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 spur gear portion 1A formed on the outer periphery, and is inserted in the central portion. An engaging portion 1B that engages with a shaft of a steering (not shown) is provided.

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。   Reference numeral 2 denotes a first detector having a spur gear portion 2A formed on the outer periphery, and reference numeral 3 denotes a second detector having a spur gear portion 3A having a different number of teeth from the first detector 2 on the outer periphery. The first detection body 2 meshes with the rotating body 1 and the second detection body 3 meshes with the first detection body 2, respectively. At the center of the first detection body 2 and the second detection body 3, Magnets 4 and 5 are mounted by insert molding or the like.

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。   Reference numeral 6 denotes a wiring board disposed substantially parallel to the upper surfaces of the first detection body 2 and the second detection body 3, and a plurality of wiring patterns (not shown) are formed on the upper and lower surfaces. An anisotropic magnetoresistive element (hereinafter referred to as an AMR element) 7 is provided on the surface of the detector 2 facing the magnet 4, and an AMR element 8 is provided on the surface of the second detector 3 facing the magnet 5. Each is installed.

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 AMR elements 7 and 8 are composed of a first Wheatstone bridge 11 and a second Wheatstone bridge 12 in which four magnetoresistive elements 9 are connected in a substantially rectangular shape, and are inclined at 45 degrees. The power terminals 11A and 12A derived from the coupling point of these two Wheatstone bridges are used as a 5V power source, and the ground terminals 11B and 12B derived from the diagonal coupling point of the power terminals 11A and 12A are grounded. Are connected to each other.

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 −output terminals 11C and 12C and the + output terminals 11D and 12D derived from the coupling points at different diagonal positions are connected to the amplification means 13 formed on the wiring board 6 by electronic components such as transistors, respectively. In addition to being connected, the output terminals 13A and 13B of the amplifying means 13 are connected to a control means 14 such as a microcomputer to constitute a rotation angle detecting device.

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 AMR elements 7 and 8, the amplifying means 13, the control means 14 and the like as described above are formed by, for example, a first Wheatstone bridge 11 and a second Wheatstone bridge which are formed by being inclined at 45 degrees on a silicon wafer. 12 and the like are covered with a mold made of an insulating resin, and the terminals extending from the mold so as to be arranged at a predetermined interval are connected to the wiring pattern of the wiring board 6 by soldering.

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 engaging portion 1B at the center of the rotating body 1. The steering shaft (not shown) is inserted through and is mounted on the automobile.

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 spur gear portion 2A is connected to the spur gear portion 1A on the outer periphery. The meshed first detector 2 and the second detector 3 in which the spur gear portion 3A meshes with the first detector 2 rotate in conjunction with each other.

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 first detection body 2 and the second detection body 3 rotate, the magnetic directions of the magnets 4 and 5 mounted in the center thereof change, and this is detected by the AMR elements 7 and 8, respectively. Then, for example, from the negative output terminal 12C of the second Wheatstone bridge 12 of the AMR element 7 facing the magnet 4, the voltage is about 2.4V to 2 as shown in the voltage waveform diagram of FIG. A sine wave output signal at .6 V, and a sine wave output signal as shown in FIG.

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 negative output terminal 11C of the first Wheatstone bridge 11 of the AMR element 7, a cosine wave output signal having a voltage of about 2.4 V to 2.6 V as shown in the voltage waveform diagram of FIG. However, output signals of cosine waves as shown in FIG. 3D are input to the amplifying means 13 from the + output terminal 11D.

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 bridge 12 of the AMR element 7 in accordance with the magnetic direction of the magnet 4 that changes with rotation, and the first Wheatstone tilted 45 degrees relative thereto. The bridge 11 outputs a cosine wave output signal.

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 means 13, but the first detector 2 to which the magnet 4 is attached and the magnet 5. Since the number of teeth of the second detector 3 to which is attached is different, these are output to the amplifying means 13 as a waveform having a phase difference.

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 output terminal 13A is about 1.5 V as shown in the voltage waveform diagram of FIG. A sine wave output signal at .about.3.5 V is output from the output terminal 13B to the control means 14 as shown in FIG.

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 first detector 2 and the second detector 3, the rotation angle of the rotor 1, that is, the steering. Thus, the rotation angle detecting device is configured to detect the rotation angle.

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。
特開2006−29792号公報
As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
JP 2006-29792 A

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 AMR elements 7 and 8 in the device, for example, the −output terminals 11C and 12C, or the + output terminal 11D. When a short circuit occurs between 12D and the like, the control unit 14 cannot determine that the output signals output from the output terminals 13A and 13B of the amplification unit 13 are abnormal output signals.

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 output terminals 11C and 12C are short-circuited, the output terminal 13A outputs a sine waveform that is out of phase but distorted, and the output terminal 13B outputs a sine waveform that is also out of phase and distorted. Therefore, there is a problem that the control means 14 cannot distinguish between the shorted output signal and the normal output signal, and detects an incorrect rotation angle.

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 spur gear portion 1A formed on the outer periphery. The central portion is provided with an engaging portion 1B that engages with a shaft of a steering (not shown) to be inserted.

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。   Reference numeral 2 denotes a first detector having a spur gear portion 2A formed on the outer periphery, and reference numeral 3 denotes a second detector having a spur gear portion 3A having a different number of teeth from the first detector 2 on the outer periphery. The first detection body 2 meshes with the rotating body 1 and the second detection body 3 meshes with the first detection body 2, respectively. At the center of the first detection body 2 and the second detection body 3, Magnets 4 and 5 are mounted by insert molding or the like.

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。   Reference numeral 6 denotes a wiring board disposed substantially parallel to the upper surfaces of the first detection body 2 and the second detection body 3, and a plurality of wiring patterns (not shown) are formed on the upper and lower surfaces. An anisotropic magnetoresistive element (hereinafter referred to as an AMR element) 7 is provided on the surface of the detector 2 facing the magnet 4, and an AMR element 8 is provided on the surface of the second detector 3 facing the magnet 5. Each is installed.

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 AMR elements 7 and 8 are composed of a first Wheatstone bridge 11 and a second Wheatstone bridge 12 in which four magnetoresistive elements 9 are connected in a substantially rectangular shape, with an inclination of 45 degrees. The power terminals 11A and 12A derived from the coupling point of the two Wheatstone bridges are connected to the 5V power source, and the ground terminal 11B derived from the diagonal coupling point of the power terminal 11A is connected to the ground. Has been.

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, -output terminals 11C and 12C and + output terminals 11D and 12D derived from the coupling points at different diagonal positions are connected to the amplification means 13 formed on the wiring board 6 by electronic components such as transistors, respectively. In addition to being connected, output terminals 13A and 13B of the amplifying means 13 are connected to a control means 17 such as a microcomputer.

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 ground terminal 12B and the like derived from the coupling point of the diagonal position of the power supply terminal 12A of the AMR elements 7 and 8 are connected to the ground through the resistor 18, and the FET 19A and the like are connected in parallel to the resistor 18. The FET 19A is connected to the IO port 19B of the control means 17 to form a switching means 19 to constitute a rotation angle detecting device.

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 AMR elements 7 and 8, the amplifying means 13, the control means 17 and the like as described above are formed by, for example, a first Wheatstone bridge 11 and a second Wheatstone bridge which are formed by being inclined at 45 degrees on a silicon wafer. 12 and the like are covered with a mold made of an insulating resin, and the terminals extending from the mold so as to be arranged at a predetermined interval are connected to the wiring pattern of the wiring board 6 by soldering.

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 first Wheatstone bridge 11 and the second Wheatstone bridge 12 are shown side by side so as to be easily understood, but actually, the first Wheatstone bridge 11 and the second Wheatstone bridge 12 are illustrated. Are formed so as to overlap with each other in a state where they are inclined coaxially by 45 degrees.

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 portion 1B at the center of the rotating body 1. The steering shaft (not shown) is inserted through and is mounted on the automobile.

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 spur gear portion 2A is connected to the spur gear portion 1A on the outer periphery. The meshed first detector 2 and the second detector 3 in which the spur gear portion 3A meshes with the first detector 2 rotate in conjunction with each other.

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 first detection body 2 and the second detection body 3 rotate, the magnetic directions of the magnets 4 and 5 mounted in the center thereof change, and this is detected by the AMR elements 7 and 8, respectively. Then, for example, from the negative output terminal 12C of the second Wheatstone bridge 12 of the AMR element 7 facing the magnet 4, the voltage is about 2.4V to 2 as shown in the voltage waveform diagram of FIG. A sine wave output signal at .6 V, and a sine wave output signal as shown in FIG.

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 negative output terminal 11C of the first Wheatstone bridge 11 of the AMR element 7, a cosine wave output signal having a voltage of about 2.4 V to 2.6 V as shown in the voltage waveform diagram of FIG. However, output signals of cosine waves as shown in FIG. 3D are input to the amplifying means 13 from the + output terminal 11D.

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 bridge 12 of the AMR element 7 in accordance with the magnetic direction of the magnet 4 that changes with rotation, and the first Wheatstone tilted 45 degrees relative thereto. The bridge 11 outputs a cosine wave output signal.

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 IO port 19B of the switching means 19 is switched to the power supply side, and the FET 19A is ON, so that the ground terminal 12B of the second Wheatstone bridge 12 is connected to the ground without going through the resistor 18. .

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 first detector 2 to which the magnet 4 is attached and the magnet 5. Since the gears of the second detector 3 to which is attached are different, these are output to the amplifying means 13 as a waveform having a phase difference.

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 output terminal 13A is about 1.5 V as shown in the voltage waveform diagram of FIG. A sine wave output signal at .about.3.5 V is output from the output terminal 13B to the control means 17 as shown in FIG.

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 first detection body 2 and the second detection body 3, the rotation angle of the rotation body 1, that is, the steering. The rotation angle detector is configured to detect the rotation angle of the rotation angle.

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 IO port 19B of the switching means 19 to the ground side, turns off the FET 19A, and causes a current to flow through the resistor 18, thereby When conductive foreign substances such as metal powder enter the vicinity of the elements 7 and 8 and a short circuit occurs between the output terminals, this is detected.

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 AMR elements 7 and 8, for example, the −output terminals 11C and 12C and the + output terminals 11D and 12D are not short-circuited, the −output terminal 11C of the first Wheatstone bridge 11 is used. From the + output terminal 11D, output signals of cosine waves as shown in FIGS. 3C and 3D are output to the amplifying means 13, respectively.

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 − output terminal 12C and the + output terminal 12D of the second Wheatstone bridge 12, compared with FIGS. 3A and 3B, for example, the center voltage is 2.5V to 3.5V by the amount of the resistor 18. Thus, although the amplitude is small, sine wave output signals are respectively output to the amplifying means 13.

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 output terminal 13A and a cosine wave from the output terminal 13B. Is output.

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 -output terminals 11C and 12C are short-circuited, since the -output terminals 11C and 12C are connected, a negative sine is generated from both of the -output terminals near the voltage of 3V. An output signal obtained by combining the wave and the cosine wave is output to the amplifying unit 13.

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 −output terminal 12C from the voltage at the + output terminal 12D is output from the output terminal 13B. The voltage 5V obtained by amplifying the positive voltage value obtained by subtracting the −output terminal 11C from the voltage at the + output terminal 11D is output to the control means 17.

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 output terminals 13A and 13B, there is no short circuit between the output terminals 11C and 12C, and the voltage 0V or If 5V is input as an output signal, it is determined that there is a short circuit. If there is no short circuit, the IO port 19B of the switching means 19 is switched to the power supply side, the FET 19A is turned on, and the subsequent steering rotation. If the angle is detected and there is a short circuit, for example, the output of the rotation angle detection signal to the electronic circuit of the vehicle is stopped.

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 resistor 18, and a short circuit between these output terminals is detected by the difference in the output signals from the AMR elements 7 and 8. Therefore, the rotation angle can be reliably detected without erroneous determination.

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 negative output terminal 11C and the positive output terminal 12D, the positive output terminal 11D and the negative output terminal 12C, the positive output terminal 11D and 12D, or between the respective output terminals of the AMR element 8. Short circuit detection can also be performed.

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 ground terminal 12B of the AMR elements 7 and 8 is connected to the ground via the resistor 18, and the switching means 19 provided in parallel to the resistor 18 is connected to the control means 17. By connecting, the control means 17 switches the switching means 19 to detect the rotation angle of the rotating body 1 based on the output signals from the AMR elements 7 and 8, and the difference in these output signals causes the AMR elements 7 and 8 to Since a short circuit between the output terminals can be detected, a rotation angle detection device capable of reliable detection without erroneous determination can be obtained.

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 first detection body 2 is engaged with the rotating body 1 and the second detection body 3 is engaged with the first detection body 2 has been described. The present invention can also be implemented with a configuration in which both of the second detection bodies 3 are engaged with the rotating body 1.

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 second detection bodies 2 and 3, and these are engaged and rotated in conjunction with each other. In addition to the spur gear portion, a configuration using other shapes such as a bevel gear, or an uneven portion or a high friction portion that can transmit rotation is formed on the outer periphery of the rotating body or the detecting body instead of the gear. It is good also as a structure which rotates in response to each other.

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.

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1 is a block diagram of a main part of a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention. 同斜視図Same perspective view 電圧波形図Voltage waveform diagram 電圧波形図Voltage waveform diagram 従来の回転角度検出装置の要部ブロック回路図Main part block circuit diagram of conventional rotation angle detection device 同斜視図Same perspective view

符号の説明Explanation of symbols

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 Rotating body 1A, 2A, 3A Spur gear part 1B Engagement part 2 First detection body 3 Second detection body 4, 5 Magnet 6 Wiring board 7, 8 AMR element 9 Magnetoresistive element 11 First Wheatstone bridge 12 Second Wheatstone bridge 11A, 12A Power supply terminal 11B, 12B Ground terminal 11C, 12C -Output terminal 11D, 12D + Output terminal 13 Amplifying means 13A, 13B Output terminal 17 Control means 18 Resistor 19 Switching means 19A FET
19B IO port

Claims (1)

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回転角度検出装置。 A rotating body that rotates in conjunction with the steering, a detecting body that rotates in conjunction with the rotating body, a magnet mounted in the center of the detecting body, and four magnetoresistors arranged opposite to the magnet two Wheatstone bridge connecting the device to a substantially rectangular shape, and 45-degree tilted anisotropic magnetoresistance device formed consists control means connected to the anisotropic magnetoresistive element, one of the The ground terminal of the Wheatstone bridge is connected to the ground via a resistor, and switching means provided in parallel with the resistor is connected to the control means, the control means switches the switching means, and the ground terminal when connected to the ground without passing through the resistor, to detect the rotation angle of the rotating body by an output signal from the anisotropic magnetoresistive element, said control means By switching the switching means at a constant timing, the rotation angle detecting device and the ground terminal is connected to ground via the resistor.
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