JP2809616B2 - 可変リラクタンス回転センサ - Google Patents
可変リラクタンス回転センサInfo
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- G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
- G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
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- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
- G01D5/2006—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils
- G01D5/2013—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は可変リラクタンス
回転センサに関する。
回転センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】典型的な可変リラクタンス回転センサ
は、周縁部に沿って溝により分離された歯を有する回転
可能な強磁性のターゲット・ホイールに隣接して配置さ
れている。このターゲット・ホイールは、所要の回転速
度及び／又は位置を有する回転軸に結合され且つこれに
より回転させられる。このような可変リラクタンス・セ
ンサは一般に永久磁石を備え、これは軟磁性材料で作ら
れた細長い磁心の一端に取り付けられている。磁心の周
りには電気コイルが巻かれており、これはターゲット・
ホイールから離れる方向に磁石から外方へ突出してい
る。永久磁石とターゲット・ホイールの周縁部とは、タ
ーゲット・ホイールが回転するにつれて変化するエアギ
ャップを規定する。このエアギャップはセンサが「歯」
に隣接しているときには最小であり、センサが「溝」に
隣接しているときには最大である。
は、周縁部に沿って溝により分離された歯を有する回転
可能な強磁性のターゲット・ホイールに隣接して配置さ
れている。このターゲット・ホイールは、所要の回転速
度及び／又は位置を有する回転軸に結合され且つこれに
より回転させられる。このような可変リラクタンス・セ
ンサは一般に永久磁石を備え、これは軟磁性材料で作ら
れた細長い磁心の一端に取り付けられている。磁心の周
りには電気コイルが巻かれており、これはターゲット・
ホイールから離れる方向に磁石から外方へ突出してい
る。永久磁石とターゲット・ホイールの周縁部とは、タ
ーゲット・ホイールが回転するにつれて変化するエアギ
ャップを規定する。このエアギャップはセンサが「歯」
に隣接しているときには最小であり、センサが「溝」に
隣接しているときには最大である。
【０００３】永久磁石は、エアギャップを横切り、ター
ゲット・ホイールの一部分を通り、再びエアギャップを
横切り、電気コイルを通り、細長い磁心へ入り、そして
永久磁石に戻る磁束を駆動する磁界を発生する。ターゲ
ット・ホイールが回転するにつれて、変化するエアギャ
ップが磁路のリラクタンスを変化させ、これにより、細
長い磁石を通過する磁束の大きさが変化する。この変化
する磁束は、電気コイルに磁束の変化率に比例し且つタ
ーゲット・ホイールの回転速度に比例する周波数の交流
電圧を発生させる。
ゲット・ホイールの一部分を通り、再びエアギャップを
横切り、電気コイルを通り、細長い磁心へ入り、そして
永久磁石に戻る磁束を駆動する磁界を発生する。ターゲ
ット・ホイールが回転するにつれて、変化するエアギャ
ップが磁路のリラクタンスを変化させ、これにより、細
長い磁石を通過する磁束の大きさが変化する。この変化
する磁束は、電気コイルに磁束の変化率に比例し且つタ
ーゲット・ホイールの回転速度に比例する周波数の交流
電圧を発生させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、検
出及び信号処理を容易にするために十分に大きいピーク
・ツー・ピーク振幅を有する出力電圧信号を得、同時
に、永久磁石及び関連の磁路の大きさを最小にして小形
且つ嵩ばらないセンサの製造を可能にすることである。
出力電圧のピーク・ツー・ピーク振幅は永久磁石の強さ
（すなわち、それが発生する磁束の量）、エアギャップ
の大きさ、電気コイルの巻数及びターゲット・ホイール
の回転速度に依存する。
出及び信号処理を容易にするために十分に大きいピーク
・ツー・ピーク振幅を有する出力電圧信号を得、同時
に、永久磁石及び関連の磁路の大きさを最小にして小形
且つ嵩ばらないセンサの製造を可能にすることである。
出力電圧のピーク・ツー・ピーク振幅は永久磁石の強さ
（すなわち、それが発生する磁束の量）、エアギャップ
の大きさ、電気コイルの巻数及びターゲット・ホイール
の回転速度に依存する。
【０００５】最新の車輌用アンチロック・ブレーキング
及びトラクション・コントロール・システムでは、車輪
回転の検出のために車輪軸受に回転センサを組込むこと
が必要である。実装の制約のために、コイル巻数の増加
により出力電圧を増大しようとすると、より細い電線を
使用することが必要になり、このためにセンサの製造中
及び車両の動作中に破損が生じがちになる。実装の制約
は、永久磁石の大きさをも制限し、このために、高価で
高強度の希土類永久磁石を使用して、エアギャップを横
切り、細長い磁心を介して十分な磁束を駆動し、所要の
出力電圧を達成しなければならないことになる。
及びトラクション・コントロール・システムでは、車輪
回転の検出のために車輪軸受に回転センサを組込むこと
が必要である。実装の制約のために、コイル巻数の増加
により出力電圧を増大しようとすると、より細い電線を
使用することが必要になり、このためにセンサの製造中
及び車両の動作中に破損が生じがちになる。実装の制約
は、永久磁石の大きさをも制限し、このために、高価で
高強度の希土類永久磁石を使用して、エアギャップを横
切り、細長い磁心を介して十分な磁束を駆動し、所要の
出力電圧を達成しなければならないことになる。
【０００６】センサとターゲット・ホイールとの間のエ
アギャップの変動も出力電圧に重大な影響を及ぼす。セ
ンサがターゲット・ホイールの周縁部に接近して配置さ
れるほど、ターゲット・ホイールの回転につれてエアギ
ャップの最大と最小の差が大きくなる。この差が大きい
ほど、出力電圧信号のピーク・ツー・ピーク振幅は大き
い。従って、最小エアギャップが大きいほど、エアギャ
ップの最小と最大の差は小さくなる。不幸にも、製造時
及び組立時の変動により最小エアギャップは大きくな
り、電圧出力を低下させる結果になる。
アギャップの変動も出力電圧に重大な影響を及ぼす。セ
ンサがターゲット・ホイールの周縁部に接近して配置さ
れるほど、ターゲット・ホイールの回転につれてエアギ
ャップの最大と最小の差が大きくなる。この差が大きい
ほど、出力電圧信号のピーク・ツー・ピーク振幅は大き
い。従って、最小エアギャップが大きいほど、エアギャ
ップの最小と最大の差は小さくなる。不幸にも、製造時
及び組立時の変動により最小エアギャップは大きくな
り、電圧出力を低下させる結果になる。
【０００７】加えて、電圧出力のピーク・ツー・ピーク
振幅はターゲット・ホイールの回転速度と共に減少す
る。これは、エアギャップの差に起因する磁束の変化率
がセンサを通過する歯の速度の低下と共に減少するから
である。
振幅はターゲット・ホイールの回転速度と共に減少す
る。これは、エアギャップの差に起因する磁束の変化率
がセンサを通過する歯の速度の低下と共に減少するから
である。
【０００８】以上の事柄に照らして、低い回転速度及び
／又は大きいエアギャップの存在下でも高い出力電圧を
発生する、小形で安価な耐久性のある可変リラクタンス
回転センサを入手することは容易でない。
／又は大きいエアギャップの存在下でも高い出力電圧を
発生する、小形で安価な耐久性のある可変リラクタンス
回転センサを入手することは容易でない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、低い回転速
度及び／又は大きいエアギャップにもかかわらず極めて
高い出力電圧を発生する小形で耐久性のある安価な可変
リラクタンス回転センサを提供するものであり、従っ
て、従来技術のものに比べて改良された回転速度信号を
与える。この発明に係る回転センサは、請求項１に記載
された諸特徴によって定義される。
度及び／又は大きいエアギャップにもかかわらず極めて
高い出力電圧を発生する小形で耐久性のある安価な可変
リラクタンス回転センサを提供するものであり、従っ
て、従来技術のものに比べて改良された回転速度信号を
与える。この発明に係る回転センサは、請求項１に記載
された諸特徴によって定義される。
【００１０】この発明は、磁気的に互いに対立するよう
配置された二つの細長い永久磁石の間に挿入された軟磁
性材料製の細長い磁心を備えている。この細長い磁心及
び二つの永久磁石は実質上類似の長手方向寸法を有して
おり、磁極の長手方向寸法は二つの永久磁石の間に完全
に挿入されるようになっている。
配置された二つの細長い永久磁石の間に挿入された軟磁
性材料製の細長い磁心を備えている。この細長い磁心及
び二つの永久磁石は実質上類似の長手方向寸法を有して
おり、磁極の長手方向寸法は二つの永久磁石の間に完全
に挿入されるようになっている。
【００１１】磁心及び両磁石の周りには、長手方向に沿
って横方向に多数巻の電気コイルが巻かれている。磁心
及び両磁石の一部分が電気コイルを越えて延びており、
この部分は、周縁部に沿って配置された溝により分離さ
れた歯を有する回転可能なターゲット・ホイールに隣接
して配置されている。センサとターゲット・ホイールの
周縁部とは、ターゲット・ホイールが回転するにつれて
変化するエアギャップを規定する。ターゲット・ホイー
ルの周縁部に隣接したセンサは、センサの長手方向がタ
ーゲット・ホイールの回転軸に直角又は平行になる向き
に置かれる。
って横方向に多数巻の電気コイルが巻かれている。磁心
及び両磁石の一部分が電気コイルを越えて延びており、
この部分は、周縁部に沿って配置された溝により分離さ
れた歯を有する回転可能なターゲット・ホイールに隣接
して配置されている。センサとターゲット・ホイールの
周縁部とは、ターゲット・ホイールが回転するにつれて
変化するエアギャップを規定する。ターゲット・ホイー
ルの周縁部に隣接したセンサは、センサの長手方向がタ
ーゲット・ホイールの回転軸に直角又は平行になる向き
に置かれる。
【００１２】従来技術のセンサにおいては、永久磁石に
より発生された磁束は、概して、細長い磁心を常時長手
方向に通過する成分を持っており、その大きさがターゲ
ット・ホイールの回転につれて変化するだけである。一
方、この発明のセンサの永久磁石により発生されて細長
い磁心を通過する磁束の長手方向の正味の成分は、ター
ゲット・ホイールの角度位置の関数として「ゼロ」と
「ある値」との間で変化する。
より発生された磁束は、概して、細長い磁心を常時長手
方向に通過する成分を持っており、その大きさがターゲ
ット・ホイールの回転につれて変化するだけである。一
方、この発明のセンサの永久磁石により発生されて細長
い磁心を通過する磁束の長手方向の正味の成分は、ター
ゲット・ホイールの角度位置の関数として「ゼロ」と
「ある値」との間で変化する。
【００１３】ターゲット・ホイールが回転するにつれ、
歯と溝とが交互にセンサの近くを通過する。溝がセンサ
に隣接しているとき、エアギャップの磁気リラクタンス
は大きいので、磁束の正味の長手方向成分は生じない。
歯がセンサに隣接しているときには、エアギャップの磁
気リラクタンスは極めて小さくなるので、歯に最も近い
永久磁石の部分によって発生される磁束の量、及び細長
い磁心を通る当該磁束の密度が増大する。これが生じる
と、磁束の正味の長手方向成分が細長い磁心を通過する
ことになる。
歯と溝とが交互にセンサの近くを通過する。溝がセンサ
に隣接しているとき、エアギャップの磁気リラクタンス
は大きいので、磁束の正味の長手方向成分は生じない。
歯がセンサに隣接しているときには、エアギャップの磁
気リラクタンスは極めて小さくなるので、歯に最も近い
永久磁石の部分によって発生される磁束の量、及び細長
い磁心を通る当該磁束の密度が増大する。これが生じる
と、磁束の正味の長手方向成分が細長い磁心を通過する
ことになる。
【００１４】電気コイルには、細長い磁心を通過する長
手方向の磁束の大きさの変化に比例した電圧が発生す
る。この電圧の大きさは、細長い磁心を長手方向に通過
する磁束の変化率に比例する周波数と共に変化するが、
この周波数はターゲット・ホイールの回転速度にも比例
する。
手方向の磁束の大きさの変化に比例した電圧が発生す
る。この電圧の大きさは、細長い磁心を長手方向に通過
する磁束の変化率に比例する周波数と共に変化するが、
この周波数はターゲット・ホイールの回転速度にも比例
する。
【００１５】ターゲット・ホイールの回転に伴う「ゼ
ロ」と「ある値」との間の長手方向磁束成分の変化は、
電圧信号の大きいピーク・ツー・ピーク振幅を与え、同
時に、容易な検出及び正確な処理を可能にする。
ロ」と「ある値」との間の長手方向磁束成分の変化は、
電圧信号の大きいピーク・ツー・ピーク振幅を与え、同
時に、容易な検出及び正確な処理を可能にする。
【００１６】この発明のセンサ形態は従来技術のセンサ
よりも相当に高い電圧出力を発生するため、安価な永久
磁石と少ない巻数の太く丈夫な電線により形成された電
気コイルとの使用を可能にし、低い回転速度又は大きい
エアギャップの存在にもかかわらず十分に大きい出力電
圧信号を維持することを可能にする。
よりも相当に高い電圧出力を発生するため、安価な永久
磁石と少ない巻数の太く丈夫な電線により形成された電
気コイルとの使用を可能にし、低い回転速度又は大きい
エアギャップの存在にもかかわらず十分に大きい出力電
圧信号を維持することを可能にする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下の説明において、図面で使用
される同じ部品又は構造物は同じ数字で指示され、その
ような部品及び構造物を以前の図面に関して既に説明し
た場合には、説明は繰り返さない。
される同じ部品又は構造物は同じ数字で指示され、その
ような部品及び構造物を以前の図面に関して既に説明し
た場合には、説明は繰り返さない。
【００１８】図面、特に図１において、参照数字１０
は、ここでは透視図で示された、この発明に従って構成
されたセンサを総括的に指している。センサ１０は軟磁
性材料で形成された細長い磁心１２を有しており、この
磁心はその全長にわたって二つの細長い永久磁石１４、
１６の間に挿入されている。二つの永久磁石１４、１６
は互いに磁気的に対立するように配置されている。図１
において、両永久磁石のＳ極どおしは互いに向い合わさ
れているが、それらの磁気極性はＮ極どおしが対向する
ように逆にしてもよい。
は、ここでは透視図で示された、この発明に従って構成
されたセンサを総括的に指している。センサ１０は軟磁
性材料で形成された細長い磁心１２を有しており、この
磁心はその全長にわたって二つの細長い永久磁石１４、
１６の間に挿入されている。二つの永久磁石１４、１６
は互いに磁気的に対立するように配置されている。図１
において、両永久磁石のＳ極どおしは互いに向い合わさ
れているが、それらの磁気極性はＮ極どおしが対向する
ように逆にしてもよい。
【００１９】細長い磁心１２並びに二つの永久磁石１
４、１６は、これらの磁心１２及び磁石１４、１６の長
手方向寸法に対して横方向にボビン２０の周りに巻かれ
た多数巻の電気コイル１８によって部分的に取り囲まれ
ている。細長い磁心１２並びに二つの永久磁石１４、１
６は同じ長さであって、電気コイル１８から等しく突出
している。突出部３０は、周縁部に沿って溝２６により
分離された歯２４を有するターゲット・ホイール２２に
隣接して配置されている。ターゲット・ホイール２２は
車軸、トランスミッション軸、クランク軸又はカム軸の
ような車両回転部品に取り付けられ、又はこれらの一部
分と一体的に形成され得る。
４、１６は、これらの磁心１２及び磁石１４、１６の長
手方向寸法に対して横方向にボビン２０の周りに巻かれ
た多数巻の電気コイル１８によって部分的に取り囲まれ
ている。細長い磁心１２並びに二つの永久磁石１４、１
６は同じ長さであって、電気コイル１８から等しく突出
している。突出部３０は、周縁部に沿って溝２６により
分離された歯２４を有するターゲット・ホイール２２に
隣接して配置されている。ターゲット・ホイール２２は
車軸、トランスミッション軸、クランク軸又はカム軸の
ような車両回転部品に取り付けられ、又はこれらの一部
分と一体的に形成され得る。
【００２０】突出部３０及びターゲット・ホイール２２
は、ターゲット・ホイール２２が回転軸２８の周りを回
転するにつれて変化するエアギャップ３２を規定する。
このエアギャップ３２は、溝２６が突出部３０に隣接し
ているときに最大であり、歯２４が突出部３０に隣接し
ているときに最小である。
は、ターゲット・ホイール２２が回転軸２８の周りを回
転するにつれて変化するエアギャップ３２を規定する。
このエアギャップ３２は、溝２６が突出部３０に隣接し
ているときに最大であり、歯２４が突出部３０に隣接し
ているときに最小である。
【００２１】図１の実施の形態においては、突出部３０
はターゲット・ホイール２２の周縁部に隣接して配置さ
れ、センサ１０はターゲット・ホイール２２から外方に
長手方向に且つ回転軸２８から垂直に突出するようにな
っている。別の方法として、図２に図示するように、突
出部３０はターゲット・ホイール２２の周縁部に隣接し
て配置され、センサ１０はターゲット・ホイール２２の
幅に沿って長手方向に回転軸２８に平行に突出するよう
にしてもよい。ターゲット・ホイール２２の幅によって
は、歯２４とボビン２０との間に十分なクリアランスを
取るために、より長い突出部３０が必要である。
はターゲット・ホイール２２の周縁部に隣接して配置さ
れ、センサ１０はターゲット・ホイール２２から外方に
長手方向に且つ回転軸２８から垂直に突出するようにな
っている。別の方法として、図２に図示するように、突
出部３０はターゲット・ホイール２２の周縁部に隣接し
て配置され、センサ１０はターゲット・ホイール２２の
幅に沿って長手方向に回転軸２８に平行に突出するよう
にしてもよい。ターゲット・ホイール２２の幅によって
は、歯２４とボビン２０との間に十分なクリアランスを
取るために、より長い突出部３０が必要である。
【００２２】図１に戻って、二つの永久磁石１４、１６
は、細長い磁心１２を横方向及び長手方向に通過する磁
束を駆動する磁界を発生する。二つの永久磁石１４、１
６の磁気的に対立する配向は、各永久磁石１４、１６に
より発生される磁束に関して加法効果を有するように機
能する。すなわち、細長い磁心１２を横方向及び長手方
向に通過する、永久磁石１４、１６の一方によって発生
された磁束は、他方の永久磁石によって発生された磁束
を強める。しかしながら、永久磁石１４、１６のそれぞ
れの対向端部によって発生される磁束の長手方向成分
は、以下で更に詳述するように、互いに妨害し合う。
は、細長い磁心１２を横方向及び長手方向に通過する磁
束を駆動する磁界を発生する。二つの永久磁石１４、１
６の磁気的に対立する配向は、各永久磁石１４、１６に
より発生される磁束に関して加法効果を有するように機
能する。すなわち、細長い磁心１２を横方向及び長手方
向に通過する、永久磁石１４、１６の一方によって発生
された磁束は、他方の永久磁石によって発生された磁束
を強める。しかしながら、永久磁石１４、１６のそれぞ
れの対向端部によって発生される磁束の長手方向成分
は、以下で更に詳述するように、互いに妨害し合う。
【００２３】図１の実施の形態によって発生される磁路
は図３及び図４に図示されている。図３は、ターゲット
・ホイール２２上の溝２６に隣接して整列したときのセ
ンサ１０により発生される磁路を示しており、大きいエ
アギャップが細長い磁心１２とターゲット・ホイール２
２との間に大きいリラクタンスの磁路を提供する。図４
は、ターゲット・ホイール２２上の歯２４に隣接して整
列したときのセンサ１０により発生される磁路を図示し
ており、細長い磁心１２とターゲット・ホイール２２と
の間に小さいリラクタンスの磁路を提供する。
は図３及び図４に図示されている。図３は、ターゲット
・ホイール２２上の溝２６に隣接して整列したときのセ
ンサ１０により発生される磁路を示しており、大きいエ
アギャップが細長い磁心１２とターゲット・ホイール２
２との間に大きいリラクタンスの磁路を提供する。図４
は、ターゲット・ホイール２２上の歯２４に隣接して整
列したときのセンサ１０により発生される磁路を図示し
ており、細長い磁心１２とターゲット・ホイール２２と
の間に小さいリラクタンスの磁路を提供する。
【００２４】図３において、二つの永久磁石１４、１６
は細長い磁心１２を通る磁束を駆動する磁界を発生す
る。解析のために、細長い磁心１２に沿う任意の点にお
いて、磁路は横方向及び長手方向の成分に分離すること
ができる。図３の配置のように、細長い磁心１２とター
ゲット・ホイール２２との間に大きいリラクタンスの磁
路が存在するとき、磁路は通常は図示のようになってお
り、磁束は実質上横方向に磁心１２を通過し、縁部の磁
束から主として生じる小さい長手方向成分３４が永久磁
石１４、１６の端部に存在するにすぎない。それぞれの
永久磁石１４、１６の共通の端部によって発生された磁
束の長手方向成分３４は加法的である。しかしながら、
この加法的磁束は、各永久磁石１４、１６の対向端部で
発生した、磁心１２を通る逆の長手方向の加法的磁束に
よって妨害される。二つの加法的な長手方向成分の相対
的大きさは、周囲の強磁性材料の存在、すなわちターゲ
ット・ホイール２２の角度位置に依存する。
は細長い磁心１２を通る磁束を駆動する磁界を発生す
る。解析のために、細長い磁心１２に沿う任意の点にお
いて、磁路は横方向及び長手方向の成分に分離すること
ができる。図３の配置のように、細長い磁心１２とター
ゲット・ホイール２２との間に大きいリラクタンスの磁
路が存在するとき、磁路は通常は図示のようになってお
り、磁束は実質上横方向に磁心１２を通過し、縁部の磁
束から主として生じる小さい長手方向成分３４が永久磁
石１４、１６の端部に存在するにすぎない。それぞれの
永久磁石１４、１６の共通の端部によって発生された磁
束の長手方向成分３４は加法的である。しかしながら、
この加法的磁束は、各永久磁石１４、１６の対向端部で
発生した、磁心１２を通る逆の長手方向の加法的磁束に
よって妨害される。二つの加法的な長手方向成分の相対
的大きさは、周囲の強磁性材料の存在、すなわちターゲ
ット・ホイール２２の角度位置に依存する。
【００２５】軟磁性（強磁性）材料は磁束短絡機構とし
て機能し、それがない場合の本来の経路から磁束を逸ら
させる。永久磁石が強磁性材料に近ければ近いほど、強
磁性材料が発生する磁束の量は多い。図３のターゲット
・ホイールは軟磁性材料から構成されている。細長い磁
心１２を通る二つの永久磁石１４、１６の磁路に及ぼす
ターゲット・ホイールの影響は、それらの間のエアギャ
ップ３２のリラクタンスに依存する。溝２６が突出部３
０に隣接して整列するような角度位置をターゲット・ホ
イール２２が取るときには、エアギャップは最大であっ
て、これに対応してリラクタンスは大きい。このリラク
タンスは十分に大きいので、ターゲット・ホイールは永
久磁石１４、１６により発生される磁束にほとんど影響
を及ぼさない。
て機能し、それがない場合の本来の経路から磁束を逸ら
させる。永久磁石が強磁性材料に近ければ近いほど、強
磁性材料が発生する磁束の量は多い。図３のターゲット
・ホイールは軟磁性材料から構成されている。細長い磁
心１２を通る二つの永久磁石１４、１６の磁路に及ぼす
ターゲット・ホイールの影響は、それらの間のエアギャ
ップ３２のリラクタンスに依存する。溝２６が突出部３
０に隣接して整列するような角度位置をターゲット・ホ
イール２２が取るときには、エアギャップは最大であっ
て、これに対応してリラクタンスは大きい。このリラク
タンスは十分に大きいので、ターゲット・ホイールは永
久磁石１４、１６により発生される磁束にほとんど影響
を及ぼさない。
【００２６】図３のセンサの永久磁石及び磁心の対称的
形態は、磁束の「正味の」長手方向成分を生じさせな
い。すなわち、「零ガウス線」３６は、本質的には、細
長い磁心１２の中点にある。
形態は、磁束の「正味の」長手方向成分を生じさせな
い。すなわち、「零ガウス線」３６は、本質的には、細
長い磁心１２の中点にある。
【００２７】逆に、図４に関しては、歯２４が突出部３
０の近接して配置されるような角度位置をターゲット・
ホイール２２が取るならば、エアギャップ３２は最小で
あり、リラクタンスはかなり小さい。その結果、軟磁性
のターゲット・ホイール２２の存在は、ターゲット・ホ
イール２２に最も近い永久磁石１４、１６の部分により
発生される磁束を増大させる。この磁束の一部分は、エ
アギャップ３２を横断し、ターゲット・ホイール２２の
一部分を通過し、再びエアギャップ３２を通過するよう
に逸らされて、細長い磁心１２を通る長手方向の磁路に
沿って集中させられる。従って逆向きの長手方向成分３
４の相対的な大きさは等しくなく、細長い磁心１２を通
過する磁束の正味の長手方向成分が生じ、これに対応し
て零ガウス線３６の偏位△Ｇを生じることになる。
０の近接して配置されるような角度位置をターゲット・
ホイール２２が取るならば、エアギャップ３２は最小で
あり、リラクタンスはかなり小さい。その結果、軟磁性
のターゲット・ホイール２２の存在は、ターゲット・ホ
イール２２に最も近い永久磁石１４、１６の部分により
発生される磁束を増大させる。この磁束の一部分は、エ
アギャップ３２を横断し、ターゲット・ホイール２２の
一部分を通過し、再びエアギャップ３２を通過するよう
に逸らされて、細長い磁心１２を通る長手方向の磁路に
沿って集中させられる。従って逆向きの長手方向成分３
４の相対的な大きさは等しくなく、細長い磁心１２を通
過する磁束の正味の長手方向成分が生じ、これに対応し
て零ガウス線３６の偏位△Ｇを生じることになる。
【００２８】周知の磁気原理によれば、電気コイルはそ
のコイル巻線を軸方向に通過する磁束の変化に応答して
出力電圧を発生する。この場合、細長い磁心１２を長手
方向に通過する磁束は電気コイル１８を軸方向に通過
し、電気コイル１８に電圧を発生させる。しかし、細長
い磁心１２を横方向に通過する磁束は、電気コイル１８
を軸方向に通過しないので、電気コイル１８に電圧を発
生させない。
のコイル巻線を軸方向に通過する磁束の変化に応答して
出力電圧を発生する。この場合、細長い磁心１２を長手
方向に通過する磁束は電気コイル１８を軸方向に通過
し、電気コイル１８に電圧を発生させる。しかし、細長
い磁心１２を横方向に通過する磁束は、電気コイル１８
を軸方向に通過しないので、電気コイル１８に電圧を発
生させない。
【００２９】従って、図５に言及すると、ターゲット・
ホイール２２が回転するにつれて、電気コイル１８は電
圧Ｖを有する出力電圧信号を発生する。この出力電圧信
号は細長い磁心１２を長手方向に通過する磁束の変化率
に比例した周波数で、また、ターゲット・ホイール２２
の回転速度に比例した周波数で時間的に変化する。該出
力電圧信号の各周期λは、角度θという増分数によるタ
ーゲット・ホイール２２の回転に対応している。この出
力電圧信号は、トラクション・コントロールやアンチロ
ック・ブレーキングのような車両システムによる使用の
ためにターゲット・ホイールの回転速度及び／又は角度
位置を決定するための適宜の回路部によって処理され
る。
ホイール２２が回転するにつれて、電気コイル１８は電
圧Ｖを有する出力電圧信号を発生する。この出力電圧信
号は細長い磁心１２を長手方向に通過する磁束の変化率
に比例した周波数で、また、ターゲット・ホイール２２
の回転速度に比例した周波数で時間的に変化する。該出
力電圧信号の各周期λは、角度θという増分数によるタ
ーゲット・ホイール２２の回転に対応している。この出
力電圧信号は、トラクション・コントロールやアンチロ
ック・ブレーキングのような車両システムによる使用の
ためにターゲット・ホイールの回転速度及び／又は角度
位置を決定するための適宜の回路部によって処理され
る。
【００３０】ピーク・ツー・ピーク電圧振幅△Ｖは細長
い磁心１２を長手方向に通過する磁束の変化の関数であ
る。従来技術のセンサの磁束の変化は、一般に、二つの
「非ゼロ」磁束レベルの間にあるため、二つの「非ゼ
ロ」電圧レベルを生じることになった。典型的には、出
力電圧信号の電気信号処理は電圧レベルを所定のしきい
値電圧と比較することを含んでおり、しきい値電圧より
上の全ての電圧は隣接する歯２４に対応し、しきい値電
圧より小さいすべての電圧は隣接する溝２６に対応して
いた。このために、出力電圧信号のピーク・ツー・ピー
ク振幅△Ｖが大きいほど、信号処理は容易且つ正確にな
る。不幸にも、製造上の公差に起因してセンサ／ターゲ
ット・ホイール組立体毎にエアギャップが違うので、ユ
ニット間で電圧レベルが変わることになり、これが所定
のしきい値電圧の選択を極めて困難にしていた。
い磁心１２を長手方向に通過する磁束の変化の関数であ
る。従来技術のセンサの磁束の変化は、一般に、二つの
「非ゼロ」磁束レベルの間にあるため、二つの「非ゼ
ロ」電圧レベルを生じることになった。典型的には、出
力電圧信号の電気信号処理は電圧レベルを所定のしきい
値電圧と比較することを含んでおり、しきい値電圧より
上の全ての電圧は隣接する歯２４に対応し、しきい値電
圧より小さいすべての電圧は隣接する溝２６に対応して
いた。このために、出力電圧信号のピーク・ツー・ピー
ク振幅△Ｖが大きいほど、信号処理は容易且つ正確にな
る。不幸にも、製造上の公差に起因してセンサ／ターゲ
ット・ホイール組立体毎にエアギャップが違うので、ユ
ニット間で電圧レベルが変わることになり、これが所定
のしきい値電圧の選択を極めて困難にしていた。
【００３１】この発明のセンサは、「ゼロ」と「非ゼ
ロ」との磁束レベル間での磁束の変化を有しており、実
質的にゼロ・ボルトと「非ゼロ」電圧レベルとの間で変
化する出力電圧信号を生じることにより、従来技術を改
善している。これは、製造及び組立の公差に起因するエ
アギャップの変動にもかかわらず最小電圧信号が常に実
質的にゼロ・ボルトであるので、所定のしきい値電圧の
選択を一層容易にする。
ロ」との磁束レベル間での磁束の変化を有しており、実
質的にゼロ・ボルトと「非ゼロ」電圧レベルとの間で変
化する出力電圧信号を生じることにより、従来技術を改
善している。これは、製造及び組立の公差に起因するエ
アギャップの変動にもかかわらず最小電圧信号が常に実
質的にゼロ・ボルトであるので、所定のしきい値電圧の
選択を一層容易にする。
【００３２】この発明のセンサの形態は、二つの磁気的
に対立する永久磁石１４、１６の間に細長い磁心１２を
挿入し、細長い磁心１２並びに永久磁石１４、１６の一
部分の周囲に長手方向に沿って横方向に電気コイル１８
を巻くことによって、従来技術のセンサから得られる出
力を実質的に改善する。この構造は、安価な永久磁石と
太い電線の少ない巻線で形成された電気コイルとの使用
を可能にし、低い回転速度及び大きいエアギャップの存
在下においてさえも十分大きな出力電圧信号を維持する
ことを可能にする。
に対立する永久磁石１４、１６の間に細長い磁心１２を
挿入し、細長い磁心１２並びに永久磁石１４、１６の一
部分の周囲に長手方向に沿って横方向に電気コイル１８
を巻くことによって、従来技術のセンサから得られる出
力を実質的に改善する。この構造は、安価な永久磁石と
太い電線の少ない巻線で形成された電気コイルとの使用
を可能にし、低い回転速度及び大きいエアギャップの存
在下においてさえも十分大きな出力電圧信号を維持する
ことを可能にする。
【図１】この発明に従って構成され、ターゲット・ホイ
ールに対して第１の配向に整列されたセンサの斜視図。
ールに対して第１の配向に整列されたセンサの斜視図。
【図２】この発明に従って構成されターゲット・ホイー
ルに対して第２の配向に整列されたセンサの斜視図。
ルに対して第２の配向に整列されたセンサの斜視図。
【図３】ターゲット・ホイール上の溝に隣接した、この
発明のセンサに対する磁路を示す図。
発明のセンサに対する磁路を示す図。
【図４】ターゲット・ホイール上の歯に隣接した、この
発明のセンサに対する磁路を示す図。
発明のセンサに対する磁路を示す図。
【図５】この発明のセンサの出力電圧信号を示す図。
１０ センサ、 １２ 細長い磁心、 １４、
１６ 永久磁石 １８ 電気コイル、 ２２ ターゲット・ホイー
ル、 ２４ 歯 ２６ 溝、 ３０ 突出部
１６ 永久磁石 １８ 電気コイル、 ２２ ターゲット・ホイー
ル、 ２４ 歯 ２６ 溝、 ３０ 突出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デニス・アン・クイネット アメリカ合衆国テキサス州79912，エ ル・パソ，ナタリシオ・レーン 6324 (56)参考文献 特開 平２−263115（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−239206（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−232471（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−294803（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01P 3/44 - 3/489 G01D 5/245
Claims (3)
- 【請求項１】 軟磁性材料で形成され且つ周縁部に沿っ
て角度的に隔置された溝（２６）により分離された歯
（２４）を有するターゲット・ホイール（２２）の回転
を検出するための可変リラクタンス回転センサ（１０）
であって、 軟磁性材料で形成された細長い磁心（１２）と、 互いに磁気的に対立するよう配置されていて、間に前記
磁心が挿入されている二つの細長い永久磁石（１４）及
び（１６）であって、それぞれが、（i）二つの該永久
磁石のうちの他方のものの共通の端部に発生される磁束
を助長する方向、及び、（ii）二つの該永久磁石のいず
れか一方のものの対向端部に発生される磁束を妨害する
方向において前記磁心を長手方向に通過する成分を有す
る磁束を発生する二つの永久磁石と、 前記磁心及び前記二つの永久磁石の周りに且つ長手方向
寸法に対して横方向に巻かれた電気コイル（１８）と、 を具備し、前記磁心及び前記二つの永久磁石は、前記電
気コイルから突出し且つ前記ターゲット・ホイールの周
縁部に隣接して配置された第１端部（３０）を有してお
り、（i）前記ターゲット・ホイールの角度位置が前記
溝を前記第１端部に隣接するよう整列させたときには、
それぞれの前記永久磁石の前記対向端部により発生され
る磁束の長手方向成分の大きさを実質上等しくして前記
磁心を長手方向に通過する正味の磁束を生じさせず、
（ii）前記ターゲット・ホイールの角度位置が前記歯を
前記第１端部に隣接するよう整列させたときには、それ
ぞれの前記永久磁石の前記対向端部により発生される磁
束の長手方向成分の大きさを違わせて前記磁心を長手方
向に通過する正味の磁束を生じさせてなり、磁束の長手
方向成分の変化率に且つ前記ターゲット・ホイールの回
転速度に比例する周波数を有する対応の電圧を前記電気
コイルに発生されるようにした可変リラクタンス回転セ
ンサ。 - 【請求項２】 前記第１端部が前記ターゲット・ホイー
ルの周縁部に隣接して配置されており、その長手方向寸
法が前記ターゲット・ホイールの回転軸に垂直又は平行
になっている、請求項１に記載の可変リラクタンス回転
センサ。 - 【請求項３】 前記磁心及び前記二つの永久磁石が類似
の長手方向寸法で構成されている、請求項１に記載の可
変リラクタンス回転センサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/545,458 US5606254A (en) | 1995-10-19 | 1995-10-19 | Rotation sensor employing coil wound on assembly of a core interposed between two magnets |
| US545458 | 1995-10-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09133697A JPH09133697A (ja) | 1997-05-20 |
| JP2809616B2 true JP2809616B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=24176337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8277688A Expired - Lifetime JP2809616B2 (ja) | 1995-10-19 | 1996-10-21 | 可変リラクタンス回転センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5606254A (ja) |
| EP (1) | EP0769699A1 (ja) |
| JP (1) | JP2809616B2 (ja) |
| MX (1) | MX9604922A (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2327500A (en) * | 1997-07-16 | 1999-01-27 | Brian Victor Olliver | An electronic rotational position indicator |
| US6084413A (en) | 1998-04-29 | 2000-07-04 | Mohamed; Moustafa Abdel Kader | Method and apparatus for detecting rock movement |
| US6036370A (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-14 | General Motors Corporation | Wheel bearing with self-aligning wheel speed sensor ring |
| US6640451B1 (en) * | 2000-01-28 | 2003-11-04 | Visteon Global Technologies, Inc. | System and method for sensing the angular position of a rotatable member |
| GB0006144D0 (en) | 2000-03-14 | 2000-05-03 | Isis Innovation | Position and electromagnetic field sensor |
| JP2004150882A (ja) * | 2002-10-29 | 2004-05-27 | Koyo Seiko Co Ltd | 回転角検出装置およびトルク検出装置 |
| SE527102C2 (sv) * | 2004-05-19 | 2005-12-20 | Volvo Lastvagnar Ab | Magnetdetektorarrangemang och förfarande för att erhålla ett symmetriskt magnetfält |
| CN101506478A (zh) * | 2006-08-25 | 2009-08-12 | 博格华纳公司 | 带有一体化的位置传感器的可变力螺线管 |
| DE102008021327B4 (de) * | 2008-04-29 | 2010-04-15 | Zf Friedrichshafen Ag | Induktiver Sensor für Drehzahl-, Drehrichtungs- und Positionsmessungen im Bereich hoher Temperaturen |
| DE102009042473B4 (de) * | 2009-09-24 | 2019-01-24 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren zur Auswertung von Signalen eines Winkelsensors |
| US9377328B2 (en) * | 2012-01-24 | 2016-06-28 | GM Global Technology Operations LLC | Variable reluctance sensor using spatially modulated magnetic fields |
| US8970209B2 (en) * | 2012-06-12 | 2015-03-03 | Freescale Semiconductor, Inc. | VRS interface with 1/T arming function |
| CN104759986A (zh) * | 2015-03-10 | 2015-07-08 | 山西太钢不锈钢股份有限公司 | 磨头测速传感器安装工具及安装测速传感器的方法 |
| CN106443050A (zh) * | 2015-08-11 | 2017-02-22 | 贵州雅光电子科技股份有限公司 | 一种基于amr磁阻开关芯片的转速计及其制作方法 |
| JP7097357B2 (ja) * | 2016-07-12 | 2022-07-07 | パトリック・ダブリュー・グッドウィル | 回転する磁石を用いた磁気粒子イメージング |
| RU178607U1 (ru) * | 2017-10-10 | 2018-04-11 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Магнитоиндукционный тахометрический преобразователь |
| WO2020186185A1 (en) | 2019-03-13 | 2020-09-17 | Magnetic Insight, Inc. | Magnetic particle actuation |
| CN115343501B (zh) * | 2022-10-18 | 2023-03-24 | 四川新川航空仪器有限责任公司 | 一种变磁通式转速传感器 |
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| US3961214A (en) * | 1975-06-18 | 1976-06-01 | International Telephone & Telegram Corporation | Velocity pick-off with noise cancellation |
| US4045738A (en) * | 1976-03-08 | 1977-08-30 | General Electric Company | Variable reluctance speed sensor of integral construction utilizing a shielded high coercive force rare earth magnet positioned directly adjacent the sensing rotating element |
| US4200816A (en) * | 1978-05-11 | 1980-04-29 | Eaton Corporation | Wheel speed sensor including electro-magnetic pickup |
| US4215286A (en) * | 1978-11-13 | 1980-07-29 | General Motors Corporation | Variable reluctance electromagnetic pickup |
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| DE3411773A1 (de) * | 1984-03-30 | 1985-05-23 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Vorrichtung zur erfassung der drehzahl und/oder eines drehwinkels einer welle |
| DE3413627A1 (de) * | 1984-04-11 | 1985-10-17 | Alfred Teves Metallwarenfabrik Gmbh & Co Ohg, 5275 Bergneustadt | Vorrichtung zur erfassung der umfangsgeschwindigkeit einer in drehung versetzbaren zahnscheibe |
| DE3500450A1 (de) * | 1985-01-09 | 1986-07-10 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Induktiver stabsensor fuer umlaufende koerper |
| DE3542962C2 (de) * | 1985-12-05 | 1996-03-28 | Teves Metallwaren Alfred | Induktiver Impulsgeber |
| US4922197A (en) * | 1988-08-01 | 1990-05-01 | Eaton Corporation | High resolution proximity detector employing magnetoresistive sensor disposed within a pressure resistant enclosure |
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| US5510708A (en) * | 1994-10-20 | 1996-04-23 | General Motors Corporation | Variable reluctance rotation sensor with leakage magnetic flux sensing |
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-
1995
- 1995-10-19 US US08/545,458 patent/US5606254A/en not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-09-16 EP EP96202578A patent/EP0769699A1/en not_active Ceased
- 1996-10-17 MX MX9604922A patent/MX9604922A/es unknown
- 1996-10-21 JP JP8277688A patent/JP2809616B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0769699A1 (en) | 1997-04-23 |
| JPH09133697A (ja) | 1997-05-20 |
| US5606254A (en) | 1997-02-25 |
| MX9604922A (es) | 1997-04-30 |
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