(57)【要約】【課題】回転体の回転前に波形信号のオフセット値を補正することができる磁気センサを提供する。【解決手段】まず、回転体の回転前に、電流が電源４０から第１ラダー抵抗回路部２５、一対の磁気抵抗素子２３、２４、及び第２ラダー抵抗回路部２６の順にグランド５０に流れるよう各スイッチ２１、２２を切り替え、センシング部２０の第１出力値を取得する（ステップ３１）。次に、電流が電源４０から第２ラダー抵抗回路部２６、一対の磁気抵抗素子２３、２４、及び第１ラダー抵抗回路部２５の順にグランド５０に流れるように各スイッチ２１、２２を切り替え、センシング部２０の第２出力値を取得する（ステップ３２）。続いて、第１出力値と第２出力値との差分値を取得する（ステップ３３）。この後、差分値が素子感度と等しくなるように、各ラダー抵抗回路部２５、２６の抵抗値をそれぞれ増減させる（ステップ３４）。【選択図】図１
2014232012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源（４０、４１）とグランド（５０）との間に直列に接続されると共に回転体の外周部に対向するように配置される一対の磁気抵抗素子（２３、２４）を有し、前記回転体の回転に伴って前記一対の磁気抵抗素子（２３、２４）が磁場の影響を受けたときの前記一対の磁気抵抗素子（２３、２４）の抵抗値の変化に基づいて前記回転体の外周部の位置に応じた波形信号を出力するセンシング部（２０）と、
前記一対の磁気抵抗素子（２３、２４）の素子感度の値を有し、前記センシング部（２０）から前記波形信号を入力すると共に前記素子感度に基づいて前記波形信号の振幅に含まれるオフセットを補正する処理回路部（３０）と、を備えており、
前記センシング部（２０）は、
前記電源（４０、４１）に接続される第１スイッチ（２１）と、
前記第１スイッチ（２１）と前記一対の磁気抵抗素子（２３、２４）との間に接続された第１ラダー抵抗回路部（２５）と、
前記グランド（５０）に接続される第２スイッチ（２２）と、
前記第２スイッチ（２２）と前記一対の磁気抵抗素子（２３、２４）との間に接続された第２ラダー抵抗回路部（２６）と、を有しており、
前記処理回路部（３０）は、
電流が前記電源（４０、４１）から前記第１ラダー抵抗回路部（２５）、前記一対の磁気抵抗素子（２３、２４）、及び前記第２ラダー抵抗回路部（２６）の順に前記グランド（５０）に流れるように前記第１スイッチ（２１）及び前記第２スイッチ（２２）を切り替えると共に、前記センシング部（２０）の第１出力値を取得する第１手段（３１）と、
前記第１手段（３１）を実行した後、電流が前記電源（４０、４１）から前記第２ラダー抵抗回路部（２６）、前記一対の磁気抵抗素子（２３、２４）、及び前記第１ラダー抵抗回路部（２５）の順に前記グランド（５０）に流れるように前記第１スイッチ（２１）及び前記第２スイッチ（２２）を切り替えると共に、前記センシング部（２０）の第２出力値を取得する第２手段（３２）と、
前記第１出力値と前記第２出力値との差分値を取得する第３手段（３３）と、
前記差分値が前記素子感度と等しくなるように、前記第１ラダー抵抗回路部（２５）の抵抗値及び前記第２ラダー抵抗回路部（２６）の抵抗値をそれぞれ増減させる第４手段（３４）と、を有しており、
さらに、前記処理回路部（３０）は、前記回転体の回転が始まる前に、前記第１手段（３１）、前記第２手段（３２）、前記第３手段（３３）、及び前記第４手段（３４）を順に実行することを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記電源（４０）は、前記センシング部（２０）に対して一定の電圧を印加する定電圧源であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記電源（４１）は、前記センシング部（２０）に対して一定の電流を流す定電流源であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転を検出する磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、磁界を検出する素子によって回転体の回転を検出する方法が知られている。この方法では、素子の置かれる環境と素子の出来栄えによって素子から出力される波形信号の振幅に一定のオフセット値が含まれている。このため、素子の波形信号を回転角度信号に変換する際、このオフセット値によって回転体の回転角度に誤差が生じてしまう。
【０００３】
そこで、特許文献１では、回転体の回転が始まった後、素子から出力された波形信号を取得すると共に波形信号の振幅のピーク値とボトム値との両方を取得し、これらの値から波形信号の振幅のオフセット値を算出して補正する物体近接検出器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３１１８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、回転体の回転が始まる前は波形信号が取得されていないので、波形信号の振幅のピーク値とボトム値が不明である。このため、回転体の回転前に波形信号の振幅のオフセット値を算出することができなかった。したがって、回転体の回転開始直後の回転角度精度がオフセット値に応じて悪化してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、回転体の回転前に波形信号のオフセット値を補正することができる磁気センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、磁気センサは、電源（４０、４１）とグランド（５０）との間に直列に接続されると共に回転体の外周部に対向するように配置される一対の磁気抵抗素子（２３、２４）を有し、回転体の回転に伴って一対の磁気抵抗素子（２３、２４）が磁場の影響を受けたときの一対の磁気抵抗素子（２３、２４）の抵抗値の変化に基づいて回転体の外周部の位置に応じた波形信号を出力するセンシング部（２０）を備えている。
【０００８】
また、磁気センサは、一対の磁気抵抗素子（２３、２４）の素子感度の値を有し、センシング部（２０）から波形信号を入力すると共に素子感度に基づいて波形信号の振幅に含まれるオフセットを補正する処理回路部（３０）を備えている。
【０００９】
センシング部（２０）は、電源（４０、４１）に接続される第１スイッチ（２１）と、第１スイッチ（２１）と一対の磁気抵抗素子（２３、２４）との間に接続された第１ラダー抵抗回路部（２５）と、グランド（５０）に接続される第２スイッチ（２２）と、第２スイッチ（２２）と一対の磁気抵抗素子（２３、２４）との間に接続された第２ラダー抵抗回路部（２６）と、を有している。
【００１０】
一方、処理回路部（３０）は、電流が電源（４０、４１）から第１ラダー抵抗回路部（２５）、一対の磁気抵抗素子（２３、２４）、及び第２ラダー抵抗回路部（２６）の順にグランド（５０）に流れるように第１スイッチ（２１）及び第２スイッチ（２２）を切り替えると共に、センシング部（２０）の第１出力値を取得する第１手段（３１）を有している。
【００１１】
また、処理回路部（３０）は、第１手段（３１）を実行した後、電流が電源（４０、４１）から第２ラダー抵抗回路部（２６）、一対の磁気抵抗素子（２３、２４）、及び第１ラダー抵抗回路部（２５）の順にグランド（５０）に流れるように第１スイッチ（２１）及び第２スイッチ（２２）を切り替えると共に、センシング部（２０）の第２出力値を取得する第２手段（３２）を有している。
【００１２】
処理回路部（３０）は、第１出力値と第２出力値との差分値を取得する第３手段（３３）と、差分値が素子感度と等しくなるように、第１ラダー抵抗回路部（２５）の抵抗値及び第２ラダー抵抗回路部（２６）の抵抗値をそれぞれ増減させる第４手段（３４）と、を有している。
【００１３】
さらに、処理回路部（３０）は、回転体の回転が始まる前に、第１手段（３１）、第２手段（３２）、第３手段（３３）、及び第４手段（３４）を順に実行することを特徴とする。
【００１４】
これによると、第１ラダー抵抗回路部（２５）及び第２ラダー抵抗回路部（２６）の各抵抗値の増減によって波形信号に含まれる振幅のオフセットがキャンセルされるので、一対の磁気抵抗素子（２３、２４）の抵抗バラツキが無くなる。したがって、回転体の回転前にセンシング部（２０）から出力される波形信号の振幅のオフセット値を補正することができる。
【００１５】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る磁気センサの全体構成図である。
【図２】処理回路部の処理内容を示したフローチャートである。
【図３】処理回路部におけるオフセット値の補正内容を示した図である。
【図４】オフセット値の算出過程を示した図である。
【図５】第２実施形態に係る磁気センサの電源とセンシング部を示した図である。
【図６】第２実施形態に係る処理回路部においてオフセット値の補正内容を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１８】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る磁気センサは、例えば車両のエンジンのクランクやカム角等の回転位置または回転速度を検出する回転センサに適用される。図１に示されるように、磁気センサは、クロック１０（ＣＬＫ）、センシング部２０、及び処理回路部３０を備えて構成されている。
【００１９】
クロック１０は、一定の周波数で発振する図示しない振動子を有する発振器である。クロック１０は、当該振動子によって一定の周波数のクロック信号を生成してセンシング部２０及び処理回路部３０に出力する。
【００２０】
センシング部２０は、第１スイッチ２１、第２スイッチ２２、一対の磁気抵抗素子２３、２４、第１ラダー抵抗回路部２５（ＲＤ１）、及び第２ラダー抵抗回路部２６（ＲＤ２）を有している。
【００２１】
第１スイッチ２１は、一方の端子が電源４０（ＶＣＣ）またはグランド５０（ＧＮＤ）に接続され、他方の端子が第１ラダー抵抗回路部２５に接続された切り替えスイッチである。すなわち、第１スイッチ２１は、第１ラダー抵抗回路部２５の接続先を電源４０またはグランド５０に切り替える役割を果たす。
【００２２】
第２スイッチ２２は、一方の端子が第２ラダー抵抗回路部２６に接続され、他方の端子がグランド５０または電源４０に接続される切り替えスイッチである。すなわち、第２スイッチ２２は、第２ラダー抵抗回路部２６の接続先をグランド５０または電源４０に切り替える役割を果たす。
【００２３】
各スイッチ２１、２２は例えば半導体トランジスタ等で形成されており、クロック１０のクロック信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御される。ここで、第１スイッチ２１が第１ラダー抵抗回路部２５を電源４０に接続すると共に、第２スイッチ２２が第２ラダー抵抗回路部２６をグランド５０に接続するように各スイッチ２１、２２が切り替えられる。この切り替えにより、電流が電源４０から第１スイッチ２１、第１ラダー抵抗回路部２５、一対の磁気抵抗素子２３、２４、第２ラダー抵抗回路部２６、及び第２スイッチ２２の順にグランド５０に流れる経路が形成される。
【００２４】
また、第１スイッチ２１が第１ラダー抵抗回路部２５をグランド５０に接続すると共に、第２スイッチ２２が第２ラダー抵抗回路部２６を電源４０に接続するように各スイッチ２１、２２が切り替えられる。この切り替えにより、電流が電源４０から第２スイッチ２２、第２ラダー抵抗回路部２６、一対の磁気抵抗素子２３、２４、第１ラダー抵抗回路部２５、及び第１スイッチ２１の順にグランド５０に流れる経路が形成される。本実施形態では、各スイッチ２１、２２に接続される電源４０はセンシング部２０に対して一定の電源電圧ＶＣＣを印加する定電圧源である。
【００２５】
一対の磁気抵抗素子２３、２４は、図示しない回転体の外周部に対向するように配置され、回転体の回転に伴って磁場の影響を受けたときの抵抗値の変化に基づいて回転体の外周部の位置に応じた波形信号を出力するセンサ素子である。一対の磁気抵抗素子２３、２４は電源４０とグランド５０との間、具体的には第１ラダー抵抗回路部２５と第２ラダー抵抗回路部２６との間に直列に接続されている。
【００２６】
具体的には、各磁気抵抗素子２３、２４の中点２７が処理回路部３０に接続されている。上述のように、各磁気抵抗素子２３、２４は、回転体の回転位置または回転速度に応じて抵抗値を変化させるので、中点２７の電圧が変化する。したがって、一対の磁気抵抗素子２３、２４は当該中点２７の電圧を波形信号として処理回路部３０に出力する。
【００２７】
第１ラダー抵抗回路部２５は、第１スイッチ２１と一方の磁気抵抗素子２３との間に接続された抵抗群である。また、第２ラダー抵抗回路部２６は、第２スイッチ２２と一対の磁気抵抗素子２３との間に接続された抵抗群である。これら各ラダー抵抗回路部２５、２６は、図示しない複数の抵抗と複数のスイッチが、各スイッチのＯＮ／ＯＦＦに応じて抵抗値が変化するように接続されたラダー回路である。各スイッチは処理回路部３０によって制御される。なお、各ラダー抵抗回路部２５、２６の回路構成は同じでも異なっていてもどちらでも良い。
【００２８】
処理回路部３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータがＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って所定の機能を実現するように構成された制御回路部である。処理回路部３０は、クロック１０からのクロック信号に基づいて動作する。
【００２９】
具体的に、処理回路部３０は、オフセット補正機能、抵抗値調整機能、及び波形信号出力機能を有している。オフセット補正機能は、処理回路部３０がセンシング部２０から波形信号を入力すると共に一対の磁気抵抗素子２３、２４の素子感度に基づいて波形信号の振幅に含まれるオフセットを補正する機能である。このため、処理回路部３０は一対の磁気抵抗素子２３、２４の素子感度の値を予め有している。素子感度は、磁気センサの製造時にメモリに記憶される。
【００３０】
例えば、一方の磁気抵抗素子２３の抵抗値がＲ１＝Ｒ＋ΔＲ・ｓｉｎθ＋Δｒ１で表され、他方の磁気抵抗素子２４の抵抗値がＲ２＝Ｒ−ΔＲ・ｓｉｎθ＋Δｒ２で表される。このうち、「Ｒ」が磁気抵抗値であり、「ΔＲ」が素子感度である。また、Δｒ１及びΔｒ２が抵抗バラツキであり、抵抗バラツキの成分が波形信号の振幅にオフセットを生じさせる原因となる。
【００３１】
また、抵抗値調整機能は、処理回路部３０がオフセット値に基づいて各ラダー抵抗回路部２５、２６の抵抗値を変更する機能である。すなわち、処理回路部３０は、各ラダー抵抗回路部２５、２６のスイッチを制御して各ラダー抵抗回路部２５、２６の抵抗値を所定値に変更する。
【００３２】
波形信号出力機能は、処理回路部３０がオフセット補正した波形信号を２値化して外部に出力する機能である。具体的には、処理回路部３０は、波形信号の振幅のピーク値とボトム値をそれぞれ取得し、これらピーク値とボトム値の中点を閾値として波形信号を２値化し、エンジンＥＣＵ等に出力する。以上が、本実施形態に係る磁気センサの全体構成である。
【００３３】
次に、磁気センサの処理回路部３０が回転体の回転開始前に波形信号の振幅のオフセットを補正する動作について説明する。処理回路部３０は、回転体の回転が始まる前に、図２に示されるステップ３１、ステップ３２、ステップ３３、及びステップ３４を順に実行する。ここで、回転体の回転が始まる前のオフセット補正処理の開始タイミングは、例えば磁気センサの起動後やリセット解除後等である。以下、ステップ３１〜３４について具体的に説明する。
【００３４】
まず、ステップ３１では、電流が電源４０から第１ラダー抵抗回路部２５、一対の磁気抵抗素子２３、２４、及び第２ラダー抵抗回路部２６の順にグランド５０に流れるように第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２が切り替えられる。これにより、処理回路部３０によって一対の磁気抵抗素子２３、２４の中点２７の電圧、すなわちセンシング部２０の第１出力値が取得される。第１出力値をＶ１とすると、一方の磁気抵抗素子２３の抵抗値がＲ１＝Ｒ＋ΔＲ・ｓｉｎθ＋Δｒ１であり、他方の磁気抵抗素子２４の抵抗値がＲ２＝Ｒ−ΔＲ・ｓｉｎθ＋Δｒ２であるので、Ｖ１は図３（ａ）の式（１）で表される。式（１）で示された第１出力値Ｖ１は、図４で示された初期値に該当する。
【００３５】
続いて、ステップ３２では、電流が電源４０から第２ラダー抵抗回路部２６、一対の磁気抵抗素子２３、２４、及び第１ラダー抵抗回路部２５の順にグランド５０に流れるように第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２が切り替えられる。これにより、処理回路部３０によって一対の磁気抵抗素子２３、２４の中点２７の電圧、すなわちセンシング部２０の第２出力値が取得される。第２出力値をＶ２とすると、Ｖ２は図３（ｂ）の式（２）で表される。式（２）で示された第１出力値Ｖ２は、図４で示された反転値に該当する。
【００３６】
この後、ステップ３３では、処理回路部３０によって第１出力値Ｖ１と第２出力値Ｖ２との差分値が取得される。これにより、差分値Ｖ２−Ｖ１は図３（ｃ）の式（３）で表される。
【００３７】
ステップ３４では、差分値Ｖ２−Ｖ１が一対の磁気抵抗素子２３、２４の素子感度と等しくなるように、処理回路部３０によって第１ラダー抵抗回路部２５の抵抗値及び第２ラダー抵抗回路部２６の抵抗値がそれぞれ増減される。
【００３８】
具体的には、ｓｉｎθは例えば検出する磁場の向きが分かっているとして、図３（ｄ）の式（４）で示されるようにθ＝０°とする。また、素子感度であるΔＲは上述のように既知である。したがって、図３（ｅ）の式（５）示される差分値Ｖ２−Ｖ１がＶＣＣ／２になるように各磁気抵抗素子２３、２４の抵抗バラツキをキャンセルする抵抗値ｒ０が算出される。これにより、図４のオフセット値が算出される。
【００３９】
具体的には、図３（ｆ）の式（６）に示されるように、オフセット値をキャンセルするｒ０（＝Δｒ１−Δｒ２）からΔｒ１＝Δｒ２＋ｒ０が得られる。このような抵抗値の関係となるように、処理回路部３０によって各ラダー抵抗回路部２５、２６の抵抗値が変更される。こうして、波形信号の振幅のオフセットが補正される。
【００４０】
上記の処理が、回転体の回転前に行われる。この後、回転体の回転が開始すると、処理回路部３０はオフセット補正された波形信号を２値化し、この２値化した波形信号をエンジンＥＣＵ等に出力する。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態では、回転体の回転前に、各ラダー抵抗回路部２５、２６の各抵抗値の増減によって波形信号に含まれるであろう振幅のオフセットをキャンセルすることが特徴となっている。すなわち、一対の磁気抵抗素子２３、２４の抵抗バラツキを無くすように各ラダー抵抗回路部２５、２６の抵抗値を変更している。したがって、回転体の回転前にセンシング部２０から出力される波形信号の振幅のオフセット値を補正することができる。
【００４２】
また、処理回路部３０に予めオフセット値が記憶された構成では時間の経過と共に変化するオフセット値に対応できないが、本実施形態では回転体の回転開始前に毎回オフセット値が補正される。したがって、時間の経過に関わらず、波形信号の振幅値の精度を長期に渡り維持することができる。
【００４３】
特に、回転体の回転直後の回転位置（回転角度）や回転速度の精度を向上させることができる。例えば回転体がギヤの場合には、回転後１歯目の波形信号の振幅値の精度を向上させることができ、ひいては回転位置や回転速度の精度を向上させることができる。これにより、ギヤの１歯目に対応した波形信号に基づいてエンジンＥＣＵが行う燃料噴射制御や点火制御を無駄にしないようにすることができる。
【００４４】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ステップ３１が特許請求の範囲の「第１手段」に対応し、ステップ３２が特許請求の範囲の「第２手段」に対応する。また、ステップ３３が特許請求の範囲の「第３手段」に対応し、ステップ３４が特許請求の範囲の「第４手段」に対応する。
【００４５】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図５に示されるように、電源４１はセンシング部２０に対して一定の電流を流す定電流源になっている。したがって、センシング部２０には一定電流Ｉが流れる。
【００４６】
なお、図５では、各スイッチ２１、２２や処理回路部３０等を省略している。また、図５に示された磁場（Ｂ）は、例えばモータの磁石等である。処理回路部３０は、モータの位置に基づいて磁場の向きを予め把握している。
【００４７】
この場合、図２のステップ３１では、図６（ａ）の式（７）で表された第１出力値Ｖ１が取得される。また、図２のステップ３２では、図６（ｂ）の式（８）で表された第２出力値Ｖ２が取得される。続いて、図２のステップ３３では、Ｖ１−Ｖ２を算出することにより、図６（ｃ）の式（９）で表された差分値Ｖ１−Ｖ２が取得される。式（９）のうち「Δｒ１−Δｒ２」が各磁気抵抗素子２３、２４の抵抗バラツキであり、波形信号の振幅のオフセット値を発生させる。
【００４８】
そして、図２のステップ３４では、図６（ｄ）の式（１０）で表されるように、抵抗バラツキである「Δｒ１−Δｒ２」を打ち消す抵抗値ｒ０（＝Δｒ２−Δｒ１）が設定される。したがって、処理回路部３０によって各ラダー抵抗回路部２５、２６の抵抗値が「ｒ０」となるように変更される。こうして、波形信号の振幅のオフセット値が補正される。
【００４９】
以上説明したように、電源４１が定電流源の構成においても、各磁気抵抗素子２３、２４の抵抗バラツキを打ち消すように各ラダー抵抗回路部２５、２６の抵抗値を変更することができる。これにより、回転体の回転開始前に波形信号の振幅のオフセット値を補正することができる。
【００５０】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された磁気センサの構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、磁気センサを車両に適用する場合、車輪速やカム角を検出するセンサに適用しても良い。また、車両に限らず、回転体の回転位置（回転角度）や回転速度を検出するものに磁気センサを適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
２０        センシング部
２１        第１スイッチ
２２        第２スイッチ
２３、２４  磁気抵抗素子
２５        第１ラダー抵抗回路部
２６        第２ラダー抵抗回路部
３０        処理回路部
４０、４１  電源
５０        グランド
【図１】
2014232012.tif 000003
【図２】
2014232012.tif 000004
【図３】
2014232012.tif 000005
【図４】
2014232012.tif 000006
【図５】
2014232012.tif 000007
【図６】
2014232012.tif 000008