JP2006226701A

JP2006226701A - 車輪速センサ

Info

Publication number: JP2006226701A
Application number: JP2005037460A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Takeuchi; 正和竹内; Keimin Saito; 圭民斉藤; Fumio Makino; 文雄牧野
Original assignee: Advics Co Ltd
Current assignee: Advics Co Ltd
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP4650016B2; US20060181269A1; US7221148B2

Abstract

【課題】ロータＢの回転方向と逆方向の振動の検出精度への影響を少なくする。
【解決手段】ロータＢの回転による磁界変動をそのロータの全周に一定ピッチｔで設けた２列の突起１ａ、１ｂにより生じさせ、その突起の列を一方に対し他方を前記一定ピッチｔの半ピッチずらし、２つの磁電変換素子１１ａ、１１ｂを突起の列の幅方向に並列する。これにより、Ｈｉ及びＬｏｗスレッショルドレベル間の差動出力Ｖｄの波形に段部２０が形成される。この段部により、その波形Ｖｄの起伏部は急激な傾斜面となって、ロータが回転方向に振動しても、その振動幅（回転角度β_１、β_２）が正規の矩形波出力の出力切換えを行う回転角度α_１、α_２に近くなって、その回転角度α_１、α_２内において、矩形波出力Ｖｒの出力切換えが行われ難くなって、車輪速の検出精度が向上する。
【選択図】図３

Description

発明の属する技術分野

この発明は、自動車等の車輪の回転速度を検出する車輪速センサに関するものである。

車輪速センサＰは、通常、図１０に示すように、車輪とともに回転する被検出体Ｂに対向して設けられ、被検出体Ｂの回転による磁界変動を検出して電気信号に変換して出力するものである。被検出体Ｂには、同図に示す、周縁部に歯車状の歯（突起）１を設けた強磁性体パルサーリングや、周縁部表面にＳ極とＮ極が周方向に交互に連続して現れるように着磁された磁石パルサーリング等のロータが使用される。

この車輪速センサＰには、被検出体Ｂの回転による磁界変動を２つの磁電変換素子１１、１１によりそれぞれ波形出力として検出し、その両磁電変換素子１１、１１の波形出力から波形差動出力を求め、その差動出力をスレッショルドレベルに基づき矩形波出力に変換し、その矩形波出力から前記被検出体（車輪）Ｂの回転（車輪速）を検出するものがある（特許文献１参照）。
特開平９−３２９６１２号公報

この２つの磁電変換素子１１、１１の波形差動出力に基づき車輪速を検出する車輪速センサＰは、磁電変換素子１１、１１の出力電圧のバラツキや温度による変化分が除去されるとともに、被検出体Ｂの偏心の影響や外部からの磁界ノイズの影響も少なくなって、高精度の検出を行い得る（特許文献１段落０００５参照）。

ところで、この車輪速センサＰは、車輪近傍に取付けられるため、激しい振動を受けて、磁電変換素子１１、１１と被検出体（ロータ）Ｂの間隔が変化する。この間隔の変化は、上記差動出力の波形の傾きの変化を招いて異常な矩形波出力が生じる恐れがある（特許文献１段落００１１〜００１４参照）。
このため、図１１に示すように、差動出力Ｖｄを連続して急激に変化させてその波形の傾きを大きくし（同図（ａ）はロータＢの正回転時、同（ｂ）は逆回転時）、その傾きを大きくしたことによって矩形波出力Ｖｒの立ち上がり位置の変化を無くして検出精度を上げている（特許文献１段落００１６から００２２参照）。

しかしながら、上記技術は、図１０に示す磁電変換素子１１とロータＢの間隔変化における両者間のギャップｇの変化の影響を少なくしているが、車輪速センサＰの振動は、そのギャップｇを変化させるのみならず、ロータＢの回転方向においても生じる。
例えば、図１１に示す波形差動出力Ｖｄにおいて、ＨｉスレッショルドレベルＶｏｐとＬｏｗスレッショルドレベルＶｒｐで矩形波出力Ｖｒの出力切換えを行っているものにおいては、ロータＢのα_１「ｄｅｇ」とα_２「ｄｅｇ」の回転毎に矩形波出力Ｖｒの出力切換えが行なわれ、その矩形波の１つの波形又は複数波形で車輪速を検出している。

この車輪速センサＰにおいて、車輪速センサＰに対しロータＢに回転方向と逆の回転を伴う振動が生じ、その逆方向の回転角度がβ「ｄｅｇ」を超えると、そのスレッショルドレベルの幅（閾値：Ｖｏｐ〜Ｖｒｐ）を超えることとなって、矩形波出力Ｖｒの出力切換えが行われる。この切換えが行なわれれば、ロータＢのα_１「ｄｅｇ」又はα_２「ｄｅｇ」の回転において、２つの矩形波（通常は１つの矩形波）を出力することとなって、正常な波数に対し矩形波数が多くなることとなり、車輪速の検出に誤差が生じることとなる。ここで、「正常な波数」とは、ロータＢの突起（歯）１が車輪速センサＰの直前を通過した数だけ、矩形波のパルスを出力することである。

この発明は、車輪速センサＰに対し被検出体（ロータ）Ｂに回転方向と逆の回転を伴う振動が生じても、その振動の影響を少なくすることを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明は、上記ＨｉスレッショルドレベルＶｏｐからＬｏｗスレッショルドレベルＶｒｐ間及びＬｏｗスレッショルドレベルＶｒｐからＨｉスレッショルドレベルＶｏｐ間の差動出力Ｖｄの波形に段部を設ける（２段階波形とする）こととしたのである。
このように、差動出力Ｖｄの波形に段部を設ければ、正常回転における出力Ｖｒの１つの矩形波が発生される両スレッショルドレベル間の回転角度α_１、α_２「ｄｅｇ」は一定であり、その回転角度において、立ち上がり又は立ち下がりが行なわれ、段部があることにより、その波形の立ち上がり部（ＬｏｗスレッショルドレベルＶｒｐからＨｉスレッショルドレベルＶｏｐ間のその段部の前後）及び立ち下がり部（ＨｉスレッショルドレベルＶｏｐからＬｏｗスレッショルドレベルＶｒｐ間のその段部の前後）は短い（小さい）回転角度で行なわれることとなって急激な傾斜面となる。
このため、上記β「ｄｅｇ」は正規の矩形波出力の出力切換えが行なわれる被検出体Ｂのα_１「ｄｅｇ」又はα_２「ｄｅｇ」の回転角度に近くなって、その被検出体Ｂのα_１「ｄｅｇ」又はα_２「ｄｅｇ」の回転角度内において、矩形波出力Ｖｒの出力切換えが行われ難くなる（図３参照）。

この発明は、以上のように、両スレッショルドレベル間の差動出力の波形に段部を設けて、被検出体の回転方向の振動に対しても非正常な矩形波出力が生じないようにしたので、車輪速の検出精度が向上する。

この発明の実施の形態としては、車輪とともに回転する被検出体の回転による磁界変動を２つの磁電変換素子によりそれぞれ波形出力として検出し、その両磁電変換素子の波形出力から波形差動出力を求め、その差動出力をＨｉ及びＬｏｗのスレッショルドレベルに基づき矩形波出力に変換し、その矩形波出力から前記被検出体Ｂの回転を検出する車輪速センサにおいて、前記ＨｉスレッショルドレベルからＬｏｗスレッショルドレベル間及びＬｏｗスレッショルドレベルからＨｉスレッショルドレベル間の差動出力の波形に段部を設けた構成を採用できる。

このとき、上記段部を平坦部とすれば、その平坦な段部の存在による差動出力の波形の立ち上がり及び立ち下がりに対応する回転角度はより小さくなり、その立ち上がり及び立ち下がりはより急激な傾斜面となって、上記β「ｄｅｇ」はロータＢのα_１「ｄｅｇ」又はα_２「ｄｅｇ」の回転角度に近くなって（α≒βとなり、大きく振動しないと、α_１、α_２を超えなくなる）、車輪速の検出精度が向上する。

上記両スレッショルドレベル間の差動出力の波形に段部を設けるための具体的な構成としては、上記被検出体の回転による磁界変動がその被検出体の全周に一定ピッチで設けた突起により生じさせるものであり、その突起は前記被検出体Ｂの周方向に２列に並んで設けられて、その突起の列は一方に対し他方が前記一定ピッチの半ピッチずれており、上記２つの磁電変換素子を前記突起の列の幅方向に並列したものを採用できる。

このとき、突起の被検出体周方向の長さ（幅）は、その突起の間隔（谷部幅）よりできるだけ小さくすることが好ましい。小さくなれば、段部が長くなり（段部に対応する被検出体の回転角度が大きくなり）、上記β「ｄｅｇ」も大きくなって、矩形波出力の出力切換えも生じなくなるからである。

また、上記突起の並行する２列の対向する端を上記被検出体の周方向においてラップさせることができる。
２列の突起がラップすれば、図６に示すように、磁電変換素子は、自己に対応する突起に基づく山状出力に加えて、他の突起のラップ部分による山状出力を行うこととなるが、突起が長くなれば（被検出体幅方向の長さが長くなれば）、磁束収束度も大きくなり、その大きくなった程度は、他の突起のラップ部分による山状出力に比べて大きくなる。このため、両磁電変換素子の差動出力を求めた際、その差動出力の波形の起伏も大きくなって、立ち上がり部及び立ち下がり部はより急激な傾斜面となる（図７（ａ）参照）。ラップ度合は、差動出力波形の起伏度合を考慮して適宜に決定する。

上記実施形態は、突起を被検出体の周方向にずらしたが、２つの磁電変換素子をその周方向にずらすことによっても、同様な効果を発揮することができる。例えば、前記被検出体の回転による磁界変動がその被検出体の全周に一定ピッチで列状に設けた突起により生じさせるものであり、その２つの磁電変換素子を、突起の列の幅方向に並列して設けるとともに前記被検出体の周方向に前記一定ピッチの半ピッチずらして、各スレッショルドレベル間の差動出力の波形に段部を設けた構成とすることができる。

なお、上記の各実施形態において、従来と同様に、被検出体の回転による磁界変動を生じさせるものとして、突起に代えて凹部とすることもできる。

図１〜図４に一実施例を示し、この実施例は、図１に示すように、車輪とともに回転する磁性体ロータＢの外周面にその周方向に２列に突起１ａ、１ｂ（総称符号１）を一定ピッチｔで設けるとともに、その両列の突起１ａ、１ｂは半ピッチずれている。

このロータＢの外周面には、自動車のアクスル等に固定の車輪速センサＰが対向して設けられている。この車輪速センサＰは、磁電変換素子となる２つのホール素子１１ａ、１１ｂ（総称符号１１）と、磁石１２及び信号処理回路１３を有しており、ロータＢが回転すると、突起１とその突起１の間の凹部（谷部）との車輪速センサＰの対向の繰り返しにより、その磁石１２の磁束が変動し、その磁界変動に基づき、ホール素子１１は、図２（ａ）、（ｂ）に示す波形の電圧出力Ｖａ、Ｖｂ（Ｖａ：ホール素子１１ａの出力、Ｖｂ：ホール素子１１ｂの出力）をする。

信号処理回路１３として図４に２つの実施例を示す。その図４（ａ）は、電流出力の場合の実施例であり、ホール素子１１ａ、１１ｂからの出力Ｖａ、Ｖｂは、差動増幅器１４に入力され、差動出力Ｖｄとして出力される。差動出力Ｖｄは、コンデンサ１５と抵抗１６とから構成されるハイ・パス・フィルタ回路１７を通過した後、シュミット・トリガ回路１８で矩形波Ｖｒに変換され、トランジスタ１９によりオープンコレクタ出力で出力される。図４（ｂ）は電圧出力の場合の実施例であり、図４（ａ）の電流出力の実施例とはその出力回路部が異なる。
そのハイ・パス・フィルタ回路１７を用いて、差動出力Ｖｄの交流成分のみを信号として取り出すと、ホール素子１１のオフセット電圧のバラツキと温度による変化分とが除去され、高精度なホールＩＣが実現する。また、ロータＢの偏心の影響や、外部から加わる磁界ノイズの影響も小さくなる。

この信号処理回路１３の処理において、２列に突起１ａ、１ｂを設け、かつ半ピッチずれているため、図３（ａ）に示す、ホール素子１１ａ、１１ｂからの出力Ｖａ、Ｖｂの差動出力Ｖｄは、ＨｉスレッショルドレベルからＬｏｗスレッショルドレベル間及びＬｏｗスレッショルドレベルからＨｉスレッショルドレベル間の波形に平坦な段部２０が生じた２段階波形となる。

この２段階波形となって段部２０が生じれば、正常回転における１つの矩形波が発生される両スレッショルドレベル間の回転角度α_１、α_２「ｄｅｇ」は一定であり、その回転角度において、立ち上がり又は立ち下がりが行なわれ、段部２０があることにより、その波形の立ち上がり部（ＬｏｗスレッショルドレベルＶｒｐからＨｉスレッショルドレベルＶｏｐ間のその段部２０の前後）及び立ち下がり部（ＨｉスレッショルドレベルＶｏｐからＬｏｗスレッショルドレベルＶｒｐ間のその段部２０の前後）は小さい回転角度で行なわれることとなって急激な傾斜面となり、ロータＢの回転方向の振動による矩形波出力の出力切換え角度β_１及びβ_２「ｄｅｇ」は正規の矩形波出力の出力切換えが行なわれるロータＢのα_１「ｄｅｇ」又はα_２「ｄｅｇ」の回転角度に近くなって、そのロータＢのα_１「ｄｅｇ」又はα_２「ｄｅｇ」の回転角度内において、矩形波出力の出力切換えが行われ難くなる（図３（ａ）参照）。このため、図３（ｂ）に示すように、ロータＢの回転に正確に応じた矩形波Ｖｒが出力される。

この実施例において、図５に示すように、突起１のその並行する２列の対向する端をロータＢ周方向においてラップさせることができる。そのラップ度合Ｌは、後述の差動出力Ｖｄ波形の起伏度合を考慮して適宜に決定すればよいが、例えば、ロータＢの幅：５ｍｍの場合、突起１の幅：３ｍｍとして、そのラップ幅：を１ｍｍとする。
このように、２列の突起１がラップすれば、図６に示すように、磁電変換素子１１ａ、１１ｂは、自己に対応する突起１ａ、１ｂに基づく山状出力Ｖａ、Ｖｂに加えて、他の突起１ｂ又は１ａのラップ部分Ｌによる山状出力Ｖｂ、Ｖａを行うこととなる。

しかし、突起１が長くなれば（ロータＢ幅方向の長さ（幅）が長くなれば）、磁束収束度も大きくなり、その大きくなった程度は、他の突起１ｂ又は１ａのラップ部分Ｌによる山状出力Ｖｂ又はＶａに比べてかなり大きくなる。
このため、両磁電変換素子１１の差動出力Ｖｄを求めた際、図７に示すように、その差動出力Ｖｄの波形の起伏も大きくなって、立ち上がり部及び立ち下がり部はより急激な傾斜面となる（図７（ａ）中、一点鎖線のＶｄは、突起１をラップさせていない場合の出力）。

これによって、図７（ｂ）に示す矩形波Ｖｒが確実に出力されるとともに、ロータＢの回転方向の振動による矩形波出力の出力切換え角度β_１及びβ_２「ｄｅｇ」は正規の矩形波出力の出力切換えが行なわれるロータＢのα_１「ｄｅｇ」又はα_２「ｄｅｇ」の回転角度により近くなって、そのロータＢのα_１「ｄｅｇ」又はα_２「ｄｅｇ」の回転角度内において、矩形波出力の出力切換えがより行われ難くなる。

上記各実施例は、ロータＢの外周面に突起１を設けたが、図８（ａ）に示すように、その突起１に代えて孔、没部などからなる凹部２とすることもできる。また、同図（ｂ）に示すように、その突起１又は凹部２をロータＢの側面に設けることもできる。
さらに、ロータＢを、突起１に代えて、Ｓ極とＮ極が周方向に交互に連続して現れるように着磁された磁石パルサーリング形式とすることもできる。

上記各実施例は、突起１又は凹部２をロータＢの周方向にずらしたが、図９に示すように、２つの磁電変換素子１１ａ、１１ｂをロータＢ周方向に半ピッチ（ｔ／２）ずらすことによっても、同様な効果を発揮することができる。このとき、両磁電変換素子１１ａ、１１ｂは、ロータＢの幅方向に必ずしもずらす必要はない。
また、磁電変換素子には、ホール素子のみならず、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）など他の各種のものを採用できることは勿論であり、コイルを用いたピックアップ式も採用できる。
さらに、信号処理回路１３を車輪速センサＰの外部に設けた構成とすることもできる。

一実施例の要部斜視図同実施例の磁電変換素子の出力図同実施例の差動出力図及び矩形波出力図同実施例の信号処理回路他の実施例の要部斜視図同実施例の磁電変換素子の出力図同実施例の差動出力図及び矩形波出力図他の実施例の要部斜視図他の実施例の要部斜視図車輪速センサの使用説明図従来例の差動出力図及び矩形波出力図

符号の説明

１、１ａ、１ｂ突起
２凹部
１１、１１ａ、１１ｂ、磁電変換素子（ホール素子）
１２磁石
１３信号処理回路
２０段部
Ｐ車輪速センサ
Ｂ被検出体（ロータ）
Ｖａ一方の磁電変換素子の出力
Ｖｂ他方の磁電変換素子の出力
Ｖｄ差動出力
Ｖｒ矩形波出力

Claims

車輪とともに回転する被検出体Ｂの回転による磁界変動を２つの磁電変換素子１１ａ、１１ｂによりそれぞれ波形出力Ｖａ、Ｖｂとして検出し、その両磁電変換素子１１の波形出力Ｖａ、Ｖｂから波形差動出力Ｖｄを求め、その差動出力ＶｄをＨｉ及びＬｏｗのスレッショルドレベルに基づき矩形波出力Ｖｒに変換し、その矩形波出力Ｖｒから前記被検出体Ｂの回転を検出する車輪速センサＰにおいて、
上記ＨｉスレッショルドレベルからＬｏｗスレッショルドレベル間及びＬｏｗスレッショルドレベルからＨｉスレッショルドレベル間の差動出力Ｖｄの波形に段部２０を設けたことを特徴とする車輪速センサ。
上記段部２０が平坦部であることを特徴とする請求項１に記載の回転検出センサ。
上記被検出体Ｂの回転による磁界変動がその被検出体Ｂの全周に一定ピッチｔで設けた突起１又は凹部２により生じさせるものであり、その突起１又は凹部２は前記被検出体Ｂの周方向に２列に並んで設けられて、その突起１又は凹部２の列は一方に対し他方が前記一定ピッチｔの半ピッチずれており、上記２つの磁電変換素子１１ａ、１１ｂを前記突起１又は凹部２の列の幅方向に並列して、上記ＨｉスレッショルドレベルからＬｏｗスレッショルドレベル間及びＬｏｗスレッショルドレベルからＨｉスレッショルドレベル間の差動出力Ｖｄの波形に段部２０を設けるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転検出センサ。
上記突起１又は凹部２の並行する２列の対向する端を上記被検出体Ｂの周方向においてラップさせたことを特徴とする請求項２又は３に記載の回転検出センサ。
上記被検出体Ｂの回転による磁界変動がその被検出体Ｂの全周に一定ピッチｔで列状に設けた突起１又は凹部２により生じさせるものであり、上記２つの磁電変換素子１１ａ、１１ｂを、前記突起１又は凹部２の列の幅方向に並列して設けるとともに前記被検出体Ｂの周方向に前記一定ピッチｔの半ピッチずらして、上記ＨｉスレッショルドレベルからＬｏｗスレッショルドレベル間及びＬｏｗスレッショルドレベルからＨｉスレッショルドレベル間の差動出力Ｖｄの波形に段部２０を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転検出センサ。