JPS63171364A - 回転速度検出装置 - 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】 〔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ッ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ット板を配置
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ット板のスリット数
を極限まで多くしなければならず、従ってスリットの幅
が極めて細くなって光の回折現象が無視できない状況に
なり、外力によってスリッ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は精度や防振につ
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
いなかった。

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（Ｍ
ａｃｈｉｎｅ　　Ｄｅｓｉｇｎ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２
０＋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、据付は基礎や電動機からの振動や取付は部の
異常による振動によってエンコーダが誤動作することは
避けられず、この誤動作によって速度制御が乱されると
いう問題があった。

本発明の目的は、エンコーダが誤動作したときにも速度
制御を乱すことがないような速度信号を出力できるよう
にすることにある。

（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ット板と前記
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、検出されるギャップ長が所定の範囲を越
えたときに、前記受光素子から得られる電気パルスを速
度信号に変換して出力する変換出力応答性を抑制する応
答性可変手段とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

スリッ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ット板の回
転速度との間に誤差が生じる。しかしこのような現象は
、スリット板と光源または受光素子の間のギャップ長の
変化を伴っているので、この誤差の程度がギャップ長の
変化としてギャッ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、電気パルスを速度
信号に変換して出力す蔦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の急激な変化に応答する
ことができなくなって誤差が抑制され、制御系を乱すよ
うな誤動作となるのが防止される。

〔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ャップ長検出器の
縦断側面図であって、据付は台ｌに軸受２によって回転
自在に支持された回転軸３の一端にはスリット円板４が
取付けられ、他端には電動機と結合するためのカップリ
ング５が取付けられる。スリット円板４の一方の面に対
向する光源６は前記据付は台１に直接取付けられ、スリ
ット円板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ット円板４を透過した光を受光す
るように、支え８を介して前記据付は台１に取付けられ
る。スリット円板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
たスリット状になっており、該スリット板４が回転する
ことによって光源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とスリット円板４の間のギャッ
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。

従ってこの実施例では、支え８に取付けたギャップセン
サ９によってスリット円板４と受光素子７の間のギャッ
プ長ｇを検出するように構成している。このギャップセ
ンサ９は、スリット円板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
制御装置のブロック図である。

電動機１１はサイリスク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ｌＯのカップリン
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ａｌｌ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
によっ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、制御系がディジタル制御系であれ
ば電気パルスを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となるような
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によって検出さ
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Ｏ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におけるサイリスクの点弧角を変える。

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
、その計数値によっ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ット円板４と受光素子７
の間のギャップ長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、ギャップ長変化
の許容範囲として図示のように設定すると、ｔ、ｘｔｚ
の期間はギャップ長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、このギャップ長ｇの値をギャップセ
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ャップ長信号に変換し、前述の
許容範囲に基づいて設定されたギャップ長上限値信号お
よびギャップ長下限値信号とギャップ長信号をレベル判
定回路２０で比較してギャップ長ｇが許容範囲内にある
かどうかを判定する。そして、ギャップ長ｇが許容範囲
内にあれば切換えスイッチ２１の可動接点２１ａを固定
接点２１ｂに接続し、ギャップ長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
号をそのまま速度帰還信号として出力し、固定接点２１
ｃは変換器１４から出力される速度信号をフィルタ回路
２２を介した後に速度帰還信号とし出力する。

従って、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の振動が大きくなってエンコー
ダ１０が誤動作するようになると、切換えスイッチ２１
が切換わって速度信号はフィルタ回路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、フィルタ回路２２は平均回路や積分回路とすること
もできる。

切換えスイッチ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、ギャップ長検出部を詳述する
。ギャップセンサ９はスリット円板４の金属Ｈ４ａにギ
ャップｇを介して対向するインダクタンス素子で、変換
回路１９内のブリッジ回路１９ａのブリッジの一辺を構
成する。オシレーター１９ｂからブリッジ回路１９ａへ
高周波電流を与えることによってギャップセンサ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ャップセンサ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
スの大きさはギャップセンサ９と金属膜４ａの距離（ギ
ャップ長ｇ）に比例する。ギャップ長ｇの変化に伴うギ
ャップセンサ９のインダクタンスの変化はブリッジ回路
１９ａの出力電圧の変化となって表われる。ブリッジ回
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
って出力電圧（ギャップ長信号）がギャップ長に比例す
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、受光素子からの電気パルスを速度信号に変
換して出力する変換出力応答性を抑制して振動に伴う電
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、正常時には変換出力応答性を高くして高精度な
速度検出が可能である。

【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
御装置のブロック図、第２図はスリット円板と受光素子
の間のギャップ長と速度信号の関係を示す特性図、第３
図はギャップ長検出部のブロック図、第４図は光学式パ
ルスエンコーダとギャップ長検出器の縦断側面図である
。 ４・・・−・・・スリット円板、６−−−−−−−光源
、７・−・−・−受光素子、９・・・−・・ギャップセ
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
−・−・・・・切換えスイッチ、２２−・−・−・−フ
ィルタ回路。 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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断続
   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、検出され
   るギャップ長が所定の範囲を越えたときに電気パルスを
   速度信号に変換して出力する変換出力応答性を抑制する
   応答性可変手段とを設けたことを特徴とする回転速度検
   出装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記応答性可変手
   段は、前記速度信号出力回路中に挿脱されるフィルタ回
   路を備えたことを特徴とする回転速度検出装置。