CN108351194B - 位移检测装置以及无级变速装置 - Google Patents

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Abstract

提供直接检测可动滑轮的位置的位移检测装置以及无级变速装置。位移检测装置具有：形成磁场的磁铁(62)；作为测定对象的可动滑轮(21)，其进行旋转并在与旋转方向正交的方向上进行位移，并在圆周面上具有凹部(210)(或者凸部)；以及传感器(60)，其配置在磁铁(62)与可动滑轮(21)的圆周面之间，在磁铁(62)形成且被诱导到凹部(210)(或者凸部)的磁场内检测伴随可动滑轮(21)的位移的磁通密度的变化。

Description

位移检测装置以及无级变速装置
技术领域
本发明涉及位移检测装置以及无级变速装置。
背景技术
作为以往的技术，提出有分体设置使可动滑轮移动的致动器与检测可动滑轮的位置的传感器的无级变速装置(例如参照专利文献1)。
在专利文献1中公开的无级变速装置以分体的方式具有使可动滑轮移动的致动器和检测可动滑轮的位置的传感器，致动器经由臂使可动滑轮移动，传感器通过检测臂的位置来检测可动滑轮的位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014-196780号公报
发明内容
发明要解决的课题
可是，同致动器与传感器一体设置以检测致动器的杆的突出量的情况相比，在专利文献1中示出的无级变速装置虽然难以受到从传感器起到可动滑轮为止的各要素的尺寸误差和安装误差的影响，从而能够高精度地检测可动滑轮的位置，但是由于并不是直接检测可动滑轮的位置，所以存在精度有限这样的问题。
因此，本发明的目的在于提供直接检测可动滑轮的位置的位移检测装置以及无级变速装置。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，本发明的一方式提供以下的位移检测装置以及无级变速装置。
[1]一种位移检测装置，其具有：
形成磁场的磁铁；
测定对象，其进行旋转并在与旋转方向正交的方向上进行位移，该测定对象在圆周面上具有凹部或者凸部；以及
传感器，其配置在所述磁铁与所述测定对象的圆周面之间，该传感器在所述磁铁形成且被诱导到所述测定对象的所述凹部或者所述凸部的磁场内，检测伴随所述测定对象的位移的磁通密度的变化。
[2]根据所述[1]记载的位移检测装置，
所述凹部或者所述凸部在所述测定对象进行位移的方向上的宽度与位移量大致相同。
[3]一种无级变速装置，其具有：
形成磁场的磁铁；
在圆周面上具有凹部或者凸部的可动滑轮；以及
传感器，其配置在所述磁铁与所述可动滑轮的圆周面之间，该传感器在所述磁铁形成且被诱导到所述凹部或者所述凸部的磁场内，检测伴随所述测定对象的位移的磁通密度的变化。
[4]一种位移检测装置，其具有：
形成磁场的磁铁；以及
传感器，其配置在凹部或者凸部与所述磁铁之间，该凹部或者凸部形成在进行旋转并且在与旋转方向正交的方向上进行位移的测定对象的圆周面上，所述传感器在所述磁铁形成且被诱导到所述测定对象的所述凹部或者所述凸部的磁场内，检测伴随所述测定对象的位移的磁通密度的变化。
发明效果
根据技术方案1、3或者4的发明，能够直接检测可动滑轮的位置。
根据技术方案2的发明，能够在测定对象的位移量的范围内直接检测可动滑轮的位置。
附图说明
图1是示出实施方式的无级变速装置的构成例的局部剖视图。
图2是示出可动滑轮移动时的位移检测装置以及无级变速装置的构成例的局部剖视图。
图3是示出传感器的结构的局部剖视图。
图4A是示出霍尔IC的结构的立体图和剖视图。
图4B是示出霍尔IC的结构的立体图和剖视图。
图5A是用于说明位移检测装置的动作的概略图。
图5B是用于说明位移检测装置的动作的概略图。
图5C是用于说明位移检测装置的动作的概略图。
图6是示出由霍尔IC检测到的磁场的x成分相对于可动滑轮的位移量的坐标图。
图7是示出由霍尔IC检测到的磁场的z成分相对于可动滑轮的位移量的坐标图。
图8是示出传感器的输出相对于可动滑轮的位移量的坐标图。
图9是示出可动滑轮的结构的变形例的剖视图。
图10是示出霍尔IC的结构的变形例的剖视图。
图11是示出位移检测装置的结构的变形例的剖视图。
具体实施方式
[实施方式]
(无级变速装置的结构)
图1是示出实施方式的位移检测装置以及无级变速装置的构成例的局部剖视图。图2是示出可动滑轮移动时的位移检测装置以及无级变速装置的构成例的局部剖视图。此外，将图1以及图2的竖直向下的方向设为z轴方向，将水平向左的方向设为x轴方向，将纵深的跟前方向设为y轴方向。
如图1所示，无级变速机10例如为V带式的无级变速机，该无极变速机10在变速机外壳28内具有：形成在曲柄轴11的一端的带轮轴12；支承于该带轮轴12的驱动带轮20；从动带轮(未图示)；以及搭挂在该驱动带轮20和从动带轮上的V带22。
驱动带轮20包括固定于带轮轴12的固定滑轮15和支承于带轮轴12且能够相对固定滑轮15移动的可动滑轮21，V带22绕挂在这两滑轮15、21之间。
在可动滑轮21的背后，斜板13固定于带轮轴12，多个离心配重19保持在上述可动滑轮21与上述斜板13之间。当带轮轴12进行旋转，而与带轮轴12的转速相应的离心力作用于离心配重19时，离心配重19沿着可动滑轮21的凸轮面17向径向外方移动，使可动滑轮21向固定滑轮15侧移动(参照图2)。其结果是，固定滑轮15与可动滑轮21的间隔变窄，V带22的绕挂半径变大。
另外，对于可动滑轮21而言，V带22的滑动面与凸轮面17由不同部件构成，臂26经由轴承24连结于两面间的凸起部23。而且，在臂26的前端连结有与离心配重19协同动作而使可动滑轮21移动的致动器30的输出杆46。
对于致动器30而言，作为驱动源的马达32与主体部连接，主体部在内部具有使马达32的输出减速的减速齿轮组和经由该减速齿轮组被马达32驱动而旋转的螺母构件。
致动器30具有利用马达32的驱动从主体部突出的输出杆46。在输出杆46的前端54设置有连结有臂26的U槽55。另外，输出杆46由配设在致动器30的主体部的轴承支承。
当输出杆46移动时，臂26也与输出杆46一体移动，使可动滑轮21相对于固定滑轮15移动。其结果是，固定滑轮15与可动滑轮21的间隔、即V带22的绕挂半径产生变化。
也就是说，当如图1所示那样输出杆46向右移动时，固定滑轮15与可动滑轮21的间隔变宽，V带22的绕挂半径变小。另一方面，当如图2所示那样输出杆46向左移动时，固定滑轮15与可动滑轮21的间隔变窄，V带22的绕挂半径变大。可动滑轮21的位移量设为数十mm左右(作为一例，为15mm)的位移。
马达32由控制部(未图示)控制。另外，由控制部进行的控制基于由传感器60检测到的可动滑轮21的位移量而进行。即，将可动滑轮21的位移量作为反馈信息来控制可动滑轮21的移动。
在变速机外壳28设置孔并***有传感器60，该传感器60检测凹部210的位置，该凹部210遍及全周地设置在可动滑轮21的圆周面211上。凹部210以及传感器60构成为：在如图1所示那样固定滑轮15与可动滑轮21的间隔变窄的状态下，凹部210的左端与传感器60的检测位置大致一致，在如图2所示那样固定滑轮15与可动滑轮21的间隔变宽的状态下，凹部210的右端与传感器60的检测位置大致一致。
可动滑轮21由一般的磁性材质形成，例如由铁等材质形成。此外，在变速机外壳28由不锈钢、铝或黄铜等非磁性材料形成的情况下，也可以以不设孔的方式设置传感器60。
图3示出传感器60的结构的局部剖视图。
例如使用合成树脂等将霍尔IC61和磁铁62模制成圆筒形状从而构成传感器60。霍尔IC61配置在磁铁62的磁场中，检测根据凹部210(参照图1、图2)的位移而产生变化的磁场的x成分以及z成分。
磁铁62是用铁素体、钐钴、铷等材料形成的永磁铁，将磁化方向Dm设为z方向。
图4A以及图4B是示出霍尔IC的结构的立体图和剖视图。
如图4A以及图4B所示，作为一例，霍尔IC61具有在z方向上有厚度的平板状的基板610和设置在基板610上且与xy面平行的检测面，并具有：霍尔元件610x1、610x2、610y1、610y2，其作为磁检测元件并将检测方向Dsz设为z方向；磁通集中器611，其局部重叠地设置在霍尔元件610x1、610x2、610y1、610y2上并将x方向以及y方向的磁通转换成z方向，从而使霍尔元件610x1、610x2、610y1、610y2进行检测；以及信号处理电路(未图示)，其处理霍尔元件610x1、610x2、610y1、610y2输出的信号，该霍尔IC61检测x、y、z方向的磁通密度。
例如使用迈来芯(日语：メレキシス)制三轴霍尔位置传感器等，霍尔IC61能够通过取得霍尔元件610x1与610x2的输出的差分和霍尔元件610y1与610y2的输出的差分，从而得到与x方向、y方向的磁通密度成正比的输出。磁通密度与输出的关系随后叙述。另外，霍尔元件610x1与610x2的间隔以及霍尔元件610y1与610y2的间隔为0.2mm，封装模制部的z方向的厚度为1.5mm，x方向的宽度为4.1mm，y方向的高度为3mm。能够使用强磁性铁镍合金作为传感器60的磁通集中器611。另外，传感器60也可以省略霍尔元件610y1和610y2。
此外，若检测方向为x、y、z方向，则也可以使用MR元件等其它种类的元件来代替霍尔IC61，若检测方向包括x、y、z方向，则也可以使用在多个轴向上分别配置有磁检测元件的多轴磁检测IC。
(位移检测装置的动作)
其次，使用图1～图8对实施方式的作用进行说明。
图5A～图5C是用于说明位移检测装置的动作的概略图。
如图5A所示，在可动滑轮21沿x方向未移动的状态(x＝0)下，也就是说，在可动滑轮21与固定滑轮15分离得最远的状态下，从磁铁62被诱导到可动滑轮21的凹部210的磁通如图中的箭头那样，由霍尔IC61检测到的磁通密度的x成分Bx＝Bcosα1在可动滑轮21的移动范围内最大。另外，z成分Bz＝Bsinα1最小。
其次，如图5B所示，在可动滑轮21移动到x方向的中间点(x＝1/2xs)的状态下，在z轴方向上形成有作为对象的磁场而由霍尔IC61检测到的磁通密度的x成分为0。另外，z成分Bz＝B在可动滑轮21的移动范围内最大。
另外，如图5C所示，在可动滑轮21沿x方向移动最远的状态(x＝xs)下，也就是说，在可动滑轮21与固定滑轮15最接近的状态下，从磁铁62被诱导到可动滑轮21的凹部210的磁通成为如图中的箭头那样，由霍尔IC61检测到的磁通密度的x成分Bx＝Bcosα2＝-Bcosα1，其在可动滑轮21的移动范围内负向最大。另外，z成分Bz＝Bsinα2＝Bsinα1最小。
如以上说明那样，若将由霍尔IC61检测到的磁通密度制作成坐标图，则成为以下的图6和图7那样。
图6是示出由霍尔IC61检测到的磁场的x成分相对于可动滑轮21的位移量的坐标图。
由霍尔IC61检测到的磁通密度的x成分为Bx＝Bcosα，在可动滑轮21的位移量为0时Bx最大，在位移量的中间点(x＝1/2xs)，Bx为0，在位移最大的点(x＝xs)，Bx最小。
图7是表示由霍尔IC61检测到的磁场的z成分相对于可动滑轮21的位移量的坐标图。
由霍尔IC61检测到的磁通密度的z成分为Bz＝Bsinα，在可动滑轮21的位移量为0时Bz最小，在位移量的中间点(x＝1/2xs)，Bz最大，在位移最大的点(x＝xs)，Bz再次最小。
图8是示出传感器60的输出相对于可动滑轮21的位移量的坐标图。
传感器60根据上述的磁通密度的x成分Bx和z成分Bz来运算Arctan(Bz/Bx)，计算出磁通的朝向与x轴所成的角度α，并输出与角度α成正比的电压Vout。
(实施方式的效果)
根据上述的第1实施方式，在作为测定对象的可动滑轮21的圆周面211上形成凹部210，利用传感器60检测从磁铁62被诱导到凹部210的磁通，因此能够以非接触的方式直接检测出可动滑轮21的位置。
此外，在上述实施方式中，霍尔IC61检测x方向以及z方向的磁通密度，但是也可以根据仅在x方向或者仅在z方向上检测到的磁通密度来检测可动滑轮21的位置。另外，在仅在x方向上检测磁通密度的情况下，也可以使用在基板的中心沿x方向排列2个霍尔元件并在霍尔元件的外侧排列2个磁通集中器的霍尔IC。
[其它实施方式]
此外，本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变形。例如，能够像以下所示的变形例那样进行变形，也可以对各自进行组合。
(变形例1)
图9是示出可动滑轮的结构的变形例的剖视图。
作为传感器60的测定对象，也可以使用将凸部212设置在圆周面211上的可动滑轮21a。此外，凸部212除了是如图9所示那样其截面的端部垂直的形状以外，也可以是将凹部210翻转的圆顶形状。另外，凸部212也可以构成为与可动滑轮21a为不同部件。另外，在形成凹部的情况下，也可以将凹部周边构成为不同部件。
(变形例2)
图10是示出霍尔IC的结构的变形例的剖视图。
在仅检测x方向的磁通密度的情况下，作为用于传感器60的霍尔IC，也可以使用霍尔IC61b，该霍尔IC61b将霍尔元件610x3相对于基板610b的基板表面垂直设置以便使检测方向Dsx为x方向。
(变形例3)
图11是示出位移检测装置的结构的变形例的剖视图。
在检测x方向的磁通密度的情况下，也可以使用传感器60a，该传感器60a使用将基板表面的法线方向作为检测方向Dsx的霍尔IC61a，并将霍尔IC61a的基板表面的法线方向设为x方向以便使检测方向Dsx为x方向。
此外，在使用传感器60a的情况下，通过将传感器60a的底面设置在比圆周面211靠近可动滑轮21的轴的位置，从而能够增强磁检测的灵敏度。
另外，在上述实施方式中，示出了将位移检测装置用作无级变速装置的例子，但是不限于无级变速装置，只要测定对象是具有圆周面的构件，就能够同样适用。作为其它装置，能够列举出马达的轴等。这些装置都能够以非接触的方式检测位移。另外，测定对象也可以不一定是进行旋转的装置。在该情况下，也可以不遍及全周地设置凹部或凸部。
另外，上述的实施方式的传感器、磁铁的组合为例示，在不损害位置检测的功能且未改变本发明的主旨的范围内，可以将这些结构分别适当选择而变更为新的组合。
产业上的可利用性
提供直接检测可动滑轮的位置的位移检测装置以及无级变速装置。
附图标记说明
10：无级变速机；11：曲柄轴；12：带轮轴；13：斜板；15：固定滑轮；17：凸轮面；19：离心配重；20：驱动带轮；21：可动滑轮；22：带；23：凸起部；24：轴承；26：臂；28：变速机外壳；30：致动器；32：马达；46：输出杆；54：前端；55：槽；60：传感器；61：霍尔IC；62：磁铁；210：凹部；211：圆周面；212：凸部；610：基板；611：磁通集中器。

Claims (4)

1.一种位移检测装置，其特征在于，
该位移检测装置具有：
形成磁场的磁铁；
测定对象，其进行旋转并在与旋转方向正交的方向上进行位移，该测定对象在圆周面上具有凹部或者凸部，该凹部或者该凸部的位移方向的两端与所述圆周面一致；以及
传感器，其配置在所述磁铁与所述测定对象的圆周面之间，该传感器在所述磁铁形成且被诱导到所述测定对象的所述凹部或者所述凸部的磁场内，在所述测定对象的旋转轴方向上检测伴随所述测定对象的位移的磁通密度的变化，
所述传感器被构成为，
在规定的时刻输出与所述旋转轴方向上的第1磁通密度成正比的第1信号，
在规定的时刻输出与同所述测定对象的所述圆周面正交的方向上的第2磁通密度成正比的第2信号，
基于所述第1磁通密度和所述第2磁通密度来计算磁通的角度，且基于所述测定对象在所述旋转轴方向上的位移来检测所述磁通的角度的变化，
所述测定对象在包括所述位移方向上的磁通密度被所述传感器检测为零的点在内的范围内进行位移。
2.根据权利要求1所述的位移检测装置，其特征在于，
所述凹部或者所述凸部在所述测定对象进行位移的方向上的宽度与位移量大致相同，且所述凹部或者所述凸部具有相对于与位移方向垂直且通过该凹部或者该凸部的位移方向的中间点的平面呈面对称的形状。
3.一种无级变速装置，其特征在于，
该无级变速装置具有：
形成磁场的磁铁；
在圆周面上具有凹部或者凸部，且该凹部或者该凸部的位移方向的两端与所述圆周面一致的可动滑轮；以及
传感器，其配置在所述磁铁与所述可动滑轮的圆周面之间，该传感器在所述磁铁形成且被诱导到所述凹部或者所述凸部的磁场内，在所述可动滑轮的旋转轴方向上检测伴随所述可动滑轮的位移的磁通密度的变化，
所述传感器被构成为，
在规定的时刻输出与所述旋转轴方向上的第1磁通密度成正比的第1信号，
在规定的时刻输出与同所述测定对象的所述圆周面正交的方向上的第2磁通密度成正比的第2信号，
基于所述第1磁通密度和所述第2磁通密度来计算磁通的角度，且基于所述测定对象在所述旋转轴方向上的位移来检测所述磁通的角度的变化，
所述可动滑轮在包括所述位移方向上的磁通密度被所述传感器检测为零的点在内的范围内进行位移。
4.一种位移检测装置，其特征在于，
该位移检测装置具有：
形成磁场的磁铁；以及
传感器，其配置在凹部或者凸部与所述磁铁之间，该凹部或者凸部形成在进行旋转并且在与旋转方向正交的方向上进行位移的测定对象的圆周面上，且位移方向的两端与所述圆周面一致，所述传感器在所述磁铁形成且被诱导到所述测定对象的所述凹部或者所述凸部的磁场内，在所述测定对象的旋转轴方向上检测伴随所述测定对象的位移的磁通密度的变化，
所述传感器被构成为，
在规定的时刻输出与所述旋转轴方向上的第1磁通密度成正比的第1信号，
在规定的时刻输出与同所述测定对象的所述圆周面正交的方向上的第2磁通密度成正比的第2信号，
基于所述第1磁通密度和所述第2磁通密度来计算磁通的角度，且基于所述测定对象在所述旋转轴方向上的位移来检测所述磁通的角度的变化，
所述测定对象在包括所述位移方向上的磁通密度被所述传感器检测为零的点在内的范围内进行位移。
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