JP2006064523A - 磁気式運動センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性の高い磁気式運動センサを提供する。
【解決手段】 磁場の変化が生じたことを検出するためにその変化が移り変わる方向に沿って並べられた２つの磁気センサａ，ｃと、いずれかの磁気センサａ（またはｃ）の出力信号がしきい値を跨いだときに当該磁気センサを磁場の変化が通過したタイミングを示すパルスを発生させ、両方の磁気センサａ，ｃの出力信号がともにしきい値を越えている状態になったときに磁気センサ間を磁場の変化が通過したタイミングを示すパルスを発生させるタイミング検出手段とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロータと組み合わせて回転センサに使用される磁気式運動センサに係り、信頼性の高い磁気式運動センサに関する。

回転体の回転を非接触で検出する回転センサとして、回転体と共に回転する磁性体による磁場の変化を磁気センサで検出して回転に伴うパルス信号を出力する方式の回転センサがある。

図１９、図２０に示した回転センサは、いずれも自動車のブレーキ制御システムであるＡＢＳにおいて、タイヤの回転を検出するために設けられた回転センサである。

図１９の回転センサでは、磁性体からなる歯車（ロータ）２０１がタイヤの回転軸に取り付けられ、このロータ２０１の径方向外方にホール素子２０２を有するホールＩＣ２０３が設置されている。ホールＩＣ２０３は片面のホール素子２０２をロータ２０１の歯（ロータ歯）２０４と対向するように配置され、そのホールＩＣ２０３の反対面に磁石（以下、背面磁石と言う）２０５が設置されている。背面磁石２０５からロータ２０１に向かう磁束は、ホールＩＣ２０３がロータ歯２０４に直面しているときには集中してホール素子２０２を通過し、ホールＩＣ２０３がロータ歯間の谷に面しているときには分散してしまうので、ホール素子２０２は磁場の強弱変化を検出することができる。ホールＩＣ２０３は、この磁場の変化（ホール素子の出力信号）をホールＩＣ内部の回路において二値信号であるパルスに変換して出力する。このパルスの幅や周期からロータ歯の通過速度を検出すれば、回転軸の回転角速度あるいは回転数を求めることができる。

図２０の回転センサでは、周囲に複数の磁石２１１を極性が交互となるように配置した回転円盤（ロータ）２１２がタイヤの回転軸に取り付けられ、このロータ２１２に臨ませてホール素子２１３を有するホールＩＣ２１４が設置されている。ホールＩＣ２１４は片面のホール素子２１３をロータ２１２の磁石（これは便宜的にロータ歯と言う）２１１と対向するように配置されている。ホールＩＣ２１４がロータ歯に直面しているときにはロータ歯からの磁束がホール素子を通過し、ホールＩＣ２１４がロータ歯間に面しているときにはロータ歯２１１からの磁束がホール素子２１３を通過しないので、図１９の回転センサと同様に、ホール素子から磁場変化信号を得て、ホールＩＣからパルスの出力を取り出すことができる。

また、特許文献１に開示された技術によれば、ロータに臨むホール素子を３個並べて配置し、それぞれのホール素子から位相がずれた磁場変化波形を検出し、各々の磁場変化波形から得られた二値信号を合成することで、低速回転時においても時間の短いパルスが得られる。

ところで、図１９の回転センサを製造する場合、ホールＩＣはホール素子と背面磁石と回路とを一体化したパーツとして提供され、ロータはハブと通称される軸受けに組み付けて提供され、ハブの組み立てラインにおいて初めてホールＩＣとロータとの組み合わせができあがる。図２０の回転センサの場合も、ホールＩＣとロータは別々のパーツとして提供され、ハブの組み立てラインにおいて初めて組み合わせができあがる。さらに、ハブは自動車の組み立てラインにおいてタイヤの回転軸に組み付けられる。

本明細書では、これらの回転センサのうちホールＩＣのパーツを、磁場の変化が空間的に移動して生じたことを検出する磁気式運動センサとして取り扱う。

特開平７−２０９３１１号公報

背景技術の回転センサには下記のような問題がある。

（１）ロータ歯は、その加工精度に依存して寸法（高さ、円周方向の幅、厚さ、ピッチ）のばらつきがある。このため、ロータが一定速度で回転していても、ホールＩＣからパルスの出力はパルス幅やパルス周期にばらつきが発生する。このため個々のロータ歯の通過速度を高精度に検出することができない。

（２）ロータが所望の方向（これを正方向とする）に回転するときも、反対方向に回転するときも、ホールＩＣは同じようなパルスを出力する。このため、回転方向を検出することができない。

（３）ホールＩＣは磁界の強さを検出する。磁界の強さは、ロータ歯とホールＩＣとの間のギャップの大きさに依存する。ギャップの大きさによってはロータ歯による磁場の変化を検知できないことがある。しかし、ホールＩＣを設置したときに、ギャップの大きさが適切かどうか知る手段がない。

（４）図１９の方式では、磁石の設置位置や特性の違いにより、ホールＩＣが検出する磁界の強さに違いが生じる。しかし、磁石を設置したときに、磁界の強さの違いを知る手段がない。

（５）ホールＩＣから出力されるパルスのパルス幅は、ホールＩＣが検出した磁界の強さに対してしきい値を適用して二値化が行われるため、ロータ歯とホールＩＣとの間のギャップの大きさに依存する。つまり、ロータの回転速度が同じでも、ホールＩＣの設置位置によって、パルス幅が狭かったり広かったりする。このことはホールＩＣからの出力を受け取る後段の装置における回転速度及び加速度に係る処理を困難にする。

（６）自動車に限らず回転検出が適用される対象物においては、電磁的な要因（点火、モータ駆動など）によるノイズあるいは機械的な要因（ギャップのぶれ）によるノイズが生じることがあり、これらのノイズが回転検出や上位機器との通信に悪影響する。

（７）ホール素子の出力信号を単に二値化すると、ロータ歯の凹凸形状に類似したパルス列が得られる。しかし、比較的低速回転の場合はパルス幅やパルス間隔が長くなるため、後段の装置において回転を検出するための待ち時間が長くなる。さらに、著しく低速回転もしくは停止の場合にはパルスが得られず、後段の装置においてホール素子の活性・不活性さえ判別できない。

また、前述のようにホールＩＣのパーツ（磁気式運動センサ）はロータとは別々のパーツとして提供されるため、組み立てられた回転センサにおいて上に列記したような問題やそれに伴う不具合が生じてもその原因がどこにあるかわかりにくく、回転センサの信頼性が保証できない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、信頼性の高い磁気式運動センサを提供することにある。

上記目的を達成するために第一の発明は、磁場の変化が生じたことを検出するためにその変化が移り変わる方向に沿って並べられた２つの磁気センサと、これら２つの磁気センサの出力信号の差分信号をとる差分手段と、いずれかの磁気センサの出力信号がしきい値を跨いだときに当該磁気センサを磁場の変化が通過したタイミングを示すパルスを発生させ、差分信号がしきい値を跨いだときに磁気センサ間を磁場の変化が通過したタイミングを示すパルスを発生させるタイミング検出手段とを備えたものである。

第二の発明は、磁場の変化が生じたことを検出するためにその変化が移り変わる方向に沿って並べられた３つの磁気センサと、前記３つの磁気センサの中の２つの磁気センサの出力信号の差分信号をとる差分手段と、差分手段に使用していない磁気センサの出力信号がしきい値を跨いだときに当該磁気センサを磁場の変化が通過したタイミングを示すパルスを発生させ、差分信号がしきい値を跨いだときに磁気センサ間を磁場の変化が通過したタイミングを示すパルスを発生させるタイミング検出手段とを備えたものである。

第三の発明は、磁場の変化が生じたことを検出するためにその変化が移り変わる方向に沿って並べられた３つの磁気センサと、これら磁気センサのうち２つを組み合わせた２組のペアについて、それぞれの組内の２つの磁気センサの出力信号の差分信号をとる差分手段と、それぞれの差分信号がしきい値を跨いだときに当該組の磁気センサ間を磁場の変化が通過したタイミングを示すパルスをそれぞれ発生させるタイミング検出手段とを備えたものである。

上記タイミング検出手段は、対象となる信号に適用する値の異なるしきい値を２つ有し、対象となる信号が一方のしきい値を跨いだ後に他方のしきい値を跨いだとき、上記パルスを発生させてもよい。

上記タイミング検出手段は、対象となる２つの信号から得られる上記パルスのうち最初に得られるパルスの波高値と次に得られるパルスの波高値とを異ならせてもよい。

上記タイミング検出手段は、対象となる２つの信号のうちどちらか先に上記パルスが得られたかにより、磁場の変化の通過方向を検出してもよい。

上記タイミング検出手段は、上記パルスが一定時間得られないことにより、磁場の変化がないか若しくは極めて少ないかを検出してもよい。

上記２つのパルスを同じ信号ラインから外部に出力する通信手段を備えてもよい。

上記通信手段は、当該磁気式運動センサのステータスを知らせるステータス信号を同じ信号ラインから外部に出力してもよい。

上記通信手段は、上記２つのパルス間の時間間隔と上記磁気センサの配置間隔とから磁場の変化の通過速度を計算し、この通過速度が所定値を跨いで遅くなったときに、上記２つのパルスとその次に出力する２つのパルスとの間に上記ステータス信号を挿入して出力し、上記通過速度が所定値を跨いで速くなったときに、上記ステータス信号の出力をやめてもよい。

あるいは、磁場の変化の通過速度を計算することなく、上記２つのパルス間の時間間隔を用いて、これが所定値より長ければステータス信号を挿入し、短ければステータス信号をやめるようになしてもよい。

上記通信手段は、ステータス信号を上記２つのパルスの後に挿入するに当たり、その次の２つのパルスを出力するまでの間、同一のステータス信号を一定時間間隔で出力し続けてもよい。このとき、次の２つのパルスを出力する必要が生じた場合には、たとえステータス信号の出力中であってもこれを中止し、次の２つのパルス出力を優先する。このとき、２度目以降に出力されるステータス信号にはその冒頭にヘッダとなる所定のビット列を付加してもよい。

上記磁気センサの出力信号のピークを検出し、繰り返し得られる複数回分のピークについてピーク値の移動平均値を算出し、この移動平均値に基づき磁場変化検出の信頼度を表すステータスを生成するステータス生成手段を備えてもよい。

上記ステータス生成手段は、上記磁気センサの出力信号の高いピークと低いピークとをそれぞれ検出し、それぞれのピークについて上記移動平均値を算出し、高いピークの移動平均値と低いピークの移動平均値との差に応じて上記磁気センサの設置位置の良好度を数値で表すステータスを生成し、高いピークの移動平均値が高いピーク用の所定値より低ければ磁場が弱いというステータスを生成し、高いピークの移動平均値が高いピーク用の所定値より高ければ磁場が十分であるというステータスを生成し、磁場が十分であって、かつ上記磁気センサの設置位置の良好度が良好度用の所定値より大きければ、上記磁場変化検出の信頼度が高いというステータスを生成してもよい。

上記ステータス生成手段は、磁場の変化の通過方向を表すステータスを生成してもよい。

上記ステータス生成手段は、上記磁気センサの出力信号の低いピークを検出し、このピークについての上記移動平均値に応じて環境温度の高低を階級で表すステータスを生成してもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）信頼性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１（ａ）に示した本発明の第一実施形態に係る磁気式運動センサは、基板１の表面に基板１の長手方向に並べて配置された２つの磁気センサ２ａ，２ｃと、これらの磁気センサ２ａ，２ｃの中間であって磁気センサ２ａ，２ｃの並びから外れたところに配置された補助用の磁気センサ２ｂと、基板１の表面のうちの磁気センサ２ａ，２ｂ，２ｃがないところに配置された回路（図示せず）とを備える。磁気センサ２ａ，２ｂ，２ｃは、例えばホール素子である。２つの磁気センサ２ａ，２ｃは形も寸法も同じであり、磁気に対する感度ももちろん同じである。磁気センサ２ｂは、後述のように役割が異なるので、磁気センサ２ａ，２ｃと形、寸法、磁気感度が異なってもよい。ただし、温度特性は３つの磁気センサ２ａ，２ｂ，２ｃとも同じであることが望ましい。各磁気センサ２ａ，２ｂ，２ｃの姿勢（磁気を検出する主方向の傾き）は同じであり、基板１の表面に対して垂直になっている。

この磁気式運動センサは、磁場の変化が生じたことを検出するためにその変化が移り変わる方向に沿って２つの磁気センサ２ａ，２ｃを並べたものであり、図１９あるいは図２０に示した回転センサに応用することにより、ロータの回転に伴うロータ歯の運動によって磁場の変化が空間的に移動して生じたことを検出することができる。なお、図１９の回転センサに応用する場合、基板１の裏面に磁石を取り付けることはいうまでもない。

図１（ｂ）に示した本発明の第二実施形態に係る磁気式運動センサは、基板３の表面に基板３の長手方向に並べて配置された３つの磁気センサ４ａ，４ｂ，４ｃと、基板３の表面のうちの磁気センサ４ａ，４ｂ，４ｃがないところに配置された回路（図示せず）とを備える。磁気センサ４ａ，４ｂ，４ｃは、例えばホール素子である。３つの磁気センサ４ａ，４ｂ，４ｃは、形も寸法も同じであり、姿勢及び磁気に対する感度や温度特性ももちろん同じである。この磁気式運動センサも図１（ａ）のものと同様に図１９あるいは図２０に示した回転センサに応用することができる。

図１（ａ）の磁気式運動センサに好適な回路構成を図２（ｂ）に、図１（ｂ）の磁気式運動センサに好適な回路構成を図２（ａ）に示す。

図２（ａ）に示されるように、磁気式運動センサの回路は、外部からの電源ＶＤＤ−ＧＮＤをもとに内部電源を供給する保護回路兼定電源部２０と、その内部電源の電圧を監視する電圧監視部２１と、磁気センサに駆動電力を与えるセンサ駆動手段２２と、回転センサを構成するべく図１９あるいは図２０のようにロータ歯に臨ませて設置されたホール素子からなる３つの磁気センサａ，ｂ，ｃと、これら磁気センサａ，ｂ，ｃの出力信号のうち１つ以上を用いて他の出力信号を温度補償した出力信号に修正する温度補償部２３と、磁気センサａ，ｂ間の差分信号及び磁気センサｂ，ｃ間の差分信号を取り出す２つの差分手段２４，２４と、これら差分信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２５と、サンプリングや時間計測のための基準クロックを生成する発振回路２６と、サンプリングされたデータに基づいて各種の演算を行う演算手段２７と、演算手段２７が生成した出力パルスやステータス信号を外部へ出力する通信手段２８とを備える。

図２（ｂ）の回路では、磁気センサａの出力信号がＡ／Ｄ変換器２５と差分手段２４に入力されている。

磁気センサａ，ｂ，ｃには、図１（ａ）あるいは図１（ｂ）で説明した磁気センサ２ａ，２ｂ，２ｃ、磁気センサ４ａ，４ｂ，４ｃを適用することができる。ただし、磁気センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いる場合は、差分手段２４を１つ用いて磁気センサａ，ｃ間の差分信号を取り出す形態としてもよい。また、ステータスを生成する目的のために、磁気センサａ，ｂ，ｃのうち１つ以上の出力信号をＡ／Ｄ変換器２５に入力するとよい。

演算手段２７は、本発明のタイミング検出手段及びステータス生成手段を構成するものである。

以下、本発明に係る磁気式運動センサにおける回転センサとしての動作を説明する。なお。以下の説明中、各部材の符号は、これまで説明した図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）、図２（ｂ）、図１９、図２０に基づく。

（１）ＩＣ初期動作
図３に示されるように、保護回路兼定電源部２０と電圧監視部２１は、供給を受けた外部電圧と予め設定されている閾値とを比較する。外部電圧が閾値より低いときは、各部材への内部電源の供給を停止する。外部供給電圧が閾値より高いときは、各部材へ内部電源を供給する。各部材は内部電源が供給されることにより、稼働を開始する。

このＩＣ初期動作は、磁気式運動センサが正常に動作できるだけの十分な外部供給電圧が得られているときのみ、磁気式運動センサを稼働させて磁気変化の検出や出力パルスの通信をさせようというものである。

また、図示しなかったが、通信手段２８は、内部電源の供給が開始されてから直ちには出力パルスやステータス信号は外部へ出力せず、出力パルスが数パルス分得られた後に出力を始める。なお、ステータス信号は内部電源の供給開始直後から出力してもよい。

（２）ＩＣ稼働時の動作
図４に示されるように、磁気センサａ，ｂ，ｃにおいて、磁気を検出し、磁気の強さに比例した出力信号を出力する。差分手段２４では、磁気センサａ，ｂ間の差分信号及び磁気センサｂ，ｃ間の差分信号を取り出す。Ａ／Ｄ変換器２５では、これらの差分信号をＡ／Ｄ変換し、サンプリングデータとして図示しないメモリに格納する。

演算手段２７では、出力パルスの生成と、ステータスの生成と、通信モード（詳しくは後述）の選択を行う。通信手段２８では、選択された通信モードに従い、出力パルス及びステータス信号あるいは出力パルスのみを外部へ情報として出力する。

（３）外部への出力信号
通信手段２８は、信号ラインから複数種類の信号を出力する。その典型的な出力波形を図５に示す。外部への出力信号は、出力パルスＰ１，Ｐ２とステータス信号Ｓとからなる。

図示のように、１つのロータ歯の通過に対して、波高値の異なる２種類の出力パルスＰ１，Ｐ２が時間を隔てて得られる。また、波高値の低い出力パルスが必ず先に出るようになっている。これら出力パルスＰ１，Ｐ２は、ロータ歯の通過に伴う磁場の変化が１つの磁気センサを通過した、あるいは２つの磁気センサ間を通過したタイミングを示すものである。図２の回路構成であるならば、磁気センサａ，ｂ間及び磁気センサｂ，ｃ間をそれぞれロータ歯が通過したときに、これらの出力パルスＰ１，Ｐ２が得られる。従って、図示のように、通信手段２８の信号ラインには、自然数ｉ番目のロータ歯の通過に基づく出力パルスＰ１，Ｐ２が得られた後、ｉ＋１番目のロータ歯の通過に基づく出力パルスＰ１，Ｐ２が得られる。これらの出力パルスＰ１，Ｐ２が得られるしくみについては後述する。

ｉ番目のロータ歯の通過に基づくステータス信号Ｓは、ｉ番目のロータ歯の通過に基づく波高値の高い出力パルスＰ２の後に出力される。ステータス信号Ｓは、複数のビットからなるシリアルデータである。

（４）ステータス信号の構成
ステータス信号を構成する各ビットの個数は任意であるが、図６には１１ビットの場合を示してある。ステータスは、ステータス番号０から順に、「磁力線警報」、「磁力線強度」、予備、「方向信号有効」、「回転方向」、「ギャップ０」、「ギャップ１」、「ギャップ２」、「温度０」、「温度１」、予備、パリティからなる。これらのステータスの詳細については後述する。

（５）出力パルスの生成タイミング（第二実施形態による）
図７は、図１（ｂ）の磁気式運動センサ（回路は図２（ａ））を用い、ロータが正転したときに得られる波形を示している。横軸は時間、縦軸は電圧である。正転とは、あるひとつのロータ歯が磁気センサをａ，ｂ，ｃの順で通過する回り方を言う。

図示のように、あるひとつのロータ歯の回転方向前端が磁気センサａの正面にさしかかると（タイミング７１）、磁気センサａの出力信号は電圧が上昇し始め、ロータ歯が磁気センサａに正対している期間は磁気センサａの出力信号はピークを維持する。そのロータ歯の回転方向後端が磁気センサａの正面からなくなると（タイミング７２）、磁気センサａの出力信号は電圧が下降していく。なお、生の出力信号は曲線的に変化し、Ａ／Ｄ変換器２５により例えば８階調に変換すると階段波形になるが、ここでは単純化した波形を描いてある。磁気センサｂ，ｃにおいても、磁気センサ設置間隔に応じた時間だけ遅れて同様の波形が得られる。つまり、磁気センサａ，ｂ，ｃは磁場の変化が磁気センサａ，ｂ，ｃの並んでいる方向に移動して生じたときに、各磁気センサａ，ｂ，ｃの位置において生じる磁場の変化を検出していることになる。

差分手段２４が生成する差分信号（ａ−ｂ）（以下、＃１とする）は、磁気センサａの出力信号の上昇期間と磁気センサｂの出力信号の上昇期間との間において上昇下降し、磁気センサａ，ｂの出力信号がともにピークを維持している間は相殺されて０になる。磁気センサａの出力信号の下降開始（タイミング７２）から磁気センサｂの出力信号の下降終了（タイミング７３）まででは、差分信号＃１は、いったん０より下降し、やがて上昇する。差分信号（ｂ−ｃ）（以下、＃２とする）を生成する差分手段２４においても、磁気センサ設置間隔に応じた時間だけ遅れて同様の波形が得られる。

ここで、タイミング検出手段は、タイミング検出の対象となる信号に適用するしきい値として、値の異なるしきい値を２つ有し、対象となる信号が一方のしきい値を跨いだ後に他方のしきい値を跨いだとき、出力パルスを発生させる。ここでは、差分信号＃１が下降した後、上昇したことを検出するために、０より低い所定の値を持つ正しきい値Ｖ１と、その正しきい値Ｖ１より少し低い副しきい値Ｖ２とを用いる。

差分信号＃１が０より下降すると、最初に正しきい値Ｖ１を上から下へ跨ぐ。このときは、出力パルスは発生させない。その後、差分信号＃１が副しきい値Ｖ２を跨いで副しきい値Ｖ２よりも大きくなると、出力パルスの発生が可能となる。差分信号＃１が上昇して正しきい値Ｖ１を跨いだとき（タイミング７４）、タイミング検出手段は、波高値がＩｍの出力パルスＰ１を発生させる。

一方、差分信号＃２にも同様の正しきい値Ｖ１及びで副しきい値Ｖ２が適用される。従って、差分信号＃２が副しきい値Ｖ２を跨いで副しきい値Ｖ２よりも小さくなった後で正しきい値Ｖ１を跨いだとき（タイミング７５）、タイミング検出手段は、波高値がＩｈの出力パルスＰ２を発生させる。なお、Ｉｈ＞Ｉｍ＞Ｉｌ，Ｉｌ＝０レベルである。

次に、図８は、ロータが逆転したときに得られる波形を示している。横軸は時間、縦軸は電圧である。逆転のときは、あるひとつのロータ歯が磁気センサをｃ，ｂ，ａの順で通過する。この場合、あるひとつのロータ歯の回転方向前端が磁気センサｃの正面にさしかかると（タイミング８１）、磁気センサｃの出力信号は電圧が上昇し始め、ロータ歯が磁気センサｃに正対している期間は磁気センサａの出力信号はピークを維持する。そのロータ歯の回転方向後端が磁気センサｃの正面からなくなると（タイミング８２）、磁気センサｃの出力信号は電圧が下降していく。磁気センサｂ，ａにおいても、磁気センサ設置間隔に応じた時間だけ遅れて同様の波形が得られる。図７の正転時と比較すると、ａ，ｂ，ｃの順序が逆になっている。

差分手段２４が生成する差分信号＃１及び差分信号＃２は、図７の正転時とは逆に、差分信号＃２が先に変化し、しかもその変化は下降から始まる。よって、まず差分信号＃２が副しきい値Ｖ２を跨いで副しきい値Ｖ２よりも小さくなり、上昇して正しきい値Ｖ１を跨ぐ（タイミング８４）。このとき、タイミング検出手段は、波高値がＩｍの出力パルスＰ１を発生させる。その後、差分信号＃１が下から上へ正しきい値Ｖ１を跨ぐ（タイミング８５）と、タイミング検出手段は、波高値がＩｈの出力パルスＰ２を発生させる。

以上の正転及び逆転の動作をまとめると、正転の場合は、あるひとつのロータ歯の回転方向後端が磁気センサａ，ｂ間を通過するときに出力パルスＰ１が出力され、磁気センサｂ，ｃ間を通過するときに出力パルスＰ２が出力される。逆転の場合は、あるひとつのロータ歯の回転方向前端が磁気センサｃ．ｂ間を通過するときに出力パルスＰ１が出力され、磁気センサｂ，ａ間を通過するときに出力パルスＰ２が出力される。正転におけるロータ歯の回転方向後端と逆転におけるロータ歯の回転方向前端とは同じ場所である。

出力パルスＰ１と出力パルスＰ２の時間間隔ｔｄは、同じロータ歯が磁気センサａ，ｂ間から磁気センサｃ．ｂ間まで移動する時間を表しているので、この時間間隔ｔｄと磁気センサａ，ｂ，ｃの配置ピッチからロータ歯の通過速度が算出可能である。また、図５を参考にすると、ｉ番目のロータ歯の通過に基づく出力パルスＰ１（又はＰ２）とｉ＋１番目のロータ歯の通過に基づく出力パルスＰ１（又はＰ２）との時間間隔Ｔ（ｉ）からでもロータ歯の通過速度が算出可能であるが、この場合、ロータ歯の配置ピッチが既知である必要がある。

（６）出力パルスの波高値決定手順
正転の場合は差分信号＃１から出力パルスＰ１が生成され、逆転の場合は差分信号＃２から出力パルスＰ１が生成される。このための手順を図９に示す。

差分信号（ａ−ｂ）を信号＃１とし、差分信号（ｂ−ｃ）を信号＃２としたとき、タイミング検出手段は、ステップ９１にてこれら信号＃１及び信号＃２を副しきい値Ｖ２と比較する。このとき信号＃１及び信号＃２が共に副しきい値Ｖ２よりも低ければ、ステップ９２に移る。

ステップ９２にて信号＃１及び信号＃２を正しきい値Ｖ１と比較する。信号＃１が正しきい値Ｖ１よりも高ければ、波高値Ｉｍを出力する。あるいは、信号＃２が正しきい値Ｖ１よりも高ければ、波高値Ｉｍを出力する。このように、信号＃１でも信号＃２でも、どちらかが正しきい値Ｖ１を跨いだら波高値Ｉｍを出力する。ただし、信号＃１に基づいて波高値Ｉｍを出力したときは、ステップ９３に移り、信号＃２に基づいて波高値Ｉｍを出力したときは、ステップ９４に移る。波高値Ｉｍの出力は所定の時間だけ自動的に維持され、その後、消滅されて波高値Ｉｌに復帰する。

ステップ９３では、信号＃２を正しきい値Ｖ１と比較する。信号＃２が正しきい値Ｖ１を跨いだら、波高値Ｉｈを出力する。

一方、ステップ９４では、信号＃１を正しきい値Ｖ１と比較する。このとき、信号＃１が正しきい値Ｖ１より低ければ、波高値Ｉｌを維持する。しかし、信号＃１が正しきい値Ｖ１を跨いだら、波高値Ｉｈを出力する。ここで、波高値Ｉｈの出力も波高値Ｉｍの出力と同様に所定の時間だけ自動的に維持され、その後、消滅されて波高値Ｉｌに復帰する。

以上の手順をまとめると、信号＃１及び信号＃２のいずれかが副しきい値Ｖ２を上から下へ跨いだのち、信号＃１及び信号＃２のどちらかが正しきい値Ｖ１を跨いだら出力パルスＰ１を生成し、そのあとで残りの信号＃１または信号＃２が正しきい値Ｖ１を跨いだら、出力パルスＰ２を出力するという流れになる。正転から逆転に回転方向が変化する際、出力パルスＰ２を出力する処理の前に反転方向の出力パルスＰ１を出力する処理が発生することがある。この場合、出力パルスＰ２の発生条件が満たされなくなるので、再び初めから処理を開始する。

この手順中、ステップ９３を通ったという事象か、ステップ９４を通ったという事象を情報として記憶しておけば、磁場の変化の通過方向、つまりロータの回転方向を割り出すことが可能となる。すなわち、信号＃１に基づいて出力パルスＰ１を生成したときは、図７に該当するから正転である。信号＃２に基づいて出力パルスＰ１を生成したときは、図８に該当するから逆転である。従って、図１０に示されるように、出力パルスＰ１を割り当てた対象が信号＃１であれば正転と判定し、出力パルスＰ１を割り当てた対象が信号＃２であれば逆転と判定することができる。この判定結果は後にステータスとして利用できる。

（７）出力パルスの生成タイミング（第一実施形態による）
図１１は、図１（ａ）の磁気式運動センサを用い、図２（ｂ）の回路を用いた場合において、ロータが正転したときに得られる波形を示している。図示のように、あるひとつのロータ歯の回転方向前端が磁気センサａの正面にさしかかると（タイミング１１１）、磁気センサａの出力信号は電圧が上昇し始め、ロータ歯が磁気センサａに正対している期間は磁気センサａの出力信号はピークを維持する。そのロータ歯の回転方向後端が磁気センサａの正面からなくなると（タイミング１１２）、磁気センサａの出力信号は電圧が下降していく。磁気センサｂは役割が異なるので、差分手段には用いず、ただ出力信号を増幅するなどしてロータ歯の回転方向前端が磁気センサｂの正面にさしかかったタイミングを知らしめる矩形信号を生成する。磁気センサｃにおいても、磁気センサ設置間隔に応じた時間だけ磁気センサａに遅れて同様の波形が得られる。

差分手段２４が生成する差分信号（ａ−ｃ）（以下、信号＃３とする）は、磁気センサａの出力信号の上昇期間と磁気センサｃの出力信号の上昇期間との間において上昇下降し、磁気センサａ，ｃの出力信号がともにピークを維持している間は相殺されて０になる。磁気センサａの出力信号の下降開始（タイミング１１２）から磁気センサｃの出力信号の下降終了（タイミング１１３）まででは、差分信号＃３は、いったん下降し、やがて上昇する。

ここでタイミング検出手段は、説明の便宜上、タイミング検出の対象となる信号に適用するしきい値を１つだけ有するものとして説明する。

対象となる信号がしきい値を跨いだとき、出力パルスを発生させる。磁気センサａの出力信号が０より上昇し、しきい値Ｖ３を跨いでしきい値Ｖ３よりも大きくなると、出力パルスの発生を可能とし、磁気センサａの出力信号が下降してしきい値Ｖ３を跨いだとき（タイミング１１４）、タイミング検出手段は波高値がＩｍの出力パルスＰ１を発生させる。

差分信号＃３が０より下降し、しきい値−Ｖ３を跨いでしきい値−Ｖ３よりも小さくなると、出力パルスの発生を可能とし、差分信号＃３が上昇してしきい値−Ｖ３を跨いだとき（タイミング１１５）、タイミング検出手段は波高値がＩｈの出力パルスＰ２を発生させる。なお、前述と同様にＩｈ＞Ｉｍ＞Ｉｌである。

次に、図１２は、ロータが逆転したときに得られる波形を示している。横軸は時間、縦軸は電圧である。逆転のときは、あるひとつのロータ歯が磁気センサｃ，ｂ，ａの順で通過する。この場合、あるひとつのロータ歯の回転方向前端が磁気センサｃの正面にさしかかると（タイミング１２１）、磁気センサｃの出力信号は電圧が上昇し始め、ロータ歯が磁気センサｃに正対している期間は磁気センサｃの出力信号はピークを維持する。そのロータ歯の回転方向後端が磁気センサｃの正面からなくなると（タイミング１２２）、磁気センサｃの出力信号は電圧が下降していく。磁気センサｂ，ａにおいても、磁気センサの設置間隔に応じた時間間隔だけ遅れて同様の波形が得られる。図１１の正転時と比較すると、ａ，ｂ，ｃの順が逆になっている。なお、磁気センサｂについては出力信号の増幅信号を図示している。

差分手段２４が生成する差分信号＃３は、図１１の正転時とは逆に、下降から始まる。まず、磁気センサｃの出力信号が上昇し、しきい値Ｖ３を跨いで、しきい値Ｖ３よりも大きくなると、出力パルスの発生を可能とし、磁気センサｃの出力信号が下降してしきい値Ｖ３を跨いだとき（タイミング１２４）、タイミング検出手段は波高値がＩｍの出力パルスＰ１を発生させる。つぎに差分信号＃３が小さくなり、しきい値Ｖ３を跨ぐ（タイミング１２５）。このときタイミング検出手段は波高値がＩｈの出力パルスＰ２を発生させる。

以上の正転及び逆転の動作をまとめると、正転の場合は、あるひとつのロータ歯の回転方向後端が磁気センサａを通過するときに出力パルスＰ１が出力され、磁気センサａ，ｃ間を通過するときに出力パルスＰ２が出力される。逆転の場合は、あるひとつのロータ歯の回転方向前端が磁気センサｃを通過するときに出力パルスＰ１が出力され、磁気センサｃ，ａ間を通過するときに出力パルスＰ２が出力される。

正転、逆転のそれぞれで回転方向の後端・前端つまり異なる場所でタイミング検出手段が出力パルスＰ１，Ｐ２を出力するが、ロータ歯端部の移動速度を観測する目的においては正転、逆転のそれぞれで同一端部に注目することは必須ではなく、一般性を失うものではない。

出力パルスＰ１と出力パルスＰ２の時間間隔ｔｄは、同じロータ歯が磁気センサａ，ｃ間を移動する時間を表しているので、この時間間隔ｔｄと磁気センサａ，ｃの配置ピッチからロータ歯の通過速度が算出可能である。

（８）出力パルスの波高値決定手順
図１１のように正転の場合は出力信号ｓａから出力パルスＰ１が生成され、図１２のように逆転の場合は出力信号ｓｃから出力パルスＰ１が生成される。このための手順を図１３に示す。

差分信号（ａ−ｃ）を信号＃３としたとき、タイミング検出手段は、ステップ１３１にて出力信号ｓａ及び出力信号ｓｃをしきい値Ｖ３と比較する。このとき出力信号ｓａ及び出力信号ｓｃが共にしきい値Ｖ３よりも低ければ、波高値Ｉｌを出力する。しかし、そうでなければ、ステップ１３２に移る。

ステップ１３２にて出力信号ｓａ及び出力信号ｓｃをしきい値Ｖ３と比較する。出力信号ｓａがしきい値Ｖ３よりも低ければ、波高値Ｉｍを出力する。あるいは、出力信号ｓｃがしきい値Ｖ３よりも低ければ、波高値Ｉｍを出力する。このように、出力信号ｓａ及び出力信号ｓｃでも、どちらかがしきい値Ｖ３を跨いだら波高値Ｉｍを出力する。ただし、出力信号ｓａに基づいて波高値Ｉｍを出力したときは、ステップ１３３に移り、出力信号ｓｃに基づいて波高値Ｉｍを出力したときは、ステップ１３４に移る。

前述と同様に、波高値Ｉｍの出力は、所定の時間幅で自動的に維持され、その後、消滅されて波高値Ｉｌに復帰する。

ステップ１３３では、信号＃３をしきい値−Ｖ３と比較する。信号＃３がしきい値−Ｖ３を跨いだら、波高値Ｉｈを出力する。

一方、ステップ１３４では、信号＃３をしきい値Ｖ３と比較する。信号＃３がしきい値Ｖ３を跨いだら、波高値Ｉｈを出力する。

ここで波高値Ｉｈの出力は、波高値Ｉｍと同様に、所定の時間幅で自動的に維持され、その後、消滅されて波高値Ｉｌに復帰する。

以上の手順をまとめると、出力信号ｓａ及び出力信号ｓｃのいずれかがしきい値Ｖ３を上から下へ跨いだら出力パルスＰ１を生成し、そのあとで正転の場合は信号＃３がしきい値−Ｖ３を下から上に、逆転の場合は信号＃３がしきい値Ｖ３を上から下に跨いだら、出力パルスＰ２を出力するという流れになる。

この手順中、磁気センサｂの出力信号（増幅信号；図１１，１２参照）がローレベルからハイレベルに変化した時点で、出力信号ｓａ，ｓｃのどちらかがハイレベルであることを検証することで正転、反転を判定できる。すなわち、図１４のように、出力信号ｓａがハイレベルであれば図１１に該当するから正転と判定し、出力信号ｓｃがハイレベルであれば逆転と判定することができる。この判定結果は後にステータスとして利用できる。

ここまで説明した動作がもたらす利点をいったんまとめておく。

まず、差分信号を用いる利点は、電磁的なノイズや機械的なノイズの影響が緩和されることである。仮に、外部における放電が原因で各磁気センサの出力信号の＋側にノイズが出たとしても、差分をとることにより、そのノイズは相殺されるので、各差分信号をしきい値と比較する際の不具合がなくなる。また、機械的振動によりロータ歯と各磁気センサとの間のギャップが変動した場合、各磁気センサの出力信号にギャップ変動分のノイズが重畳されるが、これも差分をとることにより相殺される。

正しきい値Ｖ１及び副しきい値Ｖ２を用いる利点は、ロータ回転が遅くて磁気センサの出力信号の傾斜が緩やかなときや、それに加えてノイズが重畳しているときなどに、望まないタイミングで出力パルスが出ることを防止し、確実に差分信号が正しきい値Ｖ１を下から上へ跨いだという事象を捕らえることができることである。

ひとつのロータ歯の通過に対して２つの出力パルスＰ１，Ｐ２を生成する利点は、時間間隔ｔｄと磁気センサａ，ｂ，ｃの配置ピッチからロータ歯の通過速度が算出可能になることである。これは図１（ａ）及び図１（ｂ）の磁気式運動センサをロータとは全く独立したパーツ（ホールＩＣ）を単独で提供できるということを意味する。

また、２つの出力パルスＰ１，Ｐ２を生成する利点は、個々のロータ歯の寸法にばらつきや欠けがある場合でも、同じひとつのロータ歯から得られる磁気センサａ，ｂ，ｃの出力波形は同じであるから、出力パルスＰ１，Ｐ２の時間間隔ｔｄにはロータ歯のばらつきや欠けの影響は出ないということである。このため個々のロータ歯の通過速度を高精度に検出することができる。

さらに、ひとつのロータ歯の通過に対して２つの出力パルスＰ１，Ｐ２を生成する利点は、ロータの回転速度が遅くてひとつのロータ歯の通過から次のロータ歯の通過までの時間が長くてもそれに左右されずに、ロータ歯の通過速度を検出することができることである。

対象となる２つの信号（２つの差分信号＃１，＃２あるいは磁気センサａ，ｃの出力信号）から得られる出力パルスのうち最初に得られるパルスＰ１の波高値と次に得られるパルスＰ２の波高値とを異ならせる利点は、これら出力パルスＰ１，Ｐ２を通信手段２８が同一の信号ラインから出力しても、これを受け取る上位機器が出力パルスの種類を容易に識別できるということである。

次に、通信モードと出力パルス幅制御について項目別に説明する。

（９）通信モード
既に説明したように、ステータス信号Ｓは、あるロータ歯の通過に基づく出力パルスＰ２と次のロータ歯の通過に基づく出力パルスＰ１の間に出力される。しかし、ロータの回転が高速になるにつれ、出力パルスＰ２と出力パルスＰ１との時間間隔が短くなる。このことは、当該磁気式運動センサにおけるステータス信号の生成の処理時間が制約されるということである。また、ステータス信号を受け取る上位機器としても、ステータス信号を用いた処理時間が制約されることになる。

そこで、演算手段２７では、通信モードの選択を行う。図１５（ａ）は、横軸に回転数をとり、縦軸に通信モード種別を示したものである。回転数はロータ歯の通過速度と比例するので、横軸はロータ歯の通過速度と読み替えてもよい。図１５（ｂ）、図１５（ｃ）はそれぞれ高速モード、低速モードにおける出力信号パターンを表している。

図１５（ｂ）の高速モードでは、出力パルスＰ１，Ｐ２のみが出力され、ステータス信号Ｓは出力されない。これに対し、図１５（ｃ）の低速モードでは、出力パルスＰ２のみとステータス信号Ｓがともに出力されている。出力パルスＰ２の時間幅は、後述のように固定値であるが、ステータス信号Ｓの送信開始と出力パルスＰ２の立ち下がりとの時間間隔も、例えば上記の固定値とする。ステータス信号Ｓの構成は、前述のように例えば図６の１１ビットであるが、それぞれのビットのパルス幅及び隣接するパルスの間隔も通信時の調歩同期の容易さを考慮して、上記の固定値であってもよい。また、各ビットを例えば、スプリットフェース変調等してもよい。

図１５（ａ）に示されるように、低速モードであるとした場合、回転数が所定値ｒｍｓＳを跨いで大きくなり、所定値ｒｍｓＳより大きい所定値ｒｍｓＨに達したときに、高速モードが選択される。逆に、回転数が所定値ｒｍｓＳを跨いで小さくなり、所定値ｒｍｓＳより小さい所定値ｒｍｓＬに達したとき低速モードが選択される。所定値ｒｍｓＬと所定値ｒｍｓＨに挟まれた範囲では、それ以前の通信モードが維持される。つまり、通信モードの切替にはヒステリシスが与えられている。このヒステリシスにより、回転数が所定値ｒｍｓＳの上下を小さく遷移しても通信モードが頻繁に切り替わることが防止される。

（１０）出力パルス幅
ロータの回転速度が高いときには、出力パルスＰ２から出力パルスＰ１までの時間が短いので、出力パルスＰ１，Ｐ２は短いことが好ましい。ところが、上位機器において受け取るパルスのパルス幅に制約がある場合がある。例えば、車載機器の場合、電磁ノイズが激しい環境にあるため、入力信号のレベルが確定している時間がある程度長いときのみその入力信号を有効として読み取っている。このため、出力パルスＰ１，Ｐ２の幅が無制限に狭くなるのは好ましくない。センサ出力を受信する計測器側では、電磁ノイズ等の周辺ノイズの影響を避けるため周波数の高い領域の受信信号を除去するフィルタ回路が搭載されている。例えば、通常電磁波ノイズは５０ｋＨｚ程度のため、この周波数をピーク周波数とした低域側の遮断周波数２５ｋＨｚ以下となるように出力パルスＰ１，Ｐ２のパルス幅を設定すれば計測器のフィルタにて除去されずに信号を受信することが可能となる。

次に、ステータス信号Ｓの生成手順とその意味合いをステータス別に説明する。背景技術の回転センサにおける問題点にも挙げたように、ロータ歯と磁気センサとのギャップの大きさや磁石の特性にはばらつきがある。このばらつきによって磁気センサの出力信号が違ってくるため、これまで説明したタイミング検出にも影響が出てくる。しかし、従来は、ギャップの大きさが適切かどうか、あるいは磁石の特性が適切かどうか知る手段がなかった。そこで、本発明では、磁気センサの出力信号が持つ波形的特徴を解析して、ギャップの大きさや磁石の特性を推定し、その推定結果をステータスとして外部に通知できるようにした。具体的には、磁気センサの出力信号のピークを検出し、繰り返し得られる複数回分のピークについてピーク値の移動平均値を算出し、この移動平均値や個々のピーク値に基づき磁場変化検出の信頼度を表すステータスを生成する。

（１１）磁場変化検出の信頼度
演算手段２７中のステータス生成手段は、温度の影響を補正する差分手段のうち、１つの差分手段（例として差分手段２４）の出力信号をステータスの生成に用いる。図１６に差分手段２４の出力信号の典型的な波形を示す。実際には差分手段２４１の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２５により例えば８階調にＡ／Ｄ変換されている。しかし、原理を明らかにするため、図１６では、曲線的な波形を用いている。

これに対して磁石の磁力を弱めて磁場を弱めていくと、差分手段２４の出力信号は、図１７の破線のように全体的に比例して波が小さくなる（実線は図１６と同じもの）。また、磁場は一定とし、磁気センサａ，ｂをロータから離していくと、差分手段２４の出力信号は、図１８の破線のように、ロータ歯が接近したときの波高が下がってくる（実線は図１６と同じもの）。これらの波形的特徴を数値的に取り出すために、ステータス生成手段は次のような処理を行う。

まず、差分手段２４の出力信号の高いピークｖｍａｘ（ｉ）と低いピークｖｍｉｎ（ｉ）とをそれぞれ検出する。ロータが回転することにより、図１６のように山と谷のある出力信号が繰り返し得られるので、高いピークｖｍａｘ（ｉ）と低いピークｖｍｉｎ（ｉ）も繰り返し得られる。ｉはその回数を表している。

次に、それぞれのピークについて移動平均値を算出する。つまり、最近の高いピークｖｍａｘ（ｉ）と前回の移動平均値Ｖｍａｘ（ｉ−Ｎ）から下記式（１）で、今回の移動平均値Ｖｍａｘ（ｉ）を算出する。低いピークｖｍｉｎ（ｉ）についても同様にして下記式（２）から最近の移動平均値Ｖｍｉｎ（ｉ）を算出する。

Ｖｍａｘ（ｉ）＝
｛（Ｎ−１）Ｖｍａｘ（ｉ−１）＋ｖｍａｘ（ｉ）｝／Ｎ
（１）
Ｖｍｉｎ（ｉ）＝
｛（Ｎ−１）Ｖｍｉｎ（ｉ−１）＋ｖｍｉｎ（ｉ）｝／Ｎ
（２）
ここで、Ｎは式（１），（２）を一次遅れフィルタと考えたときの時定数に相当し、一定値としてもよい。

高いピークの移動平均値Ｖｍａｘ（ｉ）と低いピークの移動平均値Ｖｍｉｎ（ｉ）との差Ｖｇが十分に大きければ、タイミング検出が確実にできる。逆に、この差Ｖｇが小さいと、タイミング検出が難しくなる。そこで、ステータス生成手段は、差Ｖｇの大きさを８段階に分類し、３ビットの数値で表したステータスを生成する。この３ビットのステータスは、ロータに対して磁気センサａ，ｂの設置位置の良好度を意味している。つまり、この３ビットで表した数値が大きいほど、磁気センサａ，ｂがロータ歯による磁気の変化を敏感に検出できるということである。この数値が小さいのは、磁気センサａ，ｂがロータ歯から離れていて、高いピークと低いピークの高低差が十分に得られないことを意味する。このようにして、図６の「ギャップ０」、「ギャップ１」、「ギャップ２」が生成される。

ステータス生成手段は、高いピークの移動平均値Ｖｍａｘ（ｉ）と低いピークの移動平均値Ｖｍｉｎ（ｉ）の差が予め定めた所定値より低ければ磁場が弱いというステータスを生成する。これは、磁気センサａ，ｂが感知する磁場が弱いという意味であり、磁石が壊れたり劣化していると生じる現象であり、また、磁気センサａ，ｂの設置位置が不良でも生じる。このステータスは、図６の「磁力線強度」に１を格納することで表される。逆に、上記移動平均値の差が予め定めた所定値より高ければ、磁場は十分に強いのであるから、磁場が十分に強いというステータスとして、「磁力線強度」には０が格納される。

さらに、ステータス生成手段は、磁場が十分に強く、かつ上記３ビットの数値で表した磁気センサａ，ｂの設置位置の良好度が予め設定した良好度用の判定値より高ければ、タイミング検出が確実にできる（磁場変化検出の信頼度が高い）という主旨のステータスを生成する。このステータスは、図６の「磁力線警報」に１を格納することで表される。ここで、「磁力線警報」に１を格納する条件である場合でも移動平均値の絶対値の差｜Ｖｍａｘ（ｉ）｜−｜Ｖｍｉｎ（ｉ）｜が予め定めた所定値よりも大きければ磁気センサａ，ｂの磁気感度が異常になった、つまり磁気センサａまたは磁気センサｂの半導体物性に異常が発生したなどという意味で「磁力線警報」に０を格納することもできる。

通信手段２８が出力したステータス信号を受け取った側から見ると、「磁力線警報」に１が格納されていれば、磁場変化検出の信頼度が高いということが認識できる。「磁力線警報」に０が格納されているときは、磁場変化検出の信頼度を低下させる何かがあるということである。このとき、「磁力線強度」に０が格納されていれば、磁石には問題がないことがわかる。「磁力線強度」に１が格納されていれば、磁石に問題があるかもしれないということがわかる。また、「ギャップ０」、「ギャップ１」、「ギャップ２」の数値から磁気センサａ，ｂの設置位置が読み取れる。

以上のステータス生成は、差分手段２４２についても同時に実施してもよい。

（１２）回転方向
既に説明したように、タイミング検出手段は、図１０あるいは図１４に示した手順で磁場の変化の通過方向つまり回転方向を検出することができる。ステータス生成手段は、この検出結果に基づきステータスを生成する。これにより、図６の「方向信号有効」と「回転方向」が生成される。「回転方向」は０が正転（磁場の変化が磁気センサａからｃへ向けて通過する）を意味し、１が逆転を意味する。ただし、回転方向検出が未了の場合あるいは停止もしくは停止に近い状態の場合は、「回転方向」のステータスを無効にするために、「方向信号有効」を０としておく。これにより、ステータス信号を受け取った相手は、「方向信号有効」が１のときのみ「回転方向」を取り込むようにすることができる。

（１３）温度
既に述べたように、ステータス生成手段は、例えば、磁気センサａの差分手段を経ない出力信号の低いピークｖａｍｉｎ（ｉ）を検出し、低いピークの移動平均値Ｖａｍｉｎ（ｉ）を下記式（３）から算出している。

Ｖａｍｉｎ（ｉ）＝
｛（Ｎ−１）Ｖａｍｉｎ（ｉ−１）＋ｖａｍｉｎ（ｉ）｝／Ｎ
（３）
低いピークは、ロータ歯が磁気センサａから最も離れているときに得られる。この値が高いということは環境温度が高いということである。そこで、ステータス生成手段は、低いピークの移動平均値Ｖａｍｉｎ（ｉ）に応じて環境温度の高低を例えば値の異なる３つのしきい値と比較することにより４段階の数値で表すステータスを生成する。これにより、図６の「温度０」、「温度１」が生成される。

磁気センサｂが補助用磁気センサ２ｂである場合、つまり図１（ａ）に示した第一実施形態の場合は、温度のステータスの生成に補助用磁気センサ２ｂの出力信号を用いてもよい。

「温度０」、「温度１」は直接、温度を表す数値ではないが、環境温度がどの程度であるかを４段階で表現しているものである。このステータスを受け取った相手は、磁気センサの周辺温度、つまり、ロータ室あるいはハブ本体の温度を階級的ではあるが知ることができる。ハブ本体はブレーキディスクあるいはブレーキキャリパに至近な位置に設けられることが通例であるため、それから発せられる輻射熱および伝導熱によりハブ本体の温度が上昇する。運転者のブレーキ誤操作あるいはブレーキディスク、パッド、キャリパの故障時には制動の際に高い摩擦熱が発生し、ブレーキディスクやキャリパ温度を異常な高温にせしめるが、このステータスによってハブ本体の温度上昇を介しながらもブレーキディスクやキャリパの直接測温を要せずにブレーキ間部品の温度状況を知ることができる。

以上説明したように、本発明に係る磁気式運動センサは、ステータス信号を出力するので、上位機器は磁気センサの設置位置が適切かどうか、磁石の特性が適切かどうかなどの状態を知ることができる。また、出力パルスのみからは得られない回転方向の情報も得られる。

また、上記の実施形態には含めなかったが、他の情報をステータス信号に盛り込むことができる。例えば、高いピークの移動平均値Ｖｍａｘ（ｉ）と１個の高いピークｖｍａｘ（ｉ）とを比較することでロータ歯の高さのばらつきが評価できる。この評価結果をステータスとして出力することで、自動車の生産ラインなどでロータの初期不良を検査するのに利用することができる。また、出力パルスＰ１，Ｐ２の間隔を磁気式運動センサにおいて計測し、この計測結果（パルスレート）をステータス信号に盛り込んでおくと、上位機器でパルスレートを演算する手間が省ける。さらに、磁気式運動センサにロータの情報（歯数、径あるいは周長など）を記憶させておけば、パルスレートをロータの回転数（または回転速度）に換算して出力することができ、自動車の情報（タイヤ径あるいは周長）を記憶させておけば、車速を出力することができる。

上記のステータス信号、計測結果、換算結果などの出力は無線方式によってもよい。

上記の実施形態では、磁気式運動センサをロータの回転検出に利用するものとしたが、直線的に並べられた磁性体歯あるいは磁石と組み合わせて直線運動検出にも利用できる。また、１つのロータ歯の通過に対して出力パルスＰ１，Ｐ２や移動方向のステータスを生成するようになっているので、単一の磁性体あるいは磁石の運動検出にも利用できる。

（ａ）は本発明の第一実施形態を示す磁気式運動センサの正面図、（ｂ）は第二実施形態を示す磁気式運動センサの正面図である。 （ａ）（ｂ）は、いずれも本発明に係る磁気式運動センサの回路構成図である。 本発明における初期動作の流れ図である。 本発明における稼働時動作の流れ図である。 本発明における外部への出力信号の波形図である。 本発明におけるステータス信号の構成図である。 本発明における各部の信号波形図である。 本発明における各部の信号波形図である。 本発明における出力パルスの波高値決定の流れ図である。 本発明における回転方向検出の流れ図である。 本発明における各部の信号波形図である。 本発明における各部の信号波形図である。 本発明における各部の信号波形図である。 本発明における各部の信号波形図である。 （ａ）は本発明における通信モード遷移図、（ｂ）は高速モード時における外部への出力信号の波形図、（ｃ）は低速モード時における外部への出力信号の波形図である。 磁気センサの出力信号の波形図である。 磁気センサの出力信号の波形図である。 磁気センサの出力信号の波形図である。 回転センサの原理的構造図である。 回転センサの原理的構造図である。

符号の説明

１，３ 基板
２ａ，２ｂ，２ｃ，４ａ，４ｂ，４ｃ 磁気センサ
２４ 差分手段
２８ 通信手段

Claims (14)

1. 磁場の変化が生じたことを検出するためにその変化が移り変わる方向に沿って並べられた２つの磁気センサと、これら２つの磁気センサの出力信号の差分信号をとる差分手段と、いずれかの磁気センサの出力信号がしきい値を跨いだときに当該磁気センサを磁場の変化が通過したタイミングを示すパルスを発生させ、差分信号がしきい値を跨いだときに磁気センサ間を磁場の変化が通過したタイミングを示すパルスを発生させるタイミング検出手段とを備えたことを特徴とする磁気式運動センサ。
2. 磁場の変化が生じたことを検出するためにその変化が移り変わる方向に沿って並べられた３つの磁気センサと、前記３つの磁気センサの中の２つの磁気センサの出力信号の差分信号をとる差分手段と、差分手段に使用していない磁気センサの出力信号がしきい値を跨いだときに当該磁気センサを磁場の変化が通過したタイミングを示すパルスを発生させ、差分信号がしきい値を跨いだときに磁気センサ間を磁場の変化が通過したタイミングを示すパルスを発生させるタイミング検出手段とを備えたことを特徴とする磁気式運動センサ。
3. 磁場の変化が生じたことを検出するためにその変化が移り変わる方向に沿って並べられた３つの磁気センサと、これら磁気センサのうち２つを組み合わせた２組のペアについて、それぞれの組内の２つの磁気センサの出力信号の差分信号をとる差分手段と、それぞれの差分信号がしきい値を跨いだときに当該組の磁気センサ間を磁場の変化が通過したタイミングを示すパルスをそれぞれ発生させるタイミング検出手段とを備えたことを特徴とする磁気式運動センサ。
4. 上記タイミング検出手段は、対象となる信号に適用する値の異なるしきい値を２つ有し、対象となる信号が一方のしきい値を跨いだ後に他方のしきい値を跨いだとき、上記パルスを発生させることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の磁気式運動センサ。
5. 上記タイミング検出手段は、対象となる２つの信号から得られる上記パルスのうち最初に得られるパルスの波高値と次に得られるパルスの波高値とを異ならせることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の磁気式運動センサ。
6. 上記タイミング検出手段は、対象となる２つの信号のうちどちらか先に上記パルスが得られたかにより、磁場の変化の通過方向を検出することを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の磁気式運動センサ。
7. 上記タイミング検出手段は、上記パルスが一定時間得られないことにより、磁場の変化がないか若しくは極めて少ないかを検出することを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の磁気式運動センサ。
8. 上記２つのパルスを同じ信号ラインから外部に出力する通信手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の磁気式運動センサ。
9. 上記通信手段は、当該磁気式運動センサのステータスを知らせるステータス信号を同じ信号ラインから外部に出力することを特徴とする請求項８記載の磁気式運動センサ。
10. 上記通信手段は、上記２つのパルス間の時間間隔と上記磁気センサの配置間隔とから磁場の変化の通過速度を計算し、この通過速度が所定値を跨いで遅くなったときに、上記２つのパルスとその次に出力する２つのパルスとの間に上記ステータス信号を挿入して出力し、上記通過速度が所定値を跨いで速くなったときに、上記ステータス信号の出力をやめることを特徴とする請求項９記載の磁気式運動センサ。
11. 上記磁気センサの出力信号のピークを検出し、繰り返し得られる複数回分のピークについてピーク値の移動平均値を算出し、この移動平均値に基づき磁場変化検出の信頼度を表すステータスを生成するステータス生成手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１０いずれか記載の磁気式運動センサ。
12. 上記ステータス生成手段は、上記磁気センサの出力信号の高いピークと低いピークとをそれぞれ検出し、それぞれのピークについて上記移動平均値を算出し、高いピークの移動平均値と低いピークの移動平均値との差に応じて上記磁気センサの設置位置の良好度を数値で表すステータスを生成し、高いピークの移動平均値が高いピーク用の所定値より低ければ磁場が弱いというステータスを生成し、高いピークの移動平均値が高いピーク用の所定値より高ければ磁場が十分であるというステータスを生成し、磁場が十分であって、かつ上記磁気センサの設置位置の良好度が良好度用の所定値より大きければ、上記磁場変化検出の信頼度が高いというステータスを生成することを特徴とする請求項１１記載の磁気式運動センサ。
13. 上記ステータス生成手段は、磁場の変化の通過方向を表すステータスを生成することを特徴とする請求項１１又は１２記載の磁気式運動センサ。
14. 上記ステータス生成手段は、上記磁気センサの出力信号の低いピークを検出し、このピークについての上記移動平均値に応じて環境温度の高低を階級で表すステータスを生成することを特徴とする請求項１１〜１３いずれか記載の磁気式運動センサ。
    

Images