JP2011169713A

JP2011169713A - 回転方向検出機能付き回転数センサ

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Publication number: JP2011169713A
Application number: JP2010033120A
Authority: JP
Inventors: Motoki Ogata; 基樹緒方
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2030-02-18
Also published as: JP5375654B2

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方向検出機能付き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】本発明の回転方向検出機能付き回転数センサは、第１の比較器３１から得られる出力パルス信号の立ち上がりエッジ時点での第２の比較器３９から出力される出力パルスレベルと、第１の比較器３１から得られる出力パルス信号の立ち下がりエッジ時点での第２の比較器３９から出力される出力パルスレベルとを比較する回転方向検出用比較器４２を設ける構成としたものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、特に磁気の変化により回転方向および回転数を検出する回転方向検出機能付き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６〜図８に示すように構成されていた。

図６は従来の回転数センサの側断面図、図７は同回転数センサにおける磁気抵抗素子の上面図、図８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６〜図８において、１は磁石で、この磁石１の磁極面には、図７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８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６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８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９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方向検出機能付き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、磁石の磁極面に設けられた第１の磁気抵抗素子と、この第１の磁気抵抗素子に一定の電流を供給する第１の定電流源と、前記第１の磁気抵抗素子から発生する第１の磁気抵抗素子電圧を監視する第１の電圧監視回路と、前記第１の磁気抵抗素子電圧を所定の電圧と比較する第１の電圧比較回路と、前記第１の磁気抵抗素子電圧が所定電圧より小さい場合には第１の定電流源の電流値を増加させるとともに第１の磁気抵抗素子電圧が所定電圧より大きい場合には第１の定電流源の電流値を保持する第１の電流制御回路と、前記第１の磁気抵抗素子から出力される磁気抵抗素子電圧を反転する第１の反転増幅器と、この第１の反転増幅器による反転出力の電圧を前記第１の電圧比較回路の所定電圧で制御するための第１の基準電圧発生回路と、第１の磁気抵抗素子の磁気抵抗素子電圧と第１の反転増幅器からの出力信号とを比較する第１の比較器と、前記磁石の磁極面に被測定物である歯車の凹凸の１／４周期分前記第１の磁気抵抗素子よりも離間して設けられた第２の磁気抵抗素子と、この第２の磁気抵抗素子に一定の電流を供給する第２の定電流源と、前記第２の磁気抵抗素子から発生する第２の磁気抵抗素子電圧を監視する第２の電圧監視回路と、前記第２の磁気抵抗素子電圧を所定の電圧と比較する第２の電圧比較回路と、前記第２の磁気抵抗素子電圧が所定電圧より小さい場合には第２の定電流源の電流値を増加させるとともに第２の磁気抵抗素子電圧が所定電圧より大きい場合には第２の定電流源の電流値を保持する第２の電流制御回路と、前記第２の磁気抵抗素子から出力される磁気抵抗素子電圧を反転する第２の反転増幅器と、この第２の反転増幅器による反転出力の電圧を前記第２の電圧比較回路の所定電圧で制御するための第２の基準電圧発生回路と、第２の磁気抵抗素子から出力される磁気抵抗素子電圧と第２の反転増幅器からの出力信号とを比較する第２の比較器とを備え、第１の比較器から得られる出力パルス信号の立ち上がりエッジ時点での第２の比較器から出力される出力パルスレベルと、第１の比較器から得られる出力パルス信号の立ち下がりエッジ時点での第２の比較器から出力される出力パルスレベルとを比較する回転方向検出用比較器を設けたもので、この構成によれば、第１の比較器から得られる出力パルス信号の立ち上がりエッジ時点での第２の比較器から出力される出力パルスレベルと、第１の比較器から得られる出力パルス信号の立ち下がりエッジ時点での第２の比較器から出力される出力パルスレベルとを比較する回転方向検出用比較器を設けたため、被測定物の回転方向を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方向検出機能付き回転数センサは、磁石の磁極面に設けられた第１の磁気抵抗素子と、この第１の磁気抵抗素子に一定の電流を供給する第１の定電流源と、前記第１の磁気抵抗素子から発生する第１の磁気抵抗素子電圧を監視する第１の電圧監視回路と、前記第１の磁気抵抗素子電圧を所定の電圧と比較する第１の電圧比較回路と、前記第１の磁気抵抗素子電圧が所定電圧より小さい場合には第１の定電流源の電流値を増加させるとともに第１の磁気抵抗素子電圧が所定電圧より大きい場合には第１の定電流源の電流値を保持する第１の電流制御回路と、前記第１の磁気抵抗素子から出力される磁気抵抗素子電圧を反転する第１の反転増幅器と、この第１の反転増幅器による反転出力の電圧を前記第１の電圧比較回路の所定電圧で制御するための第１の基準電圧発生回路と、第１の磁気抵抗素子の磁気抵抗素子電圧と第１の反転増幅器からの出力信号とを比較する第１の比較器と、前記磁石の磁極面に被測定物である歯車の凹凸の１／４周期分前記第１の磁気抵抗素子よりも離間して設けられた第２の磁気抵抗素子と、この第２の磁気抵抗素子に一定の電流を供給する第２の定電流源と、前記第２の磁気抵抗素子から発生する第２の磁気抵抗素子電圧を監視する第２の電圧監視回路と、前記第２の磁気抵抗素子電圧を所定の電圧と比較する第２の電圧比較回路と、前記第２の磁気抵抗素子電圧が所定電圧より小さい場合には第２の定電流源の電流値を増加させるとともに第２の磁気抵抗素子電圧が所定電圧より大きい場合には第２の定電流源の電流値を保持する第２の電流制御回路と、前記第２の磁気抵抗素子から出力される磁気抵抗素子電圧を反転する第２の反転増幅器と、この第２の反転増幅器による反転出力の電圧を前記第２の電圧比較回路の所定電圧で制御するための第２の基準電圧発生回路と、第２の磁気抵抗素子から出力される磁気抵抗素子電圧と第２の反転増幅器からの出力信号とを比較する第２の比較器とを備え、第１の比較器から得られる出力パルス信号の立ち上がりエッジ時点での第２の比較器から出力される出力パルスレベルと、第１の比較器から得られる出力パルス信号の立ち下がりエッジ時点での第２の比較器から出力される出力パルスレベルとを比較する回転方向検出用比較器を設けたもので、この構成によれば、第１の比較器から得られる出力パルス信号の立ち上がりエッジ時点での第２の比較器から出力される出力パルスレベルと、第１の比較器から得られる出力パルス信号の立ち下がりエッジ時点での第２の比較器から出力される出力パルスレベルとを比較する回転方向検出用比較器を設けたため、被測定物の回転方向を検出する回転方向検出機能付き回転数センサを提供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

以下、本発明の一実施の形態における回転方向検出機能付き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方向検出機能付き回転数センサの分解斜視図、図２は同側断面図、図３は同回転方向検出機能付き回転数センサの回路ブロック図である。

図１〜図３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と被測定物である歯車の凹凸の１/４周期分の間隔を設けて配設されている。２４は第１の定電流源で、この第１の定電流源２４は、前記第１の磁気抵抗素子２２に定電流を供給している。２５は第１の電圧監視回路で、この第１の電圧監視回路２５は前記第１の磁気抵抗素子２２に発生する磁気抵抗素子電圧を監視している。２６はコンパレータからなる第１の電圧比較回路で、この第１の電圧比較回路２６は、第１の電圧監視回路２５から出力される磁気抵抗素子電圧が３Ｖ以下である場合には、負の最大電圧を出力する。一方、第１の電圧監視回路２５から出力される磁気抵抗素子電圧が３Ｖ以上である場合には、正の最大電圧を出力する。２７は第１の電流制御回路で、この第１の電流制御回路２７は、前記第１の電圧比較回路２６からの出力信号が負の値である場合には、第１の定電流源２４から第１の磁気抵抗素子２２に入力される電流値が増加するように制御している。一方、前記第１の電圧比較回路２６からの出力信号が正の値である場合には、第１の定電流源２４から第１の磁気抵抗素子２２に入力される電流値を保持するように制御している。２８は第１の反転増幅器で、この第１の反転増幅器２８は前記第１の電流制御回路２７から出力される第１の磁気抵抗素子２２の第１の磁気抵抗素子電圧を反転させている。３０は基準電圧発生回路で、この基準電圧発生回路３０は前記反転増幅器２８により反転する信号の最低電圧が３Ｖを下回らないように、反転させる基準電圧を生成している。３１はコンパレータからなる第１の比較器で、この第１の比較器３１は第１の磁気抵抗素子電圧が第１の反転増幅器２８からの出力信号よりも大きい場合には、ハイ信号を出力するとともに、第１の電流制御回路２７から出力信号が第１の反転増幅器２８からの出力信号よりも小さい場合には、ロー信号を出力している。３２は第２の定電流源で、この第２の定電流源３２は、前記第２の磁気抵抗素子２３に定電流を供給している。３３は第２の電圧監視回路で、この第２の電圧監視回路３３は第２の磁気抵抗素子２３に発生する磁気抵抗素子電圧を監視している。３４はコンパレータからなる第２の電圧比較回路で、この第２の電圧比較回路３４は、第２の電圧監視回路３３から出力される磁気抵抗素子電圧の最低電圧が３Ｖ以下である場合には、負の最大電圧を出力する。一方、第２の電圧監視回路３３から出力される磁気抵抗素子電圧が３Ｖ以上である場合には、正の最大電圧を出力する。３５は第２の電流制御回路で、この第２の電流制御回路３５は、前記第２の電圧比較回路３４からの出力信号が負の値である場合には、第２の定電流源３２から第２の磁気抵抗素子２３に入力される電流値が増加するように制御している。一方、前記第２の電圧比較回路３４からの出力信号が正の値である場合には、第２の定電流源３２から第２の磁気抵抗素子２３に入力される電流値を保持するように制御している。３６は第２の反転増幅器で、この第２の反転増幅器３６は前記第２の電流制御回路３５から出力される第２の磁気抵抗素子２３の第２の磁気抵抗素子電圧を反転させている。３８は第２の基準電圧発生回路で、この第２の基準電圧発生回路３８は前記第２の反転増幅器３６により反転する信号の最低電圧が３Ｖを下回らないように、反転させる基準電圧を生成している。３９はコンパレータからなる第２の比較器で、この第２の比較器３９は第２の磁気抵抗素子電圧が第２の反転増幅器３６からの出力信号よりも大きい場合には、ハイ信号を出力するとともに、第２の磁気抵抗素子電圧が第２の反転増幅器３６からの出力信号よりも小さい場合には、ロー信号を出力している。４０は第１のエッジ検出器で、この第１のエッジ検出器４０は前記第１の比較器３１から出力される出力信号のエッジを検出している。４１は第２のエッジ検出器で、この第２のエッジ検出器４１は第２の比較器３９から出力される出力信号のエッジを検出している。４２は回転方向検出用比較器で、この回転方向検出用比較器４２は第１の比較器３１から得られる出力パルス信号の立ち上がりエッジ時点での第２の比較器３９から出力される出力パルスレベルと、第１の比較器３１から得られる出力パルス信号の立ち下がりエッジ時点での第２の比較器３９から出力される出力パルスレベルとを比較して、回転方向情報を出力している。そして、前述の定電流源２４、３２、電圧監視回路２５、３３、電圧比較回路２６、３４、電流制御回路２７、３５、反転増幅器２８、３６、基準電圧発生回路３０、３８、比較器３１、３９、第１のエッジ検出器４０、第２のエッジ検出器４１および回転方向検出用比較器４２により処理回路４６を構成している。４７は樹脂製の基体で、この基体４７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、側面に処理回路４６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４８を設けている。４９は樹脂製のケースで、このケース４９は、基体４７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５０を設けており、そして、このコネクタ端子５０は基体４７における接続端子４８と電気的に接続している。５１は蓋で、この蓋５１は前記ケース４９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方向検出機能付き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４８を金型（図示せず）に設置して、接続端子４８を一体に設けた基体４７を形成する。

次に、接続端子４８を設けた側と反対側の基体４７に磁石２１を固着する。

次に、基体４７における側面に、処理回路４６を実装する。

次に、予めコネクタ端子５０を一体に成形したケース４９の内側に前記基体４７を収納した後、前記ケース４９におけるコネクタ端子５０に基体４７における接続端子４８をはんだ付けする。

最後に、前記ケース４９の開口部を蓋５１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方向検出機能付き回転数センサについて、次に、その動作を説明する。

ケース４９の外底面に対向する側には、図４に示すように、相手側の歯車５２が設けられており、この歯車５２の表面には、凸部５３および凹部５４を交互に設けている。そしてこの歯車５２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ため、第１の磁気抵抗素子２２の磁気抵抗素子電圧および第２の磁気抵抗素子２３の磁気抵抗素子電圧が変化する。例えば、図５（ａ）に示すように、歯車５２の凸部５３が第１の磁気抵抗素子２２に近づくことにより、第１の磁気抵抗素子２２から出力される磁気抵抗素子電圧は、図５（ｂ）に示すように変化する。そして、磁気抵抗素子電圧の最低電圧が３Ｖより小さい場合には、第１の電圧比較回路２６がロー信号を出力する。そうすると、第１の電流制御回路２７から第１の定電流源２４に電流値を増加させる信号が出力され、図５（ｃ）に示すように、第１の定電流源２４から出力される電流が増加する。やがて、磁気抵抗素子電圧の最低電圧が３Ｖに到達すると、第１の電圧比較回路２６がハイ信号を出力するようになり、第１の電流制御回路２７から第１の電流制御回路に電流値を保持される信号が出力され、磁気抵抗素子電圧の最低電圧が３Ｖとなる。第１の反転増幅器２８は、前記第１の電流制御回路２７からの出力信号を反転させて、図５（ｅ）に示す出力信号を出力する。このとき、第１の反転増幅器２８から出力される出力信号の最低電圧が３Ｖになるように、基準電圧発生回路が第１の反転増幅器２８に基準電圧を出力する。そして、第１の比較器３１が第１の電流制御回路２７から出力される第１の磁気抵抗素子２２の第１の磁気抵抗素子電圧と、第１の反転増幅器２８からの出力信号とを比較することにより、図５（ｆ）に示すパルスからなる出力信号を出力するものである。また、同様に、磁石２１の磁極面に、歯車５２における凸部５３と凹部５４を１周期とした場合の１／４周期ずらした位置に設けた第２の磁気抵抗素子２３から出力される第２の磁気抵抗素子電圧を、第２の電圧監視回路３３、第２の電圧比較回路３４、第２の電流制御回路３５、第２の反転増幅器３６、第２の基準電圧発生回路３８および第２の比較器３９により信号処理することにより、図５（ｇ）に示すパルスからなる出力信号を出力する。すなわち、図５（ｆ）または図５（ｇ）に示すハイ、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５２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５２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５２が正方向に回転している場合には、図５（ｆ）に示す第１の比較器３１からの矩形波のエッジを第１のエッジ検出器４０で検出すると、図５（ｇ）に示すように、第１の比較器３１からの立ち上がりエッジ時点での第２の比較器３９からの出力信号レベルはロー信号となる。一方、第１の比較器３１からの立ち下がりエッジ時点での第２の比較器３９からの出力信号レベルはハイ信号となる。このような場合には、回転方向検出用比較器４２は正方向の回転であるとして、ハイ信号を出力する。

これと同様に、歯車５２が負方向に回転している場合には、図５（ｆ）に示す第１の比較器３１からの矩形波のエッジを第１のエッジ検出器４０で検出すると、図５（ｈ）に示すように、第１の比較器３１からの立ち上がりエッジ時点での第２の比較器３９からの出力信号レベルはハイ信号となる。一方、第１の比較器３１からの立ち下がりエッジ時点での第２の比較器３９からの出力信号レベルはロー信号となる。このような場合には、回転方向検出用比較器４２は負方向の回転であるとして、ロー信号を出力する。

すなわち、回転方向検出用比較器４２により、第１の比較器３１からの出力信号と、第２の比較器３９からの出力信号とを比較することにより、歯車５２の回転方向を検出することができるものである。

本発明に係る回転方向検出機能付き回転数センサは、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を有するものであり、特に磁気の変化により回転数を検出する回転方向検出機能付き回転数センサとして有用となるものである。

２１磁石
２２第１の磁気抵抗素子
２３第２の磁気抵抗素子
２４第１の定電流源
２５第１の電圧監視回路
２６第１の電圧比較回路
２７第１の電流制御回路
２８第１の反転増幅器
３０第１の基準電圧発生回路
３１第１の比較器
３２第２の定電流源
３３第２の電圧監視回路
３４第２の電圧比較回路
３５第２の電流制御回路
３６第２の反転増幅器
３８第２の基準電圧発生回路
３９第２の比較器
４０第１のエッジ検出器
４１第２のエッジ検出器
４２回転方向検出用比較器

Claims

磁石の磁極面に設けられた第１の磁気抵抗素子と、この第１の磁気抵抗素子に一定の電流を供給する第１の定電流源と、前記第１の磁気抵抗素子から発生する第１の磁気抵抗素子電圧を監視する第１の電圧監視回路と、前記第１の磁気抵抗素子電圧を所定の電圧と比較する第１の電圧比較回路と、前記第１の磁気抵抗素子電圧が所定電圧より小さい場合には第１の定電流源の電流値を増加させるとともに第１の磁気抵抗素子電圧が所定電圧より大きい場合には第１の定電流源の電流値を保持する第１の電流制御回路と、前記第１の磁気抵抗素子から出力される磁気抵抗素子電圧を反転する第１の反転増幅器と、この第１の反転増幅器による反転出力の電圧を前記第１の電圧比較回路の所定電圧で制御するための第１の基準電圧発生回路と、第１の磁気抵抗素子の磁気抵抗素子電圧と第１の反転増幅器からの出力信号とを比較する第１の比較器と、前記磁石の磁極面に被測定物である歯車の凹凸の１／４周期分前記第１の磁気抵抗素子よりも離間して設けられた第２の磁気抵抗素子と、この第２の磁気抵抗素子に一定の電流を供給する第２の定電流源と、前記第２の磁気抵抗素子から発生する第２の磁気抵抗素子電圧を監視する第２の電圧監視回路と、前記第２の磁気抵抗素子電圧を所定の電圧と比較する第２の電圧比較回路と、前記第２の磁気抵抗素子電圧が所定電圧より小さい場合には第２の定電流源の電流値を増加させるとともに第２の磁気抵抗素子電圧が所定電圧より大きい場合には第２の定電流源の電流値を保持する第２の電流制御回路と、前記第２の磁気抵抗素子から出力される磁気抵抗素子電圧を反転する第２の反転増幅器と、この第２の反転増幅器による反転出力の電圧を前記第２の電圧比較回路の所定電圧で制御するための第２の基準電圧発生回路と、第２の磁気抵抗素子から出力される磁気抵抗素子電圧と第２の反転増幅器からの出力信号とを比較する第２の比較器とを備え、第１の比較器から得られる出力パルス信号の立ち上がりエッジ時点での第２の比較器から出力される出力パルスレベルと、第１の比較器から得られる出力パルス信号の立ち下がりエッジ時点での第２の比較器から出力される出力パルスレベルとを比較する回転方向検出用比較器を設けた回転方向検出機能付き回転数センサ。