1.
は　じ　め　に
現在，瞬時角速度およびその変動すなわち回転むらの検出は，主として回転位置センサであるロータリニンコーダの出力パルスをディシタル演算処理する方式により行われておりり，これと競合するような汎用のフナログ型センサを用いた装置は見当たらない・しかしながら,ディシタル方式はアナログ方式に比べて精度は高いが分解能では劣るので必ずしも万能とはいえないわ.筆者らはこれまでに,ニレクトレット発電機(以下EGと略す)が瞬時角速度に正比例する振幅の方形被電圧を発生することを報告した8~$.このようなEGをセンサとして用いれば,エンコーダ方式の装置に比べて構成が簡単な,小型で，慎性モーメントが小さいなどの特徴をもつ，瞬時角迷度および回転むらを検出するアナログ式装置を得ることができると考えられる．そこで本報では，一つの試みとして，EG を用いて1回転中に2周期以下の割合で生じる回転むらを検出できる装置を試作し実験を行ったので，その結果について述べる.原24
野
EGが定速回転時に発生する振幅V,周期Tの理論方形波電圧例の1周期分を図1 (a)に，それを全波整流した形の直流波形を図1 (b)に，英際の方形波例の一部分sを図1 c)に示す. 方形波の振幅 V, したがって直流の振幅Vは回転子の瞬時角速度ωに比例するが，このような直流には時間での間に2周期のリプル分が存在する. ωが変動するとき， Vの変動より回転むらを知るためにはこのリブル分を除去する必要がある.極数が共に1の固定子と回転子で構成されたEGを用いるとすると，回転子の1回転の時間と方形波の周期Tとが一致するので½， 1回転分の整流波形の中に2周期のリブル分が存在する．このリプル分の周期に比べて，回転むらの周期が十分に短い場合はハイパスフォルタを用いてリプル分を除くことができるが，回転むらの周期が同じ程度の場合には，このリプル分をフィルタリングにより分離することは困難である．このような場合にはは，EGの極数を多極にし，リプル分の周期を回転むらの周期に比べて十分に短くすれば，ローバスフォルタな用いることにより回転むらのみを取り出ることができる。 EG の極数の増加はその出力常圧の増加ともなる.本研究では,   1回転中に生ずる2周期以下の回転ならの検出を行うので，角速度検出装置の基本構成は多極のEG，全波整流回路およびォーバスフィルタから成る. EGが瞬時角速度ωで回転しているときのローバスフィルタの隣時出力電圧を♭とすると， vはは, ( 1 ) v = k 1 vで与えられる. ここで，k1は一般に，EGの方形波電圧の振幅Vと，増幅器，全波整流回路およびローバスフィルタの利得によって決まる定数である。このk1を予め図1  (a) EGの理論出力方形被電圧例の一周期分, 0b理論出力方形波の全波整流波形， (c) 実際の出力方形波何の一部分Fig. 1 (a) One cycle of a theoretical output square wave voltage of EG, (b) Full-wave rectifica¬ tion voltage of the theoretical output square wave, (c) One part of an actual output square wave.求めておけば，ゅと式(1)よりωを求めることができなるここでは，ωの変動の具体例として，ωが一定値Ω。を中心に角速度ω1,振幅Ωmで正弦波状に変動する場合を考える.するとωは, ω = Ωm sin (ωιt +α) + Ωo (2)とあらわせる. ここで,  Ωm＜Ωoで, ほ時刻,  α は初相である。式(２)を式(１)に代入するとv = Vm sin (wit+a) + Vo
(3)
(5)が得られる. このゎのVm,ωι,Voを測定し,その結果と式(4)と(5)よりΩm,Ωoを求めれば,それらと式(2)より, ωを確定できる.
3. 実験禁宣
角迷度センサとして用いるEGは不平衡出力*,®の円節型EGである。このようなEGの一例を図2に模式図で示す. 図2 (a) は金属円筒に方形の穴を6個等間隔に空けることにより作られた６個の方形電極をもつ６極の固定子の側面図,図2 (b)は金属円筒面に6枚の方形エレクトレットを等問隔に張り付けた6極の回転子の側面図,図2 (o)はそれらを組み合わせたEGの断面図である、回転子円筒の片側には図2 (c)に見られるようにシャフトを通すための底が付いている。また，図2 (c)では省略されているが，回転子はシャフトとスリップリングを通して接地されており，固定子は負荷抵抗を介して接地されていて，この負荷抵抗より出力が得られる.瞬時角速度検出実験用装置のブロックダイヤグラムを図3に示す.発振器OSCより角速度ωs,振幅Vm',初相αの正弦波電圧 V m ′ sin (ω t +α) を発生させ, これと直流電圧Vo'とを差動増幅器A1により加え合わせると，その出力電圧かはv' = Vm'sin (ω t +α) +Vo', Vm'<Vo' (6)となる。このν’を速度制御装置を介してモータMに加えると，式(２)で表される正弦波状回転むらを含む角速度ωでモータが回転する. このωを角速度検出製置の出力電圧♭に変換し,これをレコーダに記録し,その結果より回転むらを知ることができる.この実験では，具体例として， 1回転中に生する2周期以下の正弦波状回転むらをリブル分と20 db (10倍)以上の比で取り出すことを行う。そのため, BGの固定子と回転子の複数は共に10とし,ローパスフィルタは図 2   (a)  6極の円筒型固定子,   (b)  6極の円筒型回転子, (c) EGの横断面図Fig. 2  (a) Cylindrical stator with 6-pole, (b) Cylin- drical rotor with 6-pole, (c) Cross section of EG.しゃ断周波数が1.7 Hzの４次のアクティブフィルタとした。これにより，この角速度検出装置で検出できる回板むらの周波数範囲は0.35〜1.7 Hzとなった.固定子円筒の内径は42mm,厚さは1mm,長さは19mm,方形の穴の軸方向の長さは8 mmとし，回転子円筒の外径は40mm,厚さは1mm,長さは13mm,底の厚さit 2mmとし,エレクトレットの紫材としては厚さ2.5 μmのテフロンFEP (Du Pont社)を用い，固定子および回転子円筒の材質はアルミとした、差動増幅器A1,電流-電圧変換器A2,全波整流器およびローパスフォルタのいずれもOP AMPを用いて構成した.す。これより式(1)のk1を求めると, k1=1.2/πとなみな直流電圧Vo'を詞節してモータの定速回転数を0.5 Hzとし，OSCから図５(a)を示す1 Hzの正弦波を発生させ，モータMに1 Hzの回転むらを生じさせたときの,角速度検出装置の出力vを図5 (b)に示す. 比例定数k1,図５(b)の Vm,および式(４)より角速度ωの振幅Ωmを求めると, Ωm=0.55 rad/s (0.09 Hz)となり, k1,図５(b)の Vo,および式(５)より定速回転時の角速度Ω。を求めると, Ω =3.1 rad/s (0.5 Hz)となる.したがって, ωけはΩ + Ωm =3.7 rad/s (0.59 Hz)からΩ − Ωm =2.6 rad/s  (0.41 Hz)まで変化したことになる.この角速度検出装置で検出可能な回転むらの範囲は
実験結果および考察
4.
試作した瞬時角速度検出装置のω-v特性を図４に示Fig. 4 Characteristics of the angular velocity de-國5  (a)発信羅の出力電圧波形,  (b)角速度検出装置の出力電圧Fig. 5 (a) Output voltage waveform of oscillator, (b) Output voltage of the angular velocity detector. 0.35〜1.7 Hzと狭い.この範囲を0.17〜1.7 Hzと広げるためにはEGの固定子および回転子の複数を増やす必要があるので，フィルタの周波数特性を基に検討したところ，それらの極数は共に21以上となった。この多極化は，それらの構造が極めて半絶なので容易に行いうる。さらに，ローバスフィルタとしてしゃ断周波数を10倍ずつずらしたものを複数個用意すれば必要な測定範囲を得ることができる.
5. ままとし
あめ
EGを隣時角迷度センサとして用い， 1回転中に生ずる2周期以下の正弦波状回転むらを検出できるアナログ型の角速度検出装置を試作した、実際に， 0.5 Hz で定速回転するモータに1 Hzの正弦波状回転むらを生じさせ，これを検出できることを確かめた．この装寵の回転むらの測定範囲は0.35〜1.7 Hzと狭かったので，必要な測定範囲を得るための方法を示した。この製曆は簡単な構造で慣性モーメントの小さいEGのほか, EG自身が瞬時角速度情報をもった電圧を出力するため，OP AMPを用いた電流-電圧変換回路,全波整流回路,ローバスフィルタといった単純な電子回路により構成できるという特徴をもっている。以上，EGを用いた本装置がエンコーダ方式と競合できる可能性を示した.