CN107655496A - 位移检测装置及无级变速装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供对可动槽轮的位置进行直接检测的位移检测装置和无级变速装置。无级变速器(10)具有：磁铁(62)，其形成磁场；可动槽轮(21)，其在圆周面(211)具有凹部(210)；传感器(60)，其具备：霍尔元件(610)，其配置在磁铁(62)和可动槽轮(21)的圆周面(211)之间，在磁铁(62)形成的、被凹部(210)诱导的磁场内，在旋转方向和与旋转方向正交的方向上分别检测出伴随可动槽轮(21)的位移的磁通密度的变化，输出与磁通密度相应的输出值；和信号处理电路，其对霍尔元件(610)的输出进行处理，传感器(60)将霍尔元件(610l)和霍尔元件(610r)沿与旋转方向正交的方向以预定间隔配置，信号处理电路分别计算出霍尔元件(610l)和(610r)的输出值之差作为第1差和第2差，以基于该第1差和该第2差之比求出的值为输出信号。

Description

位移检测装置及无级变速装置
技术领域
本发明涉及位移检测装置及无级变速装置。
背景技术
作为现有技术，提出了以下的无级变速装置，该无级变速装置中，使可动槽轮移动的致动器和对可动槽轮的位置进行检测的传感器为分立元件(例如，参照专利文献1)。
专利文献1中公开的无级变速装置以分立元件的形式具有：使可动槽轮移动的致动器；和对可动槽轮的位置进行检测的传感器，致动器通过臂使可动槽轮移动，传感器通过检测臂的位置来检测可动槽轮的位置。
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
发明要解决的问题
但是，专利文献1所示的无级变速装置，与致动器和传感器为一体的且检测致动器的杆的突出量的情况相比，难以受到从传感器到可动槽轮的各元件的尺寸误差和组装误差的影响，能够高精度地检测可动槽轮的位置，但是存在以下问题：由于不是直接检测可动槽轮的位置，从而精度存在限制。
因此，本发明的目的在于提供直接检测可动槽轮的位置的位移检测装置及无级变速装置。
解决问题的方案
对于本发明的一形态，为了实现上述目的，提供以下的位移检测装置。
技术方案1的位移检测装置具有：
磁铁，其形成磁场；
测量对象，其进行旋转，并且沿旋转轴方向进行位移，且在圆周面具有凹部或凸部；以及
传感器，其具备：检测元件，其配置在所述磁铁和所述测量对象的圆周面之间，在所述磁铁形成的、且被所述测量对象的所述凹部或所述凸部诱导的磁场内，在所述旋转轴方向和所述测量对象的半径方向上，分别检测出伴随所述测量对象的位移的磁通密度的变化，输出与磁通密度相应的输出值；和信号处理电路，其对该检测元件的输出进行处理，
在所述传感器中，将所述检测元件沿所述旋转轴方向以预定间隔成组地配置，所述信号处理电路关于所述旋转轴方向和所述半径方向分别计算出该多个检测元件的输出值之差作为第1差和第2差，输出基于该第1差和该第2差之比求出的值作为输出信号。
技术方案2的无级变速装置具有：
磁铁，其形成磁场；
可动槽轮，其在圆周面具有凹部或凸部；以及
传感器，其具备：检测元件，其配置在所述磁铁和所述可动槽轮的圆周面之间，在所述磁铁形成的、且被所述可动槽轮的所述凹部或所述凸部诱导的磁场内，在所述可动槽轮的旋转轴方向和所述可动槽轮的半径方向上，分别检测出伴随所述可动槽轮的位移的磁通密度的变化，输出与磁通密度相应的输出值；和信号处理电路，其对该检测元件的输出进行处理，
在所述传感器中，将所述检测元件沿所述旋转轴方向以预定间隔成组地配置，所述信号处理电路关于所述旋转轴方向和所述半径方向分别计算出该多个检测元件的输出值之差作为第1差和第2差，输出基于该第1差和该第2差之比求出的值作为输出信号。
技术方案3的位移检测装置具有：
磁铁，其形成磁场；以及
传感器，其具备：检测元件，其配置于在进行旋转并且沿旋转轴方向进行位移的测量对象的圆周面形成的凹部或凸部和所述磁铁之间，在所述磁铁形成的、且被所述测量对象的所述凹部或所述凸部诱导的磁场内，在所述旋转轴方向和所述测量对象的半径方向上，分别检测出伴随所述测量对象的位移的磁通密度的变化，输出与磁通密度相应的输出值；和信号处理电路，其对该检测元件的输出进行处理，
在所述传感器中，将所述检测元件沿所述旋转轴方向以预定间隔成组地配置，所述信号处理电路关于所述旋转轴方向和所述半径方向分别计算出该多个检测元件的输出值之差作为第1差和第2差，输出基于该第1差和该第2差之比求出的值作为输出信号。
发明效果
根据技术方案1～3的发明，可以直接检测可动槽轮的位置。
附图说明
图1是表示实施方式的无级变速装置的结构例的部分剖面图。
图2是表示可动槽轮进行了移动时的位移检测装置及无级变速装置的结构例的部分剖面图。
图3是表示传感器的结构的部分剖面图。
图4中(a)及(b)是表示霍尔IC的结构的立体图及剖面图。
图5A中(a)-(c)是用于说明位移检测装置的动作的概略图。
图5B中(d)、(e)是用于说明位移检测装置的动作的概略图。
图6是表示霍尔IC检测出的磁场的x分量相对于可动槽轮的位移量的曲线图。
图7是表示霍尔IC检测出的磁场的z分量相对于可动槽轮的位移量的曲线图。
图8是表示传感器的输出相对于可动槽轮的位移量的曲线图。
图9是表示可动槽轮的结构的变形例的剖面图。
符号说明
10 无级变速器
11 曲柄轴
12 带轮轴
13 斜板
15 固定槽轮
17 导向面
19 离心重块
20 驱动带轮
21 可动槽轮
22 带
23 毂部
24 轴承
26 臂
28 变速器壳体
30 致动器
32 电机
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
611l、611r 磁集中器
具体实施方式
[实施方式]
(无级变速装置的结构)
图1是表示实施方式的位移检测装置及无级变速装置的结构例的部分剖面图。图2是表示可动槽轮进行了移动时的位移检测装置及无级变速装置的结构例的部分剖面图。此外，将图1及图2的垂直下方向设为z轴方向，将水平左方向设为x轴方向，将纵深跟前方向设为y轴方向。
如图1所示，无级变速器10例如是V带式无级变速器，在变速器壳体28内具有：在曲柄轴11的一端形成的带轮轴12；被该带轮轴12支撑的驱动带轮20；从动带轮(未图示)；架设于这些驱动带轮20和从动带轮上的V带22。
驱动带轮20由固定于带轮轴12的固定槽轮15、和被带轮轴12支撑且能够相对于固定槽轮15进行移动的可动槽轮21构成，在这些两槽轮15、21之间，围绕有V带22。
在可动槽轮21的背后，将斜板13固定于带轮轴12，在这些可动槽轮21和斜板13之间保持有多个离心重块19。若带轮轴12进行旋转，与其旋转速度相应的离心力作用于离心重块19，则离心重块19沿着可动槽轮21的导向面17向径向外侧移动，使可动槽轮21向固定槽轮15侧移动(参照图2)。结果，固定槽轮15与可动槽轮21之间的间隔变窄，V带22的围绕半径变大。
另外，可动槽轮21中，V带22的滑动面和导向面17由分离部件构成，在两面间的毂部23经由轴承24连结有臂26。并且，在臂26的前端连结有与离心重块19协同动作使可动槽轮21移动的、致动器30的输出杆46。
致动器30中，将作为驱动源的电机32与主体部连接，主体部在内部具有：将电机32的输出减速的减速齿轮组；和经由该减速齿轮组由电机32旋转驱动的螺母部件。
致动器30具有由于电机32的驱动而从主体部突出的输出杆46。在输出杆46的前端54设置有将臂26连结的U槽55。另外，输出杆46被在致动器30的主体部设置的轴承支撑。
若输出杆46进行了移动，则臂26也与输出杆46一体地移动，使可动槽轮21向固定槽轮15移动。结果，固定槽轮15与可动槽轮21之间的间隔、即V带22的围绕半径发生变化。
即，若如图1所示那样输出杆46向右方向进行了移动，则固定槽轮15与可动槽轮21之间的间隔变宽，V带22的围绕半径变小。另一方面，若如图2所示那样输出杆46向左方向进行了移动，则固定槽轮15与可动槽轮21之间的间隔变窄，V带22的围绕半径变大。设可动槽轮21的位移量为数10mm左右(作为一例为15mm)的位移。
电机32被控制部(未图示)控制。另外，控制部基于由传感器60检测到的可动槽轮21的位移量进行控制。即，将可动槽轮21的位移量作为反馈信息对可动槽轮21的移动进行控制。
传感器60插入到设置于变速器壳体28的孔中，检测在可动槽轮21的圆周面211遍及整周地设置的凹部210的位置。凹部210及传感器60设置为，在如图1所示那样固定槽轮15与可动槽轮21之间的间隔变宽的状态下，传感器60位于比凹部210的左端靠外侧一定距离的位置，在如图2所示那样固定槽轮15与可动槽轮21之间的间隔变窄的状态下，传感器60位于比凹部210的右端靠外侧一定距离的位置。凹部210的宽度为5mm左右(作为一例，为7.5mm)，是可动槽轮21的位移量的1/2倍以上即可。
可动槽轮21由一般的磁性材料、例如铁等材料形成。此外，对于传感器60，在变速器壳体28由不锈钢、铝或黄铜等非磁性材料形成的情况下，不设置孔进行设置也可以。
图3是表示传感器60的结构的部分剖面图。
传感器60例如是使霍尔IC61和圆柱形的磁铁62的x及y方向上的中心一致，并使用合成树脂等模压成圆筒形状而构成的。霍尔IC61配置在磁铁62的磁场中，检测与凹部210(参照图1、图2)的位移相应地变化的磁场的x分量及z分量。
磁铁62是使用铁氧体、钐钴、钕等材料形成的永磁铁，其磁化方向Dm为z方向。
如后述那样，在将霍尔元件610r1与610r2之间的间隔设为0.2mm的情况下(图4)，对于磁铁62，使用纵向5mm、横向5mm、高度6mm的磁铁，但是能够根据霍尔元件610r1与610r2之间的间隔适当地改变形状。此外，若增大磁铁62的高度，则磁通到达远处，因此，可以将传感器60与凹部210及圆周面211之间的距离设为较大，但是磁铁62的成本变高。另外，随着增加磁铁62的高度，吸引无级变速装置中的铁粉的量增加。
图4中(a)及(b)是表示霍尔IC的结构的立体图及剖面图。
霍尔IC61如图4中(a)及(b)所示，作为一例具有：在z方向上具有厚度的平板状的基板610；设置于基板610上并具有与xy面平行的检测面，将检测方向Dsz设为z方向的作为磁检测元件的霍尔元件610l1、610l2、610r1、610r2；被设置为一部分重叠在霍尔元件610l1、610l2上及610r1、610r2上、将x方向的磁通变换到z方向来使霍尔元件610l1、610l2及610r1、610r2检测出的磁集中器611l及611r；和对霍尔元件610l1、610l2、610r1、610r2输出的信号进行处理的信号处理电路(未图示)，霍尔IC61检测x、z方向的磁通密度。此外，有时将霍尔元件610l1、610l2统称称为霍尔元件610l，将霍尔元件610r1、610r2统称称为霍尔元件610r。
对于霍尔IC61，例如使用迈利芯(Melexis)制Triaxis位置传感器等，其通过取得左侧的霍尔元件610l1和610l2的输出之差、和右侧的霍尔元件610r1和610r2的输出之差，从而分别得到与左侧的霍尔元件610l及右侧的霍尔元件610r的位置处的x方向的磁通密度成比例的输出2Bxl及2Bxr。另外，通过将左侧的霍尔元件610l1和610l2的输出相加，将右侧的霍尔元件610r1和610r2的输出相加，从而分别得到与左侧的霍尔元件610l及右侧的霍尔元件610r的位置处的z方向的磁通密度成比例的输出2Bzl及2Bzr。此外，将与x方向及z方向的磁通密度成比例的输出Bxl、Bxr及Bzl、Bzr的敏感方向设为图4中(b)所示的Dsx及Dsz，霍尔元件610l的敏感方向为x正方向、z负方向，霍尔元件610r的敏感方向为x负方向、z正方向。
接着，霍尔IC61求出左侧的霍尔元件610l和右侧的霍尔元件610r的与x方向的磁通密度成比例的输出之差(Bxr-Bxl)＝ΔBx(第1差)，并求出左侧和右侧的与z方向的磁通密度成比例的输出之差(Bzr-Bzl)＝ΔBz(第2差)这两个值，将基于这两种值之比而决定的值作为霍尔IC61的输出。对于磁通密度和输出之间的关系，将后述。对于磁集中器611l和磁集中器611r之间的间隔，作为一例是1.9-2.0mm。另外，霍尔元件610l1和610l2之间的间隔、霍尔元件610r1和610r2之间的间隔是0.2mm，封装模压部的z方向的厚度为1.5mm，x方向的宽度为8.2mm，y方向的高度为3mm。作为传感器60的磁集中器611，可以使用坡莫合金。此外，通过增大磁集中器611，从而霍尔IC61的检测敏感度提高，但是，磁集中器611发生磁饱和的最大磁通密度降低，因此，以使检测敏感度和最大磁通密度成为最适合的值的方式来选择其大小。
此外，如果检测方向为x、z方向，则也可以代替霍尔IC61而使用MR元件等其它种类的元件，如果检测方向包括x、z方向，则也可以使用在多个轴向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)
接着，使用图1-图8对实施方式的作用进行说明。
图5A中(a)-(c)及图5B中(d)、(e)是用于说明位移检测装置的动作的概略图。
如图5A中(a)所示，在可动槽轮21未进行移动的状态(x＝L/2)、即可动槽轮21与固定槽轮15最远离的状态下，从磁铁62向可动槽轮21的圆周面211诱导的磁通如图中的箭头所示那样，霍尔IC61的霍尔元件610l和610r检测出的磁通密度的x分量为正和负，因此，其差ΔBx在可动槽轮21的移动范围内为最大。另外，霍尔元件610l和610r检测出的磁通密度的z分量相同，因此，z分量之差ΔBz为0。
接着，如图5A中(b)所示，在可动槽轮21移动到未进行移动的状态与中间点之间的状态(x＝L/4)下，左半部分的磁通被向圆周面211吸引，右半部分的磁通形成朝向凹部210那样的磁场，因此，霍尔元件610l检测出的磁通密度与图5A中(a)的情况相同，但是，霍尔元件610r检测出的磁通与图5A中(a)的情况相比变小，霍尔IC61检测出的磁通密度的x分量之差与图5A中(a)的情况相比变小。另外，霍尔元件610r检测出的磁通密度的z分量与图5A中(a)的情况相比变小，因此，z分量之差ΔBz为负的方向且是比x＝L/2的状态小的值。
接着，如图5A中(c)所示，在可动槽轮21移动到x方向的中间点(x＝0)的状态下，从磁铁62向可动槽轮21的凹部210诱导的磁通如图中的箭头所示那样，霍尔元件610l和610r检测出的磁通密度的x分量为正和负，但是，与图5A中(a)的情况相比，各自的绝对值变小。因此，磁通密度的x分量之差为最小。另外，霍尔元件610l和610r检测出的磁通密度的z分量相同，因此，z分量之差ΔBz为0。
接着，如图5B中(d)所示，在可动槽轮21移动到中间点与进行了最远移动的状态之间的状态(x＝-L/4)下，为与图5A中(b)左右反转的状态，霍尔IC61检测出的磁通密度的x分量之差与图5A中(b)的情况相同。另外，霍尔元件610r检测出的磁通密度的z分量为将图5A中(b)的情况正负反转后的值。
另外，如图5B中(e)所示，在可动槽轮21在x方向进行了最远移动的状态(x＝-L/2)下，即，可动槽轮21与固定槽轮15最接近的状态下，是与图5A中(a)相同的状态，霍尔IC61的霍尔元件610l和610r检测出的磁通密度的x分量为正和负，因此，其差ΔBx在可动槽轮21的移动范围内为最大。另外，霍尔元件610l和610r检测出的磁通密度的z分量相同，因此，z分量之差ΔBz为0。
如以上说明的那样，若将霍尔IC61检测出的磁通密度画成曲线图，则如以下的图6及图7那样。
图6是表示霍尔IC61检测出的磁场的x分量相对于可动槽轮21的位移量的曲线图。
对于霍尔IC61检测出的磁通密度的x分量之差ΔBx，在可动槽轮21的位移量为最小(x＝L/2)及最大(x＝-L/2)时，ΔBx为最大，在位移量的中间点(x＝0)时，ΔBx为最小。此外，ΔBoffset是相对于霍尔元件610l和610r偏置有总是向外敞开朝向的磁场而产生的，如果由磁铁62形成的磁场发生变化则变化。此外，磁铁62的磁特性依赖于温度，因此，ΔBoffset的值也依赖于温度。
图7是表示霍尔IC61检测出的磁场的z分量相对于可动槽轮21的位移量的曲线图。
对于霍尔IC61检测出的磁通密度的z分量之差ΔBz，在可动槽轮21的位移量为最小(x＝L/2)、中间点(x＝0)、进行了最远位移的点(x＝-L/2)，Bz为0，在经过点(x＝L/4)为最小，在经过点(x＝-L/4)为最大。
图8是表示传感器60的输出相对于可动槽轮21的位移量的曲线图。
传感器60根据上述的磁通密度的x分量Bx及z分量Bz运算Arctan(ΔBz/(ΔBx-ΔBoffset))＝α，来计算出角度α，输出与角度α成比例的电压Vout。电压Vout为与位移x呈线性关系的值。此外，磁铁62的磁特性依赖于温度，因此，ΔBoffset的值也根据温度而改变。
(实施方式的效果)
根据上述的第1实施方式，因为构成为，在作为测量对象的可动槽轮21的圆周面211形成凹部210，利用传感器60检测从磁铁62向凹部210诱导的磁通，所以能够以非接触方式直接检测可动槽轮21的位置。此外，凹部210除了垂直地形成台阶以外，以曲线方式形成也可以起到同样的效果。
另外，输出是对Arctan(ΔBz/(ΔBx-ΔBoffset))＝α进行运算而求出的，因此，作为输出的电压Vout为与位移x呈线性关系的值。这与一般的齿轮传感器的输出为开关式、且只对齿轮的齿数进行计数相比，在能够得到连续的位移这点是有利的。另外，由于根据x方向及z方向的磁通之差求出α，因此，霍尔IC61难以受到外部干扰噪声影响。
另外，构成为，将霍尔元件610l和霍尔元件610r在x方向上隔开一定距离而配置，由假定为将作为软磁体的可动槽轮21配置于无穷远的情况下的磁铁62形成的磁通，对霍尔元件610l和霍尔元件610r来说为对象，且构成为，根据霍尔元件610l的输出和霍尔元件610r的输出之差求出位移，因此，能够检测的位移L为凹部的宽度l的2倍。在使用霍尔元件610l和霍尔元件610r中任意一者的情况下，能够检测的位移与凹部的宽度l相同，因此，与此相比，为2倍。
[其它实施方式]
此外，本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形。例如，能够如以下所示的变形例那样进行变形，也可以将这些进行组合。
(变形例1)
图9是表示可动槽轮的结构的变形例的剖面图。
作为传感器60的测量对象，也可以使用在圆周面211设置了凸部212的可动槽轮21a。此外，凸部212如图9所示，其剖面的端部为垂直的，除此以外，也可以为半圆形形状。另外，也可以将凸部212作为与可动槽轮21a分离的部件来构成。另外，在形成凹部的情况下，也可以将凹部周边作为分离部件来构成。
另外，在上述实施方式中，示出了将位移检测装置设为无级变速装置来使用的例子，但是，不限于无级变速装置，如果是测量对象具有圆周面，则可以同样地适用。作为其它装置，可以例举电机的轴等，以非接触方式检测位移。另外，对于测量对象，也可以不一定旋转。在这种情况下，也可以不遍及整周设置凹部或凸部。另外，在测量对象旋转的情况下，可以遍及整周进行旋转(360°)，也可以部分地进行旋转(<360°)。
另外，上述的实施方式的传感器、磁铁的组合为示例，在不损害位置检测的功能且不改变本发明的主旨的范围内，也可以分别适当地选择它们而变更为新的组合来进行使用。

Claims (3)

1.一种位移检测装置，具有：
磁铁，其形成磁场；
测量对象，其进行旋转，并且沿旋转轴方向进行位移，且在圆周面具有凹部或凸部；以及
传感器，其具备：检测元件，其配置在所述磁铁和所述测量对象的圆周面之间，在所述磁铁形成的、且被所述测量对象的所述凹部或所述凸部诱导的磁场内，在所述旋转轴方向和所述测量对象的半径方向上，分别检测出伴随所述测量对象的位移的磁通密度的变化，输出与磁通密度相应的输出值；和信号处理电路，其对该检测元件的输出进行处理，
在所述传感器中，将所述检测元件沿所述旋转轴方向以预定间隔成组地配置，所述信号处理电路关于所述旋转轴方向和所述半径方向分别计算出该多个检测元件的输出值之差作为第1差和第2差，输出基于该第1差和该第2差之比求出的值作为输出信号。
2.一种无级变速装置，具有：
磁铁，其形成磁场；
可动槽轮，其在圆周面具有凹部或凸部；以及
传感器，其具备：检测元件，其配置在所述磁铁和所述可动槽轮的圆周面之间，在所述磁铁形成的、且被所述可动槽轮的所述凹部或所述凸部诱导的磁场内，在所述可动槽轮的旋转轴方向和所述可动槽轮的半径方向上，分别检测出伴随所述可动槽轮的位移的磁通密度的变化，输出与磁通密度相应的输出值；和信号处理电路，其对该检测元件的输出进行处理，
在所述传感器中，将所述检测元件沿所述旋转轴方向以预定间隔成组地配置，所述信号处理电路关于所述旋转轴方向和所述半径方向分别计算出该多个检测元件的输出值之差作为第1差和第2差，输出基于该第1差和该第2差之比求出的值作为输出信号。
3.一种位移检测装置，具有：
磁铁，其形成磁场；以及
传感器，其具备：检测元件，其配置于在进行旋转并且沿旋转轴方向进行位移的测量对象的圆周面形成的凹部或凸部和所述磁铁之间，在所述磁铁形成的、且被所述测量对象的所述凹部或所述凸部诱导的磁场内，在所述旋转轴方向和所述测量对象的半径方向上，分别检测出伴随所述测量对象的位移的磁通密度的变化，输出与磁通密度相应的输出值；和信号处理电路，其对该检测元件的输出进行处理，
在所述传感器中，将所述检测元件沿所述旋转轴方向以预定间隔成组地配置，所述信号处理电路关于所述旋转轴方向和所述半径方向分别计算出该多个检测元件的输出值之差作为第1差和第2差，输出基于该第1差和该第2差之比求出的值作为输出信号。
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