(57)【要約】【課題】新規な構成で簡素な回転検出装置を提供すること。【解決手段】本発明の回転検出装置１００では、所定の偏心率をもって回転体に取り付けられた円盤状の偏心ロータ１とその外縁部に対向するギャップセンサ２１との間隔を計測し、もって回転体の回転角度ないし回転速度を検出する。従来とは違って磁気ドラムも歯車状ロータも必要とせず、偏心ロータ１を採用しているので構成が簡素で製造も容易になる。【選択図】図１
2015165217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転体の回転軸（１０）と連動し所定の偏心率をもった軸心（Ｃ）を中心に回転する円盤状の偏心ロータ（１）と、
この偏心ロータの外縁部に対向して固定されこの外縁部との間に形成されるギャップに対し単調関数となるアナログ信号を出力するギャップセンサ（２１，２２）と、
このアナログ信号を所定の時間間隔でサンプリングしてデジタル信号（Ｄ１，Ｄ２）に変換して出力するＡ／Ｄ変換器（３１，３２）と、
を有することを特徴とする、
回転検出装置（１００，２００）。
【請求項２】
前記偏心ロータの一回転分について所定の回転角度位置に対応する前記デジタル信号を記憶しておくメモリ（６１，６２）をさらに有する、
請求項１に記載の回転検出装置。
【請求項３】
前記ギャップセンサは、ホールセンサおよびＭＲセンサのうちいずれか一方の磁気センサであり、
前記偏心率は、前記ギャップの変動範囲がこの磁気センサの検知範囲に収まる所定値である、
請求項１〜請求項２のうちいずれか一項に記載の回転検出装置。
【請求項４】
前記Ａ／Ｄ変換器は、前記時間間隔に対応するサンプリングレートを切換える機能をもち、
前記偏心ロータの回転速度が所定値以上になると前記Ａ／Ｄ変換器にサンプリングレートを低速に切換えさせる制御装置（８１，８２）をさらに有する、
請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の回転検出装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記回転速度と前記サンプリングレートとの間にヒステリシス・ループ（ＨＬ）を形成するサンプリングレート制御則をもつ、
請求項４に記載の回転検出装置。
【請求項６】
前記ギャップセンサの位置に対し前記軸心を中心に９０°（±４５°以内）だけ位相角が異なる位置に前記偏心ロータの前記外縁部に対向して固定されこの外縁部との距離に対し単調関数となる第二アナログ信号を出力する第二ギャップセンサ（２２）と、
この第二アナログ信号を所定の時間間隔でサンプリングして第二デジタル信号（Ｄ２）に変換する第二Ａ／Ｄ変換器（３２）と、
を有することを特徴とする、
請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の回転検出装置（１００，２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転角度ないし回転速度を検出するため回転検出装置に関する。本発明の回転検出装置は、例えば自動車などを含む車両の車輪や車軸を回転体として、その回転体の回転検出に適用することもできる。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、円盤状の磁気ドラムの回転に伴う磁場変動をＭＲセンサで検知する回転検出装置が開示されている。この回転検出装置では、回転体に連動して回転する磁気ドラムがあり、この磁気ドラムの外周面には極性が交番に等間隔で着磁されている。この磁気ドラムが回転することによって生じる磁場の変動をＭＲセンサが検知し、検知した信号処理に工夫をしてより広い速度域で回転速度を検出することができるとしている。
【０００３】
また、磁気ドラムの代わりに、凹凸が等間隔で外周面に形成されている歯車状の軟磁性体円盤を回転させ、これに伴う磁界変動をＭＲセンサやホールセンサで検知する構成の回転検出装置も公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２２９７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の背景技術では、円盤状の磁気ドラムであっても歯車状の軟磁性体円盤であっても、当該円盤の中心を回転軸とするように設計がなされている。
【０００６】
そこで本発明は、背景技術の項で言及した回転検出装置の構成とは異なる構成をもった回転検出装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本願発明の構成とその構成がもたらす作用効果とについて、本項では簡潔に説明する。
【０００８】
本発明の回転検出装置は、円盤状の偏心ロータ（１）とギャップセンサ（２１，２２）とＡ／Ｄ変換器（３１，３２）とを有する。
【０００９】
この偏心ロータは、所定の回転体の回転軸（１０）と連動し、所定の偏心率をもった軸心（Ｃ）を中心に回転する円盤状のロータ１である。ギャップセンサ（２１，２２）は、この偏心ロータの外縁部に対向して固定され、この外縁部との間に形成されるギャップに対し単調関数となるアナログ信号を出力するセンサである。Ａ／Ｄ変換器（３１，３２）は、このアナログ信号を所定の時間間隔でサンプリングしてデジタル信号（Ｄ１，Ｄ２）に変換して出力する回路装置である。
【００１０】
以上の構成をもつ本発明の回転検出装置では、この偏心ロータの一回転ごとに、この偏心ロータの外縁部とギャップセンサとの間のギャップの最大値と最小値とが交番に検知され、その頻度をもって回転速度を測ることができる。また、ギャップの最大値と最小値との間では、単調関数で途中の回転角度を検出することができるので、その差分をもって回転角度を検知し、さらにその回転角度の時間差分を取ることにより回転速度をも検知することができる。
【００１１】
その結果、本発明によれば、前述の背景技術とは異なり、磁気ドラムも歯車状のロータも必要としない構成で回転検出装置を実現することができる。さらに、磁気ドラムでも歯車状のロータでもなく、単なる円盤状の偏心ロータを採用しているから、より容易に製造可能である。
【００１２】
ここで、上記ギャップセンサとしては、特に種類には縛られない。すなわち、ＭＲセンサやホールセンサのような磁気センサは、構成が簡素で信頼性の高いセンサでありながら劣悪な環境での使用にも耐えるので有利であるが、光学センサなど他の種類のセンサを使うこともできる。
【００１３】
また、上記Ａ／Ｄ変換器はこのギャップセンサと一緒に筐体に収め、これをもって回転センサを構成すれば、信号伝送経路で周囲からの電磁ノイズの影響を受けにくくすることが可能となる。さらにこの筐体に、このギャップセンサのアナログ出力に影響を与えるノイズの浸入を防ぐ作用をもたせても良い。
【００１４】
なお、本発明の回転検出装置が、前記偏心ロータの一回転分について所定の回転角度位置に対応する前記デジタル信号を記憶しておくメモリ（６１，６２）をさらに有すれば、より好ましい。
【００１５】
こうすれば、実際の運用環境での実測値に基づいて上記メモリ内に対応表などを記憶させることができるようになり、予め決められた設計値の対応表などに頼ってセンサ出力から角度を算出する方式よりも実運用上での高精度計測が期待できる。このメモリの配置については、上記回転センサに組み込むことも、あるいは別途に備えた制御装置に組み込むことも含め、かなり広い自由度もって設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１としての回転検出装置の構成を示す模式図
【図２】実施例１でのサンプリングレート切換え例を示すグラフ
【図３】実施例１でのサンプリングレート制御則を示すグラフ
【図４】実施例２としての回転検出装置の構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の「回転検出装置」がもつ実施形態については、当業者に本発明を実施できるだけの理解が得られるよう以下の記載で明確かつ十分に説明する。なお、本発明の出願時点では、以下の実施例ないしその変形態様のうちに最良の実施形態が開示されているものと発明者は考えている。
【実施例１】
【００１８】
（構成）
本発明の実施例１たる回転検出装置１００は、車両としての自動車（例えば四輪の乗用車）の各車輪の回転を検知するために装備される。
【００１９】
回転検出装置１００は、図１に示すように、円盤状の偏心ロータ１と、ギャップセンサ２１およびＡ／Ｄ変換器３１を内蔵する回転センサ５１と、同センサ５１に信号線で接続された制御装置としてのＥＣＵ８１とを有する。図示しないが、信号線と並行して電源線もＥＣＵ８１から回転センサ５１に配設されている。
【００２０】
ＥＣＵ８１には、メモリ６１およびマイコン７１と、回転センサ５１に接続するためのインタフェース（図略）が内蔵されている。
【００２１】
偏心ロータ１と回転センサ５１とは一対の組をなし、自動車に装備された四つの車輪のそれぞれについて一組ずつ装置されている。それゆえ、図１では略されているが、ＥＣＵ８１には、四輪のそれぞれに付設された四組の偏心ロータ１および回転センサ５１が接続されている。
【００２２】
偏心ロータ１は、回転体としての車輪（図略のホイール）の回転軸１０に直接的に接続されて連動しており、所定の偏心率をもった軸心Ｃを中心に回転する円盤状の軟磁性材料からなる円盤である。寸法の一例を挙げると、偏心ロータ１の直径はφ８０ｍｍであり、厚さは６ｍｍであって、偏心率（すなわち偏心距離）は０．７５mmである。
【００２３】
一方、ギャップセンサ２１は、偏心ロータ１の外縁部（円筒面状に形成された外周面）に対向して固定され、この外縁部との間に形成されるギャップに対し単調関数となるアナログ信号を出力するＭＲセンサである。そして、前述した偏心ロータ１の偏心率は、このギャップの変動範囲がギャップセンサ２１の検知範囲に収まるように設定されている。一例として、図１中に示す最小ギャップＧ１は０．５ｍｍであり、最大ギャップＧ２は２．０ｍｍであって、その差であるギャップの最大変動幅ΔＧｍａｘは１．５ｍｍである。
【００２４】
なお、図１中には偏心ロータ１が近心点１２をギャップセンサ２１に向け、最もギャップが大きくなった状態を実線で示してあり、逆に破線では偏心ロータ１の遠心点１１がギャップセンサ２１に最も近づいた状態を示している。偏心ロータ１のうち、遠心点１１と近心点との中間に位置する一方の中間点１３と他方の中間点１４も図示しておく。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換器３１は、ギャップセンサ２１の出力であるアナログ信号を所定の時間間隔でサンプリングし、デジタル信号（Ｄ１，Ｄ２）に変換して出力する回路装置である。ギャップセンサ２１およびＡ／Ｄ変換器３１は、同一の筐体内に収容されて回転センサ５１を構成している。この筐体の外周部にはセンサ固定部４１が突出しており、この固定部４１で回転センサ５１は所定の位置に精密に固定される。
【００２６】
ここで、Ａ／Ｄ変換器３１は、所定の時間間隔に対応するサンプリングレートを二段階以上で切換えることができる機能をもつ。すなわち、図２に示すように、車両速度が低い低回転時には高いレートでサンプリングがなされ、やがて車両速度が上がってきて高速回転時になると、より低いレートでサンプリングがなされるように、サンプリングレートの切替えが行われる。
【００２７】
この切り替え機能は、ＥＣＵ８１に内蔵されたマイコン７１によって制御され、切替制御信号Ｓ１がＥＣＵ８１から信号線を通じて回転センサ５１のＡ／Ｄ変換器３１に送られる。すなわち、偏心ロータ１の回転速度が所定値以上になったとマイコン７１が判断すると、Ａ／Ｄ変換器３１にそのサンプリングレートを低速に切換えさせるようになっている。
【００２８】
この際、図３に示すように、低回転時から高回転時へ移行したとしてサンプリングレートが下がるときの回転速度（前者）は、その逆の場合の回転速度（後者）よりも十分に高く設定されている。一例として、前者に相当する車両速度は１５ｋｍ／ｈであり、後者に相当する車両速度は５ｋｍ／ｈである。なお、低回転時のサンプリングレートは一回転あたり４８０パルス（サンプリング回数）と高頻度であり、高回転時のサンプリングレートはその十分の一と低頻度である。このように、マイコン７１には、偏心ロータ１の回転速度とＡ／Ｄ変換器３１のサンプリングレートとの間にヒステリシス・ループＨＬを形成するサンプリングレート制御則が内蔵されている。この制御則により、切替速度の前後で自動車が走行しているとサンプリングレートのチャタリングを起こすような不都合は防止されている。
【００２９】
ところで、ＥＣＵ８１に内蔵されたメモリ６１には、偏心ロータ１の一回転分について所定の回転角度位置に対応するデジタル信号Ｄ１を記憶しておく機能がある。この機能により、実際の運用環境での実測値に基づいてメモリ６１に対応表などを記憶させることができるようになる。その結果、予め決められた設計値の対応表などに頼ってデジタル信号Ｄ１から角度を算出する方式よりも、実運用上での高精度計測が期待できる。
【００３０】
なお、前述のように実際の運用環境での実測値をメモリ６１に記憶させておくには、自動車の工場出荷時と、自動車の運用寿命中に偏心ロータ１または回転センサ５１を交換した時とには、実測作業をしておくことが必要である。
【００３１】
（作用効果）
本実施例の回転検出装置１００は、以上のように構成されているので、次のように作用する。
【００３２】
本実施例の回転検出装置では、偏心ロータ１の一回転ごとに、偏心ロータ１の外縁部とギャップセンサ２１との間のギャップの最大値Ｇ２と最小値Ｇ１とが交番に検知され、その頻度をもって回転速度を測ることができる。また、ギャップの最大値Ｇ２と最小値Ｇ１との間では、単調関数で途中の回転角度を検出することができるので、その差分をもって回転角度を検知することができる。さらに、その回転角度の時間差分を取ることにより、回転速度をも検知することができる。
【００３３】
その結果、本発明によれば、前述の背景技術とは異なり、磁気ドラムも歯車状のロータも必要としない新しい構成で回転検出装置を実現することができる。さらに、磁気ドラムでも歯車状のロータでもなく、単なる円盤状の偏心ロータ１を採用しているから、センサが対向するロータの構成が簡素であり、より容易に製造可能となる。
【００３４】
また、前述のように、Ａ／Ｄ変換器３１はギャップセンサ２１と一緒に筐体に収められて回転センサ５１が構成されているから、回転センサ５１の出力はデジタル信号Ｄ１であり、信号伝送経路で周囲からの電磁ノイズの影響を受けにくい。さらにこの筐体には、ギャップセンサ２１のアナログ出力に影響を与える電磁ノイズの浸入を防ぐために、車両センサ取付け部又はセンサ筐体に軟磁性材料を使用し周辺からの電磁ノイズの影響を受けにくくすることも出来る。
【００３５】
さらに、前述のようにＥＣＵ８１に内蔵されたメモリ６１には、偏心ロータ１の一回転分について所定の回転角度位置に対応するデジタル信号Ｄ１を記憶しておく機能がある。それゆえ、実際の運用環境での実測値に基づいてメモリ６１に対応表などを記憶させることができるようになっている。その結果、予め決められた設計値の対応表などに頼ってデジタル信号Ｄ１から角度を算出する方式よりも、実運用上での高精度計測が期待できるという効果も得られる。
【００３６】
（変形態様１）
本実施例の変形態様１として、ギャップセンサ２の種類が違う実施形態もあり得る。
【００３７】
例えば、ホールセンサなど他の種類の磁気センサをギャップセンサとして用いるという選択肢もあり得る。
【００３８】
あるいは、光学的に外縁部との距離（間隔）を計測する光学ギャップセンサを採用しても良い。ただし、自動車など車両では使用環境が劣悪であることが多いから、泥水や塵埃などが偏心ロータ１およびギャップセンサ２の付近に浸入しないようにしておくことが望ましい。
【００３９】
（変形態様２）
サンプリングレート切り替え制御信号Ｓ１の信号線とデジタル信号Ｄ１の信号線とを統一すれば、軽量化をすることができる。さらに、信号線を光ファイバにしてしまえば、より軽量化を進めることができる。
【００４０】
（変形態様３）
前述の本実施例では、ギャップセンサ２１とＡ／Ｄ変換器３１とを一体化して回転センサ５２を構成していたが、他の変形態様としてギャップセンサ２１からのアナログ信号をＥＣＵ８１に送るようにしてもよい。
【００４１】
その場合には、Ａ／Ｄ変換器３１を一つだけＥＣＵ８１に収容しておき、マルチプレクサで四つのギャップセンサ２１からのアナログ信号を一つのＡ／Ｄ変換器３１に処理させるという構成を取ることもできる。
【実施例２】
【００４２】
（構成）
本発明の実施例２たる回転検出装置２００は、図４に示すように、実施例１の回転センサ５１に加えて第二の回転センサ５２を、回転軸１０を中心に回転センサ５１の位置に対して９０°だけ位相角が異なる位置に同様に配設したものである。第二の回転センサ５２は、回転センサ５１と同様の構成をしている。
【００４３】
すなわち、第二の回転センサ５２は、回転センサ５１のギャップセンサ２１に同等の第二ギャップセンサ２２と、Ａ／Ｄ変換器３１に同等の第二Ａ／Ｄ変換器３２とを、センサ固定部４２がついた筐体に収容したものである。第二ギャップセンサ２２が出力する第二アナログ信号は、第二Ａ／Ｄ変換器３２により第二デジタル信号Ｄ２に変換されて、ＥＣＵ８２に伝達される。取り付けの間違いが起こらないように、敢えてセンサ固定部４２の形状をセンサ固定部４１とは変えておいても良い。同様に、フールプルーフとして、第二の回転センサ５２とＥＣＵ８２との接続手段を第一の回転センサ５１とは敢えて互換性のない形状にしておくと良い。
【００４４】
もちろん、制御装置としてのＥＣＵ８２には、両回転センサ５１，５２に対応したメモリ６２，マイコン７２およびインターフェース（図略）が内蔵されている。そして、第二デジタル信号Ｄ２とサンプリングレートの第二切換え制御信号Ｓ２との信号線に加え、図略の電源線とが併設されている。
【００４５】
（作用効果）
本実施例の回転検出装置２００は、以上のように構成されているので、実施例１とは異なって不感状態がなくなる。
【００４６】
すなわち、回転センサ５１が偏心ロータ１の遠心点１１または近心点１２に対向して不感状態にある場合には、第二の回転センサ５２が中間点１３，１４のうち一方に対向して最良の感度をもつ。同様に、その逆の場合には回転センサ５１が最良の感度をもつようになり、偏心ロータ１について不感帯がなくなってしまうから、たいへん都合が良い。
【００４７】
そればかりでなく、両回転センサ５１，５２のデジタル信号Ｄ１，Ｄ２をＥＣＵ８１で照合すれば、偏心ロータ１がどちら向きに回転しているかの判定もつくという効果もある。
【００４８】
（各変形態様）
本実施例についても、前述の実施例１に対する各変形態様に対応する変形態様が実施可能であり、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４９】
１００，２００：本発明の実施例としての「回転検出装置」
１：偏心ロータ    １１：遠心点    １２：近心点    １３，１４：中間点
５１，５２：回転センサ（デジタルセンサ）
２１，２２：ギャップセンサ（アナログセンサ）
３１，３２：Ａ／Ｄ変換器    ４１，４２：センサ固定部
８１，８２：ＥＣＵ（制御装置として）
６１，６２：メモリ    ７１，７２：マイコン
Ｄ１，Ｄ２：デジタル信号    Ｓ１，Ｓ２：切換え制御信号
ＨＳ：ヒステリシス・ループ
１０：回転体の回転軸    Ｃ：回転軸の軸心
【図１】
2015165217.tif 000003
【図２】
2015165217.tif 000004
【図３】
2015165217.tif 000005
【図４】
2015165217.tif 000006