JP2011043492A - 磁気速度センサー及び該磁気速度センサーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフト上に複数の磁気部を含む回転シャフト用の速度センサーを提供する。
【解決手段】前記シャフトが、各磁気部からの磁場を出力し、シャフトの材料自体を磁気的に分極させることによって、磁気部がシャフト内に一体的に形成される。少なくとも一つの磁場センサーが、シャフトに近接して配置され、各磁気部からの磁場を検出し、シャフトが回転するにつれてシャフトの角速度に対応する信号を出力する。この信号が、シャフトの角速度を計算するために有用であり、計算された角速度値が、シャフトの角速度を調節するような際に有用であり、シャフトが使用されるシステムの性能を監視する、及び他の目的で使用される。
【選択図】図１−１

Description

本発明は、磁気速度センサーを用いた、回転シャフトの速度を測定するデバイスを対象とする。

回転シャフト用の速度センサーは、当技術分野において周知である。従来、このようなデバイスは、磁束の変化を表す検出可能な信号を形成するために、歯又は溝のようなシャフトの一部の周囲に何らかの特定の幾何学的構造の必要としていた。例えば、特許文献１では、乗り物の作動歯車（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）付近に取り付けられた適応車輪制動（ａｄａｐｔｉｖｅ ｂｒａｋｉｎｇ ｗｈｅｅｌ）速度センサーが開示されており、開示されたデバイスが、後輪軸に取り付けられた歯状リングを使用する。これらの歯が、リングの外側上おいて、円周方向に間隔をおいて配置される。磁鉄により形成されたＵ−字型コア部材を有する電磁ピックアップデバイスが、この歯に近接して広がり、歯の一つが端部に近い場合に（又は、歯の間の中間領域の一つが、近い場合に）、コア部材の端部が、感知する。後輪軸が回転するにつれ、リング及びその歯が回転し、コア部材内においてパルス電気出力を生成し、その周波数が、軸の回転速度に比例する。

特許文献２では、駆動軸用の車輪速度センサーが開示されており、開示されたデバイスが、ローター及び環状ステータ素子を備え、各々が、ステータ素子の内面上に形成されたスロットを画定する歯を有する。軸方向−分極円環状磁石が、磁束センサーで感知される磁束を提供する。磁束センサーが、センサーの軸と一致する軸を有する単純なマルチ−ターン巻線であってよい。ローターが、シャフトによって駆動され、ステータ素子と同軸上に位置され、入れ子構造とされる。素子のスロット及び歯が、共同的に、磁気回路内において、増加及び減少する時間−及び位置−可変磁束を形成し、これが、軸の角速度を示す。

上記特許発明におけるこれらの間隔をおいて配置されたギアの歯が、永久磁石又は電磁石によって提供されるような外部磁界源から磁化される。磁化された場合、ギアの歯が、それらが取り付けられたシャフトと共に回転し、処理されることが可能な正弦波−状の電気出力（電圧）信号を形成する。ホール（Ｈａｌｌ）センサー、フラックスゲートセンサーなどが、変動磁場を受けるようにギアの歯の最も近くに取り付けられる。例えば、特許文献３において議論されているように、これらのデバイスは、有用ではあるが、製造が困難であり且つ高価であることが知られている。

従って、いずれの突起部、くぼみ、歯状、溝又は他の物理的な具現化物若しくは変更物を必要とせず、このため、比較的速く且つコスト効率の良い方法で製造されることが可能な回転シャフト用の速度センサーが望ましい。

米国特許第３７６９５３３号明細書 米国特許第５２２３７６０号明細書 米国特許第６２０３４６４号明細書 米国特許第５３５１５５５号明細書 米国特許第５５２００５９号明細書

本発明の主要な目的は、高分解能であり、コスト効率が良く、速く製造することが可能な磁気速度センサーを用いた回転シャフトの速度を測定するための速度検出デバイスを提供することである。

本発明の他の目的は、別個の素子を必要としないシャフトを提供することであり、この別個の素子は、動的磁束を生成するように、シャフトの表面に対して起伏状である若しくはくぼみ−起伏状であり、シャフトの表面から突き出ており、又は、シャフトに取り付けられる。

本発明のさらに他の目的は、単にシャフトを回転させ、シャフト上に、強力で、局部的な傾斜磁場を印加する対となる磁石からの強力な磁気信号を使用することにより、回転シャフト速度センサーを製造する方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、従来技術のギア付き又は歯型デバイスと比較して、安価であり且つ製造に時間を要しない製造方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、全体にわたって概して均質な化学組成を有するシャフトから形成された速度センサーを形成する方法を提供することであり、そのような各領域にその各機能に適した磁気特性を与えることによって、その各機能に適した磁気特性を有する別個の活性及び受動的な領域を有する。

簡潔に述べると、回転可能なシャフト用の磁気速度センサーを形成する方法により、本願明細書において十分に説明され且つ具体化されるような、本発明の上記及び他の目的並びに利点が達成され、上記方法は、シャフト上に複数の磁気部を形成するステップであって、シャフトが回転するにつれて少なくとも一つの磁場センサーによって検出可能な磁場を発することが可能である磁気部を形成するステップと；シャフトが回転するにつれてシャフトの角速度に対応する信号を出力するためにシャフトの近くに少なくとも一つの磁場センサーを配置するステップとを含み、磁気部が、シャフト材料自体を磁気的に分極させることによってシャフト内に一体的に形成される。

本方法は、シャフトを提供するステップを含み、その一部が、第一に、実質的に、円周方向に向けられた磁気分極を与える。複数の磁気部が、実質的に同一の又は異なる外部磁場を生成するほぼ等間隔で離隔された磁気部である。離隔された磁気部が、シャフトの周囲に所定の角度でほぼ等間隔で離隔されており、５，１０，１５，３０，４５，６０，９０及び１２０度ずつ離れていてよい。複数の磁気部の各々が、所定の期間の間、磁気部の各位置でのシャフトの近くに配置される磁石の組を使用して形成される。

角速度センサーを操作する方法によって、本願明細書において十分に説明され且つ具体化されるような、本発明の上記及び他の目的並びに利点も達成される。

回転シャフトの速度を測定するための装置によって、本願明細書において十分に説明され且つ具体化されるような、本発明の目的及び利点がさらに達成され、上記装置が、複数の磁気部の各々から磁場を発するシャフト上の複数の磁気部を含み、該複数の磁気部が、シャフト材料自体を磁気的に分極させることによってシャフト内に一体的に形成される。また、装置が、複数の磁気部の各々からの磁場を検出し、シャフトが回転するにつれてシャフトの角速度に対応する信号を出力するためにシャフトにもっとも近く配置される少なくとも一つの磁場センサーを含む。この装置が、シャフトの角速度値を計算するための計算手段、及び計算された速度値を表示するための表示デバイスをさらに含む。シャフトが、乗り物又は他の有用なデバイスの一部であってよい。

本発明の一実施形態による、一組の永久磁石及び回転可能なシャフトの斜視図である。 本発明の他の実施形態による、異なる配向の一組の永久磁石を備えた図１−１の回転可能なシャフトの斜視図である。 本発明の他の実施形態による、単一の永久磁石を備えた図１−１の回転可能なシャフトの斜視図である。 本発明による、シャフト内にいくつかの磁気部を形成した後の図１−１の回転可能なシャフトの斜視図である。 本発明による、個々の磁気部内に誘導された軸方向に向けられた磁気分極の斜視図である。 本発明による、シャフト内にいくつかの磁気部を形成した後の図１−１の回転可能なシャフトの斜視図である。 本発明による、磁場センサーからの出力を示すグラフである。 本発明による、磁場センサーの配置を示す図１−１の回転可能なシャフトの斜視図である。

本発明のいくつかの好ましい実施形態が、説明を目的として記載され、本発明は、図面に具体的に示されていない他の形態で具現化されうると理解される。図面が、当業者に理解される又は本願明細書において明確に説明されるように、本発明の一つ又それ以上の目的を達成する及び／又は本発明の利点から得られる利益を受ける機能及び構造に関して表される。

第一に、図１−１を参照すると、回転可能なシャフト１０５及び機械的に保持された一組の永久磁石１１０ａ，１１０ｂ（あわせて１１０）の斜視図が示されており、これらの端部が、同様にシャフト１０５の表面と近接している。図１−２は、同じ斜視図であるが、異なる配向の一組の磁石１１０ａ，１１０ｂを備えている。図１−３は、同じ斜視図であるが、使用される単一の磁石１１０ｃを備えている。

２つの矢印によって示されているように、一組の磁石１１０ａ，１１０ｂ及び単一の磁石１１０ｃが、シャフト１０５に向かって及びシャフト１０５から離れるように移動されてよい。第一又は初期位置において、磁石が、シャフト１０５の表面から約５インチの所に位置され、磁石からの磁場が、シャフト１０５に達しない。図において、磁石１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃが、第二位置に示されている。第二位置において、磁石が、シャフト１０５の表面に向かって進み、その場所に保持される。その位置において、磁石が、シャフト１０５の表面に対して０．５ｍｍの近い距離にあってよく、又は、実際は、これらが、シャフト１０５と接触してもよい。シャフト１０５の表面に向かって移動する場合、磁石１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃが、１秒あたり約１〜３インチの速度で移動する。シャフト１０５の表面から離れるように移動する場合、磁石が、同じ又は異なる速度で移動する。

磁石１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ（あわせて１１０）が、好ましくは約４２ＭＯｅ又はそれ以上の磁界の強さを有するＮｄＢＦｅ磁石であってよい。

磁石１１０の極は、シャフト１０５に最も近い磁石１１０ａのＮ極から生じる磁束が、シャフト１０５に最も近い磁石１１０ｂのＳ極に入るものである。同様に、磁気回路を閉じるために、磁石１１０ｂの他の端部から生じる磁束が、磁石１１０ａの他の端部に入る。同じ事象が、単一の磁石１１０ｃの場合において生じるが、シャフト１０５に最も近いＮ極から生じる磁束が、他の端部における磁石１１０ｃのＳ極に入る。

このようにして、それが、磁石１１０からの磁束の経路内にあるために、シャフト１０５の少なくとも一部が、局部的に磁気的に分極する。磁石１１０（シャフトに最も近いそれらの第二位置における）に対するシャフト１０５の回転によって、又はシャフト１０５の表面に対する磁石１１０の再配置によって、任意の数のこれらの磁気スポット１１５が、シャフト１０５上及びシャフト１０５内で生成されうる。

シャフトを磁化するための一般的な試みが、例えば、特許文献４及び５において教示されており、これらの文献には、強磁性材料の磁気的性質及び結晶性が、電磁石又は永久磁石により磁化されることにどれほど影響をうけ、これによって、強磁性材料に残留磁気を与えるものであるかについて説明されている。これらの開示において示されているように、シャフト１０５が、純粋な鉄である必要はなく、他の材料が、シャフト１０５内に含まれてよく、残留磁化を保持する材料の能力を減少又は増大させる物質及び合金物質を含む。

図２を参照すると、シャフト１０５内にいくつかの磁気スポット１１５を形成した後の回転可能なシャフト１０５の斜視図が示されている。等間隔の磁気スポット１１５を形成するために、シャフト１０５を、例えば９０度の角度だけ回転させる（又は、上記のように、磁石１１０を、固定されたシャフト１０５に対して回転させる）。次に、磁石１１０が、それらの初期位置からシャフト１０５に向かって進み、第二磁気スポット１１５を形成し、次に、磁石１１０が、再度、それらの初期位置に戻される。シャフト１０５上に残りの磁気スポット１１５が形成されるまで、この手順が繰り返され、各々が、上記と同じ手順を使用する。磁石１１０がシャフト１０５から戻された後で、第二磁気スポットが形成されるための待ち時間はない。すなわち、前のスポットが形成された直後に、次の磁気スポット１１５が、形成されうる。この方法により、シャフト１０５上に約６つの磁気スポット１１５を形成するために、約１又は２分のみを要する。

さらなる説明のために、図２において、シャフト１０５の周囲に４つの磁気スポット１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ及び１１５ｄが形成されている。当然ながら、９０度の代わりに、第一磁気スポット１１５ａを形成した後で互いに対して６０度回転され、次に、４つだけの磁気スポットの代わりに、シャフト１０５に、６つの磁気スポット１１５ａ，１１５ｂ，．．．，１１５ｆが与えられうる。同様に、シャフト１０５／磁石１１０を、第一磁気スポット１１５ａを形成した後で互いに対して３０度回転させる場合、次に、シャフト１０５が、全部で１２個の磁気スポット１１５ａ，１１５ｂ，．．．，１１５ｌが与えられうる。任意の角度分離が使用されることが可能であり、制限するものではないが、５，１０，１５，３０，４５，６０，９０及び１２０度を含む。さらに磁気スポット１１５が追加され、シャフト１０５の軸に関して円周方向に配置されるにつれ、集合した磁気スポット１１５が、磁化の連続するバンドに近づき始める。好ましい数の磁気領域が、シャフト１０５が使用される用途及び要求精度によって決まる。いくつかの用途において、２４個の磁気スポットが必要である。しかしながら、磁気スポットの最大数が、シャフト１０５の直径によって決まる。２ｍｍの側面を備えた正方形の断面を有し、１ｍｍだけ分離している一組の磁石を有する永久磁石１１０では、約５ｍｍの空間が、一つの磁気スポットのために必要とされる。従って、シャフト上に２４個のスポットを配置するためには、約４０ｍｍの直径を有するシャフト１０５が必要とされる。

例えば、特許文献４及び５において教示されているように、シャフト１０５が、最初に、円周方向においてそれを残留的に磁化することによって準備される。円周方向に磁化されていない材料が、磁気部１１５を含む、他の磁気源から受身的に磁化され始め、この結果、寄生的な場（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）の源となりうる。シャフト１０５の全断面が、円周方向に磁化される必要はない。これは、表面からシャフト１０５の軸への距離が増加するにつれ、シャフト１０５の外表面において印加されるねじりせん断応力が減少し、この結果、シャフト１０５のさらなる中央領域からの磁束信号への相対的な潜在的寄与が最小となるためである。従って、小さな直径のシャフトにおいては、シャフト１０５の半径の約５０パーセントの深さまでシャフト１０５を円周方向に磁化することのみが必要である。

たとえ、シャフト１０５のさらに深い領域が、それらの位置における電界強度を強める場合であっても、それらの深い位置の場からの、外部磁場センサー１３０が配置される位置であってシャフト１０５の表面から半径方向に外へ向かっていくらかの間隔がある位置において観察される電界強度への寄与が、実質的に減少され、最小化される。従って、極めて大きなシャフトにおいてさえも、１０−２０ｍｍよりも深い円周方向の磁化は、ほとんど効果がない。多くの中空シャフトにおいて、そのような深さまでの貫通が、内表面にまで達しうる。利用可能な材料強度をさらに効果的に使用し且つ重量を減らすために、これらが、中空状に形成されるため、これが、特に薄壁中空シャフトである中空シャフトに対して望ましい条件となる。シャフト断面の全てが有用なトルクを伝える場合、信号場を損い、寄生的な場に寄与するそれのいくらかを有するというよりはむしろ、検出可能な信号場を生成するために寄与する断面の全てを有することに意味がある。しかしながら、実際問題として、磁場源から離れたところで十分に強い磁場を生成することは困難であるため、大きな直径のシャフトにおいてさえも、約１−２ｍｍ以上の深さまで磁化することは極めて困難である。

また、上記における議論と同じ要因が、内部深くの、非−円周方向に磁化された領域の機能を減少させ、“遠位の”磁場センサーでの極めて面倒な寄生的な場を生成する。従って、所望の深さまでシャフト１０５を円周方向に磁化させることが望ましいが、シャフトの残りの部分がその一部は円周方向に配向されないランダムな局部的磁化を含むという事実は、速度を検知する目的に対する本発明の操作にとって重要ではない。

図３に示されるように、上記の方法によって個々の磁気部１１５内に誘導された軸方向に向けられた磁気分極１２０が、実質的に軸方向（即ち、長手方向又はｘ方向）に向けられる。この分極１２０が、磁気部１１５の表面１３５上において、軸方向に向けられた“漏れ（ｌｅａｋｉｎｇ）”磁場１２５を生成し、これは、実質的にシャフト１０５の軸方向にも向けられる。

この方法での磁化が、図１−３に示されるような単一の磁石１１０ｃを使用するよりも、さらに局部的な磁気スポット１１５をシャフト１０５上にセットすることが可能である。図１−１において、磁石１１０ａのＮ極からの磁場が、磁石１１０ａに取り付けられた磁石１１０ｂのＳ極に入る。磁石１１０ｃのような単一の磁石が、磁気スポットを形成することも可能であるが、磁束線がそれるため、磁気スポットのサイズが大きくなる。

磁化の他の方法では、図１−２に示されたような一組の磁石を設置する。図１−１の配置により形成された磁束線は軸方向に向けられるが、この配置により形成された磁束線は円周方向に向けられる。磁気スポットが、閉じた磁気ループを形成しないため、磁束“漏れ”が、生じる。これらの漏れ場が、フラックスゲートセンサー１３０を使用し、検出可能である。一組の磁石の配置に応じ、フラックスゲートセンサーコイルの軸方向が、シャフト１０５上において異なってセットされる。例えば、図１−１に示されるように、一組の磁石１１０ａ，１１０ｂが配置される場合、磁束漏れ場が軸方向に沿うため、フラックスゲートセンサーコイルの軸方向が、シャフト１０５の軸と平行となるべきである。図１−２に示されるように、一組の磁石１１０ａ，１１０ｂが配置される場合、磁束漏れ場が円周方向に沿うため、フラックスゲートセンサーの軸方向が、円周方向に沿う。シャフトが、例えばトルクセンサーのような使用のために円周方向にも磁化される場合、速度センサー用のシャフトの軸方向に平行に配置されたフラックスゲートセンサーが、シャフト１０５からのトルク−誘導磁束信号を検出することも可能であるため、図１０２の配置を使用し、磁気スポットを磁化することが好ましい。

この外部磁束が、上記のように、フラックスゲートセンサー１３０を使用し、検出可能でありうる。個々の磁気スポット１１５の各々によって生成された外部磁束の量が、ほぼ等しいものであるべきだが、これは必須ではない。シャフト１０５の速度を監視する観点から、ピーク信号間の時間が重要であるため、実際の電界強度は重要ではない。

上記のように、磁気スポット１１５の寸法が、第一に、シャフト１０５の外表面１３５からの環状深さｄｌである半径方向ｚにおいて定義され、この深さは、磁石１１０の強度によって決まる。軸方向において、磁気スポット１１５が、ほぼ永久磁石の組１１０の幅でありうるがそれよりも広い又は狭いものとすることが可能なおおよその幅ｄ２によって定義される。上記のように、２−ｍｍの幅の磁石が使用され、約１ｍｍの間隔で配置される場合、この寸法が、約５ｍｍであることが可能である。磁気スポット１１５の物理的寸法は、同一のシャフト１０５上において、ある磁気スポット１１５と他の物とで変えることが可能であり、これらが、（説明のみを目的とする）図面に示されたものと同一の曲線状の多面体形状を有する必要はないことを当業者は理解するだろう。実際には、図２においてシャフト１０５内の磁気スポット１１５の範囲を描く実線が、シャフト１０５の残りの部分から局部的な磁化スポットを分離する明確な壁を表すものではない。磁気スポット１１５が、任意の形状を有することが可能である。正確な寸法に磁気スポット１１５を正確に形成することは重要ではない。重要なことは、シャフト１０５に印加されるトルク又は一定力の作用によってシャフト１０５が回転するため、磁気スポットが、検出可能な外部磁場を形成することである。

また、シャフト１０５が、その軸方向に沿って一定の直径を有する必要はなく、シャフト１０５の長さに沿って変化する直径を有することが可能である。例えば、磁気スポット１１５が、シャフト１０５の残りの部分の直径よりも小さな直径に徐々に細くなることが可能である。シャフト１０５が、シャフト１０５の残りの部分に対して軸方向に伸びる部分において、その直径が増加又は減少するステップを有することも可能である。上記のように、シャフト１０５が、薄壁（中空）であってもよい。

シャフト１０５が、その回転状態（即ち、操作中における乗り物の駆動軸）において、印加されたトルクを受けうるため、トルクがゼロにまで減少し、さもなければ、トルクを繰り返し印加した後で分極が徐々に低下しうる場合に、磁化スポット１１５が、磁化を（分極プロセスの間に）設定された方向に戻すために、異方性のある源を有さなければならない。磁場センサー１３０によって感知される外部磁場の程度によって、この低下が測定されうる。この異方性が、シャフト１０５を形成する結晶材料の性質に本来備わっているものであってよく（即ち、結晶異方性）、又は、当業界において周知であるいくつかの物理的処理プロセスのいずれか一つによってシャフト１０５内に与えられてよい。

時計回り及び反時計回りのトルクの両方に応答する又はシャフト１０５の端部に加えられた他の力からの対称的な“跳ね返り（ｓｐｒｉｎｇ ｂａｃｋ）”を確保するために、局部的な磁化の分布が、主に所望の方向にあるべきであるが、局部的な磁化の全てを、上記磁化プロセスの間にその方向に反転させなければならないわけではない。必要なのは、十分な数の局部的な磁化が、所望の方向にあり、それらの部分からの漏れ磁束が、（１）上記の方法で磁化されないシャフト１０５の部分から生じるいずれの寄生的な場、（２）隣接する場−生成源（近いほうの源）からのいずれの外部場、及び（３）遠位の源からのいずれのバックグラウンドの場を十分に上回ることである。上記の（１），（２）及び（３）に効果を及ぼすこのようなノイズを無効にするために、反対に配向されたフラックスゲートセンサーコイルＳ２が、図６に示されるような速度信号を測定するフラックスゲートセンサーコイルＳ１に近接して（〜５ｍｍ）配置される。Ｓ２が、磁気スポット１１５から離れて位置され、一方、Ｓ１が、磁気スポット１１５の近くに位置される。従って、Ｓ２は、近い場、周囲の、及び任意の多の外部ノイズ信号を無効にするためにのみ使用される。

ここで図４を参照すると、異なる軸方向の位置におけるシャフト１０５内にいくつかの磁気部を形成した後の回転可能なシャフト１０５の斜視図が示されている。この場合、磁気スポットが、それぞれ、第一の組において１４０ａ，１４０ｂ，．．．，１４０ｎ、及び第二の組において１４５ａ，１４５ｂ，．．．，１４５ｎと指定されている二つの組の磁気スポットとして示されている。磁気スポット１４０，１４５の各組が、それぞれ、磁場センサー１５０，１５５で別々に監視される。磁気スポットの組の数が、速度センサーの用途に応じて決定される。一つの組が、磁気スポットのバックアップの組として使用されてよく、バックアップ又は比較信号を生成する。磁気スポットの二つの組が、ギア（即ち、ギアボックス）を使用して互いに相互接続された二つの部材のシャフトの異なる部材上に配置されてよく、二つの部材の速度が、別々に監視される。磁気スポットの２つの組が、極めて長いシャフトの両端部上にあることが可能であり、一方の端部が、他方の端部より前にわずかに移動しうる場合、シャフトの端部の相対速度を知ることが重要である。小さな直径を有するシャフトに対しては、高い速度センサーの感度が必要とされるため、磁気スポットの多数の組が必要である。

ここで図５を参照すると、本発明による磁場センサー（即ち、Ｓ１，１３０，１５０，１５５）からの出力を示すグラフが示されており、シャフト１０５を、磁場センサーに対してほぼ一定の角速度で回転させる。この実験において使用されたシャフトが、上記方法を使用して形成された多数の磁気スポットを含んでいた。具体的には、シャフト１０５が、６つの磁気スポット１１５ａ，１１５ｂ，．．．，１１５ｆを備えて形成され、各々が、シャフト１０５について実質的に円周方向に配向されたラインに沿って他の物と間隙を介し、断面において測定して約６０度だけ離れて配置された。上記の方法で磁気スポット１１５が磁化された後で、シャフト１０５を、シャフト１０５上の既知の位置に加えられた一定の力又はトルクの適用によって、回転させた。磁気スポット１１５の近くに配置され、外部磁場を検出するように配向された磁場センサーを使用し、グラフに示されているような形状を有する磁場センサーからの出力が観察された。グラフに示されているように、シャフト１０５の各回転の間において、６つのピークが、検出された（即ち、０〜４０２０ニユットの間で、６つのピークが、観察され、６つのさらなるピークが、４０２０〜８０４０ユニットの間で観察され、６つのさらなるピークが、次の時間周期等において観察された）。

従って、上記実施例におけるシャフト１０５が、１ユニットの円周Ｃを有し、磁場センサー１３０が、１秒に等しい時間周期Ｔの間に、６つの磁気スポット１１５に対応する６つのピークを検出した場合、時間周期Ｔの終わりにおけるシャフトの平均角速度が、Ｃ／Ｔ又は１ユニット／秒となる。第二周期２Ｔ又は１．５秒の終わり（即ち、第一の回転に対する１秒と第二の回転に対する０．５秒）において１２個のピークが検出された場合、第二の時間周期の終わりにおけるシャフトの平均角速度が、２Ｃ／２Ｔ又は（２ユニット）／（１．５秒）＝１．３３ユニット／秒から計算される。当然ながら、各ピークが、検出された後で、瞬間的な又はほぼリアルタイムでの計算が行われることが可能である（ピーク信号の検出及びシステム制御回路（図示しない）内での信号の処理の遅れがわずかであるため、この計算は擬似的なリアルタイムではない）。上記計算が、少なくとも特定の論理回路を有するプリント回路基板、ソフトウェア、メモリデバイス、及び電源を備えたコンピューターによるサブシステムによって実行されてよい。計算された角速度値が、他のデバイスに後でダウンロードするために、メモリ内に保存されてよい。

このサブシステムによって実施される具体的な計算は、概して上記において説明されている。アルゴリズムとして表すと、これらは、磁気スポット間の角度及び／又はシャフトの円周を表す値をメモリ内に組み込んだもの又はユーザから受け取るステップと；例えば電圧の形で磁場センサーからの信号を受け取るステップと；必要に応じ調整回路を使用して信号を処理するステップと；ピーク信号が、磁場センサーに検出された時間を測定するステップと；第二ピーク信号が、磁場センサーに検出された時間を測定するステップと；環境条件、デバイス−仕様要因、遅延時間、又は時間に影響を及ぼしうる任意の他の要因を計上するように時間値を調節するステップと；ピーク間の時間間隔を計算するステップと；シャフトに対する複数の磁気スポット間の角度値及び／又は円周を読み出すステップと；角速度を計算するステップと；計算値を保存及び／又は出力するステップと；上記ステップの全て又はいくつかを繰り返すステップと；を含む。保存された値が、さらに最新の計算値によって上書きされてよく、最も最新の値が、メモリ内に保存される。

図５のグラフが、明確且つ精密に解像されたピークを示し、さらに多くの磁気スポット１１５が、小さな分離角度でシャフト１０５上において使用されることが可能であることを示唆し、シャフト１０５の測定された角速度の感度及び正確度を高める。

本発明による磁場センサーＳ１，Ｓ２，１３０，１５０及び１５５からの出力信号が、接地に対する電圧量の形であることが可能である。信号が、周知の信号調整回路（図示しない）を使用して処理されてよく、信号を有用なものとし、例えば、シャフト１０５の現実の若しくは平均の角速度又はシャフト１０５に取り付けられた他の物体（例えば、車両車輪、ギア、ステアリング・コラム、ドライブシャフト、オージェシャフト、プロペラ等）の速度を示すディスプレイデバイス上にリアルタイムの速度値を表示する。信号が、速度制御デバイス（例えば、ブレーキングシステム）への入力として、又はシステム監視デバイス（例えば、メンテナンススケジュールを決定するためのコンピュータ制御のシステムの一部）への入力として使用されてもよい。

開示された発明の現在における好ましいある実施形態が、本願明細書において具体的に記載されているが、本願明細書に記載及び示された様々な実施形態の変形及び修正が、本発明の範囲及び精神から逸脱することなくなされうることが、本発明に関連するものであることは当業者に明らかである。従って、添付した特許請求の範囲及び適用可能な法の原則によって要求される範囲のみに本発明が制限されることが意図される。

１１０ 磁石
１０５ シャフト
１１５，１４０，１４５ 磁気スポット
１２０ 磁気分極
１２５ 磁場
１３０，１５０，１５５ 磁場センサー
１３５ 表面

Claims (24)

1. 回転可能なシャフト用の磁気速度センサーを形成する方法であって、
   前記方法が、
   前記シャフト上に複数の磁気スポットを形成するステップであって、前記磁気スポットが、前記シャフトが回転するにつれて少なくとも一つの磁場センサーによって検出可能な磁場を出力するステップと、
   前記シャフトが回転するにつれて前記シャフトの角速度に対応する信号を出力するための前記シャフトの近くに前記少なくとも一つの磁場センサーを配置するステップと、
   を含み、
   前記シャフトの材料自体を磁気的に分極させることによって、前記磁気スポットが前記シャフト内に一体的に形成されることを特徴とする方法。
2. 前記シャフトを設けるステップをさらに含み、
   前記シャフトの一部に、実質的に円周方向に向けられた磁気分極を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の磁気スポットが、実質的に同一又は異なる外部磁場を形成するほぼ等間隔で離隔された磁気スポットを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記離隔された磁気スポットが、前記シャフトの周囲において所定の角度でほぼ等間隔で離隔されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記所定の角度が、５，１０，１５，３０，４５，６０，９０及び１２０度の一つから選択されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記複数の磁気スポットの第一の磁気スポットが、所定の時間周期の間に前記シャフトの近くに配置される磁石の組を使用して形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記複数の磁気スポットの各々が、所定の時間周期の間に前記磁気スポットの各位置において前記シャフトの近くに配置される磁石の組を使用して形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 角速度センサーを操作する方法であって、
   前記方法が、
   前記シャフトが回転するにつれてシャフトの角速度に対応する少なくとも一つの磁場センサーからの電気信号を受け取るステップであって、前記磁場センサーが、複数の磁場を検出するように、前記シャフトに対して固定され、且つ前記シャフトの近くに配置され、前記複数の磁場の各々が、前記シャフト上において対応する複数の磁気スポットの一つから生じ、前記複数の磁気スポットの各々が、前記磁場センサーに近接するように移動されているステップと、
   前記信号を使用し、前記シャフトに対する角速度値を計算するステップと、
   計算された角速度値を少なくとも一時的に保存するステップと、
   を含み、
   前記シャフトの材料自体を磁気的に分極させることによって、前記複数の磁気スポットが前記シャフト内に一体的に形成されることを特徴とする方法。
9. 前記計算された角速度値をディスプレイデバイスに出力するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記シャフトの角速度を異なる角速度に機械的に調節するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 前記シャフトに前記複数の磁気スポットを与えるステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
12. 前記複数の磁気スポットが、実質的に同一又は異なる外部磁場を形成するほぼ等間隔で離隔された磁気スポットを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
13. 前記離隔された磁気スポットが、前記シャフトの周囲において所定の角度でほぼ等間隔で離隔されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記複数の磁気スポットの各々が、所定の時間周期の間に前記磁気スポットの各位置において前記シャフトの近くに配置される磁石の組を使用して形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 回転するシャフトの速度を測定する装置であって、
    前記装置が、
    前記シャフト上の複数の磁気スポットであって、前記複数の磁気スポットの各々が磁場を出力し、前記シャフトの材料自体を磁気的に分極させることによって、前記シャフト内に一体的に形成される前記複数の磁気スポットと、
    前記シャフトに近接して配置された少なくとも一つの磁場センサーであって、前記複数の磁気スポットの各々からの磁場を検出し、前記シャフトが回転するにつれて前記シャフトの角速度に対応する信号を出力する前記少なくとも一つの磁場センサーと、
    を備えることを特徴とする装置。
16. 前記シャフトの一部に、実質的に円周方向に向けられた磁気分極が与えられたことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 前記複数の磁気スポットが、実質的に等間隔に離隔されたことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
18. 実質的に等間隔に離隔された前記磁気スポットが、前記シャフトの周囲において所定の角度でほぼ等間隔で離隔されたことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記所定の角度が、５，１０，１５，３０，４５，６０，９０及び１２０度の一つから選択されたことを特徴とする請求項１８に記載の装置。
20. 前記複数の磁気スポットの第一の磁気スポットが、所定の時間周期の間に前記シャフトの近くに配置された磁石の組を使用して形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
21. 前記複数の磁気スポットの各々が、所定の時間周期の間に前記磁気スポットの各位置において前記シャフトの近くに配置された磁石の組を使用して形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
22. 前記シャフトの角速度値を計算するための計算手段をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
23. 計算された速度値を表示するためのディスプレイデバイスをさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
24. 前記シャフトが、乗り物の一部であることを特徴とする請求項１５に記載の装置。