JP2015052557A - 磁気式位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数が少なく２つの検出対象の位置を検出することができる磁気式検出装置を提供する。【解決手段】磁気式位置検出装置は、回転軸Ｏを中心に回転して２つの異なる位置の間を変位する第１の磁石１１と、回転軸Ｏを中心に回転して４つの異なる位置の間を変位する第２の磁石２１と、第１の磁石１１と第２の磁石２１との間に設けられ、４つの磁気抵抗素子を有する第１のブリッジ回路６と、第１のブリッジ回路６とは異なる角度とされた第２のブリッジ回路７とを有し、第１及び第２のブリッジ回路６，７それぞれの中点の電圧に応じた信号を出力するセンサチップ５と、を備える。センサチップ５において、第１の磁石１１が２つの異なる位置にあるとき第１の磁石１１が形成する磁界の向き、及び第２の磁石２１が少なくとも４つの異なる位置にあるとき第２の磁石２１が形成する磁界の向きが全て異なるようにする。【選択図】図２

Description

本発明は、磁気式位置検出装置に関する。

従来、特許文献１に示される磁気式位置検出装置がある。この磁気式位置検出装置は、車両の前後方向に操作されるセレクトレバーに取り付けられるマグネットと、セレクトレバーに対して独立して設けられ、磁界の向きに応じた電圧を出力する磁気センサと、を備えている。

この磁気式位置検出装置では、セレクトレバーが操作されると、マグネットが移動するので、当該マグネットと磁気センサとの相対位置が変化する。すなわち、磁気センサにおける磁界の向きが変化するので、当該磁気センサが出力する電圧が変化する。従って、磁気センサが出力する電圧に基づいて、セレクトレバーの位置を検出することができる。

特開２００９−２３６７４３号公報

特許文献１のような磁気式位置検出装置では、検出対象が２つある場合、それぞれの検出対象に対してマグネット及び磁気センサを備える必要がある。
ところで、２つの検出対象が近接している場合、それぞれの検出対象に対して設けられるマグネットが、互いに他方の検出対象に対して設けられる磁気センサにおける磁界の向きに影響を及ぼすおそれがある。そこで、このような場合には、それぞれの検出対象に対して設けられるマグネットと互いに他方の検出対象に対して設けられる磁気センサとの間に磁気的な影響を遮断する遮蔽板を挿入することが考えられている。このように構成すれば、それぞれの検出対象に対して設けられるマグネットが、他方の検出対象に対して設けられる磁気センサにおける磁界の向きに影響を及ぼさない。

しかしながら、遮蔽板を設けると磁気式検出装置の部品点数が増加するため、当該装置の組付工数の増加が懸念されている。
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数が少なく２つの検出対象の位置を検出することができる磁気式検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、磁気式位置検出装置は、自身を貫く第１の回転軸を中心に回転して２つの異なる位置の間を変位する第１の磁石と、前記第１の回転軸の延びる方向にずれて配置され、自身を貫く第２の回転軸を中心に回転して少なくとも３つの異なる位置の間を変位する第２の磁石と、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に設けられ、４つの磁気抵抗素子を有する第１のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路とは異なる角度とされた第２のブリッジ回路とを有し、前記第１及び第２のブリッジ回路それぞれの中点電圧に応じた信号を出力する磁気センサと、を備え、前記磁気センサにおいて、前記第１の磁石が前記２つの異なる位置にあるとき当該第１の磁石が形成する磁界の向き、及び前記第２の磁石が少なくとも３つの異なる位置にあるとき前記第２の磁石が形成する磁界の向きが全て異なることを要旨とする。

この構成によれば、第１の磁石の位置と第２の磁石の位置とがどの組み合わせであっても、磁気センサにおける合成磁界の向きが全て異なる。このため、磁気センサが出力する第１及び第２のブリッジ回路における中点電圧に応じた信号から、第１及び第２の磁石がそれぞれどの位置に位置するかを判定することができる。これにより、従来のように遮蔽板等が必要ないので、磁気式位置検出装置を構成する部品点数を抑制することができる。

上記構成において、前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とが同軸であって、前記磁気センサは、前記第１の回転軸上に設けられることが好ましい。
この構成によれば、磁気センサは、磁気センサと第１の磁石との間の距離、及び磁気センサと第２の磁石との間の距離が変化しない状態で第１及び第２の磁石に挟まれているので、外乱磁場の影響を受けにくい。従って、磁気センサが出力する信号から、第１及び第２の磁石がそれぞれどの位置に位置するかをより正確に判定することができる。

上記構成において、前記第１及び第２の磁石の少なくとも一方がプラスチック磁石であって、前記プラスチック磁石の外周部は、前記磁気センサの外周を覆うように対向する磁石に向かって湾曲することが好ましい。

この構成によれば、第１の磁石と第２の磁石との間の距離が小さくなるので、これらの間に設けられる磁気センサが外乱磁場の影響を受けにくい。

本発明の磁気式検出装置によれば、２つの検出対象の位置を検出することができる。しかも、構成する部品点数が少ない。

レバー装置の平面図。 第１の磁石、第２の磁石、及びセンサチップの位置関係を示す斜視図。 第１の磁石が第１の位置及び第２の位置にそれぞれ位置するとき、及び第２の磁石が第３の位置〜第６の位置にそれぞれ位置するときに、センサチップにおいて形成する磁界の向きを示す対応図。 センサチップに設けられる第１及び第２のブリッジ回路を示す回路図。 第１の磁石の位置、第２の磁石の位置、合成磁界の向き、第１の磁気抵抗素子の出力電圧、及び第２の磁気抵抗素子の出力電圧を対応付けた対応図。 第１及び第２のブリッジ回路の各中点における電圧波形。 第１及び第２のブリッジ回路の各中点間における電圧の正負示す図。 磁石の変形例を示す斜視図。

以下、磁気式検出装置をレバー装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
＜レバー装置＞
図１に示すように、レバー装置１は、ケース２の下面に回転可能に軸支される第１のレバー１０と、ケース２の上面に回転可能に軸支される第２のレバー２０と、ケース２の内部に収容される基板３と、を備えている。基板３は、外部の演算処理部４に電気的に接続されている。

第１及び第２のレバー１０，２０は、ともに回転軸Ｏを中心に回転する。図１において６時の位置を０°とするとともに、時計方向を正方向とする場合、第１のレバー１０は図１に実線で示す０°の位置と図１に２点鎖線で示す１８０°との間を９０°の位置を含むように回転変位する。また、第２のレバー２０は図１に２点鎖線で示す２２．５°の位置と図１に実線で示す１５７．５°の位置との間を９０°の位置を含むように４５°刻みで回転変位する。

第１のレバー１０のケース２側の面には、図２に示す第１の磁石１１が、第２のレバー２０のケース２側の面には図２に示す第２の磁石２１が、それぞれ設けられている。また、基板３の第１のレバー１０側の面には図２に示すセンサチップ５が設けられている。

図２に示すように、第１の磁石１１、第２の磁石２１、及びセンサチップ５は、すべて回転軸Ｏ上に位置する。すなわち、センサチップ５は、回転軸Ｏの軸方向において、第１の磁石１１と第２の磁石２１との間に挟まれている。また、センサチップ５と第１の磁石１１との間の距離、及びセンサチップ５と第２の磁石２１との間の距離は、等しく設定されている。

第１の磁石１１は、回転方向に一対のＮ極とＳ極とが着磁されている。この第１の磁石１１は、第１のレバー１０が０°に位置する状態の第１の位置と、第１のレバー１０が１８０°に位置する状態の第２の位置との間で変位する。図３に示すように、第１の位置における第１の磁石１１はセンサチップ５における磁界の向きが０°となる磁界を、第２の位置における第１の磁石１１は、センサチップ５における磁界の向きが１８０°となる磁界を、それぞれ形成する。

第２の磁石２１は、第１の磁石１１と同様に回転方向に一対のＮ極とＳ極とが着磁されている。第２の磁石２１は、第１の磁石１１と等しい強さの磁界を形成する。第２の磁石２１は、第２のレバー２０が２２．５°に位置する状態の第３の位置と、第２のレバー２０が６７．５°に位置する状態の第４の位置と、第２のレバー２０が１１２．５°に位置する状態の第５の位置と、第２のレバー２０が１５７．５°に位置する状態の第６の位置と、の間で変位する。図３に示すように、第３の位置における第２の磁石２１はセンサチップ５における磁界の向きが２２．５°となる磁界を、第４の位置における第２の磁石２１はセンサチップ５における磁界の向きが６７．５°となる磁界を、それぞれ形成する。また、第５の位置における第２の磁石２１はセンサチップ５における磁界の向きが１１２．５°となる磁界を、第６の位置における第２の磁石２１はセンサチップ５における磁界の向きが１５７．５°となる磁界を、それぞれ形成する。

図２及び図４に示すように、センサチップ５は、４つの磁気抵抗素子を有する第１及び第２のブリッジ回路６，７を備えている。第２のブリッジ回路７は、第１のブリッジ回路６を回転軸Ｏと同方向に延びる中心軸に対して４５°だけ回転させたものである。また、第１及び第２のブリッジ回路６，７は、回転軸Ｏに対して直交する方向に並設されている。センサチップ５は、第１及び第２のブリッジ回路６，７のそれぞれの中点６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂにおける電圧を生成する。なお、センサチップ５が磁気センサに相当する。

基板３は、センサチップ５において生成される電圧、すなわち、第１及び第２の磁気抵抗素子６，７が生成する電圧を演算処理部４に送る。
図１に示すように、演算処理部４は、メモリ４ａを備えている。メモリ４ａには、図５に示すように、第１及び第２の磁石１１，２１の位置と各中点６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ間における電圧の大小関係とが対応づけられた対応情報８が記憶されている。詳述すると、対応情報８では、中点６Ａと中点６Ｂとの間、中点７Ａと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ａとの間、中点６Ｂと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ｂとの間、及び中点６Ｂと中点７Ａとの間のそれぞれにおいて、前者の電圧から後者の電圧を引いた値の正負が、第１及び第２の磁石１１，２１の位置と対応付けられている。なお、図５では、先の前者の電圧から後者の電圧を引いた値が正の場合には「１」、負の場合には「０」として表示している。演算処理部４は、チップセンサ５において生成される電圧を対応情報８に照らし合わせることにより第１及び第２の磁石１１，２１の位置を判断する。

＜レバー装置の作用＞
第１及び第２のブリッジ回路６，７は、回転軸Ｏに対して直交する方向に並設されている。また、第２のブリッジ回路７は、第１のブリッジ回路６を回転軸Ｏと同方向に延びる中心軸に対して４５°だけ回転させたものである。従って、図６に示すように、各中点６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂにおける電圧の波形は４５°分だけずれる。このため、図６に示すように、各中点６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂのうちいずれか２つの中点における電圧の波形は、２２．５°毎に大小関係が入れ替わる。すなわち、図７に示すように、中点６Ａと中点６Ｂとの間、中点７Ａと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ａとの間、中点６Ｂと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ｂとの間、及び中点６Ｂと中点７Ａとの間のうちいずれか２つにおいて、前者の電圧から後者の電圧を引いた値の正負は、２２．５°毎に入れ替わる。従って、第１及び第２のブリッジ回路６，７のそれぞれの中点６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂにおける電圧から、第１及び第２の磁石１１，２１におけるそれぞれの位置を判断することができる。例えば、中点６Ａと中点６Ｂとの間、中点７Ａと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ａとの間、中点６Ｂと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ｂとの間、及び中点６Ｂと中点７Ａとの間のそれぞれにおいて、前者の電圧から後者の電圧を引いた値の正負が「０」「１」「０」「１」「０」「１」である場合には、第１の磁石１１は第１の位置に、第２の磁石２１は第３の位置に、それぞれ位置することを判断することができる。

なお、中点６Ａと中点６Ｂとの間、中点７Ａと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ａとの間、中点６Ｂと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ｂとの間、及び中点６Ｂと中点７Ａとの間のそれぞれにおいて、前者の電圧から後者の電圧を引いた値の正負の組み合わせは８通りあるので、８通りの第１及び第２の磁石１１，２１の位置関係を判断することができる。

また、第１及び第２の磁石１１，２１は、回転軸Ｏ上において回転軸Ｏ回りを回転するので、センサチップ５と第１の磁石１１との間の距離、及びセンサチップ５と第２の間の距離が変化しない。このため、外乱磁場の影響を受けにくい。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）回転軸Ｏ上に設けられ同回転軸Ｏ回りを回転する第１の磁石１１と第２の磁石２１との間に、４つの磁気抵抗素子を有する第１及び第２のブリッジ回路６，７を備えるセンサチップ５を設けた。そして、第２のブリッジ回路７は、第１のブリッジ回路６を回転軸Ｏと同方向に延びる中心軸に対して４５°だけ回転させたものとした。また、第１及び第２のブリッジ回路６，７は、回転軸Ｏに対して直交する方向に並設させた。これにより、各中点６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂにおける電圧の波形は４５°分だけずれる。従って、中点６Ａと中点６Ｂとの間、中点７Ａと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ａとの間、中点６Ｂと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ｂとの間、及び中点６Ｂと中点７Ａとの間のうちいずれか２つにおいて、前者の電圧から後者の電圧を引いた値の正負は、２２．５°毎に入れ替わる。このため、第１及び第２のブリッジ回路６，７のそれぞれの中点６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂにおける電圧から、第１及び第２の磁石１１，２１におけるそれぞれの位置を判断することができる。このように、従来、２つの磁石の位置をそれぞれ検出するために必要と考えられていた遮蔽板が必要ないので、レバー装置１を構成する部品点数を抑制することができる。

（２）また、中点６Ａと中点６Ｂとの間、中点７Ａと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ａとの間、中点６Ｂと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ｂとの間、及び中点６Ｂと中点７Ａとの間のそれぞれにおいて、前者の電圧から後者の電圧を引いた値の正負の組み合わせは８通りあるので、８通りの第１及び第２の磁石１１，２１の位置関係を判断することができる。

（３）また、第１及び第２の磁石１１，２１は、回転軸Ｏ上において回転軸Ｏ回りを回転するので、センサチップ５と第１の磁石１１との間の距離、及びセンサチップ５と第２の間の距離が変化しない。このため、外乱磁場の影響を受けにくい。従って、第１及び第２の磁気抵抗素子６，７が出力する電圧から、第１及び第２の磁石１１，２１がそれぞれどの位置に位置するかをより正確に判定することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、第２の磁石２１は、第３〜第６の位置、すなわち異なる４つの位置に変位可能とされたが、３つの位置に変更される構成であってもよい。この場合、中点６Ａと中点６Ｂとの間、中点７Ａと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ａとの間、中点６Ｂと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ｂとの間、及び中点６Ｂと中点７Ａとの間のうち、３つの前者の電圧から後者の電圧を引いた値の正負の組み合わせが分かれば、第１及び第２の磁石１１，２１がとりうる全ての位置を判断することができる。

また、第２の磁石２１が異なる５つ以上の位置に変更される構成である場合には、センサチップ５に第１及び第２のブリッジ回路６，７の両方と異なる角度のブリッジ回路を設け、正負を判断できる中点の数を増やす。このように構成すれば、さらに多くの第１及び第２の磁石１１，２１がとりうる全ての位置を判断することができる。

・上記実施形態では、中点６Ａと中点６Ｂとの間、中点７Ａと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ａとの間、中点６Ｂと中点７Ｂとの間、中点６Ａと中点７Ｂとの間、及び中点６Ｂと中点７Ａとの間の差分から、第１及び第２の磁石１１，２１がとりうる位置を判断したが、各中点６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂのそれぞれの電圧値から第１及び第２の磁石１１，２１がとりうる位置を判断してもよい。

・上記実施形態において、第１及び第２の磁石１１，２１は、回転方向に一対のＮ極とＳ極とを有していたが、回転方向にＮ極とＳ極とが交互に複数個連続するいわゆる多極磁石であってもよい。多極磁石であれば、回転角度が小さくても、センサチップに形成する磁界の向きを大きく変化させることができる。

・上記実施形態において、第１及び第２の磁石１１，２１に代えて、プラスチック磁石５１，６１を採用してもよい。この場合、図８に示すように、プラスチック磁石５１，６１をお椀型に成形し、プラスチック磁石５１，６１の外周部がセンサチップ５の周囲を覆うようにする。このように構成すれば、プラスチック磁石５１，６１との間の距離が近くなるので、これらの間に設けられるセンサチップ５が外乱磁場の影響を受けにくくなる。ひいては、より正確にプラスチック磁石５１，６１の位置を判定することができる。なお、この効果は、プラスチック磁石５１，６１の外周部が近接すればするほど大きくなる。

・上記実施形態において、第１及び第２の磁石１１，２１は、直接回転操作される第１及び第２のレバー１０，２０にそれぞれ設けられたが、直接操作されるレバーに連動して回転するものにも設けられてもよい。

・上記実施形態において、第１及び第２の磁気抵抗素子６，７は、４５°ずれていたが、４５°に限らず出力する電圧波形が異なるように角度をずらして配置されていればよい。

・上記実施形態において、センサチップ５は、センサチップ５と第１の磁石１１との間の距離と、センサチップ５と第２の磁石２１との間の距離とが等しくなるように設けられたが等しくなくてもよい。第１及び第２の磁石１１，２１のどちらか一方が変位したとき、センサチップ５における合成磁界の向きが変化する位置であればよい。

・上記実施形態において、第１の磁石１１、第２の磁石２１、及びセンサチップ５は同軸上とされたが、同軸とされてなくてもよい。
・上記実施形態のレバー装置１の適用先としては、例えば、車両の前照灯の明るさを変更する回転操作部付きの方向指示レバー等がある。

１…レバー装置、２…ケース、３…基板、４…演算処理部、４ａ…メモリ、５…センサチップ、６，７…ブリッジ回路、８…対応情報、１０，２０…レバー、１１，２１…磁石、５１，６１…プラスチック磁石。

Claims (3)

1. 自身を貫く第１の回転軸を中心に回転して２つの異なる位置の間を変位する第１の磁石と、
   前記第１の回転軸の延びる方向にずれて配置され、自身を貫く第２の回転軸を中心に回転して少なくとも３つの異なる位置の間を変位する第２の磁石と、
   前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に設けられ、４つの磁気抵抗素子を有する第１のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路とは異なる角度とされた第２のブリッジ回路とを有し、前記第１及び第２のブリッジ回路それぞれの中点の電圧に応じた信号を出力する磁気センサと、を備え、
   前記磁気センサにおいて、前記第１の磁石が前記２つの異なる位置にあるとき当該第１の磁石が形成する磁界の向き、及び前記第２の磁石が少なくとも３つの異なる位置にあるとき前記第２の磁石が形成する磁界の向きが全て異なる磁気式位置検出装置。
2. 請求項１に記載の磁気式位置検出装置において、
   前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とが同軸であって、
   前記磁気センサは、前記第１の回転軸上に設けられる磁気式位置検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の磁気式位置検出装置において、
   前記第１及び第２の磁石の少なくとも一方がプラスチック磁石であって、
   前記プラスチック磁石の外周部は、前記磁気センサの外周を覆うように対向する磁石に向かって湾曲する磁気式位置検出装置。