JP2004219383A - 車輪速度検知システム - Google Patents
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Abstract
【課題】渦電流式変位センサを用いた車輪速度検知システムにおいて、輪重変化やメンテナンス作業時の車輪組み付け誤差等によって渦電流式変位センサと回転体凸部間の距離が変化しても、車輪速度を正確に検知できるようにする。
【解決手段】車輪回転に伴って生じる検出コイル１１のインピーダンス変化に応じたセンサ検出電圧が、信号処理装置２０へ入力される。信号レベル判定部２２で、Ａ／Ｄ変換後のセンサ検出電圧に基づいてスレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬを演算する。具体的には、センサヘッド１０ａと凸部７ａとの対向距離が予め設定したデフォルト対向距離ｄｏのときのセンサ検出電圧の平均値と、実際のセンサ検出電圧との平均値との差を求め、予め設定されたスレッショルド電圧をその差分だけシフトさせる。これにより、上記対向距離の変化に拘わらず常に適切なスレッショルド電圧によりセンサ検出電圧をパルス信号に変換できる。
【選択図】 図２
【解決手段】車輪回転に伴って生じる検出コイル１１のインピーダンス変化に応じたセンサ検出電圧が、信号処理装置２０へ入力される。信号レベル判定部２２で、Ａ／Ｄ変換後のセンサ検出電圧に基づいてスレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬを演算する。具体的には、センサヘッド１０ａと凸部７ａとの対向距離が予め設定したデフォルト対向距離ｄｏのときのセンサ検出電圧の平均値と、実際のセンサ検出電圧との平均値との差を求め、予め設定されたスレッショルド電圧をその差分だけシフトさせる。これにより、上記対向距離の変化に拘わらず常に適切なスレッショルド電圧によりセンサ検出電圧をパルス信号に変換できる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種車両における車輪の回転速度を検知する車輪速度検知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種車両における車輪速度検知システムとして、例えば磁気エンコーダを用いたものが知られており、特に自動車においてブレーキ制御等に必要な車両速度を検知する方式として主流となっている。
【０００３】
ところで、地上側の推進コイルへの通電を制御して車両を推進させる地上一次方式の磁気浮上式鉄道車両（以下「リニア車両」という）においても、所定速度（例えば百数十ｋｍ／ｈ）以下の低速域では車輪走行する。また、リニア車両の走行制御は、基本的に全速度域で地上側からの制御により行われるのだが、例えばその地上側制御或いは車両に搭載された超電導磁石に問題が生じると、地上側から速度制御できなくなるおそれがある。そのため、このような異常発生時の非常ブレーキとして、車輪回転を制動するディスクブレーキ装置が搭載されている。
【０００４】
そして、このディスクブレーキ装置の制御のために、上記自動車の場合と同様、車輪回転速度を検知する必要があるのだが、周知の如く、リニア車両の車輪は、主として超電導磁石が形成する強磁界の中におかれているため、このような強磁界中で磁気エンコーダ等の磁気式センサや磁歪式センサを使用して回転速度を正確に検知するのは非常に困難である。しかも、磁気エンコーダはその原理上、回転体が磁性体である必要があるが、リニア車両では強磁界中での使用という制約上、基本的に磁性材料は使用しないため、磁気エンコーダの搭載自体が困難である。そのため、従来よりリニア車両では、光エンコーダを用いて車輪回転速度を検知するようにしていた。
【０００５】
図８に、リニア車両に搭載された従来の光エンコーダ式車輪速度検知システムの概略構成を示す。図８に示す車輪速度検知システムは、主として、タイヤ１及びアルミホイール（以下単に「ホイール」という）２からなる支持車輪３と共に回転するスリット円盤６２ａを備えた光エンコーダ６２と、その光エンコーダ６２と光ケーブル６７を介して接続された信号処理装置６８とから構成される。
【０００６】
光エンコーダ６２は、支持脚装置（詳細は後述；図１参照）を構成するアーム４の一端の車軸６０内にあり、光エンコーダ６２側のカップリング６５とホイール２側のカップリング６６とを結合することにより、支持車輪（以下単に「車輪」という）３の回転と共にスリット円盤６２ａが回転する。
【０００７】
そして、信号処理装置６８内部の投光器からの光が光ケーブル６７を介してスリット円盤６２ａへ投光され、それが反射されるとその反射光が光ケーブル６７を介して伝送され信号処理装置６８にて受光される。この反射光の有無・受光タイミング等に基づいて、車輪回転速度を検知するようにしている。
【０００８】
しかしながら、光エンコーダ６２による車輪速度検知システムでは、リニア車両のような強磁界中であっても正確に検知することができるものの、光エンコーダ６２自体の価格が高かったり、光回路（光ケーブル６７や図示しない光コネクタ等）の経年劣化に起因する光減衰量の変化により正確な検出ができなくなる、といった問題があった。
【０００９】
また、スリット円盤６２ａを回転させるために各カップリング６５，６６を結合しているため、タイヤ交換等のメンテナンス作業時の作業量が増大するという問題もあった。即ち、車輪３を車軸６０から外すには、まず各カップリング６５，６６を外す必要があり、この作業が、リニア車両全体として多くの時間を費やしてしまうのである。
【００１０】
一方、車輪速度検知システムとして、上記のような磁気式、光式以外に、渦電流式変位センサを用いたシステムも提案されている。これは、例えば回転体の外周に一定間隔で凹凸を設けると共に、その凹凸面と一定距離隔てて渦電流式変位センサを固定設置しておき、回転体の回転（車輪回転）に伴って凹部と凸部とが交互にセンサと対向することをセンサで検出し、その検出信号（交流の検出電圧）から車輪回転速度を検知するよう構成されたものである（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
そこで、リニア車両においても、この渦電流式変位センサを用いた車輪速度検知システムを採用することが考えられる。具体的には、図９に示すように、ホイール２内側（車体側）の外周に凹凸部７を設け、その凹凸部７と対向するように渦電流式変位センサ（以下単に「渦電流センサ」という）１０をアーム４に固定設置する。これにより、渦電流センサ１０と直接対向する凹凸部７が車輪３の回転に伴って凹部→凸部→凹部・・・と交互に変化し、この変化に応じた検出電圧がケーブル１５を介して信号処理装置７０へ伝達される。信号処理装置７０では、この検出電圧を所定のスレッショルドレベルに従ってパルス信号に変換し、変換後のパルス信号から回転速度を演算するようにしている。
【００１２】
このように、渦電流センサ１０を用いて車輪回転速度を検知するシステムを構築すれば、光エンコーダ式のように車軸５内にセンサ等を搭載する必要がなく、支持脚装置においては単に渦電流センサ１０をアーム４に固定するだけでよい。そのため、車輪３のメンテナンス作業時に、光エンコーダ式のようなカップリングの結合・分離作業といった、車輪速度検知システムを構成する部品を扱うことが不要となって、メンテナンス作業量が軽減される。また、光ケーブルを使用しないため、光ケーブルの減衰といった光エンコーダ式独特の問題も解消される。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−１２１６５５号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、渦電流センサを用いた車輪速度検知システムをリニア車両に適用する場合、下記▲１▼，▲２▼の理由により、本来一定距離に保たれるべき凹凸部７全体〜渦電流センサ１０間の距離（より具体的には、凸部表面〜渦電流センサ１０間の距離ｄ；後述の図１０参照）が変化するおそれがあるという問題があった。
▲１▼リニア車両の車輪３のように大きな荷重を支持する回転体では、回転中の振れや輪重の変化によって、渦電流センサ１０と凹凸部７全体との距離が変化してしまう。特に、リニア車両の場合はホイールセンター（車軸５）と、上下荷重を受ける支持脚６（図９では省略，後述の図１参照）内のアクチュエータの軸とがオフセットしているため、支持脚６から受ける荷重によりアーム４に捻りが生じる。そして、荷重変化、つまり輪重変化によって捻り具合が変化すると、上記距離の変化が生じるのである。
▲２▼リニア車両では、車輪３のメンテナンス作業やタイヤ交換等の作業の頻度が比較的多いため、メンテナンス時の組み付け誤差等によって、その都度、渦電流センサ１０と凹凸部７全体との距離が変化する。また、凹凸部７が設けられたホイール２自体を交換すると、ホイール２そのものの製作公差により、やはり上記距離の変化が生じるおそれがある。
【００１５】
このように、凹凸部７全体〜渦電流センサ１０間の距離が変化すると、渦電流センサ１０からの検出電圧に基づいて正確に車輪回転速度を検知することが困難となる。このことについて、図１０に基づき説明する。図１０は、リニア車両の車輪速度検知システムとして渦電流センサを利用した場合の、センサ検出電圧及びパルス出力の一例を表すグラフである。
【００１６】
まず、図１０（ａ）は、渦電流センサ１０〜凸部７ａ間の距離ｄが正常（ｄ＝ｄｏ）の場合について示している。車輪３の回転により凹凸部７が矢印Ａ方向に移動（回転）すると、渦電流センサ１０は凸部７ａ→凹部７ｂ→凸部７ａ・・・と交互に対向していく。尚、渦電流センサ１０に対して凹凸部７が矢印Ａ方向に移動することと、凹凸部７に対して渦電流センサ１０が矢印Ａ’方向に移動することとは実質的に同じことであるため、以下、図１０及び後述の図４，図７の説明においては、車輪３の回転により等価的に渦電流センサ１０が矢印Ａ’方向に移動するものとして説明する。
【００１７】
渦電流センサ１０の移動により、図示のような正弦波状の検出電圧が得られる。そして、この検出電圧をパルス信号に変換するために、予め、ヒステリシスを持ったスレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬが設定されており、これにより検出電圧が図示のようにパルス信号に変換される。
【００１８】
ところが、輪重変化や組み付け誤差等によって、図１０（ｂ）のように渦電流センサ１０〜凸部７ａ間の距離ｄが接近（ｄ＝ｄｎ＜ｄｏ）すると、渦電流センサ１０のセンシング原理上、検出電圧が小さくなってしまい、検出電圧の振幅範囲がスレッショルド電圧ＶＴＨより小さくなるおそれがある。
【００１９】
こうなると、スレッショルドレベルＶＴＨによるパルス信号への変換はできなくなるため、図示のように常時Ｌｏｗレベルのパルス信号が出力されてしまう。逆に、図示は省略したものの、渦電流センサ１０が凸部７ａから離反（ｄ＞ｄｏ）すると、センサ検出電圧は図１０（ａ）の状態より高いレベルとなり、スレッショルドレベルＶＴＬが検出電圧の振幅範囲より小さくなってしまうおそれがある。そうなると、常時Ｈｉｇｈレベルのパルス信号が出力されてしまうことになる。
【００２０】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、輪重変化や組み付け誤差等の各種要因によって渦電流センサと凸部間の距離が変化しても、車輪回転速度を正確に検知できるようにすることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の車輪速度検知システムは、車輪の軸心を回転中心として該車輪と共に回転し、外周に回転方向（円周方向）に沿って凹部と凸部とが所定間隔で複数形成された回転体と、その凸部表面と一定距離隔てて対向するよう設置され、交流電流の供給を受けて周囲に交流磁場を発生させるためのコイルからなるセンサヘッドと、そのコイルを交流電流供給により励磁して凹部及び凸部に渦電流を発生させると共に、回転体の回転に伴って生じる渦電流量の変化に応じた交流検出信号を出力する検出手段と、出力された交流検出信号を予め設定したスレッショルドレベルに従ってパルス信号に変換するパルス変換手段と、変換後のパルス信号に基づいて車輪の回転速度を演算する速度演算手段と、を備えたものである。
【００２２】
つまり、本発明の車輪速度検知システムは、従来の渦電流式変位センサを用いた車輪速度検知システムと同様、回転体の回転に伴って生じる渦電流量の変化に基づいて車輪回転速度を検知するものである。また、凸部表面とセンサヘッドとは一定距離隔てて対向するよう設置されている。言い換えれば、凹部表面とセンサヘッドとの距離も一定である。
【００２３】
ところが、従来技術の課題として説明したように、例えば車輪にかかる荷重（軸重）が変化したり、車輪のメンテナンス作業時に車輪・回転体を着脱したりすると、回転体やセンサヘッドを支持・固定する部材の機械的捻りや組み付け誤差等によって、凸部表面とセンサヘッドとの対向距離が上記一定距離から変化してしまうおそれがある。
【００２４】
そこで本発明（請求項１）では、スレッショルド移動手段が、凸部表面とセンサヘッドとの実際の対向距離に応じてスレッショルドレベルを移動させる。そして、スレッショルド移動手段によりスレッショルドレベルが移動されたとき、パルス変換手段は、該移動後のスレッショルドレベルに従ってパルス信号への変換を行う。そのため、本来一定距離に保持されるべき凸部表面とセンサヘッドとの距離が変化してしまっても、その変化に応じて、スレッショルドレベルを適切なレベルにすることができる。
【００２５】
従って、請求項１記載の車輪速度検知システムによれば、軸重変化等によって凸部表面とセンサヘッドとの距離が変化しても、その変化に対応した適切なスレッショルドレベルに従ってパルス変換手段がパルス信号への変換を行うため、車輪回転速度を正確に検知することができる。
【００２６】
尚、渦電流量の変化は、例えば一般的な渦電流式変位センサと同様、コイルのインピーダンス変化として現れるため、その変化に対応した交流検出信号としては、例えば当該コイルを含む共振回路を構成してその共振電圧の変化として取り出すことができる。
【００２７】
また、凹部及び凸部の形成は、車輪回転速度に対応した渦電流量の変化を検出できるように形成すればよく、例えば図９で説明したように回転体における回転軸と垂直な面の外周に形成してもよいし、また例えば、既述の特許文献１に記載のような回転体の側面に形成（つまりギアを回転体として利用）してもよい。
【００２８】
更に、スレッショルド移動手段によるスレッショルドレベルの移動は、常に行うようにしてもよいが、例えば実際の対向距離が上記一定距離とほとんど差がなく、交流検出電圧をそのまま予め設定したスレッショルドレベルに従ってパルス信号化しても問題ない場合もある。そのため、例えば実際の交流検出電圧をみてスレッショルドレベルの移動が必要かどうか判断して必要な場合のみ移動させてもよく、移動させるか否かは対向距離の変化の程度に応じて適宜判断するようにしてもよい。
【００２９】
ここで、スレッショルド移動手段によるスレッショルドレベルの移動は、具体的には、例えば請求項２に記載のように、スレッショルドレベルが検出手段から出力される交流検出信号の振幅範囲内となるようにするとよい。スレッショルドレベルが少なくとも交流検出信号の振幅範囲内にあれば、スレッショルドレベルに従って交流検出信号をパルス信号に変換できるため、車輪回転速度を正確に検知することが可能となる。
【００３０】
尚、この場合も、スレッショルドレベルを移動させるべきか否かを適宜判断するようにしてもよく、例えばスレッショルドレベルが実際の交流検出信号の振幅範囲から外れている場合（例えば図１０（ｂ）のような場合）にのみ移動させるようにしてもいい。また、交流検出信号の振幅範囲内ではあるがその最大値又は最小値に接近している場合にも、移動させるようにしてもいい。
【００３１】
また、スレッショルド移動手段がスレッショルドレベルをどの程度移動させるかは、種々の方法により決めることができるが、例えば請求項３に記載のように、実際の交流検出信号と、対向距離が上記一定距離のときの交流検出信号との差に応じて決めるようにしてもいい。
【００３２】
即ち、請求項３に記載の車輪速度検知システムは、スレッショルド移動手段が、予め設定した、凸部表面とセンサヘッドとの対向距離が上記一定距離のときの交流検出信号の平均値であるデフォルト平均値と、検出手段から出力された実際の交流検出信号の平均値との差を得て、該差分に応じてスレッショルドレベルを移動させる。
【００３３】
この場合、例えばその差分に等しい移動量としてもいい。また例えば、差分が少ない場合（つまり対向距離の変化量が少ない場合）は移動させず、差分が大きい場合にのみ移動させるようにしてもいい。
このように、デフォルト平均値と実際の交流検出信号の平均値との差に応じて移動量を決めるようにすれば、スレッショルドレベルをより適切に移動させることができ、車輪速度検知システムの信頼性をより向上させることができる。
【００３４】
そして、スレッショルドレベルとしては、例えばただ一つのレベルを設定して交流検出信号がそのレベルより高いか低いかを判断することによりパルス信号化する方法も可能ではあるが、ノイズ耐性等を考慮すれば、より好ましくは請求項４に記載のように、ヒステリシスを持った二つのスレッショルドレベルを設定するとよい。そしてこの場合、スレッショルド移動手段は、該二つのスレッショルドレベルの移動を、ヒステリシス量を保持しつつ該二つのスレッショルドレベルに対して行うとよい。
【００３５】
次に、請求項５記載の車輪速度検知システムは、請求項１記載の車輪速度検知システムと同様、回転体、センサヘッド、検出手段、パルス変換手段、及び速度演算手段を備えたものである。そして、検出手段が出力した交流検出信号を、検出信号シフト手段が、凸部表面とセンサヘッドとの実際の対向距離に応じたレベルだけシフトさせる。このように検出信号シフト手段により交流検出信号がシフトされたときは、パルス変換手段は、該シフト後の交流検出信号をパルス信号に変換する。
【００３６】
つまり、請求項１記載のシステムではスレッショルドレベルを移動させたのに対し、本発明（請求項５）では、スレッショルドレベルは移動させずに実際の交流検出信号そのものをシフトさせて、実質的に請求項１におけるスレッショルドレベル移動の場合と同等の効果を得るのである。
【００３７】
従って、請求項５記載の車輪速度検知システムによれば、軸重変化等により凸部表面とセンサヘッドとの距離が変化して、対向距離が上記一定距離のときの交流検出信号と実際の交流検出信号とのずれが生じても、そのズレを戻す方向に交流検出信号をシフトさせることができるため、車輪回転速度を正確に検知することができる。
【００３８】
尚、この場合も、検出信号シフト手段による交流検出信号のシフトは、常に行うようにしてもいいが、例えば実際の交流検出電圧をみてシフトが必要かどうか判断し、必要な場合のみシフトさせてもよく、シフトさせるか否かは対向距離の変化の程度に応じて適宜判断するようにしてもいい。
【００３９】
ここで、検出信号シフト手段による交流検出信号のシフトは、具体的には、例えば請求項６記載のように、交流検出信号の振幅範囲内にスレッショルドレベルが含まれるようにするとよい。交流検出信号の振幅範囲内にスレッショルドレベルが入る状態となるようにシフトすれば、シフト後の交流検出信号をそのスレッショルドレベルに従ってパルス信号に変換できるため、車輪回転速度を正確に検知することが可能となる。
【００４０】
尚、この場合も、交流検出信号をシフトさせるべきか否かは適宜判断するようにしてもよく、例えば常にシフトさせるようにしてもよいし、また例えば、交流検出信号の振幅範囲からスレッショルドレベルが外れている場合（例えば図１０（ｂ）のような場合）にのみシフトさせるようにしてもよい。
【００４１】
また、検出信号シフト手段が交流検出信号をどの程度シフトさせるかは、種々の方法により決めることができるが、例えば請求項７に記載のように、予め設定した、凹部表面とセンサヘッドとの対向距離が一定距離のときの交流検出信号の平均値であるデフォルト平均値と、検出手段から出力された実際の交流検出信号の平均値との差に応じたレベルだけシフトさせるようにしてもよい。
【００４２】
この場合、例えばその差分に等しいシフト量としてもいいし、また例えば、差分が少ない場合（つまり対向距離の変化量が少ない場合）はシフトさせず、差分が大きい場合にのみシフトさせるようにしてもいい。
このように、デフォルト平均値と実際の交流検出信号の平均値との差に応じてシフト量を決めるようにすれば、スレッショルドレベルをより適切にシフトさせることができ、車輪速度検知システムの信頼性をより向上させることができる。
【００４３】
そして、請求項５〜７いずれかに記載のシステムにおいても、スレッショルドレベルとして例えばただ一つのレベルを設定し、交流検出信号がそのレベルより高いか低いかを判断することによりパルス信号化する方法も可能ではあるが、ノイズ耐性等を考慮すれば、より好ましくは請求項８に記載のように、ヒステリシスを持った二つのスレッショルドレベルにするのが好ましい。
【００４４】
ところで、本発明の車輪速度検知システムは各種車両において適用可能であるが、既述の通り、比較的大きな荷重を支持し且つ車輪のメンテナンス作業の頻度も多いリニア車両では、軸重の変化や車輪メンテナンス作業時の組み付け誤差等によって上記対向距離が変化する可能性も高い。
【００４５】
そこで、本発明（請求項１〜８いずれか）のシステムは、例えば請求項９に記載のように、地上側の軌道に沿って配置された推進コイルへ通電することにより該推進コイルと車両側に搭載された界磁との磁気相互作用によって車両を推進させる地上一次方式の鉄道において、車両に備えられた車輪の回転速度を得るために該車両に搭載するとより効果的であり、地上一次方式の鉄道車両においてより信頼性の高い車輪速度検知システムの構築が可能となる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、磁気浮上式鉄道車両（リニア車両）が備える支持脚装置の概略構成を表す斜視図である。リニア車両は、図示は省略するものの、台車内に界磁としての超電導磁石を搭載しており、地上側の軌道に沿って配置された推進コイルへの通電を制御することにより推進コイルと車両側の超電導磁石との磁気相互作用によって推進する、いわゆる地上一次方式の鉄道車両であり、所定速度（例えば百数十ｋｍ／ｈ）以上では浮上走行するがそれ以下の速度域では車輪走行する。そして、この車輪走行のために、図１に示す支持脚装置が設けられている。
【００４７】
図１に示す如く、リニア車両の支持脚装置は、アーム４の一端に設けられた車軸（軸心）５に、タイヤ１及び回転体としてのホイール（アルミホイール）２からなる車輪（支持車輪）３が装着されている。また、一端がアーム４に結合された支持脚６は、内部にアクチュエータを備えて伸縮できるように構成されており、支持脚６の他端及びアーム４の他端はいずれも図示しないブラケットに結合されている。そのため、支持脚６内のアクチュエータを駆動して伸縮させることにより、車輪３を上下に移動させることができる。
【００４８】
また、車輪３には、図示は省略したもののディスクブレーキ装置が搭載されており、車輪３による車輪走行時に地上側制御による制動が不能となった場合にそのディスクブレーキ装置を動作させてリニア車両を制動するようにしている。
そして、本実施形態では、上記ディスクブレーキ装置の動作を制御するのに必要な車輪３の回転速度を検出するための、凹凸部７，渦電流センサ１０，ケーブル１５及び信号処理装置２０からなる車輪速度検知システムが搭載されている。
【００４９】
凹凸部７は、図示の如くホイール２の外周において回転方向に沿って凸部７ａと凹部７ｂとが所定間隔で交互に形成されたものであり、その材質は本実施形態ではアルミニウムである。渦電流センサ１０は、この凹凸部７と一定距離（以下「デフォルト対向距離」という）ｄｏ隔てて対向するようにアーム４に固定設置されており、渦電流センサ１０からのセンサ検出電圧はケーブル１５を介して信号処理装置２０へ伝送される。
【００５０】
図２（ａ）に、本実施形態の車輪速度検知システムの概略構成を示す。図２（ａ）に示す如く、渦電流センサ１０は、そのセンサヘッド１０ａに検出コイル１１が内蔵されており、センサヘッド１０ａと凸部７ａとの距離がデフォルト対向距離となるようにされている。そして、後述するように検出コイル１１のインピーダンス変化に応じたセンサ検出電圧（本発明の交流検出信号に相当）が、ケーブル１５を介して信号処理装置２０へ伝送される。
【００５１】
図２（ｂ）に、渦電流センサ１０の概略構成を示す。渦電流センサ１０は、主として検出コイル１１と発振駆動部１２と検波回路１３とからなる。検出コイル１１は、発振駆動部１２内のコンデンサ（図示略）と共に共振回路を構成しており、この共振回路に発振駆動部１２が交流電流を供給して所定の発振周波数にて発振させることにより、検出コイル１１に高周波電流を流して周囲に交流磁場を発生させる。この交流磁場の中を車輪３が回転すると、アルミホイール２に渦電流が生じることになる。
【００５２】
そして、本実施形態では、アルミホイール２においてセンサヘッド１０ａと対向するように凹凸部７が形成されているため、車輪３の回転に伴ってセンサヘッド１０ａには凹部７ｂ→凸部７ａ→凹部７ｂ・・・と、凹部７ｂ及び凸部７ａが交互に対向する。そのため、凹凸部７全体に生じる渦電流量は車輪３の回転に応じて変化し、これにより検出コイル１１のインピーダンスが変化する。
【００５３】
この結果、発振回路の発振振幅、即ち発振駆動部１２から出力される発振電圧の振幅が、車輪３の回転に伴って変化することになる。そしてこの発振出力は、検波回路１３にて包絡線検波されると共に適宜増幅され、センサ検出電圧として信号処理装置２０へ伝送される。具体的には、既述の図１０に示す波形と同様、センサヘッド１０ａに凸部７ａが対向するときは、渦電流量が大きくなって検出コイル１１のインピーダンス変化も大きくなるため、センサ検出電圧は小さくなる。一方、センサヘッド１０ａに凹部７ｂが対向するときは、渦電流量が小さくなって検出コイル１１のインピーダンス変化も小さくなるため、センサ検出電圧は大きくなる。尚、渦電流センサ１０の動作用電源は、信号処理装置２０から供給される。
【００５４】
このようにして渦電流センサ１０から出力されたセンサ検出電圧は、信号処理装置２０においてパルス信号に変換され、そのパルス信号に基づいて車輪回転速度が演算されることになる。即ち、センサ検出電圧はまず、Ａ／Ｄ変換器２１によって所定のサンプリング周波数にてサンプリングされデジタル値に変換される。以下、このＡ／Ｄ変換後のセンサ検出電圧を検出データ（Ａ／Ｄ値）という。
【００５５】
この検出データは、信号レベル判定部２２及びパルス変換部２３へ入力されるが、まず信号レベル判定部２２について説明する。信号レベル判定部２２は、検出データに基づいてスレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬ（つまりヒステリシスを持ったスレッショルド）を演算しパルス変換部２３へ出力するものであり、より詳しくは、予め設定されているデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ を検出データに応じてシフト（移動）させるスレッショルド電圧シフト処理を実行する。
【００５６】
図３は、信号レベル判定部２２にて実行されるスレッショルド電圧シフト処理を表すフローチャートである。このスレッショルド電圧シフト処理は、車輪３による車輪走行中、継続して行われるものである。
この処理が開始されると、まずステップ（以下「Ｓ」と略す）１１０にて、センサ検出電圧（実際には検出データ）の最大値Ｖｍａｘを取得し、続くＳ１２０にて、センサ検出電圧（検出データ）の最小値Ｖｍｉｎを取得する。つまり、Ｓ１１０にてセンサ検出電圧の振幅最大値を、Ｓ１２０にてセンサ検出電圧の振幅最小値を取得することになる。
【００５７】
そしてＳ１３０にて、この最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎの平均である実平均電圧Ｖａｖを演算する。一方、信号レベル判定部２２には、センサヘッド１０ａと凸部７ａとの距離がデフォルト対向距離である場合のセンサ検出電圧の平均値であるデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ （本発明のデフォルト平均値）も記憶されており、続くＳ１４０では、Ｓ１３０で得られた実平均電圧Ｖａｖと上記デフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差であるシフト量Ｚを演算する。
【００５８】
そして、Ｓ１５０にて、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ をそれぞれシフト量Ｚだけシフトさせることにより、実際のスレッショルド電圧である実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬを得る。つまり、センサヘッド１０ａと凸部７ａとの距離がデフォルト対向距離である場合のセンサ検出電圧と、実際のセンサ検出電圧とのズレを、両者の平均電圧（デフォルト平均電圧及び実平均電圧）の差に換算し、その差を、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ のシフト量Ｚとして扱うのである。このようにして得られた実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬは、パルス変換部２３へ出力される。
【００５９】
パルス変換部２３では、Ａ／Ｄ変換器２１からの検出データが実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬに従ってパルス信号に変換され、速度演算部２４へ出力される。そして、速度演算部２４では、パルス信号の単位時間あたりのパルス数或いはパルス間隔（周期）に基づいて車輪回転速度が演算される。このようにして得られた車輪回転速度は、図示しないブレーキ制御部へ伝送され、ディスクブレーキ装置の制御のために使用される。
【００６０】
図４に、本実施形態の車輪速度検知システムにおけるセンサ検出電圧（検出データ）及びパルス出力の一例を表す。まず、図４（ａ）は、センサヘッド１０ａと凸部７ａとが接近して両者の対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより小さくなった場合を表している。このように、対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより小さくなると、センサ検出電圧は、デフォルト対向距離のときのセンサ検出電圧より小さくなり、図示の状態では、センサ検出電圧の最大値Ｖｍａｘよりもデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ が大きくなってしまっている。
【００６１】
そのため、本実施形態では、図３で説明したスレッショルド電圧シフト処理が実行されることにより、実際の検出電圧の最大値Ｖｍａｘ及び最小値Ｖｍｉｎから実平均電圧Ｖａｖが演算され、この実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差がシフト量Ｚとなる。そのため、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ をシフト量Ｚだけシフトさせて実スレッショルド電圧ＶＴＨとすると共に、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＬ０ もシフト量Ｚだけシフトさせて実スレッショルド電圧ＶＴＬとしている。つまり、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ をいずれも｜Ｚ｜だけ減少させている。そして、実際のセンサ検出電圧を、実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬにて切ってパルス化することにより、図示のようなパルス出力が得られるのである。
【００６２】
一方、図４（ｂ）は、センサヘッド１０ａと凸部７ａとが離反して両者の対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより大きくなった場合を表している。このように、対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより大きくなると、センサ検出電圧は、デフォルト対向距離のときのセンサ検出電圧より大きくなり、図示の状態では、センサ検出電圧の最小値Ｖｍｉｎよりもデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＬ０ が小さくなってしまっている。
【００６３】
そのため、図３で説明したスレッショルド電圧シフト処理が実行されることにより、図４（ａ）で説明したのと同様、実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差がシフト量Ｚとして、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ をシフト量Ｚだけシフトさせて実スレッショルド電圧ＶＴＨとすると共に、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＬ０ もシフト量Ｚだけシフトさせて実スレッショルド電圧ＶＴＬとしている。つまり、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ をいずれも｜Ｚ｜だけ増加させている。そして、実際のセンサ検出電圧を、実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬにて切ってパルス化することにより、図示のようなパルス出力が得られるのである。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態の車輪速度検知システムでは、予め設定されたデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ を、実際に渦電流センサ１０にて検出されたセンサ検出電圧の平均値とデフォルト平均電圧との差分であるシフト量Ｚだけシフトさせることにより、実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬを得ている。そして、この実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬに従って、実際のセンサ検出電圧（検出データ）をパルス信号に変換している。
【００６５】
そのため、本実施形態の車輪速度検知システムによれば、軸重変化等によって凸部７ａとセンサヘッド１０ａとの対向距離が変化しても、その変化に対応した適切な実スレッショルドレベルＶＴＨ，ＶＴＬに従ってパルス信号への変換がなされるため、対向距離の変化に拘わらず車輪回転速度を正確に検知することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、単にデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ が実際のセンサ検出電圧の振幅範囲内に入るようにシフトすることだけでなく、そのシフト量についても、デフォルト平均電圧Ｖａｖｏ と実平均電圧Ｖａｖとの差に基づいてより適切なシフト量Ｚを得るようにしているため、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬが実際のセンサ検出電圧に応じてより適切にシフトされることになり、信頼性の高い車輪速度検知システムの提供が可能となる。
【００６７】
尚、本実施形態において、渦電流センサ１０は本発明の検出手段に相当し、パルス変換部２３は本発明のパルス変換手段に相当し、速度演算部２４は本発明の速度演算手段に相当し、信号レベル判定部２２は本発明のスレッショルド移動手段に相当する。また、図３のスレッショルド電圧シフト処理は、本発明のスレッショルド移動手段が実行する処理に相当する。
【００６８】
［第２実施形態］
上記第１実施形態では、センサヘッド１０ａと凸部７ａとの対向距離の変化に応じてデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ をシフトさせる場合について説明したが、本実施形態では、スレッショルド電圧をシフトさせるのではなく、渦電流センサ１０にて検出されたセンサ検出電圧（検出データ）そのものをシフトさせることにより、対向距離の変化に応じた適切なパルス信号化を行うようにしている。
【００６９】
図５は、本実施形態の車輪速度検知システムにおける信号処理装置３０の概略構成を表すブロック図である。本実施形態の信号処理装置３０は、第１実施形態の車輪速度検知システムにおける信号処理装置２０に代わって用いるものであり、渦電流センサ１０からのセンサ検出電圧はまず、Ａ／Ｄ変換器２１によって所定のサンプリング周波数にてサンプリングされ、デジタル値である検出データ（Ａ／Ｄ値）に変換される。
【００７０】
この検出データは検出データシフト部３１に入力され、ここで所定量だけシフトされることになる。即ち、検出データシフト部３１では、実際の検出データを、その平均値と予め設定されているデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差に応じてシフトさせるための検出データシフト処理が実行される。
【００７１】
図６は、検出データシフト部３１にて実行される検出データシフト処理を示すフローチャートである。この検出データシフト処理も、車輪３による車輪走行中、継続して行われるものである。尚、この処理において、Ｓ２１０〜Ｓ２４０の各処理はいずれも、図３で説明したスレッショルド電圧シフト処理におけるＳ１１０〜Ｓ１４０の各処理と全く同じものであるため、これらＳ２１０〜Ｓ２４０の処理についてはここでは詳細説明を省略する。
【００７２】
即ち、Ｓ２１０及びＳ２２０にてそれぞれ検出データの最大値Ｖｍａｘ及び最小値Ｖｍｉｎを取得し、Ｓ２３０にて両者の平均値である実平均電圧Ｖａｖを算出し、続くＳ２４０でその実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差を算出してシフト量Ｚとする。そして、Ｓ２５０にて、得られたシフト量Ｚだけ、実際の検出データをシフトさせる。
【００７３】
このようにシフトされた検出データは、パルス変換部３２に入力され、ここでパルス信号に変換される。このパルス変換部３２では、第１実施形態におけるデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ に相当するスレッショルド電圧が予め設定されており、このスレッショルド電圧に従って、上記シフトされた検出データをパルス信号に変換する。そして、このパルス信号は速度演算部２４に入力され、第１実施形態の場合と同様、パルス信号の単位時間あたりのパルス数或いはパルス間隔（周期）に基づいて車輪回転速度が演算される。
【００７４】
図７に、本実施形態の車輪速度検知システムにおけるセンサ検出電圧（検出データ）及びパルス出力の一例を表す。まず、図７（ａ）は、センサヘッド１０ａと凸部７ａとが接近して両者の対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより小さくなった場合を表している。このように、対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより小さくなると、実際のセンサ検出電圧は、デフォルト対向距離のときのセンサ検出電圧より小さくなり、図示の状態では、センサ検出電圧の最大値Ｖｍａｘよりもデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ が大きくなってしまっている。
【００７５】
そのため、本実施形態では、図６で説明した検出データシフト処理が実行されることにより、実際の検出電圧の最大値Ｖｍａｘ及び最小値Ｖｍｉｎから実平均電圧Ｖａｖが演算され、この実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差がシフト量Ｚとなる。そのため、実際のセンサ検出電圧（検出データ）をシフト量Ｚだけシフトさせている。つまり、第１実施形態のようにデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ をいずれも｜Ｚ｜だけ減少させるのではなく、検出データ自体を｜Ｚ｜だけ増加させるのである。そして、シフト後のセンサ検出電圧をパルス化することにより、図示のようなパルス出力が得られるのである。
【００７６】
一方、図７（ｂ）は、センサヘッド１０ａと凸部７ａとが離反して両者の対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより大きくなった場合を表している。このように、対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより大きくなると、センサ検出電圧は、デフォルト対向距離のときのセンサ検出電圧より大きくなり、図示の状態では、センサ検出電圧の最小値Ｖｍｉｎよりもデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＬ０ が小さくなってしまっている。
【００７７】
そのため、図６で説明した検出データシフト処理が実行されることにより、図７（ａ）で説明したのと同様、実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差がシフト量Ｚとして、実際の検出データをシフト量Ｚだけシフトさせている。つまり、第１実施形態のようにデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ をいずれも｜Ｚ｜だけ増加させるのではなく、検出データ自体を｜Ｚ｜だけ減少させるのである。そして、シフト後のセンサ検出電圧をパルス化することにより、図示のようなパルス出力が得られるのである。
【００７８】
従って、本実施形態によれば、軸重変化等により凸部７ａ表面とセンサヘッド１０ａとの対向距離が変化して、デフォルト対向距離のときのセンサ検出電圧と実際のセンサ検出電圧とのずれが生じても、そのズレを戻す方向にセンサ検出電圧（検出データ）を移動させるため、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７９】
尚、本実施形態において、検出データシフト部３１は本発明の検出信号シフト手段に相当し、図６の検出データシフト処理は、本発明の検出信号シフト手段が実行する処理に相当する。
尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００８０】
例えば、上記各実施形態では、実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差をシフト量Ｚとしたが、これに限らず、対向距離がデフォルト対向距離の時のセンサ検出電圧の最大値（又は最小値）と、実際のセンサ検出電圧の最大値Ｖｍａｘ（又は最小値Ｖｍｉｎ）との差をシフト量Ｚとしてもよく、対向距離の変化に対応した適切なシフト量Ｚが得られる限り種々の方法にて得ることができる。
【００８１】
また、上記第１実施形態では、予めデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ を設定しておき、これをシフト量Ｚだけシフトさせるようにしたが、このようにデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ を予め設定せず、実際に得られた検出データの振幅（最大値及び最大値）に基づいて逐一スレッショルド電圧を演算により求めるようにしてもよい。具体的には、例えば実際の検出データの最大値より所定レベル低い値と、実際の検出データの最小値より所定レベル高い値とを、スレッショルドレベルとすることができる。
【００８２】
更に、上記各実施形態では、実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差がわずかであっても、差がある限りシフトさせるようにしたが、このように差がわずかであって無視し得る程度のときは、シフトさせなくても正常にパルス信号への変換が可能である。そのため、差の大小に関係なく常にシフトさせるのではなく、差が大きくて正常なパルス変換が期待できない場合にのみシフトさせるようにしてもよい。つまり、理論的には、少なくともスレッショルドレベルが実際のセンサ検出電圧の振幅範囲から外れているときにのみ、振幅範囲に入るよう移動させればいいわけである。
【００８３】
更にまた、上記各実施形態では、ヒステリシスを持ったスレッショルド電圧により検出データをパルス信号に変換するようにしたが、これに限らず、ヒステリシスを持たない一つのスレッショルドレベルを用いてもよい。但し、ノイズ耐性等を考慮すれば、上記各実施形態のように、ヒステリシスを持ったスレッショルド電圧を用いるのが好ましい。
【００８４】
また、凹凸部７は、上記実施形態のようにホイール２の回転面の外周に設ける以外にも、例えば既述の特許文献１に開示された技術のように、ホイール２の側面に設ける（つまり歯車のような形態）ようにしてもよく、本発明の作用効果を奏する限りその形成場所は特に限定されない。
【００８５】
凸部７ａの形状についても、上記実施形態のような形状に限定されず、凹・凸の変化が渦電流量の差として検出（延いては検出コイル１１のインピーダンスの変化として検出）できるかぎり、種々の形状を採りうる。
更に、上記各実施形態における各信号処理装置２０，３０では、渦電流センサ１０からのセンサ検出電圧をそのままＡ／Ｄ変換するようにしたが、例えばＡ／Ｄ変換器２１の前段に高周波除去フィルタを設けて、高周波ノイズ成分をカットするようにしてもよく、このようにすれば当該システムの信頼性がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気浮上式鉄道車両が備える支持脚装置の概略構成を表す斜視図である。
【図２】第１実施形態の車輪速度検知システムの概略構成を表すブロック図である。
【図３】第１実施形態のスレッショルド電圧シフト処理を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態の車輪速度検知システムにおけるセンサ検出電圧及びパルス出力の一例を表すグラフであり、（ａ）はセンサと凸部とが接近した場合を表し、（ｂ）はセンサと凸部とが離反した場合を表す。
【図５】第２実施形態の車輪速度検知システムの概略構成を表すブロック図である。
【図６】第２実施形態の検出データシフト処理を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態の車輪速度検知システムにおけるセンサ検出電圧及びパルス出力の一例を表すグラフであり、（ａ）はセンサと凸部とが接近した場合を表し、（ｂ）はセンサと凸部とが離反した場合を表す。
【図８】磁気浮上式鉄道車両に搭載された光エンコーダ式車輪速度検知システムの概略構成を表す説明図である。
【図９】磁気浮上式鉄道車両の車輪速度検知システムとして渦電流式変位センサを利用した場合の概略構成を表す説明図である。
【図１０】磁気浮上式鉄道車両の車輪速度検知システムとして渦電流式変位センサを利用した場合のセンサ検出電圧及びパルス出力の一例を表すグラフである。
【符号の説明】
１…タイヤ、２…アルミホイール、３…支持車輪、４…アーム、５，６０…車軸、６…支持脚、７…凹凸部、７ａ…凸部、７ｂ…凹部、１０…渦電流式変位センサ、１０ａ…センサヘッド、１１…検出コイル、１２…発振駆動部、１３…検波回路、１５…ケーブル、２０，３０，６８，７０…信号処理装置、２１…Ａ／Ｄ変換器、２２…信号レベル判定部、２３，３２…パルス変換部、２４…速度演算部、３１…検出データシフト部、６２…光エンコーダ、６２ａ…スリット円盤、６５，６６…カップリング、６７…光ケーブル
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種車両における車輪の回転速度を検知する車輪速度検知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種車両における車輪速度検知システムとして、例えば磁気エンコーダを用いたものが知られており、特に自動車においてブレーキ制御等に必要な車両速度を検知する方式として主流となっている。
【０００３】
ところで、地上側の推進コイルへの通電を制御して車両を推進させる地上一次方式の磁気浮上式鉄道車両（以下「リニア車両」という）においても、所定速度（例えば百数十ｋｍ／ｈ）以下の低速域では車輪走行する。また、リニア車両の走行制御は、基本的に全速度域で地上側からの制御により行われるのだが、例えばその地上側制御或いは車両に搭載された超電導磁石に問題が生じると、地上側から速度制御できなくなるおそれがある。そのため、このような異常発生時の非常ブレーキとして、車輪回転を制動するディスクブレーキ装置が搭載されている。
【０００４】
そして、このディスクブレーキ装置の制御のために、上記自動車の場合と同様、車輪回転速度を検知する必要があるのだが、周知の如く、リニア車両の車輪は、主として超電導磁石が形成する強磁界の中におかれているため、このような強磁界中で磁気エンコーダ等の磁気式センサや磁歪式センサを使用して回転速度を正確に検知するのは非常に困難である。しかも、磁気エンコーダはその原理上、回転体が磁性体である必要があるが、リニア車両では強磁界中での使用という制約上、基本的に磁性材料は使用しないため、磁気エンコーダの搭載自体が困難である。そのため、従来よりリニア車両では、光エンコーダを用いて車輪回転速度を検知するようにしていた。
【０００５】
図８に、リニア車両に搭載された従来の光エンコーダ式車輪速度検知システムの概略構成を示す。図８に示す車輪速度検知システムは、主として、タイヤ１及びアルミホイール（以下単に「ホイール」という）２からなる支持車輪３と共に回転するスリット円盤６２ａを備えた光エンコーダ６２と、その光エンコーダ６２と光ケーブル６７を介して接続された信号処理装置６８とから構成される。
【０００６】
光エンコーダ６２は、支持脚装置（詳細は後述；図１参照）を構成するアーム４の一端の車軸６０内にあり、光エンコーダ６２側のカップリング６５とホイール２側のカップリング６６とを結合することにより、支持車輪（以下単に「車輪」という）３の回転と共にスリット円盤６２ａが回転する。
【０００７】
そして、信号処理装置６８内部の投光器からの光が光ケーブル６７を介してスリット円盤６２ａへ投光され、それが反射されるとその反射光が光ケーブル６７を介して伝送され信号処理装置６８にて受光される。この反射光の有無・受光タイミング等に基づいて、車輪回転速度を検知するようにしている。
【０００８】
しかしながら、光エンコーダ６２による車輪速度検知システムでは、リニア車両のような強磁界中であっても正確に検知することができるものの、光エンコーダ６２自体の価格が高かったり、光回路（光ケーブル６７や図示しない光コネクタ等）の経年劣化に起因する光減衰量の変化により正確な検出ができなくなる、といった問題があった。
【０００９】
また、スリット円盤６２ａを回転させるために各カップリング６５，６６を結合しているため、タイヤ交換等のメンテナンス作業時の作業量が増大するという問題もあった。即ち、車輪３を車軸６０から外すには、まず各カップリング６５，６６を外す必要があり、この作業が、リニア車両全体として多くの時間を費やしてしまうのである。
【００１０】
一方、車輪速度検知システムとして、上記のような磁気式、光式以外に、渦電流式変位センサを用いたシステムも提案されている。これは、例えば回転体の外周に一定間隔で凹凸を設けると共に、その凹凸面と一定距離隔てて渦電流式変位センサを固定設置しておき、回転体の回転（車輪回転）に伴って凹部と凸部とが交互にセンサと対向することをセンサで検出し、その検出信号（交流の検出電圧）から車輪回転速度を検知するよう構成されたものである（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
そこで、リニア車両においても、この渦電流式変位センサを用いた車輪速度検知システムを採用することが考えられる。具体的には、図９に示すように、ホイール２内側（車体側）の外周に凹凸部７を設け、その凹凸部７と対向するように渦電流式変位センサ（以下単に「渦電流センサ」という）１０をアーム４に固定設置する。これにより、渦電流センサ１０と直接対向する凹凸部７が車輪３の回転に伴って凹部→凸部→凹部・・・と交互に変化し、この変化に応じた検出電圧がケーブル１５を介して信号処理装置７０へ伝達される。信号処理装置７０では、この検出電圧を所定のスレッショルドレベルに従ってパルス信号に変換し、変換後のパルス信号から回転速度を演算するようにしている。
【００１２】
このように、渦電流センサ１０を用いて車輪回転速度を検知するシステムを構築すれば、光エンコーダ式のように車軸５内にセンサ等を搭載する必要がなく、支持脚装置においては単に渦電流センサ１０をアーム４に固定するだけでよい。そのため、車輪３のメンテナンス作業時に、光エンコーダ式のようなカップリングの結合・分離作業といった、車輪速度検知システムを構成する部品を扱うことが不要となって、メンテナンス作業量が軽減される。また、光ケーブルを使用しないため、光ケーブルの減衰といった光エンコーダ式独特の問題も解消される。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−１２１６５５号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、渦電流センサを用いた車輪速度検知システムをリニア車両に適用する場合、下記▲１▼，▲２▼の理由により、本来一定距離に保たれるべき凹凸部７全体〜渦電流センサ１０間の距離（より具体的には、凸部表面〜渦電流センサ１０間の距離ｄ；後述の図１０参照）が変化するおそれがあるという問題があった。
▲１▼リニア車両の車輪３のように大きな荷重を支持する回転体では、回転中の振れや輪重の変化によって、渦電流センサ１０と凹凸部７全体との距離が変化してしまう。特に、リニア車両の場合はホイールセンター（車軸５）と、上下荷重を受ける支持脚６（図９では省略，後述の図１参照）内のアクチュエータの軸とがオフセットしているため、支持脚６から受ける荷重によりアーム４に捻りが生じる。そして、荷重変化、つまり輪重変化によって捻り具合が変化すると、上記距離の変化が生じるのである。
▲２▼リニア車両では、車輪３のメンテナンス作業やタイヤ交換等の作業の頻度が比較的多いため、メンテナンス時の組み付け誤差等によって、その都度、渦電流センサ１０と凹凸部７全体との距離が変化する。また、凹凸部７が設けられたホイール２自体を交換すると、ホイール２そのものの製作公差により、やはり上記距離の変化が生じるおそれがある。
【００１５】
このように、凹凸部７全体〜渦電流センサ１０間の距離が変化すると、渦電流センサ１０からの検出電圧に基づいて正確に車輪回転速度を検知することが困難となる。このことについて、図１０に基づき説明する。図１０は、リニア車両の車輪速度検知システムとして渦電流センサを利用した場合の、センサ検出電圧及びパルス出力の一例を表すグラフである。
【００１６】
まず、図１０（ａ）は、渦電流センサ１０〜凸部７ａ間の距離ｄが正常（ｄ＝ｄｏ）の場合について示している。車輪３の回転により凹凸部７が矢印Ａ方向に移動（回転）すると、渦電流センサ１０は凸部７ａ→凹部７ｂ→凸部７ａ・・・と交互に対向していく。尚、渦電流センサ１０に対して凹凸部７が矢印Ａ方向に移動することと、凹凸部７に対して渦電流センサ１０が矢印Ａ’方向に移動することとは実質的に同じことであるため、以下、図１０及び後述の図４，図７の説明においては、車輪３の回転により等価的に渦電流センサ１０が矢印Ａ’方向に移動するものとして説明する。
【００１７】
渦電流センサ１０の移動により、図示のような正弦波状の検出電圧が得られる。そして、この検出電圧をパルス信号に変換するために、予め、ヒステリシスを持ったスレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬが設定されており、これにより検出電圧が図示のようにパルス信号に変換される。
【００１８】
ところが、輪重変化や組み付け誤差等によって、図１０（ｂ）のように渦電流センサ１０〜凸部７ａ間の距離ｄが接近（ｄ＝ｄｎ＜ｄｏ）すると、渦電流センサ１０のセンシング原理上、検出電圧が小さくなってしまい、検出電圧の振幅範囲がスレッショルド電圧ＶＴＨより小さくなるおそれがある。
【００１９】
こうなると、スレッショルドレベルＶＴＨによるパルス信号への変換はできなくなるため、図示のように常時Ｌｏｗレベルのパルス信号が出力されてしまう。逆に、図示は省略したものの、渦電流センサ１０が凸部７ａから離反（ｄ＞ｄｏ）すると、センサ検出電圧は図１０（ａ）の状態より高いレベルとなり、スレッショルドレベルＶＴＬが検出電圧の振幅範囲より小さくなってしまうおそれがある。そうなると、常時Ｈｉｇｈレベルのパルス信号が出力されてしまうことになる。
【００２０】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、輪重変化や組み付け誤差等の各種要因によって渦電流センサと凸部間の距離が変化しても、車輪回転速度を正確に検知できるようにすることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の車輪速度検知システムは、車輪の軸心を回転中心として該車輪と共に回転し、外周に回転方向（円周方向）に沿って凹部と凸部とが所定間隔で複数形成された回転体と、その凸部表面と一定距離隔てて対向するよう設置され、交流電流の供給を受けて周囲に交流磁場を発生させるためのコイルからなるセンサヘッドと、そのコイルを交流電流供給により励磁して凹部及び凸部に渦電流を発生させると共に、回転体の回転に伴って生じる渦電流量の変化に応じた交流検出信号を出力する検出手段と、出力された交流検出信号を予め設定したスレッショルドレベルに従ってパルス信号に変換するパルス変換手段と、変換後のパルス信号に基づいて車輪の回転速度を演算する速度演算手段と、を備えたものである。
【００２２】
つまり、本発明の車輪速度検知システムは、従来の渦電流式変位センサを用いた車輪速度検知システムと同様、回転体の回転に伴って生じる渦電流量の変化に基づいて車輪回転速度を検知するものである。また、凸部表面とセンサヘッドとは一定距離隔てて対向するよう設置されている。言い換えれば、凹部表面とセンサヘッドとの距離も一定である。
【００２３】
ところが、従来技術の課題として説明したように、例えば車輪にかかる荷重（軸重）が変化したり、車輪のメンテナンス作業時に車輪・回転体を着脱したりすると、回転体やセンサヘッドを支持・固定する部材の機械的捻りや組み付け誤差等によって、凸部表面とセンサヘッドとの対向距離が上記一定距離から変化してしまうおそれがある。
【００２４】
そこで本発明（請求項１）では、スレッショルド移動手段が、凸部表面とセンサヘッドとの実際の対向距離に応じてスレッショルドレベルを移動させる。そして、スレッショルド移動手段によりスレッショルドレベルが移動されたとき、パルス変換手段は、該移動後のスレッショルドレベルに従ってパルス信号への変換を行う。そのため、本来一定距離に保持されるべき凸部表面とセンサヘッドとの距離が変化してしまっても、その変化に応じて、スレッショルドレベルを適切なレベルにすることができる。
【００２５】
従って、請求項１記載の車輪速度検知システムによれば、軸重変化等によって凸部表面とセンサヘッドとの距離が変化しても、その変化に対応した適切なスレッショルドレベルに従ってパルス変換手段がパルス信号への変換を行うため、車輪回転速度を正確に検知することができる。
【００２６】
尚、渦電流量の変化は、例えば一般的な渦電流式変位センサと同様、コイルのインピーダンス変化として現れるため、その変化に対応した交流検出信号としては、例えば当該コイルを含む共振回路を構成してその共振電圧の変化として取り出すことができる。
【００２７】
また、凹部及び凸部の形成は、車輪回転速度に対応した渦電流量の変化を検出できるように形成すればよく、例えば図９で説明したように回転体における回転軸と垂直な面の外周に形成してもよいし、また例えば、既述の特許文献１に記載のような回転体の側面に形成（つまりギアを回転体として利用）してもよい。
【００２８】
更に、スレッショルド移動手段によるスレッショルドレベルの移動は、常に行うようにしてもよいが、例えば実際の対向距離が上記一定距離とほとんど差がなく、交流検出電圧をそのまま予め設定したスレッショルドレベルに従ってパルス信号化しても問題ない場合もある。そのため、例えば実際の交流検出電圧をみてスレッショルドレベルの移動が必要かどうか判断して必要な場合のみ移動させてもよく、移動させるか否かは対向距離の変化の程度に応じて適宜判断するようにしてもよい。
【００２９】
ここで、スレッショルド移動手段によるスレッショルドレベルの移動は、具体的には、例えば請求項２に記載のように、スレッショルドレベルが検出手段から出力される交流検出信号の振幅範囲内となるようにするとよい。スレッショルドレベルが少なくとも交流検出信号の振幅範囲内にあれば、スレッショルドレベルに従って交流検出信号をパルス信号に変換できるため、車輪回転速度を正確に検知することが可能となる。
【００３０】
尚、この場合も、スレッショルドレベルを移動させるべきか否かを適宜判断するようにしてもよく、例えばスレッショルドレベルが実際の交流検出信号の振幅範囲から外れている場合（例えば図１０（ｂ）のような場合）にのみ移動させるようにしてもいい。また、交流検出信号の振幅範囲内ではあるがその最大値又は最小値に接近している場合にも、移動させるようにしてもいい。
【００３１】
また、スレッショルド移動手段がスレッショルドレベルをどの程度移動させるかは、種々の方法により決めることができるが、例えば請求項３に記載のように、実際の交流検出信号と、対向距離が上記一定距離のときの交流検出信号との差に応じて決めるようにしてもいい。
【００３２】
即ち、請求項３に記載の車輪速度検知システムは、スレッショルド移動手段が、予め設定した、凸部表面とセンサヘッドとの対向距離が上記一定距離のときの交流検出信号の平均値であるデフォルト平均値と、検出手段から出力された実際の交流検出信号の平均値との差を得て、該差分に応じてスレッショルドレベルを移動させる。
【００３３】
この場合、例えばその差分に等しい移動量としてもいい。また例えば、差分が少ない場合（つまり対向距離の変化量が少ない場合）は移動させず、差分が大きい場合にのみ移動させるようにしてもいい。
このように、デフォルト平均値と実際の交流検出信号の平均値との差に応じて移動量を決めるようにすれば、スレッショルドレベルをより適切に移動させることができ、車輪速度検知システムの信頼性をより向上させることができる。
【００３４】
そして、スレッショルドレベルとしては、例えばただ一つのレベルを設定して交流検出信号がそのレベルより高いか低いかを判断することによりパルス信号化する方法も可能ではあるが、ノイズ耐性等を考慮すれば、より好ましくは請求項４に記載のように、ヒステリシスを持った二つのスレッショルドレベルを設定するとよい。そしてこの場合、スレッショルド移動手段は、該二つのスレッショルドレベルの移動を、ヒステリシス量を保持しつつ該二つのスレッショルドレベルに対して行うとよい。
【００３５】
次に、請求項５記載の車輪速度検知システムは、請求項１記載の車輪速度検知システムと同様、回転体、センサヘッド、検出手段、パルス変換手段、及び速度演算手段を備えたものである。そして、検出手段が出力した交流検出信号を、検出信号シフト手段が、凸部表面とセンサヘッドとの実際の対向距離に応じたレベルだけシフトさせる。このように検出信号シフト手段により交流検出信号がシフトされたときは、パルス変換手段は、該シフト後の交流検出信号をパルス信号に変換する。
【００３６】
つまり、請求項１記載のシステムではスレッショルドレベルを移動させたのに対し、本発明（請求項５）では、スレッショルドレベルは移動させずに実際の交流検出信号そのものをシフトさせて、実質的に請求項１におけるスレッショルドレベル移動の場合と同等の効果を得るのである。
【００３７】
従って、請求項５記載の車輪速度検知システムによれば、軸重変化等により凸部表面とセンサヘッドとの距離が変化して、対向距離が上記一定距離のときの交流検出信号と実際の交流検出信号とのずれが生じても、そのズレを戻す方向に交流検出信号をシフトさせることができるため、車輪回転速度を正確に検知することができる。
【００３８】
尚、この場合も、検出信号シフト手段による交流検出信号のシフトは、常に行うようにしてもいいが、例えば実際の交流検出電圧をみてシフトが必要かどうか判断し、必要な場合のみシフトさせてもよく、シフトさせるか否かは対向距離の変化の程度に応じて適宜判断するようにしてもいい。
【００３９】
ここで、検出信号シフト手段による交流検出信号のシフトは、具体的には、例えば請求項６記載のように、交流検出信号の振幅範囲内にスレッショルドレベルが含まれるようにするとよい。交流検出信号の振幅範囲内にスレッショルドレベルが入る状態となるようにシフトすれば、シフト後の交流検出信号をそのスレッショルドレベルに従ってパルス信号に変換できるため、車輪回転速度を正確に検知することが可能となる。
【００４０】
尚、この場合も、交流検出信号をシフトさせるべきか否かは適宜判断するようにしてもよく、例えば常にシフトさせるようにしてもよいし、また例えば、交流検出信号の振幅範囲からスレッショルドレベルが外れている場合（例えば図１０（ｂ）のような場合）にのみシフトさせるようにしてもよい。
【００４１】
また、検出信号シフト手段が交流検出信号をどの程度シフトさせるかは、種々の方法により決めることができるが、例えば請求項７に記載のように、予め設定した、凹部表面とセンサヘッドとの対向距離が一定距離のときの交流検出信号の平均値であるデフォルト平均値と、検出手段から出力された実際の交流検出信号の平均値との差に応じたレベルだけシフトさせるようにしてもよい。
【００４２】
この場合、例えばその差分に等しいシフト量としてもいいし、また例えば、差分が少ない場合（つまり対向距離の変化量が少ない場合）はシフトさせず、差分が大きい場合にのみシフトさせるようにしてもいい。
このように、デフォルト平均値と実際の交流検出信号の平均値との差に応じてシフト量を決めるようにすれば、スレッショルドレベルをより適切にシフトさせることができ、車輪速度検知システムの信頼性をより向上させることができる。
【００４３】
そして、請求項５〜７いずれかに記載のシステムにおいても、スレッショルドレベルとして例えばただ一つのレベルを設定し、交流検出信号がそのレベルより高いか低いかを判断することによりパルス信号化する方法も可能ではあるが、ノイズ耐性等を考慮すれば、より好ましくは請求項８に記載のように、ヒステリシスを持った二つのスレッショルドレベルにするのが好ましい。
【００４４】
ところで、本発明の車輪速度検知システムは各種車両において適用可能であるが、既述の通り、比較的大きな荷重を支持し且つ車輪のメンテナンス作業の頻度も多いリニア車両では、軸重の変化や車輪メンテナンス作業時の組み付け誤差等によって上記対向距離が変化する可能性も高い。
【００４５】
そこで、本発明（請求項１〜８いずれか）のシステムは、例えば請求項９に記載のように、地上側の軌道に沿って配置された推進コイルへ通電することにより該推進コイルと車両側に搭載された界磁との磁気相互作用によって車両を推進させる地上一次方式の鉄道において、車両に備えられた車輪の回転速度を得るために該車両に搭載するとより効果的であり、地上一次方式の鉄道車両においてより信頼性の高い車輪速度検知システムの構築が可能となる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、磁気浮上式鉄道車両（リニア車両）が備える支持脚装置の概略構成を表す斜視図である。リニア車両は、図示は省略するものの、台車内に界磁としての超電導磁石を搭載しており、地上側の軌道に沿って配置された推進コイルへの通電を制御することにより推進コイルと車両側の超電導磁石との磁気相互作用によって推進する、いわゆる地上一次方式の鉄道車両であり、所定速度（例えば百数十ｋｍ／ｈ）以上では浮上走行するがそれ以下の速度域では車輪走行する。そして、この車輪走行のために、図１に示す支持脚装置が設けられている。
【００４７】
図１に示す如く、リニア車両の支持脚装置は、アーム４の一端に設けられた車軸（軸心）５に、タイヤ１及び回転体としてのホイール（アルミホイール）２からなる車輪（支持車輪）３が装着されている。また、一端がアーム４に結合された支持脚６は、内部にアクチュエータを備えて伸縮できるように構成されており、支持脚６の他端及びアーム４の他端はいずれも図示しないブラケットに結合されている。そのため、支持脚６内のアクチュエータを駆動して伸縮させることにより、車輪３を上下に移動させることができる。
【００４８】
また、車輪３には、図示は省略したもののディスクブレーキ装置が搭載されており、車輪３による車輪走行時に地上側制御による制動が不能となった場合にそのディスクブレーキ装置を動作させてリニア車両を制動するようにしている。
そして、本実施形態では、上記ディスクブレーキ装置の動作を制御するのに必要な車輪３の回転速度を検出するための、凹凸部７，渦電流センサ１０，ケーブル１５及び信号処理装置２０からなる車輪速度検知システムが搭載されている。
【００４９】
凹凸部７は、図示の如くホイール２の外周において回転方向に沿って凸部７ａと凹部７ｂとが所定間隔で交互に形成されたものであり、その材質は本実施形態ではアルミニウムである。渦電流センサ１０は、この凹凸部７と一定距離（以下「デフォルト対向距離」という）ｄｏ隔てて対向するようにアーム４に固定設置されており、渦電流センサ１０からのセンサ検出電圧はケーブル１５を介して信号処理装置２０へ伝送される。
【００５０】
図２（ａ）に、本実施形態の車輪速度検知システムの概略構成を示す。図２（ａ）に示す如く、渦電流センサ１０は、そのセンサヘッド１０ａに検出コイル１１が内蔵されており、センサヘッド１０ａと凸部７ａとの距離がデフォルト対向距離となるようにされている。そして、後述するように検出コイル１１のインピーダンス変化に応じたセンサ検出電圧（本発明の交流検出信号に相当）が、ケーブル１５を介して信号処理装置２０へ伝送される。
【００５１】
図２（ｂ）に、渦電流センサ１０の概略構成を示す。渦電流センサ１０は、主として検出コイル１１と発振駆動部１２と検波回路１３とからなる。検出コイル１１は、発振駆動部１２内のコンデンサ（図示略）と共に共振回路を構成しており、この共振回路に発振駆動部１２が交流電流を供給して所定の発振周波数にて発振させることにより、検出コイル１１に高周波電流を流して周囲に交流磁場を発生させる。この交流磁場の中を車輪３が回転すると、アルミホイール２に渦電流が生じることになる。
【００５２】
そして、本実施形態では、アルミホイール２においてセンサヘッド１０ａと対向するように凹凸部７が形成されているため、車輪３の回転に伴ってセンサヘッド１０ａには凹部７ｂ→凸部７ａ→凹部７ｂ・・・と、凹部７ｂ及び凸部７ａが交互に対向する。そのため、凹凸部７全体に生じる渦電流量は車輪３の回転に応じて変化し、これにより検出コイル１１のインピーダンスが変化する。
【００５３】
この結果、発振回路の発振振幅、即ち発振駆動部１２から出力される発振電圧の振幅が、車輪３の回転に伴って変化することになる。そしてこの発振出力は、検波回路１３にて包絡線検波されると共に適宜増幅され、センサ検出電圧として信号処理装置２０へ伝送される。具体的には、既述の図１０に示す波形と同様、センサヘッド１０ａに凸部７ａが対向するときは、渦電流量が大きくなって検出コイル１１のインピーダンス変化も大きくなるため、センサ検出電圧は小さくなる。一方、センサヘッド１０ａに凹部７ｂが対向するときは、渦電流量が小さくなって検出コイル１１のインピーダンス変化も小さくなるため、センサ検出電圧は大きくなる。尚、渦電流センサ１０の動作用電源は、信号処理装置２０から供給される。
【００５４】
このようにして渦電流センサ１０から出力されたセンサ検出電圧は、信号処理装置２０においてパルス信号に変換され、そのパルス信号に基づいて車輪回転速度が演算されることになる。即ち、センサ検出電圧はまず、Ａ／Ｄ変換器２１によって所定のサンプリング周波数にてサンプリングされデジタル値に変換される。以下、このＡ／Ｄ変換後のセンサ検出電圧を検出データ（Ａ／Ｄ値）という。
【００５５】
この検出データは、信号レベル判定部２２及びパルス変換部２３へ入力されるが、まず信号レベル判定部２２について説明する。信号レベル判定部２２は、検出データに基づいてスレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬ（つまりヒステリシスを持ったスレッショルド）を演算しパルス変換部２３へ出力するものであり、より詳しくは、予め設定されているデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ を検出データに応じてシフト（移動）させるスレッショルド電圧シフト処理を実行する。
【００５６】
図３は、信号レベル判定部２２にて実行されるスレッショルド電圧シフト処理を表すフローチャートである。このスレッショルド電圧シフト処理は、車輪３による車輪走行中、継続して行われるものである。
この処理が開始されると、まずステップ（以下「Ｓ」と略す）１１０にて、センサ検出電圧（実際には検出データ）の最大値Ｖｍａｘを取得し、続くＳ１２０にて、センサ検出電圧（検出データ）の最小値Ｖｍｉｎを取得する。つまり、Ｓ１１０にてセンサ検出電圧の振幅最大値を、Ｓ１２０にてセンサ検出電圧の振幅最小値を取得することになる。
【００５７】
そしてＳ１３０にて、この最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎの平均である実平均電圧Ｖａｖを演算する。一方、信号レベル判定部２２には、センサヘッド１０ａと凸部７ａとの距離がデフォルト対向距離である場合のセンサ検出電圧の平均値であるデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ （本発明のデフォルト平均値）も記憶されており、続くＳ１４０では、Ｓ１３０で得られた実平均電圧Ｖａｖと上記デフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差であるシフト量Ｚを演算する。
【００５８】
そして、Ｓ１５０にて、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ をそれぞれシフト量Ｚだけシフトさせることにより、実際のスレッショルド電圧である実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬを得る。つまり、センサヘッド１０ａと凸部７ａとの距離がデフォルト対向距離である場合のセンサ検出電圧と、実際のセンサ検出電圧とのズレを、両者の平均電圧（デフォルト平均電圧及び実平均電圧）の差に換算し、その差を、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ のシフト量Ｚとして扱うのである。このようにして得られた実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬは、パルス変換部２３へ出力される。
【００５９】
パルス変換部２３では、Ａ／Ｄ変換器２１からの検出データが実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬに従ってパルス信号に変換され、速度演算部２４へ出力される。そして、速度演算部２４では、パルス信号の単位時間あたりのパルス数或いはパルス間隔（周期）に基づいて車輪回転速度が演算される。このようにして得られた車輪回転速度は、図示しないブレーキ制御部へ伝送され、ディスクブレーキ装置の制御のために使用される。
【００６０】
図４に、本実施形態の車輪速度検知システムにおけるセンサ検出電圧（検出データ）及びパルス出力の一例を表す。まず、図４（ａ）は、センサヘッド１０ａと凸部７ａとが接近して両者の対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより小さくなった場合を表している。このように、対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより小さくなると、センサ検出電圧は、デフォルト対向距離のときのセンサ検出電圧より小さくなり、図示の状態では、センサ検出電圧の最大値Ｖｍａｘよりもデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ が大きくなってしまっている。
【００６１】
そのため、本実施形態では、図３で説明したスレッショルド電圧シフト処理が実行されることにより、実際の検出電圧の最大値Ｖｍａｘ及び最小値Ｖｍｉｎから実平均電圧Ｖａｖが演算され、この実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差がシフト量Ｚとなる。そのため、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ をシフト量Ｚだけシフトさせて実スレッショルド電圧ＶＴＨとすると共に、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＬ０ もシフト量Ｚだけシフトさせて実スレッショルド電圧ＶＴＬとしている。つまり、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ をいずれも｜Ｚ｜だけ減少させている。そして、実際のセンサ検出電圧を、実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬにて切ってパルス化することにより、図示のようなパルス出力が得られるのである。
【００６２】
一方、図４（ｂ）は、センサヘッド１０ａと凸部７ａとが離反して両者の対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより大きくなった場合を表している。このように、対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより大きくなると、センサ検出電圧は、デフォルト対向距離のときのセンサ検出電圧より大きくなり、図示の状態では、センサ検出電圧の最小値Ｖｍｉｎよりもデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＬ０ が小さくなってしまっている。
【００６３】
そのため、図３で説明したスレッショルド電圧シフト処理が実行されることにより、図４（ａ）で説明したのと同様、実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差がシフト量Ｚとして、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ をシフト量Ｚだけシフトさせて実スレッショルド電圧ＶＴＨとすると共に、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＬ０ もシフト量Ｚだけシフトさせて実スレッショルド電圧ＶＴＬとしている。つまり、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ をいずれも｜Ｚ｜だけ増加させている。そして、実際のセンサ検出電圧を、実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬにて切ってパルス化することにより、図示のようなパルス出力が得られるのである。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態の車輪速度検知システムでは、予め設定されたデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ を、実際に渦電流センサ１０にて検出されたセンサ検出電圧の平均値とデフォルト平均電圧との差分であるシフト量Ｚだけシフトさせることにより、実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬを得ている。そして、この実スレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬに従って、実際のセンサ検出電圧（検出データ）をパルス信号に変換している。
【００６５】
そのため、本実施形態の車輪速度検知システムによれば、軸重変化等によって凸部７ａとセンサヘッド１０ａとの対向距離が変化しても、その変化に対応した適切な実スレッショルドレベルＶＴＨ，ＶＴＬに従ってパルス信号への変換がなされるため、対向距離の変化に拘わらず車輪回転速度を正確に検知することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、単にデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ が実際のセンサ検出電圧の振幅範囲内に入るようにシフトすることだけでなく、そのシフト量についても、デフォルト平均電圧Ｖａｖｏ と実平均電圧Ｖａｖとの差に基づいてより適切なシフト量Ｚを得るようにしているため、デフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ，ＶＴＬが実際のセンサ検出電圧に応じてより適切にシフトされることになり、信頼性の高い車輪速度検知システムの提供が可能となる。
【００６７】
尚、本実施形態において、渦電流センサ１０は本発明の検出手段に相当し、パルス変換部２３は本発明のパルス変換手段に相当し、速度演算部２４は本発明の速度演算手段に相当し、信号レベル判定部２２は本発明のスレッショルド移動手段に相当する。また、図３のスレッショルド電圧シフト処理は、本発明のスレッショルド移動手段が実行する処理に相当する。
【００６８】
［第２実施形態］
上記第１実施形態では、センサヘッド１０ａと凸部７ａとの対向距離の変化に応じてデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ をシフトさせる場合について説明したが、本実施形態では、スレッショルド電圧をシフトさせるのではなく、渦電流センサ１０にて検出されたセンサ検出電圧（検出データ）そのものをシフトさせることにより、対向距離の変化に応じた適切なパルス信号化を行うようにしている。
【００６９】
図５は、本実施形態の車輪速度検知システムにおける信号処理装置３０の概略構成を表すブロック図である。本実施形態の信号処理装置３０は、第１実施形態の車輪速度検知システムにおける信号処理装置２０に代わって用いるものであり、渦電流センサ１０からのセンサ検出電圧はまず、Ａ／Ｄ変換器２１によって所定のサンプリング周波数にてサンプリングされ、デジタル値である検出データ（Ａ／Ｄ値）に変換される。
【００７０】
この検出データは検出データシフト部３１に入力され、ここで所定量だけシフトされることになる。即ち、検出データシフト部３１では、実際の検出データを、その平均値と予め設定されているデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差に応じてシフトさせるための検出データシフト処理が実行される。
【００７１】
図６は、検出データシフト部３１にて実行される検出データシフト処理を示すフローチャートである。この検出データシフト処理も、車輪３による車輪走行中、継続して行われるものである。尚、この処理において、Ｓ２１０〜Ｓ２４０の各処理はいずれも、図３で説明したスレッショルド電圧シフト処理におけるＳ１１０〜Ｓ１４０の各処理と全く同じものであるため、これらＳ２１０〜Ｓ２４０の処理についてはここでは詳細説明を省略する。
【００７２】
即ち、Ｓ２１０及びＳ２２０にてそれぞれ検出データの最大値Ｖｍａｘ及び最小値Ｖｍｉｎを取得し、Ｓ２３０にて両者の平均値である実平均電圧Ｖａｖを算出し、続くＳ２４０でその実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差を算出してシフト量Ｚとする。そして、Ｓ２５０にて、得られたシフト量Ｚだけ、実際の検出データをシフトさせる。
【００７３】
このようにシフトされた検出データは、パルス変換部３２に入力され、ここでパルス信号に変換される。このパルス変換部３２では、第１実施形態におけるデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ に相当するスレッショルド電圧が予め設定されており、このスレッショルド電圧に従って、上記シフトされた検出データをパルス信号に変換する。そして、このパルス信号は速度演算部２４に入力され、第１実施形態の場合と同様、パルス信号の単位時間あたりのパルス数或いはパルス間隔（周期）に基づいて車輪回転速度が演算される。
【００７４】
図７に、本実施形態の車輪速度検知システムにおけるセンサ検出電圧（検出データ）及びパルス出力の一例を表す。まず、図７（ａ）は、センサヘッド１０ａと凸部７ａとが接近して両者の対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより小さくなった場合を表している。このように、対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより小さくなると、実際のセンサ検出電圧は、デフォルト対向距離のときのセンサ検出電圧より小さくなり、図示の状態では、センサ検出電圧の最大値Ｖｍａｘよりもデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ が大きくなってしまっている。
【００７５】
そのため、本実施形態では、図６で説明した検出データシフト処理が実行されることにより、実際の検出電圧の最大値Ｖｍａｘ及び最小値Ｖｍｉｎから実平均電圧Ｖａｖが演算され、この実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差がシフト量Ｚとなる。そのため、実際のセンサ検出電圧（検出データ）をシフト量Ｚだけシフトさせている。つまり、第１実施形態のようにデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ をいずれも｜Ｚ｜だけ減少させるのではなく、検出データ自体を｜Ｚ｜だけ増加させるのである。そして、シフト後のセンサ検出電圧をパルス化することにより、図示のようなパルス出力が得られるのである。
【００７６】
一方、図７（ｂ）は、センサヘッド１０ａと凸部７ａとが離反して両者の対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより大きくなった場合を表している。このように、対向距離ｄがデフォルト対向距離ｄｏより大きくなると、センサ検出電圧は、デフォルト対向距離のときのセンサ検出電圧より大きくなり、図示の状態では、センサ検出電圧の最小値Ｖｍｉｎよりもデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＬ０ が小さくなってしまっている。
【００７７】
そのため、図６で説明した検出データシフト処理が実行されることにより、図７（ａ）で説明したのと同様、実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差がシフト量Ｚとして、実際の検出データをシフト量Ｚだけシフトさせている。つまり、第１実施形態のようにデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ をいずれも｜Ｚ｜だけ増加させるのではなく、検出データ自体を｜Ｚ｜だけ減少させるのである。そして、シフト後のセンサ検出電圧をパルス化することにより、図示のようなパルス出力が得られるのである。
【００７８】
従って、本実施形態によれば、軸重変化等により凸部７ａ表面とセンサヘッド１０ａとの対向距離が変化して、デフォルト対向距離のときのセンサ検出電圧と実際のセンサ検出電圧とのずれが生じても、そのズレを戻す方向にセンサ検出電圧（検出データ）を移動させるため、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７９】
尚、本実施形態において、検出データシフト部３１は本発明の検出信号シフト手段に相当し、図６の検出データシフト処理は、本発明の検出信号シフト手段が実行する処理に相当する。
尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
【００８０】
例えば、上記各実施形態では、実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差をシフト量Ｚとしたが、これに限らず、対向距離がデフォルト対向距離の時のセンサ検出電圧の最大値（又は最小値）と、実際のセンサ検出電圧の最大値Ｖｍａｘ（又は最小値Ｖｍｉｎ）との差をシフト量Ｚとしてもよく、対向距離の変化に対応した適切なシフト量Ｚが得られる限り種々の方法にて得ることができる。
【００８１】
また、上記第１実施形態では、予めデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ を設定しておき、これをシフト量Ｚだけシフトさせるようにしたが、このようにデフォルトスレッショルド電圧ＶＴＨ０ ，ＶＴＬ０ を予め設定せず、実際に得られた検出データの振幅（最大値及び最大値）に基づいて逐一スレッショルド電圧を演算により求めるようにしてもよい。具体的には、例えば実際の検出データの最大値より所定レベル低い値と、実際の検出データの最小値より所定レベル高い値とを、スレッショルドレベルとすることができる。
【００８２】
更に、上記各実施形態では、実平均電圧Ｖａｖとデフォルト平均電圧Ｖａｖｏ との差がわずかであっても、差がある限りシフトさせるようにしたが、このように差がわずかであって無視し得る程度のときは、シフトさせなくても正常にパルス信号への変換が可能である。そのため、差の大小に関係なく常にシフトさせるのではなく、差が大きくて正常なパルス変換が期待できない場合にのみシフトさせるようにしてもよい。つまり、理論的には、少なくともスレッショルドレベルが実際のセンサ検出電圧の振幅範囲から外れているときにのみ、振幅範囲に入るよう移動させればいいわけである。
【００８３】
更にまた、上記各実施形態では、ヒステリシスを持ったスレッショルド電圧により検出データをパルス信号に変換するようにしたが、これに限らず、ヒステリシスを持たない一つのスレッショルドレベルを用いてもよい。但し、ノイズ耐性等を考慮すれば、上記各実施形態のように、ヒステリシスを持ったスレッショルド電圧を用いるのが好ましい。
【００８４】
また、凹凸部７は、上記実施形態のようにホイール２の回転面の外周に設ける以外にも、例えば既述の特許文献１に開示された技術のように、ホイール２の側面に設ける（つまり歯車のような形態）ようにしてもよく、本発明の作用効果を奏する限りその形成場所は特に限定されない。
【００８５】
凸部７ａの形状についても、上記実施形態のような形状に限定されず、凹・凸の変化が渦電流量の差として検出（延いては検出コイル１１のインピーダンスの変化として検出）できるかぎり、種々の形状を採りうる。
更に、上記各実施形態における各信号処理装置２０，３０では、渦電流センサ１０からのセンサ検出電圧をそのままＡ／Ｄ変換するようにしたが、例えばＡ／Ｄ変換器２１の前段に高周波除去フィルタを設けて、高周波ノイズ成分をカットするようにしてもよく、このようにすれば当該システムの信頼性がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気浮上式鉄道車両が備える支持脚装置の概略構成を表す斜視図である。
【図２】第１実施形態の車輪速度検知システムの概略構成を表すブロック図である。
【図３】第１実施形態のスレッショルド電圧シフト処理を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態の車輪速度検知システムにおけるセンサ検出電圧及びパルス出力の一例を表すグラフであり、（ａ）はセンサと凸部とが接近した場合を表し、（ｂ）はセンサと凸部とが離反した場合を表す。
【図５】第２実施形態の車輪速度検知システムの概略構成を表すブロック図である。
【図６】第２実施形態の検出データシフト処理を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態の車輪速度検知システムにおけるセンサ検出電圧及びパルス出力の一例を表すグラフであり、（ａ）はセンサと凸部とが接近した場合を表し、（ｂ）はセンサと凸部とが離反した場合を表す。
【図８】磁気浮上式鉄道車両に搭載された光エンコーダ式車輪速度検知システムの概略構成を表す説明図である。
【図９】磁気浮上式鉄道車両の車輪速度検知システムとして渦電流式変位センサを利用した場合の概略構成を表す説明図である。
【図１０】磁気浮上式鉄道車両の車輪速度検知システムとして渦電流式変位センサを利用した場合のセンサ検出電圧及びパルス出力の一例を表すグラフである。
【符号の説明】
１…タイヤ、２…アルミホイール、３…支持車輪、４…アーム、５，６０…車軸、６…支持脚、７…凹凸部、７ａ…凸部、７ｂ…凹部、１０…渦電流式変位センサ、１０ａ…センサヘッド、１１…検出コイル、１２…発振駆動部、１３…検波回路、１５…ケーブル、２０，３０，６８，７０…信号処理装置、２１…Ａ／Ｄ変換器、２２…信号レベル判定部、２３，３２…パルス変換部、２４…速度演算部、３１…検出データシフト部、６２…光エンコーダ、６２ａ…スリット円盤、６５，６６…カップリング、６７…光ケーブル
Claims (9)
- 車輪の軸心を回転中心として該車輪と共に回転し、外周に回転方向に沿って凹部と凸部とが所定間隔で複数形成された回転体と、
前記凸部表面と一定距離隔てて対向するよう設置され、交流電流の供給を受けて周囲に交流磁場を発生させるためのコイルからなるセンサヘッドと、
前記コイルを前記交流電流供給により励磁して前記凹部及び凸部に渦電流を発生させると共に、前記回転体の回転に伴って生じる前記渦電流量の変化に応じた交流検出信号を出力する検出手段と、
前記交流検出信号を、予め設定したスレッショルドレベルに従ってパルス信号に変換するパルス変換手段と、
前記パルス信号に基づいて前記車輪の回転速度を演算する速度演算手段と、
を備えた車輪速度検知システムであって、
前記凸部表面と前記センサヘッドとの実際の対向距離に応じて前記スレッショルドレベルを移動させるスレッショルド移動手段を備え、
該スレッショルド移動手段により前記スレッショルドレベルが移動されたとき、前記パルス変換手段は、該移動後のスレッショルドレベルに従って前記パルス信号への変換を行う
ことを特徴とする車輪速度検知システム。 - 前記スレッショルド移動手段は、
前記スレッショルドレベルが、前記検出手段から出力される交流検出信号の振幅範囲内となるよう、該スレッショルドレベルを移動させる
ことを特徴とする請求項１記載の車輪速度検知システム。 - 前記スレッショルド移動手段は、
予め設定した、前記凸部表面と前記センサヘッドとの対向距離が前記一定距離のときの前記交流検出信号の平均値であるデフォルト平均値と、前記検出手段から出力された実際の前記交流検出信号の平均値との差を得て、該差分に応じて前記スレッショルドレベルを移動させる
ことを特徴とする請求項２記載の車輪速度検知システム。 - 前記スレッショルドレベルは、ヒステリシスを持った二つのスレッショルドレベルからなり、
前記スレッショルド移動手段は、該二つのスレッショルドレベルの移動を、前記ヒステリシス量を保持しつつ該二つのスレッショルドレベルに対して行う
ことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の車輪速度検知システム。 - 車輪の軸心を回転中心として該車輪と共に回転し、外周に回転方向に沿って凹部と凸部とが所定間隔で複数形成された回転体と、
前記凸部表面と一定距離隔てて対向するよう設置され、交流電流の供給を受けて周囲に交流磁場を発生させるためのコイルからなるセンサヘッドと、
前記コイルを前記交流電流供給により励磁して前記凹部及び凸部に渦電流を発生させると共に、前記回転体の回転に伴って生じる前記渦電流量の変化に応じた交流検出信号を出力する検出手段と、
前記交流検出信号を、予め設定したスレッショルドレベルに従ってパルス信号に変換するパルス変換手段と、
前記パルス信号に基づいて前記車輪の回転速度を演算する速度演算手段と、
を備えた車輪速度検知システムであって、
前記検出手段が出力した前記交流検出信号を前記凸部表面と前記センサヘッドとの実際の対向距離に応じたレベルだけシフトさせる検出信号シフト手段を備え、
該検出信号シフト手段により前記交流検出信号がシフトされたとき、前記パルス変換手段は、該シフト後の交流検出信号をパルス信号に変換する
ことを特徴とする車輪速度検知システム。 - 前記検出信号シフト手段は、
前記交流検出信号の振幅範囲内に前記スレッショルドレベルが含まれるよう、該交流検出信号をシフトさせる
ことを特徴とする請求項５記載の車輪速度検知システム。 - 前記検出信号シフト手段は、
予め設定した、前記凹部表面と前記センサヘッドとの対向距離が前記一定距離のときの前記交流検出信号の平均値であるデフォルト平均値と、前記検出手段から出力された実際の前記交流検出信号の平均値との差を得て、該差分に応じたレベルだけ前記交流検出信号をシフトさせる
ことを特徴とする請求項６記載の車輪速度検知システム。 - 前記スレッショルドレベルは、ヒステリシスを持った二つのスレッショルドレベルからなることを特徴とする請求項５〜７いずれかに記載の車輪速度検知システム。
- 請求項１〜８いずれかに記載の車輪速度検知システムであって、
当該車輪速度検知システムは、地上側の軌道に沿って配置された推進コイルへ通電することにより該推進コイルと車両側に搭載された界磁との磁気相互作用によって車両を推進させる地上一次方式の鉄道において、前記車両に備えられた車輪の回転速度を得るために該車両に搭載される
ことを特徴とする車輪速度検知システム。
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