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公開番号2024072782
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-28
出願番号2023166407
出願日2023-09-27
発明の名称位置検出装置
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類G01D 5/12 20060101AFI20240521BHJP(測定;試験)
要約【課題】検出精度を向上可能な位置検出装置を提供すること。
【解決手段】
検出体の位置を検出する位置検出装置は、正弦波状の第1信号V1と、余弦波状の第2信号V2とを出力する信号出力部32、33と、信号出力部が設けられ、検出体と対向して配置される配置部30と、第1信号および第2信号に基づいて検出体位置を算出する信号処理部50とを備える。信号処理部は、第1信号および第2信号を補正する信号補正部54と、補正した第1信号および第2信号に基づいて補正前検出体位置を算出する位置算出部55と、検出範囲の複数の区間毎の補正前検出体位置を補正する区間補正部56とを有する。信号補正部は、配置部が、基準ギャップ、1つ以上の近ギャップ、1つ以上の遠ギャップそれぞれとなるように配置された際の誤差がそれぞれ0に近づくように第1信号および前記第2信号を補正する。区間補正部は、複数の区間毎に補正関数における補正値を導出する。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
検出体（２０、１００）の位置を検出する位置検出装置であって、
前記検出体の位置に応じた正弦波状の第１信号（Ｖ１）と、前記第１信号と位相が異なる余弦波状の前記検出体の位置に応じた第２信号（Ｖ２）とを出力する信号出力部（３２、３３、６１、６２）と、
前記信号出力部が設けられ、前記検出体と離隔した状態で前記検出体と対向して配置される配置部（３０、１０）と、
前記第１信号および前記第２信号に基づいて、前記検出体が所定の検出範囲において変位する際の前記検出体の位置である検出体位置を算出する信号処理部（５０）と、を備え、
前記信号処理部は、
前記第１信号および前記第２信号を補正し、補正した前記第１信号および前記第２信号に基づいて補正前の前記検出体位置である補正前検出体位置を算出し、算出する前記補正前検出体位置の誤差に基づいた補正関数を演算して、前記検出範囲を複数の区間に区分けした際の前記複数の区間毎に算出する前記補正前検出体位置を補正可能であって、
前記検出体と前記配置部とが対向する方向である対向方向における前記検出体と前記配置部との間隔をギャップ（Ｇ）とし、基準となる前記ギャップを基準ギャップとし、前記基準ギャップより前記検出体と前記配置部との間隔が小さい前記ギャップを近ギャップとし、前記基準ギャップより前記検出体と前記配置部との間隔が大きい前記ギャップを遠ギャップとしたとき、
前記配置部が、前記基準ギャップ、１つ以上の前記近ギャップ、１つ以上の前記遠ギャップそれぞれとなるように配置された際の前記補正前検出体位置の誤差がそれぞれ０に近づくように前記第１信号および前記第２信号を補正するとともに、前記複数の区間毎に前記補正関数における補正値を導出する位置検出装置。
続きを表示（約 3,100 文字）【請求項２】
検出体（２０、１００）の位置を検出する位置検出装置であって、
前記検出体の位置に応じた正弦波状の第１信号（Ｖ１）と、前記第１信号と位相が異なる余弦波状の前記検出体の位置に応じた第２信号（Ｖ２）とを出力する信号出力部（３２、３３、６１、６２）と、
前記信号出力部が設けられ、前記検出体と離隔した状態で前記検出体と対向して配置される配置部（３０、１０）と、
前記第１信号および前記第２信号に基づいて、前記検出体が所定の検出範囲において変位する際の前記検出体の位置である検出体位置を算出する信号処理部（５０）と、を備え、
前記信号処理部は、
前記第１信号および前記第２信号を補正する信号補正部（５４）と、
前記信号補正部が補正した前記第１信号および前記第２信号に基づいて補正前の前記検出体位置である補正前検出体位置を算出する位置算出部（５５）と、
前記位置算出部が算出する前記補正前検出体位置の誤差に基づいた補正関数を演算して、前記検出範囲を複数の区間に区分けした際の前記複数の区間毎の前記位置算出部が算出する前記補正前検出体位置を補正する区間補正部（５６）と、を有し、
前記検出体と前記配置部とが対向する方向である対向方向における前記検出体と前記配置部との間隔をギャップ（Ｇ）とし、基準となる前記ギャップを基準ギャップとし、前記基準ギャップより前記検出体と前記配置部との間隔が小さい前記ギャップを近ギャップとし、前記基準ギャップより前記検出体と前記配置部との間隔が大きい前記ギャップを遠ギャップとしたとき、
前記信号補正部は、前記配置部が、前記基準ギャップ、１つ以上の前記近ギャップ、１つ以上の前記遠ギャップそれぞれとなるように配置された際の前記補正前検出体位置の誤差がそれぞれ０に近づくように前記第１信号および前記第２信号を補正し、
前記区間補正部は、前記複数の区間毎に前記補正関数における補正値を導出する位置検出装置。
【請求項３】
前記検出体は、回転体であって、０°から３６０°より小さい所定の回転範囲内で回転可能であって、
前記信号出力部は、前記検出体が前記所定の回転範囲内で回転する際の前記検出体の回転角度に応じて前記第１信号および前記第２信号を出力し、
前記信号補正部は、前記位置算出部が算出する前記所定の回転範囲内の前記補正前検出体位置の誤差が０に近づくように前記第１信号および前記第２信号を補正し、
前記位置算出部は、前記信号補正部が補正した前記第１信号および前記第２信号に基づいて前記所定の回転範囲内の前記補正前検出体位置を算出する請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記基準ギャップは、１つ以上の前記近ギャップのうちの前記基準ギャップから最も離れた前記近ギャップの大きさと、１つ以上の前記遠ギャップのうちの前記基準ギャップから最も離れた前記遠ギャップの大きさとの中心の大きさに設定される請求項２または３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記信号補正部は、前記第１信号の位相、ゲイン、オフセットのうちの少なくとも１つを補正するとともに、前記第２信号の位相、ゲイン、オフセットのうちの少なくとも１つを補正する請求項２または３に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記信号補正部は、前記配置部が前記基準ギャップとなるように配置された際の前記補正前検出体位置の誤差と、前記配置部が前記遠ギャップとなるように配置された際の前記補正前検出体位置の誤差との差が０に近づくように前記第１信号のオフセットを補正するとともに、前記第２信号のオフセットを補正する請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、前記第１信号および前記第２信号に基づいて、逆正接関数を演算してアークタンジェント変換することで前記検出体の位置を算出し、
前記信号補正部は、前記配置部が前記遠ギャップとなるように配置された場合に前記信号処理部が前記第１信号および前記第２信号をアークタンジェント変換して得られる１次成分が、前記配置部が前記近ギャップとなるように配置された場合に前記信号処理部が前記第１信号および前記第２信号をアークタンジェント変換して得られる１次成分に近づくように前記第１信号のオフセットを補正するとともに、前記第２信号のオフセットを補正する請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記第１信号のオフセットは、前記第１信号の振幅の変化によらないオフセット成分である第１定量オフセットおよび前記第１信号の振幅の変化に応じて信号の大きさが変化するオフセット成分である第１可変オフセットを含み、
前記第２信号のオフセットは、前記第２信号の振幅の変化によらないオフセット成分である第２定量オフセットおよび前記第２信号の振幅の変化に応じて信号の大きさが変化するオフセット成分である第２可変オフセットを含み、
前記信号補正部は、前記第１信号の振幅の変化量と前記第１信号の振幅の変化量に基づく前記第１信号のオフセットの変化量との関係が比例関係となるように前記第１定量オフセットを調整するとともに、前記第２信号の振幅の変化量と前記第２信号の振幅の変化量に基づく前記第２信号のオフセットの変化量との関係が比例関係となるように前記第２定量オフセットを調整し、
前記区間補正部は、前記第１信号および前記第２信号をアークタンジェント変換して算出した前記検出体の位置に含まれる１次成分を除去するように、前記複数の区間毎の前記位置算出部が算出する前記補正前検出体位置を補正する請求項７に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記配置部は、基板であって、
前記信号出力部は、前記基板に形成されるとともに、送信コイル（３１）と、前記送信コイルへの通電による電磁誘導によって、誘導結合する第１受信コイル（３２）および第２受信コイル（３３）と、を含み、
前記第１受信コイルは、通電する前記送信コイルからの電磁誘導によって前記検出体に流れる渦電流の影響を受けて変化する、前記検出体の位置に応じた前記第１信号を第１電圧値として出力し、
前記第２受信コイルは、通電する前記送信コイルからの電磁誘導によって前記検出体に流れる渦電流の影響を受けて変化する、前記検出体の位置に応じた前記第２信号を第２電圧値として出力し、
前記信号処理部は、前記第１電圧値および前記第２電圧値に基づいて、前記検出体位置を算出する請求項２または３に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記配置部は、基板であって、
前記信号出力部は、前記基板に設けられるとともに、前記検出体の位置に応じてインダクタンスが変化する第１受信コイル（３２）および第２受信コイル（３３）を含み、
前記第１受信コイルは、前記検出体の位置に応じて変化する自身のインダクタンスの変化を前記第１信号として出力し、
前記第２受信コイルは、前記検出体の位置に応じて変化する自身のインダクタンスの変化を前記第２信号として出力し、
前記信号処理部は、前記第１受信コイルのインダクタンスの変化および前記第２受信コイルのインダクタンスの変化に基づいて、前記検出体位置を算出する請求項２または３に記載の位置検出装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、位置検出装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、検出体に配置された複数の磁石から受ける磁界の変化に基づいて、検出体の位置を検出するリニアポジションセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。このリニアポジションセンサは、移動する検出体における複数の磁石の位置に対応した位相の正弦信号及び余弦信号を取得する検出部を備え、検出部が取得する正弦信号及び余弦信号に基づいて検出体の位置を検出する。
【０００３】
また、特許文献１に記載のリニアポジションセンサは、検出体における複数の磁石の間隔を不等間隔に配置し、または、磁石の高さを不均等に配置して検出部が受ける磁界をアンバランスに調整することで、特定の位置の検出精度を向上させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－１６３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らの鋭意検討によれば、特許文献１に記載のリニアポジションセンサのような正弦信号及び余弦信号に基づいて検出体の位置を検出する位置検出装置において、特定の位置に限定されず、検出精度を向上させる余地があることが分かった。
【０００６】
本開示は、検出精度を向上可能な位置検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、
検出体（２０、１００）の位置を検出する位置検出装置であって、
前記検出体の位置に応じた正弦波状の第１信号（Ｖ１）と、前記第１信号と位相が異なる余弦波状の前記検出体の位置に応じた第２信号（Ｖ２）とを出力する信号出力部（３２、３３、６１、６２）と、
前記信号出力部が設けられ、前記検出体と離隔した状態で前記検出体と対向して配置される配置部（３０、１０）と、
前記第１信号および前記第２信号に基づいて、前記検出体が所定の検出範囲において変位する際の前記検出体の位置である検出体位置を算出する信号処理部（５０）と、を備え、
前記信号処理部は、
前記第１信号および前記第２信号を補正し、補正した前記第１信号および前記第２信号に基づいて補正前の前記検出体位置である補正前検出体位置を算出し、算出する前記補正前検出体位置の誤差に基づいた補正関数を演算して、前記検出範囲を複数の区間に区分けした際の前記複数の区間毎に算出する前記補正前検出体位置を補正可能であって、
前記検出体と前記配置部とが対向する方向である対向方向における前記検出体と前記配置部との間隔をギャップ（Ｇ）とし、基準となる前記ギャップを基準ギャップとし、前記基準ギャップより前記検出体と前記配置部との間隔が小さい前記ギャップを近ギャップとし、前記基準ギャップより前記検出体と前記配置部との間隔が大きい前記ギャップを遠ギャップとしたとき、
前記配置部が、前記基準ギャップ、１つ以上の前記近ギャップ、１つ以上の前記遠ギャップそれぞれとなるように配置された際の前記補正前検出体位置の誤差がそれぞれ０に近づくように前記第１信号および前記第２信号を補正するとともに、前記複数の区間毎に前記補正関数における補正値を導出する。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、
検出体（２０、１００）の位置を検出する位置検出装置であって、
検出体の位置に応じた正弦波状の第１信号（Ｖ１）と、第１信号と位相が異なる余弦波状の検出体の位置に応じた第２信号（Ｖ２）とを出力する信号出力部（３２、３３、６１、６２）と、
信号出力部が設けられ、検出体と離隔した状態で検出体と対向して配置される配置部（３０、１０）と、
第１信号および第２信号に基づいて、検出体が所定の検出範囲において変位する際の検出体の位置である検出体位置を算出する信号処理部（５０）と、を備え、
信号処理部は、
第１信号および第２信号を補正する信号補正部（５４）と、
信号補正部が補正した第１信号および第２信号に基づいて補正前の検出体位置である補正前検出体位置を算出する位置算出部（５５）と、
位置算出部が算出する補正前検出体位置の誤差に基づいた補正関数を演算して、検出範囲を複数の区間に区分けした際の複数の区間毎の位置算出部が算出する補正前検出体位置を補正する区間補正部（５６）と、を有し、
検出体と配置部とが対向する方向である対向方向における検出体と配置部との間隔をギャップ（Ｇ）とし、基準となるギャップを基準ギャップとし、基準ギャップより検出体と配置部との間隔が小さいギャップを近ギャップとし、基準ギャップより検出体と配置部との間隔が大きいギャップを遠ギャップとしたとき、
信号補正部は、配置部が、基準ギャップ、１つ以上の近ギャップ、１つ以上の遠ギャップそれぞれとなるように配置された際の補正前検出体位置の誤差がそれぞれ０に近づくように第１信号および第２信号を補正し、
区間補正部は、複数の区間毎に補正関数における補正値を導出する。
【０００９】
これによれば、配置部との間隔が基準ギャップ、近ギャップおよび遠ギャップのいずれかとなるように配置された場合において、検出体位置の誤差が０に近づくように補正項を導出することで、検出誤差を抑制することができる。したがって、位置検出装置における検出精度を向上させることができる。
【００１０】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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