JP2004264156A - Rotational speed sensing device of rotator for automobile - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪またはエンジン出力軸のような自動車用回転体の外周に磁気的性質が周期的に変化する磁性体を配設して、自動車用回転体の回転に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサと、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づき前記自動車用回転体の回転数を演算する演算回路を備えた小型で低消費電力かつ高温度雰囲気で計測可能な自動車用回転体の回転数検知装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車の制御システムの進展に伴い車輪速(回転数)センサは高分解能化が求められるとともにブレーキ装置の近傍に取り付ける必要があるので、例えば120℃の雰囲気に耐えかつ安定な計測ができるとともに、コスト低減のため小型かつ軽量さらに高精密な組み立て技術を必要としないものであらねばならない。
従来の車輪回転数検出装置は、ハット状の鋼板製芯金に配設され周方向に多極磁化された磁気エンコーダに対向して、ホール素子からなる磁気センサを複数配置して、複数の信号処理回路および演算回路により車輪の回転数を検出するものであった(例えば特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−340918号公報(第3頁、第1図〜第3図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の車輪回転数検出装置は、ハット状の鋼板製芯金に配設され周方向に多極磁化された磁気エンコーダに対向して、ホール素子からなる磁気センサを複数配置して、複数の信号処理回路および演算回路により車輪の回転数を検出するものであるため、感度が充分でないとともに、センサも大きくなり、処理回路も複雑となり、全体として大型となり、重量および消費電力が大きくなるという問題があった。
【0005】
すなわち前記ホール素子は、一般的に感度が低いため磁気エンコーダとのギャップを小さくする必要がある。特に分解能を高めるため磁気エンコーダの磁極間距離を小さくすると磁力も弱まるため上記ギャップを0.5mmかあるいはそれ以下のように可能な限り小さくする必要があるので、このような磁気センサを組み付けるにはエンコーダとホール素子とが接触しないように精密な組み立て装置が必要となり、低コスト化が阻害されるという問題があった。
【0006】
一方、自動車の車輪周辺部は加減速度、振動などの作用力が大きく偏心、ガタなどによる回転部と固定部との接触、衝突を避けるため前記ギャップを広く取らざるを得ない。したがって従来のホール素子、磁気抵抗素子では低感度のためノイズの混入などにより検出が不安定になる恐れが大きいという問題があった。
【0007】
また前記ホール素子の感度が低い問題を補うために高倍率の増幅器を用いると、温度によるドリフト・熱雑音などにより信号対雑音比が悪化したり、電子回路によっては規模が大きくなるとともに、高価になるという問題があった。
【0008】
そこで本発明者は、外周に磁気的性質が周期的に変化する磁性体が配設された自動車用回転体の回転に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサと、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づき前記自動車用回転体の回転数を演算する演算回路を備えた自動車用回転体の回転数検知装置において、マグネト・インピーダンス磁気検出器を構成する前記磁気センサを、前記自動車用回転体の外周に配設された前記磁性体の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された2つのマグネト・インピーダンス素子によって構成するとともに、前記信号処理回路を1個の信号処理回路によって構成することによって、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、センサを小さくし、処理回路もシンプルにし、全体として小型化して、重量および消費電力を低減するという目的を達成する本発明に到達した。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明(請求項1に記載の第1発明)の自動車用回転体の回転数検知装置は、
外周に磁気的性質が周期的に変化する磁性体が配設された自動車用回転体の回転に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサと、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づき前記自動車用回転体の回転数を演算する演算回路を備えた自動車用回転体の回転数検知装置において、
前記磁気センサが、前記自動車用回転体の外周に配設された前記磁性体の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された2つのマグネト・インピーダンス素子によって構成されるとともに、
前記信号処理回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理する1 個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器を備えている
ものである。
【0010】
本発明(請求項2に記載の第2発明)の自動車用回転体の回転数検知装置は、
前記第1発明において、
前記演算回路が、2線式リード線によって接続された前記信号処理回路から出力された出力信号である磁場変化の周波数から自動車用回転体の回転数を演算するとともに、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力信号の位相差に基づき自動車用回転体の回転方向を演算する
ものである。
【0011】
本発明(請求項3に記載の第3発明)の自動車用回転体の回転数検知装置は、
前記第2発明において、
前記2つのマグネト・インピーダンス素子が、アモルファスワイヤと該アモルファスワイヤの回りに巻装された検知コイルとから成り、
前記1 個の信号処理回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えてパルス通電するパルスジェネレータと、これに同期して得られる2つの磁気信号を交互に所定の時間保持することにより時系列で出力するサンプルホールド回路からなる1組の電子回路である
ものである。
【0012】
本発明(請求項4に記載の第4発明)の自動車用回転体の回転数検知装置は、
前記第3発明において、
前記2つのマグネト・インピーダンス素子と前記1組の電子回路とが、同一の基板上に形成されている
ものである。
【0013】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第1発明の自動車用回転体の回転数検知装置は、外周に磁気的性質が周期的に変化する磁性体が配設された自動車用回転体の回転に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサと、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路および該信号処理回路から出力された出力信号に基づき前記自動車用回転体の回転数を演算する演算回路を備えた自動車用回転体の回転数検知装置において、マグネト・インピーダンス磁気検出器としての前記磁気センサを構成する前記自動車用回転体の外周に配設された前記磁性体の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された前記2つのマグネト・インピーダンス素子によって自動車用回転体の回転に伴う周期的磁場の変化を検知し、前記信号処理回路を構成する前記1個の信号処理回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理するものであるので、一方のマグネト・インピーダンス素子が動作している時には他方のマグネト・インピーダンス素子が動作していないため、互いに他方のマグネト・インピーダンス素子の動作による電磁的影響を受けないため、高精度の回転数検知を可能にするとともに、センサを小さくし、処理回路もシンプルにし、全体として小型化して、重量および消費電力を低減するという効果を奏する。
【0014】
上記構成より成る第2発明の自動車用回転体の回転数検知装置は、前記第1発明において、前記演算回路が、前記信号処理回路から出力された出力信号である磁場変化の周波数から自動車用回転体の回転数を演算するとともに、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力信号の位相差に基づき自動車用回転体の回転方向を演算し、2線式リード線を介して回転数信号および回転方向信号を出力するので、自動車用回転体の回転数および回転方向の検出を可能にするとともに、リード線の取回しを容易にするという効果を奏する。
【0015】
上記構成より成る第3発明の自動車用回転体の回転数検知装置は、前記第2発明において、前記2つのマグネト・インピーダンス素子が、アモルファスワイヤにパルス電流が印加されたときの周囲磁場を該アモルファスワイヤの回りに巻装された検知コイルによって電圧が誘起され、前記1 個の信号処理回路としての電子回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えてパルス通電するパルスジェネレータのパルス通電に同期して前記サンプルホールド回路が得られる2つの磁気信号を交互に所定の時間保持することにより時系列で出力するので、一方のマグネト・インピーダンス素子がパルス通電され動作している時には他方のマグネト・インピーダンス素子はパルス通電されていないため動作していないことから、互いに他方のマグネト・インピーダンス素子のパルス通電に伴う動作による電磁的影響を受けないため、高精度の回転数検知を可能にするとともに、前記2つのマグネト・インピーダンス素子の同時通電および電子回路における同時信号処理をすることはないため、消費電力の低減を可能にし、処理回路をシンプルにするという効果を奏する。
【0016】
上記構成より成る第4発明の自動車用回転体の回転数検知装置は、前記第3発明において、前記2つのマグネト・インピーダンス素子と前記1組の電子回路とが、同一の基板上に形成されているので、前記2つのマグネト・インピーダンス素子の特性を揃えることが出来るため、高精度且つ安定な測定を可能にするとともに、センサを小さくし、処理回路もシンプルにし、全体として小型化して、自動車への取付けに対して精密な作業を不要にするという効果を奏する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【0018】
(第1実施形態)
本第1実施形態の自動車用回転体の回転数検知装置は、図1ないし図4に示されるように外周に磁気的性質が周期的に変化する磁性体11が配設された自動車用車輪と同期して回転する回転体1の回転に伴う周期的磁場の変化を検知する磁気センサ21、22と、検知された周期的磁場の変化を信号処理する信号処理回路23および該信号処理回路23から出力された出力信号に基づき前記自動車用回転体の回転数を演算する演算回路3を備えた自動車用回転体の回転数検知装置において、前記磁気センサ21、22が、前記回転体1の外周に配設された前記磁性体11の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された2つのマグネト・インピーダンス素子によって構成されるとともに、前記信号処理回路23が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段S1、S2によって交互に切り替えて信号処理する1個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器2を備えているものである。
【0019】
本第1実施形態における回転センサは、図1に構成を示すごとく周囲に複数の着磁がなされた円形の磁性体11からなる回転体1と、回転に伴い周期的に変化する磁界を検出するためのセンサとして、120℃の温度環境で動作が可能な2つのアモルファスワイヤからなるマグネト・インピーダンス磁気センサを切換えて交互に時系列で2つの磁気信号を出力するひとつの信号処理回路23からなるマグネト・インピーダンス磁気検出器2と前記周期的に変化する磁界による磁気信号から回転数および回転方向の信号であるパルスを出力する演算回路としてのパルス変換回路3からなる。
【0020】
図1において磁性回転体1は、周囲にN,Sに着磁した複数の磁極を持つ円板であり、これが回転すると近接して配設された2つのマグネト・インピーダンス素子21、22は、正弦波的に変化する磁気信号を検出する。またこの2つのマグネト・インピーダンス素子21、22は、互いの検出位相が90度となる位置に配設されている。
【0021】
前記マグネト・インピーダンス磁気検出器2において、マグネト・インピーダンス素子21、22はアモルファスワイヤ210、220に検出コイル211、221を巻回した構造をしたもので、このアモルファスワイヤにパルス電流を印加したときに周囲磁場の強さに対応した電圧が前記検出コイル211、221に瞬間的に発生する。
【0022】
前記信号処理回路23は、前記2つのアモルファスワイヤ210、220にパルス電流を印加するとともに、検出コイル211、221の電圧をサンプルホールドして出力するものであるが、2つのアモルファスワイヤ210、220を交互に切換えてパルスの印加を行うとともにサンプルホールドするので、前記2つの磁気信号は時間的に直列で交互に出力される。したがって2つのセンサ21、22に対して1つの信号処理回路23で対処するため、小型かつ低消費電力化が図られる。
【0023】
パルス変換回路3は、前記信号処理回路2の出力である2つの正弦波信号からその周波数に対応するパルスすなわち回転数信号を出力するとともに、前記2つの信号の位相から回転方向を判定し出力するものである。
【0024】
さらに本第1実施形態における信号処理回路23を中心にマグネト・インピーダンス磁気検出器2およびパルス変換回路3について、図2を用いて具体的に説明する。
【0025】
マグネト・インピーダンス磁気検出器2における信号処理回路23は、パルスジェネレータ231とサンプルホールド回路232からなる。パルスジェネレータ231は繰返し周波数が2MHz でパルス幅が数十ns(ナノ秒)でかつ所定の位相差で同期する2つのパルス列を発生し、端子P1、P2の組とP3、P4の組からそれぞれ5μs(マイクロ秒)の周期で交互に切換えて出力する。
【0026】
また、出力端子P5は、このパルス列を5μsごとに交互に切換えるときの同期信号が出力されるが、これは後段のパルス変換回路3に接続されている。前記端子P1およびP3は、2つのマグネト・インピーダンス素子21、22アモルファスワイヤに接続されているので、5μsの期間ごとに交互に2MHzのパルス列の電流が印加される。
【0027】
パルスが印加されるとマグネト・インピーダンス素子21、22の各コイル211、221には周囲の磁場に対応する電圧が瞬間的に誘起される。アナログスイッチS1、S2の制御端子に前記パルスジェネレータ231の出力端子P2、P4のパルスが印加されるとごく短期間スイッチが” 閉” になるので前記マグネト・インピーダンス素子21、22のコイル211、221に瞬間的に誘起した磁場に対応する電圧がサンプルホールド回路232のコンデンサCにホールドされる。
【0028】
前述のごとくマグネト・インピーダンス素子に印加されるパルス列は2MHzであるので磁場の計測は2MHzの繰り返しで実行されるが、アナログスイッチS1、S2とコンデンサCおよび増幅器Aがサンプルホールド回路232を形成しているので、この出力端子P6の磁気信号は2MHzのパルス列が続いている5μsの間はぼ連続的な波形である。
【0029】
しかしながら前述のようにパルスジェネレータ231は5μsの周期でパルス列をP1,P2の組とP3、P4の組と交互に出力するので、前記マグネト・インピーダンス素子21と22が検出した磁気信号が5μsの周期でかわるがわる時系列に端子P6に出力される。
【0030】
図1において前記磁性体が外周に配設された前記回転体1が回転すると、前記2つのマグネト・インピーダンス素子21、22が検出する信号は図3のaに示すごとく90度の位相差をもった正弦波となる。この磁気信号が検出コイル211、221を通してサンプルホールド回路232に印加されるが、前記のごとく2つのマグネト・インピーダンス素子21、22の信号は5μsごとに交互に切換えられるので前記サンプルホールド回路の出力端子P6には、図3のbのごとくに90度位相差のある2つの正弦波が5μsごとに交互にチョッピングされた波形となる。同図中のA、Bの符号はそれぞれのマグネト・インピーダンス素子21、22に対応する信号である。また、この出力端子P6の信号がマグネト・インピーダンス磁気検出器2としての出力信号である。
【0031】
ここで説明したごとくこのマグネト・インピーダンス磁気検出器2は2つのマグネト・インピーダンス素子の信号を1つの電子回路で処理して磁気信号を出力するので電子回路の小型化とともに低消費電力化を実現している。
【0032】
次に回転体の回転数を演算する演算手段としてのパルス変換回路3について、図2を用いて説明する。パルス変換回路3は、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器2の出力信号から回転数信号と回転方向信号を抽出するためのものであり、正の電圧信号のみに対応するコンパレータ31と前記の5μsでチョッピングされたマグネト・インピーダンス磁気検出器2の出力信号から前記A、B2つの正弦波に対応した矩形波信号を弁別するための信号弁別回路32と33さらに波形整形回路34、回転方向弁別回路35および出力回路36から成る。
【0033】
前記コンパレータ31は、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器2の正の出力信号のみに対応し図3のcのごとくロジック波形となる。これを受けてフリップフロップ回路からなる弁別回路32,33は、図2のパルスジェネレータ231の出力端子P5の周期が5μsの切換え信号を参照信号として、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器2の出力信号すなわち図3におけるA、B2つの正弦波の信号に対応した矩形波信号を得る。すなわち図3のdは前記正弦波Aの正の半サイクルに対応した矩形波である。また図3のeは前記正弦波Bの正の半サイクルに対応した矩形波である。
【0034】
前記波形整形回路34は、抵抗とコンデンサからなる微分回路とロジック回路のOR回路からなるもので、前記信号弁別回路32,33の出力を微分して図3のfに示す所定の時間幅のパルスを得る。このパルス周波数は前記回転体1の磁場変化の周波数すなわち回転数に対応した信号である。
【0035】
この波形整形回路34の出力パルスは、出力回路36のトランジスタT1に接続されており、ロジックの” 0””1” に対応して前記トランジスタのコレクタが抵抗を通してオン,オフするので、図3のgのごとく電源受給源である端子P7を通して電源回路の消費電流が増減する。
【0036】
また、回転方向弁別回路35は、前記信号弁別回路32と33の出力信号の位相から回転方向を検知するもので、その出力が、たとえば ”1” であれば右回転、” 0” であれば左回転である。この信号は、出力回路36のトランジスタT2に接続されておりロジックの” 0””1” に対応してトランジスタのコレクタが所定の抵抗を通してオン,オフするので、図4のaのごとく電源回路の消費電流が増減する。
【0037】
以上によりパルス変換回路3の出力すなわち本回転センサの出力端子P7の電流信号は、図4のaおよびbに示す回転数信号パルスの和の電流信号となり、図4のcのごとく左回転のときは回転数信号のパルスのみであり、右回転のときは所定の直流電流の上に回転数信号が重畳する形となる。なおこの図には本回転センサの電子回路が消費する電流の波形の図示は省略している。以上により本回転センサの回転数と回転方向の信号を電源線の+、−の2本のみで出力を可能とした。
【0038】
なお、図3において、電源安定化回路30は、前記マグネト・インピーダンス磁気検出器2およびパルス変換回路3へ供給する直流電流を安定な電圧に制御するものであるが、詳細な説明は省略する。
【0039】
なお上述したごとくここでマグネト・インピーダンス素子としてアモルファスワイヤを採用したのは、アモルファスワイヤの本来の性質上、120℃の温度環境でも安定な動作が可能なためであり、自動車の車輪の回転計測およびエンジン回転計測等の自動車用回転体の回転数検出に利用する目的からである。
【0040】
本第1実施形態の自動車用回転体の回転数検知装置は、近年の自動車などの厳しい温度環境に耐え、かつ小型軽量さらに低消費電力型の回転センサの要求があることから、かかるのニーズに対応できる回転センサを提案するものである。
【0041】
現在、一般的に用いられる回転する歯車と磁石に巻回したコイルとで交流信号を出力する方式の車輪速センサは、車速当たりの周波数(1回転当たりのパルス数)が低いため低速度になるにしたがい速度情報が緩慢になり誤差が大となり、かつ検出電圧が低下するので時速数km/hが計測限界である。一方ABSを始め、その他の制御機能の品質を向上するためこの計測限界を広げるようもっと低速(たとえば時速1km/h以下)まで計測可能としたいとの要望が強い。
【0042】
低車速(低回転数)になっても検出電圧が変化しない方式としてホール素子、磁気抵抗素子を用いた磁場強度を検出する方式があり、本第1実施形態の自動車用回転体の回転数検知装置も低車速(低回転数)になっても検出電圧が変化しないのである。
【0043】
本第1実施形態において、低速度になっても所定の速度情報を得るために1回転あたりの磁石の着磁極数を多くする必要があるが、安価なフェライト材料に高密度着磁することで実現でき、高価なアルニコ、ネオジウムなどの磁石を使う必要がない。これはマグネト・インピーダンス素子が高感度であるため高密度着磁による磁力の減少があっても十分安定に磁気計測が可能であるからである。
【0044】
今後の車両制御には、電気自動車、ハイブリッド車その他において、回転方向情報も必要とされるが、本第1実施形態は回転方向を検出するので、かかる用途への適用が可能である。
【0045】
車輪周辺はブレーキング熱の発生により高温になり、120℃付近での安定な動作を要求されるが、本第1実施形態のマグネト・インピーダンス磁気検出器は、120℃の動作が可能であり、自動車部品の小型化、低消費電力型、高温度範囲作動、低コストの要望に対応可能である。
【0046】
本第1実施形態においては、パッケージ内で信号処理を行い出力するので、出力はハイレベルにできるのでノイズの混入がなく、また1つのパッケージ内にセンサ部と信号処理回路を収納することで小型、取り扱い・組付が容易である。
【0047】
また本第1実施形態においては、一方のマグネト・インピーダンス素子がパルス通電され動作している時には他方のマグネト・インピーダンス素子はパルス通電されていないため動作していないことから、互いに他方のマグネト・インピーダンス素子のパルス通電に伴う動作による電磁的影響を受けることはないため、高精度の回転数検知を可能にするとともに、前記2つのマグネト・インピーダンス素子の同時通電および信号処理回路における同時信号処理をすることはないため、信号処理における干渉も無く、消費電力の低減を可能にするものである。
【0048】
本第1実施形態においては、前記演算回路3としての前記パルス変換回路の出力の取り出しにリード線の2線式を採用しているので、すでに装着されている現行車速センサの置き換えを容易にするものである。
【0049】
(第2実施形態)
本第2実施形態の自動車用回転体の回転数検知装置は、図5に示されるように前記回転磁性体としてリング磁石12を用いた例であり、すでに既設されている回転軸10に取り付けて回転計測を行う態様の例である。
【0050】
本第2実施形態においては、リングの円周面に磁石の極を設けたもので、2つのマグネト・インピーダンス素子21、22は、法線方向に配設されており、上述の第1実施形態と同様の作用効果を奏するもので、説明を省略する。
【0051】
(第3実施形態)
本第3実施形態の自動車用回転体の回転数検知装置は、図6に示されるように前記回転磁性体として積極的な磁石を用いるのではなく半硬質磁性材料からなる歯車の磁場を検出することで、回転センサの構成をシンプルにして低廉化をはかるものである。
【0052】
図6における歯車101は、半硬質磁性材料からなるもので着磁によって微弱な磁気を発生する。従来のホール素子あるいは磁気抵抗素子などは低感度のため検出が不安定であるが、2つのマグネト・インピーダンス磁気検出器21、22は、通常100倍から10000倍高感度であるため安定に前記歯車101の磁気を検出することができる。これにより回転体として多極着磁された磁石を用いることなく、安価な回転センサを実現することができる。
【0053】
(第4実施形態)
本第4実施形態の自動車用回転体の回転数検知装置は、安価で安定度の高い回転センサを実現するもので、図7に示されるように前記回転磁性体として半硬質磁性材料からなる歯車111とこれを着磁するために歯の近傍に配設された安価な磁石112からなるものである。
【0054】
前記歯車111が回転すると歯の部分が前記磁石112の磁場Fに曝露されるので各歯が順次磁化され、残留磁気によりそれぞれの歯から磁場を生じる。この回転に伴う磁場変化を前記マグネト・インピーダンス磁気検出器で検出することで回転を計測することができる。
【0055】
本第4実施形態においては、この磁石112により常に磁化しながら計測することで、外乱による影響も受けず安定な磁場計測が可能になる。ここでマグネト・インピーダンス素子21、22からなるマグネト・インピーダンス磁気検出器は高感度であるため、前記着磁のための磁場は弱くてもよく、安価な磁石を用いることができる。
【0056】
また本第4実施形態においては、磁石112の取り付けには高い位置精度を必要としないので、歯の近くに置くだけでよく、構造設計あるいは製造上の制約も少なくコストを低く抑えることができるので安価かつ安定度の高い回転センサを実現できる。車輪速センサは、車輪とともに回転する磁性体と回転しない軸受部材に所定のギャップ(距離)を隔てて取り付ける磁気センサであることから、有用性を高めるものである。
【0057】
磁極間距離を小さくすると一般に磁場強度が落ちるが、これを安定に検知するためには磁気センサを磁石に近づける必要がある。一方、車輪速センサを取り付ける車輪周辺は加減速度、振動、作用力が大きいので偏心、ガタなどによる回転部と固定部との接触、衝突の問題を避けるためギャップを広く取らざるを得ず、従来のホール素子、磁気抵抗素子ではノイズの混入などにより計測が不安定になる恐れがあったが、本第4実施形態は、かかる問題を解決するものである。
【0058】
すなわち本第4実施形態におけるマグネト・インピーダンス磁気検出器は、ホール素子の100から1000倍高倍感度であるためホール素子、磁気抵抗素子よりもギャップを広くすることができるので、精密組み付けの必要がなく製作コストが安い、また自動車ユーザの維持管理も容易である。
【0059】
【実施例】
以下上述の実施形態の自動車用回転体の回転数検知装置において、用いることが出来る磁気検出器の実施例につき、図面を用いて説明する。
【0060】
(実施例)
本実施例の磁気検出器は、図8に示されるように自動車分野における適用を考慮して、小型化および高感度化したもので、以下図8および図9を用いて説明する。
【0061】
前記磁気検出器2を構成する2つのマグネト・インピーダンス素子21、22の基板100の大きさは、幅0.5mm、高さ0.5mmとし、長手方向の長さを3mmとし、感磁体210、220は、CoFeSiB系合金を使った直径30μmまたは直径20μmで、3mm以下の長さのアモルファスワイヤである。 電磁コイル211、221は、 前記基板100の長手方向に形成した溝100Gの溝面100Sに形成されたコイルの片側211A、221Aと、溝100Gの溝上面100US(樹脂SRの上面SRU)に形成された残り片側のコイル211B、221Bの2層構造により形成したものである。
【0062】
前記溝面111および溝上面112に形成されるコイルの片側211A、221Aおよび残り片側のコイル211B、221Bは、図8および図9に示されるように電極配線基板1の長手方向に形成された溝100Gの溝面100Sの全面および前記溝100Gの対向部および近接部(溝上面100US)にコイルを構成する導電性の磁性金属薄膜を蒸着により形成し、形成された金属薄膜が螺旋状に残るように間隙部を構成する導電性金属薄膜部を選択エッチング手法により除去することにより、コイルの全体の長手方向の長さを1.5mmまたは2mmの長さに亘り形成される。なお図9において、図8のA−A′断面にかかわらず、理解の便のために溝100Gの全面の4面にロの字状にコイルが形成されている状態を示した。
【0063】
電磁コイル211、221の円相当内径(高さと幅で形成される溝断面積と同一面積となる円の直径)は、200μmまたは100μm以下であるのが望ましいので、66μmに一例として設定した。 電磁コイル211、221の1ターン当たりの(単位長さ当たり)の捲線間隔は100μm/巻以下であるのが望ましいので、一例として50μm/巻に設定されている。
【0064】
素子基板100の長さとして3mmを採用して前記2つのマグネト・インピーダンス素子21、22のアモルファスワイヤ210、220および電磁コイル211、221が、図10に示されるように全体基板BP上に一体に形成され、前記磁気検出器21、22の両端に配設した電極を介して接続された前記信号処理回路としての前記電子回路23も同一全体基板BP上に形成され、かかる電子回路23からのセンサ出力を図11に示す。
【0065】
本実施例の磁気検出器は、自動車分野における適用を考慮して上述のように小型化、薄型化、小容積(幅0.5mm、高さ0.5mm、長手方向の長さ3mm)を実現しながら、図11から明らかなように40ガウス(G)で0.2Vのフルスケールまでリニアな出力が得られ、リニアな測定および高感度な測定を実現するものである。
【0066】
また本実施例の磁気検出器は、マグネト・インピーダンス素子としてアモルファスワイヤを採用したので、アモルファスワイヤの本来の性質上、120℃の温度環境でも安定な動作が可能なため、自動車における120℃付近の温度環境でも安定な動作が可能であり、自動車用の回転体の回転数検出に適するという効果を奏するものである。
【0067】
さらに本実施例の磁気検出器は、マグネト・インピーダンス素子をより高感度な磁気センサとするために、検出コイルとしての電磁コイル211、221の円相当内径の半径を200μmまたは100μm以下にするのが望ましい、本実施例においては一例として66μmに設定し、極めて小さくしたのでアモルファスワイヤと検出コイルとの電磁結合を大きくすることに対して有効であるとともに、センサの薄型化および小容量化にとっても有効である。
【0068】
また本実施例の磁気検出器は、前記2つのマグネト・インピーダンス素子および信号処理回路を1つの基板にマウント(装荷)することにより、小型かつ取り扱いを容易にすることができ、さらにマグネト・インピーダンス素子が高感度のため回転体とのギャップを1mm以上に大きくしても安定な磁気計測ができるので自動車に取り付ける際に精密な組付け作業を必要としないので生産コストを抑制するという非常に大きな効果を奏する。
【0069】
さらに本実施例においては、2 つのマグネト・インピーダンス素子を所定の精度で管理された自動機で製作するとともに、2つのマグネト・インピーダンス素子をそれぞれ駆動するIC回路からなるパルスジェネレータの2つのドライバー回路の駆動特性およびそれぞれに対応するサンプルホールド回路の2つのアナログスイッチのスイッチ特性を同一とするため、それぞれ近接した場所に回路を形成するようにマスク設計を行い、2つのマグネト・インピーダンス素子の特性を互いに等しくしたので、2 つのマグネト・インピーダンス素子の特性を互いに等しくすることが出来るものである。
【0070】
本実施例においては、基板100の大きさは、幅0.5mm、高さ0.5mmとし、長手方向の長さを3mmとし、アモルファスワイヤの長さは3mm以下であることから、上述した図11から明らかなように40ガウスで0.2Vのフルスケールまでリニヤーな出力が得られるため、従来ヒステリシス特性や非直線特性を無くするためにアモルファスワイヤにもう一つのコイルを設けてこれにフィードバック電流を流したり、バイアス電流を流したりするフィードバック技術の必要性を解消するものである。これにより常時直流電流を流すことが不要となり低消費電力化が可能となった。またバイアスコイルを省略できマグネト・インピーダンス素子をシンプル化するものである。
【0071】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【0072】
なお上述した実施形態においては、マグネト・インピーダンス素子としてアモルファスワイヤを採用したのは、アモルファスワイヤの本来の性質上、120℃の温度環境でも安定な動作が可能なためであり、自動車の車輪の回転計測およびエンジン回転計測等の自動車用回転体の回転数検出に利用することが出来るが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、その他工場設備等で高温環境でかつ高信頼な回転計測を必要とする場所でも実用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の自動車用回転体の回転数検知装置を示す全体ブロック図である。
【図2】本第1実施形態におけるマグネト・インピーダンス磁気検出器およびパルス変換回路の詳細を示す詳細回路図である。
【図3】本第1実施形態におけるマグネト・インピーダンス磁気検出器およひパルス変換回路の各部の信号波形を示すチャート図である。
【図4】本第1実施形態のパルス変換回路における回転方向の判別するための信号波形を示すチャート図である。
【図5】本発明の第2実施形態の自動車用回転体の回転数検知装置の要部を示す斜視図である。
【図6】本発明の第3実施形態の自動車用回転体の回転数検知装置の要部を示す部分正面図である。。
【図7】本発明の第4実施形態の自動車用回転体の回転数検知装置の要部を示す部分正面図である。。
【図8】本発明の実施例における磁気検出器を示す平面図である。
【図9】本実施例における磁気検出器を示す図8中A−A′線に沿う横断面図である。
【図10】本実施例における全体基板上の2つのマグネト・インピーダンス素子および電子回路の配置例を示す平面図である。
【図11】本実施例における磁気検出器の外部磁場と出力電圧の関係を示す線図である。
【符号の説明】
1 回転体
11 磁性体
2 マグネト・インピーダンス磁気検出器
21、22 磁気センサ
23 信号処理回路
3 演算回路
S1、S2 切換手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a magnetic body whose magnetic properties change periodically on the outer periphery of a rotating body for an automobile such as a wheel or an output shaft of an engine, so that a change in a periodic magnetic field accompanying rotation of the rotating body for an automobile is provided. A magnetic sensor for detecting, a signal processing circuit for performing signal processing on a detected change in the periodic magnetic field, and an arithmetic circuit for calculating the rotation speed of the rotating body for the vehicle based on an output signal output from the signal processing circuit. The present invention relates to a small-sized, low-power-consumption, rotational-speed detecting device for a rotating body for an automobile, which can be measured in a high-temperature atmosphere.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development of automobile control systems, wheel speed (rotation speed) sensors have been required to have higher resolution and have to be mounted in the vicinity of a brake device. In order to reduce the cost, it must be small and lightweight and does not require high-precision assembly technology.
The conventional wheel rotation speed detecting device is arranged with a plurality of magnetic sensors including a Hall element, opposed to a magnetic encoder that is provided on a hat-shaped steel core and is magnetized in a multi-polar direction in a circumferential direction, and a plurality of signals are provided. The number of rotations of a wheel is detected by a processing circuit and an arithmetic circuit (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-340918 A (Page 3, FIGS. 1 to 3)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional wheel rotation speed detecting device is provided with a plurality of magnetic sensors including Hall elements, facing a magnetic encoder that is provided on a hat-shaped steel core and is magnetized in a multi-polar direction in a circumferential direction. Since the number of rotations of the wheel is detected by the signal processing circuit and the arithmetic circuit, the sensitivity is not sufficient, the sensor becomes large, the processing circuit becomes complicated, the whole becomes large, and the weight and power consumption increase. was there.
[0005]
That is, since the Hall element generally has low sensitivity, it is necessary to reduce the gap with the magnetic encoder. In particular, when the distance between the magnetic poles of the magnetic encoder is reduced to increase the resolution, the magnetic force is also weakened. Therefore, it is necessary to make the gap as small as possible, such as 0.5 mm or less. A precise assembling apparatus is required so that the encoder and the Hall element do not come into contact with each other, and there is a problem that cost reduction is hindered.
[0006]
On the other hand, in the periphery of the wheel of the automobile, the acting force such as acceleration / deceleration and vibration is large, and the gap has to be widened in order to avoid contact and collision between the rotating part and the fixed part due to eccentricity and backlash. Therefore, the conventional Hall element and the magnetoresistive element have a problem that the detection is likely to be unstable due to mixing of noise due to low sensitivity.
[0007]
In addition, if a high-magnification amplifier is used to compensate for the problem of low sensitivity of the Hall element, the signal-to-noise ratio deteriorates due to drift or thermal noise due to temperature, or the scale of some electronic circuits increases, and the cost increases. There was a problem of becoming.
[0008]
Therefore, the present inventor has proposed a magnetic sensor for detecting a change in a periodic magnetic field associated with rotation of a rotating body for an automobile, in which a magnetic substance whose magnetic properties are periodically changed is provided on the outer periphery, and a detected periodic magnetic field. A signal processing circuit for performing signal processing on the change of the rotation of the vehicle and a calculation circuit for calculating the rotation speed of the rotation body for the vehicle based on an output signal output from the signal processing circuit; The two magnetic sensors, which constitute the impedance magnetic detector, are arranged so that the magnetic properties of the magnetic material disposed on the outer periphery of the rotating body for the vehicle have a phase relationship in accordance with a cycle in which the magnetic properties change. The two magneto-impedance elements are constituted by a magneto-impedance element and the signal processing circuit is constituted by one signal processing circuit. Focusing on the technical idea of the present invention of alternately switching these outputs by switching means and performing signal processing, as a result of further research and development, the sensor was reduced, the processing circuit was simplified, and the overall size was reduced, The present invention has been achieved which achieves the purpose of reducing weight and power consumption.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An apparatus for detecting the number of revolutions of a rotating body for an automobile according to the present invention (the first invention according to claim 1) includes:
A magnetic sensor that detects a change in a periodic magnetic field caused by rotation of a rotating body for an automobile, in which a magnetic substance whose magnetic properties change periodically is disposed on an outer periphery, and performs a signal process on the detected change in the periodic magnetic field. A signal processing circuit and a rotation speed detection device for a vehicle rotation body including a calculation circuit for calculating a rotation speed of the vehicle rotation body based on an output signal output from the signal processing circuit,
The magnetic sensor is constituted by two magneto-impedance elements arranged so as to have a phase relationship in accordance with a cycle in which the magnetic properties of the magnetic body disposed around the rotating body for the vehicle change. With
The signal processing circuit includes a magneto-impedance magnetism detector including a single signal processing circuit that performs signal processing by alternately switching the output from the two magneto-impedance elements by switching means.
Things.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for detecting the number of revolutions of a rotating body for an automobile.
In the first invention,
The arithmetic circuit calculates the number of revolutions of the rotating body for a vehicle from the frequency of the magnetic field change, which is an output signal output from the signal processing circuit connected by a two-wire lead, and the two magneto-impedance elements Calculates the direction of rotation of the rotating body for the vehicle based on the phase difference of the output signal from
Things.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an apparatus for detecting the number of revolutions of a rotating body for an automobile,
In the second invention,
The two magneto-impedance elements comprise an amorphous wire and a sensing coil wound around the amorphous wire;
The one signal processing circuit alternately switches the two magneto-impedance elements to supply a pulse, and alternately holds two magnetic signals obtained in synchronization with the pulse generator for a predetermined time. A set of electronic circuits consisting of sample and hold circuits that output in series
Things.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for detecting the number of revolutions of a rotating body for an automobile,
In the third invention,
The two magneto-impedance elements and the set of electronic circuits are formed on the same substrate.
Things.
[0013]
Function and Effect of the Invention
According to the first aspect of the present invention, there is provided a rotation speed detecting apparatus for a rotating body for an automobile, wherein a magnetic field having a periodically changing magnetic property is disposed on an outer periphery of the rotating body for an automobile. A magnetic sensor for detecting a change in the detected periodic magnetic field, a signal processing circuit for performing signal processing on the detected change in the periodic magnetic field, and a calculation circuit for calculating the rotation speed of the rotating body for the vehicle based on an output signal output from the signal processing circuit. In the rotation speed detection device for a rotating body for a vehicle, the magnetic property of the magnetic body disposed on the outer periphery of the rotating body for a vehicle constituting the magnetic sensor as a magneto-impedance magnetism detector changes in a cycle in which the magnetic property changes. The two magneto-impedance elements arranged so as to have an appropriate phase relationship detect a change in a periodic magnetic field accompanying rotation of the rotating body of the vehicle, and configure the signal processing circuit. The one signal processing circuit performs the signal processing by alternately switching the output from the two magneto impedance elements by the switching means, so that when one magneto impedance element is operating, the other is used. Since the magneto-impedance element is not operating, it is not electromagnetically affected by the operation of the other magneto-impedance element, enabling high-precision rotation speed detection, miniaturizing the sensor, and simplifying the processing circuit. Thus, the size and the power consumption can be reduced as a whole.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the arithmetic circuit detects the rotational speed of the automobile based on a frequency of a magnetic field change which is an output signal output from the signal processing circuit. In addition to calculating the rotation speed of the body, the rotation direction of the vehicle rotation body is calculated based on the phase difference between the output signals from the two magneto-impedance elements. Since the signal is output, it is possible to detect the number of rotations and the direction of rotation of the rotating body for an automobile, and it is possible to easily arrange the lead wires.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the two magneto-impedance elements detect an ambient magnetic field when a pulse current is applied to an amorphous wire. A voltage is induced by a detection coil wound around a wire, and the electronic circuit as the one signal processing circuit is used for pulse application of a pulse generator for alternately switching the two magneto-impedance elements and applying a pulse. Since the two magnetic signals obtained by the sample-and-hold circuit in synchronization are alternately held for a predetermined time and output in a time series, when one of the magneto-impedance elements is energized by a pulse and is operating, the other of the magneto-impedance elements is operated. Since the impedance element is not operating because no pulse current is applied, the impedance element is not operated. Since the electromagnetic impedance of the other magneto-impedance element is not affected by the operation of the other magneto-impedance element, high-precision rotation speed detection is possible. Simultaneous energization of the two magneto-impedance elements and simultaneous Since no signal processing is performed, power consumption can be reduced and the processing circuit can be simplified.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rotating speed detecting apparatus for a rotating body for an automobile according to the third aspect, wherein the two magneto-impedance elements and the one set of electronic circuits are formed on the same substrate. Since the characteristics of the two magneto-impedance elements can be made uniform, high-precision and stable measurement is possible, and the sensor is made smaller, the processing circuit is simplified, and the overall size is reduced. This has the effect of eliminating the need for precise work for mounting the device.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
(1st Embodiment)
As shown in FIGS. 1 to 4, the apparatus for detecting the number of revolutions of a rotating body for a vehicle according to the first embodiment includes a vehicle wheel provided with a
[0019]
As shown in FIG. 1, the rotation sensor according to the first embodiment detects a
[0020]
In FIG. 1, a
[0021]
In the magneto-impedance
[0022]
The
[0023]
The pulse conversion circuit 3 outputs a pulse corresponding to the frequency, that is, a rotation number signal, from the two sine wave signals output from the
[0024]
Further, the magneto-impedance
[0025]
The
[0026]
The output terminal P5 outputs a synchronization signal for alternately switching the pulse train every 5 μs, which is connected to the pulse conversion circuit 3 at the subsequent stage. Since the terminals P1 and P3 are connected to the two magneto-
[0027]
When a pulse is applied, a voltage corresponding to the surrounding magnetic field is instantaneously induced in each of the
[0028]
As described above, since the pulse train applied to the magneto-impedance element is 2 MHz, the measurement of the magnetic field is performed at a repetition of 2 MHz, but the analog switches S1 and S2, the capacitor C and the amplifier A form a sample-and-
[0029]
However, as described above, the
[0030]
In FIG. 1, when the
[0031]
As described herein, the magneto-impedance
[0032]
Next, the pulse conversion circuit 3 as a calculating means for calculating the number of rotations of the rotating body will be described with reference to FIG. The pulse conversion circuit 3 is for extracting a rotation speed signal and a rotation direction signal from the output signal of the magneto-impedance
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
The output pulse of the
[0036]
The rotation
[0037]
As described above, the output of the pulse conversion circuit 3, that is, the current signal at the output terminal P7 of the present rotation sensor is a current signal of the sum of the rotation speed signal pulses shown in FIGS. Is only a pulse of the rotation speed signal, and when the clockwise rotation is performed, the rotation speed signal is superimposed on a predetermined DC current. In this figure, the illustration of the waveform of the current consumed by the electronic circuit of the rotation sensor is omitted. As described above, it is possible to output signals of the number of rotations and the rotation direction of the rotation sensor only by two power supply lines, + and-.
[0038]
In FIG. 3, the power supply stabilization circuit 30 controls the DC current supplied to the magneto-
[0039]
As described above, the reason why the amorphous wire was adopted as the magneto-impedance element here is that, due to the intrinsic properties of the amorphous wire, stable operation can be performed even at a temperature environment of 120 ° C. This is for the purpose of use for detecting the rotation speed of a rotating body for an automobile such as engine rotation measurement.
[0040]
Since the rotation number detecting device for a rotating body for a vehicle according to the first embodiment withstands a severe temperature environment such as a recent automobile, and has a demand for a small, lightweight, and low power consumption type rotation sensor, it is possible to meet such needs. It is intended to propose a rotation sensor that can respond.
[0041]
Currently, a wheel speed sensor that outputs an AC signal using a generally used rotating gear and a coil wound around a magnet has a low frequency because the frequency per vehicle speed (the number of pulses per rotation) is low. Accordingly, the speed information becomes slow, the error becomes large, and the detection voltage decreases. Therefore, the measurement limit is several km / h per hour. On the other hand, there is a strong demand that measurement be possible at a lower speed (for example, 1 km / h or less) so as to widen the measurement limit in order to improve the quality of ABS and other control functions.
[0042]
As a method in which the detected voltage does not change even at a low vehicle speed (low rotational speed), there is a method of detecting the magnetic field strength using a Hall element and a magnetoresistive element. The detection voltage does not change even when the device becomes low in vehicle speed (low rotation speed).
[0043]
In the first embodiment, it is necessary to increase the number of magnetized poles per rotation in order to obtain predetermined speed information even at a low speed. It can be realized, and there is no need to use expensive magnets such as Alnico and Neodymium. This is because the magneto-impedance element has a high sensitivity, so that the magnetic measurement can be performed sufficiently stably even if the magnetic force is reduced due to the high-density magnetization.
[0044]
In the future vehicle control, rotation direction information is also required in electric vehicles, hybrid vehicles, and the like. However, since the first embodiment detects the rotation direction, the first embodiment can be applied to such applications.
[0045]
The periphery of the wheel becomes high temperature due to the generation of braking heat, and stable operation at around 120 ° C. is required. However, the magneto impedance magnetic detector of the first embodiment can operate at 120 ° C. It can respond to the demand for downsizing, low power consumption, high temperature range operation and low cost of automotive parts.
[0046]
In the first embodiment, since signal processing is performed and output in the package, the output can be set to a high level, so that noise is not mixed. Further, since the sensor unit and the signal processing circuit are housed in one package, the size is reduced. Easy to handle and assemble.
[0047]
Also, in the first embodiment, when one of the magneto-impedance elements is operating with the pulse current applied thereto, the other magneto-impedance element is not operating because the pulse current is not applied. Since there is no electromagnetic influence due to the operation accompanying the pulse energization of the element, high-precision rotation speed detection is enabled, and simultaneous energization of the two magneto-impedance elements and simultaneous signal processing in the signal processing circuit are performed. Therefore, the power consumption can be reduced without interference in signal processing.
[0048]
In the first embodiment, since the output of the pulse conversion circuit as the arithmetic circuit 3 is taken out using the two-wire system of the lead wire, it is easy to replace the already mounted current vehicle speed sensor. Things.
[0049]
(2nd Embodiment)
As shown in FIG. 5, the apparatus for detecting the number of revolutions of a rotating body for an automobile according to the second embodiment is an example in which a
[0050]
In the second embodiment, the magnet is provided on the circumferential surface of the ring, and the two magneto-
[0051]
(Third embodiment)
As shown in FIG. 6, the rotation number detecting apparatus for a rotating body for an automobile according to the third embodiment detects a magnetic field of a gear made of a semi-hard magnetic material instead of using an active magnet as the rotating magnetic body. Thus, the configuration of the rotation sensor is simplified and the cost is reduced.
[0052]
The
[0053]
(Fourth embodiment)
The rotation number detecting device for a rotating body for a vehicle according to the fourth embodiment realizes an inexpensive and highly stable rotation sensor. As shown in FIG. 7, a gear made of a semi-hard magnetic material is used as the rotating magnetic body. 111 and an
[0054]
When the
[0055]
In the fourth embodiment, by performing measurement while always magnetizing with the
[0056]
Further, in the fourth embodiment, since high positional accuracy is not required for mounting the
[0057]
When the distance between the magnetic poles is reduced, the magnetic field strength generally decreases. However, in order to stably detect this, it is necessary to bring the magnetic sensor close to the magnet. On the other hand, the acceleration and deceleration, vibration, and acting force around the wheel where the wheel speed sensor is mounted are large, so the gap must be widened to avoid the problem of eccentricity, backlash, etc., contact between the rotating and fixed parts and collisions. In the Hall element and the magneto-resistive element described above, the measurement may become unstable due to the contamination of noise or the like, but the fourth embodiment solves such a problem.
[0058]
That is, since the magneto-impedance magnetic detector according to the fourth embodiment has a
[0059]
【Example】
Hereinafter, an example of a magnetic detector that can be used in the rotation speed detecting device for a rotating body for a vehicle according to the above-described embodiment will be described with reference to the drawings.
[0060]
(Example)
As shown in FIG. 8, the magnetic detector according to the present embodiment has a reduced size and a higher sensitivity in consideration of application in the field of automobiles, and will be described below with reference to FIGS.
[0061]
The size of the
[0062]
The
[0063]
The inner diameter of a circle equivalent to the circle of the
[0064]
By adopting 3 mm as the length of the
[0065]
The magnetic detector of the present embodiment realizes miniaturization, thinning, and small volume (width 0.5 mm, height 0.5 mm, length in the longitudinal direction 3 mm) as described above in consideration of application in the automobile field. On the other hand, as is clear from FIG. 11, a linear output up to a full scale of 0.2 V at 40 Gauss (G) is obtained, realizing a linear measurement and a highly sensitive measurement.
[0066]
In addition, since the magnetic detector of this embodiment employs an amorphous wire as the magneto-impedance element, stable operation is possible even at a temperature environment of 120 ° C. due to the inherent properties of the amorphous wire. The stable operation is possible even in a temperature environment, and it is effective in detecting the rotation speed of a rotating body for an automobile.
[0067]
Further, in the magnetic detector of the present embodiment, in order to make the magneto-impedance element a magnetic sensor with higher sensitivity, the radius of the inner diameter corresponding to the circle of the
[0068]
Further, the magnetic detector of this embodiment can be compact and easy to handle by mounting (loading) the two magneto-impedance elements and the signal processing circuit on one substrate. However, because of its high sensitivity, stable magnetic measurement can be performed even when the gap with the rotating body is increased to 1 mm or more, so there is no need for precise assembly work when mounting the product on a car, so a very large effect of suppressing production costs. To play.
[0069]
Further, in the present embodiment, two magneto impedance elements are manufactured by an automatic machine controlled with a predetermined accuracy, and two driver circuits of a pulse generator including an IC circuit for driving the two magneto impedance elements, respectively. In order to make the drive characteristics and the switch characteristics of the two analog switches of the corresponding sample-and-hold circuits the same, a mask is designed so that the circuits are formed in close proximity to each other, and the characteristics of the two magneto-impedance elements are compared with each other. Because they are equal, the characteristics of the two magneto-impedance elements can be made equal to each other.
[0070]
In the present embodiment, the size of the
[0071]
The above-described embodiment has been described by way of example, and the present invention is not limited to the embodiment. It will be recognized by those skilled in the art from the claims, the detailed description of the invention, and the drawings. Modifications and additions are possible without violating the technical idea of the present invention.
[0072]
In the above-described embodiment, the amorphous wire is employed as the magneto-impedance element because stable operation is possible even at a temperature of 120 ° C. due to the intrinsic properties of the amorphous wire, and the rotation of the wheels of the automobile is not possible. It can be used for detecting the rotation speed of a rotating body for automobiles such as measurement and engine rotation measurement. However, the present invention is not limited to these. Needless to say, it can be used in a place that requires
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall block diagram illustrating an apparatus for detecting the number of revolutions of a rotating body for an automobile according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed circuit diagram showing details of a magneto impedance magnetic detector and a pulse conversion circuit according to the first embodiment.
FIG. 3 is a chart showing signal waveforms at various parts of a magneto-impedance magnetic detector and a pulse conversion circuit according to the first embodiment.
FIG. 4 is a chart showing signal waveforms for determining a rotation direction in the pulse conversion circuit of the first embodiment.
FIG. 5 is a perspective view showing a main part of a rotation speed detecting device for a rotating body for a vehicle according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partial front view showing a main part of a rotation speed detecting device for a rotating body for a vehicle according to a third embodiment of the present invention. .
FIG. 7 is a partial front view showing a main part of a rotation speed detecting device for a rotating body for a vehicle according to a fourth embodiment of the present invention. .
FIG. 8 is a plan view showing a magnetic detector according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the magnetic detector according to the present embodiment, taken along line AA 'in FIG.
FIG. 10 is a plan view showing an example of the arrangement of two magneto-impedance elements and an electronic circuit on the entire substrate in this embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between an external magnetic field and an output voltage of the magnetic detector in the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1 rotating body
11 Magnetic body
2 Magneto impedance magnetic detector
21,22 Magnetic sensor
23 signal processing circuit
3 Operation circuit
S1, S2 switching means
Claims (4)
前記磁気センサが、前記自動車用回転体の外周に配設された前記磁性体の磁気的性質が変化する周期に応じた位相関係になるように配置された2つのマグネト・インピーダンス素子によって構成されるとともに、
前記信号処理回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力を切換手段によって交互に切り替えて信号処理する1個の信号処理回路から成るマグネト・インピーダンス磁気検出器を備えている
ことを特徴とする自動車用回転体の回転数検知装置。A magnetic sensor that detects a change in a periodic magnetic field caused by rotation of a rotating body for an automobile, in which a magnetic substance whose magnetic properties change periodically is disposed on an outer periphery, and performs a signal process on the detected change in the periodic magnetic field. A signal processing circuit and a rotation speed detection device for a vehicle rotation body including a calculation circuit for calculating a rotation speed of the vehicle rotation body based on an output signal output from the signal processing circuit,
The magnetic sensor is constituted by two magneto-impedance elements arranged so as to have a phase relationship in accordance with a cycle in which the magnetic properties of the magnetic body disposed around the rotating body for the vehicle change. With
The signal processing circuit includes a magneto-impedance magnetism detector including one signal processing circuit that alternately switches the outputs from the two magneto-impedance elements by a switching unit and performs signal processing. A rotation speed detection device for rotating bodies for automobiles.
前記演算回路が、前記信号処理回路から出力された出力信号である磁場変化の周波数から自動車用回転体の回転数を演算するとともに、前記2つのマグネト・インピーダンス素子からの出力信号の位相差に基づき自動車用回転体の回転方向を演算し、2線式リード線を介して回転数信号および回転方向信号を出力する
ことを特徴とする自動車用回転体の回転数検知装置。In claim 1,
The arithmetic circuit calculates the number of rotations of the rotating body for a vehicle from the frequency of the magnetic field change which is the output signal output from the signal processing circuit, and based on the phase difference between the output signals from the two magneto impedance elements. An apparatus for detecting the rotational speed of a rotating body for an automobile, which calculates a rotating direction of the rotating body for an automobile and outputs a rotation speed signal and a rotation direction signal via a two-wire type lead wire.
前記2つのマグネト・インピーダンス素子が、アモルファスワイヤと該アモルファスワイヤの回りに巻装された検知コイルとから成り、
前記1個の信号処理回路が、前記2つのマグネト・インピーダンス素子を交互に切換えてパルス通電するパルスジェネレータと、これに同期して得られる2つの磁気信号を交互に所定の時間保持することにより時系列で出力するサンプルホールド回路からなる1組の電子回路である
ことを特徴とする自動車用回転体の回転数検知装置。In claim 2,
The two magneto-impedance elements comprise an amorphous wire and a sensing coil wound around the amorphous wire;
The one signal processing circuit alternately switches the two magneto-impedance elements to supply a pulse, and alternately holds two magnetic signals obtained in synchronization with the pulse generator for a predetermined time. An apparatus for detecting the number of revolutions of a rotating body for an automobile, which is a set of electronic circuits including a sample-and-hold circuit that outputs the series.
前記2つのマグネト・インピーダンス素子と前記1組の電子回路とが、同一の基板上に形成されている
ことを特徴とする自動車用回転体の回転数検知装置。In claim 3,
An apparatus according to claim 1, wherein said two magneto-impedance elements and said set of electronic circuits are formed on the same substrate.
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