JPH03170870A - 可変リラクタンス回転センサ - 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】 （発明の利用分野） この発明は、極めて低い回転速度で高出力信号を発生す
る可変リラクタンス回転センサに関する。

こうしたセンサは、低回転速度検知が要求される、車両
のアンチロック制動又はトラクション制御に特に有用で
ある。

（従来の技術及びその解決課題） 典型的には、従来の可変リラクタンス回転センサは、回
転可能な磁性の歯付きホイールと永久磁石を有する静止
形センサユニットとを備え、永久磁石と磁性の歯付きホ
イールとを含む主磁束ループが確立され、センサユニッ
トの部材と磁性の歯付きホイールの最も近い歯との間に
エアギャップが画定される。エアギャップを画定する部
材は磁束部材又は永久磁石そのものである。こうして、
磁性の歯付きホイールの回転と共に、部材が歯と整列し
たときの小さなエアギャップと整列しないときの大きな
エアギャップとの間でエアギャップは変動する。主磁束
ループは磁束部材を取り囲む電気コイルの全巻線と結合
する。該コイルに、それと結合する磁束の変化率に比例
する電圧が発生される。磁性の歯付きホイールが回転す
ると、電気コイルと結合した主磁束ループでの総磁束は
、歯と歯の間のスロットとが交互に静止形センサユニッ
トを通過するので、エアギャップの変化と共に変化する
。出力電気信号は正弦波状パターンで発生され、部材が
歯と整列する度に最大値を、部材がスロットと整列する
度に最小値を取る。こうした装置は米国特許第２、３０
４、８６６号に開示されている。

従来の可変リラクタンス回転センサの信号振幅は、永久
磁石と最小のエアギャップ幅とのエネルギー積として周
知の設計ファクタと共に変化する。

従来の良好な設計は、所与の大きさの磁石からの最大の
磁気エネルギーの提供と、一貫して生成できる最小エア
ギャップと、磁石又は磁束部材に隣接する歯を介しての
主磁束の最大の可能な集中とに資するものであった。漏
れ磁束（主磁束経路から逃げるもの）は不可避であるが
、全電気コイルと結合された主磁束ループでの総磁束の
可能な最大の割合に対して、漏れ磁束を最小にするのが
設計傾向であった。新規の高エネルギー積磁性材料の最
近の使用は、限定した空間において小型磁石から高いレ
ベルの磁束を提供するのに役立った。

しかし、大量生産において妥当なコストで最小の小さな
エアギャップを一貫して保持することは困難である。ま
た、センサ信号の振幅は回転速度と共に低下する。これ
は、エアギャップの変動による磁束の変化率が、静止形
センサユニットを通過する歯の移動速度の低下と共に低
下するからである。したがって、極めて低い回転速度で
高出力を発生する安価な可変リラクタンス回転センサを
たやすく利用することはできない。

車両用アンチロック制動システムにおいて、可変リラク
タンス回転センサの正弦波状出力は雑音抑圧デッドバン
ドによりろ波される。この信号のピークがデッドバンド
を越えるときのみ、回転が計数され、デッドバンドから
の移動を伴わないデ・ソドバンド内の信号事象は雑音と
みなされて無視される。ピーク・ツー・ピーク信号レベ
ルが大きくなるほど、大きなデッドバンドを確立するこ
とができ、雑音に影響されなくなる。しかしながら、回
転速度がゼロＲＰＭ近くまで低下すると、多くの利用可
能な回転センサの出力は極めて低いレベルになり、利用
可能なデッドバンドを限定するうえ、雑音免疫性を低減
させる。これにより、こうしたセンサをアンチロック制
動システムに使用することが一層困難になる。

（課題を解決するための手段） 本発明に係る可変リラクタンス回転センサは請求項１の
特徴部分により特定された構或によって特徴付けられる
。

本発明の可変リラクタンス回転センサは、極めて低い速
度において、従来よりも高い出力を発生し、したがって
、車両用のアンチロック制動システム及びトラクション
制御システムに利用する改良された回転速度信号を提供
する。そのうえ、本発明のセンサは、従来の典型的な可
変リラクタンス回転センサよりも大きな最小エアギャッ
プで上記の信号を提供する。従来の可変リラクタンス回
転センサは、電気コイル全体と結合された主磁束ループ
での全磁束レベルの変動を感知するように設計されてい
るのに対し、本発明の可変リラクタンス回転センサは、
空間的磁束分布の変化に一層依存し、磁束の個々のコイ
ル巻線との結合を変える。これは、通常は漏れ磁束と考
えられる実質的な磁束ループを確立することによって達
威される。

この実質的な磁束ループはそれぞれの磁石毎に分離され
ており、磁束部材に巻回された電気コイルの可変数の巻
線と結合されるように、磁石の間で磁束部材から歯付き
ホイールへ向かいエアギャップと交差する帰路を含む。

これにより、従来の装置から得ることができるよりも大
きな出力を、特に、低い回転速度で且つ大きな最小エア
ギャツブで提供する極めて感度の良いセンサを作ること
ができることが見出された。

研究開示１９８８年１２月、２９６３４項には、一対の
永久磁石を使用し、各永久磁石を歯付きホイールに近接
して取り付け、反対の磁極を歯に向かい合わせた可変リ
ラクタンス回転センサが開示されている。このセンサの
磁石は、歯付きホイールが回転するにつれて歯又はスロ
ットと同時に整列するように周囲に配置される。磁束部
材は磁石の他方の磁極を直列に結合し、磁石と歯付きホ
イールとを通る共通の主磁束ループを生或する関係を補
助する。しかし、磁束部材は歯付きホイールに隣接して
延在し、それぞれの磁石に対して有意の追加の磁束ルー
プを与える。この磁束ループは磁石の間で磁束部材と歯
付きホイールとの間のエアギャップと交差し、磁束部材
を取り巻く電気コイルのいくつかの巻線のみを囲む。こ
れらの追加の磁束ループは、磁石の間で交互の歯とスロ
ットとを通過することにより影響され、周方向に変動し
て電気コイルの個々の巻線との磁束結合を変える。その
結果、標準的な従来のセンサにおけるような共通の磁束
ループのみでの主エアギャップ変動から得られるよりも
大きな出力信号が求まる。

しかしながら、ここに開示した本発明の可変リラクタン
ス回転センサは（主磁束ループにおける磁束レベルの変
化ではなく変化する磁束分布に基づくものである）上記
文献のセンサよりも優れていることが見出された。しか
し、これは、総磁束レベルの主エアギャップ変動のみに
基づく従来の理論によっては予測されない。本発明のセ
ンサは、コイル巻線のいくつかのみを囲む磁束ループを
提供するために２個の磁石と歯付きホイールに隣接して
延びる磁束部材との同様な装置を使用する。

しかし、以下の２つの点で異なる。即ち、（１）磁石は
直列の逆の関係で配向された磁極／　（即ち、歯付きホ
イールに逆ではなく同じ磁極が隣接する）を有する。（
２）磁石の一方が歯付きホイールの歯と整列するときに
他方が非隣接スロットと整列するように、磁石は周囲に
配置される。これらの相違点の第１は、両磁石を含む共
通の主磁束ループが存在しないということを決定する。

むしろ、それぞれの磁石はその独自の磁束ループを設立
する。大部分の磁束は電気コイルの一部のみを囲むよう
に磁石間のエアギャップを横切って分布される。つまり
、前記出願の追加の磁束の経路は主磁束経路であり、本
発明の装置により増加される。

相違点の第２は、２個の磁石からの磁束の変動の寄与が
歯の通過と反対の位相で周期的に変動し、したがって電
気コイルを横切って加算的であるということを決定する
。

本発明の可変リラクタンス回転センサは、周縁にスロッ
トを置いて等間隔に配置された歯を持ち、固定の磁性ピ
ックアップ組立体に関して回転可能に支持された磁性の
歯付きホイールを有する。磁性ピックアップ組立体は、
一対の永久磁石を持ち、各永久磁石は磁性の歯付きホイ
ールに隣接してその一対の磁極のうちの同じ一方を持つ
一対の磁極を有する。即ち、両磁石は磁性の歯付きホイ
ールに隣接して例えばＮ極を持つ。永久磁石は、歯の１
つと非隣接スロットとの開の円弧に等しい円弧によって
磁性の歯付きホイールの周縁部の回りに周方向に互いに
分離される。それにより、両方の永久磁石は、歯付きホ
イールが回転するにつれ、歯及びスロットと交互に且つ
対向して歯と整列する。

更に、磁性ピックアップ組立体は多巻線電気コイルが巻
回された磁束部材を備え、該磁束部材は一対の永久磁石
の他方の磁極を直列の対向する関係で結合し、且つ、歯
付きホイールに近接して永久磁石の間に延び、磁束部材
に沿って分布する永久磁石のそれぞれに対して個別の反
対方向の磁束ループが確立される。磁束ループが、永久
磁石の間の磁束部材に隣接する歯とスロットとの位置に
よって可変的に且つ空間的に決定され、歯付きホイール
の回転につれて歯とスロットとが交互に通過するとき電
気コイルを横切って周方向に変動して、個々のコイル巻
線と歯付きホイールの回転との磁束結合の変動により電
気コイルに電気信号を発生する。

本発明のセンサにおいては、磁石の間の領域で歯とスロ
ットとが通過することにより生じる磁束の空間分布の変
化は、個々のコイル巻線との磁束結合の変化を結果とし
て生じさせるが、主磁束ループのエアギャップでの総磁
束の変化により生威される場合よりも、低い回転速度で
の磁束の変化率を大きく増大する。こうして、本発明は
、従来のセンサで最少化される漏れ磁束と通常はみなさ
れていた追加の磁束の利用を最大化して、従来のものを
凌ぐ利点を提供する。個々のコイル巻線との磁束結合の
変動は、それぞれＮ極とＳ極とを持ち別個の磁束ループ
を支持することができる２個の永久磁石の使用により、
及び、磁束部材を歯付きホイールに近接させ、永久磁石
の間の電気コイルと交差する十分な磁束ループを確立す
るのを助けることにより可能となる。影響される磁束の
量は、永久磁石を直列の逆の関係に配置して、共通の主
磁束ループを除去し、２個の永久磁石の磁束ループの間
に逆のしたがって加算的な関係を作り、可変数のコイル
巻線と結合された電気コイルに沿って大部分の磁束ルー
プが分布することを保証することにより最大化される。

本発明の全部の実施例について要求される訳ではないが
、好ましい実施例では、永久磁石の間に常に歯付きホイ
ールの複数個の歯が存在するほど十分離れて永久磁石を
配置する。これらの歯は磁束部材に極めて近接しており
、ホイールの回転に伴う周方向の変動に対して磁束ルー
プを集中させるのに役立つ。

本発明を添付図面を参照しながら例をもって詳述する。

（実施例） 第１図において、磁性の歯付きホイール１０は、アンチ
ロック制動システムが設けられた車両の例えば車輪ハウ
ジングに回転可能に取り付けられている。磁性の歯付き
ホイール１０は回転のために車輪の１つと係合しており
、その回転速度が必要になる。磁性の歯付きホイール１
０は、その外側の周縁に、スロット１２によって分離さ
れた複数個の（矩形の）歯１１を有する。歯１１は磁性
の歯付きホイール１０の周囲又は周縁の回りにスロット
１２を置いて等間隔に配置され、大きさ及び形状は実質
的に同一である。こうした磁性の歯付きホイール自体は
、回転速度感知装置では周知である。

磁性の歯付きホイール１０は覆い１５に囲まれ、覆い１
５は固定されて磁性ピックアップ組立体として動作する
センサユニット２０を取り囲む。必ずしも必要ではない
が、覆い１５は車輪用ベアリングユニットのグリースカ
バーであってよい。センサユニット２０は覆い１５に適
宜に形威された凹部に圧入された熱可塑性のハウジング
５０にモールドされている。所望により、センサユニッ
ト２０は、モールドされた熱可塑性のハウジング５０か
ら延びる取り付けブラケットにより車輪カバーにハンダ
付けされ又は付加されていてもよい。

いづれにしても、センサユニット２０は、歯付きホイー
ルが回転するにつれ歯付きホイールの歯１１とスロット
１２とが交互にセンサユニット２０を通過するように、
歯付きホイール１０の歯１１に隣接して静止位置に固定
される。

センサユニット２０は、歯付きホイール１０に近接して
設けられ、それぞれその両端にＮ極とＳ極とを有する一
対の永久磁石２５、２６を備える。

永久磁石２５、２６は図では台形である。この形状によ
り、組み立ての際、熱可塑性ハウジング５０に一層容易
に保持されるという利点が与えられる。しかしながら、
これは、等価なエネルギー積の矩形磁石よりも多くの磁
石質量と材料とを犠牲にして得たものである。永久磁石
２５、２６は、それぞれ同じ磁極が歯付きホイール１０
の回転時に歯付きホイールの歯１１及びスロット１２と
エアギャップを形成するように、その磁極を歯付きホイ
ール１０と半径方向に整列させて配向される。

例えば、この実施例では、両方の永久磁石２５、２６は
Ｎ極を歯付きホイール１０に隣接させる。

永久磁石２５、２６は、それらの一方が歯付きホイール
１０の歯に隣接するとき、他方がスロットに隣接し、永
久磁石の間に少なくとも１個の他の歯が存在するように
、歯とそれに隣接しないスロットとの間の円弧に等しい
円弧により歯付きホイール１０の周囲に周方向に配置さ
れる。図の好ましい実施例では、第２図にｌｌｂ，ｌｌ
ｃ，ｌｉｄとして示された数個の歯が永久磁石２５と永
久磁石２６との間に存在し、これらの歯は、後述するよ
うに、帰路の磁束を集中させて磁束ループを歯付きホイ
ール１０の回転とともに周方向に変動させるのに資する
。

更に、センサユニット２０は、長い直線部３１と該直線
部の両端で直線部３１に垂直な短い磁極部３２、３３と
を有する磁束部材３０を備えている。短い磁極部３２は
永久磁石２５のＳ極と対面する傾斜した端面３５を有し
、この面の傾斜は歯付きホイール１０に対する永久磁石
２５の所要の半径方向の向きを与える。同様に、短い磁
極部３３は、歯付きホイール１０に対する所要の半径方
向の向きを与えるように永久磁石２６のＳ極と対面する
傾斜した端面３６を有する。磁束部材３０の長い直線部
３１は永久磁石２５と永久磁石２６との間に歯付きホイ
ール１０に隣接して延びているが、永久磁石２５と永久
磁石２６との間で歯付きホイール１０に近接して延びる
限り、完全に直線状である必要はない。しかしながら、
歯付きホイール１０は曲線状であるために、直線部３１
の中央付近で歯付きホイール１０は直線部３１に一層接
近するということにより、直線部は良好に動作する。し
かも直線部の方が製造が容易である。

磁束部材３０は鋼鉄のような磁性材料で作られる。永久
磁石２５、２６の磁極の配置は直列且つ逆の関係にある
。つまり、共通の磁束ループが永久磁石２５、２６を通
って確立されることはない。

むしろ、それぞれの永久磁石２５、２６は、第２図に示
されるように、その独自の個別の磁束ループを確立する
。それぞれの永久磁石毎に、大部分の磁束は、永久磁石
のＳ極から磁束部材３０の直線部３１を通って大きい方
のエアギャップを横切り、歯付きホイール１０と小さい
方のエアギャップとを通って永久磁石のＮ極に戻るよう
にたどることができるループに含まれる。これらの磁束
ループのそれぞれの帰路に大きなエアギャップがあるの
で、総磁束レベルは、直列の補助磁石によって単一の磁
路が両永久磁石と磁束部材３０全体とを通って確立され
る場合よりも小さくなる。しかしながら、同じ２つの装
置を比較すると、本発明の装置は、磁束部材３０から出
て永久磁石の間で歯付きホイール１０を通る帰路を有す
るループに一層多くの磁束を与え、したがって、歯付き
ホイール１０が回転するときに空間的に分布する変化に
対して利用可能な一層多くの磁束を与える。

第３図は、本発明の可変リラクタンス回転センサにおい
て歯付きホイール１０が図で左へ第１の位置（実線で示
され、永久磁石２５が歯１１ａと整列し、永久磁石２６
が歯１１ｄと歯１１ｅとの間のスロットと整列する）か
ら第２の位置（破線で示され、永久磁石２６が歯１１ｅ
′　と整列し、永久磁石２５が歯１１ａ′　と歯１１ｂ
′　との間のスロットと整列する）へ回転するときの磁
束の変化を示すものである。第２図及び第３図は磁束の
コンピュータ・シミュレーションから再生されたもので
、直線的な装置内で描かれているが、磁束線は曲線状の
歯付きホイール１０の場合とさほど違わない。第３図は
、歯付きホイール１０が２つの位置の間で移動するとき
、移動する歯の磁束集中効果により、実線の磁束線で示
された位置から破線の磁束線で示された位置へ左へ即ち
周方向に磁束が偏移することを示している。歯付きホイ
ール１０が再び同じ距離移動するとき、次の歯が来ると
磁束は実線の磁束線で示された位置へ右へ偏移する。つ
まり、歯付きホイール１０の回転は永久磁石２５と永久
磁石２６との間の領域で磁束ループの周方向の変動を生
じる。

絶縁された電気導線の電気コイル４０は磁束部材３０の
回りのスプール４１に巻回されている。

電気コイル４０は実質的に磁束部材３０の全長にわたっ
て延び、永久磁石２５と永久磁石２６との間で磁束ルー
プと交差する。磁束が電気コイル４０を横切って周囲に
分布し、歯付きホイール１０が回転するときに周方向に
変動するので、電気コイル４０の磁束結合は変化して正
弦波状電圧を発生する。この電圧のピーク振幅は、同様
の最小エアギャップ幅に対しては、２個の永久磁石２５
、２６の全磁束の、又はこれらの永久磁石を含む共通の
磁束ループの主エアギャップ変動により生威されるピー
ク振幅よりも実質的に大きい。電気コイル４０の出力信
号は該電気コイルの両端のリード線に接続された出力リ
ード線５２、５３の間に発生される。

永久磁石２５、２６、磁束部材３０、電気コイル４０の
ような静止した素子は、覆い１５内の壁６０、６１の間
の凹部に保持された熱可塑性のハウジング５０にモール
ドされている。その代わりに、熱可塑性のハウジング５
０は覆い１５にハンダ付けされたモールドイン・ブラケ
ットを更に含んでもよい。電気コイル４０からの電流は
一対の出力リード線５２、５３を介して外部環境へ与え
られる。出力リード線５２、５３は熱可塑性のハウジン
グ５０内の電気コイルの両端に接続されていて、熱可塑
性のハウジング５０から外部へ延びる部分が、信号を覆
い１５の外へ与える端子５６、５７と電気的に接続され
る。所望の漏れ磁束経路を提供するという要件からの直
接の結果ではあるけれども、静止したセンサユニット２
０の周方向に延びた配置は、覆い１５内で利用可能な限
定された空間によく適合するという別の利点をもたらす
。

希土類のネオジムやサマリウムコバルトのような高エネ
ルギー積材料から作られた永久磁石２５、２６はマグネ
タイザ（それぞれの分枝が１つの永久磁石の半径方向内
側の面と磁束部材の隣接して延びる１つの戻り磁極片と
に対向する分校付き磁極片を有する）を用いて組み立て
後に適所で磁化される。マグネタイザの電流レベルは、
適切な磁化レベルを作るように、閉ループ制御で電気コ
イルからの出力信号に応答して調整される。

要するに、本発明の可変リラクタンス回転センサは、そ
れぞれの永久磁石が磁束部材から歯への個別の磁束ルー
プを確立するように、磁束部材を磁性の歯付きホイール
に近接して配置すると牡に永久磁石を逆の関係に置くよ
うにする。歯付きホイールの回転により、磁束ループの
横方向（周方向）の偏移が生じ、結合するコイルの巻線
数が変化する。これによって、従来のものよりも大きな
出力電圧が生成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る可変リラクタンス回転センサの
部分断面図である。 第２図は、本発明に係る可変リラクタンス回転センサの
概略図で、全体の磁束パターンを証明するための磁束線
を含んでいる。 第３図は、本発明に係る可変リラクタンス回転センサの
拡大された概略図で、永久磁石の間でコイルと交差する
帰路を持つ磁束ループを含み、実線の磁束線は一方の永
久磁石が歯に隣接するときの磁束パターンを示し、破線
の磁束線は他方の永久磁石が歯に隣接するときの磁束パ
ターンを示している。 １０；磁性の歯付きホイール、１１：歯、１２：スロッ ト、 ２５・２６ ．永久磁石、 ３０：磁束部 材、４０ ：電気コイル （外４名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、周縁にスロット（１２）を置いて等間隔に配置され
   た歯（１１）を持ち、固定の磁性ピックアップ組立体（
   ２０）に関して回転可能に支持された磁性の歯付きホイ
   ール（１０）を備える可変リラクタンス回転センサにお
   いて、 前記磁性ピックアップ組立体が、 （ａ）それぞれが一対の磁極（Ｎ、Ｓ）を持ち、その磁
   極の一方（Ｎ）を前記歯付きホィールに隣接させるよう
   になされた一対の永久磁石（２５、２６）であって、前
   記歯の１つと非隣接スロットとの間の円弧に等しい円弧
   により前記歯付きホイールの周縁部の回りに周方向に互
   いに分離され、それにより、前記歯付きホイールが回転
   するにつれて交互に且つ対向して歯と整列するようにな
   された一対の永久磁石（２５、２６）と、 （ｂ）多巻線電気コイル（４０）が巻回された磁束部材
   （３０）であって、前記一対の永久磁石の他方の磁極（
   Ｓ）を直列の対向する関係で結合し、且つ、別の磁束収
   束部材なしに前記電気コイルを前記歯付きホイールに近
   接して接線方向に保持するように前記歯付きホイールに
   近接して前記永久磁石の間に延び、前記永久磁石のそれ
   ぞれに対して個別の反対方向の磁束ループを確立するよ
   うになされ、帰路が、前記電気コイルを横切って分布す
   るように、前記電気コイルを通り、前記永久磁石の間の
   歯と該歯に隣接する前記磁束部材の部分との間で確立さ
   れる磁束部材（３０）と を具備し、 前記磁束ループが、前記永久磁石の間の前記磁束部材に
   近接する歯とスロットとの位置によって可変的に且つ空
   間的に決定され、前記歯付きホイールの回転につれて歯
   とスロットとが交互に通過するとき前記電気コイルを横
   切って周方向に変動して、個々のコイル巻線と前記歯付
   きホイールの回転との磁束結合の変動により前記電気コ
   イルに電気信号を発生する可変リラクタンス回転センサ
   。 ２、前記永久磁石（２５、２６）の間の円弧が、その間
   に常に前記歯付きホィールの複数個の歯が入る大きさと
   なされ、それによって、磁束ループが前記複数個の歯の
   それぞれを通る帰路で確立される請求項１記載の可変リ
   ラクタンス回転センサ。