KR960014485B1 - Apparatus for measuring angular acceleration - Google Patents
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Abstract
내용없음.None.
Description
제1도는 본 발명에 따른 각가속도 측정 장치의 제1실시예를 도시한 블럭도.1 is a block diagram showing a first embodiment of an angular acceleration measuring apparatus according to the present invention.
제2도는 측정된 회전 부재의 회전 샤프트와 각가속도 측정 장치에 사용된 인덕터의 중심축과의 이심 상태를 도시한 설명도.2 is an explanatory diagram showing an eccentric state between the measured rotating shaft of the rotating member and the central axis of the inductor used in the angular acceleration measuring device.
제3도는 본 발명에 따른 각가속도를 측정하기 위한 장치의 제2실시예를 도시한 블럭도.3 is a block diagram showing a second embodiment of the apparatus for measuring the angular acceleration according to the present invention.
제4도는 종래의 각가속도 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블럭도.4 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional angular acceleration measuring apparatus.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10 : 인덕터 12a,12b : 픽업10: inductor 12a, 12b: pickup
13a,13b : 펄스 형성 회로 16,16a,16b : F/V 변환기13a, 13b: pulse shaping circuit 16, 16a, 16b: F / V converter
17 : 가산기 18 : 미분기17: Adder 18: Differential
19 : 펄스 가산기19: pulse adder
본 발명은 디스크형 인덕터를 사용하는 전자기 회전 엔코더, 슬릿 플래이트 등을 사용하는 광학적인 회전 엔코더를 포함하는 각각속도 측정 장치, 특히 자기 엔코더의 회전 인덕터 또는 광학적인 엔코더의 회전 슬릿 플래이트의 이심배열과 같은 기계적인 오차와 상관없이 높은 응답성으로 각가속도의 높은 측정 정확성을 제공할 수 있는 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an angular velocity measuring device comprising an electromagnetic rotary encoder using a disk-type inductor, an optical rotary encoder using a slit plate, and the like, in particular an eccentric array of a rotary inductor of a magnetic encoder or a rotary slit plate of an optical encoder. The present invention relates to a measuring device that can provide high measurement accuracy of angular acceleration with high responsiveness regardless of mechanical error.
일반적으로 공지된 바와 같이, 전기 섀시 동력계(electric chassis dynamometer), 전기 모터 또는 자동차 차량을 위한 파워 트레인 기능 테스트 기계에서 동작가능하게 배열된 회전자의 관성 모멘트의 보상 또는 제어가 중요하다. 예들 들어, 종래 기술의 시뮬레이트된 파워 트레인 기능 테스트 기계는 일반적으로 테스트 기계내에 조립된 회전자의 각가속도의 변화에 기초하여 피드백 제어 신호를 발생하기 위해 최소한 1개의 펄스 픽업을 포함하는 각가속도 측정 장치를 포함한다. 따라서, 제어 변수로 사용되는 이러한 각가속도 데이타를 정확하게 측정 또는 유도하는 것이 중요하다. 전자기 펄스 픽업을 갖는 이러한 종래의 각가속도 측정 장치 중의 하나가 제4도에 도시된다.As is generally known, the compensation or control of the moment of inertia of a rotor operably arranged in an electric chassis dynamometer, an electric motor or a power train functional test machine for a motor vehicle is important. For example, prior art simulated power train functional test machines typically include an angular acceleration measuring device that includes at least one pulse pickup to generate a feedback control signal based on a change in the angular acceleration of the rotor assembled within the test machine. do. Therefore, it is important to accurately measure or derive such angular acceleration data used as control variables. One of these conventional angular acceleration measuring devices with electromagnetic pulse pickup is shown in FIG.
제4도를 참조하면, 각가속도 측정 장치는 측정된 회전 부재의 회전 샤프트에 동축 배열된 디스크형 인덕터(1), 회전 속도 또는 회전 주파수를 모니터하고, 실제적인 사인파 파형 신호를 발생하기 위해 인덕터(1)의 외부 주변 표면에 인접하게 배열된 전자기 펄스 픽업(2), 픽업(2)에 의해 발생된 출력 신호(A)를 프로세싱하고 사인파 파형 신호를 구형(rectangular) 펄스 신호(B)로 변환하기 위해 픽업(2)의 출력 단자에 접속된 파형 형성 회로(3), 미분된 신호(C)를 발생시키기 위해 파형 형성 회로(3)으로부터의 신호(B)를 미분하기 위한 미분기(4), 정류된 펄스 신호(D)를 발생시키기 위해 미분된 신호(C)를 정류하기 위해 미분기(4)에 접속된 정류기(5) 및 정류된 펄스(D)의 주파수를 전압과 같은 아날로그 신호(A/O)로 변환하기 위해 정류기(5)에 접속된 주파수-전압 변환기(6)을 포함한다. 제1도의 파형(B 및 D)로부터 알 수 있듯이, 정류된 펄스(D)는 미분된 펄스파(D)의 주파수가 펄스파(B)의 주파수의 2배가 되도록 각각의 펄스파(B)의 리딩(leading) 연부와 트레일링(trailing) 연부의 2개의 타이밍에서 발생된다. 주파수가 높아질수록 각가속도의 측정의 응답 속도가 높아진다. 제4도의 종래의 측정 장치에서, 상술된 2배의 주파수에 의해 2배의 응답 속도가 얻어질 수 있다. 이러한 방식으로, 펄스 픽업의 수가 증가될수록 측정의 응답 속도가 증가된다. 각속도 신호(A/O)가 상술한 과정을 통해 유도된 후에 각가속도가 신호 각속도 신호(A/O)를 미분함으로써 얻어진다. 전자기 펄스 픽업(2)는 통상적으로 탐침으로 사용되는 실제적인 원통형 영구 자석, 영구 자석 코어의 외부 주변 표면을 따라 배열된 전압 발생 코일 및 감지기 유니트로서 영구 자석과 코일을 둘러싸는 감지기 케이싱으로 구성된다. 제4도에 명백하게 도시되지 않지만, 인덕터(1)은 그 외부 주변에 톱니부(toothed portion)를 갖는다. 톱니는 종래의 방법에서와 동일한 간격으로 인덕터(1)의 외부 주변상에 배열된다. 톱니부는 전자기 펄스 픽업내에 자기유도의 선속의 변화를 일으키도록 통상적으로 금속으로 만들어진다. 픽업(2)의 탐침부는 인덕터(1)의 중심축에 대해 방사상으로 배열된다. 부가적으로, 픽업(2)의 탐침은 인덕터(1)의 회전중 사인파 신호(A)를 발생하기 위해 톱니부 근처에 배열된다. 인접한 톱니 사이의 각각의 피치가 동일하다고 가정할 때, 펄스 픽업(2)는 회전 샤프트의 회전 속도에 기초하여 정확하게 시뮬레이트된 펄스 신호를 생성하여 회전 샤프트의 실제적인 회전 주파수(회전 속도)로부터의 주파수 변동(fluctuation)오프셋팅을 제거한다. 이러한 주파수 변동은 또한 측정된 회전 부재의 회전 샤프트의 축과 인덕터(1)의 중심축 사이의 이심률(eccentricity)에 기인하여 발생된다. 상술한 것으로부터 명백하듯이, 정확한 각속도 측정(결과적으로 더 정확한 각가속도 측정)을 보장하기 위해 기어된 인덕터(1)의 톱니부에 대한 정확한 가공 및 측정된 회전 부재의 샤프트와 인덕터(1) 사이에 정확한 동축 배열을 제공하는 것이 필요하다. 따라서, 제4도의 종래의 각가속도 측정 장치는 각가속도 측정의 높은 정확성을 보장하기 위해 인덕터(1)의 가장 정확한 가동을 필요로 한다. 이것은 광학적인 엔코더의 경우에도 동일한다. 상기 기술된 주파수 변동은 모니터된 회전 주파수 신호에서 오차 성분을 발생한다. 각가속도 표시 신호가 가속도 신호(A/O)를 미분함으로써 유도될 때, 가속도가 속도값의 제곱에 비례하므로 이러한 오차 성분은 바람직하지 못하게 증폭된다. 그러므로, 측정된 대상이 고속으로 회전될 때, 모니터된 신호내에 포함된 오차 성분은 무시할 수 없다.Referring to FIG. 4, the angular acceleration measuring device monitors the rotational speed or rotational frequency of the disc-shaped inductor 1 coaxially arranged on the rotating shaft of the measured rotating member, and generates the inductor 1 in order to generate an actual sinusoidal waveform signal. Electromagnetic pulse pickup (2) arranged adjacent to the outer peripheral surface of the < RTI ID = 0.0 >), < / RTI > for processing the output signal A generated by the pickup 2 and converting the sinusoidal waveform signal into a rectangular pulse signal B. A waveform forming circuit 3 connected to the output terminal of the pickup 2, a differentiator 4 for differentiating the signal B from the waveform forming circuit 3 to generate a differential signal C, and a rectified The frequency of the rectifier 5 and the rectified pulse D connected to the differentiator 4 to rectify the differential signal C to generate the pulse signal D is analog signal (A / O) such as voltage. Frequency-to-voltage converter connected to rectifier 5 for conversion to It includes (6). As can be seen from the waveforms B and D of FIG. 1, the rectified pulse D is divided into the respective pulse waves B such that the frequency of the differentiated pulse wave D is twice the frequency of the pulse wave B. FIG. It occurs at two timings, the leading edge and the trailing edge. The higher the frequency, the higher the response speed of the measurement of angular acceleration. In the conventional measuring apparatus of FIG. 4, twice the response speed can be obtained by the above-mentioned twice frequency. In this way, the response speed of the measurement increases as the number of pulse pickups increases. After the angular velocity signal A / O is derived through the above-described process, the angular acceleration is obtained by differentiating the signal angular velocity signal A / O. The electromagnetic pulse pickup 2 consists of a practical cylindrical permanent magnet typically used as a probe, a voltage generating coil arranged along the outer peripheral surface of the permanent magnet core and a detector casing which surrounds the permanent magnet and the coil as a detector unit. Although not explicitly shown in FIG. 4, the inductor 1 has a toothed portion around its exterior. The teeth are arranged on the outer periphery of the inductor 1 at the same spacing as in the conventional method. The teeth are typically made of metal to cause a change in the magnetic flux of magnetic induction in the electromagnetic pulse pickup. The probe portion of the pickup 2 is arranged radially with respect to the central axis of the inductor 1. In addition, the probe of the pickup 2 is arranged near the toothed portion to generate a sinusoidal signal A during the rotation of the inductor 1. Assuming that each pitch between adjacent teeth is the same, the pulse pickup 2 generates a precisely simulated pulse signal based on the rotational speed of the rotating shaft to produce a frequency from the actual rotational frequency (rotational speed) of the rotating shaft. Eliminate fluctuation offsets. This frequency variation also occurs due to the eccentricity between the axis of the rotating shaft of the rotating member and the central axis of the inductor 1 measured. As is evident from the foregoing, between the inductor 1 and the shaft of the rotating member measured and precisely machined to the teeth of the geared inductor 1 to ensure accurate angular velocity measurements (and consequently more accurate angular acceleration measurements). It is necessary to provide an accurate coaxial arrangement. Thus, the conventional angular acceleration measuring apparatus of FIG. 4 needs the most accurate operation of the inductor 1 to ensure the high accuracy of the angular acceleration measurement. This is also the case with an optical encoder. The frequency variation described above generates an error component in the monitored rotational frequency signal. When the angular acceleration display signal is derived by differentiating the acceleration signal A / O, this error component is undesirably amplified because the acceleration is proportional to the square of the speed value. Therefore, when the measured object is rotated at high speed, the error component included in the monitored signal cannot be ignored.
고응답 속도에서 각가속도 측정을 보장하기 위해 상술한 바와 같은 2배의 주파수를 제공할 수 있는 다른 종래의 각가속도 측정 장치는 일본특허공개 제59-217167호에 개시된다. 상기 공보는 각각 역 위상으로 전기적으로 놓여 있는 한쌍의 실제적인 구형 펄스 신호를 발생하도록 배열된 한쌍의 펄스 픽업 수단에 의해 2배 높은 주파수를 제공하는 방법을 제시한다. 상술된 전기적인 역위상 배열은 하나의 펄스 픽업의 탐침이 톱니의 강체부의 중심과 정렬되고, 다른 펄스 픽업의 탐침은 톱니 홈의 중심과 정렬되는 것을 의미한다. 각각의 구형 신호는 선정된 게인(1/2)을 갖는 2개의 F/V 변환기 신호를 가산하기 위해 배열된 연결된 주파수-전압 변환기(F/V 변환기)를 통해 가산기에 공급되어, 하나의 펄스 픽업에 의해서 발생되는 펄스 신호의 주파수와 비교할 때 2배 높은 주파수를 갖는 가산기 신호가 된다. 이 경우에, 펄스 픽업의 수가 증가함에 따라 측정의 응답 속도가 증가되더라도 각가속도의 측정 정확성은 인덕터의 톱니의 피치 오차 또는 인덕터의 중심축과 측정된 회전 부재의 회전 샤프트 사이의 이심률에 의해 영향을 받을 수 있다.Another conventional angular acceleration measuring apparatus capable of providing twice the frequency as described above to ensure angular acceleration measurement at high response speed is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-217167. The publication proposes a method of providing twice as high frequency by a pair of pulse pickup means arranged to generate a pair of actual spherical pulse signals which are each electrically laid out in reverse phase. The electrical antiphase arrangement described above means that the probe of one pulse pickup is aligned with the center of the rigid part of the tooth and the probe of the other pulse pickup is aligned with the center of the tooth groove. Each spherical signal is fed to the adder through a connected frequency-to-voltage converter (F / V converter) arranged to add two F / V converter signals with a predetermined gain (1/2), one pulse pickup It becomes an adder signal having a frequency twice as high as compared to the frequency of the pulse signal generated by. In this case, even if the response speed of the measurement increases as the number of pulse pickups increases, the measurement accuracy of the angular acceleration may be influenced by the pitch error of the inductor teeth or the eccentricity between the center axis of the inductor and the rotating shaft of the measured rotating member. Can be.
그러므로, 상술한 관점에서의 본 발명의 목적은 측정된 회전 부재의 회전 샤프트에 부착된 디스크 플래이트와 디스크 플래이트의 회전수에 비례하는 펄스를 각각 발생하는 최소한 2개의 펄스 픽업을 사용하는 향상된 각가속도 측정 장치를 제공하기 위한 것으로, 측정된 회전 부재의 샤프트의 축과 디스크 플래이트의 중심축과의 이심률에 기인하여 발생하는 측정 오차를 감소시켜서 결과적으로 각가속도 측정 정확성을 향상시킬 수 있다.Therefore, an object of the present invention in view of the above is an improved angular acceleration measuring apparatus using at least two pulse pickups each generating pulses proportional to the number of revolutions of the disk plate and the disk plate attached to the rotating shaft of the rotating member. In order to provide a, it is possible to reduce the measurement error caused due to the eccentricity between the axis of the shaft of the rotating member and the center axis of the disk plate, and consequently improve the angular acceleration measurement accuracy.
본 발명의 다른 목적은 측정된 회전 부재의 회전 샤프트에 부착된 디스크 플래이트와 최소한 2개의 펄스 픽업을 사용하는 각가속도 측정 장치를 제공하기 위한 것으로, 디스크 플레이트의 비교적 낮은 가공 정확성과 상관없이 각가속도 측정의 높은 정확성을 보장할 수 있다.Another object of the present invention is to provide an angular acceleration measuring device using at least two pulse pick-ups and a disk plate attached to a rotating shaft of a measured rotating member. Accuracy can be guaranteed.
본 발명의 또다른 목적은 측정된 회전 부재의 회전 샤프트에 부착된 디스크 플래이트와 최소한 2개의 펄스 픽업을 사용하는 각가속도 측정 장치를 제공하기 위한 것으로, 고응답 속도에서 정확한 각가속도 측정을 수행할 수 있다.Another object of the present invention is to provide an angular acceleration measuring device using at least two pulse pickups and a disk plate attached to the rotating shaft of the measured rotating member, which enables accurate angular acceleration measurement at high response speed.
본 발명의 상술한 목적 및 다른 목적을 달성하기 위해, 회전 샤프트의 각가속도를 측정하기 위한 장치는 회전 샤프트로부터 외부로 연장되는 방식으로 회전 샤프트에 부착된 디스크 플래이트, 디스크 플래이트의 회전수에 비례하는 주파수를 갖는 펄스 신호를 발생하기 위한 펄스 발생기, 디스크 플래트의 각가속도를 유도하기 위해 펄스 발생기에 접속된 펄스 프로세싱 회로를 포함하고, 펄스 프로세싱 회로는 펄스 발생기로부터의 펄스 신호의 주파수를 디스크 플래이트의 각속도를 나타내는 전압 신호로 변환하기 위해 펄스 발생기에 접속된 주파수-전압 변환 수단 및 각가속도 신호를 발생하도록 각속도 표시 전압 신호를 미분하기 위해 주파수-전압 변환기 수단에 접속된 미분기를 포함한다. 펄스 발생기는 디스크 플래이트에 대해 동일한 위상각 차이만큼 서로 각을 이루어 오프셋하는 방식으로 디스크 플래이트의 주변 근처에 배열된 최소한 2개의 펄스 픽업을 포함하고, 또한 펄스 프로세싱 회로는 디스크 플래이트의 축과 인덕터의 중심축과의 이심률에 기인하여 생성된 오차 성분을 가산기 출력 신호로부터 제거하기 위해 입력 신호를 가산하기 위해 주파수-전압 변환 수단의 업스트림(upstream) 또는 다운스트림(downstream)으로 배열된 가산기를 포함한다.In order to achieve the above and other objects of the present invention, an apparatus for measuring the angular acceleration of a rotating shaft includes a disk plate attached to the rotating shaft in a manner extending outwardly from the rotating shaft, a frequency proportional to the number of revolutions of the disk plate. A pulse generator for generating a pulse signal having a pulse processing circuit connected to the pulse generator for inducing an angular acceleration of the disk plate, the pulse processing circuit representing a frequency of the pulse signal from the pulse generator indicative of an angular velocity of the disk plate. Frequency-to-voltage conversion means connected to the pulse generator for converting to the voltage signal and a differentiator connected to the frequency-to-voltage converter means for differentiating the angular velocity indicating voltage signal to generate the angular acceleration signal. The pulse generator includes at least two pulse pickups arranged near the periphery of the disc plate in such a manner that they are offset from each other by the same phase angle difference with respect to the disc plate, and the pulse processing circuit further comprises a center of the inductor and the axis of the disc plate. And an adder arranged upstream or downstream of the frequency-to-voltage converting means for adding the input signal to remove the error component generated due to the eccentricity with the axis from the adder output signal.
펄스 발생기는 펄스 픽업에 의해 발생된 사인파 신호를 구형 펄스 신호로 파형 형성하기 위해 펄스 픽업중의 하나에 각각 접속된 최소한 2개의 펄스 형성 회로를 포함할 수 있고, 주파수-전압 변환 수단은 펄스형성 회로 중의 하나에 각각 접속된 최소한 2개의 주파수-전압 변환기를 포함할 수 있다. 또한, 가산기는 각속도 표시 가산 신호로부터 오차 성분을 제거하기 위해 주파수-전압 변환기의 다운스트림으로만 배열된 전압 가산 회로로 구성될 수 있다. 다르게는, 펄스 발생기는 펄스 픽업에 의해 발생된 사인파 신호를 구형 펄스 신호로 파형 형성하기 위해 펄스 픽업 중의 하나에 각각 접속된 최소한 2개의 펄스 형성 회로를 포함할 수 있고, 가산기는 각각의 펄스 형성 회로에 의해 발생된 펄스 신호로부터 오차 성분을 제거하기 위해 모든 펄스 형성 회로에 접속되는 펄스 가산 회로를 포함할 수 있으며, 주파수-전압 변환 수단은 펄스 가산회로의 다운스트림으로만 배열된 유일한 주파수-전압 변환기를 포함할 수 있다.The pulse generator may comprise at least two pulse forming circuits each connected to one of the pulse pickups to waveform the sinusoidal signal generated by the pulse pickup into a rectangular pulse signal, the frequency-voltage converting means being a pulse forming circuit. It may comprise at least two frequency-to-voltage converters each connected to one of them. The adder may also be comprised of a voltage adding circuit arranged only downstream of the frequency-voltage converter to remove error components from the angular velocity indication addition signal. Alternatively, the pulse generator may include at least two pulse shaping circuits, each connected to one of the pulse pickups, to form a sinusoidal signal generated by the pulse pickup into a rectangular pulse signal, the adder being a respective pulse shaping circuit. And a pulse adder circuit connected to all the pulse shaping circuits to remove the error component from the pulse signal generated by the frequency-voltage converting means, wherein the frequency-voltage converting means is the only frequency-voltage converter arranged only downstream of the pulse adder circuit. It may include.
디스크 플래이트는 양호하게는 동일한 피치로 그 주변에 배열된 다수의 톱니를 갖는 기어된 인덕터로 구성되고, 각각의 픽업은 인덕터의 중심축과 방사상으로 정렬된 전자기 펄스 픽업으로 구성된다. 다르게는, 디스크 플래이트는 슬릿 플래이트의 중심축에 대해 동일 피치로 서로 떨어져서 방사상으로 배열된 다수의 슬릿을 갖는 최소한 하나의 광 슬릿 플래이트, 슬릿 플래이트의 하나의 표면에 대향하는 발광 장치 및 슬릿 플래이트를 통과하는 광을 수신하기 위해 다른 표면에 대향하는 수광 장치로 구성될 수 있다.The disk plate preferably consists of a geared inductor having a number of teeth arranged around it at the same pitch, and each pickup consists of an electromagnetic pulse pickup aligned radially with the central axis of the inductor. Alternatively, the disc plate passes through at least one optical slit plate having a plurality of slits arranged radially apart from one another at the same pitch with respect to the central axis of the slit plate, the light emitting device and the slit plate opposing one surface of the slit plate. It may be composed of a light receiving device facing the other surface to receive the light.
제1실시예First embodiment
이제 도면, 특히 제1도를 참조하면, 본 발명의 각가속도 측정 장치가 전자기 회전 엔코더의 경우에서 예시된다. 제1도에 도시된 바와 같이, 제1실시예의 측정 장치는 디스크형 인덕터(10) 및 인덕터(10)의 외원주 표면의 근처에 배열된 한쌍의 대향 펄스 픽업(12a 및 12b)를 포함한다. 2개의 펄스 픽업(12a 및 12b) 사이의 상대적인 위치 관계는 각각의 펄스 픽업이 인덕터(10)에 대해 동일 위상 각 차이에 의해 서로 각을 이루어 오프셋하도록 결정된다. 제1실시예에서, 2개의 펄스 픽업(12a 및 12b)이 사용되기 때문에 이러한 펄스 픽업은 180도의 동일한 위상각차로 서로 떨어져 정반대로 배열된다. 제1실시예의 측정 장치는 또한 펄스 픽업(12a 및 12b)에 각각 접속된 한쌍의 펄스 형성 회로(13a 및 13b), 한쌍의 주파수-전압(F/V) 변환기(16a 및 16b), 아날로그 가산기(17) 및 미분기(18)을 포함한다. 펄스 형성 회로(13a)는 픽업(12a)에 의해 발생된 사인파 신호를 구형 펄스 신호로 변환하기 위해 배열되고, 펄스 형성 회로(13b)는 픽업(12b)에 의해 발생된 사인파 신호를 구형 펄스 신호로 변환하기 위해 배열된다. F/V 변환기(16a)는 회로(13a)에 의해 생성된 구형 펄스 신호를 전압 신호로 변환하기 위해 펄스 형성 회로(13a)에 접속되고, F/V 변환기(16b)는 회로(13b)에 의해 생성된 구형 펄스 신호를 전압 신호로 변환하기 위해 펄스 형성 회로(13b)에 접속한다. 아날로그 가산기(17)은 선정된 게인(1/2)만큼 배가된 2개의 전압 신호 중의 하나를 게인(1/2)에 의해 배가된 다른 전압 신호에 가산하고, 전압 신호를 표준화시키기 위해 배열된다. 가산기(17)에 의해 생성된 가산 신호는 각속도 신호로 기본적으로 사용된다. 미분기(18)은 각가속도 신호를 발생하도록 가산기 신호를 미분한다.Referring now to the drawings, in particular FIG. 1, an angular acceleration measuring apparatus of the present invention is illustrated in the case of an electromagnetic rotary encoder. As shown in FIG. 1, the measuring device of the first embodiment includes a disk-shaped inductor 10 and a pair of opposed pulse pickups 12a and 12b arranged near the outer circumferential surface of the inductor 10. As shown in FIG. The relative positional relationship between the two pulse pickups 12a and 12b is determined such that each pulse pickup is angled to each other by the same phase angle difference with respect to the inductor 10. In the first embodiment, since two pulse pickups 12a and 12b are used, these pulse pickups are arranged opposite to each other with the same phase angle difference of 180 degrees. The measuring device of the first embodiment also includes a pair of pulse forming circuits 13a and 13b, a pair of frequency-to-voltage (F / V) converters 16a and 16b, and an analog adder, respectively, connected to the pulse pickups 12a and 12b. 17) and differentiator 18. The pulse shaping circuit 13a is arranged to convert the sinusoidal signal generated by the pickup 12a into a square pulse signal, and the pulse shaping circuit 13b converts the sinusoidal signal generated by the pickup 12b into a square pulse signal. Is arranged for conversion. The F / V converter 16a is connected to the pulse shaping circuit 13a for converting the square pulse signal generated by the circuit 13a into a voltage signal, and the F / V converter 16b is connected by the circuit 13b. It connects to the pulse shaping circuit 13b to convert the generated rectangular pulse signal into a voltage signal. The analog adder 17 is arranged to add one of the two voltage signals doubled by the selected gain 1/2 to the other voltage signal doubled by the gain 1/2, and to normalize the voltage signal. The addition signal generated by the adder 17 is basically used as the angular velocity signal. Differentiator 18 differentiates the adder signal to generate an angular acceleration signal.
측정된 회전 부재의 회전 샤프트(도시되지 않음)의 축과 인덕터(10)의 중심축과의 이심률과 각가속도 신호에 포함된 오차 성분간의 관계가 후술된다.The relationship between the eccentricity between the measured axis of the rotating shaft (not shown) of the rotating member and the central axis of the inductor 10 and the error component included in the angular acceleration signal is described below.
제2도를 참조하면, 0는 측정된 회전 부재의 회전 샤프트의 축을 표시하고, 0'는 인덕터(10)의 중심축을 표시하며, e는 인덕터(10)의 중심축과 측정된 대상의 회전 샤프트의 축 사이의 이심 거리를 표시하고, R은 디스크형 인덕터(10)의 외원주에 대한 외부 반경을 표시하며, n은 회전 샤프트의 회전수(r.p.m) 또는 회전 주파수(sec-1)를 표시한다. 인덕터(10)의 최외곽에서 속도(ⅴ)는 다음의 근사 식(1)로 나타난다.Referring to FIG. 2, 0 represents the axis of the rotating shaft of the rotating member, 0 'represents the central axis of the inductor 10, and e represents the central axis of the inductor 10 and the rotating shaft of the measured object. Is the eccentric distance between the axes of R, R denotes the outer radius of the outer circumference of the disc-shaped inductor 10, and n denotes the rotational speed (rpm) or the rotational frequency (sec-1) of the rotating shaft. . In the outermost part of the inductor 10, the speed is represented by the following approximation equation (1).
v≒2πRn+2πen sin(2πnt)........................................(1)v ≒ 2πRn + 2πen sin (2πnt) ........................ ( One)
펄스 픽업의 출력 주파수(f)는 속도(v)에 비례한다. 출력 주파수(f)는 오차 성분[식(1)의 2항을 참조]때문에, 샤프트의 실제적인 주파수(n)과 다르다. 후속적으로, 주파수(f)를 갖는 펄스 트레인이 F/V 변환기에 공급될 때, F/V 변환기의 출력 전압(V)는 속도(v)에 비례하는 전압값으로 된다. 결과적으로, 출력 전압(V)는 다음의 식(2)에서와 같이 esin(2πnt)/R의 비율로 오차 성분을 포함한다.The output frequency f of the pulse pickup is proportional to the speed v. The output frequency f is different from the actual frequency n of the shaft because of the error component (see 2 in equation (1)). Subsequently, when a pulse train having a frequency f is supplied to the F / V converter, the output voltage V of the F / V converter becomes a voltage value proportional to the speed v. As a result, the output voltage V includes an error component at a ratio of esin (2πnt) / R as in the following equation (2).
V≒K2πRn+2πen sin(2πnt)......................................(2)V ≒ K2πRn + 2πen sin (2πnt) ...................... (2)
상기 식(2)에서 전압값(V)는 각속도 신호와 동일하다. 각가속도 신호는 다음의 식(3)에 보여지는 것처럼, 미분기(18)에 의해 전압(V)를 미분함으로써 유도된다.In Equation (2), the voltage value V is equal to the angular velocity signal. The angular acceleration signal is derived by differentiating the voltage V by the differentiator 18, as shown in the following equation (3).
dV/dt≒K2πR(dn/dt)+(2πn)2e cos(2πnt)dV / dt ≒ K2πR (dn / dt) + (2πn) 2 e cos (2πnt)
+2πen sin(2πnt)(dn/dt).......................................(3)+ 2πen sin (2πnt) (dn / dt) ... (3)
식(3)에서, 3항의 2πen sin(2πnt)(dn/dt)값이 2항의 2πen sin(2πnt)(dn/dt)과 비교할 때 무시될 수 있으므로, 2항의 값은 실제 오차 성분으로 간주할 수 있다.In Eq. (3), the value of 2 is considered to be the true error component, because the 2πen sin (2πnt) (dn / dt) value of 3 can be ignored when compared to 2πen sin (2πnt) (dn / dt) of 2 Can be.
각가속도 측정 장치를 갖는 섀시 동력계에서, 동력계의 회전자의 바깥 지름이 1061mm이고, 각가속도 측정 장치의 인덕터가 1/2000의 이심률(e/R)을 가지며, 회전자의 회전수(n)이 500r.p.m(8.33sec-1)이고, 또한 인덕터의 바깥지름이 회전자의 바깥 지름과 동일하다면, 인덕터의 주변 속도[v(=2πnR)]이 100Km/h에 대응하기 때문에 값(KR)은 다음 식(4)로 표현된다.In a chassis dynamometer having an angular acceleration measuring device, the outer diameter of the rotor of the dynamometer is 1061 mm, the inductor of the angular acceleration measuring device has an eccentricity (e / R) of 1/2000, and the rotation speed n of the rotor is 500r. If pm (8.33sec-1) and the outside diameter of the inductor is the same as the outside diameter of the rotor, the value KR is given by the following equation since the inductor's peripheral speed [v (= 2πnR)] corresponds to 100Km / h. It is represented by (4).
KR=100/(2π×8.33)≒1.91[(Km/h)/sec]..............................(4)KR = 100 / (2π × 8.33) ≒ 1.91 [(Km / h) / sec] ......................... (4)
상기 조건하에서, 각가속도의 오차 성분의 최대값은 다음 식(5)에 의해 계산된다.Under the above conditions, the maximum value of the error component of the angular acceleration is calculated by the following equation (5).
K(2πn)2e=K(2πn)2R/2000=(1.91/2000)(2π×8.33)2 K (2πn) 2 e = K (2πn) 2 R / 2000 = (1.91 / 2000) (2π × 8.33) 2
=2.62[(Km/h)/sec]..................................................(5)= 2.62 [(Km / h) / sec] .................. ........... (5)
인덕터의 중심축과 회전자의 축과의 이심률이 1/2000이고 회전자가 100Km/h와 같은 비교적 고속도로 회전되는 상기 경우에서, 중력 가속도 1G가 근사적으로 35.3[(Km/h)sec]이므로 각가속도의 상기 오차 성분의 계산된 값 2.62(Km/h)/sec는 실제적으로 0.074G에 해당한다. 일반적으로, 동력계가 ±0.5G의 가속도 범위내에서 동작되기 때문에, 이러한 오차 성분 0.074G는 무시할 수 없다. 가속도가 속도의 제곱에 비례한다는 기본 공식에 의해 회전 속도가 고속도 범위로 증가될수록 오차 성분의 크기도 증가된다.In this case where the eccentricity between the center axis of the inductor and the axis of the rotor is 1/2000 and the rotor is rotated at a relatively high speed such as 100 km / h, the angular acceleration is approximately 35.3 [(Km / h) sec] because the gravitational acceleration 1G The calculated value of the error component of 2.62 (Km / h) / sec actually corresponds to 0.074G. In general, since the dynamometer is operated within an acceleration range of ± 0.5 G, this error component 0.074 G cannot be ignored. The basic formula that acceleration is proportional to the square of speed increases the magnitude of the error component as the rotational speed is increased in the high-speed range.
본 발명에 따른 각가속도 측정 장치에서, 최소한 2개의 펄스 픽업이 인덕터에 대해 동일한 상대적 각 변위로 서로 배열되므로, 각각의 F/V 변환기에 의해 발생된 전압 신호(V)에 포함된 오차 성분은 가산기(7)을 통해 제거된다. 제1실시예에서, F/V 변환기(16a)로부터의 전압 신호에 포함된 오차 성분(2πKen sin(2πnt) (식(2)의 2항에 대응)의 부호가 양(+)이라고 가정하면, 2개의 픽업(12a 및 12b)가 180도의 동일한 위상각 차이로 서로 정반대로 배열되므로 F/V 변환기(16b)로부터의 전압 신호에 포함된 오차 성분 2πKen sin(2πnt)의 부호는 음(-)의 부호이다. 결과적으로, 2개의 전압 신호가 가산기(17)에 의해 함께 가산될 때 상기 오차 성분은 최소한으로 제거될 수 있다. 따라서, 각속도의 오차는 최소로 감소되고, 결과적으로 각가속도의 오차도 역시 최소로 감소된다.In the angular acceleration measuring apparatus according to the present invention, since at least two pulse pickups are arranged with each other at the same relative angular displacement with respect to the inductor, the error component included in the voltage signal V generated by each F / V converter is added to the adder ( 7) is removed. In the first embodiment, assuming that the sign of the error component (2πKen sin (2πnt) (corresponding to 2 in formula (2))) included in the voltage signal from the F / V converter 16a is positive (+), Since the two pickups 12a and 12b are arranged opposite each other with the same phase angle difference of 180 degrees, the sign of the error component 2πKen sin (2πnt) included in the voltage signal from the F / V converter 16b is negative. As a result, when the two voltage signals are added together by the adder 17, the error component can be eliminated to a minimum, so that the error in the angular velocity is reduced to a minimum, and consequently the error in the angular acceleration is also reduced. Reduced to a minimum.
상술한 대로, 제1실시예의 각가속도 측정 장치는 인덕터의 중심축과 측정된 회전 샤프트의 축과의 이심률에 상관없이 정확한 각가속도 측정을 제공할 수 있다. 실제로, 각가속도 측정 정확도가 다른 인자, 즉 인덕터의 주변에 형성된 톱니의 피치 오차, 회전 샤프트축 자체의 경미한 이심률 및 회전 샤프트를 회전가능하게 수용하는 베어링의 유격 홀의 경미한 이심률에 의해 영향을 받을 수 있으므로, 각가속도의 오차가 완전히 0으로 되는 것은 불가능하다. 제1실시예의 각가속도 측정 장치의 경우, 각가속도 오차 성분의 크기는 종래의 각가속도 측정 장치와 비교하여 1/5에서 1/10까지 최대로 감소될 수 있다.As described above, the angular acceleration measuring apparatus of the first embodiment can provide accurate angular acceleration measurement regardless of the eccentricity between the center axis of the inductor and the axis of the measured rotating shaft. In practice, the angular acceleration measurement accuracy can be influenced by other factors: the pitch error of the teeth formed around the inductor, the slight eccentricity of the rotating shaft axis itself, and the slight eccentricity of the play hole of the bearing rotatably receiving the rotating shaft. It is impossible for the angular acceleration error to be completely zero. In the case of the angular acceleration measuring apparatus of the first embodiment, the magnitude of the angular acceleration error component can be reduced to a maximum from 1/5 to 1/10 as compared with the conventional angular acceleration measuring apparatus.
제2실시예Second embodiment
이제 제3도를 참조하면, 전자기 회전 엔코더에 적용된 각가속도 측정 장치의 제2실시예가 도시된다. 제3도에 도시된 제2실시예의 측정 장치의 기본 구성은 제1도에 도시된 제1실시예의 기본 구성과 유사하다. 그러므로, 제1 및 제2실시예의 비교를 위해 제1실시예에 사용된 것과 동일한 참조 번호가 제3도의 제2실시예에 사용된 대응 소자에 적용될 것이다. 제2실시예는 한쌍의 F/V 변환기(16a 및 16b)로 구성되는 오차 성분 제거 회로와 가산기(17)이 하나의 F/V 변환기(16)과 펄스 가산기(19)로 대체된다는 것이 제1실시예와 다르다. 제3도로부터 명백하듯이, 펄스 픽업(13a)의 출력 주파수 신호와 펄스 픽업(13v)의 출력 주파수 신호는 펄스 가산기(19)를 통해 중첩진다. 상술된 식(1)에서 보여진 바와 같이, 출력 주파수 신호에 포함된 오차 성분(2πen sin(2πnt)}는 상술된 2개의 픽업의 동일 위상각차 배열 때문에 제거된다. 따라서, F/V 변환기에 의해 발생된 전압 신호(V)는 오차 성분을 거의 포함되지 않는다. 결과적으로, 제2실시예의 측정 장치는 미분기(18)을 통해 얻어진 각속도값에 포함된 오차 성분을 최소로 제한할 수 있다. 제2실시예에서, 펄스 가산기가 2개의 픽업(13a 및 13b)로부터의 출력 펄스 신호가 서로 겹쳐지는 것을 방지하는 것을 위해 펄스 트레인 중첩 방지 회로를 포함하는 것이 양호하다.Referring now to FIG. 3, there is shown a second embodiment of an angular acceleration measuring device applied to an electromagnetic rotary encoder. The basic configuration of the measuring device of the second embodiment shown in FIG. 3 is similar to the basic configuration of the first embodiment shown in FIG. Therefore, the same reference numerals as used in the first embodiment for the comparison of the first and second embodiments will be applied to the corresponding elements used in the second embodiment in FIG. The second embodiment shows that the error component removal circuit and adder 17, which is composed of a pair of F / V converters 16a and 16b, is replaced by one F / V converter 16 and pulse adder 19. It differs from an Example. As is apparent from FIG. 3, the output frequency signal of the pulse pickup 13a and the output frequency signal of the pulse pickup 13v are superimposed through the pulse adder 19. As shown in FIG. As shown in Equation (1) above, the error component (2πen sin (2πnt)) included in the output frequency signal is eliminated due to the equal phase difference arrangement of the two pickups described above. As a result, the measurement device of the second embodiment can limit the error component included in the angular velocity value obtained through the differentiator 18 to a minimum. In an example, it is preferred that the pulse adder includes a pulse train overlap prevention circuit to prevent the output pulse signals from the two pickups 13a and 13b from overlapping each other.
상술한 것으로부터 명백하듯이, 본 발명의 각가속도 측정 장치가 섀시 동력계 또는 파워 트레인 기능 테스트 기계에 응용된다면, 회전자의 관성 모멘트의 전기적인 보상 또는 제어가 각가속도값의 정확한 측정을 위해 정확하게 수행될 수 있다. 이것은 동력계 또는 파워 트레인 기능 테스트 기계장치의 응답 속도와 제어 정확성이 각가속도 측정의 응답 속도 측정 정확성의 향상에 따라 향상된다는 것을 의미한다.As is apparent from the foregoing, if the angular acceleration measuring device of the present invention is applied to a chassis dynamometer or a power train functional test machine, electrical compensation or control of the moment of inertia of the rotor can be performed accurately for accurate measurement of the angular acceleration value. have. This means that the response speed and control accuracy of the dynamometer or power train functional test mechanism is improved by improving the response speed measurement accuracy of the angular acceleration measurement.
양호한 실시예의 각가속도 측정 장치가 180도의 위상차를 갖는 2개의 대향 펄스 픽업을 사용하지만, 3개의 펄스 픽업이 예를 들어, 120도이 동일한 위상각 차이로 전자기 회전 엔코더의 인덕터에 대해 방사상으로 배열될 수 있다.Although the angular acceleration measuring device of the preferred embodiment uses two opposing pulse pickups having a phase difference of 180 degrees, three pulse pickups can be arranged radially with respect to the inductor of the electromagnetic rotary encoder, for example, with a phase angle difference equal to 120 degrees. .
더욱이, 제1 및 제2실시예에 사용된 기어된 인덕터와 전자기 펄스 픽업은 슬릿 플래이트의 중심축에 대해 동일 피치로 서로 떨어져 방사상으로 배열된 다수의 슬릿을 갖는 최소한 하나의 슬릿 플래이트, 슬릿 플래이트의 하나의 표면에 대향하는 발광 장치 및 슬릿 플래이트를 통과하는 광을 수신하기 위해 다른 표면에 대향하는 수광 장치로 대체될 수 있다.Moreover, the geared inductor and the electromagnetic pulse pick-up used in the first and second embodiments have at least one slit plate, slit plate having a plurality of slits arranged radially apart from each other at the same pitch with respect to the center axis of the slit plate. It can be replaced by a light emitting device opposite one surface and a light receiving device opposite the other surface to receive light passing through the slit plate.
본 발명을 수행하는 양호한 실시예가 상술되지만, 본 발명은 상술된 특정 실시예에 제한되지 않으며, 다양한 변형과 수정이 다음의 특허청구의 범위에 의해 한정된 본 발명의 범위 및 취지를 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다While the preferred embodiments for carrying out the invention have been described above, the invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications and changes can be made without departing from the scope and spirit of the invention as defined by the following claims. I can understand that
Claims (5)
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