DE112021003861T5

DE112021003861T5 - Drehwinkelerfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112021003861T5
Application number: DE112021003861.3T
Authority: DE
Inventors: Makoto Mase
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2023-06-07
Also published as: WO2022080098A1; JP2022064368A; CN220356304U; US20230349685A1

Abstract

Eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung (40) ist versehen mit: einem sich drehenden Magneten (44); und einem Sensor (50), der einen Drehwinkel mittels der Änderung in einer Richtung einer Magnetflusslinie α, die von dem Magneten (44) erzeugt wird, erfasst. Außerdem sind in dem Magneten (44): ein erster magnetischer Körper (44A) und ein zweiter magnetischer Körper (44B), die mit symmetrischen Formen um eine Ebene entlang einer Drehachse (X) entzwei geteilt ausgebildet sind, als eine Gruppe angeordnet. Jeder der magnetischen Körper (44A, 44B), die entzwei geteilt sind, weist einen N-Pol und einen S-Pol, die in der Richtung der Drehachse X magnetisiert sind, auf. Die Magnetpole sich drehender Oberflächen der magnetischen Körper (44A, 44B), die dem Sensor (50) gegenüberliegen, sind in einer derartigen Weise angeordnet, dass sie gegenseitig verschiedene Magnetpole sind. Infolgedessen wird die Länge der Magnetflusslinie α, die durch den Sensor (50) verläuft, reduziert, so dass dadurch eine Reduzierung bei einer Magnetfeldstärke unterdrückt wird und Fehler in dem Winkel der Magnetflusslinie, die sich aus einem externen Störmagnetfeld ergeben, unterdrückt werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Drehwinkelerfassungsvorrichtungen.
Hintergrund
Ein Motor eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Automobils, weist einen Ansaugdurchlass zum Einbringen von Ansaugluft zu dem Motor auf. Der Ansaugdurchlass ist mit einer Drosselklappenvorrichtung zum Steuern der Menge der Ansaugluft versehen. Die Drosselklappenvorrichtung ist dazu ausgebildet, den Öffnungsgrad der Klappe unter Verwendung einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung zu erfassen und die Menge der Ansaugluft zu dem Motor durch Ändern des Öffnungsgrads der Klappe abhängig von dem Tretausmaß eines Gaspedals zu steuern.
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2020-24102 offenbart eine konventionelle Drehwinkelerfassungsvorrichtung. Die Drehwinkelerfassungsvorrichtung weist einen sich drehenden Magneten und einen Sensor (einen Magnetismuserfassungsteil), der einer sich drehenden vorderen Oberfläche des Magneten gegenüberliegt, auf. Die Drehwinkelerfassungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, Änderungen in dem Magnetfeld (Richtungen von Magnetflusslinien), die durch Drehung des Magneten verursacht werden, zu erfassen, so dass ein Drehwinkel einer Drosselklappe erfasst wird. Der Magnet der Drehwinkelerfassungsvorrichtung besteht aus einem einzelnen Bauteil und ist derart magnetisiert, dass Magnetpole in radiale Richtungen senkrecht zu der Drehachse des Magneten gerichtet sind. Somit sind der N-Pol und der S-Pol des Magneten an einer Umfangsoberfläche des Magneten positioniert. Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2020-24102 offenbart, dass ein vertiefter Teil auf der sich drehenden vorderen Oberfläche des Magneten ausgebildet ist.
Aufgrund dessen sind bei der Drehwinkelerfassungsvorrichtung die Magnetflusslinien, die durch den Sensor erfasst werden, parallel zueinander ausgerichtet, so dass der Drehwinkel der Drosselklappe präzise erfasst wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösendes technisches Problem
Jedoch besteht in dem Fall der oben beschriebenen Drehwinkelerfassungsvorrichtung der Magnet aus dem einzelnen Bauteil, und die Magnetpole sind in die radialen Richtungen in Bezug auf die Drehrichtung des Magneten gerichtet. Somit wird der Magnetweg in der Luft länger. Dies schwächt die Magnetfeldstärke, die auf den Sensor ausgeübt wird. Dementsprechend kann die Vorrichtung während einer Winkelerfassung durch den Sensor leicht durch das Störmagnetfeld beeinträchtigt werden, so dass der Erfassungsfehler zunehmen kann.
Daher gab es einen Bedarf an einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung, die imstande ist, einen Erfassungsfehler zu unterdrücken und einen Drehwinkel genau zu erfassen, selbst wenn sie während einer Winkelerfassung durch einen Sensor einen Einfluss eines Störmagnetfelds aufnimmt.
Mittel zum Lösen des Problems
Ein Aspekt dieser Offenbarung ist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung, die ein drehbares magnetisches Bauteil und einen Sensor, der dazu ausgebildet ist, einen Drehwinkel abhängig von Änderungen in Richtungen von Magnetflusslinien, die von dem magnetischen Bauteil erzeugt werden, zu erfassen, aufweist. Das magnetische Bauteil ist derart ausgebildet, dass ein Paar magnetischer Körper, die ausgebildet sind, indem sie um eine Ebene entlang einer Drehachse symmetrisch entzwei geteilt sind, in einer Gruppe angeordnet ist. Die magnetischen Körper sind derart magnetisiert, dass N-Pole und S-Pole davon parallel zu der Drehachse gerichtet sind. Magnetpole auf sich drehenden vorderen Oberflächen der magnetischen Körper, die dem Sensor gegenüberliegen, sind in einer derartigen Weise angeordnet, dass sie gegenseitig voneinander verschieden sind.
Gemäß dem Aspekt ist das magnetische Bauteil derart ausgebildet, dass ein Paar der magnetischen Körper, die symmetrisch entzwei geteilt sind, als eine Gruppe angeordnet ist. Die magnetischen Körper sind derart magnetisiert, dass N-Pole und S-Pole davon parallel zu der Drehachse gerichtet sind. Magnetpole von sich drehenden vorderen Oberflächen der magnetischen Körper, die dem Sensor gegenüberliegen, sind in einer derartigen Weise angeordnet, dass sie gegenseitig voneinander verschieden sind. Dementsprechend gibt es keinen ineffektiven Bereich des Magnetfelds an einem mittleren Teil, wo die Magnetpole zueinander wechseln, so dass die Magnetfeldstärke an dem Sensor im Vergleich zu einem konventionellen Magneten, bei dem ein einzelner magnetischer Körper derart magnetisiert ist, dass Magnetpole davon in radiale Richtung der Drehachse gerichtet sind, erhöht werden kann. Ferner kann, selbst wenn das Störmagnetfeld den Sensor beeinträchtigt, der Erfassungsfehler verringert werden, so dass dadurch der Drehwinkel präzise erfasst wird.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht einer Drosselklappenvorrichtung mit einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Drehwinkelerfassungsvorrichtung, die in einem Abschnitt II von 1 gezeigt ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines magnetischen Bauteils der Drehwinkelerfassungsvorrichtung.
4 ist eine Ansicht des magnetischen Bauteils entlang eines Pfeils IV von 3.
5 ist eine Ansicht des magnetischen Bauteils entlang eines Pfeils V von 3.
6 ist eine Querschnittsansicht des magnetischen Bauteils entlang einer Linie VI-VI von 3.
7 ist eine Querschnittsansicht eines magnetischen Bauteils einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, die 6 entspricht.
8 ist eine Querschnittsansicht eines magnetischen Bauteils einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, die 6 entspricht.
9 ist eine schematische Ansicht, die Magnetwege (Magnetflusslinien) eines magnetischen Bauteils einer konventionellen Drehwinkelerfassungsvorrichtung darstellt.
10 ist eine schematische Ansicht, die Magnetwege (Magnetflusslinien) in einem Fall, in dem die Drehwinkelerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform ein magnetisches Bauteil aufweist, das keinen vertieften Teil aufweist, darstellt.
11 ist eine schematische Ansicht, die Magnetwege (Magnetflusslinien) in der Drehwinkelerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform darstellt.
12 ist ein Diagramm, das Winkelfehler in Magnetflusslinien der magnetischen Bauteile von 9, 10 und 11, die durch ein Störmagnetfeld verursacht werden, zeigt.

Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
Einige Ausführungsformen von Drehwinkelerfassungsvorrichtungen, die hierin offenbart werden, werden unten in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 einer ersten Ausführungsform ist dazu ausgebildet, den Öffnungsgrad einer Klappe 20 einer Drosselklappenvorrichtung 10, die entlang eines Ansaugdurchlasses eines Motors eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Automobils, vorgesehen ist, zu erfassen.
Richtungen in der folgenden Beschreibung bedeuten Richtungen von Bauteilen, die respektive in den Zeichnungen dargestellt sind, und geben keine Richtungen der Bauteile in einem Zustand, in dem sie auf dem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Automobil, montiert sind, an, sofern es nicht deutlich angegeben ist.
Zunächst wird die gesamte Ausgestaltung der Drosselklappenvorrichtung 10 beschrieben. 1 zeigt eine Querschnittsansicht der Gesamtausgestaltung der Drosselklappenvorrichtung 10 mit der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40. Die Drosselvorrichtung 10 wird entlang des Ansaugdurchlasses, der eine Ansaugöffnung des Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine fluidisch verbindet, angeordnet. Die Drosselklappenvorrichtung 10 ist dazu ausgebildet, den Ansaugdurchlass abhängig von Anweisungssignalen, die von einer ECU (elektronischen Steuerungseinheit) des Fahrzeugs, die nicht dargestellt ist, ausgegeben werden, zu öffnen und zu schließen, so dass die Menge der Luft, die der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs zugeführt wird, gesteuert wird.
Wie in 1 gezeigt ist, weist die Drosselklappe 10 einen Gehäusekörper 14 und einen Gehäusekörperdeckel 16 als einen Klappengehäusekörper 12 auf. In 1 ist eine Aufnahmekammer 34, die die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 und dergleichen darin aufnimmt, auf der rechten Seite des Gehäusekörpers 14 ausgebildet. Der Gehäusekörperdeckel 16 ist so angeordnet, dass er ein rechtes Ende der Aufnahmekammer 34 verschließt. Der Gehäusekörper 14 ist aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Der Gehäusekörperdeckel 16 ist aus Harz ausgebildet.
In 1 ist ein Durchlass 18, der als der Ansaugdurchlass des Fahrzeugs dient, auf der linken Seite des Gehäusekörpers 14 des Klappengehäusekörpers 12 ausgebildet. Der Durchlass 18 ist so geformt, dass er den Gehäusekörper 14 durchdringt. Die Klappe 20 ist in dem Durchlass 18 angeordnet. Die Klappe 20 weist eine kreisförmige Plattenform auf. Die Klappe 20 ist derart angeordnet, dass die Klappe 20 durch eine Klappenwelle 22 gelagert wird. Die Klappenwelle 22 weist eine zylindrische Form auf.
Die Klappenwelle 22 ist so angeordnet, dass sie sich in einem Innenraum des Gehäusekörpers 14 erstreckt und in die Aufnahmekammer 34 vorsteht. Der Gehäusekörper 14 lagert die Klappenwelle 22 drehbar. Somit wird die Klappe 20 durch den Gehäusekörper 14 über die Klappenwelle 22 und Lager 32 usw. drehbar gelagert. Aufgrund dessen ist die Klappe 20 imstande, sich zwischen einer Klappenschließposition zum Verschließen des Durchlasses 18 und einer Klappenöffnungsposition zum Öffnen des Durchlasses 18 zum Öffnen und Schließen des Durchlasses 18 zu drehen.
Ein rechtes Ende der Klappenwelle 22 ist mit einem magnetischen Bauteil 44 der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 verbunden. Somit ist die Klappe 20 mit dem magnetischen Bauteil 44 der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 über die Klappenwelle 22 derart gekoppelt, dass sie sich in den Drehrichtungen integral drehen.
Die Aufnahmekammer 34 des Klappengehäusekörpers 12 nimmt darin eine Schraubenfeder 36, ein Drosselzahnrad 38, ein Zwischenzahnrad 30, eine Zwischenwelle 28, ein Motorzahnrad 26, einen Motor 24 usw. auf. Der Motor 24 dieser Ausführungsform ist ein Gleichstrommotor. Das Motorzahnrad 26 ist aus Metall ausgebildet. Das Zwischenzahnrad 30 und das Drosselzahnrad 38 sind aus Harz ausgebildet.
In 1 ist der Motor 24 an einer unteren Position angeordnet und wird abhängig von Anweisungssignalen, die von der ECU ausgegeben werden, angetrieben. Der Motor 24 besteht aus einem Gleichstrommotor, so dass der Motor 24 durch elektrisches Erfassen des Tretausmaßes des Gaspedals, das nicht gezeigt ist, und durch Drehen des Motors 24 in einer Stufenweise auf der Grundlage des Tretausmaßes des Gaspedals angetrieben wird.
Die Drehung des Motors 24 wird über ein Getriebe, das zwischen dem Motorzahnrad 26 und einem Großdurchmesserzahnrad 30A des Zwischenzahnrads 30, das durch die Zwischenwelle 28 gelagert wird, montiert ist, übertragen und verlangsamt. Die Drehung, die an das Zwischenzahnrad 30 übertragen wird, wird über ein Getriebe, das zwischen einem Kleindurchmesserzahnrad 30B, das zusätzlich auf dem Zwischenzahnrad 30 ausgebildet ist, und dem Drosselzahnrad 38 montiert ist, weiter verlangsamt und an das Drosselzahnrad 38 übertragen. Die Drehung wird an die Klappenwelle 22, die sich integral mit dem Drosselzahnrad 38 dreht, übertragen, so dass die Klappe 20 geöffnet und geschlossen wird.
Die Schraubenfeder 36 ist um eine äußere zylindrische Oberfläche eines zylindrischen Teils 38A des Drosselzahnrads 38 gewickelt. Die Schraubenfeder 36 ist derart angeordnet, dass die Schraubenfeder 36 die Klappe 20 an einer Position, die von einer vollständig geschlossenen Position geringfügig geöffnet ist, über das Drosselzahnrad 38 und die Klappenwelle 22 vorspannt. Somit ist in einem Anfangszustand, in dem die Klappe 20 nicht durch den Motor 24 gedreht wird, der Durchlass 38 geringfügig geöffnet. Ferner sind in dem Anfangszustand angrenzende Windungen des Drahts der Schraubenfeder 36 miteinander in Kontakt. Wenn das Drosselzahnrad 38 gedreht wird, wird die Schraubenfeder 36 elastisch verformt, so dass ihr Schraubendurchmesser verringert wird. Dementsprechend spannt die Schraubenfeder 36 die Klappe 20 zu der Anfangsposition vor, während die Drehposition des Motors 24 zurückgestellt wird.
Als Nächstes wird die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 beschrieben. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts II der Drosselklappenvorrichtung 10 von 1, der der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 entspricht. Die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 weist das magnetische Bauteil 44 und einen Sensor 50 auf. Die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 ist in der Aufnahmekammer 34, die durch den Gehäusekörper 14 und den Gehäusekörperdeckel 16 definiert ist, aufgenommen. Der Sensor 50 ist in einem konkaven Teil 16A angeordnet und befestigt. Der konkave Teil 16A ist derart ausgebildet, dass eine innere gegenüberliegende Oberfläche des Gehäusekörperdeckels 16, die die Aufnahmekammer 34 definiert, vertieft ist. In 2 ist das magnetische Bauteil 44 so angeordnet, dass es mit dem rechten Ende der Klappenwelle 22 verbunden ist, so dass sich das magnetische Bauteil 44 und die Klappenwelle 22 integral um eine Drehachse X drehen. Dementsprechend drehen sich die Klappe 20 und das magnetische Bauteil 44 über die Klappenwelle 22 integral in der Drehrichtung. Das magnetische Bauteil 44 und der Sensor 50 sind so angeordnet, dass sie einander mit einer kleinen Lücke X1 in einer Richtung entlang der Drehachse X des magnetischen Bauteils 44 gegenüberliegen.
Bei dieser Ausführungsform ist der Sensor 50 ein Magnetsensor, der aus einem elektromagnetischen Umwandlungs-IC bestehen kann. Der Sensor 50 ist dazu ausgebildet, Richtungen von Magnetflusslinien des magnetischen Bauteils 44 zu erfassen. Die Richtungen von Magnetflusslinien, die durch den Sensor 50 erfasst werden, werden an die ECU ausgegeben. Die ECU ist dazu ausgebildet, den Öffnungszustand der Klappe 20 (siehe 1) auf der Basis von Änderungen in den Richtungen von Magnetflusslinien, die von dem Sensor 50 ausgegeben werden, zu erfassen.
Das magnetische Bauteil 44 wird beschrieben. Das magnetische Bauteil 44 besteht aus Permanentmagneten. Das magnetische Bauteil 44 ist in 3 bis 6 dargestellt. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Gesamtausgestaltung des magnetischen Bauteils 44. 4 ist eine Ansicht entlang des Pfeils IV von 3. 5 ist eine Ansicht entlang des Pfeils V von 3. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI von 3. Das magnetische Bauteil 44 ist derart ausgebildet, dass ein Paar magnetischer Körper 44A, 44B, die entlang einer Ebene Y, die sich entlang der Drehachse X erstreckt, symmetrisch entzwei geteilt sind, als eine Gruppe angeordnet ist (siehe 5). Einer des Paares der magnetischen Körper 44A, 44B wird als ein erster magnetischer Körper 44A bezeichnet, und der andere wird als ein zweiter magnetischer Körper 44B bezeichnet. In 3 bis 6 ist der linke der magnetischen Körper als der erste magnetische Körper 44A gezeigt, und der rechte der magnetischen Körper ist als der zweite magnetische Körper 44B gezeigt.
3 bis 6 zeigen deutlich, dass der erste magnetische Körper 44A und der zweite magnetische Körper 44B um die Ebene Y, die sich entlang der Drehachse X erstreckt, symmetrisch ausgebildet sind. Der erste magnetische Körper 44A und der zweite magnetische Körper 44B sind mit einer kleinen Lücke D zwischen gegenüberliegenden Oberflächen davon angeordnet. Jeder von dem ersten magnetischen Körper 44A und dem zweiten magnetischen Körper 44B weist in einem Querschnitt entlang der Drehrichtung eine halbkreisförmige Form auf. Der erste magnetische Körper 44A und der zweite magnetische Körper 44B sind zusammen derart angeordnet, dass die Gesamtausgestaltung davon im Wesentlichen eine kreisförmige Form aufweist.
In jedem des Paares des ersten magnetischen Körpers 44A und des zweiten magnetischen Körpers 44B wird eine Oberfläche davon auf der Seite, wo der Sensor 50 angeordnet ist, als eine sich drehende vordere Oberfläche bezeichnet, und eine gegenüberliegende Oberfläche davon wird als eine sich drehende hintere Oberfläche bezeichnet. Der erste magnetische Körper 44A und der zweite magnetische Körper 44B sind derart magnetisiert, dass ihre N-Pole und S-Pole in Richtungen parallel zu der Drehachse X gerichtet sind. Wie in 4 gezeigt ist, ist der erste magnetische Körper 44A derart magnetisiert, dass der N-Pol davon auf der Seite der sich drehenden vorderen Oberfläche positioniert ist und der S-Pol davon auf der Seite der sich drehenden hinteren Oberfläche positioniert ist. Der zweite magnetische Körper 44B ist derart magnetisiert, dass der S-Pol davon auf der Seite der sich drehenden vorderen Oberfläche positioniert ist und der N-Pol davon auf der Seite der sich drehenden hinteren Oberfläche positioniert ist. Somit sind die Magnetpole der sich drehenden vorderen Oberflächen des ersten magnetischen Körpers 44A und des zweiten magnetischen Körpers 44B, die dem Sensor 50 gegenüberliegen, so angeordnet, dass sie in gleicher Weise gegenseitig verschieden sind. Dementsprechend erstrecken sich bei dieser Ausführungsform, wie in 4 bis 6 gezeigt ist, die Magnetflusslinien a von dem ersten magnetischen Körper 44A zu dem zweiten magnetischen Körper 44B auf der Seite der sich drehenden vorderen Oberfläche und erstrecken sich von dem zweiten magnetischen Körper 44B zu dem ersten magnetischen Körper 44A auf der Seite der sich drehenden hinteren Oberfläche.
3 und 6 zeigen deutlich, dass die sich drehenden vorderen Oberflächen des Paares des ersten magnetischen Körpers 44A und des zweiten magnetischen Körpers 44B eine geneigte Oberfläche 46, die eine konkave Form aufweist, ausbilden. Eine erste geneigte Oberfläche 46A ist auf der sich drehenden vorderen Oberfläche des ersten magnetischen Körpers 44A ausgebildet. Eine zweite geneigte Oberfläche 46B ist auf der sich drehenden vorderen Oberfläche des zweiten magnetischen Körpers 44B ausgebildet. 3 zeigt deutlich, dass die Höhen der Außenumfangsoberflächen der ersten geneigten Oberfläche 46A und der zweiten geneigten Oberfläche 46B zueinander gleich sind. Die erste geneigte Oberfläche 46A und die zweite geneigte Oberfläche 46B sind so ausgebildet, dass sie von den Außenumfangsoberflächen zu einer Mitte von ihnen in einer im Wesentlichen konischen Form geneigt sind. Wie in 6 deutlich gezeigt ist, ist jede der ersten geneigten Oberfläche 46A und der zweiten geneigten Oberfläche 46B der ersten Ausführungsform in einer geneigten linearen Form, die sich von der Außenumfangsoberfläche in Richtung der Mitte erstreckt, ausgebildet. Die erste geneigte Oberfläche 46A und die zweite geneigte Oberfläche 46B sind so positioniert, dass sie einander gegenüberliegen. Dementsprechend sind die Längen von Magnetflusslinien, die zwischen dem ersten magnetischen Körper 44A und dem zweiten magnetischen Körper 44B durch den Sensor 50 verlaufen, im Vergleich zu einem Fall, in dem die geneigten Oberflächen nicht ausgebildet sind, kürzer.
Ein Joch 52, das aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, ist auf den sich drehenden hinteren Oberflächen des ersten magnetischen Körpers 44A und des zweiten magnetischen Körpers 44B, die das magnetische Bauteil 44 ausbilden, angeordnet. Das Joch 52 ist in Kontakt mit hinteren Oberflächen des ersten magnetischen Körpers 44A und des zweiten magnetischen Körpers 44B derart positioniert, dass das Joch 52 mit dem ersten magnetischen Körper 44A und dem zweiten magnetischen Körper 44B integriert ist. Dementsprechend verlaufen, wie in 4 und 6 gezeigt ist, Magnetflusslinien α auf der Seite der sich drehenden hinteren Oberfläche des magnetischen Bauteils 44 durch das Joch 52.
Wirkungen der ersten Ausführungsform werden beschrieben. Die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 erfasst den Öffnungsgrad der Klappe 20 der Drosselklappenvorrichtung 10, die in 1 gezeigt ist. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, sind die Klappe 20 und das magnetische Bauteil 44 der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 in Bezug auf die Drehrichtung miteinander integriert, so dass sich die Klappe 20 und das magnetische Bauteil 44 integral drehen. Der Sensor 50 erfasst Änderungen in dem Magnetfeld, mit anderen Worten, Änderungen in Richtungen von Magnetflusslinien α, die durch Drehung des magnetischen Bauteils 44 verursacht werden, und dann wird der Öffnungsgrad der Klappe 20 berechnet.
Wie in 3 bis 6 gezeigt ist, ist das magnetische Bauteil 44 der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 der ersten Ausführungsform derart ausgebildet, dass der erste magnetische Körper 44A und der zweite magnetische Körper 44B, die entzwei geteilt sind, als ein Paar angeordnet sind. Jeder der magnetischen Körper 44A, 44B ist derart magnetisiert, dass der N-Pol und der S-Pol davon in Richtungen parallel zu der Drehachse X gerichtet sind. Die Magnetpole der sich drehenden vorderen Oberflächen der magnetischen Körper 44A, 44B sind gleichermaßen gegenseitig verschieden. Dies kann die Längen der Magnetflusslinien α, die durch den Sensor 50 verlaufen, im Vergleich zu einem konventionellen Fall, in dem ein magnetisches Bauteil so magnetisiert ist, dass es Magnetpole aufweist, die in die radialen Richtungen gerichtet sind, verkürzen. Ferner gibt es keinen ineffektiven Bereich des Magnetfelds an einem mittleren Teil, wo die Magnetpole zueinander wechseln, so dass eine Abnahme bei der Magnetfeldstärke, die durch den Sensor 50 verläuft, unterdrückt werden kann. Dementsprechend kann, selbst wenn das Störmagnetfeld den Sensor 50 beeinträchtigt, der Erfassungsfehler verringert werden, so dass dadurch der Drehwinkel präzise erfasst wird.
In dem magnetischen Bauteil 44 der ersten Ausführungsform sind die Drehungsoberflächen des ersten magnetischen Körpers 44A und des zweiten magnetischen Körpers 44B auf der Seite, auf der der Sensor 50 angeordnet ist, so ausgebildet, dass sie geneigt sind, so dass sie eine konkave Form aufweisen. In einem Fall, in dem die Drehungsoberflächen auf der Seite, wo der Sensor 50 angeordnet ist, so ausgebildet sind, dass sie geneigt sind, so dass sie auf diese Weise die konkave Form aufweisen, ist es möglich, die Längen der Magnetflusslinien, die durch den Sensor 50 verlaufen, viel kürzer zu machen. Somit kann die Abnahme bei der Magnetfeldstärke viel mehr unterdrückt werden, so dass dadurch der Drehwinkel präzise erfasst wird.
Das magnetische Bauteil 44 der ersten Ausführungsform ist derart angeordnet, dass die sich drehende hintere Oberfläche davon mit dem Joch 52 in Kontakt ist. Das Joch 52 ist aus einem magnetischen Material, wie beispielsweise Eisen, ausgebildet. Aufgrund dieser Ausgestaltung verläuft der Magnetfluss, der sich von der sich drehenden hinteren Oberfläche des magnetischen Bauteils 44 erstreckt, durch das Joch 52. Dies kann die Abnahme bei der Magnetfeldstärke unterdrücken. Es ist möglich, die Abnahme bei der Magnetfeldstärke auf der Sensorseite 50, wo sich das Magnetfeld in der Luft erstreckt, zu unterdrücken, so dass der Erfassungsfehler viel mehr verringert werden kann, selbst wenn der Sensor 50 durch das Störmagnetfeld beeinträchtigt wird. Dementsprechend kann diese Ausgestaltung ebenfalls die Genauigkeit der Drehwinkelerfassung verbessern.
Der erste magnetische Körper 44A und der zweite magnetische Körper 44B des magnetischen Bauteils 44 der ersten Ausführungsform sind mit einer Lücke dazwischen angeordnet. Aufgrund dieser Ausgestaltung gibt es keinen ineffektiven Bereich des Magnetfelds, der durch die magnetische Domänenwand verursacht wird. Dementsprechend kann magnetische Energie pro Volumen effektiv verwendet werden, so dass dadurch die Genauigkeit der Drehwinkelerfassung viel mehr verbessert wird.
9 bis 12 zeigen Unterschiede zwischen der konventionellen Drehwinkelerfassungsvorrichtung und Drehwinkelerfassungsvorrichtungen dieser Offenbarung. 9 ist eine schematische Ansicht, die den Magnetweg (Magnetflusslinien) des magnetischen Bauteils bei der konventionellen Winkelerfassungsvorrichtung darstellt. 10 ist eine schematische Ansicht, die den Magnetweg (Magnetflusslinien) in einem Zustand zeigt, in dem das magnetische Bauteil, das keine konkave Form aufweist, für die Drehwinkelerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform verwendet wird. 11 ist eine schematische Ansicht, die den Magnetweg (Magnetflusslinien) des magnetischen Bauteils der Drehwinkelerfassungsvorrichtung der ersten Ausführungsform darstellt. 12 ist ein Schaubild, das Winkelfehler in Magnetflusslinien der magnetischen Bauteile von 9 bis 11 zeigt, bei dem die Winkelfehler durch das Störmagnetfeld verursacht werden.
Die Ausgestaltung (a) in 9 wird beschrieben. 9 zeigt die Anordnung eines konventionellen magnetischen Bauteils 44P und des Sensors 50. Das konventionelle magnetische Bauteil 44P besteht aus einem einzelnen Bauteil, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das konventionelle magnetische Bauteil 44P ist derart magnetisiert, dass der N-Pol und der S-Pol davon in die radialen Richtungen gerichtet sind. Somit erstrecken sich Magnetflusslinien des magnetischen Bauteils 44P von dem N-Pol zu dem S-Pol in dem Querschnitt auf der Außenumfangsoberfläche. Die Magnetflusslinien α, die durch den Sensor 50 verlaufen, erstrecken sich über die gesamte Länge des magnetischen Bauteils 44P, so dass sie lang sind. Dementsprechend ist die Magnetfeldstärke der Magnetflusslinien α, die durch den Sensor 50 verlaufen, schwach.
Die Ausgestaltung (b) in 10 wird beschrieben. 10 zeigt die Ausgestaltung, in der die sich drehende vordere Oberfläche des magnetischen Bauteils 44 der ersten Ausführungsform keine konkav geformte geneigte Oberfläche aufweist. Das magnetische Bauteil 44H von 10 ist derart angeordnet, dass der erste magnetische Körper 44HA und der zweite magnetische Körper 44HB, die ausgebildet sind, indem sie entzwei geteilt sind, als ein Paar angeordnet sind, wie das magnetische Bauteil 44. Das Joch 52, das aus dem magnetischen Material ausgebildet ist, ist auf der Seite der sich drehenden hinteren Oberfläche des magnetischen Bauteils 44H angeordnet, wie die erste Ausführungsform.
Der erste magnetische Körper 44HA und der zweite magnetische Körper 44HB sind derart magnetisiert, dass Magnetpole in die Richtungen parallel zu der Drehachse X gerichtet sind, und derart, dass ihre Magnetpole auf der Seite der sich drehenden vorderen Oberfläche in gleicher Weise gegenseitig verschieden sind. In dem Fall des magnetischen Bauteils 44H von 10 ist der Magnetpol der sich drehenden vorderen Oberfläche des ersten magnetischen Körpers 44HA der N-Pol, und der Magnetpol der sich drehenden vorderen Oberfläche des zweiten magnetischen Körpers 44HB ist der S-Pol.
Wie oben beschrieben wurde, ist die grundlegende Anordnung des magnetischen Bauteils 44H von 10 ähnlich jener der ersten Ausführungsform. Somit erstrecken sich die Magnetflusslinien α von der sich drehenden vorderen Oberfläche des ersten magnetischen Körpers 44HA zu der sich drehenden vorderen Oberfläche des zweiten magnetischen Körpers 44HB, so dass die Längen der Magnetflusslinien α kürzer als die Längen der Magnetflusslinien des konventionellen magnetischen Bauteils 44P von 9 sind. Dementsprechend ist die Magnetfeldstärke der Magnetflusslinien α, die durch den Sensor 50 verlaufen, im Vergleich zu dem Fall des konventionellen magnetischen Bauteils 44P von 9 stark.
Die Ausgestaltung (c), die in 11 gezeigt ist, wird beschrieben. 11 entspricht der ersten Ausführungsform. Das magnetische Bauteil 44 entspricht einem, das in 6 gezeigt ist. Die Magnetflusslinien erstrecken sich von der geneigten Oberfläche 46A des ersten magnetischen Körpers 44A zu der geneigten Oberfläche des zweiten magnetischen Körpers 44B, so dass die Längen davon im Vergleich zu dem Fall des magnetischen Bauteils 44H von 10 kurz sind. Dementsprechend wird die Magnetfeldstärke, die durch den Sensor 50 verläuft, stärker.
12 wird in Bezug auf 9 bis 11 beschrieben. 12 ist ein Schaubild, das Unterschiede zwischen Winkelfehlern in Magnetflusslinien, die durch das Störmagnetfeld beeinträchtigt werden, zeigt. Die Unterschiede werden durch die Ausgestaltungen der magnetischen Bauteile 44, 44H und 44P, die in 9 bis 11 gezeigt sind, bewirkt. Die vertikale Achse von 12 entspricht der Magnetfeldstärke der Magnetflusslinien α, die durch jedes der magnetischen Bauteile 44, 44H und 44P von 9 bis 11 erzeugt werden, wenn sie durch die Sensoren 50 verlaufen. Somit ist gezeigt, dass die konventionelle Ausgestaltung (a) des magnetischen Bauteils 44P am geringsten ist, die Ausgestaltung (b) des magnetischen Bauteils 44H mittel ist und die Ausgestaltung (c) des magnetischen Bauteils 44 am höchsten ist.
Die horizontale Achse von 12 entspricht der Stärke des Störmagnetfelds J. Die horizontale Achse in der horizontalen Achse bedeutet, dass das Störmagnetfeld nach links stärker wird. 12 stellt einen Zustand dar, in dem das Störmagnetfeld J1 ist.
In 12 entspricht die Winkelvariationslinie C1 der Magnetflusslinien der konventionellen Ausgestaltung des magnetischen Bauteils 44P von 9, die durch das Störmagnetfeld J1 beeinträchtigt wird, und der Winkelfehler in Bezug auf die normale Bedingung ist durch β1 angegeben. Die Winkelvariationslinie C2 der Magnetflusslinien entspricht der Ausgestaltung (b) des magnetischen Bauteils 44H von 10, und der Winkelfehler in Bezug auf die normale Bedingung ist durch β2 angegeben. Die Winkelvariationslinie C3 der Magnetflusslinien entspricht der Ausgestaltung (c) des magnetischen Bauteils 44 von 11, und der Winkelfehler in Bezug auf die normale Bedingung ist durch β3 angegeben.
12 zeigt, dass die Beziehung zwischen den Winkelfehlern, die durch das Störmagnetfeld verursacht werden, (31 > β2 > β3 ist. Es ist gezeigt, dass die Winkelfehler, die durch das Störmagnetfeld verursacht werden, in der Reihenfolge des magnetischen Bauteils 44P von 9, des magnetischen Bauteils 44H von 10 und des magnetischen Bauteils 44 von 11 kleiner werden. Mit anderen Worten, die magnetischen Bauteile 44 und 44H können den Erfassungsfehler unterdrücken und die Genauigkeit der Drehwinkelerfassung im Vergleich zu der konventionellen Ausgestaltung verbessern, selbst wenn sie während einer Winkelerfassung durch den Sensor 50 der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 durch das Störmagnetfeld beeinträchtigt wird. In dem Fall des magnetischen Bauteils 44, das die konkav geformte geneigte Oberfläche 46 an der sich drehenden vorderen Oberfläche aufweist, das in 11 gezeigt ist, ist es möglich, den Erfassungsfehler zu minimieren, so dass dadurch der Drehwinkel präzise erfasst wird.
Eine zweite Ausführungsform wird beschrieben. 7 ist eine Querschnittsansicht eines magnetischen Bauteils 144 der zweiten Ausführungsform, die 6, die die erste Ausführungsform darstellt, entspricht. Die grundlegenden Ausgestaltungen dieser Ausführungsform sind dieselben wie jene der ersten Ausführungsform, und lediglich eine geneigte Oberfläche 146 des magnetischen Bauteils 144 ist verändert. Dementsprechend wird die unterschiedliche Struktur beschrieben, und dieselben Ausgestaltungen sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht wiederholt beschrieben.
Das magnetische Bauteil 144 von 7 weist die geneigte Oberfläche 146, die eine gekrümmte Form aufweist, anstelle der geneigten Oberfläche 46 der ersten Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, auf. In dem Fall, in dem die geneigte Oberfläche 146 gekrümmt ist, ist es möglich, dieselben Wirkungen wie jene der ersten Ausführungsform zu erzielen.
Eine dritte Ausführungsform wird beschrieben. 8 ist eine Querschnittsansicht eines magnetischen Bauteils 244 der dritten Ausführungsform, die 6, die die erste Ausführungsform darstellt, entspricht. Die grundlegenden Ausgestaltungen dieser Ausführungsform sind dieselben wie jene der ersten Ausführungsform, und lediglich eine geneigte Oberfläche 246 des magnetischen Bauteils 244 ist verändert. Dementsprechend wird die unterschiedliche Struktur beschrieben, und dieselben Ausgestaltungen sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht wiederholt beschrieben.
In 8 weist das magnetische Bauteil 244 eine geneigte Oberfläche 246 auf, die eine Biegelinienform, die aus zwei linearen Linien besteht, aufweist. In einem Fall, in dem die geneigte Oberfläche 246 eine derartige Biegelinienform, die aus zwei linearen Linien besteht, aufweist, ist es möglich, dieselben Wirkungen wie jene der ersten Ausführungsform zu erzielen.
Die Ausführungsformen, die oben beschrieben wurden, sind repräsentative Beispiele für die vorliegende Offenbarung und beschränken den Umfang dieser Offenbarung nicht, und sie können verschiedentlich abgewandelt werden, ohne von dem Wesen der Offenbarung abzuweichen. Die zusätzlichen Merkmale, die oben beschrieben wurden, können separat angewendet werden oder können mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Beispielsweise wird die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 für die Drosselklappenvorrichtung 10, die entlang des Ansaugdurchlasses des Motors des Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Automobils, vorgesehen ist, verwendet. Diese Offenbarung kann weithin auf andere Vorrichtungen, die dazu ausgebildet sind, eine Drehachse zu erfassen, angewendet werden.
Der erste magnetische Körper 44A und der zweite magnetische Körper 44B, die ausgebildet sind, indem das magnetische Bauteil 44 der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 40 entzwei geteilt ist, sind mit der Lücke D angeordnet. Der erste magnetische Körper 44A und der zweite magnetische Körper 44B können mit keiner Lücke dazwischen angeordnet sein, so dass sie miteinander in Kontakt sind.
Obwohl die sich drehende vordere Oberfläche des magnetischen Bauteils 44 die geneigte Oberfläche 46, die die konkave Form aufweist, auf der Seite, wo der Sensor 50 angeordnet ist, aufweist, weist sie nicht notwendigerweise eine derartige konkave Form auf. Mit anderen Worten, die sich drehende vordere Oberfläche des magnetischen Bauteils 44 kann eine planare Form auf der Seite, wo der Sensor 50 angeordnet ist, aufweisen.
Das Joch 52, das aus dem magnetischen Material besteht, ist auf der sich drehenden hinteren Oberfläche des magnetischen Bauteils 44 auf der Seite entgegengesetzt zu der sich drehenden vorderen Oberfläche, die dem Sensor 50 gegenüberliegt, angeordnet. Wenn eine vorbestimmte Magnetfeldstärke ohne das Joch 52 vorgesehen wird, kann das Joch 52 weggelassen werden.
Die gesamte Form des magnetischen Bauteils 44 ist eine kreisförmige Form, aber kann eine polygonale Form sein.
Verschiedene Aspekte des Gegenstands sind hierin offenbart. Der erste Aspekt ist eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung, die ein drehbares magnetisches Bauteil und einen Sensor, der dazu ausgebildet ist, einen Drehwinkel abhängig von Änderungen in einer Richtung einer Magnetflusslinie, die von dem magnetischen Bauteil erzeugt wird, zu erfassen, aufweist. Das magnetische Bauteil ist derart ausgebildet, dass ein Paar magnetischer Körper, die ausgebildet sind, indem sie um eine Ebene entlang einer Drehachse symmetrisch entzwei geteilt sind, als eine Gruppe angeordnet ist. Die magnetischen Körper sind derart magnetisiert, dass N-Pole und S-Pole davon parallel zu der Drehachse gerichtet sind. Magnetpole von sich drehenden vorderen Oberflächen der magnetischen Körper, die dem Sensor gegenüberliegen, sind in einer derartigen Weise angeordnet, dass sie gegenseitig voneinander verschieden sind.
Gemäß dem ersten Aspekt ist das magnetische Bauteil derart ausgebildet, dass ein Paar der magnetischen Körper, die symmetrisch entzwei geteilt sind, als eine Gruppe angeordnet ist. Die magnetischen Körper sind derart magnetisiert, dass N-Pole und S-Pole davon in Richtungen parallel zu der Drehachse gerichtet sind. Magnetpole von sich drehenden vorderen Oberflächen der magnetischen Körper, die dem Sensor gegenüberliegen, sind in einer derartigen Weise angeordnet, dass sie gegenseitig voneinander verschieden sind. Dementsprechend gibt es keinen ineffektiven Bereich des Magnetfelds an einem mittleren Teil, wo die Magnetpole zueinander wechseln, so dass die Magnetfeldstärke an dem Sensor im Vergleich zu einem konventionellen Magneten, wo ein einzelner magnetische Körper derart magnetisiert ist, dass Magnetpole davon in radiale Richtungen der Drehachse gerichtet sind, erhöht werden kann. Ferner kann, selbst wenn der Sensor durch das Störmagnetfeld beeinträchtigt wird, der Erfassungsfehler verringert werden, so dass dadurch der Drehwinkel präzise erfasst wird.
Der zweite Aspekt ist die Drehwinkelerfassungsvorrichtung des ersten Aspekts, bei der die magnetischen Körper mit einer Lücke dazwischen angeordnet sind.
Gemäß dem zweiten Aspekt sind die magnetischen Körper mit einer Lücke dazwischen angeordnet. Dementsprechend gibt es keinen ineffektiven Bereich des Magnetfelds, der durch die magnetische Domänenwand verursacht wird, so dass magnetische Energie pro Volumen effektiv verwendet werden kann.
Der dritte Aspekt ist die Drehwinkelerfassungsvorrichtung des ersten oder zweiten Aspekts, bei der ein Joch, das aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, auf einer sich drehenden hinteren Oberfläche des magnetischen Bauteils auf einer Seite entgegengesetzt zu der Seite der sich drehenden vorderen Oberfläche, die dem Sensor gegenüberliegt, angeordnet ist.
Gemäß dem dritten Aspekt ist das Joch auf der sich drehenden hinteren Oberfläche des magnetischen Bauteils auf der Seite entgegengesetzt zu der Seite der sich drehenden vorderen Oberfläche, die dem Sensor gegenüberliegt, angeordnet. Die Magnetflusslinien erstrecken sich durch das Joch auf der Seite der sich drehenden hinteren Oberfläche. Da sich die Magnetflusslinien durch das Joch auf der Seite der sich drehenden hinteren Oberfläche erstrecken, ist es möglich, die Stärke der Magnetflusslinien, die auf der Seite der sich drehenden vorderen Oberfläche durch die Luft verlaufen, zu verringern, so dass dadurch eine Abnahme bei der Magnetfeldstärke unterdrückt wird. Dementsprechend kann die Abnahme der Stärke des Magnetfelds, das auf der Sensorseite durch die Luft verläuft, unterdrückt werden. Somit kann, selbst wenn der Sensor durch das Störmagnetfeld beeinträchtigt wird, der Erfassungsfehler verringert werden, so dass dadurch die Genauigkeit der Drehwinkelerfassung viel mehr verbessert wird.
Der vierte Aspekt ist die Drehwinkelerfassungsvorrichtung eines von dem ersten bis dritten Aspekt, bei der die sich drehende vordere Oberfläche jedes magnetischen Körpers als eine geneigte Oberflächenform, die eine konkave Form aufweist, ausgebildet ist.
Gemäß dem vierten Aspekt ist es möglich, die Länge der Magnetflusslinie, die sich durch die Luft erstreckt, durch Ausbilden der sich drehenden vorderen Oberfläche des magnetischen Bauteils als die geneigte Oberflächenform kurz zu machen. Somit kann die Abnahme bei der Magnetfeldstärke an dem Sensor viel mehr unterdrückt werden, so dass dadurch der Drehwinkel präzise erfasst wird.

Claims

Drehwinkelerfassungsvorrichtung, mit: einem drehbaren magnetischen Bauteil; und einem Sensor, der dazu ausgebildet ist, einen Drehwinkel abhängig von Änderungen in einer Richtung einer Magnetflusslinie, die von dem magnetischen Bauteil erzeugt wird, zu erfassen, bei der: das magnetische Bauteil derart ausgebildet ist, dass ein Paar magnetischer Körper, die ausgebildet sind, indem sie um eine Ebene entlang einer Drehachse symmetrisch entzwei geteilt sind, als eine Gruppe angeordnet ist; die magnetischen Körper derart magnetisiert sind, dass N-Pole und S-Pole davon parallel zu der Drehachse gerichtet sind; und Magnetpole auf sich drehenden vorderen Oberflächen der magnetischen Körper, die dem Sensor gegenüberliegen, in einer derartigen Weise angeordnet sind, dass sie gegenseitig voneinander verschieden sind.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die magnetischen Körper mit einer Lücke dazwischen angeordnet sind.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein Joch, das aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, auf einer sich drehenden hinteren Oberfläche des magnetischen Bauteils auf einer Seite entgegengesetzt zu der Seite der sich drehenden vorderen Oberfläche, die dem Sensor gegenüberliegt, angeordnet ist.
Drehwinkelerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die sich drehende vordere Oberfläche jedes magnetischen Körpers als eine geneigte Oberflächenform, die eine konkave Form aufweist, ausgebildet ist.