2及
び第4の電極部200B、200Dの間の静電容量は等
しくC3Aであり、第2の静電支持電極233において、
第1の櫛形部233−1と第1及び第3の電極部200
A’、200C’の間の静電容量と第2の櫛形部233
−2と第2及び第4の電極部200B’、200D’の
間の静電容量は等しくC3Bである。変位検出用電極22
6、236とそれに対応するジャイロロータ20の変位
検出用電極部200F、200F’によって構成される
コンデンサの静電容量をそれぞれCFA、CFBとする。
Similarly, a third pair of electrostatic support electrodes 223,
In the first electrostatic support electrode 223 of 233, the first comb-shaped portion 223-1 and the first and third electrode portions 200A, 20
The electrostatic capacitance between 0C and the electrostatic capacitance between the second comb-shaped portion 223-2 and the second and fourth electrode portions 200B and 200D is equal to C 3A , and in the second electrostatic support electrode 233, ,
First comb-shaped portion 233-1 and first and third electrode portions 200
The capacitance between A ′ and 200C ′ and the second comb-shaped portion 233.
-2 and the second and fourth electrode portions 200B ', 200D' capacitance between the equally C 3B. Displacement detection electrode 22
6, 236 and the corresponding capacitances of the displacement detection electrode portions 200F and 200F 'of the gyro rotor 20 are referred to as C FA and C FB , respectively.

【0169】例えば、ジャイロロータ20がX軸方向に
ΔXだけ直線変位し、Y軸周りに回転角Δθだけ回転変
位し、Z軸方向にΔZだけ直線変位したものとする。斯
かる変位は十分小さいものと仮定すると、各コンデンサ
の静電容量は次のように表される。
For example, assume that the gyro rotor 20 is linearly displaced by ΔX in the X-axis direction, rotationally displaced by a rotation angle Δθ about the Y-axis, and linearly displaced by ΔZ in the Z-axis direction. Assuming that such displacement is sufficiently small, the capacitance of each capacitor is expressed as follows.

【0170】[0170]

【数16】C1A=C0 (1+ΔX+ΔZ+Δθ) C1B=C0 (1+ΔX−ΔZ−Δθ) C3A=C0 (1−ΔX+ΔZ−Δθ) C3B=C0 (1−ΔX−ΔZ+Δθ)## EQU16 ## C 1A = C 0 (1 + ΔX + ΔZ + Δθ) C 1B = C 0 (1 + ΔX-ΔZ-Δθ) C 3A = C 0 (1-ΔX + ΔZ-Δθ) C 3B = C 0 (1-ΔX-ΔZ + Δθ)

【0171】ここにC0 は全ての変位がゼロの時の各コ
ンデンサの静電容量である。逆にこの式から各変位Δ
X、ΔZ、Δθをコンデンサの静電容量によって表すこ
とができる。
Here, C 0 is the capacitance of each capacitor when all displacements are zero. Conversely, each displacement Δ
X, ΔZ, and Δθ can be represented by the capacitance of the capacitor.

【0172】[0172]

【数17】 ΔX=(1/4C0 )(C1A+C1B−C3A−C3B) Δθ=(1/4C0 )(C1A−C1B−C3A+C3B) ΔZ=(1/4C0 )(C1A−C1B+C3A−C3BEquation 17] ΔX = (1 / 4C 0) (C 1A + C 1B -C 3A -C 3B) Δθ = (1 / 4C 0) (C 1A -C 1B -C 3A + C 3B) ΔZ = (1 / 4C 0 ) (C 1A -C 1B + C 3A -C 3B )

【0173】また各静電支持電極において2つの櫛形部
221−1と221−2、231−1と231−2、2
23−1と223−2、233−1と233−2には、
互いに大きさが等しく極性が反対の制御用直流電圧±V
1A、±V1B、±V3A、±V3Bが印加され、それによって
2対のコンデンサの中点Q1 、Q3 の電位はゼロとな
る。本例によると、静電支持電極の各対の櫛形部に大き
さが同じで極性が異なる制御用直流電圧が印加されるか
ら、ジャイロロータ20の電位はゼロである。
Further, in each electrostatic supporting electrode, two comb-shaped portions 221-1 and 221-2, 231-1 and 231-2, 2 are formed.
23-1 and 223-2, 233-1 and 233-2,
Control DC voltage of equal magnitude and opposite polarities ± V
1A , ± V 1B , ± V 3A , and ± V 3B are applied, so that the potentials at the midpoints Q 1 and Q 3 of the two pairs of capacitors become zero. According to this example, since the control DC voltages having the same size but different polarities are applied to the comb-shaped portions of each pair of the electrostatic supporting electrodes, the potential of the gyro rotor 20 is zero.

【0174】第1及び第3の静電支持電極221、23
1及び223、233に、制御用直流電圧に重畳して、
それぞれ検出用交流電圧AC1A、AC1B及びAC3A、A
3Bを印加すると、変位検出用コンデンサに変位検出用
交流電流iP が発生する。斯かる変位検出用交流電流i
P は次の式によって表される。尚、sとラプラス演算子
である。
First and third electrostatic supporting electrodes 221 and 23
1 and 223, 233 superimposed on the control DC voltage,
AC voltage for detection AC 1A , AC 1B and AC 3A , A respectively
When C 3B is applied, a displacement detecting AC current i P is generated in the displacement detecting capacitor. Such displacement detection AC current i
P is represented by the following formula. Incidentally, s and Laplace operator.

【0175】[0175]

【数18】 iP =K13(C1AAC1A+C1BAC1B+C3AAC3A+C3BAC3B) K13=2(CFA+CFB)s/(2C1A+2C1B+2C3A+2C3B+CFA+CFB[Equation 18] i P = K 13 (C 1A AC 1A + C 1B AC 1B + C 3A AC 3A + C 3B AC 3B ) K 13 = 2 (C FA + C FB ) s / (2C 1A + 2C 1B + 2C 3A + 2C 3B + C FA + C FB )

【0176】ここに、sはラプラス演算子である。この
式に数10の式によって表される検出用交流電圧A
1A、AC1B及びAC3A、AC3Bと数16の式によって
表される静電容量C1A、C1B及びC3A、C3Bを代入して
整頓すると変位検出用交流電流i P は次のように表され
る。
Here, s is a Laplace operator. this
AC voltage for detection A represented by the formula of the equation 10
C1A, AC1BAnd AC3A, AC3BAnd the formula of Equation 16
Capacitance C represented1A, C1BAnd C3A, C3BSubstitute
When tidying up, displacement detection AC current i PIs represented as
It

【0177】[0177]

【数19】 iP =K13’(EXΔX+EθΔθ+EZΔZ) K13’=−8s(CFA+CFB)/(8C0 +CFA+CFB## EQU19 ## i P = K 13 '(EXΔX + EθΔθ + EZΔZ) K 13 ' = -8s (C FA + C FB ) / (8C 0 + C FA + C FB )

【0178】本例のジャイロ装置をYZ平面に沿って切
断した断面は図示してないが、Y軸に沿って配置された
第2及び第4の対の静電支持電極222、232及び2
24、234とそれに対応したジャイロロータ20の第
2及び第4の部分P2 及びP 4 に関しても同様な議論が
成り立つ。
The gyro device of this example is cut along the YZ plane.
The cut cross section is not shown, but was placed along the Y axis
Second and fourth pairs of electrostatic support electrodes 222, 232 and 2
24, 234 and the corresponding gyro rotor 20
2 and the fourth part P2And P FourA similar discussion regarding
It holds.

【0179】例えば、ジャイロロータ20がY軸方向に
ΔYだけ直線変位し、Z軸方向にΔZだけ直線変位し、
X軸周りに回転角Δφだけ回転変位したものとする。数
16の式に対応して、各コンデンサの静電容量は次のよ
うに表される。
For example, the gyro rotor 20 is linearly displaced in the Y axis direction by ΔY and is linearly displaced in the Z axis direction by ΔZ.
It is assumed that it is rotationally displaced about the X axis by a rotation angle Δφ. Corresponding to the equation of Expression 16, the capacitance of each capacitor is expressed as follows.

【0180】[0180]

【数20】C2A=C0 (1+ΔY+ΔZ+Δφ) C2B=C0 (1+ΔY−ΔZ−Δφ) C4A=C0 (1−ΔY+ΔZ−Δφ) C4B=C0 (1−ΔY−ΔZ+Δφ)C 2A = C 0 (1 + ΔY + ΔZ + Δφ) C 2B = C 0 (1 + ΔY-ΔZ-Δφ) C 4A = C 0 (1-ΔY + ΔZ-Δφ) C 4B = C 0 (1-ΔY-ΔZ + Δφ)

【0181】また数17の式に対応して変位ΔX、Δ
Y、Δφをコンデンサの静電容量によって表すと次のよ
うになる。
Further, the displacements ΔX and Δ corresponding to the equation (17)
When Y and Δφ are expressed by the electrostatic capacity of the capacitor, it becomes as follows.

【0182】[0182]

【数21】 ΔY=(1/4C0 )(C2A+C2B−C4A−C4B) Δφ=(1/4C0 )(C2A−C2B−C4A+C4B) ΔZ=(1/4C0 )(C2A−C2B+C4A−C4BEquation 21] ΔY = (1 / 4C 0) (C 2A + C 2B -C 4A -C 4B) Δφ = (1 / 4C 0) (C 2A -C 2B -C 4A + C 4B) ΔZ = (1 / 4C 0) (C 2A -C 2B + C 4A -C 4B)

【0183】結局、ジャイロロータ20がX軸方向にΔ
Xだけ直線変位し、Y軸方向にΔYだけ直線変位し、Z
軸方向にΔZだけ直線変位し、Y軸周りに回転角Δθだ
け回転変位し、X軸周りに回転角Δφだけ回転変位した
場合、変位検出用交流電流i P は次の式によって表され
る。
After all, the gyro rotor 20 moves Δ in the X-axis direction.
Linearly displaced by X, then linearly displaced by Y in the Y-axis direction, Z
It is linearly displaced by ΔZ in the axial direction, and the rotation angle is Δθ around the Y axis.
Rotationally displaced and rotationally displaced about the X axis by a rotational angle Δφ.
If the displacement detection AC current i PIs given by
It

【0184】[0184]

【数22】 iP =KI (EXΔX+EYΔY+EZΔZ+EθΔθ+EφΔφ) KI =−8sC0 (CFA+CFB)/(8C0 +CFA+CFB I P = K I (EXΔX + EYΔY + EZΔZ + EθΔθ + EφΔφ) K I = -8sC 0 (C FA + C FB ) / (8C 0 + C FA + C FB )

【0185】ここにKI は比例定数、sはラプラス演算
子である。斯かる変位検出用交流電流iP は抵抗値Rを
有する抵抗36を経由してプリアンプ35に供給され、
変位検出用交流電圧VP に変換される。斯かる変位検出
用交流電圧VP は次の式によって表される。
Here, K I is a proportional constant and s is a Laplace operator. The displacement detecting AC current i P is supplied to the preamplifier 35 via a resistor 36 having a resistance value R,
The displacement detection AC voltage V P is converted. The displacement detecting AC voltage V P is expressed by the following equation.

【0186】[0186]

【数23】 VP =VP (X)+VP (Y)+VP (Z)+VP (θ)+VP (φ)(23) V P = V P (X) + V P (Y) + V P (Z) + V P (θ) + V P (φ)

【0187】ここに右辺の各項は各変位ΔX、ΔY、Δ
Z、Δθ、Δφに対応した電圧成分であり、次のように
表される。
Here, each term on the right side is each displacement ΔX, ΔY, Δ.
It is a voltage component corresponding to Z, Δθ, and Δφ, and is expressed as follows.

【0188】[0188]

【数24】 VP (X)=KI EXΔX=KV10 ω1 ΔXsin(ω1 t+ζ1 ) VP (Y)=KI EYΔY=KV20 ω2 ΔYsin(ω2 t+ζ2 ) VP (Z)=KI EZΔZ=KV30 ω3 ΔZsin(ω3 t+ζ3 ) VP (θ)=KI EθΔθ=KV40 ω4 Δθsin(ω4 t+ζ4 ) VP (φ)=KI EφΔφ=KV50 ω5 Δφsin(ω5 t+ζ5 V P (X) = K I EXΔX = K V1 E 0 ω 1 ΔX sin (ω 1 t + ζ 1 ) V P (Y) = K I EYΔY = K V2 E 0 ω 2 ΔY sin (ω 2 t + ζ 2 ) V P (Z) = K I EZΔZ = K V3 E 0 ω 3 ΔZ sin (ω 3 t + ζ 3 ) V P (θ) = K I E θΔθ = K V4 E 0 ω 4 Δθ sin (ω 4 t + ζ 4 ) V P (φ ) = K I E φΔφ = K V5 E 0 ω 5 Δφ sin (ω 5 t + ζ 5 )

【0189】ここにKV1〜KV5はコンデンサの静電容量
0 、CFA、CFBによって決まる定数である。数23の
式及び数24の式より明らかなように、出力電圧VP
ジャイロロータ20の全ての変位を独立的に含む。従っ
て数23の式より所望の電圧成分を取り出せば、それに
対応した変位が得られる。例えば、直線変位ΔX、Δ
Y、ΔZと回転変位Δθ、Δφが2つ以上重畳した場合
でも、それに対応した電圧成分を取り出せば各変位が得
られる。また、この式は、出力電圧VP が直線変位Δ
X、ΔY、ΔZ及び回転変位Δθ、Δφに対応した各変
位検出用周波数ω1〜ω5 によって振幅変調されている
ことを示している。
Here, K V1 to K V5 are constants determined by the capacitances C 0 , C FA , and C FB of the capacitors. As is apparent from the equations (23) and (24), the output voltage V P independently includes all displacements of the gyro rotor 20. Therefore, if the desired voltage component is taken out from the equation (23), the displacement corresponding to it can be obtained. For example, linear displacement ΔX, Δ
Even when two or more Y, ΔZ and rotational displacements Δθ, Δφ are superposed, each displacement can be obtained by extracting the corresponding voltage component. In addition, this equation shows that the output voltage V P is a linear displacement Δ
It is shown that the amplitude is modulated by the displacement detection frequencies ω 1 to ω 5 corresponding to X, ΔY, ΔZ and the rotational displacements Δθ, Δφ.

【0190】次に本発明のジャイロ装置におけるロータ
駆動系を説明する。図2、図3及び図4に示すように、
本例のロータ駆動系はジャイロロータ20の上面及び下
面に形成された駆動用電極部200E及び200E’と
ジャイロケース21の上側底部材22又は下側底部材2
4に形成された駆動用電極225、235とロータ駆動
部160とを含む。本例のロータ駆動系はシークエンス
制御部170からの命令信号を入力して駆動用電極22
5、235に駆動用電圧を付与して、ジャイロロータ2
0を起動、回転、停止させるように構成されている。
Next, the rotor drive system in the gyro device of the present invention will be described. As shown in FIGS. 2, 3 and 4,
The rotor drive system of this example includes drive electrode portions 200E and 200E 'formed on the upper and lower surfaces of the gyro rotor 20 and the upper bottom member 22 or the lower bottom member 2 of the gyro case 21.
4 includes driving electrodes 225 and 235 and a rotor driving unit 160. The rotor drive system of this example receives the command signal from the sequence control unit 170 and receives the drive electrode 22.
A driving voltage is applied to the gyro rotor 2 and
0 is started, rotated, and stopped.

【0191】図1Bに示すように、また上述の説明のよ
うに、ジャイロロータ20の駆動用電極部200Eと駆
動用電極225及び駆動用電極部200E’と駆動用電
極235とは同一半径の円周上に1列に配置され、各々
複数の同一形状の扇形部よりなる。
As shown in FIG. 1B and as described above, the driving electrode portion 200E and the driving electrode 225 of the gyro rotor 20 and the driving electrode portion 200E 'and the driving electrode 235 are circles having the same radius. They are arranged in a row on the circumference and each is composed of a plurality of fan-shaped portions having the same shape.

【0192】本例の駆動用電極部200E及び200
E’と駆動用電極225、235は3相電極を構成して
いる。本例によると、ジャイロロータ20の上側の駆動
用電極部200Eは互いに90°の中心角にて隔置され
た4個の扇形部を含み、下側の駆動用電極部200E’
は互いに90°の中心角にて隔置された4個の扇形部を
含む。
Driving electrode portions 200E and 200 of this example
E'and the driving electrodes 225 and 235 form a three-phase electrode. According to the present example, the upper drive electrode portion 200E of the gyro rotor 20 includes four fan-shaped portions that are spaced from each other by a central angle of 90 °, and the lower drive electrode portion 200E '.
Includes four fan-shaped portions spaced from each other by a central angle of 90 °.

【0193】それに対応してジャイロケース21の上側
の駆動用電極225は互いに等しい中心角にて隔置され
た12個の扇形部を含み、下側の駆動用電極235は互
いに等しい中心角にて隔置された12個の扇形部を含
む。各12個の駆動用電極225又は235はそれぞれ
4組の扇形部よりなり、各組の扇形部は3個の扇形部、
即ち、第1相、第2相及び第3相の扇形部よりなる。
Correspondingly, the upper drive electrode 225 of the gyro case 21 includes twelve fan-shaped portions separated by the same central angle, and the lower drive electrode 235 has the same central angle. Includes twelve spaced sectors. Each of the twelve driving electrodes 225 or 235 comprises four sets of fan-shaped portions, and each set of fan-shaped portions has three fan-shaped portions,
That is, it is composed of first-phase, second-phase, and third-phase fan-shaped portions.

【0194】各組の駆動用電極225又は235の対応
する相の扇形部は互いに電気的に接続されている。例え
ば、第1相の4つの駆動用電極225又は235は互い
に接続され、第2相の4つの駆動用電極225又は23
5は互いに接続され、第3相4つの駆動用電極225又
は235は互いに接続されている。
The corresponding phase sector portions of the driving electrodes 225 or 235 of each set are electrically connected to each other. For example, the four driving electrodes 225 or 235 of the first phase are connected to each other, and the four driving electrodes 225 or 23 of the second phase are connected.
5 are connected to each other, and the four driving electrodes 225 or 235 of the third phase are connected to each other.

【0195】斯かる3相の共通端子に3相駆動用電圧が
付与される。駆動用電圧はステップ状電圧又はパルス電
圧であってよい。斯かる駆動用電圧は隣接する次の相の
4個の扇形部に順次切り換えられる。駆動用電圧の切替
えはジャイロロータ20の回転に同期して行われる。そ
れによってジャイロロータ20は高速回転する。ジャイ
ロケース21の空隙部26は真空に維持されているの
で、ジャイロロータ20の回転速度が高くなったら、駆
動用電圧を遮断してもよいが、常に駆動用電圧を付与し
続けてもよい。
A three-phase driving voltage is applied to the three-phase common terminal. The driving voltage may be a step voltage or a pulse voltage. The driving voltage is sequentially switched to the four adjacent fan portions of the next phase. The switching of the driving voltage is performed in synchronization with the rotation of the gyro rotor 20. As a result, the gyro rotor 20 rotates at high speed. Since the void portion 26 of the gyro case 21 is maintained in a vacuum, the driving voltage may be interrupted when the rotation speed of the gyro rotor 20 becomes high, but the driving voltage may be continuously applied.

【0196】尚、3相電極を構成する駆動用電極部20
0E及び200E’と駆動用電極225、235は、よ
り多くの扇形部を含むように構成してもよい。例えば、
駆動用電極部200E、200E’の各々は5個の扇形
部を含み、それに対応して駆動用電極225、235の
各々は5組(15個)の扇形部を含むように構成しても
よい。
The driving electrode portion 20 which constitutes a three-phase electrode
The 0E and 200E ′ and the driving electrodes 225 and 235 may be configured to include more fan-shaped portions. For example,
Each of the driving electrode portions 200E and 200E ′ may include five fan-shaped portions, and correspondingly, each of the driving electrodes 225 and 235 may include five sets (15) of fan-shaped portions. .

【0197】図4の右側にロータ駆動系の等価回路を示
す。ジャイロロータ20の駆動用電極部200Eとジャ
イロケース22の駆動用電極225がコンデンサに置き
換えられ、ジャイロロータ20の駆動用電極部200
E’とジャイロケース24の駆動用電極235がコンデ
ンサに置き換えられている。各コンデンサにはジャイロ
ロータ20を回転駆動するための駆動用直流電圧VR
1、VR2、VR3とジャイロロータ20の回転角を検
出するための検出用交流電圧ACR1、ACR2、AC
R3が印加される。
An equivalent circuit of the rotor drive system is shown on the right side of FIG. The drive electrode portion 200E of the gyro rotor 20 and the drive electrode 225 of the gyro case 22 are replaced with capacitors, and the drive electrode portion 200 of the gyro rotor 20 is replaced.
E ′ and the driving electrode 235 of the gyro case 24 are replaced with a capacitor. Each capacitor has a driving DC voltage VR for rotating the gyro rotor 20.
1, VR2, VR3 and detection AC voltages ACR1, ACR2, AC for detecting the rotation angles of the gyro rotor 20
R3 is applied.

【0198】図5を参照して本例の駆動モータの動作を
詳細に説明する。図5には、実際には円周状に配置され
ているジャイロロータ20の上側の駆動用電極部200
Eとそれに対応したジャイロケース22の上側の駆動用
電極225が直線状に配置された状態が示されている。
The operation of the drive motor of this example will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 5, the driving electrode portions 200 on the upper side of the gyro rotor 20 that are actually arranged in a circumferential shape are shown.
E and the corresponding upper drive electrodes 225 of the gyro case 22 are shown in a linear arrangement.

【0199】ジャイロロータ20の上側の駆動用電極部
200Eは互いに90°の中心角にて隔置された4個の
扇形部200E−1、200E−2、200E−3、2
00E−4を含む。それに対応して、ジャイロケース2
2の上側の駆動用電極225は12個の扇形部を含み、
これらは4組よりなり、各組は3個の、即ち、3相の扇
形部を含む。各組の扇形部の第1、第2及び第3の相の
扇形部にそれぞれ符号225−1、225−2、225
−3を付す。
The driving electrode portion 200E on the upper side of the gyro rotor 20 has four fan-shaped portions 200E-1, 200E-2, 200E-3, 2 which are spaced from each other by a central angle of 90 °.
Including 00E-4. Correspondingly, gyro case 2
The upper driving electrode 225 of 2 includes 12 fan-shaped portions,
These consist of four sets, each set containing three, or three phase, fan sections. Reference numerals 225-1, 225-2, and 225 are respectively assigned to the first, second, and third phase fan portions of each set of fan portions.
-3 is added.

【0200】第1の相の4つの扇形部225−1は互い
に電気的に接続され、第2の相の4つの扇形部225−
2は互いに電気的に接続され、第3の相の4つの扇形部
225−3は互いに電気的に接続されている。
The four fan-shaped portions 225-1 of the first phase are electrically connected to each other, and the four fan-shaped portions 225 of the second phase 225-
2 are electrically connected to each other, and the four fan-shaped portions 225-3 of the third phase are electrically connected to each other.

【0201】ロータ駆動部160にシークエンス制御部
170からの命令信号が供給され、斯かる命令信号によ
って3相の駆動用電極225−1、225−2、225
−3の各々に駆動用直流電圧VR1、VR2、VR3及
び検出用交流電圧ACR1、ACR2、ACR3が印加
される。
A command signal from the sequence controller 170 is supplied to the rotor driver 160, and the three-phase driving electrodes 225-1, 225-2, 225 are supplied by the command signal.
-3, the driving DC voltages VR1, VR2, VR3 and the detection AC voltages ACR1, ACR2, ACR3 are applied.

【0202】第1、第2及び第3の相の駆動用電極22
5−1、225−2、225−3に所定の切替え時間Δ
t毎に順に駆動用直流電圧VR1、VR2、VR3が印
加される。それによって、ジャイロロータ20は中心軸
線、即ち、スピン軸線周りに切替え時間Δt毎に360
度/12=30度だけ回転する。
Driving electrodes 22 for the first, second and third phases
5-1, 225-2, 225-3 has a predetermined switching time Δ
The driving DC voltages VR1, VR2, and VR3 are sequentially applied every t. As a result, the gyro rotor 20 is rotated around the central axis, that is, the spin axis by 360 at every switching time Δt.
Rotate by degrees / 12 = 30 degrees.

【0203】図5の下側に示すグラフは変位検出用電極
226、236に生ずる回転角検出用電流又はそれに対
応した回転角検出用電圧ACQ1、ACQ2、ACQ3
である。斯かる回転角検出用信号ACQ1、ACQ2、
ACQ3によってジャイロロータ20の回転角が検出さ
れる。
The graph shown on the lower side of FIG. 5 shows the rotation angle detection currents generated in the displacement detection electrodes 226 and 236 or the rotation angle detection voltages ACQ1, ACQ2 and ACQ3 corresponding thereto.
Is. The rotation angle detection signals ACQ1, ACQ2,
The rotation angle of the gyro rotor 20 is detected by the ACQ3.

【0204】例えば、第1の相の駆動用電極225−1
に駆動用直流電圧VR1が印加されると、4個の駆動用
電極部200E−1、200E−2、200E−3、2
00E−4が第1の相の駆動用電極225−1、225
−1、225−1、225−1に整合するまで、即ち、
30度だけジャイロロータ20は中心軸線周りに回転
し、次に第2の相の駆動用電極225−2に駆動用直流
電圧VR2が印加されると、4個の駆動用電極部200
E−1、200E−2、200E−3、200E−4が
第2の相の駆動用電極225−2、225−2、225
−2、225−2に整合するまで、即ち、30度だけジ
ャイロロータ20は中心軸線周りに回転する。
For example, the first phase driving electrode 225-1
When the driving DC voltage VR1 is applied to the four driving electrode units 200E-1, 200E-2, 200E-3, 2
00E-4 is the first phase driving electrodes 225-1 and 225.
-1, 225-1, 225-1 until it matches, that is,
The gyro rotor 20 rotates about the central axis by 30 degrees, and when the driving DC voltage VR2 is applied to the driving electrodes 225-2 of the second phase, the four driving electrode units 200
E-1, 200E-2, 200E-3, and 200E-4 are the drive electrodes 225-2, 225-2, 225 of the second phase.
2, 225-2, that is, the gyro rotor 20 rotates about the central axis by 30 degrees.

【0205】図6を参照してロータ駆動部160の構成
及び動作を説明する。変位検出用電極226、236に
生ずる変位検出用電流ip は変位検出用回路35によっ
て変位検出用電圧Vp に変換され、斯かる変位検出用電
圧Vp はロータ駆動部160に供給される。変位検出用
電流ip は図5の下側に示す回転角検出用電流ACQ
1、ACQ2、ACQ3を含む。従って変位検出用電圧
p は図5の下側に示す如き波形の回転角検出用電圧信
号を含む。
The structure and operation of the rotor drive unit 160 will be described with reference to FIG. Displacement detection current i p generated in the displacement detection electrode 226, 236 is converted to a voltage V p for the displacement detected by the displacement detecting circuit 35, such a displacement detection voltage V p is supplied to the rotor drive unit 160. Displacement detection current i p is the rotation angle detection current ACQ shown on the lower side of FIG. 5
1, ACQ2, ACQ3. Therefore, the displacement detection voltage V p includes a rotation angle detection voltage signal having a waveform as shown in the lower side of FIG.

【0206】斯かる変位検出用電圧VP は3つの同期検
波器160−1、160−2、160−3によって同期
検波され、図5の下側に示す波形の3つの回転角検出用
電圧ACQ1、ACQ2、ACQ3が得られる。同期検
波器160−1、160−2、160−3は所定の周期
を有する参照信号ACR1、ACR2、ACR3を基準
信号として変位検出用電圧VP を同期検波する。同期検
波器160−1、160−2、160−3の出力信号は
フィルタ160−4、160−5、160−6を経由し
て回転角演算部160−7に供給される。
The displacement detecting voltage V P is synchronously detected by the three synchronous detectors 160-1, 160-2 and 160-3, and the three rotational angle detecting voltages ACQ1 having the waveforms shown in the lower side of FIG. , ACQ2, ACQ3 are obtained. The synchronous detectors 160-1, 160-2, 160-3 synchronously detect the displacement detection voltage V P using the reference signals ACR1, ACR2, ACR3 having a predetermined cycle as reference signals. The output signals of the synchronous detectors 160-1, 160-2, 160-3 are supplied to the rotation angle calculation unit 160-7 via the filters 160-4, 160-5, 160-6.

【0207】回転角演算部160−7はジャイロロータ
20の回転角を演算する。即ち、ジャイロロータ20の
4個の駆動用電極部200E−1、200E−2、20
0E−3、200E−4が3相の駆動用電極225−
1、225−2、225−3のうちどの相の駆動用電極
に対応した位置にあるかを求める。
The rotation angle calculator 160-7 calculates the rotation angle of the gyro rotor 20. That is, the four driving electrode portions 200E-1, 200E-2, 20 of the gyro rotor 20
0E-3 and 200E-4 are three-phase drive electrodes 225-
Which of the driving electrodes of 1, 225-2, 225-3 is located at the position corresponding to the driving electrode is obtained.

【0208】コンミュテーション演算部160−8はジ
ャイロロータ20の回転角に基づいて切替え信号を生成
する。ロータ駆動電圧発生部160−9はコンミュテー
ション演算部160−8より供給された切替え信号を入
力して3相の駆動用電極225−1、225−2、22
5−3に供給する駆動用直流電圧VR1、VR2、VR
3を発生する。
The commutation calculator 160-8 generates a switching signal based on the rotation angle of the gyro rotor 20. The rotor drive voltage generator 160-9 receives the switching signal supplied from the commutation calculator 160-8 and receives the three-phase drive electrodes 225-1, 225-2, 22.
Driving DC voltage VR1, VR2, VR supplied to 5-3
3 is generated.

【0209】次にシークエンス制御部170の動作を説
明する。シークエンス制御部170は起動モードと定常
運転モードと停止モードを有し、各モードに対応した命
令信号をロータ駆動部160に供給する。起動モードで
は、コンミュテーション演算部160−7はジャイロロ
ータ20の回転速度が増加するように所定の切替え信号
又は切替え時間信号を生成する。ジャイロロータ20の
回転速度が一定の速度に達すると、シークエンス制御部
170は定常運転モード信号を生成し、それをロータ駆
動部160に供給する。
Next, the operation of the sequence controller 170 will be described. The sequence control unit 170 has a start mode, a steady operation mode, and a stop mode, and supplies a command signal corresponding to each mode to the rotor drive unit 160. In the startup mode, the commutation calculation unit 160-7 generates a predetermined switching signal or switching time signal so that the rotation speed of the gyro rotor 20 increases. When the rotation speed of the gyro rotor 20 reaches a certain speed, the sequence controller 170 generates a steady operation mode signal and supplies it to the rotor driver 160.

【0210】定常運転モードでは、コンミュテーション
演算部160−8は一定の切替え時間信号をロータ駆動
電圧発生部160−9に供給する。停止モードでは、ジ
ャイロロータ20の回転速度が減少するように所定の切
替え信号又は切替え時間信号が生成される。
In the steady operation mode, the commutation calculator 160-8 supplies a constant switching time signal to the rotor drive voltage generator 160-9. In the stop mode, a predetermined switching signal or switching time signal is generated so that the rotation speed of the gyro rotor 20 decreases.

【0211】図7に本発明によるジャイロ装置の制御演
算部140の構成及びジャイロ加速度出力演算部145
を示す。本例の制御演算部140は、プリアンプ35の
出力電圧VP を入力して直線変位ΔX、ΔY、ΔZ及び
回転変位Δθ、Δφを演算する変位演算部141とジャ
イロロータ20の変位をゼロにするためにジャイロロー
タ20に印加すべき直線加速度(無次元量)fx、f
y、fz及び回転モーメントfθ、fφを演算するPI
D演算部142と制御用直流電圧の変化量ΔV1A、ΔV
1B、ΔV2A、ΔV2B、ΔV3A、ΔV3B、ΔV4A、ΔV4B
を演算する制御電圧演算部143と制御用直流電圧
1A、V1B、V2A、V2B、V3A、V3B、V4A、V4Bを発
生する制御電圧発生器144とを有する。尚、ジャイロ
装置はジャイロ加速度出力演算部145を有し、斯かる
ジャイロ加速度出力演算部145は制御演算部140に
よって出力された加速度fx、fy、fz及び回転モー
メントfθ、fφを入力してジャイロ出力αX 、αY
αZ 、dθ/dt、dφ/dtを演算する。
FIG. 7 shows the configuration of the control operation unit 140 of the gyro device according to the present invention and the gyro acceleration output operation unit 145.
Indicates. The control calculation unit 140 of the present example inputs the output voltage V P of the preamplifier 35 to zero the displacement of the gyro rotor 20 and the displacement calculation unit 141 that calculates linear displacements ΔX, ΔY, ΔZ and rotational displacements Δθ, Δφ. Linear acceleration (dimensionless amount) fx, f to be applied to the gyro rotor 20 in order to
PI for calculating y, fz and rotation moments fθ, fφ
D calculation unit 142 and change amounts of control DC voltage ΔV 1A , ΔV
1B , ΔV 2A , ΔV 2B , ΔV 3A , ΔV 3B , ΔV 4A , ΔV 4B
And a control voltage generator 144 for generating control DC voltages V 1A , V 1B , V 2A , V 2B , V 3A , V 3B , V 4A and V 4B . The gyro device has a gyro acceleration output calculation unit 145. The gyro acceleration output calculation unit 145 inputs the accelerations fx, fy, fz and the rotational moments fθ, fφ output by the control calculation unit 140 and outputs the gyro output. α X , α Y ,
Calculate α Z , dθ / dt, dφ / dt.

【0212】図8を参照して本例の変位演算部141の
構成及び動作を説明する。本例の変位演算部141は、
周波数ω1 の基準信号によって電圧信号VP を同期検波
し数24の式の第1式の電圧成分VP (X)を求める第
1の同期検波器141−1と、周波数ω2 の基準信号に
よって電圧信号VP を同期検波し数24の式の第2式の
電圧成分VP (Y)を求める第2の同期検波器141−
2と、周波数ω3 の基準信号によって電圧信号VP を同
期検波し数24の式の第3式の電圧成分VP (Z)を求
める第3の同期検波器141−3と、周波数ω4 の基準
信号によって電圧信号VP を同期検波し数24の式の第
4式の電圧成分VP (θ)を求める第4の同期検波器1
41−4と周波数ω5 の基準信号によって電圧信号VP
を同期検波し数24の式の第5式の電圧成分VP (φ)
を求める第5の同期検波器141−5とを有する。
The configuration and operation of the displacement calculator 141 of this example will be described with reference to FIG. The displacement calculator 141 of this example is
The first synchronous detector 141-1 for synchronously detecting the voltage signal V P with the reference signal of the frequency ω 1 to obtain the voltage component V P (X) of the first expression of the equation (24), and the reference signal of the frequency ω 2 . The second synchronous detector 141- for synchronously detecting the voltage signal V P by using the second equation (24) to obtain the voltage component V P (Y) of the second equation.
2 and the third synchronous detector 141-3 for synchronously detecting the voltage signal V P by the reference signal of the frequency ω 3 to obtain the voltage component V P (Z) of the third formula of the equation of the number 24, and the frequency ω 4 fourth synchronization detector 1 to obtain a fourth equation of the voltage component V P (theta) formula of synchronous detection number 24 a voltage signal V P by the reference signal
41-4 and the reference signal of the frequency ω 5 by the voltage signal V P
Is detected synchronously and the voltage component V P (φ) of the fifth equation of the equation of number 24
And a fifth synchronous detector 141-5 for determining

【0213】尚、各同期検波器141−1、141−
2、141−3、141−4、141−5の出力側には
交流波形を直流波形に整流するためのフィルタ141−
6、141−7、141−8、141−9、141−1
0が設けられてよい。
Incidentally, each synchronous detector 141-1, 141-
A filter 141- for rectifying an AC waveform into a DC waveform is provided on the output side of each of 2, 141-3, 141-4 and 141-5.
6, 141-7, 141-8, 141-9, 141-1
0 may be provided.

【0214】各フィルタの出力電圧は数24の式に示す
ように直線変位ΔX、ΔY、ΔZ及び回転変位Δθ、Δ
φを表す。斯かる変位信号はPID演算部142及び制
御電圧演算部143に供給される。
The output voltage of each filter is the linear displacement ΔX, ΔY, ΔZ and the rotational displacement Δθ, Δ as shown in the equation (24).
represents φ. The displacement signal is supplied to the PID calculator 142 and the control voltage calculator 143.

【0215】図9を参照して本例のPID演算部142
の構成及び動作を説明する。本例のPID演算部142
は5つのPID演算器142−1、142−2、142
−3、142−4、142−5を含み、各PID演算器
はそれぞれ直線変位ΔX、ΔY、ΔZ及び回転変位Δ
θ、Δφを入力して直線加速度fx、fy、fz及び回
転モーメントfθ、fφを演算する。
With reference to FIG. 9, the PID calculation unit 142 of this example.
The configuration and operation of will be described. The PID calculator 142 of this example
Are five PID operators 142-1, 142-2, 142
-3, 142-4, 142-5, each PID calculator has a linear displacement ΔX, ΔY, ΔZ and a rotational displacement Δ, respectively.
By inputting θ and Δφ, linear accelerations fx, fy and fz and rotational moments fθ and fφ are calculated.

【0216】図9は第1のPID演算器142−1の構
成を示す。第1のPID演算器142−1は、直線変位
ΔXを入力して微分演算する微分部142−1Aと比例
演算する比例部142−1Bと積分演算する積分部14
2−1Cとそれらの演算結果を加算する加算部142−
1Dとを有する。加算部142−1Dの出力信号がPI
D演算器142−1の出力信号である。尚、図9におい
て、Sはラプラス演算子、KP は比例定数、TD 及びT
I は微分時定数及び積分時定数である。
FIG. 9 shows the configuration of the first PID calculator 142-1. The first PID calculator 142-1 inputs a linear displacement ΔX and performs a differential operation on a differential section 142-1A, a proportional section 142-1B on which a proportional operation is performed, and an integral section 14 on which an integral operation is performed.
2-1C and addition section 142 that adds the calculation results thereof-
With 1D. The output signal of the adder 142-1D is PI
This is the output signal of the D calculator 142-1. In FIG. 9, S is a Laplace operator, K P is a proportional constant, T D and T
I is the differential time constant and the integral time constant.

【0217】本例のPID演算部142に含まれる他の
3つのPID演算器、即ち、第2、第3、第4及び第5
のPID演算器142−1の構成は、図9に示した第1
のPID演算器142−1の構成と同様であってよい。
The other three PID calculators included in the PID calculator 142 of this example, that is, the second, third, fourth and fifth PID calculators.
The configuration of the PID calculator 142-1 of
The PID calculator 142-1 may have the same configuration.

【0218】PID演算部142の出力信号fx、f
y、fz、fθ、fφは制御電圧演算部143及びジャ
イロ加速度出力演算部145に供給される。尚、ジャイ
ロ加速度出力演算部145には、加算部142−1D〜
142−5Dの出力信号fx、fy、fz、fθ、fφ
ではなく積分部142−1C〜142−5Cの出力信号
が供給されてよい。
Output signals fx, f of the PID calculator 142
The y, fz, fθ, and fφ are supplied to the control voltage calculation unit 143 and the gyro acceleration output calculation unit 145. The gyro acceleration output calculation unit 145 includes the addition units 142-1D to 142-1D.
142-5D output signals fx, fy, fz, fθ, fφ
Instead, the output signals of the integrators 142-1C to 142-5C may be supplied.

【0219】図10を参照して本例による制御電圧演算
部143の構成及び動作を説明する。本例による制御電
圧演算部143は直線加速度fx、fy、fz及び回転
モーメントfθ、fφより制御用直流電圧の変化量ΔV
1 〜ΔV8 を演算する。本例によると、先ず直線加速度
fx、fy、fz及び回転モーメントfθ、fφと直線
変位ΔX、ΔY、ΔZ及び回転変位Δθ、Δφを無次元
化し、次に実際にジャイロロータ20の変位がゼロとな
るようにジャイロロータ20に付与すべき力Fx、F
y、Fz及びトルクTθ、Tφを演算する。斯かる力F
x、Fy、Fz及びトルクTθ、Tφは無次元量として
得られる。最後に、斯かる力Fx、Fy、Fz及びトル
クTθ、Tφから制御用直流電圧V1A〜V4Bの変化量Δ
1A〜ΔV 4Bを演算する。
Control voltage calculation according to the present embodiment with reference to FIG.
The configuration and operation of the unit 143 will be described. Control voltage according to this example
The pressure calculation unit 143 uses linear accelerations fx, fy, fz and rotations.
Change ΔV of control DC voltage from moments fθ and fφ
1~ ΔV8Is calculated. According to this example, first the linear acceleration
fx, fy, fz and rotation moments fθ, fφ and straight line
Displacement ΔX, ΔY, ΔZ and rotational displacement Δθ, Δφ are dimensionless
Then the actual displacement of the gyro rotor 20 becomes zero.
Force Fx, F to be applied to the gyro rotor 20
Calculate y, Fz and torques Tθ, Tφ. Such force F
x, Fy, Fz and torques Tθ, Tφ are dimensionless quantities
can get. Finally, such forces Fx, Fy, Fz and Tor
DC voltage V for control from Tθ, Tφ1A~ V4BChange Δ
V1A~ ΔV 4BIs calculated.

【0220】図10を参照して制御電圧演算部143の
入力信号の無次元化を説明する。図10Aに示すよう
に、ジャイロロータ20の電極部200Aと対応するジ
ャイロケース21の静電支持電極の円周部221Aを模
式的なコンデンサと考える。静電支持電極の円周部22
1Aは電極部200Aに対して半径方向外方に距離δ2
だけ偏倚されており、両者が重なりあう部分がコンデン
サとなる。
The dimensionlessization of the input signal of the control voltage calculator 143 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 10A, the circumferential portion 221A of the electrostatic supporting electrode of the gyro case 21 corresponding to the electrode portion 200A of the gyro rotor 20 is considered as a schematic capacitor. Circumferential portion 22 of electrostatic supporting electrode
1A is a distance δ 2 outward in the radial direction with respect to the electrode portion 200A.
It is only biased, and the part where the two overlap is a capacitor.

【0221】斯かるコンデンサは半径rの位置に配置さ
れ、半径方向の幅がL、円周方向の幅がB、間隙がδで
あるものとする。直線変位ΔX、ΔY、ΔZ及び回転変
位Δθ、Δφの無次元化は次の式によってなされる。
It is assumed that such a capacitor is arranged at a position of radius r, the width in the radial direction is L, the width in the circumferential direction is B, and the gap is δ. The linear displacements ΔX, ΔY, ΔZ and the rotational displacements Δθ, Δφ are made dimensionless by the following formula.

【0222】[0222]

【数25】ΔXN =ΔX/L ΔYN =ΔY/L ΔZN =ΔZ/δ ΔθN =Δθ/(δ/r) ΔφN =Δφ/(δ/r)ΔX N = ΔX / L ΔY N = ΔY / L ΔZ N = ΔZ / δ Δθ N = Δθ / (δ / r) Δφ N = Δφ / (δ / r)

【0223】ここに添字Nは無次元量を表す。次に図1
0Bを参照して直線加速度fx、fy、fz及び回転モ
ーメントfθ、fφを無次元化する方法を説明する。直
線加速度fx、fy、fzは次の式によってなされる。
Here, the subscript N represents a dimensionless quantity. Next in FIG.
A method for making linear accelerations fx, fy, fz and rotational moments fθ, fφ dimensionless will be described with reference to 0B. The linear accelerations fx, fy, fz are calculated by the following equations.

【0224】[0224]

【数26】fxN =fx(C0 0 2/L)-1 fyN =fy(C0 0 2/L)-1 fzN =fz(C0 0 2/δ)-1 fθN =fθ(rC0 0 2/δ)-1 fφN =fφ(rC0 0 2/δ)-1 Fx N = fx (C 0 V 0 2 / L) -1 fy N = fy (C 0 V 0 2 / L) -1 fz N = fz (C 0 V 0 2 / δ) -1N = fθ (rC 0 V 0 2 / δ) -1N = fφ (rC 0 V 0 2 / δ) -1

【0225】ここに添字Nは無次元量を表す。C0 はジ
ャイロロータ20の変位がゼロのときの静電容量であ
り、誘電率εを使用してC0 =εBL/δと表される。
0 はジャイロロータ20の変位がゼロのときの制御用
直流電圧、rは半径、δは電極部と電極の間の間隔であ
る。ジャイロロータ20に付与すべき力Fx、Fy、F
z及びトルクTθ、Tφは次のように表すことができ
る。
Here, the subscript N represents a dimensionless quantity. C 0 is the electrostatic capacitance when the displacement of the gyro rotor 20 is zero, and is expressed as C 0 = εBL / δ using the dielectric constant ε.
V 0 is a control DC voltage when the displacement of the gyro rotor 20 is zero, r is a radius, and δ is a distance between the electrode portions. Forces Fx, Fy, F to be applied to the gyro rotor 20
z and torques Tθ and Tφ can be expressed as follows.

【0226】[0226]

【数27】Fx=fxN Fy=fyN Fz=fzN Tθ=fθN Tφ=fφN Fx = fx N Fy = fy N Fz = fz N Tθ = fθ N Tφ = fφ N

【0227】次に、無次元化された力Fx、Fy、Fz
及びトルクTθ、Tφより制御用直流電圧の変化量ΔV
1A〜ΔV4Bを演算する。
Next, the dimensionless forces Fx, Fy, Fz
And the change amount ΔV of the control DC voltage from the torques Tθ and Tφ
Calculate 1A to ΔV 4B .

【0228】第1及び第3の静電支持電極221、22
3に印加する制御用直流電圧±V1A、±V1B及び±
3A、±V3Bの変化量ΔV1A、ΔV1B及びΔV3A、ΔV
3Bについて考える。4つの変化量ΔV1A、ΔV1B及びΔ
3A、ΔV3Bの各々は3つの無次元化された力Fx、F
z及びトルクTθによって表すことができる。同様に、
第2及び第4の静電電極222、224に印加する制御
用直流電圧±V2A、±V2B及び±V4A、±V4Bの変化量
ΔV2A、ΔV2B及びΔV4A、ΔV4Bについて考える。4
つの変化量ΔV2A、ΔV2B及びΔV4A、ΔV4Bの各々は
3つの無次元化された力Fy、Fz及びトルクTφによ
って表すことができる。
First and third electrostatic supporting electrodes 221, 22
DC voltage for control applied to 3 ± V 1A , ± V 1B and ±
Amount of change in V 3A , ± V 3B ΔV 1A , ΔV 1B and ΔV 3A , ΔV
Think about 3B . Four variations ΔV 1A , ΔV 1B and Δ
V 3A and ΔV 3B are three dimensionless forces Fx and F, respectively.
It can be represented by z and torque Tθ. Similarly,
Consider the change amounts ΔV 2A , ΔV 2B and ΔV 4A , ΔV 4B of the control DC voltages ± V 2A , ± V 2B and ± V 4A , ± V 4B applied to the second and fourth electrostatic electrodes 222 and 224. . Four
Each of the three variations ΔV 2A , ΔV 2B and ΔV 4A , ΔV 4B can be represented by three dimensionless forces Fy, Fz and a torque Tφ.

【0229】従って4つの変化量ΔV1A、ΔV1B及びΔ
3A、ΔV3BとΔV2A、ΔV2B及びΔV4A、ΔV4Bを求
めるために更にもう1つの条件を設ける。
Therefore, four variations ΔV 1A , ΔV 1B and Δ
Yet another condition is provided to determine V 3A , ΔV 3B and ΔV 2A , ΔV 2B and ΔV 4A , ΔV 4B .

【0230】[0230]

【数28】ΔV1A+ΔV1B+ΔV3A+ΔV3B=0 ΔV2A+ΔV2B+ΔV4A+ΔV4B=0[Formula 28] ΔV 1A + ΔV 1B + ΔV 3A + ΔV 3B = 0 ΔV 2A + ΔV 2B + ΔV 4A + ΔV 4B = 0

【0231】この第1の式はジャイロロータ20のXZ
平面に沿った部分、即ち、第1及び第3の部分P1 、P
3 における制御用直流電圧の変化量の和が0であること
を表し、第2の式はジャイロロータ20のYZ平面に沿
った部分、即ち、第2及び第4の部分P2 、P4 におけ
る制御用直流電圧の変化量の和が0であるということを
表している。斯かる条件を設定することによって、ジャ
イロロータ20に不要な電荷が流れ込むことが防止さ
れ、同時に、8個の制御用直流電圧の変化量ΔV 1A〜Δ
4Bの値を一意的に決めることができる。
The first expression is XZ of the gyro rotor 20.
A portion along the plane, that is, the first and third portions P1, P
3The sum of the changes in the control DC voltage at 0 is 0
The second equation is along the YZ plane of the gyro rotor 20.
Part, that is, the second and fourth parts P2, PFourSmell
That the sum of the changes in the control DC voltage is 0
It represents. By setting such conditions,
It is possible to prevent unnecessary charges from flowing into the ero rotor 20.
At the same time, the change amount ΔV of eight control DC voltages 1A~ Δ
V4BThe value of can be uniquely determined.

【0232】次に、無次元化された力Fx、Fy、Fz
及びトルクTθ、Tφによって制御用直流電圧の変化量
ΔV1A〜ΔV4Bを演算する。斯かる演算式は次のように
表される。
Next, the dimensionless forces Fx, Fy, Fz
And the change amounts ΔV 1A to ΔV 4B of the control DC voltage are calculated by the torques Tθ and Tφ. Such an arithmetic expression is expressed as follows.

【0233】[0233]

【数29】 ΔV1A=(V0 /4)(Fx+Fz/2+Tθ) ΔV1B=(V0 /4)(Fx−Fz/2−Tθ) ΔV3A=(V0 /4)(−Fx+Fz/2−Tθ) ΔV3B=(V0 /4)(−Fx−Fz/2+Tθ) ΔV2A=(V0 /4)(Fy+Fz/2+Tφ) ΔV2B=(V0 /4)(Fy−Fz/2−Tφ) ΔV4A=(V0 /4)(−Fy+Fz/2−Tφ) ΔV4B=(V0 /4)(−Fy−Fz/2+Tφ)Equation 29] ΔV 1A = (V 0/4 ) (Fx + Fz / 2 + Tθ) ΔV 1B = (V 0/4) (Fx-Fz / 2-Tθ) ΔV 3A = (V 0/4) (- Fx + Fz / 2 -Tθ) ΔV 3B = (V 0 /4) (- Fx-Fz / 2 + Tθ) ΔV 2A = (V 0/4) (Fy + Fz / 2 + Tφ) ΔV 2B = (V 0/4) (Fy-Fz / 2- Tφ) ΔV 4A = (V 0 /4) (- Fy + Fz / 2-Tφ) ΔV 4B = (V 0/4) (- Fy-Fz / 2 + Tφ)

【0234】制御電圧発生器144は4対の静電支持電
極221、231、222、232、223、233、
224、234に供給する制御用直流電圧V1A、V1B
2A、V2B、V3A、V3B、V4A、V4Bを発生する。斯か
る制御用直流電圧は次の式によって表される。
The control voltage generator 144 includes four pairs of electrostatic supporting electrodes 221, 231, 222, 232, 223, 233.
Control DC voltages V 1A and V 1B to be supplied to 224 and 234,
V 2A , V 2B , V 3A , V 3B , V 4A and V 4B are generated. The control DC voltage is expressed by the following equation.

【0235】[0235]

【数30】V1A=V0 +ΔV1A1B=V0 +ΔV1B2A=V0 +ΔV2A2B=V0 +ΔV2B3A=V0 +ΔV3A3B=V0 +ΔV3B4A=V0 +ΔV4A4B=V0 +ΔV4B [Formula 30] V 1A = V 0 + ΔV 1A V 1B = V 0 + ΔV 1B V 2A = V 0 + ΔV 2A V 2B = V 0 + ΔV 2B V 3A = V 0 + ΔV 3A V 3B = V 0 + ΔV 3B V 4A = V 0 + ΔV 4A V 4B = V 0 + ΔV 4B

【0236】V0 は基準電圧である。V1A及びV1Bは第
1の対の静電支持電極221、231に印加する制御用
直流電圧、V2A及びV2Bは第2の対の静電支持電極22
2、232に印加する制御用直流電圧、V3A及びV3B
第3の対の静電支持電極223、233に印加する制御
用直流電圧、V4A及びV4Bは第4の対の静電支持電極2
24、234に印加する制御用直流電圧である。
V 0 is a reference voltage. V 1A and V 1B are control DC voltages applied to the first pair of electrostatic support electrodes 221, 231 and V 2A and V 2B are second pair of electrostatic support electrodes 22.
2, 232 is a control DC voltage applied to the second and second 232, V 3A and V 3B are control DC voltages applied to the third pair of electrostatic support electrodes 223 and 233, and V 4A and V 4B are the fourth pair of electrostatic. Support electrode 2
This is a control DC voltage applied to 24 and 234.

【0237】次にジャイロロータ20に実際に作用する
力を求める。従来例で説明した数1の式〜数9の式及び
それに対応した説明が本発明でも成り立つ。ジャイロロ
ータ20の4つの部分P1 、P2 、P3 、P4 に作用す
る静電力はそれに対応する4対の静電支持電極221、
231、222、232、223、233、224、2
34に印加される制御用直流電圧V1A、V1B、V2A、V
2B、V3A、V3B、V4A、V4Bの差に比例する。
Next, the force that actually acts on the gyro rotor 20 will be calculated. The formulas 1 to 9 described in the conventional example and the description corresponding thereto also hold true in the present invention. The electrostatic force acting on the four parts P 1 , P 2 , P 3 , P 4 of the gyro rotor 20 corresponds to four pairs of electrostatic supporting electrodes 221,
231, 222, 232, 223, 233, 224, 2
DC voltage V 1A , V 1B , V 2A , V for control applied to 34
It is proportional to the difference between 2B , V3A , V3B , V4A and V4B .

【0238】[0238]

【数31】Fz1=KZ (V1A−V1B) Fz2=KZ (V2A−V2B) Fz3=KZ (V3A−V3B) Fz4=KZ (V4A−V4BEquation 31] Fz1 = K Z (V 1A -V 1B) Fz2 = K Z (V 2A -V 2B) Fz3 = K Z (V 3A -V 3B) Fz4 = K Z (V 4A -V 4B)

【0239】KZ はジャイロケース21の静電支持電極
とジャイロロータ20の電極部によって構成されるコン
デンサの形状によって決まる定数である。ジャイロロー
タ20に作用する静電力の合力は4つの部分P1
2 、P3 、P4 に作用する静電力の和である。
K Z is a constant determined by the shape of the capacitor formed by the electrostatic supporting electrode of the gyro case 21 and the electrode portion of the gyro rotor 20. The resultant force of the electrostatic force acting on the gyro rotor 20 is four parts P 1 ,
It is the sum of electrostatic forces acting on P 2 , P 3 and P 4 .

【0240】[0240]

【数32】 Fz=KZ (V1A−V1B+V2A−V2B+V3A−V3B+V4A−V4BFz = K Z (V 1A −V 1B + V 2A −V 2B + V 3A −V 3B + V 4A −V 4B )

【0241】上述のようにジャイロケース21の静電支
持電極はジャイロロータ20の電極部より半径方向外方
又は内方に偏倚しており、それによってジャイロロータ
20はX軸方向及びY軸方向の力を受けている。ジャイ
ロロータ20の第1及び第3の部分P1 、P3 に作用す
るX軸方向の力は次のように表される。
As described above, the electrostatic supporting electrodes of the gyro case 21 are biased radially outward or inward from the electrode portion of the gyro rotor 20, which causes the gyro rotor 20 to move in the X-axis direction and the Y-axis direction. I am receiving power. The force in the X-axis direction that acts on the first and third portions P 1 and P 3 of the gyro rotor 20 is expressed as follows.

【0242】[0242]

【数33】Fx1=KX (V1A+V1B) Fx2=KX (V3A+V3BFx1 = K X (V 1A + V 1B ) Fx2 = K X (V 3A + V 3B )

【0243】ジャイロロータ20に作用するX軸方向の
力は第1及び第3の部分P1 、P3に作用する力の差で
ある。
The force acting on the gyro rotor 20 in the X-axis direction is the difference between the forces acting on the first and third portions P 1 and P 3 .

【0244】[0244]

【数34】 Fx=Fx1−Fx2=KX (V1A+V1B−V3A−V3BEquation 34] Fx = Fx1-Fx2 = K X (V 1A + V 1B -V 3A -V 3B)

【0245】同様に、ジャイロロータ20に作用するY
軸方向の力は第2及び第4の部分P 2 、P4 に作用する
力の差である。
Similarly, Y acting on the gyro rotor 20
The axial force is the second and fourth parts P 2, PFourAct on
It is the difference in power.

【0246】[0246]

【数35】 Fy=Fy1−Fy2=KY (V2A+V2B−V4A−V4BEquation 35] Fy = Fy1-Fy2 = K Y (V 2A + V 2B -V 4A -V 4B)

【0247】上述の議論はジャイロロータ20の第1及
び第3の部分P1 、P3 に互いに同一方向の静電力Fz
1、Fz3が作用した場合及び第2及び第4の部分
2 、P 4 に互いに同一方向の静電力Fz2、Fz4が
作用した場合である。ジャイロロータ20の第1及び第
3の部分P1 、P3 に互いに反対方向の静電力Fz1、
Fz3が作用した場合にはジャイロロータ20をY軸周
りに回転させるトルクTθが生成される。同様に、ジャ
イロロータ20の第2及び第4の部分P2 、P4 に互い
に反対方向の静電力Fz2、Fz4が作用するとジャイ
ロロータ20はX軸周りに回転させるトルクTφが生成
される。斯かるトルクTθ、Tφは次の式によって表さ
れる。
The above discussion is based on the first and second aspects of the gyro rotor 20.
And the third part P1, P3Electrostatic force Fz in the same direction as
1, when Fz3 acts and the second and fourth parts
P2, P FourAnd electrostatic forces Fz2 and Fz4 in the same direction are
This is the case when it works. First and first gyro rotor 20
Part P of 31, P3Electrostatic force Fz1 in the opposite direction to
When Fz3 acts, the gyro rotor 20 is rotated around the Y axis.
A torque Tθ for rotating the motor is generated. Similarly, ja
The second and fourth parts P of the rotor 202, PFourTo each other
When electrostatic forces Fz2 and Fz4 in the opposite directions act on the gyro
Rotor 20 generates torque Tφ that rotates about the X axis
Is done. The torques Tθ and Tφ are expressed by the following equation.
Be done.

【0248】[0248]

【数36】Tθ=(Fz3−Fz1)r Tφ=(Fz4−Fz2)rTθ = (Fz3-Fz1) r Tφ = (Fz4-Fz2) r

【0249】図11を参照して本発明によるジャイロ加
速度出力演算部145の構成及び動作を説明する。本例
のジャイロ加速度出力演算部145は先ず数26の式と
同一の演算をしそれによってジャイロロータに印加すべ
き力Fx、Fy、Fz及びトルクTθ、Tφを求める。
斯かる演算は乗算器145−1〜145−5によってな
される。乗算器145−1〜145−5によって得られ
た力Fx、Fy、Fz及びトルクTθ、Tφは無次元量
である。
The configuration and operation of the gyro acceleration output operation unit 145 according to the present invention will be described with reference to FIG. The gyro acceleration output calculation unit 145 of this example first performs the same calculation as the formula of Expression 26 to obtain the forces Fx, Fy, Fz and the torques Tθ, Tφ to be applied to the gyro rotor.
Such calculation is performed by the multipliers 145-1 to 145-5. The forces Fx, Fy, Fz and the torques Tθ, Tφ obtained by the multipliers 145-1 to 145-5 are dimensionless quantities.

【0250】次にジャイロロータ20に印加すべき力F
x、Fy、Fz及びトルクTθ、Tφより外力加速度α
X 、αY 、αZ 及び角速度dθ/dt、dφ/dtを求
める。外力加速度及び角速度は次のように表される。
Next, the force F to be applied to the gyro rotor 20
External force acceleration α from x, Fy, Fz and torques Tθ, Tφ
X , α Y , α Z and angular velocities dθ / dt and dφ / dt are obtained. External force acceleration and angular velocity are expressed as follows.

【0251】[0251]

【数37】αX =Fx/mg αY =Fy/mg αZ =Fz/mg dθ/dt=Tφ/H dφ/dt=Tθ/HΑ X = Fx / mg α Y = Fy / mg α Z = Fz / mg dθ / dt = Tφ / H dφ / dt = Tθ / H

【0252】mはジャイロロータ20の質量、gは重力
加速度、Hはジャイロロータ20のスピン角運動量であ
る。数37の式の右辺はジャイロロータ20の変位がゼ
ロとなるようにジャイロロータ20に印加すべき力又は
トルクであり、数32の式〜数36の式によって表され
る。左辺はジャイロ装置に作用した外力加速度又は角速
度である。
M is the mass of the gyro rotor 20, g is the gravitational acceleration, and H is the spin angular momentum of the gyro rotor 20. The right side of the equation (37) is the force or torque to be applied to the gyro rotor 20 so that the displacement of the gyro rotor 20 becomes zero, and is represented by the equation (32) to the equation (36). The left side is the external force acceleration or angular velocity acting on the gyro device.

【0253】ジャイロ装置にY軸周りの外力角速度dθ
/dtが作用するとジャイロケース21はY軸周りに回
転変位する。トルクTφによってジャイロロータ20を
X軸周りにトルキングする。ジャイロロータ20はプリ
セッション運動によってY軸周りに回転変位し、ジャイ
ロケース21に対するY軸周りの回転変位はゼロとな
る。ジャイロ装置にX軸周りの外力角速度dφ/dtが
作用した場合には、トルクTθによってジャイロロータ
20をY軸周りにトルキングする。ジャイロロータ20
はプリセッション運動によってX軸周りに回転し、ジャ
イロケース21に対するジャイロロータ20のX軸周り
の回転変位はゼロとなる。
An external force angular velocity dθ around the Y axis is applied to the gyro device.
When / dt acts, the gyro case 21 is rotationally displaced around the Y axis. The torque Tφ torques the gyro rotor 20 around the X axis. The gyro rotor 20 is rotationally displaced about the Y axis by the precession motion, and the rotational displacement about the Y axis with respect to the gyro case 21 becomes zero. When the external force angular velocity dφ / dt about the X axis acts on the gyro device, the torque Tθ torques the gyro rotor 20 about the Y axis. Gyro rotor 20
Rotates about the X axis by the precession motion, and the rotational displacement of the gyro rotor 20 about the X axis with respect to the gyro case 21 becomes zero.

【0254】図12を参照して本発明のジャイロ装置の
ジャイロロータ20及びスペーサ23の製造方法につい
て説明する。導電性材料よりなる薄い板材又は円盤状部
材を用意し、図12Aに示すように上面及び下面に深さ
δの円形凹部を形成し、斯かる円形凹部にそれぞれ溝2
00a、200b、200c、200d、200e、2
00f、200a’、200b’、200c’、200
d’、200e’、200f’を形成して電極部を形成
する。同時にその外側に切断用の環状溝200g、20
0g’を形成する。
A method of manufacturing the gyro rotor 20 and the spacer 23 of the gyro device of the present invention will be described with reference to FIG. A thin plate material or disk-shaped member made of a conductive material is prepared, and circular recesses having a depth δ are formed on the upper surface and the lower surface as shown in FIG. 12A.
00a, 200b, 200c, 200d, 200e, 2
00f, 200a ', 200b', 200c ', 200
The electrode parts are formed by forming d ', 200e', and 200f '. At the same time, the outer annular grooves for cutting 200g, 20
To form 0 g '.

【0255】図1を参照して説明したように、ゲッタ部
材33を収納するための凹部23B及び斯かる凹部23
Bと空隙部26を接続するための通路23Cを形成す
る。
As described with reference to FIG. 1, the recess 23B for accommodating the getter member 33 and the recess 23.
A passage 23C for connecting B and the void portion 26 is formed.

【0256】最初に形成する円形凹部の深さδはジャイ
ロロータ20の電極部とそれに対応するジャイロケース
21の静電支持電極の間の間隙δに相当する。斯かる深
さは数μm、例えばδ=2〜3μmであってよい。溝2
00a、200b、200c、200d、200e、2
00f、200a’、200b’、200c’、200
d’、200e’、200f’の深さは適当な大きさで
あってよい。
The depth δ of the circular recess formed first corresponds to the gap δ between the electrode portion of the gyro rotor 20 and the corresponding electrostatic support electrode of the gyro case 21. Such a depth may be a few μm, for example δ = 2-3 μm. Groove 2
00a, 200b, 200c, 200d, 200e, 2
00f, 200a ', 200b', 200c ', 200
The depth of d ', 200e', 200f 'may be any suitable size.

【0257】次に切断用の環状溝200g、200g’
を更に削り、中央の円盤状部分を分離する。斯かる分離
された円盤状部分がジャイロロータ20であり、残され
た外側の部分がスペーサ23である。
Next, the annular grooves for cutting 200g, 200g '
Is further shaved, and the central disk-shaped part is separated. The separated disk-shaped portion is the gyro rotor 20, and the remaining outer portion is the spacer 23.

【0258】本例によるとジャイロロータ20とスペー
サ23は同一材料より同時に製造することができる。ジ
ャイロロータ20とスペーサ23はリソグラフィ技術
等、例えばエッチングによって製造されてよい。
According to this example, the gyro rotor 20 and the spacer 23 can be simultaneously manufactured from the same material. The gyro rotor 20 and the spacer 23 may be manufactured by a lithography technique or the like, for example, etching.

【0259】次にジャイロケース21の上側底部材22
及び下側底部材24の製造方法を説明する。先ず絶縁材
料、例えばガラスよりなる板材又は円盤状部材を用意す
る。斯かる板材又は円盤状部材の内面に静電支持電極を
形成する。静電支持電極は適当な薄膜生成技術によって
金属薄膜を形成することによって製造されてよい。薄膜
生成技術には蒸着、イオンプレーティング、フォトファ
ブリケーション等が含まれる。尚、斯かる板材又は円盤
状部材にはスルーホールが形成されその内面には同様な
金属薄膜が形成される。それによって静電支持電極と外
部の電源又は回路との間にスルーホール接続が形成され
る。スルーホール接続が形成された後に、斯かるスルー
ホールは密閉される。
Next, the upper bottom member 22 of the gyro case 21.
A method of manufacturing the lower bottom member 24 will be described. First, a plate material or a disk-shaped member made of an insulating material such as glass is prepared. An electrostatic support electrode is formed on the inner surface of such a plate material or disk-shaped member. The electrostatic support electrode may be manufactured by forming a metal film by a suitable film forming technique. Thin film formation techniques include vapor deposition, ion plating, photofabrication, and the like. A through hole is formed in the plate material or the disk-shaped member, and a similar metal thin film is formed on the inner surface thereof. This forms a through-hole connection between the electrostatic support electrode and the external power supply or circuit. After the through hole connection is made, such through hole is sealed.

【0260】こうして製造された上側底部材22及び下
側底部材24の間にサンドイッチ状にジャイロロータ2
0とスペーサ23が挿入される。また凹部23Bにはゲ
ッタ部材33が配置される。次に上側底部材22及び下
側底部材24とスペーサ23が適当な接合方法によって
接合される。好ましくは陽極接合によって両者は接合さ
れる。斯かる接合は真空雰囲気にてなされてよい。
The gyro rotor 2 is sandwiched between the upper bottom member 22 and the lower bottom member 24 thus manufactured.
0 and the spacer 23 are inserted. A getter member 33 is arranged in the recess 23B. Next, the upper bottom member 22, the lower bottom member 24 and the spacer 23 are joined by a suitable joining method. Both are preferably joined by anodic bonding. Such joining may be done in a vacuum atmosphere.

【0261】以上本発明の実施例について詳細に説明し
たが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明の要
旨を逸脱することなく他の種々の構成が採りうることは
当業者にとって容易に理解されよう。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it is easily understood by those skilled in the art that various other configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention. Be understood by.

【0262】[0262]

【発明の効果】本発明によれば、静電支持電極には制御
用直流電圧に重畳して変位検出用交流電圧が付与されて
おり、変位検出用回路の出力電圧よりジャイロロータ2
0の全ての変位、即ち、XYZ軸方向の直線変位及びY
軸及びX軸周りの回転変位を検出することができる利点
がある。
According to the present invention, the displacement detection AC voltage is applied to the electrostatic support electrodes by superimposing it on the control DC voltage, and the gyro rotor 2 is output from the output voltage of the displacement detection circuit.
All displacements of 0, that is, linear displacements in the XYZ axes and Y
There is an advantage that the rotational displacement about the axis and the X axis can be detected.

【0263】本発明によれば、従来の静電ジャイロのよ
うに発光素子及び受光素子を含む光学式変位検出装置を
使用しないから、ジャイロ装置を小型化することができ
る利点がある。
According to the present invention, unlike the conventional electrostatic gyro, an optical displacement detecting device including a light emitting element and a light receiving element is not used, so that there is an advantage that the gyro device can be downsized.

【0264】本発明によれば、変位検出用回路として電
界効果形トランジスタを使用し、斯かる電界効果形トラ
ンジスタを変位検出用電極に隣接して設けることによっ
て、安定した誤差の少ない変位検出用電流を検出するこ
とができる利点がある。
According to the present invention, a field effect transistor is used as the displacement detection circuit, and such a field effect transistor is provided adjacent to the displacement detection electrode, so that the displacement detection current is stable and has a small error. Can be detected.

【0265】本発明によれば、変位検出系によって検出
されたジャイロロータ20の変位を制御用直流電圧にフ
ィードバックするフィードバックループを有するから、
ジャイロロータ20の位置をアクティブ式に制御してそ
の変位をゼロにすることができる利点がある。
According to the present invention, since it has a feedback loop for feeding back the displacement of the gyro rotor 20 detected by the displacement detection system to the control DC voltage,
There is an advantage that the position of the gyro rotor 20 can be actively controlled to make its displacement zero.

【0266】本発明によれば、フィードバックループを
有するアクティブ式制御によってジャイロロータ20の
位置を制御し、従来のパッシブ式の静電ジャイロのよう
にコイル及びトランスを使用しないから、装置を小型化
することができる利点がある。
According to the present invention, the position of the gyro rotor 20 is controlled by the active control having the feedback loop, and the coil and the transformer are not used unlike the conventional passive electrostatic gyro, so that the device is miniaturized. There is an advantage that can be.

【0267】本発明によれば、アクティブ式制御によっ
てジャイロロータ20の位置を制御するから、ジャイロ
ロータ20の位置を正確に且つ容易に制御することがで
きる利点がある。特に、起動時にジャイロロータ20を
所定の位置に浮動的に支持させることが容易となる。
According to the present invention, since the position of the gyro rotor 20 is controlled by the active control, there is an advantage that the position of the gyro rotor 20 can be accurately and easily controlled. In particular, it becomes easy to support the gyro rotor 20 at a predetermined position in a floating manner at the time of startup.

【0268】本発明によれば、ジャイロロータ20とス
ペーサ23はリソグラフィ技術等によって1つの導電性
材料の薄い板材より同時に製造することができるから、
製造費が安く且つ高い精度のジャイロ装置を得ることが
できる利点がある。
According to the present invention, the gyro rotor 20 and the spacer 23 can be simultaneously manufactured from one thin plate material of a conductive material by the lithography technique or the like.
There is an advantage that a gyro device with low manufacturing cost and high accuracy can be obtained.

【0269】本発明によれば、ジャイロロータ20とス
ペーサ23は単結晶金属例えばシリコン(珪素)を用い
ることができるから、温度変化や経年変化の影響がない
高精度のジャイロ装置を提供することができる利点があ
る。
According to the present invention, since the gyro rotor 20 and the spacer 23 can use a single crystal metal such as silicon (silicon), it is possible to provide a highly accurate gyro device which is not affected by temperature changes and aging changes. There are advantages.

【0270】本発明によれば、スペーサ23と上側底部
材21及び下側底部材24を陽極接合によって接合する
から、真空中でジャイロロータ20を内部に封入した状
態でジャイロケース21を製造することができる利点が
ある。
According to the present invention, since the spacer 23 is joined to the upper bottom member 21 and the lower bottom member 24 by anodic bonding, the gyro case 21 can be manufactured with the gyro rotor 20 enclosed in a vacuum. There is an advantage that can be.

【0271】本発明によれば、上側底部材21及び下側
底部材24の内面に配置された4対の静電支持電極を薄
膜生成技術によって金属薄膜状の電極を形成することに
よって製造されるから、上側底部材21及び下側底部材
24において互いに同心的に且つ同一形状にて形成する
ことができる利点がある。
According to the present invention, the four pairs of electrostatic supporting electrodes arranged on the inner surfaces of the upper bottom member 21 and the lower bottom member 24 are manufactured by forming the metal thin film electrodes by the thin film forming technique. Therefore, there is an advantage that the upper bottom member 21 and the lower bottom member 24 can be formed concentrically and in the same shape.

【0272】本発明によれば、上側底部材21及び下側
底部材24の内面に形成された4対の静電支持電極の各
々は1対の櫛形部を含み、斯かる櫛形部は互い違いに他
を挟むように配置されているから、ジャイロロータ20
の電極部とジャイロケース21の静電支持電極との間に
蓄えられる電気的エネルギ(E=CV2 )の変化率を大
きくすることができる利点がある。
According to the present invention, each of the four pairs of electrostatic support electrodes formed on the inner surfaces of the upper bottom member 21 and the lower bottom member 24 includes a pair of comb-shaped portions, and the comb-shaped portions are staggered. Since it is arranged so as to sandwich the other, the gyro rotor 20
There is an advantage that the rate of change of the electrical energy (E = CV 2 ) stored between the electrode part and the electrostatic support electrode of the gyro case 21 can be increased.

【0273】本発明によれば、静電支持電極の各1対の
櫛形部に絶対値が等しく符号が反対の制御用直流電圧±
1A〜±V4Bを印加するため、ジャイロロータ20の電
位を常にゼロにすることができる利点がある。
According to the present invention, each pair of comb-shaped portions of the electrostatic support electrode has a control DC voltage ± of the same absolute value and opposite sign.
Since V 1A to ± V 4B is applied, there is an advantage that the potential of the gyro rotor 20 can be always zero.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のジャイロ装置の例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a gyro device of the present invention.

【図2】本発明のジャイロ装置の制御ループを説明する
ための説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a control loop of the gyro device of the present invention.

【図3】本発明のジャイロ装置の拘束制御系を説明する
ための説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a restraint control system of the gyro device of the present invention.

【図4】本発明のジャイロ装置の拘束制御系及びロータ
駆動系の等価回路を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of a restraint control system and a rotor drive system of the gyro device of the present invention.

【図5】本発明のジャイロ装置のロータ駆動系の動作を
説明する説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the operation of the rotor drive system of the gyro device of the present invention.

【図6】本発明のジャイロ装置のロータ駆動部の構成例
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a rotor drive unit of the gyro device of the present invention.

【図7】本発明のジャイロ装置の制御演算部の構成及び
ジャイロ加速度出力演算部を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a control calculation unit and a gyro acceleration output calculation unit of the gyro device of the present invention.

【図8】本発明のジャイロ装置の変位演算部の構成例を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a displacement calculation unit of the gyro device of the present invention.

【図9】本発明のジャイロ装置のPID演算部の構成例
を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a PID calculation unit of the gyro device of the present invention.

【図10】本発明のジャイロ装置の制御電圧演算部の動
作を説明するための説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the operation of the control voltage calculation unit of the gyro device of the present invention.

【図11】本発明のジャイロ装置のジャイロ加速度出力
演算部の動作を説明するための説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the operation of the gyro acceleration output calculation unit of the gyro device of the present invention.

【図12】本発明のジャイロ装置のジャイロロータとス
ペーサの製造方法を説明するための説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing method of the gyro rotor and the spacer of the gyro device of the present invention.

【図13】従来のジャイロ装置の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a conventional gyro device.

【図14】従来のジャイロ装置の拘束制御系とロータ駆
動系の動作を説明するための説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the operations of the restraint control system and the rotor drive system of the conventional gyro device.

【図15】ジャイロ装置のZ制御系の動作を説明する説
明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating an operation of a Z control system of the gyro device.

【図16】従来のジャイロ装置のXY制御系の構成例を
示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration example of an XY control system of a conventional gyro device.

【図17】従来のジャイロ装置のXジャイロ演算部とX
加速度演算部の例を示す図である。
FIG. 17: X gyro operation unit and X of conventional gyro device
It is a figure which shows the example of an acceleration calculation part.

【図18】従来のジャイロ装置のYジャイロ演算部とY
加速度演算部の例を示す図である。
FIG. 18: Y gyro operation unit and Y of conventional gyro device
It is a figure which shows the example of an acceleration calculation part.

【図19】従来のジャイロ装置のZ加速度演算部の例を
示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing an example of a Z acceleration calculation unit of a conventional gyro device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 ジャイロロータ 20A 孔 20B 中心部 20C 電極部 21 ジャイロケース 22 上側底部材 22A、22A’ 孔 23 スペーサ 23A 内壁 23B 凹部 23C 通路 24 下側底部材 25 ねじ 26 空洞部 27 発光素子 28 受光素子 29−1、29−2、29−3、29−4電極 29’−1、29’−2、29’−3、29’−4 電
極 30−1、30−2、30−3、30−4 コイル 30’−1、30’−2、30’−3、30’−4 コ
イル 32 キャップ 33 ゲッタ部材 34 パイプ 35 プリアンプ 36 抵抗 41、42、43、44 トランス 50 X制御系 50−1 交流電源 50−2 演算部 50−3、50−4 乗算器 51 Xジャイロ演算部 51−1、51−2、51−3、51−4 分圧部 51−5、51−6、51−7、51−8 整流部 51−9、51−10、51−11 減算部 51−12 演算部 53 X加速度演算部 53−1、53−2 加算部 53−3 減算部 60 Y制御系 60−1 交流電源 60−2 演算部 60−3、60−4 乗算器 61 Yジャイロ演算部 61−1、61−2、61−3、61−4 分圧部 61−5、61−6、61−7、61−8 整流部 61−9、61−10、61−11 減算部 61−12 演算部 63 Y加速度演算部 63−1、63−2 加算部 63−3 減算部 73 Z加速度演算部 73−1、73−2 加算部 73−3 減算部 100 ロータ駆動系 101 駆動用電源 127、128 放電兼用ストッパ 140 制御演算部 141 変位演算部 142 PID演算部 143 制御電圧演算部 144 制御電圧発生器 145 ジャイロ加速度出力演算部 150 拘束制御部 160 ロータ駆動部 170 シークエンス制御部 200A、200B、200C、200D、200E、
200F、200A’、200B’、200C’、20
0D’、200E’、200F’ 電極部 200a、200b、200c、200d、200e、
200f、200g、200a’、200b’、200
c’、200d’、200e’、200f’、200g
溝 221、222、223、224、225、226 電
極 231、232、233、234、235、236 電
20 Gyro Rotor 20A Hole 20B Center Part 20C Electrode Part 21 Gyro Case 22 Upper Bottom Member 22A, 22A 'Hole 23 Spacer 23A Inner Wall 23B Recess 23C Passage 24 Lower Bottom Member 25 Screw 26 Cavity 27 Light-Emitting Element 28 Light-Receiving Element 29-1 , 29-2, 29-3, 29-4 electrode 29'-1, 29'-2, 29'-3, 29'-4 electrode 30-1, 30-2, 30-3, 30-4 coil 30 '-1, 30'-2, 30'-3, 30'-4 Coil 32 Cap 33 Getter member 34 Pipe 35 Preamplifier 36 Resistor 41, 42, 43, 44 Transformer 50 X control system 50-1 AC power supply 50-2 Arithmetic unit 50-3, 50-4 Multiplier 51 X Gyro arithmetic unit 51-1, 51-2, 51-3, 51-4 Voltage dividing unit 51-5, 51-6, 51-7, 5 -8 Rectification unit 51-9, 51-10, 51-11 Subtraction unit 51-12 Calculation unit 53 X acceleration calculation unit 53-1, 53-2 Addition unit 53-3 Subtraction unit 60 Y control system 60-1 AC power supply 60-2 operation part 60-3, 60-4 multiplier 61 Y gyro operation part 61-1, 61-2, 61-3, 61-4 voltage dividing part 61-5, 61-6, 61-7, 61 -8 Rectification part 61-9, 61-10, 61-11 Subtraction part 61-12 Calculation part 63 Y acceleration calculation part 63-1, 63-2 Addition part 63-3 Subtraction part 73 Z acceleration calculation part 73-1 73-2 Addition unit 73-3 Subtraction unit 100 Rotor drive system 101 Drive power supply 127, 128 Discharge / combined stopper 140 Control calculation unit 141 Displacement calculation unit 142 PID calculation unit 143 Control voltage calculation unit 144 Control voltage generator 145 Jai (B) Acceleration output calculation unit 150 Restraint control unit 160 Rotor drive unit 170 Sequence control unit 200A, 200B, 200C, 200D, 200E,
200F, 200A ', 200B', 200C ', 20
0D ', 200E', 200F 'electrode part 200a, 200b, 200c, 200d, 200e,
200f, 200g, 200a ', 200b', 200
c ', 200d', 200e ', 200f', 200g
Grooves 221, 222, 223, 224, 225, 226 Electrodes 231, 232, 233, 234, 235, 236 Electrodes

フロントページの続き (72)発明者 北條 武 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株式 会社トキメック内 (72)発明者 中石 隆文 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株式 会社トキメック内 (72)発明者 中村 茂 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株式 会社トキメック内 (72)発明者 江刺 正喜 宮城県仙台市太白区八木山南一丁目11−9Front page continued (72) Inventor Takeshi Hojo 2-16-46 Minami Kamata, Ota-ku, Tokyo, Tokimec Co., Ltd. (72) Takafumi Nakaishi 2-16-46 Minami Kamata, Ota-ku, Tokyo In Tokimec Co., Ltd. (72) Inventor Shigeru Nakamura 2-16-46 Minami Kamata, Ota-ku, Tokyo Within Tokimec Co., Ltd. (72) Inventor Masayoshi Esashi 1-11-9 Yagiyama Minami, Taihaku-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 中心軸線方向に沿ってZ軸、それに直交
するX軸及びY軸を有するジャイロケースと、 該ジャイロケースの内部に静電支持力によって非接触的
に支持され上記中心軸線方向のスピン軸線を有する円盤
状のジャイロロータと、 上記ジャイロロータの両面に円周方向に沿って形成され
た電極部と、 上記ジャイロロータの両面の電極部にそれぞれ対応して
且つそれより隔置され、円周方向に互いに等角度の中心
角度にて隔置された少なくとも3対の静電支持電極と、 上記ジャイロロータを上記スピン軸線周りに高速回転さ
せるためのロータ駆動系と、を有する加速度検出型のジ
ャイロ装置において、 上記少なくとも3対の静電支持電極の各々はそれに対応
する上記ジャイロロータの電極部に対して半径方向外方
又は半径方向内方に偏倚して配置されていることと、 上記静電支持力を生成するために制御用直流電圧を上記
少なくとも3対の静電支持電極に印加するための制御演
算部と、 上記制御用直流電圧に重畳して上記ジャイロロータの変
位を検出するための変位検出用交流電圧を上記少なくと
も3対の静電支持電極に印加することと、 上記ジャイロロータの両面の中心部に形成された変位検
出用電極部と、該変位検出用電極部の各々に対応して且
つそれより隔置され上記ジャイロケースに設けられた変
位検出用電極と、該変位検出用電極に流れる変位検出用
電流を検出し上記ジャイロロータの変位を指示する変位
検出用電圧信号を出力する変位検出用回路とを含む変位
検出系と、 上記制御演算部の出力信号を入力してジャイロ出力を演
算するジャイロ出力演算部と、 を有し、上記制御演算部は上記変位検出用回路より出力
され上記変位検出用電圧信号を入力して上記ジャイロロ
ータのX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の直線変位とY
軸周り及びX軸周りの回転変位を演算し上記ジャイロロ
ータの直線変位及び回転変位がゼロとなるように上記制
御用直流電圧の修正量を演算し、それを上記制御用直流
電圧にフィードバックするように構成されていることを
特徴とするジャイロ装置。
1. A gyro case having a Z-axis along the central axis direction, and an X-axis and a Y-axis orthogonal to the Z-axis, and a gyro case that is non-contactably supported inside the gyro case by electrostatic supporting force. A disk-shaped gyro rotor having a spin axis, electrode portions formed along the circumferential direction on both sides of the gyro rotor, and electrode portions on both sides of the gyro rotor respectively corresponding to and spaced from it. An acceleration detection type having at least three pairs of electrostatic support electrodes spaced apart from each other in the circumferential direction by equiangular center angles, and a rotor drive system for rotating the gyro rotor at high speed around the spin axis. In the gyro device, each of the at least three pairs of electrostatic support electrodes is radially outward or radially inward with respect to the corresponding electrode portion of the gyro rotor. And a control calculation unit for applying a control DC voltage to the at least three pairs of electrostatic support electrodes in order to generate the electrostatic support force, and the control DC voltage. Applying a displacement detection AC voltage for detecting the displacement of the gyro rotor in a superimposed manner to the at least three pairs of electrostatic support electrodes; and a displacement detection electrode formed at the center of both surfaces of the gyro rotor. Section, a displacement detection electrode provided in the gyro case corresponding to each of the displacement detection electrode sections and spaced apart therefrom, and a displacement detection current flowing through the displacement detection electrode is detected to detect the gyroscope. A displacement detection system including a displacement detection circuit that outputs a displacement detection voltage signal that indicates the displacement of the rotor, a gyro output calculation unit that inputs the output signal of the control calculation unit and calculates the gyro output, The control calculation unit receives the displacement detection voltage signal output from the displacement detection circuit and receives the linear displacement in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the gyro rotor and Y.
A rotational displacement about the axis and the X-axis is calculated, a correction amount of the control DC voltage is calculated so that the linear displacement and the rotational displacement of the gyro rotor become zero, and the feedback amount is fed back to the control DC voltage. A gyro device characterized by being configured as follows.
【請求項2】 請求項1記載のジャイロ装置において、
上記制御演算部は上記ジャイロロータの直線変位及び回
転変位を演算する変位演算部と上記ジャイロロータに印
加すべき力及び回転モーメントを演算するPID演算部
と上記制御用直流電圧の修正量を演算する制御電圧演算
部とを有することを特徴とするジャイロ装置。
2. The gyro device according to claim 1,
The control calculation unit calculates a displacement calculation unit that calculates a linear displacement and a rotational displacement of the gyro rotor, a PID calculation unit that calculates a force and a rotation moment to be applied to the gyro rotor, and a correction amount of the control DC voltage. A gyro device having a control voltage calculator.
【請求項3】 請求項1又は2記載のジャイロ装置にお
いて、上記ジャイロ出力演算部は上記制御演算部のPI
D演算部の出力信号を入力してジャイロ出力を演算する
ように構成されていることを特徴とするジャイロ装置。
3. The gyro device according to claim 1, wherein the gyro output calculation unit is a PI of the control calculation unit.
A gyro device configured to input an output signal of a D calculation unit to calculate a gyro output.
【請求項4】 請求項1、2又は3記載のジャイロ装置
において、上記変位検出用交流電圧は上記ジャイロロー
タの直線変位及び回転変位に対応して互いに異なる変位
検出用周波数を有する交流電圧成分を含むことを特徴と
するジャイロ装置。
4. The gyro device according to claim 1, 2 or 3, wherein the displacement detection AC voltage is an AC voltage component having different displacement detection frequencies corresponding to linear displacement and rotational displacement of the gyro rotor. A gyro device including:
【請求項5】 請求項1、2、3又は4記載のジャイロ
装置において、上記静電支持電極は円周方向に互いに9
0度の中心角度にて隔置された4対の静電支持電極を含
むことを特徴とするジャイロ装置。
5. The gyro device according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the electrostatic supporting electrodes are arranged in a circumferential direction with respect to each other.
A gyro device comprising four pairs of electrostatic support electrodes spaced at a central angle of 0 degrees.
【請求項6】 請求項5記載のジャイロ装置において、
上記4対の静電支持電極のうち第1の対の静電支持電極
に印加される上記変位検出用交流電圧をAC1A、A
1B、第2の対の静電支持電極に印加される上記変位検
出用交流電圧をAC2A、AC2B、第3の対の静電支持電
極に印加される上記変位検出用交流電圧をAC 3A、AC
3B、第4の対の静電支持電極に印加される上記変位検出
用交流電圧をAC4A、AC4Bとすると、それらは次の式
によって表されることを特徴とするジャイロ装置。 AC1A=−EX−Eθ−EZ AC1B=−EX+Eθ+EZ AC2A=−EY−Eφ−EZ AC2B=−EY+Eφ+EZ AC3A=+EX+Eθ−EZ AC3B=+EX−Eθ+EZ AC4A=+EY+Eφ−EZ AC4B=+EY−Eφ+EZ ここに、±EXは位相が互いに180°異なり上記ジャ
イロロータのX軸方向の直線変位を検出するための交流
電圧成分、±EYは位相が互いに180°異なり上記ジ
ャイロロータのY軸方向の直線変位を検出するための交
流電圧成分、±EZは位相が互いに180°異なり上記
ジャイロロータのZ軸方向の直線変位を検出するための
交流電圧成分、±Eθは位相が互いに180°異なり上
記ジャイロロータのY軸周りの回転変位を検出するため
の交流電圧成分、±Eφは位相が互いに180°異なり
上記ジャイロロータのX軸周りの回転変位を検出するた
めの交流電圧成分、であり、該交流電圧成分は互いに異
なる上記変位検出用周波数を有する。
6. The gyro device according to claim 5,
Of the four pairs of electrostatic supporting electrodes, the first pair of electrostatic supporting electrodes
AC voltage for displacement detection applied to the1A, A
C1B, The displacement detection applied to the second pair of electrostatic support electrodes.
AC output voltage2A, AC2B, A third pair of electrostatically supported charges
The displacement detection AC voltage applied to the pole is AC 3A, AC
3B, The displacement detection applied to the fourth pair of electrostatic support electrodes
AC voltage for AC4A, AC4BThen they are
A gyro device characterized by being represented by. AC1A= -EX-Eθ-EZ AC1B= -EX + Eθ + EZ AC2A= -EY-Eφ-EZ AC2B= -EY + Eφ + EZ AC3A= + EX + Eθ−EZ AC3B= + EX-Eθ + EZ AC4A= + EY + Eφ-EZ AC4B= + EY-Eφ + EZ where ± EX is 180 ° out of phase with each other, and
AC for detecting linear displacement of the yellow rotor in the X-axis direction
The voltage components, ± EY, are 180 ° out of phase with each other
A signal for detecting the linear displacement of the gyro rotor in the Y-axis direction.
The flow voltage components, ± EZ, are 180 ° out of phase with each other.
For detecting the linear displacement of the gyro rotor in the Z-axis direction
The AC voltage components, ± Eθ, are 180 ° out of phase with each other
Note: To detect the rotational displacement of the gyro rotor around the Y axis.
AC voltage component of ± Eφ, phases are different from each other by 180 °
The rotational displacement around the X axis of the gyro rotor is detected.
AC voltage component for the purpose of
The above-mentioned displacement detection frequency is obtained.
【請求項7】 請求項5又は6記載のジャイロ装置にお
いて、 上記第1及び第3の対の静電支持電極に印加される上記
制御用直流電圧の修正量をΔV1A、ΔV1B及びΔV3A
ΔV3B、上記第2及び第4の対の静電支持電極に印加さ
れる上記制御用直流電圧の修正量をΔV2A、ΔV2B及び
ΔV4A、ΔV4Bとすると次の関係を満たすことを特徴と
するジャイロ装置。 ΔV1A+ΔV1B+ΔV3A+ΔV3B=0 ΔV2A+ΔV2B+ΔV4A+ΔV4B=0
7. The gyro device according to claim 5, wherein the correction amounts of the control DC voltage applied to the electrostatic support electrodes of the first and third pairs are ΔV 1A , ΔV 1B and ΔV 3A. ,
ΔV 3B , the correction amount of the control DC voltage applied to the second and fourth pairs of electrostatic support electrodes is ΔV 2A , ΔV 2B and ΔV 4A , ΔV 4B , and the following relationship is satisfied. And a gyro device. ΔV 1A + ΔV 1B + ΔV 3A + ΔV 3B = 0 ΔV 2A + ΔV 2B + ΔV 4A + ΔV 4B = 0
【請求項8】 請求項1、2、3、4、5、6又は7記
載のジャイロ装置において、上記変位検出用回路は電界
効果形トランジスタを含むことを特徴とするジャイロ装
置。
8. The gyro device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein the displacement detection circuit includes a field effect transistor.
【請求項9】 請求項1、2、3、4、5、6、7又は
8記載のジャイロ装置において、上記静電支持電極の各
対の静電支持電極の各々は、1対の互いに隔置された櫛
形部を含み、該櫛形部の各々は円周方向に延在する複数
の円周部と該円周部を接続する接続部とを有し、上記2
つの櫛形部の円周部は互い違いに他を挟むように配置さ
れていることを特徴とするジャイロ装置。
9. The gyro device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, wherein each pair of electrostatic support electrodes of said electrostatic support electrodes is separated from each other by a pair. The comb-shaped portions are provided, each of the comb-shaped portions having a plurality of circumferential portions extending in the circumferential direction and a connecting portion connecting the circumferential portions;
A gyro device characterized in that the circumferential portions of two comb-shaped portions are alternately arranged so as to sandwich the other.
【請求項10】 請求項9記載のジャイロ装置におい
て、 上記静電支持電極の各静電支持電極の第1及び第2の櫛
形部に印加される上記制御用直流電圧は大きさが同じで
互いに極性が異なることを特徴とするジャイロ装置。
10. The gyro device according to claim 9, wherein the control DC voltages applied to the first and second comb-shaped portions of the electrostatic support electrodes of the electrostatic support electrode have the same magnitude and are mutually different. A gyro device having different polarities.
【請求項11】 請求項9又は10記載のジャイロ装置
において、 上記ジャイロロータの電極部は上記静電支持電極の櫛形
部の円周部の各々に対応した複数の環状部を含み、上記
静電支持電極の櫛形部の円周部の各々はそれに対応する
上記ジャイロロータの電極部の環状部の各々に対して半
径方向外方又は内方に偏倚して配置され、それによって
上記ジャイロロータの上記中心軸線に対するX軸方向及
びY軸方向の変位がゼロとなるような力を生成すること
を特徴とするジャイロ装置。
11. The gyro device according to claim 9, wherein the electrode portion of the gyro rotor includes a plurality of annular portions corresponding to respective circumferential portions of the comb-shaped portion of the electrostatic supporting electrode, Each of the circumferential portions of the comb-shaped portion of the supporting electrode is radially offset outward or inward with respect to each of the corresponding annular portions of the electrode portion of the gyro rotor, whereby the above-mentioned A gyro device that generates a force such that displacements in an X-axis direction and a Y-axis direction with respect to a central axis line become zero.
【請求項12】 請求項1〜11のいずれか1項記載の
ジャイロ装置において、上記ジャイロロータは導電性材
料よりなり上記電極部は上記ジャイロロータの両面に形
成された突起部として構成されていることを特徴とする
ジャイロ装置。
12. The gyro device according to claim 1, wherein the gyro rotor is made of a conductive material, and the electrode portions are formed as protrusions formed on both sides of the gyro rotor. A gyro device characterized in that
【請求項13】 請求項12記載のジャイロ装置におい
て、上記ジャイロロータは単結晶の珪素よりなることを
特徴とするジャイロ装置。
13. The gyro device according to claim 12, wherein the gyro rotor is made of single crystal silicon.
【請求項14】 請求項1〜13のいずれか1項記載の
ジャイロ装置において、上記ジャイロケースは絶縁材料
よりなる上側底部材及び下側底部材を含み、上記静電支
持電極は上記上側底部材及び下側底部材の内面に装着さ
れた金属薄膜として構成されていることを特徴とするジ
ャイロ装置。
14. The gyro device according to claim 1, wherein the gyro case includes an upper bottom member and a lower bottom member made of an insulating material, and the electrostatic support electrode includes the upper bottom member. And a gyro device configured as a metal thin film mounted on the inner surface of the lower bottom member.
【請求項15】 請求項14記載のジャイロ装置におい
て、 上記ジャイロケースの上側底部材及び下側底部材はガラ
スよりなることを特徴とするジャイロ装置。
15. The gyro device according to claim 14, wherein the upper bottom member and the lower bottom member of the gyro case are made of glass.
【請求項16】 請求項1〜15のいずれか1項記載の
ジャイロ装置において、上記静電支持電極は蒸着、イオ
ンプレーティング、フォトファブリケーションを含む薄
膜生成技術によって形成されていることを特徴とするジ
ャイロ装置。
16. The gyro device according to claim 1, wherein the electrostatic supporting electrode is formed by a thin film forming technique including vapor deposition, ion plating, and photofabrication. Gyro device to do.
【請求項17】 請求項14、15又は16項記載のジ
ャイロ装置において、上記ジャイロケースは上記上側底
部材及び下側底部材の間に配置されたスペーサを含み、
該スペーサは上記上側底部材及び下側底部材と陽極接合
によって接続されていることを特徴とするジャイロ装
置。
17. The gyro device according to claim 14, 15, or 16, wherein the gyro case includes a spacer arranged between the upper bottom member and the lower bottom member,
A gyro device, wherein the spacer is connected to the upper bottom member and the lower bottom member by anodic bonding.
【請求項18】 請求項1〜17のいずれか1項記載の
ジャイロ装置において、上記ジャイロケースには放電兼
用のストッパが装着されており、該ストッパは上記ジャ
イロロータの変位を制限し且つ上記ジャイロロータに蓄
積した静電気を外部に放電させる機能を有することを特
徴とするジャイロ装置。
18. The gyro device according to claim 1, wherein a stopper that also serves as a discharge is attached to the gyro case, and the stopper limits the displacement of the gyro rotor and the gyro. A gyro device having a function of discharging static electricity accumulated in a rotor to the outside.
【請求項19】 請求項1〜18のいずれか1項記載の
ジャイロ装置において、上記ジャイロケースにはゲッタ
部材を収容する凹部が形成され、該凹部は上記ジャイロ
ケースの内部と通路によって接続されていることを特徴
とするジャイロ装置。
19. The gyro device according to claim 1, wherein the gyro case has a recess for accommodating a getter member, and the recess is connected to the inside of the gyro case by a passage. A gyro device characterized by being present.
【請求項20】 請求項1〜19のいずれか1項記載の
ジャイロ装置において、上記ロータ駆動系は上記ジャイ
ロロータの両面に設けられたロータ駆動用電極部と該ロ
ータ駆動用電極部に対応して且つそれより隔置されたロ
ータ駆動用電極と該ロータ駆動用電極にロータ駆動用交
流電圧を印加するためのロータ駆動用交流電圧回路とを
有し、上記ロータ駆動用電極部は円周方向に1列に配置
された複数の互いに隔置された電極部を含み、上記ロー
タ駆動用電極は円周方向に1列に配置された複数の互い
に隔置された電極を含むことを特徴とするジャイロ装
置。
20. The gyro device according to claim 1, wherein the rotor drive system corresponds to a rotor drive electrode portion provided on both surfaces of the gyro rotor and the rotor drive electrode portion. And a rotor drive electrode spaced apart from the rotor drive electrode, and a rotor drive AC voltage circuit for applying a rotor drive AC voltage to the rotor drive electrode, wherein the rotor drive electrode portion is in a circumferential direction. A plurality of electrode portions spaced apart from each other arranged in a row, and the rotor driving electrode includes a plurality of electrodes spaced apart from each other arranged in a row in a circumferential direction. Gyro device.
【請求項21】 ジャイロケースと該ジャイロケースの
内部に静電支持力によって非接触的に支持された円盤状
のジャイロロータとを有するジャイロ装置を製造する方
法において、 導電性材料よりなる板材の両面に溝を形成して突起部を
形成することと、 上記板材より円形部分を切り出して円盤状のジャイロロ
ータと該ジャイロロータを囲む外側のスペーサとに分離
することと、 上記スペーサの両面に上側底部材及び下側底部材を接合
することと、を含むジャイロ装置の製造方法。
21. A method of manufacturing a gyro device having a gyro case and a disk-shaped gyro rotor supported inside the gyro case in a non-contact manner by an electrostatic supporting force, wherein both sides of a plate material made of a conductive material. Forming a groove on the plate to form a protrusion, separating a circular portion from the plate material to separate it into a disc-shaped gyro rotor and an outer spacer surrounding the gyro rotor, and forming an upper bottom portion on both surfaces of the spacer. A method for manufacturing a gyro device, comprising: joining a material and a lower bottom member.
【請求項22】 請求項21記載のジャイロ装置の製造
方法において、 上記スペーサと上記上側底部材及び下側底部材の接合は
陽極接合によってなされることを特徴とするジャイロ装
置の製造方法。
22. The method of manufacturing a gyro device according to claim 21, wherein the spacer is joined to the upper bottom member and the lower bottom member by anodic bonding.
【請求項23】 請求項21又は22記載のジャイロ装
置の製造方法において、 絶縁材料よりなる上記上側底部材及び下側底部材を用意
することと、 上記上側底部材及び下側底部材の内面にそれぞれ金属薄
膜よりなる静電支持電極を形成することと、を含むこと
を特徴とするジャイロ装置の製造方法。
23. The method of manufacturing a gyro device according to claim 21, wherein the upper bottom member and the lower bottom member made of an insulating material are prepared, and the inner surface of the upper bottom member and the lower bottom member is provided. Forming an electrostatic supporting electrode made of a metal thin film, respectively.
【請求項24】 請求項23記載のジャイロ装置の製造
方法において、 上記上側底部材及び下側底部材に形成された上記静電支
持電極は少なくとも3対の静電支持電極を含み、該静電
支持電極の各々は1対の櫛形部を含み、該櫛形部は円周
方向に延在する複数の円周部と該円周部を接続する接続
部とを有し、上記1対の櫛形部の円周部は互い違いに他
を挟むように配置されていることを特徴とするジャイロ
装置の製造方法。
24. The method of manufacturing a gyro device according to claim 23, wherein the electrostatic support electrodes formed on the upper bottom member and the lower bottom member include at least three pairs of electrostatic support electrodes. Each of the support electrodes includes a pair of comb-shaped portions, the comb-shaped portions having a plurality of circumferential portions extending in the circumferential direction and a connecting portion connecting the circumferential portions, and the pair of comb-shaped portions. A method for manufacturing a gyro device, wherein the circumferential portions of the are arranged alternately so as to sandwich the other.
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