検出装置および電流センサ
【課題】増幅率が予め定められた増幅率であるかを判定することができる検出装置および電流センサを提供する。
【解決手段】実施の形態に係る検出装置１は、主に、検出対象の変化を検出して検出信号を出力するホールセンサ２と、ホールセンサ２から出力された検出信号を増幅して第１の増幅信号を出力する増幅部３と、増幅部３に入力して第２の増幅信号として出力される基準電圧を増幅部３に供給する基準電圧供給部４と、入力する制御信号に基づいてホールセンサ２と増幅部３との接続、または増幅部３と基準電圧供給部４との接続を切り替える切替部５と、増幅部３に予め定められた増幅率と、第２の増幅信号から得られる増幅率と、を比較した結果を比較信号として出力する比較部６と、を備える。
【解決手段】実施の形態に係る検出装置１は、主に、検出対象の変化を検出して検出信号を出力するホールセンサ２と、ホールセンサ２から出力された検出信号を増幅して第１の増幅信号を出力する増幅部３と、増幅部３に入力して第２の増幅信号として出力される基準電圧を増幅部３に供給する基準電圧供給部４と、入力する制御信号に基づいてホールセンサ２と増幅部３との接続、または増幅部３と基準電圧供給部４との接続を切り替える切替部５と、増幅部３に予め定められた増幅率と、第２の増幅信号から得られる増幅率と、を比較した結果を比較信号として出力する比較部６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置および電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、空隙を有するリング状とされ、該リング状の中心部に挿入された被測定対象を流れる被測定電流によって発生した磁束を集束する磁性体コアと、磁性体コアの空隙に配置され、磁束に応じた電気信号を出力するホール素子と、所定の検査電流を流すことで発生する所定の磁束をホール素子に印加する検査導線と、ホール素子から出力されるホール信号を増幅する増幅器と、を有する電流センサ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この電流センサ装置は、被測定対象に被測定電流が流れていなく、検査導線に検査電流を流した状態とした時に、ホール素子から出力され、増幅器で増幅されたホール信号に基づいて、ホール素子の故障が判断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３３７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の電流センサ装置は、正しい増幅率でホール素子のホール信号を増幅しているのかを確認できないため、予定されたホール信号が出力されなかったとき、ホール素子の故障なのか、増幅器の増幅率が予め設定された増幅率と異なるためなのか、を判断することができない問題があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、増幅率が予め定められた増幅率であるかを判定し、感度の異常を検出することができる検出装置および電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、検出対象の変化を検出して検出信号を出力する検出部と、検出部から出力された検出信号を増幅して第１の増幅信号を出力する増幅部と、増幅部に入力して第２の増幅信号として出力される基準電圧を増幅部に供給する基準電圧供給部と、入力する制御信号に基づいて検出部と増幅部との接続、または増幅部と基準電圧供給部との接続を切り替える切替部と、増幅部に予め定められた増幅率と、第２の増幅信号から得られる増幅率と、を比較した結果を比較信号として出力する比較部と、を備えた検出装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、増幅率が予め定められた増幅率であるかを判定し、感度の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係る検出装置のブロック図である。
【図２】図２は、第２の実施の形態に係る検出装置のブロック図である。
【図３】図３（ａ）は、第３の実施の形態に係る電流センサと三相モータの関係を示す概略図であり、(ｂ)は、三相モータの３つの電流と三相モータの回転角の関係を示す概略図であり、（ｃ）は、比較例１に係る電流センサと三相モータの関係を示す概略図であり、（ｄ）は、比較例２に係る電流センサと三相モータの関係を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施の形態の要約］
実施の形態に係る検出装置は、検出対象の変化を検出して検出信号を出力する検出部と、検出部から出力された検出信号を増幅して第１の増幅信号を出力する増幅部と、増幅部に入力して第２の増幅信号として出力される基準電圧を増幅部に供給する基準電圧供給部と、入力する制御信号に基づいて検出部と増幅部との接続、または増幅部と基準電圧供給部との接続を切り替える切替部と、増幅部に予め定められた増幅率と、第２の増幅信号から得られる増幅率と、を比較した結果を比較信号として出力する比較部と、を備える。
【００１１】
[第１の実施の形態]
（検出装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係る検出装置のブロック図である。この検出装置１は、例えば、増幅率が予め定められた増幅率であるかを判定し、感度の異常を検出する。なお、本実施の形態に係る検出装置１は、車両に搭載されているものとするが、これに限定されない。
【００１２】
この検出装置１は、主に、検出対象の変化を検出して検出信号を出力する検出部としてのホールセンサ２と、ホールセンサ２から出力された検出信号を増幅して第１の増幅信号を出力する増幅部３と、増幅部３に入力して第２の増幅信号として出力される基準電圧を増幅部３に供給する基準電圧供給部４と、入力する制御信号に基づいてホールセンサ２と増幅部３との接続、または増幅部３と基準電圧供給部４との接続を切り替える切替部５と、増幅部３に予め定められた増幅率と、第２の増幅信号から得られる増幅率と、を比較した結果を比較信号として出力する比較部６と、を備えて概略構成されている。
【００１３】
また、検出装置１は、例えば、制御部７と、メモリ８と、を備えている。さらに、検出装置１は、例えば、２つのモードを有している。第１のモードは、例えば、増幅部３の増幅率から感度の異常を検出するモードである。第２のモードは、例えば、ホールセンサ２からの出力を増幅して出力するモードである。
【００１４】
ホールセンサ２は、ホール効果を利用した磁気センサであり、例えば、図１に示すように、４つの端子２０〜端子２３を有する。このホールセンサ２は、例えば、定電流駆動され、印加された磁場に基づく電圧の変化を出力するように構成されている。また、ホールセンサ２は、例えば、磁場が印加される検出面を有する。このホールセンサ２は、例えば、端子２０と端子２１の中心を結ぶ直線が、端子２２と端子２３の中心を結ぶ直線と直交し、さらに、この２つの直線で作る平面が、検出面を構成している。
【００１５】
端子２０は、例えば、入力端子１０と電気的に接続され、定電流Ｉｃｃが供給されている。端子２１は、例えば、ＧＮＤ端子１１と電気的に接続されている。このＧＮＤ端子１１は、例えば、接地されている。
【００１６】
端子２２は、例えば、スイッチ５０と電気的に接続されている。端子２３は、例えば、スイッチ５１と電気的に接続されている。
【００１７】
このホールセンサ２は、例えば、検出面に印加された磁場の検出面に垂直な成分により、端子２２側に発生した電位（分圧Ｖ１２）、および端子２３側に発生した電位（分圧Ｖ３４）を、端子２２および端子２３を介して出力するように構成されている。なお、一般的なホールセンサは、磁場が印加されていない状態、または磁場が検出できないほど小さい状態であっても端子２２および端子２３にゼロではない不平衡電圧（オフセット電圧）が生じるが、本実施の形態に係るホールセンサ２は、磁場が印加されていない状態、または磁場が検出できないほど小さい状態であっても、オフセット電圧がゼロとなるように構成されているものとする。なお、検出装置１の初期状態とは、例えば、ホールセンサ２に磁場が印加されていない状態、または磁場が検出できないほど小さい状態を示し、分圧Ｖ１２および分圧Ｖ３４を差動増幅した増幅信号がゼロとなる状態であるものとする。
【００１８】
増幅部３は、例えば、オペアンプ３０と、入力抵抗３１と、帰還抵抗３２と、を備えている。オペアンプ３０の反転入力端子（−）は、例えば、入力抵抗３１が電気的に接続されている。また、オペアンプ３０の非反転入力端子（＋）は、例えば、後述する切替部５のスイッチ５１およびスイッチ５３が電気的に接続されている。この入力抵抗３１は、例えば、抵抗値がＲ１である。帰還抵抗３２は、例えば、抵抗値がＲ２である。よって、増幅部３の増幅率は、Ｒ２／Ｒ１である。
【００１９】
オペアンプ３０の反転入力端子（−）は、例えば、切替部５のスイッチ５０がオン状態にあるとき、分圧Ｖ１２が、スイッチ５０および入力抵抗３１を介して入力する。また、オペアンプ３０の非反転入力端子（＋）は、例えば、切替部５のスイッチ５１がオン状態にあるとき、分圧Ｖ３４が、スイッチ５１を介して入力する。
【００２０】
オペアンプ３０の出力端子は、例えば、切替部５のスイッチ５４および出力端子１２に電気的に接続されている。
【００２１】
基準電圧供給部４は、例えば、第１の基準電圧としての基準電圧Ｖ１および第２の基準電圧としての基準電圧Ｖ２を生成し、切替部５を介して増幅部３に供給するように構成されている。基準電圧供給部４は、一例として、オペアンプ３０の反転入力端子（−）側には、基準電圧Ｖ１を供給し、非反転入力端子（＋）側には、基準電圧Ｖ２を供給するように構成されている。
【００２２】
検出装置１が第１のモードであるとき、基準電圧供給部４は、一例として、５ｖの基準電圧Ｖ１、および０ｖの基準電圧Ｖ２を生成する。
【００２３】
切替部５は、例えば、スイッチ５０〜スイッチ５４を備えている。切替部５は、例えば、後述する制御部７から出力されるスイッチ制御信号により、オン状態とオフ状態とを切り替えられるように構成されている。
【００２４】
スイッチ５０は、例えば、一端がホールセンサ２の端子２２に電気的に接続され、他端が増幅部３の入力抵抗３１とスイッチ５２と、に電気的に接続されている。
【００２５】
スイッチ５１は、例えば、一端がホールセンサ２の端子２３に電気的に接続され、他端がオペアンプ３０の非反転入力端子（＋）とスイッチ５３と、に電気的に接続されている。
【００２６】
スイッチ５２は、例えば、一端がスイッチ５０と入力抵抗３１と、の間に電気的に接続され、他端が基準電圧供給部４に電気的に接続されている。
【００２７】
スイッチ５３は、例えば、一端がスイッチ５１とオペアンプ３０の非反転入力端子（＋）と、の間に電気的に接続され、他端が基準電圧供給部４に電気的に接続されている。
【００２８】
スイッチ５４は、例えば、一端がオペアンプ３０の出力端子と検出装置１の出力端子１２と、の間に電気的に接続され、他端が比較部６に電気的に接続されている。
【００２９】
比較部６は、例えば、切替部５のスイッチ５４がオン状態にあるとき、スイッチ５４を介して増幅部３の出力端子と電気的に接続される。
【００３０】
この比較部６は、第１のモードのとき、一例として、基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２に基づいて差動増幅された増幅電圧Ｖ３と、増幅部３に予め定められた増幅率により基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２に基づいて差動増幅されて得られる予定の増幅電圧と、を比較する。
【００３１】
具体的には、比較部６は、一例として、オペアンプを備え、オペアンプの反転入力端子（−）には、増幅部３から出力された増幅電圧Ｖ３が入力し、非反転入力端子（＋）には、増幅部３に予め定められた増幅率によって増幅した場合の増幅電圧が、比較される電圧として入力するように構成されている。比較部６は、例えば、第１のモードにおいて、この２つの電圧を比較し、一致しない場合に増幅率が異なるとする比較信号を出力する。
【００３２】
制御部７は、例えば、制御端子１３を介して入力する制御信号、およびメモリ８に格納されている切替情報８０に基づいて切替部５を制御するように構成されている。また、制御部７は、例えば、比較部６を制御するように構成されている。
【００３３】
メモリ８は、例えば、切替情報８０を格納している。この切替情報８０は、例えば、第１のモードおよび第２のモードに応じてスイッチ５０〜スイッチ５４を切り替えるための情報である。
【００３４】
制御部７は、第１のモードのとき、スイッチ５０およびスイッチ５１をオフ状態とし、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４をオン状態とするスイッチ制御信号を生成して切替部５に出力する。制御部７は、第２のモードのとき、スイッチ５０およびスイッチ５１をオン状態とし、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４をオフ状態とするスイッチ制御信号を生成して切替部５に出力する。
【００３５】
第１のモードは、例えば、車両の主電源の投入をトリガとして実行されるモードであり、比較信号を出力するモードである。第２のモードは、例えば、ホールセンサ２による検出信号を出力するモードである。なお、車両の主電源の投入とは、例えば、車両に搭載された電子機器が操作可能となる状態にすることである。
【００３６】
以下に、本実施の形態に係る検出装置１の動作について説明する。
【００３７】
（動作）
まず、乗員が、車両の主電源を投入すると、制御端子１３から制御信号が、入力する。
【００３８】
制御部７は、入力した制御信号に基づいて切替部５を第１のモードに応じて切り替え、基準電圧供給部４、増幅部３および比較部６を電気的に接続させる。
【００３９】
具体的には、制御部７は、制御端子１３から入力する制御信号に基づいて、メモリ８から切替情報８０を取得し、取得した切替情報８０に基づいて第１のモードに応じたスイッチ制御信号を生成する。続いて、制御部７は、生成したスイッチ制御信号を切替部５に出力する。切替部５は、スイッチ制御信号に基づいてスイッチ５０およびスイッチ５１をオフ状態とし、スイッチ５２〜スイッチ５４をオン状態とする。
【００４０】
次に、基準電圧供給部４は、増幅部３に基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を供給する。
【００４１】
次に、増幅部３は、入力した基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅した増幅電圧Ｖ３を、スイッチ５４を介して比較部６に出力する。
【００４２】
具体的には、増幅部３は、入力抵抗３１および帰還抵抗３２に応じた増幅率で基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅する。
【００４３】
次に、比較部６は、予め定められた増幅率で基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅した増幅電圧と、実際に出力された増幅電圧Ｖ３と、を比較する。
【００４４】
次に、比較部６は、比較結果を比較信号として出力する。続いて、制御部７は、比較信号の出力がなされたと判断すると、切替部５を第２のモードに応じて切り替え、ホールセンサ２および増幅部３を電気的に接続する。
【００４５】
ここで、例えば、ホールセンサおよび増幅部を備える検出装置を比較例とする。この比較例の増幅部は、正常に機能するとき、入力した電圧を予め定められた増幅率で増幅して出力することができる。しかし、比較例のホールセンサが正常に機能している場合であっても、ホールセンサから出力される電圧は、車両に発生する電磁ノイズ等の影響を受けることが考えられる。つまり、検出対象が基準の状態にあり、ホールセンサが基準となる基準出力を出力する場合、この基準出力を増幅した実際の増幅電圧と、当該出力を予め定められた増幅率により増幅した増幅電圧と、が一致したとしても、比較例の検出装置が正常に機能しているか否か、言い換えるなら、故障や感度ずれの判断は、上記の理由によりできない。
【００４６】
一方、本実施の形態に係る検出装置１は、ホールセンサ２から出力される出力ではなく、基準電圧供給部４から供給される基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅した増幅電圧と、予め定められた増幅率により増幅された増幅電圧と、を比較するので、増幅部３が正常な増幅率で増幅しているかを示す比較信号を出力することができる。例えば、車両のＥＣＵ（ElectronicControl Unit）は、検出装置１から出力された検出信号に基づいて、増幅部３が正常であるか否かを判定することが可能である。
【００４７】
なお、検出装置１は、例えば、増幅部３が正常であると判定された後、ホールセンサ２の異常の検出を行うことができる。具体的には、第２のモードに切り替わった後、増幅部３が正常であると判定され、かつ検出装置１が初期状態にあるとき、スイッチ５０、スイッチ５１およびスイッチ５４をオン状態とし、スイッチ５２およびスイッチ５３をオフ状態とする。続いて、比較部６は、ホールセンサ２から出力される分圧Ｖ１２および分圧Ｖ３４を差動増幅した増幅電圧と、予め定められた増幅率により増幅された増幅電圧と、を比較する。本実施の形態におけるホールセンサ２は、初期状態では、分圧Ｖ１２および分圧Ｖ３４がゼロとなるように構成されているので、比較部６は、増幅電圧Ｖ３がゼロを中心とした許容範囲内であるときは、正常であることを示す比較信号を出力し、それ以外のときは、ホールセンサ２の異常を示す比較信号を出力する。
【００４８】
（効果）
本実施の形態に係る検出装置１によれば、増幅率が予め定められた増幅率であるかを判定し、感度の異常を検出することができる。検出装置１は、基準電圧供給部４から供給される基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅させた増幅電圧を用いて比較するので、電磁ノイズ等の影響が少なく、ホールセンサの出力を増幅させた増幅電圧を用いる場合と比べて、増幅部３が正常に機能しているか否かを示す比較信号を出力することができる。
【００４９】
また、本実施の形態に係る検出装置１によれば、増幅部３が正常に機能しているとされた後にホールセンサ２が正常に機能しているか否かを示す比較信号を出力することができるので、増幅部の異常の検出を行わずに、ホールセンサ２の出力を増幅部で増幅した信号に基づいてホールセンサの異常の検出を行う場合と比べて、より正確な、ホールセンサ２が正常に機能しているか否かを示す、比較信号を出力することができる。
【００５０】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、検出部としてＭＲ（Magneto Resistance）センサ２ａを用い、増幅部３の増幅率の異常の検出に加え、ＭＲセンサ２ａの異常の検出を行う点で、第１の実施の形態と異なっている。なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態と同様の機能および構成を有する部分については、共通の符号を付し、その説明は省略するものとする。
【００５１】
図２は、第２の実施の形態に係る検出装置のブロック図である。本実施の形態に係るＭＲセンサ２ａは、例えば、図２に示すように、４つの磁気センサ素子（磁気抵抗素子２４〜磁気抵抗素子２７）により、ブリッジ回路が形成されている。
【００５２】
磁気抵抗素子２４（第１の磁気センサ素子）は、例えば、抵抗値がＲ３である。磁気抵抗素子２５（第２の磁気センサ素子）は、例えば、抵抗値がＲ４である。磁気抵抗素子２４の一方端部は、磁気抵抗素子２６の一方端部に電気的に接続されるとともに入力端子１０と電気的に接続されている。また、磁気抵抗素子２４の他方端部は、磁気抵抗素子２５の一方端部に電気的に接続されている。磁気抵抗素子２５の他方端部は、ＧＮＤ端子１１に電気的に接続されている。なお、ＭＲセンサ２ａには、入力端子１０を介して電圧Ｖｃｃが供給されている。本実施の形態に係る電圧Ｖｃｃは、一例として、５ｖである。
【００５３】
磁気抵抗素子２６（第３の磁気センサ素子）は、例えば、抵抗値がＲ５である。磁気抵抗素子２７（第４の磁気センサ素子）は、例えば、抵抗値がＲ６である。磁気抵抗素子２６の他方端部は、磁気抵抗素子２７の一方端部に電気的に接続されている。磁気抵抗素子２７の他方端部は、磁気抵抗素子２５の他方端部と電気的に接続されるとともにＧＮＤ端子１１と電気的に接続されている。なお、ＭＲセンサ２ａは、磁場の強さに応じて抵抗値Ｒ３〜抵抗値Ｒ６が変化する。また、磁気抵抗素子２４〜磁気抵抗素子２７は、例えば、検出装置１が初期状態にある場合、同じ抵抗値となるように構成されている。つまり、ＭＲセンサ２ａは、例えば、初期状態では、磁気抵抗素子２４と磁気抵抗素子２５との第１の分圧としての分圧Ｖ１２と、磁気抵抗素子２６と磁気抵抗素子２７との第２の分圧としての分圧Ｖ３４と、が等しくなるように構成されている。本実施の形態に係る分圧Ｖ１２および分圧Ｖ３４は、一例として、２．５ｖである。なお、初期状態とは、例えば、分圧Ｖ１２および分圧Ｖ３４を差動増幅した増幅信号がゼロとなる状態であるものとする。
【００５４】
本実施の形態に係る検出装置１の切替情報８０は、例えば、第１の実施の形態における第１のモードおよび第２のモードに加えて、ＭＲセンサ２ａの異常を検出する第３のモードに関する情報を含んでいる。この第３のモードは、例えば、以下の表１に示すように、第１のフェーズおよび第２のフェーズを有する。
【表１】
第１のフェーズは、ＭＲセンサ２ａの磁気抵抗素子２４または磁気抵抗素子２５の異常を検出するものである。第２のフェーズは、ＭＲセンサ２ａの磁気抵抗素子２６または磁気抵抗素子２７の異常を検出するものである。
【００５５】
第１のフェーズは、例えば、表１に示すように、スイッチ５０がオン状態、スイッチ５１がオフ状態、スイッチ５２がオフ状態、スイッチ５３がオン状態およびスイッチ５４がオン状態となる。従って、増幅部３のオペアンプ３０の反転入力端子（−）には、分圧１２が入力し、非反転入力端子（＋）には、基準電圧供給部４から出力された基準電圧Ｖ２が入力する。
【００５６】
第２のフェーズは、例えば、表１に示すように、スイッチ５０がオフ状態、スイッチ５１がオン状態、スイッチ５２がオン状態、スイッチ５３がオフ状態およびスイッチ５４がオン状態となる。従って、増幅部３のオペアンプ３０の反転入力端子（−）には、基準電圧供給部４から出力された基準電圧Ｖ１が入力し、非反転入力端子（＋）には、分圧３４が入力する。なお、第３のモードは、例えば、第１のモードに続いて実行され、さらに、第１のフェーズに続いて第２のフェーズが実行されるものとする。
【００５７】
検出装置１が第３のモードであるとき、基準電圧供給部４は、一例として、２．５ｖの基準電圧Ｖ１、および基準電圧Ｖ２を生成する。これは、検出装置１が初期状態にある場合、ＭＲセンサ２ａが正常に機能している場合の分圧１２および分圧３４は、例えば、２．５ｖであるからである。
【００５８】
比較部６は、第１のフェーズにおいて、一例として、分圧Ｖ１２と基準電圧Ｖ２とを差動増幅した増幅電圧Ｖ３と、増幅部３に予め定められた増幅率により、初期状態にあるＭＲセンサ２ａの出力に基づいて差動増幅されて得られる予定の増幅電圧と、を比較する。第１のフェーズにおいて、比較部６は、例えば、当該増幅電圧Ｖ３が０ｖ以外であるとき、磁気抵抗素子２４または磁気抵抗素子２５の異常を検出したことを示す比較信号を出力する。
【００５９】
また、比較部６は、第２のフェーズにおいて、一例として、基準電圧Ｖ１と分圧Ｖ３４とを差動増幅した増幅電圧Ｖ３と、増幅部３に予め定められた増幅率により、初期状態にあるＭＲセンサ２ａの出力に基づいて差動増幅されて得られる予定の増幅電圧と、を比較する。第２のフェーズにおいて、比較部６は、例えば、当該増幅電圧Ｖ３が０ｖ以外であるとき、磁気抵抗素子２６または磁気抵抗素子２７の異常を検出したことを示す比較信号を出力する。
【００６０】
以下に、本実施の形態に係る検出装置１の動作を説明する。
【００６１】
（動作）
まず、乗員が、車両の主電源を投入すると、制御端子１３から制御信号が、入力する。
【００６２】
制御部７は、入力した制御信号に基づいて切替部５を第１のモードに応じて切り替え、基準電圧供給部４、増幅部３および比較部６を電気的に接続させる。
【００６３】
次に、基準電圧供給部４は、増幅部３に基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を供給する。
【００６４】
次に、増幅部３は、入力した基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅した増幅電圧Ｖ３を、スイッチ５４を介して比較部６に出力する。
【００６５】
次に、比較部６は、予め定められた増幅率で基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅した増幅電圧と、実際に出力された増幅電圧Ｖ３と、を比較する。
【００６６】
次に、比較部６は、比較結果を比較信号として出力する。
【００６７】
次に、検出装置１の制御部７は、取得した比較信号に基づいて、第１のモードにおいて、増幅部３の増幅率の異常が検出されない場合、第３のモードを実行する。
【００６８】
制御部７は、切替部５を第３のモードの第１のフェーズに応じて切り替え、磁気抵抗素子２４および磁気抵抗素子２５と増幅部３、基準電圧供給部４と増幅部３、および増幅部３と比較部６を電気的に接続させる。
【００６９】
次に、基準電圧供給部４は、増幅部３に基準電圧Ｖ２を供給する。
【００７０】
次に、増幅部３は、ホールセンサ２から出力された分圧Ｖ１２、および基準電圧供給部４から出力された基準電圧Ｖ２、を差動増幅した増幅電圧Ｖ３を、スイッチ５４を介して比較部６に出力する。
【００７１】
次に、比較部６は、予め定められた増幅率で分圧Ｖ１２および基準電圧Ｖ２を差動増幅した増幅電圧と、実際に出力された増幅電圧Ｖ３と、を比較する。
【００７２】
次に、制御部７は、比較結果に基づいて異常が検出されなければ、続いて、第２のフェーズを実行する。なお、異常が検出された場合、比較部６は、ＭＲセンサ２ａの異常を示す比較信号を出力する。
【００７３】
次に、制御部７は、切替部５を第３のモードの第２のフェーズに応じて切り替え、磁気抵抗素子２６および磁気抵抗素子２７と増幅部３、基準電圧供給部４と増幅部３、および増幅部３と比較部６を電気的に接続させる。
【００７４】
次に、基準電圧供給部４は、増幅部３に基準電圧Ｖ１を供給する。
【００７５】
次に、増幅部３は、基準電圧供給部４から出力された基準電圧Ｖ１、およびＭＲセンサ２ａから出力された分圧Ｖ３４、を差動増幅した増幅電圧Ｖ３を、スイッチ５４を介して比較部６に出力する。
【００７６】
次に、比較部６は、予め定められた増幅率で基準電圧Ｖ１および分圧Ｖ３４を差動増幅した増幅電圧と、実際に出力された増幅電圧Ｖ３と、を比較する。
【００７７】
次に、制御部７は、比較結果に基づいて異常が検出されなければ、続いて、第２のモードを実行する。なお、異常が検出された場合、比較部６は、ＭＲセンサ２ａの異常を示す比較信号を出力する。
【００７８】
（効果）
本実施の形態に係る検出装置１によれば、ＭＲセンサ２ａの異常を検出することができる。また、この検出装置１によれば、基準電圧供給部４により、初期状態における分圧Ｖ１２および分圧Ｖ３４に対応した基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を増幅部３に供給することができるので、ホールセンサの出力から異常を検出する場合と比べて、正確に異常の検出を行うことができる。
【００７９】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、第１の実施の形態に係る検出装置１を電流センサとして用いた点で、上記の各実施の形態と異なっている。
【００８０】
図３（ａ）は、第３の実施の形態に係る電流センサと三相モータの関係を示す概略図であり、(ｂ)は、三相モータの３つの電流と三相モータの回転角の関係を示す概略図であり、（ｃ）は、比較例１に係る電流センサと三相モータの関係を示す概略図であり、（ｄ）は、比較例２に係る電流センサと三相モータの関係を示す概略図である。図３（ｂ）に示す左側の図のｘ−ｙ座標は、三相モータ９の回転中心を原点としている。図３（ｂ）に示す右側の図は、電流Ｉ（縦軸）と三相モータ９の回転角θ（横軸）の関係を示している。
【００８１】
電流センサ１ａは、例えば、図３（ａ）に示すように、三相モータ９のＵ相の電源ライン上に設けられている。また、電流センサ１ｂは、例えば、図３（ａ）に示すように、三相モータ９のＷ相の電源ライン上に設けられている。電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂは、第１の実施の形態に係る検出装置１と、その構成は同じであるものとする。
【００８２】
三相モータ９は、例えば、図３（ｂ）に示すように、ハイブリッド車両等の駆動源として用いられるものであり、１２０°ずつ位相が異なるＵ相の電流ＩＵ、Ｖ相の電流ＩＶ、およびＷ相の電流ＩＷが流れる。
【００８３】
電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂは、この三相モータ９に流れる電流を検出する。なお、本実施の形態に係る電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂは、電流ＩＶの検出を行わないが、それは、次の理由による。図３（ｂ）に示すように、電流ＩＵ、電流ＩＶ、および電流ＩＷは、１２０°ずつ位相がずれており、また、三相モータ９の時間ｔ１の回転角θにおける３つの電流の合計は、ゼロとなる。従って、三相モータ９に流れる電流の検出は、３つの電流ＩＵ、電流ＩＶ、および電流ＩＷのうち、少なくとも２つの電流値を検出することにより、残りの電流値を算出することができるので、２つの電流を検出することで行われる。
【００８４】
電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂは、例えば、車両に搭載されたＥＣＵ９０に検出信号を出力する。
【００８５】
ＥＣＵ９０は、例えば、電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂから出力される２つの検出信号に基づいて電流ＩＶの電流値を算出し、三相モータ９に正しく電流が供給されているかを判定するように構成されている。また、ＥＣＵ９０は、例えば、車両の電源が投入された後に出力される電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂから出力される２つの比較信号に基づいて電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂの感度ずれ等の故障診断を行う。
【００８６】
一方、図３（ｃ）に示す比較例１では、Ｕ相の電源ライン上に電流センサ９０１および電流センサ９０２、Ｗ相の電源ライン上に電流センサ９０３および電流センサ９０４を備えている。この電流センサ９０１〜電流センサ９０４は、周知の電流センサである。
【００８７】
この比較例１では、電流センサ９０１〜電流センサ９０４のいずれかが故障した場合を想定して、１つの電源ライン上に２つの電流センサを取り付けて冗長性を持たせている。
【００８８】
また、図３（ｄ）に示す比較例２では、Ｕ相の電源ライン上に電流センサ９０５、Ｖ相の電源ライン上に電流センサ９０６、およびＷ相の電源ライン上に電流センサ９０７を備えている。この電流センサ９０５〜電流センサ９０７は、周知の電流センサである。
【００８９】
この比較例２では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のいずれか２つの電流値から残りの電流値を算出することができることから、電流センサ９０５〜電流センサ９０７のいずれかが故障した場合を想定して、それぞれの電源ライン上に電流センサを取り付けて冗長性を持たせている。
【００９０】
しかし、第１の実施の形態に係る検出装置１を電流センサとして用いた場合、電源の投入をトリガとして、感度ずれ等の故障診断が行われることから、冗長性を持たせる必要がなくなり、比較例１および比較例２と比べて、電流センサの数を減らすことができる。
【００９１】
（効果）
本実施の形態に係る電流センサによれば、ホールセンサおよび増幅部の感度ずれ等の故障を判定することができる比較信号を出力するので、ホールセンサと増幅部の故障を別々に判定することができない検出装置と比べて、配置する電流センサの数が少なくなり、本実施の形態に係る電流センサが搭載される電子機器のコストを下げることができる。
【００９２】
以下に、上記の各実施の形態の変形例を示す。
【００９３】
（変形例１）
増幅部３の帰還抵抗３２は、例えば、外部からの操作により、抵抗値を変化させる可変抵抗であっても良い。
【００９４】
（変形例２）
増幅部３の帰還抵抗３２は、例えば、複数の抵抗と、複数の抵抗と同数のスイッチと、から構成され、スイッチの切替により、増幅部３の増幅率の変更が可能な構成であっても良い。
【００９５】
（変形例３）
検出装置１は、比較部６から出力された比較信号に基づいて検出部および増幅部３の異常を判定する判断部を備えても良い。
【００９６】
（変形例４）
検出装置１の検出部は、例えば、静電容量の変化を検出する加速度センサ等であっても良い。
【００９７】
（変形例５）
上記の第３の実施の形態において、電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂは、一例として、三相モータの電流を検出する電流センサとしているが、これに限定されず、他の電子機器の電流を検出する電流センサとして用いても良い。
【００９８】
以上、本発明のいくつかの実施の形態および変形例を説明したが、これらの実施の形態および変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態および変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態および変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９９】
１…検出装置、１ａ、１ｂ…電流センサ、２…ホールセンサ、２ａ…ＭＲセンサ、３…増幅部、４…基準電圧供給部、５…切替部、６…比較部、７…制御部、８…メモリ、９…三相モータ、１０…入力端子、１１…ＧＮＤ端子、１２…出力端子、１３…制御端子、２０〜２３…端子、２４〜２７…磁気抵抗素子、３０…オペアンプ、３１…入力抵抗、３２…帰還抵抗、５０〜５４…スイッチ、８０…切替情報、９０、９００…ＥＣＵ、９０１〜９０７…電流センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置および電流センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、空隙を有するリング状とされ、該リング状の中心部に挿入された被測定対象を流れる被測定電流によって発生した磁束を集束する磁性体コアと、磁性体コアの空隙に配置され、磁束に応じた電気信号を出力するホール素子と、所定の検査電流を流すことで発生する所定の磁束をホール素子に印加する検査導線と、ホール素子から出力されるホール信号を増幅する増幅器と、を有する電流センサ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この電流センサ装置は、被測定対象に被測定電流が流れていなく、検査導線に検査電流を流した状態とした時に、ホール素子から出力され、増幅器で増幅されたホール信号に基づいて、ホール素子の故障が判断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３３７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の電流センサ装置は、正しい増幅率でホール素子のホール信号を増幅しているのかを確認できないため、予定されたホール信号が出力されなかったとき、ホール素子の故障なのか、増幅器の増幅率が予め設定された増幅率と異なるためなのか、を判断することができない問題があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、増幅率が予め定められた増幅率であるかを判定し、感度の異常を検出することができる検出装置および電流センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、検出対象の変化を検出して検出信号を出力する検出部と、検出部から出力された検出信号を増幅して第１の増幅信号を出力する増幅部と、増幅部に入力して第２の増幅信号として出力される基準電圧を増幅部に供給する基準電圧供給部と、入力する制御信号に基づいて検出部と増幅部との接続、または増幅部と基準電圧供給部との接続を切り替える切替部と、増幅部に予め定められた増幅率と、第２の増幅信号から得られる増幅率と、を比較した結果を比較信号として出力する比較部と、を備えた検出装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、増幅率が予め定められた増幅率であるかを判定し、感度の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係る検出装置のブロック図である。
【図２】図２は、第２の実施の形態に係る検出装置のブロック図である。
【図３】図３（ａ）は、第３の実施の形態に係る電流センサと三相モータの関係を示す概略図であり、(ｂ)は、三相モータの３つの電流と三相モータの回転角の関係を示す概略図であり、（ｃ）は、比較例１に係る電流センサと三相モータの関係を示す概略図であり、（ｄ）は、比較例２に係る電流センサと三相モータの関係を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施の形態の要約］
実施の形態に係る検出装置は、検出対象の変化を検出して検出信号を出力する検出部と、検出部から出力された検出信号を増幅して第１の増幅信号を出力する増幅部と、増幅部に入力して第２の増幅信号として出力される基準電圧を増幅部に供給する基準電圧供給部と、入力する制御信号に基づいて検出部と増幅部との接続、または増幅部と基準電圧供給部との接続を切り替える切替部と、増幅部に予め定められた増幅率と、第２の増幅信号から得られる増幅率と、を比較した結果を比較信号として出力する比較部と、を備える。
【００１１】
[第１の実施の形態]
（検出装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係る検出装置のブロック図である。この検出装置１は、例えば、増幅率が予め定められた増幅率であるかを判定し、感度の異常を検出する。なお、本実施の形態に係る検出装置１は、車両に搭載されているものとするが、これに限定されない。
【００１２】
この検出装置１は、主に、検出対象の変化を検出して検出信号を出力する検出部としてのホールセンサ２と、ホールセンサ２から出力された検出信号を増幅して第１の増幅信号を出力する増幅部３と、増幅部３に入力して第２の増幅信号として出力される基準電圧を増幅部３に供給する基準電圧供給部４と、入力する制御信号に基づいてホールセンサ２と増幅部３との接続、または増幅部３と基準電圧供給部４との接続を切り替える切替部５と、増幅部３に予め定められた増幅率と、第２の増幅信号から得られる増幅率と、を比較した結果を比較信号として出力する比較部６と、を備えて概略構成されている。
【００１３】
また、検出装置１は、例えば、制御部７と、メモリ８と、を備えている。さらに、検出装置１は、例えば、２つのモードを有している。第１のモードは、例えば、増幅部３の増幅率から感度の異常を検出するモードである。第２のモードは、例えば、ホールセンサ２からの出力を増幅して出力するモードである。
【００１４】
ホールセンサ２は、ホール効果を利用した磁気センサであり、例えば、図１に示すように、４つの端子２０〜端子２３を有する。このホールセンサ２は、例えば、定電流駆動され、印加された磁場に基づく電圧の変化を出力するように構成されている。また、ホールセンサ２は、例えば、磁場が印加される検出面を有する。このホールセンサ２は、例えば、端子２０と端子２１の中心を結ぶ直線が、端子２２と端子２３の中心を結ぶ直線と直交し、さらに、この２つの直線で作る平面が、検出面を構成している。
【００１５】
端子２０は、例えば、入力端子１０と電気的に接続され、定電流Ｉｃｃが供給されている。端子２１は、例えば、ＧＮＤ端子１１と電気的に接続されている。このＧＮＤ端子１１は、例えば、接地されている。
【００１６】
端子２２は、例えば、スイッチ５０と電気的に接続されている。端子２３は、例えば、スイッチ５１と電気的に接続されている。
【００１７】
このホールセンサ２は、例えば、検出面に印加された磁場の検出面に垂直な成分により、端子２２側に発生した電位（分圧Ｖ１２）、および端子２３側に発生した電位（分圧Ｖ３４）を、端子２２および端子２３を介して出力するように構成されている。なお、一般的なホールセンサは、磁場が印加されていない状態、または磁場が検出できないほど小さい状態であっても端子２２および端子２３にゼロではない不平衡電圧（オフセット電圧）が生じるが、本実施の形態に係るホールセンサ２は、磁場が印加されていない状態、または磁場が検出できないほど小さい状態であっても、オフセット電圧がゼロとなるように構成されているものとする。なお、検出装置１の初期状態とは、例えば、ホールセンサ２に磁場が印加されていない状態、または磁場が検出できないほど小さい状態を示し、分圧Ｖ１２および分圧Ｖ３４を差動増幅した増幅信号がゼロとなる状態であるものとする。
【００１８】
増幅部３は、例えば、オペアンプ３０と、入力抵抗３１と、帰還抵抗３２と、を備えている。オペアンプ３０の反転入力端子（−）は、例えば、入力抵抗３１が電気的に接続されている。また、オペアンプ３０の非反転入力端子（＋）は、例えば、後述する切替部５のスイッチ５１およびスイッチ５３が電気的に接続されている。この入力抵抗３１は、例えば、抵抗値がＲ１である。帰還抵抗３２は、例えば、抵抗値がＲ２である。よって、増幅部３の増幅率は、Ｒ２／Ｒ１である。
【００１９】
オペアンプ３０の反転入力端子（−）は、例えば、切替部５のスイッチ５０がオン状態にあるとき、分圧Ｖ１２が、スイッチ５０および入力抵抗３１を介して入力する。また、オペアンプ３０の非反転入力端子（＋）は、例えば、切替部５のスイッチ５１がオン状態にあるとき、分圧Ｖ３４が、スイッチ５１を介して入力する。
【００２０】
オペアンプ３０の出力端子は、例えば、切替部５のスイッチ５４および出力端子１２に電気的に接続されている。
【００２１】
基準電圧供給部４は、例えば、第１の基準電圧としての基準電圧Ｖ１および第２の基準電圧としての基準電圧Ｖ２を生成し、切替部５を介して増幅部３に供給するように構成されている。基準電圧供給部４は、一例として、オペアンプ３０の反転入力端子（−）側には、基準電圧Ｖ１を供給し、非反転入力端子（＋）側には、基準電圧Ｖ２を供給するように構成されている。
【００２２】
検出装置１が第１のモードであるとき、基準電圧供給部４は、一例として、５ｖの基準電圧Ｖ１、および０ｖの基準電圧Ｖ２を生成する。
【００２３】
切替部５は、例えば、スイッチ５０〜スイッチ５４を備えている。切替部５は、例えば、後述する制御部７から出力されるスイッチ制御信号により、オン状態とオフ状態とを切り替えられるように構成されている。
【００２４】
スイッチ５０は、例えば、一端がホールセンサ２の端子２２に電気的に接続され、他端が増幅部３の入力抵抗３１とスイッチ５２と、に電気的に接続されている。
【００２５】
スイッチ５１は、例えば、一端がホールセンサ２の端子２３に電気的に接続され、他端がオペアンプ３０の非反転入力端子（＋）とスイッチ５３と、に電気的に接続されている。
【００２６】
スイッチ５２は、例えば、一端がスイッチ５０と入力抵抗３１と、の間に電気的に接続され、他端が基準電圧供給部４に電気的に接続されている。
【００２７】
スイッチ５３は、例えば、一端がスイッチ５１とオペアンプ３０の非反転入力端子（＋）と、の間に電気的に接続され、他端が基準電圧供給部４に電気的に接続されている。
【００２８】
スイッチ５４は、例えば、一端がオペアンプ３０の出力端子と検出装置１の出力端子１２と、の間に電気的に接続され、他端が比較部６に電気的に接続されている。
【００２９】
比較部６は、例えば、切替部５のスイッチ５４がオン状態にあるとき、スイッチ５４を介して増幅部３の出力端子と電気的に接続される。
【００３０】
この比較部６は、第１のモードのとき、一例として、基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２に基づいて差動増幅された増幅電圧Ｖ３と、増幅部３に予め定められた増幅率により基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２に基づいて差動増幅されて得られる予定の増幅電圧と、を比較する。
【００３１】
具体的には、比較部６は、一例として、オペアンプを備え、オペアンプの反転入力端子（−）には、増幅部３から出力された増幅電圧Ｖ３が入力し、非反転入力端子（＋）には、増幅部３に予め定められた増幅率によって増幅した場合の増幅電圧が、比較される電圧として入力するように構成されている。比較部６は、例えば、第１のモードにおいて、この２つの電圧を比較し、一致しない場合に増幅率が異なるとする比較信号を出力する。
【００３２】
制御部７は、例えば、制御端子１３を介して入力する制御信号、およびメモリ８に格納されている切替情報８０に基づいて切替部５を制御するように構成されている。また、制御部７は、例えば、比較部６を制御するように構成されている。
【００３３】
メモリ８は、例えば、切替情報８０を格納している。この切替情報８０は、例えば、第１のモードおよび第２のモードに応じてスイッチ５０〜スイッチ５４を切り替えるための情報である。
【００３４】
制御部７は、第１のモードのとき、スイッチ５０およびスイッチ５１をオフ状態とし、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４をオン状態とするスイッチ制御信号を生成して切替部５に出力する。制御部７は、第２のモードのとき、スイッチ５０およびスイッチ５１をオン状態とし、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４をオフ状態とするスイッチ制御信号を生成して切替部５に出力する。
【００３５】
第１のモードは、例えば、車両の主電源の投入をトリガとして実行されるモードであり、比較信号を出力するモードである。第２のモードは、例えば、ホールセンサ２による検出信号を出力するモードである。なお、車両の主電源の投入とは、例えば、車両に搭載された電子機器が操作可能となる状態にすることである。
【００３６】
以下に、本実施の形態に係る検出装置１の動作について説明する。
【００３７】
（動作）
まず、乗員が、車両の主電源を投入すると、制御端子１３から制御信号が、入力する。
【００３８】
制御部７は、入力した制御信号に基づいて切替部５を第１のモードに応じて切り替え、基準電圧供給部４、増幅部３および比較部６を電気的に接続させる。
【００３９】
具体的には、制御部７は、制御端子１３から入力する制御信号に基づいて、メモリ８から切替情報８０を取得し、取得した切替情報８０に基づいて第１のモードに応じたスイッチ制御信号を生成する。続いて、制御部７は、生成したスイッチ制御信号を切替部５に出力する。切替部５は、スイッチ制御信号に基づいてスイッチ５０およびスイッチ５１をオフ状態とし、スイッチ５２〜スイッチ５４をオン状態とする。
【００４０】
次に、基準電圧供給部４は、増幅部３に基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を供給する。
【００４１】
次に、増幅部３は、入力した基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅した増幅電圧Ｖ３を、スイッチ５４を介して比較部６に出力する。
【００４２】
具体的には、増幅部３は、入力抵抗３１および帰還抵抗３２に応じた増幅率で基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅する。
【００４３】
次に、比較部６は、予め定められた増幅率で基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅した増幅電圧と、実際に出力された増幅電圧Ｖ３と、を比較する。
【００４４】
次に、比較部６は、比較結果を比較信号として出力する。続いて、制御部７は、比較信号の出力がなされたと判断すると、切替部５を第２のモードに応じて切り替え、ホールセンサ２および増幅部３を電気的に接続する。
【００４５】
ここで、例えば、ホールセンサおよび増幅部を備える検出装置を比較例とする。この比較例の増幅部は、正常に機能するとき、入力した電圧を予め定められた増幅率で増幅して出力することができる。しかし、比較例のホールセンサが正常に機能している場合であっても、ホールセンサから出力される電圧は、車両に発生する電磁ノイズ等の影響を受けることが考えられる。つまり、検出対象が基準の状態にあり、ホールセンサが基準となる基準出力を出力する場合、この基準出力を増幅した実際の増幅電圧と、当該出力を予め定められた増幅率により増幅した増幅電圧と、が一致したとしても、比較例の検出装置が正常に機能しているか否か、言い換えるなら、故障や感度ずれの判断は、上記の理由によりできない。
【００４６】
一方、本実施の形態に係る検出装置１は、ホールセンサ２から出力される出力ではなく、基準電圧供給部４から供給される基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅した増幅電圧と、予め定められた増幅率により増幅された増幅電圧と、を比較するので、増幅部３が正常な増幅率で増幅しているかを示す比較信号を出力することができる。例えば、車両のＥＣＵ（ElectronicControl Unit）は、検出装置１から出力された検出信号に基づいて、増幅部３が正常であるか否かを判定することが可能である。
【００４７】
なお、検出装置１は、例えば、増幅部３が正常であると判定された後、ホールセンサ２の異常の検出を行うことができる。具体的には、第２のモードに切り替わった後、増幅部３が正常であると判定され、かつ検出装置１が初期状態にあるとき、スイッチ５０、スイッチ５１およびスイッチ５４をオン状態とし、スイッチ５２およびスイッチ５３をオフ状態とする。続いて、比較部６は、ホールセンサ２から出力される分圧Ｖ１２および分圧Ｖ３４を差動増幅した増幅電圧と、予め定められた増幅率により増幅された増幅電圧と、を比較する。本実施の形態におけるホールセンサ２は、初期状態では、分圧Ｖ１２および分圧Ｖ３４がゼロとなるように構成されているので、比較部６は、増幅電圧Ｖ３がゼロを中心とした許容範囲内であるときは、正常であることを示す比較信号を出力し、それ以外のときは、ホールセンサ２の異常を示す比較信号を出力する。
【００４８】
（効果）
本実施の形態に係る検出装置１によれば、増幅率が予め定められた増幅率であるかを判定し、感度の異常を検出することができる。検出装置１は、基準電圧供給部４から供給される基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅させた増幅電圧を用いて比較するので、電磁ノイズ等の影響が少なく、ホールセンサの出力を増幅させた増幅電圧を用いる場合と比べて、増幅部３が正常に機能しているか否かを示す比較信号を出力することができる。
【００４９】
また、本実施の形態に係る検出装置１によれば、増幅部３が正常に機能しているとされた後にホールセンサ２が正常に機能しているか否かを示す比較信号を出力することができるので、増幅部の異常の検出を行わずに、ホールセンサ２の出力を増幅部で増幅した信号に基づいてホールセンサの異常の検出を行う場合と比べて、より正確な、ホールセンサ２が正常に機能しているか否かを示す、比較信号を出力することができる。
【００５０】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、検出部としてＭＲ（Magneto Resistance）センサ２ａを用い、増幅部３の増幅率の異常の検出に加え、ＭＲセンサ２ａの異常の検出を行う点で、第１の実施の形態と異なっている。なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態と同様の機能および構成を有する部分については、共通の符号を付し、その説明は省略するものとする。
【００５１】
図２は、第２の実施の形態に係る検出装置のブロック図である。本実施の形態に係るＭＲセンサ２ａは、例えば、図２に示すように、４つの磁気センサ素子（磁気抵抗素子２４〜磁気抵抗素子２７）により、ブリッジ回路が形成されている。
【００５２】
磁気抵抗素子２４（第１の磁気センサ素子）は、例えば、抵抗値がＲ３である。磁気抵抗素子２５（第２の磁気センサ素子）は、例えば、抵抗値がＲ４である。磁気抵抗素子２４の一方端部は、磁気抵抗素子２６の一方端部に電気的に接続されるとともに入力端子１０と電気的に接続されている。また、磁気抵抗素子２４の他方端部は、磁気抵抗素子２５の一方端部に電気的に接続されている。磁気抵抗素子２５の他方端部は、ＧＮＤ端子１１に電気的に接続されている。なお、ＭＲセンサ２ａには、入力端子１０を介して電圧Ｖｃｃが供給されている。本実施の形態に係る電圧Ｖｃｃは、一例として、５ｖである。
【００５３】
磁気抵抗素子２６（第３の磁気センサ素子）は、例えば、抵抗値がＲ５である。磁気抵抗素子２７（第４の磁気センサ素子）は、例えば、抵抗値がＲ６である。磁気抵抗素子２６の他方端部は、磁気抵抗素子２７の一方端部に電気的に接続されている。磁気抵抗素子２７の他方端部は、磁気抵抗素子２５の他方端部と電気的に接続されるとともにＧＮＤ端子１１と電気的に接続されている。なお、ＭＲセンサ２ａは、磁場の強さに応じて抵抗値Ｒ３〜抵抗値Ｒ６が変化する。また、磁気抵抗素子２４〜磁気抵抗素子２７は、例えば、検出装置１が初期状態にある場合、同じ抵抗値となるように構成されている。つまり、ＭＲセンサ２ａは、例えば、初期状態では、磁気抵抗素子２４と磁気抵抗素子２５との第１の分圧としての分圧Ｖ１２と、磁気抵抗素子２６と磁気抵抗素子２７との第２の分圧としての分圧Ｖ３４と、が等しくなるように構成されている。本実施の形態に係る分圧Ｖ１２および分圧Ｖ３４は、一例として、２．５ｖである。なお、初期状態とは、例えば、分圧Ｖ１２および分圧Ｖ３４を差動増幅した増幅信号がゼロとなる状態であるものとする。
【００５４】
本実施の形態に係る検出装置１の切替情報８０は、例えば、第１の実施の形態における第１のモードおよび第２のモードに加えて、ＭＲセンサ２ａの異常を検出する第３のモードに関する情報を含んでいる。この第３のモードは、例えば、以下の表１に示すように、第１のフェーズおよび第２のフェーズを有する。
【表１】
第１のフェーズは、ＭＲセンサ２ａの磁気抵抗素子２４または磁気抵抗素子２５の異常を検出するものである。第２のフェーズは、ＭＲセンサ２ａの磁気抵抗素子２６または磁気抵抗素子２７の異常を検出するものである。
【００５５】
第１のフェーズは、例えば、表１に示すように、スイッチ５０がオン状態、スイッチ５１がオフ状態、スイッチ５２がオフ状態、スイッチ５３がオン状態およびスイッチ５４がオン状態となる。従って、増幅部３のオペアンプ３０の反転入力端子（−）には、分圧１２が入力し、非反転入力端子（＋）には、基準電圧供給部４から出力された基準電圧Ｖ２が入力する。
【００５６】
第２のフェーズは、例えば、表１に示すように、スイッチ５０がオフ状態、スイッチ５１がオン状態、スイッチ５２がオン状態、スイッチ５３がオフ状態およびスイッチ５４がオン状態となる。従って、増幅部３のオペアンプ３０の反転入力端子（−）には、基準電圧供給部４から出力された基準電圧Ｖ１が入力し、非反転入力端子（＋）には、分圧３４が入力する。なお、第３のモードは、例えば、第１のモードに続いて実行され、さらに、第１のフェーズに続いて第２のフェーズが実行されるものとする。
【００５７】
検出装置１が第３のモードであるとき、基準電圧供給部４は、一例として、２．５ｖの基準電圧Ｖ１、および基準電圧Ｖ２を生成する。これは、検出装置１が初期状態にある場合、ＭＲセンサ２ａが正常に機能している場合の分圧１２および分圧３４は、例えば、２．５ｖであるからである。
【００５８】
比較部６は、第１のフェーズにおいて、一例として、分圧Ｖ１２と基準電圧Ｖ２とを差動増幅した増幅電圧Ｖ３と、増幅部３に予め定められた増幅率により、初期状態にあるＭＲセンサ２ａの出力に基づいて差動増幅されて得られる予定の増幅電圧と、を比較する。第１のフェーズにおいて、比較部６は、例えば、当該増幅電圧Ｖ３が０ｖ以外であるとき、磁気抵抗素子２４または磁気抵抗素子２５の異常を検出したことを示す比較信号を出力する。
【００５９】
また、比較部６は、第２のフェーズにおいて、一例として、基準電圧Ｖ１と分圧Ｖ３４とを差動増幅した増幅電圧Ｖ３と、増幅部３に予め定められた増幅率により、初期状態にあるＭＲセンサ２ａの出力に基づいて差動増幅されて得られる予定の増幅電圧と、を比較する。第２のフェーズにおいて、比較部６は、例えば、当該増幅電圧Ｖ３が０ｖ以外であるとき、磁気抵抗素子２６または磁気抵抗素子２７の異常を検出したことを示す比較信号を出力する。
【００６０】
以下に、本実施の形態に係る検出装置１の動作を説明する。
【００６１】
（動作）
まず、乗員が、車両の主電源を投入すると、制御端子１３から制御信号が、入力する。
【００６２】
制御部７は、入力した制御信号に基づいて切替部５を第１のモードに応じて切り替え、基準電圧供給部４、増幅部３および比較部６を電気的に接続させる。
【００６３】
次に、基準電圧供給部４は、増幅部３に基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を供給する。
【００６４】
次に、増幅部３は、入力した基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅した増幅電圧Ｖ３を、スイッチ５４を介して比較部６に出力する。
【００６５】
次に、比較部６は、予め定められた増幅率で基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を差動増幅した増幅電圧と、実際に出力された増幅電圧Ｖ３と、を比較する。
【００６６】
次に、比較部６は、比較結果を比較信号として出力する。
【００６７】
次に、検出装置１の制御部７は、取得した比較信号に基づいて、第１のモードにおいて、増幅部３の増幅率の異常が検出されない場合、第３のモードを実行する。
【００６８】
制御部７は、切替部５を第３のモードの第１のフェーズに応じて切り替え、磁気抵抗素子２４および磁気抵抗素子２５と増幅部３、基準電圧供給部４と増幅部３、および増幅部３と比較部６を電気的に接続させる。
【００６９】
次に、基準電圧供給部４は、増幅部３に基準電圧Ｖ２を供給する。
【００７０】
次に、増幅部３は、ホールセンサ２から出力された分圧Ｖ１２、および基準電圧供給部４から出力された基準電圧Ｖ２、を差動増幅した増幅電圧Ｖ３を、スイッチ５４を介して比較部６に出力する。
【００７１】
次に、比較部６は、予め定められた増幅率で分圧Ｖ１２および基準電圧Ｖ２を差動増幅した増幅電圧と、実際に出力された増幅電圧Ｖ３と、を比較する。
【００７２】
次に、制御部７は、比較結果に基づいて異常が検出されなければ、続いて、第２のフェーズを実行する。なお、異常が検出された場合、比較部６は、ＭＲセンサ２ａの異常を示す比較信号を出力する。
【００７３】
次に、制御部７は、切替部５を第３のモードの第２のフェーズに応じて切り替え、磁気抵抗素子２６および磁気抵抗素子２７と増幅部３、基準電圧供給部４と増幅部３、および増幅部３と比較部６を電気的に接続させる。
【００７４】
次に、基準電圧供給部４は、増幅部３に基準電圧Ｖ１を供給する。
【００７５】
次に、増幅部３は、基準電圧供給部４から出力された基準電圧Ｖ１、およびＭＲセンサ２ａから出力された分圧Ｖ３４、を差動増幅した増幅電圧Ｖ３を、スイッチ５４を介して比較部６に出力する。
【００７６】
次に、比較部６は、予め定められた増幅率で基準電圧Ｖ１および分圧Ｖ３４を差動増幅した増幅電圧と、実際に出力された増幅電圧Ｖ３と、を比較する。
【００７７】
次に、制御部７は、比較結果に基づいて異常が検出されなければ、続いて、第２のモードを実行する。なお、異常が検出された場合、比較部６は、ＭＲセンサ２ａの異常を示す比較信号を出力する。
【００７８】
（効果）
本実施の形態に係る検出装置１によれば、ＭＲセンサ２ａの異常を検出することができる。また、この検出装置１によれば、基準電圧供給部４により、初期状態における分圧Ｖ１２および分圧Ｖ３４に対応した基準電圧Ｖ１および基準電圧Ｖ２を増幅部３に供給することができるので、ホールセンサの出力から異常を検出する場合と比べて、正確に異常の検出を行うことができる。
【００７９】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、第１の実施の形態に係る検出装置１を電流センサとして用いた点で、上記の各実施の形態と異なっている。
【００８０】
図３（ａ）は、第３の実施の形態に係る電流センサと三相モータの関係を示す概略図であり、(ｂ)は、三相モータの３つの電流と三相モータの回転角の関係を示す概略図であり、（ｃ）は、比較例１に係る電流センサと三相モータの関係を示す概略図であり、（ｄ）は、比較例２に係る電流センサと三相モータの関係を示す概略図である。図３（ｂ）に示す左側の図のｘ−ｙ座標は、三相モータ９の回転中心を原点としている。図３（ｂ）に示す右側の図は、電流Ｉ（縦軸）と三相モータ９の回転角θ（横軸）の関係を示している。
【００８１】
電流センサ１ａは、例えば、図３（ａ）に示すように、三相モータ９のＵ相の電源ライン上に設けられている。また、電流センサ１ｂは、例えば、図３（ａ）に示すように、三相モータ９のＷ相の電源ライン上に設けられている。電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂは、第１の実施の形態に係る検出装置１と、その構成は同じであるものとする。
【００８２】
三相モータ９は、例えば、図３（ｂ）に示すように、ハイブリッド車両等の駆動源として用いられるものであり、１２０°ずつ位相が異なるＵ相の電流ＩＵ、Ｖ相の電流ＩＶ、およびＷ相の電流ＩＷが流れる。
【００８３】
電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂは、この三相モータ９に流れる電流を検出する。なお、本実施の形態に係る電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂは、電流ＩＶの検出を行わないが、それは、次の理由による。図３（ｂ）に示すように、電流ＩＵ、電流ＩＶ、および電流ＩＷは、１２０°ずつ位相がずれており、また、三相モータ９の時間ｔ１の回転角θにおける３つの電流の合計は、ゼロとなる。従って、三相モータ９に流れる電流の検出は、３つの電流ＩＵ、電流ＩＶ、および電流ＩＷのうち、少なくとも２つの電流値を検出することにより、残りの電流値を算出することができるので、２つの電流を検出することで行われる。
【００８４】
電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂは、例えば、車両に搭載されたＥＣＵ９０に検出信号を出力する。
【００８５】
ＥＣＵ９０は、例えば、電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂから出力される２つの検出信号に基づいて電流ＩＶの電流値を算出し、三相モータ９に正しく電流が供給されているかを判定するように構成されている。また、ＥＣＵ９０は、例えば、車両の電源が投入された後に出力される電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂから出力される２つの比較信号に基づいて電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂの感度ずれ等の故障診断を行う。
【００８６】
一方、図３（ｃ）に示す比較例１では、Ｕ相の電源ライン上に電流センサ９０１および電流センサ９０２、Ｗ相の電源ライン上に電流センサ９０３および電流センサ９０４を備えている。この電流センサ９０１〜電流センサ９０４は、周知の電流センサである。
【００８７】
この比較例１では、電流センサ９０１〜電流センサ９０４のいずれかが故障した場合を想定して、１つの電源ライン上に２つの電流センサを取り付けて冗長性を持たせている。
【００８８】
また、図３（ｄ）に示す比較例２では、Ｕ相の電源ライン上に電流センサ９０５、Ｖ相の電源ライン上に電流センサ９０６、およびＷ相の電源ライン上に電流センサ９０７を備えている。この電流センサ９０５〜電流センサ９０７は、周知の電流センサである。
【００８９】
この比較例２では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のいずれか２つの電流値から残りの電流値を算出することができることから、電流センサ９０５〜電流センサ９０７のいずれかが故障した場合を想定して、それぞれの電源ライン上に電流センサを取り付けて冗長性を持たせている。
【００９０】
しかし、第１の実施の形態に係る検出装置１を電流センサとして用いた場合、電源の投入をトリガとして、感度ずれ等の故障診断が行われることから、冗長性を持たせる必要がなくなり、比較例１および比較例２と比べて、電流センサの数を減らすことができる。
【００９１】
（効果）
本実施の形態に係る電流センサによれば、ホールセンサおよび増幅部の感度ずれ等の故障を判定することができる比較信号を出力するので、ホールセンサと増幅部の故障を別々に判定することができない検出装置と比べて、配置する電流センサの数が少なくなり、本実施の形態に係る電流センサが搭載される電子機器のコストを下げることができる。
【００９２】
以下に、上記の各実施の形態の変形例を示す。
【００９３】
（変形例１）
増幅部３の帰還抵抗３２は、例えば、外部からの操作により、抵抗値を変化させる可変抵抗であっても良い。
【００９４】
（変形例２）
増幅部３の帰還抵抗３２は、例えば、複数の抵抗と、複数の抵抗と同数のスイッチと、から構成され、スイッチの切替により、増幅部３の増幅率の変更が可能な構成であっても良い。
【００９５】
（変形例３）
検出装置１は、比較部６から出力された比較信号に基づいて検出部および増幅部３の異常を判定する判断部を備えても良い。
【００９６】
（変形例４）
検出装置１の検出部は、例えば、静電容量の変化を検出する加速度センサ等であっても良い。
【００９７】
（変形例５）
上記の第３の実施の形態において、電流センサ１ａおよび電流センサ１ｂは、一例として、三相モータの電流を検出する電流センサとしているが、これに限定されず、他の電子機器の電流を検出する電流センサとして用いても良い。
【００９８】
以上、本発明のいくつかの実施の形態および変形例を説明したが、これらの実施の形態および変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態および変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態および変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９９】
１…検出装置、１ａ、１ｂ…電流センサ、２…ホールセンサ、２ａ…ＭＲセンサ、３…増幅部、４…基準電圧供給部、５…切替部、６…比較部、７…制御部、８…メモリ、９…三相モータ、１０…入力端子、１１…ＧＮＤ端子、１２…出力端子、１３…制御端子、２０〜２３…端子、２４〜２７…磁気抵抗素子、３０…オペアンプ、３１…入力抵抗、３２…帰還抵抗、５０〜５４…スイッチ、８０…切替情報、９０、９００…ＥＣＵ、９０１〜９０７…電流センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の変化を検出して検出信号を出力する検出部と、
前記検出部から出力された前記検出信号を増幅して第１の増幅信号を出力する増幅部と、
前記増幅部に入力して第２の増幅信号として出力される基準電圧を前記増幅部に供給する基準電圧供給部と、
入力する制御信号に基づいて前記検出部と前記増幅部との接続、または前記増幅部と前記基準電圧供給部との接続を切り替える切替部と、
前記増幅部に予め定められた増幅率と、前記第２の増幅信号から得られる増幅率と、を比較した結果を比較信号として出力する比較部と、
を備えた検出装置。
【請求項２】
前記検出部は、磁気センサである請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記磁気センサは、第１の磁気センサ素子乃至第４の磁気センサ素子により構成されたブリッジ回路を含み、
前記基準電圧供給部は、初期状態における、前記第１の磁気センサ素子と前記第２の磁気センサ素子との第１の分圧に対応する第１の基準電圧、および前記第３の磁気センサ素子と前記第４の磁気センサ素子との第２の分圧に対応する第２の基準電圧、を生成する請求項２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記比較部は、前記第１の分圧と前記第２の分圧とを前記増幅部により差動増幅した第３の増幅信号と、前記第１の分圧と前記第２の基準電圧とを前記増幅部により差動増幅した第４の増幅信号と、を比較し、比較信号を出力する請求項３に記載の検出装置。
【請求項５】
前記比較部は、前記第３の増幅信号と、前記第１の基準電圧と前記第２の分圧とを前記増幅部により差動増幅した第５の増幅信号と、を比較し、比較信号を出力する請求項４に記載の検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の検出装置を用いた電流センサ。
【請求項７】
三相モータの少なくとも２つの相に設けられた請求項６に記載の電流センサ。
【請求項１】
検出対象の変化を検出して検出信号を出力する検出部と、
前記検出部から出力された前記検出信号を増幅して第１の増幅信号を出力する増幅部と、
前記増幅部に入力して第２の増幅信号として出力される基準電圧を前記増幅部に供給する基準電圧供給部と、
入力する制御信号に基づいて前記検出部と前記増幅部との接続、または前記増幅部と前記基準電圧供給部との接続を切り替える切替部と、
前記増幅部に予め定められた増幅率と、前記第２の増幅信号から得られる増幅率と、を比較した結果を比較信号として出力する比較部と、
を備えた検出装置。
【請求項２】
前記検出部は、磁気センサである請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記磁気センサは、第１の磁気センサ素子乃至第４の磁気センサ素子により構成されたブリッジ回路を含み、
前記基準電圧供給部は、初期状態における、前記第１の磁気センサ素子と前記第２の磁気センサ素子との第１の分圧に対応する第１の基準電圧、および前記第３の磁気センサ素子と前記第４の磁気センサ素子との第２の分圧に対応する第２の基準電圧、を生成する請求項２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記比較部は、前記第１の分圧と前記第２の分圧とを前記増幅部により差動増幅した第３の増幅信号と、前記第１の分圧と前記第２の基準電圧とを前記増幅部により差動増幅した第４の増幅信号と、を比較し、比較信号を出力する請求項３に記載の検出装置。
【請求項５】
前記比較部は、前記第３の増幅信号と、前記第１の基準電圧と前記第２の分圧とを前記増幅部により差動増幅した第５の増幅信号と、を比較し、比較信号を出力する請求項４に記載の検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の検出装置を用いた電流センサ。
【請求項７】
三相モータの少なくとも２つの相に設けられた請求項６に記載の電流センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２４７３４１（Ｐ２０１２−２４７３４１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２０１９５（Ｐ２０１１−１２０１９５）
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【出願人】（５０４３２２１６１）メレキシス エヌ ヴィ (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【出願人】（５０４３２２１６１）メレキシス エヌ ヴィ (2)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]