JPH0882634A - 磁気検出装置 - Google Patents
磁気検出装置Info
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Abstract
信号波形のひずみを解消し、波形整形により得られるパ
ルス信号の間隔のばらつきを小さくする。 【構成】 MRE1,2は、バイアス磁石3の発生する
バイアス磁界方向と同一面内において、その磁界方向に
対してそれぞれほぼ±45度で一対配置されている。M
RE1,2の中点電圧はMRE出力として取り出され
る。ギア4は磁性材料からなり、ギア4には多数の歯5
が設けられている。歯5は等角度に延びる2辺からなる
2等辺三角形状に形成されている。MRE出力は、ギア
4の運動速度に比例した信号エッジが得られるよう、比
較器7にて2値化され、その2値化信号は、単安定回路
8にて立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジに対応す
るパルス信号に変換される。このとき、MRE出力はほ
ぼ正弦波となり、ギア4が一定回転している時、パルス
信号の信号間隔はほぼ一定に保持される。
Description
E)の抵抗変化を利用して被検出対象の運動を検出する
と共に、その検出信号から被検出対象の運動に則したパ
ルス信号を得るべく信号処理を行う磁気検出装置に関す
るものである。
を示す図である。図12において、バイアス磁石43
は、被検出対象としてのギア40に向けてバイアス磁界
を発生し、MREを備えたセンサ部42は、ギア40の
回転に伴うMREの抵抗変化に応じた信号を出力する
(図13(a)に示す信号)。一般に、ギア40には方
形状の歯41が多数形成され、歯間のピッチと歯幅とは
ほぼ1:1となっている。そして、比較器44では、セ
ンサ部42からの信号波形が所定のしきい値VTHで2値
化され(図13(b)に示す信号)、その後、単安定回
路(単安定マルチバイブレータ)45では上記2値化信
号の立ち下がりエッジに対応するパルス信号が生成され
る(図13(c)に示す信号)。
片側エッジのみを回転検出信号として使用する場合、一
定回転下において図13の如くパルス間隔T1'=T2'=
T3'となり、一定間隔のパルス信号が得られる。
検出装置を例えば高圧燃料噴射ポンプに使用する際等に
おいて回転検出信号の多パルス化が強く要望されてい
る。そこで、MRE出力を高低2レベルのしきい値VTH
1',VTH2'にて2値化し、その2値化信号の両側エッジ
にてパルス信号を生成する信号処理方法が提案されてい
る。この2値化処理では、一定回転で一定間隔の信号エ
ッジが得られるよう、MRE出力のピーク値及びボトム
値から所定割合でずらしたしきい値VTH1',VTH2'が設
定される。この場合、図14(a),(b),(c)に
示す如く、上記図13に比べて2倍の数のパルス信号を
得ることができる。
信号処理を行う場合、以下に示す問題を生じる。つま
り、図14に示すように、パルス間隔T1"〜T4"が「狭
い」・「広い」を繰り返し、一定回転下においても一定
間隔のパルス信号を得ることができない。これは、図1
4(a)に示すようにMRE出力(実線)が正弦波(破
線)に対してひずむことに起因しており、本発明者によ
る解析によれば前記ひずみはギア歯形状と磁気ベクトル
特性との相関性や主に2次高調波成分の影響によるもの
であると考えられる。
ものであって、その目的とするところは、被検出対象の
歯の通過に伴う磁気抵抗素子の信号波形のひずみを解消
し、波形整形により得られるパルス信号の間隔のばらつ
きを小さくすることができる磁気検出装置を提供するこ
とにある。
に、請求項1に記載の発明は、磁性材料からなる複数の
歯を持った被検出対象と、着磁面が前記被検出対象の歯
に対向し、当該被検出対象に向けてバイアス磁界を発生
するバイアス磁石と、前記バイアス磁界中に配置され、
前記バイアス磁石から被検出対象へのバイアス磁界の状
態変化に応じて抵抗変化を生じる磁気抵抗素子と、前記
磁気抵抗素子の出力波形を高低2レベルのしきい値にて
2値化すると共に、その立ち上がりエッジ及び立ち下が
りエッジに対応するパルス信号を生成する波形整形手段
とを備えた磁気検出装置であって、前記被検出対象に設
けられた歯をほぼ2等辺三角形状に形成したことを要旨
としている。
象に設けられた歯は、運動方向に対して45度傾斜した
2辺にて構成されている。請求項3に記載の発明は、磁
性材料からなる複数の歯を持った被検出対象と、着磁面
が前記被検出対象の歯に対向し、当該被検出対象に向け
てバイアス磁界を発生するバイアス磁石と、前記バイア
ス磁界中に配置され、前記バイアス磁石から被検出対象
へのバイアス磁界の状態変化に応じて抵抗変化を生じる
磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子の出力波形を高低2
レベルのしきい値にて2値化すると共に、その立ち上が
りエッジ及び立ち下がりエッジに対応するパルス信号を
生成する波形整形手段とを備えた磁気検出装置であっ
て、前記被検出対象に設けられた歯をその平均幅が歯間
のピッチの1/6以下となるように形成したことを要旨
としている。
素子は少なくとも一対のパターンで形成され、同一の磁
界内で互いに交差する角度関係を有すると共に、バイア
ス磁界方向となす角度がほぼ45度である。
は、バイアス磁界の状態変化に応じて抵抗変化を生じ
る。波形整形手段は、磁気抵抗素子の出力波形を高低2
レベルのしきい値にて2値化すると共に、その立ち上が
りエッジ及び立ち下がりエッジに対応するパルス信号を
生成する。このとき、被検出対象の歯がほぼ三角形状に
形成されているため、歯の通過に伴う磁気ベクトル特性
のずれが生じにくく、また、高調波成分からなるひずみ
波形も生じにくい。その結果、波形整形により得られる
パルス信号の間隔のばらつきが小さくなり、被検出対象
の運動速度に比例した間隔のパルス信号が得られる。
波成分を小さくすると共に磁気抵抗素子の高い出力レベ
ルが得られる。請求項3に記載の発明によれば、請求項
1の作用と同様の作用によりパルス信号が得られる。こ
のとき、被検出対象の歯は、その平均幅が歯間のピッチ
の1/6以下となるように形成されているため、歯の通
過に伴う磁気ベクトル特性のずれが生じにくく、また、
高調波成分からなるひずみ波形も生じにくい。その結
果、波形整形により得られるパルス信号の間隔のばらつ
きが小さくなる。
素子の出力波形の2次高調波成分をより小さくすること
ができ、被検出対象の運動が良好に検出できる。
した一実施例について、図面に従って説明する。本実施
例の磁気回転検出装置は、例えば内燃機関のクランク角
度に対応した信号を生成するものであって、内燃機関の
運転に伴う被検出対象(ギア)の回転を磁気抵抗素子
(MRE)にて検出するセンサ部と、該センサ部の出力
波形を波形整形する信号処理部とから構成されるもので
ある。
成図である。図1において、永久磁石からなるバイアス
磁石3は、その一面がN極に着磁されると共に、他方の
面がS極に着磁されている。バイアス磁石3は着磁面3
aに対してほぼ垂直方向にバイアス磁界を発生する。M
RE1,2は、図示しない基板に蒸着されており、バイ
アス磁石3の発生するバイアス磁界方向と同一面内にお
いて、その磁界方向に対してそれぞれほぼプラス・マイ
ナス45度で一対配置されている。MRE1,2の両端
には定電圧Vccが印加されており、MRE1,2の中点
電圧がセンサ出力として取り出される(以下、この出力
をMRE出力という)。なお、この場合、前記バイアス
磁石3は中空状をなし、基板はバイアス磁石3内を貫通
するように配置されているが、バイアス磁石は中空でな
くともよく、基板の表面、裏面に配置してもよい。
料からなり、ギア4には多数の歯5が連続的に設けられ
ている。そして、歯5に対向するように前記MRE1,
2が配置されている。図2に示すように、歯5は等角度
に延びる2辺からなる2等辺三角形状に形成されてお
り、本実施例の場合、歯間のピッチは4.6mm、歯高
は2.3mm、各辺がギア回転方向となす角度は45度
になっている。
器6を介して比較器7の反転入力端子に入力され、しき
い値設定回路9にて設定される所定のしきい値VTH1 ,
VTH2 で2値化される。しきい値設定回路9では、MR
E出力のピーク値(最高値)とボトム値(最低値)とを
両値の電圧差に応じて所定割合(又は所定値)ずらした
値を第1のしきい値VTH1 ,第2のしきい値VTH2 とし
ている。このとき、比較器7でのMRE出力の2値化に
よって、ギア4の運動速度に比例した信号エッジが得ら
れる。比較器7の出力は、単安定回路(単安定マルチバ
イブレータ)8に入力され、比較器7による2値化信号
の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジに対応する短
パルス信号が生成される。
詳述する。増幅器6を通過したMRE出力は、しきい値
設定回路9にてピークホールド回路10及びボトムホー
ルド回路11に入力される。抵抗12〜15は直列に接
続され、抵抗12〜15の両端にピークホールド回路1
0及びボトムホールド回路11の出力電圧が印加され
る。抵抗12及び抵抗15、抵抗13及び抵抗14はそ
れぞれ同じ抵抗値を有している。抵抗13の両端と、抵
抗14の両端とには、比較器7の信号レベルに応じて導
通又は遮断されるデジタルスイッチ16,17が接続さ
れている。そして、抵抗13と抵抗14との中点が比較
器7の非反転入力端子に接続されている。比較器7の出
力端子はインバータ18を介してデジタルスイッチ16
に接続されると共に、デジタルスイッチ17に対して直
接接続されている。よって、比較器7の出力によりデジ
タルスイッチ16,17のいずれかがONするようにな
っている。
出力のピーク値VP とボトム値VBとの差により決定さ
れる一定割合の変動値「A(VP −VB ):但し、係数
Aは0<A<1」だけ、ピーク値VP よりも低い第1し
きい値VTH1 と、ボトム値VB よりも高い第2のしきい
値VTH2 とが得られる(VTH1 =VP −A(VP −VB
),VTH2 =VB +A(VP −VB ))。
置では、ギア4が回転すると、その回転に伴い磁気ベク
トルBがギア4の歯5に引かれて振れる。すると、MR
E1,2は磁気ベクトルBの方向変化に従い抵抗変化を
生じ、一対のMRE1,2はそれぞれ逆相に作用する。
このとき、MRE出力は、図3(a)に示す如くほぼ正
弦波となっている。また、MRE1,2がバイアス磁界
方向に対してプラス・マイナス45度で配置されること
でMRE出力は、より正弦波に近づく。
による2つのしきい値VTH1 ,VTH2 にて比較判定さ
れ、比較器7では図3(b)に示す2値化信号が出力さ
れる。さらに、単安定回路8では、図3(c)に示す如
く、比較器7からの2値化信号の立ち上がりエッジ及び
立ち下がりエッジに対応するパルス信号が生成され出力
される。このパルス信号の間隔により内燃機関のクラン
ク角度が検知され、機関回転情報が得られることにな
る。本実施例の磁気検出装置によれば、図3(a)に示
すMRE出力のひずみが解消されており、ギア4が一定
回転している時、図3(c)に示すパルス信号の信号間
隔がほぼ一定に保持される(T1 =T2 =T3 =T4
)。
説明する。MRE出力は、磁気ベクトルBの振れ角θに
比例して変化する。つまり、図4に示すようにMRE
1,2に流れる電流方向に平行な磁気ベクトルをBx 、
電流方向に垂直な磁気ベクトルをBy とした場合、飽和
領域における抵抗値をそれぞれRx ,Ry とすれば、図
5中のMRE1,2の抵抗値R1 ,R2 は、Viogt-Thom
son の式から次のようになる。
θの特性に依存し、所望のMRE波形を得るには、磁気
ベクトルBの振れ角θの管理が重要になることが分か
る。
対する磁気ベクトルBの振れと、それに対応する信号波
形との関係を示している。図6(a)は本実施例の歯形
状(三角歯)について示し、図6(b)は従来の歯形状
(方形歯)について示している。図中、P1,P3,P
5位置は磁気ベクトルの振れ角θが「0」の位置を、P
2,P4位置は振れ角θがプラス・マイナスいずれかの
方向に最大となる位置である。
5位置はほぼ均等な間隔で位置している。そのため、P
2位置に相当するMRE出力のピーク位置、及びP4位
置に相当するMRE出力のボトム位置がP1,P3,P
5位置のいずれか寄りに偏ることはなく、ひずみの少な
い正弦波が得られる。これに対して、(b)の場合、P
2位置がP1位置に寄り、P4位置がP5位置に寄って
いる。そのため、MRE出力のピーク位置及びボトム位
置が偏り、その波形にひずみが生じる。要するに、図6
(a)に示す磁気ベクトル特性では、MRE出力として
正弦波が得られるのに対し、図6(b)に示す磁気ベク
トル特性では、ひずみ波形が得られることになる。
は、2次高調波成分の影響が挙げられる。つまり、MR
E出力は、基本波とひずみ波としての高調波との合成波
であるため、高調波が大きくなるほど、ひずみの度合い
が大きくなる。しかし、本発明者による実験結果によれ
ば、ギア歯形状を三角状にすることで、2次高調波成分
が大幅に低減されるのが確認されている。
との関係を、図8は、ギア歯形状とセンサ出力比との関
係を示している。図7によれば、歯幅が小さくなるほど
2次高調波成分が低下している。図7ではW=2.3m
m(本実施例の場合)で、2次高調波成分がほぼ1%と
なり、W<2.3mmで2次高調波成分が1%未満とな
っている。また、図8によれば、歯高Hが小さくなるほ
どセンサ出力比が低下している。すなわち、本実施例の
歯形状では、2次高調波成分を小さくすると共にMRE
出力を高レベルに保持することができる。但し、三角歯
の寸法については種々の要因を考慮して本実施例以外に
も任意に変更できる。
体例について説明したが、本発明に範囲内においてギア
歯形状を以下に示すように形成することもできる。図9
は、ギア歯形状と波形ひずみ量(2次高調波成分)との
関係を示した図である。ここで、図9に示す(a)〜
(e)は、歯間のピッチLp に対して平均歯幅を変化さ
せたものであり、(a)はピッチ:歯幅=2:1の方形
歯、(b)はピッチ:歯幅=2:1の台形歯、(c)は
ピッチ:歯幅=3:1の台形歯、(d)はピッチ:歯幅
=6:1の台形歯、(e)はピッチ:歯幅=2:1の三
角歯である。
状では、2次高調波成分が大きくなりMRE出力にひず
みを生じさせる原因となるが、(d),(e)に示す歯
形状では、2次高調波成分が小さくMRE出力に生じる
ひずみが極力抑えられるのが分かる(但し、(e)は上
述した三角歯に同じ)。なお、歯幅を(d)よりも細く
した場合には2次高調波成分がさらに低減されるのが確
認されている。また、(d)に示す比率では、方形歯に
て具体化した場合でも2次高調波成分が十分に小さくな
るのが確認されている。
平均幅が歯間のピッチの1/6以下となるようにした場
合、MRE出力のひずみを解消してパルス信号の間隔の
ばらつきを小さくすることができ、本発明の目的を達成
することができる。
態にて具体化することができる。 (1)しきい値設定回路9を例えば図10や図11の如
く構成し、上記実施例とは異なるしきい値を設定するこ
ともできる。つまり、図10に示すしきい値設定回路9
において、ピークホールド回路10には抵抗20を介し
て定電流回路21が接続されている。ボトムホールド回
路11には抵抗22を介して定電流回路23が接続され
ている。この回路によれば、デジタルスイッチ16が導
通の場合、MRE出力のピーク値VP から所定の電圧値
VO を差し引いた値が第1のしきい値VTH1 として設定
され(VTH1 =VP −VO )、デジタルスイッチ17が
導通の場合、MRE出力のボトム値VB に所定の電圧値
VO を加えた値が第2のしきい値VTH2 として設定され
る(VTH2 =VB +VO )。
おいて、ピークホールド回路10のピーク電圧とボトム
ホールド回路11のボトム電圧とは抵抗30,31によ
り中心電圧が検出され、該中心電圧が増幅器32を介し
て抵抗33,34の中点に印加される。一方の抵抗33
とデジタルスイッチ16との間には定電流回路35が接
続され、他方の抵抗34とデジタルスイッチ17との間
には定電流回路36が接続されている。この回路によれ
ば、デジタルスイッチ16が導通の場合、MRE出力の
中心電圧に所定の電圧値V1 を加えた値が第1のしきい
値VTH1 として設定され(VTH1 =(VP +VB )/2
+V1 )、デジタルスイッチ17が導通の場合、MRE
出力の中心電圧から所定の電圧値V1 を差し引いた値が
第2のしきい値VTH2 として設定される(VTH2 =(V
P +VB )/2−V1 )。
けてもよい。例えば、図2の場合、0.4〜0.6mm
以下のRが許容される。 (3)上記実施例では、回転運動型の磁気検出装置に具
体化したが、直線運動型の磁気検出装置に具体化するこ
とも可能である。
対象の歯の通過に伴う磁気抵抗素子の信号波形のひずみ
が解消でき、波形整形により得られるパルス信号の間隔
のばらつきを小さくすることができるという優れた効果
を発揮する。
波成分を小さくできると共に磁気抵抗素子の高い出力レ
ベルを得ることができる。請求項3に記載の発明によれ
ば、請求項1の効果と同様に、被検出対象の歯の通過に
伴う磁気抵抗素子の信号波形のひずみが解消でき、波形
整形により得られるパルス信号の間隔のばらつきを小さ
くすることができるという効果が得られる。
素子の出力波形の2次高調波成分をより小さくすること
ができ、被検出対象の運動を良好に検出することができ
る。
成図である。
(a)はMRE出力、(b)は比較器の出力、(c)は
単安定回路の出力を示している。
図である。
るためのタイミングチャートであり、(a)は本実施例
のギアについて、(b)は従来のギアについて示してい
る。
るための図であり、(a)は歯の断面図、(b)は上記
関係を示す線図である。
ための図であり、(a)は歯の断面図、(b)は上記関
係を示す線図である。
との関係を示した図であり、(a)〜(e)は、歯間の
ピッチに対して平均歯幅を変化させたものを示してい
る。
構成図である。
構成図である。
成図である。
チャートであり、(a)はMRE出力、(b)は比較器
の出力、(c)は単安定回路の出力を示している。
チャートであり、(a)はMRE出力、(b)は比較器
の出力、(c)は単安定回路の出力を示している。
3a…着磁面、4…被検出対象としてのギア、5…歯、
7…波形整形手段としての比較器、8…波形整形手段と
しての単安定回路、9…波形整形手段としてのしきい値
設定回路。
Claims (4)
- 【請求項1】 磁性材料からなる複数の歯を持った被検
出対象と、 着磁面が前記被検出対象の歯に対向し、当該被検出対象
に向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石と、 前記バイアス磁界中に配置され、前記バイアス磁石から
被検出対象へのバイアス磁界の状態変化に応じて抵抗変
化を生じる磁気抵抗素子と、 前記磁気抵抗素子の出力波形を高低2レベルのしきい値
にて2値化すると共に、その立ち上がりエッジ及び立ち
下がりエッジに対応するパルス信号を生成する波形整形
手段とを備えた磁気検出装置であって、 前記被検出対象に設けられた歯をほぼ2等辺三角形状に
形成したことを特徴とする磁気検出装置。 - 【請求項2】 前記被検出対象に設けられた歯は、運動
方向に対して45度傾斜した2辺にて構成される請求項
1に記載の磁気検出装置。 - 【請求項3】 磁性材料からなる複数の歯を持った被検
出対象と、 着磁面が前記被検出対象の歯に対向し、当該被検出対象
に向けてバイアス磁界を発生するバイアス磁石と、 前記バイアス磁界中に配置され、前記バイアス磁石から
被検出対象へのバイアス磁界の状態変化に応じて抵抗変
化を生じる磁気抵抗素子と、 前記磁気抵抗素子の出力波形を高低2レベルのしきい値
にて2値化すると共に、その立ち上がりエッジ及び立ち
下がりエッジに対応するパルス信号を生成する波形整形
手段とを備えた磁気検出装置であって、 前記被検出対象に設けられた歯をその平均幅が歯間のピ
ッチの1/6以下となるように形成したことを特徴とす
る磁気検出装置。 - 【請求項4】 前記磁気抵抗素子は少なくとも一対のパ
ターンで形成され、同一の磁界内で互いに交差する角度
関係を有すると共に、バイアス磁界方向となす角度がほ
ぼ45度である請求項1〜3のいずれかに記載の磁気検
出装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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