JPH0230726Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は原点調整装置を具えた位相変調型位
置検出装置に関する。

位置検出器を検出対象である機械系に取付ける
場合、機械系の原点と位置検出器の原点とを合致
させることが重要である。従来は、そのような原
点合わせは、取付けの際に専ら両者の原点が機械
的に一致するように両者を結合することによつて
行われていた。そのため、誤差の生じないよう両
者を結合しなければならず、取付作業に手間ぞる
という問題があつた。また、両者の結合はネジ止
め等によつて行われるのが普通であるが、両者の
機械的原点を正確に一致させたつもりでもネジ締
めの段階で取付け精度にくるいが出ることが多
く、両者の原点を完全に機械的に一致させること
は困難であつた。ところで、位置検出器の検出分
解能があまり高くない場合は、原点が多少ずれて
取付けられたとしても検出精度に影響を及ぼすこ
とはないので、ある程度の取付け誤差は許容され
ており、比較的容易に取付けを行うことができ
た。しかし、位相変調型位置検出器のように高分
解能の位置検出器にあつては、原点の取付け誤差
の許容範囲が極めて限られてくるので、誤差の生
じないように原点を合致させて取付けるのは至難
の技であつた。

この考案は上述の点に鑑みてなされたもので、
位置検出器特に位相変調型位置検出器を機械系に
取付ける際の原点合わせを容易に行えるようにす
ることを目的とする。位相変調型位置検出器は、
基準の交流信号を検出対象位置に対応する位相角
だけ位相変調した出力を生じるもので、基準信号
と出力信号との位相ずれを計測することにより検
出対象物の位置を割出すことができる。上述の目
的は、位相変調型位置検出器の出力側の該検出器
の出力信号の位相を適宜シフトし得る移相回路を
挿入し、機械的原点合わせによつて生じた誤差分
をこの移相回路によつて電気的に修正するように
することによつて達成される。すなわち、機械系
の原点と検出器の原点とが完全に一致するよう取
付けられなかつた場合、機械系の現在位置が原点
にあるとき位相変調型位置検出器からは取付け誤
差に応じた位相ずれが生じた交流信号が出力され
る。従つて、この取付け誤差による位相ずれを相
殺するように移相回路における移相量を調整する
ことにより、原点調整を行うことができる。

以下添付図面を参照してこの考案の一実施例に
ついて詳細に説明しよう。

第１図において、位相変調型位置検出器１３
は、基準の交流信号Ｐを検出対象である機械系１
２の位置に対応する位相角だけ位相変調した出力
信号E′を生じるもので、その出力信号E′は移相回
路１４を介して検出回路１６に入力される。検出
回路１６では、基準の交流信号Ｐと移相回路１４
の出力信号Ｅとの位相ずれを計測して、機械系１
２の位置に対応する信号Ｄを出力する。表示器１
７では、その出力を適宜の表示形式で表示する。
基準の交流信号Ｐは、発振回路１８において発生
され、位置検出器１３及び検出回路１６に各々供
給される。移相回路１４は、操作部１５の操作に
応じて位置検出器１３の出力信号E′の位相を適宜
シフトするものである。

位置検出器１３は検出対象である機械系１２の
軸にネジ等の適宜手段を介して取付けられるが、
両者の原点が完全に一致していず、取付け誤差が
生じているとすると位置検出器１３の出力信号
E′には取付け誤差に応じて位相ずれが生じる。
今、検出対象１２の現在位置が原点にあり、且つ
移相回路１４における移相量が０であるとする
と、検出器１３の出力信号E′の位相はシフトされ
ず、そのままの状態で検出回路１６に入力される
ので、表示器１７には取付け誤差に相当する値が
表示される。この状態で表示器１７の値が０とな
るように操作部１５を操作して移相回路１４で適
量の移相を行えば取付け誤差に相当する位相ずれ
を相殺した信号Ｅが該移相回路１４から得られ
る。このように、移動回路１４によつて電気的な
原点調整が施されるので、検出回路１６では原点
調整済の位置検出信号Ｅにもとづいて正確な位相
ずれ検出（すなわち位置検出）を行うことができ
る。

位相変調型位置検出器１３の一例を第２図に示
す。第２図において、ステータ（鉄心）１は４つ
の励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを円周方向に90度の間隔
で配して成るもので、半径方向で対向する２つの
励磁極Ａ及びＣが１つの対を成し、励磁極Ｂ及び
Ｄがもう１つの対を成している。励磁極対Ａ及び
ＣまたはＢ及びＤには、１次巻線２Ａ及び２Ｃま
たは２Ｂ及び２Ｄが差動的に巻回されている。す
なわち、各磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて端部に向
う磁束の方向を正相とすると、各巻線Ａ及びＣま
たはＢ及びＤによつて生じる磁束が互いに逆相と
なるように巻回されている。

各励磁極Ａ〜Ｄの端部に対して適宜のギヤツプ
を介在させて対峙するロータ３は、回転軸４と一
体に回転する。この回転軸４に、検出対象である
回転位置θが与えられる。ロータ３は、各ステー
タ励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを通る磁路のパーミアン
スを回転位置θに応じて変化させる形状を成して
いる。この第２図の例では、ロータ３は回転軸４
の中心に対して偏心して取付けられた円筒形状を
成している。この偏心した円筒形状によつて、ロ
ータ３の円筒側面と各極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの端部と
の間に介在するギヤツプの距離が回転位置θに応
じて変化する。このギヤツプの変化によつて、ロ
ータ３の１回転につき１周期分の三角関数に相当
するパーミアンス変化が各極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにも
たらされる。

Ａ及びＣから成る励磁極対とＢ及びＣから成る
励磁極対は、90度位相のずれた交流信号によつて
別々に励磁される。図では、極ＡとＣの１次巻線
２Ａ及び２Ｃが直列接続され、発振器５から正弦
波信号i_a＝Isinωtが印加される。また、極ＢとＤ
の１次巻線２Ｂ及び２Ｄが直列接続され、発振器
６から余弦波信号i_b＝Icosωtが印加される。

上記の構成において、各励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
によつて夫々誘起される電圧を取り出すために２
次巻線７がステータ１に巻回される。第２図の例
では、励磁極Ａ及びＣに２次巻線７Ａ及び７Ｃが
夫々同相で巻回され、励磁極Ｂ及びＤに２次巻線
７Ｂ及び７Ｄが夫々同相で巻回されており、７Ａ
及び７Ｃと７Ｂ及び７Ｄは互いに逆相である。こ
れらの２次巻線７Ａ〜７Ｄが直列接続されて、各
励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて夫々誘起された電
圧の合成信号Ｅが取り出されるようになつてい
る。

正弦波信号Isinωtによつて励磁される磁極対
Ａ，Ｃにおけるパーミアンス変化をcosθを用いて
示すとすると、余弦波信号Icosωtによつて励磁
される磁極対Ｂ，Ｄにおけるパーミアンス変化は
それよりも90度ずれているのでsinθを用いて表わ
すことができる。従つて各磁極Ａ〜Ｄの出力の合
成信号E′は次式のように表わすことができる。

E′＝Ksin（ωt−θ） …(1) すなわち、基準の交流信号Isinωtに対してロー
タ３の回転位置θに対応する位相角だけ位相がず
れた交流信号E′が検出器１３から出力される。
尚、Ｋは定数である。

発振回路１８及び検出回路１６の一例を第３図
に示す。

発振器２０は高速のクロツクパルスCPを発振
する。分周回路２１はこのクロツクパルスCPを
１／Ｍ分周してデユーテイ50％のパルスP_bと、この パルスP_bの反転信号P_aを出力する（但し、Ｍは
任意の整数）。詳しくは、２／Ｍ分周器２２と1/2分 周用のフリツプフロツプ２３とを含み、クロツク
パルスCPを２／Ｍ分周したパルスP_cを分周器２２か ら得て、このパルスP_cをフリツプフロツプ２３で
１／２分周する。その結果、フリツプフロツプ２３
の出力（Ｑ）からはクロツクパルスCPの１／Ｍの周 波数をもつデユーテイ50％の方形波パルスP_bが
出力され、その反転出力（）からは該パルス
P_bを反転した方形波パルスP_aが出力される。180
度位相のずれたパルスP_b及びP_aは1/2分周用のフ
リツプフロツプ２４及び２５に夫々入力され、こ
れらのパルスP_b及びP_aを夫々1/2分周したパルス
１／２P_b及び1/2P_aが得られる。従つて、各パルス
CP、P_a、P_b、P_c、1/2P_b、1/2P_aの関係は第４図
に示すようになる。すなわち、各フリツプフロツ
プ２４及び２５から出力されるパルス1/2P_b及び
1/2P_aは、クロツクパルスCPの１／2Mの周波数をも ち、かつ位相が90度ずれている。

各パルス1/2P_b及び1/2P_aはローパスフイルタ
２６及び２７に夫々入力され、その基本波成分が
取り出される。従つて、ローパスフイルタ２６か
ら出力される信号が余弦波信号cosωtであるとす
ると、ローパスフイルタ２７から出力される信号
は正弦波信号sinωtとなる。ローパスフイルタ２
６の出力cosωtは増幅器２８で増幅され、その出
力Icosωtが一方の励磁極対Ｂ及びＤの１次巻線
２Ｂ及び２Ｄに印加される。ローパスフイルタ２
２の出力sinωtは増幅器２４で増幅され、その出
力Isinωtが他方の励磁極対Ａ及びＣの１次巻線２
Ａ及び２Ｃに印加される。

位置検出器１３の出力信号E′は移相回路１４及
び増幅器３０を介して検出回路１６内の極性判別
回路３１に入力される。もう１つの極性判別回路
３２には基準の交流信号Isinωtが増幅器２９から
与えられる。極性判別回路３１及び３２は入力信
号（Ksin（ωt−θ）、Isinωt）の振幅が正極性の
とき“１”を出力し、負極性のとき“０”を出力
する。各極性判別回路３１及び３２の出力は立上
り検出回路３３及び３４に夫々入力される。立上
り検出回路３３及び３４は単安定マルチバイブレ
ータであり、入力信号が“１”り立上つたとき１
発の短パルスを出力する。従つて、第５図に示す
ように位置検出信号Ｅ＝Ksin（ωt−θ）の位相角
（ωt−θ）が０度のとき立上り検出回路３３から
立上り検出パルスT_Sが出力され、交流信号Isinωt
の位相角ωtが０度のとき立上り検出回路34から
立上り検出パルスT₀が出力される。位置検出信
号Ｅ＝Ksin（ωt−θ）は交流信号Isinωtよりも回
転位置θに相当する位相角だけ遅れている。従つ
て、立上り検出パルスT₀の発生時から位相ずれ
θに相当する時間遅れの後立上り検出パルスT_S
が発生される。

カウンタ３５を利用して、立上り検出パルス
T₀とT_Sとの時間差をカウントすることにより位
相ずれθに対応するデータを求めることができ
る。カウンタ３５のカウント入力には発振器２０
から発振されたクロツクパルスCPが与えられる。
カウンタ３５のリセツト入力には励磁用交流信号
Isinωtの０位相を示すパルスT₀が与えられる。
従つて、カウンタ３５はクロツクパルスCPをカ
ウントし、且つそのカウント内容が励磁用交流信
号Isinωtの０位相毎にリセツトされる。

カウンタ３５の出力はバツフアレジスタ３６に
入力される。バツフアレジスタ３６のサンプリン
グクロツク入力には位置検出信号Ksin（ωt−θ）
の０位相（ωt−θ＝０）を示すパルスT_Sが与え
られる。このパルスT_Sの発生時にカウンタ３５
のカウント内容がバツフアレジスタ３６に取り込
まれる。従つて、バツフアレジスタ３６からは位
相ずれすなわち位置θに対応するカウント値D〓
が出力される。表示部１７（第１図）ではこのカ
ウント値D〓にもとづいて検出対象１２の位置を
表示する。

第６図は移相回路１４の一例を示す。移相回路
１４は抵抗器R₁、可変抵抗器R₂及びコンデンサ
Ｃから成り、入力信号E′を回路の時定数に応じて
適宜遅延することにより該入力信号E′を移相した
信号Ｅを出力する。回路の時定数すなわち移相量
は可変抵抗器R₂を調節することにより調整され
る。この可変抵抗器R₂の抵抗値は操作部１５の
手動操作に応じて調節される。

第３図の例では検出回路１６はデイジタル量で
位置検出データを得るようにしているが、これに
限らず、第７図に示すようにアナログ量で得るよ
うにしてもよい。

第７図において、位置検出器１３の２次巻線７
から出力された出力信号E′は移相回路１４を介し
て極性判別回路５０に入力される。移相回路１４
の出力信号Ｅが第８図ａのようであるとすると、
極性判別回路５０は同図ｂに示すように正極性に
対応して“１”を、負極性に対応して“０”を出
力する。立上り検出回路５１は、極性判別回路５
０の出力ｂの立上りタイミングに対応して第８図
ｃに示すように短パルスを出力する。一方、基準
の交流信号Isinωtは極性判別回路５２に入力さ
れ、第８図ｄ，ｅに示すように波形整形された
後、1/2分周回路５３に加えられる。1/2分周回路
５３からは、第８図ｆに示すように、基準の交流
信号Isinωtの１周期毎に“１”，“０”を繰返す出
力ｆが得られる。この1/2分周回路５３の出力ｆ
は積分回路５４に加えられ、第８図ｇに示すよう
に、分周回路出力ｆの立上り時点あるいは立下り
時点からの時間経過（すなわち位相角）に対応す
るアナログ電圧信号ｇを該積分回路５４から得
る。この積分回路５４の出力ｇはサンプルホール
ド回路５５に入力され、位置検出信号（第８図
ａ）の位相角０度のタイミングでサンプリングさ
れる。すなわち、サンプルホールド回路５５のサ
ンプリング制御入力には立上り検出回路５１の出
力Ｃがゲート５６を介して与えられている。ゲー
ト５６は、1/2分周回路５３の出力ｆが“１”の
とき導通して立上り検出回路５１の出力パルスＣ
をサンプルホールド回路５５に与えるが、ｆが
“０”のときは該パルスＣを阻止する働きをする
ものである。1/2分周回路５３の出力ｆが“０”
のときは、第８図ｇに示すように、積分回路５４
の出力ｇは傾きが負となるので、この部分のサン
プリングを禁止するためにゲート５６が設けられ
ている。従つて、第８図ｈに示すように、積分回
路５４の出力ｇの傾きが正のときにゲート５６を
介してサンプリングパルスｈが与えられる。こう
して、１サイクルおきにサンプリングが行われ、
基準の交流信号Isinωtと位置検出信号との位相ず
れ（すなわち検出対象である機械位置）に対応す
るアナログ直流電圧V〓がサンプルホールド回路
５５から出力される。

尚、位相変調型位置検出器１３としてレゾルバ
を用いる場合も、上記実施例と同様にしてこの考
案を実施することができる。また、回転位置検出
用の検出器に限らず、直線位置検出用の位相変調
型位置検出器においても、上記実施例と同様にこ
の考案を実施することができる。また、発振回路
１８及び検出回路１６及び移相回路１４は第３図
及び第６図に示すものに限らず、任意に設計変更
することが可能である。

以上説明したようにこの考案によれば、位相変
調型位置検出器の出力側に移相回路を設けること
によつて、電気的に原点調整を行うことができ
る。従つて、検出器の原点と検出対象の原点が確
実に一致するよう取付けることができなかつたと
してもその後の移相回路の調整によつて取付け誤
差を修正することができるので、取付け時に要す
る手間を大幅に軽減することができる。また、高
分解能の検出器においては、わずかな取付け誤差
によつても大きな影響を受けるが、この考案によ
れば移相回路によつて取付け誤差を相殺すること
ができるので、その影響を受けることがなくな
り、高分解能の検出器にも最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係る位相変調型位置検出装
置の一実施例を示すブロツク図、第２図ａは第１
図における位相変調型位置検出器の一例を示す側
断面図、同図ｂはａの正面略図、第３図は第１図
における検出回路及び発振回路の一例を示すブロ
ツク図、第４図は第３図の発振回路における動作
を示すタイミングチヤート、第５図は第３図の検
出回路における動作を示すタイミングチヤート、
第６図は第１図における移相回路の一例を示す回
路図、第７図は第１図の検出回路の他の一例を示
すブロツク図、第８図は第７図の検出回路におけ
る動作を示すタイミングチヤートである。 １……ステータ、２Ａ〜２Ｄ……１次巻線、３
……ロータ、４……回転軸、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ……
励磁極、５，６……発振器、７，７Ａ〜７Ｄ……
２次巻線、１３……位相変調型位置検出器、１４
……移相回路、１６……検出回路、１８……発振
回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 検出対象物の位置に応じて基準の交流信号を位
   相変調した出力を生じる位相変調型位置検出器
   と、 この検出器の出力信号と前記基準の交流信号と
   の位相ずれを検出する検出回路と、 前記検出器の出力信号を所望量移相する可変の
   移相回路を該検出器と前記検出回路との間に設
   け、該移相回路における移相量を調整することに
   より検出対象物と検出器との間の原点調整を電気
   的に行なう原点調整装置と を具えたことを特徴とする位相変調型位置検出装
   置。