(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】位置検出装置１は、定電圧交流により励磁される励磁コイル３と、励磁コイル３との相互誘導によって誘導起電力を発生する検出コイル４と、被検出部２と連動して検出コイル４の誘導起電力を変化させる検出対象５とを備える。検出コイル４は、コイル途中で折り返した形状（八の字状）とすることにより、コイルの巻き方向が互いに逆となった第１コイル部４ａ及び第２コイル部４ｂを備える。検出対象５は、第１コイル部４ａを覆うことが可能な非磁性体５ａと、第２コイル部４ｂを覆うことが可能な磁性体５ｂとを備える。【選択図】図１
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【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、
前記検出コイルは、コイル途中を折り返されることにより、コイルの巻き方向が互いに逆となった第１コイル部及び第２コイル部を備え、
前記検出対象は、前記第１コイル部及び第２コイル部の一方を覆うことが可能な磁性体と、他方を覆うことが可能な非磁性体とを備えた
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記励磁コイル及び検出コイルは、互いに向き合うように対向配置され、
前記検出対象は、前記励磁コイル及び検出コイルの軸方向に沿って往復動する動きをとる
請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記検出コイルは、環状の前記第１コイル部及び第２コイル部を平面方向に並べた八の字状に形成されている
請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記磁性体は、前記非磁性体よりも厚く形成されている
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。
【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、前記検出コイルは、コイル途中を折り返されることにより、コイルの巻き方向が互いに逆となった第１コイル部及び第２コイル部を備え、前記検出対象は、前記第１コイル部及び第２コイル部の一方を覆うことが可能な磁性体と、他方を覆うことが可能な非磁性体とを備えた。
【０００７】
本構成によれば、検出コイルを途中で折り返した形状とすることにより、コイルの巻き方向が互いに逆となった第１コイル部及び第２コイル部を設ける。そして、検出コイルに接近又は離隔する検出対象を磁性体及び非磁性体の構成とし、これらの一方を第１コイル部に対向させ、他方を第２コイル部に対向させる。これにより、検出対象が検出コイルに対して接近又は離隔するとき、非磁性体に覆われる第１コイル部の相互インダクタンスと、磁性体に覆われる第２検出コイル部の相互インダクタンスとが、互いに正負反対の値をとる。よって、検出コイルの出力を検出する検出回路の回路端から見た相互インダクタンスは同一方向に変化することとなるので、相互インダクタンスの変化を大きくとることが可能となる。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、前記励磁コイル及び検出コイルは、互いに向き合うように対向配置され、前記検出対象は、前記励磁コイル及び検出コイルの軸方向に沿って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軸方向に沿って動く被検出部の位置を検出することが可能となる。
【０００９】
前記位置検出装置において、前記検出コイルは、環状の前記第１コイル部及び第２コイル部を平面方向に並べた八の字状に形成されていることが好ましい。この構成によれば、検出コイルを八の字状という簡素な形状で済ませることが可能となる。
【００１０】
前記位置検出装置において、前記磁性体は、前記非磁性体よりも厚く形成されていることが好ましい。この構成によれば、磁性体によって覆われる検出コイルの相互インダクタンスの変化を大きくと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。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、位置検出装置において、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。
【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。励磁コイル３及び検出コイル４は、互いに向き合うように対向配置されている。
【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、コイルを途中で折り返した形状に形成されている。本例の検出コイル４は、コイルを途中で折り返し形成することにより、コイルの巻き方向が互いに逆となった第１コイル部４ａ及び第２コイル部４ｂを備える。検出コイル４は、コイル中央を折り返すことにより、第１コイル部４ａ及び第２コイル部４ｂを平面方向に並べた八の字状に形成されることにより、右半分と左半分とで巻き方向が互いに逆となるように形成されている。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。検出コイル４は、平面視において励磁コイル３と重なるように配置されている。
【００１６】
検出対象５は、平板状の金属板（金属部）により形成され、検出コイル４の第１コイル部４ａ及び第２コイル部４ｂの両方を覆うことが可能な形状に形成されている。本例の検出対象５は、第１コイル部４ａを覆うことが可能な非磁性体５ａと、第２コイル部４ｂを覆うことが可能な磁性体５ｂ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の軸方向（図１の矢印Ｒ方向）に沿って往復動する動きをとり、被検出部２の動きに合わせて、第１コイル部４ａに接近又は離間するように直線往復動する。非磁性体５ａは、例えば銅からなることが好ましい。磁性体５ｂは、例えば鉄からなることが好ましい。
【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、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が存在しない状態のとき、コイル線を折り返して八の字に形成された第１コイル部４ａと第２コイル部４ｂとにおいて同一の値をとる。このため、仮に検出対象５が存在しない場合を想定すると、相互インダクタンスＭは、検出回路８側から見た場合、「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「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、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。従来位置付けの位置検出装置１では、検出コイル４は単なる四角形状をなし、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が検出コイル４に近づいていくと、以下の２つの現象が発生する。１つ目の現象は、検出対象５が検出コイル４に近づくと、非磁性体５ａ（非磁性体金属板）に渦電流が発生し、励磁コイル３からの磁束Ｂ１を妨げる方向に磁束Ｂ２が発生する。この磁束Ｂ２は、第１コイル部４ａにかかる。これにより、検出コイル４の相互インダクタンスＭの絶対値が減少する。２つ目の現象は、検出対象５が検出コイル４に近づくと、磁性体５ｂ（磁性体金属板）は、励磁コイル３から発生する磁束Ｂ１を強めるように作用する。このため、磁性体５ｂに覆われる検出コイル４の相互インダクタンスＭの絶対値が増加する。
【００２３】
ところで、１つ目の現象による検出コイル４の相互インダクタンスＭと、２つ目の現象による検出コイル４の相互インダクタンスＭとは、それぞれの符号が逆となっている。よって、検出回路８の回路端から見ると、これらの相互インダクタンスＭは、検出対象５との距離Ｋに対して、同一方向に変化することになる。
【００２４】
一方、検出対象５の近接に伴い、励磁コイル３の自己インダクタンスＬEXは、右半分が減少し、左半分が増加する。このため、励磁回路７の端部から見た自己インダクタンスＬEXは変化しない。すなわち、励磁電流ＩEXは、検出対象５の距離によって変化せずに済むことになる。
【００２５】
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。同図に示されるように、誘導起電力ＶDEの構成要素である相互インダクタンスＭは、検出対象５の接近／離隔時において、大きく変化する。また、励磁電流ＩEXは変化しないので、相互インダクタンスＭの変化を妨げない。以上により、大きな誘導起電力ＶDEの変化を得ることが可能となる。
【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）位置検出装置１において、検出コイル４を途中で折り返した形状（八の字状）とすることにより、コイルの巻き方向が互いに逆となった第１コイル部４ａ及び第２コイル部４ｂを設ける。そして、検出コイル４に接近又は離隔する検出対象５を非磁性体５ａ及び磁性体５ｂの構成とし、これらの一方を第１コイル部４ａに対向させ、他方を第２コイル部４ｂに対向させる。これにより、検出対象５が検出コイル４に対して接近又は離隔するとき、非磁性体５ａに覆われる第１コイル部４ａの相互インダクタンスＭと、磁性体５ｂに覆われる第２コイル部４ｂの相互インダクタンスＭとが、互いに正負判定の値をとる。よって、検出コイル４の出力を検出する検出回路８の回路端から見た相互インダクタンスＭは同一方向に変化することとなるので、相互インダクタンスＭの変化を大きくとることが可能となる。よって、被検出部２が作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。
【００２７】
（２）励磁コイル３及び検出コイル４は、互いに向き合うように対向配置される。検出対象５は、励磁コイル３及び検出コイル４の軸方向（図１の矢印Ｒ方向）に沿って往復動する動きをとる。よって、励磁コイル３及び検出コイル４の軸方向に沿って動く被検出部２の位置を、精度よく検出することができる。
【００２８】
（３）検出コイル４は、環状の第１コイル部４ａ及び第２コイル部４ｂを平面方向に並べた八の字状に形成されている。よって、検出コイル４を八の字状という簡素な形状の部材で済ますことができる。
【００２９】
（４）磁性体５ｂは、非磁性体５ａよりも厚く形成されることが好ましい。この場合、磁性体５ｂによって覆われる検出コイル４の相互インダクタンスＭの変化を大きくと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。
【００３０】
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。
・検出対象５は、１枚の板により形成されることに限定されない。すなわち、非磁性体５ａと磁性体５ｂとがそれぞれ別体であってもよい。
【００３１】
・非磁性体５ａ及び磁性体５ｂは、検出コイル４（第１コイル部４ａ及び第２コイル部４ｂ）を完全に覆う形状をとることが好ましい。
・非磁性体５ａと磁性体５ｂとは、異なる面積や形状にて形成されていてもよい。
【００３２】
・非磁性体５ａ及び磁性体５ｂは、同一平面上に配置されることに限らず、異なる平面上に配置されてもよい。
・検出対象５は、検出コイル４の一部分のみ覆う形状としてもよい。
【００３３】
・検出対象５は、金属製の部材（金属部、金属板）に限定されず、例えばコイル配線を巻いた可動コイルとしてもよい。
・第１コイル部４ａは、第２コイル部４ｂと同一コイル面積をとることに限らず、コイル面積を小さく形成してもよい。
【００３４】
・励磁コイル３及び検出コイル４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。
【００３５】
・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。
・励磁コイル３及び検出コイル４は、同一面積に形成されることに限らず、例えば励磁コイル３を検出コイル４よりも大きく形成してもよい。
【００３６】
・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。
・金属製の検出対象５（非磁性体５ａ、磁性体５ｂ）は、四角形状の金属板に限らず、例えば円形などの他の形状に変更してもよい。
【００３７】
・励磁コイル３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。
・検出コイル４は、第１コイル部４ａ及び第２コイル部４ｂを有する形状であれば、他の形状に変更可能である。
【００３８】
・第１コイル部４ａ及び第２コイル部４ｂは、四角形状に限らず、例えば円形状など、他の形状に変更可能である。
・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。
【００３９】
・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。
【００４０】
（イ）前記位置検出装置において、前記検出対象は、前記検出コイルの全体を覆うことが可能な面積で形成されている。この構成によれば、誘導起電力の変化を大きくとるのに一層有利となる。
【符号の説明】
【００４１】
１…位置検出装置、２…被検出部、３…励磁コイル、４…検出コイル、４ａ…第１コイル部、４ｂ…第２コイル部、５…検出対象、５ａ…非磁性体、５ｂ…磁性体、６…位置演算部、ＶDE…誘導起電力、Ｒ…コイルの軸方向。
【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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