JP2006226974A

JP2006226974A - 回転センサ

Info

Publication number: JP2006226974A
Application number: JP2005044723A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nishiguchi; 正幸西口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】回転体が回転することにより生じる磁束変化を検出する回転センサにおいて、大きな出力電圧を得る。
【解決手段】磁性体からなる複数のパルサ２２を外周に有するロータ２０と、ロータ２０の外周に対向して設けられ、ロータ２０が回転することにより生じる磁束変化を検出する検出部４０とを有する回転センサ５０において、パルサ２２より導電率の高い材料により形成されたスペーサ２４が複数のパルサ２２の各々の間に設けられる。スペーサ２４は、銅系材料により形成される。スペーサ２４は、滑らかな外周面を形成するように複数のパルサ２２の各々の間に形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転センサに関し、例えば、磁性体により形成される複数の歯部を外周に有する回転体と、回転体の外周に対向して設けられ、回転体が回転することにより生じる磁束変化を検出する検出手段とを備える回転センサに関する。

回転体の回転数や回転速度を検出する回転センサとしては、パッシブタイプのピックアップコイル型センサや、ホールＩＣ型センサが一般に知られている。これらの回転センサは、回転体の外周上に均等間隔で設けられた歯形状のパルサを有し、回転体が回転することにより生じる磁束変化を検出することで回転体の回転数などを検出している。このような回転センサのセンサ出力を高めるため、センサに使用される磁石の磁力を増加させる、回転体と検出部の間隔を小さくする、パルサや回転体の磁性を向上させるなどの対策がとられ、また、ピックアップコイル型センサの場合には、コイルの線径や巻数、抵抗などを最適化することによりコイル性能を向上させるなどの対策が取られている。

このほか、例えば、特許文献１では、回転体のうち検出に関与する磁性部のみを磁性材料から形成し、その他の部分を非磁性体材料から形成した回転センサが提案されている。また、特許文献２では、歯形と磁性体コア間のエアギャップを挟んで磁石体を設け、磁石体により磁性体コアから歯形へ向かう磁束を絞ることにより簡易かつ安価な構造により高出力を得る回転角検出装置が提案されている。また、特許文献３では、磁性体コアの歯車側に補助磁石を歯車の外周に平行になるように取り付けられることにより、ロータ歯車とコア先端間のギャップが広くても、あるいは歯数が増えても充分な出力電圧が得られるようにした電磁式回転センサが提案されている。また、特許文献４では、ロータに形成された穴の両側に残された端桟部に断面Ｖ字状の溝部を形成することにより出力電圧を増大する車輪速センサ用ロータが提案されている。また、特許文献５では、複数個の半導体磁気抵抗素子とこれらの抵抗値に応じて電流を制御する駆動回路部などを有することにより、大きな出力信号電圧を精度良く得られる回転位置検出器が提案されている。
実開平７−３６０５８号公報特開平７−２３９２０６号公報特開平９−２４３４０２号公報特開平１０−７８４４２号公報特開平１１−２１８４０５号公報

以上に示すとおり、回転体が回転することにより生じる磁束変化を検出することにより回転を検出する回転センサの出力電圧を増大させる様々な技術が提案されている。しかし、例えば低い回転数を検出する際には、センサの出力電圧も低くなってしまい、検出精度が低下してしまうこともある。このため、回転体が回転することにより生じる磁束変化を検出する回転センサにおいて、さらに大きな出力電圧を得ることが求められている。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転体が回転することにより生じる磁束変化を検出する回転センサにおいて、大きな出力電圧を得ることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の回転センサは、磁性体により形成される複数の歯部を外周に有する回転体と、回転体の外周に対向して設けられ、回転体が回転することにより生じる磁束変化を検出する検出手段とを備える回転センサにおいて、回転体は、互いに隣り合う歯部同士の間に、歯部より導電率の高い材料により形成されたスペーサを有する。この態様によれば、永久磁石の磁束によりスペーサにうず電流が発生し、スペーサのうず電流により発生する磁束によって、大きな出力電圧を得ることができる。

スペーサは銅系材料により形成されたことを特徴としてもよい。この態様によれば、導電率の高い銅系材料によりスペーサを形成することから、大きなうず電流を発生させることができ、より大きな出力電圧を得ることができる。

スペーサは、隣り合う歯部の外周面と連続するように形成された外周面を有してもよい。この態様によれば、スペーサのうず電流により発生する磁束の変化による出力電圧を効果的に増大させながら、回転体への異物の付着などを抑止することができる。

本発明の回転センサによれば、回転体が回転することにより生じる磁束変化を検出する回転センサにおいて、大きな出力電圧を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という。）について説明する。

図１は、本実施形態にかかる回転センサが適用された車両１０の全体構成図である。車両１０は、例えばガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである内燃機関７０と、自動変速機または無段階変速機を含むトランスアクスル６０とを有する。トランスアクスル６０の出力軸５２は、作動装置５４に連結されており、作動装置５４には、ドライブシャフト５６を介して駆動輪である後輪に連結されている。なお、本実施形態における車両１０は、いわゆるハイブリッド車両や電気自動車として構成され得ることはいうまでもない。

トランスアクスル６０には、回転センサ５０が設けられている。この回転センサ５０は、トランスアクスル６０の出力軸の回転数を検出するものである。回転センサ５０は、電子制御ユニット１００（以下、「ＥＣＵ１００」と記載する。）に接続されており、回転センサ５０の検出結果はＥＣＵ１００に出力される。ＥＣＵ１００は、回転センサ５０から入力を受けた検出結果に基づいて、車両１０の速度を算出する。ＥＣＵ１００は、演算結果である車両１０の速度を、車両１０の室内に設けられた車速メータ１４に表示させる。

図２は、本実施形態にかかる回転センサの構成を示す図である。回転センサ５０は、ロータ２０と、検出部４０とを含む。ロータ２０は、トランスアクスル６０の出力軸５２に固定されており、出力軸５２とともに回転可能となっている。ロータ２０は、磁性体材料である、例えば鉄系材料やステンレス系材料などにより、概ね円環状に形成されている。ロータの外周部には、歯形状のパルサ２２が複数形成されている。パルサ２２は、それぞれ同一の幅を有し均等間隔にロータ２０の外周に形成されている。各パルサ２２の幅は隣り合うパルサ２２の間隔と略同一の長さとされている。

隣り合うパルサ２２の間には、スペーサ２４が設けられている。スペーサ２４は、例えば純銅や黄銅、青銅など、パルサ２２より導電率の高い銅系材料により形成されている。スペーサ２４は、互いに隣り合うパルサ２２同士の間に隙間なく嵌め込まれる。各パルサ２２の外面は、円周面状に形成されており、各スペーサ２４の外面も、パルサの外面と同一の曲率をもった円周面状に形成されている。これにより、スペーサ２４が互いに隣り合うパルサ２２同士の間に配置された際には、各スペーサ２４の外面と、その両側のパルサ２２の外面とが滑らかに連続し、ロータ２０の外周には、滑らかな円周面がつくり出される。

検出部４０は、ロータ２０の外周面の近傍に固定して配置されている。検出部４０は、ヨーク３２、センサヘッド３４、永久磁石３６、コイル３８などにより構成される。ヨーク３２の一端にセンサヘッド３４が形成されており、ヨーク３２の他端に永久磁石３６が接続されている。センサヘッド３４は、ロータ２０の外周面との間に所定の間隔が形成されるように配置され固定されている。コイル３８は、センサヘッド３４、ヨーク３２、永久磁石３６が並設方向を軸方向として、ヨーク３２の周りに図示しないボビンを介して巻回されている。

車両１０が走行し、出力軸５２と共にロータ２０が回転すると、センサヘッド３４に対し、パルサ２２とスペーサ２４が近接と離間を交互に繰り返す。これにより、センサヘッド３４とパルサ２２およびスペーサ２４との間のクリアランスにおいて磁気抵抗が変動し、永久磁石３６からコイル３８の内部を通過する磁束が変化する。検出部４０はこの磁束変化によりコイル３８に発生する誘導電圧を検出する。

検出部４０は、検出結果である出力電圧をＥＣＵ１００に出力する。検出部４０から出力電圧の入力を受けたＥＣＵ１００は、入力を受けた出力電圧の周波数や周期に基づいて被測定物の回転数や回転速度を算出する。これにより、車両１０や車輪１２の速度を求めることができる。

ところで、検出部４０の出力電圧は、コイル３８の内部を通過する磁束の単位時間あたりの変化、すなわち磁束変化率に比例する。この磁束変化率は、センサヘッド３４に対向する位置におけるパルサ２２の通過速度により変化するため、出力電圧はパルサ２２を有するロータ２０の回転する速度により変化する。このため、何ら対策を施さなければ、例えば、ロータ２０の回転が遅い場合、磁束変化率が低下することから、出力電圧が低下する。したがって、車両１０が低速で走行しているときは、回転センサ５０の検出精度も低下してしまう。

このような点に鑑みて、本実施形態においては、互いに隣り合うパルサ２２同士の間に、スペーサ２４が設けられている。これにより、センサヘッド３４に対向する位置にスペーサ２４が近接すると、後述するように、スペーサ２４内にうず電流を発生させ、出力電圧を増加させることができる。

図３は、互いに隣り合うパルサ２２同士の間にスペーサ２４が設けられていない場合を示す図であり、（ａ）はロータ２０とセンサヘッド３４の関係を示す図であり、（ｂ）はこの場合の出力電圧を示す図である。なお、図３（ａ）および後述する図４（ａ）において、理解を容易にするため、ロータ２０を実際の円形ではなく直線形に表している。

図３（ａ）に示すように、ロータ２０が回転することにより、隣り合うパルサ２２同士の間のクリアランス２２ｂから遠ざかりパルサ２２の外周面２２ａに近づくにしたがって、センサヘッド３４に対向するパルサ２２の外周面の面積は増加していく。この結果、このセンサヘッド３４を介して、巻回されたコイル３８の内部を通過する永久磁石３６による磁束は増加していく。コイル３８の内部を通過する磁束をφとすると、磁束変化率はｄφ／ｄｔとなり、出力電圧はこの磁束変化率に比例するため、出力電圧をＶとして定数をａとすると、Ｖ＝ａ＊ｄφ／ｄｔとなる。以上より、本図において左側に表したセンサヘッド３４の位置からセンサヘッド３４がロータ２０に対して相対的に右に移動した場合、出力電圧はプラスとなる。

また、ロータ２０が回転することによりパルサ２２の外周面２２ａから遠ざかりクリアランス２２ｂに近づくにしたがって、センサヘッド３４に対向するパルサ２２の外周面の面積が減少し、このセンサヘッド３４を介して巻回されたコイル３８の内部を通過する磁束も減少していく。このため、この場合には出力電圧はマイナスとなる。

以上のように、ロータ２０が回転することにより、出力電圧は図３（ｂ）に示すように、センサヘッド３４に対向するパルサ２２の外周面の面積が増加するにしたがって出力電圧が増加し、センサヘッド３４に対向するパルサ２２の外周面の面積が減少するにしたがって出力電圧が減少する。

図４は、パルサ２２の間にスペーサ２４が設けられた場合を示す図であり、（ａ）はロータ２０とセンサヘッド３４の関係を示す図であり、（ｂ）はこの場合の出力電圧を示す図である。

センサヘッド３４に対向する位置にスペーサ２４がある場合、スペーサ２４を通過する磁束によりスペーサ２４内にうず電流が発生し、このうず電流により磁束が発生する。このうず電流により発生する磁束をαとすると、うず電流による出力電圧は、うず電流の磁束変化率であるｄα／ｄｔに比例する。うず電流により発生した磁束が、巻回されたコイル３８の内部を通過する方向は、永久磁石３６により発生した磁束の方向とは逆方向となる。

図４（ａ）において、ロータ２０が回転することにより、スペーサ２４から遠ざかりパルサ２２の外周面２２ａに近づくにしたがって、前述と同様に巻回されたコイル３８の内部を通過する永久磁石３６による磁束は増加していく。このため、出力電圧はプラスとなる。

これに対し、ロータ２０が回転することにより、スペーサ２４から遠ざかりパルサ２２の外周面２２ａに近づくにしたがって、センサヘッド３４に対向するスペーサ２４の外周面の面積は減少していく。この結果、このセンサヘッド３４を介して、うず電流により発生した、巻回されたコイル３８の内部を通過する磁束は減少していく。しかし、うず電流による磁束がコイル３８を貫く方向は永久磁石３６による磁束が貫く方向と逆方向であるため、うず電流によりコイルを通過する磁束が減少するにしたがって、出力電圧はさらに増加する。

また、ロータ２０が回転することによりパルサ２２の外周面２２ａから遠ざかりスペーサ２４に近づくにしたがって、前述と同様に巻回されたコイル３８の内部を通過する永久磁石３６による磁束も減少していく。このため、出力電圧はマイナスとなる。

これに対し、ロータ２０が回転することによりパルサ２２の外周面２２ａから遠ざかりスペーサ２４に近づくにしたがって、センサヘッド３４に対向するスペーサ２４の外周面の面積は増加していく。この結果、このセンサヘッド３４を介して、うず電流により発生した、巻回されたコイル３８の内部を通過する磁束は増加していく。しかし、うず電流による磁束がコイル３８を貫く方向は永久磁石３６による磁束が貫く方向と逆方向であるため、うず電流によりコイルを通過する磁束が増加するにしたがって、出力電圧はさらに減少する。

以上より、パルサ２２より導電率の高い材料により形成されたスペーサ２４が、隣り合うパルサの間に設けられることにより、回転センサ５０の出力電圧は、永久磁石３６による磁束φとうず電流による磁束αを合計した磁束の磁束変化率であるｄ（φ−α）／ｄｔに比例することになる。このため、出力電圧をＶとして定数をａとすると、Ｖ＝ａ＊ｄ（φ−α）／ｄｔとなる。永久磁石３６による磁束φとうず電流による磁束αは磁束がヨーク３２を貫く方向が逆方向であるため符号が逆となるが、磁束φの磁束変化率がプラスになる場合は磁束αの磁束変化率がマイナスになり、磁束φの磁束変化率がマイナスになる場合は逆に磁束αの磁束変化率がプラスになることから、結果として出力電圧は大きくなる。

これにより、ロータ２０が回転することにより、出力電圧は図４（ｂ）に示すように、パルサ２２による出力電圧Ｖ＝ａ＊ｄφ／ｄｔに、スペーサ２４による出力電圧ａ＊ｄα／ｄｔであるΔＶだけ、出力電圧の絶対値が大きくなる。これにより、例えば車両１０の低速走行時などにおける車両速度の検出精度の低下を抑制することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。

回転センサ５０は、ＡＢＳ車輪速センサとしても使用することができる。この場合、回転センサ５０は、車輪１２の各々のハブなどの回転部材に設けることにより、各車輪の回転速度を検出することができる。検出された各車輪の回転速度は、ＥＣＵ１００に出力され、ＥＣＵ１００は、入力を受けた回転センサ５０の検出結果に基づいて、各車輪に最適な制動力を与えるよう、油圧システムを制御する。

回転センサ５０はホールＩＣ型センサとして構成されてもよい。この場合、検出部４０内に設けられたホールＩＣの磁気センサにより磁束が検出され、検出結果はデジタル信号としてＥＣＵ１００に出力される。

本実施形態にかかる回転センサが適用された車両の全体構成図である。本実施形態にかかる回転センサの構成を示す図である。互いに隣り合うパルサ同士の間にスペーサが設けられていない場合を示す図であり、（ａ）はロータとセンサヘッドの関係を示す図であり、（ｂ）はこの場合の出力電圧を示す図である。パルサの間にスペーサが設けられた場合を示す図であり、（ａ）はロータとセンサヘッドの関係を示す図であり、（ｂ）はこの場合の出力電圧を示す図である。

符号の説明

１０車両、１２車輪、２０ロータ、２２パルサ、２４スペーサ、３２ヨーク、３４センサヘッド、３６永久磁石、３８コイル、４０検出部、５０回転センサ、１００電子制御ユニット。

Claims

磁性体により形成される複数の歯部を外周に有する回転体と、前記回転体の外周に対向して設けられ、前記回転体が回転することにより生じる磁束変化を検出する検出手段とを備える回転センサにおいて、
前記回転体は、互いに隣り合う歯部同士の間に、前記歯部より導電率の高い材料により形成されたスペーサを有することを特徴とする回転センサ。
前記スペーサは銅系材料により形成されたことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の回転センサ。
前記スペーサは、隣り合う歯部の外周面と連続するように形成された外周面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転センサ。