JP4800560B2 - ホールセンサ素子 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の構成を有するホールセンサ素子に関する。
【０００２】
ホールセンサは従来技術から公知である。原理的にこれらは導電性のセンサ面から成っており、そこに電流が流れる。その場合電流が流れるセンサ面と磁界が相互作用すると、ローレンツの力に基づいて、電流を引き起こすキャリアが偏向され、これによりセンサ面に電界が生成され、これが原因でセンサ面の側辺に電圧が生じることになる、ホール電圧と称されるこの電圧は、磁界の磁束密度とセンサ面を流れる電流との積に比例しているので、電流が既知であればホール電圧の測定を介して、とりわけセンサ面の幾何学的な寸法に依存している比例係数を含めて磁束密度を突き止めることができる。
【０００３】
ホールセンサは例えばホールセンサ素子の形において市販されており、その際本来のホールセンサに処理装置が後置接続されている。処理装置はホールセンサから送出されるホール信号を評価のために処理しかつホール信号に属する信号を出力信号として送出する。その際ホールセンサも処理装置も唯一のケーシングに収容されている。
【０００４】
ホールセンサ素子は種々異なっている用途に対して種々異なっている処理装置が備えられる。用途は例えばホールセンサ素子を用いてホールセンサに作用する磁界の磁束密度を突き止めることである。このために処理装置は有利には、出力信号の信号強度と磁束密度との間でできるだけ広い領域において線形の関係が成り立つように構成されている。
【０００５】
別の用途は、僅かな摩擦損しか有していない切換装置としてのマグネットと組み合わされたホールセンサ素子の使用である。この切換装置はシフトレバーで少なくとも２つの切換状態に切り換えることができる。その際シフトレバーにマグネットが設けられている。マグネットは２つの切換状態の第１の切換状態において、第１の切換状態に対応付けられているホールセンサ素子の作用領域に来るようになっている。その際作用領域とはホールセンサ素子の周辺の空間的な領域、つまり、ホール電圧の絶対値が処理装置によって前以て決められている第１のしきい値を上回るようにホール電圧の絶対値を高めるためにはマグネットはこの領域にもっていかれなければならない。従ってしきい値がこのように固定されることで、マグネットとホールセンサ素子に設けられているホールセンサとの間の空間距離、すなわち第１の切換状態が投入されているものとされる距離を調整設定することができる。つまり距離がしきい値が上回っている場合には第１の切換状態が生じている。更に、処理装置によって第２のしきい値が前以て決められており、このしきい値によってマグネットとホールセンサ素子に設けられているホールセンサとの間の空間距離、すなわち第１の切換状態が遮断されているものとされる距離を調整設定することができる。つまり距離がこのしきい値を下回っている場合には第１の切換状態は生じていない。第２のしきい値は第１のしきい値とは区別することができるので、処理装置によっていわゆる切換ヒステリシスが設定されている。処理装置はこの切換ヒステリシスを実現するために例えばしきい値発生器としてシュミットトリガを備えているようにすることができる。勿論、このような摩擦の少ない切換装置ではホールセンサ素子をシフトレバーに取り付けるようにしてもよい。この場合ホールセンサ素子はシフトレバーの動きによってマグネットの磁界にもっていくことができるようになっている。
【０００６】
電子回路がホールセンサ素子における本来のホールセンサに数多く後置接続されていればいるほど、これらの回路の１つにおける欠陥に基づいたホールセンサ素子が故障するリスクはますます高くなる。その場合従来のホールセンサ素子がこの形式の欠陥に基づいて故障すると、ホールセンサ素子の機能性を組み込まれている状態においてないし作動中検査することができず、その結果欠陥は識別されないという問題がしばしば生じる。
【０００７】
本発明の課題は、機能性を検査する可能性が改善されているホールセンサ素子を提供することである。
【０００８】
本発明によればこの課題は、請求項１の特徴部分に記載の構成を有するホールセンサ素子によって解決される。有利な実施の形態は従属請求項に記載されている。
【０００９】
本発明のホールセンサ素子は、電流が流れるホールセンサと、入力信号を処理するための処理装置とを有している。ホールセンサからホール信号が送出され、該ホール信号はホールセンサに作用する磁界と前記電流とに依存している。ホールセンサに処理装置が後置接続されており、該処理装置から入力信号に対応しているないし依存している出力信号が送出される。ホールセンサおよび処理装置はモジュールを形成し、ここに、信号発生器によって発生される診断信号が供給される。ホール信号は診断信号に直接または間接的に結び付けられるようになっており、その際処理装置に、診断信号と結び付けられたホール信号が入力信号として供給される。
【００１０】
本発明によれば診断信号に直接または間接的に結び付けられているホール信号が処理装置に供給されるので、出力信号の特徴は診断信号の影響も受けていることになる。しかしこのようにして出力信号から本発明によれば２つの信号成分を導出することができ、そのうちの第１の信号成分は磁界を特徴付けており、第２の信号成分は診断信号を特徴付けており、以下の説明において出力信号の第１の信号成分はマグネット成分と表され、出力信号の第２の信号成分は診断成分と表される。
【００１１】
使用される診断信号は、出力信号から診断成分およびマグネット成分が導出可能であれば、任意の信号であってよい。有利には診断信号は周期的な矩形信号である。
【００１２】
診断信号はホールセンサに異なった手法で供給することができる。第１の択一例によれば、ホール信号は診断信号に直接結び付けられているようにすることができる。ホール信号および診断信号の直接的な結び付きはホールセンサの出力側ないし出力側の後方でようやく行うことができかつ例えば、ホール信号および診断信号がアナログ加算器を用いて加算されて混合信号が形成され、それからそれが処理装置の入力信号を形成する。
【００１３】
第２の択一例によれば、ホールセンサを流れる電流が診断信号に依存して制御されるようにして、ホール信号を診断信号に間接的に結び付けることができる。
【００１４】
ホール信号および診断信号が直接的に結び付けられている場合にホールセンサに、交番的に信号状態として論理Ｈレベルおよび論理Ｌレベルをとる周期的な矩形信号が診断信号として供給されるのであれば、有利には、ホールセンサを流れる電流は矩形信号の信号状態に依存して投入ないし遮断される。すなわち、矩形信号が論理Ｈレベルを有しているとき電流は投入されかつ矩形信号が論理Ｌレベルを有しているとき電流は遮断されるかまたは逆である。その際ホールセンサを流れる電流を信号発生器から供給することができる。
【００１５】
信号発生器はホールセンサ素子の外部に配置されていてもよく、その場合には診断信号はホールセンサ素子に設けられている接続端子を介して供給される。しかし有利には信号発生器はホールセンサ素子の中に収容されている。
【００１６】
処理装置が入力に関して２つのしきい値を有する切換ヒステリシスを有しており、かつ診断信号が周期的な信号である場合には、診断信号の周波数は有利にもホール信号に依存して変化される。この場合ホール信号に結び付けられている診断信号は１周期内に少なくも一回第１のしきい値を上回るのに十分な高さを有しておりかつ少なくも一回第２のしきい値を下回るのに十分な低さを有している。その際信号発生器は、ホール電圧の高さに依存して診断信号の周波数を変える電圧制御発振器（ＶＣＯ）として実現されている。
【００１７】
更に、処理装置には評価装置を後置接続することができる。評価装置によって診断成分はそのようなものとして識別されかつ評価される。それからこの評価に基づいて、ホールセンサ素子が少なくとも処理装置に関して正常に動作しているかどうかが識別される。
【００１８】
本発明のホールセンサ素子は、安全上の理由から人員または装置が傷つけられるのを避けるためにセンサの故障の識別が望まれるところに有利に使用することができる診断可能な素子を形成している。
【００１９】
本発明のホールセンサ素子に対する１つの可能な使用分野は例えば自動車の電装品の分野、殊に摩擦の少ない切換装置を実現するためにホールセンサ素子が使用される速度段切換の分野である。
【００２０】
この形式の切換装置において、乗客室におけるシフトレバーのその時点の切換状態を識別するために例えば速度段切換装置のシフトレバーに、所定の切換位置において該切換位置に配属されているホールセンサ素子の作用領域に入るマグネットを配置することができる。有利にはこのホールセンサ素子は本発明のホールセンサ素子によって形成され、その結果自動車に配置されている制御電子装置のホールセンサ素子の故障を識別することができる。このようにして、自動車に配置されている制御電子装置を用いて速度段切換に使用される単数ないし複数のホールセンサ素子の故障が識別されると、この故障を運転者に指示しおよび／または故障に配属されているセキュリティプログラムを実行させて、変速機の起こり得る誤った切換を防止し、これにより運転者ないし車両の起こり得る損傷を回避するようにすることができる。勿論ここでも、ホールセンサ素子はシフトレバーに配置されていることができる。この場合ホールセンサ素子はシフトレバーの動きによってマグネットの磁界内にもっていくことができる。
【００２１】
本発明を有利な実施例に基づいて図面を参照して説明する。図面において
図１は本発明の第１の実施例の本発明のホールセンサ素子のブロック線図を示し、
図２は第１の実施例のホールセンサおよび信号発生器を略示し、
図３は本発明の第２の実施例の本発明のホールセンサ素子のブロック線図を示している。
【００２２】
図１および図２には、本発明の第１実施例の本発明のホールセンサ素子のブロック線図およびホールセンサおよび信号発生器の略図が示されている。ホールセンサ素子１はホールセンサ２および処理装置３を有している。これらは図示されていないケーシングに収容されている。同じくケーシングに収容されている信号発生器４によって電流Ｉが発生されかつそこから送出される。電流はホールセンサ２を流れる。ホールセンサ２は磁界にさらされている。この磁界が原因でホールセンサ２から送出されるホール電圧が生じる。ホール電圧は電流Ｉと磁界の磁束密度Ｂとの積に比例している。信号発生器４によって発生される電流Ｉの時間的な経過は周期的な矩形信号に相応している。この信号の特徴的な特性経過はホールセンサから送出される信号Ｕ_Ｍにも表れている。ここでは電流Ｉには２重機能が割り当てられている。一方において電流Ｉはホールセンサ２の作動のために用いられ、かつ他方においてそれは周期的な特性に基づいて診断信号として用いられる。従って信号Ｕ_Ｍは混合信号であり、その際磁束密度Ｂの絶対値は混合信号の振幅に表され、かつ電流Ｉの周波数はこの混合信号の周期的な成分において表される。従って混合信号Ｕ_Ｍは診断信号成分およびホール電圧成分を有している。
【００２３】
混合信号Ｕ_Ｍは処理装置３に供給される。処理装置から混合信号Ｕ_Ｍに対応しているないし依存している信号Ｕ_Ａが出力信号として送出される。この出力信号も診断信号成分（診断成分）およびホール電圧成分（マグネット成分）を有している。
【００２４】
出力信号Ｕ_Ａの診断成分は図示されていない、処理装置３に後置接続されている評価装置によって識別されかつ評価されるので、評価に基づいて、ホールセンサ素子が少なくとも処理ユニットに関して正常に動作しているかどうかを検出することができる。
【００２５】
図３には、本発明の第２の実施例による本発明のホールセンサ素子のブロック線図が示されており、ここでは第２の実施例の構成に対して使用される参照符号は第１の実施例の同じまたは類似の構成要素に対して使用される参照符号と一致している。
【００２６】
実質的にこの第２の実施例はホールセンサ素子における信号発生器４の収容の点を除いて第１の実施例に一致している。すなわち第２の実施例によれば、信号発生器４はホールセンサ素子の外部に配置されており、その際ホールセンサ２および処理装置３から形成されているモジュールに、信号発生器によって発生された診断信号が外部の診断信号として供給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例の本発明のホールセンサ素子のブロック線図である。
【図２】 第１の実施例のホールセンサおよび信号発生器の略図である。
【図３】 本発明の第２の実施例の本発明のホールセンサ素子のブロック線図である。
【符号の説明】
１ ホールセンサ素子
２ ホールセンサ
３ 処理装置
４ 信号発生器

Claims (10)

1. 電流が流れるホールセンサ（２）を備え、該ホールセンサからホール信号が送出され、該ホール信号はホールセンサ（２）に作用する磁界と前記電流とに依存しており、
   ホールセンサ（２）に後置接続されている、入力信号を処理するための処理装置（３）を備え、該処理装置から入力信号に対応している出力信号が送出され、
   ホールセンサ（２）と処理装置（３）とから形成されているモジュール（２，３）に、信号発生器（４）によって発生される周期的な診断信号が供給されるようになっており、ここでホールセンサを流れる電流が診断信号に依存して制御されることによってホール信号は診断信号に間接的に結び付けられる、またはホール信号および診断信号がアナログ加算器を用いて加算されることによってホール信号は診断信号に直接に結び付けられ、
   かつ処理装置（３）には診断信号と結び付けられたホール信号が入力信号として供給されるようになっているホールセンサ素子において、
   前記処理装置（３）は自身の入力に関して、２つのしきい値を有する切換ヒステリシスを有しており、ここで前記入力信号は１周期内に少なくとも一回、前記２つのしきい値の第１のしきい値を上回るのに十分な高さを有し、かつ少なくとも一回第２のしきい値を下回るのに十分な低さを有する、
   ことを特徴とするホールセンサ素子。
2. ホールセンサ（２）から送出されるホール信号は診断信号に直接結び付けられている
   請求項１記載のホールセンサ素子。
3. ホール信号にはアナログ加算器を用いて診断信号が重畳されている
   請求項２記載のホールセンサ素子。
4. ホールセンサを流れる電流が診断信号に依存して制御されるようになっていることでホール信号は診断信号に間接的に結び付けられている
   請求項１記載のホールセンサ素子。
5. 診断信号は周期的な矩形信号であり、該周期的な矩形信号は論理Ｈレベルおよび論理Ｌレベルを交番的にとる
   請求項１から４までのいずれか１項記載のホールセンサ素子。
6. 電流は矩形信号が論理Ｈレベルの際に投入されかつ矩形信号が論理Ｌレベルの際に遮断されるようになっている
   請求項４および５記載のホールセンサ素子。
7. 信号発生器（４）はホールセンサ素子に収容されている
   請求項１から６までのいずれか１項記載のホールセンサ素子。
8. 前記処理装置（３）に評価装置が後置接続されており、当該評価装置によって、前記診断信号を特徴付ける、前記出力信号の成分が識別および評価され、当該評価に基づいて、前記ホールセンサ素子（１）が少なくとも前記処理装置（３）に関して正常に動作しているかどうかが識別される
   請求項１から７までのいずれか１項記載のホールセンサ素子。
9. 前記信号発生器（４）は、ホール電圧の高さに依存して前記診断信号の周波数を変える電圧制御発振器として実現されている
   請求項１から８までのいずれか１項記載のホールセンサ素子。
10. 乗客室における速度段切換装置のシフトレバーのその時点の切換状態を識別するための切換装置を特徴としており、当該速度段切換装置のシフトレバーに、所定の切換位置において該切換位置に配属されているホールセンサ素子の作用領域に入るマグネットが配置されている、またはホールセンサ素子がシフトレバーに配置されており、当該ホールセンサ素子はシフトレバーの動きによってマグネットの磁界内にもっていかれる、
    請求項１から９までのいずれか１項記載のホールセンサ素子。

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