(57)【要約】【課題】被検出部が作動したときの誘導起電力の変化を大きくとることができる位置検出装置を提供する。【解決手段】検出対象５をコイル状とし、励磁コイル３及び検出コイル４を並べ配置する。検出対象５が励磁コイル３及び検出コイル４に接近すると、励磁コイル３から発生する磁束を妨げる方向の磁束が検出対象５から発生されるように検出対象５に電流が流れ、検出対象５の磁束が検出コイル４にかかり、励磁コイル３及び検出コイル４の相互インダクタンスＭが増加する。一方、検出対象５が励磁コイル３及び検出コイル４に近づくに連れて励磁コイル３の自己インダクタンスＬEXは低下し、励磁電流ＩEXは検出対象５が励磁コイル３及び検出コイル４に近づくに連れて増加する。検出対象５の距離変化とともに、励磁コイル３及び検出コイル４の相互インダクタンスＭと励磁コイル３に流れる励磁電流ＩEXとは、同方向に変化する。【選択図】図１
2016090398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電圧によって励磁される励磁コイルと、当該励磁コイルとの電磁結合により誘導起電力を発生する検出コイルと、前記誘導起電力を被検出部の位置に応じて変化させる検出対象と、前記誘導起電力を基に前記被検出部の位置を検出する位置演算部とを備えた位置検出装置において、
前記励磁コイル及び検出コイルは、並べて配置され、
前記検出対象は、コイル配線を環状に巻いたコイル部材からなり、前記励磁コイル及び検出コイルの両方を覆うことが可能な形状に形成され、
前記位置演算部は、前記検出対象が前記励磁コイル及び検出コイルに対して接近又は離間する動きをとることで変化する前記検出コイルの誘導起電力を基に、前記被検出部の位置を演算する
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記検出対象は、前記励磁コイル及び検出コイルの並び方向に対して直交する方向に往復動する動きをとる
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】
前記検出対象は、コイル中間が絞り形状に形成されることにより、前記励磁コイルと電磁結合する第１結合部と、前記検出コイルと電磁結合する第２結合部と、これらを連結する絞り形状の連結部とを備えた形状をなしている
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】
前記第１結合部は、前記励磁コイルのコイル面積と同一又はこれよりも大きく形成され、前記第２結合部は、前記検出コイルのコイル面積と同一又はこれよりも小さく形成されている
ことを特徴とする請求項３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、被検出部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、励磁コイルから検出コイルに磁界をかけておき、金属部の接近又は離間に応じて検出コイルにかかる磁界の変化を検出することにより、被検出部の位置（距離）を演算する位置検出装置が周知である（特許文献１，２等参照）。この種の位置検出装置は、励磁コイル及び検出コイルが電磁結合していて、金属部の接近又は離間に応じて変化する検出コイルの誘導起電力を基に、被検出部との距離を演算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３７１８０号公報
【特許文献２】特開２００６−２６２４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の位置検出装置においては、被検出部の作動時、金属部が検出コイルに対して移動するときにとる誘導起電力の変化を大きくとることにより、位置検出の分解能を向上したいニーズがあった。
【０００５】
本発明の目的は、被検出部が作動したときの誘導起電力の変化を大きくと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、定電圧によって励磁される励磁コイルと、当該励磁コイルとの電磁結合により誘導起電力を発生する検出コイルと、前記誘導起電力を被検出部の位置に応じて変化させる検出対象と、前記誘導起電力を基に前記被検出部の位置を検出する位置演算部とを備えた構成において、前記励磁コイル及び検出コイルは、並べて配置され、前記検出対象は、コイル配線を環状に巻いたコイル部材からなり、前記励磁コイル及び検出コイルの両方を覆うことが可能な形状に形成され、前記位置演算部は、前記検出対象が前記励磁コイル及び検出コイルに対して接近又は離間する動きをとることで変化する前記検出コイルの誘導起電力を基に、前記被検出部の位置を演算する。
【０００７】
本構成によれば、被検出部が動いて検出コイルと検出対象との距離が変化したときには、励磁コイルから発生される磁束を妨げる方向の磁束が発生されるように検出対象に電流が流れる。これにより、検出対象の磁束が検出コイルにかかり、これにより励磁コイル及び検出コイルの相互インダクタンスが増加する変化をとる。このため、検出対象及び検出コイルの間の距離が近づくに連れて、相互インダクタンスが増加する。一方、検出対象が検出コイルに近づくに連れて励磁コイルの自己インダクタンスは低下するので、励磁コイルに流れる励磁電流は検出対象が検出コイルに近づくに連れて増加する。このように、検出対象の距離変化とともに、励磁コイル及び検出コイルの相互インダクタンスと励磁コイルに流れる励磁電流とが同方向に変化する。よって、被検出部が作動したときの誘導起電力の変化を大きくとることが可能となる。
【０００８】
前記位置検出装置において、前記検出対象は、前記励磁コイル及び検出コイルの並び方向に対して直交する方向に往復動する動きをとることが好ましい。この構成によれば、励磁コイル及び検出コイルの並び方向に対して直交する方向に往復動する動きをとる検出対象の位置を、細かい分解能で検出するのに有利となる。
【０００９】
前記位置検出装置において、前記検出対象は、コイル中間が絞り形状に形成されることにより、前記励磁コイルと電磁結合する第１結合部と、前記検出コイルと電磁結合する第２結合部と、これらを連結する絞り形状の連結部とを備えた形状をなしていることが好ましい。この構成によれば、コイル部材に強い磁束を発生させることが可能となるので、誘導起電力の変化を大きくとるのに一層有利となる。
【００１０】
前記位置検出装置において、前記第１結合部は、前記励磁コイルのコイル面積と同一又はこれよりも大きく形成され、前記第２結合部は、前記検出コイルのコイル面積と同一又はこれよりも小さく形成されていることが好ましい。この構成によれば、励磁コイルの磁束の多くを第１結合部に通し、第２結合部の磁束の多くを検出コイルに通すことが可能となるので、誘導起電力の変化を大きくとるのに一層有利となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被検出部が作動したときの誘導起電力の変化を大きくとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態の位置検出装置の構成図。
【図２】励磁コイル、検出コイル及び検出対象の平面図。
【図３】従来の位置検出装置の構成図。
【図４】従来の位置検出装置の相互インダクタンス、励磁電流、及び励磁コイルの自己インダクタンスの特性図。
【図５】検出対象が検出コイルに接近したときの位置検出装置の作動図。
【図６】位置検出装置の相互インダクタンス、励磁電流、及び励磁コイルの自己インダクタンスの特性図。
【図７】別例における位置検出装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、位置検出装置の一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１に示すように、位置検出装置１は、渦電流センサの一種であって、被検出部２の位置を検出するものである。位置検出装置１は、定電圧によって励磁される励磁コイル３と、励磁コイル３との電磁結合により誘導起電力ＶDEを発生する検出コイル４と、誘導起電力ＶDEを被検出部２の位置に応じて変化させる検出対象５とを備える。被検出部２は、検出対象５が取り付けられて、検出対象５と一体作動する。
【００１４】
図１及び図２に示すように、励磁コイル３は、コイル配線を周状に巻いた環状（四角環状）に形成されている。励磁コイル３は、位置検出装置１の基板（図示略）にコイル配線を添わせることによって形成された基板パターンからなる。
【００１５】
検出コイル４は、コイル配線を周状に巻いた環状（四角環状）に形成されている。検出コイル４は、位置検出装置１の基板（図示略）にコイル配線を這わせることによって形成された基板パターンからなる。検出コイル４は、励磁コイル３と同一平面状に並び配置されている。励磁コイル３及び検出コイル４は、コイル面積が同一に形成されている。
【００１６】
検出対象５は、コイル配線を周状に巻いたコイル（可動コイル）により形成されている。本例の検出対象５は、コイル中間が絞り形状に形成されることにより、励磁コイル３と電磁結合する第１結合部５ａと、検出コイル４と電磁結合する第２結合部５ｂと、これらを連結する絞り形状の連結部５ｃとを備える。検出対象５は、励磁コイル３及び検出コイル４の両方を覆うことが可能な形状に形成されている。本例の場合、検出対象５は、第１結合部５ａが励磁コイル３の全体を覆うことが可能で、第２結合部５ｂが検出コイル４の全体を覆うことが可能な形状に形成されている。第１結合部５ａ及び第２結合部５ｂは、同一コイル面積に形成されている。検出対象５は、励磁コイル３及び検出コイル４の並び方向に対して直交する方向（図１の矢印Ｒ方向）に往復動する動きをとり、被検出部２の動きに合わせて、励磁コイル３及び検出コイル４に接近又は離間するように直線往復動する。
【００１７】
図１に示すように、位置検出装置１は、検出コイル４から出力される誘導起電力ＶDEを基に被検出部２の位置を演算する位置演算部６を備える。位置演算部６は、励磁コイル３を励磁するのに必要な励磁回路７を介して励磁コイル３に接続され、検出回路８を介して検出コイル４に接続されている。励磁回路７は、定電圧の交流波（交流電圧Ｖac）によって励磁コイル３を励磁する。検出回路８は、検出コイル４から出力される誘導起電力ＶDE（出力電圧）の振幅変化を検出することができる回路からなる。
【００１８】
次に、図１，図３〜図６を用いて、位置検出装置１の動作を説明する。
図１に示すように、励磁回路７から励磁コイル３に定電圧振幅の交流電圧Ｖacが印加されると、励磁コイル３及び第１結合部５ａが電磁結合して検出対象５に電流Ｉｋが流れ、この電流Ｉｋによって第２結合部５ｂが検出コイル４と電磁結合する。これにより、検出コイル４には、検出対象５との距離Ｋに応じた誘導起電力ＶDEが発生する。誘導起電力ＶDEは、同図に示される式（α）から求まる。位置演算部６は、誘導起電力ＶDEの振幅を検出回路８で検出し、その値から検出コイル４及び検出対象５の間の距離Ｋ、すなわち被検出部２の位置を演算する。
【００１９】
誘導起電力ＶDEを演算するパラメータの１つには、励磁コイル３及び検出コイル４の間の相互インダクタンスＭがある。ちなみに、相互インダクタンスＭは、例えば検出対象５が存在しない状態では、両者の結合が小さいため、ほぼ「０」となる。よって、検出対象５が存在しない場合、誘導起電力ＶDEもほぼ「０」となる。
【００２０】
図１の式（α）からも分かるように、誘導起電力ＶDEの演算には、主に、励磁コイル３及び検出コイル４の相互インダクタンスＭ、検出対象５を流れる励磁電流ＩEX、励磁コイル３の自己インダクタンスＬEXの各パラメータが関係してくる。すなわち、検出対象５が検出コイル４に接近及び離間したとき、誘導起電力ＶDEの変化を大きくとるには、これらパラメータを最適に変化させる必要がある。
【００２１】
ここで、図３に、従来の位置付けの位置検出装置１の構成を示し、図４に、従来の位置付けの位置検出装置１において、被検出部２及び検出コイル４の距離変化に応じた各パラメータ（相互インダクタンスＭ、励磁電流ＩEX、励磁コイル３の自己インダクタンスＬEX）の変化波形を示す。従来位置付けの位置検出装置１では、検出コイル４は単なる四角形状なし、検出対象５は検出コイル４の全体を覆うことが可能な形状に形成される。この場合、励磁コイル３を定電圧振幅で励磁すると、検出対象５の距離が変わっていくときの自己インダクタンスＬEXの変化によって励磁電流ＩEXも変化していくが、距離Ｋが近くなっていくときには、励磁電流ＩEXは相互インダクタンスＭの変化を打ち消すように変化していくので、誘導起電力ＶDEが小さくなってしまう問題があった。
【００２２】
本例の場合、図５に示すように、検出対象５が励磁コイル３及び検出コイル４に近づいていくと、励磁コイル３から発生する磁束Ｂ１を妨げる方向の磁束Ｂ２が第１結合部５ａに発生されるように、検出対象５に電流Ｉｋが流れる。この電流Ｉｋにより、第２結合部５ｂの磁束Ｂ３が検出コイル４にも付与されることとなるので、励磁コイル３及び検出コイル４の相互インダクタンスＭの絶対値｜Ｍ｜は増加する。すなわち、検出回路８の出力電圧（交流波出力）の振幅値は、検出対象５との距離Ｋが近づくほど大きくなるように変化する。なお、相互インダクタンスＭの絶対値｜Ｍ｜は、励磁コイル３からコイル状の検出対象５を経由して検出コイル４に発生する相互インダクタンスＭの値に相当する。
【００２３】
図６に、本例の位置検出装置１において、検出コイル４及び検出対象５の距離変化に応じた各パラメータ（相互インダクタンスＭ、励磁電流ＩEX、励磁コイル３の自己インダクタンスＬEX）の変化波形を示す。なお、同図においては、検出対象５に「連結部５ｃ（絞り）がある例」と「連結部５ｃ（絞り）がない例」との２パターンを図示する。「検出対象５に連結部５ｃがない」とは、検出対象５が単なる環状のコイル形状をなしたコイルパターンのことをいう。同図に示されるように、いずれのコイル形状にしても、相互インダクタンスＭの絶対値｜Ｍ｜は、検出対象５の距離Ｋが近くなるほど大きくなることが分かる。一方、いずれのコイル形状にしても、検出対象５の接近に伴い励磁コイル３の自己インダクタンスＬEXは低下するので、励磁電流ＩEXは検出対象５の距離Ｋが近くなるほど増加することが分かる。
【００２４】
また、検出対象５の形状を検証すると、「検出対象５を連結部５ｃのない形状」としたときより、「検出対象５を連結部５ｃのある形状」とした方が、相互インダクタンスＭ及び励磁電流ＩEXともに、距離変化に対する変動量が大きくなっている。よって、検出対象５を「連結部５ｃを有する形状」とした方が、誘導起電力ＶDEの変化を大きくとるのに効果が高いことも分かる。
【００２５】
以上により、本例の場合、誘導起電力ＶDEの構築要素である相互インダクタンスＭ及び励磁電流ＩEXが、検出対象５の移動時において同じ方向に変化するので、大きな誘導起電力ＶDEの変化を得ることが可能となる。すなわち、検出対象５の接近に伴って相互インダクタンスＭ及び励磁電流ＩEXをともに増加変化をとらせることが可能となるので、誘導起電力ＶDEの変化が大きくなる。よって、誘導起電力ＶDEの変化を大きくとることが可能となれば、例えば位置検出装置１の位置検出の分解能向上などに寄与する。
【００２６】
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）検出対象５をコイル部材（コイル状）とし、励磁コイル３及び検出コイル４を並べ配置する。被検出部２が動いてコイル状の検出対象５が励磁コイル３及び検出コイル４に接近すると、励磁コイル３から発生する磁束Ｂ１を妨げる方向の磁束Ｂ２が検出対象５（第１結合部５ａ）から発生されるように検出対象５に電流Ｉｋが流れる。このとき、検出対象５（第２結合部５ａ）から発生する磁束Ｂ３が検出コイル４にかかり、これにより励磁コイル３及び検出コイル４の相互インダクタンスＭが増加する変化をとる。このため、検出対象５が励磁コイル３及び検出コイル４に近づくに連れて、相互インダクタンスＭの絶対値｜Ｍ｜は増加する変化をとる。一方、検出対象５が励磁コイル３及び検出コイル４に近づくに連れて励磁コイル３の自己インダクタンスＬEXは低下するので、励磁コイル３に流れる励磁電流ＩEXは検出対象５が励磁コイル３及び検出コイル４に近づくに連れて増加する。このように、検出対象５の距離変化とともに、励磁コイル３及び検出コイル４の相互インダクタンスＭと励磁コイル３に流れる励磁電流ＩEXとは、同方向に変化する。よって、被検出部２が作動したときの検出コイル４の誘導起電力ＶDEの変化を大きくとることができる。従って、位置検出装置１の位置検出の分解能向上に有利となる。
【００２７】
（２）検出対象５は、励磁コイル３及び検出コイル４の並び方向に対して直交する方向（図１の矢印Ｒ方向）に往復動する。よって、励磁コイル３及び検出コイル４の軸方向に沿って移動する動きをとる検出対象５の位置を、細かい分解能で検出するのに有利となる。
【００２８】
（３）検出対象５は、コイル中間が絞り形状に形成されることにより、第１結合部５ａ、第２結合部５ｂ及び連結部５ｃを備えた形状をなしている。よって、検出対象５（コイル部材）に強い磁束を発生させることが可能となるので、誘導起電力ＶDEの変化を大きくとるのに一層有利となる。
【００２９】
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７に示すように、第１結合部５ａのコイル面積を励磁コイル３のそれよりも大きく形成し、第２結合部５ｂのコイル面積を検出コイル４のそれよりも小さく形成してもよい。この場合、励磁コイル３の磁束の多くを第１結合部５ａに通し、第２結合部５ｂの磁束の多くを検出コイル４に通すことが可能となるので、誘導起電力ＶDEの変化を大きくとるのに一層有利となる。
【００３０】
・第１結合部５ａ及び第２結合部５ｂは、同一平面上に整列配置されることに限らず、要は並び配置されていればよい。
・第１結合部５ａ及び第２結合部５ｂの形状は、例えば円形状など、他の形状に変更することが可能である。
【００３１】
・励磁コイル３、検出コイル４及び検出対象５は、１巻き形状に限らず、コイル配線を複数周巻いた形状でもよい。
・励磁コイル３及び検出コイル４のコイル面積は、同一に限らず、異なっていてもよい。
【００３２】
・励磁コイル３及び検出コイル４は、基板パターンで形成される場合、同一基板上に形成されることに限らず、それぞれ別の基板に設けられてもよい。
・励磁コイル３及び検出コイル４は、基板パターンで形成されることに限らず、基板上ではない位置に形成されてもよい。
【００３３】
・コイル状の検出対象５の形状は、コイル中間に絞りを有する形状に限定されず、例えば円形状（楕円形状）など、他の形状に変更することが可能である。
・検出対象５は、検出コイル４の軸方向に沿って上下動するものに限らず、例えば軸方向に対して交差する方向に移動（スライド移動）するものでもよい。
【００３４】
・励磁コイル３及び検出コイル４の形状は、例えば円形状など、他の形状に変更することが可能である。
・検出対象５が固定側で、励磁コイル３及び検出コイル４が可動側となっていてもよい。
【００３５】
・本例の位置検出装置１は、例えば車両のシフトレバー装置や、車載スイッチ装置など、種々の装置やシステムに使用することが可能である。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
【００３６】
（イ）前記位置検出装置において、前記励磁コイル及び検出コイルの相互インダクタンスと、前記励磁コイルに定電圧の交流が印加されたときに当該励磁コイルに流れる励磁電流とは、前記検出コイル及び検出対象の間の距離変化に対して同じ方向に増減する変化をとり、前記位置演算部は、前記距離変化に対して同じ方向に増減する前記相互インダクタンス及び励磁電流によって大きな変化を取り得る前記誘導起電力を基に、前記被検出部の位置を演算する。この構成によれば、相互インダクタンスと自己インダクタンスとが同方向に変化するので、大きな誘導起電力の変化を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１…位置検出装置、２…被検出部、３…励磁コイル、４…検出コイル、５…検出対象、５ａ…第１結合部、５ｂ…第２結合部、５ｃ…連結部、６…位置演算部、ＶDE…誘導起電力、Ｒ…検出対象の動く方向（軸方向）。
【図１】
2016090398.tif 000003
【図２】
2016090398.tif 000004
【図３】
2016090398.tif 000005
【図４】
2016090398.tif 000006
【図５】
2016090398.tif 000007
【図６】
2016090398.tif 000008
【図７】
2016090398.tif 000009