WO2019230491A1 - ポジションセンサ及び位置検出方法 - Google Patents

ポジションセンサ及び位置検出方法 Download PDF

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WO2019230491A1
WO2019230491A1 PCT/JP2019/020030 JP2019020030W WO2019230491A1 WO 2019230491 A1 WO2019230491 A1 WO 2019230491A1 JP 2019020030 W JP2019020030 W JP 2019020030W WO 2019230491 A1 WO2019230491 A1 WO 2019230491A1
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position sensor
magnetic detection
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magnetism
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佑貴 須山
佑樹 菊井
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日本精機株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage

Definitions

  • the present invention relates to a position sensor used for detection of a relative positional relationship with a magnet, and a position detection method for detecting a relative positional relationship with a magnet using the position sensor.
  • a position sensor for detecting a switching position of an operation lever of a shift-by-wire automatic transmission for a vehicle for example, there are a first magnetic sensor and a second magnetic sensor in a shift device described in Patent Document 1.
  • a shift device a ring-shaped magnet that moves linearly with the operation of the operation lever in the select direction and rotates with the operation of the operation lever in the shift direction is provided.
  • the second magnetic sensor is disposed inside the magnet ring (inside the ring as viewed from the spaced position on the axis of the ring).
  • the first magnetic sensor detects the magnetism (magnetic flux angle) outside the ring of the magnet that moves linearly by operating the operating lever
  • the position of the operating lever in the select direction is detected and rotated by operating the operating lever.
  • the second magnetic sensor detects the magnetism (magnetic flux angle) inside the ring of the magnet to be operated, the position of the operation lever in the shift direction is detected.
  • the shift device described in Patent Document 1 was invented for the purpose of suppressing the number of magnets.
  • a magnet used for detecting the movement position of an operation lever that is moved in different directions is disclosed.
  • the ring-shaped magnet is composed of two semicircular arc-shaped magnets (see paragraphs 0007 and 0048 of FIG. 5 and FIG. 5). reference).
  • two magnetic sensors must be provided individually so that the first magnetic sensor is disposed outside the ring of the magnet and the second magnetic sensor is disposed inside the ring of the magnet. This is also undesirable from the viewpoint of installation space.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and a position sensor capable of suppressing the number of magnets to one, and suppressing cost and mounting space, and position detection using this position sensor.
  • the challenge is to provide a method.
  • a position sensor is a position sensor used for detecting a relative positional relationship with a magnet, and detects the magnetism of the magnet facing the magnet.
  • An element, an IC package provided with the magnetic detection element, and a circuit board to which the IC package is attached are provided.
  • the position detection method is a position detection method for detecting a relative positional relationship with a magnet by a position sensor, and the position sensor detects the magnetism of the magnet facing the magnet.
  • the magnet has a magnetic detection element, an IC package provided with the magnetic detection element, and a circuit board to which the IC package is attached, and the magnet linearly moves or rotates relative to the position sensor.
  • a magnetic detection step in which the magnetic detection element detects magnetism and transmits a magnetic detection signal, and information on a relative positional relationship between the IC package and the magnet is based on the magnetic detection signal.
  • a position signal generation step of generating a position signal for transmission to the position.
  • the magnet may be magnetized in a direction facing the magnetic detection element.
  • the IC package has a first magnetic detection element for detecting magnetism when the magnet moves relatively linearly, and a second magnetism detection for detecting magnetism when the magnet rotates relatively.
  • An element may be provided, and a surface of the magnet facing the magnetic detection element may be formed as a cylindrical surface centering on a rotation axis when the magnet rotates relatively. .
  • the number of magnets can be reduced to one, and the cost and installation space of the position sensor can be reduced.
  • the position sensor according to the present embodiment is used to detect the position of a select lever (operating lever) of an automatic transmission of an automobile, and this select lever is similar to the operating lever in the shift device described in Patent Document 1, It is operated in the select direction (vehicle width direction) and the shift direction (vehicle longitudinal direction).
  • the select lever 1 is attached to a cylindrical shaft 2 provided inside a center console (not shown), and the select lever 1 is operated in the shift direction (stroke direction) by the driver of the automobile. As a result, the shaft 2 also moves linearly in the direction of arrow A. When the select lever 1 is operated in the shift direction (rotation direction) by the driver of the automobile, the shaft 2 also moves along the arrow B about the axis O. Rotate in the direction.
  • a concave notch 3 is formed on the outer peripheral surface of the shaft 2, and a magnet unit 5 in which a rectangular parallelepiped magnet 4 is provided is fixed to the notch 3.
  • a position sensor 6 is disposed at a position facing the magnet unit 5 inside the center console.
  • the position sensor 6 is schematically configured by providing a circuit board 8 inside a plate-shaped sensor unit 7. As shown in FIG. 2, Hall elements 9 and 10 are inserted into the circuit board 8 in the same plane.
  • the IC package 11 is attached.
  • the magnet 4 of the magnet unit 5 is magnetized in a direction facing the Hall elements 9 and 10 by magnetizing the surface 4a facing the sensor unit 7 of the position sensor 6 to N pole and the opposite surface 4b to S pole. Unipolar magnetized.
  • the Hall element 9 detects magnetism (magnetic flux density) when the magnet unit 5 moves linearly in the direction of arrow A together with the shaft 2, and the Hall element 10 rotates in the direction of arrow B together with the shaft 2. The magnetism (magnetic flux density) is detected.
  • the position detection method by the position sensor 6 will be described.
  • the Hall element 9 detects magnetism and sends the magnetic detection signal to the IC package 11.
  • the shift for transmitting the information on the relative positional relationship with the magnet 4, that is, the position information in the shift direction of the select lever 1, to the circuit board 8 based on the received magnetic detection signal.
  • Generate a directional position signal The generated shift direction position signal is output to the outside of the circuit board 8 or from the circuit board 8 and is input to an ECU (not shown).
  • the Hall element 10 detects magnetism and transmits a magnetism detection signal to the IC package 11, and the IC package 11 receives the signal. Based on the magnetic detection signal, a selection direction position signal for transmitting information on the relative positional relationship with the magnet 4, that is, position information of the selection direction of the select lever 1 to the circuit board 8 is generated.
  • the generated select direction position signal is output to the outside of the circuit board 8 or from the circuit board 8 and is input to an ECU (Electronic Control Unit) (not shown).
  • the Hall elements 9 and 10 that detect the magnetism of the magnet 4 facing the magnet 4, the IC package 11 provided with the Hall elements 9 and 10, and the IC package 11 Is provided, and the relative positional relationship between the position sensor and the magnet can be detected by one IC package and one magnet. Therefore, the number of magnets can be suppressed to one, and the cost and mounting space of the position sensor can be suppressed.
  • the magnet 4 is single-pole magnetized in the direction facing the Hall elements 9 and 10 and does not require multi-pole magnetization, the cost of the magnet can be suppressed.
  • 3 and 4 show another embodiment for carrying out the present invention.
  • 3 and 4 are the same as those in FIGS. 1 and 2 except that the shape of the magnet 12 is different from that of the magnet 4. Therefore, the components other than the magnet are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. The description is omitted.
  • the magnet 12 is provided inside the magnet unit 5, and the surface 12 a of the position sensor 6 that faces the sensor unit 7 is centered on an axis O that is a rotation axis when the magnet 12 rotates in the arrow B direction. It is formed on a cylindrical surface. Further, the magnet 12 is magnetized in a single pole in the direction facing the Hall elements 9 and 10 by magnetizing the surface 12a with N pole and the opposite surface 12b with S pole.
  • the select lever 1 When the magnet 12 is used, when the select lever 1 is operated in the select direction and the magnet 4 rotates in the direction of arrow B, the distance between the magnet 12 and the IC package 11 is kept constant regardless of the rotation position. Therefore, the position information of the select lever 1 in the select direction can be detected with high accuracy.
  • the position sensor and the position detection method according to the present invention can be applied to objects other than vehicles, such as a brake cylinder and a clutch master cylinder, and the magnetic detection element provided in the IC package is the above-described embodiment.
  • the number may be one or three or more instead of two.
  • the surface 4a and the surface 12a were N poles
  • the surface 4b, and the surface 12b were S poles
  • the surface 4a and the surface 12a were made S poles
  • the surface 4b and the surface 12b were made N poles. There is no problem.

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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Abstract

磁石の数を１個に抑えることができるとともに、コストと取付スペースを抑制することができるポジションセンサを提供する。　本発明に係るポジションセンサは、磁石４に対向して磁石４の磁気を検出するホール素子９，１０と、ホール素子９，１０がインサートされたＩＣパッケージ１１と、ＩＣパッケージ１１が取り付けられた回路基板８とを備える。

Description

ポジションセンサ及び位置検出方法
　本発明は、磁石との相対的な位置関係の検出に用いられるポジションセンサと、ポジションセンサにより磁石との相対的な位置関係を検出する位置検出方法に関する。
　シフトバイワイヤ方式の車両用自動変速機の操作レバーの切換位置等を検出するポジションセンサとして、例えば特許文献１に記載のシフト装置における第１磁気センサ及び第２磁気センサがある。このシフト装置では、操作レバーのセレクト方向の操作に伴い直線移動するとともに、操作レバーのシフト方向の操作に伴い回動するリング状の磁石が設けられ、第１磁気センサは、磁石のリングの外側に配置され、第２磁気センサは、磁石のリングの内側（リングの軸上の離間位置から見てリングの内側）に配置されている。
　そして、操作レバーの操作で直線移動する磁石のリング外側の磁気（磁束の角度）を第１磁気センサが検出することにより、操作レバーのセレクト方向の位置が検出され、操作レバーの操作で回動する磁石のリング内側の磁気（磁束の角度）を第２磁気センサが検出することにより、操作レバーのシフト方向の位置が検出される。
特開２０１７－１７８０６０号公報
　ところで、特許文献１に記載のシフト装置は、磁石の数を抑えることを目的として発明され、同特許文献には、互いに異なる方向に移動操作される操作レバーの移動ポジションの検出に使用する磁石の数を１個に抑えることができると記載されているが、実際には、リング状の磁石は半円弧状の２個の磁石で構成されている（特許文献１の段落０００７、００４８、図５参照）。
　また、第１磁気センサが磁石のリング外側に配置され、第２磁気センサが磁石のリング内側に配置されているように、２個の磁気センサを個別に設けなければならず、コストの点からも取付スペースの点からも望ましくなかった。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、磁石の数を１個に抑えることができるとともに、コストと取付スペースを抑制することができるポジションセンサと、このポジションセンサを用いた位置検出方法を提供することを課題としている。
　上記課題を解決するために、本発明に係るポジションセンサは、磁石との相対的な位置関係の検出に用いられるポジションセンサであって、前記磁石に対向して前記磁石の磁気を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子が設けられたＩＣパッケージと、前記ＩＣパッケージが取り付けられた回路基板とを備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る位置検出方法は、ポジションセンサにより磁石との相対的な位置関係を検出する位置検出方法であって、前記ポジションセンサは、前記磁石に対向して前記磁石の磁気を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子が設けられたＩＣパッケージと、前記ＩＣパッケージが取り付けられた回路基板とを有し、前記磁石が前記ポジションセンサに対して相対的に直線移動又は回動したときに、前記磁気検出素子が磁気を検出して磁気検出信号を送信する磁気検出ステップと、前記磁気検出信号に基づいて、前記ＩＣパッケージが前記磁石との相対的な位置関係に関する情報を前記回路基板に伝達するためのポジション信号を生成するポジション信号生成ステップとを含むことを特徴とする。
　前記磁石は、前記磁気検出素子と対向する方向に着磁されていてもよい。
　また、前記ＩＣパッケージに、前記磁石が相対的に直線移動するときの磁気を検出する第一の磁気検出素子と、前記磁石が相対的に回動するときの磁気を検出する第二の磁気検出素子とが設けられていてもよく、前記磁石の前記磁気検出素子に対向する面は、前記磁石が相対的に回動するときの回動軸を中心とする円柱面に形成されていてもよい。
　本発明に係るポジションセンサ及び位置検出方法によれば、磁石の数を１個に抑えることができるとともに、ポジションセンサのコストと取付スペースを抑制することができる。
発明を実施するための形態に係るポジションセンサと磁石ユニットを示す斜視図。 図１のポジションセンサのＩＣパッケージと磁石ユニットの磁石との位置関係を示す説明図。 発明を実施するための他の形態に係るポジションセンサと磁石ユニットを示す斜視図。 図３のポジションセンサのＩＣパッケージと磁石ユニットの磁石との位置関係を示す説明図。
　本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
　本実施の形態に係るポジションセンサは、自動車の自動変速機のセレクトレバー（操作レバー）の位置の検出に用いられ、このセレクトレバーは、特許文献１に記載のシフト装置における操作レバーと同様に、セレクト方向（車両幅方向）とシフト方向（車両前後方向）に操作される。
　図１に示すように、セレクトレバー１は、図示を略すセンターコンソールの内部に設けられた円柱状のシャフト２に取り付けられ、セレクトレバー１が自動車の運転者によりシフト方向（ストローク方向）に操作されると、それに伴いシャフト２も矢印Ａ方向に直線移動し、セレクトレバー１が自動車の運転者によりシフト方向（回動方向）に操作されると、それに伴いシャフト２も軸Ｏを中心として矢印Ｂ方向に回動する。
　シャフト２の外周面には、凹状の切欠部３が形成され、切欠部３には、直方体状の磁石４が内部に設けられた磁石ユニット５が固着されている。上記センターコンソールの内部で磁石ユニット５に対向する位置には、ポジションセンサ６が配設されている。ポジションセンサ６は、板状のセンサユニット７の内部に回路基板８が設けられて概略構成され、図２に示すように、回路基板８には、ホール素子９，１０が同一面内でインサートされたＩＣパッケージ１１が取り付けられている。
　磁石ユニット５の磁石４は、ポジションセンサ６のセンサユニット７に対向する面４ａがＮ極、反対側の面４ｂがＳ極に着磁されることにより、ホール素子９，１０と対向する方向に単極着磁されている。また、ホール素子９は、磁石ユニット５がシャフト２とともに矢印Ａ方向に直線移動したときの磁気（磁束密度）を検出し、ホール素子１０は、磁石ユニット５がシャフト２とともに矢印Ｂ方向に回動したときの磁気（磁束密度）を検出する。
　ポジションセンサ６による位置検出方法を説明すると、セレクトレバー１がシフト方向に操作されて磁石４が矢印Ａ方向に直線移動した場合、ホール素子９が磁気を検出して磁気検出信号をＩＣパッケージ１１に送信し、ＩＣパッケージ１１が、受信した磁気検出信号に基づいて、磁石４との相対的な位置関係に関する情報、つまり、セレクトレバー１のシフト方向の位置情報を回路基板８に伝達するためのシフト方向ポジション信号を生成する。生成されたシフト方向ポジション信号は、回路基板８において、又は、回路基板８から外部に出力されて、図示を略すＥＣＵに入力される。
　一方、セレクトレバー１がセレクト方向に操作されて磁石４が矢印Ｂ方向に回動した場合、ホール素子１０が磁気を検出して磁気検出信号をＩＣパッケージ１１に送信し、ＩＣパッケージ１１が、受信した磁気検出信号に基づいて、磁石４との相対的な位置関係に関する情報、つまり、セレクトレバー１のセレクト方向の位置情報を回路基板８に伝達するためのセレクト方向ポジション信号を生成する。生成されたセレクト方向ポジション信号は、回路基板８において、又は、回路基板８から外部に出力されて、図示を略すＥＣＵ（Electronic Control Unit）に入力される。
　この実施の形態に係るポジションセンサ６によれば、磁石４に対向して磁石４の磁気を検出するホール素子９，１０と、ホール素子９，１０が設けられたＩＣパッケージ１１と、ＩＣパッケージ１１が取り付けられた回路基板８とが設けられていることにより、１個のＩＣパッケージと１個の磁石でポジションセンサと磁石の相対的な位置関係を検出することが可能となっている。したがって、磁石の数を１個に抑えることができるとともに、ポジションセンサのコストと取付スペースを抑制することができる。
　また、磁石４はホール素子９，１０と対向する方向に単極着磁され、多極着磁を要しないので、磁石についてもコストを抑制することができる。
　図３及び図４は、本発明を実施するための他の形態を示す。図３及び図４においては、磁石１２の形状が磁石４と異なるほかは、図１及び図２と同様であるから、磁石以外の構成については、図１及び図２と同一の符号を付して説明を省略する。
　磁石１２は、磁石ユニット５の内部に設けられ、ポジションセンサ６のセンサユニット７に対向する面１２ａは、磁石１２が矢印Ｂ方向に回動するときの回動軸である軸Ｏを中心とする円柱面に形成されている。また、磁石１２は、面１２ａがＮ極、反対側の面１２ｂがＳ極に着磁されることにより、ホール素子９，１０と対向する方向に単極着磁されている。
　この磁石１２を用いれば、セレクトレバー１がセレクト方向に操作されて磁石４が矢印Ｂ方向に回動した場合、その回動位置にかかわらず磁石１２とＩＣパッケージ１１の距離が一定に保たれるので、セレクトレバー１のセレクト方向の位置情報を高精度に検出することができる。
　以上、本発明を実施するための形態について例示したが、本発明の実施形態は上述したものに限られず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更等してもよい。
　例えば、本発明に係るポジションセンサ及び位置検出方法は、ブレーキシリンダーやクラッチマスターシリンダー等のほか車両用以外の物にも適用することができ、ＩＣパッケージに設けられる磁気検出素子は、上記実施の形態におけるように２個ではなく、１個でも３個以上であってもかまわない。また、上記実施の形態では、面４ａ、面１２ａがＮ極、面４ｂ、面１２ｂがＳ極の場合を例示したが、面４ａ、面１２ａをＳ極、面４ｂ、面１２ｂをＮ極としても差し支えない。
４　　　磁石
６　　　ポジションセンサ
８　　　回路基板
９　　　ホール素子（第一の磁気検出素子）
１０　　ホール素子（第二の磁気検出素子）
１１　　ＩＣパッケージ
１２　　磁石
１２ａ　面（磁気検出素子に対向する面）
Ｏ　　　軸（回動軸）

Claims (5)

  1. 　磁石との相対的な位置関係の検出に用いられるポジションセンサであって、
    　前記磁石に対向して前記磁石の磁気を検出する磁気検出素子と、
    　前記磁気検出素子が設けられたＩＣパッケージと、
    　前記ＩＣパッケージが取り付けられた回路基板とを備えることを特徴とするポジションセンサ。
  2. 　前記磁石は、前記磁気検出素子と対向する方向に着磁されていることを特徴とする請求項１に記載のポジションセンサ。
  3. 　前記ＩＣパッケージに、前記磁石が相対的に直線移動するときの磁気を検出する第一の磁気検出素子と、前記磁石が相対的に回動するときの磁気を検出する第二の磁気検出素子とが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポジションセンサ。
  4. 　前記磁石の前記磁気検出素子に対向する面は、前記磁石が相対的に回動するときの回動軸を中心とする円柱面に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のポジションセンサ。
  5. 　ポジションセンサにより磁石との相対的な位置関係を検出する位置検出方法であって、
    　前記ポジションセンサは、前記磁石に対向して前記磁石の磁気を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子が設けられたＩＣパッケージと、前記ＩＣパッケージが取り付けられた回路基板とを有し、
    　前記磁石が前記ポジションセンサに対して相対的に直線移動又は回動したときに、前記磁気検出素子が磁気を検出して磁気検出信号を送信する磁気検出ステップと、
    　前記磁気検出信号に基づいて、前記ＩＣパッケージが前記磁石との相対的な位置関係に関する情報を前記回路基板に伝達するためのポジション信号を生成するポジション信号生成ステップとを含むことを特徴とする位置検出方法。
PCT/JP2019/020030 2018-05-29 2019-05-21 ポジションセンサ及び位置検出方法 WO2019230491A1 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009300262A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Aisin Seiki Co Ltd 変位検出装置

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