JPH04204162A - 回転速度センサ用の信号処理装置 - 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、磁電変換素子を用いた回転速度センサの出力
信号を処理するのに特に好適な信号処理装置に関する。

（従来の技術） 例えば内燃機関の回転速度を検出するため、Ｎ極とＳ橿
とが交互に現れるように環状に設けられた磁性回転体及
びこの回転体が回転することにより生じる磁界の変化に
応じた電気信号を出力する磁電変換素子を備えて成る回
転信号発生装置が実開昭６３−２９７１３号公報に開示
されている。この開示された回転信号発生装置は、磁電
変換素子から出力される電気信号を位相反転し、位相が
異なる２つの信号のレベル弁別を２つのヒステリシス特
性付レベル比較回路を用いて夫々行ない、それらの出力
に基づいて並記変換素子がＮ極又はＳ極の影響下からＳ
極又はＮ極の影響下に入るタイミングを示す出力信号を
得るように構成されている。

（発明が解決しようとする課題） この開示された装置によると、位相が１８０６異なる信
号を得るために反転増幅器か必要となるが、この反転増
幅器にオフセットずれが生じると、正しいタイミングで
出力信号を得ることができないほか、磁性回転体上の１
つの磁極に対して高レベルと低レベルとから成る１組の
パルスを出力する構成であるから、回転速度の上昇によ
りパルス巾が狭くなると雑音成分の除去が困難となり、
遠方への信号伝達も難しくなるという問題点を有してい
る。さらに、回転軸が微小角度の振動を伴っていると出
力信号が所要のタイミングを正確に示さない場合が生じ
るほか、出力信号のパルス巾か入力信号の振幅に依存し
て変化するという別の問題点も有している。

本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を一挙
に解決することができる、磁電変換素子を用いた回転速
度センサのための信号処理装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための本発明の特徴は、磁電変換素
子と磁性回転体とのＶの相対回転運動により該磁電変換
素子に生じる磁界の変化に応した電気信号を取り出すよ
うに構成された回転速度センサのための信号処理装置に
おいて、上記電気信号に応答し磁電変換素子が一方の磁
極の影響下から他方の磁極の影響下に入るタイミングで
少なくともレベル変化する第１のレベル弁別出力信号を
出力するヒステリシス特性付の第ルベル弁別回路と、上
記電気信号に応答し上記タイミングと異なるタイミング
でレベル変化する第２のレベル弁別出力信号を出力する
ヒステリシス特性付の第２レベル弁別回路と、第１及び
第２のレベル弁別出力信号に応答し第１のレベル弁別出
力信号か上記タイミングでレベル変化したときに第２の
レベル弁別出力信号が所定のレベル状態にある場合にの
み第１のレベル弁別出力信号のレベルの変化に応答して
上記タイミングを示すパルス信号を出力する論理回路と
を備えた点にある。

（作　用） 例えば内燃機関の回転に応じて、回転体か磁電変換素子
に対して相対回転運動をすると、これによって磁電変換
素子に与えられる磁界の変化に応じた電気信号が電磁変
換素子から取り出される。

この電気信号は第ルベル弁別回路においてそのヒステリ
シス特性に従ってレベル弁別され、磁電変換素子が一方
の磁極の影響下から他方の磁極の影響下に入るタイミン
グで少なくともレベル変化する第１のレベル弁別出力信
号が出力される。

一方、第２レベル弁別回路では、そのヒステリシス特性
に従って上記電気信号のレベル判別が行なわれ、上記タ
イミングよりずれたタイミングで高レベル又は低レベル
に変化する第２のレベル弁別出力信号が第２レベル弁別
回路より出力される。

第１及び第２レベル弁別回路の出力は論理回路に与えら
れ、ここで、第１のレベル弁別出力信号のレベルカ←一
方の磁極の影響下から他方の磁極の影響下に入る上記タ
イミングで変化した場合、そのとき第２のレベル弁別出
力信号のレベルか所定の状態にあると、第ルベル弁別回
路からの出力に応答して、上記タイミングを示すパルス
信号か論理回路から出力される。

（実施例） 第１図には、本発明による信号処理装置の一実施例の回
路図が示されている。この信号処理装置ｌは、磁性回転
体２と磁電変換器３とから成る公知の回転速度センサ４
からの出力信号Ｓｏを処理するための、本発明による信
号処理装置である。

磁性回転体２はその外周にＮ磁極とＳ磁極とか交互に着
磁されており、例えば内燃機関の出力軸等に取りつけら
れて回転し、その近傍に配置されている磁気−電気変換
素子である磁電変換器３に対し、その回転速度に応じて
方向及び大きさの変化する磁界が与えられる。

第２図（ａ）には磁性回転体２が展開して示されており
、磁電変換器３からは、この回転磁性体の各磁極との間
の相対運動に従うレベルの出力信号ＳＯか出力される。

すなわち、磁電変換器３に対してＮ磁極及びＳ磁極か交
互に接近、離反することにより、正弦波状の信号か出力
信号Ｓｏとして出力される。

なお、このような出力信号Ｓｏを出力するためのセンサ
の構成は、本実施例の構成に限定されるものではなく、
例えば、磁性体の歯車に対向して配設された永久磁石の
歯車側の端部にホール素子を設け、ホール素子から所要
の出力を得るようにしてもよい。

出力信号ＳＯは、演算増幅器５及び抵抗器６乃至゛８か
ら成る増幅回路９により増幅され、増幅回路９から増幅
出力信号Ｓとして取り出される。演算増幅器５の非反転
入力端子には、抵抗器７を介して、電源電圧Ｖ。Ｃの１
／２の電圧レベルに等しい第１基準電圧Ｖｒが印加され
ており、増幅出力信号Ｓのレベルは、第２図（ｂ）に示
されるように、磁電変換器３が５ｌｉｌ！ｉの影響下に
ある場合には基準電圧Ｖｒのレベルよりも小さく、磁電
変換器３かＮ磁極の影響下にある場合には基準電圧Ｖｒ
のレベルよりも大きい状態となる。

増幅出力信号Ｓのレベル弁別を行なうため、増幅回路９
の出力側には、第ルベル弁別回路１０及び第２レベル弁
別回路１１か設けられている。

第１レベル弁別回路１０は、コンパレータ１２、抵抗６
１３乃至１７、及びダイオード１８から成るヒステリン
ス付ゼロクロスコンパレータ回路として構成されている
。すなわち、コンパレータ１２の出力には抵抗器１５を
介して電源電圧ＶＣＣか印加されているほか、ダイオー
ド１８及び抵抗５１６．１７を介して第１基準電圧ｖｒ
か与えられており、抵抗器１６．１７の接続点の電位か
抵抗器１４を介してコンパレータ１２の非反転入力に印
加されている。一方、コンパレータ１２の反転入力端子
には、抵抗器１３を介して増幅出力信号Ｓか印加されて
いる。

従って、例えば増幅出力ＳのレベルかＶｒより充分大き
くコンパレータ１２の出力か低レベル状態にある場合に
は、ダイオード１８は逆バイアス状態になっており、コ
ンパレータ１２の非反転入力端子のレベルはＶｒに略等
しい。したかって、増幅出力信号Ｓのレベルか基準電圧
Ｖｒのレベル以下になったときに、第ルベル弁別回路１
０の出力である第１出力電圧Ｖ１のレベルか低レベル状
態から高レベル状態に変化する。

この状態では、ダイオード１８は順バイアス状態となる
ので、コンパレータ１２の非反転入力端子のレベルはＶ
ｒより高い所定のレベルＬ１　（第２図（ｂｌ参照）に
なる。このため、反転入力端子のレベルか雑音等の影響
によりＶｒよりも若干高くなっても、コンパレータの出
力はもはやこれに応答してそのレベル状態を再び低レベ
ル状態とすることがない。したがって、増幅出力信号Ｓ
にノイズ等が重畳していても、これによりレベル切換点
付近でコンパレータ１２の出力においてチャタリングか
生じるのを有効に防止することができる。

上記説明から判るように、コンパレータ１２の非反転入
力端子のレベルＶ１２は、コンパレータ１２の出力レベ
ル状態に応じて変化し、所謂ヒステリシス特性が与えら
れる。この結果、第１出力電圧Ｖｌのレベルは、第２図
（Ｃ）に示されるように変化することになる。

上述の如く、図示の実施例ては、磁電変換器３かＮ磁極
の影響下からＳ磁極の影響下に入るタイミング（Ｔ２．
Ｔ１．・・）において、第１出力電圧Ｖ１のレベルか低
レベル状態から高レベル状態に変化することとなる（第
２図（ａ）及び（Ｃ）参照）。

第２レベル弁別回路１１もまた、ヒステリンス付ゼロク
ロスコンパレータ回路として構成されている。ここで、
１９はコンパレータ、２０乃至２４は抵抗器、２５はダ
イオードであり、ダイオード２５の接続方向が逆である
ことを除いては、第２レベル弁別回路１１の構成は第ル
ベル弁別回路１０の構成と同様である。

次に、第２レベル弁別回路１１の動作について説明する
。例えば増幅出力信号ＳのレベルがＶｒより充分に低く
、コンパレータ１９の出力か高レベル状態にあると、ダ
イオード２５は逆バイアス状態になっており、コンパレ
ータ１９の非反転入力端子のレベルはＶｒに略等しい。

したかつて、増幅出力信号Ｓのレベルか増大し基準電圧
Ｖｒのレベルを越えたときに、第２レベル弁別回路１１
の出力である第２出力電圧Ｖ２のレベルか高レベル状態
から低レベル状態に変化する。

この結果、ダイオード２５は順バイアス状態となり、コ
ンパレータ２１の非反転入力端子のレベルはＶｒより低
い所定のレベルＬ２　　（第２図Ｆｂ）参照）になる。

このため、反転入力端子のレベルが雑音等の影響により
Ｖｒよりも若干低くなっても、コンパレータ１２の出力
はもはやこれに応答してそのレベル状態を再び高レベル
状態とすることがない。したがって、増幅出力信号Ｓに
ノイズ等が重畳していても、これによりレベル切換点付
近でコンパレータ１２の出力においてチャタリングか生
じるのを有効に防止することができる。

増幅出力信号Ｓのレベルが低下し、Ｖｒよりも低いその
ときの非反転入力端子のレベルＬ２より小さくなると、
コンパレータ１９の出力は再び高レベルとなり、非反転
入力端子のレベルは再びＶｒに略等しくなる。

上記説明から判るように、コンパレータ１９の非反転入
力端子のレベルｖ１９は、コンパレータ１９の出力レベ
ル状態に応して変化し、これによりヒステリンス特性か
与えられる。この結果、第２出力電圧Ｖ、のレベルは、
第２図（ｄ）に示され、るように変化することになる。

上述の如く、図示の実施例では、磁電変換器３がＳ磁極
の影響下からＮ磁極の影響下に入るタイミング（Ｔ、、
Ｔ、、　　・・・）において、第２出力電圧Ｖ、のレベ
ルか高レベル状態から低レベル状態に変化することとな
る（第２図（ａ）及び（ｄ）参照）。

第２図（Ｃ）と第２図（ｄ）とを比較して判るように、
本実施例においては、第１出力電圧ｖｌのレベルが立上
がる時点において、第２出力電圧ｖｔのレベルは低レベ
ル状態にあり、第２出力電圧Ｖ！のレベルか立下かる時
点において第１出力電圧ｖ１のレベルは高レベル状態に
ある構成である。

第１出力電圧ｖ１のレベルか立上がるタイミングと第２
出力信号ｖ２のレベルが立下かるタイミングとに応答し
、磁電変換器３がＳ磁極の影響下からＮ磁極の影響下へ
入るタイミング情報とＮ磁極の影響下からＳ磁極の影響
下へ入るタイミング情報を有する単一のパルス信号を得
るため、信号処理装置１．は論理演算回路２６を備えて
いる。論理演算回路２６において、２７．２８はゲート
回路、２９はアンド回路、３０はインバータ、３１は公
知の構成のフリップ・フロップ、３２はＤフリップ・フ
ロップである。

ゲート回路２７は、第１及び第２出力電圧ｖ１、Ｖｔに
応答し、両出力電圧Ｖ＋、Ｖｔのレベルが、共に高レベ
ル状態にある場合にのみ低レベル状態となり、それ以外
の場合には高レベル状態となる第１パルス信号ＳＡを出
力する（第２図（ｅ））。一方、ゲート回路２日は、第
１及び第２出力信号Ｖｌ、Ｖ！に応答し、両出力電圧Ｖ
１゜ｖ２のレベルが、共に低レベルの状態にある場合に
のみ低レベル状態となり、それ以外の場合には高レベル
状態となる第２パルス信号ＲＡを出力する（第２図（ｆ
））。

Ｒ−Ｓフリップフロップ３１は、第１パルス信号ＲＡの
立下がりに応答してリセットされ、第２パルス信号ＳＡ
の立下がりに応答してセットされる構成となっている。

したかって、そのＱ出力から取り出されるＦ／Ｆ出力信
号ＦＳのレベルは、第２図（ｇ）に示されるように、第
１パルス信号ＳＡの立下がりタイミングで低レベルから
高レベルとなり、第２パルス信号ＲＡの立下がりタイミ
ングで高レベルから低レベルとなる。Ｆ／Ｆ出力信号Ｆ
ＳはＤフリップ・フロップ３２のＤ入力端子に印加され
ている。

第１出力電圧Ｖ、が入力されているアンド回路２９の他
方の入力には、第２電圧信号ｖ２をインバータ３０によ
ってレベル反転せしめて得られた反転第２電圧信号ＩＶ
２　（第２図（ｈ））！ｌ＜印加されている。これらの
入力に応答してアンド回路２９から得られる信号が、ク
ロック信号にとしてＤフリップ・フロップ３２のクロッ
ク入力端子ＣＫに印加されている。

クロック信号には、第２図（１）に示されるように、電
磁変換器３に対する磁極の切換タイミングＴ１．Ｔｒ、
Ｔｒ、Ｔｒ・・・において立上がりエツジを有する比較
的短いパルス巾のパルスから成るパルス列信号となって
いる。

Ｄフリップ・フロップ３２は、Ｆ／Ｆ出力信号ＦＳとこ
のクロック信号にとに応答して作動し、クロック信号に
の各立上がりタイミング毎にＦ／Ｆ出力信号ＦＳのレベ
ルかランチされ、その結果、第２図（ｊ）に示される出
力信号Ｏ８が出力される。第２図（ｊ）から判るように
、出力信号Ｏ８は、磁電変換器３かＮ極に対向している
場合には高レベル状態であり、Ｓ極に対向している場合
には低レベル状態となっており、したがって、出力信号
Ｏ８のレベル変化点か磁電変換器３に対するＮ極とＳ極
との切換わりタイミングを示していることになる。

次に、第１図に示した信号処理装置ｌｌの動作について
第２図（ａ）乃至第２図（ｊ）を参照しなから説明する
。

磁性回転体２の回転により、第２図（ａｌ）に展開され
て示される磁性回転体の各磁極と磁電変換器３との間に
相対運動か生じると、増幅回路９からは、第２図（ｂ）
に示される増幅出力信号Ｓか得られる。今、回転角度か
ＡＩの状態にあると、第１及び第２出力電圧Ｖ１．Ｖ２
は共に低レベル状態になっているが、第ルベル弁別回路
１０の’：Ｉ　ンハレータ１２の非反転入力端子のレベ
ルはＶｒであるのに対し、第２レベル弁別回路１１のコ
ンパレータ１９の非反転入力端子のレベルはＬ２となっ
ている。したかって、回転か道み１、回転角度がＴ２を
僅かにこえ、Ｓ＜Ｖｒとなると第１出力電圧Ｖ１は高レ
ベル状態に変化するのに対し、策２出力電圧ｖ２は低レ
ベル状態に保持されたままである。そして、回転か更に
進み、回転角度Ａ２を越えてＳ＜Ｌｌとなったときに、
第２出力信号Ｖｔか高レベル状態になる。

第１及び第２出力電圧Ｖ１．Ｖ２のレベルか共に高レベ
ルとなった状態では、コンパレータ１２の非反転入力端
子のレベルかり、になっているのに対し、コンパレータ
１９の非反転入力端子のレベルはＶｒとなっている。し
たかって、第２出力電圧Ｖ２は、回転角度Ｔ３を越えて
Ｓ＞Ｖｒとなったときに低レベル状暫に戻るのに対し、
第１出力電圧Ｖｌは、更に回転して回転角度Ａ３を越え
てＳ＞Ｌｌ　となってはしめて低レベル状態に戻ること
になる。

以後、同様にして、第１及び第２出力電圧のレベルか変
化するが、第１出力電圧Ｖ１のレベルかＴ２．Ｔｒ、・
・・において変化するとき第２出力電圧Ｖ２のレベルは
必ず低レベル状態であり、逆に第２出力電圧Ｖ２のレベ
ルかＴ１．Ｔ２．・・・において変化するとき第１出力
電圧ｖ１のレベルは必ず高レベル状態である。論理演算
回路２６は、第１出力電圧Ｖ１と第２出力電圧Ｖｌとの
間で上述の関係か成立しているか否かのチエツクを行な
い、これらの関係が成立している場合に、タイミングＴ
＋　、Ｔ２　、Ｔ１．Ｔｔ・・でレベル変化する出力信
号Ｏ８を出力する。

この結果、出力信号Ｏ８のデユーティ−比は、磁性回転
体２の磁極の回転方向の幅のみに左右され、増幅出力か
変化してもデユーティ−比を一定とすることかできる。

また、増幅出力信号Ｓに、例えば雑音か重畳し、そのレ
ベルか第１基準電圧Ｖｒのレベル近くで変化しても、第
１及び第２レベル弁別回路１０．１１はヒステリンス特
性を有しており、出力電圧のレベル変化によりレベル弁
別のための基準レベルか変化するので、各出力電圧Ｖ１
．Ｖ！にチャタリング現象か生じることがなく、極めて
安定な作動を期待することができる。

上記説明から判るように、磁電変換素子が一方の磁極の
影響下から他方の磁極の影響下に入るタイミング、及び
磁電変換素子が他方の磁極の影響下から一方の磁極の影
響下に入るタイミングを正確に示すパルス信号をうるこ
とができるので、従来の装置に比べて、より多くのタイ
ミング情報を得ることができる。

さらに、磁性回転体２か停止している場合増幅出力信号
Ｓのレベルか零となり、ノイズ成分のみか現れても同様
の理由により、誤動作の発生を有効に防止することかで
きる。

また、磁性回転体２がある回転角度θ。を中心に微少角
度Δθだけ正回転と逆回転とを交互に繰り返す微少振動
を生じた場合、角度位置θ。か第２図でＸａである場合
、Δθ＜　（Ｘｏ　　ＸＩ　）で且つΔθ＜（Ｔ２　　
Ｘｏ　）であれば、この微少振動による影響を防止する
ことができる。

なお、θ。＝ｘｂであると、ΔθがＸｂ−ＸＩより小さ
くはなく、Ｘａ　　Ｘｂを越えなければ、この微少振動
による影響を防止することができる。

（発明の効果） 本考案によれば、上述の如く、従来に比べて出力信号の
パルス巾を広くすることができるので、長距離伝送が可
能となり、雑音との分離を行ないやすくなる。また、従
来では必要とされていた反転バッファ回路が不要となる
ため、反転バッファ回路のオフセットずれを補正する必
要がなく、精度よく回転情報を検出することができる。

さらに、磁掻巾に対応する出力信号のレベル変化が得ら
れるので、出力パルス巾、すな・わち出力信号のデユー
ティ−比か一定となり、安定な動作を期待することがで
き、回転の微少振動による誤作動を有効に防止すること
かできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による信号処理装置の一実施例゛を示す
回路図、第２図（ａ）は第１図の磁性回転体を展開して
示す図、第２図（ｂ）乃至第２図（」）は第１図の信号
処理装置の各部の信号の波形を示す図である。 １・・・信号処理装置、２・・・磁性回転体、３・・・
磁電変換器、４・・・回転センサ、１０・・・第２レベ
ル弁別回路、 １１・・・第２レベル弁別回路、 ２６・・・論理回路、 ｖｌ・・・第１出力電圧、■、・・・第２出力電圧。 特許出願人　　株式会社ゼクセル 代理人　弁理士　　高　野　昌　俊

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁電変換素子と磁性回転体との間の相対回転運動
   により該磁電変換素子に生じる磁界の変化に応じた電気
   信号を取り出すように構成された回転速度センサのため
   の信号処理装置において、前記電気信号に応答し前記磁
   電変換素子が前記一方の磁極の影響下から前記他方の磁
   極の影響下に入るタイミングで少なくともレベル変化す
   る第１のレベル弁別出力信号を出力するヒステリシス特
   性付の第１レベル弁別回路と、前記電気信号に応答し前
   記タイミングと異なるタイミングでレベル変化する第２
   のレベル弁別出力信号を出力するヒステリシス特性付の
   第２レベル弁別回路と、前記第１及び第２のレベル弁別
   出力信号に応答し前記第１のレベル弁別出力信号が前記
   タイミングでレベル変化したときに前記第２のレベル弁
   別出力信号が所定のレベル状態にある場合にのみ前記第
   １のレベル弁別出力信号のレベルの変化に応答して前記
   タイミングを示すパルス信号を出力する論理回路とを備
   えて成ることを特徴とする回転速度センサ用の信号処理
   装置。