JPH0797036B2 - 回転数検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、磁気バブルを用いて回転軸等の回転数を検出
する回転数検出器の改良に関するものである。

＜従来の技術＞ 従来、この種の回転数検出器の一例としては、本願出願
人が実願昭63−124534号としてすでに出願している装置
がある。第３図はこの回転数検出器の構成図である。11
は回転軸、12は回転軸11の端に固定された基板、14,15
は固定板13を介して基板12上に離れて固定され対向する
平行面が互いにそれぞれ例えばN,Sで逆極性に着磁され
た平行対面磁石、16は磁石対14,15の回転中心付近の空
間に固定配置された磁気バブル素子、17は磁気バブル素
子16の駆動コイル、18は駆動コイル17を駆動する電気回
路である。磁石対14,15,固定板13は駆動磁界発生手段を
構成する。ただし図においてバイアス磁石および磁気バ
ブル素子16の固定手段等は省略してある。上記の構成に
おいて、磁石対14,15はその中間に均一な平行磁界を生
じる。回転軸11の回転により磁石対14,15が回転する
と、平行磁界が回転して回転磁界となり、その回転中心
に置かれた磁気バブル素子16が回転が検出される。

磁気バブル素子16は駆動磁界（前記平行磁界）の回転に
応じて磁気バブルを順次転送するものであり、回転軸11
が１回転すると、駆動磁界は１回転することになり、磁
気バブル素子16における磁気バブルは、その転送素子ル
ープ上を１ステップだけ移動することになる。このた
め、転送素子ループ上の磁気バブルの位置を検出すれ
ば、回転軸11の回転数を知ることができる。

第４図は磁気バブル素子16における転送パターンの一例
を示すものである。図に示す転送パターンは、一般にTI
型と呼ばれるものを基本にしたもので、独立した３つの
環状パターンＡ〜Ｃを構成している。また、Ｈは永久磁
石対14,15により発生される駆動磁界、A1,B1,C1は磁気
バブル発生用パターン、A2,B2,C2は例えば磁気抵抗素子
よりなる磁気バブル検出用パターンである。さらに、図
中の○印は駆動磁界Ｈの回転に応じて磁気バブルが移動
する環状パターン上の位置を示したもので、斜線を施し
た○印は磁気バブルの存在を表している。

したがって、図示の状態を初期状態とし、検出用パター
ンA2〜C2の位置でそれぞれ磁気バブルの有無を検出する
と、駆動磁界Ｈの回転数に対する各検出出力は、次の表
のように表される。

この表から明らかなように、検出用パターンA2〜C2から
は回転軸11の回転数に応じた３ビットのバイナリ信号が
得られる。なお、この場合、信号の１は回転軸１の１回
転に対応している。

ここで磁気バブル素子３において、磁気バブル発生用パ
ターンA1〜C1により発生された磁気バブルは、保持用の
永久磁石でバイアス磁界を与えておくことにより消滅せ
ず、しかも駆動磁界Ｈが回転すれば転送が行なわれるの
で、電源が遮断された状態においても動作することがで
き、回転数に応じた信号を得ることができる。したがっ
て、回転軸11の回転数を上記の回転数検出器により検出
するとともに、０〜360゜の回転角をエンコーダにより
検出すれば、測定の途中で電源が遮断されたような場合
においても、電源が復帰した瞬間から常にアブソリュー
トな測定出力を得ることのできる多回転のエンコーダを
実現することができる。

このような構成の回転数検出器によれば、磁石対14,15
により生じる回転磁界は磁気バブル素子16内の位置に関
係なく均一な真円に近い回転磁界となる。このため、位
置による磁界の勾配や位相ずれ等による動作マージンの
悪化が減少し、ノイズ，温度変化，機械精度等に対して
動作が非常に安定となる。

＜発明が解決しようとする課題＞ 上記のように平行対面磁石を回転磁石として使用する方
法では軸の１回転に対して回転磁界も１回転しかしない
ので、回転角度が０度から増加して360度となるときに
回転数も正確に例えば０回転目から１回転目に変わらな
ければならない。すなわち回転数検出器もエンコーダと
同じ角度精度を０度付近で持たねばならないことにな
る。しかしながら、実際はそのような正確さで回転数が
切替わるのは電子回路上の原因等により不可能であり、
０度付近が回転数の不確定領域となってしまう。

第５図はそのような状況を説明するための図で、転送素
子ループ上の磁気バブルの位置は、実際には駆動コイル
17が発生する回転磁界（第５図（イ）の点線）により駆
動磁界ベクトルＭを回転し所定ステップだけ磁気バブル
を転送した時に検出素子に生じる信号列からダイナミッ
クに検出される（磁気バブルはその後で駆動コイル17に
より再び元の位置に戻される）。このとき磁界ベクトル
Ｍの回転角の増加（または減少）に対する回転数の変化
は第５図（ロ）の実線のようになるが、回転角が０゜,3
60゜,720゜…の付近で回転数検出出力は不確定領域A₀,A
₁,A₂…を生じる。このとき磁界ベクトルＭの位置が第５
図（イ）の斜線部で示す回転数の不確定領域内にある場
合は、第５図の不確定領域A₀により、ダイナミック検出
する際に１回転（磁気バブルの１ビット）の誤差を生じ
る可能性がある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、全回転角度に対して回転数を正確に検出すること
ができるとともに、動作マージンの向上により安定に磁
気バブルを検出することのできる回転数検出器を実現す
ることを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は回転軸等により磁界を回転して転送素子ループ
上の磁気バブルを順次転送し磁気バブルの配列から回転
軸等の回転数を検出するようにした回転数検出器に係る
もので、その特徴とするところは転送素子ループ上に２
つの磁気バブル検出素子をそれぞれの磁気バブル検出の
不確定領域の外の位置に互いにずらして配置するととも
に、磁界の回転角度によって２つの磁気バブル検出素子
を切換えて使用するように構成した点にある。

＜作用＞ 回転磁界方向が一方の磁気バブル検出素子の不確定領域
にあるときは他方の磁気バブル検出素子を用いて磁気バ
ブル位置を検出することにより、回転数を正確に測定す
ることができる。

＜実施例＞ 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。

第１図は本発明に係る回転数検出器の一実施例を示す構
成ブロック図である。第３図の構成は磁気バブル素子16
が20で置換えられて、本実施例にも適用される。磁気バ
ブル素子20において、21,22は転送素子、23,24は磁気バ
ブル検出の感度を高めるためのストレッチャ、25〜28は
磁気バブルを検出する磁気抵抗素子（以下MR素子と呼
ぶ）であり、21〜24は転送素子ループを構成する。29は
MR素子25,26の出力を増幅する差動増幅器、30はMR素子2
7,28の出力を増幅する差動増幅器、31は差動増幅器29,3
0の出力を切換える切換スイッチ、32は切換スイッチ31
で選択された信号を処理して回転数を検出する回転数デ
コーダ、33は回転磁界のｘ方向の成分を検出する磁気セ
ンサ、34は磁気センサ33の出力を入力してその符号を検
出し、その出力で切換スイッチ31を駆動する比較器であ
る。MR素子25,26は回転角度０゜のときの回転磁界を検
出し、MR素子27,28は回転角度180゜のときの回転磁界を
検出するように、それぞれストレッチャ上の１ビット内
で所定の位置を占めるように配置されている。

上記のような構成の回転数検出器の動作を次に説明す
る。磁気バブル素子20の転送素子ループ上の磁気バブル
35は、平行対面磁石14,15の回転によって生じる回転磁
界の１回転ごとに１ステップづつ矢印の方向に転送され
る。磁気バブル位置は従来例のように駆動コイルによる
回転磁界を用いてダイナミックに検出されるが、その際
ストレッチャ23,24で引伸ばされて例えば磁気バブル36
のようになったものを検出素子25〜28で検出する。検出
素子25〜28で検出された信号は差動増幅器29,30でコモ
ンモードノイズ等を相殺して増幅される。平行対面磁石
14,15の回転の結果、回転磁界が第２図（イ）における
ｘ座標の正側に静止している場合は、磁気センサ33の出
力すなわち回転磁界のｘ成分は正の値となり、比較器34
が正の出力となって切換スイッチ31をｂ側に切換える。
その結果、磁気バブルの位置は検出素子27,28により検
出される。このとき第２図（イ）において、回転数の検
出は回転角度180゜付近で不確定領域42を持ち、回転角
度０゜付近では不確定領域を持たない。その結果第２図
（ロ）において、磁界Ｍの回転角度に対する不確定領域
はB₁,B₂,…となり、回転数Ｎ′は点線のように変化す
る。回転磁界が第２図（イ）におけるｘ座標の負側に静
止している場合は、磁気センサ33の出力すなわち回転磁
界のｘ成分は負の値となり、比較器34が負の出力となっ
て切換スイッチ31をａ側に切換える。このとき第２図
（イ）において、回転数の検出は回転角度０゜付近で不
確定領域41を持ち、回転角度180゜付近では不確定領域
を持たない。その結果第２図（ロ）において、磁界Ｍの
回転角度に対する不確定領域はA₀,A₁,A₂,…となり、回
転数Ｎは実線にように変化する。以上の動作によれば、
不確定領域41,42内に回転磁界Ｍが静止している場合に
も、それぞれｙ軸に関して反対側に不確定領域（42,4
1）をもつMR素子で検出するので、駆動コイルに17によ
り磁界を回転する際にも初めに不確定領域からスタート
しないので、回転数の１ビット誤差を生じない。回転数
デコーダ32は比較器34の出力に対応して、切換スイッチ
31の出力に対し検出位置の相違に対応した異なる処理を
行って、回転数を正しく検出する。

このような構成の回転数検出器によれば、回転数検出の
不確定領域における曖昧さがなくなり、回転角度に拘ら
ず精度良く回転数を測定できる。

なお上記の実施例において、比較器34は回転磁界のｘ成
分の正負を判別しているが、これに限らず、例えば所定
の正のｘ値と比較し不確定領域41の内側，外側を判別し
て、スイッチ31を切換えるようにしてもよい。

また２組のMR素子25,26および27,28は互いにそれぞれの
不確定領域41,42が重ならないような、転送素子ループ
上の任意の位置に配置することができる例えば０゜と90
゜の回転角において回転磁界を検出するように２つのMR
素子を配置してもよい。

またMR素子の増幅手段として差動増幅器を用いている
が、これに限らず、１つのMR素子と増幅器の組合せとす
ることもできる。

また転送素子ループは第１図にように１つに限られず、
複数の転送素子ループを使用すれば、第４図の場合と同
様に測定可能な回転数を大幅に増大することができる。

また異なる角度の回転磁界を検出する２組のMR素子25,2
6および27,28は２つのストレッチャ23,24上にそれぞれ
配置されているが、例えばストレッチャ23上の異なる１
ビット内でそれぞれ所定の位置を占めるように配置して
もよい。

また平行対面磁石による回転磁界に限られず、動作マー
ジンは悪化するが、円筒磁石による回転磁界を用いるこ
ともできる。

また上記の実施例における磁気バブル素子の転送パター
ンは、第４図に関して説明したような３ビットのバイナ
リ信号を発生するTI形の環状パターンに限られず、例え
ば、BCDコード信号やグレイコード信号などを発生する
ものであってもよい。また、磁気バブルの有無を検出す
る手段は磁気抵抗素子に限られず、ホール素子のような
ものを用いてもよい。

＜発明の効果＞ 以上述べたように本発明によれば、全回転角度に対して
回転数を正確に検出することができるとともに、良好な
動作マージンにより安定に磁気バブルを検出することの
できる回転数検出器を簡単な構成で実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る回転数検出器の一実施例を示す構
成ブロック図、第２図は第１図装置の動作を説明するた
めの動作説明図、第３図は回転数検出器の先行技術を示
す構成斜視図、第４図は第３図装置の磁気バブル転送の
様子を示す図、第５図は第３図装置の動作を説明するた
めの図である。 11……回転軸、14,15……磁石対、20……磁気バブル素
子、21,22……転送素子、23,24……ストレッチャ、25,2
6,27,28……磁気バブル検出素子、31……切換スイッ
チ、32……回転数デコーダ、33……磁気センサ、34……
比較器、35,36……磁気バブル、41,42……不確定領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 良昭 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 坂巻 康弘 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−261016（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸等により磁界を回転して転送素子ル
   ープ上の磁気バブルを順次転送し磁気バブルの配列から
   回転軸等の回転数を検出するようにした回転数検出器に
   おいて、 転送素子ループ上に２つの磁気バブル検出素子を互いに
   それぞれの磁気バブル検出の不確定領域の外の位置にず
   らして配置するとともに、磁界の回転角度によって２つ
   の磁気バブル検出素子を切換えて使用するように構成し
   たことを特徴とする回転数検出器。