JP4862838B2

JP4862838B2 - 回転検出装置

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Publication number: JP4862838B2
Application number: JP2008030950A
Authority: JP
Inventors: 健治近藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2028-02-12
Also published as: JP2009192263A

Description

本発明は、磁気抵抗素子を用いて回転体の回転を検出する回転検出装置に関するものである。

従来、回転検出装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１において、回転検出装置は、パルサリングとセンサ装置とを備える。パルサリングは、複数の磁気発生部が周方向に等ピッチで形成された２層の磁気発生層を有し、これらの磁気発生層が、互いに異なる磁極が対向するように径方向に重ね合わされている。

センサ装置は、パルサリングに対向させられている磁気センサと、磁気センサにパルサリングを介して対向させられ磁気を発生する磁気発生部材と、磁気発生部材及びパルサリングからの磁気の磁束密度を集束して磁気センサに導く集磁部材とからなる。これにより、パルサリングの磁束密度と磁気発生部材の磁束密度とが合成されるため、センサから出力される信号出力の絶対値を大きくすることができる。
特開２００４−１７０３４４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された回転検出装置では、磁気センサから出力される信号出力の絶対値を大きくするために、パルサリングの磁気発生部のほかに、磁気発生部材を設けている。この磁気発生部材は、パルサリングを介して磁気センサに対向する位置に配置される。このため、センサとの位置関係を規定するための集磁部材を設ける必要がある。このように、特許文献１に記載された回転検出装置では、パルサリングの磁気発生部を挟んで磁気センサと磁気発生部材を配置するとともに、それら磁気センサ及び磁気発生部材を保持等するための集磁部材が必要となるため、構造を複雑にする要因となっていた。

本発明は、上記問題点に鑑み、簡単な構造で検出精度を向上させることができる回転検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の回転検出装置は、全体としてリング状を呈するようにＮ極とＳ極とが交互に着磁された着磁帯を有する、回転可能に設けられた略円盤状のロータと、前記着磁帯に面して配置され、前記ロータの回転に伴う、前記着磁帯によって発生される磁界の方向変化を電気信号に変換して出力する磁気検出素子と、を備える回転検出装置であって、前記着磁帯として、前記ロータにおいて第１及び第２の着磁帯が設けられ、前記第１及び第２の着磁帯の中心位置は前記ロータの回転軸に一致するとともに、第１及び第２の着磁帯におけるＳ極とＮ極の位置が、前記ロータの回転方向に所定角度だけずれて形成され、前記磁気検出素子は、前記第１の着磁帯に面するように配置された第１の磁気検出素子と、前記第２の着磁帯に面するように配置された第２の磁気検出
素子を有し、前記第１及び第２の着磁帯におけるＳ極及びＮ極の角度ずれに起因して、前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子とが出力する位相差が生じた電気信号の出力波形をそれぞれパルス信号に整形するとともに、整形したパルス信号を統合する信号処理回路を備え、前記第１の着磁帯と前記第２の着磁帯は、前記ロータにおいて隣接するように設けられ、前記第１及び第２の着磁帯の境界線に面するように配置された第３の磁気検出素子をさらに備え、当該第３の磁気検出素子は、前記第１の着磁帯と前記第２の着磁帯をまたぐように前記ロータの径方向に検出軸を有し、前記ロータの回転により、前記第１の着磁帯及び前記第２の着磁帯間に生じる磁界の方向変化を電気信号に変換して出力することを特徴とする。

このように、請求項１の回転検出装置は、Ｓ極及びＮ極の位置がロータの回転方向に所定角度だけずれて形成された第１及び第２の着磁帯に対応する、第１及び第２の磁気検出素子を備える。従って、第１及び第２の磁気検出素子は、ロータが回転したとき、相互に位相がずれた電気信号を出力する。この位相のずれを利用することにより、ロータの回転検出分解能を高めたり、電気信号の振幅を増幅したりすることが可能になる。その結果、単に第１及び第２の着磁帯に対応して第１及び第２の磁気検出素子を設けるとの簡単な構成で、ロータが回転したときの回転角度や回転速度を精度良く検出することが可能になる。

また、請求項１の発明では、前記第１及び第２の着磁帯におけるＳ極及びＮ極の角度ずれに起因して、前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子とが出力する位相差が生じた電気信号の出力波形をそれぞれパルス信号に整形するとともに、整形したパルス信号を統合する信号処理回路を備えている。このように、第１及び第２の着磁帯を所定の角度ずらして配置することで、第１の磁気検出素子と第２の磁気検出素子が出力する電気信号には、所定の位相差が生じる。従って、これらの電気信号を整形し合成することにより、ロータが回転したときに出力されるパルスの数を増加させることができるため、回転検出装置の検出精度を向上させることができる。なお、第１及び第２の磁気検出素子から出力された電気信号を整形したパルス信号を統合したとき、パルス信号の間隔が実質的に均等となるように、第１及び第２の磁気検出素子の位置に対して、第１及び第２の着磁帯におけるＮ極とＳ極のずれ角度を設定することが好ましい。

さらに、請求項１の発明では、前記第１の着磁帯と前記第２の着磁帯は、前記ロータにおいて隣接するように設けられ、前記第１及び第２の着磁帯の境界線に面するように配置された第３の磁気検出素子を備え、当該第３の磁気検出素子は、前記第１の着磁帯と前記第２の着磁帯をまたぐように前記ロータの径方向に検出軸を有し、前記ロータの回転により、前記第１の着磁帯及び前記第２の着磁帯間に生じる磁界の方向変化を電気信号に変換して出力する。第１及び第２の着磁帯におけるＳ極とＮ極の位置が、ロータの回転方向に所定角度だけずれているので、ロータが回転することにより、第１及び第２の着磁帯間に作用する磁界の方向が周期的に変化する。そのため、第１及び第２の着磁帯に面して、ロータの径方向に検出軸を有する第３の磁気検出素子を配置することにより、第３の磁気検出素子からもロータの回転状態に対応した電気信号を得ることができる。

請求項２に記載のように、前記信号処理回路は、前記第３の磁気検出素子から出力される電気信号もパルス信号に整形し、前記第１及び第２の磁気検出素子の電気信号から生成されたパルス信号と統合しても良い。このように、第３の磁気検出素子の電気信号から出
力されるパルス信号も利用すれば、さらに検出分解能を向上することができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１（ａ）、（ｂ）は本実施形態における回転検出装置１００を説明するための図であって、（ａ）は回転検出装置１００の概略構成を示す正面図であり、（ｂ）は回転検出装置１００の側断面図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、ロータ１０の回転に伴って出力される電気信号の概念的な波形を示すグラフであって、（ａ）は磁気検出素子２０ａから出力される電気信号の波形を示すグラフであり、（ｂ）は磁気検出素子２０ｂから出力される電気信号の波形を示すグラフであり、（ｃ）は磁気検出素子２０ｃから出力される電気信号の波形を示すグラフである。また図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図２（ａ）〜（ｃ）の電気信号の波形をパルス信号に変換した際の波形を示すグラフであり、（ｄ）は（ａ）〜（ｃ）の波形を統合した波形を示すグラフである。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、回転検出装置１００は、ロータ１０と、磁気検出素子２０と、図示しない信号処理回路により構成される。

ロータ１０は、略円盤状に形成され、回転可能に設けられている。ロータ１０は、その円盤状側面に、全体としてリング状を呈するようにＮ極とＳ極とが交互に着磁された着磁帯３０ａ、３０ｂを有している。本実施形態において、ロータ１０は例えば、強磁性材料から形成されている。

磁気検出素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、着磁帯３０ａ、３０ｂに面して配置され、ロータ１０の回転に伴う、着磁帯３０ａ、３０ｂによって発生される磁界の方向変化を電気信号に変換して出力する。磁気検出素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、例えば磁気抵抗の異方性効果を有する強磁性材料にて構成される。

本実施形態において、着磁帯３０ａ、３０ｂは、図１（ａ）に示すように、ロータ１０の円盤状側面において隣接するように、各々リング状に形成された第１の着磁帯３０ａ及び第２の着磁帯３０ｂからなる。第１の着磁帯３０ａ及び第２の着磁帯３０ｂの中心位置はロータ１０の回転軸に一致する。また、第１の着磁帯３０ａ及び第２の着磁帯３０ｂにおけるＳ極とＮ極の磁極位置が、ロータ１０の回転方向に所定角度だけずれて形成されている。

このように着磁帯３０ａ、３０ｂが第１の着磁帯３０ａ及び第２の着磁帯３０ｂからなることに対応して、磁気検出素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、第１の着磁帯３０ａに面するように配置された第１の磁気検出素子２０ａと、第２の着磁帯３０ｂに面するように配置された第２の磁気検出素子２０ｂと、さらに第１の着磁帯３０ａと第２の着磁帯３０ｂとの境界線に面するように配置された第３の磁気検出素子２０ｃとからなる。

第１〜第３の磁気検出素子２０ａ〜２０ｃは、例えば図１（ａ）に点線で示す共通の基板２１上に形成される。そして、第１及び第２の磁気検出素子２０ａ，２０ｂは、第１及び第２の着磁帯３０ａ，３０ｂの中央付近であって、出力する電気信号に２π／３の位相差が生じる位置関係となるように、基板２１上に配置されている。つまり、第１及び第２の着磁帯３０ａ，３０ｂのＮ極及びＳ極が所定の角度ずらして配置されていることを利用し、第１及び第２の磁気検出素子２０ａ，２０ｂから２π／３だけ位相のずれた電気信号が出力されるように、第１及び第２の磁気検出素子２０ａ，２０ｂが基板２１上に配置されている。従って、基板２１をロータ１０に対して所定の位置となるように位置決めして設置することにより、第１及び第２の磁気検出素子２０ａ，２０ｂから、２π／３だけ位相のずれた電気信号が出力されるようになる。

なお、第１及び第２の磁気検出素子２０ａ，２０ｂは、リング状を呈する第１及び第２の着磁帯３０ａ，３０ｂの接線方向と平行となるように検出軸が設定されている。従って、ロータ１０が回転して、第１及び第２の磁気検出素子２０ａ，２０ｂが対面する磁極がＮ極とＳ極とに交互に変化すると、第１及び第２の磁気検出素子２０ａ，２０ｂに作用する磁束の向きも周期的に変化する。このため、第１及び第２の磁気検出素子２０ａ，２０ｂからは、それぞれ図２（ａ），（ｂ）に示すような周期的に変化する電気信号が出力される。

第３の磁気検出素子２０ｃは、第１の着磁帯３０ａと第２の着磁帯３０ｂとの境界線に面するように、基板２１上に配置されている。この第３の磁気検出素子２０ｃは、第１の着磁帯３０ａと第２の着磁帯３０ｂをまたぐようにロータ１０の径方向に沿った検出軸を有する。第１及び第２の着磁帯３０ａ，３０ｂにおけるＳ極とＮ極の位置が、ロータ１０の回転方向に所定角度だけずれているので、ロータ１０が回転することにより、第１及び第２の着磁帯３０ａ，３０ｂ間に作用する磁界の方向が周期的に変化する。そのため、ロータ１０の径方向に検出軸を有する第３の磁気検出素子は、第１及び第２の着磁帯３０ａ，３０ｂ間に作用する磁界の方向変化に応じた、つまりロータ１０の回転状態に対応した電気信号を出力する。

ここで、第３の磁気検出素子２０ｃは、基板２１上において、第１及び第３の磁気検出素子２０ａ，２０ｂが出力する電気信号（図２（ａ），（ｂ）参照）に対して、各々、２π／３だけ位相のずれた電気信号を出力するように、その形成位置が定められている。

図示しない信号処理回路は、上述した第１〜第３の磁気検出素子２０ａ〜２０ｃから出力される電気信号を所定の基準値と比較して、電気信号の大きさが所定の基準値以上である場合にＨｉ信号を出力し、所定の基準値よりも低い場合にＬｏ信号を出力する波形整形回路を有する。この波形整形回路により、第１〜第３の磁気抵抗素子２０ａ〜２０ｃから出力される電気信号が、各々、図３（ａ）〜（ｃ）に示すパルス信号へと変換（波形整形）される。

また、信号処理回路は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す各々のパルス信号を入力し、各パルス信号の立ち上がりをトリガとして、所定時間だけＨｉ信号を出力するパルス信号統合回路を備える。上述したように、第１〜第３の磁気検出素子２０ａ〜２０ｃは、第１及び第２の着磁帯３０ａ，３０ｂの磁極が所定角度ずれていることを利用し、相互に２π／３ずつ位相がずれた電気信号を出力するように構成されている。従って、これらの電気信号を波形整形したパルス信号を信号統合回路において統合することにより、図３（ｄ）に示すように、ロータ１０が回転したときに出力されるパルスの数を増加させることができる。このため、回転検出装置１００による検出分解能を向上することができ、回転検出装置１００の検出精度を向上させることができる。

特に、本実施形態では、第１〜第３の磁気検出素子２０ａ〜２０ｃから出力された電気信号を整形したパルス信号を統合したとき、パルス信号の間隔が実質的に均等となるように構成されている。従って、部分的に検出分解能が高くなったり、低くなったりすることなく、ロータ１０全体に渡って、検出分解能の向上を図ることができる。

なお、上述した例では、着磁帯を２本の着磁帯３０ａ，３０ｂから構成するとともに、磁気検出素子を３個の磁気検出素子２０ａ〜２０ｃから構成したが、着磁帯の本数と磁気検出素子の個数を同数として、各々の磁気検出素子が異なる着磁帯に面するように配置しても良い。

例えば３本の着磁帯に対して３個の磁気検出素子を配置する場合には、３本の着磁帯における磁極が、１組のＮ極及びＳ極による角度範囲を一周期とした場合に、２π／３周期づつずれるように形成することが好ましい。また、例えば４本の着磁体に対して４個の磁気検出素子を配置する場合には、４本の着磁帯の磁極が、２π／４周期づつずれるように形成することが好ましい。ようするに、ｎ本の着磁帯に対してｎ個の磁気検出素子を配置する場合には、ｎ本の着磁帯の磁極が、２π／ｎ周期づつずれるように形成する。

このようにすると、複数本の着磁帯に対応する複数の磁気検出素子を共通の基板において直線上に配列するように形成し、かつその配列方向がロータ１０の半径方向に一致するようにロータに対して基板を配置すれば、各磁気検出素子から得られるパルス信号を統合したときに、各パルス信号の間隔を均等にすることができる。このようにすれば、基板２１における磁気検出素子の形成及び基板２１の配置を精度良くかつ容易に行うことが可能になる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。図４（ａ）、（ｂ）は本実施形態における回転検出装置２００を説明するための図であって、（ａ）は回転検出装置２００の概略構成を示す正面図であり、（ｂ）は回転検出装置２００の側断面図である。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態による回転検出装置２００も、第１実施形態による回転検出装置１００と同様に、ロータ４０と、磁気検出素子５０ａ、５０ｂ、５０ｃと、図示しない信号処理回路とを備える。ロータ４０には、第１実施形態のロータ１０と同様に、２本の着磁帯６０ａ、６０ｂが隣接しつつ各々リング状に形成され、第１の着磁帯６０ａ及び第２の着磁帯６０ｂは、磁極の位置がロータ４０の回転方向に所定角度だけずれている。さらに、第１の磁気検出素子５０ａが第１の着磁帯６０ａに面するように配置され、第２の磁気検出素子５０ｂが第２の着磁帯６０ｂに面するように配置され、さらに第３の磁気検出素子５０ｃが第１の着磁帯６０ａと第２の着磁帯６０ｂとの境界線に面するように配置されている。

ただし、本実施形態では、第１の着磁帯６０ａ及び第２の着磁帯６０ｂが、ロータ４０の円盤形状を有する側面ではなく、ロータ４０の外周面に形成されている。このため、第１〜第３の磁気検出素子５０ａ〜５０ｃも、ロータ４０の円盤状側面側ではなく、ロータ４０の外周面側に配置されている。

回転検出装置２００の設置スペースによっては、ロータ４０の円盤状側面側に磁気検出素子を配置できないことも考えられるが、そのような場合でも、ロータ４０の外周面側にある程度のスペースがあるときには、本実施形態の構成を採用することにより、回転検出装置２００を配置することが可能となる。

（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態による回転検出装置３００について説明する。図５は本実施形態における回転検出装置３００を説明するための回転検出装置３００の正面図である。図６（ａ）は、ロータ７０の回転に伴って磁気検出素子８０ａ、８０ｂから出力される電気信号の波形を示すグラフであり、（ｂ）は磁気検出素子８０ａ，８０ｂから出力される電気信号を差動増幅した波形を示すグラフである。

図５に示すように、本実施形態による回転検出装置３００も、第１実施形態による回転検出装置１００と同様に、ロータ７０と、磁気検出素子８０ａ、８０ｂと、図示しない信号処理回路により構成される。ロータ７０には、２本の着磁帯９０ａ、９０ｂが形成され、第１の磁気検出素子８０ａが第１の着磁帯９０ａに面するように配置され、第２の磁気検出素子８０ｂが第２の着磁帯９０ｂに面するように配置されている。

ただし、本実施形態による回転検出装置３００では、第１の着磁帯９０ａ及び第２の着磁帯９０ｂは、互いに異なる磁極が対向するように配置されている。すなわち、第１の着磁帯９０ａと第２の着磁帯９０ｂとの磁極は、ロータ７０の回転方向に２π／２周期だけずれるように形成されている。

そして、第１及び第２の磁気検出素子８０ａ，８０ｂは、ロータ７０の半径方向に沿って直線上に配置されている。このため、図６（ａ）に示すように、第１の磁気検出素子８０ａ及び第２の磁気検出素子８０ｂから２π／２周期だけ位相がずれた、すなわち逆位相の電気信号が出力される。

ここで、本実施形態において、信号処理回路は、第１の磁気検出素子８０ａと第２の磁気検出素子８０ｂから出力される互いに逆位相となる電気信号を差動増幅する差動増幅回路を備えている。従って、第１及び第２の磁気検出素子８０ａ，８０ｂから出力される逆位相の電気信号を差動増幅回路において差動増幅することで、図６（ｂ）に示すように、出力波形の振幅を増幅することができる。出力波形の振幅を大きくすることによって、ノイズの影響を受けにくくなるので回転検出装置３００の検出精度を向上させることができる。

なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、信号処理回路が、それぞれの磁気検出素子８０ａ及び８０ｂから出力される電気信号の出力波形が所定の閾値Ｖｔを超えたときに、オンとなるパルス信号を発生する波形整形回路と、それぞれ波形整形されたパルス信号を統合するパルス信号統合回路とを備えるものであっても良い。この場合も、検出分解能が向上するため、回転検出装置３００の検出精度を向上させることができる。

第１実施形態における回転検出装置１００を説明するための図であって、（ａ）は回転検出装置１００の概略構成を示す正面図であり、（ｂ）は回転検出装置１００の側断面図である。ロータ１０の回転に伴って出力される電気信号の概念的な波形を示すグラフであって、（ａ）は磁気検出素子２０ａから出力される電気信号の波形を示すグラフであり、（ｂ）は磁気検出素子２０ｂから出力される電気信号の波形を示すグラフであり、（ｃ）は磁気検出素子２０ｃから出力される電気信号の波形を示すグラフである。（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図２（ａ）〜（ｃ）の電気信号の波形をパルス信号に変換した際の波形を示すグラフであり、（ｄ）は（ａ）〜（ｃ）の波形を統合した波形を示すグラフである。第２実施形態における回転検出装置２００を説明するための図であって、（ａ）は回転検出装置２００の概略構成を示す正面図であり、（ｂ）は回転検出装置２００の側断面図である。第３実施形態における回転検出装置３００を説明するための回転検出装置３００の正面図である。（ａ）は、ロータ７０の回転に伴って磁気検出素子８０ａ、８０ｂから出力される電気信号の波形を示すグラフであり、（ｂ）は磁気検出素子８０ａ，８０ｂから出力される電気信号を差動増幅した波形を示すグラフである。

符号の説明

１０，４０，７０ロータ
２０ａ，５０ａ，８０ａ第１の磁気検出素子
２０ｂ，５０ｂ，８０ｂ第２の磁気検出素子
２０ｃ第３の磁気検出素子
３０ａ，６０ａ，９０ａ第１の着磁帯
３０ｂ，６０ｂ，９０ｂ第２の着磁帯
１００，２００，３００回転検出装置

Claims

全体としてリング状を呈するようにＮ極とＳ極とが交互に着磁された着磁帯を有する、回転可能に設けられた略円盤状のロータと、
前記着磁帯に面して配置され、前記ロータの回転に伴う、前記着磁帯によって発生される磁界の方向変化を電気信号に変換して出力する磁気検出素子と、を備える回転検出装置であって、
前記着磁帯として、前記ロータにおいて第１及び第２の着磁帯が設けられ、前記第１及び第２の着磁帯の中心位置は前記ロータの回転軸に一致するとともに、第１及び第２の着磁帯におけるＳ極とＮ極の位置が、前記ロータの回転方向に所定角度だけずれて形成され、
前記磁気検出素子は、前記第１の着磁帯に面するように配置された第１の磁気検出素子と、前記第２の着磁帯に面するように配置された第２の磁気検出素子を有し、
前記第１及び第２の着磁帯におけるＳ極及びＮ極の角度ずれに起因して、前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子とが出力する位相差が生じた電気信号の出力波形をそれぞれパルス信号に整形するとともに、整形したパルス信号を統合する信号処理回路を備え、
前記第１の着磁帯と前記第２の着磁帯は、前記ロータにおいて隣接するように設けられ、前記第１及び第２の着磁帯の境界線に面するように配置された第３の磁気検出素子をさらに備え、当該第３の磁気検出素子は、前記第１の着磁帯と前記第２の着磁帯をまたぐように前記ロータの径方向に検出軸を有し、前記ロータの回転により、前記第１の着磁帯及び前記第２の着磁帯間に生じる磁界の方向変化を電気信号に変換して出力することを特徴とする回転検出装置。
前記信号処理回路は、前記第３の磁気検出素子から出力される電気信号もパルス信号に整形し、前記第１及び第２の磁気検出素子の電気信号から生成されたパルス信号と統合することを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。