本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)檢測設備。

背景技術(shù)：

作為傳統(tǒng)技術(shù)，已提出了通過測量磁場角度的變化來檢測齒輪的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)檢測設備(例如參見專利文獻1)。

專利文獻1中公開的旋轉(zhuǎn)檢測設備包括形成朝向齒輪的齒面的磁場的磁體以及被提供在齒輪和磁體之間的、用于檢測磁場角度根據(jù)齒輪的旋轉(zhuǎn)的變化的磁傳感器。隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，從磁傳感器中輸出的信號周期性地變化，由此可檢測齒輪的旋轉(zhuǎn)速度、角速度等。另外，由于檢測到磁場角度的變化，旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的誤檢測的發(fā)生可被防止，即使齒輪的齒面和磁傳感器之間的空氣間隙因為振動等而周期性地變化。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：jp2011-141132a

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

專利文獻1中公開的旋轉(zhuǎn)檢測設備通過磁傳感器檢測磁場角度中的變化，而不是磁場密度的變化。因此，這一設備防止了齒輪的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的誤檢測的發(fā)生，即使空氣間隙周期性地變化，但是這一設備不能被應用于使用磁傳感器來檢測磁通量密度的場合，并且因此，導致了當齒輪的齒面和磁傳感器之間的空氣間隙因為振動等而周期性地變化時誤檢測的發(fā)生不能被防止的問題。

鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種旋轉(zhuǎn)檢測設備，該旋轉(zhuǎn)檢測設備檢測齒輪的旋轉(zhuǎn)，同時即使在使用了檢測磁通量密度的磁傳感器并且齒輪的齒面和磁傳感器之間的空氣間隙因為振動等而周期性地變化時，也能防止旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的誤檢測的發(fā)生。

問題的解決方案

為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明的一個方面提供了一種描述如下的旋轉(zhuǎn)檢測設備。

[1]一種旋轉(zhuǎn)檢測設備，包括：形成朝向齒輪的齒面的磁場的磁體；以及布置在所述磁體和所述齒輪之間的傳感器，其中所述傳感器包括：根據(jù)所述齒輪的圓周方向中的磁通量密度輸出信號的至少一對磁檢測元件；以及信號處理器，所述信號處理器在所述齒輪的齒面和所述磁檢測元件之間的距離被設置為不定的情況下基于從所述磁檢測元件輸出的信號設置第一閾值，并且根據(jù)所述齒輪的旋轉(zhuǎn)所導致的磁通量密度的變化以及所述第一閾值基于從所述磁檢測元件輸出的信號來輸出對應于齒輪的旋轉(zhuǎn)的信號。

[2]如[1]中所述的旋轉(zhuǎn)檢測設備，其中所述傳感器中的所述信號處理器設置所述第一閾值以及比所述第一閾值大或小預定量的第二閾值，并且根據(jù)所述齒輪的旋轉(zhuǎn)所導致的磁通量密度的變化以及所述第一和第二閾值基于從所述磁檢測元件輸出的信號輸出對應于齒輪的旋轉(zhuǎn)的信號。

[3]一種旋轉(zhuǎn)檢測設備，包括：形成朝向齒輪的齒面的磁場的磁體；以及布置在所述磁體和所述齒輪之間的傳感器，其中其中所述傳感器包括：根據(jù)所述齒輪的圓周方向中的磁通量密度輸出信號的至少一對磁檢測元件；以及信號處理器，所述信號處理器在所述齒輪的齒面和所述磁檢測元件之間的距離被設置為不定的情況下基于從所述磁檢測元件輸出的信號設置第一閾值，并且根據(jù)由所述齒輪的旋轉(zhuǎn)所導致的磁通量密度的變化以及所述第一閾值基于從所述磁檢測元件輸出的信號檢測齒輪的旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明的有益效果

根據(jù)如權(quán)利要求1或3所述的發(fā)明，能夠檢測齒輪的旋轉(zhuǎn)，同時即使在使用了檢測磁通量密度的磁傳感器并且齒輪的齒面和磁傳感器之間的空氣間隙因為振動等而周期性地變化時，也能防止旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的誤檢測的發(fā)生。

根據(jù)如權(quán)利要2所述的發(fā)明，根據(jù)齒輪的旋轉(zhuǎn)的信號可基于第一閾值和第二閾值來輸出。

附圖簡述

圖1是示出根據(jù)實施例的旋轉(zhuǎn)檢測設備的結(jié)構(gòu)的示例的側(cè)視圖。

圖2的(a)和(b)分別是示出磁傳感器的配置的透視圖和截面圖。

圖3是描述旋轉(zhuǎn)檢測設備中的磁傳感器的操作的示意圖。

圖4是示出由磁體形成的磁場的狀態(tài)的示意圖。

圖5是描述磁傳感器和磁體的布置的示意圖。

圖6是示出磁傳感器的結(jié)構(gòu)的一個示例的框圖。

圖7是示出當磁傳感器經(jīng)受校準時磁傳感器和pc之間的連接方法的框圖。

圖8的(a)到(c)是從磁傳感器輸出的信號隨著齒輪的齒經(jīng)過的變化的示例的圖表。

圖9是示出在校準期間顯示在pc的顯示單元上的屏幕的圖形。

實施例的描述

[實施例]

(旋轉(zhuǎn)檢測設備的結(jié)構(gòu))

圖1是示出根據(jù)實施例的旋轉(zhuǎn)檢測設備的結(jié)構(gòu)的示例的側(cè)視圖。圖2的(a)和(b)分別是示出磁傳感器1的配置的透視圖和截面圖。

旋轉(zhuǎn)檢測設備6包括磁傳感器1和磁體2，磁傳感器1被布置為與齒輪3的齒間3h具有間隙ag，磁體2被布置在磁傳感器1的背面，其中磁化方向被定義為dm。特別地，實線指示齒輪3被布置為具有指定的空氣間隙(ag＝1.9mm)，而虛線(ag＝2.4mm)和點劃線(ag＝1.4mm)指示齒輪3具有因齒輪3的振動而變化的空氣間隙ag。

如圖2的(a)和(b)中所示，磁傳感器1包括：在z方向上具有厚度的平板基板10；

安裝在基板10上的霍爾(hall)元件11x1、11x2、11y1、以及11y2，其具有平行于xy平面的檢測表面，并且具有和磁檢測元件一樣的z方向上的檢測方向；

安裝在霍爾元件11x1、11x2、11y1、以及11y2上的聚磁器12，使其一部分與霍爾元件重疊，并且將x方向和y方向上的磁通量轉(zhuǎn)換成z方向上的磁通量，以使得霍爾元件11x1、11x2、11y1、以及11y2檢測這一磁通量；以及

處理例如從霍爾元件11x1、11x2、11y1、以及11y2的輸出的信號的信號處理器(dsp14，圖7)，并且

這一磁傳感器1是檢測x、y和z方向上的磁通量密度的霍爾ic。

磁傳感器1(該磁傳感器是由melexis制造的霍爾鎖存開關(guān)傳感器或類似的)獲得來自霍爾元件11x1的輸出和來自霍爾元件11x2的輸出之間的差異以及來自霍爾元件11y1的輸出和來自霍爾元件11y2的輸出之間的差異，從而能夠獲得與x方向上的磁通量密度和y方向上的磁通量密度成比例的輸出。稍后將描述磁通量密度和輸出之間的關(guān)系。另外，霍爾元件11x1和霍爾元件11x2之間的間隔以及霍爾元件11y1和霍爾元件11y2之間的間隔被設為ds＝0.2mm，并且在封裝模具截面中，z方向上的厚度為1.5mm，x方向上為4.1mm，并且y方向上的高度為3mm。坡莫合金(permalloy)可被用作為磁傳感器1的聚磁器12。此外，磁傳感器1可不包括霍爾元件11y1和霍爾元件11y2。

特別地，其它類型的元件(諸如mr元件)只要它們具有x方向上的檢測方向就可被用作為磁傳感器1，并且具有多個軸方向上的磁檢測元件的多軸磁檢測ic只要它包括x方向上的檢測方向就可被使用。

磁體2是通過使用諸如鐵氧體、釤鈷、或釹之類的材料形成的永磁體。

假設齒輪3在旋轉(zhuǎn)時沿dv方向振動，則磁傳感器1和齒輪3之間的間隙ag隨振動而變化。需要注意，各種尺寸的齒輪3可被使用。此處，以下將描述使用其中齒冠圓的直徑為200mm、齒根圓的直徑為190mm、并且齒的數(shù)量為40的齒輪3的示例。

圖5是描述磁傳感器1和磁體2的布置的示意圖。

磁傳感器1具有位于偏離用于安裝除了霍爾元件11以外的組件(諸如電容器)的外側(cè)形狀的中心的檢測中心psc。當磁體中心pmc(其為磁體2在外側(cè)形狀上的中心)與外側(cè)形狀上的傳感器的中心彼此對準時，傳感器檢測中心psc和磁體中心pmc之間的偏移被定義為pg。例如，該偏移pg為0.5mm。

圖6是示出磁傳感器1的結(jié)構(gòu)的一個示例的框圖。

磁傳感器1包括霍爾元件11、放大霍爾元件11的霍爾電壓的放大器13、將已由放大器13放大的霍爾電壓與參考電壓作比較并且如果霍爾電壓高于參考電壓則輸出高而如果霍爾電壓低于參考電壓則輸出低的比較器14、生成參考電壓的參考電壓生成單元15、輸出比較和計算結(jié)果的輸出單元16、以及存儲用于信號處理的各組值的信息的存儲器17。

圖7是示出當磁傳感器1經(jīng)受校準時磁傳感器1和pc之間的連接方法的框圖。

磁傳感器1通過協(xié)議轉(zhuǎn)換單元4連接到pc(個人計算機)5。pc5接收來自輸出單元16的輸出信號以及存儲器17中的信息，并且發(fā)送信號以更新存儲器17的內(nèi)容。

(旋轉(zhuǎn)檢測設備的操作)

接下來，將結(jié)合圖1到9描述第一實施例中的操作。首先，將描述旋轉(zhuǎn)檢測設備6的用于檢測齒輪3的旋轉(zhuǎn)的基本操作。需要注意，空氣間隙ag是如所設計的(ag＝1.9mm)以避免對于旋轉(zhuǎn)檢測操作的復雜描述。稍后，將描述空氣間隙被改變(ag＝1.4mm,ag＝2.4mm)的情形。

(旋轉(zhuǎn)檢測操作)

圖3是描述旋轉(zhuǎn)檢測設備6中的磁傳感器1的操作的示意圖。

穿過磁傳感器1的磁通量由霍爾元件11x1、11x2、11y1、以及11y2感測，并且與磁通量成比例的信號被輸出。以下，將描述x方向上的磁通量(即由霍爾元件11x1和11x2感測的磁通量)作為一個代表性示例。然而，這同樣適用于y方向。

在磁通量f中，平行分量b//被引至聚磁器12，使得磁通量密度的幅值被轉(zhuǎn)換成與平行分量b//成比例的垂直分量b⊥，并且由一對霍爾元件11x1和11x2測量。垂直分量bz也由一對霍爾元件11x1和11x2測量。

具體地，圖中左側(cè)的霍爾元件11x1測量“b⊥-bz”，而圖中右側(cè)的霍爾元件11x2測量“-b⊥-bz”。在y方向上，霍爾元件11y1和11y2類似地執(zhí)行測量。

因此，如果計算來自霍爾元件11x1的輸出和來自霍爾元件11x2的輸出之間的差，則獲得2b⊥，而如果計算它們的和，則獲得-2bz。在以下的描述中，假設磁傳感器1輸出來自霍爾元件11x1的輸出和來自霍爾元件11x2的輸出之間的差(此后被稱為2bx⊥)以及來自霍爾元件11y1的輸出和來自霍爾元件11y2的輸出之間的差(此后被稱為2by⊥)，并且齒輪3的旋轉(zhuǎn)通過bx⊥和by⊥來檢測。

圖4是示出由磁體2形成的磁場的狀態(tài)的示意圖。另外，圖8的(a)到(c)是示出從磁傳感器1輸出的信號隨著齒輪的齒經(jīng)過的變化的圖表。

如圖4中所示，在處于齒輪3的齒間與磁傳感器1相隔最遠的狀態(tài)下，形成關(guān)于z軸對稱的磁場，并且由磁傳感器1檢測的磁通量密度的x分量變?yōu)榱?。另外，隨著齒輪3在旋轉(zhuǎn)方向dr上的旋轉(zhuǎn)，圖中左側(cè)的齒接近，使得x分量被改變?yōu)樨摰模⑶乙虼擞纱艂鞲衅?檢測的磁通量密度的x分量采取負的值。此外，在處于齒輪3的齒尖與磁傳感器1最靠近的狀態(tài)下，形成關(guān)于z軸對稱的磁場，并且由磁傳感器1檢測的磁通量密度的x分量變?yōu)榱恪?/p>

此外，隨著齒輪3在旋轉(zhuǎn)方向dr上的旋轉(zhuǎn)，齒在磁傳感器1上經(jīng)過并向著圖中左側(cè)遠離磁傳感器1，并且因此x分量在齒正經(jīng)過的時候從負的轉(zhuǎn)換成正的，并且在齒輪3接近齒尖最遠離磁傳感器1的狀態(tài)時回到零。

具體地，如圖8的(a)和(b)中所示，在齒隨著齒輪3的旋轉(zhuǎn)而在磁傳感器1上經(jīng)過的情況下并且在從齒尖3h到齒根3l的過渡時刻，來自磁傳感器1的輸出信號水平變?yōu)樽钚?實線，ag＝1.9mm)。此外，在從齒根3l到齒尖3h的過渡時刻，來自磁傳感器1的輸出信號水平變?yōu)樽畲蟆?/p>

因此，閾值bop(第一閾值)和閾值brp(第二閾值)被設置在合適的值上，并且被配置使得當磁通量密度超過bop時，磁傳感器1中的dsp14將輸出信號切換到h電平，并且當磁通量密度跌至brp以下時，dsp14將輸出信號切換到l電平。根據(jù)這一配置，獲得圖8的(c)中的中間圖表中所示出的輸出信號，并且齒輪3的旋轉(zhuǎn)速度和角速度可由連接到磁傳感器1的未示出的設備通過統(tǒng)計輸出信號從l切換到h的次數(shù)來計算。需要注意，磁傳感器1可計算齒輪3的旋轉(zhuǎn)速度和角速度，并且輸出這一信息。

另外，類似的表現(xiàn)也可由磁傳感器1針對磁通量密度的y分量檢測出，由此可計算齒輪3的旋轉(zhuǎn)速度和角速度。

接下來，將描述ag＝1.4mm和2.4mm的情形。在ag＝1.4mm和2.4mm的情形中也一樣，當齒隨著齒輪3的旋轉(zhuǎn)在磁傳感器1上經(jīng)過時，來自磁傳感器1的輸出信號電平在從齒尖3h到齒根3l的過渡時刻變?yōu)樽钚?，并且來自磁傳感?的輸出信號電平在從齒根3l到齒尖3h的過渡時刻變?yōu)樽畲螅鐖D8的(a)和(b)中所示。這是與一些誤差一起發(fā)生的現(xiàn)象，而與空氣間隙ag的數(shù)字值無關(guān)。

另外，在處于齒尖與磁傳感器1相隔最遠的狀態(tài)下，在磁傳感器1上形成關(guān)于z軸對稱的磁場，并且由磁傳感器1檢測到的磁通量密度的x分量變?yōu)榱愕臅r刻也是相同的，即使空氣間隙是不同的(重合點pc，圖8的(b))。

另一方面，在處于齒尖與磁傳感器1最靠近的狀態(tài)下，在磁傳感器1上形成關(guān)于z軸對稱的磁場，并且當空氣間隙不同時，由磁傳感器1檢測到的磁通量密度的x分量變?yōu)榱愕臅r刻是不同。

因此，如果閾值bop被確定為穿過重合點pc，則輸出信號從l切換到h的時刻變?yōu)橄嗤?，無論空氣間隙ag如何，如圖8的(c)中所示。相應地，齒輪3的旋轉(zhuǎn)速度和角速度可通過統(tǒng)計輸出信號從l切換到h的次數(shù)來計算。另一方面，當ag為不定時，閾值bop是磁傳感器1的輸出值。

需要注意，閾值brp可大致被確定為小于閾值bop的值，并且不跌落到磁通量密度的最小值之下。另外，閾值brp是被設定為適應于齒輪3沿與振動方向dv正交的方向往返振動的情形的數(shù)字值。這樣做的原因是為了在磁通量密度在bop和brp之間的遲滯范圍中變化時保持電流輸出。

需要注意，閾值brp可以大于閾值bop。另外，輸出信號l和h可被互換。

(校準操作)

接著，將描述用于設置以上提到的閾值bop和閾值brp的方法(校準)。

首先，如圖7中所示，用戶通過協(xié)議轉(zhuǎn)換單元4將磁傳感器1連接到pc5。假設未示出的用于校準磁傳感器1的應用被安裝到pc5，并且這一應用在pc5的顯示單元上顯示以下所描述的屏幕。

圖9是示出在校準期間顯示在pc5的顯示單元上的屏幕的圖形。

屏幕50包括用于設置遲滯即bop和brp之間的差的遲滯設置部分500、顯示計算出的閾值bop和閾值brp的閾值結(jié)果顯示部分501、用于啟動校準的新設備按鈕502、以及用于微調(diào)bop的bop微調(diào)按鈕503。

遲滯設置部分500具有：用于選擇遲滯的值的選擇部分；“絕對值/比例”部分，如果“絕對值”被選擇，則其將遲滯的單位轉(zhuǎn)換成“mt”，而如果“比例”被選擇，則其將遲滯的單位轉(zhuǎn)換成bop的比例；“逆反輸出”部分，用于設置當磁通量密度從bop變化到brp時輸出是從h變?yōu)閘還是從l變?yōu)閔；用于設置偏移的“校正偏移”部分；以及用于在輸出為高時從兩種類型(例如最大為5和6.9ma)中選擇電流值的“ioff高”部分。

接下來，用戶將磁傳感器1放置在距離齒輪3足夠遠的位置，并且通過參照屏幕50操作pc5的操作單元以設置遲滯設置部分500的內(nèi)容。隨后，用戶通過未示出的光標等按下新設備按鈕502，并且進一步按下bop微調(diào)按鈕。

pc5致使磁傳感器1通過協(xié)議轉(zhuǎn)換單元4檢測磁通量密度，并且將檢測到的磁通量密度存儲到磁傳感器1的存儲器17中作為bop。另外，pc5將已被設定的數(shù)字值(諸如hys)存儲到存儲器17中。

磁傳感器1將檢測到的磁通量密度或存儲的bop和brp通過協(xié)議轉(zhuǎn)換單元4傳送給pc5。

pc5基于從磁傳感器1接收到的信息更新屏幕50上的閾值結(jié)果顯示部分501上的“最終bop”和“最終brp”上的值。

(實施例的效果)

根據(jù)以上描述的實施例，配置為通過使用重合點pc被確定為與空氣間隙ag無關(guān)的性質(zhì)使得磁傳感器1的輸出值在重合點pc上切換，并且計算切換時刻的旋轉(zhuǎn)速度等。因此，即使當齒輪的齒面和磁傳感器之間的空氣間隙因為振動之類而周期性地變化時，也可防止旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的誤檢測。

另外，在空氣間隙ag為不定時，閾值bop根據(jù)磁傳感器1的輸出值來確定，由此簡化了用于確定閾值bop的校準。

此外，由于在空氣間隙ag為不定時，閾值bop根據(jù)磁傳感器1的輸出值來確定，因此圖5中所示的傳感器檢測中心psc和磁體中心pmc之間的偏移pg所導致的影響可被消減。這一現(xiàn)象的原因如下。具體地，由于偏移pg，即使空氣間隙ag是不定的，x方向上檢測到的磁通量不變?yōu)榱愣亲優(yōu)閎op。然而，實施例被配置成使得通過使用bop作為閾值來切換磁傳感器1的輸出值。因此，偏移pg不會是問題。

[其它實施例]

需要注意，本發(fā)明不限于上述實施例，且各種修改在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下是可行的。

另外，以上提到的實施例中描述的傳感器、磁體、以及齒輪僅僅是說明性的，可通過在不妨害位置檢測功能以及不改變本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)適當?shù)剡x擇這些組件中的每一個來做出新的組合。