JP4466355B2 - Rotation detector - Google Patents
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Description
この発明は、例えば車載されるエンジンの回転検出や一般機械における各種被検出回転体の回転検出に用いられる回転検出装置に関し、特に磁気抵抗素子の抵抗値変化を利用してそれら被検出回転体の回転情報を検出する回転検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation detection device used for detecting rotation of an engine mounted on a vehicle or rotation detection of various detected rotating bodies in a general machine, and in particular, using a change in resistance value of a magnetoresistive element, The present invention relates to a rotation detection device that detects rotation information.
従来、このように磁気抵抗素子の抵抗値変化を利用して回転検出を行う回転検出装置としては、例えば特許文献1に記載されている装置が知られている。図15に、この特許文献1に記載されている回転検出装置も含めて、例えばエンジンのクランク角センサ等の回転検出用として従来一般に採用されている回転検出装置の平面構造を示す。
Conventionally, for example, a device described in
図15に示されるように、この回転検出装置は、磁気抵抗素子MRE1およびMRE2からなる磁気抵抗素子対1と磁気抵抗素子MRE3およびMRE4からなる磁気抵抗素子対2とを備えるセンサチップ30が、被検出回転体であるロータ20と対向するように配設されている。そして、上記センサチップ30はその処理回路とともに集積回路化され、モールド樹脂32にて一体にモールドされている。具体的には、上記センサチップ30は上記モールド樹脂32内部で図示しないリードフレームの一端に搭載され、その他端から電源端子T1、出力端子T2およびGND端子T3といった各端子がそれぞれ外部へと引き出される構造となっている。また、上記センサチップ30の近傍には、モールド樹脂32を囲繞するように、上記磁気抵抗素子対1および2にバイアス磁界を付与するバイアス磁石22が配設されている。そして、このバイアス磁石22は、その長手方向に貫通孔を備える中空円筒状に成型されており、この貫通孔に上記モールド樹脂32が挿入されて所定の位置で接着剤等により固定されている。ここで、上記センサチップ30内には、上記磁気抵抗素子対1および2が上記バイアス磁界の磁気的中心を対称軸として線対称に配設されている。そしてこれら磁気抵抗素子対1および2を構成する磁気抵抗素子MRE1とMRE2、あるいは磁気抵抗素子MRE3とMRE4とは、それぞれ互いにバイアス磁界の磁気的中心に対して「45°」および「−45°」の角度をなすように、すなわち互いに「ハの字」状になるように配設されている。
As shown in FIG. 15, this rotation detection device includes a
一方、上記センサチップ30と対向するロータ20には、その外周に歯車状に山部21と谷部20aとが交互に設けられている。ここで、磁性体からなる歯車型のロータ20が回転すると、これら山部21と谷部20aとがセンサチップ30近傍を通過し、バイアス磁石22に接近する。そして、バイアス磁石22から発生されるバイアス磁界は、ロータ20の回転と協働して、山部21に引きずられるかたちでその磁気ベクトルの角度が変化し、ロータ20の回転方向に振れる。このように、ロータ20が回転し、センサチップ30近傍を通過する歯の位置が山部21から谷部20aへ、また谷部20aから山部21へと変化することに伴って、上記磁気ベクトルの振れ角が変化する。そして、このような磁気ベクトルの変化が上記磁気抵抗素子対1および2を構成する各磁気抵抗素子MRE1〜MRE4の抵抗値の変化として感知されることで、山部21と谷部20aとの位置情報(ロータ20の回転情報)が検出される。
On the other hand, the
次に、上記センサチップ30の上記処理回路をも含めた電気的な構成について、図16に示す等価回路を併せ参照して説明する。
この図16に示されるように、磁気抵抗素子対1および2は、電気的にはそれぞれ2つの磁気抵抗素子MRE1およびMRE2、あるいは磁気抵抗素子MRE3およびMRE4が各々直列接続されたハーフブリッジとして構成されている。そして、磁気抵抗素子MRE1およびMRE2の中点電位Vaが磁気抵抗素子対1の出力とされ、磁気抵抗素子MRE3およびMRE4の中点電位Vbが磁気抵抗素子対2の出力とされる。これら2つの出力は、それぞれ差動増幅器3に入力され、上記中点電位Vaと中点電位Vbとの差動出力(信号A)がさらに比較器4に入力される。この比較器4は、所定の閾値電圧Vthに基づいて上記差動出力の2値化処理を行う部分であり、この2値化された信号(パルス信号)が出力端子T2から出力される。
Next, the electrical configuration of the
As shown in FIG. 16,
図17は、このような回転検出装置による上記ロータ20(図15)の回転検出態様を同ロータ20の回転に伴うタイムチャートとして示したものである。このうち、図17(a)は、上記ロータ20とセンサチップ30との相対的な位置変化を、また図17(b)〜(d)は、それぞれこうした相対的な位置変化に対応して上記処理回路中で処理される信号の推移を示している。
FIG. 17 shows a rotation detection mode of the rotor 20 (FIG. 15) by such a rotation detection device as a time chart accompanying the rotation of the
すなわち、図17(a)に示されるように、ロータ20の回転に伴って、センサチップ30に対向する歯(山部21)の位置が、それぞれ状態R1〜R4のように変化すると、センサチップ30内の上記磁気抵抗素子対1および2に印加される磁気ベクトルも、それぞれ同図17(a)に矢指する態様で変化する。
That is, as shown in FIG. 17A, when the position of the teeth (mountain portion 21) facing the
そして例えば、状態R1に示されるように、上記センサチップ30が谷部20aに対向するときには、磁気抵抗素子対1および2に印加される磁気ベクトルは、それぞれバイアス磁石22から元来発生されるオープンフラックス状の磁力曲線に沿うような方向を示す。
For example, as shown in the state R1, when the
また、状態R2に示されるように、ロータ20が回転して山部21が磁気抵抗素子対2に近づくと、磁気抵抗素子対1および2に印加される磁気ベクトルは、この山部21に引かれる態様で変化する。このため、磁気抵抗素子対2に印加される磁気ベクトルの振れ角は大きくなり、磁気抵抗素子対1に印加される磁気ベクトルの振れ角は小さくなる。
Further, as shown in the state R2, when the
また、状態R3に示されるように、さらにロータ20が回転して上記山部21が磁気抵抗素子対1から遠ざかるときにも、磁気抵抗素子対1および2に印加される磁気ベクトルはこの山部21に引かれる態様で変化する。このため、磁気抵抗素子対2に印加される磁気ベクトルの振れ角は小さくなり、磁気抵抗素子対1に印加される磁気ベクトルの振れ角は大きくなる。
Further, as shown in the state R3, when the
さらに、状態R4に示されるように、再びセンサチップ30が谷部20aに対向するときには、磁気抵抗素子対1および2に印加される磁気ベクトルは、上記状態R1のときと同様に、バイアス磁石22本来の磁力曲線に沿うような方向を示すようになる。
Further, as shown in the state R4, when the
このように、磁気抵抗素子対1および2に印加される磁気ベクトルは、ロータ20の回転に伴って周期的に変化し、特にこれら磁気抵抗素子対1および2に山部21のエッジ位置が近接する度に、それら印加される磁気ベクトルの振れ角が最大になるように変化する。
Thus, the magnetic vector applied to the magnetoresistive element pairs 1 and 2 periodically changes as the
他方、図17(b)は、上記磁気抵抗素子対1および2に印加される磁気ベクトルの振れ角の変化についてその推移を示したものであり、磁気抵抗素子対1に印加される磁気ベクトルの推移は破線で、磁気抵抗素子対2に印加される磁気ベクトルの推移は実線でそれぞれ示している。ここで、磁気抵抗素子対1に印加される磁気ベクトルの振れ角は、上記センサチップ30内では磁気抵抗素子MRE1およびMRE2の抵抗値の変化として感知され、これらの中点電位Vaの変化として出力されるものである。すなわち、同図17(b)に破線で示される磁気抵抗素子対1の磁気ベクトルの変化は、同磁気抵抗素子対1の中点電位Vaの波形変化として出力されることになる。同様に、同図17(b)に実線で示される磁気抵抗素子対2の磁気ベクトルの変化は、同磁気抵抗素子対2の中点電位Vbの波形変化として出力されることになる。
On the other hand, FIG. 17B shows the transition of the change in the deflection angle of the magnetic vector applied to the
また、図17(c)は、これら磁気抵抗素子対1および2に印加される磁気ベクトルの振れ角の差である差動振れ角の変化についてその推移を示したものであり、該差動振れ角の変化は同図中に実線で示される態様で推移するようになる。この差動振れ角は、上記センサチップ30内で上記磁気抵抗素子対1および2の各中点電位VaおよびVbがそれぞれ差動増幅器3に入力されたときの、これら中点電位VaおよびVbの差動出力(信号A)として得られるようになる。
FIG. 17C shows the transition of the change in differential deflection angle, which is the difference between the deflection angles of the magnetic vectors applied to the
そして、このように出力される差動出力(信号A)に対し、同図17(c)中に一点鎖線で示す所定の閾値電圧Vthとの比較のもとに、比較器4にて2値化処理が施される。
この結果、図17(d)に示されるような2値化信号(パルス信号)が得られ、この2値化信号(パルス信号)は、上記差動出力(信号A)と閾値電圧Vthとが交差する点aおよびbを境に論理レベルが反転する信号として出力端子T2から出力される。このように、上記従来の回転検出装置では、磁気抵抗素子対1および2の差動出力(信号A)と、所定の閾値電圧Vthとの交点でセンサ出力の論理レベルが切り替わることに基づいて、ロータ20の回転角度等の検出が行われている。
As a result, a binarized signal (pulse signal) as shown in FIG. 17 (d) is obtained, and this binarized signal (pulse signal) has the differential output (signal A) and the threshold voltage Vth. The signal is output from the output terminal T2 as a signal whose logic level is inverted at the intersections a and b. As described above, in the conventional rotation detection device, the logical level of the sensor output is switched at the intersection of the differential output (signal A) of the
ところで、従来の回転検出装置では上述のように、磁気抵抗素子対1および2で感知される磁気ベクトルの振れ角は、ロータ20の山部21に引きずられるように変化し、特に山部21のエッジ位置に対応するようなかたちで変化する。すなわち、上記差動出力(信号A)も、上記山部21のエッジ位置に対応するかたちで変化し、最終的に得られるセンサ出力も、山部21のエッジ位置に対応するかたちで検出されている。しかしながら、このような検出方法では、これら磁気ベクトルの振れ角、差動出力(信号A)およびセンサ出力といった信号波形が、特に山部21のエッジ形状による影響を大きく受けることにもなる。このため通常は、ロータ20の実際の回転角度である機械的な回転角度に対する電気的なセンシング処理によって得られる回転角度の差である「機械的−電気的角度差」が生じることとなっている。
By the way, in the conventional rotation detecting device, as described above, the deflection angle of the magnetic vector sensed by the
ここで、この「機械的−電気的角度差」について、図18を参照しながら具体的に説明する。なお、この図18において、図18(a)は、上記ロータ20の形状を便宜上、直線的に示したものであり、図18(b)は、先の図17(c)と同様に、ロータ20の回転に伴う差動出力の波形変化を示すタイムチャートである。また、図18(c)も、先の図17(d)と同様に、センサ出力として得られる2値化信号(パルス信号)の波形変化を示すタイムチャートである。
Here, the “mechanical-electrical angle difference” will be specifically described with reference to FIG. In FIG. 18, FIG. 18 (a) shows the shape of the
上述のように、図18(b)に示す差動出力(信号A)と所定の閾値電圧Vthとは点aおよびbで交わっている。ただし通常、このような差動出力は、ロータ20の歯形状(山部21のエッジ形状)はもとより、温度等の外部環境、あるいはロータ20と磁気抵抗素子対1および2との距離(エアギャップ)等の諸条件が異なると、その振幅等の波形形状が変化する。このため、閾値電圧Vthが一定の値に設定されていても、これら差動出力と閾値電圧Vthとが交差する点aおよびbの位置は、上記諸条件の変化に伴って変化することになる。すなわち、図18(a)に示す上記ロータ20の山部21の機械的なエッジ21aおよび21bと上記交差する点aおよびbとの関係にも、例えば図18(b)に示される態様で、上記諸条件の変化に伴うばらつきが生じることとなる。そしてその結果、これら交差する点aおよびbに対応するかたちで得られる上記センサ出力のエッジ21oおよび21pにもばらつきが生じることとなり、これら機械的なエッジ21aおよび21bと、センサ出力のエッジ、すなわち電気的に検出されるエッジ21oおよび21pとの角度差が「機械的−電気的角度差」Lとなる。
As described above, the differential output (signal A) shown in FIG. 18B and the predetermined threshold voltage Vth intersect at points a and b. However, in general, such differential output is generated not only from the tooth shape of the rotor 20 (edge shape of the peak portion 21) but also from the external environment such as temperature or the distance between the
次に、こうした「機械的−電気的角度差」Lのばらつきについて、図19(a)〜(c)および図20を参照しながら、さらに詳細に説明する。
まず図19(a)〜(c)は、ロータ20の歯形状(山部21のエッジ形状)と、これに対応して得られるセンサ出力の波形との関係を例示したものである。
Next, the variation in the “mechanical-electrical angle difference” L will be described in more detail with reference to FIGS. 19A to 19C and FIG.
First, FIGS. 19A to 19C illustrate the relationship between the tooth shape of the rotor 20 (the edge shape of the peak portion 21) and the waveform of the sensor output obtained corresponding thereto.
図19(a)に示されるように、例えばロータ20の山部21が一般的な矩形形状からなる場合には、先の図18に示した例と同様に、機械的なエッジ21aおよび21bに対して、電気的に検出されるエッジ21oおよび21pに角度差が生じることとなり、これが「機械的−電気的角度差」L1となる。
As shown in FIG. 19A, for example, when the
また、図19(b)に示されるように、山部21のエッジ21aおよび21bが台形状に傾斜面をもって形成されている場合には、機械的なエッジ21aとして検出される範囲そのものに、端部21cから端部21dまでの距離的なばらつきがある。このため、電気的に検出されるエッジ21oおよび21pとの角度差の範囲も広くなり、「機械的−電気的角度差」L2がその最大値となる。
In addition, as shown in FIG. 19B, when the
また、図19(c)に示されるように、山部21のエッジ先端21cに丸みを有する場合には、機械的なエッジ21aおよび21bに対して、「機械的−電気的角度差」が減少される傾向にはなる。しかしながら、上記エッジ先端21cの丸みの度合いに応じて、やはり電気的に検出されるエッジ21oおよび21pには角度差が生じ、これが「機械的−電気的角度差」L3となる。
In addition, as shown in FIG. 19C, when the
このように、「機械的−電気的角度差」Lは、検出対象となるロータ20の形状、特に山部21のエッジ形状によって、大きくばらつくようになる。
他方、図20は、温度やエアギャップ等の条件が異なる場合における差動出力(信号A)の波形変化を示したものである。この図20では一例として、高温且つ高エアギャップの場合の差動出力波形を実線で、また低温且つ低エアギャップの場合の差動出力波形を破線でそれぞれ示している。周知のように、このような回転検出装置は一般に、上記磁気抵抗素子対1および2をはじめ、センサチップ30(図15、図16)内にある各種処理回路の電気的な特性が温度に依存する。例えば、温度が低いほど、磁気抵抗素子対1および2で感知される抵抗値変化は大きくなり、差動出力の振幅も大きくなる。また、エアギャップが小さいほど、上記磁気抵抗素子対1および2に付与される磁気ベクトルの振れ角は大きくなり、差動出力の振幅も大きくなる。このため、上記差動出力の振幅は、高温且つ高ギャップの場合よりも低温且つ低ギャップの場合のほうが大きくなる。そして、この差動出力が上記閾値電圧Vthと交差する位置も、こうした差動出力自身の波形変化に応じて変化し、この変化が、上述した「機械的−電気的角度差」のばらつきとして現れるようになる。
Thus, the “mechanical-electrical angle difference” L varies greatly depending on the shape of the
On the other hand, FIG. 20 shows the waveform change of the differential output (signal A) when conditions such as temperature and air gap are different. In FIG. 20, as an example, the differential output waveform in the case of high temperature and high air gap is indicated by a solid line, and the differential output waveform in the case of low temperature and low air gap is indicated by a broken line. As is well known, such a rotation detection device generally depends on the temperature of the electrical characteristics of various processing circuits in the sensor chip 30 (FIGS. 15 and 16) including the magnetoresistive element pairs 1 and 2 described above. To do. For example, the lower the temperature, the larger the resistance value change sensed by the magnetoresistive element pairs 1 and 2, and the larger the differential output amplitude. Further, the smaller the air gap, the larger the deflection angle of the magnetic vector applied to the magnetoresistive element pairs 1 and 2, and the larger the amplitude of the differential output. For this reason, the amplitude of the differential output is larger at a low temperature and a low gap than at a high temperature and a high gap. The position where the differential output intersects with the threshold voltage Vth also changes in accordance with the waveform change of the differential output itself, and this change appears as the above-described “mechanical-electrical angle difference” variation. It becomes like this.
また、上記差動出力は、回転検出装置としての製品間のばらつき(個体差)によっても、波形そのものに不要なオフセットが付与されるなどして、その絶対値が上下にばらつくことがある。例えば、先の図20中に実線で示す差動出力に対し、閾値電圧Vthが同図20に図示する態様で設定されるときには、差動出力とこの閾値電圧Vthとは点qで交わる。これに対して、上記製品間のばらつきにより、この差動出力波形に例えば負のオフセットが生じ、その絶対値が小さくなると、相対的に閾値電圧は大きくなる。すなわち、図20中に同じく実線で示す差動出力に対して、この閾値電圧は同図20に相対的に閾値電圧Vth’として示す態様で相対的に変化し、差動出力とこの閾値電圧Vth’とは点rで交わることになる。そしてこのときには、センサ出力のエッジ自体すなわち電気的に検出されるエッジ自体に角度差L4のばらつきが生じることとなり、これが「機械的−電気的角度差」としても直接効いてくるようになる。 In addition, the absolute value of the differential output may vary up and down due to, for example, an unnecessary offset added to the waveform itself due to variations (individual differences) between products as a rotation detection device. For example, when the threshold voltage Vth is set in the manner shown in FIG. 20 with respect to the differential output indicated by the solid line in FIG. 20, the differential output and the threshold voltage Vth intersect at the point q. On the other hand, due to the variation between the products, for example, a negative offset occurs in the differential output waveform, and when the absolute value becomes small, the threshold voltage becomes relatively large. That is, with respect to the differential output similarly indicated by a solid line in FIG. 20, this threshold voltage relatively changes in a manner shown as a threshold voltage Vth ′ in FIG. 20, and the differential output and this threshold voltage Vth. It intersects with the point r. At this time, the edge difference L4 of the sensor output edge itself, that is, the electrically detected edge itself, varies, and this directly acts as a “mechanical-electrical angle difference”.
このように、従来の回転検出装置では、温度やエアギャップといった諸条件の違いによっても「機械的−電気的角度差」が生じる。このため、ロータ20(図15)の山部21に関するエッジ検出精度にも自ずと限界が生じ、回転検出装置としてのこうした検出精度を高めるためには、それら製品としての個体毎に、上記差動出力と閾値電圧との関係を最適化するための調整を行わざるを得ない。
As described above, in the conventional rotation detection device, a “mechanical-electrical angle difference” is caused by a difference in various conditions such as temperature and air gap. For this reason, the edge detection accuracy related to the
結局のところ、こうした従来の回転検出装置では、回転検出の対象となるロータの形状をはじめ、温度やエアギャップ等の違いに起因する「機械的−電気的角度差」の発生が避けられず、こうした角度差の解消のために、多大な設計負荷や上記調整のための煩雑な作業が強いられることとなっている。 After all, in such a conventional rotation detection device, the occurrence of "mechanical-electrical angle difference" due to differences in temperature, air gap, etc., including the shape of the rotor that is the target of rotation detection, is unavoidable. In order to eliminate such an angle difference, an enormous design load and a complicated work for the adjustment are forced.
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、検出対象とするロータ、あるいは個体毎の内部調整を不要とする高い汎用性をもって、より精度の高い回転検出を可能とする回転検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a rotation detection device that enables highly accurate rotation detection with high versatility that does not require internal adjustment for each rotor or individual to be detected. The purpose is to provide.
こうした目的を達成するため、各請求項に記載の回転検出装置では、磁気抵抗素子を備えるセンサチップと前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石とを有し、前記センサチップの近傍にて磁性体からなる歯車型のロータが回転するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して前記ロータの回転態様を検出する回転検出装置として、前記磁気抵抗素子の抵抗値変化に基づいて前記回転するロータの各歯の中心を検出する中心検出手段を備え、該検出される各歯の中心通過情報から前記ロータの回転態様を検出する構成とした。 In order to achieve such an object, the rotation detection device according to each of the claims includes a sensor chip including a magnetoresistive element and a bias magnet that applies a bias magnetic field to the magnetoresistive element, in the vicinity of the sensor chip. A rotation detecting device for detecting a rotation mode of the rotor by sensing a change in a magnetic vector generated in cooperation with the bias magnetic field as a change in a resistance value of the magnetoresistive element when a gear-type rotor made of a magnetic material rotates. And a center detecting means for detecting the center of each tooth of the rotating rotor based on a change in the resistance value of the magnetoresistive element, and detecting the rotation mode of the rotor from the detected center passage information of each tooth. The configuration.
このように、回転するロータの各歯の中心を検出し、その検出される各歯の中心通過情報からロータの回転態様を検出するようにすることで、たとえ前述した「機械的−電気的角度差」が生じる場合であれ、そのような角度差に依存しない、すなわちロータ形状(歯(山部)のエッジ形状)や環境温度、ギャップ仕様等々に依存しない、より正確なロータ回転情報(角度情報)を得ることができるようになる。また、これらロータ形状や環境温度、ギャップ仕様等に依存しなくなったことで、設計負荷が大幅に軽減されるとともに、製造時の前述した調整作業等も不要となり、歩留まりの向上に併せて、生産コストの大幅な削減が図られるようにもなる。 Thus, by detecting the center of each tooth of the rotating rotor and detecting the rotation mode of the rotor from the detected center passage information of each tooth, the above-mentioned “mechanical-electrical angle” Even if a "difference" occurs, more accurate rotor rotation information (angle information) that does not depend on such an angle difference, that is, does not depend on the rotor shape (tooth edge shape), environmental temperature, gap specifications, etc. ) Can be obtained. In addition, since it does not depend on the rotor shape, environmental temperature, gap specifications, etc., the design load is greatly reduced, and the above-described adjustment work at the time of manufacture is no longer necessary. Costs can be significantly reduced.
また、このような構成において、前記センサチップが、前記ロータの回転方向に沿って配列されて電気的に各々ハーフブリッジ回路を形成する第1および第2の磁気抵抗素子対を備え、それら各磁気抵抗素子対の中点電位の差動出力を第1の閾値電圧が設定された第1の比較器により比較することによってこの差動出力を2値化するものであるときには、前記中心検出手段としても、具体的には、例えば請求項1に記載の発明によるように、
(イ)前記差動出力を微分処理する微分回路と、該微分処理された信号を第2の閾値電圧との比較のもとに2値化する第2の比較器と、前記第1の比較器による2値化出力とこの
第2の比較器による2値化出力との論理積をとる論理積(AND)回路とを備え、この論理積出力を前記検出される各歯の中心通過情報とするもの。
あるいは請求項2に記載の発明によるように、
(ロ)電気的にハーフブリッジ回路を形成する第3の磁気抵抗素子対と、該第3の磁気抵抗素子対の中点電位を第2の閾値電圧との比較のもとに2値化する第2の比較器と、前記第1の比較器による2値化出力とこの第2の比較器による2値化出力との論理積をとる論理積(AND)回路とを備え、この論理積出力を前記検出される各歯の中心通過情報とするもの。
さらには請求項4に記載の発明によるように、
(ハ)電気的にハーフブリッジ回路を形成する第3の磁気抵抗素子対と、前記ロータと対向する方向について該第3の磁気抵抗素子対の前方および後方のいずれか一方に配設されて電気的にハーフブリッジ回路を形成する第4の磁気抵抗素子対と、これら第3および第4の磁気抵抗素子対の各中点電位の差動出力を第2の閾値電圧との比較のもとに2値化する第2の比較器と、前記第1の比較器による2値化出力とこの第2の比較器による2値化出力との論理積をとる論理積(AND)回路とを備え、この論理積出力を前記検出される各歯の中心通過情報とするもの。
等々、の構成を採用することが有効である。
Further, in such a configuration, the sensor chip includes first and second magnetoresistive element pairs that are arranged along the rotation direction of the rotor and electrically form a half-bridge circuit, respectively. When this differential output is binarized by comparing the differential output of the midpoint potential of the resistor element pair by the first comparator having the first threshold voltage set, Specifically, for example, according to the invention described in
(A) a differentiating circuit for differentiating the differential output, a second comparator for binarizing the differentiated signal based on a comparison with a second threshold voltage, and the first comparison A logical product (AND) circuit that takes a logical product of the binarized output from the comparator and the binarized output from the second comparator, the logical product output being the center passage information of each detected tooth, What to do.
Alternatively, as in the invention according to
(B) The third magnetoresistive element pair that electrically forms a half-bridge circuit and the midpoint potential of the third magnetoresistive element pair are binarized based on comparison with the second threshold voltage. A second comparator; and a logical product (AND) circuit that takes a logical product of the binarized output from the first comparator and the binarized output from the second comparator. Is the center passage information of each tooth detected.
Furthermore, according to the invention of
(C) A third magnetoresistive element pair that electrically forms a half-bridge circuit, and an electric element disposed on either the front or rear side of the third magnetoresistive element pair in the direction facing the rotor. The fourth magnetoresistive element pair that forms a half-bridge circuit and the differential outputs of the midpoint potentials of the third and fourth magnetoresistive element pairs are compared with the second threshold voltage. A second comparator for binarization, and a logical product (AND) circuit that takes a logical product of the binarized output of the first comparator and the binarized output of the second comparator, This logical product output is used as the center passage information of each detected tooth.
It is effective to adopt such a configuration.
ちなみに、上記(イ)の構成(請求項1に記載の発明)の場合には、上記微分回路を備えることで、ロータの歯の中心位置に同期してゼロクロスする信号を純電気的に作り出すことができ、上記第2の閾値電圧としても該ゼロクロスする点に対応した電圧を設定することで、その微分出力が上記第2の比較器により2値化されて出力されるパルス信号は、ロータの歯の位置に対応した部分で、その立ち上がりエッジ、もしくは立ち下がりエッジそのものが上記ロータの歯の中心位置に同期したものとなる。このため、このパルス信号(2値化出力)と上記第1の比較器による2値化出力との上記論理積(AND)回路による論理積出力として得られるパルス信号も、その立ち上がりエッジ、もしくは立ち下がりエッジそのものが、上記ロータの歯の中心位置を直接示すようになる。なお、上記第2の比較器により2値化されて出力されるパルス信号、あるいはこの論理積出力として得られるパルス信号の「立ち上がりエッジ」および「立ち下がりエッジ」のいずれが上記ロータの歯の中心位置を示すかは、上記第2の比較器による上記微分出力との比較態様によって決定される。 By the way, in the case of the configuration (A) (the invention according to claim 1 ), the differential circuit is provided so that a signal that zero-crosses in synchronism with the center position of the teeth of the rotor is generated purely electrically. By setting a voltage corresponding to the zero-crossing point as the second threshold voltage, the pulse signal that is output with the differential output binarized by the second comparator is In the portion corresponding to the tooth position, the rising edge or the falling edge itself is synchronized with the center position of the teeth of the rotor. Therefore, the pulse signal obtained as the logical product output of the logical product (AND) circuit of the pulse signal (binarized output) and the binary output of the first comparator is also the rising edge or the rising edge. The falling edge itself directly indicates the center position of the teeth of the rotor. Note that either the “rising edge” or “falling edge” of the pulse signal that is binarized and output by the second comparator or the pulse signal obtained as the logical product output is the center of the teeth of the rotor. Whether the position is indicated or not is determined by a comparison mode with the differential output by the second comparator.
また、上記(ロ)の構成(請求項2に記載の発明)の場合には、上記第3の磁気抵抗素子対の中点電位の推移が、上記(イ)の構成でいうところの微分出力の波形に相当するもの、正確には上記ロータの歯の中心位置に同期して略点対称に変化する波形を示すものとなる。このため、この場合も、上記第2の比較器によるこの対称点のレベルを第2の閾値電圧とした2値化出力と上記第1の比較器による2値化出力との上記論理積(AND)回路による論理積出力として得られるパルス信号は、その立ち上がりエッジ、もしくは立ち下がりエッジそのものが、上記ロータの歯の中心位置を直接示すようになる。なおこの場合も、上記第2の比較器により2値化されて出力されるパルス信号、あるいはこの論理積
出力として得られるパルス信号の「立ち上がりエッジ」および「立ち下がりエッジ」のいずれが上記ロータの歯の中心位置を示すかは、上記第2の比較器による上記第3の磁気抵抗素子対の中点電位との比較態様によって決定される。またこの場合、請求項3に記載の発明によるように、第3の磁気抵抗素子対を第1および第2の磁気抵抗素子対の中央に配設するようにすることで、該第3の磁気抵抗素子対の中点電位の上記第2の閾値電圧に対する余裕度を的確に高めることができるようになる。
Further, in the case of the configuration (b) (the invention according to claim 2 ), the transition of the midpoint potential of the third magnetoresistive element pair is the differential output in the configuration (b). The waveform corresponding to this waveform, more precisely, a waveform that changes substantially in point symmetry in synchronization with the center position of the teeth of the rotor. Therefore, in this case as well, the logical product (AND) of the binarized output obtained by setting the level of the symmetry point by the second comparator as the second threshold voltage and the binarized output by the first comparator. ) In the pulse signal obtained as the logical product output by the circuit, the rising edge or the falling edge itself directly indicates the center position of the teeth of the rotor. In this case as well, any of the “rising edge” and “falling edge” of the pulse signal that is binarized and output by the second comparator or the pulse signal obtained as the logical product output is the same as that of the rotor. Whether to indicate the center position of the tooth is determined by a comparison mode with the midpoint potential of the third magnetoresistive element pair by the second comparator. Also in this case, as according to the invention described in
そして、上記(ハ)の構成(請求項4に記載の発明)の場合には、上記第3および第4の磁気抵抗素子対の各中点電位の差動出力の推移(波形)が、上記(イ)の構成でいうところの微分出力の波形に相当するもの、正確には上記ロータの歯の中心位置に同期して略点対称に変化する波形を示すものとなる。このため、この場合も、上記第2の比較器によるこの対称点のレベルを第2の閾値電圧とした2値化出力と上記第1の比較器による2値化出力との上記論理積(AND)回路による論理積出力として得られるパルス信号は、その立ち上がりエッジ、もしくは立ち下がりエッジそのものが、上記ロータの歯の中心位置を直接示すようになる。そしてこの場合も、上記第2の比較器により2値化されて出力されるパルス信号、あるいはこの論理積出力として得られるパルス信号の「立ち上がりエッジ」および「立ち下がりエッジ」のいずれが上記ロータの歯の中心位置を示すかは、上記第2の比較器による上記第3および第4の磁気抵抗素子対の各中点電位の差動出力との比較態様によって決定される。またこの場合も、請求項5に記載の発明によるように、第3および第4の磁気抵抗素子対を第1および第2の磁気抵抗素子対の中央に配設するようにすることで、該第3および第4の磁気抵抗素子対の各中点電位の差動出力の上記第2の閾値電圧に対する余裕度を的確に高めることができるようになる。 In the case of the configuration (c) (the invention according to claim 4 ), the transition (waveform) of the differential output of each midpoint potential of the third and fourth magnetoresistive element pairs is The waveform corresponding to the differential output waveform in the configuration (a), that is, a waveform that changes substantially symmetrically with respect to the center position of the teeth of the rotor is shown. Therefore, in this case as well, the logical product (AND) of the binarized output obtained by setting the level of the symmetry point by the second comparator as the second threshold voltage and the binarized output by the first comparator. ) In the pulse signal obtained as the logical product output by the circuit, the rising edge or the falling edge itself directly indicates the center position of the teeth of the rotor. In this case as well, any of the “rising edge” and “falling edge” of the pulse signal that is binarized and output by the second comparator, or the pulse signal obtained as the logical product output, is Whether the center position of the tooth is indicated is determined by a comparison mode with the differential output of each midpoint potential of the third and fourth magnetoresistive element pairs by the second comparator. Also in this case, the third and fourth magnetoresistive element pairs are arranged in the center of the first and second magnetoresistive element pairs, as in the invention described in claim 5. It becomes possible to accurately increase the margin of the differential output of each midpoint potential of the third and fourth magnetoresistive element pairs with respect to the second threshold voltage.
なお、これら(イ)〜(ハ)の構成(請求項1〜5に記載の発明)において、上記中心検出手段は、上記センサチップと同一のチップ内に設けられる構成としてもよいし、別途のチップとして設けられる構成としてもよい。また、上記「立ち上がりエッジ」および「立ち下がりエッジ」の選択に際しても、例えば論理反転回路であるインバータ回路を挿入するなどして、それら論理レベルの調整を図るようにしてもよい。
In these configurations (a) to (c) (inventions according to
また、特に上記(ハ)の構成、すなわち上記請求項4または5に記載の発明の構成の場合には、請求項6に記載の発明によるように、少なくとも前記第3および第4の磁気抵抗素子対についてはこれらを、一方のハーフブリッジ回路の出力が反転される態様でそれら各ハーフブリッジ回路が同一の電源に共通接続されたフルブリッジ回路として形成することが望ましい。このようなフルブリッジ回路とすることで、上記第2の比較器において比較(2値化)の対象とする信号の感度も大きく高められることとなり、ひいては上記ロー
タの歯の中心位置についてもこれを、上記論理積出力として得られるパルス信号の立ち上がりエッジ、もしくは立ち下がりエッジとして、より高い精度のもとに検出することができるようになる。
In particular, in the case of the above configuration (c), that is, the configuration of the invention described in
一方、上述したような、磁気抵抗素子を備えるセンサチップと前記磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与するバイアス磁石とを有し、前記センサチップの近傍にて磁性体からなる歯車型のロータが回転するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知して前記ロータの回転態様を検出するに際し、前記磁気抵抗素子の抵抗値変化に基づいて前記回転するロータの各歯の中心を検出する中心検出手段を備え、該検出される各歯の中心通過情報から前記ロータの回転態様を検出する回線検出装置として、請求項7に記載の発明によるように、前記センサチップが、前記ロータの回転方向に沿って配列されて電気的に各々ハーフブリッジ回路を形成する第1および第2の磁気抵抗素子対を備え、前記ロータが回転するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記第1および第2の磁気抵抗素子対による各中点電位の変化として感知するものであるときに、前記中心検出手段として、前記第1および第2の磁気抵抗素子対の中央に配設されてなるとともに電気的にハーフブリッジ回路を形成する第3の磁気抵抗素子対と、前記第1の磁気抵抗素子対による中点電位及び前記第3の磁気抵抗素子対による中点電位を差動増幅する第1の差動増幅器と、前記第3の磁気抵抗素子対による中点電位及び前記第2の磁気抵抗素子対による中点電位を差動増幅する第2の差動増幅器と、これら第1及び第2の差動増幅器による各差動増幅信号をさらに差動増幅する第3の差動増幅器とを備え、前記ロータの回転に対する前記第3の差動増幅器による差動増幅信号の変化態様に基づいて前記ロータの各歯の中心を検出するものといった構成を採用することも有効である。 On the other hand, a gear-type rotor made of a magnetic material rotates in the vicinity of the sensor chip, which has a sensor chip having a magnetoresistive element as described above and a bias magnet that applies a bias magnetic field to the magnetoresistive element. When detecting a rotation mode of the rotor by sensing a change in the magnetic vector that sometimes occurs in cooperation with the bias magnetic field as a change in the resistance value of the magnetoresistive element, based on the change in the resistance value of the magnetoresistive element, It includes a center detection means for detecting the center of each tooth of the rotating rotor, and a line detector for detecting the rotation mode of the rotor from the center passage information of each tooth issued該検, according the invention described in claim 7 As described above, the sensor chip is arranged along the rotation direction of the rotor to electrically form first and second magnetoresistive element pairs each forming a half-bridge circuit. When the rotor rotates, the change in the magnetic vector that occurs in cooperation with the bias magnetic field is detected as the change in the midpoint potential due to the first and second magnetoresistive element pairs. As the center detecting means, a third magnetoresistive element pair that is disposed in the center of the first and second magnetoresistive element pairs and electrically forms a half-bridge circuit, and the first magnetoresistive element A first differential amplifier that differentially amplifies the midpoint potential of the element pair and the midpoint potential of the third magnetoresistive element pair; and the midpoint potential and the second magnetism of the third magnetoresistive element pair A second differential amplifier that differentially amplifies the midpoint potential of the resistor element pair; and a third differential amplifier that further differentially amplifies each differentially amplified signal by the first and second differential amplifiers. With respect to the rotation of the rotor It is also effective to adopt a configuration such as to detect the center of each tooth of the rotor based on a variant of the third differential amplifier signal by the differential amplifier.
このような構成では、上記第3の差動増幅器による差動増幅信号の推移が、上記(イ)の構成でいうところの微分出力の波形に相当するもの、正確には上記ロータの歯の中心位置に同期して略点対称に変化する波形を示すものとなる。したがって、この場合も、ロータの回転に対する上記第3の差動増幅器による差動増幅信号の変化態様に基づいて同ロータの各歯の中心を検出することができるようになる。すなわちこの場合、同ロータの歯の中心位置については、例えば、上記第3の差動増幅器による差動増幅信号、すなわちロータの歯の中心位置に同期して略点対称に変化する波形を、該点対称の中心となる点に対応した電圧をもって2値化し、この2値化処理によって得られるパルス信号の立ち上がりエッジ、もしくは立ち下がりエッジなどとして検出することができる。なおこの場合も、上記2値化されて出力されるパルス信号の「立ち上がりエッジ」および「立ち下がりエッジ」のいずれが上記ロータの歯の中心位置を示すかは、上記第3の差動増幅器による差動増幅信号と上記点対称の中心となる点に対応した電圧との比較態様によって決定される。 In such a configuration, the transition of the differential amplification signal by the third differential amplifier corresponds to the waveform of the differential output in the configuration of (A), more precisely, the center of the teeth of the rotor. The waveform changes in a substantially point-symmetric manner in synchronization with the position. Therefore, also in this case, it becomes possible to detect the center of each tooth of the rotor based on the change mode of the differential amplification signal by the third differential amplifier with respect to the rotation of the rotor. That is, in this case, for the center position of the teeth of the rotor, for example, a differential amplification signal by the third differential amplifier, that is, a waveform that changes substantially in point symmetry in synchronization with the center position of the teeth of the rotor, It can be binarized with a voltage corresponding to a point that is the center of point symmetry, and can be detected as a rising edge or a falling edge of a pulse signal obtained by this binarization processing. In this case as well, which of the “rising edge” and “falling edge” of the pulse signal output after binarization indicates the center position of the teeth of the rotor depends on the third differential amplifier. It is determined by a comparison mode between the differential amplified signal and the voltage corresponding to the point which is the center of the point symmetry.
しかも、上記構成では、上記第1〜第3の磁気抵抗素子対による各中点電位に基づいて得られる2種の差動増幅信号を上記第3の差動増幅器にてさらに差動増幅し、この差動増幅によって得られる信号に基づいて上記ロータの各歯の中心を検出するようにしている。このため、上記ロータの各歯の中心の検出に用いられる信号の大きさも自ずと大きくなり、同中心検出の感度が大きく高められるようになる。 Moreover, in the above configuration, two types of differential amplification signals obtained based on the respective midpoint potentials of the first to third magnetoresistive element pairs are further differentially amplified by the third differential amplifier, The center of each tooth of the rotor is detected based on a signal obtained by this differential amplification. For this reason, the magnitude of the signal used for detecting the center of each tooth of the rotor naturally increases, and the sensitivity of the same center detection is greatly increased.
また、この場合には特に、請求項8に記載の発明によるように、前記回転するロータの各歯の中心と前記第3の磁気抵抗素子対とが対向するときに現われる前記第1〜第3の磁気抵抗素子対による各中点電位の出力値をそれぞれA、B、Cとして表わすとき、これら第1〜第3の磁気抵抗素子対を、それら中点電位の出力値が「A+B=2C」となる関係にそれぞれ配設するようにすることが実用上より望ましい。 Further, particularly in this case, as in the invention according to claim 8 , the first to third appearing when the center of each tooth of the rotating rotor and the third magnetoresistive element pair face each other. When the output values of the midpoint potentials of the magnetoresistive element pairs are represented as A, B, and C, the output values of the midpoint potentials of these first to third magnetoresistive element pairs are “A + B = 2C”. It is more practically desirable to arrange them in such a relationship.
すなわち、このような構成によれば、上記ロータの各歯の中心と上記第3の磁気抵抗素子対とが対向するとき、上記第1及び第2の差動増幅器による差動増幅信号の出力値はそれぞれ「A−C」及び「C−B」として表わされ、またこれら各差動増幅信号の差動増幅信号である上記第3の差動増幅器による差動増幅信号の出力値は「A+B−2C」として表わされる。したがって、第1〜第3の磁気抵抗素子対による各中点電位の出力値が「A+B=2C」となる関係を有するようにこれら第1〜第3の磁気抵抗素子対を配設する上記構成では、上記回転するロータの各歯の中心と上記第3の磁気抵抗素子対とが対向するとき、上記第3の差動増幅器による差動増幅信号の出力値が「0」となり、例えば、該第3の差動増幅器による差動増幅信号、すなわちロータの歯の中心位置に同期して略点対称に変化する波形を該点対称の中心となる点に対応した電圧をもって2値化するに際し、同点対称の中心となる点に対応した電圧設定(電圧「0V」)が容易なものとなる。 That is, according to such a configuration, when the center of each tooth of the rotor and the third magnetoresistive element pair face each other, the output value of the differential amplification signal by the first and second differential amplifiers Are represented as “A-C” and “C-B”, respectively, and the output value of the differential amplification signal by the third differential amplifier, which is the differential amplification signal of each of these differential amplification signals, is “A + B”. -2C ". Therefore, the first to third magnetoresistive element pairs are arranged so that the output value of each midpoint potential by the first to third magnetoresistive element pairs has a relationship of “A + B = 2C”. Then, when the center of each tooth of the rotating rotor and the third magnetoresistive element pair face each other, the output value of the differential amplification signal by the third differential amplifier becomes “0”, for example, When binarizing a differential amplification signal by the third differential amplifier, that is, a waveform that changes in a substantially point-symmetric manner in synchronization with the center position of the teeth of the rotor, with a voltage corresponding to the point that becomes the center of the point-symmetry, The voltage setting (voltage “0 V”) corresponding to the point that is the center of the same point symmetry becomes easy.
ただし、こうして上記点対称の中心となる点に対応した電圧(閾値電圧)をもって上記第3の差動増幅器による差動増幅信号を2値化する場合には、例えば上記第3の磁気抵抗素子対が上記ロータの谷部と対向するときなどにそのパルス信号にチャタリング(誤判定)が生じ、ひいてはロータの歯の中心位置に同期する同パルス信号の立ち上がりエッジ、もしくは立ち下がりエッジの信頼性が低下しかねない。このため、ロータの各歯の中心位
置を、このようなパルス信号の立ち上がりエッジ、もしくは立ち下がりエッジとして検出する場合には、請求項9に記載の発明によるように、前記中心検出手段として、前記回転するロータの各歯の中心と前記第3の磁気抵抗素子対とが対向するときに現われる前記第3の差動増幅器による差動増幅信号の出力値を含む2つの電圧値の間でヒステリシスを有して切り替わりつつ前記第3の差動増幅器による差動増幅信号と交差する閾値電圧が設定されるヒステリシス比較器を備え、該ヒステリシス比較器による2値化出力を前記検出される各歯の中心通過情報とするものを採用するようにすることが実用上より望ましい。
However, in the case where the differential amplified signal by the third differential amplifier is binarized with a voltage (threshold voltage) corresponding to the point that is the center of the point symmetry, for example, the third magnetoresistive element pair Chattering (incorrect determination) occurs in the pulse signal when it faces the rotor valley, and as a result, the reliability of the rising edge or falling edge of the pulse signal synchronized with the center position of the rotor teeth decreases. There is no doubt. Therefore, the center position of each tooth of the rotor, the rising edge of such a pulse signal or in the case of detecting the falling edge, such as by the invention of claim 9, as the central detection unit, wherein Hysteresis between two voltage values including the output value of the differential amplification signal by the third differential amplifier that appears when the center of each tooth of the rotating rotor and the third magnetoresistive element pair face each other. A hysteresis comparator in which a threshold voltage that crosses the differential amplification signal by the third differential amplifier is set while switching, and the binarized output by the hysteresis comparator is the center of each detected tooth It is more practically desirable to adopt what is used as passing information.
このような構成では、中心検出手段が、ロータの各歯の中心と上記第3の磁気抵抗素子対とが対向するときに現われる上記第3の差動増幅器による差動増幅信号の出力値(上記請求項8に記載の構成を採用する場合は「0V」)を含む2つの電圧値の間でヒステリシスを有して切り替わりつつ前記第3の差動増幅器による差動増幅信号と交差する閾値電圧が設定されるヒステリシス比較器を備え、該ヒステリシス比較器による2値化出力(パルス信号)を上記検出される各歯の中心通過情報とするため、上記第3の磁気抵抗素子対が上記ロータの谷部と対向するときなどにそのパルス信号にチャタリングが生じることも回避され、ロータの各歯の中心位置に対応したより精度の高い2値化出力を得ることができるようになる。 In such a configuration, the center detection means outputs the output value of the differential amplification signal by the third differential amplifier that appears when the center of each tooth of the rotor and the third magnetoresistive element pair face each other (above When the configuration according to claim 8 is adopted, a threshold voltage that crosses a differential amplification signal by the third differential amplifier while switching with hysteresis between two voltage values including “0 V”) A hysteresis comparator to be set, and the binarized output (pulse signal) from the hysteresis comparator is used as the center passage information of each detected tooth, so that the third magnetoresistive element pair is connected to the valley of the rotor. The occurrence of chattering in the pulse signal when facing the part is avoided, and a more accurate binary output corresponding to the center position of each tooth of the rotor can be obtained.
他方、上記請求項1〜9のいずれかに記載の回転検出装置において、請求項10に記載の発明では、前記各磁気抵抗素子対が、前記磁気ベクトルの変化が電流の流通方向に対して略「45°」および「−45°」を中心に印加されるべく、前記ロータと対向する方向について「ハの字」状に配設されることとしている。
On the other hand, in the rotation detection device according to any one of
磁気抵抗素子は一般に、磁気ベクトルと電流ベクトルとのなす角度θが「0〜90°」の範囲でその抵抗値が変化するが、同角度θが「0°」の近傍、あるいは「90°」の近傍では、こうした抵抗値の変化特性も、その線形性が大きく損なわれる。この点、上記請求項10に記載の発明によるように、上記各磁気抵抗素子対をロータと対向する方向について「ハの字」状に配設するようにすれば、ロータの回転に伴い、上記角度θも略「45°」および「−45°」を中心に振れることとなり、それら磁気抵抗素子としてのより線形性に優れた抵抗値変化を得ることができるようになる。すなわち、当該回転検出装置を通じて得られる上記各差動出力、ひいては上記各歯の中心通過情報と得られる論理積出力についても、これらをより高い信頼性のもとに得ることができるようになる。 In general, the resistance value of the magnetoresistive element changes in a range where the angle θ between the magnetic vector and the current vector is “0 to 90 °”, but the angle θ is in the vicinity of “0 °” or “90 °”. In the vicinity of, the linearity of such a change characteristic of the resistance value is greatly impaired. In this respect, such as by the invention described in claim 10, if to be arranged in the form "letter Ha" the direction opposite to the rotor of each of the magnetoresistive element pairs, with the rotation of the rotor, said The angle θ can also be swung around about “45 °” and “−45 °”, and it becomes possible to obtain a resistance value change more excellent in linearity as those magnetoresistive elements. In other words, the differential outputs obtained through the rotation detection device, and thus, the center output information of the teeth and the logical product output obtained can be obtained with higher reliability.
(第1の実施の形態)
以下、この発明にかかる回転検出装置の第1の実施の形態について、図1および図2を参照して説明する。なお、この実施の形態にかかる回転検出装置において、その基本部分の構造は、先の図15および図16に例示した構造に準じたものとなっている。
(First embodiment)
A first embodiment of a rotation detection device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. Note that, in the rotation detection device according to this embodiment, the structure of the basic part thereof conforms to the structure illustrated in FIGS. 15 and 16 above.
すなわち、図1に示されるように、この実施の形態にかかる回転検出装置にあっても、センサチップ30aは、磁気抵抗素子MRE1およびMRE2からなる第1の磁気抵抗素子対1と、磁気抵抗素子MRE3およびMRE4からなる第2の磁気抵抗素子対2とを備えている。これら磁気抵抗素子対1および2は、電気的にはそれぞれ磁気抵抗素子MRE1およびMRE2、あるいは磁気抵抗素子MRE3およびMRE4が各々直列接続されたハーフブリッジ回路として構成されている。そして、これら直列接続された2つの磁気抵抗素子、すなわち磁気抵抗素子MRE1およびMRE2、あるいは磁気抵抗素子MRE3およびMRE4は、先の図15に例示した構造と同様に、互いにバイアス磁界の磁気的中心に対して略「45°」および「−45°」の角度をなすように、すなわち互いに「ハの字」状になるように配設されている。そして、磁気抵抗素子MRE1およびMRE2の中点電位Vaが磁気抵抗素子対1の出力とされ、磁気抵抗素子MRE3およびMRE4の中点電位Vbが磁気抵抗素子対2の出力とされる。これら2つの出力は、それぞれ差動増幅器3に入力され、上記中点電位Vaと中点電位Vbとの差動出力(信号A)がさらに第1の比較器4に入力される。そして、この比較器4により、上記差動出力(信号A)は、所定の値に設定された第1の閾値電圧Vth1と比較されて、上記差動出力(信号A)の2値化出力(信号B)が得られるようになる。
That is, as shown in FIG. 1, even in the rotation detection device according to this embodiment, the
一方、この実施の形態にかかる回転検出装置にあっては、その信号の処理回路としてさらに、上記磁気抵抗素子MRE1〜MRE4の抵抗値の変化に基づいて、ロータ20(図15)の各歯の中心を検出する中心検出回路100を備えている。次に、この中心検出回路100の回路構成について具体的に説明する。
On the other hand, in the rotation detection device according to this embodiment, as a signal processing circuit, each of the teeth of the rotor 20 (FIG. 15) is further based on the change in the resistance values of the magnetoresistive elements MRE1 to MRE4. A
この中心検出回路100は、上記差動出力(信号A)を微分処理する微分回路110を備えている。この微分回路110は、例えばコンデンサ111と分岐抵抗112とを有して構成される周知の回路であり、この微分回路110から、上記差動出力(信号A)の微分出力(信号C1)が得られる。そして、この微分出力(信号C1)は、さらに第2の比較器120に入力される。この比較器120は、上記微分出力(信号C1)のゼロクロス点に設定された第2の閾値電圧Vth2に基づいて上記微分出力(信号C1)の2値化処理を行う部分である。なおこの実施の形態において、この比較器120は、先の第1の比較器4に対して、その反転入力端子および非反転入力端子の設定が互いに逆となっている。そして、上記比較器4から出力される2値化出力(信号B)と、上記比較器120から出力される2値化出力(信号D1)とが、これら2つの信号の論理積をとる論理積(AND)回路130に入力され、その論理積出力(信号E1)が当該回転検出装置によるセンサ出力として、出力端子T2から出力される。
The
図2は、このような処理回路を備える回転検出装置による上記ロータ20の回転検出態様を同ロータ20の回転に伴うタイムチャートとして示したものである。このうち、図2(a)は、上記ロータ20の形状を便宜上、直線的に示し、図2(b)〜(f)は、それぞれロータ20の回転に伴って先の図1に示した処理回路中で処理される信号の推移を示している。
FIG. 2 shows a rotation detection mode of the
ここで、図2(b)は、先の図18(b)と同様、上記磁気抵抗素子対1および2の各中点電位VaおよびVbの差動出力(信号A)の変化についてその推移を示したものであり、同差動出力(信号A)は同図中で実線で示される態様で、擬似正弦波形状をもって推移する。そして、このように出力される差動出力(信号A)に対し、同図中に一点鎖線で示す所定の閾値電圧Vth1との比較のもとに、比較器4にて2値化処理が施される。
Here, FIG. 2B shows the transition of the change in the differential output (signal A) of each of the midpoint potentials Va and Vb of the magnetoresistive element pairs 1 and 2 as in FIG. 18B. The differential output (signal A) changes with a pseudo sine wave shape in the form shown by a solid line in FIG. Then, the differential output (signal A) output in this way is subjected to binarization processing by the
そしてその結果、これも先の図18(c)と同様、図2(c)に示される態様で、上記差動出力(信号A)と閾値電圧Vth1とが交差する点aおよびbを境に論理レベルが反転するパルス状の2値化出力(信号B)が得られるようになる。 As a result, as in the case of FIG. 18C, this is also the case shown in FIG. 2C, with the points a and b where the differential output (signal A) and the threshold voltage Vth1 intersect as a boundary. A pulse-like binarized output (signal B) whose logic level is inverted can be obtained.
一方、図2(d)は、上記差動出力(信号A)が微分回路110によって微分処理された微分出力(信号C1)についてその推移を示したものである。この微分出力(信号C1)は、同図中に実線で示されるように、上記差動出力(信号A)の最大値となるタイミングに同期して、いわゆるゼロクロスする態様で推移する。そして、このように出力される微分出力(信号C1)は、同図中に一点鎖線で示すこのゼロクロス点cに対応した閾値電圧Vth2との比較のもとに、比較器120にて2値化処理が施される。
On the other hand, FIG. 2D shows the transition of the differential output (signal C 1) obtained by differentiating the differential output (signal A) by the differentiating
そして、この2値化処理の結果、図2(e)に示されるように、上記微分出力(信号C1)の2値化出力(信号D1)は、上記微分出力(信号C1)と閾値電圧Vth2とが交差する点cを境に論理レベルが反転するパルス信号を含むかたちで、同閾値電圧Vth2のもとに2値化(パルス化)されることとなる。なお、このとき、上記点cを境に論理レベルが反転するパルスの立ち上がりエッジは、上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mを示すようになる。また、比較器120は上述のように、比較器4とはその反転入力端子および非反転入力端子が逆に設定されているため、その2値化出力(信号D1)は、同図2(e)に示されるように、上記信号C1が閾値電圧Vth2を超えている期間、論理L(ロー)レベルとなり、逆に同閾値電圧Vth2を満たさない期間、論理H(ハイ)レベルとなる。
As a result of the binarization processing, as shown in FIG. 2E, the binarized output (signal D1) of the differentiated output (signal C1) is the differential output (signal C1) and the threshold voltage Vth2. In the form of including a pulse signal whose logic level is inverted at a point c at which the point crosses, the signal is binarized (pulsed) under the same threshold voltage Vth2. At this time, the rising edge of the pulse whose logic level is inverted with the point c as a boundary indicates the center position m of the teeth (peaks 21) of the
その後こうして2値化された信号D1と上記比較器4を通じて2値化された信号B(図2(c))とが上記論理積(AND)回路130を通じてその論理積がとられる。これにより、図2(f)に示されるように、上記点cを境に論理レベルが反転するパルスと同様、その立ち上がりエッジが上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mに同期する論理積出力(信号E1)が得られるようになる。すなわち、こうして最終的に得られる当該回転検出装置としてのセンサ出力は、上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mが通過する毎にこれと同期して論理レベルが論理Hレベルに立ち上がる、いわば中心通過情報を示すパルス信号となる。
Thereafter, the binarized signal D1 and the signal B binarized through the comparator 4 (FIG. 2C) are logically ANDed through the AND
以上説明したように、この実施の形態にかかる回転検出装置によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
(1)回転するロータ20の各歯(山部21)の中心を検出し、その検出される各歯(山部21)の中心通過情報からロータの回転態様を検出する構造とした。このような構造により、たとえ前述した「機械的−電気的角度差」が生じる場合であれ、そのような角度差に依存しない、すなわちロータ20の形状(歯(山部21)のエッジ形状)や環境温度、ギャップ仕様等々に依存しない、より正確なロータ20の回転情報(角度情報)を得ることができるようになる。また、これらロータ20の形状や環境温度、ギャップ仕様等に依存しなくなったことで、設計負荷が大幅に軽減されるとともに、製造時の調整作業等も不要となり、歩留まりの向上に併せて、生産コストの大幅な削減が図られるようにもなる。
As described above, according to the rotation detection device of this embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) The structure is such that the center of each tooth (mountain portion 21) of the
(2)回転するロータ20の各歯(山部21)の中心を検出する中心検出手段として中心検出回路100を備え、同中心検出回路100は微分回路110を備える構造とした。このような構造により、ロータ20の歯(山部21)の中心位置mに対応してゼロクロスする信号を純電気的に作り出すことができるようになる。すなわち、上記第2の閾値電圧Vth2をこのゼロクロスポイント(図2(d)の点c)に設定することで、その微分出力(信号C1)の上記比較器120による2値化出力は、その立ち上がりエッジが上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mに同期する部分を含むようになる。このため、この2値化出力(信号D1)と上記第1の比較器4による2値化出力(信号B)との論理積出力(信号E1)として得られるパルス信号も、その立ち上がりエッジそのものが、上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mを直接示すようになる。
(2) The
(3)第1の磁気抵抗素子対1および第2の磁気抵抗素子対2を構成する、磁気抵抗素子MRE1およびMRE2、あるいは磁気抵抗素子MRE3およびMRE4が、各々上記ロータ20と対向する方向について「ハの字」状に配設される構造とした。このような構造により、上記ロータ20の回転に伴い、磁気ベクトルと電流ベクトルとのなす角度が、略「45°」および「−45°」を中心に振れることとなり、それら磁気抵抗素子MRE1〜MRE4としてのより線形性に優れた抵抗値変化を得ることができるようになる。すなわち、当該回転検出装置を通じて得られる上記差動出力(信号A)、ひいては上記各歯(山部21)の中心通過情報として得られる論理積出力(信号E1)についても、これらをより高い信頼性のもとに得ることができるようになる。
(3) In the direction in which the magnetoresistive elements MRE1 and MRE2 or the magnetoresistive elements MRE3 and MRE4 constituting the first
(第2の実施の形態)
次に、この発明にかかる回転検出装置の第2の実施の形態について、図3〜図6を参照して説明する。この実施の形態も、回転検出装置としての基本的な部分の構成は先の図15および図16に例示した装置、あるいは第1の実施の形態と同様であり、センサチップの構成、具体的には中心検出回路の構成のみが先の第1の実施の形態と異なっている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the rotation detection device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Also in this embodiment, the configuration of the basic part as the rotation detection device is the same as the device illustrated in FIG. 15 and FIG. 16 or the first embodiment, and the configuration of the sensor chip, specifically Is different from the first embodiment only in the configuration of the center detection circuit.
図3は、この実施の形態にかかる回転検出装置について、ロータ20の歯(山部21)、センサチップ30bおよびバイアス磁石22の位置関係を模式的に示したものである。このセンサチップ30bのロータ20と対向する側には、先の第1の実施の形態と同様に、第1の磁気抵抗素子対1および第2の磁気抵抗素子対2が配設されている。そして、この実施の形態では、これら磁気抵抗素子対1および2の間に、後述する中心検出回路を構成する第3の磁気抵抗素子対210が配設されている。この磁気抵抗素子対210も、電気的には磁気抵抗素子MRE5とMRE6とが直列接続されたハーフブリッジ回路として構成されている。そして、これら磁気抵抗素子MRE5とMRE6も、磁気抵抗素子MRE1およびMRE2、あるいは磁気抵抗素子MRE3およびMRE4と同様に、互いにバイアス磁界の磁気的中心に対して略「45°」および「−45°」の角度をなすように、すなわち互いに「ハの字」状になるように配設されている。
FIG. 3 schematically shows the positional relationship among the teeth (mountain portion 21) of the
図4は、先の図1に対応して、この実施の形態にかかる回転検出装置のセンサチップ30b内の電気的な構成について、その等価回路を示したものである。
図4に示されるように、この実施の形態では、先の第1の実施の形態においてセンサチップ30a内に設けられている中心検出回路100に代えて、中心検出回路200を備えている。この中心検出回路200は、上記磁気抵抗素子MRE5およびMRE6からなる磁気抵抗素子対210を備え、これら磁気抵抗素子MRE5およびMRE6の中点電位Vc(信号C2)が第2の比較器220に入力される構成となっている。ここで、この比較器220は、以下に説明する所定の値に設定された第2の閾値電圧Vth2に基づいて上記中点電位Vc(信号C2)の2値化処理を行う部分である。なお、この実施の形態においても、先の第1の実施の形態と同様、比較器220は、前記第1の比較器4に対して、その反転入力端子および非反転入力端子の設定が互いに逆となっている。そして、これも前記第1の実施の形態と同様、前記比較器4から出力される2値化信号(信号B)と、この比較器220から出力される2値化出力(信号D2)とが、論理積(AND)回路230に入力され、それら各2値化出力の論理積出力(信号E2)が当該回転検出装置のセンサ出力として、出力端子T2から出力される。
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the electrical configuration in the
As shown in FIG. 4, in this embodiment, a
図5は、このような回転検出装置において、ロータ20(図15)の回転に伴い上記磁気抵抗素子対210を構成する磁気抵抗素子MRE5およびMRE6の中点電位Vc(信号C2)がどのように推移するかをタイムチャートとして示したものである。このうち、図5(a)は、上記ロータ20とセンサチップ30b内の磁気抵抗素子対210との相対的な位置変化を、また図5(b)は、こうした相対的な位置変化に対応した磁気振れ角の推移、すなわち上記中点電位Vc(信号C2)の推移を示している。
FIG. 5 shows how the midpoint potential Vc (signal C2) of the magnetoresistive elements MRE5 and MRE6 constituting the
例えばいま、図5(a)に示されるように、ロータ20の回転に伴って、センサチップ30bに対向する歯(山部21)の位置が、それぞれ状態R1〜R4のように変化したとすると、センサチップ30b内の上記磁気抵抗素子対210に印加される磁気ベクトルも、同図中に矢指する態様で変化する。そしてこのとき、この磁気抵抗素子対210に印加される磁気ベクトルの振れ角に対応して、上記中点電位Vcは、図5(b)に示されるように、上記ロータ20の歯(山部21)の中心と磁気抵抗素子対210とが対向する点dを境にそのレベルが反転する態様で、すなわち点dについて略点対称となる態様で変化するようになる。このため、この対称点である点dに対応して上記第2の閾値電圧Vth2を定め、この閾値電圧Vth2のもとに、上記第2の比較器220において、同図5(b)に示される中点電位Vc(信号C2)を2値化するようにしている。これによって、先の第1の実施の形態によって得られた信号D1(図2(e)参照)に相当する2値化出力を得ることができるようになる。
For example, as shown in FIG. 5 (a), it is assumed that the positions of the teeth (ridges 21) facing the
図6は、先の図2に対応して、このような中心検出回路200を備える回転検出装置について、上記ロータ20の回転検出態様を、同ロータ20の回転に伴うタイムチャートとして示したものである。このうち、図6(a)は、先の図2(a)と同様、上記ロータ20の形状を便宜上、直線的に示したものである。また、図6(b)および(c)は、これも先の図2(b)および(c)と同様、上記磁気抵抗素子対1および2の各中点電位VaおよびVbの差動出力(信号A)、ならびにその2値化出力(信号B)についてその推移をそれぞれ示したものである。そしてこの実施の形態の回転検出装置においては、こうして得られる2値化出力(信号B)を用い、図6(d)〜(f)に示される態様で、上記歯(山部21)の中心情報を検出することとなる。
FIG. 6 shows the rotation detection mode of the
まず、図6(d)は、先の図5(b)に示した磁気抵抗素子対210の中点電位Vc(信号C2)の変化についてその推移を示したものである。上述のように、その対称点となる点dのレベルに対応して、すなわち、同図中に一点鎖線で示す態様で第2の閾値電圧Vth2を定めることにより、上記比較器220からは、図6(e)に示される態様で、その2値化出力(信号D2)が得られるようになる。すなわちここでも、この2値化出力(信号D2)は、上記磁気抵抗素子対210の中点電位Vc(信号C2)と閾値電圧Vth2とが交差する点dを境に論理レベルが反転するパルス信号を含むかたちで2値化される。しかも、この点dを境に論理レベルが反転するパルスの立ち上がりエッジは、上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mを示すようになる。
First, FIG. 6 (d) shows the transition of the change in the midpoint potential Vc (signal C2) of the
そしてその後、こうして2値化された信号D2と上記比較器4を通じて2値化された信号B(図6(c))とが上記論理積(AND)回路230を通じてその論理積がとられる。これによって、図6(f)に示されるように、上記点dを境に論理レベルが反転するパルスと同様、その立ち上がりエッジが上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mに同期する論理積出力(信号E2)が得られるようになる。すなわち、こうして最終的に得られる当該回転検出装置としてのセンサ出力は、上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mが通過する毎にこれと同期して論理レベルが論理Hレベルに立ち上がる、いわば中心通過情報を示すパルス信号となる。
Thereafter, the signal D2 binarized in this way and the signal B binarized through the comparator 4 (FIG. 6C) are logically ANDed through the AND
以上説明したように、この第2の実施の形態にかかる回転検出装置によっても、先の第1の実施の形態による前記(1)および(3)の効果と同等、もしくはそれに準じた効果が得られるとともに、さらに以下のような効果が得られるようになる。 As described above, the rotation detection device according to the second embodiment also obtains an effect equivalent to or equivalent to the effects (1) and (3) of the previous first embodiment. In addition, the following effects can be obtained.
(4)回転するロータ20の各歯(山部21)の中心を検出する中心検出手段として中心検出回路200を備え、上記第3の磁気抵抗素子対210の中点電位Vcの推移に基づいて上記各歯(山部21)の中心が通過する角度情報を得るようにした。この中点電位Vcも、それら各歯(山部21)の中心位置に同期して点対称に推移(変化)する。このため、上記第2の比較器220によるこの対称点のレベルを第2の閾値電圧Vth2とした2値化出力(信号D2)と上記第1の比較器4による2値化出力(信号B)との論理積出力(信号E2)として得られるパルス信号も、その立ち上がりエッジそのものが、上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mを直接示すようになる。しかも、上記磁気抵抗素子対210を構成する磁気抵抗素子MRE5およびMRE6についても、これを上記ロータ20と対向する方向について「ハの字」状に配設する構造とした。これにより、前述と同様の理由によって、上記中点電位Vcの信頼性も高く維持されるようになる。
(4) A
(第3の実施の形態)
次に、この発明にかかる回転検出装置の第3の実施の形態について、図7〜図10を参照して説明する。この実施の形態も、回転検出装置としての基本的な部分の構成は先の図15および図16に例示した装置、あるいは第1および第2の実施の形態と同様であり、センサチップの構成、具体的には中心検出回路の構成が先の各実施の形態と異なっている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the rotation detection device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Also in this embodiment, the configuration of the basic part as the rotation detection device is the same as the device illustrated in FIG. 15 and FIG. 16 or the first and second embodiments, and the configuration of the sensor chip, Specifically, the configuration of the center detection circuit is different from the previous embodiments.
図7は、この実施の形態にかかる回転検出装置について、ロータ20の歯(山部21)、センサチップ30cおよびバイアス磁石22の位置関係を、模式的に示したものである。このセンサチップ30cのロータ20と対向する側には、先の第2の実施の形態と同様に、第1の磁気抵抗素子対1、第2の磁気抵抗素子対2、および第3の磁気抵抗素子対311がそれぞれ配設されている。そして、この実施の形態ではさらに、上記磁気抵抗素子対311の、上記ロータ20と対向する方向の後方側に、第4の磁気抵抗素子対312を配設するようにしている。これら磁気抵抗素子対311および312は、上記バイアス磁石22の磁気的中心に対して略平行となる直線状に配設されている。また、この磁気抵抗素子対312も、上記磁気抵抗素子対1および2、あるいは磁気抵抗素子対311と同様に、磁気抵抗素子MRE7およびMRE8が互いにバイアス磁界の磁気的中心に対して略「45°」および「−45°」の角度をなすように、すなわち互いに「ハの字」状になるように配設されている。そして、この磁気抵抗素子対312を構成する磁気抵抗素子MRE7およびMRE8と上記磁気抵抗素子対311を構成する磁気抵抗素子MRE5およびMRE6とは、電気的には、一方のハーフブリッジ回路の出力が反転される態様でそれら各ハーフブリッジ回路が同一の電源に共通接続されたフルブリッジ回路として構成されている。
FIG. 7 schematically shows the positional relationship among the teeth (ridges 21) of the
図8は、この実施の形態にかかる回転検出装置のセンサチップ30c内の電気的な構成について、その等価回路を示したものである。
図8に示されるように、この実施の形態では、そのセンサチップ30c内に中心検出回路300を備えて構成されている。この中心検出回路300は、上述の態様でフルブリッジ接続された磁気抵抗素子MRE5〜MRE8を備え、このうちの磁気抵抗素子MRE5およびMRE6の中点電位Vcと、磁気抵抗素子MRE7およびMRE8の中点電位Vdとが、それぞれ差動増幅器313に入力される。また、この差動増幅器313による上記中点電位Vcと中点電位Vdとの差動出力(信号C3)はさらに第2の比較器320に入力され、この比較器320を通じて、以下に説明する所定の値に設定された第2の閾値電圧Vth2のもとに2値化処理される。なお、この実施の形態においても、先の第1および第2の実施の形態と同様、比較器320は、前記第1の比較器4に対して、その反転入力端子および非反転入力端子の設定が互いに逆となっている。そして、この比較器320による2値化出力(信号D3)が、前記比較器4による2値化出力(信号B)とともに、論理積(AND)回路330に入力されて、それら各2値化出力の論理積がとられ、その論理積出力(信号E3)が当該回転検出装置のセンサ出力として、出力端子T2から出力される。
FIG. 8 shows an equivalent circuit of the electrical configuration in the
As shown in FIG. 8, in this embodiment, a
図9は、このような回転検出装置において、ロータ20(図15)の回転に伴い上記磁気抵抗素子対311および312を構成する磁気抵抗素子MRE5およびMRE6の中点電位Vcと、磁気抵抗素子MRE7およびMRE8の中点電位Vdとが、それぞれどのように推移するかをタイムチャートとして示したものである。このうち、図9(a)は、上記ロータ20と上記センサチップ30c内の磁気抵抗素子対311および312との相対的な位置変化を、また図9(b)は、こうした相対的な位置変化に対応した磁気振れ角の推移、すなわち上記中点電位VcおよびVdの推移を、それぞれ破線および実線で示している。
FIG. 9 shows the rotation detecting device of FIG. 9, in which the midpoint potential Vc of the magnetoresistive elements MRE5 and MRE6 constituting the magnetoresistive element pairs 311 and 312 and the magnetoresistive element MRE7 in accordance with the rotation of the rotor 20 (FIG. 15). And a time chart showing how the midpoint potential Vd of the MRE 8 changes. 9A shows a relative position change between the
例えばいま、図9(a)に示されるように、ロータ20の回転に伴って、センサチップ30cに対向する歯(山部21)の位置が、それぞれ状態R1〜R4のように変化したとすると、センサチップ30c内の上記磁気抵抗素子対311および312に印加される磁気ベクトルも、同図中に矢指される態様で変化する。そしてこのとき、この磁気抵抗素子対311および312に印加される磁気ベクトルの振れ角に対応して、上記中点電位VcおよびVdは、図9(b)に示されるように、上記ロータ20の歯(山部21)の中心と磁気抵抗素子対311および312が対向する点を境に交差する。そして、これら中点電位VcおよびVdは、上記ロータ20の回転に伴ってその振幅方向が互いに逆になるように推移する。
For example, as shown in FIG. 9A, it is assumed that the positions of the teeth (ridges 21) facing the
ここで、図9(c)は、これら磁気抵抗素子対311および312に印加される磁気ベクトルの振れ角の差である差動振れ角の変化についてその推移、すなわち上記磁気抵抗素子対311および312の各中点電位VcおよびVdの差動出力(信号C3)の推移を示したものである。そして、この差動出力(信号C3)は、図9(c)に示されるように、上記ロータ20の歯(山部21)の中心と磁気抵抗素子対の311および312とが対向する点eを境にそのレベルが反転する態様で、すなわち点eについて略点対称となる態様で変化する。ここで、この得られる差動出力(信号C3)は、ロータ20の回転に伴って推移するその形状が先の第2の実施の形態によって得られる中点電位Vc(信号C2)の推移と基本的に同様であるが、その振幅は大きく拡大され、当該信号としての感度が大幅に高められている。そしてこの実施の形態では、この対称点である点eに対応して上記第2の閾値電圧Vth2を定め、この閾値電圧Vth2のもとに、上記第2の比較器320において、同図9(c)に示される差動出力(信号C3)を2値化するようにしている。これによって、先の第2の実施の形態によって得られる信号D2(図6(e)参照)に相当する2値化出力(信号D3)をより高精度に得ることができるようにしている。
Here, FIG. 9C shows the transition of the change of the differential deflection angle which is the difference between the deflection angles of the magnetic vectors applied to the magnetoresistive element pairs 311 and 312, that is, the magnetoresistive element pairs 311 and 312. The transition of the differential output (signal C3) of each midpoint potential Vc and Vd is shown. Then, as shown in FIG. 9C, this differential output (signal C3) is a point e where the center of the teeth (peak portion 21) of the
図10は、このような中心検出回路300を備える回転検出装置について、上記ロータ20の回転検出態様を、同ロータ20の回転に伴うタイムチャートとして示したものである。このうち図10(a)は、先の図2(a)および図6(a)と同様、上記ロータ20の形状を便宜上、直線的に示したものである。また、図10(b)および(c)は、これも先の図2(b)および(c)、あるいは図6(b)および(c)と同様、上記磁気抵抗素子対1および2の各中点電位VaおよびVbの差動出力(信号A)、ならびにその2値化出力(信号B)についてその推移をそれぞれ示したものである。そしてこの実施の形態の回転検出装置においては、こうして得られる2値化出力(信号B)を用い、図10(d)〜(f)に示される態様で、上記歯(山部21)の中心情報を検出することとなる。
FIG. 10 shows the rotation detection mode of the
まず、図10(d)は、先の図9(c)に示した磁気抵抗素子対311および312の差動出力(信号C3)の変化についてその推移を示したものである。上述のように、その対称点となる点eのレベルに対応して、すなわち、同図中に一点鎖線で示す態様で第2の閾値電圧Vth2を定めることにより、上記比較器320からは、図10(e)に示される態様で、その2値化出力(信号D3)が得られるようになる。すなわちここでも、この2値化出力(信号D3)は、上記磁気抵抗素子対311および312の差動出力(信号C3)と閾値電圧Vth2とが交差する点eを境に論理レベルが反転するパルス信号を含むかたちで2値化される。しかも、この点eを境に論理レベルが反転するパルスの立ち上がりエッジは、上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mを示すようになる。
First, FIG. 10 (d) shows the transition of the change in the differential output (signal C3) of the magnetoresistive element pairs 311 and 312 shown in FIG. 9 (c). As described above, by determining the second threshold voltage Vth2 corresponding to the level of the point e which is the symmetric point, that is, in the form indicated by the alternate long and short dash line in FIG. The binarized output (signal D3) is obtained in the manner shown in FIG. That is, also in this case, the binarized output (signal D3) is a pulse whose logic level is inverted at the point e where the differential output (signal C3) of the
そしてその後、こうして2値化された信号D3と上記比較器4を通じて2値化された信号B(図10(c))とが上記論理積(AND)回路330を通じてその論理積がとられる。これにより、図10(f)に示されるように、上記点eを境に論理レベルが反転するパルスと同様、その立ち上がりエッジが上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mに同期する論理積出力(信号E3)が得られるようになる。すなわち、こうして最終的に得られる当該回転検出装置としてのセンサ出力は、上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mが通過する毎にこれと同期して論理レベルが論理Hレベルに立ち上がる、いわば中心通過情報を示すパルス信号となる。
Then, the signal D3 binarized in this way and the signal B binarized through the comparator 4 (FIG. 10C) are logically ANDed through the AND
以上説明したように、この第3の実施の形態にかかる回転検出装置によっても、先の第1の実施の形態による前記(1)および(3)の効果と同等、もしくはそれに準じた効果が得られるとともに、さらに以下のような効果が得られるようになる。 As described above, the rotation detection device according to the third embodiment also obtains an effect equivalent to or equivalent to the effects (1) and (3) of the previous first embodiment. In addition, the following effects can be obtained.
(5)回転するロータ20の各歯(山部21)の中心を検出する中心検出手段として中心検出回路300を備え、上記第3の磁気抵抗素子対311および第4の磁気抵抗素子対312の各中点電位VcおよびVdの差動出力(信号C3)の推移に基づいて上記各歯(山部21)の中心が通過する角度情報を得るようにした。これら各中点電位VcおよびVdも、それら各歯(山部21)の中心位置に同期して略点対称に推移(変化)するため、これら各中点電位VcおよびVdの差動出力(信号C3)も、同じく各歯(山部21)の中心位置に同期して略点対称に推移(変化)し、しかもその振幅は拡大されている。このため、上記第2の比較器320による2値化出力(信号D3)と上記第1の比較器4による2値化出力(信号B)との論理積出力(信号E3)として得られるパルス信号も、その立ち上がりエッジそのものが、上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mを直接示すとともに、こうしたエッジがより高い精度で検出されるようになる。さらに、上記磁気抵抗素子対311および312を構成する磁気抵抗素子MRE5およびMRE6、あるいは磁気抵抗素子MRE7およびMRE8についても、これを上記ロータと対向する方向について「ハの字」状に配設したことにより、前述と同様の理由によって、上記中点電位VcおよびVdの信頼性も高く維持されるようになる。
(5) A
(第4の実施の形態)
次に、この発明にかかる回転検出装置の第4の実施の形態について、図11〜図14を参照して説明する。なお、この実施の形態の回転検出装置も、ロータの回転方向に沿って配列されて電気的に各々ハーフブリッジ回路を形成する第1および第2の磁気抵抗素子対を備えている。そして、同回転検出装置が、ロータが回転するときにバイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化をこれら第1および第2の磁気抵抗素子対による各中点電位の変化として感知する点は、上記第1〜第3の実施の形態とほぼ同様である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the rotation detection device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the rotation detection device of this embodiment also includes first and second magnetoresistive element pairs that are arranged along the rotation direction of the rotor and electrically form a half-bridge circuit. The point that the rotation detection device senses the change in the magnetic vector that occurs in cooperation with the bias magnetic field as the rotor rotates as the change in the midpoint potential due to the first and second magnetoresistive element pairs. This is almost the same as the first to third embodiments.
図11(a)は、この実施の形態にかかる回転検出装置について、ロータ20の歯(山部21)、センサチップ30dおよびバイアス磁石22の位置関係を模式的に示したものである。このセンサチップ30dのロータ20と対向する側には、先の第2の実施の形態と同様に、第1の磁気抵抗素子対1、第2の磁気抵抗素子対2、および第3の磁気抵抗素子対411がそれぞれ配設されている。ただし、この実施の形態では、センサチップ30dに対向する歯(山部21)の位置が状態Ra〜Rcに順に変化することに伴って、これら磁気抵抗素子対1、2、411による各中点電位Va、Vb、Vcが図11(b)に示されるかたちで推移するように同磁気抵抗素子対1、2、411をそれぞれ配設することとしている。具体的には、ロータ20の歯(山部21)の中心と第3の磁気抵抗素子対411とが対向する状態Rbのときに現われるこれら磁気抵抗素子対1、2、411による各中点電位Va、Vb、Vcの出力値をそれぞれA、B、Cとして表わすとき、それら出力値が「A+B=2C」となる関係に、これら磁気抵抗素子対1、2、411をそれぞれ配設している。
FIG. 11A schematically shows the positional relationship among the teeth (ridges 21) of the
ちなみに、このように磁気抵抗素子対1、2、411が配設される場合、上記バイアス磁石22によるバイアス磁界が上記ロータ20の山部21による磁気的な影響を受けない状態(初期状態)にあっては、図11(a)に示すように、同バイアス磁界は上記磁気抵抗素子対1、2、411に対して各々異なる角度をもって作用する。このため、図11(b)に示されるように、これら磁気抵抗素子対1、2、411による各中点電位のオフセット値、すなわち上記初期状態における磁気抵抗素子対1、2、411による各中点電位の出力値も各々異なったものとして現われている。
Incidentally, when the magnetoresistive element pairs 1, 2, and 411 are arranged in this way, the bias magnetic field by the
図12は、この実施の形態にかかる回転検出装置のセンサチップ30d内の電気的な構成について、その等価回路を示したものである。
図12に示されるように、この実施の形態にかかる回転検出装置では、そのセンサチップ30d内に中心検出回路400を備えて構成されている。この中心検出回路400は、上記第3の磁気抵抗素子対411を構成する磁気抵抗素子MRE5及びMRE6を備え、該磁気抵抗素子MRE5及びMRE6(第3の磁気抵抗素子対411)による中点電位Vcと、上記第1の磁気抵抗素子対1による中点電位Vaとが、それぞれ第1の差動増幅器412に入力される。また、同第3の磁気抵抗素子対411による中点電位Vcは、上記第2の磁気抵抗素子対2による中点電位Vbとともに第2の差動増幅器413にも入力される。そして、上記第1の差動増幅器412では、上記第1の磁気抵抗素子対1による中点電位Vaに対して上記第3の磁気抵抗素子対411による中点電位Vcが差動増幅され、すなわち差動増幅信号S1「Va−Vc」が演算される。また、上記第2の差動増幅器413では、上記第3の磁気抵抗素子対411による中点電位Vcに対して上記第2の磁気抵抗素子対2による中点電位Vbが差動増幅され、すなわち差動増幅信号S2「Vc−Vb」が演算される。
FIG. 12 shows an equivalent circuit of the electrical configuration in the
As shown in FIG. 12, the rotation detection device according to this embodiment includes a
そして、これら差動増幅信号S1及びS2は、この中心検出回路400において、第3の差動増幅器414に取り込まれ、この第3の差動増幅器414にて、差動増幅信号S1に対する差動増幅信号S2の差動増幅がさらに演算され、すなわち差動増幅信号S3「Va+Vb−2Vc」が演算される。この差動増幅信号S3は、所定の閾値電圧が設定されている比較器415にて比較されて2値化され、その2値化出力(パルス信号)PSが上記ロータ20の各歯(山部21)の中心位置を示す信号として上記出力端子T2を介してこのセンサチップ30dから取り出される。
The differential amplification signals S1 and S2 are taken into the third
なお後述するが、この実施の形態の比較器415は、ヒステリシス比較器を構成しており、上記所定の閾値電圧として、ロータ20の各歯の中心と上記第3の磁気抵抗素子対411とが対向する状態Rb(図11)のときに現われる上記差動増幅信号S3の出力値Vth3aを含む2つの電圧値Vth3a、Vth3bが設定されている。同比較器415は、スイッチング回路415aを通じて、これら2つの電圧値Vth3a、Vth3bを、ヒステリシスを持たせるかたちで切り替えつつ上記第3の差動増幅器414による差動増幅信号S3と交差させることで、該差動増幅信号S3の2値化処理を行う。
As will be described later, the
図13は、このような回転検出装置において、ロータ20の回転に伴い上記第1の差動増幅器412による差動増幅信号S1、上記第2の差動増幅器413による差動増幅信号S2、上記第3の差動増幅器414による差動増幅信号S3がどのように推移するかをタイムチャートとして示したものである。このうち、図13(a)は、上記ロータ20とセンサチップ30d内の上記磁気抵抗素子対1、2、411との相対的な位置変化を、また図13(b)〜(d)は、こうした相対的な位置変化に対応した磁気振れ角の推移、すなわち上記差動増幅信号S1〜S3の推移を示している。
FIG. 13 shows a differential detection signal S1 generated by the first
例えばいま、図13(a)に示すように、ロータ20の回転に伴って、センサチップ30d(図11)に対向する歯(山部21)の位置が状態Ra〜Rcのように順に変化したとする。
For example, as shown in FIG. 13A, as the
このとき、図13(b)に示すように、上記第1の磁気抵抗素子対1による中点電位Va及び上記第3の磁気抵抗素子対411による中点電位Vcが図中点線にて示されるかたちでそれぞれ変化することは上述した通りである。このため、同図13(b)に示すように、これら中点電位Va、Vbの差動増幅信号S1は、上記ロータ20の回転に伴って図中実線にて示されるかたちで変化するようになる。一方、このとき、図13(c)に示すように、上記第3の磁気抵抗素子対411による中点電位Vc及び上記第2の磁気抵抗素子対2による中点電位Vbが図中点線にて示されるかたちでそれぞれ変化することも上述した通りである。このため、同図13(c)に示すように、これら中点電位Vc、Vbの差動増幅信号S2は、上記ロータ20の回転に伴って図中実線にて示されるかたちで変化するようになる。
At this time, as shown in FIG. 13B, the midpoint potential Va by the first
すなわち、図13(d)に示すように、上記ロータ20の回転に伴って上記差動増幅信号S1、S2は図中点線にて示されるかたちでそれぞれ変化する。したがって、同図13(d)に示すように、これら差動増幅信号S1、S2の差動増幅信号S3は、上記ロータ20の歯の中心と上記第3の磁気抵抗素子対411とが対向する状態Rbのときに現われる出力値を中心として略点対称に変化する波形を示すものとなる。このため、上記第3の差動増幅器414による差動増幅信号S3がこのような出力値(点対称の中心となる点)となるタイミングを検出することで、同ロータ20の各歯の中心を検出することができるようになる。
That is, as shown in FIG. 13D, as the
しかも上述のように、この実施の形態では、上記磁気抵抗素子対1、2、411が、上記状態Rbのときに現われるこれら磁気抵抗素子対1、2、411による各中点電位の出力値をそれぞれA、B、Cとして表わすとき、それら中点電位の出力値が「A+B=2C」となる関係にそれぞれ配設されている。このため、中点電位Va、Vb、Vcに対して「Va+Vb−2Vc」として表される上記第3の差動増幅器414による差動増幅信号S3の上記状態Rbのときに現われる出力値「A+B−2C」は「0V」となり、上記点対称の中心となる点fのタイミングを検出することが容易となっている。
Moreover, as described above, in this embodiment, the magnetoresistive element pairs 1, 2, 411 have the output values of the midpoint potentials generated by the magnetoresistive element pairs 1, 2, 411 appearing in the state Rb. When expressed as A, B, and C, respectively, the output values of these midpoint potentials are arranged in a relationship of “A + B = 2C”. Therefore, the output value “A + B− that appears in the state Rb of the differential amplified signal S3 by the third
そしてこの実施の形態では、この点対称の中心となる点f「0V」に対応して電圧値Vth3aを定め、この電圧値Vth3aのもとに、上記比較器415において、同図13(d)に示される差動増幅信号S3を2値化するようにしている。これによって、上記点fのタイミングにて交番する2値化出力(パルス信号)PSが得られるようになり、こうしたパルス信号PSの交番するタイミングに基づいて上記ロータ20の各歯の中心位置を検出することができるようになる。
In this embodiment, the voltage value Vth3a is determined corresponding to the point f “0V” which is the center of the point symmetry, and the
ただし、こうして上記点対称の中心となる点fに対応した電圧値Vth3aをもって上記第3の差動増幅器414による差動増幅信号S3を単に2値化するだけでは、例えば上記第3の磁気抵抗素子対411が上記ロータ20の谷部と対向する状態Ra、Rcにあるときなどにそのパルス信号PSにチャタリング(誤判定)が生じかねない。そして、こうして2値化出力PSにチャタリングが生じる場合、ロータ20の歯の中心位置に同期する同パルス信号PSの交番するタイミングの信頼性が低下し、上記ロータ20の歯の中心位置の検出精度が低下するようになる。
However, if the differential amplified signal S3 by the third
そこでこの実施の形態では、上述のように、閾値電圧として、電圧値Vth3a及びこの電圧値Vth3aよりも小さい電圧値Vth3bの2つの電圧値を上記比較器415に設定し、これら2つの電圧値Vth3a、Vth3bの間で、該閾値電圧を、ヒステリシスを持たせるかたちで切り替えるようにしている。これにより、同比較器415による閾値電圧は、2つの電圧値Vth3a、Vth3bの間でヒステリシスを有して切り替わりつつ上記差動増幅信号S3と交差するようになり、こうした閾値電圧に対する該差動増幅信号S3の2値化出力(パルス信号)PSにチャタリングが生ずることも回避されるようになる。すなわち、上記ロータ20の歯の中心位置に的確に対応して交番する2値化出力PS(図12)を得ることができるようになる。
Therefore, in this embodiment, as described above, as the threshold voltage, the voltage value Vth3a and the two voltage values Vth3b smaller than the voltage value Vth3a are set in the
図14は、このような中心検出回路400を備える回転検出装置について、上記ロータ20の回転検出態様を、同ロータ20の回転に伴うタイムチャートとして示したものである。このうち、図14(a)は、先の図2(a)、図6(a)、図10(a)と同様、上記ロータ20の形状を便宜上、直線的に示したものである。
FIG. 14 shows the rotation detection mode of the
まず、図14(b)及び(c)、(d)は、先の図13(b)及び(c)、(d)と同様、上記第1及び第2の差動増幅器412、413による差動増幅信号S1、S2、及びこれら差動増幅信号S1及びS2の差動増幅信号S3についてその推移をそれぞれ示したものである。このうち、差動増幅信号S3は、上述のように、その点対称の中心となる点fのレベルに対応した電圧値Vth3a及び該電圧値Vth3aよりも小さい電圧値Vth3bの2つの電圧値の間でヒステリシスを有して切り替わる閾値電圧と比較され、上記比較器415からは、図14(e)に示される態様で、その2値化出力PSが得られるようになる。すなわちここでは、この2値化出力PSは、上記差動増幅信号S3と上記比較器415に設定されている閾値電圧とが交差する点f、gを境にその論理レベルが反転する。そして上述のように、点fは、ロータ20の歯の中心位置と同期する点であるため、この点fを境に論理レベルが反転するパルスの立ち下がりエッジは、上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mを示すようになる。すなわち、こうして最終的に得られる当該回転検出装置としてのセンサ出力は、上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置mが通過する毎にこれと同期して論理レベルが論理Lレベルに立ち下がる、いわば中心通過情報を示すパルス信号となる。
First, FIGS. 14B, 14C, and 14D show the differences between the first and second
なお、この実施の形態の中心検出回路400にあっても、上記差動増幅信号S3と上記比較器415による閾値電圧とが交差する点fのタイミングは、上記ロータ20の実際の回転角度である機械的な回転角度に対する電気的なセンシング処理によって得られる回転角度の差(機械的−電気的角度差)に依存しない。すなわち、このような「機械的−電気的角度差」が生じる場合、上記ロータ20の回転に伴う上記磁気抵抗素子対1、2、411による各中点電位や上記差動増幅信号S3などの推移は確かに変化するものの、上記磁気抵抗素子対1、2、411による各中点電位Va、Vb、Vcの出力値の「A+B=2C」といった関係についてはこれが維持される。このため、上記ロータ20の歯(山部21)の中心と第3の磁気抵抗素子対411とが対向するときには、上記差動増幅信号S3「Va+Vb−2Vc」の出力値も「0V」となり、上記「機械的−電気的角度差」の影響を受けることなく、すなわちより高い信頼性のもとで上記ロータの各歯の中心検出を行うことができるようになる。
Even in the
以上説明したように、この第4の実施の形態にかかる回転検出装置によっても、先の第1の実施の形態による前記(1)および(3)の効果と同等、もしくはそれに準じた効果が得られるとともに、さらに以下のような効果が得られるようになる。 As described above, the rotation detection device according to the fourth embodiment also obtains an effect equivalent to or equivalent to the effects (1) and (3) of the previous first embodiment. In addition, the following effects can be obtained.
(6)上記第1〜第3の磁気抵抗素子対1、2、411による各中点電位に基づいて得られる2種の差動増幅信号S1、S2を上記第3の差動増幅器414にてさらに差動増幅し、この差動増幅によって得られる信号S3に基づいて上記ロータ20の各歯の中心を検出することとした。このため、上記ロータの各歯の中心の検出に用いられる信号の大きさも自ずと大きくなり、同中心検出の感度が大きく高められるようになる。
(6) Two types of differential amplification signals S1 and S2 obtained based on the respective midpoint potentials of the first to third magnetoresistive element pairs 1, 2, and 411 are output by the third
(7)ロータ20の各歯の中心と上記第3の磁気抵抗素子対411とが対向するときに現われる上記第1〜第3の磁気抵抗素子対1、2、411による各中点電位Va、Vb、Vcの出力値をそれぞれA、B、Cとして表わすとき、これら第1〜第3の磁気抵抗素子対1、2、411を、それら中点電位Va、Vb、Vcの出力値が「A+B=2C」となる関係にそれぞれ配設するようにした。このため、第3の差動増幅器414による差動増幅信号S3、すなわちロータ20の歯の中心位置に同期して略点対称に変化する波形を該点対称の中心となる点fに対応した電圧をもって2値化するに際し、同点対称の中心となる点fに対応した電圧設定(電圧「0V」)が容易なものとなる。
(7) Each midpoint potential Va by the first to third magnetoresistive element pairs 1, 2, 411 that appears when the center of each tooth of the
(8)閾値電圧として、電圧値Vth3a及びこの電圧値Vth3aよりも小さい電圧値Vth3bの2つの電圧値を上記比較器415に設定し、これら2つの電圧値Vth3a、Vth3bの間で、該閾値電圧を、ヒステリシスを持たせるかたちで切り替えるようにした。これにより、同比較器415による閾値電圧は、2つの電圧値Vth3a、Vth3bの間でヒステリシスを有して切り替わりつつ上記差動増幅信号S3と交差するようになり、こうした閾値電圧に対する該差動増幅信号S3の2値化出力(パルス信号)PSにチャタリングが生ずることも回避されるようになる。すなわち、上記ロータ20の歯の中心位置に的確に対応して交番する2値化出力PSを得ることができるようになる。
(8) As the threshold voltage, two voltage values of a voltage value Vth3a and a voltage value Vth3b smaller than the voltage value Vth3a are set in the
(その他の実施の形態)
なお、この発明にかかる回転検出装置は、上記第1〜3の実施の形態として示した構成に限らず、これらを適宜変更した、以下に例示する態様にて実施することもできる。
(Other embodiments)
Note that the rotation detection device according to the present invention is not limited to the configurations shown as the first to third embodiments, and can be implemented in a mode exemplified below in which these are appropriately changed.
・上記第3の実施の形態では、第4の磁気抵抗素子対312を、上記ロータ20と対向する方向について第3の磁気抵抗素子対311の後方に配設することとしたが、同第3の磁気抵抗素子対311の前方に配設するようにしてもよい。また、上記ロータの歯(山部)のピッチが狭い場合には、上記第2の実施の形態も含めて、いずれの磁気抵抗素子対を同ロータの歯(山部)の中心位置を検出するための磁気抵抗素子対に選定してもよい。この選定される磁気抵抗素子の配設位置によって上記第2の閾値電圧Vth2に対する余裕度は変化するものの、いずれの場合も、その中点電位はロータの歯(山部)の中心位置に同期して略点対称に変化することが発明者によって確認されている。
In the third embodiment, the fourth
・また、上記第3の実施の形態では、磁気抵抗素子対311および312によって電気的にフルブリッジ回路を構成するようにした。ただし、基本的には、これら2つの磁気抵抗素子対311および312によって各別のハーフブリッジ回路を構成し、それら各中点電位の差動出力から上記ロータの歯(山部)の中心位置に同期して略点対称にレベル反転する信号を得るようにしてもよい。 In the third embodiment, a full bridge circuit is electrically configured by the magnetoresistive element pairs 311 and 312. However, basically, each of these two magnetoresistive element pairs 311 and 312 constitutes a separate half-bridge circuit, and from the differential output of each of the midpoint potentials to the center position of the rotor teeth (peaks). It is also possible to obtain a signal whose level is inverted in a substantially point symmetrical manner in synchronization.
・上記各実施の形態では、第2の比較器(120、220、320)の反転入力端子と非反転入力端子の設定を変更することにより、その2値化出力(信号D1〜D3)として得られるパルス信号の一部の「立ち上がりエッジ」がロータ20の歯(山部21)の中心位置mを示すようにした。しかしこれに限らず、上記各入力端子を第1の比較器4と同様に設定して、同パルス信号の「立ち下がりエッジ」がロータ20の歯(山部21)の中心位置mを示すようにしてもよい。要は、上記センサ出力を取り込んでこれを処理する制御装置側の仕様に応じて、その要求が満たされるセンサ出力が得られるものであればよい。また、これら「立ち上がりエッジ」か「立ち下がりエッジ」かの選択に際し、例えば論理反転回路であるインバータ回路を挿入するなどして、それら論理レベルの調整を図るようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the binarized output (signals D1 to D3) is obtained by changing the setting of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the second comparator (120, 220, 320). The “rising edge” of a part of the pulse signal to be generated indicates the center position m of the teeth (ridges 21) of the
・上記各実施の形態では、センサチップ内に中心検出回路(100、200、300)を備えて、それぞれロータ20の歯(山部21)の中心位置を検出することとしたが、ロータ20の歯(山部21)の中心位置を検出することのできる回路でさえあれば、その回路構成等は上記各実施の形態にて例示した回路に限定されない。例えば、上記差動増幅器3による差動出力(信号A)のピーク値を検出してそのタイミングを上記ロータ20の歯(山部21)の中心位置とする回路なども適宜採用可能である。また、特に上記第3の実施の形態では、差動増幅器313によって、第3の磁気抵抗素子対311および第4の磁気抵抗素子対312の各中点電位VcおよびVdの差動出力を得ることとしたが、この差動増幅器313を割愛し、それら各中点電位VcおよびVdを直接第2の比較器320に入力して2値化処理を施すようにしてもよい。これによっても、図10(e)に示した信号D3に準じた2値化出力を得ることはできる。
In each of the above embodiments, the center detection circuit (100, 200, 300) is provided in the sensor chip to detect the center position of the tooth (mountain portion 21) of the
・また、上記各実施の形態では、これら中心検出回路(100、200、300)をセンサチップ内に設ける構成としたが、これら中心検出回路(100、200、300)はセンサチップとは別途のチップとして設けられる構成としてもよい。 In each of the above embodiments, the center detection circuits (100, 200, 300) are provided in the sensor chip. However, the center detection circuits (100, 200, 300) are provided separately from the sensor chip. It is good also as a structure provided as a chip | tip.
・上記各実施の形態では、バイアス磁石22(図15)が中空筒状の形状からなるとしたが、上記各磁気抵抗素子にバイアス磁界を付与することができるものであればよく、他に例えば、円柱状、あるいは直方体からなるバイアス磁石も適宜採用することができる。 In each of the above embodiments, the bias magnet 22 (FIG. 15) has a hollow cylindrical shape, but any biasing magnetic field can be applied to each of the magnetoresistive elements. A bias magnet having a cylindrical shape or a rectangular parallelepiped shape can also be appropriately employed.
・また、磁気抵抗素子としては通常、一般的にAMR素子(異方性磁気抵抗素子)が用いられることが多いが、その他の磁気抵抗素子、例えばバーバーポール型磁気抵抗素子、GMR素子(巨大磁気抵抗素子)、TMR素子(トンネル電流型磁気抵抗素子)、等々の磁気抵抗素子を採用することもできる。ちなみに、AMR素子等の磁気抵抗素子では一般に、磁気ベクトルと電流ベクトルとのなす角度θが「0〜90°」の範囲でその抵抗値が変化するものの、同角度θが「0°」の近傍、あるいは「90°」の近傍では、抵抗値変化が小さく、抵抗値変化特性の線形性も大きく損なわれる。この点、バーバーポール型磁気抵抗素子には、磁気抵抗素子膜上に、これと所定の角度をなす態様で短絡電極が形成されている。このため、上記角度θが例えば「0°」近傍といった領域、すなわち当該磁気抵抗素子に付与される外部磁界の弱い領域においても、線形性に優れた十分な抵抗値変化が得られるようになる。したがって、このようなバーバーポール型磁気抵抗素子を採用すれば、特に磁界の弱い領域での抵抗値変化の感度を高め、同領域における回転検出精度の向上を図ることができるようになる。同様に、GMR素子あるいはTMR素子を採用した場合にも、抵抗値変化の感度を高めることができるようになる。 In general, an AMR element (anisotropic magnetoresistive element) is generally used as the magnetoresistive element, but other magnetoresistive elements such as barber pole type magnetoresistive elements, GMR elements (giant magnetism) A magnetoresistive element such as a resistor element, a TMR element (tunnel current type magnetoresistive element), or the like can also be employed. Incidentally, in the case of a magnetoresistive element such as an AMR element, the resistance value changes in the range of the angle θ between the magnetic vector and the current vector in the range of “0 to 90 °”, but the angle θ is in the vicinity of “0 °”. Alternatively, in the vicinity of “90 °”, the resistance value change is small, and the linearity of the resistance value change characteristic is greatly impaired. In this regard, in the barber pole type magnetoresistive element, a short-circuit electrode is formed on the magnetoresistive element film at a predetermined angle. Therefore, a sufficient resistance value change with excellent linearity can be obtained even in a region where the angle θ is, for example, in the vicinity of “0 °”, that is, a region where the external magnetic field applied to the magnetoresistive element is weak. Therefore, by adopting such a barber pole type magnetoresistive element, it becomes possible to increase the sensitivity of the change in resistance value particularly in the region where the magnetic field is weak and to improve the rotation detection accuracy in the same region. Similarly, when a GMR element or a TMR element is employed, the sensitivity of change in resistance value can be increased.
・またこの意味では、各磁気抵抗素子対の配設態様も、必ずしも上述した「ハの字」状に限られることなく任意である。要は、上記ロータが回転するときに上記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を該磁気抵抗素子の抵抗値変化として感知することができる構造であればよい。したがって、同磁気抵抗素子の数等も、基本的には任意である。回転検出装置としての基本構成がどのようなものであれ、上記中心検出回路等の中心検出手段を備えることで、前述した「機械的−電気的角度差」に依存しない正確なロータ回転情報を得ることはできる。 In this sense, the arrangement of the magnetoresistive element pairs is not necessarily limited to the above-described “C” shape, and is arbitrary. In short, any structure may be used as long as it can sense a change in the magnetic vector generated in cooperation with the bias magnetic field as the rotor rotates as a change in the resistance value of the magnetoresistive element. Therefore, the number of the magnetoresistive elements is basically arbitrary. Whatever the basic configuration of the rotation detection device, by providing the center detection means such as the center detection circuit, accurate rotor rotation information that does not depend on the above-mentioned “mechanical-electrical angle difference” is obtained. I can.
・上記第1〜第3の実施の形態においても、上記第4の実施の形態の場合と同様、比較器(120、220、320)による2値化出力(信号D1〜D3)に、その閾値電圧Vth2との関係でチャタリング(誤判定)が生ずるおそれはある。しかしながら、上記第1〜第3の実施の形態では、最終的に得られる中心通過情報を示すパルス信号(信号E1〜E3)を、2値化出力(信号B)および2値化出力(信号D1〜D3)の論理積としており、上記2値化出力(信号D1〜D3)にチャタリングが生じたとしてもその中心通過情報に悪影響が生ずるようなことは抑制されている。このため、上記第1〜第3の実施の形態において、比較器(120、220、320)をヒステリシス比較器として構成する必要性は低いものの、ロータの歯の中心検出の信頼性を高める上で、これら比較器(120、220、320)をヒステリシス比較器として構成するようにしてもよい。 In the first to third embodiments, as in the case of the fourth embodiment, the binarized output (signals D1 to D3) by the comparator (120, 220, 320) has its threshold value. There is a risk of chattering (incorrect determination) in relation to the voltage Vth2. However, in the first to third embodiments, the pulse signal (signals E1 to E3) indicating the finally obtained center passage information is converted into a binarized output (signal B) and a binarized output (signal D1). To D3), and even if chattering occurs in the binarized output (signals D1 to D3), adverse effects on the center passage information are suppressed. For this reason, in the first to third embodiments, although it is less necessary to configure the comparators (120, 220, 320) as hysteresis comparators, it is possible to increase the reliability of detecting the center of the teeth of the rotor. These comparators (120, 220, 320) may be configured as hysteresis comparators.
1、2、210、311、312、411…磁気抵抗素子対、3…差動増幅器、4…比較器、100、200、300、400…中心検出回路、110…微分回路、111…コンデンサ、112…分岐抵抗、313、412、413、414…差動増幅器、120、220、320、415…比較器、130、230、330…論理積(AND)回路、20…ロータ、20a…谷部、21…山部、21a、21b…エッジ、22…バイアス磁石、30、30a、30b、30c…センサチップ、32…モールド材、415a…スイッチング回路、MRE1〜MRE8…磁気抵抗素子、T1…電源端子、T2…出力端子、T3…GND(接地)端子。 1, 2, 210, 311, 312, 411, magnetoresistive element pair, 3, differential amplifier, 4, comparator, 100, 200, 300, 400, center detection circuit, 110, differentiation circuit, 111, capacitor, 112 ... Branch resistance, 313, 412, 413, 414 ... Differential amplifier, 120, 220, 320, 415 ... Comparator, 130, 230, 330 ... AND circuit, 20 ... Rotor, 20a ... Valley, 21 ... Mountain part, 21a, 21b ... Edge, 22 ... Bias magnet, 30, 30a, 30b, 30c ... Sensor chip, 32 ... Mold material, 415a ... Switching circuit, MRE1-MRE8 ... Magnetoresistive element, T1 ... Power supply terminal, T2 ... output terminal, T3 ... GND (ground) terminal.
Claims (10)
前記センサチップは、前記ロータの回転方向に沿って配列されて電気的に各々ハーフブリッジ回路を形成する第1および第2の磁気抵抗素子対を備え、それら各磁気抵抗素子対の中点電位の差動出力を第1の閾値電圧が設定された第1の比較器により比較することによってこの差動出力を2値化するものであり、前記中心検出手段は、前記差動出力を微分処理する微分回路と、該微分処理された信号を第2の閾値電圧との比較のもとに2値化する第2の比較器と、前記第1の比較器による2値化出力とこの第2の比較器による2値化出力との論理積をとる論理積(AND)回路とを備え、この論理積出力を前記検出される各歯の中心通過情報とする
ことを特徴とする回転検出装置。 A sensor chip having a magnetoresistive element; and a bias magnet for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element. When a gear-shaped rotor made of a magnetic material rotates in the vicinity of the sensor chip, the sensor chip cooperates with the bias magnetic field. When detecting the rotation mode of the rotor by sensing the change of the magnetic vector generated as a result of the change of the resistance value of the magnetoresistive element, each tooth of the rotating rotor is detected based on the change of the resistance value of the magnetoresistive element. includes a center detection means for detecting the center, and the central passing information of each tooth issued該検 met rotation detecting device for detecting a rotation mode of the rotor,
The sensor chip includes first and second magnetoresistive element pairs that are arranged along the rotation direction of the rotor and electrically form a half-bridge circuit, and each of the magnetoresistive element pairs has a midpoint potential. The differential output is binarized by comparing the differential output with a first comparator in which a first threshold voltage is set, and the center detection means performs differential processing on the differential output. A differentiating circuit; a second comparator for binarizing the differentiated signal based on a comparison with a second threshold voltage; a binarized output from the first comparator; A rotation detection device comprising: a logical product (AND) circuit that takes a logical product with a binary output by a comparator, and using the logical product output as center passage information of each tooth detected.
前記センサチップは、前記ロータの回転方向に沿って配列されて電気的に各々ハーフブリッジ回路を形成する第1および第2の磁気抵抗素子対を備え、それら各磁気抵抗素子対の中点電位の差動出力を第1の閾値電圧が設定された第1の比較器により比較することによってこの差動出力を2値化するものであり、前記中心検出手段は、電気的にハーフブリッジ回路を形成する第3の磁気抵抗素子対と、該第3の磁気抵抗素子対の中点電位を第2
の閾値電圧との比較のもとに2値化する第2の比較器と、前記第1の比較器による2値化出力とこの第2の比較器による2値化出力との論理積をとる論理積(AND)回路とを備え、この論理積出力を前記検出される各歯の中心通過情報とする
ことを特徴とする回転検出装置。 A sensor chip having a magnetoresistive element; and a bias magnet for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element. When a gear-shaped rotor made of a magnetic material rotates in the vicinity of the sensor chip, the sensor chip cooperates with the bias magnetic field. When detecting the rotation mode of the rotor by sensing the change of the magnetic vector generated as a result of the change of the resistance value of the magnetoresistive element, each tooth of the rotating rotor is detected based on the change of the resistance value of the magnetoresistive element. includes a center detection means for detecting the center, and the central passing information of each tooth issued該検 met rotation detecting device for detecting a rotation mode of the rotor,
The sensor chip includes first and second magnetoresistive element pairs that are arranged along the rotation direction of the rotor and electrically form a half-bridge circuit, and each of the magnetoresistive element pairs has a midpoint potential. The differential output is binarized by comparing the differential output with a first comparator set with a first threshold voltage, and the center detecting means electrically forms a half-bridge circuit. And the midpoint potential of the third magnetoresistive element pair and the third magnetoresistive element pair
A logical product of the second comparator that binarizes based on the comparison with the threshold voltage of the first output, the binarized output by the first comparator, and the binarized output by the second comparator is obtained. A rotation detection device comprising a logical product (AND) circuit, wherein the logical product output is used as center passage information of each tooth detected.
請求項2に記載の回転検出装置。 The rotation detection device according to claim 2 , wherein the third magnetoresistive element pair is disposed in the center of the first and second magnetoresistive element pairs.
前記センサチップは、前記ロータの回転方向に沿って配列されて電気的に各々ハーフブリッジ回路を形成する第1および第2の磁気抵抗素子対を備え、それら各磁気抵抗素子対の中点電位の差動出力を第1の閾値電圧が設定された第1の比較器により比較することによってこの差動出力を2値化するものであり、前記中心検出手段は、電気的にハーフブリッジ回路を形成する第3の磁気抵抗素子対と、前記ロータと対向する方向について該第3の磁気抵抗素子対の前方および後方のいずれか一方に配設されて電気的にハーフブリッジ回路を形成する第4の磁気抵抗素子対と、これら第3および第4の磁気抵抗素子対の各中点電位の差動出力を第2の閾値電圧との比較のもとに2値化する第2の比較器と、前記第1の比較器による2値化出力とこの第2の比較器による2値化出力との論理積をとる論理積(AND)回路とを備え、この論理積出力を前記検出される各歯の中心通過情報とする
ことを特徴とする回転検出装置。 A sensor chip having a magnetoresistive element; and a bias magnet for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element. When a gear-shaped rotor made of a magnetic material rotates in the vicinity of the sensor chip, the sensor chip cooperates with the bias magnetic field. When detecting the rotation mode of the rotor by sensing the change of the magnetic vector generated as a result of the change of the resistance value of the magnetoresistive element, each tooth of the rotating rotor is detected based on the change of the resistance value of the magnetoresistive element. includes a center detection means for detecting the center, and the central passing information of each tooth issued該検 met rotation detecting device for detecting a rotation mode of the rotor,
The sensor chip includes first and second magnetoresistive element pairs that are arranged along the rotation direction of the rotor and electrically form a half-bridge circuit, and each of the magnetoresistive element pairs has a midpoint potential. The differential output is binarized by comparing the differential output with a first comparator set with a first threshold voltage, and the center detecting means electrically forms a half-bridge circuit. A third magnetoresistive element pair and a fourth magnetoresistive element pair disposed in front of or behind the third magnetoresistive element pair in a direction facing the rotor to electrically form a half-bridge circuit. A second comparator that binarizes the differential output of the midpoint potential of each of the third and fourth magnetoresistive element pairs based on a comparison with a second threshold voltage; Binarized output by the first comparator; Rotation of the second comparator and a logical product (AND) circuit for taking a logical product of the binary output, characterized in that the center passage information of each tooth being the detection of the logical product output Detection device.
請求項4に記載の回転検出装置。 The rotation detection device according to claim 4 , wherein the third and fourth magnetoresistive element pairs are arranged in the center of the first and second magnetoresistive element pairs.
請求項4または5に記載の回転検出装置。 At least the third and fourth magnetoresistive element pairs are formed as a full bridge circuit in which each half bridge circuit is commonly connected to the same power source in a mode in which the output of one half bridge circuit is inverted. Item 6. The rotation detection device according to Item 4 or 5 .
前記センサチップは、前記ロータの回転方向に沿って配列されて電気的に各々ハーフブリッジ回路を形成する第1および第2の磁気抵抗素子対を備え、前記ロータが回転するときに前記バイアス磁界と協働して生じる磁気ベクトルの変化を前記第1および第2の磁気抵抗素子対による各中点電位の変化として感知するものであり、前記中心検出手段は、前記第1および第2の磁気抵抗素子対の中央に配設されてなるとともに電気的にハーフブリッジ回路を形成する第3の磁気抵抗素子対と、前記第1の磁気抵抗素子対による中点電位
及び前記第3の磁気抵抗素子対による中点電位を差動増幅する第1の差動増幅器と、前記第3の磁気抵抗素子対による中点電位及び前記第2の磁気抵抗素子対による中点電位を差動増幅する第2の差動増幅器と、これら第1及び第2の差動増幅器による各差動増幅信号をさらに差動増幅する第3の差動増幅器とを備え、前記ロータの回転に対する前記第3の差動増幅器による差動増幅信号の変化態様に基づいて前記ロータの各歯の中心を検出する
ことを特徴とする回転検出装置。 A sensor chip having a magnetoresistive element; and a bias magnet for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element. When a gear-shaped rotor made of a magnetic material rotates in the vicinity of the sensor chip, the sensor chip cooperates with the bias magnetic field. When detecting the rotation mode of the rotor by sensing the change of the magnetic vector generated as a result of the change of the resistance value of the magnetoresistive element, each tooth of the rotating rotor is detected based on the change of the resistance value of the magnetoresistive element. includes a center detection means for detecting the center, and the central passing information of each tooth issued該検 met rotation detecting device for detecting a rotation mode of the rotor,
The sensor chip includes first and second magnetoresistive element pairs that are arranged along the rotation direction of the rotor to electrically form a half-bridge circuit, and when the rotor rotates, A change in magnetic vector generated in cooperation is sensed as a change in each midpoint potential by the first and second magnetoresistive element pairs, and the center detecting means includes the first and second magnetoresistive elements. A third magnetoresistive element pair disposed in the center of the element pair and electrically forming a half-bridge circuit; and a midpoint potential by the first magnetoresistive element pair
And a first differential amplifier that differentially amplifies a midpoint potential by the third magnetoresistive element pair, a midpoint potential by the third magnetoresistive element pair, and a midpoint by the second magnetoresistive element pair A second differential amplifier that differentially amplifies the potential; and a third differential amplifier that further differentially amplifies each differential amplification signal by the first and second differential amplifiers, and rotation of the rotor A rotation detecting device for detecting a center of each tooth of the rotor based on a change mode of a differential amplification signal by the third differential amplifier .
請求項7に記載の回転検出装置。 The first to third magnetoresistive element pairs are formed by the first to third magnetoresistive element pairs that appear when the center of each tooth of the rotating rotor and the third magnetoresistive element pair face each other. The rotation detection device according to claim 7 , wherein when the output values of the respective midpoint potentials are represented as A, B, and C, respectively, the output values of the midpoint potentials are respectively arranged in a relationship of “A + B = 2C”. .
請求項7または8に記載の回転検出装置。 The center detection means includes two output values of a differential amplification signal by the third differential amplifier that appears when the center of each tooth of the rotating rotor and the third magnetoresistive element pair face each other. A hysteresis comparator in which a threshold voltage crossing a differential amplification signal by the third differential amplifier is set while switching between voltage values with hysteresis, and the binarized output by the hysteresis comparator The rotation detection device according to claim 7 or 8 , wherein the rotation detection device is used as center passage information of each tooth to be detected.
請求項1〜9のいずれか一項に記載の回転検出装置。 Each of the magnetoresistive element pairs has a “c” in the direction facing the rotor so that the change in the magnetic vector is applied at about “45 °” and “−45 °” with respect to the current flow direction. The rotation detection device according to any one of claims 1 to 9 , wherein the rotation detection device is arranged in a shape of a character.
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