(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度制御系とブレーキ制御系との２つの独立した制御系統を有する鉄道車輛の速度検出器において、
車輛の駆動装置と係動する磁性材からなる回転体と、この回転体の外周部に設けられた凹凸を磁界の変化により検出する磁気センサーとを有し、前記磁気センサーは速度制御系とブレーキ制御系とに対応してそれぞれ電気的に別個独立し、かつこれら２つの磁気センサーを前記回転体の回転軸方向に並べて一体として形成した速度検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は車輛の駆動装置の回転を検出し、回転数に応じた信号を発生する速度検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車輛（ここで車輛とは鉄道車輛いう。以下同）における速度検出器の構成例を図１０に示す。図において、駆動装置であるモータの回転軸１２には図では省略してあるが外周部に凹凸１５、つまりギア状に形成された磁性材からなる回転体１３が係合し、モータの回転軸１２の回転に応じて回動するようになっている。また、回転体１３の外周部に対向する位置にそれぞれある角度を持って２つの速度検出器１ａ，１ｂが配置されている。この速度検出器１ａ，１ｂにはこ異なった系統からの別個の独立した電源が供給されている。各速度検出器１ａ，１ｂには、それぞれ２つの磁気センサー３１，３２、３３，３４が配置され、回転体１３の回転をその外周部に設けられた凹凸１５の移動により検出するようになっている。すなわち、この磁気センサーは磁気抵抗素子とバイアス永久磁石（以下両者一体となったものをＭＲ素子という）により回転体１３外周部の凹凸１５を検出し、その凹凸１５に応じた出力信号を送出する。従って、回転体１３の移動量、移動速度に応じたパルス信号が出力される。
【０００３】
そして、一方の速度検出器１ａのセンサー３１，３２からは回転体１３の凹凸１５に応じ、回転方向で位相状態が異なるＡ，Ｂ相からなる９０°位相差２信号が得られ、他方の速度検出器１ｂのセンサー３３，３４からは回転体１３の凹凸に応じたＣ，Ｄ相からなる９０°位相差２信号パルスが得られる。Ａ，Ｂ相信号は回転方向の判断が必要な速度制御に使用され、Ｃ，Ｄ相パルスの内、いずれか一方の相のパルスのみがブレーキ系には使用され、安全な制御が可能なようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにセンサー３１、３２を２個独立に設けているため、設置場所を要するとともに、設置や調整のための労力も２倍要し、小型軽量化に反するとともにコスト高を招く要因にもなっていた。
【０００５】
この発明の目的は小型軽量、かつローコストでしかも安全対策の可能な速度検出器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の構成により達成される。
【０００７】
速度制御系とブレーキ制御系との２つの独立した制御系統を有する鉄道車輛の速度検出器において、車輛の駆動装置と係動する磁性材からなる回転体と、この回転体の外周部に設けられた凹凸を磁界の変化により検出する磁気センサーとを有し、前記磁気センサーは速度制御系とブレーキ制御系とに対応してそれぞれ電気的に別個独立し、かつこれら２つの磁気センサーを回転体の回転軸方向に並べて一体として形成した速度検出器。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は速度制御系とブレーキ制御系との２つの電気的に独立した制御系統を有する鉄道車輛の速度検出器において、モータ等の車輛の駆動装置と係動する磁性材からなる円盤状の回転体と、この回転体の外周部に設けられたギアー状の凹凸を磁界の変化により検出する磁気センサーとを有し、前記磁気センサーは速度制御系とブレーキ制御系とに対応してそれぞれ別個に独立た電気系統を有し、かつこれら２つの磁気センサーを回転体の回転軸方向に並べて一体として一つのケース内に収納した速度検出器を特徴とする。
【０００９】
次に本発明の具体的な構成について説明する。
【００１０】
図１は本発明の速度検出器の基本構成を示した概念図である。図１において本発明の速度検出器は、図示しない駆動装置の回転軸１２に係合し、磁性材からなる回転体１３と、この回転体１３の外周部に設けられた凹凸１５と、この凹凸１５を磁気的に検出する磁気センサー３１，３２と、この磁気センサー３１，３２の出力を所定のレベルに整形・増幅し出力する信号処理回路４１，４２，４３と、磁気センサー３１，３２と信号処理回路４１，４２，４３とを収納するケース１０とを有する。
【００１１】
回転軸１２はこの図では省略してあるが、車輛の動力源となるモータ、その他の駆動装置の回転軸と、あるいはギア等の動力伝達手段を介して駆動装置と接続されている。回転体１３は鉄材等の磁性材からなり、円盤状であってその外周部にはギアー状の凹凸１５が形成されている。また、その中心部には回転軸１２と係合するための穴および係止部材が設けられている。
【００１２】
２つの磁気センサー３１，３２は所定のギャップｇを介して回転体１３と対向し、その凹凸１５を磁束密度の変化等により磁気的に検出するもので、ＭＲ素子、ホール素子等の磁気検出素子を用いたものが使用される。また一方の磁気センサー３１は磁気検出素子が対になっていて、回転方向により位相が異なるＡ，Ｂ相を出力するようになっている。他方の磁気センサー３２はＣ相のみを検出するようになっている。各信号処理回路４１，４２，４３は、磁気センサー３１，３２から得られる微弱な信号を所定レベルにまで増幅するとともに、出力波形をその後の処理に適切な形に整形する。また、信号処理回路（Ａ）（Ｂ）４１，４２と信号処理回路（Ｃ）４３とは電気的に分離、独立していて別個の電源が供給されるようになっている。さらに、磁気センサー３１，３２と信号処理回路４１，４２，４３とはケース１０内に収納され一体となっている。
【００１３】
次にこのような構成の速度検出器の動作について説明する。
【００１４】
一方の磁気センサー３１は例えば図２（ａ）に示すように回転体１３の凹凸１５に対して磁気検出素子Ａ、Ｂ、−Ａ、−Ｂ（以下論理否定を−で代用する）が凹凸、１５のピッチをＰとした場合、Ｐ／４の間隔で回転体の回転方向に交互に配置され、２対の磁気検出素子Ａ，−ＡとＢ，−ＢはＰ／２の間隔（つまり凹凸の間隔）となっている。ここで、磁気検出素子Ａ，−ＡとＢ，−Ｂとは一対として動作し、図３にように接続されているので、回転体１３の動作により図２（ｂ）に示すような波形が現れる。また、磁気検出素子Ａ，Ｂと−Ａ，−ＢとはＰ／４だけずらした配置となっているため、出力波形の位相は９０°ずれることとなる。信号処理回路への接続は図３に示すようになる。
【００１５】
他方の磁気センサー３２は例えば図４（ａ）に示すように回転体１３の凹凸１５に対して磁気検出素子Ｃ、−Ｃ（以下論理否定を−で代用する）が、凹凸１５のピッチをＰとした場合、Ｐ／２の間隔（つまり凹凸の間隔）で回転体の回転方向に配置されている。また、前記一方のセンサー３１に対して回転体の回転軸方向に並んで配置されている。ここで、磁気検出素子Ｃ，−Ｃとは一対として動作し、図４のように接続されているので、回転体１３の動作により図４（ｂ）に示すような波形が現れる。磁気検出素子Ｃ、−ＣがＭＲ（磁気抵抗）素子である場合、信号処理回路への接続は図５に示すようになる。
【００１６】
そして、磁気センサー３１，３２のＡ，Ｂ相出力とＣ相出力とは電気的に分離した信号処理回路（Ａ）４１、信号処理回路（Ｂ）４２と信号処理回路（Ｃ）にそれぞれ接続され、増幅、波形整形、シュミット処理等がなされ、独立したＡ，Ｂ相出力とＣ相出力としてそれぞれ取り出される。
【００１７】
取り出されたＡ，Ｂ相出力はインバータ回路等の速度制御系統に、Ｃ相出力はブレーキ制御系統に送出される。２つの磁気センサー３１，３２は、電気的に独立している。これにより、たとえ一方の系統が故障しても、他方の系統で車輛を制御でき、重大な事故が防止できる。
【００１８】
【実施例】
次に本発明のより具体的な実施例について説明する。図６は本発明の速度検出器の一実施例を示した外観図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。この例では、ケース１０は鋳造鉄等からなり、磁気素子装着部１６、本体１７、蓋１８、フランジ１９、ケーブル引き出し部２２およびシール部２３とから構成されている。なお、磁気素子装着部１６はセンサーに対する影響が無いように黄銅、非磁性ステンレス鋼等から構成されている。
【００１９】
磁気素子装着部１６には、図７に示すようにＡ，Ｂ相用の磁気センサー３１とＣ相用の磁気センサー３２とが円筒状のセンサーケース１６ａ内に装着され一体となっている。ここで、図７（ａ）はセンサーケース１６ａの正面図、（ｂ）は側面図である。２つの磁気センサー３１，３２はセンサーケース１６ａの前端面に揃うように図面縦方向、つまり回転体の回転軸方向に並んで配置されるとともに、回転体１３の凹凸ピッチＰに対応してＡ，Ｂ相用はＰ／４、Ｃ相用はＰ／２の間隔となるよう磁気検出素子が配置されている。また、センサーケース１６ａの後端面には各センサー３１，３２の端子、あるいはコネクタが突出し、信号処理回路４１，４２，４３に接続、かつ着脱可能なようになっている。さらに、この例では調整の容易さを考慮して、２つの磁気センサーの中心が同一線上になるよう配置されている。すなわち、回転体１３の接線に対してのセンサーの角度、換言すれば、回転体１３の中心から円周方向に延びる線に対して、センサーの中心線の角度を調節する場合、２つのセンサーは略同一線上にあるため調整が容易である。
【００２０】
センサーケース１６ａは、同等の大きさの内径を有するケース１０の磁気素子装着部１６内に収容され、センサーケース６１ａの前端面が回転体１３の外周部の凹凸１５面に対向する位置に取り付けられる。ケース１０は両側に突出したフランジ１９およびこのフランジ１９に設けられている取付穴２１によりモータカバー、車輛駆動装置筐体等の構造物にネジ等で設置されるようになっている。
【００２１】
また、ケース１０に設けられている蓋１８を取り外すことにより、センサーケース１６ａ、信号処理回路４１，４２，４３の基板等が取り外せるようになっていて、メンテナンスが容易である。また、蓋１８と本体１７の間にはゴム、合成樹脂などのパッキン材が介在し、ゴミ、油等からセンサー類を保護するようになっている。ケース１０後部には電源ライン、信号ライン等を内包するケーブル２４を引き出すためのケーブル引き出し部２２と、ケーブル２４を係止すると共にパッキン材を介在させてゴミ、油などの進入を防ぐシール部２３がネジ等により取り付けられるようになっている。
【００２２】
次に、このような速度検出器を駆動装置であるモータに取り付ける場合の具体的な構成例を説明する。図８、図９は速度検出器、速度検出器カバー、モータ本体カバーの構成例を示した図で、図８は正面図および一部を切り欠いて断面Ｂ−Ｂ矢視図としたもの、図９は図８のＡ−Ａ断面矢視図である。
【００２３】
図８、９において、速度検出器のケース１０および回転体１３は鉄、アルミ、ＳＵＳ等の金属、カーボン、樹脂材よりなる速度検出器カバー５１内に収納されるようになっている。速度検出器カバー５１には速度検出器ケース１０を取り付けるための取付部５１ａが中心から側方に向かってケース１０の形状に合わせた形に突出するように形成され、ケース１０が装着されるようになっている。取付部５１ａの端面は平坦に形成され、ケース１０のフランジ１９が密着できると共に、ネジ穴が設けられていて、フランジ１９の取付穴２１を利用してネジ止めされる。この取付部５１ａの端面は、ケース１０の磁気素子装着部１６の先端が、回転体１３の外周端とギャップｇを介して対向できる寸法関係の位置になっている。
【００２４】
従って、ギャップｇ（この例では最大１mmとし、通常０．５〜０．７mmの範囲に調整する）の調整にはフランジ１９と取付部５１ａとの間にシム等を介在させる等により容易に行うことができる。また、ギャップｇの調整の際には速度検出器カバー５１に設けられたメクラ板５１ｂを取り外すことによりギャップｇを目視できるようになっている。
【００２５】
速度検出器カバー５１はモータ後部カバー５２にネジ５８により取り付けられる。この後部モータカバー５２には回転軸１２のベアリング５４を支持するためのベアリング支持体５３が係止され、このベアリング支持体５３にはシール材５５，５６が係止されている。これにより、モータ内部と速度検出器双方がシールされ、モータの回転のみが回転軸１２を介して回転体１３に伝達される。
【００２６】
このように、速度検出器のケース１０の形状、およびギャップに合わせて速度検出器カバー５１を形成しているので、速度検出器のケース１０の取付や調整が極めて容易となり、しかも外部環境から保護することができる。
【００２７】
以上のようにＡ，Ｂ相の磁気センサー３１とＣ相の磁気センサー３２とがケース１０内に一体となっているので、取付や回転体１３とのギャップ、取り付け角度等の調整が１回で済み、労力の軽減が図れる。また、センサが一つとなるため、取り付け場所が少なくて済み設計の自由度が増すとともに、軽量化にも貢献でき、コストの削減も可能である。また、防油、防塵構造なので、鉄道などの使用環境の過酷な条件の車輛での使用に適している。
【００２８】
【発明の効果】
本発明により小型軽量、かつローコストでしかも安全面で優れた鉄道車両用の速度検出器を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の速度検出器の基本構成を示した概念図である。
【図２】（ａ）は回転体に対する磁気検出素子Ａ、Ｂ、−Ａ、−Ｂの配置を示した概念図、（ｂ）は磁気検出素子Ａ、Ｂ、−Ａ、−Ｂによって得られるＡ相とＢ相の波形を示した図である。
【図３】各磁気検出素子Ａ、Ｂ、−Ａ、−Ｂの信号処理回路への接続状態を示す配線図である。
【図４】（ａ）は回転体に対する磁気検出素子Ｃ、−Ｃの配置を示した概念図、（ｂ）は磁気検出素子Ｃ、−Ｃによって得られるＣ相の波形を示した図である。
【図５】磁気検出素子Ｃ、−Ｃの信号処理回路への接続状態を示す配線図である。
【図６】本発明の速度検出器の一実施例を示した外観図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】（ａ）はセンサーケース１６ａの正面図、（ｂ）は側面図である。
【図８】速度検出器、速度検出器カバー、モータ本体カバーの構成例を示した図で、正面図および一部を切り欠いて断面Ｂ−Ｂ矢視図としたものである。
【図９】図８のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図１０】従来の速度検出器の構成を示した概念図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ  速度検出器
１２    回転軸
１３    回転体
１５    凹凸
１６    磁気素子装着部
１７    本体
１８    蓋
１９    フランジ
２１    取付穴
２２    ケーブル引き出し部
２３    シール部
２４    ケーブル
３１    磁気センサー（Ａ相）
３２    磁気センサー（Ｂ相）
３１    磁気センサー（Ｃ相）
３２    磁気センサー（Ｄ相）
４１    信号処理回路（Ａ）
４２    信号処理回路（Ｂ）
４３    信号処理回路（Ｃ）
４４    信号処理回路（Ｄ）
５１    速度検出器カバー
５１ａ  取付部
５１ｂ  メクラ板
５２    後部モーターカバー
５３    ベアリング支持部材
５４    ベアリング
５５、５６  シール材
５８    ネジ
【図１】
0003641332.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003641332.tif 000007
【図７】
0003641332.tif 000008
【図８】
0003641332.tif 000009
【図９】
0003641332.tif 000010
【図１０】
0003641332.tif 000011