JP7532461B2 - 位置検出装置、位置検出モジュール及びクラッチシステム - Google Patents

位置検出装置、位置検出モジュール及びクラッチシステム Download PDF

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Description

本発明は、位置検出装置、位置検出モジュール及びクラッチシステムに関する。
近年、磁性体である検出対象物の位置を検出する位置検出装置として、第１磁石及び第２磁石と、第１磁石及び第２磁石により発生する磁界の向きを検出する検出素子とを備えるものが知られている（特許文献１参照）。この位置検出装置において、第１磁石と第２磁石とは、同じ極性が対向して配置されている。検出対象物は、第１磁石と第２磁石との対向方向に直交する方向から見て、第１磁石と第２磁石との間の範囲に位置する。そして、第１磁石と第２磁石との対向方向における検出対象物の移動により、検出素子によって検出される磁界の向きが変化する。
特開２０１６―２０５９３５号公報
近年、位置検出装置において、検出対象物の移動量をさらに高い精度でリニアに検出することが要求されてきている。また、位置検出装置が用いられる環境（例えば、温度環境等）が変化したとしても、検出対象物の移動量の検出精度をより低下させないことも要求される。
上記課題に鑑みて、本発明の一実施形態としては、検出対象物の移動量をさらに高い精度でリニアに検出することができる位置検出装置、位置検出モジュール及びクラッチシステムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態としての位置検出装置は、検出対象物の位置を検出する位置検出装置であって、第１磁石及び第２磁石と、前記第１磁石及び前記第２磁石から発生する磁界を検出する磁界検出部とを備え、前記磁界検出部は、前記検出対象物に対し第１の方向に沿って相対的に移動可能であり、前記第１磁石及び前記第２磁石は、前記第１の方向において同じ極性を向かい合わせるように配置されており、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれは、第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面とを有し、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、前記磁界検出部に対して相対的に近位に位置し、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第２面は、前記磁界検出部に対して相対的に遠位に位置し、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、平面視において、前記磁界検出部に対して近位に位置する第１端辺と前記磁界検出部に対して遠位に位置する第２端辺とを有し、前記検出対象物を下方に位置させ、前記磁界検出部を前記検出対象物の上方に位置させたときに、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１端辺を含む第１仮想平面は、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第２端辺を含む第２仮想平面よりも上方に位置し、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、互いに対向するように前記第２の仮想平面に対して所定の傾斜角度で傾斜しており、前記磁界検出部は、前記第１磁石及び前記第２磁石の間に設けられている。
本発明の一実施形態としての検出モジュールは、上記位置検出装置と、前記位置検出装置の前記磁界検出部からの出力信号を処理することで、前記第１磁石及び前記第２磁石により発生し前記磁界検出部に印加される磁界の角度を演算する信号処理部と、前記位置検出装置及び前記信号処理部を収容する筐体とを備える。
本発明の一実施形態としてのクラッチシステムは、上記位置検出モジュールと、前記検出対象物としてのクラッチとを備える。
本発明の一実施の形態としての位置検出装置、位置検出モジュール及びクラッチシステムによれば、検出対象物の移動量をさらに高い精度でリニアに検出することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る位置検出装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る位置検出装置の概略構成を示す平面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る位置検出装置の概略構成を示す斜視図である。 図４Ａは、本発明の一実施形態に係る位置検出装置の他の態様の概略構成を示す断面図である。 図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る位置検出装置の他の態様の概略構成を示す平面図である。 図４Ｃは、本発明の一実施形態に係る位置検出装置の他の態様の概略構成を示す断面図である。 図５Ａは、本発明の一実施形態に係る位置検出装置の他の態様の概略構成を示す断面図である。 図５Ｂは、本発明の一実施形態に係る位置検出装置の他の態様の概略構成を示す平面図である。 図６Ａは、本発明の一実施形態に係る位置検出装置の他の態様の概略構成を示す断面図である。 図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る位置検出装置の他の態様の概略構成を示す平面図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る位置検出装置の他の態様の概略構成を示す断面図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。 図９は、本発明の一実施形態における位置検出モジュールの概略構成を示す模式図である。 図１０は、本発明の一実施形態におけるクラッチシステムの概略構成を示すブロック図である。 図１１は、試験例１において用いた位置検出装置の概略構成を示す断面図である。 図１２Ａは、試験例１のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１２Ｂは、試験例１のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１２Ｃは、試験例１のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１３は、試験例２において用いた位置検出装置の概略構成を示す断面図である。 図１４Ａは、試験例２のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１４Ｂは、試験例２のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１４Ｃは、試験例２のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１５Ａは、試験例３のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１５Ｂは、試験例３のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１５Ｃは、試験例３のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１６Ａは、試験例４のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１６Ｂは、試験例４のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１６Ｃは、試験例４のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１７Ａは、試験例５のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１７Ｂは、試験例５のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１７Ｃは、試験例５のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１８Ａは、試験例６のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１８Ｂは、試験例６のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１８Ｃは、試験例６のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１９Ａは、試験例７のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１９Ｂは、試験例７のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図１９Ｃは、試験例７のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図２０Ａは、試験例８のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図２０Ｂは、試験例８のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図２０Ｃは、試験例８のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図２１は、試験例９のシミュレーション試験結果を示すグラフである。 図２２は、試験例１０のシミュレーション試験結果を示すグラフである。
本発明の態様１に係る位置検出装置は、検出対象物の位置を検出する位置検出装置であって、第１磁石及び第２磁石と、前記第１磁石及び前記第２磁石から発生する磁界を検出する磁界検出部とを備え、前記磁界検出部は、前記検出対象物に対し第１の方向に沿って相対的に移動可能であり、前記第１磁石及び前記第２磁石は、前記第１の方向において同じ極性を向かい合わせるように配置されており、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれは、第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面とを有し、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、前記磁界検出部に対して相対的に近位に位置し、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第２面は、前記磁界検出部に対して相対的に遠位に位置し、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、平面視において、前記磁界検出部に対して近位に位置する第１端辺と前記磁界検出部に対して遠位に位置する第２端辺とを有し、前記検出対象物を下方に位置させ、前記磁界検出部を前記検出対象物の上方に位置させたときに、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１端辺を含む第１仮想平面は、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第２端辺を含む第２仮想平面よりも上方に位置し、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、互いに対向するように前記第２の仮想平面に対して所定の傾斜角度で傾斜しており、前記磁界検出部は、前記第１磁石及び前記第２磁石の間に設けられていることを特徴とする位置検出装置である。
本発明の態様２に係る位置検出装置は、上記態様１において、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、前記第２仮想平面に対して２８．５°～３１.５°の範囲で傾斜していることを特徴とする。
本発明の態様３に係る位置検出装置は、上記態様１において、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、前記第１の方向に対して２９．５°～３０．７５°の範囲で傾斜していることを特徴とする。
本発明の態様４に係る位置検出装置は、上記態様１～３のいずれかにおいて、前記第１磁石の前記第１面の前記傾斜角度と、前記第２磁石の前記第１面の前記傾斜角度とは、同一角度であることを特徴とする。
本発明の態様５に係る位置検出装置は、上記態様１～４のいずれかにおいて、前記磁界検出部は、前記第１仮想平面と、前記第２仮想平面と、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面とによって囲まれる磁界検出部配置領域に設けられていることを特徴とする。
本発明の態様６に係る位置検出装置は、上記態様１～５のいずれかにおいて、前記磁界検出部は、第１磁界検出部と第２磁界検出部とを含むことを特徴とする。
本発明の態様７に係る位置検出装置は、上記態様１～６のいずれかにおいて、前記磁界検出部の感磁方向は、前記第１の方向と平行な第１の感磁方向と、前記第１の感磁方向に直交する第２の感磁方向とを含み、前記第２の感磁方向は、前記第１仮想平面及び前記第２仮想平面に交差することを特徴とする。
本発明の態様８に係る位置検出装置は、上記態様１～７のいずれかにおいて、前記第１の方向において前記磁界検出部に隣接するようにヨーク部が設けられており、前記磁界検出部は、前記ヨーク部の間に挟まれるようにして位置することを特徴とする。
本発明の態様９に係る位置検出装置は、上記態様８において、前記ヨーク部は、第１ヨーク部及び第２ヨーク部を有することを特徴とする。
本発明の態様１０に係る位置検出装置は、上記態様９において、前記磁界検出部は、前記第１の方向から見て前記第１ヨーク部及び前記第２ヨーク部が重なり合う部分に位置することを特徴とする。
本発明の態様１１に係る位置検出装置は、上記態様８において、前記ヨーク部は、第１ヨーク部及び第２ヨーク部を有し、前記第１の方向において、前記磁界検出部は、前記第１ヨーク部及び前記第２ヨーク部の間に挟まるようにして位置し、平面視において、前記第１ヨーク部及び前記第２ヨーク部は、実質的にＵ字形状を有しており、互いの開口部を向かい合わせるようにして設けられていることを特徴とする。
本発明の態様１２に係る位置検出装置は、上記態様８において、平面視において、前記ヨーク部は方形枠状を有しており、前記磁界検出部は、前記方形枠状の前記ヨーク部の内側に設けられていることを特徴とする。
本発明の態様１３に係る位置検出装置は、上記態様８～１２のいずれかにおいて、前記磁界検出部と前記第１磁石との間の前記第１の方向に沿った距離と、前記磁界検出部と前記第２磁石との間の前記第１の方向に沿った距離とが、同一であり、前記磁界検出部から前記第１磁石側に位置する前記ヨーク部までの前記第１の方向に沿った距離と、前記磁界検出部から前記第２磁石側に位置する前記ヨーク部までの前記第１の方向に沿った距離とが、同一であることを特徴とする。
本発明の態様１４に係る位置検出装置は、上記態様１～１３のいずれかにおいて、前記第１磁石及び第２磁石は、同一材料により構成されることを特徴とする。
本発明の態様１５に係る位置検出装置は、上記態様８～１３のいずれかにおいて、前記第１ヨーク部及び前記第２ヨーク部は、同一材料により構成されることを特徴とする。
本発明の態様１６に係る位置検出モジュールは、上記態様１～１５のいずれかの位置検出装置と、前記位置検出装置の前記磁界検出部からの出力信号を処理することで、前記第１磁石及び前記第２磁石により発生し前記磁界検出部に印加される磁界の角度を演算する信号処理部と、前記位置検出装置及び前記信号処理部を収容する筐体とを備えることを特徴とする。
本発明の態様１７に係るクラッチシステムは、上記態様１６の位置検出モジュールと、前記検出対象物としてのクラッチとを備えることを特徴とする。
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、本実施形態において、必要に応じ、いくつかの図面中、「Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向」を規定している。ここで、Ｘ方向及びＹ方向は、磁界検出部３の検出対象物７に対向する面と平行な向きである。Ｘ方向は、検出対象物７の移動方向に平行な方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向に直交する方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向である。Ｘ方向において、第２磁石４２から第１磁石４１に向かう方向と平行な方向を＋Ｘ方向とし、第１磁石４１から第２磁石４２に向かう方向と平行な方向を－Ｘ方向とする。Ｚ方向において、検出対象物７から磁界検出部３に向かう方向と平行な方向を＋Ｚ方向とし、磁界検出部３から検出対象物７に向かう方向と平行な方向を－Ｚ方方向とする。Ｘ方向に平行な方向は、本技術における「第１の方向」に対応する。Ｚ方向に平行な方向は、本技術における「第２の方向」に対応する。Ｙ方向に平行な方向は、本技術における「第３の方向」に対応する。
図１～図３に示すように、本実施形態に係る位置検出装置１は、一方向に着磁され、一方端を第１磁極（例えばＮ極）とし、他方端を第２磁極（例えばＳ極）とする第１磁石４１及び第２磁石４２と、磁界検出部３とを含む。本実施形態に係る位置検出装置１は、検出対象物７の±Ｘ方向への移動量を検出するストロークセンサとして用いられ得る。
検出対象物７は、Ｚ方向から見たときに、すなわち、平面視において、位置検出装置１（磁界検出部３）の－Ｚ方向に位置し、±Ｘ方向に沿って移動可能に構成される。検出対象物７は、鉄、鉄合金等の軟磁性体（磁性体）により構成される。検出対象物７は、例えば、円盤状（板状）を呈している（Ｘ方向から見て円形状を有する）が、検出対象物７の形状はこの態様に限定されるものではない。検出対象物７は、その厚み方向がＸ方向と平行になるように配置される。この検出対象物７の移動により、後述する第１磁石４１及び第２磁石４２から磁界検出部３に印加される磁界の強度（磁束密度）や磁界の向き（角度）が変化する。
第１磁石４１及び第２磁石４２は、それぞれ、第１面４１Ａ，４２Ａと、第１面４１Ａ，４２Ａの反対側に位置する第２面４１Ｂ，４２Ｂとを有する。第１面４１Ａ，４２Ａは、磁界検出部３の近くに位置し、第２面４１Ｂ，４２Ｂは、磁界検出部３の遠くに位置する。第１磁石４１の第１面４１Ａ及び第２面４１Ｂは、互いに実質的に平行な平面であり、第２磁石４２の第１面４２Ａ及び第２面４２Ｂは、互いに実質的に平行な平面である。なお、実質的に平行とは、第１面４１Ａ，４２Ａを含む平面と第２面４１Ｂ，４２Ｂを含む平面とが５ｄｅｇ以内で交差することをも含む概念である。
第１磁石４１及び第２磁石４２は、それぞれの第１磁極（Ｎ極）を向かい合わせるようにして配置されている。第１磁極（Ｎ極）を向かい合わせるとは、第１磁石４１の着磁方向と第２磁石４２の着磁方向とをＸＹ平面に投影したときに、互いの着磁方向が反平行であることを意味する。なお、着磁方向とは、磁石（第１磁石４１及び第２磁石４２）内部で磁力線が第２磁極（Ｓ極）から第１磁極（Ｎ極）に向かう方向を意味する。本実施形態において、第１磁石４１及び第２磁石４２は、互いの第１磁極（Ｎ極）を向かい合わせるようにして配置されているが、この態様に限定されるものではなく、第１磁石４１及び第２磁石４２は、互いの第２磁極（Ｓ極）を向かい合わせるようにして配置されていてもよい。すなわち、第１磁石４１及び第２磁石４２は、同一極性の磁極（Ｎ極又はＳ極）を互いに向かい合わせるようにして配置されていればよい。
第１磁石４１の第１面４１Ａは、Ｚ方向から見たときに、Ｙ方向（Ｙ軸）に平行な第１端辺４１１と第２端辺４１２とを有する。第１端辺４１１は、Ｚ方向から見たときに磁界検出部３の近くに位置し、第２端辺４１２は、Ｚ方向から見たときに磁界検出部３の遠くに位置する。すなわち、第１端辺４１１は、第２端辺４１２よりも－Ｘ側に位置する。第２磁石４２の第１面４２Ａは、Ｚ方向から見たときに、Ｙ方向（Ｙ軸）に平行な第１端辺４２１と第２端辺４２２とを有する。第１端辺４２１は、Ｚ方向から見たときに磁界検出部３の近くに位置し、第２端辺４２２は、Ｚ方向から見たときに磁界検出部３の遠くに位置する。すなわち、第１端辺４２１は、第２端辺４２２よりも＋Ｘ側に位置する。
第１磁石４１の第１面４１Ａの第１端辺４１１と第２磁石４２の第１面４２Ａの第１端辺４２１とを含む平面を第１仮想平面ＶＰ１と定義し、第１磁石４１の第１面４１Ａの第２端辺４１２と第２磁石４２の第１面４２Ａの第２端辺４２２とを含む平面を第２仮想平面ＶＰ２と定義する。検出対象物７を下方（Ｚ方向における下方，－Ｚ側）に位置させ、磁界検出部３を検出対象物７の上方（Ｚ方向における上方，＋Ｚ側）に位置させた場合において、第１仮想平面ＶＰ１は、第２仮想平面ＶＰ２よりも上方（Ｚ方向における上方，＋Ｚ側）に位置する。すなわち、第１磁石４１及び第２磁石４２は、第１磁石４１の第１面４１Ａと第２磁石４２の第１面４２Ａとが側面視においてハの字状（inverted V-shaped）になるように設けられている。換言すると、第１磁石４１の第１面４１Ａを含む平面と第２磁石４２の第１面４２Ａを含む平面とは、－Ｚ側に向かって開放し、＋Ｚ側において互いに交差する。
第１磁石４１の第１面４１Ａは、第２仮想平面ＶＰ２に対して第１傾斜角度θ４１で傾斜しており、第２磁石４２の第１面４２Ａは、第２仮想平面ＶＰ２に対して所定の第２傾斜角度θ４２で傾斜している。第１傾斜角度θ４１及び第２傾斜角度θ４２は、それぞれ２８．５～３１．５°の範囲内であればよく、２９．５～３０．７５°の範囲内であるのが好ましい。第１傾斜角度θ４１及び第２傾斜角度θ４２は、それぞれ上記数値範囲内である限りにおいて異なる角度であってもよいが、同一角度であるのが特に好ましい。第１磁石４１の第１面４１Ａ及び第２磁石４２の第１面４２Ａのそれぞれが上記のように傾斜していることで、磁界検出部３に印加される磁界の強度（磁束密度）を増大させることができ、磁界検出部３に印加される磁界の向き（角度）の範囲を増加させることができ、位置検出装置１における検出対象物７の位置検出精度を向上させることができる。
上記第１仮想平面ＶＰ１、第２仮想平面ＶＰ２、第１磁石４１の第１面４１Ａ及び第２磁石４２の第１面４２Ａにより囲まれる空間を「磁界検出部配置領域Ｓ」と定義することができ、この磁界検出部配置領域Ｓ内に磁界検出部３が設けられている。すなわち、Ｙ方向から見たときに、磁界検出部３は、第１磁石４１と第２磁石４２との間に設けられている。磁界検出部３が、第２仮想平面ＶＰ２に対して第１傾斜角度θ４１及び第２傾斜角度θ４２で傾斜した第１磁石４１の第１面４１Ａ及び第２磁石４２の第１面４２Ａ、第１仮想平面ＶＰ１並びに第２仮想平面ＶＰ２で囲まれた磁界検出部配置領域Ｓに設けられていることで、磁界検出部３に印加される磁界の強度（磁束密度）を増大させることができ、磁界検出部３に印加される磁界の向き（角度）の範囲を増加させることができ、位置検出装置１における検出対象物７の位置検出精度を向上させることができる。なお、本実施形態においては、第２仮想平面ＶＰ２上に磁界検出部３が位置しているが、この態様に限定されるものではなく、磁界検出部３は、磁界検出部配置領域Ｓ内である限りにおいて、当該平面上に位置していなくてもよい。
第１磁石４１及び第２磁石４２の間隔Ｄ４は、Ｘ方向に沿って移動する検出対象物７の移動量に応じて適宜設定されればよく、少なくとも検出対象物７の最大移動量以上に設定されればよい。なお、第１磁石４１及び第２磁石４２の間隔Ｄ４は、第１端辺４１１と第１端辺４２１との間の長さであって、Ｘ方向に平行な長さである。
磁界検出部３は、第１磁石４１及び第２磁石４２により発生する磁界の向きを検出する。具体的には、磁界検出部３は、第１磁石４１及び第２磁石４２により発生し、磁界検出部３に対して印加される磁界の向き（ベクトル）、すなわち磁界検出部３における磁力線の向きを検出する。磁界検出部３は、第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２を含んでいればよい。磁界検出部３（第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２）は、例えば、ホール素子、ホールＩＣ（Integrated Circuit）、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子等を磁界検出素子として含んでいればよい。磁界検出部３は、Ｘ方向に沿った感磁方向と、Ｚ方向に沿った感磁方向とを有する。Ｚ方向は、Ｘ方向に直交し、かつ第１仮想平面ＶＰ１及び第２仮想平面ＶＰ２に直交する。
本実施形態において、磁界検出部３は、第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２を一体的に（モノリシックに）形成してワンチップ化したものであってもよいし、第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２を樹脂封止してワンパッケージ化したものであってもよいし、第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２を別個独立に樹脂封止したものであってもよい。後述するように、磁界検出部３に含まれる第１磁界検出部３１の出力ＢＸ１，ＢＺ１及び第２磁界検出部３２の出力ＢＸ２，ＢＺ２の差分を用いて下記式により逆正接（arctangent，ＡＴＡＮ）演算をすることで、磁界検出部３に印加される磁界の向き（ベクトル）を角度値（検出値）θＢとして求める。このように、当該角度値の演算に第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２のそれぞれの出力の差分を用いることで、位置検出装置１における検出対象物７の位置検出精度を向上させることができる。
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本実施形態に係る位置検出装置１において、第１磁石４１及び第２磁石４２は、磁界検出部３の中心からのＸ方向の距離を同一とするように設けられているのが好ましい。すなわち、第１磁界検出部３１から第１磁石４１までの距離（Ｘ方向に沿った距離）と、第２磁界検出部３２から第２磁石４２までの距離（Ｘ方向に沿った距離）とが同一であるのが好ましい。当該距離が同一であることで、位置検出装置１における検出対象物７の位置検出精度を向上させることができる。
本実施形態に係る位置検出装置１は、磁界検出部３の±Ｘ側に隣接するヨーク部５を備えていてもよい。ヨーク部５は、磁界検出部３の＋Ｘ側に位置する第１ヨーク部５１と、磁界検出部３の－Ｘ側に位置する第２ヨーク部５２とを含んでいてもよい。第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２は、Ｙ方向から見たときに、第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２の間に磁界検出部３を挟むように設けられていればよい。磁界検出部３の位置ずれ等により、第１磁界検出部３１から第１磁石４１までの距離と第２磁界検出部３２から第２磁石４２までの距離とが異なる場合、第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２のそれぞれに印加される磁界の強度が不均一となることで、磁界検出部３からの出力信号の精度が悪化してしまう。しかしながら、そのような場合であっても、位置検出装置１がヨーク部５を備えることで、位置検出装置１における検出対象物７の位置検出精度を向上させることができる。
第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２は、Ｚ方向から見たときに、長手方向をＹ方向とする長方形状を有していてもよいし（図４Ａ及び図４Ｂ参照）、互いに開口部を向かい合わせたコの字状（Ｕ字状又はＣ字状）を有していてもよい（図５Ａ及び図５Ｂ参照）。また、第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２は、互いに連続した一体物であって、Ｚ方向から見たときに、磁界検出部３の周囲を囲む枠状（ロの字状）を有していてもよい（図６Ａ及び図６Ｂ参照）。さらに、第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２の＋Ｚ側の端面５１Ａ，５２Ａは、第１磁石４１の第１面４１Ａ及び第２磁石４２の第１面４２Ａと同様に、第２仮想平面ＶＰ２に対して所定の角度（例えば第１傾斜角度θ４１及び第２傾斜角度θ４２と同一角度）で傾斜していてもよい（図７参照）。当該端面５１Ａ，５２Ａが傾斜していることで、第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２の体積を相対的に大きくすることができ、位置検出装置１における検出対象物７の位置検出精度をさらに向上させることができる。なお、本実施形態に係る位置検出装置１がヨーク部５（第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２）を備える場合において、第１傾斜角度θ４１及び第２傾斜角度θ４２は、それぞれ２８．５～３２．５°の範囲内であればよく、２９．５～３１．２５°の範囲内であるのが好ましい。
第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２は、例えばＮｉＦｅ等の磁性材料により構成される。好適には、第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２は、同一の磁性材料により構成される。
磁界検出部３と第１ヨーク部５１との間の距離Ｌ１と、磁界検出部３と第２ヨーク部５２との間の距離Ｌ２とは、同一であるのが好ましい。距離Ｌ１，Ｌ２が同一であることで、位置検出装置１における検出対象物７の位置検出精度を向上させることができる。なお、距離Ｌ１，Ｌ２は、Ｚ方向から見たときに、磁界検出部３の中心と第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２の磁界検出部３側の面との間の距離を意味する。
図８に示すように、本実施形態に係る位置検出装置１は、信号処理部６を備える。信号処理部６は、磁界検出部３から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（アナログ－デジタル）変換部６１と、Ａ／Ｄ変換部６１によりデジタル変換されたデジタル信号を演算処理する演算部６２とを含む。なお、演算部６２にて演算処理された演算処理結果をアナログ信号として出力する場合には、信号処理部６は、演算部６２の下流側にＤ／Ａ（デジタル－アナログ）変換部（図示を省略）をさらに含んでいればよい。
信号処理部６は、第１磁石４１及び第２磁石４２から発生し、磁界検出部３に印加される磁界の方向のＸ方向に対する角度を表す検出値θＢを生成する。検出値θＢは、検出対象物７の磁界検出部３に対する相対位置と対応関係を有する。
Ａ／Ｄ変換部６１は、磁界検出部３から出力されるセンサ信号（電流に関するアナログ信号）をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号が演算部６２に入力される。演算部６２は、Ａ／Ｄ変換部６１によりアナログ信号から変換されたデジタル信号についての演算処理を行う。この演算部６２は、例えば、マイクロコンピュータ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等により構成される。
本実施形態において、第１磁石４１及び第２磁石４２から発生し、磁界検出部３に印加される磁界の向きが、±Ｘ方向への検出対象物７の移動に伴い変化すると、磁界検出部３に対する検出対象物７の±Ｘ方向における相対的な位置に対応するセンサ信号が磁界検出部３から出力される。このセンサ信号を用いて信号処理部６により検出値θＢが生成される。なお、例えば、センサ電源がオフとなった後に再度オンとなった場合でも、検出値θＢは変化せず、絶対位置の検出が可能である。
本実施形態に係る位置検出装置１によれば、第１磁石４１の第１面４１Ａ及び第２磁石４２の第１面４２Ａが第２仮想平面ＶＰ２に対して傾斜していることで、磁界検出部３に印加される磁界の強度（磁束密度）を増大させることができ、磁界検出部３に印加される磁界の向き（角度）の範囲を増加させることができ、位置検出装置１における検出対象物７の位置検出精度を向上させることができる。
本実施形態に係る位置検出装置１は、所定の筐体１１に収容されることで、位置検出モジュール１０を構成する（図９参照）。本実施形態における位置検出モジュール１０は、位置検出装置１と、信号処理部６と、位置検出装置１及び信号処理部６を収容する筐体１１とを備える。位置検出装置１及び信号処理部６は、樹脂により構成される支持体１２により支持された状態で筐体１１内に収容されている。筐体１１は、位置検出装置１の磁界検出部３から出力されるセンサ信号を用いて信号処理部６にて生成された検出値θＢを外部に取り出すためのコネクタ１３を有する。
上記実施形態における位置検出装置１及びそれを有する位置検出モジュール１０は、実質的に直線的に移動する検出対象物７の位置変化を検知する用途に用いることができる。本実施形態に係る位置検出装置１を備える位置検出モジュール１０は、例えば、クラッチシステムにおけるクラッチの位置検出装置等として用いられ得る。例えば、図１０に示すように、本実施形態に係る位置検出装置１を備える位置検出モジュール１０は、車両クラッチペダル等のペダル、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０１及びクラッチ１０２を備えるクラッチシステム１００において、車両クラッチペダルの踏み込みによって移動するクラッチ１０２の位置を検出可能に設けられる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
上記実施形態において、磁界検出部３として、第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２を含む態様を例に挙げて説明したが、この態様に限定されるものではなく、例えば、磁界検出部３は、１つの磁界検出部（例えば第１磁界検出部３１）のみを含むものであってもよい（図４Ｃ参照）。
以下、実施例等を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は、下記の実施例等に何ら限定されるものではない。
〔試験例１〕
図１１に示すように磁界検出部３として第１磁界検出部３１のみを含み、第１磁石４１の第１面４１Ａの第１傾斜角度θ４１及び第２磁石４２の第１面４２Ａの第２傾斜角度θ４２をそれぞれ０°とした位置検出装置（Sample 1）を用い、磁界検出部３に印加される磁場強度（磁束密度）、磁界検出部３に印加される磁界の角度範囲及び信号処理部６から出力される検出値の誤差をシミュレーションにより求めた。結果を図１２Ａ～１２Ｃに示す。
〔試験例２〕
図１３に示すように磁界検出部３として第１磁界検出部３１のみを含み、第１磁石４１の第１面４１Ａの第１傾斜角度θ４１及び第２磁石４２の第１面４２Ａの第２傾斜角度θ４２をそれぞれ３０°とした位置検出装置１（Sample 2）を用いた以外は、試験例１と同様にして磁界検出部３に印加される磁場強度（磁束密度）、磁界検出部３に印加される磁界の角度範囲及び信号処理部６から出力される検出値の誤差をシミュレーションにより求めた。結果を図１４Ａ～１４Ｃに示す。
〔試験例３〕
図１に示す構成を有する位置検出装置１（Sample 3）を用いた以外は、試験例１と同様にして磁界検出部３（第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２）に印加される磁場強度（磁束密度）、磁界検出部３に印加される磁界の角度範囲及び信号処理部６から出力される検出値の誤差をシミュレーションにより求めた。なお、位置検出装置１において、第１磁石４１の第１面４１Ａの第１傾斜角度θ４１及び第２磁石４２の第１面４２Ａの第２傾斜角度θ４２をそれぞれ３０°とした。結果を図１５Ａ～１５Ｃに示す。
図１２Ａ～１２Ｃ、図１４Ａ～１４Ｃ及び図１５Ａ～１５Ｃにおいて、横軸は検出対象物７のストローク量（規格化した数値）を表す。図１５Ａにおいて、実線は、第１磁界検出部３１に印加される磁界の磁束密度（ｍＴ）を表し、破線は、第２磁界検出部３２を備える場合における第２磁界検出部３２に印加される磁界の磁束密度（ｍＴ）を表す。図１２Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂの縦軸は、磁界検出部３に印加される磁界の角度（ｄｅｇ）を表し、図１２Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃの縦軸は、信号処理部６から出力される検出値の誤差（ｍｍ）を表す。
図１２Ａ～１２Ｃ及び図１４Ａ～１４Ｃに示すように、第１磁石４１の第１面４１Ａ及び第２磁石４２の第１面４２Ａを第２仮想平面ＶＰ２に対して傾斜させることで、磁界検出部３に印加される磁界の磁束密度を増大させ得ることが確認された。また、試験例３においては、磁界検出部３が第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２を含むことにより、検出値の最大誤差（ｍｍ）は０．２７ｍｍとなっており、試験例１及び２と比較して、検出対象物７の位置検出精度がより改善している。
〔試験例４〕
試験例３の位置検出装置１（Sample 3）において、第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２を＋Ｘ方向（第１磁石４１側）に０．１ｍｍ変位させた以外は、試験例３（Sample 3）と同様の構成を有する位置検出装置１（Sample 4）を用い、試験例１と同様にして磁界検出部３に印加される磁場強度（磁束密度）、磁界検出部３に印加される磁界の角度範囲及び信号処理部６から出力される検出値の誤差をシミュレーションにより求めた。結果を図１６Ａ～１６Ｃに示す。
〔試験例５〕
図４Ａ及び図４Ｂに示すようにヨーク部５（第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２）を備える位置検出装置１（Sample 5）を用いた以外は、試験例１と同様にして磁界検出部３に印加される磁場強度（磁束密度）、磁界検出部３に印加される磁界の角度範囲及び信号処理部６から出力される検出値の誤差をシミュレーションにより求めた。結果を図１７Ａ～１７Ｃに示す。
〔試験例６〕
試験例５の位置検出装置１（Sample 5）において、第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２を＋Ｘ方向（第１磁石４１側）に０．１ｍｍ変位させた以外は、試験例５（Sample 5）と同様の構成を有する位置検出装置１（Sample 6）を用い、試験例１と同様にして磁界検出部３に印加される磁場強度（磁束密度）、磁界検出部３に印加される磁界の角度範囲及び信号処理部６から出力される検出値の誤差をシミュレーションにより求めた。結果を図１８Ａ～１８Ｃに示す。
〔試験例７〕
図４Ｃに示すように磁界検出部３が第１磁界検出部３１のみを含み、ヨーク部５（第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２）を備える位置検出装置１（Sample 7）を用いた以外は、試験例１と同様にして磁界検出部３に印加される磁場強度（磁束密度）、磁界検出部３に印加される磁界の角度範囲及び信号処理部６から出力される検出値の誤差をシミュレーションにより求めた。結果を図１９Ａ～１９Ｃに示す。
〔試験例８〕
試験例７の位置検出装置１（Sample 7）において、第１磁界検出部３１を＋Ｘ方向（第１磁石４１側）に０．１ｍｍ変位させた以外は、試験例７（Sample 7）と同様の構成を有する位置検出装置１（Sample 8）を用い、試験例１と同様にして磁界検出部３に印加される磁場強度（磁束密度）、磁界検出部３に印加される磁界の角度範囲及び信号処理部６から出力される検出値の誤差をシミュレーションにより求めた。結果を図２０Ａ～２０Ｃに示す。
図１６Ａ～２０Ｃにおいて、横軸は検出対象物７のストローク量（規格化した数値）を表す。図１６Ａ、１７Ａ、１８Ａ、１９Ａ、２０Ａにおいて、実線は、第１磁界検出部３１に印加される磁界の磁束密度（ｍＴ）を表し、破線は、第２磁界検出部３２に印加される磁界の磁束密度（ｍＴ）を表す。図１６Ｂ、１７Ｂ、１８Ｂ、１９Ｂ、２０Ｂの縦軸は、磁界検出部３に印加される磁界の角度（ｄｅｇ）を表し、図１６Ｃ、１７Ｃ、１８Ｃ、１９Ｃ、２０Ｃの縦軸は、信号処理部６から出力される検出値の誤差（ｍｍ）を表す。
図１６Ａ～２０Ｃに示すように、磁界検出部３（第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２）の位置ずれ（Ｘ方向における位置ずれ）が生じた場合であっても、磁界検出部３の±Ｘ側にヨーク部５（第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２）が設けられていることで、第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２に印加される磁界のバランスを改善可能であること、磁界検出部３に印加される磁界の角度範囲を拡大し、位置検出装置１の分解能を向上させ得ること、並びに位置検出装置１の位置検出精度を向上させ得ることが確認された。図２０Ａに示すように、上記は、磁界検出部３が第１磁界検出部３１のみを備える場合も同様である。
また、試験例５においては、磁界検出部３が第１磁界検出部３１及び第２磁界検出部３２を含むこと、ヨーク部５（第１ヨーク部５１及び第２ヨーク部５２）が設けられていることで、検出値の最大誤差（ｍｍ）は０．１８ｍｍとなっており、試験例１～３、及び試験例７と比較して、検出対象物７の位置検出精度がより改善している。
〔試験例９〕
試験例３（Sample 3）と同様の構成を有する位置検出装置１を用い、第１磁石４１の第１面４１Ａの第１傾斜角度θ４１及び第２磁石４２の第１面４２Ａの第２傾斜角度θ４２のそれぞれを２５°から３５°の間で変化させた場合における信号処理部６から出力される検出値の誤差をシミュレーションにより求めた。結果を図２１に示す。
〔試験例１０〕
試験例５（Sample 5）と同様の構成を有する位置検出装置１を用い、第１磁石４１の第１面４１Ａの第１傾斜角度θ４１及び第２磁石４２の第１面４２Ａの第２傾斜角度θ４２のそれぞれを２５°から３５°の間で変化させた場合における信号処理部６から出力される検出値の誤差をシミュレーションにより求めた。結果を図２２に示す。
図２１に示すように、第１磁石４１の第１面４１Ａの第１傾斜角度θ４１及び第２磁石４２の第１面４２Ａの第２傾斜角度θ４２を２８．５～３１．５°の範囲内とすることで、信号処理部６から出力される検出値の誤差を１ｍｍ以内にすることができ、第１傾斜角度θ４１及び第２傾斜角度θ４２を２９．５～３０．７５°の範囲内とすることで、信号処理部６から出力される検出値の誤差を０．５ｍｍ以内にすることができ、位置検出装置１における位置検出精度を高くすることができることが確認された。また、図２２に示すように、位置検出装置１がヨーク部５を備えることで、第１傾斜角度θ４１及び第２傾斜角度θ４２を２８．５～３２．５°の範囲内としても、信号処理部６から出力される検出値の誤差を１ｍｍ以内にすることができ、第１傾斜角度θ４１及び第２傾斜角度θ４２を２９．５～３１．２５°の範囲内としても、信号処理部６から出力される検出値の誤差を０．５ｍｍ以内にすることができ、位置検出装置１における位置検出精度を高くすることができることが確認された。
１…位置検出装置
３…磁界検出部
３１…第１磁界検出部
３２…第２磁界検出部
４１…第１磁石
４２…第２磁石
５…ヨーク部
５１…第１ヨーク部
５２…第２ヨーク部
６…信号処理部
１０…位置検出モジュール
１１…筐体

Claims (17)

  1. 検出対象物の位置を検出する位置検出装置であって、
    第１磁石及び第２磁石と、
    前記第１磁石及び前記第２磁石から発生する磁界を検出する磁界検出部と
    を備え、
    前記磁界検出部は、前記検出対象物に対し第１の方向に沿って相対的に移動可能であり、
    前記第１磁石及び前記第２磁石は、前記第１の方向において同じ極性を向かい合わせるように配置されており、
    前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれは、第１面と、前記第１面の反対側に位置する第２面とを有し、
    前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、前記磁界検出部に対して相対的に近位に位置し、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第２面は、前記磁界検出部に対して相対的に遠位に位置し、
    前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、平面視において、前記磁界検出部に対して近位に位置する第１端辺と前記磁界検出部に対して遠位に位置する第２端辺とを有し、
    前記検出対象物を下方に位置させ、前記磁界検出部を前記検出対象物の上方に位置させたときに、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１端辺を含む第１仮想平面は、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第２端辺を含む第２仮想平面よりも上方に位置し、
    前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、互いに対向するように前記第２の仮想平面に対して所定の傾斜角度で傾斜しており、
    前記磁界検出部は、前記第１磁石及び前記第２磁石の間に設けられていることを特徴とする位置検出装置。
  2. 前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、前記第２仮想平面に対して２８．５°～３１.５°の範囲で傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
  3. 前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面は、前記第２仮想平面に対して２９．５°～３０．７５°の範囲で傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
  4. 前記第１磁石の前記第１面の前記傾斜角度と、前記第２磁石の前記第１面の前記傾斜角度とは、同一角度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
  5. 前記磁界検出部は、前記第１仮想平面と、前記第２仮想平面と、前記第１磁石及び前記第２磁石のそれぞれの前記第１面とによって囲まれる磁界検出部配置領域に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
  6. 前記磁界検出部は、第１磁界検出部と第２磁界検出部とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
  7. 前記磁界検出部の感磁方向は、前記第１の方向と平行な第１の感磁方向と、前記第１の感磁方向に直交する第２の感磁方向とを含み、
    前記第２の感磁方向は、前記第１仮想平面及び前記第２仮想平面に交差することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
  8. 前記第１の方向において前記磁界検出部に隣接するようにヨーク部が設けられており、
    前記磁界検出部は、前記ヨーク部の間に挟まれるようにして位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
  9. 前記ヨーク部は、第１ヨーク部及び第２ヨーク部を有することを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
  10. 前記磁界検出部は、前記第１の方向から見て前記第１ヨーク部及び前記第２ヨーク部が重なり合う部分に位置することを特徴とする請求項９に記載の位置検出装置。
  11. 前記ヨーク部は、第１ヨーク部及び第２ヨーク部を有し、
    前記第１の方向において、前記磁界検出部は、前記第１ヨーク部及び前記第２ヨーク部の間に挟まるようにして位置し、
    平面視において、前記第１ヨーク部及び前記第２ヨーク部は、実質的にＵ字形状を有しており、互いの開口部を向かい合わせるようにして設けられていることを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
  12. 平面視において、前記ヨーク部は方形枠状を有しており、
    前記磁界検出部は、前記方形枠状の前記ヨーク部の内側に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
  13. 前記磁界検出部と前記第１磁石との間の前記第１の方向に沿った距離と、前記磁界検出部と前記第２磁石との間の前記第１の方向に沿った距離とが、同一であり、
    前記磁界検出部から前記第１磁石側に位置する前記ヨーク部までの前記第１の方向に沿った距離と、前記磁界検出部から前記第２磁石側に位置する前記ヨーク部までの前記第１の方向に沿った距離とが、同一であることを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
  14. 前記第１磁石及び第２磁石は、同一材料により構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
  15. 前記第１ヨーク部及び前記第２ヨーク部は、同一材料により構成されることを特徴とする請求項９に記載の位置検出装置。
  16. 請求項１又は２に記載の位置検出装置と、
    前記位置検出装置の前記磁界検出部からの出力信号を処理することで、前記第１磁石及び前記第２磁石により発生し前記磁界検出部に印加される磁界の角度を演算する信号処理部と、
    前記位置検出装置及び前記信号処理部を収容する筐体と
    を備えることを特徴とする位置検出モジュール。
  17. 請求項１６に記載の位置検出モジュールと、
    前記検出対象物としてのクラッチと
    を備えることを特徴とするクラッチシステム。
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