JP2500565B2 - 角加速度測定装置 - Google Patents

角加速度測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、磁気エンコーダや光
学エンコーダ等の角加速度測定装置に係わり、特にイン
ダクタやスリット板の偏心に起因する誤差を低減させて
測定精度を向上させたものに関する。
【0002】
【従来の技術】シャーシダイナモメータやパワートレイ
ン試験機の電気慣性補償(あるいは制御)等では、角加
速度が重要な制御パラメータとなる。角加速度測定装置
には、測定対象の回転をパルスピックアップで検出し、
その検出信号をF/V変換する方式がある。この方式に
よる従来の測定装置には、応答速度を高めるために、1
80°の電気的な位相差に相当する位置関係をもって一
対のパルスピックアップを設置し、両者の検出信号を加
算することで倍周波数を得るものがある(特開昭59−
217167号参照)。
【0003】また図4に示すような構成で倍周波数を得
る方式も一般的である。1はインダクタ、2はパルスピ
ックアップ、3はパルスピックアップの検出信号を波形
成形する波形成形回路、4は微分回路、5は微分波形を
整流する整流回路、6はF/V変換器である。すなわち
パルスピックアップ2の出力Aを波形成形したときに生
じる矩形波の微分波形Cを整流し、矩形波Bの立ち上が
りおよび立ち下がりの両方のタイミングで発生するパル
ス波DをF/V変換器6に供給する。角加速度測定装置
の場合、上記の構成により得られた角速度信号を微分し
て角加速度信号を求める。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の構
成による角加速度測定装置では、磁気的なパルス発生器
に磁束変化をもたらす歯車状インダクタの歯のピッチエ
ラーの他、インダクタと軸との偏心によって生ずる微小
な周波数変動が問題となる。同様の問題は、光学的セン
サによって回転数比例の周波数パルスを発生するいわゆ
るロータリエンコーダにも存在する。この周波数変動に
よる検出信号中の誤差成分は、特に角加速度を測定する
場合に大きくなり、特に速度の二乗に比例して大きくな
るため、高速運転時に無視できなくなる。
【0005】この発明は、かかる問題点に鑑み、磁気エ
ンコーダや光学エンコーダ等、回転軸に回転板を付設し
て回転パルス発生器により回転板の回転を検出する角加
速度測定装置において、回転板の偏心に起因する測定誤
差を低減させて測定精度を向上させることを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段および作用】この発明は、
上記の目的を達成するために、回転軸の角加速度を測定
するものであって、前記回転軸に付設される回転板と、
該回転板の回転数に比例する回転パルスを発生する回転
パルス発生器と、回転パルス周波数をF/V変換して角
速度信号を得さらに該角加速度信号を微分して角加速度
信号を得て出力する回転パルス処理手段とを有する装置
において、次の措置を講じたものである。
【0007】すなわち、回転パルス発生器は所定の位置
関係をもって複数設置するものとし、このことによりほ
ぼ等位相差をもって機械的位相がずれた複数の回転パル
スを得る。そして回転パルス処理手段により各回転パル
スを処理するにあたって、各回転パルス発生器に対応し
て設けた複数の信号処理要素により、各回転パルスを処
理のいずれかの段階、たとえばF/V変換前あるいは微
分前まで個別に処理する。この後、処理信号重畳要素に
よりF/V変換前のパルス信号あるいは微分前の電圧信
号を重畳し、以降の処理はこの重畳後の信号を用いて行
う。このことにより、各回転パルスに含まれる回転板の
偏心による周波数変動を相殺する。
【0008】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。ここで
は、この発明を磁気エンコーダに適用した例を説明す
る。第1の実施例に係る装置の構成を図1に示す。この
図において従来と同じあるいは相当する部分には同じ符
号を付して説明を省略する。この実施例では、一対のパ
ルスピックアップ2−1,2−2が設けられている。こ
のパルスピックアップ2−1,2−2は、インダクタ1
の機械的位相差が180°となる位置関係に取り付けら
れる。またパルスピックアップ2−1,2−2を一対と
したことに対応してパルス成形回路3−1,3−2とF
/V変換器6−1,6−2も一対設けられている。アナ
ログ加算器7は、F/V変換器6−1,6−2が出力す
る電圧信号を加算・平均化するものである。この加算器
7の出力は角速度信号として取り扱われる。微分回路8
は角速度信号を微分して角加速度信号を得るものであ
る。また、パルスピックアップ2−1,2−2の回転パ
ルスの処理系のそれぞれについて図4に示すような逓倍
機能を付加し、応答速度を向上させることも可能であ
る。
【0009】次に、この実施例の動作を説明するにあた
って、まずインダクタ1と回転軸(図示せず)との偏心
が角加速度信号に及ぼす影響について説明する。インダ
クタと軸との偏心の様子を図2に示す。図において、O
は軸中心、O′はインダクタ中心、eはインダクタと軸
との間の偏心量、Rはインダクタの外周半径、nは軸の
回転周波数(S-1 or rpm)である。インダクタの周
速vは近似式(1)で示される。
【0010】
【数1】 v≒2πRn+2πen sin(2πnt) …(1) パルスピックアップの出力周波数fはこの周速vに比例
する。F/V変換器に周波数fなるパルス列が入力され
ると、F/V変換器の出力Vは周速vに比例した値にな
るが、この結果、出力Vには式(2)に示すようにesi
n(2πnt)/Rの割合の誤差信号が含まれることに
なる。
【0011】
【数2】 V≒K{2πRn+2πen sin(2πnt)} …(2) したがって角加速度信号を微分すると
【0012】
【数3】 dV/dt≒K{2πR(dn/dt)+(2πn)2e cos(2πnt)+2π ne sin(2πnt)(dn/dt)} …(3) となる。式(3)中、{}内の第3項は第2項と比較す
ると通常無視することができるので、第2項を角加速度
の誤差成分とみなすことができる。
【0013】ここで直径1061mmのローラをもつシ
ャーシダイナモメータにおいて、e/Rが1/2000
であるインダクタを仮定すると、n=8.33S-1(5
00rpm)にて周速が100km/hであるから
【0014】
【数4】 KR=100/(2π×8.33)≒1.91[(km/h)/S] …(4) したがってローラ用周速換算の加速度誤差は
【0015】
【数5】 K(2πn)2e=K(2πn)2R/2000=1.91/2000(2π× 8.33)2=2.62[(km/h)/S] …(5) 重力の加速度を1Gとすると1G≒35.3[(km/
h)/S]なので、この誤差は0.74Gに相当し、通
常のシャーシダイナモメータにおける加速度レンジ±
0.5Gと比較してかなり大きな値となる。この誤差は
速度の二乗に比例するので50km/h以下の試験では
あまり目立たないが、高速度での試験では無視できなく
なる。
【0016】以上のことを前提としてみると、この実施
例では、パルスピックアップ2−1,2−2が180°
の機械的位相差をもつので、両者の回転パルスから得ら
れる電圧信号(速度信号)をアナログ加算器7により重
畳することにより、式(3)中{}内の第3項が互いに
打ち消し合い、角加速度誤差が最小となる。また同様に
角速度誤差も最小となる。インダクタ1のピッチエラー
や回転軸自体の微小な偏心、軸受の微小な隙間のかたよ
り等の影響が存在するため、この実施例によっても依然
として角加速度誤差を生じるが、その大きさは従来と比
べて1/5〜1/10と大幅に低減した。したがってシ
ャーシダイナモメータやパワートレイン試験機において
電気的慣性補償(または制御)を行う場合、あるいはそ
の他の角加速度信号を用いる測定装置・制御装置にこの
実施例を適用すれば、制御の応答速度や精度を向上させ
ることができる。
【0017】次に、この発明の第2の実施例を説明す
る。第2の実施例に係る装置の構成を図3に示す。図に
示すように、加算回路7の代わりに、F/V変換器6の
前段にパルス成形回路3−1,3−2の出力パルスを加
算するパルス加算回路9を挿入すれば、1つのF/V変
換器6で済むこととなる。この場合、パルス加算回路9
には、パルス成形回路3−1,3−2の出力パルスが重
ならないようにパルス列重複防止機能を付加しておけば
よい。あるいは回転パルスがたとえば180°程度の位
相差をもつように、パルスピックアップ2−1,2−2
の取り付け位置を設定しておけばよい。
【0018】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
ほぼ等位相差をもって機械的位相をずらして複数の回転
パルスを検出し、各回転パルスから生成される処理信号
を重畳したうえで角加速度信号を求めることにより、各
回転パルスに含まれる回転板の偏心による周波数変動を
相殺し、角加速度の測定誤差を低減することができる。
それゆえシャーシダイナモメータやパワートレイン試験
機の電気的慣性補償(または制御)に適用すれば、特に
高速試験の際の制御精度が向上する。また、検出周波数
の逓倍機能を併設することも可能であるので、応答速度
および測定精度共に優れた角加速度測定を行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例に係る角加速度測定装置の構成を
示すブロック図。
【図2】インダクタと軸との偏心の様子を示す説明図。
【図3】第2の実施例に係る角加速度測定装置の構成を
示すブロック図。
【図4】従来の角速度測定装置の構成を示すブロック
図。
【符号の説明】
1…インダクタ 2−1,2−2…パルスピックアップ 3−1,3−2…パルス成形回路 6,6−1,6−2…F/V変換器 7…アナログ加算器 8…微分回路 9…パルス加算器

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 角加速度を測定する回転軸に付設したイ
    ンダクタ又はスリット板から成る回転板と、この回転板
    のまわりに機械的に180°の位相差をもって設けられ
    回転数に比例した回転パルスを発生させる一対のピック
    アップとで形成された回転パルス発生器と前記一対の各ピックアップの検出信号を波形成形するパ
    ルス成形回路と、 この両パルス成形回路の各出力周波数を電圧信号に変換
    するF/V変換器と、 これらF/V変換器の電圧出力を加算・平均化して角速
    度信号を得るアナログ加算器と該アナログ加算器の出力信号を微分して角加速度信号を
    得る微分回路とを備えた ことを特徴とする角加速度測定
    装置。
  2. 【請求項2】 角加速度を測定する回転軸に付設したイ
    ンダクタ又はスリット板から成る回転板と該回転板のま
    わりに機械的に180°の位相差をもって設けられ回転
    数に比例した回転パルスを発生させる一対のピックアッ
    プとで形成された回転パルス発生器と前記一対の各ピックアップの検出信号を波形成形するパ
    ルス成形回路とこれら各パルス成形回路の出力パルスを加算するパルス
    加算回路とこのパルス加算回路の出力周波数を電圧信号に変換する
    F/V変換器と該F/V変換器の出力信号を微分して角加速度信号を得
    る微分回路とを備えた ことを特徴とする角加速度測定装
    置。
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