(57)【要約】【課題】製品毎の各構成部品の位置ズレが生じた場合でも、ゼロクロス反転ＩＣを使用したときのパルス出力信号の誤作動を防止し、角度ズレの減少、高精度化を図る。【解決手段】凸部のある磁性移動体としてのギア２０に対向する一対のホール素子１，２と、一対のホール素子１，２に対してバイアス磁束を供給する永久磁石３０とを有し、さらに、一対のホール素子１，２を通過するバイアス磁束に強弱の差を設ける軟磁性材ヨーク４０を、ホール素子１，２の片側に寄せて永久磁石３０の周囲に配置した構成である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸部のある軟磁性移動体に対向する一対の磁電変換素子と、前記一対の磁電変換素子に対してバイアス磁束を供給する永久磁石とを有する移動体検知装置において、
前記一対の磁電変換素子を通過するバイアス磁束に強弱の差を設ける軟磁性材ヨークを前記永久磁石の周囲に配置することを特徴とする移動体検知装置。
【請求項２】
前記軟磁性材ヨークを、前記一対の磁電変換素子と前記永久磁石間に、前記一対の磁電変換素子の片側に寄せて配置してなる請求項１記載の移動体検知装置。
【請求項３】
前記軟磁性材ヨークを、前記一対の磁電変換素子からみて前記永久磁石の背後に、前記一対の磁電変換素子の片側に寄せて配置してなる請求項１記載の移動体検知装置。
【請求項４】
前記軟磁性材ヨークを、前記永久磁石の側面に、前記一対の磁電変換素子の片側に寄せて配置してなる請求項１記載の移動体検知装置。
【請求項５】
前記一対の磁電変換素子の検出信号の差信号を用い、当該差信号の最大ピーク値と最小ピーク値の中央値を基準として前記差信号を判別する請求項１，２，３又は４記載の移動体検知装置。
【請求項６】
前記一対の磁電変換素子の検出信号の差信号を用い、当該差信号の上下の波形の面積が等しくなるレベルを基準レベルとし、該基準レベルより上側のスレッショルドレベルと下側のスレッショルドレベルとの間をヒステリシスゾーンとし、該ヒステリシスゾーンを前記差信号が上側又は下側に超えたことを検知する請求項１，２，３又は４記載の移動体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凸部のある軟磁性移動体に対向する一対の磁電変換素子を用いた磁気回転センサ等の移動体検知装置に係り、特にエンジン制御用（カム角・クランク角検出）に用いて好適な高精度パルス信号出力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のカム・クランク角用回転センサとしては、ピーク検知のホールＩＣ（磁気（磁束）変化曲線のピークから一定量変化した時点で出力反転）と一定ピッチで凸部を有する歯車状の軟磁性回転体とを組み合わせた回転センサ、もしくはゼロクロス検知のホールＩＣ（磁気変化曲線の最大ピーク値と最小ピーク値の中央値（＝ゼロクロスレベル）を横切った時点で出力反転）と前記軟磁性回転体とを組み合わせた回転センサが知られている（下記特許文献１参照）。ゼロクロス検知のホールＩＣとしては、例えば、インフィニオン社製ＴＬＥ４９２５等がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２１０８号公報
【０００４】
図７（Ａ）は歯車状の軟磁性回転体（ギア）２０とゼロクロス検知のホールＩＣの一対のホール素子１，２と、これらにバイアス磁束を均等に供給する永久磁石３０とを備える回転センサを示し、図７（Ｂ）は（Ａ）の回転センサの場合における各ホール素子毎の磁気変化（回転角度と磁束密度（Ｇａｕｓｓ＝１０−４Ｔ）との関係）を示し、図７（Ｃ）は差動磁気変化（素子１−素子２）を示す。この場合、ゼロクロス検知のホールＩＣは一対の磁電変換素子としてのホール素子１，２の検出信号の差信号を用い、当該差信号の最大ピーク値と最小ピーク値の中央値を基準（ゼロクロスレベル）として前記差信号を判別する動作（出力反転）を行うが、前記差信号はゼロクロスレベル近傍において平坦化されているので、誤動作を起こし易い。
【０００５】
図８（Ａ）はその理由を説明するものであり、上記図７（Ｃ）の差動磁気変化において、ゼロクロスレベルに図８（Ａ）のように小さなピーク（オーバーシュートやアンダーシュート）があるとゼロクロス検知のホールＩＣ出力に誤パルスが発生する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記ピーク検知ホールＩＣを用いる回転センサの場合、エアギャップ変化による磁気変化の影響を受け、出力信号の角度ズレを生じる問題点がある。図９曲線（Ａ）はピーク検知ホールＩＣを用いる回転センサにおけるエアギャップ（歯車状の軟磁性回転体とホールＩＣ間の隙間）と角度ズレとの関係を示し、０．５ｍｍから２．０ｍｍにエアギャップが増加すると、角度ズレも大幅に増加することが判る。
【０００７】
また、ゼロクロス検知のホールＩＣを用いる回転センサの場合、エアギャップ変化に対する出力信号の角度ズレは減少させることが可能だが、図７（Ｃ）に示したように歯車状の軟磁性回転体の通過時において磁束変化曲線が平坦化された位置でゼロクロスするので製品毎の各構成部品の位置ズレにより、パルス出力信号の角度ズレ、最悪は図８（Ａ）のように誤作動（誤パルス）を発生させる問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑み、製品毎の各構成部品の位置ズレが生じた場合でも、ゼロクロス反転ＩＣ等を使用したときのパルス出力信号の誤作動を起こすことなく、角度ズレの減少を図り、高精度化が可能な移動体検知装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１の発明に係る移動体検知装置は、凸部のある軟磁性移動体に対向する一対の磁電変換素子と、前記一対の磁電変換素子に対してバイアス磁束を供給する永久磁石とを有する構成において、
前記一対の磁電変換素子を通過するバイアス磁束に強弱の差を設ける軟磁性材ヨークを前記永久磁石の周囲に配置することを特徴としている。
【００１１】
本願請求項２の発明に係る移動体検知装置は、請求項１において、前記軟磁性材ヨークを、前記一対の磁電変換素子と前記永久磁石間に、前記一対の磁電変換素子の片側に寄せて配置したことを特徴としている。
【００１２】
本願請求項３の発明に係る移動体検知装置は、請求項１において、前記軟磁性材ヨークを、前記一対の磁電変換素子からみて前記永久磁石の背後に、前記一対の磁電変換素子の片側に寄せて配置したことを特徴としている。
【００１３】
本願請求項４の発明に係る移動体検知装置は、請求項１において、前記軟磁性材ヨークを、前記永久磁石の側面に、前記一対の磁電変換素子の片側に寄せて配置したことを特徴としている。
【００１４】
本願請求項５の発明に係る移動体検知装置は、請求項１，２，３又は４において、前記一対の磁電変換素子の検出信号の差信号を用い、当該差信号の最大ピーク値と最小ピーク値の中央値を基準として前記差信号を判別することを特徴としている。
【００１５】
本願請求項６の発明に係る移動体検知装置は、請求項１，２，３又は４において、前記一対の磁電変換素子の検出信号の差信号を用い、当該差信号の上下の波形の面積が等しくなるレベルを基準レベルとし、該基準レベルより上側のスレッショルドレベルと下側のスレッショルドレベルとの間をヒステリシスゾーンとし、該ヒステリシスゾーンを前記差信号が上側又は下側に超えたことを検知することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る移動体検知装置の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る移動体検知装置の第１の実施の形態であって、回転センサを構成した場合を示す。この図において、回転センサは、歯車状の軟磁性回転体（ギア）２０と、これに対向する一対のホール素子１，２を内蔵したゼロクロス検知のホールＩＣ１０と、一対のホール素子１，２にバイアス磁束を供給する円柱状永久磁石３０と、ホールＩＣ１０と前記永久磁石３０間に配置される半円板状軟磁性材ヨーク４０とを備えている。
【００１８】
ここで、歯車状の軟磁性回転体２０の回転中心を通る中心軸Ｃが、ホールＩＣ１０内の一対のホール素子１，２の中間位置を通過し、軸方向に着磁された円柱状永久磁石３０の中心軸を通過する配置であり、前記一対のホール素子１，２は歯車状の軟磁性回転体２０の接線方向に並んでいる。すなわち、歯車状の軟磁性回転体２０の凸部の存在及び半円板状軟磁性材ヨーク４０の存在を無視したときに、前記永久磁石３０のバイアス磁束が両ホール素子１，２に均等に流れる配置である。
【００１９】
前記半円板状軟磁性材ヨーク４０はホールＩＣ１０の右側のホール素子２に対向する円柱状永久磁石３０の右半分に装着されている。この結果、円柱状永久磁石３０からのバイアス磁束は図中点線矢印のように右側のホール素子２に多く流れる（磁束密度大となる）ように設定される。
【００２０】
図２（Ａ）のように歯車状の軟磁性回転体２０の凸部がホールＩＣ１０から離れた位置から対向位置となり再び離れる動作を行ったとき、各ホール素子１，２毎の磁気変化（回転角度と磁束密度（Ｇａｕｓｓ＝１０−４Ｔ）との関係は図２（Ｂ）に示され、差動磁気変化（素子１−素子２）は図２（Ｃ）に示される。
【００２１】
この場合、半円板状軟磁性材ヨーク４０が一方のホール素子２側に片寄って配置されているため、図２（Ｃ）の差動磁気変化（素子１−素子２）の平坦部がゼロクロス検知のホールＩＣ１０のゼロクロスレベル（磁束変化曲線の最大ピーク値と最小ピーク値の中央値）からオフセットされることになり、誤動作を起こしにくくなる。すなわち、図８（Ｂ）のように、磁束変化曲線（図２（Ｃ）の差動磁気変化）の平坦部に、回転センサの各構成部品の位置ズレ等に起因して小ピークが発生しても、ゼロクロスレベルからオフセットした位置となるため、ホールＩＣ出力には誤パルスは発生しない。
【００２２】
また、ゼロクロス検知のホールＩＣ１０を用いることで、ピーク検知ホールＩＣを使用した場合の歯車状の軟磁性回転体２０に対するエアーギャップに起因する角度ズレの増大を防止できる。すなわち、図９曲線（Ｂ）のように、ゼロクロス検知のホールＩＣ１０を用いた場合、０．５ｍｍから２．０ｍｍにエアギャップが増加しても、角度ズレは殆ど増大せず、曲線（Ａ）のピーク検知ホールＩＣを使用した場合に比較して優れていることがわかる。
【００２３】
この第１の実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００２４】
（１）  一定間隔で凸部のある歯車状の軟磁性回転体２０に対向する一対の磁電変換素子としてのホール素子１，２、及び一対のホール素子１，２に対してバイアス磁束を供給する円柱状永久磁石３０を有する回転センサにおいて、半円板状軟磁性材ヨーク４０を、一対のホール素子１，２と円柱状永久磁石３０間に、一対のホール素子１，２の片側に寄せて配置したので、一対のホール素子１，２を通過するバイアス磁束に強弱の差を設けることができる。この結果、差動磁気変化（素子１−素子２）の平坦部が、ホール素子１，２を内蔵したゼロクロス検知のホールＩＣ１０のゼロクロスレベルからオフセットされることになり、誤動作防止を図ることが可能になる。
【００２５】
（２）  また、ゼロクロス検知のホールＩＣ１０を用いることで、歯車状の軟磁性回転体２０とホールＩＣ１０間のエアーギャップに起因する角度ズレの増大を防止できる。
【００２６】
（３）  以上の結果、製品毎の各構成部品の位置ズレが生じた場合でもパルス出力信号の誤作動を起こすことなく、角度ズレ減少を図り、角度測定の高精度化を図り得る。
【００２７】
図３は本発明の第２の実施の形態であって、回転センサを構成した場合を示す。この図において、歯車状の軟磁性回転体に対向する一対のホール素子１，２を内蔵したゼロクロス検知のホールＩＣ１０は、一対のホール素子１，２にバイアス磁束を供給する円柱状永久磁石３０の端面に密着配置され、半円板状軟磁性材ヨーク４１はホールＩＣ１０からみて永久磁石３０の背後に装着され、しかも一対のホール素子１，２の片側に寄せて配置されている。
【００２８】
その他の構成は前述の第１の実施の形態と同様であり、この第２の実施の形態の場合も、一対のホール素子１，２を通過するバイアス磁束に強弱の差を設けることができ（ホール素子２にバイアス磁束を多く流すことができ）、第１の実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。
【００２９】
図４は本発明の第３の実施の形態であって、回転センサを構成した場合を示す。この図において、バイアス磁束供給用永久磁石として角柱状永久磁石３１を用い、軟磁性材ヨークとして角板状ヨーク４２を用いている。そして、ホールＩＣ１０と角柱状永久磁石３１間に角板状軟磁性材ヨーク４２が配置され、しかも一対のホール素子１，２の片側に寄せて配置されている。
【００３０】
その他の構成は前述の第１の実施の形態と同様であり、この第３の実施の形態の場合も、一対のホール素子１，２を通過するバイアス磁束に強弱の差を設けることができ（ホール素子２にバイアス磁束を多く流すことができ）、第１の実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。
【００３１】
図５は本発明の第４の実施の形態であって、回転センサを構成した場合を示す。この図において、歯車状の軟磁性回転体に対向する一対のホール素子１，２を内蔵したゼロクロス検知のホールＩＣ１０は、一対のホール素子１，２にバイアス磁束を供給する円柱状永久磁石３０の端面に密着配置され、半円環状軟磁性材ヨーク４３は永久磁石３０の側面（外周面）に装着され、かつ一対のホール素子１，２の片側に寄せて配置されている。図示の場合、ホール素子２側に半円環状軟磁性材ヨーク４３があるため、永久磁石３０の右側においてはＮ極より出た磁束の一部がヨーク４３内を通ってＳ極に至るため、ホール素子２を通るバイアス磁束は減少することになる。
【００３２】
その他の構成は前述の第１の実施の形態と同様であり、この第４の実施の形態の場合も、一対のホール素子１，２を通過するバイアス磁束に強弱の差を設けることができ（ホール素子２のバイアス磁束を減少させることができ）、第１の実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。
【００３３】
図６は本発明の第５の実施の形態であって、回転センサを構成した場合を示す。この図において、歯車状の軟磁性回転体に対向する一対のホール素子１，２を内蔵したゼロクロス検知のホールＩＣ１０は、一対のホール素子１，２にバイアス磁束を供給する角柱状永久磁石３１の端面に密着配置され、コ字状軟磁性材ヨーク４４は永久磁石３１の側面に装着され、かつ一対のホール素子１，２の片側に寄せて配置されている。図示の場合、ホール素子２側にコ字状軟磁性材ヨーク４４があるため、永久磁石３１の右側においてはＮ極より出た磁束の一部がヨーク４４内を通ってＳ極に至るため、ホール素子２を通るバイアス磁束は減少することになる。
【００３４】
その他の構成は前述の第１の実施の形態と同様であり、この第５の実施の形態の場合も、一対のホール素子１，２を通過するバイアス磁束に強弱の差を設けることができ（ホール素子２のバイアス磁束を減少させることができ）、第１の実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。
【００３５】
上記各実施の形態では、一対のホール素子１，２を内蔵したゼロクロス検知のホールＩＣを使用したが、本発明は一対のホール素子１，２を内蔵したヒステリシス検知ホールＩＣ（例えば、インフィニオン社製ＴＬＥ４９２１−５Ｕ等）を使用した場合にも有効である。
【００３６】
すなわち、図１０（Ａ）のように、ヨーク無しでは、一対のホール素子１，２の差動磁気変化（磁束変化曲線）において、ゼロレベルに小さなピーク（オーバーシュートやアンダーシュート）があるとヒステリシス検知ホールＩＣの出力に誤パルスが発生する。
【００３７】
このヒステリシス検知ホールＩＣは、上下の波形の面積が等しくなるレベルを基準レベル（ゼロレベル）とし、該基準レベルより上側のスレッショルドレベルと下側のスレッショルドレベルとの間をヒステリシスゾーンとし、該ヒステリシスゾーンを前記差動磁気変化の信号波形が上側又は下側に超えたことを検知するものであり、当該ヒステリシスゾーンの上限を超えて前記差動磁気変化の信号波形が増加するときとヒステリシスゾーンの下限を超えて減少するときに出力が反転する特性であり、前記差動磁気変化における小さなピークがヒステリシスゾーンの上限又は下限を超えると誤パルスが発生することになる。
【００３８】
一方、本発明の第１の実施の形態で示したように、図１０（Ｂ）の半円板状ヨーク有りでは、一対のホール素子１，２の差動磁気変化を示す磁束変化曲線の平坦部に、回転センサの各構成部品の位置ズレ等に起因して小ピークが発生しても、ヒステリシスゾーンからオフセットした位置となるため、ヒステリシス検知ホールＩＣ出力には誤パルスは発生しない。
【００３９】
なお、本発明は、凸部を一定間隔で有する磁性直線移動体の位置検出にも適用可能である。
【００４０】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、製品毎の各構成部品の位置ズレが生じた場合でも、ゼロクロス反転ＩＣやヒステリシス検知ＩＣを使用したときのパルス出力信号の誤作動を起こすことなく、角度ズレの減少を図り、高精度化が可能な移動体検知装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る移動体検知装置の第１の実施の形態であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。
【図２】第１の実施の形態において、ヨークを配置した効果を説明するもので、（Ａ）は各構成部品の配置を示す配置図、（Ｂ）はホール素子毎の磁気変化のグラフ、（Ｃ）は差動磁気変化のグラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図である。
【図７】ヨークが無くバイアス磁束が一対のホール素子に均等に供給される従来構成の場合を説明するもので、（Ａ）は各構成部品の配置を示す配置図、（Ｂ）はホール素子毎の磁気変化のグラフ、（Ｃ）は差動磁気変化のグラフである。
【図８】一対のホール素子の差動磁気変化を示す磁束変化曲線とゼロクロス検知のホールＩＣ出力との関係であり、（Ａ）はヨークの無い従来構成の場合、（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態の場合をそれぞれ示す説明図である。
【図９】回転センサにおけるエアギャップ（歯車状の軟磁性回転体とホールＩＣ間の隙間）と角度ズレとの関係を、ピーク検知のホールＩＣの場合、ゼロクロス検知のホールＩＣの場合のそれぞれについて示すグラフである。
【図１０】一対のホール素子の差動磁気変化を示す磁束変化曲線とヒステリシス検知ホールＩＣ出力との関係であり、（Ａ）はヨークの無い従来構成の場合、（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態の場合をそれぞれ示す説明図である。
【符号の説明】
１，２  ホール素子
１０  ホールＩＣ
２０  軟磁性回転体
３０，３１  永久磁石
４０，４１，４２，４３，４４  ヨーク
【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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【図１０】
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