JPH0587512A - 多変位検出装置 - Google Patents
多変位検出装置Info
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- JPH0587512A JPH0587512A JP3273176A JP27317691A JPH0587512A JP H0587512 A JPH0587512 A JP H0587512A JP 3273176 A JP3273176 A JP 3273176A JP 27317691 A JP27317691 A JP 27317691A JP H0587512 A JPH0587512 A JP H0587512A
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- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
- G01D5/147—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the movement of a third element, the position of Hall device and the source of magnetic field being fixed in respect to each other
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- G—PHYSICS
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
- G01B7/31—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
- G01B7/312—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes for measuring eccentricity, i.e. lateral shift between two parallel axes
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
- G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
- G01D5/2046—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、小型であって構造が簡単な
多変位検出装置を提供する。 【構成】 レゾルバロータ１６は可動方向に連続する凹
凸の面を有している。ステータコア１７には前記凹凸の
面に対向し、前記可動方向の変位の正弦値に比例した出
力成分を有し、かつ、前記凹凸の面とのギャップ変位に
比例して振幅が変調される信号を出力する複数のセンサ
が配置されている。演算回路は前記複数のセンサからの
出力信号を入力し、前記可動部の可動方向の変位と他の
１つ以上の変位を出力する。
多変位検出装置を提供する。 【構成】 レゾルバロータ１６は可動方向に連続する凹
凸の面を有している。ステータコア１７には前記凹凸の
面に対向し、前記可動方向の変位の正弦値に比例した出
力成分を有し、かつ、前記凹凸の面とのギャップ変位に
比例して振幅が変調される信号を出力する複数のセンサ
が配置されている。演算回路は前記複数のセンサからの
出力信号を入力し、前記可動部の可動方向の変位と他の
１つ以上の変位を出力する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械等の主軸の回
転変位やラジアル変位等の複数の変位を同時に検出でき
る多変位検出装置に関する。
転変位やラジアル変位等の複数の変位を同時に検出でき
る多変位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の工作機械等の磁気軸受を用いたビ
ルトインモータ内蔵の主軸に用いられる多変位検出装置
では、モータの回転速度や位置制御のための回転変位セ
ンサと、磁気軸受による主軸のラジアル方向の位置制御
のためのラジアル変位センサ等の複数のセンサを必要と
している。図７は従来の多変位検出装置が組込まれた磁
気軸受を用いたビルトインモータ内蔵の主軸の一例をモ
デル化した斜視図である。軸１にはモータ部２、スラス
ト磁気軸受部３、ラジアル磁気軸受部４、５及びモータ
部２の回転制御のためのロータ部回転変位検出用のレゾ
ルバ６が装着されている。そして、軸１の端面にはスラ
スト磁気軸受部３の制御のためのスラスト変位センサ
７、８が装着され、軸１の側面にはラジアル磁気軸受部
５の制御のためのラジアル変位センサ９、１０及びラジ
アル磁気軸受部４の制御のためのラジアル変位センサ１
１、１２、１３、１４が装着されている。
ルトインモータ内蔵の主軸に用いられる多変位検出装置
では、モータの回転速度や位置制御のための回転変位セ
ンサと、磁気軸受による主軸のラジアル方向の位置制御
のためのラジアル変位センサ等の複数のセンサを必要と
している。図７は従来の多変位検出装置が組込まれた磁
気軸受を用いたビルトインモータ内蔵の主軸の一例をモ
デル化した斜視図である。軸１にはモータ部２、スラス
ト磁気軸受部３、ラジアル磁気軸受部４、５及びモータ
部２の回転制御のためのロータ部回転変位検出用のレゾ
ルバ６が装着されている。そして、軸１の端面にはスラ
スト磁気軸受部３の制御のためのスラスト変位センサ
７、８が装着され、軸１の側面にはラジアル磁気軸受部
５の制御のためのラジアル変位センサ９、１０及びラジ
アル磁気軸受部４の制御のためのラジアル変位センサ１
１、１２、１３、１４が装着されている。
【０００３】図８は図７のラジアル変位センサ１１、１
２、１３、１４の構造例を示す図、図９は図７のレゾル
バ６の構造例を示す図、図１０はラジアル変位センサと
レゾルバとこれらの検出信号を多数の演算器によって変
位量に変換する検出回路から成る従来の多変位検出装置
の一例を示すブロック図である。２つの歯を持ち、珪素
鋼板等の磁性体から成るＣ型コア２１、２２、２３、２
４は円筒状の珪素鋼板等の磁性体１５が嵌着された軸１
の回りを９０度おきに等間隔に、かつ各々の歯が軸１の
中心を向くように配置されている。Ｃ型コア２１、２
２、２３、２４の一方の歯にそれぞれ巻装された１次巻
線３１、３２、３３、３４は直列に接続され、交流発信
器２９からの交流信号ＥＸにより励磁されている。Ｃ型
コア２１、２２、２３、２４の他方の歯にそれぞれ巻装
された２次巻線２５、２６、２７、２８のうち対向する
２５と２７、２６と２８は各々の接続相手の出力信号の
位相が逆向きになるように直列接続されている。
２、１３、１４の構造例を示す図、図９は図７のレゾル
バ６の構造例を示す図、図１０はラジアル変位センサと
レゾルバとこれらの検出信号を多数の演算器によって変
位量に変換する検出回路から成る従来の多変位検出装置
の一例を示すブロック図である。２つの歯を持ち、珪素
鋼板等の磁性体から成るＣ型コア２１、２２、２３、２
４は円筒状の珪素鋼板等の磁性体１５が嵌着された軸１
の回りを９０度おきに等間隔に、かつ各々の歯が軸１の
中心を向くように配置されている。Ｃ型コア２１、２
２、２３、２４の一方の歯にそれぞれ巻装された１次巻
線３１、３２、３３、３４は直列に接続され、交流発信
器２９からの交流信号ＥＸにより励磁されている。Ｃ型
コア２１、２２、２３、２４の他方の歯にそれぞれ巻装
された２次巻線２５、２６、２７、２８のうち対向する
２５と２７、２６と２８は各々の接続相手の出力信号の
位相が逆向きになるように直列接続されている。
【０００４】このように構成されたラジアル変位センサ
１１、１２、１３、１４では、軸１の位置の変位による
Ｃ型コア２１、２２、２３、２４と円筒状の磁性体１５
とのエアーギャップの変化にともなって磁気抵抗が変化
する。この磁気抵抗の変化による２次巻線２５、２６、
２７、２８の出力信号Ｘｐ、Ｙｐ、Ｘｎ、Ｙｎは軸１の
Ｘ、Ｙ方向の変位ｄＸ、ｄＹによって数１〜数４で表わ
される。
１１、１２、１３、１４では、軸１の位置の変位による
Ｃ型コア２１、２２、２３、２４と円筒状の磁性体１５
とのエアーギャップの変化にともなって磁気抵抗が変化
する。この磁気抵抗の変化による２次巻線２５、２６、
２７、２８の出力信号Ｘｐ、Ｙｐ、Ｘｎ、Ｙｎは軸１の
Ｘ、Ｙ方向の変位ｄＸ、ｄＹによって数１〜数４で表わ
される。
【数１】Ｘｐ＝（Ｋ＋ｄＸ）・ＥＸ
【数２】Ｙｐ＝（Ｋ＋ｄＹ）・ＥＸ
【数３】Ｘｎ＝（Ｋ−ｄＸ）・ＥＸ
【数４】Ｙｎ＝（Ｋ−ｄＹ）・ＥＸ なお、Ｋは一定の係数である。
【０００５】ここで、出力信号ＸｐとＸｎ、ＹｐとＹｎ
は各々逆向きに直列接続されているので、この処理を減
算器１８、１９にて表すことができ、数５、数６の減算
演算が行われる。
は各々逆向きに直列接続されているので、この処理を減
算器１８、１９にて表すことができ、数５、数６の減算
演算が行われる。
【数５】ＸＥ＝Ｘｐ−Ｘｎ＝２ｄＸ・ＥＸ
【数６】ＹＥ＝Ｙｐ−Ｙｎ＝２ｄＹ・ＥＸ これら２つの出力信号ＸＥ、ＹＥはサンプルホールド回
路３５、３６で交流発信器２９からのＳＭＰＬ信号によ
って交流信号ＥＸの最大値にてサンプルホールドされ
る。仮に交流信号ＥＸの最大値を１／２とするとサンプ
ルホールド回路３５、３６からの出力信号Ｘｏ、Ｙｏは
数５、数６にＥＸ＝１／２を代入することにより数７、
数８で表わされる。
路３５、３６で交流発信器２９からのＳＭＰＬ信号によ
って交流信号ＥＸの最大値にてサンプルホールドされ
る。仮に交流信号ＥＸの最大値を１／２とするとサンプ
ルホールド回路３５、３６からの出力信号Ｘｏ、Ｙｏは
数５、数６にＥＸ＝１／２を代入することにより数７、
数８で表わされる。
【数７】Ｘｏ＝ｄＸ
【数８】Ｙｏ＝ｄＹ 従って、軸１のＸ方向とＹ方向の変位を検出することが
できる。
できる。
【０００６】珪素銅板等の磁性体から成る円環状のステ
ータコア１７はその内周に８つの歯４１、４５、４２、
４６、４３、４７、４４、４８が４５度おきに等間隔に
配置されている。ステータコア１７の歯４１、４５、４
２、４６、４３、４７、４４、４８に交互に向きを換え
それぞれ巻装された１次巻線５１、５５、５２、５６、
５３、５７、５４、５８は直列に接続され、交流発信器
２９からの交流信号ＥＸにより励磁されている。さら
に、ステータコア１７の歯４１、４５、４２、４６、４
３、４７、４４、４８にそれぞれ巻装された２次巻線６
１、６５、６２、６６、６３、６７、６４、６８のうち
１つ置きの６１と６２と６３と６４、６５と６６と６７
と６８の各々４つの２次巻線は交互に出力信号の位相が
逆向きになるよう直列接続されている。また、破線Ｄの
円に対し２箇所の凹凸を持った筒状の珪素鋼板等の磁性
体で成るレゾルバロータ１６が軸１に嵌着されている。
ータコア１７はその内周に８つの歯４１、４５、４２、
４６、４３、４７、４４、４８が４５度おきに等間隔に
配置されている。ステータコア１７の歯４１、４５、４
２、４６、４３、４７、４４、４８に交互に向きを換え
それぞれ巻装された１次巻線５１、５５、５２、５６、
５３、５７、５４、５８は直列に接続され、交流発信器
２９からの交流信号ＥＸにより励磁されている。さら
に、ステータコア１７の歯４１、４５、４２、４６、４
３、４７、４４、４８にそれぞれ巻装された２次巻線６
１、６５、６２、６６、６３、６７、６４、６８のうち
１つ置きの６１と６２と６３と６４、６５と６６と６７
と６８の各々４つの２次巻線は交互に出力信号の位相が
逆向きになるよう直列接続されている。また、破線Ｄの
円に対し２箇所の凹凸を持った筒状の珪素鋼板等の磁性
体で成るレゾルバロータ１６が軸１に嵌着されている。
【０００７】このように構成されたレゾルバ６では、軸
１の位置の変位と回転によるステータコア１７の歯４
１、４５、４２、４６、４３、４７、４４、４８とレゾ
ルバロータ１６とのエアーギャップの変化にともなって
磁気抵抗が変化する。この磁気抵抗の変化による２次巻
線６１、６５、６２、６６、６３、６７、６４、６８の
出力信号ＣＸｐ、ＳＡｐ、ＣＹｐ、ＳＢｐ、ＣＸｎ、Ｓ
Ａｎ、ＣＹｎ、ＳＢｎは軸１の回転変位θとＸ、Ｙ方向
の変位ｄＸ、ｄＹによって数９〜数１６で表わされ、回
転変位の正弦値に比例した成分を含み、レゾルバロータ
１６と各々の歯のギャップ変位に振幅変調された信号と
なる。
１の位置の変位と回転によるステータコア１７の歯４
１、４５、４２、４６、４３、４７、４４、４８とレゾ
ルバロータ１６とのエアーギャップの変化にともなって
磁気抵抗が変化する。この磁気抵抗の変化による２次巻
線６１、６５、６２、６６、６３、６７、６４、６８の
出力信号ＣＸｐ、ＳＡｐ、ＣＹｐ、ＳＢｐ、ＣＸｎ、Ｓ
Ａｎ、ＣＹｎ、ＳＢｎは軸１の回転変位θとＸ、Ｙ方向
の変位ｄＸ、ｄＹによって数９〜数１６で表わされ、回
転変位の正弦値に比例した成分を含み、レゾルバロータ
１６と各々の歯のギャップ変位に振幅変調された信号と
なる。
【数９】ＣＸｐ＝（Ｌ＋ｄＸ）・（Ｍ＋ＣＯＳ（２・
（θ＋ｄＹ／Ｒ）））・ＥＸ
（θ＋ｄＹ／Ｒ）））・ＥＸ
【数１０】ＳＡｐ＝（Ｌ＋ｄＡ）・（Ｍ＋ＳＩＮ（２・
（θ＋ｄＢ／Ｒ）））・ＥＸ
（θ＋ｄＢ／Ｒ）））・ＥＸ
【数１１】ＣＹｐ＝（Ｌ＋ｄＹ）・（Ｍ−ＣＯＳ（２・
（θ−ｄＸ／Ｒ）））・ＥＸ
（θ−ｄＸ／Ｒ）））・ＥＸ
【数１２】ＳＢｐ＝（Ｌ＋ｄＢ）・（Ｍ−ＳＩＮ（２・
（θ−ｄＡ／Ｒ）））・ＥＸ
（θ−ｄＡ／Ｒ）））・ＥＸ
【数１３】ＣＸｎ＝（Ｌ−ｄＸ）・（Ｍ＋ＣＯＳ（２・
（θ−ｄＹ／Ｒ）））・ＥＸ
（θ−ｄＹ／Ｒ）））・ＥＸ
【数１４】ＳＡｎ＝（Ｌ−ｄＡ）・（Ｍ＋ＳＩＮ（２・
（θ−ｄＢ／Ｒ）））・ＥＸ
（θ−ｄＢ／Ｒ）））・ＥＸ
【数１５】ＣＹｎ＝（Ｌ−ｄＹ）・（Ｍ−ＣＯＳ（２・
（θ＋ｄＸ／Ｒ）））・ＥＸ
（θ＋ｄＸ／Ｒ）））・ＥＸ
【数１６】ＳＢｎ＝（Ｌ−ｄＢ）・（Ｍ−ＳＩＮ（２・
（θ＋ｄＡ／Ｒ）））・ＥＸ なお、Ｌ、Ｍは一定の係数、Ｒはレゾルバロータ１６の
平均半径、ｄＡは数１７、ｄＢは数１８である。
（θ＋ｄＡ／Ｒ）））・ＥＸ なお、Ｌ、Ｍは一定の係数、Ｒはレゾルバロータ１６の
平均半径、ｄＡは数１７、ｄＢは数１８である。
【数１７】
【数１８】 数９〜数１６でＳＩＮ、ＣＯＳのかっこ内のｄＺ／Ｒ
（なおＺ＝Ｙ、Ａ、Ｘ、Ｂ）による影響はほとんど無視
できるため、各々４つの直列接続されている２次巻線の
合成出力信号Ｃｏ、Ｓｏは数１９、数２０で表わされ
る。
（なおＺ＝Ｙ、Ａ、Ｘ、Ｂ）による影響はほとんど無視
できるため、各々４つの直列接続されている２次巻線の
合成出力信号Ｃｏ、Ｓｏは数１９、数２０で表わされ
る。
【数１９】Ｃｏ＝ＣＸｐ−ＣＹｐ＋ＣＸｎ−ＣＹｎ＝４
Ｌ・ＣＯＳ（２θ）・ＥＸ
Ｌ・ＣＯＳ（２θ）・ＥＸ
【数２０】Ｓｏ＝ＳＡｐ−ＳＢｐ＋ＳＡｎ−ＳＢｎ＝４
Ｌ・ＳＩＮ（２θ）・ＥＸ これら２つの出力信号Ｃｏ、Ｓｏはサンプルホールド回
路３７、３８で交流発信器２９からのＳＭＰＬ信号によ
って交流信号ＥＸの最大値にてサンプルホールドされ
る。仮に交流信号ＥＸの最大値を１／２とするとサンプ
ルホールド回路３７、３８からの出力信号Ｃ、Ｓは数１
９、数２０にＥＸ＝１／２を代入することにより数２
１、数２２で表わされる
Ｌ・ＳＩＮ（２θ）・ＥＸ これら２つの出力信号Ｃｏ、Ｓｏはサンプルホールド回
路３７、３８で交流発信器２９からのＳＭＰＬ信号によ
って交流信号ＥＸの最大値にてサンプルホールドされ
る。仮に交流信号ＥＸの最大値を１／２とするとサンプ
ルホールド回路３７、３８からの出力信号Ｃ、Ｓは数１
９、数２０にＥＸ＝１／２を代入することにより数２
１、数２２で表わされる
【数２１】Ｃ＝２Ｌ・ＣＯＳ（２θ）
【数２２】Ｓ＝２Ｌ・ＳＩＮ（２θ） そして、これらの軸１の回転変位θの２倍の値の余弦値
と正弦値に比例した出力信号ＣとＳを逆正接演算器３０
へ入力することにより、信号θｏ＝２・θが出力され
る。従って、軸１の回転変位に正比例した値を検出する
ことができる。
と正弦値に比例した出力信号ＣとＳを逆正接演算器３０
へ入力することにより、信号θｏ＝２・θが出力され
る。従って、軸１の回転変位に正比例した値を検出する
ことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の多変位
検出装置では、主軸の長手方向に多数の変位センサを配
置するために長手が長くなる上、変位センサを取付ける
手間が増え、コストも高くなるという問題があった。本
発明は上述した事情から成されたものであり、本発明の
目的は、小型であって構造が簡単な多変位検出装置を提
供することにある。
検出装置では、主軸の長手方向に多数の変位センサを配
置するために長手が長くなる上、変位センサを取付ける
手間が増え、コストも高くなるという問題があった。本
発明は上述した事情から成されたものであり、本発明の
目的は、小型であって構造が簡単な多変位検出装置を提
供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、工作機械等の
主軸の回転変位やラジアル変位等の複数の変位を同時に
検出できる多変位検出装置に関するものであり、本発明
の上記目的は、可動方向に連続する凹凸の面を有する可
動部と、前記凹凸の面に対向し、前記可動方向の変位の
正弦値に比例した出力成分を有し、かつ前記凹凸の面と
のギャップ変位に比例して振幅が変調される信号を出力
する複数のセンサを配置した固定部と、前記複数のセン
サからの出力信号を入力し、前記可動部の可動方向の変
位と他の１つ以上の変位を出力する演算手段とを具備す
ることによって達成される。
主軸の回転変位やラジアル変位等の複数の変位を同時に
検出できる多変位検出装置に関するものであり、本発明
の上記目的は、可動方向に連続する凹凸の面を有する可
動部と、前記凹凸の面に対向し、前記可動方向の変位の
正弦値に比例した出力成分を有し、かつ前記凹凸の面と
のギャップ変位に比例して振幅が変調される信号を出力
する複数のセンサを配置した固定部と、前記複数のセン
サからの出力信号を入力し、前記可動部の可動方向の変
位と他の１つ以上の変位を出力する演算手段とを具備す
ることによって達成される。
【００１０】
【作用】本発明にあっては、回転変位センサからの複数
の出力信号によりラジアル変位等の可動方向とは別の変
位を検出するようにしているので、変位センサの数を減
少させることができる。
の出力信号によりラジアル変位等の可動方向とは別の変
位を検出するようにしているので、変位センサの数を減
少させることができる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の多変位検出装置の構成要素の
一つである変位センサの構造例を図９に対応させて示す
図であり、同一構成箇所は同符号を付して説明を省略す
る。また、図２は図１の変位センサ６′とその検出信号
を多数の演算器によって変位量に変換する検出回路から
成る本発明の多変位検出装置の一例を示すブロック図で
ある。２次巻線６１、６２、６３、６４は直列接続され
ておらず、２次巻線の４つの出力信号ＳＡｐ、ＳＡｎ、
ＳＢｐ、ＳＢｎの合成信号Ｓｏと他の４つの出力信号Ｃ
Ｘｐ、ＣＸｎ、ＣＹｐ、ＣＹｎは各々サンプルホールド
回路３８と７１、７２、７３、７４で交流発信器２９か
らのＳＭＰＬ信号によって交流信号ＥＸの最大値にてサ
ンプルホールドされる。従来と同様に交流信号ＥＸの最
大値を１／２とするとサンプルホールド回路３８、７
１、７２、７３、７４からの出力信号Ｓ、ＣＸＰ、ＣＹ
Ｐ、ＣＸＮ、ＣＹＮは数９〜数１６にＥＸ＝１／２を代
入することにより、また数９〜数１６でＳＩＮ、ＣＯＳ
のかっこ内のｄＺ／Ｒ（なお、Ｚ＝Ｙ、Ａ、Ｘ、Ｂ）に
よる影響はほとんど無視できるため、数２３〜数２７で
表わされる。
一つである変位センサの構造例を図９に対応させて示す
図であり、同一構成箇所は同符号を付して説明を省略す
る。また、図２は図１の変位センサ６′とその検出信号
を多数の演算器によって変位量に変換する検出回路から
成る本発明の多変位検出装置の一例を示すブロック図で
ある。２次巻線６１、６２、６３、６４は直列接続され
ておらず、２次巻線の４つの出力信号ＳＡｐ、ＳＡｎ、
ＳＢｐ、ＳＢｎの合成信号Ｓｏと他の４つの出力信号Ｃ
Ｘｐ、ＣＸｎ、ＣＹｐ、ＣＹｎは各々サンプルホールド
回路３８と７１、７２、７３、７４で交流発信器２９か
らのＳＭＰＬ信号によって交流信号ＥＸの最大値にてサ
ンプルホールドされる。従来と同様に交流信号ＥＸの最
大値を１／２とするとサンプルホールド回路３８、７
１、７２、７３、７４からの出力信号Ｓ、ＣＸＰ、ＣＹ
Ｐ、ＣＸＮ、ＣＹＮは数９〜数１６にＥＸ＝１／２を代
入することにより、また数９〜数１６でＳＩＮ、ＣＯＳ
のかっこ内のｄＺ／Ｒ（なお、Ｚ＝Ｙ、Ａ、Ｘ、Ｂ）に
よる影響はほとんど無視できるため、数２３〜数２７で
表わされる。
【００１２】
【数２３】Ｓ＝２Ｌ・ＳＩＮ（２θ）
【数２４】ＣＸＰ＝（Ｌ＋ｄＸ）・（Ｍ＋ＣＯＳ（２
θ））／２
θ））／２
【数２５】ＣＸＮ＝（Ｌ−ｄＸ）・（Ｍ＋ＣＯＳ（２
θ））／２
θ））／２
【数２６】ＣＹＰ＝（Ｌ＋ｄＹ）・（Ｍ−ＣＯＳ（２
θ））／２
θ））／２
【数２７】ＣＹＮ＝（Ｌ−ｄＹ）・（Ｍ−ＣＯＳ（２
θ））／２ 出力信号ＣＸＰとＣＸＮは減算器７５と加算器７６で減
算演算と加算演算が行われ、出力信号ＣＹＰとＣＹＮは
減算器７７と加算器７８で減算演算と加算演算が行わ
れ、数２８〜数３１で表わされる信号ＧｘＰｖ、Ｐｖ、
ＧｙＰｗ、Ｐｗが出力される。
θ））／２ 出力信号ＣＸＰとＣＸＮは減算器７５と加算器７６で減
算演算と加算演算が行われ、出力信号ＣＹＰとＣＹＮは
減算器７７と加算器７８で減算演算と加算演算が行わ
れ、数２８〜数３１で表わされる信号ＧｘＰｖ、Ｐｖ、
ＧｙＰｗ、Ｐｗが出力される。
【数２８】ＧｘＰｖ＝ｄＸ・（Ｍ＋ＣＯＳ（２θ））
【数２９】Ｐｖ＝Ｌ・（Ｍ＋ＣＯＳ（２θ））
【数３０】ＧｙＰｗ＝ｄＹ・（Ｍ−ＣＯＳ（２θ））
【数３１】Ｐｗ＝Ｌ・（Ｍ−ＣＯＳ（２θ）） 各出力信号ＧｘＰｖとＰｖ、ＧｙＰｗとＰｗは除算器４
０、５０で除算演算が行われ、数３２、数３３で表され
る信号Ｘ１、Ｙ１が出力される。従って、軸１のＸ、Ｙ
方向の変位に正比例した値を検出することができる。
０、５０で除算演算が行われ、数３２、数３３で表され
る信号Ｘ１、Ｙ１が出力される。従って、軸１のＸ、Ｙ
方向の変位に正比例した値を検出することができる。
【数３２】Ｘ１＝ＧｘＰｖ／Ｐｖ＝ｄＸ／Ｌ
【数３３】Ｙ１＝ＧｙＰｗ／Ｐｗ＝ｄＹ／Ｌ なお、Ｌは一定の係数である。
【００１３】一方、出力信号ＰｖとＰｗは減算器７９で
減算演算が行われ、数２１と同じ信号Ｃが出力される。
そして、これらの軸１の回転変位θの２倍の値の余弦値
と正弦値に比例した出力信号ＣとＳを逆正接演算器３０
へ入力することにより、信号θｏ＝２・θが出力され
る。従って、軸１の回転変位に正比例した値を検出する
ことができる。この多変位検出装置を磁気軸受を用いた
ビルトインモータ内蔵の主軸に組込むと図３に示すよう
になり、従来のラジアル変位センサ１１、１２、１３、
１４を省くことが可能となるので小型化することができ
る。
減算演算が行われ、数２１と同じ信号Ｃが出力される。
そして、これらの軸１の回転変位θの２倍の値の余弦値
と正弦値に比例した出力信号ＣとＳを逆正接演算器３０
へ入力することにより、信号θｏ＝２・θが出力され
る。従って、軸１の回転変位に正比例した値を検出する
ことができる。この多変位検出装置を磁気軸受を用いた
ビルトインモータ内蔵の主軸に組込むと図３に示すよう
になり、従来のラジアル変位センサ１１、１２、１３、
１４を省くことが可能となるので小型化することができ
る。
【００１４】図４は本発明の多変位検出装置の構成要素
の一つである変位センサの別の構造例を示す図である。
また、図５は図４の変位センサ８０とその検出信号を多
数の演算器によって変位量に変換する検出回路から成る
本発明の多変位検出装置の一例を示すブロック図であ
る。歯車状に３６箇所の凹凸持ったロータ９０は鉄等の
磁性体から成り、軸１に嵌着されている。軸１の回転中
心を挟んで点対称に配置されたプリント基板８５、９５
上には４個１組の磁気抵抗素子８１、８２、８３、８４
と９１、９２、９３、９４で成る磁気センサ群がロータ
９０の歯ピッチの１／４の間隔を置いて配置されてい
る。また、２組の磁気センサ群８１、８２、８３、８４
と９１、９２、９３、９４は各々永久磁石８６、９６に
よって磁気によるバイアスがかけられている。
の一つである変位センサの別の構造例を示す図である。
また、図５は図４の変位センサ８０とその検出信号を多
数の演算器によって変位量に変換する検出回路から成る
本発明の多変位検出装置の一例を示すブロック図であ
る。歯車状に３６箇所の凹凸持ったロータ９０は鉄等の
磁性体から成り、軸１に嵌着されている。軸１の回転中
心を挟んで点対称に配置されたプリント基板８５、９５
上には４個１組の磁気抵抗素子８１、８２、８３、８４
と９１、９２、９３、９４で成る磁気センサ群がロータ
９０の歯ピッチの１／４の間隔を置いて配置されてい
る。また、２組の磁気センサ群８１、８２、８３、８４
と９１、９２、９３、９４は各々永久磁石８６、９６に
よって磁気によるバイアスがかけられている。
【００１５】以上の構成から、ロータ９０の位置変位に
よって永久磁石８６、９６とロータ９０間の磁気抵抗が
変化し、磁気抵抗素子８１、８２、８３、８４、９１、
９２、９３、９４を貫く磁束が変化する。さらに、磁気
抵抗素子８１、８２、８３、８４、９１、９２、９３、
９４は８１と８３、８２と８４が直列接続され、ともに
それらの両端に電源８９によって電圧がかけられてい
る。同様に９１と９３、９２と９４も直列接続され、と
もにそれらの両端に電源９９によって電圧がかけられて
いる。従って、磁気抵抗素子８１、８２、８３、８４、
９１、９２、９３、９４に生ずる電圧Ｖ８１、Ｖ８２、
Ｖ８３、Ｖ８４、Ｖ９１、Ｖ９２、Ｖ９３、Ｖ９４はロ
ータ９０の回転変位θとＸ、Ｙ方向の変位ｄＸ、ｄＹに
よって数３４〜数４１で表わされ、回転変位θの正弦値
に比例した成分を含み、ロータ９０と各々の磁気抵抗素
子のギャップ変位に振幅変調された信号となる。
よって永久磁石８６、９６とロータ９０間の磁気抵抗が
変化し、磁気抵抗素子８１、８２、８３、８４、９１、
９２、９３、９４を貫く磁束が変化する。さらに、磁気
抵抗素子８１、８２、８３、８４、９１、９２、９３、
９４は８１と８３、８２と８４が直列接続され、ともに
それらの両端に電源８９によって電圧がかけられてい
る。同様に９１と９３、９２と９４も直列接続され、と
もにそれらの両端に電源９９によって電圧がかけられて
いる。従って、磁気抵抗素子８１、８２、８３、８４、
９１、９２、９３、９４に生ずる電圧Ｖ８１、Ｖ８２、
Ｖ８３、Ｖ８４、Ｖ９１、Ｖ９２、Ｖ９３、Ｖ９４はロ
ータ９０の回転変位θとＸ、Ｙ方向の変位ｄＸ、ｄＹに
よって数３４〜数４１で表わされ、回転変位θの正弦値
に比例した成分を含み、ロータ９０と各々の磁気抵抗素
子のギャップ変位に振幅変調された信号となる。
【００１６】
【数３４】Ｖ８１＝（Ｐ＋ｄＹ）・（Ｑ＋ＣＯＳ（３６
・（θ−ｄＸ／Ｅ）））
・（θ−ｄＸ／Ｅ）））
【数３５】Ｖ８２＝（Ｐ＋ｄＹ）・（Ｑ＋ＳＩＮ（３６
・（θ−ｄＸ／Ｅ）））
・（θ−ｄＸ／Ｅ）））
【数３６】Ｖ８３＝（Ｐ＋ｄＹ）・（Ｑ−ＣＯＳ（３６
・（θ−ｄＸ／Ｅ）））
・（θ−ｄＸ／Ｅ）））
【数３７】Ｖ８４＝（Ｐ＋ｄＹ）・（Ｑ−ＳＩＮ（３６
・（θ−ｄＸ／Ｅ）））
・（θ−ｄＸ／Ｅ）））
【数３８】Ｖ９１＝（Ｐ−ｄＹ）・（Ｑ＋ＣＯＳ（３６
・（θ＋ｄＸ／Ｅ）））
・（θ＋ｄＸ／Ｅ）））
【数３９】Ｖ９２＝（Ｐ−ｄＹ）・（Ｑ＋ＳＩＮ（３６
・（θ＋ｄＸ／Ｅ）））
・（θ＋ｄＸ／Ｅ）））
【数４０】Ｖ９３＝（Ｐ−ｄＹ）・（Ｑ−ＣＯＳ（３６
・（θ＋ｄＸ／Ｅ）））
・（θ＋ｄＸ／Ｅ）））
【数４１】Ｖ９４＝（Ｐ−ｄＹ）・（Ｑ−ＳＩＮ（３６
・（θ＋ｄＸ／Ｅ））） なお、Ｐ、Ｑは一定の係数、Ｅはロータ９０の平均半径
である。
・（θ＋ｄＸ／Ｅ））） なお、Ｐ、Ｑは一定の係数、Ｅはロータ９０の平均半径
である。
【００１７】磁気抵抗素子８１と８３、８２と８４、９
１と９３、９２と９４の接続点の各々の磁気抵抗素子に
生ずる電圧の減算処理された信号が増幅器８７、８８、
９７、９８に入力され、インピーダンス変換された信号
Ｃ１、Ｓ１、Ｃ２、Ｓ２として出力される。このときの
出力信号Ｃ１、Ｓ１、Ｃ２、Ｓ２は数４２〜数４５で表
わされる。
１と９３、９２と９４の接続点の各々の磁気抵抗素子に
生ずる電圧の減算処理された信号が増幅器８７、８８、
９７、９８に入力され、インピーダンス変換された信号
Ｃ１、Ｓ１、Ｃ２、Ｓ２として出力される。このときの
出力信号Ｃ１、Ｓ１、Ｃ２、Ｓ２は数４２〜数４５で表
わされる。
【数４２】Ｃ１＝Ｖ８１−Ｖ８３＝２・（Ｐ＋ｄＹ）・
ＣＯＳ（３６・（θ−ｄＸ／Ｅ））
ＣＯＳ（３６・（θ−ｄＸ／Ｅ））
【数４３】Ｓ１＝Ｖ８２−Ｖ８４＝２・（Ｐ＋ｄＹ）・
ＳＩＮ（３６・（θ−ｄＸ／Ｅ））
ＳＩＮ（３６・（θ−ｄＸ／Ｅ））
【数４４】Ｃ２＝Ｖ９１−Ｖ９３＝２・（Ｐ−ｄＹ）・
ＣＯＳ（３６・（θ＋ｄＸ／Ｅ））
ＣＯＳ（３６・（θ＋ｄＸ／Ｅ））
【数４５】Ｓ２＝Ｖ９２−Ｖ９４＝２・（Ｐ−ｄＹ）・
ＳＩＮ（３６・（θ＋ｄＸ／Ｅ）） 出力信号Ｃ１とＳ１、Ｃ２とＳ２は各々逆正接演算器１
００、１０１へ入力され、数４６、数４７で表わされる
信号θ１、θ２に変換される。
ＳＩＮ（３６・（θ＋ｄＸ／Ｅ）） 出力信号Ｃ１とＳ１、Ｃ２とＳ２は各々逆正接演算器１
００、１０１へ入力され、数４６、数４７で表わされる
信号θ１、θ２に変換される。
【数４６】θ１＝３６・（θ−ｄＸ／Ｅ）
【数４７】θ２＝３６・（θ＋ｄＸ／Ｅ） 出力信号θ１とθ２は加算器１０２と減算器１０３によ
って加算演算と減算演算が行われ、数４８、数４９で表
わされる信号θｍ、Ｘ２が出力される。従って、軸１の
回転変位とＸ方向の変位に正比例した値を検出すること
ができる。
って加算演算と減算演算が行われ、数４８、数４９で表
わされる信号θｍ、Ｘ２が出力される。従って、軸１の
回転変位とＸ方向の変位に正比例した値を検出すること
ができる。
【数４８】θｍ＝θ１＋θ２＝７２・θ
【数４９】Ｘ２＝７２・ｄＸ／Ｅ また、出力信号Ｃ１とＳ１、Ｃ２とＳ２は二項の自乗和
の平方根演算を行なう演算器１０４、１０５に入力さ
れ、さらに演算器１０４、１０５からの出力信号は減算
器１０６で演算され、数５０で表わされる信号Ｙ２が出
力される。従って、軸１のＹ方向の変位に正比例した値
を検出することができる。
の平方根演算を行なう演算器１０４、１０５に入力さ
れ、さらに演算器１０４、１０５からの出力信号は減算
器１０６で演算され、数５０で表わされる信号Ｙ２が出
力される。従って、軸１のＹ方向の変位に正比例した値
を検出することができる。
【数５０】 この多変位検出装置を磁気軸受を用いたビルトインモー
タ内蔵の主軸に組込むと図６に示すようになり、従来の
レゾルバ６及びラジアル変位センサ１１、１２、１３、
１４を省くことが可能となるので小型化することができ
る。
タ内蔵の主軸に組込むと図６に示すようになり、従来の
レゾルバ６及びラジアル変位センサ１１、１２、１３、
１４を省くことが可能となるので小型化することができ
る。
【００１８】
【発明の効果】以上のように本発明の多変位検出装置に
よれば、小型であって構造が簡単なものとすることがで
きるので、変位センサの取付け時間やコストの低減を図
り、適用範囲を拡大することができる。
よれば、小型であって構造が簡単なものとすることがで
きるので、変位センサの取付け時間やコストの低減を図
り、適用範囲を拡大することができる。
【図１】本発明の多変位検出装置の構成要素の１つであ
る変位センサの構造例を示す図である。
る変位センサの構造例を示す図である。
【図２】本発明の多変位検出装置の一例を示すブロック
図である。
図である。
【図３】図２に示す多変位検出装置が組込まれた磁気軸
受を用いたビルトインモータ内蔵の主軸の一例をモデル
化した斜視図である。
受を用いたビルトインモータ内蔵の主軸の一例をモデル
化した斜視図である。
【図４】本発明の多変位検出装置の構成要素の１つであ
る変位センサの別の構造例を示す図である。
る変位センサの別の構造例を示す図である。
【図５】本発明の多変位検出装置の別の一例を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図６】図５に示す多変位検出装置が組込まれた磁気軸
受を用いたビルトインモータ内蔵の主軸の一例をモデル
化した斜視図である。
受を用いたビルトインモータ内蔵の主軸の一例をモデル
化した斜視図である。
【図７】従来の多変位検出装置が組込まれた磁気軸受を
用いたビルトインモータ内蔵の主軸の一例をモデル化し
た斜視図である。
用いたビルトインモータ内蔵の主軸の一例をモデル化し
た斜視図である。
【図８】図７のラジアル変位センサの構造例を示す図で
ある。
ある。
【図９】図７のレゾルバの構造例を示す図である。
【図１０】従来の多変位検出装置の一例を示すブロック
図である。
図である。
２９ 交流発振器 ３０、１００、１０１ 逆正接演算器、 ３８、７１、７２、７３、７４ サンプルホールド回路 ４０、５０ 除算器 ５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８ １
次巻線 ６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８ ２
次巻線 ７５、７７、７９、１０３、１０６ 減算器 ７６、７８、１０２ 加算器、 ８１、８２、８３、８４、９１、９２、９３、９４ 磁
気抵抗素子 ８５、９５ プリント基板 ８６、９６ 永久磁石 ８７、８８、９７、９８ 増幅器 ８９、９９ 電源 ９０ ロータ １０４、１０５ 演算器
次巻線 ６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８ ２
次巻線 ７５、７７、７９、１０３、１０６ 減算器 ７６、７８、１０２ 加算器、 ８１、８２、８３、８４、９１、９２、９３、９４ 磁
気抵抗素子 ８５、９５ プリント基板 ８６、９６ 永久磁石 ８７、８８、９７、９８ 増幅器 ８９、９９ 電源 ９０ ロータ １０４、１０５ 演算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｄ 5/245 １０１ Ｇ 7269−2Ｆ
Claims (6)
- 【請求項１】 可動方向に連続する凹凸の面を有する可
動部と、前記凹凸の面に対向し、前記可動方向の変位の
正弦値に比例した出力成分を有し、かつ前記凹凸の面と
のギャップ変位に比例して振幅が変調される信号を出力
する複数のセンサを配置した固定部と、前記複数のセン
サからの出力信号を入力し、前記可動部の可動方向の変
位と他の１つ以上の変位を出力する演算手段とを備えた
ことを特徴とする多変位検出装置。 - 【請求項２】 前記可動部が、円筒上の磁性体から成る
回転体である請求項１に記載の多変位検出装置。 - 【請求項３】 前記複数のセンサが、前記可動部の凹凸
の面と対向し、かつ交流信号によって励磁される１次巻
線と複数の２次巻線を巻装した複数の歯を有する請求項
２に記載の多変位検出装置。 - 【請求項４】 前記複数のセンサが、請求項２に記載の
可動部の回転中心を挟んで点対称に配置された２組のセ
ンサ群を有し、前記演算手段が、前記２組のセンサ群か
らの出力信号を前記可動部の回転変位の正弦値に比例し
た２つの正弦値信号と、前記可動部の回転変位の正弦値
に比例し、前記２つの正弦値信号と９０度位相の異なる
２つの余弦値信号とに変換し、一方の前記正弦値信号と
余弦値信号の逆正接演算値及び他方の前記正弦値信号と
余弦値信号の逆正接演算値の加算と減算によって、前記
回転変位と前記２組のセンサ群を結ぶ直線の垂線方向の
変位を出力するようになっている請求項２に記載の多変
位検出装置。 - 【請求項５】 前記２組のセンサ群が、磁石によって磁
気バイアスされた複数の磁気抵抗素子である請求項２に
記載の変位検出装置。 - 【請求項６】 前記演算手段が、前記複数のセンサから
の出力信号を前記可動方向の変位の正弦値に比例した正
弦値信号と、前記可動方向の変位の正弦値に比例し、前
記正弦値信号と９０度位相の異なる余弦値信号とに変換
し、前記正弦値信号と余弦値信号の逆正接演算を行って
前記可動方向の変位を出力すると共に、前記複数のセン
サからの出力信号を前記可動方向の変位に対応して変化
し常に０とならない第１の信号と、前記ギャップ変位に
比例して前記第１の信号を振幅変調した第２の信号とに
変換し、前記第２の信号を第１の信号で除算してギャッ
プ方向の変位を出力するようになっている請求項１に記
載の多変位検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273176A JP2911664B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 多変位検出装置 |
| US07/948,309 US5339030A (en) | 1991-09-25 | 1992-09-22 | Multi-displacement detecting apparatus |
| US08/171,619 US5382900A (en) | 1991-09-25 | 1993-12-22 | Multi-displacement detecting apparatus for detecting rotary and radial displacement with two pair of sensors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273176A JP2911664B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 多変位検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587512A true JPH0587512A (ja) | 1993-04-06 |
| JP2911664B2 JP2911664B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=17524163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3273176A Expired - Fee Related JP2911664B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 多変位検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5339030A (ja) |
| JP (1) | JP2911664B2 (ja) |
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| EP1972899A2 (en) | 2007-03-20 | 2008-09-24 | Okuma Corporation | Position detector with tilt sensor |
| JP2012233806A (ja) * | 2011-05-02 | 2012-11-29 | Okuma Corp | ステータおよびレゾルバ |
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| US5617023A (en) * | 1995-02-02 | 1997-04-01 | Otis Elevator Company | Industrial contactless position sensor |
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| JP3531374B2 (ja) * | 1996-09-03 | 2004-05-31 | ソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社 | 変位量検出装置 |
| JP4239042B2 (ja) * | 1998-06-19 | 2009-03-18 | 株式会社安川電機 | ２次元アブソリュート位置センサおよびロボット |
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| DE102016211832B3 (de) * | 2016-06-30 | 2017-08-17 | Robert Bosch Gmbh | Drehwinkelsensor, Statorelement sowie Rotorelement für diesen |
| US12512713B2 (en) * | 2021-10-22 | 2025-12-30 | Nidec Motor Corporation | Motor magnetic composite encoder |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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