JPH10332722A - 回転速度検出装置 - Google Patents

回転速度検出装置

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JPH10332722A
JPH10332722A JP9143638A JP14363897A JPH10332722A JP H10332722 A JPH10332722 A JP H10332722A JP 9143638 A JP9143638 A JP 9143638A JP 14363897 A JP14363897 A JP 14363897A JP H10332722 A JPH10332722 A JP H10332722A
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current
constant
voltage
constant voltage
power supply
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JP9143638A
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English (en)
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Hiroshi Shimamura
寛 嶋村
Shinjiro Ueda
真二郎 上田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低速時での回転検出に適合し、かつ省線化を
有効な回転速度検出装置を提供することにある。 【解決手段】 磁電変換素子を直列に接続した検知部お
よび比較電圧用抵抗を直列に接続し、かつ前記検知部に
並列接続した比較電圧発生部を含むセンサ手段11を定
電流手段15により制御される定電圧制御手段13にて
定電圧駆動し、比較手段12からのオン・オフ出力によ
り前記定電流手段15の定電流を制御して給電線Vc
c、VRに矩形波電流が重畳して流れるように構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転または移動す
る多極磁石で作られる漏洩磁界変化、または磁性移動体
としてのギヤと固定磁石との間で作られる漏洩磁界変化
を磁電変換素子を利用して検出し、その検出信号を波形
整形して電圧−電流変換する信号処理回路を具備した回
転速度検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来からギヤの回転検出に使用されてい
る検出素子は、図6に示すようにバイアス磁石103と
の間に抱き合わせた電磁コイル102であり、回転する
ギヤ101の凹凸による磁気抵抗の変化による時速密度
変化を検出し、コイル両端に誘起電圧を得るものであ
る。この場合、回転するギヤ101、バイアス磁石10
3、電磁コイル102は発電機と見なされ、誘起電圧の
大きさはギヤの回転速度に依存し、2線での信号の検出
が可能である。これは、シンプルで廉価な構成である
が、低速時には、誘起電圧が小さくなるという基本的な
問題点を有する。
【0003】更に図7に示すように、強磁性磁気抵抗素
子104を検出素子として用い、定電流駆動により矩形
波電流を電源供給線に重畳する信号処理回路105と組
合せたものが知られている。これは、定電流駆動に2つ
のカレントミラー回路を用い、一方のカレントミラー回
路の電流を常時オンにし、他方のカレントミラー回路の
電流をハーフブリッジの磁気抵抗素子の中点出力信号で
オン・オフさせることで矩形波電流を作り出し、電源供
給線に矩形波電流を重畳し、信号出力線を省き、3線を
2線に変換するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】車載回転センサとして
近年求められている性能は、超低速時の回転検出であ
る。
【0005】これに適した検出素子はホール素子、強磁
性磁気抵抗素子、半導体磁気抵抗素子、等のいわゆる位
置検出タイプの磁電変換素子であり、特に、他方式に比
べ半導体磁気抵抗素子は検出信号電圧が大きく、回転ギ
ヤ検出としては最適なものの1つである。回転センサに
位置検出タイプの磁電変換素子を用いた場合、回路構成
としては、通常、電流供給線2本、信号出力線1本の計
3本の配線が必要である。電磁コイルとの互換性、車体
重量の軽減、車内スペースの有効活用等を考えると、2
線化した超低速検出可能な回転センサが求められる。位
置検出タイプの回転速度検出装置における2線方式は、
回転または移動体による漏洩磁界変化を磁電変換素子で
検出し、信号処理を行って電源供給線に矩形波電流とし
て重畳する方式であり、電源供給側で電源供給線に挿入
した抵抗の両端電圧を検知し、回転または移動体の回転
数や移動量をコンピュータで計測することによって信号
出力線を省略するものである。この方式では、回路全体
の消費電流を小さくし、回路素子の発熱をできるだけ抑
えるために矩形波の高電流値と低電流値の絶対値、相対
差をできるだけ小さくする必要がある。一方、矩形波電
流の電流値の絶対値を小さくすればする程、矩形波の高
電流値、低電流値を確実に認識するためには矩形波電流
波形の電流値精度が重要になってくる。このため、従来
は、定電流回路を用いて全信号処理回路部の消費電流を
制御する方式がとられていた。
【0006】検知部に半導体磁気抵抗素子(以下、SM
Rと称する)を用いた場合、強磁界の条件下では、出力
は大きいが、温度による抵抗値変動が大きく、例えば、
−40℃〜150℃の範囲では、約50倍程度の抵抗値
の変化があるので、定電流駆動すると次の問題が生じ
る。
【0007】(1)高温度ではSMRの抵抗値が低く、
磁気感度が約30%低下することを考慮すると、抵抗変
化分が小さくなることと相俟って高抵抗時の検知出力に
比べ、低抵抗時の検知出力が小さくなる。従って、回路
素子のドリフト、ヒステリシス、磁電変換素子の中点の
温度ドリフト等を考えると、コンパレータのオン・オフ
動作が得られなくなる状態になる。
【0008】(2)常温時、SMRと比較電圧発生部を
まとめて定電流駆動すると、回転に伴うSMRの抵抗値
の変化でハーフブリッジを構成するSMRの両端電圧が
変化し、比較電圧用抵抗の中点電圧も同様に変化するた
め、ノイズマージンが小さくなる。
【0009】また、検知部に強磁性磁気抵抗素子(以
下、MRと称する)を用いた場合、SMRに比べて磁気
抵抗変化率が小さいので、大きい出力を得るために定電
流駆動電流を大きくすると、矩形波電流の電流値が大き
くなり、回路素子にパワー素子を使う必要が生じ、小さ
い駆動電流ではSMRの場合と同様にMR出力が小さく
なり、回路素子のドリフト、ヒステリシス、磁電変換素
子の中点の温度ドリフトを考えると、コンパレータのオ
ン・オフ動作が得られなくなるため、素子出力を増幅す
る必要があり、回路素子数が増え、高くつくという課題
があった。
【0010】更に、電磁コイルとの互換性を考えると、
小型化、低価格化が必須の条件で、電源電圧変動範囲、
使用温度変動範囲において、矩形波電流の電流値精度を
確保すると同時に、回路構成をできるだけ簡素化すると
いう課題があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の回転速度検出装
置においては、位置検出タイプ磁電変換素子を直列に接
続した検知部および比較電圧用抵抗を直列に接続し、か
つ、前記検知部に並列に接続した比較電圧発生部を含む
センサ手段と、前記センサ手段を構成する検知部の中点
と前記比較電圧発生部の中点とに夫々接続した比較手段
と、前記センサ手段に対し、定電圧を供給するように給
電線の供給側との間に設けた定電圧制御手段と、前記給
電線の供給側とリターン側との間に設けられ、前記定電
圧制御手段への定電圧を供給する定電圧発生手段と、前
記給電線の供給側とリターン側との間に設けられ、前記
定電圧発生手段により供給側とリターン側の間に流れる
定電流を決定する定電流手段とを備え、前記給電線のリ
ターン側とグランド間に設けられる負荷の両端に矩形波
電圧が検出されるように前記比較手段からのオン・オフ
出力により前記定電流手段の定電流を制御して前記給電
線に矩形波電流が重畳して流れるように構成したもので
ある。
【0012】この構成によれば、矩形波電流の電流値の
絶対値、相対差の小さい矩形波電流を電源供給線に重畳
することができ、電源電圧が変動した場合においても、
周囲温度が変動した場合においても、矩形波電流の精度
のよい2線式回転速度検出装置が得られる。
【0013】矩形波電流の電流値のバラツキの大きな要
因となりうる、検出素子部の位置検出タイプ磁電変換素
子と、位置検出タイプ磁電変換素子で検出した波形とを
比較する比較電圧用抵抗部とを定電圧で駆動する。
【0014】(1)SMRを使用する場合 SMRの出力は供給電圧に比例するので、低い供給電圧
では、出力は低下するが、SMRの有する特徴である検
出出力が非常に大きいことを利用して、低い定電圧で駆
動することにより、矩形波電流の電流値バラツキに大き
な要因となる温度による抵抗値の変動による電流値のバ
ラツキを抑えることができる。SMRは前述のように温
度によってかなり大きな抵抗値の変動を有し、−40℃
〜150℃の温度変動範囲では、ハーフブリッジを構成
するSMRの2つの合成抵抗は、例えば、1.6kΩ〜
80kΩ程度に変化する。ハーフブリッジのSMRとハ
ーフブリッジの比較電圧用抵抗部で作る合成抵抗値Y
は、SMRの2つの合成抵抗値をX(変数)、比較電圧
用抵抗の2つの合成抵抗値をA(定数)とすれば、次式
で表される。
【0015】Y=AX/(X+A) Yは変数Xに対して、単調増加をし、Xmin時のYm
in値とXmax時のYmax値の間にすべてのY値は
入る。比較電圧用抵抗値Aの値を変えた場合の周囲温度
150℃のSMRの合成抵抗値の最小値1.6kΩと周
囲温度−40℃の合成抵抗値の最大値80kΩでのYに
流れる電流値を計算した値を表1に示す。
【0016】但し、Yに印加する電圧を3Vdc、Im
ax:Aに流れる最大電流値、Imin:Aに流れる最
低電流値、ΔI=Imax−Iminとする。
【0017】
【表1】
【0018】この数値から、電流値のバラツキ要因の大
きい信号検出部について次のことが言える。
【0019】(a)比較電圧用抵抗値の値如何に拘わら
ず、電流の最大値と最小値との差は1.8375mAと
一定である。
【0020】(b)比較電圧用抵抗値のAの値は、Yに
流れる電流値の大きさを決める。従って、検知部のバラ
ツキは3Vdc駆動すると、±1.8375/2mAの
精度で定電流化が可能である。定電圧化することによっ
て、比較電圧が、移動体の移動によりSMRの抵抗値の
変動に伴い変化することを防止でき、ノイズマージンが
定電流駆動時よりも大きくなり、信号検出部を定電流化
することができる。SMRの場合は、検出信号出力が他
の位置検出タイプの検出素子に比べて大きい特徴を利用
して、低い定電圧で駆動することにより、検出部の電流
バラツキを小さい値に抑えることができる。
【0021】(2)MRを使用する場合 MR出力(V0)はハーフブリッジの両端に印加する駆
動電圧の大きさに比例する。
【0022】 V0=(δR/R)*Vd/(2−δR/R) 但し、δR/R:磁気抵抗変化率、Vd:駆動電圧 従って、大きいVdで駆動することにより大きいMR出
力を得ることができる。−40℃〜150℃の使用温度
の範囲では、約1.5倍の抵抗値変化なので、検知部の
電流バラツキは小さい値に抑えることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、位置検出タイプ磁電変換素子を直列に接続した検知
部および比較電圧用抵抗を直列に接続し、かつ、前記検
知部に並列に接続した比較電圧発生部を含むセンサ手段
と、前記センサ手段を構成する検知部の中点と前記比較
電圧発生部の中点とに夫々接続した比較手段と、前記セ
ンサ手段に対し、定電圧を供給するように給電線の供給
側との間に設けた定電圧制御手段と、前記給電線の供給
側とリターン側との間に設けられ、前記定電圧制御手段
への定電圧を供給する定電圧発生手段と、前記給電線の
供給側とリターン側との間に設けられ、前記定電圧発生
手段により供給側とリターン側の間に流れる定電流を決
定する定電流手段とを備え、前記給電線のリターン側と
グランド間に設けられる負荷の両端に矩形波電圧が検出
されるように前記比較手段からのオン・オフ出力により
前記定電流手段の定電流を制御して前記給電線に矩形波
電流が重畳して流れるように構成したものであり、周囲
温度変動(−40℃〜150℃)、電源電圧変動(8V
dc〜16Vdc)の場合でも、電流精度の良い矩形波
電流を電源供給線に重畳が可能であるという作用を有す
る。
【0024】請求項2に記載の発明は、請求項1記載の
発明において、前記定電流手段を、前記定電圧制御手段
で兼用したものであり、定電流手段を構成する回路の一
部を省略し、回路がより一層簡素化できるという作用を
有する。
【0025】請求項3に記載の発明は、請求項1記載の
発明において、矩形波電流を発生する定電流手段の抵抗
の抵抗値をトリミングによって調整し、電流矩形波の電
流値を決定するようにしたものであり、抵抗値の微調整
が可能で、矩形波電流の電流値バラツキを小さく抑える
という作用を有する。
【0026】(実施の形態)以下、本発明の回転速度検
出装置の実施の形態について図を用いて説明する。図1
は本発明の実施の形態における回転速度検出装置の電気
的ブロック図、図2は同装置の具体的回路図を示してい
る。図1、図2において、11は位置検出タイプ磁電変
換素子を直列に接続した検知部および比較電圧用抵抗を
直列に接続し、かつ、前記検知部に並列に接続した比較
電圧発生部を含むセンサ手段、12は前記センサ手段1
1を構成する検知部の中点と前記比較電圧発生部の中点
とに夫々接続した比較手段、13は前記センサ手段に対
し、定電圧を供給するように給電線の供給側との間に設
けた定電圧制御手段、14は前記給電線の供給側とリタ
ーン側との間に設けられ、前記定電圧制御手段13への
定電圧を供給する定電圧発生手段と、15は前記給電線
の供給側とリターン側との間に設けられ、前記定電圧発
生手段14により供給側とリターン側の間に流れる定電
流を決定する定電流手段である。前記給電線のリターン
側とグランド間に設けられる負荷16の両端に矩形波電
圧が検出されるように前記比較手段12からのオン・オ
フ出力により前記定電流手段15の定電流を制御して前
記給電線に矩形波電流が重畳して流れるように動作され
る。
【0027】図2において、定電圧発生手段14は電源
電圧が変動した場合においても、一定電圧を発生する作
用を行うもので、FETQ3、ツェナーダイオードD
1、分割抵抗R8,R9,R10から構成されている。
定電流手段15はコンパレータIC1のオン・オフ出力
によって矩形波電流の高電流値と低電流値とを切り替え
る作用を行うもので、ツェナーダイオードD1、分割抵
抗R8,R9,R10、トランジスタQ2、抵抗R6,
R7から構成されている。また、定電圧制御手段13は
比較電圧用抵抗、SMRを一定電圧で駆動する作用を行
うもので、ツェナーダイオードD1、分割抵抗R8,R
9,R10、トランジスタQ1から構成されている。検
知部はギヤ回転に伴う磁束密度変化を検出する作用と比
較電圧を作る作用を行うもので、SMR(SMR1,S
MR2)、抵抗R1,R2から構成されている。比較手
段12は検出信号と比較電圧とを比較し、パルス信号に
変換する作用を行うもので、コンパレータIC1、ヒス
テリシス用抵抗R3から構成されている。抵抗R4,R
5,R11はトランジスタQ1,Q2、FETQ3の消
費電力抑制用抵抗である。
【0028】ここで、検知部および比較電圧発生部を含
むセンサ手段11は図3に示すようにバイアス磁石3と
ギヤ1との間に配置されてギヤ1の回転に伴う磁束密度
変化を検出する。そして比較手段12、定電圧制御手段
13、定電圧発生手段14および定電流手段15等は信
号処理回路5としてフレキシブル基板7上に構成され、
電源供給用の端子8を兼ねて出力される。
【0029】本発明の実施形態における信号処理回路の
回路動作を以下に詳しく述べる。磁性体または多極磁石
の移動体の移動による漏洩磁界の変化を一定の距離を隔
ててて配置された2つの抵抗体(SMR1,SMR2)
でハーフブリッジ構成したSMRで差動検出し、検出信
号と抵抗分割法で作られた比較電圧とをコンパレータI
C1で比較し、そのコンパレータIC1のオープンコレ
クタの出力部をオン・オフする。検知部のSMRと比較
電圧用抵抗部は、ツェナーダイオードD1で決められた
電圧で安定化された定電圧回路で駆動されている。コン
パータIC1は定電流化されたICを内蔵しており、電
源供給線に直接接続されている。ツェナーダイオードD
1のバイアス電流はFETQ3で給電される。SMRは
常温(25℃)で約8kΩの合成抵抗値が、低温度(−
40℃)時で約80kΩ、高温度(150℃)時に1.
6kΩになる抵抗温度性特性を持つ。SMR+比較電圧
を含むセンサ手段11でのSMR抵抗温度変化による電
流バラツキは、定電流の駆動電圧値(Vd)が小さい程
小さくなり、その値は±(1.8375/2)×(Vd
/3)mAとなる。但し、Vd:駆動定電圧、±1.8
375/2mA:Vd=3V時の検出部の電流バラツキ
とする。定電流手段15は、ツェナーダイオードD1で
決められた電圧で動作するトランジスタQ2のエミッタ
電圧とエミッタ抵抗とで決まる定電流値を持ち、オープ
ンコレクタを持つコンパレータIC1の出力がエミッタ
抵抗の一部に接続されている。コンパレータIC1のオ
ープンコレクタがLow(非導通)時には、定電流手段
15のトランジスタQ2のエミッタ電圧とエミッタ抵抗
による定電流と、検知部、比較手段12、定電圧発生手
段14に流れる電流とで矩形波電流の低電流値を、コン
パレータIC1のオープンコレクタがHigh(導通)
時には定電流手段15のトランジスタQ2のエミッタ電
流を分流させることで矩形波電流の高電流値を電源供給
線に重畳する。矩形波電流の電流値を決められた値に設
定するためにトランジスタQ2へのエミッタ抵抗をトリ
ミング等で抵抗値調整を行う。定電圧発生手段14はツ
ェナーダイオードD1へのバイアス電流をFETQ3の
ドレイン電流で供給し、ドレイン電流は温度変動に対し
て最も小さくなるようにFETQ3のゲート−ソース間
をバイアスされているので、広範囲な電源電圧変動、広
範囲な温度変動に対してドレイン電流がほぼ一定とな
り、電源電圧の変動に対しては、良好な定電圧特性が得
られる。また、ツェナー電圧Vzの温度特性と定電流手
段15、定電圧制御手段13のトランジスタQ1,Q2
のベース−エミッタ間電圧Vbeの温度特性はキャンセ
ルされるので、各エミッタ電圧は、使用温度範囲では、
温度の変化に対してはほぼ一定の値を示す。
【0030】このようにSMRによる検知部および比較
電圧用抵抗によるセンサ手段、コンパレータ、トランジ
スタQ2のエミッタ電流による定電流部、FETとツェ
ナーダイオードの定電圧発生部で構成することによっ
て、使用温度−40℃〜150℃、電源電圧8V〜16
Vの範囲で矩形波電流の最大値20mA、最小値10m
Aに対して、電流バラツキが最大±2mA以下の矩形波
電流波形が得られる。回路的には、FET1個、ツェナ
ーダイオード1個、トランジスタ2個で構成され、能動
素子合計4個の簡単な構成で高精度な電圧−電流変換が
可能で、2線化ができる。
【0031】尚、本実施の形態では、定電流手段15と
定電圧制御手段13とにそれぞれトランジスタQ1,Q
2を用いたが、他に図4に示すようにトランジスタQ1
で併用し、エミッタ抵抗R14,R15で分割しても良
い。これは矩形波電流のオン・オフ時の電流値の小さい
場合に適している。
【0032】また、図5に示すように、定電圧発生手段
14のFETQ3を抵抗R16で置き換えても良い。こ
の場合、低電流バイアス値でも定電圧を発生するツェナ
ーダイオードを使用すれば、電源電圧Vccが変動して
も安定的な定電圧が得られる。
【0033】また、矩形波電流の電流値は定電流手段1
5のトランジスタQ1またはQ2のエミッタ抵抗を切り
替えることで得られるが、定電流値の精度向上のために
は抵抗値をトリミングで微調整することで得られる。
【0034】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、温度によ
って抵抗値が大きく変動する磁気検知素子を使った場合
でも、広範囲な使用温度(−40℃〜150℃)、広範
囲な電源電圧(8Vdc〜16Vdc)の範囲にわたっ
て、次の効果が得られる。
【0035】SMRに大きな抵抗値の変化があって
も、SMRと比較電圧部は低い定電圧の駆動を行い、検
出部の電流バラツキはかなり小さい値((1.8735
/2) *(Vd/3)mAでVdを小さく設定することでバラ
ツキが小さくなる)に抑えられ、回路全体として、電流
精度の良い矩形波電流が得られる。
【0036】磁気抵抗変化率の小さいMRを使用する
場合でも、駆動電圧を大きく設定することによりMR出
力を大きくし、増幅器がなくても矩形波電流に変換で
き、また、矩形波電流の電流値を小さくすることができ
て回路素子にパワー素子を使用する必要がない。
【0037】シンプルな回路構成で2線化信号処理回
路が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における回転速度検出装置
の電気的ブロック図
【図2】同装置の具体的な電気回路図
【図3】同装置の構成図
【図4】同装置の他の例を示す電気回路図
【図5】同装置の更なる他の例を示す電気回路図
【図6】従来の回転速度検出装置を示す構成図
【図7】従来の回転速度検出装置を示す構成図 1 ギヤ(磁性材) 3 バイアス磁石 5 信号処理回路 6 回転検出部(半導体磁気抵抗素子) 7 フレキシブル基板 8 端子 11 センサ手段 12 比較手段 13 定電圧制御手段 14 定電圧発生手段 15 定電流手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位置検出タイプ磁電変換素子を直列に接
    続した検知部および比較電圧用抵抗を直列に接続し、か
    つ、前記検知部に並列に接続した比較電圧発生部を含む
    センサ手段と、前記センサ手段を構成する検知部の中点
    と前記比較電圧発生部の中点とに夫々接続した比較手段
    と、前記センサ手段に対し、定電圧を供給するように給
    電線の供給側との間に設けた定電圧制御手段と、前記給
    電線の供給側とリターン側との間に設けられ、前記定電
    圧制御手段への定電圧を供給する定電圧発生手段と、前
    記給電線の供給側とリターン側との間に設けられ、前記
    定電圧発生手段により供給側とリターン側の間に流れる
    定電流を決定する定電流手段とを備え、前記給電線のリ
    ターン側とグランド間に設けられる負荷の両端に矩形波
    電圧が検出されるように前記比較手段からのオン・オフ
    出力により前記定電流手段の定電流を制御して前記給電
    線に矩形波電流が重畳して流れるように構成した回転速
    度検出装置。
  2. 【請求項2】 前記定電流手段を、前記定電圧制御手段
    で兼用した請求項1記載の回転速度検出装置。
  3. 【請求項3】 前記定電流手段の抵抗の抵抗値をトリミ
    ングによって調整し、矩形波電流の電流値を決定するよ
    うに構成した請求項1記載の回転速度検出装置。
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