(57)【要約】【課題】  小型化が可能なジャイロセンサを提供する。【解決手段】  ジャイロセンサは、互いに直交する３つの制御軸の交点Ｏを挟んで各制御軸上に対向状に配置された３対の電磁石1a,1b,1c,1d,1e,1fと、これらの電磁石の間に配置された磁気により浮上可能な球体2と、球体2を１平面上で公転させるように電磁石を制御する電磁石制御装置と、球体2の軌跡を検出する軌跡検出装置とを備えている。球体2の公転の軌道を仮想ディスクとみなし、球体2の軌跡より角速度を検出するようになされている。【選択図】  図１
2010145154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する３つの制御軸の交点を挟んで各制御軸上に対向状に配置された３対の電磁石と、これらの電磁石の間に配置された磁気により浮上可能な球体と、球体を１平面上で公転させるように電磁石を制御する電磁石制御装置と、球体の軌跡を検出する軌跡検出装置とを備えており、球体の公転の軌道を仮想ディスクとみなし、球体の軌跡より角速度を検出するようになされていることを特徴とするジャイロセンサ。
【請求項２】
互いに直交する３つの制御軸の交点を挟んで各制御軸上に対向状に配置された３対の電磁石と、これらの電磁石の間に配置された磁気により浮上可能な球体と、球体を１直線上で振動させるように電磁石を制御する電磁石制御装置と、球体の軌跡を検出する軌跡検出装置とを備えており、球体の振動の軌道を仮想シャフトとみなし、球体の軌跡より角速度を検出するようになされていることを特徴とするジャイロセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、角速度の検出に用いられるジャイロセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ジャイロセンサとして、ディスク状のロータが４対の電磁石を備えた制御型磁気軸受により非接触支持されて内蔵型電動モータにより回転させられるようになったものが提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３１２１３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のジャイロセンサでは、慣性モーメントの大きいディスク状の大型のロータと、ロータを支持する４対の電磁石と、ロータを回転駆動する電動モータが必要であり、小型化が困難である。
【０００４】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、小型化が可能なジャイロセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明によるジャイロセンサは、互いに直交する３つの制御軸の交点を挟んで各制御軸上に対向状に配置された３対の電磁石と、これらの電磁石の間に配置された磁気により浮上可能な球体と、球体を１平面上で公転させるように電磁石を制御する電磁石制御装置と、球体の軌跡を検出する軌跡検出装置とを備えており、球体の公転の軌道を仮想ディスクとみなし、球体の軌跡より角速度を検出するようになされていることを特徴とするものである。
【０００６】
物体を１平面上で公転させた場合、その公転の軌道をジャイロの仮想ディスクとみなすことができる。そして、軌跡検出装置で物体の軌跡を検出することにより、仮想ディスクである軌道の傾きを検出することができ、この傾きから角速度を求めることができる。同様に、角加速度を検出することもできる。
【０００７】
この発明によるジャイロセンサは、また、互いに直交する３つの制御軸の交点を挟んで各制御軸上に対向状に配置された３対の電磁石と、これらの電磁石の間に配置された磁気により浮上可能な球体と、球体を１直線上で振動させるように電磁石を制御する電磁石制御装置と、球体の軌跡を検出する軌跡検出装置とを備えており、球体の振動の軌道を仮想シャフトとみなし、球体の軌跡より角速度を検出するようになされていることを特徴とするものである。
【０００８】
物体を１直線上で振動させた場合、その振動の軌道をジャイロの仮想シャフトとみなすことができる。そして、軌跡検出装置で物体の軌跡を検出することにより、仮想シャフトである軌道の傾きを検出することができ、この傾きから角速度を求めることができる。同様に、角加速度を検出することもできる。
【０００９】
いずれの発明の場合も、３対の電磁石、球体および軌跡検出装置によってジャイロセンサを構成することができ、小型化が可能である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、上記のように、ジャイロセンサの小型化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１はジャイロセンサの機械的構成の主要部の１例を示す斜視図、図２は同電気的構成の主要部の１例を示すブロック図である。
【００１３】
図１において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する３つの制御軸を示している。この例では、Ｚ軸が上下方向、Ｘ軸およびＹ軸が水平方向となっている。
【００１４】
ジャイロセンサは、３つの制御軸の交点Ｏを挟んで各制御軸上に対向状に配置された３対の電磁石(1a)(1b)(1c)(1d)(1e)(1f)と、これらの電磁石(1a)〜(1f)の間に配置された磁気により浮上可能な球体(2)と、電磁石制御装置(3)と、球体(2)の軌跡を検出する軌跡検出装置(4)とを備えている。電磁石は、符号(1)で総称する。
【００１５】
各電磁石(1)は、軸心がＺ軸と平行なコイル部(5)を備えている。Ｚ軸電磁石(1e)(1f)のコイル部(5)は、Ｚ軸上の交点Ｏの上下に配置されており、上側Ｚ軸電磁石(1e)のコイル部(5)の下端および下側Ｚ軸電磁石(1f)のコイル部(5)の上端が磁極となっている。Ｘ軸電磁石(1a)(1b)のコイル部(5)は、下側Ｚ軸電磁石(1f)のコイル部(5)を挟んでＸ軸方向に配置されている。下側Ｚ軸電磁石(1f)およびＸ軸電磁石(1a)(1b)のコイル部(5)の下端同士がＸ軸方向にのびるＸ−Ｚ軸用電磁石鉄心(6)で連結されている。各Ｘ軸電磁石(1a)(1b)の上端にＸ軸方向にのびるＸ軸用電磁石鉄心(7)が固定され、Ｘ軸上で対向するＸ軸用電磁石鉄心(7)の先端部が磁極となっている。Ｙ軸電磁石(1c)(1d)のコイル部(5)は、上側Ｚ軸電磁石(1e)のコイル部(5)を挟んでＹ軸方向に配置されている。上側Ｚ軸電磁石(1e)およびＹ軸電磁石(1c)(1d)のコイル部(5)の上端同士がＹ軸方向にのびるＹ−Ｚ軸用電磁石鉄心(8)で連結されている。各Ｙ軸電磁石(1c)(1d)の下端にＹ軸方向にのびるＹ軸用電磁石鉄心(9)が固定され、Ｙ軸上で対向するＹ軸用電磁石鉄心(9)の先端部が磁極となっている。
【００１６】
球体(2)は、磁性材料製で、３対の電磁石(1)の磁極の間に配置され、電磁石(1)の磁気吸引力によって交点Ｏ近傍に浮上するようになっている。
【００１７】
軌跡検出装置(4)は、３組のセンサユニット(10a)(10b)(10c)および演算部(11)を備えている。センサユニットは、符号(10)で総称する。Ｘ軸センサユニット(10a)は、球体(2)のＹ−Ｚ平面内における軌跡を検出するためのもので、球体(2)を挟んでＸ軸上に対向状に配置された発光部と受光部とからなる。同様に、Ｙ軸センサユニット(10b)は球体(2)のＸ−Ｚ平面内における軌跡を、Ｚ軸センサユニット(10c)は球体(2)のＸ−Ｙ平面内における軌跡を検出するためのものである。演算部(11)は、３組のセンサユニット(10)の受光部の出力から球体(2)の上記３つの平面内における軌跡を求め、それから球体(2)の３次元空間における軌跡を求める。
【００１８】
電磁石(1)およびセンサユニット(10)は、図示しないケーシング内に固定されている。
【００１９】
図３は、第１実施形態における球体(2)の軌跡を示したものである。
【００２０】
第１実施形態では、電磁石制御装置(3)は、球体(2)が１平面上で公転するように、電磁石(1)の励磁電流を制御する。この例では、球体(2)はＸ−Ｙ平面上で公転する。軌跡検出装置(4)は、球体(2)の公転の軌道を仮想ディスクととみなし、球体(2)の軌跡より角速度を検出する。
【００２１】
球体(2)を１平面上で公転させた場合、その公転の軌道をジャイロの仮想ディスクとみなすことができる。そして、軌跡検出装置(4)で球体(2)の軌跡を検出することにより、仮想ディスクである軌道の傾きを検出することができ、この傾きから角速度を求めることができる。同様に、角加速度を検出することもできる。
【００２２】
図４は、第２実施形態における球体(2)の軌跡を示したものである。
【００２３】
第２実施形態では、電磁石制御装置(3)は、球体(2)を１直線上で振動させる。この例では、Ｚ軸上で振動させる。軌跡検出装置(4)は、球体(2)の振動の軌道を仮想シャフトとみなし、球体(2)の軌跡より角速度を検出する。
【００２４】
球体(2)を１直線上で振動させた場合、その振動の軌道をジャイロの仮想シャフトとみなすことができる。そして、軌跡検出装置(4)で球体(2)の軌跡を検出することにより、仮想シャフトである軌道の傾きを検出することができ、この傾きから角速度を求めることができる。同様に、角加速度を検出することもできる。
【００２５】
ジャイロセンサの全体構成あるいは各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、この発明の実施形態を示すジャイロセンサの主要部の斜視図である。
【図２】図２は、ジャイロセンサの電気的部分の構成の１例を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１実施形態における球体の軌跡を示す説明図である。
【図４】図４は、第２実施形態における球体の軌跡を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
(1a)(1b)(1c)(1d)(1e)(1f)    電磁石
(2)    球体
(3)    電磁石制御装置
(4)    軌跡検出装置
【図１】
2010145154.tif 000003
【図２】
2010145154.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010145154.tif 000006