JP2013120118A - Inclination sensor and vehicle inclination detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、傾斜センサに関し、特に、コンパクトでシンプルな構成で安価な傾斜センサ及び車載の傾斜検出装置に関する。 The present invention relates to an inclination sensor, and more particularly, to an inexpensive inclination sensor and a vehicle-mounted inclination detection device with a compact and simple configuration.
傾斜センサは、任意の検知角度で傾斜を検知するものであり、従来の先行例として、特許文献1〜特許文献5を示す。 An inclination sensor detects inclination by arbitrary detection angles, and shows patent documents 1-patent documents 5 as a conventional prior art.
特許文献1には、自動二輪車の傾斜を精度良く検知可能とし、車種に応じた重量の振り子を低コスト且つ容易に製造し得るとともに、振り子を小型化してセンサ全体を小型化することができる搭乗手段の傾斜センサが記載されている。
また、特許文献2には、振動や外部磁場に対する影響が軽減されると同時に温度変化に対して検出精度の良い傾斜センサが記載されており、特許文献3には、着磁したムーブメントをケースに回動自在に軸支して、ムーブメントが所定の角度以上に回動したことをホール素子によって検知するに際して、何らダンパー機能をもたせることなく車両走行時の振動による誤検知を防止し、車両の傾倒状態の検知を複雑な調整をすることなく容易に応答性良くなすことができる傾斜センサが記載されている。
Patent Document 2 describes a tilt sensor that is less affected by vibrations and external magnetic fields, and at the same time has high detection accuracy with respect to temperature changes.
また、特許文献4には、傾倒センサにおけるムーブメントの動きが良くなって応答性が良くなるとともに、軸を通して車体の振動が伝わることがなくなって安定性が良くなる傾斜センサが記載されており、特許文献5には、検出体である移動体の移動が容易でありながら振動の影響を受けにくく精度が確保でき、簡素な構造で小型化も可能で安価な傾斜センサが記載されている。 Patent Document 4 describes a tilt sensor that improves the movement of the tilt sensor and improves the responsiveness, and also prevents the vibration of the vehicle body from being transmitted through the shaft, thereby improving the stability. Document 5 describes an inexpensive tilt sensor that is easy to move a moving body that is a detection body but is less susceptible to vibrations, can ensure accuracy, can be downsized with a simple structure, and is inexpensive.
しかし、利用分野や用途によって検知したい検知角度が異なる場合は多数存在する。例えば、車載では、異なる車種ごとに検知角度の要求仕様が異なる。 However, there are many cases where the detection angle to be detected differs depending on the application field and application. For example, in a vehicle, the required specification of the detection angle is different for each different vehicle type.
特許文献1に記載の発明では、検知角度の精度は磁石の強弱および使用されるホールICの感度の影響を大きく受けるため、小型化するには問題がある。またホールIC内部にフェライトを使用した部品を使用した場合、磁力が大きすぎると吸着してしまい検知角度誤差となるという課題があった。
In the invention described in
また、特許文献2記載の発明では、閉磁界を形成するために別部品を配設してヨークとしている。部品点数が増え構造が複雑。着磁の際は、ヨークを配設する前に着磁作業が必要な為、着磁後のヨーク配設は困難となるという課題があった。 In the invention described in Patent Document 2, a separate part is provided to form a yoke in order to form a closed magnetic field. The number of parts increases and the structure is complicated. At the time of magnetization, there is a problem that it is difficult to dispose the yoke after magnetization because a magnetizing operation is required before disposing the yoke.
さらに、例えば、特許文献3、4記載の発明では、振り子が円形に近いと重心が軸中心に近くなり検知角度精度が悪くなり、また、重心を軸よりも下げるために付加錘を使用すると構造が複雑で高価となるという課題があった。また、特許文献5記載の発明では、液体を信頼性高く密封するために金属を使用するが、例えばアルミのような筐体に振り子の軸受けを設けると構造が複雑で金型での製造は困難であるという課題があった。
Further, for example, in the inventions described in
本発明は、上記課題に鑑みて、コンパクトでシンプルな構成により安価な傾斜センサを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an inexpensive tilt sensor with a compact and simple configuration.
上記目的を達成するため、本発明の傾斜センサは、ケース内に回動可能に取り付けられた半円形の強磁性体の両端に磁石が取り付けられて磁束を発生する振り子体と、前記磁束の発生を検出する磁気センサとを備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the tilt sensor of the present invention includes a pendulum body that generates a magnetic flux by attaching magnets to both ends of a semicircular ferromagnetic body that is rotatably mounted in a case, and the generation of the magnetic flux. And a magnetic sensor for detecting.
また、本発明の傾斜センサは、更に、前記振り子体は、希土類鉄系ボンド磁石、希土類鉄系鉄系焼結磁石、希土類鉄系熱間加工磁石、フェライトボンド磁石、またはフェライト焼結磁石から成る永久磁石が、前記強磁性体に成形加工されたものであることを特徴とする。 Further, in the tilt sensor of the present invention, the pendulum body is composed of a rare earth iron-based bonded magnet, a rare earth iron-based iron sintered magnet, a rare earth iron-based hot worked magnet, a ferrite bonded magnet, or a ferrite sintered magnet. A permanent magnet is formed into the ferromagnetic material.
また、本発明の傾斜センサは、更に、前記振り子体は、希土類鉄系ボンド磁石、希土類鉄系鉄系焼結磁石、希土類鉄系熱間加工磁石、フェライトボンド磁石、またはフェライト焼結磁石から成る永久磁石が、SUSまたはニッケル等の強磁性体材料から成る前記強磁性体に、2材成形、インサート成形、または接着一体化により成形加工されたものであることを特徴とする。 Further, in the tilt sensor of the present invention, the pendulum body is composed of a rare earth iron-based bonded magnet, a rare earth iron-based iron sintered magnet, a rare earth iron-based hot worked magnet, a ferrite bonded magnet, or a ferrite sintered magnet. A permanent magnet is obtained by molding the ferromagnetic material made of a ferromagnetic material such as SUS or nickel by two-material molding, insert molding, or adhesive integration.
また、本発明の傾斜センサは、更に、前記振り子体の回動範囲規制のためのストッパは、前記ケース内の液体封止のための栓部材を兼用したものであることを特徴とする。 The tilt sensor according to the present invention is further characterized in that the stopper for regulating the rotation range of the pendulum body also serves as a plug member for liquid sealing in the case.
また、本発明の傾斜センサは、更に、前記ケース内に別設された樹脂製のインナ部材に形成されていることを特徴とする。 The tilt sensor according to the present invention is further characterized by being formed on a resin inner member separately provided in the case.
また、本発明の車載の傾斜検知装置は、上記の傾斜センサと、磁気センサもしくはホールICが実装された回路基板部材とが、車両に固定可能な固定部材を設けたケース部材内に収納されていることを特徴とする In addition, the in-vehicle tilt detection device of the present invention includes the tilt sensor and a circuit board member on which a magnetic sensor or a Hall IC is mounted housed in a case member provided with a fixing member that can be fixed to a vehicle. It is characterized by
本発明によれば、振り子体を半円形とすることで重心位置は軸に対して下方となりまた、ケースも小さくなり安価となる。また、両端に磁石を配設し、中央を強磁性体とすることで磁束密度が急峻なSN切り替わりでありながらピークを低く抑え、磁気センサもしくはホールICのフェライトによる吸着影響が抑えられる。また、強磁性体が近づいても影響が抑えられる。また、振り子自体が磁路を形成するヨークの役割を果たすので別部材を必要としない。また、組立も簡素化できる。 According to the present invention, since the pendulum body is semicircular, the position of the center of gravity is lowered with respect to the axis, and the case is also small and inexpensive. In addition, by arranging magnets at both ends and using a ferromagnetic material at the center, the peak is kept low while the magnetic flux density is abruptly switched by SN, and the influence of adsorption by the magnetic sensor or Hall IC ferrite is suppressed. Moreover, even if the ferromagnetic material approaches, the influence can be suppressed. Further, since the pendulum itself serves as a yoke for forming a magnetic path, no separate member is required. Also, assembly can be simplified.
また、本発明では、半円形の振り子体でもストッパを設けることで倒立も検出できる。また、回転によるチャタリングの抑制が可能であり、ストッパの配設に特別な部材を必要としないので安価となる。 In the present invention, even a semi-circular pendulum body can detect an inverted position by providing a stopper. Further, chattering due to rotation can be suppressed, and a special member is not required for disposing the stopper, so that the cost is reduced.
また、本発明では、振動による誤作動抑止するために液体を封止する場合は、アルミ等の金属筐体を使用し密封信頼性を高めるが、軸受けをアルミの金型成型で行うと高精度成型となり高精度のアルミ成型金型は一般的に高価となる。樹脂等の金型の方が安価であり、液体封入はダンピングの効果だけでなく潤滑油として例えばエンジンオイルの様な高分子油を使用することで、軸と軸受け部の摺動部を円滑に動作させることができ、高価な部材や複雑な構造を必要としない。このことによりインナ部材は安価な樹脂を金型成型で作成が可能である。 In addition, in the present invention, when liquid is sealed in order to suppress malfunction due to vibration, a metal housing such as aluminum is used to improve sealing reliability. However, when the bearing is formed by molding of aluminum, high accuracy is achieved. High-precision aluminum molds are generally expensive because they are molded. Molds such as resin are cheaper, and liquid sealing not only has a damping effect, but also uses a polymer oil such as engine oil as a lubricating oil, so that the sliding part of the shaft and the bearing part can be made smooth It can be operated and does not require expensive members or complicated structures. As a result, the inner member can be produced by molding an inexpensive resin.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1の傾斜センサの分解斜視図である。図1において、傾斜センサ100は、栓部材101と蓋部材102と振り子体103と樹脂製のインナ部材104とケース105から構成され、ケース105内に回動可能に取り付けられた半円形の強磁性体301の両端に永久磁石302が取り付けられた振り子体103が磁束を発生し、ケース105の外部に取り付けられた磁気センサ304が磁束発生を検出して傾斜を検出する。
1 is an exploded perspective view of a tilt sensor according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the
栓部材101と蓋部材102とは、例えば、Alなどの金属で形成され、振り子体103は、半円形の強磁性体301の両端に磁石302が形成された構造であり、半円形の振り子体103は、回転軸を中心に回動可能である。
The
樹脂製のインナ部材104には、例えば、POMなどの合成樹脂で形成されており、半円形の振り子体103の回転軸を支える回転軸受106を備えている。また、ケース105は、例えば、Al等の金属で形成され、蓋部材102で蓋をされた内部に、振り子体103と樹脂製のインナ部材104とを収納して、緩衝用の液体が注入され、栓部材101で全体が封入される。
The resin
図2は本発明の実施例の傾斜センサの組立図である。例えば、Alのケース105内に、振り子体103と樹脂製のインナ部材104と緩衝用の液体が封入されており、ケース105内で、振り子体103が回転軸を中心に回動する。Alのケース105、Alの蓋部材102、Alの栓部材は、部品の順次組立において液体を高品質に密封するため、例えば、レーザ溶接等で封止する。
FIG. 2 is an assembly diagram of the tilt sensor according to the embodiment of the present invention. For example, a
図3は本発明の実施例の傾斜センサを傾斜させたときの変化を示す図である。図3の左は、Alのケース105内に、振り子体103と樹脂製のインナ部材104と緩衝用の液体が封入された傾斜センサ100が傾斜していない状態の図である。振り子体103が下方に位置し、栓部材101と蓋部材102とが上方に位置している。図3の右図は傾斜センサ100が右側に90°傾斜した状態を示しており、栓部材101と蓋部材102とが右方に位置している。栓部材101は振り子体103の回動を制限するストッパの役割を果たしており、振り子体103の一部と栓部材101とが係合して、振り子体103は最下方の位置まで移動しない。
FIG. 3 is a diagram showing a change when the tilt sensor of the embodiment of the present invention is tilted. The left side of FIG. 3 shows a state in which the
図4は本発明の実施例2の傾斜センサを組み込む車載の傾斜検出装置の分解斜視図である。図4において、車載の傾斜検出装置200は、磁気センサもしくはホールICが実装された回路基板部材201、傾斜センサ100、ケース部材204から構成され、ケース部材204には固定部材203が設けられている。ケース部材204内には、回路基板部材201、傾斜センサ100が収納される。
FIG. 4 is an exploded perspective view of an in-vehicle tilt detection apparatus incorporating the tilt sensor according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the in-vehicle
図5は本発明の実施例の傾斜センサ100を組み込んだ車載の傾斜検出装置の組立図である。ケース部材204内には、回路基板部材201、傾斜センサ100が収納されており、ケース部材204に設けられた固定部材203を車両(図示せず)に固定して、車載の傾斜検出装置200内の傾斜センサ100により車両の傾斜を検出する。
FIG. 5 is an assembly diagram of an in-vehicle tilt detection apparatus incorporating the
図6は本発明の実施例の振り子体の正面図と側面図である。図6において、振り子体103は、半円形の強磁性体301の両端に磁石302,302を備えている。強磁性体301には回転軸303が設けられており、振り子体103は回転軸303と一体で軸受の中で同時に回動する。強磁性体301は、例えばSUSやニッケルなどにより形成され、磁石302,302とインサート成型されている。
FIG. 6 is a front view and a side view of the pendulum body of the embodiment of the present invention. In FIG. 6, the
磁石302,302は、例えば、ボンド磁石など金型成型しやすい材料が望ましく、永久磁石全般(希土類鉄系ボンド磁石、希土類鉄系焼結磁石、希土類鉄系熱間加工磁石、フェライト、ボンド磁石、フェライト焼結磁石等)を磁石302,302として採用することができる。また、強磁性体301と磁石302,302との成形方案としては、2材成形にかぎらず、インサート成形、接着一体化の手法を採用することができる。
For the
図7は本発明の実施例の振り子体の回動と磁束密度の変化の関係を示す図である。図7において、半円形の強磁性体301の両端に磁石302,302を備えた振り子体103の周辺近傍に形成される磁束の磁束密度の測定結果を右図に示す。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the rotation of the pendulum body and the change in magnetic flux density according to the embodiment of the present invention. In FIG. 7, the measurement result of the magnetic flux density of the magnetic flux formed near the periphery of the
図7に示されるように、振り子中央の強磁性体301は磁気回路を構成するヨークの役割となり、磁束密度のピークを押さえ、外部の強磁性体に吸着する誤作動を抑制する。図7の右図に示されるように、振り子体103の回転角度が−60°から+60°の範囲で、磁束密度の強さは平坦な値を示している。
As shown in FIG. 7, the
また、−60°と+60°の近傍では、磁束密度の強さは急激に変化(傾斜が大)しており、この角度で、磁束密度の変化を測定して、傾斜角度を正確に測定することができる、以上のように、振り子中央の強磁性体301を配置し、両端に磁石を配置することにより、強磁性体301のヨークの作用により磁束密度のピークを低く抑制することと磁束密度のSN切り替わりを急峻とすることを両立させている。
Further, in the vicinity of −60 ° and + 60 °, the intensity of the magnetic flux density changes abruptly (the inclination is large). At this angle, the change in the magnetic flux density is measured, and the inclination angle is accurately measured. As described above, by arranging the
図8は、本発明との比較例として、振り子体を磁石で形成した従来例の振り子体の回動と磁束密度の変化を示している。振り子体103を磁石材料単体で構成した場合、図8中N極の磁束密度が増加し、磁気センサ304であるホールICや外部強磁性体の影響を受けやすくなり誤作動の原因となる。また、吸着の影響を抑えるために磁束密度を低くすると磁束密度の波形は鈍り、傾斜検知角度の閾値のばらつきが大きくなって好ましくない。
FIG. 8 shows, as a comparative example with the present invention, rotation of a conventional pendulum body in which a pendulum body is formed of a magnet and changes in magnetic flux density. When the
図9は本発明の実施例の傾斜センサの振り子体とストッパとの関係を示す図である。図9において、半円形の強磁性体301の両端に磁石302,302を備えた振り子体103は、回転軸303の周りを回動する。半円形の振り子体103の周辺近傍に形成される磁束の磁束密度は、ケース105の外部に配置される磁気センサ304であるホールICにより測定される。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the pendulum body and the stopper of the tilt sensor according to the embodiment of the present invention. In FIG. 9, a
図9の右図は、傾斜センサ100のケース105が回転角度305だけ左回りに回動した状態を示している。傾斜センサ100は自重により、回転軸303の代わりを鉛直方向下方に回転しようとするが、ケース105に設けられたストッパ101と傾斜センサ100の一部が係合することにより、傾斜センサ100の回動作が制限される。
The right diagram in FIG. 9 shows a state in which the
図10は、本発明の実施例の振り子体の回動と磁束密度の変化とストッパとの関係を示す図である。図10において、65°以上120以下で傾斜検知を行うと、例えば車両の転倒を検知する場合、振り子体103が120°以上回転すると磁気センサ304であるホールICは通常の出力となってしまう。
FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the rotation of the pendulum body, the change in magnetic flux density, and the stopper according to the embodiment of the present invention. In FIG. 10, when tilt detection is performed at 65 ° or more and 120 or less, for example, when detecting the fall of the vehicle, if the
そこで、図9の右図に示すように、ストッパ101は磁気センサ304であるホールICがONを保持できる位置に設置することが望ましい。例えば、振り子体103の回転防止角度は120°までの間で止まる様な仕様とし、図10に示すように、例えば±80°の回転角度305の範囲内で磁束密度を測定するように設定することが望ましい。また、このストッパ101として、傾斜センサ100のケース105内に液体を密封する栓部材101を兼用することが望ましい。
Therefore, as shown in the right diagram of FIG. 9, it is desirable that the
図11は本発明の樹脂インナ部104を設けた本発明の実施例と、樹脂インナ部104を設けない従来例との違いを説明する図である。図11において、左図の傾斜センサは、栓部材401、蓋部材402、振り子体403、軸受け部であるケース404から構成されている。傾斜センサを小型にして行くと軸受け部であるケース404の精度は高精度が必要になるが、生産では金型で製作するため精度を出すのは高価となり、また金型の製造自体が困難なものとなる。
FIG. 11 is a diagram for explaining the difference between the embodiment of the present invention in which the resin
これに対して、本発明では、図11の右図に示すように樹脂製のインナ部104を入れることにより、Alのケース105は単純な形状となる。また、図11の左図に示すように軸受け部である404を蓋部材402で押さえる構造とすると、蓋部材402も複雑な形状が必要となるが、本発明では、図10の右図に示しように、蓋部材102も平板形状で簡素化できる。
On the other hand, in the present invention, the
図12は、図8の誤差要因部分の拡大図である。図12の拡大図において、グラフの横軸は傾斜センサの角度(deg)を示し、グラフの縦軸は磁束密度の大きさを示している。グラフ上の太線の曲線は、図11の右側に示される樹脂製のインナ部材104を備えた本発明の傾斜センサの測定角度(deg)と磁束密度の大きさを示しており、グラフ上の細線の曲線は、図11の左側に示される樹脂製のインナ部材のない従来例の傾斜センサの測定角度(deg)と磁束密度の大きさを示している。
FIG. 12 is an enlarged view of the error factor portion of FIG. In the enlarged view of FIG. 12, the horizontal axis of the graph represents the angle (deg) of the tilt sensor, and the vertical axis of the graph represents the magnitude of the magnetic flux density. The bold curve on the graph indicates the measurement angle (deg) and the magnitude of the magnetic flux density of the tilt sensor of the present invention having the resin
図12において、磁束密度を測定する磁気センサ、例えば、ホールICの感度に製造上、一定幅の感度ばらつきがあるとすると、磁束の変化をこの感度ばらつきの範囲のどこかで検知することになる。例えば、従来例の場合には、ホールICの感度ばらつきの範囲では、磁束密度の変化の傾斜が寝ているため、検知角度は、8degの幅のばらつきを生じてしまう。 In FIG. 12, if the sensitivity of a magnetic sensor for measuring the magnetic flux density, for example, the Hall IC has a certain variation in sensitivity in manufacturing, a change in the magnetic flux is detected somewhere in the range of this sensitivity variation. . For example, in the case of the conventional example, in the range of the sensitivity variation of the Hall IC, the gradient of the change in magnetic flux density lies, so that the detection angle varies in width of 8 deg.
一方、図6及び図7に示した本発明を適用した構造を用いれば、傾斜角度に対する磁束密度の変化が大きく傾斜が急峻なので、ホールICの一定幅の感度ばらつきの範囲内で、傾斜センサの検知角度は2degのばらつき幅で検出できるため、傾斜角度の測定精度を大幅に上昇させることが可能となる。 On the other hand, if the structure to which the present invention shown in FIGS. 6 and 7 is applied is used, the change in magnetic flux density with respect to the tilt angle is large and the tilt is steep. Since the detection angle can be detected with a variation width of 2 deg, it is possible to greatly increase the measurement accuracy of the inclination angle.
100 傾斜センサ
101 栓部材
102 蓋部材
103 振り子体
104 樹脂製のインナ部材
105 ケース
106 回転軸受
200 車載の傾斜検出装置
201 回路基板部材
202 配線用コネクタ
203 固定部材
204 ケース部材
301 強磁性体
302 磁石
303 回転軸
304 磁気センサ,ホールIC
305 回動角度
401 栓部材
402 蓋部材
403 振り子体
404 ケース
DESCRIPTION OF
305
Claims (6)
前記振り子体は、希土類鉄系ボンド磁石、希土類鉄系鉄系焼結磁石、希土類鉄系熱間加工磁石、フェライトボンド磁石、またはフェライト焼結磁石から成る永久磁石が、前記強磁性体に成形加工されたものであることを特徴とする傾斜センサ。 The tilt sensor according to claim 1,
The pendulum body is formed of a rare earth iron-based bond magnet, a rare earth iron-based iron-based sintered magnet, a rare-earth iron-based hot-worked magnet, a ferrite-bonded magnet, or a ferrite-sintered magnet. An inclination sensor characterized by being made.
前記振り子体は、希土類鉄系ボンド磁石、希土類鉄系鉄系焼結磁石、希土類鉄系熱間加工磁石、フェライトボンド磁石、またはフェライト焼結磁石から成る永久磁石が、SUSまたはニッケルの強磁性体材料から成る前記強磁性体に、2材成形、インサート成形、または接着一体化により成形加工されたものであることを特徴とする傾斜センサ。 The tilt sensor according to claim 2,
The pendulum body is a rare-earth iron-based bond magnet, a rare-earth iron-based iron-based sintered magnet, a rare-earth iron-based hot-worked magnet, a ferrite-bonded magnet, or a permanent magnet composed of a ferrite-sintered magnet. A tilt sensor, wherein the ferromagnetic material made of a material is molded by two-material molding, insert molding, or adhesive integration.
前記振り子体の回動範囲規制のためのストッパは、前記ケース内の液体封止のための栓部材を兼用したものであることを特徴とする傾斜センサ。 The tilt sensor according to claim 1,
The tilt sensor according to claim 1, wherein the stopper for restricting the rotation range of the pendulum body also serves as a plug member for liquid sealing in the case.
前記振り子体の軸受は、前記ケース内に別設された樹脂製のインナ部材に形成されていることを特徴とする傾斜センサ The tilt sensor according to claim 1,
The tilt sensor is characterized in that the bearing of the pendulum body is formed on a resin inner member provided separately in the case.
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2011
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