JP2009042196A - 回転数検出システムおよび回転数検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でメンテナンス時間を削減可能な回転数検出システムおよび回転数検出装置を提供する。
【解決手段】回転体10の回転接線方向13の加速度をセンサユニット100で検出し、検出加速度情報として送信し、メインユニット200は、受信した検出加速度情報から回転体10の回転によって生ずる重力加速度の方向の変化をサイン波として検出し、サイン波の極大値または極小値またはゼロ値の何れかの値を基準値として、基準値を検出してから次の基準値を検出するまでの時間を計測し、この時間から計算した周期のパルス信号を出力する。したがって、回転体にセンサユニット100を装着するだけで、メインユニット200から検出結果情報が得られるため、従来例に比べて構成が非常に簡単になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の回転によって生じる重力加速度の方向変化によって回転数を検出する回転数検出システムおよび回転数検出装置に関するものである。

従来、回転体の関数を検出する装置としては、例えば、特開２００３−５８９７６号公報（特許文献１）に開示される「ワイヤレスセンサ、転がり軸受装置、管理装置、及び監視装置」、特開２００６−７２６２１号公報（特許文献２）に開示される「回転角度検出システム」が知られている。

上記特許文献１に開示される装置では、軸受装置は、内外の軌道輪と、これら軌道輪間に配置された複数の転動体とを有し、外側軌道輪と内側軌道輪のどちらか一方が静止輪であり、他方が回転輪である転がり軸受において、いずれかのワイヤレスセンサが、静止輪もしくは静止輪に取り付けた部材に一体的に固定されるか、または回転輪もしくは回転輪に取り付けた部材と一体的に動くように設けられる。または、軸受装置は、１組の軌道輪と、これら１組の軌道輪の内の第１の軌道輪に設けられるパルサリングと、このパルサリングと相対的に回転する第２の軌道輪に前記パルサリングと対向して取付けられる前記いずれかのワイヤレスセンサとを備える。この場合、軸受装置は、パルサリングとワイヤレスセンサとが相対的に回転することによって、回転速度センサで検出される周期信号に関する情報をＦＭ変調方式で送信する。そして、パルサリングとワイヤレスセンサが相対的に回転することによって回転速度センサに発生する周期信号の波長または周波数に基づいて情報処理部が求めた軸受装置の回転数と回転速度の内の少なくとも一方を送信する。また、パルサリングとワイヤレスセンサが相対的に回転することによって回転速度センサに発生する周期信号の１周期の区切りごとに少なくとも固有の識別情報を送信する。

また、上記特許文献２に開示される装置では、円形の固定部は、円周方向に７２分割されてＮ極Ｓ極に交互に着磁された着磁部を盤面に有するリング状のマグネット盤を備え、着磁部は、１箇所のみが他の着磁部よりマグネット盤中心へ延伸されている。ホイールハブは、固定軸の回りをマグネット盤と対向して回転し、マグネット盤に着磁されたＮ極Ｓ極による磁界を横切ることにより発電を行うコイルと、磁気を検知する第１、第２、第３のセンサを備える。第１および第２のセンサは、７２分割された着磁部を横切る位置に配置され、第３のセンサは、マグネット盤中心へ延伸された着磁部を横切る位置に配置される。第３のセンサの出力信号位置から、第１および第２のセンサから出力される信号をカウントし、カウント数から回転角度を検出する。
特開２００３−５８９７６号公報 特開２００６−７２６２１号公報

しかしながら、従来の装置では、構造が複雑であり、メンテナンスに要する時間が多くかかるという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成でメンテナンス時間を削減可能な回転数検出システムおよび回転数検出装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、センサユニットとメインユニットとからなり、前記センサユニットは、回転軸が重力方向にない状態で回転する回転体に装着され、回転接線方向の加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサによって検出された加速度の値を検出加速度情報として電波により送信する送信部とを備え、前記メインユニットは、前記送信部から送信された検出加速度情報を受信する受信部と、受信した検出加速度情報から、前記回転体の回転によって生ずる重力加速度の方向の変化をサイン波として検出する方向変化検出手段と、前記サイン波の極大値または極小値またはゼロ値の何れかの値を基準値とし、基準値を検出してから次の基準値を検出するまでの時間を計測して、該時間から計算した角速度又は回転数の何れかに関する検出結果情報を前記次の基準値を検出した後に出力する情報出力手段とを備えていることを特徴とする回転数検出システムを提案する。

本発明の回転数検出システムでは、回転体の回転接線方向の加速度がセンサユニットによって検出されて、検出加速度情報として送信され、これを受けたメンインユニットは、前記検出加速度情報から前記回転体の回転によって生ずる重力加速度の方向の変化をサイン波として検出し、サイン波の極大値または極小値またはゼロ値の何れかの値を基準値として、基準値を検出してから次の基準値を検出するまでの時間を計測し、該時間から計算した角速度又は回転数の何れかに関する検出結果情報を前記次の基準値を検出した後に出力する。

したがって、回転体にセンサユニットを装着するだけで、メインユニットから検出結果情報が得られるため、従来例に比べて構成が非常に簡単になる。

また、本発明は前記目的を達成するために、回転軸が重力方向にない状態で回転する回転体に装着され、回転接線方向の加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサによって検出された加速度から、前記回転体の回転によって生ずる重力加速度の方向の変化をサイン波として検出する方向変化検出手段と、前記サイン波の極大値または極小値またはゼロ値の何れかの値を基準値とし、基準値を検出してから次の基準値を検出するまでの時間を計測して、該時間から計算した角速度又は回転数の何れかに関する検出結果情報を前記次の基準値を検出した後に出力する情報出力手段とを備えていることを特徴とする回転数検出装置を提案する。

本発明の回転数検出装置では、回転体の回転接線方向の加速度が検出されて、検出加速度情報とされ、この検出加速度情報から前記回転体の回転によって生ずる重力加速度の方向の変化がサイン波として検出され、サイン波の極大値または極小値またはゼロ値の何れかの値を基準値として、基準値を検出してから次の基準値を検出するまでの時間が計測され、該時間から計算した角速度又は回転数の何れかに関する検出結果情報が前記次の基準値を検出した後に出力される。

したがって、本発明の装置を回転体に装着するだけで、検出結果情報が得られるため、従来例に比べて構成が非常に簡単になる。

本発明の回転数検出システムによれば、回転体にセンサユニットを装着するだけで、メインユニットから検出結果情報が得られるため、従来例に比べて構成が非常に簡単になるので、メンテナンスにかかる時間を従来に比べて大幅に削減することができる。

本発明の回転数検出装置によれば、本発明の装置を回転体に装着するだけで、検出結果情報が得られるため、従来例に比べて構成が非常に簡単になるので、メンテナンスにかかる時間を従来に比べて大幅に削減することができる。

以下に、本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明の第１実施形態における回転数検出システムにおけるセンサユニット100とメインユニット200の電気系回路を示すブロック図である。

センサユニット100は、加速度センサ101、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路102、演算処理部103、送信機104、アンテナ105から構成されている。

加速度センサ101は、図２に示すように、回転軸１１を有する回転体１０の回転方向１２の加速、すなわちセンサユニット100の位置における回転接線方向１３に発生する加速度を検出してこの加速度の値を表すアナログ電気信号を出力する。加速度センサ101によって検出される重力加速度の絶対値は、センサユニット100の位置における回転接線方向１３が水平となる位置でゼロとなり、垂直となる位置で最大値を示す。

Ａ／Ｄ変換回路102は、加速度センサ101から出力されるアナログ信号の値をディジタル値に変換して出力する。

演算処理部103は、例えば周知のＣＰＵを主体として構成され、Ａ／Ｄ変換回路102から加速度のディジタル値を入力し、このディジタル値を含む所定フォーマットの加速度情報を生成して、この加速度情報を送信機104を介して所定周波数の電波によってアンテナ105から送信する。

メインユニット200は、アンテナ201と、受信機202、演算処理部203、記憶部204、表示部205から構成されている。

受信機202は、アンテナ201を介してセンサユニット100から送信された加速度情報を受信し、ディジタルデータとして演算処理部203に出力する。

演算処理部203は、例えば周知のＣＰＵを主体として構成され、後述するように、受信機202から加速度情報を入力したときに、その加速度の値を記憶部204の記憶媒体に記憶する。

記憶部204は、書き換え可能な不揮発性のメモリや磁気ディスク装置などの所定の記憶媒体を有し、この記憶媒体には、回転体１０の半回転あたりのパルス数が予め記憶されている。

また、演算処理部203は、図３に示すように、入力した加速度値Ａの変化から次の（１）〜（８）の処理行うことにより重力加速度の変化を略サイン波Ｂとして検出する。さらに、演算処理部203は、重力加速度変化のサイン波Ｂの半周期の時間を計測し、この計測時間から回転体１０の単位時間あたりの回転数を算出して、この回転数の情報を表示部205に表示すると共に上位装置（図示せず）に対して所定周期でパルスを出力する。このパルスの周期は、前記サイン波の半周期の時間すなわち回転体の半回転の時間と、半回転で出力するパルスの数（予め設定されているパルス数）とから決定される。なお、パルス出力は、次の半周期が確定するか或いは回転体１０が停止状態になったと判断されるまで、同じ周波数で出力される。この周波数としては、例えば、回転体１０が半回転する間に６０，１２０，１８０，２４０個のうちの何れかの数のパルスを出力する周期とする。

（１）受信開始
（２）加速度値の極大値及び極小値を更新していき、半周期と判断できる閾値以上の差分が検出できた時点で、その半周期の時間から出力パルス周波数を決定する。このパルス周波数を速やかにパルス出力に反映する。

（３）前回方向は、半周期と判定した時点の方向（±）をフラグとして記録しておき、次に検出すべきものが最大値なのか最小値なのかを限定するために使用する。これにより、期待する方向と異なる不要なサンプル（検出加速度値）は除外される。

（４）半周期と確定したサンプル（極大値及び極小値を確定したサンプル）の直後のサンプル値（検出加速度値）が、前回方向と逆方向に、ある一定値以上の値で急激に変化した場合、そのサンプル値は無効とする。

（５）有効な極大値又は極小値とできる場合でも、極端に突出した値は、適切な限界値で抑制する。

（６）一定サンプリングサイクル以上の間、次の半周期が確定できない（差分が既定値に達しない）場合は、回転体１０が停止した状態であると判断し、パルス出力を停止し、上記（１）の状態ステートに戻る。

さらに、上記の判断基準に加えて、急停止時のような特殊なサンプルデータ（検出加速度値）に対する対応を付加する。すなわち、次の（７）（８）の処理を行う。

（７）半周期を確定したサンプル以外でも、前回のサンプルと逆方向に極端に変化したサンプルも無効とする。

（８）上記（７）に加えて、無効としたサンプルと同じレベルの値が継続する場合も無効とする。

以上説明したように、第１実施形態の回転数検出システムによれば、回転体１０にセンサユニット100を装着するだけで、メインユニット200から検出結果情報が得られるため、従来例に比べて構成が非常に簡単になるので、メンテナンスにかかる時間を従来に比べて大幅に削減することができる。例えば、ロータリーエンコーダなどが使用できないような部位でも、簡便に回転数又は角速度を得ることができる。ロータリーエンコーダは軸部のメンテナンスなどが必要となるが、本実施形態のシステムであれば接触部がないので、メンテナンスフリーである。

また、第１実施形態の回転数検出システムでは、メインユニット200から回転体１０の回転速度に対応した周期のパルス信号が出力されるので、従来のパルス信号を出力する回転検出用のロータリーエンコーダに代えて用いることができる。

なお、メインユニット200から上位装置に対してパルスではなく回転体１０の回転角速度や単位時間あたりの回転数の値を表すディジタル情報を出力するようにしても良い。

また、本実施形態では、半周期毎に回転数を決定するようにしたが１周期毎に決定するようにしても良い。さらに、本実施形態では検出加速度の極大値と極小値を用いて半周期を決定したが、重力加速度の検出値がゼロになるゼロ値を用いて半周期を決定しても良い。

回転体１０としては、例えば、車や鉄道の車輪、エンジン、自転車等であっても良い。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。

図４は本発明の第２実施形態における回転数検出装置の電気系回路を示すブロック図である。図において、300は回転数検出装置で、加速度センサ301、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路302、演算処理部303、送信機304、アンテナ305から構成されている。

加速度センサ301は、図５に示すように、回転軸１１を有する回転体１０の回転方向１２の加速、すなわち回転数検出装置300の位置における回転接線方向１３に発生する加速度を検出してこの加速度の値を表すアナログ電気信号を出力する。

Ａ／Ｄ変換回路302は、加速度センサ301から出力されるアナログ信号の値をディジタル値に変換して出力する。

演算処理部303は、例えば周知のＣＰＵを主体として構成され、Ａ／Ｄ変換回路302から加速度のディジタル値を入力し、このディジタル値から回転体１０の単位時間あたりの回転数を算出し、この回転数の値を含む所定フォーマットの検出結果情報を生成して、この検出結果情報を送信機304を介して所定周波数の電波によってアンテナ305から上位装置（図示せず）に対して送信する。

すなわち、演算処理部303は、図３に示したような加速度値Ａを入力し、入力した加速度値Ａの変化から次の（１１）〜（１８）の処理行うことにより重力加速度の変化を図３に示した略サイン波Ｂとして検出する。さらに、演算処理部303は、重力加速度変化のサイン波Ｂの半周期の時間を計測し、この計測時間から回転体１０の単位時間あたりの回転数を算出して、この回転数の情報を送信機304及びアンテナ305を介して所定周波数の電波によって上位装置（図示せず）に送信する。

（１１）加速度値入力開始
（１２）加速度値の極大値及び極小値を更新していき、半周期と判断できる閾値以上の差分が検出できた時点で、その半周期の時間から単位時間あたりの回転数を決定する。

（１３）前回方向は、半周期と判定した時点の方向（±）をフラグとして記録しておき、次に検出すべきものが最大値なのか最小値なのかを限定するために使用する。これにより、期待する方向と異なる不要なサンプル（検出加速度値）は除外される。

（１４）半周期と確定したサンプル（極大値及び極小値を確定したサンプル）の直後のサンプル値（検出加速度値）が、前回方向と逆方向に、ある一定値以上の値で急激に変化した場合、そのサンプル値は無効とする。

（１５）有効な極大値又は極小値とできる場合でも、極端に突出した値は、適切な限界値で抑制する。

（１６）一定サンプリングサイクル以上の間、次の半周期が確定できない（差分が既定値に達しない）場合は、回転体１０が停止した状態であると判断し、回転数の値を０とし、上記（１）の状態ステートに戻る。

さらに、上記の判断基準に加えて、急停止時のような特殊なサンプルデータ（検出加速度値）に対する対応を付加する。すなわち、次の（１７）（１８）の処理を行う。

（１７）半周期を確定したサンプル以外でも、前回のサンプルと逆方向に極端に変化したサンプルも無効とする。

（１８）上記（１７）に加えて、無効としたサンプルと同じレベルの値が継続する場合も無効とする。

以上説明したように、第２実施形態の回転数検出装置によれば、回転体１０に回転数検出装置300を装着するだけで、上位装置は回転数検出装置300から電波によって送られてくる検出結果情報を得ることができるため、従来例に比べて構成が非常に簡単になるので、メンテナンスにかかる時間を従来に比べて大幅に削減することができる。

なお、回転数検出装置300から上位装置に対して単位時間あたりの回転数ではなく回転体１０の回転角速度の値を表すディジタル情報を出力するようにしても良い。

また、本実施形態では、半周期毎に回転数を決定するようにしたが１周期毎に決定するようにしても良い。さらに、本実施形態では検出加速度の極大値と極小値を用いて半周期を決定したが、重力加速度の検出値がゼロになるゼロ値を用いて半周期を決定しても良い。

本発明の第１実施形態における回転数検出システムにおけるセンサユニットとメインユニットの電気系回路を示すブロック図 本発明の第１実施形態におけるセンサユニットの回転体への装着例を示す図 本発明の第１実施形態における検出加速度と重力加速度変化のサイン波を示す図 本発明の第２実施形態における回転数検出装置の電気系回路を示すブロック図 本発明の第２実施形態におけるセンサユニットの回転体への装着例を示す図

符号の説明

１０…回転体、１１…回転軸、１２…回転方向、１３…回転接線方向、100…センサユニット、101…加速度センサ、102…アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路、103…演算処理部、104…送信機、105…アンテナ、200…メインユニット、201…アンテナ、202…受信機、203…演算処理部、204…記憶部、205…表示部、300…回転数検出装置、301…加速度センサ、302…アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路、303…演算処理部、304…送信機、305…アンテナ。

Claims (4)

1. センサユニットとメインユニットとからなり、
   前記センサユニットは、
   回転軸が重力方向にない状態で回転する回転体に装着され、回転接線方向の加速度を検出する加速度センサと、
   前記加速度センサによって検出された加速度の値を検出加速度情報として電波により送信する送信部とを備え、
   前記メインユニットは、
   前記送信部から送信された検出加速度情報を受信する受信部と、
   受信した検出加速度情報から、前記回転体の回転によって生ずる重力加速度の方向の変化をサイン波として検出する方向変化検出手段と、
   前記サイン波の極大値または極小値またはゼロ値の何れかの値を基準値とし、基準値を検出してから次の基準値を検出するまでの時間を計測して、該時間から計算した角速度又は回転数の何れかに関する検出結果情報を前記次の基準値を検出した後に出力する情報出力手段とを備えている
   ことを特徴とする回転数検出システム。
2. 前記情報出力手段は、前記検出結果情報として前記回転数に比例した数のパルスを出力する手段を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転数検出システム。
3. 回転軸が重力方向にない状態で回転する回転体に装着され、回転接線方向の加速度を検出する加速度センサと、
   前記加速度センサによって検出された加速度から、前記回転体の回転によって生ずる重力加速度の方向の変化をサイン波として検出する方向変化検出手段と、
   前記サイン波の極大値または極小値またはゼロ値の何れかの値を基準値とし、基準値を検出してから次の基準値を検出するまでの時間を計測して、該時間から計算した角速度又は回転数の何れかに関する検出結果情報を前記次の基準値を検出した後に出力する情報出力手段とを備えている
   ことを特徴とする回転数検出装置。
4. 前記情報出力手段は、前記検出結果情報を電波によって送信する手段を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の回転数検出装置。

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