JP2006025571A

JP2006025571A - 回転方向検知装置

Info

Publication number: JP2006025571A
Application number: JP2004203473A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Misato; 久三里
Original assignee: Teikoku Electric Mfg Co Ltd
Current assignee: Teikoku Electric Mfg Co Ltd
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】検出感度を有効に上げることができる回転方向検知装置を提供する。
【解決手段】モータ11の回転時の漏洩回転磁束によって検出コイルS1，S2に交流信号が誘起する。検出コイルS1，S2に誘起した交流信号を正電源および負電源で動作するオペアンプA10，A20で増幅する。オペアンプA10，A20で増幅する交流信号の零点を可変抵抗VR1，VR2で調整する。増幅した交流信号の位相から回転方向検知手段27がモータ11の回転方向を検知する。回転方向検知手段27で検知した回転方向を表示手段28で表示する。正負電源供給部31で電池30の単電源から正電源および負電源に変換し、オペアンプA10，A20などに供給する。正電源および負電源で動作するオペアンプA10，A20と可変抵抗VR1，VR2とを用いて、正確な零点調整ができる。増幅度を増して検出感度を有効に上げることができ、漏洩回転磁界が弱いモータ11でも回転方向を確実に検知できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転方向を検知する回転方向検知装置に関する。

従来、この種の回転方向検知装置としては、携帯型の回転方向検知装置があり、この回転方向検知装置を回転中のモータのモータフレームの表面に近づけることにより、そのモータフレームの表面から漏洩する回転磁界を検出してモータの回転方向を検知するように構成されている。

このような回転方向検知装置では、モータの回転方向に沿って互いに離間して配置される一対の検出コイルを有し、漏洩回転磁界によって各検出コイルに誘起される交流信号をそれぞれ増幅部で増幅し、これら増幅された交流信号の位相からモータの回転方向を検知し、回転方向に応じた発光ダイオードを点灯させるなどして回転方向を表示している。

また、回転方向検知装置の電源には、携帯型であることから単電源を供給する乾電池が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。

そのため、増幅部に用いられるオペアンプなどには、単電源で動作するオペアンプなどが用いられている。
特開平１０−２２５０６３号公報（第２−３頁、図１３）

しかしながら、従来の携帯型の回転方向検知装置では、電源に単電源を供給する乾電池を使用するため、増幅部のオペアンプなどには単電源で動作するオペアンプなどが用いられているが、単電源のオペアンプでは増幅する交流信号の零点にずれが残るので、高感度化するために複数のオペアンプを通して増幅度を上げたとしても、残留直流分でオペアンプが飽和するため、検出感度を有効に上げることができなかった。

そのため、測定しようとするモータフレームの表面のコイルエンド部では作動するが、固定子鉄心の中央部では測定できない場合もあり、固定子の磁束密度の低いモータやフレームの厚い構造のモータでは、全く反応しない場合もある。また、コイルエンド部においては中央部よりも漏洩磁束が強いが、モータフレームのコイルエンド部にはモータの端子箱が設置されており、リード線を流れる電流の影響を受けたり、モータフレームの形状が一様でない場合があり、その場合には漏洩回転磁界が乱されて、回転方向の表示が誤動作する場合がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、検出感度を有効に上げることができるとともに、漏洩回転磁界の歪みや検出感度を上げることによって自己および他の電気機器からより影響を受けやすくなった誘導ノイズの影響を分離可能にした回転方向検知装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の回転方向検知装置は、モータの外部でそのモータの回転方向に沿って互いに離間して配置される一対の検出コイル、誘導ノイズを除去するローパスフィルタ、正電源および負電源で動作して前記各検出コイルに誘起される交流信号をそれぞれ増幅する一対の増幅手段、これら増幅手段に設けられ各増幅手段で増幅する交流信号の零点をそれぞれ調整する一対の零点調整手段、各増幅手段で増幅された交流信号の位相からモータの回転方向を検知する単電源で駆動される回転方向検知手段、およびこの回転方向検知手段で検知された回転方向を表示する表示手段を備えた検知回路と、単電源を供給する電池、およびこの電池の単電源から正電源および負電源に変換して前記検知回路に供給する正負電源供給部を有する電源部とを具備しているものである。

そして、電池の単電源から正負電源供給部で正電源および負電源に変換して供給することにより、正電源および負電源で動作して各検出コイルに誘起される交流信号をそれぞれ増幅する増幅手段と、これら増幅手段で増幅する交流信号の零点をそれぞれ調整する零点調整手段とを用いて、正確な零点調整が可能となるため、増幅度を増して検出感度を有効に上げられ、従来では困難であった漏洩回転磁界が弱いモータでも回転方向を確実に検知可能となる。

請求項２記載の回転方向検知装置は、請求項１記載の回転方向検知装置において、回転方向検知手段は、回転磁界の歪みおよび誘導ノイズを分離するため各検出コイルに誘起される交流信号の立ち上がり時と立ち下がり時との両方についてそれぞれ位相から回転方向を検知し、表示手段は、前記回転方向検知手段で検知された立ち上がり時の回転方向と立ち下がり時の回転方向との両方をそれぞれ表示するものである。

そして、各検出コイルに誘起される交流信号の立ち上がり時と立ち下がり時との両方についてそれぞれ位相から回転方向を検知し、これら立ち上がり時の回転方向と立ち下がり時の回転方向の両方をそれぞれ表示するため、漏洩回転磁界の波形の歪みや自己および他の電気機器からの誘導ノイズなどによる誤動作の発生が確認可能となる。つまり、この回転方向検知装置は、例えば、モータフレームから離れた位置で電源を入れると、高感度であるので誘導ノイズにより不安定な表示をするが、モータフレームの中心に近づけると安定した表示となり、モータフレームの中央部で軸方向に移動させても安定した表示であれば、それがモータの正しい回転方向を表示することになる。モータフレームのコイルエンド部においては、漏洩回転磁界が乱されることがあるが、モータフレームの中央部へ向けて移動させても安定した場所であれば問題ない。モータフレームの中央部からコイルエンド部の方向に移動させて表示が不安定になるとそれより外側では漏洩回転磁界よりもノイズの影響が大きく回転方向のチェックに適さない場所であるとの判定が可能となる。なお、感度が低くてモータフレームの中央部で表示ができない従来品では、コイルエンド部に磁界の乱れがあって表示が不安定であるとモータの回転方向の表示の判定が困難であった。したがって、この回転方向検知装置では、漏洩回転磁界の領域とノイズ領域を分離できるので、モータの正確な回転方向の判定が可能となる。

請求項１記載の回転方向検知装置によれば、電池の単電源から正負電源供給部で正電源および負電源に変換して供給することにより、正電源および負電源で動作して各検出コイルに誘起される交流信号をそれぞれ増幅する増幅手段と、これら増幅手段で増幅する交流信号の零点をそれぞれ調整する零点調整手段とを用いることができて、零点調整を正確にできるようになるため、増幅度を増して検出感度を有効に上げることができ、従来では困難であった漏洩回転磁界が弱いモータでも回転方向を確実に検知できる。

請求項２記載の回転方向検知装置によれば、請求項１記載の回転方向検知装置の効果に加えて、各検出コイルに誘起される交流信号の立ち上がり時と立ち下がり時との両方についてそれぞれ位相から回転方向を検知し、これら立ち上がり時の回転方向と立ち下がり時の回転方向との両方をそれぞれ表示するため、交流信号の波形の歪みや交流信号に重畳するノイズなどの影響による誤動作の発生を確認でき、回転方向の立ち上がり時と立ち下がり時との両方が同時に表示されるように例えば検知位置を調整することにより、モータの回転方向を正確に検知できる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１において、11はモータで、このモータ11は、例えば交流モータなどで、固定子および回転子を有し、固定子の巻線への通電によって回転子が回転する。

このモータ11の外部から回転方向を検知する回転方向検知装置21は、携帯可能な装置本体22を有し、この装置本体22内に、回転方向を検知して表示する検知回路23、およびこの検知回路23に電源を供給する電源部24がそれぞれ収容されている。

検知回路23は、モータ11の回転方向に沿って互いに離間して配置される一対の検出コイルS1，S2を有し、これら検出コイルS1，S2にはモータ11の回転子の回転時に発生する漏洩回転磁界によって交流信号（交流電圧）が誘起される。

検出コイルS1，S2に誘起される漏洩回転磁界によって誘起される交流信号は微弱であるので、同時に多くの誘導ノイズが重畳される。各検出コイルS1，S2には、各検出コイルS1，S2に誘起される交流信号の高周波ノイズを減衰させるためのローパスフィルタLPF1，LPF2を介して各交流信号をそれぞれ増幅する増幅部26が接続されている。この増幅部26は、各検出コイルS1，S2に誘起される各交流信号をそれぞれ増幅する増幅手段としての一対のオペアンプA10，A20、これら各オペアンプA10，A20の後段で各交流信号をさらに増幅する一対のオペアンプA11，A21、これら一対のオペアンプA11，A21の後段で各交流信号をさらに増幅および反転させる一対のオペアンプA12，A22を有している。これらオペアンプA10，A11，A12，A20，A21，A22は、正電源および負電源の２電源で動作する。

初段の一対のオペアンプA11，A21は、これら各オペアンプA11，A21で増幅する各交流信号の零点をそれぞれ調整する零点調整手段としての可変抵抗VR1，VR2を有している。

増幅部26には、この増幅部26で増幅された各交流信号の位相からモータ11の回転方向を検知する回転方向検知手段27が接続されている。この回転方向検知手段27は、一対のオペアンプA11，A21および一対のオペアンプA12，A22にそれぞれ接続されたフリップフロップFF1，FF2を有し、一方のフリップフロップFF1は各交流信号の立ち上がり時の位相から回転方向を検知し、他方のフリップフロップFF2は各交流信号の立ち下がり時の位相から回転方向を検知するために用いられている。

回転方向検知手段27には、この回転方向検知手段27で検知された回転方向を表示する表示手段28が接続されている。この表示手段28は、例えば、左回転表示用の一対の発光ダイオードL11，L12、および右回転表示用の一対の発光ダイオードL21，L22を有している。各一対のうちの一方の発光ダイオードL11，L21はフリップフロップFF1にそれぞれ接続されて各交流信号の立ち上がり時の位相から検知された回転方向を点灯表示し、他方は発光ダイオードL12，L22はフリップフロップFF2にそれぞれ接続されて各交流信号の立ち下がり時の位相から検知された回転方向を点灯表示する。

また、電源部24は、単電源を供給する例えば乾電池などの電池30、およびこの電池30の単電源から正電源および負電源に変換して検知回路23に供給する正負電源供給部31を有する。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

回転方向検知装置21を用いて回転するモータ11の回転方向を検知するには、装置本体22をモータ11のフレーム胴に近付け、一対の検出コイルS1，S2がモータ11の回転方向に沿う向きに配置する。

そして、検出コイルS1，S2には、図２に示すように、モータ11の回転に伴う漏洩回転磁界によって交流信号（交流電圧信号）がそれぞれ誘起される。ローパスフィルタLPF1，LPF2は、図２には図示されていないが、信号波形に重畳されている高周波ノイズを除去する役目をする。

このとき、モータ11の回転方向に応じて、検出コイルS1，S2に誘起される交流信号には位相差が生じる。

各検出コイルS1，S2に誘起された各交流信号は増幅部26のオペアンプA10，A11，A12，A20，A21，A22でそれぞれ増幅する。このとき、初段の一対のオペアンプA11，A21は可変抵抗VR1，VR2によって各交流信号の零点を予め調整しているため、後段のオペアンプA11，A12，A21，A22でそれぞれ増幅度を増して検出感度を有効に上げることができる。

増幅部26の一対のオペアンプA11，A21および一対のオペアンプA12，A22で反転増幅された交流信号は単電源で駆動される回転方向検知手段27のフリップフロップFF1，FF2に入力されるが、フリップフロップFF1，FF2は、それぞれ入力がプラスの信号波形に対してのみ有効で、マイナスの信号波形に対しては応答しない。したがって、フリップフロップFF1は、図２に示す漏洩回転磁界によって検出コイルS1，S2に誘起される交流信号が正の波形の位相に応じて表示手段28の発光ダイオードL11，L21を駆動し、また、他方のフリップフロップFF2は、図２の交流信号が負の波形の位相に応じて表示手段28の発光ダイオードL12，L22を駆動する。

このとき、例えば、回転方向検知装置21で正確に検知できる理想的な状態、すなわち信号波形が図２に示されるようにモータ11が図１の矢印のように左側に回転しており、信号波形がノイズの重畳されていない正弦波形である場合には、左側の２個の発光ダイオードL11，L12が点灯し、また、モータ11が図１の矢印と反対の方向に回転していれば、右側の発光ダイオードL21，L22が点灯してモータ11の正しい回転方向を表示する。もし、信号波形にローパスフィルタLPF1，LPF2で取りきれないノイズが含まれていると、他の発光ダイオードがその程度に応じて点灯することになる。

そして、表示手段28では、回転方向検知手段27による検知に応じて各発光ダイオードL11，L12，L21，L22を明るく点灯、薄く点灯、消灯などの形態で表示する。

例えば、図３(a)に示すように、左回転表示用の一対の発光ダイオードL11，L12が同時に明るく点灯し、右回転表示用の一対の発光ダイオードL21，L22が同時に消灯した状態にあれば、波形の歪みやノイズの影響がなく、モータ11が左回転していることを確認できる。

図３(b)に示すように、右回転表示用の一対の発光ダイオードL21，L22が同時に明るく点灯し、左回転表示用の一対の発光ダイオードL11，L12が同時に消灯した状態にあれば、波形の歪みやノイズの影響がなく、モータ11が右回転していることを確認できる。

図３(c)に示すように、左回転表示用の一方の発光ダイオードL11のみが明るく点灯し、右回転表示用の一方の発光ダイオードL22のみも同時に明るく点灯した状態にあれば、検出された交流信号の波形に歪みが生じていることを確認できる。この波形の歪みに関しては、モータ11の波巻や集中巻などの巻線方式やモータフレームのフィンや凹凸などの外形形状によって漏洩回転磁界が歪んだり、あるいは、各検出コイルS1，S2の位置のモータフレームの外形形状が異なることによって漏洩回転磁界が歪んむことにより生じる。

図３(d)に示すように、左回転表示用の一対の発光ダイオードL11，L12が同時に明るく点灯した状態で、右回転表示用の一対の発光ダイオードL21，L22が同時に薄く点灯した状態にあれば、ノイズが重畳した状態にあることを確認できる。このノイズに関しては、微小な漏洩回転磁束をも検出できるように高感度となっているため、電源ラインに重畳したノイズや輻射ノイズに対して影響を受けやすく、特に、検出コイルS1，S2に誘起される電圧信号の０Ｖ付近のタイミングで重畳したノイズは１ｍＶ程度以下の小さな値でも影響を受ける。

このように、波形の歪みやノイズなどの影響によって発光ダイオードL11，L12，L21，L22はいろいろな表示をするが、波形の歪みやノイズなどの影響が低減されるように、モータフレームに対する装置本体22の位置、距離、角度などを変え、左回転表示用の一対の発光ダイオードL11，L12のみか、または右回転表示用の一対の発光ダイオードL21，L22のみが、同時に明るく点灯する状態にすることにより、モータ11の回転方向を正確に確認できる。

ところで、オペアンプも単電源で駆動される従来品では、感度が悪く、回転方向の表示も信号の正もしくは負の一方向である場合は、漏洩磁束の少ないモータの場合は測定できないか、もしくは漏洩磁束の大きいコイルエンド部においてのみ測定可能のケースがあったが、コイルエンド部のみで測定可能な状態でコイルエンド部の漏洩磁束に歪みがあると、表示機能は単機能であるので、場所によって右回転を表示したり、左回転を表示するので、正しい回転方向の判定が困難であった。しかし、本実施の形態の回転方向検知装置21では、高感度となり、表示が信号の正および負の両方の領域での表示をするので、従来漏洩回転磁界が小さくて検出できなかったモータでも検出が可能となったばかりでなく、漏洩回転磁界に歪みがあったり、周辺にノイズの発生源があっても、正しい回転方向の判定が可能となる。

また、モータフレーム上の漏洩回転磁界とノイズとの関係は、固定子鉄心両端のコイルエンド部の漏洩回転磁界は強い歪みがあったり、ノイズの影響が大きく、鉄心の中央部は漏洩回転磁界は弱いがＳ／Ｎ比が良いという関係にある。しかし、本実施の形態の回転方向検出装置21では、検出感度が高く、表示が多機能になっているので、電源を入れた状態でモータフレーム表面を軸方向に移動させて発光ダイオードL11，L12，L21，L22の点灯状態を監視すればノイズや歪みのある不安定領域であるか、回転方向を判断できる安定領域であるかを容易に判断できる。

このように構成された回転方向検知装置21によれば、電池30の単電源から正負電源供給部31で正電源および負電源に変換して供給することにより、正電源および負電源で動作して一対の検出コイルS1，S2に誘起される交流信号をそれぞれ増幅するオペアンプA10，A20と、これらオペアンプA10，A20で増幅する交流信号の零点をそれぞれ調整する可変抵抗VR1，VR2とを用いることができて、零点調整を正確にできるようになるため、増幅度を増して検出感度を有効に上げることができ、例えば変圧器油循環用の油ポンプに用いられるモータのように従来では困難であった漏洩回転磁界が弱いモータ11でも回転方向を確実に検知できる。

また、各検出コイルS1，S2に誘起される交流信号の立ち上がり時と立ち下がり時との両方についてそれぞれ位相から回転方向を検知し、これら立ち上がり時の回転方向と立ち下がり時の回転方向との両方をそれぞれ表示するため、交流信号の波形の歪みや交流信号に重畳するノイズなどの影響による誤動作の発生を確認でき、回転方向の立ち上がり時と立ち下がり時との両方が同時に表示されるように検知位置などを調整することにより、モータ11の回転方向を正確に検知できる。

なお、回転方向検知装置21で回転方向を検知可能なモータとしては、交流モータおよび直流モータのいずれも検知可能で、しかも、ノイズの影響を確認できてその影響が低減されるように調整できることから、インバータ駆動されるモータや汎用の三相モータも検知可能とする。

また、回転方向検知装置21は、通電中の電線や電気機器に近付けただけでも反応するので、通電チェッカーなどの他の目的にも使用できる。

本発明の一実施の形態を示す回転方向検知装置の構成図である。同上回転方向検知装置の一対の検出コイルによって検出する交流信号の波形図である。同上回転方向検知装置の表示部によって回転方向を表示する表示形態の例を(a)〜(d)に示す説明図である。

符号の説明

11 モータ
21 回転方向検知装置
23 検知回路
24 電源部
27 回転方向検知手段
28 表示手段
30 電池
31 正負電源供給部
A10，A20 増幅手段としてのオペアンプ
LPF1，LPF2 ローパスフィルタ
S1，S2 検出コイル
VR1，VR2 零点調整手段としての可変抵抗

Claims

モータの外部でそのモータの回転方向に沿って互いに離間して配置される一対の検出コイル、誘導ノイズを除去するローパスフィルタ、正電源および負電源で動作して前記各検出コイルに誘起される交流信号をそれぞれ増幅する一対の増幅手段、これら増幅手段に設けられ各増幅手段で増幅する交流信号の零点をそれぞれ調整する一対の零点調整手段、各増幅手段で増幅された交流信号の位相からモータの回転方向を検知する単電源で駆動される回転方向検知手段、およびこの回転方向検知手段で検知された回転方向を表示する表示手段を備えた検知回路と、
単電源を供給する電池、およびこの電池の単電源から正電源および負電源に変換して前記検知回路に供給する正負電源供給部を有する電源部と
を具備していることを特徴とする回転方向検知装置。
回転方向検知手段は、回転磁界の歪みおよび誘導ノイズを分離するため各検出コイルに誘起される交流信号の立ち上がり時と立ち下がり時との両方についてそれぞれ位相から回転方向を検知し、
表示手段は、前記回転方向検知手段で検知された立ち上がり時の回転方向と立ち下がり時の回転方向との両方をそれぞれ表示する
ことを特徴とする請求項１記載の回転方向検知装置。