JP2018072021A

JP2018072021A - 回転検出装置、ギアシフトユニット及びトランスミッションシステム

Info

Publication number: JP2018072021A
Application number: JP2016208659A
Authority: JP
Inventors: 篤史鈴木; Atsushi Suzuki
Original assignee: Knorr Bremse Commercial Vehicle Systems Japan Ltd
Current assignee: Knorr Bremse Commercial Vehicle Systems Japan Ltd
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-05-10
Also published as: CN109863369A; WO2018079412A1

Abstract

【課題】コスト削減を実現し得る回転検出装置、ギアシフトユニット及びトランスミッションシステムを提案する。
【解決手段】回転軸（２１２４）の端部に設置される磁界発生部（Ｍ１）と、磁界発生部（Ｍ１）の近傍に配置される磁界検出部（Ｍ２）とを備える回転検出装置（３２２）において、磁界発生部（Ｍ１）は、強磁性体（Ｍ１１）及び軟磁性体（Ｍ１２）を備え、回転軸（２１２４）の回転動作に伴い回転し、磁界検出部（Ｍ２）は、磁界発生部（Ｍ１）が回転することに伴い変化する磁界を検出することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転検出装置、ギアシフトユニット及びトランスミッションシステムに関し、特に磁界発生部及び磁界検出部を備える回転検出装置、ギアシフトユニット及びトランスミッションシステムに適用して好適なものである。

特許文献１には、回転軸の端部に永久磁石を配置し、この永久磁石に磁界センサを対向配置して構成される回転検出装置が開示されている。より具体的には回転軸の端部に永久磁石を固定する固定部材を設け、この固定部材に凹み部を設ける等して永久磁石が回転軸の端部に設置されたときの突出量を抑制する構成が開示されている。これにより回転検出装置が設置されたときの回転軸全体の軸方向の長さを短くすることができるとしている。

特許第４７０４０６５号

ところで特許文献１に記載の回転検出装置は、永久磁石を用いることにしている。この場合、比較的高価な永久磁石によって回転検出装置全体のコストが増加する。そしてこの回転検出装置を備えるギアシフトユニット及びトランスミッションシステムのコストも増加する。特に大量に製造する場合にコストの増加が顕著になる。

本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、コスト削減を実現し得る回転検出装置、ギアシフトユニット及びトランスミッションシステムを提案する。

かかる課題を解決するため、本発明においては、回転軸（２１２４）の端部に設置される磁界発生部（Ｍ１）と、磁界発生部（Ｍ１）の近傍に配置される磁界検出部（Ｍ２）とを備える回転検出装置（２２２）において、磁界発生部（Ｍ１）は、強磁性体（Ｍ１１）及び軟磁性体（Ｍ１２）を備え、回転軸（２１２４）の回転動作に伴い回転し、磁界検出部（Ｍ２）は、磁界発生部（Ｍ１）が回転することに伴い変化する磁界を検出することを特徴とする回転検出装置を提案する。

本発明によれば、コスト削減を実現することができる。

トランスミッションシステムの全体構成図である。ギアシフトユニットの全体構成図である。回転検出装置の全体構成図である。他の回転検出装置の全体構成図である。他の回転検出装置の全体構成図である。他の回転検出装置の全体構成図である。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。なお以下に記載の実施の形態は本発明の一実施の形態にすぎず、本発明がこれに限定されることはない。

（１）トランスミッションシステムの全体構成
図１は、本実施の形態におけるトランスミッションシステム１の全体構成を示す。トランスミッションシステム１は、車両の変速に関する動作を制御するシステムであり、例えばドライバのクラッチ操作によらずに自動的にクラッチを接続又は切断し、変速処理するＡＭＴ（Automated Manual Transmission）システムである。

トランスミッションシステム１は、トランスミッションコントロールユニット（TCU：Transmission Control Unit）１０、ギアシフトユニット（GSU：Gear Shift Unit）２０及びトランスミッション３０等を備える。

ＴＣＵ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ等を備える。ＴＣＵ１０は、ＣＬＵ（Change Lever Unit）等の電子機器からの変速要求を入力すると、この変速要求と、車速及びアクセル開度等の他の情報とに基づいて、目標変速段を算出する。そしてＴＣＵ１０は、算出した目標変速段に切り換えるように指示する信号を切換要求（Ｓ１）としてＧＳＵ２０に出力する。

ＧＳＵ２０は、モータ式のギアシフトユニットであり、アクチュエータ２１及びセンサ２２等を備える。なおＧＳＵ２０は、ここではモータ式のギアシフトユニットを想定して説明するが必ずしもこれに限らず、例えば空圧式や液圧式のギアシフトユニットであってもよい。

アクチュエータ２１は、セレクトモータ、シフトモータ、回転軸及びストライカ等を備える。アクチュエータ２１は、ＴＣＵ１０からの切換要求（Ｓ１）を入力すると、セレクトモータ及びシフトモータを動作させる。回転軸にはストライカが軸方向に移動可能かつ回転軸と一体回転可能に結合されており、ストライカはセレクトモータの動作に伴い軸方向に移動し（セレクト動作）、またシフトモータの動作に伴い所定距離だけ回転する（シフト動作）。

このセレクト動作及びシフト動作により、ストライカの位置に応じて変速段のギアが係合し、トランスミッション３０内で変速処理が行われる。その結果、変速要求を満たす所望の駆動トルクがトランスミッション３０から出力される。

センサ２２は、ＧＳＵ２０のストライカの位置を常時監視する装置である。すなわちセンサ２２は、トランスミッション３０により係合されている実際のギアを監視するものであり、実際の変速段を監視する。

具体的にセンサ２２は、ＧＳＵ２０がセレクトモータ及びシフトモータを動作させたことに伴い移動するストライカの位置を検出し、検出情報（Ｓ２）を取得する。そしてセンサ２２は、取得したこの検出情報（Ｓ２）をＴＣＵ１０が読み取り可能な電気信号である検出信号（Ｓ３）に変換して、ＴＣＵ１０に出力する。

なおＴＣＵ１０は、検出信号（Ｓ３）を読み取ることで現時点のストライカの位置を把握することができる。そしてこの検出信号（Ｓ３）により示される現在の変速段と、ここでは図示しない車速の情報等に基づいて、更なる切換要求（Ｓ１）をＧＳＵ２０に出力し、アクチュエータ２１を動作させることができる。その際にＴＣＵ１０は、ここでは図示しないクラッチアクチュエータを動作させてクラッチの切断又は接続を行う。これにより車速に適した変速段に自動的に制御することができる。

トランスミッション３０は、１速〜６速及びリバースの各変速段に対応する複数のギアを備える。ＴＣＵ１０の制御によりＧＳＵ２０においてセレクト動作及びシフト動作が行われ、またクラッチの接続又は切断が自動的に行われることにより、所望の変速段のギアを係合させてエンジンからの駆動トルクを出力する。

（２）ＧＳＵの構成
図２は、ＧＳＵ２０の全体構成を示す。ＧＳＵ２０は、アクチュエータ２１及びセンサ２２を備えて構成される。まずアクチュエータ２１について説明する。

アクチュエータ２１は、セレクトモータ２１１及びシフトモータ２１２を備える。セレクトモータ２１１には回転軸（セレクトシャフト）２１１１が回転可能に接続されており、セレクトモータ２１１が動作すると、セレクトシャフト２１１１が回転動作する。

セレクトシャフト２１１１の外周上にはねじが形成されており、ねじには第１のボールスクリュー２１１２が螺合している。よってセレクトモータ２１１が動作し、セレクトシャフト２１１１が回転すると、第１のボールスクリュー２１１２がセレクトシャフト２１１１上を軸方向Ｄ１に移動する。

一方で他の回転軸（ストライカ回転軸）２１２４がこのセレクトシャフト２１１１と並行かつ回転可能に配置される。ストライカ回転軸２１２４の外周上にはスプラインが形成されており、このスプラインにストライカ２１２５が嵌合されている。

ストライカ２１２５は、第１のボールスクリュー２１１２と係合するように配置されており、軸方向Ｄ２に移動可能である。

よってセレクトモータ２１１が動作し、セレクトシャフト２１１１が回転すると、第１のボールスクリュー２１１２がセレクトシャフト２１１１上を軸方向Ｄ１に移動し、この第１のボールスクリュー２１１２の軸方向Ｄ１の移動に伴い、第１のボールスクリュー２１１２に係合するストライカ２１２５が軸方向Ｄ２に移動する（セレクト動作）。

シフトモータ２１２はストライカ回転軸２１２４と高さを異ならせて直交する方向に配置される。シフトモータ２１２にも回転軸（シフトシャフト）２１２１が回転可能に接続されており、シフトモータ２１２が動作すると、シフトシャフト２１２１が回転動作する。

シフトシャフト２１２１の外周上にはねじが形成されており、ねじには第２のボールスクリュー２１２２が螺合している。よってシフトモータ２１２が動作し、シフトシャフト２１２１が回転すると、第２のボールスクリュー２１２２が軸方向Ｄ３に移動する。

第２のボールスクリュー２１２２にはピン２１２２Ａが形成されており、このピン２１２２Ａはレバー２１２３の端部に形成されている切欠き２１２３Ａと係合している。切欠き２１２３Ａが形成されている側とは反対側のレバー２１２３の端部は、ストライカ回転軸２１２４の端部が固定されている。

よってシフトモータ２１２が動作し、シフトシャフト２１２１が回転すると、第２のボールスクリュー２１２２がシフトシャフト２１２１上を軸方向Ｄ３に移動し、このときピン２１２２Ａが切欠き２１２３Ａを介してレバー２１２３の端部を軸方向Ｄ３に押圧し、レバー２１２３が回転方向Ｄ４に回転する。

レバー２１２３が回転方向Ｄ４に回転すると、ストライカ回転軸２１２４及びこのストライカ回転軸２１２４上にスプライン結合されたストライカ２１２５が回転方向Ｄ５に一体的に回転する（シフト動作）。その結果、トランスミッション３０内の所望のギアが係合する。

次いでセンサ２２について説明する。センサ２２は、位置検出装置２２１及び回転検出装置２２２を備える。位置検出装置２２１は、例えばストライカ２１２５の側部に配置される。そしてストライカ２１２５の軸方向Ｄ２の位置（セレクト位置）を検出し、検出情報（Ｓ２）を検出信号（Ｓ３）に変換して、ＴＣＵ１０に出力する。

回転検出装置２２２は、例えばストライカ回転軸２１２４の先端部に対向設置される。そしてストライカ回転軸２１２４の回転角度を検出し、この回転角度に応じて定まるストライカ２１２５の回転方向Ｄ５における回転角度（シフト位置）を検出情報（Ｓ２）として算出する。そしてこれを検出信号（Ｓ３）に変換して、ＴＣＵ１０に出力する。

ここで本実施の形態における回転検出装置２２２は、磁界発生部及び磁界検出部を備えて構成される。本実施の形態ではこの回転検出装置２２２のコスト削減を実現しようとするものである。詳細については以下の図３〜図６を参照して説明する。

（３）回転検出装置の構成
図３は、回転検出装置２２２の正面構成及び断面構成を示す。正面構成は、図３の上段に示される構成であり、図２のストライカ回転軸２１２４の軸方向（Ｘ方向）から見た場合の構成である。また断面構成は図３の下段に示される構成であり、回転検出装置２２２を直線Ｙ１の位置で垂直に切断した場合にＹ２方向から見た場合の構成である。

回転検出装置２２２は、磁界発生部Ｍ１及び磁界検出部Ｍ２を備えて構成される。磁界発生部Ｍ１は、永久磁石等の強磁性体Ｍ１１及び鉄等の軟磁性体Ｍ１２から構成される。なお軟磁性体Ｍ１２は、鉄以外にもコバルト、ニッケル又は合金から構成されるとしてもよい。磁界発生部Ｍ１に軟磁性体Ｍ１２を使用することで、比較的高価な磁石の使用量を削減し、磁界発生部Ｍ１全体のコスト削減を図ることができる。

回転検出装置２２２は、強磁性体Ｍ１１及び軟磁性体Ｍ１２がともに円柱又は四角形である。また軟磁性体Ｍ１２の２つの四角形の１面を強磁性体Ｍ１１の長手方向の両端部にそれぞれ接着させた場合に２つの軟磁性体Ｍ１２が強磁性体Ｍ１１の長手方向に延在するように配置される。

この場合、磁界発生部Ｍ１は、強磁性体Ｍ１１の直下の空間においてＮ極からＳ極に磁束Ｂが向かう磁界を形成する。

一方磁界検出部Ｍ２は、強磁性体Ｍ１１の直下で強磁性体Ｍ１１に対向するように配置される。この場合、磁束Ｂの向きと磁界検出部Ｍ２の中心線Ｃ１とが直交し、例えば磁界検出部Ｍ２が磁束Ｂのうちの直交成分だけを検出するものであっても、磁界の変化を適切に検出することができる。そして磁界検出部Ｍ２は、適切に検出した検出情報を検出信号（Ｓ２）としてＴＣＵ１０に出力することができる。

このように構成される回転検出装置２２２は、磁界発生部Ｍ１における構造が簡易であり、かつ、磁界発生部Ｍ１における軟磁性体Ｍ１２の占める割合が多いため、製造にかかるコストを大きく削減することができる。

（４）回転検出装置の他の構成
図４は、他の回転検出装置２２２Ａの正面構成及び断面構成を示す。正面構成は、図４の上段に示される構成であり、図２のＸ方向から見た場合の構成である。また断面構成は図４の下段に示される構成であり、回転検出装置２２２Ａを直線Ｙ１の位置で垂直に切断した場合にＹ２方向から見た場合の構成である。

以下図４の回転検出装置２２２Ａの構成について、図３の回転検出装置２２２と比較して異なる構成のみ説明する。

回転検出装置２２２Ａは、強磁性体Ｍ１１Ａの２つの四角形の１面を軟磁性体Ｍ１２Ａの長手方向の両端部にそれぞれ接着させた場合に２つの強磁性体Ｍ１１Ａが軟磁性体Ｍ１２Ａの長手方向に延在するように配置される点で、図３の回転検出装置２２２とは異なる。

この場合であっても、磁界発生部Ｍ１Ａは、軟磁性体Ｍ１２Ａの直下の空間においてＮ極からＳ極に磁束Ｂが向かう磁界を形成することができる。そして磁界検出部Ｍ２は、磁束Ｂの直交成分を検出することで磁界の変化を適切に検出することができる。

またこのように構成される回転検出装置２２２Ａは、図３に示す回転検出装置２２２と同様、磁界発生部Ｍ１Ａにおける構造が簡易かつ磁界発生部Ｍ１における軟磁性体Ｍ１２Ａの占める割合が多いため、製造にかかるコストを大きく削減することができる。

図５は、回転検出装置２２２Ｂの正面構成及び断面構成を示す。正面構成は、図５の上段に示される構成であり、図５のＸ方向から見た場合の構成である。また断面構成は図５の下段に示される構成であり、回転検出装置２２２Ｂを直線Ｙ１の位置で垂直に切断した場合にＹ２方向から見た場合の構成である。

以下図５の回転検出装置２２２Ｂの構成について、図３の回転検出装置２２２と比較して異なる構成のみ説明する。

強磁性体Ｍ１１Ｂは、円中心部に円形の穴が形成された円環形状である。一方、軟磁性体Ｍ１２Ｂは弓形状を有する。軟磁性体Ｍ１２Ｂは、２つの弓形状の弧の面を強磁性体Ｍ１１Ｂの穴のＮ極側及びＳ極側の内壁にそれぞれ接着した場合に２つの弓形状の弦が対向するように配置される。

この場合、磁界発生部Ｍ１Ｂは、Ｎ極に磁化された軟磁性体Ｍ１２ＢからＳ極に磁化された軟磁性体Ｍ１２Ｂに磁束Ｂが向かう磁界を形成する。シフトモータ２１２が動作し、レバー２１２３が回転動作すると、これに伴い磁界発生部Ｍ１Ｂも回転方向Ｄ６に回転する。このとき磁界に変化が生じる。この磁界の変化を磁界検出部Ｍ２が検出することにより、レバー２１２３が回転動作した際の回転角度を検出することができる。

磁界検出部Ｍ２は、強磁性体Ｍ１１Ｂの穴の内部に配置される。ここで磁束Ｂは上記の通り、Ｎ極に磁化された軟磁性体Ｍ１２ＢからＳ極に磁化された軟磁性体Ｍ１２Ｂに向かっており、磁界発生部Ｍ１Ｂ近傍では穴内部の磁束密度が最も大きい（磁界が最も強い）。よってこの穴内部に磁界検出部Ｍ２を配置することにより、検出精度を向上させることができる。

また磁界検出部Ｍ２は、軟磁性体Ｍ１２Ｂの２つの弦に対向するように配置される。この場合、磁束Ｂの向きと磁界検出部Ｍ２の中心線Ｃ１とが直交し、例えば磁界検出部Ｍ２が磁束Ｂのうちの直交成分だけを検出するものであっても、磁界の変化を適切に検出することができる。そして磁界検出部Ｍ２は、精度良く適切に検出した検出情報を検出信号（Ｓ２）としてＴＣＵ１０に出力することができる。

更に磁界検出部Ｍ２が強磁性体Ｍ１１Ｂの穴の内部に配置されることから、磁界発生部Ｍ１Ｂと、磁界検出部Ｍ２との間の軸方向の距離は０である。よって回転検出装置２２２Ｂ全体として更なる小型化を実現することができる。

図６は、他の回転検出装置２２２Ｃの正面構成及び断面構成を示す。正面構成は、図６の上段に示される構成であり、図６のＸ方向から見た場合の構成である。また断面構成は図６の下段に示される構成であり、回転検出装置２２２Ｃを直線Ｙ１の位置で垂直に切断した場合にＹ２方向から見た場合の構成である。

以下図６の回転検出装置２２２Ｃの構成について、図５の回転検出装置２２２と比較して異なる構成のみ説明する。

回転検出装置２２２Ｃは、強磁性体Ｍ１１Ｃが四角形であり、中心部には外周よりも小さい四角形の穴が形成された形状を有する点で、図５の回転検出装置２２２Ｂとは異なる。また軟磁性体Ｍ１２Ｃも四角形であり、２つの四角形の３面を強磁性体Ｍ１１Ｃの穴のＮ極側及びＳ極側の内壁にそれぞれ接着させた場合に２つの四角形の１面同士が互いに対向するように配置される点で、図５の回転検出装置２２２Ｂとは異なる。

このように構成される回転検出装置２２２Ｃの場合であっても、図５の回転検出装置２２２Ｂと同様に回転検出装置２２２Ｃのコストを削減し、検出精度を向上しつつ更なる小型化を実現することができる。

（５）本実施の形態による効果
以上のように本実施の形態によれば、磁界発生部Ｍ１（Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ）に強磁性体Ｍ１１（Ｍ１１Ａ、Ｍ１１Ｂ、Ｍ１１Ｃ）及び軟磁性体Ｍ１２（Ｍ１２Ａ、Ｍ１２Ｂ、Ｍ１２Ｃ）を採用し、磁界発生部Ｍ１の近傍で磁界の最も強い位置に磁界検出部Ｍ２を配置し、回転角度を検出することによりストライカ２１２５のシフト位置を検出するようにしたので、コスト削減を図るとともに、検出精度の向上及び小型化を実現することができる。

１・・・トランスミッションシステム、２０・・・ＧＳＵ（ギアシフトユニット）、３２２・・・回転検出装置、Ｍ１（Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃ）・・・磁界発生部、Ｍ１１（Ｍ１１Ａ、Ｍ１１Ｂ、Ｍ１１Ｃ）・・・強磁性体、Ｍ１２（Ｍ１２Ａ、Ｍ１２Ｂ、Ｍ１２Ｃ）・・・軟磁性体、Ｍ２・・・磁界検出部

Claims

回転軸（２１２４）の端部に設置される磁界発生部（Ｍ１）と、該磁界発生部（Ｍ１）の近傍に配置される磁界検出部（Ｍ２）とを備える回転検出装置（２２２）において、
前記磁界発生部（Ｍ１）は、強磁性体（Ｍ１１）及び軟磁性体（Ｍ１２）を備え、前記回転軸（２１２４）の回転動作に伴い回転し、
前記磁界検出部（Ｍ２）は、前記磁界発生部（Ｍ１）が回転することに伴い変化する磁界を検出する
ことを特徴とする回転検出装置。
前記強磁性体（Ｍ１１）及び前記軟磁性体（Ｍ１２）は、円柱形状又は四角形状であり、
前記軟磁性体（Ｍ１２）は、前記強磁性体（Ｍ１１）の長手方向の両端部であって、かつ、前記強磁性体（Ｍ１１）の長手方向に延在するように配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
前記強磁性体（Ｍ１１Ａ）及び前記軟磁性体（Ｍ１２Ａ）は、円柱形状又は四角形状であり、
前記強磁性体（Ｍ１１Ａ）は、前記軟磁性体（Ｍ１２Ａ）の長手方向の両端部であって、かつ、前記軟磁性体（Ｍ１２Ａ）の長手方向に延在するように配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
前記磁界検出部（Ｍ２）は、
前記磁界発生部（Ｍ１）の直下かつ回転軸線上に配置される
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の回転検出装置。
前記強磁性体（Ｍ１１）は、前記軟磁性体（Ｍ１２）よりも小さい
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の回転検出装置。
回転検出装置（２２２）を備えるギアシフトユニット（２０）において、
前記回転検出装置（２２２）は、
回転軸（２１２４）の端部に設置される磁界発生部（Ｍ１）と、該磁界発生部（Ｍ１）の近傍に配置される磁界検出部（Ｍ２）とを備え、
前記磁界発生部（Ｍ１）は、
強磁性体（Ｍ１１）及び軟磁性体（Ｍ１２）を備え、
前記回転軸（２１２４）の回転動作に伴い回転し、
前記磁界検出部（Ｍ２）は、
前記磁界発生部（Ｍ１）が回転することに伴い変化する磁界を検出する
ことを特徴とするギアシフトユニット。
ギアシフトユニット（２０）を備えるトランスミッションシステム（１）において、
前記ギアシフトユニット（）は、回転検出装置（２２２）を備え、
前記回転検出装置（２２２）は、
回転軸（２１２４）の端部に設置される磁界発生部（Ｍ１）と、該磁界発生部（Ｍ１）の近傍に配置される磁界検出部（Ｍ２）とを備え、
前記磁界発生部（Ｍ１）は、
強磁性体（Ｍ１１）及び軟磁性体（Ｍ１２）を備え、
前記回転軸（３１２４）の回転動作に伴い回転し、
前記磁界検出部（Ｍ２）は、
前記磁界発生部（Ｍ１）が回転することに伴い変化する磁界を検出する
ことを特徴とするトランスミッションシステム。