JPH06160427A - 回転センサ及びその故障検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 感磁素子を用いて故障の少ない回転センサを
形成し、その故障検出を簡易に行なえる方法を確立す
る。 【構成】 回転センサは、２つの磁気抵抗素子１ａ、１
ｂと、その背後に発熱用の抵抗体４ａ、４ｂと、電気的
絶縁層９を介して設けられ、磁石の磁束を伝える磁極子
３と、磁石２とを互いに接して設け、これらセンサ構成
部をケース本体６内にポッティング材７で固定して成
る。５はケーブル、８は回転ロータである。回転停止時
に発熱用の抵抗体４ａ、４ｂの通電により故障検知でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車の車輪等の回
転速度を検出する回転センサ及び故障検出方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車の車輪の回転を制動するアンチロ
ックシステム等に利用される回転センサには、その性質
上極めて高い信頼性が要求される。

【０００３】かかる自動車用の回転センサとしては、セ
ンサ検出部に電磁発電信号発生用のコイルを持つ電磁誘
導型回転センサと、半導体や金属薄膜の感磁素子を応用
した感磁素子型回転センサがある。後者の例としては、
例えば実開平３−４６８２０号公報、あるいは実開平３
−４６８２１号公報に開示されているものなどがある。

【０００４】上記いずれかの回転センサをアンチロック
システム等のような電子制御回路の構成の一部として使
用する場合は、極めて高い信頼性が要求され、従って一
般には回転センサが故障していないか走行前に電子制御
回路により自己診断する機能が設けられている。このよ
うな自己診断機能を有する例は、たとえば特開平３−２
５８６４５号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記公報等
の電子制御回路に電磁誘導回転センサを使用する場合、
この型式の回転センサは故障モードがコイルの断線に集
約されているので、電磁発電用のコイルに常に通電して
おけば断線、即ち故障を検知できる。

【０００６】ところが、感磁素子型回転センサでは、故
障モードが断線だけではなく、種々の故障モードがあり
複雑なため、検出素子部に通電しその状態をチェックす
るだけでは故障検知としては十分でない。このように、
故障の自己診断が困難であることや、電磁誘導型に比べ
て信頼性が低いことなどの理由から、アンチロックシス
テムのような高い信頼性を要するシステムには一般に用
いられていなかったのである。

【０００７】この発明は、上述した従来の回転センサ及
びその故障検出方法の現状に留意して、感磁素子を用い
て故障検知が容易な構成の回転センサと、この回転セン
サを用いて自動車の停止時でも故障を確実にかつ容易に
検出し得る故障検出方法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
としてこの発明は、センサロータに対向配置される回転
センサのケース本体内に、磁界の変化の電気信号の変化
として検出する感磁素子を備え、上記感磁素子の周辺に
故障検出のための発熱抵抗体を設けた回転センサの構成
としたのである。

【０００９】この場合、前記感磁素子を２つ設け、前記
発熱抵抗体を２つの素子群の各々の近くに組み込み、２
つの素子群の差動出力により回転信号を得るように構成
するのが好ましい。

【００１０】そして、上記いずれの場合も前記感磁素子
の後端面に前記発熱抵抗体が接して設けられ、この発熱
抵抗体は電気的絶縁層を介して磁極子と接しているよう
に構成することができる。

【００１１】あるいは、前記感磁素子を基板上に形成
し、同じ基板上に前記発熱抵抗体を形成したものとして
もよい。

【００１２】さらに、前記感磁素子を半導体チップ内に
形成すると共に前記発熱抵抗体も同一チップ内に形成し
たものとしてもよい。

【００１３】そして、いずれの場合も前記発熱抵抗体に
印加する電流波形の発生回路がセンサ内に内蔵されてい
るようにするとよい。

【００１４】さらに、上記の第二の課題を解決する手段
として、回転センサのケース本体内に感磁素子を設け、
感磁素子の周辺に発熱抵抗体を設けた回転センサに対
し、これと対向して設けられる回転体が静止状態で上記
抵抗体に通電し、感磁素子から発生する信号を検出して
感磁素子およびその関連するの電気回路の正常又は異常
を検出する回転センサの故障検出方法を採用することが
できる。

【００１５】この場合、前記発熱抵抗体を２つ設け、そ
の一方に交流もしくは矩形波電流を印加し、もう一方は
１８０°位相のずれた一定周期で間断する通電を印加
し、これにより発生する熱により変化する回転に相当す
る信号を発生させ、前記感磁素子及びその関連する電気
回路の正常又は異常を検出するようにするとよい。

【００１６】あるいは、前記発熱抵抗体を２つ設け、そ
の各々に対して一度ずつ一定時間の通電を行い、発生す
る熱により変化するセンサ信号を用いて前記感磁素子及
びその関連する電気回路の正常又は異常を検出するよう
にしてもよい。

【００１７】

【実施例】以下この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１８】図１は第一実施例の回転センサの断面図で
ある。磁気抵抗素子１はＩｎＳｂを用いた２つの素子１
ａ、１ｂとから成り、これに接して電熱変換用のＮｉＣ
ｒ系の２つの抵抗体４ａ、４ｂと、ポリイミド膜から成
る電気的絶縁層９、磁性体（軟鉄）から成る磁極子３、
磁石２がこの順序で互いに接して設けられている。

【００１９】磁極子３は、２つの磁気抵抗素子１ａ、１
ｂの各々に磁束を伝えるために、二叉のコ字状に形成さ
れている。磁気抵抗素子１ａ、１ｂにはケーブル５を通
じて電源が供給されると共にその出力信号もケーブル５
を通じて外に導出される。

【００２０】又、図２に示すように、磁気抵抗素子１
ａ、１ｂと組合せてブリッジ回路を構成するために固定
抵抗１ｃ、１ｄが設けられている（図１では図示省略）
の抵抗体４ａ、４ｂにもケーブル５を通じて故障検出用
の電流が印加される。

【００２１】上記１〜４のセンサ構成部品はケース本体
６内にポッティング材７によりモールドされ固定されて
いる。８は磁性体から成る歯車状の回転ロータであり、
上記回転センサはこの回転ロータ８に対向配置される。

【００２２】以上のように構成したこの実施例の回転セ
ンサは、故障のない通常の状態では回転ロータ８が回転
すると磁気抵抗素子１ａ、１ｂより差動出力電圧が発生
し、回転体の速度に応じて周波数の電圧信号が発生す
る。

【００２３】上記検知信号は次のようにして得られる。
回転ロータ８が回転しているとき、ある瞬間に磁気抵抗
素子１ａの側に回転ロータ８の山が相対し、１ｂ側に谷
が相対しているとすると、１ａ側に大きな磁束密度が発
生し、抵抗も大である。このとき１ｂ側は磁束密度は小
さく、抵抗も小である。

【００２４】回転ロータ８の回転が進み、１ａ側に他
に、１ｂ側に山が相対する位相になると、上記と逆の状
態となり、出力端子５ａ、５ｂには回転ロータ８の回転
に伴なって交流電圧が発生する。

【００２５】以上のようにしてこの回転センサでは回転
速度の情報が得られるが、故障検出は次のようにして行
なう。磁気抵抗素子は、磁束密度に対してだけでなく、
温度に対しても大きく抵抗値を変化させる。回転停止時
には信号が発生していないが、その停止時に抵抗体４
ａ、４ｂに図３の（ａ）のような矩形波の電流を互いに
高電圧の位相が逆位相となるように印加すると、磁気抵
抗素子の温度が上昇する。通電を停止すると温度が低下
する。従って、２つの磁気抵抗素子１ａ、１ｂの温度も
逆位相で変動すると、回転ロータ８の回転時と同様な信
号が差動出力として得られる。

【００２６】この差動出力の波形は、磁気抵抗素子１が
正常であれば、図３（ｂ）に示すように、一般に正弦波
状となる。しかし、もし磁気抵抗素子１に断線もしくは
感度異常の不具合等の故障が生じているときは上記電圧
波形は、正弦波状とならず、その信号変化の有無又は信
号の周期をとらえて磁気抵抗素子１の故障を検出するこ
とができる。

【００２７】上記実施例では、回転ロータ８が回転して
いない自動車の停止状態でもセンサの正常又は異常を検
出できる。２つの磁気抵抗素子１ａ、１ｂの後端面に電
熱変換用の抵抗体４ａ、４ｂがあるので、素子と回転ロ
ータ間のギャップが小さくでき、センサ出力を高く保持
できる（ギャップが拡大するとセンサ出力は低下す
る）。

【００２８】又、電熱変換用の抵抗体４ａ、４ｂが電気
的絶縁層９を介して磁極子３と接しているので、発熱し
た熱は磁極子３を通して放出され、素子部に蓄熱されな
い。従って、前述のように抵抗体４ａ、４ｂに対するＯ
Ｎ、ＯＦＦの繰返し通電に応答して素子部の温度変化が
生じるのである。

【００２９】さらに、磁極子３がヒートシンク材として
の役目を兼ねているので別部品を必要とせず、コストア
ップを抑えることができる。

【００３０】図４は第二実施例の回転センサの断面を示
す。この実施例では回転ロータ８は磁石にＮ、Ｓの極を
交互に着磁したものが使用され、機能的には軟鉄系のも
のと同様の機能を果す。但し、この場合はセンサ内にオ
フセット用の磁石（第一実施例の２）は不要である。

【００３１】磁気抵抗素子１は、第一実施例と同様に、
２つの素子１ａ、１ｂが用いられ、この場合はそれぞれ
ＦｅＮｉ系の薄膜磁気抵抗素子である。この２つの磁気
抵抗素子１ａ、１ｂは回路基板１０に設けられ、この素
子の両側にはＮｉＣｒ系の薄膜ヒータから成る抵抗体４
ａ、４ｂが形成されている。

【００３２】磁気抵抗素子１ａ、１ｂで検出されされる
信号及び抵抗体４ａ、４ｂに電流を通電するため端子１
１を介してそれぞれの素子、それぞれの素子、抵抗体は
もう１つの回路基板１２と接続されている。この回路基
板１２にはコンパレータ等を含み検出信号を波形成形し
て２値化するための波形成形手段や電源端子などが含ま
れている。

【００３３】５はケーブル、６はステンレス製のケー
ス、７はポッティング材である。

【００３４】以上のように構成したこの第二の実施例の
回転センサも、通常の回転中での回転速度の検出につい
ては第一実施例と基本的に同じようにして得られる。但
し、この例では回転速度の進行は２値化信号として得ら
れる。

【００３５】故障検出は次のようにして行なう。回転停
止状態で、図５、図６に示すように、抵抗体４ａ、４ｂ
に位相のずれたパルス電流を各々１回通電する。この時
抵抗体４ａ、４ｂからの発熱により磁気抵抗素子１ａ、
１ｂの抵抗値が変化すると、センサから出力電圧も図６
（ａ）又は（ｂ）のように変化する。

【００３６】このとき、（ａ）もし磁気抵抗素子１ａの
側に回転ロータ８のＮが対応している場合、出力電圧波
形の記号Ｖ_L の間では１ａにさらに高い磁束密度が発生
するだけであり、Ｌｏｗレベルの信号電圧の出力に変化
はない。

【００３７】抵抗体４ｂへ電圧を印加している間では、
１ａには回転ロータ８のＮが対応し高い磁束密度の磁界
が生じているが、抵抗体４ｂに通電されるためそれ以上
の磁束密度が１ｂ側に発生し、あたかも回転ロータ８の
山が１ｂ側にずれたかのようになり、信号電圧がＬｏｗ
（Ｖ_L ）からＨｉｇｈ（Ｖ_H ）レベルに入れ替わる。

【００３８】反対にもし磁気抵抗素子１ｂ側に回転ロー
タ８のＮがある場合は、（ｂ）に示すよう、抵抗体４ａ
に通電されたときに信号電圧Ｖ_L 入れ替わる。

【００３９】従って、抵抗体４ａ、４ｂに１回ずつのパ
ルス波形の電圧を印加すると、ロータのＮの位置に拘ら
ず、ＬｏｗまたはＨｉｇｈの信号が必ず１度発生する。
かかる信号を検出したときは正常であるが、検出されな
いときは磁気抵抗素子１に何らかの異常があり、この正
常又は異常の信号を検出して故障診断ができる。

【００４０】この実施例では、感磁素子と電熱変換抵抗
体が同一の基板上に形成されているので位置によるバラ
ツキが少なく、安定した性能が得られる。

【００４１】又、印加電圧はプラス側の電圧のみでよい
から電気回路が容易に形成でき、コイル１回だけのパル
スを入力するだけでよいから回路構成から簡単であると
いう利点がある。

【００４２】さらに、抵抗体に印加する電流の波形成形
回路がセンサ内に組み込まれているので、外部からは自
己診断信号を入力するだけでよく、外部回路の構成が簡
単である。又この場合、自己診断信号用の信号線を１本
追加するだけでよいが、外部からの電流を印加しようと
すると抵抗体４ａ、４ｂにそれぞれ最低１本ずつ、計２
本のケーブル線を必要とし複雑になるが、この実施例で
は、このような信号線は不要である。

【００４３】図７、図８は第三実施例の回転センサの断
面又は回路図を示す。この実施例では、ホールＩＣ２１
は内部にホール素子部と信号処理回路等がプラスチック
シールで一体化されたシリコン製のチップが封入された
表面実装型のものである。

【００４４】ホール素子は通常特性の平均化の目的で１
ケ所に４〜８個作りそれらを電気的に足し合せて１群の
ホール素子２１ａとし、同様にして作られたもう１つの
群のホール素子２１ｂを用いて、その出力の信号処理回
路２２を経由して、それらの差動出力に応じた信号を発
生する。

【００４５】上記ホールＩＣ２１は２つのホール素子群
の近くには第二実施例と同様に発熱用の抵抗体２４ａ、
２４ｂが組み込まれている。

【００４６】外部の温度が変った場合は、２つの素子群
が同時に同様な出力をだすため出力をキャンセルして温
度補償する。

【００４７】この実施例の回転センサによる通常の回転
速度の検出も第二実施例とほぼ同様にして検出させる。

【００４８】故障検知の方法は次のようにして行なう。
回転停止時に外部からの自己診断信号に基づいて信号処
理回路内に設けられた矩形波形成手段（図示処理）で矩
形波を形成して発熱用の抵抗体４ａ、４ｂに加える。

【００４９】この場合、図９（ａ）に示すように、抵抗
体４ａ、４ｂに対して１８０°位相の異なる矩形波の電
圧を加える。これにより２つのホール素子群のバランス
がくずれ、（ｂ）に示すような出力パルス列の信号が得
られる。

【００５０】従って、回路構成が正常であれば上記パル
ス列の信号が得られるが、故障時には上記パルス列が無
くなったりするため、その信号の有無、周期等により故
障が検知できる。

【００５１】この実施例では、感磁素子と同一の半導体
チップ内に抵抗体が形成されているので、特性のバラツ
キが小さく、かつは半導体内で作り込むため部品の増加
がなくコスト増大を抑えることができる。

【００５２】

【効果】以上詳細に説明したように、この発明では、回
転センサ内に感磁素子を設け、その周辺に発熱抵抗体を
設けた回転センサの構成としたから、感磁素子を用いて
いても故障検知が容易でかつ構成が簡単な回転センサを
得ることができる。

【００５３】又、この回転センサに対して静止状態でそ
のコイルに通電すると感磁素子から得られる信号を検出
することにより感磁素子とその関連する電気回路の正常
又は異常が検出でき、自動車の停止時でも故障検知でき
る方法が得られるという利点がある。

【００５４】従って、これによりこの発明の回転センサ
の信頼性は飛躍的に向上し、アンチロックシステム等、
回転センサの高度の信頼性が要求されるシステムに応用
すると効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例の回転センサの断面図

【図２】同上回転センサ内の電気回路

【図３】同上の印加電圧と出力電圧の波形図

【図４】第二実施例の回転センサの断面図

【図５】同上の印加電圧の波形図

【図６】同上の出力電圧の波形図

【図７】第三実施例の回転センサの断面図

【図８】同上の電気回路

【図９】同上の抵抗体印加電圧と出力電圧の波形図

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ 磁気抵抗素子 ２ 磁石 ３ 磁極子 ４、４ａ、４ｂ 発熱用の抵抗体 ５ ケーブル ６ ケース本体 ７ ポッティング材 ８ 回転ロータ ９ 電気的絶縁層 １０ 回路基板 １１ 端子 １２ 回路基板 ２１ ホールＩＣ ２１ａ、２１ｂ ホール素子群 ２４ａ、２４ｂ 発熱用の抵抗体

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサロータに対向配置される回転セン
   サのケース本体内に、磁界の変化の電気信号の変化とし
   て検出する感磁素子を備え、上記感磁素子の周辺に故障
   検出のための発熱抵抗体を設けたことを特徴とする回転
   センサ。
2. 【請求項２】 前記感磁素子を２つ設け、前記発熱抵抗
   体を２つの素子群の各々の近くに組み込み、２つの素子
   群の差動出力により回転信号を得るようにしたことを特
   徴とする請求項１に記載の回転センサ。
3. 【請求項３】 前記感磁素子の後端面に前記発熱抵抗体
   が接して設けられ、この発熱抵抗体は電気的絶縁層を介
   して磁極子と接していることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の回転センサ。
4. 【請求項４】 前記感磁素子を基板上に形成し、同じ基
   板上に前記発熱抵抗体を形成したことを特徴とする請求
   項１又は２に記載の回転センサ。
5. 【請求項５】 前記感磁素子を半導体チップ内に形成す
   ると共に前記発熱抵抗体も同一チップ内に形成したこと
   を特徴とする請求項１又は２に記載の回転センサ。
6. 【請求項６】 前記発熱抵抗体に印加する電流波形の発
   生回路がセンサ内に内蔵されていることを特徴とする請
   求項１乃至５のいずれかに記載の回転センサ。
7. 【請求項７】 回転センサのケース本体内に感磁素子を
   設け、感磁素子の周辺に発熱抵抗体を設けた回転センサ
   に対し、これと対向して設けられる回転体が静止状態で
   上記抵抗体に通電し、感磁素子から発生する信号を検出
   して感磁素子およびその関連するの電気回路の正常又は
   異常を検出する回転センサの故障検出方法。
8. 【請求項８】 前記発熱抵抗体を２つ設け、その一方に
   交流もしくは矩形波電流を印加し、もう一方は１８０°
   位相のずれた一定周期で間断する通電を印加し、これに
   より発生する熱により変化する回転に相当する信号を発
   生させ、前記感磁素子及びその関連する電気回路の正常
   又は異常を検出することを特徴とする請求項７に記載の
   回転センサの故障検出方法。
9. 【請求項９】 前記発熱抵抗体を２つ設け、その各々に
   対して一度ずつ一定時間の通電を行い、発生する熱によ
   り変化するセンサ信号を用いて前記感磁素子及びその関
   連する電気回路の正常又は異常を検出することを特徴と
   する請求項７に記載の回転センサの故障検出方法。