WO2019244453A1 - リニアポジションセンサ - Google Patents

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WO2019244453A1
WO2019244453A1 PCT/JP2019/015762 JP2019015762W WO2019244453A1 WO 2019244453 A1 WO2019244453 A1 WO 2019244453A1 JP 2019015762 W JP2019015762 W JP 2019015762W WO 2019244453 A1 WO2019244453 A1 WO 2019244453A1
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WO
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target
signal
magnetic pole
position sensor
linear position
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/015762
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English (en)
French (fr)
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麻光 酒井
真宏 巻田
佑樹 松本
靖寛 北浦
篤史 小林
Original Assignee
株式会社デンソー
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Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
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    • 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
    • G01D5/244—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 influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • 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
    • G01D5/244—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 influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—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 influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train

Definitions

  • the present disclosure relates to a linear position sensor.
  • the detection element includes a light source, a fixed slit, and a light receiving unit that receives light transmitted through the fixed slit.
  • the target is provided with a pattern in which light reflecting portions and non-reflecting portions are alternately continuous. For this reason, a part of the light emitted from the light source is reflected by the reflection part to be detected and reaches the fixed slit.
  • Reflecting portions and non-reflecting portions are alternately and continuously provided in the fixed slit at the same pitch distance as the slit pattern of the target. Therefore, when the target relatively moves with respect to the fixed slit, the amount of light detected in the light receiving unit changes periodically, and light and dark are repeated. By counting the number of repetitions of light and dark, the movement amount of the target can be measured.
  • a method of detecting the position of a target by a magnetic detection element is known.
  • the position of the target is detected based on a change in the magnetic field received from each magnetic pole by the detection unit with respect to the target moving in the direction of the magnetic pole arrangement.
  • the inventors of the present disclosure have devised a linear position sensor including a detection unit and a signal processing unit using a method of detecting the position of a target.
  • the detection unit corresponds to a range of each magnetic pole arranged in one direction along the movement direction of the target based on a change in a magnetic field received from the target with the movement of the target formed by the magnet. And a plurality of detection signals having different phases.
  • the target is fixed directly or indirectly to the rotating body. That is, the linear position sensor detects the rotation angle of the rotating body.
  • the signal processing unit obtains a sine signal and a cosine signal from the detection unit, generates an arc tangent signal according to the amount of movement of the target while indicating an arc tangent function based on the sine signal and the cosine signal, and generates an arc tangent signal.
  • a position signal indicating the position of the target.
  • the present disclosure aims to provide a linear position sensor that can improve the detection accuracy of the rotational position of a target.
  • the linear position sensor detects a position in a moving direction of a target in which first magnetic poles and second magnetic poles are provided alternately.
  • the linear position sensor indicates a sine function as a detection signal of a phase corresponding to the positions of the first magnetic pole and the second magnetic pole based on a change in a magnetic field received from the first magnetic pole and the second magnetic pole with movement of the target.
  • a detection unit for acquiring a sine signal and a cosine signal indicating a cosine function is included.
  • the linear position sensor includes a signal processing unit that acquires a sine signal and a cosine signal from a detection unit.
  • the signal processing unit generates an arc tangent signal based on the sine signal and the cosine signal and generates an arc tangent signal corresponding to the amount of movement of the target, and acquires the arc tangent signal as a position signal indicating the position of the target.
  • the target has an arc shape in which the first magnetic pole and the second magnetic pole are arranged in an arc shape, and moves in the circumferential direction around the center of the arc shape circle as a central axis. Further, the target has a wavy shape in which the central portion of the first magnetic pole and the central portion of the second magnetic pole in the circumferential direction protrude.
  • the detection unit is arranged to face the wave shape of the target.
  • each magnetic pole since the central portion of each magnetic pole has a curved surface protruding in the radial direction, distortion of the magnetic field between the first magnetic pole and the second magnetic pole can be reduced. Therefore, the detection unit can acquire a sine signal indicating a sine function close to ideal and a cosine signal indicating a cosine function close to ideal based on the magnetic field received from each magnetic pole. Therefore, the accuracy of detecting the rotational position of the target can be improved.
  • FIG. 1 is an external view of a linear position sensor according to the first embodiment
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of components constituting a magnetic detection system using a magnetoresistive element
  • FIG. 3 is a plan view of each component shown in FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of a linear position sensor.
  • FIG. 6 is a diagram showing the content of signal processing of the circuit configuration shown in FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view of the target according to the first embodiment
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a signal generated according to the movement of the target in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing a position signal with respect to the movement amount of the target
  • FIG. 10 is a diagram illustrating, as a comparative example, a target in which a corrugated shape is not formed on the outer peripheral surface.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a signal generated according to the movement of the target in FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view in which the outer peripheral surface of the target is inclined as a modification
  • FIG. 13 is a perspective view of a target according to the second embodiment
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a signal generated according to the movement of the target in FIG. FIG.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating, as a comparative example, a signal generated along with the movement of a target having no waveform formed on an end face
  • FIG. 16 is a cross-sectional view in which the end face of the target is inclined inward and outward as a modification
  • FIG. 17 is a plan view of a target according to the third embodiment
  • FIG. 18 is a diagram showing a signal generated in accordance with the movement of the target in FIG.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating, as a comparative example, a signal generated according to the movement of a target having no waveform formed on the inner peripheral surface thereof.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view in which the inner peripheral surface of the target is inclined as a modification
  • FIG. 21 is a plan view showing an annular target as a modification.
  • FIG. 22 is a plan view of a target according to the fourth embodiment
  • FIG. 23 is a sectional view taken along line XXII-XXII of FIG.
  • the linear position sensor according to the present embodiment is a sensor that detects a position in a moving direction of a detection target in which first magnetic poles and second magnetic poles are provided alternately.
  • the detection target is, for example, one mounted on a vehicle.
  • the linear position sensor is simply referred to as a sensor.
  • the sensor 100 detects a movement amount of a target that rotates together with the rotating body as a detection target. That is, the sensor 100 detects the rotational position of the target. Specifically, the sensor 100 acquires the position of the target by detecting a signal proportional to the amount of movement of the target.
  • the sensor 100 includes a case 101 formed by resin molding of a resin material such as PPS.
  • the case 101 has a target end portion 102, a flange portion 103 fixed to a peripheral mechanism, and a connector portion 104 to which a harness is connected.
  • a sensing portion is provided inside the distal end portion 102.
  • the sensor 100 is fixed to the peripheral mechanism via the flange 103 so that the tip 102 has a predetermined gap with respect to the detection surface of the target. Therefore, the target moves with respect to the sensor 100.
  • the moving direction of the target is not limited to one-way rotation, but may be reciprocation within a specific angle.
  • the sensor 100 can adopt a magnetic detection method using a magnetoresistive element or a magnetic detection method using a Hall element.
  • the sensor 100 includes a molded IC unit 105 and a cap unit 106.
  • the mold IC unit 105 is inserted into the cap unit 106. These are accommodated in the distal end portion 102 of the case 101.
  • the mold IC unit 105 and the cap unit 106 are integrated.
  • the main part of the molded IC part 105 is located in the hollow part of the cap part 106.
  • the cap unit 106 fixes the position of the mold IC unit 105.
  • the mold IC unit 105 includes a lead frame 107, a processing circuit chip 108, a sensor chip 109, and a mold resin unit 110.
  • the lead frame 107 has a plate-like island portion 111 and a plurality of leads 112 to 115.
  • the plane part of the island part 111 is arranged parallel to the gap direction with respect to the target.
  • the plurality of leads 112 to 115 correspond to a power supply terminal 112 to which a power supply voltage is applied, a ground terminal 113 to which a ground voltage is applied, and a first output terminal 114 and a second output terminal 115 for outputting a signal. . That is, there are four leads 112 to 115 for power supply, ground, and signal. Terminals 116 are connected to the tips of the leads 112 to 115, respectively. The terminal 116 is located at the connector 104 of the case 101. Further, the terminal 116 is connected to the harness.
  • the ground lead 113 of the plurality of leads 112 to 115 is integrated with the island portion 111.
  • the island portion 111 and all the leads 112 to 115 may be completely separated.
  • the processing circuit chip 108 and the sensor chip 109 are mounted on the island portion 111 with an adhesive or the like.
  • the processing circuit chip 108 has a circuit section configured to process a signal of the sensor chip 109.
  • the sensor chip 109 includes a magnetoresistive element whose resistance changes when it is affected by a magnetic field from the outside.
  • the magnetoresistive element is, for example, AMR, GMR, TMR.
  • Each of the leads 112 to 115 is electrically connected to the processing circuit chip 108 via a wire 117.
  • the processing circuit chip 108 and the sensor chip 109 are electrically connected via wires 118.
  • the mold resin part 110 seals the island part 111, a part of each of the leads 112 to 115, the processing circuit chip 108, and the sensor chip 109.
  • the mold resin part 110 is formed in a shape fixed to the hollow part of the cap part 106.
  • a bias magnet may be provided on the island portion 111 on the side opposite to the sensor chip 109 side.
  • the bias magnet applies a bias magnetic field to the sensor chip 109.
  • a detection signal by a magnetic detection method using a magnetoresistive element will be described.
  • the cap unit 106 is arranged with a predetermined gap with respect to the target.
  • the detection signal becomes maximum at the center of the target in the moving direction.
  • the amplitude of the detection signal decreases, and as the gap decreases, the amplitude of the detection signal increases.
  • the position of the target can be detected using the detection signal.
  • the detection signal is generated by outputs of a plurality of magneto-resistive elements.
  • a magnetoresistive element that detects a magnetic vector has an advantage that an accuracy error due to gap displacement can be canceled. Further, there is an advantage that the influence of the stress generated in the sensor chip 109 can be reduced or canceled. Therefore, highly accurate detection is possible.
  • sensor 100 and ECU 200 are electrically connected via harness 300.
  • harness 300 is configured by four wires.
  • the ECU 200 is an electronic control device including a power supply unit 201, a control unit 202, and a ground unit 203.
  • the power supply unit 201 is a circuit unit that supplies a power supply voltage to the sensor 100.
  • the control unit 202 is a circuit unit that performs predetermined control according to a position signal input from the sensor 100. Note that the control unit 202 may be configured as a circuit unit corresponding to each of the output terminals 114 and 115.
  • the ground unit 203 is a circuit unit that sets the ground voltage of the sensor 100.
  • the sensor 100 includes a detection unit 119 and a signal processing unit 120.
  • the detection unit 119 is provided on the sensor chip 109.
  • the signal processing unit 120 is provided in the processing circuit chip 108.
  • the detection unit 119 and the signal processing unit 120 operate based on the power supply voltage and the ground voltage supplied from the ECU 200.
  • the detection unit 119 includes a first detection unit 121 and a second detection unit 122.
  • the first detection section 121 is configured to output a first detection signal corresponding to the position of the target.
  • the second detector 122 is configured to output a second detection signal corresponding to the position of the target.
  • Each of the detection units 121 and 122 has the same configuration and outputs the same detection signal.
  • each of the detection units 121 and 122 includes three of the first magnetoresistive element 123, the second magnetoresistive element 124, and the third magnetoresistive element 125 whose resistance changes with the movement of the target. It has two elements.
  • FIG. 6 illustrates one detection unit.
  • the second magnetoresistive elements 124 are arranged such that the second magnetoresistive elements 124 are located between the first magnetoresistive element 123 and the third magnetoresistive element 125 in the moving direction of the target. That is, the second magnetoresistive element 124 is arranged so as to be sandwiched between the first magnetoresistive element 123 and the third magnetoresistive element 125. In the configuration in which a bias magnet is provided in the molded IC unit 105, a bias magnetic field is applied to each of the magnetoresistive elements 123 to 125.
  • Each of the magnetic resistance elements 123 to 125 is configured as a half-bridge circuit in which two magnetic resistances are connected in series between a power supply and a ground.
  • Each of the magnetoresistive elements 123 to 125 detects a change in resistance value when two magnetic resistances are affected by a magnetic field with movement of the target. Further, each of the magnetoresistive elements 123 to 125 outputs the voltage at the midpoint of the two magnetoresistances as a waveform signal based on the change in the resistance value.
  • each of the detection units 121 and 122 includes first to fourth operational amplifiers in addition to the magnetoresistance elements 123 to 125. If the midpoint potential of the first magnetoresistive element 123 is defined as V1 and the midpoint potential of the second magnetoresistive element 124 is defined as V2, the first operational amplifier calculates V1 ⁇ V2 and sets the result as R1. A differential amplifier configured to output. When the midpoint potential of the third magnetoresistive element 125 is defined as V3, the second operational amplifier is a differential amplifier configured to calculate V2-V3 and output the result as R2.
  • the fourth operational amplifier inputs the midpoint potential V1 from the midpoint of the first magnetoresistive element 123, inputs the midpoint potential V3 from the third magnetoresistive element 125, calculates V1 ⁇ V3, and calculates the result as S2.
  • a differential amplifier As a differential amplifier.
  • the signal S1 and the signal S2 are detection signals. That is, each of the detection units 121 and 122 generates a plurality of detection signals having different phases. Each of the detection units 121 and 122 outputs the signal S1 and the signal S2 to the signal processing unit 120 as a plurality of detection signals.
  • the above signal processing is for a configuration in which three magnetoresistive elements are provided on the sensor chip 109.
  • processing is performed according to the number of elements.
  • the signal processing unit 120 in FIG. 5 is a circuit unit that processes a signal input from the detection unit 119.
  • the signal processing unit 120 includes a first processing unit 126, a second processing unit 127, and a redundancy determination unit 128.
  • the first processing unit 126 receives the first detection signal from the first detection unit 121 and acquires the position of the target based on the first detection signal.
  • the second processing unit 127 receives the second detection signal from the second detection unit 122, and acquires the position of the target based on the second detection signal.
  • the second processing unit 127 inverts and outputs the position signal. Therefore, if there is no abnormality in the detection unit 119 and the signal processing unit 120, the position signal of the first processing unit 126 and the position signal of the second processing unit 127 are added to a constant value.
  • the first detection unit 121 and the first processing unit 126 constitute a first system.
  • the second detection unit 122 and the second processing unit 127 configure a second system. That is, a double system is configured by the detection units 121 and 122 and the processing units 126 and 127.
  • the redundancy determining unit 128 is a circuit unit that determines whether the position obtained by the first processing unit 126 matches the position obtained by the second processing unit 127. When the signal processing results of the two systems match, the signal processing unit 120 outputs each position signal as it is. When the signal processing results of the two systems do not match, there is a possibility that an abnormality has occurred in one or both of the systems. In this case, the signal processing unit 120 outputs an abnormality signal indicating an abnormality to the ECU 200.
  • Analog processing is processing for generating a plurality of detection signals.
  • the detection unit 119 may have a function of detecting a temperature.
  • the temperature information is used for temperature correction Temp.
  • “Sin” and “Cos” are a sine signal and a cosine signal described later.
  • the analog signal that has been subjected to analog processing is converted into a digital signal by an A / D converter (ADC) via a multiplexer (MUX).
  • ADC A / D converter
  • MUX multiplexer
  • the digital signal is processed to generate an arctangent signal.
  • the adjustment values stored in the memory are appropriately used.
  • the position signal obtained by the arithmetic processing is output to the ECU 200 in accordance with an output format such as DAC, SENT, PWM and the like.
  • the arithmetic processing is performed by the signal processing unit 120. Therefore, an A / D converter (ADC) and a memory are provided in the signal processing unit 120.
  • the analog processing may be performed by either the detection unit 119 or the signal processing unit 120.
  • the above is the configuration of the sensor 100 according to the present embodiment.
  • the target 400 is configured as part of a ring.
  • the target 400 has an arc shape in which the first magnetic pole 401 and the second magnetic pole 402 are arranged in an arc shape.
  • the target 400 moves in the circumferential direction of the arc with the center of the arc as the center axis 403.
  • the target 400 is fixed directly or indirectly to the rotating body, and rotates in the circumferential direction with the rotation of the rotating body.
  • the target 400 is indirectly fixed to the rotating body, another component fixed to the target 400 is attached to the rotating body, for example.
  • the target 400 also rotates by rotating the separate component along with the rotation of the rotating body.
  • the target 400 has a wavy shape in which the central portion of the first magnetic pole 401 and the central portion of the second magnetic pole 402 in the circumferential direction are projected.
  • the wave shape of the target 400 is formed on the outer peripheral surface 404 having an arc shape.
  • the wave shape of the target 400 is, for example, a curved surface of a sine function. That is, the distance from the central axis 403 of the circle serving as the base of the target 400 to the outer peripheral surface 404 corresponds to the magnitude of the amplitude of the sine function.
  • the detection unit 119 is arranged to face the outer peripheral surface 404 of the target 400 in a wave shape.
  • the detection unit 119 when the target 400 moves in the circumferential direction, the detection unit 119 generates signals S1 and S2 having different phases based on a change in a magnetic field received from each of the magnetic poles 401 and 402 as the target 400 moves.
  • the detection unit 119 detects the rotational position in the operating range from the pole center to the adjacent pole center in the circumferential direction.
  • the pole center is the position of the width center of each magnetic pole 401, 402 in the circumferential direction.
  • the detecting unit 119 detects the rotational position in the operating range from the center of the gap to the center of the adjacent gap in the circumferential direction.
  • the center between the poles is a boundary position between the magnetic poles 401 and 402. The operating range only needs to ensure one cycle of the sine signal and the cosine signal.
  • the signal S1 is a sine signal indicating a sine function.
  • the signal S2 is a cosine signal indicating a cosine function. That is, there is a phase difference of 1/4 cycle between the signal S1 and the signal S2.
  • the detection unit 119 acquires a sine signal and a cosine signal, and outputs the obtained signals to the signal processing unit 120 as a plurality of detection signals.
  • the signal processing unit 120 acquires a plurality of detection signals from the detection unit 119, and acquires a position signal indicating the rotational position of the target 400 based on the plurality of detection signals. Specifically, as shown in the upper and lower parts of FIG. 8, the signal processing unit 120 acquires a sine signal and a cosine signal corresponding to the rotational position of the target 400.
  • FIG. 8 shows a signal waveform of sin ⁇ indicating a sine signal
  • the lower part of FIG. 8 shows a signal waveform of cos ⁇ indicating a cosine signal.
  • FIG. 8 shows a sine signal and a cosine signal when the curved surface of the outer peripheral surface 404 of the target 400 is designed with sin ⁇ .
  • the signal processing unit 120 calculates (signal value of cosine signal) / (signal value of sine signal). As a result, as shown in FIG. 9, an arc tangent signal which shows an arc tangent function and whose signal value increases at a constant increase rate in accordance with the amount of rotation of the target 400 is obtained.
  • the signal processing unit 120 acquires an arctangent signal as a position signal. For example, a position signal corresponding to the rotational position of the rotating body in an angle range of 15 °, 30 °, 45 °, 60 °, or the like is obtained.
  • the signal processing unit 120 sends a first position signal (O1) indicating the position of the target 400 and a second position signal (O2) obtained by inverting the first position signal (O1) to the ECU 200. Output.
  • a sine function wave shape is formed on the outer peripheral surface 404 of the target 400. That is, the central portion of each of the magnetic poles 401 and 402 has a curved surface protruding in the radial direction. Due to the shape of the curved surface, distortion of the magnetic field connecting the central portion of the first magnetic pole 401 and the central portion of the second magnetic pole 402 can be reduced. Therefore, as shown in FIG. 8, a sine signal indicating a nearly ideal sine function and a cosine signal indicating a nearly ideal cosine function are obtained. Therefore, the linearity of the arctangent signal obtained from the sine signal and the cosine signal can be obtained, and the accuracy of detecting the rotational position of the target 400 can be improved.
  • the outer peripheral surface 404 may be inclined with respect to the central axis 403. Thereby, the mountability of the detection unit 119 can be improved.
  • the arrow in FIG. 12 indicates the detection direction of the detection unit 119.
  • the wave shape of the target 400 is formed on an end surface 406 connecting the inner peripheral surface 405 and the outer peripheral surface 404 in an arc shape.
  • the curved surface of the end surface 406 is designed, for example, as sin ⁇ .
  • the signal processing unit 120 can acquire ideal sine and cosine signals corresponding to the rotational position of the target 400.
  • the wave shape is formed on the upper end surface 406 of the target 400, but the wave shape may be formed on the lower end surface of the target 400.
  • the end surface 406 has a first inclined surface 407 inclined toward the central axis 403, and a second inclined surface 408 inclined toward the opposite side to the central axis 403. May be.
  • the detection unit 119 is arranged to face the wave shape of the first inclined surface 407, and is arranged to face the wave shape of the second inclined surface 408. That is, two detection units 119 are arranged with respect to the target 400. One detection unit 119 may be arranged on one of the first inclined surface 407 and the second inclined surface 408.
  • the wave shape of the target 400 is formed on the inner peripheral surface 405 having a circular arc shape.
  • the curved surface of the inner peripheral surface 405 is designed with, for example, sin ⁇ .
  • the signal processing unit 120 can acquire ideal sine and cosine signals corresponding to the rotational position of the target 400.
  • the inner peripheral surface 405 of the target 400 may be inclined with respect to the central axis 403.
  • the target 400 may be an annular shape in which a plurality of arc shapes are connected.
  • the sensor 100 can be easily mounted when the rotating body is the rotating shaft of the motor.
  • the target 400 has a spherical shape in which a first magnetic pole 401 and a second magnetic pole 402 are connected.
  • the entire outer surface 409 of the target 400 has a wavy shape in the circumferential direction.
  • the curved surface of the outer surface 409 is designed with, for example, sin ⁇ .
  • the detection unit 119 can be arranged to face the outer surface 409 of the target 400 in any direction.
  • the target 400 shown in FIG. 22 may have an annular shape in which a plurality of magnetic poles 401 and 402 are connected.
  • the application of the sensor 100 is not limited to the vehicle, and can be widely used for industrial robots and manufacturing facilities for detecting the rotational position of a movable part. Further, the sensor 100 may not have the redundant function. In this case, there are three leads 112 to 115.
  • the wave shape of the target 400 is a curved surface of a sine function, but this is an example of a curved surface.
  • the amplitude of the sine function may be changed to be twice as large, or the waveform may be formed by another function.
  • the design may be such that the larger the radius of the arc shape of the target 400, the larger the amplitude of the sine function.
  • the detection unit 119 may employ a magnetic detection method using a Hall element.
  • a Hall element For example, two Hall elements are provided on an IC chip. In this case, when the target moves with respect to the cap unit 106, each detection signal becomes maximum corresponding to the position of each Hall element.
  • the relationship between the gap and the amplitude of the detection signal is the same as in the magnetic detection method using a magnetoresistive element.
  • the position of the target can be detected using a periodic signal corresponding to the movement of the target.
  • the plurality of detection signals are the signal S1 and the signal S2, that is, the sine signal and the cosine signal, but this is an example.
  • V1 to V3 of each of the magnetoresistive elements 123 to 125 may be used as a plurality of detection signals.
  • the signal processing unit 120 acquires a sine signal and a cosine signal. That is, the sine signal and the cosine signal may be acquired by the detection unit 119 or may be acquired by the signal processing unit 120.

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Abstract

リニアポジションセンサは、第１磁極（４０１）と第２磁極（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は、検出部（１１９）及び信号処理部（１２０）を含む。検出部は、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、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。ターゲットは、第１磁極及び第２磁極が円弧状に配列された円弧形状であり、円弧形状の円の中心を中心軸（４０３）として円の周方向に移動するものである。さらに、ターゲットは、周方向における第１磁極の中央部分及び第２磁極の中央部分が突出した波形状を有する。検出部は、ターゲットの波形状に対向配置される。

Description

リニアポジションセンサ 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１８年６月２１日に出願された日本特許出願２０１８－１１７７３８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、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。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。ターゲットの位置を検出する方式では、例えば、磁極の配列方向に移動するターゲットに対し、検出部が各磁極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。本開示の発明者らは、ターゲットの位置を検出する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、磁石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各磁極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。ターゲットは、回転体に直接的あるいは間接的に固定される。つまり、リニアポジションセンサは、回転体の回転角度を検出する。
　また、信号処理部は、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。
　しかしながら、各磁極は回転体の移動方向に沿って配列されるので、移動方向における各磁極の幅が必要になる。このため、検出部が各磁極から受ける磁界が歪んでしまうので、正弦信号及び余弦信号の各信号波形が歪んでしまう。したがって、回転体の回転位置を精度良く検出することが難しかった。
　本開示は、ターゲットの回転位置の検出精度を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。
　本開示の一態様によるリニアポジションセンサは、第１磁極と第２磁極とが交互に設けられたターゲット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は、ターゲットの移動に伴って、第１磁極及び第２磁極から受ける磁界の変化に基づいて、第１磁極及び第２磁極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する信号処理部を含む。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。
　ターゲットは、第１磁極及び第２磁極が円弧状に配列された円弧形状であり、円弧形状の円の中心を中心軸として円の周方向に移動するものである。さらに、ターゲットは、周方向における第１磁極の中央部分及び第２磁極の中央部分が突出した波形状を有する。検出部は、ターゲットの波形状に対向配置される。
　これによると、各磁極の中央部分が径方向に突出した湾曲面になっているので、第１磁極と第２磁極との間の磁界の歪みを緩和することができる。このため、検出部は、各磁極から受ける磁界に基づいて、理想に近い正弦関数を示す正弦信号及び理想に近い余弦関数を示す余弦信号を取得することができる。したがって、ターゲットの回転位置の検出精度を向上させることができる。
　本開示についての上記及び他の目的、特徴や利点は、添付図面を参照した下記詳細な説明から、より明確になる。添付図面において、
図１は、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り、 図２は、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り、 図３は、図２に示された各部品の平面図であり、 図４は、図３のIV－IV断面図であり、 図５は、リニアポジションセンサの回路構成を示した図であり、 図６は、図５に示された回路構成の信号処理の内容を示した図であり、 図７は、第１実施形態に係るターゲットの斜視図であり、 図８は、図７のターゲットの移動に伴って生成される信号を示した図であり、 図９は、ターゲットの移動量に対する位置信号を示した図であり、 図１０は、比較例として、外周面に波形状が形成されていないターゲットを示した図であり、 図１１は、図１０のターゲットの移動に伴って生成される信号を示した図であり、 図１２は、変形例として、ターゲットの外周面を傾斜させた断面図であり、 図１３は、第２実施形態に係るターゲットの斜視図であり、 図１４は、図１３のターゲットの移動に伴って生成される信号を示した図であり、 図１５は、比較例として、端面に波形状が形成されていないターゲットの移動に伴って生成される信号を示した図であり、 図１６は、変形例として、ターゲットの端面を内側と外側に傾斜させた断面図であり、 図１７は、第３実施形態に係るターゲットの平面図であり、 図１８は、図１７のターゲットの移動に伴って生成される信号を示した図であり、 図１９は、比較例として、内周面に波形状が形成されていないターゲットの移動に伴って生成される信号を示した図であり、 図２０は、変形例として、ターゲットの内周面を傾斜させた断面図であり、 図２１は、変形例として、円環形状のターゲットを示した平面図であり、 図２２は、第４実施形態に係るターゲットの平面図であり、 図２３は、図２２のXXII－XXII断面図である。
　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各実施形態において先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の実施形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
　（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。本実施形態に係るリニアポジションセンサは、第１磁極と第２磁極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。検出対象は、例えば車両に搭載されたものである。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、検出対象として、回転体と共に回転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、ターゲットの回転位置を検出する。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一方向の回転に限られず、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及びキャップ部１０６を備えている。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。
　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、モールドＩＣ部１０５の位置を固定する。
　モールドＩＣ部１０５は、リードフレーム１０７、処理回路チップ１０８、センサチップ１０９、及びモールド樹脂部１１０を有している。リードフレーム１０７は、板状のアイランド部１１１及び複数のリード１１２～１１５を有している。アイランド部１１１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１１２～１１５は、電源電圧が印加される電源端子１１２、グランド電圧が印加されるグランド端子１１３、信号を出力するための第１出力端子１１４及び第２出力端子１１５に対応している。つまり、各リード１１２～１１５は、電源用、グランド用、及び信号用の４本である。各リード１１２～１１５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１１２～１１５のうちのグランド用のリード１１３はアイランド部１１１に一体化されている。アイランド部１１１と全てのリード１１２～１１５とが完全に分離されていても良い。
　処理回路チップ１０８及びセンサチップ１０９は、接着剤等によってアイランド部１１１に実装されている。処理回路チップ１０８は、センサチップ１０９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１０９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１１２～１１５と処理回路チップ１０８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１０８とセンサチップ１０９とは、ワイヤ１１８を介して電気的に接続されている。
　モールド樹脂部１１０は、アイランド部１１１、各リード１１２～１１５の一部、処理回路チップ１０８、及びセンサチップ１０９を封止している。モールド樹脂部１１０は、キャップ部１０６の中空部に固定される形状に成形されている。
　なお、図示しないが、アイランド部１１１のうちセンサチップ１０９側とは反対側にバイアス磁石が設けられていても良い。バイアス磁石はセンサチップ１０９にバイアス磁界を印加する。
　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１０６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。そして、キャップ部１０６に対してターゲットが移動すると、ターゲット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。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１０９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１０９及び処理回路チップ１０８に構成された回路構成について説明する。図５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１１２～１１５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１１４、１１５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１１９及び信号処理部１２０を備えている。検出部１１９は、センサチップ１０９に設けられている。信号処理部１２０は、処理回路チップ１０８に設けられている。検出部１１９及び信号処理部１２０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１１９は、第１検出部１２１及び第２検出部１２２を有している。第１検出部１２１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１２２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１２１、１２２は、同じ構成であり、同じ検出信号を出力する。
　図６に示されるように、各検出部１２１、１２２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１２３、第２磁気抵抗素子１２４、及び第３磁気抵抗素子１２５の３つの素子を有している。なお、図６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１２４が第１磁気抵抗素子１２３と第３磁気抵抗素子１２５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１２４が第１磁気抵抗素子１２３と第３磁気抵抗素子１２５とに挟まれるように配置されている。なお、モールドＩＣ部１０５にバイアス磁石が設けられた構成では、各磁気抵抗素子１２３～１２５にバイアス磁界が印加される。
　各磁気抵抗素子１２３～１２５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１２３～１２５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１２３～１２５は、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１２１、１２２は、各磁気抵抗素子１２３～１２５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１２３の中点電位をＶ１と定義すると共に、第２磁気抵抗素子１２４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１２５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１２３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１２５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１２１、１２２は、各磁気抵抗素子１２３～１２５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１２１、１２２は、位相が異なる複数の検出信号を生成する。各検出部１２１、１２２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１２０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１０９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１０９に２つや４つ以上設けられた場合には素子の数に応じた処理が行われる。
　図５の信号処理部１２０は、検出部１１９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１２０は、第１処理部１２６、第２処理部１２７、冗長判定部１２８を備えている。
　第１処理部１２６は、第１検出部１２１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１２７は、第２検出部１２２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１２７は、位置信号を反転させて出力する。よって、検出部１１９や信号処理部１２０に異常が無ければ、第１処理部１２６の位置信号と第２処理部１２７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１２１及び第１処理部１２６が第１系統を構成する。また、第２検出部１２２及び第２処理部１２７が第２系統を構成する。つまり、各検出部１２１、１２２及び各処理部１２６、１２７によって２重系が構成されている。
　冗長判定部１２８は、第１処理部１２６によって取得された位置と第２処理部１２７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１２０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１２０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６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１１９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。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１２０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１２０に設けられている。アナログ処理は検出部１１９及び信号処理部１２０のどちらで行われても良い。以上が、本実施形態に係るセンサ１００の構成である。
　次に、検出対象であるターゲットについて説明する。図７に示されるように、ターゲット４００は、リングの一部分として構成されている。具体的には、ターゲット４００は、第１磁極４０１及び第２磁極４０２が円弧状に配列された円弧形状である。ターゲット４００は、円弧形状の円の中心を中心軸４０３として円の周方向に移動する。ターゲット４００は、回転体に直接的あるいは間接的に固定されると共に、回転体の回転に伴って周方向に回転する。
　なお、ターゲット４００が回転体に間接的に固定される場合、例えばターゲット４００に固定された別部品が回転体に取り付けられる。これにより、別部品が回転体の回転に伴って回転することでターゲット４００も回転する。
　さらに、ターゲット４００は、周方向における第１磁極４０１の中央部分及び第２磁極４０２の中央部分が突出した波形状を有する。本実施形態では、ターゲット４００の波形状は、円弧形状の外周面４０４に形成されている。
　ターゲット４００の波形状は、例えば正弦関数の曲面である。すなわち、ターゲット４００の元となる円の中心軸４０３から外周面４０４までの距離が、正弦関数の振幅の大きさに対応する。検出部１１９は、ターゲット４００の波形状の外周面４０４に対向配置される。
　そして、ターゲット４００が周方向に移動すると、検出部１１９は、ターゲット４００の移動に伴って、各磁極４０１、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。
　検出部１１９は、周方向において、極中心から隣の極中心までの動作範囲の回転位置を検出する。極中心とは、周方向における各磁極４０１、４０２の幅中心の位置である。あるいは、検出部１１９は、周方向において、極間中心から隣の極間中心までの動作範囲の回転位置を検出する。極間中心とは、各磁極４０１、４０２の境界位置である。動作範囲は、正弦信号及び余弦信号の一周期分が確保されれば良い。
　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。検出部１１９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１２０に出力する。
　信号処理部１２０は、検出部１１９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の回転位置を示す位置信号を取得する。具体的には、図８の上段及び下段に示されるように、信号処理部１２０は、ターゲット４００の回転位置に対応した正弦信号及び余弦信号を取得する。
　なお、図８の上段は正弦信号を示すｓｉｎθの信号波形、図８の下段は余弦信号を示すｃｏｓθの信号波形を示している。また、図８はターゲット４００の外周面４０４の曲面をｓｉｎθで設計した場合の正弦信号及び余弦信号を示している。
　また、信号処理部１２０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の回転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１２０は、逆正接信号を位置信号として取得する。例えば、１５°、３０°、４５°、６０°等の角度範囲における回転体の回転位置に応じた位置信号が得られる。
　図９に示されるように、信号処理部１２０は、ターゲット４００の位置を示す第１位置信号（Ｏ１）と、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１０に示されるように、外周面４０４に波形状が形成されていないターゲット５００の場合、周方向における第１磁極５０１の中央部分と第２磁極５０２の中央部分とを繋ぐ磁界が歪んでしまう。このため、図１１の上段及び下段に示されるように、正弦信号及び余弦信号の各信号波形が歪んでしまう。このため、正弦信号及び余弦信号から取得される逆正接信号の直線性が低減してしまう。
　これに対し、本実施形態では、ターゲット４００の外周面４０４に正弦関数の波形状が形成されている。すなわち、各磁極４０１、４０２の中央部分が径方向に突出した湾曲面になっている。湾曲面の形状により、第１磁極４０１の中央部分と第２磁極４０２の中央部分とを繋ぐ磁界の歪みを緩和することができる。このため、図８のように、理想に近い正弦関数を示す正弦信号及び理想に近い余弦関数を示す余弦信号が得られる。したがって、正弦信号及び余弦信号から取得される逆正接信号の直線性を得ることができ、ひいてはターゲット４００の回転位置の検出精度を向上させることができる。
　変形例として、図１２に示されるように、外周面４０４は、中心軸４０３に対して傾斜していても良い。これにより、検出部１１９の搭載性を向上させることができる。なお、図１２の矢印は検出部１１９の検出方向である。
　（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１３に示されるように、ターゲット４００の波形状は、円弧形状の内周面４０５と外周面４０４とを繋ぐ端面４０６に形成されている。端面４０６の曲面は例えばｓｉｎθで設計される。
　図１４の上段及び下段に示されるように、信号処理部１２０は、ターゲット４００の回転位置に対応した理想的な正弦信号及び余弦信号を取得することができる。
　比較例として、端面４０６に波形状が形成されていないターゲットの場合、図１５の上段及び下段に示されるように、周方向における磁界の歪みによって正弦信号及び余弦信号の各信号波形が歪んでしまう。
　変形例として、図１３では、波形状はターゲット４００の上側の端面４０６に形成されているが、波形状はターゲット４００の下側の端面に形成されていても良い。
　変形例として、図１６に示されるように、端面４０６は、中心軸４０３側に傾斜した第１傾斜面４０７と、中心軸４０３側とは反対側に傾斜した第２傾斜面４０８と、を有していても良い。検出部１１９は、第１傾斜面４０７の波形状に対向配置されると共に、第２傾斜面４０８の波形状に対向配置される。つまり、２個の検出部１１９がターゲット４００に対して配置される。１個の検出部１１９が第１傾斜面４０７及び第２傾斜面４０８のいずれか一方に配置されても良い。
　（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。図１７に示されるように、ターゲット４００の波形状は、円弧形状の内周面４０５に形成されている。内周面４０５の曲面は例えばｓｉｎθで設計される。
　図１８の上段及び下段に示されるように、信号処理部１２０は、ターゲット４００の回転位置に対応した理想的な正弦信号及び余弦信号を取得することができる。
　比較例として、内周面４０５に波形状が形成されていないターゲットの場合、図１９の上段及び下段に示されるように、周方向における磁界の歪みによって正弦信号及び余弦信号の各信号波形が歪んでいる。
　変形例として、図２０に示されるように、ターゲット４００の内周面４０５は、中心軸４０３に対して傾斜していても良い。
　変形例として、図２１に示されるように、ターゲット４００は、円弧形状が複数繋がった円環形状でも良い。回転体がモータの回転軸の場合にセンサ１００を搭載しやすいというメリットがある。
　（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。図２２に示されるように、ターゲット４００は球体状の第１磁極４０１及び第２磁極４０２が繋がった形状である。これにより、ターゲット４００は、外表面４０９の全体が周方向に波形状になっている。外表面４０９の曲面は例えばｓｉｎθで設計される。
　したがって、図２３に示されるように、ターゲット４００の外表面４０９に対してどの方向にも検出部１１９を対向配置させることができる。
　変形例として、図２２に示されたターゲット４００は各磁極４０１、４０２が複数繋がった円環形状でも良い。
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
　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。この場合、リード１１２～１１５は３本である。
　上記各実施形態では、ターゲット４００の波形状が正弦関数の曲面になっているが、これは曲面の一例である。例えば、正弦関数の振幅を２倍等のように変化させても良いし、別の関数で波形状を形成しても良い。ターゲット４００の円弧形状の半径が大きくなるほど、正弦関数の振幅が大きくなるように設計しても良い。
　検出部１１９として、ホール素子を用いた磁気検出方式を採用しても良い。例えば２つのホール素子がＩＣチップに設けられる。この場合、キャップ部１０６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。
　上記各実施形態では、複数の検出信号は、信号Ｓ１及び信号Ｓ２、すなわち正弦信号及び余弦信号であったが、これは一例である。例えば、各磁気抵抗素子１２３～１２５のＶ１～Ｖ３を複数の検出信号としても良い。この場合、信号処理部１２０が正弦信号及び余弦信号を取得する。つまり、正弦信号及び余弦信号は、検出部１１９で取得されても良いし、信号処理部１２０で取得されても良い。
　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 (9)

  1. 　第１磁極（４０１）と第２磁極（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、
    　前記ターゲットの移動に伴って、前記第１磁極及び前記第２磁極から受ける磁界の変化に基づいて、前記第１磁極及び前記第２磁極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（１１９）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（１２０）と、
    　を含み、
    　前記ターゲットは、前記第１磁極及び前記第２磁極が円弧状に配列された円弧形状であり、前記円弧形状の円の中心を中心軸（４０３）として前記円の周方向に移動するものであり、さらに、前記周方向における前記第１磁極の中央部分及び前記第２磁極の中央部分が突出した波形状を有し、
    　前記検出部は、前記ターゲットの波形状に対向配置されるリニアポジションセンサ。
  2. 　前記ターゲットの波形状は、前記円弧形状の内周面（４０５）に形成されている請求項１に記載のリニアポジションセンサ。
  3. 　前記ターゲットは、前記円弧形状が複数繋がった円環形状である請求項２に記載のリニアポジションセンサ。
  4. 　前記内周面は、前記中心軸に対して傾斜している請求項２または３に記載のリニアポジションセンサ。
  5. 　前記ターゲットの波形状は、前記円弧形状の内周面（４０５）と外周面（４０４）とを繋ぐ端面（４０６）に形成されている請求項１に記載のリニアポジションセンサ。
  6. 　前記端面は、前記中心軸側に傾斜した第１傾斜面（４０７）と、前記中心軸側とは反対側に傾斜した第２傾斜面（４０８）と、を含み、
    　前記検出部は、前記第１傾斜面及び前記第２傾斜面のいずれか一方または両方に対向配置される請求項５に記載のリニアポジションセンサ。
  7. 　前記ターゲットの波形状は、前記円弧形状の外周面（４０４）に形成されている請求項１に記載のリニアポジションセンサ。
  8. 　前記外周面は、前記中心軸に対して傾斜している請求項７に記載のリニアポジションセンサ。
  9. 　前記第１磁極及び前記第２磁極は、球体状であり、
    　前記ターゲットは、前記第１磁極と前記第２磁極とが繋がったことで外表面（４０９）の全体が前記周方向に波形状である請求項１に記載のリニアポジションセンサ。
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