(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルの回転軸に取り付けられた多極マグネットロータと、
所定の位相差をもって配置され、前記多極マグネットロータの磁力変化を測定し、電圧変化に変換して出力する一対の磁気測定手段と、
各磁気測定手段の出力と所定の正負の基準値とを、ヒステリシスをもったコンパレータにより比較し、それぞれ比較した結果を、前記ハンドルの回転方向を検出するための比較結果として出力する一対の比較手段を備え、
前記比較手段の所定の正負の基準値を、経時変化による前記磁気測定手段の出力電圧移行最大幅に対応できるように、前記磁気測定手段の最大出力電圧の±５０％の値に設定したことを特徴とする磁気回転検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば多極マグネットロータの磁力変化を測定して回転方向を検出する磁気回転検出装置、特にその基準電圧設定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の磁気回転検出装置は、多極マグネットロータ、一対の磁気抵抗素子、及び一対のコンパレータ等から構成されている（なお、基本的なハード構成は後述する図１と同じである）。多極マグネットロータは、ハンドル等の回転軸に取り付けられ、回転軸の回転に伴って回転する。磁気抵抗素子は９０°の位相差をもって配置され、磁力変化を正負に振動する電圧の変化として出力する。コンパレータは磁気抵抗素子に対応してそれぞれ設けられており、このコンパレータは、磁気抵抗素子の出力が増幅されたアンプ出力電圧と、正負の２つの基準値とを比較し、その比較結果をユニット出力電圧として出力するものである。従来のコンパレータにおける正負の２つの基準値の設定は、アンプ出力電圧の最大出力の±２５％としていた。そして、一対のコンパレータの出力するユニット出力電圧の位相差に基づき、多極マグネットロータの回転方向を検出していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来の磁気回転検出装置では、時が経つにつれて、アンプ出力電圧が初期の位置から正又は負の方向に移行していき、そのためにアンプ出力電圧と正負の２つの基準値との交点も移動する。交点が移動すると、ユニット出力電圧も変化し、アンプ出力電圧の移行の大きさ、又は波形によっては位相差が検出できなくなり、多極マグネットロータの回転方向が検出できなくなるという問題点があった。
【０００４】
図２は上記の問題点を示すために標準ギャップ長において、アンプ出力電圧の最大出力の±２５％に正負の基準電圧を設定した場合の各電圧の関係を表したものである。ここでは正の基準値ＶＰをアンプ出力電圧の最大出力の２５％、また負の基準値ＶＭをアンプ出力電圧の最大出力の−２５％とする。なお、一方のコンパレータに入力されるアンプ出力電圧をＡ１、またそのコンパレータが出力するユニット出力電圧をＡ２とし、別のコンパレータに入力されるアンプ出力電圧をＢ１、また、そのコンパレータが出力するユニット出力電圧をＢ２とする。
【０００５】
アンプ出力電圧が正の基準値ＶＰ以上になった時、ユニット出力電圧Ａ２又はＢ２は、ＬからＨに立ち上がる。また、アンプ出力電圧が基準電圧の負の基準値ＶＭ以下になった時、ユニット出力電圧Ａ２又はＢ２は、ＨからＬに立ち下がる。ユニット出力電圧Ａ２及びＢ２は同一波形であり、位相差は±９０°で固定されている。ユニット出力電圧Ａ２及びＢ２は時間的に一部重複しており、その時のユニット出力電圧Ａ２及びＢ２の立ち上がり、及び立ち下がりの相対関係を検出することにより回転方向を検出する。図２においては、ユニット出力電圧Ｂ２が立ち上がり、その後でユニット出力電圧Ａ２が立ち下がることで波形は一部重複しており、ユニット出力電圧Ａ２の位相が、ユニット出力電圧Ｂ２の位相に対して進んでいるから、ユニット出力電圧Ａ２を検出した磁気測定手段からユニット出力電圧Ｂ２を検出した磁気測定手段の方向に、多極マグネットロータが回転していることが検出される。
【０００６】
実際には図２のような標準ギャップ長だけではなく、取り付け時の誤差等のために、ギャップ長が標準よりも長くなったり、短くなったりしてアンプ出力電圧Ａ１及びＢ１の波形が変化する。標準ギャップ長より長くなっていくと波形は三角波に近づいていく。ギャップ長が標準より短くなっていくと理論的には方形波に近づいていくが、実際には歪んだ波形にしかならない。
【０００７】
図３はギャップ長が短い場合に、基準電圧をアンプ出力電圧の最大出力の±２５％に設定した場合の各電圧の関係を示す図である。図２と同様に、正の基準値ＶＰをアンプ出力電圧の最大出力の２５％、また負の基準値ＶＭをアンプ出力電圧の最大出力の−２５％とする。アンプ出力電圧Ａ１及びＢ１が移行しなければ、ユニット出力電圧Ａ２及びＢ２は、破線で示すように、ユニット出力電圧Ｂ２の立ち上がりからユニット出力電圧Ａ２の立ち下がりを検出でき、位相条件を満足する。しかし、アンプ出力電圧Ａ１又はＢ２は時が経つと移行していく。アンプ出力電圧Ａ１及びＢ１が共に、最大出力の５０％負の方向に移行したとすると、アンプ出力電圧Ｂ１が正の基準電圧ＶＰ以上になるよりも、アンプ出力電圧Ａ１が基準電圧の負の基準電圧ＶＭ以下になる方がはやく、ユニット出力電圧Ｂ２が立ち上がる前にユニット出力電圧Ａ２が立ち下がってしまう。そのため、ユニット出力電圧Ｂ２が立ち上がった後でユニット出力電圧Ａ２の立ち下がりを検出できず、位相条件を満足することはできない。したがって多極マグネットロータの回転方向が検出できない。
【０００８】
以上のようなことから、アンプ出力電圧が移行しても、多極マグネットロータの回転方向を検出できるような磁気回転検出装置の実現が望まれていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁気回転検出装置は、ハンドルの回転軸に取り付けられた多極マグネットロータと、所定の位相差をもって配置され、多極マグネットロータの磁気変化を検出し、電圧変化に変換して出力する一対の磁気測定手段と、各磁気測定手段の出力と所定の正負の基準値とを、ヒステリシスをもったコンパレータにより比較し、それぞれ比較した結果を、前記ハンドルの回転方向を検出するためのユニット出力電圧を出力する一対の比較手段を備えた。そして、経時変化等による磁気測定手段の出力の上記の移行に対しても、位相差を検出できるように、正負の２つの基準値の設定において、磁気測定手段の最大出力電圧の±５０％の値に、比較手段の所定の正負の基準値を設定し、一対の磁気測定手段がそれぞれ測定した磁力変化のユニット出力電圧の位相差を検出することで、回転方向を検出できるようにした。正負の２つの基準値を、磁気測定手段の最大出力電圧の±５０％の値に設定するのは、位相差が検出可能な移行幅の中で最も大きな幅を取ることができ、しかも磁気測定手段の最大出力電圧の±５０％の近傍は、マグネットロータと磁気測定手段のギャップ長が短い場合に電圧変化が大きく、比較結果の位相差が安定しやすいからである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の一例に係る磁気検出装置の構成を示すブロック図である。１は多極マグネットロータであり、２Ａ及び２Ｂは磁気抵抗素子である。３Ａ及び３Ｂは増幅器であり、４Ａ及び４Ｂはコンパレータ、また５Ａ及び５Ｂは出力Ｉ／Ｆである。多極マグネットロータ１は、Ｎ極とＳ極が交互に並び、例えば車のハンドルの回転軸に取り付けて、ハンドルの回転方向や角度を磁気によって検出する時に使用するものである。磁気抵抗素子２Ａ及び２Ｂは、それぞれが多極マグネットロータ１の磁力変化によって抵抗値が変化し、抵抗値の変化に対応する電圧を出力する。増幅器３Ａ及び３Ｂは、磁気抵抗素子２Ａ及び２Ｂが磁力変化を変換した電圧を増幅し、アンプ出力電圧として出力する。コンパレータ４Ａ及び４Ｂは、しきい値にヒステリシスを持たせて、２つの基準電圧を設定し、アンプ出力電圧と比較し、その結果をユニット出力電圧として出力する。出力Ｉ／Ｆ５Ａ及び５Ｂは、検出したユニット出力電圧を他の回路等に出力するためのインターフェイスである。なお、コンパレータ４Ａに入力されるアンプ出力電圧をＡ１、またコンパレータ４Ａが出力するユニット出力電圧をＡ２とし、コンパレータ４Ｂに入力されるアンプ出力電圧をＢ１、またコンパレータ４Ｂが出力するユニット出力電圧をＢ２とする。
【００１１】
図４は本発明の実施の形態に係る、ギャップ長が短い場合に基準電圧をアンプ出力電圧の最大出力の±５０％に設定した時の各電圧の関係を示す図である。ここでは正の基準値ＶＰをアンプ出力電圧の最大出力の５０％、また負の基準値ＶＭをアンプ出力電圧の最大出力の−５０％とする。アンプ出力電圧Ａ１及びＢ１が移行しなければ、ユニット出力電圧Ａ２及びＢ２は、破線で示すように、ユニット出力電圧Ｂ２の立ち上がりからユニット出力電圧Ａ２の立ち下がりを検出でき、位相条件を満足する。しかし、アンプ出力電圧Ａ１又はＢ２は時が経つと移行していく。アンプ出力電圧Ａ１及びＢ１が共に、最大出力の５０％負の方向に移行したとする。アンプ出力電圧Ａ１又はＢ１が、正の最大出力において正の基準電圧ＶＰと等しくなった時、ユニット出力電圧Ａ１又はＢ１が立ち上がる。また、アンプ出力電圧Ａ１又はＢ１は、中心において負の基準電圧ＶＭと等しくなった時、ユニット出力電圧Ａ１又はＢ１が立ち下がる。アンプ出力電圧Ｂ１が正の最大出力電圧となり、正の基準電圧ＶＰと等しくなった時、アンプ出力電圧Ａ１は、基準電圧の負の基準電圧と等しくなり、ユニット出力電圧のＢ２の立ち上がりとユニット出力電圧Ａ２の立ち下がりを同時に検出でき、位相条件を満足する。そのため、同じ磁力変化を磁気抵抗素子２Ａ又は２Ｂのどちらが先に測定したかを判断することができ、多極マグネットロータ１の回転方向を検出できる。
【００１２】
図５は２つの基準電圧をアンプ出力電圧の最大出力の±７５％と設定した時の各電圧の関係を示す図である。図５では、２つの基準電圧の絶対値がアンプ出力電圧の最大出力の５０％よりも大きな値に設定されている。ここでは正の基準値ＶＰをアンプ出力電圧の最大出力の７５％、また負の基準値ＶＭをアンプ出力電圧の最大出力の−７５％とする。アンプ出力電圧の出力Ａ１及びＢ１が移行しなければ、ユニット出力電圧Ａ２及びＢ２は、破線で示すように、ユニット出力電圧Ｂ２の立ち上がった後でユニット出力電圧Ａ２の立ち下がりを検出でき、位相条件を満足する。しかし、アンプ出力電圧Ａ１又はＢ１は時が経つと移行していく。アンプ出力電圧Ａ１及びＢ１が共に、最大出力の５０％負の方向に移行したとすると、アンプ出力電圧Ａ１及びＢ１は、共に正の基準電圧ＶＰ以上の値をとることはないので、ユニット出力電圧Ａ２及びＢ２は常にＬにホールドされ、立ち上がり又は立ち下がりをしない。そのため、ユニット出力電圧Ｂ２が立ち上がった後でユニット出力電圧Ａ２が立ち下がるという状態を検出できず、位相条件を満足することはできない。したがって多極マグネットロータ１の回転方向が検出できない。
【００１３】
図５のように、所定の正負の基準電圧の絶対値がアンプ出力電圧の最大出力の５０％より大きく１００％以下の設定（これを設定率Ａとする）の時、一方のユニット出力電圧Ｂ２が立ち上がった後でのもう一方のユニット出力電圧Ａ２の立ち下がり、又はユニット出力電圧Ａ２が立ち上がった後でのユニット出力電圧Ｂ２の立ち下がりが検出可能となる条件は、アンプ出力電圧の最大出力に対する移行率の絶対値が、１００％と設定率Ａとの差をとった値以下の値をとることである。この時、回転方向が検出できるような位相条件を満足できる。
【００１４】
また、図２及び図３のように、所定の正負の基準電圧の絶対値がアンプ出力電圧の最大出力の５０％以下の設定（これを設定率Ｂとする）の時、ユニット出力電圧Ｂ２が立ち上がった後のユニット出力電圧Ａ２の立ち下がり、又はユニット出力電圧Ａ２が立ち上がった後のユニット出力電圧Ｂ２の立ち下がりが検出可能であることが、ギャップ長の違いによるアンプ出力電圧の波形の歪みに関係なく、保証されるための条件は、アンプ出力電圧の最大出力に対する移行率の絶対値が、設定率Ｂ以下の値をとることである。この時、ユニット出力電圧は回転方向を検出できるような位相条件を満足することが保証される。
【００１５】
以上より、位相条件の満足を保証できるような正負の２つの基準電圧を設定する上で、最も大きな移行幅に対応できるのは、アンプ出力電圧の最大出力の±５０％の値に所定の正負の基準電圧を設定した時である。また、アンプ出力電圧の最大出力の±５０％近傍はアンプ出力電圧の波形の傾きが大きい部分であるので、出力される位相差が安定しやすい。
【００１６】
上記の実施の形態においては、コンパレータにヒステリシスを持たせて正負の２つの基準値を設定していたが、本発明ではそれに限定されるものではなく、他の同様な機能を有するもの、例えば１つの基準値を設定したコンパレータを２つ組み合わせて、比較しても良い。
【００１７】
上記のように構成された磁気回転検出装置においては、２つの基準電圧をアンプ出力電圧の最大出力の±５０％に設定しておけば、経時変化等の理由により、アンプ出力電圧が移行をした場合に、アンプ出力電圧の最大出力の±５０％以下の移行であれば、正負の基準電圧がアンプ出力電圧Ａ１及びＢ１の正及び負の最大出力を越えることがなく、ユニット出力電圧Ｂ２が立ち上がった後でのユニット出力電圧Ａ２の立ち下がり、又はユニット出力電圧Ａ２が立ち上がった後でのユニット出力電圧Ｂ２の立ち下がりが必ず検出できるので、位相条件を満足し、多極マグネットロータ１の回転方向が検出できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、比較手段の正負の基準値を磁気測定手段の最大出力電圧の±５０％の値に設定して、磁気測定手段の出力と比較するようにしたので、磁気測定手段の経時変化等によって磁気測定手段の出力が移行し、正負の基準値との交点が移動してしまった場合についても、大きな移行幅に対しても、また波形が歪んでも、従来より確実に位相条件を満たすことができ、多極マグネットロータの回転方向を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例に係る磁気回転検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】標準ギャップ長において、基準電圧をアンプ出力電圧の最大出力の±５０％に設定した場合の各電圧の関係を示す図である。
【図３】ギャップ長が短い場合に、基準電圧をアンプ出力電圧の最大出力の±２５％と設定した時の各電圧の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るギャップ長が短い場合に、基準電圧をアンプ出力電圧の最大出力の±５０％と設定した時の各電圧の関係を示す図である。
【図５】ギャップ長が短い場合に、基準電圧をアンプ出力電圧の最大出力の±７５％と設定した時の各電圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  多極マグネットロータ
２Ａ、２Ｂ  磁気抵抗素子
３Ａ、３Ｂ  増幅器
４Ａ、４Ｂ  コンパレータ
５Ａ、５Ｂ  出力Ｉ／Ｆ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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