JP3142990B2 - 車速検知装置 - Google Patents

車速検知装置

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JP3142990B2
JP3142990B2 JP05152480A JP15248093A JP3142990B2 JP 3142990 B2 JP3142990 B2 JP 3142990B2 JP 05152480 A JP05152480 A JP 05152480A JP 15248093 A JP15248093 A JP 15248093A JP 3142990 B2 JP3142990 B2 JP 3142990B2
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良浩 中島
敏末 岩本
英夫 中村
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、列車等の車速を検知す
る車速検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の車速検知装置としては、従来か
ら、誘導発電形の速度発電機を用い、当該発電機を車軸
に取り付け、その発生電圧を処理して車速を検知するの
が一般適であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この誘導発
電形の速度発電機は、車速の低速域では、その出力電圧
が低く、かつ周波数も低い交流波形となるので、車速
が、ほぼ3Km/h以下になると、実質上、高精度の速
度検知ができなくなるので、例えば列車の自動連結時等
の、いわゆる零速度検知には適用できないという問題が
あった。
【0004】この零速度の検知には、車軸に回転歯車
(パルスギヤ)を取り付け、磁気抵抗素子を用いて、歯
部と谷部による磁気抵抗の変化から、パルス信号を取り
出す方法があるが、検出信号が微弱である上、磁気抵抗
素子の機械的強度が充分でないので、電気的サージや機
械的振動衝撃に弱く、車両の床下等の厳しい使用環境に
は向かないという問題があった。
【0005】本発明はこの問題を解消するためになされ
たもので、いわゆる零速度検知を実用的に可能にし、し
かも堅牢で、信頼性の高い車速検知装置を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、請求項1では、車輪と連動して回転する軸に
取り付けられた歯車と、前記歯車の歯面に対向配置され
る複数の磁極を有する磁心と、前記複数の磁極を巻回す
る検出コイルと、前記磁心を巻回する励振コイルとを有
する速度発電機と、当該発電機の出力を信号処理して車
軸の回転速度に比例した周波数信号を生成する信号処理
部とを備える車速検知装置において、前記磁心の磁極間
ピッチは、第(2n−1)(ただし、n=1、2、3、
・・・)の磁極が前記歯車の歯部に対向する時第2n
の磁極が上記歯車の谷部に対向するピッチであり、前記
検出コイルの前記第(2n−1 )の磁極に巻回された
コイル部分と前記第2nの磁極に巻回された検出コイ
ル部分における前記励振コイルによる誘起電圧が互いに
となるように前記検出コイルは巻回され、前記検出
コイルの出力電圧は、前記第(2n−1 )の磁極に巻回
された検出コイル部分と前記第2nの磁極に巻回された
検出コイル部分においてそれぞれ誘起された電圧の合成
電圧となる構成とした。そして、前記第(2n−1)の
磁極と前記第2nの磁極が歯車に対して対称の配置とな
る時大きさが等しくなるよう巻回されている。
【0007】請求項2では、車輪と連動して回転する軸
に取り付けられた歯車と、前記歯車の歯面に対向配置さ
れる複数の磁極を有する磁心と、前記複数の磁極を巻回
する検出コイルと、前記磁心を巻回する励振コイルとを
有する速度発電機と、当該発電機の出力を信号処理して
車軸の回転速度に比例した周波数信号を生成する信号処
理部とを備える車速検知装置において、前記複数の磁極
は、前記歯車の山に対向するグループと谷に対向するグ
ループに分けられ、前記検出コイルの前記山に対向する
グループの磁極に巻回されたコイル部分と前記谷に対向
するグループの磁極に巻回されたコイル部分における
記励振コイルによる誘起電圧が互いに逆となるように
前記検出コイルは巻回され、前記検出コイルの出力電圧
は、前記歯車の山に対向するグループの磁極に巻回され
た検出コイル部分と前記歯車の谷に対向するグループの
磁極に巻回された検出コイル部分においてそれぞれ誘起
された電圧の合成電圧となる構成とした。そして、前記
歯車の山に対向するグループの磁極と前記歯車の谷に対
向するグループの磁極とが歯車に対して対称の配置とな
る時大きさが等しくなるよう巻回されている。
【0008】請求項1及び2では、前記信号処理部は、
励振コイルを付勢するための正弦波を発生する正弦波発
振器と、前記正弦波の正の期間の検出コイル出力電圧を
取り出すスイッチ部と、前記取り出された検出コイル出
力電圧を平滑して速度に比例した周波数信号を生成する
信号処理部とを備える構成とした
【0009】請求項3では、前記複数の磁極を有する磁
心は複数に分割されたものからなる構成とした。
【0010】請求項4では、前記複数の磁極を有する磁
心を更に複数備える構成とした。
【0011】請求項では、周波数信号は、正弦波また
は方形波パルスである構成とした。
【0012】
【作用】本発明では、第(2n−1)の磁極に巻回され
たコイル部分と第2nの磁極に巻回されたコイル部分と
が、互いに180°位相のずれた電圧を誘起し、その合
成出力が取り出される。したがって第(2n−1)の磁
極と第2nの磁極のコイル部分を鎖交する磁束のアンバ
ランスに応じた出力電圧が得られる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の1実施例を図面を参照して説
明する。
【0014】図1は、本発明における速度発電機の要部
を示したものである。図2はこの速度発電機の出力を信
号処理する信号処理部の回路図である。図3は速度検知
装置の全体構成を示す図である。
【0015】図1において、10は速度発電機、1は車
輪と連動して回転する軸(図3に示す)12に取り付け
られた歯車(パルスギヤ)、2は歯車1の歯部、3は歯
車1の谷部である。4は磁心であって、本例では、磁極
4Aと磁極4Bを備え、磁極4Aの極端面が歯車1の1
つの歯部(2A)に対向している時、磁極4Bの極端面
が前記歯部2Aに隣合う歯部(2B)が他の歯部(2
C)との間に区画する谷部3に対向する極間隔(ピッ
チ)となっている。5は磁心4に巻回された1次コイル
(励振コイル)、6は2次コイル(検出コイル)であっ
て、磁極4Aと磁極4Bに亘って、いわゆる差動巻きに
巻回されており、磁極4Aに巻回されたコイル部分6A
の巻回方向と磁極4Bに巻回されたコイル部分6Bの巻
回方向は、励振コイル5による誘起電圧が逆向きになる
ように構成されている。コイル部分6Aと6Bのターン
数は同じである。検出コイル6の出力電圧は、磁極4A
と磁極4Bに鎖交する磁束のバランスがとれた時零とな
り、これが最もくずれたとき最大となる(図1の状態が
出力電圧最大の場合である)。バランスをくずすために
は、歯車1の歯部2Aと相対する磁極のコイル部分6A
には洩れ磁束がなく、歯車1の谷部3と相対する磁極の
コイル部分6Bは洩れ磁束の大きい構造とすることが望
ましい。
【0016】図2において、21は正弦波発振器であっ
て、例えば周波数18.0KHzの高周波の正弦波電圧
を発振する。22は増幅器であり、正弦波発振器21の
出力を増幅する。この増幅された正弦波Aは1次コイル
5に印加される。23は比較器であり(上記増幅された
正弦波電圧Aを基準レベルS(この例では、アース電
位)と比較し、正弦波電圧Aの正の期間、レベル「H」
の信号を出力する。24は電子スイッチであって、比較
器23のH出力により接点a側を選択し、比較器23の
L出力により接点b側を選択する。これにより、(検出
コイル)6の電圧は、1次電圧と同相部は正の半サイク
ルが、逆相部は負の半サイクルが抽出される。25はロ
ーパスフィルタである。26は比較器であり、前記周波
数信号(ローパスフィルタ25の出力)を基準レベルS
と比較して、パルス列を出力する。
【0017】図3において、30は電気車の軌道、31
は電気車の車輪、32車輪30と連動して回転する軸
である。
【0018】次に、本実施例の動作を、図4および図5
の波形図を参照して説明する。
【0019】今、歯車1と磁心4との位置関係が図1に
示す位置関係にあるものとする。この状態時に、磁心4
の1次コイル5に高周波の正弦波電圧Aが印加される
と、磁極4Aは歯車1の歯部2Aに対向しているので、
磁極4Aと歯車1との磁気結合度は最大になり、他方、
磁極4Bは歯車1の谷部3に対向しているので、差動巻
きの2次コイル6には、図4に符号B1で示す最大電圧
が誘起する。
【0020】また、磁極4Bに歯車1の歯部2Bが対向
した場合、コイル6には、図5に符号B2で示す最大電
圧が誘起する。
【0021】信号処理部20では、正弦波電圧Aの正の
期間の検出コイル誘起電圧Bを電子スイッチ24を介し
て取り込む。ローパスフィルタ25を経て軸32の回転
速度に比例した周波数を持つ信号が出力されるが、比較
器26が、この信号を基準レベルSと比較し、パルス列
を発生する。即ち、比較器6は、正弦波電圧Aの半サ
イクル毎に、当該半サイクル中に磁極4A(もしくは磁
極4B)下を通過した歯部2の数に対応した数のパルス
を出力する。
【0022】本実施例では、励振波である正弦波電圧A
の振幅をa、角周波数をω0 、速度信号成分の振幅を
b、その角周波数をωとすると(ただし、a>>b、ω
0 >>ω)、コイル部分6Aに誘起する電圧B6Aは、 B6A=(a+b・sinωt)×sinω0 t・・・・・・・・・・・・(1) コイル部分6Bに誘起する電圧B6Bは、 B6B=(a−b・sinωt)×sinω0 t・・・・・・・・・・・・(2) となり、検出コイル6の出力端には、両者の差を取った B=2b・sinωt×sinω0 t・・・・・・・・・・・・・・・・(3) で表される電圧が現れる。これを見ると、励振電圧の振
幅aが零となっている。すなわち、検波後の直流成分が
零となって、速度信号成分のみとなり、直流成分の変動
を考慮しなくてよい。
【0023】このように、本実施例では、励振波成分だ
けでなく、速度信号成分についても逆相関係となるた
め、単一の磁極に巻回された検出コイルに誘起された
圧よりも高い電圧が検出コイル6の出力として得られ
る。
【0024】従って、車速の低速域においても、後段の
信号処理に充分なレベルの電圧を得ることができ、耐ノ
イズ性に富んだ零速度検知が実用的に可能となる。
【0025】しかも、誘導発電形の速度発電機であるの
で、堅牢である。
【0026】上記実施例では、一対の磁極4Aと4Bだ
けを示しているが、歯車1の周りには、n個の磁極を配
列する場合には、(2n−1)番目(ただし、n=1、
2、3、・・・)の磁極及びコイル部分6Aと第2n番
目の磁極及びコイル部分6Bと歯車1の関係は、磁極4
A及びそのコイル部分と磁極4B及びそのコイル部分と
歯車1の関係と同一関係になるようにする。磁極間ピッ
チを等間隔としない場合は、磁極が歯車の山部に対向す
るグループと谷部に対向するグループとが、磁極4Aと
磁極4Bの関係となるようにする。更に、磁心を歯車に
対する位相をずらして複数個とりつけ、複数の出力を取
り出すことも可能である。
【0027】また、上記実施例では、励振コイル5に与
える信号を正弦波としているが、矩形波パルス等で
てもよい。
【0028】また、磁極および歯車の歯の形状は図示の
ものに限定されるものではない。
【0029】
【発明の効果】本発明は以上説明した通り、検出コイル
からは、磁極と歯車の相対位置により誘起する電圧が得
られるので、低速域においても、容易に処理可能な検出
電圧を得ることができ、いわゆる零速度検知をも高い精
度をもって実用的に可能にすることができる。
【0030】しかも、誘導発電形の速度発電機と同じ構
造であるため、堅牢であり、車両の床下等の厳しい使用
環境で長年使用しても、信頼性の高い速度検知を行なう
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における速度発電機の要部を示
す図である。
【図2】本発明の実施例における信号処理部の回路図で
ある。
【図3】本発明の実施例の取り付け位置を説明するため
の図である。
【図4】上記速度発電機における誘起電圧を示す波形図
である。
【図5】上記速度発電機における誘起電圧を示す波形図
である。
【符号の説明】
1 歯車 2 歯部 3 谷部 4 磁心 5 励振コイル 6 検出コイル 6A、6B コイル部分 10 速度発電機 20 信号処理部 21 正弦波発振器 23 電子スイッチ 25 ローパスフィルタ 26 比較器 32 軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 英夫 東京都国分寺市光町二丁目8番地38 財 団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 池田 昌俊 東京都国分寺市光町二丁目8番地38 財 団法人鉄道総合技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−277355(JP,A) 実開 昭55−145356(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 3/488 G01P 3/481

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車輪と連動して回転する軸に取り付けら
    れた歯車と、前記歯車の歯面に対向配置される複数の磁
    極を有する磁心と、前記複数の磁極を巻回する検出コイ
    ルと、前記磁心を巻回する励振コイルとを有する速度発
    電機と、 当該発電機の出力を信号処理して車軸の回転速度に比例
    した周波数信号を生成する信号処理部とを備える車速検
    知装置において、 前記磁心の磁極間ピッチは、第(2n−1)(ただし、
    n=1、2、3、・・・)の磁極が前記歯車の歯部に対
    向する時、第2nの磁極が上記歯車の谷部に対向するピ
    ッチであり、 前記検出コイルの前記第(2n−1 )の磁極に巻回され
    た検出コイル部分と前記第2nの磁極に巻回された検出
    コイル部分における前記励振コイルによる誘起電圧が互
    いに逆相となるように前記検出コイルは巻回され、 前記検出コイルの出力電圧は、前記第(2n−1 )の磁
    極に巻回された検出コイル部分と前記第2nの磁極に巻
    回された検出コイル部分においてそれぞれ誘起された電
    圧の合成電圧であり、 前記信号処理部は、励振コイルを付勢するための正弦波
    を発生する正弦波発振器と、前記正弦波の正の期間の検
    出コイル出力電圧を取り出すスイッチ部と、前記取り出
    された検出コイル出力電圧を平滑して速度に比例した周
    波数信号を生成する信号処理部とを備える ことを特徴と
    する車速検知装置。
  2. 【請求項2】 車輪と連動して回転する軸に取り付けら
    れた歯車と、前記歯車の歯面に対向配置される複数の磁
    極を有する磁心と、前記複数の磁極を巻回する検出コイ
    ルと、前記磁心を巻回する励振コイルとを有する速度発
    電機と、 当該発電機の出力を信号処理して車軸の回転速度に比例
    した周波数信号を生成する信号処理部とを備える車速検
    知装置において、 前記複数の磁極は、前記歯車の山に対向するグループと
    谷に対向するグループに分けられ、前記検出コイルの前
    記山に対向するグループの磁極に巻回されたコイル部分
    と前記谷に対向するグループの磁極に巻回されたコイル
    部分における前記励振コイルによる誘起電圧が互いに逆
    相となるように前記検出コイルは巻回され、 前記検出コイルの出力電圧は、前記歯車の山に対向する
    グループの磁極に巻回された検出コイル部分と前記歯車
    の谷に対向するグループの磁極に巻回された検出コイル
    部分においてそれぞれ誘起された電圧の合成電圧であ
    り、 前記信号処理部は、励振コイルを付勢するための正弦波
    を発生する正弦波発振器と、前記正弦波の正の期間の検
    出コイル出力電圧を取り出すスイッチ部と、前記取り出
    された検出コイル出力電圧を平滑して速度に比例した周
    波数信号を生成する信号処理部とを備える ことを特徴と
    する車速検知装置。
  3. 【請求項3】 前記複数の磁極を有する磁心は複数に分
    割されたものからなることを特徴とする請求項1または
    2記載の車速検知装置。
  4. 【請求項4】 前記複数の磁極を有する磁心を更に複数
    備えたことをことを特徴とする請求項1または2または
    3記載の車速検知装置。
  5. 【請求項5】 周波数信号は、正弦波または方形波パル
    スであることを特徴とする請求項1乃至4に記載のいず
    れかの車速検知装置。
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