JPH1183890A - 回転方向検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １組のＭＲＥブリッジによって正確に回転方
向を検出することができる回転方向検出装置を提供す
る。 【解決手段】 ギア４の歯５の形状をほぼ台形形状と
し、この台形形状を構成する２つの斜辺の一辺の勾配を
急にし、他の辺の勾配を緩やかにする。これにより、Ｍ
ＲＥブリッジを構成するＭＲＥ１、２からの出力波形を
鋸歯状のものにすることができるため、この出力波形を
高低２レベルのしきい値にて２値化したときに、２値化
した信号の「ＨＩ」のデューティーと「ＬＯＷ」のデュ
ーティーが異なった値となる。この「ＨＩ」、「ＬＯ
Ｗ」のデューティーがギア４の正転時と逆転時とで反転
するため、２値化された信号のデューティーに基づいて
ギア４の回転方向を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイアス磁界の方
向変化に基づき抵抗値を変化させる磁気抵抗素子（以
下、ＭＲＥという）を用いて回転方向の検出を行う回転
方向検出装置に関し、ＤＣモータの回転方向検出センサ
若しくは車輪速度を検出するＡＢＳ制御用車輪速度セン
サに用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＭＲＥを用いて回転方向を検出で
きる装置として特開平３−１９５９７０号公報に示され
るものがある。この公報に記載の装置は、検出対象であ
るギアの山に対して、２組のＭＲＥブリッジを位相をず
らして配置することで、ＭＲＥからの２つの信号に位相
差を生じさせ、いずれの信号が先に変化を起こすか検出
することによって回転方向を検出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２組の
ＭＲＥブリッジが必要であること、またＭＲＥブリッジ
からの信号処理を行う回路も２組必要であり、この信号
処理回路に信号を伝達するワイヤ等も２本必要となるこ
と、さらに２組のＭＲＥブリッジを配置しなければなら
ないためにＭＲＥブリッジを配置する回路の形状が大き
くなってしまうこと等によって、装置全体がコストアッ
プしてしまうという問題がある。

【０００４】本発明は上記問題に鑑みてなされ、１組の
ＭＲＥブリッジによって正確に回転方向を検出すること
ができる回転方向検出装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、以下の技術的手段を採用する。請求項１に記載の発
明においては、被検出対象（４）に設けられた歯（５）
は、被検出対象（４）の回転軸に平行な２辺を有してい
ると共に、この２辺のうち前記回転軸から近い側の辺が
遠い側の辺よりも長いほぼ台形形状を成しており、当該
台形形状を形成する４辺のうちの平行な２辺とは異なる
２つの斜辺において、斜辺の１辺の勾配が他の一辺の勾
配よりも急になっていることを特徴としている。

【０００６】このように、被検出対象（４）の歯（５）
を被検出対象（４）の回転軸に平行な２辺を有する台形
形状とし、平行ではない２辺となる斜辺のうちの一辺の
勾配が他の一辺の勾配よりも急にすれば、換言すれば等
脚台形ではない形状とすれば、磁気抵抗素子（１、２）
ブリッジからの出力波形を鋸歯状のものにすることがで
きる。このため、この鋸歯状の出力波形を高低２レベル
のしきい値にて２値化したときに、２値化した信号の
「ＨＩ」のデューティーと「ＬＯＷ」のデューティーが
異なったものとなる。

【０００７】この「ＨＩ」、「ＬＯＷ」のデューティー
は被検出対象（４）の正転時と逆転時とで反転するた
め、２値化された信号のデューティーに基づいて被検出
対象（４）の回転方向を検出することができる。このよ
うに、磁気抵抗素子ブリッジが１組であっても、被検出
対象（４）の歯（５）を等脚台形ではない台形形状とす
ることで、磁気抵抗ブリッジからの出力波形を鋸歯状に
できるため、この鋸歯状の出力波形を２値化した信号の
デューティーに基づいて被検出対象（４）の回転方向を
正確に検出することができる。

【０００８】なお、請求項２に示すように、台形形状を
形成する４辺のうちの前記平行な２辺とは異なる２つの
斜辺において、斜辺の１辺の長さが他の一辺の長さより
も長くすることで請求項１と同様の効果を得ることがで
きる。また、請求項３に示すように、被検出対象（４）
に設けられた歯（５）の凹凸の凹部と凸部とを結ぶ２本
の斜線の勾配が互いに異なっているようにすれば、歯
（５）の凹凸の凹部と凸部とを結ぶ２本の斜線の勾配が
互いに異なっているため、磁気抵抗素子ブリッジ（１、
２）からの出力において、出力が大きくなる際の勾配と
出力が小さくなる際の勾配とが異なるようになる。この
ような出力信号を磁気抵抗素子ブリッジ（１、２）の出
力信号に基づき生成される高低の２つのレベルのしきい
値にて比較して２値化し、さらにこの２値化信号のデュ
ーティーを検出することにより、被検出対象（４）の正
転と逆転とを検出することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。図１に、本実施形態における回転
方向検出装置の全体を示す概略図を示す。図１に示すよ
うに、回転方向検出装置は、例えばＤＣモータの回転に
対応した信号を生成するものであって、ＤＣモータの運
転に伴うギア（被検出対象）４と、このギア４の回転を
検出するセンサ部と、該センサ部の出力波形を波形成形
する信号処理部とを備えて構成されている。

【００１０】センサ部は、１組のＭＲＥブリッジを構成
するＭＲＥ１、２と、ＭＲＥ１、２に対して所定の磁界
を発生させるバイアス磁石３とを備えている。バイアス
磁石３は、永久磁石から成り、一面側がＮ極に着磁され
ていると共に他面側がＳ極に着磁されており、着磁面３
ａに対してほぼ垂直方向にバイアス磁界を発生してい
る。ＭＲＥ１、２は図示しない基板に蒸着されており、
バイアス磁石３の発生するバイアス磁界方向と同一面内
において、その磁界方向に対してそれぞれほぼプラス、
マイナス４５度で一対配置されている。

【００１１】また、ＭＲＥ１、２の両端には定電圧ＶＣ
Ｃが印加されており、ＭＲＥ１、２の中点電圧がセンサ
出力として取り出される（以下、この電圧をＭＲＥ出力
という）。このＭＲＥ１、２は、図中に示すバイアス磁
界の磁気ベクトルＢの変化（角度θ）に応じて抵抗値を
変化させるため、ＭＲＥ出力はギア４の歯５の位置に応
じた信号となる。

【００１２】なお、ここに示すバイアス磁石３は中空形
状を成しており、基板はバイアス磁石３内を貫通するよ
うに配置されているが、バイアス磁石３は中空形状でな
くともよく、基板の表面、裏面に配置してもよい。一
方、被検出対象となるギア４は磁性材料からなり、図２
の模式図に示すように、ギア４には多数の歯５が連続的
に設けられている。ＭＲＥ１、２は、この歯５に対向す
るように配置されている。ギア４の歯５は、略台形形状
で形成されている。ただし、歯５は、等脚台形ではな
く、斜辺の一辺の勾配が急であり、斜辺の他の一辺の勾
配が緩やかであるような台形形状で形成されている。つ
まり、斜辺同志の長さが異なり、一辺が他の一辺よりも
長くなるようになっている。そして、図２の矢印に示す
ようにギア４は正逆回転を行い、回転方向検出装置はギ
ア４の回転が正転か逆転かの検出を行う。

【００１３】信号処理部は、増幅器６を介して入力され
るＭＲＥ出力を２値化してパルス信号に変換する部分で
あり、比較器７、正転、逆転判定回路８及びしきい値設
定回路９とを備えている。ＭＲＥ出力は、増幅器６を介
して比較器７の反転入力端子に入力され、しきい値設定
回路９にて設定される所定のしきい値ＶＴＨ１、ＶＴＨ
２で２値化されるようになっている。しきい値設定回路
９では、ＭＲＥ出力のピーク値（最高値）とボトム値
（最低値）とを両値の電位差に応じて所定割合（又は所
定値）ずれた値を第１しきい値ＶＴＨ１、第２しきい値
ＶＴＨ２としている。そして、比較器７でＭＲＥ出力を
２値化することによって、ギア４の回転方向に応じたデ
ューティーを有する信号が得られる。比較器７の出力
は、正転、反転判定回路８に入力され、比較器７による
２値化信号に基づいて正転、逆転判定回路８がギア４の
回転方向を検出するようになっている。

【００１４】ここで、前記しきい値設定回路９について
詳述する。増幅器６を通過したＭＲＥ出力は、しきい値
設定回路９内のピークホールド回路１０及びボトムホー
ルド回路１１に入力される。抵抗１２〜１５は直列に接
続されており、これら抵抗１２〜１５の両端にピークホ
ールド回路１０及びボトムホールド回路１１の出力電圧
が印加される。なお、ピークホールド回路１０及びボト
ムホールド回路１１は、これらの差電圧が比較器７の出
力の所定割合（例えば、３／４）になるまで、ＭＲＥ出
力に追従し、前記所定割合になったときにそれぞれホー
ルドしているピーク値ＶＰとボトム値ＶＢをリセットし
て、またＭＲＥ出力に追従するような回路構成になって
いる。

【００１５】抵抗１２及び抵抗１５、抵抗１３及び抵抗
１４はそれぞれ同じ抵抗値を有している。抵抗１３の両
端と、抵抗１４の両端とには、比較器７の信号レベルに
応じて導通又は遮断されるデジタルスイッチ１６、１７
が接続されている。そして、抵抗１３と抵抗１４との中
点が比較器７の非反転入力端子に接続されている。比較
器７の出力端子はインバータ１８を介してデジタルスイ
ッチ１６に接続されると共に、デジタルスイッチ１７に
対して直接接続されている。よって、比較器７の出力に
よりデジタルスイッチ１６、１７のいずれかがＯＮする
ようになっている。

【００１６】このしきい値設定回路９によれば、ＭＲＥ
出力のピーク値ＶＰとボトム値ＶＢとの差により決定さ
れる一定割合の変動値「Ａ（ＶＰ−ＶＢ）：但し、係数
Ａは０＜Ａ＜１」だけ、ピーク値ＶＰよりも低い第１の
しきい値ＶＴＨ１と、ボトム値ＶＢよりも高い第２のし
きい値ＶＴＨ２とが得られる。（ＶＴＨ１＝ＶＰ−Ａ
（ＶＰ−ＶＢ）、ＶＴＨ２＝ＶＢ＋Ａ（ＶＰ−Ｖ
Ｂ））。なお、本実施形態では、抵抗１２〜１５の抵抗
値を選択して、Ａ＝３／４になるようにしている。

【００１７】そして、上述の如く構成された磁気回転検
出装置では、ギア４が回転すると、その回転に伴い、磁
気ベクトルＢがギア４の歯５に引かれて振れる。これに
より、ＭＲＥ１、２は磁気ベクトルＢの方向変化に従い
抵抗変化を生じ、一対のＭＲＥ１、２はそれぞれ逆相に
作用する。このとき、ＭＲＥ出力は、後述するように鋸
歯状波形となる。すなわち、ギア４の歯５が、斜辺の一
辺の勾配が急であり、斜辺の他の一辺の勾配が緩やかで
あるような台形形状で形成されているため、ＭＲＥ出力
が鋸歯状波形となる。

【００１８】そして、ＭＲＥ出力がしきい値設定回路９
による２つのしきい値ＶＴＨ１、ＶＴＨ２にて比較判定
され、比較器７では２値化信号が出力される。この比較
器７からの出力信号のデューティーに基づいて正転、逆
転判定回路８は、ギア４の正転、逆転に応じた検出信号
を出力するため、この検出信号によりギア４の回転が正
転か逆転かを検出することができる。

【００１９】具体的に、回転方向検出装置によるギア４
の回転方向の検出を、図３に示す回転方向検出の作動フ
ローチャートに基づいて説明する。ギア４の回転に伴
い、バイアス磁石３が発生する磁界の磁気ベクトルＢが
変化し、この磁気ベクトルＢの変化によってＭＲＥ出力
が変化する（ステップ１１０〜１３０）。

【００２０】ここで、このギア４の歯５の形状に対する
磁気ベクトルＢの変化を図４（ａ）、（ｂ）に示し、図
中にそのギア４の歯５の形状に対するＭＲＥ出力の信号
波形と共に示す。なお、図４（ａ）はギア４の正転時に
おける図であり、図４（ｂ）はギア４の逆転時における
図である。図４（ａ）、（ｂ）の矢印にて示すように、
ギア４の形状に対して磁気ベクトルＢが変化し、歯５の
緩やかな斜辺に対してはＭＲＥ出力信号は緩やかに変化
して、急な斜辺に対してはＭＲＥ出力信号は急に変化す
る。このため、ギア４の正転時には、磁気ベクトルが緩
やかに変化し、その後急に変化する。また、ギア４の反
転時には、磁気ベクトルが急に変化し、その後緩やかに
変化する。従って、ＭＲＥ出力は、ギア４の正転時と逆
転時共に鋸歯状の信号となり、かつ正転時に対して逆転
時は波形が反転した信号となる。

【００２１】このように、正転時と逆転時に相応した信
号となったＭＲＥ出力が信号処理回路で２値化処理され
る（ステップ１４０）。すなわち、ＭＲＥ出力が増幅器
６を介してしきい値設定回路９に入力されると、この増
幅されたＭＲＥ出力に基づきピークホールド回路１０と
ボトムホールド回路１１がそれぞれピーク値ＶＰとボト
ム値ＶＢを検出する。このピーク値ＶＰとボトム値ＶＢ
によってしきい値が設定されて、増幅されたＭＲＥ出力
が比較器７にて２値化される。

【００２２】ここで、図５にてギア４の正転時における
ＭＲＥ出力を例に挙げ、上記回転方向検出装置の各要素
における出力信号を参照にしつつ、２値化処理について
詳細に説明する。なお、図５中、（ａ）は増幅されたＭ
ＲＥ出力の波形であり、（ｂ）はピーク値ＶＰの波形で
あり、（ｃ）はボトム値ＶＢの波形であり、（ｄ）は比
較器７の非反転入力端子に入力されるしきい値の波形で
あり、（ｅ）は比較器７の出力信号の波形である。

【００２３】図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、増幅さ
れたＭＲＥ出力に追従してピークホールド回路１０及び
ボトムホールド回路１１がそれぞれピーク値ＶＰ及びボ
トム値ＶＰをホールドする。従って、これらピーク値Ｖ
Ｐとボトム値ＶＢに基づいて比較器７の非反転入力端子
に入力されるしきい値が図５（ｄ）の波形を示す。この
ため、増幅されたＭＲＥ出力は、ピーク値ＶＰとボトム
値ＶＢのそれぞれから増幅されたＭＲＥ出力の振幅の１
／４にあたる一定電圧分変化したところでしきい値が切
られ、比較器７で２値化されて図５（ｅ）の波形とな
る。このようにして、増幅されたＭＲＥ出力についての
２値化処理がなされる。

【００２４】この後、正転、逆転判定回路８にて、２値
化された信号のデューティーに基づいてギア４の回転方
向を検出する（ステップ１５０〜１７０）。つまり、図
５（ｅ）の波形のデューティーを見てみると、「ＨＩ」
のデューティーが２５％、「ＬＯＷ」のデューティーが
７５％のパルス出力になっていることが分かる。すなわ
ち、本実施形態のように、ＭＲＥ出力の振幅から一定電
圧分変化したところでしきい値を切るようにすると、Ｍ
ＲＥ出力が鋸歯状波形となっているために、「ＨＩ」と
「ＬＯＷ」のそれぞれのデューティーが鋸歯状波形に応
じて異なった値で出力される。従って、この「ＨＩ」と
「ＬＯＷ」のデューティーは、ギア４の正転時と逆転時
て反転して出力されるため、正転、反転判定回路にて比
較器７の出力のデューティーを検出することによって、
ギア４の回転方向を正確に検出することができる。

【００２５】このように、ギア４の歯５の形状を、斜辺
の一辺の勾配が急であり、斜辺の他の一辺の勾配が緩や
かであるような台形形状にすることにより、ＭＲＥ出力
を高低２レベルのしきい値にて２値化したときに、「Ｈ
Ｉ」と「ＬＯＷ」のデューティーがギア４の正転時と逆
転時で反転するようにすることができるため、ＭＲＥ出
力を２値化した時のデューティーを検出するのみでギア
４の回転方向を検出することができる。従って、１組の
ＭＲＥブリッジによって正確にギア４の回転方向を検出
することができ、コストダウンを図ることができる。

【００２６】なお、本実施形態においては、「ＨＩ」と
「ＬＯＷ」のデューティーがそれぞれ２５％と７５％と
なるように、ギア４の歯５の斜辺の勾配を設定している
が、これに限らず、「ＨＩ」のデューティーと「ＬＯ
Ｗ」のデューティーが異なって出力されるような勾配に
設定してあればギア４の回転方向を検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における回転方向検出回路
の全体を示す概略図である。

【図２】図１におけるギア４を示す模式図である。

【図３】図１における回転方向検出回路の作動を示すフ
ローチャートである。

【図４】ギア４の回転に対するＭＲＥ１、２の磁気ベク
トルＢ、及びＭＲＥ出力を示す図である。

【図５】図１における回転方向検出回路の各要素が出力
する波形を示す説明図である。

【符号の説明】

１、２…ＭＲＥ（磁気抵抗素子）、３…バイアス磁石、
４…ギア、５…歯、６…増幅器、７…比較器、８…正
転、逆転判定回路、９…しきい値設定回路、１０…ピー
クホールド回路、１１…ボトムホールド回路、１２〜１
５…抵抗、１３、１７…デジタルスイッチ、１８…イン
バータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性材料からなる複数の歯（５）を有
   し、回転する被検出対象（４）と、 着磁面が前記被検出対象（４）の歯（５）に対向し、当
   該被検出対象（４）に向けてバイアス磁界を発生するバ
   イアス磁石（３）と、 前記バイアス磁界中に配置され、前記バイアス磁石
   （３）から被検出対象（４）へのバイアス磁界の状態変
   化に応じて抵抗変化を生じる１組の磁気抵抗素子ブリッ
   ジ（１、２）と、 前記磁気抵抗素子ブリッジ（１、２）の出力波形を高低
   ２レベルのしきい値にて２値化すると共に、その２値化
   された信号のデューティーに基づき前記検出対象の回転
   方向を検出する回転方向検出手段（７〜９）とを備えて
   なり、 前記被検出対象（４）に設けられた歯（５）は、前記被
   検出対象（４）の回転軸に平行な２辺を有していると共
   に、この２辺のうち前記回転軸から近い側の辺が遠い側
   の辺よりも長いほぼ台形形状を成しており、当該台形形
   状を形成する４辺のうちの前記平行な２辺とは異なる２
   つの斜辺において、前記斜辺の１辺の勾配が他の一辺の
   勾配よりも急になっていることを特徴とする回転方向検
   出装置。
2. 【請求項２】 磁性材料からなる複数の歯（５）を有
   し、回転する被検出対象（４）と、 着磁面が前記被検出対象（４）の歯（５）に対向し、当
   該被検出対象（４）に向けてバイアス磁界を発生するバ
   イアス磁石（３）と、 前記バイアス磁界中に配置され、前記バイアス磁石
   （３）から被検出対象（４）へのバイアス磁界の状態変
   化に応じて抵抗変化を生じる１組の磁気抵抗素子ブリッ
   ジ（１、２）と、 前記磁気抵抗素子ブリッジ（１、２）の出力波形を高低
   ２レベルのしきい値にて２値化すると共に、その２値化
   された信号のデューティーに基づき前記検出対象の回転
   方向を検出する回転方向検出手段（７〜９）とを備えて
   なり、 前記被検出対象（４）に設けられた歯（５）は、前記被
   検出対象（４）の回転軸に平行な２辺を有していると共
   に、この２辺のうち前記回転軸から近い側の辺が遠い側
   の辺よりも長いほぼ台形形状を成しており、当該台形形
   状を形成する４辺のうちの前記平行な２辺とは異なる２
   つの斜辺において、前記斜辺の１辺の長さが他の一辺の
   長さよりも長くなっていることを特徴とする回転方向検
   出装置。
3. 【請求項３】 磁性材料からなる複数の歯（５）を有
   し、回転する被検出対象（４）と、 着磁面が前記被検出対象（４）の歯（５）に対向し、当
   該被検出対象（４）に向けてバイアス磁界を発生するバ
   イアス磁石（３）と、 前記バイアス磁石（３）から被検出対象（４）へのバイ
   アス磁界の状態変化に応じて抵抗変化を生じる１組の磁
   気抵抗素子ブリッジ（１、２）と、 前記磁気抵抗素子ブリッジ（１、２）の出力波形に基づ
   き高低の２つのレベルのしきい値を生成するしきい値生
   成回路（９）と、 前記磁気抵抗素子ブリッジ（１、２）の出力波形を前記
   ２つのレベルのしきい値にて２値化すると共に、その２
   値化された信号のデューティーに基づき前記被検出対象
   （４）の回転方向を検出する回転方向検出手段（７〜
   ９）とを備えており、 前記被検出対象（４）に設けられた歯（５）の凹凸の凹
   部と凸部とを結ぶ２本の斜線の勾配が互いに異なってい
   ることを特徴とする回転方向検出装置。