JP2019002778A - ポジションセンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】検出位置誤差の発生を抑制することができるポジションセンサを提供する。【解決手段】検出部122は、シャフト200の移動に伴って、シャフト200から受ける磁界の変化に基づいて、シャフト200の移動方向に沿った複数の範囲に対応すると共に位相差が異なる複数の検出信号を生成する。信号処理部123は、検出部122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シャフト200の位置を特定する。信号処理部123は、複数の範囲にそれぞれ設定された離散的な電圧値のうち特定した位置の範囲に対応した電圧値の位置信号をコントローラ300に出力する。【選択図】図10

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、永久磁石、磁界センサ、及び評価回路を備えたリニアポジションセンサが、例えば特許文献1で提案されている。このセンサでは、永久磁石及び磁界センサが移動経路に沿って互いに対して移動できる。また、磁界センサは、磁界の方向によって決まる出力信号を生成する。評価回路は、磁界センサの出力信号を、測定されている経路に正比例する信号に変換する。
特開2006−153879号公報
しかしながら、上記従来の技術では、検出対象が磁石そのものあるいは磁石を搭載しているものであるので、検出対象の追加工や磁石の組み付けが必要となる。このため、加工数、組み付け工数、部品点数が増加し、検出位置誤差の原因となる。また、インタフェース部での信号ズレやA/D変換誤差が正比例の信号に含まれることによる検出位置誤差も発生してしまう。
本発明は上記点に鑑み、検出位置誤差の発生を抑制す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、磁性体で構成された検出対象(200、202、203)の移動に伴って、検出対象から受ける磁界の変化に基づいて、検出対象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差が異なる複数の検出信号を生成する検出部(122)を備えている。
また、ポジションセンサは、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信号処理部(123)を備えている。
これによると、検出部は検出対象から磁界の影響を受けて位置を検出するので、検出対象が必ずしも磁石を備えている必要はない。このため、加工数、組み付け工数、部品点数が増加することがなく、磁石による検出位置誤差は発生しない。また、信号処理部は、検出対象の複数の範囲のいずれかの範囲の位置を検出しているので、信号ズレやA/D変換誤差が信号に含まれることによる検出位置誤差も発生しない。したがって、検出位置誤差の発生を抑制することができる。
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、状態判定、位置信号を示した図である。 変形例として、4状態を判定する場合を示した図である。 変形例として、2つの素子対の出力から検出信号を生成する場合を示した図である。 変形例として、3つの素子対の出力から検出信号を生成する場合を示した図である。 変形例として、5つの素子対の出力から検出信号を生成する場合を示した図である。 変形例として、4つの素子対の出力から3つの検出信号を生成し、5状態を判定する場合を示した図である。 変形例として、3つの素子対の出力から3つの検出信号を生成し、6状態を判定する場合を示した図である。 変形例として、4つの素子対の出力から4つの検出信号を生成し、7状態を判定する場合を示した図である。 変形例として、5つの素子対の出力から4つの検出信号を生成し、8状態を判定する場合を示した図である。 変形例として、2つの閾値を用いて7状態を判定する場合を示した図である。 変形例として、3つのホール素子の出力から3状態を判定する場合を示した図である。 シャフトの変形例を示した図である。 検出対象の一例を示した図である。 検出対象の一例を示した図である。 第2実施形態に係るシャフトを示した図である。 図24に示されたシャフトについて3状態を検出する場合の検出信号、状態判定、位置信号を示した図である。 変形例として、4状態を判定する場合を示した図である。 検出対象の一例を示した図である。 検出対象の一例を示した図である。 第3実施形態において、3状態を判定する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、シャフト200の移動に伴って、シャフト200から受ける磁界の変化に基づいて、シャフト200の移動方向に沿った複数の範囲に対応すると共に位相差が異なる複数の検出信号を生成する。シャフト200の移動方向に沿った複数の範囲は、複数の範囲がシャフト200の移動方向に沿って並列に並んでいるのではなく、複数の範囲がシャフト200の移動方向に沿って一方向に直列に並んでいる。
図10に示されるように、検出部122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124、第2磁気抵抗素子対125、及び第3磁気抵抗素子対126の3つの素子対を有している。
突起部201の移動方向において、第2磁気抵抗素子対125が第1磁気抵抗素子対124と第3磁気抵抗素子対126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125が第1磁気抵抗素子対124と第3磁気抵抗素子対126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125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124及び第3磁気抵抗素子対126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124〜126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124〜126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124〜126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。なお、各磁気抵抗素子対124〜126が電流源によって駆動される構成では、各磁気抵抗素子対124〜126の両端電圧が波形信号となる。
また、検出部122は、各磁気抵抗素子対124〜126の他に、図示しない第1〜第4オペアンプを備えている。第1磁気抵抗素子対124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125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126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124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126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、検出部122は、各磁気抵抗素子対124〜126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。検出部122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から各検出信号を取得し、各検出信号と閾値とを比較し、各検出信号と閾値との大小関係の組み合わせに基づいて、シャフト200における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。また、信号処理部123は、シャフト200の位置をコントローラ300に出力する。信号処理部123は、処理部127及び出力回路部128を有している。
処理部127は、検出部122から各検出信号を入力し、各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、処理部127は、各検出信号に対して共通の閾値を有している。
そして、処理部127は、検出信号である信号S1、S2と閾値とを比較する。処理部127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、処理部127は、信号S1、S2のHi/Loの組み合わせから、検出部122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、検出部122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、処理部127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、検出部122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、検出部122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、処理部127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。
出力回路部128は、処理部127の判定結果に基づいて、上記の状態A〜Cのいずれかを示す位置信号をコントローラ300に出力する回路部である。まず、出力回路部128は、処理部127から検出信号に基づいて判定された状態A〜Cの情報を取得する。また、出力回路部128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位置信号をコントローラ300に出力する。
本実施形態では、離散的な値の位置信号は、電圧値が異なる電圧信号である。例えば、状態AはV、状態BはV、状態CはV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。電圧値の大小関係はV>V>Vである。離散的な値が各状態A〜Cで重複しなければ良いので、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。
図10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。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。
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、通信装置の故障を検知することができる。
変形例として、図11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11に示されるように、4状態を4つの離散的な電圧値(V>VM1>VM2>V)に設定すれば良い。
変形例として、図12に示されるように、第1磁気抵抗素子対124及び第2磁気抵抗素子対125の2素子対から3状態を判定することができる。この場合、処理部127は、各磁気抵抗素子対124、125の出力から信号S3(=V1−V2)及び信号S4(=V1+V2)を生成及び取得する。このような演算処理によっても、位相差の異なる2つの検出信号を取得することができる。
これにより、処理部127は、信号S3がLo、信号S4がHiの場合を「状態A」とし、信号S3がHiの場合を「状態B」とし、信号S3がLo、信号S4がLoの場合を「状態C」として判定する。この場合、上記と同様に、3状態を3つの離散的な電圧値(V、V、V)として出力する。
変形例として、図13に示されるように、処理部127は、3つの磁気抵抗素子対124〜126の出力から信号S5(=V1−V3)及び信号S6(=V2)を生成及び取得する。このように、第1磁気抵抗素子対124及び第2磁気抵抗素子対125の2素子対から3状態を判定することができる。この変形例における状態判定は図12と同じである。
変形例として、図14に示されるように、検出部122は、第1磁気抵抗素子対124、第2磁気抵抗素子対125、第3磁気抵抗素子対126、第4磁気抵抗素子対129、第5磁気抵抗素子対130の5素子対を有している。各磁気抵抗素子対124〜126、129、130は中点電位V1〜V5をそれぞれ出力する。
この場合、処理部127は、各磁気抵抗素子対124〜126、129、130の出力から信号S7(=V4−V5)及び信号S8(=2V2−V1−V3)を生成及び取得する。これらの信号S7、S8から図12の例と同様に3状態を判定することができる。
変形例として、図15に示されるように、検出部122は、4つの磁気抵抗素子対124〜126、129を有している。この場合、処理部127は、4つの素子対の出力から3つの信号S9(=V1−V4)、信号S10(=2V2−V1−V3)、及び信号S11(=2V3−V2−V4)を生成及び取得する。このように、4つの素子対の出力から位相差の異なる3つの検出信号が得られる。
そして、処理部127は、信号S9がLo、信号S10がHi、信号S11がHiの場合を「状態A」とし、信号S9がHi、信号S10がHi、信号S11がHiの場合を「状態B」として判定する。また、処理部127は、信号S9がHi、信号S10がLo、信号S11がHiの場合を「状態C」とし、信号S9がHi、信号S10がLo、信号S11がLoの場合を「状態D」として判定する。さらに、処理部127は、信号S9がLo、信号S10がLo、信号S11がLoの場合を「状態E」として判定する。この場合も上記と同様に、5状態を5つの離散的な電圧値として出力する。
変形例として、図16に示されるように、検出部122は、3つの磁気抵抗素子対124〜126を有している。また、処理部127は、3素子対の出力から3つの信号S12(=V1−V2)、信号S13(=V2−V3)、及び信号S14(=2V2−V1−V3)を生成及び取得する。このように、3つの素子対の出力から位相差の異なる3つの検出信号が得られる。
そして、処理部127は、上記の変形例と同様に、3つの信号S12、信号S13、及び信号S14のHi/Loの組み合わせによって状態A〜Fの6状態を判定する。この場合も上記と同様に、6状態を6つの離散的な電圧値として出力する。
変形例として、図17に示されるように、検出部122は、4つの磁気抵抗素子対124〜126、129を有している。また、処理部127は、4素子対の出力から4つの信号S15(=V1−V4)、信号S16(=V2−V3)、信号S17(=2V2−V1−V3)、及び信号S18(=2V3−V2−V4)を生成及び取得する。このように、4つの素子対の出力から位相差の異なる4つの検出信号が得られる。
そして、処理部127は、上記の変形例と同様に、4つの信号S15、信号S16、信号S17、及び信号S18のHi/Loの組み合わせによって状態A〜Gの7状態を判定する。この場合も上記と同様に、7状態を7つの離散的な電圧値として出力する。
変形例として、図18に示されるように、検出部122は、5つの磁気抵抗素子対124〜126、129、130を有している。また、処理部127は、5素子対の出力から4つの信号S19(=V1−V3)、信号S20(=V3−V5)、信号S21(=V2−V4)、及び信号S22(=2V3−V1−V5)を生成及び取得する。このように、5つの素子対の出力から位相差の異なる4つの検出信号が得られる。
そして、処理部127は、上記の変形例と同様に、4つの信号S19、信号S20、信号S21、及び信号S22のHi/Loの組み合わせによって状態A〜Hの8状態を判定する。この場合も上記と同様に、8状態を8つの離散的な電圧値として出力する。
変形例として、図19に示されるように、検出部122は、3つの磁気抵抗素子対124〜126を有している。また、処理部127は、3素子対の出力から2つの信号S23(=V1−V3)及び信号S24(=2V2−V1−V3)を生成及び取得する。このように、3つの素子対の出力から位相差の異なる2つの検出信号が得られる。
また、処理部127は、第1閾値及び第2閾値を有している。第2閾値は、第1閾値よりも小さい値である。そして、処理部127は、各信号S23、S24と各閾値とを比較する。この場合、処理部127は、信号が第1閾値よりも大きい場合をHiとし、信号が第1閾値と第2閾値との間の場合をMidとし、信号が第2閾値よりも小さい場合をLoとして判定する。
したがって、処理部127は、信号S23がLo、信号S24がHiの場合を「状態A」とし、信号S23がMid、信号S24がHiの場合を「状態B」とし、信号S23がHi、信号S24がHiの場合を「状態C」として判定する。また、処理部127は、信号S23がHi、信号S24がMidの場合を「状態D」とし、信号S23がHi、信号S24がLoの場合を「状態E」として判定する。さらに、処理部127は、信号S23がMid、信号S24がLoの場合を「状態F」とし、信号S23がLo、信号S24がLoの場合を「状態G」として判定する。
このように、複数の閾値を用いることによって判定可能な状態数を変更することもできる。もちろん、閾値は2つに限られず、3つ以上設けられていても良い。この変形例においても上記と同様に、7状態を7つの離散的な電圧値として出力する。
変形例として、図20に示されるように、検出部122は、磁石120の上に配置された3つのホール素子131〜133によってシャフト200の移動に伴う磁界の変化を検出するように構成されていても良い。この場合、処理部127は、3つのホール素子131〜133の各出力から2つの信号S25(=V2)及び信号S26(=V1−V3)を生成及び取得する。このように、3つのホール素子131〜133の各出力から位相差の異なる2つの検出信号を得ることもでる。
この場合、処理部127は、上記の変形例と同様に、2つの信号S25及び信号S26のHi/Loの組み合わせによって状態A〜Cの3状態を判定する。この場合も上記と同様に、3状態を3つの離散的な電圧値として出力する。
変形例として、図21に示されるように、シャフト200は、四角形のブロックに円柱が差し込まれたような形状としても良い。また、図22に示されるように、検出対象はシャフト200ではなく四角形の板の平面部に四角形のブロックが設けられた板部材202でも良い。さらに、図23に示されるように、検出対象は、扇形の板の平面部に四角形のブロックが設けられた扇部材203でも良い。
つまり、検出対象は、第1移動部と第2移動部との間に基準部が設けられていると共に、第1移動部から基準部への遷移及び第2移動部から基準部への遷移の際の構造変化が同じとなるように形成されていれば良い。図21〜図23に示された例では、基準部は第1移動部及び第2移動部に対して突出している。また、第1移動部から基準部への遷移及び第2移動部から基準部への遷移は、凹状態から凸状態への遷移に対応している。このように、検出対象は検出範囲を複数の範囲に分割する形状になっていれば良い。
以上説明したように、本実施形態では、ポジションセンサ100は、検出対象であるシャフト200の複数の範囲のうちのいずれかの範囲を特定し、特定した範囲の位置に対応した位置信号を出力することが特徴となっている。この構成では、検出部122はシャフト200から磁界の影響を受けて位置を検出するので、シャフト200の突起部201に必ず検出対象としての磁石を設ける必要はない。このため、検出対象における加工数、組み付け工数、部品点数が増加することがなく、検出対象の磁石による検出位置誤差は発生しない。
また、信号処理部123は、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。このため、位置信号の信号ズレやA/D変換誤差が位置信号に含まれることによる検出位置誤差が発生しない。したがって、検出位置誤差の発生を抑制することができる。
さらに、信号処理部123は、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を誤判定することがなく、ノイズ耐性が高い。このように、ノイズによる検出位置誤差も低減でき、検出位置誤差に対するロバスト性を高めることができる。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。
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、板部材202、扇部材203が特許請求の範囲の「検出対象」に対応し、コントローラ300が特許請求の範囲の「外部装置」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。図24に示されるように、シャフト200は、一部が径方向に凹んだ凹部204を有している。この場合、処理部127は、各磁気抵抗素子対124〜126の各検出信号から信号S1及び信号S2を生成して3状態を判定することができる。
この場合、図25に示されるように、信号S27(=V1−V3)は、シャフト200の凹部204の移動方向中心で振幅が最小となり、凹部204から離れた位置で振幅が最大となる波形の信号である。一方、信号S28(=2V2−V1−V3)は、シャフト200の凹部204の凸から凹に切り替わる一方のエッジ部分で振幅が最小となり、凹から凸に切り替わる他方のエッジ部分で振幅が最大となる波形の信号である。つまり、例えば図10に示された例に対して信号が逆転する。
そして、処理部127は、第1実施形態と同様に、2つの信号S27及び信号S28のHi/Loの組み合わせによって状態A〜Cの3状態を判定する。この場合も上記と同様に、処理部127は3状態を3つの離散的な電圧値として出力する。
変形例として、図26に示されるように、2つの信号S27及び信号S28のHi/Loの組み合わせによって状態A〜Dの4状態を判定しても良い。この場合も上記と同様に、4状態を4つの離散的な電圧値として出力する。なお、第1実施形態と同様に、信号の数を変化させたり、判定する状態の数を変化させたりしても良い。
変形例として、図27に示されるように、検出対象は板部材202に窓部205が設けられたものでも良い。また、図28に示されるように、検出対象は扇部材203に窓部205が設けられたものでも良い。図24、図27、図28に示された例では、基準部は第1移動部及び第2移動部に対して凹んでいる。また、第1移動部から基準部への遷移及び第2移動部から基準部への遷移は、凸状態から凹状態への遷移に対応している。このように、検出対象は検出範囲を複数の範囲に分割する形状になっていれば良い。
(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、出力回路部128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コントローラ300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。
図29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。
(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。
122 検出部
123 信号処理部
124〜126、129、130 磁気抵抗素子対
127 処理部
128 出力回路部

Claims (5)

  1. 磁性体で構成された検出対象(200、202、203)の移動に伴って、前記検出対象から受ける磁界の変化に基づいて、前記検出対象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差が異なる複数の検出信号を生成する検出部(122)と、
    前記検出部から前記複数の検出信号を取得し、前記複数の検出信号と閾値とを比較し、前記複数の検出信号と前記閾値との大小関係の組み合わせに基づいて、前記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する信号処理部(123)と、
    を備えているポジションセンサ。
  2. 前記信号処理部は、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位置信号を外部装置(300)に出力する請求項1に記載のポジションセンサ。
  3. 前記離散的な値の位置信号は、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. 前記離散的な値の位置信号は、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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