JP2009229437A - 位置検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】可動子としての磁石２、３により形成される磁界や固定子としての磁界検出手段４、５から出力される電気信号が温度に応じて変動しても、検出精度の高い位置検出センサ１を得ることにある。
【解決手段】位置検出センサ１は、短手方向に円弧状に膨出する膨出部６、７を有し、長手方向に変位する２つの磁石２、３と、磁石２、３により形成される磁界を検出する２つの磁界検出手段４、５とを備える。また、磁石２、３は、両方とも長手方向に着磁されて一端側がＳ極、他端側がＮ極をなす。また、磁界検出手段４、５は、長手方向に所定の間隔を有して配され、この間隔は、長手方向の座標とエアギャップに形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、三角関数の周期ｄの１／２である。これにより、温度にかかわらず、検出精度の高い位置検出センサ１を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出対象たる被検出体の位置を検出する位置検出センサに関する。

従来から、例えば車両の各種制御には、位置検出センサから得られる出力値が多数利用されており、制御上、重要な位置を占めるようになっている。
この位置検出センサは、磁界を形成し被検出体の変位に応じて変位する可動子と、可動子の変位により生じる磁界の変化を検出し、電気信号に変換して出力する固定子とを備える。そして、固定子から出力される電気信号に基づいて、電子制御装置（ＥＣＵ）は、被検出体の位置を把握して各種の制御処理を実行する。

ところで、可動子により形成される磁界や固定子から出力される電気信号は、温度に応じて変動するので、これらの温度特性に基づく限界以上に、位置検出センサの検出精度を高めることができない。このため、被検出体の変位に伴う可動子の変位量と位置検出センサの出力値との相関特性は理想的なリニア特性にならない。

なお、極性の異なる２つの磁石により磁界を形成し、さらに別の２つの磁石により逆向きの磁界を形成して、ゼロを跨ぐプラス、マイナスの両側に出力値を得ることができる位置検出センサが開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この位置検出センサでも、可動子により形成される磁界および固定子から出力される電気信号が温度に応じて変動することに変わりがなく、検出精度は、温度特性に基づく限界以上に高くならない。
特開２０００−１８０１１４号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、可動子により形成される磁界や固定子から出力される電気信号が温度に応じて変動しても、検出精度の高い位置検出センサを得ることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の位置検出センサは、短手方向に円弧状に膨出する膨出部を有し、短手方向に垂直な長手方向に着磁された２つの磁石と、２つの磁石により形成される磁界を検出する互換可能な２つの磁界検出手段とを備える。
また、２つの磁石は、各々の長手方向が互いに平行となるように、かつ、各々の長手方向の一端の極性が互いに同一、および他端の極性が互いに同一となるように配されて、被検出体の変位に応じて長手方向に変位する。そして、２つの膨出部は、短手方向に最大に膨出する最大膨出位置が互いに対向するように鏡映対称に配されている。
さらに、２つの磁界検出手段は、２つの膨出部の対向により形成されるエアギャップで、所定の間隔を有して長手方向に配列され、所定の間隔は、長手方向に座標軸を想定したときに、長手方向の座標とエアギャップに形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、三角関数の周期の１／２の長さである。

これにより、２つの磁石の変位量と一方の磁界検出手段から得られる出力値との相関特性、および２つの磁石の変位量と他方の磁界検出手段から得られる出力値との相関特性は、同振幅の２つの正弦関数（または余弦関数）に近似するものになり、さらに、この２つの正弦関数（または余弦関数）は、周期が同一、かつ位相差が周期の１／２になる。このため、一方の相関特性を、変位量を変数とする正弦関数（または余弦関数）とみなせば、他方の相関特性を、変位量を変数とする余弦関数（または正弦関数）に変換することができる。

したがって、一方の磁界検出手段から得られる出力値を他方の磁界検出手段から得られる出力値で除することにより、変位量を変数とする正接に近似する数値が得られるとともに、可動子としての２つの磁石により形成される磁界の温度特性や、固定子としての２つの磁界検出手段から出力される電気信号の温度特性が除算によりキャンセルされる。この結果、得られた正接近似値を逆三角関数処理することで、２つの磁石の変位量と逆三角関数処理により得られた数値との相関特性は、可動子の磁界の温度特性や固定子の電気信号の温度特性の影響を受けない理想的なリニア特性となる。
以上により、可動子の磁界や固定子の電気信号が温度に応じて変動しても、検出精度の高い位置検出センサを得ることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の位置検出センサによれば、長手方向および短手方向に垂直な第３の方向を定義すると、２つの膨出部の膨出端縁は、長手方向のいずれの座標で長手方向に垂直に切断されても、第３の方向に平行かつ互いに同一長さの線分をなす。
これにより、長手方向の座標と磁束密度との相関特性を、より確実に正弦関数や余弦関数に近似させることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の位置検出センサは、内周に円筒状の中空を有する筒体をなし、中空の軸心を含む切断面の２つの内周縁が内周側に円弧状に膨出する磁石と、磁石により形成される磁界を検出する互換可能な２つの磁界検出手段とを備える。
また、磁石は、中空の軸心に平行な軸方向に着磁され、被検出体の変位に応じて軸方向に変位する。そして、２つの内周縁は、内周側に最大に膨出する最大膨出位置が互いに径方向に対向する鏡映対称をなすように設けられている。
さらに、２つの磁界検出手段は、中空で所定の間隔を有して軸方向に配列され、所定の間隔は、軸方向に座標軸を想定したときに、軸方向の座標と中空に形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、三角関数の周期の１／２の長さである。

これにより、中空に形成される磁界の磁束密度は、軸方向に垂直な中空の切断面を想定した場合に、この中空の切断面上のいかなる位置においても一定以上の大きさに保たれる。このため、磁界検出手段が、回転したり、軸方向以外の方向（つまり、磁石の変位方向以外の方向）に直線的にずれたりしても、検出精度の低下を抑えることができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の位置検出センサは、長手方向に垂直な切断面の内周縁が２つの円弧であって、各々の円弧を含む２つの内周面が対向するように配されて円筒状の中空を形成する２つの磁石と、２つの磁石により形成される磁界を検出する互換可能な２つの磁界検出手段とを備える。
また、２つの磁石の内周部は、中空に円弧状に膨出する膨出部であり、２つの磁石は、長手方向の一端の極性が互いに同一、および他端の極性が互いに同一となるように配されて、被検出体の変位に応じて長手方向に変位する。そして、２つの膨出部は、中空に最大に膨出する最大膨出位置が互いに対向するように鏡映対称に配されている。
さらに、２つの磁界検出手段は、中空で所定の間隔を有して長手方向に配列され、所定の間隔は、長手方向に座標軸を想定したときに、長手方向の座標と中空に形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、三角関数の周期の１／２の長さである。
これにより、請求項３と同様の効果を得ることができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の位置検出センサは、三角関数とみなされた相関特性の最大値と最小値との中間値に相当する数値を、２つの磁界検出手段から得られる出力値から減ずるオフセット調整手段と、オフセット調整手段から得られる２つの算出値を互いに除して得られる数値に、逆三角関数演算を施す逆三角関数演算手段とを備える。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の位置検出センサによれば、２つの磁界検出手段は、２つのホール素子であり、オフセット調整手段および逆三角関数演算手段とともに１つのチップで構成されている。
これにより、被検出体の変位に伴う磁石の変位量が数μｍ〜数十μｍのように極めて微小である場合に、低コストで位置検出センサを製造することができる。

〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の位置検出センサは、柱状に設けられて両端に磁極を有する磁石、および磁性材を素材として設けられ、磁石の両端に接続する２つのヨークからなる磁界形成手段と、磁界形成手段により形成される磁界を検出する互換可能な２つの磁界検出手段とを備える。また、磁界形成手段は、被検出体の変位に応じて自身の長手方向に変位し、２つの磁界検出手段は、長手方向と平行に所定の間隔を有して配列される。
そして、長手方向と平行であって２つの磁界検出手段が配列される位置に座標軸を想定したときに、２つの磁界検出手段は、磁界形成手段が変位する座標範囲内に配され、所定の間隔は、座標軸上の値と磁界形成手段により形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、三角関数の周期の１／２の長さである。

これにより、磁界形成手段の変位量と一方の磁界検出手段から得られる出力値との相関特性、および磁界形成手段の変位量と他方の磁界検出手段から得られる出力値との相関特性は、同振幅の２つの正弦関数（または余弦関数）に近似するものになり、さらに、この２つの正弦関数（または余弦関数）は、周期が同一、かつ位相差が周期の１／２になる。このため、一方の相関特性を、変位量を変数とする正弦関数（または余弦関数）とみなせば、他方の相関特性を、変位量を変数とする余弦関数（または正弦関数）に変換することができる。

したがって、２つの磁界検出手段から得られる出力値を、請求項１の手段と同様に処理することができるので、可動子（磁界形成手段）の磁界や固定子（２つの磁界検出手段）の電気信号が温度に応じて変動しても、検出精度の高い位置検出センサを得ることができる。

〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の位置検出センサによれば、２つのヨークは、各々が接続する磁石の両端から長手方向に遠ざかるほど座標軸に近づく枝部を有している。
これにより、磁界形成手段の変位量と個々の磁界検出手段から得られる出力値との２つの相関特性は、より同振幅の２つの正弦関数（または余弦関数）に近似する。このため、位置検出センサの検出精度をさらに高めることができる。

〔請求項９の手段〕
請求項９に記載の位置検出センサによれば、枝部は、座標軸の方に向かって凸状に湾曲している。
これにより、磁界形成手段の変位量と個々の磁界検出手段から得られる出力値との２つの相関特性は、より一層、同振幅の２つの正弦関数（または余弦関数）に近似する。このため、位置検出センサの検出精度をさらに高めることができる。

〔請求項１０の手段〕
請求項１０に記載の位置検出センサは、少なくとも２つの磁界形成手段を備える。そして、２つの磁界形成手段は、各々が有する磁石の長手方向の一端の極性が同一、かつ他端の極性が同一となるように配されるとともに、各々が占める座標範囲が同一となるように配される。
これにより、磁界検出手段の検出領域に対するヨークによる磁気遮蔽範囲が広がるので、磁界検出手段は、より高精度に磁界を検出することができる。

〔請求項１１の手段〕
請求項１１に記載の位置検出センサによれば、座標軸は、長手方向と平行であって２つの磁界検出手段が配列される位置に想定される。そして、位置検出センサは、座標軸上に、２つの磁界検出手段とは異なる方向に感磁する第２磁界検出手段を備え、２つの磁界検出手段から得られる出力値が、第２磁界検出手段から得られる出力値により補正される。
これにより、磁石が傾いて、磁界検出手段から得られる出力値が誤差を含むようになっても、第２磁界検出手段から得られる出力値により誤差の影響を低減することができる。このため、磁石が傾いても、検出精度の低下を抑えることができる。

〔請求項１２の手段〕
請求項１２に記載の位置検出センサによれば、第２磁界検出手段が感磁する方向は、２つの磁界検出手段が感磁する方向と垂直である。
これにより、磁石の傾き角を逆正接演算により算出できるので、傾き角を容易に算出できる。

〔請求項１３の手段〕
請求項１３に記載の位置検出センサによれば、第２磁界検出手段は、２つの磁界検出手段の中間に配されている。
これにより、個々の磁界検出手段から得られる出力値を、第２磁界検出手段から得られる出力値により均等に補正することができる。つまり、第２磁界検出手段から得られる出力値による補正量の割合を、個々の磁界検出手段から得られる出力値に対して均等にすることができる。このため、個々の磁界検出手段から得られる出力値に含まれる誤差を、効果的に相殺することができるので、位置検出センサの検出精度を高めることができる。

〔請求項１４の手段〕
請求項１４に記載の位置検出センサは、２つの第２磁界検出手段を備え、２つの磁界検出手段の内の一方の磁界検出手段から得られる出力値が、２つの第２磁界検出手段の内の一方の第２磁界検出手段から得られる出力値により補正される。また、他方の磁界検出手段から得られる出力値が、他方の第２磁界検出手段から得られる出力値により補正される。
これにより、個々の磁界検出手段から得られる出力値に対する補正を、より効果的に行うために、一方の第２磁界検出手段を一方の磁界検出手段の近傍に配するとともに、他方の第２磁界検出手段を他方の磁界検出手段の近傍に配することができる。

このため、２つの磁界検出手段から得られる出力値を、個別に、効果的に補正することができるので、一方の磁界検出手段の感磁面と他方の磁界検出手段の感磁面とが異なる面方向を指向するようになっても、検出精度の低下を抑えることができる。すなわち、一方の磁界検出手段の感磁面と他方の磁界検出手段の感磁面との平行関係が崩れても、検出精度の低下を抑えることができる。

最良の形態１の位置検出センサは、短手方向に円弧状に膨出する膨出部を有し、短手方向に垂直な長手方向に着磁された２つの磁石と、２つの磁石により形成される磁界を検出する互換可能な２つの磁界検出手段とを備える。
また、２つの磁石は、各々の長手方向が互いに平行となるように、かつ、各々の長手方向の一端の極性が互いに同一、および他端の極性が互いに同一となるように配されて、被検出体の変位に応じて長手方向に変位する。そして、２つの膨出部は、短手方向に最大に膨出する最大膨出位置が互いに対向するように鏡映対称に配されている。
さらに、２つの磁界検出手段は、２つの膨出部の対向により形成されるエアギャップで、所定の間隔を有して長手方向に配列され、所定の間隔は、長手方向に座標軸を想定したときに、長手方向の座標とエアギャップに形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、三角関数の周期の１／２の長さである。

また、長手方向および短手方向に垂直な第３の方向を定義すると、２つの膨出部の膨出端縁は、長手方向のいずれの座標で長手方向に垂直に切断されても、第３の方向に平行かつ互いに同一長さの線分をなす。
さらに、位置検出センサは、三角関数とみなされた相関特性の最大値と最小値との中間値に相当する数値を、２つの磁界検出手段から得られる出力値から減ずるオフセット調整手段と、オフセット調整手段から得られる２つの算出値を互いに除して得られる数値に、逆三角関数演算を施す逆三角関数演算手段とを備える。

最良の形態２の位置検出センサによれば、２つの磁界検出手段は、２つのホール素子であり、オフセット調整手段および逆三角関数演算手段とともに１つのチップで構成されている。

最良の形態３の位置検出センサは、内周に円筒状の中空を有する筒体をなし、中空の軸心を含む切断面の２つの内周縁が内周側に円弧状に膨出する磁石と、磁石により形成される磁界を検出する互換可能な２つの磁界検出手段とを備える。
また、磁石は、中空の軸心に平行な軸方向に着磁され、被検出体の変位に応じて軸方向に変位する。そして、２つの内周縁は、内周側に最大に膨出する最大膨出位置が互いに径方向に対向する鏡映対称をなすように設けられている。
さらに、２つの磁界検出手段は、中空で所定の間隔を有して軸方向に配列され、所定の間隔は、軸方向に座標軸を想定したときに、軸方向の座標と中空に形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、三角関数の周期の１／２の長さである。

最良の形態４の位置検出センサは、長手方向に垂直な切断面の内周縁が２つの円弧であって、各々の円弧を含む２つの内周面が対向するように配されて円筒状の中空を形成する２つの磁石と、２つの磁石により形成される磁界を検出する互換可能な２つの磁界検出手段とを備える、
また、２つの磁石の内周部は、中空に円弧状に膨出する膨出部であり、２つの磁石は、長手方向の一端の極性が互いに同一、および他端の極性が互いに同一となるように配されて、被検出体の変位に応じて長手方向に変位する。そして、２つの膨出部は、中空に最大に膨出する最大膨出位置が互いに対向するように鏡映対称に配されている。
さらに、２つの磁界検出手段は、中空で所定の間隔を有して長手方向に配列され、所定の間隔は、長手方向に座標軸を想定したときに、長手方向の座標と中空に形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、三角関数の周期の１／２の長さである。

最良の形態５の位置検出センサは、柱状に設けられて両端に磁極を有する磁石、および磁性材を素材として設けられ、磁石の両端に接続する２つのヨークからなる磁界形成手段と、磁界形成手段により形成される磁界を検出する互換可能な２つの磁界検出手段とを備える。また、磁界形成手段は、被検出体の変位に応じて自身の長手方向に変位し、２つの磁界検出手段は、長手方向と平行に所定の間隔を有して配列される。
そして、長手方向と平行であって２つの磁界検出手段が配列される位置に座標軸を想定したときに、２つの磁界検出手段は、磁界形成手段が変位する座標範囲内に配され、所定の間隔は、座標軸上の値と磁界形成手段により形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、三角関数の周期の１／２の長さである。

最良の形態６の位置検出センサによれば、２つのヨークは、各々が接続する磁石の両端から長手方向に遠ざかるほど座標軸に近づく枝部を有している。また、枝部は、座標軸の方に向かって凸状に湾曲している。
最良の形態７の位置検出センサは、少なくとも２つの磁界形成手段を備える。そして、２つの磁界形成手段は、各々が有する磁石の長手方向の一端の極性が同一、かつ他端の極性が同一となるように配されるとともに、各々が占める座標範囲が同一となるように配される。

最良の形態８の位置検出センサによれば、座標軸は、長手方向と平行であって２つの磁界検出手段が配列される位置に想定される。そして、位置検出センサは、座標軸上に、２つの磁界検出手段とは異なる方向に感磁する第２磁界検出手段を備え、２つの磁界検出手段から得られる出力値が、第２磁界検出手段から得られる出力値により補正される。また、第２磁界検出手段は、２つの磁界検出手段の中間に配されている。
最良の形態９の位置検出センサによれば、第２磁界検出手段が感磁する方向は、２つの磁界検出手段が感磁する方向と垂直である。

最良の形態１０の位置検出センサは、２つの第２磁界検出手段を備え、２つの磁界検出手段の内の一方の磁界検出手段から得られる出力値が、２つの第２磁界検出手段の内の一方の第２磁界検出手段から得られる出力値により補正される。また、他方の磁界検出手段から得られる出力値が、他方の第２磁界検出手段から得られる出力値により補正される。

〔実施例１の構成〕
実施例１の位置検出センサ１の構成を、図１〜図６を用いて説明する。
位置検出センサ１は、磁界を形成し被検出体（図示せず）の変位に応じて変位する可動子としての２つの磁石２、３と、２つの磁石２、３の変位により生じる磁界の変化を検出し、電気信号に変換して出力する固定子としての２つの磁界検出手段４、５とを備え、可動子と固定子とが接触することなく被検出体の位置を検出することができる非接触式の検出器である。また、この位置検出センサ１は、例えば車両に搭載され、位置検出センサ１から出力される電気信号は、電子制御装置（ＥＣＵ）に入力されて各種の制御処理に用いられる。

磁石２、３は、図１に示すように、棒状に長く設けられて自身の長手方向と自身の変位する方向とが一致するように配されている。また、磁石２、３は、両方ともに、長手方向に着磁されて一端側がＳ極をなし、他端側がＮ極をなす。また、磁石２、３は、各々、長手方向に垂直な短手方向に円弧状に膨出する膨出部６、７を有する。そして、膨出部６、７は、短手方向に最大に膨出する最大膨出位置８、９が互いに対向するように鏡映対称に配されている。

すなわち、膨出部６、７は、最大膨出位置８、９の長手方向の座標が互いに一致するように配されて対向している。なお、長手方向座標軸は、最大膨出位置８、９をゼロ座標とし、ゼロ座標よりも一端側をマイナス座標、他端側をプラス座標として定義され、磁石２、３とともに長手方向に移動する相対座標軸である。また、長手方向座標軸は、膨出部６、７から等距離にある鏡映対称面上で定義される。

さらに、長手方向および短手方向に垂直な第３の方向を定義すると、膨出部６、７の膨出端縁１０、１１は、長手方向のいずれの座標で長手方向に垂直に切断されても、第３の方向に平行かつ互いに同一長さの線分をなす。すなわち、膨出端縁１０、１１は、細長の矩形状平面が円弧状に曲がることで形成される円弧曲面をなす。

そして、磁石２、３は、膨出部６、７の対向により、膨出端縁１０、１１と第３の方向に同じ幅を有して長手方向に延びるエアギャップを形成する。また、このエアギャップには、図２に示すような磁界が形成されている。すなわち、この磁界は、長手方向の座標と磁束密度との相関特性が三角関数に近似するように形成されている。なお、このエアギャップおよび磁界は、磁石２、３とともに長手方向に変位する。

ここで、長手方向の座標と磁束密度との相関特性は、長手方向の座標を変数とする余弦関数にオフセットを加算したものに近似している。そして、このような相関特性を呈する磁界が、磁石２、３とともに長手方向に変位する。

磁界検出手段４、５は、例えば、長手方向に変位する磁界を検出するホール素子（図示せず）と、このホール素子から得られる出力信号をデジタル処理する回路（図示せず）とが１パッケージ化されたホールＩＣである。

そして、磁界検出手段４、５は、図１（ａ）に示すように、エアギャップで所定の間隔を有して長手方向に配列されている。すなわち、磁界検出手段４、５は、エアギャップの内部における鏡映対称面上で、長手方向に所定の間隔を有して配されている。そして、この所定の間隔は、長手方向の座標と磁束密度との相関特性を余弦関数とみなした場合の周期ｄの１／２の長さｄ／２である。

また、磁界検出手段４、５は、互換可能な同一性能、同一特性のホールＩＣである。つまり、磁界検出手段４、５のホール電流Ｉａ、Ｉｂは、各々のホール素子への印加電圧、および各々のホール素子の温度が同一であれば同じ値となり、磁界検出手段４、５のホール係数Ｋａ、Ｋｂも、各々のホール素子の温度が同一であれば同じ値になる。

以上により、磁石２、３の変位量（以下、変位量Ｌと呼ぶ）と磁界検出手段４、５から得られる出力値に基づく磁束密度との相関特性は、例えば、図３の特性線α、βに示すように、互いの位相差がｄ／２の正弦または余弦の三角関数に近似する曲線にオフセットを加算したものになる。

すなわち、特性線αは、変位量Ｌを変数とする余弦関数に近似する曲線にオフセットを加算したものになり、特性線βは、特性線αを横方向に＋ｄ／２だけ平行移動したものになる。さらに、ｄ／２は長手方向の座標と磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合の周期ｄの１／２に相当するから、特性線βは、変位量Ｌを変数とする正弦関数に近似する曲線にオフセットを加算したものになる。
なお、特性線α、βの振幅は同一である。

また、磁界検出手段４、５から出力されるデジタル信号には、図４に示すＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）１６にて各種の演算処理が施される。ＤＳＰ１６は、Ｄ／Ａ変換器１７とともに１つの演算回路１８を構成し、演算回路１８は、磁界検出手段４、５としての２つのホールＩＣとともに１つのセンサアセンブリ１９を構成する。

ＤＳＰ１６には、磁界検出手段４、５から得られる出力値からオフセット量を減ずるオフセット調整手段２０、オフセット調整手段２０から得られる２つの算出値を互いに除して得られる数値に、逆三角関数演算を施す逆三角関数演算手段２１、およびゲイン調整手段２２の機能が具備されている。

オフセット調整手段２０は、長手方向の座標と磁束密度との相関特性（図２参照）における磁束密度の最大値と最小値との中間値に相当する数値をオフセット量として、磁界検出手段４、５から得られる出力値から減じるものである。なお、中間値は、単純に最大値と最小値との加重平均値として算出してもよく、最大値と最小値との間の数値に重み付けを行って期待値として算出してもよい。

これにより、図３における特性線αは、図５に示すように、変位量Ｌを変数とする余弦関数に近似する特性線α’になり、図３における特性線βは、変位量Ｌを変数とする正弦関数に近似する特性線β’になる。すなわち、オフセット調整手段２０の処理を経た磁束密度、つまりオフセット調整後の磁束密度と変位量Ｌとの相関特性は、変位量Ｌを変数とする余弦関数に近似する特性線α’、および変位量Ｌを変数とする正弦関数に近似する特性線β’になる。

したがって、オフセット調整後の磁束密度に相当する出力値、つまり、２つのホールＩＣ（磁界検出手段４、５）から出力されるホール電圧をオフセット調整した出力電圧Ｖａ、Ｖｂは、各々の振幅Ｅａ、Ｅｂを用いると下記の数式１、２を近似式として表される。
〔数式１〕
Ｖａ＝Ｅａ・ｃｏｓＬ
〔数式２〕
Ｖｂ＝Ｅｂ・ｓｉｎＬ

また、振幅Ｅａ、Ｅｂは、磁束密度をＢで表記すると、下記の数式３、４で表される。
〔数式３〕
Ｅａ＝Ｋａ・Ｉａ・Ｂ
〔数式４〕
Ｅｂ＝Ｋｂ・Ｉｂ・Ｂ

ここで、磁界検出手段４、５は、互換可能な同一性能、同一特性のホールＩＣであり、同じ温度の雰囲気で使用されているので、ホール電流Ｉａ、Ｉｂは互いに等しく、ホール係数Ｋａ、Ｋｂも互いに等しい。また、磁界検出手段４、５が検出する磁界は、両方とも磁石２、３により形成される同じ磁界であるからＢの数値も互いに等しい。このため、振幅Ｅａ、Ｅｂは、互いに等しくなるので、数式５に示すように、Ｖｂ／Ｖａは、変位量Ｌを変数とする正接に近似する。
〔数式５〕
Ｖｂ／Ｖａ＝ｔａｎＬ

よって、下記の数式６に示すように、Ｖｂ／Ｖａに逆三角関数演算を施すことにより変位量Ｌを求めることができる。
〔数式６〕
Ｌ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｂ／Ｖａ）

逆三角関数演算手段２１は、オフセット調整手段２０から得られる２つの算出値を互いに除して得られる数値に逆三角関数演算を施すことで、数式５、６に相当する演算処理を行うものである。そして、逆三角関数演算手段２１は、逆三角関数演算により得られた数値に、下記の数式７に相当する演算処理を施し、この演算処理により得られた数値を最終的な位置検出センサ１の出力値Ｖとする。
〔数式７〕
Ｖ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｂ／Ｖａ）・ｄ／π

これにより、変位量Ｌに対する出力値Ｖは、図６に示すように、変位量Ｌの実使用範囲において理想的なリニア特性を示す。以上により、算出された出力値Ｖが、Ｄ／Ａ変換器１７によりアナログ処理されてＥＣＵに出力される（図４参照）。
なお、ゲイン調整手段２２は、振幅Ｅａ、Ｅｂが電気的な差異により互いに等しくならないときに、振幅Ｅａ、Ｅｂが互いに等しくなるように電気的な調整を行うものである。

〔実施例１の効果〕
実施例１の位置検出センサ１は、短手方向に円弧状に膨出する膨出部６、７を有し、長手方向に変位する２つの磁石２、３と、磁石２、３により形成される磁界を検出する２つの磁界検出手段４、５とを備えている。また、磁石２、３は、各々の長手方向が互いに平行となるように配され、両方とも長手方向に着磁されて一端側がＳ極をなし他端側がＮ極をなす。また、膨出部６、７は、最大膨出位置８、９の長手方向座標が互いに一致する鏡映対称に配されて対向している。

さらに、磁界検出手段４、５は、膨出部６、７の対向により形成されるエアギャップの内部における鏡映対称面上で、長手方向に所定の間隔を有して配され、所定の間隔は、長手方向の座標とエアギャップに形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、三角関数の周期ｄの１／２の長さｄ／２である。

これにより、磁石２、３の変位量Ｌと磁界検出手段４から得られる出力値との相関特性は、例えば、変位量Ｌを変数とする余弦関数に近似する曲線にオフセットを加算したものになり、変位量Ｌと磁界検出手段５から得られる出力値との相関特性は、上記の余弦関数と同振幅であって変位量Ｌを変数とする正弦関数に近似する曲線に同一のオフセットを加算したものになる。

このため、磁界検出手段４、５から得られる出力値をオフセット調整した後に互いに除することにより、変位量Ｌを変数とする正接に近似する数値が得られるとともに、磁石２、３により形成される磁界の温度特性や、磁界検出手段４、５から出力される電気信号の温度特性が除算によりキャンセルされる。

この結果、変位量Ｌと位置検出センサ１の出力値Ｖとの相関特性は、得られた正接近似値を逆三角関数処理し係数ｄ／πを乗じることで、磁石２、３の磁界の温度特性や磁界検出手段４、５の電気信号の温度特性の影響を受けない理想的なリニア特性となる。
以上により、可動子の磁界や固定子の電気信号が温度に応じて変動しても、検出精度の高い位置検出センサ１を得ることができる。

また、膨出端縁１０、１１は、長手方向のいずれの座標で長手方向に垂直に切断されても、第３の方向に平行かつ互いに同一長さの線分をなす。
これにより、長手方向の座標と磁界との相関特性を、より確実に正弦関数（または余弦関数）に近似させることができる。

なお、磁石２、３の形状として、本実施例のように円弧状の膨出部６、７を有するもの以外に、例えば円形、単純棒形等が考えられる。しかし、磁石２、３の形状を円形や単純棒形にすると、変位量Ｌを高精度に検出する必要があるゼロ近傍の範囲で、図５に示す特性線α’、β’相当の特性線（磁界検出手段４、５から得られる出力値にオフセット調整を施したもの）と、これらに近似する正弦関数または余弦関数との乖離が大きくなる（図７参照）。

すなわち、図７に示すように、本実施例以外の形状では、変位量Ｌ＝０を含む高精度必要範囲において、正弦関数または余弦関数との誤差と変位量Ｌとの相関特性が変曲点を有し、誤差の数値が０％から大きく離れている。これに対し、本実施例の形状では、高精度必要範囲において、誤差と変位量Ｌとの相関特性がフラットになり、誤差の数値が０％のごく狭い範囲内になる。このため、磁石２、３の形状として、本実施例のように円弧状の膨出部６、７を有するものを採用すれば、極めて検出精度の高い位置検出センサ１を得ることができる。

なお、図７における誤差とは、磁石２、３の形状を各種形状にしたときに得られるオフセット調整後の特性線から最小二乗法により正弦関数または余弦関数の近似線を算出し、特性線と近似線との差分を近似線に対する百分率で表したものである。つまり、誤差の絶対値がゼロに近いほど、特性線と近似線（正弦関数または余弦関数）との乖離が小さい。

ここで、実施例１の形状の磁石２、３を採用した場合に、磁界検出手段４、５により検出される磁束密度と長手方向座標との相関が高精度必要範囲において理想的な三角関数に近づくことを、図８、図９に示す単純棒形の磁石との比較により説明する（以下、比較対象となる単純棒形の磁石を比較磁石と呼ぶ）。なお、図８（ａ）および図９（ａ）は、比較磁石の周囲に形成される磁界を、磁力線を用いて図示するものであり、図９（ｂ）は、実施例１の円弧状膨出形の磁石２、３の周囲に形成される磁界を、磁力線を用いて図示するものである。

比較磁石の場合、高精度必要範囲において、磁束密度に相当する磁力線間隔の疎密は、比較磁石の側面に短手方向に近いほど密になって磁束密度が高くなり、比較磁石の側面から短手方向に遠いほど疎になって磁束密度が低くなる。さらに、比較磁石の側面に近く磁束密度が高いほど、磁束密度と長手方向座標との相関は、理想的な三角関数に近似していく。このため、高精度必要範囲における磁束密度と長手方向座標との相関は、短手方向に比較磁石の側面に近づくとともに、例えば、図８（ｂ）に示す曲線イ→曲線ロ→曲線ハのように変化して三角関数に近似していく。

よって、比較磁石のような単純棒形でも、磁界検出手段４、５を短手方向に比較磁石の側面に近づけることによって、磁界検出手段４、５により検出される磁束密度と長手方向座標との相関を三角関数に近似させることができる。しかし、磁界検出手段４、５を比較磁石の側面に近づけることには物理的に限界があり、この限界を超えて磁界検出手段４、５を比較磁石の側面に近づけることは不可能である。

一方、円弧状膨出形の磁石２、３の場合、高精度必要範囲における側面（膨出端縁１０、１１）と磁極との間に短手方向に距離が発生していること、および、磁極と高精度必要範囲における膨出端縁１０、１１とが円弧状のような曲線により滑らかに連続していることにより、高精度必要範囲における磁力線間隔は、比較磁石の場合に比べて密になる。

この結果、磁界検出手段４、５を、物理的限界を超えて膨出端縁１０、１１に近づけなくても、高い磁束密度を検出することができるので、磁界検出手段４、５により検出される磁束密度と長手方向座標との相関を、比較磁石の場合よりも三角関数に近似させることができる。

実施例２の位置検出センサ１によれば、磁界検出手段４、５は、ホール素子であり、図１０に示すように、オフセット調整手段２０、逆三角関数演算手段２１およびゲイン調整手段２２の機能を具備するＤＳＰ１６とともに１つのチップ２４で構成されている。なお、チップ２４は、磁界検出手段４、５としてのホール素子からの出力信号を増幅するオペアンプ２５、２６、増幅された出力信号をデジタル処理するＡ／Ｄ変換器２７、およびＤ／Ａ変換器１７の機能も含むように設けられている。
これにより、変位量Ｌが数μｍ〜数十μｍのように極めて微小である場合に、低コストで位置検出センサ１を製造することができる。

〔実施例３の構成〕
実施例３の位置検出センサ１は、図１１に示すように、可動子として１つの磁石３０を備える。磁石３０は、内周に円筒状の中空３１を有する筒体をなし、中空３１の軸心を含む磁石３０の切断面３２、３３を想定したときに、切断面３２、３３の各々の内周縁３４、３５は、径方向の内周側に円弧状に膨出する（図１１（ｂ）参照）。また、磁石３０は、中空３１の軸心に平行な軸方向に着磁され、内周縁３４、３５は、内周側に最大に膨出する最大膨出点３６、３７が互いに径方向に対向する鏡映対称をなすように設けられている。

すなわち、切断面３２、３３の内周縁３４、３５は、軸方向に円弧を描くように内周側に膨出しており、磁石３０の内周部は、円環をなして軸方向に伸びるとともに内周側に円弧状にくびれる１つの膨出部４０をなす。また、最大膨出点３６、３７は、中空３１の軸心を中心とする１つの円周に含まれる。つまり、磁石３０は、円周状の単一の最大膨出位置４１を有する。なお、磁石３０は、被検出体の変位に応じて軸方向に変位する。

また、磁界検出手段４、５は、中空３１で長さｄ／２の間隔を有して軸方向に配列されている。このｄ／２の値は、軸方向に座標軸を想定したときに、軸方向の座標と中空３１に形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、三角関数の周期ｄの１／２の長さである。

そして、磁石３０の変位量Ｌと磁界検出手段４、５から得られる出力値に基づく磁束密度との相関特性は、図３に示す特性線α、βと同様の形状になり、結果的に、位置検出センサ１の出力値Ｖは、図６と同様に、変位量Ｌに対してリニア特性を示す。

〔実施例３の効果〕
実施例３の位置検出センサ１は、１つの磁石３０を備え、この磁石３０は、中空３１を有する筒体として設けられ軸方向に着磁されるとともに、内周側に円弧状に膨出する膨出部４０を有する。
これにより、中空３１に形成される磁界の磁束密度は、軸方向に垂直な中空３１の切断面を想定した場合に、この切断面上のいかなる位置においても一定以上の大きさに保たれる。このため、磁界検出手段４、５が、回転したり、軸方向以外の方向（つまり、磁石３０の変位方向以外の方向）に直線的にずれたりしても、検出精度の低下を抑えることができる。

なお、磁石３０の軸方向に垂直な切断面の外周縁の形状は、内周縁の形状と同心の円であるが、このような形状に限定されず、位置検出センサ１の配置状況等に応じて様々な形状を選択できる。

実施例４の位置検出センサ１は、図１２に示すように、可動子として２つの磁石２、３を備える。磁石２、３は、実施例３の磁石３０の周方向における一部をなす形状である。すなわち、磁石２、３の形状は、長手方向に垂直な切断面４３、４４を想定したときに、切断面４３、４４の形状が径方向に所定の幅を有する円環の一部をなす部分筒体である（以下の説明では、長手方向を軸方向とする）。

つまり、磁石２、３は、切断面４３、４４の内周縁４５、４６が円弧である（図１２（ｃ）参照）。そして、磁石２、３は、内周縁４５を含む磁石２の内周面と、内周縁４６を含む磁石３の内周面とが径方向に対向するように配されて円筒状の中空３１を形成する。

また、磁石２、３の内周部は、中空３１に円弧状に膨出する膨出部６、７であり、磁石２、３は、軸方向の一端の極性が互いに同一、および他端の極性が互いに同一となるように配される。

すなわち、磁石２、３は、中空３１の軸心を含む磁石２、３の切断面３２、３３を想定したときに、切断面３２、３３の各々の内周縁３４、３５は、径方向の内周側に円弧状に膨出する（図１２（ｂ）参照）。そして、内周縁３４、３５において、内周側に最大に膨出する最大膨出点３６、３７が互いに径方向に対向する鏡映対称をなす。

すなわち、切断面３２、３３の内周縁３４、３５は、軸方向に円弧を描くように内周側に膨出しており、最大膨出点３６、３７は、中空３１の軸心を中心とする円弧状の最大膨出位置８、９に含まれる。
なお、磁界検出手段４、５は、実施例３と同様に中空３１に配列されている。

以上の構成により、実施例４の位置検出センサ１においても、実施例３の位置検出センサ１と同様に検出精度の低下を抑えることができる。
なお、切断面４３、４４の外周縁の形状は、内周縁４５、４６の形状と同心の円弧であるが、このような形状に限定されず、位置検出センサ１の配置状況等に応じて様々な形状を選択できる。さらに、内周縁４５、４６の形状は、同一の円弧であり、磁石２、３の内周面の形状も同一であるが、内周縁４５、４６のいずれか一方が他方よりも周方向に長くなるように、磁石２、３の内周面の形状を設定してもよい。

実施例５の位置検出センサ１は、図１３に示すように、磁石４９と２つのヨーク５０とから構成される磁界形成手段５１を可動子として備え、磁界形成手段５１は、被検出体の変位に応じて自身の長手方向に変位する。

ここで、磁石４９は、柱状に設けられて両端に磁極を有する周知の構造を有するものである。また、ヨーク５０は、鉄等の磁性材を素材として柱状に設けられ、磁石４９の磁力により磁石４９の両端に接続している。
なお、磁界検出手段４、５は、実施例１〜４と同様の構成および位置関係を有し、磁界形成手段５１が変位する長手方向座標の範囲内に配される。

これにより、長手方向座標軸上において、長手方向座標と磁束密度との相関特性は、図２と同様に、長手方向座標を変数とする正弦関数（または余弦関数）にオフセットを加算したものに近似する。そして、このような相関特性を呈する磁界が、磁界形成手段５１とともに長手方向に変位する。このため、磁界形成手段５１の変位量Ｌと、磁界検出手段４、５から得られる出力値に基づく磁束密度との相関特性は、図５と同様に、変位量Ｌを変数とする余弦関数、および変位量Ｌを変数とする正弦関数に近似する。

この結果、実施例１〜４と同様に、変位量Ｌと位置検出センサ１の出力値Ｖとの相関特性は、磁界形成手段５１により形成される磁界の温度特性や磁界検出手段４、５の電気信号の温度特性の影響を受けない理想的なリニア特性となる。
以上により、温度の変動に影響を受けることのない、検出精度の高い位置検出センサ１を得ることができる。つまり、磁界形成手段５１によれば、磁石４９の磁極にヨーク５０を接続することで、実施例１〜４の磁石２、３、３０の円弧状の膨出部６、７、４０と同様の効果を得ることができる。

そして、実施例１〜４の磁石２、３、３０のように膨出部６、７、４０を設けるための曲面加工を施す必要がなく、替わりに、加工が容易な磁性材からなるヨーク５０を磁石４９の磁極に接続すればよいので、検出精度の高い位置検出センサ１を安価に製造することができる。
さらに、機械的強度が弱い磁石４９をヨーク５０で挟み込むことにより、磁界形成手段５１の機械的強度を高めることができる。このため、位置検出センサ１を、例えば、車両に搭載するときのように、振動が激しい環境に配する場合に有利である。

ここで、実施例５の磁界形成手段５１を採用した場合に、磁界検出手段４、５により検出される磁束密度と長手方向座標との相関が高精度必要範囲において理想的な三角関数に近づくことを、図１４に示すように、単純棒形の磁石４９のみにより磁界を形成する場合との比較により説明する。なお、図１４（ａ）は、磁石４９のみにより形成される磁界を、磁力線を用いて図示するものであり、図１４（ｂ）は、実施例５の磁界形成手段５１により形成される磁界を、磁力線を用いて図示するものである。

磁石４９のみにより磁界を形成する場合も、図８（ａ）および図９（ａ）の単純棒形の比較磁石の場合と同様に、磁界検出手段４、５を短手方向に磁石４９の側面に近づけることによって、磁界検出手段４、５により検出される磁束密度と長手方向座標との相関を三角関数に近似させることができる。しかし、磁界検出手段４、５を磁石４９の側面に近づけることには物理的に限界があり、この限界を超えて磁界検出手段４、５を磁石４９の側面に近づけることは不可能である。

一方、磁界形成手段５１により磁界を形成する場合、ヨーク５０の表面には磁力線が垂直に入ること、特に、長手方向に平行な側面では磁極に近いほど磁力線が側面の近傍で急激に側面に垂直な方向に向きを変えることにより、高精度必要範囲における磁力線間隔は、磁石４９のみにより磁界を形成する場合に比べて密になるとともに、磁力線自体が三角関数に近似する。

この結果、磁界検出手段４、５を、物理的限界を超えて磁石４９の側面に近づけなくても、高い磁束密度を検出することができるので、磁界検出手段４、５により検出される磁束密度と長手方向座標との相関を、磁石４９のみにより磁界を形成する場合よりも三角関数に近似させることができる。

実施例６の位置検出センサ１によれば、図１５に示すように、２つのヨーク５０は、各々が接続する磁極から長手方向に遠ざかるほどに長手方向座標軸に近づく枝部５３を有している。また、枝部５３は、長手方向座標軸の方に向かって凸状に湾曲している。
これにより、磁界形成手段５１の変位量Ｌと磁界検出手段４、５から得られる出力値に基づく磁束密度との２つの相関特性は、各々、さらに余弦関数および正弦関数に近似する。このため、位置検出センサ１の検出精度をさらに高めることができる。

実施例７の位置検出センサ１は、図１６に示すように、実施例６と同様の磁界形成手段５１を２つ備える。そして、２つの磁界形成手段５１は、各々が有する磁石４９の長手方向の一端の極性が同一、かつ他端の極性が同一となるように配されるとともに、各々が占める座標範囲が同一となるように配される。そして、長手方向座標軸を含む平面を鏡映対称面として、２つの磁界形成手段５１は鏡映対称に配されている。

これにより、磁界検出手段４、５の検出領域に対するヨーク５０による磁気遮蔽範囲が広がるので、磁界検出手段４、５は、より高精度に磁界を検出することができる。このため、磁界形成手段５１の変位量Ｌと磁界検出手段４、５から得られる出力値に基づく磁束密度との２つの相関特性は、各々、さらに余弦関数および正弦関数に近似するので、位置検出センサ１の検出精度がさらに高まる。

〔実施例８の構成〕
実施例８の位置検出センサ１は、図１７に示すように、実施例１と同様の磁石２、３を備える。そして、磁石２、３は、自身の長手方向が長手方向座標軸に対して角度θだけ傾いている。つまり、磁石２、３は、自身が変位する移動方向に対して角度θだけ傾いている。また、位置検出センサ１は、長手方向座標軸上に、２つの磁界検出手段４、５とは異なる方向に感磁する第２磁界検出手段５５を備える。すなわち、第２磁界検出手段５５の感磁面は、磁界検出手段４、５の感磁面との間に角度αを形成する。

ここで、角度θは、意図しない変数であって、外乱や製造誤差等により生じる未知の変数であり、角度αは、意図的に設定される既知の数値である。また、第２磁界検出手段５５は、磁界検出手段４、５の中間に配されている。なお、第２磁界検出手段５５は、磁界検出手段４、５と互換可能な同一性能、同一特性のホールＩＣまたはホール素子である。

そして、ＥＣＵは、磁界検出手段４、５から得られる出力電圧Ｖａ、Ｖｂのいずれか一方と、第２磁界検出手段５５から得られる出力電圧Ｖｃと、角度αとを用いて、角度θを算出する。さらに、ＥＣＵは、算出された角度θ、出力電圧Ｖｃおよび角度αを用いて出力電圧Ｖａ、Ｖｂを補正し、出力電圧Ｖａ、Ｖｂを補正して得られる補正後出力電圧Ｖａ’、Ｖｂ’および角度θを用いて磁石２、３の変位量Ｌを算出する。

まず、磁界検出手段４から得られる出力電圧Ｖａは、ホール係数Ｋａ、ホール電流Ｉａ、磁束密度Ｂおよび角度θを用いると下記の数式８のように表される。
〔数式８〕
Ｖａ＝Ｋａ・Ｉａ・Ｂ・ｃｏｓθ

また、第２磁界検出手段５５から得られる出力電圧Ｖｃは、ホール係数Ｋｃ、ホール電流Ｉｃ、磁束密度Ｂおよび角度θ、αを用いると下記の数式９のように表される。
〔数式９〕
Ｖｃ＝Ｋｃ・Ｉｃ・Ｂ・ｃｏｓ（θ＋α）

ここで、磁界検出手段４と第２磁界検出手段５５とは、互換可能な同一性能、同一特性のホールＩＣまたはホール素子であり、同じ温度の雰囲気で使用されているので、ホール電流Ｉａ、Ｉｃは互いに等しく、ホール係数Ｋａ、Ｋｃも互いに等しい。また、磁界検出手段４および第２磁界検出手段５５が検出する磁界は、両方とも磁石２、３により形成される同じ磁界であるからＢの数値も互いに等しい。

このため、出力電圧Ｖａの振幅Ｅａに相当するＫａ・Ｉａ・Ｂと、出力電圧Ｖｃの振幅Ｅｃに相当するＫｃ・Ｉｃ・Ｂとは互いに等しくなるので、（Ｖａ−Ｖｃ）／（Ｖａ＋Ｖｃ）は下記の数式１０に示すように、角度θ、αのみの関数として表すことができる。
〔数式１０〕
（Ｖａ−Ｖｃ）／（Ｖａ＋Ｖｃ）＝ｔａｎ｛（２θ＋α）／２｝・ｔａｎ（α／２）

よって、数式１０を角度θに関して解くことにより下記の数式１１が得られ、ＥＣＵは、出力電圧Ｖａ、Ｖｃおよび角度αを下記の数式１１に当てはめることで角度θを算出する。
〔数式１１〕
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｖａ−Ｖｃ）／（Ｖａ＋Ｖｃ）・ｃｏｔ（α／２）｝・１８０°／π−α／２

さらに、ＥＣＵは、算出された角度θ、出力電圧Ｖｃおよび角度αを用いて、出力電圧Ｖａ、Ｖｂを下記の数式１２、１３に基づいて補正し、補正後出力電圧Ｖａ’、Ｖｂ’を算出する。
〔数式１２〕
Ｖａ’＝Ｖａ・ｃｏｓθ＋Ｖｃ・ｃｏｓ（α−θ）
〔数式１３〕
Ｖｂ’＝Ｖｂ・ｃｏｓθ＋Ｖｃ・ｃｏｓ（α−θ）

そして、ＥＣＵは、補正後出力電圧Ｖａ’、Ｖｂ’および角度θを、下記の数式１４に当てはめることで変位量Ｌを算出する。
〔数式１４〕
Ｌ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖａ’／Ｖｂ’）・ｄ／π・ｃｏｓθ

なお、磁界検出手段４と第２磁界検出手段５５とが完全に互換可能な同一性能、同一特性のホールＩＣではなく、Ｋａ・Ｉａ・ＢとＫｃ・Ｉｃ・Ｂとが等しくなくても、所定の回路等を用いた補正により、数式１０〜１４を利用できるように（つまり、出力電圧Ｖａ、Ｖｃの振幅Ｅａ、Ｅｃが互いに等しくなるように）、磁界検出手段４、第２磁界検出手段５５から出力電圧Ｖａ、Ｖｃを得ることができる。

例えば、補正によって、振幅ＥａがＫａ・Ｉａ・Ｂからｍ・Ｋａ・Ｉａ・Ｂに変換され、振幅ＥｃがＫｃ・Ｉｃ・Ｂからｎ・Ｋｃ・Ｉｃ・Ｂに変換されると、出力電圧Ｖａ、Ｖｃは下記の数式１５、１６のように変換される。なお、ｍ、ｎは、各々、振幅Ｅａ、Ｅｃに対する補正係数である。
〔数式１５〕
Ｖａ＝ｍ・Ｋａ・Ｉａ・Ｂ・ｃｏｓθ
〔数式１６〕
Ｖｃ＝ｎ・Ｋｃ・Ｉｃ・Ｂ・ｃｏｓ（θ＋α）

よって、ｍ・Ｋａ・Ｉａ・Ｂとｎ・Ｋｃ・Ｉｃ・Ｂとが互いに等しくなるように、補正用の回路等を設定することで、数式１５、１６の出力電圧Ｖａ、Ｖｃに基づいて、数式１０〜１４を利用することができる。

〔実施例８の効果〕
実施例８の位置検出センサ１は、磁界検出手段４、５とは異なる方向に感磁する第２磁界検出手段５５を備え、磁界検出手段４、５から得られる出力電圧Ｖａ、Ｖｂが、第２磁界検出手段５５から得られる出力電圧Ｖｃにより補正され、補正後出力電圧Ｖａ’、Ｖｂ’に基づいて変位量Ｌが算出される。
これにより、磁石２、３が移動方向に対して傾いて、出力電圧Ｖａ、Ｖｂが誤差を含むようになっても、出力電圧Ｖｃを用いた補正により誤差の影響を低減することができる。このため、磁石２、３が移動方向に対して傾いても、位置検出センサ１の検出精度の低下を抑えることができる。

また、第２磁界検出手段５５は、磁界検出手段４、５の中間に配されている。
これにより、磁界検出手段４、５から得られる出力電圧Ｖａ、Ｖｂを、第２磁界検出手段５５から得られる出力電圧Ｖｃにより均等に補正することができる。つまり、第２磁界検出手段５５が磁界検出手段４、５の一方の近くに偏って配されていると、磁界検出手段４、５の他方（磁界検出手段４、５の内で第２磁界検出手段５５から遠い方）は、補正誤差が大きくなってしまう。そこで、第２磁界検出手段５５を、磁界検出手段４、５の中間に配することで補正誤差の拡大を回避することができる。

なお、実施例８の位置検出センサ１では、第２磁界検出手段５５と磁界検出手段４、５とを１チップ構成にしてもよく、第２磁界検出手段５５と磁界検出手段４、５のいずれか一方とを１チップ構成にしてもよい。

〔実施例９の構成〕
実施例９の位置検出センサ１によれば、図１８に示すように、第２磁界検出手段５５が感磁する方向は、磁界検出手段４、５が感磁する方向と垂直である。つまり、第２磁界検出手段５５の感磁面と磁界検出手段４、５の感磁面との間に形成される角度αの大きさは９０°である。そして、磁石２、３には、外乱や製造誤差等により、実施例８と同様に移動方向に対する意図しない角度θの傾きが発生している。

この場合、ＥＣＵは、数式１１〜１３の角度αに９０°を代入することで得られる下記の数式１７〜１９を用いて角度θおよび補正後出力電圧Ｖａ’、Ｖｂ’を算出する。
〔数式１７〕
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｃ／Ｖａ）・１８０°／π
〔数式１８〕
Ｖａ’＝Ｖａ・ｃｏｓθ＋Ｖｃ・ｓｉｎθ
〔数式１９〕
Ｖｂ’＝Ｖｂ・ｃｏｓθ＋Ｖｃ・ｓｉｎθ

そして、ＥＣＵは、補正後出力電圧Ｖａ’、Ｖｂ’および角度θを、数式１４に当てはめることで、磁石２、３の変位量Ｌを算出する。

〔実施例９の効果〕
実施例９の位置検出センサ１によれば、第２磁界検出手段５５が感磁する方向は、２つの磁界検出手段４、５が感磁する方向と垂直である。
これにより、数式１７を用いた簡便な逆正接演算により、磁石２、３の傾き角（角度θ）を容易に算出できる。

なお、実施例９の位置検出センサ１では、第２磁界検出手段５５と磁界検出手段４、５とを１チップ構成にしてもよく、第２磁界検出手段５５と磁界検出手段４、５のいずれか一方とを１チップ構成にしてもよい。

また、実施例８、９の位置検出センサ１によれば、第２磁界検出手段５５は、磁界検出手段４、５の中間に配されていたが、第２磁界検出手段５５を磁界検出手段４、５の中間からずれた位置に配してもよい。なお、第２磁界検出手段５５を磁界検出手段４、５の中間からずれた位置に配する場合、第２磁界検出手段５５と磁界検出手段４、５との距離比を考慮する補正を行うようにしてもよい。

〔実施例１０の構成〕
実施例１０の位置検出センサ１は、図１９に示すように、２つの第２磁界検出手段５５、５６を備える。そして、一方の第２磁界検出手段５５は磁界検出手段４の近傍に配され、第２磁界検出手段５５から得られる出力電圧Ｖｃは、磁界検出手段４から得られる出力電圧Ｖａの補正に用いられる。また、他方の第２磁界検出手段５６は磁界検出手段５の近傍に配され、第２磁界検出手段５６から得られる出力電圧Ｖｄは、磁界検出手段５から得られる出力電圧Ｖｂの補正に用いられる。

また、第２磁界検出手段５５、５６が感磁する方向は、各々、磁界検出手段４、５が感磁する方向と垂直である。そして、磁石２、３には、外乱や製造誤差等により、実施例８、９と同様に移動方向に対する意図しない角度θの傾きが発生している。なお、第２磁界検出手段５５、５６および磁界検出手段４、５は、互換可能な同一性能、同一特性のホールＩＣまたはホール素子である。

そして、ＥＣＵは、出力電圧Ｖａ、Ｖｃまたは出力電圧Ｖｂ、Ｖｄのいずれか一方を用いて角度θを算出する。さらに、ＥＣＵは、出力電圧Ｖａ、Ｖｃおよび算出された角度θを用いて補正後出力電圧Ｖａ’を算出するとともに、出力電圧Ｖｂ、Ｖｄおよび角度θを用いて補正後出力電圧Ｖｂ’を算出し、補正後出力電圧Ｖａ’、Ｖｂ’および角度θを用いて磁石２、３の変位量Ｌを算出する。

すなわち、ＥＣＵは、例えば、数式１７を用いて角度θを算出するとともに、数式１８を用いて補正後出力電圧Ｖａ’を算出し、さらに、下記の数式２０を用いて補正後出力電圧Ｖｂ’を算出する。
〔数式２０〕
Ｖｂ’＝Ｖｂ・ｃｏｓθ＋Ｖｄ・ｓｉｎθ

そして、ＥＣＵは、補正後出力電圧Ｖａ’、Ｖｂ’および角度θを、数式１４に当てはめることで、磁石２、３の変位量Ｌを算出する。

〔実施例１０の効果〕
実施例１０の位置検出センサ１は、２つの第２磁界検出手段５５、５６を備え、第２磁界検出手段５５、５６は、各々、磁界検出手段４、５の近傍に配され、第２磁界検出手段５５、５６から得られる出力電圧Ｖｃ、Ｖｄは、各々、磁界検出手段４、５から得られる出力電圧Ｖａ、Ｖｂの補正に用いられる。
これにより、出力電圧Ｖａ、Ｖｂを、個別に、効果的に補正することができる。

なお、実施例１０の位置検出センサ１では、第２磁界検出手段５５と磁界検出手段４とを１チップ構成にしてもよく、第２磁界検出手段５６と磁界検出手段５とを１チップ構成にしてもよい。さらに、第２磁界検出手段５５、５６と磁界検出手段４、５とを１チップ構成にしてもよい。

〔実施例１１の構成〕
実施例１１の位置検出センサ１によれば、ＥＣＵは、出力電圧Ｖａ、Ｖｃおよび出力電圧Ｖｂ、Ｖｄの両方を用いて個別に角度θを算出する。すなわち、ＥＣＵは、角度θに関して２つの数値を算出する（図２０参照：以下、出力電圧Ｖａ、Ｖｃから算出される角度θを角度θ１、出力電圧Ｖｂ、Ｖｄから算出される角度θを角度θ２とする）。

そして、ＥＣＵは、出力電圧Ｖａ、Ｖｃおよび算出された角度θ１を用いて補正後出力電圧Ｖａ’を算出するとともに、出力電圧Ｖｂ、Ｖｄおよび算出された角度θ２を用いて補正後出力電圧Ｖｂ’を算出する。

すなわち、ＥＣＵは、下記の数式２１、２２を用いて角度θ１、θ２を算出する。
〔数式２１〕
θ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｃ／Ｖａ）・１８０°／π
〔数式２２〕
θ２＝ａｒｃｔａｎ（Ｖｄ／Ｖｂ）・１８０°／π

さらに、ＥＣＵは、下記の数式２３、２４を用いて補正後出力電圧Ｖａ’、Ｖｂ’を算出する。
〔数式２３〕
Ｖａ’＝Ｖａ・ｃｏｓθ１＋Ｖｃ・ｓｉｎθ１
〔数式２４〕
Ｖｂ’＝Ｖｂ・ｃｏｓθ２＋Ｖｄ・ｓｉｎθ２

そして、ＥＣＵは、例えば、角度θ１と角度θ２との相加平均値（θ１＋θ２）／２を、磁石２、３の移動方向に対する傾き角の真値とみなし、下記の数式２５により、磁石２、３の変位量Ｌを算出する。
〔数式２５〕
Ｌ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖａ’／Ｖｂ’）・ｄ／π・ｃｏｓ｛（θ１＋θ２）／２｝
なお、傾き角の真値を、角度θ１と角度θ２との相乗平均により算出してもよい。また、誤差の許容範囲が大きいときには、角度θ１と角度θ２の一方を傾き角の真値とみなしてもよい。

〔実施例１１の効果〕
実施例１１の位置検出センサ１によれば、ＥＣＵは、出力電圧Ｖａ、Ｖｃを用いて角度θ１を算出するとともに、出力電圧Ｖｂ、Ｖｄを用いて角度θ２を算出する。そして、ＥＣＵは、角度θ１を用いて出力電圧Ｖａを補正するとともに、角度θ２を用いて出力電圧Ｖｂを補正し、さらに、相加平均値（θ１＋θ２）／２を、磁石２、３の移動方向に対する傾き角の真値とみなして変位量Ｌを算出する。

これにより、外乱や製造誤差等によって磁界検出手段４、５の感磁面同士が異なる面方向を指向するようになっても、検出精度の低下を抑えることができる。つまり、磁界検出手段４、５の感磁面同士の平行関係が崩れても、検出精度の低下を抑えることができる。

なお、実施例１１の位置検出センサ１では、第２磁界検出手段５５と磁界検出手段４とを１チップ構成にしてもよく、第２磁界検出手段５６と磁界検出手段５とを１チップ構成にしてもよい。さらに、第２磁界検出手段５５、５６と磁界検出手段４、５とを１チップ構成にしてもよい。

また、実施例８〜１１の位置検出センサ１は、実施例１の磁石２、３が移動方向に対して傾いた場合に、磁界検出手段４、５の出力電圧Ｖａ、Ｖｂを第２磁界検出手段５５、５６の出力電圧Ｖｃ、Ｖｄにより補正するものであったが、実施例２〜４の磁石２、３、３０や実施例５〜７の磁界形成手段５１が移動方向に対して傾いた場合にも、第２磁界検出手段５５、５６を設けて、磁界検出手段４、５の出力電圧Ｖａ、Ｖｂを第２磁界検出手段５５、５６の出力電圧Ｖｃ、Ｖｄにより補正できるように位置検出センサ１を構成してもよい。

〔適用例〕
実施例１〜１１の位置検出センサ１は、例えば、トロイダルＣＶＴ（トロイダルとは円環体を意味し、ＣＶＴとは、ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎの頭文字のみを略記したものであり、無段階に変速比を変えられる自動変速機のことである）において、入力ディスクと出力ディスクとに接触して変速比を決めるパワーローラの位置を把握するのに好適に利用できる。

また、実施例１〜１１の位置検出センサ１は、例えば、サスペンションの変化を検出するハイトセンサ、エンジンの吸気弁を駆動するためのカムシャフトの位置を検出するカムストロークセンサ、ＥＧＲ量を可変するＥＧＲアクチュエータのリフト量を検出するＥＧＲリフトセンサ等に好適に利用できる。

（ａ）は位置検出センサを示す正面構成図であり、（ｂ）は位置検出センサを示す側面構成図である（実施例１）。 磁石の長手方向の座標と、磁束密度との相関を示す特性図である（実施例１）。 磁石の長手方向の変位量と、磁界検出手段から得られる出力値に基づく磁束密度との相関を示す特性図である（実施例１）。 （ａ）は位置検出センサのセンサアセンブリを示す構成図であり、（ｂ）はセンサアセンブリに含まれる演算回路を示す構成図である（実施例１）。 磁石の長手方向の変位量と、オフセット調整後の磁束密度との相関を示す特性図である（実施例１）。 磁石の長手方向の変位量と、位置検出センサからの最終的な出力値との相関を示す特性図である（実施例１）。 磁石の長手方向の変位量と、正弦関数または余弦関数との誤差との相関を示す特性図である（実施例１）。 （ａ）は単純棒形の比較磁石の周囲に形成される磁界を示す磁力線図であり、（ｂ）は比較磁石の磁束密度と長手方向座標との相関を示す特性図である（実施例１）。 （ａ）は単純棒形の比較磁石の周囲に形成される磁界を示す磁力線図であり、（ｂ）は円弧状膨出形の磁石の周囲に形成される磁界を示す磁力線図である（実施例１）。 （ａ）は位置検出センサのセンサアセンブリを示す構成図であり、（ｂ）はセンサアセンブリに含まれるチップを示す構成図である（実施例２）。 （ａ）は位置検出センサを示す構成図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である（実施例３）。 （ａ）は位置検出センサを示す構成図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である（実施例４）。 位置検出センサの構成図である（実施例５）。 （ａ）は磁石のみにより形成される磁界を示す磁力線図であり、（ｂ）は磁界形成手段により形成される磁界を示す磁力線図である（実施例５）。 位置検出センサの構成図である（実施例６）。 位置検出センサの構成図である（実施例７）。 （ａ）は位置検出センサの構成図であり、（ｂ）は磁石の長手方向、磁界検出手段の感磁面の面方向および第２磁界検出手段の感磁面の面方向の関係を示す説明図である（実施例８）。 （ａ）は位置検出センサの構成図であり、（ｂ）は磁石の長手方向、磁界検出手段の感磁面の面方向および第２磁界検出手段の感磁面の面方向の関係を示す説明図である（実施例９）。 位置検出センサの構成図である（実施例１０）。 （ａ）は位置検出センサの構成図であり、（ｂ）は磁石の長手方向、磁界検出手段の感磁面の面方向および第２磁界検出手段の感磁面の面方向の関係を示す説明図である（実施例１１）。

符号の説明

１ 位置検出センサ
２ 磁石
３ 磁石
４ 磁界検出手段
５ 磁界検出手段
６ 膨出部
７ 膨出部
８ 最大膨出位置
９ 最大膨出位置
１０ 膨出端縁
１１ 膨出端縁
２０ オフセット調整手段
２１ 逆三角関数演算手段
２４ チップ
３０ 磁石
３１ 中空
３２ 切断面（中空の軸心を含む切断面）
３３ 切断面（中空の軸心を含む切断面）
３４ 内周縁（中空の軸心を含む切断面の２つの内周縁）
３５ 内周縁（中空の軸心を含む切断面の２つの内周縁）
４１ 最大膨出位置
４３ 切断面（長手方向に垂直な切断面）
４４ 切断面（長手方向に垂直な切断面）
４５ 内周縁（長手方向に垂直な切断面の内周縁）
４６ 内周縁（長手方向に垂直な切断面の内周縁）
４９ 磁石
５０ ヨーク
５１ 磁界形成手段
５３ 枝部
５５ 第２磁界検出手段
５６ 第２磁界検出手段
ｄ 周期

Claims (14)

1. 短手方向に円弧状に膨出する膨出部を有し、前記短手方向に垂直な長手方向に着磁された２つの磁石と、
   この２つの磁石により形成される磁界を検出する互換可能な２つの磁界検出手段とを備え、
   前記２つの磁石は、各々の前記長手方向が互いに平行となるように、かつ、各々の前記長手方向の一端の極性が互いに同一、および他端の極性が互いに同一となるように配されて、被検出体の変位に応じて前記長手方向に変位し、
   ２つの前記膨出部は、前記短手方向に最大に膨出する最大膨出位置が互いに対向するように鏡映対称に配され、
   前記２つの磁界検出手段は、２つの前記膨出部の対向により形成されるエアギャップで、所定の間隔を有して前記長手方向に配列され、
   前記所定の間隔は、前記長手方向に座標軸を想定したときに、前記長手方向の座標と前記エアギャップに形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、この三角関数の周期の１／２の長さであることを特徴とする位置検出センサ。
2. 請求項１に記載の位置検出センサにおいて、
   前記長手方向および前記短手方向に垂直な第３の方向を定義すると、
   ２つの前記膨出部の膨出端縁は、前記長手方向のいずれの座標で前記長手方向に垂直に切断されても、前記第３の方向に平行かつ互いに同一長さの線分をなすことを特徴とする位置検出センサ。
3. 内周に円筒状の中空を有する筒体をなし、前記中空の軸心を含む切断面の２つの内周縁が内周側に円弧状に膨出する磁石と、
   この磁石により形成される磁界を検出する互換可能な２つの磁界検出手段とを備え、
   前記磁石は、前記中空の軸心に平行な軸方向に着磁され、被検出体の変位に応じて前記軸方向に変位し、
   前記２つの内周縁は、内周側に最大に膨出する最大膨出位置が互いに径方向に対向する鏡映対称をなすように設けられ、
   前記２つの磁界検出手段は、前記中空で所定の間隔を有して前記軸方向に配列され、
   前記所定の間隔は、前記軸方向に座標軸を想定したときに、前記軸方向の座標と前記中空に形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、この三角関数の周期の１／２の長さであることを特徴とする位置検出センサ。
4. 長手方向に垂直な切断面の内周縁が２つの円弧であって、各々の円弧を含む２つの内周面が対向するように配されて円筒状の中空を形成する２つの磁石と、
   この２つの磁石により形成される磁界を検出する互換可能な２つの磁界検出手段とを備え、
   前記２つの磁石の内周部は、前記中空に円弧状に膨出する膨出部であり、
   前記２つの磁石は、前記長手方向の一端の極性が互いに同一、および他端の極性が互いに同一となるように配されて、被検出体の変位に応じて前記長手方向に変位し、
   ２つの前記膨出部は、前記中空に最大に膨出する最大膨出位置が互いに対向するように鏡映対称に配され、
   前記２つの磁界検出手段は、前記中空で所定の間隔を有して前記長手方向に配列され、
   前記所定の間隔は、前記長手方向に座標軸を想定したときに、前記長手方向の座標と前記中空に形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、この三角関数の周期の１／２の長さであることを特徴とする位置検出センサ。
5. 請求項１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載の位置検出センサにおいて、
   三角関数とみなされた前記相関特性の最大値と最小値との中間値に相当する数値を、前記２つの磁界検出手段から得られる出力値から減ずるオフセット調整手段と、
   このオフセット調整手段から得られる２つの算出値を互いに除して得られる数値に、逆三角関数演算を施す逆三角関数演算手段とを備えることを特徴とする位置検出センサ。
6. 請求項５に記載の位置検出センサにおいて、
   前記２つの磁界検出手段は、２つのホール素子であり、前記オフセット調整手段および前記逆三角関数演算手段とともに１つのチップで構成されていることを特徴とする位置検出センサ。
7. 柱状に設けられて両端に磁極を有する磁石、および磁性材を素材として設けられ、前記磁石の両端に接続する２つのヨークからなる磁界形成手段と、
   この磁界形成手段により形成される磁界を検出する互換可能な２つの磁界検出手段とを備え、
   前記磁界形成手段は、被検出体の変位に応じて自身の長手方向に変位し、
   前記２つの磁界検出手段は、前記長手方向と平行に所定の間隔を有して配列され、
   前記長手方向と平行であって前記２つの磁界検出手段が配列される位置に座標軸を想定したときに、
   前記２つの磁界検出手段は、前記磁界形成手段が変位する座標範囲内に配され、
   前記所定の間隔は、前記座標軸上の値と前記磁界形成手段により形成される磁界の磁束密度との相関特性を三角関数とみなした場合、この三角関数の周期の１／２の長さであることを特徴とする位置検出センサ。
8. 請求項７に記載の位置検出センサにおいて、
   前記２つのヨークは、各々が接続する前記磁石の両端から前記長手方向に遠ざかるほど前記座標軸に近づく枝部を有していることを特徴とする位置検出センサ。
9. 請求項８に記載の位置検出センサにおいて、
   前記枝部は、前記座標軸の方に向かって凸状に湾曲していることを特徴とする位置検出センサ。
10. 請求項７ないし請求項９の内のいずれか１つに記載の位置検出センサにおいて、
    少なくとも２つの前記磁界形成手段を備え、
    ２つの前記磁界形成手段は、各々が有する前記磁石の前記長手方向の一端の極性が同一、かつ他端の極性が同一となるように配されるとともに、各々が占める座標範囲が同一となるように配されることを特徴とする位置検出センサ。
11. 請求項１ないし請求項１０の内のいずれか１つに記載の位置検出センサにおいて、
    前記座標軸は、前記長手方向と平行であって前記２つの磁界検出手段が配列される位置に想定され、
    前記座標軸上に、前記２つの磁界検出手段とは異なる方向に感磁する第２磁界検出手段を備え、
    前記２つの磁界検出手段から得られる出力値が、前記第２磁界検出手段から得られる出力値により補正されることを特徴とする位置検出センサ。
12. 請求項１１に記載の位置検出センサにおいて、
    前記第２磁界検出手段が感磁する方向は、前記２つの磁界検出手段が感磁する方向と垂直であることを特徴とする位置検出センサ。
13. 請求項１１または請求項１２に記載の位置検出センサにおいて、
    前記第２磁界検出手段は、前記２つの磁界検出手段の中間に配されていることを特徴とする位置検出センサ。
14. 請求項１１または請求項１２に記載の位置検出センサにおいて、
    ２つの前記第２磁界検出手段を備え、
    前記２つの磁界検出手段の内の一方の磁界検出手段から得られる出力値が、２つの前記第２磁界検出手段の内の一方の前記第２磁界検出手段から得られる出力値により補正され、
    他方の磁界検出手段から得られる出力値が、他方の前記第２磁界検出手段から得られる出力値により補正されることを特徴とする位置検出センサ。

Images