JPH0192663A - 変位速度検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直線あるいは回転方向に変位する部材の変位
速度を検出するための変位速度検出器に関し、例えば自
動車の車輪の回転速度を検出する回転センサとして用い
て有効である。

〔従来の技術〕

従来、例えば自動車車輪の回転速度等を検出するための
検出装置としては、磁性体金属よりなるロータの外周に
複数の凹凸を設け、これに対向して設けられた永久磁石
とコイルとにより回転速度を検出するいわゆるマグネッ
トピックアップ方式や、凹凸の代わりにスリットを設け
、光の透過を検出してカウントする光学式のロークリエ
ンコーダが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これらの方式であると、移動体であるロ
ータの外周を凹凸あるいはスリットといった特殊な形状
に加工する必要がある。また、凹凸あるいはスリットそ
れぞれの間の位置からは何らの角度情報も得られないた
め、ロータが極低速でしか動かない場合には所定時間の
間に何らの角度情報が得られなくなり、リップル増加や
位相遅れを生じ、正確な回転速度を算出できないという
不具合があった。

本発明は上記不具合を解消するためになされたものであ
り、移動体となる部材に対する特殊な形状の加工を必要
とせず、また、時間あたりの変位量が非常に少ない場合
であっても、高精度の情報を得ることの可能な変位速度
検出器を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため本発明では、導電材料からなる移動体の近傍に
配置され、該移動体に横切られる該移動体の変位方向に
対して垂直な磁界を形成する磁界形成手段と、 前記移動体が前記磁界を横切ることで該移動体表面に発
生する渦電流にて形成される磁界を集中して通過させる
、強磁性材料よりなる磁路部材と、該磁路部材を通過す
る磁界に応じた信号を発生する磁界検出手段とを備え、 該磁界検出手段の出力信号により前記移動体の変位速度
を検出する構成としている。

〔作用〕

磁界形成手段にて形成された磁界を、移動体が変位して
横切ると、導電材料から構成されている該移動体の表面
に渦電流が発生する。そしてこの渦電流により形成され
る新たな磁界は磁路部材を集中的に通過する。この磁路
部材を通過する磁界に応じて、磁界検出手段が発生した
信号により移動体の変位速度が検出できる。

従って、変位体の変位速度に応じた信号を常に連続して
得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明になる変位速度検出器の第１の実施例につ
いて述べる。

第１図は、その横断面を示し、１は非磁性導電材料にて
構成され、本発明の移動体をなす円板状の回転体であり
、自動車の車輪と共に回転する軸ＩＡに取付けである。

２は回転体Ｉの近傍に設けられ、図示されない自動車ボ
ディに対して固定された検出体である。また第２図は、
第１の実施例の縦断面を示し、即ち第２図は第１図の■
−■線に沿う断面を示し、第１図は第２図の１−１線に
沿う断面を示している。第１図、第２図において、検出
体２は、回転体１を外周端面１ａ側からはさんで区画さ
れた第１分割部２ａと第２分割部２ｂとを有している。

この検出体２の外壁は、主にハウジング３にて構成され
ている。即ち、ハウジング３は、回転体Ｉの両側にそれ
ぞれ回転体ｌと平行な対向壁３１ａ、３１ｂを有し、さ
らに底壁３２ａ、３２ｂ、側壁３３ａ、３３ｂ、３４ａ
、３４ｂ、上壁３５ａ、３５ｂを有する。ここで底壁３
２ａ、３２ｂはそれぞれ前記対向壁３１ａ、３１ｂにお
ける軸ＩＡ＠端部から、回転体１とは反対側方向に垂直
に延びている。また側壁３３ａ。

３４ａおよび側壁３３ｂ、’３４ｂはそれぞれ一対とな
り、互いに平行に対向している。上壁３５ａ。

３５ｂはそれぞ孔底壁３２ａ、３２ｂと平行に対向して
いる。そして、前記第１分割部２ａには、対向壁３１ａ
、底壁３２ａ、側壁３３ａ、３４ａ。

上壁３５ａにより第１の開口部３ａを有する第１の区画
室が形成され、前記第２分割部２ｂには、対向壁３１ｂ
、底壁３２ｂ、側壁３３ｂ、３４ｂ。

上壁３５ｂにより第２の開口部３ｂを有する第２の区画
室が形成される。なお、ハウジング３の上壁３５ａ、３
５ｂは回転体１の外周端面１ａの上方にて一体的に結合
されている。これにより、検出体２の第１分割部２ａと
第２分割部２ｂとが一体化されている。

ハウジング３の前記第１の区画室には、前記第１の開口
部３ａから挿入された第１の区画室にぴったり収まる円
柱形の永久磁石４が収納されている。永久磁石４は磁界
形成手段として回転体７に対して垂直方向の、即ち軸Ｉ
Ａと同じ方向の極性を有している。なお、永久磁石４は
、ハウジング３の開口部３ａの外側から圧入されるカバ
ー５により対向壁３１ａに圧着固定されている。

一方、第２図に示す様に第２分割部２ｂにおけるハウジ
ング３の対向壁３１ｂの第２区画室側には、１つの溝３
１ｂａおよび２つの突出段部３１ｂｂ、３１ｂｃが形成
されている。溝３１ｂａは断面が四角形で対向壁３１ｂ
の中央部を横切る方向に沿って形成されている。また、
突出段部３よりす、３１ｂｃは、対向壁３１ｂにおける
上下両端部にそれぞれ上壁３５ｂ、底壁３２ｂと一体的
に形成されている。即ち溝３１ｈａと突出段部３１ｂｂ
、３１ｂｃとは同方向に延びて形成されている。また第
１図に示す様に、第２区画室２ｂにはハウジング３の第
２の開口部３ｂより磁路部材としての第１．第２の検出
磁路材６ａ、６ｂ、磁界検出手段としてのホール素子７
９回路基板８が配置される。第１．第２の検出磁路材６
ａ、６ｂは互いに同形状で強磁性材料からなり、断面が
円形の棒形状をなしており、前記溝３１ｂａに嵌入され
、それぞれ一方の端部が側壁３３ｂ、３４ｂに接してい
る。ホール素子７は２つの検出磁路材６ａ、６ｂの対向
する端部間に挟持されて固定されている。ホール素子７
は円柱形状をなし、検出磁路材６ａ、６ｂと同軸的に配
置されると共に、溝３１ｂａの中央に位置し、検出磁路
材６ａ、６ｂを通る磁界を検出する。なお、ホール素子
７は円柱形の永久磁石４の中心軸の延長線上に配されて
いる。また、突出段部３１ｂｂ、３１ｂｃには回路基板
８が図示されないビスにより固定され、ホール素子７か
ら延出されたリード線９が接続しである。第２の開口部
３ｂの外側からはカバー１０が圧入しており、このカバ
ー１０を貫通して３本のリード線１１ａ、Ｉｌｂ、Ｉｌ
ｃが回路基板８に結線されている。

第３図に回路基板８上に形成される電気回路を示す。

第３図において、Ｔ１〜Ｔ４はホール素子７からの４本
のリード線９が接続される端子である。

またＴ　Ａ＋　Ｔ　Ｂ＋　Ｔ　ｃはそれぞれ電源端子、
アース端子、信号出力端子である。また■８はバッテリ
。

２０１は定電圧回路、２０２は演算増幅器である。

バッテリ■、からの電源電圧は、リード線１１ａを介し
て端子ＴＡに供給後、定電圧回路２０１で安定化され、
抵抗Ｒ１から端子Ｔ、を経てホール素子７に印加されて
いる。なお、抵抗Ｒ１はホール素子７に印加される電流
を調節する電流制限抵抗である。一方、ホール素子７か
らの出力電圧は端子Ｔ３．Ｔ、から演算増幅器２０２に
入力されて電圧増幅後、端子Ｔｃからリード線１１ｃを
経て出力信号として発生される。

次に、以上に述べた第１の実施例における作用を説明す
る。

第４図（ａ）、第４図（ｂ）は検出体２の永久磁石４と
、検出磁路材６ａ、６ｂと、ホール素子７及び回転体１
の配置関係を機械的に示した図で、円柱形の永久磁石４
は前述のとおり回転体１に対向する面をＮ極としである
。

いま、非磁性導電材料より成る回転体１が永久磁石４の
作る磁界中で回転すると、回転体１上には該永久磁石４
に接近する側では、該永久磁石４の磁界と反対方向の磁
界Ｈ，を形成する渦電流ｉ。

が生じ、該永久磁石から遠ざかる側では永久磁石４の作
る磁界と同方向の磁界を形成する渦電流ｔ２が生じる。

即ち、それぞれの渦電流１１＋ＩＺは、矢印方向の磁界
Ｈ，，Ｈ，を形成する。

ところで、前記回転体１に対する永久磁石４の反対側に
は、検出磁路材６ａ、６ｂ及びホール素子７を配置しで
あるから、前記渦電流ｉ、、ｉ２により磁界Ｈ，，Ｈ２
が発生すると、図中に示されるＨ２→検出磁路材６ａ→
ホール素子７→検出磁路材６ｂ−＋Ｈ，の経路の磁気回
路が形成され、ＨｌとＨ２とによる合成磁界Ｈがホール
素子７を鎖交する。

従って、ホール素子７と鎖交する合成磁界Ｈの大きさは
、回転体１が永久磁石２２の作る磁界を切る速さ、すな
わち回転体１の回転速度に比例し、それによって検出方
向を合成磁界Ｈの方向と一致せしめて配置したホール素
子７の出力電圧が回転体１の回転速度に比例して出力さ
れる。

なお、検出磁路材６ａ、６ｂは前述のごとくその形状、
大きさを同一としてホール素子７ば永久磁石４と中心を
一致せしめて配置したから、回転体１の停止時には合成
磁界Ｈの大きさは零であり、該回転体１の回転方向およ
び速度によって第５図のごとくホール素子７の出力電圧
の極性および大きさは変化する。

なお、本実施例においては円柱形の永久磁石４を用いた
が、該永久磁石は角柱形等その形状は何でも良く、また
検出磁路材６ａ、６ｂは回転体１に対して永久磁石４と
同じ側に配置してももちろん良い。さらに検出磁路材６
ａ、６ｂの形状は角柱、平板、あるいはその端部が回転
体１の方向に突出したＬ字型等何でも良い。また回路基
板８上の定電圧回路２０１は定電流回路におき代えても
良い。

以上の如く、本実施例の変位速度検出器は、検出磁路材
６ａ、６ｂ、ホール素子７．永久磁石９を用いた簡単な
構成で、非磁性導電板（回転体１）の回転速度にて比例
した出力電圧を得る事ができまた回転方向が出力電圧の
極性により判別できるという優れた効果がある。

さらに、回転体には公知のマグネットピックアップ式や
光学式に見られる様な凹凸やスリット等の加工が不要で
あり、アルミ板等の軽量な材料の回転体が使用できるの
で、自動車車輪の回転速度センサとして車両の前後アク
スルに装着した場合にばね下重量の低減に効果がある。

また回転体の回転速度をリアルタイムに検出できるので
、他の方式に見られる低速時のリップル増加や、検出速
度と実際の回転速度との位相差を生じない。

以下本発明の変位速度検出器の第２の実施例についてそ
の縦断面を模式的に示した第６図（ａ）および第６図（
ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面で示した第６図（ｂ）に従っ
て説明する。

１は第１の実施例と同じ非磁性導体より成る回転体で、
４２は永久磁石であり第６図においては各々の構成部品
を収納するハウジング及び回路基板は省略しである。

本実施例によると、永久磁石４２を回転体１の外周端面
１ａの上方に配設し、該永久磁石４２の両極を継鉄１２
，１３の一端で挟持し、この両極から延出した継鉄１２
，１３の他端部が回転体１を両面方向からはさんで対向
することで磁界形成手段をなす様に形成しである。また
継鉄１２，１３の回転体１と平行に対向するそれぞれの
面上には断面が四角形の溝部１２ａ、１３ａが形成され
、（Ｉ３） 溝部１２ａには強磁性材料より成る検出磁路材６ａ、６
ｂ、および第１のホール素子７ａが（検出磁路材６ｂお
よび第１のホール素子７ａは図示されない）、また溝部
１３ａには、検出磁路材６ｃ。

６ｄおよび第２のホール素子７ｂが配設しである。

ホール素子７ａ、７ｂは前記実施例と同様に各検出器材
の軸方向に発生する互いに逆向きの磁界を検出する向き
に配設され、かつ各々δホール素子７ａ、７ｂの磁界検
出方向が平行になるように配設しである。

かかる構成によると、永久磁石４２の発生する磁束は継
鉄１２，１３による閉ループ内を通るので前記回転体１
と鎖交する部分での磁束密度が増加する。そのため前記
各ホール素子７ａ、７ｂの出力電圧が増加し、Ｓ／Ｎ比
が向上する。

また各ホール素子７ａ、７ｂの出力電圧を第１実施例と
同様の１つの差動増幅器に人力せしめれば、単一のホー
ル素子を用いた第１の実施例に比べても２倍程度の出力
電圧を得る事ができる。また回転板１の停止時、各々の
ホール素子７ａ、７ｂの持つオフセット電圧は互いに打
ち消し合って零となる。

以上の如く永久磁石４２の作る磁気回路を閉磁路とした
本実施例によると、回転体」の回転速度に対するホール
素子の出力電圧が増加し、Ｓ／Ｎ比が向上し、また図示
しない外部から作用する浮遊磁界の影響を受けにくくな
るという優れた効果がある。

以下本発明の第３の実施例における構成と概略と作用を
第７図（ａ）、第７図（ａ）の矢視Ｃ方向を示した第７
図（ｂ）及び第８図に従って説明する。

第７図（ａ）にセいて、１は前記実施例と同じ回転体で
、該回転体の一方の面に対向して強磁性材料より成る円
柱形のコアＩ４及び該コア１４の周囲に施した磁界形成
手段をなすコイル１５を配設し該回転体１の他方の面に
対向して、コア１４の中心軸と同軸的にホール素子７を
、またこのホール素子７を挟持する検出磁路材６ａ、６
ｂを配設する。

ここでコイル１５は所定周波数の正弦波電源１６に接続
されている。該電源１６からコイル１５に印加する電流
波形を第８図中に示す。上記コアエ４の発生する磁界は
、第８図（１）の電流波形に従った交番磁界となるが、
瞬時においては前実施例と同じ直流磁界として考える事
ができる。

回転体１の停止時におけるホール素子７の出力電圧は第
８図（２）に示す如く零であり、該回転体１が所定方向
に低速で回転する場合には同図（３）の実線で表わす如
く、コイル１５の電流（１）と同相の交流電圧を出力し
、該回転体の回転速度が上昇すると、同図（３）の破線
で示す如く出力電圧の振幅が増大する。

また回転体Ｉが反転すると前記実施例と同様にホール素
子７の出力電圧の極性が反転するから第８図（４）に示
す如く、コイル１５の電流（１）と逆相で回転体１の回
転速度に比例した振幅の交流電圧を出力する。

以上の如く、本実施例によるとホール素子７の出力電圧
として回転体１の回転方向によって位相が変化し、該回
転体１の回転速度によって振幅の変わる交流電圧が得ら
れるから、該ホール素子７に接続する増幅器は交流増幅
器とする事ができる。

従って、交流電圧成分のみを直流成分の影響を受けずに
活用でき、ホール素子７の生じるオフセット電圧及び増
幅器のオフセット電圧等の直流電圧成分による検出誤差
が生じない。さらに外部から作用する直流磁界の影響を
受けないばかりか、永久磁石を使用しないため起磁力の
継時変化が生じず、車両のアクスルに装着しても鉄粉等
の付着が起こらない。

なお、本実施例においても第２の実施例と同様に回転体
ｌの外周部に構成した閉磁路型のコアを使用してももち
ろん良い。また、コイル１５に接続する交流電源を定電
流電源とすれば、より高精度で安定した速度検出が行な
われる事はいうまでもない。

さらに、本実施例においてはホール素子７に鎖交する検
出磁界は前記の如く交番磁界であるから、ホール素子７
の代わりに検出磁路６ａ、６ｂの周囲に施したコイルを
使用しても良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明により移動体の変位速度に応
じた信号を連続的に取り出すことが可能となる。従って
移動体の表面に対して凹凸部を形成する等の特殊形状の
精密加工を必要とせず、また移動体が極低速で動くよう
な場合であっても、リップル増加や位相ずれ等が生じな
くなり、常に連続して高精度の速度情報が得られるとい
う優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例をなす変位速度検出器の横
断面図、第２図は第１図の■−■線に沿う縦断面図、第
３図は第１図中回路基板８上に形成される電気回路図、
第４図（ａ）、第４図の）は第１実施例の模式構造図、
第５図は第１図中ホール素子７の出力電圧特性図、第６
図（ａ）は本発明の第２実施例をなす変位速度検出器の
縦断面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）のＢ−Ｂ線に沿
う縦断面図、第７図（ａ）は本発明の第３実施例をなす
変位速度検出器の概略構成図、第７図（ｂ）は第７図（
ａ）のＣ方向からの矢視図であり、第８図は第３実施例
の作動特性を示す特性図である。 １・・・移動体をなす回転体、２・・・検出体、３・・
・ハウジング、４．４２・・・磁界形成手段をなす永久
磁゛　石、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ−磁路部材をなす検
出磁路材、７，７ａ、７ｂ・・・磁界検出手段をなすホ
ール素子、８・・・回路基板、１４・・・コア、１５・
・・磁界形成手段をなすコイル、１６・・・正弦波電源
。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電材料からなる移動体の近傍に配置され、該移
   動体に横切られる該移動体の変位方向に対して垂直な磁
   界を形成する磁界形成手段と、 前記移動体が前記磁界を横切ることで該移動体表面に発
   生する渦電流にて形成される磁界を集中して通過させる
   、強磁性材料よりなる磁路部材と、該磁路部材を通過す
   る磁界に応じた信号を発生する磁界検出手段とを備え、 該磁界検出手段の出力信号により前記移動体の変位速度
   を検出することを特徴とする変位速度検出器。
2. （２）前記移動体を非磁性材料で構成すると共に平板形
   状とし、前記磁界形成手段と前記磁路部材とを前記移動
   体の両側に隣接してそれぞれ配置した特許請求の範囲第
   １項に記載の変位速度検出器。
3. （３）前記移動体を平板形状とし、前記磁界形成手段に
   より前記移動体を両側から挟みこんだ形状とした特許請
   求の範囲第１項に記載の変位速度検出器。
4. （４）前記磁界形成手段を永久磁石とした特許請求の範
   囲第１項に記載の変位速度検出器。
5. （５）前記磁界形状手段を、交流電圧を印加されたコイ
   ルとした特許請求の範囲第１項に記載の変位速度検出器
   。
6. （６）前記磁界検出手段がホール素子を含む特許請求の
   範囲第１項に記載の変位速度検出器。