JPH03135722A - 回転センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転体の回転を磁気的に検出して、回転体の
回転速度に応じた周波数の検出信号を発生する回転セン
サに関するものである。

〔従来の技術］ この種の回転センサは、例えば車両の走行に伴って回転
する回転部分に連動され、例えば車両の走行速度に応じ
た周期の走行信号を発生するセンサなどとして使用され
、従来第１３図或いは第１４図に示すものがある。

まず、第１３図の回転センサにおいて、１１は周面にＮ
、Ｓ磁極が複数交互に着磁され、回転軸１１ａについて
回転するように設けられた回転磁石、１２はＮ、Ｓ磁極
が着磁されている回転磁石１１の周面に近接対向して設
置されホール素子などの半導体磁気センサであり、これ
は対向する回転磁石１１の周面のＮ、Ｓ磁極に応じた電
気信号を出力する。１３は半導体磁気センサ１２から出
力される検出信号を増幅するアンプである。

二の回転センサでは、回転磁石１１が回転すると、半導
体磁気センサ１２と対向する回転磁石１１の周面の磁極
がＮ、Ｓと交互に変わり、これに応じた電気信号が半導
体磁気センサ１２の出力に発生される。この電気信号は
アンプ１３により増幅・波形整形されることにより、回
転磁石１１の回転数に応じた周波数のパルス信号に変換
される。

従って、このパルス信号の周波数を監視することにより
例えば車両の走行速度を検出することができる。

また、第１４図の回転センサにおいて、１４は磁性体よ
りなり、その周面に凹凸部が形成された歯車形状の回転
体、１５は磁性体からなるキャップ状のケース１５ａ内
に磁石１５ｂと磁性体からなるセンタボール１５ｃとを
収納して構成した磁気回路であり、該磁気回路１５の上
記磁石１５ａとセンタポール１５ｃとの間には、磁気回
路１５に流れる磁束を検出し、この検出した磁束の大き
さに応じた電気信号を発生する半導体磁気センサ１２が
配置されている。この電気信号はアンプ１３で増幅され
て出力される。

この回転センサでは、回転体１４が回転してその周面の
凸部がセンタボール１５．ｃに間歇的に接近すると、セ
ンタボール１５ｃとケース１５ａとの磁気ギャップＧが
小さくなり、図示のように磁石１５ｂ→センタボ一ル１
５ｃ→回転体１４→ケース１５ａ−＋磁石１５ｂなる磁
気回路１５の磁気抵抗が小さくなり、該磁気回路１５に
通る磁束量φが多くなる。これに対して凹部がセンタポ
ール１５に対向しているときには、磁気ギヤ・ノブＧが
大きくなり、磁気回路１５の磁気抵抗が太き（なるので
、磁気回路１５を通る磁束量φが少なくなる。

上記磁束ループ中の磁束はセンタポール１５ｃと回転体
１４との磁気ギャップＧが最小のとき最大となり、また
この磁気ギャップＧの大きさに応じて磁束が変化する。

従って、回転体１４の回転によって前記磁気ギャップＧ
が変化するため、第１５図に示すように回転体１４の回
転角θに応じて磁束が正弦波状に変化する。そこで、第
１５図に示すように半導体磁気センサ１２からの電気信
号を増幅・整形するアンプ１３に所定の闇値レベルφい
を設定し、該闇値レベルより大きいときにＨレベル、小
さいＩＬＬレベルとなるようなパルス信号を出力するよ
うにしている。該パルス信号の周波数は、回転体１４の
回転初期に対応しているので、パルス信号の周波数より
回転体の回転速度を知ることができる。

また、回転体の回転方向を検出する装置としては、複数
の検出器を回転体に対向させて、その出力位相差で回転
方向を検出している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の構成において、第１３図の回転センサで
はＮ、Ｓ磁極が交互に着磁された専用の回転磁石１１を
必要とし、また回転磁石１１の一回転当たりのパルス数
を増やそうとすると、回転磁石１１の直径を大きくしな
ければならなくなり、実現が難しくなる他、コスト高に
なるという問題がある。

また第１４図の回転センサでは、部品ノ＼ラツキによる
寸法誤差や温度変化によって磁気ギャップＧが変動した
とき、その磁束は第１５図の点線に示す如く磁気ギャッ
プに応じて振幅が変化する。

従って、その振幅と最小振幅による磁束の変化を予め考
慮したときに、両者の最大値の差（第１５図Δφ）の範
囲中に磁気センサ１２の閾値レヘルを設定しなければな
らず、闇値レベルに余裕がなく、高精度の闇値レベル設
定が要求されると共に検出信号であるパルス信号の安定
性や信頼性も低下する。

また、回転体の回転方向を検出する装置にあっては、同
一特性の検出器を回転体に対向して、機械的に異なる位
相差をつけて複数箇所に取付ける必要がありコスト高に
なるという問題があった。

よって、本発明は、回転検出の信顧性や安定性の向上を
図った検出センサを提供することを課題としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本発明により成された回転セン
サは、磁性体よりなる回転体と、該回転体に対向してそ
の回転方向に隣接して設けられ、前記回転体を通じて同
方向に流す磁束を発生する第１及び第２の磁気回路と、
前記回転体が第１又は第２の磁気回路と磁気的に結合す
る位置にあるとき、該第１又は第２の磁気回路と回転体
とより形成される磁束ループの共通磁路にもうけらさた
磁束検出手段とを備え、前記磁気検出手段が前記回転体
の回転速度に応じた周波数の検出信号を出力することを
特徴としている。

また、本発明により成された回転体の回転方向も検出す
る回転センサは、磁性体よりなる回転体と、該回転体に
対向してその回転方向に隣接して設けられ、前記回転体
を通じて流す磁束を発生する第１及び第２の磁気回路と
、該第１及び第２の磁気回路と磁性体回転方向に所定の
位相差を持ち該第１及び第２の磁気回路と一体的に設け
られた第３及び第４の磁気回路と、前記回転体が第１又
は第２の磁気回路と磁気的に結合する位置にあるとき、
該第１又は第２の磁気回路と回転体とより形成される磁
束ループの共通磁路に設けられた第１の磁気検出手段と
、前記回転体が第３又は第４の磁気回路と磁気的に結合
する位置にあるとき、該第３又は第４の磁気回路と回転
体とより形成される磁束ループの共通磁路に設けられた
第２の磁気検出手段とを備え、前記第１及び第２の磁気
検出手段が前記回転体の回転速度に応じた周波数及び所
定の位相差を有する検出信号を出力することを特徴とし
ている。

〔作　用〕

上記構成において、回転体が第１の磁気回路と磁気的に
結合すると、該回転体と第１の磁気回路とにより所定方
向に磁束が流される。また、回転体が第２の磁気回路と
磁気的に結合すると、該回転体と第２の磁気回路とによ
り前記と同様の方向に磁束が流される。磁気検出手段は
前記２つの磁束が流れる共通の磁路に設けられているの
で、該検出手段を通過する磁束の方向は、第１及び第２
の磁気回路とで互いに逆方向となる。

従って、磁気検出手段の出力には正負に変化する交流信
号が出力され、その後のこの交流信号による回転体の回
転検出が正確に且つ安定的に行われるようになる。

また更に、第３及び第４の磁気回路を備えた回転センサ
では、回転体が前述のように第１及び第２の磁気回路と
磁気的に結合することにより第１の磁気検出手段から正
負に変化する交流信号が出力されると共に、回転体は第
１及び第２の磁気回路と所定位相差を有する第３及び第
４の磁気回路とも磁気的に結合するので、同様に第２の
磁気検出手段から正負に変化する交流出力が出力される
。

即ち、第２の磁気検出手段からは第１の磁気検出手段と
位相差のある交流信号が出力される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による回転センサの一実施例を示す図で
あり、同図において、１は磁性体より成り、所定の計測
量に応じて回転する回転体であり、その周縁部に凹部１
ａ及び凸部１ｂが交互に形成された歯車形状を成してい
る。２及び３は第１及び第２の磁気回路であり、第１の
磁気回路２は磁石４１、ボール５０、ヨーク６及びセン
タボール７により構成され、第２の磁気回路３は磁石４
□、ボール５□、ヨークＧ及びセンタボール７により構
成されている。上記ボール５１．５□、ヨーク６及びセ
ンタボール７は磁性体によりそれぞれ形成されている。

また、その具体的構成は図示のように、磁石４．４□の
着磁面がボール５．．５２及びヨーク６にそれぞれ接触
されている。上記磁石４８，４□のボール５１．５□及
びヨーク６と接触する着磁面の磁極の極性は、第１及び
第２の磁気回路２及び３とで互いに異なるようになされ
ている。第１図の例では、磁石４１ＯＮ極がボール５６
、Ｓ極がヨーク６とそれぞれ接触し、磁石４□のＳ極が
ボール５□、Ｎ極がヨーク６とそれぞれ接触している。

また、ヨーク６とセンタボール７も互いに接触しており
、これらが形成する磁路中に磁気抵抗素子やホール素子
などの磁気センサ８が取り付けられている。

第２図は、上記第１及び第２の磁気回路２及び３を示す
斜視図であり、ケース９内にこれらの磁気回路２及び３
が収納されると共に、磁気センサ８よりの検出信号がリ
ード線ｌを介してコネクタ１０の端子１０ａに接続され
ている。

以上の構成において、その動作を第３図（ａ）　、　（
ｂ）及び第４図を参照して説明する。まず、第３図（ａ
）のように回転体１の凸部ｉｂが第１の磁気回路２０ポ
ール５．及びセンタボール７側に接近するように位置し
たとき、該第１の磁気回路２と回転体１が磁気的に結合
し、磁石４Ｉ→ポール５．→回転体１→センタボール７
→ヨーク６→磁石４１の磁束ループが形成される。従っ
て、この磁束ループの磁束φ８は図示のように反時計方
向に流れ、その大きさは回転体ｌの凸部１ｂとボール５
３、及びセンタボール７との磁気ギャップに応じて変化
する。よって該磁束ループにおけるヨーク６とセンタボ
ール７を通過する磁束は図中上方向となるから、回転体
１の回転角θに対する磁気センサ８に流れる磁束は第４
図の特性ａのように正方向の正弦波半波特性となる。

また、第３図（ｂ）のように回転体１の凸部１ｂが第２
の磁気回路３のボール５□及びセンタポール７側に接近
すると、該第２の磁気回路３と回転体ｌが磁気的に結合
し、磁石４□→ヨ一ク６→センタポール７→回転体１→
ボール５□→磁石４□の磁束ループが形成される。この
磁束ループの磁束φ、は、磁束φ８と同じく反時計方向
に形成され、その大きさは回転体１の凸部１ｂとボール
５□及びセンタボール７との磁気ギャップに応じて変化
する。よって、上記第１及び第２の磁気回路２及び３の
共通磁路、すなわちヨーク６とセンタボール７を通過す
る磁束φ、は、第１の磁気回路２による磁束φ３とは逆
方向に図中下方向となる。従って、回転体１の回転角θ
に対する磁気センサ８に流れる磁束は第４図の特性すの
ように負方向の正弦波半波特性となる。

更に、回転体１の凸部１ｂがボール５８，５□の中間に
位置すると、ヨーク６とセンタボール７を通過する磁束
は大きさが同じで方向が逆となるため相殺されてゼロに
なる。よって、磁気センサ８には、上記特性ａ、ｂと合
わせて磁気センサ８には第４図のような正弦波交流磁束
が加わる。

そこで、磁気センサ８の閾値レベルを正方向と負方向に
それぞれ設定すれば、その検出信号として各波高値に対
応してＨレベルになるパルス信号が得られる。このとき
部品バラツキや温度変化によって回転体１の凸部１ｂと
センタボール７及びボール５．．５゜とのギャップが変
化すると、第４図のように磁気ギャップが大きくなる程
、磁束の振幅は小さくなるが、闇値レベルを該磁束の最
小振幅の正弦波信号ａ、ｂを検出できる値（第４図のレ
ベルφｔｈ＋　　、φｔｈｚ　）に設定すれば、部品バ
ラツキや温度変化によって磁気ギャップが変化して磁束
振幅が変化しても、闇値レベルに余裕があるため確実に
検出信号であるパルス信号を得ることができる。

上記パルス信号の周波数は回転体１の回転数に対応し、
この回転数は所定の計測量に対応しているので、パルス
信号の周波数より回転体の回転速度、引いては所定の計
測量を検出することができる。

なお、磁気センサ８として磁界の方向を検出する磁気抵
抗素子や、磁束の大きさを検出するホール素子などを用
いてもよい。

次に、他の実施例について説明する。

第１及び第２の磁気回路を構成するものとして、第１図
及び第３図（ａ）　、　（ｂ）に示すものに代わり、第
５図に示すような一体的な成形磁石２ｏで構成し、左右
のポールの先端部をそれぞれＮ、Ｓ極として磁気センサ
は中性点２Ｏａ上に設けてもよい。このようにすると、
先の実施例に係る第１及び第２の磁気回路の構成に比べ
簡素となり、そのため組立精度が向上すると共に磁気中
性点の移動、シフト等の減少が図れる。

また、回転体１の凸部１ｂの幅に合わせてＮ。

Ｓ極間の幅を調整するため、第６図に示すように、断面
凸形の磁性体からなるヨーク１４の左右に長方形状の磁
石１３．１３を、回転体１の凸部１ｂの幅に合わせてピ
ッチｌを調整して、その先端部を一方がＮ極他方がＳ極
となるように接着して用いてもよい。また、回転体１の
凸部１ｂの幅が小さくて、そこまでピッチｌを縮めるこ
とができないときは、第７図に示すように、左右の磁石
１３．１３の先端にそれぞれ断面り字状の補極１５゜１
５を取付けてピッチを狭め、かつこれらの磁石の中間で
磁気的中性点に設けられる磁気センサ８の上部に前記補
極１５，１５と概略同じ高さとなるセンタポール１６を
取付けて用いることができる。

尚、いずれの場合にも、回転体１が接近していない状態
では、その磁束分布は第８図に示すような分布となる。

次に、回転体の回転方向を検出する回転センサの実施例
を図面に基づいて説明する。

回転体３０は、第９図に示すように、その周縁部に凸部
３０ａを有する円盤状からなり、同図において時計方向
又は反時計方向のいずれの方向にも回転自在となってい
る。

また、センサ組立３Ｉはケース３２に設けられた孔に装
着され、ネジ３５によって固定されている。該センサ組
立の先端部には複数の磁気回路を有する磁石３３が設け
られており、該磁石３３は前記回転体３０の凸部３０ａ
とギャップＬで対向するように位置している。また、該
磁石３３の磁気中性点にはホール素子からなる磁気セン
サ３５が取付けられており、該磁気センサ３５に接続さ
れている配線３４はセンサ組立３１の後端部より引き出
されている。

前記磁石３３は、第１０１１ｆｆｌ（ａ）に詳示するよ
うに、第１及び第２の磁気回路ｍ１と、該ｍ、と電気的
に９０°の位相差を持つ第３及び第４の磁気回路ｍ２に
より一体的に構成されている。即ち、第１及び第２の磁
気回路ｍ、の磁気中性点となる位置と同一線上の後部に
第３及び第４の磁気回路ｍ２のＮ極が位置し、第１及び
第２の磁気回路ｍ１のＳ極の位置と同一線上の後部に第
３及び第４の磁気回路ｍ２の中性点が位置するように構
成している。また、それぞれの中性点上には第１の磁気
検出手段３５ａ及び第２の磁気検出手段３５ｂからなる
磁気センサ３５が取付けられている。尚、磁石３３の奥
行りは回転体３０の凸部３０ａの厚さ以下に構成されて
いる。

そして、回転体３０の接近しない状態での磁気回路ｍ１
は第１０図（ｂ）に示すような磁気分布となり、磁気回
路ｍ２は第１０図（Ｃ）に示すように磁気回路ｍ１より
位相が９０°遅れた形となる。

この状態で、回転体３０が回転して凸部３０ａが磁気回
路ｍ１に接近し、磁極Ｎから中性点を経由して磁極Ｓへ
進むと、磁気センサ３５ａからは第１０図（ｂ）に示し
た磁束分布と概略同じような検出信号が得られる。また
、磁気回路ｍ２においても同様に磁気センサ３５ｂから
磁気センサ３５ａの検出信号より９０°位相の遅れた検
出信号が得られる。

これらの磁気センサ３５ａ、３５ｂの検出信号は第１２
図に示す回路によってパルス信号に変換される。即ち、
磁気センサ３５ａに基づく出力パルスは、第１０図（ｂ
）に示すように、回転体３０の凸部３０ａが磁気回路ｍ
、のＮ極に対向する位置から立上ってＨとなり所定時間
後にＬとなる。また、磁気センサ３５ｂに基づく出力パ
ルスは、第１０図（ｅ）に示すように磁気センサ３５ａ
に基づく出力パルスより９０”位相の遅れた出力パルス
となる。尚、これらの出力パルスの立上り立下りの差動
点は第１２図に示す回路のヒステリスアンプ４１の差動
点を設定することにより任意に調整することができる。

以上の構成に基づいて、回転体３０が回転して、その周
縁部の凸部３０ａが、第１０図に示す磁気回路ｍ、の磁
極Ｎの方から接近すると、磁気センサ３５ａにより検出
された検出信号は第１２図に示す回路を経てパルスとな
って出力される。続いて、磁気回路ｍ２に取付けた磁気
センサ３５ｂにより、磁気センサ３５ａに基づくパルス
より所定時間遅れてパルスが出力される。

これらの二つのパルスの時間的前後関係を論理回路（不
図示）により判別することにより回転体の回転方向が判
別されると共にパルス数を計測することにより回転数も
判別する。

また、磁石３３に変わって、第１１図（ａ）に示すよう
に、真中をＳ極として突出させると共に左右両端をそれ
ぞれＮ極として、その高さをＮ極と同じくそろえ、更に
Ｓ極とＮ極との間にこれらの極より低くした磁気的中性
点を突出させた形状で、かつ一体的に成形した磁石４０
を用いてもよい。

そして、中性点上にそれぞれ磁気センサ３５ａ。

３５ｂを取付けるようにしてもよい。この磁石４０の回
転体３０の凸部３０ａが接近しない状態での磁束分布は
第１１図（ｂ）に示されるようになる。

回転体３０が回転して凸部３０ａが磁石４０に接近して
通過すると、磁気センサ３５ａの検出信号は前述した磁
気回路ｍ１のときと同じ形状であり、また磁気センサ３
５ｂによる検出信号はＳ極を中心にして磁気センサ３５
ａの検出信号と対称形となる。

この場合も、磁気センサ３５ａ、３５ｂによって検出さ
れた信号はそれぞれ第１２図に示される回路にてパルス
に変換されて前述したように、これらパルスの時間の前
後関係を論理回路により判断して回転体の回転方向を判
別する。

〔発明の効果〕

以上説明したような本発明によれば、構成部品のバラツ
キや温度変化に対しても確実に回転体の回転を検出する
ことができ、信頼性や安定性が向上する。また、回転体
が回転していない状態も検出することができる。

また更に、回転体の回転方向を判別する場合に、検出器
としての複数の磁気回路を一体的に構成したので、複数
の検出器を用いていたのに比べ、設計、加工、組立等の
費用の軽減が図れると共に信頼性の向上も図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による回転センサの一実施例を示す側面
図、 第２図は第１図の磁気回路を示す斜視図、第３図は本発
明による回転センサの動作を説明するための図、 第４図は第１図における回転体の回転角に対する磁気セ
ンサに流れる磁束の特性を示す図、 第５図は他の磁気回路の示す斜視図、 第６図は同じく他の磁気回路を示す斜視図、第７図は同
じく他の磁気回路を示す正面図、第８図は磁気回路と磁
気分布との関係を示した図、 第９図は回転方向を判別する回転センサの一実施例を示
す側面図、 第１０図（ａ）は磁気回路を示す斜視図、第１Ｏ図（ｂ
）はｆ６ｉ％回路ｍ１の磁束分布を示した図、第１０図
（Ｃ）は磁気回路ｍ２の磁束分布を示した図、第１０図
（ｄ）は第１の磁気検出手段の検出信号に基づ（出力パ
ルスの図、 第１０図（ｅ）は第２の磁気検出手段の検出信号に基づ
く出力パルスの図、 第１１図（ａ）は他の磁気回路を示す正面図、第１１図
（ｂ）はその磁束分布を示した図、第１２図はホール素
子の検出信号をパルスに変換する電気回路図、 第１３図及び第１４図は従来の回転センサの例をそれぞ
れ示す図、 第１５図は第１４図の例における回転体の回転に対する
磁束の特性を示す図である。 １・・・回転体、２・・・第１の磁気回路、３・・・第
２の磁気回路、４１．４□・・・磁石、５．．５□・・
・ポール、６・・・ヨーク、７・・・センタボール、８
・・・磁気センサ、３０・・・回転体、３３・・・磁石
、３５ａ　、３５ｂ・・・磁気センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁性体よりなる回転体と、 該回転体に対向してその回転方向に隣接して設けられ、
   前記回転体を通じて同方向に流す磁束を発生する第１及
   び第２の磁気回路と、 前記回転体が第１又は第２の磁気回路と磁気的に結合す
   る位置にあるとき、該第１又は第２の磁気回路と回転体
   とより形成される磁束ループの共通磁路に設けられた磁
   気検出手段とを備え、 前記磁気検出手段が前記回転体の回転速度に応じた周波
   数の検出信号を出力する、 ことを特徴とする回転センサ。
2. （２）磁性体よりなる回転体と、 該回転体に対向してその回転方向に隣接して設けられ、
   前記回転体を通じて流す磁束を発生する第１及び第２の
   磁気回路と、 該第１及び第２の磁気回路と磁性体回転方向に所定の位
   相差を持ち該第１及び第２の磁気回路と一体的に設けら
   れた第３及び第４の磁気回路と、 前記回転体が第１又は第２の磁気回路と磁気的に結合す
   る位置にあるとき、該第１又は第２の磁気回路と回転体
   とより形成される磁束ループの共通磁路に設けられた第
   １の磁気検出手段と、 前記回転体が第３又は第４の磁気回路と磁気的に結合す
   る位置にあるとき、該第３又は第４の磁気回路と回転体
   とより形成される磁束ループの共通磁路に設けられた第
   ２の磁気検出手段とを備え、 前記第１及び第２の磁気検出手段が前記回転体の回転速
   度に応じた周波数及び所定の位相差を有する検出信号を
   出力する、 ことを特徴とする回転センサ。