专利名称：旋转状态检测装置及旋转状态检测方法
技术领域：
本发明涉及检测凹凸状磁性旋转体的旋转状态的旋转状态检测装置及旋转状态检测方法。
背景技术：
一般而言，例如在汽车发动机中，为了检测发动机的转速或多个汽缸的点火定时而安装有旋转传感器。旋转传感器，例加像在日本专利公开特开2000-337922号公报“旋转检测装置”中所描述那样，具备朝向旋转齿轮的轮齿产生偏置磁场的磁铁以及伴随偏置磁场的变化电阻值进行变化的2组磁致电阻元件布线图案(pattern)，2组磁致电阻元件布线图案彼此以偏置磁铁的磁场的中心轴对称进行配置，将因齿轮的旋转而引起的磁场变化作为电压进行输出，通过取得2组的磁致电阻元件布线图案输出之差分来消除由制造因素而导致的偏差以及电源波动或噪音等，对旋转准确地进行检测。
此外，在日本专利公开特开2001-108700号公报“旋转体的反转检测装置及反转检测方法”中，其具备1组的磁致电阻元件布线图案，通过设定模拟阈值电平来检测反转(逆回转)。
在上述日本专利公开特开2000-337922号公报中所示的旋转检测装置中，是取2组磁致电阻元件布线图案输出之差分来检测转速，即使齿轮反转其输出波形也同样如此(特开2000-337922号公报的图2)，从而存在不能检测齿轮的旋转方向的问题点。现有的发动机中，在燃料的压缩行程中发动机已停止的情况下，因被压缩的空气的推斥而有时会引起机轴反转。在现有的旋转检测装置中，由于不能检测旋转方向，所以即使发生如上述那样的反转也将其判断为正转(正回转)，这样就要考虑在下次发动机起动时汽缸的点火定时出错的问题。
另外，在根据日本专利公开特开2001-108700号公报“旋转体的反转检测装置及反转检测方法”的反转检测装置中，由于需要从外部设定2个模拟阀值电平，存在因设备之间的差异及安装精度等问题而需要个别进行调整的问题。
发明内容
本发明就是欲解决上述问题，提供一种旋转状态检测装置及旋转状态检测方法，其能够检测旋转体的旋转方向，并且几乎不需要因设备之间的差异和偏差等而引起的调整。
本发明的一个技术方案提供一种旋转状态检测装置，其具有产生偏置磁场的磁铁；第1、第2电桥电路，在上述磁铁的偏置磁场中，与作为被检测对象的凹凸状的磁性旋转体对置在其旋转方向上并列进行配置，由起因于与上述被检测对象的旋转相应的偏置磁场的状态变化而发生电阻变化的磁阻效应元件组构成；还包括第1比较器，检测上述第1电桥电路的中点电压的增减方向并输出逻辑值；第2比较器，检测上述第2电桥电路的中点电压的增减方向并输出逻辑值；第3比较器，检测上述第1电桥电路的中点电压与上述第2电桥电路的中点电压之差并输出逻辑值；以及逻辑信息导出装置，在上述第1比较器和第2比较器的输出的逻辑值均为“1”时输出“1”、均为“0”时输出“0”，而在除此以外时保持并输出前一值；通过上述第1、第2、第3比较器及逻辑信息导出装置的输出的组合来识别上述被检测对象的旋转方向。
此外，本发明的另一技术方案提供一种旋转状态检测方法，其利用上述旋转状态检测装置来识别上述被检测对象的旋转方向。
根据本发明的旋转状态检测装置和旋转状态检测方法，就能够检测旋转体的旋转方向，并且几乎不需要因设备之间的差异和偏差等而引起的调整。
本发明以上及其他目的、特点、方面和优点等，通过参照附图的下述本发明的详尽说明将会变得更为明了。
图1是表示本发明的实施方式1的旋转状态检测装置的主要部分的框图。
图2是实施方式1的旋转状态检测装置中所用的磁路结构图。
图3是说明实施方式1的旋转状态检测装置中所用的电桥电路的磁阻效应元件的电阻值的变化和中点电压的变化的图。
图4是表示实施方式1中磁旋转体在正转的情况下各输出端子的输出的波形图。
图5是表示实施方式1中磁旋转体在反转的情况下各输出端子的输出的波形图。
图6是表示实施方式1中磁旋转体在从正转到反转的情况下各输出端子的输出的波形图。
图7是表示实施方式1中磁旋转体以不同于图6所表示的定时从正转到反转的情况下各输出端子的输出的波形图。。
图8是表示实施方式1中对动作状态进行分类的真值表的图。
图9是表示实施方式2的旋转状态检测装置的主要部分的框图。
图10是表示实施方式3的旋转状态检测装置的主要部分的框图。
具体实施例方式
实施方式1图1是表示本发明的实施方式1的旋转状态检测装置的主要部分的框图。图2是实施方式1的旋转状态检测装置中所用的磁路结构图，其中(a)是立体图，(b)是俯视图，(c)是磁阻效应元件的布线图案图。图2中，磁阻效应元件单元1由磁阻效应元件11a，11b，12a，12b构成。参照图1，磁阻效应元件11a，11b连接在一起构成第1电桥电路11，其中端子11e接地，端子11d上外加恒压，端子11c输出中点电压。同样的，磁阻效应元件12a，12b连接在一起构成第2电桥电路12，其中端子12e接地，端子12d上外加恒压，端子12c输出中点电压。
作为被检测对象的磁性旋转体8为具备使磁场产生变化形状的凹凸状或齿状(将两者合起来称为凹凸状)。磁铁9其磁化方向朝向凹凸状磁性旋转体8的旋转轴81方向，对着凹凸状磁性旋转体8空出间隔进行配置以产生偏置磁场。磁阻效应元件单元1与磁铁9保持规定的间隔来进行配置，同时与凹凸状磁性旋转体8对置并在其半径方向上保持规定的间隔来进行配置。构成磁阻效应元件单元1的第1电桥电路11和第2电桥电路12，如图2(c)所示，在凹凸状旋转体8的旋转方向82上并列进行配置。在实施方式1中，按磁阻效应元件11a，11b，12a，12b的顺序在凹凸状磁性旋转体8的旋转方向82上并列配置。另外，图2(b)是凹凸状磁性旋转体8的外周缘在直线上延长来进行表示。
在图1(a)中，在第1、第2电桥电路11，12上根据各自被外加的磁场强度，构成它们的磁阻效应元件11a，11b，12a，12b的电阻值随之变化。由于电阻值变化，第1、第2电桥电路11，12的中点电压(端子11c，12c的电压，以后该电压也用同一标记来表示)也发生变化。延迟电路21，22使中点电压11c，12c延迟规定的时间。比较器31，32分别把中点电压11c，12c与其各自的延迟电路21、22输出进行比较来检测中点电压的增减方向，并对输出端子41，42输出逻辑值。
比较器33取得第1、第2电桥电路11，12的中点电压11c，12c的差分，并将基于其正负的逻辑值输出给输出端子43。磁性旋转体8的转速能够根据输出端子43单位时间的输出个数来进行检测。
在图1(b)中，输入侧端子41，42，43被连接到图1(a)的输出端子41，42，43。逻辑电路5是逻辑信息导出装置，由AND电路51、NOR电路52和RS触发电路53构成，对输出端子54输出逻辑值。此外，NOR电路52具有的圆圈标记是倒相器(倒相电路)。门电路6由电路61、62、63、64和OR电路65构成，对输出端子72输出逻辑值。电路61、62、63具有的圆圈标记是倒相器(倒相电路)。从输出端子72输出表示作为被检测对象的凹凸状磁性旋转体8的旋转方向的逻辑值，由输出端子71检测出其转速。
接下来，沿用图1～图5就动作进行说明。由于凹凸状旋转体8旋转，外加在磁阻效应元件单元1中的磁场发生变化，磁阻效应元件11a，11b，12a，12b的电阻值变化。磁阻效应元件11a，11b，12a，12b在距对置的凹凸状磁性旋转体8的齿的中心最近时电阻值的变化为最大。由于磁阻效应元件11a，11b以及磁阻效应元件12a，12b分别在旋转方向上保持规定的间隔来进行配置，所以如图3(a)所示那样，其电阻值变化最大的时间各不相同。从而，中点电压11c，12c其电压的波形就成为图3(b)所示的波形。另外，在图3(a)中，用同一标记来表示磁阻效应元件11a，11b，12a，12b的电阻值。
图3中，就凹凸状磁性旋转体8的1个轮齿通过的情况进行了说明，在图2(a)所示的连续齿的情况下，其对应的电压的波形就成为图4或图5所示的连续波形。这里，图4表示凹凸状磁性旋转体8正转的(图2(a)中所示的箭头82的方向)情况，图5表示凹凸状磁性旋转体8反转的情况。在凹凸状磁性旋转体8正转的情况下，如图4所示，第2电桥电路12的中点电压12c与第1电桥电路11的中点电压11c相比相位滞后。从而，第1、第2电桥电路11，12各自的中点电压11c，12c的增减方向的逻辑值的输出(比较器31，32的逻辑值输出，即输出端子41，42的输出)，就成为图4所示的波形。第1、第2电桥电路11，12的中点电压11c，12c之差的逻辑值输出(比较器33的逻辑值输出，即输出端子43的逻辑值输出)就成为图4那样。此外，输出端子41，42，43的逻辑值输出也用同一标记来表示。
另外，在凹凸状磁性旋转体8反转的情况下，如图5所示，第1电桥电路11的中点电压11c与第2电桥电路12的中点电压12c相比相位滞后。这样一来，第1、第2电桥电路11，12各自的中点电压11c，12c的增减方向的逻辑值的输出41，42，就成为图5所示的波形。第1、第2电桥电路11，12的中点电压11c，12c之差的逻辑值输出43就成为图5那样。
逻辑电路(逻辑信息导出装置)5的逻辑值输出(输出端子54的输出)，在中点电压11c，12c的增减方向的逻辑值输出(比较器31，32的输出)41、42均为“1”时输出“1”，均为“0”时输出“0”，在除此以外时则保持并输出前一值。逻辑电路(逻辑信息导出装置)5的逻辑值输出的波形分别在正转时如图4所示而在反转时则如图5所示。另外，输出端子54的逻辑值输出用同一标记表示。
若根据以上所示的，增减方向的逻辑值输出(比较器31，32的输出)41，42、差的逻辑值输出(比较器33的输出)43、逻辑电路5的逻辑值输出54(输出端子54的输出)，对各自的动作状态进行分类，则得到图8所示的真值表。
下面，沿用图4、图5就此真值表进行说明。在中点电压11c增加(输出端子41的输出＝“1”)，且中点电压12c减小(输出端子42的输出＝“0”)的情况下，参照输出端子54的输出，如果是“0”则判断为正转(方式“A”)，若为“1”则判断为反转(方式“F”)。
在中点电压11c增加(输出端子41的输出＝“1”)，且中点电压12c增加(输出端子42的输出＝“1”)的情况下，参照输出端子43的输出，如果是“1”则判断为正转(方式“B”)，若为“0”则判断为反转(方式“E”)。
同样，在中点电压11c减小(输出端子41的输出＝“0”)，且中点电压12c增加(输出端子42的输出＝“1”)的情况下，参照输出端子54的输出，如果是“1”则判断为正转(方式“C”)，若为“0”则判断为反转(方式“H”)。
在中点电压11c减小(输出端子41的输出＝“0”)，且中点电压12c减小(输出端子42的输出＝“0 ”)的情况下，参照输出端子43的输出，如果是“0”则判断为正转(方式“D”)，若为“1”则判断为反转(方式“G”)。
如上所述，在中点电压11c，12c(输出端子41，42的输出)增减的各个情况下，通过参照输出端子43的输出或输出端子54的输出，就能够确定正转或反转。图1(b)所示的门电路6是实现此真值表的电路例子。在正转的情况下对输出端子72输出“1”，而在反转的情况下则对输出端子72输出“0”。
下面，沿用图6、图7就凹凸状磁性旋转体8从正转过渡到反转的情况下的动作进行说明。在从正转过渡到反转的情况下，因为动作因进行反转的场所不同而异，所以就以图4的方式“A”、方式“B”过渡到反转的情况为代表来进行说明。
图6表示以方式“A”过渡到反转的情况下的动作。此时，中点电压11c从增加到减小(输出端子41的输出＝“1”→“0”)进行变化、中点电压12c从减小到增加(输出端子42的输出＝“0”→“1”)进行变化，由于刚变化后中点电压11c减小(输出端子41的输出＝“0”)，且中点电压12c增加(输出端子42的输出＝“1”)，故参照输出端子54的输出，因为是“0”，所以能够判断为反转(方式“H”)，门电路6的输出端子72的输出从“1”→“0”变化，在这以后就能够检测出是反转。
接着，沿用图7就以方式“B”过渡到反转的情况下的动作进行说明。在以方式“B”过渡到反转的情况下，中点电压11c从增加到减小(输出端子41的输出＝“1”→“0”)进行变化，中点电压12c从增加到减小(输出端子42的输出＝“1”→“0”)进行变化，由于刚变化后中点电压11c减小(输出端子41的输出＝“0”)，且中点电压12c减小(输出端子42的输出＝“0”)，故参照输出端子43的输出，因为是“1”，所以能够判断为反转(方式“G”)，门电路6的输出端子72的输出从“1”→“0”变化，在这以后就能够检测出是反转。在以方式“C”、方式“D”进行反转的情况下，或者在从反转过渡到正转的情况下，由于其动作也同样如此，所以说明省略。
如上所述，在实施方式1中，在从正转过渡到反转或者从反转过渡到正转的同时，能够检测出反转，并且因为使用了中点电压的增减信息，所以就不需要设备的差异和偏移等的调整。
另外，虽然在实施方式1中，通过逻辑电路5以及门电路6来检测旋转方向，但也可以根据输出端子41、42的输出以及输出端子43的输出，通过微型计算机等的程序来实现。此外，也可以用微型计算机等的程序来实现比较器31，32，33。通过用微型计算机等的程序来实现，就能够消减电路规模。
实施方式2图9是表示实施方式2的旋转状态检测装置的主要部分的框图。虽然比较器31、32对中点电压11c，12c与延迟电路21、22的输出进行比较，但为了防止误动作，还可以通过分别在其中插入低通滤波器23、24，对除去噪声成分后的信号进行比较。图9中，用低通滤波器23，24除去中点电压11c，12c输出中的高频噪声成分，用比较器31、32对低通滤波器23、24的输出与将其输出延迟的延迟电路21、22的输出进行比较。同样，用比较器33对低通滤波器23、24的输出进行比较。据此，因为是用除去了因外部的干扰等造成的噪声后的信号来进行比较，所以能够抑制因噪声而引起的误动作。
另外，虽然在实施方式2中用比较器31，32对低通滤波器23，24的输出与用延迟电路21，22使该输出延迟后的输出进行了比较，但也可以用比较器31，32对使中点电压11c，12c分别通过时间常数不同的两个低通滤波器得到的输出进行比较。
实施方式3图10是表示实施方式3的旋转状态检测装置的主要部分的框图。虽然在实施方式1中，使用延迟电路21、22和比较器31、32来检测中点电压11c，12c的增减方向，但也可以把中点电压11c，12c的模拟值用A/D转换器25，26变换成数字值，并使用触发电路27，28使该数字值(信号)进行延迟，来检测出增减方向。图10中，A/D转换器25，26把中点电压11c，12c的模拟值(信号)变换成数字值(信号)。触发电路27，28使被变换成数字值的中点电压11c，12c延迟一个时钟周期。
逻辑电路34，35，对中点电压11c，12c的数字值(A/D转换器25，26的输出)与延迟了1个时钟周期的中点电压11c，12c的数字值(触发电路27，28的输出)进行比较并输出逻辑值，具有比较器的功能。逻辑电路36中，对中点电压11c，12c的数字值(A/D转换器25，26的输出)的大小进行比较并输出逻辑值，具有比较器的功能。通过数字化处理，就能够抑制因噪声等而引起的误动作。
另外，还可以将A/D转换器25，26的输出原封不动地输入到微型计算机等，包含1个时钟周期的延迟以及比较动作在内都通过微型计算机等的程序来实现。
尽管这里就本发明目前的优选实施方式进行了说明和阐述，但需要指出的是这些公开只是为了进行说明之目的，在不脱离附加的权利要求中所阐明的本发明的范围内可进行各种各样的变更和修改。
权利要求
1.一种旋转状态检测装置，具有产生偏置磁场的磁铁(9)；第1、第2电桥电路(11，12)，在上述磁铁(9)的偏置磁场中，与作为被检测对象的凹凸状的磁性旋转体(8)对置在其旋转方向上并列进行配置，由起因于与上述被检测对象的旋转相应的偏置磁场的状态变化而发生电阻变化的磁阻效应元件组(11a，11b，12a，12b)构成；其特征在于，包括第1比较器(31)，检测上述第1电桥电路(11)的中点电压的增减方向并输出逻辑值；第2比较器(32)，检测上述第2电桥电路(12)的中点电压的增减方向并输出逻辑值；第3比较器(33)，检测上述第1电桥电路(11)的中点电压与上述第2电桥电路(12)的中点电压之差并输出逻辑值；以及逻辑信息导出装置(5)，在上述第1比较器(31)和第2比较器(32)的输出的逻辑值均为“1”时输出“1”、均为“0”时输出“0”，而在除此以外时保持并输出前一值；其中，通过上述第1、第2、第3比较器(31，32，33)及逻辑信息导出装置(5)的输出的组合来识别上述被检测对象的旋转方向。
2.按照权利要求1所述的旋转状态检测装置，其特征在于，上述第1、第2比较器(32，32)将上述第1、第2电桥电路(11，12)的中点电压与其延迟输出进行比较以检测上述第1、第2电桥电路(11，12)的中点电压的增减方向并输出逻辑值。
3.按照权利要求1或2所述的旋转状态检测装置，其特征在于，经由低通滤波器(23，24)输出上述第1、第2电桥电路(11，12)的中点电压，以抑制误动作。
4.按照权利要求1所述的旋转状态检测装置，其特征在于，设置将上述第1、第2电桥电路(11，12)的中点电压的模拟值变换成数字值的A/D转换器(25，26)，将上述A/D转换器(25，26)的数字值输出与其延迟输出进行比较以检测上述第1、第2电桥电路(11，12)的中点电压的增减方向并输出逻辑值。
5.按照权利要求1所述的旋转状态检测装置，其特征在于，上述比较器(31，32，33)或上述逻辑信息导出装置(5)由微型计算机所构成。
6.一种旋转状态检测方法，其特征在于，利用上述权利要求1所述的旋转状态检测装置来识别上述被检测对象的旋转方向。
全文摘要
本发明提供一种旋转状态检测装置及方法。包括由磁阻效应元件组(11a，11b，12a，12b)构成的第1、第2电桥电路(11，12)；分别检测第1、第2电桥电路(11，12)的中点电压的增减方向的第1、第2比较器(31，32)；检测第1电桥电路与第2电桥电路的中点电压之差的第3比较器(33)；以及逻辑信息导出装置(5)，在第1比较器和第2比较器的输出的逻辑值均为“1”时输出“1”、均为“0”时输出“0”，而在除此以外时保持并输出前一值；通过第1、第2、第3比较器(31，32，33)及逻辑信息导出装置(5)的输出的组合来识别被检测对象的旋转方向。
文档编号G01B7/30GK1670484SQ20051005479
公开日2005年9月21日 申请日期2005年3月16日 优先权日2004年3月17日
发明者塚本学, 村上隆昭, 有吉雄二, 大中道崇浩, 小笹山泰浩 申请人:三菱电机株式会社