JPS6210364B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ プラツトホームに結合された第１、第２及び
第３の２自由度ジヤイロ１０２，１０４，１０６
と計算手段１０８とを具備した加速度計１００に
おいて、前記ジヤイロのおのおのが、 Ａ 位相が90゜異なつた状態で巻かれた２組の隣
接する直列接続コイル３９ａ―ｄを含み、各組
のコイルはスピン基準軸２のまわりに実質上環
状に配置されると共に第１の入力軸４と第２の
入力軸によつて規定される平面に対して実質上
平行であり、該第１の入力軸４と第２の入力軸
とスピン基準軸２とは相互に直交し且つ共通の
交点６を有し、各コイルの軸は前記スピン基準
軸２に対して実質上平行である固定子３９と、 Ｂ スピン軸のまわりに回転可能で且つ前記第１
の入力軸４及び第２の入力軸のまわりに転位可
能な回転子４０であつて、前記スピン軸のまわ
りに実質上環状に配置された１組あるいは２組
の永久磁石４６，４８，１２７〜１３０を含
み、該環状の磁石４６，４８，１２７〜１３０
は前記環状のコイル１３９ａ―ｄと実質的に同
じ平均半径を有し、各磁石の磁気モーメントが
前記スピン軸２に実質上平行であり、また、前
記磁石において近接する磁石の磁気モーメント
が互いに逆向きである回転子４０と、 Ｃ 前記環状の磁石４６，４８，１２７〜１３０
が前記環状のコイルのコイル３９ａ―ｄに近接
し、該磁石からの磁束が該コイルに結合される
ように前記回転子４０を前記固定子３９に対し
て位置決めするための手段１６と、 Ｄ 前記コイルを通る磁束の通路を完了する磁束
復路を形成するための、前記回転子４０に接続
されたリターン手段５０，５１，５２と、 Ｅ 前記コイルの組３９ａ―ｄにおける逆起電力
を検出し、その逆起電力に応じて前記コイルの
組のおのおのに、相対的に位相が90゜シフトし
ており且つ前記コイルの組のおのおのに関して
検出された逆起電力と同相である交番電流を生
じさせるための制御信号を発生するサーボ手段
を含む、前記コイルの組３９ａ―ｄを励起する
ための手段と、 Ｆ 前記固定子３９に対する前記第１の入力軸及
び第２の入力軸のまわりの前記回転子の転位量
を検出し、各転位量を表わす第１及び第２の均
合い制御信号を発生する第１及び第２の手段６
０，６２と、 Ｇ ハウジング部材１４に連結されており、前記
第１及び第２の均合い制御信号に応じて前記回
転子４０に対し前記第１及び第２の入力軸のま
わりにトルクを与え、これによつて前記スピン
基準軸２と前記スピン軸とが実質上同軸に維持
されるようにする第１及び第２のトルク発生手
段７０，７２，７４，７６，１３２，１３４，
１３６，１３８とを具備してなり、前記第１の
ジヤイロ１０２のスピン基準軸２は第１の基準
軸と一致すると共に該第１のジヤイロ１０２の
回転子４０は非振子型であり、該第１のジヤイ
ロは第２及び第３の基準軸のまわりの前記プラ
ツトホームの角速度を表わす第１のジヤイロ信
号を発生するための手段を含み、前記第１、第
２及び第３の基準軸は相互に直交しており、前
記第２のジヤイロ１０４のスピン基準軸は前記
第２の基準軸と一致すると共に該第２のジヤイ
ロの回転子は振子型であり、該第２のジヤイロ
は前記第１及び第３の基準軸のまわりの前記プ
ラツトホームの角速度と前記第１及び第３の基
準軸に沿う前記プラツトホームの直線加速度と
を表わす第２のジヤイロ信号を発生するための
手段を含み、前記第３のジヤイロ１０６のスピ
ン基準軸は前記第３の基準軸と一致すると共に
該第３のジヤイロの回転子は振子型であり、該
第３のジヤイロは前記第１及び第２の基準軸の
まわりの前記プラツトホームの角速度と前記第
１及び第２の基準軸に沿う前記プラツトホーム
の直線加速度とを表わす第３のジヤイロ信号を
発生するための手段を含み、該第３のジヤイロ
信号の加速度部分は前記第２のジヤイロ信号の
対応する部分と極性が反対であり、前記計算手
段１０８は前記第１、第２及び第３のジヤイロ
信号に応答して、前記第１、第２及び第３の基
準軸のおのおのに関する前記プラツトホームの
加速度及び角速度を表わす別々の出力信号を発
生するようになつている加速度計１００。

２ 前記第２及び第３のジヤイロ１０４，１０６
の振子型回転子はそれぞれのスピン軸に沿つて質
量が不平衡である特許請求の範囲第１項記載の加
速度計１００。

３ 前記ジヤイロのおのおのが前記回転子４０と
前記固定子３９とを結合するためのガスベアリン
グを具備し、該ガスベアリングは内側部材１６の
まわりに配置された中空の外側部材４２，４４を
含み、該外側部材は前記第１の入力軸４と第２の
入力軸とスピン基準軸２との交点６に曲率中心が
位置する実質上球形の凹状内面を有し、前記固定
子３９は前記内側部材１６を含み、該内側部材は
前記外側部材４２，４４の凹状内面より曲率半径
が小さい実質上球形の外面を有し、更に、前記内
側部材と前記外側部材との間にガス媒体を保持す
るガス手段を具備する特許請求の範囲第１項ある
いは第２項記載の加速度計１００。

発明の背景 本発明は加速度計に関し、特に、軸方向空隙型
永久磁石モータを用いた加速度計に関する。

加速度計に用いられる精密航法ジヤイロ及び戦
術用ジヤイロのための従来のホイールスピンモー
タは多相ヒステリシス同期モータである。このモ
ータは、高ヒステリシスの磁性鋼製のリングを有
するホイール、すなわち回転子を備え、このリン
グは２相または３相の重ね巻きまたは波巻き積層
電動モータの固定子と相互作用することにより停
止状態から同期速度までトルクを与えられる。そ
のリングは、一定周波数の供給基準から固定子巻
線を励磁することによつて駆動される。

このようにして得られたモータは、鋼製の回転
子リングにヒステリシストルクが生ずる結果とし
て自己始動する。同期した時、回転子の磁界と固
定子の磁界とは同じ速度で回転する。ただし、回
転子の磁気リングはもはやそのヒステリシス曲線
に従わず、リングに形成された磁極によつて同期
速度を維持する。ホイールが始動する毎に新しい
極が形成される。しかし、リングは一般に磁気的
に軟質であるので、回転子の磁極の正確な形は固
定子の磁束と回転子位置との磁気履歴の複雑な関
数となる。代表的なジヤイロの応用では、磁気履
歴はジヤイロのドリフトに相当寄与する。かかる
問題を解決するためには、回転子の磁化を系統的
にランダムにするため固定子に複雑なシーケンス
制御の電圧振幅を加えることがしばしば必要とな
る。

従来のヒステリシスモータは、構造は比較的簡
単であるが、電気的効率が比較的低い（代表的に
は60％程度）。この効率の問題に加えて、ヒステ
リシスモータには次のような問題がある。すなわ
ち回転子と固定子の間に強い吸引力が働くため空
隙の同心性の厳密な制御が要求されること、電気
的損失をできる限り低くするためには多層構造が
要求されること、そして最大効率を保証するため
には小さい空隙が要求されることである（構成部
品については結果的に極端な公差規格をもつてい
る）。

他の加速度計に用いられるジヤイロに関する従
来技術は、ジヤイロホイールを駆動するために誘
導モータを使用するものである。しかしながら、
この方式は特に積層内に渦電流損が生ずる点で充
分なものでなく、しかも渦電流損は比較的高い温
度状態をもたらし、その結果として揮発性物質が
巻線から沸騰してベアリング表面上に凝縮する。
また、誘導モータは滑りが比較的大きく、ホイー
ルが電源と厳密に同期しない。この誘導モータを
用いた装置は電力消費が比較的多いという問題も
ある。

最近では、半径方向空隙型モータに硬質永久磁
石回転子を使用した永久磁石ジヤイロスピンモー
タが開発されている。この構造において、従来の
ヒステリシスモータとの主な相違はヒステリシス
回転子の代わりに硬質の磁気材料（例えばアルニ
コ）の滑らかなリングを使用していることであ
る。例を挙げると、GI―G6ジヤイロ（マサチユ
ーセツツ州Norwood在のノースロツプ・コーポレ
ーシヨンによつて製造された）ホイールモータの
ヒステリシスリングは、非磁気材料によつて支承
される多相固定子巻線と共に、アルニコ製の永久
磁石リングに置き換えることができる。更にこの
ようなモータの例は、マサチユーセツツ州
Cambridge在のCharles Stark Draper
Laboratory，Inc.の1976年６月報告書Ｒ―980に
D.E.Fultonによつて記載されている。この構造
では、永久磁石回転子は、例えば一定周波数で作
動する補助誘導モータにより、同期速度またはこ
れに近い速度で回転するように制御される。閉ル
ープ回路が、逆起電力の角度（永久磁石回転子の
位置を表わす）を連続的に検出して固定子磁界の
角度を連続的に制御することにより、固定子磁界
の振幅を制御し、これによつてモータを整流す
る。

閉ループ整流回路は回転子の位置に対する固定
子電流の周波数角度に従うので、逆起電力検出回
路を駆動するに充分な逆起電力を生成する任意の
周波数にて回転子に充分なトルクを与えることが
できる。この閉ループ構造では、トルク角は90゜
すなわち固定子と回転子との間の磁界角度差で作
動できる。

この方法は比較的効率がよく（例えば90％のオ
ーダー）、しかも固定子と回転子との間に強い磁
力を有する構造を回避するが、従来の半径方向空
隙型永久磁石モータは、構成部品の入手が相当に
困難な複雑な形態である。更に、公知の半径方向
空隙型永久磁石モータは、自由回転子（すなわち
２自由度）ジヤイロのためのホイールスピンモー
タのような応用にはあまり適していない。

本発明の目的は、比較的コンパクトな永久磁石
モータを用いた加速度計を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、軸方向空隙型永久
磁石モータ用いた加速度計を提供することであ
る。

本発明の更にもう一つの目的は、軸方向空隙型
永久磁石ホイールスピンモータを有する自由回転
子ジヤイロを用いた加速度計を提供することであ
る。

本発明の更にもう一つの目的は、入力軸まわり
の慣性モーメントに対するスピン軸まわりの慣性
モーメントの比が大きい永久磁石モータを用いた
加速度計を提供することである。

発明の概要 要約すると、本発明は軸方向空隙型永久磁石ホ
イールスピンモータを有する自由回転子（すなわ
ち２自由度）ジヤイロを用いた加速度計に関する
ものである。ここで用いられるジヤイロは、ジヤ
イロハウジングに取り付けられた固定子を備えて
いる。固定子は位相が90゜異なつた状態で巻かれ
た２組の直列接続コイルを有する。このようなコ
イル配置は軸方向空隙型永久磁石モータに関して
は、本出願前に知られていない各コイルの組は、
同じスピン基準軸（Ｚ軸）のまわりに環状に、且
つ、２つの（Ｘ及びＹ）入力軸によつて規定され
る平面に対し実質的に平行に配置される。Ｘ，Ｙ
及びスピン基準軸は相互に直交し共通の交点を有
する。各コイルの主軸はＺ軸に対し実質的に平行
である。

ジヤイロは更に、スピン軸のまわりに連続的に
回転すると共に２つの入力軸（Ｘ及びＹ軸）のま
わりに限定された回転移動をするホイールすなわ
ち回転子を備えている。回転子は環状の支持部材
内に１組の永久磁石を有し、その磁石はスピン軸
のまわりに実質上環状に配置される。環状の磁石
は、環状のコイルと実質的に同じ平均半径を有す
る。上記の組を構成する各磁石の磁気モーメント
はスピン軸に実質上平行で、これらの近接する磁
石の磁気モーメントは互いに逆向きである。

回転子は固定子に対し、環状の磁石が環状のコ
イルに近接するように配置される。その結果、磁
石からの磁束がコイルに結合される。

上記回転子は更に、コイルを通る磁束の回路を
完了させるため、磁束復路を形成するように配置
された比較的高い透磁率の磁気材料から成るリタ
ーンリング（すなわち背部の鉄）を備えている。
本発明に用いられるジヤイロの１つの態様によれ
ば、磁石はすべてコイルの一方の側にあり、リタ
ーンリングは、コイルから最も遠い磁石の極に結
合された第１の環状部分と、磁石から最も遠いコ
イル面に近接した第２の環状部分とを含んでい
る。また、上記回転子は、磁石に最も近いコイル
面と磁石それ自体との間、及び磁石から最も遠い
コイル面とリターンリングとの間に軸方向空隙を
形成するように配置される。この態様において、
コイルを通る磁束の復路は、そのコイルに近接し
た第１の磁石と、リターンリングの第２の部分
と、前記第１の磁石に近接した磁石と、この磁石
に近接したコイルと、リターンリングの第１の部
分とを含む。本発明に用いられるジヤイロのもう
一つの態様では、リターンリングは第１の部分と
第２の部分とを連結する第３の環状部分を有す
る。この態様において、コイルを通る磁束の復路
は、コイルに近接した第１の磁石と、リターンリ
ングの第２，第３、そして第１の部分とを含む。

本発明に用いられるジヤイロの好ましい態様に
おいては、回転子は球形のガスベアリングを介し
てジヤイロハウジングに結合される。この球形の
ベアリングを形成するため、回転子は、外側ベア
リング部材と、この外側ベアリング部材に取り付
けられた環状部材（前記磁石の組を支持する）と
を有する。外側ベアリング部材は中空で、且つ曲
率中心をＸ軸とＹ軸とＺ軸との交点に位置させた
実質的に球形の凹状内面（ホイツプル溝
（Whipple grooves）を含む）を有する。内側ベ
アリング部材は、外側ベアリング部材の内面より
半径が小さい実質的に球形の外面を有する。この
内側ベアリング部材は、その球面が外側ベアリン
グ部材の凹状内面の中に位置するように、シヤフ
ト（Ｚ軸と同軸）によつてジヤイロハウジングに
取り付けられる。この構造では、回転子がＺ軸の
まわりに連続的に回転可能で且つＸ軸とＹ軸のま
わりに転位し得る自由度を有するように、ガス媒
体が外側ベアリング部材の内面と内側ベアリング
部材の外面との間に供給される。

上記ジヤイロは更に、各コイルの組における逆
起電力を検出すると共に、検出した逆起電力に応
じて各コイルの組に交番電流を生じさせるための
制御信号を発生する回路を含む、２組のコイルの
ための励磁回路を備えている。電流は相対的に位
相が90゜シフトしており、各組のコイルに関して
検出された逆起電力と同相である。

上記ジヤイロはまた、ジヤイロハウジングに対
するＸ軸及びＹ軸まわりの回転子の転位量を検出
すると共に、その転位量を表わす均合い制御信号
を発生する検出回路を備えている。ハウジング部
材に連結されたトルク発生器が前記均合い制御信
号に応答して回転子にＸ軸及びＹ軸まわりのトル
クを与え、回転子を実質的にＸ―Ｙ平面内に維持
する（すなわち転位を零にする）。かくして、閉
ループサーボ回路が回転子のリムをＺ軸に垂直な
平面内に拘束する。回転子がＸ―Ｙ平面から転位
すると、前記検出回路が偏差信号を発生する。こ
の信号は従来どおり処理され、トルク発生器に加
えられる電流が、Ｘ―Ｙ平面に関して回転子に対
しホイール角モーメントとジヤイロハウジングの
入力角速度との積を相殺する方向にトルクを生じ
させる。サーボループは、偏差信号が零になるま
で回転子をＸ―Ｙ平面へ向けて駆動し続ける。偏
差信号が零になつたとき、スピン基準軸とスピン
軸は実質的に同軸である。

この構造により、慣性ホイールすなわち回転子
は軸方向空隙型永久磁石モータによつてスピン軸
（Ｚ軸）のまわりに同期速度まで駆動される。モ
ータは、例えば95％程度の高い電気効率を有す
る。固定子から回転子まで軸方向の磁気吸引力は
ないので、回転している回転子に作用する不確実
なトルクは最小である。更に、軸方向に短かく、
半径方向に幅が広く平たい“パンケーキ”形状の
軸方向空隙型モータにより、慣性極モーメントは
慣性スピンモーメントが慣性入力モーメントの２
倍という理想に近づき、これにより章動する傾
向、即ち回転子がＺ軸の周りを歳差運動する際
に、その回転軸が上下にわれたり、首を振る現象
を最適に抑制する。

上記ジヤイロには唯一の可動部品すなわち回転
子アセンブリがある。ジヤイロユニツト全体は密
封され、低粘性のガス、好ましくは水素が充填さ
れる。ガスはスピンベアリング支持のための流体
力学的な媒体となると共に、ジヤイロハウジング
の外壁に熱を伝達する働きがある。このようにし
て電気的巻線の全てが非有機的缶の中に封入され
るので、ベアリングの寿命を縮める汚染の原因と
なる有機材料の自由表面は存しない。

永久磁石（PM）モータは、ヒステリシスモー
タに悪影響を及ぼす外乱によつてそれほど影響さ
れない。PMモータの回転子は磁気的に硬質であ
るため、固定子の磁束と過渡的な電源変動につい
ては比較的高い許容度がある。また、固定子の構
造はヒステリシスモータの構造と比較して、鉄の
積層及びスロツトシールのいずれも不要であり、
単に位相のためのコイルアセンブリ及びコイル支
持体のみが必要であるという点で簡単である。代
表的には、心部には鉄がなく、従つてモータ効率
を低下させるコイル損失が最小である。PMモー
タのための磁気復路を形成する背部の鉄はジヤイ
ロホイールと同期した速度で回転する。従つて、
自由回転子には磁気抵抗効果が生じない。

閉ループサーボ構造において、永久磁石モータ
は比較的高い、例えば95％程度の効率を有するこ
とを特徴とする。このような高い効率は、トルク
角が90゜であるとき、与えられたトルクに対する
銅損が最小であることによるものである（本発明
によつて可能となつた）。これに対し、ヒステリ
シスモータは30゜またはこれより小さいトルク角
で作動するのが一般的である。要約すると、本発
明に用いられるのモータは従来のものと比較し
て、少ない重量及び電力（I²R）損失で所望のト
ルクを得るものである。本発明に係る加速度計
は、一組の直交軸に関して２つの振子ジヤイロお
よび１つの非振子ジヤイロをプラツトホームに取
り付けたもので、非振子ジヤイロは上記のジヤイ
ロと実質的に同じもので、一方振子ジヤイロは回
転子アセンブリが２つの軸に関して不平衡である
ことを除けば上記のジヤイロと同じである。

この直線加速度計は３つのジヤイロからそれぞ
れ出力されるジヤイロ信号に応答して、３つの基
準軸の各々に関するプラツトホームの加速度及び
角速度を表わす別々の出力信号を発生する計算手
段を備えている。

【図面の簡単な説明】

本発明の上述した目的及び他の目的、並びに本
発明のいくつかの特徴、更には本発明それ自体
も、添付図面を参照しての以下の説明から充分理
解されよう。

第１図は本発明に用いられる軸方向空隙型永久
磁石モータの具体的実施例を示す断面図である。
第２図は第１図の軸方向空隙型永久磁石モータの
ための具体的な制御系統を示すブロツクダイヤグ
ラムである。第３図は本発明の２軸加速度計を示
すブロツクダイヤグラムである。第４図は本発明
に用いられる軸方向空隙型永久磁石モータのもう
一つの好ましい態様を示す断面図である。

最良の形態の説明 第１図は、本発明に用いられる自由回転子ガス
ベアリングジヤイロ１０の具体的実施例を示す。
図示の態様では、スピン基準軸Ｚは鉛直軸２で示
され、第１の入力軸Ｘは符号４で示される一方、
図示されていない第２の入力軸Ｙは点６にてＺ軸
と交わつている。Ｘ，Ｙ及びＺ軸は相互に直交し
ている。

ジヤイロ１０は、円筒形の外側ケーシングすな
わちジヤイロハウジング１４を備えている。この
ハウジング１４には静止球体１６が固定して連結
されている。より詳細には、球体１６はこれに圧
入されたスタブシヤフト１８及び２０を介して支
承されている。シヤフト１８及び２０は、気密封
止された電気ピンヘツダー２８及び３０の凹部に
ナツト２２及び２４によつて固定されている。ヘ
ツダーは、外側ケーシング１４に溶着されたエン
ドハウジング３２及び３４を介して結合されてい
る。ジヤイロ１０の各構成要素への電気的接続
は、ヘツダー２８及び３０のコネクタピンによつ
てなされる。第１図にはピン３５〜３８が示され
ている。

ハウジング１４はこれに固定連結された固定子
アセンブリを含み、この固定子アセンブリは位相
が90゜異なつた状態で直列接続された２組のコイ
ルを含んでいる。以下ではこの２組のコイルをそ
れぞれ“位相Ａ”の組及び“位相Ｂ”の組と称す
る。この実施例においては、各組はスピン基準Ｚ
軸２のまわりに環状に配置された12個のコイルか
ら成る。第１図の断面図には４個のコイル（位相
Ａのコイル３９ａ，３９ｂと位相Ｂのコイル３９
ｃ，３９ｄ）が示されている。位相Ａのコイル３
９ａ及び３９ｂへの電気的接続は、それぞれピン
３７及び３８からのワイヤ３７ａ及び３８ａによ
つてなされている。

慣性ホイールすなわち回転子４０は上記球体１
６を包囲している。このホイールは、（第１図で
スピン基準軸と同軸のものとして示される）スピ
ン軸のまわりに連続回転し、且つ２つの入力軸の
まわりに転位するようになつている。ホイール４
０は、球体１６を包囲するように接合された帽子
状の部材４２及び４４によつて形成されている。
この実施例では、部材４２及び４４は、球形ベア
リングのための第１のベアリング面を形成する球
形の凹状内面を備えている。球体１６の外面は、
ガスベアリングのためのもう一つのベアリング面
を形成している。このホイールアセンブリは、従
来技術を用いた自動潤滑流体力学的ガスベアリン
グとして、ガスの薄膜の上でスピン軸のまわりに
回転するようになつている。この構造により、回
転しているホイールアセンブリによつて発生する
支持力は相当大きく、これに取り付けられた慣性
部材を非常に小さい摩擦で懸架し且つ拘束するも
のである。ホイールは、重力及び加速度が作用し
ている状態でのＸ軸、Ｙ軸及びスピン軸に沿う変
位が比較的小さい、例えば１ポンドの力に対し数
マイクロインチ程度であるように拘束される。ホ
イールと後述の環状要素部材及びリングによつて
形成される回転慣性要素の質量はガスベアリング
の剛性と比較して小さいので、回転慣性要素は球
体に接触している回転子を損ずることなく比較的
高い衝撃と一様な加速に耐えることができる。か
くして、ホイール４０はＸ軸、Ｙ軸及びスピン軸
に沿う直線運動に関しては非常に制限されるが、
スピン軸のまわりに連続的に回転することがで
き、更に、Ｘ軸及びＹ軸のまわりに限定された範
囲で回転することができる。従つて、この回転子
は慣性測定回転子要素のための２自由度要素を与
えるものである。

回転子４０の周縁部分４２ａ及び４４ａは、ス
ピン軸のまわりに実質上環状に支承される１組の
真円筒状の永久磁石（そのうちの２つが第１図に
符号４６と４８で示されている）のための支持部
を形成している。これらの１組の永久磁石は、そ
れらの磁気モーメントガスピン軸に対して実質上
平行であり、しかも近接し合う磁石は互いに逆向
きの磁気モーメントをもつように、かつ固定子ア
センブリの位相Ａおよび位相Ｂの環状コイルの下
に位置するようにスピン軸２のまわりに実質上環
状に支承される。回転子４０は更に、部分４２ａ
及び４４ａの周縁に取り付けられた比較的高い透
磁率のリターンリング部材５０，５１，５２を含
んでいる。このリターンリング部材５０は、各磁
石の一方の極の下に位置してこれに近接した第１
の部分５０と、磁石から最も離れた位相Ａのコイ
ル面の上に位置してこれに近接した第２の部分５
１と、第１の部分と第２の部分とを結合している
第３の部分５２とから成る実質上“Ｃ”字状の断
面形状を有する。

上記の部分４２ａ及び４４ａは、環状の磁石が
固定子アセンブリの位相Ａ及び位相Ｂの環状コイ
ルの下に位置するように上記磁石の組を支承して
いる。また、回転子４０のリターンリング部材５
０，５１，５２はコイル及び磁石と共に各磁石の
磁束の通路を形成するもので、この磁束通路は、
各磁石の一方の極からその磁石に最も近いリング
部材５０の部分を通り、リング部材５２，５１を
経てその磁石から最も遠い位相Ａのコイル面に入
り、位相Ａのコイルと位相Ｂのコイルを通つて磁
石に最も近い位相Ｂのコイルの面から出て磁石の
他方の極に至る磁気回路を構成している。

動作の際には、磁石から出た磁束は磁石の回転
に対して直角にコイルを通る。後に第２図を参照
して説明するように、固定子のコイルは前記ヘツ
ダー内の電気的接続を介して２相高周波電源によ
り励磁される。12個の磁石からの磁束は、12個の
位相Ａのコイルと12個の位相Ｂのコイルによつて
発生した２相回転磁界と相互作用し、回転子を電
源と同期して駆動する。

ジヤイロアセンブリ１０はまた、Ｘ軸及びＹ軸
まわりの回転子の転位量を検出するセンサアセン
ブリを備えている。第１図の実施例においては、
慣用形式の静電容量性センサ６０及び６２が、各
センサの最下端部の導電板とリング５１との間に
空隙があることを示す信号を発生し、これにより
回転子のＹ軸まわりの転位を表わす。センサ６０
及び６２からの信号はヘツダー２８のピン（図示
せず）に結合される。同様のセンサ（図示せず）
がＹ軸に沿つて配置され、Ｘ軸まわりの転位を検
出する。他の実施例として、センサは容量性ピピ
ツクオフではなく、光学的或いはホール効果ピツ
クオフを使用してもよい。

ジヤイロアセンブリ１０は更に、回転子の検出
転位量に応じて回転子を変化させるために電気的
強制装置（forcer）すなわちトルク発生器
（torquer）を備えている。第１図は、Ｙ軸まわり
の転位を零にするための一対のソレノイドトルク
発生器を示す。第１のトルク発生器は心７２のま
わりに巻かれたコイル７０を含み、第２のトルク
発生器は心７６のまわりに巻かれたコイル７４を
含む。コイル７０及び７４は（ヘツダー３０内の
ピンを介して）外部の慣用形のトルク均合いルー
プ回路（torque―to―balance―loop networks）
（図示せず）に結合されており、このトルク均合
いループ回路は（ヘツダー３０内のピンを介し
て）センサ６０及び６２にそれぞれ結合されてい
る。同様のトルク発生器（図示せず）がＹ軸に沿
つて配置され、上記と同様にトルク均合い回路を
介してＹ軸に沿つたセンサに結合されている。こ
れらの閉ループトルク均合い構造により、Ｘ軸及
びＹ軸まわりの回転子の転位量を連続的に零にす
ることができる。

動作の際には、ジヤイロ１０はハウジング１４
を取り付けた本体の角速度を測定する。速度はＸ
軸及びＹ軸に関するものである。ジヤイロ１０が
入力Ｘ軸及びＹ軸のまわりに運動するとき、次の
ような事象が生ずる。回転する回転子の角モーメ
ントが、ケーシング１４の受ける角速度と相互作
用する。その結果生ずるトルクが、回転子をＸ軸
とＹ軸のいずれか一方または両方に関して運動さ
せる。Ｘ軸及びＹ軸のセンサ（ハウジング１４に
取り付けられている）は、センサに対する回転子
４０の変位を表わす偏差信号を発生し、それらの
信号を外部のトルク均合い回路に印加する。その
結果得られた信号がトルク発生器に加えられ、リ
ング５０の磁気材料に作用する磁束を発生する。
いくつかの例としてトルク発生器へのフイードバ
ツク電流は交流、直流或いはアナログもしくはパ
ルスの形状でよい。

フイードバツク回路の閉ループサーボ作用がト
ルク発生器によつて発生するトルクを制御して、
ジヤイロ１０の回転によつて発生する回転子の歳
差運動トルクを相殺し、これにより回転中の回転
子がＺ（スピン基準）軸に垂直な平面内に維持さ
れるようにする。回転子の転位を零に保持するた
めに必要なトルク発生器の電流を表わす出力信号
は、ジヤイロ１０の出力として使用される。この
信号は、ジヤイロ１０がレートジヤイロとして作
用し且つ測定電流がハウジング１４の角速度に比
例するように測定され検出される。この実施例で
はトルク発生器は鉄心製であるが、他の例として
慣用のダルソンバール（Ｄ’Arsonval）トルク
発生器或いはマイクロシン（microsyn）トルク
発生器を使用することもできる。

第２図は、ジヤイロ１０の回転子スピンモータ
のための制御系統を示すブロツクダイヤグラム１
４０を示す。図においてモータは符号１４２で示
される。制御系統１４０は、逆起電力回復回路１
４４と、周波数／位相比較回路１４６と、制御電
流源７８と、120V直流電源８０と、位相Ａの
“Ｈ”スイツチ８４及び位相Ｂの“Ｈ”スイツチ
８６と、始動回路８８と、位相Ａの整流回路９２
及び位相Ｂの整流回路９４と、ガング形の制御ス
イツチ９６及び９８とで構成されている。

動作の際には、スイツチ９６及び９８を“通常
走行”モード位置（第２図に示す）に設定するこ
とにより、回復回路１４４が、位相Ａ及び位相Ｂ
の各コイルの電圧Ｅ_A及びＥ_Bと各コイルを流れる
電流Ｉ_A及びＩ_Bとから、位相Ａのコイルと位相Ｂ
のコイルの逆起電力（Ｅ_SA及びＥ_SB）を検出す
る。比較回路１４６は、Ｅ_SBをパルスに形成し得
られた信号を基準周波数信号f₀に位相固定するこ
とによつて速度偏差電圧Ｖ_SEを発生する。電流源
７８は、各Ｈスイツチに加えられる位相Ａ及び位
相Ｂのコイル駆動電流（Ｉ_DA及びＩ_DB）の大きさ
を制御して、速度偏差電圧（Ｖ_SE）に比例する振
幅をもつようにする。

逆起電力信号Ｅ_SA及びＥ_SBは整流回路９２及び
９４に印加される。整流回路９２及び９４はこれ
らの信号を使用して、位相Ａ及び位相Ｂの電流
（Ｉ_A及びＩ_B）が各コイルに90゜だけ磁束を生じ
させるようにＨスイツチ８４及び８６の作用を制
御することにより、モータ１４２を整流する。こ
れは、コイル電流を各コイルについて検出した逆
起電力と同じ位相になるように制御することによ
つて達成される。この回路構成によりモータは90
゜のトルク角度に整流される。

モード制御スイツチ９６及び９８を“始動”位
置に設定すると、始動時は逆起電力がないので始
動回路８８が回転子に対して初期駆動信号を供給
する。この始動回路８８は、デイジタル信号とし
て発生する周波数ランプを用いて回転子を比較的
低い速度、例えば公称運転速度の20％まで駆動す
る。この点で十分な逆起電力が生じ、制御系統１
４０を始動モードから通常モードへ切り換えるこ
とができる。

第３図は、本発明に係る直線加速度計１００を
ブロツク図で示すものである。この加速度計１０
０は、一組の直交軸X′，Y′，Z′、に関して振子状
にプラツトホームに取り付けられた２つの振子ジ
ヤイロ１０２及び１０４と１つの非振子ジヤイロ
１０６とを備えている。非振子ジヤイロ１０６は
第１図に示されたジヤイロ１０と実質的に同じも
ので、そのスピン基準軸はX′軸に一致させてあ
る。また、振子ジヤイロ１０２及び１０４は、回
転子アセンブリが２つの軸に関して振子型（すな
わち不平衡）であることを除けば第１図のジヤイ
ロ装置と同じである。この構成により、各ジヤイ
ロ１０２，１０４は２軸直線加速度センサとな
る。ジヤイロ１０２はそのスピン基準軸がZ′軸と
一致し、その回転子はX′軸及びY′軸に関して揺
動する。ジヤイロ１０４はそのスピン基準軸が
Y′軸と一致し、その回転子はX′軸及びZ′軸に関し
て揺動する。

好ましい実施例において振子回転子は、ジヤイ
ロ１０の部分４２及び４４に対応する回転子部分
を密度が異なる材料からつくることによつて形成
される。この構成によれば、回転子はジヤイロ１
０２に関してはX′軸及びY′軸に沿う直線加速度
を感知し、ジヤイロ１０４に関してはX′軸及び
Z′軸に沿う直線加速度を感知する。３つのジヤイ
ロ１０２，１０４及び１０６の全てにおいて、回
転子位置センサ、トルク均合い回路及びトルク発
生器はジヤイロ１０の対応する各構成要素と実質
的に同一である。

上記加速度計１００は、以下で詳細に説明する
如く出力信号を計算して発生するようにプログラ
ムされたコンピユータ１０８を備えている。

第３図の態様において、２つの振子ジヤイロ１
０２及び１０４と非振子ジヤイロ１０６は同時に
作動する。ジヤイロ１０２及び１０４は、与えら
れた直線加速度の方向に関して出力信号の加速度
部分の符号が互いに反対である（すなわちジヤイ
ロ１０２と１０４は互いに逆の極性を有する）よ
うに配置される。この配置により、振子ジヤイロ
１０２は、X′軸及びY′軸に沿う加速度計１００
の直線加速度Ａ_X ^＋及びＡ_X ^＋を表わす信号、並び
にX′軸及びZ′軸まわりの加速度計１００の角速度
（Ｗ_X及びＷ_Y）を表わす信号を発生する。振子ジ
ヤイロ１０４は、X′軸及びZ′軸に沿う加速度計１
００の直線加速度Ａ_Y ⁻及びＡ_Y ⁻を表わす逆符号
の信号、並びにX′軸及びZ′軸まわりの加速度計１
００の角速度（Ｗ_X及びＷ_Z）を表わす信号を発生
する。非振子ジヤイロ１０６は、Y′軸及びZ′軸ま
わりの加速度計１００の角速度（Ｗ_Y及びＷ_Z）を
表わす出力信号を発生する。これらのジヤイロ１
０２，１０４及び１０６からの出力信号はコンピ
ユータ１０８に印加される。コンピユータ１０８
はこれらの信号に応じて慣用のマトリクス計算を
実行し、X′軸、Y′軸及びZ′軸に関する角速度成分
と加速度成分とを分離して同定する。従つて、第
３図の態様は最小の吊下げ形態で一緒に設置する
ことができる非振子２軸ジヤイロ１０６と２つの
振子２軸ジヤイロ１０２及び１０４（極性は互い
に反対）とから成る３センサ吊下げパツケージを
形成するものである。この態様は、加速度感知素
子または回転子ないしホイールが、相対的に低い
ノイズの流体力学的ガスベアリング上に懸架さ
れ、しかも振子要素を妨害する固有の磁気吸引力
をもたないモータによつて駆動されるという点
で、従来技術を改良したものである。従つて低レ
ベルの加速度測定に関しより高い可能性が得られ
る。

第４図は、本発明に用いられるジヤイロ１０の
もう一つの実施例１２０を示すものである。図に
おいて、第１図に示された構成要素に対応するも
のは同じ符号で示されている。基本的には、第４
図の実施例は、Ｘ軸とＹ軸によつて規定されるＸ
―Ｙ平面に関して実質的に対称である。固定子は
ジヤイロ１０と同様に２組の直列コイルを備え、
各組のコイルはＺ（スピン基準）軸に関して環状
に配置されると共に２組のコイルは位相が90゜異
つた状態で配置されている。この実施例では、第
４図に示すように、位相ＡのコイルはＸ―Ｙ平面
の上方にあり、位相ＢのコイルはＸ―Ｙ平面の下
方にある。第４図にはコイル３９ａ〜１９ｄが示
されている。

ジヤイロ１２０は２組の真円筒状永久磁石を備
えており、各組の磁石はスピン軸のまわりに環状
に配置されている。この実施例では、各組は同数
の磁石から成る。各磁石の磁気モーメントはスピ
ン軸に平行であり、各組の中で近接し合う磁石の
モーメントは互いに逆向きである。部材４４の部
分４４ａは、位相Ａのコイルと環状の比較的高い
透磁率のリターンリング部材１２６との間で一組
の磁石を支承し、部材４２の部分４２ａは、位相
Ｂのコイルと環状の比較的高い透磁率のリング部
材１２４との間でもう一組の磁石を支承してい
る。部分４２ａ及び４４ａは、一つの組の各磁石
が他の組の対応する磁石と同軸で、しかも対応す
る磁石の対が同じ方向に磁気モーメントをもつよ
うに磁石を支承している。第４図の断面図には磁
石１２７〜１３０が示されている。この形態によ
り、磁束通路が１つの磁石から延びて位相Ａ及び
位相Ｂのコイルを通り、更には他の磁石と、これ
に近接したリターンリングの部分と、近接する磁
石―コイル―磁石の組合せと、もう１つのリター
ンリングの部分とを通つて、元の磁石に戻る磁気
回路が形成される。

ジヤイロ１２０はまた、コイル７０及び７４
（並びに対応する心７２及び７６）によつて形成
されるトルク発生器に加えて、コイル１３２（及
び対応する心１３４）とコイル１３６（及び対応
する心１３８）とによつて形成されるトルク発生
器を有し、更にはＹ軸に沿つて対応するトルク発
生器（第４図には図示せず）を備えている。ま
た、ジヤイロ１２０はＸ軸及びＹ軸まわりの回転
子の角度変位を表わす信号を発生するためのセン
サをも備えている。例を挙げれば、これらのセン
サは回転子と固定子の対向する表面上に付着せし
められた薄膜状のピツクオフを有するブリツジ構
造にすることができる。

全体として第４図の形態はジヤイロ１０と類似
の方法で作動するが、ジヤイロ１２０は第１の形
態のトルク発生能力の２倍の能力を有する。ジヤ
イロ１２０が対称的な形態であるため、種々の不
確実なパラメータが平均化され別個の断片的な部
品はほとんど不要である。

本発明は、その精伸または本質的特徴から離れ
ることなく他の特定態様で実施することができ
る。従つて、上述した実施例は全ての点において
例示であつて、限定的なものではなく、本発明の
範囲は上述した説明ではなく請求の範囲の記載に
よつて定められる。そして請求の範囲の記載及び
均等な範囲に入る変形はすべて本発明の範囲に含
まれるものである。