JPS6367141B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は360゜の回転角度において回転速度に比
例した電圧を得ることができる、小形安価な回転
機の速度検出装置に関するものである。

各種機器の回転角度制御に使用される回転機例
えばステツピングモータのように、360゜以下の回
転が行われることが殆どのものにあつては、その
速度の検出は回転角度内において行えば足りるも
のであつて、従来のタコジエネレータのような速
度検出装置、即ち360゜回転における速度の検出を
目的とした大形高価なものを使用する必要は全く
ない。このため従来から上記の要求に合致する速
度検出装置が種々提案されているが、これらは製
造が複雑であつて高価であつたり、速度に比例し
た電圧の取出し角度範囲が狭いなどの性能上の難
点があり、満足できるものではない。

そこで本発明者等は上記のような欠点を解決し
た以下に説明する原理の速度検出装置を提案した
（特願昭56―30524号参照）。この装置は第１図ａ
に示す平面図のように、要求される速度検出角度
に対応した角度だけ例えばＮ極に着磁し、残りを
Ｓ極に着磁した永久磁石円板ａを、第１図ｂ，ｃ
に示す平面図および縦断面図のように１点にトロ
イダル状に巻かれた発電コイルｂをもつ固定円板
ｃに対向して設けて、被速度検出回転機に直結の
回転軸ｄにより、同軸的に回転するように形成し
たものである。この装置は固定された発電コイル
ｂに鎖交する磁束の大きさおよび極性が、永久磁
石円板ａにおけるＮ，Ｓ極の着磁角度と回転速度
（角速度）に対応して変化し、しかも着磁部の磁
束の強さが一定であることを利用して、発電コイ
ルｂから例えば第２図ａ，ｂに示すような電圧を
取出し（ａ図はＮ極の着磁範囲が180゜，ｂ図は
270゜の場合である。）、第２図ａ，ｂ中の斜線部分
のようにＮ極の着磁角度範囲、即ち被速度検出回
転機の回転角度だけ回転速度に比例した電圧を取
出して速度の検出を行うものである。従つてＮ極
の着磁角度を検出すべき回転角度に応じて調節す
れば、任意所望の回転角度内における速度信号を
取出すことが理論上可能である。しかし実際上発
電コイルｂを幅をもたないように巻回することは
不可能であつて、永久磁石円板ａのＮ極とＳ極か
らの磁束が同時に鎖交するのをまぬがれることが
できない。その結果例えば第２図a′，b′に示す波
形図のように、ＮからＳ，ＳからＮへの交換点に
おいて波形がなまるため、電圧が回転速度に比例
する範囲は180゜の場合において150゜、また270゜の
場合において240゜程度であつて、前後15゜程度の
範囲においては速度に比例した電圧を取出すこと
はできず、被速度検出回転機の回転角度の全域に
おいて、速度に比例した電圧を取出すことができ
ない。また原理上Ｓ極の着磁をなくすことはでき
ないため、Ｎ極の最大着磁角度は360゜以下となら
ざるを得ず実際上330゜前後となる。このため波形
のなまる角度を15゜とした場合、速度に比例した
電圧を取出しうる最大の回転角度は315゜以下とな
り、それ以上のものに対しては検出できないこと
になる。従つてこの装置が従来のものに比べて
360゜以下の広い回転角度範囲に亘つて速度を検出
できることは事実であるがまだ不十分である。

本発明は以上のような速度検出原理を応用し
て、360゜の回転において速度に比例した電圧を取
出しうる小形安価な速度検出装置の実現を図つた
もので、次に図面を用いてその詳細を説明する。

第３図ａ，ｂは本発明装置の一実施例を示す縦
断面図および回路図、第４図ａ，ｂは永久磁石回
転円板の平面図および固定円板の平面図および永
久磁石回転円板の磁極を検出する素子の設置位置
を示す平面図であつて、その特徴とするところは
次の点にある。即ち固定円板に180゜の角度を隔て
て第１、第２の発電コイルを設け、180゜位相の異
なる第１、第２の速度検出電圧が得られるように
形成すると共に、永久磁石回転円板の回転と同期
して上記第１、第２の速度検出電圧から180゜の範
囲に亘つてその回転速度に比例する電圧部分のみ
を選択取得するための制御信号発生回路と、その
選択取得電圧の合成回路を設けて、360゜の回転角
度全域において速度に比例する電圧を取出し得る
ようにした点にある。

第３図において１は回転軸で、ケースを形成す
る部分２，３に設けた軸受４，５によつて支承さ
れ、その突出端は図示しない被速度検出回転機軸
に連結される。６はドーナツ状の永久磁石回転円
板で、例えば第４図ａに示すように270゜の角度範
囲にＮ極が着磁され、残りの90゜の範囲がＳ極に
着磁されており、高導磁率材製のヨーク円板７に
より回転軸１に固定される。８はドーナツ状の固
定円板で高導磁率材で作られる。９，１０は第１
および第２の発電コイルで、第４図ｂに示すよう
に固定円板８の180゜の角度を隔てた２点にトロイ
ダル状に巻かれる。そして固定円板８は永久磁石
回転円板６と少ない空隙を隔てて同軸的に対向す
るようにケース部分３上に固定される１１，１２
（１２はかくれて見えない。）は永久磁石回転円板
の磁極を検出する第１、第２磁気感応素子で、例
えばホール素子のような磁気感応素子が用いられ
る。そして第４図ａによつて前記したようにＮ極
の着磁角度が270゜の場合には、第４図ｂのように
第１発電コイル９の設置点を中心として、これよ
り反時計方向および時計方向のそれぞれ45゜の点
に位置するように、永久磁石回転円板６に近接し
てケース部分３上に固定されるもので、設置角度
はＮ極の着磁角度をθとしたとき、一般に θ−180゜／２ によつて与えられる。また第３図において１３，
１４は第１および第２の位相検波回路、１５は電
圧選択合成回路で、第１、第２位相検波回路１
３，１４には上記磁気感応素子１１，１２の出力
が加えられ、またその出力はアンドがとられるよ
うに接続される。そしてアンド出力は第１および
第２発電コイル９，１０の出力が加えられている
電圧選択合成回路１５に加えられる。１６は速度
に比例する電圧信号の出力端子である。

次にこの装置の動作を第５図に示す波形図を参
照して説明する。永久磁石回転円板６が回転軸１
により第４図ａ中の矢印Ａの方向に回転されたも
のとする。すると第１発電コイル９からは前記し
た原理により、第５図ａに示す波形の電圧E₁が
送出され、また第２発電コイル１０からは第５図
ｂに示すようにE₁と180゜位相の異なる出力電圧E₂
が送出されて、そのそれぞれは電圧選択合成回路
１５に加えられる。一方第１、第２磁気感応素子
１１，１２は永久磁石回転円板６からの磁束に感
応してＮ極に着磁された角度範囲即ち270゜の間は
例えば正極性電圧Ｓ極の着磁角度範囲である90゜
の間においては負極性電圧に変換して検出する
が、こゝで上記したように第１、第２磁気感応素
子１１，１２は、第１発電コイル９を中心として
45゜進んだ点と遅れた点に設けられている。従つ
て第５図ｃに示すように第１磁気感応素子１１か
らは、第１発電コイル９の出力電圧E₁と同期し
て、これより45゜位相の進んだ電圧E₃が得られ、
また第２磁気感応素子１２からはE₁より45゜遅れ
た第５図ｄの電圧E₄が出力される。そしてこれ
らE₃，E₄は第１、第２位相検波回路１３，１４
に加えられて、その出力にE₃，E₄の正極性のと
き“１”、負極性のとき“０”となる第５図ｅ，
ｆの位相検波出力E₃′，E₄′が送出される。そして
これらはアンドをとられて第５図ｇに示す電圧選
択取得制御信号E₅が得られ、これが電圧選択合
成回路１５に加えられるが、こゝで電圧E₃′は第
１発電コイル９の出力電圧E₁に対して45゜進んで
おり、またE₄′はE₁に対して45゜だけ遅れている。
従つてアンド出力E₅は第５図ｇに示すようにE₁
より45゜遅れた点で立上り、225゜の点で立下つて
零となり、再び405゜で立上つて585゜で立下つて零
となる、ハイレベルとローレベル信号とから形成
される角度幅がそれぞれ180゜の選択取得制御信号
となる。このように磁気感応素子１１，１２と位
相検波回路１３，１４の出力のアンド回路が選択
取得制御信号発生回路となる。従つて電圧選択合
成回路１５において、ハイレベル信号Ｈが加えら
れたとき第１発電コイル９の出力E₁をサンプル
し、またローレベル信号Ｌが加えられたとき第２
発電コイル１０の出力E₂をサンプルすれば、第
５図ｈに示すように第１発電コイル９の出力E₁
の45゜から225゜の間の回転速度に正しく比例する
電圧E_Aが得られ、また第２発電コイル１０の出
力E₂においては225゜から405゜の間の回転速度に正
しく比例する電圧E_Bが得られる。そして以下同
じ要領でサンプリング動作が行われ、360゜の間連
続的に回転速度に正しく比例した速度検出電圧信
号E₆が得られることになる。

従つて本発明によれば第２の発電コイルの付加
と、現在の技術によれば十分小型に形成しうる電
子処理回路の付加による簡単な構造により、第１
図に示した本発明者等によつて提案されたものの
ように速度、検出に当つて不感帯を生ずることな
く、しかも従来のタコゼエネレータと同様に360゜
の回転角度における速度を検出できる小形安価な
速度検出装置を提供できる。また永久磁石回転円
板６は軽量に作ることができるので、従来のタコ
ゼエネレータに比べて慣性を少なくでき、被速度
検出回転機の慣性が大きくて制御の行過ぎを生ず
るようなおそれも少ない。

以上本発明を永久磁石回転円板６のＮ極の着磁
角度を270゜、残りをＳ極に着磁した例について説
明したが、理論上Ｎ極の着磁角度が180゜以上であ
れば、何度であつても360゜の間速度に比例した電
圧信号を得ることができるが（180゜に近い方が大
きな出力が得られる）、製作上の精度や後記する
被速度検出回転機の振動による悪影響を除くよう
に考慮した場合などにおいては、Ｎ極の着磁角度
は270゜前後がよい。また以上ではＮ極の着磁角度
を180゜以上としたが、Ｎ，Ｓの角度幅を逆にして
もよい。

また本発明の検出装置では被速度検出回転機が
パルスモータのような振動を生じ易いものの場
合、その振動が第５図ｈの電圧信号E_AとE_Bの切
り替り時に発生したとき、速度検出電圧信号E₆
中に雑音電圧を生じさせる。このため例えばE₆
を用いてパルスモータの速度を帰還制御しようと
する場合において、制御の行過ぎなどを生じて制
御精度を低下するおそれがある。即ち振動が回転
軸１を通して永久磁石回転円板６に伝達されるた
め、その振動に対応して第１、第２発電コイル
９，１０の出力電圧E₁，E₂、第１、第２位相検
波回路１３，１４のアンド出力E₅（選択取得制御
信号）もその立下り点において振動するため、第
５図ｈ中に点線で示すように雑音電圧E_Nを生ず
ることになり、上記のような欠点を生ずることに
なる。しかしこれは第１、第２位相検波回路１
３，１４のアンド出力に、振動角度幅以上の角度
幅をもつヒステリシス特性、例えば10゜のヒステ
リシス特性をもたせることによつて防ぐことがで
きる。例えば前記した実施例では回転軸１の左右
何れの方向の回転の場合にも、45゜〜225゜までの
間第１発電コイル９の出力電圧E₁をサンプルし、
225゜〜405゜の間第２発電コイル１０の出力電圧E₂
をサンプルするようにした。しかし第５図ｇ中に
示すように10゜のヒステリシスをもたせるように
して、時計方向の回転のとき50゜〜230゜まで第１
発電コイル９の出力電圧E₁を、また230゜〜410゜の
間第２発電コイル１０の出力電圧E₂をサンプル
するようにし、反時計方向の回転のときには40゜
〜220゜の間E₁を、220゜〜400゜の間E₂をサンプルす
るようにすれば、パルスモータの振動による影響
を除くことができる。

また以上では選択取得制御信号発生回路素子と
して磁気感応素子を用いた例を示したが、ホトト
ランジスタのような光感応素子を用いても実施で
きる。この方法は例えば第６図ａ，ｂに示す要部
側面図および平面図（第３図と同一符号は同等部
分を示す）のように、ヨーク円板７の直径を永久
磁石回転円板６のそれより大として、その周縁の
180゜の範囲に亘つて設けた切欠き１７を挾みこむ
ように、光源１８と光感応素子１９を対向して設
けると同時に（切欠き１７を設けることなくこれ
に対応してミラーを設けて、光源からの光をこれ
に反射させて光感応素子に与えるようにしてもよ
い）、その光感応素子の設置位置を磁気感応素子
と同様に、Ｎ極の着磁角度を例えば270゜としたと
き、第６図ｂに示すように第１発電コイル９の設
置点から45゜遅れた点に固定して、磁気感応素子
を用いたと同様な作用を行わせるものである。即
ち永久磁石回転円板６が図示の位置から第６図ｂ
の矢印の方向に回転して、切欠き１７により光源
１８からの光が光感応素子１９に達すると、第５
図ａ，ｇに示したと同様に第１発電コイル９の出
力電圧E₁に対して45゜遅れた点から180゜間隔で
“１”“０”に変化する光感応素子の出力が選択取
得制御信号E₅として得られることなる。そこで
これを第７図に示す回路図のように電圧選択合成
回路１５に加えて前記した要領により出力電圧
E₁とE₂とをサンプルして合成すれば、第５図ｈ
に示したと同様に360゜の回転角度に亘つて速度に
比例した電圧信号E₆を得ることができる。従つ
てこの方法によれば光検出素子が１箇ですみ、位
相検波回路も必要としないので、磁気感応素子を
用いる場合に比べて、速度検出装置を更に小形安
価に構成できる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば360゜回転角度における回転速度を検出できる構
造簡単、小形安価な速度検出装置を提供できるも
ので、実用上の効果は著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは従来の速度検出装置を示す
永久磁石円板の平面図、固定円板の平面図および
縦断面図、第２図ａ，ｂ，a′，b′はその動作を説
明するための波形図、第３図ａ，ｂは本発明の一
実施例を示す装置の縦断面図および回路図、第４
図ａ，ｂは永久磁石固定円板の平面図および固定
円板の平面図、第５図は第３図ｂの回路図におけ
る各部の波形図、第６図ａ，ｂは光感応素子によ
る例を示す本発明装置の要部縦断面図および要部
平面図、第７図は第６図装置の回路図である。 １…回転軸、２，３…ケース部分、４，５…軸
受、６…ドーナツ状永久磁石円板、７…ヨーク円
板、８…ドーナツ状固定円板、９，１０…第１、
第２発電コイル、１１，１２…第１、第２磁極位
置検出素子（磁気感応素子）、１３，１４…第１、
第２位相検波回路、１５…電圧選択合成回路、１
６…出力端子、１７…切欠き、１８…光源、１９
…光感応素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 180゜の角度を隔てて第１、第２発電コイルが
   トロイダル状に巻かれた高導磁率性の固定円板
   と、これと同軸的に対応して被速度検出回転機に
   接続される回転軸により回転され、かつ180゜以上
   の角度範囲をＮ極（またはＳ極）残りの角度範囲
   をＳ極（またはＮ極）に着磁された永久磁石回転
   円板とを設けて、上記永久磁石回転円板の回転に
   よる鎖交磁束にもとづき上記第１、第２発電コイ
   ルに180゜位相の異なる電圧が誘起されるように形
   成すると共に、上記第１、第２発電コイルのそれ
   ぞれの出力電圧から180゜の角度範囲に亘つてその
   回転速度に比例する電圧部分を選択取得するため
   の制御信号発生回路とその制御信号による第１、
   第２発電コイル出力からの選択取得電圧を合成す
   る回路とを設けて360゜の回転角度において上記回
   転軸の回転速度に比例する信号が得られるように
   したことを特徴とする回転機の速度検出装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の発明において、
   その制御信号発生回路が発電コイルの前後におい
   て所定の角度で永久磁石回転円板に近接して固定
   された第１、第２の磁気感応素子にそれぞれ誘起
   される電圧の組合せ回路で構成されたことを特徴
   とする回転機の速度検出装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の発明において、
   その制御信号発生回路が発電コイルから所定角度
   だけ遅れた位置に固定され、永久磁石回転円板の
   回転に際してその180゜の角度範囲だけ受光するよ
   うに装置された光感応素子回路で構成されたこと
   を特徴とする回転機の速度検出装置。 ４ 特許請求の範囲第１項の発明において、その
   制御信号発生回路の出力にヒステリシス特性をも
   たせ、その出力電圧の切替位置における被速度検
   出回転機の振動による雑音混入を避けるようにし
   たことを特徴とする回転機の速度検出装置。