JPH09506438A - 回転センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転センサ５０は、固定部材１０と回転部材２０とによって構成される。固定部材１０には、経路３５に沿って放射を放出する放射エミッタ４０が含まれる。回転部材２０は、経路３５に実質的に垂直な軸６５の周囲で回転し、エミッタ４０により放出される放射を周期的に伝達および阻止するよう配置されたスロット２５を備えるヘッドを有する。固定部材１０は、回転部材２０のスロット２５により伝達される放射を検出する放射検出器５０をも有する。これにより、固定部材１０に関する回転部材２０の回転運動が、放射検出器５０が検出する放射の周波数によって感知される。

Description

【発明の詳細な説明】 回転センサ 発明の分野 本発明は、回転センサに関し、特に光電子回転センサなどに関する。 発明の背景 車速を感知する従来の方法には、車軸または車両のその他の移動素子を、速度 計などの測定装置に接続する可撓性ケーブルが用いられる。 上記の方法に対する既知の代替法は、移動磁石と組み合わせたホール効果セン サにより構成される装置である。この磁石は、車両の移動素子に接続され、セン サは、磁石に近接する車両の固定素子に接続されて、磁石の回転により、センサ に導入電流が起こり、それを電気信号として測定装置に伝達することができる。 この構造の問題点は、北極と南極間の分離や、周辺温度による磁界の変動によ って、不正確で不安定な信号が伝達されることである。 さらに、磁石の質量により、回転時にかなりの慣性モー メントが起こり、それが振動を起こしたり、装置を過剰に摩耗させる。 さらに、磁石とセンサとの間に一定の距離を維持する必要がある。距離に変動 があると、信号がさらに不正確になる。 本発明は、上記の欠点を軽減する回転センサを提供することを目的とする。 発明の概要 本発明により、固定部材；固定部材上に配置されて経路に沿って放射を行う放 射エミッタ；経路に実質的に垂直な軸の周囲で回転するよう設定され、経路内に 配置され、エミッタにより放出された放射を使用中は周期的に伝達および阻止す るよう設定されたスロットをその中に有するヘッドによって構成される回転部材 ；および固定部材上に配置されて、回転部材により伝達される放射を検出する放 射検出器によって構成されることを特徴とし、固定部材に対する回転部材の回転 運動を、放射検出器が検出する放射の周波数により感知する回転センサが提供さ れる。 固定部材は、さらに、エミッタおよびセンサのそれぞれとの間で電気信号を送 受信するよう結合された電子回路によって構成されることが好ましい。この電子 回路は、好ましくは、デューテイ・サイクル帰還ループを備える。 デューテイ・サイクル帰還ループは、回転部材の大きな回転に関しては、ルー プがセンサに結合され、回転部材の小さな回転に関してはセンサに結合されない よう、選択的に結合される。 好ましくは、電子回路は、さらに回転部材の回転速度を示す信号を提供する出 力端子によって構成される。放射エミッタは、好ましくは、発光ダイオードであ る。 固定部材は、さらに放射エミッタと、放射センサと、経路と、回転部材のヘッ ドとを囲むサドルによって構成されることが好ましい。 このようにして、ホール効果センサに関して過剰な摩耗を招く不正確で不安定 な被伝達信号の問題が軽減される。 図面の簡単な説明 本発明の実施例は、以下の図面を参照して、以下に説明される。 第１図は、本発明による回転センサの好適な実施例を示す。 第２図，第３図および第４図は、第１図の好適な実施例の一部を形成する回転 部材の端面図を詳細に示す。 第５図は、第１図の好適な実施例の一部を形成する電気回路の回路図である。 好適な実施例の詳細な説明 第１図を参照して、ハウジング１０と回転軸２０とによって構成される回転セ ンサ５が図示される。ハウジング１０は、強化プラスチックなどの成型材料の単 独片で、さらにサドル７０によって構成される。 サドル７０内には、ガリウム・ヒ素発光ダイオード（ＬＥＤ）４０が配置され 、以下に説明する回路６０に対する接続部４５を有する。ＬＥＤ４０は、放射経 路３５に沿って放射を行うよう配置される。 ＬＥＤ４０から放出された放射を検出するのに適したシリコン放射センサ５０ も、サドル７０内で、ＬＥＤ４０に実質的に対面する放射経路３５沿いの位置に 配置される。これにより、放射センサ５０は、放射経路３５に沿って放出される 放射を受け取り、検出するよう構成される。放射検出器５０は、以下に説明する 回路６０に対する接続部５５を有する。 回転軸２０は、部分的にハウジング内に囲まれ、放射経路３５に垂直な軸６５ の周囲で回転するよう構成される。金属カラー３０が、サドル７０のアパーチャ と回転軸２０との間に置かれる。これにより、金属カラー３０は、サドルのシー ル部となり、摩擦を軽減し、回転軸２０とサドル７０との間で実質的に一定の相 対的位置を維持する。 回路６０もハウジング１０内に置かれる。カバー７５が 回路６０を保護し、ハウジング１０を封入する。 回転軸２０は、さらに、複数のスロット２５を備えるヘッドによって構成され る。回転軸２０は、そのヘッドがＬＥＤ４０と放射検出器５０との間の放射経路 ３５上に置かれるように構成される。回転軸２０の角形車軸１５が、ヘッドから 離れた端部に置かれ、車両（図示せず）の外部駆動軸に接続する。ハウジング１ ０上のネジ穴８５は、回転センサ５を車両（図示せず）の駆動軸ハウジングなど の固定体に固定するために用いられる。 第２図も参照して、伝達構造９０には、ＬＥＤ４０と放射検出器５０との間の 放射経路３５内に置かれた回転軸２０のヘッドが示される。放射形のアパーチャ １１０と、回転軸２０の中心に向かって延在するが中心には達しない放射形ウェ ッジ１１５により、スロット２５が形成される。この構造９０により、近隣のス ロットを介して伝達される誤クロストークを起こさずに、ＬＥＤ４０から放射検 出器５０に向かって最大の放射が伝達される。 第３図を参照して、制限構造９５では、ＬＥＤ４０により伝達された放射が、 放射形ウェッジ１１５によって、回転軸２０によりほぼ完全に阻止される伝達制 限位置まで、伝達構造９０に関して回転される回転軸２０のヘッドを示す。 さらに第４図も参照して、阻止構造１００では、さらに伝達構造に関して回転 軸２０のヘッドが回転され、回転軸 ２０の放射形ウェッジ１１５が放射経路３５を完全に塞ぐ様子を示す。伝達され た放射は、完全に阻止されて、放射検出器５０に到達することはできない。放射 形ウェッジ１１５が回転軸２０の中心に向かって延在するので、２つの整合しな いスロット間のクロストークの可能性は排除される。 さらに第５図を参照して、電気構造１５０に、回路６０，ＬＥＤ４０および放 射検出器５０が示される。回路６０は、第１および第２比較器１７５，１８５と 、第１および第２積分器１８０，１９０によって構成されるデューティ・サイク ル帰還ループ２１０を備える。 電流源１７０は、ＬＥＤ４０の動作電流を供給する。放射検出器５０から接続 部５５を介して受信された出力信号は、第１比較器１７５に結合されて、第２積 分器１９０からの信号２２０と比較される。第１比較器１７５は、論理二乗出力 信号１６５を供給するために用いられる。出力信号１６５の一部分が第１積分器 １８０で積分され、平均値信号２２５となる。平均値信号２２５は、第２比較器 １８５により、一定の基準電圧２０５と比較される。第２比較器１８５の出力信 号２３０は、第２積分器１９０により積分され、信号２２０となる。 周波数−電圧変換器１９５が用いられて、信号１６５の別の部分の周波数を電 圧２３５に変換する。電圧２３５は、比較器２００により基準電圧２０５と比較 される。この構 造により、信号１６５の周波数が低いときは、電圧２３５が低となり、基準電圧 ２０５よりも低いときは、比較器２００は自動的にデューティ・サイクル帰還ル ープをオフにして、閾値電圧２２０を強制的に固定値にする。電圧２３５が基準 電圧２０５よりも高いときは、デューティ・サイクル帰還ループは、再びオンに なる。 電源端子１５５，接地端子１６０および出力電圧１６５を受け取るために結合 された出力電圧端子１６５は、すべてコネクタ８０内に内蔵される。コネクタ８ ０は、外部電源や、出力信号を適切な速度表示に変換する遠隔出力ユニット（図 示せず）に対する接続を行う。 動作中は、角形車軸１５に結合された外部駆動軸の回転により、回転軸２０が 軸６５の周囲を回転する。その結果、スロット２５が、放射経路３５に沿って、 放射検出器５０に対して放射の中断と伝達とを交互に行う期間を作り出し、周波 数の中断を起こし、これが放射検出器５０により検出されて、回転軸２０の回転 速度を示す。 この構造により、信号１６５のデューテイ・サイクルは、動作条件や、環境（ オイル，温度，圧力など）と部品の特性のばらつきに関わらず、一定の基準電圧 ２０５に比例する。入力信号に変化があると、自動的に閾値電圧２２０に変化が 起こり、同じデューテイ・サイクルを出力信号１６５に保つ。 上記のように、出力信号１６５の周波数が非常に低いと きは、比較器２００はデューテイ・サイクル帰還ループを自動的にオフにして、 閾値電圧２２０を強制的に固定値にする。これによって、回転軸２０の回転が非 常に遅いときにも振動を防ぎ、非常に低速の場合も正確な速度測定を行う。 垂直構造により、検出精度の低下が少なくなる。これは、軸６５の周囲でサド ル７０に関する回転軸２０の回転が小さいと、中断周波数に対し実質的な差が生 まれないためである。 本件で説明された実施例の代替の実施例が可能であることは、当業者には理解 頂けよう。たとえば、ハウジングは、プラスチック以外の材料から作成してもよ い。また２つ以上の部品から作ることもできる。 さらに、ＬＥＤ４０は、上記のガリウム・ヒ素ＬＥＤ以外のものでもよく、放 射検出器５０を、選択されたＬＥＤに適した種類の検出器と置き換えることもで きる。 さらに、回転軸２０の寸法と形を変えたり、金属カラー３０を、回転軸２０と サドル７０との間の相対的位置を維持する代替手段と置き換えることもできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．固定部材；固定部材上に配置されて経路に沿って放射を行う放射エミッタ ；経路に実質的に垂直な軸の周囲で回転するよう設定され、経路内に配置され、 エミッタにより放出された放射を使用中は周期的に伝達および阻止するよう設定 されたスロットをその中に有するヘッドによって構成される回転部材；および固 定部材上に配置されて、回転部材により伝達される放射を検出する放射検出器に よって構成されることを特徴とし、固定部材に対する回転部材の回転運動を、放 射検出器が検出する放射の周波数により感知する回転センサ。 ２．前記固定部材が、前記エミッタと前記検出器との間にそれぞれ電気信号を 送受信するよう結合された電子回路によってさらに構成される請求項１記載の回 転センサ。 ３．前記電子回路がデューティ・サイクル帰還ループを備える請求項２記載の 回転センサ。 ４．前記デューティ・サイクル帰還ループが前記検出器に選択的に結合され、 回転部材の回転が大きい場合にはループが検出器に結合され、回転部材の回転が 小さい場合にはループが検出器に結合されない請求項３記載の回転センサ。 ５．前記電子回路が、前記回転部材の回転速度を示す信号を提供する出力端子 によってさらに構成される請求項２， ３または４記載の回転センサ。 ６．前記放射エミッタが発光ダイオードである任意の前出の請求項に記載の回 転センサ。 ７．前記固定部材が、前記放射エミッタ，前記放射検出器，前記経路および前 記回転部材の前記ヘッドを囲むサドルによってさらに構成される任意の前出の請 求項に記載の回転センサ。