JP2010210306A

JP2010210306A - 回転数センサ

Info

Publication number: JP2010210306A
Application number: JP2009054538A
Authority: JP
Inventors: Motoki Ogata; 基樹緒方; Mikinori Oshima; 幹啓大島; Hitoshi Sakai; 人司酒井
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-09-24
Anticipated expiration: 2029-03-09
Also published as: JP5347581B2

Abstract

【課題】本発明は、回転数を検出することができるとともに、回転方向も検出することができる回転数センサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の回転数センサは、差動増幅回路２９からの出力信号を所定の電圧と比較して矩形波信号を出力するコンパレータ３０の後段に、このコンパレータ３０からの出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりを検出して比較する立ち上がり検出手段３２、立ち下がり検出手段３４およびコンパレータ３６等からなる比較手段を設けたものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、特に磁気の変化により回転数を検出する回転数センサに関するものである。

従来のこの種の回転数センサは、図７〜図９に示すように構成されていた。

図７は従来の回転数センサの側断面図、図８は同回転数センサにおける磁気抵抗素子の上面図、図９は同回転数センサにおける磁気抵抗素子の回路図である。

図７〜図９において、１は磁石で、この磁石１の磁極面には、図８に示すように、第１の磁気抵抗素子２および第２の磁気抵抗素子３を設けている。また、磁石１における磁極面の端部には、磁石１における磁力が発生しない位置にバイアス抵抗としての役割をする第３の磁気抵抗素子４および第４の磁気抵抗素子５を設けており、そして、第１の磁気抵抗素子２、第２の磁気抵抗素子３、第３の磁気抵抗素子４および第４の磁気抵抗素子５を電気的に接続することにより、図９に示すようなブリッジ回路を構成している。また、磁石１の上面には電源電極６、第１の出力電極７、第２の出力電極８およびＧＮＤ電極９を設けており、ブリッジ回路に電源電極６から電圧を負荷した状態において、磁力の変化により変化する第１の磁気抵抗素子２および第２の磁気抵抗素子３の抵抗値の変化を第１の出力電極７および第２の出力電極８の電位差として出力する構成となっている。１０は樹脂製の基体で、この基体１０は一端に前記磁石１およびその磁石１の磁極面に第１の磁気抵抗素子２、第２の磁気抵抗素子３、第３の磁気抵抗素子４および第４の磁気抵抗素子５からなるブリッジ回路を固着するとともに、側面に回路部品１１を設けており、この回路部品１１により第１の出力電極７および第２の出力電極８から出力される正弦波形からなる出力信号をパルス波形に変換する。また、基体１０の他端には接続端子１２を設けており、そして、この接続端子１２により前記回路部品１１から出力されるパルス信号を出力するものである。１３はケースで、このケース１３は基体１０を内側に収納するとともに、コネクタ端子１４を一体に設けており、そして、このコネクタ端子１４は一端を基体１０における接続端子１２と電気的に接続するとともに、他端を外方へ向かって突出させている。

以上のように構成された従来の回転数センサについて、次に、その動作を説明する。

図７に示すように、従来の回転数センサは、ケース１３の外底面に対向する位置に、表面に凸部１６および凹部１７を設けた歯車１５を配設し、そして、この歯車１５の回転により磁石１から歯車１５に向かう磁力の変化を、前記磁石１に設けた第１の磁気抵抗素子２および第２の磁気抵抗素子３の抵抗値の変化として検出する構成となっている。

このとき、図９に示すように、ブロック回路を構成しているため、第１の出力電極７および第２の出力電極８に生ずる電位差は、図１０に示すような正弦波形となる。そして、この正弦波形を基体１０に設けた回路部品１１によりパルス波形に変換し、コネクタ端子１４から相手側コンピューター等に出力し、自動車（図示せず）の主軸等の回転数を検出するものであった。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平１１−５１６９５号公報

しかしながら、上記した従来の回転数センサにおいては、回転数は検出できるものの、回転方向が検出できないため、この回転数センサを自動車の車軸回転数の検出等に使用して車速を検出する場合、自動車の車速は検出できるものの、自動車の移動方向は検出できないという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、回転数を検出することができるとともに、回転方向も検出することができる回転数センサを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、定電流発生手段と、この定電流発生手段と直列に接続された一対の磁気抵抗素子と、この一対の磁気抵抗素子の上流電圧を出力するバッファー回路と、このバッファー回路と直列に接続された一対の抵抗と、前記一対の磁気抵抗素子の中点電位と一対の抵抗の中点電位との電位差を比較して出力する差動増幅回路と、この差動増幅回路からの出力信号を所定の電圧と比較して矩形波信号を出力するコンパレータとを備え、前記コンパレータの後段に、このコンパレータからの出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりを検出して比較する比較手段を設けたもので、この構成によれば、コンパレータの後段に、このコンパレータからの出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりを検出して比較する比較手段を設けているため、コンパレータからの出力信号により回転数を検出することができるとともに、コンパレータの後段に設けた比較手段により回転方向も検出することができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の回転数センサは、定電流発生手段と、この定電流発生手段と直列に接続された一対の磁気抵抗素子と、この一対の磁気抵抗素子の上流電圧を出力するバッファー回路と、このバッファー回路と直列に接続された一対の抵抗と、前記一対の磁気抵抗素子の中点電位と一対の抵抗の中点電位との電位差を比較して出力する差動増幅回路と、この差動増幅回路からの出力信号を所定の電圧と比較して矩形波信号を出力するコンパレータとを備え、前記コンパレータの後段に、このコンパレータからの出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりを検出して比較する比較手段を設けているため、コンパレータからの出力信号により回転数を検出することができるとともに、コンパレータの後段に設けた比較手段により回転方向も検出することができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態における回転数センサについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における回転数センサの分解斜視図、図２は同側断面図、図３は同回転数センサの回路ブロック図、図４は同回転数センサの回路図である。

図１〜図４において、２１は磁石である。２２は第１の磁気抵抗素子で、この第１の磁気抵抗素子２２は前記磁石２１における磁極面に設けられている。２３は第２の磁気抵抗素子で、この第２の磁気抵抗素子２３は前記磁石２１における磁極面に第１の磁気抵抗素子２２と所定の間隔を設けて配設されているとともに、この第１の磁気抵抗素子２２と第２の磁気抵抗素子２３とは電気的に直列に接続されているものである。２４はＩＣからなる処理回路で、この処理回路２４には図３、図４に示す定電流発生手段２５を設けている。そして、この定電流発生手段２５は前記第１の磁気抵抗素子２２および第２の磁気抵抗素子２３に定電流を流しているものである。また、前記処理回路２４にはバッファー回路２６を設けており、このバッファー回路２６により、前記第１の磁気抵抗素子２２の上流に発生する電圧と同一の電圧を発生させている。２７は第１の抵抗で、この第１の抵抗２７には前記バッファー回路２６から発生する電圧を印加しており、そして、この第１の抵抗２７には第２の抵抗２８を直列に接続している。そしてまた、前記処理回路２４には差動増幅回路２９を設けており、そして、この差動増幅回路２９は前記第１の磁気抵抗素子２２と第２の磁気抵抗素子２３との間に発生する中点電位を非反転入力端子２９ａに入力し、さらに前記第１の抵抗２７と第２の抵抗２８との間に発生する中点電位を反転入力端子２９ｂに入力し、両者の電位差を比較して出力している。

また、前記処理回路２４にはコンパレータ３０を設けており、このコンパレータ３０は前記差動増幅回路２９からの出力信号を所定の閾値と比較して、ハイ、ローからなる比較パルス信号を出力している。そしてまた、前記差動増幅回路２９およびコンパレータ３０により比較パルス発生回路３１を構成している。また、前記処理回路２４には、ポジティブエッジトリガ形の同期式フリップフロップからなる立ち上がり検出手段３２を設けており、そして、この立ち上がり検出手段３２は前記コンパレータ３０からの出力信号がローからハイに切り替わるときに第１のスイッチ３３をオン状態にすることにより、バッファー回路２６からの出力信号を出力している。そしてまた、前記処理回路２４にはネガティブトリガ形の同期式フリップフロップからなる立ち下がり検出手段３４を設けており、そして、この立ち下がり検出手段３４は前記コンパレータ３０からの出力信号がハイからローに切り替わるときに、第２のスイッチ３５をオン状態にすることにより、バッファー回路２６からの出力信号を出力している。さらに、前記処理回路２４にはコンパレータ３６を設けており、このコンパレータ３６は前記第１のスイッチ３３を介した出力信号を反転入力端子３７に接続するとともに、第２のスイッチ３５を介した出力信号を非反転入力端子３８に接続することにより、両者を比較してオンオフからなる出力信号を出力している。そしてまた、前記立ち上がり検出手段３２、立ち下がり検出手段３４、第１のスイッチ３３、第２のスイッチ３５およびコンパレータ３６により比較手段を構成している。

３９は樹脂製の基体で、この基体３９は前記磁石２１、第１の磁気抵抗素子２２および第２の磁気抵抗素子２３を端部に固着するとともに、側面に第１の抵抗２７、第２の抵抗２８および処理回路２４を設け、さらに、磁石２１を固着した端部と反対側の端部に接続端子４０を設けている。４１は樹脂製のケースで、このケース４１は、基体３９を内側に収納するとともに、外方へ突出するようにコネクタ端子４２を設けており、そして、このコネクタ端子４２は基体３９における接続端子４０と電気的に接続している。４３は蓋で、この蓋４３は前記ケース４１の開口部を閉塞するものである。

以上のように構成された本発明の一実施の形態における回転数センサについて、次にその組立方法を説明する。

まず、磁石２１の磁極面にＳｉ基板（図示せず）を介して第１の磁気抵抗素子２２および第２の磁気抵抗素子２３を蒸着により形成する。

次に、接続端子４０を金型（図示せず）に設置して、接続端子４０を一体に設けた基体３９を形成する。

次に、コネクタ端子４２を設けた側と反対側の基体３９に磁石２１を固着する。

次に、基体３９における側面に、第１の抵抗２７、第２の抵抗２８および処理回路２４を実装する。

次に、予めコネクタ端子４２を一体に成形したケース４１の内側に前記基体３９を収納した後、前記ケース４１におけるコネクタ端子４２に基体３９における接続端子４０をはんだ付けする。

最後に、前記ケース４１の開口部を蓋４３で閉塞する。

以上のように構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における回転数センサについて、次に、その動作を説明する。

ケース４１の外底面に対向する側には、図５に示すように、相手側の歯車４８が設けられており、この歯車４８の表面には、凸部４９および凹部５０を交互に設けている。そしてこの歯車４８の回転に伴い第１の磁気抵抗素子２２および第２の磁気抵抗素子２３を通過する磁力が変化し、この磁力の変化により、第１の磁気抵抗素子２２および第２の磁気抵抗素子２３の抵抗値が変化する。前記第１の磁気抵抗素子２２および第２の磁気抵抗素子２３には定電流発生手段２５により、定電圧が負荷されている。そのため、歯車４８の回転に伴い、第１の磁気抵抗素子には図６（ａ）に示す電圧が発生する。また、これと同様に、第２の磁気抵抗素子２３にも図６（ｂ）に示す電圧が発生する。そして、バッファー回路２６からは、図６（ａ）と図６（ｂ）との和電圧である図６（ｃ）に示す電圧が直列に接続された第１の抵抗２７と第２の抵抗２８に印加される。これにより、第１の抵抗２７と第２の抵抗２８との間の中間電位は図６（ｄ）に示す出力信号となり、差動増幅回路２９の反転入力端子２９ｂに入力される。一方、前記第１の磁気抵抗素子２２と第２の磁気抵抗素子２３との中点電位は図６（ｅ）に示す出力信号となり、差動増幅回路２９における非反転入力端子２９ａに入力される。そして、この図６（ｄ）と図６（ｅ）との差電圧がコンパレータ３０に入力される。これにより、図６（ｆ）に示すように、コンパレータ３０は、第１の抵抗２７と第２の抵抗２８との中点電位が、第１の磁気抵抗素子２２と第２の磁気抵抗素子２３との中点電位よりも大きくなるとハイ信号を出力し、一方、第１の抵抗２７と第２の抵抗２８との中点電位が、第１の磁気抵抗素子２２と第２の磁気抵抗素子２３との中点電位よりも小さくなるとロー信号を出力する。すなわち、このハイ、ロー信号からなるパルス波形を計測することにより、歯車４８の回転数を計測することができるものである。

ここで、歯車４８が正方向に回転する場合と、負方向に回転する場合を考えてみる。

歯車４８が正方向に回転している場合には、図６（ｆ）に示す矩形波が立ち上がると、立ち上がり検出手段３２における同期入力端子３２ａに信号が入力され、第１のスイッチ３３がオンとなる。これにより、コンパレータ３６からはハイの信号が出力される。一方、矩形波が立ち下がると、立ち下がり検出手段３４における同期入力端子３４ａに信号が入力され、第２のスイッチ３５がオンになる。これにより、コンパレータ３６からはローの信号が出力される。

これと同様に、歯車４８が負方向に回転している場合には、図６（ｆ）に示す矩形波が立ち上がると、立ち下がり検出手段３４における同期入力端子３４ａに信号が入力され、第２のスイッチ３５がオンとなる。これにより、コンパレータ３６からはロー信号が出力される。一方、矩形波が立ち下がると、立ち上がり検出手段３２における同期入力端子３２ａに信号が入力され、第１のスイッチ３３がオンになる。これにより、コンパレータ３６からはハイの信号が出力される。すなわち、コンパレータ３０からの出力信号とコンパレータ３６からの出力信号とを比較することにより、歯車４８の回転方向を検出することができるものである。

上記したように本発明の一実施の形態における回転数センサにおいては、コンパレータ３０の後段に、このコンパレータ３０からの出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりを検出して比較する立ち上がり検出手段３２、立ち下がり検出手段３４およびコンパレータ３６等からなる比較手段を設けているため、コンパレータ３０からの出力信号により回転数を検出することができるとともに、コンパレータ３０の後段に設けた立ち上がり検出手段３２、立ち下がり検出手段３４およびコンパレータ３６等からなる比較手段により回転方向も検出することができるという効果を有するものである。

本発明に係る回転数センサは、回転数を検出することができるとともに、回転方向も検出することができるという効果も有するものであり、特に磁気の変化により回転数を検出する回転数センサとして有用となるものである。

本発明の一実施の形態における回転数センサの分解斜視図同回転数センサの側断面図同回転数センサの回路ブロック図同回転数センサの回路図同回転数センサに相手側の歯車を配設した状態を示す側断面図（ａ）〜（ｈ）同回転数センサの出力波形図従来の回転数センサに相手側の歯車を配設した状態を示す側断面図同回転数センサにおける磁気抵抗素子の上面図同回転数センサにおける磁気抵抗素子の回路図同回転数センサにおける磁気抵抗素子から出力される正弦波形を示す図

２２第１の磁気抵抗素子
２３第２の磁気抵抗素子
２５定電流発生手段
２６バッファー回路
２７第１の抵抗
２８第２の抵抗
２９差動増幅回路
３０，３６コンパレータ
３２立ち上がり検出手段
３３第１のスイッチ
３４立ち下がり検出手段
３５第２のスイッチ

Claims

定電流発生手段と、この定電流発生手段と直列に接続された一対の磁気抵抗素子と、この一対の磁気抵抗素子の上流電圧を出力するバッファー回路と、このバッファー回路と直列に接続された一対の抵抗と、前記一対の磁気抵抗素子の中点電位と一対の抵抗の中点電位との電位差を比較して出力する差動増幅回路と、この差動増幅回路からの出力信号を所定の電圧と比較して矩形波信号を出力するコンパレータとを備え、前記コンパレータの後段に、このコンパレータからの出力信号の立ち上がりおよび立ち下がりを検出して比較する比較手段を設けた回転数センサ。