JP5440811B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
そのため、特許文献1では、モータ端子に最も隣接する位置に、磁気検出ICの信号を出力する出力端子を配置することなく、磁気検出ICのグランド端子または電源端子を配置している。これにより、磁気検出ICの端子とモータ端子とがショートした場合に磁気検出ICの集積回路へ与える影響を低減している。
しかしながら、特許文献1では、コネクタ内で磁気検出ICの端子の配置が限定されるため、磁気検出ICの端子の取り回しの自由度が制限される。そのため、電子制御スロットル内に2個の磁気検出ICを設けた場合、それらの配置が限定されるという問題がある。
しかし、図8の破線で示すように、出力端子310と電源480との間には、ツェナーダイオード580が設けられていない。これは、仮にそこへツェナーダイオード580を設けたとすると、電源電圧480に正常な電圧(例えば5V)が印加されているときに、出力端子310と電源480との間が導通状態になり、磁気検出ICが正常に動作しなくなるからである。
出力回路は、出力トランジスタ、制御回路、出力線、電圧検出回路および電流遮断回路を有する。
出力トランジスタは、電源とグランドとを接続する配線に接続され、その配線の電圧を制御する。
制御回路は、信号処理回路で処理された信号に基づき出力トランジスタを制御する。
出力線は、一端が出力トランジスタの設けられた配線に接続され、他端が出力端子に接続される。
電圧検出回路は、出力端子側から出力トランジスタに印加される電圧を検出する。
電流遮断回路は、電圧検出回路によって出力トランジスタの耐圧よりも高い電圧が出力トランジスタに印加されることが検出されると、出力端子と出力トランジスタとの間の通電を遮断する。
これにより、位置検出装置の出力端子と位置検出装置以外の端子とがショートするなどして、出力端子に異常電圧が印加されると、電流遮断回路は、出力端子と出力トランジスタとの間の通電を遮断する。これにより、出力回路の有する出力トランジスタおよび制御回路などを保護することができる。したがって、位置検出装置の出力端子と位置検出装置以外の端子とを同一のコネクタに配置する場合、端子の配置の自由度を高めることが可能になる。この結果、位置検出装置が設けられる例えば電子制御スロットルなどにおいて、位置検出装置の配置の自由度を高めることができる。
電流遮断回路は、比較回路およびスイッチを有する。比較回路は、出力トランジスタの耐圧よりも低い値に設定されたリファレンス電圧と電圧出力回路の出力電圧とを比較する。スイッチは、電圧出力回路の出力電圧がリファレンス電圧よりも低いとき出力端子と出力トランジスタとの間を導通し、電圧出力回路の出力電圧がリファレンス電圧よりも高いとき出力端子と出力トランジスタとの間の通電を遮断する。
電圧出力回路は、出力端子と出力トランジスタとの間の回路の抵抗と、第1抵抗の両端の電位差との比から、第1抵抗の両端の電位差に基づき出力トランジスタに印加される電圧を検出することが可能である。出力トランジスタの耐圧よりも低い値にリファレンス電圧を設定することで、出力トランジスタを確実に保護することができる。
電圧検出回路は、保護抵抗と電源側出力トランジスタとの間に第1抵抗を設けることで、保護抵抗側から出力トランジスタに印加される電圧を検出する。
これにより、出力トランジスタに印加される電圧を正確に検出することができる。
スイッチは、第1スイッチおよび第2スイッチを有する。第1スイッチは、保護抵抗と電源側出力トランジスタとを接続する配線に設けられる。第2スイッチは、保護抵抗とグランド側出力トランジスタとを接続する配線に設けられる。
電流遮断回路は、電圧出力回路の出力電圧がリファレンス電圧よりも低いとき第1スイッチをオンし、電圧出力回路の出力電圧がリファレンス電圧よりも高いとき第1スイッチをオフする。
これにより、出力端子に異常電圧が印加された場合に、電源側出力トランジスタを保護することができる。
電流遮断回路は、電圧出力回路の出力電圧がリファレンス電圧よりも低いとき第3スイッチをオフし、電圧出力回路の出力電圧がリファレンス電圧よりも高いとき第3スイッチをオンする。
これにより、出力端子に異常電圧が印加された場合、電流遮断回路が出力端子からグランドへ電流を流すことで、出力回路を保護することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による位置検出装置を図1〜図5に示す。本実施形態による位置検出装置は、車両の内燃機関の気筒内に吸入される空気量を制御する電子制御スロットル1に用いられる磁気検出IC2である。磁気検出IC2は、スロットルバルブ3の開度を示す電圧信号を車両の電子制御装置(ECU)4に出力する。その電圧信号に応じてECU4は、スロットルバルブ3が内燃機関の運転状態に適切な開度になるよう、スロットルバルブ3を駆動するモータ5に駆動信号を出力する。これにより、モータ5が目標とする開度にスロットルバルブ3を駆動し、吸気量が調節される。
電子制御スロットル1は、図1に示すように、スロットルボディ6、スロットルシャフト7、スロットルバルブ3、モータ5、回転角センサ8などを備える。
スロットルボディ6は、吸気管の通路に連通する略円筒状の空気通路を有している。スロットルボディ6の外壁には、カバー9が取り付けられている。スロットルボディ6とカバー9との間の空間に歯車減速装置10、スプリング装置11、回転角センサ8が収容されている。
スロットルバルブ3は、スロットルボディ6に形成された空気通路の開度を調整するバタフライ形の回転弁である。スロットルバルブ3とスロットルシャフト7とは結合部14によって固定されている。これにより、スロットルバルブ3は、スロットルシャフト7と一体に回転し、空気通路の開度を可変することで、内燃機関の気筒内に吸い込まれる空気量を調整する。
本実施形態のスロットルバルブ3が特許請求の範囲に記載の「被検出体」に相当する。
ピニオンギヤ15は、モータ5の出力軸18に固定され、モータ5と一体に回転する。
中間ギヤ16は、大径ギヤ19と小径ギヤ20を同軸に備える2重歯車である。中間ギヤ16は、スロットルボディ6とカバー9により支持された支持軸21によって回転可能に設けられている。大径ギヤ19はピニオンギヤ15と噛合し、小径ギヤ20はギヤロータ17と噛合している。
ギヤロータ17は、スロットルシャフト7の端部に固定され、スロットルシャフト7と一体に回転する。
磁気発生手段25は、円筒状のヨーク27と2個の磁石28からなり、ギヤロータ17の内部にインサート成形されている。2個の磁石28は、ヨーク27の径内側に対向して配置され、スロットルバルブ3の回転軸に直行する磁界を形成する。
ステータコア29は、略円柱状の磁性体からなり、直径方向に磁気検出ギャップを有する。この磁気検出ギャップに2個の磁気検出IC2が設けられている。磁気検出IC2は、磁気検出素子30(図4参照)と、その磁気検出素子30から出力された信号を処理する集積回路とを一体にした電子部品である。磁気検出素子30としては、例えばホール素子または磁気抵抗効果素子などが例示される。
磁気発生手段25と磁気検出部26とが相対回転すると、磁気検出素子30の感磁面を通過する磁束密度が変化する。磁気検出IC2は、磁気検出素子30の感磁面を通過する磁束密度に応じた電圧信号をECU4(図2参照)に出力する。
ECU4は、磁気検出IC2から出力される電圧信号により検出されたスロットル開度が、内燃機関の運転状態に応じて設定された目標開度となるようにモータ5をフィードバック制御する。
また、カバー9には、モータ5に電力(例えば12V)を供給するモータ端子35が樹脂モールドされている。
磁気検出IC2の端子31〜34と、モータ端子35とは、1個のコネクタ部37に配置されている。
ここで、従来の2個の磁気検出IC2の端子31〜34は、図3の上から、一方の磁気検出IC2の出力端子31、共通の電源端子33、他方の磁気検出IC2の出力端子32、共通のグランド端子34の順に配置されていた。つまり、モータ端子35と隣接する磁気検出IC2の端子には、グランド端子34または電源端子33を配置していた。これは、コネクタ部37が被水した場合、又はコネクタ部37に導電性の異物が混入した場合など、モータ端子35と、そのモータ端子35に隣接する磁気検出IC2の端子とがショートしたときに、磁気検出IC2の集積回路へ与える影響を低減するためである。
これに対して、本実施形態の2個の磁気検出IC2の端子31〜34は、磁気検出IC2を設置する位置などに応じて自由度を高めて配置することが可能である。つまり、磁気検出IC2の出力端子31、32を、モータ端子35と隣接する位置(図2および図3のグランド端子34の位置)に配置することも可能である。また、モータ端子35も、磁気検出IC2の端子の配置に関わらず、自由度を高めて配置することが可能である。
磁気検出素子30を通過する磁束密度に応じて磁気検出素子30から出力された電圧は、A/Dコンバータ38によりデジタル変換され、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)39に入力される。DSP39では、EEPROM40に予め記憶された設定値に基づき、オフセット調整、ゲイン調整及びクランプ調整が行われる。
オフセット調整により、スロットルバルブ3の開度に対する出力電圧のオフセットが設定される。ゲイン調整により、スロットルバルブ3の開度に対する出力電圧の傾きが設定される。クランプ調整にて最大出力電圧及び最小出力電圧が設定される。
DSP39で調整された値はD/Aコンバータ41によりアナログ変換され、出力回路42に入力される。
本実施形態におけるA/Dコンバータ38、DSP39、EEPROM40、およびD/Aコンバータ41が、特許請求の範囲に記載の「信号処理回路」に相当する。
D/Aコンバータ41から出力された信号は、バッファアンプ43に入力される。バッファアンプ43は、入力された信号を緩衝増幅することで、ECU4の回路との相互影響を除いている。
バッファアンプ43から出力された信号に基づき2個の制御回路44、45によって電源側出力トランジスタ46と、グランド側出力トランジスタ47とが制御される。
電源側出力トランジスタ46とグランド側出力トランジスタ47とは、電源(例えば5V)48とグランド49とを接続する配線50、501に直列に接続されている。その配線50、501と、出力端子31とを出力線51が接続している。出力線51は、一端が電源48とグランド49とを接続する配線50、501と接続点51で接続され、他端が出力端子31に接続される。
電源側出力トランジスタ46は、接続点52よりも電源側の配線50に設けられている。グランド側出力トランジスタ47は、接続点52よりもグランド側の配線501に設けられている。
電源側出力トランジスタ46を流れる電流が一方の制御回路44によって制御され、グランド側出力トランジスタ47を流れる電流が他方の制御回路45によって制御されることで、出力線51の電圧が調節される。これにより、バッファアンプ43から出力された電圧信号に対応する電圧信号が出力線51を通じて出力端子31から出力される。
保護抵抗53の出力端子側の接続点52とバッファアンプ43とを接続する負帰還に第2抵抗54および第3抵抗55が設けられている。これにより、バッファアンプ43の増幅度が定まる。
出力線51とグランド49とを接続する配線にツェナーダイオードなどの第1保護素子56が設けられている。第1保護素子56は、コネクタ部37において磁気検出IC2の端子に隣接するモータ端子35に供給される電圧(例えば12V)よりも高い電圧(例えば15V)が出力端子31に印加されると、出力端子31からグランド49へ電流を流す。
また、電源48とグランド49とを接続する配線にツェナーダイオードなどの第2保護素子57が設けられている。第2保護素子57は、モータ端子35に供給される電圧よりも高い電圧(例えば15V)が電源48に印加されると、電源48からグランド49へ電流を流す。
出力回路42には、第1抵抗58、電圧出力回路59、比較回路60、第1スイッチ61および第2スイッチ62が設けられている。
第1抵抗58は、保護抵抗53と電源側出力トランジスタ46との間の配線50に設けられる。電圧出力回路59は、第1抵抗58の両端の電位差に基づき、電源側出力トランジスタ46に印加される電圧を出力する。電源48と出力端子31との間の回路に設けられた保護抵抗53、第1スイッチ61、第1抵抗58および電源側出力トランジスタ46などの抵抗値は一定の範囲で定まっているので、第1抵抗58の両端の電位差に基づき電源側出力トランジスタ46に印加される電圧を検出することが可能である。つまり、第1抵抗58の抵抗値と電源側出力トランジスタ46の抵抗値との比率に応じて、第1抵抗58の両端の電位差を増幅すれば、電源側出力トランジスタ46に印加される電圧が検出可能である。これにより、出力端子31とモータ端子35とがショートして出力端子31にモータ端子の電圧(例えば12V)が印加された場合、第1抵抗58と電圧出力回路59は、電源側出力トランジスタ46に印加される電圧を検出することができる。
本実施形態における第1抵抗58と電圧出力回路59が特許請求の範囲に記載の「電圧検出回路」に相当する。
比較回路60は、電圧出力回路59の出力電圧がリファレンス電圧63よりも高いとき、第1スイッチ61および第2スイッチ62をオフするための信号を出力する。また、比較回路60は、電圧出力回路59の出力電圧がリファレンス電圧63よりも低いとき、第1スイッチ61および第2スイッチ62をオンするための信号を出力する。
本実施形態における比較回路60、第1スイッチ61および第2スイッチ62が特許請求の範囲に記載の「電流遮断回路」に相当する。
電圧出力回路59が電源側出力トランジスタ46に印加される電圧を検出し、その出力電圧がリファレンス電圧63よりも高いと、比較回路60は第1スイッチ61および第2スイッチ62をオフする。これにより、保護抵抗53と電源側出力トランジスタ46との間の通電が遮断され、保護抵抗53とグランド側出力トランジスタ47との間の通電が遮断される。したがって、出力端子31に異常電圧が印加されたとき、電源側出力トランジスタ46、グランド側出力トランジスタ47、および制御回路44、45などを確実に保護することができる。
また、リファレンス電圧63が、電源側出力トランジスタ46の耐圧およびグランド側出力トランジスタ47の耐圧よりも、所定のマージンを持たせた値に設定されることで、電源側出力トランジスタ46、グランド側出力トランジスタ47、および制御回路44、45などを確実に保護することができる。
本発明の第2実施形態による磁気検出ICの出力回路42を図6に示す。第2実施形態では、出力線51とグランド49とを接続する配線に第3スイッチ64が設けられている。また、上述した第1実施形態で記載した第2スイッチ62は設けられていない。
出力端子側から電源側出力トランジスタ46に印加される電圧は、第1抵抗58および電圧出力回路59によって検出される。
比較回路60は、電圧出力回路59の出力電圧がリファレンス電圧63よりも低いとき、第1スイッチ61をオンし、第3スイッチ64をオフする。これにより、磁気検出ICの通常作動時に、出力線51とグランド49との間の通電は遮断され、出力端子31から正常な電圧が出力される。
一方、比較回路60は、電圧出力回路59の出力電圧がリファレンス電圧63よりも高いとき、第1スイッチ61をオフし、第3スイッチ64をオンする。これにより、出力線51とグランド49とが導通し、出力端子31から第3スイッチ64を経由してグランド49へ電流が流れる。また、保護抵抗53と電源側出力トランジスタ46との間の通電が遮断されるので、電源側出力トランジスタ46には、その耐圧以上の電圧が印加されることがない。したがって、本実施形態では、出力端子31に異常電圧が印加された場合、電源側出力トランジスタ46、グランド側出力トランジスタ47、および制御回路44、45などを保護することができる。
本発明の第3実施形態による磁気検出ICの出力回路42を図7に示す。第3実施形態では、保護抵抗53と出力端子31との間の出力線51に第1抵抗58が設けられている。
出力端子31に異常電圧が印加された場合、第1抵抗58および電圧出力回路59によって電源側出力トランジスタ46およびグランド側出力トランジスタ47に印加される電圧を検出することが可能である。比較回路60は、電圧出力回路59の出力電圧がリファレンス電圧63よりも低いとき、第1スイッチ61と第2スイッチ62をオフする。これにより、保護抵抗53と電源側出力トランジスタ46との間の通電が遮断され、保護抵抗53とグランド側出力トランジスタ47との間の通電が遮断される。したがって、磁気検出ICは、出力端子31に異常電圧が印加された場合、電源側出力トランジスタ46、グランド側出力トランジスタ47、および制御回路44、45などを保護することができる。
上述した一実施形態では、車両に搭載される電子制御スロットルに用いられる回転角センサを構成する磁気検出ICについて説明した。これに対し、本発明の位置検出装置は、アクセルペダルモジュールの備えるアクセルペダルの回転角度、タンブルコントロールバルブの回転角度、またはクラッチアクチュエータのストローク量を検出する種々のセンサに適用することが可能である。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
3 ・・・スロットルバルブ(被検出体)
25 ・・・磁気発生手段
30 ・・・磁気検出素子
31、32・・・出力端子
38 ・・・A/Dコンバータ(信号処理回路)
39 ・・・DSP(信号処理回路)
40 ・・・EEPROM(信号処理回路)
41 ・・・D/Aコンバータ(信号処理回路)
42 ・・・出力回路
44、45・・・制御回路
46 ・・・電源側出力トランジスタ(出力トランジスタ)
47 ・・・グランド側出力トランジスタ(出力トランジスタ)
48 ・・・電源
49 ・・・グランド
50、501・・・配線
51 ・・・出力線
53 ・・・保護抵抗
58 ・・・第1抵抗(電圧検出回路)
59 ・・・電圧出力回路(電圧検出回路)
60 ・・・比較回路(電流遮断回路)
61 ・・・第1スイッチ(電流遮断回路)
62 ・・・第2スイッチ(電流遮断回路)
64 ・・・第3スイッチ(電流遮断回路)
Claims (6)
- 被検出体に設けられた磁気発生手段の発生する磁気に基づき前記被検出体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記磁気発生手段の磁気に応じた信号を出力する磁気検出素子と、
前記磁気検出素子から出力された信号を処理する信号処理回路と、
前記信号処理回路で処理された信号に基づき、出力端子から信号を出力する出力回路と、を備え、
前記出力回路は、
電源とグランドとを接続する配線に接続され、その配線の電圧を制御する出力トランジスタと、
前記信号処理回路で処理された信号に基づき前記出力トランジスタを制御する制御回路と、
一端が前記出力トランジスタの設けられた配線に接続され、他端が前記出力端子に接続された出力線と、
前記出力端子側から前記出力トランジスタに印加される電圧を検出可能な電圧検出回路と、
前記電圧検出回路によって前記出力トランジスタの耐圧よりも高い電圧が前記出力トランジスタに印加されることが検出されると、前記出力端子と前記出力トランジスタとの間の通電を遮断する電流遮断回路とを有することを特徴とする位置検出装置。 - 前記電圧検出回路は、
前記出力端子と前記出力トランジスタとを接続する配線に設けられた第1抵抗と、
前記第1抵抗の両端の電位差に基づき、前記出力トランジスタに印加される電圧を出力する電圧出力回路とを有し、
前記電流遮断回路は、
前記出力トランジスタの耐圧よりも低い値に設定されたリファレンス電圧と前記電圧出力回路の出力電圧とを比較する比較回路と、
前記電圧出力回路の出力電圧が前記リファレンス電圧よりも低いとき前記出力トランジスタと前記出力端子との間を導通し、前記電圧出力回路の出力電圧が前記リファレンス電圧よりも高いとき前記出力トランジスタと前記出力端子との間の通電を遮断するスイッチとを有することを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 - 前記出力回路は、前記出力線に設けられた保護抵抗を有し、
前記電圧検出回路は、前記保護抵抗と前記出力トランジスタとの間に前記第1抵抗を設けることで、前記保護抵抗側から前記出力トランジスタに印加される電圧を検出することを特徴とする請求項2に記載の位置検出装置。 - 前記出力トランジスタは、前記電源と前記グランドとを接続する配線と前記出力線との接続点よりも前記電源側の配線に設けられた電源側出力トランジスタ、および、前記接続点よりも前記グランド側の配線に設けられたグランド側出力トランジスタを有し、
前記スイッチは、前記保護抵抗と前記電源側出力トランジスタとを接続する配線に設けられた第1スイッチ、および、前記保護抵抗と前記グランド側出力トランジスタとを接続する配線に設けられた第2スイッチを有し、
前記電流遮断回路は、前記電圧出力回路の出力電圧が前記リファレンス電圧よりも低いとき第1スイッチをオンし、前記電圧出力回路の出力電圧が前記リファレンス電圧よりも高いとき第1スイッチをオフすることを特徴とする請求項3に記載の位置検出装置。 - 前記電流遮断回路は、前記電圧出力回路の出力電圧が前記リファレンス電圧よりも低いとき前記第2スイッチをオンし、前記電圧出力回路の出力電圧が前記リファレンス電圧よりも高いとき前記第2スイッチをオフすることを特徴とする請求項4に記載の位置検出装置。
- 前記スイッチは、前記出力線と前記グランドとを接続する配線に設けられた第3スイッチを有し、
前記電流遮断回路は、前記電圧出力回路の出力電圧が前記リファレンス電圧よりも低いとき第3スイッチをオフし、前記電圧出力回路の出力電圧が前記リファレンス電圧よりも高いとき第3スイッチをオンすることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の位置検出装置。
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