特許 6791033 ポジションセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6791033

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】ポジションセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20201116BHJP

   G01D 5/12 20060101ALI20201116BHJP

   G01B 7/00 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/245 110K

   G01D5/12 N

   G01B7/00 101H

【請求項の数】6

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-118777(P2017-118777)

(22)【出願日】2017年6月16日

(65)【公開番号】特開2019-2835(P2019-2835A)

(43)【公開日】2019年1月10日

【審査請求日】2019年7月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001472

【氏名又は名称】特許業務法人かいせい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北浦 靖寛

(72)【発明者】

【氏名】小林 篤史

(72)【発明者】

【氏名】巻田 真宏

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 章人

(72)【発明者】

【氏名】近江 徹哉

【審査官】 吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−４２４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６０１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−１４５３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００４２６４４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−１９２８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２５９６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３５７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−９１９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−５３００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−３８００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−６２７２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／００−５／２５２

Ｇ０１Ｂ ７／００−７／３４

Ｂ６０Ｋ ２０／００−２０／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バイアス磁界を発生させる磁石（１０６、１２０）と、前記バイアス磁界が印加される検出素子（１２４）と、を有し、磁性体で構成された検出対象（２００）の移動に伴って前記検出素子が前記検出対象から受ける磁界の変化に基づいて、前記検出対象の移動方向に沿って一方向に並んだ複数の範囲に対応すると共に位相差が異なる複数の検出信号を生成する検出部（１２２）と、
前記検出部から前記複数の検出信号を取得し、前記複数の検出信号と閾値とを比較し、前記複数の検出信号と前記閾値との大小関係の組み合わせに基づいて、前記複数の範囲のいずれかの範囲の位置として前記検出対象の位置を特定する信号処理部（１２３）と、
を備え、
前記検出対象は、前記複数の範囲に対応する複数の領域部（２０１〜２０４）を有し、
前記複数の領域部は、前記検出対象のうち前記検出部が対向する検出面（２０５）の面内で前記検出対象の移動方向に階段状に接続されて構成されており、
前記検出部は、前記検出対象の移動方向における幅が、前記複数の領域部のうちの最小の領域部の幅よりも短い幅に構成されているポジションセンサ。

【請求項2】

磁石（２０７）を含んで構成された検出対象（２００）の移動に伴って前記検出対象から受ける磁界の変化に基づいて、前記検出対象の移動方向に沿って一方向に並んだ複数の範囲に対応すると共に位相差が異なる複数の検出信号を生成する検出部（１２２）と、
前記検出部から前記複数の検出信号を取得し、前記複数の検出信号と閾値とを比較し、前記複数の検出信号と前記閾値との大小関係の組み合わせに基づいて、前記複数の範囲のいずれかの範囲の位置として前記検出対象の位置を特定する信号処理部（１２３）と、
を備え、
前記検出対象は、前記複数の範囲に対応する複数の領域部（２０１〜２０４）を有し、
前記複数の領域部は、前記検出対象のうち前記検出部が対向する検出面（２０５）の面内で前記検出対象の移動方向に階段状に接続されて構成されており、
前記検出部は、前記検出対象の移動方向における幅が、前記複数の領域部のうちの最小の領域部の幅よりも短い幅に構成されているポジションセンサ。

【請求項3】

前記信号処理部は、前記複数の範囲にそれぞれ設定された離散的な値のうち前記特定した位置の範囲に対応した値の位置信号を外部装置（３００）に出力する請求項１または２に記載のポジションセンサ。

【請求項4】

前記離散的な値の位置信号は、電圧値が異なる電圧信号である請求項３に記載のポジションセンサ。

【請求項5】

前記離散的な値の位置信号は、パルス幅が異なるパルス信号である請求項３に記載のポジションセンサ。

【請求項6】

前記検出対象は、車両のシフトポジションの動作に連動して移動する可動部品である請求項１ないし５のいずれか１つに記載のポジションセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出対象の位置に対応した信号を出力するポジションセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、検出対象の近接をセンシング可能なセンサ部を備えた検出装置が、例えば特許文献１で提案されている。この検出装置では、センサ部が検出対象の近接時に所定のレベルの信号を出力するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−１７８８７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来の技術では、検出対象の移動量が大きくなった場合、検出対象がセンサ部の検出可能範囲を逸脱してしまう可能性がある。言い換えると、センサ部が検出対象を検出できる範囲に限界がある。

【0005】

なお、複数のセンサ部を配置することで検出可能範囲を広げることが考えられる。しかし、複数のセンサ部を設置するスペースが必要である。また、複数のセンサ部を備える構成であるので、検出装置のコストが上がってしまう。

【0006】

本発明は上記点に鑑み、検出対象の移動量が大きくなったとしても、１つの検出部によって検出対象の移動を検出することができるポジションセンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、バイアス磁界を発生させる磁石（１０６、１２０）と、バイアス磁界が印加される検出素子（１２４）と、を有し、磁性体で構成された検出対象（２００）の移動に伴って検出素子が検出対象から受ける磁界の変化に基づいて、検出対象の移動方向に沿って一方向に並んだ複数の範囲に対応すると共に位相差が異なる複数の検出信号を生成する検出部（１２２）を備えている。

【0008】

また、ポジションセンサは、検出部から複数の検出信号を取得し、複数の検出信号と閾値とを比較し、複数の検出信号と閾値との大小関係の組み合わせに基づいて、複数の範囲のいずれかの範囲の位置として検出対象の位置を特定する信号処理部（１２３）を備えている。

【0009】

そして、検出対象は、複数の範囲に対応する複数の領域部（２０１〜２０４）を有している。さらに、複数の領域部は、検出対象のうち検出部が対向する検出面（２０５）の面内で検出対象の移動方向に階段状に接続されて構成されている。検出部は、検出対象の移動方向における幅が、複数の領域部のうちの最小の領域部の幅よりも短い幅に構成されている。

【0010】

請求項２に記載の発明では、磁石（２０７）を含んで構成された検出対象（２００）の移動に伴って検出対象から受ける磁界の変化に基づいて、検出対象の移動方向に沿って一方向に並んだ複数の範囲に対応すると共に位相差が異なる複数の検出信号を生成する検出部（１２２）を備えている点で請求項１に記載の発明と異なる。

【0011】

これによると、複数の範囲の端に位置する範囲にも検出対象の位置を示す領域部（２０１、２０４）が存在している。このため、検出部は端の領域部の位置を検出する際には端の領域部から受ける磁界の変化に基づいた検出信号を生成することができる。このように、検出対象が検出部の検出可能範囲に対応した構成となっているので、検出対象の移動量が大きくなったとしても、１つの検出部によって検出対象の移動を検出することができる。

【0012】

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態に係るポジションセンサの外観図である。

【図2】磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式を構成する部品の分解斜視図である。

【図3】図２に示された各部品の平面図である。

【図4】図３のIV−IV断面図である。

【図5】磁気抵抗素子による検出信号を説明するための図である。

【図6】ホール素子を用いた磁気検出方式を構成する部品を示した平面図である。

【図7】図６のVII−VII断面図である。

【図8】ホール素子による検出信号を説明するための図である。

【図9】ポジションセンサの回路構成を示した図である。

【図10】検出対象の各領域部と検出部との相対的な位置関係を示した図である。

【図11】４状態を検出する場合の検出信号、状態判定、位置信号を示した図である。

【図12】比較例を示した図である。

【図13】変形例として、３状態を判定する場合を示した図である。

【図14】変形例として、３状態を判定する場合を示した図である。

【図15】変形例として、各領域部が空間部分として構成された検出対象の４状態を判定する場合を示した図である。

【図16】変形例として、各領域部の間に遷移部が設けられた例を示した図である。

【図17】変形例として、検出対象の移動方向に対してセンサチップのチップ面を傾斜させた例を示した図である。

【図18】変形例として、凹凸形状の検出対象の例を示した図である。

【図19】変形例として、扇形状の検出対象の例を示した図である。

【図20】変形例として、扇形状の検出対象の例を示した図である。

【図21】変形例として、回転体の検出対象の例を示した図である。

【図22】図２１の回転体に設けられた各領域部を示した図である。

【図23】第２実施形態において、４状態を判定する場合の離散的なパルス幅を示した図である。

【図24】第３実施形態に係る磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式を構成する部品を示した平面図である。

【図25】図２４のXXV−XXV断面図である。

【図26】第３実施形態に係るホール素子を用いた磁気検出方式を構成する部品を示した平面図である。

【図27】図２６のXXVII−XXVII断面図である。

【図28】検出対象が磁石の場合の検出信号を示した図である。

【図29】磁石の４状態を検出する場合の検出信号、状態判定、位置信号を示した図である。

【図30】変形例として、板部材に磁石が貼り付けられた検出対象の例を示した図である。

【図31】変形例として、板部材とゴム磁石で構成された検出対象が着磁された例を示した図である。

【図32】変形例として、扇形状の検出対象に磁石が設けられた例を示した図である。

【図33】変形例として、回転体の検出対象に磁石が設けられた例を示した図である。

【図34】図３３の回転体に設けられた各領域部を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

【0015】

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係るポジションセンサは、検出対象の位置がどの範囲（状態）にあるのかを検出し、その範囲に対応した信号を出力するセンサである。

【0016】

図１に示されるように、ポジションセンサ１００は、検出対象として、車両のシフトポジションの動作に連動する可動部品の位置を検出する。具体的には、ポジションセンサ１００は、シャフトの位置に応じた信号を検出することで、シャフトの状態を取得する。

【0017】

シャフトの状態とは、ユーザによってシフトポジションが操作されたときのシャフトの位置を意味する。例えば、シャフトは、シフトポジションのパーキングに連動して移動する。シフトポジションがパーキングに位置するように操作された場合、シャフトが軸方向に移動する。これにより、シャフトは、パーキングの状態を反映する。ポジションセンサ１００はシャフトのうちパーキングに対応した位置を検出する。

【0018】

一方、シフトポジションがパーキング以外のポジションに位置するように操作された場合、シャフトはパーキング以外の状態を反映する。この場合、ポジションセンサ１００は、シャフトのうちパーキングに対応した位置以外の位置を検出する。もちろん、シャフトはパーキング以外のポジションに連動して移動するものでも良い。

【0019】

シャフトは、例えば全体が磁性体材料によって形成されている。なお、シャフトは、ポジションセンサ１００に対向する面が磁性体材料で形成され、他の部分が別の金属材料によって形成されていても良い。

【0020】

ポジションセンサ１００は、ＰＰＳ等の樹脂材料が樹脂成形されたことによって形成されたケース１０１を備えている。ケース１０１は、シャフト側の先端部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。

【0021】

また、先端部１０２がシャフトの検出面に対して所定のギャップを持つように、ポジションセンサ１００がフランジ部１０３を介して周辺機構に固定されている。したがって、シャフトがポジションセンサ１００に対して移動する。

【0022】

なお、図示しないが、ポジションセンサ１００は、シャフトに連動して動作するバルブの位置を検出するように、周辺機構に固定されていても良い。また、シャフトの移動方向は直進や往復に限られず、回転や特定の角度内での往復等でも良い。このように、ポジションセンサ１００は、車両のシフトポジションの動作に連動して移動する可動部品の位置や移動、回転等の状態検出に適用できる。

【0023】

ポジションセンサ１００は、磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式、または、ホール素子を用いた磁気検出方式を採用することができる。磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式の場合、図２に示されるように、ポジションセンサ１００は、モールドＩＣ部１０５、磁石１０６、及び保持部１０７を備えている。これらは、ケース１０１の先端部１０２に収容されている。モールドＩＣ部１０５は、中空筒状の磁石１０６に差し込まれる。磁石１０６はバイアス磁界を発生させるものであり、有底筒状の保持部１０７に差し込まれる。

【0024】

図３の平面模式図及び図４の断面模式図に示されるように、モールドＩＣ部１０５、磁石１０６、及び保持部１０７は一体化される。モールドＩＣ部１０５の主な部分は、磁石１０６の中空部に位置している。保持部１０７は、モールドＩＣ部１０５及び磁石１０６の位置を固定している。

【0025】

モールドＩＣ部１０５は、リードフレーム１０８、処理回路チップ１０９、センサチップ１１０、及びモールド樹脂部１１１を有している。リードフレーム１０８は、板状のアイランド部１１２及び複数のリード１１３〜１１５を有している。アイランド部１１２は、平面部が検出対象の移動方向に対して垂直になるように配置されている。

【0026】

複数のリード１１３〜１１５は、電源電圧が印加される電源端子１１３、グランド電圧が印加されるグランド端子１１４、信号を出力するための出力端子１１５に対応している。つまり、各リード１１３〜１１５は、電源用、グランド用、及び信号用の３本である。各リード１１３〜１１５の先端にはターミナル１１６がそれぞれ接続されている。ターミナル１１６は、ケース１０１のコネクタ部１０４に位置する。また、ターミナル１１６がハーネスに接続される。

【0027】

なお、本実施形態では、複数のリード１１３〜１１５のうちのグランド用のリード１１４はアイランド部１１２に一体化されている。アイランド部１１２と全てのリード１１３〜１１５とが完全に分離されていても良い。

【0028】

処理回路チップ１０９及びセンサチップ１１０は、接着剤等によってアイランド部１１２に実装されている。処理回路チップ１０９は、センサチップ１１０の信号を処理する回路部が構成されている。センサチップ１１０は、外部から磁界の影響を受けたときに抵抗値が変化する磁気抵抗素子を含んでいる。磁気抵抗素子は、例えばＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲである。各リード１１３〜１１５と処理回路チップ１０９とは、ワイヤ１１７を介して電気的に接続されている。処理回路チップ１０９とセンサチップ１１０とは、ワイヤ１１８を介して電気的に接続されている。

【0029】

モールド樹脂部１１１は、アイランド部１１２、各リード１１３〜１１５の一部、処理回路チップ１０９、及びセンサチップ１１０を封止している。モールド樹脂部１１１は、磁石１０６の中空部に固定される形状に成形されている。

【0030】

磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式による検出信号について説明する。図５に示されるように、保持部１０７は、検出対象２００に対して所定のギャップを持って配置される。そして、保持部１０７に対して検出対象２００が移動すると、検出対象２００の移動方向の中心で検出信号が最大となる。ギャップが大きくなると検出信号の振幅が小さくなり、ギャップが小さくなると検出信号の振幅が大きくなる。このような検出信号に対して閾値を設定することで検出対象２００の位置を検出することができる。

【0031】

なお、図５では検出対象２００の移動と磁気検出素子による検出信号との関係のみを示している。後述するが、検出信号は複数の磁気抵抗素子の出力によって生成する。

【0032】

ホール素子を用いた磁気検出方式を採用した場合、図６の平面模式図及び図７の断面模式図に示されるように、モールドＩＣ部１０５は、保持部１０７に差し込まれて固定される。また、モールドＩＣ部１０５は、リードフレーム１０８、ＩＣチップ１１９、磁石１２０、及びモールド樹脂部１１１を有している。

【0033】

リードフレーム１０８のアイランド部１１２は、平面部が検出対象２００の移動方向に対して平行になるように配置されている。一方、各リード１１３〜１１５は、検出対象２００の移動方向に対して垂直になるように配置されている。グランド用のリード１１４がアイランド部１１２に直角に一体化されている。各リード１１３〜１１５の先端にはターミナル１１６がそれぞれ接続されている。

【0034】

ＩＣチップ１１９は、複数のホール素子と信号処理回路部とが形成されている。つまり、ホール素子を用いた磁気検出方式では１チップ構成になっている。磁石１２０は、アイランド部１１２のうちＩＣチップ１１９とは反対側の面に固定されている。各リード１１３〜１１５とＩＣチップ１１９とは、ワイヤ１２１を介して電気的に接続されている。モールド樹脂部１１１は、保持部１０７の中空部に固定される形状に成形されている。

【0035】

ホール素子を用いた磁気検出方式による検出信号について説明する。図８に示されるように、例えば２つのホール素子（Ｘ、Ｙ）が磁石１２０の上方に配置されている場合、保持部１０７に対して検出対象２００が移動すると、各ホール素子（Ｘ、Ｙ）の位置に対応して各検出信号が最大となる。ギャップと検出信号の振幅との関係は磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式と同じである。各検出信号に対して閾値を設定することで検出対象２００の位置を検出することができる。

【0036】

本実施形態では、上記の磁気検出方式のうち磁気抵抗素子を用いた方式を採用する。磁気ベクトルを検出する磁気抵抗素子は、ギャップのずれによる精度誤差をキャンセルできるメリットがある。また、センサチップ１１０に発生する応力の影響を低減あるいはキャンセルできるメリットがある。よって、高精度な検出が可能である。

【0037】

次に、センサチップ１１０及び処理回路チップ１０９に構成された回路構成について説明する。図９に示されるように、ポジションセンサ１００とコントローラ３００とがハーネス４００を介して電気的に接続されている。上述のように、モールドＩＣ部１０５は３本のリード１１３〜１１５を有しているので、ハーネス４００は３本の配線によって構成されている。

【0038】

コントローラ３００は、例えばトランスミッションコントローラ（ＴＣＵ）である。コントローラ３００は、電源部３０１、制御部３０２、及びグランド部３０３を備えている。電源部３０１は、ポジションセンサ１００に電源電圧を供給する回路部である。制御部３０２は、ポジションセンサ１００から入力する出力信号に応じて予め決められた制御を行う回路部である。グランド部３０３はポジションセンサ１００のグランド電圧を設定する回路部である。なお、コントローラ３００は、電子制御装置（ＥＣＵ）として構成されていても良い。

【0039】

ポジションセンサ１００は、検出部１２２及び信号処理部１２３を備えている。検出部１２２は、磁石１０６とセンサチップ１１０に設けられた検出素子１２４とを有して構成されている。信号処理部１２３は、処理回路チップ１０９に設けられている。検出素子１２４及び信号処理部１２３は、コントローラ３００から供給される電源電圧及びグランド電圧に基づいて動作する。

【0040】

検出部１２２は、検出対象２００の移動に伴って、検出対象２００から受ける磁界の変化に基づいて、検出対象２００の移動方向に沿った複数の範囲に対応すると共に位相差が異なる複数の検出信号を生成する。検出対象２００の移動方向に沿った複数の範囲は、複数の範囲が検出対象２００の移動方向に沿って並列に並んでいるのではなく、複数の範囲が検出対象２００の移動方向に沿って一方向に直列に並んでいる。

【0041】

ここで、検出対象２００は、図１０に示されるように、複数の範囲Ａ〜Ｄに対応する４つの領域部２０１〜２０４を有している。各領域部２０１〜２０４は、長方形の板部材によって構成されている。また、各領域部２０１〜２０４は、検出対象２００のうち検出部１２２が対向する検出面２０５の面内で検出対象２００の移動方向に階段状に接続されて構成されている。

【0042】

「階段状に接続される」とは、一方の領域部２０１と他方の領域部２０２とが検出面２０５の面内において移動方向に対して垂直方向にずれて接続されることである。同様に、一方の領域部２０２と他方の領域部２０３が検出面２０５の面内において移動方向に対して垂直方向にずれて接続される。一方の領域部２０３と他方の領域部２０４についても同じである。これにより、各領域部２０１〜２０４において移動方向に沿った両端部すなわち２本の長辺部は、階段状の形状を構成している。つまり、領域部２０１の隣には領域部２０２が一方向に直列に接続され、領域部２０２には領域部２０１が接続された側とは反対側に領域部２０３が一方向に直列に接続されている。同様に、領域部２０３には領域部２０２が接続された側とは反対側に領域部２０４が一方向に直列に接続されている。

【0043】

センサチップ１１０のうち検出素子１２４が設けられたチップ面は、検出部１２２の移動方向に対して垂直な方向に向けられている。そして、位置が固定された検出部１２２に対して検出対象２００が移動方向に移動すると、各領域部２０１〜２０４が検出部１２２に対して検出面２０５の面内で移動方向に垂直な方向に移動する。このように、検出対象２００の移動によって、検出部１２２と各領域部２０１〜２０４との位置関係が変化する。図１０では、各領域部２０１〜２０４に対してそれぞれ検出部１２２を配置することにより、各領域部２０１〜２０４と検出部１２２との位置関係を示している。

【0044】

検出対象２００は、磁性体材料によって構成された板部材がプレス加工等によって形成される。各領域部２０１〜２０４は、移動方向の長さが同一でも良いし、異なっていても良い。また、各領域部２０１〜２０４は、検出面２０５の面内での移動方向に垂直な方向の長さが同一でも良いし、異なっていても良い。なお、検出対象２００は、シャフト等の部品に固定される。また、検出対象２００は、両端の領域部２０１、２０４がシャフトに固定されても良い。

【0045】

図９の検出素子１２４は、検出対象２００の移動に伴って抵抗値が変化する第１磁気抵抗素子対、第２磁気抵抗素子対、及び第３磁気抵抗素子対の３つの素子対を有している。

【0046】

図示しないが、検出対象２００の移動方向において、第２磁気抵抗素子対が第１磁気抵抗素子対と第３磁気抵抗素子対との間に位置するように各々が配置されている。つまり、第２磁気抵抗素子対が第１磁気抵抗素子対と第３磁気抵抗素子対とに挟まれるように配置されている。そして、第２磁気抵抗素子対には磁石１０６の中心軸に沿ったバイアス磁界が印加される。一方、第１磁気抵抗素子対及び第３磁気抵抗素子対には磁石１０６の端部を巻き込むバイアス磁界が印加される。

【0047】

各磁気抵抗素子対は、電源とグランドとの間に２つの磁気抵抗素子が直列接続されたハーフブリッジ回路として構成されている。各磁気抵抗素子対は、検出対象２００の移動に伴って２つの磁気抵抗素子が磁界の影響を受けたときの抵抗値の変化を検出する。また、各磁気抵抗素子対は、当該抵抗値の変化に基づいて、２つの磁気抵抗素子の中点の電圧を波形信号としてそれぞれ出力する。なお、各磁気抵抗素子対が電流源によって駆動される構成では、各磁気抵抗素子対の両端電圧が波形信号となる。

【0048】

また、検出部１２２は、各磁気抵抗素子対の他に、図示しない第１〜第４オペアンプを備えている。第１磁気抵抗素子対の中点の中点電位をＶ１と定義すると共に、第２磁気抵抗素子対の中点の中点電位をＶ２と定義すると、第１オペアンプは、Ｖ１−Ｖ２を演算してその結果をＲ１として出力するように構成された差動増幅器である。また、第３磁気抵抗素子対の中点の中点電位をＶ３と定義すると、第２オペアンプは、Ｖ２−Ｖ３を演算してその結果をＲ２として出力するように構成された差動増幅器である。

【0049】

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。

【0050】

第４オペアンプは、第１磁気抵抗素子対の中点から中点電位Ｖ１を入力すると共に、第３磁気抵抗素子対の中点から中点電位Ｖ３を入力し、Ｖ１−Ｖ３を演算してその結果をＳ２として出力するように構成された差動増幅器である。信号Ｓ２は、信号Ｓ１に対して位相差を持った波形の信号である。

【0051】

このように、検出部１２２は、各磁気抵抗素子対の出力から信号Ｓ１（＝Ｖ１−Ｖ３）及び信号Ｓ２（＝２Ｖ２−Ｖ１−Ｖ３）を生成及び取得するように構成されている。検出部１２２は、信号Ｓ１及び信号Ｓ２を検出信号として信号処理部１２３に出力する。

【0052】

信号処理部１２３は、検出部１２２から各検出信号を取得し、各検出信号と閾値とを比較し、各検出信号と閾値との大小関係の組み合わせに基づいて、検出対象２００における複数の範囲のいずれかの範囲の位置として検出対象２００の位置を特定する。また、信号処理部１２３は、検出対象２００の位置をコントローラ３００に出力する。信号処理部１２３は、処理部１２５及び出力回路部１２６を有している。

【0053】

処理部１２５は、検出部１２２から各検出信号を入力し、各検出信号に基づいて検出対象２００の位置を特定する。このため、処理部１２５は、各検出信号に対して共通の閾値を有している。

【0054】

そして、処理部１２５は、検出信号である信号Ｓ１、Ｓ２と閾値とを比較する。処理部１２５は、信号Ｓ１、Ｓ２が閾値よりも大きい場合をＨｉと判定し、信号Ｓ１、Ｓ２が閾値よりも小さい場合をＬｏと判定する。また、処理部１２５は、信号Ｓ１、Ｓ２のＨｉ／Ｌｏの組み合わせから、検出部１２２が検出対象２００のどの範囲を検出したのかを判定する。

【0055】

具体的には、図１１に示されるように、信号Ｓ１がＨｉ、信号Ｓ２がＬｏの場合、検出部１２２は検出対象２００のうち領域部２０１の範囲を検出したことになる。つまり、処理部１２５は、検出対象２００であるシャフトの位置を特定したことになる。当該範囲の位置を特定した場合のシャフトの状態を「状態Ａ」とする。

【0056】

信号Ｓ１がＨｉの場合、信号Ｓ２がＨｉの場合、検出部１２２は検出対象２００の領域部２０２のうち範囲を検出したことになる。当該範囲の位置を特定した場合のシャフトの状態を「状態Ｂ」とする。

【0057】

信号Ｓ１がＬｏの場合、信号Ｓ２がＨｉの場合、検出部１２２は検出対象２００の領域部２０３のうち範囲を検出したことになる。当該範囲の位置を特定した場合のシャフトの状態を「状態Ｃ」とする。

【0058】

さらに、信号Ｓ１がＬｏ、信号Ｓ２がＬｏの場合、検出部１２２は検出対象２００のうち領域部２０４の範囲を検出したことになる。当該範囲の位置を特定した場合のシャフトの状態を「状態Ｄ」とする。このように、処理部１２５は、検出対象２００の移動方向に沿った複数の範囲のいずれかの範囲の位置として検出対象２００の位置を特定する。

【0059】

出力回路部１２６は、処理部１２５の判定結果に基づいて、上記の状態Ａ〜Ｄのいずれかを示す位置信号をコントローラ３００に出力する回路部である。まず、出力回路部１２６は、処理部１２５から検出信号に基づいて判定された状態Ａ〜Ｄの情報を取得する。また、出力回路部１２６は、複数の範囲にそれぞれ設定された離散的な値のうち特定した位置の範囲に対応した値の位置信号をコントローラ３００に出力する。

【0060】

本実施形態では、離散的な値の位置信号は、電圧値が異なる電圧信号である。例えば、状態ＡはＶ_Ｈ、状態ＢはＶ_Ｍ１、状態ＣはＶ_Ｍ２、状態ＤはＶ_Ｌというように、各状態Ａ〜Ｄを示す電圧値が各状態Ａ〜Ｄで重複しないように、離散的な値に設定される。電圧値の大小関係はＶ_Ｈ＞Ｖ_Ｍ１＞Ｖ_Ｍ２＞Ｖ_Ｌである。離散的な値が各状態Ａ〜Ｄで重複しなければ良いので、離散的な値は所定の電圧範囲内のいずれかの電圧値として設定されていても良い。所定の電圧範囲は、例えば１Ｖ以内というように各状態Ａ〜Ｄで同じでも良いし、状態Ａでは１Ｖ以内であるが状態Ｂでは２Ｖ以内であるというように異なっていても良い。

【0061】

図１１に示されるように、検出対象２００が移動方向に移動した場合、位置信号は階段状の離散的な電圧値となる。また、ノイズによって位置信号の電圧値が瞬間的に上下することで他の状態を示す電圧値に達する場合がある。しかし、コントローラ３００の制御部３０２は所定時間の電圧値を読み取ることでノイズの影響をほとんど無くすことができる。つまり、ポジションセンサ１００はノイズ耐性が高い位置信号を出力することができる。以上が、本実施形態に係るポジションセンサ１００の構成である。

【0062】

コントローラ３００の制御部３０２は、ポジションセンサ１００から位置信号を入力し、所望の制御に利用する。例えば、車両のメータ部のパーキングランプの点消灯制御、シフトポジションがパーキングに入っているか否かに応じて他の制御を許可または不許可する制御、ポジションセンサ１００の故障の場合はポジションセンサ１００を使用しない制御、故障ランプの点灯制御等である。

【0063】

また、制御部３０２は、位置信号以外の信号を入力する場合もある。この信号は、ポジションセンサ１００の出力としては本来起こりえない信号である。この場合、ポジションセンサ１００以外の故障が原因であると考えられる。例えば、ハーネス４００等の通信装置の故障等である。したがって、コントローラ３００は、通信装置の故障を検知することができる。

【0064】

比較例として、図１２に示されるように、ブロック状の検出対象５００が移動方向に移動する場合について説明する。この場合、検出部１２２から検出対象５００が離れた位置まで移動すると、検出部１２２の磁石１０６が検出対象５００に反応しなくなる。このため、信号Ｓ１が閾値に収束してしまう。これにより、検出対象５００が移動方向のどちらの方向に移動しているのか、判定できなくなってしまう。

【0065】

また、検出対象５００が移動方向に長さを持っている形状の場合、検出部１２２が検出対象５００の移動方向中心を検出しにくくなってしまう。検出部１２２は、検出対象５００の移動方向の２つのエッジを検出して移動方向中心と判定するため、検出対象５００が長くなりエッジ間距離が離れすぎると移動方向中心が分からなくなってしまう。

【0066】

これに対し、本実施形態では、検出対象２００の移動方向の範囲内に、検出部１２２によって検出される部分である各領域部２０１〜２０４が設けられている。これにより、図１１に示されるように、信号Ｓ１、Ｓ２は閾値に収束することがなく、閾値に対して明らかにＨｉまたはＬｏとなる。もちろん、中央の領域部２０２と領域部２０３との境界を検出対象２００の中心に設定しておくことで、検出対象２００の移動方向中心を検出することも可能である。

【0067】

また、図１２に示された比較例の問題を起こさないために、検出対象２００が移動したとしても、検出対象２００−検出部１２２の相対関係が維持されている。すなわち、複数の範囲の端に位置する範囲にも検出対象２００の位置を示す領域部２０１、２０４が設けられている。このため、検出部１２２によって領域部２０１、２０４から受ける磁界の変化に基づいた検出信号を生成することができる。

【0068】

したがって、比較例に対して検出部１２２の検出可能範囲が実質的に広くなっているので、検出対象２００の移動量が大きくなったとしても、１つの検出部１２２によって検出対象２００の移動を検出することができる。以上のように、検出対象２００を判別したいポジション数で分かれた形状で区分することで、それぞれの区分の判定及び区分に対応した出力をすることができる。

【0069】

変形例として、図１３に示されるように、検出対象２００を３つの領域部２０１〜２０３で構成することもできる。信号処理部１２３は、信号Ｓ３がＨｉ、信号Ｓ４がＬｏの場合を「状態Ａ」とし、信号Ｓ４がＨｉの場合を「状態Ｂ」とし、信号Ｓ３がＬｏ、信号Ｓ４がＬｏの場合を「状態Ｃ」として判定する。この場合、図１３に示されるように、３状態を３つの離散的な電圧値に設定すれば良い。

【0070】

変形例として、図１４に示されるように、検出信号として、図１３に示された各信号Ｓ３、Ｓ４とは異なる位相差を持った信号Ｓ５、Ｓ６を生成することもできる。各信号Ｓ５、Ｓ６は、各磁気抵抗素子対の出力を用いた演算式を変更することで生成可能である。なお、中央の領域部２０２が、移動方向において、図１３に示された領域部２０２よりも短く形成されていても良い。

【0071】

なお、領域部２０１〜２０４の数や、位相差が異なる複数の検出信号を適宜変更することで、検出可能な状態の数を自由に変更できる。したがって、３状態や４状態の検出に限られず、５状態や７状態等の状態数も検出も可能である。

【0072】

変形例として、図１５に示されるように、検出対象２００の各領域部２０１〜２０４は、板部材の一部が打ち抜かれた空間部として構成されていても良い。この場合、位相差を持った信号Ｓ７、Ｓ８は、図１１に示された信号Ｓ１、Ｓ２が反転した信号となる。

【0073】

したがって、信号処理部１２３は、信号Ｓ７がＬｏ、信号Ｓ８がＨｉの場合を「状態Ａ」とし、信号Ｓ７がＬｏ、信号Ｓ８がＬｏの場合を「状態Ｂ」とし、信号Ｓ７がＨｉ、信号Ｓ８がＬｏの場合を「状態Ｃ」とし、信号Ｓ７がＨｉ、信号Ｓ８がＨｉの場合を「状態Ｄ」として判定する。このように、検出部１２２が検出する位置は、検出対象２００の素材部分ではなく、窓状に構成された空間部分として構成されていても良い。

【0074】

変形例として、図１６に示されるように、領域部２０１と領域部２０２との間、及び、領域部２０２と領域部２０３との間に遷移部２０６が設けられていても良い。領域部２０１〜２０４の数に関係なく、隣同士の領域間に遷移部２０６を設けることができる。遷移部２０６の形状は、直線状やＲ形状等に限定されない。また、遷移部２０６は各領域部２０１〜２０４が空間部分として構成されている場合にも適用できる。

【0075】

変形例として、図１７に示されるように、センサチップ１１０のうち検出素子１２４が設けられたチップ面は、検出部１２２の移動方向に対して垂直な方向ではなく、傾斜していても良い。なお、図１７では、検出対象２００に遷移部２０６が設けられているが、遷移部２０６は検出対象２００に設けられていなくても良い。

【0076】

変形例として、図１８に示されるように、各領域部２０１〜２０４は、板部材にブロックが設けられた凹凸形状として構成されていても良い。

【0077】

変形例として、図１９及び図２０に示されるように、検出対象２００は、扇形状の板部材の一部が打ち抜かれたものでも良い。打ち抜きの形状を考慮することにより、例えば図１０に示された階段状の各領域部２０１〜２０４を扇形状の周方向に設けることができる。これにより、検出対象２００が軸を中心に回転あるいは回動することで各範囲Ａ〜Ｄの位置の検出が可能になる。

【0078】

変形例として、図２１に示されるように、検出対象２００はロータ等の回転体として構成されていても良い。この場合、図２１の破線部に検出範囲に対応した各領域部２０１〜２０４が設けられる。具体的には、図２２に示されるように、回転角のθ方向に４つの領域部２０１〜２０４が設けられている。これにより、検出部１２２は検出対象２００の回転あるいは回動の状態を検出することができる。

【0079】

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、コントローラ３００が特許請求の範囲の「外部装置」に対応する。

【0080】

（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、出力回路部１２６は、離散的な値の信号として、パルス幅が異なるパルス信号をコントローラ３００に出力する。つまり、離散的な値の信号は、ＰＷＭ方式の信号である。離散的な値は、パルス幅の値、信号の周期、Ｄｕｔｙ比等である。第１実施形態と同様に、ノイズに対する耐性を向上させることができる。

【0081】

図２３に示されるように、例えば、状態Ａに対応した信号のパルス幅が最も小さく、状態Ｄに対応した信号のパルス幅が最も大きく設定されている。状態Ｂ、Ｃに対応した信号のパルス幅は、状態Ａ、Ｄに対応した信号のパルス幅の間に設定されている。パルス幅は状態Ａから状態Ｄまで段階的に変化していても良いし、ランダムになっていても良い。

【0082】

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、検出対象２００の全体あるいは一部を磁石で構成し、ポジションセンサ１００に磁石１０６、１２０を備えない構成としている。

【0083】

図２４及び図２５に示されるように、磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式では磁石１０６が設けられていない。同様に、図２６及び図２７に示されるように、ホール素子を用いた磁気検出方式では磁石１２０が設けられていない。したがって、モールドＩＣ部１０５は保持部１０７に直接差し込まれて固定される。

【0084】

図２８に示されるように、検出対象２００が移動方向に対してセンサチップ１１０側に磁化方向を持つ磁石２０７として構成されている。この場合、センサチップ１１０に設けられた検出部１２２は、磁極の中心で最大または最小となる信号Ｓ９と、各磁極の境界で最大または最小となる信号Ｓ１０と、を検出信号として信号処理部１２３に出力する。このように、検出対象２００が磁石２０７で構成されていても、信号Ｓ９、Ｓ１０は、位相差を持った信号となる。

【0085】

なお、図２８に示された磁石２０７のＮ極／Ｓ極は逆の配置でも良い。また、検出部１２２は、信号Ｓ９が各磁極の境界で最大または最小となり、信号Ｓ１０が磁極の中心で最大または最小となるように構成されていても良い。また、１つの領域部２０１〜２０４を構成する磁極の極数は３極に限られず、他の極数でも良い。

【0086】

そして、図２９に示されるように、検出対象２００の各領域部２０１〜２０４は、磁石２０７のＮ極が２つのＳ極に挟まれるように構成されている。これにより、磁石２０７の磁化方向は紙面垂直方向となる。状態判定は、第１実施形態の図１１の場合と同じである。

【0087】

変形例として、図３０に示されるように、検出対象２００は板部材の上に各領域部２０１〜２０４を構成する磁石２０７が貼り付けられたものでも良い。磁化方向は板部材の板面に垂直な方向である。

【0088】

変形例として、図３１に示されるように、検出対象２００は磁性体の板部材２０８の上に設けられたゴム磁石２０９の一部が磁石２０７となるように着磁されたものでも良い。磁化方向はゴム磁石２０９の板面に垂直な方向である。

【0089】

変形例として、図３２に示されるように、検出対象２００は扇形状の板部材に磁石２０７が貼り付けあるいは着磁されたものでも良い。

【0090】

変形例として、図３３に示されるように、検出対象２００はロータ等の回転体に磁石２０７が設けられたのでも良い。この場合、図３４に示されるように、回転角のθ方向に４つの領域部２０１〜２０４を構成する磁石２０７が図３３の破線部に設けられている。磁石２０７の構成は図３１に示された構成と同じでも良いし、板部材に磁石２０７が貼り付けられる構成でも良い。

【0091】

（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたポジションセンサ１００の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、ポジションセンサ１００の用途は車両用に限られず、可動部品の位置を検出するものとして産業用ロボットや製造設備等にも広く利用できる。

【0092】

また、上記各実施形態では、検出対象２００に磁石２０７が含まれていないが、ポジションセンサ１００に磁石１０６、１２０が含まれる構成と、検出対象２００に磁石２０７が含まれるが、ポジションセンサ１００に磁石１０６、１２０が含まれない構成と、が示されているが、これらの組み合わせは一例である。したがって、検出対象２００に磁石２０７が含まれており、ポジションセンサ１００に磁石１０６、１２０が含まれる構成となっていても良い。この場合、ポジションセンサ１００の作動は第１実施形態と同じである。

【符号の説明】

【0093】

１０６、１２０ 磁石
１２２ 検出部
１２３ 信号処理部
１２４ 検出素子
２００ 検出対象
２０１〜２０４ 領域部
２０５ 検出面
２０７ 磁石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】