JP5222052B2 - 誘導性の回転数および回転方向検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念記載の誘導性の回転数および回転方向の検出装置に関する。こうした装置は独国公開第１０２００５０２９７６４号明細書から公知である。その第１の例ではセンサ素子がホールセンサ素子として構成されている。ホールセンサ素子は磁界の変化を検出するのに適しており、回転数検出にしばしば用いられる。ホールセンサ素子は廉価で入手可能であり、約１６０℃の温度まで使用可能である。

ホールセンサ素子の欠点は汚染物粒子に対して敏感であるということである。最悪の場合、汚染によってセンサ装置が完全に故障する事態に陥ることもある。

また、前掲の独国公開第１０２００５０２９７６４号明細書によれば、センサ素子を磁気抵抗性センサ素子（ＭＲ素子）として構成することもできる。別の例として、誘導性センサ素子を構成することもできる。誘導性センサ素子も基本的に磁界の変化の検出に良好に適している。

公知の誘導性回転数検出装置では巻き回されたコイルが使用される。コイルは、材料コストが高いことのほか、平均で数ｃｍの深さを有するという重大な欠点を有する。

次に掲げる表には、これまで使用されてきたホールセンサ装置および誘導性センサ装置を挙げた刊行物が示されている。

さらに、刊行物"Digital Inductive Position, Speed and Direktion Sensor P0120"の第１頁〜第３頁には、歯車状のいわゆるインパルスホイール（Impulsrad）を備えたディジタル誘導性センサが記載されている。このセンサはリニア位置検出、角度測定および回転数測定に用いられる。測定コイルは平坦形であり、油、水、塵埃および磁界に対して抵抗を有する。センサチップは変換器の方式に応じて１つの送信コイルおよび２つの受信コイルを有する。２つの受信コイルはターゲットであるインパルスホイールの運動方向においてずらされている。ただしターゲットからセンサチップまでの距離は当該の装置においても制限されている。
独国公開第１０２００５０２９７６４号明細書 独国出願第４３４１４０５号明細書 独国出願第４４４５３７８号明細書 独国出願第１０１１４８５８号明細書 独国出願第２８４７５２２号明細書 独国出願第２９３９６４３号明細書 独国出願第３２４２１０９号明細書 独国出願第４４３１６４９号明細書 "Digital Inductive Positon, Speed and Derection Sensor PO120"，第１頁〜第３頁

したがって、本発明の課題は、従来技術の問題点を克服できる誘導性回転数検出装置を提供し、センサを粒子などの汚染物に対して不感とし、小さな組み込み深さおよびセンサまでの大きな距離を達成することである。

また回転数センサは例えばトランスミッション内などの高温および高圧の場所において耐用できなければならない。

この課題は、２つのプレーナコイルがいわゆるインパルスホイールから所定の距離を置いて該インパルスホイールの回転方向で見て相互にずれて配置されており、当該の２つのプレーナコイルはそれぞれ発振器の一部であり、当該の２つのプレーナコイルの振動周波数が評価される構成により解決される。

本発明の請求項１の解決手段は回転数測定に２つのプレーナコイルを利用することをコンセプトとしている。２つのコイルは回転方向で見て空間的に相互にずれて配置されている。コイルを用いた検出は可動の要素、いわゆるインパルスホイールを介して行われる。インパルスホイールの前提となるのは、誘導性センサが周期的に制御されるということである。インパルスホイールの構造は、図１に示されているように歯車に似ているか、または、図２に示されているように格子に似ている。インパルスホイールは必ずしも符号化しなくても回転方向を識別することができる。重要なのは、２つのコイルがプレーナコイルであって、回転方向で見て空間的に相互にずれて配置されているということである。図３には２つのプレーナコイルが空間的にずれて配置されることが示されている。コイル１は第１の発振器の一部であり、コイル２は第２の発振器の一部である。これらのコイルはそれぞれの発振器の周波数を定めている。周波数の評価は分解能が高いので、従来の電圧評価または電流評価よりも正確である。

回転方向を識別しなくてよい特殊なケースでは、唯一のプレーナコイルを回転数検出に用いれば充分である。このことは請求項１２に記載されている。この場合にも対応する発振器の振動周波数を評価することの利点が当てはまる。

図３のコイル１，２または相応の唯一のプレーナコイルにより、それぞれ大きな有効コイル面積が得られる。重要なのは、インパルスホイールまでの距離が大きいときにも正確な評価が行えるということである。

コイル１および場合によりコイル２は有利には配線板上に印刷されるが、打ち抜きまたは折り曲げられたワイヤなどによって形成されていてもよい。

２つのコイル１，２の相互影響を回避するために、マルチプレクサを介してこれら２つのコイルを接続し、一方のコイルのみに電流が流れ、他方のコイルはそのあいだ高オームとなるようにする。本発明の回転数センサでは、周波数変化分の評価により大きな距離での検出が支援される。当該の条件のもとでの検出は顕著な利点を呈する。これまで公知の装置ではセンサとインパルスホイールとのあいだの距離は最大でも４ｍｍ〜５ｍｍしかない。本発明の装置では当該の距離は１０ｍｍにまで広がる。

大きな距離が得られるため、適用分野に応じて、パルス発生器すなわちインパルスホイールを任意に交換することができる。従来技術では、小さなパルス発生器すなわちインパルスホイールを使用する場合、当該の距離が得られず、必要な結果が送出されないという問題が発生していた。プレーナコイルと周波数評価との組み合わせはこの欠点に対する措置である。

歯または格子部材のあいだのギャップ（ホイールの周の所定のセクタであってそこを通過することによりパルスが発生する個所）がまず一方の平坦形コイルで認識され、ついで他方の平坦形コイルでパルス状に認識された場合、回転方向の識別は特に簡単に行われる。図４から回転方向ごとのパルスエッジの列が見て取れる。

請求項１２〜２１の本発明の第２の解決手段では、第１の解決手段に対する選択的な補充手段として、請求項１３に記載されているようにインパルスホイールを符号化することにより、回転方向の識別が容易に行われる。符号化とはインパルスホイールの個々の歯を区別することである。この場合、請求項２２に記載されているように、本発明の装置を回転方向の識別に使用することができる。

次に２つの解決手段の双方に当てはまる付加的な特徴を挙げる。
・インパルスホイールは磁気アクチュエータ（magnetischer Betaetiger）ではなく、導電性の渦電流減衰部材である。符号化が行われる場合、例えば各歯と歯間の空隙とに異なる導電性が与えられる。
・いわゆるインパルスホイールは歯車または周期格子に似た形態を有する。
インパルスホイールを異なる構造の他のインパルスホイールと交換できるというのは大きな利点である。なぜなら識別の精度は距離に応じて小さくなってしまうからである。したがって本発明によれば実装の許容可能範囲が大きくなる。プレーナコイルからインパルスホイールまでの距離は１０ｍｍほどとなる。
・プレーナコイルは場合により多層技術によって配線板上に印刷される。これに代えて平坦形コイルを金属板からの打ち抜きまたはワイヤの折り曲げによって形成することもできる。
・回転数の識別のために、絶対振動周波数が評価されるのでなく、インパルスホイールの歯の通過時の周波数変化が検出される。ここで基本周波数はＭＨｚ領域、例えば約２０ＭＨｚ〜約４００ＭＨｚの領域にある。数値の例は以下に説明する。

室温２０℃のもとでは基本周波数は２０．０ＭＨｚである。パルスにより振動周波数は一時的に２０．２ＭＨｚまで高められる。すなわち、パルスにより短時間だけ０．２ＭＨｚの周波数変化が生じ、この周波数変化が１つの歯に対応してきわめて良好に検出される。

同じ実験が１５０℃のトランスミッション温度のもとで行われ、基本周波数２４．５ＭＨｚが０．２ＭＨｚの周波数変化により２４．７ＭＨｚとなる。本発明によれば、インパルスホイールのパルスをトリガする部材に一定の周波数変化分すなわち温度に対して安定でありかつ距離を補償することのできる周波数変化分が割り当てられる。こうしたパルスは評価論理回路において簡単かつ確実に計数することができる。

インパルスホイールが符号化される場合、周波数増大パルスは同じ意味で一定、すなわち、温度に対して安定でありかつ距離を補償できるようになっている。周波数増大パルスは歯ごとに階段状に異なっているかまたは時間的な変化によって異なっている。評価回路は５個の個別の歯の位置を順次に識別することができる。すなわち、評価回路による歯の評価から回転方向および／または粗い角度位置を識別することができる。

インパルスホイールの構造の第１の実施例を示す図である。 インパルスホイールの構造の第２の実施例を示す図である。 コイルの配置を示す図である。 パルスエッジの時間特性図である。

符号の説明

１，２ コイル

Claims (6)

1. ２つのプレーナコイル（１，２）がいわゆるインパルスホイールから１０ｍｍまでの距離を置いて該インパルスホイールの回転方向で見て相互にずれて配置されており、このためインパルスホイールは交換可能であり、
   当該の２つのプレーナコイルは導電性であり、マルチプレクサを介して発振器に接続されており、当該の２つのプレーナコイルの該インパルスホィール通過時の周波数変化が評価され、該２つのプレーナコイルの周波数変化から該インパルスホイールの回転数および回転方向を検出し、前記発振器の振動周波数は２０ＭＨｚ〜４００ＭＨｚの基本周波数の領域にある
   ことを特徴とする誘導性の回転数および回転方向検出装置。
2. 前記インパルスホイールは磁気アクチュエータではない、請求項１記載の装置。
3. 前記インパルスホイールは格子と同様に周期的に構成されている、請求項１または２記載の装置。
4. 前記インパルスホイールは歯車に類似している、請求項１または２記載の装置。
5. 前記２つのプレーナコイル（１，２）は、多層技術によって、配線板上に印刷されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記２つのプレーナコイル（１，２）は打ち抜きまたはワイヤの折り曲げによって形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。

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