JP2022016309A - リニアポジションセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ストローク範囲の全体だけでなく、ストローク範囲の全体の中で必要精度範囲あるいは必要精度位置の検出精度を選択的に向上させること。【解決手段】リニアポジションセンサ１００は、検出体１５０のストローク方向における位置を検出する。検出体１５０は、複数の磁石１５１～１５３がストローク方向に沿って離間して配置されると共に、各磁石１５１～１５３のうちの隣同士の磁極面１５４～１５６が反対の極となるように配置される。検出部１１１は、ストローク方向における検出体１５０に対する相対的な移動に伴って各磁石１５１～１５３から受ける磁界の変化に基づいて、各磁石１５１～１５３の位置に対応した位相の正弦信号及び余弦信号を取得する。信号処理部１１２は、正弦信号及び余弦信号に基づいて逆正接関数を示す逆正接信号を生成し、逆正接信号を検出体１５０の位置を示す位置信号として取得する。【選択図】図１

Description

本発明は、リニアポジションセンサに関する。

従来より、磁気感知素子と、磁極面が磁気感知素子と対向して配列された複数の磁気部材と、を備えた位置検出装置が、例えば特許文献１で提案されている。隣り合う磁気部材の各磁極面は、互いに反対の極である。また、隣り合う磁気部材は、相互に離間して等間隔に配置される。

磁気感知素子及び各磁気部材は、各磁気部材の配列方向に沿ったストローク範囲を相対的に移動する。磁気感知素子は、位相が９０°ずれた２相の出力信号を得る。磁気部材のサイズや各磁気部材のピッチは、ストローク範囲の全体の検出精度を確保するために調整される。

特許第５０１３１４６号公報

ここで、ストローク範囲の全体の中で、特定の範囲や特定の位置の検出精度が要求される場合がある。ストローク範囲の全体の中で検出精度が要求される範囲や位置は、必要精度範囲あるいは必要精度位置である。

しかし、上記従来の技術では、ストローク範囲の全体の検出精度を確保するために各磁気部材のサイズや各磁気部材のピッチが同一に調整される。このため、ストローク範囲の全体の中で必要精度範囲の検出精度を選択的に向上させることが難しい。

本発明は上記点に鑑み、ストローク範囲の全体だけでなく、ストローク範囲の全体の中で必要精度範囲あるいは必要精度位置の検出精度を選択的に向上させることができるリニア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、リニアポジションセンサは、検出体（１５０）のストローク方向における位置を検出する。検出体は、複数の磁石（１５１～１５３）がストローク方向に沿って離間して配置されると共に複数の磁石のうちの隣同士の磁極面（１５４～１５６）が反対の極となるように配置される。リニアポジションセンサは、検出部（１１１）及び信号処理部（１１２）を含む。

検出部は、複数の磁石の各磁極面（１５４～１５６）に対してギャップ方向にギャップを持って配置される。検出部は、ストローク方向における検出体に対する相対的な移動に伴って複数の磁石から受ける磁界の変化に基づいて、複数の磁石の位置に対応した位相の検出信号として、正弦関数を示す正弦信号及び余弦関数を示す余弦信号を取得する。

信号処理部は、検出部から正弦信号及び余弦信号を取得する。信号処理部は、正弦信号及び余弦信号に基づいて逆正接関数を示すと共に検出体と検出部と相対的なストローク量に応じた逆正接信号を生成し、逆正接信号を検出体の位置を示す位置信号として取得する。

これによると、検出体の構成を変更することによって、検出部が複数の磁石から受ける磁界を調整することが可能になる。したがって、ストローク範囲の全体だけでなく、ストローク範囲の全体の中で必要精度範囲あるいは必要精度位置の検出精度を選択的に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。

第１実施形態に係るリニアポジションセンサを用いたシステムの構成図である。 検出体が直進あるいは往復する場合を示した図である。 検出体が回転あるいは回動する場合を示した図である。 第１実施形態に係るリニア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。 リニアポジションセンサの回路構成を示した図である。 図６に示された回路構成の信号処理の内容を示した図である。 検出体のストローク量に対する位置信号を示した図である。 第１実施形態に係る検出体の構成を示した図である。 図９に示された検出体のストローク量に対する誤差を示した図である。 比較例として、図９と異なる検出体の構成を示した図である。 図１１に示された検出体のストローク量に対する誤差を示した図である。 特定の範囲と特定の範囲との切替位置で必要精度位置が要求される例を示した図である。 第２実施形態に係る検出体の構成を示した図である。 図１４に示された検出体のストローク量に対する誤差を示した図である。 比較例として、図１４と異なる検出体の構成を示した図である。 図１６に示された検出体のストローク量に対する誤差を示した図である。 比較例として、各磁極面の高さが同じ場合を示した図である。 図１８に示された検出体のストローク量に対する誤差を示した図である。 変形例として、磁石が３個の場合を示した図である。 変形例として、磁石が３個の場合を示した図である。 第３実施形態に係る検出体の構成を示した図である。 図２２に示された検出体のストローク量に対する誤差を示した図である。 比較例として、図２２と異なる検出体の構成を示した図である。 図２４に示された検出体のストローク量に対する誤差を示した図である。 比較例として、各磁極面の各幅が同じ場合を示した図である。 図２６に示された検出体のストローク量に対する誤差を示した図である。 第３実施形態に係る検出体の磁気ベクトルを示した図である。 図２８に示された検出体における原点補正前と原点補正後の誤差を示した図である。 比較例として、各磁極面の各幅が同じ場合の磁気ベクトルを示した図である。 図３０に示された比較例における原点補正前と原点補正後の誤差を示した図である。 変形例として、各磁石が非等間隔に配置された場合を示した図である。 変形例として、各磁石の各高さが異なる場合を示した図である。 第４実施形態に係るセンサチップを示した図である。 図３４に示されたセンサチップの場合におけるストローク量に対する誤差を示した図である。 比較例として、センサチップの一方向がギャップ方向に平行な場合を示した図である。 図３６に示されたセンサチップの場合におけるストローク量に対する誤差を示した図である。 第５実施形態に係る各磁石の構成を示した図である。 変形例として、グラデーション着磁の場合を示した図である。 変形例として、多極着磁の場合を示した図である。 変形例として、各磁石が非等間隔に着磁された場合を示した図である。 変形例として、プラスチックマグネットの形状を変更した場合を示した図である。 変形例として、プラスチックマグネットの形状を変更した場合を示した図である。 上段は第６実施形態に係る検出体の構成を示した図であり、下段は比較例として各磁極面が同じ方向に向けられた構成を示した図である。 第７実施形態に係る検出体の構成を示した図である。 変形例として、１個の補助磁石を採用した場合を示した図である。 変形例として、３個の磁石の間に補助磁石を採用した場合を示した図である。 変形例として、多極磁石の補助磁石を採用した場合を示した図である。 変形例として、多極磁石の補助磁石を採用した場合を示した図である。 比較例として、各磁極面の各幅が同じ場合を示した図である。 第８実施形態に係る検出体の構成を示した図である。 検出体がシャフトを有する場合におけるストローク量に対する誤差を示した図である。 比較例として、検出体がシャフトを有しない場合におけるストローク量に対する誤差を示した図である。 最大ストローク量においてシャフトの長さに対する誤差を示した図である。 第９実施形態に係る検出体の構成を示した図である。 ヨークが突出部を有する場合におけるストローク量に対する誤差を示した図である。 比較例として、ヨークが突出部を有する場合におけるストローク量に対する誤差を示した図である。 検出体が磁石を複数有する場合を示した図である。 第１０実施形態に係る検出体の構成を示した斜視図である。 図５９に示された検出体の正面図である。 図５９に示された検出体の上面図である。 図５９に示された検出体の場合におけるストローク量に対する誤差を示した図である。 取付部が第２磁石の側に配置された場合におけるストローク量に対する誤差を示した図である。

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、第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係るリニアポジションセンサは、検出体のストローク方向における位置を位置するセンサである。検出体は、例えば車両に搭載された可動部品である。以下、リニアポジションセンサを単にセンサと言う。

図１に示されるように、センサ１００は、車両の減速機を制御するシステムに採用される。減速機は、アクチュエータ１０、ギア１１、及び駆動部１２を含む。アクチュエータ１０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００によって制御される。アクチュエータ１０はＥＣＵ２００の制御に従って、減速機のギア１１を回転させる。駆動部１２は、ギア１１の回転によって動作する部品である。駆動部１２は、一定のストローク範囲を移動する検出体を含む。

センサ１００は、ストローク方向に沿って移動する検出体の現在の位置を検出する。具体的には、センサ１００は、検出体のストローク量に比例する信号を取得することで、検出体の現在の位置を検出する。ＥＣＵ２００は、センサ１００から検出体の現在の位置を取得する。ＥＣＵ２００は、センサ１００の検出結果をアクチュエータ１０の制御にフィードバックする。

図２に示されるように、検出体１５０は、ストローク方向に沿って直進あるいは往復する場合がある。図３に示されるように、検出体１５０は、ストローク方向に沿って回転あるいは回動する場合がある。検出体１５０は、ストローク方向に沿って特定の角度内で回動する場合もある。

検出体１５０は、複数の磁石１５１～１５３を有する。各磁石１５１～１５３は、ストローク方向に沿って離間して配置される。各磁石１５１～１５３は、隣同士の磁極面１５４～１５６が反対の極となるように配置される。

図４に示されるように、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を備える。ケース１０１は、検出体１５０の側の先端部１０２、周辺機構に固定されるフランジ部１０３、及びハーネスが接続されるコネクタ部１０４を有する。センシング部分は、先端部１０２の内部に設けられる。

また、先端部１０２が検出体１５０の各磁極面１５４～１５６に対して所定のギャップを持つように、センサ１００がフランジ部１０３を介して周辺機構に固定される。したがって、検出体１５０がセンサ１００に対して移動する。

なお、検出体１５０の位置が固定され、センサ１００がストローク方向に沿って移動しても良い。ストローク方向は、検出体１５０とセンサ１００との相対的な移動方向である。よって、ストローク範囲も検出体１５０とセンサ１００との相対的な移動範囲である。

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５に示されるように、センサ１００は、モールドＩＣ部１０５及びキャップ部１０６を備える。モールドＩＣ部１０５は、キャップ部１０６に差し込まれる。これらは、ケース１０１の先端部１０２に収容される。

モールドＩＣ部１０５及びキャップ部１０６は一体化される。モールドＩＣ部１０５の主な部分は、キャップ部１０６の中空部に位置する。キャップ部１０６は、ケース１０１の内部におけるモールドＩＣ部１０５の位置を固定する。

モールドＩＣ部１０５は、図示しないリードフレーム、処理回路チップ、センサチップ、及びモールド樹脂部を有する。リードフレームは、複数のリード１０７～１１０を有する。複数のリード１０７～１１０は、電源電圧が印加される電源端子１０７、グランド電圧が印加されるグランド端子１０８、信号を出力するための第１出力端子１０９及び第２出力端子１１０に対応する。つまり、各リード１０７～１１０は、電源用、グランド用、及び信号用の４本である。各リード１０７～１１０の先端にはターミナルがそれぞれ接続される。ターミナルは、ケース１０１のコネクタ部１０４に位置する。また、ターミナルがハーネスに接続される。

処理回路チップ及びセンサチップは、接着剤等によってリードフレームに実装される。処理回路チップは、センサチップの信号を処理する回路部を備える。センサチップは、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む。磁気抵抗素子は、例えばＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲである。

モールド樹脂部は、各リード１０７～１１０の先端部分が露出するように、リードフレームの一部、処理回路チップ、及びセンサチップを封止する。モールド樹脂部は、キャップ部１０６の中空部に固定される形状に成形される。

ホール素子を用いた磁気検出方式を採用した場合、モールドＩＣ部１０５は、リードフレーム、ＩＣチップ、及びモールド樹脂部を有する。リードフレームはＩＣチップが実装されるアイランド部を含む。アイランド部は、平面部が検出体１５０のストローク方向に対して平行になるように配置される。ＩＣチップは、複数のホール素子と信号処理回路部とを有する。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。なお、複数のホール素子を複数のチップで構成しても構わない。素子と回路をどのようなチップ構成とするかは適宜選択すれば良い。

次に、センサチップ及び処理回路チップあるいはＩＣチップに構成された回路構成について説明する。図６に示されるように、センサ１００とＥＣＵ２００とがハーネス３００を介して電気的に接続される。上述のように、モールドＩＣ部１０５は４本のリード１０７～１１０を有するので、ハーネス３００は４本の配線によって構成される。

ＥＣＵ２００は、電源部２０１、制御部２０２、及びグランド部２０３を備えた電子制御装置である。電源部２０１は、センサ１００に電源電圧を供給する回路部である。制御部２０２は、センサ１００から入力する位置信号に応じて予め決められた制御を行う回路部である。なお、制御部２０２は、各出力端子１０９、１１０に対応した回路部として構成されていても良い。グランド部２０３はセンサ１００のグランド電圧を設定する回路部である。

センサ１００は、検出部１１１及び信号処理部１１２を備える。検出部１１１は、センサチップを含む。信号処理部１１２は、処理回路チップに設けられる。検出部１１１及び信号処理部１１２は、ＥＣＵ２００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１１１は、各磁石１５１～１５３の各磁極面１５４～１５６に対してギャップ方向にギャップを持って配置される。検出部１１１は、第１検出部１１３及び第２検出部１１４を有する。第１検出部１１３は、検出体１５０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る。第２検出部１１４は、検出体１５０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る。各検出部１１３、１１４は、同じ構成であり、同じ検出信号を出力する。

図７に示されるように、各検出部１１３、１１４は、４個の磁気検出素子及び温度検出素子を有する。なお、図７では各検出部１１３、１１４のうちの１つを図示している。本実施形態では、各磁気検出素子は、検出体１５０の移動に伴って抵抗値が変化する。

各磁気検出素子は、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電圧値として取得する。各検出部１１３、１１４は、各電圧値から位相が異なる複数の検出信号を生成する。異なる複数の検出信号は、正弦関数を示す正弦信号（ｓｉｎθ）及び余弦関数を示す余弦信号（ｃｏｓθ）である。

正弦信号（ｓｉｎθ）を取得するための磁気抵抗素子は、ギャップ方向に沿って形成される。余弦信号（ｃｏｓθ）を取得するための磁気抵抗素子は、ストローク方向に沿って形成される。すなわち、素子の形成方向は９０度異なる。

各磁気検出素子のうちの１個は、Ｓｉｎ＋の電圧信号を出力する。同様に、他の３個の磁気検出素子は、Ｓｉｎ－、Ｃｏｓ＋、Ｃｏｓ－の各電圧信号を出力する。Ｓｉｎ＋及びＳｉｎ－の各電圧信号は、正弦信号であると共に、位相が逆である。Ｃｏｓ＋及びＣｏｓ－の各電圧信号は、余弦信号であると共に、位相が逆である。温度検出素子は、Ｔｅｍｐの温度信号を出力する。

Ｓｉｎ＋、Ｓｉｎ－、Ｃｏｓ＋、Ｃｏｓ－の各電圧信号及びＴｅｍｐの温度信号は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）によって順次信号が切り替えられ、アナログ処理及びＡＤ変換される。ここで、Ｓｉｎ＋の電圧信号とＳｉｎ－の電圧信号との差動が演算される。これにより、Ｓｉｎ＋の電圧信号とＳｉｎ－の電圧信号とが逆相の関係から各電圧信号に含まれるノイズが除去されると共に、振幅が２倍の正弦信号（ｓｉｎθ）が得られる。同様に、Ｃｏｓ＋の電圧信号とＣｏｓ－の電圧信号との差動が演算されることで、余弦信号（ｃｏｓθ）が得られる。

具体的には、検出体１５０がストローク方向に移動すると、各磁気検出素子の磁気ベクトルは、各磁石１５１～１５３から受ける磁界の変化に対応して変化する。すなわち、センサチップが受ける磁気ベクトルが回転する。これにより、各検出部１１３、１１４は、ストローク方向における検出体１５０に対する相対的な移動に伴って各磁石１５１～１５３から受ける磁界の変化に基づいて、各磁石１５１～１５３の位置に対応した位相の検出信号として正弦信号及び余弦信号を取得する。各検出部１１３、１１４は検出信号を信号処理部１１２に出力する。

図６の信号処理部１１２は、検出部１１１から入力される検出信号を処理する回路部である。信号処理部１１２は、検出部１１１から検出信号を取得し、検出信号に基づいて検出体１５０の位置を示す位置信号を取得する。信号処理部１１２は、第１処理部１２０、第２処理部１２１、冗長判定部１２２を備える。

ここで、第１検出部１１３及び第１処理部１２０が第１系統を構成する。また、第２検出部１１４及び第２処理部１２１が第２系統を構成する。つまり、各検出部１１３、１１４及び各処理部１２０、１２１は２重系を構成する。

第１処理部１２０は、第１検出部１１３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体１５０の位置を取得する。第２処理部１２１は、第２検出部１１４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体１５０の位置を取得する。

具体的には、各処理部１２０、１２１は、（余弦信号の信号値）／（正弦信号の信号値）を演算する。これにより、逆正接関数を示すと共に検出体１５０の位置に応じて信号値が一定の増加率で増加する逆正接信号が得られる。逆正接信号は、検出体１５０と検出部１１１との相対的なストローク量に応じた信号である。各処理部１２０、１２１は、逆正接信号を位置信号として取得する。

図８に示されるように、第１処理部１２０は、逆正接信号を第１位置信号（Ｏ１）としてＥＣＵ２００に出力する。また、第２処理部１２１は、逆正接信号を反転させた第２位置信号（Ｏ２）をＥＣＵ２００に出力する。よって、検出部１１１や信号処理部１１２に異常が無ければ、第１処理部１２０の第１位置信号と第２処理部１２１の第２位置信号とを足すと一定値になる。

図６の冗長判定部１２２は、第１処理部１２０によって取得された検出体１５０の位置と第２処理部１２１によって取得された検出体１５０の位置とが一致するか否かを判定する回路部である。２系統の信号処理結果が一致する場合、信号処理部１１２は、各位置信号をそのまま出力する。２系統の信号処理結果が一致しない場合、各系統のいずれか一方または両方に異常が発生している可能性がある。この場合、信号処理部１１２は、異常を示す異常信号をＥＣＵ２００に出力する。

信号処理をまとめると、例えば図７の内容となる。アナログ処理は、複数の検出信号を生成する処理である。なお、検出部１１１は温度を検出する機能を有していても良い。温度情報は温度補正Ｔｅｍｐに用いられる。

アナログ処理されたアナログ信号はＡＤ変換されてデジタル信号に変換され、逆正接信号を生成するために演算処理される。アナログ処理及び演算処理では、センサ１００のメモリに記憶された調整値が適宜利用される。演算処理によって取得された位置信号は、ＤＡＣ、ＳＥＮＴ、ＰＷＭ等の出力形式に従ってＥＣＵ２００に出力される。

なお、アナログ処理及び演算処理は信号処理部１１２で行われる。よって、ＡＤ変換を行うためのＡ／Ｄコンバータやメモリは信号処理部１１２に設けられている。以上が、本実施形態に係るセンサ１００の構成である。

次に、本実施形態に係る検出体１５０の構成について説明する。図９に示されるように、検出体１５０は、第１磁石１５１、第２磁石１５２、第３磁石１５３、及びヨーク１５７を備える。ヨーク１５７は、一面１５８を有する磁性体の板である。ヨーク１５７は、駆動部１２の可動部品に固定される。

第１磁石１５１は、Ｎ極の第１磁極面１５４を有する。第２磁石１５２は、Ｓ極の第２磁極面１５５を有する。第３磁石１５３は、Ｎ極の第３磁極面１５６を有する。各磁石１５１～１５３は、焼結磁石である。各磁石１５１～１５３の材質は、例えば、フェライト、ネオジウムやサマリウムコバルト等の希土類である。各磁石１５１～１５３は、全て同じサイズである。

各磁石１５１～１５３は、各磁極面１５４～１５６がセンサ１００の側に向けられた状態で、ヨーク１５７の一面１５８に配置される。第２磁石１５２は、第１磁石１５１と第３磁石１５３との間に配置される。ｙ方向におけるヨーク１５７の一面１５８の幅は、各磁石１５１～１５３と同じである。なお、ｙ方向は、ヨーク１５７の一面１５８の面方向において、ストローク方向に対して垂直の方向である。

ここで、第１磁石１５１と第３磁石１５３との間を０ｄｅｇ～３６０ｄｅｇと定義する。具体的には、ストローク方向において、第１磁石１５１の幅中心から第３磁石１５３の幅中心までの位置を０ｄｅｇ～３６０ｄｅｇとする。「３６０ｄｅｇ」は電気角である。つまり、検出体１５０のストローク量が電気角の角度で表される。したがって、電気角が長さに変換される。

そして、各磁石１５１～１５３は、第１磁石１５１と第２磁石１５２との第１間隔ｘ１と、第２磁石１５２と第３磁石１５３との第２間隔ｘ２と、が異なる。すなわち、各磁石１５１～１５３は、非等間隔で配置される。本実施形態では、第１間隔ｘ１が第２間隔ｘ２よりも短い。

発明者らは、上記の構成において、理想的な位置信号に含まれる誤差を調べた。理想的な位置信号とは、ストローク量に応じて信号値が一定の増加率で増加する信号である。誤差は、ストローク量に比例する理想的な信号値に対するズレ量である。なお、誤差は、検出体１５０のストローク量のフルスケールに対する割合として表される。誤差の結果を図１０に示す。

図１０に示されるように、第１間隔ｘ１に対応する位置信号の誤差が、第２間隔ｘ２に対応する位置信号の誤差よりも小さくなった。すなわち、第１間隔ｘ１に対応するストローク範囲は、第２間隔ｘ２に対応するストローク範囲よりも検出精度が高い。ギャップ方向における各磁極面１５４～１５６とセンサ１００とのギャップを変化させた場合も、同じ結果になった。

これは、第１間隔ｘ１に形成される磁界と、第２間隔ｘ２に形成される磁界と、がアンバランスになるためである。検出精度が要求される必要精度範囲が第１間隔ｘ１に対応するストローク範囲であるとすると、ストローク範囲の全体の中で第１間隔ｘ１に対応するストローク範囲の検出精度が向上したと言える。したがって、ストローク範囲の全体の中で必要精度範囲の検出精度を選択的に向上させることができる。

比較例として、図１１に示されるように、第２間隔ｘ２が第１間隔ｘ１よりもわずかに大きい場合がある。この場合、図１２に示されるように、ストローク範囲の全体の誤差は、ギャップの違いにかかわらず、２箇所の誤差が、ほぼ０になった。

検出精度が要求される必要精度位置が例えば６ｍｍ前後と１６ｍｍ前後のストローク量であるとすると、ストローク範囲の全体の中で検出体１５０の２箇所の位置での検出精度が向上したと言える。これは、図１３に示されるように、特定の範囲である第１レンジ及び第２レンジと特定の範囲である中間位置との境界部における切替位置での検出精度が要求される場合に利用することができる。

以上説明したように、本実施形態では、各磁石１５１～１５３が非等間隔に配置される。これにより、センサ１００の検出部１１１が各磁石１５１～１５３から受ける磁界をアンバランスに調整することができる。したがって、ストローク範囲の全体の中で必要精度範囲あるいは必要精度位置の検出精度を選択的に向上させることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。図１４に示されるように、検出体１５０は、第１磁石１５１、第２磁石１５２、及びヨーク１５７を備える。ストローク方向におけるヨーク１５７の幅は、第１磁石１５１の端部から第２磁石１５２の端部までである。

そして、ギャップ方向において、ヨーク１５７の一面１５８を基準として、第１磁石１５１の第１磁極面１５４の第１高さｚ１と、第２磁石１５２の第２磁極面１５５の第２高さｚ２と、が異なる。本実施形態では、第１高さｚ１が第２高さｚ２よりも低い。第１高さｚ１は、例えば２ｍｍである。第２高さｚ２は、例えば３ｍｍである。

発明者らは、第１実施形態と同様に、位置信号の誤差を調べた。その結果を図１５に示す。図１５の矢印で示されるように、誤差は、ギャップの違いにかかわらず、１８ｍｍのストローク量で０になった。

比較例として、図１６に示されるように、第１磁石１５１の第１高さｚ１が第２磁石１５２の第２高さｚ２よりも高い場合がある。第１高さｚ１は、例えば３ｍｍである。第２高さｚ２は、例えば２ｍｍである。この場合、図１７の矢印で示されるように、誤差は、ギャップの違いにかかわらず、１１ｍｍのストローク量で０になった。

別の比較例として、図１８に示されるように、各磁石１５１、１５２の各高さが同じ場合がある。各磁石１５１、１５２の各高さは、例えば３ｍｍである。この場合、図１９の矢印で示されるように、誤差は、ギャップの違いにかかわらず、１４ｍｍのストローク量で０となった。

上記の各結果から、各磁石１５１、１５２の各高さが異なることで、検出精度が高い位置を調整できることがわかる。これは、各磁石１５１、１５２の各高さが異なることで、第１磁石１５１によって形成される磁界と、第２磁石１５２によって形成される磁界と、がアンバランスになるためである。すなわち、各磁石１５１、１５２の各高さが異なることに伴って、各磁石１５１、１５２が磁力を吸う量や吐き出す量がアンバランスになるためである。

以上説明したように、各磁石１５１、１５２の各高さを異ならせることにより、ストローク範囲の全体の中で各磁石１５１、１５２のうちの高さが高い側における特定の位置の検出精度を向上させることができる。したがって、ストローク範囲の全体の中で必要精度位置の検出精度を選択的に向上させることができる。

変形例として、図２０に示されるように、検出体１５０は、第３高さｚ３の第３磁石１５３を備えていても良い。この場合、ギャップ方向において、ヨーク１５７の一面１５８を基準として、各磁石１５１～１５３の各磁極面１５４～１５６のうちの少なくとも１つの高さが他の高さと異なる。例えば、第２磁石１５２の第２高さｚ２が、第１磁石１５１及び第３磁石１５３の各高さよりも高い。あるいは、第２磁石１５２の第２高さｚ２が、第１磁石１５１及び第３磁石１５３の各高さよりも低い。第１高さｚ１と第３高さｚ３とは同じである。なお、各磁石１５１～１５３の各高さが全て異なっていても良い。

変形例として、図２１に示されるように、３個の磁石１５１～１５３は、各高さが異なると共に、非等間隔に配置されても良い。図２１には、第２磁石１５２の第２高さｚ２が第１磁石１５１及び第３磁石１５３の各高さよりも高い場合が示されている。もちろん、第２磁石１５２の第２高さｚ２が第１磁石１５１及び第３磁石１５３の各高さよりも低い場合や、各磁石１５１～１５３の各高さが全て異なっていても良い。

（第３実施形態）
本実施形態では、主に第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図２２に示されるように、検出体１５０は、３個の磁石１５１～１５３及びヨーク１５７を有する。

各磁石１５１～１５３は等間隔に配置される。ストローク方向における第１磁石１５１の幅中心から第３磁石１５３の幅中心までの距離は、例えば２５ｍｍである。ストローク方向における第１磁石１５１のうちの第２磁石１５２の側の端部から、第３磁石１５３のうちの第２磁石１５２の側の端部まで、の距離は例えば２０ｍｍである。

そして、ストローク方向において、第１磁石１５１の第１磁極面１５４の第１幅ｘ３、第２磁石１５２の第２磁極面１５５の第２幅ｘ４、及び第３磁石１５３の第３磁極面１５６の第３幅ｘ５のうちの少なくとも１つの幅が他の幅と異なる。本実施形態では、第２幅ｘ４が、第１幅ｘ３及び第３幅ｘ５よりも小さい。第１幅ｘ３と第３幅ｘ５とは同じである。第２幅ｘ４は、例えば３ｍｍである。第１幅ｘ３及び第３幅ｘ５は、例えば５ｍｍである。

発明者らは、第１実施形態と同様に、位置信号の誤差を調べた。その結果を図２３に示す。図２３に示されるように、誤差は、ギャップの違いにかかわらず、ストローク範囲の全体で小さくなると共に、特定の位置で０になった。

比較例として、図２４に示されるように、第２幅ｘ４が、第１幅ｘ３及び第３幅ｘ５よりも大きい場合がある。第２幅ｘ４は、例えば５ｍｍである。第１幅ｘ３及び第３幅ｘ５は、例えば３ｍｍである。この場合、図２５に示されるように、誤差は、ギャップの違いにかかわらず、１０ｍｍ～１２ｍｍのストローク量の範囲の特定の位置で０になった。しかし、０ｍｍ～１０ｍｍ及び１２ｍｍ～２２ｍｍのストローク量の範囲では、ギャップが５ｍｍ及び７ｍｍの場合の誤差が大きくなった。

別の比較例として、図２６に示されるように、各磁石１５１～１５３の各幅が同じ場合がある。各磁石１５１～１５３の各幅は、例えば３ｍｍである。この場合、図２７に示されるように、図２４の比較例よりもストローク範囲の全体で誤差が小さくなった。

上記の結果によると、第２幅ｘ４が、第１幅ｘ３及び第３幅ｘ５よりも大きい場合、第２磁石１５２に磁気ベクトルが強く引き寄せられたため、ストローク範囲のうち誤差が大きくなる範囲が生じた。これに対し、第２幅ｘ４が、第１幅ｘ３及び第３幅ｘ５よりも小さい場合、第２磁石１５２に引き寄せられる磁気ベクトルが緩やかになる。その結果、１０ｍｍ～１２ｍｍのストローク量の範囲だけでなく、０ｍｍ～１０ｍｍ及び１２ｍｍ～２２ｍｍのストローク量の範囲での検出精度が向上した。

以上のように、各磁石１５１～１５３のストローク方向における幅を異ならせることで、ストローク範囲の全体の中で必要精度範囲の検出精度を選択的に向上させることができる。

また、図２８に示されるように、ストローク方向における第１磁石１５１と第２磁石１５２との間において、ギャップの値にかかわらず磁気ベクトルがストローク方向に揃う位置がある。ストローク方向における第２磁石１５２と第３磁石１５３との間も同様である。

通常、センサ１００は、ギャップの値にかかわらず磁気ベクトルがストローク方向に揃う位置が検出範囲の原点及び終点になるように車両に搭載されるが、センサ１００や検出体１５０の搭載ずれの可能性がある。搭載ずれは、ストロークの原点における位置信号に誤差を生じさせる。なお、ストローク方向において、ギャップの値にかかわらず磁気ベクトルがストローク方向に揃う位置は、ギャップ特性が無くなる位置に対応する。

そこで、ストロークの原点における位置信号の誤差を０にするための原点補正を行う。原点補正は、センサ１００の搭載後に行う。原点補正を行うことで、ストロークの原点の誤差が０になるように位置信号に補正値を加える。補正値は、位置信号のオフセット値である。オフセット値は、ＥＣＵ２００のメモリに記憶される。オフセット値は、センサ１００のメモリに記憶されても構わない。

例えば、誤差を考慮しない磁気回路が構成された場合、図２８に示されるように、原点補正前では、ストロークの原点に大きな誤差が生じてしまう。よって、原点補正を行うことで、ストロークの原点の誤差は０になるが、ストローク量が大きくなるほど、誤差が大きくなってしまう。このため、使用電気角の範囲を広げることが難しい。使用電気角の範囲を広げた場合、誤差はさらに大きくなる。

これに対し、図２９に示されるように、ストローク方向における各磁石１５１～１５３の幅が全て同じ構成とする。検出範囲の原点は第１磁石１５１と第２磁石１５２との中間に位置すると共に、検出範囲の終点は第２磁石１５２と第３磁石１５３との中間に位置する。この場合、図３０に示されるように、原点補正前では、誤差がストロークの原点に生じるが、図２８に示された場合よりも小さくなる。そして、原点補正後では、誤差はストロークの原点で０になる。誤差の最大幅も、原点補正前よりも小さくなる。したがって、第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、図３１に示されるように、ストローク方向における両サイドの磁石１５１、１５３の幅を第２磁石１５２の幅よりも大きくする。これにより、両サイドの磁石１５１、１５３の磁力線が相対的に第２磁石１５２に引き込まれなくなるので、磁気ベクトルがストローク方向に揃う位置が両サイドの磁石１５１、１５３の側にシフトする。このため、検出範囲の原点は第１磁石１５１と第２磁石１５２との中間位置よりも第１磁石１５１の側に位置すると共に、検出範囲の終点は第２磁石１５２と第３磁石１５３との中間位置よりも第３磁石１５３の側に位置する。つまり、使用電気角の範囲が広くなるので、検出範囲を広くすることができる。なお、検出体１５０が２個の磁石１５１、１５２を有する場合にも上記と同様に原点補正を行うことができる。

変形例として、図３２に示されるように、３個の磁石１５１～１５３は、各幅が異なると共に、非等間隔に配置されても良い。さらに、各磁石１５１～１５３は、各高さが異なっていても良い。

変形例として、図３３に示されるように、３個の磁石１５１～１５３は、各幅及び各高さが異なっていても良い。

変形例として、検出体１５０は、２個の磁石１５１、１５２を備えていても良い。この場合、ストローク方向において、第１磁石１５１の第１磁極面１５４の第１幅ｘ３と、第２磁石１５２の第２磁極面１５５の第２幅ｘ４と、が異なる。さらに、２個の磁石１５１、１５２の各高さが異なっていても良い。

（第４実施形態）
本実施形態では、主に第１～第３実施形態と異なる部分について説明する。図３４に示されるように、検出部１１１は、センサチップ１２３を備える。センサチップ１２３は、ギャップ方向及びストローク方向に平行な一面１２４を有する。センサチップ１２３は、一面１２４の面方向のうちの一方向が正弦信号に対応する方向に設定される。

さらに、センサチップ１２３は、一方向がストローク方向あるいはギャップ方向に対して傾斜した状態で検出部１１１に固定される。すなわち、センサチップ１２３が一定角度だけ回転した状態である。

発明者らは、第１実施形態と同様に、位置信号の誤差を調べた。なお、検出体１５０として、３個の磁石１５１～１５３を等間隔に配置したものを採用した。その結果を図３５に示す。図３５に示されるように、ストローク範囲の全体での検出範囲における誤差は、ギャップの違いにかかわらず、小さくなった。また、検出範囲のスタート位置は、センサチップ１２３を回転させない場合よりもストローク量が増加する側にずれた。

比較例として、図３６に示されるように、センサチップ１２３の一方向がギャップ方向に平行な場合がある。すなわち、センサチップ１２３を回転させない場合がある。この場合、上記と同じストローク量の検出範囲とすると、図３７の破線で囲まれた部分に示されるように、検出範囲のスタート位置付近における誤差が、ギャップの違いにかかわらず、大きくなった。

上記の結果によると、センサチップ１２３を回転させたことによって、ストローク範囲の全体の中で誤差が小さい範囲に検出範囲を移動させることができたと言える。これは、センサチップ１２３の回転に伴って、各磁気検出素子の検出方向の位相も回転したからである。

以上のように、センサチップ１２３の向きを変更することによって、ストローク範囲の全体の中で必要精度範囲の検出精度を選択的に向上させることができる。

変形例として、センサチップ１２３の向きを変更することは、上記各実施形態に示された構成や、上記各実施形態が組み合わされた構成に採用することができる。例えば、２個の磁石１５１、１５２を採用する場合、各磁石１５１～１５３の各高さや各幅が異なる場合、３個の各磁石１５１～１５３が非等間隔に配置される場合に適用できる。

（第５実施形態）
本実施形態では、主に上記各実施形態と異なる部分について説明する。図３８に示されるように、３個の磁石１５１～１５３は、プラスチックマグネット１５９に着磁されたことにより構成される。プラスチックマグネット１５９は、例えば、フェライト、ネオジウムやサマリウムコバルト等の希土類を含む。

プラスチックマグネット１５９は、磁石の微粒子が樹脂材料に混ぜられた樹脂成形品である。プラスチックマグネット１５９は、ヨーク１５７に固定される。各磁石１５１～１５３は、極異方着磁によって着磁される。なお、各磁石１５１～１５３は、等方性磁石として着磁されても良い。

変形例として、図３９に示されるように、各磁石１５１～１５３は、グラデーション着磁されていても良い。グラデーション着磁とは、各磁石１５１～１５３の密度が異なるように各磁石１５１～１５３をプラスチックマグネット１５９に着磁する方法である。各磁石１５１～１５３の間の磁力の強さが連続的に変化するので、磁力を調整しやすい。

変形例として、図４０に示されるように、各磁石１５１～１５３は、多極着磁されていても良い。これにより、グラデーション着磁と同様に、磁力を調整しやすくなる。

変形例として、図４１に示されるように、各磁石１５１～１５３は、ストローク方向に非等間隔で着磁されていても良い。

変形例として、図４２に示されるように、２個の磁石１５１、１５２の各高さが異なるようにプラスチックマグネット１５９が成形されていても良い。プラスチックマグネット１５９は、樹脂成形品であるので、様々な形状の磁石を容易に構成することができる。

変形例として、図４３に示されるように、３個の磁石１５１～１５３の各幅が異なるようにプラスチックマグネット１５９が成形されていても良い。

以上のように、各磁石１５１～１５３がプラスチックマグネット１５９に着磁されることで、各磁石１５１～１５３の磁力や位置を調整することが容易になる。また、プラスチックマグネット１５９は、図４１～図４３に示されるように、上記各実施形態の全てと組み合わせることができる。また、各実施形態が組み合わされた構成にも採用することができる。

（第６実施形態）
本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明する。図４４の上段に示されるように、第１磁石１５１は、一部がヨーク１５７の一面１５８のうちの一端部１６０からストローク方向に沿って突出する。また、第１磁石１５１は、第１磁極面１５４がストローク方向に対して垂直に配置される。

第３磁石１５３は、一部がヨーク１５７の一面１５８のうちの一端部１６０とは反対側の他端部１６１からストローク方向に沿って突出する。また、第３磁石１５３は、第３磁極面１５６がストローク方向に対して垂直に配置される。

つまり、第１磁極面１５４及び第３磁極面１５６は、第２磁極面１５５に対してストローク方向に反対の極になっているが、ギャップ方向に平行に配置される。このような場合も、隣同士の磁極面１５４～１５６が反対の極となる配置である。なお、各磁石１５１～１５３は、例えば、ストローク方向に非等間隔で配置される。また、第２磁石１５２は、第１磁石１５１及び第３磁石１５３よりも高さが高い。

上記の構成によると、第１磁石１５１の第１磁極面１５４から吐き出される磁気ベクトルは、ストローク方向に沿う。磁気ベクトルは、第１磁極面１５４から離れるに伴って少しずつ上向きになり、やがてギャップ方向に平行になる。そして、磁気ベクトルは、ギャップ方向に対して傾斜し、ストローク方向に平行になる。その後、磁気ベクトルは、第２磁石１５２に引き寄せられることでストローク方向に対して傾く。第３磁石１５３の第３磁極面１５６から吐き出される磁気ベクトルも同様である。

これにより、第１磁石１５１よりも外側にギャップ方向に平行な磁気ベクトルを作ることができる。同様に、第３磁石１５３よりも外側にギャップ方向に平行な磁気ベクトルを作ることができる。このため、検出範囲は、第１磁石１５１から吐き出された磁気ベクトルがギャップ方向に平行になる位置から、第３磁石１５３から吐き出された磁気ベクトルがギャップ方向に平行になる位置まで、の範囲になる。一方、ストローク方向における検出体１５０の体格は、第１磁極面１５４から第３磁極面１５６までのサイズとなる。よって、検出範囲を体格よりも大きくすることができる。言い換えると、検出範囲を維持しつつ、検出体１５０を小型化することができる。

比較例として、図４４の下段に示されるように、各磁石１５１～１５３の各磁極面１５４～１５６が全て同じ向きの場合、第１磁石１５１及び第３磁石１５３から吐き出される磁気ベクトルはギャップ方向に平行である。このため、当該磁気ベクトルよりも外側に第１磁石１５１の一部、第３磁石１５３の一部、及びヨーク１５７の一部が位置する。よって、比較例における検出範囲は、検出体１５０の体格よりも小さくなる。

以上のように、第１磁石１５１の第１磁極面１５４及び第３磁石１５３の第３磁極面１５６をギャップ方向に平行に配置することで、検出体１５０の体格を小さくすることができる。

変形例として、検出体１５０の体格の小型化は、上記各実施形態に示された構成や、各実施形態が組み合わされた構成に採用することができる。例えば、各磁石１５１～１５３の各高さは同じでも良い。各磁石１５１～１５３の各幅は異なっていても良い。また、センサチップ１２３の向きを変更する構成や、プラスチックマグネット１５９に各磁石１５１～１５３を着磁する構成にも適用できる。

（第７実施形態）
本実施形態では、主に上記各実施形態と異なる部分について説明する。図４５に示されるように、検出体１５０は、第１磁石１５１、第２磁石１５２、第１補助磁石１６２、及び第２補助磁石１６３を備える。

第１補助磁石１６２は、第１磁石１５１と第２磁石１５２との間のうちの第１磁石１５１の側に配置される。第１補助磁石１６２は、第１磁石１５１の第１磁極面１５４に対応する磁界を反発させる。

第２補助磁石１６３は、第１磁石１５１と第２磁石１５２との間のうちの第２磁石１５２の側に配置される。第２補助磁石１６３は、第２磁石１５２の第２磁極面１５５に対応する磁界を反発させる。

なお、各補助磁石１５１、１５２の各高さは、各磁石１５１、１５２と同じである。ストローク方向における各補助磁石１５１、１５２の各幅は、各磁石１５１、１５２の各幅よりも小さい。各補助磁石１５１、１５２のサイズは、各磁石１５１、１５２の間の磁路を調整できれば良いので、他のサイズでも構わない。

各磁石１５１、１５２が離れて配置される場合、各磁石１５１、１５２の間の磁路の形成が難しくなる。また、必要精度範囲における検出精度にも影響する。しかし、上記の構成によると、各補助磁石１５１、１５２によって第１磁石１５１と第２磁石１５２との間の磁路が保たれる。よって、必要精度範囲における検出精度を向上させることができる。

特に、磁気抵抗素子としてＡＭＲを採用する場合、使用可能な電気角は１８０ｄｅｇである。ＡＭＲの場合、各磁石１５１、１５２の距離を大きくして検出範囲を広げると、各磁石１５１、１５２に閉ループが形成されることによって各磁石１５１、１５２の間の磁路の形成が難しくなる。しかし、各磁石１５１、１５２の間に各補助磁石１５１、１５２を配置して閉ループの磁界を反発させることで、各磁石１５１、１５２の間の本来の磁路を形成しやすくすることができる。

変形例として、図４６に示されるように、各磁石１５１、１５２の間には１個の第３補助磁石１６４だけが配置されても良い。この場合、第３補助磁石１６４のＮ極が第１磁石１５１の側に配置され、Ｓ極が第２磁石１５２の側に配置される。

変形例として、図４７に示されるように、検出体１５０が３個の磁石１５１～１５３を備える場合、第１磁石１５１と第２磁石１５２との間に第３補助磁石１６４が配置され、第２磁石１５２と第３磁石１５３との間に第４補助磁石１６５が配置されても良い。この場合、第３補助磁石１６４は、第１磁石１５１の第１磁極面１５４に対応する磁界を反発させると共に、第２磁石１５２の第２磁極面１５５に対応する磁界を反発させる。また、第４補助磁石１６５は、第２磁石１５２の第２磁極面１５５に対応する磁界を反発させると共に、第３磁石１５３の第３磁極面１５６に対応する磁界を反発させる。もちろん、各磁石１５１～１５３の間には、補助磁石１６２～１６５が複数配置されていても良い。

変形例として、図４８に示されるように、第３補助磁石１６４及び第４補助磁石１６５として多極磁石が採用されても良い。多極磁石は、ストローク方向だけでなく、ギャップ方向にもＮ極及びＳ極が設けられた磁石である。したがって、第１磁石１５１から吐き出される磁気ベクトルの傾き、及び、第２磁石１５２に吸い込まれる磁気ベクトルの傾きをストローク方向に対して起き上がらせることができる。つまり、第１磁石１５１と第２磁石１５２との間の磁気ベクトルを寝かさないようにすることができる。第２磁石１５２と第３磁石１５３との間の磁気ベクトルについても同様である。よって、センサ１００と検出体１５０とのギャップが大きい場合だけでなく、ギャップが小さい場合にも、必要精度範囲における検出精度を向上させることができる。

また、図４９に示されるように、各磁石１５１～１５３及び各補助磁石１５１、１５２は、少なくとも、隣の磁石に対向する面がテーパ面になっていても良い。各磁石１５１～１５３は、ストローク方向における各磁極面１５４～１５６の幅が、ヨーク１５７に固定される面の幅よりも小さい。つまり、各磁石１５１～１５３の上辺は下辺よりも小さい。逆に、各補助磁石１５１、１５２は、ストローク方向におけるセンサ１００の側の面幅が、ヨーク１５７に固定される面の幅よりも大きい。つまり、各補助磁石１５１、１５２の上辺は下辺よりも大きい。各磁石１５１～１５３及び各補助磁石１５１、１５２は、例えば四角錐台である。

これにより、第１磁石１５１と第２磁石１５２との間、及び、第２磁石１５２と第３磁石１５３との間の磁気ベクトルをギャップ方向に任意に浮き上がらせることができる。言い換えると、第１磁石１５１と第２磁石１５２との間の磁界を第３補助磁石１６４の磁界によって反発させることができる。第２磁石１５２と第３磁石１５３との間の磁界を、第４補助磁石１６５の磁界によって反発させることができる。また、センサ１００と検出体１５０とのギャップが小さい場合でも、第１磁石１５１と第２磁石１５２との間の磁束密度、第２磁石１５２と第３磁石１５３との間の磁束密度、各補助磁石１５１、１５２の上部の磁束密度を高くすることができる。よって、必要精度範囲における検出精度を向上させることができる。なお、図４８及び図４９に示された構成は、検出体１５０が第１磁石１５１、第２磁石１５２、第３補助磁石１６４を有して構成される場合にも適用できる。

比較例として、図５０に示されるように、ストローク方向における各磁石１５１～１５３の幅が全て同じ構成では、第１磁石１５１と第２磁石１５２との間の磁力線は最短経路で到達しようとするため、磁気ベクトルが理想より寝てしまう。すなわち、磁気ベクトルはストローク方向に沿ってしまう。第２磁石１５２と第３磁石１５３との間の磁気ベクトルも同様である。このため、図５０に示された構成では、センサ１００と検出体１５０とのギャップが大きい場合でしか検出精度が得られない。

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、第３補助磁石１６４が特許請求の範囲の「第１補助磁石」に対応し、第４補助磁石１６５が特許請求の範囲の「第２補助磁石」に対応する。

変形例として、検出体１５０が補助磁石１６２～１６５を有する構成は、上記各実施形態に示された構成や、上記各実施形態が組み合わされた構成に採用することができる。例えば、プラスチックマグネット１５９に各磁石１５１～１５３を着磁する場合、各補助磁石１６２～１６５に対応する着磁を行えば良い。

（第８実施形態）
本実施形態では、主に上記各実施形態と異なる部分について説明する。図５１に示されるように、検出体１５０は、第１磁石１５１、第２磁石１５２、ヨーク１５７、及びシャフト１６６を備える。シャフト１６６は、駆動部１２に含まれる磁性体の可動部品である。

シャフト１６６は、ストローク方向における長さがヨーク１５７よりも長い。ストローク方向におけるシャフトの長さは例えば６７ｍｍであり、ヨーク１５７の長さは例えば２７ｍｍである。ヨーク１５７は、シャフト１６６の外周面１６７に固定される。

発明者らは、第１実施形態と同様に、ヨーク１５７がシャフト１６６に固定される場合と、固定されない場合と、の位置信号の誤差をそれぞれ調べた。さらに、発明者らは、シャフト１６６の長さを変更したときの最大ストローク量における誤差の変化を調べた。これらの結果を図５２～図５４に示す。

図５２及び図５３に示されるように、シャフト１６６の有無によってストローク範囲の端の誤差に差が生じた。図５４は、ギャップが６ｍｍに設定された際の誤差を示している。図５４に示されるように、シャフト１６６がヨーク１５７の長さに達するまでは、誤差はほぼ一定であった。しかし、シャフト１６６がヨークよりも長くなると、誤差が小さくなっていった。

これは、シャフト１６６がストローク方向に長くなると、各磁石１５１、１５２から出る磁気ベクトルが各磁石１５１、１５２の近くのシャフト１６６に吸われるためである。これにより、図５１に示された破線の磁気ベクトルの曲率が実線の磁気ベクトルの曲率のように大きくなる。すなわち、磁気ベクトルが回転する範囲が広くなる。このため、使用電気角の範囲も広くなるので、検出範囲を広くすることができる。これに伴い、フルスケール誤差も小さくなるというメリットもある。

以上のように、ヨーク１５７がシャフト１６６に固定されることによって、ストローク範囲の全体の中で必要精度範囲の検出精度を選択的に向上させることができる。

変形例として、ヨーク１５７がシャフト１６６に固定される構成は、上記各実施形態に示された構成や、上記各実施形態が組み合わされた構成に採用することができる。

（第９実施形態）
本実施形態では、主に上記各実施形態と異なる部分について説明する。図５５に示されるように、検出体１５０は、第２磁石１５２及びヨーク１５７を備える。ヨーク１５７は、突出部１６８、１６９を有する。突出部１６８、１６９は、ストローク方向において第２磁石１５２よりも外側に位置する。突出部１６８、１６９は、ヨーク１５７の一面１５８からギャップ方向に沿って突出する。

また、突出部１６８、１６９は、ヨーク１５７の一面１５８を基準とした高さが第２磁石１５２よりも高い。ヨーク１５７の一面１５８を基準とした第２磁石１５２の高さは例えば３ｍｍであり、突出部１６８、１６９の高さは例えば６ｍｍである。

発明者らは、第１実施形態と同様に、ヨーク１５７が突出部１６８、１６９を有する場合と、有しない場合と、の位置信号の誤差をそれぞれ調べた。これらの結果を図５６及び図５７に示す。図５６及び図５７に示されるように、ヨーク１５７が突出部１６８、１６９を有する場合は有しない場合よりもストローク範囲の端の誤差が小さくなった。

これは、第２磁石１５２に吸い込まれる磁気ベクトルが突出部１６８、１６９に吸われるためである。これにより、図５５に示された破線の磁気ベクトルの曲率が実線の磁気ベクトルの曲率のように変化する。よって、使用電気角の範囲も広くなるので、ストローク範囲の全体あるいは必要精度範囲の検出精度を選択的に向上させることができる。

変形例として、図５８に示されるように、検出体１５０は、２個の磁石１５１、１５２を備えていても良い。この場合、突出部１６８は第１磁石１５１の外側に配置され、突出部１６９は第２磁石１５２の外側に配置される。検出体１５０が３個の磁石１５１～１５３を有する場合、突出部１６９は第３磁石１５３の外側に配置される。ヨーク１５７が突出部１６８、１６９を有する構成は、上記各実施形態のうちの第６実施形態を除く構成や、各実施形態のうちの第６実施形態を除く構成の組み合わせに採用することができる。

（第１０実施形態）
本実施形態では、主に上記各実施形態と異なる部分について説明する。図５９～図６１に示されるように、検出体１５０は、第１磁石１５１、第２磁石１５２、及びヨーク１５７を備える。ヨーク１５７は、取付部１７０を有する。

取付部１７０は、ヨーク１５７のうちの各磁石１５１、１５２の間の一部が、一面１５８の面方向においてストローク方向に対して垂直方向に突出した部分である。取付部１７０は、ヨーク１５７のうちの各磁石１５１、１５２の間の部分すなわち磁気飽和が発生しやすい部分に対し、磁気飽和を緩和させる。

取付部１７０は、重複部１７１、１７２及び固定部１７３を有する。重複部１７１、１７２は、垂直方向において各磁石１５１、１５２の一部と重なる部分である。重複部１７１は、垂直方向において第１磁石１５１のうちの第２磁石１５２の側の端部と重なる。重複部１７２は、垂直方向において第２磁石１５２のうちの第１磁石１５１の側の端部と重なる。固定部１７３は、駆動部１２の可動部品等に固定されるネジ孔１７４が形成された部分である。

発明者らは、第１実施形態と同様に、ヨーク１５７が各磁石１５１、１５２の間に取付部１７０を有する場合と有さない場合との位置磁力の差を調べた。その結果を図６２に示す。また、ヨーク１５７が第２磁石１５２に対応する位置に取付部１７０を有する場合と有さない場合との位置磁力の差の差を調べた。その結果を図６３に示す。

図６２に示されるように、ヨーク１５７が各磁石１５１、１５２の間に取付部１７０を有する場合と有さない場合との位置磁力の差は、ストローク範囲の全体でほぼ一定になった。これは、取付部１７０によって各磁石１５１、１５２の間のヨーク１５７の断面積が大きくなったので、図６０の矢印及び図６１の矢印に示されるように、磁力線の一部が第２磁石１５２から取付部１７０を介して第１磁石１５１に流れたためである。このように、取付部１７０によって、ヨーク１５７のうちの各磁石１５１、１５２の間の磁気飽和を緩和することができる。取付部１７０は重複部１７１、１７２を有しているので、磁力線を取付部１７０に引き込みやすくなっていることも磁気飽和の緩和に効果がある。

これに対し、図６３に示されるように、ヨーク１５７が第２磁石１５２に対応する位置に取付部１７０を有する場合と有さない場合との位置磁力の差は、第２磁石１５２に対応する位置で大きくなった。すなわち、磁力線が第２磁石１５２に対応する位置に流れやすくなったために、磁力が上がってしまった。これは、位置磁力の差は、取付部１７０が配置された位置のみで大きくなることを意味する。このように、ヨーク１５７における取付部１７０の位置が適切でない場合、磁気飽和を緩和する効果は得られない。

以上のように、ヨーク１５７が取付部１７０を有することで、ヨーク１５７の内部の磁気特性を向上させることができる。したがって、必要精度範囲あるいは必要精度位置の検出精度を選択的に向上させることができる。なお、取付部１７０は重複部１７１、１７２を有していなくても良い。

変形例として、取付部１７０は、ヨーク１５７のうちの各磁石１５１、１５２の間において、垂直方向の端部に２箇所設けられていても良い。

変形例として、ヨーク１５７が取付部１７０を有する構成は、上記各実施形態に示された構成や、上記各実施形態が組み合わされた構成に採用することができる。例えば、検出体１５０が３個の磁石１５１～１５３を備える場合、取付部１７０は、ヨーク１５７のうちの各磁石１５１～１５３の隣同士の間の一部が、ヨーク１５７の一面１５８の面方向においてストローク方向に対して垂直方向に突出するように設けられる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたセンサ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、センサ１００の用途は車両用に限られず、可動部品の回転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。また、センサ１００は冗長機能を備えていなくても良い。

１１１ 検出部
１１２ 信号処理部
１５０ 検出体
１５１～１５３ 磁石
１５４～１５６ 磁極面
１５７ ヨーク

Claims (15)

1. 複数の磁石（１５１～１５３）がストローク方向に沿って離間して配置されると共に前記複数の磁石のうちの隣同士の磁極面（１５４～１５６）が反対の極となるように配置された検出体（１５０）の前記ストローク方向における位置を検出するリニアポジションセンサであって、
   前記複数の磁石の各磁極面に対してギャップ方向にギャップを持って配置され、前記ストローク方向における前記検出体に対する相対的な移動に伴って前記複数の磁石から受ける磁界の変化に基づいて、前記複数の磁石の位置に対応した位相の検出信号として、正弦関数を示す正弦信号及び余弦関数を示す余弦信号を取得する検出部（１１１）と、
   前記検出部から前記正弦信号及び前記余弦信号を取得し、前記正弦信号及び前記余弦信号に基づいて逆正接関数を示すと共に前記検出体と前記検出部と相対的なストローク量に応じた逆正接信号を生成し、前記逆正接信号を前記検出体の位置を示す位置信号として取得する信号処理部（１１２）と、
   を含むリニアポジションセンサ。
2. 前記検出体は、前記複数の磁石が配置された一面（１５８）を有する磁性体のヨーク（１５７）を含み、
   前記複数の磁石は、第１磁極面（１５４）を有する第１磁石（１５１）、第２磁極面（１５５）を有する第２磁石（１５２）、及び第３磁極面（１５６）を有する第３磁石（１５３）を含み、
   前記第２磁石は、前記第１磁石と前記第３磁石との間に配置され、
   前記第１磁石、前記第２磁石、及び前記第３磁石は、前記第１磁石と前記第２磁石との第１間隔と、前記第２磁石と前記第３磁石との第２間隔と、が異なるように、前記ヨークの前記一面に配置される請求項１に記載のリニアポジションセンサ。
3. 前記検出体は、前記複数の磁石が配置された一面（１５８）を有する磁性体のヨーク（１５７）を含み、
   前記複数の磁石は、第１磁極面（１５４）を有する第１磁石（１５１）、第２磁極面（１５５）を有する第２磁石（１５２）、及び第３磁極面（１５６）を有する第３磁石（１５３）を含み、
   前記第２磁石は、前記第１磁石と前記第３磁石との間に配置され、
   前記第１磁石は、一部が前記ヨークの前記一面のうちの一端部（１６０）から前記ストローク方向に沿って突出すると共に、前記第１磁極面が前記ストローク方向に対して垂直に配置され、
   前記第３磁石は、一部が前記ヨークの前記一面のうちの前記一端部とは反対側の他端部（１６１）から前記ストローク方向に沿って突出すると共に、前記第３磁極面が前記ストローク方向に対して垂直に配置される請求項１または２に記載のリニアポジションセンサ。
4. 前記ヨークは、前記ストローク方向において前記複数の磁石よりも外側に前記一面から前記ギャップ方向に沿って突出すると共に前記一面を基準として前記複数の磁石よりも高い突出部（１６８、１６９）を有する請求項２に記載のリニアポジションセンサ。
5. 前記ギャップ方向において、前記ヨークの前記一面を基準として、前記第１磁石の前記第１磁極面の第１高さ、前記第２磁石の前記第２磁極面の第２高さ、及び前記第３磁石の前記第３磁極面の第３高さのうちの少なくとも１つの高さが他の高さと異なる請求項２ないし４のいずれか１つに記載のリニアポジションセンサ。
6. 前記ストローク方向において、前記第１磁石の前記第１磁極面の第１幅、前記第２磁石の前記第２磁極面の第２幅、及び前記第３磁石の前記第３磁極面の第３幅のうちの少なくとも１つの幅が他の幅と異なる請求項２ないし５のいずれか１つに記載のリニアポジションセンサ。
7. 前記複数の磁石は、前記第１磁石と前記第２磁石との間に配置された第１補助磁石（１６４）と、前記第２磁石と前記第３磁石との間に配置された第２補助磁石（１６５）と、を含み、
   前記第１補助磁石は、前記第１磁石の前記第１磁極面に対応する磁界を反発させると共に、前記第２磁石の前記第２磁極面に対応する磁界を反発させるように配置され、
   前記第２補助磁石は、前記第２磁石の前記第２磁極面に対応する磁界を反発させると共に、前記第３磁石の前記第３磁極面に対応する磁界を反発させるように配置される請求項２ないし６のいずれか１つに記載のリニアポジションセンサ。
8. 前記検出体は、前記複数の磁石が配置された一面（１５８）を有する磁性体のヨーク（１５７）を含み、
   前記複数の磁石は、第１磁極面（１５４）を有する第１磁石（１５１）と、第２磁極面（１５５）を有する第２磁石（１５２）と、を含み、
   前記ギャップ方向において、前記ヨークの前記一面を基準として、前記第１磁石の前記第１磁極面の第１高さと、前記第２磁石の前記第２磁極面の第２高さと、が異なる請求項１に記載のリニアポジションセンサ。
9. 前記検出体は、前記複数の磁石が配置された一面（１５８）を有する磁性体のヨーク（１５７）を含み、
   前記複数の磁石は、第１磁極面（１５４）を有する第１磁石（１５１）と、第２磁極面（１５５）を有する第２磁石（１５２）と、を含み、
   前記ストローク方向において、前記第１磁石の前記第１磁極面の第１幅と、前記第２磁石の前記第２磁極面の第２幅と、が異なる請求項１または８に記載のリニアポジションセンサ。
10. 前記検出体は、前記複数の磁石が配置された一面（１５８）を有する磁性体のヨーク（１５７）を含み、
    前記複数の磁石は、第１磁極面（１５４）を有する第１磁石（１５１）と、第２磁極面（１５５）を有する第２磁石（１５２）と、前記第１磁石と前記第２磁石との間に配置された補助磁石（１６２～１６４）と、を含み、
    前記補助磁石は、前記第１磁石の前記第１磁極面に対応する磁界を反発させると共に、前記第２磁石の前記第２磁極面に対応する磁界を反発させるように配置される請求項１、８、９のいずれか１つに記載のリニアポジションセンサ。
11. 前記検出体は、一面（１５８）を有する磁性体のヨーク（１５７）を含み、
    前記ヨークは、前記ストローク方向において前記複数の磁石よりも外側に前記一面から前記ギャップ方向に沿って突出すると共に前記一面を基準として前記複数の磁石よりも高い突出部（１６８、１６９）を有する請求項１、８ないし１０のいずれか１つに記載のリニアポジションセンサ。
12. 前記検出部は、前記ギャップ方向及び前記ストローク方向に平行な一面（１２４）を有すると共に、前記一面の面方向のうちの一方向が前記正弦信号に対応する方向に設定されたセンサチップ（１２３）を含み、
    前記センサチップは、前記一方向が前記ストローク方向に対して傾斜した状態で前記検出部に固定される請求項１ないし１１のいずれか１つに記載のリニアポジションセンサ。
13. 前記複数の磁石は、プラスチックマグネット（１５９）に着磁されたことにより構成される請求項１ないし１２のいずれか１つに記載のリニアポジションセンサ。
14. 前記検出体は、一面（１５８）を有する磁性体のヨーク（１５７）と、前記ストローク方向における長さが前記ヨークよりも長いシャフト（１６６）と、を含み、
    前記ヨークは、前記シャフトの外周面（１６７）に固定される請求項１ないし１３のいずれか１つに記載のリニアポジションセンサ。
15. 前記検出体（１５０）は、一面（１５８）を有する磁性体のヨーク（１５７）を含み、
    前記ヨークは、前記複数の磁石のうちの隣同士の間の一部が、前記一面の面方向において前記ストローク方向に対して垂直方向に突出した取付部（１７０）を有し、
    前記取付部は、前記垂直方向において前記複数の磁石の一部と重なる重複部（１７１、１７２）を有する請求項１ないし１４のいずれか１つに記載のリニアポジションセンサ。

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