JPH0269611A - 回転軸の回転数及び回転方向検出装置 - 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、回転電機等の回転軸を６する装置に適用する
回転軸の回転数及び回転方向検出装置に関する。

（従来の技術） 従来、例えば回転電機の回転軸用の回転数及び回転方向
検出装置において、回転軸に対して非接触状態で検出す
るものでは、以下に示す光学的方式、電磁気的方式のも
のが一般的である。即ち、光学的方式によるものとして
は、例えば回転軸に反射板を付設し、光源からの°光を
この反射板に反射させた後受光部おいて受光するように
検出部を構成し、その受光回数を計数して演算処理を行
なうことにより相当する回転数を得るものである。

また、電磁気的方式によるものとしては、例えば回転軸
に磁石を付設し、その回転による磁束の変化をホール素
子或いは検出コイル等によって検出するように検出部を
構成し、その検出回数を計数して演算処理を行なうこと
により相当する回転数を得るものである。一方、回転方
向の検出に対しては検出部を例えば二段に設けることに
より、その検出信号の位相から得るようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のような従来構成では、光学的方式
、電磁気的方式のいずれにおいても、基本的には検出し
た回数を演算することにより相当する回転数を得るため
に、その演算回路が必要となり、また光源、受光部、ホ
ール素子或いは検出コイル等の検出部においてはその電
源が必要であるため総じて装置が複雑となり高価なもの
となってしまうという問題があった。

一方、このようにして得た回転数の値をメータに表示し
たり、その値をもとにして比例積分微分制御方式によっ
て回転軸の制御を行なう場合には、再び電圧値にする等
の変換が必要となり、簡単な構成で行なえないという問
題があった。

また、回転方向の検出に対しては、検出部を二段に設け
てその検出信号の位相により判別しなければならないた
め、複雑且つ高価になってしまうという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は演算回路や検出のための電源を用いることなく回転
数を検出てき、しかも同時に回転方向まで検出できる簡
単で安価な構成の回転軸の回転数及び回転方向検出装置
を提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の回転軸の回転数及び回転方向検出装置は、回転
軸の外周面に軸方向に帯状をなす磁気回路構成部を設け
、前記回転軸を包囲するように筒状のヨークを設け、こ
のヨークの内周壁に前記回転軸の径方向に磁束を発生す
る環状の磁石を設け、前記ヨークの内周壁であって前記
磁石の両側に位置するように二つの検出用突部を設け、
これらの検出用突部に検出コイルを夫々巻装し、前記二
つの検出用突部の前記磁気回路構成部と対向する部分の
面積を回転軸が一回転する間に一方は直線的に増加し他
方は直線的に減少しばつ両者の相が常に一定となるよう
に設定したところに特徴を有する。

（作用） 本発明の回転軸の回転数及び回転方向検出装置によれば
、磁気回路構成部と二つの検出用突部との対向する部分
の面積の和が回転軸の回転位置によらず一定に設定され
ていることから、これらにより構成されている磁気回路
の磁気抵抗の合成値は一定となり、環状の磁石によって
作られる磁束密度も一定の値となる。また、回転軸の一
方向への回転にともなって、検出用突部に巻装された検
出コイルに鎖交する磁束の量は、一方の検出コイルにお
いて直線的に増加し、他方の検出コイルにおいて直線的
に減少するので、磁気回路構成部の移動速度即ち回転軸
の回転数に応じて、二つの検出コイルには夫々極性の異
なる電圧が誘起される。従って、二つの検出コイルの端
子を逆直列に接続すればその両端子からは回転数に相当
する電圧値が得られるようになる。また、回転軸が上述
とは反対の方向に回転したときには、上述とは極性のみ
異なる電圧値が両端子から得られるようになる。この結
果、回転数を電圧の大きさとして、回転方向をその電圧
の極性として夫々検出できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

先ず、全体の構成を示す第１図において、１は例えば回
転電機における回転軸である。２はこの回転軸１の外周
面に軸方向に沿って取付けられた磁気回路構成部たる磁
性薄帯であり、これは例えばアモルファス磁性薄帯等の
高透磁率材料の帯状薄片からなるものである。３は円筒
状のヨークであり、これは磁性薄帯２の部分を含んで回
転軸１を包囲するようにして回転軸１に挿通され、図示
しない外枠に固定されている。４はこのヨーク３の内周
壁中央部に固若された環状の磁石である。

この磁石４は、回転軸１の径方向に磁束を発生させるよ
うに磁化された永久磁石であり、磁性薄帯２と対向した
ときにこれとは間隔δを存するように位置している。５
，６はヨーク３の内周壁面の磁石４の両側に突設された
検出用突部であり、これらは、第２図に示すように、磁
性薄帯２と対向したときにこれとは夫々同じ間隔δを存
するように設けられている。これらの検出用突部５．６
は幅か周方向に沿って逆増減する形状に構成されている
。即ち、第３図に示すように、ヨーク３の内周壁面を展
開して見た場合、検出用突部５，６は互いに合同な直角
三角形状をなし、磁石４の両側こＨＦ２い違いに配置さ
れている。この検出用突部５゜６は周方向に閉じてはお
らず間隔Ｍを設けているが、この間隔Ｍはコイル挿入用
のために設けたもので、後述する磁性薄帯２の幅りより
狭くすることが望ましい。この二つの検出用突部５，６
の対向する辺部５ａ、６ａはそれぞれ磁石４に対して距
離２δよりも大きい間隔−を設けている。これは磁石４
の起磁力による磁束が磁性薄帯２を通らずに検出用突部
５，６に直接侵入するのを防止するためである。７，８
はそれぞれ検出用突部５゜６に同回数（Ｎ回）巻回され
た検出コイルであり、これらは夫々の巻回方向が逆とな
るように各一端子側か接続され、各他端子側が検出端子
ａ、ｂとして導出されて逆直列接続となっている。尚、
上述のように検出用突部５．６を構成しているので、回
転軸１の回転にともなって移動する磁性薄帯２と各検出
用突部５，６との対向する部分の面積Ｓａ、Ｓｂはその
和Ｓａ＋Ｓｂが常に一定となるようになっている。従っ
て、磁石４が誘起する起磁力Ｆによる磁束Φは磁性薄帯
２．検出用突部５６及びヨーク３によって形成される二
つの磁気回路を通り、この際、磁石４から見た磁気回路
の磁気抵抗Ｒが変化しないので、Φ−ＦＡＲとなり、常
に一定となる。これにより、検出コイル７８に鎖交する
磁束Φａ、Φｂは一定の磁束密度Ｂを比例定数として前
述の面積Ｓａ、Ｓｂに比例する量として表わすことかで
きる。

次に、本実施例の作用について第４図及び第５図をも参
照しながら述べる。

今、回転軸１か第１図中矢印Ａで示す方向に毎秒０回の
速さで回転しているとすると、磁性薄帯２は、第３図に
おいて下端部から上端部までの間を矢印ＣＪｉ向に１／
１１秒の周期Ｔで移動しているものと見なすことができ
る。ここで、磁性薄帯２が下端部に位置する時刻をゼロ
とすると、時刻かＴに達するまでの間ｌ１ｌｌち上端部
に位置するまでの間である時間１（１≦１／ｎ）におけ
る面積Ｓａ。

ｓｂは次のように表わされる。ただし、磁性薄帯２の幅
をり、検出用突部５，６の軸方向の最大幅をＷとする。

５ａ＝ＤＷｎｔ。

Ｓ　ｂ　＝　Ｄ　Ｗ　（１−ｎ　ｔ　）　　　　　　−
−（１）また、前述したように、検出コイル７．８に鎖
交する磁束Φａ、Φｂは面積Ｓａ、Ｓｂに比例すること
により、次式のように表わせる。

Φａ−ＢＳａ、　　　Φｂ−ＢＳｂ　　−・−・−（２
）従って、式（１）、（２）により、磁束Φａ、Φｂは
１１ケ間ｔとともに変化し、検出コイル７．８の各端子
間には電磁誘導の法則により次のような電圧ｅａ、ｅｂ
が誘起される。

ｅａ−−Ｎ−ｄΦａ　／　ｄ　ｔ　。

ｅｂ−−Ｎ−ｄΦｂ／ｄ　ｔ　　　　　−・・・−（３
）この式（３）に式（１）、（２）を代入して計算する
と、電圧ｅａ、ｅｂは次式のように表わされる。

ｅａ−−ＮＢＤＷ　　−ｎ ｅ　　ｂ　−Ｎ　Ｂ　Ｄ　Ｗ−ｎ　　　　　　　　　　
　−−（４）しかるに、検出端子ａ、ｂ間に得られる検
出電圧ｅは電圧ｅａ、ｅｂの差となるので、式（４）よ
り求めると次式の値となる。

ｅｍｅａ−ｅｂ−−２ＮＢＤＷ−ｎ　　−（５）この結
果、検出電圧ｅは比例定数を一２ＮＢＤＷとして回転軸
１の回転数ｒｌに比例する大きさの値として得られるこ
とになる。

このようにして、１周期Ｔが過ぎた後、以下の周期Ｔの
期間においても上述と全く同様の作用を繰り返すことに
より回転軸１の回転数ｎに比例した一定の検出電圧ｅが
得られるようになる（第５図参照）。この場合、検出電
圧ｅは、実効的には面積Ｓａ、Ｓｂに対してＳ　ａ−５
ｂの１直の変化に比例しており、その面積Ｓ　ａ　−Ｓ
　ｂの大きさは第４図に示すように各周期Ｔ期間で−Ｄ
ＷからＤＷまで直線的に増加するのこぎり波状となる。

尚、実際には、次の周期に移る時の急激な変化により検
出電圧ｅとしては第５図に示すようにパルス状の電圧が
含まれたものとなるので、ローパスフィルタを介してこ
れを除去した後、電圧計、制御人力部等へ接続すれば式
（５）に示した検出電圧ｅのみをｒイ効化することかで
きる。

また、回転軸］か上述とは反対の反矢印Ａ方向に回転し
ている場合には、その極性が入れ代わることを除いて同
様の作用にて検出電圧ｅ（−２ＮＢＤＷ−ｎ）が得られ
る。従って、検出電圧ｅの値の大きさ及び極性によって
回転軸１の回転数及び回転方向か得られる。

このように、本実施例においては、回転軸１の回転にか
かわらず磁性薄帯２と検出用突部５，６との対向する部
分の面積Ｓａ、Ｓｂの和が一定となるようにし、しかも
夫々の而１ｓａ、Ｓｂは回転軸１の矢印Ａ方向（音しく
は反対方向）への一回転の間に直線的に増加、減少する
ようにした。

これによって、磁石４により作られる磁束密度Ｂは一定
に保たれるので、検出コイル７．８に鎖交する磁束（１
）　ａ、　Φｂは面積Ｓａ、Ｓｂに比例するようになり
、夫々の端子間には回転数ｎに比例した一定の電圧ｅａ
、ｅｂが誘起される。この結果、検出端子ａ、ｂ間に得
られる検出電圧ｅ（−ｅａ−ｅｂ）の大きさとその極性
とによって同転数と回転方向とが検出できる。従って、
従来と異なり、計数、変換等の回路及び電源が不要とな
り、また回転方向検出のための特別な構成も不要となり
、簡単な（１４成で安価に製作できるようになる。

尚、上記実施例では、磁気回路構成部として磁性薄帯２
を回転軸１に取付けるようにしたが、これに限らず、例
えば、回転軸の相当する部分に帯状の突部を形成したり
、或いは熱処理により回転軸の透磁率を帯状に部分的に
異なるようにしても良く、更には、回転軸１に例えばキ
ー溝のように磁気的に悪い部分を設け、キー溝を除く部
分で磁気回路を構成しても良い。。

また、上記実施例は、本発明を回転電機の回転軸に適用
した場合について述べたが、これに限らず、回転軸を有
する回転体全般に適用できることは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の回転軸の回転数及び回転
方向検出装置は、回転軸が一回転する間に、磁気回路構
成部と二つの検出用突部との対向する部分の面積を、夫
々直線的に増加及び減少させ、且つ両者の和が常に一定
となるように設定した。これにより、磁気回路構成部と
二つの検出用突部とを含んで形成された磁気回路におけ
る環状の磁石による磁束密度は一定に保たれ、磁束の口
はその対向面積に比例するので、二つの検出コイルには
回転軸の回転数に応じた極性の異なる電圧が誘起される
ようになる。この結果、これらの電圧を逆直列にして検
出すれば、その値の大きさと極性とによって回転軸の回
転数と回転方向とが得られる。従って、従来と異なり、
計数、変換等の回路及び電源を用いることなく、簡単な
構成で安価に製作できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は要部を
破断して示す全体の斜視図、第２図は回転軸の軸方向に
沿う断面図、第３図はヨーク内周面部分の展開図、第４
図及び第５図は作用説明図である。 図面中、１は回転軸、２は磁性薄帯（磁気回路構成部）
、３はヨーク、４は磁石、５，６は検出用突部、７，８
は検出コイルを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、回転軸の外周面に設けられ軸方向に帯状をなす磁気
   回路構成部と、前記回転軸を包囲するように配置された
   筒状のヨークと、このヨークの内周壁に付設され前記回
   転軸の径方向に磁束を発生する環状の磁石と、前記ヨー
   クの内周壁であって前記磁石の両側に位置するように設
   けられた二つの検出用突部と、これらの検出用突部に夫
   々巻回された検出コイルとを具備し、前記二つの検出用
   突部の前記磁気回路構成部と対向する部分の面積は回転
   軸の一回転する間に一方が直線的に増加し他方が直線的
   に減少し且つ両者の和が常に一定となるように設定され
   ていることを特徴とする回転軸の回転数及び回転方向検
   出装置。