JP3049826B2

JP3049826B2 - 磁気変化検出装置

Info

Publication number: JP3049826B2
Application number: JP3129845A
Authority: JP
Inventors: 雅典大沢; 義則大塚; 晴夫川北
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 2000-06-05
Anticipated expiration: 2015-06-05
Also published as: JPH04353765A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検出体の運動に伴う
磁気変化の繰り返し状態を検出する磁気変化繰返状態検
出手段と、該磁気変化繰返状態検出手段が検出する磁気
変化の増加又は減少の傾向が所定の基準値を越える場合
に、磁気変化が増加傾向と減少傾向との間で切り換わっ
たと判断する切換タイミング判断手段とを備えた磁気変
化検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】こうした磁気変化検出装置は、従来よ
り、例えば、ホール素子の出力電圧変化を利用して被検
出体の直線運動や回転運動の状態を検出する装置等にお
いて種々利用されてきた。ホール素子の出力電圧変化
は、所定の２値判定アルゴリズムに基づいてＡＤ変換さ
れ、２値出力として与えられ、各種の演算に用いられて
いる。

【０００３】従来の２値判定アルゴリズムは、図８に示
す様に、ホール素子からの出力電圧の現在値Ｄｎと基準
値Ｄｏとの大小関係を判断し（Ｓ１０１）、現在値Ｄｎ
の方が基準値Ｄｏより大きければ増加傾向と判断して２
値出力用設定値Ｑｎを「１」に設定し（Ｓ１０２）、そ
れ以外は減少傾向と判断して２値出力用設定値Ｑｎを
「０」に設定し（Ｓ１０３）、現在値Ｄｎと基準値Ｄｏ
との差の絶対値が所定のヒステリシス幅Ｈを越えたら初
めて、先に設定した２値出力用設定値Ｑｎに基づいて２
値出力Ｖout を行うと共に、基準値Ｄｏをその時の現在
値Ｄｎに設定し直す（Ｓ１０４，Ｓ１０５）というもの
であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば回転
検出の場合、センサと回転体のギャップのばらつきや、
ホール素子出力のばらつき等により、最大値と最小値が
変動する。これに対し、従来の２値判定アルゴリズムで
は、こうした変動を考慮していない。

【０００５】このため、図９に明らかな様に、時刻ｔ10
1 ，ｔ102では最大値と最小値のほぼ中間において出力
が切換わっているが、最大/最小幅が大きくなると、時
刻ｔ103 ，時刻ｔ104 の様に、最大値又は最小値に寄っ
たところでヒステリシス幅Ｈに達し、出力が切換わるこ
とになる。このため、期間(ｔ103 −ｔ104 )は期間(ｔ1
01 −ｔ102 )よりも短くなってしまう。一方、最大最小
幅が減少する際には、期間(ｔ105 −ｔ106 )に明らかな
様に、２値出力Ｖout の切換タイミングが長くなってし
まう。この様に、従来の装置においては、２値出力の切
換タイミングが変動し、検出精度が悪くなるという問題
があった。

【０００６】そこで、こうした被検出体とセンサの間の
ギャップの変動や、センサ自体の出力のばらつきや温度
特性といった種々の変動要因があっても、高精度の検出
を行い得る磁気変化検出装置を提供することを目的とし
て本発明を完成した。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】かかる目的を達
成するために、本発明の磁気変化検出装置は、被検出体
の運動に伴う磁気変化の繰り返し状態を検出する磁気変
化検出手段と、該磁気変化検出手段が検出する磁気変化
の増加又は減少の傾向が所定の基準値を超える場合に、
磁気変化が増加傾向と減少傾向との間で切り換わったと
判断する切換タイミング判断手段とを備えた磁気変化検
出装置において、前記磁気変化検出手段から出力される
アナログ信号から互いに周波数が異なる２つの信号を生
成し、それらの周波数差から前記アナログ信号を数値化
する数値化手段と、該数値化手段によって数値化された
値に基づくデジタル信号を用いて、切換タイミング判断
直前の磁気変化繰り返し状態における前記磁気変化検出
手段による検出値の最大値と最小値とを抽出する直前ピ
ーク値抽出手段と、該直前ピーク値抽出手段により抽出
された最大値と最小値とに基づいて、前記基準値として
のヒステリシス幅を更新する基準値更新手段とを備えた
ことを特徴とする。

【０００８】本発明の磁気変化検出装置によれば、数値
化手段が磁気変化検出手段から出力されるアナログ信号
から互いに周波数が異なる２つの信号を生成し、それら
の周波数差から前記アナログ信号を数値化し、直前ピー
ク値抽出手段が、数値化手段によって数値化された値に
基づくデジタル信号を用いて、切換タイミング判断直前
の磁気変化繰り返し状態における磁気変化検出手段によ
る検出値の最大値と最小値とを抽出し、基準値更新手段
が、直前ピーク値抽出手段により抽出された最大値と最
小値とに基づいて、基準値としてのヒステリシス幅を更
新するので、被検出体との間のギャップ変動等によって
最大値と最小値とが変動しても、常に、切換タイミング
と最大値・最小値との関係を一定に維持することがで
き、高い検出精度を得ることができるとともに、異なる
２つの周波数信号の差からアナログ信号を数値化するの
で、好ましい。

【０００９】

【実施例】次に、本発明を適用した実施例を説明する。
実施例は、回転速度検出装置に適用したものであり、図
３に示す様に、ロータ１０の磁性材料製の歯１０ａに対
向する様に磁界バイアス用の磁石２０を配置し、両者の
間に、ホール素子を含んだ磁気検出回路５０を封止した
モールドＩＣ４０を配置したものである。なお、図中３
０は非磁性体からなるケース、４１は入出力ピン、４２
は基板である。

【００１０】この磁気検出回路５０は、図４に示す様
に、例えばＣＭＯＳ型電圧制御発振回路からなる第１の
電圧／周波数変換回路ＶＣＯ１と、同じくＣＭＯＳ型電
圧制御発振回路からなる第２の電圧／周波数変換回路Ｖ
ＣＯ２とを並列に備え、各電圧／周波数変換回路ＶＣＯ
１，ＶＣＯ２に対してホール素子ＨＥからのホール電圧
ＶP ，ＶM が印加される。従って、各電圧／周波数変換
回路ＶＣＯ１，ＶＣＯ２は、ホール素子ＨＥからのホー
ル電圧ＶP ，ＶM の変化に応じてそれぞれ周波数ｆ１，
ｆ２の発振出力を生じる。この二つの発振出力は周波数
差数値化回路５１に入力される。この周波数差数値化回
路５１は、周波数ｆ１，ｆ２の差ｆ１−ｆ２を数値化し
た数値化出力Ｎｉを後段のデジタルフィルタ５２に与え
る。デジタルフィルタ５２は、この数値化出力Ｎｉをデ
ジタル出力Ｄｉに変換し、さらに後段のコンパレータ５
３に与える。このコンパレータ５３は、デジタル出力Ｄ
ｉに基づいて２値化処理を実行し、２値化出力Ｖout を
出力する。この２値化出力Ｖout によってロータ１０の
回転に伴う磁界強度の変化が定量的に把握されることに
なるのである。磁界強度と各出力との関係を図５に模式
的に示した。

【００１１】なお、電圧／周波数変換回路ＶＣＯ１，Ｖ
ＣＯ２，周波数差数値化回路５１，デジタルフィルタ５
２及びコンパレータ５３は、クロック信号ＣＬＫにより
相対的な動作タイミング等の調整がなされている。コン
パレータ５３が実施する２値化処理は、図１に示す様な
アルゴリズムにより成り立っている。

【００１２】まず、デジタルフィルタ５２からのデジタ
ル出力の現在値Ｄｎを取り込む（Ｓ１）。続いて、最新
の最大値Ｄmax と最小値Ｄmin とを求め、それによって
ヒステリシス幅Ｈを演算する（Ｓ２）。その後、デジタ
ル出力Ｄｉが増加傾向にあるか減少傾向にあるかを判定
する（Ｓ３）。

【００１３】この判定結果が増加傾向とでたら、現在値
Ｄｎが基準値Ｄｏ（Ｄmin ）よりヒステリシス幅Ｈ分上
回ったか否かを判断する（Ｓ４）。そして、Ｄｎ＞（Ｄ
min＋Ｈ）となって初めて２値化出力Ｖout を「１」に
切り換える（Ｓ５）。一方、Ｓ３の判断が減少傾向とで
たならば、現在値Ｄｎが基準値Ｄｏ（Ｄmax）をヒステ
リシス幅Ｈ分下回ったか否かを判断する（Ｓ６）。そし
て、Ｄｎ＜（Ｄmax −Ｈ）を満足したら初めて２値化出
力Ｖout を「０」に切り換える（Ｓ７）。

【００１４】Ｓ２の処理において最新の最大値Ｄmax ，
最小値Ｄmin を求めるには、例えば次の様にすればよ
い。まず、Ｄｎ＝Ｄmax ＝Ｄmin に初期値を設定した後
に、Ｄｎ＞Ｄmax となる毎に「Ｄmax ←Ｄｎ」と更新
し、逆にＤｎ＜Ｄmin となる毎に「Ｄmin ←Ｄｎ」と更
新する。こうすれば、実際の検出値の最大と最小を把握
することができる。しかし、このままでは最新の値とい
うことはできない。そこで、Ｓ５の処理において２値化
出力Ｖout を「１」に切り換えると共に最大値Ｄmax を
クリアし、Ｓ７の処理において２値化出力Ｖout を
「０」に切り換えると共に最小値Ｄmin をクリアする様
にすればよい。

【００１５】この結果、図２に示す様に、時刻ｔ1 〜ｔ
2 の間のヒステリシス幅Ｈの演算に用いられる最大値Ｄ
max には直前の山の値であるｍａｘ１が用いられ、最小
値Ｄmin には直前の谷の値であるｍｉｎ１が用いられる
ことになる。なお、ヒステリシス幅Ｈの演算式として
は、演算係数ｍを用いて、例えばＨ＝ｍ（Ｄmax ＋Ｄmi
n ）などと表される。従って、Ｈ１＝ｍ（ｍａｘ１＋ｍ
ｉｎ１）をヒステリシス幅として、これに基づいた判断
がなされ、時刻ｔ2 において２値化出力Ｖout が「１」
から「０」へ切り換えられる。

【００１６】このとき、最小値Ｄmin はクリヤされるか
ら、時刻ｔ2から後は、最大値Ｄmax はｍａｘ１のまま
であるが、最小値Ｄmin が現在値Ｄｎになり、徐々に減
少して時刻ｔ3 に至ることになる。なお、時刻ｔ2 か
ら、最小値Ｄmin が定まる時刻ｔ3 までの間、Ｈ１は保
持される。

【００１７】そして、時刻ｔ3 にて二番目の谷を越える
から、その後は、最小値Ｄmin が二番目の谷の値ｍｉｎ
２に定まる。新たな最大値、最小値が定まった時点にお
いて初めてヒステリシス幅が更新される。従って、ヒス
テリシス幅は、Ｈ２＝ｍ（ｍａｘ１＋ｍｉｎ２）とな
り、時刻ｔ3 より後の期間においては、このヒステリシ
ス幅Ｈ２を基準として２値化出力Ｖout を「０」から
「１」へ切り換えるタイミングが判断される。この結
果、時刻ｔ4 にて２値化出力Ｖout の切換が実行され
る。

【００１８】すると、今度は最大値Ｄmax がクリヤされ
て現在値Ｄｎの増加に伴って徐々に増加していき、次の
山を越える時刻ｔ5 において定まる。この結果、最大値
Ｄmax ＝ｍａｘ２，最小値Ｄmin ＝ｍｉｎ２にてヒステ
リシス幅Ｈ３＝ｍ（ｍａｘ２＋ｍｉｎ２）が演算され、
同様の処理が繰り返されることになる。

【００１９】コンパレータ５３は、詳細には図６に示す
様な回路構成となっており、この２値化アルゴリズムを
実現する様に構成されている。デジタルフィルタ５２か
ら入力されるデジタル出力Ｄｉは、現在値ラッチ回路５
３ａ，基準値判定及びラッチ回路５３ｂ，最大値検出回
路５３ｃ及び最小値検出回路５３ｄへ入力される。

【００２０】現在値ラッチ回路５３ａは、後段の差分検
出回路５３ｅへ現在値Ｄｎを出力する。差分検出回路５
３ｅは、この現在値Ｄｎと基準値判定及びラッチ回路５
３ｂから出力される基準値Ｄｏとの差分Ｓｎを求めてさ
らに後段のヒステリシス演算回路５３ｆへ出力する。ま
た、差分検出回路５３ｅは、これとは別に、増減判定信
号Ｓｎ（ＭＳＢ）を出力ラッチ回路５３ｇ，基準値判定
及びラッチ回路５３ｂ，ヒステリシス幅設定回路５３ｈ
へ出力する。なお、増減判定信号Ｓｎ（ＭＳＢ）は、Ｄ
ｎ−Ｄｏが正の場合はハイレベル出力を、逆の場合はロ
ウレベル出力を指示する信号である。

【００２１】一方、最大値検出回路５３ｃは、入力され
るデジタル出力Ｄｉがそれまでに検出された最大値を越
える場合はこれを更新する形で最大値Ｄmaxを求め、後
段のヒステリシス幅設定回路５３ｈに出力する。同様
に、最小値検出回路５３ｄも、最小値Ｄmin を更新しつ
つヒステリシス幅設定回路５３ｈに出力する。

【００２２】ヒステリシス幅設定回路５３ｈは、入力さ
れた最大値Ｄmax と最小値Ｄmin とに基づいて、ヒステ
リシス幅Ｈ＝ｍ（Ｄmax ＋Ｄmin ）を演算し、これをヒ
ステリシス演算回路５３ｆに出力する。ヒステリシス演
算回路５３ｆは、差分検出回路５３ｅから与えられた差
分Ｓｎとヒステリシス幅Ｈとを比較し、差分Ｓｎがヒス
テリシス幅Ｈを越える場合は基準値判定及びラッチ回路
５３ｂと出力ラッチ回路５３ｇへラッチ信号を出力す
る。

【００２３】基準値判定及びラッチ回路５３ｂは、ヒス
テリシス演算回路５３ｆからのラッチ信号が入力される
と、基準値Ｄｏをクリヤし、デジタルフィルタ５２から
入力されるデジタル出力Ｄｉ（即ち現在値Ｄｎ）を基準
値Ｄｏとしつつ極値が表れた時点でこれを固定する。従
って、先に示した図２で説明すると、時刻ｔ2 にて基準
値Ｄｏはリセットされて時刻ｔ3 に至るまでは基準値Ｄ
ｏ＝Ｄｎ（ｔ2 ）となり、時刻ｔ3 〜ｔ4 の間は基準値
Ｄｏ＝ｍｉｎ２となり、時刻ｔ4 〜ｔ5 間は基準値Ｄｏ
＝Ｄｎ（ｔ4 ）となり、時刻ｔ5 を越えると基準値Ｄｏ
＝ｍａｘ２となる。

【００２４】一方、出力ラッチ回路５３ｇは、ヒステリ
シス演算回路５３ｆからラッチ信号が出力されると、差
分検出回路５３ｅからの増減判定信号Ｓｎ（ＭＳＢ）に
基づくハイレベル信号又はロウレベル信号を２値化出力
Ｖout として出力する。なお、現在値ラッチ回路５３
ａ，基準値判定及びラッチ回路５３ｂ，最大値検出回路
５３ｃ，最小値検出回路５３ｄ，差分検出回路５３ｅ，
ヒステリシス演算回路５３ｆ及びヒステリシス幅設定回
路５３ｈ等は、クロック信号ＣＬＫによって同期がとら
れている。

【００２５】次に、従来例として説明した図８の２値化
判定アルゴリズムと、本実施例の２値化判定アルゴリズ
ムとの作用・効果上の差を模式化した図７を説明する。
図７の（Ａ）は、ロータ１０の歯１０ａと磁石２０との
間のギャップが広くてホール素子ＨＥからの出力電圧Ｖ
P ，ＶM が小さい状態においてデジタルフィルタ５２か
ら出力されるデジタル出力Ｄｉを上段に、逆にギャップ
が狭くてホール素子ＨＥからの出力電圧ＶP ，ＶM が大
きい状態においてデジタルフィルタ５２から出力される
デジタル出力Ｄｉを下段に示している。なお、図中ｔｓ
は、サンプリング期間であり、１／ｔｓ＝ｆ１・ｎと表
すことができる（ただし、ｎは分周比，ｆ１はＶＣＯ１
の周波数）。

【００２６】今、現在値Ｄｎがデジタル出力Ｄｉの山と
谷の中間になった時刻に２値化出力Ｖout を切り換える
場合を想定する。本実施例の２値化判定アルゴリズムを
用いた場合には、最新の最大値と最小値とによってヒス
テリシス幅を更新している。従って、最大値と最小値と
の中間で２値化出力を反転させる場合についてその反転
時期を考えると、ホール出力が小の場合には、デジタル
値Ｄｉが「５」となった時刻が反転時期となる。一方、
ホール出力が大の場合には、デジタル値Ｄｉが「１０」
となった時刻が反転時期となる。従って、図から明らか
な様に、ホール出力の大小による２値化出力の反転時期
の誤差は、図中（Ｂ）に示す様に、わずかに角度位相差
ｔｂだけとなる。一方、従来例のアルゴリズムでは、ヒ
ステリシス幅が固定であるから、ホール出力小の場合も
ホール出力大の場合も、例えばデジタル値が「３」とな
った時刻が２値化出力の反転時期となるため、その誤差
は角度位相差ｔａと大きくなる。

【００２７】この様に、ホール出力が何等かの原因で変
動した場合、従来例では２値化出力の切換時期が大きく
変動してしまうのに対し、本実施例によれば、ホール出
力の変動に左右されることなく、常に一定の角度位相の
時期に２値化出力を切り換えることができる。

【００２８】この結果、この２値化出力を用いての各種
演算の精度と信頼性を高めることができる。以上本発明
の一実施例を説明したが、本発明はこれに限定されず、
例えば被検出体の変位や直線運動の検出における磁気変
化検出装置として構成することもでき、具体的な回路構
成にしてみても本発明の要旨を逸脱しない範囲内の種々
なる態様を採用することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上の如く本発明の磁気変化検出装置に
よれば、独特のアルゴリズムを採用することにより、被
検出体とセンサとの間のギャップの変動や、センサ自体
の出力のばらつきや温度特性といった種々の変動要因が
あっても、高精度の検出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の２値化判定アルゴリズムのフローチ
ャートである。

【図２】その作用を説明するタイミングチャートであ
る。

【図３】実施例の回転速度検出装置の概略構成図であ
る。

【図４】そこに採用された磁気変化検出回路の構成図
である。

【図５】この磁気変化検出回路における磁界強度と各
出力との関係を示したタイミングチャートである。

【図６】実施例の磁気変化検出回路のコンパレータの
詳細な回路構成図である。

【図７】実施例と従来例とを作用・効果的に比較した
説明図である。

【図８】従来例の２値化判定アルゴリズムのフローチ
ャートである。

【図９】その問題点を示したタイミングチャートであ
る。

【符号の説明】

１０・・・ロータ、１０ａ・・・歯、２０・・・磁石、
３０・・・ケース、４０・・・モールドＩＣ、５０・・
・磁気検出回路、５１・・・周波数差数値化回路、５２
・・・デジタルフィルタ、５３・・・コンパレータ、５
３ａ・・・現在値ラッチ回路、５３ｂ・・・基準値判定
及びラッチ回路、５３ｃ・・・最大値検出回路、５３ｄ
・・・最小値検出回路、５３ｅ・・・差分検出回路、５
３ｆ・・・ヒステリシス演算回路、５３ｇ・・・出力ラ
ッチ回路、５３ｈ・・・ヒステリシス幅設定回路、ＨＥ
・・・ホール素子、ＶＣＯ１，ＶＣＯ２・・・電圧／周
波数変換回路。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−90769（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 3/48 - 3/481 G01P 3/489 G01D 5/245 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検出体の運動に伴う磁気変化の繰り返
し状態を検出する磁気変化検出手段と、該磁気変化検出手段が検出する磁気変化の増加又は減少
の傾向が所定の基準値を越える場合に、磁気変化が増加
傾向と減少傾向との間で切り換わったと判断する切換タ
イミング判断手段と、を備えた磁気変化検出装置において、前記磁気変化検出手段から出力されるアナログ信号から
互いに周波数が異なる２つの信号を生成し、それらの周
波数差から前記アナログ信号を数値化する数値化手段
と、該数値化手段によって数値化された値に基づくデジタル
信号を用いて、切換タイミング判断直前の磁気変化繰り
返し状態における前記磁気変化検出手段による検出値の
最大値と最小値とを抽出する直前ピーク値抽出手段と、該直前ピーク値抽出手段により抽出された最大値と最小
値とに基づいて、前記基準値としてのヒステリシス幅を
更新する基準値更新手段とを備えたことを特徴とする磁
気変化検出装置。