JP6034575B2 - センサ信号生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、センサ信号を生成するセンサ信号生成装置に関する。

従来、センサ信号生成装置として、例えば特許文献１に開示されている回転センサの検出信号処理装置がある。

この検出信号処理装置は、回転検出装置と、車載バッテリと、検出用抵抗とを備えている。回転検出装置は、電圧が印加されることで、対向して配置されたギアの回転に伴って流れる電流が変化する装置である。車載用バッテリは、回転検出装置の一端に接続され、回転検出装置に電圧を印加する。検出用抵抗は、回転検出装置の他端に接続され、回転検出装置に流れる電流を電圧に変換して信号を生成する。

特許第４０９３３８１号公報

ところで、前述した検出信号処理装置において、ノイズの影響を受けにくくするため、回転検出装置に流れる電流を大きくした場合、検出用抵抗の消費電力が大きくなる。そのため、許容電力の大きな検出用抵抗を用いなければならない。その結果、検出用抵抗自体が大きくなってしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、センサに流れる電流を電圧に変換して信号を生成するセンサ信号生成回路を小型化することができるセンサ信号生成装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、磁束の変化に伴って抵抗値が変化し、電圧が印加されることで電流が変化する磁気抵抗素子からなるセンサと、センサの一端に接続され、センサに電圧を印加する電圧印加回路と、センサに接続され、センサに流れる電流を電圧に変換して信号を生成するセンサ信号生成回路と、を備え、車両に搭載され、車輪の回転速度を検出するため、回転速度に応じた信号を出力するセンサ信号生成装置において、センサ信号生成回路は、センサに接続され、センサに流れる電流を入力として、センサに流れる電流を所定倍し、センサに流れる電流より小さい電流に変換して出力する電流変換回路と、電流変換回路に接続され、電流変換回路の出力電流を入力として、電流変換回路の出力電流を電圧に変換して信号として出力する信号生成回路と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、電流変換回路がセンサに流れる電流をより小さい電流に変換して出力し、信号生成回路が電流変換回路の出力電流を電圧に変換し信号として出力する。そのため、従来のように、センサに流れる電流を直接電圧に変換し信号として出力する場合に比べ、信号生成回路を構成する素子の許容電力を抑えることができる。従って、センサ信号生成回路を小型化することができる。

本実施形態における回転速度検出装置の回路図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係るセンサ信号生成装置を、車両において車輪の回転速度を検出する回転速度検出装置に適用した例を示す。

まず、図１を参照して本実施形態の回転速度検出装置の構成について説明する。

図１に示す回転速度検出装置１は、車両に搭載され、車輪の回転速度を検出する装置である。具体的には、回転速度に応じた周波数のパルス信号を出力する装置である。回転速度検出装置１は、センサ１０と、電圧印加回路１１と、センサ信号生成回路１２とを備えている。電圧印加回路１１及びセンサ信号生成回路１２は、ＩＣとして一体的に構成されている。

センサ１０は、電圧が印加されることで、磁束（物理量）の変化に伴って電流が変化する素子である。具体的には、磁束の変化に伴って抵抗値が変化する磁気抵抗素子である。センサ１０の一端は、センサ信号生成回路１２に接続されている。また、他端は接地されている。具体的には、車体に接続されている。センサ１０は、車輪とともに回転する円板状の回転体Ｒ１と軸方向に対向して配置されている。回転体Ｒ１の表面には、Ｎ極とＳ極が周方向に交互に着磁されている。

電圧印加回路１１は、後述する電流変換回路１２０を介してセンサ１０の一端に接続され、センサ１０に電源Ｖｃｃの電圧を印加する回路である。電圧印加回路１１は、ＦＥＴ１１０と、駆動回路１１１とを備えている。

ＦＥＴ１１０は、センサ１０に電圧を供給、又は、センサ１０に供給されていた電圧を遮断するためのスイッチング素子である。ＦＥＴ１１０のソースは、端子Ｖを介して電源Ｖｃｃの正極端子に接続され、電源Ｖｃｃの負極端子は接地されている。具体的には、車体に接続されている。また、ドレインは、センサ信号生成回路１２に接続されている。さらに、ゲートは、駆動回路１１１に接続されている。

駆動回路１１１は、外部から入力される始動信号（図略）、及び、センサ信号生成回路１２から入力される過電流検出信号に基づいてＦＥＴ１１０を駆動する回路である。駆動回路１１１は、ＦＥＴ１１０のゲートに接続されている。また、センサ信号生成回路１２に接続されている。

センサ信号生成回路１２は、センサ１０に接続され、センサ１０に流れる電流を電圧に変換して信号を生成する回路である。センサ信号生成回路１２は、電流変換回路１２０と、信号生成回路１２１と、フィルタ回路１２２と、波形成形回路１２３と、過電流検出回路１２４とを備えている。

電流変換回路１２０は、電圧印加回路１１とセンサ１０の一端の間に接続され、センサ１０に流れる電流を所定倍し、センサ１０に流れる電流より小さい電流に変換して出力する回路である。具体的には、センサ１０に流れる電流を１／１０倍（所定倍）して出力する周知のカレントミラー回路である。電流変換回路１２０は、ＦＥＴ１２０ａ、１２０ｂを備えている。

ＦＥＴ１２０ａ、１２０ｂのソースは、ＦＥＴ１１０のドレインにそれぞれ接続されている。また、ＦＥＴ１２０ａのドレインは端子Ｖｏｕｔを介してセンサ１０の一端に、ＦＥＴ１２０ｂのドレインは信号生成回路１２１にそれぞれ接続されている。さらに、ＦＥＴ１２０ａ、１２０ｂのゲートは、端子Ｖｏｕｔを介してセンサ１０の一端にそれぞれ接続されている。

信号生成回路１２１は、電流変換回路１２０に接続され、電流変換回路１２０の出力電流を電圧に変換して出力する回路である。具体的には、抵抗１２１ａである。抵抗１２１ａの一端は、ＦＥＴ１２０ｂのドレインに接続されている。また、他端は接地されている。具体的には、車体に接続されている。

フィルタ回路１２２は、信号生成回路１２１の出力電圧に含まれる高周波成分を除去する回路である。具体的には、ローパスフィルタ回路である。フィルタ回路１２２は、抵抗１２２ａと、コンデンサ１２２ｂとを備えている。抵抗１２２ａの一端は、抵抗１２１ａの一端に接続されている。また、他端は、波形成形回路１２３及び過電流検出回路１２４にそれぞれ接続されている。コンデンサ１２２ｂの一端は、抵抗１２２ａの他端に接続されている。また、他端は接地されている。具体的には、車体に接続されている。

波形成形回路１２３は、フィルタ回路１２２の出力電圧波形を成形する回路である。具体的には、コンパレータ１２３ａである。コンパレータ１２３ａの非反転入力端子は、抵抗１２２ａの他端に接続されている。また、反転入力端子は、閾値をなす基準電源Ｖｔｈ１の正極端子に接続され、基準電源Ｖｔｈ１の負極端子は接地されている。具体的には、車体に接続されている。さらに、出力端子は、端子Ｓｏｕｔを介して外部の制御装置（図略）に接続されている。

過電流検出回路１２４は、フィルタ回路１２２の出力電圧に基づいて、ＦＥＴ１１０、１２０ａ及びセンサ１０の過電流を検出する回路である。具体的には、コンパレータ１２４ａである。コンパレータ１２４ａの非反転入力端子は、抵抗１２２ａの他端に接続されている。また、反転入力端子は、基準電源Ｖｔｈ１より高い閾値をなす基準電源Ｖｔｈ２の正極端子に接続され、基準電源Ｖｔｈ２の負極端子は接地されている。具体的には、車体に接続されている。さらに、出力端子は、駆動回路１１１に接続されている。

次に、図１を参照して回転速度検出装置の動作について説明する。

車両のイグニッションスイッチがオンして始動信号が入力されると、図１に示す駆動回路１１１は、ＦＥＴ１１０をオンする。ＦＥＴ１１０がオンすると、電流変換回路１２０を介してセンサ１０に電源Ｖｃｃの電圧が印加される。これにより、センサ１０に、その抵抗値に応じた電流が流れる。

車輪とともに回転体Ｒ１が回転すると、センサ１０の磁束が変化する。それに伴って、センサ１０の抵抗値も変化する。そのため、回転体Ｒ１の回転に伴って、センサ１０に流れる電流が変化することとなる。

ＦＥＴ１１０がオンすると、ＦＥＴ１２０ａには、センサ１０に流れる電流と同一の電流が流れる。一方、ＦＥＴ１２０ｂには、ＦＥＴ１２０ａに流れる電流の１／１０倍の電流が流れる。つまり、センサ１０に流れる電流の１／１０倍の電流が流れることとなる。

抵抗１２１ａは、ＦＥＴ１２０ｂに流れる電流を電圧に変換して出力する。つまり、センサ１０に流れる電流の１／１０倍の電流を電圧に変換して出力する。フィルタ回路１２２は、抵抗１２１ａの電圧に含まれる高周波成分を除去する。

波形成形回路１２３は、フィルタ回路１２２の出力電圧波形を成形し回転速度信号として出力する。コンパレータ１２３ａは、フィルタ回路１２２の出力電圧が基準電源Ｖｔｈ１の閾値電圧より大きいとき、ハイレベルを出力する。一方、フィルタ回路１２２の出力電圧が基準電源Ｖｔｈ１の閾値電圧以下のとき、ローレベルを出力する。これにより、波形成形された、回転速度に応じた周波数のパルス信号が出力される。

過電流検出回路１２４は、フィルタ回路１２２の出力電圧に基づいて、ＦＥＴ１１０、１２０ａ及びセンサ１０の過電流を検出する。コンパレータ１２４ａは、フィルタ回路１２２の出力電圧が基準電源Ｖｔｈ２の閾値電圧より大きいとき、過電流が流れていることを示すハイレベルを出力する。一方、フィルタ回路１２２の出力電圧が基準電源Ｖｔｈ２の閾値電圧以下のとき、過電流が流れていないことを示すローレベルを出力する。駆動回路１１１は、コンパレータ１２４ａの出力がハイレベルのとき、ＦＥＴ１１０をオフし、ＦＥＴ１１０、１２０ａ及びセンサ１０を過電流から保護する。

次に、効果について説明する。

本実施形態によれば、電流変換回路１２０はセンサ１０に流れる電流を１／１０倍して出力し、信号生成回路１２１は電流変換回路１２０の出力電流を電圧に変換し信号として出力する。そのため、従来のように、センサに流れる電流を直接電圧に変換し信号として出力する場合に比べ、信号生成回路１２１を構成する抵抗１２１ａの許容電力を抑えることができる。従って、センサ信号生成回路１２を小型化することができる。

本実施形態によれば、電流変換回路１２０は、電圧印加回路１１とセンサ１０の一端の間に接続されている。そのため、電圧印加回路１１がセンサ１０の一端に、電流変換回路１２０がセンサ１０の他端にそれぞれ接続される場合に比べ、センサ１０とセンサ信号生成装置１の接続箇所を減らすことができる。

本実施形態によれば、電圧印加回路１１及びセンサ信号生成回路１２はＩＣとして一体的に構成され、電流変換回路１２０は電圧印加回路１１とセンサ１０の一端の間に接続されている。そのため、電圧印加回路１１がセンサ１０の一端に、電流変換回路１２０がセンサ１０の他端にそれぞれ接続される場合に比べ、ＩＣのピン数を減らすことができる。従って、ＩＣを小型化することができる。

本実施形態によれば、電流変換回路１２０はカレントミラー回路である。そのため、センサ１０に流れる電流を所定倍し、センサ１０に流れる電流より小さい電流に確実に変換することができる。

本実施形態によれば、センサ１０は、磁束の変化に伴って抵抗値が変化する磁気抵抗素子である。そのため、電圧を印加することで、磁束の変化に応じて確実に電流を変化させることができる。

なお、本実施形態では、電流変換回路１２０が、センサ１０に流れる電流を１／１０倍して出力する例を挙げているが、これに限られるものではない。センサ１０に流れる電流より小さい所定倍の電流に変換して出力すればよい。

本実施形態では、センサ１０が磁気抵抗素子である例を挙げているが、これに限られるものではない。センサは、電圧が印加されることで、物理量の変化に伴って電流が変化するものであればよい。

本実施形態では、電流変換回路１２０が、電圧印加回路１１とセンサ１０の一端の間に接続されている例を挙げているが、これに限られるものではない。電流変換回路は、センサの他端側に接続されていてもよい。

１・・・回転速度検出装置（センサ信号生成装置）、１０・・・センサ、１１・・・電圧印加回路、１２・・・センサ信号生成回路、１２０・・・電流変換回路、１２１・・・信号生成回路、１２２・・・フィルタ回路、１２３・・・波形成形回路、１２４・・・過電流検出回路、Ｒ１・・・回転体

Claims (4)

1. 磁束の変化に伴って抵抗値が変化し、電圧が印加されることで電流が変化する磁気抵抗素子からなるセンサ（１０）と、
   前記センサの一端に接続され、前記センサに電圧を印加する電圧印加回路（１１）と、
   前記センサに接続され、前記センサに流れる電流を電圧に変換して信号を生成するセンサ信号生成回路（１２）と、
   を備え、車両に搭載され、車輪の回転速度を検出するため、回転速度に応じた信号を出力するセンサ信号生成装置において、
   前記センサ信号生成回路は、
   前記センサに接続され、前記センサに流れる電流を入力として、前記センサに流れる電流を所定倍し、前記センサに流れる電流より小さい電流に変換して出力する電流変換回路（１２０）と、
   前記電流変換回路に接続され、前記電流変換回路の出力電流を入力として、前記電流変換回路の出力電流を電圧に変換して信号として出力する信号生成回路（１２１）と、
   を有することを特徴とするセンサ信号生成装置。
2. 前記電流変換回路は、前記電圧印加回路と前記センサの一端の間に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ信号生成装置。
3. 前記電圧印加回路、前記電流変換回路及び前記信号生成回路は、ＩＣとして一体的に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ信号生成装置。
4. 前記電流変換回路は、カレントミラー回路であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ信号生成装置。

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