JP2012002716A

JP2012002716A - 回転検出装置

Info

Publication number: JP2012002716A
Application number: JP2010138977A
Authority: JP
Inventors: Ryota Tanaka; 良太田中; Naohiro Nishiwaki; 直宏西脇
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2012-01-05

Abstract

【課題】回転角度を算出することなく、回転軸が予め定めた角度に位置することを検出することができる回転検出装置を提供する。
【解決手段】シフトポジション検出装置１は、シャフト３の回転に伴って磁界の向きが変わるように配置された磁石２１と、磁石２１の磁界に応じて信号を出力し、シャフト３が予め定めた回転角度にあるときに出力する信号が切り替わるように配置されるＭＲセンサと、複数のＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄの出力する信号が切り替わる回転角度がそれぞれ異なるようにＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄを配置し、複数のＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄの出力する信号の組み合わせに応じてシャフト３の角度範囲を検出するシフトポジション検出手段８０１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸の回転角度を検出する回転検出装置に関する。

従来、磁界の変化を磁気検出素子により検出して回転軸の回転角度を検出する回転検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。この回転検出装置は、回転軸の回転に伴い回転軸の周りを回転する２つの磁石と、回転軸が回転するときに２つの磁石から発せられる磁界の変化を検出して信号を出力する磁気センサと、磁気センサから出力された信号から回転軸の回転角度を算出する演算回路及び制御部とを備える。

この回転検出装置によれば、磁気センサとして磁気抵抗素子をブリッジ回路によって構成した検出部を、それぞれが磁界を検出する方向が異なるように２つ設け、２つの検出部の出力信号の差分を演算することで、回転軸の回転に伴い回転軸の周りを回転する２つの磁石から発せられる磁界の変化を検出する。このため、連続的に回転軸の回転角度を検出することができる。

特開２０１０−３８７６６号公報

しかし、特許文献１に示す回転検出装置は、検出した回転軸の回転角度が予め定めた回転角度の範囲であるかどうかを判断するためには、回転軸の回転角度を算出した後に、検出した回転角度が予め定めた回転角度の範囲であるかどうか判断する必要があった。

従って、本発明の目的は、回転角度を算出することなく、回転軸が予め定めた角度に位置することを検出することができる回転検出装置を提供する。

本発明の一態様は、回転軸の回転に伴って磁界の向きが変わるように前記回転軸に対して配置された磁石と、前記磁石の磁界に応じて信号を出力し、前記回転軸が予め定めた回転角度にあるときに出力する信号が切り替わるように配置される磁気センサと、前記磁気センサの出力する信号が切り替わる回転角度がそれぞれ異なるように前記磁気センサを複数配置し、前記複数の磁気センサの出力する信号の組み合わせに応じて前記回転軸の角度範囲を検出する検出手段とを有する回転検出装置を提供する。

上記回転検出装置は、前記回転軸の回転角度と前記磁石の磁界の方向の回転角度とを予め定めた比率で伝達する減速機をさらに有してもよい。

上記回転検出装置の前記磁石は、平板状に形成され、表面に平行に磁界が生じるよう着磁されており、前記磁気センサは、前記磁石の表面に平行に配置されてもよい。

本発明によれば、回転角度を算出することなく、回転軸が予め定めた角度に位置することを検出することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るシフトポジション検出装置を示す概略斜視図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るシフトポジション検出装置２の構成を示す概略図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るＭＲセンサ２００ａの配置関係を説明するための図であり、図３（ａ）は概略平面図、図３（ｂ）は基準方向Ａに対する配置関係を示す図表である。図４は、本発明の第１の実施の形態に係るシフトポジション検出装置２の回路構成を説明するためのブロック図である。図５は、本発明の第１の実施の形態に係るシフトポジション情報８１０の内容を示す図である。図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施の形態に係る磁石２１及びシフトレバー４のシフトポジション７０ａ〜７０ｅにおける配置を示す概略平面図である。図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係るシフトポジション検出装置２のＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄの出力信号を示すグラフ図及び対応表である。図８は、本発明の第２の実施の形態に係るシフトポジション検出装置を示す概略斜視図である。

［第１の実施の形態］
（シフトポジション検出装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るシフトポジション検出装置を示す概略斜視図である。

このシフトポジション検出装置２は、例えば、車両のシフトユニット１に設けられるものであって、金属製のシャフト３の一端に取り付けられた円盤状の磁石２１と、シャフト３の回転に伴って変化する磁石２１の磁界の向きを検出する磁気センサユニット２０とを有する。磁気センサユニット２０は、検出した磁界の向きに応じて信号を出力し、その出力信号から後述するＥＣＵがシャフト３の回転位置を判定する。

磁気センサユニット２０は、後述する複数のＭＲ（Magneto Resistance）センサを有し、ＭＲセンサは、例えば、複数のＭＲ素子を用いたブリッジ回路及びそのブリッジ回路の出力を変換して信号を出力するＩＣによって構成される。ブリッジ回路は、予め定めた感磁方向を有し、その感磁方向に対する外部の磁界の正弦成分に比例した値を出力する。つまり、感磁方向と外部の磁界の方向が一致したとき（又は感磁方向と外部の磁界の方向が逆向きのとき）、出力値が最も大きく（又は小さくなる）。また、感磁方向と外部の磁界の方向が直交したとき、出力値は０となる。ＩＣは、ブリッジ回路の出力が正のときＨｉｇｈ信号（例えば、＋５Ｖ）を、負のときＬｏｗ信号（例えば、０Ｖ）を出力する。

シフトユニット１は、一端をシャフト３に連結部材３０で連結されて他端をグリップ部としたシフトレバー４と、シフトレバー４を案内するシフトゲート５及びシフトレバー４のシフトポジションを視覚的に運転者に提示するシフトポジション表示部７を備えた合成樹脂からなるシフトパネル６とを有する。

シフトレバー４は、シフトポジション表示部７の表示「Ｐ」、「Ｒ」、「Ｎ」、「Ｄ」、「Ｌ」に応じたシフトポジション７０ａ〜７０ｅをステップ式に移動するよう構成される。シャフト３は、シフトレバー４がステップ式に移動するようシフトポジション７０ａ〜７０ｅに応じた位置に図示しないノッチ等を有する。なお、「Ｐ」、「Ｒ」、「Ｎ」、「Ｄ」、「Ｌ」はそれぞれ車両の駆動系の動作状態を示しており、パーキング、リア、ニュートラル、ドライブ、ローギヤの状態を示す。また、シャフト３の磁石２１が設けられた一端と逆側の他端がシフトロック機構等の他の機構に接続されていてもよい。

図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るシフトポジション検出装置２の構成を示す概略図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。

磁気センサユニット２０は、円盤状の回路基板２００上に配置された複数のＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄを有する。磁石２１は、半円状のＮ極２１ａ及びＳ極２１ｂから構成されて直径１５ｍｍ程度の円盤形状を有し、シャフト３の一端に接着等により取り付けられる。なお、磁石２１の大きさは一例であり、適宜変更してもよい。

磁気センサユニット２０及び磁石２１は、それぞれシャフト３の中心軸上に中心を有して、互いに盤面が平行になるよう、また、磁石２１の磁界を検出できるよう十分近くに配置される。

ＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄは、磁石２１の盤面に平行な磁界を検出するため、回路基板２００の盤面にシャフト３の軸方向から投影した磁石２１の盤面より内側に配置され、それぞれの感磁方向を異なる向きに設定される。なお、ＭＲセンサは、４つに限らずシフトポジションの数に基づいて増減してもよい。

図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るＭＲセンサ２００ａの配置関係を説明するための図であり、図３（ａ）は概略平面図、図３（ｂ）は基準方向Ａに対する配置関係を示す図表である。

図３（ａ）に示すように、ＭＲセンサ２００ａは、その感磁方向Ｂ_ａに直交して無感磁方向ＮＢ_ａを有し、無感磁方向ＮＢ_ａが予め定めた基準方向Ａに対してα_ａの角度をなすように配置される。なお、図示を省略するが、ＭＲセンサ２００ｂ〜２００ｄについても同様に、無感磁方向ＮＢ_ｂ〜ＮＢ_ｄが基準方向Ａに対してα_ｂ〜α_ｄの角度をなすように配置される。また、基準方向Ａは、製造者又は利用者が自由に設定することができるようにしてもよい。

図３（ｂ）に示すように、ＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄは、それぞれ基準方向Ａに対して無感磁方向ＮＢ_ａ〜ＮＢ_ｄがそれぞれ１５°、３０°、４５°、６０°の角度をなすように配置される。なお、これらの角度はＭＲセンサが磁界を検出する角度の周期１８０°以内であれば、自由に設定可能である。また、ＭＲセンサが１８０°と異なる角度の周期を有する場合は、その周期内で設定可能である。

図４（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るシフトポジション検出装置２の回路構成を説明するためのブロック図である。

シフトポジション検出装置２は、複数のＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄと接続されて出力信号を受け付けるとともに演算等によって演算結果を出力するＥＣＵ８０と、情報を記憶する不揮発性のフラッシュメモリ等である記憶部８１と、ＥＣＵ８０の演算結果に基づいた出力信号を出力先に適した信号に変換して出力する出力部８２とを有する。

ＥＣＵ８０は、ＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄの出力信号をそれぞれ受け付けるＭＲセンサ出力受付手段８００と、ＭＲセンサ出力受付手段８００が受け付けた出力信号と記憶部８１に記憶された後述するシフトポジション情報８１０とに基づいてシフトレバー４がシフトポジション７０ａ〜７０ｅのいずれに位置するか検出するシフトポジション検出手段８０１とを有する。シフトポジション検出手段８０１は、検出したシフトポジションに基づいて演算結果として出力信号を生成し、出力部８２に出力する。

出力部８２は、ＥＣＵ８０のシフトポジション検出手段８０１の出力信号を受け付けて、出力先に適した信号に変換して出力する。出力先は、例えば、メーターパネルに設けられたシフトポジション表示のランプであり、該当するシフトポジションのランプを点灯させる信号を出力する。

図５は、本発明の第１の実施の形態に係るシフトポジション情報８１０の内容を示す図である。
シフトポジション情報８１０は、予め登録される情報であり、シフトポジション７０ａ〜７０ｅに対応付けてＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄの出力信号の組み合わせを定義する。シフトポジション検出手段８０１は、シフトポジション情報８１０のうちＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄの出力信号の組み合わせと一致するシフトポジションにシフトレバー４が位置すると判断する。

（動作）
まず、運転者がシフトゲート５に沿ってシフトレバー４をいずれかのシフトポジション７０ａ〜７０ｅに移動すると、シフトレバー４の移動に伴ってシャフト３が回転する。磁石２１は、シャフト３と共に回転し、その磁界の方向が追従して変化する。

図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施の形態に係る磁石２１及びシフトレバー４のシフトポジション７０ａ〜７０ｅにおける配置を示す概略平面図である。

図６（ａ）に示すように、シフトレバー４がシフトポジション７０ａに位置する場合、磁石２１の盤面の磁界の方向が基準方向Ａと平行となる回転角度から時計反対回りに１５°の範囲内に磁石２１が配置される。

図６（ｂ）〜（ｅ）における磁石２１は、図６（ａ）の回転角度を基準として時計反対回りに１５°づつ回転されたものであり、シフトレバー４は、それぞれシフトポジション７０ｂ〜７０ｅに位置する。

次に、磁気センサユニット２０のＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄは、磁石２１による磁界を検出し、Ｌｏｗ（Ｌ）信号又はＨｉｇｈ（Ｈ）信号を出力する。

図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るシフトポジション検出装置２のＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄの出力信号を説明する図であり、図７（ａ）はＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄの検出する磁界と磁石２１の角度の関係を示すグラフ図、図７（ｂ）はＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄが出力する信号と磁石２１の角度の関係を示すグラフ図である。

ＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄは、感磁方向Ｂ_ｉに対する磁界の正弦成分を検出するため、図７（ａ）に示すように、それぞれシャフト３の回転角度に基づいて周期１８０°の正弦関数として振舞う。正弦関数は、ＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄの無感磁方向ＮＢ_ｉと磁石２１の磁界の方向が一致するとき０となり、感磁方向Ｂ_ｉと磁石２１の磁界の方向が一致するとき又は反対となるとき、最大値又は最小値となる。

ＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄは、正の磁界を検出しているときＨ信号を出力し、負の磁界を検出しているときＬ信号を出力するため、図６（ｂ）に示すように、ＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄは、それぞれ無感磁方向ＮＢ_ｉと磁石２１の磁界の方向が一致する回転角度においてＬ信号とＨ信号が切り替わるように信号を出力する。

次に、ＥＣＵ８０のＭＲセンサ出力受付手段８００は、ＭＲセンサ２００ａ〜２００ｄの出力信号を受け付けて、シフトポジション検出手段８０１は、受け付けられたＬ信号とＨ信号の組み合わせに一致するシフトポジションをシフトポジション情報８１０に基づいて検出する。

例えば、シフトレバー４がシフトポジション７０ｂに位置するとき、磁石２１の磁界の方向は、基準方向Ａに対して回転角度１５°〜３０°の範囲内に位置するため、ＭＲセンサ２００ａはＨ信号を、ＭＲセンサ２００ｂ〜２００ｄはＬ信号を出力する。シフトポジション検出手段８０１は、これらの信号及びシフトポジション情報８１０からシフトレバー４をシフトポジション７０ｂの位置に検出する。

（第１の実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によると、ＭＲセンサ２００ａ〜２００ｂの配置角度と磁石２１の磁界の方向との関係性によって出力するＬ信号又はＨ信号の組み合わせから、シフトポジション検出手段８０１は、シャフト３の回転角度を検出するため、ＭＲ素子の磁気抵抗等から回転角度を算出する等の演算を実行することなく、回転軸が予め定めた角度に位置することを検出することができる。

また、ＭＲセンサ２００ａ〜２００ｂ及びシフトポジション検出手段８０１は、いずれも磁界の強さを検出する必要がないため、シフトポジション検出装置２の組立の際に精密な位置合わせ等を必要とせず、組立工程を減少することができる。

なお、シフトポジション検出装置２は、シフトユニット１に限らずシャフト３を有しているものであれば、例えば、ブレーキペダルやアクセルペダル、ステアリングシャフト等に設置しても良い。

［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係るシフトポジション検出装置を示す概略斜視図である。

シフトポジション検出装置２Ａは、第１の実施の形態のシフトポジション検出装置２の構成に加えてさらに減速機２２を有する。減速機２２は、シャフト３に接続されたギヤ２２ａと、磁石２１に接続されたギヤ２２ｂとを噛み合わせることで構成される。減速機２２は、ギヤ２２ａの歯数をギヤ２２ｂの歯数より少なく設定し、シャフト３の回転角度をギヤ２２ａとギヤ２２ｂのギヤ比により減速して磁石２１に伝達する。

（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態によると、シャフト３の回転角度をギヤ２２ａとギヤ２２ｂのギヤ比により減速して磁石２１に伝達するように構成したため、磁気センサユニット２０の回転角度の周期である１８０°以上のシャフト３の回転角度の位置を検出することができる。

また、ギヤ比を逆転させることでシャフト３の回転角度をより精密に検出することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは調整しない範囲内で種々の変形が可能である。

１…シフトユニット、２、２Ａ…シフトポジション検出装置、３…シャフト、４…シフトレバー、５…シフトゲート、６…シフトパネル、７…シフトポジション表示部、１５…回転角度、２０…磁気センサユニット、２１…磁石、２１ａ…Ｎ極、２１ｂ…Ｓ極、２２…減速機、２２ａ、２２ｂ…ギヤ、３０…連結部材、７０ａ-７０ｅ…シフトポジション、８１…記憶部、８２…出力部、２００…回路基板、２００ａ-２００ｄ…ＭＲセンサ、８００…ＭＲセンサ出力受付手段、８０１…シフトポジション検出手段、８１０…シフトポジション情報、

Claims

回転軸の回転に伴って磁界の向きが変わるように前記回転軸に対して配置された磁石と、
前記磁石の磁界に応じて信号を出力し、前記回転軸が予め定めた回転角度にあるときに出力する信号が切り替わるように配置される磁気センサと、
前記磁気センサの出力する信号が切り替わる回転角度がそれぞれ異なるように前記磁気センサを複数配置し、前記複数の磁気センサの出力する信号の組み合わせに応じて前記回転軸の角度範囲を検出する検出手段とを有する回転検出装置。
前記回転軸の回転角度と前記磁石の磁界の方向の回転角度とを予め定めた比率で伝達する減速機をさらに有する請求項１に記載の回転検出装置。
前記磁石は、平板状に形成され、表面に平行に磁界が生じるよう着磁されており、
前記磁気センサは、前記磁石の表面に平行に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転検出装置。