JP2019002469A - ポジションセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】電源端子、グランド端子、及び出力端子の３端子の構成を維持しつつ、検出対象の位置を検出する検出部を２重系としたとしても、検出部の信頼性を向上させることができるポジションセンサを提供する。
【解決手段】第１検出素子１２４及び第２検出素子１２５は、シャフトの位置に対応した検出信号を出力する。第１処理部１２９及び第２処理部１３０は、検出信号に基づいてシャフトの位置を特定する。故障判定部１３１は、第１処理部１２９によって特定された位置と第２処理部１３０によって特定された位置とが一致するか否かを判定する。出力回路部１３２は、故障判定部１３１による判定が一致する場合は当該一致する位置に対応した位置信号を出力端子１１５に出力する一方、故障判定部１３１による判定が不一致の場合は故障に対応した故障信号を出力端子１１５に出力する。
【選択図】図９

Description

本発明は、検出対象の位置に対応した信号を出力するポジションセンサに関する。

従来より、検出対象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。この装置は、検出対象の位置に応じてオンまたはオフする複数のスイッチを備えている。各スイッチは、検出対象が特定の位置に移動した際に当該位置に応じてオンまたはオフの信号を出力する。また、各スイッチの信号に基づいて、スイッチの故障を判定することが可能になっている。

特開２００９−１３３４５９号公報

装置の信頼性を向上させるための手段として、検出部を２重系とすることが知られている。この構成では、出力端子が２端子となるので、装置は電源端子及びグランド端子を含んだ４端子となる。

しかし、上記従来の構成では、検出部を構成する複数のスイッチが２重系になることでスイッチの数だけ出力端子が必要になってしまう。もともとスイッチ分の出力端子が必要になっていたが、スイッチの数が２倍になることで出力端子の数が２倍になってしまう。このため、検出部の複雑化、出力端子に接続される配線の増加、各スイッチから信号を受け取る装置での故障判定のプログラムの構築が必要になってしまう。

本発明は上記点に鑑み、検出対象の位置を検出する検出部を２重系としたとしても、電源端子、グランド端子、及び出力端子の３端子の構成を維持しつつ、検出部の信頼性を向上させることができるポジションセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ポジションセンサは、電源電圧が印加される電源端子（１１３）と、グランド電圧が印加されるグランド端子（１１４）と、信号を出力するための出力端子（１１５）と、電源電圧及びグランド電圧に基づいて動作し、検出対象（２００）の位置を検出する検出部（１２２）と、電源電圧及びグランド電圧に基づいて動作し、検出部から入力される信号を処理する信号処理部（１２３）と、を備えている。

検出部は、検出対象の位置に対応した第１検出信号を出力する第１検出素子（１２４）と、検出対象の位置に対応した第２検出信号を出力する第２検出素子（１２５）と、を有している。

信号処理部は、第１検出素子から第１検出信号を入力し、第１検出信号に基づいて検出対象の位置を特定する第１処理部（１２９）と、第２検出素子から第２検出信号を入力し、第２検出信号に基づいて検出対象の位置を特定する第２処理部（１３０）と、第１処理部によって特定された位置と第２処理部によって特定された位置とが一致するか否かを判定する故障判定部（１３１）と、故障判定部による判定が一致する場合は当該一致する位置に対応した位置信号を出力端子に出力する一方、故障判定部による判定が不一致の場合は故障に対応した故障信号を出力端子に出力する出力回路部（１３２）と、を有している。

これによると、検出部が２重系に構成されていても、ポジションセンサの内部の信号処理部において故障判定が行われ、その判定結果が１つの出力端子から検出対象の位置情報または故障情報として出力される。したがって、検出部を２重系としたとしても、電源端子、グランド端子、及び出力端子の３端子の構成を維持しつつ、検出部の信頼性を向上させることができる。

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。

本発明の第１実施形態に係る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。 磁気抵抗素子による検出信号を説明するための図である。 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６のVII−VII断面図である。 ホール素子による検出信号を説明するための図である。 ポジションセンサの回路構成を示した図である。 ３状態を検出する場合の検出信号と状態判定を示した図である。 故障判定の内容を示した図である。 各状態に対する離散的な電圧値を示した図である。 ４状態を検出する場合の検出信号と状態判定を示した図である。 ４状態の場合の離散的な電圧値を示した図である。 検出対象の移動量に対してリニアに変化する出力電圧を示した図である。 各状態に対する離散的なパルス幅を示した図である。 ４状態の場合の離散的なパルス幅を示した図である。

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。

（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。本実施形態に係るポジションセンサは、検出対象の位置がどの範囲（状態）にあるのかを検出し、その範囲に対応した信号を出力するセンサである。

図１に示されるように、ポジションセンサ１００は、検出対象として、車両のシフトポジションの動作に連動するシャフト２００の位置を検出する。具体的には、ポジションセンサ１００は、シャフト２００に設けられた突起部２０１の位置に応じた信号を検出することで、シャフト２００の状態を取得する。

シャフト２００の状態とは、ユーザによってシフトポジションが操作されたときのシャフト２００の位置を意味する。例えば、シャフト２００は、シフトポジションのパーキングに連動して移動する。図１に示されるように、シフトポジションがパーキングに位置するように操作された場合、シャフト２００が軸方向に移動する。これにより、シャフト２００は、パーキングの状態を反映する。ポジションセンサ１００はシャフト２００のうち突起部２０１よりも手前の位置を検出する。

一方、シフトポジションがパーキング以外のポジションに位置するように操作された場合、シャフト２００はパーキング以外の状態を反映する。この場合、ポジションセンサ１００は、シャフト２００のうち突起部２０１や突起部２０１よりも奥の位置を検出する。もちろん、シャフト２００はパーキング以外のポジションに連動して移動するものでも良い。

シャフト２００は、例えば全体が磁性体材料によって形成されている。なお、シャフト２００は、突起部２０１のうちポジションセンサ１００に対向する面が磁性体材料で形成され、他の部分が別の金属材料によって形成されていても良い。

ポジションセンサ１００は、ＰＰＳ等の樹脂材料が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、シャフト２００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。

また、先端部１０２がシャフト２００の突起部２０１に対して所定のギャップを持つように、ポジションセンサ１００がフランジ部１０３を介して周辺機構に固定されている。したがって、シャフト２００がポジションセンサ１００に対して移動する。

なお、図示しないが、ポジションセンサ１００は、シャフト２００に連動して動作するバルブの位置を検出するように、周辺機構に固定されていても良い。また、シャフト２００の移動方向は直進や往復に限られず、回転や特定の角度内での往復等でも良い。このように、ポジションセンサ１００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の位置や移動、回転等の状態検出に適用できる。

ポジションセンサ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、ポジションセンサ１００は、モールドＩＣ部１０５、磁石１０６、及び保持部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は有底筒状の保持部１０７に差し込まれる。

図３の平面模式図及び図４の断面模式図に示されるように、モールドＩＣ部１０５、磁石１０６、及び保持部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。保持部１０７は、モールドＩＣ部１０５及び磁石１０６の位置を固定している。

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１１３〜１１５を有している。アイランド部１１２は、平面部が検出対象の移動方向に対して垂直になるように配置されている。

複数のリード１１３〜１１５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出力端子１１５に対応している。つまり、各リード１１３〜１１５は、電源用、グランド用、及び信号用の３本である。各リード１１３〜１１５の先端にはターミナル１１６がそれぞれ接続されている。ターミナル１１６は、ケース１０１のコネクタ部１０４に位置する。また、ターミナル１１６がハーネスに接続される。

なお、本実施形態では、複数のリード１１３〜１１５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１１３〜１１５とが完全に分離されていても良い。

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ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲである。各リード１１３〜１１５と処理回路チップ１０９とは、ワイヤ１１７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１１８を介して電気的に接続されている。

モールド樹脂部１１１は、アイランド部１１２、各リード１１３〜１１５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。

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。図５に示されるように、保持部１０７は、検出対象である突起部２０１に対して所定のギャップを持って配置される。そして、保持部１０７に対して突起部２０１が移動すると、突起部２０１の移動方向の中心で検出信号が最大となる。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。このような検出信号に対して閾値を設定することで突起部２０１の位置を検出することができる。

なお、図５では突起部２０１の移動と磁気検出素子による検出信号との関係のみを示している。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する。

ホール素子を用いた磁気検出方式を採用した場合、図６の平面模式図及び図７の断面模式図に示されるように、モールドＩＣ部１０５は、保持部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１１９、磁石１２０、及びモールド樹脂部１１１を有している。

リードフレーム１０８のアイランド部１１２は、平面部が検出対象の移動方向に対して平行になるように配置されている。一方、各リード１１３〜１１５は、検出対象の移動方向に対して垂直になるように配置されている。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１１３〜１１５の先端にはターミナル１１６がそれぞれ接続されている。

ＩＣチップ１１９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１２０は、アイランド部１１２のうちＩＣチップ１１９とは反対側の面に固定されている。各リード１１３〜１１５とＩＣチップ１１９とは、ワイヤ１２１を介して電気的に接続されている。モールド樹脂部１１１は、保持部１０７の中空部に固定される形状に成形されている。

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。図８に示されるように、例えば２つのホール素子（Ｘ、Ｙ）が磁石１２０の上方に配置されている場合、保持部１０７に対して突起部２０１が移動すると、各ホール素子（Ｘ、Ｙ）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。各検出信号に対して閾値を設定することで突起部２０１の位置を検出することができる。

本実施形態では、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する。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を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。

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９に示されるように、ポジションセンサ１００とコントローラ３００とがハーネス４００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３本のリード１１３〜１１５を有しているので、ハーネス４００は３本の配線によって構成されている。

コントローラ３００は、例えばトランスミッションコントローラ（ＴＣＵ）である。コントローラ３００は、電源部３０１、制御部３０２、及びグランド部３０３を備えている。電源部３０１は、ポジションセンサ１００に電源電圧を供給する回路部である。制御部３０２は、ポジションセンサ１００から入力する出力信号に応じて予め決められた制御を行う回路部である。グランド部３０３はポジションセンサ１００のグランド電圧を設定する回路部である。なお、コントローラ３００は、電子制御装置（ＥＣＵ）として構成されていても良い。

ポジションセンサ１００は、検出部１２２及び信号処理部１２３を備えている。検出部１２２は、センサチップ１１０に設けられている。信号処理部１２３は、処理回路チップ１０９に設けられている。検出部１２２及び信号処理部１２３は、コントローラ３００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。

検出部１２２は、第１検出素子１２４及び第２検出素子１２５を有している。第１検出素子１２４は、突起部２０１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検出素子１２５は、突起部２０１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。各検出素子１２４、１２５は、同じ構成であり、同じ検出信号を出力する。

図１０に示されるように、各検出素子１２４、１２５は、突起部２０１の移動に伴って抵抗値が変化する第１磁気抵抗素子対１２６、第２磁気抵抗素子対１２７、及び第３磁気抵抗素子対１２８の３つの素子対を有している。なお、図１０では１つの検出素子を図示している。

突起部２０１の移動方向において、第２磁気抵抗素子対１２７が第１磁気抵抗素子対１２６と第３磁気抵抗素子対１２８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磁気抵抗素子対１２７が第１磁気抵抗素子対１２６と第３磁気抵抗素子対１２８とに挟まれるように配置されている。そして、第２磁気抵抗素子対１２７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磁気抵抗素子対１２６及び第３磁気抵抗素子対１２８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。

各磁気抵抗素子対１２６〜１２８は、電源とグランドとの間に２つの磁気抵抗素子が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。各磁気抵抗素子対１２６〜１２８は、突起部２０１の移動に伴って２つの磁気抵抗素子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、各磁気抵抗素子対１２６〜１２８は、当該抵抗値の変化に基づいて、２つの磁気抵抗素子の中点の電圧を波形信号としてそれぞれ出力する。

また、検出部１２２は、各磁気抵抗素子対１２６〜１２８の他に、第１〜第４オペアンプを備えている。第１磁気抵抗素子対１２６の中点の中点電位をＶ１と定義すると共に、第２磁気抵抗素子対１２７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磁気抵抗素子対１２８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。

第３オペアンプは、第１磁気抵抗素子対１２６の中点から中点電位Ｖ１を入力すると共に、第３磁気抵抗素子対１２８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Ｓ１として出力するように構成された差動増幅器である。例えば、信号Ｓ１は、シャフト２００の突起部２０１の移動方向中心で振幅が最大となり、突起部２０１から離れた位置で振幅が最小となる波形の信号である。

第４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Ｓ２（＝（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。このＳ２の信号は、シャフト２００の突起部２０１の凹凸構造に対応した波形の信号である。例えば、信号Ｓ２は、シャフト２００の突起部２０１の凹から凸に切り替わる一方のエッジ部分で振幅が最大となり、凸から凹に切り替わる他方のエッジ部分で振幅が最小となる波形の信号である。この信号Ｓ２は、信号Ｓ１に対して位相差を持った波形の信号である。

このように、各検出素子１２４、１２５は、各磁気抵抗素子対１２６〜１２８の出力から信号Ｓ１（＝Ｖ１−Ｖ３）及び信号Ｓ２（＝（Ｖ２−Ｖ３）−（Ｖ１−Ｖ２））を生成及び取得するように構成されている。各検出素子１２４、１２５は、信号Ｓ１及び信号Ｓ２を検出信号として信号処理部１２３に出力する。

図９の信号処理部１２３は、検出部１２２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１２３は、第１処理部１２９、第２処理部１３０、故障判定部１３１、及び出力回路部１３２を備えている。

第１処理部１２９は、第１検出素子１２４から第１検出信号を入力し、第１検出信号に基づいて突起部２０１の位置を特定する。第２処理部１３０は、第２検出素子１２５から第２検出信号を入力し、第２検出信号に基づいて突起部２０１の位置を特定する。このため、各処理部１２９、１３０は、検出信号に対して閾値を有している。

そして、各処理部１２９、１３０は、検出信号である信号Ｓ１、Ｓ２と閾値とを比較する。各処理部１２９、１３０は、信号Ｓ１、Ｓ２が閾値よりも大きい場合をＨｉと判定し、信号Ｓ１、Ｓ２が閾値よりも小さい場合をＬｏと判定する。また、各処理部１２９、１３０は、信号Ｓ１、Ｓ２のＨｉ／Ｌｏの組み合わせから、各検出素子１２４、１２５がシャフト２００のどの範囲を検出したのかを判定する。

具体的には、図１０に示されるように、信号Ｓ１がＬｏ、信号Ｓ２がＨｉの場合、各検出素子１２４、１２５はシャフト２００のうち突起部２０１よりも図面左側の範囲を検出したことになる。つまり、各処理部１２９、１３０は、シャフト２００の位置を特定したことになる。当該範囲の位置を特定した場合のシャフト２００の状態を「状態Ａ」とする。

同様に、信号Ｓ１がＨｉの場合、各検出素子１２４、１２５はシャフト２００のうち突起部２０１の範囲を検出したことになる。この場合、信号Ｓ２のＨｉ／Ｌｏは問わない。したがって、当該範囲の位置を特定した場合のシャフト２００の状態を「状態Ｂ」とする。

さらに、信号Ｓ１がＬｏ、信号Ｓ２がＬｏの場合、各検出素子１２４、１２５はシャフト２００のうち突起部２０１よりも図面右側の範囲を検出したことになる。当該範囲の位置を特定した場合のシャフト２００の状態を「状態Ｃ」とする。

このように、各処理部１２９、１３０は、シャフト２００の移動方向に沿った複数の範囲のいずれかの範囲の位置としてシャフト２００の位置を特定する。

ここで、第１検出素子１２４及び第１処理部１２９が第１系統を構成する。また、第２検出素子１２５及び第２処理部１３０が第２系統を構成する。つまり、各検出素子１２４、１２５及び各処理部１２９、１３０によって２重系が構成されている。

故障判定部１３１は、第１処理部１２９によって特定された位置と第２処理部１３０によって特定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。各処理部１２９、１３０によって特定された位置は、上記の状態Ａ〜Ｃの種類である。したがって、故障判定部１３１は、各処理部１２９、１３０で特定された状態が一致するか否かを判定する。故障判定部１３１は、故障判定の結果を出力回路部１３２に出力する。

出力回路部１３２は、故障判定部１３１の判定結果に基づいて、コントローラ３００に出力する信号を制御する回路部である。出力回路部１３２は、故障判定部１３１による判定が一致する場合は当該一致する位置に対応した位置信号を出力端子１１５に出力する。一方、出力回路部１３２は、故障判定部１３１による判定が不一致の場合は故障に対応した故障信号を出力端子１１５に出力する。以上が、本実施形態に係るポジションセンサ１００の構成である。

次に、ポジションセンサ１００の故障判定の作動について説明する。まず、各処理部１２９、１３０は、上述のように、検出信号に基づいて状態Ａ〜Ｃを取得する。また、各処理部１２９、１３０は、複数の範囲にそれぞれ設定された離散的な値のうち特定した位置の範囲に対応した値の信号を故障判定部１３１に出力する。

本実施形態では、離散的な値の信号は、電圧値が異なる電圧信号である。例えば、状態Ａは４Ｖ、状態Ｂは３Ｖ、状態Ｃは２Ｖというように、各状態Ａ〜Ｃを示す電圧値が各状態Ａ〜Ｃで重複しないように、離散的な値に設定される。離散的な値が各状態Ａ〜Ｃで重複しなければ良いので、例えば状態Ａは４．５Ｖ〜４Ｖ、状態Ｂは３．５Ｖ〜２．５Ｖ、状態Ｃは２Ｖ〜１Ｖというように、離散的な値は所定の電圧範囲内のいずれかの電圧値として設定されていても良い。所定の電圧範囲は、例えば１Ｖ以内というように各状態Ａ〜Ｃで同じでも良いし、状態Ａでは１Ｖ以内であるが状態Ｂでは２Ｖ以内であるというように異なっていても良い。

続いて、故障判定部１３１は、第１処理部１２９から取得した離散的な値の信号と第１処理部１２９から取得した離散的な値の信号とが一致するか否かを判定する。図１１に示されるように、故障判定部１３１は、第１検出素子１２４及び第１処理部１２９による第１系統の状態検出結果と、第２検出素子１２５及び第２処理部１３０による第２系統の状態検出結果と、の一致または不一致（Ｆａｉｌｕｒｅ）を判定する。

例えば、第１処理部１２９が状態Ａを特定した場合、故障判定部１３１は第１処理部１２９から５Ｖの電圧信号を入力する。同様に、第２処理部１３０が状態Ａを特定した場合、故障判定部１３１は第２処理部１３０から４Ｖの電圧信号を入力する。そして、故障判定部１３１は、各処理部１２９、１３０の信号が一致していると判定する。つまり、各系統による状態検出結果が状態Ａで一致する。このように、各系統による状態検出結果が一致する場合、故障判定部１３１は各系統が故障していないとして、当該一致する４Ｖの電圧信号を出力回路部１３２に出力する。

一方、例えば、第１処理部１２９が状態Ｂを特定し、第２処理部１３０が状態Ｃを特定した場合、故障判定部１３１は第１処理部１２９から３Ｖの電圧信号を入力し、第２処理部１３０から２Ｖの電圧信号を入力する。そして、故障判定部１３１は、各処理部１２９、１３０の信号が不一致であると判定する。このように、各系統の状態検出結果が不一致の場合、故障判定部１３１は各系統のいずれかに故障が発生しているとして、故障情報を出力回路部１３２に出力する。

出力回路部１３２は、故障判定部１３１の故障判定結果に応じた信号を出力端子１１５に出力する。故障判定部１３１による状態検出結果が一致する場合、出力回路部１３２は、当該一致する電圧信号を位置信号として出力端子１１５に出力する。例えば、状態Ａで一致した場合、位置信号は４Ｖの電圧信号となる。

故障判定部１３１による状態検出結果が不一致の場合、出力回路部１３２は、複数の範囲にそれぞれ設定された離散的な値とは異なる値の信号を故障信号として出力端子１１５に出力する。離散的な値とは異なる値の信号とは、状態Ａ〜Ｃに設定された所定の電圧範囲以外の電圧値である。例えば、０Ｖや５Ｖである。状態Ａ〜Ｃに設定された電圧範囲以外の非割当の電圧範囲の電圧値でも良い。

なお、故障信号は、故障判定部１３１において生成されても良い。この場合、出力回路部１３２は、故障判定部１３１から入力した故障信号を出力端子１１５に出力する。

図１２に示されるように、突起部２０１がシャフト２００の移動方向に沿って移動した場合、位置信号は階段状の離散的な電圧値となる。また、ノイズによって位置信号の電圧値が瞬間的に上下することで他の状態を示す電圧値に達する場合がある。しかし、コントローラ３００の制御部３０２は所定時間の電圧値を読み取ることでノイズの影響をほとんど無くすことができる。つまり、ポジションセンサ１００はノイズ耐性が高い位置信号を出力することができる。

変形例として、図１３に示されるように、検出信号から４状態を判定することができる。信号Ｓ１がＬｏ、信号Ｓ２がＨｉの場合を「状態Ａ」とし、信号Ｓ１がＨｉ、信号Ｓ２がＨｉの場合を「状態Ｂ」とし、信号Ｓ１がＨｉ、信号Ｓ２がＬｏの場合を「状態Ｃ」とし、信号Ｓ１がＬｏ、信号Ｓ２がＬｏの場合を「状態Ｄ」とする。この場合、図１４に示されるように、４状態を４つの離散的な電圧値に設定すれば良い。

コントローラ３００の制御部３０２は、ポジションセンサ１００から位置信号または故障信号を入力し、所望の制御に利用する。例えば、車両のメータ部のパーキングランプの点消灯制御、シフトポジションがパーキングに入っているか否かに応じて他の制御を許可または不許可する制御、ポジションセンサ１００の故障の場合はポジションセンサ１００を使用しない制御、故障ランプの点灯制御等である。

また、制御部３０２は、位置信号または故障信号以外の信号を入力する場合もある。この信号は、ポジションセンサ１００の出力としては本来起こりえない信号である。この場合、ポジションセンサ１００以外の故障が原因であると考えられる。例えば、ハーネス４００等の通信装置の故障等である。したがって、コントローラ３００は、ポジションセンサ１００の故障だけでなく、通信装置の故障も検知することができる。

ここで、上記のポジションセンサ１００に対し、比較例として、図１５に示されるように、検出対象の移動量に対してリニアに変化する出力電圧を出力するセンサがある。コントローラ３００はリニアに変化する出力電圧を読み取り、当該出力電圧に設定した電圧範囲から検出対象の状態を判定することになる。しかし、この方式では、コネクタは配線等のインタフェース部分で電気的ノイズや接点不良によって電圧レベルにズレが生じる場合や、コントローラ３００が電圧レベルを読み取った後のＡＤ変換における誤差が発生する場合がある。したがって、これらの誤差が読み取り位置の誤差となってしまう。

これに対し、本実施形態では、検出部１２２及び信号処理部１２３に設けられた２重系の構成によって、検出対象である突起部２０１の位置をシャフト２００の状態として検知する構成になっている。また、各状態を離散的な電圧値で出力する構成になっている。このため、コントローラ３００側に読み取りマージンを設けることができるので、ノイズ重畳時も各状態Ａ〜Ｃを誤判定することがなく、ノイズ耐性が高い。したがって、ポジションセンサ１００の出力の精度を確保することができる。

また、ポジションセンサ１００は、シャフト２００のどの範囲を検出したのかをセンサ側で判定してからコントローラ３００に通信しているので、種々の誤差要因を排除することができる。その結果、信号の信頼性を高めることができる。さらに、その通信を単線の電圧レベルとして出力しているので、通信インタフェースのコストを抑えることができる。

そして、各検出素子１２４、１２５及び各処理部１２９、１３０が２重系に構成されていても、ポジションセンサ１００の内部の故障判定部１３１において故障判定が行われ、その判定結果が１つの出力端子１１５から出力される構成になっている。機能安全の普及等、システムの安全設計に求められる要件が厳しくなり、２重系構成による高信頼性のセンサが求められる場面が増えているが、検出部１２２を２重系としたとしても、出力端子１１５を増やさずに、内部回路の信頼性を向上させることができる。

したがって、電源端子１１３、グランド端子１１４、及び出力端子１１５の３端子の構成を維持しつつ、検出部１２２の信頼性を向上させることができる。さらに、出力端子１１５の接点不良や断線等の故障は出力方式を離散電圧式とすることでコントローラ３００側での検知が可能となり、ポジションセンサ１００の信頼性は担保される。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、シャフト２００が特許請求の範囲の「検出対象」に対応する。

（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。本実施形態では、各処理部１２９、１３０は、離散的な値の信号として、パルス幅が異なるパルス信号を故障判定部１３１に出力する。つまり、離散的な値の信号は、ＰＷＭ方式の信号である。離散的な値は、パルス幅の値、信号の周期、Ｄｕｔｙ比等である。

例えば、図１６に示されるように、例えば、状態Ａに対応した信号のパルス幅が最も小さく、状態Ｃに対応した信号のパルス幅が最も大きく設定されている。状態Ｂに対応した信号のパルス幅は、状態Ａ、Ｃに対応した信号のパルス幅の間に設定されている。第１実施形態と同様に、ノイズに対する耐性を向上させることができる。

故障判定部１３１が故障を判定した場合、出力回路部１３２は、複数の範囲にそれぞれ設定された離散的な値とは異なる値の信号を故障信号として出力端子１１５に出力する。離散的な値とは異なる値の信号とは、Ｈｉ固定またはＬｏ固定の信号である。もちろん、各状態Ａ〜Ｃに設定されたパルス幅以外のパルス幅の信号でも良い。

変形例として、図１７に示されるように、検出信号から４状態を判定した場合にも、４状態を４つの離散的なパルス幅に設定すれば良い。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたポジションセンサ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、ポジションセンサ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や製造設備等にも広く利用できる。

１１３ 電源端子
１１４ グランド端子
１１５ 出力端子
１２２ 検出部
１２３ 信号処理部
１２４、１２５ 検出素子
１２９、１３０ 処理部
１３１ 故障判定部
１３２ 出力回路部

Claims (5)

1. 電源電圧が印加される電源端子（１１３）と、
   グランド電圧が印加されるグランド端子（１１４）と、
   信号を出力するための出力端子（１１５）と、
   前記電源電圧及び前記グランド電圧に基づいて動作し、検出対象（２００）の位置を検出する検出部（１２２）と、
   前記電源電圧及び前記グランド電圧に基づいて動作し、前記検出部から入力される信号を処理する信号処理部（１２３）と、
   を備え、
   前記検出部は、
   前記検出対象の位置に対応した第１検出信号を出力する第１検出素子（１２４）と、
   前記検出対象の位置に対応した第２検出信号を出力する第２検出素子（１２５）と、
   を有し、
   前記信号処理部は、
   前記第１検出素子から前記第１検出信号を入力し、前記第１検出信号に基づいて前記検出対象の位置を特定する第１処理部（１２９）と、
   前記第２検出素子から前記第２検出信号を入力し、前記第２検出信号に基づいて前記検出対象の位置を特定する第２処理部（１３０）と、
   前記第１処理部によって特定された位置と前記第２処理部によって特定された位置とが一致するか否かを判定する故障判定部（１３１）と、
   前記故障判定部による判定が一致する場合は当該一致する位置に対応した位置信号を前記出力端子に出力する一方、前記故障判定部による判定が不一致の場合は故障に対応した故障信号を前記出力端子に出力する出力回路部（１３２）と、
   を有しているポジションセンサ。
2. 前記第１処理部及び前記第２処理部は、前記検出対象の移動方向に沿った複数の範囲のいずれかの範囲の位置として前記検出対象の位置を特定し、前記複数の範囲にそれぞれ設定された離散的な値のうち前記特定した位置の範囲に対応した値の信号を前記故障判定部に出力し、
   前記故障判定部は、前記第１処理部から取得した離散的な値の信号と前記第１処理部から取得した離散的な値の信号とが一致するか否かを判定し、
   前記出力回路部は、前記故障判定部による判定が一致する場合は当該一致する信号を前記位置信号として前記出力端子に出力する一方、前記故障判定部による判定が不一致の場合は前記複数の範囲にそれぞれ設定された離散的な値とは異なる値の信号を前記故障信号として出力する請求項１に記載のポジションセンサ。
3. 前記離散的な値の信号は、電圧値が異なる電圧信号である請求項２に記載のポジションセンサ。
4. 前記離散的な値の信号は、パルス幅が異なるパルス信号である請求項２に記載のポジションセンサ。
5. 前記検出対象は、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４のいずれか１つに記載のポジションセンサ。

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