JP2009186410A

JP2009186410A - 回転検出装置

Info

Publication number: JP2009186410A
Application number: JP2008028752A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Koyama; 睦小山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2009-08-20

Abstract

【課題】ノイズの影響を受けにくく、しかも小型化が可能な回転検出装置を、低コストで実現する。
【解決手段】エンコーダ７ａの回転に伴って出力信号を、このエンコーダ７ａの回転速度に比例した周波数で変化させるセンサユニット８ａの検出部に、同種類の１対の検出素子９ａ、９ｂを配置する。これら両検出素子９ａ、９ｂは、上記エンコーダ７ａの円周方向に関する位相を一致させると共に、磁束の流れ方向に関する位相を１８０度異ならせた状態で配置する。上記両検出素子９ａ、９ｂの出力信号を差動式ラインレシーバに入力して、上記ノイズの影響を除きつつ、上記エンコーダ７ａの回転速度に比例する周波数で変化する、単一の出力信号を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）の制御用に車輪の回転速度を求める為の回転検出装置の改良に関する。具体的には、電気的ノイズに対して優れた耐性を有する構造を低コストで実現する事を目的としたものである。

ＡＢＳやＴＣＳを制御する為に、転がり軸受ユニットにより懸架装置に支持された車輪の回転速度を検出する必要がある。又、各種産業機械を適切に運転する為に、当該産業機械の回転軸の回転速度を検出する必要がある。この為従来から、各種回転検出装置が、特許文献１〜２等多くの刊行物に記載されて知られており、その一部は実際に使用されている。例えば、特許文献１には、図７〜８に示す様な回転検出装置が記載されている。

この回転検出装置は、使用時にも回転しない静止部材であるハウジング１の内径側に、使用時に回転する回転部材である回転軸２を、軸受３により回転自在に支持している。又、この回転軸２の外周面と上記ハウジング１の内周面との間の空間４の端部開口を、組み合わせシールリング５により塞いでいる。そして、この組み合わせシールリング５を構成するスリンガ６の外側面に、円輪状のエンコーダ７を添着している。このエンコーダ７は、ゴム磁石等の永久磁石製で、軸方向に着磁されている。着磁方向は、円周方向に関して交互に、且つ、等間隔で変化させている。従って、上記エンコーダ７の外側面にはＮ極とＳ極とが交互に、且つ、等間隔で配置されている。

一方、上記ハウジング１には回転速度検出用のセンサユニット８を支持し、このセンサユニット８の検出部を、上記エンコーダ７の被検出面である外側面に近接対向させている。上記センサユニット８は、ホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等、磁束の方向や強さに応じて特性が変化する磁気検出素子の如き検出素子９を備え、この検出素子９の特性変化に対応して出力信号を変化させる。上記回転軸２が回転すると、上記センサユニット８の検知部の端面近傍を、上記エンコーダ７の外側面に配置されたＳ極とＮ極とが交互に通過する。この為、上記センサユニット８に組み込んだ検出素子９の特性が変化し、このセンサユニット８の出力が変化する。この様にしてセンサユニット８の出力が変化する周波数は、上記回転軸２の回転速度に比例する。

従って、上記センサユニット８の出力を図示しない処理回路に送れば、上記回転軸２の回転速度を求める（或はこの回転速度に見合う信号を得る）事ができる。尚、この処理回路で、上記センサユニット８の出力信号に基づいて上記回転軸２の回転速度を求めるには、この出力信号の変化の周期から求める方法と、単位時間当たり変化の回数（周波数）とから求める方法とがある。上記回転速度は、上記周期と反比例し、周波数とは比例する。

上述の様なセンサユニット８の検出信号は、ケーブル１０により、車体側に設置した制御器に送り、ＡＢＳやＴＣＳの制御に利用される。従って、上記ケーブル１０の全長は、或る程度長くならざるを得ず、外部から電気的ノイズ（以下「ノイズ」とする）が入り込む（上記検出信号にノイズが重畳される）可能性を否定できない。一方、前記特許文献１〜２に記載されたものを含め、従来から実施されている回転検出装置を構成するセンサユニットは、単一の検出信号を出力する、所謂シングルエンド出力である。この為、この検出信号にこのノイズが重畳された場合には、上記制御器側でこのノイズの存在を認識できなくなる。この結果、このノイズのパルスを上記検出信号の変化と誤認識し、この検出信号に基づいて求めた回転速度の値が実際と異なるものになる可能性がある。

上述の様なノイズによる回転速度検出の誤りを防止する為には、センサユニットとして、検出結果を表す信号を差動信号として出力するものを使用する事が考えられる。このセンサユニットに差動信号を出力させる為には、図９に示す様に、検出素子９の出力信号ＡをラインドライバＩＣ１１を通過させる事により、互いに位相が１８０度異なる１対の出力信号Ｂ、Ｃを得、これら両出力信号Ｂ、Ｃをケーブルを通じて、車体側の制御器に送る事が考えられる。このケーブル中を送られる信号に外部から加わるノイズの多くは同相（コモンモード）ノイズであるから、上記１対の出力信号Ｂ、Ｃを上記制御器に取り込めば、このノイズの存在を認識してこのノイズの影響を除き、正確な回転速度を求められる。

但し、ラインドライバＩＣ１１を使用する事は、回転検出装置の小型化、低コスト化を、何れも阻害する。先ず、ラインドライバＩＣ１１は、ホール素子等の検出素子に比べて嵩張る。そして、ノイズ対策上の必要から、これらラインドライバＩＣ１１と検出素子９とは、隣接した状態に組み合わせてセンサユニットとする必要がある。このセンサユニット中、上記ラインドライバＩＣ１１は上述の様に嵩張るので、このセンサユニット中にこのラインドライバＩＣ１１と上記検出素子９とを、これらラインドライバＩＣ１１及び上記検出素子９と他の部品とを接続する為の配線と共に実装する事が難しくなる。又、上記ラインドライバＩＣ１１は上記検出素子９に比べて高価な部品である為、低コスト化の面からも不利になる。

特開平８−３３８４３５号公報特開平１１−１７４０６９号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、ノイズの影響を受けにくく、しかも小型化が可能な回転検出装置を、低コストで実現すべく発明したものである。

本発明の回転検出装置は、前述した従来から知られている回転検出装置と同様に、エンコーダとセンサユニットとを備える。
このうちのエンコーダは、回転部材の一部に支持されるもので、この回転部材の回転中心と同心に設けられた被検出部の磁気特性を、円周方向に関して交互に変化させている。
又、上記センサユニットは、上記エンコーダの回転に伴って出力信号を、このエンコーダの回転速度に比例した周波数で変化させる。
特に、本発明の回転検出装置に於いては、上記センサユニットは、その検出部に、同種類の１対の検出素子を、上記エンコーダの円周方向に関する位相を一致させると共に、磁束の流れ方向に関する位相を１８０度異ならせた状態で配置したものである。

上述の様な本発明の回転検出装置を実施する場合に、例えば請求項２に記載した発明の様に、上記エンコーダの被検出面を軸方向側面とする。そして、上記１対の検出素子を、磁束の流れ方向に関する位相を、このエンコーダの軸方向に関して１８０度異ならせた状態で配置する。
或いは、請求項３に記載した発明の様に、上記エンコーダの被検出面を外周面とする。そして、上記１対の検出素子を、磁束の流れ方向に関する位相を、このエンコーダの径方向に関して１８０度異ならせた状態で配置する。

上述の様な本発明の回転検出装置を実施する場合に、例えば請求項４に記載した発明の様に、上記エンコーダを、被検出面にＳ極とＮ極とを交互に配置した永久磁石製とし、上記１対の検出素子を、磁束の流れ方向に対応して特性を変化させる磁気検出素子とする。そして、センサユニットの検出部が上記被検出面の特定個所に対向した状態で、これら両磁気検出素子の特性を逆方向に変化させる。
或いは、請求項５に記載した発明の様に、上記エンコーダを、被検出面に充実部と除肉部とを交互に配置した磁性材製とする。このうちの充実部は、この被検出面が凹凸形状である場合には凸部が、櫛歯状或いは格子状の場合には舌片或いは柱部が、それぞれ対応する。又、除肉部は、上記被検出面が凹凸形状である場合には凹部が、櫛歯状或いは格子状の場合には切り欠き或いは透孔が、それぞれ対応する。又、上記１対の検出素子を、通過する磁束の量（磁束密度）に対応して特性を変化させる磁気検出素子とする。更に、これら両磁気検出素子に関して上記被検出面と逆側に、これら両磁気検出素子の配列方向に着磁した永久磁石を配置する。そして、センサが上記被検出面の特定個所に対向した状態で、これら両磁気検出素子の特性を逆方向に変化させる。

上述の様に構成する本発明によれば、ノイズの影響を受けにくく、しかも小型化が可能な回転検出装置を、低コストで実現できる。
即ち、高価で、しかも嵩張るラインドライバＩＣを使用しなくても、互いに位相が１８０度異なる１対の出力信号を得られる。そして、これら両出力信号を制御器に取り込む事でノイズの影響を除き、正確な回転速度を求める事ができる。

［実施の形態の第１例］
図１〜２は、請求項１、２、４に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の回転検出装置は、円輪状のエンコーダ７ａとセンサユニット８ａとを備える。このエンコーダ７ａは、回転軸２（図７参照）等の回転部材の一部にこの回転部材と同心に支持されるもので、永久磁石製で、軸方向に着磁されている。着磁方向は、円周方向に関して、交互に、且つ、等間隔で変化させている。従って、被検出面である、上記エンコーダ７ａの軸方向片側面（図１の右側面）にＳ極とＮ極とが、円周方向に関して、交互に且つ等間隔に配置されている。

一方、上記センサユニット８ａは、上記エンコーダ７ａの回転に伴って出力信号を、このエンコーダ７ａの回転速度に比例した周波数で変化させる。本例の場合にこのセンサユニット８ａは、それぞれがホール素子、ＭＲ素子等の、磁束の流れ方向に応じて特性を変化させる１対の磁気検出素子９ａ、９ｂを組み合わせて成る。これら両磁気検出素子９ａ、９ｂは、同種（同仕様）のものを、上記エンコーダ７ａの円周方向に関する位相を一致させると共に、磁束の流れ方向に関する位相を１８０度異ならせた状態で配置している。即ち、上記両磁気検出素子９ａ、９ｂは、同種のものを、磁束の検出方向に関して互いの同じ側の面同士（正面同士又は背面同士）を突き合わせた状態で、上記センサユニット８ａを保持するホルダ（図示省略）内に、包埋等により保持している。この様なセンサユニット８ａの検出部を、上記エンコーダ７ａの被検出面に対向させた状態で、上記両磁気検出素子９ａ、９ｂの、磁束の流れ方向に関する位相は、上記エンコーダ７ａの軸方向に関して１８０度異なる。従って、上記センサユニット８ａの検出部が上記エンコーダ７ａの被検出面の特定個所に対向した状態で、上記両磁気検出素子９ａ、９ｂの特性が逆方向に変化する。

上述の様に構成する本例の回転検出装置の使用時に上記センサユニット８ａからは、前述したラインドライバＩＣ１１を使用した構造に於ける出力信号Ｂ、Ｃ（図９参照）と同様の、図２に示す様な、互いに位相が１８０度異なる１対の出力信号Ｂ₁ 、Ｃ₁ が出力される。そこで、これら両出力信号Ｂ₁ 、Ｃ₁ を、ケーブル１０（図７〜８参照）を通じて、車体側の制御器に送れば、上記ラインドライバＩＣ１１を使用した構造の場合と同様に、上記ケーブル１０中を送られる信号に外部から加わるノイズの存在を認識してこのノイズの影響を除き、正確な回転速度を求められる。即ち、上記両出力信号Ｂ₁ 、Ｃ₁ を１対の差動信号として捉え、これら両出力信号Ｂ₁ 、Ｃ₁ を、制御器側に設けた差動式ラインレシーバに入力する事により、上記ノイズの影響を除きつつ、上記エンコーダ７ａの回転速度に比例する周波数で変化する、単一の出力信号を得る事ができる。

特に、本例の場合には、上記互いに位相が１８０度異なる１対の出力信号Ｂ₁ 、Ｃ₁ を得る為に、安価でしかも小さい、１対の磁気検出素子９ａ、９ｂを、検出特性を１８０度異ならせた状態で配置しているので、小型に構成できる。即ち、高価で、しかも嵩張るラインドライバＩＣを使用しなくても、互いに位相が１８０度異なる１対の出力信号Ｂ₁ 、Ｃ₁ を得られる。そして、これら両出力信号Ｂ₁ 、Ｃ₁ を制御器に取り込む事でノイズの影響を除き、正確な回転速度を求める事ができる。
尚、上記両出力信号Ｂ₁ 、Ｃ₁ の波形は、図２及び図３の（Ａ）に示す様な矩形波の他、図３の（Ｂ）に示す様な正弦波であっても良い。矩形波は、例えば上記両磁気検出素子としてデジタル式のホールＩＣを使用した場合に得られるし、正弦波はアナログ式のホール素子を使用した場合に得られる。

［実施の形態の第２例］
図４は、請求項１、２、５に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、磁性材製で円輪状のエンコーダ７ｂの被検出面である軸方向片側面（図４の右側面）に、充実部と除肉部とを交互に配置している。このうちの充実部は、この被検出面が凹凸形状である場合には凸部が、櫛歯状或いは格子状の場合には舌片或いは柱部が、それぞれ対応する。又、除肉部は、上記被検出面が凹凸形状である場合には凹部が、櫛歯状或いは格子状の場合には切り欠き或いは透孔が、それぞれ対応する。何れの場合でも、次述するセンサユニット８ｂの検出部が上記充実部に対向する場合には、この検出部と上記エンコーダ７ｂとの間の磁気抵抗が小さくなって、上記センサユニット８ｂ中を流れる磁束の量が多くなる。逆に、上記検出部が上記除肉部に対向する場合には、この検出部と上記エンコーダ７ｂとの間の磁気抵抗が大きくなって、上記センサユニット８ｂ中を流れる磁束の量が少なくなる。

上記センサユニット８ｂは、それぞれが通過する磁束の量（磁束密度）に応じて特性を変化させる１対の磁気検出素子９ａ、９ｂと永久磁石１２とを組み合わせて成る。尚、この様な磁気検出素子９ａ、９ｂも、上述した実施の形態の第１例と同様に、ホール素子、ＭＲ素子等を使用できる。又、上記永久磁石１２は、上記両磁気検出素子９ａ、９ｂに対して上記エンコーダ７ｂの被検出面と逆側に配置されたもので、これら両磁気検出素子９ａ、９ｂの配列方向に着磁している。更に、必要に応じて、上記永久磁石１２の着磁方向両端面のうちで上記両磁気検出素子９ａ、９ｂと逆側の端面に、磁性材製のバックヨーク（図示省略）を設けて、これら両磁気検出素子９ａ、９ｂを通過する磁束の絶対量を多くする事もできる。

上述の様な磁性材製のエンコーダ７ｂを備えた本例の回転検出装置の場合も、上記両磁気検出素子９ａ、９ｂを、磁束の流れ方向に関する位相を１８０度異ならせた状態で配置している。従って、上記センサユニット８ｂの検出部が上記エンコーダ７ｂの被検出面の特定個所に対向した状態で、上記両磁気検出素子９ａ、９ｂの特性を逆方向に変化して、前述の図２〜３に示す様な、互いに位相が１８０度異なる１対の出力信号Ｂ₁ 、Ｃ₁ を出力する。
その他の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、重複する説明は省略する。

［実施の形態の第３例］
図５は、請求項１、３、４に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、エンコーダ７ｃの被検出面を外周面とし、センサユニット８ｃの検出部をこのエンコーダ７ｃの外周面に、径方向に対向させている。このエンコーダ７ｃの被検出面とセンサユニット８ｃの検出部とを径方向に対向させる点、及び、これに合わせて１対の磁気検出素子９ａ、９ｂを上記エンコーダ７ｃの径方向に配列した点以外の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例の場合と同様である。

［実施の形態の第４例］
図６は、請求項１、３、５に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合には、磁性材製のエンコーダ７ｄの被検出面を外周面とし、センサユニット８ｄの検出部をこのエンコーダ７ｄの外周面に、径方向に対向させている。このエンコーダ７ｄの被検出面とセンサユニット８ｄの検出部とを径方向に対向させる点、及び、これに合わせて１対の磁気検出装置９ａ、９ｂと永久磁石１２とを上記エンコーダ７ｄの径方向に配列した点以外の構成及び作用は、上述した実施の形態の第２例の場合と同様である。

本発明を実施する場合に、センサユニットに組み込む１対の検出素子の保持方法は特に問わない。所定の位置関係で組み合わせた１対の検出素子を、合成樹脂製のホルダに包埋支持しても良いし、個々に合成樹脂製のホルダ中に包埋支持したものを後から組み合わせても良い。
更に、上述した実施の形態の各例を組み合わせて、回転速度等に関して、複数種類の測定データを得る事もできる。

本発明の実施の形態の第１例を示す模式図。この第１例の運転時に発生する出力信号を示す回路図。この出力信号の形状の２例を示す線図。本発明の実施の形態の第２例を示す模式図。同第３例を示す模式図。同第４例を示す模式図。従来構造の１例を示す部分断面図。図７の右方から見た。本発明に先立って考えた構造を示す回路図。

符号の説明

１ハウジング
２回転軸
３軸受
４空間
５組み合わせシールリング
６スリンガ
７、７ａ〜７ｄエンコーダ
８、８ａ〜８ｄセンサユニット
９、９ａ、９ｂ検出素子
１０ケーブル
１１ラインドライバＩＣ
１２永久磁石

Claims

回転部材の一部に支持され、この回転部材の回転中心と同心に設けられた被検出部の磁気特性を円周方向に関して交互に変化させたエンコーダと、このエンコーダの回転に伴って出力信号を、このエンコーダの回転速度に比例した周波数で変化させるセンサユニットとを備えた回転検出装置に於いて、このセンサユニットは、その検出部に、同種類の１対の検出素子を、上記エンコーダの円周方向に関する位相を一致させると共に、磁束の流れ方向に関する位相を１８０度異ならせた状態で配置したものである事を特徴とする回転検出装置。
エンコーダの被検出面が軸方向側面であり、１対の検出素子が、磁束の流れ方向に関する位相を、このエンコーダの軸方向に関して１８０度異ならせた状態で配置されている、請求項１に記載した回転検出装置。
エンコーダの被検出面が外周面であり、１対の検出素子が、磁束の流れ方向に関する位相を、このエンコーダの径方向に関して１８０度異ならせた状態で配置されている、請求項１に記載した回転検出装置。
エンコーダが、被検出面にＳ極とＮ極とを交互に配置した永久磁石製であり、１対の検出素子が、磁束の流れ方向に対応して特性を変化させる磁気検出素子であり、センサユニットの検出部が上記被検出面の特定個所に対向した状態で、これら両磁気検出素子の特性が逆方向に変化する、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した回転検出装置。
エンコーダが、被検出面に充実部と除肉部とを交互に配置した磁性材製であり、１対の検出素子が、通過する磁束の量に対応して特性を変化させる磁気検出素子であり、これら両磁気検出素子に関して上記被検出面と逆側に、これら両磁気検出素子の配列方向に着磁した永久磁石を配置しており、センサユニットの検出部が上記被検出面の特定個所に対向した状態で、これら両磁気検出素子の特性が逆方向に変化する、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した回転検出装置。