JPH11118470A - 軸位置情報検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミリマシーン以下の小型モータの回転角、速
度あるいは加速度を測定する際の検出器の影響を解消
し、計測精度の大幅な改善を目的とする。 【解決手段】 回転軸の円周方向の表面形状及びその微
小粗度情報を、リアルタイムで連続的に出力する非接触
型変位センサーからの信号情報を基に、回転軸固有の円
周方向信号を得て、同回転軸のその起点を含めた回転
角、速度及び加速度を認識する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はミリマシーン以下の
小型モータの回転角、(角)速度及び(角)加速度検出手段
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、モータのステータに内蔵さ
れ、ホール効果を利用したホール素子や、回転軸に接続
された突極を有した回転体と固定子とのインピーダンス
の変化を利用したレゾルバーがモータの回転角検出器と
して用いられている。

【０００３】また、回転軸に直結され、回転速度に比例
した電圧を発生するタコメーターや、モータの電機子巻
線に生ずる誘起電圧を利用したものが速度検出器として
用いられている。

【０００４】また、回転軸に取り付けられ、周方向に所
定の間隔で配列したスリットが形成された回転円盤が回
転すると、前記スリット部により、発光素子及び受光素
子からなるセンサ部の光通路が断続的に遮断され、セン
サ部から回転角、速度を示す矩形波信号が出力される光
学式ロータリーエンコーダが回転角及び速度検出器とし
て用いられている。

【０００５】以上のように、従来の回転角・速度検出器
は、モータ内部あるいは回転軸に取り付けて使用される
のが一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
ミリマシーン以下の小型モータ単体の時間に対する回転
角、速度を計測する場合、従来のように、検出器が被測
定モータの回転軸に直結されると、モータのロータの慣
性モーメントに対し、検出器の回転子の慣性モーメント
が大きい、あるいは無視できないレベルであるため、測
定値における検出器の影響が大きく、正確に被測定モー
タ単体の特性が測定できないという欠点を有していた。

【０００７】また、検出器を被測定モータの回転軸に接
続するということは、負荷を接続していることにもな
り、測定時、不必要な負荷をかけた状態で被測定モータ
が運転されるという欠点を有していた。

【０００８】以上のような検出器の影響は、被測定モー
タが小型になればなるほど顕著に現れ、モータ単体の回
転角あるいは速度を測定する際の大きな障害となってい
た。一方、モータの小型化にともない、モータ内部の余
空間が減少し、例えばホール素子などのセンサーの内蔵
は非常に困難となっている。

【０００９】本発明の目的は、上記のような欠点を解決
し、ミリマシーン以下の小型モータの回転角、速度ある
いは加速度を測定する際の検出器の影響を解消し、計測
精度の大幅な改善を目的としたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の課
題を解決するためになされたもので、請求項１記載の発
明は、回転軸の円周方向の表面形状及びその微小粗度情
報を、リアルタイムで連続的に出力する非接触型変位セ
ンサーからの信号情報を基に、回転軸固有の円周方向信
号を得て、同回転軸の起点を含めた回転角、速度及び加
速度を認識するものである。

【００１１】

【作用】これにより、検出器が被測定モータに接触しな
いため、被測定モータがミリマシーン以下の小型モータ
であっても、測定時の検出器の影響を解消でき、計測精
度の大幅な向上が実現できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例の軸位
置情報検出装置を説明する図、図２は本発明の他の実施
例の軸位置情報検出装置を説明する図である。

【００１３】本発明の骨子となる測定システム及び検出
手段について図１を用いて説明すると、図１(イ)に示す
ように、本発明の測定システムは、例えばレーザ変位
計、静電容量型変位計などの非接触型変位センサーと、
同センサーからの変位出力信号の周期あるいはパルス幅
の認識、各種演算を行うための演算器より構成される。

【００１４】非接触型変位センサーでは、図１(イ)及び
図１(ロ)に示すように、回転する回転軸の円周方向の変
位、すなわち表面形状、微小粗度をリアルタイムで連続
的に検出し、例えば、回転軸の被検出部断面が図１(ロ)
に示すような形状である場合、非接触型変位センサーか
ら、図１(ハ)に示すような、起点を時間＝０点とし、変
位が時間に対し変動する波形信号が得られる。

【００１５】ここで、図１(ロ)に示す回転軸の円周上位
置ａ〜ｋと、図１(ハ)に示すａ〜ｋがそれぞれ対応して
いる。また、図中ａ点は起点、ｐ点は停止点、ｏ点は軸
中心を示す。

【００１６】図１(ロ)において、回転軸の任意の円周上
位置ｘに対し、角度∠ａｏｘは一義的に決まる値である
ため、非接触型変位センサーから出力される変位波形信
号の、起点に対する位相及びその変位より、任意の時間
における回転軸の回転角が連続的に認識できる。

【００１７】例えば図１(ハ)の場合には、ｐ点の起点に
対する位相及びその変位より、回転軸は、起点から２.
２０回転(回転角＝１３.８rad＝７９３.０°)して停止
したことがわかる。さらに、２点間の回転角変化量を時
間変化量で除することにより、任意の時間における角速
度が認識できる。

【００１８】もう一つの検出手段を以下に説明する。非
接触型変位センサーから出力される信号を基に、時間−
回転角関係式を算出する。続いて、前述の時間−回転角
関係式を微分演算して時間−角速度関係式を算出する。
さらに、その時間−角速度関係式を微分演算して時間−
角加速度関係式を算出する。以上のような演算処理によ
り、任意の時間における回転角、角速度、角加速度を認
識することができる。

【００１９】前述した回転軸の円周上の表面形状及び微
小粗度は、外径や真円度のバラツキ、加工方法、表面仕
上げの状態によって異なるその回転軸固有のもので、軸
指紋とも言えるものである。したがって、本発明は、回
転軸の識別にも利用することが可能である。

【００２０】回転中、回転軸のフレをともない、回転角
の認識に支障をきたす場合には、回転数以下の周波数成
分を阻止するＨＰＦ(Ｈigh Ｐass Ｆilter)を非接触型
変位センサーと演算器との間に挿入することにより解決
できる。また、本発明は、回転軸に溝を形成するなど、
積極的に表面形状を特徴づける加工を施しても何ら差し
支えない。

【００２１】例えば、回転軸の被検出部断面を図２(イ)
に示す形状に加工した場合、非接触型変位センサーから
は、図２(ロ)に示すような、起点を時間＝０点とし、変
位が時間に対し変動する波形信号が得られる。図２(イ)
に示す回転軸の円周上の位置ａ'〜ｌ'と図２(ロ)に示す
ａ'〜ｌ'がそれぞれ対応しいる。ｏ点は軸中心を示す。

【００２２】前述のように、回転軸の任意の円周上位置
に対し、回転角が一義的に決まるため、非接触型変位セ
ンサーから出力される変位波形信号の、起点に対する位
相及びその変位より、任意の時間における回転軸の回転
角が連続的に認識できる。

【００２３】なお、回転軸の加工形状は、本説明例に限
定されるものではなく、適宜、設定することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の請求項１による軸位置情報検出
装置によると、実施例で詳細に説明したとおり、ミリマ
シーン以下の小型モータの回転角、速度あるいは加速度
を測定する際の検出器の影響を解消し、計測精度を大幅
に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の軸位置情報検出装置を説明す
る図。

【図２】本発明の他の実施例の軸位置情報検出装置を説
明する図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉成 赫夫 東京都足立区新田３丁目８番22号 並木精 密宝石株式会社内 (72)発明者 関谷 哲夫 東京都足立区新田３丁目８番22号 並木精 密宝石株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸の円周方向の表面形状及びその微
   小粗度情報を、リアルタイムで連続的に出力する非接触
   型変位センサーからの信号情報を基に、回転軸固有の円
   周方向信号を得て、同回転軸のその起点を含めた回転
   角、速度及び加速度を認識するようにしたことを特徴と
   する回転軸の軸位置情報検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の軸位置情報検出装置にお
   いて、前記非接触型変位センサーからの出力波形情報を
   得られるように、前記回転軸の少なくとも被検出部に表
   面形状を特徴づける為の凹凸が施されていることを特徴
   とする回転軸の軸位置情報検出装置。