JPH07107539B2 - 回転速度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転速度検出装置に係り、特に対向する光源と
受光素子の間に回転するスリツト板を配置した光学式パ
ルスエンコーダを用いた回転速度検出装置に関する。

〔従来の技術〕

可変速電動機の速度制御のためには該電動機の回転速度
を検出する装置が必要であり、この検出装置として、対
向する光源と受光素子の間に回転するスリツト板を配置
した光学式パルスエンコーダが用いられている。高精度
な速度制御のためには高分解能のエンコーダが必要であ
るが、このようなエンコーダはスリツト板のスリツト数
を極限まで多くしなければならず、従つてスリツトの幅
が極めて細くなつて光の回折現象が無視できない状況に
なり、外力によつてスリツト板が傾いたり光源や受光素
子が振動して相互の位置関係が変化すると誤動作するこ
とになる。これを防止するために取付け精度や防振につ
いての検討がなされている。しかしながら、外力を受け
て誤動作した場合の制御上の処理については配慮されて
いなかつた。

なおエンコーダの誤差については、例えば、マシン・デ
ザイン1986年２月20日、第93頁〜第98頁（Machine Des
ign/February20,1986）において論じられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、据付け基礎や電動機からの振動や取付け部の
異常による振動によつてエンコーダが誤動作することは
避けられず、この誤動作によつて速度制御が乱されると
いう問題があつた。

本発明の目的は、エンコーダが振動によって誤動作した
ときには変換出力応答性を抑制して速度信号の乱れを防
止することができ、しかも、正常時には変換出力応答性
を高くして高精度の速度検出を行なうことのできる回転
速度検出装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこの目的を達成するために、光源と受光素子の
間で回転して両者間の光路を断続するスリツト板と前記
光源または受光素子の間のギヤツプ長を検出するギヤツ
プ長検出器と、受光素子から得られる電気パルスを速度
信号に変換する変換手段の出力をそのまま出力する第１
の出力回路と、前記変換手段の出力を応答性抑制回路を
介して出力する第２の出力回路と、前記第１の出力回路
および第２の出力回路を選択して切換える切換えスイッ
チとを備え、前記ギャップ長検出器で検出されたギャッ
プ長が所定の範囲内のときには第１の出力回路を選択
し、所定の範囲を越えたときには第２の出力回路を選択
するように前記切換えスイッチを制御することを特徴と
する。

〔作用〕

スリツト板が傾いたり光源または受光素子が振動すると
受光素子から出力される電気パルスの周期が変化するの
で、変換手段から出力される速度信号はスリツト板の回
転速度との間に誤差が生じる。しかしこのような現象
は、スリツト板と光源または受光素子の間のギヤツプ長
の変化を伴つているので、この誤差の程度がギヤツプ長
の変化としてギヤツプ長検出器で検出される。そしてこ
の検出値が所定の範囲を越えたときは、切換スイッチに
より第２の出力回路を選択して変換手段の出力を応答性
抑制回路を介して出力することにより、その変換出力応
答性を抑制するので、速度信号は電気パルスの周期に急
激な変化に応答することができなくなつて誤差が抑制さ
れ、制御系を乱すような誤動作となるのが防止される。

また、ギャップ長検出器で検出されたギャップ長が所定
の範囲内にある正常時には、切換えスイッチにより第１
の出力回路を選択して変換手段の出力を応答性抑制回路
を介することなく、そのまま出力するので、変換出力応
答性を高くして高精度の速度検出を行なうことができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第４図は光学式パルスエンコーダとギヤツプ長検出器の
縦断側面図であつて、据付け台１に軸受２によつて回転
自在に支持された回転軸３の一端にはスリツト円板４が
取付けられ、他端には電動機と結合するためのカツプリ
ング５が取付けられる。スリツト円板４の一方の面に対
向する光源６は前記据付け台１に直接取付けられ、スリ
ツト円板４の他方の面に対向する受光素子７は前記光源
６から出力されてスリツト円板４を透過した光を受光す
るように、支え８を介して前記据付け台１に取付けられ
る。スリツト円板４はガラスのような透明材料で作ら
れ、前記光源６から出て受光素子７に至る光が透過する
部分は透明部分と不透明部分が円周方向に交互に配列さ
れたスリツト状になつており、該スリツト至４が回転す
ることによつて光源６から出て受光素子７に至る光を断
続する。

光源６および受光素子７とスリツト円板４の間のギヤツ
プ長が変化すると、前述のように、受光素子７から出力
される電気パルスの周期が回転速度に比例しなくなる。
従つてこの実施例では、支え８に取付けたギヤツプセン
サ９によつてスリツト円板４と受光素子７の間のギヤツ
プ長ｇを検出するように構成している。このギヤツプセ
ンサ９は、スリツト円板４の表面に蒸着された金属の薄
膜に感応してインダクタンスが変化する電磁式のもので
あり、その詳細は後述する。

第１図は本発明になる回転速度検出装置を用いる電動機
制御装置のブロツク図である。

電動機11はサイリスタ等を用いた電力変換器12を介して
３相交流電源13に接続され、電動機11の回転軸には前記
した光学式パルスエンコーダ10のカツプリング５が結合
される。電力変換器12は、電動機11が直流電動機であれ
ば電圧制御される直流電圧を出力し、誘導電動機であれ
ば位相および電圧制御される交流電圧を出力する。電動
機11の回転軸に結合された光学式パルスエンコーダ10
は、電動機11の回転により時系列的な電気パルスを出力
する。この電気パルスの周波数は電動機11の回転速度に
比例しており、第１の変換器14によつて回転速度に比例
した速度信号に変換される。この変換は、制御系がアナ
ログ制御系であれば電気パルスのＦ−Ｖ変換であり、制
御系がデイジタル制御系であり電気パルスをＦ−Ｖ変換
した後にＡ−Ｄ変換する。

このようにして得られた速度信号は、速度帰還信号とし
て速度指令信号と比較され、その偏差が０となるように
一次電流指令信号が速度制御回路15から出力される。電
動機11の入力電流は電流検出器16によつて検出されて電
流帰還信号として出力され、この電流帰還信号と一次電
流指令信号の偏差が０となるように、電流制御回路17が
ゲートパルス発生器18を制御して電力変換器12における
サイリスタの点弧角を変える。

このように電動機11の回転速度および入力電流を検出し
て帰還制御する閉ループ制御系では、エンコーダ10が機
械的外乱を受けて前述したように誤動作すると速度制御
が乱れることになる。

ところで、変換器14は、所定のサンプリング時間内にエ
ンコーダ10から出力される電気パルスの数を計数し、そ
の計数値によつて速度信号を得るもので、エンコーダ10
の機械的振動に伴うスリツト円板４と受光素子７の間の
ギヤツプ長ｇと速度信号の大きさの関係は第２図のよう
になる。そこで、速度制御系が乱されて所望の速度制御
が得られなくなるまでの範囲を、ギヤツプ長変化の許容
範囲として図示のように設定すると、t₁〜t₂の期間はギ
ヤツプ長ｇが許容範囲を越えて変化する誤動作期間とな
る。

本発明はこのような期間中においても速度制御系が安定
に動作するような速度信号（速度帰還信号）を発生させ
ようとするもので、このギヤツプ長ｇの値をギヤツプセ
ンサ９がその値に応じたインダクタンスの大きさに変換
し、第２の変換器19でこのインダクタンスの大きさに応
じた大きさの電圧のギヤツプ長信号に変換し、前述の許
容範囲に基づいて設定されたギヤツプ長上限値信号およ
びギヤツプ長下限値信号とギヤツプ長信号をレベル判定
回路20で比較してギヤツプ長ｇが許容範囲内にあるかど
うかを判定する。そして、ギヤツプ長ｇが許容範囲内に
あれば切換えスイツチ21の可動接点21aを固定接点21bに
接続し、ギヤツプ長ｇが許容範囲を越えていれば可動接
点21aを固定接点21cに接続する。固定接点21bは第１の
変換器14から出力される速度信号を第１の出力回路23に
よりそのまま速度帰還信号として出力し、固定接点21c
は変換器14から出力される速度信号を第２の出力回路24
により、応答性抑制回路としてのフィルタ回路22を介し
た後に速度帰還信号とし出力する。

従つて、エンコーダ10の振動が小さく電動機11の回転が
正確に電気パルスに変換されているときには、この電気
パルスに基づいて作られる速度信号（電動機11の回転速
度）がそのまま直ちに帰還されるので、応答性の高い速
度制御が実現される。そして、エンコーダ10の振動が大
きくなつてエンコーダ10が誤動作するようになると、切
換えスイツチ21が切換わつて速度信号はフイルタ回路22
を通して帰還されることになるので、速度信号に含まれ
る振動成分が除去または軽減されて速度制御の乱れが防
止される。なお、応答性抑制回路としては、このような
フィルタ回路22のほかに、平均回路や積分回路とするこ
ともできる。

切換えスイツチ21の可動接点21aの接続を固定接点21cか
ら固定接点21bへ戻すときには、ある時定数を設けて切
換え動作が速度信号の振動に影響を与えないようにする
ことが望ましい。

次に、第３図を参照して、ギヤツプ長検出部を詳述す
る。ギヤツプセンサ９はスリツト円板４の金属膜4aにギ
ヤツプｇを介して対向するインダクタンス素子で、変換
回路19内のブリツジ回路19aのブリツジの一辺を構成す
る。オシレーター19bからブリツジ回路19aへ高周波電流
を与えることによつてギヤツプセンサ９に高周波磁束を
発生させ、この磁束を金属膜4aに作用させる。金属膜4a
に高周波磁束を作用させると渦電流が生じてそれにより
磁束が変化するのでギヤツプセンサ９のインダクタンス
の大きさが変化し、結局、インダクタンスの大きさはギ
ヤツプセンサ９と金属膜4aの距離（ギヤツプ長ｇ）に比
例する。ギヤツプ長ｇの変化に伴うギヤツプセンサ９の
インダクタンスの変化はブリツジ回路19aの出力電圧の
変化となつて表わされる。ブリツジ回路19aの出力電圧
は検波回路19cで検波され、増幅回路19dで増幅され、更
にリニアライザ19eによつて出力電圧（ギヤツプ長信
号）がギヤツプ長に比例するように変換される。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、光学式パルスエンコーダにおけ
るスリット板と光源または受光素子との間のギャップ長
を検出し、このギャップ長が所定の範囲を越えて変化す
るときには、切換スイッチにより第２の出力回路を選択
して変換手段の出力を応答性抑制回路を介して出力する
ことにより、その変換出力応答性を抑制するので、振動
に伴う電気パルスの乱れによる速度信号の乱れを防止す
ることができる。しかも、ギャップ長検出器で検出され
たギャップ長が所定の範囲内にある正常時には、切換え
スイッチにより第１の出力回路を選択して変換手段の出
力を応答性抑制回路を介することなく、そのまま出力す
るので、変換出力応答性を高くして高精度の速度検出を
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は電動機制
御装置のブロツク図、第２図はスリツト円板と受光素子
の間のギヤツプ長と速度信号の関係を示す特性図、第３
図はギヤツプ長検出部のブロツク図、第４図は光学式パ
ルスエンコーダとギヤツプ長検出器の縦断側面図であ
る。 ４……スリツト円板、６……光源、７……受光素子、９
……ギヤツプセンサ、10……光学式パルスエンコーダ、
14……変換器、20……レベル判定回路、21……切換えス
イツチ、22……フイルタ回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する光源と受光素子と、これらの間に
   位置して回転することによって光源と受光素子の間の光
   路を継続するスリット板と、受光素子から得られる電気
   パルスを速度信号に変換する変換手段とを備えた回転速
   度検出装置において、前記スリット板と光源または受光
   素子の間のギャップ長を検出するギャップ長検出器と、
   前記変換手段の出力をそのまま出力する第１の出力回路
   と、前記変換手段の出力を応答性抑制回路を介して出力
   する第２の出力回路と、前記第１の出力回路および第２
   の出力回路を選択して切換える切換えスイッチとを備
   え、前記ギャップ長検出器で検出されたギャップ長が所
   定の範囲内のときには第１の出力回路を選択し、所定の
   範囲を越えたときには第２の出力回路を選択するように
   前記切換えスイッチを制御することを特徴とする回転速
   度検出装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記応答
   性抑制回路はフィルタ回路であることを特徴とする回転
   速度検出装置。