(57)【要約】【課題】精度良く回転体の回転を検出することが可能な回転センサを提供する。【解決手段】回転センサ１は、回転体に配置された磁石の外面に垂直な磁束密度を検出する一対のホール素子１０の検出結果に基づき第１の差動検出信号を演算する第１の差動検出信号演算部３０と、回転体に配置された磁石の外面に平行な磁力線に基づく磁界の強さを検出する一対の磁気抵抗素子２０の検出結果に基づき第２の差動検出信号を演算する第２の差動検出信号演算部４０と、第２の差動検出信号が、第２の差動検出信号の振幅に応じて規定された第１の閾値を超えてから第２の閾値を下回るまでの間に亘って出力パルスを出力する出力部６０と、当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値に応じて第１の閾値及び第２の閾値を補正する補正部７０と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って互いに異なる磁極が隣接するように複数の磁石が設けられた回転体の外周面又は前記回転体の軸方向一方の端面において前記磁石に対向して配置され、前記磁石の外面に垂直な磁束密度を検出する一対のホール素子と、
前記一対のホール素子が配置された前記回転体の外周面又は前記回転体の軸方向一方の端面において前記磁石に対向して配置され、前記磁石の外面に平行な磁力線に基づく磁界の強さを検出する一対の磁気抵抗素子と、
前記一対のホール素子から検出結果として出力される検出信号に基づき第１の差動検出信号を演算する第１の差動検出信号演算部と、
前記一対の磁気抵抗素子から検出結果として出力される検出信号に基づき第２の差動検出信号を演算する第２の差動検出信号演算部と、
前記第２の差動検出信号が、前記第２の差動検出信号の振幅に応じて規定された第１の閾値を超えてから第２の閾値を下回るまでの間に亘って出力パルスを出力する出力部と、
当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値に応じて前記第１の閾値及び前記第２の閾値を補正する補正部と、
を備える回転センサ。
【請求項２】
前記補正部は、前記第２の差動検出信号の振幅値が当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値の９５％以下である場合に、当該第１の差動検出信号の振幅値に応じて前記第１の閾値及び前記第２の閾値を補正する請求項１に記載の回転センサ。
【請求項３】
前記補正部は、前記第１の閾値及び前記第２の閾値を、前記第１の差動検出信号の振幅値の半分の値に補正する請求項１又は２に記載の回転センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転速度を検出する回転センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転体の回転速度を検出するためにセンサが利用されてきた。この種のセンサには、回転体の周方向に沿って互いに異なる磁極が隣接するように配置された磁石に起因した磁束密度や磁界の強さを検出することで回転体の回転角や回転速度を検出するものがある。この種のセンサとして、下記に出典を示す特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
特許文献１に記載の回転センサは、磁束の強度を検出するホール素子と、磁束の方向を検出する磁気抵抗素子とを備え、ホール素子からの検出信号と磁気抵抗素子からの検出信号との位相差を演算し、当該位相差に基づき検出結果が正確であるかを判定することにより信頼性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１１４５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術によれば、上述したように、検出結果の信頼性を向上することが可能であるが、更に信頼性を向上するために、例えば図６に示すように磁気抵抗素子を２つ備えて構成され、図７に示されるように当該２つの磁気抵抗素子からの出力信号に基づく差動検出信号と予め設定された閾値とに基づいて検出信号としての出力パルスを出力することが考えられる。しかしながら、このような差動検出のセンサ構成であっても、例えば回転体の外部から磁場変動を受ける場合、回転センサと回転体との距離が近いことで、回転センサに達する回転体の磁束ロータからの磁束の強度が強くなり、図８に示されるように、２つの磁気抵抗素子のうちの一方のみの磁束検出出力が飽和する可能性がある。このため、差動検出信号が図９のようになり、係る場合、誤って閾値が設定された結果、誤って出力パルスが出力される可能性がある。
【０００６】
そこで、外乱磁場変動があった場合であっても、精度良く回転体の回転を検出することが可能な回転センサが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転センサの特徴構成は、周方向に沿って互いに異なる磁極が隣接するように複数の磁石が設けられた回転体の外周面又は前記回転体の軸方向一方の端面において前記磁石に対向して配置され、前記磁石の外面に垂直な磁束密度を検出する一対のホール素子と、前記一対のホール素子が配置された前記回転体の外周面又は前記回転体の軸方向一方の端面において前記磁石に対向して配置され、前記磁石の外面に平行な磁力線に基づく磁界の強さを検出する一対の磁気抵抗素子と、前記一対のホール素子から検出結果として出力される検出信号に基づき第１の差動検出信号を演算する第１の差動検出信号演算部と、前記一対の磁気抵抗素子から検出結果として出力される検出信号に基づき第２の差動検出信号を演算する第２の差動検出信号演算部と、前記第２の差動検出信号が、前記第２の差動検出信号の振幅に応じて規定された第１の閾値を超えてから第２の閾値を下回るまでの間に亘って出力パルスを出力する出力部と、当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値に応じて前記第１の閾値及び前記第２の閾値を補正する補正部と、を備えている点にある。
【０００８】
このような特徴構成とすれば、所定の条件下において、差動検出により外乱磁場による影響を完全にキャンセルできない磁気抵抗素子を用いた場合であっても、外乱磁場の影響により第２の差動検出信号振幅値が小さい場合に補正するので、差動検出により外乱磁場による影響を完全にキャンセル可能なホール素子の検出結果を用いることにより、回転体に設けられた磁石の磁束変動のみを適切に検出し、回転体の回転に応じて出力部が適切に出力パルスを出力することが可能となる。したがって、外乱磁場変動があった場合であっても、精度良く回転体の回転を検出することが可能となる。
【０００９】
また、前記補正部は、前記第２の差動検出信号の振幅値が当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値の９５％以下である場合に、当該第１の差動検出信号の振幅値に応じて前記第１の閾値及び前記第２の閾値を補正すると好適である。
【００１０】
このような構成とすれば、補正部が第１の閾値及び第２の閾値を補正するか否かを適切に判断し易くなる。
【００１１】
また、前記補正部は、前記第１の閾値及び前記第２の閾値を、前記第１の差動検出信号の振幅値の半分の値に補正すると好適である。
【００１２】
外乱磁場による影響は、差動検出信号におけるピーク値やボトム値に生じやすい。そこで、このような構成とすれば、出力パルスの出力に対する外乱磁場による影響を低減することが可能となる。したがって、出力部が、回転体の回転に応じて適切に出力パルスを出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】回転センサの配置例である。
【図２】回転体の周囲に生じる磁界及び磁束密度を示す図である。
【図３】回転センサの回路構成を示した図である。
【図４】第１の閾値及び第２の閾値を示した図である。
【図５】一対の磁気抵抗素子の検出結果に基づいて出力される出力パルスを示す図である。
【図６】従来技術に係る一対の磁気抵抗素子を備えた回転センサの構成を示す図である。
【図７】パルス出力を示す図である。
【図８】従来技術に係る外乱磁場変動により磁気抵抗素子の出力を示す図である。
【図９】従来技術に係る誤パルス出力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る回転センサは、外乱磁場変動があった場合であっても、精度良く回転体の回転速度を検出することができるように構成される。以下、本実施形態の回転センサ１について説明する。
【００１５】
回転センサ１は、回転体１００の回転速度を検出するのに利用される。検出対象としての回転体１００には、図１に示されるように、周方向に沿って互いに異なる磁極が隣接するように複数の磁石１０１が設けられる。これにより、軸芯Ｏを回転軸とする回転体１００の回転に応じて当該回転体１００の周囲に生じる磁石１０１に起因する磁力線が変化する。回転センサ１は、このように回転体１００の回転に応じて変化する磁力線に基づく磁束密度及び磁界の強さを検出可能に配置される。
【００１６】
本実施形態では、磁石１０１は回転体１００の外縁部１０２に設けられる。磁石１０１の上述した磁束密度及び磁界の強さを検出し易くするために、回転センサ１は回転体１００の外周面１０３又は回転体１００の軸方向一方の端面１０４において磁石１０１に対向して配置される。回転センサ１が回転体１００の外周面１０３において磁石１０１に対向して設けられる場合には、回転センサ１は回転体１００の径方向外側に生じる磁石１０１の磁力線に基づく磁束密度及び磁界の強さを検出することになる。一方、回転センサ１が回転体１００の軸方向一方の端面１０４において磁石１０１に対向して設けられる場合には、回転センサ１は回転体１００の軸方向一方の側に生じる磁石１０１の磁力線に基づく磁束密度及び磁界の強さを検出することになる。図１の例では、回転センサ１は回転体１００の軸方向一方の端面１０４に対向して設けられる。
【００１７】
図２には、図１に示される回転センサ１及び回転体１００のうち、Ｙ方向視に一部を拡大した図が示される。ホール素子１０は、磁石１０１の外面に垂直な磁束密度を検出し、一対で設けられる。磁石１０１の周囲には、図２に示されるような磁極（Ｎ極及びＳ極）に応じた磁力線が生じる。磁石１０１の外面とは、一対のホール素子１０が対向する面であり、本実施形態では回転体１００の軸方向一方の端面１０４に相当する。このため、外面に垂直な磁束密度とは、図２の例では符号ＭＶが付されたＺ方向の磁力線に基づく磁束密度である。したがって、一対のホール素子１０は、磁束密度の検出方向が磁石１０１の外面に対して垂直な方向に一致して配置される。これにより、回転体１００の回転に応じた磁石１０１の外面に垂直な方向の磁力線ＭＶに基づく磁束密度を検出することが可能となる。
【００１８】
ここで、本実施形態では、磁気抵抗素子２０は、夫々２つの抵抗体を有してなる一対で構成される。したがって、磁気抵抗素子２０は４つの抵抗体を有してなり、これら４つの抵抗体は図３に示されるように１つのブリッジ回路を構成する。これら一対の磁気抵抗素子２０は図２に示されるように一対のホール素子１０と積層して設けられる。したがって、一対の磁気抵抗素子２０は、一対のホール素子１０が配置された回転体１００の外周面１０３又は回転体１００の軸方向一方の端面１０４において磁石１０１に対向して配置される。本実施形態では、上述したように一対のホール素子１０は回転体１００の軸方向一方の端面１０４において磁石１０１に対向して配置されるので、一対の磁気抵抗素子２０も回転体１００の軸方向一方の端面１０４において磁石１０１に対向して配置される。
【００１９】
磁気抵抗素子２０は、磁石１０１の外面に平行な磁力線に基づく磁界の強さを検出する。磁石１０１の外面に平行な磁力線とは、図２においてＸ方向に平行な磁力線が相当する。図２の例では符号ＭＨが付されたＸ方向の磁力線が相当し、以下では磁力線ＭＨとして説明する。したがって、磁気抵抗素子２０は、磁界の検出方向が磁石１０１の外面に対して平行な方向に一致して配置される。ここで、磁気抵抗素子２０は、公知であるので詳細な説明は省略するが、磁気抵抗素子２０は当該磁気抵抗素子２０が配置された周囲の磁界の強さに応じて電気抵抗が変化する抵抗体である。したがって、このような抵抗体でブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路の出力を測定することで磁界の強さを検出することができる。このような磁気抵抗素子２０を用いることで、回転体１００の回転に応じた磁石１０１の外面に平行な磁力線ＭＨに基づく磁界の強さを検出することが可能となる。磁気抵抗素子２０は、例えばＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）やＴＭＲ素子（トンネル磁気抵抗効果素子）等を用いることができる。
【００２０】
図３には、回転センサ１の構成を示した図が示される。上述したように、ホール素子１０及び磁気抵抗素子２０は、夫々一対で設けられるが、図３では、一対のホール素子１０の夫々に符号１０Ａ、１０Ｂを付して示し、一対の磁気抵抗素子２０の夫々に符号２０Ａ、２０Ｂを付して示している。
【００２１】
第１の差動検出信号演算部３０は、一対のホール素子１０から検出結果として出力される検出信号に基づき第１の差動検出信号を演算する。すなわち、第１の差動検出信号演算部３０は、一対のホール素子１０のうちの一方のホール素子１０Ａの検出信号と、他方のホール素子１０Ｂの検出信号との差異を演算し、この演算結果を第１の差動検出信号として出力する。
【００２２】
また、第２の差動検出信号演算部４０は、一対の磁気抵抗素子２０から検出結果として出力される検出信号に基づき第２の差動検出信号を演算する。すなわち、第２の差動検出信号演算部４０は、一対の磁気抵抗素子２０のうちの一方の磁気抵抗素子２０Ａの検出信号と、他方の磁気抵抗素子２０Ｂの検出信号との差異を演算し、この演算結果を第２の差動検出信号として出力する。
【００２３】
第１の差動検出信号はＡＤコンバータ５１に入力され、第２の差動検出信号はＡＤコンバータ５２に入力される。第１の差動検出信号及び第２の差動検出信号は、夫々アナログ信号である。ＡＤコンバータ５１、５２では、このようなアナログ信号がデジタル信号に変換される。ＡＤコンバータ５１、５２によりデジタル信号に変換された信号は、後述する出力部６０及び補正部７０に伝達される。
【００２４】
出力部６０は、第２の差動検出信号が、第２の差動検出信号の振幅に応じて設定された第１の閾値を超えてから第２の閾値を下回るまでの間に亘って出力パルスを出力する。「第２の差動検出信号の振幅に応じて設定された第１の閾値及び第２の閾値」とは、第２の差動検出信号の振幅を基準として設定された閾値である。ここで、第２の差動検出信号の振幅は、時間に応じて変化するので、第１の閾値及び第２の閾値は、直前の第２の差動検出信号の振幅を用いて設定される。例えば第１の閾値は、図４に示されるように、第２の差動検出信号のピーク値Ｐ１とボトム値Ｂ１とが検出される。このピーク値Ｐ１とボトム値Ｂ１とにより振幅Δ１が演算され、このΔ１の３０％の値に第１の閾値が設定され、Δ１の７０％の値に第２の閾値が設定される。この３０％及び７０％の値は、単なる一例であり、夫々、４０％及び６０％に設定することも可能である。出力部６０は、第１の閾値及び第２の閾値が設定されると、第２の差動検出信号がこのような閾値を上回ってから下回るまでの間に亘って継続してハイ状態となる出力パルスを出力する（ｔ１−ｔ２の間）。更に、第２の差動検出信号のピーク値がＰ２に更新され、ボトム値がＢ２に更新されると、このピーク値Ｐ２とボトム値Ｂ２とにより振幅Δ２が演算され、このΔ２の３０％の値に第１の閾値が更新され、Δ２の７０％の値に第２の閾値が更新される。出力部６０は、更新後の第１の閾値及び第２の閾値が更新されると、第２の差動検出信号がこのような閾値を上回ってから下回るまでの間に亘って継続してハイ状態となる出力パルスを出力する（ｔ３−ｔ４の間）。このように出力部６０は、直前の第２の差動検出信号のピーク値及びボトム値に応じて第１の閾値及び第２の閾値を設定し、出力パルスを出力する。これにより、回転センサ１が、回転体１００の回転速度の検出結果を出力することが可能となる。なお、出力部６０は、誤動作を防止するためにシュミットトリガ型のものを用いると好適である。
【００２５】
補正部７０は、第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値に応じて第１の閾値及び第２の閾値を補正する。特に本実施形態では、補正部７０は、第２の差動検出信号の振幅値が、当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値の半分以下（５０％以下）である場合に、当該第１の差動検出信号の振幅値に応じて第１の閾値及び第２の閾値を補正するとして説明する。
【００２６】
ここで、ホール素子１０は磁石１０１の外面に対して垂直方向の磁力線ＭＶに基づく磁束密度を検出し、磁気抵抗素子２０は磁石１０１の外面に対して平行な方向の磁力線ＭＨに基づく磁界の強さを検出する。したがって、ホール素子１０から出力される検出信号と、磁気抵抗素子２０から出力される検出信号との間には、所定の位相差が生じる。よって、第１の差動検出信号と第２の差動検出信号との間にも上記所定の位相差が生じる。本実施形態では、上述したように一対の磁気抵抗素子２０は一対のホール素子１０に積層して設けられる。したがって、第１の差動検出信号と第２の差動検出信号との位相差は略９０度となる。本実施形態では、「第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号」とは、第２の差動検出信号を基準とした場合における９０度位相が進んでいる第１の差動検出信号が相当する。
【００２７】
図５の（ａ）には第１の差動検出信号が示され、（ｂ）には第２の差動検出信号が示される。また、（ｃ）には出力部６０から出力される出力パルスが示される。上述したように、出力パルスは、第２の差動検出信号の振幅に応じて設定された第１の閾値及び第２の閾値を基に出力される。しかしながら、第２の差動検出信号は振幅値が変動するので、第１の閾値及び第２の閾値は例えば１つ前の周期の第２の差動検出信号の振幅値を基に設定すると好適である。すなわち、周期Ｔ２における第１の閾値及び第２の閾値は周期Ｔ１における振幅値を用いて設定し、周期Ｔ３における第１の閾値及び第２の閾値は周期Ｔ２における振幅値を用いて設定すると良い。ここで、本実施形態では、第１の閾値は振幅値の７０％の値に設定され、第２の閾値は振幅値の３０％の値に設定されるとする。
【００２８】
これにより、時間ｔａからｔｂの間において、周期Ｔ１における振幅値を基に設定された第１の閾値及び第２の閾値に応じて出力パルスが出力される。同様に、時間ｔｃからｔｄの間において、周期Ｔ２における振幅値を基に設定された第１の閾値及び第２の閾値に応じて出力パルスが出力される。
【００２９】
また、同様に、周期Ｔ３における振幅値を基に設定された第１の閾値に応じて出力パルスが出力される（時間ｔｅ）。しかしながら、周期Ｔ４ではピーク値側にこれまでの振幅値よりも小さい振幅値を有する期間が存在する。この期間にあっては、第２の差動検出信号の振幅値が、当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値の半分以下である、すなわち、第２の差動検出信号の振幅値ΔｘやΔｙが、当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値Δｚの振幅値の半分以下である。そこで、補正部７０は、当該第１の差動検出信号の振幅値Δｚに応じて第１の閾値及び第２の閾値（本実施形態では、第２の閾値のみ）を補正する。すなわち、周期Ｔ３の時のボトム値を基準（補正ボトム値とする）としたΔｚを基に補正ピーク値を設定し、この補正ボトム値と補正ピーク値とに基づいて第１の閾値及び第２の閾値（本実施形態では、第２の閾値のみ）が設定される。これにより時間ｔｅからｔｆの間において出力パルスが出力される。
【００３０】
以後、出力部６０は、第２の差動検出信号の振幅値が、当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値の半分以下でない場合には、直前の周期の第２の差動検出信号の振幅値に応じて設定された第１の閾値及び第２の閾値を基に出力パルスを出力し、第２の差動検出信号の振幅値が、当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値の半分以下である場合には、当該第１の差動検出信号の振幅値に応じて補正部７０により補正された第１の閾値及び第２の閾値を基に出力パルスを出力する。これにより、仮に外乱磁場変動があった場合であっても、適切に回転体１００の回転を検出することが可能となる。
【００３１】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、補正部７０は、第２の差動検出信号の振幅値が、当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値の半分以下である場合に、当該第１の差動検出信号の振幅値に応じて第１の閾値及び第２の閾値を補正するとして説明した。例えば、補正部７０は、第２の差動検出信号の振幅値が、当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値の９５％以下である場合に、当該第１の差動検出信号の振幅値に応じて第１の閾値及び第２の閾値を補正するように構成することも可能である。あるいは、補正部７０は、第２の差動検出信号の振幅値が、当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値の６０％以下である場合に補正するように構成しても良いし、７０％以下である場合に補正するように構成しても良いし、８０％以下である場合に補正するように構成しても良いし、９０％以下である場合に補正するように構成しても良い。
【００３２】
上記実施形態では、補正部７０は、第２の差動検出信号の振幅値が、当該第２の差動検出信号の直前に取得された第１の差動検出信号の振幅値の半分以下である場合に、当該第１の差動検出信号の振幅値の７０％の値を第１の閾値とし、振幅値の３０％の値を第２の閾値として補正すると説明したが、補正部７０は、第１の閾値及び第２の閾値を、第１の差動検出信号の振幅値の半分の値に補正するように構成することも可能である。外乱磁場がある場合、第２の差動検出信号のピーク値及びボトム値の近傍に外乱磁場の影響（例えば図５におけるΔｘやΔｙのような振幅）が生じることが多い。そこで、第１の閾値及び第２の閾値を、第１の差動検出信号の振幅値の半分の値に補正することで、外乱磁場による影響を少なくし、誤動作を低減することが可能となる。
【００３３】
本発明は、回転体の回転速度を検出する回転センサに用いることが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１：回転センサ
１０：ホール素子
２０：磁気抵抗素子
３０：第１の差動検出信号演算部
４０：第２の差動検出信号演算部
６０：出力部
７０：補正部
１００：回転体
１０１：磁石
１０３：外周面
１０４：端面
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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