JP2005156368A

JP2005156368A - 回転検出装置

Info

Publication number: JP2005156368A
Application number: JP2003395861A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yokoya; 昌広横谷; Izuru Shinjo; 出新條; Naoki Hiraoka; 直樹平岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-26
Also published as: KR100538871B1; KR20050050519A; JP3987826B2; DE102004026802A1; DE102004026802B4; US6870365B1

Abstract

【課題】信号処理回路部における比較回路の比較レベルのバラツキや、増幅回路の出力のバラツキに対する余裕度が増し安定かつ確実な動作を行うことができる回転検出装置を提供する。
【解決手段】６個の磁気抵抗セグメント４ａ〜４ｆは、ＩＣチップからなる信号処理回路部３に成膜により形成されており、磁性移動体１の所定の回転方向、例えば矢印Ｒで示す正回転の方向に沿って、この回転方向と直交する磁石２の中心線ＣＬに対し対称的に配置されている。このうち磁石２の中心線ＣＬに対し、ピッチ中心が互いに対称的に配置された一対の磁気抵抗セグメント４ａ，４ｂ及び４ｃ，４ｄにより、第１及び第２のブリッジ回路１１，２１が形成されると共に、磁石２の中心線ＣＬにピッチ中心を有する残り一対の磁気抵抗セグメント４ｅ，４ｆにより第３のブリッジ回路３１が形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁電変換素子を用いて回転方向を検知する回転検出装置に関するものである。

従来の磁電変換素子を用いた回転検出装置は、特許文献１に示されるように、磁界を変化させる形状を具備した磁性移動体と、磁性移動体と対向して配置され、磁性移動体の回転軸方向に着磁されている磁石と、４個の磁気抵抗セグメントが一体的に構成され磁性移動体の回転軸方向に所定の間隔をもって配置された処理回路部とを備えている。そして、移動体の回転方向に隣接した一対の磁気抵抗セグメントで第１のブリッジ回路を構成し、移動体の回転方向に隣接した他の一対の磁気抵抗セグメンで第２のブリッジ回路を構成している。

第１のブリッジ回路は定電圧が印加され、磁界の変化による磁気抵抗セグメントの抵抗値変化を電圧変化に変換する。前記電圧変換された信号は増幅回路にて増幅され、第１の比較回路に入力される。第１の比較回路により所定の電圧Ｖref１と比較された信号は出力回路によって最終出力に変換されると共に、Ｄフリップフロップ回路のＤ端子に入力される。第２のブリッジ回路２１も同様に定電圧が印加され、磁界の変化による磁気抵抗セグメントの抵抗値変化を電圧変化に変換する。前記電圧変換された信号は増幅回路にて増幅され、第２の比較回路に入力される。第２の比較回路により所定の電圧Ｖref２と比較された信号はＤフリップフロップ回路のＣＬ端子に入力される。Ｄフリップフロップ回路の出力信号は出力回路によって回転方向検知出力に変換される。

特開２００２-９０１８１号公報（段落００１８〜００２９及び図１〜３）

従来の回転検出装置は、上記のように構成されているため、信号処理回路部３において第1の比較回路の比較レベルＶref１、第２の比較回路の比較レベルＶref２にバラツキが生じた場合や、増幅回路出力にバラツキが生じた場合には、正確に回転方向検知ができないことがあるという問題があった。

この発明は、このような点に鑑み、磁性移動体の回転方向を検出するのに用いる２系統の信号の位相差を１／４周期とすることができ、信号処理回路部における比較回路の比較レベルのバラツキや、増幅回路の出力のバラツキに対する余裕度が増し安定かつ確実な動作を行うことができる回転検出装置を提供することを目的とする。

この発明は、被検出対象に結合された磁性移動体と、この磁性移動体に対向して配置された磁石と、前記磁性移動体の回転方向に沿って所定のピッチで配置された複数個のセグメントからなる磁電変換素子とを備え、前記磁性移動体の回転に伴う印加磁界強度の変化を前記磁電変換素子によって検出し、前記磁性移動体の回転方向を検知する回転検出装置において、前記磁電変換素子を、前記磁性移動体の所定の回転方向に沿って、前記磁性移動体の回転方向と直交する前記磁石の中心線に対し所定のピッチで対称的に配置された少なくとも６個のセグメントで構成し、このうち前記磁石の中心線に対し、ピッチ中心が互いに対称的に配置された少なくとも一対のセグメントを含み、前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第1及び第２のブリッジ回路を形成すると共に、前記磁石の中心線にピッチ中心を有する少なくとも一対のセグメントを含み、前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第３のブリッジ回路を形成し、これらのブリッジ回路出力の組合せに基づき前記磁性移動体の回転方向を検知するものである。

この発明によれば、磁性移動体の回転方向を検出するのに用いる２系統の信号の位相差を１／４周期とすることができ、比較回路の比較レベルにバラツキや、増幅回路出力のバラツキに対する余裕度を増し安定かつ確実な動作を行うことができる。

実施の形態１．
図１は実施の形態１の回転検出装置を示す構成図であり、図１（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は磁気抵抗セグメントのパターン図である。図２は信号処理回路部の回路構成図である。
この回転検出装置は、磁界を変化させる形状を具備した歯車状の磁性移動体１と、磁性移動体１と対向して配置され、磁性移動体の回転軸方向１ａに着磁されている磁石２と、磁性移動体１の回転方向に沿って所定のピッチで６個の磁気抵抗セグメント４ａ〜４ｆからなる磁電変換素子４を形成した信号処理回路部３とを備えている。

この６個の磁気抵抗セグメント４ａ〜４ｆは、ＩＣチップからなる信号処理回路部３に成膜により形成されており、磁性移動体１の所定の回転方向、例えば矢印Ｒで示す正回転の方向に沿って、この回転方向と直交する磁石２の中心線ＣＬに対し対称的に配置されている。また、これら６個のうち２個の磁気抵抗セグメント４ｂ，４ｃは磁石２の中心線ＣＬ上に櫛歯状に交差して形成されている。

そしてこのうち磁石２の中心線ＣＬに対し、ピッチ中心が互いに対称的に配置された一対の磁気抵抗セグメント４ａ，４ｂ及び４ｃ，４ｄにより、第１及び第２のブリッジ回路１１，２１が形成されると共に、磁石２の中心線ＣＬにピッチ中心を有する残り一対の磁気抵抗セグメント４ｅ，４ｆにより第３のブリッジ回路３１が形成されている。

さらに図２に示すように、磁気抵抗セグメント２ａ，２ｂで構成された第１のブリッジ回路１１は定電圧が印加され、磁界の変化による磁気抵抗セグメントの抵抗値変化が電圧変化に変換される。磁気抵抗セグメント２ｃ、２ｄで構成された第２のブリッジ回路２１も同様に定電圧が印加され、磁界の変化による磁気抵抗セグメントの抵抗値変化が電圧変化に変換される。電圧変換されたそれぞれの中点出力Ａ及びＢは増幅回路１２にて差動出力として増幅され比較回路１３に入力される。比較回路１３により所定の電圧Ｖref１と比較された信号の一方は、出力回路１４によって最終出力ＦＯに変換される。また、もう一方はＤフリップフロップ回路２４のＤ端子に入力される。なお、最終出力ＦＯはエンジン制御用のクランク角やカム角等の回転角検出に用いられる。

磁気抵抗セグメント４ｅ，４ｆで構成された第３のブリッジ回路３１も同様に定電圧が印加され、磁界の変化による磁気抵抗セグメントの抵抗値変化が電圧変化に変換される。電圧変換された中点出力は磁気抵抗セグメントまたは固定抵抗からなる分圧回路４１の出力Ｄとの差動出力として増幅回路２２から出力され、比較回路２３に入力される。比較回路２３により所定の電圧Ｖref２と比較された信号はＤフリップフロップ回路２４のＣＬ端子に入力される。Ｄフリップフロップ回路２４の出力信号は出力回路２５によって回転方向検知出力ＲＯに変換される。

図３及び図４は、通常状態における磁性移動体の正回転時及び逆回転時の信号処理回路部３の動作波形であり、それぞれ（ａ）は磁気抵抗セグメント４ａ〜４ｆの抵抗値、（ｂ）は第１及び第２ブリッジ回路のブリッジ中点出力Ａ及びＢ、（ｃ）は増幅回路１２，２２の出力ＯＰ１，ＯＰ２、（ｄ）は比較回路１３，２３の出力Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２、（ｅ）は出力回路２５の回転方向検知出力ＲＯ、（ｆ）は出力回路１４の最終出力ＦＯを示す。

また、図５及び図６は、それぞれ比較回路１３の比較レベルＶref１、比較回路２３の比較レベルＶref２にバラツキが生じた場合の磁性移動体１の正回転時及び逆回転時の信号処理回路部３の各部における動作波形であり、各図の（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ図３，図４の（ａ）〜（ｆ）に対応している。
これから分かるように、この実施形態では、Ｄフリップフロップ回路２４のＤ端子に入力される信号Ｖｏｕｔ１とＣＬ端子に入力される信号Ｖｏｕｔ２の位相差を１／４周期とすることができているため、比較回路１３，２３の比較レベルＶref１，Ｖref２にバラツキが生じた場合においても磁性移動体１の回転方向の検出が可能である。

図７は磁性移動体１の正回転時において、比較回路１３の比較レベルＶref１がバラツキを生じた場合の、従来例と実施形態１での最終出力のバラツキを比較して示すもので、（ａ）は従来例において比較回路１３の比較レベルＶref１のバラツキがない場合、（ｂ）は比較回路１３の比較レベルＶref１のバラツキがある場合であり、（ｃ）は実施形態１において比較回路１３の比較レベルＶref１のバラツキがない場合、（ｄ）は比較回路１３の比較レベルＶref１のバラツキがある場合それぞれ示している。この図からも分かるように実施形態１においては最終出力ＦＯのバラツキを小さくすることができる。

このようにこの実施形態１による回転検出装置は、磁性移動体１の回転方向を検出するために用いる２系統の信号の位相差を１／４周期とすることができ、信号処理回路部３における比較回路１３，２３の比較レベルＶref１，Ｖref２のバラツキや、増幅回路１２，２２の出力のバラツキに対する余裕度が増し安定かつ確実な動作を行うことができる。

なお、磁気抵抗セグメント４ａ〜４ｆにより構成される磁電変換素子４として、巨大磁気抵抗素子（以下ＧＭＲとする）を用いることができる。
ＧＭＲ素子は、数オングストロームから数十オングストロームの厚さの磁性層と非磁性層とを交互に積層させた積層体、いわゆる人工格子膜であり、（Ｆｅ／Ｃｒ）ｎ、（パーマロイ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ）ｎ、（Ｃｏ／Ｃｕ）ｎが知られており、これは従来の磁気抵抗素子（以下ＭＲ素子とする）と比較して格段に大きなＭＲ効果（ＭＲ変化率）を有するとともに、隣り合った磁性層の磁化の向きの相対角度にのみ依存するので、外部磁界の向きが電流に対してどのような角度差をもっていても同じ抵抗値変化が得られる面内感磁の素子である。（ｎは積層数）但し、磁気抵抗パターンの幅を狭くすることで異方性をつけることができる素子でもある。また印加磁界の変化による抵抗値変化にヒステリシスが存在するとともに、温度特性、特に温度係数が大きいという特徴を備えた素子である。図８にＧＭＲ素子のＭＲループ特性を示す。
このように、磁電変換素子にＧＭＲ素子を用いることにより、ＳＮ比を向上することができノイズ耐量をＵＰできる。
実施の形態２．

図９は、この発明に適用し得る他の磁気回路構成の例を示すもので、磁性移動体１と対向して、着磁方向が磁性移動体１の回転軸方向１ａと直交する方向になるように磁石２を配置し、この磁石２と磁性移動体１との間に、６個の磁気抵抗セグメント４ａ〜４ｆからなる磁電変換素子４を磁石２の着磁方向と直交するように配置したものである。なお、磁気抵抗セグメント４ａ〜４ｆのパターンは実施形態１の場合と同様でよい。
この実施形態２によっても実施形態１と同様の効果が得られる。
実施の形態３．

図１０は、この発明に適用し得る磁気抵抗セグメントの他のパターン例を示すもので、
磁電変換素子４は所定のピッチで形成された６個の磁気抵抗セグメント４ａ〜４ｆで構成され、これらの磁気抵抗セグメントのうち、磁性移動体１の所定の回転方向に沿って第１番目及び第３番目で第１のブリッジ回路１１を形成し、第４番目及び第６番目で第２のブリッジ回路２１を形成すると共に、第２番目及び第５番目で第３のブリッジ回路３１を形成するようにしたものである。このようにしても実施形態１と同様の効果が得られる。
実施の形態４．

図１１は、この発明に適用し得る磁気抵抗セグメントの他のパターン例を示すもので、
磁電変換素子４は所定のピッチで形成された６個の磁気抵抗セグメント４ａ〜４ｆで構成され、これらの磁気抵抗セグメントのうち、磁性移動体１の所定の回転方向に沿って第１番目及び第４番目で第１のブリッジ回路１１を形成し、第３番目及び第６番目で第２のブリッジ回路２１を形成すると共に、第２番目及び第５番目で第３のブリッジ回路３１を形成するようにしたものである。このようにしても実施形態１と同様の効果が得られる。

この発明による回転検出装置は、エンジン制御用を含む各種の用途に利用可能である。

この発明の実施の形態１における磁気回路構成を示す図である。実施の形態１における信号処理回路部の回路構成図である。実施の形態１による、通常状態における正回転時の信号波形図である。実施の形態１による、通常状態における逆回転時の信号波形図である。実施の形態１において比較レベルにバラツキが生じた場合の正回転時の信号波形図である。実施の形態１において比較レベルにバラツキが生じた場合の逆回転時の信号波形図である。従来とこの発明の実施の形態１による場合とを対比して示す信号波形図である。ＧＭＲ素子のＭＲループ特性図である。この発明の実施の形態２における磁気回路構成を示す図である。実施の形態３における磁気抵抗セグメントのパターンを示す平面図である。実施の形態４における磁気抵抗セグメントのパターンを示す平面図である。

符号の説明

１磁性移動体
２磁石
３信号回路部
４磁電変換素子
４ａ〜４ｆ磁気抵抗セグメント
１１第１のブリッジ回路
２１第２のブリッジ回路
３１第３のブリッジ回路
１２，２２増幅回路
１３，２３比較回路
１４，２５出力回路
２４Ｄフリップフロップ回路
Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２比較レベル

Claims

被検出対象に結合された磁性移動体と、この磁性移動体に対向して配置された磁石と、前記磁性移動体の回転方向に沿って所定のピッチで配置された複数個のセグメントからなる磁電変換素子とを備え、前記磁性移動体の回転に伴う印加磁界強度の変化を前記磁電変換素子によって検出し、前記磁性移動体の回転方向を検知する回転検出装置において、
前記磁電変換素子を、前記磁性移動体の所定の回転方向に沿って、前記磁性移動体の回転方向と直交する前記磁石の中心線に対し所定のピッチで対称的に配置された少なくとも６個のセグメントで構成し、
このうち前記磁石の中心線に対し、ピッチ中心が互いに対称的に配置された少なくとも一対のセグメントを含み、前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第1及び第２のブリッジ回路を形成すると共に、
前記磁石の中心線にピッチ中心を有する少なくとも一対のセグメントを含み、前記磁性移動体の回転に伴う出力を発生する第３のブリッジ回路を形成し、
これらのブリッジ回路出力の組合せに基づき前記磁性移動体の回転方向を検知する
ことを特徴とする回転検出装置。
前記第１及び第２のブリッジ回路の差動出力と第３のブリッジ回路の出力に基づき１／４周期の位相差を有する２つの信号を生成し、これらの信号を所定の比較レベルで比較して矩形波信号に変換する信号処理回路部を備えたことを特徴とする請求項１記載の回転検出装置。
前記磁電変換素子としてＧＭＲ素子を用いることを特徴とする請求項１または２記載の回転検出装置。
前記磁電変換素子は６個の磁気抵抗セグメントで構成され、そのうちの２個は前記磁石の中心線上に櫛歯状に交差して形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転検出装置。
前記磁電変換素子は所定のピッチで形成された６個の磁気抵抗セグメントで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転検出装置。
前記６個の磁気抵抗セグメントのうち、前記磁性移動体の所定の回転方向に沿って第１番目及び第３番目で前記第１のブリッジ回路を形成し、第４番目及び第６番目で前記第２のブリッジ回路を形成すると共に、第２番目及び第５番目で前記第３のブリッジ回路を形成することを特徴とする請求項４または５記載の回転検出装置。
前記６個の磁気抵抗セグメントのうち、前記磁性移動体の所定の回転方向に沿って第１番目及び第４番目で前記第１のブリッジ回路を形成し、第３番目及び第６番目で前記第２のブリッジ回路を形成すると共に、第２番目及び第５番目で前記第３のブリッジ回路を形成することを特徴とする請求項４または５記載の回転検出装置。
前記磁石を着磁方向が前記磁性移動体の回転方向と直交する方向に配置すると共に、前記磁石と前記磁性移動体との間に前記磁気抵抗セグメントが前記磁石の着磁方向と直交するように前記磁電変換素子を配置したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の回転検出装置。