JPH0452898B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は加速度計、特に回転軸の瞬間加速度を
表わす信号を発生する角加速度計に係わる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to accelerometers, and more particularly to angular accelerometers that generate signals representative of the instantaneous acceleration of a rotating shaft.

トラクシヨン式エレベータ・システムはトラク
シヨン・プーリを通つてからカウンタウエイトと
接続する複数のワイヤーロープでエレベータ昇降
箱を吊るす。トラクシヨン・プーリは通常駆動電
動機で、例えば減速ギヤを介して交流誘導電動機
で、またはエレベータの契約速度に従つて直接ま
たは減速ギヤを介して直流電動機により駆動され
る。 Traction elevator systems suspend the elevator car from multiple wire ropes that pass through a traction pulley and then connect to a counterweight. The traction pulley is usually driven by a drive motor, for example an AC induction motor via a reduction gear or, depending on the contract speed of the elevator, a DC motor directly or via a reduction gear.

あらゆる回転慣性及び並進慣性とケーブルの弾
性コンプライアンスを伴なうトラクシヨン式エレ
ベータの機械システムはほとんと減衰のない共振
システムとして作用する。この機械システムの振
動周波数は約３ないし15ヘルツであり、前記パラ
メータのほかに、エレベータ昇降箱内の荷重や、
エレベータ昇降箱の位置及び速度に依存する。機
械システムをその共振周波数で動揺させる要因が
あれば不快なエレベータ昇降箱の縦揺れ、いわゆ
るジツターを起こすおそれがある。 The mechanical system of a traction elevator, with all its rotational and translational inertia and the elastic compliance of the cables, behaves as a nearly undamped resonant system. The vibration frequency of this mechanical system is about 3 to 15 hertz, and in addition to the above parameters, the load in the elevator car,
Depends on the position and speed of the elevator car. Any factor that causes the mechanical system to oscillate at its resonant frequency can cause unpleasant pitching of the elevator car, so-called jitter.

電動発電機電源でもスタチツク・コンバータ電
源でも発生し得るこの動揺は電動機の磁極その他
の機械構造、電動機の速度及び駆動プーリの直径
の関係にその原因がある。電動機の出力トルクは
本来電動機の構造上、１回転ごとに予定回数だけ
動揺する可能性があり、この固有の動揺回数は所
定の電動機速度及びプーリ直径に対して機械シス
テムの共振周波数範囲内の動揺周波数に変換でき
る。 This oscillation, which can occur in both motor-generator and static converter supplies, is due to the relationship between the magnetic poles and other mechanical structure of the motor, the speed of the motor, and the diameter of the drive pulley. Due to the structure of the motor, the output torque of an electric motor may fluctuate a predetermined number of times per rotation, and this unique number of oscillations is within the resonant frequency range of the mechanical system for a given motor speed and pulley diameter. Can be converted to frequency.

調整可能な直流電源としてスタチツク・デユア
ル・コンバータを使用するエレベータ・システム
では別の原因による動揺の可能性がある。即ち、
バンク反転時にアーマチユア電流の急激な変化に
起因する駆動電動機出力軸の急激なトルク変化が
機械システムに衝撃を与えて共振させおそれがあ
る。 In elevator systems that use static dual converters as adjustable DC power sources, other causes of perturbation are possible. That is,
A sudden change in torque on the drive motor output shaft due to a sudden change in armature current during bank reversal may impact the mechanical system and cause it to resonate.

ジツター駆動電動機に供給される直流電圧の大
きさを決定する制御ループにおいて速度誤差信号
に加えられる安定化信号中の電気的ノイズに起因
することがある。 Jitter may be due to electrical noise in the stabilization signal that is added to the speed error signal in the control loop that determines the magnitude of the DC voltage supplied to the drive motor.

エレベータ昇降箱速度を制御する速度フイード
バツク制御要素としてタコメータを使用し、直流
電動機によつて駆動される高速エレベータ・シス
テムは円滑な応答を達成するための安定化手段を
必要とする。 High speed elevator systems that use a tachometer as a speed feedback control element to control elevator car speed and are driven by a DC motor require stabilization means to achieve smooth response.

安定化信号として駆動電動機アーマチユア電圧
の導関数または駆動電動機アーマチユアから発生
する逆起動力の導関数を利用することができる。 The derivative of the drive motor armature voltage or the derivative of the reverse starting force generated by the drive motor armature can be used as the stabilization signal.

これらの電圧中のリプル周波数をフイルタしな
ければならないが、高周波数交流成分をフイルタ
すると安定性を損なうから、このフイルタ処理に
は危険が伴なう。さらに、フイルタ処理は信号の
帯域幅を狭め、その有効性を低下させる。 The ripple frequencies in these voltages must be filtered, but this filtering is risky since filtering the high frequency alternating current components impairs stability. Additionally, filtering narrows the signal's bandwidth and reduces its effectiveness.

速度信号の形成に利用できるタコメータ電圧の
導関数を取出すことによつて安定化信号とするこ
とも可能である。しかし、タコメータでは、スロ
ツト、整流子片、ブラシ、構造上の欠陥、及び駆
動継手の歯車またはベルトに起因する電気的ノイ
ズが出力信号に現れる。加速度に比例する信号を
形成するためにタコメータ信号を微分処理すると
ノイズを増大する結果となる。この電気的ノイズ
は指令信号に対する意図に反した加算として現れ
る。エレベータ昇降箱は低周波数、特にシステム
の共振周波数の信号ノイズに応答することができ
る。 It is also possible to obtain a stabilization signal by taking the derivative of the tachometer voltage that can be used to form a speed signal. However, in a tachometer, electrical noise due to slots, commutator blades, brushes, construction defects, and drive joint gears or belts appears in the output signal. Differentiating the tachometer signal to form a signal proportional to acceleration results in increased noise. This electrical noise appears as an unintended addition to the command signal. Elevator cabs can respond to signal noise at low frequencies, particularly at system resonant frequencies.

タコメータ方式で問題となる電気的ノイズはピ
ーク間最大リプルが２％というような低リプルの
極めて品質の高いタコメータを使用すると共にベ
ルト駆動の代りにリム駆動を採用することによつ
て軽減することができる。リム駆動の場合タコメ
ータはその駆動軸に、エレベータ・システムの駆
動素子、例えば電動機軸または駆動プーリによつ
て摩擦駆動されるローラを具備する。しかし、こ
の場合にも信号を低帯域フイルタする必要があ
り、その結果、信号の帯域幅が狭まり、有効性が
低下する。タコメータのローラと駆動素子との間
のスリツプも問題となるおそれがある。 The electrical noise that is a problem with the tachometer system can be reduced by using an extremely high quality tachometer with low ripple, such as a peak-to-peak maximum ripple of 2%, and by using a rim drive instead of a belt drive. can. In the case of rim drive, the tachometer has on its drive shaft a roller that is frictionally driven by a drive element of the elevator system, for example a motor shaft or a drive pulley. However, this also requires low-band filtering of the signal, which reduces the signal's bandwidth and reduces its effectiveness. Slip between the tachometer roller and the drive element can also be a problem.

出願人が所有する英国特許第1436892号は安定
化信号を提供するための加速度変換器を開示して
いる。加速度変換器の欠点は可変量のアーマチユ
ア電圧フイーバツク（この場合は寄生信号）が信
号に含まれることにある。この可変性は磁界強度
と共にアーマチユアのインダクタンスが変化し、
温度と共にアーマチユアの抵抗が変化することに
その原因がある。安定化信号はジツターをある程
度抑制するが、寄生信号のため比較的高い周波数
ではシステムが不安定になるから必要な量の安定
化信号を使用できない場合がある。 British Patent No. 1436892, owned by the applicant, discloses an acceleration transducer for providing a stabilizing signal. A disadvantage of acceleration transducers is that variable amounts of armature voltage feedback (in this case parasitic signals) are included in the signal. This variability is due to the fact that the armature inductance changes with the magnetic field strength.
The reason for this is that the resistance of the armature changes with temperature. Although the stabilization signal suppresses jitter to some extent, it may not be possible to use the necessary amount of the stabilization signal because parasitic signals will make the system unstable at relatively high frequencies.

出願人が所有する英国特許第1555520号は高品
質リム駆動タコメータの出力を微分することによ
つて得られるものと、このようなタコメータから
の信号を微分してから積分することによつて得ら
れるものと２つのフイードバツク信号による安定
化を開示している。 UK Patent No. 1555520, owned by the applicant, describes a method obtained by differentiating the output of a high quality rim drive tachometer, and a method obtained by differentiating and then integrating the signal from such a tachometer. The present invention discloses stabilization using one and two feedback signals.

本発明の主な目的は回転素子の偏心、動揺、及
び非均質性に起因する誤差を軽減する角加速度計
を提供することにある。 The main objective of the present invention is to provide an angular accelerometer that reduces errors due to eccentricity, wobbling, and non-homogeneity of rotating elements.

この目的を本発明では磁性材で形成した固設ハ
ウジングと、前記ハウジング内に、回転軸を中心
に回転自在に軸支し、前記回転軸と直交する二等
分平面に関して対称に構成した導電性アーマチユ
アと、前記アーマチユアを回転させるための、前
記ハウジングの外側から接続可能な手段とを含む
角加速度計において、前記アーマチユアを前記回
転軸を中心に対称のパターンでリンクする磁束を
発生させるため前記ハウジング内の前記二等分平
面の両側に設けた磁束手段と、前記２等分平面の
両側で、前記回転軸を中心に対称となるように前
記ハウジング内に設けたピツクアツプコイル手段
と、前記ピツクアツプコイル手段と接続し、前記
ハウジングの外側で接続可能な端子手段と、前記
アーマチユアの回転になつて前記ピツクアツプコ
イル手段が前記アーマチユアの瞬間加速度に比例
する大きさの電圧を発生することを特徴とする角
加速度計によつて達成する。 In order to achieve this purpose, the present invention includes a fixed housing made of a magnetic material, a conductive conductor which is rotatably supported in the housing, and configured symmetrically with respect to a bisecting plane orthogonal to the rotation axis. An angular accelerometer comprising an armature and means connectable from outside the housing for rotating the armature, the housing for generating magnetic flux linking the armature in a symmetrical pattern about the axis of rotation. magnetic flux means provided on both sides of the bisecting plane in the housing; pick-up coil means provided in the housing so as to be symmetrical about the rotational axis on both sides of the bisecting plane; and the pick-up coil. terminal means connected to the housing and connectable on the outside of the housing; and, upon rotation of the armature, the pick-up coil means generates a voltage of a magnitude proportional to the instantaneous acceleration of the armature. This is accomplished by accelerometers.

以下添付図面を参照しながら実施例にもとづい
て本発明を詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below based on embodiments with reference to the accompanying drawings.

要約すれば本発明は低コストの部品を使用して
容易に製造できる堅牢な改良型角加速度計を提案
するものである。扁平な薄いデイスクから成る単
一の回転素子の偏心、動揺及び非均質性に起因す
る誤差は本発明に特有の構成によつて軽減される
から通常の製造公差を採用するだけで加速度計ご
とに再現性の高い結果が得られる。デイスクの両
側に互いに対向させて磁束発生素子及びピツクア
ツプコイルから成るアセンブリを配置する。磁束
発生素子にデイスクを貫通する磁束パターンを発
生させ、デイスクの回転速度に比例する電圧を誘
導する。その結果発生した電流はピツクアツプコ
イルに電圧を誘導する磁束を発生させる。ピツク
アツプコイルは回転軸の周りに対称に配置され、
ピツクアツプコイルに誘導される電圧はデイスク
電流によつて形成される磁束の変化率に比例し、
従つて、この電圧はデイスク回転速度の変化率に
比例する。ピツクアツプコイルで発生した電圧を
総計し、例えば上述したエレベータ・システム電
流制御ループなどにおいて加速度信号として直接
利用できる信号を形成する。 In summary, the present invention proposes an improved angular accelerometer that is robust and easy to manufacture using low cost components. Errors due to eccentricity, wobbling, and non-homogeneity of a single rotating element consisting of a flat, thin disk are reduced by the unique configuration of the present invention, so that each accelerometer can be easily adjusted using normal manufacturing tolerances. Highly reproducible results are obtained. An assembly consisting of a magnetic flux generating element and a pickup coil is disposed on both sides of the disk so as to face each other. The magnetic flux generating element generates a magnetic flux pattern that penetrates the disk, inducing a voltage proportional to the rotational speed of the disk. The resulting current generates a magnetic flux that induces a voltage in the pickup coil. The pick-up coils are arranged symmetrically around the rotation axis,
The voltage induced in the pick-up coil is proportional to the rate of change of the magnetic flux created by the disc current,
Therefore, this voltage is proportional to the rate of change of disk rotation speed. The voltages developed in the pickup coils are summed to form a signal that can be used directly as an acceleration signal, such as in the elevator system current control loop described above.

添付図面、特に第１図及び第２図には本発明に
従つて構成された角加速度計１０を示した。第１
図は加速度計１０を一部断面で示した立面図であ
る。加速度計１０は軟鋼で形成した磁気ハウジン
グ、ケーシングまたは囲い１２を含み、この囲い
１２は必要または作用磁束の磁束通路として作用
する一方、外部磁界が囲い１２内に設けられた素
子と結合するのを防ぐシールドとしても作用す
る。 The accompanying drawings, and in particular FIGS. 1 and 2, illustrate an angular accelerometer 10 constructed in accordance with the present invention. 1st
The figure is an elevational view showing the accelerometer 10 partially in section. Accelerometer 10 includes a magnetic housing, casing or enclosure 12 formed of mild steel that acts as a flux path for the required or working magnetic flux while preventing external magnetic fields from coupling with elements provided within enclosure 12. It also acts as a protective shield.

第１図に示す囲い１２の実施例では、この囲い
１２が第１、第２及び第３図協働素子１４，１
６，１８から成り、第１素子１４は環状であり、
第２及び第３素子１６，１８は第１素子１４のカ
バーとして作用する扁平円板状である。第２及び
第３素子１６，１８を以下にカバー１６，１８と
呼称する。 In the embodiment of the enclosure 12 shown in FIG.
6, 18, the first element 14 is annular,
The second and third elements 16 and 18 are flat disk-shaped and serve as covers for the first element 14. The second and third elements 16, 18 are hereinafter referred to as covers 16, 18.

囲い１２の第１素子１４は図示のように内側面
２６及び外側面２８を有する円形の本体部分２４
を含む。本体部分２４の外端はカバー１６，１８
がそれぞれ衝合される扁平面３０，３０′を限定
する。 The first element 14 of the enclosure 12 includes a circular body portion 24 having an inner surface 26 and an outer surface 28 as shown.
including. The outer end of the main body portion 24 is connected to the covers 16, 18.
define abutting flat surfaces 30, 30', respectively.

カバー１６，１８はそれぞれ扁平円板部材３
２，３２′を含み、部材３２は互いに平行な第１、
第２主要扁平面３４，３６を、部材３２′は互い
に平行な第１、第２主要扁平面３４′，３６′をそ
れぞれ具備する。カバー１６，１８と第１素子１
４と組立てた状態で面３４，３４′は組立体の内
面、面３６，３６′は外面となる。複数のねじ３
７，３７′を利用してカバー１６，１８をそれぞ
れ面３０，３０′に固定する。 The covers 16 and 18 each have a flat disk member 3
2, 32', the members 32 are parallel to each other, first,
Member 32' has first and second major flat surfaces 34' and 36', respectively, which are parallel to each other. Covers 16, 18 and first element 1
4, surfaces 34 and 34' are the inner surfaces of the assembly, and surfaces 36 and 36' are the outer surfaces of the assembly. multiple screws 3
7 and 37' are used to secure the covers 16 and 18 to the surfaces 30 and 30', respectively.

角加速度計１０は囲い１２内で回転軸４１を中
心に回転できるように軸支された導電性回転素子
またはアーマチユア４０を含む。アーマチユア４
０は軸４４に取付け、しかし該軸から電気的に絶
縁した比較的薄い扁平デイスク４２を含む。デイ
スク４２は互いに平行な第１及び第２主要扁平面
４３，４５と、外縁４７及び内縁４９とを具備す
る。デイスク４２として、厚さ約0.150インチ、
直径６インチの銅製デイスクを使用することがで
きる。アムミニウム製でもよい。 Angular accelerometer 10 includes a conductive rotating element or armature 40 pivoted for rotation about a rotational axis 41 within enclosure 12 . armature 4
0 includes a relatively thin flat disk 42 attached to, but electrically insulated from, a shaft 44. The disk 42 has first and second major planar surfaces 43, 45 that are parallel to each other, and an outer edge 47 and an inner edge 49. As disk 42, thickness approximately 0.150 inch,
A 6 inch diameter copper disk can be used. It may be made of amminium.

軸４４は鋼で形成すればよく、カバー１６，１
８にそれぞれ装着した第１及び第２軸支４６，４
８によつて回転自在に支持する。 The shaft 44 may be made of steel, and the cover 16,1
The first and second shaft supports 46, 4 respectively attached to
It is rotatably supported by 8.

軸４４は第１及び第２端５０，５２を有し、第
１端５０に近い第１面５４が軸受４６に嵌合する
第１直径を限定する。次いで軸４８はデイスク４
２及び第１、第２支持部材５８，６０と嵌合する
第２面５６によつて限定される大きい直径まで半
径方向に外方へ広がる。長手回転軸４１と直交関
係にデイスク４２の主要扁平面４３，４５を整合
保持するためデイスク４２の両側に支持部材５
８，６０を配置して前記面４３，４５にそれぞれ
圧接させる。部材５８，６０は非磁性、非導電性
の材料、例えば適当なプラスチツクで形成する。
次に軸４４は面５６から、軸受４８と嵌合する直
径を限定する面６２にむかつて内方へ縮まる。軸
４４は次に囲い１２から突出し、その端部５２は
加速度をモニターされる軸、例えばエレベータ駆
動モータの駆動軸と直接結合される。直脱自在な
保持板６４，６４′がそれぞれ軸受４６，４８を
掩う。これにより角加速度計１０の回転部分が完
成される。なお、回転部分にはブラシ、変調器／
復調器、半径方向に運動する敏感な部材、あるい
は摩耗したり、較正を必要としたり、その他の故
障の原因となり易い部材は全く含まれていない。 The shaft 44 has first and second ends 50, 52, with a first surface 54 proximate the first end 50 defining a first diameter that fits into the bearing 46. Then the shaft 48 is connected to the disk 4
2 and extends radially outwardly to a larger diameter defined by a second surface 56 that mates with the first and second support members 58,60. Support members 5 are provided on both sides of the disc 42 to maintain alignment of the major flat surfaces 43, 45 of the disc 42 in perpendicular relation to the longitudinal axis of rotation 41.
8 and 60 are arranged and brought into pressure contact with the surfaces 43 and 45, respectively. Members 58 and 60 are formed from a non-magnetic, non-conductive material, such as a suitable plastic.
The shaft 44 then contracts inwardly from the surface 56 into a surface 62 that defines a diameter that mates with the bearing 48 . The shaft 44 then projects from the enclosure 12 and its end 52 is directly coupled to the shaft whose acceleration is to be monitored, such as the drive shaft of an elevator drive motor. Directly removable retaining plates 64, 64' cover the bearings 46, 48, respectively. This completes the rotating portion of the angular accelerometer 10. In addition, there are brushes, modulators/
There are no demodulators, radially moving sensitive parts, or parts that wear out, require calibration, or are susceptible to other failures.

角加速度計１０は囲い１２内に固設部分を含
み、この固設部分は磁束手段６６及びピツクアツ
プコイル手段６８を含む。磁束手段６６はデイス
ク４２をリンクする磁束を発生させ、その磁束パ
ターンは回転軸４１を中心に対称である。ピツク
アツプコイル手段６８も回転軸４１を中心に対称
配置されると共に、デイスク４２の幅を２等分す
る線を通りかつ軸４１と直交する想像平面６９に
関しても対称である。磁束手段６６及びピツクア
ツプコイル手段６８を対称に配置するということ
はデイスク４２の動揺、偏心、及び非均質性に起
因する誤差を軽減する上で極めて重要である。こ
のようにして通常の製造及び組立公差を採用して
正確な、再現性の高い加速度計を製造することが
できる。 Angular accelerometer 10 includes a fixed portion within enclosure 12 that includes magnetic flux means 66 and pickup coil means 68. The magnetic flux means 66 generates magnetic flux linking the disks 42, the magnetic flux pattern being symmetrical about the axis of rotation 41. The pick-up coil means 68 is also arranged symmetrically about the axis of rotation 41 and is also symmetrical about an imaginary plane 69 passing through a line bisecting the width of the disk 42 and perpendicular to the axis 41. The symmetrical arrangement of flux means 66 and pickup coil means 68 is critical to reducing errors due to disk 42 wobbling, eccentricity, and non-homogeneity. In this manner, an accurate, highly repeatable accelerometer can be manufactured using normal manufacturing and assembly tolerances.

磁束手段６６は複数対に構成された複数の永久
磁石を含み、各対の永久磁石は共通長手軸上に整
列し、整列する永久磁石の互いに隣接する端部は
所定間隔、例えば0.25インチの間隔を保つてい
る。同様に、ピツクアツプコイル手段６８は複数
対に構成された複数のピツクアツプコイルを含
み、各対のピツクアツプコイルは共通長手軸上に
整列し、その互いに隣接する端部は前記間隔と同
じ所定間隔を保つている。デイスク４２は各対の
素子間隔に配置される。換言すると、永久磁石と
ピツクアツプコイルは互いに対向する２組として
構成され、デイスク４２の一方の例に１組ずつ配
置される。 The magnetic flux means 66 includes a plurality of permanent magnets arranged in pairs, the permanent magnets of each pair aligned on a common longitudinal axis, and adjacent ends of the aligned permanent magnets spaced apart at a predetermined distance, e.g., 0.25 inches apart. I'm keeping it. Similarly, the pick-up coil means 68 includes a plurality of pick-up coils arranged in a plurality of pairs, the pick-up coils of each pair being aligned on a common longitudinal axis, and their mutually adjacent ends maintaining a predetermined spacing equal to said spacing. ing. The disks 42 are arranged at the spacing between each pair of elements. In other words, the permanent magnets and the pickup coils are configured as two sets facing each other, and one set is arranged on one example of the disk 42.

もつと詳細に説明すると、磁束手段６６はデイ
スク４２のそれぞれの側に４個ずつ、合計８個の
永久磁石を含み、ピツクアツプコイル手段６８も
デイスク４２のそれぞれの側に４個ずつ、合計８
個のピツクアツプコイルを含む。第２図は第１図
に示した角加速度計１０の左側端面図であり、カ
バー１６を省き、かつ第１組の永久磁石及びピツ
クアツプコイルを示すためにデイスク４２を一部
切欠いてある。第２組の右側端面図は第２図に示
す第１組と全く同じになるから、第２組、即ち、
対向の組を詳細に示す必要はない。第１組は適当
な手段、例えばねじによつてカバー１８の面３
４′に固定され、第２組は同様の取付け手段によ
つてカバー１６の面３４に固定される。第２図か
ら明らかなように、第１組の磁石及びピツクアツ
プコイルは中心が回転軸４１と一致する共通円７
８の円周上に長手軸が位置するように遊星状に配
列された４個の永久磁石７０，７２，７４，７６
を含む。磁石中心はこの円周上で順次90°の間隔
を保つ。第１組はほかに円周７８上に長手軸が来
るように配列された４個のピツクアツプコイル８
０，８２，８４，８６を含み、隣接する磁石間に
１個づつピツクアツプコイルから配置される。従
つてピツクアツプコイルの中心間隔は90°、隣接
する永久磁石の中心との間隔は45°である。各ピ
ツクアツプコイルは所定巻数の電気的巻線、例え
ばボビンに巻いた巻線を含み、巻線組立体が磁
心、例えば軟鋼極片の周りに配置されている。永
久磁石７０，７２，７４，７６の極配向は円周７
８に沿つて進むごとに交替する。即ち、永久磁石
７０，７４は北極がデイスク４２に対面し、永久
磁石７２，７６は南極がデイスク４２に対面す
る。永久磁石が永久磁石と、ピツクアツプコイル
がピツクアツプコイルとそれぞれ整列するという
形で第１組の各素子は第２組の各素子と整列す
る。従つて、第２組の素子にはこれと整列する第
１組の素子と同じ参照番号にダツシユを付加した
参照番号を与える。なお、第２図に示す第１組の
左側端面図は第２組の右側端面図と同じである
が、２組を互いに対面させると、整列する磁石の
対向端は逆極性の関係になる。 More specifically, the magnetic flux means 66 includes eight permanent magnets, four on each side of the disk 42, and the pick-up coil means 68 also includes eight permanent magnets, four on each side of the disk 42.
Contains 2 pick-up coils. FIG. 2 is a left side end view of the angular accelerometer 10 shown in FIG. 1, with the cover 16 omitted and the disk 42 partially cut away to show the first set of permanent magnets and pickup coils. Since the right end view of the second set is exactly the same as the first set shown in FIG.
It is not necessary to show the opposing pairs in detail. The first set is secured to face 3 of cover 18 by suitable means, e.g. screws.
4', and a second set is secured to face 34 of cover 16 by similar attachment means. As is clear from FIG. 2, the first set of magnets and pickup coils are arranged in a common circle 7 whose center coincides with the rotation axis
Four permanent magnets 70, 72, 74, 76 arranged in a planetary manner so that their longitudinal axes are located on the circumference of 8.
including. The magnet centers maintain successive 90° intervals on this circumference. The first set also includes four pick-up coils 8 arranged so that their longitudinal axes are on the circumference 78.
0, 82, 84, and 86, one each is placed between adjacent magnets from the pick-up coil. Therefore, the distance between the centers of the pickup coils is 90°, and the distance between the centers of adjacent permanent magnets is 45°. Each pick-up coil includes a predetermined number of electrical windings, such as a bobbin-wound winding, with a winding assembly disposed around a magnetic core, such as a mild steel pole piece. The polar orientation of the permanent magnets 70, 72, 74, 76 is at circumference 7.
Each time you go along 8, you will alternate. That is, the north poles of the permanent magnets 70 and 74 face the disk 42, and the south poles of the permanent magnets 72 and 76 face the disk 42. Each element of the first set is aligned with each element of the second set such that the permanent magnets are aligned with the permanent magnets and the pickup coils are aligned with the pickup coils. Accordingly, the elements of the second set are given the same reference numerals as the elements of the first set with which they are aligned, plus a dash. Note that the left side end view of the first set shown in FIG. 2 is the same as the right side view of the second set, but when the two sets are made to face each other, the opposing ends of the aligned magnets have a relationship of opposite polarity.

各組のコイルは直列に接続している。第１組の
コイルは端子８８、例えばシールド同軸ケーブル
を嵌着するための端子と直列に接続し、第２組の
コイルは同様の端子９０と直列に接続すればよ
い。このように構成すれば、２個の端子からの信
号が囲い１２の外側で直列に接続される。この双
対端子構成では、２組が内部で互いに接続される
ことがないから加速度計１０の組立が簡単であ
る。ただし必要に応じて８個のコイルをすべて囲
い１２内で単一の端子と直列に接続してもよい。 Each set of coils is connected in series. The first set of coils may be connected in series with a terminal 88, such as a terminal for fitting a shielded coaxial cable, and the second set of coils may be connected in series with a similar terminal 90. With this configuration, signals from the two terminals are connected in series outside the enclosure 12. This dual terminal configuration simplifies assembly of accelerometer 10 because the two sets are not internally connected to each other. However, all eight coils may be connected in series with a single terminal within enclosure 12 if desired.

作動に際しては対向する永久磁石からの磁束が
デイスク４２をリンクする。デイスク４２が静止
状態ならデイスクに電圧が誘導されず、ピツクア
ツプコイル中に電圧が発生しない。軸４４がゼロ
rpmから所定の定常rpmまで回転すると、デイス
ク４２に電圧が誘導されて第３図に示すような電
流が発生する。第３図は第２図に示したデイスク
４２の部分図と同様のデイスク４２の左側端面図
である。導電電圧及びその結果生ずる電流はデイ
スク４２の加速に伴つて変化するデイスク速度に
比例して変化する。循環電流によつて発生する磁
束は囲い１２の磁性材料によつて限定される磁気
通路と、ピツクアツプコイル巻線の磁心を流れ
る。ピツクアツプコイルをリンクする変化磁束が
コイルに電圧を誘導し、他のすべてのピツクアツ
プコイルの誘導電圧と共に合計されて、回転速度
の変化率に正比例する磁束変化率に正比例する電
圧を形成する。回転速度が所定の定常rpmに達す
るとデイスクの電圧及び電圧は一定となり、ピツ
クアツプコイルをリンクする磁束も一定となる。
従つて、定常rpmではピツクアツプコイルに電圧
に誘導されない。軸が減速されると、ピツクアツ
プコイルが再び軸の瞬間減速率に比例する出力信
号を出力する。 In operation, magnetic flux from opposing permanent magnets links the disks 42. If the disk 42 is at rest, no voltage will be induced in the disk and no voltage will be generated in the pickup coil. Axis 44 is zero
When the disk 42 rotates from rpm to a predetermined steady rpm, a voltage is induced in the disk 42 and a current as shown in FIG. 3 is generated. FIG. 3 is a left side end view of disk 42 similar to the partial view of disk 42 shown in FIG. The conduction voltage and resulting current vary proportionally to the disk speed, which changes as disk 42 accelerates. The magnetic flux generated by the circulating current flows through the magnetic path defined by the magnetic material of the enclosure 12 and through the magnetic core of the pickup coil winding. The changing magnetic flux linking the pickup coils induces a voltage in the coil that is summed with the induced voltages of all other pickup coils to form a voltage that is directly proportional to the rate of change of magnetic flux that is directly proportional to the rate of change of rotational speed. When the rotational speed reaches a predetermined steady rpm, the disk voltage and voltage become constant, and the magnetic flux linking the pickup coils also becomes constant.
Therefore, no voltage is induced in the pickup coil at steady rpm. When the shaft is decelerated, the pickup coil again provides an output signal proportional to the instantaneous deceleration rate of the shaft.

第３図から明らかなように、好ましい実施例で
は電流が対称に流れ、従つて磁束も対称となる
が、動揺、偏心及び非均質性の影響を軽減するの
に必要な条件である。図示態様とは異なる対称構
成を採用してもよいが好ましい実施例の対称性を
この実施例よりも個数の多い磁石及びコイルで構
成するためには少なくとも12個の磁石と12個のコ
イルが必要となる。 As can be seen from FIG. 3, in the preferred embodiment the current flows symmetrically and therefore the magnetic flux is symmetrical, a necessary condition to reduce the effects of perturbations, eccentricity and non-homogeneities. Although symmetry configurations different from those shown may be employed, at least 12 magnets and 12 coils are required to achieve the symmetry of the preferred embodiment with a greater number of magnets and coils than in this embodiment. becomes.

第４Ａ図は本発明による角加速度計の出力を最
大リプルが２％の高品質タコメータの微分出力と
比較するグラフである。第５図は出力信号発生装
置を略示する図である。角加速度計の出力はレコ
ーダ９４に直接供給し、タコメータ９２の出力は
加速度に比例する信号を得るため微分し、フイル
タした。タコメータ出力の微分及びフイルタリン
グにはコンデンサ９６，９８と抵抗１０１，１０
２を使用したが、コンデンサ９６，９８はそれぞ
れ1μf、0.22μf、抵抗１００，１０２はそれぞれ
1K、75Kオームのものを使用した。曲線１０４，
１０６はそれぞれ加速度計１０及びタコメータ９
２の記録出力であり、これらの曲線は角加速度計
１０及びタコメータ９２を共通軸１０３から駆動
しながら記録した。なお、本発明の角加速度計は
波形中にリプルや電気的ノイズがほとんど認めら
れない、はるかに平滑な信号を発生させる。加速
度計１０の出力はSN比にすぐれたタコメータ９
２の出力の約20倍であつた。 FIG. 4A is a graph comparing the output of an angular accelerometer according to the present invention to the differential output of a high quality tachometer with a maximum ripple of 2%. FIG. 5 is a diagram schematically showing the output signal generating device. The output of the angular accelerometer was fed directly to recorder 94, and the output of tachometer 92 was differentiated and filtered to obtain a signal proportional to acceleration. Capacitors 96 and 98 and resistors 101 and 10 are used for differentiation and filtering of the tachometer output.
2 was used, but the capacitors 96 and 98 are 1 μf and 0.22 μf, respectively, and the resistors 100 and 102 are respectively
I used 1K and 75K ohm ones. curve 104,
106 are an accelerometer 10 and a tachometer 9, respectively.
These curves were recorded while driving the angular accelerometer 10 and tachometer 92 from a common shaft 103. Note that the angular accelerometer of the present invention produces a much smoother signal with almost no ripple or electrical noise noticed in the waveform. The output of the accelerometer 10 is a tachometer 9 with an excellent S/N ratio.
The output was about 20 times that of 2.

直径0.6インチ、長さ約0.6インチのアルニコ８
型永久磁石と、巻数がそれぞれ1000のピツクアツ
プコイルとを併用して得られる出力電圧は加速度
フイードバツク信号を発生させるのに使用されて
いる安定トランスの出力に相当する約５ミリボト
ル／ラジアン／secである。ピツクアツプコイル
が８個の場合、SNが高く、信号を容易に増幅で
きる。 Alnico 8 with a diameter of 0.6 inches and a length of approximately 0.6 inches.
The output voltage obtained by using a type permanent magnet in combination with a pick-up coil of 1000 turns each is approximately 5 millivolts/radian/sec, which corresponds to the output of the stabilizing transformer used to generate the acceleration feedback signal. . When there are 8 pickup coils, the SN is high and the signal can be easily amplified.

周囲温度変化に補償するためには、表面膜式ヒ
ータ及びサーモスタツトを利用して一定温度を維
持し、温度誤差を軽減すればよい。 To compensate for ambient temperature changes, surface film heaters and thermostats can be used to maintain a constant temperature and reduce temperature errors.

第１図及び第２図は本発明の角加速度計１０を
デジタル、タコメータとしても利用できるように
する態様を示す。デイスク４２のいずれか一方の
側にウオツシヤ形の光学デイスク１０４を、デイ
スク１０４がデイスク４２の周縁４７から外方へ
一様にはみ出すように取付ける。光学デイスク１
０４は例えば透明ポリエステル・フイルムで形成
することができる。光学デイスク１０４の周縁に
例えば0.010インチ間隔の不透明線パターン１０
６を設けるが各線の幅は前記間隔１０８と同じで
ある。各線１０６は回転軸４１と整列関係にあ
る。光学読取り装置１１０は２対の発光ダイオー
ド及びフオトトランジスタを含み、一方の対が不
透明線の中心と整列すると他方の対が不透明線の
エツジと整列し、２相読取り装置の変化が90°と
なるように構成されている。この装置により、速
度（パルス繰返し数情報）と共に回転方向情報が
得られる。このような装置から方向を指示する適
当な論理回路は本発明と同じ譲受人に譲渡された
英国出願第8306178号（譲受人整理番号でドケツ
ト第49752号）に開示されている。２組の読取り
手段からのパルスは例えば同軸ケーブル嵌着用端
子のような端子１１２に供給される。 1 and 2 show an embodiment in which the angular accelerometer 10 of the present invention can also be used as a digital tachometer. A washer-shaped optical disk 104 is mounted on either side of the disk 42 such that the disk 104 evenly protrudes outward from the periphery 47 of the disk 42. optical disc 1
04 can be made of, for example, a transparent polyester film. Opaque line patterns 10 are formed around the periphery of the optical disk 104 at intervals of, for example, 0.010 inch.
6, the width of each line is the same as the spacing 108. Each line 106 is aligned with the axis of rotation 41 . The optical reader 110 includes two pairs of light emitting diodes and phototransistors, one pair aligned with the center of the opaque line and the other pair aligned with the edge of the opaque line, resulting in a 90° change in the two-phase readout. It is configured as follows. With this device, rotational direction information can be obtained along with speed (pulse repetition rate information). Suitable logic for providing direction from such a device is disclosed in UK Application No. 8306178 (Assignee Docket No. 49752), assigned to the same assignee as the present invention. Pulses from the two sets of reading means are applied to a terminal 112, such as a coaxial cable mating terminal.

以上、堅牢で、構造の簡単な、かつ通常の製造
公差を採用するだけで容易に製造できる新規の改
良型角加速度計を開示した。回転素子は扁平デイ
スクという簡単なものであり、固設コイル中に軸
加速度に正比例する信号が発生する。磁束を対称
に発生させ、ピツクアツプコイルを対称に配置す
ることが製造公差に起因する誤差を相殺させるこ
とができ、従つて、正確な所期の出力を提供する
加速度計を流れ作業生産で確実に再現できる。 There has thus been disclosed a new and improved angular accelerometer that is robust, simple in construction, and easy to manufacture using normal manufacturing tolerances. The rotating element is a simple flat disk, and a signal is generated in a fixed coil that is directly proportional to the axial acceleration. Generating magnetic flux symmetrically and placing the pick-up coils symmetrically can cancel out errors due to manufacturing tolerances, thus ensuring accelerometers in line production that provide accurate and desired outputs. Can be reproduced.

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

第１図は本発明の角加速度計を一部断面で示す
立面図、第２図は第１図の角加速度計を、カバー
を取外し、回転素子を一部切欠いて示す左側端面
図、第３図は永久磁石の磁界内で回転素子が回転
する結果この回転素子中に発生する誘導電流を図
解する回転素子の概略図、第４Ａ図及び第４Ｂ図
は本発明の角加速度計と最大リプル２％の高品質
タコメータを共通の軸で駆動し、前者の出力を後
者の微分出力と比較するグラフ、第５図は第４Ａ
図及び第４Ｂ図に示すグラフを作成するための出
力発生装置を略示する図である。 ４０……アーマチユア、４４……軸、６６……
磁束手段、６８……ピツクアツプコイル、７０，
７０′〜７６，７６′……永久磁石、８８，９０…
…端子。 FIG. 1 is an elevational view partially showing the angular accelerometer of the present invention in cross section, FIG. 2 is a left end view showing the angular accelerometer of FIG. Figure 3 is a schematic diagram of a rotating element illustrating the induced currents generated in the rotating element as a result of its rotation within the magnetic field of a permanent magnet; Figures 4A and 4B illustrate the angular accelerometer of the present invention and the maximum ripple; A graph comparing the output of the former with the differential output of the latter when 2% high quality tachometers are driven by a common axis, Figure 5 is 4A.
Figure 4B schematically illustrates an output generating device for producing the graphs shown in Figures 4B and 4B. 40... Armature, 44... Shaft, 66...
Magnetic flux means, 68...Pickup coil, 70,
70'~76,76'...Permanent magnet, 88,90...
...Terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 磁性材で形成した固設ハウジングと、前記ハ
ウジング内に、回転軸を中心に回転自在に軸支
し、前記回転軸と直交する二等分平面に関して対
称に構成した導電性アーマチユアと、前記アーマ
チユアを回転させるための、前記ハウジングの外
側で接続可能な手段とを含む角加速度計におい
て、前記アーマチユアを前記回転軸を中心に対称
のパターンでリンクする磁束を発生させるため、
前記ハウジング内の前記二等分平面の両側に設け
た磁束手段と、前記二等分平面の両側で、前記回
転軸を中心に対称となるように前記ハウジング内
に設けたピツクアツプコイル手段と、前記ピツク
アツプコイル手段と接続し、前記ハウジングの外
側で接続可能な端子手段と、前記アーマチユアの
回転に伴なつて前記ピツクアツプコイル手段が前
記アーマチユアの瞬間加速度に比例する大きさの
電圧を発生することを特徴とする角加速度計。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の角加速度計に
おいて、磁束手段が複数対の永久磁石を含み、各
対の永久磁石が互いに間隔を伴なつて両者間にエ
アギヤツプを形成し、このエアギヤツプ中に導電
性アーマチユアを配置したことを特徴とする角加
速度計。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の角加速度計に
おいて、それぞれが互いに間隔を保つ永久磁石か
ら成る対を回転軸を中心に90°間隔に配置したこ
とと、第１及び第３対が第２及び第４対の極配向
とは反対の同一極配向を有することを特徴とする
角加速度計。 ４ 特許請求の範囲第２項または第３項に記載の
角加速度計において、ピツクアツプコイル手段が
複数対のピツクアツプコイルを含み、永久磁石対
及びピツクアツプコイル対を回転軸の周りに交互
に配置したことを特徴とする角加速度計。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の角加速度計に
おいて、ピツクアツプコイル手段がハウジングに
取付けられた磁心を含み、前記磁心の周りに形成
した前記ピツクアツプコイルを前記磁心と誘導関
係に配置すると共にアーマチユアを流れる電流に
よつて発生する磁束の通路がハウジング及び前記
磁心を含むように構成したことを特徴とする角加
速度計。 ６ 特許請求の範囲第１項から第５項までのいず
れかに記載の角加速度計において、磁束手段及び
ピツクアツプ手段がそれぞれ４対を含み、隣接対
が回転軸の周りに45°の間隔を保つことを特徴と
する角加速度計。 ７ 特許請求の範囲第１項または第６項に記載の
角加速度計において、ピツクアツプコイル手段が
端子手段と直列に接続された複数の巻線を含むこ
とを特徴とする角加速度計。 ８ 特許請求の範囲第１項、第６項または第７項
に記載の角加速度計において、アーマチユアに設
けたマーカ手段と、マーカ手段を検知する検知手
段とを含み、前記検知手段がアーマチユアの回転
速度に比例する信号を発生することを特徴とする
角加速度計。 ９ 特許請求の範囲第２項に記載の角加速度計に
おいて、前記永久磁石及び前記ピツクアツプコイ
ルを間隔を保つて対向する第１組及び第２組とし
て構成したことと、前記対向する永久磁石及びピ
ツクアツプコイル対を共通軸の周りに対称に配置
したことと、前記ハウジング内の前記第１及び第
２組間スペースに前記導電素子を配置したこと
と、前記導電素子を前記共通軸に回転自在に取付
ける手段が前記ハウジングの外側で接続可能な、
前記導電素子を回転させる手段を含むことと、前
記ハウジングの外側で接続可能な端子手段を前記
ピツクアツプコイルに接続し、前記ピツクアツプ
コイルが前記導電素子の角加速度に比例する信号
を前記端子手段に供給することを特徴とする角加
速度計。[Scope of Claims] 1. A fixed housing made of a magnetic material, and a conductive member rotatably supported within the housing and configured symmetrically with respect to a bisecting plane orthogonal to the rotation axis. an angular accelerometer comprising a magnetic armature and means connectable outside the housing for rotating the armature, for generating magnetic flux linking the armature in a symmetrical pattern about the axis of rotation;
magnetic flux means provided on both sides of the bisecting plane in the housing; pick-up coil means disposed in the housing symmetrically about the rotation axis on both sides of the bisecting plane; terminal means connected to the pick-up coil means and connectable on the outside of the housing; and as the armature rotates, the pick-up coil means generates a voltage proportional to the instantaneous acceleration of the armature. Angular accelerometer. 2. In the angular accelerometer according to claim 1, the magnetic flux means includes a plurality of pairs of permanent magnets, each pair of permanent magnets is spaced apart from each other to form an air gap between them, and in this air gap, An angular accelerometer characterized by having a conductive armature arranged on the. 3. In the angular accelerometer according to claim 2, pairs of permanent magnets each having a distance from each other are arranged at 90° intervals around the axis of rotation, and the first and third pairs are An angular accelerometer characterized in that it has a same polar orientation opposite to the polar orientations of the second and fourth pairs. 4. In the angular accelerometer according to claim 2 or 3, the pick-up coil means includes a plurality of pairs of pick-up coils, and the permanent magnet pairs and the pick-up coil pairs are arranged alternately around the rotation axis. An angular accelerometer featuring: 5. The angular accelerometer according to claim 4, wherein the pick-up coil means includes a magnetic core attached to a housing, the pick-up coil formed around the magnetic core is arranged in an inductive relationship with the magnetic core, and the armature An angular accelerometer characterized in that a path for magnetic flux generated by a current flowing through the angular accelerometer is configured to include a housing and the magnetic core. 6. In the angular accelerometer according to any one of claims 1 to 5, each of the magnetic flux means and the pickup means includes four pairs, and adjacent pairs maintain an interval of 45° around the rotation axis. An angular accelerometer characterized by: 7. The angular accelerometer according to claim 1 or 6, wherein the pick-up coil means includes a plurality of windings connected in series with the terminal means. 8. The angular accelerometer according to claim 1, 6, or 7, including marker means provided on the armature and detection means for detecting the marker means, wherein the detection means detects rotation of the armature. An angular accelerometer characterized by generating a signal proportional to velocity. 9. In the angular accelerometer according to claim 2, the permanent magnet and the pick-up coil are configured as a first set and a second set facing each other with an interval maintained, and the permanent magnet and the pick-up coil facing each other The coil pairs are arranged symmetrically around a common axis, the conductive element is arranged in a space between the first and second pairs in the housing, and the conductive element is rotatably attached to the common axis. means connectable outside said housing;
means for rotating said conductive element; and terminal means connectable outside said housing to said pick-up coil, said pick-up coil supplying to said terminal means a signal proportional to the angular acceleration of said conductive element. An angular accelerometer characterized by: