JP2017067480A - 変位検出装置及び無段変速装置 - Google Patents

変位検出装置及び無段変速装置 Download PDF

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Abstract

【課題】可動シーブの位置を直接検出する変位検出装置及び無段変速装置を提供する。【解決手段】変位検出装置は、磁場を形成する磁石６２と、回転するとともに、回転方向と直交する方向に変位するものであって、円周面に凹部２１０（又は凸部）を有する測定対象である可動シーブ２１と、磁石６２と可動シーブ２１の円周面との間に配置され磁石６２が形成し凹部２１０（又は凸部）に誘引される磁場内で可動シーブ２１の変位に伴う磁束密度の変化を検出するセンサ６０とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、変位検出装置及び無段変速装置に関する。
従来の技術として、可動シーブを移動させるアクチュエータと可動シーブの位置を検出するセンサとを別体とする無段変速装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示された無段変速装置は、可動シーブを移動させるアクチュエータと、可動シーブの位置を検出するセンサとを別体で有し、アクチュエータはアームを介して可動シーブを移動させ、センサはアームの位置を検出することで可動シーブの位置を検出する。
特開２０１４−１９６７８０号公報
しかし、特許文献１に示す無段変速装置は、アクチュエータとセンサとが一体であってアクチュエータのロッドの突出量を検出する場合に比べて、センサから可動シーブまでの各要素の寸法誤差や組付誤差の影響を受けにくく、可動シーブの位置を精度よく検出できるが、可動シーブの位置を直接検出しているわけではないため精度には限界がある、という問題があった。
従って、本発明の目的は、可動シーブの位置を直接検出する変位検出装置及び無段変速装置を提供することにある。
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の変位検出装置及び無段変速装置を提供する。
［１］磁場を形成する磁石と、
回転するとともに、回転方向と直交する方向に変位するものであって、円周面に凹部又は凸部を有する測定対象と、
前記磁石と、前記測定対象の円周面との間に配置され、前記磁石が形成し前記測定対象の前記凹部又は前記凸部に誘引される磁場内で、前記測定対象の変位に伴う磁束密度の変化を検出するセンサとを有する変位検出装置。
［２］前記凹部又は前記凸部の前記測定対象が変位する方向における幅が、変位量と略同一である前記［１］に記載の変位検出装置。
［３］磁場を形成する磁石と、
円周面に凹部又は凸部を有する可動シーブと、
前記磁石と、前記可動シーブの円周面との間に配置され、前記磁石が形成し前記凹部又は前記凸部に誘引される磁場内で、前記測定対象の変位に伴う磁束密度の変化を検出するセンサとを有する無段変速装置。
［４］磁場を形成する磁石と、
回転するとともに回転方向と直交する方向に変位する測定対象の円周面に形成された凹部又は凸部と、前記磁石との間に配置され、前記磁石が形成し前記測定対象の前記凹部又は前記凸部に誘引される磁場内で、前記測定対象の変位に伴う磁束密度の変化を検出するセンサとを有する変位検出装置。
請求項１、３又は４に係る発明によれば、可動シーブの位置を直接検出することができる。
請求項２に係る発明によれば、測定対象の変位量の範囲において可動シーブの位置を直接検出することができる。
図１は、実施の形態に係る無段変速装置の構成例を示す一部断面図である。 図２は、可動シーブが移動した際の変位検出装置及び無段変速装置の構成例を示す一部断面図である。 図３は、センサの構成を示す一部断面図である。 図４（ａ）及び（ｂ）は、ホールＩＣの構成を示す斜視図及び断面図である。 図５（ａ）−（ｃ）は、変位検出装置の動作を説明するための概略図である。 図６は、可動シーブの変位量に対するホールＩＣが検出する磁場のｘ成分を示すグラフ図である。 図７は、可動シーブの変位量に対するホールＩＣが検出する磁場のｚ成分を示すグラフ図である。 図８は、可動シーブの変位量に対するセンサの出力を示すグラフ図である。 図９は、可動シーブの構成の変形例を示す断面図である。 図１０は、ホールＩＣの構成の変形例を示す断面図である。 図１１は、変位検出装置の構成の変形例を示す断面図である。
［実施の形態］
（無段変速装置の構成）
図１は、実施の形態に係る変位検出装置及び無段変速装置の構成例を示す一部断面図である。図２は、可動シーブが移動した際の変位検出装置及び無段変速装置の構成例を示す一部断面図である。なお、図１及び図２の垂直下方向をｚ軸方向、水平左方向をｘ軸方向、奥行き手前方向をｙ軸方向とする。
図１に示すように、無段変速機１０は、例えば、Ｖベルト式の無段変速機であって、変速機ケース２８内に、クランク軸１１の一端に形成されたプーリ軸１２と、このプーリ軸１２に支持される駆動プーリ２０と、従動プーリ（図示せず）と、これら駆動プーリ２０及び従動プーリに掛け渡されるＶベルト２２を有している。
駆動プーリ２０は、プーリ軸１２に固定される固定シーブ１５と、プーリ軸１２に支持され固定シーブ１５に対して移動可能な可動シーブ２１からなり、これら両シーブ１５，２１間にＶベルト２２が巻き掛けられている。
可動シーブ２１の背後には、ランププレート１３がプーリ軸１２に固定されており、これら可動シーブ２１とランププレート１３との間に複数の遠心ウエイト１９が保持されている。プーリ軸１２が回転し、その回転速度に応じた遠心力が遠心ウエイト１９に作用すると、遠心ウエイト１９が可動シーブ２１のカム面１７に沿って径外方へ移動し、可動シーブ２１を固定シーブ１５側へ移動させる（図２参照）。結果、固定シーブ１５と可動シーブ２１との間隔が狭くなり、Ｖベルト２２の巻き掛け半径が大きくなる。
また、可動シーブ２１は、Ｖベルト２２の摺動面とカム面１７とが別部品で構成されており、両面間のボス部２３には、ベアリング２４を介してアーム２６が連結されている。さらに、アーム２６の先端には、遠心ウエイト１９と協働して可動シーブ２１を移動させるアクチュエータ３０の出力ロッド４６が連結されている。
アクチュエータ３０は、駆動源となるモータ３２を本体部に接続し、本体部はモータ３２の出力を減速する減速ギヤ群と、この減速ギヤ群を介してモータ３２により回転駆動されるナット部材とを内部に有している。
アクチュエータ３０は、本体部からモータ３２の駆動により突出する出力ロッド４６を有している。出力ロッド４６の先端５４には、アーム２６が連結されるＵ溝５５が設けられている。また、出力ロッド４６は、アクチュエータ３０の本体部に配設された軸受により支持される。
出力ロッド４６が移動すると、アーム２６も出力ロッド４６と一体的に移動し、可動シーブ２１を固定シーブ１５に対して移動させる。結果、固定シーブ１５と可動シーブ２１との間隔、即ちＶベルト２２の巻き掛け半径が変化する。
つまり、図１に示すように出力ロッド４６が右方向へ移動すると、固定シーブ１５と可動シーブ２１との間隔が広くなり、Ｖベルト２２の巻き掛け半径が小さくなる。一方、図２に示すように出力ロッド４６が左方向へ移動すると、固定シーブ１５と可動シーブ２１との間隔が狭くなり、Ｖベルト２２の巻き掛け半径が大きくなる。可動シーブ２１の変位量は数１０ｍｍ程度（一例として１５ｍｍ）の変位であるとする。
モータ３２は制御部（図示せず）により制御される。また、制御部による制御は、センサ６０により検出された可動シーブ２１の変位量に基づいて行われる。即ち、可動シーブ２１の変位量をフィードバック情報として可動シーブ２１の移動が制御される。
センサ６０は、変速機ケース２８に孔を設けて挿入され、可動シーブ２１の円周面２１１に前周に渡って設けられた凹部２１０の位置を検出する。凹部２１０及びセンサ６０は、図１に示すように固定シーブ１５と可動シーブ２１との間隔が狭くなった状態において、凹部２１０の左端がセンサ６０の検出位置と略一致し、図４に示すように固定シーブ１５と可動シーブ２１との間隔が広くなった状態において、凹部２１０の右端がセンサ６０の検出位置と略一致するように設けられる。
可動シーブ２１は、一般的な磁性材質、例えば、鉄等の材質から形成される。なお、センサ６０は、変速機ケース２８が、ステンレス、アルミニウムや真鍮等の非磁性材料で形成されている場合は孔を設けずに設置してもよい。
図３は、センサ６０の構成を示す一部断面図である。
センサ６０は、例えば、ホールＩＣ６１と磁石６２とを合成樹脂等を用いて円筒形状にモールドして構成される。ホールＩＣ６１は、磁石６２の磁場中に配置され、凹部２１０（図１、図２参照）の変位に応じて変化する磁場のｘ成分及びｚ成分を検出する。
磁石６２は、フェライト、サマリウムコバルト、ネオジウム等の材料を用いて形成された永久磁石であり着磁方向Ｄｍをｚ方向とする。
図４（ａ）及び（ｂ）は、ホールＩＣの構成を示す斜視図及び断面図である。
ホールＩＣ６１は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、一例として、ｚ方向に厚みを有する平板状の基板６１０と、基板６１０上に設けられてｘｙ面に平行な検出面を有し、磁気検出素子として検出方向Ｄｓｚをｚ方向とするホール素子６１０ｘ１、６１０ｘ２、６１０ｙ１、６１０ｙ２と、ホール素子６１０ｘ１、６１０ｘ２、６１０ｙ１、６１０ｙ２上に一部が重なるように設けられてｘ方向及びｙ方向の磁束をｚ方向に変換してホール素子６１０ｘ１、６１０ｘ２、６１０ｙ１、６１０ｙ２に検出させる磁気コンセントレータ６１１と、ホール素子６１０ｘ１、６１０ｘ２、６１０ｙ１、６１０ｙ２の出力する信号を処理する信号処理回路（図示せず）を有し、ｘ、ｙ、ｚ方向の磁束密度を検出する。
ホールＩＣ６１は、例えば、メレキシス製トライアクシスポジションセンサ等を用い、ホール素子６１０ｘ１と６１０ｘ２との出力の差分、ホール素子６１０ｙ１と６１０ｙ２との出力の差分をとることでｘ方向、ｙ方向の磁束密度に比例した出力を得ることができる。磁束密度と出力との関係は後述する。また、ホール素子６１０ｘ１と６１０ｘ２との間隔、ホール素子６１０ｙ１と６１０ｙ２との間隔は、０．２ｍｍであり、パッケージモールド部はｚ方向の厚みが１．５ｍｍ、ｘ方向の幅が４．１ｍｍ、ｙ方向の高さが３ｍｍである。センサ６０の磁気コンセントレータ６１１として、パーマロイを用いることができる。また、センサ６０は、ホール素子６１０ｙ１と６１０ｙ２を省略してもよい。
なお、検出方向がｘ、ｙ、ｚ方向であれば、ホールＩＣ６１に代えてＭＲ素子等の他の種類の素子を用いてもよいし、検出方向がｘ、ｙ、ｚ方向を含めば複数の軸方向にそれぞれ磁気検出素子を配置した多軸磁気検出ＩＣを用いてもよい。
（変位検出装置の動作）
次に、実施の形態の作用を、図１−図８を用いて説明する。
図５（ａ）−（ｃ）は、変位検出装置の動作を説明するための概略図である。
図５（ａ）に示すように、可動シーブ２１がｘ方向に移動していない状態（ｘ＝０）、つまり、可動シーブ２１と固定シーブ１５が最も離れた状態において、磁石６２から可動シーブ２１の凹部２１０へと誘引される磁束は図中の矢印のようになり、ホールＩＣ６１が検出する磁束密度のｘ成分Ｂｘ＝Ｂｃｏｓα１は可動シーブ２１の移動範囲内において最も大きくなる。また、ｚ成分Ｂｚ＝Ｂｓｉｎα１は最も小さくなる。
次に、図５（ｂ）に示すように、可動シーブ２１がｘ方向の中間点（ｘ＝１／２ｘｓ）に移動した状態において、ｚ軸方向に対象な磁場が形成されてホールＩＣ６１が検出する磁束密度のｘ成分は０となる。また、ｚ成分Ｂｚ＝Ｂは可動シーブ２１の移動範囲内において最も大きくなる。
また、図５（ｃ）に示すように、可動シーブ２１がｘ方向に最も移動した状態（ｘ＝ｘｓ）、つまり、可動シーブ２１と固定シーブ１５が最も接近した状態において、磁石６２から可動シーブ２１の凹部２１０へと誘引される磁束は図中の矢印のようになり、ホールＩＣ６１が検出する磁束密度のｘ成分Ｂｘ＝Ｂｃｏｓα２＝−Ｂｃｏｓα１は可動シーブ２１の移動範囲内において負の方向に最も大きくなる。また、ｚ成分Ｂｚ＝Ｂｓｉｎα２＝Ｂｓｉｎα１は最も小さくなる。
以上に説明したように、ホールＩＣ６１の検出する磁束密度をグラフにすると以下の図６及び図７のようになる。
図６は、可動シーブ２１の変位量に対するホールＩＣ６１が検出する磁場のｘ成分を示すグラフ図である。
ホールＩＣ６１が検出する磁束密度のｘ成分はＢｘ＝Ｂｃｏｓαであり、可動シーブ２１の変位量が０においてＢｘは最大となり、変位量の中間点（ｘ＝１／２ｘｓ）においてＢｘは０となり、最も変位した点（ｘ＝ｘｓ）においてＢｘは最も小さくなる。
図７は、可動シーブ２１の変位量に対するホールＩＣ６１が検出する磁場のｚ成分を示すグラフ図である。
ホールＩＣ６１が検出する磁束密度のｚ成分はＢｚ＝Ｂｓｉｎαであり、可動シーブ２１の変位量が０においてＢｚは最小となり、変位量の中間点（ｘ＝１／２ｘｓ）においてＢｚは最大となり、最も変位した点（ｘ＝ｘｓ）においてＢｚは再び最小となる。
図８は、可動シーブ２１の変位量に対するセンサ６０の出力を示すグラフ図である。
センサ６０は、上記した磁束密度のｘ成分Ｂｘ及びｚ成分Ｂｚから、Ａｒｃｔａｎ（Ｂｚ／Ｂｘ）を演算して、磁束の向きとｘ軸とのなす角度αを算出し、角度αに比例した電圧Ｖｏｕｔを出力する。
（実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によれば、測定対象である可動シーブ２１の円周面２１１に凹部２１０を形成し、磁石６２から凹部２１０に誘引される磁束をセンサ６０で検出するようにしたため、可動シーブ２１の位置を非接触で直接検出することができる。
なお、上記実施の形態ではホールＩＣ６１としてｘ方向及びｚ方向の磁束密度を検出したが、ｘ方向のみ又はｚ方向のみで検出した磁束密度から可動シーブ２１の位置を検出するようにしてもよい。また、ｘ方向のみで磁束密度を検出する場合は、基板の中心にｘ方向にホール素子を２つ並べて、ホール素子の外側に磁気コンセントレータを２つ並べたホールＩＣを用いてもよい。
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々な変形が可能である。例えば、以下に示す変形例のように変形が可能であり、それぞれを組み合わせてもよい。
（変形例１）
図９は、可動シーブの構成の変形例を示す断面図である。
センサ６０の測定対象として、円周面２１１に凸部２１２を設けた可動シーブ２１ａを用いてもよい。なお、凸部２１２は、図９に示すようにその断面の端部が垂直なものの他、凹部２１０を反転させたドーム形状であってもよい。また、凸部２１２は、可動シーブ２１ａと別部品として構成してもよい。また、凹部を形成する場合も凹部周辺を別部品として構成してもよい。
（変形例２）
図１０は、ホールＩＣの構成の変形例を示す断面図である。
ｘ方向のみの磁束密度を検出する場合、センサ６０に用いるホールＩＣとして、検出方向Ｄｓｘがｘ方向となるようにホール素子６１０ｘ３を基板６１０ｂの基板表面に対して垂直に設けたホールＩＣ６１ｂを用いてもよい。
（変形例３）
図１１は、変位検出装置の構成の変形例を示す断面図である。
ｘ方向の磁束密度を検出する場合、基板表面の法線方向を検出方向ＤｓｘとするホールＩＣ６１ａを用い、検出方向Ｄｓｘがｘ方向となるようにホールＩＣ６１ａの基板表面の法線方向をｘ方向にして配置したセンサ６０ａを用いてもよい。
なお、センサ６０ａを用いる場合、センサ６０ａの底面が円周面２１１より可動シーブ２１の軸に近い位置に配置することで磁気検出の感度を向上することができる。
また、上記実施の形態では、変位検出装置を無段変速装置として用いる例を示したが、無段変速装置に限らず測定対象が円周面を有するものであれば同様に適用できる。他の装置としては、モーターのシャフト等が挙げられる。いずれも非接触で変位を検出することができる。また、測定対象は必ずしも回転しないものであってもよい。その場合は凹部や凸部を全周に渡って設けなくてもよい。
また、上記した実施の形態のセンサ、磁石の組み合わせは例示であって、位置検出の機能が損なわれず、本発明の要旨を変更しない範囲内で、これらをそれぞれ適宜選択して新たな組み合わせに変更して用いてもよい。
１０ 無段変速機
１１ クランク軸
１２ プーリ軸
１３ ランププレート
１５ 固定シーブ
１７ カム面
１９ 遠心ウエイト
２０ 駆動プーリ
２１ 可動シーブ
２２ ベルト
２３ ボス部
２４ ベアリング
２６ アーム
２８ 変速機ケース
３０ アクチュエータ
３２ モータ
４６ 出力ロッド
５４ 先端
５５ 溝
６０ センサ
６１ ホールＩＣ
６２ 磁石
２１０ 凹部
２１１ 円周面
２１２ 凸部
６１０ 基板
６１１ 磁気コンセントレータ

Claims (4)

  1. 磁場を形成する磁石と、
    回転するとともに、回転方向と直交する方向に変位するものであって、円周面に凹部又は凸部を有する測定対象と、
    前記磁石と、前記測定対象の円周面との間に配置され、前記磁石が形成し前記測定対象の前記凹部又は前記凸部に誘引される磁場内で、前記測定対象の変位に伴う磁束密度の変化を検出するセンサとを有する変位検出装置。
  2. 前記凹部又は前記凸部の前記測定対象が変位する方向における幅が、変位量と略同一である請求項１に記載の変位検出装置。
  3. 磁場を形成する磁石と、
    円周面に凹部又は凸部を有する可動シーブと、
    前記磁石と、前記可動シーブの円周面との間に配置され、前記磁石が形成し前記凹部又は前記凸部に誘引される磁場内で、前記測定対象の変位に伴う磁束密度の変化を検出するセンサとを有する無段変速装置。
  4. 磁場を形成する磁石と、
    回転するとともに回転方向と直交する方向に変位する測定対象の円周面に形成された凹部又は凸部と、前記磁石との間に配置され、前記磁石が形成し前記測定対象の前記凹部又は前記凸部に誘引される磁場内で、前記測定対象の変位に伴う磁束密度の変化を検出するセンサとを有する変位検出装置。

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