CN100410627C - 相对位置检测装置和跨乘式车辆 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种相对位置检测装置，其能在更长的范围内更有效地检测相对位置的改变并且能以低的成本紧凑地构造。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(12)，加速器(11)包括永磁体(17)，且外壳(12)在所述永磁体(17)的磁场的通量密度单调变化的范围内包括用于输出所述通量密度的变化的线性霍尔IC(22)，其中所述永磁体(17)具有在相对位移方向上并排布置的第一N极部分(17c)和第二S极部分(17e)，并且所述第二S极部分(17e)形成有倾斜面(17h)，使得所述磁体的板厚向着末端面(17g)变薄。

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被布置成彼此进行相对位移的第一构件和第二构件的相对位置的相对位置检测装置，并且还涉及一种跨乘式车辆，其中设置有所述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以响应于位移量来控制将要控制的目标。

例如，在使用内燃机的跨乘式车辆中，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以用于内燃机(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，其中由电位计检测加速器的转动操作，并且节气门基于其输出电压而由致动器打开/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加速器的转动操作与节气门的打开/关闭运动不一致的意外，除电位计外，还设置了机械全闭式开关，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磁通量密度的变化来检测加速器的转动位置，并且还提出了使用霍尔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，一个磁体被固定到加速器，而两个数字霍尔IC被固定到把手，并判断加速器的开度范围被包含在怠速、中速和高速范围中的哪一个范围中。

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固定到紧固在把手轴上的外壳。虽然不清楚细节，但是该专利文献公开了利用具有相同功能的两个霍尔IC，输出加速器转动期间与永磁体的位置相对应的电信号，并检测通过手动操作部分实现的加速器的角转动量。

[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，因为在使用传统电位计的相对位置检测装置中，电位计比加速器大，如果将其布置在加速器周围，外观很可能变得较差。因此，必须布置在除加速器周围外的位置处并用线缆等连接到加速器，这很可能增加零件的数量、组装过程所需的工时等。另外，因为布置了比加速器大的电位计以及线缆等，所以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相对位置检测装置中，例如专利文献2，公开了通过霍尔IC来检测由永磁体片的运动或转子的转动产生的穿过第一定子和第二定子之间所界定的空间的磁通量的变化，以输出与转子的转角相应的电信号。

但是，没有关于磁通量的变化和电信号的输出之间的关系的具体描述，并且没有提及如何检测由于对给定长度的永磁体片在更长范围上的磁通量变化所导致的相对位置的变化。

考虑到前述情况，本发明的一个目的是提供一种相对位置检测装置，其能够在更长的范围上更有效地检测相对位置的变化，并能以低成本紧凑地构造而成。

本发明的另一个目的是提供一种跨乘式车辆，其能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于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，并且所述第二构件在所述磁体的磁场的通量密度单调变化的范围内包括用于检测通量密度变化的霍尔IC，所述相对位置检测装置的特征在于：所述磁体具有以所述磁体的板厚在相对位移的方向上向着其末端面变薄的方式形成的倾斜面。

本发明第二方面集中于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，并且所述第二构件在所述磁体的磁场的通量密度单调变化的范围内包括用于检测通量密度变化的霍尔IC，所述相对位置检测装置的特征在于所述磁体具有在所述相对位移的方向上布置在其末端面处的磁性物质。

本发明第三方面的特征在于，除如第一方面或第二方面所述的布置外，包括与所述磁体相对地布置并与其分开的磁性金属板，其中所述霍尔IC布置在所述金属板和所述磁体之间。

本发明的第四方面集中于一种跨乘式车辆，其具有如第一方面至第三方面中的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；且由所述相对位置检测装置检测所述手柄相对于所述车把的转动位置。

根据第一方面的相对位置检测装置，因为所述磁体具有形成为使得所述磁体的板厚在相对位移的方向上向着其末端面变薄的倾斜面，所以可以使末端面处的通量密度的变化平稳地降低，从而可以有效地延伸检测范围而无需增加所述磁体的长度。

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以与所述磁体非接触的关系固定在由该磁体形成的检测用的相同磁场中，则可以得到检测信号，从而不需要在传统系统中所使用的电位计等，且能够容易地防止前述故障的相对位置检测装置可以以低成本被紧凑地构造。

根据本发明的第二方面，因为所述磁体具有在相对位移的方向上布置在其末端处的磁性物质，所以可以使末端面处的通量密度的变化平稳地降低，从而可以有效地延伸检测范围而无需增加所述磁体的长度。

根据本发明的第三方面，磁性金属板布置在所述磁体对面且与其分开，并且所述霍尔IC布置在所述金属板和所述磁体之间。因此，由所述磁体形成的检测用磁场的磁通量可以向着金属板汇集，从而与没有设置金属板相比，可以通过所述第一霍尔IC容易地检测磁通量。同时，因为所述第一霍尔IC布置在金属板和磁体之间，所以来自外面的磁通量被金属板阻断并几乎不能到达所述第一霍尔IC，这就容易地防止发生故障等。

根据第四方面的跨乘式车辆，因为所述磁体和所述霍尔IC分别地固定到车把和加速器，并且所述加速器可以通过检测加速器手柄的位置来控制，所以不需要传统系统中所使用的电位计等，实现了紧凑的排列，并且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，从而可以容易地改善外观质量且保持较少的零件数量和组装工时。

附图说明

图1是安装到加速器的本发明第一实施例的相对位置检测装置的局部剖视俯视图；

图2是安装到加速器的第一实施例的相对位置检测装置沿图1中的A-A线所取的剖视图；

图3示出第一实施例的加速器，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是第一实施例的拼合式外壳的透视图；

图5是第一实施例的检测部分的俯视图；

图6是剖视图，其示出第一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，其示出第一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；

图8是示出第一实施例的相对位置检测装置的永磁体和通量密度等的图示；

图9是对应于图6示出本发明第二实施例的剖视图；并且

图10是对应于图8示出第二实施例的图示。

具体实施方式

现在，下面将描述本发明的实施例。

[本发明的实施例1]

图1至图8示出一个例子，其中根据第一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，其在车把10的一端附近可转动地安装在车把10上；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11a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与加速器11的管状导向部分11a相对布置，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连接到操作驱动源的控制器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和呈弓形的永磁体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被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的容纳部分12c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成给定的位置关系，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的容纳部分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被构造成这样，即平板状电路板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的容纳部分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的转动方向上彼此相邻固定的第一和第二两个磁极部分17a、17b形成的。在方向“A”(其指示从加速器11的全闭位置θ₀侧向全开位置θ_m侧的运动)上向前布置的第一磁极部分17a具有在外侧的第一N极部分17c和在内侧的第一S极部分17d，而在方向“A”上向后布置的第二磁极部分17b具有在外侧的第二S极部分17e和在内侧的第二N极部分17f。因此，永磁体17被构造成这样，即在方向“A”上布置在第一磁极部分17a和第二磁极部分17b的外侧上的第一N极部分17c和第二S极部分17e是并排布置的，方向“A”指示从全闭位置θ₀侧向全开位置θ_m侧的运动。

此外，如图6所示，第二S极部分17e具有形成为其板厚向着末端面17g变薄的倾斜面17h。

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，即布置在加速器11的转动方向上。

如图6所示，当加速器11在全闭位置θ₀时，在这些霍尔IC中，数字霍尔IC 21位于与边界部分17j对应的位置处，边界部分17j在永磁体17的圆周方向上的第一磁极部分17a和第二磁极部分17b之间。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IC 21位于与边界部分17j的附近对应的位置处且稍微朝向第一N极部分17c。

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彼此进行相对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阈值T1时输出电压V₁₁，而当通量密度小于给定阈值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处时其位于面对永磁体17的第一N极部分17c的位置处，而当加速器11转动到全开位置θ_m时，其相对移动到面对永磁体17的第二S极部分17e(倾斜面17h)的位置处。

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第一N极部分17c一侧到第二S极部分17e一侧单调地变化。

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移动到全闭位置θ₀时检测到的通量密度增大或减小而不通过极值点位置的范围，并且在这里，其是通量密度单调减小的范围。

此外，对于到来自线性霍尔IC 22的第二检测信号，当该位置的通量密度不小于给定阈值T2时输出电压V₂₀，而当通量密度小于给定阈值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，其将控制信号输出到控制器16以停止对作为驱动源的电动机的电力供应，而当来自数字霍尔IC 21的输出不是V₁₁而是V₁₀时，其将与线性霍尔IC 22的输出相对应的控制信号输出到控制器16，以使得对电动机的电力供应改变成对应于线性霍尔IC 22的输出。

现在，将描述在装备了具有上述结构的相对位置检测装置的摩托车中，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，因为在全闭位置θ₀和给定的开度θ₁之间，数字霍尔IC 21位置处的通量密度不小于阈值T1，所以如图7(b)所示，从数字霍尔IC 21输出指示全闭位置θ₀的第一检测信号V₁₁。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小于阈值T2，所以如图7(d)所示，从线性霍尔IC 22输出与全闭位置θ₀相对应的第二检测信号V₂₀。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，并且停止对电动机电力供应的控制信号从控制部分14通过用于控制信号的导线14a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大于给定开度θ₁时，数字霍尔IC 21位置处的通量密度变得大于给定阈值T1并且输出第一检测信号V₁₀。此时，因为在此实施例中，线性霍尔IC 22位置处的通量密度大于给定阈值T2，所以保持了从线性霍尔IC 22输出第二检测信号V₂₀的条件。因此，从控制部分14输出停止对电动机的电力供应的控制信号。

然后，因为当加速器11在方向“A”上进一步转动以使开度大于给定开度θ₂时，线性霍尔IC 22位置处的通量密度变得小于T2，所以保持了从数字霍尔IC 21输出第一检测信号V₁₀的条件，而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，并响应于第二检测信号V_2θ控制电动机。

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位置处的通量密度小于给定阈值T1，所以保持了输出第一检测信号V₁₀的条件，并且响应于来自线性霍尔IC 22的第二检测信号V_2θ将电动机设置到全开位置θ_m。

另一方面，当加速器11与方向“A”相反地转动时，在大于开度θ₂的范围内的加速器开度被操作以对应于来自线性霍尔IC 22的第二检测信号V_2θ，并且在小于开度θ₂的开度范围内，关闭对电动机的电力供应。

根据使用上述相对位置检测装置的摩托车，在从数字霍尔IC 21输出指示全闭位置θ₀的第一检测信号V₁₁的条件下，可以从控制部分14输出与全闭位置θ₀相对应的控制信号，并且在从数字霍尔IC 21输出指示加速器11的打开状态的第一检测信号V₁₀的条件下，可以从控制部分14输出与来自线性霍尔IC 22的第二检测信号V_2θ相对应的控制信号。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，如果由于故障等输出指示加速器11的打开状态的第一检测信号V₁₀，而非从数字霍尔IC 21输出的指示全闭位置θ₀的第一检测信号V₁₁，则已经从线性霍尔IC 22输出指示全闭位置θ₀的第二检测信号V₂₀，因此从控制部分14输出与停止电力供应的全闭状态相对应的控制信号。

即使当由于故障等而从线性霍尔IC 22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也已经从数字霍尔IC 21中输出，因此从控制部分14输出与停止电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，也从控制部分14输出用于控制到停止电力供应的全闭状态的控制信号，所以可以确保安全。

此外，在此实施例中第二S极部分17e形成有倾斜面17h，可以设置更长的检测范围(在全闭位置θ₀到全开位置θ_m之间)。就是说，如果没有倾斜面17h并且第二S极部分具有如图8中双点划线所示的矩形形状，则如图8(a)所示，在末端面17g侧产生大的磁力，从而如(b)中双点划线所示，使得通量密度线“d”在其末端部分侧“d1”处突然改变。因此，如果在末端部分“d1”(在其附近通量密度线“d”突然变化)处测量通量密度，则检测不到合适的相对位置。

相反，如果第二磁极部分17e形成有倾斜面17h，则如图8(a)所示，在末端面17g侧产生小磁力线“e”的线e，从而如图8(b)的实线所示，使得通量密度线“d”在末端部分“d2”侧平缓地改变。因此，因为通量密度线d在末端部分“d2”变得更加平缓，所有可以有效地延伸检测范围而无需增加永磁体17的总长度。

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)，一直接收来自永磁体17的磁力，就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，所以基本上，如果数字霍尔IC只接收此位置处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，则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，所以如果施加了外部磁力，则其影响较小且数字霍尔IC变得更有力地抵抗外部磁力，因此抑制了故障的发生。

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)的检测用磁场中，则可以得到两个独立的检测信号。控制信号可以通过这些检测信号从控制部分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，使得其容易安装在加速器手柄周围。

此外，与在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组装工时，并且由于较少的机械零件而不必考虑随时间的恶化。

此外，因为永磁体17的第一N极部分17c和第二S极部分17e在加速器11相对于外壳12转动的方向“A”上并排布置，所以磁力线方向的变化在第一N极部分17c和第二S极部分17e之间的边界部分17j附近变大，从而该位置可以作为全闭位置通过数字霍尔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，所以由永磁体17形成的检测用磁场的通量可以向着金属板19汇集，且与没有设置金属板19时相比，可以通过数字霍尔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，所以来自外部的磁通量被金属板19阻断并几乎不能到达数字霍尔IC 21和线性霍尔IC 22，并且可以抑制故障的发生。

[本发明的第二实施例]

图9和图10示出本发明的第二实施例。

在第二实施例中，代替第一实施中的倾斜面17h，在永磁体17的每个末端面17g、17k处设置了铁板24作为磁性物质。

铁板24具有形成为大约字母L形的横截面，并且构造成连接面部分24a与永磁体17的每个末端面17g、17k紧靠，并且在第一磁极部分17a一侧处，第一N极部分17c和第一S极部分17d被一个铁板24的连接面部分24a短路，而在第二磁极部分17b一侧处，第二S极部分17e和第二N极部分17f被另一铁板24的连接面部分24a短路。因此，不会产生如图10(a)中双点划线所示的大磁力线“c”。

如图10所示，因为在上述的这样的布置中，在永磁体17的每个末端面17g、17k中，磁力主要在第一N极部分17c和第一S极部17d之间或者第二S极部分17e和第二N极部分17f之间穿过铁板24，如图10(a)所示，所以通量密度线“d”在末端部分“d2”侧如图10(b)实线所示平缓地改变。因此，因为通量密度线“d”的末端部分“d2”变得更加平缓，所以可以有效地延伸检测范围而无需增加永磁体17的总长度。

尽管在此实施例中对装有相对位置检测装置的跨乘式车辆进行了描述，但是本发明并不限于此，并且可以应用到其它系统，如果其适合于检测相对位置。当然，发动机可以用作驱动源。

Claims (3)

1. 一种相对位置检测装置，其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，且所述第二构件在所述磁体的磁场的通量密度单调变化的范围内包括用于检测所述通量密度中的变化的霍尔集成电路，所述相对位置检测装置的特征在于：

所述磁体具有在所述相对位移的方向上布置在其末端面处的磁性物质。

2. 如权利要求1所述的相对位置检测装置，包括与所述磁体相对地布置且与其分开的磁性金属板，

其中所述霍尔集成电路布置在所述金属板和所述磁体之间。

3. 一种跨乘式车辆，其上安装有如权利要求1至2中任一项所述的相对位置检测装置来控制加速器开度，所述跨乘式车辆的特征在于：

所述磁体和所述霍尔集成电路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

由所述相对位置检测装置检测所述手柄相对于所述车把的转动位置。

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