JP2523491Y2 - ポテンショメータの検出回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案はポテンショメータの検出
回路に係り、特に、自動車のステアリングの回転角の検
出等に利用されるポテンショメータの検出回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、本出願人等は自動車のステア
リングの回転角を検出する自動車用ステアリングホイー
ルの回転検出装置を提案している（実開昭６３−１５２
５０８号公報参照）。この回転検出装置は、図７に示す
ようなポテンショメータ１０２を備えている。ポテンシ
ョメータ１０２は、円環状のコンポジット基板１０４上
に、円環状の電極パターン１０６と、円環状の一部に切
欠部１１２が形成された形状の抵抗パターン１１０と、
が同心円状に形成されて構成されている。電極パターン
１０６と抵抗パターン１１０との間には、電極パターン
１０６及び抵抗パターン１１０に接触するブラシを備え
た可動電極１１８が掛け渡されており、電極パターン１
０６と抵抗パターン１１０とを電気的に接続している。
可動電極１１８にはステアリングホイールの回転がギア
機構を介して減速されて伝達され、電極パターン１０６
及び抵抗パターン１１０に沿って移動される。従って端
子１１６または端子１１４と端子１０８との間の電気抵
抗はステアリングホイールの回転に応じて変更される。

【０００３】上記回転検出装置のポテンショメータ１０
２は、図６に示すように、抵抗パターン１１０両端の端
子１１６、１１４間に電圧が印加されて端子１１６の電
位がＶ₀ 、端子１１４の電位がＶ₁ にされると共に、電
極パターン１０６に接続された端子１０８がオペアンプ
１２０の入力端Ｎに接続されてステアリングホイールの
回転角の検出に使用されることがあった。すなわちステ
アリングホイールの回転により可動電極１１８の位置が
移動すると、端子１０８の電位が電位Ｖ₀ と電位Ｖ₁ と
の間で変化し、この電位がオペアンプ１２０で増幅され
オペアンプ１２０の出力Ｑに反映される。この出力Ｑの
大小によりステアリングの回転角を判断することができ
る。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記ポ
テンショメータ１０２において可動電極１１８の抵抗パ
ターン１１０に対応している側のブラシが、抵抗パター
ン１１０のプリントされた領域（以下、有効領域とい
う）に接触している状態では、端子１０８の電位は電位
Ｖ₀ と電位Ｖ₁ との間の値となり、電位レベルも安定す
るが、前記ブラシが抵抗パターン１１０のプリントされ
ていない切欠部１１２に対応する領域（以下、不感領域
という）に位置した状態では、可動電極１１８と抵抗パ
ターン１１０とが離間し、電極パターン１０６と抵抗パ
ターン１１０との電気的な接続が絶たれることになる。
これに伴い、端子１０８の電位が不定となり電気的に不
安定な状態になる。

【０００５】このように、従来のポテンショメータの検
出回路ではポテンショメータ（または可変抵抗）の可動
電極と可動電極が接触する電気抵抗体（抵抗パターン）
とが離間した場合に電気的に不安定になることがあっ
た。

【０００６】本考案は上記事実を考慮して成されたもの
で、可動電極と可動電極が接触する電気抵抗体とが離間
した場合にも電気的に不安定になることのないポテンシ
ョメータの検出回路を得ることが目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、図１の等価回路にも示すように本考案に係るポテン
ショメータの検出回路１０は、一端の電位Ｖ₁ が他端の
電位Ｖ₀ よりも高い第１の電位とされた電気抵抗体１８
と、被検出量の変化に応じて前記電気抵抗体１８に接触
して移動されかつ電気抵抗体１８両端の少なくとも一方
の限界位置において電気抵抗体１８から離間される可動
電極２０と、を備えたポテンショメータ１２と、入力端
Ｎに前記可動電極２０が接続され入力端Ｎから入力バイ
アス電流を流出するよう構成された増幅器２４と、アノ
ードが前記増幅器２４の入力端に接続されカソードの電
位Ｖ₂ が前記第１の電位Ｖ₁ よりも高い第２の電位とさ
れたダイオード２６と、を含んでいる。

【０００８】

【作用】本考案に係るポテンショメータの検出回路１０
は、可動電極２０が電気抵抗体１８に接触している状態
では、ダイオード２６のカソード側の電位である第２の
電位Ｖ₂ は第１の電位Ｖ₁ よりも高いのでダイオード２
６に逆バイアスがかかり、ダイオード２６のカソードと
アノードとが導通することはない。このため、増幅器２
４の入力端Ｎの電位は前記電位Ｖ₀ と電位Ｖ₁ との間の
可動電極２０の位置に応じた値で安定し、増幅器２４の
出力Ｑは前記入力端Ｎの電位に応じた値となる。また、
前記限界位置において可動電極２０が電気抵抗体１８か
ら離間すると、増幅器２４の入力端Ｎの電位が定まらな
い状態となる。しかしながら、増幅器２４の入力端Ｎか
ら流出する入力バイアス電流がダイオード２６に順バイ
アスとして作用し、ダイオード２６のカソードとアノー
ドとが導通する。これに伴い、増幅器２４の入力端Ｎの
電位は第２の電位Ｖ₂ にダイオード２６における電圧降
下分を加えた電位で安定する。このため、電気的に不安
定な状態が生ずることはなく、増幅器２４の出力Ｑも入
力端Ｎの電位に応じた大きな値となる。

【０００９】

【実施例】〔第１実施例〕 以下、図面を参照して本考案の第１実施例を詳細に説明
する。図２には本第１実施例に係るポテンショメータの
検出回路３０が示されている。

【００１０】電源端子３２には、オペアンプ３６の電源
端子の一方と、オペアンプ３８の電源端子の一方と、が
接続されている。オペアンプ３６及びオペアンプ３８の
電源端子の他方は各々接地端子３４に接続されている。
電源端子３２と接地端子３４との間にはオペアンプ作動
用電圧Ｖ_P が印加されており、これによって、オペアン
プ３６及びオペアンプ３８が作動する。

【００１１】一方、端子４０と接地端子３４との間に
は、コンデンサ４２と、直列に接続された抵抗４４及び
抵抗４６と、が並列に接続されている。端子４０と接地
端子３４との間には所定電圧Ｖ₂ が印加されており、か
つ接地端子３４が接地されているので、端子４０の電位
は本考案における第２の電位に相当する電位Ｖ₂ とされ
ている。なお、コンデンサ４２は雑音を除去するために
設けられている。

【００１２】抵抗４４と抵抗４６との間はオペアンプ３
８の非反転入力端Ｎ２に接続されている。非反転入力端
Ｎ２には前記所定電圧Ｖ₂ が抵抗４４と抵抗４６とによ
って分圧された電圧Ｖ₁ が印加される。オペアンプ３８
の反転入力端Ｉ２は出力端Ｑ２に接続されている。従っ
てオペアンプ３８は増幅率が１の電圧フォロワとして作
用し、オペアンプ３８の非反転入力端Ｎ２及び出力端Ｑ
２の電位は、本考案の第１の電位に相当する電位Ｖ₁ と
されている（電位Ｖ₁ ＜電位Ｖ₂ ）。

【００１３】なお、電源端子３２はダイオード４８のカ
ソードに接続されており、ダイオード４８のアノードは
端子４０に接続されている。ダイオード４８はオペアン
プ３８の非反転入力端Ｎ２に過大な電圧が加わるのを防
止してオペアンプ３８を保護するようになっている。オ
ペアンプ３８の出力端Ｑ２はポテンショメータ５０の端
子５２に接続されている。

【００１４】ポテンショメータ５０は、例えば車両のス
テアリングコラム内の図示しないステアリングシャフト
の周囲に配置されている。図３に示すように、ポテンシ
ョメータ５０は円環状の基板５４（絶縁体）を備えてい
る。基板５４上には導体５６が円環状にプリントされて
いる。導体５６には基板５４の外周へ向けて端子が延設
されており、この端子は端子５８（図２参照）に接続さ
れている。端子５８はオペアンプ３６の非反転入力端Ｎ
１に接続されている。なお、オペアンプ３６は例えばＰ
ＮＰトランジスタ等を用いて構成されており、非反転入
力端Ｎ１から入力バイアス電流を流出するようになって
いる。

【００１５】また、導体５６の外周には一定の電気抵抗
率を有する電気抵抗体６０が同心円状にプリントされて
いる。電気抵抗体６０は略円環状の一部に切欠部６２が
形成された形状とされている。電気抵抗体６０の両端に
は、切欠部６２を挟むように基板５４の外周へ向けて一
対の端子が設けられている。前記一対の端子の一方は前
記端子５２に接続されており、他方は端子６４（図２参
照）に接続されている。端子６４は接地端子３４に接続
されている。従って端子５２の電位はオペアンプ３６の
出力端Ｑ２と同電位、すなわち電位Ｖ₁ とされ、端子６
４の電位は０とされている。

【００１６】また、導体５６と電気抵抗体６０との間に
は可動電極６６が掛け渡されている。可動電極６６は、
導体５６または電気抵抗体６０に対応する一対の電極
と、該電極間を接続する導体と、から構成されており、
図示しない移動手段によりステアリングシャフトの回転
角に応じてステアリングシャフトの周囲を回転する。可
動電極６６がステアリングシャフトの周囲を回転する
と、前記導体５６に対応する電極は常に導体５６に接触
しているが、電気抵抗体６０に対応する電極は、可動電
極６６が切欠部６２に対応した状態で電気抵抗体６０と
離間し、接触が一時的に絶たれることになる。可動電極
６６が電気抵抗体６０に接触している有効領域では、ポ
テンショメータ５０の端子５８及びオペアンプ３６の非
反転入力端Ｎ１の電位は、可動電極６６の位置に応じて
０から電位Ｖ₁ の間の値になる。

【００１７】ここで本実施例では、前記有効領域に対応
する可動電極６６の角度の範囲をθ（図３参照）とし、
可動電極６６が１°回転すると端子５８の電位が電位Ｖ
₂ の１／３６０だけ変化するように、すなわちＶ₁ ＝Ｖ
₂ ×θ／３６０となるように抵抗４４、４６の値を設定
している。上記関係を成立させるためには、抵抗４４の
抵抗値Ｒ₂ 、抵抗４６の抵抗値Ｒ₁ を、以下の式を満足
するように定めればよい。

【００１８】Ｒ₁ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ）＝θ／３６０ 一方、オペアンプ３６の非反転入力端Ｎ１はダイオード
６８のアノードに接続されている。ダイオード６８のカ
ソードは端子４０に接続されている。従って、ダイオー
ド６８のカソード側は第２の電位に相当する電位Ｖ₂ と
されている。また、オペアンプ３６の反転入力端Ｉ１は
出力端Ｑ１に接続されている。従ってオペアンプ３６も
増幅率が１の電圧フォロワとして作用し、オペアンプ３
６の非反転入力端Ｎ１の電位と出力端Ｑ１の電位とは同
電位とされている。オペアンプ３６の出力端Ｑ１は信号
出力端子７０に接続されている。また出力端Ｑ１は抵抗
７２を介して接地端子３４に接続されている。抵抗７２
はオペアンプ３６の負荷抵抗として作用する。

【００１９】次に本第１実施例の作用を説明する。可動
電極６６が有効領域に位置している状態では可動電極６
６が電気抵抗体６０に接触しており、ダイオード６８の
アノード側、すなわちオペアンプ３６の非反転入力端Ｎ
１の電位は電位Ｖ₁ 以下である。一方、ダイオード６８
のカソード側の電位は電位Ｖ₂ であるので、ダイオード
６８に逆バイアスがかかることになり、ダイオード６８
のカソードとアノードとが導通することはない。このた
め、オペアンプ３６の非反転入力端Ｎ１の電位は可動電
極６６の回転角に応じて変化し、可動電極６６の回転角
が有効領域内で０からθまで変化したときに信号出力端
子７０に現れる出力電圧は、図４に示すように０からＶ
₁ まで直線的に変化する。

【００２０】また、可動電極６６が不感領域（限界位
置）に位置すると、可動電極６６が切欠部６２に対応し
て可動電極６６と電気抵抗体６０とが離間して、オペア
ンプ３６の非反転入力端Ｎ１の電位が定まらない状態と
なる。しかしながら、オペアンプ３６の非反転入力端Ｎ
１から流出する入力バイアス電流がダイオード６８のア
ノードからカソードへ流れるので、ダイオード６８に順
バイアスがかかることになる。これにより、ダイオード
６８のカソードとアノードとが導通し、オペアンプ３６
の非反転入力端Ｎ１及びポテンショメータ５０の端子５
８の電位は、電位Ｖ₂ にダイオード６８の電圧降下分
（数十ｍＶ〜数百ｍＶ）を加えた値となる。このため、
信号出力端子７０には、可動電極６６が有効領域に位置
しているときの出力電圧よりも高い出力電圧が現れる
（図４参照）。

【００２１】このため、可動電極６６が不感領域に位置
しているか否かを容易に判断することができる。また、
オペアンプ３６の非反転入力端Ｎ１の電位が定まらない
等の電気的に不安定な状態が生ずることはない。また、
信号出力端子７０に不感領域に対応する出力電圧が現れ
ている時間を測定することにより、可動電極６６及びス
テアリングシャフトの回転速度を検出することも可能に
なる。

【００２２】〔第２実施例〕 以下、本考案の第２実施例を説明する。なお、第１実施
例と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略す
る。

【００２３】前述の第１実施例では端子４０と接地端子
３４との間に基準となる電圧Ｖ₂ が外部から印加されて
いたが、本第２実施例では、電源端子３２と接地端子３
４との間に印加されるオペアンプ作動用の電圧Ｖ_P から
電圧Ｖ₂ を得るようにしている。すなわち図５に示すよ
うに、本第２実施例のポテンショメータの検出回路８０
では第１実施例のコンデンサ４２に代えて電解コンデン
サ８２が設けられると共に、ダイオード４８に代えて抵
抗８４が配置され、さらに電解コンデンサ８２に並列に
ツェナーダイオード８６が接続されている。前記オペア
ンプ作動用の電圧Ｖ_P は抵抗８４とツェナーダイオード
８６とによって分圧され、ツェナーダイオード８６両端
及び端子４０と接地端子３４との間に電圧Ｖ₂ が現れる
ことになる。この端子４０と接地端子３４との間に現れ
る電圧Ｖ₂ を信号出力端子７０に現れる出力電圧の基準
電圧として使用することができる。また、第１実施例と
同様に電圧Ｖ₂ を３６０°に対応する値とし、電圧Ｖ₁
を前記θに対応する値とすれば、実用上便利であり、高
い精度を保証することができる。

【００２４】なお、上記実施例では、電気抵抗体６０が
切欠部６２が設けられた環状とされたポテンショメータ
を使用した検出回路に本考案を適用した例を示したが、
本考案は、限界位置で電気抵抗体と可動電極とが離間す
る構成のポテンショメータまたは可変抵抗を使用した検
出回路であれば適用することが可能であり、前記ポテン
ショメータまたは可変抵抗が、例えば電気抵抗体が直線
状とされ両端部の少なくとも一方で可動電極が電気抵抗
体から離間する構成であってもよい。

【００２５】また、上記実施例では本考案のポテンショ
メータの検出回路をステアリングの回転角の検出に適用
した例を示したが、本考案はこれに限定されるものでは
なく、例えば物体の寸法、変位及び位置等の様々な被検
出量の検出に適用することができる。

【００２６】

【考案の効果】以上説明したように本考案では、限界位
置において電気抵抗体から離間される可動電極を、入力
端から入力バイアス電流を流出するよう構成された増幅
器の入力端に接続し、アノードが増幅器の入力端に接続
されるダイオードのカソードの電位を電気抵抗体両端の
電位よりも高い電位としたので、可動電極と可動電極が
接触する電気抵抗体とが離間した場合にも電気的に不安
定になることがない、という優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の作用を説明するための回路図である。

【図２】第１実施例に係るポテンショメータの検出回路
の回路図である。

【図３】第１実施例のポテンショメータの検出回路のポ
テンショメータを示す平面図である。

【図４】第１実施例のポテンショメータの検出回路の出
力信号を示す線図である。

【図５】第２実施例に係るポテンショメータの検出回路
の回路図である。

【図６】従来のポテンショメータの検出回路の概略構成
を示す回路図である。

【図７】従来のポテンショメータの検出回路のポテンシ
ョメータを示す平面図である。

【符号の説明】

１０ ポテンショメータの検出回路 １２ ポテンショメータ １８ 電気抵抗体 ２０ 可動電極 ２４ 増幅器 ２６ ダイオード ３０ ポテンショメータの検出回路 ３６ オペアンプ ５０ ポテンショメータ ６０ 電気抵抗体 ６２ 切欠部 ６６ 可動電極 ６８ ダイオード ８０ ポテンショメータの検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 鈴木 隆司 愛知県丹羽郡大口町大字豊田字野田１番 地 株式会社東海理化電機製作所内 (72)考案者 安藤 秀喜 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 実開 平１−148808（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端の電位が他端の電位よりも高い第１
   の電位とされた電気抵抗体と、被検出量の変化に応じて
   前記電気抵抗体に接触して移動されかつ電気抵抗体両端
   の少なくとも一方の限界位置において電気抵抗体から離
   間される可動電極と、を備えたポテンショメータと、 入力端に前記可動電極が接続され入力端から入力バイア
   ス電流を流出するよう構成された増幅器と、 アノードが前記増幅器の入力端に接続されカソードの電
   位が前記第１の電位よりも高い第２の電位とされたダイ
   オードと、 を含むポテンショメータの検出回路。