JP2004301685A - Rotational angle detection device - Google Patents

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Jun Kimura
純 木村
Hiroyuki Shintani
宏行 新谷
Taku Ito
卓 伊東
Shigeru Yoshiyama
茂 吉山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotational angle detection device capable of improving a detection precision by reducing the tolerance of a gap between a magnet and a magnetic detector element by reducing the number of parts for determining the axial gap. <P>SOLUTION: The rotational angle detection device comprises a substrate support means 67 for supporting the substrate 63 capable of displacement in an axial direction but unable to move in a rotational direction and radial direction, an energizing means 68 for energizing the substrate 63 toward the magnet 61, and a stopper 69 for determination of the axial gap put between the substrate 63 and a magnet 61. The axial gap A is determined by an axial tolerance of the stopper 69 and a fix tolerance of the magnetic detector element 62 on the substrate 63. Therefore, the number of parts for determination of the tolerance of the axial gap A can be made small, and the detection precision can be improved. Heretofore the magnet is supported by the rotational axis via the rotor core, the magnetic detector element is supported by a housing via the substrate, and the bearing is interleaved between the housing and the rotor core, so the tolerance of the gap between the magnet and magnetic detector element is affected by a number of tolerances of parts supporting the magnet and the magnetic detector, so the tolerance of the gap in the axial direction becomes large to solve the problem described above. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の回転角度を磁気変化を利用して検出する回転角度検出装置に関するものであり、特に磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップ(対向距離)の精度を高める技術に関する。
【0002】
【発明の背景】
回転体に取り付けられた磁石の軸方向に磁気検出素子を配置し、磁石の磁気変化を磁気検出素子で検出することによって回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置が知られている。
磁石の放出する磁力は距離の2乗に反比例して小さくなる特性を有しているため、磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップの精度は、検出精度を高めるためにとても重要になる。
【0003】
そこで、磁石に近い側の回転軸の端部を、転がり軸受を介してハウジングで支持する。その転がり軸受の内輪を回転軸に圧入固定し、転がり軸受の外輪をハウジングに圧入固定する。そして、ハウジングに磁気検出素子を支持する基板を取り付ける。このような構成を採用することによって、ハウジングに対する回転軸の軸方向精度を高め、磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップの公差を小さくする技術が提案されている(公知技術ではない:特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特願2002−178897
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献の如くに磁気検出素子を支持するように設けても、磁石は回転体(ロータコア等)を介して回転軸によって支持されるものであり、また、磁気検出素子は基板を介してハウジングによって支持されるものであり、さらに、ハウジングと回転軸の間には軸受などが介在される。
即ち、磁石と磁気検出素子の支持構造間には、磁石→回転体(ロータコア)→回転軸→ハウジング→基板の支持部材→基板→磁気検出素子というように、磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップの精度を乱す部品が多数介在される。
【0006】
磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップの精度は、磁石と磁気検出素子を支持する多数の部品の寸法公差等が加算されるため、従来の構造では軸方向ギャップの公差が大きくなってしまい、検出精度の悪化の要因になる。
検出精度を高めるためには、磁石と磁気検出素子を支持する多数の部品の寸法公差を極めて小さくする必要があるが、コスト上昇の大きな要因になってしまう。また、さらに検出精度を高めようとする場合は、公差的に成立できなくなる。即ち、磁石と磁気検出素子との支持部材に多数の部品が介在されることによって検出精度の上限が抑えられてしまう。
【0007】
【発明の目的】
本発明は、従来の構造では磁石と磁気検出素子を支持する多数の部品の寸法公差の加算によって磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップの公差が大きくなって検出精度の悪化を招くという点に着目して成されたものであり、その目的は、磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップを決定する部品の数を減らすことで磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップの公差を減らして検出精度を高めることのできる回転角度検出装置の提供にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
〔請求項1の手段〕
請求項1の手段を採用する回転角度検出装置は、基板を軸方向に変位可能で、且つ回転方向および径方向に変位不能に支持する基板支持手段と、基板を磁石に向けて付勢する付勢手段と、基板と磁石との間に挟まれて配置され、基板と磁石との間に所定の軸方向ギャップを形成するストッパとを具備するものである。
即ち、磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップは、ストッパの軸方向の公差と、基板上における磁気検出素子の取付公差とによって決定されるものであり、磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップの公差を決定する部品の数を従来に比較して格段に少なくできる。
【0009】
このように、磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップの公差を決定する部品の数を少なくできることにより、磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップの公差を小さくでき、回転角度検出装置の検出精度を高めることができる。
即ち、安価なコストで磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップの公差を小さくできる。さらに、磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップの公差を決定する部品の数を少なくできることにより、検出精度の上限を引き上げることも可能になる。
【0010】
〔請求項2の手段〕
請求項2の手段を採用する回転角度検出装置は、ストッパを基板が取り付けられているハウジング、磁石または基板のいずれかと一体に設けるものである。
このように設けることにより、部品点数を少なくでき、部品の管理や組付けが容易になり、製造コストを削減できる。
【0011】
〔請求項3の手段〕
請求項3の手段を採用する回転角度検出装置は、ストッパと回転摺動する部分に摺動抵抗を小さくする手段を設けるものである。
なお、摺動抵抗を小さくする手段は、限定されるものではない。
例えば、高摺動材(例えば、四弗化エチレン樹脂等)を、ストッパまたはストッパと摺接する部材(基板または磁石)の少なくても一方の表面にコーティングしても良い。
また、高摺動材(例えば、四弗化エチレン樹脂等)によってストッパを形成しても良い。
あるいは、ストッパと、このストッパと摺接する部材(基板または磁石)の間に、高摺動材(例えば、グリース等の潤滑油や、四弗化エチレン樹脂等のフィルム)を介在させても良い。
【0012】
〔請求項4の手段〕
請求項4の手段を採用する回転角度検出装置は、基板において磁気検出素子を実装する部位に貫通した窓部を有し、この窓部内に磁気検出素子が取り付けられるものである。
このように設けることにより、基板の厚みと磁気検出素子の厚みが軸方向で重なるため、回転角度検出装置を薄型化できる。
【0013】
〔請求項5の手段〕
請求項5の手段を採用する回転角度検出装置の基板支持手段は、基板に形成された2つの位置決め用の貫通穴と、基板を磁石の反対側から覆うハウジングに設けられ、貫通穴に微小クリアランスを介して嵌め合わされる軸方向に伸びた2つの位置決めピンとを備える。
このように設けられることにより、ハウジングに設けられた2つの位置決めピンに、基板の2つの貫通穴を差し込むだけで、ハウジングに対する基板の位置決めが高い精度でなされる。
【0014】
〔請求項6の手段〕
請求項6の手段を採用する回転角度検出装置の回転体は、電動機あるいは発電機等の回転機におけるロータであり、磁石は、ロータを構成するロータコアに接合して設けられるものである。
このように、回転角度検出装置は、回転機の内部に搭載されるものであるため、回転角度検出装置を搭載した回転機を薄型化できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例および変形例を用いて説明する。
〔実施例〕
この実施例は、自動変速機のシフトレンジ切替装置(パーキング切替機構の切替装置を含む)において切り替えのための動力を発生する電動機の回転角度検出装置に本発明を適用したものであり、まずシフトレンジ切替装置を説明する。
【0016】
(シフトレンジ切替装置の説明)
シフトレンジ切替装置は、回転式アクチュエータ1(図2参照)によって、車両用自動変速機2(図3参照)に搭載されたシフトレンジ切替装置3(パーキング切替装置4を含む:図4参照)を切り替えるものである。
回転式アクチュエータ1は、シフトレンジ切替装置3を駆動するサーボ機構として用いられるものであり、同期電動機5(以下、電動機と称す)と内接噛合遊星歯車減速機6(以下、減速機と称す)によって構成される。なお、図2の右側をフロント(あるいは前)、左側をリヤ(あるいは後)としてこの実施例を説明する。
【0017】
(電動機5の説明)
電動機5を図2、図5を参照して説明する。
この実施例の電動機5は、永久磁石を用いないSRモータ(スイッチド・リラクタンス・モータ)であり、回転自在に支持されるロータ11と、このロータ11の回転中心と同軸上に配置されたステータ12とで構成される。
【0018】
ロータ11は、ロータ軸13とロータコア14で構成されるものであり、ロータ軸13は前端と後端に配置された転がり軸受(フロント転がり軸受15、リヤ転がり軸受16)によって回転自在に支持される。
なお、フロント転がり軸受15は、減速機6の出力軸17の内周に配置されたものであり、減速機6の出力軸17はフロントハウジング18の内周に配置されたメタルベアリング19によって回転自在に支持されている。つまり、ロータ軸13の前端は、フロントハウジング18に設けられたメタルベアリング19→出力軸17→フロント転がり軸受15を介して回転自在に支持される。
【0019】
ここで、メタルベアリング19の軸方向の支持区間は、フロント転がり軸受15の軸方向の支持区間にオーバーラップするように設けられている。このように設けることによって、減速機6の反力(具体的には、後述する外歯歯車26と内歯歯車27の噛合にかかる負荷の反力)に起因するロータ軸13の傾斜を回避することができる。
一方、リヤ転がり軸受16は、リヤハウジング20によって支持されるものである。
【0020】
ステータ12は、ステータコア21およびコイル22(具体的には、コイル22A〜22L:図5参照)から構成される。
ステータコア21は、薄板を多数積層して形成されたものであり、リヤハウジング20に固定されている。このステータコア21には、内側のロータコア14に向けて30度毎に突設されたステータティースが設けられており、各ステータティース23のそれぞれにはコイル22A〜22Lが巻回されている。ここで、コイル22A、22D、22G、22JがU相であり、コイル22B、22E、22H、22KがV相であり、コイル22C、22F、22I、22LがW相である。
【0021】
一方、ロータコア14は、薄板を多数積層して形成されたものであり、ロータ軸13に圧入固定されている。このロータコア14には、外周のステータコア21に向けて45度毎に突設された突極24が設けられている。そして、図5の状態からW相→V相→U相の順番に通電を切り替えるとロータ11が反時計回り方向に回転し、逆にV相→W相→U相の順番に通電を切り替えるとロータ11が時計回り方向に回転するものであり、U、V、W相の通電が一巡する毎にロータ11が45度回転する構成になっている。
【0022】
(減速機6の説明)
減速機6を図2、図6〜図8を参照して説明する。
減速機6は、ロータ軸13に設けられた偏心部25を介してロータ軸13に対して偏心回転可能な状態で取り付けられた外歯歯車26(インナーギヤ:サンギヤ)と、この外歯歯車26が内接噛合する内歯歯車27(アウターギヤ:リングギヤ)と、外歯歯車26の自転成分のみを出力軸17に伝達する伝達手段28とを備える。
【0023】
偏心部25は、ロータ軸13の回転中心に対して偏心回転して外歯歯車26を揺動回転させる軸であり、偏心部25の外周に配置された中間転がり軸受31を介して外歯歯車26を回転自在に支持するものである。
外歯歯車26は、上述したように、中間転がり軸受31を介してロータ軸13の偏心部25に対して回転自在に支持されるものであり、偏心部25の回転によって内歯歯車27に押しつけられた状態で回転するように構成されている。
内歯歯車27は、固定用の打出部32によってフロントハウジング18に固定されるものである。
【0024】
伝達手段28は、出力軸17と一体に回転するフランジ33の同一円周上に形成れた複数の内ピン穴34と、外歯歯車26に形成され、内ピン穴34にそれぞれ遊嵌する複数の内ピン35とによって構成される。
複数の内ピン35は、外歯歯車26のフロント面に突出する形で設けられている。
複数の内ピン穴34は、出力軸17の後端に設けられたフランジ33に設けられており、内ピン35と内ピン穴34の嵌まり合いによって、外歯歯車26の自転運動が出力軸17に伝えられるように構成されている。
このように設けられることにより、ロータ軸13が回転して外歯歯車26が偏心回転することにより、外歯歯車26がロータ軸13に対して減速回転し、その減速回転が出力軸17に伝えられる。なお、出力軸17は、シフトレンジ切替装置3のコントロールロッド45(後述する)に連結される。
なお、この実施例とは異なり、複数の内ピン穴34を外歯歯車26に形成し、複数の内ピン35をフランジ33に設けて構成しても良い。
【0025】
(シフトレンジ切替装置3の説明)
シフトレンジ切替装置3を図4を参照して説明する。
シフトレンジ切替装置3(パーキング切替装置4を含む)は、上述した減速機6の出力軸17によって切り替え駆動されるものである。
自動変速機2における各シフトレンジ(P、R、N、D)の切り替えは、油圧コントロールボックス41に設けられたマニュアルスプール弁42を適切な位置にスライド変位させることによって行われる。
【0026】
一方、パーキング切替装置4のロックとアンロックの切り替えは、パークギヤ43の凹部43aとパークポール44の凸部44aの係脱によって行われる。なお、パークギヤ43は、図示しないディファレンシャルギヤを介して図示しない自動変速機2の出力軸に連結されたものであり、パークギヤ43の回転を規制することで車両の駆動輪がロックされて、パーキングのロック状態が達成される。
【0027】
減速機6によって駆動されるコントロールロッド45には、略扇形状を呈したディテントプレート46が図示しないスプリングピン等を打ち込むことで取り付けられている。
ディテントプレート46は、半径方向の先端(略扇形状の円弧部)に複数の凹部46aが設けられており、油圧コントロールボックス41に固定された板バネ47が凹部46aに嵌まり合うことで、切り替えられたシフトレンジが保持されるようになっている。
【0028】
ディテントプレート46には、マニュアルスプール弁42を駆動するためのピン48が取り付けられている。
ピン48は、マニュアルスプール弁42の端部に設けられた溝49に係合しており、ディテントプレート46がコントロールロッド45によって回動操作されると、ピン48が円弧駆動されて、ピン48に係合するマニュアルスプール弁42が油圧コントロールボックス41の内部で直線運動を行う。
【0029】
コントロールロッド45を図4中矢印A方向から見て時計回り方向に回転させると、ディテントプレート46を介してピン48がマニュアルスプール弁42を油圧コントロールボックス41の内部に押し込み、油圧コントロールボックス41内の油路がD→N→R→Pの順に切り替えられる。つまり、自動変速機2のレンジがD→N→R→Pの順に切り替えられる。
逆方向にコントロールロッド45を回転させると、ピン48がマニュアルスプール弁42を油圧コントロールボックス41から引き出し、油圧コントロールボックス41内の油路がP→R→N→Dの順に切り替えられる。つまり、自動変速機2のレンジがP→R→N→Dの順に切り替えられる。
【0030】
一方、ディテントプレート46には、パークポール44を駆動するためのパークロッド51が取り付けられている。パークロッド51の先端には円錐部52が設けられている。
この円錐部52は、自動変速機2のハウジングの突出部53とパークポール44の間に介在されるものであり、コントロールロッド45を図4中矢印A方向から見て時計回り方向に回転させると(具体的には、R→Pレンジ)、ディテントプレート46を介してパークロッド51が図4中矢印B方向へ変位して円錐部52がパークポール44を押し上げる。すると、パークポール44が軸44bを中心に図4中矢印C方向に回転し、パークポール44の凸部44aがパークギヤ43の凹部43aに係合し、パーキング切替装置4のロック状態が達成される。
【0031】
逆方向へコントロールロッド45を回転させると(具体的には、P→Rレンジ)、パークロッド51が図4中矢印B方向と反対方向に引き戻され、パークポール44を押し上げる力が無くなる。パークポール44は、図示しないねじりコイルバネにより、図4中矢印C方向とは反対方向に常に付勢されているため、パークポール44の凸部44aがパークギヤ43の凹部43aから外れ、パークギヤ43がフリーになり、パーキング切替装置4がアンロック状態になる。
【0032】
(回転角度検出装置60の説明)
回転角度検出装置60を図1、図2、図5、図9〜図13を参照して説明する。
上述した回転式アクチュエータ1には、そのハウジング(フロントハウジング18+リヤハウジング20)内に、ロータ11(回転体に相当する)の回転角度を検出する回転角度検出装置60が搭載されている。この回転角度検出装置60によってロータ11の回転角度を検出することにより、電動機5を脱調させることなく高速運転することが可能になる。
【0033】
この回転角度検出装置60は、インクリメンタル型エンコーダであり、ロータ11と一体に回転する磁石61と、リヤハウジング20に配置される磁気検出用の磁気検出素子62(具体的には、第1〜第3磁気検出素子62A、62B、62Z)と、この磁気検出素子62をリヤハウジング20内において支持する基板63とを備える。
【0034】
磁石61は、略リング円板形状を呈するものであり、ロータ軸13と同芯上に配置されるように、ロータコア14の軸方向の端面に接合されるものである。ロータコア14から磁石61に対する磁力の影響が大きい時は、非磁性体の膜部材(図示しない)を介して磁石61をロータコア14に接合する。
また、ロータコア14から磁石61に対する磁力の影響が小さい時は、磁石61をロータコア14に直接接合する。これによって部品点数を低減でき、コストを抑えることができる。
【0035】
この実施例の磁石61は、例えば安価なフェライト系のプラスチックマグネット製であり、軸方向に所定の厚みを有している。この磁石61は、ロータコア14の接合面に接合用の着磁がなされ、そのロータコア14側の面に着磁された磁力によってロータコア14に接合するものである。もちろん、磁力で接合するのではなく、接着剤等によって接合しても良い。
【0036】
ロータコア14の後面には、図9に示されるように、磁石位置決め用の穴14aが複数設けられている。一方、磁石61の接合面にも、複数の突起61aが設けられている。そして、磁石61の突起61aをロータコア14の穴14aに挿入して組付けを行うことにより、ロータコア14の回転中心と同芯上に磁石61が組付けられる。
【0037】
磁石61は、ロータコア14に接合された後、図9に示されるように、磁気検出素子62と対向する面(後面)に回転位置検出用の着磁が施される。
この着磁は、磁石61の軸方向に磁力が発生するように着磁されるものであり、この着磁によって、図10に示すように、回転方向にN極とS極とが多極繰り返すようになる。
【0038】
具体的な着磁について説明する。
図10に示されるように、磁石61の後面外周側には、7.5度ピッチでN極とS極とが繰り返して着磁された外周着磁部61bが設けられており、この外周着磁部61bにおける回転方向のN極とS極との繰り返しによって、第1、第2磁気検出素子62A、62Bからロータ11の精密な回転角度を検出するためのA相、B相出力(図11参照)が得られる。
【0039】
磁石61の後面内周側には、45度間隔にS極が着磁され、その回転方向の両脇にN極が着磁された内周着磁部61cが設けられており、この内周着磁部61cにおける45度間隔の磁極変化によって、第3磁気検出素子62Zから電動機5の同期信号を得るためのZ相出力(図11参照)が得られる。
【0040】
第1〜第3磁気検出素子62A、62B、62Zは、通過する磁束量に応じた出力を発生するホール素子と、そのホール素子の出力を増幅する増幅回路とからなるホールICである。なお、この実施例では、磁気検出素子62の一例としてホールICを用いる例を示すが、ホールICに代えてホール素子、MRIC等の磁束変化を検出する素子を用いても良い。
【0041】
第1、第2磁気検出素子62A、62Bは、A相、B相をそれぞれ検出するものであり、磁石61の外周着磁部61bに対向する円周上に配置されて、外周着磁部61bの磁束変化によってA相出力およびB相出力を得るものである。
第3磁気検出素子62Zは、Z相を検出するものであり、磁石61の内周着磁部61cに対向する円周上に配置されて、内周着磁部61cの磁束変化によってZ相出力を得るものである。
【0042】
次に、図11(A)、(B)を用いて回転角度検出装置60によるA相、B相、Z相の出力波形について説明する。
A相およびB相は、電気角で90度の位相差を持った出力信号であり、本実施例ではロータ11が15度回転する毎にA相とB相がそれぞれ1周期出力されるように構成されている。
Z相は、ロータ11が45度回転する毎に1回ずつ出力するインデックスパルスであり、このZ相によって電動機5の通電相と、A相、B相の相対位置関係を定義できる。
【0043】
基板63は、第1〜第3磁気検出素子62A、62B、62Zを磁石61に対向した状態で、図5に示す位置に支持するものであり、図1、図12に示すように、非磁性体の金属板64(例えば、アルミニウム、ステンレス等)と、この金属板64の磁石61の反対側の面に被着して設けられた絶縁性の樹脂材料(例えば、ポリイミド等)よりなるフィルム基板65とから構成される。
【0044】
フィルム基板65には、金属板64に触れない面に複数の回路パターン65aがプリント技術によって形成されている。基板63の上には、第1〜第3磁気検出素子62A、62B、62Zの他に、ノイズフィルタ用のコンデンサ66等が実装されるものであり、各電気部品は各回路パターン65aと電気的に接続される。一方、各回路パターン65aの端は、リヤハウジング20内に設けられたターミナル端子(図示しない)と電気的に接続される。なお、ターミナル端子は、外部接続用コネクタに接続されるものである。
【0045】
なお、基板63は、リヤハウジング20の内部において、磁石61の回転軸方向に変位可能で、且つ磁石61の回転方向および回転の径方向に変位不能に支持されるものであり、その支持構造の詳細は後述する。
【0046】
(ECU70の説明)
ECU70を図3を参照して説明する。
ECU70は、乗員によって操作されるレンジ操作手段(図示しない)、回転角度検出装置60によって検出されるロータ11の回転角度等に基づいて電動機5の回転を制御し、減速機6を介して駆動されるシフトレンジ切替装置3を切替制御するものである。
【0047】
ここで、図3中に示す符号71は車載バッテリ、符号72はシフトレンジおよび回転式アクチュエータ1の状態を示す表示装置類(通常運転時の視覚表示手段、警告灯、警告ブザー等)、符号73は電動機5の給電回路、符号74は車速センサ、符号75はレンジ操作手段、ブレーキスイッチ、その他の車両状態を検出するセンサ類を示す。なお、センサ類の一例として、出力軸17の回転角度を検出するセンサを搭載しても良い。
【0048】
〔実施例の特徴〕
磁石61の放出する磁力は距離の2乗に反比例して小さくなる特性を有しているため、磁石61と磁気検出素子62の軸方向ギャップA(符号、図1参照)の精度は、検出精度を高めるためにとても重要になる。
しかし、磁気検出素子62の支持構造として従来の構造(磁気検出素子62を支持する基板63をリヤハウジング20で支持する構造)を採用した場合、磁石61と磁気検出素子62の支持構造間には、磁石61→ロータコア14→ロータ軸13→リヤ転がり軸受16→リヤハウジング20→基板63の支持部材→基板63→磁気検出素子62というように、磁石61と磁気検出素子62の軸方向ギャップAの精度を乱す部品が多数介在するため、軸方向ギャップAの公差が大きくなり、検出精度の悪化の要因となる。
【0049】
そこで、この実施例の回転角度検出装置60は、図1に示すように、磁石61(磁束の放出面)と磁気検出素子62の軸方向ギャップAの精度を高めるために、(1)第1〜第3磁気検出素子62A、62B、62Zを支持する基板63を、磁石61の回転軸方向に変位可能で、且つ磁石61の回転方向および回転の径方向に変位不能に支持する基板支持手段67と、(2)基板63を磁石61に向けて付勢する付勢手段68と、(3)基板63と磁石61との間に挟まれて配置され、基板63と磁石61との間に所定の軸方向ギャップBを形成するストッパ69と、からなるギャップ決定構造を採用している。なお、図1は図2の円内の拡大図である。
【0050】
次に、上記(1)〜(3)を順次説明する。
(1)基板支持手段67は、基板63に形成された2つの位置決め用の貫通穴67a(図12参照)と、基板63を磁石61の反対側から覆うリヤハウジング20に設けられ、貫通穴67aに微小クリアランスを介して嵌め合わされる回転軸方向に伸びた2つの位置決めピン67b(図1、図2参照)とを備える。
このため、リヤハウジング20に設けられた2つの位置決めピン67bに、基板63の2つの貫通穴67aを差し込むだけで、基板63が軸方向に変位可能で、且つ回転方向および径方向には変位不能に支持されるとともに、リヤハウジング20に対して基板63が高い精度で位置決めされる。
【0051】
なお、基板63には、2つの貫通穴67aの他に、2つの切欠67cが形成されている。それぞれの切欠67cは、リヤハウジング20内において軸方向に伸びたピンに対して大きなクリアランスを介して遊嵌されるものであり、基板63の位置決めに関与しないものである。
【0052】
(2)付勢手段68は、基板63を磁石61に向けて付勢するものであればバネ、ゴム等なんでも良く、この実施例ではリング状のウェービングワッシャを用いている。この付勢手段68(ウェービングワッシャ)は、リヤハウジング20と基板63との間に介在されて、軸方向へ変位可能に支持される基板63を磁石61に向けて付勢する。
【0053】
(3)ストッパ69は、磁石61に向けて付勢される基板63と、回転する磁石61の間に挟まれて、基板63と磁石61の間に所定の軸方向ギャップBを形成するものであり、これによって基板63に実装された磁石61と磁気検出素子62の軸方向ギャップAが決定される。
この実施例のストッパ69は、リング状を呈するものであり、磁石61と一体に設けられている。これによって、部品点数を少なくでき、部品の管理や組付けが容易になり、製造コストを削減できる。
【0054】
ここで、ストッパ69と基板63の間で回転摺動する部分には、摺動抵抗を小さくする手段が設けられている。
この摺動抵抗を小さくする手段として、この実施例では高摺動材(例えば、四弗化エチレン樹脂等)を、ストッパ69またはストッパ69と摺接する基板63の少なくても一方の表面にコーティングしたものである。なお、高摺動材(例えば、四弗化エチレン樹脂等)によってストッパ69を形成しても良いし、回転方向のスラストベアリングでストッパ69を構成しても良い。あるいは、ストッパ69と基板63の間に、高摺動材(例えば、グリース等の潤滑油や、四弗化エチレン樹脂等のフィルム)を介在させても良い。
なお、ストッパ69と基板63の間の摺動抵抗を小さくすることにより、回転摺動部の摩耗が防がれて耐久性を高めることができるとともに、ロータの回転ロスが減るために電動機5の出力ロスを抑えることが可能になる。
【0055】
一方、この実施例の回転角度検出装置60は、図1に示すように、基板63において磁気検出素子62を実装する部位に貫通した窓部63aを設け、その窓部63a内に磁気検出素子62を取り付ける構造を採用している。
ここで、図13(a)に示すように、磁気検出素子62を基板63の反磁石側(後面)に実装する場合、磁気検出素子62と磁石61との間に基板63が介在されるため、検出精度が低下する不具合が発生する。また、軸方向寸法は、基板63の厚みと磁気検出素子62の厚みが加算されるため、回転角度検出装置60が軸方向に大型化する不具合がある。
【0056】
それに対し、図13(b)に示すように、基板63に形成した窓部63aの内部に磁気検出素子62を取り付けた構造を採用することにより、磁気検出素子62と磁石61の間には基板63が介在されなくなるため、磁石61と磁気検出素子62の軸方向ギャップAを小さくでき、検出精度を高めることができる。
また、軸方向寸法は、基板63の厚みと磁気検出素子62の厚みが軸方向で重なるため、回転角度検出装置60を薄型化できる。
この結果、回転角度検出装置60を搭載した回転式アクチュエータ1を薄型化できる。
【0057】
〔実施例の効果〕
回転式アクチュエータ1の内部に搭載された回転角度検出装置60は、上述したように、基板63を軸方向に変位可能で、且つ回転方向および径方向に変位不能に支持する基板支持手段67と、基板63を磁石61に向けて付勢する付勢手段68と、基板63と磁石61との間に挟まれて基板63と磁石61との間に所定の軸方向ギャップBを形成するストッパ69とを具備するものである。
即ち、磁石61と磁気検出素子62の軸方向ギャップAは、ストッパ69の軸方向の公差と、基板63上における磁気検出素子62の取付公差とによって決定される。このように、軸方向ギャップAの公差を決定する部品の数を従来に比較して格段に少なくできる。
【0058】
磁石61と磁気検出素子62の軸方向ギャップAの公差を決定する部品の数を少なくできることにより、軸方向ギャップAの公差を小さくでき、回転角度検出装置60の検出精度を高めることができる。
即ち、安価なコストで磁石61と磁気検出素子62の軸方向ギャップAの公差を小さくできる。また、軸方向ギャップAの公差を決定する部品の数を少なくできることにより、検出精度の上限を引き上げることも可能になる。
このように、回転式アクチュエータ1の内部に搭載されたロータ11の回転角度の検出精度を高めることができ、シフトレンジ切替装置3の信頼性を高めることができる。
【0059】
〔変形例〕
上記の実施例では、本発明をシフトレンジ切替装置3の回転式アクチュエータ1の内部においてロータ11の回転角度を検出する回転角度検出装置60に適用した例を示したが、本発明は回転体の回転角度を検出する装置に適用可能なものであり、他の用途の回転体の回転角度を検出するように設けても良い。
上記の実施例では、ロータコア14に磁石61を接合する例を示したが、磁石61を接合する相手は回転するものであれば良く、ロータコア14以外の回転物に磁石61を接合して回転角度を検出するように設けても良い。
【0060】
上記の実施例では、基板63に窓部63aを形成して、その内部に磁気検出素子62を配置した例を示したが、窓部63aを設けずに、磁気検出素子62を基板63の反磁石側もしくは磁石側に実装しても良い。
上記の実施例では、基板63を非磁性体の金属板64とフィルム基板65とで構成した例を示したが、樹脂製やガラス製など他の基板63を用いても良い。
上記の実施例では、ストッパ69を磁石61と一体に設けた例を示したが、ストッパ69を磁石61や基板63とは別体に設けても良いし、ストッパ69を基板63と一体に設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】回転角度検出装置の要部断面図である。
【図2】回転式アクチュエータの断面図である。
【図3】シフトレンジ切替装置のシステム構成図である。
【図4】パーキング切替装置を含むシフトレンジ切替装置の斜視図である。
【図5】電動機の正面図である。
【図6】減速機をリヤ側から見た斜視図である。
【図7】減速機をフロント側から見た斜視図である。
【図8】減速機をフロント側から見た分解斜視図である。
【図9】磁石が組付けられたロータの断面図である。
【図10】着磁状態を示す磁石の平面図である。
【図11】ロータが回転した際におけるA、B、Z相の出力波形図である。
【図12】基板をリヤ側から見た平面図である。
【図13】磁気検出素子の取り付け状態を示す基板の要部断面図である。
【符号の説明】
5 電動機
11 ロータ(回転体)
14 ロータコア
20 リヤハウジング(基板を磁石の反対側から覆うハウジング)
60 回転角度検出装置
61 磁石
62 磁気検出素子
63 基板
63a 窓部
67 基板支持手段
67a 位置決め用の貫通穴
67b 位置決めピン
68 付勢手段
69 ストッパ
A 軸方向ギャップ(磁石と磁気検出素子の軸方向ギャップ)
B 軸方向ギャップ(磁石と基板の軸方向ギャップ)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotator using a magnetic change, and more particularly to a technique for improving the accuracy of an axial gap (opposing distance) between a magnet and a magnetic detection element.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
2. Description of the Related Art There is known a rotation angle detection device that arranges a magnetic detection element in an axial direction of a magnet attached to a rotating body and detects a rotation angle of the rotating body by detecting a magnetic change of the magnet with the magnetic detection element.
Since the magnetic force emitted by the magnet has a characteristic of decreasing in inverse proportion to the square of the distance, the accuracy of the axial gap between the magnet and the magnetic detection element is very important for improving the detection accuracy.
[0003]
Therefore, the end of the rotating shaft closer to the magnet is supported by the housing via a rolling bearing. The inner ring of the rolling bearing is press-fitted and fixed to the rotating shaft, and the outer ring of the rolling bearing is press-fitted and fixed to the housing. Then, a substrate for supporting the magnetic detection element is attached to the housing. By adopting such a configuration, a technique has been proposed in which the axial accuracy of the rotating shaft with respect to the housing is increased, and the tolerance of the axial gap between the magnet and the magnetic sensing element is reduced (this is not a known technique: Patent Document 1). reference).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2002-178897
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Even if the magnet is provided so as to support the magnetic detecting element as in the above-mentioned patent document, the magnet is supported by the rotating shaft via a rotating body (such as a rotor core), and the magnetic detecting element is mounted on the housing via a substrate. And a bearing or the like is interposed between the housing and the rotating shaft.
That is, there is an axial gap between the magnet and the magnetic detection element, such as magnet → rotator (rotor core) → rotating shaft → housing → substrate support member → substrate → magnetic detection element between the magnet and the magnetic detection element support structure. Many parts that disturb the accuracy of the device are interposed.
[0006]
The accuracy of the axial gap between the magnet and the magnetic sensing element is determined by adding the dimensional tolerances of many parts supporting the magnet and the magnetic sensing element. It becomes a factor of deterioration of accuracy.
In order to increase the detection accuracy, it is necessary to extremely reduce the dimensional tolerance of a large number of components supporting the magnet and the magnetic detection element, but this is a major factor in increasing costs. Further, if the detection accuracy is to be further improved, it cannot be established with a tolerance. That is, since a large number of components are interposed in the support member between the magnet and the magnetic detection element, the upper limit of the detection accuracy is suppressed.
[0007]
[Object of the invention]
The present invention focuses on the fact that the conventional structure increases the tolerance of the axial gap between the magnet and the magnetic sensing element due to the addition of the dimensional tolerances of a large number of parts supporting the magnet and the magnetic sensing element, thereby deteriorating the detection accuracy. The purpose is to reduce the number of parts that determine the axial gap between the magnet and the magnetic sensing element, thereby reducing the tolerance of the axial gap between the magnet and the magnetic sensing element and increasing the detection accuracy. It is an object of the present invention to provide a rotation angle detecting device capable of detecting a rotation angle.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
[Means of claim 1]
A rotation angle detecting device adopting the means of claim 1 is a substrate supporting means for supporting a substrate in such a manner that the substrate can be displaced in an axial direction, and cannot be displaced in a rotational direction and a radial direction, and a device for urging the substrate toward a magnet. And a stopper which is disposed between the substrate and the magnet and forms a predetermined axial gap between the substrate and the magnet.
That is, the axial gap between the magnet and the magnetic sensing element is determined by the axial tolerance of the stopper and the mounting tolerance of the magnetic sensing element on the substrate. Can be significantly reduced as compared with the related art.
[0009]
Thus, by reducing the number of components for determining the tolerance of the axial gap between the magnet and the magnetic sensing element, the tolerance of the axial gap between the magnet and the magnetic sensing element can be reduced, and the detection accuracy of the rotation angle detecting device can be increased. be able to.
That is, the tolerance of the axial gap between the magnet and the magnetic sensing element can be reduced at low cost. Furthermore, since the number of components for determining the tolerance of the axial gap between the magnet and the magnetic detection element can be reduced, the upper limit of the detection accuracy can be increased.
[0010]
[Means of Claim 2]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a rotation angle detecting device in which a stopper is provided integrally with one of a housing, a magnet and a substrate on which a substrate is mounted.
With this arrangement, the number of parts can be reduced, parts can be easily managed and assembled, and manufacturing costs can be reduced.
[0011]
[Means of Claim 3]
The rotation angle detecting device adopting the means of claim 3 is provided with a means for reducing the sliding resistance at a portion which slides on the stopper.
The means for reducing the sliding resistance is not limited.
For example, a high-sliding material (for example, ethylene tetrafluoride resin or the like) may be coated on at least one surface of a stopper or a member (a substrate or a magnet) that slides on the stopper.
Further, the stopper may be formed of a high sliding material (for example, ethylene tetrafluoride resin).
Alternatively, a high-sliding material (for example, lubricating oil such as grease or a film such as a tetrafluoroethylene resin) may be interposed between the stopper and a member (a substrate or a magnet) that comes into sliding contact with the stopper.
[0012]
[Means of Claim 4]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rotation angle detection device having a window portion penetrating a portion of a substrate on which a magnetic detection element is mounted, and in which the magnetic detection element is mounted.
With this arrangement, the thickness of the substrate and the thickness of the magnetic detection element overlap in the axial direction, so that the rotation angle detection device can be made thinner.
[0013]
[Means of claim 5]
The substrate supporting means of the rotation angle detecting device employing the means of claim 5 is provided in two through holes for positioning formed in the substrate and in a housing that covers the substrate from the opposite side of the magnet, and a minute clearance is provided in the through hole. And two positioning pins extending in the axial direction, which are fitted through each other.
With this arrangement, the positioning of the substrate with respect to the housing can be performed with high accuracy only by inserting the two through holes of the substrate into the two positioning pins provided in the housing.
[0014]
[Means of claim 6]
The rotating body of the rotation angle detecting device employing the means of claim 6 is a rotor in a rotating machine such as an electric motor or a generator, and the magnet is provided to be joined to a rotor core constituting the rotor.
As described above, since the rotation angle detection device is mounted inside the rotating machine, the thickness of the rotation machine equipped with the rotation angle detection device can be reduced.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described using examples and modifications.
〔Example〕
In this embodiment, the present invention is applied to a rotation angle detecting device of an electric motor that generates power for switching in a shift range switching device of an automatic transmission (including a switching device of a parking switching mechanism). The range switching device will be described.
[0016]
(Description of shift range switching device)
The shift range switching device includes a shift range switching device 3 (including a parking switching device 4; see FIG. 4) mounted on the vehicle automatic transmission 2 (see FIG. 3) by the rotary actuator 1 (see FIG. 2). Switch.
The rotary actuator 1 is used as a servo mechanism for driving the shift range switching device 3, and includes a synchronous motor 5 (hereinafter, referred to as an electric motor) and an internally meshing planetary gear reducer 6 (hereinafter, referred to as a reducer). It is constituted by. This embodiment will be described with the right side of FIG. 2 as the front (or front) and the left side as the rear (or rear).
[0017]
(Description of the electric motor 5)
The electric motor 5 will be described with reference to FIGS.
The electric motor 5 according to this embodiment is an SR motor (switched reluctance motor) that does not use a permanent magnet, and includes a rotor 11 rotatably supported and a stator arranged coaxially with the rotation center of the rotor 11. And 12.
[0018]
The rotor 11 includes a rotor shaft 13 and a rotor core 14, and the rotor shaft 13 is rotatably supported by rolling bearings (a front rolling bearing 15 and a rear rolling bearing 16) arranged at a front end and a rear end. .
The front rolling bearing 15 is arranged on the inner periphery of the output shaft 17 of the reduction gear 6, and the output shaft 17 of the reduction gear 6 is rotatable by the metal bearing 19 arranged on the inner periphery of the front housing 18. It is supported by. That is, the front end of the rotor shaft 13 is rotatably supported via the metal bearing 19 → the output shaft 17 → the front rolling bearing 15 provided on the front housing 18.
[0019]
Here, the axial support section of the metal bearing 19 is provided so as to overlap the axial support section of the front rolling bearing 15. With such provision, the inclination of the rotor shaft 13 caused by the reaction force of the speed reducer 6 (specifically, the reaction force of the load applied to the engagement between the external gear 26 and the internal gear 27 described later) is avoided. be able to.
On the other hand, the rear rolling bearing 16 is supported by the rear housing 20.
[0020]
The stator 12 includes a stator core 21 and a coil 22 (specifically, coils 22A to 22L: see FIG. 5).
The stator core 21 is formed by laminating a large number of thin plates, and is fixed to the rear housing 20. The stator core 21 is provided with stator teeth protruding every 30 degrees toward the inner rotor core 14, and coils 22 </ b> A to 22 </ b> L are wound around each of the stator teeth 23. Here, the coils 22A, 22D, 22G, and 22J are in the U phase, the coils 22B, 22E, 22H, and 22K are in the V phase, and the coils 22C, 22F, 22I, and 22L are in the W phase.
[0021]
On the other hand, the rotor core 14 is formed by laminating a number of thin plates, and is press-fitted and fixed to the rotor shaft 13. The rotor core 14 is provided with salient poles 24 protruding every 45 degrees toward the outer stator core 21. When the energization is switched in the order of W phase → V phase → U phase from the state of FIG. 5, the rotor 11 rotates counterclockwise, and conversely, when the energization is switched in the order of V phase → W phase → U phase. The rotor 11 rotates clockwise, and the rotor 11 rotates 45 degrees each time the energization of the U, V, and W phases completes.
[0022]
(Description of reduction gear 6)
The reduction gear 6 will be described with reference to FIGS. 2 and 6 to 8.
The speed reducer 6 includes an external gear 26 (inner gear: sun gear) mounted eccentrically rotatable with respect to the rotor shaft 13 via an eccentric portion 25 provided on the rotor shaft 13, and the external gear 26. Are provided with an internal gear 27 (outer gear: ring gear) internally engaged with the transmission gear 28 for transmitting only the rotation component of the external gear 26 to the output shaft 17.
[0023]
The eccentric portion 25 is a shaft that eccentrically rotates with respect to the rotation center of the rotor shaft 13 and swings and rotates the external gear 26. 26 is rotatably supported.
The external gear 26 is rotatably supported by the eccentric portion 25 of the rotor shaft 13 via the intermediate rolling bearing 31 as described above, and is pressed against the internal gear 27 by the rotation of the eccentric portion 25. It is configured to rotate in the state of being turned.
The internal gear 27 is fixed to the front housing 18 by a fixing projection 32.
[0024]
The transmission means 28 includes a plurality of inner pin holes 34 formed on the same circumference of a flange 33 rotating integrally with the output shaft 17, and a plurality of inner pin holes 34 formed in the external gear 26, each of which fits loosely into the inner pin hole 34. And the inner pin 35.
The plurality of inner pins 35 are provided so as to protrude from the front surface of the external gear 26.
The plurality of inner pin holes 34 are provided on a flange 33 provided at the rear end of the output shaft 17, and the rotation of the external gear 26 is controlled by the engagement of the inner pins 35 and the inner pin holes 34. 17 is transmitted.
With this arrangement, the rotor shaft 13 rotates and the external gear 26 rotates eccentrically, so that the external gear 26 rotates at reduced speed with respect to the rotor shaft 13, and the reduced rotation is transmitted to the output shaft 17. Can be The output shaft 17 is connected to a control rod 45 (described later) of the shift range switching device 3.
Unlike this embodiment, a plurality of inner pin holes 34 may be formed in the external gear 26 and a plurality of inner pins 35 may be provided in the flange 33.
[0025]
(Description of shift range switching device 3)
The shift range switching device 3 will be described with reference to FIG.
The shift range switching device 3 (including the parking switching device 4) is switched by the output shaft 17 of the speed reducer 6 described above.
Switching of each shift range (P, R, N, D) in the automatic transmission 2 is performed by sliding displacement of a manual spool valve 42 provided in the hydraulic control box 41 to an appropriate position.
[0026]
On the other hand, the locking and unlocking of the parking switching device 4 is performed by engaging and disengaging the concave portion 43a of the park gear 43 and the convex portion 44a of the park pole 44. The park gear 43 is connected to an output shaft of the automatic transmission 2 (not shown) via a differential gear (not shown). A locked state is achieved.
[0027]
A detent plate 46 having a substantially fan shape is attached to the control rod 45 driven by the speed reducer 6 by driving a spring pin (not shown) or the like.
The detent plate 46 is provided with a plurality of recesses 46a at the radial end (substantially fan-shaped arc portion), and is switched by the leaf springs 47 fixed to the hydraulic control box 41 fitted into the recesses 46a. The set shift range is maintained.
[0028]
A pin 48 for driving the manual spool valve 42 is attached to the detent plate 46.
The pin 48 is engaged with a groove 49 provided at the end of the manual spool valve 42, and when the detent plate 46 is rotated by the control rod 45, the pin 48 is driven in an arc, and the pin 48 The engaged manual spool valve 42 makes a linear movement inside the hydraulic control box 41.
[0029]
When the control rod 45 is rotated clockwise as viewed from the direction of arrow A in FIG. 4, the pin 48 pushes the manual spool valve 42 into the hydraulic control box 41 via the detent plate 46, and The oil passage is switched in the order of D → N → R → P. That is, the range of the automatic transmission 2 is switched in the order of D → N → R → P.
When the control rod 45 is rotated in the opposite direction, the pin 48 pulls out the manual spool valve 42 from the hydraulic control box 41, and the oil passage in the hydraulic control box 41 is switched in the order of P → R → N → D. That is, the range of the automatic transmission 2 is switched in the order of P → R → N → D.
[0030]
On the other hand, a park rod 51 for driving the park pole 44 is attached to the detent plate 46. A cone 52 is provided at the tip of the park rod 51.
The conical portion 52 is interposed between the projecting portion 53 of the housing of the automatic transmission 2 and the park pole 44. When the control rod 45 is rotated clockwise as viewed from the direction of arrow A in FIG. (Specifically, R → P range), the park rod 51 is displaced in the direction of arrow B in FIG. 4 via the detent plate 46, and the conical portion 52 pushes up the park pole 44. Then, the park pole 44 rotates in the direction of arrow C in FIG. 4 around the shaft 44b, the projection 44a of the park pole 44 engages with the recess 43a of the park gear 43, and the locked state of the parking switching device 4 is achieved. .
[0031]
When the control rod 45 is rotated in the opposite direction (specifically, P → R range), the park rod 51 is pulled back in the direction opposite to the direction of arrow B in FIG. 4, and the force for pushing up the park pole 44 is lost. Since the park pole 44 is constantly urged by a torsion coil spring (not shown) in a direction opposite to the direction of arrow C in FIG. And the parking switching device 4 is unlocked.
[0032]
(Description of rotation angle detection device 60)
The rotation angle detection device 60 will be described with reference to FIGS. 1, 2, 5, 9 to 13.
In the rotary actuator 1 described above, a rotation angle detection device 60 for detecting the rotation angle of the rotor 11 (corresponding to a rotating body) is mounted in the housing (front housing 18 + rear housing 20). By detecting the rotation angle of the rotor 11 by the rotation angle detection device 60, it is possible to operate the motor 5 at high speed without stepping out.
[0033]
The rotation angle detection device 60 is an incremental encoder, and includes a magnet 61 that rotates integrally with the rotor 11, and a magnetic detection element 62 for magnetic detection (specifically, first to (3 magnetic detecting elements 62A, 62B, 62Z) and a substrate 63 for supporting the magnetic detecting elements 62 in the rear housing 20.
[0034]
The magnet 61 has a substantially ring disk shape, and is joined to the axial end face of the rotor core 14 so as to be arranged concentrically with the rotor shaft 13. When the magnetic force exerted on the magnet 61 from the rotor core 14 is large, the magnet 61 is joined to the rotor core 14 via a non-magnetic film member (not shown).
When the influence of the magnetic force from the rotor core 14 on the magnet 61 is small, the magnet 61 is directly joined to the rotor core 14. As a result, the number of parts can be reduced, and the cost can be reduced.
[0035]
The magnet 61 of this embodiment is made of an inexpensive ferrite plastic magnet, for example, and has a predetermined thickness in the axial direction. The magnet 61 is joined to the rotor core 14 by magnetizing the joining surface of the rotor core 14 and magnetizing the surface on the rotor core 14 side. Of course, instead of joining by magnetic force, joining may be performed by an adhesive or the like.
[0036]
As shown in FIG. 9, a plurality of holes 14 a for magnet positioning are provided on the rear surface of the rotor core 14. On the other hand, a plurality of protrusions 61a are also provided on the joint surface of the magnet 61. Then, by inserting the protrusion 61a of the magnet 61 into the hole 14a of the rotor core 14 and assembling the magnet 61, the magnet 61 is assembled coaxially with the rotation center of the rotor core 14.
[0037]
After the magnet 61 is joined to the rotor core 14, as shown in FIG. 9, a surface (rear surface) facing the magnetic detection element 62 is magnetized for rotational position detection.
This magnetization is performed so that a magnetic force is generated in the axial direction of the magnet 61. By this magnetization, as shown in FIG. Become like
[0038]
Specific magnetization will be described.
As shown in FIG. 10, on the outer peripheral side of the rear surface of the magnet 61, there is provided an outer peripheral magnetized portion 61b in which N poles and S poles are repeatedly magnetized at a pitch of 7.5 degrees. The A-phase and B-phase outputs (FIG. 11) for detecting the precise rotation angle of the rotor 11 from the first and second magnetic detection elements 62A and 62B by repetition of the N pole and the S pole in the rotation direction in the magnetic portion 61b. Reference) is obtained.
[0039]
On the inner peripheral side of the rear surface of the magnet 61, S-poles are magnetized at intervals of 45 degrees, and N-poles are magnetized on both sides in the rotation direction. The Z-phase output (see FIG. 11) for obtaining the synchronization signal of the electric motor 5 from the third magnetic detection element 62Z is obtained by the magnetic pole change at 45-degree intervals in the magnetized portion 61c.
[0040]
Each of the first to third magnetic detection elements 62A, 62B, and 62Z is a Hall IC that includes a Hall element that generates an output according to the amount of magnetic flux passing therethrough, and an amplifier circuit that amplifies the output of the Hall element. In this embodiment, an example in which a Hall IC is used as an example of the magnetic detection element 62 is described. However, an element that detects a change in magnetic flux, such as a Hall element or an MRIC, may be used instead of the Hall IC.
[0041]
The first and second magnetic detecting elements 62A and 62B detect the A phase and the B phase, respectively. The first and second magnetic detecting elements 62A and 62B are arranged on a circumference facing the outer peripheral magnetized portion 61b of the magnet 61, and the outer peripheral magnetized portion 61b. A phase output and B phase output are obtained by the change in magnetic flux.
The third magnetic detecting element 62Z detects the Z phase, is arranged on the circumference facing the inner peripheral magnetized portion 61c of the magnet 61, and outputs the Z phase by a change in magnetic flux of the inner peripheral magnetized portion 61c. Is what you get.
[0042]
Next, the output waveforms of the A-phase, B-phase, and Z-phase by the rotation angle detection device 60 will be described with reference to FIGS.
The A-phase and the B-phase are output signals having a phase difference of 90 degrees in electrical angle. In this embodiment, each time the rotor 11 rotates 15 degrees, the A-phase and the B-phase are output one cycle each. It is configured.
The Z phase is an index pulse that is output once each time the rotor 11 rotates 45 degrees, and the Z phase can define the relative positional relationship between the energized phase of the electric motor 5 and the A and B phases.
[0043]
The substrate 63 supports the first to third magnetic detecting elements 62A, 62B, and 62Z at the positions shown in FIG. 5 in a state facing the magnets 61. As shown in FIGS. A body metal plate 64 (eg, aluminum, stainless steel, etc.) and a film substrate made of an insulating resin material (eg, polyimide, etc.) provided on the surface of the metal plate 64 opposite to the magnet 61 65.
[0044]
On the film substrate 65, a plurality of circuit patterns 65a are formed on a surface that does not touch the metal plate 64 by a printing technique. On the substrate 63, in addition to the first to third magnetic detecting elements 62A, 62B, 62Z, a capacitor 66 for a noise filter and the like are mounted. Each electric component is electrically connected to each circuit pattern 65a. Connected to. On the other hand, an end of each circuit pattern 65a is electrically connected to a terminal terminal (not shown) provided in the rear housing 20. The terminal terminal is connected to the external connection connector.
[0045]
The substrate 63 is supported inside the rear housing 20 so as to be displaceable in the rotation axis direction of the magnet 61 and not to be displaceable in the rotation direction of the magnet 61 and the radial direction of rotation. Details will be described later.
[0046]
(Description of ECU 70)
The ECU 70 will be described with reference to FIG.
The ECU 70 controls the rotation of the electric motor 5 based on range operation means (not shown) operated by the occupant, the rotation angle of the rotor 11 detected by the rotation angle detection device 60, and the like, and is driven via the speed reducer 6. The switching control of the shift range switching device 3 is performed.
[0047]
Here, reference numeral 71 shown in FIG. 3 is a vehicle-mounted battery, reference numeral 72 is a display device (visual display means during normal operation, a warning light, a warning buzzer, etc.) indicating the shift range and the state of the rotary actuator 1, and reference numeral 73. Reference numeral 74 denotes a power supply circuit of the electric motor 5, reference numeral 74 denotes a vehicle speed sensor, and reference numeral 75 denotes a range operation means, a brake switch, and other sensors for detecting a vehicle state. As an example of sensors, a sensor for detecting the rotation angle of the output shaft 17 may be mounted.
[0048]
[Features of the embodiment]
Since the magnetic force emitted by the magnet 61 has a characteristic of decreasing in inverse proportion to the square of the distance, the accuracy of the axial gap A (symbol, see FIG. 1) between the magnet 61 and the magnetic detecting element 62 is equal to the detection accuracy. Becomes very important to enhance
However, when a conventional structure (a structure in which the substrate 63 supporting the magnetic detection element 62 is supported by the rear housing 20) is employed as a support structure for the magnetic detection element 62, there is no space between the magnet 61 and the support structure for the magnetic detection element 62. , The magnet 61 → the rotor core 14 → the rotor shaft 13 → the rear rolling bearing 16 → the rear housing 20 → the support member of the substrate 63 → the substrate 63 → the magnetic detecting element 62. Since many components that disturb the accuracy are interposed, the tolerance of the axial gap A becomes large, which causes deterioration of the detection accuracy.
[0049]
Therefore, as shown in FIG. 1, the rotation angle detection device 60 of this embodiment is provided with the following features to improve the accuracy of the axial gap A between the magnet 61 (magnetic flux emission surface) and the magnetic detection element 62: A substrate supporting means 67 for supporting the substrate 63 supporting the third magnetic detecting elements 62A, 62B, 62Z so as to be displaceable in the direction of the rotation axis of the magnet 61 and not to be displaceable in the direction of rotation of the magnet 61 and the radial direction of rotation. (2) a biasing means 68 for biasing the substrate 63 toward the magnet 61; and (3) a predetermined biasing means disposed between the substrate 63 and the magnet 61 and disposed between the substrate 63 and the magnet 61. And a stopper 69 for forming the axial gap B. FIG. 1 is an enlarged view in a circle of FIG.
[0050]
Next, the above (1) to (3) will be described sequentially.
(1) The substrate support means 67 is provided in the two through holes 67a for positioning (see FIG. 12) formed in the substrate 63 and the rear housing 20 that covers the substrate 63 from the opposite side of the magnet 61. And two positioning pins 67b (see FIGS. 1 and 2) extending in the direction of the rotation axis to be fitted through a minute clearance.
Therefore, the board 63 can be displaced in the axial direction, and cannot be displaced in the rotational direction and the radial direction only by inserting the two through holes 67a of the board 63 into the two positioning pins 67b provided on the rear housing 20. And the substrate 63 is positioned with high precision with respect to the rear housing 20.
[0051]
The substrate 63 has two notches 67c in addition to the two through holes 67a. Each notch 67 c is loosely fitted to the pin extending in the axial direction in the rear housing 20 through a large clearance, and does not contribute to the positioning of the substrate 63.
[0052]
(2) The urging means 68 may be any spring, rubber or the like as long as it urges the substrate 63 toward the magnet 61. In this embodiment, a ring-shaped webbing washer is used. The biasing means 68 (waving washer) biases the substrate 63, which is interposed between the rear housing 20 and the substrate 63 and is supported so as to be displaceable in the axial direction, toward the magnet 61.
[0053]
(3) The stopper 69 is sandwiched between the substrate 63 urged toward the magnet 61 and the rotating magnet 61 to form a predetermined axial gap B between the substrate 63 and the magnet 61. Thus, the axial gap A between the magnet 61 mounted on the substrate 63 and the magnetic detection element 62 is determined.
The stopper 69 of this embodiment has a ring shape and is provided integrally with the magnet 61. As a result, the number of parts can be reduced, parts can be easily managed and assembled, and manufacturing costs can be reduced.
[0054]
Here, means for reducing sliding resistance is provided in a portion that slides and slides between the stopper 69 and the substrate 63.
In this embodiment, at least one surface of the stopper 69 or the substrate 63 that is in sliding contact with the stopper 69 is coated with a high-sliding material (eg, tetrafluoroethylene resin) as a means for reducing the sliding resistance. Things. The stopper 69 may be formed of a high sliding material (for example, ethylene tetrafluoride resin), or the stopper 69 may be formed of a thrust bearing in the rotation direction. Alternatively, a high-sliding material (for example, lubricating oil such as grease or a film such as ethylene tetrafluoride resin) may be interposed between the stopper 69 and the substrate 63.
In addition, by reducing the sliding resistance between the stopper 69 and the substrate 63, the wear of the rotary sliding portion can be prevented and the durability can be increased, and the rotation loss of the motor 5 can be reduced because the rotation loss of the rotor is reduced. Output loss can be suppressed.
[0055]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the rotation angle detecting device 60 of this embodiment is provided with a window 63a penetrating a portion of the substrate 63 where the magnetic detecting element 62 is mounted, and the magnetic detecting element 62 The structure which attaches is adopted.
Here, as shown in FIG. 13A, when the magnetic detection element 62 is mounted on the non-magnet side (rear surface) of the substrate 63, the substrate 63 is interposed between the magnetic detection element 62 and the magnet 61. This causes a problem that the detection accuracy is reduced. In addition, since the thickness of the substrate 63 and the thickness of the magnetic detection element 62 are added to the dimension in the axial direction, there is a problem that the rotation angle detection device 60 becomes large in the axial direction.
[0056]
On the other hand, as shown in FIG. 13B, by adopting a structure in which the magnetic detecting element 62 is mounted inside the window 63a formed in the substrate 63, the substrate is provided between the magnetic detecting element 62 and the magnet 61. Since the interposition of the magnet 63 is eliminated, the axial gap A between the magnet 61 and the magnetic detection element 62 can be reduced, and the detection accuracy can be increased.
In the axial dimension, since the thickness of the substrate 63 and the thickness of the magnetic detection element 62 overlap in the axial direction, the rotation angle detection device 60 can be made thin.
As a result, the rotary actuator 1 on which the rotation angle detection device 60 is mounted can be reduced in thickness.
[0057]
[Effects of the embodiment]
As described above, the rotation angle detection device 60 mounted inside the rotary actuator 1 includes a substrate support unit 67 that supports the substrate 63 so as to be able to displace in the axial direction and not to be displaceable in the rotational direction and the radial direction. A biasing means 68 for biasing the substrate 63 toward the magnet 61; a stopper 69 sandwiched between the substrate 63 and the magnet 61 to form a predetermined axial gap B between the substrate 63 and the magnet 61; Is provided.
That is, the axial gap A between the magnet 61 and the magnetic sensing element 62 is determined by the axial tolerance of the stopper 69 and the mounting tolerance of the magnetic sensing element 62 on the substrate 63. As described above, the number of components for determining the tolerance of the axial gap A can be significantly reduced as compared with the related art.
[0058]
Since the number of components that determine the tolerance of the axial gap A between the magnet 61 and the magnetic detection element 62 can be reduced, the tolerance of the axial gap A can be reduced, and the detection accuracy of the rotation angle detection device 60 can be increased.
That is, the tolerance of the axial gap A between the magnet 61 and the magnetic detection element 62 can be reduced at low cost. Further, since the number of components for determining the tolerance of the axial gap A can be reduced, the upper limit of the detection accuracy can be increased.
Thus, the detection accuracy of the rotation angle of the rotor 11 mounted inside the rotary actuator 1 can be improved, and the reliability of the shift range switching device 3 can be improved.
[0059]
(Modification)
In the above embodiment, an example is shown in which the present invention is applied to the rotation angle detection device 60 that detects the rotation angle of the rotor 11 inside the rotary actuator 1 of the shift range switching device 3. The present invention is applicable to a device for detecting a rotation angle, and may be provided so as to detect the rotation angle of a rotating body for other uses.
In the above-described embodiment, the example in which the magnet 61 is joined to the rotor core 14 has been described. However, the partner to which the magnet 61 is joined may be any rotating member, and the magnet 61 is joined to a rotating object other than the rotor core 14 to rotate the magnet 61. May be provided.
[0060]
In the above embodiment, the window 63a is formed in the substrate 63, and the magnetic detection element 62 is disposed inside the window 63a. However, the window 63a is not provided, and the magnetic detection element 62 is opposed to the substrate 63. It may be mounted on the magnet side or the magnet side.
In the above-described embodiment, the example in which the substrate 63 is constituted by the non-magnetic metal plate 64 and the film substrate 65 is shown, but another substrate 63 made of resin or glass may be used.
In the above embodiment, the example in which the stopper 69 is provided integrally with the magnet 61 has been described. However, the stopper 69 may be provided separately from the magnet 61 and the substrate 63, or the stopper 69 may be provided integrally with the substrate 63. May be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a rotation angle detection device.
FIG. 2 is a sectional view of a rotary actuator.
FIG. 3 is a system configuration diagram of a shift range switching device.
FIG. 4 is a perspective view of a shift range switching device including a parking switching device.
FIG. 5 is a front view of the electric motor.
FIG. 6 is a perspective view of the speed reducer as viewed from a rear side.
FIG. 7 is a perspective view of the speed reducer as viewed from the front side.
FIG. 8 is an exploded perspective view of the speed reducer viewed from the front side.
FIG. 9 is a sectional view of a rotor on which a magnet is mounted.
FIG. 10 is a plan view of a magnet showing a magnetized state.
FIG. 11 is an output waveform diagram of A, B, and Z phases when the rotor rotates.
FIG. 12 is a plan view of the substrate as viewed from the rear side.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part of the substrate, showing a state where the magnetic detection element is mounted.
[Explanation of symbols]
5 Electric motor
11 rotor (rotating body)
14 Rotor core
20 Rear housing (housing that covers the substrate from the opposite side of the magnet)
60 Rotation angle detector
61 magnet
62 Magnetic sensing element
63 substrate
63a window
67 Substrate support means
67a Through hole for positioning
67b Positioning pin
68 biasing means
69 Stopper
A axial gap (axial gap between magnet and magnetic sensing element)
B axial gap (axial gap between magnet and substrate)

Claims (6)

回転体と一体に回転し、回転方向に磁極が変化する磁石と、
磁気を検出する磁気検出素子と、
この磁気検出素子を支持する基板とを備え、
前記磁石から放出される磁気を前記磁気検出素子で検出することによって前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
前記基板を軸方向に変位可能で、且つ回転方向および径方向に変位不能に支持する基板支持手段と、
前記基板を前記磁石に向けて付勢する付勢手段と、
前記基板と前記磁石との間に挟まれて配置され、前記基板と前記磁石との間に所定の軸方向ギャップを形成するストッパと、
を具備することを特徴とする回転角度検出装置。
A magnet that rotates together with the rotating body and changes the magnetic pole in the direction of rotation,
A magnetic detection element for detecting magnetism,
A substrate for supporting the magnetic detection element,
In a rotation angle detection device that detects a rotation angle of the rotating body by detecting magnetism emitted from the magnet with the magnetic detection element,
A substrate supporting means that supports the substrate so that it can be displaced in the axial direction, and cannot be displaced in the rotational direction and the radial direction,
Urging means for urging the substrate toward the magnet,
A stopper that is interposed between the substrate and the magnet and forms a predetermined axial gap between the substrate and the magnet;
A rotation angle detection device comprising:
請求項1に記載の回転角度検出装置において、
前記ストッパは、前記基板が取り付けられているハウジング、前記磁石または前記基板のいずれかと一体に設けられることを特徴とする回転角度検出装置。
The rotation angle detection device according to claim 1,
The rotation angle detecting device, wherein the stopper is provided integrally with one of the housing, the magnet, and the substrate to which the substrate is attached.
請求項1または請求項2に記載の回転角度検出装置において、
前記ストッパと回転摺動する部分には、摺動抵抗を小さくする手段が設けられることを特徴とする回転角度検出装置。
The rotation angle detection device according to claim 1 or 2,
A rotation angle detecting device, wherein means for reducing sliding resistance is provided in a portion that slides on the stopper.
請求項1〜請求項3のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
前記基板は、前記磁気検出素子を実装する部位に貫通した窓部を有し、この窓部内に前記磁気検出素子が取り付けられることを特徴とする回転角度検出装置。
The rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 3,
The rotation angle detection device, wherein the substrate has a window portion penetrating a portion where the magnetic detection element is mounted, and the magnetic detection element is mounted in the window portion.
請求項1〜請求項4のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
前記基板支持手段は、
前記基板に形成された2つの位置決め用の貫通穴と、
前記基板を前記磁石の反対側から覆うハウジングに設けられ、前記貫通穴に微小クリアランスを介して嵌め合わされる軸方向に伸びた2つの位置決めピンと、を備えることを特徴とする回転角度検出装置。
The rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 4,
The substrate supporting means,
Two positioning through holes formed in the substrate;
A rotation angle detecting device, comprising: two positioning pins provided in a housing that covers the substrate from the opposite side of the magnet and that are fitted into the through holes via minute clearances and that extend in an axial direction.
請求項1〜請求項5のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
前記回転体は、電動機あるいは発電機等の回転機におけるロータであり、
前記磁石は、前記ロータを構成するロータコアに接合して設けられることを特徴とする回転角度検出装置。
The rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 5,
The rotating body is a rotor in a rotating machine such as an electric motor or a generator,
The rotation angle detecting device, wherein the magnet is provided so as to be joined to a rotor core constituting the rotor.
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