WO2019167449A1 - Linear position sensor - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to a linear position sensor.
- Patent Document 1 an apparatus for detecting the position of a target using an optical detection element has been proposed in Patent Document 1, for example.
- 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 continued. For this reason, a part of the light emitted from the light source is reflected by the reflection portion to be detected and reaches the fixed slit.
- the amount of light detected in the light receiving portion changes periodically and light and dark are repeated. By counting the number of light and dark repetitions, the amount of movement of the target can be measured.
- a method of detecting the position of the target by a magnetic detection element is known.
- the position of the target is detected based on a change in the magnetic field that the detection unit receives from the concavo-convex shape with respect to the target moving in the arrangement direction of the concavo-convex shape.
- the inventors have invented a linear position sensor including a detection unit and a signal processing unit using this method.
- the detection unit corresponds to a plurality of ranges arranged in one direction along the moving direction of the target based on the change of the magnetic field received from the target as the target made of a magnetic material moves. At the same time, a plurality of detection signals having different phases are generated.
- the plurality of ranges is, for example, a concave or convex range having an uneven shape.
- the signal processing unit acquires a plurality of detection signals from the detection unit, and compares the plurality of detection signals with a threshold value. Then, the signal processing unit specifies the position of the detection target as the position of any one of the plurality of ranges based on the combination of magnitude relationships between the plurality of detection signals and the threshold values.
- the position of any one of a plurality of ranges can be specified. It is also possible to generate an output signal whose signal value increases at a constant increase rate with respect to the amount of movement of the target based on a plurality of detection signals.
- the influence of the magnetic field received from the range not corresponding to the end by the detection unit is different from the effect of the magnetic field received from the end range. This is because there is another range next to one of the end ranges, but there is no other range next to the other. For this reason, the linearity of the signal value corresponding to the end range of the output signal is lost. Therefore, it is difficult to accurately detect the position corresponding to the end range.
- This disclosure is intended to provide a linear position sensor that can improve the linearity of a signal value that increases at a constant rate of increase with respect to the amount of movement of a target.
- the linear position sensor detects the position of the target in the moving direction, which is made of a magnetic material and is provided with convex portions and concave portions alternately.
- the linear position sensor includes a detection unit and a signal processing unit.
- the detection unit includes a magnet and a plurality of magnetic detection elements.
- the magnet generates a bias magnetic field.
- the plurality of magnetic detection elements generate a detection signal having a phase corresponding to the position of the convex portion and the concave portion based on a change in the magnetic field received from the target as the target moves, while a bias magnetic field is applied.
- the detection unit acquires a sine signal indicating a sine function and a cosine signal indicating a cosine function based on a plurality of detection signals having different phases.
- the signal processing unit acquires a sine signal and a cosine signal from the detection unit, generates an arc tangent function based on the amount of movement of the target and indicates an arc tangent function based on the sine signal and the cosine signal, and outputs the arc tangent signal to the target. Is acquired as a position signal indicating the position of.
- the linear position sensor detects the position of the target in the moving direction.
- the target is made of a magnetic material, and the convex and concave portions are arranged obliquely with respect to the moving direction because the arrangement direction in which the convex and concave portions are alternately arranged is inclined with respect to the moving direction.
- the linear position sensor includes a detection unit and a signal processing unit.
- the detection unit includes a first magnetic detection element and a second magnetic detection element.
- the first magnetic detection element acquires a sine signal indicating a sine function as a signal having different phases corresponding to the positions of the convex portion and the concave portion based on a change in the magnetic field received from the target as the target moves.
- the second magnetic detection element acquires a cosine signal indicating a cosine function.
- the signal processing unit acquires a sine signal and a cosine signal from the detection unit, generates an arc tangent function based on the amount of movement of the target and indicates an arc tangent function based on the sine signal and the cosine signal, and outputs the arc tangent signal to the target. Is acquired as a position signal indicating the position of.
- the detection unit when the detection unit detects the position of the range from the center position of the convex part to the center position of the adjacent convex part in the moving direction of the target, the target is provided with at least three concave parts. ing.
- the target is provided with at least two recesses.
- the detection unit detects a position in a range from the edge position of the convex portion and the concave portion in the moving direction of the target to the edge position of the adjacent convex portion and the adjacent concave portion, the target has at least two concave portions. Yes.
- the convex part or the concave part is located outside the movement range detected by the detection part among the targets.
- the influence of the magnetic field that the detection unit receives from outside the target movement range can be brought close to the influence of the magnetic field that is received from within the target movement range.
- the waveforms of the sine signal and the cosine signal acquired by the signal processing unit can be brought close to ideal waveforms. Therefore, the linearity of the signal value of the arc tangent signal that increases at a constant increase rate with respect to the amount of movement 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 method using a magnetoresistive element
- FIG. 3 is a plan view of each component shown in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
- FIG. 5 is a plan view showing components constituting a magnetic detection method using a Hall element
- 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG.
- FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration of the linear position sensor.
- FIG. 8 is a diagram showing the contents of signal processing of the circuit configuration shown in FIG.
- FIG. 9 is a diagram showing a sine signal, a cosine signal, and an arctangent signal corresponding to the convex and concave portions of the target
- FIG. 10 is a diagram showing a sine signal and a cosine signal when a magnetoresistive element is mounted on a sensor chip.
- FIG. 11 is a diagram showing a sine signal and a cosine signal when a Hall element is mounted on the sensor chip.
- FIG. 12 is a diagram illustrating the first position signal and the second position signal with respect to the amount of movement of the target.
- FIG. 13 is a diagram showing a case where the center position of the convex portion and the position of the vertex of the sine signal match
- FIG. 14 is a diagram showing a case where the positions of the edges of the convex part and the concave part coincide with the position of the vertex of the sine signal
- FIG. 15 is a diagram showing a case where the positions of the edges of the convex part and the concave part coincide with the position of the vertex of the cosine signal
- FIG. 16 is a diagram showing a configuration in which the gap of the magnetoresistive element with respect to the target is varied.
- FIG. 17A is a diagram showing the distance y
- FIG. 17B is a diagram showing the relationship between the distance y and the magnetic amplitude for each signal shown in FIG.
- FIG. 18 is a diagram showing a case where five magnetoresistive elements are mounted on a sensor chip.
- FIG. 19 is a diagram showing a case where the width of the convex portion outside the moving range of the target is wider than the width of the convex portion within the moving range
- FIG. 20 is a diagram showing a case where a wall is provided outside the movement range of the target
- FIG. 21 is a diagram illustrating a case where the width of the convex portion outside the moving range of the target is narrower than the width of the convex portion within the moving range
- FIG. 22 is a perspective view of a target according to the second embodiment, FIG.
- FIG. 23 is a diagram illustrating a sine signal, a cosine signal, and an arc tangent signal in the target illustrated in FIG.
- FIG. 24 is a perspective view showing a target for detecting the position of a movement range from a recess to an adjacent recess
- FIG. 25 is a view showing a modified example according to the second embodiment
- FIG. 26 is a diagram showing a modification according to the second embodiment.
- FIG. 27 is a diagram showing a modification according to the second embodiment.
- FIG. 28 is a view showing a modified example according to the second embodiment
- FIG. 29 is a diagram showing a modification according to the second embodiment
- FIG. 30A is a diagram showing an end face of a rotating plate in a modification according to the second embodiment;
- FIG. 30B is a view showing the outer peripheral surface of the rotating plate shown in FIG. 30A;
- FIG. 31 is a diagram illustrating a target and a detection unit according to the third embodiment.
- 32 is a sectional view taken along line XXXII-XXXII in FIG.
- FIG. 33 is a diagram showing a modification according to the third embodiment.
- FIG. 34 is a schematic view of a shift-by-wire system according to the fourth embodiment.
- FIG. 35 is a block diagram of a shift-by-wire system
- FIG. 36 is a plan view showing a detent
- FIG. 37 is a diagram showing the contents for detecting the position of the detent.
- FIG. 38 is a perspective view of a manual valve
- FIG. 39 is a diagram showing the contents for detecting the position of the manual valve.
- the linear position sensor according to the present embodiment is a sensor that detects the position of the detection target in the moving direction, which is made of a magnetic material and is provided with convex portions and concave portions alternately.
- the linear position sensor is simply referred to as a sensor.
- the sensor 100 shown in FIG. 1 detects the amount of movement of a target that moves in one direction as a detection target. That is, the sensor 100 detects the current 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 tip 102 on the target side, a flange 103 fixed to the peripheral mechanism, and a connector 104 to which a harness is connected.
- a sensing portion is provided inside the tip portion 102.
- the senor 100 is fixed to the peripheral mechanism via the flange portion 103 so that the tip portion 102 has a predetermined gap with respect to the detection surface of the target. Accordingly, the target moves relative to the sensor 100.
- the moving direction of the target is not limited to rectilinear movement or reciprocation, but may be rotation or reciprocation within a specific angle.
- the sensor 100 can employ a magnetic detection method using a magnetoresistive element or a magnetic detection method using a Hall element.
- the sensor 100 includes a mold IC part 105, a magnet 106, and a cap part 107. These are housed in the tip portion 102 of the case 101.
- the mold IC part 105 is inserted into the hollow cylindrical magnet 106.
- the magnet 106 generates a bias magnetic field and is inserted into the bottomed cylindrical cap portion 107.
- the mold IC part 105, the magnet 106, and the cap part 107 are integrated.
- the main part of the mold IC part 105 is located in the hollow part of the magnet 106.
- the cap part 107 fixes the positions of the mold IC part 105 and the magnet 106.
- the mold IC part 105 includes a lead frame 108, a processing circuit chip 109, a sensor chip 110, and a mold resin part 111.
- the lead frame 108 has a plate-like island portion 112 and a plurality of leads 113 to 116.
- the plane part of the island part 112 is arranged in parallel to the gap direction with respect to the target.
- the plurality of leads 113 to 116 correspond to a power supply terminal 113 to which a power supply voltage is applied, a ground terminal 114 to which a ground voltage is applied, a first output terminal 115 for outputting a signal, and a second output terminal 116. . That is, the leads 113 to 116 are four for power supply, ground, and signal. Terminals 117 are connected to the tips of the leads 113 to 116, respectively. The terminal 117 is located in the connector part 104 of the case 101. A terminal 117 is connected to the harness.
- the ground lead 114 of the plurality of leads 113 to 116 is integrated with the island portion 112.
- the island portion 112 and all the leads 113 to 116 may be completely separated.
- the processing circuit chip 109 and the sensor chip 110 are mounted on the island portion 112 with an adhesive or the like.
- the processing circuit chip 109 constitutes a circuit unit that processes signals from the sensor chip 110.
- the sensor chip 110 includes a magnetoresistive element whose resistance value changes when affected by a magnetic field from the outside.
- the magnetoresistive element is, for example, AMR (Anisotropic Magneto Resistance; AMR), GMR (Giant Magneto Resistance; GMR), or TMR (Tunneling Magneto Resistance; TMR).
- AMR Anaisotropic Magneto Resistance
- GMR Gaant Magneto Resistance
- TMR Tunnelneling Magneto Resistance
- Each lead 113 to 116 and the processing circuit chip 109 are electrically connected via a wire 118.
- the processing circuit chip 109 and the sensor chip 110 are electrically connected via a wire 119.
- the mold resin portion 111 seals the island portion 112, a part of each of the leads 113 to 116, the processing circuit chip 109, and the sensor chip 110.
- the mold resin portion 111 is molded into a shape that is fixed to the hollow portion of the magnet 106.
- the detection signal by the magnetic detection method using the magnetoresistive element will be described.
- the cap unit 107 is disposed with a predetermined gap with respect to the target. When the gap increases, the amplitude of the detection signal decreases, and when 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 magnetoresistive elements.
- the magnetoresistive element that detects the magnetic vector has the merit of canceling the accuracy error due to the gap shift. Further, there is a merit that the influence of the stress generated in the sensor chip 110 can be reduced or canceled. Therefore, highly accurate detection is possible.
- the mold IC portion 105 When the magnetic detection method using the Hall element is adopted, the mold IC portion 105 is inserted into the cap portion 107 and fixed as shown in the schematic plan view of FIG. 5 and the schematic sectional view of FIG.
- the mold IC unit 105 includes a lead frame 108, an IC chip 120, a magnet 121, and a mold resin unit 111.
- the island part 112 of the lead frame 108 is arranged so that the plane part is parallel to the moving direction of the target.
- the leads 113 to 116 are arranged so as to be perpendicular to the moving direction of the target.
- a ground lead 114 is integrated with the island portion 112 at a right angle. Terminals 117 are connected to the tips of the leads 113 to 116, respectively.
- the IC chip 120 is formed with a plurality of Hall elements and a signal processing circuit unit. That is, the magnetic detection system using the Hall element has a one-chip configuration.
- the magnet 121 is fixed to the surface of the island part 112 opposite to the IC chip 120.
- Each lead 113 to 116 and the IC chip 120 are electrically connected via a wire 122.
- the mold resin portion 111 is molded into a shape that is fixed to the hollow portion of the cap portion 107.
- a detection signal by a magnetic detection method using a Hall element will be described.
- 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 the magnetoresistive element.
- the position of the target can be detected by using a periodic signal corresponding to the movement of the target.
- the circuit configuration configured in the sensor chip 110 and the processing circuit chip 109 will be described.
- the sensor 100 and the ECU 200 are electrically connected via a harness 300.
- the harness 300 is constituted by four wires.
- the ECU 200 is an electronic control device that includes 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 the 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 115 and 116.
- the ground unit 203 is a circuit unit that sets the ground voltage of the sensor 100.
- the sensor 100 includes a detection unit 123 and a signal processing unit 124.
- the detection unit 123 includes a sensor chip 110.
- the signal processing unit 124 is provided in the processing circuit chip 109.
- the detection unit 123 and the signal processing unit 124 operate based on the power supply voltage and the ground voltage supplied from the ECU 200.
- the detection unit 123 includes a first detection unit 125 and a second detection unit 126.
- the first detection unit 125 is configured to output a first detection signal corresponding to the position of the target.
- the second detection unit 126 is configured to output a second detection signal corresponding to the position of the target.
- the detection units 125 and 126 have the same configuration and output the same detection signal.
- each of the detection units 125 and 126 includes a first magnetoresistive element 127, a second magnetoresistive element 128, and a third magnetoresistive element 129 whose resistance values change as the target moves. It has two elements. In FIG. 8, one detection unit is illustrated.
- Each is arranged such that the second magnetoresistive element 128 is positioned between the first magnetoresistive element 127 and the third magnetoresistive element 129 in the moving direction of the target. That is, the second magnetoresistive element 128 is disposed so as to be sandwiched between the first magnetoresistive element 127 and the third magnetoresistive element 129.
- a bias magnetic field along the central axis of the magnet 106 is applied to the second magnetoresistive element 128.
- a bias magnetic field that entrains the end of the magnet 106 is applied to the first magnetoresistive element 127 and the third magnetoresistive element 129.
- Each of the magnetoresistive elements 127 to 129 is configured as a half bridge circuit in which two magnetoresistors are connected in series between a power source and a ground. Each of the magnetoresistive elements 127 to 129 detects a change in resistance value when the two magnetoresistances are affected by the magnetic field as the target moves. Each of the magnetoresistive elements 127 to 129 outputs the voltage at the midpoint between the two magnetoresistors as a waveform signal based on the change in the resistance value.
- each of the detection units 125 and 126 includes first to fourth operational amplifiers in addition to the magnetoresistive elements 127 to 129.
- the first operational amplifier calculates V1 ⁇ V2.
- the differential amplifier is configured to output the calculation result as R1.
- the second operational amplifier is a differential amplifier configured to calculate V2-V3 and output the calculation result as R2. .
- the fourth operational amplifier inputs the midpoint potential V1 from the midpoint of the first magnetoresistive element 127 and also inputs the midpoint potential V3 from the midpoint of the third magnetoresistive element 129, and calculates V1-V3.
- a differential amplifier configured to output the result as S2.
- the signal S1 and the signal S2 are detection signals. That is, each of the detection units 125 and 126 generates a plurality of detection signals having different phases. Each of the detection units 125 and 126 outputs the signal S1 and the signal S2 to the signal processing unit 124 as a plurality of detection signals.
- the signal processing described above is a case where three magnetoresistive elements are provided in the sensor chip 110.
- processing according to the number of element pairs is performed.
- the signal processing unit 124 includes a first processing unit 130, a second processing unit 131, and a redundancy determining unit 132.
- the first processing unit 130 receives the first detection signal from the first detection unit 125 and acquires the position of the target based on the first detection signal.
- the second processing unit 131 receives the second detection signal from the second detection unit 126 and acquires the position of the target based on the second detection signal.
- the second processing unit 131 inverts and outputs the position signal. Therefore, if there is no abnormality in the detection unit 123 and the signal processing unit 124, the position signal of the first processing unit 130 and the position signal of the second processing unit 131 are added to a constant value.
- the first detection unit 125 and the first processing unit 130 constitute a first system.
- the 2nd detection part 126 and the 2nd process part 131 comprise a 2nd system
- the redundancy determining unit 132 is a circuit unit that determines whether the position acquired by the first processing unit 130 matches the position acquired by the second processing unit 131. If the signal processing results of the two systems match, the signal processing unit 124 outputs each position signal as it is. If 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 each system. In this case, the signal processing unit 124 outputs an abnormal signal indicating abnormality to the ECU 200.
- the signal processing is summarized as shown in FIG. 8, for example.
- the analog process is a process for generating a plurality of detection signals.
- the detection unit 123 may have a function of detecting temperature.
- the temperature information Temp is used for temperature correction.
- “Sin” and “Cos” are a sine signal and a cosine signal to be described later.
- the analog signal 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 produce an arctangent signal.
- adjustment values stored in the memory are used as appropriate.
- the position signal acquired by the arithmetic processing is output to the ECU 200 according to an output format such as DAC, SENT, or PWM.
- ADC A / D converter
- the target 400 is provided with convex portions 401 and concave portions 402 alternately in the movement direction.
- the detection unit 123 is fixed to the target 400 with a gap.
- the target 400 moves in the movement direction with respect to the detection unit 123.
- the detection unit 123 detects the position of the movement range from the valley center to the adjacent valley center.
- the valley center is the width center in the moving direction of the target 400 in the recess 402.
- the movement range is an operation range of the target 400 in the movement direction.
- the target 400 is provided with at least two recesses 402. It has been.
- the center position 403 of the recess 402 corresponds to P1.
- the center position 404 of the recess 402 corresponds to P2. In other words, three convex portions 401 are provided.
- the detection unit 123 crosses from the center position 403 of the recess 402 to the center position 404 of the adjacent recess 402 via the protrusion 401. Accordingly, the detection unit 123 generates the signal S1 and the signal S2 having different phases based on the change of the magnetic field received from the convex portion 401 and the concave portion 402 as the target 400 moves.
- FIG. 10 shows the signal S1 and the signal S2 when the method using the magnetoresistive element among the above magnetic detection methods is adopted.
- FIG. 11 shows the signal S1 and the signal S2 when the method using the Hall element is adopted among the above magnetic detection methods.
- three Hall elements 133, 134, and 135 are mounted on the IC chip 120.
- the signal S1 is a sine signal indicating a sine function.
- the signal S2 is a cosine signal indicating a cosine function. That is, the signal S1 and the signal S2 have a phase difference of 1 ⁇ 4 period.
- the convex portion 401 and the concave portion 402 are located outside the center positions 403 and 404 of the concave portion 402. For this reason, the influence of the magnetic field that the sensor chip 110 receives from the vicinity of the central positions 403 and 404 of the concave portion 402 is close to the influence of the magnetic field that is received from the vicinity of the convex portion 401 between the central positions 403 and 404. Therefore, the signal S1 and the signal S2 are close to ideal sine waves and cosine waves.
- the detection unit 123 generates a cosine signal so that the vertex 136 of the cosine function is positioned at the center position 405 of the convex portion 401 in the movement direction.
- the detection unit 123 acquires a sine signal and a cosine signal and outputs them to the signal processing unit 124 as a plurality of detection signals.
- the signal processing unit 124 acquires a plurality of detection signals from the detection unit 123, and acquires a position signal indicating the position of the target 400 based on the plurality of detection signals. Specifically, as shown in the middle part of FIG. 9, the signal processing unit 124 acquires a sine signal and a cosine signal corresponding to the position of the target 400. The signal processing unit 124 calculates (signal value of cosine signal) / (signal value of sine signal). As a result, as shown in the lower part of FIG. 9, an arc tangent signal is obtained which shows an arc tangent function and whose signal value increases at a constant increase rate according to the amount of movement of the target 400. The signal processing unit 124 acquires an arctangent signal as a position signal.
- the signal processing unit 124 outputs to the ECU 200 a first position signal (O1) and a second position signal (O2) obtained by inverting the first position signal (O1).
- the target 400 when detecting the position between the center positions 403 and 404 of the recess 402, the target 400 is provided with at least two recesses 402. Thereby, the convex part 401 is necessarily located outside the movement range detected by the detection part 123 in the target 400. For this reason, the influence of the magnetic field that the detection unit 123 receives from outside the movement range of the target 400 can be brought close to the influence of the magnetic field that is received from within the movement range of the target 400. Along with this, it is possible to acquire a sine signal and a cosine signal close to an ideal waveform. Therefore, the linearity of the signal value of the arctangent signal that increases at a constant increase rate with respect to the amount of movement of the target 400 can be improved.
- the detection unit 123 detects a position in a range from the center position 405 of the protrusion 401 to the center position 406 of the adjacent protrusion 401 in the moving direction of the target 400. You may do it.
- the target 400 is provided with at least three concave portions 402.
- the detection unit 123 may generate a sine signal so that the vertex 137 of the sine function is positioned at the center positions 405 and 406 of the convex portion 401 in the movement direction.
- the detection unit 123 detects whether the adjacent convex portion 401 and the adjacent concave portion 402 from the edge position 407 between the convex portion 401 and the concave portion 402 in the moving direction of the target 400. Positions in the range up to the edge position 408 may be detected.
- the target 400 is provided with at least two recesses 402.
- the detection unit 123 may generate a sine signal so that the vertex 137 of the sine function is located at the edge positions 407 and 408 between the convex portion 401 and the concave portion 402 in the movement direction. .
- the detection unit 123 generates a cosine signal so that the vertex 136 of the cosine function is located at the edge positions 407 and 408 of the convex portion 401 and the concave portion 402 in the moving direction. It may be generated.
- the three magnetoresistive elements 127 to 129 may have different gaps with respect to the target 400.
- the arrangement of the elements causes the first signal S1 to be fixed in a state where y in the Y direction increases, that is, the position of the second magnetoresistive element 128 in the Y direction is fixed.
- the magnetic amplitude increases as the magnetoresistive element 127 and the third magnetoresistive element 129 move away from the end 138 of the magnet 106.
- the Y direction is the gap direction
- the X direction is the moving direction.
- the magnetic amplitude of the signal S2 increases as y decreases, that is, as the second magnetoresistive element 128 approaches the end 138 of the magnet 106.
- the signal amplitude of the signal S1 can be increased by moving the first magnetoresistive element 127 and the third magnetoresistive element 129 that generate the signal S1 away from the end 138 of the magnet 106. Further, by bringing the second magnetoresistive element 128 that generates the signal S2 closer to the end 138 of the magnet 106, the magnetic amplitude of the signal S2 can be expanded regardless of the magnetic amplitude of the signal S1. That is, the signal amplitude of the signal S2 can be adjusted independently of the magnetic amplitude of the signal S1.
- the magnetic amplitude can be further improved.
- the shape of the convex portion 401 outside the movement range of the target 400 is: It may be different from the shape of the convex portion 401 within the movement range.
- FIG. 19 shows a case where the width in the moving direction of the convex portion 401 outside the moving range of the target 400 is wider than the width of the convex portion 401 within the moving range.
- FIG. 20 shows a case where the outside of the movement range of the target 400 is not the convex portion 401 but the wall portion 409. In the example of FIG.
- the detection unit 123 may detect a position in a range between the edge positions 407 and 408 between the convex portion 401 and the concave portion 402.
- FIG. 21 shows a case where the width of the convex portion 401 outside the moving range of the target 400 is narrower than the width of the convex portion 401 within the moving range.
- the movement range of the target 400 between the protrusions 401 and between the edges does not have to be the same shape as the movement range.
- the arrangement direction in which the convex portions 401 and the concave portions 402 are alternately arranged is inclined with respect to the moving direction.
- the target 400 has a shape in which the convex portion 401 and the concave portion 402 are arranged obliquely with respect to the moving direction.
- the convex portion 401 and the concave portion 402 are laid out linearly in a direction orthogonal to the arrangement direction.
- the sensor chip 110 of the detection unit 123 has one surface 141 on which the magnetoresistive elements 127 to 129 are mounted.
- the one surface 141 of the sensor chip 110 corresponds to, for example, a planar portion of the island portion 112.
- One surface 141 of the sensor chip 110 is mounted on the detection unit 123 so as to be parallel to the arrangement direction. Specifically, if the direction in which the detection unit 123 is arranged with a gap with respect to the target 400 is defined as the gap direction, the one surface 141 of the sensor chip 110 is arranged in parallel to the arrangement direction and the gap direction. This makes it easier to detect the magnetic field that the sensor chip 110 receives from the convex portion 401 and the concave portion 402. Therefore, the accuracy of the waveform signal, the sine signal, the cosine signal, and the arctangent signal is improved, so that the accuracy of the position of the target 400 can be improved.
- the detection unit 123 detects the position of the movement range from the convex part 401 to the adjacent convex part 401. As shown in FIG. The position of the movement range from 402 to the adjacent recess 402 may be detected.
- the one surface 141 of the sensor chip 110 is arranged in various directions with respect to the arrangement direction and the movement direction.
- the detection unit 123 detects the position of the movement range from the convex part 401 to the adjacent convex part 401
- the one surface 141 of the sensor chip 110 is arranged in parallel to the movement direction of the target 400.
- the extending direction of the convex portion 401 and the concave portion 402 with respect to the moving direction of the target 400 is set in a range of 0 ⁇ ⁇ 180 °.
- FIG. 26 when the detection unit 123 detects the position of the movement range from the convex part 401 to the adjacent convex part 401, the one surface 141 of the sensor chip 110 is arranged in parallel to the arrangement direction of the convex part 401 and the concave part 402. .
- FIG. 27 when the detection unit 123 detects the position of the movement range from the concave portion 402 to the adjacent concave portion 402, the one surface 141 of the sensor chip 110 is arranged in parallel with the moving direction of the target 400.
- the one surface 141 of the sensor chip 110 is arranged in parallel to the arrangement direction of the convex portion 401 and the concave portion 402.
- the target 400 may have a configuration including a rotating shaft 410 and a rotating plate 411.
- the rotating plate 411 has a surface 413 that is fixed to the side surface 412 of the rotating shaft 410 and is orthogonal to the central axis of the rotating shaft 410.
- the rotating plate 411 is a fan-shaped plate member.
- the detection unit 123 is disposed to face the one surface 413 of the rotating plate 411.
- the moving direction is a rotating direction around the central axis of the rotating shaft 410.
- the arrangement direction of the convex portion 401 and the concave portion 402 is a direction orthogonal to the central axis of the rotating shaft 410 around a position 414 that is separated from the central axis of the rotating shaft 410 in the radial direction of the rotating shaft 410. That is, the arrangement direction is a radial direction centered on the position 414.
- a plurality of groove portions 415 are laid out in an arc shape on one surface 413 of the rotating plate 411 with a position radially away from the central axis of the rotating shaft 410 as a center.
- the groove portion 415 corresponds to the concave portion 402, and the portion between the groove portion 415 and the groove portion 415 corresponds to the convex portion 401.
- FIG. 29 shows an example in which the position of the movement range from the convex portion 401 to the adjacent convex portion 401 is shown, but the position of the movement range from the groove portion 415 to the adjacent groove portion 415 may be detected. Absent.
- a groove 417 may be formed on the outer peripheral surface 416 of the rotating plate 411.
- the detection unit 123 is disposed to face the outer peripheral surface 416 of the rotating plate 411.
- the groove portion 417 is laid out in a spiral shape around the central axis of the rotation shaft 410 on the outer peripheral surface 416 of the rotation plate 411. Therefore, the convex portion 401 and the concave portion 402 are also laid out in a spiral shape.
- the arrangement direction is a direction along the arrangement of the convex portions 401 and the concave portions 402.
- the direction of the one surface 141 of the sensor chip 110 in the magnetic detection method using the magnetoresistive element is shown.
- the one surface 141 is disposed to face the target 400.
- one surface 141 of the sensor chip 110 is arranged in parallel to the arrangement direction and is arranged perpendicular to the gap direction.
- the detection unit 123 has a configuration in which a sine signal is acquired from one element and a cosine signal is acquired from the other element.
- a target 400 in which the arrangement direction of the convex portion 401 and the concave portion 402 is inclined with respect to the moving direction is employed.
- the one surface 141 of the sensor chip 110 is arranged in parallel to the arrangement direction of the convex portions 401 and the concave portions 402.
- the detection unit 123 includes a first magnetic detection element 142 and a second magnetic detection element 143.
- Each of the magnetic detection elements 142 and 143 is a magnetoresistive element.
- the magnetic detection elements 142 and 143 are arranged at a distance corresponding to a quarter period of the arrangement of the convex portions 401 and the concave portions 402.
- the first magnetic detection element 142 generates a sine signal indicating a sine function.
- the second magnetic detection element 143 generates a cosine signal indicating a cosine function having a phase difference of 1 ⁇ 4 period. That is, the detection unit 123 does not generate a sine signal and a cosine signal from a plurality of detection signals, but acquires an output signal of the element as a sine signal and a cosine signal.
- the signal processing unit 124 acquires the sine signal and the cosine signal from the detection unit 123, generates an arctangent signal from these signals, and acquires the arctangent signal as a position signal indicating the position of the target 400.
- each magnetic detection element 142, 143 may be configured as a Hall element. Also in this case, the magnetic detection elements 142 and 143 are arranged apart by a distance corresponding to a quarter period of the arrangement of the convex portions 401 and the concave portions 402.
- the target 400 according to the present embodiment is a movable part that moves in conjunction with the operation of the shift position of the vehicle. Specifically, the target 400 is applied to the shift-by-wire system 500 of the vehicle shown in FIGS.
- the ShBWECU 501 acquires information on the shifter 502 of the vehicle and controls the actuator 503.
- a fan-shaped detent 504 is fixed to the actuator 503.
- a manual valve 505 and a parking rod 506 are fixed to the detent 504.
- Manual valve 505 is connected to transmission 507.
- the parking rod 506 is connected to the parking mechanism 508.
- the sensor 100 is used to detect the position of the detent 504 and the position of the manual valve 505, for example.
- the shift-by-wire system 500 includes a motor / encoder 509, a TCU 510, a solenoid 511, a pump 512, and the like.
- the ShBWECU 501 acquires range information indicating the position from the sensor 100 and controls the motor encoder 509 and the TCU 510.
- a TCU 510 is a transmission controller and controls the solenoid 511.
- the detent 504 When the sensor 100 detects the position of the detent 504, the detent 504 becomes the target 400 as shown in FIG. Therefore, the detent 504 is provided with a convex portion 401 and a concave portion 402.
- the target 400 may be fixed to the detent 504.
- the sensor 100 As shown in FIG. 37, the sensor 100 is fixed to the housing 513 so as to face the detent 504. Thus, when the detent 504 is rotated by the actuator 503, the sensor 100 detects the rotational position of the detent 504.
- FIG. 35 shows a configuration for detecting the position of the manual valve 505.
- the position of the shift position can be detected by detecting the positions of the detent 504 and the manual valve 505 by the sensor 100.
- the application of the sensor 100 is not limited to a vehicle, and can be widely used for industrial robots, manufacturing facilities, and the like as detecting the position of a movable part. Further, the sensor 100 may not have a redundant function. In this case, the number of leads 113 to 116 is three.
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Abstract
Description
本出願は、2018年2月28日に出願された日本特許出願2018-35819号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2018-35819 filed on February 28, 2018, the contents of which are incorporated herein by reference.
本開示は、リニアポジションセンサに関する。 This disclosure relates to a linear position sensor.
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。
Conventionally, an apparatus for detecting the position of a target using an optical detection element has been proposed in
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。 In the fixed slit, reflective portions and non-reflective portions are alternately and continuously provided at the same pitch distance as the slit pattern of the target. Therefore, when the target moves relative to the fixed slit, the amount of light detected in the light receiving portion changes periodically and light and dark are repeated. By counting the number of light and dark repetitions, the amount of movement of the target can be measured.
ここで、磁気式の検出素子によってターゲットの位置を検出する方式が知られている。この方式では、例えば、凹凸形状の配列方向に移動するターゲットに対し、検出部が凹凸形状から受ける磁界の変化に基づいてターゲットの位置を検出する。発明者らは、この方式を用いた検出部及び信号処理部を備えたリニアポジションセンサを発案した。 Here, a method of detecting the position of the target by a magnetic detection element is known. In this method, for example, the position of the target is detected based on a change in the magnetic field that the detection unit receives from the concavo-convex shape with respect to the target moving in the arrangement direction of the concavo-convex shape. The inventors have invented a linear position sensor including a detection unit and a signal processing unit using this method.
具体的には、検出部は、磁性体で構成されたターゲットの移動に伴って、ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、ターゲットの移動方向に沿って一方向に並んだ複数の範囲に対応すると共に位相が異なる複数の検出信号を生成する。複数の範囲は、例えば凹凸形状の凹の範囲や凸の範囲である。 Specifically, the detection unit corresponds to a plurality of ranges arranged in one direction along the moving direction of the target based on the change of the magnetic field received from the target as the target made of a magnetic material moves. At the same time, a plurality of detection signals having different phases are generated. The plurality of ranges is, for example, a concave or convex range having an uneven shape.
また、信号処理部は、検出部から複数の検出信号を取得し、複数の検出信号と閾値とを比較する。そして、信号処理部は、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。 In addition, the signal processing unit acquires a plurality of detection signals from the detection unit, and compares the plurality of detection signals with a threshold value. Then, the signal processing unit specifies the position of the detection target as the position of any one of the plurality of ranges based on the combination of magnitude relationships between the plurality of detection signals and the threshold values.
上記の構成により、複数の範囲のいずれかの範囲の位置を特定することができる。また、複数の検出信号に基づいて、ターゲットの移動量に対して一定の増加率で信号値が増加する出力信号を生成することも可能である。 ∙ With the above configuration, the position of any one of a plurality of ranges can be specified. It is also possible to generate an output signal whose signal value increases at a constant increase rate with respect to the amount of movement of the target based on a plurality of detection signals.
しかしながら、複数の範囲のうち端の範囲では、検出部が端に対応しない範囲から受ける磁界の影響と、端の範囲から受ける磁界の影響と、が異なる。これは、端の範囲の一方の隣には別の範囲が存在するが、他方の隣には別の範囲が存在しないからである。このため、出力信号のうち端の範囲に対応する信号値の直線性が崩れてしまう。したがって、端の範囲に対応した位置を精度良く検出することが難しい。 However, in the end range of the plurality of ranges, the influence of the magnetic field received from the range not corresponding to the end by the detection unit is different from the effect of the magnetic field received from the end range. This is because there is another range next to one of the end ranges, but there is no other range next to the other. For this reason, the linearity of the signal value corresponding to the end range of the output signal is lost. Therefore, it is difficult to accurately detect the position corresponding to the end range.
本開示は、ターゲットの移動量に対して一定の増加率で増加する信号値の直線性を高めることができるリニアポジションセンサを提供することを目的とする。 This disclosure is intended to provide a linear position sensor that can improve the linearity of a signal value that increases at a constant rate of increase with respect to the amount of movement of a target.
本開示の第1態様によると、リニアポジションセンサは、磁性体で構成されていると共に凸部と凹部とが交互に設けられたターゲットの移動方向における位置を検出する。 According to the first aspect of the present disclosure, the linear position sensor detects the position of the target in the moving direction, which is made of a magnetic material and is provided with convex portions and concave portions alternately.
リニアポジションセンサは、検出部と信号処理部とを含む。検出部は、磁石と複数の磁気検出素子とを有する。磁石は、バイアス磁界を発生させる。複数の磁気検出素子は、バイアス磁界が印加されると共に、ターゲットの移動に伴って、ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、凸部及び凹部の位置に対応した位相の検出信号を生成する。また、検出部は、位相が異なる複数の検出信号に基づいて正弦関数を示す正弦信号及び余弦関数を示す余弦信号を取得する。 The linear position sensor includes a detection unit and a signal processing unit. The detection unit includes a magnet and a plurality of magnetic detection elements. The magnet generates a bias magnetic field. The plurality of magnetic detection elements generate a detection signal having a phase corresponding to the position of the convex portion and the concave portion based on a change in the magnetic field received from the target as the target moves, while a bias magnetic field is applied. The detection unit acquires a sine signal indicating a sine function and a cosine signal indicating a cosine function based on a plurality of detection signals having different phases.
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。 The signal processing unit acquires a sine signal and a cosine signal from the detection unit, generates an arc tangent function based on the amount of movement of the target and indicates an arc tangent function based on the sine signal and the cosine signal, and outputs the arc tangent signal to the target. Is acquired as a position signal indicating the position of.
本開示の第2態様によると、リニアポジションセンサは、ターゲットの移動方向における位置を検出する。ターゲットは、磁性体で構成されていると共に凸部と凹部とが交互に配置される配置方向が移動方向に対して傾斜していることにより凸部及び凹部が移動方向に対して斜めに配置された形状を有する。 According to the second aspect of the present disclosure, the linear position sensor detects the position of the target in the moving direction. The target is made of a magnetic material, and the convex and concave portions are arranged obliquely with respect to the moving direction because the arrangement direction in which the convex and concave portions are alternately arranged is inclined with respect to the moving direction. Have a different shape.
リニアポジションセンサは、検出部と信号処理部とを含む。検出部は、第1磁気検出素子と第2磁気検出素子とを有する。第1磁気検出素子は、ターゲットの移動に伴って、ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、凸部及び凹部の位置に対応した位相の異なる信号として、正弦関数を示す正弦信号を取得する。第2磁気検出素子は、余弦関数を示す余弦信号を取得する。 The linear position sensor includes a detection unit and a signal processing unit. The detection unit includes a first magnetic detection element and a second magnetic detection element. The first magnetic detection element acquires a sine signal indicating a sine function as a signal having different phases corresponding to the positions of the convex portion and the concave portion based on a change in the magnetic field received from the target as the target moves. The second magnetic detection element acquires a cosine signal indicating a cosine function.
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。 The signal processing unit acquires a sine signal and a cosine signal from the detection unit, generates an arc tangent function based on the amount of movement of the target and indicates an arc tangent function based on the sine signal and the cosine signal, and outputs the arc tangent signal to the target. Is acquired as a position signal indicating the position of.
第1態様及び第2態様において、検出部がターゲットの移動方向における凸部の中心位置から隣の凸部の中心位置までの範囲の位置を検出する場合、ターゲットには凹部が少なくとも3つ設けられている。 In the first aspect and the second aspect, when the detection unit detects the position of the range from the center position of the convex part to the center position of the adjacent convex part in the moving direction of the target, the target is provided with at least three concave parts. ing.
検出部がターゲットの移動方向における凹部の中心位置から隣の凹部の中心位置までの範囲の位置を検出する場合、ターゲットには凹部が少なくとも2つ設けられている。 When the detection unit detects a position in the range from the center position of the recess in the moving direction of the target to the center position of the adjacent recess, the target is provided with at least two recesses.
検出部がターゲットの移動方向における凸部と凹部とのエッジ位置から隣の凸部と隣の凹部とのエッジ位置までの範囲の位置を検出する場合、ターゲットには凹部が少なくとも2つ設けられている。 When the detection unit detects a position in a range from the edge position of the convex portion and the concave portion in the moving direction of the target to the edge position of the adjacent convex portion and the adjacent concave portion, the target has at least two concave portions. Yes.
これによると、ターゲットのうち検出部によって検出される移動範囲の外側に、凸部あるいは凹部が位置している。これにより、検出部がターゲットの移動範囲外から受ける磁界の影響をターゲットの移動範囲内から受ける磁界の影響に近づけることができる。これに伴い、信号処理部によって取得される正弦信号及び余弦信号の波形を理想的な波形に近づけることができる。したがって、ターゲットの移動量に対して一定の増加率で増加する逆正接信号の信号値の直線性を高めることができる。 According to this, the convex part or the concave part is located outside the movement range detected by the detection part among the targets. Thereby, the influence of the magnetic field that the detection unit receives from outside the target movement range can be brought close to the influence of the magnetic field that is received from within the target movement range. Accordingly, the waveforms of the sine signal and the cosine signal acquired by the signal processing unit can be brought close to ideal waveforms. Therefore, the linearity of the signal value of the arc tangent signal that increases at a constant increase rate with respect to the amount of movement of the target can be improved.
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、
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。 Hereinafter, a plurality of modes for carrying out the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each embodiment, portions corresponding to those described in the preceding embodiment may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the other embodiments described above can be applied to other parts of the configuration. Not only combinations of parts that clearly show that combinations are possible in each embodiment, but also combinations of the embodiments even if they are not explicitly stated unless there is a problem with the combination. Is also possible.
(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、磁性体で構成されていると共に凸部と凹部とが交互に設けられた検出対象の移動方向における位置を検出するセンサである。以下、リニアポジションセンサを単にセンサと言う。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The linear position sensor according to the present embodiment is a sensor that detects the position of the detection target in the moving direction, which is made of a magnetic material and is provided with convex portions and concave portions alternately. Hereinafter, the linear position sensor is simply referred to as a sensor.
図1に示されたセンサ100は、検出対象として、一方向に移動するターゲットの移動量を検出する。すなわち、センサ100は、ターゲットの現在の位置を検出する。具体的には、センサ100は、ターゲットの移動量に比例する信号を検出することで、ターゲットの位置を取得する。
The
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。
The
また、先端部102がターゲットの検出面に対して所定のギャップを持つように、センサ100がフランジ部103を介して周辺機構に固定される。したがって、ターゲットがセンサ100に対して移動する。なお、ターゲットの移動方向は直進や往復に限られず、回転や特定の角度内での往復等でも良い。
Also, the
センサ100は、磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式、または、ホール素子を用いた磁気検出方式を採用することができる。磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式の場合、図2に示されるように、センサ100は、モールドIC部105、磁石106、及びキャップ部107を備えている。これらは、ケース101の先端部102に収容されている。モールドIC部105は、中空筒状の磁石106に差し込まれる。磁石106はバイアス磁界を発生させるものであり、有底筒状のキャップ部107に差し込まれる。
The
図3の平面模式図及び図4の断面模式図に示されるように、モールドIC部105、磁石106、及びキャップ部107は一体化される。モールドIC部105の主な部分は、磁石106の中空部に位置している。キャップ部107は、モールドIC部105及び磁石106の位置を固定している。
As shown in the schematic plan view of FIG. 3 and the schematic sectional view of FIG. 4, the
モールドIC部105は、リードフレーム108、処理回路チップ109、センサチップ110、及びモールド樹脂部111を有している。リードフレーム108は、板状のアイランド部112及び複数のリード113~116を有している。アイランド部112の平面部は、ターゲットに対するギャップ方向に平行に配置されている。
The
複数のリード113~116は、電源電圧が印加される電源端子113、グランド電圧が印加されるグランド端子114、信号を出力するための第1出力端子115及び第2出力端子116に対応している。つまり、各リード113~116は、電源用、グランド用、及び信号用の4本である。各リード113~116の先端にはターミナル117がそれぞれ接続されている。ターミナル117は、ケース101のコネクタ部104に位置する。また、ターミナル117がハーネスに接続される。
The plurality of
なお、本実施形態では、複数のリード113~116のうちのグランド用のリード114はアイランド部112に一体化されている。アイランド部112と全てのリード113~116とが完全に分離されていても良い。
In this embodiment, the
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(Anisotropic Magneto Resistance;AMR)、GMR(Giant Magneto Resistance;GMR)、TMR(Tunneling Magneto Resistance;TMR)である。各リード113~116と処理回路チップ109とは、ワイヤ118を介して電気的に接続されている。処理回路チップ109とセンサチップ110とは、ワイヤ119を介して電気的に接続されている。
The
モールド樹脂部111は、アイランド部112、各リード113~116の一部、処理回路チップ109、及びセンサチップ110を封止している。モールド樹脂部111は、磁石106の中空部に固定される形状に成形されている。
The
磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式による検出信号について説明する。キャップ部107は、ターゲットに対して所定のギャップを持って配置される。ギャップが大きくなると検出信号の振幅が小さくなり、ギャップが小さくなると検出信号の振幅が大きくなる。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。
The detection signal by the magnetic detection method using the magnetoresistive element will be described. The
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。
The magnetoresistive element that detects the magnetic vector has the merit of canceling the accuracy error due to the gap shift. Further, there is a merit that the influence of the stress generated in the
ホール素子を用いた磁気検出方式を採用した場合、図5の平面模式図及び図6の断面模式図に示されるように、モールドIC部105は、キャップ部107に差し込まれて固定される。また、モールドIC部105は、リードフレーム108、ICチップ120、磁石121、及びモールド樹脂部111を有している。
When the magnetic detection method using the Hall element is adopted, the
リードフレーム108のアイランド部112は、平面部がターゲットの移動方向に対して平行になるように配置される。一方、各リード113~116は、ターゲットの移動方向に対して垂直になるように配置される。グランド用のリード114がアイランド部112に直角に一体化されている。各リード113~116の先端にはターミナル117がそれぞれ接続されている。
The
ICチップ120は、複数のホール素子と信号処理回路部とが形成されている。つまり、ホール素子を用いた磁気検出方式では1チップ構成になっている。磁石121は、アイランド部112のうちICチップ120とは反対側の面に固定されている。各リード113~116とICチップ120とは、ワイヤ122を介して電気的に接続されている。モールド樹脂部111は、キャップ部107の中空部に固定される形状に成形されている。
The
ホール素子を用いた磁気検出方式による検出信号について説明する。例えば2つのホール素子がICチップ120に設けられている場合、キャップ部107に対してターゲットが移動すると、各ホール素子の位置に対応して各検出信号が最大となる。ギャップと検出信号の振幅との関係は磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式と同じである。ターゲットの移動に応じた周期的な信号を利用して、ターゲットの位置を検出することができる。
A detection signal by a magnetic detection method using a Hall element will be described. For example, when two Hall elements are provided in the
次に、センサチップ110及び処理回路チップ109に構成された回路構成について説明する。図7に示されるように、センサ100とECU200とがハーネス300を介して電気的に接続されている。上述のように、モールドIC部105は4本のリード113~116を有しているので、ハーネス300は4本の配線によって構成されている。
Next, the circuit configuration configured in the
ECU200は、電源部201、制御部202、及びグランド部203を備えた電子制御装置である。電源部201は、センサ100に電源電圧を供給する回路部である。制御部202は、センサ100から入力する位置信号に応じて予め決められた制御を行う回路部である。なお、制御部202は、各出力端子115、116に対応した回路部として構成されていても良い。グランド部203はセンサ100のグランド電圧を設定する回路部である。
The
センサ100は、検出部123及び信号処理部124を備えている。検出部123は、センサチップ110を含んでいる。信号処理部124は、処理回路チップ109に設けられている。検出部123及び信号処理部124は、ECU200から供給される電源電圧及びグランド電圧に基づいて動作する。
The
検出部123は、第1検出部125及び第2検出部126を有している。第1検出部125は、ターゲットの位置に対応した第1検出信号を出力するように構成されている。第2検出部126は、ターゲットの位置に対応した第2検出信号を出力するように構成されている。各検出部125、126は、同じ構成であり、同じ検出信号を出力する。
The
図8に示されるように、各検出部125、126は、ターゲットの移動に伴って抵抗値が変化する第1磁気抵抗素子127、第2磁気抵抗素子128、及び第3磁気抵抗素子129の3つの素子を有している。なお、図8では1つの検出部を図示している。
As shown in FIG. 8, each of the
ターゲットの移動方向において、第2磁気抵抗素子128が第1磁気抵抗素子127と第3磁気抵抗素子129との間に位置するように各々が配置されている。つまり、第2磁気抵抗素子128が第1磁気抵抗素子127と第3磁気抵抗素子129とに挟まれるように配置されている。そして、第2磁気抵抗素子128には磁石106の中心軸に沿ったバイアス磁界が印加される。一方、第1磁気抵抗素子127及び第3磁気抵抗素子129には磁石106の端部を巻き込むバイアス磁界が印加される。
Each is arranged such that the
各磁気抵抗素子127~129は、電源とグランドとの間に2つの磁気抵抗が直列接続されたハーフブリッジ回路として構成されている。各磁気抵抗素子127~129は、ターゲットの移動に伴って2つの磁気抵抗が磁界の影響を受けたときの抵抗値の変化を検出する。また、各磁気抵抗素子127~129は、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。
Each of the
また、各検出部125、126は、各磁気抵抗素子127~129の他に、第1~第4オペアンプを備えている。第1磁気抵抗素子127の中点の中点電位をV1と定義すると共に、第2磁気抵抗素子128の中点の中点電位をV2と定義すると、第1オペアンプは、V1-V2を演算して演算結果をR1として出力するように構成された差動増幅器である。また、第3磁気抵抗素子129の中点の中点電位をV3と定義すると、第2オペアンプは、V2-V3を演算して演算結果をR2として出力するように構成された差動増幅器である。
Further, each of the
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を演算して演算結果を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。 The third operational amplifier receives R1 (= V1−V2) from the first operational amplifier and R2 (= V2−V3) from the second operational amplifier, calculates R2−R1, and outputs the calculation result as S1 (= (V2 A differential amplifier configured to output as -V3)-(V1-V2)).
第4オペアンプは、第1磁気抵抗素子127の中点から中点電位V1を入力すると共に、第3磁気抵抗素子129の中点から中点電位V3を入力し、V1-V3を演算して演算結果をS2として出力するように構成された差動増幅器である。
The fourth operational amplifier inputs the midpoint potential V1 from the midpoint of the first
このように、各検出部125、126は、各磁気抵抗素子127~129の出力から信号S1(=(V2-V3)-(V1-V2))及び信号S2(=V1-V3)を生成及び取得するように構成されている。信号S1及び信号S2が検出信号となる。つまり、各検出部125、126は、位相が異なる複数の検出信号を生成する。各検出部125、126は、信号S1及び信号S2を複数の検出信号として信号処理部124に出力する。
As described above, the
なお、上記の信号の処理は、磁気抵抗素子がセンサチップ110に3つ設けられた構成の場合である。磁気抵抗素子がセンサチップ110に2つや4つ以上設けられた場合には素子対の数に応じた処理が行われる。
Note that the signal processing described above is a case where three magnetoresistive elements are provided in the
図7の信号処理部124は、検出部123から入力される信号を処理する回路部である。信号処理部124は、第1処理部130、第2処理部131、冗長判定部132を備えている。
7 is a circuit unit that processes a signal input from the
第1処理部130は、第1検出部125から第1検出信号を入力し、第1検出信号に基づいてターゲットの位置を取得する。第2処理部131は、第2検出部126から第2検出信号を入力し、第2検出信号に基づいてターゲットの位置を取得する。
The
第2処理部131は、位置信号を反転させて出力する。よって、検出部123や信号処理部124に異常が無ければ、第1処理部130の位置信号と第2処理部131の位置信号とを足し合わせると一定値になる。
The
ここで、第1検出部125及び第1処理部130が第1系統を構成する。また、第2検出部126及び第2処理部131が第2系統を構成する。つまり、各検出部125、126及び各処理部130、131によって2重系が構成されている。
Here, the
冗長判定部132は、第1処理部130によって取得された位置と第2処理部131によって取得された位置とが一致するか否かを判定する回路部である。2系統の信号処理結果が一致する場合、信号処理部124は、各位置信号をそのまま出力する。2系統の信号処理結果が一致しない場合、各系統のいずれか一方または両方に異常が発生している可能性がある。この場合、信号処理部124は、異常を示す異常信号をECU200に出力する。
The
信号処理をまとめると、例えば図8の内容となる。アナログ処理は、複数の検出信号を生成する処理である。なお、検出部123は温度を検出する機能を有していても良い。温度情報Tempは温度補正に用いられる。また、「Sin」及び「Cos」は後述する正弦信号及び余弦信号である。
The signal processing is summarized as shown in FIG. 8, for example. The analog process is a process for generating a plurality of detection signals. Note that the
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。
The analog signal subjected to analog processing is converted into a digital signal by an A / D converter (ADC) via a multiplexer (MUX). The digital signal is processed to produce an arctangent signal. In analog processing and arithmetic processing, adjustment values stored in the memory are used as appropriate. The position signal acquired by the arithmetic processing is output to the
なお、演算処理は信号処理部124で行われる。よって、A/Dコンバータ(ADC)やメモリは信号処理部124に設けられている。以上が、本実施形態に係るセンサ100の構成である。
Note that the arithmetic processing is performed by the
次に、ターゲット及び移動範囲について説明する。図9に示されるように、ターゲット400は、凸部401と凹部402とが移動方向に交互に設けられている。検出部123はターゲット400に対してギャップを持って固定されている。ターゲット400が検出部123に対して移動方向に移動する。
Next, the target and the movement range will be described. As shown in FIG. 9, the
また、検出部123は、谷中心から隣の谷中心までの移動範囲の位置を検出する。谷中心は、凹部402においてターゲット400の移動方向の幅中心である。移動範囲は、移動方向におけるターゲット400の動作範囲である。
Also, the
このように、検出部123がターゲット400の移動方向における凹部402の中心位置403から隣の凹部402の中心位置404までの範囲の位置を検出する場合、ターゲット400には凹部402が少なくとも2つ設けられている。凹部402の中心位置403はP1に対応する。凹部402の中心位置404はP2に対応する。言い換えると、凸部401が3つ設けられている。
As described above, when the
そして、ターゲット400が移動方向に移動すると、検出部123は凹部402の中心位置403から凸部401を介して隣の凹部402の中心位置404までを横切る。これにより、検出部123は、ターゲット400の移動に伴って、凸部401及び凹部402から受ける磁界の変化に基づいて、位相が異なる信号S1及び信号S2を生成する。
Then, when the
図10は、上記の磁気検出方式のうち磁気抵抗素子を用いた方式を採用した場合の信号S1及び信号S2である。図11は、上記の磁気検出方式のうちホール素子を用いた方式を採用した場合の信号S1及び信号S2である。この場合、3つのホール素子133、134、135がICチップ120に搭載されている。
FIG. 10 shows the signal S1 and the signal S2 when the method using the magnetoresistive element among the above magnetic detection methods is adopted. FIG. 11 shows the signal S1 and the signal S2 when the method using the Hall element is adopted among the above magnetic detection methods. In this case, three
信号S1は、正弦関数を示す正弦信号である。信号S2は、余弦関数を示す余弦信号である。つまり、信号S1と信号S2とは1/4周期の位相差がある。どちらの検出方式においても、凹部402の中心位置403、404の外側に凸部401及び凹部402が位置している。このため、センサチップ110が凹部402の中心位置403、404付近から受ける磁界の影響と、中心位置403、404間の凸部401付近から受ける磁界の影響と、が近くなる。よって、信号S1及び信号S2が理想的な正弦波及び余弦波に近くなる。
The signal S1 is a sine signal indicating a sine function. The signal S2 is a cosine signal indicating a cosine function. That is, the signal S1 and the signal S2 have a phase difference of ¼ period. In both detection methods, the
図9~図11に示されるように、検出部123は、余弦関数の頂点136が移動方向における凸部401の中心位置405に位置するように余弦信号を生成する。検出部123は、正弦信号及び余弦信号を取得し、複数の検出信号として信号処理部124に出力する。
9 to 11, the
信号処理部124は、検出部123から複数の検出信号を取得し、複数の検出信号に基づいてターゲット400の位置を示す位置信号を取得する。具体的には、図9の中段に示されるように、信号処理部124は、ターゲット400の位置に対応した正弦信号及び余弦信号を取得する。また、信号処理部124は、(余弦信号の信号値)/(正弦信号の信号値)を演算する。これにより、図9の下段に示されるように、逆正接関数を示すと共にターゲット400の移動量に応じて信号値が一定の増加率で増加する逆正接信号が得られる。信号処理部124は、逆正接信号を位置信号として取得する。
The
図12に示されるように、信号処理部124は第1位置信号(O1)と、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。
As shown in FIG. 12, the
比較例として、図9~図11のターゲット400において、中心位置403、404の外側に凸部401が設けられていない形状が考えられる。この形状では、凸部401は1つであり、凸部401と凹部402とが連続していない。このため、凸部401と凹部402とが連続している場合に対して磁界の変化が不均一になる度合いが高くなる。これに伴い、中心位置403、404付近の正弦信号及び余弦信号の波形に含まれる歪みの成分が大きくなる。よって、得られる逆正接信号についても、歪みの成分が含まれ、ターゲット400の位置の精度も低下してしまう。
As a comparative example, in the
これに対し、本実施形態では、凹部402の中心位置403、404間の位置を検出する場合には、ターゲット400には凹部402が少なくとも2つ設けられている。これにより、ターゲット400のうち検出部123によって検出される移動範囲の外側には凸部401が必ず位置する。このため、検出部123がターゲット400の移動範囲外から受ける磁界の影響をターゲット400の移動範囲内から受ける磁界の影響に近づけることができる。これに伴い、理想的な波形に近い正弦信号及び余弦信号を取得することができる。したがって、ターゲット400の移動量に対して一定の増加率で増加する逆正接信号の信号値の直線性を高めることができる。
In contrast, in this embodiment, when detecting the position between the center positions 403 and 404 of the
第1の変形例として、図13に示されるように、検出部123は、ターゲット400の移動方向における凸部401の中心位置405から隣の凸部401の中心位置406までの範囲の位置を検出しても良い。この場合、ターゲット400には凹部402が少なくとも3つ設けられている。また、図13に示されるように、検出部123は、正弦関数の頂点137が移動方向における凸部401の中心位置405、406に位置するように正弦信号を生成しても良い。
As a first modification, as illustrated in FIG. 13, the
第2の変形例として、図14に示されるように、検出部123は、ターゲット400の移動方向における凸部401と凹部402とのエッジ位置407から隣の凸部401と隣の凹部402とのエッジ位置408までの範囲の位置を検出しても良い。この場合、ターゲット400には凹部402が少なくとも2つ設けられている。また、図14に示されるように、検出部123は、正弦関数の頂点137が移動方向における凸部401と凹部402とのエッジ位置407、408に位置するように正弦信号を生成しても良い。
As a second modification example, as illustrated in FIG. 14, the
第3の変形例として、図15に示されるように、検出部123は、余弦関数の頂点136が移動方向における凸部401と凹部402とのエッジ位置407、408に位置するように余弦信号を生成しても良い。
As a third modified example, as shown in FIG. 15, the
第4の変形例として、図16に示されるように、3つの各磁気抵抗素子127~129は、ターゲット400に対するギャップが異なっていても良い。なお、この場合の信号S1は、S1=V1+V3-2V2である。信号S2は、S2=V1-V3である。
As a fourth modification, as shown in FIG. 16, the three
このような素子の配置により、図17A及び図17Bに示されるように、信号S1についてはY方向のyが大きくなるほど、すなわちY方向における第2磁気抵抗素子128の位置を固定した状態で第1磁気抵抗素子127及び第3磁気抵抗素子129が磁石106の端部138から遠ざかるほど磁気振幅が大きくなる。なお、Y方向はギャップ方向であり、X方向は移動方向である。一方、信号S2についてはyが小さくなるほど、すなわち第2磁気抵抗素子128が磁石106の端部138に近づくほど磁気振幅が大きくなる。これにより、信号S1を生成する第1磁気抵抗素子127及び第3磁気抵抗素子129を磁石106の端部138から遠ざけることで信号S1の信号振幅を拡大することができる。また、信号S2を生成する第2磁気抵抗素子128を磁石106の端部138に近づけることで、信号S1の磁気振幅に関係なく信号S2の磁気振幅を拡大することかできる。つまり、信号S2の信号振幅を、信号S1の磁気振幅から独立して調整することができる。
As shown in FIGS. 17A and 17B, the arrangement of the elements causes the first signal S1 to be fixed in a state where y in the Y direction increases, that is, the position of the
図18に示されるように、第4磁気抵抗素子139及び第5磁気抵抗素子140をセンサチップ110に追加することにより、さらなる磁気振幅の向上が可能である。一例として、5素子の場合、信号S1はS1=V1+V3-2V2であり、信号S2はS2=V4-V5である。
As shown in FIG. 18, by adding the fourth
第5の変形例として、図19~図21に示されるように、凹部402の中心位置403、404間の移動範囲を検出する場合、ターゲット400の移動範囲の外側の凸部401の形状は、移動範囲内の凸部401の形状と異なっていても良い。図19には、ターゲット400の移動範囲の外側の凸部401の移動方向における幅が、移動範囲内の凸部401の幅よりも広い場合が示されている。図20には、ターゲット400の移動範囲の外側が凸部401ではなく壁部409の場合が示されている。図20の例では、検出部123は、凸部401と凹部402とのエッジ位置407、408間の範囲の位置を検出しても良い。図21には、ターゲット400の移動範囲の外側の凸部401の幅が移動範囲内の凸部401の幅よりも狭い場合が示されている。なお、ターゲット400の移動範囲が凸部401間やエッジ間も同様に、移動範囲の外側の形状は移動範囲内と同じ形状でなくても良い。
As a fifth modification, as shown in FIGS. 19 to 21, when detecting the movement range between the center positions 403 and 404 of the
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。図22に示されるように、ターゲット400は、凸部401と凹部402とが交互に配置される配置方向が移動方向に対して傾斜している。これにより、ターゲット400は、凸部401及び凹部402が移動方向に対して斜めに配置された形状を有している。凸部401及び凹部402は、配置方向に直交する方向に直線状にレイアウトされている。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described. As shown in FIG. 22, in the
また、図23に示されるように、検出部123のセンサチップ110は、各磁気抵抗素子127~129が搭載された一面141を有している。センサチップ110の一面141は、例えば、アイランド部112の平面部に対応する。センサチップ110の一面141は、配置方向に平行になるように、検出部123に搭載されている。具体的には、検出部123がターゲット400に対してギャップを持って配置される方向をギャップ方向と定義すると、センサチップ110の一面141は配置方向及びギャップ方向に平行に配置される。これにより、センサチップ110が凸部401及び凹部402から受ける磁界を検出しやすくなる。よって、波形信号、正弦信号、余弦信号、逆正接信号の精度が良くなるので、ターゲット400の位置の正確度を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 23, the
図22及び図23には、検出部123が凸部401から隣の凸部401までの移動範囲の位置を検出する場合が示されているが、図24のように、検出部123は、凹部402から隣の凹部402までの移動範囲の位置を検出しても良い。
22 and 23 show a case where the
変形例として、図25~図28に示されるように、センサチップ110の一面141は、配置方向や移動方向に対して様々な向きに配置される。図25では、検出部123が凸部401から隣の凸部401までの移動範囲の位置を検出する場合、センサチップ110の一面141はターゲット400の移動方向に平行に配置される。ターゲット400の移動方向に対する凸部401及び凹部402の延設方向は、0<θ<180°の範囲に設定される。
As a modification, as shown in FIGS. 25 to 28, the one
図26では、検出部123が凸部401から隣の凸部401までの移動範囲の位置を検出する場合、センサチップ110の一面141は凸部401及び凹部402の配置方向に平行に配置される。図27では、検出部123が凹部402から隣の凹部402までの移動範囲の位置を検出する場合、センサチップ110の一面141はターゲット400の移動方向に平行に配置される。図28では、検出部123が凹部402から隣の凹部402までの移動範囲の位置を検出する場合、センサチップ110の一面141は凸部401及び凹部402の配置方向に平行に配置される。
In FIG. 26, when the
第2の変形例として、図29に示されるように、ターゲット400は、回転軸410及び回転板411を備えた構成でも良い。回転板411は、回転軸410の側面412に固定されていると共に回転軸410の中心軸に直交する一面413を有する。回転板411は、扇形状の板部材である。検出部123は回転板411の一面413に対向配置される。
As a second modified example, as shown in FIG. 29, the
上記の構成では、移動方向は、回転軸410の中心軸を中心とした回動方向である。また、凸部401と凹部402の配置方向は、回転軸410の中心軸から回転軸410の径方向に離れた位置414を中心として回転軸410の中心軸に直交する方向である。つまり、配置方向は、位置414を中心とした径方向である。
In the above configuration, the moving direction is a rotating direction around the central axis of the
そして、回転軸410の中心軸から径方向に離れた位置を中心として回転板411の一面413に円弧状に複数の溝部415がレイアウトされている。溝部415が凹部402に対応し、溝部415と溝部415の間の部分が凸部401に対応する。図29には、凸部401から隣の凸部401までの移動範囲の位置を検出する例が示されているが、溝部415から隣の溝部415までの移動範囲の位置を検出しても構わない。
A plurality of
第3の変形例として、図30A及び図30Bに示されるように、回転板411の外周面416に溝部417が形成されていても良い。検出部123は回転板411の外周面416に対向配置される。上記の構成では、溝部417は、回転板411の外周面416に回転軸410の中心軸を中心とした螺旋状にレイアウトされている。よって、凸部401及び凹部402も螺旋状にレイアウトされている。配置方向は、凸部401及び凹部402の配置に沿った方向となる。
As a third modification, as shown in FIGS. 30A and 30B, a
上記では、磁気抵抗素子を用いた磁気検出方式におけるセンサチップ110の一面141の向きが示されている。これに対し、ホール素子を用いた磁気検出方式におけるセンサチップ110の場合、一面141はターゲット400に対向配置される。具体的には、センサチップ110の一面141は配置方向に平行に配置されると共に、ギャップ方向に垂直に配置される。
In the above, the direction of the one
(第3実施形態)
本実施形態では、第1、第2実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、検出部123は、1つの素子から正弦信号を取得し、他の1つの素子から余弦信号を取得する構成を備える。上記の構成では、図31に示されるように、凸部401及び凹部402の配置方向が移動方向に対して傾斜したターゲット400が採用される。なお、センサチップ110の一面141は、凸部401及び凹部402の配置方向に平行に配置されている。
(Third embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first and second embodiments will be described. In the present embodiment, the
図32に示されるように、検出部123は、第1磁気検出素子142及び第2磁気検出素子143を備えている。各磁気検出素子142、143は磁気抵抗素子である。各磁気検出素子142、143は、凸部401と凹部402との配列の1/4周期に対応する距離だけ離れて配置されている。これにより、第1磁気検出素子142は正弦関数を示す正弦信号を生成する。また、エッジ位置407から隣のエッジ位置408までを1周期とすると、第2磁気検出素子143は、1/4周期の位相差を持った余弦関数を示す余弦信号を生成する。つまり、検出部123は、複数の検出信号から正弦信号及び余弦信号を生成するのではなく、素子の出力信号を正弦信号及び余弦信号として取得する。
32, the
よって、信号処理部124は、検出部123から正弦信号及び余弦信号を取得し、これらの信号から逆正接信号を生成し、逆正接信号をターゲット400の位置を示す位置信号として取得する。
Therefore, the
変形例として、図33に示されるように、各磁気検出素子142、143は、ホール素子として構成されていても良い。この場合も、各磁気検出素子142、143は、凸部401と凹部402との配列の1/4周期に対応する距離だけ離れて配置される。
As a modified example, as shown in FIG. 33, each
(第4実施形態)
本実施形態では、第1~第3実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態に係るターゲット400は、車両のシフトポジションの動作に連動して移動する可動部品である。具体的には、ターゲット400は、図34及び図35に示された車両のシフトバイワイヤシステム500に適用される。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, parts different from the first to third embodiments will be described. The
シフトバイワイヤシステム500では、ShBWECU501が車両のシフター502の情報を取得してアクチュエータ503を制御する。アクチュエータ503には扇形状のディテント504が固定されている。ディテント504にはマニュアルバルブ505及びパーキングロッド506が固定されている。マニュアルバルブ505はトランスミッション507に接続されている。パーキングロッド506は、パーキング機構部508に接続されている。そして、センサ100は、例えば、ディテント504の位置やマニュアルバルブ505の位置を検出するために用いられる。
In the shift-by-
なお、シフトバイワイヤシステム500では、モータ・エンコーダ509、TCU510、ソレノイド511、ポンプ512等が備えられている。ShBWECU501は、センサ100から位置を示すレンジ情報を取得し、モータ・エンコーダ509及びTCU510を制御する。TCU510は、トランスミッションコントローラであり、ソレノイド511を制御する。
The shift-by-
センサ100がディテント504の位置を検出する場合、図36に示されるように、ディテント504がターゲット400となる。よって、ディテント504には凸部401及び凹部402が設けられている。ディテント504にターゲット400が固定されていても良い。図37に示されるように、センサ100はディテント504に対向するようにハウジング513に固定されている。これにより、ディテント504がアクチュエータ503によって回転させられた際に、センサ100はディテント504の回転位置を検出する。
When the
センサ100がマニュアルバルブ505の位置を検出する場合、図38に示されるように、ターゲット400はマニュアルバルブ505に固定される。マニュアルバルブ505には凸部401及び凹部402が設けられたターゲット400が固定されている。また、図39に示されるように、センサ100はターゲット400に対向するようにハウジング513に固定されている。これにより、ディテント504を介してマニュアルバルブ505が移動した際に、センサ100はマニュアルバルブ505の位置を検出する。図35は、マニュアルバルブ505の位置を検出する構成が示されていると言える。
When the
シフトポジションが操作された場合、センサ100によってディテント504やマニュアルバルブ505の位置を検出することで、シフトポジションの位置を検出することができる。
When the shift position is operated, the position of the shift position can be detected by detecting the positions of the
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。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made as follows without departing from the spirit of the present disclosure.
例えば、センサ100の用途は車両用に限られず、可動部品の位置を検出するものとして産業用ロボットや製造設備等にも広く利用できる。また、センサ100は冗長機能を備えていなくても良い。この場合、リード113~116は3本である。
For example, the application of the
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。 Although the present disclosure has been described based on the embodiments, it is understood that the present disclosure is not limited to the embodiments and structures. The present disclosure includes various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms including only one element, more or less, are within the scope and spirit of the present disclosure.
Claims (8)
バイアス磁界を発生させる磁石(106)と、前記バイアス磁界が印加されると共に、前記ターゲットの移動に伴って、前記ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、前記凸部及び前記凹部の位置に対応した位相の検出信号を生成する複数の磁気検出素子(127、128、129、133、134、135、139、140)と、を有し、位相が異なる複数の検出信号に基づいて正弦関数を示す正弦信号及び余弦関数を示す余弦信号を取得する検出部(123)と、
前記検出部から前記正弦信号及び前記余弦信号を取得し、前記正弦信号及び前記余弦信号に基づいて逆正接関数を示すと共に前記ターゲットの移動量に応じた逆正接信号を生成し、前記逆正接信号を前記ターゲットの位置を示す位置信号として取得する信号処理部(124)と、
を含み、
前記検出部が前記ターゲットの前記移動方向における前記凸部の中心位置(405)から隣の前記凸部の中心位置(406)までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも3つ設けられており、
前記検出部が前記ターゲットの前記移動方向における前記凹部の中心位置(403)から隣の前記凹部の中心位置(404)までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも2つ設けられており、
前記検出部が前記ターゲットの前記移動方向における前記凸部と前記凹部とのエッジ位置(407)から隣の前記凸部と隣の前記凹部とのエッジ位置(408)までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも2つ設けられているリニアポジションセンサ。 A linear position sensor that detects a position in a moving direction of a target (400) that is made of a magnetic material and has convex portions (401) and concave portions (402) provided alternately.
A magnet (106) for generating a bias magnetic field and the bias magnetic field are applied, and the position of the convex portion and the concave portion corresponds to the change of the magnetic field received from the target as the target moves. A plurality of magnetic detection elements (127, 128, 129, 133, 134, 135, 139, 140) that generate phase detection signals, and a sine function that exhibits a sine function based on the plurality of detection signals having different phases A detection unit (123) for acquiring a cosine signal indicating a signal and a cosine function;
The sine signal and the cosine signal are acquired from the detection unit, an arc tangent function is generated based on the sine signal and the cosine signal, and an arc tangent signal corresponding to the amount of movement of the target is generated, and the arc tangent signal is generated. A signal processing unit (124) that acquires a position signal indicating the position of the target;
Including
When the detection unit detects a position in a range from the central position (405) of the convex portion in the moving direction of the target to the central position (406) of the adjacent convex portion, the target has at least the concave portion. There are three,
When the detection unit detects a position in a range from the center position (403) of the recess in the moving direction of the target to the center position (404) of the adjacent recess, the target has at least two recesses. Provided,
The detection unit detects a position in a range from an edge position (407) between the convex portion and the concave portion in the moving direction of the target to an edge position (408) between the adjacent convex portion and the adjacent concave portion. A linear position sensor in which the target is provided with at least two of the recesses.
前記センサチップの前記一面は、前記ターゲットの前記凸部と前記凹部とが交互に配置される配置方向に平行に配置される請求項1または2に記載のリニアポジションセンサ。 The detection unit has a sensor chip (110) having one surface (141),
The linear position sensor according to claim 1, wherein the one surface of the sensor chip is arranged in parallel to an arrangement direction in which the convex portions and the concave portions of the target are alternately arranged.
バイアス磁界を発生させる磁石(106)と、前記バイアス磁界が印加されると共に、前記ターゲットの移動に伴って、前記ターゲットから受ける磁界の変化に基づいて、前記凸部及び前記凹部の位置に対応した位相の異なる信号として、正弦関数を示す正弦信号を取得する第1磁気検出素子(142)と、余弦関数を示す余弦信号を取得する第2磁気検出素子(143)と、を有する検出部(123)と、
前記検出部から前記正弦信号及び前記余弦信号を取得し、前記正弦信号及び前記余弦信号に基づいて逆正接関数を示すと共に前記ターゲットの移動量に応じた逆正接信号を生成し、前記逆正接信号を前記ターゲットの位置を示す位置信号として取得する信号処理部(124)と、
を含み、
前記検出部が前記ターゲットの前記移動方向における前記凸部の中心位置(405)から隣の前記凸部の中心位置(406)までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも3つ設けられており、
前記検出部が前記ターゲットの前記移動方向における前記凹部の中心位置(403)から隣の前記凹部の中心位置(404)までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも2つ設けられており、
前記検出部が前記ターゲットの前記移動方向における前記凸部と前記凹部とのエッジ位置(407)から隣の前記凸部と隣の前記凹部とのエッジ位置(408)までの範囲の位置を検出する場合、前記ターゲットには前記凹部が少なくとも2つ設けられているリニアポジションセンサ。 Since the arrangement direction in which the convex portions (401) and the concave portions (402) are alternately arranged is inclined with respect to the moving direction, the convex portions and the concave portions are moved in the moving direction. A linear position sensor for detecting a position in the moving direction of a target (400) having an obliquely arranged shape;
A magnet (106) for generating a bias magnetic field and the bias magnetic field are applied, and the position of the convex portion and the concave portion corresponds to the change of the magnetic field received from the target as the target moves. A detection unit (123) having a first magnetic detection element (142) that acquires a sine signal indicating a sine function as a signal having a different phase and a second magnetic detection element (143) that acquires a cosine signal indicating a cosine function. )When,
The sine signal and the cosine signal are acquired from the detection unit, an arc tangent function is generated based on the sine signal and the cosine signal, and an arc tangent signal corresponding to the amount of movement of the target is generated, and the arc tangent signal is generated. A signal processing unit (124) that acquires a position signal indicating the position of the target;
Including
When the detection unit detects a position in a range from the central position (405) of the convex portion in the moving direction of the target to the central position (406) of the adjacent convex portion, the target has at least the concave portion. There are three,
When the detection unit detects a position in a range from the center position (403) of the recess in the moving direction of the target to the center position (404) of the adjacent recess, the target has at least two recesses. Provided,
The detection unit detects a position in a range from an edge position (407) between the convex portion and the concave portion in the moving direction of the target to an edge position (408) between the adjacent convex portion and the adjacent concave portion. A linear position sensor in which the target is provided with at least two of the recesses.
前記センサチップの前記一面は、前記ターゲットの前記凸部と前記凹部とが交互に配置される配置方向に平行に配置される請求項6に記載のリニアポジションセンサ。 The detection unit has a sensor chip (110) having one surface (141),
The linear position sensor according to claim 6, wherein the one surface of the sensor chip is arranged in parallel to an arrangement direction in which the convex portions and the concave portions of the target are alternately arranged.
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