JPH08248056A - 回転検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のＭＲセンサをそのまま使用しつつ該Ｍ
Ｒセンサの感度を上げ、正転・逆転の判定および回転計
量の精度の高い回転検出装置を提供する。 【構成】 ２個の磁気抵抗素子５１ａ，５１ｂは、各磁
気抵抗素子の出力が最大となる感磁方向１ａ，１ｂのな
す角度が略１３５°に配置され、各磁気抵抗素子の各感
磁点２ａ，２ｂと回転体６２の回転軸Ｐとがなす距離が
等距離に配置されている。このように構成することによ
り、各磁気抵抗素子の出力信号に基づくパルス波形の位
相が４５°ズレて位相重なりを起すおそれがなくなり、
また、磁極と各感磁点とのなす距離が短く且つ等しいの
で、各磁気抵抗素子が検出する磁界の強さは略等しくな
り、正確なパルス信号を生成することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転検出装置に関し、
特に電子式水道メータ等の回転検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子式水道メータの１タイプとし
て、Ｎ極とＳ極を１対着磁してなる１個の永久磁石を埋
め込んだ羽根車と、該羽根車の回転を感知する２個の磁
気抵抗素子（以下、ＭＲセンサと記す）とを備え、羽根
車の正転および逆転を検出するようにした回転検出装置
を備えたものがあ。ここに、ＭＲセンサとは、異方性Ｍ
Ｒ素子（Anisotropic-MR element）をＩＣ回路と一体化
した構造の超小型センサをいう。

【０００３】次に、従来の電子式水道メータの構成およ
び動作について図面に基づいて説明する。

【０００４】先ず、電子式水道メータの構成を説明す
る。

【０００５】図６は従来の電子式水道メータの縦断面図
であり、図７（Ａ），（Ｂ）はＭＲセンサ等の配置を示
す斜視図および平面図である。

【０００６】図６に示すように、従来の電子式水道メー
タは、次に詳述するＭＲセンサ５１を備えた回転検出部
５２と、演算装置５３および表示装置５４を備えた基板
５５ａ，基板５５ｂ等を備えている。回転検出部５２，
基板５５ａ，５５ｂ等は、ブラケット５６で位置決めさ
れた状態で密閉容器５７内に収納され、その周囲を遮水
ケース５８とフレーム５９とにより接合して覆われ、更
にモールドカバー６０，開閉カバー６１等により覆われ
ている。

【０００７】図中下方の羽根車６３には１個の永久磁石
６２が搭載され、該羽根車６３は、外ケース６４に配置
された回転軸６５と、前記遮水ケース５８下部に形成さ
れた軸穴６６とをガイドとして回転可能にされている。

【０００８】また、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、
前記回転検出部５２は、直方体状の外形をなす第１，第
２ＭＲセンサ５１ａ，５１ｂの感磁方向（ＭＲセンサの
出力が最大となる方向）の交点が角度６７（１３５°）
をなすように位置配置され、しかも、前記感磁方向の交
点は羽根車６３の回転による永久磁石６２の回転中心軸
Ｐと一致されている。

【０００９】次に、電子式水道メータの動作を図７乃至
図９に基づいて説明する。

【００１０】図８（Ａ）に示すように、羽根車６３の回
転により第１，第２ＭＲセンサ５１ａ，５１ｂからはそ
れぞれ前記回転に対応したサインカーブ信号が出力され
る。この出力の絶対値をとり、所定のスレショールドレ
ベルＳＬで波形整形すると第１，第２ＭＲセンサ５１
ａ，５１ｂに対応したパルス出力は、それぞれ図８
（Ｂ）に示すように、デューティ比が１：１のパルス波
形になる。

【００１１】そして、第１ＭＲセンサ５１ａと第２ＭＲ
センサ５１ｂに対応したパルス波形は、各ＭＲセンサの
配置角度が１３５°であるので、図９（Ａ），（Ｂ）に
示すように、位相が４５°ズレる。従って、羽根車６３
の回転方向（正転・逆転）に応じてパルス波形の
“１”，“０”は、図９（Ｃ），（Ｄ）に示すようにな
る。よって、図９（Ｃ），（Ｄ）に基づいて羽根車６３
の正転・逆転を判別することが可能となり、また、電子
式水道メータ内部の演算装置において実際に流れた水量
を演算し、その水量を表示装置に積算表示させている。

【００１２】ところで、ＭＲセンサの検出精度が高い場
合（理想的な場合）には、図１０の実線で示すように、
サインカーブの出力レベルが高くなり、スレショールド
レベルＳＬで波形整形した場合には、前述の如くデュー
ティ比が１：１になる。逆にＭＲセンサの検出精度が低
い場合には、図１０に点線で示すように、サインカーブ
の出力レベルは低くなり、デューティ比が低くなる。デ
ューティ比が極端に低くなると、前記図９（Ｃ），
（Ｄ）に示した“１”，“０”が不正確となり、正確な
羽根車の正逆転判別が不可能となる。

【００１３】かかる羽根車の回転方向の判別精度を上げ
る手段として、永久磁石の磁界強度を上げる手段が考え
られる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
永久磁石の磁界強度を上げる手段は、永久磁石の容量，
着磁バラツキ，コスト（材料を高級なものにする）の面
で限界がある。

【００１５】また、ＭＲセンサの感度はほぼ磁気抵抗の
特性で決まるため、感度を上げると消費電流が増えてし
まい、電池で駆動するシステムでは実用化することが極
めて困難である。

【００１６】また、永久磁石６２の回転中心軸Ｐの近傍
は磁界強度が強いので、ＭＲセンサを回転中心軸Ｐに近
付けるほどＭＲセンサの感度は高くなる。しかし、ＭＲ
センサの配置位置は、ＭＲセンサの感磁点位置と外形形
状とにより制限され、前述の配置位置（図６および図
７）では、永久磁石６２の回転中心軸ＰとＭＲセンサの
距離をこれ以上は近付けることができなかった。

【００１７】そこで、本発明の目的は、従来のＭＲセン
サをそのまま使用しつつ該ＭＲセンサの感度を上げ、正
転・逆転の判定および回転計量の精度の高い回転検出装
置を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、回転軸を対象軸として配置
された１対の磁極を有する回転体と、該回転体の発生磁
力を検知する２個の磁気抵抗素子とを備えた回転検出装
置において、前記２個の磁気抵抗素子は、それぞれの磁
気抵抗素子の出力が最大となる各感磁方向のなす角度が
略１３５°になされると共に、前記２個の磁気抵抗素子
の各感磁点と前記回転軸とがなす距離が等距離になされ
たことを特徴とする。

【００１９】また、請求項２記載の発明は、前記２個の
磁気抵抗素子の各感磁点を結ぶ直線上の中央点が、前記
回転体の回転軸と同一に配置されたことを特徴とする。

【００２０】また、請求項３記載の発明は、前記２個の
磁気抵抗素子の感磁方向の先端側面と各感磁点とが所定
の距離を有し、一方の磁気抵抗素子の先端側面が第１基
準線に一致されると共に感磁方向が前記第１基準線に直
交する第２基準線に前記所定の距離を保って平行に配置
され、他方の磁気抵抗素子の感磁点が前記第２基準線上
に位置し、各感磁方向のなす角度が略１３５°を保つと
共に先端角部が前記第１基準線上に位置するように配置
されたことを特徴とする。

【００２１】また、請求項４記載の発明は、回転軸を対
象軸として配置された１対の磁極を有する回転体と、該
回転体の発生磁力を検知する２個の磁気抵抗素子とを備
えた回転検出装置において、該回転検出装置は、前記回
転体に対向配置され、前記２個の磁気抵抗素子が取り付
けられたプリント基板を支持する略カップ状の支持部材
を備え、該支持部材の底面には、前記２個の磁気抵抗素
子が嵌入されるための、長手方向の中心線が略１３５°
になされたＶ字状溝孔が形成されたことを特徴とする。

【００２２】また、請求項５記載の発明は、前記支持部
材は、取り付けられたプリント基板を固定する固定部材
を備えたことを特徴とする。

【００２３】

【作用】請求項１記載の発明によれば、前記２個の磁気
抵抗素子は、それぞれの磁気抵抗素子の出力が最大とな
る各感磁方向のなす角度が略１３５°になされると共
に、前記２個の磁気抵抗素子の各感磁点と前記回転軸と
がなす距離が等距離にして配置されている。従って、図
９（Ａ），（Ｂ）に示すように、各磁気抵抗素子の出力
信号に基づくパルス波形の位相が４５°ズレて位相重な
りを起すおそれがなく、また、磁極と各感磁点とのなす
距離が等しいので、各磁気抵抗素子が検出する磁界の強
さは略等しくなり、正確なパルス信号を生成することが
可能となる。

【００２４】また、請求項２記載の発明によれば、図１
（Ｂ）に示すような各磁気抵抗素子の配置で、位相重な
りを起すおそれがなく、また、各磁気抵抗素子が検出す
る磁界の強さは略等しくすることができる。

【００２５】また、請求項３記載の発明によれば、図４
（Ｂ）に示すような各磁気抵抗素子の配置で、位相重な
りを起すおそれがなく、また、各磁気抵抗素子が検出す
る磁界の強さは略等しくすることができる。

【００２６】また、請求項４記載の発明によれば、略カ
ップ状の支持部材は回転体に対向配置され、各磁気抵抗
素子が取り付けられたプリント基板が支持される。前記
支持部材の底面には、プリント基板に搭載された各磁気
抵抗素子のパッケージが嵌入され、パッケージは中心線
が略１３５°になされたＶ字状溝孔に嵌入される。従っ
て、各磁気抵抗素子は強制的に略１３５°の角度に固定
され、回転体上の磁極に対しては正確な角度をもって対
向される。

【００２７】また、請求項５記載の発明によれば、固定
部材は、支持部材に取り付けられたプリント基板を固定
する。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。

【００２９】先ず、以下に説明する実施例で使用される
ＭＲセンサについて図５を参照しつつ説明する。このＭ
Ｒセンサは、日本電気製のＭＲＳＭ７５Ａである。

【００３０】図５に示すように、ＭＲセンサ５１は、プ
ラスチックによりパッケージされ、図５（Ｂ）の正面図
に示すように、正面形状が略長方形をなし、下方に３本
のリード端子が配設されている。そして、上部側には感
磁点２が配置され、該感磁点２を通過する中心軸方向が
感磁方向１である。ここに、感磁方向とは、ＭＲセンサ
の出力が最大となる方向をいう。

【００３１】また、図５（Ａ）の平面図に示すように、
パッケージは上下の台形の第１，第２パッケージＤ1 ，
Ｄ2 を接合して形成されている。第１パッケージＤ1 の
左右側面にはテーパ５１ｃが形成されている。

【００３２】次に、各実施例を説明する。

【００３３】（１）第１実施例 本実施例の全体構成は従来例（図６参照）と同一である
ので、全体構成の図示および説明を省略し、相違点のみ
を説明する。なお、既に説明した部分には同一符号を付
し、重複記載を省略する。

【００３４】図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、羽根車
６３（図６参照）上にはＮ極６２ａとＳ極６２ｂとが１
対着磁された永久磁石６２が配置され、前記羽根車６３
は従来例と同様に外ケース６４に設けられた回転軸６５
と、遮水ケース５８下部に形成された軸穴６６をガイド
として回転可能に構成されている。

【００３５】回転検出装置５２Ａは、次のように構成さ
れている。

【００３６】即ち、羽根車６３の上方には第１，第２Ｍ
Ｒセンサ５１ａ，５１ｂが配置され、第１，第２ＭＲセ
ンサ５１ａ，５１ｂの底面は同一平面上に配置され、且
つ該平面は羽根車６３の上面に平行に配置されている。
更に、第１，第２ＭＲセンサ５１ａ，５１ｂの第１，第
２感磁方向１ａ，１ｂがなす角度６７が１３５°に配置
されると共に、第１，第２感磁中心２ａ，２ｂを結ぶ線
分の中央点３が永久磁石６２の回転中心軸Ｐと一致する
位置に配置されている。

【００３７】また、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、
ブラケット５６（図５参照）の下部には基板５５ｂが配
置され、該基板５５ｂの下面には第１，第２ＭＲセンサ
５１ａ，５１ｂが実装されている。そして、ブラケット
５６の側面には基板５５ｂを固定するための２個の爪１
１が内側に向けて突設形成されると共に、ブラケット５
６の底面には第１，第２ＭＲセンサ５１ａ，５１ｂを位
置決め固定するためのＶ溝１２が形成されている。該Ｖ
溝１２の断面は、第１，第２ＭＲセンサ５１ａ，５１ｂ
の外形のテーパ部５１ｃと同じテーパ形状１２ａに形成
されている。

【００３８】次に、本実施例の作用を、従来例と比較し
つつ説明する。

【００３９】従来例の場合は、図７（Ｂ）において、回
転中心軸Ｐと第１，第２感磁中心２ａ，２ｂとがそれぞ
れなす距離Ｌａ1 とＬｂ1 とは、ＭＲセンサの外形先端
に対し、感磁中心を通り感磁方向の距離を「Ａ」、ＭＲ
センサの側面先端と感磁方向とがなす距離を「Ｂ」とす
ると、次のように表される。

【００４０】 Ｌａ1 ＝Ｌｂ1 ＝Ａ＋Ｂ・ｔａｎ（θ／２） これに対して本実施例の場合は、図１（Ｂ）において、
回転中心軸Ｐと第１，第２感磁中心２ａ，２ｂとがそれ
ぞれなす距離Ｌａ2 とＬｂ2 とは、次のように表され
る。

【００４１】

【数１】 Ｌａ2 ＝Ｌｂ2 ＝（Ａｃｏｓθ＋Ｂｓｉｎθ＋Ａ）／２ 従来例および本実施例における回転軸中心と感磁中心と
の距離の比率をとると、次式のようになる。

【００４２】 ［従来例の距離］÷［本実施例の距離］

【数２】 ＝［Ａ＋Ｂ・ｔａｎ（θ／２）］÷［（Ａｃｏｓθ＋Ｂｓｉｎθ＋Ａ）／２］ ＝ｃｏｓ² （θ／２） ＝ｃｏｓ² （４５／２）→約０．８５ 従って、従来例をＬａ1 ＝Ｌｂ1 ＝１０とした場合に
は、本実施例ではＬａ2＝Ｌｂ2 ＝約８．５となり、約
１５％回転軸Ｐに近付くことになる。

【００４３】よって、本実施例によれば従来例より距離
が約１５％近くなり、磁界の強さは距離の２乗に反比例
するので、約３８％［＝１÷（０．８５）² ］強くな
る。

【００４４】また、図２（Ａ），（Ｂ）および図３に示
すように、ブラケット５６に対し、第１，第２ＭＲセン
サ５１ａ，５１ｂのリード線を半田付けした基板５５ｂ
を挿入すると、両側の爪１１が基板上面５５ｃに引っ掛
かり、基板５５ｂがブラケット５６に固定される。

【００４５】しかも、基板５５ｂの挿入と同時に、ＭＲ
センサのテーパ形状部５１ｃにより該ＭＲセンサが位置
規制されながらＶ溝１２に係合される形で組み立てら
れ、組立てによる位置ズレを防止することができる。

【００４６】また、爪１１で位置決め固定された基板５
５ｂとテーパ形状部１２ａとにより、ＭＲセンサ５１
ａ，５１ｂの曲りや浮きに対する位置規制もされる。従
って、組立てによる位置誤差もなく、回転検出装置とし
て安定した計量ができる。

【００４７】また、正転・逆転判定に必要な位相ズレに
関しても前述の如く感磁方向１ａ，１ｂがなす角度は従
来例と同一の１３５°のままであり、ＭＲセンサ５１
ａ，５１ｂの感磁感度が上がったぶんだけ、より高感度
になり、正確な正転・逆転の判定が可能となる。

【００４８】（２）第２実施例 図４（Ａ），（Ｂ）は、第２実施例の要部を示す図であ
る。

【００４９】図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２Ｍ
Ｒセンサ５１ｂについては、該センサ５１ｂの外形先端
側面を回転中心軸Ｐを通る直線Ｙに一致させ、この直線
Ｙに直交する直線Ｘに対して該センサ５１ｂの第２感磁
中心２ｂが距離「Ａ」だけ離れるように配置する。

【００５０】また、第１ＭＲセンサ５１ａについては、
該センサ５１ａの第１感磁中心２ａを直線Ｘ上におき、
且つ、第１感磁方向１ａが第２感磁方向１ｂに対して１
３５°をなし、該センサ５１ａの先端の右角が直線Ｙ上
で回転中心軸Ｐよりやや下がった位置（次に説明する位
置）に配置する。このように配置すると、回転中心軸Ｐ
に対し第１，第２感磁中心２ａ，２ｂをそれぞれ結んだ
線分の長さ（距離）１３ａと１３ｂにおける、第１，第
２感磁中心２ａ，２ｂを通り感磁方向１ａ，１ｂとそれ
ぞれ直交する方向の成分の比率が、１：１となる。即
ち、図４（Ｂ）において、長さ１３ｂｘ：長さ１３ｂｙ
＝長さ１３ａｘ：長さ１３ａｙ＝１：１となる。

【００５１】この場合、第１感磁中心２ａと回転中心軸
Ｐとの距離１３ｂはやや広がるが、第２感磁中心２ｂと
回転中心軸Ｐとの距離１３ａは従来例より近付けること
ができ、感磁感度を上げることができる。また、長さ１
３ａと長さ１３ｂにおける、第１，第２感磁中心２ａ，
２ｂを通り感磁方向１ａ，１ｂとそれぞれ直交する方向
の成分の比率が１：１なので、羽根車６３の回転により
生じる回転磁界の変化に対する感度は同一となり、第
１，第２ＭＲセンサ５１ａ，５１ｂが検出した信号に基
づくパルス信号（図９（Ａ），（Ｂ）参照）の位相が重
なることがない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転軸を対象軸として配置された１対の磁極を有する回転
体と、該回転体の発生磁力を検知する２個の磁気抵抗素
子とを備えた回転検出装置において、前記２個の磁気抵
抗素子は、それぞれの磁気抵抗素子の出力が最大となる
各感磁方向のなす角度が略１３５°になされると共に、
前記２個の磁気抵抗素子の各感磁点と前記回転軸とがな
す距離が等距離になされているので、感磁点が回転軸に
より近くなり、磁気抵抗素子の感磁感度が上がり、磁界
強度がやや少ない場合でも正確な計量が可能となる。ま
た、感磁方向がなす角度が略１３５°なので、正・逆判
定に必要な位相ズレも正確に確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の要部を示す図であって、
（Ａ）はＭＲセンサの配置を示す斜視図、（Ｂ）はＭＲ
センサの配置を示す平面図である。

【図２】同第１実施例の他の要部を示す図であって、
（Ａ）は回転検出部の分解斜視図、（Ｂ）はＢ−Ｂ線に
沿う断面図である。

【図３】同第１実施例の他の要部の組立状態を示す斜視
図である。

【図４】本発明の第２実施例の要部を示す図であって、
（Ａ）はＭＲセンサの配置を示す斜視図、（Ｂ）はＭＲ
センサの配置を示す平面図である。

【図５】本発明の実施例に使用するＭＲセンサを示す外
観図である。

【図６】従来例の全体断面図である。

【図７】従来例を示す図であって、（Ａ）はＭＲセンサ
の配置を示す斜視図、（Ｂ）はＭＲセンサの配置を示す
平面図である。

【図８】（Ａ）はＭＲセンサの出力波形図であり、
（Ｂ）は（Ａ）に示す出力波形図に基づいて生成したパ
ルス波形図である。

【図９】（Ａ）は第１ＭＲセンサに対応したパルス波形
図であり、（Ｂ）は第２ＭＲセンサに対応したパルス波
形図であり、（Ｃ）は羽根車の正転時の“１”，“０”
値であり、（Ｄ）は羽根車の逆転時の“１”，“０”値
である。

【図１０】ＭＲセンサの出力波形が低レベルになった場
合に対応したパルス波形を説明する図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ 感磁方向 ２，２ａ，２ｂ 感磁中心 ３ 線分の中央点 １１ 爪 １２ Ｖ溝 ５１ａ 第１ＭＲセンサ（磁気抵抗素子） ５１ｂ 第２ＭＲセンサ（磁気抵抗素子） ５５ａ 第１基板 ５５ｂ 第２基板 ５６ ブラケット ６２ 永久磁石 ６３ 羽根車

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸を対象軸として配置された１対の
   磁極を有する回転体と、該回転体の発生磁力を検知する
   ２個の磁気抵抗素子とを備えた回転検出装置において、 前記２個の磁気抵抗素子は、それぞれの磁気抵抗素子の
   出力が最大となる各感磁方向のなす角度が略１３５°に
   なされると共に、前記２個の磁気抵抗素子の各感磁点と
   前記回転軸とがなす距離が等距離になされたことを特徴
   とする回転検出装置。
2. 【請求項２】 前記２個の磁気抵抗素子の各感磁点を結
   ぶ直線上の中央点が、前記回転体の回転軸と同一に配置
   されたことを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
3. 【請求項３】 前記２個の磁気抵抗素子の感磁方向の先
   端側面と各感磁点とが所定の距離を有し、一方の磁気抵
   抗素子の先端側面が第１基準線に一致されると共に感磁
   方向が前記第１基準線に直交する第２基準線に前記所定
   の距離を保って平行に配置され、他方の磁気抵抗素子の
   感磁点が前記第２基準線上に位置し、各感磁方向のなす
   角度が略１３５°を保つと共に先端角部が前記第１基準
   線上に位置するように配置されたことを特徴とする請求
   項１記載の回転検出装置。
4. 【請求項４】 回転軸を対象軸として配置された１対の
   磁極を有する回転体と、該回転体の発生磁力を検知する
   ２個の磁気抵抗素子とを備えた回転検出装置において、 該回転検出装置は、前記回転体に対向配置され、前記２
   個の磁気抵抗素子が取り付けられたプリント基板を支持
   する略カップ状の支持部材を備え、 該支持部材の底面には、前記２個の磁気抵抗素子が嵌入
   されるための、長手方向の中心線が略１３５°になされ
   たＶ字状溝孔が形成されたことを特徴とする回転検出装
   置。
5. 【請求項５】 前記支持部材は、取り付けられたプリン
   ト基板を固定する固定部材を備えたことを特徴とする請
   求項４記載の回転検出装置。