JP7043888B2 - リニアポジションセンサ - Google Patents

Description

本発明は、リニアポジションセンサに関する。

従来より、光学式の検出素子を用いてターゲットの位置を検出する装置が、例えば特許文献１で提案されている。検出素子は、光源、固定スリット、固定スリットを透過した光を受光する受光部を備えている。ターゲットには、光の反射部と非反射部とが交互に連続したパターンが設けられている。このため、光源から発せられた光の一部は、検出対象の反射部で反射し、固定スリットに達する。

固定スリットには、ターゲットのスリットパターンと同一のピッチ距離で反射部と非反射部とが交互に連続して設けられている。したがって、固定スリットに対してターゲットが相対的に移動すると、受光部において検出される光量は、周期的に変化して明暗が繰り返される。この明暗の繰り返しの回数をカウントすることにより、ターゲットの移動量の測定が可能になっている。

特開２０１６－２０５８５４号公報

ここで、磁気式の検出素子によってターゲットの位置を検出する方式が知られている。この方式では、例えば、凹凸形状の配列方向に移動するターゲットに対し、検出部が凹凸形状から受ける磁界の変化に基づいてターゲットの位置を検出する。発明者らは、この方式を用いた検出部及び信号処理部を備えたリニアポジションセンサを発案した。

具体的には、検出部は、磁性体で構成されたターゲットの移動に伴って、ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、ターゲット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が異なる複数の検出信号を生成する。複数の範囲は、例えば凹凸形状の凹の範囲や凸の範囲である。

また、信号処理部は、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。

この構成では、複数の範囲のいずれかの範囲の位置を特定することができるが、複数の検出信号に基づいて、ターゲットの移動量に対して一定の増加率で信号値が増加する出力信号を生成することも可能である。

しかしながら、複数の範囲のうち端の範囲では、検出部が端に対応しない範囲から受ける磁界の影響と、端の範囲から受ける磁界の影響と、が異なる。これは、端の範囲の一方の隣には別の範囲が存在するが、他方の隣には別の範囲が存在しないからである。このため、出力信号のうち端の範囲に対応する信号値の直線性が崩れてしまう。したがって、端の範囲に対応した位置を精度良く検出することが難しいという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、ターゲットの移動量に対して一定の増加率で増加する信号値の直線性を高め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、磁性体で構成されていると共に凸部（４０１）と凹部（４０２）とが交互に設けられたターゲット（４００）の移動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、以下の構成を含んでいる。

リニアポジションセンサは、バイアス磁界を発生させる磁石（１０６）と、バイアス磁界が印加されると共に、ターゲットの移動に伴って、ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、凸部及び凹部の位置に対応した位相の検出信号を生成する複数の磁気検出素子（１２７、１２８、１２９、１３３、１３４、１３５、１３９、１４０）と、を有し、位相が異なる複数の検出信号に基づい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（１２３）を含む。

リニアポジションセンサは、検出部から正弦信号及び余弦信号を取得し、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ターゲットの移動量に応じた逆正接信号を生成し、逆正接信号をターゲットの位置を示す位置信号として取得する信号処理部（１２４）を含む。

一方、請求項６に記載の発明では、磁性体で構成されていると共に凸部（４０１）と凹部（４０２）とが交互に配置される配置方向が移動方向に対して傾斜していることにより凸部及び凹部が移動方向に対して斜めに配置された形状を有するターゲット（４００）の移動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、以下の構成を含んでいる。

リニアポジションセンサは、ターゲットの移動に伴って、ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、凸部及び凹部の位置に対応した位相の異なる信号として、正弦関数を示す正弦信号を取得する第１磁気検出素子（１４２）と、余弦関数を示す余弦信号を取得する第２磁気検出素子（１４３）と、を有する検出部（１２３）を含む。

リニアポジションセンサは、検出部から正弦信号及び余弦信号を取得し、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ターゲットの移動量に応じた逆正接信号を生成し、逆正接信号をターゲットの位置を示す位置信号として取得する信号処理部（１２４）を含む。

そして、検出部がターゲットの移動方向における凸部の中心位置（４０５）から隣の凸部の中心位置（４０６）までの範囲の位置を検出する場合、ターゲットには凹部が少なくとも３つ設けられている。

検出部がターゲットの移動方向における凹部の中心位置（４０３）から隣の凹部の中心位置（４０４）までの範囲の位置を検出する場合、ターゲットには凹部が少なくとも２つ設けられている。

検出部がターゲットの移動方向における凸部と凹部とのエッジ位置（４０７）から隣の凸部と隣の凹部とのエッジ位置（４０８）までの範囲の位置を検出する場合、ターゲットには凹部が少なくとも２つ設けられている。

これによると、ターゲットのうち検出部によって検出される移動範囲の外側に、凸部あるいは凹部が位置している。これにより、検出部がターゲットの移動範囲外から受ける磁界の影響をターゲットの移動範囲内から受ける磁界の影響に近づけることができる。これに伴い、信号処理部によって取得される正弦信号及び余弦信号の波形を理想的な波形に近づけることができる。したがって、ターゲットの移動量に対して一定の増加率で増加する逆正接信号の信号値の直線性を高めることができる。

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。 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５のVI－VI断面図である。 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７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。 ターゲットの凸部及び凹部に対応した正弦信号、余弦信号、及び逆正接信号を示した図である。 センサチップに磁気抵抗素子を搭載した場合の正弦信号及び余弦信号を示した図である。 センサチップにホール素子を搭載した場合の正弦信号及び余弦信号を示した図である。 ターゲットの移動量に対する第１位置信号及び第２位置信号を示した図である。 凸部の中心位置と正弦信号の頂点の位置が一致する場合を示した図である。 凸部と凹部とのエッジの位置と正弦信号の頂点の位置が一致する場合を示した図である。 凸部と凹部とのエッジの位置と余弦信号の頂点の位置が一致する場合を示した図である。 ターゲットに対する磁気抵抗素子のギャップを異ならせた構成を示した図である。 図１６に示された各信号について、距離ｙと磁気振幅との関係を示した図である。 センサチップに５つの磁気抵抗素子を搭載した場合を示した図である。 ターゲットの移動範囲の外側の凸部の幅が移動範囲内の凸部の幅よりも広い場合を示した図である。 ターゲットの移動範囲の外側に壁部が設けられた場合を示した図である。 ターゲットの移動範囲の外側の凸部の幅が移動範囲内の凸部の幅よりも狭い場合を示した図である。 第２実施形態に係るターゲットの斜視図である。 図２２に示されたターゲットにおける正弦信号、余弦信号、及び逆正接信号を示した図である。 凹部から隣の凹部までの移動範囲の位置を検出するためのターゲットが示された斜視図である。 第２実施形態に係る変形例を示した図である。 第２実施形態に係る変形例を示した図である。 第２実施形態に係る変形例を示した図である。 第２実施形態に係る変形例を示した図である。 第２実施形態に係る変形例を示した図である。 第２実施形態に係る変形例を示した図である。 第３実施形態に係るターゲット及び検出部を示した図である。 図３１のXXXII－XXXII断面図である。 第３実施形態に係る変形例を示した図である。 第４実施形態に係るシフトバイワイヤシステムの概略図である。 シフトバイワイヤシステムのブロック図である。 ディテントを示した平面図である。 ディテントの位置を検出する内容を示した図である。 マニュアルバルブの斜視図である。 マニュアルバルブの位置を検出する内容を示した図である。

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。本実施形態に係るリニアポジションセンサは、磁性体で構成されていると共に凸部と凹部とが交互に設けられた検出対象の移動方向における位置を検出するセンサである。以下、リニアポジションセンサを単にセンサと言う。

図１に示されたセンサ１００は、検出対象として、一方向に移動するターゲットの移動量を検出する。すなわち、センサ１００は、ターゲットの現在の位置を検出する。具体的には、センサ１００は、ターゲットの移動量に比例する信号を検出することで、ターゲットの位置を取得する。

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、ターゲット側の先端部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がターゲットの検出面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、ターゲットがセンサ１００に対して移動する。なお、ターゲット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。

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、センサ１００は、モールドＩＣ部１０５、磁石１０６、及びキャップ部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はバイアス磁界を発生させるものであり、有底筒状のキャップ部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、及びキャップ部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。キャップ部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１１３～１１６を有している。アイランド部１１２の平面部は、ターゲットに対するギャップ方向に平行に配置されている。

複数のリード１１３～１１６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第１出力端子１１５及び第２出力端子１１６に対応している。つまり、各リード１１３～１１６は、電源用、グランド用、及び信号用の４本である。各リード１１３～１１６の先端にはターミナル１１７がそれぞれ接続されている。ターミナル１１７は、ケース１０１のコネクタ部１０４に位置する。また、ターミナル１１７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１１３～１１６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１１３～１１６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１１３～１１６と処理回路チップ１０９とは、ワイヤ１１８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１１９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１１３～１１６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。キャップ部１０７は、ターゲットに対して所定のギャップを持って配置される。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。この検出信号を利用して、ターゲットの位置を検出することができる。なお、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される。

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。

ホール素子を用いた磁気検出方式を採用した場合、図５の平面模式図及び図６の断面模式図に示されるように、モールドＩＣ部１０５は、キャップ部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１２０、磁石１２１、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、平面部がターゲットの移動方向に対して平行になるように配置される。一方、各リード１１３～１１６は、ターゲットの移動方向に対して垂直になるように配置される。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１１３～１１６の先端にはターミナル１１７がそれぞれ接続されている。

ＩＣチップ１２０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１２１は、アイランド部１１２のうちＩＣチップ１２０とは反対側の面に固定されている。各リード１１３～１１６とＩＣチップ１２０とは、ワイヤ１２２を介して電気的に接続されている。モールド樹脂部１１１は、キャップ部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。例えば２つのホール素子がＩＣチップ１２０に設けられている場合、キャップ部１０７に対してターゲットが移動すると、各ホール素子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。ターゲットの移動に応じた周期的な信号を利用して、ターゲットの位置を検出することができる。

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７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ている。上述のように、モールドＩＣ部１０５は４本のリード１１３～１１６を有しているので、ハーネス３００は４本の配線によって構成されている。

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１１５、１１６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１２３及び信号処理部１２４を備えている。検出部１２３は、センサチップ１１０を含んでいる。信号処理部１２４は、処理回路チップ１０９に設けられている。検出部１２３及び信号処理部１２４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１２３は、第１検出部１２５及び第２検出部１２６を有している。第１検出部１２５は、ターゲット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ている。第２検出部１２６は、ターゲット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ている。各検出部１２５、１２６は、同じ構成であり、同じ検出信号を出力する。

図８に示されるように、各検出部１２５、１２６は、ターゲットの移動に伴って抵抗値が変化する第１磁気抵抗素子１２７、第２磁気抵抗素子１２８、及び第３磁気抵抗素子１２９の３つの素子を有している。なお、図８では１つの検出部を図示している。

ターゲットの移動方向において、第２磁気抵抗素子１２８が第１磁気抵抗素子１２７と第３磁気抵抗素子１２９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１２８が第１磁気抵抗素子１２７と第３磁気抵抗素子１２９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１２８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１２７及び第３磁気抵抗素子１２９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１２７～１２９は、電源とグランドとの間に２つの磁気抵抗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１２７～１２９は、ターゲットの移動に伴って２つの磁気抵抗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１２７～１２９は、当該抵抗値の変化に基づいて、２つの磁気抵抗の中点の電圧を波形信号としてそれぞれ出力する。

また、各検出部１２５、１２６は、各磁気抵抗素子１２７～１２９の他に、第１～第４オペアンプを備えている。第１磁気抵抗素子１２７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１２８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１２９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Ｓ１（＝（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。

第４オペアンプは、第１磁気抵抗素子１２７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１２９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Ｓ２として出力するように構成された差動増幅器である。

このように、各検出部１２５、１２６は、各磁気抵抗素子１２７～１２９の出力から信号Ｓ１（＝（Ｖ２－Ｖ３）－（Ｖ１－Ｖ２））及び信号Ｓ２（＝Ｖ１－Ｖ３）を生成及び取得するように構成されている。信号Ｓ１及び信号Ｓ２が検出信号となる。つまり、各検出部１２５、１２６は、位相が異なる複数の検出信号を生成する。各検出部１２５、１２６は、信号Ｓ１及び信号Ｓ２を複数の検出信号として信号処理部１２４に出力する。

なお、上記の信号の処理は、磁気抵抗素子がセンサチップ１１０に３つ設けられた構成の場合である。磁気抵抗素子がセンサチップ１１０に２つや４つ以上設けられた場合には素子対の数に応じた処理が行われる。

図７の信号処理部１２４は、検出部１２３から入力される信号を処理する回路部である。信号処理部１２４は、第１処理部１３０、第２処理部１３１、冗長判定部１３２を備えている。

第１処理部１３０は、第１検出部１２５から第１検出信号を入力し、第１検出信号に基づいてターゲットの位置を取得する。第２処理部１３１は、第２検出部１２６から第２検出信号を入力し、第２検出信号に基づいてターゲットの位置を取得する。

第２処理部１３１は、位置信号を反転させて出力する。よって、検出部１２３や信号処理部１２４に異常が無ければ、第１処理部１３０の位置信号と第２処理部１３１の位置信号とを足し合わせると一定値になる。

ここで、第１検出部１２５及び第１処理部１３０が第１系統を構成する。また、第２検出部１２６及び第２処理部１３１が第２系統を構成する。つまり、各検出部１２５、１２６及び各処理部１３０、１３１によって２重系が構成されている。

冗長判定部１３２は、第１処理部１３０によって取得された位置と第２処理部１３１によって取得された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１２４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１２４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８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１２３は温度を検出する機能を有していても良い。温度情報Ｔｅｍｐは温度補正に用いられる。また、「Ｓｉｎ」及び「Ｃｏｓ」は後述する正弦信号及び余弦信号である。

アナログ処理されたアナログ信号はマルチプレクサ（ＭＵＸ）を介してＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）でデジタル信号に変換される。デジタル信号は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、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、演算処理は信号処理部１２４で行われる。よって、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）やメモリは信号処理部１２４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、ターゲット及び移動範囲について説明する。図９に示されるように、ターゲット４００は、凸部４０１と凹部４０２とが移動方向に交互に設けられている。検出部１２３はターゲット４００に対してギャップを持って固定されている。ターゲット４００が検出部１２３に対して移動方向に移動する。

また、検出部１２３は、谷中心から隣の谷中心までの移動範囲の位置を検出する。谷中心は、凹部４０２においてターゲット４００の移動方向の幅中心である。移動範囲は、移動方向におけるターゲット４００の動作範囲である。

このように、検出部１２３がターゲット４００の移動方向における凹部４０２の中心位置４０３（Ｐ１）から隣の凹部４０２の中心位置４０４（Ｐ２）までの範囲の位置を検出する場合、ターゲット４００には凹部４０２が少なくとも２つ設けられている。言い換えると、凸部４０１３が３つ設けられている。

そして、ターゲット４００が移動方向に移動すると、検出部１２３は凹部４０２の中心位置４０３から凸部４０１を介して隣の凹部４０２の中心位置４０４までを横切る。これにより、検出部１２３は、ターゲット４００の移動に伴って、凸部４０１及び凹部４０２から受ける磁界の変化に基づいて、位相が異なる信号Ｓ１及び信号Ｓ２を生成する。

図１０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した場合の信号Ｓ１及び信号Ｓ２である。図１１は、上記の磁気検出方式のうちホール素子を用いた方式を採用した場合の信号Ｓ１及び信号Ｓ２である。この場合、３つのホール素子１３３、１３４、１３５がＩＣチップ１２０に搭載されている。

信号Ｓ１は、正弦関数を示す正弦信号である。信号Ｓ２は、余弦関数を示す余弦信号である。つまり、信号Ｓ１と信号Ｓ２とは１／４周期の位相差がある。どちらの検出方式においても、凹部４０２の中心位置４０３、４０４の外側に凸部４０１及び凹部４０２が位置している。このため、センサチップ１１０が凹部４０２の中心位置４０３、４０４付近から受ける磁界の影響と、中心位置４０３、４０４間の凸部４０１付近から受ける磁界の影響と、が近くなる。よって、信号Ｓ１及び信号Ｓ２が理想的な正弦波及び余弦波に近くなる。

図９～図１１に示されるように、検出部１２３は、余弦関数の頂点１３６が移動方向における凸部４０１の中心位置４０５に位置するように余弦信号を生成する。検出部１２３は、正弦信号及び余弦信号を取得し、複数の検出信号として信号処理部１２４に出力する。

信号処理部１２４は、検出部１２３から複数の検出信号を取得し、複数の検出信号に基づいてターゲット４００の位置を示す位置信号を取得する。具体的には、図９の中段に示されるように、信号処理部１２４は、ターゲット４００の位置に対応した正弦信号及び余弦信号を取得する。また、信号処理部１２４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、図９の下段に示されるように、逆正接関数を示すと共にターゲット４００の移動量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。信号処理部１２４は、この逆正接信号を位置信号として取得する。

図１２に示されるように、信号処理部１２４は第１位置信号（Ｏ１）と、この第１位置信号（Ｏ１）を反転させた第２位置信号（Ｏ２）をＥＣＵ２００に出力する。

比較例として、図９～図１１のターゲット４００において、中心位置４０３、４０４の外側に凸部４０１が設けられていない形状が考えられる。この形状では、凸部４０１は１つであり、凸部４０１と凹部４０２とが連続していない。このため、凸部４０１と凹部４０２とが連続している場合に対して磁界の変化が不均一になる度合いが高くなる。これに伴い、中心位置４０３、４０４付近の正弦信号及び余弦信号の波形に含まれる歪みの成分が大きくなる。よって、得られる逆正接信号についても、歪みの成分が含まれ、ターゲット４００の位置の精度も低下してしまう。

これに対し、本実施形態では、凹部４０２の中心位置４０３、４０４間の位置を検出する場合には、ターゲット４００には凹部４０２が少なくとも２つ設けられている。これにより、ターゲット４００のうち検出部１２３によって検出される移動範囲の外側には凸部４０１が必ず位置する。このため、検出部１２３がターゲット４００の移動範囲外から受ける磁界の影響をターゲット４００の移動範囲内から受ける磁界の影響に近づけることができる。これに伴い、理想的な波形に近い正弦信号及び余弦信号を取得することができる。したがって、ターゲット４００の移動量に対して一定の増加率で増加する逆正接信号の信号値の直線性を高めることができる。

第１の変形例として、図１３に示されるように、検出部１２３は、ターゲット４００の移動方向における凸部４０１の中心位置４０５から隣の凸部４０１の中心位置４０６までの範囲の位置を検出しても良い。この場合、ターゲット４００には凹部４０２が少なくとも３つ設けられている。また、図１３に示されるように、検出部１２３は、正弦関数の頂点１３７が移動方向における凸部４０１の中心位置４０５、４０６に位置するように正弦信号を生成しても良い。

第２の変形例として、図１４に示されるように、検出部１２３は、ターゲット４００の移動方向における凸部４０１と凹部４０２とのエッジ位置４０７から隣の凸部４０１と隣の凹部４０２とのエッジ位置４０８までの範囲の位置を検出しても良い。この場合、ターゲット４００には凹部４０２が少なくとも２つ設けられている。また、図１４に示されるように、検出部１２３は、正弦関数の頂点１３７が移動方向における凸部４０１と凹部４０２とのエッジ位置４０７、４０８に位置するように正弦信号を生成しても良い。

第３の変形例として、図１５に示されるように、検出部１２３は、余弦関数の頂点１３６が移動方向における凸部４０１と凹部４０２とのエッジ位置４０７、４０８に位置するように余弦信号を生成しても良い。

第４の変形例として、図１６に示されるように、３つの各磁気抵抗素子１２７～１２９は、ターゲット４００に対するギャップが異なっていても良い。なお、この場合の信号Ｓ１は、Ｓ１＝Ｖ１＋Ｖ３－２Ｖ２である。信号Ｓ２は、Ｓ２＝Ｖ１－Ｖ３である。

このような素子の配置により、図１７に示されるように、信号Ｓ１についてはＹ方向のｙが大きくなるほど、すなわちＹ方向における第２磁気抵抗素子１２８の位置を固定した状態で第１磁気抵抗素子１２７及び第３磁気抵抗素子１２９が磁石１０６の端部１３８から遠ざかるほど磁気振幅が大きくなる。なお、Ｙ方向はギャップ方向であり、Ｘ方向は移動方向である。一方、信号Ｓ２についてはｙが小さくなるほど、すなわち第２磁気抵抗素子１２８が磁石１０６の端部１３８に近づくほど磁気振幅が大きくなる。これにより、信号Ｓ１を生成する第１磁気抵抗素子１２７及び第３磁気抵抗素子１２９を磁石１０６の端部１３８から遠ざけることで信号Ｓ１の信号振幅を拡大することができる。また、信号Ｓ２を生成する第２磁気抵抗素子１２８を磁石１０６の端部１３８に近づけることで、信号Ｓ１の磁気振幅に関係なく信号Ｓ２の磁気振幅を拡大することかできる。つまり、信号Ｓ２の信号振幅を、信号Ｓ１の磁気振幅から独立して調整することができる。

図１８に示されるように、第４磁気抵抗素子１３９及び第５磁気抵抗素子１４０をセンサチップ１１０に追加することにより、さらなる磁気振幅の向上が可能である。一例として、５素子の場合、信号Ｓ１はＳ１＝Ｖ１＋Ｖ３－２Ｖ２であり、信号Ｓ２はＳ２＝Ｖ４－Ｖ５である。

第５の変形例として、図１９～図２１に示されるように、凹部４０２の中心位置４０３、４０４間の移動範囲を検出する場合、ターゲット４００の移動範囲の外側の凸部４０１の形状は、移動範囲内の凸部４０１の形状と異なっていても良い。図１９には、ターゲット４００の移動範囲の外側の凸部４０１の移動方向における幅が、移動範囲内の凸部４０１の幅よりも広い場合が示されている。図２０には、ターゲット４００の移動範囲の外側が凸部４０１ではなく壁部４０９の場合が示されている。図２０の例では、検出部１２３は、凸部４０１と凹部４０２とのエッジ位置４０７、４０８間の範囲の位置を検出しても良い。図２１には、ターゲット４００の移動範囲の外側の凸部４０１の幅が移動範囲内の凸部４０１の幅よりも狭い場合が示されている。なお、ターゲット４００の移動範囲が凸部４０１間やエッジ間も同様に、移動範囲の外側の形状は移動範囲内と同じ形状でなくても良い。

（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２２に示されるように、ターゲット４００は、凸部４０１と凹部４０２とが交互に配置される配置方向が移動方向に対して傾斜している。これにより、ターゲット４００は、凸部４０１及び凹部４０２が移動方向に対して斜めに配置された形状を有している。凸部４０１及び凹部４０２は、配置方向に直交する方向に直線状にレイアウトされている。

また、図２３に示されるように、検出部１２３のセンサチップ１１０は、各磁気抵抗素子１２７～１２９が搭載された一面１４１を有している。センサチップ１１０の一面１４１は、例えば、アイランド部１１２の平面部に対応する。センサチップ１１０の一面１４１は、配置方向に平行になるように、検出部１２３に搭載されている。具体的には、検出部１２３がターゲット４００に対してギャップを持って配置される方向をギャップ方向と定義すると、センサチップ１１０の一面１４１は配置方向及びギャップ方向に平行に配置される。これにより、センサチップ１１０が凸部４０１及び凹部４０２から受ける磁界を検出しやすくなる。よって、波形信号、正弦信号、余弦信号、逆正接信号の精度が良くなるので、ターゲット４００の位置の正確度を向上させることができる。

図２２及び図２３には、検出部１２３が凸部４０１から隣の凸部４０１までの移動範囲の位置を検出する場合が示されているが、図２４のように、検出部１２３は、凹部４０２から隣の凹部４０２までの移動範囲の位置を検出しても良い。

変形例として、図２５～図２８に示されるように、センサチップ１１０の一面１４１は、配置方向や移動方向に対して様々な向きに配置される。図２５では、検出部１２３が凸部４０１から隣の凸部４０１までの移動範囲の位置を検出する場合、センサチップ１１０の一面１４１はターゲット４００の移動方向に平行に配置される。ターゲット４００の移動方向に対する凸部４０１及び凹部４０２の延設方向は、０＜θ＜１８０°の範囲に設定される。

図２６では、検出部１２３が凸部４０１から隣の凸部４０１までの移動範囲の位置を検出する場合、センサチップ１１０の一面１４１は凸部４０１及び凹部４０２の配置方向に平行に配置される。図２７では、検出部１２３が凹部４０２から隣の凹部４０２までの移動範囲の位置を検出する場合、センサチップ１１０の一面１４１はターゲット４００の移動方向に平行に配置される。図２８では、検出部１２３が凹部４０２から隣の凹部４０２までの移動範囲の位置を検出する場合、センサチップ１１０の一面１４１は凸部４０１及び凹部４０２の配置方向に平行に配置される。

第２の変形例として、図２９に示されるように、ターゲット４００は、回転軸４１０及び回転板４１１を備えた構成でも良い。回転板４１１は、回転軸４１０の側面４１２に固定されていると共に回転軸４１０の中心軸に直交する一面４１３を有する。回転板４１１は、扇形状の板部材である。検出部１２３は回転板４１１の一面４１３に対向配置される。

この構成では、移動方向は、回転軸４１０の中心軸を中心とした回動方向である。また、凸部４０１と凹部４０２の配置方向は、回転軸４１０の中心軸から回転軸４１０の径方向に離れた位置４１４を中心として回転軸４１０の中心軸に直交する方向である。つまり、配置方向は、位置４１４を中心とした径方向である。

そして、回転軸４１０の中心軸から径方向に離れた位置を中心として回転板４１１の一面４１３に円弧状に複数の溝部４１５がレイアウトされている。溝部４１５が凹部４０２に対応し、溝部４１５と溝部４１５の間の部分が凸部４０１に対応する。図２９には、凸部４０１から隣の凸部４０１までの移動範囲の位置を検出する例が示されているが、溝部４１５から隣の溝部４１５までの移動範囲の位置を検出しても構わない。

第３の変形例として、図３０に示されるように、回転板４１１の外周面４１６に溝部４１７が形成されていても良い。検出部１２３は回転板４１１の外周面４１６に対向配置される。この構成では、溝部４１７は、回転板４１１の外周面４１６に回転軸４１０の中心軸を中心とした螺旋状にレイアウトされている。よって、凸部４０１及び凹部４０２も螺旋状にレイアウトされている。配置方向は、凸部４０１及び凹部４０２の配置に沿った方向となる。

上記では、磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式におけるセンサチップ１１０の一面１４１の向きが示されている。これに対し、ホール素子を用いた磁気検出方式におけるセンサチップ１１０の場合、一面１４１はターゲット４００に対向配置される。具体的には、センサチップ１１０の一面１４１は配置方向に平行に配置されると共に、ギャップ方向に垂直に配置される。

（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、検出部１２３は、１つの素子から正弦信号を取得し、他の１つの素子から余弦信号を取得する構成を備える。この構成では、図３１に示されるように、凸部４０１及び凹部４０２の配置方向が移動方向に対して傾斜したターゲット４００が採用される。なお、センサチップ１１０の一面１４１は、凸部４０１及び凹部４０２の配置方向に平行に配置されている。

図３２に示されるように、検出部１２３は、第１磁気検出素子１４２及び第２磁気検出素子１４３を備えている。各磁気検出素子１４２、１４３は磁気抵抗素子である。各磁気検出素子１４２、１４３は、凸部４０１と凹部４０２との配列の１／４周期に対応する距離だけ離れて配置されている。これにより、第１磁気検出素子１４２は正弦関数を示す正弦信号を生成する。また、エッジ位置４０７から隣のエッジ位置４０８までを１周期とすると、第２磁気検出素子１４３は、１／４周期の位相差を持った余弦関数を示す余弦信号を生成する。つまり、検出部１２３は、複数の検出信号から正弦信号及び余弦信号を生成するのではなく、素子の出力信号を正弦信号及び余弦信号として取得する。

よって、信号処理部１２４は、検出部１２３から正弦信号及び余弦信号を取得し、これらの信号から逆正接信号を生成し、逆正接信号をターゲット４００の位置を示す位置信号として取得する。

変形例として、図３３に示されるように、各磁気検出素子１４２、１４３は、ホール素子として構成されていても良い。この場合も、各磁気検出素子１４２、１４３は、凸部４０１と凹部４０２との配列の１／４周期に対応する距離だけ離れて配置される。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１～第３実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態に係るターゲット４００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。具体的には、ターゲット４００は、図３４及び図３５に示された車両のシフトバイワイヤシステム５００に適用される。

シフトバイワイヤシステム５００では、ＳｈＢＷＥＣＵ５０１が車両のシフター５０２の情報を取得してアクチュエータ５０３を制御する。アクチュエータ５０３には扇形状のディテント５０４が固定されている。ディテント５０４にはマニュアルバルブ５０５及びパーキングロッド５０６が固定されている。マニュアルバルブ５０５はトランスミッション５０７に接続されている。パーキングロッド５０６は、パーキング機構部５０８に接続されている。そして、センサ１００は、例えば、ディテント５０４の位置やマニュアルバルブ５０５の位置を検出するために用いられる。

なお、シフトバイワイヤシステム５００では、モータ・エンコーダ５０９、ＴＣＵ５１０、ソレノイド５１１、ポンプ５１２等が備えられている。ＳｈＢＷＥＣＵ５０１は、センサ１００から位置を示すレンジ情報を取得し、モータ・エンコーダ５０９及びＴＣＵ５１０を制御する。ＴＣＵ５１０は、トランスミッションコントローラであり、ソレノイド５１１を制御する。

センサ１００がディテント５０４の位置を検出する場合、図３６に示されるように、ディテント５０４がターゲット４００となる。よって、ディテント５０４には凸部４０１及び凹部４０２が設けられている。ディテント５０４にターゲット４００が固定されていても良い。図３７に示されるように、センサ１００はディテント５０４に対向するようにハウジング５１３に固定されている。これにより、ディテント５０４がアクチュエータ５０３によって回転させられた際に、センサ１００はディテント５０４の回転位置を検出する。

センサ１００がマニュアルバルブ５０５の位置を検出する場合、図３８に示されるように、ターゲット４００はマニュアルバルブ５０５に固定される。マニュアルバルブ５０５には凸部４０１及び凹部４０２が設けられたターゲット４００が固定されている。また、図３９に示されるように、センサ１００はターゲット４００に対向するようにハウジング５１３に固定されている。これにより、ディテント５０４を介してマニュアルバルブ５０５が移動した際に、センサ１００はマニュアルバルブ５０５の位置を検出する。図３５は、マニュアルバルブ５０５の位置を検出する構成が示されていると言える。

シフトポジションが操作された場合、センサ１００によってディテント５０４やマニュアルバルブ５０５の位置を検出することで、シフトポジションの位置を検出することができる。

（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。この場合、リード１１３～１１６は３本である。

１００ リニアポジションセンサ、１２３ 検出部、１２４ 信号処理部、１２７～１２９、１３９、１４０ 磁気抵抗素子、１３３～１３５ ホール素子、１４２、１４３ 磁気検出素子、４００ ターゲット、４０１ 凸部、４０２ 凹部、４０５、４０６ 凸部の中心位置、４０３、４０４ 凹部の中心位置、４０７、４０８ エッジ位置

Claims (8)

1. 磁性体で構成されていると共に凸部（４０１）と凹部（４０２）とが交互に設けられたターゲット（４００）の移動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、
   バイアス磁界を発生させる磁石（１０６）と、前記バイアス磁界が印加されると共に、前記ターゲットの移動に伴って、前記ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、前記凸部及び前記凹部の位置に対応した位相の検出信号を生成する複数の磁気検出素子（１２７、１２８、１２９、１３３、１３４、１３５、１３９、１４０）と、を有し、位相が異なる複数の検出信号に基づい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（１２３）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ターゲットの移動量に応じた逆正接信号を生成し、前記逆正接信号を前記ターゲットの位置を示す位置信号として取得する信号処理部（１２４）と、
   を含み、
   前記検出部が前記ターゲットの移動方向における前記凸部の中心位置（４０５）から隣の前記凸部の中心位置（４０６）までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも３つ設けられており、
   前記検出部が前記ターゲットの移動方向における前記凹部の中心位置（４０３）から隣の前記凹部の中心位置（４０４）までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも２つ設けられており、
   前記検出部が前記ターゲットの移動方向における前記凸部と前記凹部とのエッジ位置（４０７）から隣の前記凸部と隣の前記凹部とのエッジ位置（４０８）までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも２つ設けられているリニアポジションセンサ。
2. 前記ターゲットは、前記凸部と前記凹部とが交互に配置される配置方向が前記移動方向に対して傾斜していることにより、前記凸部及び前記凹部が前記移動方向に対して斜めに配置された形状を有している請求項１に記載のリニアポジションセンサ。
3. 前記検出部は、一面（１４１）を有するセンサチップ（１１０）を有し、
   前記センサチップの前記一面は、前記ターゲットの前記凸部と前記凹部とが交互に配置される配置方向に平行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. 前記検出部は、前記正弦関数の頂点（１３７）が前記移動方向における前記凸部の中心位置（４０５、４０６）に位置するように前記正弦信号を生成するか、または、前記余弦関数の頂点（１３６）が前記移動方向における前記凸部の中心位置（４０５、４０６）に位置するように前記余弦信号を生成する請求項１ないし３のいずれか１つに記載のリニアポジションセンサ。
5. 前記検出部は、前記正弦関数の頂点（１３７）が前記移動方向における前記凸部と前記凹部とのエッジ位置（４０７、４０８）に位置するように前記正弦信号を生成するか、または、前記余弦関数の頂点（１３６）が前記移動方向における前記凸部と前記凹部とのエッジ位置（４０７、４０８）に位置するように前記余弦信号を生成する請求項１ないし３のいずれか１つに記載のリニアポジションセンサ。
6. 磁性体で構成されていると共に凸部（４０１）と凹部（４０２）とが交互に配置される配置方向が移動方向に対して傾斜していることにより前記凸部及び前記凹部が前記移動方向に対して斜めに配置された形状を有するターゲット（４００）の前記移動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、
   バイアス磁界を発生させる磁石（１０６）と、前記バイアス磁界が印加されると共に、前記ターゲットの移動に伴って、前記ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、前記凸部及び前記凹部の位置に対応した位相の異なる信号として、正弦関数を示す正弦信号を取得する第１磁気検出素子（１４２）と、余弦関数を示す余弦信号を取得する第２磁気検出素子（１４３）と、を有する検出部（１２３）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ターゲットの移動量に応じた逆正接信号を生成し、前記逆正接信号を前記ターゲットの位置を示す位置信号として取得する信号処理部（１２４）と、
   を含み、
   前記検出部が前記ターゲットの移動方向における前記凸部の中心位置（４０５）から隣の前記凸部の中心位置（４０６）までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも３つ設けられており、
   前記検出部が前記ターゲットの移動方向における前記凹部の中心位置（４０３）から隣の前記凹部の中心位置（４０４）までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも２つ設けられており、
   前記検出部が前記ターゲットの移動方向における前記凸部と前記凹部とのエッジ位置（４０７）から隣の前記凸部と隣の前記凹部とのエッジ位置（４０８）までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも２つ設けられているリニアポジションセンサ。
7. 前記検出部は、一面（１４１）を有するセンサチップ（１１０）を有し、
   前記センサチップの前記一面は、前記ターゲットの前記凸部と前記凹部とが交互に配置される配置方向に平行に配置される請求項６に記載のリニアポジションセンサ。
8. 前記ターゲットは、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７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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