JP5607913B2

JP5607913B2 - 回転計

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Publication number: JP5607913B2
Application number: JP2009256986A
Authority: JP
Inventors: 昭彦三木
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2029-11-10
Also published as: JP2011102723A

Description

本発明は、接触、非接触のいずれでも回転体の回転数を測定可能な回転計に関するものである。

測定器の一種である回転計は、回転ファン、ロール紙巻取り軸や各種装置の回転軸などからなる回転体の回転数を測定するために用いられる。回転体の場所まで回転計を携帯し、その場で回転数の測定が行われる。このような回転計が例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載された回転計（回転数測定器）は、発光素子および受光素子を本体部に備え、光を用いて非接触で回転体の回転数を測定可能なものである。さらにこの回転計は、測定器本体（本体部）に接触アダプタが着脱可能であり、アダプタを装着した際には、切換回路が作動して、本体部の発光素子の発光が停止され、アダプタ内に配された発光素子が発光する。これらの発光素子の発光強度を異ならせることで、非接触での測定可能距離が長くなり、接触状態での測定誤動作が軽減されている。

しかしながら、特許文献１の回転計では、接触アダプタ内に発光素子が配されており、さらに本体部から接触アダプタに電力を供給する必要がある。このため、本体部および接触アダプタの構造が複雑になるという課題がある。また、接触アダプタへの電力供給用に電気接点を設ける必要があるので、接触不良を発生させないために信頼性の高い電気接点を用いる必要があるという課題がある。

実公平６―１１４５１号公報

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、測定器本体への接触アダプタの装着の有無で接触および非接触のいずれでも回転体の回転数を測定可能な回転計において、回転体に非接触で回転数を測定する際の測定可能距離を長くすることができ、しかも測定器本体および接触アダプタの構造を簡便にすることができ、さらに接触アダプタを高い信頼性で本体装置に装着することができる回転計を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された回転計は、測定対象の回転体に光照射する発光素子と、この照射光の該回転体からの反射光を受光する受光素子と、該発光素子の点灯回路と、該受光素子を作動させる受光回路とを有する光検出部を備えて、該光検出部から出力される該反射光の光検出信号に基づいて該回転体に非接触でその回転数を測定する測定器本体は、該回転体に接触させる接触アダプタが着脱可能なものであり、該接触アダプタは、該回転体に接触させてその回転と共に回転自在な回転検出軸と、該回転検出軸に同心で連結されて、円周縁部に磁極を有する磁気円板とを備え、該測定器本体は、該接触アダプタが装着された状態で該磁気円板の該円周縁部に近接する位置に配置された磁気検出素子と、該磁気検出素子から出力される磁気検出信号に基づいて該磁気円板の回転数を測定する測定部とを備えていて、さらに該測定器本体が、該磁気検出素子の該磁気検出信号に基づいて該接触アダプタの装着の有無を検出するアダプタ検出部と、該アダプタ検出部が該接触アダプタの装着有りと検出しているときに該光検出部への電力供給を停止させる電源スイッチ回路とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載された回転計は、請求項１に記載されたもので、前記磁気円板は、円板状の磁性材料がその軸に直交する方向に磁化された磁石であることを特徴とする。

請求項３に記載された回転計は、請求項１に記載されたもので、前記磁気円板には、Ｎ極の磁極とＳ極の磁極とが前記円周縁部の軸を挟んで対向する位置に配され、前記磁気検出素子がＮ極およびＳ極の両極の磁気を検出可能なものであることを特徴とする請求項１に記載の回転計。

本発明による回転計によれば、接触アダプタが、回転検出軸に連結された磁気円板を有し、測定器本体が、磁気円板の磁気を検出可能な位置に配された磁気検出素子の磁気検出信号に基づいて回転体の回転数を測定することにより、接触アダプタ内に、発光素子等の電気素子を配する必要がなく、さらに電力供給をする必要がないので、測定本体および接触アダプタを簡便な構成とすることができる。接触アダプタに電気的接点を有さず、磁気検出素子が磁気円板に非接触で回転数を測定できるので、耐久性に優れると共に測定本体に高い信頼性で接触アダプタを装着することができる。また、発光素子の発光強度を大きくすることができるので非接触における測定可能距離を長くすることができる。

本発明による回転計によれば、アダプタ検出回路が磁気検出信号に基づいて接触アダプタの装着の有無を検出して、電源スイッチ回路を制御して、接触アダプタが装着されているときに光検出部への電力供給を停止させることにより、接触での測定時に光検出部で不要な電力が消費されないため、省エネルギーな回転計とすることができる。

本発明による回転計によれば、磁気円板が磁石であることにより、円板の円周縁部に磁石を配する必要がなくシンプルな構造とすることができる。また、円周縁部に磁石を配するよりも、重量バランスが良いので、スムーズに回転させることができる。

本発明による回転計によれば、磁気円板には、Ｎ極の磁極とＳ極の磁極とが円周縁部の軸を挟んで対向する位置に配され、磁気検出素子がＮ極およびＳ極の両極の磁気を検出可能なものであることにより、磁気円板が０．５回転したことを検出できるので、回転数を精度よく正確に測定することができる。

本発明を適用する回転計のブロック図である。本発明を適用する別の回転計のブロック図である。本発明の回転計に用いる比較回路の出力波形を示す説明図であり、図３（ａ）に両極磁気検知の場合、図３（ｂ）に両極,極性磁気感知の場合、図３（ｃ）に単極磁気感知の場合を図示する。本発明を回転計に用いる別の磁気円板を示す拡大斜視図である。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。

本発明の回転計の好ましい形態について、図１を参照しつつ説明する。

回転計の測定器本体１は、接触アダプタ２を装着したときに、測定対象の回転体５０への接触で回転数を測定可能なものであり、接触アダプタ２を離脱したときに、光を用いて非接触で回転体５０の回転数を測定可能なものである。

最初に、接触アダプタ２の構成について説明する。接触アダプタ２は、回転検出軸２１および磁気円板２２を備えている。回転検出軸２１は、測定対象の回転体５０の中心部に接触させたときに、その回転と共に回転自在となるように非図示の軸受で支持されている。また、回転検出軸２１は、その一端部に、回転体５０の中心部に接触させ易くするために、一例として先端が円錐形状で表面がゴムで覆われた接触子２１ａを有している。接触子２１ａは、接触アダプタ２の筐体ケース（非図示）から突出して配されている。

回転検出軸２１の他端部には、その軸に同心で磁気円板２２が連結されている。磁気円板２２は、回転検出軸２１の回転と共に回転可能になっている。

磁気円板２２は、その円周縁部に磁極を有するものであり、一例として、円板状の磁性材料がその軸に直交する一方向に磁化された磁石であり、図１に示すように、円周縁部の一部がＮ極２２ａになっており、軸を挟んでそれに対向する円周縁部がＳ極２２ｂになっている。磁気円板２２としては、例えば、プラスチック磁石、鋼性磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石、希土類磁石、合金磁石、およびゴム磁石などの公知の磁石を円板状に成形して用いることができる。また、磁気円板２２に、それと略同径の樹脂製や金属製の硬質の補助板を貼付してもよい。

接触アダプタ２は、測定器本体１に着脱可能に構成されている。

次に、測定器本体１の構成について説明する。測定器本体１は、磁気検出素子３、駆動回路４、Ａ／Ｄ変換回路５、制御部６、光検出部７、電源部８、電源スイッチ回路９、および表示部３０を非図示の筐体ケース内に備えている。

磁気検出素子３は、測定器本体１に接触アダプタ２が装着された状態で、磁気円板２２の円周縁部に非接触で近接する位置に配されている。この磁気検出素子３と磁気円板２２との近接する距離は、磁気円板２２がいずれの位置に回転してもその磁気を磁気検出素子３が検出可能な距離であり、近接させるほど磁気検出が容易になるので、可及的近い距離とすることが好ましい。また、磁気検出素子３は、その磁気検出面が磁気円板２２の円板側面に対面するように配されている。

磁気検出素子３は、その駆動回路４およびＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換回路５を介して制御部６に接続されている。

磁気検出素子３は、ホール素子、磁気抵抗素子、磁気インピーダンス素子やサーチコイルなどによって磁界強度を検出し、電気信号に変換して磁気検出信号を出力するものである。磁気検出素子３は、Ｎ極およびＳ極の両極を検出可能なものを用いる。

駆動回路４は、Ｎ極およびＳ極の両極の極性が識別可能で、磁界強度に応じた電圧レベルの磁気検出信号を出力させるように磁気検出素子３を駆動する。一例として、駆動回路４は、バイアス電圧よりも正電圧の場合にＮ極、負電圧の場合にＳ極であり、磁界強度によって電圧レベルが変化する磁気検出信号を出力可能に、磁気検出素子３を駆動する。なお、同図では、磁気検出素子３を１つしか図示していないが、必要に応じてＮ極検出用およびＳ極検出用の複数の磁気検出素子３を配して、これらを駆動回路４が駆動してもよい。駆動回路４には、磁気検出素子３の種類に応じた公知の種々の回路を用いることができる。また、駆動回路４は、必要に応じて磁気検出信号を増幅する増幅回路を有している。

Ａ／Ｄ変換回路５は、駆動回路４から出力された磁気検出信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。

制御部６は、測定器本体１の動作を統括的に制御するものであり、中央処理装置（ＣＰＵ）やその動作用プログラムを記憶する半導体メモリ、および各部とのインタフェース回路（何れも非図示）などを備えており、これらハードウエアおよびソフトウエアによって、図１に示す回転検出部１１、アダプタ検出部１２および測定部１３として動作可能に構成されている。同図に示した各部１１〜１３の接続は機能的な接続関係を表したものである。以下この各部１１〜１３を用いて説明する。

Ａ／Ｄ変換回路５から出力された磁気検出信号は、制御部６に入力されて、回転検出部１１およびアダプタ検出部１２に入力する。回転検出部１１は、磁気検出信号に基づいて磁気の極性が替わることで磁気円板２２が０．５回転したことを検出して、０．５回転ごとに、回転したことを識別可能な回転検知信号を測定部１３に出力する。

例えば、回転検出部１１は、磁気検出信号の極性を検出し、例えばＮ極を検出したタイミングから次にＳ極を検出したタイミングまでで磁気円板２２が０．５回転したことを検出する。また、回転検出部１１は、そのＳ極を検出したタイミングから次にＮ極を検出したタイミングまでで磁気円板２２がさらに０．５回転したことを検出する。回転検出部１１は、磁気円板２２が０．５回転したことを検出するたびに直ちに測定部１３に回転検知信号を出力する。

この場合、回転検出部１１が極性を検出するための回転検出用の磁界強度の閾値は、Ｎ極Ｓ極共に同じ値で、検出可能範囲内で可及的大きい値とすることが好ましい。回転検出用の閾値を大きくすることで、磁気検出素子３のすぐ近くまでＮ極２２ａ、Ｓ極２２ｂが近づいたときに極性を検出することになるので、回転の検出誤差を小さくすることができる。

アダプタ検出部１２は、磁気検出信号に基づいて、磁気円板２２の有無、つまり接触アダプタ２の装着の有無を検出する。アダプタ検出部１２は、接触アダプタ２の装着を有りと検出したときに、その結果を測定部１３に出力すると共に電源スイッチ回路９を断に制御し、接触アダプタ２の装着を無しと検出したときに、その結果を測定部１３に出力すると共に電源スイッチ回路９を接に制御する。

例えば、アダプタ検出部１２は、磁気検出信号の磁界強度が、Ｎ極、Ｓ極の極性に関わらず所定のアダプタ検出用の閾値よりも大きいときに接触アダプタ２の装着が有りと判別する。また、アダプタ検出部１２は、アダプタ検出用の閾値以下のときに接触アダプタ２の装着が無しと判別する。この場合、アダプタ検出用の閾値は、接触アダプタ２が装着されたときに、磁気円板２２がいずれの回転位置であってもその両極またはいずれか一方の極の磁気を検出可能な値とすることが必要である。このため、アダプタ検出用の閾値は、前述した回転検出用の閾値よりも小さくする。なお、回転検出部１１およびアダプタ検出部１２の各閾値には、必要に応じて適宜ヒステリシス幅をもたせてもよい。

測定部１３は、接触アダプタ２が装着有りの場合、回転検出部１１から０．５回転ごとに出力される回転検知信号から回転数を算出する。ここで回転数とは、１秒間または１分間などの単位時間当たりの回転数や、測定期間内の総回転数をいう。測定部１３は、回転検知信号が出力される時間間隔を計測することで単位時間当たりの回転数を算出する。また、測定部１３は、測定期間中に出力される回転検知信号の数から総回転数を算出する。上記のように、測定部１３は、０．５回転毎に回転数を算出できるので、測定の分解能が高くなるので、精度よくかつ正確に回転数を測定することができる。

また、測定部１３は、接触アダプタ２が装着無しの場合、後述する光検出部７から１回転ごとに出力される光検出信号によって、回転数を算出する。

また、測定部１３は、例えば液晶表示パネルを有する表示部３０に、測定した回転数を表示可能に構成されている。

光検出部７は、発光素子１５、点灯回路１６、受光素子１７、および受光回路１８を備えている。発光素子１５は、一例として発光ダイオードが用いられ、測定対象の回転体５０に光照射するものである。発光素子１５は、点灯回路１６を介して制御部６の測定部１３に点灯制御されて、点灯、または必要に応じて点滅が可能になっている。点灯回路１６は、発光素子１５を所定の輝度で発光させる。

受光素子１７は、受光した光を電気信号に変換して出力するものであり、発光素子１５の照射光の回転体５０からの反射光を受光可能な位置に配されている。受光素子１７は、受光回路１８を介して制御部６の測定部１３に接続されている。受光回路１８は、受光素子１７の駆動回路、および増幅器や比較器で構成されて、一例として、受光素子１７が有効な反射光を受光しているときにハイレベルの光検出信号を出力し、反射光無しでローレベルの信号を出力する。

電源部８は、測定器本体１内の各部や各回路などに電力供給を行うためのものであって、一例として電池や定電圧回路で構成されている。光検出部７には、電源スイッチ回路９を介して電源部８が接続されている。電源スイッチ回路９は、リレーまたは半導体スイッチ回路であり、アダプタ検出部１２によって接断制御される。

次に、この回転計の動作について説明する。

回転体５０に接触させて回転数を測定する場合、接触アダプタ２を測定器本体１に装着する。接触アダプタ２には、電気接点がないので、簡便迅速かつ確実に測定器本体１に装着することができる。

接触アダプタ２の装着により、磁気検出素子３が磁気円板２２の磁気を検出する。このため、アダプタ検出用の閾値を超える磁気検出信号がアダプタ検出部１２に入力して、アダプタ検出部１２が接触アダプタ２の装着されたことを検出する。これにより、アダプタ検出部１２の出力で電源スイッチ回路９が断に制御され、光検出部７への電力供給が停止され、無駄な電力消費が抑えられる。また、測定部１３は、接触アダプタ２が装着されたことを識別する。

回転数を測定するために、接触子２１ａを回転体５０の中心部に接触させる。これにより、回転検出軸２１および磁気円板２２が、回転体５０と共に同じ回転数で回転する。このため、磁気円板２２の円周縁部のＮ極２２ａ、Ｓ極２２ｂが磁気検出素子３に交互に近接して、磁気検出素子３からＮ極、Ｓ極が交互に変化する磁気検出信号が出力される。したがって、回転検出部１１が、磁気円板２２が回転していることを判別して０．５回転毎に回転検知信号を出力する。測定部１３は、接触アダプタ２が装着されているため、この回転検知信号によって回転数を算出し、表示部３０に表示させる。

以上で、接触アダプタ２を用いた回転体５０の回転数の測定が終了する。

回転体５０に非接触で回転数を測定する場合、予め回転体５０の一部に光反射テープ５１を貼付する。また、接触アダプタ２を測定器本体１から離脱する。

接触アダプタ２の離脱により、磁気検出素子３が磁気円板２２の磁気を検出しなくなるため、アダプタ検出部１２は、接触アダプタ２が非装着であると判別する。これにより、電源スイッチ回路９が接に制御されて、光検出部７に電力が供給されると共に、測定部１３が点灯回路１６に発光素子１５を点灯させる。このため、発光素子１５から回転体５０に光照射される。この照射光は、回転体５０の光反射テープ５１によって１回転に１回反射される。この反射光は、受光素子１７によって受光され受光回路１８を介して光検出信号として測定部１３に入力される。測定部１３は、この光検出信号によって回転数を算出し、表示部３０に表示させる。

光検出部７は接触アダプタ２が装着無しの場合にしか作動しない。つまり、接触アダプタ２を用いた測定には関与しない。そのため、発光素子１５を任意の強度で発光させることができるので、発光素子１５の発光強度を大きくして非接触での測定可能距離を長くすることができる。

以上で、非接触による回転体５０の回転数の測定が終了する。

なお、回転検出部１１は、磁気円板２２が０．５回転するたびに回転検出信号を出力する例について説明したが、回転検出部１１は、磁気円板２２が１回転するたびに回転検出信号を出力してもよい。この場合、回転検出部１１は、一方の極（例えばＮ極）が検出されるタイミング毎に回転検出信号を出力し、測定部１３は、それに対応して回転検出信号が１回転毎に出力されるものとして回転数を算出する。

次に、本発明の別の態様について、図２を参照しつつ説明する。なお、すでに説明した構成と同様の構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

回転計の測定器本体１ａは、前述した測定器本体１のＡ／Ｄ変換回路５を比較回路１０に換え、これに伴い、測定器本体１における制御部６の回転検出部１１およびアダプタ検出部１２を、制御部６ｂの回転検出部１１ａおよびアダプタ検出部１２ａに換えたものである。

比較回路１０は、磁気検出素子３の検出した磁気検出信号が所定の磁気強度以上であるか否かを比較してその結果を出力するものである。比較にはヒステリシス機能を付加してもよい。この比較回路１０は、例えば、磁気検出素子３から出力される磁界強度が所定の磁界強度以上でハイレベル、所定の磁気強度未満でローレベルの信号を出力する。

磁気検出素子３、駆動回路４、および比較回路１０は、一体的にＩＣ（集積回路）化されて、例えば、磁気スイッチ、近接スイッチ、磁気センサなどの名称で多数種類市販されているのでそれを用いてもよい。

図３は、磁気円板２２が回転したときに、比較回路１０が出力する信号波形を示している。磁気検出素子３、駆動回路４、および比較回路１０を、公知の回路構成とすることで、図３（ａ）に示すようにＮ極，Ｓ極の極性の区別なく磁気を感知する構成としてもよいし、また、図３（ｂ）に示すように、Ｎ極のみ感知する系統、およびＳ極のみを感知する系統の２系統で、両極の磁気を感知する構成としてもよい。さらに図３（ｃ）に示すように単極（一例としてＮ極）のみの磁気を感知する構成としてもよいし、

図３（ａ）の両極磁気感知の場合、回転検出部１１ａは、一例として、磁気感知のタイミング（波形立ち上がり部分）毎に磁気円板２２が０．５回転したこと検出する。図３（ｂ）の両極、極性磁気感知の場合、異なる極が磁気感知されるタイミング毎に磁気円板２２が０．５回転したこと検出する。図３（ｃ）の単極磁気感知の場合、回転検出部１１ａは、磁気感知のタイミング毎に磁気円板２２が１回転したこと検出する。

これにより、図２に示す回転検出部１１ａが、測定部１３に直ちに回転検知信号を出力して、測定部１３が回転数を算出する。図３（ａ）および図３（ｂ）の場合には、磁気円板２２が０．５回転ごとに回転検知信号が出力され、図３（ｃ）の場合には、１回転毎に回転信号が出力されるので、測定部１３はそれに対応して回転数を算出する。

アダプタ検出部１２ａは、例えば、一度でも磁気を感知すると接触アダプタ２が装着されているものと判別する。これにより、図３に示すように磁気の不感知部分が有っても、接触アダプタ２が装着されているという判別状態を保持できる。また、この判別状態のときに、アダプタ検出部１２ａは、電源スイッチ回路９を断に制御する。

接触アダプタ２を測定器本体１から離脱したときには、測定器本体１の電源を再投入する。電源再投入後には、磁気検出素子３が磁気を検出しないので、アダプタ検出部１２ａは、接触アダプタ２が装着されていないと判別する。これにより、光検出部７に電力供給されて非接触で回転数が測定可能になる。

なお、上記では、測定器本体１，１ａのアダプタ検出部１２，１２ａが、接触アダプタ２の装着の有無を、磁気検出素子３の磁気検出信号に基づいて判別している例について説明したが、これに限定されず、例えば、機械接点式の押しボタンスイッチを測定器本体１に配して、このスイッチの開閉信号で接触アダプタ２の装着の有無を判別してもよい。この場合、測定器本体１に装着された接触アダプタ２によって押しボタンが押下される位置に、スイッチを配する。

また、磁気円板２２が、円板全体で一つの磁石となっている例について説明したが、図４（ａ）に示すように、樹脂製や金属製の円板に、その軸を挟んで円周縁部の対向する位置に一対の磁石２３ａおよび２３ｂを埋め込んで磁気円板２２を形成してもよい。この場合、磁石２３ａのＮ極２２ａが円周縁部側に位置すると共に、磁石２３ｂのＳ極２２ｂが円周縁部側に位置するように配置する。また、磁気検出素子３が、単極（例えばＮ極）のみを検出する場合には、図４（ｂ）に示すように、磁石２３ａのみを配した磁気円板２２ａを用いることができる。この場合、磁気円板２２の重量バランスが崩れているときには、適宜バランス取り用の錘を配してもよい。

さらに、磁気検出素子３を配置する位置は、円周縁部に近接して磁気検出可能であれば、円板側面側だけでなく、円板面側に配してもよい。

１は測定器本体、２は接触アダプタ、３は磁気検出素子、４は駆動回路、５はＡ／Ｄ変換回路、６，６ａは制御部、７は光検出部、８は電源部、９は電源スイッチ回路、１０は比較回路、１１，１１ａは回転検出部、１２，１２ａはアダプタ検出部、１３は測定部、１５は発光素子、１６は点灯回路、１７は受光素子、１８は受光回路、２１は回転検出軸、２１ａは接触子、２２は磁気円板、２２ａはＮ極、２２ｂはＳ極、２３ａ，２３ｂは磁石、３０は表示部、５０は回転体、５１は光反射テープである。

Claims

測定対象の回転体に光照射する発光素子と、この照射光の該回転体からの反射光を受光する受光素子と、該発光素子の点灯回路と、該受光素子を作動させる受光回路とを有する光検出部を備えて、該光検出部から出力される該反射光の光検出信号に基づいて該回転体に非接触でその回転数を測定する測定器本体は、該回転体に接触させる接触アダプタが着脱可能なものであり、
該接触アダプタは、該回転体に接触させてその回転と共に回転自在な回転検出軸と、該回転検出軸に同心で連結されて、円周縁部に磁極を有する磁気円板とを備え、
該測定器本体は、該接触アダプタが装着された状態で該磁気円板の該円周縁部に近接する位置に配置された磁気検出素子と、該磁気検出素子から出力される磁気検出信号に基づいて該磁気円板の回転数を測定する測定部とを備えていて、
さらに該測定器本体が、該磁気検出素子の該磁気検出信号に基づいて該接触アダプタの装着の有無を検出するアダプタ検出部と、該アダプタ検出部が該接触アダプタの装着有りと検出しているときに該光検出部への電力供給を停止させる電源スイッチ回路とを備えることを特徴とする回転計。
前記磁気円板は、円板状の磁性材料がその軸に直交する方向に磁化された磁石であることを特徴とする請求項１に記載の回転計。
前記磁気円板には、Ｎ極の磁極とＳ極の磁極とが前記円周縁部の軸を挟んで対向する位置に配され、前記磁気検出素子がＮ極およびＳ極の両極の磁気を検出可能なものであることを特徴とする請求項１に記載の回転計。