(57)【要約】シャフト積算回転計は、シャフト５３に取付けられた１つ以上の磁石５２と相互作用する１つ以上のリード磁気センサ５１を備えている。この相互作用により、単独の電源と同様に、リード磁気センサ内に電圧スパイクが生成され、電気持久カウンタに対する入力信号として使用される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる磁場に応じてパルス信号を生成し、リード機構とピックアップコイルとを含むリード磁気センサであって、
該リード磁気センサは、所定の隙間により分離された少なくとも２つの磁性部材を備え、該磁性部材のうち少なくとも１つは弾性的に支持され、２つの磁性部材と前記隙間とは磁気回路の一部を構成し、前記リードセンサは、前記隙間の急激な変化により前記異なる磁場に応答し、前記ピックアップコイル内に電圧パルスを含む、ことを特徴とするリード磁気センサ。
【請求項２】
シャフトに取付けられた少なくとも１つの磁石と、
前記磁石と協働して前記シャフトの回転に応じたエネルギを有する電圧パルスを生成する、少なくとも３つの固定なリード磁気センサと、
前記電圧パルスに応答して該パルスにより単独作動する、前記少なくとも３つのリード磁気センサと弾性的に連結する持久電気カウンタと、
を含むことを特徴とするシャフトの両方向積算回転数を計算する装置。
【請求項３】
少なくとも１つのシャフトに装着された磁石と、
少なくとも１つのリード磁気センサと、
持久電気カウンタと、を備え、
前記少なくとも１つの磁石と協働する前記少なくとも１つのリード磁気センサが、前記シャフトの回転に応じて電圧スパイクを生成し、前記カウンタが電圧パルスに応じて該パルスにより単独で作動する、
ことを特徴とするシャフトの一方向積算回転数を計算する装置。    
【請求項４】
シャフトの回転が請求項３に記載のシャフト積算回転計により測定される、回転シャフトを有するインペラ式の水量計。
【請求項５】
携帯型読出装置と協働する請求項４に記載の水量計を備える遠隔読込可能な水量計であって、
該水量計は、エネルギ受容手段と、情報伝達手段とを含み、
前記携帯型読出装置は、前記水量計にエネルギ付与するエネルギ伝達手段と、前記水量計からの情報を受信する情報受信手段と、を含む水量計。
【請求項６】
バイアス磁石をそれぞれ使用する少なくとも３つのリード磁気センサを備え、強磁性の可動歯を計算するカウンタであって、
前記リード磁気センサは、パルスに応じて該パルスにより単独でエネルギ付与がなされる持久電気カウンタを用いて計算された単一信号により生成することにより可動歯に応答する、
ことを特徴とするカウンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ねシャフト積算回転計に関し、特に外部電源を必要とせず且つ機械的部材を使用しない電子シャフト積算回転計に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に積算回転計は、以下の２つのカテゴリーに分類される。
１．多重巻シャフトアングルエンコーダ等用の両方向式（両指向性）
２．水量計内の消費量記録等用の一方向式（一指向性）
【０００３】
多重巻シャフトアングルエンコーダは、電力が使用できないときでも動作（シャフト回転）を記録するように使用される。例えば、アイドルＣＮＣマシン内のリードスクリューを手動回転させた場合でも電力復旧時に動荷重の状態がわからなければならない。
【０００４】
従来の多重巻エンコーダーは概ね、持久性の機械的メモリを製造すると共に単巻エンコーダーによるステップダウン式（step-down）歯車機構を使用する。長年、機械的歯車や電気回転計に電力を付与するバックアップバッテリなしで使用できる電気持久性のシャフト積算回転計の提供が望まれてきた。その結果、ＥＥＰＲＯＭでの書込工程に必要な電気エネルギを発生させるために、回転シャフトの動作でタップさせるようにされてきた。
【０００５】
独国特許ＤＥ４３４２０６９Ａ１と、独国特許ＤＥ４３４３０６９Ｃ２（米国特許５，５６５，７６９）と独国特許ＤＥ４４１３２８１Ｃ２（米国特許５，７１４，８８２）では、外部電源なくシャフト回転を記録し非常に遅いシャフト回転にも対応する多重巻エンコーダー用の両方向式シャフト積算回転計の機構について説明されている。これは固定の鉄心コイルと測定対象シャフトとの間で回転する第一永久磁石と、測定対象シャフトに取付けられる第二磁石とに基づいている。測定対象シャフトが回転するときには第一磁石は第二磁石に取付け、スナップ止めされる。急な動作は、固定コイルに電圧パルスを誘導し、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）とマイクロコントローラとを備える持久回転計を作動させる。このような電気的作用は、以下のごとき短所を有する。
−機械的に複雑で高感度過ぎて振動が生じること
−２つの磁石間の相互応力により高感度使用の場合には測定シャフトへのトルク伝達妨害が明らかになること。
【０００６】
また、代替のシャフト回転計測方法は、回転シャフトに取付けられた磁石と共同してウィーガンドセンサを用いて回転シャフトからのエネルギを分岐することに基本としている。しかしながら、このようなスパイクのエネルギ内容は、ＥＥＰＲＯＭに必要な電圧以下の大きさ程度で強誘電体メモリに電圧を加えれば十分なものあり、米国特許６，０８４，４００号に示すように非常に小さな電力消費であることが知られている。しかしながら、発生パルスにおけるエネルギ内容は、誤算を導く不安定なものであった。従って、本発明は、リード磁気センサとして新規な様式に従った従来型のリードリレイを使用する。
【０００７】
本発明は、リード磁気センサによりエネルギー付与される一方向および両方向電気持久シャフト積算回転計器を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、シャフト回転に対して最小のトルク障害になる、一方向および両方向シャフト積算回転計を提供することを目的とする。さらに、本発明の目的および利点は以下の詳細な説明で十分に理解されよう。
【発明の開示】
【０００９】
リードリレイは、コイルを流れる電流により生成された磁場に応じて開閉するコイルおよびリードコンタクトエレメントを備えている。これらのリレイは、既に知られているものであり、従来から電気的な接断に使用されてきた。本発明は、リード磁気センサに関するリードリレイの新規な使用方法に基づき、電気接触に関係なく磁場の検出のために付与されるものである。この新規な方法は、リード磁気センサと周囲の磁場との間の相互作用に基づくものであり、概ね磁石の回転による。これは持久電気カウンタに電力を付与するコイル内で電圧スパイクを誘導し、該カウンタにより計測される。
【００１０】
本発明の好適な実施形態によれば、両方向シャフト積算回転計は回転シャフトに装着された磁石と、磁石に対向し前記シャフトの回転に応じて電圧スパイクを生成する３つの固定リード磁気センサとを備える組立体を含んでいる。電圧スパイクは、概ね強誘電性持久論理要素（Ferro-electric non-volatatile logic elements）を含む電子ステートマシンおよびカウンタとして使用される。また、水量計に適当な本発明の好適な実施形態は、前記磁石に対向するリード磁気センサは一方向積算回転計である。
【００１１】
さらに、本発明は、強磁性の歯車の歯の検出に基づいて回転検出する方法を提供することを目的としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、従来型リードリレーの新規利用率に基づくリード磁気センサの原理を示している。リード磁性センサ１１は、商業的なすなわち類似構成物が存在するリードスイッチ１５と、ピックアップコイル１４と、磁石１６とを備えている。リードリレーは、ガラスエンベロープ（ガラス製の外被）１２と、２つの磁性ソフトリードエレメント１７、１８とを含んでいる。リード間の電気的接続は本発明の本質ではない。磁石１６がリードスイッチ１５に接近するに従ってリードエレメント１７、１８は磁力が付与され互いに引き寄せられ、磁石の隙間が空いたり剛性が高くなると逆の現象となる。磁力があるレベルに到達すればリードがスナップし、互いに接触する。リードエレメントが磁気軟鋼で形成されるので、該リードエレメントは互いの隙間が閉鎖したときにインピーダンスが急激に変化する磁気回路の一部を構成し、この磁気回路はコイル１４を通る電流が急激変化するようにし、該コイルはリード磁気センサの出力信号として提供される電圧パルスを誘導する。また、重要なことは、スナップ動作は磁石の速度に関係ないものであり、出力パルスの振幅や継続時間は本質的に固定されたものだということである。図２のシャフト積算回転計は、回転シャフトに装着された磁石と、３つの固定リード磁気センサＡ，Ｂ，Ｃと、を含んでいる。シャフトが回転すればそれぞれのリード磁気センサ内の磁場は変化し、電圧パルスを生成する。シャフトが等速回転しないことによる間違えを発生させないで両方向シャフト回転を計算するためには少なくとも３つのリード磁気センサが必要であることがわかる。
【００１３】
図３には本発明の好適な実施形態のブロック図が示されており、３つのリードセンサＡ，Ｂ，Ｃの出力スパイクは例えば、Ramtron Internation Corp. of Colorado Springs, Coloradoにより製造されたＦＭ５７４のごとき強誘電性メモリエレメントを含むステートマシン（a state machine）に作用する。電圧スパイクは、ステートマシンとカウンタ回路とに電力付与するように使用され、計測されるべき入力としても使用される。本発明の好適な実施形態によれば、電圧スパイクはダイオードＤを介してコンデンサＣを充電する電力供給ラインに直接作用する。この電圧スパイクはタイミング条件を満たすためにステートマシンに作用する前にディレイエレメントにより時間遅延（タイムディレイ）される。必須事項ではないがタイミング調整にはリード間の電気的接続に使用することが可能である。
【００１４】
図４は、アップダウンカウンタに作用させるアップコマンド又はダウンコマンドを出力するステートマシンのフロー図を示している。
【００１５】
ＣＭＯＳカウンタにおけるステートトランジッション（変化）は、コンデンサＣを大量に放電可能な電流供給スパイクに伴ってなされることが知られている。ここでの問題点は、複数同時トランジッションを妨げないならば多段式カウンタで混合される点である。この問題はグレイコード出力を用いたカウンタを使用することで回避可能であり、（特に、いつでもシングルトランジションのみ有するとして当業者に知られている）、その結果、これによってリード磁気センサが多段カウンタを動作させることができる。機械的回転あたり１カウント以上になるためにさらに多くの磁石をシャフトに装着することができることは明白である。
【００１６】
インペラ式（羽根式）の水量計内等には両方向計算（カウンティング）が不要なものが存在する。このような場合、単一磁石と単一リード磁気センサで十分である。図５ａは、本発明の一方向のシャフト積算回転計を有する水量計５０の好適な実施形態の略示図である。水量計は、図示しない入口と出口と回転可能なインペラとを有するチャンバ５４を備え、インペラは、磁石５２をも支持するシャフト５３により支持される。この形状により磁石とリードセンサとの間に作用する誘引力に起因するインペラへのトルク障害を最小限にすることができる。ウォーターチャンバ５４の外部には磁力線５５を介して磁石５２と相互作用するリード磁気センサ５１が配置され、図示しない本発明の持久パルスカウンタに作用する電圧パルスが生成される。リード磁気センサ５１により回転磁石５２に作用するトルク妨害は小さいが、高感度の水量計においては影響が大きいものとなろう。
【００１７】
図５ｂは、ステップダウン歯車機構５９（略示）を介して本発明の回転カウンタ５８に結合された第二シャフト５７の第二磁石５６によりインペラの回転をチャンバの外部に結合することによって感度が増大した変形の水量計の一部の略示図である。
【００１８】
図５ｃは、本発明の好適な実施形態における、物理的に非接触で積算水量を提供可能な、遠隔伝送される受動水量計の略示図である。水量計の電子セクション５０は、電磁結合され且つ携帯型読出装置５１４からのエネルギを受容する送受信ループアンテナ５１１を含んでいる。携帯型読出装置は、エネルギ伝送器でもある送受信ループアンテナ５１２と、ディスプレイ５１５とを含んでいる。アンテナ５１１に誘導される他の電圧は、調整され供給電圧を生成し、該供給電圧は持久電子カウンタ５１３を作動するに十分な容量であり、供給電圧情報を携帯型読出装置５１４に戻して、記憶又はディスプレイ装置５１５で表示させる。携帯型装置５１４は、水量計内での記憶されたカウントを処理するために選択的に配設されるものである。
【００１９】
水量計と携帯型装置との間のコミュニケーションチャンネルは、水量計５０内で記憶された数の誤処理を回避するようにセキュリティーコード化され、水量計に供給されたエネルギはレーザビーム等の他の方法で供給可能であることが明白である。
【００２０】
図６ａに示された本発明のさらなる実施形態では、弱磁性歯車６１の歯を一方向に計測する計算しており、バイアス磁石６２と協働するリード磁気センサ６３と歯６４とがホイールの回転に比例変化する磁気回路を構築する。本システムパラメータは、ホイールが回転し歯６４が隙間６５を形成して配置されるときにリード磁気センサが作動し出力パルスを生成するように設計される。リード磁気センサ６３と磁石６２は、図で明らかなように回転軸に平行に配置される。好ましくは両方向性である本発明の実施形態が示され、１ピッチの回転増分により３つのリード磁気センサ内で３つの連続パルスが形成されることとなる。それぞれの歯の増分は、図２におけるシャフトの全回転に等しく、図３のブロック図を図４のステートマシンの実行に使用すればシャフトの回転を受動的に測定する両方向パルスカウンタを提供することができる。同略図は板歯車の直線運動により生成されたパルスを計測するためにも使用可能である。
【００２１】
本発明は、種々の磁場変化における計測にも同様に使用可能、すなわち代替可能であり、リード磁気センサを十分に作動させる。例えば、当業者によく知られている強磁束用コンセントレータの追加により、リード磁気スイッチが地球の磁場による作動をなすほど高感度になることも予想される。３つの該センサが装着された場合、上記教示によれば垂直軸の周りに回転するプラットフォームにおいてプラットフォームの回転が持久形式および電源のない状態で計測されることもできよう。
【００２２】
本発明の教示によれば上記好適な実施形態とは異なる変形例が多数存在することが理解される。例えば、磁性要素は対向する２枚の強磁気ディスクで形成されても良く、磁気ディスクに磁力が作用したときにも隙間が空くようにスプリング要素で支持されるようなものであれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のリード磁気センサを示した図である。
【図２】本発明の両方向シャフト積算回転計の好適な実施形態を示した図である。
【図３】本発明の両方向シャフト積算回転計の好適な実施形態のブロック線図である。
【図４】図２および３の実施形態の状態図である。
【図５ａ】水量計内の回転シャフトに設けられた磁石を示した図である。
【図５ｂ】水量計内の歯車結合回転センサを示した図である。
【図５ｃ】遠隔読取受動の水量計の概念図である。
【図６ａ】本発明の一方向歯車回転カウンタの実施形態を示した図である。
【図６ｂ】本発明の両方向強磁性歯車列カウンタの実施形態を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
2005527788.tif 000008
【図５ｃ】
2005527788.tif 000009
【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【国際調査報告】
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