JPS63284416A - 回転部材の角運動のパラメータを監視する磁気監視装置 - 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】 本発明は、磁気回路と周囲凹凸を持つ少なくとも１個の
素子との間に相対運動が生じ、周囲凹凸が磁気回路の近
（を通ることにより、磁気回路の磁気抵抗に外部から検
出可能な変化が生じるようにした、磁気回路を用いる監
視技術に関する。

かかる監視技術は、例えば、回転計、タコメータなどに
益々多く採用されている所謂ホニックホイール（ｐｈｏ
ｎｉｃ　ｗｈｅｅｌ）に用いられる。考えられる用途の
特に重要な分野は、自動車の分野であり、電子式点火注
入システム、自動歯車交換、アンチロック制動システム
（ＡＢＳ）などに関連してエンジンおよび／またはホニ
ックホイールの回転速度を検出するのに使用できる。

第１図に示す現在の方法によれば、磁気回路を持つ監視
装置１は、位置、速度、加速度などの如き角運動の一つ
以上のパラメータを検出することが望まれる軸Ｗヘキー
止めされたディスクＤの縁に面する位置に配置されてい
る。この目的で、ディスクＤはその回りに切欠Ｔ１穴な
どから成る一つ以上の凹凸を備える。ディスクＤは全体
が、または少なくとも周囲凹凸Ｔに隣接した区域が、成
る程度の透磁率を有する材料、典型的には軟質強磁性材
料から作られる。

凹凸ＴはディスクＤの回転の結果センサｌの前を通ると
き、センサｌの磁気回路の磁気抵抗を変化させる。磁気
抵抗のこの変化を検出して一般に一連のパルスから成る
出力信号を出力線２に発生させることができる。各パル
スは周囲凹凸Ｔがセンサ１の前を通過したことを示す。

ディスクＤの幾何学的パラメータは既知であるから、軸
Ｗの角位置・、速度および角加速度を、パルスの位置お
よびその反復頻度から推論できる。

第２図のグラフは、−例として、周知の型の電磁気セン
サの出力において検出できる出力信号■ｏｕｔの典型的
な時間トレースを示す。

この信号は電磁検出器を流れる磁束θの一時的変化δθ
／δｔを示す。この磁束は、上述の如く、センサ１の前
を周囲凹凸Ｔが通過することにより導入される磁気抵抗
の周期的変化に起因して周期的に変化する。

第２図に■、で示す信号トレースは理論的モデルである
。実際には、ディスクＤの製造公差、軸Ｗに関する僅か
に偏倚した位置での組立て、振動により生じるディスク
Ｄの永久変形または一時変形またはディスクを構成する
材料の磁気特性の非均質性などはセンサ１の出力信号を
乱す。

一般に、上記現象は凹凸Ｔがセンサ１の前を通る間に凹
凸により形成されるエアギャップの幅の変動を生じ、ま
たは検出器の磁束の変則的変動を生じる。故に、検出器
の磁気回路の磁気抵抗は対応的にモジュレートされ、こ
れは線２において検出可能な出力信号のモジュレーショ
ン（例えば、第２図の破線によりｖ′１で示す如き正弦
波形）に変換される。このモジュレーションは信号パル
スの位置を正しく検出するのを一層困難にする。故に、
パルスの位置の決定時にエラーが生じ、これは、成る場
合には伝搬に大いに起因して、センサを設置したシステ
ムにおける対応操作エラーとして表現される。

かかる欠点を回避するために、所謂差動センサが開発さ
れ、これは特許請求の範囲の請求項１前段記載の特徴を
有する。

例えばＰＲ−Ａ−２１１２２９８およびＰＲ−Ａ−２ａ
ｇ６０３９　（それぞれＧＡ−Ａ−１３０２５０７およ
びＧＡ−Ａ−１５９５６８０に対応する）から知られた
かかるセンサにおいて、少な（とも一つの区域に対称特
性を持つ２つの磁気回路を形成し、２つの磁気回路と少
なくとも一つの周囲凹凸を持つ素子（即ち、ホニックホ
イール）との間に相対運動を生じさせ、周囲凹凸が２つ
の磁気回路の近くを順次通り、磁気回路の磁気抵抗に対
応変動を生じさせ、少なくとも一つの区域で対称特性に
、外部から検出可能な乱れを生じさせ、而して前記相対
運動の速度を監視する。

先行技術のセンサの基本的欠点は、実質的に連続した複
数の凹凸（切欠、穴、など）を有する移動素子（即ち、
ホニックホイール）に関して操作するようにされ、回転
軸の角位置または相を監視するために用いられる監視ア
センブリの場合のように１個または数個の離間した凹凸
を有する移動素子と共に確実な態様で使用できないこと
である。

しかも、ＰＲ−Ａ−２１１２２９８に開示された如き構
成では、センサの寸法とホニックホイールの凹凸の寸法
との間には正確な関係が存在せねばならない。

このことは、一種類の、センサを、自動車の分野での用
途の如き多（の用途において極めて非実用的な一つの型
のホーツク。ホイールのみに関連して使用できることを
意味する。

本発明の固有の問題は、簡潔な寸法であり、本来頑丈な
、電磁石の乱れに対して保護されたセンサを提供しなが
ら、前記欠点を回避する問題である。

本発明によれば、この問題は特許請求の範囲の請求項１
に述べた特徴を有する装置、即ち中央ギャップを形成す
る２つの磁気部材を含む装置を用いて解決され、前記ギ
ャップの寸法（幅）は装置の操作に関連させられる素子
（ホニックホイール）の凹凸の寸法と同じか、好ましく
は小さくない。

本明細書において、磁気センサなる表現は、センサ自体
が装着されかつ乱れを表す信号を出力できる区域の磁気
特性の変動を検出できるあらゆる型の磁束センサを意味
する。

本発明において、例えば、乱れの存在下に磁束に比例し
た電圧を発生できるインテグレータへ接続されたコイル
から成るセンサ、またはホール効果センサ、あるいはヴ
ィーガント効果（Ｉｉｅｇａｎｄ−ｅｒｆｅｃｔ）セン
サの使用が考えられる。

これらのセンサは磁束の影響下で異なる態様で挙動し、
而して異なる特性を持つ装置を提供する。

例えば米国特許第３８９２１１８号に記載されたヴィー
ガント効果センサの使用は、回転計の如き回転速度セン
サの分野で既に提案されている。この提案によれば、第
１図に示したものと実質的に同じ設計で作られたヴィー
ガント効果センサは、周囲凹凸の代わりに小さい棒の形
態の永久磁石上のディスクの周囲に面する。これらの磁
石は、ディスクの周囲の回りに交番シーケンスで配向さ
れ、ディスクの回転につれてヴィーガント効果センサを
相次いで切り換える。しかし、この方法は、磁石をディ
スクに装着する必要があるから厄介であり、また高価で
ある。

上記に関しＥＰ−＾−００３４８２１の開示を参照でき
る。

本発明の実施例は上記乱れにより実質的に影響されない
が、本発明による２つの隣接対称磁気回路は乱れにより
同等に影響される。この理由で、これらの乱れは２つの
回路の対称性に非平衡を発生せず、故に出力信号を発生
しない。かかる信号は周囲凹凸がセンサの前を通ること
に専ら起因して生じる。

本発明の他の特徴および利点は添付図面に関する以下の
非限定例としての記載から明らかになろう。

第３図に一般的に１０で示した本発明によるセンサは、
第１図に関して述べたのと同じ一般的基準で用いられる
。

センサ１０は、ディスクＤの周囲凹凸（切欠Ｔ）がセン
サ１０の前を通る方向に対して直角方向に互いに平行に
伸びた高い透磁率をもつ材料の２つの細長い部材１２．
１４を含む。

部材１２．１４は好ましくはディスクＤの切欠Ｔに面す
るエアギャップ１６を形成するよう互いに向き合うよう
に収斂したホモロガス端１２ａ。

１４ａを有し、エアギャップの寸法は切欠Ｔの寸法とほ
ぼ同じか、好ましくはこれよりも小さくない。

勿論、ここではギャップ１６と切欠Ｔの横方向寸法、即
ちギャップと切欠の相対運動の方向の寸法に言及してい
る。

２個の永久磁石１８．１９は文字Ｎ＝北、Ｓ＝南で図示
された極性方向を持ち、ホモロガスであるように選択さ
れ、これらの磁石はエアギャップ１６を形成する端と反
対の端で部材１２、■４へ接続されている。換言すれば
、両部材１２．１４は磁石１８．２０の北極または南極
へ接続されている。

故に永久磁石１８．２０は部材１２．１４に全く等しい
磁界を誘導する（故にこれらの部材は必ずしも磁性材料
で構成されるものではないが「磁性」素子または部材と
以後称される）。

第３図に示す実施例では、部材１２．１４は横方向磁気
回路腕２２により共に接続され、腕２２は部材１２．１
４と共にほぼＨ字形構造体を形成する。

横方向回路腕２２の回りに電線が巻き付けられ、以下で
詳述する基準に従って磁束センサとして作用するインテ
グレータ２４ａへ接続された検出コイル２４を形成する
。

部材１２．１４、磁石１８．２０および腕２２により形
成されるユニットは良好な透磁率を持つ材料製のカバー
２６内に収納され、このカバー２６はユニットを包囲す
るが、ディスクＤに面するセンサの側、即ち部材１２．
１４の端１２ａ、１４ａがエアギャップ１゛６を形成す
る側は開いている。磁石１８．２０と接触したカバー２
６は恐らく磁石間の連続性に切れ目を呈しく第１０図、
第１２図参照）、而して各端１２ａ、１４ａと各端が隣
接するカバーの部分との間で部材１２．１４に存在する
磁界を「閉じる１０２つの磁界の閉鎖のこの効果は、第
３図に鎖線Ｈの矢印で示されている。

２つの磁界はカバー２６がない場合でも実際に「閉じる
」から、カバー２６を設けることは必ずしも必要でない
ことは指摘する価値がある。しかし、本来頑丈で磁気的
乱れから保護されたコンパクトな構造体を保証するため
にカバー２６を設けることは好ましい。カバー２６は、
実際には、２個の磁気部材１２．１４を包囲するケーシ
ングを形成し、切欠Ｔが通過する区域へ向かう前方開口
を有する。

装置１０には、故に、２つの対称磁界があり、その磁力
線はそれぞれ次のように伸びる：磁石１８から部材１２
を通って端１２ａへ伸び、ここからカバー２６の隣接部
分へ伸び、次いでカバー２６を通り、磁石１８へ戻る閉
ループを形成する、また 磁石２０から部材１４を通って端１４ａへ伸び、ここか
らカバー２６の隣接部分へ伸び、次いで力、バー２６を
通り、磁石２０へ戻る閉ループを形成する。

磁界のこの対称分布により、検出器Ｈの構造の中央部分
を構成する腕２２には実際上磁界がない。

問題の２つの磁界の対称性を乱す唯一の現象は、ディス
クＤの周囲凹凸、または切欠Ｔがエアギャップ１６の前
を通過することである。

切欠Ｔがエアギャップ１６の前を通過することは、先ず
第１の磁気回路を、次いで他方の磁気回路をというふう
に、磁気回路を作動的に乱す効果がある。

この現象は第４図ないし第９図に示されている。

第４図ないし第８図は切欠Ｔがエアギャップ１６の前を
通過する際に到達する可能な位置を順次示す。

切欠Ｔの運動は図面において右から左へ生じるものとす
る。

第４図及び第５図に示した位置において、切欠Ｔはエア
ギャップ１６に漸次接近するときに、遠方の部材１２に
より形成された隣接磁気回路におけるよりも顕著な磁気
抵抗（従って磁束）の変動を部材１４の磁気回路に生ぜ
しめる。

切欠が第６図に示すエアギャップ１６に整合した位置に
到達すると、２つの磁界間に平衡状態が瞬間的に再び確
立され、切欠Ｔは実際に両磁気回路の磁気抵抗に同じよ
うに影響する。第７図、第８図に示す如く切欠がエアギ
ャップ１６から離れて左へ漸次動くにつれて、磁気回路
の相対位置は第４図、第５図に示したものと正反対にな
る。切欠Ｔは事実、部材１４により形成された磁気回路
におけるよりも顕著な磁気抵抗（従って磁束）の変動を
生ぜしめる。

全体として、切欠Ｔがエアギャップ１６の前方　　−を
通過することは、２つの磁気回路の一時的非平衡を生ぜ
しめる効果を有する。この非平衡は、腕２２の磁界が一
時的にゼロ以外になることに起因して、インテグレータ
２４ａへ接続されたコイル２４により検出される。

第９図のグラフは、全く定性的に、信号の可能なトレー
スを示す。磁束θおよび出力電圧Ｖｕは、切欠Ｔがエア
ギャップ１６の前を通過することに起因してインテグレ
ータへ接続されたコイル２４の両端で検出可能である。

特に、出力信号Ｖｕの値ｖ４、■６、ｖ８、ｖ７、ｖ８
は、文字■の添え字に対応する番号の図に示したエアギ
ャップ１６に関する位置にあるときに検出可能である。

出力信号Ｖｕの波形は原点に対して一般に対称である。

特に、切欠Ｔがエアギャップ１６の前をちょうど通過す
るとき信号Ｖｕはゼロと交差する（ゼロ交差）。

冒頭に述べた乱れはいずれも、部材１２．１４により形
成された２つの磁気回路の対称状態を変化しない限り、
出力信号のゼロ交差に影響しない。

故にこの型の乱れを排除する高度の能力を持つセンサが
得られる。特に、出力信号はセンサを切欠Ｔから分離す
るエアギャップｈの幅の変更の結果第１図の信号ｖ°　
、により示された型式の起伏を持たない。

この点では、第３図ないし第８図に関し、切欠を部材１
２．１４の端から分離する距離の変化はせいぜい出力信
号Ｖｕの振幅に影響するが、対称特性にも、またゼロ交
点の位置にも影響しない。

この点の位置は切欠幅と同じ程度の公差で保護される。

記述の型のセンサは従来のものに比べてディスクＤの回
転方向を感知できるという利点を有する。

インテグレータへ接続されたコイル２４を使用する代わ
りに、例えばホール効果磁気センサをこのセンサとして
使用できる。

他の実施例によれば、ヴィーガント効果センサを用いて
部材１２．１４に存在する２つの磁界を検出できる。

このセンサ（それ自体周知）は、第１０図に示す・実施
例により２つの部材１２．１４間に橋として装着できる
小さい棒の形態で作ることができる。

検出回路は、故にこの場合やはりＨ形であり、これに２
つの強磁性可動板２９を付加し、これによりヴィーガン
ト素子の動作状態を最適化している。

周知の如く、ヴィーガント効果センサは、均質なニッケ
ルー鉄またはバナジュームーコバルトー鉄合金の１本以
上の磁気ワイヤから成り、加工され、焼きもどしされ、
内部よりも遥かに大きい（５倍以上）保持力を持つ外側
区域を有する。換言すれば、外側区域は、その磁化の方
向を切り換えるには、内部の磁化方向を切り換えるのに
必要な磁界よりも遥かに大きい磁界を必要とする。

ヴィーガント素子の切換えは外部磁界により行わせるこ
とができる。この現象はワイヤの近くに置かれた、また
はワイヤ自体に巻かれたコイルの両端に電圧パルスを生
ぜしめる。

ヴィーガント効果センサ２８を本発明の装置に用いる利
点の一つは、かかるセンサの出力に検出できる電圧は脈
動し、「対称」形態のヴィーガント素子の使用に関する
第１１図にＶ’　　ｕで示す型式のものであるという事
実から得られる。この信号において、各パルスＰの振幅
はセンサを切り換えさせた磁界の特性から実質的に独立
している。

換言すれば、ヴィーガント効果センサの使用は、切欠Ｔ
が第１０図のセンサのプロング１２．１４の前を通るこ
とに対応して、１つが正、１つが負である２つのピーク
から成る脈動信号を得ることを可能にする。第１２図に
示す如く、この装置の他の形態も可能であり、これは負
荷を受けて操作するように構成されている。この形態で
は、１対の磁石の代わりに、２個の電磁石１８′、２０
′（高い周波数で給電される）が用いられ、これらの磁
石は変圧器の一次側を構成し、その二次側は第１２図の
横腕２２に巻かれたコイルにより表されている。この変
圧器は、その相互インダクタンスが対称状態（即ち、切
欠Ｔはエアギャップ１６から遠方にあるとき）ではゼロ
であるが、切欠がエアギャップに近付いたときにはかな
りの大きさになることを特徴とする。この変圧器は、適
当な回路（先行技術は多くの例を挙げている）に挿入さ
れると、下記の特徴を持つ信号を得ることを可能にする
： １）静的状態で操作できる（近接時におけるような動作
）； ２）電磁的干渉の特定の排斥を可能にする。

磁束に比例する信号は、トリガによりパルスに変換され
る前に、信号干渉比を向上するためにアナログ回路によ
り適当な変換を受けることができる。ある場合には、得
られた信号を更に処理するのが特に有利である。

ｆｆｌ後に、センサの２個のプロングをディスクＤに接
近、離間させる振動性質の乱れは、干渉信号を生ぜしめ
ない。

当然ながら、本発明の原理はそのままとしながら、実現
の詳細を記載かつ図示されたものに関して、添付の特許
請求の範囲から逸脱することなく広（変化できる。特に
、特許請求の範囲に採用された用語によれば、検出器の
２つの磁気回路は必ずしも完全に対称でないにしても、
ディスクの凹凸が装置１０の前を通ることにより誘導さ
れる対称特性の乱れを検出できるセンサ素子が挿入され
る少なくとも１つの区域において、２つの磁気回路が対
称特性を有すれば十分である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のセンサ装置の説明図、第３
図はインテグレータへ接続したコイルを磁束検出器とし
て設けた本発明により作られたセンサ装置の構造の模式
図、第４図ないし第９図は第３図の装置の操作基準をよ
り詳細に示す図、第１０図は例えば対称型のヴィーガン
ト効果センサを用いる本発明の変形例の模式図、第１１
図は第１０図のセンサにより得られる検出信号の典型的
時間トレースを示す図、第１２図は検出器の磁界を発生
するために２個の永久磁石の代わりに高周波、交流電流
を供給される２個の電磁石を用いた本発明の変形例の模
式図である。 １２．１４．、、磁気部材、　　１６．、、エアギャッ
プ、　　１８．２０．、、永久磁石、　２２゜０．磁気
回路腕、　２４．、、検出コイル、　２６１１．カバー
、　２８．、、　　ヴィーガント効果センサ、　Ｄｌｏ
、ディスク、　Ｔｏ、、凹凸。 ｆ：Ｉ６．１２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一つの凹凸（Ｔ）を有する素子（Ｄ）と
   共に用いるのに適した磁気監視装置であって、 ２つの磁気部材（１２、１４）を備え、各部材は少なく
   とも一つの区域（２２；２８）に対称特性を持つ２個の
   隣接磁気回路（１２、１８、１８、２６；１４、２０、
   ２０′、２６）の各一つを少なくとも一部規定し、これ
   により前記周囲凹凸（Ｔ）が２つの磁気回路（１２、１
   ８、１８′２６；１４、２０、２０′、２６）の近くを
   順次通ることにより、磁気抵抗が変化して少なくとも一
   つの区域（２２）の対称特性の乱れを生じ、少なくとも
   一つの区域で前記２個の磁気部材（１２、１４）間に磁
   気センサ（２４、２８）を挿入し、磁気センサ（２４、
   ２８）は対称特性の乱れを示す信号を発生できるように
   した、磁気監視装置において、 ２個の磁気部材（１２、１４）は少なくとも一つの周囲
   凹凸を持つ素子（Ｄ）に面するよう意図され、前記少な
   くとも一つの周囲凹凸（Ｔ）の幅と同じ程度の幅を有す
   る装置の中央エアギャップ（１６）を間に有するホモロ
   ガス端（１２ａ、１４ａ）を有することを特徴とする装
   置。 ２、エアギャップ（１６）は前記周囲凹凸（Ｔ）の幅よ
   りも小さくない幅（Ｇ）を有することを特徴とする請求
   項１記載の装置。 ３、２個の磁気部材（１２、１４）間に橋のように延び
   た磁気回路腕（２２、２８）を含み、この腕（２４、２
   ８）の磁界は乱れのない場合には実質的にゼロであるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の装置。 ４、磁気センサ（２４）は磁気回路腕（２２）へ接続さ
   れたことを特徴とする請求項３記載の装置。 ５、磁気センサは乱れの存在下に電流が流れることがで
   きる電気コイル（２４）を含むことを特徴とする請求項
   １ないし４のいずれか一つに記載の装置。 ６、センサはホール効果センサであることを特徴とする
   請求項１ないし４のいずれか一つに記載の装置。 ７、センサはヴィーガント効果センサであることを特徴
   とする請求項１または２記載の装置。 ８、ヴィーガント効果センサは磁気部材（１２、１４）
   間に橋として装着されたことを特徴とする請求項７記載
   の装着。 ９、磁気部材（１２、１４）および磁気回路腕（２２）
   は協働してＨ字形構造体を形成することを特徴とする請
   求項３記載の装着。 １０、磁気部材（１２、１４）およびヴィーガント効果
   センサ（２８）は協働してＨ字形構造体を形成すること
   を特徴とする請求項７または８記載の装置。 １１、２個の磁気部材（１２、１４）は、磁気部材（１
   ２、１４）をホモロガス態様で磁化できる少なくとも１
   個の磁石（１８、２０；１８′、２０′）へ結合された
   ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに
   記載の装置。 １２、２個の磁気部材（１２、１４）の各々は関連磁石
   （１８、２０；１８′、２０′）を担持し、２個の磁気
   部材（１２、１４）に関連した磁石の極性は互いにホモ
   ロガスであることを特徴とする請求項１１記載の装置。 １３、少なくとも１個の磁石は永久磁石であることを特
   徴とする請求項１１または１２記載の装置。 １４、少なくとも１個の磁石は、高い周波数で付勢され
   る電磁石（１８′、２０′）であることを特徴とする請
   求項１１または１２記載の装置。 １５、少なくとも１個の電磁石（１８′、２０′）およ
   び電気コイル（２６）はそれぞれ変圧器の一次巻線およ
   び二次巻線を形成することを特徴とする請求項５および
   １４記載の装置の組合わせ。 １６、２つの磁気回路（１２、１８、２６；１４、２０
   、２６）の一部を構成する磁化可能材料のカバー手段（
   ２６）を含むことを特徴とする請求項１ないし１５のい
   ずれか一つに記載の装置。 １７、カバー手段（２６））は２個の磁気部材（１２、
   １４）に関連した磁石（１８、２０）間に連続性を呈す
   ることを特徴とする請求項１２および１６記載の装置。 １８、前記カバー手段は前記２個の磁気部材（１２、１
   ４）を包囲するケーシング（２４）の形態であることを
   特徴とする請求項１６記載の装置。