JPH0350457Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は位相シフト型位置検出器を用いた速
度検出装置に関する。[Detailed Description of the Invention] This invention relates to a speed detection device using a phase shift type position detector.

従来より存在する回転速度計を大別すると、回
転速度（単位時間当りの回転数）に比例したアナ
ログ電圧（または電流）を出力するもの、あるい
は回転速度に比例したパルス列を出力するもの、
等があつた。アナログ出力を生じるものに共通す
る欠点は、外乱による影響を受けて誤差を生じ易
いという点、及び分解能に限界がある点である。
例えば、温度変化の影響を受けてコイル等の抵抗
が変動することにより検出信号のレベルが変動す
る、あるいは検出信号の伝送路におけるレベルの
減衰量が伝送距離によつてまちまちであること、
あるいはノイズによるレベル変動がそのまま検出
誤差となつてあらわれてうまうこと、など様々な
問題が起り易い。また、パルス列を出力するもの
においては、１回転につき発生するパルスの数は
機構上から限られてくるため、分解能に限界があ
り、かつレンジビリテイ（検出可能な回転数の範
囲）にも限界があつた。このような従来技術の欠
点を克服するために、特願昭56−750号明細書に
おいては、位相シフト型（位相変調型）の回転位
置検出器を用いた速度検出装置すなわち回転計が
提案されている。そのような位相シフト型位置検
出器を用いた速度検出装置によれば、高分解能か
つ超広域で速度検出を行なうことができるという
利点がある。しかし、上記先願明細書に示された
ものにおいては、位相シフト型位置検出器の出力
信号と基準交流信号との周波数または周期のずれ
を演算によつて測定することにより速度を求める
ようにしているため、割算が必要であり、演算回
路が複雑となつていた。 Conventional tachometers can be roughly divided into those that output an analog voltage (or current) proportional to the rotation speed (number of rotations per unit time), those that output a pulse train proportional to the rotation speed, and those that output a pulse train proportional to the rotation speed.
And so on. Common disadvantages of those that generate analog outputs are that they are susceptible to disturbances and can easily produce errors, and that they have limited resolution.
For example, the level of the detection signal fluctuates due to changes in the resistance of a coil or the like due to temperature changes, or the level attenuation of the detection signal in the transmission path varies depending on the transmission distance.
Alternatively, various problems are likely to occur, such as level fluctuations due to noise directly appearing as detection errors. In addition, in devices that output pulse trains, the number of pulses generated per rotation is mechanically limited, so there is a limit to resolution and rangeability (range of detectable rotational speeds). Ta. In order to overcome these drawbacks of the prior art, Japanese Patent Application No. 1983-750 proposes a speed detection device, ie, a tachometer, using a phase shift type (phase modulation type) rotational position detector. ing. A speed detection device using such a phase shift type position detector has the advantage of being able to perform speed detection with high resolution and over a very wide area. However, in the specification of the prior application mentioned above, the speed is determined by calculating and measuring the frequency or period difference between the output signal of the phase shift type position detector and the reference AC signal. Therefore, division was necessary, making the arithmetic circuit complex.

この考案は、位相シフト型位置検出器を用いた
速度検出装置において、速度検出のための演算を
簡単化することを目的とする。この目的は、異な
る時点で位相シフト型位置検出器で得られた２つ
の位置検出データの差を求め、この差を用いて速
度を特定するようにすることにより達成される。 The purpose of this invention is to simplify calculations for speed detection in a speed detection device using a phase shift type position detector. This objective is achieved by determining the difference between two position detection data obtained by the phase shift position detector at different times and using this difference to determine the speed.

以下添付図面を参照してこの考案の一実施例を
詳細に説明しよう。 An embodiment of this invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第１図において、位相シフト型位置検出器１０
はサンセ部１１は変換器１２とを含んでいる。変
換器１２からセンサ部１１に対して基準交流信号
が与えられ、センサ部１１では検出対象位置（以
下、回転角度であるとする）に応じて基準交流信
号を位相シフトした出力信号を生じる。変換器１
２ではセンサ部１１の出力信号と基準交流信号と
の位相差を測定し、この測定値を回転角度の現在
位置を表わすデータDxとして出力する。検出対
象が任意の角度位置で静止している場合は、基準
交流信号（sinωtとする）と出力信号（sin（ωt−
θ）とする）の状態は第２図ａのようであり、そ
の位相差θを出力信号の１周期毎に測定したとす
ると、各測定時点t₁，t₂，t₃…における位相差測
定値D₁，D₂，D₃…は等しい。 In FIG. 1, a phase shift type position detector 10
The sensor section 11 includes a converter 12. A reference AC signal is applied from the converter 12 to the sensor unit 11, and the sensor unit 11 generates an output signal that is a phase-shifted reference AC signal according to the detection target position (hereinafter referred to as the rotation angle). converter 1
2, the phase difference between the output signal of the sensor section 11 and the reference AC signal is measured, and this measured value is output as data Dx representing the current position of the rotation angle. When the detection target is stationary at an arbitrary angular position, the reference AC signal (sinωt) and the output signal (sin(ωt−
The state of θ) is as shown in Figure 2a, and if the phase difference θ is measured every cycle of the output signal, the phase difference measurement at each measurement time point t ₁ , t ₂ , t ₃ , etc. The values D ₁ , D ₂ , D ₃ ... are equal.

ことろが、検出対象が任意の速度で回転してい
る場合は、基準交流信号と出力信号の状態は第２
図ｂのようになり、出力信号sin｛ωt±θ(t)｝と基
準交流信号との位相差は回転速度に応じた時間の
関数θ(t)で与えられる。尚、ここで、θ(t)の符号
±は回転方向に対応しており、第２図(b)では−θ
(t)の場合が示されている。上述と同様に、位相差
θ(t)を 出力信号の１周期毎に測定したとする
と、各測定時点t₁，t₂，t₃…における位相差測定
値D₁，D₂，D₃…は回転速度に応じて等差的に変
化する。すなわち、回転速度が一定であれば隣合
う測定時点における測定値の差は等しく（D₂−
D₁＝D₃−D₂）、この差の値はそのときの回転速度
に一意に対応する。t₁からt₂までの時間差をt_sと
し、その間での位相差測定値の差を△θとする
と、角速度ω_Mは次のような関数によつて求まる。 However, if the detection target is rotating at an arbitrary speed, the states of the reference AC signal and the output signal are the same as the second one.
As shown in FIG. b, the phase difference between the output signal sin {ωt±θ(t)} and the reference AC signal is given by a time function θ(t) depending on the rotation speed. Note that the sign ± of θ(t) corresponds to the rotation direction, and in Fig. 2(b), −θ
Case (t) is shown. Similarly to the above, if the phase difference θ(t) is measured every cycle of the output signal, the phase difference measurement values D ₁ , D ₂ , D ₃ ... at each measurement time point t ₁ , t ₂ , t ₃ ... changes arithmetic depending on the rotation speed. In other words, if the rotation speed is constant, the difference between the measured values at adjacent measurement points is equal (D ₂ −
D ₁ =D ₃ −D ₂ ), and the value of this difference uniquely corresponds to the rotational speed at that time. Assuming that the time difference from t ₁ to t ₂ is t _s and the difference in phase difference measurement values between them is Δθ, the angular velocity ω _M is determined by the following function.

D₂−D₁＝△θ △θ／t_s＝ω_M …(1) ここで、基準交流信号sinωtの１周期をt₀とする
とt_sは t_s＝t₀−ｋ△θ …(2) なる関係にある。ｋは基準交流信号のω及び位相
差測定値の分解能によつて定まる定数である。(2)
式を(1)式に代入すれば、左辺の変数は△θのみと
なり、位相差測定値の差△θに応じて角速度ω_M
が一意に決定されることがわかる。従って、位相
差測定値の差△θの様々な値に対応して速度ω_M
を予じめ求めることができる。 D ₂ - D ₁ = △θ △θ/t _s = ω _M …(1) Here, if one period of the reference AC signal sinωt is t ₀ , t _s is t _s = t ₀ − k△θ …(2 ). k is a constant determined by ω of the reference AC signal and the resolution of the measured phase difference value. (2)
By substituting the equation into equation (1), the only variable on the left side is △θ, and the angular velocity ω _M
It can be seen that is determined uniquely. Therefore, the speed ω _M
can be determined in advance.

上述のように、位相差測定値の差△θの様々な
値と速度情報との対応表を予じめ作成し、この対
応表を第１図の速度情報メモリ１３を予じめ記憶
しておく。交換器１２では、センサ部１１の出力
信号と基準交流信号との位相差を測定する毎にサ
ンプリングパルスＳを出力し、レジスタ１４と引
算器１５に与える。レジスタ１４では、交換器１
２から出力された位置データ（位相差測定値）
D_xをサンプリングパルスＳに応じて記憶する。
引算器１５では、変換器１２から出力された位置
データD_xとレジスタ１４に記憶された前回の位
置データD_x-1とをサンプリングパルスＳに応じ
て引算し、前回と今回の位相差測定値の差△θを
求める。引算器１５で求めた位相差測定値の差△
θをメモリ１３のアドレス入力に与え、この差△
θの値に対応する速度情報を該メモリ１３から読
み出す。尚、引算器１５の演算タイミングが終了
したときにレジスタ１４に新たなデータD_xが取
り込まれるようにするために、サンプリングパル
スＳの立入りでレジスタ１４の記憶を制御すれば
よい。そうすば、演算タイミングにおいてレジス
タ１４から引算器１５に入力されるデータは前回
の位相差測定タイミングで測定した位置データ
D_x-1となり、この引算器１５において今回の位
相差測定タイミングで測定した位置データD_xと
前回の位置データD_x-1とを引算することができ
る。 As mentioned above, a correspondence table between various values of the difference △θ of phase difference measurement values and speed information is created in advance, and this correspondence table is stored in advance in the speed information memory 13 of FIG. put. The exchanger 12 outputs a sampling pulse S every time it measures the phase difference between the output signal of the sensor section 11 and the reference AC signal, and provides it to the register 14 and the subtracter 15 . At register 14, exchanger 1
Position data output from 2 (phase difference measurement value)
D _x is stored according to the sampling pulse S.
The subtracter 15 subtracts the position data D _x output from the converter 12 and the previous position data D _x-1 stored in the register 14 according to the sampling pulse S, and calculates the phase difference between the previous and current position data. Find the difference Δθ between the measured values. Difference between the phase difference measurement values obtained by the subtractor 15 △
Apply θ to the address input of the memory 13, and calculate this difference △
Speed information corresponding to the value of θ is read from the memory 13. Incidentally, in order to cause new data D _x to be taken into the register 14 when the calculation timing of the subtracter 15 is completed, the storage of the register 14 may be controlled by entering the sampling pulse S. By doing so, the data input from the register 14 to the subtracter 15 at the calculation timing is the position data measured at the previous phase difference measurement timing.
D _x-1 , and the subtracter 15 can subtract the position data D _x measured at the current phase difference measurement timing from the previous position data D _x-1 .

第２図から明らかなように位相差測定タイミン
グt₁，t₂，t₃…はセンサ部１１の出力信号の１周
期に同期している。しかし、サンプングパルスＳ
はセンサ部１１の出力信号１周期毎に毎回発生せ
ずに、数周期毎に発生するようにしてもよい。 As is clear from FIG. 2, the phase difference measurement timings t ₁ , t ₂ , t ₃ . . . are synchronized with one cycle of the output signal of the sensor section 11. However, sampling pulse S
may not be generated every cycle of the output signal of the sensor section 11, but may be generated every several cycles.

尚、前記(2)式におけるｋ△θはt₀に介してかな
り小さな値であり、従つて、△θが変化してもt_s
は目立つた変化を示さない。従って、厳密な精度
を求めない限り、t_sは定数として取扱うことがで
き、そうすると、差データ△θそのものを速度情
報として使用することができる。すなわち、差デ
ータ△θは検出対象の速度を特定するのに十分な
値であり、メモリ１３を設けずに引算器１５の出
力△θをそのまま速度情報として用いても実用上
支障のない速度検出を行なうことができる。 Note that k△θ in the above equation (2) is a fairly small value through t ₀ , so even if △θ changes, t _s
shows no noticeable change. Therefore, unless strict accuracy is required, t _s can be treated as a constant, and in that case, the difference data Δθ itself can be used as speed information. In other words, the difference data △θ is a value sufficient to specify the speed of the detection target, and the output △θ of the subtractor 15 can be used as speed information without providing the memory 13 without causing any practical problems. Detection can be performed.

位相シフト型位置検出器１０としては、可変磁
気抵抗型の検出器あるいはレゾルバなどを用いる
ことができるが、無接触式で構造が簡単であり耐
環境性にも優れている等の点から可変磁気抵抗型
のものを用いるのが好ましい。可変磁気抵抗型の
位置検出器１０の一例を第３図に示す。 As the phase shift type position detector 10, a variable magnetic resistance type detector or a resolver can be used. It is preferable to use a resistor type. An example of a variable magnetic resistance type position detector 10 is shown in FIG.

第３図において、平面図で示されたセンサ部１
１は、複数の極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが円周方向に所定
間隔（一例として90度）で設けられたステータ１
６と、各極Ａ〜Ｄによつて囲まれたステータ空間
内に挿入されたロータ（可動鉄心）１７とを具え
ている。ロータ１７は、回転角度に応じて各極Ａ
〜Ｄのリラクタンスを変化させる形状を成してお
り、一例として偏心円筒形である。スタータ１６
の各極Ａ〜Ｄには１次コイル１Ａ〜１Ｄ及び２次
コイル２Ａ〜２Ｄが夫々巻回されている。半径方
向で対向する２つの極ＡとＣは差動的に動作する
ようにコイルが巻かれ、かつ差動的なリラクタン
ス変化が生じるようになつている。もう一方の極
Ｂ，Ｄの対も同様である。一方の極対Ａ，Ｃの１
次コイル１Ａ，１Ｃは正弦信号sinωtで励磁され、
他方の極対Ｂ，Ｄの１次コイル１Ｂ，１Ｄは余弦
信号によつて励磁される。その結果、２次コイル
２Ａ〜２Ｄの合成出力Ｙとして、基準信号sinωt
（またはcosωt）をロータ１７の回転角度θに応
じて角度だけ位相シフトした信号Ｙ＝sin（ωt−
θ）が得られるようにすることができる。前述の
通り、ロータ１７が或る速度で回転している場合
はθはθ(t)によつて表現される。 In FIG. 3, the sensor section 1 shown in a plan view
1 is a stator 1 in which a plurality of poles A, B, C, and D are provided at predetermined intervals (90 degrees as an example) in the circumferential direction.
6, and a rotor (movable iron core) 17 inserted into a stator space surrounded by each pole A to D. The rotor 17 has each pole A according to the rotation angle.
It has a shape that changes the reluctance of ~D, and an example is an eccentric cylindrical shape. Starter 16
Primary coils 1A to 1D and secondary coils 2A to 2D are wound around each pole A to D, respectively. Coils are wound around two radially opposed poles A and C so that they operate differentially, and a differential reluctance change occurs. The same goes for the other pair of poles B and D. 1 of one pole pair A, C
The next coils 1A and 1C are excited by a sine signal sinωt,
The primary coils 1B and 1D of the other pole pair B and D are excited by the cosine signal. As a result, as the composite output Y of the secondary coils 2A to 2D, the reference signal sinωt
(or cosωt) is phase-shifted by an angle according to the rotation angle θ of the rotor 17, and the signal Y=sin(ωt−
θ) can be obtained. As mentioned above, when the rotor 17 is rotating at a certain speed, θ is expressed by θ(t).

変換器１２において、所定の高速クロツクパル
スCPをカウンタ１８でカウントし、このカウン
タ１８の出力にもとづきサイン・コサイン発生回
路１９で正弦信号sinωtを夫々発生し、これを前
述の通り、１次コイル１Ａ，１Ｃ，１Ｂ，１Ｄに
夫々印加する。２次コイル２Ａ〜２Ｄの出力信号
Ｙ＝sin（ωt−θ）はゼロクロス検出回路２１に与
えられ、この信号Ｙの電気位相角ゼロのタイミン
グに同期してパルスが出力される。この回路２０
の出力パルスはラツチ回路２１のラツチパルスと
して使用される。ラツチ回路２１は回路２０から
与えられたパルスの立上りに応じてカウンタ１８
のカウント出力をラツチする。カウンタ１８のカ
ウント値が１巡する期間と正弦信号sinωtの１周
期とを同期させることができ、そうすると、ラツ
チ回路２１には基準交流信号sinωtとセンサ部出
力信号Ｙ＝sin（ωt−θ）との位相差θに対応する
カウント値がラツチされることになり、これが位
置データD_xとして出力される。また、ラツチ回
路２１のラツチパルスはサンプリングパルスＳと
して使用することができる。 In the converter 12, a predetermined high-speed clock pulse CP is counted by a counter 18, and based on the output of the counter 18, a sine/cosine generating circuit 19 generates a sine signal sinωt, which is transmitted to the primary coil 1A, Apply to 1C, 1B, and 1D, respectively. The output signal Y=sin(ωt−θ) of the secondary coils 2A to 2D is given to the zero cross detection circuit 21, and a pulse is output in synchronization with the timing of the zero electrical phase angle of the signal Y. This circuit 20
The output pulse of is used as a latch pulse of the latch circuit 21. The latch circuit 21 controls the counter 18 in response to the rising edge of the pulse applied from the circuit 20.
Latch the count output. It is possible to synchronize the period in which the count value of the counter 18 makes one cycle with one period of the sine signal sinωt, and then the latch circuit 21 receives the reference AC signal sinωt and the sensor output signal Y=sin(ωt−θ). A count value corresponding to the phase difference θ is latched, and this is output as position data D _x . Furthermore, the latch pulse of the latch circuit 21 can be used as the sampling pulse S.

尚、センサ部１１は回転型に限らず、実願昭56
−22075号に示されたような直線型のものを用い
てもよい。 Note that the sensor unit 11 is not limited to the rotating type.
A linear type as shown in No.-22075 may also be used.

以上説明したようにこの考案によれば、割算等
の複雑な演算回路を用いる必要がなくなり、速度
検出のための演算回路を簡単化し、演算時間を短
縮することができる。 As explained above, according to this invention, there is no need to use complicated arithmetic circuits such as division, and the arithmetic circuit for speed detection can be simplified and the calculation time can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図はこの考案の一実施例を示すブロツク
図、第２図は第１図のセンサ部における位相シフ
ト動作の一例を示す波形図で、ａは検出対象が停
止しているときを示すもの、ｂは一定速度で動い
ているときを示すもの、第３図は第１図の位相シ
フト型位置検出器の一例を可変磁気抵抗型の回転
位置検出器について示すセンサ部平面図及び変換
器の電気的ブロツク図、である。 １０……位相シフト型位置検出器、１１……セ
ンサ部、１２……変換器、１３……速度情報メモ
リ、１４……レジスタ、１５……引算器、１６…
…ステータ、１７……ロータ、１Ａ〜１Ｄ……１
次コイル、２Ａ〜２Ｄ……２次コイル、Ａ〜Ｄ…
…極。 Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of this invention, Fig. 2 is a waveform diagram showing an example of phase shift operation in the sensor section of Fig. 1, and a shows a state when the detection target is stopped. , b indicates when it is moving at a constant speed, and FIG. 3 is a plan view of the sensor section showing an example of the phase shift type position detector of FIG. This is an electrical block diagram. 10...Phase shift type position detector, 11...Sensor section, 12...Converter, 13...Speed information memory, 14...Register, 15...Subtractor, 16...
...Stator, 17...Rotor, 1A to 1D...1
Secondary coil, 2A~2D...Secondary coil, A~D...
…very.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 １ 検出対象の位置に応じて基準交流信号を位相
シフトした出力信号を生じるセンサ部と、所定
のクロツクパルスをカウントするカウンタと、
このカウンタの出力に基づき前記基準交流信号
を発生し、前記センサ部に与える回路と、前記
センサ部の出力信号の所定位相を検出してサン
プリングパルスを発生する回路と、前記基準交
流信号の所定の基準位相からの位相ずれを示す
カウントデータを前記サンプリングパルスによ
りラツチする回路とを具備し、ラツチしたデー
タを前記検出対象の位置データとして出力する
位相シフト型位置検出器と、 この検出器で求めた前記位置データを前記サ
ンプリングパルスに同期して記憶する記憶回路
と、 この記憶回路に記憶した前記位置データとこ
れより所定時間後に前記検出器で求められた前
記位置データとの差を求める演算を前記サンプ
リングパルスに同期して行う計算回路と を具え、この計算回路で求めた差を用いて前記
検出対象の速度を特定するようにしたことを特
徴とする位相シフト型位置検出器を用いた速度
検出装置。 ２ 前記位相シフト型位置検出器のセンサ部は、
複数の極及び各極に巻かれた１次コイル及び２
次コイルを具備するステータと、前記各極を通
る磁路の磁気抵抗を回転位置に応じて変化させ
る形状を成したロータとを具備し、前記各極の
１次コイルを位相のずれた複数の交流信号で
夫々励磁することにより前記ロータの回転位置
に応じて前記交流信号を位相シフトした信号を
前記２次コイルから出力させるものである実用
新案登録請求の範囲第１項記載の速度検出装
置。[Claims for Utility Model Registration] 1. A sensor unit that generates an output signal that is a phase-shifted reference AC signal according to the position of a detection target, a counter that counts predetermined clock pulses,
a circuit that generates the reference AC signal based on the output of the counter and supplies it to the sensor unit; a circuit that detects a predetermined phase of the output signal of the sensor unit and generates a sampling pulse; a phase shift type position detector comprising a circuit that latches count data indicating a phase shift from a reference phase using the sampling pulse, and outputs the latched data as position data of the detection target; a storage circuit for storing the position data in synchronization with the sampling pulse; and a calculation for calculating a difference between the position data stored in the storage circuit and the position data obtained by the detector after a predetermined time. Speed detection using a phase shift type position detector, comprising a calculation circuit that performs the calculation in synchronization with a sampling pulse, and a difference obtained by the calculation circuit is used to specify the speed of the detection target. Device. 2 The sensor section of the phase shift type position detector is:
A plurality of poles and a primary coil wound around each pole and two
The stator includes a stator having a secondary coil, and a rotor having a shape that changes the magnetic resistance of a magnetic path passing through each pole according to the rotational position, 2. The speed detection device according to claim 1, wherein the secondary coil outputs a phase-shifted signal of the alternating current signal according to the rotational position of the rotor by exciting each with an alternating current signal.