(57)【要約】【課題】可動物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】位置検出装置１は、励磁コイル３と、励磁コイル３から発生する磁界を検出可能な１以上の検出コイル４と、位置検出の対象物である可動物の位置に応じて検出コイル４に付与される磁界を変化させる磁場変化発生部５とを備える。磁場変化発生部５は、可動物と一体回動する回動体８と、コイル群の背面に配置された磁性部材１４とを備える。回動体８には、回動方向に沿って交互に配置された複数の磁性体９及び非磁性体１０が設けられている。回動体８の回動時には、磁性体９及び非磁性体１０がコイル群に交互に対向する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流される励磁コイルと、当該励磁コイルから発生する磁界を検出可能な１以上の検出コイルと、位置検出の対象である可動物の位置に応じて前記検出コイルに付与される磁界を変化させる磁場変化発生部とを備えた位置検出装置において、
前記磁場変化発生部は、前記可動物の可動方向に沿って交互に配置された複数の磁性体及び非磁性体を備える
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記磁場変化発生部は、前記可動物と一体回動する回動体を備え、
前記磁性体及び非磁性体は、前記回動体に設けられるとともに、当該回動体の回動方向に沿って交互に複数配置されている
請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記磁場変化発生部は、
前記回動体と、
前記励磁コイル及び検出コイルの背面に配置された磁性部材と
を備えた請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
複数の前記検出コイルは、一部分が互いに重ね配置されるとともに、前記磁場変化発生部の可動方向に沿って規定の位相ずつ順にずれて並び配置されている
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】
前記検出コイル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、
当該位置演算部は、それぞれの前記検出コイルから入力する検出信号のうち、信号波形が直線状をとるものを２つ選択し、これら信号から前記可動物の位置を演算する
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、励磁コイルから複数の検出コイルに磁界をかけておき、金属ロータの回転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、可動物の位置を演算する位置検出装置（渦電流センサ）が周知である（特許文献１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され、金属ロータの回動位置に応じて検出コイルに現れる誘導起電力が変化することにより、誘導起電力の変化から可動物の回動位置が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６５００６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、可動物の作動時、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、可動物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、電流が流される励磁コイルと、当該励磁コイルから発生する磁界を検出可能な１以上の検出コイルと、位置検出の対象である可動物の位置に応じて前記検出コイルに付与される磁界を変化させる磁場変化発生部とを備えた構成において、前記磁場変化発生部は、前記可動物の可動方向に沿って交互に配置された複数の磁性体及び非磁性体を備える。
【０００７】
本構成によれば、可動物が動くときには、励磁コイル及び検出コイルに磁性体及び非磁性体が交互に近づく。これにより、磁性体がコイル群に近づいたときには、インダクタンスが高い値をとり、非磁性体がコイル群に近づいたときには、インダクタンスが低い値をとるように変化するので、可動物の作動時における励磁コイル及び検出コイルの間の相互インダクタンスの変化量が増加する。よって、可動物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、前記磁場変化発生部は、前記可動物と一体回動する回動体を備え、前記磁性体及び非磁性体は、前記回動体に設けられるとともに、当該回動体の回動方向に沿って交互に複数配置されていることが好ましい。この構成によれば、回動する可動物の回動位置を、精度よく検出するのに有利となる。
【０００９】
前記位置検出装置において、前記磁場変化発生部は、前記回動体と、前記励磁コイル及び検出コイルの背面に配置された磁性部材とを備えることが好ましい。この構成によれば、励磁コイル及び検出コイルのコイル群の両側に磁性材料が配置されるので、コイル群を貫く磁束の量を確保することが可能となる。よって、可動物の位置の検出精度を確保するのに一層有利となる。
【００１０】
前記位置検出装置において、複数の前記検出コイルは、一部分が互いに重ね配置されるとともに、前記磁場変化発生部の可動方向に沿って規定の位相ずつ順にずれて並び配置されていることが好ましい。この構成によれば、各検出コイルから出力される各検出信号を所望の位相ずれに設定して、これら検出信号の組み合わせから、可動物の位置を割り出すことが可能となる。
【００１１】
前記位置検出装置において、前記検出コイル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、当該位置演算部は、それぞれの前記検出コイルから入力する検出信号のうち、信号波形が直線状をとるものを２つ選択し、これら信号から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、検出コイルの出力において直線的に変化する成分で位置検出することが可能となるので、可動物の位置を精度よく判定するのに有利となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、位置検出装置において、可動物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。
【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】位置検出装置の具体的構成を示す分解斜視図。
【図３】位置検出装置に形成される磁気回路のイメージ図。
【図４】位置検出装置の電気構成図。
【図５】各検出コイルの出力と検出角度との関係を示す波形図。
【図６】自己インダクタンス変化の波形図。
【図７】相互インダクタンスの変化量を示すイメージ図。
【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７に従って説明する。
図１に示すように、例えばスイッチ装置等の車載装置は、車載装置において動く可動物２の位置を検出可能な位置検出装置１を備える。位置検出装置１は、例えば軸Ｌａ回りに回動する可動物２の回動位置（回動角）を検出するものであって、例えばスイッチやレバーの位置を検出する装置であることが好ましい。
【００１５】
位置検出装置１は、電流が流される励磁コイル３と、励磁コイル３から発生する磁界を検出可能な１以上の検出コイル４と、位置検出の対象物である可動物２の位置に応じて検出コイル４に付与される磁界を変化させる磁場変化発生部５とを備える。励磁コイル３及び検出コイル４は、可動物２を回動可能に支持する側に設けられている。
【００１６】
磁場変化発生部５は、可動物２と一体回動（同一軸回りに回動）する回動体８を備える。磁場変化発生部５は、回動体８に設けられた磁性体９及び非磁性体１０を備える。磁性体９及び非磁性体１０は、可動物２の可動方向、すなわち回動体８の回動方向（図１の矢印Ａ方向）に沿って交互に複数配置されている。本例の場合、回動体８は、放射状に複数の突片（本例の非磁性体１０に相当）を有する非磁性体部材からなり、突片の間の空隙１１に磁性体９を嵌め込むことによって形成されている。
【００１７】
回動体８の回転方向（図１の矢印Ａ方向）の平面を回動方向平面（図１のＸＹ平面）としたとき、磁性体９の回動方向平面における設定角度Ｒ１と、非磁性体１０の回動方向平面における設定角度Ｒ２とは、同じ角度に設定されている。これら設定角度Ｒ１，Ｒ２は、例えば「３６°」であることが好ましい。
【００１８】
検出コイル４は、例えば第１検出コイル４ａ、第２検出コイル４ｂ及び第３検出コイル４ｃの３つ設けられている。本例の場合、第１検出コイル４ａを中央にして、その両側に第２検出コイル４ｂ及び第３検出コイル４ｃが配置されている。それぞれの検出コイル４の設定角度（以降、ループ角度Ｒｋと記す）は、磁性体９及び非磁性体１０の１組の設定角度Ｒ１，Ｒ２に合わせて、「７２°」であることが好ましい。すなわち、１つあたりの検出コイル４では、０°〜７２°の角度を検出することが可能である。
【００１９】
第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃは、互いに重ね配置されるとともに、可動物２の可動方向（図１の矢印Ａで示す回動方向）に規定の位相ずつ順にずれて並び配置されている。本例の場合、位相が「２４°」ずつ、順にずれて配置されており、具体的には、第３検出コイル４ｃに対して第１検出コイル４ａが回動方向に沿って位相が２４°ずらされて配置され、この第１検出コイル４ａに対して第２検出コイル４ｂが回動方向に沿って位相が２４°ずらされて配置されている。第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃは、車載装置（位置検出装置１）の基板（図示略）に形成され、これらを基板上に重ねて配置する場合、例えば基板のスルーホール（図示略）を用いて互いの電気絶縁を確保するように形成される。
【００２０】
励磁コイル３は、複数設けられた検出コイル４の全てを覆うように形成されている。励磁コイル３は、回動体８の回動方向に沿って円弧に沿う形状に形成されている。励磁コイル３は、検出コイル４と同じ基板上に形成されることが好ましい。
【００２１】
図２に示すように、磁場変化発生部５は、可動物２と一体回動する前述の回動体８と、励磁コイル３及び検出コイル４の背面に配置された磁性部材１４とを備える。磁性部材１４は、例えば回動体８と同一面積に形成された板材（円板状の部材）から形成されることが好ましい。磁性部材１４は、磁性体９と同一の磁性材料から形成されることが好ましい。回動体８及び磁性部材１４は、同一軸心上（軸Ｌａ上）に配置されている。回動体８は、可動物２と連動して回動中心のＬａ回りに回動する。
【００２２】
図３に示すように、位置検出装置１には、回動体８に磁性体９及び非磁性体１０を設けるとともに、コイル群の裏面に磁性部材１４を配置することにより、同図で図示するような磁気回路１５が形成される。本例の磁気回路１５の場合、磁束Ｂが磁性体９、励磁コイル３、検出コイル４及び磁性部材１４を通るようなループ状の磁気経路が形成される。本例の場合、磁性体９、励磁コイル３及び検出コイル４の各コイル内を遠って磁性部材１４から紙面左方向に抜けていく磁束Ｂ１と、磁性体９、励磁コイル３及び検出コイル４のコイル内を通って磁性部材１４から紙面右方向に抜けていく磁束Ｂ２とが発生する。
【００２３】
図４に示すように、位置検出装置１は、第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃから入力する検出信号（誘導起電力ＶDE）の組み合わせにより、可動物２の位置（回動位置）を演算する位置演算部１７を備える。位置演算部１７は、励磁回路１８を介して励磁コイル３に接続されている。励磁コイル３の電位の高い側には、電圧調整用の抵抗１９が接続されている。第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃは、それぞれ検出回路２０〜２２を介して位置演算部１７に接続されている。検出回路２０〜２２は、例えば信号の増幅や変調等を行う回路である。
【００２４】
位置演算部１７は、励磁コイル３に交流電圧を印加することにより、励磁コイル３から磁界（磁束）を発生させ、相互誘導作用により、第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃに誘導起電力ＶDEを発生させる。このとき、位置演算部１７は、検出回路２０を通じて第１検出コイル４ａから第１検出信号Ｓ１−ａを入力し、検出回路２１を通じて第２検出コイル４ｂから第２検出信号Ｓ１−ｂを入力し、検出回路２２を通じて第３検出コイル４ｃから第３検出信号Ｓ１−ｃを入力し、これら信号組み合わせにより、可動物２の位置（回動角度θ）を演算する。
【００２５】
次に、図４〜図７を用いて、位置検出装置１の動作を説明する。
図５に示すように、励磁コイル３に交流電圧が印加されると、相互誘導作用によって第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃの３つのコイルに誘導起電力ＶDEが発生する。この状態において、回動体８が回動中心の軸Ｌａ回りに回動すると、相対する回動体８の磁性体９及び非磁性体１０の位置に応じて、第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃの検出電圧である誘導起電力ＶDEが交流波状（例えば正弦波状や三角波状）に変化する。本例の場合、第１検出コイル４ａから出力される第１検出信号Ｓ１−ａを基準としたとき、第２検出コイル４ｂから位相が「２４°」遅れた第２検出信号Ｓ１−ｂが出力され、第３検出コイル４ｃから位相が「２４°」進んだ第３検出信号Ｓ１−ｃが出力される。
【００２６】
位置演算部１７は、複数（本例は３つ）の検出信号Ｓ１−ａ，Ｓ１−ｂ，Ｓ１−ｃのうち、信号波形が直線状をとるもの（領域Ｕに存在するもの）を２つ選択し、これら信号の例えば差や和をとって、可動物２の回動位置に応じた検出角度θｒを演算する。例えば、検出角度θｒが６°〜１８°のときには、Ｓ１−ａとＳ１−ｂとを使用し、検出角度θｒが１８°〜３０°のときには、Ｓ１−ａとＳ１−ｃとを使用する。このようにして、位置演算部１７は、１周期が７２°の回動角度θを演算する。
【００２７】
なお、検出コイル４の誘導起電力ＶDEは、図４で示す式（α），（β）によって表される。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があり、回動体８の回転時には、相互インダクタンスＭが変化する。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の間の相互インダクタンスＭ、検出対象である回動体８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。よって、回動体８の回転時、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ことが望まれる。
【００２８】
図６に、磁性体９及び非磁性体１０のそれぞれの自己インダクタンス変化の特性図を図示する。ところで、本例の場合、回動体８には、磁性体９と非磁性体１０が交互に設けられている。このため、回動体８が回転したときには、励磁コイル３及び検出コイル４に対し、磁性体９及び非磁性体１０が交互に対向する。このとき、同図に示すように、励磁コイル３（検出コイル４）に非磁性体１０が近づくと、自己インダクタンスＬEXが減少し、励磁コイル３（検出コイル４）に磁性体９が近づくと、自己インダクタンスＬEXが増加する変化をとる。
【００２９】
よって、図７に示すように、本例の場合は、回動体８の回転時、磁性体９及び非磁性体１０が交互にコイル群を覆う動きをとるので、磁性体９に覆われて自己インダクタンスＬEXが「大」となる状態と、非磁性体１０に覆われて自己インダクタンスＬEXが「小」となる状態とが交互に発生する。これにより、相互インダクタンスＭの変化量を大きくとることが可能となる。よって、大きな誘導起電力ＶDEの変化を得ることが可能となる。従って、可動物２の位置検出を精度よく行うのに有利となる。
【００３０】
また、回動体８の回転時、非磁性体１０が励磁コイル３に近づくと、自己インダクタンスＬEXが減少していき、励磁電流ＩEXが変動することになるが、本例の場合、磁性体９が同時に近づくこととなるので、自己インダクタンスＬEXの減少量が少なく抑えられる。よって、励磁電流ＩEXの増減変化を抑制することも可能となる。従って、可動物２の位置検出を精度よく行うのに一層有利となる。
【００３１】
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）回動体８（磁場変化発生部５）には、回動体８の回動方向（図１の矢印Ａ方向）に沿って交互に複数の磁性体９及び非磁性体１０が設けられる。このため、回動体８が回動するときには、励磁コイル３及び検出コイル４に磁性体９及び非磁性体１０が交互に近づくので、回動体８の回動時における励磁コイル３及び検出コイル４の間の相互インダクタンスＭの変化量が増加する。よって、回動体８が回動したときの誘導起電力ＶDEの変化を大きくとることができる。ひいては、位置検出装置１の位置検出の分解能が向上する。
【００３２】
（２）磁場変化発生部５は、可動物２と一体回動する回動体８を備える。磁性体９及び非磁性体１０は、回動体８に設けられるとともに、回動体８の回動方向（図１の矢印Ａ方向）に沿って交互に複数配置されている。よって、回動する可動物２の回動位置を、精度よく検出するのに有利となる。
【００３３】
（３）磁場変化発生部５は、回動体８と、励磁コイル３及び検出コイル４の背面に配置された磁性部材１４とを備える。これにより、励磁コイル３及び検出コイル４のコイル群の両側に磁性材料が配置されるので、コイル群を貫く磁束の量を確保することが可能となる。よって、可動物２の位置の検出精度を確保するのに一層有利となる。
【００３４】
（４）第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃは、一部分が互いに重ね配置されるとともに、回動体８の回動方向（図１の矢印Ａ方向）に沿って規定の位相ずつ順にずれて並び配置されている。よって、第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃから出力される第１検出信号Ｓ１−ａ〜第３検出信号Ｓ１−ｃを所望の位相ずれに設定して、これら第１検出信号Ｓ１−ａ〜第３検出信号Ｓ１−ｃの組み合わせから、可動物２の位置を割り出すことができる。
【００３５】
（５）位置演算部１７は、第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃから出力される第１検出信号Ｓ１−ａ〜第３検出信号Ｓ１−ｃのうち、信号波形が直線状をとるものを２つ選択し、これら信号から可動物２の位置を演算する。よって、第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃの出力において、直線的に変化する成分で位置検出することが可能となるので、可動物２の位置を精度よく判定するのに有利となる。
【００３６】
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。
・磁性体９及び非磁性体１０の回転方向の長さは、同一に限らず、異なっていてもよい。
【００３７】
・磁性体９からなる回動体８に、非磁性体１０が嵌め込まれる構造をとってもよい。
・磁性体９及び非磁性体１０の数（組数）は、複数に限らず、例えば１つとしてもよい。
【００３８】
・磁性部材１４は、固定に限らず、例えば回動体８と同期回動してもよい。
・励磁コイル３は、検出コイル４を一部のみ覆う形状パターンをとってもよい。また、全く覆っていない形状パターンでもよい。
【００３９】
・第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃは、一部分が互いに重ねられていない形状でもよい。
・検出コイル４の個数は、種々の個数に適宜変更可能である。
【００４０】
・検出コイル４の形状やサイズは、実施形態に記載した以外の値に適宜変更可能である。
・第１検出コイル４ａ〜第３検出コイル４ｃの位相のずれ量は、２４°以外の他の値に変更可能である。
【００４１】
・第１検出信号Ｓ１−ａ〜第３検出信号Ｓ１−ｃの周期は、実施形態に記載した以外の値に適宜変更可能である。
・磁場変化発生部５は、磁性部材１４を省略した構成としてもよい。
【００４２】
・検出コイル４の配置位置や個数を適宜変更して、可動物２の位置を３６０°範囲で検出できるようにしてもよい。
・位置検出装置１は、直線移動する可動物２の位置を検出するものでもよい。
【００４３】
・位置検出装置１は、種々の機器や装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…位置検出装置、２…可動物、３…励磁コイル、４…検出コイル、４ａ…第１検出コイル、４ｂ…第２検出コイル、４ｃ…第３検出コイル、５…磁場変化発生部、８…回動体、９…磁性体、１０…非磁性体、１４…磁性部材、１７…位置演算部、Ａ…可動物の可動方向の一例である回動方向、Ｓ１−ａ…第１検出信号、Ｓ１−ｂ…第２検出信号、Ｓ１−ｃ…第３検出信号。
【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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