JP2742551B2

JP2742551B2 - 回転センサ

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Publication number: JP2742551B2
Application number: JP2110544A
Authority: JP
Inventors: 勝男西谷
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1989-06-08
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1998-04-22
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: JPH03135722A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、回転体の回転を磁気的に検出して、回転体
の回転速度及び回転方向に応じた周波数の検出信号を発
生する回転センサに関するものである。

〔従来の技術〕

この種の回転センサは、例えば車両の走行に伴って回
転する回転部分に連動され、例えば車両の走行速度に応
じた周期の走行信号を発生するセンサなどとして使用さ
れ、従来第13図或いは第14図に示すものがある。

まず、第13図の回転センサにおいて、11は周面にN,S
磁極が複数交互に着磁され、回転軸11aについて回転す
るように設けられた回転磁石、12はN,S磁極が着磁され
ている回転磁石11の周面に近接対向して設置されホール
素子などの半導体磁気センサであり、これは対向する回
転磁石11の周面のN,S磁極に応じた電気信号を出力す
る。13は半導体磁気センサ12から出力される検出信号を
増幅するアンプである。

この回転センサでは、回転磁石11が回転すると、半導
体磁気センサ12と対向する回転磁石11の周面の磁極がN,
Sと交互に変わり、これに応じた電気信号が半導体磁気
センサ12の出力に発生される。この電気信号はアンプ13
により増幅・波形整形されることにより、回転磁石11の
回転数に応じた周波数のパルス信号に変換される。

従って、このパルス信号の周波数を監視することによ
り例えば車両の走行速度を検出することができる。

また、第14図の回転センサにおいて、14は磁性体より
なり、その周面に凹凸部が形成された歯車形状の回転
体、15は磁性体からなるキャップ状のケース15a内に磁
石15bと磁性体からなるセンタポール15cとを収納して構
成した磁気回路であり、該磁気回路15の上記磁石15aと
センタポール15cとの間には、磁気回路15に流れる磁束
を検出し、この検出した磁束の大きさに応じた電気信号
を発生する半導体磁気センサ12が配置されている。この
電気信号はアンプ13で増幅されて出力される。

この回転センサでは、回転体14が回転してその周面の
凸部がセンタポール15cに間歇的に接近すると、センタ
ポール15cとケース15aとの磁気ギャップＧが小さくな
り、図示のように磁石15b→センタポール15c→回転体14
→ケース15a→磁石15bなる磁気回路15の磁気抵抗が小さ
くなり、該磁気回路15に通る磁束量φが多くなる。これ
に対して凹部がセンタポール15に対向しているときに
は、磁気ギャップＧが大きくなり、磁気回路15の磁気抵
抗が大きくなるので、磁気回路15を通る磁束量φが少な
くなる。

上記磁束ループ中の磁束はセンタポール15cと回転体1
4との磁気ギャップＧが最小のとき最大となり、またこ
の磁気ギャップＧの大きさに応じて磁束が変化する。

従って、回転体14の回転によって前記磁気ギャップＧ
が変化するため、第15図に示すように回転体14の回転角
θに応じて磁束が正弦波状に変化する。そこで、第15図
に示すように半導体磁気センサ12からの電気信号を増幅
・整形するアンプ13に所定の閾値レベルφ_thを設定し、
該閾値レベルより大きいときにＨレベル、小さい時Ｌレ
ベルとなるようなパルス信号を出力するようにしてい
る。該パルス信号の周波数は、回転体14の回転初期に対
応しているので、パルス信号の周波数より回転体の回転
速度を知ることができる。

そして、上述した第13図や第14図のような回転センサ
を用いて回転体の回転方向を検出するには、複数の半導
体磁気センサ12や磁気回路15を、回転磁石11や回転体14
の回転方向に間隔を置いてこれら回転磁石11や回転体14
に対向配置し、その各半導体磁気センサ12や磁気回路15
の出力の位相差で回転方向を検出している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の回転方向検出可能な回転センサ装置を
なす個々の回転センサの構成において、第13図の回転セ
ンサではN,S磁極が交互に着磁された専用の回転磁石11
を必要とし、また回転磁石11の一回転当たりのパルス数
を増やそうとすると、回転磁石11の直径を大きくしなけ
ればならなくなり、実現が難しくなる他、コスト高にな
るという問題がある。

また第14図の回転センサでは、部品バラツキによる寸
法誤差や温度変化によって磁気ギャップＧが変動したと
き、その磁束は第15図の点線に示す如く磁気ギャップに
応じて振幅が変化する。

従って、その振幅と最小振幅による磁束の変化を予め
考慮したときに、両者の最大値の差（第15図Δφ）の範
囲中に磁気センサ12の閾値レベルを設定しなければなら
ず、閾値レベルに余裕がなく、高精度の閾値レベル設定
が要求されると共に検出信号であるパルス信号の安定性
や信頼性も低下する。

そして特に、上述した回転センサを複数用いて回転体
の回転方向を検出するには、同一特性の検出器を回転体
に対向して、機械的に異なる位相差をつけて複数箇所に
取付ける必要がありコスト高になると共に、各回転セン
サに発生する磁束が、それら回転センサが隣接する回転
体の回転方向に拡がるため、各回転センサどうしの間で
磁気的干渉が生じて各回転センサの出力に狂いが生じ、
正確な回転方向の検出が行えなくなるという問題があっ
た。

よって、本発明は、回転検出の信頼性や安定性の向上
を図った上で、正確な回転方向の検出の妨げとなる磁気
的干渉の発生を防止することができる回転方向検出可能
な回転センサを提供することを課題としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本発明により成された回転セ
ンサは、磁性体よりなる回転体と、該回転体に対向して
その回転方向に隣接して設けられ、前記回転体を通じて
流す磁束を発生する第１及び第２の磁気回路と、該回転
体に対向してその回転方向に隣接して設けられ、前記回
転体を通じて流す磁束を発生し、前記第１及び第２の磁
気回路と回転体回転方向に所定の位相差を持つと共に、
前記第１及び第２の磁気回路と回転体回転軸方向に位置
をずらして配置されて前記第１及び第２の磁気回路と一
体的に設けられた第３及び第４の磁気回路と、前記回転
体が第１又は第２の磁気回路と磁気的に結合する位置に
あるとき、該第１又は第２の磁気回路と回転体とより形
成される磁束ループの共通磁路に設けられた第１の磁気
検出手段と、前記回転体が第３又は第４の磁気回路と磁
気的に結合する位置にあるとき、該第３又は第４の磁気
回路と回転体とより形成される磁束ループの共通磁路に
設けられた第２の磁気検出手段とを備え、前記第１及び
第２の磁気検出手段が前記回転体の回転速度に応じた周
波数及び所定の位相差を有する検出信号を出力すること
を特徴としている。

〔作用〕

上記構成において、回転体が第１の磁気回路と磁気的
に結合すると、該回転体と第１の磁気回路とにより所定
方向に磁束が流される。また、回転体が第２の磁気回路
と磁気的に結合すると、該回転体と第２の磁気回路とに
より前記と同様の方向に磁束が流される。第１の磁気検
出手段は前記２つの磁束が流れる共通の磁路に設けられ
ているので、該検出手段を通過する磁束の方向は、第１
及び第２の磁気回路とで互いに逆方向となる。

従って、第１の磁気検出手段の出力には正負に変化す
る交流信号が出力される。

また更に、回転体は、第１及び第２の磁気回路と磁気
的に結合するのと同じ道理で、第１及び第２の磁気回路
と回転体の回転方向に所定位相差を有する第３及び第４
の磁気回路とも磁気的に結合するので、同様に第２の磁
気検出手段から、第１の磁気検出手段と位相差のある正
負に変化する交流出力が出力される。

このため、その後の第１及び第２の両磁気検出手段か
らそれぞれ出力される交流信号による回転体の回転及び
その方向検出が正確に且つ安定的に行われるようにな
る。

そして、第１及び第２の磁気回路に対して回転体回転
方向に所定の位相差を持ち、これらと一体的に設けられ
る第３及び第４の磁気回路を、第１及び第２の磁気回路
に対して回転体の回転軸方向に位置をずらして配置した
ので、第１及び第２の磁気回路に発生する磁束と、第３
及び第４の磁気回路に発生する磁束との間に回転体の回
転軸方向への間隔が生じ、これら両磁束が干渉しない。
即ち、第１及び第２の磁気回路と第３及び第４の磁気回
路との相互間での磁気的干渉が防止される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図（ａ），（ｂ）は本発明による回転センサの一
実施例を示す図であり、同図において、１は磁性体より
成り、所定の計測量に応じて回転する回転体で、同図に
おいて時計方向又は反時計方向のいずれの方向にも回転
自在となっており、その周縁部に凹部1a及び凸部1bが交
互に形成された歯車形状を成している。

第１図（ａ）において、2A及び3Aは第１及び第２の磁
気回路、第１図（ｂ）において、2B及び3Bは第３及び第
４の磁気回路をそれぞれ示し、これら第１及び第２の磁
気回路2A,3Aと第３及び第４の磁気回路2B,3Bは、第２図
に示すように、２組の回転センサを一体化して成る。

つまり、上記第１及び第２の磁気回路2A,3Aと第３及
び第４の磁気回路2B,3Bを構成する。２組を一体化した
本実施例の回転センサは、第６図に示すような、先端部
がそれぞれN,S極となる左右のポールとその中間の中性
点20aとを有する略Ｅ字状の一体的な成形磁石20を２
つ、第２図に示すように、両成形磁石20を前後にずら
し、かつ、一方のＮ極と中性点20a、他方のＳ極と中性
点20aが前後にそれぞれ重なるように左右にずらして連
結したような単一の磁石33と、各中性点20a上に設けた
磁気センサ35a,35bとを備えている。なお、磁石33の前
後の奥行Ｄ（第２図参照）は回転体１の凸部1bの厚さ以
下に構成されている。

第３図は、上記第１及び第２の磁気回路2A,3Aを示す
斜視図であり、ケース９内にこれらの磁気回路2A,3Aが
収納されると共に、磁気センサ35aよりの検出信号がリ
ード線ｌを介してコネクタ10の端子10aに接続されてい
る。

また、図示を省略するが、上記ケース９内には、上記
第１及び第２の磁気回路2A,3Aと共に、第３及び第４の
磁気回路2B,3Bも収納される。

即ち、第３図においては、磁石33のうち第１及び第２
の磁気回路2A,3Aを構成する成形磁石20部分と磁気セン
サ35aしか図示されていないが、実際には、第３及び第
４の磁気回路2B,3Bを構成する成形磁石20部分と磁気セ
ンサ35bも、第１及び第２の磁気回路2A,3Aを構成する成
形磁石20部分に対して上述した具合に前後左右にずらし
て、ケース９の内部に収容されている。

そして、磁石33はケース９ごと、取付ケース32に設け
られた孔に装着した後、ネジ36により固定される。

これにより、前記ケース９は回転体１に対向して配置
され、前記磁石33は前記回転体１の凸部1bとギャップｔ
で対向するように位置する。

以上の構成において、その動作を第４図（ａ），
（ｂ）及び第５図を参照して説明する。なお、ここでは
説明の容易化のため、磁石33を上述した２つの成形磁石
20部分に分け、各成形磁石20部分における動作として説
明する。

まず、第４図（ａ）のように回転体１の凸部1bが第１
（第３）の磁気回路2A（2B）の成形磁石20の図中左側の
ポール及び中性点20a側に接近するように位置したと
き、該第１（第３）の磁気回路2A（2B）と回転体１が磁
気的に結合し、図中左側のポール→回転体１→中性点20
a→図中左側のポールの磁束ループが形成される。

従って、この磁束ループの磁束φ_ａは図示のように反
時計方向に流れ、その大きさは回転体１の凸部1bと図中
左側のポール及び中性点20aとの磁気ギャップに応じて
変化する。よって該磁束ループにおける中性点20aを通
過する磁束は図中上方向となるから、回転体１の回転角
θに対する磁気センサ35a（35b）に流れる磁束は第５図
の特性ａのように正方向の正弦波半波特性となる。

また、第４図（ｂ）のように回転体１の凸部1bが第２
（第４）の磁気回路3A（3B）の成形磁石20の図中右側の
ポール及び中性点20a側に接近すると、該第２（第４）
の磁気回路3A（3B）と回転体１が磁気的に結合し、図中
右側のポール→中性点20a→回転体１→図中右側のポー
ルの磁束ループが形成される。

この磁束ループの磁束φ_ｂは、磁束φ_ａと同じく反時
計方向に形成され、その大きさは回転体１の凸部1bと図
中右側のポール及び中性点20aとの磁気ギャップに応じ
て変化する。よって、上記第１及び第２（第３及び第
４）の磁気回路2A及び3A（2B及び3B）の共通磁路、すな
わち中性点20aを通過する第２（第４）の磁気回路3A（3
B）による磁束φ_ｂは、第１（第３）の磁気回路2A（2
B）による磁束φ_ａとは逆方向に図中下方向となる。従
って、回転体１の回転角θに対する磁気センサ35a（35
b）に流れる磁束は第５図の特性ｂのように負方向の正
弦波半波特性となる。

更に、回転体１の凸部1bが成形磁石20の第４図中左側
のポールと右側のポールとの中間に位置すると、中性点
20aを通過する磁束は大きさが同じで方向が逆となるた
め相殺されてゼロになる。よって、磁気センサ35a（35
b）には、上記特性a,bを合わせた第５図のような正弦波
交流磁束が加わる。

そこで、磁気センサ35a（35b）の閾値レベルを正方向
と負方向にそれぞれ設定すれば、その検出信号として各
波高値に対応してＨレベルになるパルス信号が得られ
る。このとき部品バラツキや温度変化によって回転体１
の凸部1bと中性点20a及び第４図中の左右のポールとの
ギャップが変化すると、第５図のように磁気ギャップが
大きくなる程、磁束の振幅は小さくなるが、閾値レベル
を該磁束の最小振幅の正弦波信号a,bを検出できる値
（第５図のレベルφ_th1,φ_th2）に設定すれば、部品バ
ラツキや温度変化によって磁気ギャップが変化して磁束
振幅が変化しても、閾値レベルに余裕があるため確実に
検出信号であるパルス信号を得ることができる。

上記パルス信号の周波数は回転体１の回転数に対応
し、この回転数は所定の計測量に対応しているので、パ
ルス信号の周波数より回転体の回転速度、引いては所定
の計測量を検出することができる。

そして、第１及び第２の磁気回路2A及び3Aと、第３及
び第４の磁気回路2B及び3Bとは、回転体１の回転方向に
位置がずれており、よって、磁気センサ35aに加わる第
５図のような正弦波交流磁束と、磁気センサ35bに加わ
る第５図のような正弦波交流磁束との間には、第１及び
第２の磁気回路2A及び3Aと、第３及び第４の磁気回路2B
及び3Bとの間の、回転体１の回転方向における位置ずれ
に応じた位相差が生じる。

このため、この位相差により、回転体１の回転方向を
検出することができる。

これを詳しく説明するのが、第10図（ａ）〜（ｅ）で
あり、このうち第10図（ａ）〜（ｃ）においては、第１
及び第２の磁気回路2A,3Aをまとめて引用符号m₁で示
し、第３及び第４の磁気回路2B,3Bをまとめて引用符号m
₂で示す。

そして、回転体１の凸部1bが接近しない状態での磁気
回路m₁は第10図（ｂ）に示すような磁気分布となり、磁
気回路m₂は第10図（ｃ）に示すように磁気回路m₁より位
相が90゜遅れた形となる。

この状態で、回転体１が回転して凸部1bが磁気回路m₁
に接近し、磁極Ｎから中性点を経由して磁極Ｓへ進む
と、磁気センサ35aからは第10図（ｂ）に示した磁束分
布と概略同じような検出信号が得られる。また、磁気回
路m₂においても同様に磁気センサ35bから磁気センサ35a
の検出信号より90゜位相の遅れた検出信号が得られる。

これらの磁気センサ35a,35bの検出信号は第12図に示
す回路によってパルス信号に変換される。即ち、磁気セ
ンサ35aに基づく出力パルスは、第10図（ｄ）に示すよ
うに、回転体１の凸部1bが磁気回路m₁のＮ極に対向する
位置から立上ってＨとなり所定時間後にＬとなる。ま
た、磁気センサ35bに基づく出力パルスは、第10図
（ｅ）に示すように磁気センサ35aに基づく出力パルス
より90゜位相の遅れた出力パルスとなる。尚、これらの
出力パルスの立上り立下りの差動点は第12図に示す回路
のヒステリスアンプ41の差動点を設定することにより任
意に調整することができる。

以上の構成に基づいて、回転体１が回転して、その周
縁部の凸部1bが、第10図に示す磁気回路m₁の磁極Ｎの方
から接近すると、磁気センサ35aにより検出された検出
信号は第12図に示す回路を経てパルスとなって出力され
る。続いて、磁気回路m²に取付けた磁気センサ35bによ
り、磁気センサ35aに基づくパルスより所定時間遅れて
パルスが出力される。

これらの二つのパルスの時間的前後関係を論理回路
（不図示）により判別することにより回転体１の回転方
向が判別されると共にパルス数を計測することにより回
転数も判別する。

そして、上述した構成により、第１及び第２の磁気回
路2A及び3Aと、第３及び第４の磁気回路2B及び3Bとは、
回転体１の回転軸方向に位置がずれているため、磁気セ
ンサ35aに流れる磁束と磁気センサ35bに流れる磁束との
間に、回転体１の回転軸方向への間隔が生じ、これら両
磁束が干渉するのが防止される。

このため、この両磁束の干渉防止により、磁気センサ
35a,35bの出力に影響が出るのを防ぎ、回転体１の回転
方向を正確に検出することができる。

なお、磁気センサ35a（35b）として磁界の方向を検出
する磁気抵抗素子や、磁束の大きさを検出するホール素
子などを用いてもよい。

次に、他の実施例について説明する。

この他の実施例では、磁石33に変わって、第11図
（ａ）に示すように、真中をＳ極として突出させると共
に左右両端をそれぞれＮ極として、その高さをＮ極と同
じくそろえ、更にＳ極とＮ極との間にこれらの極より低
くした磁気的中性点を突出させた形状で、かつ一体的に
成形した磁石40を用いている。そして、中性点上にそれ
ぞれ磁気センサ35a,35bを取付けるようにしている。こ
の磁石40の回転体１の凸部1bが接近しない状態での磁束
分布は第11図（ｂ）に示されるようになる。回転体１が
回転して凸部1bが磁石40に接近して通過すると、磁気セ
ンサ35aの検出信号は前述した磁気回路m₁のときと同じ
形状であり、また磁気センサ35bによる検出信号はＳ極
を中心にして磁気センサ35aの検出信号と対称形とな
る。

この場合も、磁気センサ35a,35bによって検出された
信号はそれぞれ第12図に示される回路にてパルスに変換
されて前述したように、これらパルスの時間の前後関係
を論理回路により判断して回転体の回転方向を判別す
る。

そして、この実施例の場合にも、両磁気センサ35a,35
bに流れる磁束の間に、回転体１の回転軸方向への間隔
が生じ、これら両磁束が干渉するのが防止され、これに
より、磁気センサ35a,35bの出力に影響が出るのを防
ぎ、回転体１の回転方向を正確に検出することができ
る。

尚、回転体１の凸部1bの幅に合わせてN,S極間の幅を
調整するため、第１及び第２の磁気回路2A,び3Aや、第
３及び第４の磁気回路2B,3Bを構成する磁石33の各成形
磁石20に代えて、第７図に示すように、断面凸形の磁性
体からなるヨーク22の左右に長方形状の磁石21,21を、
回転体１の凸部1bの幅に合わせてピッチＬを調整して、
その先端部を一方がＮ極他方がＳ極となるように接着し
て用いてもよい。

また、回転体１の凸部1bの幅が小さくて、そこまでピ
ッチＬを縮めることができないときは、第８図に示すよ
うに、左右の磁石21,21の先端にそれぞれ断面Ｌ字状の
補極23,23を取付けてピッチＬを狭め、かつこれらの磁
石21,21の中間で磁気的中性点に設けられる磁気センサ
８の上部に前記補極23,23と概略同じ高さとなるセンタ
ポール24を取付けて用いることができる。

尚、いずれの場合にも、回転体１が接近していない状
態では、その磁束分布は第９図に示すような分布とな
る。

〔発明の効果〕

以上説明したような本発明によれば、第１及び第２の
磁気検出手段が構成部品のバラツキや温度変化に対して
も確実に回転体の回転を検出することができ、信頼性や
安定性が向上する。また、第１及び第２の磁気検出手段
により回転体が回転していない状態も検出することがで
きる。

その上で、第１及び第２の磁気検出手段の検出する回
転体の回転の位相差を基に、回転体の回転方向を判別す
る場合に、これら第１及び第２の磁気検出手段を構成す
る第１及び第２の磁気回路と第３及び第４の磁気回路と
を一体的に構成したので、複数の検出器を用いていたの
に比べ、設計、加工、組立等の費用の軽減が図れると共
に信頼性の向上も図ることができる。

特に、それら第１及び第２の磁気回路に対して第３及
び第４の磁気回路を、回転体回転軸方向に位置をずらし
て配置したので、第１及び第２の磁気回路に発生する磁
束と、第３及び第４の磁気回路に発生する磁束との間に
回転体の回転軸方向への間隔を生じさせて、それら第１
及び第２の磁気回路と第３及び第４の磁気回路との間で
の磁気的干渉が発生するのを防止させ、正確な回転方向
の検出を行えるようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）は本発明による回転センサの一実
施例を示す側面図、第２図は第１図（ａ），（ｂ）の磁石を示す斜視図、第３図は第１図（ａ），（ｂ）の磁気回路を示す斜視
図、第４図は本発明による回転センサの動作を説明するため
の図、第５図は第１図（ａ），（ｂ）における回転体の回転角
に対する磁気センサに流れる磁束の特性を示す図、第６図は他の磁気回路の示す斜視図、第７図は同じく他の磁気回路を示す斜視図、第８図は同じく他の磁気回路を示す正面図、第９図は回転方向を判別する回転センサの一実施例を示
す一部截断側面図、第10図（ａ）は磁気回路を示す斜視図、第10図（ｂ）は第１の磁気回路の磁束分布を示した図、第10図（ｃ）は第２の磁気回路の磁束分布を示した図、第10図（ｄ）は第１の磁気検出手段の検出信号に基づく
出力パルスの図、第10図（ｅ）は第２の磁気検出手段の検出信号に基づく
出力パルスの図、第11図（ａ）は他の磁気回路を示す正面図、第11図（ｂ）はその磁束分布を示した図、第12図はホール素子の検出信号をパルスに変換する電気
回路図、第13図及び第14図は従来の回転センサの例をそれぞれ示
す図、第15図は第14図の例における回転体の回転に対する磁束
の特性を示す図である。１……回転体、2A……第１の磁気回路、3A……第２の磁
気回路、2B……第３の磁気回路、3B……第４の磁気回
路、33……磁石、35a,35b……磁気センサ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性体よりなる回転体と、該回転体に対向してその回転方向に隣接して設けられ、
前記回転体を通じて流す磁束を発生する第１及び第２の
磁気回路と、該回転体に対向してその回転方向に隣接して設けられ、
前記回転体を通じて流す磁束を発生し、前記第１及び第
２の磁気回路と回転体回転方向に所定の位相差を持つと
共に、前記第１及び第２の磁気回路と回転体回転軸方向
に位置をずらして配置されて前記第１及び第２の磁気回
路と一体的に設けられた第３及び第４の磁気回路と、前記回転体が第１又は第２の磁気回路と磁気的に結合す
る位置にあるとき、該第１又は第２の磁気回路と回転体
とより形成される磁束ループの共通磁路に設けられた第
１の磁気検出手段と、前記回転体が第３又は第４の磁気回路と磁気的に結合す
る位置にあるとき、該第３又は第４の磁気回路と回転体
とより形成される磁束ループの共通磁路に設けられた第
２の磁気検出手段とを備え、前記第１及び第２の磁気検出手段が前記回転体の回転速
度に応じた周波数及び所定の位相差を有する検出信号を
出力する、ことを特徴とする回転センサ。