WO2015162852A1 - 回転検出装置 - Google Patents

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rotor
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篤史 小林
憲治 竹菴
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株式会社デンソー
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    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2454—Encoders incorporating incremental and absolute signals
    • G01D5/2455—Encoders incorporating incremental and absolute signals with incremental and absolute tracks on the same encoder
    • G01D5/2457—Incremental encoders having reference marks

Definitions

  • This disclosure relates to a rotation detection device (Rotation Detection Apparatus) that detects rotation of a gear-type rotor.
  • Patent Document 1 proposes a rotation detection device configured to detect the rotation of a gear-type rotor. Specifically, a configuration of a rotation detection device that includes a plurality of magnetoresistive elements and a processing circuit that processes the output of each magnetoresistive element has been proposed. Each magnetoresistive element constitutes a first magnetoresistive element pair and a second magnetoresistive element pair that are arranged at positions facing the rotor and electrically form a half bridge circuit.
  • the processing circuit outputs a binary signal obtained by binarizing the differential output by comparing the differential output of the midpoint potential of each magnetoresistive element pair with a threshold value.
  • JP 2006-038827 A JP 4466355 B2
  • the present disclosure has an object to provide a configuration capable of preventing an erroneous output of a binarized signal in a rotation detection device that outputs a binarized signal corresponding to the uneven structure of a gear-type rotor.
  • a rotation detection device includes a signal detector and a determination circuit, and detects rotation of a gear-type rotor having a concavo-convex structure in which convex portions and concave portions are alternately provided in the rotation direction.
  • the signal detector has a plurality of magnetoresistive elements whose resistance values change with the rotation of the rotor, and corresponds to the concavo-convex structure including the convex portions and concave portions of the rotor based on the change of the resistance values of the plurality of magnetoresistive elements.
  • a first signal having a waveform and a second signal having a waveform having a phase difference with respect to the first signal are generated.
  • the determination circuit has a binarization threshold value for binarizing the first signal and the second signal, inputs the first signal and the second signal from the signal detector, and determines the first signal and the binarization threshold value.
  • a first binarized signal obtained by binarizing the first signal is generated by comparison, and a second binarized signal obtained by binarizing the second signal by comparing the second signal and the binarization threshold is obtained.
  • the output of the first binarized signal is permitted in the first period which is one of the concave period corresponding to the concave part and the convex part period corresponding to the convex part of the second binarized signal. In the second period, which is the other period, the output of the first binarized signal is prohibited.
  • the output of the binarized signal of the first signal is prohibited during either the concave period or the convex period. Is done. Therefore, erroneous output of the binarized signal can be prevented.
  • the rotation detection device is used as, for example, a crank angle determination device for an internal combustion engine.
  • a rotation detection device 20 is disposed so as to face the outer peripheral portion 11 of a gear-type rotor 10 fixed to a crankshaft of an engine that is an internal combustion engine.
  • the rotation detection device 20 is configured to detect the rotation or the rotation mode (for example, uneven structure) of the rotor 10.
  • a part of the outer peripheral portion 11 of the rotor 10 is shown in a linear form. The same applies to FIG.
  • the outer peripheral portion 11 of the rotor 10 is provided with a structure in which convex portions 12 and concave portions 13 are alternately provided in the rotation direction (also referred to as a concave / convex structure of the rotor). Further, the rotor 10 is configured as a long mountain portion 14 having a length in one rotational direction of the plurality of convex portions 12 longer than the other. In the present embodiment, one long mountain portion 14 is provided in the rotor 10. The long mountain portion 14 corresponds to the rotation reference position of the rotor 10, that is, the reference angle of the crank angle.
  • the rotation detection device 20 includes a cylindrical bias magnet 21 and a sensor chip 22 disposed at a predetermined position with respect to the bias magnet 21.
  • the bias magnet 21 serves to increase the magnetic field detection sensitivity of the rotation detection device 20 by a certain amount.
  • a sensor chip 22 is disposed in the hollow portion of the bias magnet 21.
  • the sensor chip 22 includes a signal detector 30 (also referred to as a detection unit 30) configured to output a detection signal corresponding to the position of the outer peripheral portion 11, that is, the crank angle as the rotor 10 rotates.
  • the signal detector 30 includes three element pairs, a first magnetoresistive element pair 31, a second magnetoresistive element pair 32, and a third magnetoresistive element pair 33 whose resistance values change as the rotor 10 rotates. .
  • Each of the second magnetoresistive element pairs 32 is disposed between the first magnetoresistive element pair 31 and the third magnetoresistive element pair 33 in the rotational direction of the rotor 10. That is, the second magnetoresistive element pair 32 is disposed so as to be sandwiched between the first magnetoresistive element pair 31 and the third magnetoresistive element pair 33.
  • a bias magnetic field along the central axis of the bias magnet 21 is applied to the second magnetoresistive element pair 32.
  • a bias magnetic field for winding the end of the bias magnet 21 is applied to the first magnetoresistive element pair 31 and the third magnetoresistive element pair 33.
  • each of the magnetoresistive element pairs 31 to 33 is configured as a half bridge circuit.
  • the first magnetoresistive element pair 31 includes two magnetoresistive elements 31a and 31b connected in series between a power supply (Vcc) and a ground (GND). ing.
  • the first magnetoresistive element pair 31 detects a change in resistance value when each of the magnetoresistive elements 31 a and 31 b is affected by the magnetic field as the rotor 10 rotates.
  • the first magnetoresistive element pair 31 outputs the voltage at the midpoint 31c of each of the magnetoresistive elements 31a and 31b as a waveform signal based on the change in the resistance value.
  • the second magnetoresistive element pair 32 is constituted by two magnetoresistive elements 32a and 32b connected in series between a power supply (Vcc) and a ground (GND). Then, the second magnetoresistive element pair 32 is configured such that each magnetoresistive element 32a, 32b has a resistance value change when the magnetoresistive element 32a, 32b is affected by the magnetic field as the rotor 10 rotates. The voltage at the midpoint 32c is output as a waveform signal.
  • the third magnetoresistive element pair 33 includes two magnetoresistive elements 33a and 33b connected in series between a power supply (Vcc) and a ground (GND).
  • the third magnetoresistive element pair 33 is configured so that each of the magnetoresistive elements 33a and 33b has a resistance value change when the magnetoresistive elements 33a and 33b are affected by the magnetic field as the rotor 10 rotates.
  • the voltage at the midpoint 33c is output as a waveform signal.
  • the signal detector 30 includes first to fourth operational amplifiers 34 to 37 in addition to the magnetoresistive element pairs 31 to 33.
  • the first operational amplifier 34 A differential amplifier configured to calculate ⁇ B and output the result as S1.
  • the second operational amplifier 35 calculates BC and outputs the result as S2. It is an amplifier.
  • the signal of S3 is a first signal that is a waveform signal corresponding to the concavo-convex structure of the convex portion 12 and the concave portion 13 of the rotor 10.
  • the first signal S ⁇ b> 3 is a signal having a waveform in which the amplitude is maximum at the edge portion where the concave portion 13 of the rotor 10 is switched to the convex portion 12 and the amplitude is minimum at the edge portion where the convex portion 12 is switched to the concave portion 13.
  • the fourth operational amplifier 37 receives the midpoint potential A from the midpoint 31 c of the first magnetoresistive element pair 31 and also receives the midpoint potential C from the midpoint 33 c of the third magnetoresistive element pair 33. And a differential amplifier configured to output the result as S4.
  • the signal of S4 is a second signal that is a waveform signal having a phase difference with respect to the first signal S3.
  • the second signal S ⁇ b> 4 is a signal having a waveform in which the amplitude is maximum at the center of the convex portion 12 that is the tooth of the rotor 10 and the amplitude is minimum at the center of the concave portion 13 in the rotational direction.
  • the first signal is also referred to as a main signal or a primary signal
  • the second signal is also referred to as a saborate signal or a secondary signal.
  • the rotation detection device 20 includes a determination circuit 40 that generates an output signal corresponding to the rotation of the rotor 10 detected by the signal detector 30 or the uneven structure.
  • the determination circuit 40 may be formed on the sensor chip 22 described above, or may be formed on another semiconductor chip (not shown).
  • the determination circuit 40 includes a threshold generation unit 41, a first comparator 42, a second comparator 43, and a controller 44.
  • the threshold generation unit 41 includes two resistors 41a and 41b connected in series between a power supply (Vcc) and a ground (GND).
  • Vcc power supply
  • GND ground
  • the potential at the midpoint 41c of the resistors 41a and 41b is set as a binarization threshold.
  • the binarization threshold is used as a threshold for binarizing the first signal S3 and the second signal S4.
  • the first comparator 42 receives the first signal S3 from the third operational amplifier 36 of the signal detector 30 and also receives the binarization threshold from the threshold generation unit 41, and the first signal S3 and the threshold for binarization (TH ) And a binarization threshold value, and a binarized signal obtained by binarizing the first signal S3 is generated.
  • the second comparator 43 receives the second signal S4 from the fourth operational amplifier 37 of the signal detector 30 and also receives the binarization threshold from the threshold generation unit 41, and compares the second signal S4 with the binarization threshold.
  • the second signal S4 is binarized.
  • the binarized signal obtained by binarizing the first signal S3 is the first binary signal.
  • the binarized signal obtained by binarizing the second signal S4 is also referred to as a second binarized signal.
  • the term “binary signal” simply means a binarized signal (i.e., first binary signal) obtained by binarizing the first signal S3.
  • the first comparator 42 and the second comparator 43 each have a hysteresis characteristic.
  • the binarization threshold becomes the first value
  • the first signal S3 becomes larger than the binarization threshold 2
  • the value threshold is set to be a second value that is smaller than the first value. That is, the first comparator 42 and the second comparator 43 switch the binarization threshold value to the first value or the second value according to the first signal S3.
  • the controller 44 receives the binarized signal from the first comparator 42 and also receives the binarized second signal S4 from the second comparator 43, and binarizes based on the binarized second signal S4.
  • a control circuit configured to control permission or prohibition of the output of the control signal.
  • the controller 44 outputs the binarized signal whose output is permitted to an external device (not shown) via the output terminal 23 (Vout).
  • the controller 44 may be provided as a computer including a normal CPU, RAM, and ROM. In this case, the CPU may implement a control function using software by executing a program recorded in the RAM or ROM. On the other hand, the controller 44 may include other hardware components, and a part or all of the control function may be realized using only the hardware.
  • the above is the overall configuration of the rotation detection device 20 according to the present embodiment.
  • the rotation detection device 20 includes a power supply terminal 24 (Vcc) and a ground terminal 25 (GND) connected to an external device, and is configured to be supplied with power from the external device via these.
  • the operation of the rotation detection device 20 will be described. First, when the rotor 10 rotates, the first signal S3 and the second signal S4 are acquired by the signal detector 30 based on the change in the gap between the signal detector 30 and the outer peripheral portion 11 of the rotor 10, as shown in FIG. Is done.
  • the first signal S3 is a signal having a waveform that exceeds the binarization threshold at the rotational center of the recess 13 of the rotor 10.
  • the second signal S4 is a signal having a waveform having a phase difference with respect to the first signal S3, specifically, a waveform having a maximum amplitude at the rotation direction center of the convex portion 12 of the rotor 10.
  • the first signal S3 acquired by the signal detector 30 is compared with the binarization threshold value in the first comparator 42 of the determination circuit 40. If the amplitude of the first signal S3 is greater than the binarization threshold, for example, Lo, and if the amplitude of the first signal S3 is less than the binarization threshold, for example, a binary signal of Hi is generated by the first comparator 42, and the controller 44.
  • the binarization threshold for example, Lo
  • a binary signal of Hi is generated by the first comparator 42, and the controller 44.
  • the pulse width of the binarized signal is controlled by the controller 44 so as to be a predetermined width. This is a process according to the request of the external device. Therefore, the pulse width of the binarized signal is narrower than a period in which the amplitude of the first signal S3 is larger than the binarization threshold. Of course, if there is no request from an external device, the controller 44 does not need to perform such processing.
  • the second signal S4 acquired by the signal detector 30 is compared with a binarization threshold value in the second comparator 43 of the determination circuit 40. If the amplitude of the second signal S4 is greater than the binarization threshold, for example, Hi, and if the amplitude of the second signal S4 is less than the binarization threshold, for example, the Lo signal is generated by the second comparator 43 and output to the controller 44. Is done.
  • the determination circuit 40 performs processing for outputting the binarized signal as an output signal to an external device.
  • the processing of the determination circuit 40 is performed as follows. First, at the time point T10, since the amplitude of the first signal S3 is smaller than the binarization threshold value, the binarization signal becomes Hi. Further, since the amplitude of the second signal S4 is smaller than the binarization threshold value, the binarized second signal S4 becomes Lo.
  • the binarization signal becomes Lo. Further, as the amplitude of the first signal S3 exceeds the binarization threshold value, the binarization threshold value decreases. That is, the binarization threshold is switched to the second value.
  • the time point T11 corresponds to the rotational direction center of the concave portion 13 of the rotor 10.
  • the pulse width of the binarized signal corresponds to a period from the time T11 until the amplitude of the first signal S3 falls below the binarization threshold.
  • the pulse width of the binarized signal is controlled by the controller 44 so that the pulse width of the binarized signal becomes narrower than the normal pulse width in accordance with the request of the external device. For this reason, the binary signal of Lo returns to Hi earlier than usual.
  • the binarized second signal S4 becomes Hi.
  • a period from time T10 to time T12 when the second signal S4 becomes Lo corresponds to the recess 13 of the rotor 10.
  • a period corresponding to the recess 13 is defined as a recess period 45.
  • the output of the binarized signal is permitted. Therefore, the binarized signal is output as an output signal from the controller 44 to the external device during the recess period 45. Thereafter, as the amplitude of the first signal S3 falls below the binarization threshold, the value of the binarization threshold returns to the original first value.
  • the binarized second signal S4 becomes Lo.
  • a period from time T12 to time T13 when the second signal S4 becomes Hi corresponds to the convex portion 12 of the rotor 10.
  • a period corresponding to the convex part 12 is defined as a convex part period 46.
  • the output of the binarized signal is prohibited during the convex portion period. Therefore, the binarized signal is not output from the controller 44 during the convex period 46.
  • the binarization threshold value is switched to a second value that is smaller than the first value.
  • the amplitude of the second signal S4 is larger than the binarization threshold value, so the binarized second signal S4 becomes Hi.
  • the period from time T13 to time T15 corresponds to the recess period 45.
  • the convex part period 46 starts from time T15.
  • the Nagayama portion 14 of the rotor 10 passes above the signal detector 30.
  • the first signal S ⁇ b> 3 includes a noise component corresponding to the flaw 15.
  • the amplitude of the first signal S3 falls below the binarization threshold, and the binarized signal becomes Lo.
  • the time point T16 is included in the convex period 46, that is, a period in which the output of the binarized signal is prohibited, the binarized signal is not output from the controller 44 to the external device.
  • the amplitude of the second signal S4 becomes smaller than the binarization threshold at the time T17 as in the case of the time T13.
  • the signal S4 becomes Lo.
  • the period from time T15 to time T17 corresponds to the convex period 46.
  • time point T18, time point T19, time point T20, time point T21, and time point T22 are the same as the above-described time point T11, time point T12, time point T13, time point T14, and time point T15.
  • the determination circuit 40 when the determination circuit 40 outputs the binarized signal to the external device, the binarization signal is allowed to be output in the concave period 45, while the binarization is performed in the convex period. It is characterized by prohibiting signal output. That is, the generated binarized signal is normally output as it is, but the determination circuit 40 according to the present embodiment is provided with an output stop period for prohibiting the output of the binarized signal. For this reason, even if the first signal S3 crosses the binarization threshold due to scratches 15 or noise on the rotor 10, the output of the binarization signal is prohibited during the convex period 46. Therefore, erroneous output of the binarized signal can be prevented.
  • the output of the binarized signal in the convex part period 46 corresponding to the long mountain part 14 of the rotor 10 is prohibited. Accordingly, when detecting the rotation of the rotor 10 having the long peak portions 14 where the flaws 15 are easily attached or the concavo-convex structure thereof, it is possible to prevent erroneous output of the binarized signal.
  • the mountability of the rotation detection device 20 on the rotor 10 can be improved.
  • the rotor 10 is provided with two long mountain portions 14.
  • the rotation detection device 20 can also detect the rotation of the rotor 10 provided with the two long mountain portions 14 or the uneven structure thereof.
  • the configuration of the rotation detection device 20 described in each of the above embodiments is an example, and is not limited to the configuration described above, and may be other configurations that can realize the present disclosure.
  • the number of magnetoresistive element pairs provided in the signal detector 30 is not limited to three as in the above embodiments.
  • the first signal S3 may be a differential value of AC and the second signal S4 may be AC.
  • five magnetoresistive elements may be provided.
  • the first signal S3 is (AC) + (BC)-(CD)-(C -E) and the second signal S4 may be (AE) or (BE).
  • the number of magnetoresistive elements can be changed as appropriate.
  • the controller 44 prohibits the output of the binarized signal in the convex period 46, but permits the output of the binarized signal in the convex period 46 and binarizes in the concave period 45. You may make it prohibit the output of a signal.
  • the rotor 10 is provided with one or two long mountain portions 14, but this is an example of the rotor 10.
  • all of the convex portions 12 formed as the long mountain portions 14 may be the measurement target. That is, the rotor 10 configured as the long mountain portion 14 having a length in the rotation direction of any one of the convex portions 12 longer than the other may be measured.
  • the rotor 10 having a long valley whose length in the rotation direction of the concave portion 13 is longer than that of the convex portion 12 may be a measurement target.
  • the output of the binarized signal in the recess period 45 may be prohibited.
  • each of the comparators 42 and 43 of the determination circuit 40 has a hysteresis characteristic.
  • the binarization threshold value may not have the hysteresis characteristic.
  • the rotor 10 is fixed to the crankshaft of an engine that is an internal combustion engine, but the application of the rotation detection device 20 is not limited to the internal combustion engine.

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Abstract

　回転検出装置（Rotation Detection Apparatus）（２０）において、信号ディテクタ（３０）は、複数の磁気抵抗素子対（３１～３３）の抵抗値の変化に基づいて、ロータ（１０）の凸部（１２）及び凹部（１３）の凹凸構造に対応した波形の第一信号（Ｓ３）と、第一信号に対して位相差を持った波形の第二信号（Ｓ４）と、をそれぞれ生成する。また、判定回路（４０）は、信号ディテクタから第一信号及び第二信号を入力し、第一信号と２値化閾値とを比較して第一信号を２値化した第一２値化信号を生成すると共に、第二信号と２値化閾値とを比較して第二信号を２値化した第二２値化信号を生成する。さらに、判定回路は、第二２値化信号のうち凸部に対応する凸部期間（４６）では第一２値化信号の出力を禁止する。

Description

回転検出装置 関連出願の相互参照
　本開示は、２０１４年４月２３日に出願された日本出願番号２０１４－８８９７０号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、歯車型のロータの回転を検出する回転検出装置（Rotation Detection Apparatus）に関する。
　従来より、歯車型のロータの回転を検出するように構成された回転検出装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、複数の磁気抵抗素子と、各磁気抵抗素子の出力を処理する処理回路と、を備えた回転検出装置の構成が提案されている。各磁気抵抗素子は、ロータに対向する位置に配置されて電気的に各々ハーフブリッジ回路を形成する第１磁気抵抗素子対及び第２磁気抵抗素子対を構成している。
　そして、各磁気抵抗素子対の中点電位がロータの各歯に応じて変化する。したがって、処理回路は、各磁気抵抗素子対の中点電位の差動出力を閾値と比較することによってこの差動出力を２値化した２値化信号を出力する。
ＪＰ　２００６－０３８８２７　Ａ（ＪＰ　４４６６３５５　Ｂ２）
　しかしながら、上記従来の技術では、ロータの凹凸構造に応じた各磁気抵抗素子対の中点電位の変化は小さいので、各磁気抵抗素子対の中点電位の値に近い値を閾値に設定する必要がある。このため、ロータの凸部に付いた傷や、回転検出装置に入ったノイズ等によって各磁気抵抗素子対の中点電位の差動出力が閾値を超えてしまう可能性がある。これにより、処理回路が誤判定を行い、その結果、回転検出装置が２値化信号を誤出力してしまうと可能性がある。
　本開示は上記点に鑑み、歯車型のロータの凹凸構造に応じた２値化信号を出力する回転検出装置において、２値化信号の誤出力を防止することができる構成を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本開示のひとつの例によれば、回転検出装置は、次のように提供される。回転装置は、信号ディテクタと判定回路を備え、凸部と凹部とが回転方向に交互に設けられた凹凸構造を有する歯車型のロータの回転を検出する。
　信号ディテクタは、ロータの回転に伴って抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子を有し、複数の磁気抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、ロータの凸部及び凹部を含む凹凸構造に対応した波形の第一信号と、第一信号に対して位相差を持った波形の第二信号と、をそれぞれ生成する。
　判定回路は、第一信号及び第二信号を２値化するための２値化閾値を有し、信号ディテクタから第一信号及び第二信号を入力し、第一信号と２値化閾値とを比較して第一信号を２値化した第一２値化信号を生成すると共に、第二信号と２値化閾値とを比較して第二信号を２値化した第二２値化信号を生成する。さらに、第二２値化信号のうち凹部に対応する凹部期間及び凸部に対応する凸部期間のうちのいずれか一方の期間である第一の期間では第一２値化信号の出力を許可し、他方の期間である第二の期間では第一２値化信号の出力を禁止する。
　これによると、傷やノイズ等によって第一信号が２値化閾値を横切ったとしても、凹部期間及び凸部期間のうちのいずれか一方の期間では第一信号の２値化信号の出力が禁止される。したがって、２値化信号の誤出力を防止することができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
本開示の第１実施形態に係る回転検出装置と歯車型のロータとの配置関係を示した図 図１に示された回転検出装置の回路構成を示した図 回転検出装置の作動を説明するためのタイムチャート図 第２実施形態に係るロータの平面図
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
　（第１実施形態）
　以下、本開示の第１実施形態について図を参照して説明する。本開示に係る回転検出装置は、例えば内燃機関のクランク角判定装置として用いられる。図１に示されるように、内燃機関であるエンジンのクランク軸に固定された歯車型のロータ１０の外周部１１に対向するように回転検出装置２０が配置されている。回転検出装置２０は、ロータ１０の回転あるいは回転態様（例えば、凹凸構造）を検出するように構成されている。なお、図１ではロータ１０の外周部１１の一部を直線状に展開して示してある。図３についても同じである。
　ロータ１０の外周部１１には凸部１２と凹部１３とが回転方向に交互に設けられている構造（ロータの凹凸構造とも言える）を備えている。また、ロータ１０は、複数の凸部１２のうちの一つの回転方向の長さが他よりも長い長山部１４として構成されたものである。本実施形態では、長山部１４はロータ１０に一つ設けられている。長山部１４はロータ１０の回転基準位置すなわちクランク角の基準角度に対応している。
　そして、回転検出装置２０は、円筒状のバイアス磁石２１とこのバイアス磁石２１に対し、所定の位置に配置されたセンサチップ２２とを備えて構成されている。バイアス磁石２１は、回転検出装置２０の磁界の検出感度を一定分だけ上昇させる役割を果たす。バイアス磁石２１の中空部にはセンサチップ２２が配置されている。
　センサチップ２２は、ロータ１０の回転に伴って外周部１１の位置すなわちクランク角に応じた検出信号を出力するように構成された信号ディテクタ３０（検出部３０とも言及される）を備えている。信号ディテクタ３０は、ロータ１０の回転に伴って抵抗値が変化する第１磁気抵抗素子対３１、第２磁気抵抗素子対３２、及び第３磁気抵抗素子対３３の３つの素子対を備えている。
　ロータ１０の回転方向において、第２磁気抵抗素子対３２が第１磁気抵抗素子対３１と第３磁気抵抗素子対３３との間に位置するように各々が配置されている。つまり、第２磁気抵抗素子対３２が第１磁気抵抗素子対３１と第３磁気抵抗素子対３３とに挟まれるように配置されている。そして、第２磁気抵抗素子対３２にはバイアス磁石２１の中心軸に沿ったバイアス磁界が印加される。一方、第１磁気抵抗素子対３１及び第３磁気抵抗素子対３３にはバイアス磁石２１の端部を巻き込むバイアス磁界が印加される。
　各磁気抵抗素子対３１～３３は、ハーフブリッジ回路として構成されている。具体的には、図２に示されるように、第１磁気抵抗素子対３１は、電源（Ｖｃｃ）とグランド（ＧＮＤ）との間に直列接続された２つの磁気抵抗素子３１ａ、３１ｂによって構成されている。第１磁気抵抗素子対３１は、ロータ１０の回転に伴って各磁気抵抗素子３１ａ、３１ｂが磁場の影響を受けたときの抵抗値の変化を検出する。また、第１磁気抵抗素子対３１は、当該抵抗値の変化に基づいて、各磁気抵抗素子３１ａ、３１ｂの中点３１ｃの電圧を波形信号として出力する。
　第２磁気抵抗素子対３２は、電源（Ｖｃｃ）とグランド（ＧＮＤ）との間に直列接続された２つの磁気抵抗素子３２ａ、３２ｂによって構成されている。そして、第２磁気抵抗素子対３２は、ロータ１０の回転に伴って各磁気抵抗素子３２ａ、３２ｂが磁場の影響を受けたときの抵抗値の変化に基づいて、各磁気抵抗素子３２ａ、３２ｂの中点３２ｃの電圧を波形信号として出力する。
　第３磁気抵抗素子対３３は、電源（Ｖｃｃ）とグランド（ＧＮＤ）との間に直列接続された２つの磁気抵抗素子３３ａ、３３ｂによって構成されている。そして、第３磁気抵抗素子対３３は、ロータ１０の回転に伴って各磁気抵抗素子３３ａ、３３ｂが磁場の影響を受けたときの抵抗値の変化に基づいて、各磁気抵抗素子３３ａ、３３ｂの中点３３ｃの電圧を波形信号として出力する。
　また、信号ディテクタ３０は、各磁気抵抗素子対３１～３３の他に、第１～第４オペアンプ３４～３７を備えている。第１磁気抵抗素子対３１の中点３１ｃの中点電位をＡと定義すると共に、第２磁気抵抗素子対３２の中点３２ｃの中点電位をＢと定義すると、第１オペアンプ３４は、Ａ－Ｂを演算してその結果をＳ１として出力するように構成された差動増幅器である。また、第３磁気抵抗素子対３３の中点３３ｃの中点電位をＣと定義すると、第２オペアンプ３５は、Ｂ－Ｃを演算してその結果をＳ２として出力するように構成された差動増幅器である。
　第３オペアンプ３６は、第１オペアンプ３４からＳ１（＝Ａ－Ｂ）を入力すると共に第２オペアンプ３５からＳ２（＝Ｂ－Ｃ）を入力し、Ｓ１－Ｓ２を演算してその結果をＳ３（＝（Ａ－Ｂ）－（Ｂ－Ｃ））として出力するように構成された差動増幅器である。このＳ３の信号は、ロータ１０の凸部１２及び凹部１３の凹凸構造に対応した波形の信号である第一信号である。例えば、第一信号Ｓ３は、ロータ１０の凹部１３から凸部１２に切り替わるエッジ部分で振幅が最大となり、凸部１２から凹部１３に切り替わるエッジ部分で振幅が最小となる波形の信号である。
　第４オペアンプ３７は、第１磁気抵抗素子対３１の中点３１ｃから中点電位Ａを入力すると共に、第３磁気抵抗素子対３３の中点３３ｃから中点電位Ｃを入力し、Ａ－Ｃを演算してその結果をＳ４として出力するように構成された差動増幅器である。このＳ４の信号は、第一信号Ｓ３に対して位相差を持った波形の信号である第二信号である。例えば、第二信号Ｓ４は、ロータ１０の歯である凸部１２の回転方向中心で振幅が最大となり、凹部１３の回転方向中心で振幅が最小となる波形の信号である。尚、第一信号は、メイン信号あるいはプライマリ信号とも言及され、第二信号は、サボーディネイト信号あるいはセカンダリ信号とも言及される。
　このように、信号ディテクタ３０は、各磁気抵抗素子対３１～３３の出力から第一信号Ｓ３（＝（Ａ－Ｂ）－（Ｂ－Ｃ））及び第二信号Ｓ４（＝Ａ－Ｃ）を生成及び取得するように構成されている。
　また、回転検出装置２０は、信号ディテクタ３０で検出されたロータ１０の回転あるいは凹凸構造に応じた出力信号を生成する判定回路４０を備えている。判定回路４０は、上述のセンサチップ２２に形成されていても良いし、図示しない別の半導体チップに形成されていても良い。
　判定回路４０は、閾値生成部４１、第１コンパレータ４２、第２コンパレータ４３、及びコントローラ４４を備えている。閾値生成部４１は、電源（Ｖｃｃ）とグランド（ＧＮＤ）との間に直列接続された２つの抵抗４１ａ、４１ｂによって構成されている。各抵抗４１ａ、４１ｂの中点４１ｃの電位が２値化閾値とされる。２値化閾値は第一信号Ｓ３及び第二信号Ｓ４を２値化するための閾値として用いられる。
　第１コンパレータ４２は、信号ディテクタ３０の第３オペアンプ３６から第一信号Ｓ３を入力すると共に閾値生成部４１から２値化閾値を入力し、第一信号Ｓ３と２値化のための閾値（TH）である２値化閾値とを比較して第一信号Ｓ３を２値化した２値化信号を生成するものである。
　第２コンパレータ４３は、信号ディテクタ３０の第４オペアンプ３７から第二信号Ｓ４を入力すると共に閾値生成部４１から２値化閾値を入力し、第二信号Ｓ４と２値化閾値とを比較して第二信号Ｓ４を２値化するものである。尚、第一信号Ｓ３と第二信号Ｓ４の其々を２値化した二つの２値化信号を区別する場合には、第一信号Ｓ３を２値化した２値化信号を第一２値化信号とも言及し、第二信号Ｓ４を２値化した２値化信号を第二２値化信号とも言及する。以下、単に、「２値化信号」という場合は、第一信号Ｓ３を２値化した２値化信号（i.e.,第一２値信号）を意味する。
　第１コンパレータ４２及び第２コンパレータ４３は、それぞれヒステリシス特性を有している。本実施形態では、第一信号Ｓ３が２値化閾値よりも小さくなったときに２値化閾値が第１の値になり、第一信号Ｓ３が２値化閾値よりも大きくなったときに２値化閾値が第１の値よりも小さい第２の値になるように設定されている。つまり、第１コンパレータ４２及び第２コンパレータ４３は、第一信号Ｓ３に応じて２値化閾値を第１の値または第２の値に切り替える。これにより、ロータ１０の長山部１４に対応する第一信号Ｓ３にノイズ等が入ったとしても第一信号Ｓ３が２値化閾値を超えにくくなるので、ノイズ耐性が向上する。
　コントローラ４４は、第１コンパレータ４２から２値化信号を入力すると共に第２コンパレータ４３から２値化された第二信号Ｓ４を入力し、この２値化された第二信号Ｓ４に基づいて２値化信号の出力の許可または禁止を制御するように構成された制御回路である。コントローラ４４は、出力が許可された２値化信号を出力端子２３（Ｖｏｕｔ）を介して図示しない外部機器に出力する。尚、コントローラ４４は、通常のＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭを含みコンピュータとして提供されてもよい。この場合、ＣＰＵが、ＲＡＭ，ＲＯＭに記録されたプログラムを実行することでソフトウエアを利用して制御機能を実現してもよい。一方、コントローラ４４は、他のハードウエア部品を含み、制御機能の一部あるいは全部をそのハードウエアのみを利用して実現してもよい。
　以上が、本実施形態に係る回転検出装置２０の全体構成である。なお、回転検出装置２０は外部機器に接続される電源端子２４（Ｖｃｃ）及びグランド端子２５（ＧＮＤ）を備え、これらを介して外部機器から電源供給される構成となっている。
　次に、回転検出装置２０の作動について説明する。まず、ロータ１０が回転すると、図３に示されるように、信号ディテクタ３０とロータ１０の外周部１１とのギャップの変化に基づいて、信号ディテクタ３０では第一信号Ｓ３及び第二信号Ｓ４が取得される。
　第一信号Ｓ３は、ロータ１０の凹部１３の回転方向中心で２値化閾値を超えるような波形の信号となっている。一方、第二信号Ｓ４は、第一信号Ｓ３に対して位相差を持った波形、具体的にはロータ１０の凸部１２の回転方向中心で振幅が最大となる波形の信号となっている。
　そして、信号ディテクタ３０で取得された第一信号Ｓ３は、判定回路４０の第１コンパレータ４２において２値化閾値と比較される。第一信号Ｓ３の振幅が２値化閾値より大きい場合は例えばＬｏ、第一信号Ｓ３の振幅が２値化閾値より小さい場合は例えばＨｉの２値化信号が第１コンパレータ４２で生成され、コントローラ４４に出力される。
　ここで、本実施形態では、２値化信号のパルス幅はコントローラ４４によって所定の幅になるように制御される。これは、外部機器の要求に合わせた処理である。したがって、２値化信号のパルス幅は第一信号Ｓ３の振幅が２値化閾値よりも大きい期間よりも狭くなっている。もちろん、外部機器の要求が無ければ、このような処理をコントローラ４４に行わせなくても良い。
　また、信号ディテクタ３０で取得された第二信号Ｓ４は、判定回路４０の第２コンパレータ４３において２値化閾値と比較される。第二信号Ｓ４の振幅が２値化閾値より大きい場合は例えばＨｉ、第二信号Ｓ４の振幅が２値化閾値より小さい場合は例えばＬｏの信号が第２コンパレータ４３で生成され、コントローラ４４に出力される。
　上記のように、随時、ロータ１０の回転に伴って第一信号Ｓ３、第二信号Ｓ４、２値化信号、及び２値化された第二信号Ｓ４が生成され、２値化信号と２値化された第二信号Ｓ４が判定回路４０に入力される。これに伴い、判定回路４０では、２値化信号を出力信号として外部機器に出力するための処理が行われる。
　具体的には、判定回路４０の処理は以下のように行われる。まず、時点Ｔ１０では、第一信号Ｓ３の振幅が２値化閾値よりも小さいので、２値化信号はＨｉとなる。また、第二信号Ｓ４の振幅が２値化閾値よりも小さいので、２値化された第二信号Ｓ４はＬｏとなる。
　時点Ｔ１１では、第一信号Ｓ３の振幅が２値化閾値よりも大きくなるので、２値化信号はＬｏとなる。また、第一信号Ｓ３の振幅が２値化閾値を上回ったことに伴って、２値化閾値の値が小さくなる。つまり、２値化閾値が第２の値に切り替わる。なお、時点Ｔ１１は、ロータ１０の凹部１３の回転方向中心に対応している。
　ここで、通常、２値化信号のパルス幅は時点Ｔ１１から第一信号Ｓ３の振幅が２値化閾値を下回るまでの期間に相当する。本実施形態では、外部機器の要求に合わせて２値化信号のパルス幅が通常のパルス幅よりも狭くなるようにコントローラ４４によって２値化信号のパルス幅が制御されている。このため、Ｌｏの２値化信号は通常よりも早くＨｉに戻る。
　時点Ｔ１２では、第二信号Ｓ４の振幅が２値化閾値よりも大きくなるので、２値化された第二信号Ｓ４はＨｉとなる。第二信号Ｓ４がＬｏとなる時点Ｔ１０から時点Ｔ１２までの期間は、ロータ１０の凹部１３に対応している。この凹部１３に対応する期間を凹部期間４５とする。この凹部期間４５では２値化信号の出力が許可される。したがって、この凹部期間４５では２値化信号が出力信号としてコントローラ４４から外部機器に出力される。この後、第一信号Ｓ３の振幅が２値化閾値を下回ったことに伴って、２値化閾値の値が元の第１の値に戻る。
　時点Ｔ１３では、第二信号Ｓ４の振幅が２値化閾値よりも小さくなるので、２値化された第二信号Ｓ４はＬｏとなる。第二信号Ｓ４がＨｉとなる時点Ｔ１２から時点Ｔ１３までの期間は、ロータ１０の凸部１２に対応している。この凸部１２に対応する期間を凸部期間４６とする。この凸部期間４６では、凸部期間では２値化信号の出力が禁止される。したがって、凸部期間４６ではコントローラ４４から２値化信号は出力されない。
　時点Ｔ１４では、時点Ｔ１１の場合と同様に、第一信号Ｓ３の振幅が２値化閾値よりも大きくなるので、２値化信号はＬｏとなる。また、２値化閾値の値が第１の値よりも小さい第２の値に切り替わる。
　時点Ｔ１５では、時点Ｔ１２の場合と同様に、第二信号Ｓ４の振幅が２値化閾値よりも大きくなるので、２値化された第二信号Ｓ４はＨｉとなる。時点Ｔ１３から時点Ｔ１５までの期間は凹部期間４５に該当する。また、時点Ｔ１５から凸部期間４６が始まる。
　この後、ロータ１０の長山部１４が信号ディテクタ３０の上方を通過する。例えば長山部１４の表面に傷１５が付いていた場合、図３に示されるように、第一信号Ｓ３に傷１５に応じたノイズ成分が含まれる。このため、時点Ｔ１６では、第一信号Ｓ３の振幅が２値化閾値を下回り、２値化信号はＬｏとなる。しかしながら、時点Ｔ１６は凸部期間４６すなわち２値化信号の出力が禁止される期間に含まれるので、２値化信号はコントローラ４４から外部機器に対して出力されない。
　そして、ロータ１０の長山部１４が通過し終わると、時点Ｔ１７では、時点Ｔ１３の場合と同様に、第二信号Ｓ４の振幅が２値化閾値よりも小さくなるので、２値化された第二信号Ｓ４はＬｏとなる。時点Ｔ１５から時点Ｔ１７までの期間が凸部期間４６に該当する。
　この後の時点Ｔ１８、時点Ｔ１９、時点Ｔ２０、時点Ｔ２１、時点Ｔ２２は、上述の時点Ｔ１１、時点Ｔ１２、時点Ｔ１３、時点Ｔ１４、時点Ｔ１５と同じ動作となる。
　以上説明したように、本実施形態では、判定回路４０は、２値化信号を外部機器に出力するに際し、凹部期間４５では２値化信号の出力を許可する一方、凸部期間では２値化信号の出力を禁止することが特徴となっている。すなわち、生成された２値化信号はそのまま出力されることが通常であるが、本実施形態に係る判定回路４０では２値化信号の出力を禁止する出力停止期間が設けられている。このため、ロータ１０に付いた傷１５やノイズ等によって第一信号Ｓ３が２値化閾値を横切ったとしても、凸部期間４６では２値化信号の出力が禁止される。したがって、２値化信号の誤出力を防止することができる。
　また、本実施形態では、ロータ１０の長山部１４に対応した凸部期間４６での２値化信号の出力が禁止されている。したがって、傷１５が付きやすい長山部１４を有するロータ１０の回転あるいはその凹凸構造を検出する際には特に２値化信号の誤出力を防止することができる。
　さらに、２値化信号の誤出力を防止することができるので、ロータ１０と信号ディテクタ３０との距離すなわちエアギャップの制約が無くなる。したがって、ロータ１０に対する回転検出装置２０の搭載性を向上させることができる。
　（第２実施形態）
　本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、ロータ１０には２つの長山部１４が設けられている。このように、回転検出装置２０は、２つの長山部１４が設けられたロータ１０の回転あるいはその凹凸構造を検出することもできる。
　（他の実施形態）
　上記各実施形態で示された回転検出装置２０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本開示を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、信号ディテクタ３０に設けられる磁気抵抗素子対の数は上記各実施形態のように３つに限られない。第１磁気抵抗素子対３１と第３磁気抵抗素子対３３の２つの場合、第一信号Ｓ３をＡ－Ｃの微分値とし、第二信号Ｓ４をＡ－Ｃとすれば良い。同様に、磁気抵抗素子は５個設けられていても良い。この場合、各磁気抵抗素子対の中点電位をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとすると、第一信号Ｓ３を（Ａ－Ｃ）＋（Ｂ－Ｃ）－（Ｃ－Ｄ）－（Ｃ－Ｅ）とし、第二信号Ｓ４を（Ａ－Ｅ）または（Ｂ－Ｅ）とすれば良い。このように、磁気抵抗素子の数は適宜変更可能である。
　上記各実施形態では、コントローラ４４は、凸部期間４６では２値化信号の出力を禁止していたが、凸部期間４６では２値化信号の出力を許可し、凹部期間４５では２値化信号の出力を禁止するようにしても良い。
　上記各実施形態では、ロータ１０に１つまたは２つの長山部１４が設けられたものが示されているが、これはロータ１０の一例である。例えば、凸部１２の全てが長山部１４として形成されたものが測定対象になっていても良い。すなわち、凸部１２のうちのいずれかの回転方向の長さが他よりも長い長山部１４として構成されたロータ１０を測定対象としても良い。一方、凹部１３の回転方向における長さが凸部１２よりも長い長谷のロータ１０が測定対象になっていても良い。凹部１３が凸部１２よりも長いロータ１０を測定対象とする場合は、凹部期間４５での２値化信号の出力を禁止するようにすれば良い。
　上記各実施形態では、判定回路４０の各コンパレータ４２、４３はヒステリシス特性を有していたが、２値化閾値にヒステリシス特性を持たせない構成としても良い。
　上記各実施形態では、ロータ１０は内燃機関であるエンジンのクランク軸に固定されるものであったが、回転検出装置２０の適用は内燃機関に限られない。
　本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (5)

  1. 　複数の凸部（１２）と複数の凹部（１３）とが回転方向に各凸部と各凹部が交互に設けられた凹凸構造を有する歯車型のロータ（１０）の回転を検出する回転検出装置であって、
    　前記ロータ（１０）の回転に伴って抵抗値が変化する複数の磁気抵抗素子対（３１～３３）を有し、前記複数の磁気抵抗素子対（３１～３３）の抵抗値の変化に基づいて、前記ロータ（１０）の前記凸部（１２）及び前記凹部（１３）を含む前記凹凸構造に対応した波形の第一信号と、前記第一信号に対して位相差を持った波形の第二信号と、をそれぞれ生成する信号ディテクタ（３０）と、
    　前記第一信号及び前記第二信号を２値化するための２値化閾値を有し、前記信号ディテクタ（３０）から前記第一信号及び前記第二信号を入力し、前記第一信号と前記２値化閾値とを比較して前記第一信号を２値化した第一２値化信号を生成すると共に、前記第二信号と前記２値化閾値とを比較して前記第二信号を２値化した第二２値化信号を生成し、さらに、前記第二２値化信号のうち前記凹部（１３）に対応する凹部期間（４５）及び前記凸部（１２）に対応する凸部期間（４６）のうちのいずれか一方の期間である第一の期間では前記第一２値化信号の出力を許可し、他方の期間である第二の期間では前記第一２値化信号の出力を禁止する判定回路（４０）と、
    　を備えている回転検出装置。
  2. 　前記判定回路（４０）は、前記凸部期間（４６）では前記第一２値化信号の出力を許可する一方、前記凹部期間では前記第一２値化信号の出力を禁止する請求項１に記載の回転検出装置。
  3. 　前記判定回路（４０）は、前記凹部期間（４５）では前記第一２値化信号の出力を許可する一方、前記凸部期間では前記第一２値化信号の出力を禁止する請求項１に記載の回転検出装置。
  4. 　前記複数の磁気抵抗素子対は、ハーフブリッジ回路を構成する第１磁気抵抗素子対（３１）、第２磁気抵抗素子対（３２）、及び第３磁気抵抗素子対（３３）から構成され、前記ロータ（１０）の回転方向において前記第２磁気抵抗素子対（３２）が前記第１磁気抵抗素子対（３１）と前記第３磁気抵抗素子対（３３）との間に位置するように各々が配置されており、
    　前記第１磁気抵抗素子対（３１）の中点電位をＡ、第２磁気抵抗素子対（３２）の中点電位をＢ、第３磁気抵抗素子対（３３）の中点電位をＣと定義すると、
    　前記信号ディテクタ（３０）は、（Ａ－Ｂ）－（Ｂ－Ｃ）を前記第一信号として取得し、Ａ－Ｃを前記第二信号として取得する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の回転検出装置。
  5. 　前記ロータ（１０）は、前記凸部（１２）のうちのいずれかは、前記回転方向の長さが他よりも長い長山部（１４）として構成されたものである請求項１ないし４のいずれか１つに記載の回転検出装置。
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