CN1229628C

CN1229628C - 可动磁铁型计量仪表及使用该可动磁铁型计量仪表的计量装置

Info

Publication number: CN1229628C
Application number: CNB018033253A
Authority: CN
Inventors: 沼屋宏康
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: US6727622B2; EP1335191A4; KR20020067924A; WO2002037062A1; US20020190594A1; CN1394274A; EP1335191A1

Abstract

本发明提供一种可以降低成本的可动磁铁型计量仪表，以及使用这种可动磁铁型计量仪表的计量装置。本发明所提供的可动磁铁型计量仪表(M1)，具有按照使相邻磁极具有彼此不同极性的方式实施激励的转动磁铁(1)，设置在该转动磁铁(1)周围位置处的、其缠绕中心轴(C1、C2)彼此不垂直的一对线圈(5、6)，依据被测定量实施输入信号处理、对各线圈(5、6)供给电气角彼此不同的驱动信号以驱动转动磁铁转动的控制机构(120)，以及以转动磁铁(1)作为驱动源转动的指示针(9)，当转动磁铁(1)的磁极数目为n，由缠绕中心轴(C1、C2)相交形成的锐角为r时，按照360/2n(n为4以上的偶数)的方式求得锐角r的角度。

Description

可动磁铁型计量仪表及使用该可动磁铁型计量仪表的计量装置

技术领域

本发明涉及可以驱动指示针转动的可动磁铁型计量仪表，以及使用这种可动磁铁型计量仪表的计量装置。

背景技术

作为在车用计量装置中使用的计量仪表主体，例如交叉线圈式的可动磁铁型计量仪表普遍被人们所知。这种可动磁铁型计量仪表通常被称为空心型运转计量仪表，这种计量仪表在位于框架处的空间内收装有实施N极和S极激励的二极转动磁铁，并将固定于转动磁铁的转动轴由框架支撑。而且，转动轴上的一个端部朝向框架外部突出，并且安装着指示针，一对线圈以相互垂直的方式缠绕在框架的外侧周部处，向各线圈供给电气角彼此不同的驱动信号，如果更具体的讲就是供给电气角相位彼此不同的、呈sin波形、cos波形的电压信号。在供给这种驱动信号时，由各线圈产生的合成磁场将使转动磁铁转动，通过与诸如车辆速度和发电机转动速度等被测定量相对应地对供给至各线圈的驱动信号实施控制，由此可以使指示针相应于测定量产生角度偏转。

这种可动磁铁型计量仪表为了使二极激励的转动磁铁能够避免大地磁场的干扰，采用由诸如铁镍合金等磁性材料构成的屏蔽壳体，对可动磁铁型计量仪表中的主要部分实施覆盖。

在所述可动磁铁型计量仪表中，如果考虑诸如转动磁铁等磁场干涉和磁效率等角度考虑，则必需设置由诸如铁镍合金等磁性材料构成的屏蔽壳体。因此，难以减少部件数目，而且由于形成屏蔽壳体用的、诸如铁镍合金等磁性材料价格比较高，所以还难以降低制造成本。

另外，特别是在被称为组合型计量仪表的计量装置中，由于设置有若干个所述可动磁铁型计量仪表，所以所述可动磁铁型计量仪表的成本将导致计量装置的制造成本进一步上升，从而使这种计量装置的价格昂贵。

本发明就是解决上述问题的发明，本发明的主要目的就是提供一种可以降低制造成本的可动磁铁型计量仪表，以及使用这种可动磁铁型计量仪表的计量装置。

发明概述

本发明提供的一种可动磁铁型计量仪表，具有按照使相邻磁极具有彼此不同极性的方式实施激励的转动磁铁，设置在该转动磁铁周围的、其缠绕中心轴彼此不垂直的一对线圈，依据被测定量实施输入信号处理、向所述各线圈供给电气角彼此不同的驱动信号以驱动所述转动磁铁转动的控制机构，以及以所述转动磁铁作为驱动源转动的指示针，所述转动磁铁的磁极数目为比4大的偶数n，设置所述缠绕中心轴使其相交形成的锐角r为360/2n。

另外，本发明提供的这种可动磁铁型计量仪表，设置有保护所述线圈用的、由非磁性材料构成的保护壳体。

另外，本发明提供的这种可动磁铁型计量仪表，在所述指示针和所述转动磁铁之间，设置有将所述转动磁铁的转动传递至所述指示针处用的传递机构，并且通过所述传递机构使所述指示针产生比所述转动磁铁转动速度低的减速转动。

另外，本发明提供一种计量装置，其特征在于，其使用至少一个上述可动磁铁型计量仪表。

另外，本发明提供的这种使用至少一个以上可动磁铁型计量仪表的计量装置，在至少一个所述可动磁铁型计量仪表中设置有保护所述线圈用的、由非磁性材料构成的保护壳体。

另外，本发明提供的这种使用至少一个以上可动磁铁型计量仪表的计量装置，在至少一个所述可动磁铁型计量仪表上的所述指示针和所述转动磁铁之间，设置有将所述转动磁铁的转动传递至所述指示针处，并且使所述指示针按照比所述转动磁铁的转动速度低的速度转动用的传递机构。

附图说明

图1为表示本发明第一实施形式的可动磁铁型计量仪表用的示意性俯视图。

图2为表示沿图1中的线A-A剖开时的示意性剖面图。

图3为表示传递机构用的示意性俯视图。

图4为表示控制机构用的示意性方框图。

图5为表示供给至线圈的驱动信号用的示意性波形图。

图6为表示本实施形式中磁极数目与由缠绕中心轴构成的锐角间关系用的示意性说明图。

图7为表示本实施形式的一种变形实施形式中磁极数目与由缠绕中心轴构成的锐角间关系用的示意性说明图。

图8为表示本实施形式的另一种变形实施形式中磁极数目与由缠绕中心轴构成的锐角间关系用的示意性说明图。

图9为表示本发明第二实施形式的可动磁铁型计量仪表用的示意性剖面图。

图10为表示本发明第三实施形式的计量装置用的示意性主视图。

图11为表示作为本发明第四实施形式的计量装置用的示意性主视图。

图12为表示作为本发明第五实施形式的计量装置用的示意性主视图。

图13为表示作为本发明第六实施形式的计量装置用的示意性主视图。

实施发明用的最佳实施形式

下面参考附图，对根据本发明构成的可动磁铁型计量仪表的实施形式进行说明。

作为本发明第一实施形式的可动磁铁型计量仪表M1具有转动磁铁1，支撑该转动磁铁1用的第一支撑轴2，与第一支撑轴2相距预定间隔并排设置着的第二支撑轴3，对第一、第二支撑轴2、3实施轴承支撑同时对转动磁铁1和如后所述的传递机构实施收装用的框架4，缠绕在该框架4的外侧处的一对线圈5、6，覆盖着包含线圈5、6上一部分的框架4中所需部分的外侧周部处的保护壳体7，与线圈5、6上的各个端部实施导通连接用的若干个端子8，安装在由框架4处突出的第二支撑轴3上前端部处的指示针9，以及配置在转动磁铁1和指示针9之间的、将转动磁铁1的转动传递至指示针9处用的传递机构TR。

转动磁铁1上的相邻磁极依次为彼此不同的N极和S极，转动磁铁1总共有四个磁极，各占彼此大约相等的1/4面积，由沿半径方向激励的圆盘状塑料磁铁构成(参见图3)，并且通过第一支撑轴2支撑在框架4上，以便与第一支撑轴2共同转动(连动)。

传递机构TR具有固定在第一支撑轴2上的、与转动磁铁1连动的第一齿轮TR1，以及与第一齿轮TR1相互啮合且固定在第二支撑轴3上的、与第二支撑轴3连动的第二齿轮TR2。在本实施形式中，第一齿轮TR1的直径比第二齿轮TR2的直径小，其外侧周部形成有“14”颗连续的齿牙。第二齿轮TR2的直径比第一齿轮TR1大，在其外侧周部形成有“56”颗连续的齿牙。

框架4由合成树脂构成，并且由位于图2中下侧位置处的第一框架部分41和位于上侧位置处的第二框架部分42分开构成，在第一、第二框架部分41、42之间形成有空洞部S，转动磁铁1和传递机构TR收装在该空洞部S内且第一、第二支撑轴2、3支撑在该空洞部S处。第二支撑轴3上的一个端部由框架4朝向外部突出，而且在其前端部处安装有指示针9。

线圈5、6安装在转动磁铁1上未配置有第二齿轮TR2的径向外侧周部处，而且与转动磁铁1沿径向周面相对应的卷曲直径，按照朝向第一支撑轴2的方向依次增大的方式设置，这时两个线圈5、6的缠绕中心轴C1、C2朝向第一支撑轴2方向延伸，在与转动磁铁1的转动中心RC相交(交叉点)时，两个缠绕中心轴C1、C2相交形成的锐角r，在本实施形式中设定为大体45度。两个线圈5、6的缠绕中心轴C1、C2的方向，为由线圈5、6产生的磁场产生方向。如图6所示，所说的锐角r为45度是在本实施形式中采用四极转动磁铁1的场合，当线圈5与、比如说N极相对时，位于相反侧的N极和与该相反侧N极相邻的任何一个S极间形成的90度角的中间角度。

比如，如图7所示的，在采用六极转动磁铁1的场合，锐角r为，当线圈5与、比如说N极相对时，位于180度相反侧的为S极，该S极和与该相反侧S极相邻的任何一个N极间形成的角度为60度的中间角度为30度。

而且，缠绕中心轴C1、C2交叉形成的锐角r45度，如图8所示，也可以通过线圈5、6的配置方式形成。

虽然，在缠绕有线圈5、6的框架4处安装有呈罩盖状的保护壳体7，但是在本实施形式中，在框架4上除了与第二齿轮TR2相对应区域之外的所需区域、即只在框架4上位于与第二齿轮TR2相对应区域之外的、指示针9相反侧的区域由保护壳体7盖覆着。保护壳体7由非磁性材料的氧化铝等材料构成，用于对线圈5、6实施保护。这样，由于未采用价格比较高的磁性材料，所以可以降低成本。另外，保护壳体7的材料并不仅限于氧化铝材料，还可以采用合成树脂等材料。

具有这种构成形式的可动磁铁型计量仪表M1，如图4所示，利用包含有控制部100和驱动处理部110的控制机构120实施驱动。

控制部100设置在车体侧，由微型计算机构成，并且包含有实施控制程序用的中央处理器(CPU)，储存控制程序用的存储器(ROM)，对运算处理过程中的数据实施暂时储存用的随机存取存储器(RAM)，由外部输入信号用的接口部件(I/F)，以及分别与这些中央处理器(CPU)、存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、接口部件等相连接用的总线。对于这种场合，控制部100与对传送用输出轴的转动实施检测并输出相应脉冲信号用的传感器130相连接。

当输入有由传感器130给出的脉冲信号(与被测定量相对应的输入信号)时，控制部100对该脉冲信号实施运算，将该脉冲信号变换为如后所述的、图中未示出的文字板上的指示位置，从而求解出指示针9在所述文字板上的指示角度数据，进而将该指示角度数据输出至位于后侧的驱动处理部110处。

驱动处理部110包含有对与所述指示角度数据相对应的线圈5、6通电量数据实施储存用的存储器(ROM)部，将各存储器(ROM)部的输出值变换为模拟量用的数字/模拟(D/A)变换部，以及向线圈5、6供给与所述模拟量相对应的驱动电压用的驱动输出部。通过该驱动处理部110，由控制部100给出的所述指示角度数据，变换为电气角(相位角)彼此不同的驱动信号，如果更具体的讲就是变换为如图5所示的、作为电气角相位彼此不同的sin波形、cos波形的电压信号，或是与此相近似的波形电压信号，进而供给至线圈5、6。

通过这种方式，由线圈5、6形成与被测定量相吻合的合成磁场矢量，相应该合成磁场矢量转动磁铁1转动与被测定量相对应的角度，与此相应，指示针9也转动，在所述文字板上指示出被测定量。

对于本实施形式，第一齿轮TR1的齿牙数为“14”，第二齿轮TR2的齿牙数为“56”，两个齿轮TR1、TR2的齿牙比被设定为1/4，所以传递机构TR具有作为减速传递机构的功能，由此指示针9能够相对于转动磁铁1实现1/4的减速转动，因此，在指示针9转动预定摆角，转动磁铁1需要转动指示针9摆角(转动角)四倍的转动角。如果举例来说就是，对于由传感器130输入的信号为与指示针9的摆角90度相当的场合，转动磁铁1需要转动机械角为360度，因此控制机构120需要向两个线圈5、6发出使转动磁铁1的机械角转动360度的驱动信号、即需要重复发出两次与电气角为2π(一个周期)相当的驱动信号。

因此，通过相当于电气角为2π的驱动信号(下面称为供给2π的信号)获得的转动磁铁1的转动角为机械角为180度，通过传递机构TR的指示针9的摆角(转动角)，为机械角45度，为了使指示针9能够获得大于45度的摆角，比如说为90度、135度、180度的摆角，就需要连续地重复供给2π的信号。

通过如上所述的构成形式，与转动磁铁1为二极激励的场合相比，可以在降低转动磁铁1受诸如大地磁场等干扰影响的条件下对其实施驱动。因此，即使转动磁铁1未用磁性材料覆盖，也可以对转动磁铁1实施驱动，所以只从保护线圈5、6免受物理损伤的角度出发，可以采用非磁性的、成本低廉的材料制造保护壳体7，能够比在先技术中的可动磁铁型计量仪表降低制造成本。

对于通过向一对线圈5、6供给电气角彼此不同的驱动信号、进而驱动转动磁铁1转动的场合，转动磁铁1的磁极数目n可以为4以上(为4以上的、2的自然数(N)倍数)，在这时通过向一对线圈5、6供给驱动信号，由这两个线圈5、6产生的磁场方向交叉而形成的锐角r，对于磁极数目为“4”的场合，为如图6所示的、如本实施形式的大体45度，对于磁极数目为“6”的场合，如图7所示，可以设定为大体30度，即锐角r可以设定为(360度/磁极数目)的一半(1/2)。而且，对于图中未示出的、磁极数目为“8”的场合，锐角r仍可以设定为(360度/磁极数目)的一半(1/2)、即设定为22.5度。

在本实施形式中，传递机构TR是由两个齿轮TR1、TR2构成的，然而构成传递机构TR的齿轮数目可以任意设定，比如说在作为本发明第二实施形式的、如图9所示的可动磁铁型计量仪表M2中，传递机构TR可以包括以下构成，即与转动磁铁1共同相对于第一支撑轴2独立转动的、且与转动磁铁1连动转动的第一齿轮TR11，固定在第二支撑轴3处且与第二支撑轴3共同转动的第二齿轮TR12，与第二齿轮TR12一同固定在第二支撑轴3上的、可以与第二齿轮TR12共同转动的第三齿轮TR13，以及固定在第一支撑轴2上的、可以与第一支撑轴2共同转动的第四齿轮TR14构成。与转动磁铁1相连动的第一齿轮TR11的转动传递至第二齿轮TR12处，第二齿轮TR12的转动通过第三齿轮TR13传递至第四齿轮TR14处，进而驱动安装在第一支撑轴2上的指示针9转动。

这样，通过减速转动传递机构TR，由此能够提供进一步抑制大地磁场对转动磁铁1的干扰，并能够实现高精度指示的可动磁铁型计量仪表M2。

而且，也可以采用不设置在前述各实施形式中所记载的传递机构TR，而是直接将指示针9设置在第一支撑轴2上的构成形式。

而且，在前述各实施形式中均设置有保护壳体7，但是对于不需要对线圈5、6等实施保护的场合，也可以不设置保护壳体7。如果采用这种构成形式，能够减少部件数目，降低制造成本。

下面对本发明的第三实施形式进行说明。与前述实施形式中相同或相对应的部件，由相同的参考标号表示，并且省略了对它们的详细说明。

作为本实施形式的计量装置11为使用于诸如普通汽车等车辆的计量装置，是被称为所谓的组合型计量装置，即一种利用多个可动磁铁型计量仪表指示多个测量项目用的计量装置。这种计量装置11配置有若干个可动磁铁型计量仪表m1～m4。这些可动磁铁型计量仪表m1～m4安装在由诸如玻璃环氧树脂等材料构成的硬质电路基板12上。

可动磁铁型计量仪表m3、m4配置在彼此相邻的位置处，构成为一组的可动磁铁型计量仪表m3、m4配置在与可动磁铁型计量仪表m1和可动磁铁型计量仪表m2相互离开的位置处。而且，可动磁铁型计量仪表m1、m2配置在彼此不会产生磁干涉的位置处。

图10为表示可动磁铁型计量仪表m1、m2、m3、m4用的示意性简化图，其中可动磁铁型计量仪表m1、m2与如上所述的可动磁铁型计量仪表M1的构成形式相同，具有由诸如氧化铝等非磁性材料构成的保护壳体7，可动磁铁型计量仪表m3、m4与可动磁铁型计量仪表M1的构成形式大体相同，其不同点在于没有采用由非磁性材料构成的保护壳体7，而采用了如后所述的、诸如坡莫合金等磁性材料构成的保护壳体13。

可动磁铁型计量仪表m1为表示发电机转动速度用的发电机转动速度表。另外，可动磁铁型计量仪表m2为表示车辆行进速度用的速度表。另外，可动磁铁型计量仪表m3为表示发电机冷却水温度用的发电机水温表。另外，可动磁铁型计量仪表m4为表示车辆中诸如汽油等燃料余量用的燃料表。

另外，在通常情况下，在指示针9的背后设置有具有刻度或附带有刻度的指标板的、诸如文字板等，然而由于在本实施形式的说明中不涉及这些部件，所以在图中未示出文字板和其它相应的部件。

可动磁铁型计量仪表m1、m2中的转动磁铁1受到的大地磁场干扰影响，要比转动磁铁1为两极激励的场合小得多，所以不需要采用由磁性材料构成的、价格比较高的保护壳体13，由于在不使用保护壳体13对转动磁铁1实施覆盖的条件下，也可以对转动磁铁1实施驱动，所以只为了保护、比如说线圈5、6免受物理损伤，本发明可只采用由成本低廉的非磁性材料制造的保护壳体7，与在先技术中的可动磁铁型计量仪表主体相比，可以降低其制造成本。

下面对使用在本实施形式中的可动磁铁型计量仪表m3进行说明。另外，可动磁铁型计量仪表m4与可动磁铁型计量仪表m3的构成形式相同，所以在这儿省略了对可动磁铁型计量仪表m4的详细说明。

可动磁铁型计量仪表m3配置在与可动磁铁型计量仪表m4彼此接近的位置处，所以会受到对方转动磁铁1磁场的干扰影响，因此保护壳体13由磁性材料制作。

如上所述，本实施形式的计量装置11中，通过在计量装置11中使用未采用由价格比较高的磁性材料制作保护壳体13的可动磁铁型计量仪表m1、m2，所以可以降低计量装置11的制造成本。特别是在采用着若干个可动磁铁型计量仪表的计量装置11，可以进一步降低其制造成本。

下面依据图11，对第四实施形式进行说明。与前述实施形式中相同或相对应处，由相同的参考标号表示，并且省略了对它们的详细说明。

本实施形式中的计量装置11，是将构成前述实施形式中的、作为速度表使用的可动磁铁型计量仪表m2，配置在比所述第三实施形式中的电路基板12小的电路基板12a上的。这种计量装置11为仅对车辆速度实施指示的计量装置，适用于价格比较低廉的计量装置11。在这种计量装置11中，其中的可动磁铁型计量仪表m2也不需要配置由磁性材料构成的、价格比较高的保护壳体13，所以通过采用本发明，也可以比采用在先技术中的计量装置11降低其制造成本。

下面依据图12，对第五实施形式进行说明。与前述实施形式中相同或相对应处，由相同的参考标号表示，并且省略了对它们的详细说明。

本实施形式的计量装置11，是在电路基板12上配置有与所述第三实施形式中相同的可动磁铁型计量仪表m1、m2、m4。这种计量装置11在电路基板12上，安装有诸如扬声器14等使用磁性材料的其它部件。对于可动磁铁型计量仪表m4必需配置在这种使用磁性材料的部件附近位置处的场合，需要采用配置有由磁性材料构成的保护壳体13的可动磁铁型计量仪表m4。另外，在本实施形式中，可动磁铁型计量仪表m4的构成形式只使其可以作为燃料表，对燃料余量实施指示显示，而发电机的水温表可以通过图中未示出的光源、比如说发光二极管等实施指示显示。

如上所述，只在位于使用磁性材料的部件附近位置处使用配置有由磁性材料构成的保护壳体13的可动磁铁型计量仪表m4，并且将其配置在与使用磁性材料的部件相分离位置处的场合，通过使用配置有由非磁性材料构成的保护壳体7的可动磁铁型计量仪表m1、m2，由此可以降低计量装置11的制造成本。特别是对于采用着若干个可动磁铁型计量仪表的计量装置11，可以进一步降低其制造成本。

下面依据图13，对第六实施形式进行说明。与前述实施形式中相同或相对应处，由相同的参考标号表示，并且省略了对它们的详细说明。

本实施形式的计量装置11配置有若干个可动磁铁型计量仪表m5～m7。可动磁铁型计量仪表m5～m7除了未配置有保护壳体7、13之外，均与第三至第五实施形式中的可动磁铁型计量仪表m1～m4的构成形式相同。

这些可动磁铁型计量仪表m5～m7安装在硬质电路基板12上。可动磁铁型计量仪表m5为表示发电机转动速度用的发电机转动速度表。另外，可动磁铁型计量仪表m6为表示车辆行进速度用的速度表。另外，可动磁铁型计量仪表m7为表示车辆中诸如汽油等燃料余量用的燃料表。

这种可动磁铁型计量仪表m5～m7可以不设置保护线圈5、6用的保护壳体7、13。如果采用这种构成形式，可以减少部件数目，从而可以进一步降低成本。

工业实用性

本发明提供一种可以降低成本的可动磁铁型计量仪表，进而通过采用这种可动磁铁型计量仪表的方式，降低计量装置的成本。

Claims

1.一种可动磁铁型计量仪表，其具有按照使相邻磁极具有彼此不同极性的方式实施激励的转动磁铁，设置在该转动磁铁周围位置处的、其缠绕中心轴彼此不垂直的一对线圈，依据被测定量实施输入信号处理、向所述各线圈供给电气角彼此不同的驱动信号以驱动所述转动磁铁转动的控制机构，以及以所述转动磁铁作为驱动源转动的指示针，其特征在于，所述转动磁铁的磁极数目为比4大的偶数n，设置所述缠绕中心轴使其相交形成的锐角r为360/2n。

2.一种如权利要求1所述的可动磁铁型计量仪表，其特征在于设置有保护所述线圈用的、由非磁性材料构成的保护壳体。

3.一种如权利要求1或2所述的可动磁铁型计量仪表，其特征在于在所述指示针和所述转动磁铁之间，设置有将所述转动磁铁的转动传递至所述指示针处用的传递机构，并且通过所述传递机构使所述指示针产生比所述转动磁铁转动速度低的减速转动。

4.一种计量装置，其特征在于，其使用至少一个如权利要求1所述的可动磁铁型计量仪表。

5.一种如权利要求4所述的计量装置，其特征在于在至少一个所述可动磁铁型计量仪表中设置有保护所述线圈用的、由非磁性材料构成的保护壳体。

6.一种如权利要求4或5所述的计量装置，其特征在于在至少一个所述可动磁铁型计量仪表上的所述指示针和所述转动磁铁之间，设置有将所述转动磁铁的转动传递至所述指示针处，并且使所述指示针按照比所述转动磁铁的转动速度低的速度转动用的传递机构。