JP2977821B1 - 回転量測定装置 - Google Patents

回転量測定装置

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Abstract

【要約】 【課題】 構成が簡素化されているにもかかわらず、精
度よく回転量の測定がなし得る回転量測定装置を提供す
る。 【解決手段】 回転軸1に所定の傾斜を設けて装着され
た磁石円板3と、前記回転軸1に直交する平面において
同回転軸1の軸心に関して所定の角度間隔を設けて配設
された一対の磁気センサ4,5と、前記磁気センサ4,
5を透過する磁束変化を電圧変化として検出する電圧変
化検出手段12と、前記電圧変化検出手段12により検
出された電圧変化に基づいて回転軸1の回転位置や回転
回数などの回転量を算出する回転量算出手段16とを備
えてなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は回転量測定装置に関
する。さらに詳しくは、簡易な構成により精度よく回転
量が測定できる回転量測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、誘導電動機やサーボモータな
どのモータの回転軸の回転位置や回転回数などの回転量
測定のためにレゾルバやエンコーダなどが用いられてい
る。このエンコーダにおいて分解能を上げようとすれ
ば、回転円板が大きくなり、現実的ではなくなる。ま
た、レゾルバにおいて分解能を上げようとすれば、ビッ
ト数を増加させる必要があるが、ビット数を上げるとコ
ストが上昇するとともに、ピックアップ出力の細部安定
性を確保するのが困難となる。かかる事情から、このレ
ゾルバやエンコーダの分解能はせいぜい1/4000程
度であるため、高精度に位置検出や回転回数などの回転
量の測定がなし得ないという欠点がある。つまり、測定
された位置や回転回数などの回転量の誤差が大きいとい
う欠点がある。
【0003】そのため、かかるレゾルバやエンコーダを
用いて、例えば人工呼吸器に用いられるサーボモータを
制御した場合、その誤差のために呼吸補助のための空気
流量変動が大きくなるという問題がある。また、かかる
レゾルバやエンコーダを用いて刺繍機における生地の位
置決めを行っているサーボモータを制御した場合、その
誤差のために位置決めにバラツキが生じ、製品品質の低
下を招来するという問題がある。
【0004】その上、エンコーダは、回転円板に形成さ
れた微細なスリットに光を透過または反射させて回転回
数や回転位置などの回転量の測定をなしているため、そ
のスリットにゴミや油などが付着した場合、光の透過ま
たは反射が妨げられて検出精度が低下するという問題も
ある。つまり、耐環境性が劣るという問題もある。
【0005】かかる従来技術の課題を解決すべく、本件
出願人は、誘導電動機やサーボモータなどのモータの回
転軸の回転位置や回転回数などの回転量を測定する回転
量測定装置であって、回転軸に同心的に歯車を装着して
磁界中で回転させ、その歯車の回転による磁束変化を位
相の異なる2つの電圧変化に変換し、この電圧変化によ
り回転位置や回転回数などの回転量を算出するように構
成されてなることを特徴とする回転量測定装置を既に提
案している(特開平10ー267609号公報)。
【0006】しかしながら、前記提案にかかる回転量測
定装置においては、回転量の算出をモータなどの回転軸
に装着された歯車を利用して行なっているため、歯車を
高い精度で製作する必要がある。それがため、回転量測
定装置が高価となっているという問題もある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、構成が簡素化さ
れているにもかかわらず、精度よく回転量の測定がなし
得る回転量測定装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の回転量測定装置
は、回転軸の回転位置や回転回数などの回転量を測定す
る回転量測定装置であって、回転軸に所定の傾斜を設け
て装着された磁石円板と、前記回転軸に直交する平面に
おいて同回転軸の軸心に関して所定の角度間隔を設けて
配設された一対の磁気センサと、前記磁気センサを透過
する磁束変化を電圧変化として検出する電圧変化検出手
段と、前記電圧変化検出手段により検出された電圧変化
に基づいて回転軸の回転位置や回転回数などの回転量を
算出する回転量算出手段とを備えてなることを特徴とす
る。
【0009】本発明の回転量測定装置においては、前記
一対の磁気センサの角度間隔が90度とされてなるのが
好ましく、また前記磁石円板が磁性体からなる保持部材
により保持されて回転軸に装着されてなるのが好まし
い。
【0010】ここで、前記電圧検出手段は、例えば、一
対の磁気センサの一方を含む第1ブリッジと、前記一対
の磁気センサの他方を含む第2ブリッジとを備えてなる
ものとされる。また、前記回転軸は、例えばモータの回
転軸とされる。
【0011】
【作用】本発明の回転量測定装置は、前記の如く構成さ
れているので、回転軸が回転すると、磁気センサを透過
する磁束が変化し、それに伴い磁気センサの抵抗値も変
化する。この抵抗値に変化により、電圧検出手段により
検出される電圧も変化するので、この電圧変化を演算処
理することにより回転軸の回転量や回転位置などの回転
量が測定できる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかか
る実施の形態のみに限定されるものではない。
【0013】本発明の一実施の形態の形態にかかる回転
量測定装置の概略図を図1に示し、同回転量測定装置の
ブロック図を図2に示す。
【0014】回転量測定装置Aは、図1および図2示す
ように、モータMの回転軸1の後端部に設けられた磁性
材からなる円柱状保持部材2と、円柱状保持部材2の後
端面2aに配設された磁石円板3と、磁石円板3からの
磁束を検出する第1磁気センサ4および第2磁気センサ
5と、第1磁気センサ4および第2磁気センサ5の検出
値によりモータMの回転量を算出する回転量算出部10
と、算出された回転量を出力する出力部20と主要構成
要素としてなる。
【0015】円柱状保持部材2の後端面2aは、図1に
示すように、所定角度の傾斜面とされている。また、円
柱状保持部材2は、その傾斜した後端面2aに磁石円板
3が配設された状態で内側ハウジング30により覆われ
ている。内側ハウジング30の天井31には、図3に示
すように、第1磁気センサ4および第2磁気センサ5が
モータMの回転1軸の軸心に対して90度の間隔を設け
て配設されている。また、天井31の裏側31aには回
転量算出部10が配設されている。なお、図1におい
て、符号40は内側ハウジング30を覆っている外側ハ
ウジングを示す。
【0016】回転量算出部10は、図4に示すように、
第1磁気センサ4および第2磁気センサ5とブリッジ回
路を構成して電圧変化を検出する電圧検出手段12と、
電圧検出手段12により検出された電圧変化により回転
量を算出する演算処理手段16とを備えてなる。なお、
図4中、符号R1は第1磁気センサ4の等価抵抗、符号
2は第2磁気センサ5の等価抵抗、符号Raは第1抵
抗、符号Rbは第2抵抗、符号Rは固定抵抗、Vccは
電源電圧、V1は第1電圧計、V2は第2電圧計をそれぞ
れ示す。
【0017】電圧検出手段12は、第1抵抗Ra、第2
抵抗Rb、固定抵抗Rおよび第1磁気センサ4の等価抵
抗R1により構成される第1ブリッジと、第1抵抗Ra
第2抵抗Rb、固定抵抗Rおよび第2磁気センサ5の等
価抵抗R2により構成される第2ブリッジとにより構成
される。そして、第1ブリッジの電圧は第1電圧計V1
により検出され、第2ブリッジの電圧は第2電圧計V2
により検出される。なお、この電圧検出手段12におい
ては、第1抵抗Raおよび第2抵抗Rbの抵抗値は等しく
されている。
【0018】演算処理手段16は、CPUを中心として
A/D変換器17、RAM、ROM、クロック、入出力
インターフェース18などを備えてなるものとされる。
ROMには、後述する電圧検出手段12により検出され
た電圧波形から回転位置などを算出するためのプログラ
ムなどが格納されている。RAMには、電圧検出手段1
2により検出された電圧値が一時的に格納される。そし
て、電圧検出手段12と演算処理手段16との信号のや
り取りは、入出力インターフェース18を介してなされ
る。
【0019】出力部20は、例えばデジタル表示装置な
どの出力装置21とされる。
【0020】次に、かかる構成とされている回転量測定
装置AによるモータMの回転位置の検出について、第1
ブリッジが平衡している状態から検出が開始されるとし
て説明する。
【0021】(1)モータMが回転されると第1磁気セ
ンサ4および第2磁気センサ5と、磁石円板3との距離
が変化し、それに伴い第1磁気センサ4および第2磁気
センサ5を透過する磁束が変化する。
【0022】(2)第1磁気センサ4および第2磁気セ
ンサ5を透過する磁束が変化すると、第1磁気センサ4
および第2磁気センサ5の抵抗値が変化し、第1ブリッ
ジの平衡がくずれて第1電圧計V1により電圧が検知さ
れるとともに、第2ブリッジの状態も変化して第2電圧
計V2により検知されている電圧も変化する。
【0023】(3)第1電圧計V1および第2電圧計V2
により検知された電圧は、演算処理手段16に送出され
る。図5は第1電圧計V1および第2電圧計V2により検
知された電圧を模式的に示したものである。図5に示す
ように、第1電圧計V1および第2電圧計V2により検知
された電圧の波形は正弦波状を呈している。そして、こ
の実施の形態では、前述したように、第1磁気センサ4
および第2磁気センサ5は90度の角度間隔を設けて配
設されているので、第1電圧計V1からの電圧波形がs
in状波形とすれば、第2電圧計V2からの電圧波形は
cos状波形となる。
【0024】(4)演算処理手段20は、電圧検出手段
12から入力されたアナログ電圧波形をA/D変換器1
7によりデジタル値に変換してRAMに格納する。
【0025】(5)CPUはA/D変換器17によりデ
ジタル値に変換されてRAMに格納されている第1電圧
計V1からの電圧波形値および第2電圧計V2からの電圧
波形値に基づいて、後述する方法により回転位置や回転
回数などの回転量を算出する。
【0026】(6)算出された回転位置や回転回数など
の回転量が出力部20に送出される。
【0027】(7)出力部20は入力された回転量を、
例えばデジタル表示部(図示省略)に表示する。
【0028】次に、第1電圧計V1からの電圧波形値お
よびび第2電圧計V2からの電圧波形値に基づいて回転
位置を算出する方法について説明する。
【0029】よく知られた三角関数の公式より、 sin(θ−α)=sinθcosα−cosθsinα (1) という関係が得られる。前記式(1)において、sin
θは第1電圧計V1からの電圧波形値から既知であり、
cosθは第2電圧計V2からの電圧波形値から既知で
ある。そこで、αを適当な値に設定すればsin(θ−
α)の値が算出できる。その場合において、sin(θ
−α)がゼロとなるようなαを収束演算により算出すれ
ば、そのαがθを与える。つまり。回転軸1の回転位置
が算出できる。
【0030】このように、この実施の形態によれば、モ
ータMの回転軸1の後端に傾斜させて設けられた磁石円
板3に一対の磁気センサ4,5を対向配置させるという
簡単な構成により、回転軸1の回転位置を精度よく検出
できる。
【0031】以上、本発明を実施の形態に基づいて説明
してきたが、本発明はかかる実施の形態のみに限定され
るものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施
の形態では回転位置を検出する場合について説明してき
たが、第1電圧計V1からの電圧波形値のゼロ点をカウ
ントし、その値を適宜演算処理することにより回転回数
も併せて算出できる。また、本発明が適用できるモータ
に特に制限はなく、サーボモータ、ステッピィングモー
タなどの各種モータに適用できる。さらに、本発明は、
モータに限定されることなく、各種回転軸に適用でき
る。また、磁気センサの配置間隔は90度に限定される
ものではなく、適宜角度とできる。
【0032】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
回転軸の後端に傾斜させて設けられた磁石円板に一対の
磁気センサを対向配置させるという簡単な構成により、
回転軸の回転位置や回転回数などの回転量を精度よく検
出できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の回転量測定装置の概略
図である。
【図2】同ブロック図である。
【図3】同実施の形態における磁気センサの位置関係図
である。
【図4】同実施の形態における回転量算出部の概略図で
ある。
【図5】第1電圧計および第2電圧計により検出された
電圧波形の模式図である。
【符号の説明】
1 回転軸 2 円柱状保持部材 3 磁石円板 4 第1磁気センサ 5 第2磁気センサ 10 回転量算出部 12 電圧検出手段 16 演算処理手段 17 A/D変換器 18 入出力インターフェース 20 出力部 30 内側ハウジング 31 天井 40 外側ハウジング A 回転量測定装置 M モータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 7/00 - 7/34 G01D 5/245

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸の回転位置や回転回数などの回転
    量を測定する回転量測定装置であって、 回転軸に所定の傾斜を設けて装着された磁石円板と、前
    記回転軸に直交する平面において同回転軸の軸心に関し
    て所定の角度間隔を設けて配設された一対の磁気センサ
    と、前記磁気センサを透過する磁束変化を電圧変化とし
    て検出する電圧変化検出手段と、前記電圧変化検出手段
    により検出された電圧変化に基づいて回転軸の回転位置
    や回転回数などの回転量を算出する回転量算出手段とを
    備えてなることを特徴とする回転量測定装置。
  2. 【請求項2】 電圧検出手段が、一対の磁気センサの一
    方を含む第1ブリッジと、前記一対の磁気センサの他方
    を含む第2ブリッジとを備えてなることを特徴とする請
    求項1記載の回転量測定装置。
  3. 【請求項3】 一対の磁気センサの角度間隔が90度と
    されてなることを特徴とする請求項1記載の回転量測定
    装置。
  4. 【請求項4】 磁石円板が磁性体からなる保持部材によ
    り保持されて、回転軸に装着されてなることを特徴とす
    る請求項1記載の回転量測定装置。
  5. 【請求項5】 前記回転軸がモータの回転軸であること
    を特徴とする請求項1記載の回転量測定装置。
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