JP4735362B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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Description
本発明は、主に自動車のステアリングの回転角度検出等に用いられる回転角度検出装置に関するものである。 The present invention relates to a rotation angle detection device mainly used for detecting a rotation angle of a steering wheel of an automobile.
近年、自動車の高機能化が進む中、ブレーキや横滑り防止等の各種制御を行うため、様々な回転角度検出装置を用いてステアリングの回転角度を検出するものが増えている。 2. Description of the Related Art In recent years, as automobiles have become more sophisticated, in order to perform various controls such as braking and skidding prevention, the number of devices that detect the rotation angle of a steering using various rotation angle detection devices is increasing.
このような、従来の回転角度検出装置について、図3〜図6を用いて説明する。 Such a conventional rotation angle detection device will be described with reference to FIGS.
図5は従来の回転角度検出装置の要部ブロック回路図、図6は同斜視図であり、同図において、1は外周に平歯車部1Aが形成された回転体で、中央部には挿通するステアリング(図示せず)の軸と係合する係合部1Bが設けられている。
FIG. 5 is a block diagram of a main part of a conventional rotation angle detecting device, and FIG. 6 is a perspective view thereof. In FIG. 5, 1 is a rotating body having a
そして、2は外周に平歯車部2Aが形成された第一の検出体、3は外周に第一の検出体2とは歯数の異なる平歯車部3Aが形成された第二の検出体で、第一の検出体2が回転体1に、第二の検出体3が第一の検出体2に各々噛合すると共に、第一の検出体2と第二の検出体3の中央には、磁石4と5がインサート成形等により各々装着されている。
また、6は第一の検出体2と第二の検出体3の上面にほぼ平行に配置された配線基板で、上下面に複数の配線パターン(図示せず)が形成されると共に、第一の検出体2の磁石4との対向面には異方性磁気抵抗素子(以下、AMR素子と記載する)7が、第二の検出体3の磁石5との対向面にはAMR素子8が各々装着されている。
そして、このAMR素子7と8は、図5に示すように、四つの磁気抵抗素子9を略矩形状に接続した第一のホイートストンブリッジ11と第二のホイートストンブリッジ12が、45度傾けて重ねて形成されると共に、この二つのホイートストンブリッジの結合点から導出した電源端子11Aと12Aが5Vの電源に、電源端子11Aと12Aの対角位置の結合点から導出したグランド端子11Bと12Bがグランドに、各々接続されている。
As shown in FIG. 5, the
さらに、これらとは異なる対角位置の結合点から導出した−出力端子11Cと12C、及び+出力端子11Dと12Dが、トランジスタ等の電子部品によって配線基板6上に形成された増幅手段13に各々接続されると共に、この増幅手段13の出力端子13Aと13Bがマイコン等の制御手段14に接続されて、回転角度検出装置が構成されている。
Further, the −
なお、上記のようなAMR素子7や8、増幅手段13、制御手段14等は、例えば、シリコンウエハー上に45度傾けて重ねて形成された、第一のホイートストンブリッジ11と第二のホイートストンブリッジ12等が、絶縁樹脂製のモールドで覆われると共に、このモールドから所定の間隔で並んで延出した各端子が、半田によって配線基板6の配線パターンに接続されている。
The
そして、このような回転角度検出装置は、制御手段14がコネクタ(図示せず)等を通して自動車本体の電子回路(図示せず)に接続されると共に、回転体1中央部の係合部1Bにはステアリング軸(図示せず)が挿通されて、自動車に装着される。
In such a rotation angle detection device, the control means 14 is connected to an electronic circuit (not shown) of the automobile body through a connector (not shown) or the like, and is connected to the
以上の構成において、運転時、イグニッションスイッチ(図示せず)がONの状態で、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体1が回転し、この外周の平歯車部1Aに平歯車部2Aが噛合した第一の検出体2、及び第一の検出体2に平歯車部3Aが噛合した第二の検出体3が連動して回転する。
In the above configuration, during operation, when the steering is rotated with an ignition switch (not shown) turned on, the rotating body 1 rotates accordingly, and the
そして、第一の検出体2と第二の検出体3の回転に伴って、これらの中央に装着された磁石4と5の磁気の方向が変化し、これをAMR素子7と8が各々検出して、例えば、磁石4と対向したAMR素子7の第二のホイートストンブリッジ12の−出力端子12Cからは、図3(a)の電圧波形図に示すような、電圧が約2.4V〜2.6Vで正弦波の出力信号が、+出力端子12Dからは図3(b)に示すような、正弦波の出力信号が、各々増幅手段13に入力される。
As the
また、AMR素子7の第一のホイートストンブリッジ11の−出力端子11Cからは、図3(c)の電圧波形図に示すような、電圧が約2.4V〜2.6Vで余弦波の出力信号が、+出力端子11Dからは図3(d)に示すような、余弦波の出力信号が、各々増幅手段13に入力される。
Further, from the
つまり、回転に伴って変化する磁石4の磁気方向に応じて、AMR素子7の第二のホイートストンブリッジ12からは正弦波の出力信号が出力され、これに対して45度傾いた第一のホイートストンブリッジ11からは、余弦波の出力信号が出力される。
In other words, a sine wave output signal is output from the second Wheatstone
さらに、磁石5と対向したAMR素子8からも同様に、正弦波と余弦波の出力信号が各々増幅手段13に出力されるが、磁石4が装着された第一の検出体2と、磁石5が装着された第二の検出体3は歯数が異なっているため、これらは位相差のある波形となって増幅手段13へ出力される。
Further, similarly, the output signals of the sine wave and the cosine wave are respectively output from the AMR element 8 facing the magnet 5 to the amplifying
また、これらの正弦波と余弦波の出力信号を増幅手段13が差動増幅し、例えば、出力端子13Aからは、図4(a)の電圧波形図に示すような、電圧が約1.5V〜3.5Vで正弦波の出力信号が、出力端子13Bからは、図4(b)に示すような、余弦波の出力信号が制御手段14に出力される。
Further, the amplifying means 13 differentially amplifies the output signals of these sine wave and cosine wave. For example, the voltage from the
そして、これらの入力された正弦波と余弦波の出力信号を制御手段14が演算し、第一の検出体2と第二の検出体3の回転角度から、回転体1の回転角度、即ちステアリングの回転角度を検出するようにして、回転角度検出装置が構成されているものであった。
Then, the control means 14 calculates these input sine wave and cosine wave output signals, and from the rotation angles of the
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
しかしながら、上記従来の回転角度検出装置においては、装置内のAMR素子7や8近傍に金属粉等の導電性の異物等が侵入し、例えば、−出力端子11Cと12C、或いは+出力端子11Dと12Dの間等が短絡した場合には、増幅手段13の出力端子13Aや13Bから出力された出力信号が、異常な出力信号であることが制御手段14は判別できない。
However, in the conventional rotation angle detection device, conductive foreign matters such as metal powder enter the vicinity of the
つまり、例えば、−出力端子11Cと12C間が短絡した場合、出力端子13Aからは位相がずれ歪んではいるが正弦波形が出力され、出力端子13Bからは同じく位相がずれ歪んではいるが余弦波形が出力されるため、制御手段14がこれらの短絡した出力信号と正規の出力信号を識別することができず、誤った回転角度の検出を行ってしまうという課題があった。
That is, for example, when the
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、AMR素子の出力端子間の短絡を検出し、誤判定がなく確実な検出が可能な回転角度検出装置を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device capable of detecting a short circuit between output terminals of an AMR element and performing a reliable detection without erroneous determination. To do.
上記目的を達成するために本発明は、ステアリングに連動して回転する回転体と、この回転体に連動して回転する検出体と、この検出体の中央に装着された磁石と、この磁石に対向して配置された、四つの磁気抵抗素子を略矩形状に接続した二つのホイートストンブリッジが、45度傾けて形成された異方性磁気抵抗素子と、この異方性磁気抵抗素子に接続された制御手段からなり、いずれか一方の上記ホイートストンブリッジのグランド端子を、抵抗を介してグランドに接続すると共に、この抵抗に並列に設けたスイッチング手段を上記制御手段に接続し、上記制御手段が上記スイッチング手段を切換えて、上記グランド端子が上記抵抗を介さずグランドに接続しているときに、上記異方性磁気抵抗素子からの出力信号によって前記回転体の回転角度を検出し、上記制御手段が所定のタイミングで上記スイッチング手段を切換えて、上記グランド端子を上記抵抗を介してグランドに接続させるようにして回転角度検出装置を構成したものであり、制御手段がスイッチング手段を切換え、異方性磁気抵抗素子からの出力信号によって回転体の回転角度を検出すると共に、制御手段が所定のタイミングでスイッチング手段を切換えて、グランド端子を抵抗を介してグランドに接続させたときに、異方性磁気抵抗素子からの出力信号の違いによって、これらの出力端子間の短絡を検出できるため、誤判定がなく確実な検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるという作用を有するものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a rotating body that rotates in conjunction with a steering, a detecting body that rotates in conjunction with the rotating body, a magnet mounted in the center of the detecting body, Two Wheatstone bridges that are arranged opposite to each other and have four rectangular magnetoresistive elements connected in a substantially rectangular shape are connected to the anisotropic magnetoresistive element formed by tilting 45 degrees and the anisotropic magnetoresistive element. The ground terminal of any one of the Wheatstone bridges is connected to the ground via a resistor, and the switching means provided in parallel with the resistor is connected to the control means. by switching the switching means, when said ground terminal is connected to ground without passing through the resistor, the rotating body by an output signal from the anisotropic magnetoresistive element Detecting a rotation angle, the control means switches said switching means at a predetermined timing, which the ground terminal to constitute a rotation angle detection device so as to be connected to the ground via the resistor, the control means Switches the switching means, detects the rotation angle of the rotating body based on the output signal from the anisotropic magnetoresistive element, and the control means switches the switching means at a predetermined timing and connects the ground terminal to the ground via the resistor When this is done, a short circuit between these output terminals can be detected by the difference in the output signal from the anisotropic magnetoresistive element, so that it is possible to obtain a rotation angle detection device capable of reliable detection without erroneous determination. It has the effect | action.
以上のように本発明によれば、端子間の短絡を検出し、誤判定がなく確実な検出が可能な回転角度検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an advantageous effect that it is possible to realize a rotation angle detection device that can detect a short circuit between terminals and can perform reliable detection without erroneous determination.
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図4を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。 In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part of the structure same as the structure demonstrated in the term of background art, and detailed description is simplified.
(実施の形態)
図1は本発明の一実施の形態による回転角度検出装置の要部ブロック回路図、図2は同斜視図であり、同図において、1は外周に平歯車部1Aが形成された回転体で、中央部には挿通するステアリング(図示せず)の軸と係合する係合部1Bが設けられている。
(Embodiment)
FIG. 1 is a block circuit diagram of a main part of a rotation angle detecting device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view thereof, and in FIG. 1, 1 is a rotating body having a
そして、2は外周に平歯車部2Aが形成された第一の検出体、3は外周に第一の検出体2とは歯数の異なる平歯車部3Aが形成された第二の検出体で、第一の検出体2が回転体1に、第二の検出体3が第一の検出体2に各々噛合すると共に、第一の検出体2と第二の検出体3の中央には、磁石4と5がインサート成形等により各々装着されている。
また、6は第一の検出体2と第二の検出体3の上面にほぼ平行に配置された配線基板で、上下面に複数の配線パターン(図示せず)が形成されると共に、第一の検出体2の磁石4との対向面には異方性磁気抵抗素子(以下、AMR素子と記載する)7が、第二の検出体3の磁石5との対向面にはAMR素子8が各々装着されている。
そして、このAMR素子7と8は、図1に示すように、四つの磁気抵抗素子9を略矩形状に接続した第一のホイートストンブリッジ11と第二のホイートストンブリッジ12が、45度傾けて重ねて形成されると共に、この二つのホイートストンブリッジの結合点から導出した電源端子11Aと12Aが5Vの電源に、電源端子11Aの対角位置の結合点から導出したグランド端子11Bがグランドに、各々接続されている。
As shown in FIG. 1, the
また、これらとは異なる対角位置の結合点から導出した−出力端子11Cと12C、及び+出力端子11Dと12Dが、トランジスタ等の電子部品によって配線基板6上に形成された増幅手段13に各々接続されると共に、この増幅手段13の出力端子13Aや13B等がマイコン等の制御手段17に接続されている。
Further, -
さらに、AMR素子7と8の、電源端子12Aの対角位置の結合点から導出したグランド端子12B等が抵抗18を介してグランドに接続されると共に、この抵抗18には並列にFET19A等が接続され、このFET19Aが制御手段17のIOポート19B等に接続されスイッチング手段19が形成されて、回転角度検出装置が構成されている。
Further, the
なお、上記のようなAMR素子7や8、増幅手段13、制御手段17等は、例えば、シリコンウエハー上に45度傾けて重ねて形成された、第一のホイートストンブリッジ11と第二のホイートストンブリッジ12等が、絶縁樹脂製のモールドで覆われると共に、このモールドから所定の間隔で並んで延出した各端子が、半田によって配線基板6の配線パターンに接続されている。
The
また、図1では判り易いように、第一のホイートストンブリッジ11と第二のホイートストンブリッジ12を上下に並べて記載しているが、実際には、第一のホイートストンブリッジ11と第二のホイートストンブリッジ12は、互いに同軸心で45度傾けた状態で重ねて形成されている。
Further, in FIG. 1, the
そして、このような回転角度検出装置は、制御手段17がコネクタ(図示せず)等を通して自動車本体の電子回路(図示せず)に接続されると共に、回転体1中央部の係合部1Bにはステアリング軸(図示せず)が挿通されて、自動車に装着される。
In such a rotation angle detecting device, the control means 17 is connected to an electronic circuit (not shown) of the automobile body through a connector (not shown) or the like, and is connected to the engaging
以上の構成において、運転時、イグニッションスイッチ(図示せず)がONの状態で、ステアリングを回転すると、これに伴って回転体1が回転し、この外周の平歯車部1Aに平歯車部2Aが噛合した第一の検出体2、及び第一の検出体2に平歯車部3Aが噛合した第二の検出体3が連動して回転する。
In the above configuration, during operation, when the steering is rotated with an ignition switch (not shown) turned on, the rotating body 1 rotates accordingly, and the
そして、第一の検出体2と第二の検出体3の回転に伴って、これらの中央に装着された磁石4と5の磁気の方向が変化し、これをAMR素子7と8が各々検出して、例えば、磁石4と対向したAMR素子7の第二のホイートストンブリッジ12の−出力端子12Cからは、図3(a)の電圧波形図に示すような、電圧が約2.4V〜2.6Vで正弦波の出力信号が、+出力端子12Dからは図3(b)に示すような、正弦波の出力信号が、各々増幅手段13に入力される。
As the
また、AMR素子7の第一のホイートストンブリッジ11の−出力端子11Cからは、図3(c)の電圧波形図に示すような、電圧が約2.4V〜2.6Vで余弦波の出力信号が、+出力端子11Dからは図3(d)に示すような、余弦波の出力信号が、各々増幅手段13に入力される。
Further, from the
つまり、回転に伴って変化する磁石4の磁気方向に応じて、AMR素子7の第二のホイートストンブリッジ12からは正弦波の出力信号が出力され、これに対して45度傾いた第一のホイートストンブリッジ11からは、余弦波の出力信号が出力される。
In other words, a sine wave output signal is output from the
なお、この時、スイッチング手段19のIOポート19Bは電源側に切換えられ、FET19AがONしているため、第二のホイートストンブリッジ12のグランド端子12Bは、抵抗18を介さずグランドに接続されている。
At this time, the
さらに、磁石5と対向したAMR素子8からも同様に、正弦波と余弦波の出力信号が各々増幅手段13に出力されるが、磁石4が装着された第一の検出体2と、磁石5が装着された第二の検出体3は歯車が異なっているため、これらは位相差のある波形となって増幅手段13へ出力される。
Further, similarly, the output signals of the sine wave and the cosine wave are respectively output from the AMR element 8 facing the magnet 5 to the amplifying means 13, but the
また、これらの正弦波と余弦波の出力信号を増幅手段13が差動増幅し、例えば、出力端子13Aからは、図4(a)の電圧波形図に示すような、電圧が約1.5V〜3.5Vで正弦波の出力信号が、出力端子13Bからは、図4(b)に示すような、余弦波の出力信号が制御手段17に出力される。
Further, the amplifying means 13 differentially amplifies the output signals of these sine wave and cosine wave. For example, the voltage from the
そして、これらの入力された正弦波と余弦波の出力信号を制御手段17が演算し、第一の検出体2と第二の検出体3の回転角度から、回転体1の回転角度、即ちステアリングの回転角度を検出するようにして、回転角度検出装置が構成されている。
Then, the control means 17 calculates these input sine wave and cosine wave output signals, and from the rotation angles of the
さらに、所定のタイミングで、例えばイグニッションスイッチをONした直後に、制御手段17がスイッチング手段19のIOポート19Bをグランド側に切換え、FET19AをOFFにして、抵抗18に電流を流し、装置内のAMR素子7や8近傍に金属粉等の導電性の異物等が侵入し、出力端子間に短絡があった場合には、これを検出するようになっている。
Further, at a predetermined timing, for example, immediately after turning on the ignition switch, the control means 17 switches the
つまり、AMR素子7や8の出力端子、例えば、−出力端子11Cと12Cや、+出力端子11Dと12Dの間等が短絡していない場合には、第一のホイートストンブリッジ11の−出力端子11Cと+出力端子11Dからは、図3(c)や(d)に示したような、余弦波の出力信号が、各々増幅手段13に出力される。
That is, when the output terminals of the
また、第二のホイートストンブリッジ12の−出力端子12Cと+出力端子12Dからは、図3(a)や(b)に比べ、抵抗18の分だけ、例えば中心電圧が2.5Vから3.5Vとなり、振幅は小さくなっているが、正弦波の出力信号が、各々増幅手段13に出力される。
Further, from the −
そして、これらの出力信号を増幅手段13によって差動増幅され、正常出力範囲内の電圧となって、出力端子13Aから正弦波の、出力端子13Bから余弦波の出力信号として、各々制御手段17に出力される。
These output signals are differentially amplified by the amplifying means 13 to become voltages within the normal output range, and are output to the control means 17 as output signals of a sine wave from the
また、これに対し、例えば−出力端子11Cと12Cが短絡している場合には、−出力端子11Cと12Cが接続されているため、両方の−出力端子から、電圧3V付近で、マイナスの正弦波と余弦波が合成された出力信号が、増幅手段13に出力される。
On the other hand, for example, when the -
したがって、これを増幅手段13が差動増幅すると、出力端子13Aからは、+出力端子12Dの電圧から−出力端子12Cを減じたマイナスの電圧値が増幅された電圧0Vが、出力端子13Bからは、+出力端子11Dの電圧から−出力端子11Cを減じたプラスの電圧値が増幅された電圧5Vが、制御手段17に出力される。
Therefore, when the amplification means 13 differentially amplifies this, a voltage 0V obtained by amplifying a negative voltage value obtained by subtracting the −
そして、この電圧を制御手段17が検出し、出力端子13Aや13Bから正弦波形や余弦波形の出力信号が入力された場合には、−出力端子11Cと12Cの間に短絡がなく、電圧0Vや5Vが出力信号として入力された場合には、短絡があると判定し、短絡がない場合には、スイッチング手段19のIOポート19Bを電源側に切換え、FET19AをONにして、その後のステアリングの回転角度検出を行い、短絡がある場合には、例えば、車両の電子回路への回転角度検出信号の出力を停止する。
When the control means 17 detects this voltage and an output signal having a sine waveform or cosine waveform is input from the
つまり、イグニッションスイッチのON直後等に、制御手段17がスイッチング手段19を切換えて、抵抗18に電流を流し、AMR素子7や8からの出力信号の違いによって、これらの出力端子間の短絡を検出できるため、誤判定がなく確実な回転角度の検出が行えるようになっている。
In other words, immediately after the ignition switch is turned on, the control means 17 switches the switching means 19 to pass a current through the
なお、以上と同様にして、AMR素子7の−出力端子11Cと+出力端子12D、+出力端子11Dと−出力端子12C、+出力端子11Dと12D間、或いはAMR素子8の各出力端子間の、短絡の検出も行うことができる。
In the same manner as described above, between the
このように本実施の形態によれば、AMR素子7や8のグランド端子12B等を、抵抗18を介してグランドに接続すると共に、この抵抗18に並列に設けたスイッチング手段19を制御手段17に接続することによって、制御手段17がスイッチング手段19を切換え、AMR素子7や8からの出力信号によって回転体1の回転角度を検出すると共に、これらの出力信号の違いによって、AMR素子7や8の出力端子間の短絡を検出できるため、誤判定がなく確実な検出が可能な回転角度検出装置を得ることができるものである。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、以上の説明では、回転体1に第一の検出体2を、この第一の検出体2に第二の検出体3を噛合させた構成について説明したが、第一の検出体2と第二の検出体3の両方を、回転体1に噛合させた構成としても本発明の実施は可能である。
In the above description, the structure in which the
また、以上の説明では、回転体1や第一及び第二の検出体2、3の外周に平歯車部を形成して、これらが噛合して互いに連動して回転する構成として説明したが、平歯車部以外にも傘歯車等、他の形状の歯車を用いた構成や、歯車に代えて、回転を伝達できる凹凸部や高摩擦部などを回転体や検出体の外周に形成し、これによって互いに連動して回転する構成としてもよい。
In the above description, spur gear portions are formed on the outer periphery of the rotating body 1 and the first and
本発明による回転角度検出装置は、AMR素子の端子間の短絡を検出し、誤判定がなく確実な検出が可能なものが得られ、自動車のステアリングの回転角度検出等に有用である。 The rotation angle detection device according to the present invention can detect a short circuit between terminals of an AMR element and can be reliably detected without erroneous determination, and is useful for detecting the rotation angle of a steering wheel of an automobile.
1 回転体
1A、2A、3A 平歯車部
1B 係合部
2 第一の検出体
3 第二の検出体
4、5 磁石
6 配線基板
7、8 AMR素子
9 磁気抵抗素子
11 第一のホイートストンブリッジ
12 第二のホイートストンブリッジ
11A、12A 電源端子
11B、12B グランド端子
11C、12C −出力端子
11D、12D +出力端子
13 増幅手段
13A、13B 出力端子
17 制御手段
18 抵抗
19 スイッチング手段
19A FET
19B IOポート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
19B IO port
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