旋轉狀態檢測裝置及旋轉狀態檢測方法

專利名稱：旋轉狀態檢測裝置及旋轉狀態檢測方法
技術領域：
本發明涉及檢測凹凸狀磁性旋轉體的旋轉狀態的旋轉狀態檢測裝置及旋轉狀態檢測方法。
背景技術：
一般而言，例如在汽車發動機中，為了檢測發動機的轉速或多個汽缸的點火定時而安裝有旋轉傳感器。旋轉傳感器，例加像在日本專利公開特開2000-337922號公報“旋轉檢測裝置”中所描述那樣，具備朝向旋轉齒輪的輪齒產生偏置磁場的磁鐵以及伴隨偏置磁場的變化電阻值進行變化的2組磁致電阻元件布線圖案(pattern)，2組磁致電阻元件布線圖案彼此以偏置磁鐵的磁場的中心軸對稱進行配置，將因齒輪的旋轉而引起的磁場變化作為電壓進行輸出，通過取得2組的磁致電阻元件布線圖案輸出之差分來消除由制造因素而導致的偏差以及電源波動或噪音等，對旋轉準確地進行檢測。
此外，在日本專利公開特開2001-108700號公報“旋轉體的反轉檢測裝置及反轉檢測方法”中，其具備1組的磁致電阻元件布線圖案，通過設定模擬閾值電平來檢測反轉(逆回轉)。
在上述日本專利公開特開2000-337922號公報中所示的旋轉檢測裝置中，是取2組磁致電阻元件布線圖案輸出之差分來檢測轉速，即使齒輪反轉其輸出波形也同樣如此(特開2000-337922號公報的圖2)，從而存在不能檢測齒輪的旋轉方向的問題點。現有的發動機中，在燃料的壓縮行程中發動機已停止的情況下，因被壓縮的空氣的推斥而有時會引起機軸反轉。在現有的旋轉檢測裝置中，由于不能檢測旋轉方向，所以即使發生如上述那樣的反轉也將其判斷為正轉(正回轉)，這樣就要考慮在下次發動機起動時汽缸的點火定時出錯的問題。
另外，在根據日本專利公開特開2001-108700號公報“旋轉體的反轉檢測裝置及反轉檢測方法”的反轉檢測裝置中，由于需要從外部設定2個模擬閥值電平，存在因設備之間的差異及安裝精度等問題而需要個別進行調整的問題。

發明內容
本發明就是欲解決上述問題，提供一種旋轉狀態檢測裝置及旋轉狀態檢測方法，其能夠檢測旋轉體的旋轉方向，并且幾乎不需要因設備之間的差異和偏差等而引起的調整。
本發明的一個技術方案提供一種旋轉狀態檢測裝置，其具有產生偏置磁場的磁鐵；第1、第2電橋電路，在上述磁鐵的偏置磁場中，與作為被檢測對象的凹凸狀的磁性旋轉體對置在其旋轉方向上并列進行配置，由起因于與上述被檢測對象的旋轉相應的偏置磁場的狀態變化而發生電阻變化的磁阻效應元件組構成；還包括第1比較器，檢測上述第1電橋電路的中點電壓的增減方向并輸出邏輯值；第2比較器，檢測上述第2電橋電路的中點電壓的增減方向并輸出邏輯值；第3比較器，檢測上述第1電橋電路的中點電壓與上述第2電橋電路的中點電壓之差并輸出邏輯值；以及邏輯信息導出裝置，在上述第1比較器和第2比較器的輸出的邏輯值均為“1”時輸出“1”、均為“0”時輸出“0”，而在除此以外時保持并輸出前一值；通過上述第1、第2、第3比較器及邏輯信息導出裝置的輸出的組合來識別上述被檢測對象的旋轉方向。
此外，本發明的另一技術方案提供一種旋轉狀態檢測方法，其利用上述旋轉狀態檢測裝置來識別上述被檢測對象的旋轉方向。
根據本發明的旋轉狀態檢測裝置和旋轉狀態檢測方法，就能夠檢測旋轉體的旋轉方向，并且幾乎不需要因設備之間的差異和偏差等而引起的調整。
本發明以上及其他目的、特點、方面和優點等，通過參照附圖的下述本發明的詳盡說明將會變得更為明了。


圖1是表示本發明的實施方式1的旋轉狀態檢測裝置的主要部分的框圖。
圖2是實施方式1的旋轉狀態檢測裝置中所用的磁路結構圖。
圖3是說明實施方式1的旋轉狀態檢測裝置中所用的電橋電路的磁阻效應元件的電阻值的變化和中點電壓的變化的圖。
圖4是表示實施方式1中磁旋轉體在正轉的情況下各輸出端子的輸出的波形圖。
圖5是表示實施方式1中磁旋轉體在反轉的情況下各輸出端子的輸出的波形圖。
圖6是表示實施方式1中磁旋轉體在從正轉到反轉的情況下各輸出端子的輸出的波形圖。
圖7是表示實施方式1中磁旋轉體以不同于圖6所表示的定時從正轉到反轉的情況下各輸出端子的輸出的波形圖。。
圖8是表示實施方式1中對動作狀態進行分類的真值表的圖。
圖9是表示實施方式2的旋轉狀態檢測裝置的主要部分的框圖。
圖10是表示實施方式3的旋轉狀態檢測裝置的主要部分的框圖。
具體實施例方式
實施方式1圖1是表示本發明的實施方式1的旋轉狀態檢測裝置的主要部分的框圖。圖2是實施方式1的旋轉狀態檢測裝置中所用的磁路結構圖，其中(a)是立體圖，(b)是俯視圖，(c)是磁阻效應元件的布線圖案圖。圖2中，磁阻效應元件單元1由磁阻效應元件11a，11b，12a，12b構成。參照圖1，磁阻效應元件11a，11b連接在一起構成第1電橋電路11，其中端子11e接地，端子11d上外加恒壓，端子11c輸出中點電壓。同樣的，磁阻效應元件12a，12b連接在一起構成第2電橋電路12，其中端子12e接地，端子12d上外加恒壓，端子12c輸出中點電壓。
作為被檢測對象的磁性旋轉體8為具備使磁場產生變化形狀的凹凸狀或齒狀(將兩者合起來稱為凹凸狀)。磁鐵9其磁化方向朝向凹凸狀磁性旋轉體8的旋轉軸81方向，對著凹凸狀磁性旋轉體8空出間隔進行配置以產生偏置磁場。磁阻效應元件單元1與磁鐵9保持規定的間隔來進行配置，同時與凹凸狀磁性旋轉體8對置并在其半徑方向上保持規定的間隔來進行配置。構成磁阻效應元件單元1的第1電橋電路11和第2電橋電路12，如圖2(c)所示，在凹凸狀旋轉體8的旋轉方向82上并列進行配置。在實施方式1中，按磁阻效應元件11a，11b，12a，12b的順序在凹凸狀磁性旋轉體8的旋轉方向82上并列配置。另外，圖2(b)是凹凸狀磁性旋轉體8的外周緣在直線上延長來進行表示。
在圖1(a)中，在第1、第2電橋電路11，12上根據各自被外加的磁場強度，構成它們的磁阻效應元件11a，11b，12a，12b的電阻值隨之變化。由于電阻值變化，第1、第2電橋電路11，12的中點電壓(端子11c，12c的電壓，以后該電壓也用同一標記來表示)也發生變化。延遲電路21，22使中點電壓11c，12c延遲規定的時間。比較器31，32分別把中點電壓11c，12c與其各自的延遲電路21、22輸出進行比較來檢測中點電壓的增減方向，并對輸出端子41，42輸出邏輯值。
比較器33取得第1、第2電橋電路11，12的中點電壓11c，12c的差分，并將基于其正負的邏輯值輸出給輸出端子43。磁性旋轉體8的轉速能夠根據輸出端子43單位時間的輸出個數來進行檢測。
在圖1(b)中，輸入側端子41，42，43被連接到圖1(a)的輸出端子41，42，43。邏輯電路5是邏輯信息導出裝置，由AND電路51、NOR電路52和RS觸發電路53構成，對輸出端子54輸出邏輯值。此外，NOR電路52具有的圓圈標記是倒相器(倒相電路)。門電路6由電路61、62、63、64和OR電路65構成，對輸出端子72輸出邏輯值。電路61、62、63具有的圓圈標記是倒相器(倒相電路)。從輸出端子72輸出表示作為被檢測對象的凹凸狀磁性旋轉體8的旋轉方向的邏輯值，由輸出端子71檢測出其轉速。
接下來，沿用圖1～圖5就動作進行說明。由于凹凸狀旋轉體8旋轉，外加在磁阻效應元件單元1中的磁場發生變化，磁阻效應元件11a，11b，12a，12b的電阻值變化。磁阻效應元件11a，11b，12a，12b在距對置的凹凸狀磁性旋轉體8的齒的中心最近時電阻值的變化為最大。由于磁阻效應元件11a，11b以及磁阻效應元件12a，12b分別在旋轉方向上保持規定的間隔來進行配置，所以如圖3(a)所示那樣，其電阻值變化最大的時間各不相同。從而，中點電壓11c，12c其電壓的波形就成為圖3(b)所示的波形。另外，在圖3(a)中，用同一標記來表示磁阻效應元件11a，11b，12a，12b的電阻值。
圖3中，就凹凸狀磁性旋轉體8的1個輪齒通過的情況進行了說明，在圖2(a)所示的連續齒的情況下，其對應的電壓的波形就成為圖4或圖5所示的連續波形。這里，圖4表示凹凸狀磁性旋轉體8正轉的(圖2(a)中所示的箭頭82的方向)情況，圖5表示凹凸狀磁性旋轉體8反轉的情況。在凹凸狀磁性旋轉體8正轉的情況下，如圖4所示，第2電橋電路12的中點電壓12c與第1電橋電路11的中點電壓11c相比相位滯后。從而，第1、第2電橋電路11，12各自的中點電壓11c，12c的增減方向的邏輯值的輸出(比較器31，32的邏輯值輸出，即輸出端子41，42的輸出)，就成為圖4所示的波形。第1、第2電橋電路11，12的中點電壓11c，12c之差的邏輯值輸出(比較器33的邏輯值輸出，即輸出端子43的邏輯值輸出)就成為圖4那樣。此外，輸出端子41，42，43的邏輯值輸出也用同一標記來表示。
另外，在凹凸狀磁性旋轉體8反轉的情況下，如圖5所示，第1電橋電路11的中點電壓11c與第2電橋電路12的中點電壓12c相比相位滯后。這樣一來，第1、第2電橋電路11，12各自的中點電壓11c，12c的增減方向的邏輯值的輸出41，42，就成為圖5所示的波形。第1、第2電橋電路11，12的中點電壓11c，12c之差的邏輯值輸出43就成為圖5那樣。
邏輯電路(邏輯信息導出裝置)5的邏輯值輸出(輸出端子54的輸出)，在中點電壓11c，12c的增減方向的邏輯值輸出(比較器31，32的輸出)41、42均為“1”時輸出“1”，均為“0”時輸出“0”，在除此以外時則保持并輸出前一值。邏輯電路(邏輯信息導出裝置)5的邏輯值輸出的波形分別在正轉時如圖4所示而在反轉時則如圖5所示。另外，輸出端子54的邏輯值輸出用同一標記表示。
若根據以上所示的，增減方向的邏輯值輸出(比較器31，32的輸出)41，42、差的邏輯值輸出(比較器33的輸出)43、邏輯電路5的邏輯值輸出54(輸出端子54的輸出)，對各自的動作狀態進行分類，則得到圖8所示的真值表。
下面，沿用圖4、圖5就此真值表進行說明。在中點電壓11c增加(輸出端子41的輸出＝“1”)，且中點電壓12c減小(輸出端子42的輸出＝“0”)的情況下，參照輸出端子54的輸出，如果是“0”則判斷為正轉(方式“A”)，若為“1”則判斷為反轉(方式“F”)。
在中點電壓11c增加(輸出端子41的輸出＝“1”)，且中點電壓12c增加(輸出端子42的輸出＝“1”)的情況下，參照輸出端子43的輸出，如果是“1”則判斷為正轉(方式“B”)，若為“0”則判斷為反轉(方式“E”)。
同樣，在中點電壓11c減小(輸出端子41的輸出＝“0”)，且中點電壓12c增加(輸出端子42的輸出＝“1”)的情況下，參照輸出端子54的輸出，如果是“1”則判斷為正轉(方式“C”)，若為“0”則判斷為反轉(方式“H”)。
在中點電壓11c減小(輸出端子41的輸出＝“0”)，且中點電壓12c減小(輸出端子42的輸出＝“0 ”)的情況下，參照輸出端子43的輸出，如果是“0”則判斷為正轉(方式“D”)，若為“1”則判斷為反轉(方式“G”)。
如上所述，在中點電壓11c，12c(輸出端子41，42的輸出)增減的各個情況下，通過參照輸出端子43的輸出或輸出端子54的輸出，就能夠確定正轉或反轉。圖1(b)所示的門電路6是實現此真值表的電路例子。在正轉的情況下對輸出端子72輸出“1”，而在反轉的情況下則對輸出端子72輸出“0”。
下面，沿用圖6、圖7就凹凸狀磁性旋轉體8從正轉過渡到反轉的情況下的動作進行說明。在從正轉過渡到反轉的情況下，因為動作因進行反轉的場所不同而異，所以就以圖4的方式“A”、方式“B”過渡到反轉的情況為代表來進行說明。
圖6表示以方式“A”過渡到反轉的情況下的動作。此時，中點電壓11c從增加到減小(輸出端子41的輸出＝“1”→“0”)進行變化、中點電壓12c從減小到增加(輸出端子42的輸出＝“0”→“1”)進行變化，由于剛變化后中點電壓11c減小(輸出端子41的輸出＝“0”)，且中點電壓12c增加(輸出端子42的輸出＝“1”)，故參照輸出端子54的輸出，因為是“0”，所以能夠判斷為反轉(方式“H”)，門電路6的輸出端子72的輸出從“1”→“0”變化，在這以后就能夠檢測出是反轉。
接著，沿用圖7就以方式“B”過渡到反轉的情況下的動作進行說明。在以方式“B”過渡到反轉的情況下，中點電壓11c從增加到減小(輸出端子41的輸出＝“1”→“0”)進行變化，中點電壓12c從增加到減小(輸出端子42的輸出＝“1”→“0”)進行變化，由于剛變化后中點電壓11c減小(輸出端子41的輸出＝“0”)，且中點電壓12c減小(輸出端子42的輸出＝“0”)，故參照輸出端子43的輸出，因為是“1”，所以能夠判斷為反轉(方式“G”)，門電路6的輸出端子72的輸出從“1”→“0”變化，在這以后就能夠檢測出是反轉。在以方式“C”、方式“D”進行反轉的情況下，或者在從反轉過渡到正轉的情況下，由于其動作也同樣如此，所以說明省略。
如上所述，在實施方式1中，在從正轉過渡到反轉或者從反轉過渡到正轉的同時，能夠檢測出反轉，并且因為使用了中點電壓的增減信息，所以就不需要設備的差異和偏移等的調整。
另外，雖然在實施方式1中，通過邏輯電路5以及門電路6來檢測旋轉方向，但也可以根據輸出端子41、42的輸出以及輸出端子43的輸出，通過微型計算機等的程序來實現。此外，也可以用微型計算機等的程序來實現比較器31，32，33。通過用微型計算機等的程序來實現，就能夠消減電路規模。
實施方式2圖9是表示實施方式2的旋轉狀態檢測裝置的主要部分的框圖。雖然比較器31、32對中點電壓11c，12c與延遲電路21、22的輸出進行比較，但為了防止誤動作，還可以通過分別在其中插入低通濾波器23、24，對除去噪聲成分后的信號進行比較。圖9中，用低通濾波器23，24除去中點電壓11c，12c輸出中的高頻噪聲成分，用比較器31、32對低通濾波器23、24的輸出與將其輸出延遲的延遲電路21、22的輸出進行比較。同樣，用比較器33對低通濾波器23、24的輸出進行比較。據此，因為是用除去了因外部的干擾等造成的噪聲后的信號來進行比較，所以能夠抑制因噪聲而引起的誤動作。
另外，雖然在實施方式2中用比較器31，32對低通濾波器23，24的輸出與用延遲電路21，22使該輸出延遲后的輸出進行了比較，但也可以用比較器31，32對使中點電壓11c，12c分別通過時間常數不同的兩個低通濾波器得到的輸出進行比較。
實施方式3圖10是表示實施方式3的旋轉狀態檢測裝置的主要部分的框圖。雖然在實施方式1中，使用延遲電路21、22和比較器31、32來檢測中點電壓11c，12c的增減方向，但也可以把中點電壓11c，12c的模擬值用A/D轉換器25，26變換成數字值，并使用觸發電路27，28使該數字值(信號)進行延遲，來檢測出增減方向。圖10中，A/D轉換器25，26把中點電壓11c，12c的模擬值(信號)變換成數字值(信號)。觸發電路27，28使被變換成數字值的中點電壓11c，12c延遲一個時鐘周期。
邏輯電路34，35，對中點電壓11c，12c的數字值(A/D轉換器25，26的輸出)與延遲了1個時鐘周期的中點電壓11c，12c的數字值(觸發電路27，28的輸出)進行比較并輸出邏輯值，具有比較器的功能。邏輯電路36中，對中點電壓11c，12c的數字值(A/D轉換器25，26的輸出)的大小進行比較并輸出邏輯值，具有比較器的功能。通過數字化處理，就能夠抑制因噪聲等而引起的誤動作。
另外，還可以將A/D轉換器25，26的輸出原封不動地輸入到微型計算機等，包含1個時鐘周期的延遲以及比較動作在內都通過微型計算機等的程序來實現。
盡管這里就本發明目前的優選實施方式進行了說明和闡述，但需要指出的是這些公開只是為了進行說明之目的，在不脫離附加的權利要求中所闡明的本發明的范圍內可進行各種各樣的變更和修改。
權利要求
1.一種旋轉狀態檢測裝置，具有產生偏置磁場的磁鐵(9)；第1、第2電橋電路(11，12)，在上述磁鐵(9)的偏置磁場中，與作為被檢測對象的凹凸狀的磁性旋轉體(8)對置在其旋轉方向上并列進行配置，由起因于與上述被檢測對象的旋轉相應的偏置磁場的狀態變化而發生電阻變化的磁阻效應元件組(11a，11b，12a，12b)構成；其特征在于，包括第1比較器(31)，檢測上述第1電橋電路(11)的中點電壓的增減方向并輸出邏輯值；第2比較器(32)，檢測上述第2電橋電路(12)的中點電壓的增減方向并輸出邏輯值；第3比較器(33)，檢測上述第1電橋電路(11)的中點電壓與上述第2電橋電路(12)的中點電壓之差并輸出邏輯值；以及邏輯信息導出裝置(5)，在上述第1比較器(31)和第2比較器(32)的輸出的邏輯值均為“1”時輸出“1”、均為“0”時輸出“0”，而在除此以外時保持并輸出前一值；其中，通過上述第1、第2、第3比較器(31，32，33)及邏輯信息導出裝置(5)的輸出的組合來識別上述被檢測對象的旋轉方向。
2.按照權利要求1所述的旋轉狀態檢測裝置，其特征在于，上述第1、第2比較器(32，32)將上述第1、第2電橋電路(11，12)的中點電壓與其延遲輸出進行比較以檢測上述第1、第2電橋電路(11，12)的中點電壓的增減方向并輸出邏輯值。
3.按照權利要求1或2所述的旋轉狀態檢測裝置，其特征在于，經由低通濾波器(23，24)輸出上述第1、第2電橋電路(11，12)的中點電壓，以抑制誤動作。
4.按照權利要求1所述的旋轉狀態檢測裝置，其特征在于，設置將上述第1、第2電橋電路(11，12)的中點電壓的模擬值變換成數字值的A/D轉換器(25，26)，將上述A/D轉換器(25，26)的數字值輸出與其延遲輸出進行比較以檢測上述第1、第2電橋電路(11，12)的中點電壓的增減方向并輸出邏輯值。
5.按照權利要求1所述的旋轉狀態檢測裝置，其特征在于，上述比較器(31，32，33)或上述邏輯信息導出裝置(5)由微型計算機所構成。
6.一種旋轉狀態檢測方法，其特征在于，利用上述權利要求1所述的旋轉狀態檢測裝置來識別上述被檢測對象的旋轉方向。
全文摘要
本發明提供一種旋轉狀態檢測裝置及方法。包括由磁阻效應元件組(11a，11b，12a，12b)構成的第1、第2電橋電路(11，12)；分別檢測第1、第2電橋電路(11，12)的中點電壓的增減方向的第1、第2比較器(31，32)；檢測第1電橋電路與第2電橋電路的中點電壓之差的第3比較器(33)；以及邏輯信息導出裝置(5)，在第1比較器和第2比較器的輸出的邏輯值均為“1”時輸出“1”、均為“0”時輸出“0”，而在除此以外時保持并輸出前一值；通過第1、第2、第3比較器(31，32，33)及邏輯信息導出裝置(5)的輸出的組合來識別被檢測對象的旋轉方向。
文檔編號G01B7/30GK1670484SQ20051005479
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月16日 優先權日2004年3月17日
發明者塚本學, 村上隆昭, 有吉雄二, 大中道崇浩, 小笹山泰浩 申請人:三菱電機株式會社