CN100362315C

CN100362315C - 相对位置检测装置和跨乘式车辆

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Publication number: CN100362315C
Application number: CNB2005101128624A
Authority: CN
Inventors: 日野阳至; 室田圭子; 白泽秀树; 寺田润史; 小野朋宽
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: US7675283B2; DE602005019667D1; CN1760632A; EP1647436B1; US20060082362A1; EP1647436A1; TW200624660A; JP2006112879A; TWI285238B

Abstract

本发明的目的是提供一种相对位置检测装置，其几乎不发生故障且能实现紧凑而便宜的构造。相对位置检测装置具有能彼此进行相对位移的加速器(11)和外壳，加速器(11)包括永磁体(17)，且外壳包括用于从永磁体(17)所形成的磁场的通量密度输出对全闭位置θ₀的检测信号的数字霍尔IC(21)，其中永磁体(17)具有在相对位移方向上并排布置的S极部分和N极部分，而数字霍尔IC(21)被构造成在加速器(11)和外壳相对于彼此进行位移的整个范围内一直接收来自永磁体(17)的磁力。

Description

相对位置检测装置和跨乘式车辆

技术领域

本发明涉及一种能够检测用于彼此进行相对位移的第一构件和第二构件的基准位置的相对位置检测装置，并涉及一种跨乘式车辆，其中设置有该相对位置检测装置来控制加速器开度。

背景技术

到目前为止，已经提出了许多系统，其中设置有能够进行相对位移的第一构件和第二构件，并且第一构件和第二构件相对于彼此进行位移使得将要控制的目标响应于位移量被控制。

例如，在跨乘式车辆中，加速器手柄安装在车把上用于转动，且加速器相对于车把转动用于内燃机(发动机)节气门的打开/关闭控制。

在这种跨乘式车辆中，电气相对位置检测和控制装置已经广为人知，其中加速器的转动操作通过电位计来检测，并且节气门基于该输出电压由致动器打开/关闭。

在该电气相对位置检测和控制装置中，为了防止电位计等的故障造成的加速器的转动操作与节气门的打开/关闭动作不一致的事故，除电位计外，设置了机械的全闭开关，其能够检测加速器的全闭位置以关闭节气门。

装备有磁相对位置检测和控制装置的系统已经广为人知，其中磁体被布置在加速器中并利用通量密度的变化来检测加速器的转动位置，并且还提出了利用霍尔IC的系统。

例如，在下述的专利文献1中，为了检测加速器的转动位置以控制内燃机的点火的目的，一个磁体被固定到加速器，两个数字霍尔IC被固定到把手并判断加速器的开度范围被包含在怠速、中速和高速中的哪一个。在这个例子中，必须使用电位计等完成节气门的打开/关闭控制所必要的加速器转动量的检测。

此外，在下述的专利文献2的图2中，公开了一种相对位置检测装置，其中一个永磁体固定到加速器，并且具有相同功能的两个霍尔IC固定到紧固于把手轴的外壳。在这个例子中，虽然细节不清楚，但是利用具有相同功能的两个霍尔IC，在加速器的转动中响应于永磁体的位置而输出电信号。

[专利文献1]

JP-A-Hei 7-324637

[专利文献2]

JP-A-2002-256904(图6)

发明内容

但是，因为在使用传统的电位计的相对位置检测装置中，电位计比加速器大，如果将它布置在加速器周围，外观很可能变得很差。因此，必须布置在除加速器周围外的位置并用线缆等连接到加速器，其很可能增加零件的数量、组装过程的工时等。另外，因为布置了比加速器大的电位计，以及线缆等，因此很难改善加速器周围的外观质量。

此外，因为在利用磁性的传统的相对位置检测装置中，霍尔IC和磁体之间的定位关系中磁体的宽度较小，例如，如专利文献1的图2所示，如果转动加速器手柄，霍尔IC移动到远离磁体的位置，作用在霍尔IC上的通量密度变得非常小。因此，如果从外面施加磁力，霍尔IC可能在磁力影响下发生故障。

考虑到前述情况，本发明的一个目的是提供一种能够容易地防止故障并以低成本紧凑地构造的相对位置检测装置。

本发明的另一个目的是提供一种跨乘式车辆，其中，在加速器开度的控制中几乎不发生故障，可以保持很少的零件数量、用于组装的工时等，并且可以改善加速器周围的外观质量。

为了解决前述的问题，本发明第一方面集中在一种具有能够彼此进行相对位移的第一构件和第二构件的相对位置检测装置，所述第一构件包括磁体，并且所述第二构件包括用于从所述磁体形成的磁场的通量密度输出对基准位置的检测信号的第一霍尔IC，其特征在于所述磁体具有在相对位移方向上并排布置的S极部分和N极部分；并且所述第一霍尔IC被构造成在所述第一构件和所述第二构件相对于彼此进行位移的整个范围内一直接收来自所述磁体的磁力；所述第二构件还包括用于检测通量密度变化的第二霍尔IC，且所述第二霍尔IC位于所述磁体的磁场的通量密度单调变化的范围内。

除如第一方面所述的排列外，本发明第二方面的特征在于所述第一霍尔IC是数字霍尔IC。

除如第一和第二方面所述的布置外，本发明第三方面的特征在于还包括与所述磁体分离且面向其布置的磁性金属板，且其特征在于所述第一霍尔IC布置在所述金属板和所述磁体之间。

本发明第四方面集中于一种跨乘式车辆，其具有如第一至第三方面中任一项所述的相对位置检测装置，其安装在跨乘式车辆上用于控制内燃机的加速器开度，其特征在于所述磁体和所述第一霍尔IC中的一个固定到车把，而另一个固定到可转动地安装到所述车把的加速器手柄，且所述相对位置检测装置以加速器手柄的全闭位置被定义为基准位置的方式被安装。

根据第一或第二方面所述的相对位置检测装置，因为第一霍尔IC被构造成在所述第一构件和所述第二构件互相对于彼此进行位移的整个范围内一直接收来自所述磁体的磁力，因此其强力抵抗干扰(来自外部的磁力)并且不容易发生故障。

此外，如果磁体固定到能够彼此进行相对位移的第一构件和第二构件中的一个，并且霍尔IC以与磁体非接触的关系固定在由该磁体形成的用于检测的相同磁场中，则可以得到检测信号，使得不需要传统系统中所使用的电位计等，且可以以低成本紧凑地构造能够容易地防止前述故障的相对位置检测装置。

此外，所述磁体被构造成使其N极和S极在所述第一构件和第二构件相对于彼此进行移动的方向上并排设置。因此，N极和S极之间在磁力线的方向上的变化较大，使得所述第一霍尔IC能容易地检测作为基准位置的该位置。

此外，所述第一构件和第二构件在基准位置和最大位移位置之间相对于彼此进行移动，且所述磁体和所述第二霍尔IC固定到所述第一构件和所述第二构件使得所述第二霍尔IC布置在用于检测的磁场的通量密度单调变化的范围内。因此，如果所述第一构件和所述第二构件相对于彼此进行移动，则可以容易地产生单调变化的检测信号且可以检测所述第一构件相对于所述第二构件的位移量。

根据本发明第三方面，磁性金属板布置在所述磁体对面且与其分离，并且所述第一霍尔IC布置在金属板和磁体之间。因此，由所述磁体形成的用于检测的磁场的通量可以向着金属板汇集，使得与没有设置金属板相比，所述第一霍尔IC可以容易地检测通量。同时，因为所述第一霍尔IC布置在金属板和磁体之间，来自外面的通量被金属板阻断并几乎不能到达第一霍尔IC，因此可以容易地防止发生故障或者类似情况。

根据第四方面的跨乘式车辆，前述相对位置检测装置以加速器手柄的全闭位置被定义为基准位置的方式被安装。因此，当加速器手柄转动时，抑制了由外部磁力引起的第一霍尔IC的故障，就是说，抑制了加速器故障的发生。

此外，因为磁体和霍尔IC分别地固定到车把和加速器，并且加速器开度可以通过检测加速器手柄的位置来控制，因此不需要传统系统中所使用的电位计等，实现了紧凑的布置，并且还可以在加速器手柄周围设置相对位置检测装置。此外，不需要用于连接加速器手柄和电位计的导线等，使得很容易地改善外观质量且保持较小的零件数量和组装工时。

附图说明

图1是本发明实施例的相对位置检测装置的局部剖视俯视图，其安装到加速器；

图2是此实施例的相对位置检测装置沿图1中的线A-A所取的剖视图，其安装到加速器；

图3示出此实施例的加速器，其中(a)是纵向剖视图而(b)是沿(a)中的线B-B所取的剖视图；

图4是此实施例的拼合式外壳的透视图；

图5是此实施例的检测部分的俯视图；

图6是剖视图，其示出此实施例的加速器末端部分和检测部分之间的位置关系；和

图7是曲线图，其示出在此实施例中通量密度的变化和数字霍尔IC与线性霍尔IC中检测信号的变化，其中(a)示出数字霍尔IC位置处的通量密度的变化，(b)示出第一检测信号的变化，(c)示出线性霍尔IC位置处的通量密度的变化，以及(d)示出第二检测信号的变化。

具体实施方式

现在，下面描述本发明的一个实施例。

图1至图7示出一个例子，其中根据此实施例的相对位置检测装置被应用到作为跨乘式车辆的摩托车的加速器部分。

如图1和图2所示，该相对位置检测装置具有：作为“第一构件”的加速器手柄(加速器)11，其可转动地安装在车把10上靠近其一端；和作为“第二构件”的外壳12，其在与管状导向部分11a相对应的位置处固定到车把10上，该管状导向部分位于加速器11横向中心侧的末端部分处。加速器11的管状导向部分11a容纳在外壳12中以相对其转动(以进行相对运动)。

如图2所示，在外壳12内部，用于检测加速器11开度的检测部分13布置为与加速器11的管状导向部分11a相对，从检测部分13延伸出来的用于检测信号的导线13a连接到设置在车身(未示出)上的控制部分14，且此外从控制部分14延伸出来的用于控制信号的导线14a连接到驱动源的控制器16。

如图3所示，相对位置检测装置的加速器11包括布置在外壳12内部的管状导向部分11a和安装在外壳12外部的手柄部分11b。管状导向部分11a具有用于限制加速器11的转动的转动限制部分11c，和呈拱形形状的永磁体17，永磁体17的中心在加速器11的旋转轴L1上并嵌入加速器11的管状导向部分11a中。

另一方面，如图1和图2所示，外壳12包括用于径向地从其两侧牢固地保持车把10的一对拼合式外壳12a、12b，并且加速器11的管状导向部分11a可转动地布置在由拼合式外壳12a、12b限定的内部空间中。

如图1和图4所示，在一个拼合式外壳12a内部，用于容纳加速器11的管状导向部分11a的容器部分由肋状凸起片12d所限定。凸起片12d设置成与加速器11的管状导向部分11a上的转动限制部分11c成给定的定位关系，并且布置成当转动限制部分11c紧靠凸起部分12d时加速器11的转动被限制，但是可在全闭位置θ₀和全开位置θ_m之间转动。

检测部分13被固定在拼合式外壳12a的外壳部分12c及其附近，用于检测由加速器11的管状导向部分11a中的永磁体17所形成的用于检测的磁场的通量密度。如图5和图6所示，检测部分13被构造成平板状电路板20被支撑在固定到拼合式外壳12a的电路板支架18上，并且由铁板等制成的磁性金属板19嵌入电路板20中。电路板本身可以由铁制成，或者可以在电路板下面设置铁板。

如图5所示，电路板20具有被布置在拼合式外壳12a的外壳部分12c中的狭窄部分20a，并且在狭窄部分20a上，作为第一霍尔IC的霍尔IC21和作为第二霍尔IC的线性霍尔IC 22以与永磁体17间隔开的关系彼此相对地安装。

在加速器11的管状导向部分11a中的永磁体17是由在加速器11的转动方向上互相邻近地固定的磁极部分17a、17b形成的。磁极部分17a在方向“A”上向前地布置，方向“A”指示从加速器11的全闭位置θ₀侧向全开位置θ_m侧的运动，磁极部分17a具有在外侧的N极和在内侧的S极，而磁极部分17b在方向“A”上向后地布置，其具有在外侧的S极和在内侧的N极。因此，永磁体17被构造成在方向“A”上布置在磁极部分17a、17b外侧的N极和S极是并排布置的，方向“A”指示从加速器11的全闭位置θ₀侧向全开位置θ_m侧的运动。

另一方面，电路板20中的数字霍尔IC 21和线性霍尔IC 22在彼此分开给定距离的情况下布置在与加速器11的转轴L1垂直的方向上，即在加速器11的转动方向上。

在这些霍尔IC中，如图6所示，当加速器11在全闭位置θ₀时，数字霍尔IC 21处于与永磁体17的圆周方向上N极和S极之间的边界部分17c相对应的位置。更具体地，加速器11在全闭位置θ₀附近具有间隙，并且数字霍尔IC21在与边界部分17c的附近对应的位置且稍微朝向N极。

当加速器11从全闭位置θ₀转动到全开位置θ_m时，数字霍尔IC 21接收到的通量密度如图7(a)所示地变化。此数字霍尔IC 21被布置成在加速器11和外壳12相对彼此进行位移的整个范围内一直接收来自永磁体17的磁力。

此外，对于来自数字霍尔IC 21的第一检测信号，当该位置的通量密度不小于给定的阈值T1时输出电压V₁₁，而当通量密度小于给定的阈值T1时输出电压V₁₀。这里，电压V₁₀是零伏。

在本发明中，数字霍尔IC 21位于可以在全闭位置θ₀和全开位置θ_m之间一直接收来自永磁体17的磁力的位置，且其将接收如图7(a)所示的磁通量。

如图6所示地布置线性霍尔IC 22，使得当加速器11在全闭位置θ₀时其在面对永磁体17的N极的位置，而当加速器11在全开位置θ_m时，其移动到面对永磁体17的S极的位置。

如图7(c)所示，当加速器11从全闭位置θ₀转动到全开位置θ_m时，线性霍尔IC 22接收的通量密度被设置成从N极侧上较高密度的位置单调地变化到低通量密度的位置。

通量密度单调变化的范围是从全闭位置θ₀到全开位置θ_m的范围，或当加速器11从全开位置θ_m到全闭位置θ₀移动时检测到的通量密度不通过极值点的位置而增大或减小的范围，并且在这里，它是通量密度单调减小的范围。

此外，对于来自线性霍尔IC22的第二检测信号，当该位置的通量密度不小于给定的阈值T2时输出电压V₂₀，而当通量密度小于给定的阈值T2时与通量密度成反比例地输出与该通量密度对应的电压V_2θ。这里，电压V₂₀是零伏。

数字霍尔IC 21和线性霍尔IC 22的这些输出被输入到控制部分14，控制部分14被布置成当来自数字霍尔IC 21的输出从V₁₁变化到V₁₀时，将控制信号输出到控制器16以停止动力供应到作为驱动源的电动机，而当来自数字霍尔IC 21的输出不是V₁₁而是V₁₀时，将与线性霍尔IC 22的输出相对应的控制信号输出到控制器16，以使得驱动源的转数响应于线性霍尔IC22的输出而改变。

现在，将描述在装备了具有前述结构的相对位置检测装置的摩托车中，作为驱动源的驱动电动机等通过控制器16由加速器11来操作的例子。

首先，如图7(a)所示，因为在作为基准位置的全闭位置θ₀和给定的开度θ₁之间，数字霍尔IC 21的位置处的通量密度不小于阈值T1，如图7(b)所示，指示全闭位置θ₀的第一检测信号V₁₁从数字霍尔IC 21中输出。此时，如图7(c)所示，因为线性霍尔IC 22位置处的通量密度不比阈值T2小，如图7(d)所示，与全闭位置θ₀相对应的第二检测信号V₂₀从线性霍尔IC 22中输出。来自数字霍尔IC 21和线性霍尔IC 22的这些输出通过用于检测信号的导线13a被传送到控制部分14，并且停止将动力供应到电动机的控制信号从控制部分14通过用于控制信号的导线14a被传送到控制器16。

当加速器11在方向“A”上从其位置稍微转动以使开度比给定的开度θ₁更大时，数字霍尔IC 21位置处的通量密度变得比给定的阈值T1大并且第一检测信号V₁₀被输出。此时，因为在此实施例中，线性霍尔IC 22位置处的通量密度比给定的阈值T2大，因此保持从线性霍尔IC 22中输出第二检测信号V₂₀的条件。因此，从控制部分14输出停止将动力供应到电动机的控制信号。

此外，因为当加速器11在方向“A”上进一步转动并使开度比给定的开度θ₂更大时，线性霍尔IC 22位置处的通量密度变得比T2小，保持了从数字霍尔IC 21中输出第一检测信号V₁₀的条件，同时与通量密度的变化相对应的第二检测信号V_2θ从线性霍尔IC 22中输出并通过用于检测信号的导线13a传送到控制部分14。因此，与第二检测信号V_2θ相对应的控制信号输出到控制器16，并控制驱动源以与第二检测信号V_2θ相对应。

此外，因为当加速器11被设置到全开位置θ_m时，数字霍尔IC 21位置处的通量密度比给定的阈值T1小，因此保持了输出第一检测信号V₁₀的条件，并且加速器被设置到全开位置θ_m以与来自线性霍尔IC 22的第二检测信号V_2θ相对应。

另一方面，当加速器11与方向“A”相反地转动时，在比开度θ₂大的范围内的加速器开度被操作以与来自线性霍尔IC 22的第二检测信号V_2θ相对应，并且在比开度θ₂小的开度范围内，将供应到电动机的动力关闭。

根据使用上述相对位置检测装置的摩托车，在指示全闭位置θ₀的第一信号V₁₁从数字霍尔IC 21中输出的条件下，与全闭位置θ₀相对应的控制信号可以从控制部分14输出，并且在指示加速器11的打开状态的第一检测信号V₁₀从数字霍尔IC 21输出的条件下，与来自线性霍尔IC 22的第二检测信号V_2θ相对应的控制信号可以从控制部分14输出。因此，在加速器11相对于外壳12被布置在全闭位置θ₀的情况下，如果作为故障等的结果输出指示加速器11的打开状态的第一检测信号V₁₀而非从数字霍尔IC 21输出指示全闭位置θ₀的第一检测信号V₁₁，则由于指示全闭位置θ₀的第二检测信号V₂₀已经从线性霍尔IC 22中输出，因此从控制部分14输出与其中停止动力供应的全闭状态相对应的控制信号。

即使当作为故障等的结果而从线性霍尔IC 22中输出指示加速器11的打开状态的第二检测信号V_2θ时，指示全闭位置θ₀的第一检测信号V₁₁已经从数字霍尔IC 21中输出，因此从控制部分14输出与其中停止动力供应的全闭状态相对应的控制信号。

结果，因为尽管霍尔IC 21、22中发生故障，也可以从控制部分14输出用于控制其中停止动力供应的全闭状态的控制信号，所以可以确保安全。

此外，通过其来检测加速器11是否在全闭位置θ₀的数字霍尔IC 21布置在这样的位置，以在加速器11和外壳12彼此进行相对位移的整个范围内(即在加速器11的整个转动范围内(从全闭位置θ₀到全开位置θ_m))一直从永磁体17接收磁力，其很难受到外部磁力的影响，并且不容易发生故障。

就是说，因为数字霍尔IC 21是用于检测加速器是否在全闭位置θ₀的霍尔IC，本质上，如果霍尔IC只接收在此位置的磁力就可以符合要求。但是，如果在不是全闭位置的位置处磁力从外部施加到数字霍尔IC 21，此磁力可能引起误检，其中错误地认为加速器在全闭位置θ₀。

因此，因为在本发明中，即使当加速器不在全闭位置时，数字霍尔IC21也适合于一直从永磁体17接收磁力，如果施加了外部磁力，其影响较小且数字霍尔IC变得更有力地抵抗外部磁力，抑制了故障的发生。

另外，如果永磁体17固定到加速器11，且数字霍尔IC 21和线性霍尔IC 22以与永磁体17非接触的关系固定在永磁体17(其在固定到车把10的外壳12中)的用于检测的磁场中，可以得到两个独立的检测信号，这些检测信号输入到控制部分14，且基于数字霍尔IC 21或线性霍尔IC22的不受误操作影响的控制信号可以从控制部分14输出，因此不需要传统系统中使用的电位计等，且可以以低成本紧凑地构造能够容易地防止驱动源发生故障的相对位置检测装置，使得它容易地安装在加速器手柄周围。

此外，与传统系统中使用电位计时相比，不需要诸如电位计之类的具有比加速器11的形状大的构件，并且连接加速器11和电位计的导线等是不必要的，使得可以容易地改善外观质量，可以保持很小的零件数量和用于装配的工时。

此外，因为线性霍尔IC 22位于用于检测的磁场的通量密度单调地变化的范围内，因此单调变化的第二检测信号V_2θ可以容易地通过转动加速器11产生，并且与加速器11的开度相对应的控制信号可以容易地从控制部分14输出。

此外，因为永磁体17的N极和S极在加速器11相对于外壳12转动的方向“A”上并排布置，磁力线方向的变化在靠近N极和S极之间的边界部分17c处变大，且此位置可以作为全闭位置由数字霍尔IC 21容易地检测到。

此外，因为与永磁体17分开并面向永磁体17布置的磁性金属板19嵌入电路板20，且数字霍尔IC 21和线性霍尔IC 22布置在金属板19和永磁体17之间，由永磁体17形成的用于检测的磁场的通量可以向着金属板汇集，且与没有设置金属板19时相比较，可以由数字霍尔IC 21和线性霍尔IC 22容易地检测通量密度。

同时，因为数字霍尔IC 21和线性霍尔IC 22布置在金属板19和永磁体17之间，来自外部的通量被金属板19阻断并几乎不能到达数字霍尔IC21和线性霍尔IC 22，并且可以抑制故障的发生。

尽管在此实施例中，数字霍尔IC 21一直接收的磁力主要从S极发射，应当理解的是本发明不限于此，并且磁力可以是从N极发射的力。

Claims

1.一种相对位置检测装置，具有能彼此进行相对位移的第一构件和第二构件，所述第一构件包括磁体，且所述第二构件包括用于从所述磁体所形成的磁场的通量密度输出对基准位置的检测信号的第一霍尔IC，所述相对位置检测装置的特征在于：

所述磁体具有在相对位移方向上并排布置的S极部分和N极部分；且

所述第一霍尔IC被构造成在所述第一构件和所述第二构件相对于彼此进行位移的整个范围内一直接收来自所述磁体的磁力，

所述第二构件还包括用于检测通量密度变化的第二霍尔IC，且所述第二霍尔IC位于所述磁体的磁场的通量密度单调变化的范围内。

2.如权利要求1所述的相对位置检测装置，其中所述第一霍尔IC是数字霍尔IC。

3.如权利要求1或2所述的相对位置检测装置，还包括与所述磁体分离且面向其布置的磁性金属板；其中所述第一霍尔IC布置在所述金属板和所述磁体之间。

4.一种跨乘式车辆，其上安装有如权利要求1至3中任一项所述的相对位置检测装置来控制内燃机的加速器开度，所述跨乘式车辆的特征在于：

所述磁体和所述第一霍尔IC中的一个固定到车把，而另一个固定到可转动地安装到所述车把的加速器手柄，并且所述相对位置检测装置以所述加速器手柄的全闭位置被定义为所述基准位置的方式被安装。