JP2004212347A - 回転速度センサ装置および該回転速度センサ装置付き転動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転速度センサ装置(1)は、回転体(100)と共に正回転方向または逆回転方向に回転自在な環状のセンサリング(10)と、該センサリング(10)の被感知回転面(11)の一部分と常に対向するように配置固定されて、回転体(100)の回転に伴うセンサリング(10)の被感知回転面(11)上の物理的性状変化を感知する1個のセンサ(20)と、該センサ(20)から出力される信号を変換処理して回転体(100)の回転速度に比例した周波数のパルス列の信号を生成する変換器(30)と、を備え、センサリング(10)が正回転方向に回転した際と逆回転方向に回転した際とでセンサ(20)から出力される信号の波形がそれぞれ異なるように被感知回転面(11)が形成されている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車等の車両や、各種の工作機械、組み立て機、等の機械で用いられる転動装置における回転体の回転速度、回転方向、等を検知するための回転速度センサ装置に関し、より詳細には、回転体の回転速度に比例した周波数のパルス列の信号を生成して当該信号から回転体の回転速度を判定可能にし、更には回転体の回転方向を判別可能な信号をも生成する回転速度センサ装置および当該回転速度センサ装置付き転動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から自動車等の車両では、磁性体からなる歯車状のセンサリングあるいは周方向に多極に着磁された円環状の磁気シート(即ち、磁性体)からなるセンサリングと、磁気センサ(即ち、磁電変換手段)と、を備えた回転速度センサ装置が用いられている。一般に、回転速度センサ装置は、回転体の回転速度を検知するために、そのセンサリングが回転体に固定され、そして磁気センサにより当該センサリングの被感知回転面の物理的性状変化(即ち、磁気的変化)を感知して当該物理的性状変化に伴い信号を生成する(例えば、非特許文献1参照)。尚、上述したセンサリングは、別名:トーンリング、トーンホイール、磁気エンコーダ、等とも称されている。
【0003】
【非特許文献1】
「普及版センサ技術」、株式会社フジ・テクノシステム、平成12年、
p.503−504
【0004】
また、回転体の回転速度の検知に加えて、更に、回転体の回転方向をも判別可能にする回転速度センサ装置も知られている。例えば、回転体の回転とともに生成される信号のパルス列から角度位置ならびに回転方向を判別可能にする回転速度センサ装置としては、ロータリエンコーダが一般的に知られており、当該ロータリエンコーダは工作機械等の位置決め制御に多用されている。
【0005】
ロータリエンコーダは、互いに90度だけ位相が異なるA相信号とB相信号を生成して、これら信号相互の位相関係から回転方向を判別可能にし、また、これらの信号から回転速度をも計測可能にする。このロータリエンコーダは、より詳細には、互いに90度だけ位相が異なるA相信号とB相信号が2個のセンサからそれぞれ出力されるように当該2個のセンサを配置することによって、該センサから出力されたA相信号およびB相信号から回転体の回転方向を判別可能にするものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように回転速度センサ装置にセンサを2個用いることは、回転速度センサ装置の製造コストの上昇を招く。また、A相とB相の両信号が得られるようにセンサの位置関係を調整することは煩雑であり且つ、製造コストの点でも不利である。また、小型の回転体を回転速度センサ装置の取付け対象とする場合には、寸法上の配置制限等からセンサを2個配置できないことがあり、回転速度センサ装置付きの小型転動装置等、センサ配置用の空間が限られるものではセンサを2個配置することは困難である。
【0007】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、1個のセンサを備えるだけで回転体の回転速度を判定可能にするだけでなく回転方向をも判別可能にする回転速度センサ装置および該回転速度センサ装置付き転動装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明に係る回転速度センサ装置は、請求項1に記載したように、
回転体に該回転体の回転軸心と自身の回転中心とを一致させた状態で固定されて、該回転体と共に正回転方向または当該正回転方向とは反対の逆回転方向に回転自在なセンサリングと、
前記センサリングの被感知回転面の一部分と常に対向するように配置固定されて、前記回転体の回転に伴う前記センサリングの被感知回転面上の物理的性状変化を感知するセンサと、
前記センサから出力される信号を変換処理して前記回転体の回転速度に比例した周波数のパルス列の信号を生成する変換器と、
を備えた回転速度センサ装置であって、
前記センサリングが正回転方向に回転した際と前記センサリングが逆回転方向に回転した際とで前記センサから出力される信号の波形がそれぞれ異なるように前記センサリングの被感知回転面が形成されていることを特徴としている。
【0009】
請求項1に記載の回転速度センサ装置によれば、センサリングの被感知回転面上の物理的性状変化を感知するセンサから出力される信号の波形が、当該センサリングが正回転方向に回転した際と当該センサリングが逆回転方向に回転した際とでそれぞれ異なるようにセンサリングの被感知回転面が形成されているので、1個のセンサを備えるだけで回転体の回転速度を判定可能にするだけでなく回転方向をも判別可能にする回転速度センサ装置を提供することができる。換言すれば、センサリングの被感知回転面が、当該センサリングが正回転方向に回転した際と当該センサリングが逆回転方向に回転した際とでセンサから出力される信号の波形がそれぞれ異なるように、形成されているので、回転体に固定されたセンサリング、該センサリングの被感知回転面上の物理的性状変化を感知する“1個の”センサ、ならびに当該センサから出力される信号を変換処理する変換器によって、回転体の回転速度を判定可能にする信号ならびに回転方向を判別可能にする信号を生成する回転速度センサ装置を構成できる。また、当該回転速度センサ装置では、センサから出力される信号がセンサリングの正回転方向の回転ならびに逆回転方向の回転に伴ってそれぞれ異なる波形となり、そして当該波形の信号から変換器がセンサリングの回転の正逆に対応する信号を生成するので、2個のセンサの相互の位置関係を調整して設定せねばならなく且つそれにより製造コストの上昇を招く従来の回転速度センサ装置の構成とは異なり、センサの設置スペースを広げることもないため、安価且つ省スペースな回転速度センサ装置を実現できる。
【0010】
また、本発明に係る回転速度センサ装置は、請求項2に記載したように、請求項1に記載の回転速度センサ装置において、
前記センサリングの被感知回転面が、その面上に、凹凸を形成する複数の突起を有しており、当該突起各々が前記センサリングの回転中心を通る線に対して非対称な形状であり、そして前記センサが当該センサと前記センサリングの被感知回転面との距離の変化を感知することを特徴としている。
【0011】
請求項2に記載の回転速度センサ装置によれば、センサリングの被感知回転面が、その面上に、凹凸を形成する複数の突起を有しており、当該突起各々がセンサリングの回転中心を通る線に対して非対称な形状であり、そしてセンサが当該センサとセンサリングの被感知回転面との距離の変化を感知するので、センサから出力される信号をセンサリングの正回転方向の回転ならびに逆回転方向の回転に伴ってそれぞれ確実に異なる波形にすることができ、そして当該波形の信号を基にセンサリングの回転の正逆に対応する信号を変換器から生成することができる。具体的に、前記センサリングを例えば、磁性体からなり且つ、前述の被感知回転面として鋸刃状の外周面を有するセンサリング(即ち、鋸刃状の外周面を形成するための複数の突起各々がセンサリングの回転中心を通る線に対して非対称な形状を有するセンサリング)とし、そして前記センサを例えば、ホール素子、MR(即ち、Magneto Resistive)素子、等の磁気センシング素子を含む磁気センサ(即ち、磁電変換手段)とした場合は、当該磁気センサに自身とセンサリングの外周面との距離の変化(即ち、磁気センシング素子を通過する磁束の変化)を感知させる回転速度センサ装置を提供できる。
【0012】
また、本発明に係る回転速度センサ装置は、請求項3に記載したように、請求項1に記載の回転速度センサ装置において、
前記センサリングの被感知回転面は、当該センサリングが正回転方向に回転した際と逆回転方向に回転した際とで非対称な光学的性状変化を備えており、そして前記センサが前記センサリングの被感知回転面に対する光の反射量または透過量を感知することを特徴としている。
【0013】
請求項3に記載の回転速度センサ装置によれば、センサリングの被感知回転面が、当該センサリングが正回転方向に回転した際と逆回転方向に回転した際とで非対称な光学的性状変化を備えており、そしてセンサがセンサリングの被感知回転面に対する光の反射量または透過量を感知するので、この場合も、センサから出力される信号をセンサリングの正回転方向の回転ならびに逆回転方向の回転に伴ってそれぞれ確実に異なる波形にすることができ、そして当該波形の信号を基にセンサリングの回転の正逆に対応する信号を変換器から生成することができる。具体的に、前記センサリングを例えば、鋸刃状の外周面を有するセンサリング(即ち、鋸刃状の外周面を形成するための複数の突起各々がセンサリングの回転中心を通る線に対して非対称な形状を有するセンサリング)にして、その側面を前述の被感知回転面とし、そして前記センサを例えば、センサリングの突起に向けて光を照射する光源と、センサリングの突起を反射する前述の光源からの光またはセンサリングの突起間の凹所を透過(即ち、通過)する前述の光源からの光を受光するフォトダイオード等からなる光センシング素子と、を含むフォトセンサ(即ち、光電変換手段)とした場合は、当該フォトセンサにセンサリングの被感知回転面に対する光の反射量または透過量を感知(即ち、受光量の変化を感知)させる回転速度センサ装置を提供できる。
【0014】
また、本発明に係る回転速度センサ装置は、請求項4に記載したように、請求項1から請求項3のいずれか一つに記載の回転速度センサ装置において、
前記センサが、前記回転体の回転に伴い前記センサリングの被感知回転面上の物理的性状変化を感知するセンシング素子と、当該センシング素子から出力された信号の空間微分または空間差分に相当する波形の信号を生成する回路と、を備えており、
前記変換器が、前記センサから出力される前記回路の生成した信号に基づいて、前記センサリングの正回転または逆回転に対応する信号を生成することを特徴としている。
【0015】
請求項4に記載の回転速度センサ装置によれば、センサが、回転体の回転に伴いセンサリングの被感知回転面上の物理的性状変化を感知するセンシング素子と、当該センシング素子から出力された信号の空間微分または空間差分に相当する波形の信号を生成する回路と、を備えており、前述の変換器が、センサから出力される前記回路の生成した信号に基づいて、センサリングの正回転または逆回転に対応する信号を生成するので、回転体が低速度で回転する場合であっても回転方向を確実に判別可能な信号を変換器に生成させることができる。
【0016】
また、前述した目的を達成するために、本発明に係る回転速度センサ装置付き転動装置は、請求項5に記載したように、
請求項1から請求項4のいずれか一つに記載した回転速度センサ装置と、
回転軌道輪、固定軌道輪、および当該回転軌道輪と固定軌道輪との間で周方向に転動自在に配設された複数の転動体を有し、前記回転軌道輪または前記固定軌道輪に軸が固定される軸受部と、
を備える回転速度センサ装置付き転動装置であって、
前記回転軌道輪または当該回転軌道輪に固定された前記軸を前記回転体として、当該回転体に前記センサリングが固定されていることを特徴としている。
【0017】
請求項5に記載の回転速度センサ装置付き転動装置によれば、請求項1から請求項4のいずれか一つに記載した回転速度センサ装置と、回転軌道輪、固定軌道輪、および当該回転軌道輪と固定軌道輪との間で周方向に転動自在に配設された複数の転動体を有し、前記回転軌道輪または前記固定軌道輪に軸が固定される軸受部と、を備え、前記回転軌道輪または当該回転軌道輪に固定された前記軸を前記回転体として当該回転体に前記センサリングが固定されているので、1個のセンサを備えるだけで回転体の回転速度を判定可能にするだけでなく回転方向をも判別可能にする小型化可能な回転速度センサ装置付き転動装置を提供することができる。
【0018】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明の実施の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る複数の好適な実施形態ならびに変形例を図面に基づき詳細に説明する。
【0020】
(第1実施形態)
図1(A)および図1(B)は本発明に係る回転速度センサ装置の第1実施形態の概略構成を説明するための図であり、図1(A)は本発明に係る回転速度センサ装置の第1実施形態を示す概略システム構成図、そして図1(B)はセンサリングが正回転方向に回転させられた際ならびに逆回転方向に回転させられた際にセンサから出力される信号の波形をそれぞれ示す図である。図2(A)および図2(B)は図1(A)に示される変換器の概略構成および該変換器による信号変換処理動作を説明するための図であり、図2(A)は変換器の概略回路構成図、そして図2(B)は変換器の信号処理により生成される各種信号の波形を示す図である。
【0021】
図1(A)に示されるように、回転速度センサ装置1は、回転体100に該回転体100の回転軸心100aと自身の回転中心10aとを一致させた状態で固定されて、該回転体100と共に正回転方向または当該正回転方向とは反対の逆回転方向に回転自在な環状のセンサリング10と、該センサリング10の被感知回転面11の一部分と常に対向するように配置固定されて、回転体100の回転に伴うセンサリング10の被感知回転面11上の物理的性状変化を感知する1個のセンサ20と、該センサ20から出力される信号を変換処理して回転体100の回転速度に比例した周波数のパルス列の信号を生成する変換器30と、を備えている。
【0022】
そして、センサリング10が正回転方向に回転した際とセンサリング10が逆回転方向に回転した際とでセンサ20から出力される信号の波形がそれぞれ異なるようにセンサリング10の被感知回転面11が形成されている。本実施形態の場合、具体的に、センサリング10は磁性体からなり、センサリング10の被感知回転面11を構成するセンサリング10の外周面は鋸刃状に加工されており、センサ20はセンサリング10の被感知回転面11に適正なギャップを保って対向して配置され、そして変換器30はセンサ20からの信号を処理してパルス列の回転速度信号Aと回転方向信号Eを出力する。
【0023】
センサリング10の鋸刃状の被感知回転面11は、その面上に、凹凸を形成する複数の均一形状の突起12を有しており、当該突起12は各々がセンサリング10の回転中心10aを通る線(例えば、図1(A)中の点線R)に対して非対称な形状である。センサ20は、例えば、ホール素子、MR素子、等の磁気センシング素子と、永久磁石と、を含む公知の磁気センサ(即ち、磁電変換手段)であり、そして自身(即ち、センサ20)とセンサリング10の被感知回転面11との距離の変化(即ち、磁気センシング素子を通過する磁束の変化)を感知する。よって、センサ20から出力される信号をセンサリング10の正回転方向の回転ならびに逆回転方向の回転に伴ってそれぞれ確実に異なる波形にすることができ、そして当該波形の信号を基にセンサリング10の回転の正逆に対応する信号を変換器30から生成することができる。
【0024】
具体的に、センサ20は、変換器30の入力端子31に電気的に接続されており、センサリング10が正回転方向に回転させられる時と逆回転方向に回転させられる時とで、図1(B)に示されるように、回転体100の回転速度に比例した周波数の非対称な波形の信号をそれぞれ発生して、当該信号を変換器30の入力端子31へ出力する。
【0025】
変換器30は、その入力端子31に入力されたセンサ20からの信号を変換処理して、回転体100の回転速度に比例した周波数のパルス列の回転速度信号A(図2(B)参照)を第1出力端子32から出力し且つ、センサリング10の正回転時には“1”、そして逆回転時には“0”となる回転方向信号E(図2(B)参照)を第2出力端子33から出力する。より詳細には、図2(A)に示されるように、センサ20からの信号は、入力端子31へ入力され、波形整形回路34により矩形のパルス列の信号に整形されて図2(B)に示される回転速度信号Aが当該波形整形回路34から出力され、そして第1出力端子32から変換器30外へ出力される。
【0026】
また、入力端子31に入力されたセンサ20からの信号は、微分回路35にて微分されて図2(B)に示される微分信号Bに変換されて当該微分信号Bが微分回路35から出力される。この微分信号Bは第1比較器36で正の閾値+eと比較され、当該正の閾値+e以上となる時間の間“1”となるパルス信号Cが生成されて、当該パルス信号Cが第1比較器36から出力される。微分信号Bはまた、第2比較器37で負の閾値−eと比較され、当該負の閾値−e以下となる時間の間“1”となるパルス信号Dが生成されて、当該パルス信号Dが第2比較器37から出力される。
【0027】
パルス信号Cとパルス信号Dは、それぞれRSフリップフロップ38のセット端子Sとリセット端子Rを駆動する。その結果、センサリング10の正回転ならびに逆回転に対応して“1”、“0”となる回転方向信号EがRSフリップフロップ38から出力され、そして第2出力端子33から変換器30外へ出力される。当該第2出力端子33から変換器30外へ出力される回転方向信号Eは回転体100の回転方向を“1”、“0”の波形で示す信号である。一方、第1出力端子32から変換器30外へ出力される回転速度信号Aも回転体100の回転速度を“1”、“0”の波形で示す信号である。これらの信号E,Aは、変換器30と電気的に接続された解析装置200(図1(A)参照)に入力される。そして解析装置200が、回転速度信号Aの波形および回転方向信号Eの波形に基づき回転体100の回転速度を判定し且つ回転方向を判別する。
【0028】
以上の説明におけるセンサ20は、磁性体のセンサリング10との間隙の変化を磁気の変化によって感知するものであるが、非磁性金属のセンサリングを用いる場合は、渦電流式変位計、静電容量式変位計、等の非接触変位計をセンサ20として利用すればよい。尚、センサ20はホール素子、MR素子、等の磁気センシング素子と永久磁石とを組み合せて構成することができるが、当該永久磁石を磁気センシング素子と組み合せなくとも、センサリング10として被感知回転面11の複数の突起各々が回転中心を通る線に対して非対称な形状で環状本体の厚み方向に回転中心から放射状に着磁または環状本体の円周の一接線と平行な方向に着磁された環状の板磁石を設ければ、それを磁気センシング素子からなるセンサ20とともに用いて、同様な効果を得ることができる。また、ゴム製のフェライト・シートをリング状にしてその外周面に回転中心を通る線に対して非対称な突起を複数形成し、当該突起に合わせてN極とS極が交互に配置されるように磁化した多極磁石シートをセンサリング10として用いてもよい。
【0029】
(第2実施形態)
次に、本発明に係る回転速度センサ装置の第2実施形態を図3(A)および図3(B)を参照して説明する。図3(A)および図3(B)は本発明に係る回転速度センサ装置の第2実施形態の概略構成を説明するための図であり、図3(A)は本発明に係る回転速度センサ装置の第2実施形態を示す概略システム構成図、そして図3(B)は図3(A)に示される回転速度センサ装置を横から見た図である。尚、この第2実施形態は、第1実施形態においてセンサ20として用いた磁気センサの代わりに、センサ20としてフォトセンサを用いた形態である。
【0030】
図3(A)および図3(B)に示されるように、回転速度センサ装置2は、回転体(不図示)に該回転体の回転軸心と自身の回転中心40aとを一致させた状態で固定されて、該回転体と共に正回転方向または当該正回転方向とは反対の逆回転方向に回転自在な環状のセンサリング40と、該センサリング40の被感知回転面41の一部分と常に対向するように配置固定されて、回転体の回転に伴うセンサリング40の被感知回転面41上の物理的性状変化を感知する1個(1ユニット)のセンサ50と、該センサ50から出力される信号を変換処理して回転体の回転速度に比例した周波数のパルス列の信号を生成する第1実施形態と同様な変換器30(図1(A)および図2(A)を参照)と、を備えている。
【0031】
そして、センサリング40が正回転方向に回転した際とセンサリング40が逆回転方向に回転した際とでセンサ50から出力される信号の波形がそれぞれ異なるようにセンサリング40の被感知回転面41が形成されている。本実施形態の場合、具体的に、センサリング40は光を遮蔽する材料からなり、センサリング40の外周面は第1実施形態とほぼ同様な鋸刃状に加工されており、センサ50はセンサリング40の被感知回転面41を構成するセンサリング40の側面に対向して配置され、そして第1実施形態と同様に変換器30がセンサ20からの信号を適宜処理してパルス列の回転速度信号Aと回転方向信号Eを出力する。
【0032】
センサ50は、フォトダイオード等を内蔵して光電変換により光量を電流さらには電圧信号に変換し出力する光センシング素子51と、スリット部材52と、光源53と、を備えた公知のフォトセンサ(即ち、光電変換手段)である。センサリング40の被感知回転面41の上方には適正なギャップを保って光センシング素子51が設置され、そしてセンサリング40の被感知回転面41と反対側の側面の下方には適正なギャップを保って光源53が配置されて、光センシング素子51が光源53からの光を受けるようになっている。また、センサリング40の被感知回転面41と光センシング素子51との間にはスリット部材52が設置されている。スリット部材52は、センサリング40の回転に伴う光センシング素子51の受光量の変化が顕著になるようにセンサリング40の周方向に幅が狭い矩形のスリット(即ち、貫通孔)52aを中央に有している。センサ50(光センシング素子51)からの出力信号は第1実施形態にて説明したように変換器30で変換処理される。
【0033】
即ち、センサリング40は、その鋸刃状の外周面を形成するための複数の突起42各々がセンサリング40の回転中心40aを通る線に対して非対称な形状を有しており、そしてセンサ50が、センサリング40の突起42に向けて光を照射する光源53と、センサリング40の突起40間の凹所を透過(即ち、通過)する光源53からの光を受光する光センシング素子52と、を含むので、光センシング素子52はセンサリング40の被感知回転面41からの光の透過量を感知(即ち、受光量の変化を感知)して光電変換により光量を電流さらには電圧信号に変換し出力する。
【0034】
このようにセンサリング40の被感知回転面41は、当該センサリング40が正回転方向に回転した際と逆回転方向に回転した際とで非対称な光学的性状変化を備えているので(即ち、センサ50がセンサリング40の被感知回転面41に対する光の透過量(即ち、通過量)を感知する構成なので)、センサ50から出力される信号をセンサリング40の正回転方向の回転ならびに逆回転方向の回転に伴ってそれぞれ確実に異なる波形にすることができる。
【0035】
(変形例1)
尚、光センシング素子52がセンサリング40の被感知回転面に対する光の反射量を感知する構成に本実施形態を変形してもよいことは言うまでもない。即ち、この場合、被感知回転面をセンサリング40の側面あるいは外周面とし、当該被感知回転面に光を反射させて受光できるように光源53、スリット部材52、および光センシング素子51を配置すればよい。尚、スリット部材52は光センシング素子51の受光量の変化が顕著となるようにするための手段であるので、適宜省略してもよい。
【0036】
(変形例2)
次に、本発明に係る回転速度センサ装置の変形例2を説明する。上述した第1実施形態と第2実施形態では変換器30の微分回路35がセンサリングの回転方向を判別可能にする本質的機能を持っている。この微分回路35による微分は時間軸上の微分(即ち、時間微分)であるため、センサリングの回転が低速度の場合には微分波形の振幅が小さくなり、回転方向を判別し難くなる回転速度範囲が生じる可能性がある。第1実施形態および第2実施形態とほぼ同様な信号処理形態を採用する場合、低速回転時の回転方向判別をより向上させる方法としては、時間微分の代わりに空間微分あるいは空間差分を行なう方法が挙げられる。
【0037】
ここでは、第2実施形態に空間差分方式を用いたものを変形例2として図2(A)〜図3(B)を参照しながら図4に基づいて説明する。図3(A)および図3(B)に示される第2実施形態では1個のフォトダイオードを内蔵した光センシング素子51を用いているが、それに代わって本変形例2では図4に示されるように2個のフォトダイオード61a,61bからなる2連のフォトダイオード・アレイを内蔵した光センシング素子61を用い、更にスリット部材52に代えてレンズ(不図示)を配置して、センサリング40の突起42を当該フォトダイオード・アレイの受光面Gに結像させる。尚、図4はフォトダイオード61a,61bの受光後の信号処理を説明するための図でもある。
【0038】
フォトダイオード61a,61bで光電変換により得られた電流は、それぞれ増幅器61dと61eで電圧に変換され、それらを加算器61fにより加算した加算結果が図2(A)の変換器30へ入力されてパルス列の回転速度信号Aとなり(この場合、波形整形回路34は不要となる。)、また差分器61gにより差し引いた引き算結果である空間差分信号は図2(A)の変換器30へ入力されて微分回路35の出力箇所へ入力される(この場合、微分回路35は不要となる)。このように構成することによって、センサリング40の低速度での回転時の方向判別精度が向上する。
【0039】
(変形例3)
次に、変形例3として、フォトダイオード・アレイを内蔵した光センシング素子およびその信号処理の別の例を図5に示す。図5に示されるように、光センシング素子71は細い3個のフォトダイオード61a,61b,61cからなる3連のフォトダイオード・アレイを内蔵する。これらのフォトダイオード61a,61b,61cの内、隣り合うフォトダイオード61a,61b(または61b,61c)は逆方向に並列接続され、これによって空間差分に相当する光量差に比例する電流が得られるので、この電流を増幅器61hで電圧信号に変換してから、図2(A)の変換器30へ入力されて微分回路35の出力箇所へ入力する(この場合、微分回路35は不要となる)。尚、この変形例3では、図2(A)の波形整形回路34にはフォトダイオード61cからの信号を入力する。
【0040】
尚、以上説明した光学的手段と方法に限らず、空間微分あるいは空間差分を行なうための物理的性状変化を検出するセンシング素子とそのための信号処理は種々考えられる。例えば、ホール素子あるいはMR素子を磁気の変化の差分を検出するように配列して集積化したアレイを用いる磁気センサ等も考えられる。
【0041】
(第3実施形態)
本発明に係る第3実施形態として、上述の回転速度センサ装置を備えた転動装置の一例を図6に基づき説明する。図6において符号80は自動車用の回転速度センサ装置付き転動装置(ハブ軸受)であり、従来の回転速度センサ装置付き転動装置と同一の形状で回転方向の検出機能を追加する実施形態である。
【0042】
ハブ軸受80は、内輪溝81aを持つスピンドル軸81を軸支するための軸受部を構成する要素として、複列溝を持つ環状の外輪(即ち、固定軌道輪)82、スピンドル軸81に固定された環状の内輪(即ち、回転軌道輪)83、および外輪82と内輪83との間(更に、本実施形態では、外輪82とスピンドル軸81の内輪溝81aとの間)で周方向に転動自在に配設された複数の玉(即ち、転動体)84、を有している。
【0043】
尚、図6中、内輪83に嵌合固定されているセンサリング10とセンサ20は第1実施形態の回転速度センサ装置1を構成するものと同一であり、センサ20が挿入固定されるキャップ86は締結リング87によって外輪82に固定されている。磁気センシング素子24がセンサリング10の被感知回転面(この例の場合、センサリング10の側面)11に対向して回転による磁気的変化を電気信号に変換して、コネクタ部25から外部の変換器30(図6では不図示)へ出力する。そして変換器30によってパルス列の回転速度信号Aと回転方向信号Eとが生成、出力される。本実施形態では変換器30をハブ軸受80の外部に設けたが、図6のキャップ86内に変換器30の回路を収納することは容易であり、そのように収納すれば、ハブ軸受80がよりコンパクトになる。
【0044】
尚、回転体として働く内輪83にセンサリング10を固定する代わりに、回転体として働くスピンドル軸81にセンサリング10を固定してもよいことは言うまでもない。また、外輪82を回転軌道輪として用いる場合当該外輪にセンサリング10を適宜固定し、そして内輪83を固定軌道輪として当該内輪にセンサ20を適宜固定することも可能である。また、第1実施形態の回転速度センサ装置をハブ軸受80に設ける代わりに、第2実施形態や変形例1〜3に係る回転速度センサ装置をハブ軸受80に設けてもよいことは言うまでもない。
【0045】
尚、本発明は、前述した各実施形態やその各変形例に限定されるものではなく、適宜、変形,改良,等が可能である。その他、前述した各実施形態や各変形例における各構成要素の材質,形状,寸法,形態,数,配置個所,等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【0046】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、センサリングの被感知回転面上の物理的性状変化を感知するセンサから出力される信号の波形が、当該センサリングが正回転方向に回転した際と当該センサリングが逆回転方向に回転した際とでそれぞれ異なるようにセンサリングの被感知回転面が形成されているので、1個のセンサを備えるだけで回転体の回転速度を判定可能にするだけでなく回転方向をも判別可能にする回転速度センサ装置を提供することができる。換言すれば、センサリングの被感知回転面が、当該センサリングが正回転方向に回転した際と当該センサリングが逆回転方向に回転した際とでセンサから出力される信号の波形がそれぞれ異なるように、形成されているので、回転体に固定されたセンサリング、該センサリングの被感知回転面上の物理的性状変化を感知する“1個の”センサ、ならびに当該センサから出力される信号を変換処理する変換器によって、回転体の回転速度を判定可能にする信号ならびに回転方向を判別可能にする信号を生成する回転速度センサ装置を構成できる。また、当該回転速度センサ装置では、センサから出力される信号がセンサリングの正回転方向の回転ならびに逆回転方向の回転に伴ってそれぞれ異なる波形となり、そして当該波形の信号から変換器がセンサリングの回転の正逆に対応する信号を生成するので、2個のセンサの相互の位置関係を調整して設定せねばならなく且つそれにより製造コストの上昇を招く従来の回転速度センサ装置の構成とは異なり、センサの設置スペースを広げることもないため、安価且つ省スペースな回転速度センサ装置を実現できる。
【0047】
また、本発明によれば、センサリングの被感知回転面が、その面上に、凹凸を形成する複数の突起を有しており、当該突起各々がセンサリングの回転中心を通る線に対して非対称な形状であり、そしてセンサが当該センサとセンサリングの被感知回転面との距離の変化を感知するので、センサから出力される信号をセンサリングの正回転方向の回転ならびに逆回転方向の回転に伴ってそれぞれ確実に異なる波形にすることができ、そして当該波形の信号を基にセンサリングの回転の正逆に対応する信号を変換器から生成することができる。
【0048】
また、本発明によれば、センサリングの被感知回転面が、当該センサリングが正回転方向に回転した際と逆回転方向に回転した際とで非対称な光学的性状変化を備えており、そしてセンサがセンサリングの被感知回転面に対する光の反射量または透過量を感知するので、この場合も、センサから出力される信号をセンサリングの正回転方向の回転ならびに逆回転方向の回転に伴ってそれぞれ確実に異なる波形にすることができ、そして当該波形の信号を基にセンサリングの回転の正逆に対応する信号を変換器から生成することができる。
【0049】
また、本発明によれば、センサが、回転体の回転に伴いセンサリングの被感知回転面上の物理的性状変化を感知するセンシング素子と、当該センシング素子から出力された信号の空間微分または空間差分に相当する波形の信号を生成する回路と、を備えており、前述の変換器が、センサから出力される前記回路の生成した信号に基づいて、センサリングの正回転または逆回転に対応する信号を生成するので、回転体が低速度で回転する場合であっても回転方向を確実に判別可能な信号を変換器に生成させることができる。
【0050】
また、本発明によれば、上述した回転速度センサ装置と、回転軌道輪、固定軌道輪、および当該回転軌道輪と固定軌道輪との間で周方向に転動自在に配設された複数の転動体を有し、前記回転軌道輪または前記固定軌道輪に軸が固定される軸受部と、を備え、前記回転軌道輪または当該回転軌道輪に固定された前記軸を前記回転体として当該回転体に前記センサリングが固定されているので、1個のセンサを備えるだけで回転体の回転速度を判定可能にするだけでなく回転方向をも判別可能にする小型化可能な回転速度センサ装置付き転動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)および(B)は本発明に係る回転速度センサ装置の第1実施形態の概略構成を説明するための図である。
【図2】(A)および(B)は図1(A)に示される変換器の概略構成および該変換器による信号変換処理動作を説明するための図である。
【図3】(A)および(B)は本発明に係る回転速度センサ装置の第2実施形態の概略構成を説明するための図である。
【図4】本発明に係る回転速度センサ装置の変形例2を説明するための図である。
【図5】本発明に係る回転速度センサ装置の変形例3を説明するための図である。
【図6】本発明の第3実施形態として回転速度センサ装置付き転動装置の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
1:回転速度センサ装置(第1実施形態)
2:回転速度センサ装置(第2実施形態)
10:センサリング
10a:センサリングの回転中心
11:被感知回転面
12:突起
20:センサ
24:磁気センシング素子
25:コネクタ部
30:変換器
31:入力端子
32:第1出力端子
33:第2出力端子
34:波形整形回路
35:微分回路
36:第1比較器
37:第2比較器
38:RSフリップフロップ
40:センサリング
40a:センサリングの回転中心
41:被感知回転面
42:突起
50:センサ
51:光センシング素子
52:スリット部材
52a:スリット
53:光源
61:光センシング素子
61a:フォトダイオード
61b:フォトダイオード
61c:フォトダイオード
61d:増幅器
61e:増幅器
61f:加算器
61g:差分器
61h:増幅器
71:光センシング素子
80:ハブ軸受
81:スピンドル軸
81a:内輪溝
82:外輪
83:内輪
84:玉
86:キャップ
87:締結リング
100:回転体
100a:回転体の回転軸心
200:解析装置
Claims (5)
- 回転体に該回転体の回転軸心と自身の回転中心とを一致させた状態で固定されて、該回転体と共に正回転方向または当該正回転方向とは反対の逆回転方向に回転自在なセンサリングと、
前記センサリングの被感知回転面の一部分と常に対向するように配置固定されて、前記回転体の回転に伴う前記センサリングの被感知回転面上の物理的性状変化を感知するセンサと、
前記センサから出力される信号を変換処理して前記回転体の回転速度に比例した周波数のパルス列の信号を生成する変換器と、
を備えた回転速度センサ装置であって、
前記センサリングが正回転方向に回転した際と前記センサリングが逆回転方向に回転した際とで前記センサから出力される信号の波形がそれぞれ異なるように前記センサリングの被感知回転面が形成されていることを特徴とする回転速度センサ装置。 - 前記センサリングの被感知回転面が、その面上に、凹凸を形成する複数の突起を有しており、当該突起各々が前記センサリングの回転中心を通る線に対して非対称な形状であり、そして前記センサが当該センサと前記センサリングの被感知回転面との距離の変化を感知することを特徴とする請求項1に記載した回転速度センサ装置。
- 前記センサリングの被感知回転面は、当該センサリングが正回転方向に回転した際と逆回転方向に回転した際とで非対称な光学的性状変化を備えており、そして前記センサが前記センサリングの被感知回転面に対する光の反射量または透過量を感知することを特徴とする請求項1に記載した回転速度センサ装置。
- 前記センサが、前記回転体の回転に伴い前記センサリングの被感知回転面上の物理的性状変化を感知するセンシング素子と、当該センシング素子から出力された信号の空間微分または空間差分に相当する波形の信号を生成する回路と、を備えており、
前記変換器が、前記センサから出力される前記回路の生成した信号に基づいて、前記センサリングの正回転または逆回転に対応する信号を生成することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一つに記載した回転速度センサ装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一つに記載した回転速度センサ装置と、
回転軌道輪、固定軌道輪、および当該回転軌道輪と固定軌道輪との間で周方向に転動自在に配設された複数の転動体を有し、前記回転軌道輪または前記固定軌道輪に軸が固定される軸受部と、
を備える回転速度センサ装置付き転動装置であって、
前記回転軌道輪または当該回転軌道輪に固定された前記軸を前記回転体として、当該回転体に前記センサリングが固定されていることを特徴とする回転速度センサ装置付き転動装置。
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JP2003002498A Pending JP2004212347A (ja) | 2003-01-08 | 2003-01-08 | 回転速度センサ装置および該回転速度センサ装置付き転動装置 |
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US11480018B2 (en) | 2020-07-31 | 2022-10-25 | Saudi Arabian Oil Company | Self-powered active vibration and rotational speed sensors |
US11557985B2 (en) | 2020-07-31 | 2023-01-17 | Saudi Arabian Oil Company | Piezoelectric and magnetostrictive energy harvesting with pipe-in-pipe structure |
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2003
- 2003-01-08 JP JP2003002498A patent/JP2004212347A/ja active Pending
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