KR100835438B1 - 자기 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전 변환 소자를 자성 이동체의 회전 방향으로, 자석의 중심선에 대해 소정의 피치로 대칭적으로 배치된 적어도 6개의 세그먼트로 구성하고, 이 중 상기 자석의 중심선에 대해, 상기 자성 이동체의 회전에 수반하는 출력을 발생하는 제 1 및 제 2의 브리지 회로를 구성함과 함께, 상기 자성 이동체의 회전에 수반하는 출력을 발생하는 제 3의 브리지 회로를 구성한 자기 검출 장치에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 브리지 회로 차동 출력 신호를 파형 정형하는 비교 회로의 비교 레벨을, 상기 제 3 브리지 회로 출력 신호에 의해 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

자성 이동체, 신호 처리 회로부, 자성 이동체, 회전축

Description

자기 검출 장치{Magnetic detector}

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 자기 검출 장치의 전체 구성을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 신호 처리 회로부의 회로 구성도.

도 3은 본 발명의 실시 형태 1에서, 통상 상태에서의 정회전시의 각 부분 신호 파형을 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 실시 형태 1에서, 온도 오프셋 발생시에 있어서의 정회전시의 각 부분 신호 파형을 도시하는 도면.

도 5는 종래의 자기 검출 장치에서, 온도 오프셋 발생시에 있어서의 정회전시의 각 부분 신호 파형도.

본 발명은, 자기 저항 세그먼트를 이용한 자기 검출 장치, 특히 피검출 대상에 결합된 자성 이동체의 이동에 의한 자계 변화를 검출할 수 있는 자기 검출 장치 에 관한 것이다.

최근, 상기 자기 저항 세그먼트의 각 단(端)에 전극을 형성하여 브리지 회로를 구성하고, 이 브리지 회로의 대향하는 2개의 전극 사이에 정전압, 정전류의 전원을 접속하고, 자기 저항 세그먼트의 저항치 변화를 전압 변화로 변환하여, 이 자기 저항 소자에 작용하고 있는 자계의 변화를 검출하는 자기 검출 장치가, 차량탑재용 회전 센서 등에 이용되도록 되어 있고, 여러가지의 제안이 이루어져 있다.

이와 같은 종래의 자기 검출 장치에서, 처리 회로부의 검출부를 적어도 6개의 자전(磁電) 변환 소자로 구성한 것으로서, 예를 들면 일본특개 2005-356368호 공보에 나타난 것이 있다. 이것은, 그 명세서의 기재로부터 이해되는 바와 같이, 자전 변환 소자를, 자성 이동체의 회전 방향에 따라, 그 회전 방향과 직교하는 자석의 중심선에 대해 소정의 피치로 대칭적으로 배치된 적어도 6개의 세그먼트로 구성하고, 상기 자석의 중심선에 대해 피치의 중심선이 서로 대칭적으로 배치된 적어도 2쌍의 세그먼트를 포함하고 상기 자성 이동체의 회전에 수반하는 출력을 발생하는 제 1 및 제 2의 브리지 회로를 형성함과 함께, 상기 자석의 중심선에 피치의 중심선을 갖는 적어도 한 쌍의 세그먼트를 포함하고 상기 자성 이동체의 회전에 수반하는 출력을 발생하는 제 3의 브리지 회로를 형성한 것에 있어서, 상기 제 1 및 제 2의 브리지 회답의 차동 출력과 제 3의 브리지 회로의 출력 사이에 1/4주기의 위상차를 갖게 함으로서, 비교 회로의 비교 레벨에 편차가 생긴 경우나 증폭 회로 출력에 편차가 생긴 경우에도 정확한 자성 이동체의 회전 방향의 검출을 할 수 있도록 한 것이다.

그런데, 상기와 같은 종래의 자기 검출 장치에서는, 각각의 브리지 회로를 구성하는 각 자기 저항 세그먼트의 온도 특성차에 기인하여, 환경 온도의 변화에 의해 그 중점(neutral point) 출력에 온도 오프셋이 생기는 것이 알려져 있다. 도 5는 그때의 상태를 도시하는 동작 파형도이고, 도 5의 (A)는 각 자기 저항 세그먼트의 저항치, 도 5의 (B)는 제 1 및 제 2의 브리지 회로의 브리지 중점 출력(A 및 B), 도 5의 (C)는 증폭 회로의 출력(0P1, 0P2), 도 5의 (D)는 비교 회로의 출력(Vout1, Vout2), 도 5의 (E)는 출력 회답의 최종 출력(1, 2)을 나타낸다.

도면으로부터 분명한 바와 같이, 예를 들면 온도 특성의 변화가 큰 환경에서는, 도 5의 (B)에 도시하는 바와 같이, 중점 출력(A) 및 중점 출력(B)의 파형은, 고온 상태(H0T)와 평온 상태(R.T)에서 다르게 되어 있고, 그 영향이 비교 회로 출력(Vout1)에도 나타나고(도 5의 (D) 참조), 또한 최종 출력(1)에도 온도 오프셋(T1)이 생기게 된다. 그 결과, 자기 검출 장치의 검출 정밀도의 저하를 초래하고, 정확하게 회전 방향의 검지를 할 수 없게 된다는 문제가 있다.

따라서 본 발명은, 상기 제 1 및 제 2의 브리지 회로의 차동 출력과 제 3의 브리지 회로의 출력 사이에 1/4주기의 위상차를 갖게 한 구성의 것에 있어서, 또한 온도 오프셋이 생겨도 정확한 검출 정밀도를 유지할 수 있는 자기 검출 장치를 얻는 것을 목적으로 하는 것이다.

또한 이 오프셋 문제는 자전 변환 소자의 온도 특성의 변화뿐만 아니라, 자 전 변환 소자가 조립 편차 등에 의해서도 생기고, 이들에 대해서도 안정된 동작을 실현할 수 있는 자기 검출 장치를 얻는 것을 목적으로 하는 것이다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명에 관한 자기 검출 장치는, 인가 자계 강도를 검출하는 복수개의 세그먼트로 이루어지는 자전 변환 소자로 구성되는 검출부와, 상기 자전 변환 소자에 자계를 인가시키기 위해 배치된 자석과, 자계를 변화시키는 자성 이동체를 구비하고, 상기 자전 변환 소자를, 자성 이동체의 회전 방향에, 상기 자성 이동체의 회전 방향과 직교하는 상기 자석의 중심선에 대해 소정의 피치로 대칭적으로 배치된 적어도 6개의 세그먼트로 구성하고, 이 중 상기 자석의 중심선에 대해, 피치의 중심선이 서로 대칭적으로 배치된 적어도 2쌍의 세그먼트를 포함하고, 상기 자성 이동체의 회전에 수반하는 출력을 발생하는 제 1 및 제 2의 브리지 회로를 구성함과 함께, 상기 자석의 중심선에 피치의 중심선을 갖는 적어도 한 쌍의 세그먼트를 포함하고, 상기 자성 이동체의 회전에 수반하는 출력을 발생하는 제 3의 브리지 회로를 구성한 자기 검출 장치에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 브리지 회로 차동 출력 신호를 파형 정형하는 비교 회로의 비교 레벨을, 상기 제 3 브리지 회로 출력 신호에 의해 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

실시 형태 1

이하, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관해 설명한다. 도 1은 본 발명의 대상 으로 하는 자기 검출 장치의 전체 구성을 설명하는 도면이고, 도 1의 (a)는 자기 회로 구성을 도시하는 사면도, 도 1의 (b)는 그 일부 확대 상면도, 도 1의 (c)는 자기 저항 세그먼트의 확대 패턴도이다. 도 2는 신호 처리 회로부의 상세를 도시하는 회로 구성도이다. 도면에서, 부호 1은 자계를 변화시키는 형상을 구비한 자성 이동체이다. 부호 2는 신호 처리 회로부로서, IC 칩에 의해 구성되어 있다.

부호 3은 자성 이동체(1)와 대향하여 배치되고 자성 이동체의 회전축 방향으로 착자되어 있는 자석이고, 부호 4는 회전축이고, 회전축(4)이 회전함으로써 자성 이동체(1)도 동기하여 회전한다. 또한, 상기 6개의 자기 저항 세그먼트(2a 내지 2f)는 상기 IC 칩으로 이루어지는 신호 처리 회로부(2)에 성막에 의해 형성되어 있고, 자성 이동체(1)의 소정의 회전 방향, 예를 들면 R로 나타내는 정회전의 방향에 따라, 이 회전 방향과 직교하는 자석(3)의 중심선(L)에 대해 대칭적으로 배치되어 있다.

또한, 이들 6개중 2개의 자기 저항 세그먼트(2b, 2c)는 자석(3)의 중심선(L)상에서 서로 빗살(comb teeth) 형상으로 교차하여 형성된다. 그리고 이 중 자석(3)의 중심선(L)에 대해, 각각의 피치의 중심선(Pab 및 Pcd)이 서로 대칭적으로 배치된 한 쌍의 자기 저항 세그먼트(2a, 2b 및 2c, 2d)에 의해, 제 1 및 제 2의 브리지 회로(11, 21)가 형성됨과 함께, 자석(3)의 중심선(L)에 피치의 중심선을 갖는 나머지 한 쌍의 자기 저항 세그먼트(2e, 2f)에 의해 제 3의 브리지 회로(31)가 형성되어 있다.

다음에 도 2를 참조하여, 신호 처리 회로(2)의 상세를 설명한다. 자기 저항 세그먼트(2a, 2b)로 구성된 제 1의 브리지 회로(11)는 정전압(Vcc)이 인가되고, 자계의 변화에 의한 자기 저항 세그먼트(2a, 2b)의 저항치 변화가 전압 변화로 변환된다. 자기 저항 세그먼트(2c, 2d)로 구성된 제 2의 브리지 회로(21)도 마찬가지로 정전압이 인가되고, 자계의 변화에 의한 자기 저항 세그먼트(2c, 2d)의 저항치 변화가 전압 변화로 변환된다. 전압 변환된 중점 출력(A) 및 중점 출력(B)은 증폭 회로(12)에서 증폭되어 비교 회로(13)에 입력된다. 비교 회로(13)에 의해 소정의 전압(Vref1)과 비교된 신호의 한쪽은 출력 회로(14)에 의해 최종 출력(1)으로 변환된다. 또한, 상기 비교 회로(13)의 출력은 또한 D플립플롭 회로(26)의 D단자에 입력된다.

한편, 자기 저항 세그먼트(2e, 2f)로 구성된 제 3의 브리지 회로(31)도 마찬가지로 정전압이 인가되고, 자계의 변화에 의한 자기 저항 세그먼트의 저항치 변화가 전압 변화로 변환된다. 또한, 자기 저항 세그먼트 또는 고정 저항(R1, R2)으로 구성된 제 4의 브리지 회로도 마찬가지로 정전압(Vcc)이 인가되고, 자계의 변화에 의한 자기 저항 세그먼트의 저항치 변화가 전압 변화로 변환된다. 이들의 출력 신호는 증폭 회로(22)에서 증폭되고, 비교 회로(23)에 입력된다. 비교 회로(23)에 의해 소정의 전압(Vref2)과 비교된 신호의 한쪽은 출력 회로(24)에 의해 최종 출력(2)으로 변환된다. 또한, 상기 비교 회로(23)의 출력은 또한 D플립플롭 회로(26)의 CL 단자에 입력됨과 함께 별도의 비교 회로(15)에 입력된다. D플립플롭 회로(26)의 출력 신호는 출력 회로(32)에 의해 이동 방향 검지 출력으로 변환된다.

전압 변환된 중점 출력(A) 및 중점 출력(B)은 증폭 회로(12)에서 차동 증폭 되고, 그 출력(0P1)은 비교 회로(13)의 반전 입력단자에 입력된다. 출력(0P1)은 동시에 비교 레벨 조정 회로(15)에도 입력되고, 후술하는 연산 처리가 이루어진다.

상기 비교 레벨 조정 회로(15)는 A/D 컨버터(151), D/A 컨버터(152), 및 연산 처리 회로(153)로 이루어지고, 이것에 입력된 차동 증폭 출력(0P1)은 A/D 컨버터(151)를 통하여 연산 처리 회로(153)에 입력된다. 연산 처리 회로(153)에서는 소정의 연산 처리가 행하여지고, 이 결과를 D/A 컨버터(152)를 통하여 비교 회로(13)의 비반전 출력 단자에 비교 레벨(Vref1)로서 입력된다. 한편, A/D 컨버터(251), D/A 컨버터(252), 및 연산 처리 회로(253)로부터 비교 레벨 조정 회로(25)에 입력된 차동 증폭 출력(0P2)도 마찬가지로 연산 처리되어 비교 회로(23)의 비반전 출력 단자에 비교 레벨(Vref2)로서 입력된다.

상술한 바와 같이, 비교 회로(13)의 출력(Vout1)의 한쪽은, 출력 회로(14)에 입력되고, 최종 출력(1)으로서 출력된다. 또 한쪽은, D플립플롭 회로(26)의 D단자에 입력된다. 그리고 또 한쪽은, 비교 레벨 조정 회로(25)의 연산 처리 회로(253)에 입력된다. 또한 비교 회로(23)의 출력(Vout2)의 한쪽은, 출력 회로(24)에 입력되고, 최종 출력(2)으로서 출력된다. 또 한쪽은, D플립플롭 회로(26)의 CL 단자에 입력된다. 그리고 또 한쪽은, 비교 레벨 조정 회로(15)의 연산 처리 회로(153)에 입력된다. D플립플롭 회로(26)의 출력은 출력 회로(32)에 입력되고, 이동 방향 검지 출력으로서 출력된다.

도 3은 상기 도 2에 도시하는 회로의 동작 파형도로서, 도면중, 도 3의 (A)는 각 자기 저항 세그먼트의 저항치, 도 3의 (B)는 제 1 및 제 2의 브리지 회 로(11, 21)의 브리지 중점 출력(A 및 B), 도 3의 (C)는 증폭 회로(12)의 출력(0P1), 도 3의 (D)는 비교 회로(13, 23)의 출력(Vout1, Vout2), 도 3의 (E)는 증폭 회로(22)의 출력(0P2), 도 3의 (F)는 이동 방향 검지 출력, 도 3의 (G)는 출력 회로(14, .24)의 최종 출력(1, 2)을 나타낸다.

상기 비교 레벨 조정 회로(15)는 비교 회로(23)의 출력(Vout2)의 타이밍, 구체적으로는 비교 회로(23)의 출력(Vout2)의 상승 및 하강 시점에서 증폭 회로(12)의 출력(OP1)을 판독하고, 그 판독 출력의 평균치를 연산 처리 회로(153)에서 연산한다. 마찬가지로 상기 비교 레벨 조정 회로(25)는 비교 회로(13)의 출력(Vout1)의 타이밍, 구체적으로는 비교 회로(13)의 출력(Vout1)의 상승 및 하강 시점에서 증폭 회로(22)의 출력(0P2)을 판독하고, 그 판독 출력의 평균치를 연산 처리 회로(253)에서 연산한다.

즉, 도 3의 (C)에서, 증폭 회로 출력(0P1)은 Vout2(도 3의 (D)를 참조)의 타이밍에서 C점, D점의 전압이 판독되고, 비교 레벨 조정 회로(15)가 (C+D)/2의 연산을 행하고, 이것을 비교 회로(13)의 비교 레벨(Vref1)로서 출력한다. 한편, 도 3(E)의 증폭 회로 출력(0P2)은 Vout1의 타이밍에서 A점, B점의 전압이 판독되고, 비교 레벨 조정 회로(25)가 (A+B)/2의 연산을 행하고, 이것을 비교 회로(23)의 비교 레벨(Vref2)로서 출력한다.

도 4에 자전 변환 소자(2a와 2b와, 2c와 2d)의 온도 특성차로부터 중점 출력(A 및 B)에 온도 오프셋이 생긴 경우의 동작을 도시한다. 도 4에서 도 3과 대응한 부호를 붙이고 있다. 즉, 도 4의 (B)와 같이 중점 출력(A 및 B)에 온도 오프셋 이 생기고, 도 4의 (C)와 같이 증폭 회로 출력(0P1)이 변화한 경우에도, 증폭 회로 출력(0P1)의 온도 오프셋에 응하여 비교 회로의 비교 레벨(Vref1)의 전압이 조정되게 된다.

즉 예를 들면, 실온 상태(R.T)에서의 증폭 회로 출력(0P1)은 Vout2(도 4의 (D)를 참조)의 타이밍에서 E점, F점의 전압이 판독되고, 비교 레벨 조정 회로(15)가 (E+F)/2의 연산을 행하고, 이것을 비교 회로(13)의 비교 레벨(Vref1)(R.T)로서 출력한다. 한편, 고온 상태(H0T)에서의 증폭 회로 출력(0P1)은 Vout2의 타이밍에서 G점, H점의 전압이 판독되고, 비교 레벨 조정 회로(15)가 (G+H)/2의 연산을 행하고, 이것을 비교 회로(13)의 비교 레벨(Vref1)(H0T)로서 출력한다.

한편, 도 4의 (E)의 증폭 회로 출력(0P2)은 Vout1의 타이밍에서 K점, J점의 전압이 판독되고, 비교 레벨 조정 회로(25)가 (K+J)/2의 연산을 행하고, 이것을 비교 회로(23)의 비교 레벨(Vref2)로서 출력한다.

따라서, 비교 회로 출력(Voutl, Vout2)은 도 4의 (D)와 같이 온도 변화의 영향을 받지 않고, 항상 안정된 출력 전압을 얻을 수 있고, 도 4의 (G)에 도시하는 바와 같이, 최종 출력(1, 2)의 온도 특성이 개선된다.

상기의 실시 형태에 의하면, 제 1 및 제 2 브리지 회로 차동 출력 신호의 소정 타이밍의 상기 제 3 브리지 회로 출력 신호에 의해, 상기 제 1 및 제 2 브리지 회로 차동 출력 신호를 파형 정형하는 비교 회로의 비교 레벨을 조정함과 함께, 제 3의 브리지 출력 신호의 소정 타이밍의 상기 제 1 및 제 2 브리지 회로 차동 출력 신호에 의해, 상기 제 3의 브리지 회로 출력 신호를 파형 정형하는 비교 회로의 비 교 레벨을 조정하도록 한 것에 관해 설명하였지만, 상기 제 1 및 제 2 브리지 회로 차동 출력 신호를 파형 정형하는 비교 회로의 비교 레벨의 조정만 단독으로 이용할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 자전 변환 소자의 온도 특성 또는 조립 편차의 영향을 해소하고, 높은 검출 정밀도를 안정되게 유지할 수 있는 자기 검출 장치를 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 인가 자계 강도를 검출하는 복수개의 세그먼트로 이루어지는 자전 변환 소자로 구성되는 검출부와,

   상기 자전 변환 소자에 자계를 인가시키기 위해 배치된 자석과, 자계를 변화시키는 자성 이동체를 구비하고,

   상기 자전 변환 소자를 자성 이동체의 회전 방향에, 상기 자성 이동체의 회전 방향과 직교하는 상기 자석의 중심선에 대해 소정의 피치로 대칭적으로 배치된 적어도 6개의 세그먼트로 구성하며, 이 중 상기 자석의 중심선에 대해, 피치의 중심선이 서로 대칭적으로 배치된 적어도 2쌍의 세그먼트를 포함하고,

   상기 자성 이동체의 회전에 수반하는 출력을 발생하는 제 1 및 제 2의 브리지 회로를 구성함과 함께, 상기 자석의 중심선에 피치의 중심선을 갖는 적어도 한 쌍의 세그먼트를 포함하고, 상기 자성 이동체의 회전에 수반하는 출력을 발생하는 제 3의 브리지 회로를 구성한 자기 검출 장치에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 브리지 회로 차동 출력 신호를 파형 정형하는 비교 회로의 비교 레벨을, 상기 제 3 브리지 회로 출력 신호에 의해 조정하는 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 3 브리지 회로 출력 신호를 파형 정형하는 비교 회로의 비교 레벨 을, 상기 제 1 및 제 2 브리지 회로 차동 출력 신호에 의해 조정하는 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.
3. 인가 자계 강도를 검출하는 복수개의 세그먼트로 이루어지는 자전 변환 소자로 구성되는 검출부와,

   상기 자전 변환 소자에 자계를 인가시키기 위해 배치된 자석과, 자계를 변화시키는 자성 이동체를 구비하고,

   상기 자전 변환 소자를, 상기 자성 이동체의 회전 방향으로, 상기 자성 이동체의 회전 방향과 직교하는 상기 자석의 중심선에 대해 소정의 피치로 대칭적으로 배치된 복수 쌍의 세그먼트로 구성되며, 이 중 상기 자석의 중심선에 대해, 피치의 중심선이 서로 대칭적으로 배치된 적어도 2쌍의 세그먼트를 포함하고,

   상기 자성 이동체의 회전에 수반하는 출력을 발생하는 제 1 및 제 2의 브리지 회로를 구성하고, 상기 자석의 중심선에 피치의 중심선을 갖는 적어도 한 쌍의 세그먼트를 포함하고, 상기 자성 이동체의 회전에 수반하는 출력을 발생하는 제 3의 브리지 회로를 구성하는 자기 검출 장치에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 브리지 회로 차동 출력 신호를 파형 정형하는 제 1의 비교 회로와,

   상기 제 3 브리지 회로 출력 신호를 파형 정형하는 제 2의 비교 회로와, 상기 제 1 및 제 2 브리지 회로 차동 출력 신호의 소정 타이밍의 상기 제 3 브리지 회로 출력 신호에 의해, 상기 제 1의 비교 회로의 비교 레벨을 조정하는 제 1의 비교 레벨 조정 회로와,

   상기 제 3 브리지 회로 출력 신호의 소정 타이밍의 상기 제 1 및 제 2 브리지 회로 차동 출력 신호에 의해, 상기 제 2의 비교 회로의 비교 레벨을 조정하는 제 2의 비교 레벨 조정 회로와,

   상기 제 1 및 제 2의 비교 회로로부터 출력을 도출하는 출력 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제 1의 비교 레벨 조정 회로는, 상기 제 3 브리지 회로 출력 신호의 상승 및 하강 타이밍에서의 상기 제 1 및 제 2 브리지 회로 차동 출력 신호의 평균치를 연산함으로서, 상기 제 1의 비교 회로의 비교 레벨을 조정하도록 한 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 제 2의 비교 레벨 조정 회로는, 상기 제 1 브리지 회로 출력 신호의 상승 및 하강 타이밍에서의 상기 제 3 브리지 회로 출력 신호의 평균치를 연산함에 의해 상기 제 2의 비교 회로의 비교 레벨을 조정하도록 한 것을 특징으로 하는 자기 검출 장치.

Images