JP2009025222A - 回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度特性の変化やバッテリ電圧の変動が発生しても、磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）が変化しない位置、つまりホール素子５５の出力変動が最も小さい位置に、Ｎポジションを設定することで、運転者の意図しない車両発進を防止することができる、安全性の高いシフトポジション検出装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 ＡＴのシフトポジションがＮポジションの時に、磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）がゼロとなるように、ホール素子５５に対するマグネット５２の相対的な位置関係を設定する。すなわち、マグネット５２から放出される磁束が、ホール素子５５の磁気検出面に対して平行に通過するように、ホール素子５５に対するマグネット５２の相対的な位置関係を設定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えばホール素子等の磁気検出素子と磁石とを使用して検出対象物の回転角度を検出する回転角度検出装置に関するもので、特に自動車等の車両に搭載された自動変速機における各シフトポジションを、検出対象物の回転角度に対する磁気検出素子の出力変化特性を利用して検出するシフトポジション検出装置に関するものである。

［従来の技術］
従来より、例えばスロットルバルブ等の回転体の回転角度を検出する回転角度検出装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。これは、図８および図９に示したように、回転体の回転軸１０１に円筒カップ状のロータコア１０２が固定され、また、このロータコア１０２の内周側に円柱状のステータコア１０３が同軸状に配置されている。そして、ロータコア１０２の２つの切欠き部には、それぞれ磁石１０４が固定されている。一方、ステータコア１０３の中央部には、一定幅の磁束検出ギャップ１０５が形成され、また、磁気検出ギャップ１０５には、ホールＩＣ等の磁気検出素子１０６が配置されている。

この回転角度検出装置は、回転体の回転軸１０１の回転に伴って、ロータコア１０２が回転すると、磁石１０４と磁気検出素子１０６との相対的な回転角度（磁気角度）に応じて磁束検出ギャップ１０５を通過する磁束密度（磁気検出素子１０６に鎖交する磁束密度）が図１０のグラフに示したように変化し、この磁束密度に応じて磁気検出素子１０６の出力が変化する。そして、制御装置は、磁気検出素子１０６の出力を入力してロータコア１０２の回転角度、つまり回転体の回転角度を検出する。

ここで、自動車の自動変速機における各シフトポジンションを検出するシフトポジション検出装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。これは、接点式のシフトポジションセンサの接点寿命や寒冷地における接点保護のグリース硬化によるスイッチ固着等の問題を解決するという目的で、被検出物の回転軸の回転に伴って回転する金属製の可動片を備え、この可動片の回転角度に応じて永久磁石による静磁場に変化が生じ、その変化を磁気検出部にて検出する。なお、磁気検出部は、複数の磁気検出素子が一体に設けられた磁気検出アレイとして構成されている。また、磁気検出部の背面側（可動片と対面しない側）に矩形板状の永久磁石を配設して固定ピックアップ部を構成している。
このように、シフトポジション検出装置によれば、磁気検出部によって非接触で可動片の回転角度が検出できるので、無接点化が可能となり、また、自動変速機のシフトポジションを連続的な出力によって検出することが可能となる。

［従来の技術の不具合］
ところが、例えばホール素子等の磁気検出素子は、温度によって感度（被検出物の回転角度に対する出力電圧特性）が変化する温度特性を有している。また、永久磁石は、温度によって磁束量が変化する温度特性を有している。
そして、温度特性の変化や電源電圧の変動により、ＡＴの各シフトポジションの検出値、つまり被検出物の回転角度に対する磁気検出素子の出力電圧が変動すると、シフト位置の誤検出を引き起こし、運転者の意思と異なるシフトになる恐れがある。

特に、ニュートラルレンジにおける誤検出は、車両を停止しているという運転者の意思に対して、ドライブ（Ｄ）ポジションまたはリバース（Ｒ）ポジションのどちらかに入る可能性が高く、思わぬ車両発進を起こしてしまうという恐れがある。
特許第３５９６６６７号公報（第１−１２頁、図１−図１９） 特開２０００−１２３６８６号公報（第１−６頁、図１−図６）

本発明の目的は、温度特性の変化や電源電圧の変動が発生しても、磁気検出素子を通過する磁束が変化しない位置、つまり磁気検出素子の出力変動が最も小さい位置に、ニュートラルポジションを設定することで、運転者の意図しない車両発進を防止することのできる回転角度検出装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によれば、自動変速機のシフトポジションがニュートラル（Ｎ）ポジションの時に、磁気検出素子を通過する磁束量がゼロとなるように、磁気検出素子に対する磁石の相対的な位置関係を設定することにより、ニュートラル（Ｎ）レンジにおける誤検出を防止することができる。すなわち、温度特性の変化や電源電圧の変動が発生しても、磁気検出素子を通過する磁束が変化しない位置、つまり磁気検出素子の出力変動が最も小さい位置に、ニュートラル（Ｎ）ポジションを設定することで、運転者の意図しない車両発進を防止することができるので、安全性の高い回転角度検出装置を提供できるという効果を得ることができる。
請求項２に記載の発明によれば、自動変速機のシフトポジションがニュートラル（Ｎ）ポジションの時に、磁石から放出される磁束が、ホール素子の磁気検出面に対して平行に通過するように、ホール素子に対する磁石の相対的な位置関係を設定することにより、請求項１に記載の発明と同様な効果を得ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、ニュートラル（Ｎ）ポジションを境にして、リバース（Ｒ）ポジション側へシフトした時とドライブ（Ｄ）ポジション側へシフトした時との間で、ホール素子の磁気検出面を通過する磁束の流れ方向が反対向きとなっている。すなわち、車両が動くシフトポジションであるＤポジションとＲポジションとにおける、ホール素子の出力（磁気検出値）が正負反対のため、車両の発進方向が確実に検出できるという効果を得ることができる。例えばＤポジションの時のホール素子の磁気検出面を通過する磁束の流れ方向を正方向とした場合には、ホール素子の出力（磁気検出値）が正の値（例えばプラス電圧値）となる。また、Ｒポジションの時のホール素子の磁気検出面を通過する磁束の流れ方向を負方向とした場合には、ホール素子の出力（磁気検出値）が負の値（例えばマイナス電圧値）となる。

請求項４に記載の発明によれば、自動変速機の各シフトポジションの変化、検出対象物の回転角度の変化、磁石との相対回転角度の変化に対応して磁気検出素子の出力が連続的に変化する。すなわち、自動変速機の各シフトポジションの変化を連続的な信号で検出できるので、自動変速機の各シフトポジションが変化する前の任意のタイミングで内燃機関の制御が可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、自動変速機のシフトポジションには、リバース（Ｒ）ポジションを境にして、ニュートラル（Ｎ）ポジション側に対して反対側にパーキング（Ｐ）ポジションがある。そして、イグニッションスイッチがオンされる毎に、Ｐポジションにおける磁気検出素子の出力を学習し、この学習値と磁束量のゼロ点とから、検出対象物の回転角度に対する磁気検出素子の出力変化特性を補正するようにしている。これによって、イグニッションスイッチがオンされる毎に、磁気検出素子の出力に基づいてシフト位置の学習を実施できるので、経時変化を補正することが可能となる。さらに、Ｎポジションから位置的に最も遠いＰポジションでシフト位置の学習を実施できるので、自動変速機の各シフトポジションの位置精度を向上することが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、パーキング（Ｐ）ポジションまたはニュートラル（Ｎ）ポジションを検出した時に、スタータモータの起動を許可するスタータ起動許可信号を出力するようにしている。すなわち、車両停止ポジションであるＰポジションとＮポジションとを、自動変速機の各シフトポジションの中で最も検出精度の高い位置に合わせているので、スタータ起動スイッチ機能を本発明と兼用することができ、スタータ起動スイッチを廃止することができる。

本発明を実施するための最良の形態は、ニュートラル（Ｎ）レンジにおける誤検出を防止して、運転者の意図しない車両発進を防止するという目的を、温度特性の変化や電源電圧の変動が発生しても、磁気検出素子を通過する磁束が変化しない位置、つまり磁気検出素子の出力変動が最も小さい位置に、ニュートラル（Ｎ）ポジションを設定することで実現した。

［実施例１の構成］
図１ないし図７は本発明の実施例１を示したもので、図１は回転式アクチュエータを示した図で、図２は自動変速機のシフトレンジ切替機構を示した図である。

本実施例のシフトレンジ切替装置は、自動車等の車両に搭載された自動変速機（ＡＴ）のレンジ（シフトポジション）を、パーキング（Ｐ）レンジ、リバース（Ｒ）レンジ、ニュートラル（Ｎ）レンジ、ドライブ（Ｄ）レンジに切り替えるシフトレンジ切替機構と、このシフトレンジ切替機構の切り替えのための駆動力を発生する電動モータ１を有する回転式アクチュエータと、運転者の切り替え操作に応じて、電動モータ１を通電制御する自動変速機制御装置（ＡＴ制御装置：ＡＴ−ＥＣＵ）とを備え、電動モータ１の回転軸２またはロータコア３に歯車減速機構（リングギヤ４、サンギヤ５、中間減速ギヤ６および最終減速ギヤ７等）を介して出力軸８を連結し、この出力軸８によってシフトレンジ切替機構のコントロールシャフト（コントロールロッド）９を駆動してＡＴのシフトレンジを切り替えるようにしている。

パーキング切替機構を含むシフトレンジ切替機構は、回転式アクチュエータの歯車減速機構の出力軸８によって切り替え駆動されるものである。
ここで、一般的にＡＴにおける各シフトレンジ（Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ）の切り替えは、マニュアルスプール弁１１を運転者の切り替えに応じた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。
一方、パーキング切替機構のロック状態とアンロック状態との切り替えは、パーキングロックギヤ（パークギヤ）１２の係合凹部１３とパーキングロックポール（パークポール）１４の係合凸部１５との係脱によって行われる。なお、パークギヤ１２は、図示しないディファレンシャルギヤを介してＡＴの出力軸に連結されたものであり、パークギヤ１２の回転を規制することで車両の駆動輪がロックされて、パーキング切替機構のロック状態が達成される。

シフトレンジ切替機構のコントロールロッド９には、略扇形状を呈したディテントプレート１６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１６は、半径方向の先端（略扇形状の円弧状部）に複数の係合凹部１７を有し、油圧コントロールボックス１９に固定された板バネ２０が係合凹部１７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構成されている。
ディテントプレート１６には、マニュアルスプール弁１１を駆動するためのピン２１が取り付けられている。ピン２１は、マニュアルスプール弁１１の一端部に設けられた溝部２２に係合しており、ディテントプレート１６がコントロールロッド９によって回動操作されると、ピン２１が円弧運動されて、ピン２１に係合するマニュアルスプール弁１１が油圧コントロールボックス１９の内部で直線運動を行う。
一方、ディテントプレート１６には、パークポール１４を駆動するためのパークロッド２３が取り付けられている。パークロッド２３の先端には、円錐状のパーキングロックカム（円錐体）２４が設けられている。このパーキングロックカム２４は、パークポール１４と自動変速機ハウジング（ＡＴハウジング）の突出部２５との間に介在されるものである。

ここで、回転式アクチュエータは、電力の供給を受けて駆動力を発生する電動モータ１、およびこの電動モータ１の回転速度を所定の減速比となるように減速する歯車減速機構等によって構成されている。この歯車減速機構は、電動モータ１の駆動力をシフトレンジ切替機構に伝達する動力伝達機構を構成している。
そして、回転式アクチュエータは、電動モータ１の回転軸２および歯車減速機構を回転自在に収容する２つの第１、第２ハウジング３１、３２を有している。なお、第１ハウジング３１は、金属ハウジングで、第２ハウジング３２は、樹脂ハウジングである。また、回転式アクチュエータの出力軸８には、シフトレンジ切替機構のコントロールロッド９が嵌合保持（結合）されている。

本実施例の電動モータ１は、シフトレンジ切替機構の切り替えのための駆動力を発生する同期電動機であり、回転自在に支持されるロータ、およびこのロータの回転中心と同軸上に配置されたステータ等によって構成されている。
電動モータ１のロータは、回転軸２およびロータコア３等によって構成されている。また、電動モータ１のステータは、ステータコア３４およびステータコイル３５等によって構成されている。また、本実施例の歯車減速機構は、サイクロイド減速機を採用したものであり、リングギヤ（内歯歯車）４、サンギヤ（外歯歯車）５、中間減速ギヤ６および最終減速ギヤ７等によって構成されている。

電動モータ１の回転軸２は、２つのボールベアリング３６、３７によって回転自在に支持されている。
なお、ボールベアリング３６は、歯車減速機構の中間減速ギヤ６の内周に配置された軸受け部材である。一方、ボールベアリング３７は、モータ角度検出装置に近い側の回転軸２の軸方向の他端部（図示左端部）を回転自在に支持するものである。
歯車減速機構の中間減速ギヤ６は、第１ハウジング３１の内周に配置されたボールベアリング３９によって回転自在に支持されている。つまり、回転軸２の軸方向の一端部（図示右端部）は、第１ハウジング３１に設けられたボールベアリング３９→歯車減速機構の中間減速ギヤ６→ボールベアリング３６を介して回転自在に支持されている。

ステータコア３４は、珪素鋼板を軸方向に複数積層してなる積層型コアで、内周面にロータコア３に向けて３０度毎に突設されたステータティース（図示せず）が設けられている。ステータティースには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相よりなる三相の独立したステータコイル３５が巻回されている。
一方、ロータコア３には、ステータコア３４に向けて４５度毎に突設された突極が設けられている。そして、Ｗ相→Ｖ相→Ｕ相の順番にステータコイル３５への通電を切り替えると、ロータが正転方向に回転し、逆にＶ相→Ｗ相→Ｕ相の順番にステータコイル３５への通電を切り替えると、ロータが逆転方向に回転するものであり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイル３５への通電が一巡する毎にロータ（回転軸２およびロータコア３等）が４５度回転する構成になっている。

リングギヤ４は、第１ハウジング３１に固定されている。
サンギヤ５は、リングギヤ４よりも歯数が少なく、回転軸２の偏心部４０にボールベアリング４１を介して回転自在に支持されており、回転軸２が回転することによってサンギヤ５がリングギヤ４の中心軸線に対して偏心回転する。回転軸２が回転してサンギヤ５が偏心回転することにより、サンギヤ５が回転軸２に対して減速回転し、その減速回転が中間減速ギヤ６に伝えられる。そして、中間減速ギヤ６に伝わった回転動力は、最終減速ギヤ７に伝わり、この最終減速ギヤ７から回転式アクチュエータの出力軸８に伝わる。
なお、回転式アクチュエータの出力軸８は、シフトレンジ切替機構のコントロールロッド９に連結されるものである。

ここで、本実施例の回転式アクチュエータは、電動モータ１のロータ（回転軸２、ロータコア３）の回転角度（モータ角度）を検出する非接触式の回転角度検出装置（モータ角度検出装置）を搭載している。
このモータ角度検出装置としてのエンコーダ４２は、ロータコア３の回転方向に複数取り付けられた永久磁石（マグネット）、および第２ハウジング３２にマグネットと向き合って回路基板上に設置されているホール素子等の磁気検出素子によって構成されている。本実施例のエンコーダ４２は、電動モータ１のロータ（回転軸２、ロータコア３）の回転角度に応じたパルス数を加算、減算して出力するインクリメンタル型エンコーダが採用されている。

ここで、ＡＴ制御装置（ＡＴ−ＥＣＵ）には、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムやデータを保存する記憶装置（ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。このＡＴ制御装置（ＡＴ−ＥＣＵ）は、レンジ切り替え時に、エンコーダ４２の出力パルスのカウント値に基づいて、電動モータ１のロータ位置（回転角度、モータ角度）を目標のレンジ（シフトポジション）に相当する目標位置（目標カウント値）まで回転させることで、シフトレンジ切替機構を目標のレンジ（シフトポジション）に切り替えるようにする。

また、本実施例の回転式アクチュエータは、歯車減速機構の出力軸８およびシフトレンジ切替機構のコントロールロッド９の回転角度に基づいて、ＡＴのシフトポジションを検出する非接触式の回転角度検出装置（シフトポジション検出装置）を搭載している。
このシフトポジション検出装置は、ＡＴのシフトポジションの変化に対応して回転角度が変更されるシフトレンジ切替機構のコントロールロッド９と、歯車減速機構の出力軸８に結合されて、シフトレンジ切替機構のコントロールロッド９と一体的に回転する円筒カップ状のロータヨーク５１と、このロータヨーク５１に固定された２つのマグネット５２と、これらのマグネット５２と共に磁気回路を形成し、磁気発生部（＝ロータヨーク５１＋マグネット５２、特にマグネット５２）の回転角度に対するホール素子の出力変化特性を利用してＡＴのシフトポジションを検出する回転角度センサとによって構成されている。

ロータヨーク５１は、鉄（Ｆｅ）等の磁性材によって形成されており、２つのマグネット５２を伴って、回転式アクチュエータの第１、第２ハウジング３１、３２に対して相対回転するマグネットロータを構成するものである。このロータヨーク５１の２個の切欠き部には、それぞれマグネット５２が嵌め込まれて、ホルダ５６によってロータヨーク５１と共に固定されている。
２つのマグネット５２は、検出対象物としてのコントロールロッド９の回転に伴って回転するように、出力軸８を介してコントロールロッド９に連結したロータヨーク５１の内周部に保持固定されている。そして、２つのマグネット５２は、それぞれ平板状または柱状に形成され、例えばサマリウム−コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）磁石、ネオジウム（Ｎｄ）磁石等の希土類磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石が用いられ、長期間磁力を安定して発生し続ける直方体形状の永久磁石である。

本実施例の各マグネット５２は、その両端部が互いに極性が逆向きになるようにＮ極とＳ極とが着磁されている。また、各マグネット５２は、磁石内部の磁力線の向きが互いに平行となるように平行着磁されている。そして、２つのマグネット５２は、同じ極性の磁極面をロータヨーク５１の半円弧部分を介して磁気的に対向させることで、２つのマグネット５２の磁界がロータヨーク５１の内部で互いに反発し合うように配置されている。そして、各マグネット５２の一方側の着磁面（磁極面）がＮ極とされ、また、各マグネット５２の他方側の着磁面（磁極面）がＳ極とされている。

ロータヨーク５１の内周面は、各マグネット５２の近傍部分を除いて、ステータコア５４の外周面に微小なエアギャップを介して対向している。これにより、図３に矢印で示したように、各マグネット５２のＮ極から出た磁束が、ロータヨーク５１の内部を経由してステータコア５４を通過し、ロータヨーク５１の内部を経由して各マグネット５２のＳ極に戻る。
ここで、ロータヨーク５１および各マグネット５２は、その回転中心を中心にして第２ハウジング３２の内部に形成されるマグネット収容空間４３にて回転可能とされている。

本実施例の回転角度センサは、回転式アクチュエータの第２ハウジング３２に固定されるステータを構成するもので、２分割されたステータコア５４の分割部（対向部）間に形成される磁束検出ギャップに配置されて、２つのマグネット５２の一方側の着磁面（Ｎ極）より放出された磁束（密度）を検出するホールＩＣを有している。なお、ステータコア５４のホール素子５５の近傍部分には、各マグネット５２の両極とステータコア５４との間の磁束の短絡（漏洩）を防止するための空隙部５３が形成されている。
ステータコア５４は、鉄（Ｆｅ）等の磁性材によって形成されており、ロータヨーク５１の内周側に同軸的に配置されている。このステータコア５４は、その中央部に一定幅の磁束検出ギャップが直径方向に貫通するように形成されている。

ホールＩＣは、磁束検出ギャップを通過する磁束密度に応じて出力電圧が変化する非接触式の磁気検出素子を構成するホール素子５５と、このホール素子５５の出力電圧を増幅する増幅回路とを一体化したＩＣ（集積回路）である。ホール素子５５は、その磁気検出面を通過する磁束密度および磁束の流れ方向に応じた電圧信号を出力する。また、ホール素子５５の両感磁面（磁気検出面）は、ホール素子５５の板厚方向の両側、つまり磁束検出ギャップの幅方向の両側にそれぞれ設けられている。
本実施例の回転角度センサは、例えばＤポジションの時のホール素子５５の磁気検出面を通過する磁束の流れ方向を正方向とした場合、ホール素子５５の出力電圧（磁気検出値）が正の値（例えばプラス電圧値）となる。また、Ｒポジションの時のホール素子５５の磁気検出面を通過する磁束の流れ方向を負方向とした場合には、ホール素子５５の出力電圧（磁気検出値）が負の値（例えばマイナス電圧値）となる。
そして、回転角度センサは、図５に示したように、ホール素子５５の出力電圧に対応したセンサ出力電圧をＡＴ制御装置（ＡＴ−ＥＣＵ）に出力する。

ここで、マグネット５２とホール素子５５を使用する回転角度検出装置は、図４および図５に示したように、ＡＴポジション範囲（使用範囲：４０ｄｅｇ）の中で、磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）がゼロとなる付近で検出精度が最も良くなる。この理由は、磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）がゼロとなる位置は、図１０のグラフに示したように、ホール素子５５の出力の直線領域の中心点である。直線性が最も優れ、しかも磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）がゼロであれば、電源電圧（バッテリ電圧）の変動やホール素子５５の温度特性の影響が最も小さくなり、ＡＴポジション範囲（使用範囲：４０ｄｅｇ）の中で、ホール素子５５の出力変動が最も小さくなるためである（図６のグラフ参照）。

そこで、本実施例のシフトポジション検出装置は、図３（ｂ）および図４に示したように、検出精度が最も要求されるＡＴのシフトポジションがＮポジションの時に、ホール素子５５の磁気検出面を通過する磁束量、すなわち、磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）がゼロとなるように、ホール素子５５の磁気検出面に対するマグネット５２の相対的な位置関係（磁気発生部（＝ロータヨーク５１＋マグネット５２）と磁気検出部（＝ホール素子５５＋ステータコア５４）との相対角度（角度ズレ量）、マグネット５２の絶対角度：磁気角度）を設定している。
これにより、ＡＴのシフトポジションがＮポジションの時に、マグネット５２の磁極面（Ｎ極）から放出される磁束が、ホール素子５５の磁気検出面に対して平行に通過するように、ホール素子５５の磁気検出面に対するマグネット５２の相対的な位置関係が設定される。

また、本実施例のシフトポジション検出装置は、図３に示したように、Ｎポジションを境にして、Ｒポジション側へシフトした時（図３（ａ）参照）と、Ｄポジション側へシフトした時（図３（ｃ）参照）との間で、ホール素子５５の磁気検出面を通過する磁束の流れ方向が反対向きとなっている。
すなわち、ＮポジションからＲポジション側にシフトされた時には、図３、図４および図６に示したように、Ｎポジションの時と比べて磁気発生部（＝ロータヨーク５１＋マグネット５２）が、磁気検出部（＝ホール素子５５＋ステータコア５４）に対して図示左回転方向に１０°分だけ回転する。このとき、ホール素子５５の磁気検出面に対する磁束の流れ方向の角度（相対角度）が−１０°となる。

また、ＮポジションからＤポジション側にシフトされた時には、図３、図４および図６に示したように、Ｎポジションの時と比べて磁気発生部（＝ロータヨーク５１＋マグネット５２）が、磁気検出部（＝ホール素子５５＋ステータコア５４）に対して図示右回転方向に１０°分だけ回転する。このとき、ホール素子５５の磁気検出面に対する磁束の流れ方向の角度（相対角度）が＋１０°となる。
ここで、ＲポジションからＰポジション側にシフトされた時には、図４および図６に示したように、Ｎポジションの時と比べて磁気発生部（＝ロータヨーク５１＋マグネット５２）が、磁気検出部（＝ホール素子５５＋ステータコア５４）に対して図示左回転方向に３０°分だけ回転する。このとき、ホール素子５５の磁気検出面に対する磁束の流れ方向の角度（相対角度）が−３０°となる。

また、図５は、本実施例の磁気発生部（＝ロータヨーク５１＋マグネット５２、特にマグネット５２）の回転角度に対するホール素子５５の出力変化特性（非接触式の回転角度センサ出力電圧特性）を、Ｐ位置をセンサ回転角度０°として出力電圧表示した特性図である。
本実施例では、ＡＴポジション範囲（使用範囲）を４０ｄｅｇとしている。そして、本実施例のホール素子５５の出力電圧は、ＡＴポジション範囲（使用範囲）の中では、ＡＴのシフトポジションの変化、シフトレンジ切替機構のコントロールロッド９の回転角度の変化、マグネット５２との相対回転角度の変化に対応して直線的にしかも連続的に変化する。

また、ＡＴのシフトポジションには、図４ないし図７に示したように、Ｒポジション（磁気角度：−１０°）を境にして、Ｎポジション（磁気角度：０°）側に対して反対側にＰポジション（磁気角度：−３０°）がある。
ここで、ＡＴ制御装置（ＡＴ−ＥＣＵ）は、イグニッションスイッチがオンされる毎に、Ｐポジション（磁気角度：−３０°）におけるホール素子５５の出力電圧（非接触式の回転角度センサ出力電圧）を学習し、この学習値と磁束密度（磁束量）のゼロ点とを直線で結び、ＡＴポジション範囲（使用範囲）の中では、ＡＴのシフトポジションの変化、シフトレンジ切替機構のコントロールロッド９の回転角度の変化、マグネット５２との相対回転角度の変化に対するホール素子５５の出力変化特性（非接触式の回転角度センサ出力電圧特性）を補正する。

また、ＡＴ制御装置（ＡＴ−ＥＣＵ）は、ホール素子５５の出力電圧に基づいてＰポジションまたはＮポジションを検出した時、すなわち、ホール素子５５の出力電圧が１．３Ｖ付近の時にＡＴのシフトポジションがＰポジションであると判断し、また、ホール素子５５の出力電圧が３．１Ｖ付近の時にＡＴのシフトポジションがＮポジションであると判断し、このときスタータモータの起動を許可するスタータ起動許可信号をスタータ制御回路に出力する。

［実施例１の作用］
次に、本実施例のシフトレンジ切替装置の作用を図１ないし図７に基づいて簡単に説明する。

電動モータ１のロータの回転軸２が回転することによって歯車減速機構のサンギヤ５がリングギヤ４の中心軸線に対して偏心回転する。そして、回転軸２が回転してサンギヤ５が偏心回転することにより、サンギヤ５が回転軸２に対して減速回転し、その減速回転が中間減速ギヤ６に伝えられる。そして、中間減速ギヤ６が回転することにより、中間減速ギヤ６が回転軸２に対して更に減速回転し、その減速回転が最終減速ギヤ７に伝えられる。そして、最終減速ギヤ７が回転することにより、最終減速ギヤ７が回転軸２に対して更に減速回転し、その減速回転が出力軸８に伝えられて、シフトレンジ切替機構のコントロールロッド９が回転する。
ここで、コントロールロッド９を図２中矢印Ａ方向から見て右回転方向（時計回り方向）に回転させると、ディテントプレート１６を介してピン２１がマニュアルスプール弁１１を油圧コントロールボックス１９の内部に押し込み、油圧コントロールボックス１９内の油路がＤ→Ｎ→Ｒ→Ｐの順に切り替えられる。つまり、ＡＴのシフトレンジがＤ→Ｎ→Ｒ→Ｐの順に切り替えられる。

また、コントロールロッド９を図２中矢印Ａ方向から見て右回転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１６を介してパークロッド２３が図２中矢印Ｂ方向へ変位してパーキングロックカム２４がパークポール１４を押し上げる。すると、パークポール１４が軸を中心に図２中矢印Ｃ方向に回転し、パークポール１４の係合凸部１５がパークギヤ１２の係合凹部１３に係合し、パーキング切替機構がロック状態となる。また、コントロールロッド９を図２中矢印Ａ方向から見て左回転方向（反時計回り方向）に回転させると、ピン２１がマニュアルスプール弁１１を油圧コントロールボックス１９から引き出し、油圧コントロールボックス１９内の油路がＰ→Ｒ→Ｎ→Ｄの順に切り替えられる。つまり、ＡＴのシフトレンジがＰ→Ｒ→Ｎ→Ｄの順に切り替えられる。

また、コントロールロッド９を図２中矢印Ａ方向から見て左回転方向に回転させると（具体的には、Ｐ→Ｒレンジ）、パークロッド２３が図２中矢印Ｂ方向に対して反対方向（逆方向）に引き戻され、パーキングロックカム２４によるパークポール１４を押し上げる力が無くなる。すると、パークポール１４は、図示しないねじりコイルバネにより、図２中矢印Ｃ方向に対して反対方向（逆方向）に常に付勢されているため、パークポール１４の係合凸部１５がパークギヤ１２の係合凹部１３から外れ（離脱し）、パークギヤ１２がフリーになり、パーキング切替機構がアンロック状態となる。

ここで、運転者がＡＴのシフトレンジをＮレンジからＤレンジに切り替えると、エンコーダ４２の出力パルスのカウント値に基づいて、回転式アクチュエータの電動モータ１のロータ位置（出力軸８の回転角度、コントロールロッド９の回転角度）を目標のＤレンジに相当する目標位置まで回転させることで、上述したように、シフトレンジ切替機構が目標のＤレンジに切り替えられる。このとき、回転式アクチュエータの出力軸８およびシフトレンジ切替機構のコントロールロッド９の回転角度は、目標のＤレンジに相当する回転角度になっている。
そして、本実施例では、ＡＴのシフトポジションがＮポジションの時に、磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）がゼロとなるように設定されているので、出力軸８およびコントロールロッド９の回転角度が目標のＤレンジに相当する回転角度（磁気角度＋１０°）のときには、磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）が＋１０〜＋１５ｍＴ程度になる。そして、ホール素子５５の出力電圧が３．７〜３．８Ｖ程度となり、ＡＴ制御装置（ＡＴ−ＥＣＵ）は、ＡＴのシフトポジションがＤポジションであると判断する。

運転者がＡＴのシフトレンジをＮレンジからＲレンジに切り替えると、エンコーダ４２の出力パルスのカウント値に基づいて、回転式アクチュエータの電動モータ１のロータ位置（出力軸８の回転角度、コントロールロッド９の回転角度）を目標のＲレンジに相当する目標位置まで回転させることで、上述したように、シフトレンジ切替機構が目標のＲレンジに切り替えられる。このとき、回転式アクチュエータの出力軸８およびシフトレンジ切替機構のコントロールロッド９の回転角度は、目標のＲレンジに相当する回転角度になっている。
そして、出力軸８およびコントロールロッド９の回転角度が目標のＲレンジに相当する回転角度（磁気角度−１０°）のときには、磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）が−１５〜−１０ｍＴ程度になる。そして、ホール素子５５の出力電圧が２．５Ｖ程度となり、ＡＴ制御装置（ＡＴ−ＥＣＵ）は、ＡＴのシフトポジションがＲポジションであると判断する。

運転者がＡＴのシフトレンジをＮレンジからＲレンジを経てＰレンジに切り替えると、エンコーダ４２の出力パルスのカウント値に基づいて、回転式アクチュエータの電動モータ１のロータ位置（出力軸８の回転角度、コントロールロッド９の回転角度）を目標のＰレンジに相当する目標位置まで回転させることで、上述したように、シフトレンジ切替機構が目標のＰレンジに切り替えられる。このとき、回転式アクチュエータの出力軸８およびシフトレンジ切替機構のコントロールロッド９の回転角度は、目標のＰレンジに相当する回転角度になっている。
そして、出力軸８およびコントロールロッド９の回転角度が目標のＰレンジに相当する回転角度（磁気角度−３０°）のときには、磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）が−４０〜−３５ｍＴ程度になる。そして、ホール素子５５の出力電圧が１．３〜１．４Ｖ程度となり、ＡＴ制御装置（ＡＴ−ＥＣＵ）は、ＡＴのシフトポジションがＰポジションであると判断する。

［実施例１の効果］
以上のように、本実施例のシフトポジション検出装置においては、ＡＴのシフトポジションがＮポジションの時に、磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）がゼロとなるように、すなわち、マグネット５２から放出される磁束が、ホール素子５５の磁気検出面に対して平行に通過するように、ホール素子５５に対するマグネット５２の相対的な位置関係を設定することにより、Ｎレンジにおける誤検出を防止することができる。すなわち、ホール素子５５の温度特性の変化やバッテリ電圧の変動が発生しても、磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）が変化しない位置、つまりホール素子５５の出力変動が最も小さい位置に、Ｎポジションを設定することで、運転者の意図しない車両発進を防止することができるので、安全性の高いシフトポジション検出装置を提供することができる。

ここで、図６は、非接触式の回転角度センサの出力電圧温度ドリフト特性を示した特性図である。
これは、非接触式の回転角度センサの周囲の雰囲気温度を低温（例えば−４０℃程度）から高温（例えば＋１２０℃程度）まで変化させた際の、磁気角度に対するホール素子５５の温度特性を示している。この図６のグラフからも確認できるように、磁束検出ギャップを通過する磁束密度（ホール素子５５を鎖交する磁束密度）がゼロとなるように設定されたＮポジションの時のホール素子５５の出力変動が最も小さい。
また、図７は、非接触式の回転角度センサの出力精度（各検出位置における検出誤差角度）を示した図である。

また、Ｎポジションを境にして、Ｒポジション側へシフトした時とＤポジション側へシフトした時との間で、ホール素子５５の磁気検出面を通過する磁束の流れ方向が反対向きとなっている。すなわち、車両が動くシフトポジションであるＤポジションとＲポジションとにおける、ホール素子５５の出力電圧（磁気検出値）が正負反対（Ｄポジションの時にホール素子５５の出力電圧値がプラス電圧値となり、Ｒポジションの時にホール素子５５の出力電圧値がマイナス電圧値となる）のため、車両の発進方向（前進なのか後退なのか）を確実に検出することができる。

また、本実施例のホール素子５５の出力電圧は、ＡＴポジション範囲（使用範囲）の中では、ＡＴのシフトポジションの変化、出力軸８およびコントロールロッド９の回転角度の変化、マグネット５２との相対回転角度の変化に対応して直線的でしかも連続的に変化する。すなわち、ＡＴの各シフトポジションの変化、出力軸８およびコントロールロッド９の回転角度の変化、マグネット５２との相対回転角度の変化を、ホール素子５５からＡＴ制御装置（ＡＴ−ＥＣＵ）に出力される、直線的でしかも連続的な電圧信号で検出できるので、ＡＴの各シフトポジションが変化する前の任意のタイミングでエンジン制御が可能となる。

また、ＡＴのシフトポジションには、Ｒポジションを境にして、Ｎポジション側に対して反対側にＰポジションがある。そして、イグニッションスイッチがオンされる毎に、Ｐポジションにおけるホール素子５５の出力電圧を学習し、この学習値と磁束密度のゼロ点とを直線で結び、出力軸８およびコントロールロッド９の回転角度に対するホール素子５５の出力変化特性を補正するようにしている。
これによって、イグニッションスイッチがオンされる毎に、シフト位置の学習を実施できるので、マグネット５２またはマグネット５２の回転角度に対するホール素子５５の出力変化特性またはＡＴやシフトレンジ切替機構のギヤ間の遊び量（バックラッシュ）の増加等の経時変化を補正することが可能となる。さらに、Ｎポジションから位置的に最も遠いＰポジションでシフト位置の学習を実施できるので、ＡＴの各シフトポジションの位置精度を向上することが可能となる。

また、ＡＴ制御装置（ＡＴ−ＥＣＵ）は、非接触式の回転角度センサを構成するホール素子５５の出力電圧に基づいてＰポジションまたはＮポジションを検出した時に、スタータモータの起動を許可するスタータ起動許可信号を出力するようにしている。すなわち、車両停止ポジションを、上記のＰポジションの学習と磁束密度がゼロのＮポジションとによって、ＡＴの各シフトポジションの中で最も検出精度の高い位置に合わせているので、スタータ起動スイッチ機能をシフトポジション検出装置と兼用することができ、スタータ起動スイッチを廃止することができる。

［変形例］
本実施例では、磁石として、平板状（または柱状）のマグネット５２を用いたが、磁石として、細い針状または細い棒状の磁石を用いても良い。特に、互いに極性が逆向きになるように着磁される板長さ方向の両端部が細ければ細い程、磁石の回転角度に対するホール素子等の磁気検出素子の出力電圧（ホール素子の出力変化特性の直線性）を改善できる。なお、磁石として、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｂ粉末を焼結した樹脂磁石を用いても良い。また、磁石として、通電されると起磁力を発生する電磁石を用いても良い。また、磁石として、永久磁石とロータコア（磁性体）とこれらを保持するロータ部材（非磁性体）で構成されるマグネットロータを用いても良い。

回転式アクチュエータを示した断面図である（実施例１）。 パーキング機構を含むシフトレンジ切替機構を示した斜視図である（実施例１）。 （ａ）〜（ｃ）は回転角度センサの磁気回路を示した説明図である（実施例１）。 検出レンジおよび磁気角度に対する磁束検出ギャップの磁束密度の変化特性を示したグラフである（実施例１）。 検出レンジおよび磁気角度に対するホール素子のセンサ出力変化特性を示したグラフである（実施例１）。 検出レンジおよび磁気角度に対するホール素子の温度特性を示したグラフである（実施例１）。 検出レンジおよび磁気角度に対する検出誤差角度を示したグラフである（実施例１）。 ロータコア、磁石、ステータコアの配置関係を示した説明図である（従来の技術）。 回転角度検出装置を示した断面図である（従来の技術）。 ロータコアの回転角度に対する磁束検出ギャップの磁束密度の変化特性を示したグラフである（従来の技術）。

符号の説明

１ 電動モータ
２ 電動モータの回転軸
３ 電動モータのロータコア
８ 回転式アクチュエータの出力軸
９ シフトレンジ切替機構のコントロールロッド（検出対象物）
５１ ロータヨーク（磁気発生部）
５２ マグネット（磁石、磁気発生部）
５４ 回転角度センサのステータコア（磁気検出部）
５５ 回転角度センサのホール素子（磁気検出部）

Claims (6)

1. （ａ）車両に搭載された自動変速機のシフトポジションの変化に対応して回転角度が変更される検出対象物と、
   （ｂ）この検出対象物の回転に伴って回転する磁石と、
   （ｃ）この磁石との間に磁気回路を形成し、前記磁石から放出される磁束に応じた出力を発生する磁気検出素子と
   を備え、
   前記検出対象物の回転角度に対する前記磁気検出素子の出力変化特性を利用して、前記自動変速機のシフトポジションを検出する回転角度検出装置において、
   前記自動変速機のシフトポジションがニュートラルポジションの時に、前記磁気検出素子を通過する磁束量がゼロとなるように、前記磁気検出素子に対する前記磁石の相対的な位置関係が設定されていることを特徴とする回転角度検出装置。
2. 請求項１に記載の回転角度検出装置において、
   前記磁気検出手段は、その磁気検出面を通過する磁束密度に応じた出力を発生するホール素子であって、
   前記自動変速機のシフトポジションが前記ニュートラルポジションの時に、前記磁石から放出される磁束が、前記ホール素子の磁気検出面に対して平行に通過するように、前記ホール素子に対する前記磁石の相対的な位置関係が設定されていることを特徴とする回転角度検出装置。
3. 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、
   前記磁気検出素子は、その磁気検出面を通過する磁束の流れ方向に応じた出力を発生するホール素子であって、
   前記ニュートラルポジションを境にして、リバースポジション側へシフトした時とドライブポジション側へシフトした時との間で、前記ホール素子の磁気検出面を通過する磁束の流れ方向が反対向きとなっていることを特徴とする回転角度検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の回転角度検出装置において、
   前記磁気検出素子の出力は、前記自動変速機のシフトポジションの変化、前記検出対象物の回転角度の変化、前記磁石との相対回転角度の変化に対応して連続的に変化することを特徴とする回転角度検出装置。
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の回転角度検出装置において、
   前記自動変速機のシフトポジションには、リバースポジションを境にして、前記ニュートラルポジション側に対して反対側にパーキングポジションがあり、
   イグニッションスイッチがオンされる毎に、前記パーキングポジションにおける前記磁気検出素子の出力を学習し、この学習値と磁束量のゼロ点とから、
   前記検出対象物の回転角度に対する前記磁気検出素子の出力変化特性を補正する自動変速機制御装置を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
6. 請求項５に記載の回転角度検出装置において、
   前記自動変速機制御装置は、前記パーキングポジションまたは前記ニュートラルポジションを検出した時に、スタータモータの起動を許可するスタータ起動許可信号を出力することを特徴とする回転角度検出装置。

Images