JP2021015034A - 擬似ギア磁場信号発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多様な仕様の検出対象に対して柔軟に回転角などの検出対象の状態を検出することが可能な擬似ギア磁場信号発生装置を提供する。【解決手段】対向する２相の電磁石３ａ、３ｂと、任意電流波形の励磁電流に基づく励磁を行わせる指令を行う波形制御装置１と、波形制御装置の指令に基づいて任意電流波形の励磁電流を２相の電磁石３ａ、３ｂに供給してする励磁電流源２とを備える。また、２相の電磁石３ａ、３ｂそれぞれの巻線内に配置される２つの第１の電磁石コア４ａ、４ｂと、２つの第１の電磁石コア４ａ、４ｂの間に配置される第２の電磁石コア５とを備える。さらに、非磁性体材料から構成され、２つの検出素子２１ａ、２１ｂを有するセンサ２０を載置するサンプルステージ７を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、回転角や回転数などの検出に用いられる回転センサの検査に用いられる擬似ギア磁場信号発生装置に関するものである。
に関するものである。

従来、電磁式回転センサの検査装置においては、磁性体材料で構成される歯車をモータにより回転駆動させることで得られるセンサ出力から機能判定を行う方式が一般的であった。しかし、この検査方式では、歯車の回転スペースや歯車の回転駆動機構を要するため、検査設備が大型化すると共に設備投資が高額化するという問題があった。また、被検出体である歯車の形状が変化することで、歯車を交換する段取りや専用治具を要することも問題であった。

これらの問題点を鑑みて、特許文献１に開示されている電磁式回転センサの検査装置が提案されている。この検査装置では、交流電源に接続される１つの電磁石に交流電流を印加することで、各電磁ピックアップから検出歯車の回転を検出するときと同様な逆位相の検出出力を発生させる方式を採用している。具体的には、この検査装置は、１つの電磁石と電磁石を励磁する交流電源、電磁石が巻回されるコア、コアの両端からセンサ検出部に対向するよう延設されたヨークから構成される。そして、１つの電磁石を交流電源により交流励磁することで、ヨーク先端から相互に逆位相の磁場を印加することができるようになっている。このような方式の検査装置によれば、歯車を回転させることなく検査することが可能で、検査装置の小型化や設備投資の抑制が実現できる。

特開２００１−５６２０５号公報

しかしながら、特許文献１に示される方式の検査装置では、例えば２つの電磁ピックアップからの検出信号の差分信号を最終出力とする構成の電磁式回転センサに適用する場合、電磁ピックアップの構成は歯車形状に対して、一方の電磁ピックアップに歯の先端が対向するときに、他方の電磁ピックアップに歯車の谷部が対向するようにしなければならない。したがって、各電磁ピックアップに対して、歯車の回転時と同様の磁場を印加することが困難であるし、任意の位相差を有する出力を作り出すことができない。これは特許文献１に示される方式の検査装置をＭＲＥ方式の回転センサの検査に適用しようとした場合でも同様である。

また、特許文献１の検査装置では、形状が決まったヨークを用いているために、特定の歯車仕様での回転角しか検出できず、多様な歯車仕様に対して柔軟に回転角の検出を行うことができない。ＭＲＥ方式の回転角センサの出力信号には、歯車とＭＲＥ素子との間のギャップのみならず、歯車形状も寄与する。歯車は、使用環境などによって各々設計されるため、その形状は多岐にわたる。このため、製品検査工程においては、多様な歯車配置を要することによる設備面積の広大化や歯車交換などの段取りによる設備総合効率低下が発生する。このような効率低下を抑制するためには、多様な歯車仕様に対して柔軟に回転角の検出を行えるようにすることが重要であり、特許文献１の検査装置では、その要求を満たすことができない。

なお、ここでは検出対象となるロータとして外周が周期的な凹凸形状とされる歯車を例に挙げて説明しているが、ロータの種類としては歯車に限らない。例えば、周方向において、Ｎ極とＳ極とに周期的に交互に着磁された永久磁石にて構成されたロータや、外周が凹凸形状ではなく、磁性体と非磁性体とが交互に繰り返されるロータであっても良い。また、ロータに限らず、直線状に凹凸などが繰り返されるものを検出対象として、検出対象がその直線の方向に移動する際の移動状態を検出するものの検査についても同様のことが言える。

本発明は上記点に鑑みて、検出対象と電磁ピックアップないしはＭＲ素子との位置関係にかかわらず、多様な仕様の検出対象に対して柔軟に回転角などの検出対象の状態を検出することが可能な擬似ギア磁場信号発生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、対向する２相の電磁石（３ａ、３ｂ）と、任意電流波形の励磁電流に基づく励磁を行わせる指令を行う波形制御装置（１）と、波形制御装置の指令に基づいて任意電流波形の励磁電流を２相の電磁石に供給してする励磁電流源（２）と、２相の電磁石それぞれの巻線内に配置される２つの第１の電磁石コア（４ａ、４ｂ）と、２つの第１の電磁石コアの間に配置される第２の電磁石コア（５）と、非磁性体材料から構成され、２つの検出素子（２１ａ、２１ｂ）を有するセンサ（２０）を載置するサンプルステージ（７）と、を有し、２相の電磁石への通電を行うと、２つの第１の電磁石コアそれぞれと第２の電磁石コアを通じる磁束を発生させ、サンプルステージ上に載置されたセンサの２つの検出素子に対して、一方の検出素子には一方の第１の電磁石コアと第２の電磁石コアとの間の磁気ベクトルを作用させ、他方の検出素子には他方の第１の電磁石コアと第２の電磁石コアとの間の磁気ベクトルを作用させる。

このような構成により、対向する２相の電磁石の電流位相差を制御して交流励磁することで歯車回転時の微小な磁気ベクトル変化を再現することができる。さらに、波形制御装置により、任意電流波形を励磁電流源に供給することで多様な仕様の検出対象に対するＭＲ素子出力を柔軟に再現することが可能である。よって、検出対象と電磁ピックアップないしはＭＲ素子との位置関係にかかわらず、さらに多様な仕様の検出対象に対して柔軟に回転角などの検出対象の状態を検出することが可能な擬似ギア磁場信号発生装置を提供できる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる擬似ギア磁場信号発生装置の構成を示す図である。 電磁石への通電を行ったときに生じる磁束を矢印で示した図である。 歯車が回転した際におけるＭＲＥ方式回転角センサの各素子の磁気ベクトル変化の模式図である。 （ａ）は歯車の回転に伴う２つの検出素子の出力電圧の変化を示した図であり、（ｂ）は２つの検出素子の出力電圧の差動電圧の変化を示した図である。 回転角センサの回路構成の一例を示した図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ電磁石に対して流す電流の方向を逆とした場合に生じる磁束とバイアス磁石から作用する磁束を矢印で示した図である。 バイアス磁石に基づく一定の磁気ベクトルに対して２相の電磁石への電流供給に基づく磁気ベクトルの変化とそれらの合成ベクトルの変化を説明した図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、歯車の回転相当の角度に対する２相の電磁石の供給電流波形と、２つの検出素子の出力電圧の差動電圧の理想波形と、検査時の波形を示した図である。 （ａ）は、歯車の回転相当の角度に対する２相の電磁石への供給電流波形を示した図、（ｂ）は、２つの検出素子の出力電圧の差動電圧波形およびコンパレータの出力波形を示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ２相の電磁石への供給電流の位相を逆転させた場合の２つの検出素子の出力電圧波形を示した図である。 他の実施形態で説明する第１の電磁石コアの先端形状の一例を示した図である。 他の実施形態で説明する４箇所において磁気ベクトルを付与できる構造の擬似ギア磁場信号発生装置の斜視図である。 他の実施形態で説明する３箇所において磁気ベクトルを付与できる構造の擬似ギア磁場信号発生装置の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態にかかる擬似ギア磁場信号発生装置について説明する。この擬似ギア磁場信号発生装置は、ＭＲＥ方式などの回転角や回転数などの検出を行う回転センサの検査に用いられ、歯車などの検出対象の回転を模擬した磁場信号を電磁石から供給することで、検出対象の形状によらず効率的に検査を実施するものである。なお、ここでは回転センサの一例として回転角の検出を行う回転角センサを例に挙げて説明する。

図１に示す本実施形態の擬似ギア磁場信号発生装置は、波形制御装置１、励磁電流源２、電磁石３ａ、３ｂ、第１の電磁石コア４ａ、４ｂと第２の電磁石コア５および基部６が一体となったＥ型コア、サンプルステージ７およびワークアタッチメント８を有した構成とされる。

波形制御装置１は、任意電流波形を励磁電流源２に供給することが出来るようなインターフェースであり、例えばＣ言語のようなソースコードにより入力波形の指令を与えるものである。このため、励磁電流源２を通じて各相の電磁石３ａ、３ｂに作用する作用する電流波形状、電流位相差を任意に制御することが可能となる。

励磁電流源２は、波形制御装置１により制御されることで励磁電流を発生させる電流源であり、ここでは波形制御装置１によりリニアレギュレーション方式で制御される。

電磁石３ａ、３ｂは、励磁電流源２から供給される励磁電流に基づいて磁場を発生させるものであり、２相が対向して配置されている。２相の電磁石３ａ、３ｂの巻線は、高周波特性に優れるエッジワイズ巻により構成されており、それぞれ第１の電磁石コア４ａ、４ｂに対して巻回されている。

第１の電磁石コア４ａ、４ｂ、第２の電磁石コア５および基部６は、ヨークを構成するもので、本実施形態の場合、これらが一体構造とされたＥ型コアによって構成されている。これらは、例えばＳｉを含有するアモルファス積層鋼板のような周波数特性に優れた高ケイ素鋼板により形成される。

第１の電磁石コア４ａ、４ｂは、それぞれ対向する２相の電磁石３ａ、３ｂ内を貫くように配置されたコアであり、基部６に連結される棒状部分４ａａ、４ｂａと棒状部分４ａａ、４ｂａから張り出した端部４ａｂ、４ｂｂとを有した構成とされている。

棒状部分４ａａ、４ｂａは、それぞれ対向する２相の電磁石３ａ、３ｂ内を貫くように配置される部分であり、所定距離離れて平行に配置されている。端部４ａｂ、４ｂｂは、各棒状部分４ａａ、４ｂａから内側に向けて張り出しており、その張り出した先端位置から第２の電磁石コア５の先端までの距離が所定距離となるように調整されている。本実施形態の場合、端部４ａｂ、４ｂｂは、棒状部分４ａａ、４ｂａに対して垂直方向に張り出している。端部４ａｂ、４ｂｂの形状についは任意で有り、長方体とされることで先端面が四角形状とされていても良いし、先端が先細り形状とされていても良い。

第２の電磁石コア５は、対向配置された二相の電磁石３ａ、３ｂおよび第１の電磁石コア４ａ、４ｂの間に配置され、本実施形態ではこれらの中心位置に配置されている。第２の電磁石コア５は、第２の電磁石コア５の中心軸が後述するセンサ取付軸と一致するように設計されている。この第２の電磁石コア５の先端部に対向してＭＲＥ方式の回転角センサが設置されるようになっているが、この第２の電磁石コア５の先端は多角形状ではなく、曲面、ここでは断面半円状の面によって構成されている。なお、第２の電磁石コア５は、例えば四角柱状や円柱状で先端が曲面とされたものによって構成されるが、ここでは四角柱状で先端が曲面とされたもので構成されている。

基部６は、第１の電磁石コア４ａ、４ｂおよび第２の電磁石コア５を連結するものである。本実施形態の場合、基部６は長方体形状とされており、その中央に第２の電磁石コア５が連結され、第２の電磁石コア５の両側に第１の電磁石コア４ａ、４ｂが連結されることで一体構造とされている。

サンプルステージ７は、センサ取り付け時の端面位置を決定する台であり、磁性体材料以外の材料で構成されている。本実施形態の場合、サンプルステージ７は、四角形板状部材で構成され、端部４ａｂ、４ｂｂのうちの基部６側の一面に取り付けられている。このサンプルステージ７上に、図２に示すようにＭＲＥ方式の回転角センサ２０が配置される。回転角センサ２０は、センサチップ２１とバイアス磁石２２などが樹脂で構成されたハウジング２３内に収容された構造とされている。センサチップ２１は、ハウジング２３の先端の所定位置に配置され、ハウジング２３の先端がサンプルステージ７に当接させられることで、回転角センサ２０の端面位置、すなわちセンサチップ２１が所望位置となるようにして検査が行えるようになっている。なお、実際には回転角センサ２０内のセンサチップ２１やバイアス磁石２２についてはハウジング２３内に収容されていて視認できないが、理解を容易にするために図２中に図示してある。

本実施形態の場合、センサチップ２１には、ハの字に配置されたピエゾ抵抗にて構成される検出素子２１ａ、２１ｂがハウジング２３の先端面に沿って横並びに配置されている。回転角センサ２０をサンプルステージ７上に設置した際に、一方の検出素子２１ａが第１の電磁石コア４ａの端部４ａｂと第２の電磁石コア５の先端との間に配置され、もう一方の検出素子２１ｂが第１の電磁石コア４ｂの端部４ｂｂと第２の電磁石コア５の先端との間に配置されるようになっている。このときに回転角センサ２０をサンプルステージ７上に配置したときの回転角センサ２０の中心軸、本実施形態の場合は２つの検出素子２１ａ、２１ｂの中心を通る線がセンサ取付軸となる。

ワークアタッチメント８は、非磁性体材料によって構成され、ワークである回転角センサを載置する際に、その位置に保持するアタッチメントとなるものである。ワークアタッチメント８は、サンプルステージ７に取り付けられ、回転角センサ２０を挟み込むようにして保持することで、サンプルステージ７上での回転角センサ２０の位置ずれを抑制する。

以上のようにして、本実施形態にかかる擬似ギア磁場信号発生装置が構成されている。続いて、擬似ギア磁場信号発生装置の作動について、ＭＲＥ方式の回転角センサの回転角度検出原理を参照して説明する。

まず、ＭＲＥ方式の回転角センサの回転角度検出原理について説明する。

図３は、外周面が凹凸面とされた歯車１０に対向してＭＲＥ方式の回転角センサ２０を配置し、歯車１０が回転した際に検出素子２１ａ、２１ｂに作用する磁気ベクトル変化を模式的に示した図である。この図に示すように、ＭＲＥ方式の回転角センサ２０としては、２つの検出素子２１ａ、２１ｂを備えるものが一般的である。

図３中の状態（ａ）は、回転角センサ２０に備えられた２つの検出素子２１ａ、２１ｂと対向する位置が共に外周面が歯車１０の谷位置となっている場合を示している。状態（ｂ）は、一方の検出素子２１ａと対向する位置が歯車１０の山位置、他方の検出素子２１ｂと対向する位置が歯車１０の谷位置となっている場合を示している。状態（ｃ）は、回転角センサ２０に備えられた２つの検出素子２１ａ、２１ｂと対向する位置が共に外周面が歯車１０の山位置となっている場合を示している。状態（ｄ）は、一方の検出素子２１ａと対向する位置が歯車１０の谷位置、他方の検出素子２１ｂと対向する位置が歯車１０の山位置となっている場合を示している。これら状態（ａ）〜（ｄ）に示されるように、歯車１０の回転に伴って各検出素子２１ａ、２１ｂに作用する磁気ベクトルが経時変化する。

上記した特許文献１に開示されている電磁式回転センサは、電磁ピックアップを歯車形状に対して、一方の電磁ピックアップに歯の山位置が対向するときに、他方の電磁ピックアップに歯車の谷位置が対向するように設計されている。そして、各電磁ピックアップの電磁石、つまり検出コイルには相互に逆位相の検出信号が生じる。

これに対して、ＭＲＥ方式の回転角センサ２０では、図４（ａ）に示すように、磁気ベクトルの振れ角が経時変化したときの振れ角差から得られる差動電圧を用いて図４（ｂ）に示すような検出信号を形成している。具体的には、回転角センサ２０は、図５に示す回路構成とされ、２つの検出素子２１ａ、２１ｂの出力を増幅回路２３ａ、２３ｂで増幅し、それぞれの増幅出力を差動増幅器２４で差動増幅することでセンサ出力となる検出信号を得ている。そして、この差動増幅器２４から出力される検出信号がコンパレータ２５によって閾値電圧Ｖｒｅｆと比較されて、回転状態に応じた矩形波とされる。検出素子２１ａ、２１ｂは、それぞれ２つのピエゾ抵抗が直列接続されたハーフブリッジ回路とされており、２つのハーフブリッジ回路の中点電位が各検出素子２１ａ、２１ｂの出力として用いられる。

このような構成においては、２つの検出素子２１ａ、２１ｂが歯車１０の周方向に沿って配置されていることから、各検出素子２１ａ、２１ｂの出力に位相差が発生する。この位相差により、回転角センサ２０の検出信号が図４（ｂ）に示すような出力波形となる。なお、各検出素子２１ａ、２１ｂの出力は位相差に加えて出力電圧も異なった値になるが、これは各検出素子２１ａ、２１ｂとバイアス磁石２２との位置関係に起因するものである。

このように、ＭＲ素子を用いた場合には、各検出素子２１ａ、２１ｂの出力に位相差を生じさせるためには検査時に各検出素子２１ａ、２１ｂ対して歯車１０の回転状態に応じた磁気ベクトルの振れ角変化を擬似的に付与する必要がある。しかしながら、特許文献１に開示されている電磁式回転センサの検査装置では、各検出素子２１ａ、２１ｂ対して歯車１０の回転状態に応じた磁気ベクトルの振れ角変化を再現することはできない。

これに対して、本実施形態の擬似ギア磁場信号発生装置では、対向する２相の電磁石３ａ、３ｂの電流位相差を制御して交流励磁することで歯車回転時の微小な磁気ベクトル変化を再現することができる。さらに、波形制御装置１により、任意電流波形を励磁電流源２に供給することで多様な歯車形状に対するＭＲ素子出力を柔軟に再現することが可能である。これについて、本実施形態にかかる擬似ギア磁場信号発生装置による検査方法を共に説明する。

まず、図２に示したように、本実施形態の擬似ギア磁場信号発生装置のサンプルステージ７上に、回転角センサ２０を配置し、ワークアタッチメント８によって回転角センサ２０を保持する。これにより、センサチップ２１が所望位置となるようにして、回転角センサ２０が擬似ギア磁場信号発生装置に設置される。

次に、この状態で、波形制御装置１から励磁電流源２に対して、任意電流波形の電流を各電磁石３ａ、３ｂに供給させるための入力波形の指令を与える。これにより、励磁電流源２から任意電流波形の電流が各電磁石３ａ、３ｂに対して供給される。このときの任意電流波形は、回転角センサ２０に対して、歯車１０が回転したときに生じると想定される磁気ベクトルを作用させるものである。

励磁電流源２から各電磁石３ａ、３ｂに対して電流を流すと、図２に矢印で示したように磁束が生じる。すなわち、電磁石３ａに対して電流を流すと、それに基づき、第１の電磁石コア４ａから第２の電磁石コア５を通過して基部６を通り、再び第１の電磁石コア４ａに戻る経路の磁束が生じる。同様に、電磁石３ｂに対して電流を流すと、それに基づき、第１の電磁石コア４ｂから第２の電磁石コア５を通過して基部６を通り、再び第１の電磁石コア４ｂに戻る経路の磁束が生じる。

したがって、検出素子２１ａには端部４ａｂから第２の電磁石コア５に向かう磁気ベクトル、つまり図６（ａ）中の紙面左上から右下に向かう磁気ベクトルが作用する。また、検出素子２１ｂには端部４ｂｂから第２の電磁石コア５に向かう磁気ベクトル、つまり図６（ａ）中の紙面右上から左下に向かう磁気ベクトルが作用する。

また、励磁電流源２から各電磁石３ａ、３ｂに供給する電流については、電流の流れる方向を逆方向として供給することもできる。このため、電流の方向を逆方向とした場合には、図６（ｂ）中に示した矢印と反対方向に向く磁束が生じる。この場合、検出素子２１ａには第２の電磁石コア５から端部４ａｂに向かう磁気ベクトル、つまり図６（ｂ）中の紙面右下から左上に向かう磁気ベクトルが作用する。また、検出素子２１ｂには第２の電磁石コア５から端部４ｂｂに向かう磁気ベクトル、つまり図６（ｂ）中の紙面左下から右上に向かう磁気ベクトルが作用する。

そして、励磁電流源２から各電磁石３ａ、３ｂに対して供給する電流の大きさを変化させると磁束密度を変化させられるため、磁気ベクトルのスカラーを変化させることもできる。さらに、第１の電磁石コア４ａ、４ｂと第２の電磁石コア５および基部６をＥ型コアで構成しているため、２層の電磁石３ａ、３ｂから発生する磁場を発散させることなく、所定の狙い位置に集中させることが可能となる。したがって、作用させる磁気ベクトルを的確に設定でき、狙い通りに磁気ベクトルのスカラーも変化させることができる。また、第２の電磁石コア５の先端が多角形状ではなく曲面で構成されるようにしている。このため、２相の電磁石３ａ、３ｂから発生する磁場を所定の狙い位置に集中させる際に、第２の電磁石コア５のエッジ部分でなくコアが形成する面に磁場を集中させることが可能となる。

一方、回転角センサ２０には、バイアス磁石２２が備えられており、バイアス磁石２２からもＮ極からＳ極に向かう磁束が生じている。このため、回転角センサ２０を擬似ギア磁場信号発生装置に設置した場合、上記したように電磁石３ａ、３ｂへの電流供給に基づく磁束に加えて、バイアス磁石２２に基づく磁束が生じた状態となる。したがって、各検出素子２１ａ、２１ｂに作用する磁気ベクトルは、両者の磁束の磁気ベクトルの合成ベクトルとなる。

ここで、上記したように、励磁電流源２から各電磁石３ａ、３ｂに対して供給する電流の大きさを変化させることで、電磁石３ａ、３ｂへの電流供給に基づいて各検出素子２１ａ、２１ｂに作用する磁気ベクトルのスカラーを変化させられる。また、励磁電流源２から各電磁石３ａ、３ｂに対して供給する電流の向きを変化させることで、電磁石３ａ、３ｂへの電流供給に基づいて各検出素子２１ａ、２１ｂに作用する磁気ベクトルの向きを変化させられる。

したがって、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、バイアス磁石２２に基づく一定の磁気ベクトルに対して、電磁石３ａ、３ｂへの電流供給に基づいてスカラーや向きが変化する磁気ベクトルの合成ベクトルが変化する。例えば、図７（ａ）〜（ｃ）は、電磁石３ａ、３ｂへ供給する電流の大きさを変化させて、電磁石３ａ、３ｂへの電流供給に基づいて各検出素子２１ａ、２１ｂに作用する磁気ベクトルの向きを変化させた場合を示している。また、図７（ｄ）は、電磁石３ａ、３ｂへ供給する電流の向きを変化させて、電磁石３ａ、３ｂへの電流供給に基づいて各検出素子２１ａ、２１ｂに作用する磁気ベクトルの向きを変化させた場合を示している。これらに示されるように、バイアス磁石２２による磁気ベクトルと電磁石３ａ、３ｂへの電流供給に基づく磁気ベクトルとの合成ベクトルの向きを変えられる。したがって、各検出素子２１ａ、２１ｂに対して、歯車１０が回転したときに生じると想定される磁気ベクトルを作用させることができる。

そして、励磁電流源２から各電磁石３ａ、３ｂに対して異なる電流を供給することで、図４（ａ）に示すように、各検出素子２１ａ、２１ｂの出力に位相差を設けることができる。例えば、図８（ａ）に示す波形の電流を励磁電流源２から各電磁石３ａ、３ｂに供給する。ここでは、電磁石３ａに供給する電流Ｉ１と電磁石３ｂに供給する電流Ｉ２を台形波とし、電流Ｉ１に対して電流Ｉ２の位相を遅らせている。その結果、図８（ｂ）に示すような理想波形に対して、実際にも図８（ｃ）に示すような波形のように再現することができる。

以上説明したように、本実施形態の擬似ギア磁場信号発生装置によれば、検査時に各検出素子２１ａ、２１ｂ対して歯車１０の回転状態に応じた磁気ベクトルの振れ角変化を擬似的に付与することできる。そして、励磁電流源２から電磁石３ａ、３ｂに供給する電流波形を制御することにより、回転角センサ２０が実際に使用される際に、検出素子２１ａ、２１ｂと歯車１０との位置関係がどのようなものであっても、それに対応した検査が行える。また、多様な仕様の歯車１０に対して柔軟に回転角を検出することが可能な擬似ギア磁場信号発生装置とすることができる。

なお、ここでは回転角センサ２０を例に挙げて説明したが、検出対象として回転角に限らず回転数などの回転状態を検出する回転センサについて、上記と同様のことが言える。

また、ＭＲ素子を用いる回転角センサ２０などでは、素子感度の高さから、例えば歯車１０が１００００ｒｐｍ以上の高回転で回転されるような場合にも使用可能であるが、その場合を想定した検査はより困難である。

しかしながら、本実施形態のような擬似ギア磁場信号発生装置を用いる場合、波形制御装置１から高周波電流波形を励磁電流源２に印加するような指令を与えることで、高回転時の検査も可能である。

図９（ａ）は、対向する２相の電磁石３ａ、３ｂに高周波電流を作用させた時の電流波形、図９（ｂ）は、その時のＭＲＥ方式の回転角センサ２０から出力される検出信号を示している。

図９（ａ）に示すように、擬似ギア磁場信号発生装置にて、２相の電磁石３ａ、３ｂに対して位相差を有する正弦波状の高周波電流となる電流Ｉ１、Ｉ２を供給することで、その周波数での磁気ベクトルの振れ角変化を擬似的に各検出素子２１ａ、２１ｂに付与できる。これにより、図９（ｂ）中に示したように、差動増幅器２４から正弦波状の信号が検出信号Ｓ１として出力され、それがコンパレータ２５にて閾値電圧Ｖｒｅｆと比較されて矩形波信号Ｓ２に変換される。この場合でも、図に示されるように、電磁石３ａ、３ｂに供給した高周波電流の周波数に対応した矩形波が得られていることから、高回転時の検査も可能であることが判る。したがって、実際に歯車１０を高回転させることで検査を行う場合と比較して、より容易な検査とすることが可能となる。特に、２相の電磁石３ａ、３ｂを高周波特性に優れるエッジワイズ巻き構造としていることから、好適に高回転検出を行うことができる。

さらに、回転角センサ２０によって、歯車１０の回転角度や回転数だけでなく回転方向の検出を行うこともある。この場合についても、本実施形態の擬似ギア磁場信号発生装置で対応可能である。

具体的には、歯車１０の正転時に想定される磁気ベクトルの振れ角の変化と歯車１０の逆転時に想定される磁気ベクトルの振れ角の変化を付与するために、各電磁石３ａ、３ｂに流す電流の位相差を逆転させる。このようにすれば、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、回転角センサ２０の出力波形として位相差が逆転した波形を再現することが可能となる。このため、歯車１０の正転時と逆転時の両方について、擬似ギア磁場信号発生装置にて検査を行うことができる。

（他の実施形態）
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

例えば、上記実施形態で説明した各部の材質などは一例を示したに過ぎず、他の材質のものを用いても良い。一例を挙げると、上記実施形態では、電磁石３ａ、３ｂ高周波特性に優れるエッジワイズ巻きのものを用いたが、同様に高周波特性に優れるという観点から巻線の線種としてリッツ線を使用しても良い。

また、上記実施形態では、端部４ａｂ、４ｂｂが棒状部分４ａａ、４ｂａに対して垂直方向に張り出す構造としたが、図１１に示すように第２の電磁石コア５の先端に向けて折れ曲がった構造、つまり各棒状部分４ａａ、４ｂａ側に折り返された構造であっても良い。

また、上記実施形態では、第１の電磁石コア４ａ、４ｂと第２の電磁石コア５および基部６が一体構造とされたＥ型コアとし、２相の電磁石３ａ、３ｂが備えられたものを例に挙げたが、これも一例を挙げたに過ぎない。すなわち、さらに複数の電磁石および電磁石コアが備えられ、回転角センサ２０に対して磁気ベクトルを付与する構造としても良い。

例えば、図１２に示すように、擬似ギア磁場信号発生装置を４箇所において磁気ベクトルを付与できる構造とすることもできる。この擬似ギア磁場信号発生装置では、第２の電磁石コア５を中心として第１の電磁石コア４ａ、４ｂから９０度回転させた位置に電磁石３ｃ、３ｄおよび第３の電磁石コア４ｃ、４ｄを配置している。つまり、さらに対向する２相の電磁石３ｃ、３ｄを備え、それらをそれぞれ貫くように第３の電磁石コア４ｃ、４ｄを備えている。第３の電磁石コア４ｃ、４ｄは、基部６の下方において基部６に直交配置された基部９によって連結されている。第３の電磁石コア４ｃ、４ｄは、棒状部分４ｃａ、４ｄａとその先端から第２の電磁石コア５側に張り出した端部４ｃｂ、４ｄｂとを有した構成とされている。このような構成においては、電磁石３ｃ、３ｄへの通電に基づいて、端部４ｃｂ、４ｄｂと第２の電磁石コア５との間においても磁束を生じさせられ、この間においても磁気ベクトルの振れ角を変化させられる。したがって、４箇所において磁気ベクトルを付与できる。

また、図１３に示すように、擬似ギア磁場信号発生装置を３箇所において磁気ベクトルを付与できる構造とすることもできる。この擬似ギア磁場信号発生装置では、基部６を直線状ではなくＶ字状で構成しつつ、Ｖ字の先端側に電磁石３ｅや第３の電磁石コア４ｅを配置している。つまり、さらに１相の電磁石３ｅを備え、それを貫くように第３の電磁石コア４ｅを備えている。第３の電磁石コア４ｅは、棒状部分４ｅａを２本有していると共に、その２本の棒状部分４ｅａの先端から第２の電磁石コア５の先端側に張り出した端部４ｅｂを備えている。さらに、第３の電磁石コア４ｅは、端部４ｅｂと反対側において２本の棒状部分４ｅａを繋ぐ連結部４ｅｃを有しており、電磁石３ｅは連結部４ｅｃに巻回されている。このように構成される擬似ギア磁場信号発生装置では、電磁石３ｅに対して電流を供給すると、第２の電磁石コア５の先端を通過しつつ第３の電磁石コア４ｅを１周する磁束が発生し、それによる磁気ベクトルを作用させられる。したがって、３箇所において磁気ベクトルを付与できる。

なお、図１２や図１３に示す擬似ギア磁場信号発生装置においても、図示していないが、波形制御装置１および励磁電流源２を用いて任意電流波形の励磁電流を各電磁石３ａ〜３ｅに対して供給することで、複数箇所で磁気ベクトルを付与している。

また、上記した図１２や図１３に示す擬似ギア磁場信号発生装置は、第１実施形態で説明したようにセンサチップ２１に２つの検出素子２１ａ、２１ｂが形成されるものにも適用できるが、３つ以上の検出素子が備えられる場合への適用に適している。すなわち、第１実施形態のように２つの磁気ベクトルの振れ角変化を作り出す場合、２つの検出素子２１ａ、２１ｂへはその磁気ベクトルの振れ角変化を付与できる。しかしながら、検出素子が３つあると、３つめの検出素子へは磁気ベクトルの振れ角変化を的確に付与できないことがあり得る。このような場合に、図１２や図１３の擬似ギア磁場信号発生装置を適用すると好ましい。

１ 波形制御装置
２ 励磁電流源
３ａ〜３ｅ 電磁石
４ａ、４ｂ 第１の電磁石コア
５ 第２の電磁石コア
６ 基部
７ サンプルステージ
８ ワークアタッチメント
１０ 歯車
２０ 回転角センサ

Claims (8)

1. 対向する２相の電磁石（３ａ、３ｂ）と、
   任意電流波形の励磁電流に基づく励磁を行わせる指令を行う波形制御装置（１）と、
   前記波形制御装置の指令に基づいて前記任意電流波形の励磁電流を前記２相の電磁石に供給してする励磁電流源（２）と、
   前記２相の電磁石それぞれの巻線内に配置される２つの第１の電磁石コア（４ａ、４ｂ）と、
   前記２つの第１の電磁石コアの間に配置される第２の電磁石コア（５）と、
   非磁性体材料から構成され、２つの検出素子（２１ａ、２１ｂ）を有するセンサ（２０）を載置するサンプルステージ（７）と、を有し、
   前記２相の電磁石への通電を行うと、前記２つの第１の電磁石コアそれぞれと前記第２の電磁石コアを通じる磁束を発生させ、前記サンプルステージ上に載置された前記センサの前記２つの検出素子に対して、一方の前記検出素子には一方の前記第１の電磁石コアと前記第２の電磁石コアとの間の磁気ベクトルを作用させ、他方の前記検出素子には他方の前記第１の電磁石コアと前記第２の電磁石コアとの間の磁気ベクトル、磁界強度を作用させる、擬似ギア磁場信号発生装置。
2. 前記第２の電磁石コアは、前記２相の電磁石の間の中心に配置されており、
   前記２つの第１の電磁石コアと前記第２の電磁石コアが基部（６）にて連結されることで一体構造のＥ型コアとされている、請求項１に記載の擬似ギア磁場信号発生装置。
3. 前記２つの第１の電磁石コアは、棒状部分（４ａａ、４ａｂ）と、該棒状部分の先端から前記第２の電磁石コアの先端に向かって張り出した端部（５ａｂ、５ｂｂ）とを有し、
   前記２相の電磁石に前記励磁電流が供給されると前記２つの第１の電磁石コアそれぞれの前記端部と前記第２の電磁石コアの先端との間を通る磁束を発生させる、請求項１または２に記載の擬似ギア磁場信号発生装置。
4. 前記第２の電磁石コアの先端は、断面円形状の曲面とされている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の擬似ギア磁場信号発生装置。
5. 前記２つの第１の電磁石コアとおよび前記第２の電磁石コアは、高ケイ素鋼板で構成されている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の擬似ギア磁場信号発生装置。
6. 前記波形制御装置は、前記励磁電流源に対してソースコードにより入力波形の指令を与えるインターフェースであり、
   前記励磁電流源は、前記波形制御装置によりリニアレギュレーション方式で制御される、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の擬似ギア磁場信号発生装置。
7. 前記２相の電磁石の巻線はエッジワイズ巻きとされている、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の擬似ギア磁場信号発生装置。
8. 前記２相の電磁石に加えて、少なくとも１相の電磁石（３ｃ、３ｄ、３ｅ）と、
   前記少なくとも１相の電磁石の巻線内に配置される第３の電磁石コア（４ｃ、４ｄ、４ｅ）と、を有し、
   前記励磁電流源からの前記励磁電流が前記少なくとも１相の電磁石にも供給され、該少なくとも１相の電磁石への通電を行うと、前記第３の電磁石コアと前記第２の電磁石コアを通じる磁束を発生させ、前記センサに対して、前記第３の電磁石コアと前記第２の電磁石コアとの間の磁気ベクトルを作用させる、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の擬似ギア磁場信号発生装置。

Images