JPH0348467B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は回転速度を検出する回転計に関す
る。

従来より存在する回転速度計を大別すると、回
転速度（単位時間当りの回転数）に比例したアナ
ログ電圧（または電流）を出力するもの、あるい
は回転速度に比例したパルス列を出力するもの、
等があつた。アナログ出力を生じるものに共通す
る欠点は、外乱による影響を受けて誤差を生じ易
いという点、及び分解能に限界がある点である。
例えば、温度変化の影響を受けてコイル等の抵抗
が変動することにより検出信号のレベルが変動す
る、あるいは検出信号の伝送路におけるレベルの
減衰量が伝送距離によつてまちまちであること、
あるいはノイズによるレベル変動がそのまま検出
誤差となつてあらわれてしまうこと、など様々な
問題が起り易い。また、パルス列を出力するもの
においては、１回転につき発生するパルスの数は
機構上から限られてくるため、分解能に限界があ
り、かつレンジビリテイ（検出可能な回転数の範
囲）にも限界があつた。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、
高分解能かつ超広域で回転速度検出の可能な回転
計を提供することを目的とする。この目的は、複
数の励磁極及び１次巻線と２次巻線を具備するス
テータと、このステータの各励磁極を通る磁路の
リラクタンスを回転角度に応じて変化させる形状
を成したロータとを有する可変磁気抵抗型の回転
検出器を使用し、ステータの励磁極を位相のずれ
た複数の交流信号によつて各別に励磁することに
より、２次巻線側に誘起される交流信号において
ロータの回転速度に応じた周波数偏移を生じさ
せ、この周波数偏移にもとづいて回転速度を検出
するようにした回転計によつて達成される。

以下この発明の実施例を添付図面を参照して詳
細に説明しよう。

第１図に示す回転検出器１２において、ステー
タ（鉄心）１は４つの励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを円
周方向に90度の間隔で配して成るもので、半径方
向で対向する２つの励磁極Ａ及びＣが１つの対を
成し、励磁極Ｂ及びＤがもう１つの対を成してい
る。励磁極対Ａ及びＣ（またはＢ及びＤ）には、
１次巻線２Ａ及び２Ｃ（または２Ｂ及び２Ｄ）が
差動的に巻回されている。すなわち、各磁極Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて端部に向う磁束の方向を正相
とすると、各巻線Ａ及びＣ（またはＢ及びＤ）に
よつて生じる磁束が互いに逆相となるように巻回
されている。詳しくは、１次巻線２Ａによつて極
Ａに矢印ｘに示すように極端部から出る方向に磁
束が生ぜしめられるとき、それと対を成す極Ｃに
は１次巻線２Ｃによつて矢印に示すように極端
部に入る方向に磁束が生ぜしめられるように、１
次巻線２Ａ及び２Ｃが差動的に巻回される。これ
により、励磁極対Ａ及びＣには、ステータ１の中
心空間に配されたロータ（鉄心）３を介して同方
向の磁束の流れが形成される。もう一方の励磁極
対Ｂ及びＤに関しても同様に１次巻線２Ｂ及び２
Ｄが巻回されている。このように、励磁極対Ａ及
びＣ（またはＢ及びＤ）に１次巻線を差動的に巻
回する理由は、後述のように各励磁極対Ａ及びＣ
あるいはＢ及びＤが異なる交流信号によつて励磁
されるためであり、同一の交流信号によつて励磁
される極同士（ＡとＣあるいはＢとＤ）で磁束の
流れを保証するためである。

各励磁極Ａ〜Ｄの端部に対して適宜のギヤツプ
を介在させて対峙するロータ３は、回転軸４と一
体に回転する。この回転軸４に、検出対象である
回転角度θが与えられる。ロータ３は、各ステー
タ励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通る磁路のリラクタン
スを回転角度θに応じて変化させる形状を成して
いる。この第１図の例では、ロータ３は回転軸４
の中心に対して偏心して取付けられた円筒形状を
成している。この偏心した円筒形状によつて、ロ
ータ３の円筒側面と各極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの端部と
の間に介在するギヤツプの距離が回転角度θに応
じて変化する。このギヤツプの変化によつて、ロ
ータ３の１回転につき１周期分の三角関数に相当
するリラクタンス変化が各極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにも
たらされる。

Ａ及びＣから成る励磁極対とＢ及びＤから成る
励磁極対は、90度位相のずれた交流信号によつて
別々に励磁される。図では、極ＡとＣの１次巻線
２Ａ及び２Ｃが直列接続され、発振器５から正弦
波信号i_a＝I_sioωtが印加される。また、極ＢとＤ
の１次巻線２Ｂ及び２Ｄが直列接続され、発振器
６から余弦波信号i_b＝I_cpsωtが印加される。１次
巻線２Ａ及び２Ｃだけを抜き出してみると、両者
は同相直列接続のように見えるが、両者が巻回さ
れた磁極Ａ及びＣの向きすなわち両者によつて発
生される磁束の向きを考慮すると、両者は実質的
に逆相直列接続されている（すなわち差動的に巻
回されている）。１次巻線２Ｂ及び２Ｄに関して
も同様である。

上記の構成において、各励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
によつて夫々誘起される電圧を取り出すために２
次巻線７がステータ１に巻回される。第１図の例
では、励磁極Ａ及びＣに２次巻線７Ａ及び７Ｃが
夫々同相で巻回され、励磁極Ｂ及びＤに２次巻線
７Ｂ及び７Ｄが夫々同相で巻回されており、７Ａ
及び７Ｃと７Ｂ及び７Ｄは互いに逆相である。こ
れらの２次巻線７Ａ〜７Ｄが直列接続されて、各
励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて夫々誘起された電
圧の合成信号Ｅが取り出されるようになつてい
る。この出力信号Ｅは、励磁用交流信号i_a＝I_sio
ωtまたはi_b＝I_cpsωtに対してロータ３の回転角度
θに対応する位相ずれが生じた交流信号となる。
これは、試作機によつて容易に確認することがで
きるが、その理由を解析すると次の通りである。

第１図に示す回転検出器１２において形成され
る磁気回路の等価回路は第２図のように示すこと
ができる。Ｎは各１次巻線２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２
Ｄの巻線を示す。i_a及びi_bは励磁用交流信号I_sioωt
及びI_cpsωtの瞬時電流値を示す。従つて、Ni_a，
Ni_b，−Ni_a，−Ni_bは各励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの１
次巻線２Ａ〜２Ｄによつて生ぜしめられる起磁力
を示す。P_A，P_B，P_C，P_Dは各磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄとロータ３との間のギヤツプによつて生じるパ
ーミアンスを夫々示す。前述のように、１回転に
つき１周期分の三角関数に相当するリラクタンス
変化がもたらされるようにロータ３が構成されて
いるので、各パーミアンスP_A〜P_Dは次式のよう
に示すことができる。

P_A＝P₀＋P_1sioθ P_B＝P₀−P_1cpsθ P_C＝P₀−P_1sioθ P_D＝P₀＋P_1cpsθ …(1) P₀及びP₁はステータ１及びロータ３のサイズ
及び透磁率等に応じて定まる定数である。上記第
(1)式では、第１図ｂに示すように、磁極Ｄとロー
タ３との間のギヤツプ距離が最小のときの回転角
度θを０度としている。φ_A，φ_B，φ_C，φ_Dは各磁
極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとロータ３との間のギヤツプを
通る磁束を夫々示す。等価回路から明らかなよう
に、 φ_A＋φ_B＋φ_C＋φ_D＝０ (2) なる関係にある。Ｕは等価回路全体の磁位を示
し、 Ｕ＝Ni_a＋φ_A／P_ANi_b＋φ_B／P_B＝−Ni_a＋φ_C／P_C ＝−Ni_b＋φ_D／P_D (3) なる関係にある。従つて、各磁束φ_A〜φ_Dは次の
ように示すことができる。

φ_A＝（Ｕ−Ni_a）P_A φ_B＝（Ｕ−Ni_b）P_B φ_C＝（Ｕ＋Ni_a）P_C φ_D＝（Ｕ＋Ni_b）P_D (4) ここで、各２次巻線７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの
巻数を夫々N₂とすると、各磁極Ａ〜Ｄのギヤツ
プに応じて各２次巻線７Ａ〜７Ｄに誘起される電
圧e_A，e_B，e_C，e_Dは次式のように示される。

２次巻線７，７Ａ〜７Ｄの合成出力信号Ｅは、
前記第(5)式、第(4)式、第(3)式、第(1)式及びi_a＝I_sio
ωt、i_b＝I_cpsωtより、次のように示すことができ
る。

Ｅ＝e_A＋e_B＋e_C＋e_D＝N₂ｄ／dt（φ_A−φ_B＋φ_C−φ_D） ＝N₂ｄ／dt｛（Ｕ−Ni_a）P_A−（Ｕ−Ni_b）P_B ＋（Ｕ＋Ni_a）P_C−（Ｕ＋Ni_b）P_D｝ ＝N₂ｄ／dt｛Ｕ（P_A−P_B＋P_C−P_D） −Ni_a（P_A−P_C）＋Ni_b（P_B−P_D）｝ ＝N₂ｄ／dt（−2Ni_aP_1sioθ−2Ni_bP_1cpsθ） 2N₂NP₁ｄ／dt（−I_sioωt_sioθ−I_cpsωt_cpsθ） ＝2N₂NP₁I（−_cpsωt_sioθ＋_sioωt_cpsθ） ＝2N₂NP₁I_sio（ωt−θ） …(6) 但し、前記第(1)式より、P_A−P_B＋P_C−P_D＝０
である。上記第(6)式において、係数（2N₂NP₁I）
は定数であるので、これをＫで置換えると、 Ｅ＝K_sio（ωt−θ） …(7) と表わすことができる。この第(7)式から明らかな
ように、出力信号Ｅは、励磁用交流信号I_sioωtに
対して回転角度θに対応する位相角だけ位相がず
れた交流信号となる。

ここで、回転軸４が適宜の角速度で回転する場
合は、前記第(7)式の位相ずれ（すなわち回転角
度）θは次式のように時間の関数θ（ｔ）で与え
られる。

Ｅ＝K_sio｛ωt±θ（ｔ）｝ …(8) 位相ずれ関数θ（ｔ）の符号（±）は位相ずれ
の方向（進相または遅相）を示しており、これは
軸４の回転方向に対応する。説明の便宜上、以下
では進相方向に位相ずれが生じるものとし、＋θ
（ｔ）として説明する。この位相ずれ関数θ（ｔ）
には回転軸４の角速度の成分が含まれている。

軸４が一定の角速度ω_Mで回転している場合は、
ｄ／dtθ（ｔ）＝ω_M …(9) であり、この角速度ω_Mを積分したものが位相ず
れ量θ（ｔ）に相当するので、上記(8)式は次のよ
うに書換えることができる。但し、θ₀は初期位相
である。

Ｅ＝K_sio｛ω＋ω_M）ｔ＋θ₀｝ …(10) 次に、角速度ω_Mの求め方について第３図を参
照して原理的に説明する。

回転軸４が角速度ω_Mで回転するときに得られ
る回転検出信号Ｅ（これをE_sで示す）の一例を第
３図に一点鎖線にて示す。実線で示す波形は励磁
用交流信号I_sioωtを示し、破線の波形は一定の回
転角度θ₀で静止しているときの回転検出信号Ｅ
（これをE₀で示す）を示す。回転時の信号E_sはθ₀
を初期位相として回転したときの状態を示してい
る。t₀は静止時の回転検出信号E₀の一周期であ
り、これは励磁用交流信号I_sioωtの周期と同じで
ある。t_sは回転時の回転検出信号E_sの一周期であ
る。回転時は、回転検出信号Ｅ（すなわちE_s）の
周波数が基準の周波数（ω）より偏移することが
第３図からわかる。これは、前記第(10)式からも明
らかであり、周波数偏移量は角速度ω_Mに対応す
る。回転時の回転検出信号E_sの角周波数をω_sと
すると、E_sは第(10)式から次のように表わせる。

E_s＝K′_sio（ω_sｔ＋θ₀） ＝K′_sio｛（ω＋ω_M）ｔ＋θ₀｝ …(11) 第３図において、Δθは、ある時点における基
準の信号I_sioωtと回転検出信号Ｅ（すなわちE_s）と
の位相ずれθ₀と、そのt_s秒後の位相ずれθ_sとの差
である。静止している場合はθ₀＝θ_sでありΔθは０
であるが、回転している場合はこのΔθは回転軸
４の角速度ω_Mに対応する値をとる。すなわち、
第３図から明らかなように、基準の信号I_sioωtの
１周期t₀を2π（ラジアン）とすると、時間t_sに相
当する位相値は ∫^ts ₀ωdtであり、Δθは Δθ＝2π−∫^ts ₀ωdt …(12) と表わせる。ここで、前記(11)式から ω_s＝ω＋ω_M ω＝ω_s−ω_M …(13) であり、これを(12)に代入すると、 Δθ＝2π−∫^ts ₀ω_sdt＋∫^ts ₀ω_Mdt ＝∫^ts ₀ω_Mdt …(14) となる。尚、ω_s＝2π１／t_sであるので、∫^ts ₀ω_sdt＝
2π である。上記(14)式から明らかなように、Δθは角
速度ω_Mの関数となる。これを解くと、 Δθ＝ω_M゜t_s ω_M＝Δθ／t_s …(15) となる。従つて、Δθとt_sにもとづいて角速度ω_M
を求めることができる。

具体的には、t_sは回転検出信号Ｅ（すなわちE_s）
の１周期をクロツクパルスCPによつてカウント
することにより求めることができる。t_sに対応す
るカウント値をn_sとし、クロツクパルスCPの１
周期をφ（秒）とすると、 t_s＝n_s・φ …(16) である。Δθも、このカウント値n_sにもとづいて
求めることができる。励磁用の信号I_sioωtの１周
期t₀に対応するクロツクパルスCPのカウント数
をn₀とすると、その角周波数ωは ω＝2π１／t₀＝2π１／n₀・φ …(17) と表わさせる。この(17)式を前記(12)式に代入して
積分項を解くと、 Δθ＝2π−2π・n_s／n₀＝2π・n₀／n₀−2π・n_s／n₀ ＝2π／n₀（n₀−n_s） …(18) となる。(18)式と(16)式を(15)式に代入すると、 ω_M＝2π／n₀・φ（n₀−n_s／n_s） …(19) となる。ここで、2π，n₀，φは定数であるので、
回転検出信号Ｅの１周期をカウントし、そのカウ
ント値n_sにもとづいてこの(19)式を演算するだけ
で角速度ω_Mを求めることができる。

尚、前記(13)式を入れかえて、 ω_M＝ω_s−ω ＝2π１／t_s−2π１／t₀ ＝2π（１／n_s・φ−１／n₀・φ） とし、これを解くことによつても、上記(19)式と
同じ解を得ることができる。

次に、上述の演算を実行する回路の一例を第４
図に示す。

第４図において回転検出器１２は１次巻線２
Ａ，２Ｃ及び２Ｂ，２Ｄと２次巻線７のみを模式
的に示し、他は図示を省略したが、第１図と同様
のものである。まず、励磁用交流信号I_sioωt，I_cps
ωtを形成する回路について説明する。発振器１
５は高速のクロツクパルスCPを発振する分周回
路１６はこのクロツクパルスCPを１／Ｍ分周してデ ユーテイ50％のパルスP_bと、このパルスP_bの反
転信号P_aを出力する（但し、Ｍは任意の整数）。
詳しくは、２／Ｍ分周器１７と１／２分周用のフリツプ フロツプ１８とを含み、クロツクパルスCPを２／Ｍ 分周したパルスP_cを分周器１７から得て、このパ
ルスP_cをフリツプフロツプ１８で１／２分周する。

その結果、フリツプフロツプ１８の出力（Ｑ）か
らはクロツクパルスCPの１／Ｍの周波数をもつデユ ーテイ50％の方形波パルスP_bが出力され、その
反転出力（）からは該パルスP_bを反転した方
形波パルスP_aが出力される。180度位相のずれた
パルスP_b及びP_aは１／２分周用のフリツプフロツプ １９及び２０に夫々入力され、これらのパルス
P_b及びP_aを夫々１／２分周したパルス１／２P_b及び１／
２ P_aが得られる。また、フリツプフロツプ２０の
反転出力（）からはパルス１／２P_aを反転したパ ルス１／２P_a′が得られる。従つて、各パルスCP， P_c，P_b，P_a，１／２P_b，１／２P_a，１／２P_a′の関係は
第 ５図に示すようになる。すなわち、各フリツプフ
ロツプ１９及び２０から出力されるパルス１／２P_b 及び１／２P_aは、クロツクパルスCPの１／2Mの周波数 をもち、かつ位相が90度ずれている。また、１／２ P_aと１／２P_a′は位相が180度ずれている。

パルス１／２P_bはローパスフイルタ２１に入力さ れる。パルス１／２P_aと１／２P_a′は切換回路４０でど ちらか一方が選択され、ローパスフイルタ２２に
入力される。今は、パルス１／２P_aの方が選択され ているものとして説明を進める。ローパスフイル
タ２１及び２２においては各パルス１／２P_b，１／２ P_aの基本波成分が取り出される。従つて、ロー
パスフイルタ２１から出力される信号が余弦波信
号_cpsωtであるとすると、ローパスフイルタ２２
から出力される信号は正弦波信号_sioωtとなる。
ローパスフイルタ２１の出力_cpsωtは増幅器２３
で増幅され、その出力I_cpsωtが一方の励磁極対Ｂ
及びＤ（または９Ｂ及び９Ｄ）の１次巻線２Ｂ及
び２Ｄに印加される。ローパスフイルタ２２の出
力_sioωtは増幅器２４で増幅され、その出力I_sioωt
が他方の励磁極対Ａ及びＣ（または９Ａ及び９Ｃ）
の１次巻線２Ａ及び２Ｃに印加される。

前述のように、出力巻線７からは回転速度に対
応する周波数偏移ω_Mの生じた交流信号Ｅ＝E_s
K′_sio（ω_sｔ＋θ₀）が得られる。基準の周波数ωに
対する周波数偏移ω_Mの方向は回転軸４の回転方
向によつて異なるが今はプラスの方向すなわち周
波数ω_sが基準周波数ωよりも高くなる方向に回
転しているものとし、この方向を時計方向とす
る。

周期算出回路４１は回転検出器１２の出力信号
Ｅ（すなわちE_s）の周基t_sを求めるためのもので、
信号E_sの１周期間をクロツクパルスCPによつて
カウントすることにより、t_sに対応するカウント
値n_sを出力する。回転検出信号Ｅ（すなわちE_s）
はコンパレータ４２に入力され、第６図に示すよ
うにその極性に応じて“１”または“０”が該コ
ンバータ４２から出力される。単安定マルチバイ
ブレータ４３はコンパレータ４２の出力信号Ｆの
立上り時に一発の（例えば100＋１秒程度の時間
幅の）パルスＧを出力する。単安定マルチバイブ
レータ４４はパルスＧの立下り時に一発のパルス
Ｈを出力する（第６図参照）。従つて、パルスＧ
は回転検出信号Ｅ（E_s）の１周期t_sに対応して発
生し、パルスＨはパルスＧより僅かに遅れて発生
する。分周回路４５はクロツクパルスCPを１／２分 周し、この出力がカウンタ４６でカウントされ
る。このカウンタ４６のリセツト入力にはパルス
Ｈが供給されている。また、カウンタ４６のカウ
ント出力はレジスタ４７に入力される。レジスタ
４７のロード制御入力にはパルスＧが供給され
る。従つて、パルスＧによつてカウント値をレジ
スタ４７に取込んだ直後にカウンタ４６がリセツ
トされる。カウンタ４６はパルスＨによつて回転
検出信号Ｅ（すなわちE_s）の１周期t_s毎にリセツ
トされるので、その直前のパルスＧのタイミング
ではt_sに対応するカウント値n_sを保持しており、
このn_sがレジスタ４７に記憶される。

演算回路４８は前記(19)式に相当する演算を実
行する回路である。すなわち、2π，n₀，φは予じ
めわかつている定数であるので、レジスタ４７に
記憶されたカウント値n_sを用いて、下記の順で計
算を実行すればよい。

n₀−n_s →R₁ R₁／n_s →R₂ 2π／n₀・φ×R₂ →R₃ 尚、R₁，R₂，R₃は各計算ステツプにおける計
算結果を示す。尚、この例では、クロツクパルス
CPを１／２分周したものをカウンタ４６でカウント するようにしているので、上記式のφはクロツク
パルスCPの周期の２倍の周期を示すものである。
なわち、この例では、クロツクパルスCPの周期
はφ／２であるとする。因みに各定数の具体例を示 すと、次のようになる。

基準の交流信号I_sioωtはクロツクパルスCPを
１／2Mの比率で分周したものであるので、その周期 t₀はクロツクパルスCPの周期を2M倍してt₀＝
φMとなる。この１周期分のカウント値n₀は n₀＝t₀／φ＝Ｍとなる。

ここで、分周回路１６の分周率Ｍを9766とする
と、n₀＝9766である。また、クロツクパルスCP
の周波数を3.2MHzとすると、φ＝１／1600000であ る。

尚、第(19)式の演算によつて求まるものは角速
度ω_Mであるので、１秒間当りの回転数（r.p.s）
を求めるには角速度ω_Mを2πで割ればよい。一般
的には、回転速度は角速度ω_Mではなく、回転数
で表わされるので、演算回路４８では前記の計
算ステツプにおいて2πを予じめ除算した係数
１／n₀・φを掛算するようにするとよい。すなわち、 前記は下記′のように変更される。

′ １／n₀・φ×R₂ →R₃ こうして求められた演算結果R₃（すなわちω_M／2π） が回転軸４の回転速度を表わしている。この演算
結果R₃はラツチ回路４９にラツチされる。この
ラツチ回路４９はパルスＧのタイミングでデータ
を取込む。従つて、ラツチ回路４９に保持された
回転速度を示すデータＸは回転検出信号Ｅの１周
期t_s毎に書替えられる。尚、演算回路４８には演
算タイミングを制御するためにクロツクパルス
CPとパルスＧが入力されている。勿論、前記
の計算ステツプをそのまま実行して角速度ω_Mを
求めるようにしてもよい。

デイジタル比較器５０は、回転軸４の回転方向
を弁別するためのものであり、レジスタ４７から
出力されるカウント値n_sが基準のカウント値n₀よ
り大きいか否かを比較する。比較器５０はn_s＞n₀
のときパルスＧのタイミングで“１”を出力し、
それ以外のときは“０”を出力する。比較器５０
の出力は切換回路４０に加えられる。切換回路４
０は、比較器５０から“１”が与えられる毎に、
選択すべきパルスを１／２P_aから１／２P_a′に、または その逆に切換える。

今、切換回路４０でパルス１／２P_aが選択され、 回転方向が時計方向であり、回転検出信号Ｅ（す
なわちE_s）の周波数ω_sは基準の周波数より高高
いとする（ω_s＞ω）。このとき、n_s＜n₀であり、
比較器５０の出力は“０”である。従つて、依然
としてパルス１／２P_aが選択される。この状態で回 転方向が反時計方向に変化すると角速度ω_Mは負
の値−ω_Mとなるのでω_s＜ωとなり、カウント値
はn_s＞n₀となる。従つて、比較器５０の出力が
“１”となり、切換回路４０で選択するパルスは
１／２P_aから１／２P_a′に切換わる。１／２P_a′に対応
する フイルタ２２の出力は−_sioωtであり、前記(6)式
のi_aが−I_sioωtに変わることを意味する。この(6)
式のi_aを−I_sioωtに置換えてみるとわかるように、
回転検出信号Ｅの極性が反転するだけで、位相ず
れθの方向は変化しない。すなわち、１次巻線の
励磁信号i_a，i_bの位相ずれの方向が変わらない場
合は、回転方向が変わると回転検出信号Ｅの位相
ずれθの方向も正または負に反転するが、回転方
向が変わつたときに１次巻線の励磁信号i_a，i_bの
位相ずれ方向を逆転してやれば回転検出信号Ｅの
位相ずれθの方向は常に一定にすることができる
のである。こうして、励磁信号を切換えることに
より反時計方向の回転に対してn_s＜n₀が成立する
ようになる。従つて、比較器５０の出力はすぐに
“０”となる。

上述のように切換回路４０でパルス１／２P_a′が 選択されているときに、回転方向が反時計方向か
ら時計方向に変わると、n_s＞n₀が成立し、比較器
５０から“１”が出力される。これにより、切換
回路４０はパルス１／２P_aを選択する状態に切換わ る。従つて、時計方向の回転に対してn_s＜n₀がす
ぐに成立するようになる。

以上のように、比較器５０と切換回路４０の働
きにより、回転方向に無関係に常にn_s＜n₀が成立
するようにすることができ、演算回路４８の構成
が簡単となり（n₀−n_sが常に正であるため）、か
つラツチ回路４９から出力される回転速度データ
Ｘの処理も簡単とする。すなわち、比較器５０と
切換回路４０を設けない場合はラツチ回路４９か
ら出力される回転速度データＸは回転方向に応じ
て正または負の値となるのでこの絶対値を求める
回路が必要となるが、そのような回路が不要とな
る。勿論、比較器５０と切換回路４０を設けなく
ても本発明を実施することができる。

次に、回転検出器１２の別の実施例を列挙す
る。

第７図は、ステータ１の構造は第１図と同一で
あり、ロータ８の形状を第１図のロータ３とは異
らせた実施例を示す。このロータ８は円筒を斜め
に切断した形状を成しており、この円筒の中心と
回転軸４の中心が一致する。各磁極Ａ〜Ｄの端部
とロータ８の円筒側面とが対向するが、そのギヤ
ツプ距離は変化せず、対向面積がロータ８の回転
角度θに応じて変化する。従つて、第７図のロー
タ８によつても第１図のロータ３による場合と同
様に、各磁極Ａ〜Ｄのギヤツプのリラクタンスを
回転角度θに応じて変化させることができる。す
なわち、前記第(1)式と同様のパーミアンス変化が
得られるようにすることができる。

第８図及び第９図の実施例は、ステータ９及び
９′の構造を第１図及び第７図のステータ１とは
若干異らせたものである。第８図において、ステ
ータ９は、円周方向に90度の間隔で配された励磁
極９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄと、回転軸４の延長線
上に位置する出力用磁極９Ｅとを具える。第１図
と同様に、一方の励磁極対９Ａ及び９Ｃには１次
巻線２Ａ及び２Ｃが差動的に巻回され、正弦波信
号i_a＝I_sioωtによつて励磁される。また、他の励
磁極対９Ｂ及び９Ｄには１次巻線２Ｂ及び２Ｄが
差動的に巻回され、余弦波信号i_b＝I_cpsωtによつ
て励磁される。出力用磁極９Ｅには２次巻線７が
巻回されている。この場合は、１個の２次巻線７
によつてすべての励磁極９Ａ〜９Ｄによる誘起電
圧の合成信号Ｅを取り出すことができる。第１図
及び第７図では各磁極Ａ〜Ｄの端部は半径方向を
向いているが、第８図及び第９図では各磁極９Ａ
〜９Ｅの端部は軸方向を向いている。第８図にお
いて、ロータ１０は軸４に偏心して取付けられた
円板形状を成しており、各励磁極９Ａ〜９Ｄの端
部とのギヤツプの距離は変化しないが、その対向
面積が回転角度θに応じて変化するようになつて
いる。従つて、第８図の構成においても、前記第
(1)式と同様のパーミアンス変化が得られるように
することができる。

第９図のステータ９′は第８図のステータ９と
ほとんど同一構成であるが、出力用磁極９E′が他
の磁極９Ａ〜９Ｄよりもやや長い点だけが異な
る。ロータ１１は斜板であり、各励磁極９Ａ〜９
Ｄとの間のギヤツプの距離が回転角度θに応じて
変化するようになつている。従つて、第９図の構
成においても前記第(1)式と同様のパーミアンス変
化が得られるようにすることができる。

尚、各励磁極対Ａ及びＣ（９Ａ及び９Ｃ）並び
にＢ及びＤ（９Ｂ及び９Ｄ）を励磁する交流信号
は正弦波と余弦波に限らず、正弦波と余弦波の反
転信号（−_cpsωt）あるいは余弦波と正弦波の反
転信号（−_sioωt）であつてもよく、要するに位
相が90度ずれているものであればよい。

尚、各励磁極対を同一円周上ではなく中心軸を
同じくする異なる円周上に夫々配するようにして
もよい。その一例を第１０図に示す。第１０図に
おいて、ステータ部分は、軸方向に配設された２
つのステータ１Ａ及び１Ｂとから成る。ステータ
１Ａは半径方向で対向する２つの励磁極Ａ及びＣ
を有し、各々に巻回された１次巻線２Ａ及び２Ｃ
が逆方向に磁束を生じるように直列接続されてお
り、正弦波信号（I_sioωt）によつて励磁される。
ステータ１Ｂも同様に半径方向で対向する２つの
励磁極Ｂ及びＤを有し、各々に巻回された１次巻
線２Ｂ及び２Ｄが逆方向に磁束を生じるように直
列接続されており、余弦波信号（I_cpsωt）によつ
て励磁される。そして、夫々の励磁極対Ａ及びＣ
とＢ及びＤの位置が90度ずれるように両ステータ
１Ａ及び１Ｂが配されている。各励磁極Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄに巻回された２次巻線７Ａ〜７Ｄの出力は
第１図と同様にして合成して取り出すものとす
る。ロータ３２は第１図のロータ３と同様に、軸
４に対して偏心して取付けられた円筒状の鉄心か
ら成るものである。

更に、第１１図に示すようにＥ字形のステータ
３３を用いることもできる。ステータ３３の両端
に位置する励磁極３３Ａ及び３３Ｂには１次巻線
３４Ａ及び３４Ｂが夫々巻回される。３４Ａは正
弦波信号（I_sioωt）によつて励磁し、３４Ｂは余
弦波信号（I_cpsωt）によつて励磁する。ステータ
３３の中央に位置する磁極３３Ｅには２次巻線７
が巻回される。ロータ３５は円筒鉄心の両端を斜
めに切断した形状を成しており、この円筒の中心
と軸４の中心が一致する。ロータ３５の両端は同
方向に（平行に）切断されているのではなく、一
端の斜面に対して他端の斜面は90度ねじれてい
る。各磁極３３Ａ及び３３Ｂの端部とロータ３５
の円筒側面とが対向し、その対向面積がロータ３
５の回転角度θに応じて変化することにより回転
角度θに応じたリラクタンス変化を得ることがで
きる。ここで、ロータ３５の両端斜面の90度のね
じれにより、極３３Ａにおけるリラクタンス変化
と極３３Ｂにおけるリラクタンス変化には90度の
ずれが生じる。これにより、正弦波によつて励磁
される極３３Ａと余弦波によつて励磁される極３
３Ｂとを90度ずらして配設したのと同じ効果が得
られることになり、第１図あるいは第７図乃至第
９図の実施例と同様にロータ３５の回転角度θに
応じた位相ずれの生じた交流信号を極３３Ｅの２
次巻線７から得ることができる。尚、一点鎖線で
示すようにステータ３３の反対側に同様のＥ字形
ステータ３３′を設け、励磁極３３Ａと３３Ｃに
正弦波信号によつて励磁される１次巻線を差動的
に巻回すると共に、励磁極３３Ｂと３３Ｄに余弦
波信号によつて励磁される１次巻線を差動的に巻
回するようにしてもよい。その場合、両ステータ
３３及び３３′の中央の磁極３３Ｅ，３３E′に
夫々設けた２次巻線の出力を合成したものが、回
路角度θに応じた位相ずれの生じた交流信号
（K_sio（ωt−θ）である。

また、第１２図に示すように、ロータ３６とス
テータ３７の各磁極Ａ〜Ｄにスロツト歯を設けて
もよい。各磁極Ａ〜Ｄの１次巻線２Ａ〜２Ｄと２
次巻線７Ａ〜７Ｄは第１図と同様に構成されてい
る。ロータ３６のスロツト歯とステータ３７の各
磁極Ａ乃至Ｄの歯との対応関係は、対を成す磁極
同士（ＡとＣまたはＢとＤ）では１／２ピツチに相 当する機械的位相ずれが生じるようになつてい
る。これにより一方の磁極Ａ（またはＢ）とロー
タ３６との間のパーミアンスと他方の磁極Ｃ（ま
たはＤ）とロータ３６との間のパーミアンスとが
歯の１ピツチを１サイクルとして差動的に変化す
る。また、各磁極対（Ａ，ＣとＢ，Ｃ）の間では
１／４ピツチの機械的位相ずれが生じるように設計
されている。従つて、前記(1)式と同様のパーミア
ンス変化P_A〜P_Dがスロツト歯の１サイクルを１
周期として生じる。その結果、１回転分のスロツ
ト歯のピツチ数をＮとすると、前記(7)式の位相ず
れθはＮ倍に拡大されてNθとして現われる。従
つて、前記(19)式に従つて求めた角速度ω_Mも実際
の角速度をＮ倍に拡大したものが得られ、検出分
解能が増す。

回転検出器１２は上記実施例で示したものに限
らず、要するに、１次巻線と２次巻線をステータ
側に具えた可変磁気抵抗型の検出器であつて、各
磁極のパーミアンス変化の機械的位位相ずれに応
じた電気的位相ずれを有する複数の交流信号によ
つて各極を各別に励磁する構成のものがあればよ
い。

また、回転検出器１２の出力信号Ｅ（すなわち
E_s）にもとづいて回転速度を求める回路は第４図
に示すものに限らず、適宜に設計変更できること
はいうまでもない。第４図では周期t₀，t_s（n₀，
n_s）にもとづいて回転速度を検出しているが、第
１３図に示すように回転検出信号Ｅ（すなわちE_s）
の周波数ω_sを直接計測することにより回転角速
度ω_Mを求めるようにしてもよい。第１３図にお
いて、符号１８，１９，２０，２１，２２，２
３，２４は第４図において同一符号を付された回
路と同様の機能を果す回路であり、発振回路６０
の発振出力にもとづいて正弦波信号I_sioωtと余弦
波信号I_cpsωtとを発生する。回転角検出器１２か
ら出力される回転検出信号Ｅ（すなわちE_s）が入
力されるコンパレータ６１は第４図のコンパレー
タ４２と同様の機能を果すもので、回転検出信号
Ｅと同周波数のパルス信号Ｆを出力する。周波数
計測回路６２はパルス信号Ｆの周波数ω_sを計測
し、これにもとづき回転角速度ω_Mを示すデータ
を出力する。すなわち、前記(13)式からω_M＝ω_s−
ωであるため、信号Ｆ（すなわち回転検出信号Ｅ）
の周波数ω_sを計測することによりω_Mを求めるこ
とができる。

第１４図は周波数計測回路６２として周波数／
電圧コンバータ６２Ａを用いて回転角速度ω_Mを
示すアナログ電圧Ｖ（ω_M）を出力するようにした
例を示す。この場合、周波数／電圧コンバータ６
２Ａのオフセツト周波数を基準周波数ωに設定し
ておけば、入力信号Ｆに対応する出力電圧Ｖ
（ω_M）は入力周波数ω_sとオフセツト周波数ωの差
ω_s−ωすなわち回転速度ω_Mに比例するものとな
る。従つて、極めて簡単に回転速度を求めること
ができる。

第１５図は周波数計測回路６２として周波数カ
ウンタ６２Ｂを用いて回転速度を示すデイジタル
データＣ（ω_M）を出力するようにしたものであ
る。カウントした周波数ω_sを示すデータＣ（ω_s）
と基準周波数ωを示すデータＣ（ω）とを引算器
６２Ｃで引算し、速度データＣ（ω_M）を求める。

第１３図のように周波数を直接計測する方式
は、第１２図のような高分解能型の回転検出器１
２を用いた場合に特に有利である。何故ならば、
高分解能型の回転検出器は回転角速度に対応する
周波数ずれが大きく生じるため、周波数計測の精
度が上がるからである。

以上説明したようにこの発明によれば、基準の
交流信号に対する回転検出信号の周波数偏移（周
期のずれ）にもとづいて回転速度を検出するよう
にしたので、検出可能な回転速度の範囲が極めて
広くなり、また分解能も増すことができるという
優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａはこの発明に係る回転計の回転検出器
の部分の一実施例側断面を略示する図、同図ｂは
ａの正面略図、第２図は第１図の検出器の磁気回
路の等価回路図、第３図は上記実施例の２次巻線
から得られる回転検出信号の周波数が回転速度に
応じて偏移することを例示する波形図、第４図は
この発明に係る回転計の電気回路部分の一実施例
を示すブロツク図、第５図は第４図における励磁
用交流信号を形成する回路部分の動作を示すタイ
ミングチヤート、第６図は第４図における回転検
出信号の周期を検出する回路部分の動作を示すタ
イミングチヤート、第７図ａは第１図に示す回転
検出器部分の別の実施例の側断面を略示する図、
同図ｂはａの正面略図、第８図ａは同部分の更に
別の実施例を示す側断面略図、同図ｂはａの正面
略図、第９図ａは同部分の他の実施例を示す側断
面略図、同図ｂはａの正面略図、第１０図ａは同
部分の更に他の実施例を示す側断面略図、同図ｂ
はａの正面略図、第１１図ａは同部分の他の実施
例を示す側面略図、同図ｂはａの正面略図、第１
２図ａは同部分の更に他の実施例を示す径方向断
面図、同図ｂはａの側断面図、第１３図はこの発
明に係る回転計の電気回路部分の別の実施例を示
すブロツク図、第１４図及び第１５図は第１３図
の周波数計測回路の一例を夫々示す図、である。 １，９，９′，３７…ステータ、２Ａ〜２Ｄ…
１次巻線、３，８，１０，１１，３６…ロータ、
４…回転軸、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，９Ａ〜９Ｄ…励磁
極、５，６…発振器、７，７Ａ〜７Ｄ…２次巻
線、１２…回転検出器、１５…クロツク発振器、
１６…分周回路、４１…周期算出回路、４８…演
算回路、６２…周波数計測回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の間隔で設けられた複数の励磁極及び各
   励磁極に設けられた１次巻線及び該１次巻線の励
   磁に応じた誘導信号を生じる２次巻線を具備する
   ステータと、 このステータの各励磁極を通る磁路のリラクタ
   ンスを回転角度に応じて変化させる形状を成した
   ロータと、 所定のクロツクパルスを分周することにより所
   定の基準周波数を持つ位相のずれた複数の基準交
   流信号を発生し、前記励磁極をこれらの位相のず
   れた複数の基準交流信号によつて各別に励磁し、
   その結果、各１次巻線の励磁に応じた前記誘導信
   号の合成出力信号として、前記ロータの回転角度
   に応じて位相変調されかつこれに伴い該ロータの
   回転速度に応じて前記基準周波数より周波数偏移
   した出力交流信号を前記２次巻線に生ぜしめる回
   路と、 前記出力交流信号の周期を示すデイジタルデー
   タを前記クロツクパルスを利用してカウントする
   ことにより求める周期算出回路と、 求めたカウント値と前記励磁用基準交流信号の
   周期に対応する予め準備された基準のカウント値
   とにもとづいて回転速度を求める演算式をデイジ
   タルで実行するデイジタル演算回路と を具える回転計。