JP2005134142A - 回転検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 様々なロータ径を有する回転磁性体に対して、磁気センサの感度ばらつき、装置自体の組み付けばらつきがあっても、その影響を受けることなく精度のよく回転検出が可能となる回転検出装置を得る。
【解決手段】一対の磁気センサ５を併設して備え、磁気センサ５の併設方向に直交するとともに、一対の磁気センサ５の中間位置を通るセンサ中心軸Ｄを有し、磁化方向をその中心軸の方向とするバイアス磁石８を備えたセンサ本体６を、外周に所定間隔で方形四角歯４を形成した回転磁性体３の回転中心から径方向に延びる延長線に対して、その直角方向に所定距離オフセットして配設し、一対のセンサ出力の差分を求め、パルス信号化して回転情報を得るに、一対のセンサ出力に個別に感度調節を加える。
【選択図】 図１

Description

本発明は点火時期制御システムなどの回転数検出に用いることができる回転検出装置に関する。

この種の回転検出装置には、図４等に示されるように、一対の磁気センサを併設して備え、これら一対の磁気センサの併設方向である第一方向に直交するとともに一対の磁気センサの中間位置を通るセンサ中心軸を有し、バイアス磁石を備えたセンサ本体を設けたものがある。

使用に際しては、そのセンサ中心軸の方向を、外周に所定間隔で歯型を形成した回転磁性体の回転中心から径方向に延びる延長線に対して平行に、且つ、前記延長線の直角方向に所定距離離間（オフセット）させて配設して使用される（特許文献１）。

ここで、バイアス磁石のバイアス方向は、前記センサ中心軸の方向とは異なる、前記回転磁性体の回転中心に向かう方向とされている。

センサ中心軸と前記延長線との間に所定距離のオフセットを設けることにより、各センサからの出力に出力時間領域における差（位相差）をつけることができる。
さらに、バイアス磁石の磁化方向が前記回転磁性体の中心を向く方向とすることで、両磁気センサからの出力強度を、実質、強度的に同一とすることができる。

さて、上記磁気センサからの出力の処理は、処理系統に、一対の磁気センサから出力されるセンサ出力の差分を求める差分導出手段と、差分導出手段により導出される差分より回転磁性体の回転情報を導出する回転情報導出手段とを設けて、これら手段により実行される。

この種の導出処理の具体例を挙げると、図２、５に示すように、一対の磁気センサ間で、それら出力が等しく、前記差分が０となる中央値ｃ１を挟んだ一対の閾値Ｒｕ，Ｒｄを設けておき、この中央値ｃ１より大きい第一閾値Ｒｕを前記差分が超える第一タイミングｔｕ（増加側での切片タイミング）と、中央値ｃ１より小さい第二閾値Ｒｄに対して前記差分が小さくなる第二タイミングｔｄ（減少側での切片タイミング）とに基づいて、回転磁性体に設けられる前記歯型に対応した出力パルスＰを得て、回転情報を導出する。

即ち、前記第一タイミングｔｕと第二タイミングｔｄとの間で、回転磁性体の歯が検出されることとなり、このようにして発生されるパルス数をカウントすることで、回転磁性体の回転数を知ることができる。

特開平１０−３１８７８４号公報（第１頁、第１図）

さて、上記図４に示す、特許文献１に記載の技術を採用する場合は、以下のような問題がある。
１ 磁気特性のよい異方性磁石は任意の角度に着磁できないため、オフセット量（センサ中心軸と延長線との離間量）、または回転磁性体であるロータの径毎に異なった着磁方向の磁石を使用する必要があるが、磁石の製造コストが高くなる。
２ 一種類の磁石で各種オフセット量またはロータ径に対応する場合、磁気特性の悪い等方性磁石に限られ、検出ギャップが狭くなる。
３ 一対の磁気センサとバイアス磁石をモジュール化した場合、その共通化（各種ロータに対応すること）が困難である。
４ 磁気センサがもつ感度のばらつき、回転検出装置自体の組付けばらつき等に対応するのが困難である。
５ 以上のような状況から、バイアス磁石の磁化方向が、センサ中心軸の方向を向く、図１に示すようなバイアス磁石（この図においてはバイアス磁石の磁化方向がセンサ中心軸の方向Ｄと一致しており、一般的な着磁方向である）を採用することが好ましいが、この場合、図５（イ）に示すように、磁気センサ出力間に強度的な差が生じる。

結果、従来型の信号処理形態を採用すると、図５（ロ）に示すように、差分出力の平坦域Ｆｕ，Ｆｄが、第１閾値Ｒｕ、第２閾値Ｒｄと近接する等の事象が発生しやすく、図５（ハ）で示すように、パルスの立ち上がり、立ち下がりのタイミングにずれ（ばらつき）が生じ、パルス検出の精度が悪くなる場合がある。

本発明は、上記従来の問題点を解決することにあり、様々なロータ径を有する回転磁性体に対して、モジュール化して適応でき、磁気センサの感度ばらつき、装置自体の組み付けばらつきがあっても、その影響を受けることなく精度のよい回転検出が可能となる回転検出装置を得ることを目的とする。

この目的を達成するために本発明の回転検出装置は、
一対の磁気センサを併設して備え、前記一対の磁気センサの併設方向である第一方向に直交するとともに前記一対の磁気センサの中間位置を通るセンサ中心軸を有し、磁化方向を前記センサ中心軸の方向とするバイアス磁石を備えたセンサ本体を設け、
前記センサ本体が、そのセンサ中心軸の方向を、外周に所定間隔で歯型を形成した回転磁性体の回転中心に配設、もしくは回転中心から径方向に延びる延長線に平行に、且つ、前記延長線の直角方向に所定距離ずらして配設して使用され、
前記回転磁性体の回転に伴って前記一対の磁気センサから出力されるセンサ出力の差分を求める差分導出手段と、導出される前記差分より前記回転磁性体の回転情報を導出する回転情報導出手段とを設けた回転検出装置を構成するに、
請求項１に記載されているように、
前記一対の磁気センサからの検出出力強度の何れか一方又はそれら両方を、個別に強度調節する調節手段を備え、前記差分導出手段が、前記調節手段により調節された調節済センサ出力の差分を出力して、前記回転情報導出手段に送る構成を採用することにある。

この構成の回転検出装置にあっては、各磁気センサからの出力が調節手段により調節され、調節済みの出力に基づいて、差分導出手段が差分を求め、回転情報導出手段により回転情報処理が実行される。
従って、調節手段において各磁気センサからの出力に対して、図２（イ）に示すように、出力位置を合わせた状態において、これらの出力強度に差が発生せず、位相差のみがある出力関係となるように、出力を調節することができることとなり、その状態で差分を求め、それ以降の処理を行うものとすると、前記図５に示したような問題が発生しないようにすることができる。
この調節にあっては、一方の磁気センサ出力が他方のそれに強度的に一致するように調節しても良いし、その両方を調節してもよい。

結果、バイアス磁石のバイアス方向がセンサ中心軸の方向を向く構成のセンサ本体を使用して、外周部位に歯形を形成した回転磁性体を利用して、任意の対象の回転を精度よく検出することができる。

ここで、請求項２に記載されているように、
前記差分導出手段に入力される入力情報が前記一対の磁気センサ間で等しく、前記差分がない中央値を挟んで一対の閾値が設定され、
前記回転情報導出手段が、前記一対の閾値に基づいて前記回転情報を導出する手段であり、
前記調節手段が、前記差分に変化が認められない差分平坦領域における差分出力値を、前記強度調節により前記中央値に近づける構成とすることが好ましい。

歯型が、図１に示すような方形四角形状から構成されている場合等では、差分信号に、歯の立ち上がり部、立ち下がり部に対応した極大部、極小部が現れるとともに、その中間域に差分に変化が認められない差分平坦域領域が現れる。
そして、この領域からの変化をパルス検出のタイミングとすることができる。このようにすると、この差分平坦領域を確実に中央値に合わせることが可能となり、パルス検出を良好に行える。

さらに、この場合、請求項３に記載されているように、従来実行されてきた手法に従って、前記中央値より大きい第一閾値を前記差分が超える第一タイミングと、前記中央値より小さい第二閾値に対して前記差分が小さくなる第二タイミングとに基づいて、前記歯型に対応した出力パルスを得て、前記回転情報導出手段が前記回転情報を導出することとできる。

さて、請求項４に記載されているように、前記調節手段に、回転検出の初期段階において、前記一対の磁気センサからの検出出力強度のいずれか一方又は両方を個別に強度調整し、前記一対の磁気センサからの検出強度出力を同等にする調節値を自動生成する調節値自動生成手段を備え、
前記初期段階の経過後に、前記調節値自動生成手段により自動生成された調節値を使用して、前記差分導出手段への入力が調節されることが好ましい。

本願の回転検出装置は、センサ本体の共通化に意味があるが、調節手段に於ける調節は、結果的に両出力の強度に差がでない（位相差のみを有する）ようにすることとなる。
この場合、実際に回転検出装置が、所定の回転検出対象に対して装備された状態で、その調節値を自動生成するようにしておくと、自動的に所望の調節が実行された後の磁気センサ出力から回転情報を得ることができる。
結果、回転検出装置の構成・装備状況に係わらず、精度が高く、さらに自由度に富む回転検出装置を得ることができる。

一方、回転装置においてセンサ本体の構成が特定され、さらに、その設備状態が特定される場合は、調節手段における調節値は、概略、特定される。
従って、請求項５に記載されているように、前記回転磁性体の種類、前記磁気センサの種類、前記バイアス磁石の種類、前記一対の磁気センサの離間距離、前記所定距離、又は前記回転磁性体と前記一対の磁気センサの中間位置との距離の一種以上に基づいて、前記調節手段による調節を働かせる調節値を記憶した記憶部を備え、
前記記憶部に記憶された前記調節値により、前記差分導出手段への入力が調節される構成を採用することも可能となる。

この場合、回転検出装置の構成、設備状況に応じて、記憶部に記憶された調節値を使用して、磁気センサ出力の調節を行うことで、様々な状況の回転検出に対して容易に且つフレキシビリティーよく対応できる。

以上のように本発明によれば、磁気センサの中点出力のずれを抑制することができ、またバイアス磁石と磁気センサが回転磁性体の中心から径方向へ延びる延長線と直交する線上の左右の所望の距離に設けても精度の高い回転検出が可能である。

以下、図１、２に基づいて本願の回転検出装置１について説明する。
本願の回転検出装置１は、回転数検出の対象となる回転体２と一体に取り付けられる回転磁性体３の回転を検出するものであり、具体的には、この回転磁性体３の外周に設けられた方形四角型の歯４により形成される、磁気センサ５回りの磁界の変化を検出するものである。

この回転検出装置１は、センサ本体６と、このセンサ本体６に備えられる一対の磁気センサ５から得られる、一対の出力を処理して、回転数に対応する情報とする処理装置７から構成されている。
図１に、使用状態にある回転検出装置１を回転磁性体３に対する配置構成とともに示し、さらに、同図に、処理装置７内の機能ブロック図を示した。

〔センサ本体の構造及び使用方法〕
センサ本体６は、一対の磁気センサ５とバイアス磁石８とをモジュール化したものであり、図１に示すように、一対の磁気センサ５を併設して備え、これら一対の磁気センサ５の併設方向である第一方向Ｎ１に直交するとともに、これら一対の磁気センサ５の中間位置ｃを通るセンサ中心軸Ｄを有している。さらに、前記バイアス磁石８の磁化方向は、前記中心軸Ｄの方向とされている。
この磁気センサ５は、センサ部位の磁気強度を検出するためのものであり、通常のホール素子である。

その使用に際して、センサ本体６のセンサ中心軸Ｄが、前記回転磁性体３に対して、図１に示すように、その回転中心Ｃｒから径方向に延びる延長線（図１の左右方向の線）に対して、直角方向（Ｎ１方向と一致する）に所定距離Ｌ１オフセット（ずらして）配設されて使用される場合があるが、本願装置にあっては、オフセット量Ｌ１、ロータ径等によって、バイアス磁石８等として特別なものとする必要はない。

〔処理装置〕
この処理装置７を、図１に示す機能ブロック図部位、及び、図２に示す信号形態を利用して説明する。
図２において、横軸は時間であり、縦軸は、（イ）が磁気センサ５の出力を示し、（ロ）が実線で差分を示し、（ハ）が生成される出力パルスＰを示している。（イ）において、実線が磁気センサ５ａの出力を、破線が磁気センサ５ｂの出力を示している。

処理装置７は、図１に示すように、調節手段７１、差分導出手段７２、回転情報導出手段７３を備えて構成されている。さらに、本実施の形態では、調節値自動生成手段７４を備えて構成されている。処理装置７は、集積回路で構成されて、センサ本体６に内蔵されてもよい。

１ 差分導出手段
この差分導出手段７２は、基本的には、一対入力されてくる入力情報の差分を導出するものであり、具体的には、本実施の形態の場合、回転磁性体３の回転に伴って一対の磁気センサ５から出力されるセンサ出力に関して、後述する調節手段７２により調節済みの出力の差分を求めるものである。

図２（ロ）に示す実線が、経時的な差分の変化を示す。この出力において、差分に変化が認められない領域を差分平坦領域Ｆと呼ぶ。
この差分平坦領域Ｆは、一対の磁気センサ５に関して、出力が概略同一となる時間域で出現する。

２ 回転情報導出手段
この手段７３は、差分導出手段７２により導出される差分より回転磁性体３の回転情報を導出するものであり、具体的には、図２（ハ）に示す出力パルスＰを導出するものである。
さらに、具体的に説明すると、差分導出手段７２に入力される入力情報が一対の磁気センサ出力間で等しく、差分が０となる中央値ｃ１を挟んで一対の閾値Ｒｕ、Ｒｄが設定され、これら一対の閾値Ｒｕ、Ｒｄに基づいて前記出力パルスＰが生成されるようになっている。

即ち、図２（ロ）（ハ）に示すように、前記中央値ｃ１より大きい第一閾値Ｒｕを差分が超える第一タイミングｔｕと、中央値ｃ１より小さい第二閾値Ｒｄに対して差分が小さくなる第二タイミングｔｄとが閾値判断で求められるように構成されており、前記第一タイミングｔｕをパルス立ち上がりタイミングとして、前記第二タイミングｔｄをパルス立下りタイミングとして、出力パルスＰが形成される。

結果、回転磁性体３に設けられた歯４に対応した出力パルスＰを得ることができる。

３ 調節手段
この調節手段７１は本願独特のものであり、基本的には、一対の磁気センサ５の出力強度を個別に、増幅もしくは減衰させて、前記差分導出手段７２に送る。
ここで、増減の手法は、両磁気センサ５の出力が位相差及び出力位置差を有しながら基本的に等しくなるように、調節する。
このような調節を、調節手段７１が施すことにより、差分は中央値ｃ１に近づき、前記第一タイミングｔｕ、第二タイミングｔｄの取り出しに際して、差分平坦領域Ｆが前記第一閾値Ｒｕ、第二閾値Ｒｄに被って、出力パルスＰの立ち上がり、立ち下がりタンミングがばらつくことはない。

調節値自動生成手段７４は、前記調節手段により使用される調節値（具体的には、それぞれの磁気センサから出力調節に使用するゲイン）を、回転検出の初期段階に自動的に求める。
即ち、回転検出装置が回転を検出開始する初期段階において、少なくとも数歯分の差分を、磁気センサ５からの出力をそのまま処理して得る。
この場合に、前記一対の磁気センサからの検出出力強度のいずれか一方、または、それら両方を個別に強度調整し、前記一対の磁気センサからの検出出力強度が同等になるように、前記調節値が決定される。

当然に、この調節値は、平均化されたものとなる。

そして、このようにして調節値が求められると、回転検出装置１は、この初期過程の経過後に、自動生成された調節値を使用して、前記差分導出手段７２への入力が調節される。
結果、バイアス磁石８の方向がセンサ中心軸Ｄ方向に設定され、回転磁性体３の径等が異なるものにあっても、処理装置７側での信号処理により、共通化された構造で、多種の用途に対応できる。

〔別実施の形態〕
上記の実施の形態にあっては、調節値自動生成手段７４を備えることにより、回転検出の初期段階で、調節値を自動生成して対応することとしたが、予め、回転検出装置１の搭載状況に応じた調節値を記憶した記憶部７５を設けておき、この記憶部７５から搭載状況に応じた調節値を呼び出して使用できる構成を採用してもよい。

この例を図３に示した。同図においては、前記調節値自動生成手段７４も備えるものの例を示した。
この例にあっては、上記の実施の形態において調節値自動生成手段７４により自動生成された調節値が、記憶部７５から搭載条件に応じて呼び出され、調節手段７１により使用されるようにも構成されている点にある。

この目的から、図３に示す例にあっては、前記記憶部７５に、回転磁性体３の種類、磁気センサ５の種類、バイアス磁石８の種類、一対の磁気センサ５の離間距離、前記オフセット量である所定距離Ｌ１、又は回転磁性体３と一対の磁気センサ５の中間位置との距離との一種以上に基づいて、調節手段７１による調節を働かせる調節値が記憶されている。
そして、上記各種条件を別途指定することで、調節手段７１が、記憶部７５に記憶された特定の条件に適合する調節値を選択し、この調節値を使用する。結果、先の実施の形態と同様に、様々な搭載状況に対応しながら精度のより検出を実行することができる。

調節値自動生成手段７４からの調節値と、記憶部７５からの調節値に関しては、いずれを優先使用する形態を採用してもよく、両手段からの調節値にもとづいて決定される調節値を、実際に使用する調節値としてもよい。

さらに、これまでの実施の形態にあっては、調節値を装置内で自動生成、特定等して働かせる例を示したが、使用開始時に、入力処理により、調節手段に記憶させ、使用する形態を採用してもよい。この場合、調節手段は、所謂、増幅もしくは減衰処理を実行することとなる。

さて、上記の実施形態にあっては、調節手段による出力調節処理は、原則として、個別に磁気センサ出力に対して行なうものとしたが、一方の磁気センサ出力に対して、その増減処理を施し、結果的に、両出力間に差が出ない（位相差のみが存在）ものとできれば、本願の目的を達成することができ、一方のみへの処理であってもよい。

点火時期制御システム等の回転検出において、精度の高い回転検出装置が得られる。

本願の回転検出装置の使用状態を示す図 本願の回転検出装置の信号処理形態を示す図 本願の別実施形態を示す図 従来の回転検出装置の使用状態を示す図 本願で問題となる信号処理形態を示す図

符号の説明

１ 回転検出装置
２ 回転体
３ 回転磁性体
４ 四角形歯
５ 磁気センサ
６ センサ本体
７ 処理装置
８ バイアス磁石
７１ 調節手段
７２ 差分導出手段
７３ 回転情報導出手段
７４ 調節値自動生成手段
７５ 記憶部
ｃ 中間位置
ｃ１ 中央値
Ｃｒ 回転中心
Ｄ センサ中心軸
Ｆ 差分平坦領域
Ｎ１ 第一方向
Ｎ２ 直角方向
Ｌ１ オフセット量（所定距離）
Ｐ 出力パルス
Ｒｄ 第二閾値
Ｒｕ 第一閾値
ｔｄ 第二タイミング
ｔｕ 第一タイミング

Claims (5)

1. 一対の磁気センサを併設して備え、前記一対の磁気センサの併設方向である第一方向に直交するとともに前記一対の磁気センサの中間位置を通るセンサ中心軸を有し、磁化方向を前記センサ中心軸の方向とするバイアス磁石を備えたセンサ本体を設け、
   前記センサ本体が、そのセンサ中心軸の方向を、外周に所定間隔で歯型を形成した回転磁性体の回転中心に配設、もしくは回転中心から径方向に延びる延長線に平行に、且つ、前記延長線の直角方向に所定距離ずらして配設して使用され、
   前記回転磁性体の回転に伴って前記一対の磁気センサから出力されるセンサ出力の差分を求める差分導出手段と、導出される前記差分より前記回転磁性体の回転情報を導出する回転情報導出手段とを設けた回転検出装置であって、
   前記一対の磁気センサからの検出出力強度の何れか一方又はそれら両方を、個別に強度調節する調節手段を備え、前記差分導出手段が、前記調節手段により調節された調節済センサ出力の差分を出力して、前記回転情報導出手段に送る回転検出装置。
2. 前記差分導出手段に入力される入力情報が前記一対の磁気センサ間で等しく、前記差分がない中央値を挟んで一対の閾値が設定され、
   前記回転情報導出手段が、前記一対の閾値に基づいて前記回転情報を導出する手段であり、
   前記調節手段が、前記差分に変化が認められない差分平坦領域における差分出力値を、前記強度調節により前記中央値に近づける請求項１記載の回転検出装置。
3. 前記中央値より大きい第一閾値を前記差分が超える第一タイミングと、前記中央値より小さい第二閾値に対して前記差分が小さくなる第二タイミングとに基づいて、前記歯型に対応した出力パルスを得て、前記回転情報導出手段が前記回転情報を導出する請求項２記載の回転検出装置。
4. 前記調節手段に、回転検出の初期段階において、前記一対の磁気センサからの検出出力強度を同等にする調節値を自動生成する調節値自動生成手段を備え、
   前記初期段階の経過後に、前記調節値自動生成手段により自動生成された調節値を使用して、前記差分導出手段への入力が調節される請求項１、２又は３記載の回転検出装置。
5. 前記回転磁性体の種類、前記磁気センサの種類、前記バイアス磁石の種類、前記一対の磁気センサの離間距離、前記所定距離、又は前記回転磁性体と前記一対の磁気センサの中間位置との距離の一種以上に基づいて、前記調節手段による調節を働かせる調節値を記憶した記憶部を備え、
   前記記憶部に記憶された前記調節値により、前記差分導出手段への入力が調節される請求項１〜４のいずれか１項記載の回転検出装置。

Images