JP5440238B2

JP5440238B2 - 回転数センサ

Info

Publication number: JP5440238B2
Application number: JP2010033119A
Authority: JP
Inventors: 基樹緒方
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-02-18
Also published as: JP2011169712A

Description

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

従来のこの種の回転数センサは、図６〜図８に示すように構成されていた。

図６は従来の回転数センサの側断面図、図７は同回転数センサにおける磁気抵抗素子の上面図、図８は同回転数センサにおける磁気抵抗素子の回路図である。

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

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

図６に示すように、従来の回転数センサは、ケース１３の外底面に対向する位置に、表面に凸部１６および凹部１７を設けた歯車１５を配設し、そして、この歯車１５の回転により磁石１から歯車１５に向かう磁力の変化を、前記磁石１に設けた第１の磁気抵抗素子２および第２の磁気抵抗素子３の抵抗値の変化として検出する構成となっている。

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

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

特開平１１−５１６９５号公報

しかしながら、上記した従来の回転数センサにおいては、磁石１の磁極面に第１の磁気抵抗素子２、第２の磁気抵抗素子３、第３の磁気抵抗素子４および第４の磁気抵抗素子５の４つの磁気抵抗素子を設けていたため、磁石１の磁極面の面積が大きくなることとなり、これにより、回転数センサが大型化してしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、小型な回転数センサを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、磁石の磁極面に設けられた磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子に一定の電流を供給する定電流源と、前記磁気抵抗素子から発生する磁気抵抗素子電圧を監視する電圧監視回路と、前記磁気抵抗素子電圧を所定の電圧と比較する電圧比較回路と、前記磁気抵抗素子電圧が所定電圧より小さい場合には定電流源の電流値を増加させるとともに磁気抵抗素子電圧が所定電圧より大きい場合には定電流源の電流値を保持する電流制御回路と、前記磁気抵抗素子からの出力信号を反転する反転増幅器と、この反転増幅器による反転出力の電圧を前記比較回路の所定電圧で制御するための基準電圧発生回路とを備え、前記磁気抵抗素子からの出力信号と、反転増幅器からの出力信号とを比較する比較器を設けることによりパルスからなる出力信号を出力するもので、この構成によれば、磁気抵抗素子からの出力信号と、反転増幅器からの出力信号とを比較する比較器を設けることによりパルスからなる出力信号を出力するため、磁石の磁極面に１つの磁気抵抗素子を設けるだけで、パルスからなる出力信号を出力できることとなり、これにより、磁石の磁極面の面積を小さくすることができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の回転数センサは、磁石の磁極面に設けられた磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子に一定の電流を供給する定電流源と、前記磁気抵抗素子から発生する磁気抵抗素子電圧を監視する電圧監視回路と、前記磁気抵抗素子電圧を所定の電圧と比較する電圧比較回路と、前記磁気抵抗素子電圧が所定電圧より小さい場合には定電流源の電流値を増加させるとともに磁気抵抗素子電圧が所定電圧より大きい場合には定電流源の電流値を保持する電流制御回路と、前記磁気抵抗素子からの出力信号を反転する反転増幅器と、この反転増幅器による反転出力の電圧を前記比較回路の所定電圧で制御するための基準電圧発生回路とを備え、前記磁気抵抗素子からの出力信号と、反転増幅器からの出力信号とを比較する比較器を設けることによりパルスからなる出力信号を出力するもので、この構成によれば、磁気抵抗素子からの出力信号と、反転増幅器からの出力信号とを比較する比較器を設けることによりパルスからなる出力信号を出力するため、磁石の磁極面に１つの磁気抵抗素子を設けるだけで、パルスからなる出力信号を出力できることとなり、これにより、磁石の磁極面の面積を小さくすることができるから小型な回転数センサを提供することができるという効果を有するものである。

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

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

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

図１〜図３において、２１は磁石である。２２は磁気抵抗素子で、この磁気抵抗素子２２は前記磁石２１における磁極面の略中央に設けられている。２４は定電流源で、この定電流源２４は、前記磁気抵抗素子２２に定電流を供給している。２５は電圧監視回路で、この電圧監視回路２５は前記磁気抵抗素子２２に発生する磁気抵抗素子電圧を監視している。２６はコンパレータからなる電圧比較回路で、この電圧比較回路２６は、電圧監視回路２５からの出力信号が３Ｖ以下である場合には、負の最大電圧を出力する。一方、電圧監視回路２５から出力される磁気抵抗素子電圧が３Ｖ以上である場合には、正の最大電圧を出力する。２７は電流制御回路で、この電流制御回路２７は、前記電圧比較回路２６からの出力信号が負の値である場合には、定電流源２４から磁気抵抗素子２２に入力される電流値が増加するように制御している。一方、前記電圧比較回路２６からの出力信号が正の値である場合には、定電流源２４から磁気抵抗素子２２に入力される電流値を保持するように制御している。２８は反転増幅器で、この反転増幅器２８は前記電流制御回路２７から出力される磁気抵抗素子２２による磁気抵抗素子電圧を反転させている。３０は基準電圧発生回路で、この基準電圧発生回路３０は前記反転増幅器２８により反転する信号の最低電圧が３Ｖを下回らないように、反転させる基準電圧を生成している。３１はコンパレータからなる比較器で、この比較器３１は電流制御回路２７からの出力信号が反転増幅器２８からの出力信号よりも大きい場合には、ハイ信号を出力するとともに、電流制御回路２７からの出力信号が反転増幅器２８からの出力信号よりも小さい場合には、ロー信号を出力している。そして、前述の定電流源２４、電圧監視回路２５、電圧比較回路２６、電流制御回路２７、反転増幅器２８、基準電圧発生回路３０および比較器３１により処理回路４６を構成している。４７は樹脂製の基体で、この基体４７は前記磁石２１、磁気抵抗素子２２を端部に固着するとともに、側面に処理回路４６を設け、さらに、磁石２１を固着した端部と反対側の端部に接続端子４８を設けている。４９は樹脂製のケースで、このケース４９は、基体４７を内側に収納するとともに、外方へ突出するようにコネクタ端子５０を設けており、そして、このコネクタ端子５０は基体４７における接続端子４８と電気的に接続している。５１は蓋で、この蓋５１は前記ケース４９の開口部を閉塞するものである。

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

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

次に、接続端子４８を金型（図示せず）に設置して、接続端子４８を一体に設けた基体４７を形成する。

次に、接続端子４８を設けた側と反対側の基体４７に磁石２１を固着する。

次に、基体４７における側面に、処理回路４６を実装する。

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

最後に、前記ケース４９の開口部を蓋５１で閉塞する。

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

ケース４９の外底面に対向する側には、図４に示すように、相手側の歯車５２が設けられており、この歯車５２の表面には、凸部５３および凹部５４を交互に設けている。そしてこの歯車５２の回転に伴い磁気抵抗素子２２を通過する磁力が変化し、この磁力の変化により、磁気抵抗素子２２の抵抗値が変化するため、磁気抵抗素子２２の磁気抵抗素子電圧が変化する。例えば、図５（ａ）に示すように、歯車５２の凸部５３が磁気抵抗素子２２に近づくことにより、磁気抵抗素子２２から出力される磁気抵抗素子電圧は、図５（ｂ）に示すように変化する。そして、磁気抵抗素子電圧の最低電圧が３Ｖより小さい場合には、電圧比較回路２６がロー信号を出力する。そうすると、電流制御回路２７から定電流源２４に電流値を増加させる信号が出力され、図５（ｃ）に示すように、定電流源２４から出力される電流が増加する。やがて、図５（ｄ）に示すように、磁気抵抗素子電圧の最低電圧が３Ｖに到達すると、電圧比較回路２６がハイ信号を出力するようになり、電流制御回路２７から電流制御回路に電流値を保持される信号が出力され、磁気抵抗素子電圧の最低電圧が３Ｖの状態で安定する。反転増幅器２８は、前記電流制御回路２７から出力される磁気抵抗素子２２の磁気抵抗素子電圧を反転させて、図５（ｅ）に示す出力信号を出力する。このとき、反転増幅器２８から出力される出力信号の最低電圧が３Ｖになるように、基準電圧発生回路が反転増幅器２８に基準電圧を出力する。そして、比較器３１が電流制御回路２７から出力される磁気抵抗素子の磁気抵抗素子電圧と、反転増幅器２８からの出力信号とを比較することにより、図５（ｆ）に示すパルスからなる出力信号を出力する。そして、図５（ｆ）に示すハイ、ロー信号からなるパルス波形を計測することにより、歯車５２の回転数を計測することができるものである。

すなわち、本発明の一実施の形態における回転数センサにおいては、電流制御回路２７から出力される磁気抵抗素子２２の磁気抵抗素子電圧と、反転増幅器２８からの出力信号とを比較する比較器３１を設けることによりパルスからなる出力信号を出力するため、磁石２１の磁極面に１つの磁気抵抗素子２２を設けるだけで、パルスからなる出力信号を出力できることとなり、これにより、磁石２１の磁極面の面積を小さくすることができるという作用効果を有するものである。

また、従来の回転数センサにおいては、図６に示す、歯車１５における凸部１６および凹部１７の移動方向を第１の磁気抵抗素子２および第２の磁気抵抗素子３の配設方向に沿わせるように、回転数センサを取り付ける制約があったが、本発明の一実施の形態における回転数センサにおいては、１つの磁気抵抗素子２２のみで、回転数を検出できるため、回転数センサの取付方向に制約を受けないこととなり、これにより、取付性が簡易な回転数センサを提供できるという作用効果を有するものである。

さらに、本発明の一実施の形態における回転数センサにおいては、磁気抵抗素子２２を磁石２１の磁極面の略中央に設けているため、相手側歯車５２と磁気抵抗素子２２との間隙が小さくなり、出力感度が向上するという作用効果を有するものである。

本発明に係る回転数センサは、磁気抵抗素子からの出力信号と、反転増幅器からの出力信号とを比較する比較器を設け、パルスからなる出力信号を出力することにより、小型な回転数センサを提供できるという効果を有するものであり、特に磁気の変化により回転数を検出する回転数センサとして有用となるものである。

２１磁石
２２磁気抵抗素子
２４定電流源
２５電圧監視回路
２６電圧比較回路
２７電流制御回路
２８反転増幅器
３０基準電圧発生回路
３１比較器

Claims

磁石の磁極面に設けられた磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子に一定の電流を供給する定電流源と、前記磁気抵抗素子から発生する磁気抵抗素子電圧を監視する電圧監視回路と、前記磁気抵抗素子電圧を所定の電圧と比較する電圧比較回路と、前記磁気抵抗素子電圧が所定電圧より小さい場合には定電流源の電流値を増加させるとともに磁気抵抗素子電圧が所定電圧より大きい場合には定電流源の電流値を保持する電流制御回路と、前記磁気抵抗素子からの出力信号を反転する反転増幅器と、この反転増幅器による反転出力の電圧を前記比較回路の所定電圧で制御するための基準電圧発生回路とを備え、前記磁気抵抗素子からの出力信号と、反転増幅器からの出力信号とを比較する比較器を設けることによりパルスからなる出力信号を出力する回転数センサ。