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JP2003189661A - 電動機速度の測定方法 - Google Patents

電動機速度の測定方法

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JP2003189661A
JP2003189661A JP2002365340A JP2002365340A JP2003189661A JP 2003189661 A JP2003189661 A JP 2003189661A JP 2002365340 A JP2002365340 A JP 2002365340A JP 2002365340 A JP2002365340 A JP 2002365340A JP 2003189661 A JP2003189661 A JP 2003189661A
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coil
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rotor
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機、特に永久磁石直流（ＰＭＤＣ）電動
機の回転速度を検出する方法及び装置を提供する。 【解決手段】 電動機の速度センサは、コミュテーショ
ンによって生ずる電機子の電磁場の変化を検出し、電動
機の回転速度を表す出力信号を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、巻線型回転子を有
する電動機、特に永久磁石直流（ＰＭＤＣ）電動機の速
度を検知する方法、及び該方法を遂行するための装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】電動機の回転速度を検知するために使用
される方法は数多く存在している。ホール効果センサ
は、シャフトまたは回転子コアに取付けられた磁石の回
転を検知することができ、光センサは、ディスクの回
転、または回転子コアの明及び暗区分を検出することが
できる。これらのオプションは高価であるが、一般的に
信頼できるものである。
【０００３】他のオプションは、電動機電流のコミュテ
ーションスパイクの監視、及び固定子の磁場内での回転
子の回転による磁場強度の変化の検出を含む。これらの
方法は、安価であり、クリーンな環境においては成功し
ているが、電気的雑音の多い環境においては誤った読み
を生じ易く、また電動機の寿命が終わりに近づくにつれ
てブラシによって生成される電気的雑音が増加するため
に、使用不能になることも屡々である。
【０００４】従って、安価ではあるが、信頼できる電動
機速度を検知する方法に対する要望が存在している。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、巻線型回転子を有するＰＭＤ
Ｃ電動機の回転速度を表す信号を発生させる方法を提供
し、本方法は、電動機の電磁放出を測定することによっ
て生信号を生成するステップと、生信号を濾波し、コミ
ュテーションイベントに伴うスパイクを含む巻線型回転
子の電磁的活動を分離することによって第２の信号を生
成するステップと、第２の信号を処理し、スパイクを矩
形パルスに変化させることによって出力信号を生成ステ
ップとを含む。
【０００６】第２の面によれば、本発明はＰＭＤＣ電動
機を提供し、本電動機は、永久磁石固定子と、固定子と
対面している巻線型回転子と、回転子から離間している
が、回転子が生成する電磁場内に位置し、電動機が使用
されている時に生入力信号を生成するセンサコイルを含
む速度センサと、コイルに接続され、生入力信号を受信
して速度を表す出力信号を生成する信号処理回路とを備
え、上記回路は、入力信号を濾波するフィルタと、濾波
された信号を出力信号に変換する信号変更回路とを含
み、信号変更回路は、濾波された信号内のスパイクによ
ってトリガされてパルス列出力信号を生成する矩形パル
ス発生器を含む。
【０００７】
【実施の形態】本発明は、電動機の回転を検知するため
に、ピックアップコイル２０を使用する。動作原理は、
ピックアップコイルを使用する従来技術の速度センサと
は基本的に異なる。本発明が使用するピックアップコイ
ルは導電性ワイヤーのコイルであり、必ずしもそのよう
である必要はないが、好ましくは、鋼ピンの周囲に巻か
れた絶縁された銅ワイヤーのヘリカルコイルである。こ
のコイルは、電動機の巻線型回転子の近くに配置され
る。正確な位置は臨界的ではないが、電動機巻線に近づ
ける程信号は強くなる。しかしながら、少なくとも若干
の応用においては、コイルは電動機の外側に配置するこ
とができる。
【０００８】コイル２０は、コミュテーションイベント
の結果として回転子によって発生される磁場の変化をピ
ックアップする。実際には、コイルは、それが配置され
ている位置における磁場の何等かの変化をピックアップ
する。この磁場の変化は、コイルの端子にまたがって変
化する電圧の形状の電気信号を発生させる。これが、生
センサ信号２１（図３の（Ａ）に示す）である。
【０００９】この生センサ信号は、図１のブロック図に
よって表されている電子的濾波及び再成形回路に印加さ
れる。センサコイルを回転子巻線の近くに配置すること
によって、回転子が回転することにより回転子巻線のコ
イルがターンオン及びオフするのに伴う回転子巻線を通
過する電流の変化によって生ずる変化を、コイルがピッ
クアップする。導体を電流が通過すると磁場が発生する
ので、回転子巻線のコイルを通る変化する電流は変化す
る磁場を生成する。この磁場は、たとえ鋼ピンコアを有
しているとしても空気結合変成器として動作する（鋼ピ
ン及び回転子コアは空隙によって分離されている）セン
サコイルによってピックアップされる。
【００１０】我々が監視しようとするのは、この変化す
る磁場である。しかしながら、センサコイルは、固定子
の磁場内において回転子コアが回転することによって生
ずる固定子の磁場の変化をもピックアップする。この付
加的な変化する磁場その他は低い周波数ダイナミックを
有する雑音を構成する不要な信号を発生させ、電子回路
はこの雑音を生信号から除去する。
【００１１】即ち、生信号２１は、小信号差動増幅器２
２に印加されて信号強度が増加される。増幅器は雑音の
強度も増加させるが、その高利得はセンサ２０から導か
れた電磁妨害雑音（ＥＭＩ）を制限することができる。
増幅された生信号２３はハイパスフィルタ２４を通過し
て雑音成分が排除され、そのスパイクがトリガ信号２５
に変換される。この信号２５は、スパイク間の時間を測
定することによって電動機の速度を決定するために使用
することができる。
【００１２】しかしながら、矩形パルス間の時間差を測
定する方が容易であり、従ってトリガ信号２５が矩形パ
ルス発生器２６をトリガし、所定のパルス幅を有し且つ
スパイクに対して時間的に対応している矩形パルスの列
２７を発生させる。振幅はＴＴＬコンパチブルであり、
パルス幅は電動機の最高速度において重なり合わないよ
うに選択されている。
【００１３】以上のように出力信号２７はパルス列であ
り、隣接するパルスの立上がり（もしくは、立下がり）
縁間の時間を測定し、監視中の電動機の回転当たりのパ
ルス数を斟酌することによって、電動機の瞬時速度を決
定することができる。
【００１４】図２は、図１のブロック図ステップを安価
なバージョンで実現するための回路を示している。図示
のように、回路は３つの演算増幅器、１つのＩＣ、及び
僅かな離散した成分だけを用いる簡単なものであること
ができる。矩形パルス発生器２６には555型チップ４０
を使用し、1.1ＲΤＣΤによって決定されるパルス幅を
セットするために0.1μＦのキャパシタ（ＣΤ）４１
と、20ｋΩのトリマ（ＲΤ）４２とを用いている。
【００１５】図３は、信号が回路を通過する際にどのよ
うに変更されるかを示すために、回路に沿う種々のステ
ージにおいて採取された波形を示している。波形（Ａ）
は生信号２１であり、波形（Ｂ）はトリガ信号２５であ
り、そして波形（Ｃ）は出力信号２７である。波形は共
通の時間軸を有しているが、電圧はコイルの配置、電動
機の型、及び増幅器のセッティングに従って変化させる
ことができる。明瞭化のために、電圧には分離したｙ軸
を与えてある。
【００１６】生入力信号２１内に見ることができるの
は、低周波数磁場雑音成分上に重畳されたスパイクであ
り、これらのスパイクは矩形パルス波列の立上がり縁と
位置が揃えられている。
【００１７】また、生信号２１の信号強度は極めて低い
が、信号を増幅し、ハイパスフィルタを使用することに
よって、トリガ信号２５は極めてクリーンになり、信号
強度が改善される。再成形プロセスにより、信頼でき且
つ簡単な速度制御回路に適する強くクリーンな安定した
出力信号が得られている。
【００１８】以上に説明した実施の形態は単なる例示に
過ぎず、当業者ならば、特許請求の範囲に記載されてい
る本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更が可能
であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】好ましい信号処理方法のブロック図である。
【図２】図１の方法を遂行するための好ましい回路の実
施例を示す回路図である。
【図３】図２の回路を通る信号の形状を示す信号波形で
ある。
【符号の説明】
２０ ピックアップコイル ２１ 生センサ信号 ２２ 小信号差動増幅器 ２３ 増幅された生信号 ２４ ハイパスフィルタ ２５ トリガ信号 ２６ 矩形パルス発生器 ２７ 矩形パルス列（出力信号） ４０ 555型ＩＣチップ ４１ キャパシタ ４２ トリマ
フロントページの続き (72)発明者 ジェイムス チン シック ロー 香港 エヌティー タイ ポ タイ ポ インダストリアル エステイト ダイ シ ュン ストリート ６−22 ジョンソン エレクトリック エンジニアリング リミ テッド パテント デパートメント ５エ フ Ｆターム(参考） 5H571 AA20 BB07 DD10 LL09 5H611 AA01 BB03 PP07 QQ01 RR01 TT05 UA01

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 巻線型回転子を有するＰＭＤＣ電動機の
    回転速度を表す信号を生成する方法であって、 上記電動機の電磁放出を測定することによって生信号
    （２１）を生成するステップと、 上記生信号を濾波し、コミュテーションイベントに伴う
    スパイクを含む上記巻線型回転子の電磁的活動を分離す
    ることによって第２の信号（２５）を生成するステップ
    と、 上記第２の信号（２５）を処理し、上記スパイクを矩形
    パルスに変化させることによって出力信号（２７）を生
    成ステップと、を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 上記矩形パルスは、所定の一定の幅を有
    していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 上記出力信号は、所定の出力電圧を有す
    るパルス列を発生するために増幅されることを特徴とす
    る請求項１または請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記生信号（２１）は、上記回転子の近
    くに且つ上記回転子の磁場内にコイル（２０）を配置す
    ることによって生成することを特徴とする請求項１乃至
    ３の何れか１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記コイル（２０）のためのコアとし
    て、鋼ピンを使用することを特徴とする請求項４に記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 上記第２の信号は、上記生信号をハイパ
    スフィルタ（２４）を通過させることによって生成する
    ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の
    方法。
  7. 【請求項７】 上記生信号（２１）は、上記ハイパスフ
    ィルタ（２４）を通過させる前に増幅（２２）されるこ
    とを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 ＰＭＤＣ電動機であって、 永久磁石固定子と、 上記固定子と対面している巻線型回転子と、 上記回転子から離間しているが、上記回転子が生成する
    電磁場内に位置し、上記電動機が使用されている時に生
    入力信号（２１）を生成するセンサコイル（２０）を含
    む速度センサと、 上記コイル（２０）に接続され、上記生入力信号（２
    １）を受信して電動機速度を表す出力信号（２７）を生
    成する信号処理回路と、を備え、 上記回路は、上記入力信号（２１）を濾波するフィルタ
    と、上記濾波された信号（２５）を上記出力信号（２
    ７）に変換する信号変更回路とを含み、 上記信号変更回路は、上記濾波された信号（２５）内の
    スパイクによってトリガされて出力信号（２７）として
    パルス列を生成する矩形パルス発生器（２６）を含む、
    ことを特徴とする電動機。
  9. 【請求項９】 上記フィルタは、上記生信号（２１）を
    増幅する増幅器（２２）と、低雑音周波数を除去するハ
    イパスフィルタ（２４）とを含むことを特徴とする請求
    項８に記載の電動機。
  10. 【請求項１０】 上記矩形パルス発生器（２６）は、所
    定の固定パルス幅のパルスを生成することを特徴とする
    請求項８または９に記載の電動機。
  11. 【請求項１１】 上記出力信号（２７）は、ＴＴＬコン
    パチブルであることを特徴とする請求項８、９、または
    １０に記載の電動機。
  12. 【請求項１２】 上記コイル（２０）は、フェライトコ
    アを有していることを特徴とする請求項８乃至１１の何
    れか１つに記載の電動機。
  13. 【請求項１３】 上記コイル（２０）は、チップ型コイ
    ルであることを特徴とする請求項８乃至１２の何れか１
    つに記載の電動機。
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