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図面 (20)

課題

ターゲットの移動量に対して一定の増加率で増加する信号値直線性を高めることができるリニアポジションセンサを提供する。

解決手段

ターゲット400は、磁性体で構成されていると共に凸部401と凹部402とが交互に設けられている。検出部123は、ターゲット400の移動に伴って、ターゲット400から受ける磁界の変化に基づいて、正弦信号及び余弦信号を取得する。信号処理部124は、検出部123から正弦信号及び余弦信号を取得し、正弦信号及び余弦信号に基づいて逆正接信号を生成し、逆正接信号をターゲット400の位置を示す位置信号として取得する。検出部123がターゲット400の移動方向における凹部402の中心位置403から隣の凹部402の中心位置404までの範囲の位置を検出する場合、ターゲット400には凹部402が少なくとも2つ設けられている。

概要

背景

従来より、光学式検出素子を用いてターゲットの位置を検出する装置が、例えば特許文献1で提案されている。検出素子は、光源固定スリット、固定スリットを透過した光を受光する受光部を備えている。ターゲットには、光の反射部と非反射部とが交互に連続したパターンが設けられている。このため、光源から発せられた光の一部は、検出対象の反射部で反射し、固定スリットに達する。

固定スリットには、ターゲットのスリットパターンと同一のピッチ距離で反射部と非反射部とが交互に連続して設けられている。したがって、固定スリットに対してターゲットが相対的に移動すると、受光部において検出される光量は、周期的に変化して明暗が繰り返される。この明暗の繰り返しの回数カウントすることにより、ターゲットの移動量の測定が可能になっている。

概要

ターゲットの移動量に対して一定の増加率で増加する信号値直線性を高めることができるリニアポジションセンサを提供する。ターゲット400は、磁性体で構成されていると共に凸部401と凹部402とが交互に設けられている。検出部123は、ターゲット400の移動に伴って、ターゲット400から受ける磁界の変化に基づいて、正弦信号及び余弦信号を取得する。信号処理部124は、検出部123から正弦信号及び余弦信号を取得し、正弦信号及び余弦信号に基づいて逆正接信号を生成し、逆正接信号をターゲット400の位置を示す位置信号として取得する。検出部123がターゲット400の移動方向における凹部402の中心位置403から隣の凹部402の中心位置404までの範囲の位置を検出する場合、ターゲット400には凹部402が少なくとも2つ設けられている。

目的

本発明は上記点に鑑み、ターゲットの移動量に対して一定の増加率で増加する信号値の直線性を高めることができるリニアポジションセンサを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

磁性体で構成されていると共に凸部(401)と凹部(402)とが交互に設けられたターゲット(400)の移動方向における位置を検出するリニアポジションセンサであって、バイアス磁界を発生させる磁石(106)と、前記バイアス磁界が印加されると共に、前記ターゲットの移動に伴って、前記ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、前記凸部及び前記凹部の位置に対応した位相検出信号を生成する複数の磁気検出素子(127、128、129、133、134、135、139、140)と、を有し、位相が異なる複数の検出信号に基づいて正弦関数を示す正弦信号及び余弦関数を示す余弦信号を取得する検出部(123)と、前記検出部から前記正弦信号及び前記余弦信号を取得し、前記正弦信号及び前記余弦信号に基づいて逆正接関数を示すと共に前記ターゲットの移動量に応じた逆正接信号を生成し、前記逆正接信号を前記ターゲットの位置を示す位置信号として取得する信号処理部(124)と、を含み、前記検出部が前記ターゲットの移動方向における前記凸部の中心位置(405)から隣の前記凸部の中心位置(406)までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも3つ設けられており、前記検出部が前記ターゲットの移動方向における前記凹部の中心位置(403)から隣の前記凹部の中心位置(404)までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも2つ設けられており、前記検出部が前記ターゲットの移動方向における前記凸部と前記凹部とのエッジ位置(407)から隣の前記凸部と隣の前記凹部とのエッジ位置(408)までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも2つ設けられているリニアポジションセンサ。

請求項2

前記ターゲットは、前記凸部と前記凹部とが交互に配置される配置方向が前記移動方向に対して傾斜していることにより、前記凸部及び前記凹部が前記移動方向に対して斜めに配置された形状を有している請求項1に記載のリニアポジションセンサ。

請求項3

前記検出部は、一面(141)を有するセンサチップ(110)を有し、前記センサチップの前記一面は、前記ターゲットの前記凸部と前記凹部とが交互に配置される配置方向に平行に配置される請求項1または2に記載のリニアポジションセンサ。

請求項4

前記検出部は、前記正弦関数の頂点(137)が前記移動方向における前記凸部の中心位置(405、406)に位置するように前記正弦信号を生成するか、または、前記余弦関数の頂点(136)が前記移動方向における前記凸部の中心位置(405、406)に位置するように前記余弦信号を生成する請求項1ないし3のいずれか1つに記載のリニアポジションセンサ。

請求項5

前記検出部は、前記正弦関数の頂点(137)が前記移動方向における前記凸部と前記凹部とのエッジ位置(407、408)に位置するように前記正弦信号を生成するか、または、前記余弦関数の頂点(136)が前記移動方向における前記凸部と前記凹部とのエッジ位置(407、408)に位置するように前記余弦信号を生成する請求項1ないし3のいずれか1つに記載のリニアポジションセンサ。

請求項6

磁性体で構成されていると共に凸部(401)と凹部(402)とが交互に配置される配置方向が移動方向に対して傾斜していることにより前記凸部及び前記凹部が前記移動方向に対して斜めに配置された形状を有するターゲット(400)の前記移動方向における位置を検出するリニアポジションセンサであって、バイアス磁界を発生させる磁石(106)と、前記バイアス磁界が印加されると共に、前記ターゲットの移動に伴って、前記ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、前記凸部及び前記凹部の位置に対応した位相の異なる信号として、正弦関数を示す正弦信号を取得する第1磁気検出素子(142)と、余弦関数を示す余弦信号を取得する第2磁気検出素子(143)と、を有する検出部(123)と、前記検出部から前記正弦信号及び前記余弦信号を取得し、前記正弦信号及び前記余弦信号に基づいて逆正接関数を示すと共に前記ターゲットの移動量に応じた逆正接信号を生成し、前記逆正接信号を前記ターゲットの位置を示す位置信号として取得する信号処理部(124)と、を含み、前記検出部が前記ターゲットの移動方向における前記凸部の中心位置(405)から隣の前記凸部の中心位置(406)までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも3つ設けられており、前記検出部が前記ターゲットの移動方向における前記凹部の中心位置(403)から隣の前記凹部の中心位置(404)までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも2つ設けられており、前記検出部が前記ターゲットの移動方向における前記凸部と前記凹部とのエッジ位置(407)から隣の前記凸部と隣の前記凹部とのエッジ位置(408)までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも2つ設けられているリニアポジションセンサ。

請求項7

前記検出部は、一面(141)を有するセンサチップ(110)を有し、前記センサチップの前記一面は、前記ターゲットの前記凸部と前記凹部とが交互に配置される配置方向に平行に配置される請求項6に記載のリニアポジションセンサ。

請求項8

前記ターゲットは、車両のシフトポジションの動作に連動して移動する可動部品である請求項1ないし7のいずれか1つに記載のリニアポジションセンサ。

技術分野

0001

本発明は、リニアポジションセンサに関する。

背景技術

0002

従来より、光学式検出素子を用いてターゲットの位置を検出する装置が、例えば特許文献1で提案されている。検出素子は、光源固定スリット、固定スリットを透過した光を受光する受光部を備えている。ターゲットには、光の反射部と非反射部とが交互に連続したパターンが設けられている。このため、光源から発せられた光の一部は、検出対象の反射部で反射し、固定スリットに達する。

0003

固定スリットには、ターゲットのスリットパターンと同一のピッチ距離で反射部と非反射部とが交互に連続して設けられている。したがって、固定スリットに対してターゲットが相対的に移動すると、受光部において検出される光量は、周期的に変化して明暗が繰り返される。この明暗の繰り返しの回数カウントすることにより、ターゲットの移動量の測定が可能になっている。

先行技術

0004

特開2016−205854号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ここで、磁気式の検出素子によってターゲットの位置を検出する方式が知られている。この方式では、例えば、凹凸形状の配列方向に移動するターゲットに対し、検出部が凹凸形状から受ける磁界の変化に基づいてターゲットの位置を検出する。発明者らは、この方式を用いた検出部及び信号処理部を備えたリニアポジションセンサを発案した。

0006

具体的には、検出部は、磁性体で構成されたターゲットの移動に伴って、ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、ターゲットの移動方向に沿って一方向に並んだ複数の範囲に対応すると共に位相が異なる複数の検出信号を生成する。複数の範囲は、例えば凹凸形状の凹の範囲や凸の範囲である。

0007

また、信号処理部は、検出部から複数の検出信号を取得し、複数の検出信号と閾値とを比較し、複数の検出信号と閾値との大小関係の組み合わせに基づいて、複数の範囲のいずれかの範囲の位置として検出対象の位置を特定する。

0008

この構成では、複数の範囲のいずれかの範囲の位置を特定することができるが、複数の検出信号に基づいて、ターゲットの移動量に対して一定の増加率信号値が増加する出力信号を生成することも可能である。

0009

しかしながら、複数の範囲のうち端の範囲では、検出部が端に対応しない範囲から受ける磁界の影響と、端の範囲から受ける磁界の影響と、が異なる。これは、端の範囲の一方の隣には別の範囲が存在するが、他方の隣には別の範囲が存在しないからである。このため、出力信号のうち端の範囲に対応する信号値の直線性崩れてしまう。したがって、端の範囲に対応した位置を精度良く検出することが難しいという問題がある。

0010

本発明は上記点に鑑み、ターゲットの移動量に対して一定の増加率で増加する信号値の直線性を高めることができるリニアポジションセンサを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、磁性体で構成されていると共に凸部(401)と凹部(402)とが交互に設けられたターゲット(400)の移動方向における位置を検出するリニアポジションセンサであって、以下の構成を含んでいる。

0012

リニアポジションセンサは、バイアス磁界を発生させる磁石(106)と、バイアス磁界が印加されると共に、ターゲットの移動に伴って、ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、凸部及び凹部の位置に対応した位相の検出信号を生成する複数の磁気検出素子(127、128、129、133、134、135、139、140)と、を有し、位相が異なる複数の検出信号に基づいて正弦関数を示す正弦信号及び余弦関数を示す余弦信号を取得する検出部(123)を含む。

0013

リニアポジションセンサは、検出部から正弦信号及び余弦信号を取得し、正弦信号及び余弦信号に基づいて逆正接関数を示すと共にターゲットの移動量に応じた逆正接信号を生成し、逆正接信号をターゲットの位置を示す位置信号として取得する信号処理部(124)を含む。

0014

一方、請求項6に記載の発明では、磁性体で構成されていると共に凸部(401)と凹部(402)とが交互に配置される配置方向が移動方向に対して傾斜していることにより凸部及び凹部が移動方向に対して斜めに配置された形状を有するターゲット(400)の移動方向における位置を検出するリニアポジションセンサであって、以下の構成を含んでいる。

0015

リニアポジションセンサは、ターゲットの移動に伴って、ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、凸部及び凹部の位置に対応した位相の異なる信号として、正弦関数を示す正弦信号を取得する第1磁気検出素子(142)と、余弦関数を示す余弦信号を取得する第2磁気検出素子(143)と、を有する検出部(123)を含む。

0016

リニアポジションセンサは、検出部から正弦信号及び余弦信号を取得し、正弦信号及び余弦信号に基づいて逆正接関数を示すと共にターゲットの移動量に応じた逆正接信号を生成し、逆正接信号をターゲットの位置を示す位置信号として取得する信号処理部(124)を含む。

0017

そして、検出部がターゲットの移動方向における凸部の中心位置(405)から隣の凸部の中心位置(406)までの範囲の位置を検出する場合、ターゲットには凹部が少なくとも3つ設けられている。

0018

検出部がターゲットの移動方向における凹部の中心位置(403)から隣の凹部の中心位置(404)までの範囲の位置を検出する場合、ターゲットには凹部が少なくとも2つ設けられている。

0019

検出部がターゲットの移動方向における凸部と凹部とのエッジ位置(407)から隣の凸部と隣の凹部とのエッジ位置(408)までの範囲の位置を検出する場合、ターゲットには凹部が少なくとも2つ設けられている。

0020

これによると、ターゲットのうち検出部によって検出される移動範囲の外側に、凸部あるいは凹部が位置している。これにより、検出部がターゲットの移動範囲外から受ける磁界の影響をターゲットの移動範囲内から受ける磁界の影響に近づけることができる。これに伴い、信号処理部によって取得される正弦信号及び余弦信号の波形理想的な波形に近づけることができる。したがって、ターゲットの移動量に対して一定の増加率で増加する逆正接信号の信号値の直線性を高めることができる。

0021

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

図面の簡単な説明

0022

第1実施形態に係るリニアポジションセンサの外観図である。
磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式を構成する部品の分解斜視図である。
図2に示された各部品の平面図である。
図3のIV−IV断面図である。
ホール素子を用いた磁気検出方式を構成する部品を示した平面図である。
図5のVI−VI断面図である。
リニアポジションセンサの回路構成を示した図である。
図7に示された回路構成の信号処理の内容を示した図である。
ターゲットの凸部及び凹部に対応した正弦信号、余弦信号、及び逆正接信号を示した図である。
センサチップに磁気抵抗素子を搭載した場合の正弦信号及び余弦信号を示した図である。
センサチップにホール素子を搭載した場合の正弦信号及び余弦信号を示した図である。
ターゲットの移動量に対する第1位置信号及び第2位置信号を示した図である。
凸部の中心位置と正弦信号の頂点の位置が一致する場合を示した図である。
凸部と凹部とのエッジの位置と正弦信号の頂点の位置が一致する場合を示した図である。
凸部と凹部とのエッジの位置と余弦信号の頂点の位置が一致する場合を示した図である。
ターゲットに対する磁気抵抗素子のギャップを異ならせた構成を示した図である。
図16に示された各信号について、距離yと磁気振幅との関係を示した図である。
センサチップに5つの磁気抵抗素子を搭載した場合を示した図である。
ターゲットの移動範囲の外側の凸部の幅が移動範囲内の凸部の幅よりも広い場合を示した図である。
ターゲットの移動範囲の外側に壁部が設けられた場合を示した図である。
ターゲットの移動範囲の外側の凸部の幅が移動範囲内の凸部の幅よりも狭い場合を示した図である。
第2実施形態に係るターゲットの斜視図である。
図22に示されたターゲットにおける正弦信号、余弦信号、及び逆正接信号を示した図である。
凹部から隣の凹部までの移動範囲の位置を検出するためのターゲットが示された斜視図である。
第2実施形態に係る変形例を示した図である。
第2実施形態に係る変形例を示した図である。
第2実施形態に係る変形例を示した図である。
第2実施形態に係る変形例を示した図である。
第2実施形態に係る変形例を示した図である。
第2実施形態に係る変形例を示した図である。
第3実施形態に係るターゲット及び検出部を示した図である。
図31のXXXII−XXXII断面図である。
第3実施形態に係る変形例を示した図である。
第4実施形態に係るシフトバイワイヤシステムの概略図である。
シフトバイワイヤシステムのブロック図である。
ディテントを示した平面図である。
ディテントの位置を検出する内容を示した図である。
マニュアルバルブの斜視図である。
マニュアルバルブの位置を検出する内容を示した図である。

実施例

0023

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

0024

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係るリニアポジションセンサは、磁性体で構成されていると共に凸部と凹部とが交互に設けられた検出対象の移動方向における位置を検出するセンサである。以下、リニアポジションセンサを単にセンサと言う。

0025

図1に示されたセンサ100は、検出対象として、一方向に移動するターゲットの移動量を検出する。すなわち、センサ100は、ターゲットの現在の位置を検出する。具体的には、センサ100は、ターゲットの移動量に比例する信号を検出することで、ターゲットの位置を取得する。

0026

センサ100は、PPS等の樹脂材料樹脂成形されたことによって形成されたケース101を備えている。ケース101は、ターゲット側の先端部102、周辺機構に固定されるフランジ部103、ハーネスが接続されるコネクタ部104を有している。先端部102の内部にセンシング部分が設けられている。

0027

また、先端部102がターゲットの検出面に対して所定のギャップを持つように、センサ100がフランジ部103を介して周辺機構に固定される。したがって、ターゲットがセンサ100に対して移動する。なお、ターゲットの移動方向は直進往復に限られず、回転や特定の角度内での往復等でも良い。

0028

センサ100は、磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式、または、ホール素子を用いた磁気検出方式を採用することができる。磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式の場合、図2に示されるように、センサ100は、モールドIC部105、磁石106、及びキャップ部107を備えている。これらは、ケース101の先端部102に収容されている。モールドIC部105は、中空筒状の磁石106に差し込まれる。磁石106はバイアス磁界を発生させるものであり、有底筒状のキャップ部107に差し込まれる。

0029

図3の平面模式図及び図4断面模式図に示されるように、モールドIC部105、磁石106、及びキャップ部107は一体化される。モールドIC部105の主な部分は、磁石106の中空部に位置している。キャップ部107は、モールドIC部105及び磁石106の位置を固定している。

0030

モールドIC部105は、リードフレーム108、処理回路チップ109、センサチップ110、及びモールド樹脂部111を有している。リードフレーム108は、板状のアイランド部112及び複数のリード113〜116を有している。アイランド部112の平面部は、ターゲットに対するギャップ方向に平行に配置されている。

0031

複数のリード113〜116は、電源電圧が印加される電源端子113、グランド電圧が印加されるグランド端子114、信号を出力するための第1出力端子115及び第2出力端子116に対応している。つまり、各リード113〜116は、電源用グランド用、及び信号用の4本である。各リード113〜116の先端にはターミナル117がそれぞれ接続されている。ターミナル117は、ケース101のコネクタ部104に位置する。また、ターミナル117がハーネスに接続される。

0032

なお、本実施形態では、複数のリード113〜116のうちのグランド用のリード114はアイランド部112に一体化されている。アイランド部112と全てのリード113〜116とが完全に分離されていても良い。

0033

処理回路チップ109及びセンサチップ110は、接着剤等によってアイランド部112に実装されている。処理回路チップ109は、センサチップ110の信号を処理する回路部が構成されている。センサチップ110は、外部から磁界の影響を受けたときに抵抗値が変化する磁気抵抗素子を含んでいる。磁気抵抗素子は、例えばAMRGMR、TMRである。各リード113〜116と処理回路チップ109とは、ワイヤ118を介して電気的に接続されている。処理回路チップ109とセンサチップ110とは、ワイヤ119を介して電気的に接続されている。

0034

モールド樹脂部111は、アイランド部112、各リード113〜116の一部、処理回路チップ109、及びセンサチップ110を封止している。モールド樹脂部111は、磁石106の中空部に固定される形状に成形されている。

0035

磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式による検出信号について説明する。キャップ部107は、ターゲットに対して所定のギャップを持って配置される。ギャップが大きくなると検出信号の振幅が小さくなり、ギャップが小さくなると検出信号の振幅が大きくなる。この検出信号を利用して、ターゲットの位置を検出することができる。なお、後述するが、検出信号は複数の磁気抵抗素子の出力によって生成される。

0036

磁気ベクトルを検出する磁気抵抗素子は、ギャップのずれによる精度誤差キャンセルできるメリットがある。また、センサチップ110に発生する応力の影響を低減あるいはキャンセルできるメリットがある。よって、高精度な検出が可能である。

0037

ホール素子を用いた磁気検出方式を採用した場合、図5の平面模式図及び図6の断面模式図に示されるように、モールドIC部105は、キャップ部107に差し込まれて固定される。また、モールドIC部105は、リードフレーム108、ICチップ120、磁石121、及びモールド樹脂部111を有している。

0038

リードフレーム108のアイランド部112は、平面部がターゲットの移動方向に対して平行になるように配置される。一方、各リード113〜116は、ターゲットの移動方向に対して垂直になるように配置される。グランド用のリード114がアイランド部112に直角に一体化されている。各リード113〜116の先端にはターミナル117がそれぞれ接続されている。

0039

ICチップ120は、複数のホール素子と信号処理回路部とが形成されている。つまり、ホール素子を用いた磁気検出方式では1チップ構成になっている。磁石121は、アイランド部112のうちICチップ120とは反対側の面に固定されている。各リード113〜116とICチップ120とは、ワイヤ122を介して電気的に接続されている。モールド樹脂部111は、キャップ部107の中空部に固定される形状に成形されている。

0040

ホール素子を用いた磁気検出方式による検出信号について説明する。例えば2つのホール素子がICチップ120に設けられている場合、キャップ部107に対してターゲットが移動すると、各ホール素子の位置に対応して各検出信号が最大となる。ギャップと検出信号の振幅との関係は磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式と同じである。ターゲットの移動に応じた周期的な信号を利用して、ターゲットの位置を検出することができる。

0041

次に、センサチップ110及び処理回路チップ109に構成された回路構成について説明する。図7に示されるように、センサ100とECU200とがハーネス300を介して電気的に接続されている。上述のように、モールドIC部105は4本のリード113〜116を有しているので、ハーネス300は4本の配線によって構成されている。

0042

ECU200は、電源部201、制御部202、及びグランド部203を備えた電子制御装置である。電源部201は、センサ100に電源電圧を供給する回路部である。制御部202は、センサ100から入力する位置信号に応じて予め決められた制御を行う回路部である。なお、制御部202は、各出力端子115、116に対応した回路部として構成されていても良い。グランド部203はセンサ100のグランド電圧を設定する回路部である。

0043

センサ100は、検出部123及び信号処理部124を備えている。検出部123は、センサチップ110を含んでいる。信号処理部124は、処理回路チップ109に設けられている。検出部123及び信号処理部124は、ECU200から供給される電源電圧及びグランド電圧に基づいて動作する。

0044

検出部123は、第1検出部125及び第2検出部126を有している。第1検出部125は、ターゲットの位置に対応した第1検出信号を出力するように構成されている。第2検出部126は、ターゲットの位置に対応した第2検出信号を出力するように構成されている。各検出部125、126は、同じ構成であり、同じ検出信号を出力する。

0045

図8に示されるように、各検出部125、126は、ターゲットの移動に伴って抵抗値が変化する第1磁気抵抗素子127、第2磁気抵抗素子128、及び第3磁気抵抗素子129の3つの素子を有している。なお、図8では1つの検出部を図示している。

0046

ターゲットの移動方向において、第2磁気抵抗素子128が第1磁気抵抗素子127と第3磁気抵抗素子129との間に位置するように各々が配置されている。つまり、第2磁気抵抗素子128が第1磁気抵抗素子127と第3磁気抵抗素子129とに挟まれるように配置されている。そして、第2磁気抵抗素子128には磁石106の中心軸に沿ったバイアス磁界が印加される。一方、第1磁気抵抗素子127及び第3磁気抵抗素子129には磁石106の端部を巻き込むバイアス磁界が印加される。

0047

各磁気抵抗素子127〜129は、電源とグランドとの間に2つの磁気抵抗直列接続されたハーフブリッジ回路として構成されている。各磁気抵抗素子127〜129は、ターゲットの移動に伴って2つの磁気抵抗が磁界の影響を受けたときの抵抗値の変化を検出する。また、各磁気抵抗素子127〜129は、当該抵抗値の変化に基づいて、2つの磁気抵抗の中点電圧波形信号としてそれぞれ出力する。

0048

また、各検出部125、126は、各磁気抵抗素子127〜129の他に、第1〜第4オペアンプを備えている。第1磁気抵抗素子127の中点の中点電位をV1と定義すると共に、第2磁気抵抗素子128の中点の中点電位をV2と定義すると、第1オペアンプは、V1−V2を演算してその結果をR1として出力するように構成された差動増幅器である。また、第3磁気抵抗素子129の中点の中点電位をV3と定義すると、第2オペアンプは、V2−V3を演算してその結果をR2として出力するように構成された差動増幅器である。

0049

第3オペアンプは、第1オペアンプからR1(=V1−V2)を入力すると共に第2オペアンプからR2(=V2−V3)を入力し、R2−R1を演算してその結果をS1(=(V2−V3)−(V1−V2))として出力するように構成された差動増幅器である。

0050

第4オペアンプは、第1磁気抵抗素子127の中点から中点電位V1を入力すると共に、第3磁気抵抗素子129の中点から中点電位V3を入力し、V1−V3を演算してその結果をS2として出力するように構成された差動増幅器である。

0051

このように、各検出部125、126は、各磁気抵抗素子127〜129の出力から信号S1(=(V2−V3)−(V1−V2))及び信号S2(=V1−V3)を生成及び取得するように構成されている。信号S1及び信号S2が検出信号となる。つまり、各検出部125、126は、位相が異なる複数の検出信号を生成する。各検出部125、126は、信号S1及び信号S2を複数の検出信号として信号処理部124に出力する。

0052

なお、上記の信号の処理は、磁気抵抗素子がセンサチップ110に3つ設けられた構成の場合である。磁気抵抗素子がセンサチップ110に2つや4つ以上設けられた場合には素子対の数に応じた処理が行われる。

0053

図7の信号処理部124は、検出部123から入力される信号を処理する回路部である。信号処理部124は、第1処理部130、第2処理部131、冗長判定部132を備えている。

0054

第1処理部130は、第1検出部125から第1検出信号を入力し、第1検出信号に基づいてターゲットの位置を取得する。第2処理部131は、第2検出部126から第2検出信号を入力し、第2検出信号に基づいてターゲットの位置を取得する。

0055

第2処理部131は、位置信号を反転させて出力する。よって、検出部123や信号処理部124に異常が無ければ、第1処理部130の位置信号と第2処理部131の位置信号とを足し合わせると一定値になる。

0056

ここで、第1検出部125及び第1処理部130が第1系統を構成する。また、第2検出部126及び第2処理部131が第2系統を構成する。つまり、各検出部125、126及び各処理部130、131によって2重系が構成されている。

0057

冗長判定部132は、第1処理部130によって取得された位置と第2処理部131によって取得された位置とが一致するか否かを判定する回路部である。2系統の信号処理結果が一致する場合、信号処理部124は、各位置信号をそのまま出力する。2系統の信号処理結果が一致しない場合、各系統のいずれか一方または両方に異常が発生している可能性がある。この場合、信号処理部124は、異常を示す異常信号をECU200に出力する。

0058

信号処理をまとめると、例えば図8の内容となる。アナログ処理は、複数の検出信号を生成する処理である。なお、検出部123は温度を検出する機能を有していても良い。温度情報Tempは温度補正に用いられる。また、「Sin」及び「Cos」は後述する正弦信号及び余弦信号である。

0059

アナログ処理されたアナログ信号マルチプレクサ(MUX)を介してA/DコンバータADC)でデジタル信号に変換される。デジタル信号は逆正接信号を生成するために演算処理される。アナログ処理及び演算処理では、メモリに記憶された調整値が適宜利用される。演算処理によって取得された位置信号は、DAC、SENT、PWM等の出力形式に従ってECU200に出力される。

0060

なお、演算処理は信号処理部124で行われる。よって、A/Dコンバータ(ADC)やメモリは信号処理部124に設けられている。以上が、本実施形態に係るセンサ100の構成である。

0061

次に、ターゲット及び移動範囲について説明する。図9に示されるように、ターゲット400は、凸部401と凹部402とが移動方向に交互に設けられている。検出部123はターゲット400に対してギャップを持って固定されている。ターゲット400が検出部123に対して移動方向に移動する。

0062

また、検出部123は、谷中心から隣の谷中心までの移動範囲の位置を検出する。谷中心は、凹部402においてターゲット400の移動方向の幅中心である。移動範囲は、移動方向におけるターゲット400の動作範囲である。

0063

このように、検出部123がターゲット400の移動方向における凹部402の中心位置403(P1)から隣の凹部402の中心位置404(P2)までの範囲の位置を検出する場合、ターゲット400には凹部402が少なくとも2つ設けられている。言い換えると、凸部4013が3つ設けられている。

0064

そして、ターゲット400が移動方向に移動すると、検出部123は凹部402の中心位置403から凸部401を介して隣の凹部402の中心位置404までを横切る。これにより、検出部123は、ターゲット400の移動に伴って、凸部401及び凹部402から受ける磁界の変化に基づいて、位相が異なる信号S1及び信号S2を生成する。

0065

図10は、上記の磁気検出方式のうち磁気抵抗素子を用いた方式を採用した場合の信号S1及び信号S2である。図11は、上記の磁気検出方式のうちホール素子を用いた方式を採用した場合の信号S1及び信号S2である。この場合、3つのホール素子133、134、135がICチップ120に搭載されている。

0066

信号S1は、正弦関数を示す正弦信号である。信号S2は、余弦関数を示す余弦信号である。つまり、信号S1と信号S2とは1/4周期の位相差がある。どちらの検出方式においても、凹部402の中心位置403、404の外側に凸部401及び凹部402が位置している。このため、センサチップ110が凹部402の中心位置403、404付近から受ける磁界の影響と、中心位置403、404間の凸部401付近から受ける磁界の影響と、が近くなる。よって、信号S1及び信号S2が理想的な正弦波及び余弦波に近くなる。

0067

図9図11に示されるように、検出部123は、余弦関数の頂点136が移動方向における凸部401の中心位置405に位置するように余弦信号を生成する。検出部123は、正弦信号及び余弦信号を取得し、複数の検出信号として信号処理部124に出力する。

0068

信号処理部124は、検出部123から複数の検出信号を取得し、複数の検出信号に基づいてターゲット400の位置を示す位置信号を取得する。具体的には、図9中段に示されるように、信号処理部124は、ターゲット400の位置に対応した正弦信号及び余弦信号を取得する。また、信号処理部124は、(余弦信号の信号値)/(正弦信号の信号値)を演算する。これにより、図9下段に示されるように、逆正接関数を示すと共にターゲット400の移動量に応じて信号値が一定の増加率で増加する逆正接信号が得られる。信号処理部124は、この逆正接信号を位置信号として取得する。

0069

図12に示されるように、信号処理部124は第1位置信号(O1)と、この第1位置信号(O1)を反転させた第2位置信号(O2)をECU200に出力する。

0070

比較例として、図9図11のターゲット400において、中心位置403、404の外側に凸部401が設けられていない形状が考えられる。この形状では、凸部401は1つであり、凸部401と凹部402とが連続していない。このため、凸部401と凹部402とが連続している場合に対して磁界の変化が不均一になる度合いが高くなる。これに伴い、中心位置403、404付近の正弦信号及び余弦信号の波形に含まれる歪みの成分が大きくなる。よって、得られる逆正接信号についても、歪みの成分が含まれ、ターゲット400の位置の精度も低下してしまう。

0071

これに対し、本実施形態では、凹部402の中心位置403、404間の位置を検出する場合には、ターゲット400には凹部402が少なくとも2つ設けられている。これにより、ターゲット400のうち検出部123によって検出される移動範囲の外側には凸部401が必ず位置する。このため、検出部123がターゲット400の移動範囲外から受ける磁界の影響をターゲット400の移動範囲内から受ける磁界の影響に近づけることができる。これに伴い、理想的な波形に近い正弦信号及び余弦信号を取得することができる。したがって、ターゲット400の移動量に対して一定の増加率で増加する逆正接信号の信号値の直線性を高めることができる。

0072

第1の変形例として、図13に示されるように、検出部123は、ターゲット400の移動方向における凸部401の中心位置405から隣の凸部401の中心位置406までの範囲の位置を検出しても良い。この場合、ターゲット400には凹部402が少なくとも3つ設けられている。また、図13に示されるように、検出部123は、正弦関数の頂点137が移動方向における凸部401の中心位置405、406に位置するように正弦信号を生成しても良い。

0073

第2の変形例として、図14に示されるように、検出部123は、ターゲット400の移動方向における凸部401と凹部402とのエッジ位置407から隣の凸部401と隣の凹部402とのエッジ位置408までの範囲の位置を検出しても良い。この場合、ターゲット400には凹部402が少なくとも2つ設けられている。また、図14に示されるように、検出部123は、正弦関数の頂点137が移動方向における凸部401と凹部402とのエッジ位置407、408に位置するように正弦信号を生成しても良い。

0074

第3の変形例として、図15に示されるように、検出部123は、余弦関数の頂点136が移動方向における凸部401と凹部402とのエッジ位置407、408に位置するように余弦信号を生成しても良い。

0075

第4の変形例として、図16に示されるように、3つの各磁気抵抗素子127〜129は、ターゲット400に対するギャップが異なっていても良い。なお、この場合の信号S1は、S1=V1+V3−2V2である。信号S2は、S2=V1−V3である。

0076

このような素子の配置により、図17に示されるように、信号S1についてはY方向のyが大きくなるほど、すなわちY方向における第2磁気抵抗素子128の位置を固定した状態で第1磁気抵抗素子127及び第3磁気抵抗素子129が磁石106の端部138から遠ざかるほど磁気振幅が大きくなる。なお、Y方向はギャップ方向であり、X方向は移動方向である。一方、信号S2についてはyが小さくなるほど、すなわち第2磁気抵抗素子128が磁石106の端部138に近づくほど磁気振幅が大きくなる。これにより、信号S1を生成する第1磁気抵抗素子127及び第3磁気抵抗素子129を磁石106の端部138から遠ざけることで信号S1の信号振幅を拡大することができる。また、信号S2を生成する第2磁気抵抗素子128を磁石106の端部138に近づけることで、信号S1の磁気振幅に関係なく信号S2の磁気振幅を拡大することかできる。つまり、信号S2の信号振幅を、信号S1の磁気振幅から独立して調整することができる。

0077

図18に示されるように、第4磁気抵抗素子139及び第5磁気抵抗素子140をセンサチップ110に追加することにより、さらなる磁気振幅の向上が可能である。一例として、5素子の場合、信号S1はS1=V1+V3−2V2であり、信号S2はS2=V4−V5である。

0078

第5の変形例として、図19図21に示されるように、凹部402の中心位置403、404間の移動範囲を検出する場合、ターゲット400の移動範囲の外側の凸部401の形状は、移動範囲内の凸部401の形状と異なっていても良い。図19には、ターゲット400の移動範囲の外側の凸部401の移動方向における幅が、移動範囲内の凸部401の幅よりも広い場合が示されている。図20には、ターゲット400の移動範囲の外側が凸部401ではなく壁部409の場合が示されている。図20の例では、検出部123は、凸部401と凹部402とのエッジ位置407、408間の範囲の位置を検出しても良い。図21には、ターゲット400の移動範囲の外側の凸部401の幅が移動範囲内の凸部401の幅よりも狭い場合が示されている。なお、ターゲット400の移動範囲が凸部401間やエッジ間も同様に、移動範囲の外側の形状は移動範囲内と同じ形状でなくても良い。

0079

(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。図22に示されるように、ターゲット400は、凸部401と凹部402とが交互に配置される配置方向が移動方向に対して傾斜している。これにより、ターゲット400は、凸部401及び凹部402が移動方向に対して斜めに配置された形状を有している。凸部401及び凹部402は、配置方向に直交する方向に直線状にレイアウトされている。

0080

また、図23に示されるように、検出部123のセンサチップ110は、各磁気抵抗素子127〜129が搭載された一面141を有している。センサチップ110の一面141は、例えば、アイランド部112の平面部に対応する。センサチップ110の一面141は、配置方向に平行になるように、検出部123に搭載されている。具体的には、検出部123がターゲット400に対してギャップを持って配置される方向をギャップ方向と定義すると、センサチップ110の一面141は配置方向及びギャップ方向に平行に配置される。これにより、センサチップ110が凸部401及び凹部402から受ける磁界を検出しやすくなる。よって、波形信号、正弦信号、余弦信号、逆正接信号の精度が良くなるので、ターゲット400の位置の正確度を向上させることができる。

0081

図22及び図23には、検出部123が凸部401から隣の凸部401までの移動範囲の位置を検出する場合が示されているが、図24のように、検出部123は、凹部402から隣の凹部402までの移動範囲の位置を検出しても良い。

0082

変形例として、図25図28に示されるように、センサチップ110の一面141は、配置方向や移動方向に対して様々な向きに配置される。図25では、検出部123が凸部401から隣の凸部401までの移動範囲の位置を検出する場合、センサチップ110の一面141はターゲット400の移動方向に平行に配置される。ターゲット400の移動方向に対する凸部401及び凹部402の延設方向は、0<θ<180°の範囲に設定される。

0083

図26では、検出部123が凸部401から隣の凸部401までの移動範囲の位置を検出する場合、センサチップ110の一面141は凸部401及び凹部402の配置方向に平行に配置される。図27では、検出部123が凹部402から隣の凹部402までの移動範囲の位置を検出する場合、センサチップ110の一面141はターゲット400の移動方向に平行に配置される。図28では、検出部123が凹部402から隣の凹部402までの移動範囲の位置を検出する場合、センサチップ110の一面141は凸部401及び凹部402の配置方向に平行に配置される。

0084

第2の変形例として、図29に示されるように、ターゲット400は、回転軸410及び回転板411を備えた構成でも良い。回転板411は、回転軸410の側面412に固定されていると共に回転軸410の中心軸に直交する一面413を有する。回転板411は、扇形状板部材である。検出部123は回転板411の一面413に対向配置される。

0085

この構成では、移動方向は、回転軸410の中心軸を中心とした回動方向である。また、凸部401と凹部402の配置方向は、回転軸410の中心軸から回転軸410の径方向に離れた位置414を中心として回転軸410の中心軸に直交する方向である。つまり、配置方向は、位置414を中心とした径方向である。

0086

そして、回転軸410の中心軸から径方向に離れた位置を中心として回転板411の一面413に円弧状に複数の溝部415がレイアウトされている。溝部415が凹部402に対応し、溝部415と溝部415の間の部分が凸部401に対応する。図29には、凸部401から隣の凸部401までの移動範囲の位置を検出する例が示されているが、溝部415から隣の溝部415までの移動範囲の位置を検出しても構わない。

0087

第3の変形例として、図30に示されるように、回転板411の外周面416に溝部417が形成されていても良い。検出部123は回転板411の外周面416に対向配置される。この構成では、溝部417は、回転板411の外周面416に回転軸410の中心軸を中心とした螺旋状にレイアウトされている。よって、凸部401及び凹部402も螺旋状にレイアウトされている。配置方向は、凸部401及び凹部402の配置に沿った方向となる。

0088

上記では、磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式におけるセンサチップ110の一面141の向きが示されている。これに対し、ホール素子を用いた磁気検出方式におけるセンサチップ110の場合、一面141はターゲット400に対向配置される。具体的には、センサチップ110の一面141は配置方向に平行に配置されると共に、ギャップ方向に垂直に配置される。

0089

(第3実施形態)
本実施形態では、第1、第2実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、検出部123は、1つの素子から正弦信号を取得し、他の1つの素子から余弦信号を取得する構成を備える。この構成では、図31に示されるように、凸部401及び凹部402の配置方向が移動方向に対して傾斜したターゲット400が採用される。なお、センサチップ110の一面141は、凸部401及び凹部402の配置方向に平行に配置されている。

0090

図32に示されるように、検出部123は、第1磁気検出素子142及び第2磁気検出素子143を備えている。各磁気検出素子142、143は磁気抵抗素子である。各磁気検出素子142、143は、凸部401と凹部402との配列の1/4周期に対応する距離だけ離れて配置されている。これにより、第1磁気検出素子142は正弦関数を示す正弦信号を生成する。また、エッジ位置407から隣のエッジ位置408までを1周期とすると、第2磁気検出素子143は、1/4周期の位相差を持った余弦関数を示す余弦信号を生成する。つまり、検出部123は、複数の検出信号から正弦信号及び余弦信号を生成するのではなく、素子の出力信号を正弦信号及び余弦信号として取得する。

0091

よって、信号処理部124は、検出部123から正弦信号及び余弦信号を取得し、これらの信号から逆正接信号を生成し、逆正接信号をターゲット400の位置を示す位置信号として取得する。

0092

変形例として、図33に示されるように、各磁気検出素子142、143は、ホール素子として構成されていても良い。この場合も、各磁気検出素子142、143は、凸部401と凹部402との配列の1/4周期に対応する距離だけ離れて配置される。

0093

(第4実施形態)
本実施形態では、第1〜第3実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態に係るターゲット400は、車両のシフトポジションの動作に連動して移動する可動部品である。具体的には、ターゲット400は、図34及び図35に示された車両のシフトバイワイヤシステム500に適用される。

0094

シフトバイワイヤシステム500では、ShBWECU501が車両のシフター502の情報を取得してアクチュエータ503を制御する。アクチュエータ503には扇形状のディテント504が固定されている。ディテント504にはマニュアルバルブ505及びパーキングロッド506が固定されている。マニュアルバルブ505はトランスミッション507に接続されている。パーキングロッド506は、パーキング機構部508に接続されている。そして、センサ100は、例えば、ディテント504の位置やマニュアルバルブ505の位置を検出するために用いられる。

0095

なお、シフトバイワイヤシステム500では、モータエンコーダ509、TCU510、ソレノイド511、ポンプ512等が備えられている。ShBWECU501は、センサ100から位置を示すレンジ情報を取得し、モータ・エンコーダ509及びTCU510を制御する。TCU510は、トランスミッションコントローラであり、ソレノイド511を制御する。

0096

センサ100がディテント504の位置を検出する場合、図36に示されるように、ディテント504がターゲット400となる。よって、ディテント504には凸部401及び凹部402が設けられている。ディテント504にターゲット400が固定されていても良い。図37に示されるように、センサ100はディテント504に対向するようにハウジング513に固定されている。これにより、ディテント504がアクチュエータ503によって回転させられた際に、センサ100はディテント504の回転位置を検出する。

0097

センサ100がマニュアルバルブ505の位置を検出する場合、図38に示されるように、ターゲット400はマニュアルバルブ505に固定される。マニュアルバルブ505には凸部401及び凹部402が設けられたターゲット400が固定されている。また、図39に示されるように、センサ100はターゲット400に対向するようにハウジング513に固定されている。これにより、ディテント504を介してマニュアルバルブ505が移動した際に、センサ100はマニュアルバルブ505の位置を検出する。図35は、マニュアルバルブ505の位置を検出する構成が示されていると言える。

0098

シフトポジションが操作された場合、センサ100によってディテント504やマニュアルバルブ505の位置を検出することで、シフトポジションの位置を検出することができる。

0099

(他の実施形態)
上記各実施形態で示されたセンサ100の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、センサ100の用途は車両用に限られず、可動部品の位置を検出するものとして産業用ロボット製造設備等にも広く利用できる。また、センサ100は冗長機能を備えていなくても良い。この場合、リード113〜116は3本である。

0100

100リニアポジションセンサ、123 検出部、124信号処理部、127〜129、139、140磁気抵抗素子、133〜135ホール素子、142、143磁気検出素子、400ターゲット、401 凸部、402 凹部、405、406 凸部の中心位置、403、404 凹部の中心位置、407、408エッジ位置

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