JP2016169963A - 変位センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】継続して適切な検出結果を出力することが可能な変位センサを提供する。【解決手段】変位センサ1は、互いに同じ検出対象の変位量を検出し、隣接して配置される一対の第1検出部11と、当該一対の第1検出部11の検出結果に基づき、一対の第1検出部11の双方が異常でないか否かを診断する第1診断部13と、当該第1診断部13の診断結果に応じて信号を出力する第1出力部14と、第1検出部11と同じ検出対象の変位量を検出し、一対の第1検出部11と隣接して配置される一対の第2検出部21と、当該一対の第2検出部21の検出結果に基づき、当該一対の第2検出部21の双方が異常でないか否かを診断する第2診断部23と、当該第2診断部23の診断結果に応じて信号を出力する第2出力部24と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、検出対象の変位量を検出する変位センサに関する。
従来、変位量を検出する変位センサが広く利用されてきた。この種の変位センサには、変位量を検出する検出部が異常でないか否かを診断する自己診断機能を備えたものがある(例えば特許文献1及び2)。
特許文献1に記載の回転角度検出装置は、回転体に設けられた磁石からの磁束の変化を磁気検出部が検出して回転体の回転角度を検出する。磁気検出部には、出力信号が所定の位相差となるように第1磁気検出部と第2磁気検出部とが設けられる。第1磁気検出部及び第2磁気検出部は、夫々、第1磁気検出部の検出結果に基づいて生成された正弦波信号と、第2磁気検出部の検出結果に基づいて生成された余弦波信号とにより故障の有無が診断される。
特許文献2に記載の磁気センサは、複数の感磁部が互いに離間して設けられ、感度演算部が、複数の感磁部からの各軸に関する磁界強度情報に基づいて感度を演算するよう構成されている。具体的には、磁界強度情報は各軸毎の成分に分解され、感度判定部が各軸成分を所定の基準値と比較して感度を判定する。この感度判定部からの感度情報に基づいてセンサ診断部が磁気センサの感度良否を自己診断する。
特許文献1及び2に記載の技術は検出部が異常であるか否かを診断するのみであり、検出部が異常であると診断された場合には、継続して正常な検出結果を出力することができない。このため、特許文献1に係る回転角度検出装置や特許文献2に係る磁気センサの出力を他のシステムが利用する場合には、当該システムは運転が停止される。
本発明の目的は、上記問題に鑑み、継続して適切な検出結果を出力することが可能な変位センサを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る変位センサの特徴構成は、互いに同じ検出対象の変位量を検出し、隣接して配置される一対の第1検出部と、前記一対の第1検出部の検出結果に基づき、前記一対の第1検出部の双方が異常でないか否かを診断する第1診断部と、前記第1診断部の診断結果に応じて信号を出力する第1出力部と、前記第1検出部と同じ検出対象の変位量を検出し、前記一対の第1検出部と隣接して配置される一対の第2検出部と、前記一対の第2検出部の検出結果に基づき、当該一対の第2検出部の双方が異常でないか否かを診断する第2診断部と、前記第2診断部の診断結果に応じて信号を出力する第2出力部と、を備えている点にある。
このように、一対の第1検出部及び一対の第2検出部の合計4つの検出部を備え、第1診断部が一対の第1検出部が異常でないか否かを診断し、第2診断部が一対の第2検出部が異常でないか否かを診断するので、4つの検出部の1つが異常であった場合でも、一対の第1検出部及び一対の第2検出部のうち、異常である検出部を含まない方で継続して変位量の検出を行うことができる。したがって、変位センサから正常な検出結果を継続して出力することができる。
また、前記一対の第1検出部及び前記一対の第2検出部が、前記検出対象との距離の変化に応じて前記変位量を検出し、前記一対の第1検出部と前記一対の第2検出部とが前記検出対象を中央にした環状に配置されていると好適である。
このように、環状の中央部に検出対象が位置するように一対の第1検出部と一対の第2検出部とを配置することで、一対の第1検出部の夫々と検出対象との距離を一様にすることができると共に、一対の第2検出部の夫々と検出対象との距離を一様にすることができる。したがって、一対の第1検出部の夫々の検出結果と、一対の第2検出部の夫々の検出結果とを特に補正することなく、同様の診断処理を行うことができ、変位センサの構成を簡略化することができる。
また、前記一対の第1検出部に電力供給を行う第1電源部と、前記一対の第2検出部に電力供給を行う第2電源部とが別体で備えられていると好適である。
このような構成とすれば、少なくとも一対の第1検出部及び一対の第2検出部の一方に電力供給がされていれば、電力不足に起因した変位センサの出力停止を防止できる。
また、前記第1診断部及び前記第2診断部の夫々は、診断対象となる2つの検出結果の差が予め設定された設定値より小さい場合に異常でないと診断すると好適である。
このような構成とすれば、一対の第1検出部及び一対の第2検出部の夫々が異常でないか否かを容易に特定することができる。
本発明に係る変位センサは、検出部の一部が異常であった場合でも、継続して適切な検出結果を出力可能に構成される。以下、本実施形態の変位センサ1について説明する。なお、以下では変位センサ1が回転体に付設された磁石の回転速度を検出する回転センサであるとして説明する。
図1は、変位センサ1の機能部の構成を模式的に示すブロック図である。図2は、変位センサ1の上面図(ただし、モールド部分(二点鎖線の部分)は透明にしている)である。変位センサ1は、図1に示されるように、第1検出部11、第1信号処理部12、第1診断部13、第1出力部14、第1電源部15、第2検出部21、第2信号処理部22、第2診断部23、第2出力部24、第2電源部25の各機能部を備えて構成される。中でも、図1に示されるように第1検出部11、第1信号処理部12、第1診断部13、第1出力部14、第1電源部15は第1のチップ10として構成され、第2検出部21、第2信号処理部22、第2診断部23、第2出力部24、第2電源部25は第2のチップ20として構成される。
第1検出部11は一対の第1検出部11A,11Bで構成される。第1検出部11A,11Bは、互いに同じ検出対象の変位量を検出し、隣接して配置される。「互いに同じ検出対象の変位量を検出する」とは、第1検出部11A、及び第1検出部11Bが、共に検出対象としての回転体に付設された磁石の回転量を検出することをいう。このような第1検出部11A,11Bは、例えばホール素子を用いて構成することが可能である。この場合、夫々の第1検出部11A,11Bの検出結果の差異を小さくするために、第1検出部11A,11Bは互いに隣接して配置される。第1検出部11の検出結果は、後述する第1信号処理部12に伝達される。
第1信号処理部12も、第1検出部11と同様に一対で構成される。本実施形態では、第1検出部11Aの検出結果が伝達される第1信号処理部12Aと、第1検出部11Bの検出結果が伝達される第1信号処理部12Bとで構成される。第1信号処理部12は、後述する第1診断部13が第1検出部11A,11Bの検出結果を診断し易いようにするために、検出結果に対して例えばオフセット量の調節、ノイズの低減、信号増幅等の信号処理を行う。第1信号処理部12A,12Bにより信号処理された第1検出部11A,11Bの検出結果は、後述する第1診断部13に伝達される。
第1診断部13は、一対の第1検出部11A,11Bの検出結果に基づき、一対の第1検出部11A,11Bの双方が異常でないか否かを診断する。第1診断部13は、上述の第1信号処理部12A,12Bにより所定の信号処理が行われた第1検出部11Aの検出結果と第1検出部11Bの検出結果とを比較する。この際、比較項目としては検出結果の周期、振幅、及び位相とすると良い。もちろん、他の項目で比較を行っても良い。
第1診断部13は、診断対象となる2つの検出結果、すなわち第1検出部11Aの検出結果と第1検出部11Bの検出結果との差が予め設定された設定値より小さい場合に異常でないと診断する。上記のように、第1診断部13が第1検出部11Aの検出結果と第1検出部11Bの検出結果との周期、振幅、及び位相を比較する場合は、全ての項目に対して、第1検出部11Aの検出結果と第1検出部11Bの検出結果との差が予め設定された設定値より小さい時に、第1検出部11A及び第1検出部11Bが異常でないと診断すると良い。
一方、第1診断部13が第1検出部11Aの検出結果と第1検出部11Bの検出結果との周期、振幅、及び位相のうちの少なくとも一つの差が予め設定された設定値以上の場合には第1検出部11A及び第1検出部11Bの少なくとも一方が異常であると診断すると良い。なお、予め設定された設定値とは、第1検出部11A,11Bの配置上、生じる誤差を考慮して設定すると良い。第1診断部13の診断結果は後述する第1出力部14に伝達される。
第1出力部14は、第1診断部13の診断結果に応じて信号を出力する。第1出力部14は、第1診断部13により第1検出部11A及び第1検出部11Bが異常でないと診断された場合には、第1出力部14は、第1検出部11A及び第1検出部11Bの一方の検出結果に応じた信号を出力する。ここで、第1検出部11A及び第1検出部11Bは共にアナログ値を出力するので、第1出力部14は当該アナログ値をデジタル値に変換して出力すると良い。
一方、第1診断部13により第1検出部11A及び第1検出部11Bの少なくとも一方が異常であると診断された場合には、第1出力部14は、第1検出部11Aの検出結果及び第1検出部11Bの検出結果とは異なる他の信号を出力する。このような他の信号として、例えばハイ信号とすることも可能であるし、ロー信号とすることも可能である。本実施形態では、第1出力部14は、第1検出部11Aの診断結果に応じた結果を出力する第1出力部14Aと、第1検出部11Bの診断結果に応じた結果を出力する第1出力部14Bとを備えて構成される。
上述した第1のチップ10に搭載される第1検出部11、第1信号処理部12、第1診断部13、及び第1出力部14には、第1電源部15により電力供給が行われる。変位センサ1の第1電源部15には、図2に示されるように端子電極70を介して外部電源(例えばバッテリ)から電力供給が行われる。第1電源部15は、この電力に係る電圧を第1検出部11、第1信号処理部12、第1診断部13、及び第1出力部14の駆動に適した電圧にレギュレーションする。この場合、第1電源部15はレギュレータを用いて構成すると良い。レギュレータは、外部電源の出力電圧と前記駆動に適した電圧との関係に応じて、降圧レギュレータ、昇圧レギュレータ、及び昇降圧レギュレータの中から適宜選択して構成することが可能である。
第2検出部21は一対の第2検出部21A,21Bで構成される。第2検出部21A,21Bは、第1検出部11と同じ検出対象の変位量を検出し、一対の第1検出部11と隣接して配置される。上述したように本実施形態では、第1検出部11は磁石の回転量を検出する。したがって、第2検出部21A,21Bも第1検出部11の検出対象と同じ磁石の回転量を検出する。このような第2検出部21A,21Bも、第1検出部11A,11Bと同様に例えばホール素子を用いて構成することが可能である。第2検出部21A,21Bは、第1検出部11との検出結果の差異を小さくするために、第1検出部11A,11Bと隣接して配置される。第2検出部21の検出結果は、後述する第2信号処理部22に伝達される。
第2信号処理部22も、第1信号処理部12と同様に一対で構成される。本実施形態では、第2信号処理部22は、第2検出部21Aの検出結果が伝達される第2信号処理部22Aと、第2検出部21Bの検出結果が伝達される第2信号処理部22Bとで構成される。第2信号処理部22は、後述する第2診断部23が第2検出部21A,21Bの検出結果を診断し易いようにするために、第2検出部21A,21Bの検出結果に対して、第1信号処理部12と同様の処理(例えばオフセット量の調節、ノイズの低減、信号増幅等の信号処理)を行う。第2信号処理部22A,22Bにより信号処理された第2検出部21A,21Bの検出結果は、後述する第2診断部23に伝達される。
第2診断部23は、一対の第2検出部21A,21Bの検出結果に基づき、一対の第2検出部21A,21Bの双方が異常でないか否かを診断する。第2診断部23は、上述の第2信号処理部22A,22Bにより所定の信号処理が行われた第2検出部21Aの検出結果と第2検出部21Bの検出結果とを比較する。この際、比較項目としては、第1診断部13と同様に、検出結果の周期、振幅、及び位相等とすると良い。
第2診断部23は、診断対象となる2つの検出結果、すなわち第2検出部21Aの検出結果と第2検出部21Bの検出結果との差が予め設定された設定値より小さい場合に異常でないと診断する。上記のように、第2診断部23が第2検出部21Aの検出結果と第2検出部21Bの検出結果との周期、振幅、及び位相を比較する場合には、全ての項目に対して、第2検出部21Aの検出結果と第2検出部21Bの検出結果との差が予め設定された設定値より小さい時に、第2検出部21A及び第2検出部21Bが異常でないと診断すると良い。
一方、第2診断部23が第2検出部21Aの検出結果と第2検出部21Bの検出結果との周期、振幅、及び位相のうちの少なくとも一つの差が予め設定された設定値以上の場合には第2検出部21A及び第2検出部21Bの少なくとも一方が異常であると診断すると良い。なお、予め設定された設定値とは、第2検出部21A,21Bの配置上、生じる誤差を考慮して設定すると良い。第2診断部23の診断結果は後述する第2出力部24に伝達される。
第2出力部24は、第2診断部23の診断結果に応じて信号を出力する。第2出力部24は、第2診断部23により第2検出部21A及び第2検出部21Bが異常でないと診断された場合には、第2出力部24は、第2検出部21A及び第2検出部21Bの一方の検出結果に応じた信号を出力する。ここで、第2検出部21A及び第2検出部21Bは共にアナログ値を出力するので、第2出力部24は第1出力部14と同様に、アナログ値をデジタル値に変換して出力すると良い。
一方、第2診断部23により第2検出部21A及び第2検出部21Bの少なくとも一方が異常であると診断された場合には、第2出力部24は、第2検出部21Aの検出結果及び第2検出部21Bの検出結果とは異なる他の信号を出力する。このような他の信号として、第1出力部14と同様にハイ信号やロー信号を出力すると良い。本実施形態では、第2出力部24は、第2検出部21Aの診断結果に応じた結果を出力する第2出力部24Aと、第2検出部21Bの診断結果に応じた結果を出力する第2出力部24Bとを備えて構成される。
本実施形態では、第1電源部15と第2電源部25とが別体で設けられる。したがって、上述した第2のチップ20に搭載される第2検出部21、第2信号処理部22、第2診断部23、及び第2出力部24には、第2電源部25により電力供給が行われる。変位センサ1の第2電源部25には、図2に示されるように端子電極70を介して外部電源(例えばバッテリ)から電力供給が行われる。第2電源部25は、この電力に係る電圧を第2検出部21、第2信号処理部22、第2診断部23、及び第2出力部24の駆動に適した電圧にレギュレーションする。この場合、第2電源部25は、レギュレータを用いて構成すると良い。レギュレータは、外部電源の出力電圧と前記駆動に適した電圧との関係に応じて、降圧レギュレータ、昇圧レギュレータ、及び昇降圧レギュレータの中から適宜選択して構成することが可能である。
図2に示されるように、第1検出部11Aと第1検出部11Bとは隣接して配置される。また、第2検出部21Aと第2検出部21Bとも互いに隣接して配置される。更に、これらの一対の第1検出部11A,11Bと、一対の第2検出部21A,21Bとは、互いに隣接して配置される。したがって、一対の第1検出部11A,11Bと、一対の第2検出部21A,21Bとは検出対象を中央にして環状に配置されることになり、互いの距離を等間隔で配置することが可能となる。したがって、上述したように、一対の第1検出部11A,11B及び一対の第2検出部21A,21Bが、検出対象との距離に応じて変位量を検出するような回転センサや、ストロークセンサである場合には、検出結果に含まれる配置に起因した差異を最小限にすることができる。本発明での検出対象を中央にして環状とは、形状的に円形あるいは同一平面に限定するものではなく、検出対象を中心とする球表面の任意の点の様に、検出対象から等距離の位置という意味である。
また、一対の第1検出部11A,11Bと一対の第2検出部21A,21Bとは、互いに異なる基板において、夫々基板の縁部に配置される。本実施形態では、基板とは第1のチップ10を構成する基板と、第2のチップ20を構成する基板が相当する。したがって、一対の第1検出部11A,11Bは、第1のチップ10の縁部に配置され、一対の第2検出部21A,21Bは、第2のチップ20の縁部に配置される。第1のチップ10の縁部と第2のチップ20の縁部とを近づけて配置することにより、一対の第1検出部11A,11Bと、一対の第2検出部21A,21Bと、を互いに近づけて配置することが可能となる。また、検出対象としての磁石を一対の第1検出部11A,11Bと、一対の第2検出部21A,21Bとで形成される環状の中央部に対向して配置することができるので、磁石から一対の第1検出部11A,11B及び一対の第2検出部21A,21Bまでの距離を夫々、等しくすることができ、検出結果における距離依存性を低減することが可能となる。
もちろん、上記構成に代えて、第1検出部11及び第2検出部21は磁石の回転に応じた磁束の変化を検出し易くするために、第1検出部11及び第2検出部21を1つの磁気収束板上に配置しても良い。この場合でも、一対の第1検出部11A,11Bと一対の第2検出部21A,21Bとを互いに隣接して配置することができるので、互いを近づけることが可能である。
また、端子電極70に接続するための各機能部のパッドを、第1検出部11及び第2検出部21が並べられた第1のチップ10及び第2のチップ20の縁部とは異なる縁部に集約することができるので、ワイヤボンディングに用いられるワイヤ80の引き回しを簡素にすることが可能となる。
図3には、変位センサ1の各部の波形が示される。(I)は第1検出部11Aの検出結果であり、(II)は第1検出部11Bの検出結果である。また、(IV)は第2検出部21Aの検出結果であり、(VI)は第2検出部21Bの検出結果である。図3の例では、t=0で第1検出部11A,11B及び第2検出部21A,21Bが、磁石の回転を検出し、検出結果を出力している。第1診断部13は、第1検出部11Aの検出結果と第1検出部11Bの検出結果とに基づき異常がないか否かを診断し、診断結果を第1出力部14に伝達する。
t=1までは、第1検出部11Aと第1検出部11Bとの夫々の検出結果に差異がないので、第1出力部14は、(III)に示されるような第1検出部11A及び第1検出部11Bの検出結果に応じたデジタル信号を出力する。しかしながら、t=1以降は、(II)に示されるように、第1検出部11Aの検出結果と第1検出部11Bの検出結果とが互いに異なり、差異が生じているので、第1診断部13により第1検出部11A及び第1検出部11Bの少なくとも一方が異常であると診断する。これにより、第1出力部14は、第1検出部11A及び第1検出部11Bの少なくとも一方が異常であることを示す信号(図3の例では、ハイ信号)を出力する。
一方、第2検出部21Aと第2検出部21Bとは、t=0以降、(IV)及び(V)に示されるように、夫々の検出結果に差異がないので、(VI)に示されるように継続して第2検出部21Aの検出結果、及び第2検出部21Bの検出結果に応じたデジタル信号が出力される。
このように本変位センサ1によれば、第1検出部11A,11B及び第2検出部21A,21Bのうち、何れか一つが異常であっても、異常でない検出信号を継続して出力することが可能となる。
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、変位センサ1が磁石の回転量を検出するとして説明したが、他の変位量を検出する変位センサに用いることも当然に可能である。
上記実施形態では、変位センサ1が磁石の回転量を検出するとして説明したが、他の変位量を検出する変位センサに用いることも当然に可能である。
上記実施形態では、一対の第1検出部11A,11Bと一対の第2検出部21A,21Bとが環状に配置されているとして説明したが、一対の第1検出部11A,11Bと一対の第2検出部21A,21BとがI字状やL字状に並んで配置することも当然に可能である。
上記実施形態では、一対の第1検出部11A,11Bと一対の第2検出部21A,21Bとが、互いに異なる基板において、夫々基板の縁部に配置されているとして説明したが、一対の第1検出部11A,11Bと一対の第2検出部21A,21Bとを同一の基板に配置することも可能である。この場合でも一対の第1検出部11A,11Bと一対の第2検出部21A,21Bとを基板の縁部に配置することにより、上述した効果を奏することが可能である。また、一対の第1検出部11A,11Bと一対の第2検出部21A,21Bとを、異なる基板に配置する場合でも、夫々の基板の縁部から離間して配置することも当然に可能である。
上記実施形態では、第1電源部15と第2電源部25とが別体で備えられているとして説明したが、第1電源部15と第2電源部25とを単一の電源部で構成することも可能である。
上記実施形態では、第1診断部13及び第2診断部23の夫々は、診断対象となる2つの検出結果の差が予め設定された設定値より小さい場合に異常でないと診断するとして説明したが、第1診断部13及び第2診断部23は、例えば予め既知のリファレンス信号と比較することで異常であるか否かを診断する構成とすることも可能である。
上記実施形態では、変位センサ1が一対の第1検出部11A,11Bと一対の第2検出部21A,21Bとを備え、一対の第1検出部11A,11Bと一対の第2検出部21A,21Bと互いに異なる基板において、夫々基板の縁部に配置されているとして説明したが、変位センサ1が一対の第1検出部11A,11Bのみを備えている場合でも、一対の第1検出部11A,11Bを基板の縁部に配置して構成することが可能である。このような場合には、一対の第1検出部11A,11Bを搭載する基板のサイズを小型化できるので、変位センサ1のサイズをコンパクトにすることが可能となる。
上記実施形態では、図2において変位センサが端子電極70を基板のスルーホールやソケットに挿入して実装するリード部品として示したが、図4に示されるように面実装部品として構成することも可能である。
上記実施形態では、第1出力部14Aと第1出力部14Bとが互いに離間して構成され、第2出力部24Aと第2出力部24Bとが互いに離間して構成されるとして説明したが、図5に示されるように、第1出力部14Aと第1出力部14Bとを一体で、或いは、隣接して構成し、第2出力部24Aと第2出力部24Bとを一体で、或いは、隣接して構成することも可能である。もちろん、このような構成であっても、図6に示されるように面実装部品として構成することも可能である。
本発明は、検出対象の変位量を検出する変位センサに用いることが可能である。
1:変位センサ
11:第1検出部
12:第1信号処理部
13:第1診断部
14:第1出力部
15:第1電源部
21:第2検出部
22:第2診断部
24:第2出力部
25:第2電源部
11:第1検出部
12:第1信号処理部
13:第1診断部
14:第1出力部
15:第1電源部
21:第2検出部
22:第2診断部
24:第2出力部
25:第2電源部
Claims (4)
- 互いに同じ検出対象の変位量を検出し、隣接して配置される一対の第1検出部と、
前記一対の第1検出部の検出結果に基づき、前記一対の第1検出部の双方が異常でないか否かを診断する第1診断部と、
前記第1診断部の診断結果に応じて信号を出力する第1出力部と、
前記第1検出部と同じ検出対象の変位量を検出し、前記一対の第1検出部と隣接して配置される一対の第2検出部と、
前記一対の第2検出部の検出結果に基づき、当該一対の第2検出部の双方が異常でないか否かを診断する第2診断部と、
前記第2診断部の診断結果に応じて信号を出力する第2出力部と、
を備えた変位センサ。 - 前記一対の第1検出部及び前記一対の第2検出部が、前記検出対象との距離の変化に応じて前記変位量を検出し、
前記一対の第1検出部と前記一対の第2検出部とが前記検出対象を中央にした環状に配置されている請求項1に記載の変位センサ。 - 前記一対の第1検出部に電力供給を行う第1電源部と、前記一対の第2検出部に電力供給を行う第2電源部とが別体で備えられている請求項1又は2に記載の変位センサ。
- 前記第1診断部及び前記第2診断部の夫々は、診断対象となる2つの検出結果の差が予め設定された設定値より小さい場合に異常でないと診断する請求項1から3のいずれか一項に記載の変位センサ。
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