JP2009198427A - Rotational speed detector - Google Patents

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JP2009198427A
JP2009198427A JP2008042611A JP2008042611A JP2009198427A JP 2009198427 A JP2009198427 A JP 2009198427A JP 2008042611 A JP2008042611 A JP 2008042611A JP 2008042611 A JP2008042611 A JP 2008042611A JP 2009198427 A JP2009198427 A JP 2009198427A
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rotation
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Toru Takehara
徹 竹原
Tatsuo Wakabayashi
達男 若林
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NSK Ltd
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NSK Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotational speed detector capable of compensating a change with time of an error of each pole in an encoder and always obtaining correct signal accuracy. <P>SOLUTION: The rotational speed detector includes the encoder, a rotation detecting sensor, and a computing unit 102 for processing an output signal from the rotation detecting sensor and detecting a rotational speed of a rotary member. The computing unit 102 has a function of obtaining a size of a pitch between each s pole and each n pole while the encoder turns one rotation, a function of obtaining a phase related to a rotation direction of other parts of the s and n poles using a part having a pitch largely different from that of other parts as a reference, a function of correcting a pitch error between the s and n poles to obtain the rotational speed of the rotary member, and a correcting function of periodically calculating to compensate the time with change of the encoder to correct the stored encoder error. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば各種車両(自動車、鉄道車両)の車輪の回転速度を検出するため或いは各種産業機械の回転軸の回転速度を検出するための回転速度検出装置に関する。   The present invention relates to a rotation speed detection device for detecting, for example, the rotation speed of wheels of various vehicles (automobiles, railway vehicles) or for detecting the rotation speed of a rotation shaft of various industrial machines.

アンチロックブレーキシステム(ABS)やトラクションコントロールシステム(TCS)を制御するためには、転がり軸受ユニットにより懸架装置に支持された車輪の回転速度を検出する必要がある。また、各種産業機械を適切に運転するために、当該産業機械の回転軸の回転速度を検出する必要がある。このため、従来から、各種回転速度検出装置が提案され、実際に使用されている。例えば、特許文献1には、図6および図7に示すような回転速度検出装置が記載されている。   In order to control the anti-lock brake system (ABS) and the traction control system (TCS), it is necessary to detect the rotational speed of the wheel supported by the suspension device by the rolling bearing unit. Moreover, in order to drive various industrial machines appropriately, it is necessary to detect the rotational speed of the rotating shaft of the industrial machine. For this reason, various rotational speed detection devices have been proposed and used in practice. For example, Patent Document 1 describes a rotational speed detection device as shown in FIGS. 6 and 7.

この回転速度検出装置は、使用時にも回転しない静止部材であるハウジング1の内径側に、使用時に回転する回転部材である回転軸2を、軸受3により回転自在に支持している。また、この回転軸2の外周面とハウジング1の内周面との間の空間4の端部開口を、組み合わせシールリング5により塞いでいる。そして、この組み合わせシールリング5を構成するスリンガ6の外側面に、円輪状のエンコーダ7を添着している。このエンコーダ7は、ゴム磁石等の永久磁石で、軸方向に着磁されている。着磁方向は、円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。従って、エンコーダ7の外側面にはN極とS極とが交互に且つ等間隔で配置されている。これらN極とS極との組み合わせ数は、全周で20〜60としている。従って、エンコーダ7の全周に関して、N極とS極との境界は40〜120個所存在する。   This rotational speed detection device rotatably supports a rotating shaft 2, which is a rotating member that rotates during use, on the inner diameter side of a housing 1 that is a stationary member that does not rotate during use. Further, the end opening of the space 4 between the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 and the inner peripheral surface of the housing 1 is closed by the combination seal ring 5. An annular encoder 7 is attached to the outer surface of the slinger 6 constituting the combination seal ring 5. The encoder 7 is a permanent magnet such as a rubber magnet and is magnetized in the axial direction. The magnetization direction is changed alternately and at equal intervals in the circumferential direction. Accordingly, N poles and S poles are alternately arranged at equal intervals on the outer surface of the encoder 7. The number of combinations of these N poles and S poles is 20 to 60 on the entire circumference. Accordingly, there are 40 to 120 boundaries between the N pole and the S pole with respect to the entire circumference of the encoder 7.

一方、ハウジング1には回転速度検出センサ8を支持し、この回転速度検出センサ8の検出部をエンコーダ7の被検出面である外側面に近接対向させている。回転速度検出センサ8は、ホール素子、磁気抵抗素子(MR素子)等、磁束の方向や強さに応じて特性が変化する磁気検出素子を備え、この磁気検出素子の特性変化に対応して出力信号を変化させる。回転軸2が回転すると、回転速度検出センサ8の検知部の端面近傍を、エンコーダ7の外側面に配置されたS極とN極とが交互に通過する。このため、回転速度検出センサ8に組み込んだ磁気検出素子の特性が変化し、この回転速度検出センサ8の出力が変化する。このようにして回転速度検出センサ8の出力が変化する周波数は、回転軸2の回転速度に比例する。   On the other hand, a rotation speed detection sensor 8 is supported on the housing 1, and a detection portion of the rotation speed detection sensor 8 is made to face and face an outer surface that is a detection surface of the encoder 7. The rotational speed detection sensor 8 includes a magnetic detection element whose characteristics change according to the direction and strength of the magnetic flux, such as a Hall element, a magnetoresistive element (MR element), etc., and outputs in response to the change in the characteristics of the magnetic detection element. Change the signal. When the rotating shaft 2 rotates, the S pole and the N pole arranged on the outer surface of the encoder 7 alternately pass through the vicinity of the end face of the detection portion of the rotation speed detection sensor 8. For this reason, the characteristics of the magnetic detection element incorporated in the rotational speed detection sensor 8 change, and the output of the rotational speed detection sensor 8 changes. The frequency at which the output of the rotational speed detection sensor 8 changes in this way is proportional to the rotational speed of the rotary shaft 2.

したがって、この回転速度検出センサ8の出力を図示しない処理回路に送れば、回転軸2の回転速度を求める(或はこの回転速度に見合う信号を得る)ことができる。なお、この処理回路で、回転速度検出センサ8の出力信号に基づいて回転軸2の回転速度を求めるには、この出力信号の変化の周期から求める方法と、単位時間当たり変化の回数(周波数)とから求める方法とがある。回転速度は、前記周期と反比例し、周波数とは比例する。また、図示しないが、特許文献2には、自動車の車輪の回転速度を検出するために使用する、同様の構造を有する回転速度検出装置が記載されている。   Therefore, if the output of the rotational speed detection sensor 8 is sent to a processing circuit (not shown), the rotational speed of the rotating shaft 2 can be obtained (or a signal commensurate with the rotational speed can be obtained). In this processing circuit, in order to obtain the rotational speed of the rotating shaft 2 based on the output signal of the rotational speed detection sensor 8, a method of obtaining from the change cycle of the output signal and the number of changes (frequency) per unit time. There is a method to ask from. The rotational speed is inversely proportional to the period and proportional to the frequency. Although not shown, Patent Document 2 describes a rotational speed detection device having a similar structure that is used to detect the rotational speed of a vehicle wheel.

しかしながら、回転軸2等の回転部材の回転速度をリアルタイムで求めるためには、この回転速度を、回転速度検出センサ8の出力信号の変化の周期から求めることが好ましい。この変化の周波数から求めるのでは、この周期の数倍乃至は数十倍の所定時間(単位時間)毎にしか、前記回転速度を求めることができない。このため、求めた回転速度とその瞬間の回転速度との間に差が生じ易く、求めた回転速度によりABSやTCSを適切に制御することができない。これに対して、前記出力信号の変化の周期から回転速度を求めれば、求めた回転速度とその瞬間の回転速度との間の差を殆どなくすことができて、求めた回転速度によりABSやTCSを適切に制御することができる。   However, in order to obtain the rotation speed of the rotation member such as the rotation shaft 2 in real time, it is preferable to obtain this rotation speed from the cycle of change of the output signal of the rotation speed detection sensor 8. By calculating from the frequency of this change, the rotational speed can be determined only every predetermined time (unit time) that is several times to several tens of times the period. For this reason, a difference is likely to occur between the obtained rotational speed and the instantaneous rotational speed, and the ABS and TCS cannot be appropriately controlled by the obtained rotational speed. On the other hand, if the rotational speed is obtained from the period of change of the output signal, the difference between the obtained rotational speed and the instantaneous rotational speed can be almost eliminated, and the ABS or TCS can be determined depending on the obtained rotational speed. Can be controlled appropriately.

ただし、前記出力信号の変化の周期から回転速度を正確に求めるためには、エンコーダ7の被検出部の特性が円周方向に変化するピッチを正確に規制する必要がある。回転速度が同じとしても、このピッチが設計値よりも長いと前記出力信号の変化の周期が長くなり、このピッチが短いとこの周期が短くなる。このため、エンコーダ7の被検出部の特性が変化するピッチが、回転速度検出センサ8の検出部と対向する部分で全周にわたって等しいことが、前記出力信号の変化の周期から回転速度を正確に求めるために必要になる。   However, in order to accurately obtain the rotation speed from the change cycle of the output signal, it is necessary to accurately regulate the pitch at which the characteristic of the detected portion of the encoder 7 changes in the circumferential direction. Even if the rotational speed is the same, if the pitch is longer than the design value, the period of change of the output signal becomes longer, and if the pitch is shorter, the period becomes shorter. For this reason, the pitch at which the characteristics of the detected portion of the encoder 7 changes is equal over the entire circumference in the portion facing the detection portion of the rotational speed detection sensor 8, so that the rotational speed can be accurately determined from the cycle of the change in the output signal. Necessary for seeking.

これに対して、前記ピッチは、次の(1)および(2)に示した2通りの理由により、円周方向に関して不同になる可能性がある。
(1)エンコーダ7の製造誤差
(2)エンコーダ7の組み付け誤差
ここで、(1)は、エンコーダ7の着磁方向を変化させるピッチが円周方向に関して不均一になる等で生じる。例えば、図8は、エンコーダ7の着磁面に存在するS極とN極とのピッチ誤差の一例を模式的に示している。このような図8に示すように、これらS極とN極とのピッチは、標準値に比べて最大で2%程度ずれる場合がある。
On the other hand, the pitch may be unequal with respect to the circumferential direction for the following two reasons (1) and (2).
(1) Manufacturing error of encoder 7 (2) Assembly error of encoder 7 Here, (1) occurs because the pitch for changing the magnetization direction of the encoder 7 becomes nonuniform in the circumferential direction. For example, FIG. 8 schematically shows an example of the pitch error between the S pole and the N pole existing on the magnetized surface of the encoder 7. As shown in FIG. 8, the pitch between these S poles and N poles may deviate by about 2% at the maximum compared to the standard value.

また、(2)は、エンコーダ7の被検出部の幾何中心と回転中心とがずれることで生じる。この被検出部の着磁幅は、径方向外方に向かう程広くなるので、上記両中心がずれると、S極とN極とが変化するピッチが円周方向に関して不均一になる。何れにしても、変化のピッチが円周方向に関して不均一になると、回転速度検出センサ8の出力信号の変化の周期から回転速度を正確に求めることができなくなる。   Further, (2) occurs when the geometric center and the rotation center of the detected portion of the encoder 7 are shifted. Since the magnetization width of the detected portion becomes wider toward the outer side in the radial direction, the pitch at which the S pole and the N pole change becomes nonuniform in the circumferential direction when both the centers are shifted. In any case, if the change pitch becomes non-uniform in the circumferential direction, the rotation speed cannot be accurately obtained from the change cycle of the output signal of the rotation speed detection sensor 8.

勿論、エンコーダの加工精度および組み付け精度を向上させれば、前記変化のピッチを円周方向に関して均一にし、回転速度検出センサの出力信号の変化の周期から回転速度を正確に求めることは可能である。ただし、加工および組み付けの両精度を何れも十分に向上させる必要があり、コストが嵩むことが避けられない。   Of course, if the processing accuracy and assembly accuracy of the encoder are improved, the pitch of the change can be made uniform in the circumferential direction, and the rotation speed can be accurately obtained from the change period of the output signal of the rotation speed detection sensor. . However, it is necessary to sufficiently improve both the accuracy of processing and assembly, and it is inevitable that the cost increases.

そこで、特許文献3では、回転部材の回転速度をリアルタイムで且つ正確に求められるように、永久磁石製エンコーダの一部に、着磁誤差では生じ得ない程度に大きなピッチ誤差を有する特定領域を設け、この特定領域を利用して、非特定領域部分のS極及びN極のピッチと、回転方向に関する位相とを関連付け、メモリに記憶させるようにしている。そして、回転速度検出時には、実際のピッチと、回転速度検出センサの出力信号の周期とに基づいて、前記回転速度を算出するようにしている。   Therefore, in Patent Document 3, a specific region having a pitch error that is not so large as to be generated by a magnetization error is provided in a part of the permanent magnet encoder so that the rotation speed of the rotating member can be accurately obtained in real time. Using the specific area, the pitches of the S pole and N pole in the non-specific area and the phase in the rotation direction are associated with each other and stored in the memory. When the rotational speed is detected, the rotational speed is calculated based on the actual pitch and the period of the output signal of the rotational speed detection sensor.

特開平8−338435号公報JP-A-8-338435 特開2002−155962号公報JP 2002-155962 A 特開2004−354101号公報JP 2004-354101 A

前記特許文献3は、エンコーダを用いて、原点を検出できる形での回転検出装置を作成し、各極の誤差を記憶して、速度信号の補正を行なうことの有効性を示している。しかしながら、エンコーダは、表面の摩耗や傷の発生、ゴムや接着剤の劣化により、誤差が経時的に変化することがある。したがって、初期の誤差だけを記憶して信号を補正しても、その補正された信号精度は経時的に悪化してしまう虞がある。   Patent Document 3 shows the effectiveness of using a encoder to create a rotation detection device capable of detecting the origin, storing the error of each pole, and correcting the speed signal. However, errors in encoders may change over time due to surface wear and scratches, and deterioration of rubber and adhesives. Therefore, even if only the initial error is stored and the signal is corrected, the corrected signal accuracy may deteriorate with time.

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、エンコーダにおける各極の誤差の経時的変化を補償して、常に正確な信号精度が得られる回転速度検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a rotational speed detection device that always compensates for changes in errors of each pole in an encoder and can always obtain accurate signal accuracy. .

前記目的を達成するために、本発明の回転速度検出装置は、回転部材にこの回転部材の回転中心と同心に支持された永久磁石製エンコーダと、前記永久磁石製エンコーダの被検出面に検出部を対向させた回転検出センサと、前記回転検出センサの出力信号を処理して前記回転部材の回転速度を検出する演算器とを備え、前記永久磁石製エンコーダは、永久磁石により全体を円環状に造られ、回転中心をその中心とする単一円弧上にS極とN極とを交互に且つ所定のピッチで配置するとともに、円周方向に関して少なくとも1個所のピッチを他の部分のピッチに対し誤差に基づいて生じ得る差よりも大きく異ならせて成り、前記演算器は、前記永久磁石製エンコーダが1回転する間の各S極とN極とのピッチの大きさを求める機能と、これら各S極とN極との他の部分の回転方向に関する位相を、他の部分と大きく異なるピッチを有する部分を基準として求める機能と、前記各S極とN極とのピッチ誤差を補正して上記回転部材の回転速度を求める機能と、エンコーダの経時的変化を補償するために定期的に演算を行ない、記憶しているエンコーダの誤差を補正する補正機能とを有していることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the rotational speed detection device of the present invention includes a permanent magnet encoder supported on a rotating member concentrically with the rotation center of the rotating member, and a detection unit on a detection surface of the permanent magnet encoder. And a calculator for processing the output signal of the rotation detection sensor to detect the rotation speed of the rotating member, and the permanent magnet encoder is formed into an annular shape by a permanent magnet. S poles and N poles are alternately arranged at a predetermined pitch on a single arc centered on the center of rotation, and at least one pitch in the circumferential direction is set to the pitch of other portions. The arithmetic unit is configured to obtain a pitch size between each S pole and N pole during one rotation of the permanent magnet encoder, and each of these functions. A function for obtaining the phase in the rotation direction of the other parts of the pole and the N pole on the basis of a part having a pitch that is significantly different from the other parts, and correcting the pitch error between each S pole and the N pole, and It is characterized by having a function for obtaining the rotation speed of the member and a correction function for performing a calculation periodically to compensate for the change over time of the encoder and correcting the stored encoder error.

本発明によれば、エンコーダの被検出面に配置したS極とN極とのピッチ誤差を補正できる。すなわち、このエンコーダの被検出面のうちでS極とN極との境界部が回転速度検出センサの検出部を通過する毎に、前記エンコーダの回転速度を算出もしくはこの回転速度に対応する信号を出力して、この回転速度をほぼリアルタイムで求めても、前記エンコーダの被検出面に存在するS極とN極とのピッチ誤差に拘らず、このピッチ誤差を補正した信号を得られる。このため、エンコーダの製造誤差や組み付け誤差に関係なく、前記回転速度を正確に求められる。また、これに加え、エンコーダの経時的変化を補償するために定期的に演算を行ない、記憶しているエンコーダの誤差を補正するようにしているので、常に正確な信号精度が得られる。   According to the present invention, it is possible to correct a pitch error between the S pole and the N pole arranged on the detection surface of the encoder. That is, every time the boundary between the S pole and the N pole of the detected surface of the encoder passes through the detection section of the rotational speed detection sensor, the rotational speed of the encoder is calculated or a signal corresponding to the rotational speed is calculated. Even if the rotation speed is output and obtained in almost real time, a signal in which this pitch error is corrected can be obtained regardless of the pitch error between the S pole and the N pole existing on the detected surface of the encoder. For this reason, the said rotational speed can be calculated | required correctly irrespective of the manufacture error and assembly | attachment error of an encoder. In addition to this, computation is performed periodically to compensate for changes in the encoder over time, and errors in the stored encoder are corrected, so that accurate signal accuracy is always obtained.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の回転速度検出装置を構成する永久磁石製エンコーダの一実施形態として、エンコーダ7aの着磁面に存在するS極とN極とのピッチ誤差を、模式的に示している。本実施形態の場合、円周方向に関して1個所部分である特定領域9(斜格子部分)のピッチを、標準値(前記S極とN極とのピッチが総て等しいと仮定した場合のピッチ)よりも5%程度大きくしている。これに対して他の部分である非特定領域10部分でのピッチは、製造コストが徒に嵩まない範囲で、できるだけ等しくなる様に着磁している。ただし、非特定領域10部分での各S極およびN極ピッチと前記標準値との誤差は、0.2〜2.0%程度存在する。また、この非特定領域10の部分での誤差の方向(+であるか、或は−であるか)は様々である。ただし、この非特定領域10部分での誤差の大きさが、特定領域9部分の誤差よりも大きくなることはない。従って、エンコーダ7aの回転方向に関して、特定領域9部分の位置は確実に特定できる。なお、この特定領域9のピッチ誤差は、非特定領域10との区別を確実に行なえる限り、小さくすることが好ましい。従って、特定領域9のピッチ誤差は、最大でも10%程度に抑えることが現実的である。ただし、非特定領域10のピッチ誤差が大きくなる可能性があれば、特定領域9のピッチ誤差も、それ以上に大きくする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows a pitch error between an S pole and an N pole existing on the magnetized surface of an encoder 7a as an embodiment of a permanent magnet encoder constituting the rotational speed detection device of the present invention. . In the case of the present embodiment, the pitch of the specific region 9 (oblique lattice portion) that is one portion with respect to the circumferential direction is a standard value (a pitch when it is assumed that the pitches of the S pole and the N pole are all equal). Is about 5% larger. On the other hand, the pitch in the non-specific region 10 which is another part is magnetized so as to be as equal as possible within a range where the manufacturing cost does not increase. However, an error between each S pole and N pole pitch in the non-specific region 10 and the standard value is about 0.2 to 2.0%. Further, the error direction (whether it is + or-) in this non-specific area 10 is various. However, the magnitude of the error in the non-specific area 10 portion does not become larger than the error in the specific area 9 portion. Therefore, the position of the specific region 9 can be reliably specified with respect to the rotation direction of the encoder 7a. The pitch error of the specific area 9 is preferably small as long as it can be reliably distinguished from the non-specific area 10. Therefore, it is realistic to suppress the pitch error of the specific region 9 to about 10% at the maximum. However, if there is a possibility that the pitch error of the non-specific region 10 becomes large, the pitch error of the specific region 9 is also increased further.

前述したように構成する本実施形態の永久磁石製のエンコーダ7aを使用すれば、このエンコーダ7aの被検出面に検出部を対向させた回転速度検出センサから、この被検出面に配置したS極とN極とのピッチ誤差分を補正した信号を得られる。すなわち、この被検出面の着磁ピッチに、実際には図1の(a)に示すように誤差が存在するにも拘らず、前記回転速度検出センサからの信号に基づいて得られる回転速度の測定値を、図1の(b)に示すように誤差が存在しない場合と同様の値に補正できる。従って、このエンコーダ7aを支持した回転部材の回転速度を、ほぼリアルタイムで、しかも正確に測定できる。   If the permanent magnet encoder 7a of the present embodiment configured as described above is used, an S pole disposed on the detected surface is detected from a rotational speed detection sensor having a detection portion opposed to the detected surface of the encoder 7a. A signal in which the pitch error between the N pole and the N pole is corrected can be obtained. In other words, the rotation speed obtained based on the signal from the rotation speed detection sensor is present even though there is an error in the magnetization pitch of the surface to be detected as shown in FIG. The measured value can be corrected to the same value as when no error exists as shown in FIG. Therefore, the rotational speed of the rotary member that supports the encoder 7a can be measured almost accurately in real time.

すなわち、エンコーダ7aの被検出面に回転速度検出センサの検出面を対向させた状態で、前記回転部材と共にエンコーダ7aを回転させれば、前記回転速度検出センサの出力信号が、前記被検出面に存在するS極とN極とのピッチに応じて変化する。この変化の周期は、ピッチに応じて異なる。一方、特定領域9部分を基準とする、非特定領域10に存在するS極或はN極の回転方向に関する位相も、前記作業により知ることができる。従って、特定領域9部分から前記回転速度検出センサの出力信号がk回変化した場合にこの回転速度検出センサの検出部が対向している部分のピッチが標準値に対してどの程度ずれているかを、全て特定することができる。そして、全ての部分(特定領域9および非特定領域10)に関して、S極とN極とのピッチの誤差を勘案して、前記回転部材の回転速度を算出できる。   That is, if the encoder 7a is rotated together with the rotating member while the detection surface of the rotation speed detection sensor is opposed to the detection surface of the encoder 7a, the output signal of the rotation speed detection sensor is applied to the detection surface. It changes according to the pitch of the existing S pole and N pole. The period of this change varies depending on the pitch. On the other hand, the phase relating to the rotation direction of the S pole or N pole existing in the non-specific area 10 with reference to the specific area 9 portion can also be known by the above operation. Therefore, when the output signal of the rotational speed detection sensor changes k times from the specific region 9 part, how much the pitch of the part of the rotational speed detection sensor facing the detection part is deviated from the standard value. , All can be specified. The rotation speed of the rotating member can be calculated in consideration of the pitch error between the S pole and the N pole for all the parts (specific area 9 and non-specific area 10).

このように本実施形態によれば、エンコーダ7aの被検出面のうちでS極とN極との境界部が回転速度検出センサの検出部を通過する毎(着磁領域の1ピッチ毎)に、エンコーダ7aを支持した回転部材の回転速度を算出もしくはこの回転速度に対応する信号を出力して、この回転速度をほぼリアルタイムで求めても、エンコーダ7aの被検出面に存在するS極とN極とのピッチ誤差に拘らず、このピッチ誤差を修正した信号を得られる。このため、エンコーダ7aの製造誤差や、前記回転部材に対するこのエンコーダ7aの組み付け誤差に関係なく、前記回転速度を正確に求められる。なお、特定領域9は、円周方向に関して1個所のみ設ければ十分であるが、2個所以上設けることもできる。ただし、この場合には、各特定領域を円周方向に関して不等間隔に配置する等、各特定領域を識別できるようにする。   As described above, according to the present embodiment, every time the boundary between the S pole and the N pole passes through the detection portion of the rotation speed detection sensor in the detected surface of the encoder 7a (every pitch of the magnetized region). Even if the rotation speed of the rotating member that supports the encoder 7a is calculated or a signal corresponding to this rotation speed is output and the rotation speed is obtained in almost real time, the S pole and N present on the detected surface of the encoder 7a Regardless of the pitch error with the pole, a signal with this pitch error corrected can be obtained. For this reason, the rotational speed can be accurately obtained regardless of the manufacturing error of the encoder 7a and the assembly error of the encoder 7a with respect to the rotating member. Note that it is sufficient that only one specific region 9 is provided in the circumferential direction, but two or more specific regions 9 may be provided. However, in this case, the specific areas can be identified by arranging the specific areas at unequal intervals in the circumferential direction.

なお、全てのS極およびN極に関する、前記中心角ピッチと位相との記憶動作は、エンコーダ7aの被検出面に回転速度検出センサの検出部を対向させた状態で、このエンコーダ7aを支持した回転部材を一定速度で1回転以上回転させることにより行なう。このようにして、エンコーダ7aの被検出面に配置した多数の(それぞれ20〜60ずつの)S極とN極との中心角ピッチを、回転方向に関する位相と関連付けてメモリ(記憶装置・・・図5参照)100に記憶させる。この作業は、より具体的には、例えば図2に示すようにして行なう。すなわち、エンコーダ7aを支持した回転部材を一定速度で1回転以上回転させつつ、前記回転速度検出センサの出力信号が変化する周期t、および、エンコーダ7aが1回転するのに要する時間tを観察する。S極とN極との境界の数で、特定領域9から数えてk(=1〜n)番目の境界から始まるS極或はN極に対応する、これらS極或はN極の中心角ピッチθは、θ=2π・t/tで表される。そこで、これらS極或はN極の中心角ピッチθに関する情報を、それぞれn/2個ずつ、合計n個のS極及びN極の全てにおいて、特定領域9を基準とする回転方向に関する位相(k番目である事)の情報と共に、メモリ100に記憶させる。 The storage operation of the central angle pitch and phase for all the S poles and N poles was supported with the encoder 7a supported with the detection portion of the rotation speed detection sensor facing the detection surface of the encoder 7a. This is done by rotating the rotating member at a constant speed one or more times. In this way, the memory (storage device...) Associates the central angle pitch between a large number of S poles and N poles (each 20 to 60) arranged on the detection surface of the encoder 7a with the phase in the rotation direction. (See FIG. 5). More specifically, this operation is performed as shown in FIG. That is, the period t k at which the output signal of the rotational speed detection sensor changes and the time t 0 required for the encoder 7a to make one rotation while rotating the rotating member that supports the encoder 7a one or more times at a constant speed are set. Observe. The number of boundaries between the S pole and the N pole, and the central angle of these S or N poles corresponding to the S pole or N pole starting from the k (= 1 to n) th boundary counted from the specific region 9 The pitch θ k is represented by θ k = 2π · t k / t 0 . Therefore, information about the central angle pitch theta k of S-pole or N-pole, respectively n / 2 pieces each, in all the sum of n S and N poles, the phase associated with the direction of rotation relative to the specific region 9 The information is stored in the memory 100 together with the (k-th) information.

エンコーダ7aを支持した回転部材の回転速度を検出する場合には、このエンコーダ7aの被検出面にその検出部を対向させた、前記回転速度検出センサの出力信号が変化する周期を観察する。この回転速度検出センサの出力信号は、例えば図3に示すように変化する。この場合に、S極とN極との境界の数で、特定領域9から数えてk(=1〜n)番目の境界から始まるS極或はN極に対応する周期がT
であり、当該S極或はN極の中心角ピッチがθであるとした場合、前記回転部材の回転速度Sは「S∝θ/T」で表される。この中心角ピッチθは前述したように、各S極およびN極毎に全て分かっているので、前記回転速度を正確に求められる。また、前記周期Tは、エンコーダ7aが1回転する間に40〜120回測定できるので、前記回転速度をほぼリアルタイムで求めることができる。
When detecting the rotation speed of the rotating member that supports the encoder 7a, the period of change in the output signal of the rotation speed detection sensor is observed, with the detection unit facing the detection surface of the encoder 7a. The output signal of this rotational speed detection sensor changes as shown in FIG. 3, for example. In this case, the number of boundaries between the S pole and the N pole, and the period corresponding to the S pole or the N pole starting from the kth (= 1 to n) th boundary counted from the specific region 9 is T k.
When the central angular pitch of the S pole or N pole is θ k , the rotational speed S of the rotating member is expressed as “S∝θ k / T k ”. As described above, since the center angle pitch θ k is all known for each S pole and N pole, the rotational speed can be accurately obtained. Further, since the period T k can be measured 40 to 120 times during one rotation of the encoder 7a, the rotation speed can be obtained almost in real time.

次に、前記永久磁石製エンコーダが設置された転がり軸受ユニットの一例を図4を参照しながら説明する。本例は、自動車の車輪用の転がり軸受ユニットに本発明を適用して、車輪の回転速度検出を行なえるようにしたものである。この転がり軸受ユニットは、回転側軌道輪であるハブ11の外周面に形成した、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道12、12と、静止側軌道輪である外輪13の内周面に形成した、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道14、14との間に、それぞれが転動体である玉15、15を複数個ずつ、転動自在に設けている。ハブ11は、ハブ本体16の端部に内輪17を外嵌固定して成る。図示の例は、駆動輪用の転がり軸受ユニットであるため、ハブ本体16の中心部に設けたスプライン孔18内に、等速ジョイント19に付属のスプライン軸20を挿入している。   Next, an example of a rolling bearing unit in which the permanent magnet encoder is installed will be described with reference to FIG. In this example, the present invention is applied to a rolling bearing unit for a wheel of an automobile so that the rotational speed of the wheel can be detected. This rolling bearing unit is formed on the outer peripheral surface of a hub 11 that is a rotation side raceway, and the inner peripheral surfaces of double row inner ring races 12 and 12 that are rotation side raceways and the outer ring 13 that is a stationary side raceway. A plurality of balls 15, 15 each of which is a rolling element are provided so as to be freely rollable between the double-row outer ring raceways 14, 14 each formed as a stationary side track. The hub 11 is formed by fitting and fixing an inner ring 17 to an end portion of the hub body 16. Since the illustrated example is a rolling bearing unit for driving wheels, a spline shaft 20 attached to a constant velocity joint 19 is inserted into a spline hole 18 provided at the center of the hub body 16.

前述のような転がり軸受ユニットに本発明を適用するために、内輪17の端部外周面にエンコーダ7aを支持したスリンガ6に外嵌固定し、外輪13の端部に外嵌固定したケース21に回転速度検出センサ22を保持している。このケース21は、金属板を曲げ形成することにより全体を円環状に造られたもので、回転速度検出センサ22を保持する部分のみを軸方向に膨らませて、当該部分を保持部23としている。回転速度検出センサ22およびエンコーダ7aの構造及び作用は、前述の図1〜図3により説明した通りである。   In order to apply the present invention to the rolling bearing unit as described above, a case 21 that is externally fitted and fixed to the slinger 6 that supports the encoder 7 a on the outer peripheral surface of the end of the inner ring 17 and is fixed to the end of the outer ring 13. The rotation speed detection sensor 22 is held. The case 21 is formed in an annular shape by bending a metal plate, and only the portion that holds the rotational speed detection sensor 22 is inflated in the axial direction, and the portion serves as the holding portion 23. The structure and operation of the rotational speed detection sensor 22 and the encoder 7a are as described with reference to FIGS.

また、本実施形態では、エンコーダ7aにおける各極の誤差の経時的変化を補償して、常に正確な信号精度が得られるようにするため、演算器(CPU・・・図5参照)102は、エンコーダ7aの経時的変化を補償するために定期的に演算を行ない、記憶しているエンコーダ7aの誤差を補正する補正機能を有している。なお、演算器102は、前述した機能、すなわち、永久磁石製エンコーダが1回転する間の各S極とN極とのピッチの大きさを求める機能、これら各S極とN極との他の部分の回転方向に関する位相を、他の部分と大きく異なるピッチを有する部分を基準として求める機能、前記各S極とN極とのピッチ誤差を補正して上記回転部材の回転速度を求める機能も有している。   Further, in the present embodiment, in order to compensate for the change over time in the error of each pole in the encoder 7a and always obtain accurate signal accuracy, the arithmetic unit (CPU... See FIG. 5) 102 In order to compensate for the change over time of the encoder 7a, a calculation function is periodically performed to correct the stored error of the encoder 7a. The computing unit 102 has the functions described above, that is, a function for obtaining the magnitude of the pitch between each S pole and N pole during one rotation of the permanent magnet encoder, and other functions of each S pole and N pole. There is also a function for obtaining a phase related to the rotation direction of a part with reference to a part having a pitch that is significantly different from other parts, and a function for obtaining a rotational speed of the rotating member by correcting a pitch error between each of the S and N poles. is doing.

具体的に、演算器102の前記補正機能は、定期的に補正計算して、エンコーダの誤差を修正するものであるが、ここで、定期というのは、時間でも良いし、マイレージでも良く、両者を併合した方法でも良い。補正方法としては、Gセンサ104やステアリングの舵角(舵角センサ106)から直進且つほぼ一定速度であることを検知した上で、較正対象の1輪の信号(較正対象車輪回転センサ110からの信号)を他の3輪の回転速度または駆動軸の回転速度(他の車輪回転センサ112からの回転速度信号および他の速度センサ108からの信号)と比較して補正計算を行うなどの方法が考えられる(図5参照)。   Specifically, the correction function of the arithmetic unit 102 is to periodically perform correction calculation to correct an encoder error. Here, the period may be time or mileage. It is also possible to combine the two methods. As a correction method, it is detected from the G sensor 104 and the steering angle of the steering (steering angle sensor 106) that the vehicle travels straight and is at a substantially constant speed. Signal) is compared with the rotational speed of the other three wheels or the rotational speed of the drive shaft (the rotational speed signal from the other wheel rotation sensor 112 and the signal from the other speed sensor 108), and a correction calculation is performed. Possible (see FIG. 5).

より具体的には、本案のように、エンコーダのピッチ毎の速度制御を考え、車載制御で較正する場合、以下の4つの誤差要因を考える必要がある。
(1)エンコーダのピッチ毎の誤差の較正は、直進状態で実施する必要がある。直進状態であっても各タイヤの摩耗状態や空気圧の違いによる各タイヤ半径の違いにより、直進の判断は主としてGセンサと舵角センサを用いる。直進状態で、各車輪の回転速度差を測定することで、まず、車輪毎に持っている誤差の把握をする。
(2)次に、エンジンの1回転毎に発生する速度の増減の要素は、駆動軸回転センサや他の車輪速センサにも同様に発生するので、その平均的な増減の幅を使い、較正対象車輪速度信号の平均化補正を行う。平均化補正を行った信号を用いて(その車輪が一定回転した場合の仮想信号を作り出すことで)、エンコーダ自体の劣化や磁性粉の付着した時の各ピッチ誤差を求め、記憶装置に記憶する。この時、一気にデータを書き換えるのではなく、旧データとの補間値を記憶してもよい。
(3)実際に車両制御を行う時は、上記(2)の方法でエンジン1回転毎に発生する速度の増減を補正した仮想信号を用い、上記(1)で求めた各タイヤの摩耗状態や空気圧の違いによるタイヤ間の誤差の補正を行い、記憶装置に記憶されたエンコーダ自体の劣化や磁性粉の付着によるピッチ誤差を差し引くことで、実際の回転速度を評価する。
(4)タイヤの取り付け偏心により1周毎に発生する速度の増減については、タイヤ1周を周期として発生するので無理に補正することなく、エンコーダのピッチ誤差に加味して考えてもよいが、比較的他に比べて補正し易いので、補正を行えばなおよい。
More specifically, when the speed control for each pitch of the encoder is considered as in this proposal and the calibration is performed by the in-vehicle control, it is necessary to consider the following four error factors.
(1) The calibration of the error for each pitch of the encoder needs to be performed in a straight traveling state. Even in the straight traveling state, the G sensor and the rudder angle sensor are mainly used for the determination of the straight traveling due to the difference in tire radius due to the wear state of each tire and the difference in air pressure. By measuring the rotational speed difference of each wheel in a straight-running state, first, the error of each wheel is grasped.
(2) Next, the speed increase / decrease factor that occurs every revolution of the engine also occurs in the drive shaft rotation sensor and other wheel speed sensors in the same way. Averaging correction of the target wheel speed signal is performed. Using the signal that has been subjected to the averaging correction (by creating a virtual signal when the wheel rotates at a constant rate), the encoder itself is deteriorated and each pitch error when magnetic powder adheres is obtained and stored in the storage device. . At this time, instead of rewriting data at once, an interpolation value with the old data may be stored.
(3) When actually performing vehicle control, the wear state of each tire determined in (1) above is calculated using a virtual signal in which the increase / decrease in speed generated every engine revolution is corrected by the method (2) above. The actual rotational speed is evaluated by correcting the error between tires due to the difference in air pressure, and subtracting the pitch error due to the deterioration of the encoder itself and the adhesion of magnetic powder stored in the storage device.
(4) The increase / decrease in speed that occurs every lap due to tire mounting eccentricity occurs with one round of the tire as a period, so it may be considered by taking into account the pitch error of the encoder without forcibly correcting it, Since correction is relatively easy as compared with others, it is more preferable to perform correction.

以上説明したように、本実施形態の回転速度検出装置によれば、エンコーダの経時的変化を補償するために定期的に演算を行ない、記憶しているエンコーダの誤差を補正するようにしているので、常に正確な信号精度が得られる。   As described above, according to the rotational speed detection device of the present embodiment, the calculation is periodically performed to compensate for the change over time of the encoder, and the stored encoder error is corrected. , Always accurate signal accuracy can be obtained.

本発明の回転速度検出装置を構成する永久磁石製エンコーダの一実施形態を示す被検出面の模式図である。It is a schematic diagram of the to-be-detected surface which shows one Embodiment of the encoder made from a permanent magnet which comprises the rotational speed detection apparatus of this invention. エンコーダのS極とN極との中心角ピッチを回転方向に関する位相と関連付けてメモリに記憶させる方法を説明するための線図である。It is a diagram for explaining a method of storing the central angle pitch between the S pole and the N pole of the encoder in a memory in association with the phase relating to the rotation direction. 回転速度検出センサの出力信号が変化する周期を示す線図である。It is a diagram which shows the period when the output signal of a rotational speed detection sensor changes. 永久磁石製エンコーダ付転がり軸受ユニットの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the roller bearing unit with an encoder made from a permanent magnet. エンコーダの経時的変化を補償するために定期的に演算を行ない、記憶しているエンコーダの誤差を補正する手段の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the means which correct | amends periodically in order to compensate the change with time of an encoder, and correct | amends the error of the memorize | stored encoder. 従来構造の一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing an example of conventional structure. 図6を右方から見た図である。It is the figure which looked at FIG. 6 from the right side. 永久磁石製エンコーダの着磁面に存在するS極とN極とのピッチ誤差の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the pitch error of the S pole and N pole which exist in the magnetized surface of the encoder made from a permanent magnet.

符号の説明Explanation of symbols

1 ハウジング
2 回転軸
7,7a エンコーダ
8 回転速度検出センサ
9 特定領域
10 非特定領域
11,11a ハブ
12 内輪軌道
13 外輪
14 外輪軌道
16,16a ハブ本体
17 内輪
22 回転速度センサ
100 メモリ(記憶装置)
102 CPU(演算器)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Rotating shaft 7, 7a Encoder 8 Rotational speed detection sensor 9 Specific area | region 10 Non-specific area | region 11, 11a Hub 12 Inner ring track 13 Outer ring 14 Outer ring track 16, 16a Hub main body 17 Inner ring 22 Rotational speed sensor 100 Memory (storage device)
102 CPU (calculator)

Claims (2)

回転部材にこの回転部材の回転中心と同心に支持された永久磁石製エンコーダと、
前記永久磁石製エンコーダの被検出面に検出部を対向させた回転検出センサと、
前記回転検出センサの出力信号を処理して前記回転部材の回転速度を検出する演算器と、
を備え、
前記永久磁石製エンコーダは、永久磁石により全体を円環状に造られ、回転中心をその中心とする単一円弧上にS極とN極とを交互に且つ所定のピッチで配置するとともに、円周方向に関して少なくとも1個所のピッチを他の部分のピッチに対し誤差に基づいて生じ得る差よりも大きく異ならせて成り、
前記演算器は、前記永久磁石製エンコーダが1回転する間の各S極とN極とのピッチの大きさを求める機能と、これら各S極とN極との他の部分の回転方向に関する位相を、他の部分と大きく異なるピッチを有する部分を基準として求める機能と、前記各S極とN極とのピッチ誤差を補正して上記回転部材の回転速度を求める機能と、エンコーダの経時的変化を補償するために定期的に演算を行ない、記憶しているエンコーダの誤差を補正する補正機能とを有していることを特徴とする回転速度検出装置。
A permanent magnet encoder supported on the rotating member concentrically with the rotation center of the rotating member;
A rotation detection sensor having a detection unit opposed to a detection surface of the permanent magnet encoder;
An arithmetic unit for processing the output signal of the rotation detection sensor to detect the rotation speed of the rotating member;
With
The encoder made of permanent magnets is made of a permanent magnet in an annular shape, and S poles and N poles are alternately arranged at a predetermined pitch on a single arc centered on the center of rotation. The pitch of at least one point with respect to the direction is different from the pitch of the other part to be greater than the possible difference based on the error,
The arithmetic unit has a function of obtaining the pitch size of each S pole and N pole during one rotation of the permanent magnet encoder, and a phase relating to the rotation direction of the other part of each S pole and N pole. For obtaining a rotation speed of the rotating member by correcting a pitch error between each of the S poles and the N poles, and a change with time of the encoder. And a correction function for correcting an error of the stored encoder, which is periodically calculated to compensate for the error.
前記永久磁石製エンコーダは、円周方向に関して少なくとも1個所のピッチを他の部分のピッチよりも大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の回転速度検出装置。   The rotational speed detection device according to claim 1, wherein the permanent magnet encoder has a pitch at least one greater than a pitch of other portions in the circumferential direction.
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