JP2011117731A - 磁気検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性移動体の移動方向を遅れなく正確に検出できる磁気検出装置を得る。
【解決手段】磁界強度を検出する磁電変換素子の出力信号ａ、ｂと閾値ｃ、ｄとの比較により矩形波の信号ｅ、ｆを出力する比較回路２１、２２と、この比較回路の出力を用いて
、磁性移動体の移動位置と移動方向を検出する信号処理部とを有する信号処理回路を備えた磁気検出装置において、信号処理回路の出力ｉは、磁性移動体の移動方向によりハイレベルもしくはローレベルである時間幅が期間ｔ１もしくは期間ｔ２に固定され、期間ｔ１もしくは期間ｔ２の時間内に磁性移動体の移動方向が切り替わった場合に、信号処理回路は、比較回路の閾値がヒステリシスを有することにより、磁性移動体の移動方向が切り替わる直前の磁性移動体の位置を示す位置信号と同一の位置信号を出力するようにした。
【選択図】図３

Description

この発明は、磁性移動体による磁界強度を検出する磁気検出装置に関し、例えば回転体の回転数や回転角度を検出する磁気検出装置であって、特に、磁性移動体の移動方向を検出することのできる磁気検出装置に関するものである。

磁性移動体による磁界強度を検出する磁気検出装置において、磁性移動体の移動方向を検出する方式は、磁気検出センサが出力する信号によって幾つかの従来技術がある。センサ出力信号がデジタル信号（矩形波）である場合、磁性移動体の移動方向の検出には、センサ出力信号を電位変調する方式と時間変調する方式とがある。
センサ出力信号を電位変調する方式の従来技術の一つは、特許第３５８８０４４号に開示されている。この方式は、バイアス磁界を発生する磁石と、磁性移動体に対向しその移動方向に並べて配置された第１、第２磁気抵抗効果素子体とそれぞれの出力回路を内蔵した磁気検出センサが、磁性移動体の移動に応じる磁界変化を検出して、その移動方向により出力信号のハイレベルとローレベルの少なくとも何れかを異なる電位とし、コンピュータユニットはセンサ出力信号の電位を計測することによって移動方向を検出する。

一方、センサ出力信号を時間変調する方式は、磁性移動体の移動方向により磁気検出センサの出力タイミング（時間）が異なり、例えば移動方向が正方向の時は、信号の時間幅をa、移動方向が逆方向の時は、信号の時間幅をb（≠a）とすると、コンピュータユニットはセンサ出力信号の時間幅を計測することによって移動方向を検出する。
この発明は、このセンサ出力信号を時間変調する方式に関するもので、この方式での従来技術は、例えば、実開昭５７−１４８５８号公報や特開２００１−８８６３２号公報に開示されている。

実開昭５７−１４８５８号公報 特開２００１−８８６３２号公報

まず、従来の磁気検出装置について図１５〜図１８を参照しながら説明する。
図１８は従来の磁気検出装置の磁気回路構成図であり、図１８（ａ）は斜面図、図１８（ｂ）は正面図である。図１８において、磁電変換素子１ａ、１ｂとモノリシックに構成した信号処理回路チップ２の下面にバイアス磁界を発生する磁石３を配置する。これを磁性移動体４に対向し近接させ、磁電変換素子１ａ、１ｂは、磁石３が発生する磁界が磁性移動体４の近接及びその移動によって形成する磁界分布を検出し、電気抵抗及びその変化として出力する。磁電変換素子１ａ、１ｂは磁性移動体４の移動方向の検出のために、移動に伴って時間ずれのある、即ち位相差のある電気抵抗変化を生じる必要があり、例えば磁性移動体４の移動方向に並べて配置する。

図１５は磁気検出装置の信号処理回路である。磁電変換素子１ａ、１ｂは、それぞれにブリッジ回路１０ａ、１０ｂを構成し、磁性移動体４の移動によって磁電変換素子１ａ、１ｂの電気抵抗が変化すると、電圧変化としてブリッジ信号ａ、ｂが得られる。ブリッジ信号ａ、ｂは比較回路１１、１２で閾値ｃ、ｄと比較され、矩形波信号ｅ、ｆに変換される。矩形波信号ｅ、ｆは移動方向判定回路１３に入力され移動方向信号ｇが得られる。移動方向信号ｇは矩形波信号ｆと伴に出力信号生成回路１４に入力、処理され、その出力としてセンサ出力信号ｉが得られる。

図１６は磁気検出装置の動作波形である。図中、ａ、ｂは磁電変換素子１ａ、１ｂのブリッジ信号を、ｃ、ｄは各ブリッジ信号の閾値を、ｅ、ｆ、ｇ、ｉは、信号処理回路の各部の信号を示しており、波形は磁性移動体の移動方向が正方向から逆方向へ切り替わった一例を示している。ブリッジ信号ａ、ｂを変換した矩形波信号ｅ、ｆには位相差があり、その組合せは磁性移動体の移動方向によって異なるため、移動方向信号ｇは磁性移動体の移動方向が正方向時はローレベル、逆方向時はハイレベルとなる。センサ出力信号ｉの位置信号であるハイレベルからローレベルへの切り替わりタイミングは、矩形波信号ｆと同期して磁性移動体の移動方向に応じて、ローレベルの時間が正方向の場合は期間ｔ１、逆方向の場合は期間ｔ２と時間変調がかけられる。

図１７は、磁電変換素子１ｂのブリッジ信号ｂと閾値ｄ、信号処理回路各部の信号ｅ、ｆ、ｇ、及びセンサ出力信号ｉを示しており（ブリッジ信号ａ及び閾値ｃは省略）、波形は磁性移動体の移動方向が逆方向から正方向へ切り替わった一例を示している。
磁性移動体が移動すると磁性移動体の突起(1)、(2)に応じてブリッジ信号ｂが変化し、時刻Ａでブリッジ信号ｂと閾値ｄが交差し、矩形波信号ｆはローレベルからハイレベルに切り変わり、センサ出力信号ｉはハイレベルからローレベルへ切り替わる。
その後センサ出力信号ｉは期間ｔ２経過後、時刻Ｃでハイレベルへ戻る。

センサ出力信号ｉがローレベルとなっている時刻Ｂにおいて、ブリッジ信号ｂは閾値ｄと再度交差し、矩形波信号ｆはハイレベルからローレベルへ切り替わる。センサ出力信号ｉは期間ｔ２内であるため信号処理回路の信号ｆに同期した位置信号を出力できない。
コンピュータユニットはセンサ出力信号ｉのローレベルの時間幅を測定し移動方向を判別する。時刻Ａでセンサ出力信号ｉがハイレベルからローレベルへ切り替わったことにより磁性移動体の位置を検出し、時刻Ｃでセンサ出力信号ｉのローレベルである時間幅が期間ｔ２であることから磁性移動体の移動方向が逆方向で、位置が突起(1)であると判断する
。その後、時刻Ｄでセンサ出力信号ｉが再びハイレベルからローレベルへ切り替わったことを検出し、時刻Ｅでセンサ出力信号ｉがローレベルである時間幅が期間ｔ１であることから、時刻Ｄのセンサ出力信号ｉを磁性移動体の移動方向が正方向で位置が突起(1)と判
断する。よって磁性移動体の移動方向が切り替わった後の突起(1)の検出が遅れる。

前記検出遅れは、移動方向における正方向・逆方向の繰り返し動作時には累積する恐れがあり、移動方向の検出によって移動位置を正確に検出することを必要とした利用には適さない。

この発明は、上記のような従来装置における課題を解決するためになされたもので、センサ出力信号のハイレベルもしくはローレベルの時間幅ｔ１もしくはｔ２の期間内に磁性移動体の移動方向が切り替わった場合でも、磁性移動体の移動方向を遅れなく正確に検出することのできる磁気検出装置を提供することを目的とする。

この発明に係る磁気検出装置は、磁界強度を検出する磁電変換素子と、閾値を有し、この閾値と前記磁電変換素子の出力信号との比較により矩形波の信号を出力する比較回路と、この比較回路の出力信号を用いて、前記磁電変換素子に印加される磁界に変化を与える磁性移動体の移動位置と移動方向を検出してセンサ出力信号を出力する信号処理部とを有する信号処理回路を備えた磁気検出装置において、前記信号処理回路の出力は、ハイレベルからローレベルもしくはローレベルからハイレベルへの切り替わりが前記磁性移動体の位置に対応する位置信号であり、ハイレベルもしくはローレベルである時間幅が前記磁性移動体の移動方向に対応するものであって、前記磁性移動体の移動方向によりハイレベルもしくはローレベルである時間幅が期間ｔ１もしくは期間ｔ２に固定されており、前記期間ｔ１もしくは期間ｔ２の時間内に前記磁性移動体の移動方向が切り替わった場合に、前記信号処理回路は、前記比較回路の閾値がヒステリシスを有することにより、前記磁性移動体の移動方向が切り替わる直前の前記磁性移動体の位置を示す位置信号と同一の位置信号を出力し、前記磁性移動体の移動方向の切り替わりによる前記磁性移動体の位置と前記信号処理回路の位置信号にずれが生じないようにしたものである。

この発明の磁気検出装置によれば、センサ出力信号のハイレベルもしくはローレベルの時間幅ｔ１もしくはｔ２の期間内に磁性移動体の移動方向が切り替わった場合でも、磁性移動体の移動方向を遅れなく正確に検出することができ、コンピュータユニットは磁性移動体の位置を正確に検出可能となる。

上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

この発明の実施の形態1の磁気検出装置における磁気回路構成図である。 この発明の実施の形態1における磁気回路構成の他の一例を示す図である。 この発明の実施の形態1の磁気検出装置における信号処理回路図である。 この発明の実施の形態1の磁気検出装置の動作波形図である。 図４におけるブリッジ信号ｂと閾値ｄとの交点付近の拡大図である。 この発明の実施の形態1の磁気検出装置におけるブリッジ信号ｂと閾値ｄの動作波形の具体例を示す図である。 この発明の実施の形態２の磁気検出装置におけるブリッジ信号ｂと閾値ｄの関係を示す動作波形の拡大図である。 この発明の実施の形態３の磁気検出装置における信号処理回路図である。 この発明の実施の形態３の磁気検出装置の動作波形図である。 この発明の実施の形態４の磁気検出装置における信号処理回路図である。 この発明の実施の形態４の磁気検出装置の動作波形図である。 この発明の実施の形態５の磁気検出装置における信号処理回路図である。 この発明の実施の形態５の磁気検出装置の動作波形図である。 この発明の実施の形態５の磁気検出装置における動作波形の具体例を示す図である。 従来の磁気検出装置の信号処理回路図である。 従来の磁気検出装置の動作波形図である。 従来の磁気検出装置の動作波形図である。 従来の磁気検出装置の磁気回路構成図である。 この発明の実施の形態1の磁気検出装置における磁性移動体が正方向から逆方向へ切り替わった場合の動作波形図である。

図１はこの発明の実施の形態１の磁気検出装置における磁気回路構成図であり、図１（ａ）は斜面図、図１（ｂ）は正面図である。
図1に示すように、実施の形態１の磁気検出装置は、磁電変換素子１ａ、１ｂとモノリシックに構成した信号処理回路チップ２の下面に、バイアス磁界を発生する磁石３を配置する。これを磁性移動体４に対向して近接させ、磁電変換素子１ａ、１ｂは、磁石３が発生する磁界が磁性移動体４の近接及びその移動によって形成する磁界分布を検出し、電気抵抗及びその変化として出力する。磁電変換素子１ａ、１ｂは磁性移動体４の移動方向の検出のために、移動に伴って時間ずれのある、即ち位相差のある電気抵抗変化を生じる必要があり、例えば磁性移動体４の移動方向に並べて配置する。
なお、この発明の磁気検出装置における磁気回路は、磁電変換素子１ａ、１ｂが磁性移動体４の近接及びその移動によって形成する磁界分布を検出できる構成であればよく、例えば、図２に示すように、磁性移動体４があるピッチで配置された磁石の集合体でもよい。この場合は磁石３は必ずしも必要ではない。

図３は実施の形態１の磁気検出装置における信号処理回路である。
図３に示すように、磁電変換素子１ａ、１ｂはそれぞれにブリッジ回路１０ａ、１０ｂを構成し、磁性移動体４の移動によって磁電変換素子１ａ、１ｂの電気抵抗が変化すると、電圧変化としてブリッジ信号ａ、ｂが得られる。ブリッジ信号ａ、ｂは、比較回路２１、２２で閾値ｃ、ｄと比較され、矩形波信号ｅ、ｆに変換される。矩形波信号ｅ、ｆは信号処理部である移動方向判定回路２３に入力され、移動方向信号ｇが得られる。移動方向信号ｇは矩形波信号ｆと伴に同じく信号処理部である出力信号生成回路２４に入力、処理され、その出力としてセンサ出力信号ｉが出力される。

図４は実施の形態１の動作波形図である。図中の各波形は、ブリッジ信号ｂと比較回路の閾値ｄ、信号処理回路各部の信号ｅ、ｆ、ｇおよびセンサ出力信号ｉを示しており（ブリッジ信号ａ及び閾値ｃは省略）、波形は磁性移動体４の移動方向が逆方向から正方向へ切り替わった一例を示している。
ここで、閾値ｄは後述のようにヒステリシスｈを備えている。また、ブリッジ信号ａ、ｂを変換した矩形波信号ｅ、ｆには位相差があり、その組合せは磁性移動体４の移動方向によって異なるため、磁性移動体４の移動方向の判別ができ、移動方向信号ｇは移動方向が正方向時はローレベル、逆方向時はハイレベルとなる。
センサ出力信号ｉは矩形波信号ｆと同期して、移動方向に応じローレベルの時間が正方向の場合は期間ｔ１＝４５μｓｅｃ、逆方向の場合は期間ｔ２＝９０μｓｅｃと時間変調がかけられる。

図５は図４におけるブリッジ信号ｂと閾値ｄとの交点付近の拡大図を示している。
ブリッジ信号ｂと閾値ｄが交差する（時刻Ｆ）と、矩形波信号ｆがローレベルからハイレベルへ変化し、同時に閾値ｄはヒステリシスｈだけ変化する。閾値ｄがヒステリシスｈだけ変化すると、ブリッジ信号ｂと閾値ｄが交差した時刻Ｆから次にブリッジ信号ｂと閾値ｄが交差する（時刻Ｈ）までに、時間ｔだけ遅れが生じる。

ここで、時刻Ｆにおいて磁性移動体の移動方向が切り替わった後のブリッジ信号ｂの変化Ｓ(t)がある定数ａを用いて、ａ×ｔと近似できる場合、図４における閾値ｄのヒステリシスｈの値を、
h2＞t22/（a2-1）
を満足するように設定する。

これにより、矩形波信号ｆはセンサ出力信号ｉがローレベルである期間ｔ２よりも遅れてハイレベルからローレベルへ切り替わるため、磁性移動体４の位置を示すセンサ出力信号ｉのハイレベルからローレベルへ切り替わるタイミング（位置信号）が矩形波信号ｆと同期して出力できるため、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れを生じることがなく、コンピュータユニットは、磁性移動体の移動方向が期間ｔ２内で切り替わった場合にも、磁性移動体の位置の正確な検出が可能となるものである。

図６は、一例として、自動車のエンジンのピストン位置を検出するための、クランクシャフトに取り付けられた円形のプレートの回転検出装置の場合で、磁性移動体として直径１５０ｍｍ、厚み２．６ｍｍ、突起数６０、突起幅２．５ｍｍの鉄製のプレートを用いた場合のブリッジ信号ｂと閾値ｄを示している。
磁性移動体の移動方向が切り替わった後のブリッジ信号ｂの変化をａ＝２．８×１０³としＳ(t)を（２．８×１０³）×ｔと近似し、ヒステリシスｈの値を３０ｍＶと設定する。図４においては、これにより
h2＞t22/（a2-1）
を満足し、矩形波信号ｆはセンサ出力信号ｉがローレベルである期間ｔ２＝９０μｓｅｃよりも遅れて９５μｓｅｃ後にハイレベルからローレベルへ切り替わり、磁性移動体の位置を示すセンサ出力信号ｉのハイレベルからローレベルへ切り替わるタイミング（位置信号）が矩形波信号ｆと同期して出力できるため、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れを生じることがない。

コンピュータユニットは時刻Ｆでセンサ出力信号ｉがハイレベルからローレベルへ切り替わったことにより磁性移動体の位置を検出し、時刻Ｇでセンサ出力信号ｉのローレベルである時間幅が期間ｔ２であることから磁性移動体の移動方向が逆方向で、磁性移動体の位置が突起(1)であることを判断する。その後、時刻Ｈでセンサ出力信号ｉが再びハイレ
ベルからローレベルへ切り替わったことを検出し、時刻Ｉでセンサ出力信号ｉがローレベルである時間幅が期間ｔ１であることから、時刻Ｈのセンサ出力信号ｉを磁性移動体の移動方向が正方向で位置が突起(1)であると判断することができ、磁性移動体４の移動方向
がセンサ出力信号ｉがローレベルである期間ｔ１もしくは期間ｔ２の期間内に磁性移動体の移動方向が切り替わった場合にも、磁性移動体４の位置の正確な検出を可能とするものである。

なお、実施の形態１において、磁性移動体の移動方向の検出は、磁性移動体４が逆方向から正方向に切り替わった場合に限定されるものではなく、磁性移動体が正方向から逆方向へ切り替わった場合であってもよい。

図１９は磁性移動体が正方向から逆方向へ切り替わった場合の動作波形図である。
図中の各波形は、ブリッジ信号ｂと閾値ｄ、信号処理回路各部の信号ｅ、ｆ、ｇおよびセンサ出力信号ｉを示しており（ブリッジ信号ａ及び閾値ｃは省略）、波形は磁性移動体の移動方向が正方向から逆方向へ切り替わった一例を示している。この場合において、磁性移動体の移動方向が切り替わった後のブリッジ信号ｂの変化Ｓ(t)がある定数ａを用いてａ×ｔと近似できる場合、ヒステリシスによる時間遅れｔが
h2＞t12/（a2-1）
を満たすように設定され、センサ出力信号ｉが矩形波信号ｆと同期して出力できるため、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れを生じることがない。

上述した実施の形態１の磁気検出装置を、例えばエンジンのクランク軸に取り付けられたプレートの回転角度を検出する検出装置として利用する場合、クランク軸に取り付けられたプレートには規則的に突起が設けられるため、ブリッジ信号ｂは正弦波に近い波形となる。このとき、ブリッジ信号ｂの振幅中心の傾きが最も大きくなるため、閾値ｄをブリッジ信号ｂの振幅中心に設定するとプレートの突起位置とセンサ出力信号の位置信号とのズレが小さくなる。

また、前記実施の形態１のようなヒステリシスの設定は、特にアイドリングストップシステムを搭載したエンジンのクランク軸の回転角度を検出する検出装置のように、磁性移動体の位置に対する磁気検出センサの出力信号のズレ（位置精度）が、磁性移動体の移動方向が正方向である場合に対し、磁性移動体の移動方向が逆方向の場合には正方向ほど位置精度を必要としない用途に適している。

なお、図６の実施の形態１において、ヒステリシスｈをブリッジ信号ｂのノイズ幅よりも充分大きい１０ｍＶと設定すると、ヒステリシスｈによる時間遅れは７０μｓｅｃとなり、センサ出力信号ｉが矩形波信号ｆと同期した位置信号を出力できないため、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れが生じる可能性がある。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２の磁気検出装置の動作波形の拡大図である。
なお、この実施の形態２の磁気検出装置における信号処理回路の構成、および動作波形図は、実施の形態１で説明した図３、図４と同様であるので、説明は省略する。

図７は図４におけるブリッジ信号ｂと閾値ｄとの交点付近の拡大図を示している。
ブリッジ信号ｂと閾値ｄが交差する（時刻Ｆ）と、矩形波信号ｆがローレベルからハイレベルへ変化し、同時に閾値ｄはヒステリシスｈだけ変化する。閾値ｄがヒステリシスｈだけ変化すると、ブリッジ信号ｂと閾値ｄが交差した時刻Ｆから次にブリッジ信号ｂと閾値ｄが交差する（時刻Ｈ）までに時間ｔだけ遅れが生じる。

ここで、実施の形態２の磁気検出装置においては、（図４において）前記閾値ｄのヒステリシスｈの値を
ｔ＞ｔ２
を満足するように設定する。
これにより矩形波信号ｆはセンサ出力信号ｉがローレベルである期間ｔ２よりも遅れてハイレベルからローレベルへ切り替わり、実施の形態１と同様に、図４におけるセンサ出力信号ｉが矩形波信号ｆと同期して出力できるため、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れを生じることがなく、コンピュータユニットは磁性移動体の移動方向が切り替わった場合にも、磁性移動体の位置の正確な検出が可能となるものである。

また、磁性移動体の移動方向が正方向から逆方向へ切り替わった場合にも、磁性移動体の移動方向の検出遅れが生じないためには、閾値のヒステリシスｈによる遅れ時間ｔを、センサ出力信号ｉがローレベルである期間ｔ１もしくは期間ｔ２に対して
ｔ＞ｔ１（但し、ｔ１＞ｔ２）
もしくは
ｔ＞ｔ２（但し、ｔ１＜ｔ２）
を満足するように設定すればよく、これによって、矩形波信号ｆはセンサ出力信号ｉがローレベルである期間ｔ１もしくは期間ｔ２よりも遅れてハイレベルからローレベルへ切り替わり、磁性移動体の位置を示すセンサ出力信号ｉのハイレベルからローレベルへ切り替わるタイミング（位置信号）が矩形波信号ｆと同期して出力できるため、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れを生じることがない。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３の磁気検出装置における信号処理回路を示すものである。図８において、磁電変換素子１ａ、１ｂはそれぞれにブリッジ回路１０ａ、１０ｂを構成し、磁性移動体４の移動によって磁電変換素子１ａ、１ｂの電気抵抗が変化すると、電圧変化としてブリッジ信号ａ、ｂが得られる。ブリッジ信号ａは比較回路３１で閾値ｃと比較され矩形波信号ｅに変換される。ブリッジ信号ｂは比較回路３２でそれぞれ異なるヒステリシスｈ３０、ｈ３１（ｈ３０＜ｈ３１）を有する閾値ｄ３０、ｄ３１と比較され、矩形波信号ｆ３０、ｆ３１に変換される。
ブリッジ信号ｂを変換した矩形波信号ｆ３０、ｆ３１は、ハイレベルからローレベルへ変化するまでのヒステリシスによる遅れ時間ｔ３０、ｔ３１が異なる。矩形波信号ｆ３０、ｆ３１は矩形波選択回路３３に入力され、矩形波信号ｆ３０、ｆ３１のいずれかを矩形波信号ｇ３０として出力する。矩形波信号ｅ、ｇ３０は信号処理部である移動方向判定回路３４に入力され、移動方向信号ｉ３０が得られる。移動方向信号ｉ３０は矩形波信号ｇ３０と伴に出力信号生成回路３５に入力、処理され、その出力としてセンサ出力信号ｊ３０を出力する。

図９はこの実施の形態３の動作波形図である。図中の各波形は、磁電変換素子１ｂのブリッジ信号ｂ、ヒステリシスｈ３０、ｈ３１を有する比較回路の閾値ｄ３０、ｄ３１、および信号処理回路の各部の信号ｅ、ｆ３０、ｆ３１、ｇ３０、ｉ３０、およびセンサ出力信号ｊ３０を示しており（ブリッジ信号ａ及び閾値ｃは省略）、波形は磁性移動体４の移動方向が逆方向から正方向へ切り替わった一例を示している。移動方向判定回路３４に入力されたブリッジ信号ａを変換した矩形波信号ｅと矩形波選択回路３３の出力ｇ３０には位相差があり、その組合せは磁性移動体の移動方向によって異なるため、磁性移動体の移動方向の判別ができ、移動方向信号ｉ３０は磁性移動体の移動方向が正方向時はローレベル、逆方向時はハイレベルとなる。センサ出力信号ｊ３０の位置信号は矩形波信号ｇ３０と同期して移動方向に応じローレベルの時間が正方向の場合は期間ｔ１、逆方向の場合は期間ｔ２と時間変調がかけられる。

矩形波選択回路３３は入力された矩形波信号ｆ３０、ｆ３１のヒステリシスによる遅れ時間ｔ３０、ｔ３１を測定し、センサ出力信号ｊ３０がローレベルである期間ｔ１、ｔ２に対して
ｔ３０＞ｔ２（但し、ｔ２＞ｔ１）
もしくは
ｔ３０＞ｔ１（但し、ｔ２＜ｔ１）
を満足すれば、矩形波選択回路３３は出力信号ｇ３０として矩形波信号ｆ３０を出力し、
ｔ３１＞ｔ２＞ｔ３０（但し、ｔ２＞ｔ１）
もしくは
ｔ３１＞ｔ１＞ｔ３０（但し、ｔ２＜ｔ１）
である場合には、矩形波選択回路３３は出力信号ｇ３０として矩形波信号ｆ３１を出力する。

図９は矩形波選択回路３３の出力ｇ３０として矩形波信号ｆ３１を出力した場合を示している。これにより、出力信号生成回路３５に入力される矩形波選択回路３３の出力信号ｇ３０は、センサ出力信号ｊ３０がローレベルとなる期間ｔ１もしくは期間ｔ２より後にハイレベルからローレベルへ切り替わるため、センサ出力信号ｊ３０が矩形波選択回路３３の出力信号ｇ３０と同期した位置信号を出力でき、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れを生じることがなく、コンピュータユニットは磁性移動体の移動方向が切り替わった場合にも、磁性移動体の位置の正確な検出が可能となるものである。

なお、前記実施の形態３において、信号処理回路は、ブリッジ信号ｂを矩形波信号に変換する比較回路は２つに限定するものではなく、３つ以上備えていてもよい。

実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４における磁気検出装置の信号処理回路を示すものである。図１０において、磁電変換素子１ａ、１ｂはそれぞれにブリッジ回路１０ａ、１０ｂを構成し、磁性移動体４の移動によって磁電変換素子１ａ、１ｂの電気抵抗が変化すると、電圧変化としてブリッジ信号ａ、ｂが得られる。ブリッジ信号ａ、ｂは比較回路４１、４２で閾値ｃ、ｄと比較され矩形波信号ｅ、ｆに変換される。ブリッジ信号ｂ、矩形波信号ｆはヒステリシス調整回路４３に入力され、閾値ｄのヒステリシスｈを調整する。
矩形波信号ｅ、ｆは信号処理部である移動方向判定回路４４に入力され、移動方向信号ｇが得られる。移動方向信号ｇは矩形波信号ｆと伴に出力信号生成回路４５に入力、処理され、その出力としてセンサ出力信号ｉを出力する。

図１１は実施の形態４の動作波形図である。図中の各波形は、磁電変換素子１ｂのブリッジ信号ｂ、ヒステリシスｈを有する比較回路４２の閾値ｄおよび信号処理回路の各部の信号ｅ、ｆ、ｇ、およびｉを示しており（ブリッジ信号ａ及び閾値ｃは省略）、波形は磁性移動体の移動方向が逆方向から正方向へ切り替わった一例を示している。
移動方向判定回路４４に入力されたブリッジ信号ａを変換した矩形波信号ｅと比較回路４２の出力である矩形波信号ｆには位相差があり、その組合せは磁性移動体の移動方向によって異なるため、磁性移動体の移動方向の判別ができ、移動方向信号ｇは磁性移動体の移動方向が正方向時はローレベル、逆方向時はハイレベルとなる。センサ出力信号ｉは矩形波信号ｆと同期して移動方向に応じローレベルの時間が正方向の場合は期間ｔ１、逆方向の場合は期間ｔ２と時間変調がかけられる。

ブリッジ信号ｂが変化し閾値ｄと交差すると、閾値ｄはヒステリシスｈ（ｍｉｎ）だけ変化し、矩形波信号ｆはローレベルからハイレベルへ切り替わる。ヒステリシス調整回路４３は矩形波信号ｆがローレベルからハイレベルへ切り替わったタイミングから、時間ｔ４（ｔ４＜ｔ１，ｔ２）経過後のブリッジ信号ｂの電位ｂ（ｔ４）を測定し、閾値ｄと比較し、
ｂ（ｔ４）＜ｄ
を満たす場合には、閾値ｄのヒステリシスｈをｈ（ｍｉｎ）に固定する。一方、
ｂ（ｔ４）≧ｄ
である場合、ヒステリシス調整回路４３は矩形波信号ｆがローレベルからハイレベルへ切り替わったタイミングから、センサ出力信号ｉがローレベルである期間ｔ２経過後のブリッジ信号ｂの電位ｂ（ｔ２）を測定し、閾値ｄのヒステリシスｈが、
ｈ＞ｂ（ｔ２）−ｄ
を満たすようにヒステリシスを変化させる。これによって、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れを生じることがなく、センサ出力信号ｉが矩形波信号ｆと同期した位置信号を出力でき、コンピュータユニットは磁性移動体の移動方向が切り替わった場合にも、磁性移動体の位置の正確な検出が可能となるものである。

なお、上記説明では磁性移動体４の移動方向が逆方向から正方向へ切り替わる場合について説明したが、磁性移動体４の移動方向が正方向から逆方向へ切り替わる場合には、
ｂ（ｔ４）の値が、ｂ（ｔ４）≧ｄである場合に、
閾値ｄのヒステリシスｈが、
ｈ＞ｂ（ｔ１）−ｄ
を満たすようにヒステリシスを変化させることで、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れを生じることがなく、センサ出力信号ｉが矩形波信号ｆと同期した位置信号を出力することができる。

また、実施の形態４において、矩形波信号ｆとセンサ出力信号ｉの位相関係は前記位相関係に限定されるものではなく、磁性移動体の移動方向が正方向の時にはセンサ出力信号ｉの出力がハイレベルからローレベルへ切り替わるタイミングが、矩形波信号ｆのハイレベルからローレベルへ切り替わるタイミングであってもよい。この場合にはヒステリシス調整回路４３は矩形波信号ｆがハイレベルからローレベルへ切り替わってから時間ｔ４（ｔ４＜ｔ１、ｔ２）経過後のブリッジ信号ｂの電位ｂ（ｔ４）を測定し、閾値ｄと比較し、
ｂ（ｔ４）＞ｄ
を満たす場合には閾値ｄのヒステリシスｈをｈ（ｍｉｎ）に固定する。また、
ｂ（ｔ４）≦ｄ
である場合、ヒステリシス調整回路４３は矩形波信号ｆがハイレベルからローレベルへ切り替わったタイミングから、センサ出力信号ｉがローレベルである期間ｔ２経過後のブリッジ信号ｂの電位ｂ（ｔ２）を測定し、閾値ｄのヒステリシスｈが、
ｈ＞ｄ−ｂ（ｔ２）
を満たすようにヒステリシスを変化させる。

実施の形態５．
上述した磁気検出装置を、例えば自動車のエンジンのピストン位置を検出するために使用する場合、磁性移動体と磁電変換素子のレイアウトや使用環境（特に高温下での使用）などにより磁電変換素子の信号が変動する場合がある。
実施の形態５の磁気検出装置は、このような使用環境によって磁電変換素子の出力信号が変動する場合に対応するものである。

図１２は実施の形態５の磁気検出装置における信号処理回路である。
図１２において、磁電変換素子１ａ、１ｂはそれぞれにブリッジ回路１０ａ、１０ｂを構成し、磁性移動体４の移動によって磁電変換素子１ａ、１ｂの電気抵抗が変化すると、電圧変化としてブリッジ信号ａ、ｂが得られる。ブリッジ信号ａ、ｂは比較回路５１、５２で閾値ｃ、ｄ５と比較され、矩形波信号ｅ、ｆ５に変換される。
ブリッジ信号ｂは閾値調整回路５３に入力され比較回路５２の閾値ｄ５を調整する。矩形波信号ｅ、ｆ５は信号処理部である移動方向判定回路５４に入力され、移動方向信号ｇ５が得られる。移動方向信号ｇ５は矩形波信号ｆ５と共に出力回路５５に入力、処理され、その出力としてセンサ出力信号ｉ５を出力する。

図１３はこの実施の形態５の動作波形図である。図中の各波形は、磁電変換素子１ｂのブリッジ信号ｂ、ヒステリシスｈを有する閾値ｄ５および信号処理回路の各部の信号ｅ、ｆ５、ｇ５、およびｉ５を示している（ブリッジ信号ａ及び閾値ｃは省略）。
閾値ｄ５は固定のヒステリシスｈを有し、ブリッジ信号ｂの振幅Ｖに対して１／２Ｖの電圧に設定する。移動方向判定回路５４に入力されたブリッジ信号ａを変換した矩形波信号ｅと、比較回路５２の矩形波信号ｆ５には位相差があり、その組合せは磁性移動体の移動方向によって異なるため、磁性移動体の移動方向の判別ができ、移動方向信号ｇ５は磁性移動体の移動方向が正方向時はローレベル、逆方向時はハイレベルとなる。センサ出力信号ｉ５は矩形波信号ｆ５と同期して移動方向に応じローレベルの時間が正方向の場合は期間ｔ１＝４５μｓｅｃ、逆方向の場合は期間ｔ２＝９０μｓｅｃと時間変調がかけられる。

図１３Ａはブリッジ信号ｂの変動がない場合を示している。
この場合において、センサ出力信号ｉ５のローレベルである期間ｔ２に対して、ヒステリシスｈによる遅れ時間ｔがｔ＞ｔ２を満たすようにヒステリシスを設定する。これによりセンサ出力信号ｉ５は矩形波信号ｆ５と同期した位置信号を出力できるため、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れは発生しない。

図１３Ｂはブリッジ信号ｂが変動し、かつ閾値ｄ５を変動させない場合を示している。この場合、ヒステリシスｈによる時間遅れｔがセンサ出力信号ｉ５がローレベルである期間ｔ２よりも短くなり、センサ出力信号ｉ５は矩形波信号ｆ５と同期した位置信号を出力することができず、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れを生じる。

図１３Ｃはブリッジ信号ｂが変動し、閾値ｄ５をブリッジ信号ｂの変動に応じて変動させた場合を示している。この場合、閾値調整回路５３はブリッジ信号ｂが変動しても、ブリッジ信号ｂの振幅Ｖに対して１／２Ｖとなる電圧に閾値ｄ５を変動させる。これにより、閾値ｄ５はブリッジ信号ｂが変動した場合でも、ブリッジ信号ｂに変動がない場合と同様に、ヒステリシスによる時間遅れｔがセンサ出力信号ｉ５がローレベルである期間ｔ２よりも長くなり、センサ出力信号ｉ５は矩形波信号ｆ５と同期した位置信号を出力することができ、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れを生じることがなく、コンピュータユニットは磁性移動体の移動方向が切り替わった場合にも、磁性移動体の位置の正確な検出が可能となるものである。

図１４は、実施の形態５の具体例を示すもので、磁性移動体として直径１５０ｍｍ、厚み２．６ｍｍ、突起数６０、突起幅２．５ｍｍの鉄製のプレートを用いた場合の、温度２５℃、１５０℃における磁気検出センサのブリッジ信号ｂ、ヒステリシスｈを有する閾値ｄ５および信号処理回路の各部の信号ｅ、ｆ５、ｇ５、およびｉ５を示している（ブリッジ信号ａ及び閾値ｃは省略）。
閾値ｄ５のヒステリシスｈは環境温度２５℃（ブリッジ信号ｂの変動がない場合）においてセンサ出力信号ｉ５のローレベルである期間ｔ２に対して、ヒステリシスｈによる時間遅れｔがｔ＞ｔ２を満たすように、３０ｍＶに設定している。

図１４Ａはブリッジ信号ｂの変動がない場合を示している。
この場合、センサ出力信号ｉ５のローレベルである期間９０μｓｅｃに対して、ヒステリシスｈによる遅れ時間は１８０μｓｅｃであり、センサ出力信号ｉ５は矩形波信号ｆ５と同期した位置信号を出力できるため、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れは発生しない。

図１４Ｂはブリッジ信号ｂが変動し、かつ閾値ｄ５を変動させない場合を示している。環境温度が２５℃から１５０℃に変わったことにより、ブリッジ信号ｂは６０ｍＶ変動している。ブリッジ信号ｂの変動に対応し閾値ｄ５を変動させない場合、ヒステリシスｈによる時間遅れｔは７０μｓｅｃとなり、センサ出力信号ｉ５がローレベルである期間９０μｓｅｃよりも短くなるため、センサ出力信号ｉ５は矩形波信号ｆ５と同期した位置信号を出力することができず、磁性移動体の移動方向の検出において検出遅れを生じる。

図１４Ｃはブリッジ信号ｂが変動し、閾値ｄ５をブリッジ信号ｂの変動に応じて変動させた場合を示している。この場合、閾値調整回路５３はブリッジ信号ｂの変動量６０ｍＶに対応して閾値ｄ５を６０ｍＶ変動させている。これにより閾値ｄ５はブリッジ信号ｂが変動した場合でも、ブリッジ信号ｂに変動がない場合と同様に、ヒステリシスｈによる時間遅れが１８０μｓｅｃでセンサ出力信号ｉ５がローレベルである期間９０μｓｅｃよりも長くなり、センサ出力信号ｉ５は矩形波信号ｆ５と同期した位置信号を出力することができる。

以上のように、この発明の実施の形態５の磁気検出装置によれば、特に自動車のエンジンのような使用環境の温度等が厳しい環境下で、磁電変換素子の出力信号が変動する場合に、閾値を磁電変換素子の出力信号の変動に応じて変動させる（もしくは閾値のヒステリシスの幅を変動させる）ことにより、磁性移動体の移動方向を遅れなく正確に検出することができるものである。

なお、上述した各実施の形態において、磁電変換素子による回路構成はモノシリックに限定するものではなく、例えばホイートストンブリッジ回路を構成し、ブリッジの中点電位を差動増幅して用いてもよい。

また、磁気検出装置の構成要素や構成の選択に限定が存在するものではない。
例えば、磁電変換素子としては、ホール素子、磁気抵抗（ＭＲ）素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネル型磁気抵抗（ＴＭＲ）素子など磁界強度を検出する素子であればよく、素子の個数や配置においても磁性移動体の移動位置や移動方向を検出できる範囲において任意に選ぶことができる（例えば、２個の磁気検出センサであってもよい）。
また信号処理回路としては、バイポーラー、ＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor）なども問わない。

また、磁性移動体の移動方向を示す信号がセンサ出力信号のローレベルの時間幅に限定するものではなく、磁性体移動体の移動方向を示す信号がハイレベルの時間幅であってもよい。

更に、この発明の磁気検出装置を車載用回転検出装置として用いた場合、回転位置の情報は例えば、エンジンのピストンの位置を与えて点火制御に用いられる。回転方向の検出により、ピストンの位置はエンジンの通常回転時だけでなく停止動作時などにおいても正確に検出することができ、全ての動作時において点火制御が可能となる。

１ａ、１ｂ 磁電変換素子、２ 信号処理回路、３ 磁石、４ 磁性移動体、
１０ａ、１０ｂ ブリッジ回路、
２１、２２、３１、３２、４１、４２、５１、５２ 比較回路、
２３、３４、４４、５４ 移動方向判定回路、
２４、３５、４５、５５ 出力信号生成回路
３３ 矩形波選択回路、４３ ヒステリシス調整回路、５３ 閾値調整回路。

Claims (8)

1. 磁界強度を検出する磁電変換素子と、閾値を有し、この閾値と前記磁電変換素子の出力信号との比較により矩形波の信号を出力する比較回路と、この比較回路の出力信号を用いて、前記磁電変換素子に印加される磁界に変化を与える磁性移動体の移動位置と移動方向を検出してセンサ出力信号を出力する信号処理部とを有する信号処理回路を備えた磁気検出装置において、前記信号処理回路の出力は、ハイレベルからローレベルもしくはローレベルからハイレベルへの切り替わりが前記磁性移動体の位置に対応する位置信号であり、ハイレベルもしくはローレベルである時間幅が前記磁性移動体の移動方向に対応するものであって、前記磁性移動体の移動方向によりハイレベルもしくはローレベルである時間幅が期間ｔ１もしくは期間ｔ２に固定されており、前記期間ｔ１もしくは期間ｔ２の時間内に前記磁性移動体の移動方向が切り替わった場合に、前記信号処理回路は、前記比較回路の閾値がヒステリシスを有することにより、前記磁性移動体の移動方向が切り替わる直前の前記磁性移動体の位置を示す位置信号と同一の位置信号を出力し、前記磁性移動体の移動方向の切り替わりによる前記磁性移動体の位置と前記信号処理回路の位置信号にずれが生じないようにしたことを特徴とする磁気検出装置。
2. 前記信号処理回路は、前記比較回路の閾値が２水準以上のヒステリシスを有するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
3. 前記信号処理回路は、前記期間ｔ１もしくは期間ｔ２の時間内に前記磁性移動体の移動方向が切り替わった場合に、前記期間ｔ１もしくは期間ｔ２の時間内での前記磁電変換素子の出力信号の変化が、ある定数ａを用いてａ×ｔ１もしくはａ×ｔ２と近似できる場合、前記閾値のヒステリシスｈが、
   h2＞t12/（a2-1）
   もしくは
   h2＞t22/（a2-1）
   を満足するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
4. 前記信号処理回路は、前記期間ｔ１もしくは期間ｔ２の時間内に前記磁性移動体の移動方向が切り替わった場合に、前記磁電変換素子の出力信号に応じて前記比較回路の閾値のヒステリシスを切り替えるヒステリシス調整回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
5. 前記信号処理回路は、前記磁電変換素子の出力信号の変動に応じて前記比較回路の閾値を変動させる閾値調整回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
6. 前記信号処理回路は、車載用回転検出装置として利用することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の磁気検出装置。
7. 前記磁電変換素子は、磁気抵抗（ＭＲ）素子であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の磁気検出装置。
8. 前記磁電変換素子は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子を用いることを特徴とする請求項７に記載の磁気検出装置。

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