JP2021196328A

JP2021196328A - 位置検出装置

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Publication number: JP2021196328A
Application number: JP2020105608A
Authority: JP
Inventors: 直希磯部; Naoki Isobe
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2021-12-27
Anticipated expiration: 2040-06-18
Also published as: JP7372880B2; US20210396550A1; CN113819833A

Abstract

【課題】磁場発生体の移動方向において、所定位置に対応する２つの磁気検出素子を異なる位置に配置しなくても、外部からの磁場による誤動作を抑えることができる位置検出装置を提供することにある。【解決手段】磁場を発生させると共に第１の位置及び第２の位置を移動する磁場発生部１０と、第１の磁場を検出する第１の磁気検出素子２１と、第１の磁場とは異なる第２の磁場を検出する第２の磁気検出素子２２と、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の両方が、予め定められた閾値の検出をしたことにより、磁場発生部１０が第１の位置に到達したと判定する判定部４０と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、位置検出装置に関する。

電動ステアリングロック装置において、車両の走行中にステアリングホイールの回動がロックしないようロック部材が確実にアンロック位置にあることが保障されねばならない。その対策の１つとして、ハウジングに形成された基板収納部に、その内面がロック部材の作動方向と平行となるように基板が収納されており、この基板の内面上下のロック位置とアンロック位置に対応する位置に磁気検出素子である１つのホール素子（ＬＯＣＫ＿ＳＷ）と２つの第１及び第２のホール素子（ＵＮＬＯＣＫ＿ＳＷ＃１，＃２）がそれぞれ設けられ、これらのホール素子とロック部材に設けられた磁石によって作動位置検出機構が構成される方法がある（例えば、特許文献１）。

そして、２つの第１及び第２のホール素子（ＵＮＬＯＣＫ＿ＳＷ＃１，＃２）は、ロックボルトがアンロック位置に移動したときに、アンロック位置に対応する位置の第１のホール素子がロック部材に設けられた磁石から遠ざかることでＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わり、第２のホール素子が逆にロック部材に設けられた磁石に近づくことでＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わるとマイコンはロックボルトがアンロック位置に移動したものと判断するようにされている。

この方法によれば、２つのホール素子のうちの一方が故障しているか否かを他方の出力によって確認することができる。そして、ロックボルトの移動中に強電磁場が発生しても、第１及び第２のホール素子が２つとも不意に反転して切り替わることがない。従って、ロックボルトがアンロック位置にないにも拘らず、ロックボルトがアンロック位置に移動したものと誤検知されることがなく、ロックボルトが途中で停止してステアリングホイールの回動がロックされたままの状態でエンジンが始動されてしまう危険性を回避することができる。

特開２０１２−２５２６９号公報

しかしながら、特許文献１に示す位置検出装置では、磁石の移動方向において、アンロック位置に対応する２つのホール素子を異なる位置に配置する必要があった。

そして、例えば、ギアに設けられた磁石の回転位置検出で、磁石の移動がホール素子を搭載する基板と平行でない場合など、必要な位置に２つのホール素子を配置することができない場合があった。このため、外部からの磁場による誤動作を抑えることができないという問題があった。

したがって、本発明の目的は、磁場発生体の移動方向において、所定位置に対応する２つの磁気検出素子を異なる位置に配置しなくても、外部からの磁場による誤動作を抑えることができる位置検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、磁場を発生させると共に第１の位置及び第２の位置を移動する磁場発生部と、第１の磁場を検出する第１の磁気検出素子と、第１の磁場とは異なる第２の磁場を検出する第２の磁気検出素子と、第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子の両方が、予め定められた閾値の検出をしたことにより、磁場発生部が第１の位置に到達したと判定する判定部と、を備えた位置検出装置を提供する。

本発明の位置検出装置によれば、磁場発生体の移動方向において、所定位置に対応する２つの磁気検出素子を異なる位置に配置しなくても、外部からの磁場による誤動作を抑えることができる位置検出装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置の説明図である。図１（ａ）は、上面からみた概略構造図であり、図１（ｂ）は、側面から見た透視図とブロック図による構成説明図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置に用いる磁石の斜視図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置に用いる磁気検出素子の特性図である。図３（ａ）は、第１の磁気検出素子の特性図であり、図３（ｂ）は、第２の磁気検出素子の特性図である。図４は、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置の説明図である。図４（ａ）は、上面からみた概略構造図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図５は、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置判定部の判定プログラムのフロー図である。図６は、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置の回転支柱の回転状態による磁石の位置による特性図である。図６（ａ）は、磁石と磁気検出素子の距離の関係図であり、図６（ｂ）は、磁気検出素子での磁束密度の特性図であり、図６（ｃ）は、第１と第２の磁気検出素子の出力信号特性図であり、図６（ｄ）は、第３の磁気検出素子の出力信号特性図である。図７は、第２の実施の形態に係る位置検出装置の部分概略構造図である。図８は、本発明の第２の実施の形態に係る位置検出装置に用いる磁気検出素子の特性図である。図９は、第２の実施の形態の変形例に係る位置検出装置の部分概略構造図である。図１０は、第３の実施の形態に係る位置検出装置の部分概略構造図である。図１１は、第４の実施の形態に係る位置検出装置の部分概略構造図である。図１２は、第４の実施の形態に係る位置検出装置の磁気検出素子の回路構成図である。

[第１の実施の形態]
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置の説明図である。図１（ａ）は、上面からみた概略構造図であり、図１（ｂ）は、側面から見た透視図とブロック図による構成説明図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置に用いる磁石の斜視図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置に用いる磁気検出素子の特性図である。図３（ａ）は、第１の磁気検出素子の特性図であり、図３（ｂ）は、第２の磁気検出素子の特性図である。図４は、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置の説明図である。図４（ａ）は、上面からみた概略構造図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図５は、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置判定部の判定プログラムのフロー図である。

本発明の実施の形態に係る位置検出装置１は、図１のように、回転支柱５に取り付けられた磁石１０と、基板３０に搭載された第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２と第３の磁気検出素子２３と、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２と第３の磁気検出素子２３からの信号により回転支柱５の回転位置を判定する判定部４０を備えている。

回転支柱５は、回転軸（Ｚ軸）まわりに回転可能に取り付けられている。回転支柱５は、図示されていないステアリングホイールの回転をロックする図示されていないロック部材と連動している。回転支柱５は、ロック位置状態のからアンロック状態の位置の間の３６０度近い角度範囲で回転する。ロック状態の位置とは、ステアリングホイールの回転をロック部材がロックした状態の時の回転支柱５の回転状態の位置である。アンロック状態の位置とは、ステアリングホイールの回転をロック部材がアンロックした状態の時の回転支柱５の回転状態の位置である。

磁石１０は、図２のような、片面２極の直方体形状の永久磁石である。この磁石１０は、Ｎ極とＳ極の磁石を２対逆向きに組み合わせたように着磁され、Ｎ極とＳ極をそれぞれ２つ有した磁石である。この磁石１０は、図１（ｂ）のように、ひとつの面にＮ極１０ａとＳ極１０ｂがある面が回転支柱５の側面側として取り付けられている。この側面側の極性は、回転支柱５の回転軸方向（Ｚ軸方向）に、Ｎ極１０ａとＳ極１０ｂが並べられて配置され、図１（ｂ）の上方向がＮ極１０ａであり、下方向がＳ極１０ｂである。

第１の磁気検出素子２１は、Ｎ極単極検知のスイッチ式ホール素子（信号処理回路を有するＩＣ）である。第１の磁気検出素子２１は、Ｎ極が近づくと出力信号がＬｏとなり、Ｎ極が遠ざかると出力信号がＨｉになる。

すなわち、図３（ａ）に示すように、Ｎ極単極検知のスイッチ式ホール素子の特性は、Ｎ極からの磁場のない状態では、出力信号はＨｉである。Ｎ極が近づき磁束密度の大きさが増し、磁束密度の大きさが閾値の動作磁束密度：Ｂｏｐになると、出力信号はＬｏになる。さらに磁束密度の大きさが増しても、出力信号はＬＯである。一方、出力信号がＬｏである状態から、Ｎ極が遠ざかり磁束密度の大きさが減じ、磁束密度の大きさが復帰磁束密度：Ｂｒｐになると、出力信号はＨｉになる。さらに磁束密度の大きさが減じても出力信号はＨｉである。

第２の磁気検出素子２２は、Ｓ極単極検知のスイッチ式ホール素子（信号処理回路を有するＩＣ）である。第２の磁気検出素子２２は、Ｓ極が近づくと出力信号がＬｏとなり、Ｓ極が遠ざかると出力信号がＨｉになる。

すなわち、図３（ｂ）に示すように、Ｓ極単極検知のスイッチ式ホール素子の特性は、Ｓ極への磁場のない状態では、出力信号はＨｉである。Ｓ極が近づき磁束密度が増し、磁束密度が閾値の動作磁束密度：Ｂｏｐになると、出力信号はＬｏになる。さらに磁束密度が増しても、出力信号はＬＯである。一方、出力信号がＬｏである状態から、Ｓ極が遠ざかり磁束密度が減じ、磁束密度が復帰磁束密度：Ｂｒｐになると、出力信号はＨｉになる。さらに磁束密度が減じても出力信号はＨｉである。

Ｎ極単極検知のスイッチ式ホール素子の第１の磁気検出素子２１は、Ｎ極からの方向成分の磁束密度を検知する。一方、Ｓ極単極検知のスイッチ式ホール素子の第２の磁気検出素子２２は、Ｓ極への方向成分の磁束密度を検知する。第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２における、動作磁束密度と復帰磁束密度は、同じ大きさの値であるが、方向は逆である。

第３の磁気検出素子２３は、第１の磁気検出素子２１と同様のＮ極単極検知のスイッチ式ホール素子（信号処理回路を有するＩＣ）である。

第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２と第３の磁気検出素子２３の感磁面は、磁気検出素子の実装面と平行な面であり、感磁方向は感磁面に垂直な方向である。図３（ａ）、および、図３（ｂ）の横軸の磁束密度は、基板３０があるホール素子の背面側から磁石１０が近接するホール素子の上面側に向かう方向を正としてある。

基板３０は、絶縁性材料からなる回路基板であり、表面には金属による回路パターン（図示せず）が形成されている。基板３０は、図１（ａ）のように、回転支柱５の円柱面の近くに、回転支柱５の回転軸に沿う方向で、基板３０の面の法線方向がＸ軸と平行な方向とされて配置され、図示されていない固定部に取り付けられて固定されている。

第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２と第３の磁気検出素子２３は、基板３０に実装され、基板３０の回路パターンと電気的に接続されている。そして、図１（ｂ）のように、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２と第３の磁気検出素子２３は、判定部４０と電気的に接続されている。

第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２と第３の磁気検出素子２３の感磁面は、基板３０と平行な位置関係にある。また、これらの感磁面は、その法線が、回転支柱５の回転軸に直交する位置関係にある。

ロック状態の位置からアンロック状態の位置の間で回転する回転支柱５において、回転角に対応した円周上の磁石１０の位置が、図４（ａ）に実線で示したアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫ位置と、破線で示したロック位置：Ｐ_ＬＫ位置である。そして、基板３０に実装された第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２と第３の磁気検出素子２３は、アンロック位置およびロック位置における磁石１０と対応した位置になるように配置されている。

すなわち、図４（ｂ）のように、磁石１０がアンロック位置にあるとき、Ｎ極単極検知のスイッチ式ホール素子の第１の磁気検出素子２１は、片面２極の磁石１０のＮ極１０ａに近接する配置である。Ｓ極単極検知のスイッチ式ホール素子の第２の磁気検出素子２２は、磁石１０のＳ極１０ｂに近接する配置である。そして、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２および磁石１０のＮ極１０ａとＳ極１０ｂは、回転支柱５の回転軸方向に対称な配置である。第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の配置は、Ｘ軸とＹ軸方向の位置は同じで、Ｚ軸方向の位置が異なる。

また、図４（ｃ）のように、磁石１０がロック位置にあるとき、Ｎ極単極検知のスイッチ式ホール素子の第３の磁気検出素子２３は、磁石１０のＮ極１０ａに近接する配置である。なお、第１の磁気検出素子２１と第３の磁気検出素子２３は、Ｙ軸に対し対称な位置に配置されている。

判定部４０は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部が動作するためのプログラムが格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算した検出情報等を格納する記憶領域として用いられる。

判定部４０は、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２と第３の磁気検出素子２３が出力する信号により、磁石１０がアンロック位置、あるいは、ロック位置に到達したと判定するプログラムを格納している。

このプログラムは、第１の磁気検出素子２１の出力信号と第２の磁気検出素子２２の出力信号の両方が、Ｌｏであることにより、磁石１０がアンロック位置に到達したと判定する。また、このプログラムは、第３の磁気検出素子２３の出力信号が、Ｌｏであることにより、磁石１０がロック位置に到達したと判定する。

すなわち、図５のフロー図のように、Ｓ１で第１の磁気検出素子２１の出力信号がＬｏであるかを判定部４０は確認する。Ｌｏであれば、さらに、Ｓ２で第２の磁気検出素子２２出力信号がＬｏであるかを判定部４０は確認する。そして、Ｌｏであれば、磁石１０がアンロック位置に到達したと判定部４０は判定する。

また、Ｓ１で第１の磁気検出素子２１の出力信号がＬｏでない場合、および、Ｓ２で第２の磁気検出素子２２出力信号がＬｏでない場合は、Ｓ３で第３の磁気検出素子２３の出力信号がＬｏであるかを判定部４０は確認する。Ｌｏであれば、磁石１０がロック位置に到達したと判定部４０は判定する。

（位置検出装置の動作）
図６は、本発明の第１の実施の形態に係る位置検出装置の回転支柱の回転状態による磁石の位置による特性図である。図６（ａ）は、磁石と磁気検出素子の距離の関係図であり、図６（ｂ）は、磁気検出素子での磁束密度の特性図であり、図６（ｃ）は、第１と第２の磁気検出素子の出力信号特性図であり、図６（ｄ）は、第３の磁気検出素子の出力信号特性図である。

図６（ａ）〜図６（ｄ）の横軸の回転支柱５の回転角度は、図４（ａ）において、磁石１０がＸ軸上にあり、基板３０に再近接している場合を基準としている。また、この回転角度から、ロック位置：Ｐ_ＬＫ方向へ回転支柱５が回転する方向(図４（ａ）では右回り)を正方向としている。ただし、実際には磁石１０は基準位置には位置しない。磁石１０は、回転支柱５の回転によって、ロック位置：Ｐ_ＬＫからアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫの間の基準位置側でない位置を移動する。

回転支柱５の回転による磁石１０の移動によって、第１の磁気検出素子２１および第２の磁気検出素子２２と磁石１０の距離、および、第３の磁気検出素子２３と磁石１０の距離は、図６（ａ）のように変化する。

すなわち、実線で示した、第１の磁気検出素子２１および第２の磁気検出素子２２と磁石１０の距離は、可動範囲において、磁石１０がロック位置：Ｐ_ＬＫから正方向へ移動するにつれて距離は大きくなり、１７０°付近で最大となり、その後、アンロック位置：Ｐ_ＵＬＫに近づくにつれて距離は小さくなる。また、破線で示した、第３の磁気検出素子２３と磁石１０の距離は、可動範囲において、磁石１０がアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫから負方向へ移動するにつれて距離は大きくなり、１９０°付近で最大となり、その後、ロック位置：Ｐ_ＬＫに近づくにつれて距離は小さくなる。

実線で示した、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の位置での磁石１０からの磁束密度、および、破線で示した、第３の磁気検出素子２３の位置での磁石１０からの磁束密度は、図６（ｂ）のように、およそ、磁石１０との距離の２乗に反比例した大きさとなる。

そして、実線で示した、磁石１０がロック位置：Ｐ_ＬＫからアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫへ移動する場合、実線で示した、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の位置での磁石１０からの磁束密度は、ロック位置：Ｐ_ＬＫからアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫに近づく３３０°の間、動作磁束密度：Ｂｏｐの１／５にも満たない値である。そして、３４０°付近から磁石１０からの磁束密度は急激に大きくなり、アンロック位置：Ｐ_ＵＬＫで動作磁束密度：Ｂｏｐを超える。

一方、磁石１０がアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫからロック位置：Ｐ_ＬＫへ移動する場合、破線で示した、第３の磁気検出素子２３の位置での磁石１０からの磁束密度は、アンロック位置：Ｐ_ＵＬＫからロック位置：Ｐ_ＬＫに近づく３０°の間、動作磁束密度：Ｂｏｐの１／５にも満たない値である。そして、２０°付近から磁石１０からの磁束密度は急激に大きくなり、ロック位置：Ｐ_ＬＫで動作磁束密度：Ｂｏｐを超える。

アンロック位置での第１の磁気検出素子２１およびロック位置での第３の磁気検出素子２３では、磁場は磁石１０のＮ極から基板３０への方向である。アンロック位置での第２の磁気検出素子２２では、磁場は基板３０から磁石１０のＳ極への方向である。また、ホール素子の磁気検出素子は、感磁面に対して垂直な方向成分の磁束密度を検出する。アンロック位置では、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の感磁面の垂直成分の磁束密度の大きさが、閾値の動作磁束密度：Ｂｏｐに達する。ロック位置では、第３の磁気検出素子２３の感磁面の垂直成分の磁束密度の大きさが、閾値の動作磁束密度：Ｂｏｐに達する。

なお、アンロック位置：Ｐ_ＵＬＫおよびロック位置：Ｐ_ＬＫ付近における、回転支柱５の回転による、磁気検出素子の感磁面での磁束密度の垂直成分の変化は、磁束密度の大きさの変化より急激な変化となる。このため検出位置精度は高くなる。また、９０度あるいは２７０度付近では、磁束の方向が感磁面に対して平行になるので、磁束密度の垂直成分はゼロになる。

図６（ｃ）のように、磁石１０がロック位置：Ｐ_ＬＫからアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫへ移動する場合、実線で示した、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の出力信号は、磁石１０がアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫになる直前までＨｉである。磁石１０がアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫに到達すると、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の出力信号は、Ｌｏになる。

そして、判定部４０は、判定プログラムに従って、磁石１０がアンロック位置に到達したと判定する。

なお、磁石１０がアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫからロック位置：Ｐ_ＬＫへ移動する場合、図６（ｃ）のように、磁石１０がアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫから数度離れると、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の出力信号は、ＬｏからＨｉへ変わる。その後、ロック位置：Ｐ_ＬＫまで出力信号はＨｉである。

図６（ｄ）のように、磁石１０がアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫからロック位置：Ｐ_ＬＫへ移動する場合、破線で示した、第３の磁気検出素子２３の出力信号は、磁石１０がロック位置：Ｐ_ＬＫになる直前までＨｉである。磁石１０がロック位置：Ｐ_ＬＫに到達すると、第３の磁気検出素子２３の出力信号は、Ｌｏになる。

そして、判定部４０は、判定プログラムに従い、第３の磁気検出素子２３の出力信号がＬｏになったことで、磁石１０がロック位置に到達したと判定する。

なお、磁石１０がロック位置：Ｐ_ＬＫからアンロック位置：Ｐ_ＵＬＫへ移動する場合、図６（ｄ）のように、磁石１０がロック位置：Ｐ_ＬＫから数度離れると、第３の磁気検出素子２３の出力信号は、ＬｏからＨｉへ変わる。その後、出力信号は、アンロック位置：Ｐ_ＵＬＫまでＨｉである。

外乱磁場が発生した場合、磁石１０がアンロック位置に到達していない状態で、同一方向に配置されている第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の一方の出力信号がＬｏになる場合はあるが、両方の出力信号がＬｏにはならない。すなわち、図３（ａ）と図３（ｂ）の磁気検出素子の特性図に示されているように、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２は、１８０度異なる１方向の磁場にしか感度がない。このため、強い外乱磁場が発生したとしても、両方がＬｏの出力信号とはならない。

そして、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の配置は、回転支柱５の同一の回転方向（Ｘ軸とＹ軸方向の位置は同じ）であり、回転支柱５の移動中に強電磁場が発生しても、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の両方が不意に反転して切り替わることはない。そして、判定部４０がロック位置に到達したと誤判定することはない。

（本発明の第１の実施の形態の効果）
上記した本発明の実施の形態によると、Ｎ極による磁場を検出する第１の磁気検出素子と、Ｓ極による磁場を検出する第２の磁気検出素子によって、アンロック位置に到達したことを検出し判定する構成としてある。これにより、２つの磁気検出素子を異なる位置に配置しなくても、外部からの磁場による誤動作を抑える効果が得られる。

[第２の実施の形態]

図７は、第２の実施の形態に係る位置検出装置の部分概略構造図である。図８は、本発明の第２の実施の形態に係る位置検出装置に用いる磁気検出素子の特性図である。以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成および機能を有する部分については同一の引用数字を付している。

第１の実施の形態では、磁石は１つの片面２極の磁石とし、第１および第２の磁気検出素子は、Ｎ極単極およびＳ極単極検知のスイッチ式ホール素子とした。これに対し、第２の実施の形態では、磁石は２つの一対のＮ極とＳ極の磁石とし、第１および第２の磁気検出素子は、同一仕様のリニア式ホール素子とした点が異なる。また、Ｈｉ／Ｌｏの出力信号を判定部が判定する点が異なる。

第２の実施の形態の位置検出装置２は、図７のように、一対のＮ極とＳ極をもつ第１の磁石１１と第２の磁石１２を備えている。第１の磁石１１はＮ極が回転支柱５の側面側となるように取り付けられ、第２の磁石１２はＳ極が回転支柱５の側面側となるように取り付けられている。第１の磁石１１と第２の磁石１２がアンロック位置にあるとき、第１の磁気検出素子２１は、第１の磁石１１のＮ極に近接する配置であり、第２の磁気検出素子２２は、第２の磁石１２のＳ極に近接する配置である。このように、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２に対して、個別の磁石を備えている。

第１の磁気検出素子２１および第２の磁気検出素子２２は、リニア式ホール素子である。リニア式ホール素子の特性は、図８に示すように、所定範囲内の磁場において、電圧値として出力される出力値は、磁束密度に比例している。すなわち、Ｎ極からの磁束密度が大きいと、大きな出力電圧となり、Ｓ極への磁束密度が大きいと、小さな出力電圧となる。磁場がないときはこの中間値となる。

そして、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の位置での磁石１０からの磁束密度の大きさは、アンロック位置：Ｐ_ＵＬＫで磁束密度：Ｂｐを超える設定としてある。第１の磁気検出素子２１は磁束密度：−Ｂｐを検知するとＶｔｈ＿Ｎの出力をする。第２の磁気検出素子２２は磁束密度：Ｂｐを検知するとＶｔｈ＿Ｓの出力をする。

判定部４０は、第１の磁気検出素子２１の出力が閾値：Ｖｔｈ＿Ｎ以上であれば、第１の磁気検出素子２１の出力信号をＬｏと判定する。また、判定部４０は、第２の磁気検出素子２２の出力が閾値：Ｖｔｈ＿Ｓ以下であれば、第２の磁気検出素子２２の出力信号をＬｏと判定する。つまり、Ｎ極からのＮ極磁場検出とＳ極へのＳ極磁場検出によって、判定部４０は判定を行う。そして、第１の実施の形態と同様、図５に示したフローで、アンロック位置やロック位置の判定を行う。

外乱磁場が発生した場合、図８の磁気検出素子の特性図に示されているように、同時に第１の磁気検出素子２１がＶｔｈ＿Ｎ以上、第２の磁気検出素子２２がＶｔｈ＿Ｓ以下第１の磁気検出素子２とはならない。このため、強い外乱磁場が発生したとしても、両方がＬｏの出力信号とはならない。

図９は、第２の実施の形態の変形例に係る位置検出装置の部分概略構造図である。

第２の実施の形態の変形例は、図９のように、第２の実施の形態の一対のＮ極とＳ極をもつ第１の磁石１１の両極が、回転支柱５の側面側となるように取り付けられている。１つの磁石のＮ極とＳ極によって、第１の磁石１１がアンロック位置にあるとき、第１の磁気検出素子２１はＮ極に近接し、第２の磁気検出素子２２はＳ極に近接する。なお、磁石の磁力を補うために、第１の磁石１１と第１の磁気検出素子２１および第２の磁気検出素子２２の距離を短く設定する。あるいは、磁力を補うためヨーク材などの磁性材料を用いるなどとしてもよい。

以上のように、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２は、同一仕様のリニア式ホール素子とし、これらの出力信号がそれぞれ逆方向の磁場の大きさに達した判定を判定部４０が行うとした本実施の形態によっても、第１の実施の形態について説明した作用及び効果を得ることができる。

[第３の実施の形態]

図１０は、第３の実施の形態に係る位置検出装置の部分概略構造図である。

第１および第２の実施の形態では、磁気検出素子はホール素子とし、回転支柱５の中心軸に直交する方向の磁場検出を行う形態を示したが、第３の実施の形態では、磁気検出素子は磁気抵抗素子とし、回転支柱５の中心軸に沿う方向の磁場検出を行うことにおいて第１および第２の実施の形態と相違している。

第３の実施の形態の位置検出装置３は、図１０のように、一対のＮ極とＳ極をもつ第１の磁石１１と第２の磁石１２を備えている。第１の磁石１１と第２の磁石１２は、それぞれの両極が回転支柱５の側面側となるように取り付けられている。第１の磁石１１と第２の磁石１２のそれぞれの両極は、第１の磁石１１のＮ極、第１の磁石１１のＳ極、第２の磁石１２のＳ極、第２の磁石１２のＮ極の順で、回転支柱５の回転軸方向（Ｚ軸方向）に並べられて配置されている。

第３の実施の形態の位置検出装置３の第１の磁気検出素子２１および第２の磁気検出素子２２は、磁気抵抗素子であるＧＭＲ（Giant Magnetoresistance Effect）素子である。ＧＭＲ素子の感磁面は、基板３０と平行な面である。ＧＭＲ素子は、感磁面に沿った磁場の方向で抵抗値が変わる素子である。すなわち、所定の方向（図１０の第１の磁気検出素子２１あるいは第２の磁気検出素子２２の矢印方向）に対する磁場の方向の角度の余弦値に相当する特性変化がある。所定の方向と磁場の方向が同じであれば抵抗値は最小値をとり、磁場の方向が反対方向であれば抵抗値は最大値をとる。

第１の磁気検出素子２１および第２の磁気検出素子２２は、図１０のように、上述の所定の方向が逆方向になるように基板３０に実装されている。そして、第１の磁石１１と第２の磁石１２がアンロック位置にあるとき、第１の磁気検出素子２１は、第１の磁石１１に近接し、第１の磁石１１のＮ極からＳ極に通る磁場が矢印の方向に通る配置である。また、第２の磁気検出素子２２は、第２の磁石１２に近接し、第２の磁石１２のＮ極からＳ極に通る磁場が矢印の方向に通る配置である。

判定部４０は、第２の実施の形態と同様、第１の磁石１１と第２の磁石１２がアンロック位置になったときの第１の磁気検出素子２１および第２の磁気検出素子２２の出力の閾値を備え、Ｌｏ／Ｈｉの判定を行い、アンロック位置の判定を行う。

外乱磁場が発生した場合、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２は、上述の所定の方向が逆方向になるように基板３０に実装されているため、両方の抵抗値が低い値とはならない。このため、強い外乱磁場が発生したとしても、両方がＬｏの出力信号とはならない。

以上のように、磁気検出素子は磁気抵抗素子とし、回転支柱５の中心軸に沿い１８０度異なる方向の磁場検出を行うとした本実施の形態によっても、第１の実施の形態について説明した作用及び効果を得ることができる。

なお、ＧＭＲ素子に代えて、ＴＭＲ（Tunnel Magnetoresistance Effect）素子を用いても同様のことができる。

[第４の実施の形態]

図１１は、第４の実施の形態に係る位置検出装置の部分概略構造図である。図１２は、第４の実施の形態に係る位置検出装置の磁気検出素子の回路構成図である。

第４の実施の形態では、磁気検出素子は磁気抵抗素子であることにおいて第３の実施の形態と同様であるが、磁気抵抗素子の種類と磁場検出の方向が相違している。

第４の実施の形態の位置検出装置４は、図１１（ａ）のように、一対のＮ極とＳ極をもつ第１の磁石１１と第２の磁石１２を備えている。第１の磁石１１と第２の磁石１２は、それぞれの両極が回転支柱５の側面側となるように取り付けられている。そして、図１１（ｂ）のように、第１の磁石１１の両極は、回転支柱５の回転軸方向（Ｚ軸方向）に並べられて、Ｎ極が上、Ｓ極が下として配置されている。第２の磁石１２の両極は、回転支柱５の回転軸方向（Ｚ軸方向）に直交する方向に並べられて、Ｎ極が左、Ｓ極が右として配置されている。

第１の磁気検出素子２１および第２の磁気検出素子２２は、磁気抵抗素子であるＡＭＲ（Anisotropic Magnetoresistance Effect）素子である。ＡＭＲ素子は、通電電流方向に垂直な方向成分の磁場により抵抗値が大きくなる素子である。

第１の磁気検出素子２１および第２の磁気検出素子２２の感磁面は、図１２に示されているように、Ｚ軸方向に配置されたＡＭＲ素子：Ｒ１とＺ軸方向に直交する方向に配置されたＡＭＲ素子：Ｒ２から構成されている。このため、ＡＭＲ素子：Ｒ１とＡＭＲ素子：Ｒ２の中間位置の中間電圧：Ｖｄは、磁場がないとき、Ｖｃｃ/２となる。Ｚ方向の磁場があるとき、Ｒ２の抵抗値が大きくなり、中間電圧：ＶｄはＶｃｃ/２より小さな値となる。Ｚ方向に直交する方向の磁場があるとき、Ｒ１の抵抗値が大きくなり、中間電圧：ＶｄはＶｃｃ/２より大きな値となる。

そして、第１の磁気検出素子２１および第２の磁気検出素子２２は、同一方向で、基板３０に実装されている。第１の磁気検出素子２１および第２の磁気検出素子２２の感磁面は、基板３０と平行な面である。

第１の磁石１１と第２の磁石１２がアンロック位置にあるとき、第１の磁気検出素子２１は、第１の磁石１１に近接し、第１の磁石１１のＮ極からＳ極に通る磁場がＺ軸方向に通る配置である。また、第２の磁気検出素子２２は、第２の磁石１２に近接し、第２の磁石１２のＮ極からＳ極に通る磁場がＺ軸に直交する方向に通る配置である。このため、第１の磁気検出素子２１の中間電圧：Ｖｄは最小値をとる。一方、第２の磁気検出素子２２の中間電圧：Ｖｄは最大値をとる。

判定部４０は、第２の実施の形態と同様、第１の磁石１１と第２の磁石１２がアンロック位置になったときの第１の磁気検出素子２１および第２の磁気検出素子２２の出力の閾値を備えている。第４の実施の形態では、上述の第１の磁気検出素子２１の最小値と第２の磁気検出素子２２の最大値が閾値である。これにより、Ｌｏ／Ｈｉの判定を行い、アンロック位置の判定を行う。

外乱磁場が発生した場合、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２は、閾値に達する磁場の方向が９０度異なるため、両方の中間電圧：Ｖｄが閾値に達する値とはならない。このため、強い外乱磁場が発生したとしても、両方がＬｏの出力信号とはならない。

以上のように、磁気検出素子は磁気抵抗素子とし、回転支柱５の中心軸方向とそれに直交する方向の磁場検出を行うとした本実施の形態によっても、第１の実施の形態について説明した作用及び効果を得ることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態およびその変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。

以上説明した実施の形態では、第１と第２の実施の形態のホール素子は、回転軸に垂直な方向の磁場を検出し、第３と第４の実施の形態の磁気抵抗素子は回転軸に沿った方向の磁場を検出する構成を示したが、これらに限るものではない。例えば、ホール素子は、感磁面の法線方向を回転軸と同じ方向に配置して、回転軸に沿った方向の磁場を検出する構成としてもよい。この場合、磁石は第３の実施の形態のように配置する。例えば、このように、磁気検出素子の感磁面と磁石による磁場の関係が第１〜第４の実施の形態と同じ配置であれば、同様の効果を得ることができる。

また、第１の磁気検出素子２１と第２の磁気検出素子２２の両方がＬｏとなった場合、アンロック位置にあると判断する形態を示したが、これに限るものではない。アンロック位置にあると判断される条件をＨｉとして、両方がＨｉとなった場合、アンロック位置にあると判断するとしても構わない。Ｌｏ／Ｈｉの組み合わせで、アンロック位置にあると判断される設定でも構わない。Ｌｏ／Ｈｉの設定は任意である。

また、磁石が回転支柱５の側面に取り付けられて、回転位置を検出する形態を示したが、これに限るものではない。例えば、磁石は回転体に回転駆動力を与えるギアに取り付けられてもよい。また、側面ではなく、例えば、上面に磁石が取り付けられてもよい。また、回転体ではなく、例えば、直線移動する移動体に磁石が取り付けられた位置検出装置としても構わない。また、用途はステアリングロック装置に限らない。

また、磁石を永久磁石として説明したが、電磁石であっても構わない。

なお、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態およびその変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、２、３、４…位置検出装置、５…回転支柱、
１０…磁石、１１…第１の磁石、１２…第２の磁石、２１…第１の磁気検出素子、２２…第２の磁気検出素子、２３…第３の磁気検出素子、３０…基板、４０…判定部

Claims

磁場を発生させると共に第１の位置及び第２の位置を移動する磁場発生部と、
第１の磁場を検出する第１の磁気検出素子と、
前記第１の磁場とは異なる第２の磁場を検出する第２の磁気検出素子と、
前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子の両方が、予め定められた閾値の検出をしたことにより、前記磁場発生部が前記第１の位置に到達したと判定する判定部
を備えた位置検出装置。
前記磁場発生部は、前記移動方向に対し垂直方向へ異なる２方向の磁場を発生し、
前記第１の磁気検出素子は、前記異なる２方向の磁場の一方を検出し、前記第２の磁気検出素子は、前記異なる２方向の磁場の他方を検出する
請求項１に記載の位置検出装置。
前記磁場発生部は、片面２極型の永久磁石である
請求項２に記載の位置検出装置。
前記磁場発生部は、前記第１の磁気検出素子、および、前記第２の磁気検出素子にそれぞれ対応した２つの永久磁石である
請求項２に記載の位置検出装置。
前記第１の磁気検出素子はＮ極検出のホール素子であり、前記第２の磁気検出素子はＳ極検出のホール素子である
請求項１から４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
前記磁場発生部の移動は所定の円周上であり、前記第１の磁気検出素子、および、前記第２の磁気検出素子は、前記円周の中心軸方向に並べて配置されている
請求項１から５のいずれか一項に記載の位置検出装置。