JP2007248106A - 回転速度信号出力付き回転角度検出装置および検出装置付き軸受 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 固定部材に対して回転自在な回転軸の軸端に、一対の磁極が形成された磁石を配置する。この磁石と軸方向に対向して前記固定部材に大規模集積回路からなる磁気センサ5A〜5Dを設ける。この磁気センサ5A〜5Dの出力から前記回転軸の回転角度を検出する角度算出手段7を設けて回転角度検出装置を構成する。さらに、前記角度算出手段7で検出した回転角度θの時間変化から回転速度ωを算出する回転速度算出手段8、およびこの回転速度算出手段8の算出した回転速度ωの信号を出力する速度信号出力手段11を設ける。
【選択図】 図7
Description
このように構成された回転角度検出装置33では、各辺の磁気センサアレイ35の出力を信号増幅回路、AD変換回路で読み出して前記磁石34の磁界分布を検出し、その検出結果に基づき磁石34の回転角度をデジタル信号処理回路により算出する。
この構成によると、磁気センサの出力に基づき角度算出手段が回転体の回転角度を検出し、角度算出手段で検出した回転角度の時間変化から回転速度算出手段が回転速度を算出する。その回転速度の信号を速度信号出力手段で出力する。このため、従来であれば別途設置したマイコンや計算処理回路などの外部回路を使用しないと検出できなっかた回転速度の情報を、一つの回転角度検出装置から回転角度の情報と共に出力することができ、利便性の高い検出装置とすることができる。
この構成の場合、例えば、電圧出力が選択されている場合には、回転速度に応じた電圧が出力されるため、タコジェネレータなどと同様な使い方が可能になる。また、回転角度検出装置の周辺環境にノイズ源が多い場合などにおいては、電流出力に設定すると、回転速度に応じて変化する電流が出力され、ノイズの影響を受けにくい信号形態となる。PMW出力では、回転速度に応じて出力パルス幅が変化する信号出力となる。
この構成によると、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。その場合に、回転角度検出装置は回転角度と回転速度を検出できるため、広範囲な用途に使用することができる。
この発明の検出装置付き軸受は、この発明の回転速度信号出力付き回転角度検出装置を軸受に組み込んだため、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れ、広範囲な用途に使用することができる。
磁石2は、図2に示すように、その一対の磁極N,Sから発生する磁気が転がり軸受20の軸心Oの回りの方向性を有するものである。この磁石2は、転がり軸受20の軸心Oが磁石2の中心と一致するように、回転軸10の一端の中央に固定される。磁石2が回転軸10と一体に回転することによって、上記軸受軸心Oの回りをN磁極およびS磁極が旋回移動する。
いま、図4に示す位置X1とX2に磁気センサアレイ5A〜5Dの検出磁界のN磁極とS磁極の境界であるゼロクロス位置があるとする。この状態で、各磁気センサアレイ5A〜5Dの出力は、図5(A)〜(D)に示す信号波形となる。したがって、ゼロクロス位置X1,X2は、磁気センサアレイ5A,5Cの出力から直線近似することで算出できる。
角度計算は、次式(1)で行うことができる。
θ=tan-1(2L/b) ……(1)
ここでθは、磁石2の回転角度θを絶対角度(アブソリュート値)で示した値である。2Lは、矩形に並べられる各磁気センサアレイ5A〜5Dより構成される四角形の1辺の長さである。bは、ゼロクロス位置X1,X2間の横方向長さである。
ゼロクロス位置X1,X2が磁気センサアレイ5B,5Dにある場合には、それらの出力から得られるゼロクロス位置データにより、上記と同様にして回転角度θが算出される。演算回路部6で算出された回転角度θは前記出力ケーブル29、あるいは後述するシリアル通信回路12(図7)により出力される。
一方、演算回路部6における回転速度算出手段8は、時間T毎に前記角度算出手段7より毎回出力される回転角度θのデータをメモリ9に記憶し、そのデータの変化を演算して回転速度ωおよび回転方向を求める。その演算は以下のように行われる。
毎回のサンプリング回転角度θ(n)が変化している場合には、連続したサンプリング間の変化角度から次式(2)のように回転速度ωを求めることができる。
ω={θ(n+1)−θ(n)}/T ……(2)
ただし、θ(n),θ(n+1)は、n回目,(n+1)回目のサンプリングで求められた回転角度を表す。
回転速度が低く、毎回のサンプリングでは回転角度θ(n)が変化しない場合には、数回〜数十回のサンプリング間での角度変化量から次式(3)のように回転速度ωを求めることができる。
ω={θ(n+m)−θ(n)}/mT ……(3)
ただし、θ(n+m)は、(n+m)回目のサンプリングで求められた回転角度を表す。
このようにして求められた回転速度ωのデータは、速度信号出力手段である出力回路11に入力され、ここで所定の信号形態の回転速度信号に変換されて外部に出力される。その出力信号形態の設定は、回転センサ3の外部に設けられた外部設定手段25からシリアル通信回路12を経由して、設定内容記憶手段である設定メモリ13に記憶させることで行われる。設定メモリ13は不揮発メモリを有する。ここでは、シリアル通信回路12が、半導体チップ4上に磁気センサアレイ5A〜5Dと共に大規模集積回路として構成される演算回路部6の一部として設けられているが、シリアル通信回路12は半導体チップ4の外部に設けても良い。
変換された回転速度信号は、設定メモリ13に設定された出力信号形態に応じて、スイッチ19A〜19Cを選択的にオンさせ、電圧出力回路16、電流出力回路17、PWM出力回路18のいずれかを選ぶことにより、電圧出力、電流出力、PWM出力の形態に切り換えられて外部に出力される。例えば、電圧出力が選択されている場合には、回転速度ωに応じた電圧が出力されるため、タコジェネレータなどと同様な使い方が可能になる。また、回転角度検出装置1の周辺環境にノイズ源が多い場合などにおいては、電流出力に設定すると、回転速度ωに応じて変化する電流が出力され、ノイズの影響を受けにくい信号形態となる。PMW出力では、回転速度ωに応じて出力パルス幅が変化する信号出力となる。この場合、設定メモリ13は不揮発メモリを有するものとされているので、一度設定された前記各設定値は、常にその状態で使用することができる。
また、この実施形態では、回転速度ωのデータを前記シリアル通信回路12を通じて外部に出力するようにもしている。したがって、シリアル通信回路12は出力回路11とともに回転速度ωの信号を外部に出力する速度信号出力手段を構成することになる。
また、この実施形態では、前記速度信号出力手段11が、出力する回転速度ωの信号の形態を設定によって切替え可能なものとしているので、使用する環境や接続する機器に応じた出力形態で回転速度信号を取り出すことができ、用途に応じて幅広く対応できる。
また、前記速度信号出力手段11の変換または出力に係る設定を通信によって外部から設定可能とする外部設定手段25を設けているので、その設定を外部から容易に変更でき、1つの回転角度検出装置1で様々な用途に適応できる。
2…磁石
5…磁気センサ
5A〜5D…磁気センサアレイ
7…角度算出手段
8…回転速度算出手段
10…回転軸(回転体)
11…速度信号出力手段
12…シリアル通信回路
13…設定メモリ(設定内容記憶手段)
20…転がり軸受(検出装置付き軸受)
25…外部設定手段
27…センサ取付部材(固定部材)
Claims (10)
- 固定部材に対して回転自在な回転体の回転軸心端部に、一対の磁極が形成された磁石を配置し、この磁石と軸方向に対向して前記固定部材に大規模集積回路からなる磁気センサを設け、この磁気センサの出力から前記回転体の回転角度を検出する角度算出手段を設けた回転角度検出装置において、
前記角度算出手段で検出した回転角度の時間変化から回転速度を算出する回転速度算出手段、およびこの回転速度算出手段の算出した回転速度の信号を出力する速度信号出力手段を設けたことを特徴とする回転速度信号出力付き回転角度検出装置。 - 請求項1において、前記大規模集積回路からなる磁気センサが磁気センサアレイである回転速度信号出力付き回転角度検出装置。
- 請求項1または請求項2において、前記速度信号出力手段となるシリアル通信回路を有する回転速度信号出力付き回転角度検出装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記速度信号出力手段は、前記回転速度算出手段による算出結果である速度を、設定された上限値と下限値の範囲で変化するように変換するものとした回転速度信号出力付き回転角度検出装置。
- 請求項4において、前記速度信号出力手段は、出力する回転速度の信号変換方式を、設定により線形変換と対数変換とに切替え可能としたものである回転速度信号出力付き回転角度検出装置。
- 請求項1または請求項2において、前記速度信号出力手段は、出力する回転速度の信号の形態を設定によって切替え可能なものである回転速度信号出力付き回転角度検出装置。
- 請求項1または請求項2において、前記速度信号出力手段は、出力する回転速度の信号の形態が、電圧出力、電流出力、およびPWM出力のうちの少なくとも2種類である回転速度信号出力付き回転角度検出装置。
- 請求項5または請求項6または請求項7において、前記回転速度算出手段または速度信号出力手段の変換または出力に係る設定を、通信によって外部から行う外部設定手段を設けた回転速度信号出力付き回転角度検出装置。
- 請求項8において、前記外部設定手段の設定した内容を不揮発メモリに記憶する設定内容記憶手段を、前記磁気センサを構成する大規模集積回路の内部または外部に設け、前記設定内容記憶手段は、電源投入時に前記不揮発メモリの記憶内容を読み込んで前記回転速度算出手段または前記速度信号出力手段の設定内容として利用させるものとした回転速度信号出力付き回転角度検出装置。
- 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の回転速度信号出力付き回転角度検出装置を軸受に組み込んだ検出装置付き軸受。
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JP2004239699A (ja) * | 2003-02-05 | 2004-08-26 | Ntn Corp | 角度検出装置および角度検出装置付き軸受 |
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