JP5333513B2 - 回転センサ - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の回転センサは、歯車の歯の外側に設けられたケース内に、2個のホール素子を有するホールICと、磁石とを備えている。ホール素子は、磁石と歯車との間を流れる磁束に応じた電圧信号を出力する。回転センサは、2個のホール素子から出力される2つの信号の差動出力に基づき、歯車の回転数を検出している。
このとき、ホール素子31、33と歯車2との間をコンタミ3が横切ると、ホール素子31,33と歯車2との見かけ上のギャップが小さくなるので、ホール素子31、33と歯車2との間の磁気抵抗が低下する。これにより、ホール素子31、33の信号の出力タイミングに異常が生じると、回転センサは、実際の歯車2の回転数よりも高い回転数を検出するおそれがある。
図13(C)から(D)に示すように、回転センサの中央のホール素子32と歯車2との間をコンタミ3が横切ると、ホール素子32の信号の出力タイミングに異常が生じる。これにより、一組のホール素子31、32の差動出力と、他の一組のホール素子32,33の差動出力との位相差が変わると、回転センサは、実際の歯車2の回転方向とは逆方向の回転を検出するおそれがある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、検出精度を高めることの可能な回転センサを提供することを目的とする。
磁気発生手段は、歯車の歯底から歯が突出する方向の一方に設けられる。磁気発生手段側から見た歯車の歯筋に対し略垂直方向に並ぶ複数の磁気検出素子は、歯車と磁気発生手段との間に流れる磁束に応じた信号を出力する。複数の磁気検出素子の信号に基づき、検出手段が歯車の回転を検出する。
ケースは、複数の磁気検出素子を収容する。複数の磁気検出素子の間でケースの歯車側に設けられた移動制限手段は、ケースに付着する磁性異物が磁気検出素子の並ぶ方向に移動することを制限可能である。
これにより、磁気検出素子は、磁性異物の移動による信号を出力することなく、歯車の回転に基づき正常なタイミングで信号を出力する。このため、検出手段は、歯車の回転数または回転方向を正確に検出することが可能になる。したがって、回転センサの検出精度を高めることができる。
これにより、磁性異物は、突条部と当接することで、複数の磁気検出素子の並ぶ方向に移動することが制限される。
移動制限手段は、第2磁気検出素子の歯車側に設けられる。
これにより、第1磁気検出素子と第3磁気検出素子との間を第2磁気検出素子を跨いで磁性異物が移動することが抑制される。したがって、回転センサは、歯車の回転方向の検出精度を高めることができる。
これにより、第1磁気検出素子と第2磁気検出素子との間、及び第2磁気検出素子と第3磁気検出素子との間の磁性異物の移動を制限することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による回転センサを図1〜図6に示す。回転センサ1は、鉄などの磁性体からなる歯車2の回転数および回転方向を歯車2と非接触で検出する。回転センサ1は、平歯車、はすば歯車、やまば歯車、ラック、かさ歯車、冠歯車、ハイポイドギヤおよびウォームギヤなど、種々の歯車の回転数または回転方向を検出することが可能である。
図1〜図3に示すように、ケース10は、樹脂から略円筒状に形成され、磁石20、3個のホール素子31、32、33、集積回路30および端子11などをモールドしている。ケース10は、歯車2の歯底から歯が突出する方向の一方に設置される。ケース10の径外方向の一方には、コネクタ12が設けられている。
磁石20は、歯車2の歯底から歯が突出する方向の両側に異種の磁極を有する。磁石20の励磁する磁界の磁束は、歯車2に流れる。
突条部40は、ケース10の歯車2側の端面13から立ち上がる2つの側面41、42が、ケース10の端面13に対して垂直に形成されている。突条部40は、2つの側面41、42を歯車2側で接続する上面43が、ケース10の端面13に平行に形成されている。したがって、磁石20に磁気吸引された磁性異物などのコンタミがケース10の端面13に付着し、その端面13を歯車2の回転に伴って移動する際、そのコンタミが突条部40を乗り越えることが抑制される。
また、突条部40は、3個のホール素子31、32、33の並ぶ方向の幅Wが、第2ホール素子32の幅よりも大きく、第1ホール素子31と第3ホール素子33との間の幅よりも小さく形成されている。
突条部40は、歯車2の歯筋方向の長さLが、ケース10の端面13の直径と略同じに形成されている。なお、歯車2の歯筋方向の長さLは、ホール素子32よりも長ければよい。
図4(A)に示すように、コンタミ3は、歯車2の歯Aと磁石20との間の磁束密度の強い場所に位置する。歯車2は、図4の右側へ回転している。このため、コンタミ3は、歯車2の回転に伴ってケース10の端面13を移動する。
図4(B)に示すように、歯車2の歯Aが突条部40の上を通過するとき、コンタミ3は突条部40に当接し、その移動が制限される。
その後、歯車2の歯Aとコンタミ3と磁石20との間を流れる磁束密度よりも、回転方向後方の歯Bとコンタミ3と磁石20との間の磁束密度が強くなると、図4(C)に示すように、コンタミ3は回転方向後方の歯Bと磁石20との間へ向けてケース10の端面13を移動する。
そして、図4(D)に示すように、コンタミ3は歯車2の歯Bと共にケース10の端面13を突条部40に当接するまで移動する。
図5において、歯車2は、時刻t1における歯の位置を示すものである。この時、歯車2の歯は、第1ホール素子31の上に位置している。歯車2は、図5の右方向へ回転移動する。この歯車2の回転方向を正転とする。なお、第1ホール素子31と歯車2との間には、コンタミ3が存在しているものとする。
各ホール素子31、32、33から出力される電圧信号は、位相の異なる正弦波として出力される。このとき、各ホール素子31、32、33から出力される電圧信号は、集積回路30に格納されたオートゲインコントローラ(AGC)およびオートオフセットアジャスタ(AOA)によって補正される。したがって、第1ホール素子31から出力された正弦波は、コンタミ3による影響が低減されている。
集積回路30は、隣り合う第1、第2ホール素子31,32の差動出力と、第2、第3ホール素子32,33の差動出力とをそれぞれ検出する。これにより、各ホール素子31、32、33と歯車2とのそれぞれのギャップの公差によって生じる各ホール素子31、32、33の出力信号のばらつきが補正される。
集積回路30は、2つの閾値V1、V2によって差動出力の正弦波をパルス信号に変換し、内部出力P1と内部出力P2を得る。そして、2つの内部出力P1、P2を比較し、内部出力P1のパルス信号がLoからHiに変わる時刻が、内部出力P2のパルス信号がLoからHiに変わる時刻よりも早いとき、歯車2が正転していることを判定する。そして、集積回路30は、歯車2が正転していることを示すパルス信号を、歯車2の回転数に応じて出力する。なお、本実施形態では、歯車2が正転していることを示すパルス信号は、歯車2が逆転していることを示すパルス信号よりもLoレベルの出力時間が短く設定されている。
第1ホール素子31と歯車2との間には、コンタミ3が存在しているものとする。しかし、各ホール素子31、32、33から出力される電圧信号はAGCおよびAOAにより補正されるので、第1ホール素子31から出力される正弦波は、コンタミ3による影響が低減されている。
集積回路30は、隣り合う第1、第2ホール素子31、32の差動出力と、第2、第3ホール素子32、33の差動出力とをそれぞれ検出する。そして、2つの閾値V1、V2によって差動出力の正弦波をパルス信号に変換し、内部出力P1と、内部出力P2を得る。
集積回路30は、2つの内部出力P1、P2を比較し、内部出力P2のパルス信号がLoからHiに変わる時刻が内部出力P1のパルス信号がLoからHiに変わる時刻よりも早いとき、歯車2が逆転していることを判定する。そして、集積回路30は、歯車2が逆転していることを示すパルス信号を、歯車2の回転数に応じて出力する。
本実施形態では、第2ホール素子32の歯車2側に突条部40が設けられている。これにより、第1ホール素子31と第3ホール素子33との間を、第2ホール素子32を跨いでコンタミ3が移動することが抑制される。このため、第2ホール素子32は、コンタミ3の移動による信号を出力することなく、歯車2の回転に基づき正常なタイミングで電圧信号を出力する。したがって、回転センサ1は、歯車2の回転数および回転方向を正確に検出することができる。
また、本実施形態では、突条部40の幅Wは、第2ホール素子32の幅よりも大きく、第1ホール素子31と第3ホール素子33との間の幅よりも小さい。これにより、コンタミ3の移動は、第1ホール素子31または第3ホール素子33の上側の領域に制限される。このため、隣り合う2個のホール素子の差動出力に、コンタミ3の移動が影響することが抑制される。したがって、回転センサ1は、歯車2の回転数および回転方向の検出精度を高めることができる。
本発明の第2実施形態による回転センサを図7〜図11に示す。本実施形態において、上述した第1実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、回転センサ1は、第1ホール素子31および第3ホール素子33を備えている。2個のホール素子31、33は、歯車2の歯筋に対し略垂直方向に並んでいる。
突条部40は、第1ホール素子31と第3ホール素子33との間でケース10から歯車2側に突出し、2個のホール素子の並ぶ方向に略垂直に延びている。突条部40の延びる方向は、歯車2の歯筋と略平行である。突条部40は、その幅が、第1ホール素子31と第3ホール素子33との間の幅よりも小さく形成されている。
図11において、歯車2は、時刻t1における歯の位置を示すものである。この時、歯車2の歯は、第1ホール素子31の上に位置している。歯車2は、図11の右方向へ正転する。
第1ホール素子31と歯車2との間には、コンタミ3が存在しているものとする。しかし、各ホール素子31、33から出力される電圧信号はAGCおよびAOAにより補正されるので、第1ホール素子31から出力される正弦波は、コンタミ3による影響が低減されている。
集積回路30は、隣り合う第1、第3ホール素子31、33の差動出力を検出する。そして、2つの閾値V1、V2によって差動出力の正弦波をパルス信号に変換する。これにより、回転センサ1は、歯車2の回転数に応じたパルス信号を出力する。
上述した実施形態では、ケースと突条部とを一体で設けた。これに対し、本発明は、ケースと突条部とを別体で構成し、接着、または嵌め込みにより突条部をケースに取り付けてもよい。
上述した実施形態では、突条部を非磁性体からなる樹脂から形成した。これに対し、本発明は突条部を金属などから形成してもよい。
上述した実施形態では、ケースに突条部を1本設けた。これに対し、本発明は、突条部を複数本設けてもよい。また、突条部は、歯車側からみて直線状に限らず、波形状としてもよい。また、突条部は、断面が矩形に限らず、三角形または円形などとしてもよい。
上述した実施形態では、移動制限手段としてケースの端面から突出する突条部を設けた。これに対し、本発明は、移動制限手段として、ケースの端面から磁石側に凹み、歯筋と略平行に延びる溝を設けてもよい。
上述した実施形態では、磁石のS極を歯車側に設け、N極を歯車と反対側に設けた。これに対し、本発明は、磁石のN極を歯車側に設け、S極を歯車と反対側に設けてもよい。
上述した実施形態では、磁気発生手段として永久磁石を使用した。これに対し、本発明は、磁気発生手段として電磁石などを使用してもよい。
上述した実施形態では、磁気検出素子としてホール素子を使用した。これに対し、本発明は、磁気検出素子として磁気抵抗素子(MRE)などを使用してもよい。
上述した実施形態では、検出手段としての集積回路をケース内に設けた。これに対し、本発明は、コネクタの端子に接続される電子制御装置(ECU)を検出手段として機能させてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
2 ・・・歯車
10・・・ケース
20・・・磁石(磁気発生手段)
30・・・集積回路(検出手段)
31・・・第1ホール素子(第1磁気検出素子)
32・・・第2ホール素子(第2磁気検出素子)
33・・・第3ホール素子(第3磁気検出素子)
40・・・突条部(移動制限手段)
Claims (1)
- 磁性体から形成された歯車の回転を検出する回転センサであって、
前記歯車の歯底から歯が突出する方向の一方に設けられる磁気発生手段と、
前記歯車の歯筋に対して略垂直方向に並ぶ第1磁気検出素子、第2磁気検出素子および第3磁気検出素子をこの順で有し、前記歯車と前記磁気発生手段との間に流れる磁束に応じた信号を出力する複数の磁気検出素子と、
複数の前記磁気検出素子の信号に基づき前記歯車の回転を検出する検出手段と、
複数の前記磁気検出素子を収容するケースと、
前記第1磁気検出素子と前記第3磁気検出素子との間で前記ケースの前記歯車側に設けられ、前記ケースに付着する磁性異物が前記磁気検出素子の並ぶ方向に移動することを制限可能な移動制限手段と、を備え、
前記移動制限手段は、前記第2磁気検出素子の前記歯車側に設けられ、前記ケースから前記歯車側に突出し、歯筋と略平行に延びる突条部であり、
前記ケースと前記移動制限手段とは、非磁性体から一体で形成され、
複数の前記磁気検出素子の並ぶ方向において、前記移動制限手段の幅は前記第2磁気検出素子の幅よりも大きく、前記第1磁気検出素子と前記第3磁気検出素子との間の幅よりも小さく、
前記歯車側から見て、前記第2磁気検出素子は、前記移動制限手段の内側に位置することを特徴とする回転センサ。
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