(57)【要約】【課題】回転検出器において、コイルの出力電圧を増大させる。【解決手段】固定子と誘導子２とを備え、この誘導子２の周面には、その全周にわたって凸部２１と凹部２２を等間隔に形成して、凹凸面としている。固定子は、永久磁石と、この永久磁石の極に接合された磁極片と、誘導子２の前記凹凸にギャップをおいて対向するように磁極片に備えられた磁極と、磁極のそれぞれに嵌合されたコイルと、を有する。誘導子２の前記凹凸面の形状は、凸部２１のピッチをＡ、凸部２１の丈をＢとしたときに、Ａ≦Ｂ≦１．３２３５Ａとなるように定められている。【選択図】図５
2007108080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と誘導子とを備え、
前記誘導子の周面には、その全周にわたって凹凸を等間隔に形成した凹凸面を有しており、
前記固定子は、
永久磁石と、
この永久磁石の極に接合された磁極片と、
前記誘導子の凹凸面にギャップをおいて対向するように前記磁極片に備えられた磁極と、
前記磁極のそれぞれに嵌合されたコイルと、
を有する、回転検出器において、
前記凹凸面の形状は、凸部ピッチをＡ、凸部の丈をＢとしたときに、Ａ≦Ｂ≦１．３２３５Ａとなるように定められていることを特徴とする回転検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の回転検出器であって、
前記凹凸面の形状は、凸部の先端の幅をＣ、凹部の底部の幅をＤとしたときに、Ａ−２Ｃ≦Ｄ≦Ａ−Ｃとなるように定められていることを特徴とする回転検出器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の回転検出器であって、
前記誘導子は珪素鋼板で構成されていることを特徴とする回転検出器。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の回転検出器の誘導子の製造方法において、
インボリュート歯車の歯溝部の底面部分に切欠部を形成して深溝状の歯車とし、このインボリュート歯車を前記誘導子とすることを特徴とする、回転検出器の誘導子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の回転検出器の誘導子の製造方法であって、
前記切欠部の幅Ｅは、凸部の先端の幅をＣ、切欠部形成前の歯溝の幅をＦとしたときに、Ｆ≦Ｅ≦Ａ−Ｃとなるように定められていることを特徴とする回転検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業用回転機械において回転速度に応じた交流信号を出力する回転検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の回転検出器は、例えば、車輌のブレーキ制御装置、空転滑走検知用の滑走検知器、ナビゲーションといったモニタ装置、地点検知器、速度計などの各種制御情報の取得のために、従来から用いられてきている。
【０００３】
特許文献１は従来の構成の回転検出器を開示する。特許文献１の図１において、回転速度を計測すべき回転体（例えば、車輌の車輪軸）に誘導子が結合され、この誘導子には、凸部と凹部とが等間隔で交互に誘導子の全周にわたって設けられる。この誘導子の外周に対向して発電部が設けられ、この発電部においては、永久磁石と、その両側に接合される磁極片が備えられる。２つの磁極片には、誘導子の前記凸部と凹部に所定のギャップをおいて対向するように、各３本の磁極が形成されている。それぞれの磁極には所定巻数のコイルが嵌合されている。
【０００４】
この構成において誘導子が前記回転体とともに回転すると、磁極の近傍を誘導子の前記凸部が通過するたびに磁束が通過し、対応するコイルに誘導起電力が生じる。従って、各コイルからは、前記凸部のピッチと誘導子の回転速度で定まる周波数の交流信号が出力される。
【特許文献１】特許第３０００７８７号公報（図１、０００７、０００８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで近年は、上記のような回転検出器においては、回転検出器自体のコンパクト化、軽量化、材料コストの低減が益々求められており、そのための一つのアプローチとして、小径の誘導子を用いることが考えられる。
【０００６】
しかし、歯数を保ったままで誘導子をコンパクト化しようとすれば、回転検出器が出力する交流信号の電圧の低下が避けられず、回転検出器から得られる交流信号を用いた制御システムの精度や安定性の観点からは望ましくない。
【０００７】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、誘導子のコンパクト化と出力電圧の増大を高いレベルで両立し得る回転検出器、及びその誘導子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００９】
◆本発明の第１の観点によれば、以下のように構成する、回転検出器が提供される。固定子と誘導子とを備える。前記誘導子の周面には、その全周にわたって凹凸を等間隔に形成した凹凸面を有している。前記固定子は、永久磁石と、この永久磁石の極に接合された磁極片と、前記誘導子の凹凸面にギャップをおいて対向するように前記磁極片に備えられた磁極と、前記磁極のそれぞれに嵌合されたコイルと、を有する。前記凹凸面の形状は、凸部ピッチをＡ、凸部の丈をＢとしたときに、Ａ≦Ｂ≦１．３２３５Ａとなるように定められている。
【００１０】
これにより、凹凸面の凸部が磁極の先端の対面位置を通過する際の磁極の集中にメリハリを付けることができ、回転検出器の出力電圧を大きくすることができ、速度制御の信頼性や安定性に顕著に寄与することができる。また、簡単な構成であるので、回転検出器のコンパクト性を維持でき、製造コストも殆ど増大しない。
【００１１】
◆前記の回転検出器においては、前記凹凸面の形状は、凸部の先端の幅をＣ、凹部の底部の幅をＤとしたときに、Ａ−２Ｃ≦Ｄ≦Ａ−Ｃとなるように定められていることが好ましい。
【００１２】
これにより、磁極を通過する磁束に一層ハッキリしたメリハリを生じさせることができ、回転検出器の出力電圧を大きくすることができる。
【００１３】
◆前記の回転検出器においては、前記誘導子は珪素鋼板で構成されていることが好ましい。
【００１４】
これにより、更に回転検出器の出力電圧を大きくすることができる。
【００１５】
◆本発明の第２の観点によれば、インボリュート歯車の歯溝部の底面部分を切り欠いて深溝状の歯車とし、このインボリュート歯車を前記誘導子とする、上記の回転検出器の誘導子の製造方法が提供される。
【００１６】
これにより、製造が容易で安価なインボリュート歯車の歯溝部を加工することで上述の出力電圧の増大効果を得ることができるから、優れた検出能力を有する回転検出器を低コストで得ることができる。
【００１７】
◆前記の回転検出器においては、前記切欠部の幅Ｅは、凸部の先端の幅をＣ、切欠部形成前の歯溝の幅をＦとしたときに、Ｆ≦Ｅ≦Ａ−Ｃとなるように定められていることが好ましい。
【００１８】
これにより、インボリュート歯車を適切に加工でき、出力電圧の増大効果を確実に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る回転検出器の全体的な構成を示した断面図、図２は回転検出器を取り付ける様子を示す模式図、図３は図１のＰ−Ｐ断面矢視図、図４は各磁極の位置関係を示す図である。
【００２０】
本発明の実施形態としての回転検出器１は、図２に示すように、図示しない軸受によって回転自在に軸支された回転軸６１の一端に備えられる。具体的には回転軸６１の一端が軸箱６２の内部に突入され、その部分にギア２が固定されている。
【００２１】
次に、回転検出器１の構造を図１、図３、図４を参照して説明する。図１に示す回転検出器１は、回転自在に備えられた誘導子（前記ギア）２と、この誘導子２の外周に対向するように前記軸箱６２（図２）に取り付けられた固定子３と、を主要な構成として備えている。
【００２２】
誘導子２は、前述のとおり回転軸６１に固定されており、回転軸６１と一体的に回転する。そして図１に示すように、誘導子２の外周縁には、その全周にわたって、凸部２１と凹部２２とが交互に等間隔で配置されている。即ち、誘導子２の周面には凹凸面が形成されている。
【００２３】
前記固定子３は永久磁石３０を、その磁軸を誘導子２の周方向に沿わせるようにして備えており、この永久磁石３０のＮ極には第１ヨーク３１が、Ｓ極には第２ヨーク３２がそれぞれ接合されている。ヨーク３１・３２としては、例えば純鉄製のものを採用できる。第１ヨーク３１からは第１磁極４１及び第２磁極４２が、第２ヨーク３２からは第３磁極４３及び第４磁極４４が、それぞれ誘導子２側に向けて互いに平行に突出される。各磁極４１〜４４の先端面は、誘導子２の外周縁（凸部２１の先端面）に対し所定のギャップ（図１や図３に示す隙間ｇ）をおいて対向している。ギャップｇの大きさとしては、例えば０．５〜２．０ミリメートルとすることができる。
【００２４】
図１において、上記第１〜第４の磁極４１〜４４には所定巻数の第１〜第４コイル５１〜５４がそれぞれ嵌合され、これらのコイル５１〜５４の出力をケーブル５５を通じて外部に取り出すことができるようになっている。永久磁石３０と各ヨーク３１・３２と各コイル５１〜５４はハウジング３３とモールドカバー３４によって覆われ、内部には例えばポリウレタンゴム等のモールド材が充填される。各磁極４１〜４４の先端はモールドカバー３４を貫通して露出している。
【００２５】
上記の構成において、回転軸６１の回転に伴って図１の太線矢印方向に誘導子２が回転すると、誘導子２に設けた凸部２１のピッチ及び寸法に対応して、上記の各コイル５１〜５４には、対応する磁極４１〜４４の対面位置を前記凸部２１が通過するたびに磁束が通過し、起電力が発生する。従って、各コイル５１〜５４からは、誘導子２に設けた凸部２１のピッチＡと誘導子２の回転速度（前記回転軸６１の回転速度）によって定まる周波数の交流信号を得ることができる。なお、凸部２１の設けられている間隔（具体的には、凸部２１の先端中央と、それに隣接する凸部２１の先端中央との距離）Ａを、以下「凸部ピッチ」と称する。
【００２６】
そして図４に示すように、永久磁石３０の一側の第１ヨーク３１において互いに隣接するように設けられた第１磁極４１及び第２磁極４２においては、第１磁極４１の第１コイル５１の出力交流信号を交流信号の基準としたときに、第２磁極４２の第２コイル５２の出力交流信号が上記基準に対して１８０°遅れ又は進み位相で発生するように、前記凸部ピッチＡとの関係で第１磁極４１と第２磁極４２との距離を設定している。
【００２７】
また、他側の第２ヨーク３２の第３磁極４３においては、それに嵌合された第３コイル５３の出力交流信号が上記基準と等しい位相で発生するように、誘導子２の凸部ピッチＡとの関係で第１磁極４１と第３磁極４３との距離を設定している。更に第４磁極４４においては、それに嵌合された第４コイル５４の出力交流信号が上記基準よりも９０°遅れ又は進み位相で発生するように、前記凸部ピッチＡとの関係で第１磁極４１と第４磁極４４との距離を設定している。また、第４コイル５４を基準にして第３コイル５３の出力が９０°遅れた位相の場合でも同じである。
【００２８】
この構成で、例えば第１コイル５１と第３コイル５３とを直列又は並列に接続し、更に第２コイル５２を反対向きに直列又は並列に接続してコイル組を構成することで、当該コイル組からは上記基準としての交流信号が得られる。一方、第４コイル５４から得られる交流信号は、上記基準よりも９０°の位相遅れを有している。
【００２９】
ただし、上記で説明した磁極４１〜４４の配置及びコイル５１〜５４の接続は一例であって、事情により様々に変更して差し支えない。
【００３０】
次に、前記誘導子２の凹凸面の形状等について、図５及び図６を参照して詳細に説明する。図５は誘導子の凹凸面の形状を詳細に示す要部拡大図、図６は誘導子の製造方法の一例を示す拡大図である。
【００３１】
即ち、本実施形態では図５に示すように、誘導子２の周面の凹凸面の形状は、前述の凸部ピッチをＡ、凸部２１の丈（凹部２２の底面から凸部２１の先端までの高さ）をＢとしたときに、Ａ≦Ｂ≦１．３２３５Ａとなるように定められている。
【００３２】
この寸法関係となるように誘導子２の外周の凹凸面の形状を定めることにより、凸部２１の先端面が各磁極４１〜４４の先端の対面位置を通過する際に、磁極４１〜４４を通過する磁束にメリハリをつけることができ、回転検出器１の出力電圧を大きくすることができる。この結果、回転検出器１からの信号をケーブル５５を通じて取り出して利用する制御装置側では、制御の精度及び安定性が向上することになる。あるいは、出力電圧の増大の寄与分だけ前記のギャップ（図１や図３の隙間ｇ）を大きくできる余地が増大するので、組付けが容易となり、製造コストを低減できる。
【００３３】
また、本実施形態では、前記凸部２１の先端の幅をＣ、凹部２２の底部の幅をＤとしたときに、Ａ−２Ｃ≦Ｄ≦Ａ−Ｃとなるように、誘導子２の凹凸面の形状が定められている。なお、本明細書では、凹凸面の形状に関して「幅」というときには、周方向の幅を意味する。
【００３４】
従って、磁極４１〜４４を通過する磁束に一層ハッキリしたメリハリが生じ、回転検出器１の出力電圧を大きくすることができる。
【００３５】
上記のような形状の誘導子２を製造する方法としては、例えば図６に示すように、ギアブランクの外周に公知の方法で歯切りを行って製造したインボリュート歯車７０において、歯７１の部分を残しつつ、歯溝部７２の部分に、図６のハッチングで示すように適宜の幅及び深さの矩形状の切欠部７３を例えばフライス加工により形成することで、図５のような深溝状のギア（誘導子）２とすることが考えられる。
【００３６】
この誘導子２の製造方法は、広く流通しており低廉なコストで入手できる一般のインボリュート歯車７０に上記のような深溝加工を施すだけで、前述の出力電圧の増大効果が得られるので、回転検出器１の製造コストを大幅に低減することができる。また、既存の回転検出器１の誘導子の歯溝部分に後加工を施して改造するだけで、上述のように高機能な回転検出器１とすることも可能である。
【００３７】
なおこのとき、前記切欠部７３の幅Ｅ（前記凹部２２の底部の幅Ｄに相当する）は、凸部２１の先端の幅（即ち、インボリュート歯車７０の歯７１の歯先部分の歯厚）をＣ、切欠部７３を形成する前の歯溝部７２の幅をＦとしたときに、Ｆ≦Ｅ≦Ａ−Ｃとなるようにする。こうすることで、インボリュート歯車７０を適切かつ容易に加工することができ、回転検出器１の出力電圧の増大効果を確実に得ることができる。
【００３８】
また勿論、インボリュート歯車７０の歯溝部７２に切欠部７３を削成する方法に限らず、例えば図７に示すような形状の凹凸面を形成した歯車を最初から製造し、これを誘導子２としても構わない。この誘導子２の素材としては、例えば、炭素鋼や、珪素鋼板を用いることができる。なお、磁気的な特性に優れる珪素鋼板を用いると、回転検出器１の出力電圧を一層増大させることが可能である。
【００３９】
なお、上記の誘導子２の凹凸面の特徴は、本願の発明者が行った、以下の実験から得られた知見に基づくものである。即ち、鉄製のインボリュート歯車７０に前述の切欠部７３を深さを段階的に異ならせて形成した複数の誘導子２を用意し、その誘導子２を用いて回転検出器１を組み立て、実際に様々な速度で誘導子２を回転させてその出力交流電圧を測定する実験を行った。
【００４０】
本実験では、誘導子２の素材となるインボリュート歯車７０として、歯数＝９０、モジュール＝２．２５、歯先円の直径＝２０７ｍｍのものを用いた。切欠部７３の形成前のインボリュート歯車７０の歯丈Ｈは５．０６２５ｍｍ、凸部ピッチＡは７．２２５ｍｍであった。切欠部７３の幅Ｄは一律２．４ｍｍとし、切欠部７３の形成深さＧは、２．５ｍｍ、３．５ｍｍ、４．５ｍｍ、５．５ｍｍの４段階とした。なお、まったく切欠部７３を形成せず、インボリュート歯車７０をそのまま誘導子２として用いた場合についても、比較例として出力電圧を測定した。
【００４１】
すると、切欠部７３を形成した方が形成しない場合（比較例）に比べて出力電圧が上昇することが判った。また、切欠部７３の形成深さＧを２．５ｍｍ、３．５ｍｍ、４．５ｍｍと上昇させるにつれて出力電圧が上昇し、形成深さＧ＝４．５ｍｍの場合は、出力電圧が比較例に比べて１２％〜２３％程度増大することが判った。なお、更に切欠部７３の形成深さを増大させたＧ＝５．５ｍｍの場合は、出力電圧は却って低下してしまった。
【００４２】
また、切欠部７３を形成することによる出力電圧の向上幅は、高速域よりも低速域（例えば１００ｒｐｍ程度未満）で誘導子２が回転している方が大きいという知見も得られた（例えばＧ＝４．５ｍｍの場合、高速域で出力電圧が１２％向上するのに対し、低速域では２３％向上する）。これは、本実施形態の構成とすることにより低速域で高感度な回転検出器１とすることができることを意味し、例えば一般に低速で行われる鉄道車両の後退（即ち、誘導子２の逆回転）を精度良く検知できる構成とできるので有利である。
【００４３】
以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の実施形態は、更に様々に変形して実施することができる。
【００４４】
例えば、上記実施形態では９０歯（凸部２１が９０個）の誘導子２としたが、他の歯数、例えば７２歯、６０歯、４５歯の誘導子２についても、本発明を適用することができる。
【００４５】
また、永久磁石やヨーク（磁極片）の数は幾つであっても良く、磁極の数や位置についても任意であり、必要とされている信号の位相、コイル同士をどのように結線するか、回転検出器の仕様・用途等を考慮して、適切な位置に設定すれば良い。
【００４６】
また、固定子３を１つとする必要も必ずしもなく、例えば多出力が必要な場合で取付スペースに余裕がある場合には、１つの誘導子２に対して固定子３を複数設けるように構成しても良い。
【００４７】
更に、上記の実施形態は回転軸の回転検出器の例であるが、これに限らず、例えば、回転型速度センサとして、また、電動機のモータ軸等、様々な回転体の速度を検出するのに、本発明の回転検出器を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る回転検出器の全体的な構成を示した断面図。
【図２】回転検出器を取り付ける様子を示す模式図。
【図３】図１のＰ−Ｐ断面矢視図。
【図４】各磁極の位置関係を示す図。
【図５】誘導子の凹凸面の形状を詳細に示す要部拡大図。
【図６】誘導子の製造方法の一例を示す拡大図。
【図７】他の方法で製造された誘導子の形状を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１  回転検出器
２  誘導子
３  固定子
２１  凸部
２２  凹部
３０  永久磁石
３１・３２  ヨーク（磁極片）
４１〜４４  磁極
５１〜５４  コイル
７０  インボリュート歯車
７１  歯
７２  歯溝部
７３  切欠部
【図１】
2007108080.tif 000003
【図２】
2007108080.tif 000004
【図３】
2007108080.tif 000005
【図４】
2007108080.tif 000006
【図５】
2007108080.tif 000007
【図６】
2007108080.tif 000008
【図７】
2007108080.tif 000009