JP2010101747A - 移動方向検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性移動体の移動位置と移動方向の検出おいて、移動方向に関わらず正確な位置検出が可能な移動方向検出装置を提供する。
【解決手段】移動体４に対向し、移動体４の移動にともなって検出信号を出力する１つ以上のセンサ素子２１ａ、２１ｂおよび２２を有するセンサ素子群、前記センサ素子群の出力信号を矩形波に変える信号処理手段３０３、３０４、前記センサ素子群の検出信号に基づいて移動体４の移動方向に対応した信号を出力する移動方向検出手段３１０、前記信号処理手段の出力信号と前記移動方向検出手段の出力信号により、移動体４の移動方向が判別できる信号を出力する出力処理手段３０７、３０８、および前記出力処理手段の出力値を判定する出力判定手段４０１を備え、移動方向検出手段３１０には、移動体４の移動方向が切り替わった時点から所定時間遅延した時点で出力信号を出す遅延機能を持たせた。
【選択図】図１

Description

この発明は２個のセンサ素子群を用いて移動体の移動方向および位置を検出する移動方向検出装置に関するものである。

例えば、磁電変換素子である巨大磁気抵抗素子（以下、ＧＭＲ素子と称する）ＧＭＲを構成する磁気抵抗素子の各端に電極を形成してブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路の対向する２つの電極間に定電圧、定電流の電源を接続し、磁気抵抗素子の抵抗値変化を電圧変化に変換して、この磁気抵抗素子に作用している磁界の変化を検出する移動方向検出の方式がある。先行技術の一例として、特許文献１がある。
特開２００２−９０１８１号公報

従来の移動方向検出装置について図面を参照しながら説明する。図１は、移動方向検出装置の構成を示す図である。なお、図１の移動方向検出装置の構成は、各部の回路構成を除けば、従来のものとこの発明のものとは共通しているので、図１を用いて従来の装置とこの発明の装置を説明する。同図において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は前記斜視図を上方から見た拡大平面図である。

図１に示すように、移動方向検出装置は、１個以上のセンサ素子からなる２個のセンサ素子群、つまり磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂと磁気抵抗素子２２を有する処理回路部２と、処理回路部２に近接して配置された磁石１と、磁石１に対向する歯形の突起を有し、回転軸５により回転する歯車状の磁性移動体４とを備えている。前記磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂ、２２は磁性移動体４の移動方向に沿って並べて配置され、磁性移動体４の回転に伴って磁石１の磁界の変化を感磁する。

図１０は、磁気抵抗素子を用いた移動方向検出装置の従来の処理回路部を示す図である。図１０において、従来の処理回路部は、磁気抵抗素子２２を１辺とし、抵抗３１〜３３とで構成する第1のブリッジ回路３０１と、磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂを２辺とし、抵抗３４、３５とで構成する第２のブリッジ回路３０２と、第１のブリッジ回路３０１に接続された第１比較回路３０３と、第２のブリッジ回路３０２に接続された第２比較回路３０４と、第１比較回路３０３の出力がＤ端子に、また、第２比較回路３０４の出力がＣＬ端子に接続されたＤフリップフロップを有する方向検出回路３０５と、ＯＲ回路３０６と、出力トランジスタ３０７および３０８と、抵抗３０９と、コンピュータユニット４０１とで構成されている。

図１０において、出力トランジスタ３０７の出力側に接続されるコンピュータユニット４０１は、抵抗４１と４２の接続点４５が比較レベル１となる第３比較回路４０２と、抵抗４３と４４の接続点４６が比較レベル２となる第４比較回路４０３を備えている。

図１０において、回路各端に示す符号ｃ〜ｊは、各端の信号を示すものとする。磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂ、２２および固定抵抗３１〜３５で構成されたブリッジ回路３０１とブリッジ回路３０２にそれぞれ定電圧ＶＣＣを印加し、磁性移動体４の回転に伴って磁石１の磁界変化による磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂ、２２の抵抗値変化を電圧変化ｃおよびｄに変換する。前記電圧変化に変換された信号ｃおよびｄは、それぞれ第１比較回路３０３、第２比較回路３０４に入力される。第１比較回路３０３、第２比較回路３０４により所定の電圧と比較され矩形波に変換された出力信号ｅおよびｆは、方向検出回路３０５に入力され、磁性移動体４の移動方向を示す方向信号ｇを出力する。次に、方向検出回路３０５から出力された方向信号ｇと第２比較回路３０４の出力信号ｆがＯＲ回路３０６に入力され、ＯＲ回路３０６の出力によって出力トランジスタ３０７と出力トランジスタ３０８をＯＮ／ＯＦＦする。ｈはトランジスタ３０７の出力信号である。

ここで、磁性移動体４の移動方向の一方を、「正回転（または正転）」、他方を「逆回転（または逆転）」と表し、図１（ａ）の上方から磁性移動体４を見て時計回りを正回転、反時計回りを逆回転として、図１０に示す装置の動作を説明する。

図１０において、例えば磁性移動体４が正回転時は、出力トランジスタ３０７のみＯＮ／ＯＦＦのスイッチがなされ、逆回転時は、出力トランジスタ３０８のみがＯＮ／ＯＦＦのスイッチがなされる。抵抗３０９が出力トランジスタ３０８のコレクタと出力トランジスタ３０７のコレクタの間に挿入されているため、出力トランジスタ３０７の電圧出力ｈは、正回転時はハイレベル（レベルとは、電圧レベルのこと。以下同じ）とローレベルの値をとり、逆回転時は所定の中間レベルとローレベルの値をとる。このように、正回転時と逆回転時で処理回路部の出力はレベルが変わるため、これを受けたコンピュータユニット４０１では磁性移動体４の移動方向の識別が可能となる。

図１１には、磁性移動体４が回転軸５を中心に回転したときの図１０に示す装置の各部の信号波形を示している。図１１〜１３の各符号ｃ〜ｊは、図１０の各端に付した符号と同じ端部の信号波形を示している。すなわち、ｃはブリッジ回路３０１の出力信号、ｄはブリッジ回路３０２の出力信号、ｅは第１比較回路３０３の出力信号、ｆは第２比較回路３０４の出力信号、ｇは方向検出回路３０５の出力信号、ｈは出力トランジスタ３０７の出力信号、ｉは第３比較回路４０２の出力信号、ｊは第４比較回路４０３の出力信号である。

図１に示す磁性移動体４が回転軸５を中心に回転すると、磁性移動体４が磁石１の磁界に影響を与え、磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂ、２２への印加磁界が変化する。図１１（ａ）は磁性移動体４が正回転をした状態、（ｂ）は磁性移動体４が逆回転をした状態における各部の波形を示している。図１１に示すように、磁性移動体４の凹凸状の歯（以下歯という）の形状に対応してブリッジ回路３０１の出力信号ｃとブリッジ回路３０２の出力信号ｄが得られる。磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂ、２２は、印加される磁界に応じた抵抗変化をし、これが電圧の変化となる。第１比較回路３０３は、ブリッジ回路３０１の出力信号ｃの磁性移動体４の歯の形状に対応した矩形波の切り替わりをして、ハイレベルまたはローレベルの信号ｅを出力する。第２比較回路３０４は、ブリッジ回路３０２の出力ｄの磁性移動体４の歯の凸形状の中心付近にて矩形波の切り替わりをして、ハイレベルまたはローレベルの信号ｆを出力する。

図１１に示す信号ｆおよびｈにおいて、矩形波の切り替わりにおける矢印は、磁性移動体４の歯の凸形状中心付近における矩形波の切り替わり方向を示しており、例えば、図１１の（ａ）では磁性移動体４の歯の凸形状中心付近にて信号ｆはハイレベルからローレベルへと矩形波の切り替わりをしているため、ハイレベルからローレベル方向へ矢印を付し、また図１１の（ｂ）では、磁性移動体４の歯の凸形状中心付近にて信号ｆはローレベルからハイレベルへと矩形波の切り替わりをしているため、ローレベルからハイレベル方向へ矢印を付している。

ここで、第２比較回路３０４の出力信号ｆに注目すると、これは磁性移動体４の移動方向、つまり正回転時（ａ）と逆回転時（ｂ）により、１８０°（矩形波の切り替わり位置から１つのハイレベルと１つのローレベルを挟む矩形波の切り替わり位置までを３６０°とする。以下同じ）位相が異なるため、例えば、信号ｆの矩形波の立ち下がり位置で、信号ｅの矩形波のレベルがハイレベルであれば正回転、ローレベルであれば逆回転として、方向検出回路３０５の出力信号ｇにてローレベル（正回転）、ハイレベル（逆回転）と出力すると、第２比較回路３０４の出力信号ｆと方向検出回路３０５の出力信号ｇとをＯＲ回路３０６に入力して、図１１（ａ）（ｂ）に示す出力トランジスタ３０７の出力信号ｈの波形を得ることができる。

すなわち、正回転時の信号ｈの出力レベルは、磁性移動体４の歯の形状である凹凸に合わせてハイレベルとローレベルの値となり、逆転時は、同じく磁性移動体４の歯の形状である凹凸に合わせてハイレベルと中間レベルの値となる。

出力トランジスタ３０７の信号ｈは、コンピュータユニット４０１に入力され、抵抗４１と４２の接続点４５に印加される所定の比較レベル１に設定された第３比較回路４０２と、抵抗４３と４４の接続点４６に印加される所定の比較レベル２に設定された第４比較回路４０３においてそれぞれ比較され、信号ｉとｊの出力を得る。正回転時は信号ｉとｊともに矩形波が出力されるが、逆回転時は信号ｉは矩形波が出力されるが、信号ｊでは矩形波出力をしないため、コンピュータユニット４０１では、信号ｉとｊの出力を確認すれば、磁性移動体４の移動方向を判定できる。

図１２は、磁性移動体４の移動方向が、ある時点で正回転から逆回転に切り替わるときのタイミングにより、図１０に示す回路各部の信号ｆ、ｅ、ｇ、ｈの発生タイミングが異なることを示している。切り替わりのタイミングを４つ（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に分けて示しており、上記信号ｆ、ｅ、ｇ、ｈと、コンピュータユニット４０１による正転、逆転の判定を示している。

図１３は、磁性移動体４の移動方向が、ある時点で逆回転から正回転に切り替わるときのタイミングにより、図１０に示す回路各部の信号ｆ、ｅ、ｇ、ｈの発生タイミングが異なることを示している。切り替わりのタイミングを４つ（Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）に分けて示しており、上記信号ｆ、ｅ、ｇ、ｈと、コンピュータユニット４０１による正転、逆転の判定を示している。

ここでは、図１２を用いて以下に説明する。磁性移動体４の歯の凸形状に符号（ｓ、ｔ、ｕ、ｖ）を振り、コンピュータユニット４０１側で磁性移動体４の歯の凸形状と移動方向の判定を示している。コンピュータユニット４０１の判定は、信号ｈの矩形波の立ち下がり位置（ハイレベルからローレベルのタイミング。以下同じ）とレベルにより移動方向を判定する。例えば、タイミングＡで正回転の場合、歯ｓの凸形状の中心付近にて信号ｈが立ち下がりをしており、コンピュータユニット４０１は、正回転のｓと判定する。

ところが、正回転時の歯の凸形状位置と逆回転時の歯の凸形状位置において、コンピュータユニット４０１が凸位置の判定をするタイミングが異なる。すなわち、タイミングＡの場合、正回転時には歯ｓ、ｔの凸形状の中心位置で正転ｓ、ｔの判定をしているのに対して、逆回転時には歯ｔ、ｓの凹形状の中心位置で逆転ｔ、ｓの判定をしている。

ここで、信号ｈの矩形波の立ち下がりから次の立ち下がりまでを位相で表す場合、これを３６０°とし、同じく矩形波の立ち下がりから次の立ち上がりまでを１８０°と表す。

例えば、タイミングＡにおいては、正回転時は、歯の凸形状の中心付近にて歯の凸形状の符号（ｓ、ｔ）を認識するが、逆回転時は歯の凸形状ｔから１８０°遅れた位置に凸符号を認識することになる。またタイミングＣにおいては、正回転時は歯の凸形状の中心付近にて歯の凸形状の符号（ｓ、ｔ）を認識するが、逆回転時は歯の凸形状ｔより１８０°進んだ位置に凸符号を認識することになる。

従って、前述したように構成されている従来技術の移動方向検出装置では、コンピュータユニットは磁性移動体４の移動方向は把握できるが、移動方向により磁性移動体４の歯の凸形状位置を正確に把握することは困難であった。

この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、被検出体の移動方向に関わらず、正確な被検出体の位置と移動方向情報を得ることのできる移動方向検出装置を得ることを目的とする。

この発明に係る移動方向検出装置は、被検出対象である移動体に対向し、その移動方向に並べて配置され、前記移動体の移動にともなって検出信号を出力する１つ以上のセンサ素子を有する第１および第２センサ素子群、前記第１および第２センサ素子群の出力信号を矩形波に変える信号処理手段、前記第１および第２センサ素子群の検出信号に基づいて前記移動体の移動方向に対応した信号を出力する移動方向検出手段、前記信号処理手段の出力信号と前記移動方向検出手段の出力信号により、前記移動体の移動方向が判別できる信号を出力する出力処理手段、および前記出力処理手段の出力値を判定する出力判定手段を備え、前記移動方向検出手段には、前記移動体の移動方向が切り替わった時点から所定時間遅延した時点で出力信号を出す遅延機能を持たせたことを特徴とするものである。

この発明に係る移動方向検出装置によれば、被検出体である移動体の位置を正確に把握できかつ、被検出体の移動方向を判定できるという効果を奏する。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る移動方向検出装置について図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る移動方向検出装置の構成を示す図である。同図において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は前記斜視図を上方から見た拡大平面図である。

図１に示すように、移動方向検出装置は、１個以上のセンサ素子からなる２個のセンサ素子群、つまり磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂと磁気抵抗素子２２を有する処理回路部２と、処理回路部２に近接して配置された磁石１と、磁石１に対向する歯形の突起を有し、回転軸５により回転する歯車状の磁性移動体４とを備えている。前記磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂ、２２は磁性移動体４の移動方向に沿って並べて配置され、磁性移動体４の回転に伴って磁石１の磁界の変化を感磁する。上記センサ素子群の一方をなす磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂは磁性移動体４の移動方向に所定の間隙をもって配置され、他方のセンサ群をなす磁気抵抗素子２２は磁気抵抗素子２１ａと２１ｂとの間に配置されている。なお、第１および第２センサ素子群２１ａ、２１ｂおよび２２は磁界によって磁気抵抗が変化して磁電変換を行うものであるから、磁石１の磁界変化を磁気抵抗素子に印加する代わりに、磁石１を省略し、磁性移動体４自身に着磁をして、磁性移動体４の移動により磁気抵抗素子に変化磁界を印加するようにしてもよい。

図２は、実施の形態１に係る磁気抵抗素子を用いた移動方向検出装置の処理回路部およびこの処理回路部と接続されるコンピュータユニットの構成を示している。なお、図１０の要素と同一要素には同一符号を付している。

図２において、処理回路部は、磁気抵抗素子２２を１辺とし、抵抗３１〜３３とで構成される第１のブリッジ回路３０１と、磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂを２辺とし、抵抗３４、３５とで構成される第２のブリッジ回路３０２と、第１のブリッジ回路３０１に接続された第１比較回路３０３と、第２のブリッジ回路３０２に接続された第２比較回路３０４と、第１および第２比較回路３０３および３０４の出力側に接続された方向検出回路３１０と、同じく第１および第２の比較回路３０３および３０４の出力側に接続されたマスク判定回路３１１と、第２比較回路３０４、方向検出回路３１０、およびマスク判定回路３１１の出力側に接続された反転回路３１２と、方向検出回路３１０と反転回路３１２の出力側に接続されたＯＲ回路３０６と、出力トランジスタ３０７および３０８と、抵抗３０９と、コンピュータユニット４０１とで構成される。

ここで、第１比較回路３０３と第２比較回路３０４は、第１および第２センサ素子群の出力信号を矩形波に変える処理を行う信号処理手段の一具体例である。また、出力トランジスタ３０７および３０８は、前記信号処理手段の出力信号と、方向検出回路３１０、すなわち移動方向検出手段の出力信号により、磁性移動体４の移動方向が判別できる信号を出力する出力処理手段である。

図２において、出力トランジスタ３０７の出力端に接続されるコンピュータユニット４０１は出力判定手段であって、抵抗４１と４２の接続点４５が比較レベル１となる第３比較回路４０２と、抵抗４３と４４の接続点４６が比較レベル２となる第４比較回路４０３を備えている。

図２において、磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂ、２２および固定抵抗３１〜３５で構成されたブリッジ回路３０１とブリッジ回路３０２にそれぞれ定電圧ＶＣＣを印加し、磁性移動体４の回転に伴って磁石１の磁界に生じる変化による磁気抵抗素子２１ａ、２１ｂ、２２の抵抗値変化を電圧変化に変換する。前記電圧変化に変換された信号は、それぞれ第１比較回路３０３、第２比較回路３０４に入力される。第１比較回路３０３、第２比較回路３０４により所定の電圧と比較されて矩形波に変換された信号は、方向検出回路３１０、マスク判定回路３１１、反転回路３１２、ＯＲ回路３０６を経て、出力トランジスタ３０７と出力トランジスタ３０８をＯＮ／ＯＦＦする。

以下、図２の回路の動作を説明するが、図２の各端に付した符号ｃ〜ｇ、ｆ１、ｇ１、ｈ〜ｊは、図３以下の信号波形に付した符号と一致させている。なお、磁性移動体４が回転軸５を中心に正回転または逆回転したときの図２における各端の波形ｃ〜ｊについていえば、正回転から逆回転に切り替わる近傍を除いて図１１に関して説明したとおりなので、ここでの説明は省略する。

次に、図２の各部の動作を図３を用いて説明する。図３は、磁性移動体４の回転が正回転から逆回転に切り替わるタイミングをＡとＣとし、磁性移動体４の歯の凸形状に合わせて符号（ｓ、ｔ、ｕ、ｖ）を振りあて、図２の各端ｅ〜ｈおよびｆ１、ｇ１の信号波形と、方向検出回路３１０、マスク判定回路３１１、および反転回路３１２の入出力の対応を示す表を示している。

方向検出回路３１０の出力信号ｇは、第２比較回路３０４の出力信号ｆの立ち上がり位置と立ち下がり位置にて第１比較回路３０３の出力信号ｅの波形がハイレベルであるかローレベルであるかを確認することにより、磁性移動体４の移動方向を判定する信号である。図３のタイミングＡにおいては、正回転から逆回転への切り替わり後の初めの信号ｆの立ち上がり位置にて方向検出回路３１０がハイレベルを出力しており、タイミングＣにおいては、正回転から逆回転への切り替わり後の初めの信号ｆの立ち下がり位置にて方向検出回路３１０がローレベルを出力している。これを図３の方向検出回路３１０の表に示している。（表中の“０”は、ローレベル、 “１”は、ハイレベル。以下同じ）

図３に示すように、磁性移動体４の移動方向は、方向検出回路３１０の出力ｇのレベルにより判定されるが、方向検出回路３１０には、レベルの切り替え、つまり方向検出の判定をｄ１期間だけ遅延させる機能を持たせている。

図２のマスク判定回路３１１は、信号ｆの立ち上がりと立ち下がりで信号ｅのレベルを確認し、信号ｅがローレベルならばマスク判定回路３１１の出力信号ｇ１をハイレベルとして出力する。但し、信号ｅがハイレベルに切り替わると、信号ｆの立ち上がりと立ち下がりに関係なく信号ｇ１をローレベルとして出力する。これを図３のマスク判定回路３１１の表に示している。

図２の反転回路３１２は、信号ｆの出力ハイレベル、ローレベルを磁性移動体４の移動方向により反転させる。つまり、例えば磁性移動体４が正回転であれば信号ｆの出力をそのままとし、逆回転であれば信号ｆの出力ハイレベルをローレベルに、またローレベルをハイレベルにする。またさらに、信号ｇ１がハイレベルであれば、信号ｆの出力レベルの有無に関わらず、ハイレベルを信号ｆ１として出力する。これを図３の反転回路３１２の表に示している。

図３のタイミングＡにおいては、正回転から逆回転の切り替わりタイミングにて、信号ｈは立ち上がりをした後で、ｄ１の期間後に立ち下がりをしている。

ここで遅延期間ｄ１について説明する。図４において、ｄ１期間は、まず方向検出回路３１０が方向の反転を検知した時点から始まり、正回転から逆回転の切り替わりタイミングから、初めての信号fの歯中心のエッジ（図４の場合、信号ｆの立ち下がりエッジ）までに設定する必要がある。本実施の形態では、まず方向検出回路３１０が方向の反転を検知した時点から始まり、方向検出回路３１０が方向の反転を検知した時点から、初めての信号eのエッジ（立ち上がりまたは立ち下がり）までに設定する必要がある。遅延を発生させる方法は、方向検出回路３１０において、発振回路を使って遅延時間をカウントして矩形波のエッジを出力する方法とか、例えばＣＲの時定数を用いて矩形波の立ち上がり、立ち下がりを鈍らせる方法がある。この遅延は、ローレベル出力の出し直しをするためのいわば「待機期間」のようなものであり、遅延を設けることと、正回転、逆回転で信号ｆの出力を反転させることにより、正回転、逆回転をするタイミングが、図４のAやBのように、正転のローレベルにあるとき、遅延後に信号ｆの出力を反転して逆回転情報、つまり中間レベルを出すことができるため、コンピュータユニットは正確な位置を得ることが出来る。

図３のタイミングＣにおいては、正回転から逆回転の切り替わりタイミングにて、信号ｈは、信号ｇ１によりマスク判定回路３１１がローレベルを出力するため、立ち下がりを出力しない。

図４では、磁性移動体４の正回転から逆回転への移動方向切り替わりのタイミングは４つ（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に分かれることを示しており、図２の回路各端の信号ｆ、ｅ、ｇ、ｈとコンピュータユニット４０１の判定を示している。図５では、磁性移動体４の逆回転から正回転への移動方向の切り替わりのタイミングは４つ（Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）に分かれることを示しており、図２の回路各端の信号ｆ、ｅ、ｇ、ｈとコンピューターユニット４０１の判定を示している。ここでは、図４を用いて以下に説明する。

図４では、磁性移動体４の歯の凸形状に合わせて符号（ｓ、ｔ、ｕ、ｖ）を振りあて、出力判定手段であるコンピュータユニット４０１側での磁性移動体４の歯の凸形状と移動方向の判定を示している。コンピュータユニット４０１は、信号ｈの矩形波の立ち下がり位置とレベルにより移動方向を判定する。例えば、タイミングＡで正回転の場合、歯の凸形状ｓの中心付近にて信号ｈが立ち下がりをしており、コンピュータユニット４０１は正転のｓと判定する。

図４のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄより、コンピュータユニット４０１は、正回転時においても逆回転時においても、歯の凸形状位置は、歯の凸形状の中心付近にて凸の符号ｓ、ｔを認識するため、移動方向に関わらず、磁性移動体４の歯の凸形状位置を把握することが可能となる。

ここで磁性移動体４は歯状でもよいし、着磁パターンを持つものでもよい。また磁性移動体４は回転体であってもよいし、直線体であってもよい。つまり、一意的に決められた移動方向を持つ移動体であればよい。またセンサ素子はホール素子や巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子やトンネル型磁気抵抗（ＴＭＲ）素子などの磁電変換素子であればよい。

以上のように、被検出体である磁性移動体４の移動方向に関わらず、信号ｈの矩形波の立ち下がり位置（切り替わり位置）は、歯の凸形状位置において出力するため、コンピュータユニット４０１は被検出体である磁性移動体４の歯の凸形状の位置を正確に把握でき、かつ、磁性移動体４の移動方向を判定できる。

また、実施の形態１の移動方向検出装置は、歯の凸形状位置において、信号ｈの矩形波の立ち下がり位置（切り替わり位置）を出力したが、信号ｈの矩形波の位相を反転して歯の凸形状位置において、信号ｈの矩形波の立ち上がり位置（切り替わり位置）を出力するようにしても同様の効果を奏する。

また、実施の形態１の移動方向検出装置では、移動方向により信号ｈの矩形波は、ローレベルがハイレベルおよびローレベルと異にする中間レベルになるとしたが、ハイレベルがハイレベルおよびローレベルと異にするレベルを出力しても同様の効果を奏する。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る移動方向検出装置について図面を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態２に係る移動方向検出装置の回路構成を示す図である。なお、図６の各要素の内、図２と同一の要素には同一の符号を付して示す。

実施の形態２に係る移動方向検出装置は、図６に示すように、ブリッジ回路３０１、ブリッジ回路３０２、第１比較回路３０３、第２比較回路３０４、方向検出回路３１０、マスク判定回路３１１、反転回路３１２、信号処理回路３１３、発振回路３１４、出力トランジスタ３０７、コンピュータユニット４０１で構成される。コンピュータユニット４０１は、第３比較回路４０２を備えている。

図６の各部の動作を、図７を用いて説明する。図７の表示形式は図３と同じである。方向検出回路３１０の出力信号ｇは、信号ｆの立ち上がり位置と立ち下がり位置にて信号ｅの波形がハイレベルであるかローレベルであるかを確認することにより、磁性移動体４の移動方向を判定する。例えば図７のタイミングＡにおいては、信号ｆの立ち上がり位置にて方向検出回路３１０の出力信号ｇがハイレベルを出力している。これを図７の方向検出回路３１０の表に示している。（表中の“０”は、ローレベル、 “１”は、ハイレベル。以下同じ）

また、図７の信号ｇに示すように、方向検出回路３１０に、方向検出の判定をｄ１期間遅延させる機能を持たせている。

図６のマスク判定回路３１１は、信号ｆの立ち上がりと立ち下がりで信号ｅのレベルを確認し、ローレベルならばハイレベルを出力信号ｇ１として出力する。但し、信号ｅがハイレベルに切り替わると、信号ｆの立ち上がりと立ち下がりに関係なくローレベルを出力信号ｇ１として出力する。これを図７のマスク判定回路３１１の表に示している。

図６の反転回路３１２は、信号ｆの出力ハイレベル、ローレベルを磁性移動体４の移動方向により反転させる。例えば磁性移動体４が正回転であれば信号ｆの出力をそのままとし、逆回転であれば信号ｆの出力ハイレベルをローレベルに、またローレベルをハイレベルにする。またさらに、信号ｇ１がハイレベルであれば信号ｆの出力レベルの有無に関わらず、ハイレベルを信号ｆ１として出力する。これを図７の反転回路３１２の表に示している。

図６の発振回路３１４は、所定の発振周波数にて発振を行う発振器であり、発振回路の出力は、信号処理回路３１３に基準クロックとして入力される。

図６の信号処理回路３１３は、信号ｆ１の立ち下がりに同期してローレベルに立ち下がりを信号ｆ２として出力し、信号ｇがローレベルのときは、ａ１期間後にハイレベルに立ち上がり、信号ｇがハイレベルのときは、ａ２期間後にハイレベルに立ち上がる。但しａ１、ａ２期間内においては信号ｆ１の立ち下がりに同期せず、図７の移動方向切り替わりタイミングＡ−１に示すように、ｂ期間後に立ち下がり、信号ｇがローレベルのときはａ１期間後、信号ｇがハイレベルのときはａ２期間後にハイレベルに立ち上がる。

図６のコンピュータユニット４０１においては、例えば、出力トランジスタ３０７の出力信号ｈのローレベル期間が、ａ１期間を検知した場合は正転、ａ２期間を検知した場合は逆転と判定する。

立ち下がり期間ａ２は、磁性移動体４の回転速度と歯数（凹凸）から割り出される一周期分（凹凸の一周期）の期間内に設定される。ａ１は、ａ１＜ａ２と設定し、例えばａ１×２＝ａ２という設定となる。実際に利用される分野では、磁性移動体４の回転速度は可変（例えば０ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍ）で、最高回転速度が仕様上規定され、磁性移動体の凹凸の数も規定されるため、そこから割り出される１周期分の期間内になる。しかしさらに、正回転から逆回転の切り替わりを検知するのは低回転域でよいため、ａ１が磁性移動体４の回転速度と歯数（凹凸）から割り出される１周期分の期間内に設定されても問題はない。よって、ａ１またはａ２は磁性移動体４の回転速度と歯数（凹凸）から割り出される、１周期分（凹凸の１周期）の期間内に設定されるということになる。ａ１、ａ２の具体例として、ａ１、ａ２は、３０μsecまたは４５μｓｅｃ、６０μsec、７５μｓｅｃ、９０μｓｅｃ、１１５μｓｅｃ、１２０μｓｅｃ、１３５μｓｅｃ、１５０μｓｅｃ、１６５μsec、１８０μｓｅｃなどと設定する。

信号ｆ２の出力であるａ１もしくはａ２期間は、信号処理回路内部３１３で生成される。まず期間の初めは信号ｆ１の立ち下がりに同期し、期間の終わりについては、基準クロックの数をカウントして、基準クロックに同期してａ１もしくはａ２期間後にｆ２の出力を立ち上がらせる。ただし、信号ｆ２がａ１期間のローレベル間で、正回転、逆回転が切り替わり、方向検出回路３１０の出力が反転した場合は、ａ１期間内で生じた信号ｆ１の立ち下がりには同期せず、信号ｆ２のａ１期間（ローレベル期間）後に信号ｆ２を立ち上がらせて、基準クロックの数をカウントして、基準クロックに同期してｂ期間後に信号ｆ２の出力を立ち下がらせ、その後、基準クロックの数をカウントして、基準クロックに同期してａ２後に信号ｆ２の出力を立ち上がらせる。信号ｆ２がａ２期間のローレベル間で、逆回転、正回転が切り替わり、方向検出回路３１０の出力が反転した場合は、ａ２期間内で生じた信号ｆ１の立ち下がりには同期せず、信号ｆ２のａ２期間（ローレベル期間）後に信号ｆ２を立ち上がらせて、基準クロックの数をカウントして、基準クロックに同期してｂ期間後に信号ｆ２の出力を立ち下がらせ、その後、基準クロックの数をカウントして、基準クロックに同期してａ１後に信号ｆ２の出力を立ち上がらせる。

図８では、磁性移動体４の正回転から逆回転への移動方向切り替わりのタイミングは４つ（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に分かれることを示しており、図６の回路図各部の波形ｆ、ｅ、ｇ、ｈとコンピュータユニット４０１の判定を示している。図９では、磁性移動体４の逆回転から正回転への移動方向切り替わりのタイミングは、４つ（Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）に分かれることを示しており、図６の回路図各部の波形ｆ、ｅ、ｇ、ｈとコンピュータユニット４０１の判定を示している。ここでは、図８を用いて以下に説明する。

図８は、磁性移動体４の歯の凸形状に合わせて符号（ｓ、ｔ、ｕ、ｖ）を振りあて、コンピュータユニット４０１側で磁性移動体４の歯の凸形状と移動方向の判定を示している。コンピュータユニット４０１の判定は、信号ｈの矩形波の立ち下がり位置とローレベル期間（ａ１期間を正転、ａ２期間を逆転とする）により移動方向を判定する。例えば、タイミングＡで正回転の場合、歯の凸形状ｓの中心付近にて信号ｈが立ち下がりをしており、またローレベル期間がａ１であるため、コンピュータユニットは、正転のｓと判定する。

図８のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄより、コンピュータユニット４０１は、正回転時においても逆回転時においても、歯の凸形状位置は、歯の凸形状の中心付近にて歯の凸形状の符号ｓ、ｔを認識するため、移動方向に関わらず、磁性移動体４の歯の凸形状位置を把握することが可能となる。

ここで、磁性移動体４は歯状でもよいし、着磁パターンを持つものでもよい。また磁性移動体４は回転体であってもよいし、直線体であってもよい。つまり一意的に決められた移動方向を持つ移動体であればよい。またセンサ素子はホール素子や巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子やトンネル型磁気抵抗（ＴＭＲ）素子などの磁電変換素子であればよい。

実施の形態２に係る移動方向検出装置は、被検出体である磁性移動体４の移動方向に関わらず信号ｈの矩形波の立ち下がり位置（切り替わり位置）が歯の凸形状位置に出力するため、コンピュータユニット４０１は被検出体である磁性移動体４の歯の凸形状の位置を正確に把握できかつ、被検出体の移動方向を判定できるという効果を奏する。

また、立ち下がり期間（ａ１、ａ２）内において、磁性移動体４の移動方向が切り替わっても、ｂ期間後に所定の立ち下がり期間（ａ１もしくはａ２）を出力するため、コンピュータユニット４０１は磁性移動体４の歯の凸形状位置を正確に把握できるという効果を奏する。

なお、実施の形態２では、磁性移動体４の移動方向により立ち下がり期間を異にしたが、信号ｈの矩形波の位相を反転して磁性移動体４の移動方向により立ち上がり期間を異にしても、同様の効果を奏する。

この発明に係る移動方向検出装置の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る移動方向検出装置を示す回路構成図である。 実施の形態１に係る移動方向検出装置の回路波形図である。 実施の形態１に係る移動方向検出装置の正回転から逆回転への移動方向の切り替わり時の回路波形図である。 実施の形態１に係る移動方向検出装置の逆回転から正回転への移動方向の切り替わり時の回路波形図である。 この発明の実施の形態２に係る移動方向検出装置を示す回路構成図である。 実施の形態２に係る移動方向検出装置の回路波形図である。 実施の形態２に係る移動方向検出装置の正回転から逆回転への移動方向の切り替わり時の回路波形図である。 実施の形態２に係る移動方向検出装置の逆回転から正回転への移動方向の切り替わり時の回路波形図である。 従来の移動方向検出装置の回路構成図である。 従来の移動方向検出装置の回路波形図である。 従来の移動方向検出装置の正回転から逆回転への移動方向の切り替わり時の回路波形図である。 従来の移動方向検出装置の逆回転から正回転への移動方向の切り替わり時の回路波形図である。

符号の説明

１ 磁石、２ 処理回路部、４ 磁性移動体、５ 回転軸、
２１ａ、２１ｂ 磁気抵抗素子、２２ 磁気抵抗素子、３０１ ブリッジ回路、
３０２ ブリッジ回路、３０３ 第１比較回路、３０４ 第２比較回路、
３０５ 方向検出回路、３０６ ＯＲ回路、
３０７、３０８ 出力トランジスタ、３０９ 抵抗、３１０ 方向検出回路、
３１１ マスク判定回路、３１２ 反転回路、３１３ 信号処理回路、
４０１ コンピュータユニット、４０２ 第３比較回路、４０３ 第４比較回路。

Claims (8)

1. 被検出対象である移動体に対向し、その移動方向に並べて配置され、前記移動体の移動にともなって検出信号を出力する１つ以上のセンサ素子を有する第１および第２センサ素子群、前記第１および第２センサ素子群の出力信号を矩形波に変える信号処理手段、前記第１および第２センサ素子群の検出信号に基づいて前記移動体の移動方向に対応した信号を出力する移動方向検出手段、前記信号処理手段の出力信号と前記移動方向検出手段の出力信号により、前記移動体の移動方向が判別できる信号を出力する出力処理手段、および前記出力処理手段の出力値を判定する出力判定手段を備え、前記移動方向検出手段には、前記移動体の移動方向が切り替わった時点から所定時間遅延した時点で出力信号を出す遅延機能を持たせたことを特徴とする移動方向検出装置。
2. 前記第１および第２センサ素子群は磁界を検出する磁電変換素子からなり、この磁電変換素子に磁界を印加するために配置された磁石を備え、前記移動体により前記磁石の磁界変化を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の移動方向検出装置。
3. 前記第１および第２センサ素子群は磁界を検出する磁電変換素子であり、前記移動体は前記磁電変換素子に変化磁界を印加するように着磁された磁性移動体であることを特徴とする請求項１に記載の移動方向検出装置。
4. 前記第１および第２センサ素子群の一方は前記移動体の移動方向に所定の間隙をもって配置された少なくとも２つ以上のセンサ素子で構成され、また他方は一方の間隙の中心位置に配置された１つ以上のセンサ素子であることを特徴とする請求項１に記載の移動方向検出装置。
5. 前記出力処理手段は、前記移動体の移動方向により、ハイレベルとローレベルの少なく
   ともいずれかを異にするレベルの矩形波を発生するものであることを特徴とする請求項１に記載の移動方向検出装置。
6. 前記出力処理回路は、前記移動体の移動方向によりハイレベルもしくはローレベルを異にし、前記出力処理手段の出力がハイレベルを異にする場合はハイレベル時において、また、前記出力処理手段の出力がローレベルを異にする場合はローレベル時において前記移動体の移動方向の切り替わりを前記出力判定手段が判定した場合に、前記移動体の移動方向の切り替わり直後の矩形波において、固定時間後に、前記移動体の移動方向により異なるレベルの矩形波を出力するものであることを特徴とする請求項５に記載の移動方向検出装置。
7. 前記出力処理手段は、前記移動体の移動方向により、矩形波のハイレベルもしくはローレベルの時間幅を異にするように矩形波を出力するものであることを特徴とする請求項１に記載の移動方向検出装置。
8. 前記出力処理手段は、矩形波のハイレベルもしくはローレベルの時間幅が移動方向により期間ａ１もしくは期間ａ２に固定されており、前記期間ａ１もしくは期間ａ２の時間内に移動方向が切り替わっても、前記期間ａ１もしくは期間ａ２の時間後に、前記移動体の移動方向により期間ａ１もしくは期間ａ２の固定時間の矩形波を出力するものであることを特徴とする請求項７に記載の移動方向検出装置。

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