CN110100220B - 位置传感器以及变速杆装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够提高检测精度的位置传感器以及变速杆装置。适用于变速杆装置的位置传感器具备产生磁场的磁石和磁场检测部，磁场检测部与该磁石对置地配置，对由该磁石产生的磁场的斜率进行检测。磁石以及磁场检测部随着操作部件的自动或者手动的操作而相对地移位。位置传感器基于由磁场检测部产生的检测信号而对操作部件的操作位置进行检测。一个实施方式的位置传感器具备为了在形成操作部件的多个方向的操作轴的支承结构(3)的旋转中心产生平行磁场对置地配置的2个磁石(5)。磁场检测部设置于该对置地配置的2个磁石(5)之间。

Description

位置传感器以及变速杆装置
技术领域
本发明涉及位置传感器以及具备该位置传感器的变速杆装置，位置传感器使用使磁场产生的磁石和基于该磁石检测磁场的斜率的磁场检测部而对操作部件的操作位置进行检测。
背景技术
专利文献1公开了一种位置传感器，适用于为了切换车辆变速器的连接状态而被操作的位移器。专利文献1的位置传感器，在固定到车身的接头球(joint ball)设置磁石，在设置磁场检测部，壳体具有与该接头球的形状一致的球面状的切口。并且，当安装固定于壳体的变速杆被操作时，壳体以接头球为中心进行回旋，基于由磁场检测部检测的检测信号，检测出变速杆的操作位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2008-520484号公报
发明内容
发明所要解决的课题
所谓的线控方式的位移器有超小型化的要求，并且，即使变速杆的操作角大，也是10°这样的非常小的角度，要求精度高地检测出变速杆的操作角斜率的变化量。为了满足该要求，需要能够准确地识别因游隙等造成的摇晃和变速杆的斜率。
本发明的目的在于提供一种能够提高检测精度的位置传感器以及变速杆装置。
用于解决课题的手段
在一个实施方式中，其具备产生磁场的磁石和磁场检测部，该磁场检测部与所述磁石对置地配置，对由所述磁石产生的磁场的斜率进行检测，所述磁石以及所述磁场检测部随着操作部件的自动或者手动的操作而相对地移位，并且基于由所述磁场检测部产生的检测信号而对所述操作部件的操作位置进行检测，所述位置传感器的特征在于，作为所述磁石而具备为了在形成所述操作部件的多个方向的操作轴的支承结构的旋转中心产生平行磁场而对置地配置的2个磁石，在对置地配置的所述2个磁石之间具有所述磁场检测部。
根据此结构，由于在支承结构的旋转中心确保平行磁场，所以即使在支承结构产生摇晃也不会受到影响，所谓的坚固性变高。因此，能够提高检测精度。
上述位置传感器也可以构成为，在对置地配置的所述2个磁石分别设置有为了将平行磁场的范围拓宽的凹形状。
根据此结构，因为平行磁场在宽的范围确保，所以即使在基板的上下安装磁场检测部，平行磁场也不会受到影响。因此，容易确保冗余度。
上述位置传感器也可以构成为，将所述2个磁石的各自的所述凹形状以相对于穿过所述支承结构的旋转中心的平面呈面对称的方式配置。
根据此结构，通过在凹形状的配置下功夫，从而能够在包括支承结构的旋转中心的宽的范围确保平行磁场。
上述位置传感器也可以构成为，对置地配置的所述2个磁石分别遍及整个对置面设置有凹形状。
根据此结构，能够在2个磁石各自的对置面的范围形成从支承结构的旋转中心向更宽范围拓宽的平行磁场。
上述位置传感器也可以构成为，在所述2个磁石之间的中央位置具有所述磁场检测部。
根据此结构，通过在最容易确保平行磁场的位置设置磁场检测部，从而能够提高检测精度。
上述位置传感器也可以构成为，在设置于所述2个磁石之间的中央位置的基板的上下安装有所述磁场检测部。
根据此结构，通过在最容易确保平行磁场的位置集中多个磁场检测部，从而能够容易确保冗余度。
在一个实施方式中，其具备作为在多个方向上被操作的操作部件的变速杆和位置传感器，所述位置传感器具备产生磁场的磁石和磁场检测部，该磁场检测部与所述磁石对置地配置，对基于由所述磁石产生的磁场的斜率进行检测，所述磁石以及所述磁场检测部随着所述操作部件的自动或者手动的操作而相对地移位，并且基于由所述磁场检测部产生的检测信号而对所述操作部件的操作位置进行检测，所述变速杆装置的特征在于，作为所述磁石而具备为了在所述操作部件的形成多个方向的操作轴的支承结构的旋转中心产生平行磁场而对置地配置的2个磁石，在对置地配置的所述2个磁石之间具有所述磁场检测部。
根据此结构，由于在支承结构的旋转中心确保平行磁场，所以即使在支承结构上产生摇晃，平行磁场也不受到影响，所谓的坚固性变高。因此，能够提高检测精度。
发明效果
根据本发明，能够提高检测精度。
附图说明
图1A是传感器整体的示意立体图，图1B是截面立体图，图1C是正剖视图。
图2是处于使磁石没有对置的情况下的测定范围的磁场角度的分布图。
图3是处于使磁石没有对置的情况下的测定范围的磁场角度的分布图。
图4是处于设置凹形状的情况下的测定范围的磁场角度的分布图。
具体实施方式
以下，对位置传感器以及变速杆装置的一个实施方式进行说明。本例的位置传感器适用于摇杆式超小型位移器。
如图1A-图1C所示，作为变速杆装置的一个例子的位移器1具备由用户进行操作的变速杆2(操作部件)和球轴3(作为支承结构的一个例子的球窝接头(balljoint))，变速杆2和球轴3形成为一体，球轴3通过壳体(省略图示)而能够以该球轴3的中心为旋转中心进行回旋可能地支承，壳体具有与球轴3的形状一致的球面状的切口。另外，在壳体形成对变速杆2进行引导的滑槽，变速杆2设置为能够沿滑槽最大地倾斜约10°。
例如，变速杆2允许沿该滑槽向车辆前后方向(地板式位移器的情况)或者与车辆上下方向(转向柱式位移器的情况)一致的换挡方向以及与车宽度方向(地板式和转向柱式的位移器共用)一致的选择方向的操作。其中的向换挡方向的操作允许沿着第1直线的操作以及与沿着该第1直线平行的第2直线的操作。并且，在上述第1直线上设定有倒档(R)位置、空挡(N)位置、前进挡(D)位置这样的3个操作位置，并且在上述第2直线上设定有主(H)位置、再生制动(B)位置这样的2个操作位置。另外，虽然在从主(H)位置沿选择方向的左侧设定有空挡(N)位置的h字图形已被实用化，但是换挡图形不限定于此。
在球轴3设定有从形成于其表面的一部分的开口延伸到越过该球轴3的旋转中心附近的具有所需宽度的空间，从基板4的中间到顶端为止的部分以与球轴3始终不接触的状态插入到该在空间内。另外，基板4固定于壳体。
在球轴3嵌件成形有以隔着其旋转中心而对置地配置的2个磁石5。2个磁石5均形成为大致圆柱形，正截面大致呈梯形的凹部6(凹形状)彼此相互对置。各凹部6以相对于通过球轴3的旋转中心的平面面对称的方式配置。凹部6以遍及对置地配置的2个磁石5的各自的整个对置面的方式设置。另外，代替将磁石5嵌件成形的方法，可以采用将磁石5固定或者插入于球轴3而后安装的方法。
基板4以沿着通过球轴3的旋转中心的上述平面的方式设置，在基板4的上下以两者隔着球轴3的旋转中心的方式各安装有1个检测元件7(磁场检测部)。将2个检测元件7理解为一个磁场检测部时，该一个磁场检测部设置于2个磁石5之间的中央位置。在此，在变速杆2为向换挡方向以及选择方向被操作的位移器1的情况下，作为检测元件7而可以采用三维霍尔传感器等3轴传感器。
然后，当球轴3与变速杆2的操作连动地进行回旋时，与基于2个磁石5的磁场的斜率对应的检测信号分别从2个检测元件7输出。基于一方的检测元件7检测出的检测信号，对变速杆2的操作位置进行检测，在该一方的检测元件7产生故障的情况下使用基于另一方的检测元件7检测出的检测信号，从而确保冗余度。
另外，在确保冗余度时，在基板4的上表面侧安装2个检测元件7，并且在下表面侧安装1个检测元件7，从而将检测元件7设定为3重体系，还可以设定为4重体系以上。或者，也可以通过仅在基板4的单面(例如上表面侧)安装多个检测元件7，从而确保冗余度。在仅在单面安装检测元件7的情况下，沿着通过球轴3的旋转中心的上述平面设置该检测元件7。并且，也可以仅在基板4的单面安装1个检测元件7，并且不具有冗余度的构成，在这种情况下，在球轴3的旋转中心设置有该检测元件7。
接着，对适用于位移器1的位置传感器的作用进行说明。
如图2所示，在与本例不同地不使磁石5对置的情况下，可以确认到在水平方向上越从球轴3的旋转中心离开，磁场角度越大。在这种情况下，因为在水平方向上即使从球轴3的旋转中心稍微离开的分离位置磁场角度超过0.5[Deg]而完全不是平行磁场，所以即使将检测元件7配置于测定范围的任何位置，由于球轴3的摇晃的影响，也不能正确地识别球轴3的摇晃和变速杆2的斜率。
如图3所示，在与本例相同地使2个磁石5对置的情况下，在球轴3的旋转中心附近存在磁场角度为0-0.5[Deg]的平行磁场的范围，并且确认到越从球轴3的旋转中心呈放射状地远离，磁场角度越大。在这种情况下，因为存在窄的平行磁场的范围，所以即使将检测元件7配置于球轴3的旋转中心，因为不受到球轴3的摇晃而造成的影响，所以也能够正确地识别球轴3的摇晃和变速杆2的斜率。另外，与本例不同地，可以将1个检测元件7配置于球轴3的旋转中心。
如图4所示，参照本例，在使2个磁石5对置地配置，并且在各个磁石5设置凹形状的情况下，可以确认到在测定范围的大致整个区域存在平行磁场。在这种情况下，平行磁场的范围较宽地设置，所以即使2个检测元件7以隔着球轴3的旋转中心的方式配置，也不受到球轴3的摇晃的影响，因此除了能够正确地识别球轴3的摇晃和变速杆2的斜率以外，还能够确保冗余度。
如以上说明的那样，根据本实施方式，能够得到以下的作用效果。
(1)参照图3，通过使2个磁石5对置，在球轴3的旋转中心确保平行磁场，因此即使在球轴3产生摇晃也不受到影响，即所谓的鲁棒性提高。因此，能够使检测精度提高。
(2)参照图4，通过将在对置地配置的2个磁石5各自上设置凹部6的凹形状，从而在较宽的范围确保平行磁场，所以即使在基板4的上下安装检测元件7也不受到影响。因此，容易确保冗余度。
(3)如将2个磁石5的各自的凹部6配置为相对于通过球轴3的旋转中心的平面面对称地配置那样地，在凹部6的凹形状的配置下功夫。通过这样地在凹形状的配置下工夫，从而能够在包括球轴3的旋转中心的较宽的范围确保平行磁场。
(4)参照图4，对置地配置的2个磁石5分别遍及整个对置面设置有凹部6，从而能够在2个磁石5各自的对置面的范围形成从球轴3的旋转中心向更宽的范围拓宽的平行磁场。
(5)参照图3，如2个磁石5之间的中央位置那样地，将检测元件7设置于最容易确保平行磁场的位置，从而能够提高检测精度。
(6)参照图1C，如在设置于2个磁石5之间的中央位置的基板4的上下安装检测元件7那样地，通过将多个检测元件7集中于最容易确保平行磁场的位置，从而容易确保冗余度。
(7)在将不设置凹形状的单纯的圆柱形的磁石5对置地配置并且要得到较宽的范围的平行磁场的情况下，需要将磁石5的径设定得十分地大，但是在如本例那样地具有凹形状的磁石5对置地配置的情况下，即使磁石5的径小也能够在宽的范围设定平行磁场。因此，最适合用于在超小型的位移器1使用的位置传感器。
另外，上述实施方式还可以以如下的方式进行变更并具体化。
对置地配置的2个磁石5各自的凹形状不限定为正截面呈梯形的形状。通过实验，也可以形成为得到作为目标的在较宽的范围得到平行磁场的其他凹形状。另外，为了抑制因凹形状的存在而导致的强度降低，可以在磁石5的形状上下工夫。
磁石5以及检测元件7随着变速杆2的操作而进行相对的移位的方式不限定为上述实施方式的磁石5为可动且检测元件7固定的方式，也可以是检测元件7为可动且磁石5为固定的方式。另外，也可以是设定为两者可动的方式，例如在相同的方向上以不同的移动量进行移动的方式、或者在不同的方向上进行移动的方式。
代替形成变速杆2的多个方向(在上述实施方式中为换挡方向以及选择方向)的操作轴的球轴3那样的多轴支承结构，也可以将本发明的位置传感器适用于具备复合支承结构的位移器，复合支承结构是形成换挡方向的操作轴(变速轴)的第1支承结构和形成选择方向的操作轴(选择轴)的第2支承结构分开设置的结构。也就是说，多轴的支承结构不限定于球轴3(球窝接头)。另外，在这种情况下，变速轴和选择轴的交点为复合支承结构的旋转中心。
除了位移器1以外，也可以将本发明的位置传感器适用于游戏机或者各种操作装置。另外，不限定为像变速杆2这样地对手动操作的操作部件的操作位置进行检测的位置传感器，电动后视镜这样地对自动操作的操作部件的操作位置进行检测的位置传感器。例如可以将本发明的位置传感器适用于车辆的后视镜的斜率检测等的位置检测。
附图标记说明
1…位移器(适用位置传感器、变速杆装置)、2…变速杆(操作部件)、3…球轴(支承结构)、4…基板、5…磁石、6…凹部(凹形状)、7…检测元件(磁场检测部)。

Claims (7)

1.一种位置传感器，其具备产生磁场的磁石和磁场检测部，该磁场检测部与所述磁石对置地配置，对由所述磁石产生的磁场的斜率进行检测，所述磁石以及所述磁场检测部随着操作部件的自动或者手动的操作而相对地移位，并且基于由所述磁场检测部产生的检测信号而对所述操作部件的操作位置进行检测，所述位置传感器的特征在于，
作为所述磁石而具备为了在形成所述操作部件的换挡方向及与所述换挡方向交叉的选择方向的操作轴的支承结构的旋转中心产生平行磁场而对置地配置的2个磁石，在对置地配置的所述2个磁石之间作为所述磁场检测部而具有3轴传感器。
2.根据权利要求1所述的位置传感器，其特征在于，
在对置地配置的所述2个磁石分别设置有为了将平行磁场的范围拓宽的凹形状。
3.根据权利要求2所述的位置传感器，其特征在于，
将所述2个磁石的各自的所述凹形状以相对于穿过所述支承结构的旋转中心的平面呈面对称的方式配置。
4.根据权利要求2所述的位置传感器，其特征在于，
对置地配置的所述2个磁石分别遍及整个对置面设置有凹形状。
5.根据权利要求1所述的位置传感器，其特征在于，
在所述2个磁石之间的中央位置具有所述磁场检测部。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的位置传感器，其特征在于，
在设置于所述2个磁石之间的中央位置的基板的上下安装有所述磁场检测部。
7.一种变速杆装置，其具备作为在多个方向上被操作的操作部件的变速杆和位置传感器，所述位置传感器具备产生磁场的磁石和磁场检测部，该磁场检测部与所述磁石对置地配置，对基于由所述磁石产生的磁场的斜率进行检测，所述磁石以及所述磁场检测部随着所述操作部件的自动或者手动的操作而相对地移位，并且基于由所述磁场检测部产生的检测信号而对所述操作部件的操作位置进行检测，所述变速杆装置的特征在于，
作为所述磁石而具备为了在所述操作部件的形成换挡方向及与所述换挡方向交叉的选择方向的操作轴的支承结构的旋转中心产生平行磁场而对置地配置的2个磁石，在对置地配置的所述2个磁石之间作为所述磁场检测部而具有3轴传感器。
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