WO2017199648A1 - 位置センサ - Google Patents

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detection
magnetic
support substrate
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孝昌 金原
青山　正紀
佑樹 松本
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株式会社デンソー
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    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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Definitions

  • the present disclosure relates to a position sensor that detects a position of a detection target.
  • the position sensor includes a sensor main body in which a magnetic plate having a width with respect to the length direction of the magnet that differs depending on the position in the length direction is provided on one surface of the magnet magnetized in the thickness direction. .
  • the position sensor also includes a magnetic transducer that moves along the longitudinal direction with a certain gap above the magnetic plate of the sensor body.
  • the magnetic field emitted from the magnet is shielded by the magnetic plates having different widths, the magnetic field strength on the surface of the magnetic plate varies depending on the position in the length direction of the magnet. Therefore, the position of the magnetic conversion element relative to the magnet can be detected by detecting the output from the moving magnetic conversion element.
  • This disclosure is intended to provide a position sensor capable of correcting an error in position detection of a detection target.
  • a position sensor includes a support substrate having a front surface and a back surface, and a magnetic flux generation unit that generates a magnetic flux in a direction orthogonal to the surface of the support substrate and is fixed to the surface of the support substrate. Yes.
  • the position sensor is provided in a magnetic flux transmission range on the back surface of the support substrate, and includes a magnetic element that outputs a detection signal corresponding to the strength of the magnetic flux.
  • the position sensor includes a correction unit that inputs a detection signal and corrects the detection signal based on a change in sensitivity of the magnetic element.
  • the detection target is located away from the back surface of the support substrate and is made of a magnetic material.
  • the front end portion of the back surface of the support substrate moves the space corresponding to the transmission range from the reference position in the surface direction.
  • the strength of the magnetic flux changes according to the amount of movement that the tip moves from the reference position.
  • the position sensor since the position sensor includes the correction unit, the detection signal can be corrected based on the sensitivity of the magnetic element. Therefore, it is possible to correct an error in detecting the position of the detection target.
  • FIG. 1 is a side view of a position sensor according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the output of the magnetic element with respect to the detection target movement amount, and the output of the magnetic element when the gap becomes large
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an output after signal processing with respect to the detection target movement amount
  • FIG. 4 is a diagram showing the content of dividing the output of the magnetic element into a plurality of sections in the second embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining calculation of the inclination correction coefficient and the offset correction coefficient in the second embodiment.
  • FIG. 6 is a side view of the position sensor according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the output of the magnetic element before correction by the saturation correction coefficient, and the output of the magnetic element after correction by the saturation correction coefficient
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an output after signal processing using a saturation correction coefficient.
  • the position sensor 1 detects the position of the detection target.
  • the position sensor 1 includes a support substrate 10, a magnet 20, a plurality of magnetic elements 31 to 35, a gap detection element 40, and a signal processing unit 50.
  • the support substrate 10 is a plate-like component having a front surface 11 and a back surface 12.
  • the support substrate 10 is a circuit board on which pads and wiring patterns (not shown) are formed.
  • a substrate such as a printed circuit board that transmits magnetic flux is used.
  • the magnet 20 is a component for applying a magnetic flux that changes depending on the presence or absence of the detection target 100 to each of the magnetic elements 31 to 35.
  • the magnet 20 is fixed to the surface 11 so that the magnetic flux is directed in a direction perpendicular to the surface 11 of the support substrate 10.
  • the N pole of the magnet 20 is directed to the surface 11 side of the support substrate 10. Thereby, the direction of the magnetic flux is changed from the front surface 11 side to the back surface 12 side of the support substrate 10.
  • the detection object 100 is made of a plate-like magnetic material.
  • the detection target 100 is located away from the back surface 12 of the support substrate 10. Further, the detection target 100 moves from the reference position in the surface direction of the back surface 12 of the support substrate 10. Specifically, the front end portion 110 of the detection target 100 in the surface direction of the back surface 12 of the support substrate 10 moves the space portion 200 corresponding to the transmission range of the magnetic flux in the space above the back surface 12 in the surface direction. To do.
  • Each of the magnetic elements 31 to 35 outputs a detection signal corresponding to the strength of the magnetic flux that changes according to the amount of movement of the tip portion 110 of the detection target 100 from the reference position.
  • the detection signal is, for example, a voltage having a magnitude corresponding to the strength of the magnetic flux.
  • a Hall element or the like that detects magnetic strength is used.
  • each of the magnetic elements 31 to 35 is mounted in a magnetic flux transmission range in the back surface 12 of the support substrate 10. Specifically, the magnetic elements 31 to 35 are arranged on a straight line along the moving direction of the detection target 100 and are arranged apart from each other. In the present embodiment, five magnetic elements 31 to 35 are provided on the support substrate 10. All the magnetic elements 31 to 35 have the same function and configuration.
  • the gap detection element 40 is an element that detects a gap with the detection target 100.
  • the gap detection element 40 is an element that detects a change in sensitivity of each of the magnetic elements 31 to 35.
  • the gap detection element 40 outputs a gap signal corresponding to the size of the gap.
  • the gap signal is, for example, a voltage having a magnitude corresponding to the gap.
  • the gap detection element 40 is mounted in the magnetic flux transmission range in the back surface 12 of the support substrate 10 in order to always detect the gap with the detection target 100 regardless of the movement of the detection target 100.
  • the detection target 100 is mounted on the back surface 12 of the support substrate 10 so as to always face.
  • a Hall element or the like that detects the strength of magnetism is used. That is, each of the magnetic elements 31 to 35 and the gap detection element 40 are elements having the same configuration.
  • the signal processing unit 50 receives detection signals from the magnetic elements 31 to 35, and corrects the detection signals based on changes in sensitivity of the magnetic elements 31 to 35. For this reason, the signal processing unit 50 has a correction function of inputting a gap signal from the gap detection element 40 and correcting the detection signal using the gap signal.
  • the signal processing unit 50 is configured as an IC chip, for example.
  • the signal processing unit 50 is mounted on the back surface 12 of the support substrate 10 at a location that is not affected by the magnet 20.
  • the signal processing unit 50 may be mounted on the surface 11 of the support substrate 10.
  • the above is the configuration of the position sensor 1.
  • the position sensor 1 includes a housing that accommodates each of the above components, a terminal for electrical connection with other devices, and the like.
  • the strength of magnetic flux varies depending on the position of the detection target 100 in the space 200. Specifically, when the detection target 100 is positioned in a direction orthogonal to the surface 11 of the support substrate 10, the magnetic flux of the magnet 20 is attracted to the detection target 100 that is a magnetic body, and thus the magnetic flux becomes stronger. On the other hand, when the detection target 100 is not positioned in a direction orthogonal to the surface 11 of the support substrate 10, the strength of the magnetic flux of the magnet 20 does not change. That is, it becomes weaker than the magnetic flux when the detection target 100 is located.
  • each of the magnetic elements 31 to 35 outputs a detection signal corresponding to the position of the distal end portion 110 of the detection target 100.
  • the output of the magnetic element 31 is V1
  • the output of the magnetic element 32 is V2
  • the output of the magnetic element 33 is V3
  • the output of the magnetic element 34 is V4
  • the output of the magnetic element 35 is V5.
  • switching thresholds are set for the outputs V1 to V5. This is because the output becomes a constant value when the strength of the magnetic flux received by each of the magnetic elements 31 to 35 is maximized or minimized. Therefore, the range in which the output changes according to the change in magnetic flux is set by the switching threshold.
  • the switching threshold is not a fixed value, but is set so as to fluctuate corresponding to the maximum value and the minimum value of each output.
  • the switching threshold is stored in advance in the signal processing unit 50.
  • the signal processing unit 50 uses the output V1 of the magnetic element 31 as a detection signal.
  • the signal processing unit 50 uses the output V2 of the magnetic element 32 as a detection signal. The signal processing unit 50 switches such detection signals.
  • the signal processing unit 50 inputs a gap signal from the gap detection element 40.
  • the initial value is a reference value for the gap size.
  • the signal processing unit 50 sets an initial value based on a gap signal, for example, when the position sensor 1 is turned on, when position detection is started, or when certain specific conditions are met. What is necessary is just to decide suitably when initial value is acquired.
  • the gap becomes larger than the initial value shown in FIG.
  • the sensitivity of each magnetic element 31 to 35 is lowered. Therefore, as shown in FIG. 2, the maximum values of the outputs V1 to V5 of the magnetic elements 31 to 35 are small. Similarly, the output of the gap detection element 40 is also reduced.
  • the sensitivity of each of the magnetic elements 31 to 35 increases and the output of the gap detection element 40 also increases.
  • the gap between the position sensor 1 and the detection target 100 is not always constant. That is, since the gap changes according to the state of the position sensor 1 and the detection target 100, the signal processing unit 50 corrects the sensitivity of each of the magnetic elements 31 to 35.
  • the signal processing unit 50 receives the gap signal and acquires the initial value of the gap signal. Then, the signal processing unit 50 acquires a ratio between the initial value of the gap signal and the gap value accompanying the movement of the detection target 100 as a gap correction coefficient. Thereby, for example, the ratio of the gap value shown in FIG. 2 to the initial value of the gap shown in FIG. 2 can be known.
  • the signal processing unit 50 corrects the sensitivity of the output by multiplying the output of each of the magnetic elements 31 to 35 by a gap correction coefficient. Further, the signal processing unit 50 corrects the switching threshold by multiplying the switching threshold by a gap correction coefficient. As a result, when the gap becomes large, the signal processing unit 50 increases the output sensitivity by the gap correction coefficient and also changes the switching threshold. On the other hand, when the gap becomes small, the signal processing unit 50 lowers the output sensitivity by the gap correction coefficient and also changes the switching threshold.
  • the switching threshold value on the maximum value side of each of the outputs V1 to V5 varies depending on the change of the gap. It will be lower. For this reason, an error occurs in the position of the detection target 100.
  • the signal processing unit 50 performs the correction using the gap correction coefficient
  • the outputs V1 to V5 change in proportion to the movement amount of the detection target 100 regardless of the change in the gap. Can be signal processed. Also, the linearity of the outputs V1 to V5 can be ensured. Therefore, the position detection error of the detection target 100 can be corrected.
  • the position sensor 1 is applied to, for example, detection of a moving position in the axial direction of a rotating body such as an automobile drive shaft, camshaft, and gear, shift position detection, and position detection of a piston, a valve, and the like.
  • a rotating body such as an automobile drive shaft, camshaft, and gear
  • shift position detection and position detection of a piston, a valve, and the like.
  • the position sensor 1 may be applied to applications other than automobiles.
  • the magnet 20 corresponds to the magnetic flux generation part.
  • the gap detection element 40 and the signal processing unit 50 correspond to a correction unit, and the gap detection element 40 corresponds to a magnetic element for gap detection.
  • the signal processing unit 50 has a function of correcting the linearity of the outputs V1 to V5 of the magnetic elements 31 to 35. For this reason, the signal processing unit 50 has an inclination correction coefficient and an offset correction coefficient in advance. These coefficients are calculated as follows.
  • the range of the output value of the detection signal of the magnetic element 31 assumed by the movement of the detection target 100 is divided into a plurality by the division threshold.
  • the upper and lower switching thresholds are divided into three sections A to C by two division thresholds.
  • an inclination correction coefficient for correcting the inclination of a straight line connecting the minimum value and the maximum value of the output value of the detection signal in the section A to the inclination of the target output is acquired. That is, the inclination correction coefficient is a parameter for adjusting the sensitivity of the section A. Further, in the section A, an offset correction coefficient is acquired that matches the start point and the end point of the output value corrected by the inclination correction coefficient with the target output. In the sections B and C, the inclination correction coefficient and the offset correction coefficient are acquired.
  • the inclination correction coefficient and the offset correction coefficient are acquired for each of the magnetic elements 32 to 35. Then, the inclination correction coefficient and the offset correction coefficient are stored in the signal processing unit 50.
  • the acquisition of each correction coefficient is performed when the position sensor 1 is manufactured, for example. Further, by storing the target output in advance in the signal processing unit 50, the signal processing unit 50 may perform a process of acquiring each correction coefficient when the detection target 100 is set in the position sensor 1.
  • the signal processing unit 50 multiplies the output value by the inclination correction coefficient corresponding to the detection signal input from each of the magnetic elements 31 to 35, and corrects the output value by adding the offset correction coefficient. . In this way, the sensitivity of the detection signal is corrected.
  • the signal processing unit 50 corresponds to a correction unit.
  • the signal processing unit 50 has a function of correcting the sensitivity of each of the magnetic elements 31 to 35. Have.
  • the gaps x1 to x5 between the magnetic elements 31 to 35 and the detection target 100 are all different sizes.
  • the saturation values of the outputs V1 to V5 of the magnetic elements 31 to 35 are V1 ⁇ V2 ⁇ V3 ⁇ V4 ⁇ V5. Therefore, as shown in FIG. 8, the outputs V1 to V5 with respect to the amount of movement of the detection target 100 are non-linear outputs indicated by dotted lines.
  • the signal processing unit 50 has a saturation correction coefficient. This coefficient is calculated as follows. First, the position sensor 1 is set for the detection target 100. Further, the saturation values on the upper and lower sides of the magnetic elements 31 to 35 with respect to the detection target 100 are acquired. Then, one of the upper saturation values is set as a reference value. For example, the saturation value of the output V3 of the magnetic element 33 is set as the reference value. The upper saturation values of the outputs V1 to V5 are Vu1 to Vu5. Therefore, the upper saturation value of the output V3 is Vu3.
  • the saturation correction coefficient ai is calculated for each of the magnetic elements 31 to 35 from the ratio of the saturation values Vu1 to Vu5 of each of the magnetic elements 31 to 35 and the reference value Vu3. That is, the saturation correction coefficient ai is a parameter for adjusting the sensitivity of each of the magnetic elements 31 to 35.
  • the saturation correction coefficient ai is calculated from the saturation values Vf1 to Vf5 on the upper side of the outputs V1 to V5.
  • the saturation correction coefficient ai is acquired before the position of the detection target 100 is detected.
  • the saturation correction coefficient ai may be calculated when the position sensor 1 is manufactured and stored in the signal processing unit 50.
  • the signal processing unit 50 corrects the outputs V1 to V5 using the saturation correction coefficient ai corresponding to the detection signals input to the magnetic elements 31 to 35.
  • the signal processing unit 50 uses the outputs V1 to V5 that are fluctuation values instead of the saturation values Vu1 to Vu5.
  • the signal processing unit 50 corresponds to a correction unit.
  • the magnet 20 is used to generate magnetic flux, but this is an example of the configuration.
  • magnetic flux generation means such as an electromagnet may be used.
  • the detection target 100 is configured in a plate shape, but this is an example of a shape. Therefore, the detection target 100 is not limited to a plate shape, and may have another shape.
  • the position sensor 1 includes the plurality of magnetic elements 31 to 35, but it is not necessary to include the plurality of magnetic elements 31 to 35. Even one magnetic element can be configured as the position sensor 1.
  • the support substrate 10 is provided with five magnetic elements 31 to 35, but the number of magnetic elements 31 to 35 is an example. Therefore, the number of magnetic elements 31 to 35 is not limited to five.
  • the gap detection element 40 is used to detect the gap.
  • any one of the magnetic elements 31 to 35 may be configured to function as the gap detection element 40. . That is, the position sensor 1 may not include the gap detection element 40 as in the configuration illustrated in FIG. 6 of the third embodiment.
  • the signal processing unit 50 acquires the output of the magnetic element 31 facing the detection target 100 as a gap signal corresponding to the size of the gap with the detection target 100.
  • the signal processing unit 50 obtains a ratio between the initial value of the gap signal and the gap value accompanying the movement of the detection target as a gap correction coefficient, and corrects the sensitivity of the detection signal using the gap correction coefficient.
  • the initial value of the gap signal is the output after the output of the magnetic element 31 reaches the maximum value.
  • the signal processing unit 50 can correct the sensitivity of the outputs of the magnetic elements 32 to 35 using the output of the magnetic element 31.
  • the sensitivity can be corrected according to the gap without using the gap detecting element 40. This makes it possible to correct the sensitivity even in a configuration in which it is difficult to arrange the gap detection element 40. Further, the position sensor 1 can be reduced in size.
  • this configuration may be combined with the second and third embodiments.

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Abstract

位置センサは、表面（１１）及び裏面（１２）を有する支持基板（１０）と、支持基板の表面に直交する方向に磁束を発生させると共に、支持基板の表面に固定された磁束発生部（２０）と、支持基板の裏面のうち磁束の透過範囲に設けられており、磁束の強弱に対応した検出信号を出力する磁気素子（３１～３５）と、検出信号を入力し、磁気素子の感度の変化に基づいて検出信号を補正する補正部（４０、５０）と、を備えている。検出対象（１００）は、支持基板の裏面から離れて位置すると共に磁性体で構成され、検出対象のうちの前記支持基板の裏面の面方向の先端部（１１０）が透過範囲に対応する空間部（２００）を当該面方向に基準位置から移動する。磁束の強弱は、先端部が基準位置から移動する移動量に応じて変化する。

Description

位置センサ 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１６年５月１７日に出願された日本特許出願番号２０１６－９８４９５号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、検出対象の位置を検出する位置センサに関する。
　従来より、直線上の位置を検出する位置センサが、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、位置センサは、厚さ方向に着磁された磁石の片面に当該磁石の長さ方向に対する幅が当該長さ方向の位置によって異なる磁性板が設けられたセンサ本体を備えている。また、位置センサは、センサ本体の磁性板の上方に一定のギャップを空けて長手方向に沿って移動する磁気変換素子を備えている。
　このような構成によると、磁石から出る磁界が幅の異なる磁性板によって遮蔽されるので、磁性板の表面の磁界強さが磁石の長さ方向の位置によって変化する。したがって、移動する磁気変換素子からの出力を検知することで、磁気変換素子の磁石に対する位置を検出することができる。
特開平５－２６４３２６号公報
　しかしながら、上記従来の技術では、例えばギャップが変化する等の問題が起こった際に磁気変換素子の感度が変化してしまうことが可能となっている。このため、発明者は、検出対象の位置検出の誤差が発生してしまうという課題を見出した。
　本開示は、検出対象の位置検出の誤差を補正することができる位置センサを提供することを目的とする。
　本開示の一態様による位置センサは、表面及び裏面を有する支持基板と、支持基板の表面に直交する方向に磁束を発生させると共に、支持基板の表面に固定された磁束発生部と、を備えている。
　また、位置センサは、支持基板の裏面のうち磁束の透過範囲に設けられており、磁束の強弱に対応した検出信号を出力する磁気素子を備えている。
　さらに、位置センサは、検出信号を入力し、磁気素子の感度の変化に基づいて検出信号を補正する補正部を備えている。検出対象は、支持基板の裏面から離れて位置すると共に磁性体で構成されている。検出対象のうちの支持基板の裏面の面方向の先端部が透過範囲に対応する空間部を当該面方向に基準位置から移動する。磁束の強弱は、先端部が基準位置から移動する移動量に応じて変化する。
　このように、位置センサは補正部を備えているので、磁気素子の感度に基づいて検出信号を補正することができる。したがって、検出対象の位置検出の誤差を補正することができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。図面において、
図１は、本開示の第１実施形態に係る位置センサの側面図であり、 図２は、検出対象移動量に対する磁気素子の出力、及び、ギャップが大きくなった場合の磁気素子の出力を示した図であり、 図３は、検出対象移動量に対する信号処理後の出力を示した図であり、 図４は、第２実施形態において、磁気素子の出力を複数の区間に分割する内容を示した図であり、 図５は、第２実施形態において、傾き補正係数及びオフセット補正係数の算出を説明するための図であり、 図６は、第３実施形態に係る位置センサの側面図であり、 図７は、飽和補正係数による補正前の磁気素子の出力、及び、飽和補正係数による補正後の磁気素子の出力を示した図であり、及び、 図８は、飽和補正係数による信号処理後の出力を示した図である。
　以下、本開示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、本開示の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る位置センサは、検出対象の位置を検出するものである。図１に示されるように、位置センサ１は、支持基板１０、磁石２０、複数の磁気素子３１～３５、ギャップ検出素子４０、及び信号処理部５０を備えて構成されている。
　支持基板１０は、表面１１及び裏面１２を有する板状の部品である。支持基板１０は、図示しないパッドや配線パターンが形成された回路基板である。支持基板１０として、プリント基板等の磁束を透過するものが用いられる。
　磁石２０は、検出対象１００の有無に応じて変化する磁束を各磁気素子３１～３５に印加するための部品である。磁石２０は、支持基板１０の表面１１に直交する方向に磁束が向くように当該表面１１に固定されている。例えば、磁石２０のＮ極が支持基板１０の表面１１側に向けられている。これにより、磁束の向きが支持基板１０の表面１１側から裏面１２側となる。
　検出対象１００は、板状の磁性体によって構成されている。検出対象１００は、支持基板１０の裏面１２から離れて位置している。また、検出対象１００は、支持基板１０の裏面１２の面方向に基準位置から移動する。具体的には、検出対象１００のうち支持基板１０の裏面１２の面方向の先端部１１０が、当該裏面１２の上方の空間のうち磁束の透過範囲に対応する空間部２００を当該面方向に移動する。
　各磁気素子３１～３５は、検出対象１００の先端部１１０の基準位置からの移動量に応じて変化する磁束の強弱に対応した検出信号を出力するものである。検出信号は、例えば磁束の強弱に対応した大きさの電圧である。各磁気素子３１～３５として、磁気の強さを検出するホール素子等が用いられる。
　また、各磁気素子３１～３５は、支持基板１０の裏面１２のうちの磁束の透過範囲に実装されている。具体的には、各磁気素子３１～３５は、検出対象１００の移動方向に沿って直線上に配置されていると共に、互いに離間して配置されている。本実施形態では、５個の磁気素子３１～３５が支持基板１０に設けられている。また、全ての磁気素子３１～３５が同じ機能及び構成を有している。
　ギャップ検出素子４０は、検出対象１００とのギャップを検出する素子である。言い換えると、ギャップ検出素子４０は、各磁気素子３１～３５の感度の変化を検出する素子である。ギャップ検出素子４０は、ギャップの大きさに対応したギャップ信号を出力する。ギャップ信号は、例えばギャップに対応した大きさの電圧である。
　また、ギャップ検出素子４０は、検出対象１００の移動にかかわらず検出対象１００とのギャップを常に検出するため、支持基板１０の裏面１２のうちの磁束の透過範囲に実装されている。また、支持基板１０の裏面１２のうち検出対象１００が常に対向する位置に実装されている。ギャップ検出素子４０として、磁気の強さを検出するホール素子等が用いられる。つまり、各磁気素子３１～３５及びギャップ検出素子４０は、同じ構成の素子である。
　信号処理部５０は、各磁気素子３１～３５から検出信号を入力し、各磁気素子３１～３５の感度の変化に基づいて検出信号を補正するものである。このため、信号処理部５０は、ギャップ検出素子４０からギャップ信号を入力し、ギャップ信号を用いて検出信号を補正する補正機能を有している。
　信号処理部５０は、例えばＩＣチップとして構成されている。信号処理部５０は、支持基板１０の裏面１２のうち磁石２０の影響を受けない場所に実装されている。信号処理部５０は、支持基板１０の表面１１に実装されていても良い。
　以上が、位置センサ１の構成である。なお、位置センサ１は、上記各構成を収容する筐体や、他の装置と電気的接続を行うための端子等を備えている。
　次に、位置センサ１の作動について説明する。まず、図１に示されるように、空間部２００での検出対象１００の位置に応じて磁束の強弱が異なる。具体的には、支持基板１０の表面１１に直交する方向に検出対象１００が位置する場合、磁石２０の磁束は磁性体である検出対象１００に引き寄せられるので、磁束が強くなる。一方、支持基板１０の表面１１に直交する方向に検出対象１００が位置しない場合、磁石２０の磁束の強さは変化しない。つまり、検出対象１００が位置する場合の磁束よりも弱くなる。
　このような磁束の強弱は、検出対象１００の先端部１１０の移動に伴って、当該先端部１１０の移動方向に変化する。したがって、各磁気素子３１～３５は、検出対象１００の先端部１１０の位置に応じた検出信号の出力を行う。ここで、磁気素子３１の出力をＶ１、磁気素子３２の出力をＶ２、磁気素子３３の出力をＶ３、磁気素子３４の出力をＶ４、磁気素子３５の出力をＶ５とする。
　図２に示されるように、検出対象１００の先端部１１０が磁気素子３１に近づくと、磁気素子３１の出力Ｖ１が変化する。そして、検出対象１００の先端部１１０の移動量の増加に伴って磁気素子３１が受ける磁束が強くなるので、出力Ｖ１も増加する。磁気素子３１が受ける磁束の強さが最大になると、出力Ｖ１は一定値となる。他の磁気素子３２～３５の各出力Ｖ２～Ｖ５も同じ変化をする。
　また、各出力Ｖ１～Ｖ５には切替閾値が設定されている。これは、各磁気素子３１～３５が受ける磁束の強さが最大または最小になると出力が一定値になるためである。したがって、磁束の変化に応じて出力が変化する範囲が切替閾値によって設定されている。
　切替閾値は、各出力に対して最大値側と最小値側との２つが設定されている。切替閾値は固定値ではなく、各出力の最大値及び最小値に対応して変動するように設定されている。切替閾値は、信号処理部５０に予め記憶されている。
　例えば、出力Ｖ１が最小値側の切替閾値を超えると、信号処理部５０は磁気素子３１の出力Ｖ１を検出信号とする。出力Ｖ１が最大値側の切替閾値を超えると、信号処理部５０は磁気素子３２の出力Ｖ２を検出信号とする。信号処理部５０はこのような検出信号の切り替えを行う。
　さらに、信号処理部５０は、ギャップ検出素子４０からギャップ信号を入力する。例えば、図２に示されたギャップ信号を初期値とする。初期値は、ギャップの大きさの基準値である。信号処理部５０は、例えば、位置センサ１に電源が投入されたとき、位置の検出を開始するとき、ある特定の条件が揃ったとき等のギャップ信号に基づいて初期値を設定する。初期値をいつ取得するかは適宜決めれば良い。
　そして、図２に示された初期値に対してギャップが大きくなったとする。この場合、各磁気素子３１～３５と検出対象１００との間隔が広がるので、各磁気素子３１～３５の感度は下がる。したがって、図２に示されるように、各磁気素子３１～３５の各出力Ｖ１～Ｖ５の最大値は小さくなる。同様に、ギャップ検出素子４０の出力も小さくなる。なお、図示しないが、初期値に対してギャップが小さくなった場合、各磁気素子３１～３５の感度は上がると共に、ギャップ検出素子４０の出力も大きくなる。
　このように、位置センサ１と検出対象１００とのギャップは常に一定ではない。すなわち、ギャップは位置センサ１や検出対象１００の状態に応じて変化するので、信号処理部５０は、各磁気素子３１～３５の感度を補正する。
　したがって、信号処理部５０は、ギャップ信号を入力すると共に、ギャップ信号の初期値を取得する。そして、信号処理部５０は、ギャップ信号の初期値と検出対象１００の移動に伴うギャップ値との比をギャップ補正係数として取得する。これにより、例えば図２に示されたギャップの初期値に対する図２に示されたギャップ値の割合がわかる。
　続いて、信号処理部５０は、各磁気素子３１～３５の出力にギャップ補正係数を掛けることにより、当該出力の感度を補正する。また、信号処理部５０は、切替閾値にギャップ補正係数を掛けることにより、切替閾値を補正する。これにより、信号処理部５０は、ギャップが大きくなった場合にはギャップ補正係数によって出力の感度を上げると共に、切替閾値も変更する。一方、信号処理部５０は、ギャップが小さくなった場合にはギャップ補正係数によって出力の感度を下げると共に、切替閾値も変更する。
　そして、図３に示されるように、例えばギャップが大きくなった場合、各出力Ｖ１～Ｖ５の最大値側の切替閾値がギャップの変化によって変動するので、各出力Ａ～Ｅの終点が実際よりも低くなってしまう。このため、検出対象１００の位置の誤差となる。
　しかしながら、信号処理部５０は上記のギャップ補正係数を用いた補正を行っているので、ギャップの変化にかかわらず、各出力Ｖ１～Ｖ５が検出対象１００の移動量に対して比例して変化するように信号処理することができる。また、各出力Ｖ１～Ｖ５の直線性も確保することができる。したがって、検出対象１００の位置検出の誤差を補正することができる。
　位置センサ１は、例えば、自動車ドライブシャフト、カムシャフト、ギヤ等の回転体の軸方向の移動位置検出、シフトポジション検出、ピストンやバルブ等の位置検出に適用される。もちろん、位置センサ１は自動車以外の他の用途に適用されても良い。
　なお、磁石２０が磁束発生部に対応する。また、ギャップ検出素子４０及び信号処理部５０が補正部に対応し、ギャップ検出素子４０がギャップ検出用の磁気素子に対応する。
　（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。本実施形態では、信号処理部５０は、各磁気素子３１～３５の各出力Ｖ１～Ｖ５の直線性を補正する機能を有している。このため、信号処理部５０は、予め傾き補正係数及びオフセット補正係数を有している。これらの係数は次のように算出する。
　まず、図４に示されるように、検出対象１００の移動によって想定される磁気素子３１の検出信号の出力値の範囲を分割閾値によって複数に分割する。本実施形態では、上下の切替閾値の間を２つの分割閾値によって３つの区間Ａ～Ｃに分割する。
　そして、図５に示されるように、例えば区間Ａにおける検出信号の出力値の最小値と最大値とを結ぶ直線の傾きを目標出力の傾きに補正する傾き補正係数を取得する。つまり、傾き補正係数は、区間Ａの感度を調整するパラメータである。また、区間Ａにおいて、傾き補正係数によって補正される出力値の始点と終点とを目標出力に一致させるオフセット補正係数を取得する。区間Ｂ、Ｃにおいても傾き補正係数及びオフセット補正係数を取得する。
　さらに、各磁気素子３２～３５についても傾き補正係数及びオフセット補正係数を取得する。そして、傾き補正係数及びオフセット補正係数を信号処理部５０に記憶する。
　各補正係数の取得は、例えば位置センサ１の製造時に行う。また、信号処理部５０に予め目標出力を記憶しておくことで位置センサ１に検出対象１００がセッティングされた際に信号処理部５０が各補正係数を取得する処理を行うようにしても良い。
　そして、位置センサ１の動作時、信号処理部５０は、各磁気素子３１～３５から入力した検出信号に対応する傾き補正係数を出力値に掛け、当該出力値にオフセット補正係数を足す補正を行う。このようにして、検出信号の感度を補正する。
　以上の補正により、各磁気素子３１～３５の各出力Ｖ１～Ｖ５の非直線性による位置検出の誤差を低減することができる。検出対象１００の移動量に対し、磁気素子３１～３５の出力変化が小さい区間ほど区間幅を狭くすることで位置検出の誤差の低減効果が大きくなる。
　なお、信号処理部５０が補正部に対応する。
　（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。図６に示されるように、本実施形態では、位置センサ１が検出対象１００の対向面１２０に対して傾いている場合、信号処理部５０は各磁気素子３１～３５の感度を補正する機能を有している。
　検出対象１００の対向面１２０に対して支持基板１０の裏面１２が傾いているので、各磁気素子３１～３５と検出対象１００とのギャップｘ１～ｘ５は全て異なる大きさである。例えば、ｘ１＞ｘ２＞ｘ３＞ｘ４＞ｘ５である。この場合、図７に示されるように、各磁気素子３１～３５の出力Ｖ１～Ｖ５の飽和値は、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４＜Ｖ５となる。したがって、図８に示されるように、検出対象１００の移動量に対する各出力Ｖ１～Ｖ５は点線で示された非直線性の出力となる。
　この非直線性の出力を補正するため、信号処理部５０は飽和補正係数を有している。この係数は次のように算出する。まず、検出対象１００に対して位置センサ１をセッティングする。また、検出対象１００に対して各磁気素子３１～３５の上側及び下側の飽和値を取得する。そして、上側の飽和値のうちの１つを基準値とする。例えば、磁気素子３３の出力Ｖ３の飽和値を基準値とする。各出力Ｖ１～Ｖ５において上側の飽和値をＶｕ１～Ｖｕ５とする。したがって、出力Ｖ３の上側の飽和値はＶｕ３である。
　続いて、各磁気素子３１～３５の飽和値Ｖｕ１～Ｖｕ５と基準値Ｖｕ３との比から磁気素子３１～３５毎に飽和補正係数ａｉを算出する。つまり、飽和補正係数ａｉは各磁気素子３１～３５の感度を調整するパラメータである。各出力Ｖ１～Ｖ５のオフセットをＶｏｆｆとする。Ｖｏｆｆは各出力Ｖ１～Ｖ５の下側の飽和値に対応している。したがって、飽和補正係数ａｉ（ｉ＝１～５）は、ａｉ＝（Ｖｕｉ－Ｖｏｆｆ）／（Ｖｕ３―Ｖｏｆｆ）となる。このように、飽和補正係数ａｉは、各出力Ｖ１～Ｖ５の上側の飽和値Ｖｆ１～Ｖｆ５から算出される。
　飽和補正係数ａｉの取得は、検出対象１００の位置検出前に行う。例えば、位置センサ１と検出対象１００とが一体化される場合は位置センサ１の製造時に飽和補正係数ａｉを算出し、信号処理部５０に記憶しても良い。
　そして、位置センサ１の動作時、信号処理部５０は、各磁気素子３１～３５入力した検出信号に対応する飽和補正係数ａｉを用いて各出力Ｖ１～Ｖ５の補正を行う。信号処理部５０は、出力Ｖｓｉの算出時には、飽和値Ｖｕ１～Ｖｕ５ではなく変動値である出力Ｖ１～Ｖ５を用いる。補正後の出力Ｖｓｉ（ｉ＝１～５）は、Ｖｓｉ＝｛（Ｖｉ－Ｖｏｆｆ）／ａｉ｝＋Ｖｏｆｆとなる。
　このようにして、各磁気素子３１～３５の感度を補正する。これにより、図７に示されるように、各出力Ｖ１～Ｖ５の飽和値を一致させることができる。また、図８に示されるように、各出力Ｖ１～Ｖ５の直線性も確保することができる。したがって、検出対象１００に対する位置センサ１の傾きに起因した位置検出の誤差を補正することができる。
　なお、信号処理部５０が補正部に対応する。
　（他の実施形態）
　上記各実施形態で示された位置センサ１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、本開示を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態で示された信号処理を適宜組み合わせることができる。
　上記各実施形態では、磁束を発生させるものとして磁石２０が用いられていたが、これは構成の一例である。例えば、電磁石等の磁束発生手段が用いられても良い。
　上記各実施形態では、検出対象１００は板状に構成されていたが、これは形状の一例である。したがって、検出対象１００は板状に限られず、他の形状でも良い。
　第１実施形態及び第２実施形態では、位置センサ１は複数の磁気素子３１～３５を備えていたが、複数備えている必要は無い。１つの磁気素子でも位置センサ１として構成することができる。また、上記各実施形態では、支持基板１０に５個の磁気素子３１～３５が設けられた例が示されているが、磁気素子３１～３５の数は一例である。したがって、磁気素子３１～３５の数は５個に限られない。
　第１実施形態では、ギャップ検出素子４０を用いてギャップを検出する構成が示されているが、各磁気素子３１～３５のいずれかがギャップ検出素子４０として機能するように構成されていても良い。つまり、第３実施形態の図６で示された構成のように、位置センサ１はギャップ検出素子４０を備えていなくても良い。例えば、信号処理部５０は、検出対象１００に対向する磁気素子３１の出力を検出対象１００とのギャップの大きさに対応したギャップ信号として取得する。また、信号処理部５０は、ギャップ信号の初期値と検出対象の移動に伴うギャップ値との比をギャップ補正係数として求め、ギャップ補正係数を用いて検出信号の感度を補正する。ギャップ信号の初期値は、磁気素子３１の出力が最大値になった後の出力となる。したがって、信号処理部５０は、磁気素子３１の出力を用いて磁気素子３２～３５の出力の感度を補正することができる。このように、ギャップ検出素子４０を用いずにギャップに応じた感度の補正をすることができる。これにより、ギャップ検出素子４０を配置することが難しい構成においても感度の補正が可能になる。また、位置センサ１の小型化にも対応できる。もちろん、当該構成は、第２、第３実施形態と組み合わせても良い。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (5)

  1. 　表面（１１）及び裏面（１２）を有する支持基板（１０）と、
    　前記支持基板の表面に直交する方向に磁束を発生させると共に、前記支持基板の表面に固定された磁束発生部（２０）と、
    　前記支持基板の裏面のうち前記磁束の透過範囲に設けられており、前記磁束の強弱に対応した検出信号を出力する磁気素子（３１～３５）と、
    　前記検出信号を入力し、前記磁気素子の感度の変化に基づいて前記検出信号を補正する補正部（４０、５０）と、
    　を備え、
    　検出対象（１００）は、前記支持基板の裏面から離れて位置すると共に磁性体で構成され、
    　前記検出対象のうちの前記支持基板の裏面の面方向の先端部（１１０）が、前記透過範囲に対応する空間部（２００）を当該面方向に基準位置から移動し、
    　前記磁束の強弱は、前記先端部が前記基準位置から移動する移動量に応じて変化する位置センサ。
  2. 　前記補正部は、
    　前記検出対象の移動にかかわらず前記検出対象とのギャップを検出し、前記ギャップの大きさに対応したギャップ信号を出力するギャップ検出用の磁気素子（４０）と、
    　前記ギャップ信号を入力し、前記ギャップ信号の初期値と前記検出対象の移動に伴うギャップ値との比をギャップ補正係数として求め、前記ギャップ補正係数を用いて前記検出信号の感度を補正する信号処理部（５０）と、
    　を有している請求項１に記載の位置センサ。
  3. 　前記磁気素子は、前記検出対象の移動方向に沿って前記支持基板の裏面に複数設けられており、
    　前記補正部は、前記複数の磁気素子のうち前記検出対象に対向する磁気素子の出力を前記検出対象とのギャップの大きさに対応したギャップ信号として取得し、前記ギャップ信号の初期値と前記検出対象の移動に伴うギャップ値との比をギャップ補正係数として求め、前記ギャップ補正係数を用いて前記検出信号の感度を補正する請求項１に記載の位置センサ。
  4. 　前記補正部は、前記検出対象の移動によって想定される前記検出信号の出力値の範囲が複数に分割されると共に分割された区間の出力値の最小値と最大値とを結ぶ直線の傾きを目標出力の傾きに補正する傾き補正係数と、前記分割された区間において前記傾き補正係数によって補正される出力値の始点と終点とを前記目標出力に一致させるオフセット補正係数と、を有し、前記検出対象の移動量に対応した前記検出信号の出力値を前記傾き補正係数によって補正すると共に、当該出力値を前記オフセット補正係数によって補正することにより、前記検出信号の感度を補正する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の位置センサ。
  5. 　前記磁気素子は、前記検出対象の移動方向に沿って前記支持基板の裏面に複数設けられており、
    　前記補正部は、前記検出対象に対して予め取得された前記複数の磁気素子の飽和値のうちの１つが基準値とされると共に前記複数の磁気素子の飽和値と前記基準値との比から前記複数の磁気素子毎に算出された飽和補正係数を有し、前記複数の磁気素子から前記検出信号をそれぞれ入力し、前記飽和補正係数を用いて前記検出信号の感度を補正する請求項１ないし４に記載の位置センサ。
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