(57)【要約】【課題】回転体と回転センサの間に仕切り壁が存在しても回転状態の検出が可能で、回転体を収納する回転体ケースへの搭載性に優れ、回転体ケースにおける設計自由度が高められた回転検出装置を提供する。【解決手段】回転に伴って、周囲に磁界強度の繰り返し変化をもたらす回転体１１と、回転体１１の回転に伴って発生する磁界強度の繰り返し変化を電気信号に変換する磁気インピーダンス素子１３と、回転体１１と磁気インピーダンス素子１３を隔てる仕切り壁１２とを備え、磁気インピーダンス素子１３により、仕切り壁１３を隔てて配置された回転体１１の回転状態を検出する回転検出装置１００とする。【選択図】        図１
2004271236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転に伴って、周囲に磁界強度の繰り返し変化をもたらす回転体と、
前記回転体の回転に伴って発生する磁界強度の繰り返し変化を電気信号に変換する磁気インピーダンス素子と、
前記回転体と前記磁気インピーダンス素子を隔てる仕切り壁とを備え、
前記磁気インピーダンス素子により、前記仕切り壁を隔てて配置された回転体の回転状態を検出することを特徴とする回転検出装置。
【請求項２】
前記仕切り壁が、前記回転体を覆う回転体ケースであり、
当該回転体ケースの外部に配置された前記磁気インピーダンス素子により、回転体ケースの内部に配置された回転体の回転状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
【請求項３】
前記回転体が、磁性体もしくは磁性体を含んだ材料からなる歯車形状のギアであることを特徴とする請求項１または２に記載の回転検出装置。
【請求項４】
前記磁気インピーダンス素子が、前記ギアの回転軸を中心として、ギアのピッチで１／２ピッチ離れる位置に２個並べて配置され、
当該２個の磁気インピーダンス素子の差動出力が検出されることを特徴とする請求項３に記載の回転検出装置。
【請求項５】
前記ギアが、エンジンのクランクシャフトに連結したギアであり、前記仕切り壁がエンジンブロックあることを特徴とする請求項３または４に記載の回転検出装置。
【請求項６】
前記回転体が、エンジンのカムシャフトに連結した磁性体もしくは磁性体を含んだ材料からなるカムであり、前記仕切り壁がエンジンブロックであることを特徴とする請求項１または２に記載の回転検出装置。
【請求項７】
前記回転体が、円筒の中心軸を回転軸とし、円筒の外周円に磁極が交互に配置されてなる円筒状磁石であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転検出装置。
【請求項８】
前記磁気インピーダンス素子が、前記円筒状磁石の回転軸を中心として、円筒状磁石の交互に配置された磁極のピッチで１／２ピッチ離れる位置に２個並べて配置され、
当該２個の磁気インピーダンス素子の差動出力が検出されることを特徴とする請求項７に記載の回転検出装置。
【請求項９】
前記円筒状磁石が、車輪の回転軸に取り付けた着磁ロータであり、前記仕切り壁が車輪ハブであることを特徴とする請求項７または８に記載の回転検出装置。
【請求項１０】
前記仕切り壁の材料が、非磁性体であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回転検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の回転状態を検出する回転検出装置に関するもので、特に、車両におけるエンジン制御やブレーキのＡＢＳ制御に好適な回転検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転体の回転状態を検出する回転検出装置として、被検出体である磁性体歯車の回転状態を検出する回転検出装置が、特開平８−３０４４３２号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
この回転検出装置では、被検出体である磁性体歯車の近傍にバイアス磁石が配置され、磁性体歯車とバイアス磁石の間のバイアス磁界内に、回転センサである磁気抵抗素子が配置されている。このような構成と配置のもとに、磁性体歯車の回転に伴うバイアス磁界の磁気ベクトル変化が、磁気抵抗素子によって電気信号に変換され、被検出体である磁性体歯車の回転状態が検出される。
【０００４】
また、回転体の回転状態を検出する回転検出装置として、被検出体である着磁ロータの回転状態を検出する回転検出装置が、特開２０００−４６５１３号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００５】
この回転検出装置では、被検出体である着磁ロータの近傍に、回転センサであるホール素子が配置されている。このような構成と配置のもとに、着磁ロータの回転に伴う磁界強度変化が、ホール素子によって電気信号に変換され、被検出体である着磁ロータの回転状態が検出される。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−４８０１９号公報
【０００７】
【特許文献２】特開２０００−４６５１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５は、特許文献１に開示された回転検出装置の適用例で、クランクセンサのエンジンブロックへの搭載状態を示した模式図である。
【０００９】
回転センサであるクランクセンサ１０は、磁気抵抗素子２とバイアス磁石３で構成されており、クランクシャフトに連結した磁性体歯車であるギア１の回転状態を検出する。図５のエンジンブロック９には、開口部９０が設けられている。クランクセンサ１０は、被検出体であるギア１の近傍に磁気抵抗素子２とバイアス磁石３とが配置されるように、エンジンブロック９の内部に先端部を突き出すようにして搭載される。
【００１０】
しかしながら、図５のようにエンジンブロック９に開口部９０を設けて、クランクセンサ１０の先端部をエンジンブロック９の内部に配置する場合には、エンジン設計が大きく制約される。特に、近年のエンジンには多くの機器が搭載されてきており、クランクセンサ１０の搭載位置を確保することが困難となってきている。このため、エンジンに搭載して使用されるクランクセンサやカムセンサ等の回転検出装置には、エンジンへの搭載性に優れ、エンジン設計の自由度が高い回転検出装置が求められている。
【００１１】
また、特許文献２に開示された回転検出装置の適用例であるＡＢＳ用の車輪回転センサについても、同様の要求がある。ＡＢＳ用の車輪回転センサは、車輪ハブに設けた開口部にホール素子からなる回転センサを挿入して、ホール素子を回転する着磁ロータの近傍に配置している。回転センサが搭載される車輪ハブの近傍には車輪やサスペンションがあり、搭載場所が狭くて、取付け場所の確保が困難となってきている。
【００１２】
このように、従来の回転検出装置においては、回転体と回転センサの間に仕切り壁が存在すると回転状態の検出が不可能となるため、回転体を収納する回転体ケースに開口部を設けて回転センサを搭載する必要がある。このため、回転センサの搭載性が悪く、回転体ケースにおける設計自由度が制限されている。
【００１３】
そこで本発明は、回転体と回転センサの間に仕切り壁が存在しても回転状態の検出が可能で、回転体を収納する回転体ケースへの搭載性に優れ、回転体ケースにおける設計自由度が高められた回転検出装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の回転検出装置は、回転に伴って、周囲に磁界強度の繰り返し変化をもたらす回転体と、前記回転体の回転に伴って発生する磁界強度の繰り返し変化を電気信号に変換する磁気インピーダンス素子と、前記回転体と前記磁気インピーダンス素子を隔てる仕切り壁とを備え、前記磁気インピーダンス素子により、前記仕切り壁を隔てて配置された回転体の回転状態を検出することを特徴としている。
【００１５】
本発明の回転検出装置には、磁気インピーダンス効果を利用した磁気インピーダンス素子が用いられる。磁気インピーダンス効果は、外部磁界の変化によって高周波電流に対するインピーダンスが変化する現象である。磁気インピーダンス素子に高周波電流を印加して、外部磁界の変化により発生するインピーダンスの変化を電気信号に変換することで、磁気インピーダンス素子の出力が得られる。この磁気インピーダンス素子は、従来の磁気抵抗素子やホール素子と比較して、磁気感度が高い。このような高い磁気感度を持つ磁気インピーダンス素子によって、回転体との間に仕切り壁が存在しても、回転体の回転に伴って発生する磁界強度の繰り返し変化を検出して、回転体の回転状態を検出することが可能となる。
【００１６】
請求項２に記載の回転検出装置は、前記仕切り壁が、前記回転体を覆う回転体ケースであり、当該回転体ケースの外部に配置された前記磁気インピーダンス素子により、回転体ケースの内部に配置された回転体の回転状態を検出することを特徴としている。
【００１７】
これによれば、回転体ケースに開口部を設けることなく、回転センサである磁気インピーダンス素子を、回転体ケースの外部に搭載することができる。従って、回転体ケースへの搭載性が優れ、回転体ケースにおける設計自由度が高められた回転検出装置とすることができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、前記回転体が、磁性体もしくは磁性体を含んだ材料からなる歯車形状のギアであることを特徴としている。
【００１９】
永久磁石と引き合う磁性体もしくは磁性体を含んだ材料でできた歯車形状のギアは、通常、環境磁界によって、わずかながらも磁化されている。このため、ギアが回転すると磁化されたギアから発生する磁界も回転して、磁界強度の繰り返し変化が周囲にもたらされる。また、磁化されていない場合でも、ギアの回転に伴って歯車形状の凹凸が地磁気を周期的に乱すため、やはり磁界強度の繰り返し変化が周囲にもたらされる。従って、この磁界強度の繰り返し変化を磁気インピーダンス素子により検出することで、ギアの回転状態の検出が可能となる。尚、本発明の回転検出装置においては、磁気インピーダンス素子の磁気感度が高いため、バイアス磁界を印加するためのバイアス磁石は特に用いなくてもよい。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記磁気インピーダンス素子が、前記ギアの回転軸を中心として、ギアのピッチで１／２ピッチ離れる位置に２個並べて配置され、当該２個の磁気インピーダンス素子の差動出力が検出されることを特徴としている。これによって、２個の磁気インピーダンス素子に共通する地磁気の非変動成分をキャンセルでき、より確実な回転状態の検出が可能になる。
【００２１】
請求項５と６に記載のように、本発明の回転検出装置は、エンジンのクランクシャフトに連結したギアや、エンジンのカムシャフトに連結したカムの回転状態の検出に好適である。
【００２２】
本発明の回転検出装置では、エンジンブロックに回転センサである磁気インピーダンス素子搭載のための開口部を設ける必要がない。従って、エンジンへの搭載性に優れ、多くの機器が搭載されるエンジンに対して、設計の自由度が高まる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、前記回転体が、円筒の中心軸を回転軸とし、円筒の外周円に磁極が交互に配置されてなる円筒状磁石であることを特徴としている。
【００２４】
このような円筒状磁石からなる回転体は、外周円に交互に配置されてなる磁極の回転に伴って、周囲に磁界強度の繰り返し変化をもたらす。従って、この磁界強度の繰り返し変化を磁気インピーダンス素子により検出することで、回転体の回転状態の検出が可能となる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、前記磁気インピーダンス素子が、前記円筒状磁石の回転軸を中心として、円筒状磁石の交互に配置された磁極のピッチで１／２ピッチ離れる位置に２個並べて配置され、当該２個の磁気インピーダンス素子の差動出力が検出されることを特徴としている。これによって、２個の磁気インピーダンス素子に共通する地磁気の非変動成分をキャンセルでき、より確実な回転状態の検出が可能になる。
【００２６】
請求項９に記載のように、本発明の回転検出装置は、車輪の回転軸に取り付けた着磁ロータの回転状態の検出に好適である。
【００２７】
本発明の回転検出装置は、上記の車輪の回転軸に取り付けた着磁ロータの回転状態を検出するＡＢＳ用の車輪回転センサに用いることができ、車輪ハブに回転センサ搭載のための開口部を設ける必要がない。従って、車輪やサスペンションが近傍にあり、搭載場所が狭くて取付け場所の確保が困難な車輪ハブに対しても、搭載性が優れ、設計の自由度が高まる。
【００２８】
請求項１０に記載のように、前記仕切り壁の材料は、非磁性体であることが好ましい。
【００２９】
永久磁石と引き合わない非磁性体で仕切り壁を構成すると、回転体の回転に伴ってもたらされる磁界強度の繰り返し変化が、仕切り壁の存在によって乱されることがない。従って、仕切り壁によって隔てられた回転体の回転状態が、磁気インピーダンス素子により確実に検出される。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における回転検出装置１００の構成を示す模式図である。
【００３２】
図１の回転検出装置１００は、被検出体である回転体１１と、回転体１１を覆う回転体ケース１２と、磁気インピーダンス素子１３とを備えている。回転体ケース１２は、回転体１１と磁気インピーダンス素子１３を隔てる仕切り壁でもある。
【００３３】
図１の回転体１１は、磁性体もしくは磁性体を含んだ材料からなる歯車形状のギアで、このギア１１の回転に伴って、次の図２（ａ）〜（ｃ）に示すような磁界強度の繰り返し変化をギア１１の周囲にもたらす。
【００３４】
図２（ａ）は、ギア１１ａが磁化されている場合である。永久磁石と引き合う磁性体でできたギア１１ａは、通常、環境磁界によってわずかながらも磁化されている。図２（ａ）では、ギア１１ａの磁化によって発生している磁力線を矢印で示した。磁化されたギア１１ａが回転すると、磁力線も回転して、磁界強度の繰り返し変化がギア１１ａの周囲にもたらされる。
【００３５】
図２（ｂ），（ｃ）は、ギア１１ｂが磁化されていない場合である。ギア１１ｂが磁化されていなくても、ギア１１ｂが回転すると、歯車形状の外周の凹凸が地磁気の磁力線を図２（ｂ），（ｃ）のように周期的に乱すため、やはり磁界強度の繰り返し変化がギア１１ｂの周囲にもたらされる。このギア１１ａ，１１ｂの回転に伴った磁界強度の繰り返し変化を、磁気インピーダンス素子１３により検出することで、ギア１１ａ，１１ｂの回転状態の検出が可能となる。
【００３６】
図１の磁気インピーダンス素子１３は、磁気インピーダンス効果を利用した磁気検出素子で、非磁性基板上に形成されたニッケル鉄（ＮｉＦｅ）薄膜からなる。図１に示す磁気インピーダンス素子１３のＮｉＦｅ薄膜パターンは、磁界検出方向に沿った複数本の直線部分が所定間隔で平行に並び、順次折り返すように連結されてつづら折り状に形成されている。磁気インピーダンス素子１３のＮｉＦｅ薄膜パターンの両端部には高周波電流が印加され、外部磁界の変化により両端部間に発生するインピーダンスの変化を電気信号に変換することで、磁気インピーダンス素子１３の出力が得られる。
【００３７】
この磁気インピーダンス素子１３は、従来の磁気抵抗素子やホール素子と比較して、磁気感度が非常に高い。従って、図１および図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、磁気インピーダンス素子１３をギアケース１２の外部に配置して、ギアケース１２の内部におけるギア１１，１１ａ，１１ｂの回転状態を検出することが可能である。磁気インピーダンス素子１３は、ギアケース１２の外部に漏れ出したギア１１，１１ａ，１１ｂの回転に伴って発生する磁界強度の繰り返し変化を検出して、電気信号に変換する。尚、磁気インピーダンス素子１３の周りには、駆動回路、出力検出回路、特性調整回路、入出力回路等の信号処理回路が設置されるが、簡単化のために図示は省略した。
【００３８】
図１のギアケース１２は、ギア１１と磁気インピーダンス素子１３を隔てる仕切り壁でもあり、アルミニウムでできている。この仕切り壁もしくは回転体ケースの材料としては、他にも、銅や黄銅等の非磁性金属を用いることができる。また、樹脂やセラミックスの金属以外の非磁性体であってもよい。永久磁石と引き合わない非磁性体で仕切り壁もしくは回転体ケースを構成すると、図２（ａ）〜（ｃ）に示すギア１１ａ，１１ｂの回転に伴ってもたらされる磁界強度の繰り返し変化が、ギアケース１２の存在によって乱されることがない。従って、磁気インピーダンス素子１３をギアケース１２の外部に配置しても、ギアケース１２の内部にあるギア１１，１１ａ，１１ｂの回転状態が確実に検出できる。
【００３９】
尚、磁気インピーダンス素子１３の磁気感度が高いため、本実施形態の回転検出装置１００においては、バイアス磁界を印加するためのバイアス磁石は用いていない。
【００４０】
図３に、磁気インピーダンス素子を２個用いて構成した回転検出装置１０１を示す。
【００４１】
図３の回転検出装置１０１では、２個の磁気インピーダンス素子１３ａ，１３ｂが、ギア１１の回転軸を中心として、ギア１１のピッチで１／２ピッチ離れる位置に並べて配置されている。この回転検出装置１０１では、２個の磁気インピーダンス素子１３ａ，１３ｂの差動出力が検出される。これによって、２個の磁気インピーダンス素子１３ａ，１３ｂに共通する、図３の矢印で示した地磁気の非変動成分をキャンセルでき、より確実な回転状態の検出が可能になる。
【００４２】
以上のように、図１と図３の回転検出装置１００，１０１では、高い磁気感度を持つ磁気インピーダンス素子１３，１３ａ，１３ｂによって、回転体１１との間に仕切り壁１２が存在しても、回転体１１の回転状態を検出することが可能である。これによって、回転体ケース１２に開口部を設けることなく、回転センサである磁気インピーダンス素子１３，１３ａ，１３ｂを、回転体ケース１２の外部に搭載することができる。従って、回転体ケース１２への搭載性が優れ、回転体ケース１２における設計自由度が高められている。
【００４３】
本実施形態の図１と図３に示す回転検出装置１００，１０１は、図５に示すエンジンのクランクシャフトに連結したギア１や、エンジンのカムシャフトに連結したカムの回転状態の検出に好適である。この回転検出装置１００，１０１では、図５のように、エンジンブロック９に回転センサである磁気インピーダンス素子搭載のための開口部９０を設ける必要がない。従って、エンジンへの搭載性に優れ、多くの機器が搭載されるエンジンに対して、設計の自由度が高まる。
【００４４】
（第２の実施形態）
第１の実施形態の回転検出装置は、被検出体である回転体が、磁性体もしくは磁性体を含んだ材料からなる歯車形状のギアであった。本実施形態の回転検出装置は、被検出体である回転体が、外周円に磁極が交互に配置されてなる円筒状磁石からなる。以下、本実施形態について図に基づいて説明する。
【００４５】
図４は、本実施形態における回転検出装置１０２の構成を示す模式図である。
【００４６】
図４の回転検出装置１０２は、図１の回転検出装置１００と同様に、被検出体である回転体２１と、回転体２１を覆う回転体ケース２２と、磁気インピーダンス素子２３とを備えている。
【００４７】
図４の回転検出装置１０２における回転体２１は円筒状磁石で、図のように、円筒の中心軸を回転軸とし、磁極が円筒の外周円に交互に配置されてなる着磁ロータである。この着磁ロータ２１からは図中の矢印で示した繰り返しパターンの磁力線が出ており、回転に伴って、磁界強度の繰り返し変化が着磁ロータ２１の周囲にもたらされる。これによって、第１実施形態の回転検出装置１００，１０１と同様に、磁気インピーダンス素子２３により、ロータ（回転体）ケース２２の外部から、着磁ロータ２１の回転状態の検出が可能となる。
【００４８】
尚、図３の回転検出装置１０１と同様に、着磁ロータ２１の交互に配置された磁極のピッチで１／２ピッチ離れる位置に２個の磁気インピーダンス素子を配置して、これらの差動出力を検出してもよい。これによって、２個の磁気インピーダンス素子に共通する地磁気の非変動成分をキャンセルでき、より確実な回転状態の検出が可能になる。特に、回転体である着磁ロータ２１の磁化が小さく、回転に伴って周囲にもたらされる磁界強度の繰り返し変化が小さい場合に、効果的である。
【００４９】
以上、本実施形態の回転検出装置においても、図４に示すように、回転体（ロータ）ケース２２に開口部を設けることなく、回転センサである磁気インピーダンス素子２３を、回転体ケース２２の外部に搭載することができる。従って、回転体ケース２２への搭載性が優れ、回転体ケース２２における設計自由度が高められている。
【００５０】
また、本実施形態の図４の回転検出装置１０２は、車輪の回転軸に取り付けた着磁ロータの回転状態を検出するＡＢＳ用の車輪回転センサに好適である。この回転検出装置１０２は、上述のように、ロータケースである車輪ハブに、回転センサ搭載のための開口部を設ける必要がない。従って、車輪やサスペンションが近傍にあり、搭載場所が狭くて取付け場所の確保が困難な車輪ハブに対しても、搭載性が優れ、設計の自由度が高い。
【００５１】
（他の実施形態）
第１実施形態では、本発明の図１と図３に示す回転検出装置１００，１０１が、図５に示すエンジンのクランクシャフトに連結したギア１や、エンジンのカムシャフトに連結したカムの回転状態の検出に好適であることを説明した。また、第２実施形態では、本発明の図４の回転検出装置１０２が、車輪の回転軸に取り付けた着磁ロータの回転状態を検出するＡＢＳ用の車輪回転センサに好適であることを説明した。これに限らず、本発明の回転検出装置によれば、例えば車輪の回転に伴う磁界強度の繰り返し変化を、車のボンネット内や車室内に搭載した磁気インピーダンス素子により電気信号に変換して、車輪の回転状態を検出することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における回転検出装置の構成を示す模式図である。
【図２】ギアの回転に伴う磁界強度の繰り返し変化を示す図であり、（ａ）はギアが磁化されている場合、（ｂ）と（ｃ）はギアが磁化されていない場合である。
【図３】磁気インピーダンス素子を２個用いて構成した回転検出装置を示す模式図である。
【図４】第２実施形態における回転検出装置の構成を示す模式図である。
【図５】従来の回転検出装置の適用例で、エンジンブロックへの搭載状態を示した模式図である。
【符号の説明】
１００〜１０２  回転検出装置
１１，１１ａ，１１ｂ  ギア（回転体）
１２  ギア（回転体）ケース、（仕切り壁）
１３，１３ａ，１３ｂ，２３  磁気インピーダンス素子
２１  着磁ロータ（回転体）
２２  ロータ（回転体）ケース、（仕切り壁）
【図１】
2004271236.tif 000003
【図２】
2004271236.tif 000004
【図３】
2004271236.tif 000005
【図４】
2004271236.tif 000006
【図５】
2004271236.tif 000007