JPH0235368A - 適応しきい値回路付磁気センサ軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一固体磁気センナの出力信号に及ばず外部要因
の影響全補償する手段を与える電気回路を組込んでいる
軸受に関する。さらに詳しくいえば、本発明は、温度、
外圧、外部磁界およびその他の外部要因の補償回路をも
った軸受である。この補償によって固体磁気センサから
の出力信号を比較的低い強さ水準で信頼度を上げて満足
に検出できるようになる。磁界の強さは１種々の要因に
よって影響されることがある。本発明に関する二つの重
要な要因は、センサの磁気的に符号化されたリングに対
する物理的近接度と、符号化されたリングが発生する磁
束密度である。

本発明は、ホール効果センサ、磁気抵抗器センサ、また
は磁気トランジスタセンサ全利用する磁気軸受速度と一
緒に特にスラスト軸受やラジャル軸受に用いるのによく
適している。本発明を伝動装置やアンチロック制動装置
（ＡＢＳ）とともに用いることが特に連光である。

〔従来の技術〕

従来の磁気軸受センサの中には、処理の前に普通には増
幅される線形出力信号を発生するものがある。その次に
、増幅信号は、所望の情報をセンサから得るために、一
定の基準信号１例えば、しきい値電圧の高さと比較され
る。この型の従来のセンサ信号の処理に伴う主な問題は
、磁気センサの出力信号が高度、圧力、外部磁界などの
外部要因の影響だけに起因して時間に関してかなり変化
する傾向があることである。この変化は、大部分これら
の外部要因の磁気センサに及ぼす影響によって生ずる。

これらの外部からの影響を補償するために、ランダム雑
音や他の・漂遊・電位を出力から除くために差動的に接
続された二つのホール効果センサ全相いるなどの糧りの
技術が用いられる。これらの形式の従来の軸受の例は、
ジョージ・エイ・ギヤラント（Ｇｅｏｒｇｅ　Ａ、　Ｇ
ａ１ｌａｎｔ）の名義で１９７６年１月１５日に交付さ
れた米国特許第３、９３２．８１３号「うず電流センサ
」に含まれている。他の従来技術の特許は、ＮＲＺ　（
ノンリターン・ツウ・ゼロ）信号もしくは誤差を伴う遷
移応答信号が存在する信号における直流成分′！！たは
測定しようとする連続的に低いか一！たは高い信号レベ
ルによって生じた誤差を補償するために低域フィルタ、
比較器および同様の電気約１たは電子的装置を用いる。

これらの形式の従来技術の回路名義で１９８２年７月１
５日に交付された米国特許第）↓、　３３９．７２７号
「波形変換回路」に含まれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、ダ部要因による影響を補償する新規な
回路を含む磁気センサ軸受を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の適応しきい値回路のついた磁気センサ軸受は、
これらの外部要因とそれらの影響を補償する。この軸受
け、検知されている符号化された磁気リングからの比較
的弱い磁気信号全適幽に検知できるようにする。センサ
は老化するが−それの感度および関連の信号処理回路の
感度は、Φ実上一定のｉｔである。従来技術において普
通に用いられた固定しきい値処理回路に較べると、本発
明の適応しきい値回路は、以前最小限必要であつたピー
クピーク振幅より小さい程度の大きさのピクピーク振幅
をもったセンサ出力信号を正確に処理できる。

簡単に説明すると、適応しきい値回路付磁気センサ軸受
は、予め定めたヒステリシス帯域幅をもち、二つの入力
信号が供給される比較器によって処理される出力信号を
発生する固体磁気センサを有する軸受を倫えている。適
応しきい値回路は。

集積回路（■ａ）チップに全体としてまたは部分的のい
ずれかで組込−４１１，てもよい。一方の入力信号は、
固体磁気センサからの生の出力信号である。

第２の入力信号は第１の入力信号回路に並列な回路によ
って発生される。第２の信号に用いる回路は、固体磁気
センサから生の入力信号をとって予め定めた周波数を超
える信号のすべての成分をろ波する低域フィルタ（Ｒｅ
）回路である。この第２の入力信号は５次に比較器内の
第１の入力信号と比較して二つの信号の相対筆圧振幅を
求める。

第１の入力信号が第２の入力信号よシ大きな振幅をもっ
ている場合は、正の比較器出力信号が生ずる。第１の入
力信号が第２の入力信号よシ小さい振幅をもっている場
合は、負の比較器出力信号が代りに発生される。この方
形波（オン−オフ−１：たはｒＯＪ−ｒｌＪ）の比較器
出力信号は、次に、必要に応じて、ディジタル適用分野
にオ０用できる。

この適用は、本願発明者の１９８７年１１月１つ日出類
の米国特許類纂１２０．　＋１０６号「磁界検出器付軸
受−１に関係している。

〔実施例〕

図面、さらに詳しくは、第１〜５図を参辞すると、本発
明の好ましい実施例の軸受１０が示されており、それに
は固体磁気センサ組立体３０が一体に取付けらｆしてい
る。センサ糾立体３０には。

出力信号処理回路付乗積回路（ＩＣ）チップとともにホ
ール効果センサまたは同様の磁気センサがある。軸受１
０は、２枚の軸方向に間隔全おいたスラスト板−すなわ
ち第１の環状スラスト板１２と第２の環状スラスト板１
）↓を有するスラスト軸受である。スラスト板１２は１
片側の表面に半径方向に伸びる軌道１６を有し、スラス
ト板１１Ｉは、片側に半径方向に伸びる軌道１８をもっ
ている。

スラスト板１２は捷た、それの外側半径部分２２にある
永久磁化した磁極セグメント２０をもっている。磁極セ
グメント２０は、第う図に示されたように交互の模様で
配列され御名北極は、二つの南極の間にあｐ、各南極は
、二つの北極の間にある。スラスト板１２の上で磁化さ
れている磁極セグメントの数が多いほど、固体磁気セン
サ組立体３０からの出力信号の分解能が太きい。固体磁
気センサ糺立体３０は、第２の環状スラスト板１１４全
収容する深床ぐり２６を有する環状プラスチック・セン
サ支持体２１Ｉに一体に取付けら′ｉ″１．ている。

環状フランジ状外側周辺壁２８がスラスト板１１↓に一
体に取付けられ、深床ぐシ２６の外側半径表面内にすベ
シばめをする。壁２８の一つの軸方向縁は、約９０の角
度で曲げられ、多数のころう６の入っているころ保持器
５４を軸方向に保持するように半径方向に内方に伸びる
リップ部分３２を形作る。ころ保持器３１＋ところ３６
は、互いに向かい合っている軌道１６と１８の間に軸方
向に位置決めされている。

半径方向のみぞう８がセンサ支持体２ヰを深床ぐシ２６
からセンサ支持体２１Ｉの外側半径方向縁寸で半径方向
に貫通している。固体磁気センサ組立体５０は、第２図
に示されているように、樹脂１ｌｏｔたは類似の拐料で
みぞう８の中に取付けられる。この取付けは、固体磁気
センサ糺立体３０を磁極セグメント２０と半径方向に同
じ位ｆｉｌに配置して軸方向に磁極セグメント２０にご
く接近させて位置決めする。以下に詳細に説明する信号
処理回路１００が固体磁気センサ糺立体３０と一体の集
積回路（■ｅ）チップに組込捷れている。信号処理回路
１００の主な構成要素は、コンデンサ１０９（第７図参
照）およびコンデンサ１２２（用いるとき）を除いてす
べてＩＣチップ」二に含まれている。

随意選択の磁束集中器ヰ２が固体磁気センサ組立体３０
と円周」二で並置された位置に示されている。磁束集中
器１＋２の機能は、固体磁気センサ組立体３０の直ぐ近
くに抵抗の少ない磁束路を与えることである。磁束は、
最も抵抗の少ない頒域に集中する傾向があるので、磁束
集中器１４．２は、固体磁気センサ組立体３０の中で検
知される磁束の強さを犬きくする。

次に、第１Ｉ〜６図に移ると一回転自在な軸５０が環状
軌道輪６０の中に取付けられている。軸５０は、それの
外側表面の一部分の円周の捷わりに軌道５２をもってい
る。軌道＠６０も址た、軌道５２と軸方向に心を合され
るように内側表面の一部分に軌道６２全備えている。軌
道輪６０は捷だ、軌道６２から最も遠くにある一方の軸
方向端に深床ぐり６１ｊｉ備えている。多数のころら６
が軌道５２と６２の間に置かすして軌道＠６０から半径
方向に内方に伸びている二つの環状フランジ６８および
７０によって軸方向に拘束されている。７ランジ６８の
内側にある屑７２およびフランジ７０の対面側にある肩
７キは−ころ６６が軌道５２および６２が軸方向に動い
てはずれないようにする。

第１〜３図の固体磁気センサ組立体う０と同様な固体磁
気センサ組立体ｇｏが深床ぐシロ１Ｉの内側表面８１４
に取付けられているセンサ取付台８２に付着される。固
体磁気センサ糺立体８０もまた、ホール効果センサオた
は類似の磁気センサおよび出力信号処理回路伺集積回路
（■ａ）チップ金偏えている。

水入磁界が第５図に示されている磁気リング９０によっ
て与えられる。環状磁気リング９０は同心的環状磁気リ
ング取付台９２で軸５０に取付けらｒｌ−でいる。

磁気リング９０は、それの全周の回シに多磁極セグメン
）９１１作るように恒久的に磁化される。

磁極セグメン）９１１は、第う図の磁極セグメント２０
と同様の交互の模様で配列されているので、各南極は、
二つの北極の間に位置決めされ、各北極は、同様に二つ
の南極の間にある。

次に第７図に移ると一固体磁気センサ組立体１０１（例
えば−アナログ・ホール効果センサまたは磁気抵抗器セ
ンサｔｉは磁気トランジスタセンサオたは同様の磁気セ
ンサ）が生のアナログセンサ出力信号１０２を発生する
。磁気センサ″！、たは検出器からの出力信号を作る方
法を記載している本願発明者の１９８７年１１月１５日
出願の米国特許類纂１２０．４０６号を参服されたい。

信号１０２は、適応しきい値回路１００によって処理さ
れ、適応しきい値回路のほとんどはセンサ組立体３０ま
たは８０と一体にＩＣチップに糾込まわ−ている。信号
１０２は、本発明の適応しきい値回路１００に入シ、そ
こで信号１０２は、第１の入力信号１０６として比較器
１０４に直接入る前に抵抗１０３（抵抗値Ｒ１）を通過
する。また第７図に示されているように、信号１０２は
、抵抗１０３の直前で分割されて一低域フィルタとして
働く並列分岐回路を通過する。信号１０２は、ドロッピ
ング抵抗１０７（抵抗値Ｒ２）を通過し。

フィルタコンデンサ１０９（キャパシタンスＣ１）を通
り過ぎて第２の入力信号１０８として比較器１０１１に
入る。この低域ろ波は予め選択されたしきい値より大き
い信号１０２の事実上すべての周波数成分を減衰させる
。入力信号１０ｇは一信号１０６の「平滑化」したもの
であシ、信号１０８は一信号１０２の振幅の大きな瞬時
変動を低下させて、それによってその信号の振幅の時間
に関する不連続性を除くために効果的に平均される。

比較器１０ヰは、入力信号１０６と１０８を受取って、
そわらの相対値を求めて信号１０６と１０８の相対電圧
信号が反転されるとき極性を切替える方形波比較器出力
信号１１０を発生する。さらに詳しくいえば、入力信号
１０６が入力信号Ｌｏｇの振幅より大きな振幅値を有す
るとき、結果として生じた出力信号１１０は、正の値で
あり、逆に一人力信号Ｌｏｇが信号１０６の振幅より犬
さな振幅値を不するとき、比ｌｌり器用力信号１１０が
極性を逆にし、狛の値を与える。随意選択のコンデンサ
１１２（キャパシタンスＣ２）が入力信号１０６および
１０ｇにのっている高周波雑音によって生じた比較器１
０１４の擬似トリガリングを少なくする。批尻１１４（
抵抗値Ｒ５）が抵抗１０）と共同して比較器１０４のヒ
ステリシス帯域幅を定める。抵抗１１６（抵抗値Ｒ）↓
）は、出力信号１１０に対するプルアップ抵抗として働
く。導線１１８は、回路１００のための電力を供給し、
随意選択（７）コンデンサ１２２（キャパシタンｘａ　
３　）Ｈ１電源の雑音を小さくする。導線１２０は、共
通導線または接地導線として働く。第７図に示されたも
のの中でコンデンサ１０９および随意選択のコンデンサ
１２２だけがセンサ組立体うｏ−または８゜の集積回路
（■ａ）チップ部分に組込捷れていない電気構成要素で
ある。

適応しきい値回路１００のついた比較器Ｌｏｌｌによっ
て正確に測定できる信号１０２の最小ピクピーク振幅値
についての限界の大体の大きさの程度は、従来技術の代
表的固定しきい値処理回路に必要な最小値よシ小さい。

第８図は、上述の外部要因を補償しない代表的な従来の
信号処理回路を示している。磁気センサ１０１からの生
の出力信号１０２は一比較器用の一つの入力信号の一つ
として比較器Ｌｏｌｌに直接に入る。この第１の入力信
号１２６は抵抗１′５２（抵抗値Ｒ５）を通過する第２
の入力信号１２８に比較される。抵抗１５２は、二つの
分圧器抵抗（１う） の一つであり、他方の分圧器抵抗は、抵抗１う口（抵抗
値Ｒ６）である。信号１２１１ｆはまた、ヒステリシス
帯域幅を規制する抵抗１５８（抵抗値ｎｇ）を通過する
。抵抗１う６（抵抗値Ｒ７）は、比較器出力信号１７Ｉ
Ｏのためのプルアップ抵抗として働く。コンデンサ１３
９（キャパシタンス０１ｌ）は、電源信号にのる゛′ク
ラッタ゛捷たは漂遊電位を最小にするためにパワ導線１
１８と共通（接地）導線１２０との間に接続されている
。コンデンサ１うつの機能は、電池；をよりよく調整す
るように企図する他の従来技術の回路と同様である。

〔発明の効果〕

本発明の利点は、第９ａ〜９０図を参押してさらに例示
する。第９ａ図は、固定基準電圧１１１Ｏ（例えば、固
定基準電圧）および二つの′ドリフチップ基準信号１１
１２と１ｌｌｊに対して生の出力信号１０２の時間に関
する代表的ドリフトを描いている。第９ｂ図および第９
ｃ図は、それぞれ第８図に示された従来技術の回路およ
び第７図に示された本発明の回路について処理された出
力信（１１＋、　） 号１３０および１１０を第９ａ図に描かれた生の出力信
号について時間に関して示している。第９１〕図は一比
較器出力信号１３０（第８図）のセンサ出力信号の応答
を固定基準信号１１ＩＯに対する相対値で示している。

磁気センサは、外部要因によって影響されて、信号ｔｏ
２ｋｌ二方ヘトリフトさせ、センサ出力信号の交互の波
形はもはや、基準信号の上下に対称に変化しない。信号
１０２は、波形周期の５０％だけではなく一波形周期の
より大きな割合の量基準信号１４０より大きな値をもっ
ている。これは、時間の５０％以上「オン」である方形
波出力信号１３０をもたらし、信号の「オフ」部分は第
９ｂ図に示されたように対応して減少する。信号１０２
がある時間の間ドリフトした後には、比較器出力信号１
５０は−もはや「方形波」信号でなく、磁気センサが周
期の５０％だけ「オン」状態を示す出力信号を実際に作
っていても、「オン」信号が段々多くなる。逆に、本発
明の磁気センサ軸受の比較器出力信号１１０は一信号１
０２が上方にドリフトするとき、方形波形を保つ。これ
らは「オフ」のしきい値信号レベル１１Ｉ２と第７図の
回路から生ずる「オン」のしきい値信号レベルｌｌ１ｌ
ｌとの同時ドリフトから生ずる。ヒステリシス帯域幅１
ｌ１６は、批抗１１）４お」二び１０５のそ力ぞ力、の
イ直Ｒ３とＲ１によって規制される一定値に保たれる。

適応しきい値回路１００のこの信号処理は、磁気センサ
によって検知された条件と比較器からの最後の処理され
た出力信号１１０との間の正確な相関関係を与える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、スラスト軸受内に組込ｉ　ｒｔた本発明の一
実施例の部分断面側面図、 第２図は一磁気センザが取付けられる第１図のスラスト
板の正面図、 第５図は、第１図におけるスラスト軸受の恒久磁化され
たスラスト板の正面図− 第）１図は、回転軸に取付けられ、ラジアル軸受に組込
まれた本発明の第２の実施例の部分断面側面図。 第５図は、第４図に示されたラジアル軸受の磁化リング
部分の斜視図− 第６図は一第４図に示されたラジアル軸受の外側軌道輪
の斜視図、 第７図は１本発明の適応しきい値回路の略図、第８図は
、センサの電気出力信号を処理するのに用いられる代表
的従来技術の回路の略図。 第９ａ−９ｂ、９０図は、二つの異なる出力信号の比較
ができるように第７図および第８図に示された回路から
の出力信号を時間に関して描いた図である。 １２．１１１−−スラスト板、２０−一磁極セグメント
。 うｏ、ｇｏ−一固体磁気センサ組立体、５６．６６−−
ころ、６０−一軌道輪、９０−−磁気リング＋　１００
−一適応しきい値回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　軸受および回転軸と一緒に用い、 前記軸の回転速度に比例するアナログ出力 信号を出す固体磁気センサと、 前記軸に取付けられた軸受と、 前記軸の回転速度に比例するディジタル信 号を作るように前記速度センサ出力信号を処理する適応
   しきい値回路とを組合せて備え、前記適応しきい値回路
   は前記センサ出力信 号にドリフトを生じさせる外部要因を補償する手段およ
   び比較的弱い出力信号を処理する手段を有することを特
   徴とする速度センサ組立体。