(57)【要約】【課題】本発明は、回転数を検出することができるとともに、回転方向も検出することができる回転方向検出機能付き回転数センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の回転方向検出機能付き回転数センサは、第１の比較器３６から得られる出力パルス信号の立ち上がりエッジ時点での第２の比較器３７から出力される出力パルスレベルと、第１の比較器３６から得られる出力パルス信号の立ち下がりエッジ時点での第２の比較器３７から出力される出力パルスレベルとを比較する回転方向検出用比較器を設ける構成としたものである。【選択図】図３
2012088257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出対象である歯車に対向するように設けた磁石と、この磁石の磁極面に設けた第１の磁気抵抗素子と、前記第１の磁石の磁極面に第１の磁気抵抗素子と所定の間隔をあけて設けた第２の磁気抵抗素子と、前記第１の磁気抵抗素子の出力信号から矩形波を生成する第１の矩形波発生回路と、前記第２の磁気抵抗素子の出力信号から矩形波を生成する第２の矩形波発生回路と、前記第１の矩形波発生回路と第２の矩形波発生回路との出力信号を比較することにより歯車の回転方向を検知する回転方向検知回路と、前記第１の矩形波発生回路から出力される出力信号の位相を遅延させる遅延回路と、前記第１の矩形波発生回路、遅延回路および回転方向検知回路からの出力信号を基に電源電位、中点電位およびＧＮＤ電位からなる出力信号を出力する出力回路とを備え、歯車が正回転する場合には、出力電圧波形の立上がりまたは立下りのいずれか一方に中点電位を一定時間保持し、歯車が逆回転する場合には、正回転時と逆の立下りまたは立上がりのいずれか一方に中点電位を一定時間保持することを特徴とした回転方向検出機能付き回転数センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に磁気の変化により回転方向および回転数を検出する回転方向検出機能付き回転数センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の回転数センサは、図７〜図９に示すように構成されていた。
【０００３】
図７は従来の回転数センサの側断面図、図８は同回転数センサにおける磁気抵抗素子の上面図、図９は同回転数センサにおける磁気抵抗素子の回路図である。
【０００４】
図７〜図９において、１は磁石で、この磁石１の磁極面には、図８、図９に示すように、第１の磁気抵抗素子２および第２の磁気抵抗素子３を設けている。また、磁石１における磁極面の端部には、磁石１における磁力が発生しない位置にバイアス抵抗としての役割をする第３の磁気抵抗素子４および第４の磁気抵抗素子５を設けており、そして、第１の磁気抵抗素子２、第２の磁気抵抗素子３、第３の磁気抵抗素子４および第４の磁気抵抗素子５を電気的に接続することにより、図８に示すようなブリッジ回路を構成している。また、磁石１の上面には電源電極６、第１の出力電極７、第２の出力電極８およびＧＮＤ電極９を設けており、ブリッジ回路に電源電極６から電圧を負荷した状態において、磁力の変化により変化する第１の磁気抵抗素子２および第２の磁気抵抗素子３の抵抗値の変化を第１の出力電極７および第２の出力電極８の電位差として出力する構成となっている。１０は樹脂製の基体で、この基体１０は一端に前記磁石１およびその磁石１の磁極面に第１の磁気抵抗素子２、第２の磁気抵抗素子３、第３の磁気抵抗素子４および第４の磁気抵抗素子５からなるブリッジ回路を固着するとともに、側面に回路部品１１を設けており、この回路部品１１により第１の出力電極７および第２の出力電極８から出力される正弦波形からなる出力信号をパルス波形に変換する。また、基体１０の他端には接続端子１２を設けており、そして、この接続端子１２により前記回路部品１１から出力されるパルス信号を出力するものである。１３はケースで、このケース１３は基体１０を内側に収納するとともに、コネクタ端子１４を一体に設けており、そして、このコネクタ端子１４は一端を基体１０における接続端子１２と電気的に接続するとともに、他端を外方へ向かって突出させている。
【０００５】
以上のように構成された従来の回転数センサについて、次に、その動作を説明する。
【０００６】
図７に示すように、従来の回転数センサは、ケース１３の外底面に対向する位置に、表面に凸部１６および凹部１７を設けた歯車１５を配設し、そして、この歯車１５の回転により磁石１から歯車１５に向かう磁力の変化を、前記磁石１に設けた第１の磁気抵抗素子２および第２の磁気抵抗素子３の抵抗値の変化として検出する構成となっている。
【０００７】
このとき、図９に示すように、ブリッジ回路を構成しているため、第１の出力電極７および第２の出力電極８に生ずる電位差は、図１０に示すような正弦波形となる。そして、この正弦波形を基体１０に設けた回路部品１１によりパルス波形に変換し、コネクタ端子１４から相手側コンピューター等に出力し、自動車（図示せず）の主軸等の回転数を検出するものであった。
【０００８】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−５１６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記した従来の回転数センサにおいては、回転数は検出できるものの、さらに、回転方向を検出しようとすると、回転数の出力ピンと別個に、回転方向の出力ピンが必要となり、回転数センサが大型化してしまうという課題を有していた。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、回転方向の出力ピンを、回転数の出力ピンと別個に設ける必要のない、小型な回転数センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項１に記載の発明は、被検出対象である歯車に対向するように設けた磁石と、この磁石の磁極面に設けた第１の磁気抵抗素子と、前記第１の磁石の磁極面に第１の磁気抵抗素子と所定の間隔をあけて設けた第２の磁気抵抗素子と、前記第１の磁気抵抗素子の出力信号から矩形波を生成する第１の矩形波発生回路と、前記第２の磁気抵抗素子の出力信号から矩形波を生成する第２の矩形波発生回路と、前記第１の矩形波発生回路と第２の矩形波発生回路との出力信号を比較することにより歯車の回転方向を検知する回転方向検知回路と、前記第１の矩形波発生回路から出力される出力信号の位相を遅延させる遅延回路と、前記第１の矩形波発生回路、遅延回路および回転方向検知回路からの出力信号を基に電源電位、中点電位およびＧＮＤ電位からなる出力信号を出力する出力回路とを備え、歯車が正回転する場合には、出力電圧波形の立上がりまたは立下りのいずれか一方に中点電位を一定時間保持し、歯車が逆回転する場合には、正回転時と逆の立下りまたは立上がりのいずれか一方に中点電位を一定時間保持するようにしたもので、この構成によれば、歯車が正回転する場合には、出力電圧波形の立上がりまたは立下りのいずれか一方に中点電位を一定時間保持し、歯車が逆回転する場合には、正回転時と逆の立下りまたは立上がりのいずれか一方に中点電位を一定時間保持するようにしたため、出力される矩形波波形における中点電位の位置により、歯車の回転方向を検出することができるから、回転方向を検出する場合に、回転数の出力ピンと別個に回転方向の出力ピンが必要となることがないという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明の回転方向検出機能付き回転数センサは、被検出対象である歯車に対向するように設けた磁石と、この磁石の磁極面に設けた第１の磁気抵抗素子と、前記第１の磁石の磁極面に第１の磁気抵抗素子と所定の間隔をあけて設けた第２の磁気抵抗素子と、前記第１の磁気抵抗素子の出力信号から矩形波を生成する第１の矩形波発生回路と、前記第２の磁気抵抗素子の出力信号から矩形波を生成する第２の矩形波発生回路と、前記第１の矩形波発生回路と第２の矩形波発生回路との出力信号を比較することにより歯車の回転方向を検知する回転方向検知回路と、前記第１の矩形波発生回路から出力される出力信号の位相を遅延させる遅延回路と、前記第１の矩形波発生回路、遅延回路および回転方向検知回路からの出力信号を基に電源電位、中点電位およびＧＮＤ電位からなる出力信号を出力する出力回路とを備え、歯車が正回転する場合には、出力電圧波形の立上がりまたは立下りのいずれか一方に中点電位を一定時間保持し、歯車が逆回転する場合には、正回転時と逆の立下りまたは立上がりのいずれか一方に中点電位を一定時間保持するようにしたもので、この構成によれば、歯車が正回転する場合には、出力電圧波形の立上がりまたは立下りのいずれか一方に中点電位を一定時間保持し、歯車が逆回転する場合には、正回転時と逆の立下りまたは立上がりのいずれか一方に中点電位を一定時間保持するようにしたため、出力される矩形波波形における中点電位の位置により、歯車の回転方向を検出することができるから、回転方向を検出する場合に、回転数の出力ピンと別個に回転方向の出力ピンが必要となることがないから、小型な回転方向検出機能付き回転数センサを提供することができるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態における回転方向検出機能付き回転数センサの分解斜視図
【図２】同回転数センサの側断面図
【図３】同回転数センサの回路ブロック図
【図４】同回転数センサに相手側の歯車を配設した状態を示す側断面図
【図５】（ａ）〜（ｈ）同回転数センサの出力波形図
【図６】（ａ）〜（ｆ）同回転数センサの出力波形図
【図７】従来の回転数センサに相手側の歯車を配設した状態を示す側断面図
【図８】同回転数センサにおける磁気抵抗素子の上面図
【図９】同回転数センサにおける磁気抵抗素子の回路図
【図１０】同回転数センサにおける磁気抵抗素子から出力される正弦波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態における回転方向検出機能付き回転数センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態における回転方向検出機能付き回転数センサの分解斜視図、図２は同側断面図、図３は同回転方向検出機能付き回転数センサの回路ブロック図である。
【００１８】
図１〜図３において、２１は磁石である。２２は第１の磁気抵抗素子で、この第１の磁気抵抗素子２２は前記磁石２１における磁極面に設けられている。２３は第２の磁気抵抗素子で、この第２の磁気抵抗素子２３は前記磁石２１における磁極面に第１の磁気抵抗素子２２と被測定物である歯車の凹凸の１／４周期分の間隔を設けて配設されている。２４は第１の分圧抵抗で、この第１の分圧抵抗２４は、前記第１の磁気抵抗素子２２とともに、第１の電源２５および第１のＧＮＤ２６と直列に接続されている。２７は第２の分圧抵抗で、この第２の分圧抵抗２７は、前記第２の磁気抵抗素子２３とともに、第２の電源２８および第２のＧＮＤ２９と直列に接続されている。３０は一対の抵抗で、この一対の抵抗３０は、直列に電源３１およびＧＮＤ３２と直列に接続されるとともに、この一対の抵抗３０の中点電位を基準電圧として出力している。３３は一対の抵抗で、この一対の抵抗３３は、直列に電源３４およびＧＮＤ３５と直列に接続されるとともに、この一対の抵抗３３の中点電位を基準電圧として出力している。３６は比較器からなる第１の矩形波発生回路で、この第１の矩形波発生回路３６における非反転入力端子に一対の抵抗３０の中点電位を接続するとともに、第１の磁気抵抗素子２２と第１の分圧抵抗２４との中点電位を第１の矩形波発生回路３６における反転入力端子に接続している。３７は比較器からなる第２の矩形波発生回路で、この第２の矩形波発生回路３７における非反転入力端子に一対の抵抗３３の中点電位を接続するとともに、第２の磁気抵抗素子２３と第２の分圧抵抗２７との中点電位を第２の矩形波発生回路３７における反転入力端子に接続している。３８は立ち上がりエッジトリガタイプのＤフリップフロップからなる回転方向検知回路で、この回転方向検知回路３８は前記第１の比較回路３６および第２の比較回路３７からの出力信号を入力されている。そして、前記回転方向検知回路３８は、第１の矩形波発生回路３６の出力信号が第２の矩形波発生回路３７からの出力信号よりも位相が早い場合には、ハイ信号を出力する。一方、回転方向検知回路３８は、第１の矩形波発生回路３６の出力信号が第２の矩形波発生回路３７からの出力信号よりも位相が遅い場合には、ロー信号を出力する。３９は遅延回路で、この遅延回路３９は前記第１の矩形波発生回路３６からの出力信号を約２０μｓｅｃ遅らせている。
【００１９】
４０は第１のＯＲ回路で、この第１のＯＲ回路４０は前記第１の矩形波発生回路３６、遅延回路３９および回転方向検知回路３８からの出力信号を入力されている。４１は第２のＯＲ回路で、この第２のＯＲ回路は４１は前記回転方向検知回路３８からの出力信号を第１の反転回路４２を介して出力された信号および第１の矩形波発生回路３６からの出力信号を入力されている。４３は第１のＡＮＤ回路で、この第１のＡＮＤ回路４３は前記第１のＯＲ回路４０および第２のＯＲ回路４１からの出力信号を入力されている。４４は第２の反転回路で、この第２の反転回路４４は前記第１のＡＮＤ回路４３からの出力信号を入力されるとともにその出力信号を反転させて出力している。そして、前記第１のＯＲ回路４０、第２のＯＲ回路４１、第１の反転回路４２、第１のＡＮＤ回路４３および第２の反転回路４４により第１のスイッチ切替手段４５を構成している。４６は第３の反転回路で、この第３の反転回路４６は前記第１の矩形波発生回路３６からの出力信号を反転させている。４７は第４の反転回路で、この第４の反転回路４７は、前記遅延回路３９からの出力信号を反転させている。４８は第５の反転回路で、この第５の反転回路４８は、前記回転方向検知回路３８からの出力信号を反転させている。４９は第３のＯＲ回路で、この第３のＯＲ回路４９は前記第３の反転回路４６、第４の反転回路４７および第５の反転回路４８からの出力信号を入力されている。５０は第４のＯＲ回路で、この第４のＯＲ回路５０は前記第３の反転回路４６および回転方向検知回路３８からの出力信号を入力されている。５１は第２のＡＮＤ回路で、この第２のＡＮＤ回路５１は前記第３のＯＲ回路４９および第４のＯＲ回路５０からの出力信号を入力されている。そして、第３の反転回路４６、第４の反転回路４７、第５の反転回路４８、第３のＯＲ回路４９、第４のＯＲ回路５０および第２のＡＮＤ回路５１により、第２のスイッチ切替手段５２を構成している。５３は出力回路で、この出力回路５３は、電源５４、トランジスタからなる第１のスイッチ５５、第１の分圧抵抗５６、第２の分圧抵抗５７、第２のスイッチ５８およびＧＮＤ５９とで構成されている。そして、第１のトランジスタ５５におけるトランジスタのベースには、第２の反転回路４４からの出力信号を入力させるとともに、第２のスイッチ５８におけるトランジスタのベースには、第２のＡＮＤ回路５１からの出力信号が入力されている。そして、前記出力回路５３における第１の分圧抵抗５６と第２の分圧抵抗５７との間の中点電位として、被検出体の歯車の回転方向および回転数に応じた出力信号が出力されるものである。そして、前述の第１の矩形波発生回路３６、第２の矩形波発生回路３７、回転方向検知回路３８、遅延回路３９、第１のスイッチ切替手段４５、第２のスイッチ切替手段５２および出力回路５３により処理回路６０を構成している。６１は樹脂製の基体で、この基体６１は前記磁石２１、第１の磁気抵抗素子２２および第２の磁気抵抗素子２３を端部に固着するとともに、側面に処理回路６０を設け、さらに、磁石２１を固着した端部と反対側の端部に接続端子６２を設けている。６３は樹脂製のケースで、このケース６３は、基体６１を内側に収納するとともに、外方へ突出するようにコネクタ端子６４を設けており、そして、このコネクタ端子６４は基体６１における接続端子６２と電気的に接続している。６８は蓋で、この蓋６８は前記ケース６３の開口部を閉塞するものである。
【００２０】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における回転方向検出機能付き回転数センサについて、次にその組立方法を説明する。
【００２１】
まず、磁石２１の磁極面にＳｉ基板（図示せず）を介して第１の磁気抵抗素子２２および第２の磁気抵抗素子２３を蒸着により形成する。
【００２２】
次に、接続端子６２を金型（図示せず）に設置して、接続端子６２を一体に設けた基体６１を形成する。
【００２３】
次に、接続端子６２を設けた側と反対側の基体６１に磁石２１を固着する。
【００２４】
次に、基体６１における側面に、処理回路６０を実装する。
【００２５】
次に、予めコネクタ端子６４を一体に成形したケース６３の内側に前記基体６１を収納した後、前記ケース６３におけるコネクタ端子６４に基体６１における接続端子６２をはんだ付けする。
【００２６】
最後に、前記ケース６３の開口部を蓋６８で閉塞する。
【００２７】
以上のように構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における回転方向検出機能付き回転数センサについて、次に、その動作を説明する。
【００２８】
ケース６３の外底面に対向する側には、図４に示すように、被検出体の歯車６５が設けられており、この歯車６５の表面には、凸部６６および凹部６７を交互に設けている。そしてこの歯車６５の回転に伴い第１の磁気抵抗素子２２および第２の磁気抵抗素子２３を通過する磁力が変化し、この磁力の変化により、第１の磁気抵抗素子２２および第２の磁気抵抗素子２３の抵抗値が変化するため、第１の磁気抵抗素子２２の磁気抵抗素子電圧および第２の磁気抵抗素子２３の磁気抵抗素子電圧が変化する。
【００２９】
まず、歯車６５が正回転する場合について説明する。例えば、図５（ａ）に示すように、歯車６５の凸部６６が第１の磁気抵抗素子２２に近づくことにより、第１の磁気抵抗素子２２から出力される磁気抵抗素子電圧は、図５（ｂ）に示すように変化する。同様に、第２の磁気抵抗素子２３からは、図５（ｂ）よりも、位相が９０度遅れた磁気抵抗素子電圧が出力される。そして、前記第１の磁気抵抗素子２２からの出力信号を第１の矩形波発生回路３６における反転入力端子に入力して、抵抗３０の中点電位と比較することにより、第１の矩形波発生回路３６から図５（ｃ）に示す矩形波信号が出力される。同様に、前記第２の磁気抵抗素子２３からの出力信号を第２の矩形波発生回路３７における反転入力端子に入力して、抵抗３３の中点電位と比較することにより、第２の矩形波発生回路３７から図５（ｃ）に示す矩形波信号よりも位相が９０度遅れた図５（ｄ）に示す矩形波信号が出力される。そして、図５（ｃ）および図５（ｄ）に示す信号をＤフリップフロップからなる回転方向検知回路３８に入力することにより、回転方向検知回路３８からハイ信号が出力される。また、前記遅延回路３９は、第１の矩形波発生回路３６からの出力信号を２０μｓｅｃ遅らせて、図５（ｅ）に示す出力信号を出力している。そして、第１のスイッチ切替手段４５における第１のＯＲ回路４０には常時、回転方向検知回路３８からハイ信号が入力されるため、第１のＯＲ回路４０からは、第１のＡＮＤ回路４３に、常時、ハイ信号が入力される。
【００３０】
一方、回転方向検知回路３８から出力されたハイ信号は、第１の反転回路４２により、ロー信号に変換され、第２のＯＲ回路４１に入力されるため、第２のＯＲ回路４１からは、第１の矩形波発生回路３６からの出力に応じた信号のみが第１のＡＮＤ回路４３に入力される。そして、第１のスイッチ切替手段４５からは、出力回路５３における第１のスイッチ５５のベースに図５（ｆ）に示す信号を入力する。そしてまた、回転方向検知回路３８から出力されたハイ信号は、第２のスイッチ切替手段５２における第５の反転回路４８により、ロー信号に変換され、第３のＯＲ回路４９に入力される。また、第３のＯＲ回路４９には、第１の矩形波発生回路３６からの出力信号を第３の反転回路４６により反転させた信号および遅延回路３９からの出力信号を第４の反転回路４７により反転させた信号が入力されている。さらに、回転方向検知回路３８から出力されたハイ信号は第４のＯＲ回路５０を介して、第２のＡＮＤ回路５１に入力され、この第２のＡＮＤ回路５１からは、トランジスタからなる第２のスイッチ５８のベースに図５（ｇ）に示す信号が入力される。したがって、出力回路５３からは、図５（ｈ）に示す出力信号が出力されるものである。すなわち、歯車６５が正回転している場合には、中点電位が矩形波の前側に発生しており、歯車６５の回転数自体は、波形の最低電圧と最高電圧の波形のエッジから検出するものである。
【００３１】
次に、歯車６５が逆回転する場合について説明する。
【００３２】
第１の磁気抵抗素子２２からの出力信号を第１の矩形波発生回路３６における反転入力端子に入力して、抵抗３０の中点電位と比較することにより、第１の矩形波発生回路３６から図６（ａ）に示す矩形波信号が出力される。同様に、前記第２の磁気抵抗素子２３からの出力信号を第２の矩形波発生回路３７における反転入力端子に入力して、抵抗３３の中点電位と比較することにより、第２の矩形波発生回路３６から図６（ａ）に示す矩形波信号よりも位相が９０度進んだ図６（ｂ）に示す矩形波信号が出力される。そして、図６（ａ）および図６（ｂ）に示す信号をＤフリップフロップからなる回転方向検知回路３８に入力することにより、回転方向検知回路３８からロー信号が出力される。また、前記遅延回路３８は、第１の矩形波発生回路３６からの出力信号を２０μｓｅｃ遅らせて、図６（ｃ）に示す出力信号を出力している。そして、第１のスイッチ切替手段４５における第２のＯＲ回路４１には常時、回転方向検知回路３８から出力されたロー信号が第１の反転回路４２により反転されてハイ信号に変換されて入力されるため、第２のＯＲ回路４１からは、第１のＡＮＤ回路４３に、常時、ハイ信号が入力される。一方、回転方向検知回路３８から出力されたロー信号は、第１のＯＲ回路４０に入力されるため、第１のＯＲ回路４０からは、第１の矩形波発生回路３６から出力信号および遅延回路３９からの出力信号が第１のＯＲ回路４０に入力される。そして、第１のスイッチ切替手段４５からは、出力回路５３における第１のスイッチ５５のベースに図６（ｄ）に示す信号を入力する。そしてまた、回転方向検知回路３８から出力されたロー信号は第４のＯＲ回路５０に入力される。また、第４のＯＲ回路５０には、第１の矩形波発生回路３６からの出力信号を第３の反転回路４６により反転させた信号が入力されている。さらに、回転方向検知回路３８から出力されたロー信号は第５の反転回路４８を介してハイ信号に変換され、常時、第２のＡＮＤ回路５１にハイ信号が入力される。第２のＡＮＤ回路５１からは、トランジスタからなる第２のスイッチ５８のベースに図６（ｅ）に示す信号が入力される。したがって、出力回路５３からは、図６（ｆ）に示す出力信号が出力されるものである。すなわち、歯車６５が逆回転している場合には、中点電位が矩形波の後側に発生しており、歯車６５の回転数自体は、正回転時と同様に、波形の最低電圧と最高電圧の波形のエッジから検出するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る回転方向検出機能付き回転数センサは、回転数を検出することができるとともに、回転方向も検出することができるという効果を有するものであり、特に磁気の変化により回転数を検出する回転方向検出機能付き回転数センサとして有用となるものである。
【符号の説明】
【００３４】
２１  磁石
２２  第１の磁気抵抗素子
２３  第２の磁気抵抗素子
３６  第１の矩形波発生回路
３７  第２の矩形波発生回路
３８  回転方向検知回路
３９  遅延回路
４５  第１のスイッチ切替手段
５２  第２のスイッチ切替手段
５４  電源
５５  第１のスイッチ
５６  第１の分圧抵抗
５７  第２の分圧抵抗
５８  第２のスイッチ
５９  ＧＮＤ
【図１】
2012088257.tif 000003
【図２】
2012088257.tif 000004
【図３】
2012088257.tif 000005
【図４】
2012088257.tif 000006
【図５】
2012088257.tif 000007
【図６】
2012088257.tif 000008
【図７】
2012088257.tif 000009
【図８】
2012088257.tif 000010
【図９】
2012088257.tif 000011
【図１０】
2012088257.tif 000012