JP6787260B2 - ポジションセンサ - Google Patents

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。検出部は、ハーフブリッジ回路として構成されると共に互いに離間して配置された複数の磁気抵抗素子対（１２４〜１２６、１２９、１３０）を有し、複数の磁気抵抗素子対の出力を組み合わせることによりフルブリッジ回路の出力として複数の検出信号を生成する。信号処理部は、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外部装置（３００）に出力する。

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_Ｈ、状態ＢはＶ_Ｍ、状態ＣはＶ_Ｌ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_Ｈ＞Ｖ_Ｍ＞Ｖ_Ｌ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_Ｈ＞Ｖ_Ｍ１＞Ｖ_Ｍ２＞Ｖ_Ｌ）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_Ｈ、Ｖ_Ｍ、Ｖ_Ｌ）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 (4)

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、
   前記検出部は、ハーフブリッジ回路として構成されると共に互いに離間して配置された複数の磁気抵抗素子対（１２４〜１２６、１２９、１３０）を有し、前記複数の磁気抵抗素子対の出力を組み合わせることによりフルブリッジ回路の出力として前記複数の検出信号を生成し、
   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）に出力するポジションセンサ。
2. 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、パルス幅が異なるパルス信号である請求項１に記載のポジションセンサ。
4. 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３のいずれか１つに記載のポジションセンサ。

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