JPS595844B2 - ジャイロスコ−プ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はジャイロスコープ装置に係り、特に「フリーロ
ータージャイロスコープ」と普通称される型式のジャイ
ロスコープに係る。

フリーロータージャイロスコープは、自在継手により駆
動軸に連結された割に大きくて重Ｇ和−ターを有し、該
継手はローターと軸との間の相対的傾斜を許すものであ
り、該ジャイロスコープはよく知られている。

ローターが高速で回転すると、駆動軸の回転軸線に垂直
な２つの軸線のまわりの駆動軸の運動にも拘らず空間中
で一定の方位を維持しようとする。

ローターと駆動軸との相対的位置の変動は、特定の整列
のための定常信号の形で適当なピックオフ装置により測
定できる。

若しこの定常信号がローターの特定のふれ即ちローター
がその回転軸線に垂直な一平面内にある状態からの特定
のふれを示すならば、この零位置は零のピックオフ出力
を与えるように配置されなければならない。

このため、ピンクオフを調整する必要が生じ、この手続
きは時間を要しまた電気部品を要して高価となる。

本発明の目的は、従来のものよりも簡単なピンクオフ装
置をもつフリーローター型式のジャイロスコープ装置を
提供することである。

本発明によるジャイロスコープは、回転自在の軸と、こ
の軸の回転軸線に直交する軸線のまわりに該軸に対して
制限付回転ができるように可撓吊り具により該軸に取つ
けられるジンバルと、該軸の回転軸線及びジンバルの回
転軸線に垂直な軸線のまわりにジンバルに対して制限付
回転ができるように可撓吊り装置によりジンバルに取つ
けられるローターと、ジンバルと共に回転できジンバル
から離れていてかつジンバルのその吊り軸線のまわりの
回転運動に応動してこの回転運動の向きと大きさを表わ
す出力信号を送り出すピンクオフ装置とを含む。

成るべくは、ピンクオフ装置はジンバルの両側に導電性
の部分を設け、ジンバルに直流有極電圧を加えるのがよ
い。

次に図面について本発明の詳細な説明する。

第１図において、本発明のジャイロスコープは、ジンバ
ル１１の直径のまわりに取つけられる環状のローター１
０を有する。

ジンバル自身はベース板１２に対する垂直な軸線のまわ
りに駆動し、この板は回転自在の軸１３に固定される。

軸１３は、軸受１４中に支持され、かつジャイロ回転モ
ータの回転子１５を担持する。

ジンバルの上方と下方に導電板１６，１７を取りつけ、
これらの板は、ベース板１２に確保され、したがってベ
ース板と共にまたジンバルと共に回転できる。

ローターとジンバルを蔽うためカバー１８をベース板１
２にとりつける。

この包囲体は普通排気されかつ密封される。

上記の導電板１６の各々は直径方向に対立する下方の導
電板１７に接続され、各対の導電板はジャイロスコープ
本体中のみぞ２１，２２の中に回転する２つの別の金属
リング１９，２０に接続される。

これらのみぞは導電性材料で裏張りされ、この裏張り部
分は後述のように回路に接続される。

ジャイロスコープの本体はまた、前記モータの固定子２
３及びピンクオフ２４を担持し、後者は軸１３とジンバ
ル１１との角度位置を示すのに使用される。

直流有極電圧を加えるための電気結線はブラシ２５を経
て回転組立体に結ばれる。

第２，３図はジャイロスコープの主要部の構造を詳細に
示す。

ジンバル１１は交差したばね吊り具２６によりベース板
１２上に支持され、この吊り具は軸線２７（第３図）ま
わりの旋回をジンバルに許す。

同じような吊り具がローター１０の２つの支持部２８を
与えるため使用され、これによりジンバル１１に対する
軸線２９まわりの旋回が許される。

上方及び下方の導電板１６．１７はセラミック板上に沈
積された導電性金属の層を有する。

下方の板１７の各々は別々の阻止コンデンサＣＢを経て
リング１９．２０の１つに接続される。

これらのリングはそれぞれのみぞ２１，２２と接触しな
い。

この２つの間の容量性継手により電気的出力が伝えられ
る。

直流有極電圧は結線３０及び２つのフィーダ抵抗体Ｒを
経て２対の導電板１６．１７に加えられる。

さらに、上方の導電板はブーツストラップコンデンサＣ
Ｆを介して互いに接続される。

第４図は電気結線とジャイロスコープ部品とを示す。

ローター１０とジンバル１１はセラミック板に対し変位
した位置に示される。

ジンバル１１は丁番２６及び軸受１４によりジャイロス
コープの本体に接続（即ち接地）される。

直流有極電圧ｖＰは可変抵抗ＶＲにより調節されてフィ
ーダ抵抗体Ｒを経て導電板１６，１７に加えられる。

ブーツストラップコンデンサＣＦは図示のように接続さ
れる。

各対の導電板は阻止コンデンサＣＢを経て第４図にコン
デンサＣ８で表わされる別々の容量性スリップリングに
接続される。

これらのリングは緩衝増幅器Ａに接続され、゛その出力
は差動回路りに結ばれ、これが出力Ｖｏを与える。

機械的にはジャイロスコープは周知のように作動する。

ジャイロ回転モータは軸１３をまわし、したがってジン
バル、ローター及び関連部分を適当な高速でまわす。

ローター１０は空間中一定の方位を保つ傾向を有し、し
たがってジャイロスコープ本体が変位すれば、この変位
はジンバル１１をベース板１２に対し振動させる。

各対の導電板１６．１７はコンデンサを形成し接地され
たジンバルは各コンデンサの電極の間を移動する。

これらのコンデンサはフィーダ抵抗Ｒを経て電圧ｖＰか
ら充電され、この抵抗はコンデンサの充電が衰えるのを
防止する程高い値である。

阻止コンデンサＣＢは直流電圧がスリップリングに加え
られるのを防止する。

ジンバルが導電板１６．１７に対し、実際の距離がいく
らであっても、静止的であると、ジャイロスコープから
の出力はない。

然し、ローターが片よるとき、ジンバルは軸１３の回転
周波数に等しい周波数で振動する。

それ故、接地されたジンバルはコンデンサの電極板の間
を正弦波で移動して直流有極電圧の交流変調を生ずる。

出力電圧Ｖ。は次式により与えられる。

Ｖｏ＝θｘＣＯ５ωｔ＋θｙ ３１１１ Ｑ） ｊここ
に、θＸとθｙはジャイロスコープのケースに対する垂
直軸線のまわりのローターの角度変位であり、ωは回転
速度である。

この信号は、ピンクオフ２４から得られる軸の角度位置
を示すタイミング信号の助けによりＸとＹの成分に分解
できる。

このピンクオフ装置は、ジンバルの振動を検知すること
により作動し、ジャイロスコープの外部に容量的に接続
できる交流信号を生ずる。

このことは公知の装置よりも明らかに満足すべきことで
あり、公知のものでは、ローターの定常変位を検知しか
つジャイロ回転部分から出力を引き出すには交流の励起
電圧を要するからである。

加えて、上記のピンクオフ装置はジンバル位置の初期誤
差には応動せず、この誤差を排除するには及ばない。

同じように、回転部分の位置に徐々に変化があっても誤
差を生じない。

直流有極電圧の使用はさらに、ジンバル１１を支持する
吊り丁番２６のかたさを静電的に除くという点で有利で
ある。

ばねのよたさの一部削除が有利であることは公知であり
、その有利さは、比較的かたいばねは通常ばねが及ぼす
大きな回復トルクなしに重いローターを支持できるとい
う点にある。

直流有極電圧の値を調節することによってばねのトルク
を全部なくすることは可能である。

ブーツストラップコンデンサＣＦは、コンデンサ回路中
の全電荷がジンバル振動の際該回路の一方の側から他方
へ電荷の移転を許しながら一定のままであることを保証
するのに必要である。

これにより交流変調が生ずる。

コンデンサＣＦは、静電減少ばねかたさが導電板１６．
１７により形成されるピンクオフコンデンサ間の小さい
電圧変化によって影響されないことを保証する。

既述のように、ピックオフ装置からの出力は、ｖｏ−θ
ＸＣＯ３ωｔ＋θｙ Ｓｉｎ Ｑ） ｔの形で表わされ
、この出力はジャイロ・ケースに対するローターの角度
変位θＸとθｙを与えるように処理されなければならな
い。

出力信号は回転周波数ωの積の形での望ましくないノイ
ズ成分を含むかもしれないが、この成分はできれば抑止
すべきである。

望ましい成分だけを得る最も便利な方法は、ローター回
転周波数ωで９０度離れた位相に固定される２つの３レ
ベル位相感知整流器を使用することである。

第５図は第４図の代用回路を示し、ジンバル１１は、ベ
ース板１２から絶縁され、有極電圧ＶＰを加えられる。

阻止コンデンサＣＢはもはや不要で略され、抵抗体Ｒは
電導板上の平均電位をベース板と同じレベルに保つため
漏れ抵抗を生ずるよう接地される。

【図面の簡単な説明】

第１図はジャイロスコープの側面概略図、第２図はその
一部の断面図、第３図は第２図の３−３方向の平面図、
第４図はピックオフを含む回路図、第５図は代わりの回
路の図である。 １０・・・・・・ローター、１１・・・・・・ジンバル
、１２・・・・・・ベース板、１３・・・・・・軸、１
６，１７・・・・・・導電板、２６・・・・・・ばね吊
り具、ＣＢ・・・・・・阻止コンデンサ、ＣＦ・・・・
・・ブーツストラップコンデンサ、Ｃ８・・・・・・コ
ンデンサ、ＶＰ・・・・・・直流有極電圧。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転自在の軸と、この軸の回転軸線に直交する軸線
   のまわりに該軸に対して制限付回転ができるように可撓
   吊り具により該軸に取つけられるジンバルと、ジンバル
   回転軸線に直交する軸線のまわりにジンバル゛に対して
   制限付回転ができるように可撓吊り装置によりジンバル
   に取つけられるローターと、ジンバルと共に回転できジ
   ンバルから離れていてかつジンバルのその吊り軸線のま
   わりの回転運動に応動してこの回転運動の向きと大きさ
   を表わす出力信号を送り出すピックオフ装置とを含むこ
   とを特徴とするジャイロスコープ装置。 ２ ピックオフ装置が、２対の導電性板と、一方の対の
   各板とこれに向き合う他方の対の板との間の電気結線と
   、これら２対の接続された板相互の間のコンデンサとか
   ら成り、該導電性板はジンバルがその吊り軸線のまわり
   に回転するとき各対の板の間で制限的に自由に移動でき
   るようにジンバルの両側に配置されている特許請求の範
   囲第１項記載の装置。 ３ ジンバルが回転軸に電気的に接続され、コンデンサ
   の両端と直流有極電圧源との間に接続された２つのフィ
   ーダ抵抗体が含まれ、ピンクオフ出力が阻止コンデンサ
   により２対の接続された板から得られる特許請求の範囲
   第２項記載の装置。 ４ ジンバルが回転軸から電気的に絶縁されかつ直流有
   極電圧源に接続され、コンデンサの各端が抵抗体を経て
   回転軸に接続され、ピックオフ出力が２対の接続された
   板から直接得られる特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５ ピックオフ出力を回転自在のピックオフ装置からジ
   ャイロスコープの本体に移す１対の容量性スリップリン
   グを含む特許請求の範囲第３項または第４項記載の装置
   。 ６ 最初の可撓吊り具により加えられるトルクの少くと
   も一部を相殺するため直流有極電圧を調節する装置を含
   む特許請求の範囲第３項、第４項または第５項記載の装
   置。