JPH04258Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、秤、時計、速度計等の指針回動型
計器において、指針によつて指示された情報をデ
イジタル情報形式に変換する装置に関する。

現在、指針回転型計器は様々な分野で用いられ
ており、その計測原理（指針駆動原理）も様々で
ある。この指針回動型計器の指示形式は一般にア
ナログ表示といわれるものであり、それはそれで
人間の感覚に適したものとなつている。しかし、
最近では、各種の指針回転型計器類に対して次の
ようなデイジタル化の要求が生じてきている。そ
の一つは、計測結果をデイジタル可視表示にて行
なうことであり、もう一つは、計測結果に対応す
る電気的デイジタル情報を出力し得るようにする
ことにより人間に対する指示機能のみならず電子
回路制御系に対する情報入力端末としても機能し
得るようにすることである。このような要求に応
え得るようにするには、従来は計器の計測原理そ
のものを変えねばならず、中には計測原理変更不
可能なものもあるので、極く限られた計器しかデ
イジタル化することができなかつた。また、計測
原理を変更できるものにしても、そのためには大
幅な装置の改造が必要となるので面倒であると共
にコスト高でもあつた。また、計測原理を変更し
た場合はアナログ表示の良さが損われることが多
かつた。例えば、バネ秤をストレインゲージ等を
用いた電子秤に変更した場合、デイジタル情報を
得ることができるにしてもアナログ表示は不可能
になつてしまう。

この考案は上述の点に鑑みてなされたもので、
指針回動型計器の計測原理を全く変更せずに、極
めて簡単な構成を付加するだけで、指針による指
示情報を電気的デイジタル情報に変換するように
した装置を提供しようとするものである。この考
案では、ステータ側に巻線を含み、ロータ鉄心に
は巻線を含まず、ステータに対するロータ鉄心の
回転偏位に応じて位相ずれの生じた出力信号を生
じる可変磁気抵抗型位相シフト式回転検出器を利
用し、このロータ鉄心を指針回動型計器の指針の
回転軸に取付け、この指針の回転角度を前記回転
検出器によつて検出し、この検出にもとづき指針
の指示情報を電気的デイジタル情報にて求めるよ
うにしたことを特徴とする。

以下添付図面を参照してこの考案の実施例を詳
細に説明しよう。

第１図はブルドン管型圧力計にこの考案を適用
した例を示すもので、従来から知られているブル
ドン管型圧力計１０に、ロータ１及びステータ２
及び検出動作制御用のプリント回路基板３を含む
可変磁気抵抗型位相シフト式回転検出器４と、デ
イジタル可視表示器５とを追加したものである。
ブルドン管型圧力計１０は、周知のように、計測
対象である圧力Ｐの大きさに応じてブルドン管１
０ａが歪み、この歪みに応じてギヤ部１０ｂが回
動し、この回動に応じて指針１０ｃの回転軸１０
ｄが回動し、指針１０ｃを回動して圧力ｐをアナ
ログ的に指示する。

回転検出器４のロータ鉄心１は指針１０ｃの回
転軸１０ｄに取付けられており、該回転軸１０ｄ
と共に回動する。ステータ２は所定の位置に固定
されており、その内部空間にロータ鉄心１が収容
されている。回転検出器４におけるロータ１とス
テータ２の一例を拡大して第２図に示す。

第２図において、ステータ２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６Ａ及び６Ｃ（または
６Ｂ及び６Ｄ）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。

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１は、各ステータ励
磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通る磁路のパーミアンスを
回転軸１０ｄの回転角度θに応じて変化させる形
状を成している。この例では、ロータ１は回転軸
１０ｄ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１の円筒側面と各ステータ極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１の１回転につき１周期分の
三角関数に相当するパーミアンス変化が各極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。極ＡとＣの１次巻線６Ａ及び
６Ｃが直列接続され、プリント回路基板３（第１
図）から正弦波信号Isinωtが印加される。また、
極ＢとＤの１次巻線６Ｂ及び６Ｄが直列接続さ
れ、プリント回路基板３（第１図）から余弦波信
号Icosωtが印加される。

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２に巻回される。第２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。正弦波信号Isinωtによつて励磁される磁極対
Ａ，Ｃにおけるパーミアンス変化をcosθを用いて
示すとすると、余弦波信号Icosωtによつて励磁
される磁極対Ｂ，Ｄにおけるパーミアンス変化は
それよりも90度ずれているのでsinθを用いて表わ
すことができる。従つて、各磁極Ａ〜Ｄの出力の
合成信号Ｅは下記第１式のように回転角度θに応
じて位相ずれを生じた交流信号となる。Ｋは振幅
係数である。

Ｅ＝Ksin（ωt＋θ） …(1) 第３図はプリント回路基板３における回路構成
例をブロツク図で示すものである。クロツク発生
器１８からの高速クロツクパルスCPをＮ進カウ
ンタ１１（Ｎは設計上任意に選ぶ整数）でカウン
トし、該カウンタ１１の途中の出力段から４／Ｎ分 周出力を正弦波・余弦波形成回路１２に与える。
この回路１２では、クロツクパルスCPの４／Ｎ分周 信号にもとづき、該クロツクパルスCPの１／Ｎ分周 信号と同周波数の正弦波信号sinωt及び余弦波信
号cosωtを形成する。これらの信号はアンプ１
３，１４で増幅されて、ステータ２の１次巻線６
Ａ，６Ｃ及び６Ｂ，６Ｄに夫々印加される。

ステータ２の２次巻線７から出力された検出信
号Ｅはアンプ１５で増幅されて、ゼロクロス検出
回路１６に与えられる。ゼロクロス検出回路１６
は信号Ｅが負のレベルから正のレベルに切換わる
とき、すなわち信号Ｅがゼロ位相のときを検出
し、パルスを出力する。このゼロクロス検出パル
スがラツチ回路１７のロード制御パルスとなる。
ラツチ回路１７にはＮ進カウンタ１１の出力が入
力される。励磁用信号Isinωt，Icosωtの周波数と
カウンタ１１における最大分周出力１／Ｎの周波数 とは一致しており、従つて、正弦波信号Isinωtが
ゼロ位相（ωt＝０）のときカウンタ１１の全ビ
ツトが“０”となるように設計できる。従つて、
回路１６のゼロクロス検出パルス（ωt＋θ＝０
のタイミングで発生するパルス）によつてカウン
タ１１のカウント出力をラツチ回路１７にラツチ
するようにすれば、検出信号Ｅの位相ずれθに相
当するデイジタルデータをラツチ回路１７にラツ
チすることができる。こうして、指針１０ｃの回
転角度θ（指示位置を示す情報）を電気的デイジ
タル情報に変換することができる。ラツチ回路１
７にラツチされたデイジタルデータはデイジタル
可視表示器５（第１図）に与えられ、例えば10進
数形式で可視表示される。

尚、試作によれば、指針１０ｃの回転軸１０ｄ
に取付けるロータ１の外径は直径１乃至３mm程度
まで超小型化できることが確められている。従つ
て、回転軸１０ｄにロータ１を取付けたことによ
る慣性力の影響は殆んど無視することができる。
このロータ１の小型化に伴ない、ステータ２も超
小型化できることはいうまでもない。また、最近
の研究によれば、ステータ２の２次巻線７を除去
して１次巻線６Ａ乃至６Ｄのみとし、この各１次
巻線６Ａ乃至６Ｄのインダクタンス変化を検出す
ることにより前記第(1)式と同様に回転角度θに応
じた位相ずれを含む検出信号Ｅが得られることが
分かつているので、そのようにすればステータ２
はより一層小型化できる。

ロータ１の形状は上述のような円筒偏心ロータ
に限らず、第４図乃至第６図に示すように種々の
形状がある。

第４図は、ステータ２の構造は第１図と同一で
あり、ロータ１Ａの形状を第１図のロータ１とは
異らせた実施例を示す。このロータ１Ａ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１０ｄの中心が一致する。ステータ２
の各磁極端部とロータ１Ａ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
指針１０ｃの回転角度θに応じて変化する。

第５図及び第６図の実施例は、ステータ２Ａの
構造を第１図及び第４図のステータ２とは若干異
らせたものである。ステータ２Ａは、円周方向に
90度の間隔で配された４つの励磁極と、回転軸１
０ｄの延長線上に位置する出力用磁極Ｅとを具え
る。４つの励磁極には１次巻線を巻回し、出力用
磁極Ｅには２次巻線を巻回する。ステータ２Ａの
各磁極端部は軸方向を向いている。第５図のロー
タ１Ｂは回転軸１０ｄに偏心して取付けられた円
板形状を成しており、各励磁極端部とのギヤツプ
距離は変化しないが、対向面積が変化する。第６
図のロータ１Ｃは斜板であり、各励磁極端部との
ギヤツプ距離が指針１０ｃの回転角度θに応じて
変化する。

第１図ではブルドン管型圧力計の指針回転軸１
０ｄにロータ１を取付けているが、指針回動型計
器でありさえすれば、時計、秤、自動車等の速度
計、温度計等如何なる計器にもこの考案を適用で
きるのは勿論である。そして、指針の回転角度θ
を検出したデイジタルデータを利用して、計器計
測値を指針にてアナログ表示する一方で同じ計測
値をデイジタル表示することができるのは勿論の
こと、制御系に対する電気的デイジタル入力情報
としても用いることができる。

針式（アナログ式）時計にこの考案を適用すれ
ば、長針及び短針によつて示された時刻をデイジ
タル表示することができる。その場合、回転検出
器３のロータ１は短針の回転軸に取付るのがよ
い。そして、この考案によれば、時刻のデイジタ
ル表示は特別のデータ変換回路を用いることな
く、カウンタ１１（第３図）の構成を変えること
により容易に実施できる。第７図はその一例を示
す図で、第３図と同一符号は同一回路を示す。２
進化10進数（BCD）を出力する60進カウンタ１
９と、同じくBCD60進カウンタ２０と、BCD12
進カウンタ２１とがカスケード接続されており、
クロツクパルスCPを順次分周する。60進カウン
タ２０のキヤリイアウト信号が３進カウンタ２２
にも入力されており、この３進カウンタ２２のキ
ヤリイアウト信号が正弦波・余弦波形成回路１２
に与えられる。この形成回路１２は前述のように
入力パルスの周期の４倍の周期をもつ正弦波信号
及び余弦波信号を形成する。12進カウンタ２１が
１サイクル進む（12カウントする）毎に３進カウ
ンタ２２は４サイクル進む（３カウントを４回繰
返す）ので、回路１２から出力される正弦波信号
Isinωt、余弦波信号Icosωtの１周期と12進カウン
タ２１の１サイクルが一致する。従つて、励磁信
号Isinωt，Icosωtの１周期分の位相ずれ、すなわ
ち短針の１回転2πが12進カウンタ２１の１サイ
クル（12カウント）に相当する。従つて、
BCD12進カウンタ２１のカウント内容は「時」
表示にそのまま対応する。また、その下位の
BCD60進カウンタ２０のカウント内容は「分」
表示にそのまま対応する。更にその下位の
BCD60進カウンタ１９のカウント内容は「秒」
表示にそのまま対応する。従つて、回路１６から
出力されるゼロクロス検出パルスによつて各カウ
ンタ１９，２０，２１のBCDカウント出力をラ
ツチ回路２３，２４，２５に夫々ラツチすれば、
各ラツチ回路２３，２４，２５には短針の現在位
置（すなわち現在の時刻）を「時」、「分」、「秒」
で示すデイジタル情報が得られる。尚、ステータ
２の巻線に常に励磁信号を与えていると消費電力
が大きくなることを考慮するならば、第７図の装
置は必要なときにスイツチ操作等により短時間だ
け稼動して、時刻のデイジタル情報を得るように
するとよい。

第７図に示す例に限らず、カウンタ１１（第１
図），１９，２０，２１（第７図）の構成を計測
対象の計量単位に合わせれば、簡単に所望形式の
デイジタル情報が得られる。例えば、指針の１回
転が４Kgに相当する秤にこの考案を適用する場合
は、BCD出力を生じる1000進カウンタの上位に
４進カウンタをカスケード接続してクロツクパル
スCPを分周するようにすれば、1000進カウンタ
からは「ｇ」部分のデイジタル情報が得られ、４
進カウンタからは「Kg」部分のデイジタル情報が
得られる。また、指針の１回転が8lb（ポンド）に
相当する秤にこの考案を適用する場合は、BCD
出力を生じる160進カウンタの上位に８進カウン
タをカスケード接続してクロツクパルスCPを分
周するようにすれば160進カウンタからは「OZ
（オンス）」部分のデイジタル情報が得られ、８進
カウンタからは「lb」部分のデイジタル情報が得
られる。

また、秤など、同一計測対象に対する計量単位
が複数種有る計器にこの考案を適用すれば、１台
の計器で複数計量単位間の換算が容易に行なえる
ようになる。第８図はその一例を示す図で、第３
図と同一符号は同一回路を示す。

第８図は指針の１回転が１Kgに相当する秤にポ
ンド換算機能を付加したものである。BCD出力
を生じる10000000進カウンタ２６は「Kg」に相当
するデイジタル情報を出力するもので、BCD出
力を生じる2204580進カウンタ２７は「lb」（ポン
ド）」に相当するデイジタル情報を出力するもの
である。これは１Kg＝2.20458lbであるためであ
る。カウンタ２６の2500000進目の出力ステージ
からセレクタ２８のＡ入力に分周出力が与えら
れ、カウンタ２７の551145進目の出力ステージか
らセレクタ２８のＢ入力に分周出力が与えられ
る。また、カウンタ２６のカウント出力はセレク
タ２９のＡ入力に与えられ、カウンタ２７のカウ
ント出力はセレクタ２９のＢ入力に与えられる。
換算スイツチ３０が「Kg」の位置に有るとき、セ
レクタ２８、２９のＡ入力を選択し、該スイツチ
３０が「lb」位置に切換えられたときセレクタ２
８，２９のＢ入力を選択する。セレクタ２８で選
択された分周パルスは正弦波・余弦波形成回路１
２に入力され、これにもとづき励磁信号Isinωt，
Icosωtが夫々形成される。セレクタ２９で選択
されたカウント出力はラツチ回路３１に入力され
る。従つて、スイツチ３０で「Kg」表示を選択し
た場合は、秤の指針の位置を「Kg」単位で表わし
たデイジタル情報がラツチ回路３１にラツチされ
る。尚、１回転が１Kgなので、BCDカウンタ２
６の最上位桁が小数第１位である。また、スイツ
チ３０で「lb」表示を選択すれば、秤の指針の位
置を「lb」表示に換算したデイジタル情報がラツ
チ回路３１にラツチされる。尚、１回転が
2.20458lbなので、BCDカウンタ２７の最上位桁
が整数第１位である。

尚、クロツクパルスCPを分周するためのカウ
ンタ（２６または２７）を分周比可変のプログラ
マブルカウンタとすれば、１台のカウンタを用い
るだけで第８図と同等の換算機能をもたせること
ができる。また、換算は計量単位同士の換算に限
らず、計量単位から金額への換算も容易に行なえ
る。例えば、指針の１回転が１Kgに相当する秤に
おいて、100ｇにつき250円の金額換算を行なう場
合、クロツクパルスCPを分周するためのカウン
タを、重さ表示用として1000進カウンタとし、金
額表示用として2500進カウンタとする。これらの
カウンタは１台の分周比可変カウンタを用いても
よいし、別々に設けてもよい。商店等で用いる金
額表示機能付き計量秤とする場合は、重さ表示用
と金額表示用のカウンタを別々に設け、金額表示
用の分周比可変カウンタとするのがよい。その場
合、表示器も重さ表示用と金額表示用とで別々に
設けるとよい。このようにすれば、高価な電子秤
を用いずに、従来から有るバネ秤等にデイジタル
表示機能及び金額換算機能を簡単に付加すること
ができる。

上述のような換算機能を車輛の速度計に応用す
れば、Km表示をマイル表示等に換算するのも極め
て容易に行なえるようになる。

また、この考案を適用する指針回転型計器の機
械系に正確な直線性がなくても、正確な計測デー
タを得ることもできる。すなわちラツチ回路１
７，２３，２４，２５，３１の出力を直接、指針
のデイジタル情報として用いるのではなく、半導
体メモリ等のアドレス情報として用い、このメモ
リに正確な計測データを予じめ記憶しておけばよ
い。例えば、バネ式秤においては、標準の錘りを
各種用いて、該錘りを計量したときの指針回転角
度情報をアドレス情報として該錘りの重さを示す
デイジタルデータをデータ書込みスイツチ等を用
いて上記メモリに夫々予じめ書き込んでおく。そ
して通常の計測時は、指針回転角度情報をアドレ
ス情報として該メモリから重さを示すデイジタル
データを読み出すのである。このようにすれば、
計器機械系の直線性が悪くても再現性がありさえ
すれば、正確な計測データを得ることができる。
また、この方法は、上記とは逆に、リニアな特性
を示す計器機械系の指示情報をノンリニアな特性
のデイジタル情報に変換する場合にも利用でき
る。

以上説明したようにこの考案によれば、可変磁
気抵抗型位相シフト式回転検出器を用いて指針回
動型計器の指針の回動角を検出し、これにもとづ
き指針位置に対応するデイジタル情報を得るよう
にしたので、如何なる計器においてもその計測原
理を変更することなく極めて簡単にデイジタル情
報を作成することができるという優れた効果を奏
する。また、分周用カウンタの構成を変更するこ
とにより極めて簡便に、データ形式の変更及び計
量単位の換算を行なうことができるという効果も
ある。しかも、このカウンタの分周率を上げるこ
とによりデイジタル計測値の高分解能化が容易で
ある。また、回転検出器は無接点であるため防爆
仕様にし易く、危険な環境に設置された計器にも
安全に適用することができる。また、無接触によ
り摩擦トルクが少なく、かつロータ寸法は超小型
化が可能であるため慣性も少なくなり、指針の動
きに悪影響を及ぼすおそれはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案をブルドン管型圧力計に適用
した一実施例を示す斜視図、第２図は同実施例で
用いる可変磁気抵抗型位相シフト式回転検出器の
ロータとステータの一例を示す一部断面平面図、
第３図は同回転検出器のプリント回路基板に搭載
される検出制御用回路の一例を示すブロツク図、
第４図は第２図におけるロータの変更例を示す斜
視図、第５図は第２図におけるロータ及びステー
タの変更例を示す図で、ａは側面図、ｂは平面
図、第６図は第２図におけるロータ及びステータ
の別の変更例を示す図で、ａは側面図、ｂは平面
図、第７図はこの考案を時計に適用した場合にお
ける第３図回路の変更例を示すブロツク図、第８
図はこの考案を秤に適用したかつ計量単位換算機
能をもたせた場合における第３図回路の変更例を
示すブロツク図、である。 １０……指針回動型計器、１０ｃ……指針、１
０ｄ……指針の回転軸、４……可変磁気抵抗型位
相シフト式回転検出器、１……ロータ、２……ス
テータ、３……プリント回路基板、５……デイジ
タル可視表示器、６Ａ〜６Ｄ……１次巻線、７…
…２次巻線、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ……ステータの励磁
極、１８……クロツクパルス発生器、１１……Ｎ
進カウンタ、１２……正弦波・余弦波形成回路、
１６……ゼロクロス検出回路、１７……ラツチ回
路、１９，２０，２１，２６，２７……種々の分
周比（モジユロ進）のBCDカウンタ、３０……
換算スイツチ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 指針を回動させて計測値を指示する形式の指
   針回動型計器において、 巻線が巻回された複数の励磁極を円周方向に
   所定の角度間隔で具えたステータと、 各ステータ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ロータと、 前記ステータの各励磁極を互いに位相がずれ
   た複数の交流信号によつて励磁し、この励磁に
   応じて前記ロータの回転角度に対応する電気的
   位相ずれの生じた出力交流信号を前記ステータ
   の巻線から取り出す第１の回路と、 前記励磁用交流信号に対する前記出力交流信
   号の位相ずれを示すデータをデイジタル的に算
   出する第２の回路とを具備し、 前記ロータを前記指針の回転軸に取付け、該
   指針の回動位置に対応するデイジタル情報を得
   るようにしたことを特徴とする指針回動型計器
   における指示情報変換装置。 ２ 前記第１の回路は、クロツクパルス発生回路
   と、このクロツクパルスをカウントするカウン
   タと、このカウンタの所定の分周出力にもとづ
   き位相のずれた複数の交流信号を形成する回路
   とを含み、 前記第２の回路は、前記出力交流信号の所定
   位相毎に前記カウンタのカウント値をラツチす
   る回路を含む実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の指針回動型計器における指示情報変換装
   置。 ３ 前記カウンタは分周比可変カウンタであり、
   この分周比を所望の値に設定することにより前
   記指針の指示情報を所望スケールのデイジタル
   情報に変換することを特徴とする実用新案登録
   請求の範囲第２項記載の指針回動型計器におけ
   る指示情報変換装置。 ４ 前記カウンタは分周比の異なる複数のカウン
   タの１つであり、所望の計量単位に対応してこ
   れらのカウンタを選択的に利用し、計量単位の
   換算を可能にしたことを特徴とする実用新案登
   録請求の範囲第２項記載の指針回動型計器にお
   ける指示情報変換装置。