(57)【要約】【課題】一対の磁電変換素子に対向する軟磁性移動体に設けた凸部の形状を工夫することで、一対の磁電変換素子間の差動磁気変化がゼロレベル近傍にて急峻に変化するように設定し、ひいては各々の部品配置のずれに起因する検出角度ずれを抑制して検出精度を向上させる。【解決手段】凸部２１Ａのある軟磁性移動体に対向する一対の磁電変換素子ととしてのホール素子１，２と、前記一対のホール素子１，２に対してバイアス磁束を供給するバイアス用の永久磁石３０とを有しており、前記凸部２１Ａの前記一対のホール素子１，２への対向面幅をＬ１、前記一対のホール素子１，２の配列ピッチをＬ２としたとき、Ｌ２＞Ｌ１の関係が成立するように設定する。【選択図】        図１
2004340845.tif 000002
【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バイアス磁石とを有する移動体検知装置において、
前記凸部の前記一対の磁電変換素子への対向面幅をＬ１、前記一対の磁電変換素子の配列ピッチをＬ２としたとき、
Ｌ２＞Ｌ１
の関係が成立することを特徴とする移動体検知装置。
【請求項２】
前記凸部は、基部の幅よりも前記対向面幅が小さく形成されている請求項１記載の移動体検知装置。
【請求項３】
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又は２記載の移動体検知装置。
【請求項４】
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又は２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、所定間隔だけ離間配置された一対の磁電変換素子と、これらの磁電変換素子に磁束を供給するバイアス磁石と、検知対象となる凸部を有する軟磁性移動体を備える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、角度検出のばらつきを抑制して検出精度を向上させるとともに製品毎の構造上、製造上の許容範囲を拡大してコストダウンを実現した移動体検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエンジン制御用回転センサの構成を図６（Ａ）に示す。図６（Ａ）において、２０はエンジンの回転側に取り付けられる軟磁性体の検知用ローターであり、外周に凸部２１が一体に形成されている。また、１０はホールＩＣであり、所定の配列ピッチで離間配置された一対のホール素子１，２を磁電変換素子として内蔵している。ホール素子１，２は前記ローター２０に対向する配置（ローター２０の接線方向に平行）であり、それらのホール素子１，２にバイアス磁束を均等に供給するためにバイアス磁石として永久磁石３０がローター２０よりみてホールＩＣ１０の背後に配設されている。
【０００３】
従来の回転センサにおける検知用ローター２０の凸部２１の形状は、永久磁石３０の発生磁束で凸部２１が十分磁化される様に凸部２１のホール素子１，２への対向面が幅広のものであった。一般的にホールＩＣ１０内のホール素子１，２の配列ピッチＬ２は２〜３ｍｍに設計されており、前記凸部２１の対向面幅Ｌ１は配列ピッチＬ２よりも大きく、つまりＬ１＞Ｌ２に設定していた。
【０００４】
図６（Ｂ）は、Ｌ１＞Ｌ２（Ｌ１＝４ｍｍ、Ｌ２＝２．５ｍｍ）に設定した従来の回転センサの場合における、ホール素子毎の磁気変化の差、つまり差動磁気変化（素子１に加わる磁束密度−素子２に加わる磁束密度）を示す。図中、横軸は凸部２１を有するローター２０の回転角度、縦軸は差動磁気変化を示す磁束密度（Ｇａｕｓｓ＝１０−４Ｔ）である。図６（Ｃ）は差動磁気変化の磁束密度ゼロ近傍を拡大して示す。なお、図６（Ｂ），（Ｃ）においては、ローター２０に対向配置したホールＩＣ１０のオフセットがゼロのとき（ローター中心を通る中心軸がホール素子１，２の中間位置（２等分位置）を通るとき）、オフセットが上側に０．３ｍｍ（＋０．３と表示）あるときと、オフセットが下側に０．３ｍｍ（−０．３と表示）あるときをそれぞれ示している。
【０００５】
この場合、ホールＩＣ１０がゼロクロス検知のホールＩＣであるとき、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、凸部２１が一対のホール素子１，２の前を通過時に一対のホール素子１，２に同レベルの磁束が供給される状態が継続するため磁気変化が平坦化されるので（一対のホール素子１，２に同レベルの磁束が供給され、その差がゼロとなり）、図６（Ｃ）のように前記オフセットに起因する角度ずれが大きくなる。ちなみに、図６（Ｃ）に示すように、オフセットが上側に０．３ｍｍあるときと、オフセットが下側に０．３ｍｍあるときでは、角度ずれは５．２°に達する。このことは、回転センサを構成する製品毎の構造上、製造上のばらつき許容範囲が小さいことを意味する。
【０００６】
一方、下記特許文献１では、一対の磁電変換素子の各磁束検知感度を不均衡とするために、移動体の表面の法線方向に対し、バイアス磁石もしくは一対の磁電変換素子を傾斜させた配置としたものが提案されている。この場合、差動磁気変化の信号波形の比較的傾きの大きい部分が波形整形回路のスレッショルドレベルを通過するようにできる。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１２１０８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図６の従来の回転センサのように、ローター凸部２１のホール素子１，２への対向面が幅広の場合、凸部２１が一対のホール素子１，２の前を通過時に、一対のホール素子１，２に同レベルの磁束が供給される状態が継続するため、差動磁気変化が平坦化され（一対の素子１，２に同レベルの磁束が供給され、その差がゼロとなり）、僅かな配置のずれが検出角度のずれを引き起こすことになるから、ホールＩＣ１０のパルス出力信号のばらつきを抑制して検出精度を向上させるためには、製品毎の構造上、製造上の許容範囲を制限する必要があり、その結果としてコストアップにつながっていた。
【０００９】
また、前記特許文献１の構成としたときは、以下の問題点がある。
▲１▼傾斜配置が必要であり、各部品の配置が不安定になる。
▲２▼一対の磁電変換素子を傾けた場合、バイアス磁石との間に空間が生じ、その磁束を有用に使えない。
▲３▼バイアス磁石に傾きを設けた場合、加工費が嵩み、コストアップになる。
【００１０】
本発明の第１の目的は、上記の点に鑑み、一対の磁電変換素子に対向する軟磁性移動体に設けた凸部の形状を工夫することで、一対の磁電変換素子間の差動磁気変化がゼロレベル近傍にて急峻に変化するように設定し、ひいては各々の部品配置のずれに起因する検出角度ずれを抑制して検出精度を向上させ得る移動体検知装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の第２の目的は、さらに製品毎の構造上、製造上の許容範囲拡大により、コストダウンを図ることのできる移動体検知装置を提供することにある。
【００１２】
【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バイアス磁石とを有する構成において、
前記凸部の前記一対の磁電変換素子への対向面幅をＬ１、前記一対の磁電変換素子の配列ピッチをＬ２としたとき、
Ｌ２＞Ｌ１
の関係が成立することを特徴としている。
【００１３】
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、前記凸部は、基部の幅よりも前記対向面幅が小さく形成されていることを特徴としている。
【００１４】
本願請求項３の発明に係る移動体検知装置は、請求項１又は２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４の発明に係る移動体検知装置は、請求項１又は２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及び図２を用いて本発明に係る移動体検知装置の第１の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１（Ａ）は移動体検知装置としての回転センサを示し、この図において、回転センサは、凸部２１Ａを一体に有する軟磁性体の検知用ローター２０と、これ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バイアス磁石としての永久磁石３０とを備えており、前記凸部２１Ａの一対のホール素子への対向面幅をＬ１、一対のホール素子の配列ピッチをＬ２としたとき、
Ｌ２＞Ｌ１
の関係が成立するように、前記凸部２１Ａは対向面幅Ｌ１を狭く形成してある。
【００１９】
ここで、検知用ローター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（２等分位置）を通過し、軸方向に着磁された永久磁石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はローター２０の接線方向に並んでいる。すなわち、ローター２０の凸部２１Ａ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。
【００２０】
図１（Ｂ）は、Ｌ２＞Ｌ１（Ｌ１＝１ｍｍ、Ｌ２＝２．５ｍｍ）に設定した本実施の形態の回転センサの場合における、ホール素子毎の磁気変化の差、つまり差動磁気変化（素子１に加わる磁束密度−素子２に加わる磁束密度）を示す。図中、横軸は凸部２１Ａを有するローター２０の回転角度、縦軸は差動磁気変化を示す磁束密度（Ｇａｕｓｓ＝１０−４Ｔ）である。図１（Ｃ）は差動磁気変化の磁束密度ゼロ近傍を拡大して示す。なお、図１（Ｂ），（Ｃ）においては、ローター２０に対向配置したホールＩＣ１０のオフセットがゼロのときと、オフセットが上側に０．３ｍｍ（＋０．３と表示）あるときと、オフセットが下側に０．３ｍｍ（−０．３と表示）あるときをそれぞれ示している。
【００２１】
この場合、ゼロクロス検知のホールＩＣ１０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、検知用ローター側凸部２１Ａのホール素子１，２への対向面幅を素子１，２の配列ピッチよりも狭くすることにより、凸部２１Ａがホール素子１，２の前を通過する際の差動磁気変化を平坦化することなく急峻に変化させることができる。この結果、図１（Ｃ）のように前記オフセットに起因する角度ずれが小さくなる。すなわち、図１（Ｃ）に示すように、オフセットが上側に０．３ｍｍあるときと、オフセットが下側に０．３ｍｍあるときでは、角度ずれは２．０°に縮小し、回転センサを構成する製品毎の構造上、製造上のばらつきが発生した場合でもホールＩＣ１０のパルス出力信号のばらつきを抑制でき、角度検出精度を向上させ得ることがわかる。このことは、回転センサを構成する製品毎の構造上、製造上のばらつき許容範囲が大きくなることを意味し、コストダウンを図る上で有効である。なお、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。
【００２２】
図２は、検知用ローター２０の凸部の対向面幅Ｌ１が４ｍｍの従来の場合と、前記対向面幅が１ｍｍの本実施の形態の場合の検出角度のばらつきをサンプル３０個について測定した結果を示す。図２（Ａ）に示すように、ローター回転角度信号とセンサ出力信号（ゼロクロス検知のホールＩＣの出力信号）との時間差を計測して、同図（Ｂ）のサンプル毎の角度ばらつきを求めた。図２（Ｃ）は各サンプル毎の角度ずれを折線グラフで示したものである。
【００２３】
図２（Ｂ），（Ｃ）から本実施の形態の場合、従来に比して角度ずれがかなり少なくなっていることが判る。
【００２４】
図３は本発明の第２の実施の形態であって、軟磁性体の検知用ローター２０に一体の凸部２１Ｂは、基部の幅Ｌ３よりも対向面幅Ｌ１が小さく形成された台形状をなしている。一対のホール素子１，２に対する凸部２１Ｂの基部の幅Ｌ３の影響は少ないため、対向面幅Ｌ１がホール素子１，２の配列ピッチＬ２よりも小さければ、前述の第１の実施の形態と実質的に同様の効果を得ることができる。
【００２５】
なお、その他の構成は前述の第１の実施の形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図４は本発明の第３の実施の形態であって、軟磁性体の検知用ローター２０に一体の凸部２１Ｃは、基部の幅Ｌ３よりも対向面幅Ｌ１が小さく形成された三角形状をなしている。一対のホール素子１，２に対する凸部２１Ｃ（Ｌ１＝０）の基部の幅Ｌ３の影響は少ないため、対向面幅Ｌ１がホール素子１，２の配列ピッチＬ２よりも小さい三角形状であっても、前述の第１の実施の形態と実質的に同様の効果を得ることができる。但し、三角形状の凸部２１Ｃの場合には、ホール素子１，２を通過する磁束量が少なくなるため、磁束変化量も少なくなる。
【００２７】
なお、その他の構成は前述の第１の実施の形態と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
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。
【００２９】
すなわち、図５は、Ｌ２＞Ｌ１（Ｌ１＝１ｍｍ、Ｌ２＝２．５ｍｍ）に設定した第１の実施の形態の回転センサの場合における、ホール素子毎の磁気変化の差、つまり差動磁気変化（素子１に加わる磁束密度−素子２に加わる磁束密度）であって、差動磁気変化の磁束密度ゼロ近傍を拡大して示したものである（図１（Ｃ）と同じ）。図５中、３つの曲線は検知用ローターに対向配置したホールＩＣのオフセットがゼロのときと、オフセットが上側に０．３ｍｍ（＋０．３と表示）あるときと、オフセットが下側に０．３ｍｍ（−０．３と表示）あるときをそれぞれ示している。
【００３０】
ここで、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る。通常、ヒステリシスゾーンは差動磁気変化に比べてかなり狭く、ゼロクロス検知のホールＩＣを使用した場合と同様に凸部がホール素子１，２の前を通過する際の差動磁気変化を図５のように急峻に変化させることで、オフセットが存在しても検出角度ずれを小さくできる。
【００３１】
なお、本発明は、凸部を一定間隔で有する軟磁性直線移動体の位置検出にも適用可能である。
【００３２】
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。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る移動体検知装置によれば、一対の磁電変換素子に対向する軟磁性移動体に設けた凸部の形状を工夫することで、一対の磁電変換素子間の差動磁気変化がゼロレベル近傍にて急峻に変化するように設定でき、ひいては各々の部品配置のずれに起因する検出角度ずれを抑制して検出精度を向上させることが可能である。
【００３４】
さらに製品毎の構造上、製造上の許容範囲拡大により、コストダウンを図ることができる。
【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の実施の形態を説明するものであって、（Ａ）は回転センサを構成したときの各構成部品の配置を示す正面図、（Ｂ）は一対のホール素子間の差動磁気変化のグラフ、（Ｃ）は前記差動磁気変化をゼロクロス検知のホールＩＣで検知する場合における磁束密度ゼロ近傍を拡大したグラフである。
【図２】第１の実施の形態におけるローター回転角度に対するセンサ出力信号のばらつきを説明するものであって、（Ａ）はローター回転角度に対するセンサ出力信号との関係を示す波形図、（Ｂ）は第１の実施の形態のサンプルと従来のサンプルの場合のセンサ出力精度ばらつきを示す表、（Ｃ）は第１の実施の形態のサンプルと従来のサンプルの場合の角度ずれを示す折れ線グラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す正面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す正面図である。
【図５】前記一対のホール素子の差動磁気変化をヒステリシス検知ホールＩＣで検知する場合における磁束密度ゼロ近傍を拡大したグラフである。
【図６】従来の回転センサを説明するものであって、（Ａ）は回転センサの各構成部品の配置を示す正面図、（Ｂ）は一対のホール素子間の差動磁気変化のグラフ、（Ｃ）は前記差動磁気変化をゼロクロス検知のホールＩＣで検知する場合における磁束密度ゼロ近傍を拡大したグラフである。
【符号の説明】
１，２  ホール素子
１０  ホールＩＣ
２０  検知用ローター
２１，２１Ａ，２１Ｂ  凸部
３０  永久磁石
Ｌ１  対向面幅
Ｌ２  配列ピッチ
Ｌ３  基部の幅
【図１】
2004340845.tif 000003
【図２】
2004340845.tif 000004
【図３】
2004340845.tif 000005
【図４】
2004340845.tif 000006
【図５】
2004340845.tif 000007
【図６】
2004340845.tif 000008