JPH06503425A - 回転部材の回転数を測定する方法 - 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】 回転部材の回転数を測定する方法 従来の技術 本発明は、メインクレームによる上位概念を基礎とする。

回転部材の回転数を検出するためには通常、回転部材に設けられたマーキングが 誘導センサか又は光センサを用いて走査検出される。そのようなマーキングが、 固定されたセンサを通過すると電圧パルスが生ぜしめられる。この電圧パルスの 繰返し周波数からは回転数をめることができる。

ケーシングによって完全に取り囲まれている回転部材においてはそのような回転 数検出は不可能である。

例えば電磁燃料ポンプ（これは完全にカプセル化されている）においては、簡単 な回転数検出を行えるような、外部へ通じている回転可能な部分は存在しない。

それ故に実験において、回転数に依存する以下のような信号の解析が回転数を検 出するために行われた。

すなわち、 電磁燃料ポンプケーシング上の振動加速度、吸入側又は吐出側の圧力変動、 給電線路中の電流変化、 電磁燃料ポンプの外側の磁界の変化（これは回転する可動子セグメントにより、 所属の供給電流の交番によって引き起こされる）等である。

これらの信号は例えば、別個のセンサによって検出され、後続する評価装置にお いて処理される０個々の振動の間隔を測定することによる回転数の検出は前記実 験において信頼できないものであることが証明された。

発明の利点 請求の範囲第１項の特徴部分に記載の本発明による方法から得られる利点は、回 転数に依存する信号の検出と、それに続（該信号の２度のフーリエ変換によって 一義的でかつ正確な回転数の測定が可能になることである。

特に有利には、電磁燃料ポンプの回転数の測定に関連して５回転数に依存する別 の信号として電流信号が用いられ、さらにこの電流信号が２度の高速フーリエ変 換されることである。可動子の回転中に該可動子巻線に流れる電流の交番によっ て電流変化が生じる。この電流変化（この変化は回転数に依存する所定の周波数 で発生する）は、最初（第１）のフーリエ変換を行った後、スペクトル中の最大 値として識別することができる。次の（第２の）フーリエ変換により回転数は絶 対的な最大値として現われ、簡単な方法で評価することができる。

第２回目のフーリエ変換によって得られたスペクトルからめられた回転数を、例 えば第１回目のフーリ工変換によって得られたスペクトルの主成分と比較するこ とにより、妥当性チェックが可能である。

図面 本発明の方法を実施するための装置の実施例は図１に示されている。図１ａには 内部歯車ポンプが概略的に示されている。図２には、帯域濾波された測定電流の 経過が時間に関して示されている０図３には第１回目のフーリエ変換によって得 られたスペクトルが周波数に依存して示されている。図４には第２回目のフーリ エ変換によって得られたスペクトルが時間℃に関して示されている。

実施例の説明 図１には本発明の実施例がブロック回路の形で示されている。この図では回転数 のめられるべき電磁燃料ポンプが符号１０で示されている。符号１１で測定装置 が示されている。この測定装置は電流信号を測定するか又は電流信号によって引 き起こされる電磁燃料ポンプの磁界を測定する。この場合測定された電流を電圧 Ｕｌへ変換することも同時に行われる。

瀾定装ＷＩｌｌには適応形増幅器１２が接続される。

この増幅器１２では電圧Ｕｌが増幅され、後続のバンドパスフィルタ１３におい て信号のフィルタリングが行われる。それによりバンドパスフィルタ１３の出力 側には、後続の評価のための信号Ｕ２が生じる。信号Ｕ２は図２において時間ｔ に関して示されている。

アナログ／デジタル変換器１４では信号Ｕ２がデジタルに変換される。後続のブ ロック１５（これは計算機１６の構成要素であり得る）ではフーリエ変換が開始 される。ブロック１５はＦＦＴカードとしても示されている。

符号１７で示されている出カニニットからは計算機１６においてめられた回転数 測定結果が出力される。

符号１０で示された、回転数が検出されるべき電磁燃料ポンプは例えばローラー セルポンプ、内歯歯車ポンプ、渦流ポンプ又は再生ポンプ等の任意の電磁ポンプ であり得る。これらのタイプのポンプは全てケーシングによって完全に取り囲ま れている。そのため回転数が比較的簡単に検出され得るものである回転部分に外 部から接近することないし外部から回転部材を識別することはできない、もちろ ん本発明を結合された全てのモータに拡大することも可能である。

電磁燃料ポンプ１０に供給された電流（この電流は最終的に電磁燃料ポンプの可 動子の回転に作用する）が、本発明では評価される。

回転中にポンプの可動子コイルに流れる交番電流によって周期的に電流の変動が 生じる。この電流の変動は回転数に依存しており、またいわゆる電流波形図Ｉを 評価することにより電磁燃料ポンプの回転数の検出に利用することができる。

図１ａに示されている電磁燃料ポンプ１０、すなわち吸引Ｆ！ＡＡと吐出部Ｂを 有し８つの欠歯部分を有する可動子１８を備えた内歯歯車ポンプでは、８回の交 換で一回の繰返しが生じる。電流波形図Ｉには電流の交番の際に生じる交番周波 数も含まれているし、この交番周波数及び回転周波数の整数倍の成分も含まれて いる。

測定装置１１では電磁燃料ポンプの電流が、例えば分路抵抗を介してこの電流を 導き、この分路抵抗において降下する電圧Ｕ１を取り出すことによって測定され る。　より高度な測定装置１１では電流変換器が用いられるつこの電流変換器は 磁界の補償原理に基づいて、−次電流に比例する測定電流を供給する。この電流 は精密な金属膜抵抗を介して比例電圧Ｕ１に変換される。この電圧Ｕ１は続けて 評価される。

適応形増幅器１２の入力電圧として示されている電圧０１は広範囲に振動し得る ものなので、この電圧は適応形増幅器１２において次のように増幅される。すな わち当該増幅器１２の出力側において入力電圧の高さに依存することなく規定の 限界値内に収まる出力電圧が生じるように増幅される。電圧Ｕ１はその他では電 流波形図１と同じ周波数成分を含んでいる。

バンドパスフィルタ１３は、検出すべき周波数成分を通過させその他の周波数成 分を吸収する通常のバンドパスフィルタである。

Ａ／Ｄ変換器１４では信号Ｕ２のデジタルへの変換が行われる。それにより引き 続きデジタルのフーリエ変換を行うことができる。

ＦＦＴ−カード１５は、高速のフーリエ変換（ＦＦＴ＝ｆａｓｔ　ｆｕｕｒｉｅ ｒｔｏｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が算出される装置である。このようなＦＦ Ｔは例えば公知文献ｒＪ、Ｗ、ｃｏｏｌｅｙ　ａｎｄ　Ｊ、Ｗ、Ｔｉｎｋｅｙ： ”Ａｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｃａｌｃｕｌ ａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｆｏｕｒｉｒｓｅｒｉｅｓ″　ｉｎ：Ｍａ ｔｈ、ｏｆ　Ｃａｍｐ、。

Ｖｏｌ　１９．Ｎｏ、９０．ｐｐ、２９７−３０１゜１９６５」から公知である 。

フーリエ変換の後で得られる信号ないしスペクトルの評価は計算機１６で行われ る。この計算機は例えばパーソナルコンピュータか又はワンチップ計算機である 。

図２に示された信号Ｕ２（ｔ）（この信号は電磁燃料ポンプからの電流信号が適 応増幅されフィルタリングされた後で得られたものである）を、最初のフーリエ 変換すれば、スペクトルＵ３　（ｆ）が得られる。このスペクトルＵ３（ｆ）に は複数の比較的大きな最大値が含まれる。この最大値は電磁燃料ポンプの回転数 の整数倍に相応する。これらの最大値からはそれぞれ回転数の検出が可能である 。しかしながらこのような回転数の検出は種々の作用により障害を受けるもので ある、これに対し、信号Ｕ３　（ｆ）をブロック１５において２回の高速フーリ エ変換したならば、直接評価することのできる信号Ｕ４（ｔ）が得られる。この 場合多数の回転数によって調波的に生ザしぬられたスペクトルの周期性が用いら れる。スペクトル中から唯１つ高調波が失われた場合又はスペクトル毎のピーク 振動が大きく変動した場合にも、誤った測定は生じない。

図４に示されているスペクトルＵ４　（ｔ）には絶対的な最大値Ｘとしての回転 数が生じている。なぜならば相応の線間隔がＦＦＴ−スペクトル中で最も明確な 周期性を示しているからである。図４中符号Ｘの付されている個所は、回転数に 依存する最大値を表している。またこの個所からは所属の時間ｔｘが検出される 。

さらにこの個所は、比例関係に着目することにより回転数の正確な検出に用いる ことができる。なぜなら回転数ｎは時間℃の逆ｍｌ／ｌに比例するからである。

図４に含まれている比較的低めの最大値からは、回転数の２倍、３倍、又は４倍 の回転数に相応する時間が定められる。

図４のスペクトルからめられた回転数と、図３から導出された回転数値との比較 から、ＦＦＴ−スペクトルの主成分との比較を行うことにより多種多様な形式の 妥当性チェックが可能である。

前述した方法による測定の精度は、フーリエ変換の計算のデータ長さに依存する 。より正確な測定結果を得るためには、フーリエ変換の実施における計算手段に 比較的多くの経費をかける必要がある。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、１α フロントページの続き （７２）発明者　ゴーベルナツツ、ミヒャエルドイツ連邦共和国　Ｄ　−７００ ０シュツットガルト　１　ツェッペリンシュトラーセ８ベー

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．ケーシングに取り囲まれた回転部材の回転数を測定する方法において、 回転数（ｎ）に依存する別の信号（Ｉ）を検出し、後続の信号（Ｕ）を、フィル タリングしてデジタルに変換し、 さらに２度のフーリエ変換を行い、 これによって得られたスペクトル（Ｕ４（ｔ））から当該回転数（ｎ）を、絶対 的な最大値（Ｘ）の評価によって検出することを特徴とする、回転部材の回転数 を測定する方法。
2. ２．前記回転数（ｎ）を、前記スペクトル（Ｕ４（ｔ））の絶対的な最大値（Ｘ ）に所属する時間（ｔｘ）の逆数から求める、請求の範囲第１項記載の、回転部 材の回転数を測定する方法。
3. ３．前記回転部材は電磁燃料ポンプの可動子である、請求の範囲第１項又は２項 記載の、回転部材の回転数を測定する方法。
4. ４．前記別の信号（Ｉ）は、電磁燃料ポンプの電流信号又は磁気信号である、請 求の範囲第３項混載の、回転部材の回転数を測定する方法。
5. ５．前記フーリエ変換及び／又は後続の評価は、マイクロコンピュータにおいて 行われる、請求の範囲第１項〜４項いずれか１項記載の、回転部材の回転数を測 定する方法。
6. ６．前記請求の範囲第１項から５項のいずれか１項に記載の方法を実施するため の装置において、回転数（ｎ）に依存する別の信号（Ｉ）に対する測定装置（１ １）が設けられており、該測定装置（１１）は信号（Ｕ１（ｔ））を出力し、該 出力信号（Ｕ１（ｔ））は増幅器（１２）とパンドパスフィルタ（１３）を介し てアナログ／デジタル変換器（１４）に供給されるものであり、 さらに当該装置は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うための後置接続されたフ ーリエ解析器（１５）と、 当該スペクトル（Ｕ４（ｔ））の評価のための計算装置（１６）とを有している ことを特徴とする、回転部部の回転数を測定する装置。
7. ７．前記増幅器（１２）は、適応形増幅器である、請求の範囲第６項記載の、回 転部材の回転数を測定する装置。
8. ８．前記電流測定装置（１１）は磁界の補償原理に基づいて作動するものであり 、該測定装置の出力側からは測定された電流に相当する電圧（Ｕ２）が出力され る、請求の範囲第６項又は７項に記載の、回転部材の回転数を測定する装置。