CN107064540B - 旋转检测设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种旋转检测设备，该旋转检测设备检测齿轮的旋转，同时即使在使用了检测磁通量密度的磁传感器并且齿轮的齿面和磁传感器之间的空气间隙因为振动等而周期性地变化时，也能防止旋转状态的误检测的发生。一种旋转检测设备(6)包括：形成朝向齿轮(3)的齿面的磁场的磁体(2)；以及布置在所述磁体和所述齿轮(3)之间的磁传感器(1)，其中所述磁传感器(1)包括：根据所述齿轮(3)的圆周方向中的磁通量密度输出信号的至少一对霍尔元件(11)；以及DSP(14)，所述DSP(14)在所述齿轮(3)的齿面和所述霍尔元件(11)之间的距离被设置为无限的情况下基于从所述霍尔元件(11)输出的信号设置第一阈值Bop，磁传感器(1)中的所述DSP(14)根据由所述齿轮(3)的旋转所导致的磁通量密度的变化以及所述第一阈值Bop基于从所述霍尔元件(11)输出的信号来输出对应于齿轮(3)的旋转的信号。

Description

旋转检测设备
技术领域
本发明涉及旋转检测设备。
背景技术
作为传统技术，已提出了通过测量磁场角度的变化来检测齿轮的旋转的旋转检测设备(例如参见专利文献1)。
专利文献1中公开的旋转检测设备包括形成朝向齿轮的齿面的磁场的磁体以及被提供在齿轮和磁体之间的、用于检测磁场角度根据齿轮的旋转的变化的磁传感器。随着齿轮的旋转，从磁传感器中输出的信号周期性地变化，由此可检测齿轮的旋转速度、角速度等。另外，由于检测到磁场角度的变化，旋转状态的误检测的发生可被防止，即使齿轮的齿面和磁传感器之间的空气间隙因为振动等而周期性地变化。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2011-141132A
发明内容
技术问题
专利文献1中公开的旋转检测设备通过磁传感器检测磁场角度中的变化，而不是磁场密度的变化。因此，这一设备防止了齿轮的旋转状态的误检测的发生，即使空气间隙周期性地变化，但是这一设备不能被应用于使用磁传感器来检测磁通量密度的场合，并且因此，导致了当齿轮的齿面和磁传感器之间的空气间隙因为振动等而周期性地变化时误检测的发生不能被防止的问题。
鉴于此，本发明的目的是提供一种旋转检测设备，该旋转检测设备检测齿轮的旋转，同时即使在使用了检测磁通量密度的磁传感器并且齿轮的齿面和磁传感器之间的空气间隙因为振动等而周期性地变化时，也能防止旋转状态的误检测的发生。
问题的解决方案
为了实现上述目标，本发明的一个方面提供了一种描述如下的旋转检测设备。
[1]一种旋转检测设备，包括：形成朝向齿轮的齿面的磁场的磁体；以及布置在所述磁体和所述齿轮之间的传感器，其中所述传感器包括：根据所述齿轮的圆周方向中的磁通量密度输出信号的至少一对磁检测元件；以及信号处理器，所述信号处理器在所述齿轮的齿面和所述磁检测元件之间的距离被设置为无限的情况下基于从所述磁检测元件输出的信号设置第一阈值，并且根据所述齿轮的旋转所导致的磁通量密度的变化以及所述第一阈值基于从所述磁检测元件输出的信号来输出对应于齿轮的旋转的信号。
[2]如[1]中所述的旋转检测设备，其中所述传感器中的所述信号处理器设置所述第一阈值以及比所述第一阈值大或小预定量的第二阈值，并且根据所述齿轮的旋转所导致的磁通量密度的变化以及所述第一和第二阈值基于从所述磁检测元件输出的信号输出对应于齿轮的旋转的信号。
[3]一种旋转检测设备，包括：形成朝向齿轮的齿面的磁场的磁体；以及布置在所述磁体和所述齿轮之间的传感器，其中其中所述传感器包括：根据所述齿轮的圆周方向中的磁通量密度输出信号的至少一对磁检测元件；以及信号处理器，所述信号处理器在所述齿轮的齿面和所述磁检测元件之间的距离被设置为无限的情况下基于从所述磁检测元件输出的信号设置第一阈值，并且根据由所述齿轮的旋转所导致的磁通量密度的变化以及所述第一阈值基于从所述磁检测元件输出的信号检测齿轮的旋转。
发明的有益效果
根据如权利要求1或3所述的发明，能够检测齿轮的旋转，同时即使在使用了检测磁通量密度的磁传感器并且齿轮的齿面和磁传感器之间的空气间隙因为振动等而周期性地变化时，也能防止旋转状态的误检测的发生。
根据如权利要2所述的发明，根据齿轮的旋转的信号可基于第一阈值和第二阈值来输出。
附图简述
图1是示出根据实施例的旋转检测设备的结构的示例的侧视图。
图2的(a)和(b)分别是示出磁传感器的配置的透视图和截面图。
图3是描述旋转检测设备中的磁传感器的操作的示意图。
图4是示出由磁体形成的磁场的状态的示意图。
图5是描述磁传感器和磁体的布置的示意图。
图6是示出磁传感器的结构的一个示例的框图。
图7是示出当磁传感器经受校准时磁传感器和PC之间的连接方法的框图。
图8的(a)到(c)是从磁传感器输出的信号随着齿轮的齿经过的变化的示例的图表。
图9是示出在校准期间显示在PC的显示单元上的屏幕的图形。
实施例的描述
[实施例]
(旋转检测设备的结构)
图1是示出根据实施例的旋转检测设备的结构的示例的侧视图。图2的(a)和(b)分别是示出磁传感器1的配置的透视图和截面图。
旋转检测设备6包括磁传感器1和磁体2，磁传感器1被布置为与齿轮3的齿间3h具有间隙Ag，磁体2被布置在磁传感器1的背面，其中磁化方向被定义为Dm。特别地，实线指示齿轮3被布置为具有指定的空气间隙(Ag＝1.9mm)，而虚线(Ag＝2.4mm)和点划线(Ag＝1.4mm)指示齿轮3具有因齿轮3的振动而变化的空气间隙Ag。
如图2的(a)和(b)中所示，磁传感器1包括：在z方向上具有厚度的平板基板10；
安装在基板10上的霍尔(Hall)元件11x1、11x2、11y1、以及11y2，其具有平行于xy平面的检测表面，并且具有和磁检测元件一样的z方向上的检测方向；
安装在霍尔元件11x1、11x2、11y1、以及11y2上的聚磁器12，使其一部分与霍尔元件重叠，并且将x方向和y方向上的磁通量转换成z方向上的磁通量，以使得霍尔元件11x1、11x2、11y1、以及11y2检测这一磁通量；以及
处理例如从霍尔元件11x1、11x2、11y1、以及11y2的输出的信号的信号处理器(DSP14，图7)，并且
这一磁传感器1是检测x、y和z方向上的磁通量密度的霍尔IC。
磁传感器1(该磁传感器是由Melexis制造的霍尔锁存开关传感器或类似的)获得来自霍尔元件11x1的输出和来自霍尔元件11x2的输出之间的差异以及来自霍尔元件11y1的输出和来自霍尔元件11y2的输出之间的差异，从而能够获得与x方向上的磁通量密度和y方向上的磁通量密度成比例的输出。稍后将描述磁通量密度和输出之间的关系。另外，霍尔元件11x1和霍尔元件11x2之间的间隔以及霍尔元件11y1和霍尔元件11y2之间的间隔被设为ds＝0.2mm，并且在封装模具截面中，z方向上的厚度为1.5mm，x方向上为4.1mm，并且y方向上的高度为3mm。坡莫合金(Permalloy)可被用作为磁传感器1的聚磁器12。此外，磁传感器1可不包括霍尔元件11y1和霍尔元件11y2。
特别地，其它类型的元件(诸如MR元件)只要它们具有x方向上的检测方向就可被用作为磁传感器1，并且具有多个轴方向上的磁检测元件的多轴磁检测IC只要它包括x方向上的检测方向就可被使用。
磁体2是通过使用诸如铁氧体、钐钴、或钕之类的材料形成的永磁体。
假设齿轮3在旋转时沿Dv方向振动，则磁传感器1和齿轮3之间的间隙Ag随振动而变化。需要注意，各种尺寸的齿轮3可被使用。此处，以下将描述使用其中齿冠圆的直径为200mm、齿根圆的直径为190mm、并且齿的数量为40的齿轮3的示例。
图5是描述磁传感器1和磁体2的布置的示意图。
磁传感器1具有位于偏离用于安装除了霍尔元件11以外的组件(诸如电容器)的外侧形状的中心的检测中心Psc。当磁体中心Pmc(其为磁体2在外侧形状上的中心)与外侧形状上的传感器的中心彼此对准时，传感器检测中心Psc和磁体中心Pmc之间的偏移被定义为Pg。例如，该偏移Pg为0.5mm。
图6是示出磁传感器1的结构的一个示例的框图。
磁传感器1包括霍尔元件11、放大霍尔元件11的霍尔电压的放大器13、将已由放大器13放大的霍尔电压与参考电压作比较并且如果霍尔电压高于参考电压则输出高而如果霍尔电压低于参考电压则输出低的比较器14、生成参考电压的参考电压生成单元15、输出比较和计算结果的输出单元16、以及存储用于信号处理的各组值的信息的存储器17。
图7是示出当磁传感器1经受校准时磁传感器1和PC之间的连接方法的框图。
磁传感器1通过协议转换单元4连接到PC(个人计算机)5。PC 5接收来自输出单元16的输出信号以及存储器17中的信息，并且发送信号以更新存储器17的内容。
(旋转检测设备的操作)
接下来，将结合图1到9描述第一实施例中的操作。首先，将描述旋转检测设备6的用于检测齿轮3的旋转的基本操作。需要注意，空气间隙Ag是如所设计的(Ag＝1.9mm)以避免对于旋转检测操作的复杂描述。稍后，将描述空气间隙被改变(Ag＝1.4mm,Ag＝2.4mm)的情形。
(旋转检测操作)
图3是描述旋转检测设备6中的磁传感器1的操作的示意图。
穿过磁传感器1的磁通量由霍尔元件11x1、11x2、11y1、以及11y2感测，并且与磁通量成比例的信号被输出。以下，将描述x方向上的磁通量(即由霍尔元件11x1和11x2感测的磁通量)作为一个代表性示例。然而，这同样适用于y方向。
在磁通量f中，平行分量B//被引至聚磁器12，使得磁通量密度的幅值被转换成与平行分量B//成比例的垂直分量B⊥，并且由一对霍尔元件11x1和11x2测量。垂直分量Bz也由一对霍尔元件11x1和11x2测量。
具体地，图中左侧的霍尔元件11x1测量“B⊥-BZ”，而图中右侧的霍尔元件11x2测量“-B⊥-BZ”。在Y方向上，霍尔元件11y1和11y2类似地执行测量。
因此，如果计算来自霍尔元件11x1的输出和来自霍尔元件11x2的输出之间的差，则获得2B⊥，而如果计算它们的和，则获得-2Bz。在以下的描述中，假设磁传感器1输出来自霍尔元件11x1的输出和来自霍尔元件11x2的输出之间的差(此后被称为2Bx⊥)以及来自霍尔元件11y1的输出和来自霍尔元件11y2的输出之间的差(此后被称为2By⊥)，并且齿轮3的旋转通过Bx⊥和By⊥来检测。
图4是示出由磁体2形成的磁场的状态的示意图。另外，图8的(a)到(c)是示出从磁传感器1输出的信号随着齿轮的齿经过的变化的图表。
如图4中所示，在处于齿轮3的齿间与磁传感器1相隔最远的状态下，形成关于z轴对称的磁场，并且由磁传感器1检测的磁通量密度的x分量变为零。另外，随着齿轮3在旋转方向Dr上的旋转，图中左侧的齿接近，使得x分量被改变为负的，并且因此由磁传感器1检测的磁通量密度的x分量采取负的值。此外，在处于齿轮3的齿尖与磁传感器1最靠近的状态下，形成关于z轴对称的磁场，并且由磁传感器1检测的磁通量密度的x分量变为零。
此外，随着齿轮3在旋转方向Dr上的旋转，齿在磁传感器1上经过并向着图中左侧远离磁传感器1，并且因此x分量在齿正经过的时候从负的转换成正的，并且在齿轮3接近齿尖最远离磁传感器1的状态时回到零。
具体地，如图8的(a)和(b)中所示，在齿随着齿轮3的旋转而在磁传感器1上经过的情况下并且在从齿尖3h到齿根3l的过渡时刻，来自磁传感器1的输出信号水平变为最小(实线，Ag＝1.9mm)。此外，在从齿根3l到齿尖3h的过渡时刻，来自磁传感器1的输出信号水平变为最大。
因此，阈值Bop(第一阈值)和阈值Brp(第二阈值)被设置在合适的值上，并且被配置使得当磁通量密度超过Bop时，磁传感器1中的DSP 14将输出信号切换到H电平，并且当磁通量密度跌至Brp以下时，DSP 14将输出信号切换到L电平。根据这一配置，获得图8的(c)中的中间图表中所示出的输出信号，并且齿轮3的旋转速度和角速度可由连接到磁传感器1的未示出的设备通过统计输出信号从L切换到H的次数来计算。需要注意，磁传感器1可计算齿轮3的旋转速度和角速度，并且输出这一信息。
另外，类似的表现也可由磁传感器1针对磁通量密度的y分量检测出，由此可计算齿轮3的旋转速度和角速度。
接下来，将描述Ag＝1.4mm和2.4mm的情形。在Ag＝1.4mm和2.4mm的情形中也一样，当齿随着齿轮3的旋转在磁传感器1上经过时，来自磁传感器1的输出信号电平在从齿尖3h到齿根3l的过渡时刻变为最小，并且来自磁传感器1的输出信号电平在从齿根3l到齿尖3h的过渡时刻变为最大，如图8的(a)和(b)中所示。这是与一些误差一起发生的现象，而与空气间隙Ag的数字值无关。
另外，在处于齿尖与磁传感器1相隔最远的状态下，在磁传感器1上形成关于z轴对称的磁场，并且由磁传感器1检测到的磁通量密度的x分量变为零的时刻也是相同的，即使空气间隙是不同的(重合点Pc，图8的(b))。
另一方面，在处于齿尖与磁传感器1最靠近的状态下，在磁传感器1上形成关于z轴对称的磁场，并且当空气间隙不同时，由磁传感器1检测到的磁通量密度的x分量变为零的时刻是不同。
因此，如果阈值Bop被确定为穿过重合点Pc，则输出信号从L切换到H的时刻变为相同的，无论空气间隙Ag如何，如图8的(c)中所示。相应地，齿轮3的旋转速度和角速度可通过统计输出信号从L切换到H的次数来计算。另一方面，当Ag为无限时，阈值Bop是磁传感器1的输出值。
需要注意，阈值Brp可大致被确定为小于阈值Bop的值，并且不跌落到磁通量密度的最小值之下。另外，阈值Brp是被设定为适应于齿轮3沿与振动方向Dv正交的方向往返振动的情形的数字值。这样做的原因是为了在磁通量密度在Bop和Brp之间的迟滞范围中变化时保持电流输出。
需要注意，阈值Brp可以大于阈值Bop。另外，输出信号L和H可被互换。
(校准操作)
接着，将描述用于设置以上提到的阈值Bop和阈值Brp的方法(校准)。
首先，如图7中所示，用户通过协议转换单元4将磁传感器1连接到PC 5。假设未示出的用于校准磁传感器1的应用被安装到PC 5，并且这一应用在PC 5的显示单元上显示以下所描述的屏幕。
图9是示出在校准期间显示在PC 5的显示单元上的屏幕的图形。
屏幕50包括用于设置迟滞即Bop和Brp之间的差的迟滞设置部分500、显示计算出的阈值Bop和阈值Brp的阈值结果显示部分501、用于启动校准的新设备按钮502、以及用于微调Bop的Bop微调按钮503。
迟滞设置部分500具有：用于选择迟滞的值的选择部分；“绝对值/比例”部分，如果“绝对值”被选择，则其将迟滞的单位转换成“mT”，而如果“比例”被选择，则其将迟滞的单位转换成Bop的比例；“逆反输出”部分，用于设置当磁通量密度从Bop变化到Brp时输出是从H变为L还是从L变为H；用于设置偏移的“校正偏移”部分；以及用于在输出为高时从两种类型(例如最大为5和6.9mA)中选择电流值的“Ioff高”部分。
接下来，用户将磁传感器1放置在距离齿轮3足够远的位置，并且通过参照屏幕50操作PC 5的操作单元以设置迟滞设置部分500的内容。随后，用户通过未示出的光标等按下新设备按钮502，并且进一步按下Bop微调按钮。
PC 5致使磁传感器1通过协议转换单元4检测磁通量密度，并且将检测到的磁通量密度存储到磁传感器1的存储器17中作为Bop。另外，PC 5将已被设定的数字值(诸如Hys)存储到存储器17中。
磁传感器1将检测到的磁通量密度或存储的Bop和Brp通过协议转换单元4传送给PC 5。
PC 5基于从磁传感器1接收到的信息更新屏幕50上的阈值结果显示部分501上的“最终Bop”和“最终Brp”上的值。
(实施例的效果)
根据以上描述的实施例，配置为通过使用重合点Pc被确定为与空气间隙Ag无关的性质使得磁传感器1的输出值在重合点Pc上切换，并且计算切换时刻的旋转速度等。因此，即使当齿轮的齿面和磁传感器之间的空气间隙因为振动之类而周期性地变化时，也可防止旋转状态的误检测。
另外，在空气间隙Ag为无限时，阈值Bop根据磁传感器1的输出值来确定，由此简化了用于确定阈值Bop的校准。
此外，由于在空气间隙Ag为无限时，阈值Bop根据磁传感器1的输出值来确定，因此图5中所示的传感器检测中心Psc和磁体中心Pmc之间的偏移Pg所导致的影响可被消减。这一现象的原因如下。具体地，由于偏移Pg，即使空气间隙Ag是无限的，x方向上检测到的磁通量不变为零而是变为Bop。然而，实施例被配置成使得通过使用Bop作为阈值来切换磁传感器1的输出值。因此，偏移Pg不会是问题。
[其它实施例]
需要注意，本发明不限于上述实施例，且各种修改在不背离本发明的精神和范围的情况下是可行的。
另外，以上提到的实施例中描述的传感器、磁体、以及齿轮仅仅是说明性的，可通过在不妨害位置检测功能以及不改变本发明的精神的范围内适当地选择这些组件中的每一个来做出新的组合。

Claims (3)

1.一种旋转检测设备，包括：形成朝向齿轮的齿面的磁场的磁体；以及布置在所述磁体和所述齿轮之间的传感器，
其中所述传感器包括：根据所述齿轮的圆周方向中的磁通量密度输出信号的至少一对磁检测元件；以及信号处理器，所述信号处理器在所述齿轮的齿面和所述磁检测元件之间的距离被设置为无限的情况下基于从所述磁检测元件输出的信号设置第一阈值，并且根据由所述齿轮的旋转所导致的磁通量密度的变化以及所述第一阈值基于从所述磁检测元件输出的信号来输出对应于齿轮的旋转的信号。
2.如权利要求1所述的旋转检测设备，其特征在于，所述传感器中的所述信号处理器设置所述第一阈值以及比所述第一阈值大或小预定量的第二阈值，并且根据由所述齿轮的旋转所导致的磁通量密度的变化以及所述第一和第二阈值基于从所述磁检测元件输出的信号来输出对应于齿轮的旋转的信号。
3.一种旋转检测设备，包括：形成朝向齿轮的齿面的磁场的磁体；以及布置在所述磁体和所述齿轮之间的传感器，其中
其中所述传感器包括：根据所述齿轮的圆周方向中的磁通量密度输出信号的至少一对磁检测元件；以及信号处理器，所述信号处理器在所述齿轮的齿面和所述磁检测元件之间的距离被设置为无限的情况下基于从所述磁检测元件输出的信号设置第一阈值，并且根据所述齿轮的旋转所导致的磁通量密度的变化以及所述第一阈值基于从所述磁检测元件输出的信号来检测齿轮的旋转。
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