JPH0763224B2 - 直流モータの回転測定方法 - Google Patents
直流モータの回転測定方法Info
- Publication number
- JPH0763224B2 JPH0763224B2 JP63053156A JP5315688A JPH0763224B2 JP H0763224 B2 JPH0763224 B2 JP H0763224B2 JP 63053156 A JP63053156 A JP 63053156A JP 5315688 A JP5315688 A JP 5315688A JP H0763224 B2 JPH0763224 B2 JP H0763224B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高速フーリエ変換（以下、「FFT」と略称す
る）を利用した直流モータ（以下、単に「モータ」と略
称する）の回転測定方法に関する。
る）を利用した直流モータ（以下、単に「モータ」と略
称する）の回転測定方法に関する。
従来の技術 回転体は、回転と対応してその発生音や振動が変化し、
またモータ等ではその漏洩磁束が変化する。したがっ
て、回転軸からの回転の取り出しが困難な場合（回転軸
が露出していない、センサが取り付けられない、あるい
は取り付けられてもそれが負荷となってしまう等）に
は、回転体と非接触で検出できる上記のような量が利用
される。
またモータ等ではその漏洩磁束が変化する。したがっ
て、回転軸からの回転の取り出しが困難な場合（回転軸
が露出していない、センサが取り付けられない、あるい
は取り付けられてもそれが負荷となってしまう等）に
は、回転体と非接触で検出できる上記のような量が利用
される。
特公昭55−25782号「ディーゼルエンジンの回転数測定
方法」は、燃料管を伝搬する振動に着目したものであ
る。すなわち、これは噴射時ごとに生ずる機械的要素の
固有振動成分が他の振動成分と著しく相異することか
ら、フィルタを介して高周波成分みのを抽出し、その高
周波の振動群を一つのパルス状信号に整形してその周波
数を求めるようにしたものである。しかしながら、これ
はディーゼルエンジン特有の現象を利用したものであ
り、モータの回転測定には適用できない。
方法」は、燃料管を伝搬する振動に着目したものであ
る。すなわち、これは噴射時ごとに生ずる機械的要素の
固有振動成分が他の振動成分と著しく相異することか
ら、フィルタを介して高周波成分みのを抽出し、その高
周波の振動群を一つのパルス状信号に整形してその周波
数を求めるようにしたものである。しかしながら、これ
はディーゼルエンジン特有の現象を利用したものであ
り、モータの回転測定には適用できない。
他方、上記のような量を高速フーリエ変換し、得られた
スペクトルの周波数から回転を測定する方法も提案され
ており、例えば特開昭62−93620号「回転機診断器」に
は振動を電気信号に変換して取り出し、それをFFT処理
するものが開示されている。
スペクトルの周波数から回転を測定する方法も提案され
ており、例えば特開昭62−93620号「回転機診断器」に
は振動を電気信号に変換して取り出し、それをFFT処理
するものが開示されている。
発明が解決しようとする問題点 ところで、上記したFFTを利用してモータの回転を求め
る場合、振動、音、漏洩磁束のスペクトルは、回転１次
に対応したものの他の種々のものが含まれ、かつ最大の
スペクトルの周波数が回転１次とは必ずしも対応しない
ため、予め概略の回転が何等かの別手段により判明して
いる場合を除いては、それが真の値であるか否か保証で
きない問題点があった。
る場合、振動、音、漏洩磁束のスペクトルは、回転１次
に対応したものの他の種々のものが含まれ、かつ最大の
スペクトルの周波数が回転１次とは必ずしも対応しない
ため、予め概略の回転が何等かの別手段により判明して
いる場合を除いては、それが真の値であるか否か保証で
きない問題点があった。
本発明は、回転体と非接触で検出でき、かつモータ特有
の現象である漏洩磁束のスペクトルを用いて確実に回転
を測定し得る方法を提供することを目的とする。
の現象である漏洩磁束のスペクトルを用いて確実に回転
を測定し得る方法を提供することを目的とする。
問題点を解決するための方法 上記目的を達するために、モータの回転と漏洩磁束変化
の対応関係について検討した結果、次の知見を得た。
の対応関係について検討した結果、次の知見を得た。
（１）極数Ｐ（奇数）のモータは１回転あたり2P回の転
硫が生じ、これに対応し、回転の2P次の漏洩磁束変化が
ある。
硫が生じ、これに対応し、回転の2P次の漏洩磁束変化が
ある。
（２）コミテータＣとブラシＢの位置関係を示す第５図
（イ）（ロ）において、（イ）、（ロ）の状態はモータ
の動作上では等価であるが、Ｓ点からみた場合の漏洩磁
束は（イ）の方が大であり、結局Ｐ次の変化が起こる。
（イ）（ロ）において、（イ）、（ロ）の状態はモータ
の動作上では等価であるが、Ｓ点からみた場合の漏洩磁
束は（イ）の方が大であり、結局Ｐ次の変化が起こる。
（３）第５図（イ）（ロ）において、Ｓ′点で漏洩磁束
を検出すると、コミテータＣの境目がブラシＢを通過す
る際に大きな漏洩磁束変化が生じ、結局Ｐ次の変化を主
体に高周波が生じる。
を検出すると、コミテータＣの境目がブラシＢを通過す
る際に大きな漏洩磁束変化が生じ、結局Ｐ次の変化を主
体に高周波が生じる。
（４）Ｐ柱の電機子の磁気的、電気的アンバランスによ
り、Ｐ次の変化が生じる。
り、Ｐ次の変化が生じる。
以上のような現象が組み合わさって、Ｐ次および2P次さ
らにその高周波成分を主体とした漏洩磁束変化が起き
る。そして動作原理的には、上記（１）による2P次の変
化が最大となるはずであるが、漏洩磁束の検出位置の影
響、あるいは高次成分の方が減衰しやすいこと等からい
ずれが大になるかは確定されず、また回転の速度の大小
によっても変わったものとなる。
らにその高周波成分を主体とした漏洩磁束変化が起き
る。そして動作原理的には、上記（１）による2P次の変
化が最大となるはずであるが、漏洩磁束の検出位置の影
響、あるいは高次成分の方が減衰しやすいこと等からい
ずれが大になるかは確定されず、また回転の速度の大小
によっても変わったものとなる。
本発明は、上記知見に基づきなされたものであって、直
流モータの漏洩磁束を電気信号に変換して取り出し、続
いてそれを高速フーリエ変換してスペクトルを求め、次
いでその中の最大のスペクトルを判別した後、それの周
波数ｍの1/2の周波数を有するスペクトルの有無を検
出し、その存在時にはm/2P（ただし、Ｐはモータの極
致で奇数）、非存在時にはm/Pをそれぞれ回転の１次
周波数と判定するところの直流モータの回転測定方法で
ある。
流モータの漏洩磁束を電気信号に変換して取り出し、続
いてそれを高速フーリエ変換してスペクトルを求め、次
いでその中の最大のスペクトルを判別した後、それの周
波数ｍの1/2の周波数を有するスペクトルの有無を検
出し、その存在時にはm/2P（ただし、Ｐはモータの極
致で奇数）、非存在時にはm/Pをそれぞれ回転の１次
周波数と判定するところの直流モータの回転測定方法で
ある。
すなわち、これは、上記した最大のスペクトルは、回転
のＰ次、または2P次に起こること、さらにその最大振幅
のスペクトルの他に、その1/2の周波数位置にもスペク
トルがあれば、その最大振幅のスペクトルは2P次のもの
であり、無ければ、それ自体がＰ次のものであることが
特定できることに基づいて回転の１次周波数（基本周波
数）の判定を行なうようにしたものである ただし、上記したスペクトルはその分析装置であるFFT
アナライザの周波数レンジにより分解能が定まるため、
測定目的によってはその分解能では不足する場合があ
る。ところで、分析されたスペクトルに注目してみる
と、これは１本のスペクトルではなく、ある幅を持つも
のであり、その形はFFTアナライザにおいて原信号にか
けるハニングウインドウのフィルタの形により定まって
いる。
のＰ次、または2P次に起こること、さらにその最大振幅
のスペクトルの他に、その1/2の周波数位置にもスペク
トルがあれば、その最大振幅のスペクトルは2P次のもの
であり、無ければ、それ自体がＰ次のものであることが
特定できることに基づいて回転の１次周波数（基本周波
数）の判定を行なうようにしたものである ただし、上記したスペクトルはその分析装置であるFFT
アナライザの周波数レンジにより分解能が定まるため、
測定目的によってはその分解能では不足する場合があ
る。ところで、分析されたスペクトルに注目してみる
と、これは１本のスペクトルではなく、ある幅を持つも
のであり、その形はFFTアナライザにおいて原信号にか
けるハニングウインドウのフィルタの形により定まって
いる。
したがって、上記の方法において、スペクトル分析の周
波数分解能より細かい分解能で求めるには、高速フーリ
エ変換の際の周波数分解能の下で判別した最大のスペク
トルとその前後のスペクトルに基づき、最大スペクトル
の周波数ｍを予め定めた補間演算により算出すること
になる。
波数分解能より細かい分解能で求めるには、高速フーリ
エ変換の際の周波数分解能の下で判別した最大のスペク
トルとその前後のスペクトルに基づき、最大スペクトル
の周波数ｍを予め定めた補間演算により算出すること
になる。
また、別の回転測定方法として、直流モータの漏洩磁束
を電気信号に変換して取り出し、続いてそれを高速フー
リエ変換してスペクトルを求め、次いで、その中から大
きなスペクトルを少なくとも３個以上選択し、その各周
波数の最大公約数を回転の１次周波数と判定するように
してもよい。
を電気信号に変換して取り出し、続いてそれを高速フー
リエ変換してスペクトルを求め、次いで、その中から大
きなスペクトルを少なくとも３個以上選択し、その各周
波数の最大公約数を回転の１次周波数と判定するように
してもよい。
すなわち、これは上記したように大きなスペクトルはＰ
次、2P次に生じ、かつそれらの高周波も存在することに
基づいて回転の１次周波数の判定を行なうようにしたも
のである。
次、2P次に生じ、かつそれらの高周波も存在することに
基づいて回転の１次周波数の判定を行なうようにしたも
のである。
また、さらに別の回転測定方法として直流モータの漏洩
磁束を電気信号に変換して取り出し、続いてそれを高速
フーリエ変換してスペクトルを求め、次いで隣接したス
ペクトルの周波数差を順次求めてその最小周波数差を回
転の１次周波数と判定するようにしてもよい。
磁束を電気信号に変換して取り出し、続いてそれを高速
フーリエ変換してスペクトルを求め、次いで隣接したス
ペクトルの周波数差を順次求めてその最小周波数差を回
転の１次周波数と判定するようにしてもよい。
これも上記の最大公約数のものと同様な考えに基づいた
ものである。
ものである。
また、異なる２点（ただし、２点のなす角度が２π/Pお
よびその整数倍の場合を除く）において直流モータの漏
洩磁束を電気信号に変換して取り出し、続いてそれれら
をフーリエ変換してそれぞれのスペクトルを求め、次い
で適宜に選定した周波数におけるスペクトルの位相デー
タをスペクトルの実数部と虚数部成分に基づいて算出
し、その両位相データの差の極性から回転の方向を判定
するようにしてもよい。すなわち、漏洩磁束の大きさ
は、電機子（第１図参照）の回転位置に応じて変化して
おり、したがって、異なる２点で観測される漏洩磁束の
変化（あるいはその変化率）は、位相がずれたものとな
り、その一方に対する他方の位相の関係、すなわち位相
差の極性をみると、電機子の回転方向により全く反対と
なり（進みと遅れに反転）、この極性から回転方向が判
ることになる。
よびその整数倍の場合を除く）において直流モータの漏
洩磁束を電気信号に変換して取り出し、続いてそれれら
をフーリエ変換してそれぞれのスペクトルを求め、次い
で適宜に選定した周波数におけるスペクトルの位相デー
タをスペクトルの実数部と虚数部成分に基づいて算出
し、その両位相データの差の極性から回転の方向を判定
するようにしてもよい。すなわち、漏洩磁束の大きさ
は、電機子（第１図参照）の回転位置に応じて変化して
おり、したがって、異なる２点で観測される漏洩磁束の
変化（あるいはその変化率）は、位相がずれたものとな
り、その一方に対する他方の位相の関係、すなわち位相
差の極性をみると、電機子の回転方向により全く反対と
なり（進みと遅れに反転）、この極性から回転方向が判
ることになる。
実施例 本発明を実施するための装置を示す第１図において、10
は３極の供試モータであり、その界磁磁石の外周と対向
して状のコアにコイルを巻装してなるセンサ20が配置
されている。この供試モータ10からは、上記したように
その極数に対応した回転３次、さらには回転６次および
それらの高周波に対応して周期的に変化する磁束の漏洩
があり、これらはセンサ20によりその変化率に対応した
電圧出力に変換されて取り出される。30はそのセンサか
ら取り出され電圧出力を微少サンプリングタイムごとに
Ａ−Ｄ変換するＡ−Ｄ変換部31、その変換データを記憶
するメモリ32、その記憶データをFFT処理してそのスペ
クトルを算出するFFT演算部分およびその算出スペクト
ルを第２図のフローチャートに従って処理する判定処理
部分を備えたマイクロプロセッサ33とからなる。第４図
は上記のFFT演算部分によるスペクトル分析結果であ
り、周波数240,480,720,960Hzの各位置に大きなパワー
スペクトルが存在し、その中の最大のものは240Hzの位
置にある。判定処理部は、第２図に示すように、最大の
スペクトル探し、その周波数すなわちｍ＝240Hzを取
り出し、続いて、そのm/2の位置、すなわち120Hzの位
置のスペクトル有無を調べる。これにおいては、その位
置にスペクトルが無く、したがって回転１次の周波数は
240Hz/3＝80Hzと判定される。これによりモータ10は480
0rpmで回転していることがわかる。
は３極の供試モータであり、その界磁磁石の外周と対向
して状のコアにコイルを巻装してなるセンサ20が配置
されている。この供試モータ10からは、上記したように
その極数に対応した回転３次、さらには回転６次および
それらの高周波に対応して周期的に変化する磁束の漏洩
があり、これらはセンサ20によりその変化率に対応した
電圧出力に変換されて取り出される。30はそのセンサか
ら取り出され電圧出力を微少サンプリングタイムごとに
Ａ−Ｄ変換するＡ−Ｄ変換部31、その変換データを記憶
するメモリ32、その記憶データをFFT処理してそのスペ
クトルを算出するFFT演算部分およびその算出スペクト
ルを第２図のフローチャートに従って処理する判定処理
部分を備えたマイクロプロセッサ33とからなる。第４図
は上記のFFT演算部分によるスペクトル分析結果であ
り、周波数240,480,720,960Hzの各位置に大きなパワー
スペクトルが存在し、その中の最大のものは240Hzの位
置にある。判定処理部は、第２図に示すように、最大の
スペクトル探し、その周波数すなわちｍ＝240Hzを取
り出し、続いて、そのm/2の位置、すなわち120Hzの位
置のスペクトル有無を調べる。これにおいては、その位
置にスペクトルが無く、したがって回転１次の周波数は
240Hz/3＝80Hzと判定される。これによりモータ10は480
0rpmで回転していることがわかる。
また、上記のFFT処理は周波数レンジ1KHz,400ラインに
よるものであり、その分解能は2.5Hz（1000/400）であ
るが、第３図に示すようにｎ点の最大スペクトルと、そ
の2.5Hz分前後のｎ−１、ｎ＋１点のスペクトルのパワ
ー、および破線で示すハニングのウインドウのフィルタ
の形により定まる理論曲線に基づき周波数軸を32分割
し、分解能を32倍に上げること、すなわち約0.078Hz
（約1.56rpm）とすることは容易であり、マイクロプロ
セッサ33により実施できる。
よるものであり、その分解能は2.5Hz（1000/400）であ
るが、第３図に示すようにｎ点の最大スペクトルと、そ
の2.5Hz分前後のｎ−１、ｎ＋１点のスペクトルのパワ
ー、および破線で示すハニングのウインドウのフィルタ
の形により定まる理論曲線に基づき周波数軸を32分割
し、分解能を32倍に上げること、すなわち約0.078Hz
（約1.56rpm）とすることは容易であり、マイクロプロ
セッサ33により実施できる。
また、第４図の結果に基づき、各スペクトルの最大公約
数を求めると、240Hzとなり、また、隣合うスペクトル
の差を求め、さらにその差の最小のものを求めると、こ
れも240Hzであり、この方法によって回転を測定しても
同様である。
数を求めると、240Hzとなり、また、隣合うスペクトル
の差を求め、さらにその差の最小のものを求めると、こ
れも240Hzであり、この方法によって回転を測定しても
同様である。
発明の効果 以上のとおりであり、本発明は、直流モータ特有の現象
に基づき、漏洩磁束のスペクトルを所定の手順により判
別して回転を求めるようにしたものであり、簡単、確実
に正確な回転が直流モータと非接触で測定できる。
に基づき、漏洩磁束のスペクトルを所定の手順により判
別して回転を求めるようにしたものであり、簡単、確実
に正確な回転が直流モータと非接触で測定できる。
第１図は本発明の方法を実施するための装置を示すブロ
ック線図、第２図は回転１次周波数を判定する過程を示
すフローチャート、第３図は補間の説明図、第４図はス
ペクトル分析結果の一例を示すスペクトル線図、第５図
はモータの電機子、コミテータ、ブラシの関係を示すモ
デル図である。 20:センサ 30:信号処理部
ック線図、第２図は回転１次周波数を判定する過程を示
すフローチャート、第３図は補間の説明図、第４図はス
ペクトル分析結果の一例を示すスペクトル線図、第５図
はモータの電機子、コミテータ、ブラシの関係を示すモ
デル図である。 20:センサ 30:信号処理部
Claims (5)
- 【請求項１】直流モータの漏洩磁束を電気信号に変換し
て取り出し、続いてそれを高速フーリエ変換してスペク
トルを求め、次いでその中の最大のスペクトルを判別し
た後、それの周波数fmの1/2の周波数を有するスペクト
ルの有無を検出し、その存在時にはfm/2P（ただし、Ｐ
はモータの極数で奇数）、非存在時にはfm/Pをそれぞれ
回転の１次周波数と判定するところの直流モータの回転
数測定方法。 - 【請求項２】高速フーリエ変換の際の周波数分解能の下
で判別した最大のスペクトルとその前後のスペクトルに
基づき、最大スペクトルの周波数fmを予め定めた補間演
算により算出するところの直流モータの回転数測定方
法。 - 【請求項３】直流モータの漏洩磁束を電気信号に変換し
て取り出し、続いてそれを高速フーリエ変換してスペク
トルを求め、次いでその中から大きなスペクトルを少な
くとも３個以上選択し、その各周波数の最大公約数を回
転の１次周波数と判定するところの直流モータの回転数
測定方法。 - 【請求項４】直流モータの漏洩磁束を電気信号に変換し
て取り出し、続いてそれを高速フーリエ変換してスペク
トルを求め、次いで隣接したスペクトルの周波数差を順
次求めてその最小周波数差を回転の１次周波数と判定す
るところの直流モータの回転数測定方法。 - 【請求項５】異なる２点（ただし、２点のなす角度が２
π/Pおよびその整数倍の場合を除く）において直流モー
タの漏洩磁束を電気信号に変換して取り出し、続いてそ
れらをフーリエ変換してそれぞれのスペクトルを求め、
次いで適宜に選定した周波数におけるスペクトルの位相
データをスペクトルの実数部と虚数部成分に基づいて算
出し、その両位相データの差の極性から回転の方向を判
定するところの直流モータの回転数測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63053156A JPH0763224B2 (ja) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | 直流モータの回転測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63053156A JPH0763224B2 (ja) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | 直流モータの回転測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0221266A JPH0221266A (ja) | 1990-01-24 |
| JPH0763224B2 true JPH0763224B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=12934984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63053156A Expired - Lifetime JPH0763224B2 (ja) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | 直流モータの回転測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0763224B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9701538D0 (en) * | 1997-01-24 | 1997-03-12 | Johnson Electric Sa | Rotation detector |
| DE10126168A1 (de) * | 2001-05-30 | 2002-12-05 | Kostal Leopold Gmbh & Co Kg | Verfahren zum Bestimmen der Frequenz der im Ankerstromsignal eines kommutierten Gleichstrommotors enthaltenen Stromrippel |
| KR100458435B1 (ko) * | 2002-07-19 | 2004-12-03 | (주)동남종합감리공단건축사사무소 | 슬라이딩 및 틸팅 겸용 미서기창 |
| JP4732304B2 (ja) | 2006-11-07 | 2011-07-27 | 株式会社小野測器 | 回転計及び回転計用プログラム |
| JP4865582B2 (ja) | 2007-02-09 | 2012-02-01 | 株式会社小野測器 | 回転計と回転数の計測方法 |
| JP5349980B2 (ja) * | 2009-01-09 | 2013-11-20 | 株式会社小野測器 | 信号処理装置、信号処理装置の制御方法及び信号処理装置用制御プログラム |
| JP5293300B2 (ja) * | 2009-03-16 | 2013-09-18 | 富士電機株式会社 | 回転機の振動監視装置および振動監視方法 |
| JP5375701B2 (ja) * | 2010-03-23 | 2013-12-25 | 新日鐵住金株式会社 | 回転機械の回転数推定方法、装置及びプログラム |
-
1988
- 1988-03-07 JP JP63053156A patent/JPH0763224B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0221266A (ja) | 1990-01-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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