(57)【要約】【課題】角速度の精度が高く、低コストの角速度検出方法とその装置を得る。【解決手段】本発明の角速度検出装置は、回転体に固定された永久磁石と、永久磁石に空隙を介して対向し固定体に取り付けられたヨークと、永久磁石の磁界変動によりヨークに流れる磁束を検出するサーチコイルと、サーチコイルからの誘起電圧Ｅｍｆにより角速度ωを演算する信号処理部とを備えたもので、信号処理部は、誘起電圧Ｅｍｆを二乗する二乗演算器９と、二乗演算器の出力から直流成分のみを取り出すローパスフィルタ１０と、直流成分の平方根をとる平方根演算器１１と、誘起電圧の最大値から定数を演算する定数演算器１２と、平方根演算器により算出した平方根に定数演算器により算出した定数を乗じて角速度の絶対値｜ω｜を演算する角速度演算器１３とからなるものである。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に固定された永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向し固定体に取り付けられたヨークと、前記永久磁石の磁界変動により前記ヨークに流れる磁束を検出するサーチコイルとを備え、前記サーチコイルからの誘起電圧Ｅｍｆを演算することにより回転体の角速度ωを検出する角速度検出方法において、
前記誘起電圧Ｅｍｆを二乗し、前記二乗した値から直流成分を取り出し、前記直流成分の平方根を演算し、前記平方根に前記誘起電圧の最大値を基に算出した定数を乗じ、その絶対値｜ω｜を演算して角速度を検出することを特徴とする角速度検出方法。
【請求項２】
回転体に固定された永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向し固定体に取り付けられたヨークと、前記永久磁石の磁界変動により前記ヨークに流れる磁束を検出するサーチコイルと、前記サーチコイルからの誘起電圧Ｅｍｆにより角速度ωを演算する信号処理部とを備えた角速度検出装置において、
前記信号処理部は、前記誘起電圧Ｅｍｆを二乗する二乗演算器と、前記二乗演算器の出力から直流成分のみを取り出すローパスフィルタと、前記直流成分の平方根をとる平方根演算器と、前記誘起電圧の最大値から定数を演算する定数演算器と、平方根演算器により算出した平方根に前記定数演算器により算出した定数を乗じて角速度ωを演算する角速度演算器とからなることを特徴とする角速度検出装置。
【請求項３】
回転体に固定された永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向し固定体に取り付けられたヨークと、前記ヨークに配置され前記永久磁石の磁界を検出する磁界検出素子と、前記永久磁石の磁界変動により前記ヨークに流れる磁束を検出するサーチコイルとを備え、前記磁界検出素子からの磁界検出信号および前記サーチコイルからの誘起電圧Ｅｍｆから角速度ωを検出する角速度検出方法において、
前記誘起電圧Ｅｍｆを二乗し、前記誘起電圧の二乗値から直流成分のみを取り出し、前記直流成分の平方根を演算し、前記磁界検出素子より検出された磁界検出信号Ｂｈから符号を検出し、前記平方根と前記誘起電圧の最大値を基に算出した定数および前記符号を乗じることにより角速度ωを演算することを特徴とする角速度検出方法。
【請求項４】
回転体に固定された永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向し固定体に取り付けられたヨークと、前記ヨークに配置され前記永久磁石の磁界を検出する１つ以上の磁界検出素子と、前記永久磁石の磁界変動により前記ヨークに流れる磁束を検出する１つ以上のサーチコイルと、前記磁界検出素子からの信号および前記サーチコイルからの信号である誘起電圧Ｅｍｆから角速度ωを演算する信号処理部とを備えた角速度検出装置において、
前記信号処理部は、前記誘起電圧Ｅｍｆを二乗する二乗演算器と、前記二乗演算器の出力から直流成分のみを取り出すローパスフィルタと、前記直流成分の平方根をとる平方根演算器と、前記誘起電圧の最大値から定数を演算する定数演算器と、前記磁界検出素子より検出された磁界検出信号Ｂｈから符号を検出する符号検出器と、前記平方根演算器により算出した平方根と前記定数演算器により算出した定数および前記符号検出器からの符号を乗じて角速度ωを演算する角速度演算器とからなることを特徴とする角速度検出装置。
【請求項５】
前記永久磁石は、多極に着磁されていることを特徴とする請求項２または４記載の角速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、産業用ロボット、ＮＣ工作機械等に用いられるモータ等の回転体の回転位置を検出する回転位置検出方法及び角速度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の角速度検出装置として、図７に示すようなものがある。図７はその構成を示す側面図で、２は回転体に固定された永久磁石、４はヨーク、５は磁界検出素子、６はサーチコイルである。磁界検出素子５は、Ａ相検出素子５１とＢ相検出素子５２が９０度位相をずらして取り付けられ、サーチコイル６も、Ａ相サーチコイル６１とＢ相サーチコイルが９０度位相をずらしてヨーク４に巻かれている。角速度は、図８に示す信号処理回路により処理される。すなわち、Ａ相およびＢ相の磁界検出素子５およびサーチコイル６からの信号は、乗算器７１、７２および加算器８により演算され角速度が検出される  （例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特願２００２―２６８０７２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の技術では、Ａ相検出素子５１、Ｂ相検出素子５２、Ａ相サーチコイル６１およびＢ相サーチコイル６２の取り付け誤差により、出力信号に位相ずれが生じることにより角速度の精度が低化するという問題がある。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、位相ずれを減らし、角速度精度が高く低コストの角速度検出方法および角速度検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１記載の角速度検出法は、回転体１に固定された永久磁石２と、前記永久磁石２に空隙を介して対向し固定体３に取り付けられたヨーク４と、前記永久磁石２の磁界変動により前記ヨーク４に流れる磁束を検出するサーチコイル６とを備え、前記サーチコイルからの誘起電圧Ｅｍｆを演算することにより回転体の角速度ωを検出する角速度検出方法において、前記誘起電圧Ｅｍｆを二乗し、前記二乗した値から直流成分を取り出し、前記直流成分の平方根を演算し、前記平方根に前記誘起電圧の最大値を基に算出した定数を乗じ、その絶対値｜ω｜を演算して角速度を検出するものである。
請求項１記載の角速度検出法によれば、１個のサーチコイルにより誘起電圧Ｅｍｆを検出し角速度を算出するので、サーチコイルの取り付け誤差がなくなり、精度よく角速度を検出できる。
請求項２記載の角速度検出装置は、回転体１に固定された永久磁石２と、前記永久磁石２に空隙を介して対向し固定体３に取り付けられたヨーク４と、前記永久磁石２の磁界変動により前記ヨーク４に流れる磁束を検出するサーチコイル６と、前記サーチコイルからの誘起電圧Ｅｍｆにより角速度ωを演算する信号処理部とを備えた角速度検出装置において、前記信号処理部は、前記誘起電圧Ｅｍｆを二乗する二乗演算器と、前記二乗演算器の出力から直流成分のみを取り出すローパスフィルタと、前記直流成分の平方根をとる平方根演算器と、前記誘起電圧の最大値から定数を演算する定数演算器と、平方根演算器により算出した平方根に前記定数演算器により算出した定数を乗じて角速度の絶対値｜ω｜を演算する角速度演算器とからなる。
請求項２記載の角速度検出装置によれば、１個のサーチコイルにより誘起電圧Ｅｍｆを検出し角速度を算出するので、サーチコイルの取り付け誤差がなくなり、精度よく角速度を検出できる。
請求項３記載の角速度検出法は、回転体に固定された永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向し固定体に取り付けられたヨークと、前記ヨークに配置され前記永久磁石の磁界を検出する磁界検出素子と、前記永久磁石の磁界変動により前記ヨークに流れる磁束を検出するサーチコイルとを備え、前記磁界検出素子からの磁界検出信号および前記サーチコイルからの誘起電圧Ｅｍｆから角速度ωを検出する角速度検出方法において、前記誘起電圧Ｅｍｆを二乗し、前記誘起電圧の二乗値から直流成分のみを取り出し、前記直流成分の平方根を演算し、前記磁界検出素子より検出された磁界検出信号Ｂｈから符号を検出し、前記平方根と前記誘起電圧の最大値を基に算出した定数および前記符号を乗じることにより角速度ωを演算するものである。
請求項３記載の角速度検出装置によれば、磁界検出素子を１個付加するだけで角速度の符号を得ることができるので、角速度検出装置が低コストにできる。
請求項４記載の角速度検出装置は、回転体に固定された永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向し固定体に取り付けられたヨークと、前記ヨークに配置され前記永久磁石の磁界を検出する１つ以上の磁界検出素子と、前記永久磁石の磁界変動により前記ヨークに流れる磁束を検出する１つ以上のサーチコイルと、前記磁界検出素子からの信号および前記サーチコイルからの信号である誘起電圧Ｅｍｆから角速度ωを演算する信号処理部とを備えた角速度検出装置において、
前記信号処理部は、前記誘起電圧Ｅｍｆを二乗する二乗演算器と、前記二乗演算器の出力から直流成分のみを取り出すローパスフィルタと、前記直流成分の平方根をとる平方根演算器と、前記誘起電圧の最大値から定数を演算する定数演算器と、前記磁界検出素子より検出された磁界検出信号Ｂｈから符号を検出する符号検出器と、前記平方根演算器により算出した平方根と前記定数演算器により算出した定数および前記符号検出器からの符号を乗じて角速度ωを演算する角速度演算器とからなる。
請求項４記載の角速度検出装置によれば、磁界検出素子を１個付加するだけで角速度の符号が得られるので、角速度検出装置が低コストにできる。
請求項５記載の角速度検出装置は、永久磁石を多極に着磁したものである。
請求項５記載の角速度検出装置によれば、直流成分を取り出すローパスフィルタの遮断周波数を増すことができるため、低速度回転時でも精度の高い角速度を得ることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１に示す。図１は角速度検出装置の側断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面に沿う正断面図である。固定体３に支持された回転体１の先端に永久磁石２を設けている。永久磁石２は２極に着磁したもので、その外周に固定体３に取り付けられたヨーク４を設け、これにサーチコイル６を巻いている。
つぎに、本実施形態の動作について、図３を用いて述べる。
図３は角速度を検出する信号処理回路である。図において、９は二乗演算器、１０はローパスフィルタ、１１は平方根演算器、  １２は定数演算器、１３は角速度演算器である。
永久磁石２が角速度ωで回転しているとき、サーチコイル６には磁界Ｂ０ｃｏｓθが生じる。サーチコイル６を貫く最大磁束をφ０とすると、検出される誘起電圧Ｅｍｆは以下のようになる。
Ｅｍｆ  ＝φ０ωｓｉｎθ・・・（１）
（１）式の二乗を二乗演算器９により演算し、式変更すると以下の信号を得る。
Ｅｍｆ２  ＝φ０２ω２  （１−ｃｏｓ２θ）／２・・・（２）
この（２）式で表される信号を、遮断周波数が永久磁石２の角速度ωの２倍のローパスフィルタ１０に通すと、以下に示す直流成分を得る。
Ｅｍｆ２’  ＝  φ０２ω２／２・・・（３）
この（２）式で表される直流成分の平方根を平方根演算器１１により演算し、これに（数演算器１２により算出される定数ｋ＝（√２）／φ０を乗じる（角速度演算器１３）と、角速度の絶対値信号｜ω｜を得ることができる。
【０００７】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図４に示す。図４は角速度検出装置の正断面図である。第１の実施形態と異なる部分は、サーチコイル６と位相差を９０度ずらした位置に磁界検出素子５を１個配置した点である。
つぎに、本実施形態の動作について述べる。
図５は角速度を検出する信号処理回路である。第１の実施形態の信号処理回路に磁界乗算器１４および符号検出器１５を加えたものである。永久磁石２が角速度ωで回転しているとき、磁界検出素子５には磁界Ｂｈは以下のようになる。
Ｂｈ  ＝  Ｂ０ｓｉｎθ・・・（４）
この（４）式で表される信号に誘起電圧Ｅｍｆを乗じる（磁界乗算器１４）と、
Ｂｈ’  ＝  Ｂ０φ０ωｓｉｎ２θ・・・（５）
となり、（５）式のＢｈ’の符号は角速度ωによって決まることが分かる。このＢｈ’の符号を符号検出器１５により検出し、角速度の絶対値信号｜ω｜に乗じる（角速度演算器１３）ことで角速度ωを得ることができる。
【０００８】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を図６に示す。図６は角速度検出装置の正断面図である。第２の実施形態と異なる部分は、永久磁石２の着磁をｎ組の多極着磁にした点である。信号処理回路は、第２の実施形態の図５と同じである。
永久磁石２の着磁をｎ組の多極着磁とすると、サーチコイル６で検出される誘起電圧Ｅｍｆの周波数が角速度ωのｎ倍となり、ローパスフィルタ１０の遮断周波数を角速度ωの２倍から角速度ωの２ｎ倍とすることが出来る。これにより、直流成分の取り出しが容易になり、低角速度まで検出できる。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の角速度検出法および角速度検出装置は、磁界検出素子やサーチコイルの固定位置精度によらず角速度を検出するため角速度検出精度を向上させるという効果がある。また、請求項５記載の角速度検出装置によれば、直流成分の取り出しのためのローパスフィルタの遮断周波数を上げることにより、低速度回転時でも精度の高い角速度を検出できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す角速度検出装置の側断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面に沿う正断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示す信号処理回路のブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す角速度検出装置の正断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す信号処理回路のブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す角速度検出装置の正断面図である。
【図７】従来の角速度検出装置を示す正断面図である。
【図８】従来の角速度検出装置の信号処理回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  回転体
２  磁石
３  固定体
４  ヨーク
５  磁界検出素子
５１  Ａ相検出素子
５２  Ｂ相検出素子
６  サーチコイル
６１  Ａ相サーチコイル
６２  Ｂ相サーチコイル
７１、７２  乗算器
８    加算器
９  二乗演算器
１０  ローパスフィルタ
１１  平方根演算器
１２    定数演算器
１３    角速度演算器
１４    磁界乗算器
１５    符号検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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