JP2021135241A - 位置検出装置とこれを用いた位置検出システム及びステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】長い位置検出ストロークを実現し、大型化を抑制する手段を提供する。【解決手段】磁気センサ３は、第１のトラック５Ａに位置する第１の磁界検出素子と、第１の磁界検出素子に印加される第１の磁界の強度が閾値Ｓ１以上の場合、磁石２の第１の磁界検出素子に対する相対位置を示す電圧であって、所定の低電圧と所定の高電圧との間の電圧を出力し、第１の磁界の強度が閾値Ｓ１未満の場合、定電圧を出力する第１の処理部４Ａと、第２のトラック５Ｂに位置する第２の磁界検出素子と、第２の磁界検出素子に印加される第２の磁界の強度が閾値Ｓ１未満の場合、所定の低定電圧を出力し、第２の磁界の強度が閾値Ｓ１以上の場合、磁石２の第２の磁界検出素子に対する相対位置を示す電圧であって、低電圧と高電圧との間の電圧を出力する第２の処理部４Ｂと、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は磁気センサを用いた位置検出装置と、これを用いた位置検出システム及びステアリングシステムに関する。

磁気センサを用いた位置検出装置が知られている。位置検出装置は可動部材に直列に配置された複数の磁石と、非可動部材に配置された磁気センサと、を有している。可動部材の移動に伴い複数の磁石が磁気センサに対して相対移動する。磁気センサはこの相対移動によって生じる磁界の変化を検出し、複数の磁石の位置、すなわち可動部材の位置を検出する。特許文献１には、４つまたは５つの磁石が直列に配置された位置検出装置が開示されている。

特開２０１１−１３７７９６号公報

特許文献１に記載された位置検出装置では複数の磁石が直列に配置されている。このため、位置検出範囲ないし位置検出ストロークが大きい場合、必要な磁界強度を得るために磁石が大型化し、さらに磁石と磁気センサとの間のギャップも拡大する。これによって、位置検出装置が大型化する。

本発明は長い位置検出ストロークを実現可能で、かつ大型化を抑制することのできる位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明の位置検出装置は、磁気センサと、磁気センサに対して第１の方向に相対移動する複数の磁石と、を有し、複数の磁石の一部が第１のトラックに、残りが第２のトラックに設置されている。

本発明の一態様によれば、磁気センサは、第１のトラックに位置する第１の磁界検出素子と、第１の磁界検出素子に印加される第１の磁界の強度が閾値以上の場合、磁石の第１の磁界検出素子に対する相対位置を示す電圧であって、所定の低電圧ＶＬと所定の高電圧ＶＨとの間の電圧ＶＭ１を出力し、第１の磁界の強度が閾値未満の場合、定電圧ＶＨを出力する第１の処理部と、第２のトラックに位置する第２の磁界検出素子と、第２の磁界検出素子に印加される第２の磁界の強度が閾値未満の場合、定電圧ＶＬを出力し、第２の磁界の強度が閾値以上の場合、磁石の第２の磁界検出素子に対する相対位置を示す電圧であって、低電圧ＶＬと高電圧ＶＨとの間の電圧ＶＭ２を出力する第２の処理部と、を有する。

本発明の他の態様によれば、磁気センサは、第１のトラックに位置する第１の磁界検出素子と、第１の磁界検出素子に印加される第１の磁界の回転角が第１の閾値未満の場合、磁石の第１の磁界検出素子に対する相対位置を示す電圧であって、所定の低電圧ＶＬと所定の高電圧ＶＨとの間の電圧ＶＭ１を出力し、第１の磁界の回転角が第１の閾値以上の場合、定電圧ＶＨを出力する第１の処理部と、第２のトラックに位置する第２の磁界検出素子と、第２の磁界検出素子に印加される第２の磁界の回転角が第２の閾値未満の場合、定電圧ＶＬを出力し、第２の磁界の回転角が第２の閾値以上の場合、磁石の第２の磁界検出素子に対する相対位置を示す電圧であって、低電圧ＶＬと高電圧ＶＨとの間の電圧ＶＭ２を出力する第２の処理部と、を有する。

本発明によれば、長い位置検出ストロークを実現可能で、かつ大型化を抑制することのできる位置検出装置を提供することができる。

自動車のステアリングシステムの概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る位置検出装置の全体構成図である。 図２に示す位置検出装置の作動原理を説明する概念図である。 本発明の他の実施形態に係る位置検出装置の全体構成図である。 図４に示す位置検出装置の作動原理を説明する概念図である。 本発明の第１の変形例を示す概念図である。 本発明の第２の変形例を示す概念図である。 基準例と比較例と実施例の位置検出装置の比較図である。

図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下の説明において、第１の方向は磁気センサと磁石が相対移動する方向であり、Ｘ方向ともいう。第２の方向は複数の磁石が設けられている面内（基板５上）で第１の方向と直交する方向であり、Ｙ方向ともいう。第１の方向及び第２の方向と直交する方向をＺ方向という。ストロークは磁気センサと磁石の第１の方向における相対移動量を意味する。本発明はストロークの長い位置検出装置に特に好適に適用できる。

図１は本発明が好適に適用される自動車のステアリングシステム１００の概略構成を示す。ステアリングシステム１００において、ステアリングシャフト１０２の一端がステアリングホイール１０１に連結され、ステアリングシャフト１０２の他端にピニオンギア１０３が設けられている。ピニオンギア１０３はロッド１０４のラック１０５と係合し、ステアリングシャフト１０２の回転運動をロッド１０４の車両左右方向の直線運動に変換する。ロッド１０４は前輪のホイール（図示せず）に連結されている。ロッド１０４が直線運動することで、ホイールの向きが変えられる。本実施形態の位置検出装置１はロッド１０４の車両左右方向の位置を検出する。

図２（ａ）は位置検出装置１の全体構成図を、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を示している。図中、白抜き矢印は磁束の向きを概略的に示している。位置検出装置１は、複数の磁石２と、磁気センサ３と、磁気センサ３の出力を処理するセンサ出力処理部４Ｃと、を有している。複数の磁石２は磁気センサ３に対して、第１の方向Ｘに相対移動する。センサ出力処理部４Ｃはマイコンあるいは車載コンピュータによって実現することができる。複数の磁石２は可動部材であるロッド１０４に配置され、磁気センサ３とセンサ出力処理部４Ｃは非可動部材である車体２０１に配置されている。位置検出装置１と、複数の磁石２が配置された可動部材と、磁気センサ３が配置された非可動部材は、位置検出システム２００を構成する。複数の磁石２を車体２０１に配置し、磁気センサ３をロッド１０４に配置することも可能であるが、磁気センサ３に接続されたケーブルの搖動を防止するため、磁気センサ３は非可動部材に配置することが望ましい。「配置」とはボルトや接着剤で直接的に固定あるいは接続することや、他の部材を介在させて間接的に固定あるいは接続することを含む。この場合、磁石２の動きと可動部材の動きは完全に一致していてもよいが、完全に一致する必要はない。すなわち、磁石２と可動部材は同じ距離を移動する必要はなく、同じ移動軌跡をたどる必要もない。磁石２と可動部材の動きが一対一で対応可能に連動していればよい。あるいは、磁石２を可動部材の移動方向の一方に設け、磁石２が可動部材に押されて移動することで一方向だけの位置検出をするようにしてもいい。以下の説明では、便宜上、磁気センサ３が磁石２に対して移動すると仮定する。

複数の磁石２は単一の基板５上に配置されている。複数の磁石２は個別にまたはグループごとに別々の基板に設けることもできるが、単一の基板５に設けることによって磁石２の相互の位置ずれを抑制することができる。基板５は第２の方向Ｙに互いに隣接する第１のトラック５Ａと第２のトラック５Ｂとに分割され、複数の磁石２の一部は第１のトラック５Ａに、残部は第２のトラック５Ｂに設置されている。第１のトラック５Ａと第２のトラック５Ｂは第２の方向Ｙに同じ幅を有する、概ね長方形ないし帯状の領域である。第１のトラック５Ａに第１及び第２の磁石２Ａ，２Ｂからなる磁石の組が、第２のトラック５Ｂに第３及び第４の磁石２Ｃ，２Ｄからなる磁石の組が設けられている。第１及び第２の磁石２Ａ，２Ｂは、第１のトラック５Ａの、第１の方向Ｘと平行な線上に位置している。第３及び第４の磁石２Ｃ，２Ｄは、第２のトラック５Ｂの、第１の方向Ｘと平行な線上に位置している。第１の磁石２Ａと第２の磁石２Ｂの、磁気センサ３と対向する面の裏面同士が、第１の方向Ｘに延びるヨーク（図示せず）によって接続されていてもよい。同様に、第３の磁石２Ｃと第４の磁石２Ｄの、磁気センサ３と対向する面の裏面同士が、第１の方向Ｘに延びるヨーク（図示せず）によって接続されていてもよい。第１のトラック５Ａの第１及び第２の磁石２Ａ，２Ｂが設けられた領域を第１の磁石領域６Ａという。第２のトラック５Ｂの第３及び第４の磁石２Ｃ，２Ｄが設けられた領域を第２の磁石領域６Ｂという。すなわち、第１の磁石領域６Ａと第２の磁石領域６Ｂにはそれぞれ、複数の磁石２の一部が配置されている。第１の磁石領域６Ａは第１のトラック５Ａの左半部に相当し、第２の磁石領域６Ｂは第２のトラック５Ｂの右半部に相当する。第１の磁石領域６Ａと第２の磁石領域６Ｂの第１の方向Ｘにおける長さは同じである。各トラックの磁石領域（第１の磁石領域６Ａと第２の磁石領域６Ｂ）は第１の方向Ｘに排他的に、且つ他のトラックの磁石領域（第２の磁石領域６Ｂと第１の磁石領域６Ａ）と連続的に設けられている。具体的には、第１の磁石領域６Ａと第２の磁石領域６Ｂは第１の方向Ｘにおいて（すなわち、第２の方向Ｙからみて）重なっておらず、間にギャップも設けられていない。磁石２が配置される領域は、第１の方向Ｘのいずれの位置においても、第１の磁石領域６Ａと第２の磁石領域６Ｂのいずれかだけが割り当てられている。

第１〜第４の磁石２Ａ〜２Ｄは同一の構成と同一の磁気特性を有している。第１の磁石２Ａと第２の磁石２Ｂは磁気センサ３と対向する面の極性が反対であり、第１の磁石２ＡのＮ極と第２の磁石２ＢのＳ極が磁気センサ３と対向している。第３の磁石２Ｃと第４の磁石２Ｄも磁気センサ３と対向する面の極性が反対であり、第３の磁石２ＣのＳ極と第４の磁石２ＤのＮ極が磁気センサ３と対向している。すなわち、互いに隣接する磁石領域（第１の磁石領域６Ａと第２の磁石領域６Ｂ）に配置され且つ互いに隣接する２つの磁石（第２の磁石２Ｂと第３の磁石２Ｃ）の、磁気センサ３と対向する面の極性は同一である。図２（ｂ）に示すように、第１の磁石２Ａから放出された磁束は主に第２の磁石２Ｂに吸い込まれ、第４の磁石２Ｄから放出された磁束は主に第３の磁石２Ｃに吸い込まれるため、第２の磁石２Ｂと第３の磁石２Ｃの磁気的な干渉を抑制することができる。第１の磁石２ＡのＳ極と第２の磁石２ＢのＮ極が磁気センサ３と対向し、第３の磁石２ＣとＮ極と第４の磁石２ＤのＳ極が磁気センサ３と対向してもよい。

第１及び第２の磁石２Ａ，２Ｂの組と、第３及び第４の磁石２Ｃ，２Ｄの組は、第１の磁石領域６Ａと第２の磁石領域６Ｂの接点７に関し回転対称に設けられている。第１の磁石領域６Ａと第２の磁石領域６Ｂにおける磁界分布と磁界強度が揃えられるため、磁界検出精度を高めることができる。第１〜第４の磁石２Ａ〜２Ｄは第１及び第２の磁石領域６Ａ，６Ｂの第１の方向Ｘにおける縁部８から離れた位置に配置されている。縁部８に磁石を配置すると磁石間の距離が増加し、磁界強度を確保するために大きな磁石を使用する必要が生じる。本実施形態では、第１の磁石領域６Ａと第２の磁石領域６ＢのＸ方向長さは約１００ｍ（すなわち、位置検出装置１のストロークは約２００ｍｍ）であり、同一の磁石領域における２つの磁石の中心間のＸ方向間隔Ｄは約５６ｍｍである。

本実施形態では各トラック５Ａ，５Ｂに２つの磁石が設けられているが、各トラック５Ａ，５Ｂに設けられる磁石は１つでもよい。これによって、位置検出装置１をコンパクトにすることができる。また、各トラック５Ａ，５Ｂに３つの磁石を設けてもよい。これによって、個々の磁石領域の第１の方向Ｘの長さを増やし、位置検出装置１のストロークを増加させることができる。

磁気センサ３はトラック５Ａ，５Ｂ毎に磁界検出素子９Ａ，９Ｂを有している。磁気センサ３は第１のトラック５Ａに対応ないし第１のトラック５Ａに対向する第１の磁界検出素子９Ａと、第２のトラック５Ｂに対応ないし第２のトラック５Ｂに対向する第２の磁界検出素子９Ｂと、を有している。第１の磁界検出素子９Ａと第２の磁界検出素子９Ｂは第２の方向Ｙと平行な線上に配置されている。第１の磁界検出素子９Ａと第２の磁界検出素子９Ｂは一つのパッケージに一体化されているため、相互の位置ずれを抑制することができる。第１の磁界検出素子９Ａと第２の磁界検出素子９Ｂはそれぞれ、Ｘ方向に感度軸を有するＸ方向磁界検出素子（図示せず）と、Ｚ方向に感度軸を有するＺ方向磁界検出素子（図示せず）と、を含んでいる。Ｘ方向磁界検出素子とＺ方向磁界検出素子はホール素子であるが、ＴＭＲ素子などの他の形式の磁界検出素子であってもよい。

磁気センサ３はさらに、第１の磁界検出素子９Ａの検出した磁界角度に基づき所定の電圧を出力する第１の処理部４Ａと、第２の磁界検出素子９Ｂの検出した磁界角度に基づき所定の電圧を出力する第２の処理部４Ｂと、を有している。磁界角度θはＸ−Ｚ平面における磁束の角度であり、Ｘ方向の磁界強度ＢｘとＺ方向の磁界強度Ｂｚから、ａｒｃｔａｎ（Ｂｚ／Ｂｘ）として求められる。第１の処理部４Ａと第２の処理部４Ｂは磁界角度θを算出し、磁界角度θに比例する電圧を出力する。出力される電圧は、Ｚ方向の磁界強度Ｂｚに比例するように定めてもよい。

磁気センサ３がトラック５Ａ，５Ｂの左側の部分に位置しているとき、第１の磁界検出素子９ＡはＺ方向にみて、第１の磁石領域６Ａと重なっている。磁気センサ３の移動に伴い磁界角度θが変化するため、磁気センサ３は磁石２に対する相対位置を検出することができる。同様に、磁気センサ３がトラック５Ａ，５Ｂの右側の部分に位置しているとき、第２の磁界検出素子９ＢはＺ方向にみて、第２の磁石領域６Ｂと重なっている。磁気センサ３の移動に伴い磁界角度θが変化するため、磁気センサ３は磁石２に対する相対位置を検出することができる。一方、第１の磁界検出素子９Ａが第１の磁石領域６Ａと重なっているとき、第２の磁界検出素子９Ｂは第２の磁石領域６Ｂから離れた位置にあり、検出する磁界強度は小さく且つ不安定である。同様に、第２の磁界検出素子９Ｂが第２の磁石領域６Ｂと重なっているとき、第１の磁界検出素子９Ａは第１の磁石領域６Ａから離れた位置にあり、検出する磁界強度は小さく且つ不安定である。磁界検出素子から離れた磁石から印加された磁界は、当該磁界検出素子にとってはノイズとなり得る。従って、単純に第１の磁界検出素子９Ａの出力と第２の磁界検出素子９Ｂの出力とを加算すると、位置検出装置１の測定精度を確保することが困難となる。本実施形態では以下の方法で、第１の磁界検出素子９Ａの出力と第２の磁界検出素子９Ｂの出力を処理する。

第１の磁界検出素子９Ａと第２の磁界検出素子９Ｂは、磁気センサ３の位置に拘わらず、Ｘ方向の磁界強度ＢｘとＺ方向の磁界強度Ｂｚを検出して、それぞれ第１の処理部４Ａと第２の処理部４Ｂに送る。第１の処理部４Ａは、第１の磁界検出素子９Ａが検出した磁界強度Ｂｘと磁界強度Ｂｚから、これらのベクトル和として第１の磁界強度Ｂ１を算出する。同様に、第２の処理部４Ｂは、第２の磁界検出素子９Ｂが検出した磁界強度Ｂｘと磁界強度Ｂｚから、これらのベクトル和として第２の磁界強度Ｂ２を算出する。図３（ａ）には、第１及び第２の磁界強度Ｂ１，Ｂ２とストロークとの関係を示す。第１の磁界強度Ｂ１は第１の磁石領域６Ａで大きく、第２の磁石領域６Ｂで小さい。第２の磁界強度Ｂ２は第１の磁石領域６Ａで小さく、第２の磁石領域６Ｂで大きい。

図３（ｂ）には、第１及び第２の処理部４Ａ，４Ｂの出力を決定する方法を示す。第１の処理部４Ａは、第１の磁界強度Ｂ１が予め定められている閾値Ｓ１以上の場合、磁界角度θ（＝ａｒｃｔａｎ（Ｂｚ／Ｂｘ））に応じて、所定の低電圧ＶＬと所定の高電圧ＶＨとの間の第１の電圧ＶＭ１を、センサ出力処理部４Ｃに出力する。磁界角度θと第１の磁界検出素子９ＡのＸ方向位置との関係は予め求められているため、第１の処理部４Ａは磁界角度θに基づき、第１の磁界検出素子９ＡのＸ方向位置に対応する第１の電圧ＶＭ１を、センサ出力処理部４Ｃに出力する。第１の磁界強度Ｂ１が閾値Ｓ１未満の場合、第１の処理部４Ａは定電圧ＶＨを出力する。第１の磁界強度Ｂ１が閾値Ｓ１未満の場合、磁気センサ３が第２の磁石領域６Ｂに位置しており、第１の磁界検出素子９Ａが検出する磁界強度は小さく不安定である。そのため、第１の処理部４Ａの出力は一定の出力ＶＨに固定される。

これに対し、第２の処理部４Ｂは、第２の磁界強度Ｂ２が閾値Ｓ１未満の場合、定電圧ＶＬを出力する。定電圧ＶＬはゼロよりわずかに高い電圧であるが、その大きさは特に限定されない。第２の磁界強度Ｂ２が閾値Ｓ１未満の場合、磁気センサ３が第１の磁石領域６Ａに位置しており、第２の磁界検出素子９Ｂが検出する磁界強度は小さく不安定である。そのため、第２の処理部４Ｂの出力は一定の出力ＶＬに固定される。第２の磁界強度Ｂ２が閾値Ｓ１以上の場合、第２の処理部４Ｂは、磁界角度θに応じて、所定の低電圧ＶＬと所定の高電圧ＶＨとの間の第２の電圧ＶＭ２を、センサ出力処理部４Ｃに出力する。上述のように、磁界角度θと第２の磁界検出素子９ＢのＸ方向位置との関係は予め求められているため、第２の処理部４Ｂは磁界角度θに基づき、第２の磁界検出素子９ＢのＸ方向位置に対応する電圧ＶＭ２を、センサ出力処理部４Ｃに出力する。

センサ出力処理部４Ｃは、第１の処理部４Ａが出力する電圧と、第２の処理部４Ｂが出力する電圧とを合算し、電圧ＶＴを算出し出力する。第１の処理部４Ａが第１の電圧ＶＭ１を出力し、第２の処理部４Ｂが定電圧ＶＬを出力する場合、ＶＴ＝ＶＭ１＋ＶＬとなる。第１の処理部４Ａが電圧ＶＨを出力し、第２の処理部４Ｂが第２の電圧ＶＭ２を出力する場合、ＶＴ＝ＶＨ＋ＶＭ２となる。第１の方向Ｘにおける磁石２の磁気センサ３に対する相対位置と、電圧ＶＴとの関係は、予め求められている。従って、センサ出力処理部４Ｃから出力される電圧ＶＴから、上記相対位置を検出することができる。この処理は例えば、自動車に搭載されている他のコンピュータによって実行することができる。第１の処理部４Ａが第１の電圧ＶＭ１と定電圧ＶＨを切り替えるタイミングと、第２の処理部４Ｂが定電圧ＶＬと第２の電圧ＶＭ２を切り替えるタイミングは一致していることが好ましいが、多少のずれがあってもかまわない。

図４には、第１の磁界検出素子９Ａの出力と第２の磁界検出素子９Ｂの出力を処理する他の方法を示している。第１の磁界検出素子９Ａの近傍に第１のバイアス磁石１０Ａが、第２の磁界検出素子９Ｂの近傍に第２のバイアス磁石１０Ｂが設けられている。第１のバイアス磁石１０ＡのＮ極は第１の磁石領域６Ａの反対側（右側）、Ｓ極は第１の磁石領域６Ａと対向する側（左側）にあり、第２のバイアス磁石１０ＢのＮ極は第２の磁石領域６Ｂの反対側（左側）、Ｓ極は第２の磁石領域６Ｂと対向する側（右側）にある。このため、第１のバイアス磁石１０Ａの近傍では右から左を向く磁束が生じ、第２のバイアス磁石１０Ｂの近傍では左から右を向く磁束が生じている。第１の磁界検出素子９ＡはＢｘとＢｚを検出し、第１の処理部４Ａは第１の磁界角度θ１（＝ａｒｃｔａｎ（Ｂｚ／Ｂｘ））を算出する。同様に、第２の磁界検出素子９ＢはＢｘとＢｚを検出し、第２の処理部４Ｂは第２の磁界角度θ２（＝ａｒｃｔａｎ（Ｂｚ／Ｂｘ））を算出する。

図５（ａ）には、第１及び第２の磁界角度θ２１とストロークとの関係を示す。第１のバイアス磁石１０Ａと第２のバイアス磁石１０Ｂのバイアス磁界は第１〜第４の磁石２Ａ〜２Ｄの磁界と比べて弱い。第１の磁石領域６Ａでは、磁束の向きは左側端部で概ね左を向き、第１の磁石２Ａの近傍で概ね上を向き、右側に行くに従い時計回りに回転する。第１の磁石領域６Ａの左端から第２の磁石２Ｂの付近までの範囲では第１及び第２の磁石２Ａ，２Ｂの磁界が強く、第１のバイアス磁石１０Ａの磁界はこれに対して無視できる大きさである。これに対して、第２の磁石２Ｂと第３の磁石２Ｃの間の磁界は弱く不安定であるため、第１のバイアス磁石１０Ａの磁界が支配的となる。この結果、第１の磁界角度θ１は、第１の磁石領域６Ａの左端から右端の範囲で概ね１回転する。その右側の領域、すなわち第２の磁石領域６ＢとＹ方向に対向する領域では、第１の磁界角度θ１は第１のバイアス磁石１０Ａのバイアス磁界によってほぼ一定値に維持される。これに対し、第２の磁界角度θ２は、第１の磁石領域６ＡとＹ方向に対向する領域では、第２のバイアス磁石１０Ｂのバイアス磁界によってほぼ一定値に維持され、その右側の領域、すなわち第２の磁石領域６Ｂでは、第２の磁石領域６Ｂの左端から右端の範囲で概ね１回転する。

図５（ｂ）には、第１及び第２の処理部４Ａ，４Ｂの出力を決定する方法を示す。第１の処理部４Ａは、第１の磁界角度θ１が、予め定められている第１の閾値Ｓ２１未満の場合、第１の磁界角度θ１に応じて、所定の低電圧ＶＬと所定の高電圧ＶＨとの間の第１の電圧ＶＭ１を、センサ出力処理部４Ｃに出力する。第１の磁界角度θ１と第１の磁界検出素子９ＡのＸ方向位置との関係は予め求められているため、第１の処理部４Ａは第１の磁界角度θ１に基づき、第１の磁界検出素子９ＡのＸ方向位置に対応する第１の電圧ＶＭ１を、センサ出力処理部４Ｃに出力する。第１の磁界角度θ１が第１の閾値Ｓ２１以上の場合、第１の処理部４Ａは定電圧ＶＨを出力する。第１の磁界角度θ１が第１の閾値Ｓ２１以上の場合、磁気センサ３が第２の磁石領域６Ｂに位置しており、第１の磁界検出素子９Ａが検出する磁界強度は小さく不安定である。そのため、第１の処理部４Ａの出力は一定の出力ＶＨに固定される。

第２の処理部４Ｂは、第２の磁界角度θ２が、予め定められている第２の閾値Ｓ２２未満の場合、定電圧ＶＬを出力する。第２の磁界角度θ２が第２の閾値Ｓ２２未満の場合、磁気センサ３が第１の磁石領域６Ａに位置しており、第２の磁界検出素子９Ｂが検出する磁界強度は小さく不安定である。そのため、第２の処理部４Ｂの出力は一定の出力ＶＬに固定される。第２の磁界角度θ２が第２の閾値Ｓ２２以上の場合、第２の処理部４Ｂは、第２の磁界角度θ２に応じて、所定の低電圧ＶＬと所定の高電圧ＶＨとの間の第２の電圧ＶＭ２を、センサ出力処理部４Ｃに出力する。上述のように、第２の磁界角度θ２と第２の磁界検出素子９ＢのＸ方向位置との関係は予め求められているため、第２の処理部４Ｂは第２の磁界角度θ２に基づき、第２の磁界検出素子９ＢのＸ方向位置に対応する電圧ＶＭ２を、センサ出力処理部４Ｃに出力する。

センサ出力処理部４Ｃは、第１の処理部４Ａが出力する電圧と、第２の処理部４Ｂが出力する電圧とを合算し、電圧ＶＴを算出する。第１の処理部４Ａが第１の電圧ＶＭ１を出力し、第２の処理部４Ｂが定電圧ＶＬを出力する場合、ＶＴ＝ＶＭ１＋ＶＬとなる。第１の処理部４Ａが電圧ＶＨを出力し、第２の処理部４Ｂが第２の電圧ＶＭ２を出力する場合、ＶＴ＝ＶＨ＋ＶＭ２となる。第１の方向Ｘにおける磁石２の磁気センサ３に対する相対位置と、電圧ＶＴとの関係は、予め求められている。従って、センサ出力処理部４Ｃから出力される電圧ＶＴから、上記相対位置を検出することができる。第１の処理部４Ａが第１の電圧ＶＭ１と定電圧ＶＨを切り替えるタイミングと、第２の処理部４Ｂが定電圧ＶＬと第２の電圧ＶＭ２を切り替えるタイミングは一致していることが好ましいが、多少のずれがあってもかまわない。本例では隣接トラックの磁石の影響を緩和するため、各トラックのＹ方向幅を十分に確保することが望ましいが、後述する変形例３で説明する遮へい体１１を設けてもよい。

以上、本発明を実施形態によって説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されない。以下、本発明のいくつかの変形例を説明する。

図６（ａ），６（ｂ）は本発明の第１の変形例を示す図２（ａ），２（ｂ）と同様の図である。互いに隣接する第１のトラック５Ａと第２のトラック５Ｂの間を第１の方向Ｘに延びる遮へい体１１が設けられている。遮へい体１１は好ましくは、鉄、ケイ素鉄、パーマロイなどの軟磁性材料で形成される。上述のように、第１の磁界検出素子９Ａは第１の磁石２Ａと第２の磁石２Ｂによって形成される磁界を検出するが、第３の磁石２Ｃと第４の磁石２Ｄによって形成される磁界も同時に検出する。特に磁気センサ３が第３の磁石２Ｃの近傍にあるとき、第１の磁界検出素子９Ａが第３の磁石２Ｃと第４の磁石２Ｄによって形成される磁界から受ける影響は増加する。遮へい体１１はこの磁界を遮へいすることができるため、第１のトラック５Ａと第２のトラック５Ｂの幅（第２の方向Ｙにおける寸法）を縮小し、位置検出装置１をコンパクトにすることができる。

図７（ａ），７（ｂ）は本発明の第２の変形例を示す図２（ａ），２（ｂ）と同様の図である。互いに隣接する第１の磁石領域６Ａと第２の磁石領域６Ｂとの間に、互いに隣接する第１のトラック５Ａと第２のトラック５Ｂを跨いで第２の方向Ｙに延びる遮へい体１２が設けられている。遮へい体１２は遮へい体１１と同様、鉄、ケイ素鉄、パーマロイなどの軟磁性材料で形成されることが好ましい。図示のように磁気センサ３が第１の磁石領域６Ａにあり、且つ第２の磁石２Ｂと第３の磁石２Ｃとの間にある場合、第１の磁界検出素子９Ａが第３の磁石２Ｃによって形成される磁界を検出する可能性がある。第２の磁石２Ｂと第３の磁石２Ｃとの間の磁界は弱いが、第２の磁石２Ｂの右側では左向きの磁束が、第３の磁石２Ｃの左側では右向きの磁束が発生する。このため、第２の磁石２Ｂに吸い込まれる磁束が弱められ、測定精度に影響を与える可能性がある。遮へい体１２は第３の磁石２Ｃによって形成される磁界を遮へいし、第１の磁界検出素子９Ａが第３の磁石２Ｃから受ける影響を軽減する。同様に、遮へい体１２は第２の磁石２Ｂによって形成される磁界を遮へいし、第２の磁界検出素子９Ｂが第２の磁石２Ｂから受ける影響を軽減する。

さらに、本発明の第３の変形例では、センサ出力処理部４Ｃは、第１の処理部４Ａが出力する電圧ＶＭ１と、第２の処理部４Ｂが出力する電圧ＶＭ２のいずれかを、選択的に電圧ＶＴとして出力してもよい。第１の処理部４Ａが第１の電圧ＶＭ１を出力し、第２の処理部４Ｂが定電圧ＶＬを出力する場合、ＶＴ＝ＶＭ１となる。第１の処理部４Ａが電圧ＶＨを出力し、第２の処理部４Ｂが第２の電圧ＶＭ２を出力する場合、ＶＴ＝ＶＭ２となる。本変形例は、上述の実施形態においてＶＬとＶＨを共に０とした場合と同一の結果を与えるが、出力の合算は不要である。

図３を参照すると、第２の磁界強度Ｂ２が閾値Ｓ１未満の場合、センサ出力処理部４Ｃは、ＶＴ＝ＶＭ１＋ＶＬの合算を行う代わりに、第１の処理部４Ａが出力する第１の電圧ＶＭ１をＶＴとして出力する。第１の磁界強度Ｂ１が閾値Ｓ１未満の場合、センサ出力処理部４Ｃは、ＶＴ＝ＶＭ２＋ＶＨの合算を行う代わりに、第２の処理部４Ｂが出力する第２の電圧ＶＭ２をＶＴとして出力する。この場合、センサ出力処理部４Ｃの出力電圧だけでは、磁石２の磁気センサ３に対する相対位置を決定できない。そこで、センサ出力処理部４Ｃは、第１の処理部４Ａと第２の処理部４Ｂのうち、どちらの出力を採用したか（自身の出力としたか）の情報を併せて出力することが好ましい。例えば、センサ出力処理部４Ｃの出力が第１の処理部４Ａの出力である場合、図３において、磁気センサ３は第１の磁石領域６Ａに位置していることになるので、センサ出力処理部４Ｃの出力電圧から磁石２の位置を求めることができる。磁気センサ３が第１の磁石領域６Ａと第２の磁石領域６Ｂの境界付近にある場合、Ｂ１＜Ｓ１且つＢ２＜Ｓ１となることもあり得る。この場合、どちらの条件を優先するかを予め決めておき、優先する条件に従って出力を決定してもよい。本発明では、Ｂ１＜Ｓ１且つＢ２＜Ｓ１であるとき、第１の処理部４Ａは定電圧ＶＨを出力し、第２の処理部４ＢはＶＬを出力している。Ｂ１＜Ｓ１の条件を優先する場合、センサ出力処理部４Ｃは第１の処理部４Ａの出力ＶＨを自身の出力とすることができる。Ｂ２＜Ｓ１の条件を優先する場合、センサ出力処理部４Ｃは第２の処理部４Ｂの出力ＶＬを自身の出力とすることができる。Ｂ１＜Ｓ１とＢ２＜Ｓ１のいずれかだけが満たされる状態となったら、上述の処理を実行する。つまり、センサ出力処理部４Ｃが出力する電圧はＶＭ１やＶＭ２に限らず、第１の処理部４Ａまたは第２の処理部４Ｂの出力であればよい。

図５を参照すると、第２の磁界角度θ２が第２の閾値Ｓ２２未満の場合、センサ出力処理部４Ｃは、ＶＴ＝ＶＭ１＋ＶＬの合算を行う代わりに、第１の処理部４Ａが出力する第１の電圧ＶＭ１をＶＴとして出力する。第１の磁界角度θ１が第１の閾値Ｓ２１以上の場合、センサ出力処理部４Ｃは、ＶＴ＝ＶＭ２＋ＶＨの合算を行う代わりに、第２の処理部４Ｂが出力する第２の電圧ＶＭ２をＶＴとして出力する。この場合も、図３で説明したのと同様、センサ出力処理部４Ｃは、第１の処理部４Ａと第２の処理部４Ｂのうち、どちらの出力を採用したか（自身の出力としたか）の情報を併せて出力することが好ましい。磁気センサ３が第１の磁石領域６Ａと第２の磁石領域６Ｂの境界付近にある場合、θ２＜Ｓ２２且つθ１＜Ｓ２１となることもあり得る。この場合も、図３で説明したのと同様、どちらの条件を優先するかを予め決めておき、優先する条件に従って出力を決定してもよい。

このように、磁気センサ３が第１の磁石領域６Ａに位置しているか、第２の磁石領域６Ｂに位置しているかは、センサ出力処理部４Ｃが第１の処理部４Ａと第２の処理部４Ｂのうちどちらの出力を採用したか（自身の出力としたか）の情報によって判定できる。このため、第１の方向Ｘにおける磁石２の磁気センサ３に対する相対位置は、出力ＶＴから求めることができる。本変形例は出力を合算する必要がないため、センサ出力処理部４Ｃの簡易化が可能となる。

最後に本実施形態を比較例と比較する。図８は基準例と比較例と実施例の位置検出装置の比較を示している。基準例は従来のショートストロークの位置検出装置の例である。トラック数は１、ストロークは２４ｍｍであり、３つの磁石を基板の両端と中央に設けている。比較例と実施例はロングストロークの位置検出装置の例であり、ストロークは基準例の約８倍の２００ｍｍである。比較例は基準例と同様１トラック構成であり、磁石の個数及び配置も基準例と同様である。大きな磁石間中心距離Ｄで強い磁界を発生させるため、大きなサイズの磁石を用いる必要がある。磁石の合計体積はストロークの増加率よりも大幅に増えており、基準例の約６０倍となっている。磁石の高さ（Ｚ方向寸法）は基準例の約４倍となっている。磁気センサに効率的に磁界を印加するため、磁石と磁気センサとの間のＺ方向距離は、基準例に対しほぼストロークの増加率と同程度の増加率で増加している。従って、比較例は基準例に対して位置検出装置のコストが増加するだけでなく、設置スペースも大幅に増加する。また、磁石の大型化に伴い、磁石の磁力が増加する。これによって、磁石に鉄粉等の金属が付着しやすくなり位置検出精度が低下する可能性や、位置検出装置の車両への取り付け作業が複雑化する可能性が生じる。また、磁性体からなる周辺部品が、位置検出装置の磁石によって影響を受けやすくなる。

実施例は図２に示す実施形態に対応する。実施例は２トラック構成であるため、磁石間中心距離Ｄが比較例の約半分となっている。このため、比較例のような大型の磁石を用いる必要がない。磁石の個数は増加しているが、磁石の合計体積は比較例の２割以下である。磁石と磁気センサとの間の距離は比較例の約半分である。

１ 位置検出装置
２，２Ａ〜２Ｄ 磁石
３ 磁気センサ
４Ａ，４Ｂ 第１〜第２の処理部
４Ｃ センサ出力処理部
５ 基板
５Ａ，５Ｂ 第１〜第２のトラック
６Ａ，６Ｂ 第１〜第２の磁石領域
９Ａ，９Ｂ 第１〜第２の磁界検出素子
１０Ａ，１０Ｂ 第１〜第２のバイアス磁石
１１，１２ 遮へい体
ＶＬ 所定の低電圧
ＶＨ 所定の高電圧
ＶＭ１，ＶＭ２ 電圧
Ｘ 第１の方向
Ｙ 第２の方向

Claims (25)

1. 磁気センサと、前記磁気センサに対して第１の方向に相対移動する複数の磁石と、を有し、前記複数の磁石の一部が第１のトラックに、残りが第２のトラックに設置され、
   前記磁気センサは、
   前記第１のトラックに位置する第１の磁界検出素子と、
   前記第１の磁界検出素子に印加される第１の磁界の強度が閾値以上の場合、前記磁石の前記第１の磁界検出素子に対する相対位置を示す電圧であって、所定の低電圧ＶＬと所定の高電圧ＶＨとの間の電圧ＶＭ１を出力し、前記第１の磁界の強度が前記閾値未満の場合、前記定電圧ＶＨを出力する第１の処理部と、
   前記第２のトラックに位置する第２の磁界検出素子と、
   前記第２の磁界検出素子に印加される第２の磁界の強度が前記閾値未満の場合、前記定電圧ＶＬを出力し、前記第２の磁界の強度が前記閾値以上の場合、前記磁石の前記第２の磁界検出素子に対する相対位置を示す電圧であって、前記低電圧ＶＬと前記高電圧ＶＨとの間の電圧ＶＭ２を出力する第２の処理部と、を有する、位置検出装置。
2. 前記磁気センサの出力を処理するセンサ出力処理部を有し、前記センサ出力処理部は、前記第１の処理部の出力と前記第２の処理部の出力とを合算する、請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記磁気センサの出力を処理するセンサ出力処理部を有し、前記センサ出力処理部は、前記第２の磁界の強度が前記閾値未満の場合、前記第１の処理部の出力を前記センサ出力処理部の出力として出力し、前記第１の磁界の強度が前記閾値未満の場合、前記第２の処理部の出力を前記センサ出力処理部の出力として出力する、請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記第１の処理部は、前記第１の磁界検出素子が検出した磁界に基づき前記第１の磁界の強度を求め、前記第２の処理部は、前記第２の磁界検出素子が検出した磁界に基づき前記第２の磁界の強度を求める、請求項１から３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
5. 前記第１の処理部は前記第１の磁界の強度に基づき前記電圧ＶＭ１を求め、前記第２の処理部は前記第２の磁界の強度に基づき前記電圧ＶＭ２を求める、請求項１に記載の位置検出装置。
6. 前記複数の磁石の前記一部が前記第１のトラックの第１の磁石領域に、前記残りが前記第２のトラックの第２の磁石領域に設置されている、請求項１に記載の位置検出装置。
7. 磁気センサと、前記磁気センサに対して第１の方向に相対移動する複数の磁石と、を有し、前記複数の磁石の一部が第１のトラックに、残りが第２のトラックに設置され、
   前記磁気センサは、
   前記第１のトラックに位置する第１の磁界検出素子と、
   前記第１の磁界検出素子に印加される第１の磁界の回転角が第１の閾値未満の場合、前記磁石の前記第１の磁界検出素子に対する相対位置を示す電圧であって、所定の低電圧ＶＬと所定の高電圧ＶＨとの間の電圧ＶＭ１を出力し、前記第１の磁界の回転角が前記第１の閾値以上の場合、前記定電圧ＶＨを出力する第１の処理部と、
   前記第２のトラックに位置する第２の磁界検出素子と、
   前記第２の磁界検出素子に印加される第２の磁界の回転角が第２の閾値未満の場合、前記定電圧ＶＬを出力し、前記第２の磁界の回転角が前記第２の閾値以上の場合、前記磁石の前記第２の磁界検出素子に対する相対位置を示す電圧であって、前記低電圧ＶＬと前記高電圧ＶＨとの間の電圧ＶＭ２を出力する第２の処理部と、を有する、位置検出装置。
8. 前記磁気センサの出力を処理するセンサ出力処理部を有し、前記センサ出力処理部は、前記第１の処理部の出力と前記第２の処理部の出力とを合算する、請求項７に記載の位置検出装置。
9. 前記磁気センサの出力を処理するセンサ出力処理部を有し、前記センサ出力処理部は、前記第２の磁界の回転角が前記第２の閾値未満の場合、前記第１の処理部の出力を前記センサ出力処理部の出力として出力し、前記第１の磁界の回転角が前記第１の閾値以上の場合、前記第２の処理部の出力を前記センサ出力処理部の出力として出力する、請求項７に記載の位置検出装置。
10. 前記第１の処理部は、前記第１の磁界検出素子が検出した磁界に基づき前記第１の磁界の回転角を求め、前記第２の処理部は、前記第２の磁界検出素子が検出した磁界に基づき前記第２の磁界の回転角を求める、請求項７から９のいずれか１項に記載の位置検出装置。
11. 前記第１の処理部は前記第１の磁界の回転角に基づき前記電圧ＶＭ１を求め、前記第２の処理部は前記第２の磁界の回転角に基づき前記電圧ＶＭ２を求める、請求項７に記載の位置検出装置。
12. 前記複数の磁石の前記一部が前記第１のトラックの第１の磁石領域に、前記残りが前記第２のトラックの第２の磁石領域に設置されている、請求項７に記載の位置検出装置。
13. 前記磁気センサは、前記第１の磁界検出素子に前記第１の磁石領域の中央部における磁界と反対方向の磁界を印加する第１のバイアス磁石と、前記第２の磁界検出素子に前記第２の磁石領域の中央部における磁界と反対方向の磁界を印加する第２のバイアス磁石と、を有する、請求項１２に記載の位置検出装置。
14. 前記第１の磁石領域と前記第２の磁石領域は、前記第１の方向において排他的に且つ連続的に設けられる、請求項６または１２に記載の位置検出装置。
15. 前記第１の磁石領域と前記第２の磁石領域とにそれぞれ配置され、且つ互いに隣接する前記磁石は、前記磁気センサと対向する面の極性が同一である、請求項６または１２に記載の位置検出装置。
16. 前記複数の磁石の各々は前記第１及び第２の磁石領域の前記第１の方向における縁部から離れた位置に配置されている、請求項６または１２に記載の位置検出装置。
17. 前記第１の磁石領域と前記第２の磁石領域との間を、前記第１のトラックと前記第２のトラックを跨いで前記第１の方向と直交する方向に延びる遮へい体を有する、請求項６または１２に記載の位置検出装置。
18. 前記第１のトラックとの前記第２のトラックとの間を前記第１の方向に延びる遮へい体を有する、請求項１または７に記載の位置検出装置。
19. 前記第１の磁石領域と前記第２の磁石領域にそれぞれ１つの前記磁石が配置されている、請求項６または１２に記載の位置検出装置。
20. 前記第１の磁石領域と前記第２の磁石領域にそれぞれ２つの前記磁石が配置されている、請求項６または１２に記載の位置検出装置。
21. 前記第１の磁石領域と前記第２の磁石領域にそれぞれ３つの前記磁石が配置されている、請求項６または１２に記載の位置検出装置。
22. 前記第１の磁石領域に配置された前記磁石の組と、前記第２の磁石領域に配置された前記磁石の組は前記第１及び第２の磁石領域の接点に関し回転対称に設けられている、請求項６または１２に記載の位置検出装置。
23. 前記複数の磁石は単一の基板上に配置されている、請求項１から２２のいずれか１項に記載の位置検出装置。
24. 請求項１から２３のいずれか１項に記載の位置検出装置と、前記複数の磁石が固定された可動部材と、前記磁気センサが固定された非可動部材と、を有する位置検出システム。
25. 請求項２４に記載の位置検出システムを備えたステアリングシステム。

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