(57)【要約】【課題】磁石の構造を簡素化することができる位置検出装置を提供する。【解決手段】位置検出装置４は、可動物３と連動して回動する磁性体６と、磁性体６と協同して磁束を発生する磁石５と、磁石５及び磁性体６の磁束を検出するセンサ７とを備える。磁性体６には、複数の突起９が周方向に沿って等間隔に設けられる。可動物３の回動操作時、磁性体６も同期回動する。このとき、センサ７は、突起９に準ずる周期的な検出信号を出力する。位置検出装置４は、センサ７から出力される検出信号を基に、可動物３（磁性体６）の回動位置を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置が不変の磁石と、可動物と連動して軸回りに回動する磁性体と、前記磁石及び磁性体から形成される磁束を検出し、前記磁性体の回動位置に応じた信号を出力するセンサとを備え、当該センサの検出信号を基に前記可動物の位置を検出する位置検出装置において、
前記磁性体に、回動の周方向に沿って複数の突起を設け、前記磁性体の回動時、前記突起の形状に準ずる周期的な検出信号を前記センサから出力させて、前記可動物の位置を判定させる
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
複数の前記突起は、前記周方向において等間隔に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記突起は、前記周方向に並ぶ一対の側壁が、前記磁性体の回動中心から当該突起の各根元を通る一対の線の内側に位置するように形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記磁石及びセンサは、近接配置されている
ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記センサから入力する検出信号を基に、前記可動物の位置を演算する位置演算部を備え、
前記センサは、各々異なる位相の前記検出信号を出力するように複数設けられ、
複数の前記センサの一方は、正弦波の検出信号を出力し、当該センサの他方は、余弦波の検出信号を出力し、
前記位置演算部は、前記正弦波及び余弦波からアークタンジェントを計算することにより、前記可動物の位置を演算する
ことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動物の位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁石と磁気センサとを用いて回転体の回転位置を検出する位置検出装置が周知である（特許文献１等参照）。特許文献１は、回転体に円環状の磁石を取り付け、離れた位置に複数の磁気センサを配置する。磁石は、周方向に沿ってＮ極及びＳ極が交互に出現する多極着磁に形成される。そして、回転体の回転位置に応じて磁石から磁気センサにかかる磁束が変化し、その磁束を磁気センサで検出することにより、回転体の回転位置を判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１８４０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、特許文献１は、多極着磁された磁石を用いる必要があるので、磁石にかかるコストが高く付いてしまう問題があった。そこで、多極着磁の磁石を用いない簡素な位置検出装置の開発ニーズがあった。
【０００５】
本発明の目的は、磁石の構造を簡素化することができる位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記問題点を解決する位置検出装置は、位置が不変の磁石と、可動物と連動して軸回りに回動する磁性体と、前記磁石及び磁性体から形成される磁束を検出し、前記磁性体の回動位置に応じた信号を出力するセンサとを備え、当該センサの検出信号を基に前記可動物の位置を検出する構成において、前記磁性体に、回動の周方向に沿って複数の突起を設け、前記磁性体の回動時、前記突起の形状に準ずる周期的な検出信号を前記センサから出力させて、前記可動物の位置を判定させる。
【０００７】
本構成によれば、磁性体に突起を周方向に複数設けたので、可動物（磁性体）の回動時には、突起の有無に応じて振幅が変化する周期的な検出信号がセンサから出力される。このため、多極着磁の磁石を使用しなくとも、センサから周期的な検出信号を取得することが可能となる。よって、センサから周期的な検出信号を得るにあたっても、磁石の構造が簡素で済む。
【０００８】
前記位置検出装置において、複数の前記突起は、前記周方向において等間隔に配置されることが好ましい。この構成によれば、複数周期の検出信号を同一波形が繰り返されるかたちでセンサから出力させることが可能となる。
【０００９】
前記位置検出装置において、前記突起は、前記周方向に並ぶ一対の側壁が、前記磁性体の回動中心から当該突起の各根元を通る一対の線の内側に位置するように形成されることが好ましい。この構成によれば、センサの検出信号を、波形が滑らかな周期的な信号にし易くなる。
【００１０】
前記位置検出装置において、前記磁石及びセンサは、近接配置されることが好ましい。この構成によれば、例えば磁石及びセンサを１つの部品としてユニット化することが可能となる。よって、装置小型化等に有利となる。
【００１１】
前記位置検出装置において、前記センサから入力する検出信号を基に、前記可動物の位置を演算する位置演算部を備え、前記センサは、各々異なる位相の前記検出信号を出力するように複数設けられ、複数の前記センサの一方は、正弦波の検出信号を出力し、当該センサの他方は、余弦波の検出信号を出力し、前記位置演算部は、前記正弦波及び余弦波からアークタンジェントを計算することにより、前記可動物の位置を演算することが好ましい。この構成によれば、可動物の位置を細かく細分化して検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、位置検出装置において、磁石の構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の位置検出装置の構成図。
【図２】位置検出装置の斜視図。
【図３】センサの磁気回路図。
【図４】突起の具体的形状を示す磁性体の部分拡大図。
【図５】センサの検出信号の波形図。
【図６】位置検出装置のブロック図。
【図７】位置検出装置の作動図。
【図８】比較対象として挙げた磁性体の概略図。
【図９】別例の位置検出装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、位置検出装置の一実施形態を図１〜図８に従って説明する。
図１に示すように、例えば回転スイッチなどの操作機器１は、固定側の部材である機器本体２と、機器本体２に対して回動可能な可動物３とを備える。可動物３は、例えば０〜３６０°の１周操作される部材であることが好ましい。もちろん、可動物３は、０〜３６０°内の所定範囲でのみ操作可能な部材でもよい。また、操作機器１は、モーメンタリ式又はオルタネイト式のいずれでもよい。
【００１５】
操作機器１は、位置検出の対象である可動物３の位置を検出可能な位置検出装置４を備える。位置検出装置４は、位置が不変の磁石５と、可動物３と連動して軸Ｌ１回りに回動する磁性体６と、磁石５及び磁性体６から形成される磁束（磁界）を検出し、磁性体６の回動位置に応じた信号を出力するセンサ７とを備える。センサ７は、例えば磁気抵抗素子（ＭＲＥ）であることが好ましい。磁石５及びセンサ７が機器本体２に取り付けられ、磁性体６が可動物３に取り付けられることが好ましい。可動物３及び磁性体６は、同一軸心上に配置されることが好ましい。磁石５は、着磁の方向（図１の矢印Ｆ方向）と軸Ｌ１とが直交するように配置されることが好ましい。なお、着磁の方向は、磁石５の中心軸Ｌ２に置き換えての表現も可である。
【００１６】
図２に示すように、センサ７は、磁石５の中心軸Ｌ２上に配置されることが好ましい。センサ７は、磁束を検知する検知面８が着磁方向と平行となる向きに配置されることが好ましい。磁石５及びセンサ７は、近接配置されることが好ましい。さらには、磁石５及びセンサ７を一体に組み付けることにより、これらを１つの部品としてユニット化するとよい。磁石５及びセンサ７のユニットと、磁性体６とは、所定量離して配置されるとよい。
【００１７】
図３に示すように、磁気抵抗素子のセンサ７は、４つの抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４をブリッジ状に組んだ磁気回路（フルブリッジ回路）を備える。センサ７は、抵抗素子Ｒ１，Ｒ４の中点と、抵抗素子Ｒ２，Ｒ３の中点との電位差ΔＶを、検出信号Ｓｖとして出力する。センサ７は、例えば抵抗素子Ｒ２，Ｒ４（Ｒ１，Ｒ３でも可）を通過する磁束Ｂh1を検出するとき、最大出力をとり、磁束Ｂh1と直交する方向の磁束Ｂh2を検出するとき、最小出力をとる。
【００１８】
図１及び図２に示すように、磁性体６には、回動の周方向（図１の矢印Ａ方向）に沿って複数の突起９が設けられている。例えば、磁性体６は、略円柱状の本体部１０の外周に、複数の突起９が飛び出した放射形状をとるとよい。突起９は、例えば６つ設けられることが好ましく、周方向に沿って等間隔に配置されることが好ましい。この場合、磁性体６の外周面は、突起９のある部分とない部分とが３０度ごとに交互に出現する形状となる。
【００１９】
図４に示すように、突起９は、周方向に並ぶ一対の側壁１１が、磁性体６の回動中心Ｐ０から突起９の各根元１２を通る一対の線Ｌ３の内側に位置するように形成されている。これは、センサ７の検出信号Ｓｖとして、滑らかな（理想的な）sin波形（またはcos波形）の信号を得るためである。側壁１１は、根元１２を基点に肉取りされることにより、広範囲が省略されて形成されるとよい。なお、一対の線Ｌ３のなす角度（本例は３０度）が、突起９の形成角度に相当する。
【００２０】
図５に示すように、センサ７は、磁石５及び磁性体６が協同して形成される磁束を検出することにより、突起９の形状に準ずる周期的な検出信号Ｓｖを出力する。検出信号Ｓｖの周期は、複数の突起９の個数や配置間隔などにより決まる。例えば、本例のように、突起９を３０度ごとに計６つ設ける場合、１周期が６０度の検出信号Ｓｖがセンサ７から出力される。
【００２１】
図６に示すように、位置検出装置４は、センサ７から出力される検出信号Ｓｖを基に、可動物３（磁性体６）の回転位置を判定する位置演算部１３を備えることが好ましい。位置演算部１３は、検出信号Ｓｖの振幅が正負のいずれをとるのかを確認することで位置判定する機能、すなわちオンオフスイッチとして作動するものでもよい。また、位置演算部１３は、検出信号Ｓｖの振幅の値を確認することで、可動物３の位置をある分解能で検出する機能、すなわち位置検出センサとして作動するものでもよい。
【００２２】
次に、図７及び図８を用い、位置検出装置４の動作を説明する。
図７に示すように、可動物３が回動操作されると、それに伴って、磁性体６も同軸上において同期回転する。このとき、磁性体６からセンサ７に付与される磁束の向きが変化し、センサ７からは０〜６０度を１周期とする検出信号Ｓｖが出力される。センサ７の検出信号Ｓｖは、位置演算部１３に入力され、位置演算部１３によって磁性体６の回動位置、すなわち可動物３の位置が検出される。本例のように、３０°の形成範囲の突起９を３０°の配置間隔で６つ設ければ、センサ７からは１周期が０〜６０°の周期的な検出信号Ｓｖが出力される。そして、この周期的な変化をとる検出信号Ｓｖを用いて、可動物３の回動位置を検出することが可能となる。
【００２３】
ところで、図８に示すように、磁性体６の外周面に複数の突起９を設けるにあたっては、例えば磁性体６の表面に単なる切り込みによる切欠部１４を形成して実現する構造も想定される。切欠部１４は、いわゆる直方体状の空隙である。しかし、この形状の切欠部１４を設けて複数の突起９を設ける構造の場合、センサ７から出力される検出信号Ｓｖが滑らかな波形とならないことが分かった。この点からしてみても、滑らかなsin波形が得られる本例の構造は、回動位置を精度よく検出するのに有利であると言える。
【００２４】
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）可動物３と同期回動する磁性体６を設け、この磁性体６と磁石５とで形成される磁束をセンサ７で検出することにより、可動物３の回動位置を検出する位置検出装置４において、磁性体６に複数の突起９を周方向に設けた。このため、可動物３の回動時には、突起９の有無に応じて振幅が変化する周期的な検出信号Ｓｖがセンサ７から出力される。つまり、多極着磁された磁石を使用しなくとも、センサ７から周期的な検出信号Ｓｖを出力させることができる。よって、センサ７から周期的な検出信号Ｓｖを得るにあたっても、磁石５の構造が簡素で済む。
【００２５】
（２）位置検出にあたり多極着磁の磁石を使用せずに済むので、部品にかかるコストを低く抑えることができる。
（３）複数の突起９は、磁性体６の周方向において等間隔に配置されている。よって、複数周期の検出信号Ｓｖを同一波形が繰り返されるかたちでセンサ７から出力させることができる。
【００２６】
（４）各突起９は、磁性体６の周方向に並ぶ一対の側壁１１が、磁性体６の回動中心Ｐ０から突起９の各根元１２を通る一対の線Ｌ３の内側に位置するように形成されている。よって、センサ７の検出信号Ｓｖを、波形が滑らかな周期的な信号にし易くすることができる。
【００２７】
（５）磁石５及びセンサ７が近接配置されているので、例えば磁石５及びセンサ７を１つの部品としてユニット化することができる。よって、位置検出装置４の装置小型化等に有利となる。
【００２８】
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・図９に示すように、２つのセンサ７ａ，７ｂを設け、これらを互いに位相が異なる検出信号Ｓｖを出力するように配置する。具体的には、一方のセンサ７ａに対し、他方のセンサ７ｂを、検知面８の平面上において４５°傾き配置する。このとき、２つのセンサ７ａ，７ｂは、位相が１／４周期分異なる検出信号Ｓｖを出力する。つまり、一方のセンサ７ａからsin波の検出信号Ｓｖ−ａが出力され、他方のセンサ７ｂからcos波の検出信号Ｓｖ−ｂが出力される。そして、検出信号Ｓｖ−ａと検出信号Ｓｖ−ｂとのアークタンジェントを計算し、この値から可動物３の回動位置を検出することも可能である。この場合、アークタンジェントは０〜６０°の範囲でリニアに変化する値をとるので、可動物３の回動位置をこの範囲において精度よく検出することができる。
【００２９】
・図９で示す位置検出装置４において、例えば検出信号Ｓｖの１周期ごとにカウント値が計数されるカウンタを設けて、可動物３の回動位置を３６０°まで検出することも可能である。つまり、検出角度が６０°を超える度にカウンタが「１」、「２」、…と計数され、センサ７の検出信号Ｓｖから算出される０〜６０°の角度とカウンタ値との組み合わせにより、０〜３６０°の範囲で角度位置を判定することも可能である。
【００３０】
・磁性体６は、全体が磁性材料で形成されることに限らず、例えば表面部分のみが磁性材料で形成されてもよい。
・磁性体６において突起９のある部分とない部分とは、同じ間隔（３０°）で形成されることに限らず、これらを異なる値としてもよい。
【００３１】
・磁石５は、着磁の方向が磁性体６の軸Ｌ１と直交する向きに配置されることに限定されない。例えば、着磁方向と軸Ｌ１とが平行となる向きに磁石５を配置するなど、他の向きに変更可能である。
【００３２】
・突起９の側壁１１は、少なくとも一部分が線Ｌ３の内側に位置していればよい。
・突起９の形状は、直方体形状に限らず、例えば断面三角形状や、先端が曲面状となった形状など、種々の形状に変更可能である。
【００３３】
・突起９は、実施形態で述べた配置パターン（３０°間隔で６つ設けるパターン）において、所定のものを省略する形状としてもよい。
・センサ７は、実施形態で述べたような配置向きに限らず、他の向きに変更可能である。
【００３４】
・センサ７は、磁石５から離して配置してもよい。
・センサ７は、例えばハーフブリッジ回路としてもよい。
・センサ７は、磁気抵抗素子に限らず、例えばホール素子などの他のセンサに変更可能である。もちろん、センサ７は、磁気精査以外の種類に変更することも可能である。
【００３５】
・被検出体は、磁石５以外の部材に変更してもよい。
・物性量は、磁束以外のものに変更可能である。
・位置検出装置４は、例えばダイヤル式スイッチ装置などの種々の装置や機器に適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
３…可動物、４…位置検出装置、５…磁石、６…磁性体、７（７ａ，７ｂ）…センサ、９…突起、１１…側壁、１２…根元、１３…位置演算部、Ｌ１…軸、Ｌ３…一対の線、Ｂh1，Ｂh2…磁束、Ｓｖ…検出信号、Ｐ０…回動中心。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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