JP2004028600A

JP2004028600A - 回転検出装置

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Publication number: JP2004028600A
Application number: JP2002180983A
Authority: JP
Inventors: Noritaka Ichinomiya; 一宮　礼孝
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP3846371B2

Abstract

【課題】本発明は、１組のブリッジ構成された磁気センサを用い被検出対象としての歯の形状に制約を受けずに回転方向を検出することができる回転検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】回転体１の回転に伴って変化する信号を出力する磁気センサ３の出力信号に対して第１のしきい値を持つ第１の信号発生手段１０と、前記第１の信号発生手段の第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値を持つ第２の信号発生手段２０と、前記第１のしきい値よりも大きい第３のしきい値と前記第２のしきい値よりも小さい第４のしきい値を持った第３の信号発生手段３０と、前記第３の信号発生手段３０の出力信号を基準として前記第１の信号発生手段１０または前記第２の信号発生手段２０の出力信号の立ち上がりまたは立ち下がりを用いて前記回転体の回転方向に対応する判定信号を出力する回転方向判別手段４０とを備えている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性体からなる回転するギアの回転数および回転方向を一組の磁気センサを用いて非接触で検出する回転検出装置に関し、自動車の車輪やエンジンの回転数および回転方向を検出するセンサに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転する被検出対象を検出するための回転検出装置として特開平１１−８３８９０号公報に開示されているものが知られている。この回転検出装置は、被検出対象に設けられた歯が前記被検出対象の回転軸に平行な２辺を有していると共に、この２辺のうち前記回転軸から近い側の辺が遠い側の辺よりも長いほぼ台形形状をなしており、この台形形状を形成する４辺のうちの前記平行な２辺とは異なる２つの斜辺において、前記斜辺の１辺の勾配を他の１辺の勾配よりも急峻にすることで１組の磁気抵抗素子ブリッジで回転方向を検出するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来装置では被検出対象として歯の形状が等脚台形でなく、必ず一方の辺が他方の辺に対して異なる形状にしなければならないという課題を有しており、被検出対象の形状に自由度がない。
【０００４】
そこで本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、１組のブリッジ構成された磁気センサを用い被検出対象としての歯の形状に制約を受けずに回転方向を検出することができる回転検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【０００６】
本発明の請求項１に記載の発明は、回転体に対向配置され、その回転体の回転に伴って周期的に変化する信号を出力する磁気センサと、前記磁気センサの出力信号が入力され、この出力信号に対して第１のしきい値を持つ第１の信号発生手段と、前記出力信号が入力され、前記第１の信号発生手段の第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値を持つ第２の信号発生手段と、前記出力信号が入力され、前記第１のしきい値よりも大きい第３のしきい値と前記第２のしきい値よりも小さい第４のしきい値をもった第３の信号発生手段と、前記第３の信号発生手段の出力信号を基準として前記第１の信号発生手段の出力信号または前記第２の信号発生手段の出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりを用いて前記回転体の回転方向に対応する判定信号を出力する回転方向判別手段とを備えた回転検出装置であり、被検出対象である回転体の歯の形状に制約を受けず回転体の回転方向および回転数を検出することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、回転方向判別手段の信号に基づき出力レベルを回転方向によって切換える出力レベル切換え手段を備えたものであり、これにより、回転方向に応じて出力レベルが異なるようになるので確実に回転方向を検出することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、出力レベル切換え手段は、出力部に接続されたプルアップ抵抗をスイッチによって切換えることを特徴とするものであり、これにより、簡単な回路で構成可能であり、また、プルアップ抵抗の値を換えることで様々な出力レベルを選択可能となる利点も有している。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、磁気センサとして半導体磁気抵抗素子を用いたものであり、これにより、ホール素子を用いた際には４端子構造となるが、本構成では２端子構造となり、構造が簡単なものとなる。また、ギアの凹凸のピッチに適した磁気感度の高い配置が種々可能となり、多種のギアを検出する回転検出装置を提供できる。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項２記載の発明において、回転方向判別手段の出力と出力レベル切換え手段との間にトランジスタを設けたものであり、これにより、出力レベルの切換えによるレベル変動の影響を回転方向判別手段に及ぼさない利点を有している。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１記載の発明において、回転方向判別手段は、Ｄタイプの第１、第２のフリップフロップと、２入力の排他的論理和を否定する回路（以降ＥＮＯＲ回路とする）と、第１、第２の２入力の排他的論理和回路（以降ＥＯＲ回路とする）およびインバータ回路からなり、第１のフリップフロップはそのデータ入力端子がＥＮＯＲ回路の出力端子に接続され、そのクロック入力端子が回転方向判別手段の入力端子に接続され、そのＱバー出力端子が第２のＥＯＲ回路の入力端子とＥＮＯＲ回路の入力端子に接続されており、第２のフリップフロップはそのデータ入力端子が第１のＥＯＲ回路の出力端子に接続され、そのクロック入力端子がインバータ回路を介して回転方向判別手段の入力端子に接続され、そのＱバー出力端子が第２のＥＯＲ回路の入力端子と第１のＥＯＲ回路の入力端子に接続されており、第２のＥＯＲ回路の出力端子から方向判別信号が出力されるように構成したことを特徴とするものであり、回転方向判別手段を比較的簡単な回路構成で実現することができる利点を有している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００１３】
図１は本発明の回転検出装置における第１の実施の形態を説明するブロック図である。
【００１４】
図２は同回転検出装置の具体回路のブロック図である。
【００１５】
図１、図２に示すように、回転検出装置２は、例えば自動車の車輪やエンジンの回転数、回転位置および回転方向を検出する対象である回転体としてのギア１と、このギア１の回転を検出する磁気センサ部３と、該磁気センサ部３の出力波形を波形処理する信号処理回路４とを備えている。
【００１６】
磁気センサ部３は、１組のブリッジ構成された磁気センサ素子３２，３３と、磁気センサ素子３２，３３に対して所定の磁界を発生させるバイアス磁石３ａで構成されており、磁気センサ部３と被検出対象となるギア１は所定の間隙をもって配置されている。バイアス磁石３ａは永久磁石からなり、一面側がＮ極に着磁されていると共に他面側がＳ極に着磁されており、着磁面に対してほぼ垂直方向にバイアス磁界を発生している。磁気センサ素子３２，３３は、ギア１の外周部と対向するようにして配置され、ギア１の回転に伴い周期的に変化する信号を出力するものである。磁気センサ素子３２，３３としては、例えば半導体磁気抵抗素子が用いられる。また、磁気センサ素子３２，３３の両端には定電圧Ｖｃｃが印加されているため、磁気センサ素子３２，３３の中点電位がギア１の回転に伴って、図３に示すような正弦波状の出力Ｓ１として取り出される（以下、この電圧を素子出力という）。
【００１７】
なお、磁気センサ素子３２，３３は、ギア１の回転に伴う磁束変化により周期的な信号を出力できるものであれば、ＭＲ素子（磁気抵抗素子）、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗素子）、ＭＩ素子（磁気インピーダンス素子）などその他の検出手段を用いてもよい。
【００１８】
一方、被検出対象となるギア１には、図１に示すように突部２２が断続的に連続して設けられている。そして、図１の矢印に示すようにギア１は正逆回転を行っている。突部２２は回転に伴い磁気センサ素子３２，３３の出力を変化させるためのものであり、図１に示すように、ギア１の外周部に所定ピッチで設けられ、ギア１が回転することにより同一軌道上を移動するように構成されている。このギア１は、突部２２を含めて全体が磁性体により構成されていてもよいが、その突部２２のみが磁性体により形成されていてもよい。また、突部２２の幅寸法と突部２２，２２間の間隙寸法は、１対１の関係であってもギア１の回転方向の検出が可能である。
【００１９】
なお、ギア１は、図１に示すように突起状の突部２２を形成したものに限られるものでなく、ギア１の回転に伴って磁気センサ素子３２，３３から周期的に変化する信号を出力させるものであれば、その他の構造もしくは形状のものであってもよい。
【００２０】
信号処理回路４は、素子出力を２値化してパルス信号に変換すると共に、方向判別信号を生成する部分であり、Ｖｃｃ電圧を印加する電源端子４ａ、ＧＮＤ端子４ｂ、素子出力に接続される入力端子４ｎ、センサ出力端子４Ｓ１、方向判別信号の出力端子４Ｓ２、第１の信号発生回路１０、第２の信号発生回路２０、第３の信号発生回路３０、回転方向判別回路４０で構成されている。
【００２１】
第１の信号発生回路１０は、図２に示すように信号処理回路４の入力端子４ｎを通過した素子出力Ｓ１が比較器１１の反転入力端子に接続され、非反転入力端子に接続された第１の閾値ＶＴＨ１で２値化され、図３に示すような第１の信号Ｓｕが出力される。
【００２２】
第２の信号発生回路２０は、図２に示すように信号処理回路４の入力端子４ｎを通過した素子出力Ｓ１が比較器２１の反転入力端子に接続され、非反転入力端子に接続された第２の閾値ＶＴＨ２で２値化され、図３に示すような第２の信号Ｓｄが出力される。
【００２３】
上記第１，２の信号発生回路１０，２０の閾値は、電源電圧Ｖｃｃ端子とＧＮＤ端子間に直列に接続された抵抗１２〜１５によって設定される。抵抗１２および抵抗１５、抵抗１３および抵抗１４はそれぞれ同じ抵抗値を有している。そして、抵抗１２と抵抗１３との中点が比較器１１の非反転入力端子に接続されており、抵抗１４と抵抗１５との中点が比較器２１の非反転入力端子に接続されている。この閾値の設定によれば、Ｖｃｃ／２電位よりも高い第１の閾値ＶＴＨ１と、Ｖｃｃ／２電位よりも低い第２の閾値ＶＴＨ２とが得られる。
【００２４】
第３の信号発生回路３０は、図２に示すように信号処理回路４の入力端子４ｎを通過した素子出力Ｓ１が比較器３１の反転入力端子に接続され、非反転入力端子に接続された第２，第３の閾値ＶＴＨ３、ＶＴＨ４で２値化され、第３の信号Ｓｏが出力される。この第３の信号Ｓｏは、信号処理回路４の出力端子４Ｓ１よりセンサ信号として出力される。
【００２５】
第３の信号発生回路３０の閾値は、電源電圧Ｖｃｃ端子とＧＮＤ端子間に直列に接続された抵抗１６と抵抗１７、および比較器３１の出力端子と非反転入力端子間に接続された抵抗１８によって設定される。抵抗１６と抵抗１７の中点が比較器３１の非反転入力端子に接続されると共に、抵抗１８を介して比較器３１の出力端子に接続される。この閾値の設定によれば、第３の閾値ＶＴＨ３が第１の閾値ＶＴＨ１よりも大きくなり、第４の閾値ＶＴＨ４が第２の閾値ＶＴＨ２よりも小さくなるように抵抗１６、抵抗１７および抵抗１８の値を設定する。なお第４の閾値ＶＴＨ４の設定は比較器３１の出力からローレベル信号が出力されると、第３の閾値の電圧ＶＴＨ３よりＶｈだけ低く設定される様に設けている。
【００２６】
回転方向判別回路４０は、Ｄタイプの第１、第２のフリップフロップ４４，４５および排他的論理和を否定する回路（以降ＥＮＯＲと称す）４１、排他的論理和回路（以降ＥＯＲと称す）４２，４３から構成されている。第１のフリップフロップ４４のデータ入力端子Ｄ１はＥＮＯＲ回路４１の出力端子に接続され、第１のフリップフロップ４４のクロック入力端子ＣＬ１は比較器２１の出力端子に接続され、第１のフリップフロップ４４の
【００２７】
【外１】

【００２８】
はＥＯＲ回路４３の入力端子４３ＡとＥＮＯＲ回路４１の入力端子４１Ａに接続されている。第２のフリップフロップ４５のデータ入力端子Ｄ２はＥＯＲ回路４２の出力端子に接続され、第２のフリップフロップ４５のクロック入力端子ＣＬ２はインバータ回路２５の出力端子に接続され、第２のフリップフロップ４５の
【００２９】
【外２】

【００３０】
はＥＯＲ回路４３の入力端子４３ＢとＥＯＲ回路４２の入力端子４２Ａに接続されている。
【００３１】
ＥＮＯＲ回路４１およびＥＯＲ回路４２の入力端子４１Ｂ、４２Ｂは、比較器３１の出力端子に接続されている。ＥＯＲ回路４３の出力端子からは方向判別信号Ｓｄｅとして出力端子４Ｓ２より出力される。
【００３２】
次に本実施の形態の動作について図４のタイムチャートを用いて説明する。
【００３３】
図４はギア１が正回転をしている状態から逆回転に転じ、更に正回転に転じた時の各部信号の波形を示すものである。ギア１の回転により磁気センサ部３は図４（ａ）に示すような素子出力が得られる。この素子出力が第１、第２、第３の信号発生回路１０，２０，３０に入力され、それぞれの閾値電位（ＶＴＨ１、ＶＴＨ２、ＶＴＨ３、ＶＴＨ４）にて比較判定され、各信号が出力される（同図（ｂ），（ｃ），（ｄ）参照）。第３の信号発生回路３０の出力信号Ｓｏはそのままセンサ信号として出力される。ＥＮＯＲ回路４１は、第３の信号発生回路３０の出力信号Ｓｏと第１のフリップフロップ４４のＱバー出力の入力信号を演算して、出力信号が第１のフリップフロップ４４のデータ入力端子Ｄ１に入力される。第１のフリップフロップ４４のクロック入力端子ＣＬ１には第２の信号発生回路２０の出力信号Ｓｄが入力されるので、出力信号Ｓｄの立ち上がりタイミングでハイレベルの信号を判定信号Ｓｆ１として出力するようになる。また、ＥＯＲ回路４２では、第３の信号発生回路３０の出力信号Ｓｏと第２のフリップフロップ４５のＱバー出力を演算して、出力信号が第２のフリップフロップ４５のデータ入力端子Ｄ２に入力される。第２のフリップフロップ４５のクロック入力端子ＣＬ２には第１の信号発生回路１０の出力信号Ｓｕがインバータ回路２５を介して入力されるので、出力信号Ｓｕの立ち下がりタイミングでロウレベルの信号を判定信号Ｓｆ２として出力するようになる。そして、これら判定信号Ｓｆ１とＳｆ２がＥＯＲ回路４３に入力され、演算処理によってＥＯＲ回路４３の出力端子より方向判別信号Ｓｄｅとして出力されることにより、ギア１の回転方向を検出することができる。
【００３４】
本実施の形態においては、第１の信号発生手段１０の出力信号と第２の信号発生手段２０の出力信号と第３の信号発生手段３０の出力信号と回転方向判別回路４０を用いた所について説明してきたが、必ずしもこれに特定されるものではない。すなわち、本発明の技術思想の中核は第３の信号発生回路３０の出力信号を基準として、第１の信号発生回路１０の出力信号または、第２の信号発生回路２０の出力信号の立ち上がりまたは立ち下がりを用いて、回転体の回転方向を可能にするところにある。
【００３５】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について、図５，６を用いて説明する。
【００３６】
図５は本発明の第２の実施の形態を示すもので、以下、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。この実施の形態における回転検出装置においては、ギア１の回転方向が反転したときに、センサの出力によって回転方向を判別する場合に対応してなされたもので、回転方向によってセンサの出力レベルを切換えるための出力レベル切換え回路５０を設けた構成としている。
【００３７】
出力レベル切換え回路５０は、出力端子４Ｓ１とＧＮＤ端子間に抵抗５２とトランジスタ５５が接続され、これと並列に抵抗５３が接続されている。抵抗５２の両端には、回転方向判別回路４０からの方向判別信号Ｓｄｅに応じて出力信号レベルを切換えるために導通又は遮断されるデジタルスイッチ５６が接続され、抵抗５３の両端には、直列接続されたデジタルスイッチ５７と抵抗５４が接続されている。ＥＯＲ回路４３の出力端子はインバータ回路５８を介してデジタルスイッチ５６に接続されると共に、デジタルスイッチ５７に対して直接接続されている。第３の信号発生回路３０の出力信号Ｓｏは抵抗５１を介してトランジスタ５５のベース端子に接続される。
【００３８】
次に本実施の形態の動作について図６のタイムチャートを用いて、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。図６中、（ａ）は磁気センサ部３の素子出力であり、（ｂ），（ｃ），（ｄ）は第１，２，３の信号発生回路１０，２０，３０の出力信号であり、（ｅ）は判定信号Ｓｆ１であり、（ｆ）は判定信号Ｓｆ２であり、（ｇ）は回転方向判別の出力信号の波形である。
【００３９】
抵抗５１を介してトランジスタ５５のベース端子に入力された第３の信号発生回路３０の出力信号Ｓｏはトランジスタ５５のコレクタ端子より出力され、回転方向判別回路４０の出力信号Ｓｄｅとそれがインバータ回路５８により反転された出力信号Ｓｔｃ（同図（ｈ）参照）によりデジタルスイッチ５６，５７のいずれかがＯＮすることにより、出力信号Ｓｏのハイレベル、ロウレベル電位が抵抗５２，５３，５４の設定値による電位レベルに切り換わった信号Ｓｏｄを得る事ができ、出力端子４Ｓ１より、センサ信号として出力される（同図（ｉ）参照）。
【００４０】
上記構成により、ギア１の回転方向に応じて出力信号レベルが異なるようになるので、確実に回転方向を検出することが出来ると共に、抵抗とスイッチという簡単な回路で構成できる為、抵抗値を変えることで様々な出力レベルが選択可能となる。
【００４１】
なお、本実施の形態はデジタルスイッチを用いて説明したが、アナログスイッチにおいても同様の動作を得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、回転体に対向配置されその回転に伴って変化する信号を出力する磁気センサと、前記磁電変換素子の出力信号が入力され、この出力信号に対して第１のしきい値を持つ第１の信号発生手段と、前記出力信号が入力され、前記第１の信号発生手段の第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値を持つ第２の信号発生手段と、前記出力信号が入力され前記第１のしきい値よりも大きい第３のしきい値と前記第２のしきい値よりも小さい第４のしきい値を持った第３の信号発生手段と、前記第３の信号発生手段の出力信号を基準として前記第１の信号発生手段の出力信号または前記第２の信号発生手段の出力信号の立ち上がりまたは立ち下がりを用いて前記回転体の回転方向に対応する判定信号を出力するものであり、１組のブリッジ構成された磁気センサを用い被検出対象としての歯の形状に制約を受けずに回転方向を検出することができる回転検出装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回転検出装置のブロック図
【図２】同装置の具体回路ブロック図
【図３】同装置の素子出力と各閾値電位と信号を説明する為の波形図
【図４】同装置の各部の信号出力の波形図
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す回転検出装置の具体回路ブロック図
【図６】同装置の各部の信号出力の波形図
【符号の説明】
１　ギア（回転体）
２　回転検出装置
３　磁気センサ部
３ａ　バイアス磁石
４　処理回路部
１０　第１の信号発生回路
１１，２１，３１　比較器
１２〜１８　抵抗
２０　第２の信号発生回路
２２　突部
２５　インバータ回路
３０　第３の信号発生回路
３２，３３　磁気センサ素子
４１　ＥＮＯＲ回路
４２，４３　ＥＯＲ回路
４４，４５　フリップフロップ
５０　出力レベル切換え回路
５１〜５４　抵抗
５５　トランジスタ
５６，５７　デジタルスイッチ
５８　インバータ回路

Claims

回転体に対向配置され、その回転体の回転に伴って変化する信号を出力する磁気センサと、前記磁気センサの出力信号が入力され、この出力信号に対して第１のしきい値を持つ第１の信号発生手段と、前記出力信号が入力され、前記第１の信号発生手段の第１のしきい値よりも小さい第２のしきい値を持つ第２の信号発生手段と、前記出力信号が入力され、前記第１のしきい値よりも大きい第３のしきい値と前記第２のしきい値よりも小さい第４のしきい値をもった第３の信号発生手段と、前記第３の信号発生手段の出力信号を基準として前記第１の信号発生手段の出力信号または前記第２の信号発生手段の出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりを用いて前記回転体の回転方向に対応する判定信号を出力する回転方向判別手段とを備えた回転検出装置。
回転方向判別手段の出力信号で制御される出力レベルを回転方向によって切換える出力レベル切換え手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
出力レベル切換え手段は、出力部に接続されたプルアップ抵抗をスイッチによって切換えることにより出力レベルを切換えることを特徴とする請求項２記載の回転検出装置。
磁気センサは半導体磁気抵抗素子である請求項１記載の回転検出装置。
回転方向判別手段の出力と前記出力レベル切換え手段との間にトランジスタを設けたことを特徴とする請求項２記載の回転検出装置。
回転方向判別手段は、Ｄタイプの第１、第２のフリップフロップと、２入力の排他的論理和を否定する回路（以降ＥＮＯＲ回路とする）と、第１、第２の２入力の排他的論理和回路（以降ＥＯＲ回路とする）およびインバータ回路からなり、第１のフリップフロップはそのデータ入力端子がＥＮＯＲ回路の出力端子に接続され、そのクロック入力端子が回転方向判別手段の入力端子に接続され、そのＱバー出力端子が第２のＥＯＲ回路の入力端子とＥＮＯＲ回路の入力端子に接続されており、第２のフリップフロップはそのデータ入力端子が第１のＥＯＲ回路の出力端子に接続され、そのクロック入力端子がインバータ回路を介して回転方向判別手段の入力端子に接続され、そのＱバー出力端子が第２のＥＯＲ回路の入力端子と第１のＥＯＲ回路の入力端子に接続されており、第２のＥＯＲ回路の出力端子から方向判別信号が出力されるように構成したことを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。