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公開番号2021043139
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210318
出願番号2019167206
出願日20190913
発明の名称回転速センサ
出願人日立金属株式会社
代理人特許業務法人筒井国際特許事務所
主分類G01P 3/487 20060101AFI20210219BHJP(測定;試験)
要約【課題】回転速センサのエアギャップを大きくする。
【解決手段】一実施の形態である回転速センサは、磁気検出素子21および22、を備えるセンサ部品と、センサ部品と磁石との間に配置され、磁性体材料からなる磁性板30と、を有する。センサ部品、磁性板、および磁石の配列方向である第1方向において、磁性板30は、磁気検出素子21の中心と磁気検出素子22の中心とを結んだ線分25の中心25cと重なる位置に形成された開口部30Hを備える。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項1】
第1面、前記第1面の反対側の第2面、前記第1面と前記第2面との間に配置される第1磁気検出素子、および前記第1面と前記第2面との間に前記第1磁気検出素子と離間して配置される第2磁気検出素子、を備えるセンサ部品と、
前記センサ部品の前記第2面側に配置される磁石と、
前記センサ部品の前記第2面と前記磁石との間に配置され、磁性体材料からなる磁性板と、
を有し、
前記磁性板は、前記センサ部品、前記磁性板、および前記磁石の配列方向である第1方向に形成された開口部を備える、回転速センサ。
続きを表示(約 980 文字)【請求項2】
請求項1に記載の回転速センサにおいて、
前記開口部は、前記第1方向視において、前記第1磁気検出素子の中心と前記第2磁気検出素子の中心とを結んだ線分の中心と重なる位置に形成されている、回転速センサ。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の回転速センサにおいて、
前記開口部は、前記第1方向視において、前記第1磁気検出素子または前記第2磁気検出素子と重なる、回転速センサ。
【請求項4】
請求項1又は2に記載の回転速センサにおいて、
前記開口部は、前記第1方向視において、前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子の両方と重なる、回転速センサ。
【請求項5】
請求項4に記載の回転速センサにおいて、
前記開口部の開口端は、前記第1方向視において、前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子の両方と重なる、回転速センサ。
【請求項6】
請求項1〜5の何れか1項に記載の回転速センサにおいて、
前記開口部の開口端の形状は、円形であり、
前記開口部の開口端の開口径は、前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子の中心間距離より大きい、回転速センサ。
【請求項7】
請求項1〜5の何れか1項に記載の回転速センサにおいて、
前記第1磁気検出素子と前記第2磁気検出素子とは、前記第1方向に直交する第2方向に沿って配列され、
前記開口部の開口端は、前記第2方向に沿った第1開口径と、前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向に沿った第2開口径と、を備え、
前記第2開口径は、前記第1開口径より小さく、かつ、前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子の中心間距離より大きい、回転速センサ。
【請求項8】
請求項1〜7の何れか1項に記載の回転速センサにおいて、
前記第1磁気検出素子の中心と前記第2磁気検出素子の中心とを結んだ仮想線は、前記第1方向視において、前記開口部の中心と重なる、回転速センサ。
【請求項9】
請求項1〜8の何れか1項に記載の回転速センサにおいて、
前記開口部は、前記磁性板を前記第1方向に貫通する貫通孔である、回転速センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気検出素子を利用した回転速センサに関する。
続きを表示(約 5,900 文字)【背景技術】
【0002】
回転速センサは、例えば、車輪の回転速度を検出する目的で車両に搭載される。かかる目的で車両に搭載される回転速センサは、一般的に「車輪速センサ」と呼ばれる。車輪速センサとしての回転速センサは、車輪のロックを防止するアンチロックブレーキシステム(ABSシステム)や、車輪のスリップを防止するトラクションコントロールシステム等の構成要素の1つとして車両に搭載される。特許文献1(特開2017−96828号公報)には、車輪と共に回転する歯車の回転による磁界の変動を検出する車輪速センサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2017−96828号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
磁気検出素子を利用した回転速センサの場合、被計測物である歯車やパルサーリングなどが回転することによる磁界を検出し、この磁界の大きさに応じた電気信号を出力する。磁気検出素子を利用した回転速センサの場合、被計測物と回転速センサとの離間距離(エアギャップと呼ぶ)を小さくすることにより、回転速センサの磁気検出素子に検出される磁界が大きくなる。この結果、回転速センサの計測精度を向上させることができる。
【0005】
しかし、回転速センサの取り付け作業の容易性、回転センサの設計の自由度等を考慮すると、エアギャップは大きい方が好ましい。そこで、本発明は、計測精度を維持しつつ、エアギャップを大きくすることができる回転速センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一実施の形態である回転速センサは、第1面、前記第1面の反対側の第2面、前記第1面と前記第2面との間に配置される第1磁気検出素子、および前記第1面と前記第2面との間に前記第1磁気検出素子と離間して配置される第2磁気検出素子、を備えるセンサ部品と、前記センサ部品の前記第2面側に配置される磁石と、前記センサ部品の前記第2面と前記磁石との間に配置され、磁性体材料からなる磁性板と、を有する。前記磁性板は、前記センサ部品、前記磁性板、および前記磁石の配列方向である第1方向に形成された開口部を備える。
【0007】
例えば、前記開口部は、前記第1方向視において、前記第1磁気検出素子の中心と前記第2磁気検出素子の中心とを結んだ線分の中心と重なる位置に形成される。
【0008】
例えば、前記開口部は、前記第1方向視において、前記第1磁気検出素子または前記第2磁気検出素子と重なる。
【0009】
例えば、前記開口部は、前記第1方向視において、前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子の両方と重なる。
【0010】
例えば、前記開口部の開口端は、前記第1方向視において、前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子の両方と重なる。
【0011】
例えば、前記磁性板の前記開口部の開口端の形状は円形であり、前記開口部の開口端の開口径は、前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子の中心間距離より大きい。
【0012】
例えば、前記第1磁気検出素子と前記第2磁気検出素子とは、前記第1方向に直交する第2方向に沿って配列される。前記磁性板の前記開口部の開口端は、前記第2方向に沿った第1開口径と、前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向に沿った第2開口径と、を備える。前記第2開口径は、前記第1開口径より小さく、かつ、前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子の中心間距離より大きい。
【0013】
例えば、前記第1磁気検出素子および前記第2磁気検出素子の中心とを結んだ仮想線は、前記第1方向視において、前記開口部の中心と重なる。
【0014】
例えば、前記開口部は、前記第3面および前記第4面の一方から他方まで貫通する貫通孔である。
【発明の効果】
【0015】
本発明の代表的な実施の形態によれば、回転速センサと被計測物とのエアギャップを大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
一実施の形態である回転速センサの構成例を示す説明図である。
図1に示す歯車の回転軸に直交する面に沿って切断したセンサ保持部内部の要部断面図である。
図2に示すセンサ部品周辺に形成される磁束線を模式的に示す要部拡大断面図である。
図3に示す回転速センサに対する検討例を示す要部拡大断面図である。
図1に示すY方向と、図2に示すX方向とを含むX−Y平面におけるセンサ部品内の磁気検出素子の位置を示す拡大透視平面図である。
図3に示す磁性板のX−Y平面における平面図である。
図6に示す磁性板に対する変形例を示す平面図である。
図6に示す磁性板に対する別の変形例を示す平面図である。
磁性板に形成された開口部の有無、および開口部の大きさが、エアギャップの最大値に及ぼす影響を調査した結果を示す説明図である。
開口部と磁気検出素子の平面的な位置関係が、エアギャップの最大値に及ぼす影響を調査した結果を示す説明図である。
図6に示す磁性板をY方向に沿ってずらした状態を示す平面図である。
図2に示す磁性板に対する変形例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0018】
<全体構造>
図1に示されるように、本実施の形態に係る回転速センサRSS1は、センサヘッド2,ケーブル3及びコネクタ4を有する。センサヘッド2は、不図示の車輪と一緒に回転する歯車5の近傍に配置される。センサヘッド2は、歯車5との位置関係が所定の位置関係となるように、車体(ハブ,ナックル,サスペンション等)に固定される。本実施の形態では、センサヘッド2は、センサヘッド2のセンサ保持部2Sと歯車5の外周(後述する図2に示す複数の歯5Tが配置される部分)とが互いに対向するように固定されている。歯車5は、磁性体から成り、図示しない車輪の回転に応じて、回転軸5rを中心に回転する。センサヘッド2内には磁石10が内蔵されている。歯車5が回転すると、センサヘッド2内の磁石10から歯車5に向かう磁界の向き(ベクトル)や分布が変化する。
【0019】
センサヘッド2には、磁界を検出し、その磁界の大きさに応じた電気信号を出力する磁気センサ用ICであるセンサ部品20が内蔵されている。以下で説明する「エアギャップG1」とは、回転速センサRSS1と歯車5との最短距離として定義される。本実施の形態の場合、センサヘッド2に内蔵されるセンサ部品20と歯車5との間には、センサ保持部2Sの筐体の一部分が介在するので、エアギャップG1は、センサ保持部2Sの筐体と、歯車5との最短距離として定義される。また、センサヘッド2とコネクタ4とは、ケーブル3を介して接続されている。センサヘッド2に内蔵されているセンサ部品20から出力された電気信号は、ケーブル3を介してコネクタ4に伝送され、コネクタ4の接続先に入力される。コネクタ4は、例えば、ABSシステムの制御部や制御装置、ABSシステムを含む各種システムを統括的に制御する制御部や制御装置などに接続される。
【0020】
図1に示されるように、センサヘッド2は、フランジ部2Fと、フランジ部2Fの一側に設けられたセンサ保持部2Sと、フランジ部2Fの他側に設けられたケーブル保持部2Cと、を含んでいる。これらフランジ部2F、センサ保持部2Sおよびケーブル保持部2Cは、樹脂によって一体成形されている。フランジ部2F、センサ保持部2Sおよびケーブル保持部2Cのそれぞれは、射出成形された樹脂成形体の一部である。
【0021】
フランジ部2Fは、フランジ部2Fのセンサ保持部2S側からケーブル保持部2C側まで貫通する貫通孔2hを備える。貫通孔2hは、センサヘッド2を固定する際に、ボルトを挿入するボルト穴である。
【0022】
<センサ部品の周辺構造>
次に、図2〜図4を用いて図1に示すセンサ部品20の周辺構造について説明する。図2〜図4に示す磁石10、センサ部品20、および磁性板30は、センサヘッド2(図1参照)のセンサ保持部2S内に固定されているが、図2〜図4では、樹脂から成るセンサヘッド2の筐体の図示を省略している。図3および図4では、センサ部品20周辺に形成される磁束線のイメージを二点鎖線で示している。また、図3および図4は断面図であるが、磁界の向きを見やすくするため各部材のハッチングは省略している。
【0023】
本実施の形態の回転速センサRSS1の場合、センサ保持部2Sの内部には、歯車5に近い側から順に、センサ部品20、磁性板30、磁石10が配置されている。
【0024】
センサ部品20は、歯車5と対向する上面(第1面)20t、上面20tの反対側の下面(第2面)20b、上面20tと下面20bとの間に配置される磁気検出素子(第1磁気検出素子)21、および上面20tと下面20bとの間に磁気検出素子21と離間して配置される磁気検出素子(第2磁気検出素子)22を備える。磁石10は、N極に着磁した磁極部10nと、S極に着磁した磁極部10sとを備える。本実施の形態では、磁極部10nは、センサ部品20の下面20bと対向し、磁極部10sは、センサ部品20の下面20bと対向しない。
【0025】
磁気検出素子21および22には、ホール効果を利用して磁束密度を計測するホール素子や、磁気抵抗効果を利用して磁界(磁束や磁束密度)の大きさを計測する磁気抵抗効果素子(MR(Magneto Resistive effect)素子)を用いることができる。本実施形態における磁気検出素子21および22のそれぞれは、巨大磁気抵抗効果素子(GMR(Giant Magneto Resistive effect)素子)である。磁気検出素子21および22は、Z方向(第1方向)およびY方向(図1参照)と直交するX方向(第2方向)に沿って配列される。磁気検出素子21および22は、互いに離間し、その中心間距離P1は、歯車5が備える複数の歯5Tのうち、互いに隣り合う二つの歯5Tの先端の中心間距離P2より小さい。
【0026】
本実施の形態のように、磁石10と歯車5との間にセンサ部品20が配置される回転速センサの場合、センサ部品20の背面側(下面20b側)から磁力が印加される。このような磁力の印加方式をバックバイアス方式と呼ぶ。回転速センサの他の例として、回転体自身に磁石を設ける方式もある。例えば、マグネットエンコーダの外周にN極とS極とが交互に配列され、そのマグネットエンコーダと対向する位置にセンサ部品が配置される。この場合、車輪の回転に伴ってマグネットエンコーダが回転すると、マグネットエンコーダが備える磁極の位置が変化するので、センサ部品の周辺の磁界が変動する。
【0027】
磁気検出素子21および22を備えるセンサ部品20は、水平方向(X方向とY方向(図1参照)とを含むX−Y平面に沿った方向)の磁界を検出する。磁気検出素子21および22は、検出した磁界の大きさに応じた電気信号を出力する。このため、磁気検出素子21および22の周囲の磁界が変化すれば、磁気検出素子21および22から出力される信号の値が変化する。磁気検出素子21および22から出力された信号は、ケーブル3およびコネクタ4を介して、例えば、ABSシステムの制御部や制御装置、ABSシステムを含む各種システムを統括的に制御する制御部や制御装置などに伝送される。
【0028】
本実施の形態のバックバイアス方式の場合、磁石10から歯車5に向かって延びる磁束線が、磁石10と歯車5との間に配置された磁気検出素子21および22を貫く程度が変化することにより回転体の速度や回転方向を検出する。この場合、センサ部品20による磁気の検出精度を向上させようとすれば、エアギャップG1(図1参照)は小さくなる傾向がある。エアギャップG1、言い換えれば、歯車5とセンサ保持部2Sとのクリアランスが小さくなると、歯車5の近傍にセンサヘッド2を固定する必要が生じる。この場合、センサヘッド2自身、あるいはセンサヘッド2の近くに固定される部品を取り付ける際の作業が煩雑になる。また、センサ部品20の設計の自由度を考慮すると、エアギャップG1は大きい方が好ましい。エアギャップG1は、寸法のばらつき、振動による振れ幅等を考慮して必要な値が設定される。
【0029】
磁石10のようにN極とS極とを備える一つの磁石の場合、N極からS極に向かって磁石10の周囲に複数の磁束線が形成される。図2に示すように、回転速センサRSS1の場合、磁石10と歯車5との間、詳しくは、磁石10とセンサ部品20との間に、磁性体材料から成る磁性板30が配置される。磁性板30は、センサ部品20の下面20bと対向する上面(第3面)30tと、上面30tの反対側に位置し、磁石10と対向する下面(第4面)30bと、を有する。
【0030】
磁性板30を構成する磁性体材料としては、金属材料が例示できる。本実施の形態の場合、磁性板30は、ステンレス鋼(SUS430)から成る。永久磁石の近傍に磁性体が配置されている場合、永久磁石のN極から延びる磁束線は、磁性体の方向に向かって延び、磁性体を貫く。したがって、図2に示す構造の場合、センサ部品20と磁石10との間に磁性板30を配置することで、磁石10の磁極部10nからセンサ部品20に向かう磁界の磁束密度を増大させることができる。
(【0031】以降は省略されています)

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