JP2005134283A

JP2005134283A - ２線式の電流出力センサ及び該センサ用ｉｃ

Info

Publication number: JP2005134283A
Application number: JP2003371827A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Hara; 宇史原
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-05-26
Also published as: EP1528399A2; US20060091879A1; US7208941B2; EP1528399A3

Abstract

【課題】２つの外部接続端子を任意に電源端子とＧＮＤ端子に入れ替え可能に構成した２線式の電流出力センサを提供する。
【解決手段】一方の端子に外部から電源電流が流入し他方の端子から外部に電源電流が流出する２つの外部接続端子Ｔａ，Ｔｂと、被検出体に対向位置して検出信号を出力可能な検出素子Ｓと、検出素子Ｓの検出信号に基づいて電源側に供給された電流を変化させて出力する信号処理回路１００と、２つの外部接続端子Ｔａ，Ｔｂのうち、電圧が高い方の外部接続端子Ｔａ，Ｔｂを信号処理回路１００の電源側ＶＩＮに接続し、電圧が低い方の外部接続端子Ｔａ，Ｔｂを信号処理回路１００の出力側ＯＵＴに接続するように、２つの外部接続端子Ｔａ，Ｔｂと信号処理回路１００間の接続を切り換える接続切換回路２００を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一方の端子に外部から電源電流が流入し他方の端子から外部に電源電流が流出する２つの外部接続端子と、被検出体に対向位置して検出信号を出力可能な検出素子と、前記検出素子の検出信号に基づいて電源側に供給された電流を変化させて出力する信号処理回路を備えた２線式の電流出力センサ、及び、該センサ用ＩＣに関する。

上記２線式の電流出力センサは、２つの外部接続端子の一方の端子を外部から電源電流が流入する電源端子とし、他方の端子を外部に電源電流が流出するＧＮＤ端子（出力端子）とし、且つ、ＧＮＤ端子から流出する電流（電流値）を検出素子の検出信号に応じて変化させて出力信号とする電流出力式のセンサである。したがって、この電流出力式センサへの供給線は電源端子とＧＮＤ端子（出力端子）に接続する２本の線だけでよい。

上記２線式の電流出力センサは、自動車等においてＡＢＳ用やＡＴ用の回転センサとして使用されることが多いが、従来では、２つの外部接続端子において電流の方向を固定して使用していた。すなわち、図７に示すように、例えば磁気検出素子（ホール素子）Ｓと検出素子Ｓの検出信号を処理する信号処理回路１００を内蔵した回転検出ＩＣ（電流出力ＩＣ）が実装されるセンサ本体１０に２つの外部接続端子Ｔ１，Ｔ２を設け、その一方の端子Ｔ１を電源端子に固定して上記回転検出ＩＣの電源側端子ＶＩＮに接続し、他方の端子Ｔ２をＧＮＤ端子に固定して上記回転検出ＩＣの電流出力側端子ＯＵＴに接続していた。なお、Ｒｓは外部に設けた検出抵抗である。

また、回転センサとして使用する上記２線式の電流出力センサでは、回転速度と共に回転方向を識別できるように、回転体（被検出体）の回転方向に応じて互いの位相関係が異なる回転検出信号を出力する２つの磁気検出素子を備えて、信号処理回路が回転体の回転方向の変化に応じて電流出力信号のプロトコルを異ならせる（例えば、回転方向により電流波形を異ならせる）ようにしている（特許文献１参照）。

特開平１０−３３２７２５号公報

従来の２線式の電流出力センサでは、検出素子面（検出素子によって被検出体を検出可能なセンサ面）が決まっていることに加えて、２つの外部接続端子Ｔ１，Ｔ２が外部から電源電流が供給される電源端子と外部に出力電流を取り出すＧＮＤ端子に固定されていたため、信号処理回路１００（具体的には、前記回転検出ＩＣ等）の実装配置が、図７のように、電源端子Ｔ１の近くに回転検出ＩＣの電源側端子ＶＩＮが位置し、ＧＮＤ端子Ｔ２の近くに回転検出ＩＣの電流出力側端子ＯＵＴが位置するＩＣの向きに制限される。また、センサ上での信号処理回路（回転検出ＩＣ）の実装位置に関係なく、２つの外部接続端子を任意に電源端子とＧＮＤ端子に入れ替えて使用できれば、センサに対する給電用のハーネス等の設計に自由度が増え、好都合である。

さらに、図８及び図９に示すように、例えば、ＡＢＳ用に用いられる左車輪回転センサと右車輪回転センサが左右対称形状の本体１０Ａ，１０Ｂを有し、且つ、コネクタＣＮの端子配置が同一の給電用ハーネスを使用する回転方向検出機能付きの回転センサにおいては、左車輪用と右車輪用で回転基準方向が異なるように回転検出センサ或いは回転検出ＩＣの回路を設定する必要がある。

すなわち、回転検出ＩＣの検出素子面がパッケージの１つの面（表面）に決まっているので、左車輪用の回転検出ＩＣ１と右車輪用の回転検出ＩＣ２の向きを左右反転させて検出面（表面）がロータＬに対向するように各センサ本体１０Ａ，１０Ｂに実装する必要がある。その結果、左車輪用センサでは、ロータＬの磁極を検出素子１、検出素子２の順で検出する回転方向のときにプロトコル１を出力し、反対方向のときにプロトコル２を出力するとしたとき、右車輪用センサでは、ロータＬの磁極を検出素子２、検出素子１の順で検出する回転方向のときにプロトコル１を出力し、反対方向のときにプロトコル２を出力するように、左車輪用と右車輪用に回転基準方向が異なる２種類の信号処理回路または信号処理ＩＣが必要となりコストアップになる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、２つの外部接続端子を任意に電源端子とＧＮＤ端子に入れ替え可能に構成した２線式の電流出力センサ、及び、該センサ用ＩＣを提供することにある。
第２の目的は、同等の検出感度を確保しながら、検出素子を収納したＩＣパッケージを用いて実装上の制限を軽減させることが可能な２線式の電流出力センサ、及び、該センサ用ＩＣを提供することにある。
さらに、第３の目的は、回転方向検出機能付きの１種類の回転検出ＩＣを左右対称のセンサ本体形状を有する回転センサに用いることができる２線式の電流出力センサを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る２線式の電流出力センサの第一の特徴構成は、一方の端子に外部から電源電流が流入し他方の端子から外部に電源電流が流出する２つの外部接続端子のうち、電圧が高い方の外部接続端子を前記信号処理回路の電源側に接続し、電圧が低い方の外部接続端子を前記信号処理回路の出力側に接続するように、前記２つの外部接続端子と前記信号処理回路間の接続を切り換える接続切換回路を備えている点にある。

すなわち、信号処理回路の電源側と出力側を、接続切換回路を介して２つの外部接続端子に接続すれば、センサに電源電流を供給し又センサから出力電流を取り出す外部回路の接続によって、２つの外部接続端子の何れが電源端子になり何れがＧＮＤ端子になる場合であっても、信号処理回路の電源側には２つの外部接続端子のうち電圧が高い方の端子（電源端子）を通して外部から電源電流が供給され、信号処理回路の出力側から２つの外部接続端子のうち電圧が低い方の端子（ＧＮＤ端子）を通して外部に検出素子の検出信号に応じた出力電流が取り出される。

従って、２つの外部接続端子を任意に電源端子とＧＮＤ端子に入れ替え可能に構成した２線式の電流出力センサが提供される。
なお、２つの外部接続端子に接続されるコネクタ等の電極配置（電源とＧＮＤ）が何らかのミスによって逆に接続された場合でも正常な動作が要求されるような特殊のシステムにおいて、本発明の２線式センサではフェールセーフが働いて、センサ機能が確保される点で有効である。

同第二の特徴構成は、上記第一の特徴構成に加えて、前記検出素子、前記信号処理回路及び前記接続切換回路を格納し、且つ前記接続切換回路に対する給電側及び出力側の２つの外部信号端子を有するＩＣが実装されている点にある。

すなわち、ＩＣに従来前記検出素子と前記信号処理回路を格納していたのに加えてさらに前記接続切換回路を格納し、且つ前記接続切換回路に対する給電側及び出力側の２つのＩＣの外部信号端子をそれぞれセンサの２つの外部接続端子に接続すれば、ＩＣ内の接続切換回路によって、センサの２つの外部接続端子の電圧の高低に応じて電源端子とＧＮＤ端子の入れ替えが行われる。この場合、ＩＣの２つの外部信号端子をセンサの２つの外部接続端子に接続する条件の下で、ＩＣの実装位置を極力制限なく設定することができる。

従って、センサの２つの外部接続端子を任意に電源端子とＧＮＤ端子とに入れ替えることを可能としながら、実装上の制限を一層軽減させることが可能な２線式の電流出力センサ、及び、該センサ用ＩＣの好適な実施形態が提供される。

同第三の特徴構成は、少なくとも前記検出素子がＩＣパッケージに格納されて実装されるとともに、前記ＩＣパッケージが前記検出素子から等距離に位置して対向する２つの検出面を備えている点にある。

すなわち、少なくとも前記検出素子を格納したＩＣパッケージを実装する場合に、検出素子から等距離に位置して対向するＩＣパッケージの２つの検出面の何れを表面にして被検出体に向けた状態でセンサに実装しても、検出素子から被検出体までの距離が等しくなり、同等の検出感度が得られる。

従って、同等の検出感度を確保しながら、例えばホールＩＣやＭＲ（磁気抵抗）ＩＣ等の検出素子を格納したＩＣパッケージを用いて実装上の制限を軽減させることが可能な２線式の電流出力センサ、及び、該センサ用ＩＣが提供される。

同第四の特徴構成は、上記第一から第三のいずれかの特徴構成に加えて、前記検出素子が、前記被検出体としての回転体の回転方向に応じて互いの位相関係が異なる回転検出信号を出力する２つ以上の検出素子で構成され、前記信号処理回路が、前記回転体の回転方向が識別できる状態で前記回転体の回転速度信号に対応して出力電流を変化させる点にある。

すなわち、２つ以上の検出素子が回転体の回転方向に応じて互いの位相関係が異なる回転検出信号を出力し、信号処理回路が回転体の回転方向が識別できる状態で回転体の回転速度信号に対応して出力電流を変化させ、この出力電流が前記外部接続端子から外部に出力される。
この場合、特に、第三の特徴構成と組み合わせて、左右対称のセンサ本体形状を有する回転方向検出機能付きの回転センサに用いる場合に、２つ以上の検出素子を格納した１種類の回転検出ＩＣの２つの検出面を表裏反転して左右の各センサ本体に実装しても、左右の回転センサで同一の回転基準方向にすることができるので、回転基準方向が異なる２種類の回転検出ＩＣを用意する必要がない。

従って、２つ以上の検出素子を内蔵し左右対称のセンサ本体形状を有する回転方向検出機能付きの回転センサに用いる２線式の電流出力センサにおいて、１種類の回転検出ＩＣを左右のセンサに使用して、コストアップを回避することができる２線式の電流出力センサの好適な実施形態が提供される。

本発明に係る２線式の電流出力センサ、及び、該センサ用ＩＣの実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明の２線式の電流出力センサは、一方の端子に外部から電源電流が流入し他方の端子から外部に電源電流が流出する２つの外部接続端子Ｔａ，Ｔｂと、被検出体に対向位置して検出信号を出力可能な検出素子Ｓと、前記検出素子Ｓの検出信号に基づいて電源側に供給された電流を変化させて出力する信号処理回路１００と、前記２つの外部接続端子Ｔａ，Ｔｂのうち、電圧が高い方の外部接続端子Ｔａ，Ｔｂを前記信号処理回路１００の電源側ＶＩＮに接続し、電圧が低い方の外部接続端子Ｔａ，Ｔｂを前記信号処理回路１００の出力側ＯＵＴに接続するように、前記２つの外部接続端子Ｔａ，Ｔｂと前記信号処理回路１００間の接続を切り換える接続切換回路２００を備えている。

図１には、ホール素子等の検出素子Ｓと信号処理回路１００が格納された従来の回転検出ＩＣを、端部に２つの外部接続端子Ｔａ，Ｔｂを設けたセンサ本体１０に実装して、この回転検出ＩＣの電源端子ＶＩＮが信号処理回路１００の電源側ＶＩＮに対応し、回転検出ＩＣの電流出力端子ＯＵＴが信号処理回路１００の出力側ＯＵＴに対応する例を示す。なお、図１では、被検出体は図示していないが、ロータ等の回転体が被検出体になる。

そして、接続切換回路２００は、外部接続端子Ｔａの電圧Ｖａと外部接続端子Ｔｂの電圧Ｖｂを比較して、Ｖａ＞Ｖｂ＋Ｖ１のときに、外部接続端子Ｔａを回転検出ＩＣの電源端子ＶＩＮ（信号処理回路１００の電源側ＶＩＮ）に、外部接続端子Ｔｂを回転検出ＩＣの電流出力端子ＯＵＴ（信号処理回路１００の出力側ＯＵＴ）にそれぞれ接続し、また、Ｖａ＜Ｖｂ＋Ｖ２のときに、外部接続端子Ｔａを回転検出ＩＣの電流出力端子ＯＵＴ（信号処理回路１００の出力側ＯＵＴ）に、外部接続端子Ｔｂを回転検出ＩＣの電源端子ＶＩＮ（信号処理回路１００の電源側ＶＩＮ）にそれぞれ接続する。なお、上式中のＶ１，Ｖ２は切換動作を安定に行うために設けた閾値である。

図２には、図１における接続切換回路２００の具体的な回路の一例を示す。即ち、トランジスタやダイオード等の部品を使用した簡単な切換スイッチ回路によって接続切換回路２００を構成している。以上の構成により、外部接続端子Ｔａに外部電源を接続し外部接続端子ＴｂにＧＮＤ側の電流出力回路を接続した場合、逆に、外部接続端子ＴａにＧＮＤ側の電流出力回路を接続し外部接続端子Ｔｂに外部電源を接続した場合のいずれにおいても、２線式の電流出力センサの内部で信号処理回路１００に対して正常に給電されて、正常なセンサ機能が確保されるように接続切換が行われる。

図３には、前記検出素子Ｓ、前記信号処理回路１００及び前記接続切換回路２００を格納し、且つ前記接続切換回路２００に対する給電側及び出力側の２つの外部信号端子Ｔα、Ｔβを有する新タイプのＩＣ３が実装されている２線式の電流出力センサの例を示す。即ち、図２においてトランジスタやダイオード等の外付け部品で構成した切換スイッチ回路をＩＣ３の内部回路として形成している。

そして、図４に基づいて上記接続切換回路２００内蔵のＩＣ３によって実装配置の制約が大幅に解消されることを説明すると、図４（イ）の配置を基準として、２つの外部接続端子Ｔａ，Ｔｂに対する外部電源、ＧＮＤの接続状態は変えずに、図４（ロ）に、ＩＣ３の向きを上下反転して実装して、ＩＣ３の２つの外部信号端子Ｔα、Ｔβを最短経路で２つの外部接続端子Ｔａ，Ｔｂに接続するような実装が可能となる。なお、ＩＣ３においては検出素子Ｓの検出面が決まっているので、例えば図４（イ）において検出面が紙面の表側であれば、図４（ロ）では、検出面が紙面の裏側になるように実装する必要がある。

次に、前記検出素子Ｓ、前記信号処理回路１００及び前記接続切換回路２００を格納した別のタイプのＩＣ４について説明する。
即ち、図５に示すように、前記検出素子ＳがＩＣ４のＩＣパッケージ１１に格納されて実装されるとともに、前記ＩＣパッケージ１１が前記検出素子Ｓから等距離ｋ１、ｋ２に位置して対向する２つの検出面１１ａ，１１ｂを備えている。なお、この実施形態では、少なくとも前記検出素子Ｓが上記のような２つの検出面１１ａ，１１ｂを備えたＩＣパッケージに格納されて実装されていればよい。

なお、図５においては、前記検出素子Ｓが、単一の素子ではなく、被検出体としての回転体（ロータＬ）の回転方向に応じて互いの位相関係が異なる回転検出信号を出力する２つの検出素子Ｓ１，Ｓ２で構成されている。ここで、図示はしないが、検出素子Ｓを回転体（ロータＬ）の回転方向に応じて互いの位相関係が異なる回転検出信号を出力する２つ以上の検出素子で構成することができる。また、前記信号処理回路１００が、回転体（ロータＬ）の回転方向が識別できる状態で回転体（ロータＬ）の回転速度信号に対応して出力電流を変化させるように構成されている（図６参照）。

そして、上記ＩＣ４をＡＢＳ用等の左右の車輪の回転検出（図９参照）に適用した例を図６に示す。
左車輪用のセンサ本体１０Ａにおいて、ＩＣ４のパッケージ１１の一方の検出面（表面）１１ａを左車輪のロータＬに検出ギャップｇで対向させ、左車輪のロータＬが図に示す正回転方向のときに検出素子Ｓ１、検出素子Ｓ２の順で検出するようにＩＣ４を実装するとともに、同一のＩＣ４の姿勢で、右車輪用のセンサ本体１０Ｂにおいて、ＩＣ４のパッケージ１１の他方の検出面（裏面）１１ｂを右車輪のロータＬに同一の検出ギャップｇで対向させ、図に示す正回転方向のときに検出素子Ｓ１、検出素子Ｓ２の順で検出するようにＩＣ４を実装することが可能となる。つまり、左右の回転センサで基準回転方向が同じであるので、同じプロトコルの１種類のＩＣ４を用いることができる。

〔別実施形態〕
上記実施形態では、被検出体を回転体（ロータＬ）としたが、回転体（ロータＬ）以外の各種対象物を被検出体とすることが可能である。

また、検出素子Ｓ，Ｓ１，Ｓ２について、ホール素子等の磁気検出素子以外の各種の検出素子で構成することが可能である。

本発明に係る２線式の電流出力センサの基本構成を示すブロック図本発明に係る２線式の電流出力センサの具体構成を示すブロック図本発明に係る２線式の電流出力センサの具体構成を示すブロック図図３の２線式の電流出力センサの使用状態を示す図本発明に係る他の２線式の電流出力センサの構成を示す断面図図５の２線式の電流出力センサの使用状態を示す図従来の２線式の電流出力センサの構成を示すブロック図従来の２線式の電流出力センサの使用状態を示す図２線式の電流出力センサを左右車輪の回転検出に適用した状態を示す斜視図

符号の説明

１１ＩＣパッケージ
１１ａ，１１ｂ２つの検出面
１００信号処理回路
２００接続切換回路
Ｌ被検出体（回転体）
Ｓ検出素子
Ｓ１，Ｓ２２つ以上の検出素子
Ｔａ，Ｔｂ２つの外部接続端子
Ｔα，Ｔβ ２つの外部信号端子

Claims

一方の端子に外部から電源電流が流入し他方の端子から外部に電源電流が流出する２つの外部接続端子と、被検出体に対向位置して検出信号を出力可能な検出素子と、前記検出素子の検出信号に基づいて電源側に供給された電流を変化させて出力する信号処理回路を備えた２線式の電流出力センサであって、
前記２つの外部接続端子のうち、電圧が高い方の外部接続端子を前記信号処理回路の電源側に接続し、電圧が低い方の外部接続端子を前記信号処理回路の出力側に接続するように、前記２つの外部接続端子と前記信号処理回路間の接続を切り換える接続切換回路を備えている２線式の電流出力センサ。
前記検出素子、前記信号処理回路及び前記接続切換回路を格納し、且つ前記接続切換回路に対する給電側及び出力側の２つの外部信号端子を有するＩＣが実装されている請求項１記載の２線式の電流出力センサ、及び、該センサ用ＩＣ。
一方の端子に外部から電源電流が流入し他方の端子から外部に電源電流が流出する２つの外部接続端子と、被検出体に対向位置して検出信号を出力可能な検出素子と、前記検出素子の検出信号に基づいて電源側に供給された電流を変化させて出力する信号処理回路を備えた２線式の電流出力センサ、及び、該センサ用ＩＣであって、
少なくとも前記検出素子がＩＣパッケージに格納されて実装されるとともに、前記ＩＣパッケージが前記検出素子から等距離に位置して対向する２つの検出面を備えている２線式の電流出力センサ、及び、該センサ用ＩＣ。
前記検出素子が、前記被検出体としての回転体の回転方向に応じて互いの位相関係が異なる回転検出信号を出力する２つ以上の検出素子で構成され、
前記信号処理回路が、前記回転体の回転方向が識別できる状態で前記回転体の回転速度信号に対応して出力電流を変化させる請求項１〜３のいずれかに記載の２線式の電流出力センサ。