JP6386480B2

JP6386480B2 - スピードセンサ

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Publication number: JP6386480B2
Application number: JP2015560546A
Authority: JP
Inventors: レシカルブラディミール; プールラディスラフ
Original assignee: レシカル，アー．エス．
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2018-09-05
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: RU2015141859A; MX346542B; CZ304432B6; PL2965093T3; MX2015011513A; EP2965093A1; HUE033530T2; BR112015021535A2; US20160018433A1; WO2014135132A1; CZ2013163A3; JP2016509229A; ES2628814T3; US9618528B2; CN105164539A; EP2965093B1; RU2671284C2; CN105164539B

Description

本発明は、スピードセンサに関し、特に、外乱磁界の影響を受けないタコグラフ用のスピードセンサに関する。このようなスピードセンサは、例えば、タコグラフの記録の改ざんを防ぐことができる。

例えば、時間に基づく車両の速度，運転時間および途中下車といった車両運転の履歴を、図表を用いて記録するタコグラフは、スピードセンサからのデジタル信号を受信する。スピードセンサは、主に自動車のギアボックス内に配置され、ギアボックスの出力軸上の歯車の速度を感知する。典型的に、スピードセンサは、ホール検出器と共に使用される。ホール検出器は、約０．５〜２ｍｍの距離で歯車の外周に近接して配置される。運転している間、歯車は、車両の速度に正比例して回転し、歯車の歯がホールセンサの前を通過するとき、ホールセンサの基本磁石の磁力線は、常に、ホール検出器の中心に集まり、これにより、ホール検出器の出力電圧の増加を引き起こす。一方、歯車における歯の間の空隙がホールセンサの前を通過するとき、磁力線は低減されて磁界の強度が減少し、これにより、ホール検出器の出力電圧の低下を引き起こす。ホール検出器からの出力電圧信号はアナログ信号であり、ホールセンサの電子回路において、そのアナログ信号はデジタル信号に変換されてタコグラフに供給され、そこで、信号は、図表化され、或いは、車両の運転履歴の別の記録を表示するように処理される。回転する歯車を感知するとき、アナログ信号の変換は、ホールセンサの出力電圧が所定の上側および下側閾値を超えた場合にのみ、実質的に正弦波特性の信号をデジタル信号に変換し、その出力信号は、ホールセンサの中心における磁界強度の関数となる。ホールセンサの基本磁界が、例えば、スピードセンサの近くに強い磁界を有する外乱となる磁石を取り付けることで生じる外乱磁界の影響を受けるとき、両方の磁界は相互干渉し、結果としてホール検出器の中心に生じる磁界の強度は、両方の磁石、すなわち、外乱となる磁石およびホールセンサの磁石の相互の極性に基づいて増強または低減する。その結果、ホール検出器からのアナログ信号による出力電圧は増加または低下し、アナログ信号がデジタル信号に変換される、出力電圧の所定の閾値は、もはや超過されることがなくなり、スピードセンサの出力デジタ信号は、一定の値を有することになる。そして、デジタル信号の変化や振動がないために、タコグラフは、たとえ車両が移動しているときでも、車両の静止モードを記録することになる。

ホールセンサを有し、アナログ信号を電子処理してデジタル信号にするスピードセンサも知られている。ここで、上側および下側閾値を超えた場合、アナログ信号のデジタル信号への変換が生じ、アナログ信号の上側および下側ピークについては自己調整される。その結果、アナログ信号のデジタ信号への変換は、ホール検出器の中心における磁界の強度が、ホール検出器の感知範囲外、すなわち、絶対値がｃａ１０ミリテスラよりも下か或いはｃａ５００ミリテスラよりも上のときに欠落する。一方、ホール検出器の中心における磁界の強度が、ホール検出器の感知範囲内、すなわち、ｃａ１０ミリテスラとｃａ５００ミリテスラの間のとき、アナログ信号は、常に、デジタル信号に変換される。この状況では、例えば、米国特許出願公開第２０１１／０２５１８０５号明細書に示されるように、ホールセンサの中心における磁界の強さまたは強度は、それぞれホールセンサの磁石の磁界と、ホールセンサを用いた磁気スピードセンサに近接して配置された外乱磁石の磁界の間の干渉によって規定される。

米国特許出願公開第２０１２／００９０００号明細書は、２つの出力信号を生成する、異なる感度の２つの検出素子を有するスピードセンサを開示しており、検出素子が相互に異なる外乱磁界にさらされたとき、低い感度を有する検出素子は、実際の速度に対応する歪み補正された信号を発し、高い感度を有する検出素子は、実際の速度には不適切な歪んだ信号を与える。

米国特許第６２７１６６３号明細書は、ロータの回転軸に外接する円周上に、或る角度間隔で配置された幾つかの磁気抵抗検出器の回転位置を検出する回転型検出器似ついて記載している。検出器の磁石は、それらの軸が放射状で磁気抵抗検出器の感知軸と一列に整列しないようにして設けられ、これにより、隣接する磁石の極性は対向するようになる。

上述したスピードセンサに共通な欠点は、それらが外部の外乱磁界にさらされると、検出器の中心における磁界が減衰または増幅されて、ホール検出器の感知範囲外になって、出力アナログ信号が消失してしまうことである。現時点において、市場で入手可能なホールセンサは、ｃａ１０ミリテスラからｃａ５００ミリテスラまでの感知範囲内の磁界強度に対応している。

本発明の目的は、ギアボックス内の歯車の速度を測定するためのスピードセンサを提供することにあり、特に、スピードセンサの近くに配置されたギアボックスの外部表面に設けられた利用可能な永久磁石による外乱磁界の影響を受けることがなく、また、感知される歯車の速度または磁気標識についての正確かつ歪みのない情報を与える、自動車のスピードセンサを提供することにある。

上述した欠点および欠陥が回避され、また、本発明の目的が達成されるスピードセンサは、ギアボックス内に配置された、歯車または強磁性の標識が設けられたホイールの速度を測定し、前記スピードセンサは、前記ギアボックスの貫通孔に挿入して固定するように適合された一端を有し、その前方が前記歯車に面するようにされたハウジングを有し、前記ハウジングにおいて、前記ハウジングの前方に面する第１ホール検出器を有する第１ホールセンサが設けられ、前記第１ホール検出器は、出力アナログ信号をデジタル信号に変換するための電子回路に接続され、前記第１ホール検出器からの出力電圧の上側および下側閾値を超えた場合、第１アナログ信号が第１デジタル信号に変換され、前記アナログ信号の上側および下側ピークについては自己調整され、第１基準磁石のエス極は、前記第１ホール検出器の感知軸と一直線状に係合し、前記第１ホール検出器側が前記ハウジングの前方に対向し、特徴的な構成として、前記スピードセンサの前記ハウジングにおいて、第２ホールセンサは、前記ハウジングの前方に面する第２ホール検出器を有し、前記第２ホール検出器は、その第２出力アナログ信号を第２デジタル信号に変換するための電子回路に接続され、前記第２ホール検出器からの出力電圧の前記上側および下側閾値を超えた場合、前記第２アナログ信号が前記第２デジタル信号に変換され、前記アナログ信号の上側および下側ピークについては自己調整され、第２基準磁石のエヌ極は、前記ホールセンサの感知軸と一直線状に係合し、前記第１ホール検出器側が前記ハウジングの前方に対向し、両方の前記ホール検出器の前記感知軸は、互いに並列とされ、両方の前記ホール検出器の前記感知軸の間の距離は、前記歯車の歯の幅または感知ディスクの強磁性標識の幅以下とされ、前記２つのホール検出器および基準磁石は、外乱磁石が前記ギアボックスの外側に在るとき、前記外乱磁石の磁界が前記第１および第２ホール検出器の一方の磁界を弱めると共に前記第１および第２ホール検出器の他方の磁界を強め、前記第１および第２ホール検出器の少なくとも一方は動作し続ける、ようになっている。

前記スピードセンサの配置は、外乱磁界による前記第１および第２ホール検出器の反対方向の両基本磁石により同時に起こる磁界の消失または減少を回避し、それにより、最悪の場合でも、両方の前記ホール検出器の基本磁石からの一方の基本磁石による磁界強度だけが、そのホール検出器の感知範囲外となるだけである。また、歯車が回転するとき、その基本磁石による磁界が前記外乱磁石の外乱磁界にさらされて増強される他方のホール検出器は、その基本磁石だけによる磁界に対応するよりも高い電圧値のアナログ信号を生成する。そして、増強された磁界は、現時点では、いずれの磁石も使用できないため、ギアボックスに取り付けられたときに対応する程度により、ホール検出器の位置で、その位置におけるホール検出器の感知限界よりも上の磁界強度を生成することができるため、前記ホールセンサの前記感知範囲を超えることはない。

もし、前記第１および第２ホールセンサからの前記第１および第２デジタル信号が、ＲＳゲート回路における１つの出力デジタル信号に統合されると、前記出力デジタル信号の立ち上がりエッジ(その昇順ゲート(ascending gate))は、以前の第１または第２デジタル信号の立ち上がりエッジ(昇順ゲート)をコピーし、前記出力デジタル信号の立ち下がりエッジ(その降順ゲート(descending gate))は、以前の第１または第２デジタル信号の立ち下がりエッジ(降順ゲート)をコピーするので有利である。この構成は、前記スピードセンサが、前記歯車の速度についての情報を提供する信号出力を生成するのを可能とする。

好ましくは、前記スピードセンサが、前記第１および第２デジタル信号を比較し、前記デジタル信号間における逸脱を検出したときにアラーム信号を生成するプロセッサが設けられていてもよい。

前記アラーム信号は、前記磁気スピードセンサに影響を与えようとしていることを示している。

図１ａは、ホール検出器の前方に存在する基本磁石の磁力線の概略図である。図１ｂは、ホール検出器の前方に空隙が存在するとき、基本磁石の磁力線の概略図である。図２ａは、歯がホール検出器の前方に存在するとき、外乱磁石が基本磁石と磁気的に対向して配向されたことによる、基本磁石と外乱磁石のプロットされた磁力線の概略図である。図２ｂは、空隙がホール検出器の前方に存在するとき、外乱磁石が基本磁石と磁気的に対向して配向されたことによる、基本磁石と外乱磁石のプロットされた磁力線の概略図である。図３ａは、歯がホール検出器の前方に存在するとき、外乱磁石が基本磁石と磁気的に一貫して配向されたことによる、基本磁石と外乱磁石のプロットされた磁力線の概略図である。図３ｂは、空隙がホール検出器の前方に存在するとき、外乱磁石が基本磁石と磁気的に一貫して配向されたことによる、基本磁石と外乱磁石のプロットされた磁力線の概略図である。図４は、歯車を有する磁気スピードセンサの模式図である。図５は、スピードセンサにおけるホールセンサの配線図である。図６は、ホールセンサおよび外乱磁石の影響を受けないスピードセンサからのデジタル出力を示すグラフを表す図である。図７は、ホールセンサおよび外乱磁石のエス極による影響を受けるスピードセンサからのデジタル出力を示すグラフを表す図である。図８は、ホールセンサおよび外乱磁石のエヌ極による影響を受けるスピードセンサからのデジタル出力を示すグラフを表す図である。

本発明の一実施形態は、添付図面に示されている。

図１ａ〜図３ｂは、それぞれ、歯車２０の歯２０１がホール検出器３０の前方に、および、歯２０１の間の空隙２０２がホール検出器３０の前方に、存在する両方の瞬間における、ホールセンサ３の基本磁石３１に関連する磁界または磁力線のプロットを示す。概略的に描かれたホールセンサ３は、ホール検出器３０と、ホール検出器３０に向かって、そのエス極Ｓに配向された基本磁石３１を備える。図１ａに示されるように、歯２０１がホール検出器３０の前方に存在しているとき、基本磁石３１の磁力線は、大きな密度のホール検出器３０の中心を通過するが、空隙２０２がホール検出器３０の前方に存在する間、図１ｂ参照、磁力線は、ホール検出器３０の中心を通過することはない。

図１ａおよび図１ｂと同様に、図２ａおよび図２ｂは、基本磁石３１の磁力線のプロットを示すが、外乱磁石５の磁力線は、そのエヌ極Ｎが歯車２０の方向となって影響を受けるように配向され、すなわち、ホールセンサ３が、基本磁石３１の向きと反対の磁界または磁力線を感知するように配向される。図２ａに示されるように、歯２０１がホール検出器３０の前方に存在するとき、同一方向に配向された外乱磁石５の外乱磁界は、ホール検出器３０の中心における磁力線の高密度化を引き起こす。ここで、空隙２０２がホール検出器３０の前方に存在するとき、磁力線は、ホール検出器３０の中心を通過することはない。

図２ａおよび図２ｂと同様に、図３ａおよび図３ｂは、基本磁石３１の磁力線および外乱磁石５の外乱磁界のプロットを示すが、外乱磁石５の磁力線は、そのエス極Ｓが歯車２０の方向となるように、すなわち、基本磁石３１と同じ方向に配向される。図３ａおよび図３ｂから明らかなように、相互にそれぞれの磁界は、歯２０１がホール検出器３０の前方に存在する場合（図３ａ）および歯２０１がホール検出器３０の前方に存在せずに空隙２０２がホールセンサ３の前方に存在する場合（図３ｂ）のいずれにおいても、ホール検出器３０の中心を通過する磁力線は存在せず、すなわち、この領域に存在する磁力線は無くなり、或いは、ホールセンサ３の感知範囲の外となるような弱い磁力線となる。

以上から明らかなように、外乱磁石５は、ホール検出器３０の基本磁石３１と同一方向に配向されるときだけ、ホール検出器３０の機能を停止させる。一方、もし、これらの磁石が反対方向に配向されている場合には、ホール検出器３０の中心の磁界は、その機能を強化し、それぞれの出力電圧を増加させることになる。磁気スピードセンサが、互いに磁気的に反対方向に配向されている基本磁石３１，４１を有する２つのホールセンサ３，４を備える構成において、それら基本磁石が外乱磁石５による影響を受けるとき、外乱磁石５と同一方向に配向された基本磁石３１，４１を有するホールセンサ３，４による機能は除去される。なお、ホールセンサ３，４以外のホールセンサによる機能は、影響を受けることはない。

図４は、本発明に係るスピードセンサ１の模式図であり、例えば、ギアボックス２の開口部に固定された円筒形のハウジング１０を備える。ここで、歯車２０は、ギアボックス２に取り付けられ、歯車の速度は、スピードセンサ１により感知される。歯車２０には、互いに空隙２０２によって分離された歯２０１が設けられ、２つのホールセンサ３，４が配置されたスピードセンサ１の表面からほぼ０．５から１．５ｍｍまでの距離に位置するようになっている。第１磁石３１は、そのエス極Ｓが第１ホール検出器３０に係合し、第２磁石４１は、そのエヌ極Ｎが第２ホール検出器４０に係合している。

第１磁石３１を有する第１ホールセンサ３は、プリント基板６の一方の側に接続され、第２磁石４１を有する第２ホールセンサ４は、プリント基板６の他方の側に接続されている。各ホールセンサ３，４は、それぞれホール検出器３０，４０および電子システムを備え、その電子システムは、ホール検出器３０，４０からのアナログ出力信号をデジタル信号３００，４００に処理する。アナログ信号は、アナログ信号の電圧の上側および下側閾値に基づいてデジタル信号３００，４００に変換され、アナログ信号の上側および下側ピークについては自己調整される。自己調整機能は、例えば、Ａ／Ｄ変換器により、それぞれのアナログ信号の最大および最小振幅から固定調整ヒステリシスを用いてデジタル信号に変換することで達成される。これは、ホール検出器３０，４０の中心における磁力線に大きな変動があっても、それらの感知範囲で動作することを可能にする。

図５から明らかなように、デジタル信号３００は、ホールセンサ３から出力され、また、デジタル信号４００は、ホールセンサ４から出力される。これらの信号は、それぞれプロセッサ６および統合回路７の両方に供給される。

統合回路７の回路７１および７２において、デジタル信号３００および４００の昇順および降順ゲートが評価され、ＯＲ回路７３および７４でそれらを組み合わせた後、スピードセンサ１の単一の出力信号７００がＲＳ回路により生成され、さらに、その信号は、図示しないタコグラフに伝送される。タコグラフでは、出力信号７００が評価され、記録装置に伝送される。デジタル信号３００および４００は、プロセッサ６により比較され、差異が確認された場合には、アラーム(警報)信号６００が生成されてタコグラフに伝送され、スピードセンサが悪影響を受けたことを知らせるようになっている。

第１ホール検出器３０の軸Ｏ３は、第２ホール検出器４０の軸Ｏ４と平行に位置し、それらの間の距離Ｒは、歯２０１の厚さＴ以下とされている。従って、一方において、第１および第２ホール検出器３０および４０は、歯車２０の回転中は、歯車２０の同じ歯２０１によって同時に制御され、また、他方において、外乱磁石５の外乱磁界は、同じ範囲の第１および第２基本磁石３１および４１の基本磁界に影響を与える。

歯車２０が回転している間、歯２０１および空隙２０２は、ホール検出器３０および４０を有するスピードセンサ１の前面に沿って交互に通過し、両方のホール検出器３０および４０の中心における基本磁石３１および４１の磁力線および磁界強度の特性に影響を与える。強度の変化は、ホールセンサ３，４においてデジタル信号３００，４００に変換される出力アナログ信号の特性を変化させ、その結果として、ホール検出器３０および４０からの出力電圧における変化をもたらす。

もし、歯車２０の回転中において、スピードセンサ１のホールセンサ３，４が外乱磁界の影響を受けていない場合には、ホール検出器３０および４０の中心における基本磁界の強度の周期的な変化が生じるアナログ信号が生成され、そのアナログ信号が、ホールセンサ３，４の電子装置によりデジタル信号３００および４００に変換される（図６を参照）。デジタル信号は、その後、歯車２０の速度に関する情報を提供するスピードセンサ１からの出力信号７００を生成するために、ＲＳ回路で組み合わされる。

もし、強い外乱磁石５がスピードセンサ１に近接してギアボックス２に取り付けられていると、その外乱磁界が第１ホールセンサ３および第２のホールセンサ４の基本磁石３１および３４の基本磁界に影響を与え、一方のホール検出器の一方の基本磁界が増強され（図２ａ）、そして、他方のホール検出器の他方の基本磁界が減少，希釈または全体として除去される（図３ａ）。

もし、図２ａおよび図７に示されるように、外乱磁石５が、そのエヌ極Ｎによりギアボックス２に取り付けられていると、外乱磁界は、第１ホールセンサ３の第１基本磁石３１による基本磁界を増強し、第２ホール素子４の第２基本磁石４１による基本磁界を抑圧する。従って、第１ホールセンサ３は、デジタル信号３００を生成し、歯車２０の回転または完全な停止を記録する。この場合、自身の基本磁界が抑圧された第２ホール検出器４０は、変化するアナログ信号を生成せず、そのため、ホールセンサ４からは変化するデジタル信号は伝送されないことになる。磁気スピードセンサ１から伝送される結果として得られるデジタル信号７００は、同じ周波数を有するが、図６において結果として得られるデジタル信号７００よりも短い位相であり、歯車２０の速度についての歪みのない情報を提供する。

もし、図３ａおよび図８に示されるように、外乱磁石のエス極Ｓがギアボックス２に取り付けられていると、外乱磁界は、第１ホールセンサ３の第１基本磁石３１による基本磁界を除去し、第２ホール素子４の第２基本磁石４１による基本磁界を増強する。従って、第１ホール検出器３０は、変化するアナログ信号を生成せず、第１ホールセンサ３から変化するデジタル信号３００は伝送されない。この場合、自身の基本磁界が増強された第２ホール検出器４０は、変化するアナログ信号を生成し、そのため、第２ホールセンサ４は、変化するデジタル信号４００を供給することになる。これは、両方の検出器の自身の基本磁石が反対の磁気配向を有することが特徴であり、様々な外乱磁界が１つの磁気検出器からの磁束を増強し、自己調整閾値を超えた場合、両方の磁気検出器によって供給されたアナログ信号がデジタル信号に変換され、それにより、閾値は、アナログ信号の上側または下側ピークよりも、それぞれ任意に選ばれたヒステリシスだけ、より低くまたはより高くなる。

Claims

ギアボックス（２）内に配置された、歯車（２０）または強磁性の標識が設けられたホイールの速度を測定するスピードセンサ（１）であって、前記スピードセンサ（１）は、前記ギアボックス（２）の貫通孔に挿入して固定するように適合された一端を有し、その前方が前記歯車（２０）に面するようにされたハウジング（１０）を有し、前記ハウジング（１０）において、前記ハウジング（１０）の前方に面する第１ホール検出器（３０）を有する第１ホールセンサ（３）が設けられ、前記第１ホール検出器（３０）は、出力アナログ信号をデジタル信号に変換するための電子回路に接続され、前記第１ホール検出器（３０）からの出力電圧の上側および下側閾値を超えた場合、第１アナログ信号が第１デジタル信号（３００）に変換され、当該アナログ信号の上側および下側ピークについては自己調整され、第１基準磁石（３１）のエス極（Ｓ）は、前記第１ホール検出器（３０）の感知軸（Ｏ３）と一直線状に係合し、前記第１ホール検出器（３０）側が前記ハウジング（１０）の前方に対向し、
前記スピードセンサ（１）の前記ハウジング（１０）において、第２ホールセンサ（４）は、前記ハウジング（１０）の前方に面する第２ホール検出器（４０）を有し、前記第２ホール検出器（４０）は、その出力の第２アナログ信号を第２デジタル信号（４００）に変換するための電子回路に接続され、前記第２ホール検出器（４０）からの出力電圧の前記上側および下側閾値を超えた場合、前記第２アナログ信号が前記第２デジタル信号（４００）に変換され、当該アナログ信号の上側および下側ピークについては自己調整され、第２基準磁石（４１）のエヌ極（Ｎ）は、前記第２ホール検出器（４０）の感知軸（Ｏ４）と一直線状に係合し、前記第２ホール検出器（４０）側が前記ハウジング（１０）の前方に対向し、両方の前記第１および第２ホール検出器（３０,４０）の前記第１および第２感知軸（Ｏ３，Ｏ４）は、互いに並列とされ、前記第１および第２感知軸（Ｏ３，Ｏ４）の間の距離（Ｒ）は、前記歯車（２０）の歯（２０１）の幅（Ｔ）または感知ディスクの強磁性標識の幅以下とされ、前記２つのホール検出器（３０,４０）および基準磁石（３１，４１）は、外乱磁石（５）が前記ギアボックス（２）の外側に在るとき、前記外乱磁石（５）の磁界が前記第１および第２ホール検出器（３０,４０）の一方（３０）の磁界を弱めると共に前記第１および第２ホール検出器（３０,４０）の他方（４０）の磁界を強め、前記第１および第２ホール検出器（３０,４０）の少なくとも一方は動作し続ける、ようになっている、
ことを特徴とするスピードセンサ。
請求項１に記載のスピードセンサ（１）において、前記第１および第２ホールセンサ（３，４）からの前記第１および第２デジタル信号（３００，４００）は、ＲＳゲート回路における１つの出力デジタル信号（７００）に統合され、前記出力デジタル信号（７００）の立ち上がりエッジは、以前の第１または第２デジタル信号（３００，４００）の立ち上がりエッジをコピーし、前記出力デジタル信号（７００）の立ち下がりエッジは、以前の第１または第２デジタル信号（３００，４００）の立ち下がりエッジをコピーする、ことを特徴とするスピードセンサ。
請求項２に記載のスピードセンサ（１）において、前記スピードセンサ（１）には、前記第１および第２デジタル信号（３００，４００）を比較し、前記デジタル信号間における逸脱を検出したときにアラーム信号（６００）を生成する、プロセッサ（６）が設けられている、ことを特徴とするスピードセンサ。