CN105074474B - 转速检测器 - Google Patents

Abstract

实施方式的转速检测器，是利用发电部对安装在旋转体上的磁体的转速进行检测的转速检测器，所述发电部具备N个(N为大于或等于1的自然数)发电元件，所述发电元件具备：磁线，其利用大巴克豪森效应进行磁化反转；以及拾波线圈，其对该磁线进行卷绕，在所述发电元件的所述磁线的延伸方向上，该磁线比所述拾波线圈的卷绕部分长，所述磁线配置在所述磁体的旋转中心的上方。

Description

转速检测器

技术领域

本发明涉及一种在面向工业用FA机器、或者车载用途等各种领域中使用的对旋转体的转速进行计数的使用了磁线的转速检测器。

背景技术

在一般的转速检测器中，作为使用了磁线和拾波线圈(pickup coil)的通过自发电而实现的转速检测器，具有专利文献1以及专利文献2所示的现有技术。在专利文献1中，使用将S/N各1极被磁化的磁体、具有大巴克豪森效应的磁线、以及拾波线圈进行组合而得到的发电装置，利用来自发电装置的电力供给进行检测器的电源备份。以发电元件相对于旋转1周具有90度的相位差的方式配置有2个发电装置。

另外，专利文献2将磁线与线圈的组合以放射状配置多个，将其电感变化变换为电信号。

在此，所谓大巴克豪森效应是指，磁线在磁体的S/N极边界附近一齐进行磁化反转的现象，通过利用拾波线圈对该磁化反转进行检测，从而与电动机等被检测物的旋转速度无关，始终得到恒定的发电脉冲。

专利文献1：日本特开2008－14799号公报

专利文献2：日本实开昭63－117504号公报

发明内容

在将S/N各1极被磁化的磁体与发电元件进行组合时，将发电元件配置在磁体的中心即旋转中心时，发电元件的发电量最大。虽然也与磁线的制作方法有关，但如果将发电元件配置在磁体外周附近，则只能得到配置在磁体的旋转中心时的4成左右的发电量。即，如果如专利文献1的图所示，避开磁体的中心而配置发电元件，则存在如下问题，即，与将1个发电元件配置在磁体的中心上时相比，来自各个发电元件的发电量降低，导致检测器的可靠性降低。

另外，在磁体的中心与旋转中心发生偏移的情况下，磁体以偏心的状态旋转，即，从发电元件来看，发电元件相对于磁体的位置(相对于磁体中心的移位量)随着磁体的旋转角发生变化，但在将发电元件配置在磁体的中心附近的情况下，与发电元件相对于磁体的位置变动相对应的、发电量的变动量较少。与此相对，如果避开磁体的中心而配置发电元件，则与发电元件相对于磁体的位置变动相对应的、发电量的变动量较大，发电量的波动变大，导致检测器的可靠性降低。

为了判别旋转方向，如专利文献1所示，相对于旋转1周具有90度的相位差而配置2个发电装置，并且如果为了解决上述课题，试图将发电元件配置在磁体的旋转中心上方，则需要以层叠的方式配置2个发电元件。此时产生下述的2个课题。第1个课题是，例如，如果假设发电元件的线圈的外径为5mm左右，并层叠2个发电元件，则厚度变为10mm，存在检测器相应地变厚的课题。第2个课题是，如果假设从磁体至下侧的发电元件(磁线)的距离为Gmm，则至上侧的发电元件的距离为G+5mm，2个发电元件与磁体的距离不同，存在有可能由于在输出脉冲中产生差异而导致检测可靠性降低的课题。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种薄型并且能够得到更稳定的发电脉冲的、可靠性高的转速检测器。

为了解决上述课题并实现目的，本发明是一种利用发电部对安装在旋转体上的磁体的转速进行检测的转速检测器，其特征在于：所述发电部具备N个发电元件，N为大于或等于1的自然数，所述发电元件具备：磁线，其利用大巴克豪森效应进行磁化反转；以及拾波线圈，其对该磁线进行卷绕，在所述发电元件的所述磁线的延伸方向上，该磁线比所述拾波线圈的卷绕部分长，所述磁线配置在所述磁体的旋转中心的上方。

发明的效果

本发明所涉及的转速检测器具有如下效果，即，设计自由度较高，能够兼顾薄型化和发电可靠性的提高。

附图说明

图1是示出表示转速检测器的相对于磁体的位置与发电量之间的关系的曲线的图。

图2是实施方式1中的转速检测器的概略结构的斜视图。

图3是表示实施方式1中的转速检测器的发电元件的详细结构的图。

图4是说明实施方式1中的转速检测器的磁化反转发生点的图。

图5－1是表示现有的转速检测器中的发电脉冲的例子的图。

图5－2是表示实施方式1中的转速检测器中的发电脉冲的例子的图。

图6是表示在实施方式1中的转速检测器中使用的其他磁体的例子的图。

图7是实施方式2中的转速检测器的概略结构的斜视图。

图8是实施方式3中的转速检测器的概略结构的斜视图。

图9是说明实施方式3中的转速检测器的磁化反转发生点的图。

图10是实施方式4中的转速检测器的概略结构的斜视图。

图11是实施方式4中的转速检测器的概略结构的侧视图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明所涉及的转速检测器的实施方式详细进行说明。此外，本发明并不限定于该实施方式。

实施方式1

以将S/N各1极被磁化的磁体与发电元件进行组合时的、发电元件相对于磁体的位置(相对于磁体中心的移位量)为横轴，以来自发电元件的发电量为纵轴，图1中示出此时的发电元件的位置与发电量之间的关系。如图1所示，在将发电元件配置在磁体的中心即旋转中心时，发电元件的发电量最大。虽然也与磁线的制作方法有关，但如果将发电元件配置在磁体外周附近，则只能得到配置在磁体的旋转中心时的4成左右的发电量。

另外，在磁体的中心与旋转中心发生偏移的情况下，磁体以偏心的状态旋转，即，从发电元件来看，图1的横轴(相对于磁体中心的移位量)随着磁体的旋转角发生变化，但在将发电元件配置在磁体的中心附近的情况下，相对于图1的横轴变动的、发电量的变动量较少。即，图1的曲线的斜率的绝对值较小。与此相对，如果避开磁体的中心而配置发电元件，则相对于横轴变动的、发电量的变动量(曲线的斜率的绝对值)较大，发电量的波动变大，导致检测器的可靠性降低。

下面，使用图2～图6对本发明的实施方式1的转速检测器的结构进行说明。

图2示出实施方式1中的转速检测器100的概略结构。本实施方式中的转速检测器100具备：旋转轴4；磁体1，其安装在旋转轴4上而与旋转轴4一体地进行旋转；发电部2，其随着磁体1的旋转而产生发电脉冲；以及处理部(未图示)，其使用来自发电部2的发电脉冲进行计数处理。

磁体1是S极以及N极各1极被磁化的径向磁化磁体，以旋转轴4的旋转中心与磁体的中心基本一致的方式进行安装。发电部2是将发电元件30及40一体地进行组装而得到的，配置在与磁体1在旋转轴方向上相距间隔(间隙)G的位置处。发电元件30及40以相对于磁体1的旋转1周具有90度的相位差的间隔正交配置。如图3所示，发电元件30由2个拾波线圈31及32、和被它们所卷绕的1根磁线33构成。即，发电元件30的拾波线圈具有彼此分离了规定间隔且串联连接的2个卷绕部分。发电元件40也具有与发电元件30相同的结构。

作为2个卷绕部分的拾波线圈31及32，如图3所示以间隔L进行配置，并且串联连接。因此，磁线33的延伸方向的长度即磁线长度J大于拾波线圈31及32的长度之和。并且，拾波线圈31的左端以及拾波线圈32的右端与处理部连接。间隔L相对于线圈的外径Φ具有L＞Φ的关系，2个发电元件30及40以线圈彼此不干涉的方式，如图2所示，仅使磁线部分在磁体1的旋转中心上重叠。

如果使2个发电元件30及40在每个线圈处重叠，则发电部2的厚度为2Φ，但如果仅使磁线部分重叠，则发电部2的厚度为Φ+2W+α(W：磁线的线径，α：2根磁线的间隙)。在发电元件30及40中，例如，Φ＝5mm，W＝0.2mm左右，因此，如果假设α＝0.1mm，则2Φ＝10mm，与此相对，Φ+2W+α＝5.5mm，能够实现转速检测器100的大幅的薄型化。另外，如果将发电元件30设为下侧，将发电元件40设为上侧，则相对于磁体1与发电元件30之间的间隔G，磁体1与发电元件40之间的间隔为G+W+α，例如，如果假设磁体1与发电元件30之间的间隔G＝3mm，则磁体1与发电元件40之间的间隔为G+W+α＝3.3mm，能够将磁体1与2个发电元件30及40之间的间隔设定为接近的值。如果使2个发电元件30及40在每个线圈处重叠，则磁体1与发电元件40之间的间隔为G+Φ＝8mm，磁体1与2个发电元件30及40之间的间隔的差变大。

下面，对本实施方式中的转速检测器100的动作进行说明。发电元件30及40分别相对于磁体1的旋转在N→S极的边界附近产生正脉冲，在S→N极的边界附近产生负脉冲。此时，在仅由1个发电元件构成的情况下，磁体1顺时针(正转)旋转而成为N→S极的情况和逆时针旋转(反转)而成为N→S极的情况产生相同的正脉冲，因此无法区分旋转方向。与此相对，如果配置2个发电元件，则根据在发电元件30产生了正脉冲之后发电元件40产生正脉冲和负脉冲中的哪一者，能够进行正转和反转的区分。

下面，使用图4、图5－1、以及图5－2对本实施方式的发电元件30及40的详细动作进行说明。发电元件30利用拾波线圈对磁线33由于大巴克豪森效应而一齐进行磁化反转时的磁场变化进行检测。如图4所示，磁化反转从作为磁线33的某个点的磁化反转发生点10发生，波及磁线33整体。该磁化反转发生点10因每根线而异。如果假设磁化反转发生点10与拾波线圈31、32之间的距离分别是X1、X2(＝L－X1)，假设磁化反转的速度是V，则从拾波线圈31、32产生的发电脉冲中产生(X2/V－X1/V)的时滞T。

图5－1表示从现有的通过1根磁线和1个拾波线圈(匝数：N)的组合而成的发电元件得到的发电脉冲(半值宽度Hw)的例子。在由1个拾波线圈覆盖磁线的状态下，半值宽度Hw是依赖于拾波线圈的线圈长度的值，例如为50μsec。与此相对，在本实施方式中，通过产生来自2个拾波线圈31、32(匝数之和：N)的时滞(检测出磁化反转的时间的差)T，从而如图5－2所示，使来自串联连接的拾波线圈两端的输出成为将偏移了时滞T的2个脉冲波形进行重叠得到的波形。即，Hw’＝Hw+T。因此，通过改变线圈间隔L，从而能够得到期望的脉冲半值宽度Hw’。半值宽度Hw’的值例如是100μsec等的值。

在由处理部进行转速的运算时，如果发电脉冲的半值宽度Hw是确定为较短的值，则由于需要在此期间进行处理，所以处理时间受到限制，对所使用的电路部件产生制约，有可能成为成本上升的原因。但是，在本实施方式中，通过以下面所述的方式对时滞T进行控制并设定，从而能够得到相对于现有的发电脉冲半值宽度Hw而言较大的、并且为期望的半值宽度Hw’。通过使发电脉冲半值宽度Hw变大，从而可执行上述处理的时间宽度增大。因此，能够进行自由度较高的电路处理，能够实现成本降低。

此外，通过使用利用了拾波线圈的检查装置，能够事先测定因每根磁线而异的磁化反转发生点10的位置、以及磁化反转速度V，通过根据分别测定出的磁化反转发生点10的位置、以及磁化反转速度V的值，对线圈间隔L进行设定，从而能够得到期望的半值宽度Hw’的脉冲。即，如果已知因每根磁线而异的磁化反转发生点10的位置、以及磁化反转速度V，则通过改变线圈间隔L，从而求出期望的T＝(X2/V－X1/V)。因此，即使假设不知道现有的(拾波线圈的卷绕部分为1个的情况下的)半值宽度Hw，也能够根据Hw’＝Hw+T的关系，将半值宽度Hw’设定为大于或等于期望的值。另外，在半值宽度Hw已知的情况下，能够将半值宽度Hw’设定为期望的值。由此，通过调整线圈间隔L，从而能够得到任意的发电脉冲宽度，因而提高处理电路中的设计自由度。

此外，在上述中，对于本实施方式所涉及的磁体1的磁化，使用将S极以及N极各1极被磁化的径向磁化的例子进行了说明，但本实施方式的磁体1不限于此，例如也可以是图6所示的两面4极磁体。在下面的实施方式中也是同样的。

实施方式2

下面使用图7对本发明的实施方式2中的转速检测器200的结构进行说明。

图7示出实施方式2中的转速检测器200的概略结构的斜视图。转速检测器200的结构基本上与实施方式1的转速检测器100相同，但发电部2的详细结构不同。发电部2是将发电元件30、40及50一体地进行组装而得到的，配置在与磁体1在旋转轴方向上相距间隔G的位置处。发电元件30、40及50以相对于磁体1的旋转1周具有120度的相位差的间隔等间隔地进行配置。如图3所示，发电元件30由2个拾波线圈31及32、和1根磁线33构成。发电元件40及50也具有与发电元件30相同的结构。

拾波线圈31及32与实施方式1相同地以间隔L进行配置，并且串联连接，拾波线圈31的左端以及拾波线圈32的右端与处理部连接。间隔L相对于线圈的外径Φ具有L＞Φ的关系，3个发电元件30、40及50以线圈彼此不干涉的方式，如图7所示，仅使磁线部分在磁体1的中心上重叠。

如果使3个发电元件30、40及50在每个线圈处重叠，则发电部2的厚度为3Φ，但如果仅使磁线部分重叠，则发电部2的厚度为Φ+3W+2α(W：磁线的线径，α：相邻的磁线的间隙)。在一般的发电元件中，例如，Φ＝5mm，W＝0.2mm左右，因此，如果假设α＝0.1mm，则3Φ＝15mm，与此相对，Φ+3W+2α＝5.8mm，能够实现比实施方式1更大幅度的检测器薄型化。另外，如果将发电元件30设为最下段，将发电元件50设为最上段，则相对于磁体1与发电元件30之间的间隔G，磁体1与发电元件50之间的间隔为G+2W+2α，例如，如果假设磁体1与发电元件30之间的间隔G＝3mm，则磁体1与发电元件50之间的间隔为G+2W+2α＝3.6mm，能够将磁体1与3个发电元件30、40及50之间的间隔设定为接近的值。如果使3个发电元件30、40及50在每个线圈处重叠，则磁体1与发电元件50之间的间隔为G+2Φ＝13mm，磁体1与3个发电元件之间的间隔的差变大。

下面，对配置有3个发电元件的转速检测器200的动作进行说明。发电元件30、40及50分别相对于磁体1的旋转在N→S极的边界附近产生正脉冲，在S→N极的边界附近产生负脉冲。

在实施方式1的转速检测器100中，在正常地产生脉冲的情况下，能够无问题地判别转速以及旋转方向，但如果由于磁噪声等外部干扰因素而使脉冲消失1次，则无法进行旋转方向的判别，产生转速的误计数。在本实施方式的转速检测器200中，通过配置3个发电元件，例如，即使在发电元件30的正脉冲消失的情况下，也能够在发电元件40中产生了正脉冲的情况下判断为正转，在发电元件50中产生了正脉冲的情况下判断为反转，能够对1次的脉冲遗漏进行校正。

同样地，通过配置N个发电元件，从而能够对N－2次脉冲遗漏进行校正。如上述所示，在为了校正脉冲遗漏而希望配置更多的发电元件的情况下，在利用本实施方式的方法重叠了发电元件的转速检测器中，能够增加发电元件的数量而几乎不改变检测器的厚度。

实施方式3

下面使用图8对本发明的实施方式3的转速检测器300的结构进行说明。

图8示出实施方式3的转速检测器300的概略结构的斜视图。转速检测器300的结构基本上与实施方式2的转速检测器200相同，但发电部2的详细结构不同。发电部2是将发电元件30、40及50一体地进行组装而得到的，配置在与磁体1在旋转轴方向上相距间隔G的位置处。发电元件30、40及50以相对于磁体1的旋转1周具有120度的相位差的间隔进行配置。如图9所示，发电元件30由1个拾波线圈31和1根磁线33构成。发电元件40及50也具有与发电元件30相同的结构。拾波线圈31配置在磁体1的旋转中心与外缘的正中间附近上方，磁线33的延伸方向上的磁线长度J相对于线圈长度K而言较大，如图8所示，在磁体1的旋转中心上，仅重叠有3根磁线部分。

根据磁线的材料、制作方法不同，有时如图9所示将磁化反转发生点10设定在磁线33的端部的做法可以有效地取出发电脉冲。在此情况下，通过如图8所示在磁体1的旋转中心使3根磁线的端部彼此重叠，从而能够得到更大的发电脉冲。

实施方式4

下面使用图10及图11对本发明的实施方式4的转速检测器400的结构进行说明。

图10示出实施方式4的转速检测器400的概略结构的斜视图，图11示出其侧视图。转速检测器400的结构基本上与实施方式3的转速检测器300相同，但发电部2的详细结构不同。发电部2仅由发电元件30构成，发电元件30由1个拾波线圈31和1根磁线33构成。如图11所示，拾波线圈31配置在磁体1的外侧的、与磁体1正好处于相同高度附近，磁线长度的全长相对于线圈长度K而言较大，在磁体1的旋转中心上仅磁线部分通过。磁线33由于大巴克豪森效应而从某个部分起开始磁化反转，磁化反转波及磁线整体，因此拾波线圈31可以不必与磁线33具有相同的长度。即，如果能够取出所需的电力，则通过如本实施方式的发电元件30所示仅在磁线33的端部配置拾波线圈31，从而能够将检测器进一步实现与线圈的厚度相对应的薄型化。磁线33在磁体1的外侧进行弯折，但无须一定进行弯折，只要与转速检测器400的设计相匹配地确定形状即可。由此，例如，容易将发电元件配置在空余空间中，能够实现设计自由度的提高。

在现有的发电元件中，“磁线的长度”＝“拾波线圈的长度”是常识，但如上述说明所述，在本发明的实施方式中，与“磁线的长度”相比缩短了“拾波线圈的长度”。并且，如果将磁线配置在磁体的旋转中心的上方，即配置在得到最多的发电量、并且不易受偏心影响的位置处，则可以将拾波线圈配置在线端。由此，如上述所示，容易将发电元件配置在空余空间中，提高设计自由度。另外，通过使多个发电元件仅在未卷绕有拾波线圈的磁线部分处进行交叉(重叠)，从而能够兼顾转速检测器的薄型化和发电可靠性的提高。

此外，本发明并不限于上述实施方式，在实施阶段中，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。另外，在上述实施方式中包含有各种阶段的发明，通过所公开的多个结构要件的适当组合，可提取各种发明。例如，在即使从实施方式所示的全部结构要件中删除若干结构要件，也能够解决发明内容一栏记述的课题，能够得到发明的效果一栏中记述的效果的情况下，可以将删除该结构要件后的结构作为发明进行提取。此外，也可以对不同实施方式的结构要素进行适当组合。

工业实用性

如上述所示，本发明所涉及的转速检测器，作为在面向工业用FA机器、或者车载用途等各种领域中使用的对旋转体的转速进行计数的使用了磁线的转速检测器是有用的，特别地，适于作为薄型并且能够得到更稳定的发电脉冲的、可靠性高的转速检测器。

标号的说明

1磁体，2发电部，4旋转轴，10磁化反转发生点，30、40、50发电元件，31、32拾波线圈，33磁线，100、200、300、400转速检测器。

Claims (3)

1.一种转速检测器，其利用发电部对安装在旋转体上的磁体的转速进行检测，其特征在于：

所述发电部具备N个发电元件，N为大于或等于1的自然数，所述发电元件具备：磁线，其利用大巴克豪森效应进行磁化反转；以及拾波线圈，其对该磁线进行卷绕，

在所述发电元件的所述磁线的延伸方向上，该磁线比所述拾波线圈的卷绕部分长，所述磁线配置在所述磁体的旋转中心的上方，所述拾波线圈配置在所述磁体的并非上方的外侧。

2.根据权利要求1所述的转速检测器，其特征在于，

N为大于或等于2的自然数，N个所述发电元件各自的所述磁线的未由所述拾波线圈卷绕的部分，在所述旋转中心的上方进行重叠。

3.根据权利要求1或2所述的转速检测器，其特征在于，

所述磁体具有圆板形状，是S极以及N极各有1极被磁化的径向磁化，或者各有2极被磁化的两面4极磁化。