JPH10252549A - 回転数検出装置及び回転機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サンプリングパルスの時間幅を可変にする機
能を持たせ、低速回転数領域から高速回転数領域に至る
まで精度の高い回転数検出を行う。 【解決手段】 回転機械の回転数に応じて出力される交
番波形を波形整形回路１２により整形して周波数カウン
タ１３に入力し、サンプリングパルス発生回路１５によ
り生成したサンプリングパルスのパルス幅に含まれる波
形整形後の入力パルス数をカウントする。そしてこの場
合、入力パルスの周波数に応じてサンプリングパルスの
パルス幅を可変にしたものであり、例えば入力パルスの
周波数が低くなった場合にはサンプリングパルスの幅を
長くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、タービン等の回
転機械の回転数検出装置に係り、特に回転速度を広範囲
にわたって精度良く検出する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は特開昭６１−４３２４０号公報
に示された従来の回転数検出装置のブロック図である。
図において、交流発電機１１０からの出力電圧は波形整
形回路１１１により矩形波に整形されてディジタル制御
に適した波形に変換される。波形整形回路１１１からの
出力はＰＬＬ１１２（フェーズ・ロックド・ループ）内
のＰ／Ｄ１１３（フェーズ・ディテクタ）に入力され
る。ＰＬＬ１１２内にはＰ／Ｄ１１３の他にカウンタ１
１４，ＶＣＯ１１５（ボルテージ・コントロール・オシ
レータ）が内蔵され、Ｐ／Ｄ１１３では波形整形回路１
１１からのパルス信号の立上がりとカウンタ１１４から
のフィードバック信号との位相差がゼロになるよう位相
を合わせるようになっている。ＶＣＯ１１５では波形整
形回路１１１からの入力信号ｆに対し周波数Ｎ・ｆ（Ｎ
＝２,３,４,…）のパルス列をＦ／Ｖ１１６（周波数／
電圧変換器）に出力すると共に、周波数Ｎ・ｆのパルス
をカウンタ１１４に出力する。カウンタ１１４は２進カ
ウンタ等が使用され、ＶＣＯ１１５からの信号を１／Ｎ
に分周しＰ／Ｄ１１３にフィードバックする。図１４
（ａ）は周波数ｆのパルスであり、図１４（ｂ）はＰ／
Ｄ１１３で位相が合わせられた周波数Ｎ・ｆのパルスで
ある。なお、この場合Ｎ＝４に設定され、サンプリング
時間はＴで表わされている。

【０００３】図１３のＦ／Ｖ１１６ではＶＣＯ１１５か
らのディジタル信号の周波数変化を電圧変化に変換し比
較回路１１７に出力する。比較回路１１７では前記電圧
信号と外部設定器１１８からの設定回転速度を比較し、
その偏差を求めスロットル開度補償量を駆動回路１１９
（パワートランジスタ等）に送出する。すなわち、外部
設定器１１８は図１５のように構成され、切換スイッチ
１２７がＯＦＦ状態の時は入力端子１２１から抵抗１２
３、１２４及び保護ＩＣ１２５を介して比較回路１１７
に高電圧が供給され、比較回路１１７は設定周波数が例
えば５０Ｈｚに設定されていると判断する。この場合、
比較回路 １１７では設定周波数が５０Ｈｚであるとし
て演算がなされ駆動回路１１９に対応する制御値を出力
する。これによってエンジンコントローラ１２０を介し
てエンジン１５０は交流発電機１１０が５０Ｈｚの発電
を行うように制御される。一方切換スイッチ１２７をＯ
Ｎ状態に切換えると、入力端子１２１からの電圧は切換
スイッチ１２７を介して逃げるので比較回路１１７には
低電圧が供給されることになり比較回路１１７は設定周
波数が例えば６０Ｈｚに設定されていると判断し、前述
と同様の制御が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の回転数検出
装置では、ＰＬＬ回路１１２におけるサンプリング時間
Ｔが固定のため低速回転領域から高速回転領域を計測す
る精度に限界があり、また、比較回路１１７においては
回転速度をアナログ値で比較するため正確な回転数を検
出することができないという問題点があった。

【０００５】この発明は前記のような課題を解決するた
めになされたものであり、サンプリング時間を可変とす
ることによって低速回転領域から高速回転領域に至るま
であらゆる回転領域の検出を高精度に確保できる回転検
出装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、回転
機械の回転数に応じて発生する入力パルスと、サンプリ
ングパルス発生回路により発生するサンプリングパルス
とを入力し、前記入力パルス又は前記サンプリングパル
スのいずれか一方のパルス幅内に含まれる他方のパルス
数をカウントする周波数カウンタを備え、前記入力パル
スの周波数に応じてサンプリングパルスのパルス幅ある
いは周波数を可変にしたものであり、低速回転領域から
高速回転領域の回転数検出においてより精度を高くする
ことができる。

【０００７】請求項２の発明は、回転機械の回転数に応
じて出力される交番波形を整形する波形整形回路と、サ
ンプリングパルスを発生するサンプリングパルス発生回
路と、前記サンプリングパルス幅に含まれる前記波形整
形後の入力パルス数をカウントする周波数カウンタを備
え、前記入力パルスの周波数に応じてサンプリングパル
スのパルス幅を可変にしたものであり、特に、高速回転
領域における回転数検出においてより精度を高くするこ
とができる。

【０００８】請求項３の発明は、回転機械の回転数に応
じて出力される交番波形を整形する波形整形回路と、サ
ンプリングパルスを発生するサンプリングパルス発生回
路と、前記波形整形後の入力パルスのパルス幅に含まれ
る前記サンプリングパルス数をカウントする周波数カウ
ンタを備え、前記入力パルスの周波数に応じてサンプリ
ングパルスの周波数を可変にしたものであり、特に、低
速回転領域における回転数検出においてより精度を高く
することができる。

【０００９】請求項４の発明は、カウント動作の初期時
点で入力パルスとサンプリングパルスとの同期をとるこ
とを特徴とするものであり、パルスの個数をより精度よ
くカウントでき、回転数検出の誤差をさらに低減するこ
とができる。

【００１０】請求項５の発明は、カウント動作の初期時
点で入力パルスとサンプリングパルスとの同期をとると
共に、カウント動作の終了時点でカウントする側のパル
スとカウントされる側のパルスのずれ時間を計測して調
整することを特徴とするものであり、回転数検出の誤差
をさらに低減できる。

【００１１】請求項６の発明は、周波数カウンタにより
検出された回転数と回転数設定器により設定された回転
数とをディジタル回転数コンパレータにより比較演算す
るものであり、回転速度をディジタル値で比較するため
正確な回転数を検出することができる。

【００１２】請求項７の発明は、ディジタル回転数コン
パレータにより比較演算した値をエンジンコントローラ
にフィードバックし、更にエンジンを制御して回転機械
を駆動するものであり、高速回転領域から低速回転領域
までより精度の高い回転機械の回転制御が行える。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による回
転数検出装置を示す構成ブロック図であり、図１の構成
において、回転機械であるタービン１０はエンジン５０
に連結されて回転駆動される。タービン１０には交番周
波数生成回路１１が接続され、この交番周波数生成回路
１１は前記タービン１０の回転数に応じて交番波形（電
圧値）を出力する。交番周波数生成回路１１には波形整
形回路１２が接続され、この波形整形回路１２は交番周
波数生成回路１１から出力された交番波形を矩形波に整
形してディジタル制御に適した波形に変換する。周波数
カウンタ１３は波形整形回路１２により整形された波形
の数をカウントする回路であり、サンプリングパルス成
形回路１５は前記波形をカウントする際に使用するサン
プリングパルスを生成する回路である。回転数設定器１
６は判定基準となる回転数を設定する回路であり、ディ
ジタル回転数コンパレータ１４は回転数設定器１６によ
り設定された回転数と周波数カウンタ１３の回路の出力
とを比較してその回転数偏差等をエンジンコントローラ
２０にフィードバックする回路である。エンジンコント
ローラ２０は前記フィードバック値に基づいてエンジン
５０を制御作動させタービン１０を駆動する。

【００１４】次に、実施の形態１の動作について説明す
る。タービン１０の回転数に応じて交番周波数生成回路
１１は交番波形（電圧値）を出力し、波形整形回路１２
は交番周波数生成回路１１から出力された交番波形を矩
形波に整形してディジタル制御に適したパルスに変換す
る。整形されたパルスは周波数カウンタ１３に入力さ
れ、サンプリングパルス生成回路２４によって生成され
たサンプリングパルスに基づいてカウントされる。

【００１５】本実施の形態による入力パルスのカウント
動作を図２及び図３により説明する。まず、図２（ａ）
において、周波数カウンタ１３はサンプリングパルス生
成回路１５により生成したサンプリングパルスの時間Ｔ
1の中に含まれる入力パルス数をカウントすることによ
って単位時間（１秒）あたりの回転数を算出する。しか
しながら、図２（ｂ）のようにタービン１０が低速回転
領域に入り入力パルスの周波数が低くなった場合には、
図２（ａ）と同じサンプリングパルスの時間Ｔ1内の入
力パルス数が少なくなるため回転数の測定誤差が大きく
なってしまう。そこで、サンプリングパルス生成回路１
５によって周波数カウンタ１３に入力されるパルスのカ
ウント数が小さくなった場合には、図３に示すようにサ
ンプリングパルスのパルス幅の時間をＴ1からＴ2に大き
く設定する（Ｔ1＜Ｔ2）ことによって、タービン１０が
低速回転領域に入った場合の回転数の測定誤差を小さく
する。

【００１６】図４は上述の周波数カウンタ１３及びサン
プリングパルス発生回路１５の動作を示すフローチャー
ト図であり、Ｓ４０１において周波数カウンタ１３は波
形整形回路１２からの整形されたパルスを入力すると共
に当該入力パルス情報をサンプリングパルス生成回路１
５に送出する。サンプリングパルス生成回路１５は、Ｓ
４０２により入力パルスの周期を判定し、周期が長くな
った場合はサンプリングパルスのパルス幅の時間Ｔを、
例えばＴ1→Ｔ2のように大きく設定し、周期が短くなっ
た場合は元に戻す（Ｓ４０３）。この場合、入力パルス
の周期の大小によりサンプリングパルスの時間Ｔを段階
的に変化させても良いし、連続的に変化させても良い。
Ｓ４０４では前記決定されたサンプリングパルスに基づ
いて入力パルス数をカウントし単位時間当たりの回転数
を検出する。

【００１７】次に、周波数カウンタ１３によりカウント
された回転数と、回転数設定器２５で設定された基準回
転数とを、ディジタル回転数コンパレータ回路２３によ
りディジタル的に比較演算して、エンジンコントローラ
２０にフィードバックし、エンジン５０を制御作動させ
タービン１０を駆動する。

【００１８】以上のように実施の形態１によれば、入力
パルスの周期（周波数）に応じてサンプリングパルスの
パルス幅を可変にして、サンプリングパルスのパルス幅
に含まれる入力パルスをカウントしたので、回転数の検
出を高精度に確保できるとともに正確な回転数でタービ
ン（回転機械）の制御を行うことができる。特にこの方
式は、高速回転領域に重点を置く制御を行う場合に適し
ている。

【００１９】実施の形態２．図５は実施の形態２による
回転数検出装置を示す構成ブロック図である。図５の構
成において、周波数カウンタ回路３０とサンプリングパ
ルス生成回路３１以外は図１と同様の回路構成である。
本実施の形態２では、波形整形回路１２により整形され
た出力パルスは周波数カウンタ回路３０に入力され、サ
ンプリングパルス生成回路３１では周波数可変のサンプ
リングパルスを生成する。そして、周波数カウンタ３０
では波形整形回路１２からの入力パルスのパルス幅に含
まれる前記サンプリングパルス数をカウントすることに
よりタービン１０の回転数を検出する。

【００２０】本実施の形態によるサンプリングパルスの
カウント動作を図６及び図７により説明する。まず、図
６（ａ）において、周波数カウンタ３０は波形整形回路
１２からの入力パルスのパルス幅、すなわち時間Ｔ3の
中に含まれるサンプリングパルス数をカウントすること
によって単位時間（１秒）あたりの回転数を算出する。
しかしながら、図６（ｂ）のようにタービン１０が高速
回転領域に入ると、入力パルスの幅が短くなり、図６
（ａ）と同様の周波数のサンプリングパルスでは入力パ
ルス幅の時間Ｔ4当たりのパルス数が少なくなる。その
結果、回転数の測定誤差が大きくなってしまう。そこ
で、サンプリングパルス生成回路３１によって周波数カ
ウンタ１３に入力されるパルスの周波数が高くなった場
合には、図７に示すようにサンプリングパルスの周波数
を高くすることによって、タービン１０が高速回転領域
に入った場合の回転数の測定誤差を小さくする。

【００２１】図８は上述の周波数カウンタ３０及びサン
プリングパルス発生回路３１の動作を示すフローチャー
ト図であり、Ｓ８０１において周波数カウンタ３０は波
形整形回路１２からの整形されたパルスを入力すると共
に当該入力パルス情報をサンプリングパルス生成回路３
１に送出する。サンプリングパルス生成回路３１は、Ｓ
８０２により入力パルスの周波数を判定し、周波数が高
くなった場合はサンプリングパルスの周波数を高く設定
する（Ｓ８０３）。この場合、入力パルスの周波数によ
りサンプリングパルスの周波数を段階的に変化させても
良いし、連続的に変化させても良い。Ｓ８０４では入力
パルスのパルス幅に含まれる前記決定されたサンプリン
グパルスをカウントし単位時間当たりの回転数を検出す
る。

【００２２】以上のように実施の形態２によれば、入力
パルスの周波数に応じてサンプリングパルスの周波数を
可変にして、入力パルスのパルス幅に含まれるサンプリ
ングパルスをカウントしたので、回転数の検出を高精度
に確保できるとともに正確な回転数でタービン（回転機
械）の制御を行うことができる。特にこの方式は、低速
回転領域に重点を置く制御を行う場合に適している。

【００２３】実施の形態３．図９は実施の形態３による
回転数検出装置を示す構成ブロック図であり、図１０は
周波数カウンタによる回転数の検出動作を表わす信号図
である。図９において、周波数カウンタ回路４０とサン
プリングパルス生成回路４１以外は図１と同様の回路構
成である。周波数カウンタ回路４０には、波形整形回路
１２からの入力パルスとサンプリング生成回路４１から
のサンプリングパルスとの同期をとる機構が設けられて
いる。

【００２４】次に、実施の形態３による入力パルスのカ
ウント動作を図１０（ａ）により説明する。実施の形態
１と同様に、周波数カウンタ４０はサンプリングパルス
生成回路４１により生成したサンプリングパルスのパル
ス幅すなわち時間Ｔ5の中に含まれる入力パルス数をカ
ウントすることによって単位時間（１秒）あたりの回転
数を算出する。そしてこの場合、入力パルスとサンプリ
ングパルスの立ち上がりエッジで同期をとるようにす
る。なお、入力パルスの立ち下がりエッジとサンプリン
グパルスの立上がりエッジで同期をとるようにしても良
い。

【００２５】以上のように、入力パルスとサンプリング
パルスの同期をとるようにしたので、サンプリングパル
スのパルス幅当たりの入力パルスの個数をより精度よく
カウントでき、回転数検出の誤差をさらに低減すること
ができる。

【００２６】実施の形態３によるサンプリングパルスの
カウント動作を図１０（ｂ）により説明する。実施の形
態２と同様に、周波数カウンタ４０は入力パルスのパル
ス幅、すなわち時間Ｔ6の中に含まれるサンプリングパ
ルス数をカウントすることによって単位時間（１秒）あ
たりの回転数を算出する。そしてこの場合、入力パルス
とサンプリングパルスの立ち上がりエッジで同期をとる
ようにする。また、入力パルスの立ち上がりエッジとサ
ンプリングパルスの立ち下がりエッジで同期をとるよう
にしても良い。

【００２７】このようにすれば、入力パルスのパルス幅
当たりのサンプリングパルスの個数をより精度よくカウ
ントでき、回転領域の回転数検出の誤差をさらに低減す
ることができる。

【００２８】実施の形態４．図１１は実施の形態４によ
る回転数検出装置を示す構成ブロック図であり、図１２
は周波数カウンタによる回転数の検出動作を表わす信号
図である。図１１において、周波数カウンタ回路６０と
サンプリングパルス生成回路６１以外は図１と同様の回
路構成である。周波数カウンタ回路６０には、波形整形
回路１２から送信される入力パルスとサンプリング生成
回路４１から送信されるサンプリングパルスとの同期を
とる機構が設けられ、さらにカウントする側のパルスと
カウントされる側のパルスのずれ時間を計測して調整す
る機構が備えられている。

【００２９】次に、実施の形態４によるカウント動作を
図１２（ａ）により説明する。実施の形態１と同様に、
周波数カウンタ６０はサンプリングパルス生成回路６１
により生成したサンプリングパルスの時間Ｔ7の中に含
まれる入力パルス数をカウントすることによって単位時
間（１秒）あたりの回転数を算出する。そしてこの場
合、まず、入力パルスの立ち下がりエッジとサンプリン
グパルスの立ち上がりエッジで同期をとる。次に、サン
プリングパルスの時間Ｔ7の中に含まれる入力パルス数
をカウントする。更に、サンプリングパルスの立ち下が
りエッジから入力パルスの立ち上がりエッジまでの時間
ｔ1を計測する。そして、前記カウントされた入力パル
ス数を、サンプリングパルスの時間幅Ｔ7と前記時間ｔ1
との和で割ってやると単位時間（１秒）あたりの回転数
が算出できる。

【００３０】以上のように、サンプリングパルスの立ち
上がり時点で入力パルスとサンプリングパルスの同期を
とり、サンプリングパルス立上がり期間中の入力パルス
をカウントし、更にサンプリングパルスの立ち下がり時
点から入力パルスの周期終了時点までの時間を計測する
ようにしたので、所定時間当たりの入力パルスの個数を
より精度よくカウントでき、回転数検出の誤差をさらに
低減できる。

【００３１】実施の形態４によるサンプリングパルスの
カウント動作を図１２（ｂ）により説明する。実施の形
態２と同様に、周波数カウンタ６０は入力パルスのパル
ス幅、すなわち時間Ｔ8の中に含まれるサンプリングパ
ルス数をカウントすることによって単位時間（１秒）あ
たりの回転数を算出する。そしてこの場合、まず入力パ
ルスの立ち上がりエッジとサンプリングパルスの立ち下
がりエッジで同期をとるようにする。次に、入力パルス
のパルス幅（時間Ｔ8）の中に含まれるサンプリングパ
ルス数をカウントする。更に、サンプリングパルスの立
ち下がりエッジから入力パルスの立ち下がりエッジまで
の時間ｔ2を計測する。

【００３２】このようにすれば、入力パルスのパルス幅
当たりのサンプリングパルスの個数をより精度よくカウ
ントでき、回転数検出の誤差をさらに低減することがで
きる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
入力パルスの周波数に応じてサンプリングパルスのパル
ス幅あるいは周波数を可変にしたので、低速回転領域か
ら高速回転領域の回転数検出においてより精度を高くす
ることができる。

【００３４】請求項２の発明によれば、入力パルスの周
波数に応じてサンプリングパルスのパルス幅を可変にし
たので、特に高速回転領域における回転数検出において
より精度を高くすることができる。

【００３５】請求項３の発明によれば、入力パルスの周
波数に応じてサンプリングパルスの周波数を可変にした
ので、特に低速回転領域における回転数検出においてよ
り精度を高くすることができる。

【００３６】請求項４の発明によれば、カウント動作の
初期時点で入力パルスとサンプリングパルスとの同期を
とることにより、パルスの個数をより精度よくカウント
でき、回転数検出の誤差をさらに低減することができ
る。

【００３７】請求項５の発明によれば、カウント動作の
初期時点で入力パルスとサンプリングパルスとの同期を
とると共に、カウント動作の終了時点でカウントする側
のパルスとカウントされる側のパルスのずれ時間を計測
して調整することにより、回転数検出の誤差をさらに低
減できる。

【００３８】請求項６の発明によれば、回転速度をディ
ジタル値で比較するため正確な回転数を検出することが
できる。

【００３９】請求項７の発明によれば、高速回転領域か
ら低速回転領域までより精度の高い回転機械の回転制御
が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による回転数検出装
置を示す構成ブロック図である。

【図２】 実施の形態１による入力パルスのカウント動
作を説明するための波形図である。

【図３】 実施の形態１による入力パルスのカウント動
作を説明するための波形図である。

【図４】 実施の形態１による入力パルスのカウント動
作を示すフローチャート図である。

【図５】 実施の形態２による回転数検出装置を示す構
成ブロック図である。

【図６】 実施の形態２によるサンプリングパルスのカ
ウント動作を説明するための波形図である。

【図７】 実施の形態２によるサンプリングパルスのカ
ウント動作を説明するための波形図である。

【図８】 実施の形態２によるサンプリングパルスのカ
ウント動作を示すフローチャート図である。

【図９】 実施の形態３による回転数検出装置を示す構
成ブロック図である。

【図１０】 実施の形態３によるカウント動作を説明す
るための波形図である。

【図１１】 実施の形態４による回転数検出装置を示す
構成ブロック図である。

【図１２】 実施の形態４によるカウント動作を説明す
るための波形図である。

【図１３】 従来の回転数検出装置の一例を示す構成ブ
ロック図である。

【図１４】 従来の回転数検出装置によるカウント動作
を示す波形図である。

【図１５】 従来の回転数設定器の一例を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

１０ タービン，１１ 交番周波数生成回路、１２ 波
形整形回路、１３，３０，４０，６０ 周波数カウンタ
回路、１５，３１，４１，６１ サンプリングパルス生
成回路、１４ ディジタル回転数コンパレータ、１６
回転数設定器、２０ エンジンコントローラ、５０ エ
ンジン。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転機械の回転数に応じて発生する入力
   パルスと、サンプリングパルス発生回路により発生する
   サンプリングパルスとを入力し、前記入力パルス又は前
   記サンプリングパルスのいずれか一方のパルス幅内に含
   まれる他方のパルス数をカウントする周波数カウンタを
   備え、前記入力パルスの周波数に応じてサンプリングパ
   ルスのパルス幅あるいは周波数を可変にしたことを特徴
   とする回転数検出装置。
2. 【請求項２】 回転機械の回転数に応じて出力される交
   番波形を整形する波形整形回路と、サンプリングパルス
   を発生するサンプリングパルス発生回路と、前記サンプ
   リングパルス幅に含まれる前記波形整形後の入力パルス
   数をカウントする周波数カウンタを備え、前記入力パル
   スの周波数に応じてサンプリングパルスのパルス幅を可
   変にしたことを特徴とする回転数検出装置。
3. 【請求項３】 回転機械の回転数に応じて出力される交
   番波形を整形する波形整形回路と、サンプリングパルス
   を発生するサンプリングパルス発生回路と、前記波形整
   形後の入力パルスのパルス幅に含まれる前記サンプリン
   グパルス数をカウントする周波数カウンタを備え、前記
   入力パルスの周波数に応じてサンプリングパルスの周波
   数を可変にしたことを特徴とする回転数検出装置。
4. 【請求項４】 カウント動作の初期時点で入力パルスと
   サンプリングパルスとの同期をとることを特徴とする請
   求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転数検出
   装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の回転数検出装置におい
   て、カウント動作の終了時点でカウントする側のパルス
   とカウントされる側のパルスのずれ時間を計測して調整
   することを特徴とする回転数検出装置。
6. 【請求項６】 前記周波数カウンタにより検出された回
   転数と回転数設定器により設定された回転数とをディジ
   タル回転数コンパレータにより比較演算することを特徴
   とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回
   転数検出装置。
7. 【請求項７】 請求項６の回転数検出装置のディジタル
   回転数コンパレータにより比較演算した値をエンジンコ
   ントローラにフィードバックし、更にエンジンを制御し
   て回転機械を駆動する回転機械の制御装置。