JP3799270B2 - 自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の２駆／４駆切換えあるいはトランスミッションのような駆動力の伝達経路を切換えるための広い意味でのシフトコントローラに関し、特に電動アクチュエータによって操作されるシフトコントローラに関する。また、これに類似したモータ駆動式の制御モジュールにも利用できる。更に、このような切換え装置に用いられる回転位置検出センサの技術にも関連する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の装置は、米国特許第６１５５１２６号に記載のシフトコントローラでは、モータと出力部材としてのシフトレールとの間にトルク伝達可能に配置されたギアを有し、モータと、ギア機構とを収納するハウジングとカバーを備え、カバーの内面にはマイクロコンピュータを含む制御回路基板が取付けられ、また制御回路基板には複数の回転検出器とその処理回路が形成されている。
【０００３】
また、特開平１１−９４５１２号に記載のように回転体にマグネットを取付け、その回転角度位置に依存するマグネットの磁場の変化を磁場センサ素子で測定する角度センサにおいて、測定素子を横切る磁場の方向に依存する方向信号を決定するための測定素子を備え、磁場センサ素子の出力信号及び方向測定素子の出力信号から角度位置を決定するための評価回路を具備する角度センサが知られている。
【０００４】
また回転位置信号の処理技術としてＳＡＥ２００１−０１−０９８４に記載のようにあらかじめ保存された参照表とキャリブレーションによって算出されたしきい値を用いて角度を計算する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術はギア収納室内に制御回路基板が露出しているため、ギア収納室で発生する埃・油・鉄粉により、制御回路が誤作動するという問題があった。
【０００６】
上記従来技術は回転体と回転角度センサもしくは該センサの信号処理回路がギア収納室に露出しているため、前記回転体で発生する埃・油・鉄粉により、回転角度センサもしくは前記信号処理回路が誤作動するという問題があった。
【０００７】
上記従来技術は出力回転軸の３６０度に亘る回転角度を検出するため、モータの回転方向と回転角度を検出する第一のセンサ機構と出力回転軸の角度位置を検出する第二のセンサ機構が必要であり、センサ機構が複雑であった。またセンサの分解能がギア比に左右されるという問題点もあった。
【０００８】
上記従来技術はセンサ出力信号がパルスであるため離散的な角度検出しかできないという問題点があった。
【０００９】
上記従来技術はホール素子を用いているため、回転体とセンサ素子間の距離を３mm以内に保つ必要があり、ホール素子と回転体との距離管理が厳しいという問題点があった。
【００１０】
上記従来技術は回転体に直接磁石が取付けられており、角度センサを励起させるには磁石の磁力を増大させるか、もしくは磁石とセンサ間距離を狭くする必要があり、磁石コストや組立性に問題があった。
【００１１】
上記従来技術は伝達機構を固定するため、ギアカバーと基板が取付けられたカバーにざぐりフライス加工を施す必要があった。このため、制御回路基板の形状が制約条件を受けるという問題点があった。
【００１２】
上記従来技術は平歯車のみでギアが構成されており、モータストール時やバックラッシュ時に過大な負荷がギア部分にかかり、ギアが破損するという問題点があった。
【００１３】
上記従来技術は導線を介してモータと制御回路基板を接続していたので、組立作業中にモータと制御回路基板間に過大な引張り応力が働くと、該導線が断線するという問題点があった。また接続作業の作業性が悪かった。
【００１４】
上記従来技術は制御回路基板の放熱が考慮されておらず、制御回路基板で発生した熱が制御回路基板から放熱されず、高温時に制御回路が誤作動するという問題点があった。
【００１５】
上記従来技術はハウジングとカバーから構成される回路基板収納ケース（以下基板ケースと称す）が密閉構造となっており、基板ケース収縮あるいは膨張時に制御回路基板や基板ケースに過大な応力がかかり制御回路基板や基板ケースが破損するという問題点があった。
【００１６】
上記従来技術は組立公差により、磁石回転中心軸とセンサの位置関係がずれ、センサを横切る磁束の変化が点対称でなくなり、センサ出力が製品毎に異なるという問題点があった。
【００１７】
上記従来技術はセンサ出力がセンサ周辺温度の影響を受け、従って、温度変化により、分解能が劣化するという問題点が合った。
【００１８】
上記従来技術は３６０度にわたり角度測定する場合は、ＭＲセンサに加えて、第一のホール素子、且、第二のホール素子を必要としたためセンサ機構が複雑になるという問題があった。
【００１９】
上記従来技術はギア同士の中心間距離を保つ為、ギアケース（ハウジング）と基板ケース（カバー）にざぐり穴を設ける構造であり、組立公差や加工公差によりギア間距離が変動するという問題点があった。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために本発明では、以下のように構成した。
＜１＞トランスファーケースのシフトレールを駆動するモータと、このモータの回転を前記シフトレールに伝えるギア機構と、前記シフトレールと共に回転する磁石と、前記ギア機構を覆うカバーの外側であって当該磁石に対面する位置に設けられ、当該磁石の回転位置に応じて変化する磁気的物理量を測定するＧＭＲ素子とからなる非接触式の磁気センサと、前記ＧＭＲ素子の出力電圧と磁気センサの出力信号との関係を表現する近似式を保存する不揮発性メモリとを備えた、自動車の駆動状態を切り換えるための制御装置。
＜２＞１に記載したものにおいて、前記カバーは前記モータを駆動する制御回路が装着された基板をかねており、前記ＧＭＲ素子は当該基板上に前記制御回路と共に装着されることを特徴とする、自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
＜３＞１又は２に記載したものにおいて、前記磁気センサは前記シフトレールの３６０度の回転位置を検出するように構成されている自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
＜４＞トランスファーケースのシフトレールを駆動するモータと、当該モータの回転を前記シフトレールに伝えるギア機構と、前記モータとギア機構とを収納する金属ケースと、当該金属ケースに被せられた前記モータとギア機構を覆う樹脂カバーと、前記シフトレールと共に回転する磁石と、前記樹脂カバーの外側であって当該磁石に対面する位置に設けられ、当該磁石の回転位置に応じて変化する磁気的物理量を測定するＧＭＲ素子とからな非接触式の磁気センサと、前記ＧＭＲ素子の出力電圧と磁気センサの出力信号との関係を表現する近似式を保存する不揮発性メモリとを備えた、自動車の駆動状態を切り換えるための制御装置。
＜５＞４に記載したものにおいて、前記樹脂カバーの外側に前記モータ駆動用の制御回路基板を装着し、前記モータと前記制御回路とを前記樹脂カバーを貫通する電気配線によって電気的に接続した自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
＜６＞モータと、前記モータの回転軸と交差する位置関係で配置された出力回転軸と、当該出力回転軸に前記モータの回転軸からの回転力を伝達する減速ギアとからなるギア機構と、前記ギア機構と前記モータとを収納する凹所が形成されたハウジングと、当該ハウジングに装着され前記ハウジングに形成された前記凹所とともに、前記ギア機構と前記モータとを収納するギア室を形成するカバー部材と、前記カバー部材の外側に装着された前記モータの制御回路部と、前記モータの電力給電端子と前記制御回路部の接続端子との間にＬ型に屈曲した導電性剛体製電気導体部と、前記出力回転軸と共に回転する磁石と、前記カバー部材の外側であって当該磁石に対面する位置に設けられ、当該磁石の回転位置に応じて変化する磁気的物理量を測定するＧＭＲ素子とからなる非接触式の磁気センサと、前記ＧＭＲ素子の出力電圧と磁気センサの出力信号との関係を表現する近似式を保存する不揮発性メモリとを備えた制御装置。
＜７＞６に記載したものにおいて、前記Ｌ型に屈曲した導電性剛体製電気導体部が前記モータの給電端子に形成されている制御装置。
＜８＞６に記載したものにおいて、前記Ｌ型に屈曲した導電性剛体製電気導体部が前記モータの給電端子と前記制御回路部の接続端子との間に装着された中間端子に形成されている制御装置。
＜９＞６に記載したものにおいて、前記Ｌ型に屈曲した導電性剛体製電気導体部が前記モータの給電端子と前記制御回路部の接続端子とによって形成されている制御装置。
＜１０＞ギア機構を介して出力回転軸を所定の位置に回転駆動するモータと、前記出力回転軸と前記モータの回転軸とが直交する状態で両者を保持するハウジングと、前記モータの回転軸端部に形成されたギアと前記出力回転軸に形成されたギアとの間に設けられ、前記モータのトルクを前記出力回転軸に伝達する中間ギア機構と、前記ハウジングと協働して前記出力回転軸の先端部、前記中間ギア及び前モータとを収納する空間を形成するカバー部材と、前記出力回転軸の先端部に取り付けられた磁石と、前記カバー部材の外側で前記磁石に対面する位置に装着された磁気感応素子と、前記磁気感応素子からの出力信号を処理して前記出力回転軸の回転位置を検出する処理回路を含み、前記カバー部材を通して延びる電気導体によって前記モータと電気的に接続され、前記カバー部材の外側に配置されている前記モータの制御回路と、前記磁気感応素子の出力と前記出力回転軸の位置関係を近似式で表現するための値を記録する不揮発性メモリと、前記カバー部材に形成され、前記制御回路に前記出力回転軸の位置指令信号を受けるコネクタ部とを有する出力回転軸の位置を切り換えるための制御装置。
＜１１＞トランスファーケースのシフトレールを回転駆動するモータと、当該モータの回転を前記シフトレールに伝えるギア機構と、前記ギア機構と前記モータとを収納するギア室が形成されたハウジングと、当該ハウジングの外側に設けられた前記モータの制御回路と、当該ハウジングに装着され、前記制御回路を収納する基板室を形成するカバー部材と、前記基板室を外気と連通させる前記水抜き穴若しくは通気孔と、前記シフトレールと共に回転する磁石と、前記ギア機構を覆うカバーの外側であって当該磁石に対面する位置に設けられ、当該磁石の回転位置に応じて変化する磁気的物理量を測定するＧＭＲ素子とからなる非接触式の磁気センサと、前記磁気センサの出力電圧と磁気センサの出力信号との関係を表現する近似式を保存する不揮発性メモリとを備えた、自動車の駆動状態を切り換えるための制御装置。
＜１２＞１１に記載したものにおいて、前記収納筐体が自動車に装着された状態で地側となる側に前記水抜き穴若しくは通気孔を設けた自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
＜１３＞トランスファーケースのシフトレールを回転駆動するモータと、当該モータの回転を前記シフトレールに伝えるギア機構とを収納する収納筐体を備え、当該収納筐体に前記モータの制御回路を装着したものにおいて、前記モータの制御回路には、前記磁石の回転による磁気的物理量の変化に基づき、前記シフトレールの回転位置を検知する磁気センサと、前記磁気センサの出力電圧と磁気センサの出力信号との関係を表現する近似式を保存する不揮発性メモリと、前記センサの信号を増幅する増幅器と、前記シフトレールの位置指令信号を受け取る信号端子部と、前記モータへ電力を供給する出力端子部と、前記出力端子部に接続され前記モータへの電力供給を制御するモータ駆動回路と、前記信号端子部で受け取った信号と前記センサからの信号に基づいて前記モータ駆動回路へ制御信号を出力するマイクロコンピュータとが配置されている自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
＜１４＞１３に記載したものにおいて、前記収納筐体は、前記ギア機構を収納する凹部を備えたギアケースと、当該ギアケースに装着され、当該ギアケースとともに前記ギア機構が収納されるギア室を形成する基板ケースとから構成され、前記モータの制御回路は、前記基板ケースの外側に取り付けられており、前記基板ケースには２つのコネクタ部が一体に形成されており、一つのコネクタには前記信号端子部が接続される指令入力端子と、電力端子とアース端子が設けられており、別のコネクタには前記出力端子部が接続されるモータ電力供給端子が設けられている自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
＜１５＞１３又は１４に記載したものにおいて、前記モータの制御回路にはさらに、前記マイクロコンピュータから指令信号を受けて前記シフトレールの制御位置を示すランプへの給電を制御するランプ駆動回路と、当該ランプ駆動回路からの出力信号を外部に出力するランプ信号出力端子部とを備える自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
＜１６＞１３又は１４に記載したものにおいて、前記モータの制御回路にはさらに、前記マイクロコンピュータから指令信号を受けて前記シフトレールの制御位置を示すランプへの給電を制御するランプ駆動回路と、当該ランプ駆動回路からの出力信号を外部に出力するランプ信号出力端子部とを備える自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
＜１７＞１３又は１４に記載したものにおいて、前記マイクロコンピュータと前記端子部との間に前記駆動回路が設置され、前記センサは前記駆動回路より前記マイクロコンピュータに近づけて設置されている自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
【００２１】
【発明の実施の形態】
一つの実施例を２駆−４駆切換え用シフトコントローラに適用した例に基づいて以下説明する。
【００２２】
〈四輪駆動〉
先ず図１を参照すると、４輪駆動車の駆動トレーンが参照番号２７で概略図的に示している。４輪駆動車の駆動トレーン２７は伝動装置すなわちトランスミッション３１に接続され且つ伝動装置を直結駆動する電動機３５を有している。伝動装置３１は、オートマチック型又はマニュアル型の何れかとすることができる。伝動装置３１の出力は、トランスファーケース組立体３３を直結駆動し、トランスファーケース組立体３３は、主すなわち後推進軸３７と、主すなわち後差動装置３８と、一対の主活車軸すなわち後車輪３９と、それぞれ一対の主すなわち後タイア及び車輪の組立体２９とを備える主すなわち後駆動ライン４０に対して駆動力を提供する。また、トランスファーケース組立体３３は、二次的すなわち前推進軸３２と、二次的すなわち前差動装置組立体３４と、一対の二次的活車軸すなわち前車軸３６と、それぞれの一対の二次的すなわち前タイア及び車輪の組立体２８とを備える、二次的すなわち前駆動ライン３０に対し駆動力を選択的に提供する。前タイア及び車輪の組立体２８は、対の前車輪軸３６のそれぞれの一つに直接接続されることが好ましい。これと代替的に、一対の手動又は遠隔的に作動可能な係止ハブ４２を対の前車軸３６とタイア及び車輪の組立体２８のそれぞれ一つとの間に作用可能に配置し、これらを選択的に接続させるようにしてもよい。主駆動ライン４０及び二次的駆動ライン３０の双方は、適当な且つ適宜に配置された自在継手４４を備えることができる。自在継手４４は、色々な軸と構成要素との間の静的及び動的なずれ及び不整合を許容する。
【００２３】
〈モード切換スイッチ〉
車の運転者の手が容易に届く範囲内に運転者の制御盤又は組立体４６が配置される。組立体４６は、トランスファーケース組立体３３の複数の運転モードの一つを選択するスイッチ４８を有している。
【００２４】
〈シフトコントローラ用制御モジュール〉
トランスファーケース組立体３３のシフトレール５４の制御を担う機電一体型シフトコントローラをシフトコントローラ４１と呼ぶ。シフトコントローラ４１はトランスファーケース組立体３３に付設されている。シフトコントローラ４１はざぐり穴が開けられた出力軸を有し、この出力軸を介して、トランスファーケース組立体３３のシフトレール５４と接続されている。シフトコントローラ４１はモード切換スイッチ４８の出力信号やエンジン制御ユニットからの車速情報、エンジン回転数情報、スロットルポジション情報を入力とし、出力軸を目標回転角度に追従させる機能をもつ。
【００２５】
図２〜図４は本発明の特徴を最も良く表している機電一体型シフトコントローラ４１の分解斜視図である。図２において駆動力を発生するモータ１６はモータ１６のモータ出力軸に付設された出力段ギアとしての第一ギア２１を有し、ギアケース１７のモータ収納部に収納されており、金属バンド１６ａでギアケース１７に固定されている。中間回転軸２３と第二ギア１９と第三ギア１３は一体化成形され、これら中間回転軸２３と第二ギア１９と第三ギア１３の材料としては鉄，アルミ，樹脂等が考えられるが本発明では最も強度が高い鉄材を採用している。第二ギア１９は第一ギア２１と噛み合う様配置されており、第三ギア１３は出力回転軸１１と一体化成形された第四ギア２０と噛み合う様にギアホルダー１２を介して配置されている。結果的にモータ１６の回転軸と出力回転軸１１とは直角に配置されている。このように歯車機構を構成することで平歯車だけでギア機構を構成した場合に比べギア間のクリアランスを小さくできる利点がある。出力回転軸１１の先端にはざぐり穴が設けられており、トランスファーケース組立体３３のシフトレール５４（図９参照）と嵌め合いによりトルク伝達可能に係合されている。第四ギア２０の上面にはマグネットホルダー１０が嵌め合い、もしくは接着により結合されている。マグネットホルダー１０には磁性材製ヨーク９が嵌め合いもしくは接着により接合され、さらに、磁性材製ヨーク９にはマグネット８が嵌め合いもしくは接着により接合されている。このマグネット８、磁性材製ヨーク９、マグネットホルダー１０と出力回転軸１１はすべて同期して回転する様に接合されている。図２においてギアカバーを兼ねる基板ケース６にはコネクタ１８が一体化成形されており、このコネクタ１８はシフトコントローラ外部との通信，電源の供給や点火信号の入力に使用されている。また、この基板ケース６には放熱板５がエポキシ系もしくはシリコン系接着剤で接着されて、この放熱板５には基板２がエポキシ系もしくはシリコン系接着剤で接着されている。基板２上にはセンサ３，マイクロコンピュータ４，ＥＥＰＲＯＭ２４が実装され、この基板２を覆うように基板カバー１が基板ケース６にエポキシ系もしくはシリコン系接着剤で接着される。基板ケース６はギアケース１７とネジ止等により、シール材７を介して接合される。その際、基板２とモータ１６の端子はモータ接続端子Ａ１４，モータ接続端子Ｂ１５を介して、電気的に接続される。ギアケース１７は金属製のハウジングでモータ収納部とギア機構収納部を有する。基板ケース１６は樹脂製のカバーでハウジング（ギアケース１７）にシール７を挟んで固定され、両者でモータとギア機構を収納する空間を形成している。このように基板ケース１６はモータやギア機構をカバーする役目も備えておりこの意味でモータカバーあるいはギアカバーと呼ぶこともできる。
【００２６】
モータの取付け位置は図９に示された他に、モータと中間回転軸とを平行に並べて配置することもできる。
【００２７】
〈角度検出部構成〉
図５は出力回転軸１１の回転角度を検知する部分の断面図である。図１もしくは図５において、出力回転軸１１と同期して回転する様出力回転軸１１と接してマグネットホルダー１０が接合されている。マグネットホルダー１０には、マグネット８と磁性材製ヨーク９を安定して固定するための溝が設けられている。マグネット８と磁性材製ヨーク９は接触していることが望ましく、本発明ではエポキシ系接着材を用いて接着しているが、マグネット８と磁性材製ヨーク９を一体化成形することも可能である。マグネット８と磁性材製ヨーク９はエポキシ系接着剤により、マグネットホルダー１０に接着されている。しかし、はめ込みやマグネットホルダー１０成形時にマグネット８と磁性材製ヨーク９のインサート成形も可能である。マグネット８の上面からある距離をおいて、基板ケース６の下面が位置する。この基板ケース６には放熱板５がエポキシ系もしくはシリコン系接着剤で接合され、更に、放熱板５には基板２がエポキシ系もしくはシリコン系接着剤で接合されている。又、マグネット８の磁気分布空間内で且つ基板２上にセンサ素子３が配置されている。この時、マグネット８の回転軸上にセンサ素子３が配置されていることが望ましいが、一般的には組立公差等により偏差を生じる。しかし、センサ素子３の中心が回転軸から直径５mm程度の円内に配置されていれば、後述のキャリブレーションにより、補正可能である。
【００２８】
シフトコントローラ４１の大きな役割はこの出力回転軸１１の回転角度を目標回転角度に追従させることである。その為にはこの出力回転軸１１の回転角度を高精度で検出する必要がある。更に、出力回転軸１１の回転動作範囲は０度から２８０度までとされており、ほぼ全域（３６０度）にわたる角度検出可能な機構が必要である。現在まで、ホール素子を用いた非接触式等、様々な回転角度の検出方式が考えられてきた。本発明では出力回転軸１１にマグネット８を固定し、基板２上のセンサ素子３を用い磁界の方向変化を検知することで全域（３６０度）にわたる回転角度検出を実現している。
【００２９】
一般的にマグネットを使用する上で注意しなければいけないことは、意図しない磁気回路の乱れである。本発明においては、第一ギア２１，第二ギア１９，第三ギア１３，第四ギア２０そして出力回転軸１１等が鉄等の磁性体である可能性があり、マグネット８周辺の磁気回路に思わぬ影響を与えることが懸念される。従って、マグネット８と上記、第一ギア２１，第二ギア１９，第三ギア１３，第四ギア２０そして出力回転軸１１等の磁性体との距離をある程度離す必要がある。本発明においてマグネット８から最も近い磁性体は出力回転軸１１であり、保持力３０４（ｋＡ／ｍ）・残留磁束密度４７０（ｍＴ）の磁石に対して、マグネット８と出力回転軸１１との距離を２０mmとしている。又、マグネット周辺の磁気回路に影響を及ぼさない様、このマグネットホルダー１０は非磁性体であればよく、加工性や剛性を考慮すると樹脂やアルミニウムが考えられる。本発明では樹脂を採用している。
【００３０】
マグネットホルダー１０はこのマグネット８と出力回転軸１１との距離を一定に保ち、更に、マグネット８が出力回転軸１１と同期して回転する様、マグネット８をシャフトＢ１１に対して固定する役割を果たしている。また、マグネットホルダー１０はマグネット８とセンサ素子３との距離（以下エアギャップと呼ぶ。）を調整する役割も担っている。このエアギャップは非常に重要であり、このエアギャップが設定値より長すぎる場合にはセンサ素子３に到達するマグネット８の磁気力が小さすぎて、センサ素子３を活性化することができない。反対に、このエアギャップが設定値より短い場合には、基板ケース６にマグネット８が接触してしまい出力回転軸１１の回転運動を妨げる要因となったり、センサ素子３にかかる磁気力が大きすぎてセンサ素子３に予期せぬダメージを与える可能性がでてくる。
【００３１】
次に、磁性材製ヨーク９を用いた磁気回路の設計について述べる。マグネット８周辺に磁性体が無い場合、マグネット８から放射される磁気はマグネットを中心にほぼ面対象にＮ極からＳ極に流れてしまう（図６−（ａ）参照）。従って、センサ素子３が位置する空間と反対の空間にも磁気が発生し、効率的な磁気回路が実現できない。そこで、効率的な磁気回路を実現するため、マグネット８の下部（センサ素子３とは反対側）にマグネット８と接触するよう磁性材製ヨーク９を配置した（図６−（ｂ）参照）。ただし、この磁性材製ヨーク９は磁性体でなければいけない。また、磁性材製ヨークの形状に注意する必要がある。磁性材製ヨーク９の厚さが薄いと磁性材製ヨークの磁気特性が飽和してしまい、磁性材製ヨーク９の外部空間にもれる磁気が増大し、効率の良い磁気回路は構成できない。従って、磁性材製ヨーク９の厚さは磁性材製ヨークの磁気特性が飽和しない程度に厚ければ良く、マグネット８の磁気特性に依存する。本発明の場合、上述のマグネット８に対して磁性材製ヨーク９の厚さは２mm以上が望ましく、実際は３mmを採用している。また、磁性材製ヨーク９の回転軸に垂直な方向の断面積はマグネット８のそれと等しいことが望ましい。なぜなら、広すぎるとマグネット下部の磁気回路が広がってしまい、反対に狭すぎるとマグネット下部から放射される磁気のなかで磁性材製ヨーク９を通過しない成分が増大するからである。磁性材製ヨーク９の有無の影響を解析により求めた。結果を図７に示す。
【００３２】
図７において実線は磁性材製ヨーク有りの場合、破線は磁性材製ヨーク無しの場合を表す。この様な形状の磁性材製ヨーク９を採用することにより、マグネット８の下部の磁気回路を定まった空間に限定し（図６−（ｂ）参照）、センサ素子３にかかる磁気力を磁性材製ヨーク９が存在しない場合と比べて４割程強くすることが可能となった。従って、磁性材製ヨーク９を用いることにより効率的な磁気回路が実現できたといえる。本発明では、磁性材製ヨーク９にＳＵＳ４３０を用いているが、それと同等な磁気特性を有する磁性体、例えばＳ４５ＣやＳ１５Ｃでも本発明に適用され得る。
【００３３】
また、本発明においてはセンサ素子３を通過する磁気力が１０ｋＡ／ｍから１５ｋＡ／ｍの範囲内であるとき、センサ素子３の出力はセンサ素子３を通過する磁界の方向に反応し磁界の大きさには影響を受けない。さらに、マグネット８とセンサ素子３の間には基板２、放熱板５、基板ケース６が位置し、これらの厚みはそれぞれ約１mm・約２mm・約２mmである。基板ケース６とマグネット８表面までの距離を約１mmと設定すると、マグネット８とセンサ素子３間距離は合計約６mmとなる。組立公差や加工誤差を考慮すると、この距離は約６mm±１mmとなる。そこで、この距離の条件（約６mm±１mm）とセンサ素子３を通過する磁気力の条件（１０ｋＡ／ｍから１５ｋＡ／ｍ）から、マグネット８の材料と形状を決定する。現在使用されている磁石材料とその特性を表１に示す。本発明ではより好条件なＳｍＦｅＮ磁石を採用する。また、センサ素子３を通過する磁界の方向性は、マグネット８の回転と同期していることが望ましい。この為、マグネットの形状は中心軸に対して対称であることが望ましく、図８に示す様に、円錐形・棒状等が考えられる。本発明では、加工しやすさを考慮し、棒状磁石（２０mm×４mm×３mm）を用いている。
【００３４】
【表１】

【００３５】
〈回路部分の隔離構成〉
図９にシフトコントローラ４１の内部構成を示す。ギアケース１７と基板ケース６により、形成されるギア室５１には第一ギア２１，第二ギア１９，第三ギア１３，ギアホルダー１２，マグネット８，磁性材製ヨーク９等の回転体を含む機械部分が配置されている。このギア室５１と基板ケース６を介して、基板ケース６には、基板２、放熱板５、センサ素子３，マイクロコンピュータ４等を含む基板室６６がギア室５１と隔離されるよう配置されている。これにより、機械部分で発生が考えられる埃・油等の電子回路に悪影響を与える物質から基板２を保護することができる。更に、機械部分と電子回路部分を互いに遠隔地で製作し、組立可能な場所まで各々輸送し、後から組み立てるといった様々な組立工程の選択肢が実現可能となる。また図１０を参照すると、基板室６６とギア室５１を隔離する隔壁として、基板或いは基板ケース或いは放熱板５６やギアケース５５と基板或いは基板ケース或いは放熱板５６との組み合せなどが考えられる。さらに、基板室６６の付設位置としては、最終出力軸の回転軸上やあるいは中間ギアの回転軸上などが考えられる。
【００３６】
〈基板の放熱〉
シフトコントローラ４１の動作周囲温度範囲は−４０度から１２５度と定められている。特に高温時の動作が問題でり、また、モータ１６の駆動時には更に基板２の温度上昇が予想される。１５０度を超える温度条件ではマイクロコンピュータ４の動作補償ができない等、高温時の放熱対策は不可欠である。この為、この基板ケース６と基板２の間には放熱板５が配置されている。放熱板５を配置する目的は放熱対策であるが、同時に基板２の補強材の役割も担っている。従って、放熱材５の材料としては熱伝導率が高く強度の高いものほど望ましい。また、この放熱材５はマグネット８とセンサ素子３の間に配置されており、磁気回路の妨げになってはいけない。その為、放熱材５は磁気回路に影響を及ぼさない非磁性体である必要がある。本発明では以上の条件から、放熱板５の材料としてアルミ（Ａｌ）を採用している。
【００３７】
〈回路基板〉
基板２はマグネット８とセンサ素子３の間に配置されており磁気回路の妨げになってはいけないので、基板２の材料は放熱板５と同様に非磁性体である。また更に、基板２上で発生する熱を効率よく放熱させるため、熱伝導率が高い必要がある。本発明ではアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を採用している。図１１に基板２上の回路部品配置を示す。この基板２上にはマイクロコンピュータ４，センサ素子３，アンプ４５，モータ駆動回路素子４７，
ＥＥＰＲＯＭ２４やレギュレータ４９等が配置されている。これらは互いに電気的に接続され、シフトコントローラの制御を担っている。
【００３８】
このマイクロコンピュータ４の位置は特に規定されることは無く、基板２上であれば特に問題はない。このマイクロコンピュータ４はあらかじめ定められたプログラムによって動作し、シフトコントローラの動作を決定・制御する役割を担っている。具体的なマイクロコンピュータ４の役割としては、エンジンコントローラとの通信や後述するセンサ素子３の出力信号処理・モータ１６の制御等が考えられる。その為には、マイクロコンピュータ４またはマイクロコンピュータ４が配置されている基板２は、モータ制御の為のＰＷＭ出力・センサ素子信号や目標角度信号入力の為、Ａ／Ｄ入力を備えている必要がある。本発明ではこのマイクロコンピュータ４に日立製作所製Ｈ８Ｓ／２６１２を用いている。このマイクロコンピュータ４は電気的に書き換え可能なフラッシュメモリ、Ａ／Ｄ変換入力やタイマ等の機能を備えている。
【００３９】
センサ素子３の位置はマグネット８の磁気分布空間内であり、かつ、出力回転軸１１の回転軸上であり、かつ、センサ素子３の配置面とマグネット８の回転面が平行であることが望ましい。しかし、実際には組立工程での誤差や部品加工誤差があり、同軸度・平行度ともに偏差が存在する。この同軸度・平行度の偏差がセンサ素子３の出力に無視できない影響を及ぼす原因のひとつとなっている。本発明ではこの影響を取り除く為、後述するセンサ素子キャリブレーションを全数のシフトコントローラにおいて実施する。
【００４０】
図１２に回路基板２上の回路機能ブロックを示す。センサ素子３の出力信号の振幅は最大１００ｍｖ程度（５ｖ供給時）であるため、より精度よく角度検知するためにはセンサ素子３の出力信号を増幅しマイクロコンピュータ４に入力する必要がある。この為、アンプ４５はセンサ素子３の出力を増幅し、マイクロコンピュータ４に出力する役割を担っている。
【００４１】
このＥＥＰＲＯＭ２４は後述するセンサ素子キャリブレーションで算出された定数を保存したり、シフトコントローラ４１の状態を記録しておくために用いる。
【００４２】
モータ駆動回路素子４７は、Ｈブリッジ回路からなり、マイクロコンピュータ４が出力するＰＷＭなどのモータ駆動指令信号に対応して、モータ１６に駆動電流を流す。
【００４３】
本発明の特徴のひとつとして、上述の基板２にマイクロコンピュータ４，センサ素子３，アンプ４５，モータ駆動回路素子４７，ＥＥＰＲＯＭ２４やレギュレータ４９等の全ての回路部品が配置されていることが挙げられる。このことにより、センサ素子３とマイクロコンピュータ４間の配線を削除できる等、部品点数の削減だけでなく、信頼性の向上を図ることができる。また更に、センサ素子専用の取付け部材を設ける必要が無く、センシング部の簡略化・基板サイズの縮小化やシフトコントローラサイズの縮小化を図ることができる。更に、基板材料がアルミナである為、ＩＣの全て又は幾つかをベアチップのまま実装することができる。本発明では、レギュレータ４９，アンプ４５，モータ駆動回路素子４７，ランプ駆動ＩＣ５０をベアチップで実装している。
【００４４】
〈基板カバー〉
この基板２の上部には基板カバー１がある。基板ケース６とこの基板カバー１により、基板２を水・埃・油等の外部要因から保護している。
【００４５】
〈通気穴〉
ただし、シフトコントローラの使用環境条件や製造課程を考慮すると、この基板２が収納配置されている空間（以下、基板室６６と呼ぶ）の温度変化が懸案される。例えば、高温時では前述の基板室６６の内部空気が膨張しているが、低温時では収縮する。この基板室６６が完全に外部空間から密封されていると通気が不可能になり基板カバー１や基板ケース６に空気の膨張・収縮による応力がかかる。この応力により基板カバー１や基板ケース６の破損が考えられる。この問題を解決する唯一の手段は基板ケース６もしくは基板カバー１に通気部を設けることである。この通気部の望ましい条件は、耐水性・撥油性・耐油性・耐熱性に優れ、さらに、安定かつ連続した通気性を実現できることである。本発明では、基板カバー１に直径１mmの通気部４３を設け、この通気部４３を覆うように、多孔質構造をもったシール材を添付している。
【００４６】
〈モータ接続端子〉
基板２上のモータ駆動回路とモータ１６を電気的に接続しなければならない。具体的な手段としては導線を用いたものが考えられる。しかし、この方法では基板２やモータ１６等を組み立てた後に、あらためて基板２とモータ１６を半田付け等で接合しなければならず、作業効率の面で望ましくない。よって、基板２とモータ１６の接続には、専用端子等を用いる嵌め込み接合が望まれる。本発明では組立工程の簡略化を図る為、モータ接続端子Ａ１４、モータ接続端子Ｂ１５を基板ケース６と一体化成形し、モータ端子と嵌め込み接合する構造を採用している。回路部分２５と機械部分２６がそれぞれ組みあがった後に、両部分を組み合せるだけで基板２とモータ１６が接続される仕組みである(図１３参照)。
【００４７】
〈ギア構成〉
本実施例において、特徴あることのひとつにモータとギアの配置構成が挙げられる。機械部分の組立工程において、最も時間と技術を要する部分はモータやギアの組立・取付工程である。この工程の簡素化を図る為、モータ１６，ギアホルダー１２，出力回転軸１１がギアケース１７に対して同一の方向から組立・取付可能な構造であり（図２参照）、更に、図１３からわかるように、ギアケース１７の高さに対してモータ１６やギアホルダー１２の高さが高い構造となっている。
【００４８】
〈ギアセット〉
図１４にギアセット構成をしめす。ギアホルダー１２には２つの軸受け用貫通穴がある。一方の貫通穴には、第二ギア１９と第三ギア１３が一体となった中間回転軸２３が嵌め合い接続されて、クリップ２２により、軸方向に固定されている。また、もう一方の貫通穴には中間回転軸と噛み合い接続となるよう第四ギア２０と一体となった出力回転軸１１が嵌め合い接続されている。
【００４９】
シフトコントローラの小型化を図る為には、モータサイズを小さくする必要がある。しかし、一般的にモータサイズとモータ出力トルクは比例の関係があり、モータサイズを小さくしただけでは、出力回転軸１１でトランスファーケース３３を駆動するに十分なトルクを得られない。よって、ひとつもしくは複数のギア段を設け、モータ１６で発生したトルクを増幅しギア段を介して出力回転軸１１に伝達させる。ギア段がひとつのみである場合、後段のギアサイズが大きくなってしまい、シフトコントローラ４１の小型化という点では望ましくない。従って、複数のギア段を設け効率的にそれぞれのギアを配置することで、出力回転軸１１における目標トルクを得る方法が望まれる。しかし、複数のギア段を設けることにより、それぞれのギア段でのエネルギー損失が考えられる。よって、ギアのエネルギー伝達効率を上げる機構が必要である。ギアのエネルギー効率を高める方法としては、軸と軸受けの摩擦力を減らすことやギアのかみ合いを理想状態に保つことなどが考えられる。本実施例では、ギアホルダー１２を用いることにより、第三ギア１３と第四ギア２０の軸中心間距離を一定に保つことができる仕組みを採用している。また更に、あらかじめギアホルダー１２に第三ギア１３と第四ギア２０を組み込み、ギアセットをモジュール化しておくことにより、ギアをギアケース１７に組み込む際の工程が容易になる。
【００５０】
〈センサキャリブレーション〉
次にセンサ素子３について述べる。一般的に、位置検出・回転角度検出を目的とするセンサでセンサ素子の出力がアナログタイプの場合、センサ素子毎あるいは製品毎で対象にたいする出力に固体差が生まれる。この個体差の要因はセンサ素子を基板にマウントする際の位置偏差・組立時の誤差またはセンサ素子単体での対象に対する反応性の違い等が考えられる。センサ素子に対する性能要求が高い場合、この個体差が無視できなくなり、補正等を用いこの個体差を無くす方法を採る必要がある。本実施例ではこの個体差を補正する方法のひとつとして、下記のキャリブレーションを採用した。図１５にセンサ素子キャリブレーションのブロック図を示す。
【００５１】
キャリブレーションではまず、シフトコントローラ１２３の出力回転軸１１と基準となる角度を検出可能なロータリエンコーダ１１６を互いの回転軸が同軸となるよう配置する。次に、シフトコントローラ１１６内のモータ１６を駆動させ、出力回転軸１１を回転させ、これと同時にエンコーダ１１６からの基準角度信号と角度センサ素子３の出力を互いに同期させ計算機に読み込ませる（１１７）。計算機ではセンサ素子３の出力信号の雑音ノイズを除去し（１１８）、センサ素子３の出力を最大値が１・最小値が−１となる様に正規化する（１０９）。
【数１】

【数５】

図１６に、磁石回転角度と正規化された信号の関係をしめす。本実施例に採用しているセンサ素子３は２系統の出力をもち、この出力信号はセンサ素子３を通過する磁界の方向に対して、互いに位相のずれた信号となっている。次に、正規化された２つの信号と２つのしきい値を用い、磁石回転角度に対するセンサ素子３の出力信号を４つの領域に分割する（１２０）。表２にそれぞれの領域とその条件を示す。
【００５２】
【表２】

【００５３】
ただし、しきい値１は出力１と出力２が正側で交差する値より小さいことが望ましく、しきい値２は出力１と出力２が負側で交差する値より大きいことが望ましい。なぜならこの２条件を満足しない場合、各領域間にどの領域にも属さない領域が存在し、センサ素子出力から算出された角度が不連続になる場合があるからである。また、出力１と出力２が交差する値はセンサ素子や組立公差の影響で製品毎に異なる。この変動分を考慮し、本実施例では、しきい値１を０.６ ・しきい値２を−０.６ としている。
【００５４】
更に、それぞれの領域において三次式で近似する為、下記式のＥを最小にする３次関数の係数｛ａ，ｂ，ｃ，ｄ｝を決定する。
【００５５】
【数２】

【００５６】
ただし、θはエンコーダ出力から算出された基準角度、νはセンサ素子３の出力信号のひとつで各領域において上記計算に用いる変数であり、図１６において太線で表示されている。ｎは各領域におけるサンプリング回数、Ｘｉは変数Ｘのｉ番目の値である。
【００５７】
本実施例においては、領域が４つに分割される為、算出される係数は合計１６個である。最後に、この算出された係数をシフトコントローラ１２３内の
ＥＥＰＲＯＭ２４に書き込み保存する（１２２）。
【００５８】
〈センサ素子温度補償〉
次に、センサ素子の温度特性とその補償方法についてのべる。一般的に半導体や鉄等の強磁性体で構成されたセンサ素子は、その対象物に対する反応性やそれ自体の抵抗値が温度によって変化する（温度依存性）。前述した様に、このシフトコントローラの動作温度範囲は−４０度から１２５度となっている。また、瞬間的にはそれ以上の温度条件になることが予想される。この広域な温度変化がセンサ素子出力に与える影響は無視することができず、何らかの方法で補償する必要がある。本実施例においては、製品が組みあがった後にセンサ素子出力をキャリブレーションし、算出された定数をもちいてセンサ素子出力を算出する。よって温度が変化しても、キャリブレーション実行時のセンサ素子出力と同等のセンサ素子出力を擬似的に得ることを目標として温度補償を行う。本実施例に採用しているセンサ素子３は温度によりそれ自体の全体抵抗値が変化し、また、磁界に対する反応性も変化することが知られている。さらに、マイクロコンピュータ４にセンサ素子３の出力を入力する際に、オペアンプにより信号を増幅しているが、このオペアンプのオフセット電圧もまた温度依存性であり、本実施例ではセンサ素子３の温度特性と同様に補償の対象としている。上記動作温度範囲（−４０度から１２５度）において、センサ素子３の全体抵抗値の変化は約２０％増加し、磁界に対する反応性は約３０％下がることが知られている。本実施例では上記温度特性に関して、ソフトウェアで補正を実施している。これらの温度特性により、オペアンプの出力信号は温度上昇と共に、平均値が下がり、振幅が減る傾向にある。しかし、この２つの傾向は温度変化に対して線形性を有しているので、下記に示す式により補正が可能である。
【００６０】
【数３】

【００６１】
【数４】

【００６２】
ただし、ａ_offset・ａ_ampは実験等によりもとめられた定数、ｔ_calibrationはキャリブレーション実施時の温度、ｔはセンサ素子周辺温度、ｖ_offsetcomp・ｖ_ampcomp はセンサ素子３出力平均値・振幅の温度特性がそれぞれ補償された値、ｖ_max・ｖ_minはキャリブレーション実行時におけるセンサ素子３出力のそれぞれ最大値・最小値である。
【００６３】
〈温度計算〉
本実施例の場合、センサ素子３出力の温度特性を補償する必要があり、シフトコントローラの動作温度範囲において全域に渡り温度を検知しなければいけない。本実施例では温度センサ素子に図１７の回路を用い、温度に対応した出力を得ている。この温度センサ素子の出力をマイクロコンピュータなどの計算機に入力し温度を計算する。この温度センサ素子の出力が温度に対して線形性を有していれば、簡単な計算により温度が算出される。しかし実際には、温度と温度センサ素子出力の関係が線形性を有している温度範囲は限られており、シフトコントローラの動作温度範囲では非線形となってしまう。次に述べる様な具体的な方法によって温度の算出が考えられる。まずひとつめの方法として、サーミスタのＢ定数を線形近似し温度を算出する方法をのべる。一般的にサーミスタのＢ定数は温度センサ素子の出力（ｖ_temp）に対して非線型であるが、これを最小二乗法により、線形近似する。
【００６５】
この線形化されたＢ定数（：＝Ｂ′）を下記数６に代入することにより、温度が算出される。
【００６６】
【数６】

【００６７】
ただしＲ：＝５６００、Ｒ₀：＝１００００、Ｖcc：＝１０２３(５ｖ) 、Ｔ₀：＝２５＋２７３である。
【００６８】
しかし、数６に含まれる対数の計算をマイクロコンピュータで直接行う為には、浮動少数点などの３２ビット演算が必要となる。この演算は計算時間を要するので、数７のように、数６における対数項を分解し、さらにマクローリン級数展開することにより、計算時間の短縮を図る。
【００６９】
【数７】

【００７０】
【数８】

【００７１】
また、二つ目の方法としてはテーブル法がある。これは、実際の温度と温度センサ素子出力の対応表をあらかじめ作成し、現在の温度センサ素子出力とこの対応表を用いて、線形補完や３次補完等により、温度を算出するものである。
【００７２】
また、三つ目の方法としては三次関数による近似法がある。これは、実際の温度と温度センサ素子出力を三次関数で近似し、その定数を記憶もしくは記録しておく。温度を算出する際には、温度センサ素子の出力とこの三次関数の係数を用いて温度を算出する。さらに、高精度に温度を求めたい場合は、温度センサ素子出力により、幾つかの領域に分割し、この領域毎に実際の温度と温度センサ素子出力を三次関数で近似し、その係数を保存もしくは記録する。温度を算出する際には、温度センサ素子の出力により領域を判別し、さらに、その領域における三次関数の係数と温度センサ素子の出力を用いて温度を算出する（数９参照）。本実施例では、後者の方法を採用している。
【００７３】
【数９】

【００７４】
具体的には図１８に記述される様に、温度センサ素子出力に応じて、温度センサ素子出力を３つの領域に分割している。領域分割条件とそれぞれの領域で近似された三次関数の係数｛α・β・γ・δ｝を表３に記載する。
【００７５】
【表３】

【００７６】
ただし、ｖtnは温度センサ素子出力の最大値が１・最小値が−１となるよう正規化された値である。
【００７７】
〈回転角度計算〉
図１９にセンサ素子３出力から回転角度を算出する課程を記す。モータが駆動しているか停止しているかにかかわらず、磁石周辺の磁気回路の影響を受けて非接触センサから増幅器を介して、磁石の回転角度に対応した２系統の信号が出力される。増幅器の出力信号にはモータから発生される周期的なノイズ等の雑音成分が含まれていることがあり、雑音成分が無視できない場合には、この雑音成分を除去する必要がある。本実施例では雑音除去の為、増幅器の出力段にローパスフィルタを設けている。このローパスフィルタを通過した信号をマイクロコンピュータ４などの計算機に入力する。よって計算機または電子回路にはアナログ入力機能が備わっている必要がある。また、計算機内でもより高次のフィルタを設けることができる。これは一般的にデジタルフィルタとよばれ、ＦＩＲやＩＩＲなどがあり、より効率的にノイズ成分を除去することができる。本実施例では抵抗（１０ｋΩ）とコンデンサ(０.１μＦ）からなる回路基板上のローパスフィルタ（カットオフ周波数１ｋＨＺ）を用いている。また、温度センサ素子の出力をマイクロコンピュータ４等の計算機に入力（１０４）し、温度センサ値により領域を決定する（１０５）。さらに、前述で算出された各領域における係数をもちいて温度を算出する（１０６）。マイクロコンピュータ４等の計算機ではノイズが除去された信号と算出された温度からセンサ素子３出力平均値の温度特性を補償する（１０７）。つぎに、このセンサ素子３出力平均値の温度特性を補償した信号と算出された温度をもちいてセンサ素子３出力振幅の温度特性を補償する（１０８）。さらに、この温度補償された信号を上述した正規化（１０９）し、表２に示した条件をもちいて領域を判別する（１１０）。キャリブレーション時に各領域毎で算出された三次関数の係数が、ＥＥＰＲＯＭに保存されているので、この係数と２系統の正規化された信号の内、計算に用いられるべき一方の値を用いて、数９により回転角度を算出する（１１１）。
【００７８】
【数１０】

【００７９】
ただし、θは算出された回転角度・｛ａ，ｂ，ｃ，ｄ｝はキャリブレーションにより算出された三次関数の係数のうち選択された領域に属するもの・ｖは２系統の正規化された信号の内計算に用いられるべき一方の値である。以上で動作温度範囲の全領域にわたり、且つ、回転角度全領域（３６０度）に亘り出力回転軸１１の回転角度検知が可能となった。
【００８０】
〈モータの制御〉
次に、出力シャフトを目標回転角度に追従させる方法について述べる。基板２上に配置されたマイクロコンピュータ４において、算出された現在のシャフト回転角度（１１１）とモード選択信号より求められた目標回転角度情報（１１２）から、モータに与えるトルク指令値を算出する。この算出方法は様々考えられる。以下では、回転右回り方向に角度が増加していくと定義する。例えば、一つ目としてモータに与えるトルク指令値が正側で一定・ゼロ・負側で一定の３通りという方法がある。これは、シャフト回転角度が目標回転角度より少ない場合、ある定まったＤｕｔｙ比でモータを右回りに回転させ、もしくは、シャフト回転角度が目標回転角度より大きい場合、ある定まったＤｕｔｙ比でモータを左回りに回転させる、そして、一致もしくは近傍に達した時トルクをゼロに設定するものである。しかし、この方法ではモータや出力シャフトの慣性が十分に大きくない場合、モータに与えるトルクをゼロにしても、しばらくモータが慣性力で動作し続ける現象が考えられる。その結果、目標位置偏差内にシャフト回転角度が停止もしくは静止不可能となる。二つ目としては、目標シャフト回転角度と現在のシャフト回転角度との偏差・その時間微分・その時刻までの積分を計算し、それぞれ重みをつけ算術和をとり、モータに与えるトルクの目標値とするものである。これは、一般的に、ＰＩＤ制御をよばれている。しかし、本実施例においてはシャフトの回転角度を制御するもので、このような場合、制御対象に積分器が含まれるので、制御則には積分器は必要ないことが知られている。よって本実施例においては、ＰＤ制御を採用するものとする。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、請求項１乃至１７のいずれかに記載の構成とすることにより以下の効果のいずれかを達成できた。
【００８２】
ギア収納室で発生する埃・油・鉄粉により、制御回路が誤作動することがなくなった。
【００８３】
ギア収納室で発生する埃・油・鉄粉により、回転角度センサもしくは前記信号処理回路が誤作動することがなくなった。
【００８４】
出力回転軸の３６０度の回転位置を検出するセンサ機構の構成が簡単になった。
【００８５】
センサの分解能がギア比に左右されることがなくなった。
【００８６】
センサ出力信号がアナログ信号であるため連続的な角度検出が可能となった。
【００８７】
回転体とセンサ素子間の距離を３mm以上にすることもでき、ホール素子と回転体との距離管理が楽になった。
【００８８】
磁石の発生磁束を有効に利用できるようになり、磁束の減衰がないので安価な磁石を使用することも可能になり、また組立性も簡単になった。
【００８９】
ギアカバーと基板カバーにざぐりフライス加工を施す必要がなくなったので加工性が向上した。
【００９０】
モータストール時やバックラッシュ時に過大な負荷がギア部分にかかることがなくなったので、ギアが破損する可能性が低くなった。
【００９１】
モータと回路基板の接続に導線を使用しないことで、導線が断線するという問題がなくなった。また接続作業の作業性がよくなった。
【００９２】
制御回路基板から放熱が効果的に行われるので、高温時に制御回路が誤作動するという問題がなくなった。
【００９３】
ハウジングとカバーから構成される回路基板収納ケースの内外の圧力差が生ずることがなくなったので、制御回路基板や基板ケースが破損するという問題がなくなった。
【００９４】
組立公差が小さくできたので、磁石回転中心軸とセンサ素子の位置関係のずれが少なくなり、センサ出力が製品毎に異なるという問題が減った。
【００９５】
センサ出力がセンサ素子周辺温度の影響を受けにくくなり、従って、温度変化により、分解能が劣化するという問題が減った。
【００９６】
センサ機構が簡単になった。
【００９７】
ギアケース（ハウジング）と基板ケース（カバー）にざぐり穴を設ける必要がなくなったので、組立公差や加工公差によりギア間距離が変動するという問題がなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例のシフトコントローラが用いられる自動車の全体構成図である。
【図２】 本発明の一実施例のシフトコントローラのカバー側分解斜視図である。
【図３】 本発明の一実施例のシフトコントローラに用いるギア機構の分解斜視図である。
【図４（Ａ）】 本発明の一実施例のシフトコントローラのハウジング側分解斜視図である。
【図４（Ｂ）】 本発明の一実施例のシフトコントローラのハウジング側上面図である。
【図５】 本発明の一実施例の回転検出装置の縦断面図である。
【図６】 本発明の一実施例の回転検出装置の原理説明図である。
【図７】 本発明の一実施例の回転検出装置の効果説明図である。
【図８】 本発明の一実施例の回転検出装置に用いる磁石の例（ａ）−（ｄ）を示す説明図である。
【図９】 本発明の一実施例のシフトコントローラの縦断面図である。
【図１０】 本発明の一実施例のシフトコントローラの動作説明図である。
【図１１】 本発明の一実施例のシフトコントローラの回路基板の具体例を示す説明図である。
【図１２】 本発明の一実施例のシフトコントローラの機能ブロック図である。
【図１３】 本発明の一実施例のシフトコントローラの組立てを説明するための分解斜視図である。
【図１４】 本発明の一実施例のシフトコントローラのギア機構の作用を説明するための斜視図である。
【図１５】 本発明の一実施例の回転角度検出技術の機能ブロック図である。
【図１６】 本発明の一実施例の回転角度検出技術を説明するための波形図である。
【図１７】 本発明の一実施例のシフトコントローラの回路の一部を説明するための回路図である。
【図１８】 本発明の一実施例のセンサの温度補償技術を説明するための特性図である。
【図１９】 本発明の一実施例のセンサの温度補償技術を説明するための機能ブロック図である。
【符号の説明】
１…基板カバー、２…基板、３…センサ素子、４…マイクロコンピュータ、５…放熱板、６…基板ケース、７…シール材、８…マグネット、９…磁性材製ヨーク、１０…マグネットホルダー、１１…出力回転軸、１２…ギアホルダー、１３…第三ギア、１４…モータ接続端子Ａ、１５…モータ接続端子Ｂ、１６…モータ、１７…ギアケース、１８…コネクタ、１９…第二ギア、２０…第四ギア（終段ギア）、２１…第一ギア（出力ギア）、２３…中間回転軸、２４…ＥＥＰＲＯＭ、４５…アンプ、４７…モータ駆動回路素子、５０…ランプ駆動回路、５４…シフトレール、５９ａ…エンジン制御装置との間の信号入出力端子。

Claims (17)

1. トランスファーケースのシフトレールを駆動するモータと、
   このモータの回転を前記シフトレールに伝えるギア機構と、
   前記シフトレールと共に回転する磁石と、前記ギア機構を覆うカバーの外側であって当該磁石に対面する位置に設けられ、当該磁石の回転位置に応じて変化する磁気的物理量を測定するＧＭＲ素子とからなる非接触式の磁気センサと、
   前記ＧＭＲ素子の出力電圧と磁気センサの出力信号との関係を表現する近似式を保存する不揮発性メモリとを備えた、自動車の駆動状態を切り換えるための制御装置。
2. 請求項１において、
   前記カバーは前記モータを駆動する制御回路が装着された基板をかねており、前記GMR素子は当該基板上に前記制御回路と共に装着されることを特徴とする、自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記磁気センサは前記シフトレールの３６０度の回転位置を検出するように構成されている自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
4. トランスファーケースのシフトレールを駆動するモータと、
   当該モータの回転を前記シフトレールに伝えるギア機構と、
   前記モータとギア機構とを収納する金属ケースと、
   当該金属ケースに被せられた前記モータとギア機構を覆う樹脂カバーと、
   前記シフトレールと共に回転する磁石と、前記樹脂カバーの外側であって当該磁石に対面する位置に設けられ、当該磁石の回転位置に応じて変化する磁気的物理量を測定する
   ＧＭＲ素子とからなる非接触式の磁気センサと、
   前記ＧＭＲ素子の出力電圧と磁気センサの出力信号との関係を表現する近似式を保存する不揮発性メモリとを備えた、自動車の駆動状態を切り換えるための制御装置。
5. 請求項４において、
   前記樹脂カバーの外側に前記モータ駆動用の制御回路基板を装着し、前記モータと前記制御回路とを前記樹脂カバーを貫通する電気配線によって電気的に接続した自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
6. モータと、
   前記モータの回転軸と交差する位置関係で配置された出力回転軸と、当該出力回転軸に前記モータの回転軸からの回転力を伝達する減速ギアとからなるギア機構と、
   前記ギア機構と前記モータとを収納する凹所が形成されたハウジングと、
   当該ハウジングに装着され前記ハウジングに形成された前記凹所とともに、前記ギア機構と前記モータとを収納するギア室を形成するカバー部材と、
   前記カバー部材の外側に装着された前記モータの制御回路部と、
   前記モータの電力給電端子と前記制御回路部の接続端子との間にＬ型に屈曲した導電性剛体製電気導体部と、
   前記出力回転軸と共に回転する磁石と、前記カバー部材の外側であって当該磁石に対面する位置に設けられ、当該磁石の回転位置に応じて変化する磁気的物理量を測定するGMR素子とからなる非接触式の磁気センサと、
   前記ＧＭＲ素子の出力電圧と磁気センサの出力信号との関係を表現する近似式を保存する不揮発性メモリと
   を備えた制御装置。
7. 請求項６において、
   前記Ｌ型に屈曲した導電性剛体製電気導体部が前記モータの給電端子に形成されている制御装置。
8. 請求項６において、
   前記Ｌ型に屈曲した導電性剛体製電気導体部が前記モータの給電端子と前記制御回路部の接続端子との間に装着された中間端子に形成されている制御装置。
9. 請求項６において、
   前記Ｌ型に屈曲した導電性剛体製電気導体部が前記モータの給電端子と前記制御回路部の接続端子とによって形成されている制御装置。
10. ギア機構を介して出力回転軸を所定の位置に回転駆動するモータと、
    前記出力回転軸と前記モータの回転軸とが直交する状態で両者を保持するハウジングと、
    前記モータの回転軸端部に形成されたギアと前記出力回転軸に形成されたギアとの間に設けられ、前記モータのトルクを前記出力回転軸に伝達する中間ギア機構と、
    前記ハウジングと協働して前記出力回転軸の先端部、前記中間ギア及び前モータとを収納する空間を形成するカバー部材と、
    前記出力回転軸の先端部に取り付けられた磁石と、
    前記カバー部材の外側で前記磁石に対面する位置に装着された磁気感応素子と、
    前記磁気感応素子からの出力信号を処理して前記出力回転軸の回転位置を検出する処理回路を含み、前記カバー部材を通して延びる電気導体によって前記モータと電気的に接続され、前記カバー部材の外側に配置されている前記モータの制御回路と、
    前記磁気感応素子の出力と前記出力回転軸の位置関係を近似式で表現するための値を記録する不揮発性メモリと、
    前記カバー部材に形成され、前記制御回路に前記出力回転軸の位置指令信号を受けるコネクタ部とを有する出力回転軸の位置を切り換えるための制御装置。
11. トランスファーケースのシフトレールを回転駆動するモータと、
    当該モータの回転を前記シフトレールに伝えるギア機構と、
    前記ギア機構と前記モータとを収納するギア室が形成されたハウジングと、
    当該ハウジングの外側に設けられた前記モータの制御回路と、
    当該ハウジングに装着され、前記制御回路を収納する基板室を形成するカバー部材と、
    前記基板室を外気と連通させる前記水抜き穴若しくは通気孔と、
    前記シフトレールと共に回転する磁石と、前記ギア機構を覆うカバーの外側であって当該磁石に対面する位置に設けられ、当該磁石の回転位置に応じて変化する磁気的物理量を測定するＧＭＲ素子とからなる非接触式の磁気センサと、
    前記磁気センサの出力電圧と磁気センサの出力信号との関係を表現する近似式を保存する不揮発性メモリとを備えた、自動車の駆動状態を切り換えるための制御装置。
12. 請求項１１において、
    前記収納筐体が自動車に装着された状態で地側となる側に前記水抜き穴若しくは通気孔を設けた自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
13. トランスファーケースのシフトレールを回転駆動するモータと、当該モータの回転を前記シフトレールに伝えるギア機構とを収納する収納筐体を備え、当該収納筐体に前記モータの制御回路を装着したものにおいて、
    前記モータの制御回路には、
    前記磁石の回転による磁気的物理量の変化に基づき、前記シフトレールの回転位置を検知する磁気センサと、
    前記磁気センサの出力電圧と磁気センサの出力信号との関係を表現する近似式を保存する不揮発性メモリと、
    前記センサの信号を増幅する増幅器と、
    前記シフトレールの位置指令信号を受け取る信号端子部と、
    前記モータへ電力を供給する出力端子部と、
    前記出力端子部に接続され前記モータへの電力供給を制御するモータ駆動回路と、
    前記信号端子部で受け取った信号と前記センサからの信号に基づいて前記モータ駆動回路へ制御信号を出力するマイクロコンピュータとが配置されている自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
14. 請求項１３において、
    前記収納筐体は、前記ギア機構を収納する凹部を備えたギアケースと、当該ギアケースに装着され、当該ギアケースとともに前記ギア機構が収納されるギア室を形成する基板ケースとから構成され、
    前記モータの制御回路は、前記基板ケースの外側に取り付けられており、
    前記基板ケースには２つのコネクタ部が一体に形成されており、
    一つのコネクタには前記信号端子部が接続される指令入力端子と、電力端子とアース端子が設けられており、
    別のコネクタには前記出力端子部が接続されるモータ電力供給端子が設けられている自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
15. 請求項１３又は１４において、
    前記モータの制御回路にはさらに、前記マイクロコンピュータから指令信号を受けて前記シフトレールの制御位置を示すランプへの給電を制御するランプ駆動回路と、
    当該ランプ駆動回路からの出力信号を外部に出力するランプ信号出力端子部とを備える自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
16. 請求項１３又は１４において、
    前記モータの制御回路にはさらに、前記マイクロコンピュータから指令信号を受けて前記シフトレールの制御位置を示すランプへの給電を制御するランプ駆動回路と、
    当該ランプ駆動回路からの出力信号を外部に出力するランプ信号出力端子部とを備える
    自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。
17. 請求項１３又は１４において、
    前記マイクロコンピュータと前記端子部との間に前記駆動回路が設置され、
    前記センサは前記駆動回路より前記マイクロコンピュータに近づけて設置されている自動車の駆動状態を切り換える為の制御装置。

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