JP7641871B2 - Rotation Detector - Google Patents
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Description
本発明は、発電センサを用いて回転体の回転運動を検出する回転検出器に関する。 The present invention relates to a rotation detector that detects the rotational motion of a rotating body using a power generation sensor.
大バルクハウゼン効果(大バルクハウゼンジャンプ)を有する磁性ワイヤは、ウィーガンドワイヤ又はパルスワイヤの名で知られている。この磁性ワイヤは、芯部とその芯部を取り囲むように設けられた表皮部とを備えている。芯部及び表皮部の一方は弱い磁界でも磁化方向の反転が起きるソフト(軟磁性)層であり、芯部及び表皮部の他方は強い磁界を与えないと磁化方向が反転しないハード(硬磁性)層である。
ハード層とソフト層がワイヤの軸方向に沿って同じ向きに磁化されているときに、その磁化方向とは反対方向の外部磁界強度が増加してソフト層の磁化方向が反転する磁界強度に達すると、ソフト層の磁化方向が反転する。このとき、大バルクハウゼン効果が発現し、当該磁性ワイヤに巻かれたコイルにパルス信号が誘発される。ソフト層の磁化方向が反転するときの磁界強度を本明細書では「動作磁界」と呼ぶ。また、磁性ワイヤとコイルとをまとめて発電センサと呼ぶ。
上述の外部磁界強度がさらに増加し、ハード層の磁化方向が反転する磁界強度に達すると、ハード層の磁化方向が反転する。ハード層の磁化方向が反転するときの磁界強度を本明細書では「安定化磁界」と呼ぶ。
大バルクハウゼン効果が発現するためには、ハード層とソフト層の磁化方向が一致していることを前提として、ソフト層のみ磁化方向が反転することが必要である。ハード層とソフト層の磁化方向が不一致の状態で、ソフト層のみ磁化方向が反転したとしても、パルス信号は生じないか、あるいは生じたとしても非常に小さい。
A magnetic wire with a large Barkhausen effect (large Barkhausen jump) is known as a Wiegand wire or a pulse wire. This magnetic wire has a core and a skin surrounding the core. One of the core and the skin is a soft layer in which the magnetization direction is reversed even in a weak magnetic field, while the other is a hard layer in which the magnetization direction is not reversed unless a strong magnetic field is applied.
When the hard layer and the soft layer are magnetized in the same direction along the axial direction of the wire, the magnetization direction of the soft layer is reversed when the external magnetic field strength in the opposite direction to the magnetization direction increases and reaches a magnetic field strength at which the magnetization direction of the soft layer is reversed. At this time, the large Barkhausen effect is manifested, and a pulse signal is induced in the coil wound around the magnetic wire. The magnetic field strength at which the magnetization direction of the soft layer is reversed is referred to in this specification as the "operating magnetic field." The magnetic wire and coil are collectively referred to as the power generation sensor.
When the external magnetic field strength is further increased and reaches a magnetic field strength at which the magnetization direction of the hard layers is reversed, the magnetization direction of the hard layers is reversed. The magnetic field strength at which the magnetization direction of the hard layers is reversed is referred to as the "stabilizing magnetic field" in this specification.
In order for the Large Barkhausen effect to occur, it is necessary that the magnetization direction of only the soft layer is reversed, assuming that the magnetization directions of the hard layer and soft layer are the same. Even if the magnetization direction of only the soft layer is reversed when the magnetization directions of the hard layer and soft layer are not the same, no pulse signal is generated, or even if it is generated, it is very small.
この磁性ワイヤによる出力電圧は、磁界の変化スピードにかかわらず一定であり、入力磁界に対するヒステリシス特性を持つためチャタリングがないなどの特徴を有する。そのため、この磁性ワイヤは、磁石及びカウンタ回路と組み合わせて、位置検出器などにも使用される。また、外部電力の供給なく、磁性ワイヤの出力エネルギーにより周辺回路も含めて動作させる事ができる。 The output voltage from this magnetic wire is constant regardless of the speed at which the magnetic field changes, and has hysteresis characteristics with respect to the input magnetic field, meaning there is no chattering. For this reason, this magnetic wire is also used in position detectors and the like when combined with magnets and counter circuits. In addition, the output energy from the magnetic wire can be used to operate peripheral circuits without the need for an external power supply.
発電センサに交番磁界が与えられた場合、1周期に対して正パルス信号1つ及び負パルス信号1つの計2つのパルス信号が発生する。磁界の発生源としての磁石を回転体とし、回転体である磁石と発電センサとの位置関係により発電センサに与えられる磁界が変化するようにすることで、回転体の回転を検出することができる。
しかし、1つの発電センサを用いるのみでは、回転体の回転方向が変化した場合に回転方向の識別がつかない。特許文献1の図1に見られるように、複数の発電センサを用いれば回転方向を識別することができるが、検出器のサイズ及びコストの増加につながる。
特許文献2には、1つの発電センサと、発電センサではない別のセンサ要素とを用いることが記載されている。同文献にはさらに、1つの磁石(2極)を用いた場合と複数の磁石(多極)を用いて分解能を向上させることが記載されている。
また、1つの磁石による検出(特許文献2の図2)の構造例として、特許文献3の図1が挙げられる。2極磁石と発電センサを対向させる構造は発電センサの全長まで径を小さくできるので小型化に向く。分解能を上げる(特許文献2の図3)ための構造例として、特許文献4の図1が挙げられる。この種の回転検出器の主な用途に1回転単位の回転数の検出がある。発電センサを用いた回転検出器は本来出力されるはずのパルス信号が場合によっては、出力されないという問題があり、1回転当たり2パルスしか出力されない1つの磁石(2極)の構造では通常は精度が不足し、回転数の検出が正しくできない。
特許文献5には、発電センサ内のコイルに電流を流し磁界を発生させて、出力状態をモニタすることで発電センサ内の磁性ワイヤの磁化方向を判別することが記載されている。同文献では、このような磁化方向の判別により、1つの磁石を用いる場合でも回転数を識別することができるとされている。
When an alternating magnetic field is applied to the power generating sensor, two pulse signals are generated per cycle: one positive pulse signal and one negative pulse signal. The magnet that generates the magnetic field is a rotating body, and the magnetic field applied to the power generating sensor changes depending on the positional relationship between the magnet (rotating body) and the power generating sensor, so that the rotation of the rotating body can be detected.
However, if only one power generation sensor is used, it is not possible to identify the direction of rotation when the direction of rotation of the rotor changes. As shown in Fig. 1 of
FIG. 1 of Patent Document 3 shows an example of a structure for detection using one magnet (FIG. 2 of Patent Document 2). A structure in which a two-pole magnet and a power generation sensor face each other is suitable for miniaturization because the diameter can be reduced to the full length of the power generation sensor. FIG. 1 of Patent Document 4 shows an example of a structure for increasing the resolution (FIG. 3 of Patent Document 2). The main use of this type of rotation detector is to detect the number of rotations per revolution. A rotation detector using a power generation sensor has a problem that a pulse signal that should be output is not output in some cases, and a structure with one magnet (two poles) that outputs only two pulses per revolution usually lacks precision and cannot correctly detect the number of rotations.
回転の検出に際し、複数の発電センサを用いることは、検出器自体のサイズ増加につながりやすい。他方、発電センサが1つであったとしても、発電センサ内の磁性ワイヤの磁化方向を判別することは、処理が複雑となる可能性がある。 When detecting rotation, using multiple power generating sensors tends to increase the size of the detector itself. On the other hand, even if there is only one power generating sensor, determining the magnetization direction of the magnetic wire inside the power generating sensor can be a complicated process.
そこで、本発明は、1つの発電センサと複数の磁界発生源とを用いて高周期の交番磁界を効率よく磁性ワイヤに印加することにより小型化が図られた回転検出器を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a rotation detector that is compact by efficiently applying a high-frequency alternating magnetic field to a magnetic wire using one power generation sensor and multiple magnetic field generating sources.
回転検出器は、回転体の回転運動を、1つの発電センサを用いて検出する。前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを備え、前記磁性ワイヤは、前記回転体の半径方向に配置され、前記回転体は、軟磁性体から成る1つの支持体と、前記支持体に対して周方向等間隔に取り付けられた複数の磁界発生源とを備え、前記複数の磁界発生源の各々は、N極及びS極の対を有し、着磁方向が前記回転体の回転軸方向と平行で、隣り合う2つの前記磁界発生源の着磁方向が異なり、前記複数の磁界発生源の回転軌跡の外周側直径は、前記磁性ワイヤの長さよりも大きく、前記磁界発生源は、前記磁性ワイヤに近接したときに、前記磁性ワイヤの軸方向中央部から軸方向第1端部までのうち、少なくとも一部の領域と回転軸方向に対向し、前記磁性ワイヤに近接している前記磁界発生源の、前記支持体への取付け面は、前記磁性ワイヤの軸方向第2端部側にあり、前記磁性ワイヤに近接している前記磁界発生源の前記支持体への取付け面から当該磁界発生源へと向かう方向は、前記磁性ワイヤの前記軸方向第2端部から前記軸方向第1端部へと向かう方向と同じである。 The rotation detector detects the rotational motion of a rotating body using one power generating sensor. The power generating sensor comprises a magnetic wire that exhibits the large Barkhausen effect and a coil wound around the magnetic wire, the magnetic wire is arranged in the radial direction of the rotating body, the rotating body comprises a support made of a soft magnetic material and a plurality of magnetic field generating sources attached to the support at equal intervals in the circumferential direction, each of the plurality of magnetic field generating sources has a pair of N and S poles, the magnetization direction is parallel to the rotation axis direction of the rotating body, the magnetization directions of two adjacent magnetic field generating sources are different, and the outer diameter of the rotation locus of the plurality of magnetic field generating sources is 1/1000th of the diameter of the magnetic wire. The length of the magnetic field source is longer than the length of the wire, and when the magnetic field source is close to the magnetic wire, it faces in the direction of the rotation axis at least a portion of the area from the axial center to the first axial end of the magnetic wire, the attachment surface of the magnetic field source close to the magnetic wire to the support is on the second axial end side of the magnetic wire, and the direction from the attachment surface of the magnetic field source close to the magnetic wire to the support toward the magnetic field source is the same as the direction from the second axial end to the first axial end of the magnetic wire.
本発明によれば、複数の磁界発生源を用いて高周期の交番磁界を効率よく磁性ワイヤに印加することにより小型化が図られた回転検出器を提供することができる。 The present invention provides a rotation detector that is compact in size by efficiently applying a high-frequency alternating magnetic field to a magnetic wire using multiple magnetic field generating sources.
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。 The present invention will be described below based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment described below.
[第1実施形態]
図1A及び図1Bに、第1実施形態に基づく回転検出器100を示す。回転検出器100は、回転運動する回転体110と1つの発電センサ120とを備えている。
回転体110は、軟磁性体から成る1つのリング状の支持体111と、磁界発生源である複数の磁石112とを備える。複数の磁石112は、支持体111の外周面に対して周方向等間隔に固定されている。固定方法の例として、埋込み、嵌合及び接着がある。磁石112は、回転体110の軸線方向113(図1Bの紙面上下方向)に着磁されており、N極及びS極の対を有する。磁石112は、回転体110の軸線方向上側に磁極面112aを有する。なお、この磁極面112aは支持体111の軸線方向上側面と段差がない方が好ましい。複数の磁石112は、隣り合う磁極面112aが異極となるように配置されている。回転体110は、上下方向に延びる軸線113を回転軸として回転する。
[First embodiment]
1A and 1B show a
The
発電センサ120は大バルクハウゼン現象を発現する磁性ワイヤ121と、磁性ワイヤ121に巻回されたコイル122とを有する。磁性ワイヤ121は、回転体110の半径方向に配置される。回転体110に取り付けられた磁石112の回転軌跡の外周側直径は、磁性ワイヤ長121Lよりも大きい。磁性ワイヤ121は、軸方向中央部121aと、軸方向第1端部121b及び軸方向第2端部121cとを有する。磁性ワイヤ121の軸方向中央部121aは、軸113に対して、回転体110の径方向にオフセットしている。オフセット量を符号OF1により示す。軸方向第1端部121b及び軸方向第2端部121cはそれぞれ、回転体110の半径方向外側及び内側に位置する。回転体110の回転運動に伴う磁石112の運動方向は、磁性ワイヤ121の軸方向に対して垂直であり、磁極面112aは、磁性ワイヤ121の軸方向中央部121aから軸方向第1端部121bまでのうち、少なくとも一部の領域(「第1領域」と呼ぶ。)の下方を通過する。同時に、支持体111は、磁性ワイヤ121のうち、上記第1領域の径方向内側に隣接する領域(「第2領域」と呼ぶ。)の下方を通過する。これによって、磁性ワイヤ121の軸方向中央部121aから軸方向第1端部121bまでの領域に磁石112からの磁界が効率よく印加される一方、磁性ワイヤ121の軸方向第2端部121cには動作磁界以上の磁界が印加されることはない。
The
図1A及び図1Bのように磁石112がリング状の支持体111の外周方向に沿って等間隔に20個設けられている場合、コイル122には、回転体110の正転一回転につき正のパルス信号が10回、負のパルス信号が10回誘発される。また、回転体110の反転一回転につき正のパルス信号が10回、負のパルス信号が10回誘発される。
この回転検出器100は、回転体110が中空型タイプの回転検出器である。磁石112は回転体110の外周部にあり、発電センサ120は回転体110の外周部と回転軸方向に対向する。そのため、回転体110の外径を基準とした、発電センサ120の径方向外側へのはみだし量が少なく、検出器全体の外径を必要最低限に抑えられ、小型である。また、検出回路を構成する電子部品が搭載される基板(不図示)の上に発電センサを横置きすることができ、実装の安定性が高い。
1A and 1B, when 20
This
磁性ワイヤ121と回転体110との位置関係をさらに詳しく説明する。
図2Aに示すように、回転体110が回転運動すると、磁界を発生させる各磁石112の磁極面112aが、磁性ワイヤ121の上記第1領域の下方を通過する。支持体111は、磁性ワイヤ121の上記第2領域の下方を通過する。
図2Bに、支持体111及び磁石112と磁性ワイヤ121とによる磁気シミュレーション結果を示す。支持体111が軟磁性であり、その集磁効果及びシールド効果により、磁石112に対向する磁性ワイヤ121の軸方向第1端部121b側に対し集中的に磁界が印加される。軸方向第1端部121bに対して磁界が局所的に印加されると、磁性ワイヤ121において軸方向第1端部121bから軸方向第2端部121cへ向かって反転磁界が伝搬し、磁性ワイヤ全体に単一の磁区が形成される。
The positional relationship between the
2A , when the
2B shows the results of a magnetic simulation using the
次に、図2Cを参照しながら、支持体111と軸方向第2端部121cとの間隔が磁石112と軸方向第2端部121cとの間隔よりも小さい場合の追加効果について説明する。支持体111の磁石取付け面111bは、磁性ワイヤ121の軸方向中央部121aから軸方向第1端部121bまでの領域の下方にある。また、支持体111における、磁石取付け面111bと径方向に対向する支持体面111cは、磁性ワイヤ121の軸中央部121aから軸方向第2端部121cまでの領域の下方にある。
Next, referring to FIG. 2C, an additional effect will be described when the distance between the
磁界発生源112の支持体111への取付け面111bから当該磁界発生源へと向かう方向は、径方向外側方向である。また、磁性ワイヤ121の軸方向第2端部121cから軸方向第1端部121bへと向かう方向も径方向外側方向である。
The direction from the mounting
このとき、磁性ワイヤ121と磁石112と軟磁性体による支持体111とにより、図2Cにおいて矢印で示すような磁気回路が構成される。よって、磁性ワイヤの両端部へ磁界を印加する従来の手法よりも広い範囲で、また磁性ワイヤ全体に磁界を印加するのと同じように安定化磁界が磁性ワイヤに印加される。そのため、単一の磁区が磁性ワイヤ全体に形成され、高出力のパルス信号が得られる。
At this time, the
これに対し、図3に、軟磁性体による支持体111に代えて非磁性体による支持体191及び磁石112と磁性ワイヤ121とによる磁気シミュレーション結果を示す。図2Bとは異なり、軸方向第1端部121bに加え軸方向中央部121aや第2端部121cにも磁界が印加される。そのため、磁性ワイヤ全体にわたる単一の磁区が形成されにくくなる。
In contrast, FIG. 3 shows the results of a magnetic simulation using a non-magnetic support 191 instead of the soft
また、図2Dに示すように、支持体111の径方向寸法を径方向内側に向かって大きくし、支持体面111cと、磁性ワイヤ121の軸方向第2端部121cとの径方向位置が略同じになるようにしてもよい。この場合、磁気回路の磁気抵抗がより小さくなり、印加磁界がワイヤ全体により伝搬しやすくなって、パルス信号の出力がさらに高まる。
Also, as shown in FIG. 2D, the radial dimension of the
[第2実施形態]
図4A及び図4Bに、第2実施形態に係る回転検出器200を示す。図1A及び図1Bと同じ要素には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
回転検出器200は、回転運動する回転体210を有する。回転体210は、軟磁性体から成る1つのリング状の支持体211を備える。支持体211は、回転軸方向下端部から径方向外側に突出したつば部211aを外周全体にわたり有する。複数の磁石112は、支持体211の外周面とつば部211aの上面とに対し、周方向等間隔で固定されている。つば部211aのバックヨーク効果(後述)により、発電センサ120と磁極面2112aとの間の回転軸方向のギャップHの許容範囲が第1実施形態に比べて広がる。つまり、設計上の自由度が増し、さらに好ましい状態となる。
[Second embodiment]
4A and 4B show a
The
図4Cに、支持体211及び磁石112と磁性ワイヤ121との位置関係を示す。また、図4Dに、支持体211及び磁石112と磁性ワイヤ121とによる磁気シミュレーション結果を示す。磁石112の磁極面112aとは反対側の磁極面112bにつば部211aが取り付けられている。そのため、つば部211aによる集磁効果、すなわちつば部のバックヨーク機能により、磁石112の磁極境界線は符号112c(点線)から符号112d(実線)へと、つば部211a側にシフトしているのが分かる。このようなバックヨークの効果により、磁極面112aからの漏洩磁界がつば部のない支持体111による漏洩磁界に比べて増加する。したがって、発電センサ120と磁極面112aとのギャップHの許容範囲が広がり、磁石の大きさ、材質等の選択の自由度が増し、さらに取付けの安定性も向上する。
Figure 4C shows the positional relationship between the
[第2実施形態の変形例]
図5A及び図5Bに、第2実施形態の変形例に係る回転検出器200-1を示す。回転体210-1は、軟磁性体から成るリング状の1つの支持体211-1を有する。この支持体211-1は、回転軸方向下端部から径方向内側に突出したつば部211-1aを内周全体にわたり有する。複数の磁石112は、支持体211-1の内周面とつば部211-1aの上面とに対し、周方向等間隔に固定されている。支持体211-1に取り付けられた磁石112の回転軌跡の外周側直径は、磁性ワイヤ長121Lよりも大きい。
[Modification of the second embodiment]
5A and 5B show a rotation detector 200-1 according to a modified example of the second embodiment. The rotor 210-1 has one ring-shaped support 211-1 made of a soft magnetic material. This support 211-1 has a flange 211-1a that protrudes radially inward from the lower end in the rotation axis direction over the entire inner circumference. A plurality of
つば部が外周面にある実施形態とは異なり、軸方向第1端部121b及び軸方向第2端部121cはそれぞれ、回転体210-1の半径方向内側及び外側に位置する。回転体210-1の回転運動により、磁石112の運動方向は、磁性ワイヤ121の軸方向に対して垂直であり、磁極面112aは、磁性ワイヤの軸方向中央部121aから第1端部121bまでのうち、少なくとも一部の領域(「第1領域」と呼ぶ。)の下方を通過する。同時に、支持体211-1は、磁性ワイヤ121のうち、上記第1領域の径方向外側に隣接する領域(「第2領域」と呼ぶ。)の下方を通過する。これによって、磁性ワイヤ121の軸方向中央部121aから軸方向第1端部121bまでの領域に磁石112からの磁界が効率よく印加される一方、磁性ワイヤ121の軸方向第2端部121c側には動作磁界以上の磁界が印加されることはない。
本例の回転検出器は、第4及び第5の実施形態と同様に中空型タイプであるが、磁石112と支持体との位置関係が異なり、中空部の径方向寸法を大きく取りたい場合に有利な構造となる。
Unlike the embodiment in which the flange portion is on the outer circumferential surface, the first
The rotation detector of this example is a hollow type like the fourth and fifth embodiments, but the positional relationship between the
磁界発生源112の支持体211-1の本体部への取付け面211-1bから当該磁界発生源へと向かう方向は、径方向内側方向である。また、磁性ワイヤ121の軸方向第2端部121cから軸方向第1端部121bへと向かう方向も径方向内側方向である。
The direction from the mounting surface 211-1b of the magnetic
複数のNS極対の磁界発生源である複数の磁石112は、図2A及び図4Cにおいては、紙面奥側及び手前側にも配置されている。支持体111及び211による集磁効果により磁性ワイヤ121の軸方向第1端部121bに磁界が印加されることで、隣接する磁石間で発生する磁気干渉が磁性ワイヤ121に与える影響も軽減される。よって、隣接する磁界発生源同士を近接させ、磁石の極数密度を高くすることが可能である。換言すれば、回転検出器の小型化が図られる。
In Figures 2A and 4C, the
[第3実施形態]
図6に示すように、回転検出器300の回転体310は、軸方向下端部から径方向外側に突出したつば部が備わったリング状の支持体311と、その外周面に周方向等間隔に固定された複数の磁石112とを有する。そして、回転を司る装置のシャフト314が回転体310の軸線113上に取り付けられている。このように回転体310をシャフト型タイプとすることができる。シャフト314の材料は非磁性体であっても磁性体であってもよい。磁性ワイヤ121の軸方向一端部に磁界を印加する一方、磁性ワイヤの軸方向両端部又は磁性ワイヤ全体に対して、強度の等しい磁界を印加する必要がないため、このようなシャフト型タイプの構造も可能であり自由度が高い。
[Third embodiment]
As shown in Fig. 6, the
図7に示すような、1つのリング状の硬磁性体に多極着磁を施した磁石112-1を、複数の磁界発生源として用いることも可能である。所定の着磁ピッチλに相当する面積を持つ着磁ヨークにより、磁石112-1の素材であるリング状の硬磁性体材料の軸方向上面及び軸方向下面に同時着磁を行うと、軸線113の方向に着磁され、硬磁性体材料の上面及び下面に磁極が現れて、磁石112-1が作られる。このように多極着磁されてなる1つの磁石112-1を、支持体111、211、211-1又は円盤状の支持体311に固定すればよい。
As shown in Figure 7, magnet 112-1, which is a ring-shaped hard magnetic material magnetized with multiple poles, can also be used as multiple magnetic field generating sources. When the axial upper and lower surfaces of the ring-shaped hard magnetic material that is the material for magnet 112-1 are simultaneously magnetized using a magnetizing yoke with an area equivalent to a specified magnetization pitch λ, it is magnetized in the direction of
[第4実施形態]
図8A及び図8Bに、第4実施形態に基づく多回転検出機能を持つ回転検出器400を示す。検出器400は、回転する回転体410と1つの発電センサ120とを備えている。回転体410は、軟磁性体からなり、外周面につば部が設けられた略正方形板状の支持体411と、磁界発生源となる4つの磁石112とを有する。4つの磁石112は、支持体411の4つの辺部に周方向等間隔に配置されている。また、回転体410の軸線113にはシャフト414が取り付けられている。磁石112は、軸線113の方向に着磁されており、N極及びS極の対を有し、隣り合う2つの磁石112は着磁方向が異なる。外周面がアーク形状の磁石を図示しているが、C型形状、直方体形状等の磁石を用いることも可能である。
[Fourth embodiment]
8A and 8B show a
発電センサ120は、大バルクハウゼン現象を発現する磁性ワイヤ121と、磁性ワイヤ121に巻回されたコイル122を有する。磁性ワイヤ121は、回転体411の半径方向に位置し、さらに軸線113と交差している。回転体411に取り付けられた磁石112の回転軌跡の外周側直径は、磁性ワイヤ121の長さよりも大きい。
回転体410の回転運動により、磁石112の磁極面112aは、磁性ワイヤ121の軸方向中央部121aから軸方向第1端部121bまでのうち、少なくとも一部の領域(「第1領域」と呼ぶ。)の下方を通過する。支持体411とシャフト414は、磁性ワイヤ121のうち、上記第1領域の径方向内側に隣接する領域(「第2領域」と呼ぶ。)の下方を通過する。また、磁性ワイヤ121が軸線113と交差しているものの、磁性ワイヤ121の軸方向中央部121aから軸方向第2端部121cまでの領域の下方を、磁石112の磁極面112aが通過することはない。
The
Due to the rotational motion of the
以上の構造により、回転体410が1回転すると、磁性ワイヤ121の軸方向中央部121aと軸方向第1端部121bとの間の領域に、2周期の均等な交番磁界が印加される。
磁界発生源が4つの場合においては、この構造によって回転体の外径を最も小さくできる。磁界発生源が6つの場合、第2端部121cに近接する或る磁石の磁極と、その磁石と径方向に対向する別の磁石の、第1端部121bに近接する磁極とは、異極とすることができる。この場合にはさらに回転体の外径を小さくして磁石112が第2端部121cの下方を通過するようにしても、均等な交番磁界の印加が可能である。
With the above-described structure, when the
In the case of four magnetic field generating sources, this structure allows the outer diameter of the rotor to be the smallest. In the case of six magnetic field generating sources, the magnetic pole of a magnet close to the
回転検出器400はさらに、一つの磁気センサ440を備えている。磁気センサ440は、発電センサ120がパルス信号を出力したときに、磁界発生源からの磁界を判定できる位置に配置されている。
4つの磁石112のうち、ある磁石(「第1磁石」と呼ぶ)が磁性ワイヤ121の近傍を通過することで、磁性ワイヤ112に安定化磁界が印加されることになる。続いて、第1磁石に隣接する第2磁石が近づいてきたときに、上述の安定化磁界とは逆方向の動作磁界が磁性ワイヤ112に印加され、発電センサ120がパルス信号を出力する。
磁気センサ440は、図8Bに示すように、磁性ワイヤの軸方向と所定角度をなすように配置されている。この所定角度は、凡そ45度である。あるいは、所定角度は、約135度、約225度、又は約315度でもよい。
The
When one of the four magnets 112 (called the "first magnet") passes near the
The
[多回転機能の説明]
次に、多回転検出機能を持った検出器について説明する。電源投入時の正確な位置検出には、1回転内アブソリュート角度検出器が使われる。発電センサは、電源遮断時の1回転単位の粗検出に利用される。発電センサは、交番磁界1周期に対して正負各1パルスの計2パルスを出力するが、このパルスだけでは正転・逆転の判別が不可能である。そこで、以下に示す方法が従来用いられている。
1)発電センサの数を増やして位相差信号を得る方法
2)別の検出手段を追加する方法
前者は、発電センサが複数必要である。後者は、特許文献2に記載されているように、発電センサ1個と追加のセンサ要素とにより達成できる。
[Explanation of multi-rotation function]
Next, we will explain detectors with multi-revolution detection capabilities. An absolute angle detector within one revolution is used for accurate position detection when the power is turned on. A generator sensor is used for rough detection in units of one revolution when the power is turned off. A generator sensor outputs a total of two pulses, one positive and one negative, for one cycle of the alternating magnetic field, but it is not possible to distinguish between forward and reverse rotation with only these pulses. Therefore, the following method has traditionally been used.
1) A method of increasing the number of power generation sensors to obtain a phase difference signal 2) A method of adding another detection means The former requires multiple power generation sensors, while the latter can be achieved with one power generation sensor and an additional sensor element, as described in
1つの発電センサを使用する場合、十分なレベルのパルス信号を得るために、安定化磁界と動作磁界とが決められた順序で磁性ワイヤに印加される必要がある。回転体の正転時に磁性ワイヤに対し、動作磁界が印加されてパルス信号が出力された直後に回転体が逆転すると、上記順序が守られないために、回転検出に必要なパルス信号が1回分抜けてしまう。その場合、誤差が±180°を超え、正しい回転量検出はできない。 When using a single power generation sensor, the stabilizing magnetic field and operating magnetic field must be applied to the magnetic wire in a specific order to obtain a pulse signal of sufficient level. If the rotating body rotates in the forward direction and the operating magnetic field is applied to the magnetic wire and a pulse signal is output, and then the rotating body reverses immediately after, the above order is not followed and one pulse signal required for rotation detection is missed. In that case, the error will exceed ±180° and the correct amount of rotation cannot be detected.
交番磁界の多周期化と検出器の小型化との両立がこれまでは難しかった。しかし、図8A及び図8Bに示したように、磁界発生源の数を4つとし、1回転あたり2周期の交番磁界が磁性ワイヤに印加されるようにすることができる。つまり、多回転検出機能を備え、小型で、コストが低く、パルス信号の出力が安定した検出器が得られる。以下に、その形態を詳しく説明する。 Until now, it has been difficult to achieve both a multi-period alternating magnetic field and a compact detector. However, as shown in Figures 8A and 8B, the number of magnetic field generating sources can be increased to four, so that two periods of the alternating magnetic field are applied to the magnetic wire per rotation. In other words, a detector with multi-rotation detection capability can be obtained that is compact, low-cost, and produces a stable pulse signal output. The form is described in detail below.
[回転数、回転方向を判定する方法]
図8Bにおいて、回転体410の右回転を正転、左回転を反転とする。図9Aに、回転時に発電センサ120に印加される磁界Haを示す。また、正転時に発電センサ120に生じる正パルス信号を符号Pで示し、信号Pの出力の前提となる安定化磁界を符号Psで示し、負パルス信号を符号Nで示し、信号Nの出力の前提となる安定化磁界を符号Nsで示す。安定化磁界は±H2、動作磁界は±H1とする。反転時の出力は正転時と同一符号で示すが、正転時は白塗り、反転時は黒塗りで示す。
永久磁石112から発電センサ120に印加される磁界は、1回転2周期の交番磁界となる。よって、発電センサ120は、正転1回転につき正負(P,N)の信号を2回出力し、反転1回転についても、正転時と同じように正負(P,N)の信号を2回出力する。
[Method for determining rotation speed and direction]
In Fig. 8B, clockwise rotation of the
The magnetic field applied from the
図9Bに、磁気センサ440に印加される磁界Hbを一点鎖線で示す。磁気センサ440は、前述のとおり、回転軸113に関して軸方向第1端部121bと凡そ45度をなすように配置されている。そのため、交番磁界Hbは、図9Aに示した交番磁界Haより45°位相がずれる。磁気センサ440として、例えばホール素子、磁気抵抗効果素子(SV-GMR、TMR)のようにNS極(図におけるプラス及びマイナス)を判別できる磁気センサを使用することができる。この場合、発電センサ120から、正転の2つのP信号、反転の2つのN信号が出力されると、磁気センサ440からマイナス磁界を検出した信号が出力される。これを図中の白塗り及び黒塗りの三角形で示す。また、発電センサ120から、正転の2つのN信号、反転の2つのP信号が出力されると、磁気センサ440からはプラス磁界を検出した信号が出力される。これを図中の白塗り及び黒塗りの四角形で示す。
図9Cに、発電センサ120の出力信号と磁気センサ440の検出信号との組み合わせを示す。
In FIG. 9B, the magnetic field Hb applied to the
FIG. 9C shows a combination of the output signal of the
図9Dに回転座標を示す。正パルス信号Pが出力されてから、回転体410が符号Rに示すように右回転し、次の信号N´が検出されるまでの回転角度は、+90度である。その一方で、正パルス信号Pが出力された直後に回転体410が符号Lに示すように左回転した場合、次の信号は信号Nであることが期待される。しかし、安定化磁界Nsを経ていないことから、信号Nは出力されないか、あるいは出力されたとしても非常に小さく、評価することが困難である。よって、次の、評価できる信号P´の左回転信号が出力されるまでの回転角度は、約-(90度+α)となる。このように正転、反転の双方において安定化磁界が印加されない回転運動が起きても、同一信号で重複する範囲が発生しない。また、判定できる位置の範囲は360度未満となり、回転体410の回転数を正確に検出することができる。
The rotation coordinates are shown in FIG. 9D. After the positive pulse signal P is output, the
回転体410の回転方向を判定する方法について、理解を容易にするため、一例として連続する信号を2つとして説明する。
判定は、メモリを含む信号処理回路(不図示)により行われる。この信号処理回路は、識別機能と参照機能と演算機能とを有する。まず、信号処理回路は、識別機能により、発電センサ120からの信号を、P、P’、N、及びN’の4つのいずれかとして識別する。次に、信号処理回路は、参照機能にて、回転数及び回転方向の計数を開始する初期状態で記憶された1つ前の(前状態)履歴信号と、その後の回転に伴う信号(新状態)とを順次、メモリに書き込む。信号処理回路は、メモリに格納された過去と現在の連続する2つの信号を、予め設定した4種類のコード化したテーブルで検索し、一致したカウント値を返す。このテーブルの一例は図9Eに示す。信号処理回路は、信号が入力される毎に検索を行い、その結果のカウント値を演算機能にて、順次加減算する。加減算された数値は、その時点での回転数と回転方向を表すことになる。信号Nと信号Pとの間に規準位置を設定し、図9Eに示したようなテーブルを用いることで、回転体410の回転方向及び回転数を正確にカウントできる。
For ease of understanding, a method for determining the rotation direction of the
The determination is performed by a signal processing circuit (not shown) including a memory. This signal processing circuit has an identification function, a reference function, and a calculation function. First, the signal processing circuit uses the identification function to identify the signal from the
[1回転内の位置と回転数を同期する方法]
回転検出器をモーターの多回転用として用いる場合、モーター駆動システムの停電中は、図9Eを参照しながら先に述べた方法で回転数を検出する。モーター駆動システムの起動時には、信号P、P´、N、及びN´は、1回転にそれぞれ2箇所存在するため、2つの領域の二者択一となり、回転数を特定できない。そのため、回転数カウンタの基準位置からの変位角度を判別する必要がある。そこで、1回転アブソリュート型の位置センサを外付けすることで、どの領域に位置しているかを判別し、回転数を特定することができる。
[Method for synchronizing the position within one rotation and the number of rotations]
When the rotation detector is used for multiple rotations of a motor, the number of rotations is detected by the method described above with reference to FIG. 9E during a power outage of the motor drive system. When the motor drive system is started, the signals P, P', N, and N' are present at two locations each in one rotation, so that a choice between two regions is required and the number of rotations cannot be determined. Therefore, it is necessary to determine the displacement angle from the reference position of the rotation counter. Therefore, by attaching an external one-rotation absolute type position sensor, it is possible to determine which region the motor is located in and to determine the number of rotations.
[第4実施形態の変形例]
図10A及び図10Bに示すように、第4実施形態の変形例として、中空タイプでも多回転機能が提供できる。回転検出器400-1は、回転体410-1と1つの発電センサ120と2つの磁気センサ440及び441とを備える。回転体410-1は、軟磁性体からなり、外周面につば部を備えたリング状の支持体411-1と、支持体411-1の外周面に周方向等間隔に固定された4つの磁石112とを有する。発電センサ120は、磁性ワイヤ121とコイル122とを備える。
[Modification of the fourth embodiment]
As shown in Figures 10A and 10B, as a modification of the fourth embodiment, a hollow type can also provide a multiple rotation function. The rotation detector 400-1 includes a rotor 410-1, one
前述の第4実施形態では、磁性ワイヤ121より周方向で凡そ45°離れた位置にある1つの磁気センサ440により、発電センサ120の正転・反転各4つ、計8つの信号をカバーできる。これは、周方向等間隔に配置された磁界発生源どうしがある程度、近接しており、正転・反転の両方において1つの磁気センサ440だけで検出できる十分な磁界が磁気センサ440に印加されるためである。しかし、第1実施形態又は第2実施形態のような中空タイプにおいて4つの磁石が設けられる場合には、磁石どうしが近接していない場合がある。そのような場合について以下に説明する。
In the fourth embodiment described above, one
図10Aにおいて発電センサ120がパルス信号を出力するのは、4つの磁石112のうち、ある磁石が磁性ワイヤ121の近傍を通過したのち、次の磁石が近づいて反転磁界が徐々に強まりつつ動作磁界が印加されるときである。パルス信号が出力される際の回転体410-1の回転位置は、正転時に発電センサ120が正パルス信号Pと負パルス信号Nを出力する回転位置と、反転時に発電センサ120が正パルス信号Pと負パルス信号Nを出力する位置の計8か所ある。
この8か所に対応して、磁界発生源の磁界を検出できるように第1磁気センサ440と第2磁気センサ441とが配置される。第1磁気センサ440が正転時の磁界を、第2磁気センサ441が反転時の磁界を検出できるように、それぞれの磁気センサを-20度、+20度の位相でずらして配置する。図10Bに示すように、第1磁気センサ440は、一つの磁石112(第1磁石と呼ぶ)が磁性ワイヤ121の真下に来たときに第1磁石の時計方向に隣接する別の磁石から反時計方向に少し離れた位置に配置され、第2磁気センサ441は、第1磁石から時計方向に少し離れた位置に配置される。第1磁気センサ及び第2磁気センサの配置は、磁石の材質、大きさ等に応じて適宜定めればよい。
図10Bにおいて、回転体410の右回転を正転、左回転を反転とする。第1磁気センサ440は、正転時の発電センサ120の信号識別を担い、第2磁気センサ441は反転時の発電センサ120の信号識別を担う。図10Bの3時方向を0度とすると、発電センサ120は0度の位置にあり、第1磁気センサ440は+70度の位置にあり、第2磁気センサ441は+20度の位置にある。磁性ワイヤが0度位置にあり、両磁気センサが0度から90度の領域に配置されているが、その他3つの領域(90度から180度の領域、180度から270度の領域、及び270度から360度の領域)のいずれかに配置されても良い。
10A, the
The first
In Fig. 10B, clockwise rotation of the
図11Aに、回転体410-1の回転時に発電センサ120に印加される磁界Haを点線で示す。同図において、正転時に発電センサ120に生じる正パルス信号を符号Pで示し、信号Pの出力の前提となる安定化磁界を符号Psで示し、負パルス信号を符号Nで示し、信号Nの出力の前提となる安定化磁界を符号Nsで示す。安定化磁界は±H2、動作磁界は±H1とし、反転時の出力は正転時と同一符号で示すが、正転時は白塗り、反転は黒塗りで示す。磁石112から発電センサ120に印加される磁界は、1回転2周期の交番磁界となる。よって発電センサ120の信号は、正転1回転で正負(P,N)の信号が各2回出力され、反転1回転でも、正転時と同じように正負(P,N)の信号が各2回出力される。
In FIG. 11A, the magnetic field Ha applied to the
図11Bに、第1磁気センサ440に印加される磁界Hbを二点鎖線で示し、第2磁気センサ441に印加される磁界Hcを一点鎖線で示す。前述のとおり、第1磁気センサ440と第2磁気センサ441は、発電センサ120より周方向に距離を置いて配置されている。そのため、交番磁界Hb及びHcは、図11Aに示した交番磁界Haとは位相がずれる。
磁気センサ440及び441として、例えばホール素子、磁気抵抗効果素子(SV-GMR、TMR)のように、NS極(図におけるプラス及びマイナス)を判別できる磁気センサを使用することができる。
発電センサ120から正転の2つのP信号が出力されたとき、第1磁気センサ440からマイナス磁界の検出信号が出力される(図中の白抜きの三角形)。発電センサ120から正転の2つのN信号が出力されたときには、第1磁気センサ440からプラス磁界の検出信号が出力される(図中の白抜きの四角形)。
発電センサ120から反転の2つのP信号が出力されたとき、第2磁気センサ441からプラス磁界の検出信号が出力される(図中の黒塗りの四角形)。発電センサ120から反転の2つのN信号が出力されたときには、第2磁気センサ441からマイナス磁界の検出信号が出力される(図中の黒塗りの三角形)。
第1磁気センサ440及び第2磁気センサ441の検出信号を発電センサ120の出力信号と組み合わせることで、図11Cに示すように、識別されたP、P´、N及びN´の4種類の信号となる。この4種類の信号にて、上述した[回転数、回転方向を判定する方法]及び[1回転内の位置と回転数を同期する方法]に従って操作すれば、この検出器400-1をモーターの多回転用として用いることができる。
11B, the magnetic field Hb applied to the first
The
When the
When the
By combining the detection signals of the first
[回路の他の実施例]
各実施形態の回転検出器は、磁性ワイヤを備えた発電センサを使用している。そのため、その大バルクハウゼン効果による出力信号は、既に知られているように起電力であり、電源として活用できる。すなわち、発電センサの出力を整流器とコンデンサーにて処理する機能を追加することで、第1から第4の実施形態の回転検出器を例えばメーター(流量、水道、風量、ガス)に用いることができる。このような1回転以内の回転角度の同期が必要ない用途において、電源あるいはバッテリーを使用しなくて済む。さらに発電センサによる電力を利用してデータを無線で送ることも可能である。第4実施形態の回転検出器では、発電センサから回路と磁気センサに電力を供給することで、モーターの多回転位置検出器のバッテリーレス化に応用可能である。
Other Circuit Examples
The rotation detector of each embodiment uses a power generation sensor equipped with a magnetic wire. Therefore, the output signal due to the large Barkhausen effect is an electromotive force as is already known, and can be used as a power source. That is, by adding a function to process the output of the power generation sensor with a rectifier and a capacitor, the rotation detector of the first to fourth embodiments can be used, for example, as a meter (for flow rate, water, air volume, gas). In such applications where synchronization of the rotation angle within one rotation is not required, it is not necessary to use a power source or a battery. Furthermore, it is possible to transmit data wirelessly using the power generated by the power generation sensor. In the rotation detector of the fourth embodiment, the power generation sensor supplies power to the circuit and the magnetic sensor, making it possible to apply the detector to a battery-less motor multi-rotation position detector.
[第5実施形態]
第4実施形態及び第4実施形態の変形例において、発電センサと磁気センサ及び上記の回路を同一基板に搭載できる。図12A及び図12Bに、第5実施形態に係る回転検出器400-2を示す。発電センサ120は、パッケージ123に収納され樹脂等で固定され、そのパッケージ両端にはコイル122と結線された2つの端子124a及び124bが設けられ、両端子が基板500の面500aに搭載されている。磁性ワイヤ121の軸方向第1端部121bと時計方向で45°離れた磁気センサ440は、同じ基板面500aに搭載されている。さらにメモリを含む信号処理回路600が同じ基板面500aに搭載されている。また基板より信号を取り出すためコネクター700も搭載されている。さらに基板500を両面基板とすれば、これらの回路を反対側の基板面500bへ実装することもできる。また、基板面500bと対向する回転体410の面に他の検出媒体(不図示)を設け、その媒体を検出する1回転アブソリュート型の位置センサ(不図示)を基板面500bに搭載することが出来る。このように本発明の構造は、回転検出器に必要な電子部品を同一基板に搭載できる利点がある。
[Fifth embodiment]
In the fourth embodiment and the modified example of the fourth embodiment, the power generation sensor, the magnetic sensor, and the above circuits can be mounted on the same board. Figures 12A and 12B show a rotation detector 400-2 according to the fifth embodiment. The
[作用及び効果]
これまでに述べた実施形態の作用及び効果について改めて説明する。
磁界発生源が発電センサに近接したときに、発電センサ内の磁性ワイヤの軸方向第1端部側には磁界が印加されるが、軸方向第2端部側は磁界発生源に対向していないために磁界が印加されない。これにより、軸方向第1端部から軸方向第2端部へ向かって磁区の一斉反転を引き起こせるため磁気誘導ヨークを必要とせず、磁性ワイヤの両端に磁界を印加する方法と同じように単一の磁区が磁性ワイヤ全体に形成される。これにより発電センサからの高出力のパルス信号が得られる。
[Action and Effect]
The functions and effects of the embodiments described above will now be explained again.
When the magnetic field source approaches the power generating sensor, a magnetic field is applied to the first axial end of the magnetic wire in the power generating sensor, but the second axial end is not applied with a magnetic field because it does not face the magnetic field source. This causes simultaneous reversal of the magnetic domains from the first axial end to the second axial end, so no magnetic induction yoke is required, and a single magnetic domain is formed throughout the magnetic wire in the same way as in the case of applying a magnetic field to both ends of the magnetic wire. This allows a high-output pulse signal to be obtained from the power generating sensor.
磁性ワイヤにおいて磁界発生源と対向する部分の軸方向寸法は磁性ワイヤの長さの半分以下であり、磁性ワイヤの線長全体に磁界を印加する方法において必要となる比較的大きな磁石が本発明の実施形態においては不要である。また、磁石の材質を適宜定めることで、安定化磁界が印加できる薄さまで磁石を小さくすることができる。支持体につば部を備えることで磁界発生源をつば部の表面と、つば部に接する支持体の外周面との2面に取り付けることができる。そのため、磁界発生源と磁性ワイヤとの軸方向ギャップの調整範囲が広くなり、取付けの安定度が向上し耐久性があることから出力に安定性が生まれる。 The axial dimension of the portion of the magnetic wire facing the magnetic field source is less than half the length of the magnetic wire, and the relatively large magnets required in methods of applying a magnetic field to the entire length of the magnetic wire are not necessary in embodiments of the present invention. In addition, by appropriately determining the material of the magnet, the magnet can be made thin enough to apply a stabilizing magnetic field. By providing a flange on the support, the magnetic field source can be attached to two surfaces: the surface of the flange and the outer circumferential surface of the support that contacts the flange. This widens the adjustment range of the axial gap between the magnetic field source and the magnetic wire, improving the stability of the attachment and providing durability, resulting in stable output.
印加される磁界が磁性ワイヤの軸端片側であり、磁界が印加されない側の軸端では軟磁性体部が磁力を集磁することと相まって、隣接した異極の磁界発生源どうしの磁気干渉が磁性ワイヤに与える影響が軽減される。そのため、複数の磁界発生源を接近させて配置することができる。磁界発生源の極数密度(回転体の外周長あたりの極数)を高めることが可能で、回転体の外周を短くすることができる。換言すれば検出器の全体構造が小型になる。 The magnetic field is applied to one side of the axial end of the magnetic wire, and the soft magnetic material portion collects magnetic force at the axial end where the magnetic field is not applied. This reduces the effect on the magnetic wire of magnetic interference between adjacent magnetic field sources of different polarities. This allows multiple magnetic field sources to be placed close together. It is possible to increase the pole density (number of poles per circumferential length of the rotor) of the magnetic field sources, and shorten the circumference of the rotor. In other words, the overall structure of the detector becomes smaller.
磁性ワイヤの両端部又は全体に強度の等しい磁界を印加する必要がないため、配置の自由度が高い。中空型、シャフト型のいずれでも、回転検出器として適応できる。中空型においては、回転検出器の内径を大きく取りたい場合は、発電センサを外周側に配置し、外径を小さくしたい場合は、発電センサを内周側に配置することができる。つまり、設計の自由度がある。 Since there is no need to apply a magnetic field of equal strength to both ends or the entire magnetic wire, there is a high degree of freedom in placement. Both hollow and shaft types can be used as rotation detectors. With hollow types, if you want to make the inner diameter of the rotation detector large, you can place the power generation sensor on the outer circumference, and if you want to make the outer diameter small, you can place the power generation sensor on the inner circumference. In other words, there is a high degree of freedom in design.
配置の自由度という点では、磁性ワイヤを回転体の回転軸と直交するように配置することができる。この場合、シャフト型タイプの回転検出器となる。1回転につき2周期以上の交番磁界が印加される一層の小型化(特に径方向寸法の小型化)を図ることができる。また、磁性ワイヤに巻回されたコイルに誘発される信号の安定性を高めることができる。 In terms of freedom of placement, the magnetic wire can be placed so that it is perpendicular to the axis of rotation of the rotating body. In this case, it becomes a shaft-type rotation detector. This allows for further miniaturization (especially miniaturization of radial dimensions) by applying two or more periods of alternating magnetic field per rotation. In addition, the stability of the signal induced in the coil wound around the magnetic wire can be improved.
さらに、回転検出器に必要な電子部品を同一基板に搭載できる利点がある。 Another advantage is that the electronic components required for the rotation detector can be mounted on the same board.
これまでに説明した実施形態に関し、以下の付記を開示する。
[付記1]
回転体の回転運動を、1つの発電センサを用いて検出する回転検出器であって、
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを備え、
前記磁性ワイヤは、前記回転体の半径方向に配置され、
前記回転体は、軟磁性体から成る1つの支持体と、前記支持体に対して周方向等間隔に取り付けられた複数の磁界発生源とを備え、
前記複数の磁界発生源の各々は、N極及びS極の対を有し、着磁方向が前記回転体の回転軸方向と平行で、隣り合う2つの前記磁界発生源の着磁方向が異なり、
前記複数の磁界発生源の回転軌跡の外周側直径は、前記磁性ワイヤの長さよりも大きく、前記磁界発生源は、前記磁性ワイヤに近接したときに、前記磁性ワイヤの軸方向中央部から軸方向第1端部までのうち、少なくとも一部の領域と回転軸方向に対向し、
前記磁性ワイヤに近接している前記磁界発生源の、前記支持体への取付け面は、前記磁性ワイヤの軸方向第2端部側にある、
前記磁性ワイヤに近接している前記磁界発生源の前記支持体への取付け面から当該磁界発生源へと向かう方向は、前記磁性ワイヤの前記軸方向第2端部から前記軸方向第1端部へと向かう方向と同じである、
回転検出器。
[付記2]
前記支持体が径方向に突出したつば部を備える、付記1に記載の回転検出器。
[付記3]
前記磁性ワイヤが、前記回転体の回転軸と交差するように配置されている、付記1に記載の回転検出器。
[付記4]
前記複数の磁界発生源が、同じ形状の複数の磁石である、付記1に記載の回転検出器。
[付記5]
前記複数の磁界発生源が、リング状の硬磁性体が多極着磁されてなる1つの磁石である、付記1に記載の回転検出器。
[付記6]
前記発電センサから信号が出力されたときの前記磁界発生源からの磁界を検出する磁気センサと、
前記発電センサ及び前記磁気センサが出力する信号に基づき、前記回転体の回転数及び回転方向を求める回路と
をさらに備える付記1に記載の回転検出器。
[付記7]
前記発電センサと前記磁気センサと前記回路とが同一基板に搭載されている、付記6に記載の回転検出器。
Regarding the embodiments described above, the following supplementary notes are disclosed.
[Appendix 1]
A rotation detector that detects the rotational motion of a rotating body using one power generation sensor,
The power generation sensor includes a magnetic wire that exhibits a large Barkhausen effect and a coil wound around the magnetic wire,
The magnetic wires are arranged in a radial direction of the rotor,
the rotor includes a support made of a soft magnetic material and a plurality of magnetic field generating sources attached to the support at equal intervals in a circumferential direction;
Each of the plurality of magnetic field generation sources has a pair of N and S poles, a magnetization direction is parallel to a rotation axis direction of the rotating body, and the magnetization directions of two adjacent magnetic field generation sources are different,
an outer diameter of a rotation locus of the plurality of magnetic field generating sources is larger than a length of the magnetic wire, and when the magnetic field generating sources approach the magnetic wire, the magnetic field generating sources face in a rotation axis direction at least a part of a region of the magnetic wire from an axial center portion to a first axial end portion;
The attachment surface of the magnetic field generating source to the support body, which is adjacent to the magnetic wire, is on the axial second end side of the magnetic wire.
a direction from a mounting surface of the magnetic field source to the support body adjacent to the magnetic wire toward the magnetic field source is the same as a direction from the second axial end to the first axial end of the magnetic wire;
Rotation detector.
[Appendix 2]
2. The rotation detector of
[Appendix 3]
2. The rotation detector of
[Appendix 4]
2. The rotation detector of
[Appendix 5]
2. The rotation detector according to
[Appendix 6]
a magnetic sensor that detects a magnetic field from the magnetic field generation source when a signal is output from the power generation sensor;
a circuit for determining a rotation speed and a rotation direction of the rotating body based on signals output by the power generation sensor and the magnetic sensor.
[Appendix 7]
7. The rotation detector according to claim 6, wherein the power generation sensor, the magnetic sensor, and the circuit are mounted on the same substrate.
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes are possible based on the technical concept of the present invention.
100、200、200-1、300、400、400-1、400-2 回転検出器
110、210、210-1、310、410、410-1 回転体
111、211、211-1、311、411、411-1 支持体
112 磁界発生源
120 発電センサ
121 磁性ワイヤ
122 コイル
211a、211-1a つば部
440、441 磁気センサ
500 基板
600 信号処理回路
700 コネクター
100, 200, 200-1, 300, 400, 400-1, 400-2
Claims (7)
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを備え、
前記磁性ワイヤは、前記回転体の半径方向に配置され、
前記回転体は、軟磁性体から成る1つの支持体と、前記支持体に対して周方向等間隔に取り付けられた複数の磁界発生源とを備え、
前記複数の磁界発生源の各々は、N極及びS極の対を有し、着磁方向が前記回転体の回転軸方向と平行で、隣り合う2つの前記磁界発生源の着磁方向が異なり、
前記複数の磁界発生源の回転軌跡の外周側直径は、前記磁性ワイヤの長さよりも大きく、前記磁界発生源は、前記磁性ワイヤに近接したときに、前記磁性ワイヤの軸方向中央部から軸方向第1端部までのうち、少なくとも一部の領域と回転軸方向に対向し、
前記磁性ワイヤに近接している前記磁界発生源の、前記支持体への取付け面は、前記磁性ワイヤの軸方向第2端部側にあり、
前記磁性ワイヤに近接している前記磁界発生源の前記支持体への取付け面から当該磁界発生源へと向かう方向は、前記磁性ワイヤの前記軸方向第2端部から前記軸方向第1端部へと向かう方向と同じである、
回転検出器。 A rotation detector that detects the rotational motion of a rotating body using one power generation sensor,
The power generation sensor includes a magnetic wire that exhibits a large Barkhausen effect and a coil wound around the magnetic wire,
The magnetic wires are arranged in a radial direction of the rotor,
the rotor includes a support made of a soft magnetic material and a plurality of magnetic field generating sources attached to the support at equal intervals in a circumferential direction;
Each of the plurality of magnetic field generation sources has a pair of N and S poles, a magnetization direction is parallel to a rotation axis direction of the rotating body, and the magnetization directions of two adjacent magnetic field generation sources are different,
an outer diameter of a rotation locus of the plurality of magnetic field generating sources is larger than a length of the magnetic wire, and when the magnetic field generating sources approach the magnetic wire, the magnetic field generating sources face in a rotation axis direction at least a part of a region of the magnetic wire from an axial center portion to a first axial end portion;
The attachment surface of the magnetic field source to the support body, which is adjacent to the magnetic wire, is on the second axial end side of the magnetic wire;
a direction from a mounting surface of the magnetic field source to the support body adjacent to the magnetic wire toward the magnetic field source is the same as a direction from the second axial end to the first axial end of the magnetic wire;
Rotation detector.
前記発電センサ及び前記磁気センサが出力する信号に基づき、前記回転体の回転数及び回転方向を求める回路と
をさらに備える請求項1に記載の回転検出器。 a magnetic sensor that detects a magnetic field from the magnetic field generation source when a signal is output from the power generation sensor;
The rotation detector according to claim 1 , further comprising: a circuit for determining a rotation speed and a rotation direction of the rotating body based on signals output by the power generation sensor and the magnetic sensor.
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