JPH02231521A - 回転検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は物体の回転速度を検出するための装置に関する
。

（従来の技術） 従来より渦電流を利用した回転検出器が知られている。

このような検出器は、一般に、検出器の近くに配設され
た物体１５の中に高周波エネルギーを誘導し、検出器に
おける励起電圧を監視することによって動作する。この
ような検出器の一例として、第１図に示されるものがあ
る。発振器２０からの高周波エネルギーは検出器１０に
よって物体１５の中に誘導される。物体１５の中に励起
されたエネルギーは渦電流１６を発生させる。渦電流ｌ
６が発生した結果、検出器１０における励起電圧は減少
する。最も単純なスイッチング動作、即ち、存在または
非存在を検出する用途においては、検出器１０における
励起電圧は素子３０において整流され、平滑化され、そ
の後、素子８０によって増幅され、比較器９０によって
基準値と比較される。比較器９０は検出される物体１５
の存在または非存在を示す論理的な信号を発生する。

検出器の中に発生する交流電圧は、移動する物体と検出
器の間の距離、相対的な透磁率および検出器に対する速
度の関数になる。

（発明が解決しようとする課題） 磁気的な検出器の問題点は検出される物体がその存在が
検出されるように移動しなければならないことである。

また、物体と検出器の間の相対的な速度が低い状態にお
いては、検出器の出力がとても低い（数ミリボルト程度
）ので、さまざまな磁気的または電気的なノイズ源から
の干渉に弱いという問題点もある。

渦電流を使用した検出器の他にも、光学的な検出器やホ
ール素子を使用した検出器も使用されている。しかしな
がら、光学的な検出器は、使用し得る温度範囲が狭かっ
たり、塵埃に弱いという問題点を有している。また、ホ
ール素子を使用した検出器は、渦電流を使用した検出器
に比べて移動する物体の近傍に配置しなければならなか
ったり、温度変化の影響を受けやすいといった問題点か
あ第２図は従来の渦電流を利用した回転検出器の出力特
性を描いたグラフである。このグラフは回転検出器と歯
付ディスクの間の距離を変化させて測定されたものであ
る。このグラフから検出器とる。

ディスクの間の距離が太き《なるに従って検出される谷
間と歯の間の差が不明確になることが判る。

通常、検出器と歯付ディスクの間は約１１璽程度までし
か近づけることができない。例えば泥や水、振動といっ
た悪い環境条件の下で使用可能にするためには検出器と
歯付ディスクの間により大きな距離が要求される。しか
し、検出器と歯付ディスクの間の距離を大きくすると、
谷部と歯部に相当する信号レベルの差が小さくなり、残
留電気ノイズとの区別がつきにくくなる。

また、歯付ディスクが真円でなかったり、偏心していた
りすると、低い周波数の正弦波ノイズが重畳する。検出
器と歯付ディスクに間の距離を大きくすると、谷部と歯
部に相当する信号と正弦波ノイズとの区別もつきにくく
なる。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、検出器と歯付ディスクの間の距離や歯付ディスク
の取り付け誤差、温度ドリフトや経時変化等の影響を補
償し得る回転検出器を提供することを技術的課題とする
。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 前述した技術的課題を達成するために講じた技術的手段
は、少なくとも一つの切り欠きを有する円盤と、所定の
隙間を有して配設され、前記円盤の中に渦電流を発生さ
せ、さらに該渦電流の大きさを検出する検出器と、前記
検出器に接続され、前記検出器に電流を供給する高周波
発振回路と、検出された前記渦電流を、オフセット信号
と交流信号に分離する分離手段と、前記交流電流のレベ
ルを判別する判別手段とを設けたことである。

（作用） 高周波発振回路が検出器に円盤の中に渦電流を誘導する
ための高周波信号を供給する。円盤の中に発生した渦電
流は検出器によって検出される。

本発明によれば、検出された渦電流がオフセット信号と
交流信号に分離され、その後に、交流信号のレベルが判
別される。

それゆえに、検出器と歯付ディスクの間の距離や歯付デ
ィスクの取り付け誤差、温度ドリフトや経時変化等の影
響が補償され、正確な回転検出が可能になる。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明を適用した好ましい実
施例装置について説明する。

第３図は第一実施例装置の構成を描いたブロック図であ
る。高周波発振回路２２０は検出器２１０に接続され、
導体の中に渦電流を誘導する。導体の中に発生した渦電
流は検出器２１０によって検出され、キャパシタ２１１
を介して結合された整流器とフィルタ２３０に送られる
。整流器とフィルタ２３０は検出された信号を整流し、
不必要な周波数成分を取り除くことにより、ノイズを低
減する。ノイズが低減された直流信号はハイパスフィル
タ２４０を通して増幅器２５０に容量結合される。ハイ
バスフィルタ２４０はキャパシタＣと抵抗Ｒを備えてお
り、その伝達特性は、ｆ＝　（２ＲＣ）， で示される。ここで、ｆは伝達される信号のレベルが３
デシベル低下する周波数である。

不必要な周波数成分がとりぞかれたアナログ信号からは
、第２図に示したような、検出器２１０の取り付け位置
のばらつき等によって生じるオフセットエラーが取り除
かれている。ハイパスフィルタ２４０の出力信号は増幅
器２５０によって増幅される。増幅２５０の出力レベル
は比較器２６０に入力される。比較器２６０は導体の回
転に相当するパルスを正確に発生するためにヒステリシ
ス特性を持っていることが好ましい。ヒステリシス特性
はチヤタリングを防止し、交流信号の検出を可能にする
。なお、比較器２６０は、例えばゼロ点検出回路等に置
き換えても良い。

ハイパスフィルタ２４０により直流オフセットを取り除
き、増幅器２５０で増幅した後は、渦電流の小さな変化
も容易に検出できる。

第４図は第二実施例装置を描いたブロック図である。第
２図においては、マイクロプロセッサ３８０がデジタル
フィルタとして動作し、さらに渦電流を検出する。判断
カウンタがデジタルフィル夕の一部としてインクリメン
トされるが、これは特にデジタルフィルタに必要なもの
ではない。前述したように、高周波発振回路３２０が検
出器３１０を通して導体の中に渦電流を誘導する。検出
器３１０によって検出された信号はキャパシタ３１１を
介して整流器とフィルタ３３０に入力される。Ａ／Ｄ変
換器３７０が整流器とフィルタ３３０の出力信号を受け
取り、８ビットのデジタル信号に変換する。マイクロプ
ロセッサ３８０はＡ／Ｄ変換器３７０によってデジタル
信号に変換された信号を分析する。マイクロプロセッサ
３８０はメモリ３８５やクロック、人出力バッファ等の
必要な部品を備えている。マイクロプロセッサ３８０は
加算結果を保存し、サンプルを選択する。設定された回
数や設定された時間内における加算や計数がデータの分
析を可能にする。ある基準が合致した時、マイクロプロ
セッサ３８０は分析されたデータに基づいて有意な結果
を出力できる。例えば、整流器とフィルタ３３０から出
力された信号のアナログレベルは、テーブルを参照して
例えば時速データ等の有意な結果に変換し得る。

マイクロプロセッサ３８０による分析は、周期的に繰り
返されるルーチンによってハイバスフィルタと同様に動
作する。

さらに、マイクロプロセッサ３８０にＡ／Ｄコンハータ
３７０から送られた信号に対してデジタルフィルタとし
て動作するルーチンを追加することにより、より好まし
い結果が得られる。このデジタルフィルタは公知のデジ
タルフィルタルーチンと同様に動作し得る。また、この
デジタルフィルタはピークやゼロ点検出の前にハイパス
フィルタとして動作する。このような追加のフィルタル
ーチンは０〜Ｌ　Ｏ　Ｉｌｚ程度の低い周波数の信号の
みを取り扱う場合には本発明にとって不必要である。

第５図に示されるように、二つのデジタルデータプロセ
ッサやマイクロプロセッサ３８１，３８２を使うことも
考えられる。一方のマイクロプロセッサ３８１はデジタ
ルフィルタとして使用され、他方のマイクロプロセッサ
３８２はデータ分析用に使用される。このような構成で
は、おのおののマイクロプロセッサ３８１，３８２の処
理が限定されるため、クロツクレートをそれぞれの処理
に最も適した値に設定し得る。

第６図に示されるように、マイクロプロセッサ３８１に
代えてアナログ交流結合を利用したハイバスフィルタ３
４１をマイクロプロセッサ３８３の入力に接続すること
も効果がある。

第７図は第一実施例装置の詳細を描いた図面である。検
出器４１０はＭＯＳ型電界効果トランジタ４２１に接続
されている。検出器４１０は数社から市販されている典
型的な検出器である。ＭＯＳ型電界効果トランジタ４２
１はコルピツツ型の発振器４２０として使用されており
、好ましくは５　０　０　Ｈｚで発振する。検出器４１
０の中のコイル４１２はタンク・インダクタンスとして
動作する。

コイル４１２はキャパシタ４２２，４２３に結合され、
コルピッツ発振回路４２０において必要なＬＣ回路を形
成する。キャパシタ４２２，４２３は直列に接続され、
コルピツツ発振器４２０の入出力インピーダンスを合わ
せるための分圧器として動作する。高周波信号の小さな
部分はタンク・インダクタ４１２からサンプルされ、ダ
イオード４３１，４３２によって整流され、キャパシタ
４３３，４３４および抵抗４３５によってフィルタリン
グされる。この結果、高周波信号の振幅に比例したレヘ
ルの直流の電気信号が出力される。ハイバスフィルタ回
路４４０は、交流信号を通過させる一方で直流オフセッ
トを減衰させる。ハイパスフィルタ回路４４０は抵抗４
４２キャパシタ４４６を備えている。キャパシタ４４６
が接続された増幅器４４１は、不必要な高周波信号を減
衰させためのフィードバックループを形成する。ハイバ
スフィルタ回路４４０や増幅器４４１の出力信号は、比
較器４６０に入力される。比較器４６０はヒステリシス
を有している。比較器４６０の非反転端子の設定電圧は
、ノイズの影響を排除するために、ハイバスフィルタ回
路４４０の無信号時出力電圧よりも高いわずかな値（２
００ミリボルト程度）に設定されている。

第８図は本実施例装置の好ましい実施態様を描いたブロ
ック図である。検出器はディスク５００の回転状態を検
出するために使用されている。ディスク５００が軸５０
１の回りを回転すると、渦電流検出器５１０によって歯
５０２が検出される。

発振器５２０は検出器５１０を介してディスク５００の
中に渦電流５０５を発生させる。ディスク５００の中の
渦電流５０５も検出器５１０によって検出される。検出
器５１０において検出された信号は歯部５０２が検出器
５１０の近傍に来た時により大きな振幅になる。検出さ
れた信号はキャパシタ５１１を通して整流・フィルタ回
路５３０に結合される。また、本実施態様においては、
ハイパスフィルタ５４０が検出された信号を増幅器５５
０に伝達し、増幅器５５０は検出された信号を増幅する
。最後にゼロ点検出回路５６０が歯５０２のディスク５
００の回転状態を出力する。

ディスク５００がゆっくりと回っている時には、ディス
ク５００が速く回っている時に比べて単位時間における
歯部５０２のサンプル数が減少する。

このことは、ディスク５００が低速で回転している状態
において信頬性のあるデータを集めるためのサンプルが
充分に得られないことを意味する。

逆に、ディスク５００が速く回っている状態においては
、単位時間内に非常に多くのサンプルが現れることにな
る。

この問題を解決した例が第９図に示す実施態様である。

少なくとも一つ以上の歯が付けられたディスク５０３．
５０４が各々のディスク毎に歯部の数を変えて使用され
ている。マイクロプロセッサ５７０は両ディスクの回転
速度の応じて最適な数のサンプルが得られるように、入
力を切り換える。

前述した問題点を解決するための別の解決手段は、検出
器５１０の出力信号か、またはフィルタ５３０の出力信
号を分周することである。分周回路（図示せず）は、デ
ィスク５（｝Ｏがより速い回転速度で回転した時に動作
を許可され、ディスク５００の回転速度が遅くなると、
その動作が禁止される。

第８図に示した実施態様の動作について第１０ａ図から
第１０Ｃ図を参照して説明する。第１０ａ図は検出器５
１０によって検出された信号を示すグラフである。固有
の直流オフセット電圧１００が描かれている．検出され
た信号１０１は直流オフセット電圧１００を含んでいる
。直流オフセット電圧１００は渦電流信号１０１のピー
ク値よりも大きな振幅を有し得る。また、直流オフセッ
ト電圧１００は常に一定の電圧ではなく、ある時間の間
に傾斜したり波打ったりし得る。このような直流オフセ
ット電圧１００は、ディスク５００が回転軸５０１に対
して偏心していたり、ディスク５００が真円でない時に
発生する。このような状態において、歯５０２と検出器
５１０の先端との間の距離がディスク５００の回転に伴
って変化し、正弦波状の直流オフセット電圧１００がヰ
食出された渦電流信号に重畳して現れる。

第１０ｂ図は、ハイパスフィルタ５４０を通過した後の
渦電流信号を示す。低い周波数の直流オフセット電圧が
ハイバスフィルタ５４０によって除去される。ディスク
５００の回転状態を精度よく検出するために、ゼロ点検
出回路５６０が使用される。ゼロ点検出回路５６０は第
１０ｂ図に示す信号がゼロレベルを横切った時、信号を
発生する。この結果、ディスク５００上の歯部５０２の
エッジが検出される。

第１０ｃ図はゼロ点検出回路５６０の出力信号を描いた
グラフで、ディスク５００の回転状態を示す。ゼロ点検
出回路５６０は歯５０２に相当する信号を発生する。ゼ
ロ点検出回路５６０が発生する信号の振幅はほぼ一定と
なるが、パルス幅はわずかに変化する。ゼロ点検出回路
５６０が発生する信号のデューテイー・サイクルの変化
は、単安定マルチバイブレー夕回路（図示せず）を追加
することにより簡単に除去できる。単安定マルチバイブ
レーク回路はディスクの回転に応じた周波数を有する信
号のパルス幅を一定にする。

第１１図はデータプロセッサやマイクロプロセッサ３８
０でデータ分析のために実行されるフローチャートであ
る。ステップ５からスタートした後、ステップ１１〜ｌ
４でデータバッファが消去され、後の実行の準備が行わ
れる。その後、ステップ２５においてサンプルカウンタ
がインクリメントされ、ステップ２０においてサンブル
カウンタが最大値に到達していないか否か確認が行われ
る。サンプルカウンタが最大値に到達している場合には
、サンプルを採るタイミングではないので、最初に戻っ
て処理が行われ、ステップ１１〜ｌ４でデータバツファ
が消去される。サンプルカウンクが最大値に到達してい
ない場合には、ステップ３０においてＡ／Ｄコンバーク
から入力サンプルが読み込まれる。ステップ３０におい
て読み込まれたサンプルは前回の周期で読み込まれたサ
ンプルと比較される。比較は、前回のサンプルから今回
入力されたばかりのサンプルを引き算することにより行
われる。ステップ５０において、今回のサンプルが前回
のサンプルよりも大きい時には、ステップ６０において
、その差がデータ合計に加算される。ステップ５０にお
いて、今回のサンプルが前回のサンプルよりも小さい時
には、安定したレベルに到達したものと推定される。こ
の状況の下では、ステップ６０において加算された合計
レジスタの内容が、ステップ９０においてテーブルを参
照して時速データに換算される。その後に、ステップ７
０において判断カウンタがインクリメントされる。判断
カウンタが、今回のサンプルが前回のサンプルよりも小
さい時に実行されるループを三回通過したことを示した
時には、判断を正確に行うための充分なデータが蓄えら
れたものと考えられる。そこで、ステップ１１０が実行
され、判断が下される。ステップ１１０において、前三
回分の時速データを参照し、他のデータと矛盾するデー
タを排除することによって正確な判断がなされる。ステ
ップ１００において選択された時速データはデータバツ
ファに記憶される。この時点において、データ補正ルー
チンが完了し、再びステップ１２から制御が開始される
。ステップ８０において、正確な判断のための充分なデ
ータが蓄えられなかったときには、ステップ８０からス
テップＩ３に制御が移り、サンプルカウンタがクリアさ
れて新しいサンプルが取り込まれる。その後、正確な判
断をするために充分なサンプルが取り込まれると、選択
された時速データがデータバッファに記憶される。

歯付ディスク５００の回転状態が検出された時、低い回
転速度においては判断を行わない方が良い場合もある。

この場合には、判断カウンタやステップ７０．８０の処
理を使用しないようにすれば良い。ステップ５０におい
て今回のサンプルが前回のサンプルよりも小さい場合、
ステップ６０において合計レジスタの加算が行われた後
、ステップ９０において合計レジスタの内容が時速デー
タに換算され、ステップ１００においてデータバッファ
に記憶される。正確な判断を実行しないようにすれば、
低い回転速度におけるデータのスループットが改善され
る。従って、検出されたディスク５００の回転状態に基
づいて正確な判断を許可または禁止するための適当な切
り換えプログラムが役に立つ。

出力ループ１５０が第１１図のフローに追加できる。出
力ルーブ１５０はステップ２５においてサンプルカウン
タをインクリメントする前に実行される。ステップ１５
１において、シリアルボートカウンタ１５５が５０ミリ
秒程度の時間よりも大きな値に到達した時、シリアルポ
ートに出力が出る。出力に際して、ステップ１５２にお
いてシリアルポートカウンタが消去され、ステップ１５
３においてデータバツファの記憶内容がシリアルポート
に入力され、ステップ１５４において出力される。

第１１図に示したルーチンは合計レジスタの中にサンプ
ル値の和を計算している。そして、ある時間内における
サンプルの和が時速データに変換される。従って、合計
レジスタか、またはデータバツファの中の時速データを
監視することによって、所定時間における回転状態が検
出できる。第１１図のルーチンは様々な変更が可能であ
る。例えば、ピークを検出する代わりにゼロ点を検出す
ることもできる．このようなルーチンは第１１図に示さ
れたルーチンに基づいて作成できる。また、フィルタリ
ングや平均化の方法は第８図に示した方法の他にも、例
えば闇値を適当な値に定める方法等により達成できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、検出された渦電流がオフセット信号と
交流信号に分離され、その後に、交流電流のレベルが判
別される。

それゆえに、検出器と歯付ディスクの間の距離や歯付デ
ィスクの取り付け誤差、温度ドリフトや経時変化等の影
響が補償され、正確な回転検出が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の渦電流検出器を描いたブロック図である
。 第２図は様々な間隔で測定した従来の渦電流検出器の出
力特性を示すグラフである。 第３図は本発明の第一実施例装置を描いたブロック図で
ある。 第４図は本発明の第二実施例装置を描いたブロック図で
ある。 第５図、第６図は本発明の第二実施例装置の変形例を示
すブロック図である。 第７図は第一実施例装置の詳細を描いた回路図である。 第８図は本発明の好ましい実施態様を描いたブロック図
である。 第９図は本発明の別の実施態様を描いたブロック図であ
る。 第１０（ａｌ図は第８図に示した実施態様いおいて検出
器によって検出された信号の波形を描いたグラフである
。 第１０（ｂ）図はハイバスフィルタによって直流ドリフ
トが取り除かれた時に波形を描いたグラフである。 第１０（Ｃ）図は第ｌＯ（ｂ）図に示した波形をゼロ点
検出器に入力した際に、ゼロ点検出器から出力される電
気信号の波形を描いたグラフである。 第１１図はマイクロプロセッサの好ましい動作を描いた
フローチャートである。 ２１０，３１０，５１０・・・検出器、２２０，３２０
，５２０・・・高周波発振回路、２４０，３４１，５４
０，　　・・・ハイバスフィルタ（分離手段）、 ３８０，５７０・・・マイクロプロセッサ（分離手段判
別手段） ３８１，・・・マイクロプロセッサ（分離手段）、２６
０・・・比較器（判別手段）、 ３８２，３８３．・・・マイクロプロセッサ（判別手段
）、 ５６０・・・ゼロ点検出回路（判別手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　少なくとも一つの切り欠きを有する円盤と、所定の隙
   間を有して配設され、前記円盤の中に誘導電流を発生さ
   せ、さらに該誘導電流の大きさを検出する検出器と、 前記検出器に接続され、前記検出器に電流を供給する高
   周波発振回路と、 検出された前記誘導電流を、オフセツト信号と交流信号
   に分離する分離手段と、 前記交流電流のレベルを判別する判別手段と、を備える
   回転検出装置。