JPH074986A - 基準位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 着磁体の着磁面に発生する磁界強度の歪みを
解消することにより、基準位置の検出精度を向上させる
ことができる基準位置検出装置を提供する。 【構成】 上側ディスク３Ａの外周には異なる磁極を交
互に着磁した着磁面４Ａが設けられるとともに、着磁面
４Ａには磁極の着磁間隔を長くした基準位置５が設けら
れている。上側ディスク３Ａには下側ディスク３Ｂが接
合配置され、下側ディスク３Ｂの外周には上側ディスク
３Ａの磁極に対し異なる磁極を対向させて着磁した着磁
面４Ｂが設けられている。位置センサ６はＭＲ素子にて
構成され、同ＭＲ素子は上側ディスク３Ａと下側ディス
ク３Ｂとの接合面の付近に配置されている。信号処理回
路７では、位置センサ６の出力信号が波形整形され、基
準位置信号が生成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、磁気抵抗素
子やホール素子といった感磁素子を用いた基準位置検出
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、磁気抵抗素子やホール素子等
の感磁素子を用いて位置センサを構成し、その位置セン
サにて所定位置を検出するようにした位置検出装置が開
示されている（例えば、特開昭５４−１５６６５６号公
報，実開昭５６−１２８１５号公報，特公平２−５２９
６６号公報）。

【０００３】これら位置検出装置において、主に回転体
からなる着磁体の外周には、異なる磁極（Ｓ，Ｎ極）を
交互に着磁した着磁面が設けられていた。さらに、同着
磁面には磁極の一部を欠落させた基準位置が設けられて
いた。つまり、基準位置以外の箇所では、等間隔にて磁
極が着磁されるとともに、基準位置では幅広間隔で磁極
が着磁されていた。そして、位置センサにて、着磁パタ
ーンに応じた磁界強度の変化を検出することにより所望
の位置信号、及び基準位置信号を得るようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
位置検出装置では、基準位置の周辺における磁界が不安
定になり、基準位置の検出精度が悪化するという問題が
あった。

【０００５】つまり、図１３に示すように、回転体（着
磁体）の着磁面には磁極に応じた磁力線（図中、矢印
Ｐ’で示す）が存在している。このとき、磁極の着磁間
隔が等間隔であれば、全ての箇所で存在する磁力線は均
等になる。しかし、着磁間隔が幅広の基準位置では、磁
力線が他の箇所よりも多く存在するため、その磁力線が
周辺の磁極に影響を及ぼすことになる。

【０００６】このため、回転体の円周方向の磁界強度
は、基準位置周辺にて歪みを生じ、位置センサの出力信
号もその影響を受けてしまう。その結果、位置センサの
出力波形をしきい値Ｖthにて波形整形して得られる波形
整形信号（パルス信号）の波形にも乱れを生じ、着磁パ
ターンに確実に相応した波形整形信号（図１３に破線で
示す）が生成されるべきところを、着磁パターンに不相
応な不安定な波形整形信号（図１３に実線で示す）が生
成されてしまう。そして、このような不安定な波形整形
信号では、基準位置の検出が困難になるという問題を生
じる。

【０００７】この発明は、上記問題に着目してなされた
ものであって、その目的とするところは、着磁体の着磁
面に発生する磁界強度の歪みを解消することにより、基
準位置の検出精度を向上させることができる基準位置検
出装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の基準位置検出装置は、移動方向に沿って
異なる磁極を交互に着磁した着磁面を有するとともに、
該着磁面の着磁間隔を変化させた基準位置を有する第１
の着磁体と、前記第１の着磁体に並設され、第１の着磁
体に対向するとともに同着磁体の磁極と異なる磁極を着
磁した着磁面を有する第２の着磁体と、前記第１の着磁
体と前記第２の着磁体との接近面付近に配置された感磁
素子を有し、前記第１及び第２の着磁体に対して相対的
に移動し、当該着磁体の着磁面の磁界強度に応じた電気
信号を出力する位置センサと、前記位置センサの出力信
号を波形整形して基準位置信号を生成する信号処理回路
とを備えたことを要旨とするものである。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、第１の着磁体の基準位置に
おいて、第１の着磁体と第２の着磁体との接近面では、
移動方向に直交する方向に向けて磁力線が均等に発生す
る。即ち、第１の着磁体に第２の着磁体が並設されてい
ないと、基準位置の磁力線が周辺の磁極に影響を及ぼし
磁力線が不均一になるが、第２の着磁体を並設したこと
により磁力線の方向が規制されて、磁力線が均等なもの
になるとともに、磁界強度の歪みが防止される。従っ
て、第１の着磁体と第２の着磁体との接近面付近におけ
る磁界強度が安定し、位置センサは磁界強度に応じた安
定した電気信号を出力する。又、信号処理回路は、位置
センサの出力信号を波形整形して基準位置信号を生成す
る。

【００１０】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明をエンジンの基準位置検
出装置に具体化した第１実施例を図面に従って説明す
る。

【００１１】図１に示すように、エンジンの回転に伴い
回転するシャフト１には、着磁ドラム２が固定されてい
る。着磁ドラム２において、第１の着磁体としての上側
ディスク３Ａには、第２の着磁体としての下側ディスク
３Ｂが接合配置されている。上側ディスク３Ａには、異
なる磁極を交互に着磁した着磁面４Ａが設けられるとと
もに、同着磁面４Ａには磁極の着磁間隔を長くした基準
位置５が設けられている。つまり、上側ディスク３Ａの
外周の着磁面４Ａには、等間隔に磁極が着磁されている
が、基準位置５に相当する箇所のみ、着磁間隔が他の箇
所よりも長くなっている。又、下側ディスク３Ｂには、
上側ディスク３Ａの磁極に対し異なる磁極を対向させて
着磁した着磁面４Ｂが設けられている。よって、上側及
び下側ディスク３Ａ，３Ｂが回転すると、着磁面４Ａ，
４Ｂの磁極は円周方向に移動するようになっている。

【００１２】位置センサ６は、着磁ドラム２の外周面に
対向して配置されており、同位置センサ６には、信号処
理回路７が接続されている。信号処理回路７は増幅器８
及び波形整形回路９にて構成されている。

【００１３】図２は、位置センサ６の電気的構成を示す
図である。同図に示すように、位置センサ６は、感磁素
子としての１つの磁気抵抗素子（以下、ＭＲ素子とい
う）１０を有しており、このＭＲ素子１０は固定抵抗１
１，１２，１３とともにブリッジ回路を構成している。
このブリッジ回路には、端子１４，１５，１６が設けら
れており、端子１４，端子１５の電圧は、バッテリ電圧
ＶB ，比較電圧Ｖref となっている。又、端子１６は出
力用端子となっており、ＭＲ素子１０の抵抗値と固定抵
抗１３の抵抗値との差分に応じた電圧信号Ｖout が端子
１６から出力されるようになっている。

【００１４】一方、図３に示すように、ＭＲ素子１０
は、上側ディスク３Ａの着磁面４Ａに対向する位置であ
って、上側ディスク３Ａと下側ディスク３Ｂとの接合面
（接近面）から若干離れた位置（図３では、上側ディス
ク３Ａの厚さの”１／４”の位置）に配置されている。
つまり、ＭＲ素子１０は、着磁面４Ａ，４Ｂにおいて互
いに対向する磁極が磁気的に作用し合う領域内に配置さ
れている。又、ＭＲ素子１０の向きは、上側ディスク３
Ａの円周方向（磁極の移動方向）に平行となっている。
なお、本実施例では、円周方向をｙ方向，ｙ方向に直交
する方向（図３の上下方向）をｘ方向とし、ｘ方向の磁
界強度を”Ｈx ”，ｙ方向の磁界強度を”Ｈy ”として
いる。従って、ＭＲ素子１０は、上側ディスク３Ａの着
磁面４Ａ上であって、図３のＹ−Ｙ線上の磁界強度Ｈy
、及びそれに垂直な磁界強度Ｈx に対応して抵抗値を
変化させる。

【００１５】次いで、本実施例の基準位置検出装置の作
用を説明する。図４には、基準位置５の周辺における着
磁面４Ａ，４Ｂの着磁パターン、及びその着磁パターン
に対応した基準位置検出装置の動作を示している。図４
に示すように、ディスク３Ａ，３Ｂの着磁面４Ａ，４Ｂ
には、着磁パターンに対応した磁力線（図中、矢印Ｐで
示す）が存在している。つまり、各着磁面４Ａ，４Ｂに
は、ｙ方向（図４の左右方向）の磁力線と、ｘ方向（図
４の上下方向）の磁力線とが発生している。

【００１６】円周方向の磁界強度Ｈy は、円周方向の磁
力線に応じて図示の通りの波形となり、基準位置５だけ
が略「０」値に保持されている。つまり、図４の区間Ｗ
では、上側ディスク３Ａと下側ディスク３Ｂとの接合面
の付近において、上下方向に磁力線が発生し、磁界強度
は”ｘ”成分のみとなる。従って、区間Ｗにおいて、上
下方向の磁界強度Ｈx は高いレベルにて保持されるが、
円周方向の磁界強度Ｈy は略「０」に保持される。

【００１７】そして、着磁ドラム２が回転して着磁面４
Ａ，４Ｂの磁極が移動し始めると、位置センサ６のＭＲ
素子１０の抵抗値が磁界強度Ｈx ，Ｈy に応じて変化す
る。その結果、位置センサ６は、磁界強度Ｈx ，Ｈy の
変化、１サイクルにつき、２サイクル分の電圧信号Ｖou
t を出力する。このとき、基準位置５（区間Ｗ）では、
略Ｈy ＝０、且つ、磁界強度Ｈx が高いレベルであるた
めに、ＭＲ素子１０の抵抗分が大きくなり電圧信号Ｖou
t の信号レベルがしきい値Ｖth以下の低いレベルに保持
される。

【００１８】信号処理回路７の増幅器８では位置センサ
６から出力された電圧信号Ｖout が増幅され、又、波形
整形回路９では同信号がしきい値Ｖthにて波形整形され
る。その結果、基準位置５以外の箇所では、デューティ
比約「５０％」のパルス信号が生成されるとともに、基
準位置５では信号レベルがＬ（ロウ）レベルに保持さ
れ、パルス信号が欠落した信号が生成される。このよう
にして、信号処理回路７から基準位置信号が出力され、
その後、その基準位置信号は図示しない他の制御手段に
入力されるとともに、基準位置信号の欠落部が基準位置
情報部として利用される。

【００１９】以上、詳述したように、本実施例の基準位
置検出装置では、上側ディスク３Ａの外周に、異なる磁
極を交互に着磁した着磁面４Ａを設け、その着磁面４Ａ
に磁極の着磁間隔を長くした基準位置５を形成した。
又、下側ディスク３Ｂを上側ディスク３Ａに並設し、下
側ディスク３Ｂの外周に上側ディスク３Ａの磁極に対し
異なる磁極を対向させて着磁した着磁面４Ｂを設けた。
さらに、位置センサ６をＭＲ素子１０にて構成するとと
もに、ＭＲ素子１０を上側ディスク３Ａと下側ディスク
３Ｂとの接合面の付近に配置させた。そして、信号処理
回路７にて、位置センサ６の出力信号を波形整形して基
準位置信号を生成するようにした。

【００２０】上記構成により、上側ディスク３Ａの基準
位置５において、上側ディスク３Ａと下側ディスク３Ｂ
との接合面では、移動方向に直交する方向（ｘ方向）に
向けて磁力線が均等に発生する。即ち、上側ディスク３
Ａに下側ディスク３Ｂが並設されていないものでは、基
準位置５の磁力線が周辺の磁極に影響を及ぼし磁力線が
不均一になるが、下側ディスク３Ｂを並設したことによ
り磁力線の方向が規制され、磁力線が均等になるととも
に、磁界強度Ｈx ，Ｈy の歪みが防止される。従って、
基準位置５において、上側及び下側ディスク３Ａ，３Ｂ
の接近面付近における磁界強度Ｈx ，Ｈy が安定する。
その結果、位置センサ６から出力される電圧信号Ｖout
が着磁パターンに相応した安定したものになり、基準位
置５の検出精度が向上する。 （第２実施例）次に、第２実施例の基準位置検出装置に
ついて、第１実施例の相違点のみを説明する。

【００２１】前記第１実施例では、図３に示すようにＭ
Ｒ素子１０がｙ方向（円周方向）に延設されていたが、
本第２実施例では、図５に示すようにＭＲ素子１０がｘ
方向（図５の上下方向）に延設されている。従って、Ｍ
Ｒ素子１０は、上側ディスク３Ａの着磁面４Ａ上であっ
て、図５のＹ−Ｙ線上の磁界強度Ｈx 、及びそれに垂直
な磁界強度Ｈy に対応して抵抗値を変化させる。

【００２２】又、図６に示すように、ディスク３Ａ，３
Ｂの着磁面４Ａ，４Ｂには、着磁パターンに対応した磁
力線（図中、矢印Ｐで示す）が存在している。この磁力
線に対応した上下方向の磁界強度Ｈx は、図示の通りと
なり、基準位置５では高いレベルにて保持されている。
つまり、図６の区間Ｗでは、上側ディスク３Ａと下側デ
ィスク３Ｂとの接合面の付近において、上下方向に磁力
線が発生し、磁界強度は”ｘ”成分のみとなる。そのた
め、区間Ｗにおいて、上下方向の磁界強度Ｈxが高いレ
ベルとなる。

【００２３】そして、着磁ドラム２が回転し、着磁面４
Ａ，４Ｂの磁極が移動し始めると、位置センサ６のＭＲ
素子１０の抵抗値が磁界強度Ｈx ，Ｈy に応じて変化
し、位置センサ６は抵抗値の変化に応じた電圧信号Ｖou
t を出力する。このとき、基準位置５（区間Ｗ）では、
電圧信号Ｖout はしきい値Ｖthよりも高いレベルに保持
される。

【００２４】従って、電圧信号Ｖout が信号処理回路７
にて波形整形される際、基準位置５以外の箇所ではデュ
ーティ比約「５０％」のパルス信号が生成されるととも
に、基準位置５では信号レベルがＨ（ハイ）レベルに保
持されたパルス信号が生成される。そして、この基準位
置信号において、Ｈレベルが継続して出力されるパルス
部が基準位置情報部として利用される。

【００２５】このように、本第２実施例でも、基準位置
５の付近における磁界強度の歪みが解消されて前記第１
実施例と同様の作用効果を得ることができる。 （第３実施例）次いで、第３実施例について説明する。

【００２６】図７には、第３実施例における位置センサ
６の電気的構成を示している。位置センサ６は、感磁素
子としての２つのＭＲ素子１７，１８を有している。こ
のＭＲ素子１７，１８は、固定抵抗１９，２０とともに
ブリッジ回路を構成している。又、図８に示すように、
各ＭＲ素子１７，１８は、それぞれ上側及び下側ディス
ク３Ａ，３Ｂの着磁面４Ａ，４Ｂに対向して配置されて
いる。なお、ＭＲ素子１７は、第１実施例のようにＸ方
向に延設され、ＭＲ素子１８は、第２に実施例のように
Ｙ方向に延設されている。

【００２７】この構成により、第３実施例の基準位置検
出装置では、前記第１，第２実施例と同様の作用効果を
得られるばかりか、ＭＲ素子を２つ用いたことにより、
出力が２倍になり、又、温度差による影響を補償するこ
とができる。 （第４実施例）図９には、第４実施例における位置セン
サ６の電気的構成を示している。位置センサ６は、感磁
素子としての４つのＭＲ素子２１，２２，２３，２４を
有しており、これらＭＲ素子２１〜２４はブリッジ回路
を構成している。詳しくは、図９の上下方向に隣接され
たＭＲ素子２１とＭＲ素子２３との中間点から電圧信号
Ｖout1を出力するようにし、又、同じく上下方向に隣接
されたＭＲ素子２２とＭＲ素子２４との中間点から電圧
信号Ｖout2を出力するようにしている。

【００２８】又、上側に位置するＭＲ素子２１，２２
は、上側ディスク３Ａの着磁面４Ａに対向配置され、下
側に位置するＭＲ素子２３，２４は、下側ディスク３Ｂ
の着磁面４Ｂに対向配置されている。さらに、ＭＲ素子
２１，２２、及びＭＲ素子２３，２４の円周方向の取り
付け間隔は、着磁面４Ａ，４Ｂの基準位置５以外の磁極
の着磁間隔に対し、十分に小さくとってある。一方、Ｍ
Ｒ素子２２，２３、及びＭＲ素子２３，２４の円周に垂
直な方向の取り付け間隔は、着磁ドラム２の厚さの”１
／４”位にとってある。

【００２９】そして、位置センサ６は、ＭＲ素子２１の
抵抗値とＭＲ素子２３の抵抗値との差分に応じた電圧信
号Ｖout1と、ＭＲ素子２２の抵抗値とＭＲ素子２４の抵
抗値との差分に応じた電圧信号Ｖout2とを出力する。そ
の後、電圧信号Ｖout1，Ｖout2は、信号処理回路７の増
幅器８にて電圧信号Ｖout1，Ｖout2の差分が増幅される
とともに、波形整形回路９にて波形整形されて基準位置
信号（パルス信号）となる。

【００３０】この構成により、第４実施例の基準位置検
出装置では、前記第１〜第３実施例と同様の作用効果を
得られるばかりか、温度差補償や、位置センサ６の感度
向上という効果を得ることができる。

【００３１】なお、本第４実施例の変形例としては、４
素子ブリッジを図１０のように構成してもよい。つま
り、円周方向に隣接されたＭＲ素子２１とＭＲ素子２２
との中間点から電圧信号Ｖout1を出力するようにし、
又、同じく円周方向に隣接されたＭＲ素子２３とＭＲ素
子２４との中間点から電圧信号Ｖout2を出力するように
している。この場合でも上記実施例と同様の効果を得る
ことができる。 （第５実施例）図１１には、第５実施例における着磁体
の構成を示している。第１の着磁体及び第２の着磁体
は、リニアゲージ２５Ａ，２５Ｂにて構成されており、
そのリニアゲージ２５Ａ，２５Ｂの一側面には着磁面２
６Ａ，２６Ｂが設けられている。着磁面２６Ａには、リ
ニアゲージ２５Ａ，２５Ｂの移動方向（図１１の左右方
向）に沿って異なる磁極が交互に着磁されているととも
に、磁極を欠落させた基準位置２７が設けられている。
又、着磁面２６Ｂには、着磁面２６Ａの磁極に対し異な
る磁極が対向して着磁されている。そして、リニアゲー
ジ２５Ａ，２５Ｂが移動方向（左右方向）に移動するこ
とにより、着磁面２６Ａ，２６Ｂに対向して配置された
位置センサ６が、磁界強度に応じた電圧信号を出力す
る。 （第６実施例）第６実施例について、第５実施例との相
違点のみを説明する。

【００３２】図１２のように、基準位置２７を複数箇
所、設けるとともに、各基準位置２７の幅を変更するこ
ともできる。この場合、各基準位置２７に対応したパル
ス信号の欠落部が複数個、生成されるが、欠落部の間隔
が基準位置の間隔に対応しているため、各基準位置２７
の判別も行うことができる。これにより、基準位置信号
を多様化利用できる。

【００３３】なお、本発明は、上記各実施例に限定され
るものではなく、例えば、感磁素子として、ＭＲ素子の
代わりにホール素子を用いて位置センサを構成するよう
にしてもよい。この場合、位置センサの出力信号は、磁
界強度に応じたホール素子の起電力の変化に対応して変
化する。

【００３４】又、上記実施例では、着磁体とセンサとの
相対的な移動が着磁体の回転移動により与えられるもの
を説明したが、着磁体を直線状に構成してもよく、又、
着磁体を固定し、センサ側を移動させてもよい。

【００３５】又、上記実施例では、エンジンの回転角検
出装置に本発明を応用したが、本発明は、ディーゼル機
関の燃料噴射装置のように高分解能が要求される装置の
回転角検出装置に好適である。

【００３６】

【発明の効果】この発明によれば、着磁体の着磁面に発
生する磁界強度の歪みを解消することにより、基準位置
の検出精度を向上させることができるという優れた効果
を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例における基準位置検出装置を示した
構成図である。

【図２】第１実施例における位置センサの電気的構成図
である。

【図３】第１実施例におけるＭＲ素子の配置状態を示す
正面図である。

【図４】第１実施例における基準位置検出装置の動作図
である。

【図５】第２実施例におけるＭＲ素子の配置状態を示す
正面図である。

【図６】第２実施例における基準位置検出装置の動作図
である。

【図７】第３実施例における位置センサの電気的構成図
である。

【図８】第３実施例におけるＭＲ素子の配置状態を示す
正面図である。

【図９】第４実施例における位置センサの電気的構成図
である。

【図１０】第４実施例の変形例における位置センサの電
気的構成図である。

【図１１】第５実施例における着磁体の構成を示す斜視
図である。

【図１２】第６実施例における着磁体の構成を示す斜視
図である。

【図１３】従来の基準位置検出装置の動作図である。

【符号の説明】

３Ａ…第１の着磁体としての上側ディスク、３Ｂ…第２
の着磁体としての下側ディスク、４Ａ，…着磁面、５…
基準位置、６…位置センサ、７…信号処理回路、１０，
１７，１８，２１〜２４…感磁素子としてのＭＲ素子、
２５Ａ…第１の着磁体としてのリニアゲージ、２５Ｂ…
第２の着磁体としてのリニアゲージ、２６Ａ，２６Ｂ…
着磁面、２７…基準位置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動方向に沿って異なる磁極を交互に着
   磁した着磁面を有するとともに、該着磁面の着磁間隔を
   変化させた基準位置を有する第１の着磁体と、 前記第１の着磁体に並設され、第１の着磁体に対向する
   とともに同着磁体の磁極と異なる磁極を着磁した着磁面
   を有する第２の着磁体と、 前記第１の着磁体と前記第２の着磁体との接近面付近に
   配置された感磁素子を有し、前記第１及び第１の着磁体
   に対して相対的に移動し、当該着磁体の着磁面の磁界強
   度に応じた電気信号を出力する位置センサと、 前記位置センサの出力信号を波形整形して基準位置信号
   を生成する信号処理回路とを備えたことを特徴とする基
   準位置検出装置。