JP3598984B2

JP3598984B2 - 回転検出装置

Info

Publication number: JP3598984B2
Application number: JP2001069188A
Authority: JP
Inventors: 博文上野山; 孝昌金原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-03-12
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2021-03-12
Also published as: JP2002267494A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗素子を用いた回転検出装置に関するもので、例えば、車輪速度センサとして使用される回転検出装置に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車輪速度センサによるＡＢＳ制御を可能とするため、回転検出装置には回転方向の検出、すなわち正転および逆転の方向の検出という回転方向判定機能が要求されている。この回転方向判定機能を実現するためには、位相がずれた２つの信号が必要とされることから、従来では、磁気抵抗素子（ＭＲＥ）で構成したブリッジを２組用意すると共に、各信号の位相が９０°ずれるように各ブリッジを配置することで、回転方向判定機能が得られるようにしている（例えば、特開昭６０−１０４２６２号公報、特開平３−１９１８２１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成においては、磁気抵抗素子ブリッジが配置されたセンサチップ等の組み付け誤差等により、信号のオフセットが発生してしまう。このオフセットは、各ブリッジからの信号が送られる回路側で学習制御等を実施することで取り除かれるが、このような処理を実施できる構成が必要となるために高コストになると共に、回転検出装置の耐ノイズ性が悪くなるという問題がある。
【０００４】
本発明は上記問題に鑑みて、学習制御等を行わなくても回転方向検出が行える回転検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回動する略円盤形状のロータ（１）に対して磁界を発生させるバイアス磁石（４）と、バイアス磁石とロータとの間に配置され、ロータの回動に伴って抵抗値を変化させる磁気抵抗素子（２Ａ〜２Ｃ）と、磁気抵抗素子が形成された一面を有するセンサチップ（３）とを有してなる回転検出装置において、磁気抵抗素子は対称配置されたハの字形状を成して少なくとも３つ備えられており、そのうちの２つの磁気抵抗素子のハの字形状の中心線がロータの回転軸とは交差しない方向で、かつ、ロータの回転軸から径方向に伸びる仮想線に対してハの字形状の中心線が±所定角度ずつ傾斜するように配置されており、該少なくとも３つの磁気抵抗素子がロータの回転方向に並べられ、該少なくとも３つの磁気抵抗素子のうちから２つずつを組とした差動出力に基づいて、回転検出が行われるようになっていることを特徴としている。
【０００６】
このように構成した回転検出装置においては、少なくとも３組の磁気抵抗素子をロータの回転方向に並べ、２つずつを組とした差動出力に基づいて回転方向の検出を行うようにしている。このため、各差動出力の位相をずらすことができ、学習制御等を行うことなく各差動出力に基づいて回転方向の検出を行うことができる。
【０００７】
例えば、請求項２に示すように、ロータとして、該ロータの回転方向に対して所定周期でＮ極及びＳ極が交互に着磁された着磁ロータが用いられる場合に、少なくとも３つの磁気抵抗素子の間隔が磁極の周期（λ）の略１／４となるように設定すれば、各磁気抵抗素子の位相を９０°ずらすことができる。この場合、請求項３に示すように、磁気抵抗素子を３つとし、該磁気抵抗素子のうち互いに隣接するもの同士を組として差動出力を得るようにすれば、各差動出力の位相を９０°ずらすことができる。
【０００８】
また、請求項５に示すように、磁気抵抗素子を４つとし、該４つの磁気抵抗素子のうち１つおきに配置されたもの同士を組みとして差動出力を得るようにすれば、各差動出力の位相を１８０°ずらすことができる。これにより、磁気抵抗素子と着磁ロータとの間の距離が狭いような狭ギャップにおいても、磁気抵抗素子の出力の歪みの部分で各磁気抵抗素子の出力の大小が入れ替わってしまうことをなくすことができ、高精度の検出が行えるようにできる。
【０００９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に、本発明の一実施形態が適用された回転検出装置の上面模式図を示す。以下、この図に基づいて回転検出装置の構成についての説明を行う。
【００１１】
図１に示される回転検出装置は、例えば、車両の各車輪毎に備えられ、車輪速度センサとして使用される。各車輪には、車軸と共に回動する略円盤形状の着磁ロータ１が備えられ、この着磁ロータ１の近傍に回転検出装置が配置されている。具体的には、着磁ロータ１は、回転方向に対して一定周期でＮ極及びＳ極が交互に着磁されており、回転検出装置は、着磁ロータ１の側面（端面）側において、着磁ロータ１の磁極の入れ替わりを検出するようになっている。
【００１２】
回転検出装置は、通過する磁界の方向（磁束の方向）に基づいて抵抗値を変化させる磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃと、磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃが形成されたセンサチップ３と、着磁ロータ１に対して磁界を発生させるバイアス磁石４とを有して構成されている。
【００１３】
磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃは、ハの字形状のブリッジを成している。この磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃは、センサチップ３の上に３組形成されており、１組は、着磁ロータ１の回動軸から径方向に伸びる仮想線を中心としてハの字形状が対称となるように、つまり磁気抵抗素子２が仮想線に対して４５°の角度を成すように配置され、他の２組は、上記仮想線に対してハの字形状の中心線が±所定角度ずつ傾斜するように配置されている。これら各組の磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃは、着磁ロータ１の側面に対向するように配置され、各組の間の距離は、着磁ロータ１の磁極の１周期をλとすると、λの略１／４となるように設定されている。このような構成においては、着磁ロータ１の磁極が回転によって入れ替わると、磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃの表面に対して垂直方向に入力信号磁界が変化するようになっている。なお、各組の磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃは、ハの字形状に並べられた各素子が直列接続され、その中点電位を検出出力として出力できるように構成されている。
【００１４】
センサチップ３は、略直方体で構成され、その一面側に磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃが形成された構成となっている。このセンサチップ３は、磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃが形成された一面が着磁ロータ１の側面と略平行を成すように配置されている。
【００１５】
バイアス磁石４は、例えば直方体や円筒形等で構成され、一端側がＮ極、他端側がＳ極となるように着磁されている。そして、バイアス磁石４は、その磁気的中心が仮想線Ｓ上に配置され、その仮想線上においてバイアス磁石４よりも着磁ロータ１側に配置された磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃを通過するように、放物線状に着磁ロータ１の側面側にバイアス磁界を発生させられるようになっている。
【００１６】
続いて、図２に、回転検出装置の模式的な回路構成を示し、この図に基づいて回転検出装置の回路構成の説明を行う。
【００１７】
図に示すように、３組の磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃのそれぞれには、電源電圧が印加され、ハの字状に並べられたブリッジの中点電位が出力電位として出力されるようになっている。そして、３組の磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃのうち互いに隣接するもの同士（２Ａと２Ｂ、２Ｂと２Ｃ）の出力電圧の差動分が第１、第２の増幅器４、５によって増幅されたのち、それぞれの差動出力が第１、第２のコンパレータ６、７を介して、分圧抵抗８ａ、８ｂ及び９ａ、９ｂによって形成された参照電圧と大小比較されるようになっている。
【００１８】
そして、第１のコンパレータ６の出力がＥＸＯＲ回路１０に入力されると共に、第２のコンパレータ７の出力がＤ型フリップフロップ１１によって所定期間遅らされたのちＥＸＯＲ回路１０に入力されるようになっており、このＥＸＯＲ回路１０の出力が回転検出装置の検出信号として出力されるようになっている。
【００１９】
なお、第１のコンパレータ６の出力に基づき立ち上がりエッジクロック抽出部１２にて抽出される立ち上がりエッジタイミングと、第１のコンパレータ６の出力に基づきＮＯＴ回路１３及び立ち下がりエッジクロック抽出部１４にて抽出される立ち下がりタイミングとがＯＲ回路１５に入力されるようになっており、このＯＲ回路１５の出力がＤ型フリップフロップ１１のクロック信号として用いられるようになっている。
【００２０】
次に、上記構成の回転検出装置を用いた回転方向検出動作について、図３に示すタイミングチャートをもとに説明する。図３は、図２に示す回路構成中の各部の信号波形を表したものであり、着磁ロータ１が正転方向から逆転方向に変化させた場合におけるタイミングチャートに相当する。
【００２１】
まず、図３の期間ｔ１においては、磁気抵抗素子２Ｂ、２Ｃの差動により第１のコンパレータ６の出力はＨｉレベルとなり、磁気抵抗素子２Ａ、２Ｂの差動により第２のコンパレータ７の出力はＬｏｗレベルとなる。このとき、立ち上がりエッジクロック抽出部１２によって第１のコンパレータ６の立ち上がりタイミングが抽出されることから、Ｄ型フリップフロップ１１にクロック信号が入力されることになり、第２のコンパレータ７の出力に基づき、Ｄ型フリップフロップ１１の出力がＬｏｗレベルとなる。従って、この期間にはＥＸＯＲ回路１０の出力はＬｏｗレベルとなる。
【００２２】
続いて、期間ｔ２、すなわち期間ｔ１から着磁ロータ１の磁極が略１／４周期変化したタイミングにおいては、第１のコンパレータ６の出力は変化しないが、第２のコンパレータ７の出力がＨｉレベルとなる。一方、この時にはまだＤ型フリップ１１にクロック信号が入力されないため、Ｄ型フリップフロップ１１の出力はＬｏｗレベルのままとなる。従って、この期間にもＥＸＯＲ回路１０の出力はＬｏｗレベルとなる。
【００２３】
そして、期間ｔ３、すなわち期間ｔ２から着磁ロータ１の磁極がさらに略１／４周期変化したタイミングにおいては、第１のコンパレータ６の出力がＬｏｗレベルとなり、第２のコンパレータ７の出力がＨｉレベルのままとなる。このとき、立ち下がりエッジクロック抽出部１４によって第１のコンパレータ６の立ち下がりタイミングが抽出されることから、Ｄ型フリップフロップ１１にクロック信号が入力されることになり、第２のコンパレータ７の出力に基づき、Ｄ型フリップフロップ１１の出力がＨｉレベルとなる。従って、この期間にはＥＸＯＲ回路１０の出力はＬｏｗとなる。
【００２４】
この後、上記したような動作が繰り返され、期間ｔ４において着磁ロータ１の回転方向が正転方向から逆転方向に変化したとすると、第１、第２のコンパレータ６、７の出力が正転回転時と逆になる。
【００２５】
そして、期間ｔ５において、第１のコンパレータ６の出力がＬｏｗレベルからＨｉレベルに変わると、この立ち上がりタイミングが立ち上がりエッジクロック抽出回路１２によって抽出され、Ｄ型フリップフロップ１１にクロック信号が入力される。このとき、第２のコンパレータ７の出力がＨｉレベルとなっていることから、Ｄ型フリップフロップ１１の出力が期間ｔ４から引き続いてＨｉレベルとなる。このため、ＥＸＯＲ回路１０の出力がＬｏｗレベルからＨｉレベルに切換る。これにより、着磁ロータ１の回転方向が変化したことが検出される。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態に示した回転検出装置においては、３組の磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃを着磁ロータ１の磁極の周期の略１／４の間隔で配置し、隣接する組同士の差動出力に基づいて回転方向の検出を行うようにしている。このため、各差動出力の位相を９０°ずらすことができ、これら各差動出力に基づいて確実に回転方向の検出を行うことができる。
【００２７】
また、例えば、図４（ａ）に示すように、バイアス磁石の磁気的中心と磁気抵抗素子とが位置ずれを起こした場合、磁気の振れ角中心がずれることになるため、図４（ｂ）の一点鎖線で示すように磁気振れ角にオフセットが生じることになる。しかしながら、本実施形態における回転検出装置のように、差動検出を実施することにより、位置ずれを起こしても同相のオフセット成分をキャンセルすることができる。このため、図４（ｂ）の実線に示すように磁気振れ角のオフセットの影響を無くすことができる。
【００２８】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では３組の磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃから互いに隣接する２つを選んで差動出力を得るようにしているが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、４組の磁気抵抗素子を用意し、これら４組の磁気抵抗素子の間の間隔が着磁ロータ１の磁極の略１／４周期となるようにし、例えば、４つの磁気抵抗素子の中から１つおきに配置された磁気抵抗素子を組みとして、各組の差動出力を得るようにしてもよい。
【００２９】
このようにすれば、１８０°位相がずれた磁気抵抗素子から差動出力を得ることができるため、第１実施形態の場合（９０°ずれ）の倍の位相ずれとなる磁気抵抗素子に基づいて差動出力を得ることができる。このようにすることで、さらに高精度の検出が行えるようにできる。
【００３０】
また、磁気抵抗素子と着磁ロータ１との距離が狭くなるような狭ギャップの場合には、各磁気抵抗素子の出力に歪みが生じ得る。このような場合に第１実施形態のような９０°位相ずれとなる配置で差動出力を得ようとすると、図５（ａ）に示すように、歪みとなる部分において各磁気抵抗素子の出力の大小が入れ替わり、正確な差動出力が得られなくなる可能性がある。
【００３１】
しかしながら、本実施形態のように、１８０°位相がずれた配置で差動出力が得られるようにすれば、図５（ｂ）に示すように歪みとなる部分において各磁気抵抗素子の出力の大小が入れ替わることはない。これにより、より高精度の検出が行えるようにできる。
【００３２】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、各磁気抵抗素子２Ａ〜２Ｃを９０°位相ずれが生じるような配置としたが、必ずしも９０°である必要はない。例えば、上述したようにＤ型フリップフロップ１１を用いることによって第１、第２のコンパレータ６、７の出力信号の位相差が入れ替わらないようにされていれば、９０±４４°の範囲で調整可能である。同様に、第２実施形態においても、必ずしも各磁気抵抗素子を１８０°位相ずれとする必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における回転検出装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す回転検出装置の模式的な回路構成を示した図である。
【図３】図１に示す回転検出装置の各部のタイミングチャートを示した図である。
【図４】（ａ）は位置ずれが生じた場合の磁気振れ角の状態を示す図であり、（ｂ）は位置ずれが生じた場合の磁気振れ角の変化を示した図である。
【図５】磁気抵抗素子を９０°位相ずれで配置した場合と１８０°位相ずれで配置した場合とにおいて、差動出力の対象となる各磁気抵抗素子の出力波形の相違を示した図である。
【符号の説明】
１…着磁ロータ、２Ａ〜２Ｃ…磁気抵抗素子、３…センサチップ、
４…バイアス磁石、４、５…第１、第２の増幅器、
６、７…第１、第２のコンパレータ、１１…Ｄ型フリップフロップ。

Claims

回動する略円盤形状のロータ（１）に対して磁界を発生させるバイアス磁石（４）と、
前記バイアス磁石と前記ロータとの間に配置され、前記ロータの回動に伴って抵抗値を変化させる磁気抵抗素子（２Ａ〜２Ｃ）と、
前記磁気抵抗素子が形成された一面を有するセンサチップ（３）とを有してなる回転検出装置において、
前記磁気抵抗素子は対称配置されたハの字形状を成して少なくとも３つ備えられており、そのうちの２つの磁気抵抗素子のハの字形状の中心線が前記ロータの回転軸とは交差しない方向で、かつ、前記ロータの回転軸から径方向に伸びる仮想線に対してハの字形状の中心線が±所定角度ずつ傾斜するように配置されており、該少なくとも３つの磁気抵抗素子が前記ロータの回転方向に並べられ、該少なくとも３つの磁気抵抗素子のうちから２つずつを組とした差動出力に基づいて、回転検出が行われるようになっていることを特徴とする回転検出装置。
前記ロータとして、該ロータの回転方向に対して所定周期でＮ極及びＳ極が交互に着磁された着磁ロータが用いられる場合に、前記少なくとも３つの磁気抵抗素子の間隔が前記磁極の周期（λ）の略１／４となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
前記磁気抵抗素子は３つであり、該磁気抵抗素子のうち互いに隣接するもの同士を組として前記差動出力を得ていることを特徴とする請求項２に記載の回転検出装置。
前記３つの磁気抵抗素子のうちの１つは、前記仮想線を中心としてハの字形状が対称となるように配置され、他の２つは、前記仮想線に対してハの字形状の中心線が±所定角度ずつ傾斜するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の回転検出装置。
前記磁気抵抗素子は４つであり、該４つの磁気抵抗素子のうち１つおきに配置されたもの同士を組みとして前記差動出力を得ていることを特徴とする請求項２に記載の回転検出装置。