JPH0445089B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体磁気抵抗素子を用いた回転検
出装置に関し、例えば電気角で90゜の位相差を持
つた主信号を副信号を同時に出力しうるようにし
た回転検出装置に関する。

〔従来技術〕

従来、この種の二相式回転検出装置は、磁性材
料からなる歯車と、永久磁石に設けられ、歯車の
回転方向に対して後述する(1)式の関係をもつて所
定寸法離間させて歯形と対向配設された２個一対
の磁気抵抗素子からなる第１、第２の検出手段
と、該各検出手段から出力される検出信号のスレ
ツシユホールドレベルを設定する第１、第２のス
レツシユホールドレベル設定手段とを備え、前記
第１、第２の検出手段間の離間寸法は後述する(2)
式の関係に設定され、かつ前記第１、第２の検出
手段は一対の磁気抵抗素子が直列接続されて中間
位置が出力端子をなすと共に、電圧を印加する端
子間に並列に接続する構成となつている。そし
て、歯車が回転するとき、歯先と対向する磁気抵
抗素子の抵抗値が大となり、歯底ないし歯溝と対
向する磁気抵抗素子の抵抗値が小となることを利
用し、各検出手段の磁気抵抗素子を直列接続して
電圧を印加し、該各検出手段から正弦波に近い出
力電圧を導出する。そして、この出力電圧を波形
整形してパルス状の主信号と副信号とするため、
各スレツシユホールドレベル設定手段によつてス
レツシユホールドレベルを基準電圧として設定
し、第１、第２の検出手段からの出力電圧と当該
基準電圧とをそれぞれ各比較手段に入力するよう
に構成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、従来技術によるものは、各スレツシ
ユホールドレベル設定手段によるスレツシユホー
ルドレベルを、常温下での各検出手段の直流電圧
レベルを基準として設定しているのが殆んどであ
る。ここで、前記直流電圧レベルとは、各検出手
段から出力される出力電圧の電圧振幅の中心とな
る電圧、即ち全振幅電圧の中間電圧をいう。

然るに、磁気抵抗素子はその特性として、低温
時の振幅特性に比較して高温時に振幅特性が小さ
くなる。また、歯車に対する磁気抵抗素子の取付
角度等の関係から磁束との交叉量が磁気抵抗素子
毎に異なり、歯車の回転方向に対して前側に位置
する第１の検出手段ではその直流電圧レベルは入
力電圧の平均電圧より高くなる傾向にあり、歯車
の回転方向に対して後側に位置する第２の検出手
段では逆にその直流電圧レベルは平均電圧より低
くなる傾向にある。

この結果、スレツシユホールドレベルを常温下
での各検出手段の直流電圧レベルとして設定した
のでは、外気温度の変化によつて比較手段から出
力されるパルス信号のパルス幅が変化してしま
い、パルスデユーテイが変動することとなつて、
高精度な回転検出ができないという問題点があつ
た。

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みな
されたもので、磁気抵抗素子の温度特性を補正
し、低温時から高温時まで広範囲にわたつて高精
度な回転検出を可能とした回転検出装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明による回
転検出装置は、磁性材料からなる歯車と、永久磁
石に設けられ、歯車の回転方向に対し当該歯車の
歯形のピツチＰの1/2の距離に離間して歯形と対
向配設された２個一対の磁気抵抗素子からなる第
１、第２の検出手段と、該各検出手段から出力さ
れる検出信号のスレツシユホールドレベルを設定
する第１、第２のスレツシユホールドレベル設定
手段とを備え、前記第１、第２の検出手段間の離
間寸法Ｗは、歯車の回転方向に対して歯形のピツ
チＰに対して、 Ｗ＝2n−１／４×Ｐ ただし、ｎは整数 に設定され、かつ前記第１、第２の検出手段は一
対の磁気抵抗素子が直列接続されて中間位置が出
力端子をなすと共に、電圧を印加する端子間に並
列に接続するようになつている。

そして、本発明が採用する構成の特徴は、前記
第１のスレツシユホールドレベル設定手段による
常温時のスレツシユホールドレベルを、前記第１
の検出手段による検出信号の直流電圧レベルより
低く設定し、第２のスレツシユホールドレベル設
定手段による常温時のスレツシユホールドレベル
を、前記第２の検出手段による検出信号の直流電
圧レベルよりも高く設定したことにある。

〔作用〕

このように構成することにより、歯車が回転す
るとき、第１、第２の検出手段からは印加電圧の
１／２をほぼ中心とした正弦波に近い出力電圧をも
つた検出信号を出力する。この際、第１、第２の
検出手段を構成する磁気抵抗素子は、その特性と
して、低温時の振幅特性に比較して高温時の振幅
特性が小さくなり、一方歯車の回転方向に対して
前側に位置する第１の検出手段ではその直流電圧
レベルは入力電圧の平均電圧より高くなる傾向に
あり、歯車の回転方向に対して後側に位置する第
２の検出手段では逆にその直流電圧レベルは平均
電圧より低くなる傾向にある。

然るに、第１のスレツシユホールドレベル設定
手段による常温時のスレツシユホールドレベル
を、第１の検出手段による検出信号の直流電圧レ
ベルより低く設定し、第２のスレツシユホールド
レベル設定手段による常温時のスレツシユホール
ドレベルを、第２の検出手段による検出信号の直
流電圧レベルよりも高く設定したから、第１、第
２の検出手段から高温時に出力される検出信号と
低温時に出力される検出信号との間で、パルス波
に変換した後のパルス幅の変動を小さくすること
ができ、温度変化の影響をなくすことが可能とな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第１０図
に基づいて詳細に述べる。

第１図ないし第８図は本発明の第１の実施例を
示し、第１図、第２図において、１はインボリユ
ート歯車からなる歯車で、該歯車１は歯数Ｚの歯
形１Ａ，１Ａ，…を有している。２は本実施例に
よる回転センサで、該回転センサ２は磁気バイア
スを与える永久磁石３と、該永久磁石３のＮ極側
着磁面に所定の寸法W₁をもつて歯形１Ａと対向
配設された第１、第２の検出部４，５とから構成
されている。ここで、各検出部４，５はそれぞれ
２個の磁気抵抗素子４Ａと４Ｂ，５Ａと５Ｂから
構成され、磁気抵抗素子４Ａと４Ｂの間、５Ａと
５Ｂの間は後述の所定の寸法ｌだけ離間し、かつ
これは歯車１の回転方向Ｒに対し４Ａ→４Ｂ→５
Ａ→５Ｂの順序で取付けられている。

そして、歯車１のピツチ円でのピツチ（歯先円
でのピツチでもよい）をＰとすると、各検出部
４，５からの出力電圧が最大出力となるために
は、磁気抵抗素子４Ａと４Ｂ間、５Ａと５Ｂ間の
離間寸法ｌは、下記(1)式に設定される。

ｌ＝Ｐ／２ ……(1) また、各検出部４，５からの出力電圧がπ／２
の位相差をもつようにするには、該各検出部４，
５間の離間寸法Ｗを、１／４×Ｐ、３／４×Ｐ、
５／４×Ｐ、…のように設定すればよいもので、
一般式としては、下記(2)式によつて設定される。

Ｗ＝2n−１／４×Ｐ ……(2) ただし、ｎは整数 そして、第１図に示す本実施例では、(2)式にお
いてｎ＝２の場合で、各検出部４，５間の離間寸
法W₁は W₁＝３／４×Ｐ ……(2)′ に設定されている。

次に、各検出部４，５は第２図、第３図に示す
如く、各磁気抵抗素子４Ａと４Ｂ、５Ａと５Ｂが
直列接続されると共に、当該直列接続が電源端子
６、アース端子７間に並列に接続されて、電源端
子６から入力電圧Vinが印加されている。この結
果、磁気抵抗素子４Ａと４Ｂ間、５Ａと５Ｂ間の
出力端子８，９から出力電圧Vout４，Vout５が
第４図に示すように90゜の位相差をもつて出力さ
れるようになつている。

然るに、各磁気抵抗素子４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５
Ｂは温度が上昇すれば素子感度が低下するという
特質から、出力電圧Vout４，Vout５ピークとピ
ーク間の全振幅電圧V₀（第４図参照）は、第５図
に示す如く高温になるほど全振幅が小さくなるよ
うな温度特性を有している。

一方、第１図に示すような歯車１を回転センサ
２との関係においては、中央の磁気抵抗素子４
Ａ，５Ａは歯形１Ａとほぼ直角に対面するから、
磁束の交叉量が多くなるが、図中上、下の磁気抵
抗素子４Ａ，５Ｂは歯形１Ａと斜めに対向するか
ら、磁束の交叉量が少ない。この結果、出力電圧
Vout４，Vout５の直流電圧レベル（出力電圧の
電圧振幅の中心となる電圧）Vout４_DC，Vout５_D
Ｃは第６図に示すような温度特性を示す。即ち、
第１の検出部４の直流電圧レベルVout４_DCは、
電源端子６に印加される入力電圧Vinの平均電圧
Vin／２よりも若干高く、高温ぼど電圧が低下する 特性を有し、第２の検出部５の直流電圧レベル
Vout５_DCは、逆に入力電圧Vinの平均電圧Vin／２よ りも若干低く、高温ほど電圧が高くなる特性を有
する。

従つて、常温（または室温）における直流電圧
レベルVout４_DC，Vout５_DCを基準としてスレツ
シユホールドレベルを設定し、出力電圧Vout４，
Vout５と比較すると、高温側または低温側では
大きなずれが生じ、適切な信号処理を行なうこと
ができない。

そこで、本実施例では第７図に示す信号処理回
路が用いられる。

即ち、第７図において、１０、１１は第１、第
２のスレツシユホールドレベル設定回路で、該各
スレツシユホールドレベル設定回路１０，１１は
抵抗R₁とR₂、R₃とR₄からなる直列接続を電源端
子６、アース端子７間にそれぞれ挿入することに
よつて構成され、第１のスレツシユホールドレベ
ル設定回路１０では抵抗R₁、R₂間の出力端子１
２から後述する所定の設定電圧V_T10を出力し、第
２のスレツシユホールドレベル設定回路１１では
抵抗R₃、R₄間の出力端子１３から後述する所定
の設定電圧V_T11を出力する。

ここで、第１のスレツシユホールドレベル設定
回路１０側では、常温時の設定電圧V_T10は検出部
４の直流電圧レベルVout４_DCに対し、 V_T10＜Vout４_DC ……(3) の関係におかれる。即ち、常温時は両者を第８図
ａに示す関係におく。

一方、第２のスレツシユホールドレベル設金回
路１１側では、常温時の設定電圧V_T11は検出部５
の直流電圧レベルVout５_DCに対し、 V_T11＞Vout５_DC ……(4) の関係におかれる。即ち、常温時は両者を第８図
ｂの関係におく。

さらに、１４、１５は例えばオペアンプからな
る第１、第２の比較回路で、第１の比較回路１４
は非反転入力端子側が出力端子８と、反転入力端
子側が出力端子１２とそれぞれ接続され、出力電
圧Vout４のレベルが設定電圧V_T10より高いとき、
出力側から主信号をパルスとして出力する。一
方、第２の比較回路１５も非反転入力端子側が出
力端子９と、反転入力端子側が出力端子１３とそ
れぞれ接続され、出力電圧Vout５のレベルが設
定電圧V_T11より高いとき、出力側から副信号をパ
ルスとして出力する。

本実施例はこのように構成されるが、次にこの
作動について述べる。

第５図、第６図の特性から明らかなように、検
出部４側では、低温時なし常温時には第８図ａに
示す出力電圧Vout４_Lとなるのに対し、高温時に
は出力電圧Vout４_Hとなつて低くなる。同様に、
検出部５側では、低温時ないし常温時には第８図
ｂに示す出力電圧Vout５_Lとなるのに対し、高温
時には出力電圧Vout５_Hとなつて高くなる。

然るに、第１の検出部４とスレツシユホールド
レベル設定回路１０との間では、常温時において
(3)式の関係にあるから、第８図ａに示す如く、設
定電圧V_T10を基準として比較回路１４から出力さ
れる出力電圧Vout４_L、Vout４_Hによるパルス幅
はそれぞれt₁，t₂となり、従来技術のように常温
時の直流電圧レベルVout４_DCを基準として出力
される出力電圧Vout４_L、Vout４_Hのパルス幅t₁′，
t₂′と比較し、パルス幅の変動を著るしく小さく
することができる。

また、第２の検出部５とスレツシユホールドレ
ベル設定回路１１との間では、常温時において(4)
式の関係にあるから、第８図ｂに示す如く、設定
電圧V_T11を基準として比較回路１５から出力され
る出力電圧Voutt５_L、Vout５_Hによるパルス幅は
t₃，t₄となり、従来技術のように常温時の直流電
圧レベルVout５_DCによるパルス幅t₃′，t₄′に比較
して、パルス幅の変動を著るしく小さくすること
ができる。

かくして、本実施例では外気温度の変化に影響
されることなく、常に一定のパルス幅をもつた回
転検出信号を出力しうるから、広い温度範囲にわ
たつて高精度な回転検出を行なうことができる。

次に、第９図、第１０図は本発明の第２の実施
例を示し、回転センサに関して第１の実施例と同
一構成要素にはダツシユ（′）を付し、その説明
を省略する。

然るに、本実施例の特徴は歯車１の回転方向Ｒ
に対し、検出部４′，５′の磁気抵抗素子を４
A′→５A′→４B′→５B′の順序で配設し、磁気抵
抗素子４A′と４B′、５A′と５B′の間の離間寸法
ｌを(1)式と同様にＰ／２に設定すると共に、検出
部４′，５′間の離間寸法W₂を、 W₂＝１／４×Ｐ ……(2)″ に設定したことにある。なお、この(2)″式は前述
した(2)式において、ｎ＝１の場合である。

本実施例はこのように構成されるが、回転セン
サ２′の形状を小型化しうる点を除いて第１の実
施例と変わるところがないので、その動作につい
ては説明を省略する。

なお、本発明の各実施例では歯車１として平歯
車を例示したが、これに限ることなくラツク、内
歯車等でもよい。また、検出部４，５（４′，
５′）は90゜の位相差をもつた検出信号を出力する
ものとして述べたが、適宜の位相差（例えば、
45゜、10゜）を出力するような配置としてもよい。
また、磁気抵抗素子４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂの配
置は(2)式の関係に限らず、適宜の離間寸法としう
る。さらに、スレツシユホールドレベル設定回路
１０，１１は検出部４，５と別電源としてもよ
い。

〔発明の効果〕

本発明は以上詳細に述べた如くであつて、外気
温度の変化に影響されることなく、一定のパルス
幅をもつた回転検出信号を出力しうるから、パル
スデユーテイの変動をなくし、広い温度範囲にわ
たつて高精度な回転検出を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明の第１の実施例に
係り、第１図は回転センサの構成図、第２図は第
１図においてＮ極側着磁面からみた磁気抵抗素子
の配置図、第３図は磁気抵抗素子の結線図、第４
図は各検出部からの出力電圧の特性線図、第５図
は各検出部からの出力電圧温度−全振幅電圧レベ
ル特性線図、第６図は各検出部からの出力電圧の
温度−直流電圧レベル特性線図、第７図は信号処
理回路の構成図、第８図は本実施例による出力電
圧とスレツシユホールドレベルとの関係を示す線
図にて、第８図ａは第１の検出部からの出力電圧
と第１のスレツシユホールドレベル設定回路の設
定電圧の関係を示す特性線図、第８図ｂは第２の
検出部からの出力電圧と第２のスレツシユホール
ドレベル設定回路の設定電圧の関係を示す特性線
図、第９図および第１０図は本発明の第２の実施
例に係り、第９図は回転センサの構成図、第１０
図は９図においてＮ極側着磁面からみた磁気抵抗
素子の配置図である。 １……歯車、１Ａ……歯形、２，２′……回転
センサ、３，３′……永久磁石、４，５，４′，
５′……検出部、４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂ，４
A′，４B′，５A′，５B′……磁気抵抗素子、１０，
１１……スレツシユホールドレベル設定回路、
Vout４，Vout５……出力電圧（検出信号）、
Vout４_DC，Vout５_DC……直流電圧レベル、V_T10，
V_T11……設定電圧（スレツシユホールドレベル）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁性材料からなる歯車と、永久磁石に設けら
   れ、歯車の回転方向に対し当該歯車の歯形のピツ
   チＰの1/2の距離に離間して歯形と対向配設され
   た２個一対の磁気抵抗素子からなる第１、第２の
   検出手段と、該各検出手段から出力される検出信
   号のスレツシユホールドレベルを設定する第１、
   第２のスレツシユホールドレベル設定手段とを備
   え、前記第１、第２の検出手段間の離間寸法Ｗ
   は、歯車の回転方向に対して歯形のピツチＰに対
   して、 Ｗ＝2n−１／４×Ｐ ただし、ｎは整数 に設定され、かつ前記第１、第２の検出手段は一
   対の磁気抵抗素子が直列接続されて中間位置が出
   力端子をなすと共に、電圧を印加する端子間に並
   列に接続してなる回転検出装置において、前記第
   １のスレツシユホールドレベル設定手段による常
   温時のスレツシユホールドレベルを、前記第１の
   検出手段による検出信号の直流電圧レベルより低
   く設定し、第２のスレツシユホールドレベル設定
   手段による常温時のスレツシユホールドレベル
   を、前記第２の検出手段による検出信号の直流電
   圧レベルよりも高く設定したことを特徴とする回
   転検出装置。