JP5697539B2

JP5697539B2 - センサ

Info

Publication number: JP5697539B2
Application number: JP2011116635A
Authority: JP
Inventors: ハンス−ルートヴィヒ・ゲッツ; マティアス・シュンク
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: JP2011257391A; DE102010029870A1

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載したセンサに関するものである。

例えばＣＶＴと呼ばれる無段変速機（以下「ＣＶＴ」という。）のプーリなどの軸中心線あるいはシャフト回りに回転しつつ軸方向に摺動するよう支持された物体の軸方向位置を検出するために、従来技術である特許文献１に装置が開示されている。このような公知の装置においては、プーリは、例えば当該プーリの周囲面において均等に配分された複数の台形状のマーカが塗布又は設置され、当該プーリの周方向の幅がその軸方向延長部に沿って変化するよう形成されている。

このプーリの軸方向への変位時には、接触式の信号発出装置において、プーリの実際の位置に応じた異なる形状の信号が形成されるようになっている。

独国特許出願公開第１９５２２８４０号明細書

しかしながら、上述のように形成されたこのようなセンサ装置は、コストがかかるものであり、大きなコストの犠牲の下にのみ得ることができるという問題がある。

本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、上記のような従来技術における欠点を克服し、軸回りに回転する測定対象物の軸方向位置を適用かつ容易にコストをかけずに検出することが可能なセンサを提供することにある。

上記目的は、請求項１記載の発明により達成される。

すなわち、本発明は、回転軸回りに回転しつつ軸方向へ変位する測定対象物の軸方向位置を検出するセンサにおいて、第１の要素と、磁気部材を有する検出部とを設け、位置信号の発出のために、線状の相対変位時に前記第１の要素と協働しつつ該第１の要素に対して所定の線状の変位を行う第２の要素を前記磁気部材によって形成し、位置信号の発出のために、特に前記測定対象物による線状の相対変位によって前記第２の要素を非接触に連行するよう構成したことを特徴としている。

また、本発明の一実施形態は、前記検出部における前記第２の要素を前記磁気部材のみで形成したことを特徴としている。

また、本発明の他の実施形態は、前記第１の要素及び前記第２の要素によって誘導式、静電容量型又は磁気式の前記検出部を形成したことを特徴としている。

また、本発明の一実施形態は、前記第１の要素によって測定センサ又は第１の電極を形成するとともに、前記第２の要素によって、位置信号の発出のために前記測定センサと協働する当該センサの操作部材又は前記検出部における第２の電極を形成したことを特徴としている。

また、本発明の一実施形態は、前記第２の要素によって誘導式の当該センサを形成するとともに、特に平面状のコイルを前記第１の要素に設けたことを特徴としている。

また、本発明の一実施形態は、前記第２の要素をセンサケーシング内に収容するとともに、この第２の要素を、特に該センサケーシングに対して所定の線状の変位を行うようにしたことを特徴としている。このとき、前記第１の要素は、前記センサケーシングに対して特に位置的に正確に配置されている。

また、本発明の一実施形態は、前記第２の要素を、前記第１の要素に対して所定の線状の変位を行うよう、前記センサケーシングによってガイドしたことを特徴としている。

また、本発明の一実施形態は、前記第１の要素のみに、又は前記第１の要素及び前記第２の要素にセンサ電子回路を接続するとともに、該センサ電子回路を前記第１の要素及び前記第２の要素と共に前記センサケーシング内に収容したことを特徴としている。

また、センサ−測定対象物配置構造についての本発明は、本発明によるセンサと、該センサの近傍に配置された測定対象物を備えて成るセンサ−測定対象物配置構造において、前記センサにおける前記第２の要素を前記測定対象物により非接触に磁気によって特に前記測定対象物の軸方向に連行させるよう構成したことを特徴としている。

また、センサ−測定対象物配置構造についての本発明による一実施形態は、前記第２の要素連行するために、前記測定対象物を、その少なくとも一部について磁化可能に形成したことを特徴としている。

また、センサ−測定対象物配置構造についての本発明による一実施形態は、前記測定対象物を軸中心線回りに回転可能に支持しつつその軸方向へ変位可能に配置し、前記軸方向を、前記第２の要素が前記第１の要素に対する所定の線状の変位を行う方向に一致させたことを特徴としている。

さらに、無段変速機（ＣＶＴ）についての本発明は、シャフト回りに回転可能に支持されつつ軸方向に変位可能なプーリを備えた無段変速機において、前記プーリの軸方向位置を検出するために、本発明によるセンサを当該無段変速機に配置し、前記プーリを前記測定対象物としたことを特徴としている。

なお、本発明の他の特徴及び利点は、以下の図面に基づく実施の形態の説明及び特許請求の範囲に記載されている。また、本発明の範囲を逸脱しない限り、各実施の形態を組み合わせることも可能である。

本発明によれば、軸回りに回転する測定対象物の軸方向位置を適用かつ容易にコストをかけずに検出することが可能である。

本発明の一実施形態における、軸方向に変位可能な測定対象物に配置されたセンサの断面図である。ＣＶＴのプーリとして形成された軸方向に変位可能な測定対象物に配置された図１におけるセンサを示す図である。本発明の他の実施形態におけるセンサの断面図である。本発明の他の実施形態におけるセンサを示す図である。図１の誘導式位置センサを透過して見る図である（センサは、軸方向に変位可能なＣＶＴのプーリに隣接して配置されている。）。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１には本発明によるセンサ１が例示されており、このセンサ１は、軸中心線Ａ（図２）回りに回転可能に配置されつつ軸方向に変位する（図２における矢印Ｘ）測定対象物２の軸方向位置を検出するものである。本発明においては、このセンサ１は、少なくとも部分的に磁化可能な測定対象物２（特に強磁性または難治性の測定対象物２）と、当該測定対象物２の位置を検出するために相互に作用するものとなっている。本発明において、このセンサ１は、位置検出のために線状に変位（軸方向に摺動）するのに適したものとなっている。なお、測定対象物２は、例えばＣＶＴの図２に示すようなテーパディスクあるいはプーリ３ａである。

このような公知のＣＶＴは、それぞれ１つのシャフト４を有する互いに軸方向Ｘにおいて対抗するプーリ３ａ，３ｂの２つの対（図２では１つの対のみ図示している。）を備えている。また、この２つの対の間ではベルトあるいはチェーンがガイド可能あるいはガイドされるように成っており、１つの対における２つのプーリ３ａ，３ｂの間でのベルトあるいはチェーンの動作半径は、ＣＶＴの変速比が（無段階に）調整可能なよう、プーリ３ａ，３ｂの軸方向間隔によって調整可能となっている。

ＣＶＴにおいては、各対におけるプーリ３ａは、その軸方向Ｘにおいて他方のプーリ３ｂに対して近接又は離間するよう特にその回転時に変位可能となっている。このように変位可能なプーリ３ａあるいは測定対象物２の実際の軸方向位置は、特に実際のＣＶＴの変速比を推定するために、リニア位置センサとして形成された本発明によるセンサ１によって検出される。

本発明において、センサ１は第１の要素６と磁気部材７を有する検出部５を備えており、線状の相対移動において位置信号を発出するための第１の要素６と協働しつつ第１の要素６に対して相対的に線状に変位可能な、検出部５における第２の要素８が形成されている。ここで、この第２の要素８は、線状の相対運動の結果、位置信号を発出するために、特に測定対象物２によって非接触に（特に磁気的に）連行されるようになっている。

また、センサ１における第１の要素６は、該第１の要素６とセンサ１における第２の要素８の間の相対的な線状の変位により位置信号が発出されるようセンサ１における第２の要素８と協働する。すなわち、第１の要素６及び第２の要素８は、共にセンサ１における１つの位置検出部すなわち検出部５を形成している。第１の要素６に対する第２の要素８の相対変位時には、これら第１の要素６及び第２の要素８によって、これら第１の要素６と第２の要素８の相対位置に相当する位置信号がセンサ１内に生成される。このとき、本発明においては、第２の要素８が第１の要素に対して所定量だけ相対的に線状に変位可能となっている。すなわち、第２の要素８は、所定の始点から所定の終点まで所定の移動量だけ第１の要素６に対して変位するようになっている。

これは、例えばセンサ１が有するガイドによって行うことができ、このガイドによって、第２の要素８は第１の要素６に対して相対変位可能にガイドされることになる。この第２の要素８は、第１の要素に対して特に所定の線状の変位のみ可能となっている。すなわち、第２の要素８は、第１の要素６に対してその他の相対変位はできないようになっている（線状の変位のみ可能）。

第１の要素６及び第２の要素８は、測定チェーン内の第１のリンク部として、検出部５を形成している。このとき、第２の要素８は磁気部材７のみで形成されており、非接触の連行、あるいは非接触の連行及び位置信号の発出が行えるようになっている。また、磁気部材７によって、第２の要素の、例えば第１の要素６に対する所定の線状の動作がなされるようになっている。

第２の要素８は、例えば測定センサである第１の要素６と共に位置信号の発出するために動作し、例えば、第１の要素６と共に操作部材を形成している。また、上記に代えて、第１の要素６は例えば検出部５の第１のセンサ電極であり、この第１のセンサ電極は、センサ用電子回路に接続されている。一方、上記に代えて、この第１の要素６と協働する第２の要素８は例えば検出部５における別の第２のセンサ電極を形成しており、この第２のセンサ電極は、線状の相対変位に基づく位置信号の発出のために、検出部５における上記第１のセンサ電極と協働するようになっている。

また、第２の要素８は、例えば永久磁石又は電磁石で形成された磁気部材７によって、第１の要素６に対して特に測定対象物２によって連行されて非接触に所定の線状の変位できるよう構成されている。ここで、第２の要素８のこの磁気部材７は連行可能な部材を形成しており、この部材は、磁気部材７と測定対象物２の間に作用する磁気的な吸引力により、第２の要素８の所定の移動範囲内で線状に変位可能となっている。すなわち、測定対象物２により、磁気的かつ非接触にすなわち間接的に連行可能となっている。

ところで、図に基づき、本発明によるセンサ１の種々の実施形態を以下に説明する。

＜実施の形態１＞
図１には本発明によるセンサ１が示されており、この線さは、誘導式センサとして形成されている。また、このセンサ１における第１の要素６及び第２の要素８は、誘導式の検出部５を形成している。第１の要素６は例えば１つ又は複数の平面状のコイル９で形成されており、このコイル９は、位置信号の発出のために第２の要素８と協働するようになっている。また、第２の要素８は、磁気部材７によって第１の要素６に対して非接触に所定の線状の運動が可能な操作部材を形成している。

このような操作部材あるいは第２の要素８を形成するために、例えばダンパ部材１０が磁気部材７に結合されているか、又はこれに変えてダンパ部材１０が磁気部材７に統合されている。なお、ダンパ部材１０は例えば金属板などであり、このようなダンパ部材１０（例えばひし形の金属板）は、例えば図５に示されている。また、このようなダンパ部材１０は、磁気部材７における測定センサあるいは第１の要素６に対向する側面に配置されている。

また、例えば図５に示すように特に線状の相対変位方向に互いに隣接して設けられた第１の要素６における複数のコイル９には、高周波交流電流が印加される。そして、この高周波交流電流はダンパ部材１０内で渦電流を発生させ、この渦電流によりコイル９の緩衝すなわちインダクタンスが変化する。そして、これを解析することにより、ダンパ部材１０の位置すなわち第２の要素８の少なくとも１つのコイル９に対する相対位置に対応して位置信号の出力が可能となる。

また、コイル９はセンサ電子回路１１に電気的に接続されており、このセンサ電子回路１１は、電力をコイル９へ供給し、かつ、第１の要素６と第２の要素８により生成されたこれらの相対位置に相当する測定信号を例えば処理するものである。

第２の要素８は、その所定の線状の変位経路に沿って、その始点と終点の間において第１の要素６との間に特に一定の間隔（図１における径方向）を有している。したがって、この間隔のばらつきによって測定信号の発出に不都合な影響が生じることはない。また、測定対象物２によって非接触に連行される第２の要素８における磁気部材７により、センサ１は、測定対象物２との間に比較的大きな間隔があるとしても、正確な位置検出を行うことが可能である。

図１に示されたセンサ１の実施形態においては、特に統合的なセンサコンポーネント（センサ電子回路１１、第１の要素６及び第２の要素８）をケーシングあるいはセンサケーシング１２内に収容するのが好ましい。このとき、センサケーシング１２は保護機能及び場合によってはサポート機能のほかに、例えば第２の要素８における磁気部材７のガイド部を形成している。そして、このガイド部により、第２の要素８が第１の要素６に対して所定の線状の移動を行うことが可能となっている。

また、第１の要素は、例えばセンサ電子回路１１を実装した回路基板によって、センサケーシング１２に対して不動に該センサケーシング１２に結合されるか、あるいはセンサケーシング１２内に収容されている。一方、第２の要素８は、第１の要素６に対して線状に変位するようセンサケーシング１２内に配置されている。すなわち、第２の要素８は、センサケーシング１２に対して所定の線状の変位が可能となっている。この第２の要素８の所定の線状の変位の始点及び終点を含む経路にはセンサケーシング下部１２ａの壁面部が設けられている。このセンサケーシング下部１２ａは、例えばその断面部において、ガイドすべき第２の要素８（例えばその磁気部材７）のガイド部に対応している。

また、センサ１（図１）は、第２の要素８の第１の要素６に対する所定の線状の変位方向が測定対象物２の軸方向における変位方向と一致するよう配向されつつ測定対象物２にに配置されている。さらに、磁気部材７は、測定対象物２によって非接触に連行されるよう、特に強磁性又は軟磁性の測定対象物２に対して径方向に隣接して配置されている。測定対象物２の変位時に、第２の要素８は、測定対象物２と共に第１の要素６に対してＸ方向に線状に変位する。そして、この変位は、前面側のセンサケーシング壁部における第１のセンサケーシング壁部１２ｂと第２のセンサケーシング壁部１２ｃの間で特に第１の要素６に平行かつこれと一定の間隔を保持してなされる。

本発明においては、一般的に、軸部材７あるいは第２の要素８の第１の要素６に対する所定の返上の変位は、測定対象物２の軸方向変位の範囲（位置検出がなされる範囲）内において可能となっている。

＜実施の形態２＞
図３には本実施の形態によるセンサ１の断面が示されており、ここでは、第２の要素８が、磁気部材７によって第１の要素６に対して所定の線状の変位をするよう形成されている。ここでは、このセンサ１が変位量を検出するためにガイド部材１３を備えており、このガイド部材１３は、線状の変位経路（例えばレールなど）方向に延在しているとともに、磁気部材７のガイド部材１４（例えば溝など）と協働するようになっている。

この図３に示された実施の形態においては、磁気部材７が検出部５における第２の要素８を形成している。このような実施の形態においては、第１の要素６（例えばホール素子）は、操作部材としての磁気要素７に対して非接触に連行可能に所定の線状の変位が可能となっている。また、少なくとも１つの方向成分（例えば径方向）についてホール素子（例えば横断検知器の形状のホールＩＣ）によって検出可能な磁場を生じさせることが考えられる。また、これに代えて、第１の要素６及び第２の要素８によって例えば磁気抵抗センサを形成するようにしてもよい。一般的には、第１の要素６及び第２の要素８あるいは磁気部材７によって例えば磁気検出部が形成される。

＜実施の形態３＞
図４には本実施の形態が示されており、本実施の形態においては、センサ１が例えば静電容量型のセンサとして形成されている。また、第１の要素６は棒状の第１の電極１６として形成されており、この第１の電極１６は、センサ電子回路１１に特に固定されて結合されている。また、静電容量型の検出部５における第２の要素８は位置信号の発出のために中空管として形成された第２の電極１７と協働するようになっている。この第２の電極１７には磁気部材７が第２の要素８を形成しつつ固結されているか、又は磁気部材７が第２の電極１７に統合されている。

したがって、第２の電極１７は、測定対象物２による磁気部材７の非接触の連行時に第１の電極１６に対して所定の線状の変位が可能となっている。このとき、第１の電極１６及び第２の電極１７によって形成されるコンデンサあるいは静電容量型のセンサの静電容量は、挿入状態（Eintauchzustand）に応じて、測定対象物２の位置に相当する相対位置をセンサ電子回路１１によって検出できるよう変化する。

このような実施形態においては、所定の線状の相対変位は、例えば、第２の要素８が例えば誘電体を有する第１の要素６と接触しつつ当該第１の要素６を案内することで達成される。このとき、第１の電極すなわち第１の要素６は、例えば垂直方向に延在するセンサ電子回路１１において支持されているとともに（変位開始時）、支持されていない周端部には第２の電極１７のためのストッパを備えている（不図示の変位終点）。なお、このストッパは、第２の電極１７を第１の電極１６において保持するものとなっている。また、この実施形態の場合、センサケーシング１２は不要である。

本発明によるセンサ１によれば、当該センサ１の測定対象物２あるいは特に回転構成部材に対する間隔が比較的大きくても、位置の測定が可能である。回転速度の補償がなされ、振動の原因となる軸受の劣化を解消することができる。また、本発明において、互いに相対変位する２つの部材の位置信号の発出に用いる検出部あるいはセンサについては、これを様々に形成することが可能である。

１センサ
２測定対象物
３ａ，３ｂプーリ（テーパディスク）
４シャフト
５検出部
６第１の要素（位置信号発出部）
７磁気部材
８第２の要素
９コイル
１０ダンパ部材（緩衝部材）
１１センサ電子回路
１２センサケーシング
１２ａセンサケーシング下部
１２ｂ第１のセンサケーシング壁部
１２ｃ第２のセンサケーシング壁部
１３，１４ガイド部材
１５ホール素子
１６第１の電極
１７第２の電極
１７ａ電気配線
Ａ軸中心線
Ｘ軸方向

Claims

回転軸回りに回転しつつ軸方向へ変位する測定対象物（２）の軸方向位置を検出するセンサ（１）において、
第１の要素（６）と、磁気部材（７）を有する検出部（５）とを設け、位置信号の発出のために、線状の相対変位時に前記第１の要素（６）と協働しつつ該第１の要素（６）に対して所定の線状の変位を行う第２の要素（８）を前記磁気部材（７）によって形成し、位置信号の発出のために、前記測定対象物（２）による線状の相対変位によって前記第２の要素（８）を非接触に連行するよう構成したことを特徴とするセンサ。
前記検出部（５）における前記第２の要素（８）を前記磁気部材（７）のみで形成したことを特徴とする請求項１記載のセンサ。
前記第１の要素（６）及び前記第２の要素（８）によって誘導式、静電容量型又は磁気式の前記検出部（５）を形成可能としたことを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ。
前記第１の要素（６）によって測定センサ又は第１の電極（１６）を形成するとともに、前記第２の要素（８）によって、位置信号の発出のために前記測定センサと協働する当該センサ（１）の操作部材又は前記検出部（５）における第２の電極（１７）を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ。
前記第２の要素（８）によって誘導式の当該センサ（１）のダンパ部材（１０）を形成するとともに、平面状のコイル（９）を前記第１の要素（６）に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ。
前記第２の要素（８）をセンサケーシング（１２）内に収容するとともに、この第２の要素（８）を、該センサケーシング（１２）に対して所定の線状の変位を行うようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ。
前記第２の要素（８）を、前記第１の要素（６）に対して所定の線状の変位を行うよう、前記センサケーシング（１２）によってガイドしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ。
前記第１の要素（６）のみに、又は前記第１の要素（６）及び前記第２の要素（８）にセンサ電子回路（１１）を接続するとともに、該センサ電子回路（１１）を前記第１の要素（６）及び前記第２の要素（８）と共に前記センサケーシング（１２）内に収容したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ。
請求項１〜８のいずれかに記載のセンサ（１）と、該センサ（１）の近傍に配置された測定対象物（２）を備えて成るセンサ−測定対象物配置構造において、
前記センサ（１）における前記第２の要素（２）を前記測定対象物（２）により非接触に磁気によって前記測定対象物（２）の軸方向（Ｘ）に連行させるよう構成したことを特徴とするセンサ−測定対象物配置構造。
前記第２の要素（８）を連行するために、前記測定対象物（２）を、その少なくとも一部について磁化可能に形成したことを特徴とする請求項９記載のセンサ−測定対象物配置構造。
前記測定対象物（２）を軸中心線（Ａ）回りに回転可能に支持しつつその軸方向（Ｘ）へ変位可能に配置し、前記軸方向（Ｘ）を、前記第２の要素（８）が前記第１の要素（６）に対する所定の線状の変位を行う方向に一致させたことを特徴とする請求項９又は１０記載のセンサ−測定対象物配置構造。
シャフト（４）回りに回転可能に支持されつつ軸方向に変位可能なプーリ（３ａ）を備えた無段変速機において、
前記プーリ（３ａ）の軸方向位置を検出するために、請求項１〜１１のいずれかに記載のセンサ（１）を当該無段変速機に配置し、前記プーリ（３ａ）を前記測定対象物（２）としたことを特徴とする無段変速機。