JP2002228405A

JP2002228405A - 変位検出装置

Info

Publication number: JP2002228405A
Application number: JP2001028867A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Yamaki; 利宏八巻; Hidetaka Ozawa; 英隆小沢; Yasuo Shimizu; 康雄清水
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】変位検出装置の機械的強度を向上させ、磁石の
破損を回避し、かつ変位出力特性を向上させる。【解決手段】変位検出装置は、変位可能な機械要素と、
該機械要素に連結した部材の内部に設けられ、機械要素
の変位方向に磁化された磁石と、該磁石からの磁束を検
知して、検知した磁束量に応じたセンサ出力を出力する
磁気センサとを備え、該センサ出力に基づいて、前記機
械要素の変位を検出する。機械要素に連結した部材の内
部に磁石が収容されるので、磁石の破損を回避すること
ができると共に、磁石を中実な形状とすることで磁石の
体積を増加し、センサ出力特性を向上させることができ
る。機械要素はエンジンの吸排気バルブまたはアマチャ
であることができ、この場合、バルブに伝達軸を介して
連結されたスプリングシート内に磁石が収容される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、機械要素の変位
を検出する装置に関し、より具体的には、電磁アクチュ
エータにより駆動される機械要素の変位を、変位方向に
磁化された磁石から発生する磁束に基づいて検出する装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に機械要素を駆動するアクチュエー
タにおいて、電磁的に駆動することが行われている。電
磁アクチュエータによる駆動は、電気信号によって電磁
石のコイルを励磁することにより発生する電磁石の吸引
力によって、機械要素を駆動する。電気信号を制御する
ことによって駆動のタイミングおよび駆動力をいかよう
にも変えることができるので、精密なタイミング制御お
よび可変制御が望まれる分野で多く利用されている。

【０００３】電磁アクチュエータは、典型的には、対向
した電磁石の中間部に、それぞれオフセット荷重を予め
与えた状態の一対のばねで挟まれた可動鉄片すなわちア
マチャを備える。アマチャにはバルブが連結されてい
る。対向した電磁石に交互に電力を供給すると、アマチ
ャが駆動され、よってバルブが駆動される。

【０００４】ところで、今後の可能性としてエンジン吸
排気バルブには電磁アクチュエータを適用することが望
まれている。電磁アクチュエータによって吸排気バルブ
を駆動すれば、バルブタイミングを多様に制御すること
が可能になり、エンジンの出力特性および燃費の改善が
可能となる。バルブタイミングを適切に制御するには、
電磁アクチュエータによって駆動されるバルブの変位を
正確に検出する必要がある。

【０００５】機械要素の変位を検出する様々な方法が提
案されており、たとえば特許公報２７４９７４８号に
は、電磁石と可動磁石部材の間にある空隙の磁束密度を
測定して可動磁石部材の変位を検出する方法が記載され
ている。また同公報の別の実施形態として、電磁石と可
動磁石部材の間にある空隙のキャパシタンスを測定する
ことにより、可動磁石部材の変位を検出する方法が記載
されている。その他にも、例えば過電流を検出すること
により、または差動トランスにより変位を検出する方法
が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような方法による変位検出においては、良好なＳ／Ｎ
比を得るのにシールド線などを使用するのでコストが高
くなること、駆動信号と検出信号とが別個であり、波形
整形などの処理回路も必要となるので、ハーネス本数お
よび部品点数が増大すること、微弱信号を検出するので
外乱の影響を受けやすく安定した出力を得ることが困難
であることなどの問題点があった。また、空隙の磁束密
度を測定する場合に線形な出力特性を得るには、上下の
空隙の磁束密度を計測する必要があり、やはり部品点数
が増加するという問題点があった。

【０００７】ここで、アマチャに連結して設けられ、ア
マチャの変位方向に磁化された磁石と、該磁石からの磁
束を検知して、検知した磁束量に応じたセンサ出力を出
力する磁気センサとを備え、該磁気センサの出力に基づ
いてアマチャの変位を検出する装置について以下検討す
る。図８に、この変位検出装置の概要を示す。図に示さ
れるように、この変位検出装置の一実施例においては、
磁石は円筒形状の永久磁石であり、永久磁石は、伝達軸
を介してアマチャに連結されている。また、この永久磁
石は、アマチャを下方にバイアスするスプリング（図示
せず）を支持するスプリングシート上にはめこまれてい
る。アマチャが変位すると、伝達軸を介してアマチャに
連結された磁石が変位する。磁気センサが検知する磁石
からの磁束量は、磁石の変位に従って変化するので、磁
気センサの出力に基づいてアマチャ（バルブ）の変位を
検出することができる。

【０００８】しかしながら、このようにスプリングシー
トの外に磁石を配置すると、機械的要因により磁石およ
びハウジングの間で干渉（接触、衝突など）が発生した
場合に、磁石にクラック（ひび、割れ目など）が発生す
るおそれがある。さらに、干渉が大きい場合には、磁石
が欠落するおそれがある。磁石にクラックおよび欠落が
発生すると、磁石から発生する磁束の分布に片寄りが生
じ、アマチャの変位を正確に検出することができなくな
るおそれがある。

【０００９】図９のグラフは、図８に示される変位検出
装置のセンサ出力特性を示す。アマチャは、閉弁側終端
位置（変位＝−４ｍｍ）と開弁側終端位置（変位＝＋４
ｍｍ）の間で変位する。グラフ１００は、変位検出装置
が正常に動作している場合のセンサ出力特性を示し、グ
ラフ１０１および１０２は、磁石にクラック、欠落など
の破損が生じた場合のセンサ出力特性を示す。このグラ
フから明らかなように、磁石に破損が生じると、変位に
対するセンサ出力の傾きが一定とならず、また開弁およ
び閉弁状態におけるセンサ出力が、正常時の出力特性に
比べて大きく変化するおそれがある。このように変位に
対して線形な出力を得ることができないと、バルブの駆
動をアマチャの変位に基づいて制御している場合、燃
費、エミッション低減、振動騒音などのエンジン性能に
支障をもたらすおそれがある。とりわけ磁石が欠落する
と、磁性材で構成されているばね、アマチャおよび電磁
石のヨークなどの部位に磁石が付着し、摺動部材に噛み
込まれてバルブが動作不良となるおそれがある。

【００１０】したがって、ハーネス本数および部品点数
の増加を招くことなく、安価な構造で機械要素の変位を
検出することができるとともに、機械的強度が向上され
た変位検出装置が必要とされている。また、たとえ磁石
にクラックが生じても、変位の検出性能に影響を及ぼさ
ない構造を有する変位検出装置が必要とされている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の発明の変位検出装置は、変位可能な機械
要素と、該機械要素に連結した部材の内部に設けられ、
該機械要素の変位方向に磁化された磁石と、該磁石から
の磁束を検知して、検知した磁束量に応じたセンサ出力
を出力する磁気センサとを備え、該センサ出力に基づい
て、前記機械要素の変位を検出するという構成をとる。

【００１２】請求項１の発明によると、機械要素に連結
した部材の内部に磁石が設けられるので、変位検出装置
の機械的強度が向上する。さらに、磁石にクラックが生
じても、変位検出の性能に影響を及ぼすことなく機械要
素の変位を検出することができる。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、磁石が中実であるという構成をと
る。

【００１４】請求項２の発明によると、磁石が中実なの
で磁石の体積が増大するので、磁気センサの出力特性を
向上させることができる。

【００１５】請求項３の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、磁気センサがホール素子であり、セ
ンサ出力がホール電圧であるという構成をとる。

【００１６】請求項３の発明によると、磁気センサとし
て磁束密度に比例したホール電圧を出力するホール素子
を使用するので、簡単な構造で変位に線形な出力を安定
的に得ることができる。

【００１７】請求項４の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、磁石の変位方向の長さが、前記機械
要素が変位する量より長く、磁気センサにより検知され
る磁束量が、前記磁石の変位に対して線形に変化すると
いう構成をとる。

【００１８】請求項４の発明によると、機械要素が変位
する量にわたって、変位に対して線形な出力を得ること
ができるので、変位を容易かつ正確に検出することがで
きる。

【００１９】請求項５の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、前記機械要素に連結した部材は円筒
形状部分を有しており、磁石が、該円筒形状部分に収容
されることのできる円柱形状を有するという構成をと
る。

【００２０】請求項５の発明によると、円筒形状部分を
有した部材の内部に磁石を収容することができるので、
変位検出装置の機械的強度が向上する。さらに、磁石に
クラックが生じても、変位検出の性能に影響を及ぼすこ
となく機械要素の変位を検出することができる。

【００２１】請求項６の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、磁石が永久磁石であるという構成を
とる。

【００２２】請求項６の発明によると、機械要素に連結
した部材に磁石を取り付けるのが容易である。また、す
でに磁化されているので、磁石からの磁束を簡単に検出
することができる。

【００２３】請求項７の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、前記機械要素に連結した部材は、ス
プリングを支持するスプリングシートを含み、該スプリ
ングシートが、非磁性材または非磁性材に近い特性を持
つ材料からなるという構成をとる。

【００２４】請求項７の発明によると、スプリングシー
トが非磁性材または非磁性材に近い特性を持つ材料で構
成されるので、磁場の乱れが抑制され、より正確に変位
を検出することができる。

【００２５】請求項８の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、機械要素が、エンジンの吸排気バル
ブであるという構成をとる。

【００２６】請求項８の発明によると、エンジンの吸排
気のバルブの変位を検出することができるので、バルブ
タイミングの精度を向上させることができる。

【００２７】請求項９の発明は、請求項７の発明の変位
検出装置において、スプリングシートは、伝達軸を介し
てエンジンの吸排気バルブに連結されており、該伝達軸
が、非磁性材または非磁性材に近い特性を持つ材料から
なるという構成をとる。

【００２８】請求項９の発明によると、漏れ磁束の影響
を軽減することができるので、より正確に機械要素の変
位を検出することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に図面を参照してこの発明の実
施の形態を、エンジンのバルブを駆動する電磁アクチュ
エータを例にとって説明する。しかし、この発明は、エ
ンジンのバルブを駆動する電磁アクチュエータに限定さ
れるものではなく、広く機械要素を駆動する装置に適用
することができる。

【００３０】図１は、この発明の変位検出装置６５が搭
載される電磁アクチュエータ６０およびその制御装置５
０の全体的な構成を示すブロック図である。制御装置５
０は、マイクロコンピュータおよびこれに付随する回路
素子で構成され、各種センサからの信号を受け取る入力
インターフェース５１、中央演算処理装置５３（以下
「ＣＰＵ」という）、実行するプログラムおよびデータ
を格納するＲＯＭ５４（読み取り専用メモリ）、実行時
の作業領域を提供し演算結果などを記憶するＲＡＭ５５
（ランダムアクセスメモリ）、およびエンジン各部に制
御信号を送る出力インターフェース５２を備える。

【００３１】制御装置５０の入力インターフェース５１
には、変位検出装置６５から変位を表す信号が入力され
る。また、エンジン回転数（Ｎｅ）、エンジン水温（Ｔ
ｗ）、吸気温（Ｔａ）、バッテリ電圧（ＶＢ）、イグニ
ションスイッチ（IGSW）を表す各種センサ７９からの信
号が入力され、さらに要求負荷検出手段７８によって検
出された所望のトルクが入力される。要求負荷検出手段
７８は、たとえばアクセルペダルの踏み込み量を検出す
るアクセルペダルセンサにより実現することができる。

【００３２】これらの入力に基づいて、制御装置５０
は、電力供給のタイミング、供給する電圧の大きさ、電
圧を供給する時間などのパラメータを、予めＲＯＭ５４
に格納されている制御プログラムに従って決定し、電磁
アクチュエータ６０を適切に制御するための制御信号を
出力インターフェース５２を介して出力する。

【００３３】駆動回路７７は、制御装置５０からの制御
信号に従って、定電圧源７５から供給される電圧（たと
えば、１２Ｖ）を所定の電流になるようスイッチング
し、電磁アクチュエータ６０の電磁石６３に供給する。

【００３４】電磁アクチュエータ６０は、バルブ６１、
アマチャ６２、電磁石６３および変位検出装置６５を備
える。電磁石６３に印加された電圧により、電磁石６３
に電流が流れ、これによりアマチャ６２に変位が生じ
る。アマチャ６２の変位に応じて、バルブ６１は開閉駆
動される。

【００３５】変位検出装置６５は、永久磁石６６および
磁気センサとしてのホール素子６７を備える。永久磁石
６６は、アマチャ６２の変位に従って連動する。ホール
素子６７には、ホール素子用電圧源７１から電流が供給
される。ホール素子６７は、永久磁石６６から発生する
磁束密度に比例した電圧を出力する。ホール素子６７の
出力端子のうち一方は制御装置５０に接続されており、
ホール素子６７の出力電圧を表す信号が入力インターフ
ェース５１を介して制御装置５０に送られる。ホール素
子６７の出力端子のうちの他方は接地されている（図の
７３）。

【００３６】この実施例では、１台の自動車に吸気バル
ブ８個および排気バルブ８個の計１６個のバルブを搭載
しており、したがって電磁アクチュエータ６０が１６個
存在し、それぞれに変位検出装置６５が搭載される。上
記のホール素子６７のアース線７３をすべての電磁アク
チュエータ６０について共通化することで、信号線の数
を減らすことができる。また、ホール素子用電圧源７１
からホール素子６７への信号線を並列に接続することに
より、信号線の数を減らすことができる。こうして、電
磁アクチュエータ６０ごとに必要な信号線は、ホール素
子６７から入力インターフェース５１への信号線のみと
なり、全体として１６個のバルブに対し合計１８線のみ
で変位検出装置６５をすべての電磁アクチュエータ６０
に搭載することができる。

【００３７】図２は、図１に示されたこの発明の変位検
出装置６５が搭載される電磁アクチュエータ６０の全体
的な概略構造の断面図を示す。電磁アクチュエータ６０
は、バルブ開閉部３０、駆動部３１および変位検出搭載
部３２から構成されている。またこの実施例では、バル
ブ開閉部３０、駆動部３１および変位検出搭載部３２に
わたって伸長する伝達軸８は、アマチャの挙動の振れを
防止してバルブの開閉動作を円滑に行うことができるよ
う、伝達軸８ａ、８ｂおよび８ｃに分割されて構成され
ている。

【００３８】バルブ開閉部３０は、内燃機関の吸気通路
または排気通路（以下、吸排気通路という）２に設けら
れて該吸排気通路２を開閉するバルブ６１を備える。バ
ルブ６１は、電磁アクチュエータ６０によって上方向に
駆動されるとエンジンの吸排気通路２に設けられたバル
ブシート７に密着して停止し、吸排気通路２を閉じる。
バルブ６１は、電磁アクチュエータ６０によって下方向
に駆動されるとバルブシート７を離れ、バルブシート７
から所定の距離離れた位置まで下降して吸排気通路２を
開く。

【００３９】バルブ６１には、その上方に向かって伝達
軸８が連結されている。伝達軸８ａの下端はバルブ６１
に一体に連結され、吸排気通路２の上壁部に設けられた
バルブガイド９によって軸方向に運動可能に保持されて
いる。さらに、伝達軸８ａは、バルブガイド９の周りに
設けられた下部スプリングシート１０および上部スプリ
ングシート１１の間に設けられた第１のスプリング部材
１２によって上方に付勢されている。こうして、伝達軸
８ａは、常に上方に向かって第１のスプリング部材１２
により付勢力が付与される。

【００４０】駆動部３１は、バルブ６１を駆動するため
の機構を備える。駆動部３１における非磁性材（以下、
「非磁性材」という用語には、非磁性材に近い特性を持
つ材料も含まれるとする）のハウジング１８内には、上
方位置に設けられたソレノイド型の第１の電磁石５、下
方位置に設けられたソレノイド型の第２の電磁石６が設
けられている。図１に示した電磁石６３は、この第１の
電磁石５または第２の電磁石６に対応する。第１の電磁
石５は磁気ヨーク１５で、第２の電磁石６は磁気ヨーク
１６で囲まれている。さらに、第１の電磁石５および第
２の電磁石６の間には、アマチャ６２が配置される。ア
マチャ６２は円盤状の磁性金属によって形成されてお
り、第１の電磁石５および第２の電磁石６の磁気的吸引
力により上下に移動するよう構成されている。以下、ア
マチャ６２の変位する方向を単に変位方向という。

【００４１】駆動部３１における伝達軸８ｂは、伝達軸
８ａの上端にキャップ部材２０を介して連結され、第２
の電磁石６の内側を貫通し、非磁性材による円筒状のガ
イド１３を介して軸方向に運動可能なように支持されて
いる。伝達軸８ｂの上端は、アマチャ６２を下方から支
持する。

【００４２】駆動部３１における伝達軸８ｃの下端は、
アマチャ６２を上方から支持し、伝達軸８ｂの延長線上
を上方に伸長し、第１の電磁石５の内側を貫通し、非磁
性材による円筒状のガイド１４を介して軸方向に運動可
能なように支持されている。伝達軸８ｃの上端は、スプ
リングシート２５の下側に連結される。

【００４３】スプリングシート２５の上方には、固定部
材２４を介して設けられた上部スプリングシート１７が
あり、下部スプリングシート２５および上部スプリング
シート１７の間の第２のスプリング部材１９により、伝
達軸８ｃは下方に付勢されている。こうして、伝達軸８
ｃは、常に下方に向かって第２のスプリング部材１９に
より付勢力が付与される。したがって、第１のスプリン
グ部材１２の上方への付勢力および第２のスプリング部
材１９の下方への付勢力により、アマチャ６２は伝達軸
８ｂおよび８ｃによって上下に支持され、第１の電磁石
５および第２の電磁石６のいずれにも駆動電流が印加さ
れない状態では、第１の電磁石５および第２の電磁石６
の間の適宜な位置、例えば中央にくるようなバランスで
保持される。

【００４４】変位検出搭載部３２は、スプリングシート
２５およびセンサハウジング２２を備え、ここに、この
発明による変位検出装置６５が搭載される。スプリング
シート２５は伝達軸８の延長線上に連結され、その上方
部分に、円筒形状の突出部分２６を有している。この円
筒形状の突出部分２６の内部に、永久磁石６６（図４を
参照）が収容される。センサハウジング２２は、スプリ
ングシート２５の突出部分２６に対向するようスプリン
グシート２５の上方に設けられ、円筒形状をした固定部
材２４の内側表面に固定される。固定部材２４の底部に
おける外側表面には、スプリングシート１７が設けられ
ている。センサハウジング２２には、スプリングシート
２５の突出部分２６を収容することができるよう、下向
きに円筒状のガイド穴２３が設けられている。ガイド穴
２３の周壁には、ホール素子６７（図３を参照）が配置
される。

【００４５】ここで、スプリングシート２５は、非磁性
材（たとえば、ＳＵＨ６６０のような合金）または非磁
性材に近い特性を持つ材料（たとえば、ＳＵＳ３０３）
であるのが好ましい。磁性材とすると磁気的なバランス
が崩れるおそれがあるからである。

【００４６】また、スプリングシート２５に連結される
伝達軸８を、非磁性材（たとえば、ＳＵＨ６６０）また
は非磁性材の特性に近い材料（たとえば、ＳＵＳ３０
３）で構成するのが好ましい。第１および第２の電磁石
５および６とスプリングシート２５は、伝達軸８を介し
て配置されている。したがって、伝達軸８を非磁性材で
構成することにより、第１の電磁石５および第２の電磁
石６が通電されたときの漏れ磁束の、スプリングシート
２５の上方部分に対する影響を、抑制することができ
る。図に示されるように、伝達軸８は、８ａ、８ｂおよ
び８ｃの３つの部分から構成されている。伝達軸８ｃの
部分だけでなく、伝達軸８ｂおよび８ｃの２つの部分を
も非磁性材で構成することができる。

【００４７】第１の電磁石５に電流が供給されると、第
１の電磁石のヨーク１５およびアマチャ６２が磁化され
て互いに吸引しあい、アマチャ６２が上方向に引きつけ
られる。その結果、伝達軸８によりバルブ６１が上方向
に駆動され、バルブシート７に密着して停止し、閉状態
になる。第１の電磁石５への電流供給を停止し、第２の
電磁石６に電流を流すと、第２の電磁石のヨーク１６お
よびアマチャ６２が磁化されてアマチャ６２を下方向に
吸引する力が働き、ばねのポテンシャルエネルギーと相
まってアマチャ６２が下方向に駆動され、第２の電磁石
のヨーク１６に接触した状態で停止する。その結果、伝
達軸８によりバルブ６１が下方向に駆動され、バルブ６
１は開状態になる。

【００４８】図３は、図２に示された電磁アクチュエー
タ６０の変位検出搭載部３２の一部を拡大した内部の断
面構造の概略を示す。前述したように、変位検出搭載部
３２は、スプリングシート２５およびセンサハウジング
２２を備えており、これらを介して変位検出装置６５が
取り付けられる。変位検出装置６５は、永久磁石６６お
よびホール素子６７を備える。永久磁石６６は、変位方
向に磁化された円柱形状の磁石である（図４を参照）。
スプリングシート２５の上方に突出した部分２６は円筒
形状を有しており、この円筒形状の突出部分２６の内部
に、永久磁石６６が収容される。ホール素子６７は、セ
ンサハウジング２２のガイド穴２３の周壁に、その感磁
面が突出部分２６の側面に並行して対向するようはめこ
まれる。図２および詳しくは図４に示されるように、永
久磁石６６が内部に搭載されたスプリングシート２５
は、伝達軸８ｃを介してアマチャ６２に連結されるの
で、永久磁石６６の変位を検出することによりアマチャ
６２の変位を検出することができる。

【００４９】図４は、スプリングシート２５の突出部分
２６、該突出部分２６の内部に収容される永久磁石６
６、およびホール素子６７の形状を示す。永久磁石６６
は中実であり、円柱形状を有している。また、永久磁石
６６は、上部がＮ極および下部がＳ極に磁化されてい
る。図に示されるように、永久磁石６６は、スプリング
シート２５の円筒形状をした突出部分２６の内部に上か
ら収容され、その後、たとえばエポキシ樹脂のような材
料でスプリングシート２５内に封止される。

【００５０】図２に示されるように、伝達軸８は、８
ａ、８ｂおよび８ｃの３つの部分から構成されている。
この第３の実施形態では、少なくとも伝達軸８ｃの部分
が、非磁性材で構成される。しかし、伝達軸８ｂおよび
８ｃの２つの部分を非磁性材で構成することができ、ま
たは８ａ〜８ｃの３つの部分すべてを非磁性材で構成す
るようにしてもよい。また、この第３の実施形態におい
ても、前述したように、スプリングシート２５は非磁性
材から構成されるのが好ましい。

【００５１】このように、磁石がスプリングシートの内
部に固定されるので、変位検出装置の機械的強度が向上
する。すなわち、たとえスプリングシート２５がセンサ
ハウジング２２（図３）と干渉を起こしても、磁石に破
損が生じるおそれがない。また、スプリングシート２５
とセンサハウジング２２の間で強い干渉があって磁石に
クラックが生じた場合でも、磁石がスプリングシート内
に配置されているので磁石から発生する磁気的特性に変
化はなく、よってホール素子によって検知されるセンサ
出力特性は保証される。また、磁石が欠落しても、欠落
した磁石が周囲の部材に付着することはないので、バル
ブの動作不良を引き起こすおそれがない。

【００５２】ここで、便宜上、図４に示されるようにｘ
およびｙ軸を設定する。伝達軸に連結されたアマチャ６
２は、ｙ軸に沿って変位する。スプリングシートの突出
部分２６は、外径７ｍｍおよび内径６ｍｍの円筒形状で
ある。永久磁石６６は、直径が６ｍｍ弱の円柱形状であ
り、ｙ軸方向の長さ（以下、磁石長という）は９ｍｍで
ある。永久磁石６６の磁石長は、アマチャ６２の検出す
べき変位量より大きい値を持つよう定められる。これ
は、後述するように、永久磁石６６の磁石長の範囲にわ
たって、ホール素子６７により検知される磁束密度が、
ｙ軸方向の変位に対して線形に得られるからである。し
たがって、通常自動車の動弁系の場合、アマチャの変位
量が６〜８ｍｍに及ぶので、磁石長は余裕を持たせて少
し長い９ｍｍに設定される。

【００５３】ホール素子６７のｘ軸上の位置は、突出部
分２６の側面から所定距離離れて配置され、この実施例
では１．０ｍｍの距離に配置される。この距離が離れす
ぎると、ホール素子６７が検知できる磁束密度が大きく
低下するので、１〜２ｍｍぐらいが好ましい。ホール素
子６７のｙ軸方向の位置は、アマチャ６２が、図１の第
１の電磁石５および第２の電磁石６の間の中央にあると
き（すなわち、第１の電磁石５および第２の電磁石６の
いずれにも電流が印加されていない状態にあるとき）の
永久磁石６６のｙ軸方向の中心位置が、ホール素子６７
の中心に合うよう配置される。こうして、ホール素子６
７は、永久磁石６６からの磁束密度のｘ軸成分を検知す
る。

【００５４】図４に示される構造は、磁石およびホール
素子の間にスプリングシートの側面が配置されるので、
図８に示される構造と比較して、磁石およびホール素子
の間の距離が長くなっている。すなわち、図８の例では
磁石およびホール素子の間の距離が１．０ｍｍであるの
に対し、図４の構造では、磁石およびホール素子の間は
１．５ｍｍである。このことは、ホール素子によるセン
サ出力特性の低下につながるが、磁石の体積を増大させ
ることにより回避することができる。図４の構造による
と、磁石は中実な円柱形状を有しており、図８に示され
る円筒形状の磁石と比較して、約１．５倍の体積を持
つ。結果として、磁石から発生する磁束量が増大し、図
８に示されるものよりもセンサ出力特性が向上する。

【００５５】永久磁石６６の形状および該磁石の磁化の
強さは、センサハウジング２２のガイド穴２３の大き
さ、および検出される磁束の大きさを考慮して最適化さ
れる。永久磁石６６は、他の実施例では上記とは逆の方
向に磁化することもできる。また、永久磁石６６の代わ
りに電磁石を用いることもでき、さらに円柱形状とは別
の他の任意の形状の磁石を用いることができる。また、
中実ではない形状の磁石を用いることもでき、円筒形状
のまま体積を増大させるようにしてもよい。さらに、磁
気センサの出力特性を向上させるため、磁石の材質を調
整することができる。

【００５６】図５は、ホール素子の原理を説明するため
の図である。ホール素子は、磁界に比例した電圧が得ら
れる素子であり、構造が簡単で小型、また機械的に動く
部分を持たないので丈夫で安定などの特長を持つ。図５
の（ａ）に示すように、図１に示されたホール素子用電
圧源７１からの電圧Ｖccをホール素子６７に印加して電
流Ｉhを流す。この状態でホール素子６７を磁界Ｈ（す
なわち磁束密度Ｂ）の中に置くと、ホール素子６７中の
電流Ｉｈが力を受け、端子４１および４３間にホール電
圧Ｖｈが発生する。電圧Ｖｈは、以下の式（１）で表さ
れる。

【００５７】

【数１】Ｖh＝Ｋｓ・Ｉh・Ｂcosθ 式（１）

【００５８】ここで、Ｂcosθは磁束密度Ｂのｘ軸成分
（すなわち、ホール素子の感磁面に対して垂直な方向）
であり、以下Ｂｓで表す。Ｋsはホール係数と呼ばれる
ホール素子固有の値であり、電流Ｉhは、電圧源Ｖcc
（たとえば、５Ｖ）および入力抵抗値により定められる
駆動電流であり、いずれも使用するホール素子に応じて
規定される。

【００５９】式（１）から明らかなように、ホール電圧
Ｖｈは磁束密度Ｂｓに比例する。図５の（ｂ）は、ホー
ル電圧Ｖｈおよび磁束密度Ｂｓの比例関係を示すグラフ
である。このように、ホール素子６７を使用してホール
電圧Ｖｈを測定することにより磁束密度Ｂｓを容易に検
出することができる。さらに、ホール電圧Ｖｈの極性に
より、磁場の極性（ＮおよびＳ）を判別することもでき
る。

【００６０】図６は、永久磁石６６の磁束密度のｘ軸成
分Ｂｓと、永久磁石６６のｙ軸方向の変位との関係を示
すグラフである。図６の（ａ）は、図４の永久磁石６６
を示し、便宜上、永久磁石６６の中心を原点として左右
方向にｘ軸、上下方向にｙ軸を設定する。永久磁石６６
は、ｙ軸に沿って上下に変位する。また、永久磁石６６
の磁石長は９ｍｍと想定する。さらに、ｘ軸上に原点か
らの距離１．５ｍｍのところに点Ａをとる。この点Ａの
位置は、前述したようにホール素子６７が置かれる位置
に対応する。

【００６１】図６の（ｂ）のグラフは、ｙ軸上を永久磁
石６６が上下に変位した時のｙ軸方向の位置に対する、
点Ａにおける磁束密度Ｂｓの変化を示す。永久磁石６６
の中心がｙ＝０の位置にあるとき、永久磁石６６のＮ極
およびＳ極からの磁界がｘ軸方向では打ち消し合うの
で、磁束密度Ｂｓはゼロとなる。永久磁石６６は、上が
Ｎ極および下がＳ極として磁化されており、磁化されて
いる方向に変位するので、永久磁石６６が原点から上に
向かって（すなわちｙ軸の＋方向に）変位すると、磁束
密度Ｂｓは負の領域で増加する（ここでの増加とは、磁
束密度Ｂｓの絶対値としての値、すなわち｜Ｂｓ｜が増
加することを意味する）。永久磁石６６の中心がｙ＝＋
４．５ｍｍの位置まで変位したとき、磁束密度Ｂｓは極
値をもつ。反対に、永久磁石６６が原点から下に向かっ
て（すなわちｙ軸の−方向に）変位すると、磁束密度Ｂ
ｓは正の領域で増加し、ｙ＝−４．５ｍｍの位置まで変
位したとき、磁束密度Ｂｓは極値をもつ。

【００６２】図６の（ｂ）のグラフで示される磁束密度
および変位の関係は、永久磁石６６の磁石長に依存して
変化する。磁石長９ｍｍの永久磁石６６が、その中心を
原点として上下に変位した場合、磁束密度Ｂｓは、永久
磁石６６の磁石長の半分の値（すなわち、±４．５ｍ
ｍ）に対応する位置で極値をとり、磁石長に対応する−
４．５＜ｙ＜４．５の範囲において、ｙ軸方向の変位に
対して線形な関係を持つ。したがって、永久磁石の磁石
長を、検出すべき変位量より長いものとすれば、検出さ
れる変位は永久磁石からの磁束密度と線形な関係を有
し、容易に変位を検出することができる。

【００６３】また、図６の（ｂ）のグラフは、永久磁石
６６のＳおよびＮ極から点Ａまでの距離（この例では、
１．５ｍｍ）にも依存して変化する。すなわち、点Ａの
原点からの距離を変更すると、点Ａにおける磁束密度Ｂ
ｓの大きさが変化し、グラフに示される線形特性が変化
する。しかし、このような場合でも、磁石長が９ｍｍな
らば、−４．５＜ｙ＜４．５の範囲において磁束密度Ｂ
ｓはｙ軸方向の変位に対して線形な関係を持つ。

【００６４】このように、ホール素子６７を点Ａに配置
すれば、図６の（ｂ）に示される永久磁石６６の変位に
対して線形な関係を持つ磁束密度Ｂｓがホール素子６７
により検知され、図５を参照して説明したように、検知
した磁束密度Ｂｓに比例したホール電圧Ｖｈが出力され
る。

【００６５】図７は、ホール素子６７によって出力され
るホール電圧Ｖｈ（Ｖ）および永久磁石６６の変位の関
係を示すグラフである。グラフ１１０は、図４に示され
る構造を有する変位検出装置によって測定されたセンサ
出力特性を示し、グラフ１１１は、図８に示される構造
によって測定されたセンサ出力特性を示す。

【００６６】前述したように、出力ホール電圧Ｖｈと磁
束密度Ｂｓは比例関係にあり、さらに磁束密度Ｂｓは、
永久磁石の磁石長に対応する範囲における変位に対して
線形な関係をもつ。したがって、図７のグラフ１１０お
よび１１１に示されるように、ホール電圧Ｖｈは、磁石
長の範囲内において変位に対して線形な関係をもつ。

【００６７】グラフ１１０は、グラフ１１１よりも良好
な出力特性を有する。これは、図８に示される磁石より
も、図４に示される磁石の方が大きい体積を持つからで
ある。このように、この発明に従う変位検出装置よる
と、磁石をスプリングシート内に配置することにより磁
石の体積を増大させることができるので、センサ出力特
性を向上させることができる。

【００６８】こうして、図１に示される制御装置５０
は、変位検出装置６５のホール素子６７から出力された
ホール電圧Ｖｈを入力インターフェース５１を介して受
け取り、これに基づいてアマチャ６２の変位を検出す
る。制御装置５０は、この検出された変位に基づいて、
電磁アクチュエータ６０を適切に制御するための制御信
号を、出力インターフェース５２を介して駆動回路７７
に出力する。

【００６９】他の実施形態においては、ホール素子の代
わりに他の磁気センサを使用して変位検出装置を実現す
ることができる。たとえば、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）
は、磁界の変化に比例して抵抗が変化する。したがっ
て、磁気抵抗素子から、抵抗の変化に応じた出力電圧を
取り出すことにより、磁場の変化を検出することができ
る。

【００７０】

【発明の効果】この発明によると、機械要素に連結した
部材の内部に磁石が設けられるので、変位検出装置の機
械的強度を向上させることができる。さらにこの発明に
よると、磁石にクラックが生じても、変位検出の性能に
影響を及ぼすことなく機械要素の変位を検出することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例における電磁アクチュエー
タおよびその制御装置の全体を示すブロック図。

【図２】この発明の一実施例における電磁アクチュエー
タの機械的構造を示す図。

【図３】この発明の一実施例における変位検出装置の機
械的構造を示す図。

【図４】この発明の一実施例におけるスプリングシー
ト、永久磁石およびホール素子の形状を示す図。

【図５】（ａ）ホール素子の原理、および（ｂ）磁束密
度と出力ホール電圧のグラフを示す図。

【図６】この発明の一実施例における（ａ）永久磁石、
および（ｂ）永久磁石の変位と磁束密度の関係を示す
図。

【図７】この発明の一実施例および提案されている実施
例におけるセンサ出力特性を示すグラフ。

【図８】提案されている、磁石をスプリングシートの外
に配置した変位検出装置の構造を示す図。

【図９】変位検出装置が正常な場合のセンサ出力特性、
および変位検出装置の磁石に破損が生じた場合のセンサ
出力特性を示すグラフ。

【符号の説明】

８伝達軸２２センサハウ
ジング２５スプリングシート２６スプリング
シートの突出部分５０制御装置６０電磁アクチ
ュエータ６１バルブ６２アマチャ６６永久磁石６７ホール素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水康雄埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 2F063 AA02 BA06 CA28 CA29 DA01 DA05 DB04 DD06 GA52 LA29 ZA01 2G064 AA15 AB03 AB23 BD11 2G087 AA15 CC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変位可能な機械要素と、前記機械要素に連結した部材の内部に設けられ、前記機
械要素の変位方向に磁化された磁石と、前記磁石からの磁束を検知して、検知した磁束量に応じ
たセンサ出力を出力する磁気センサとを備え、前記センサ出力に基づいて、前記機械要素の変位を検出
する変位検出装置。
【請求項２】前記磁石が中実である請求項１に記載の変
位検出装置。
【請求項３】前記磁気センサがホール素子であり、前記
センサ出力がホール電圧である請求項１に記載の変位検
出装置。
【請求項４】前記磁石の変位方向の長さが、前記機械要
素が変位する量より長く、前記磁気センサにより検知さ
れる磁束量が、前記磁石の変位に対して線形に変化する
請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項５】前記機械要素に連結した部材は円筒形状部
分を有しており、前記磁石が、該円筒形状部分に収容さ
れることのできる円柱形状を有する請求項１に記載の変
位検出装置。
【請求項６】前記磁石が永久磁石である請求項１に記載
の変位検出装置。
【請求項７】前記機械要素に連結した部材は、スプリン
グを支持するスプリングシートを含み、該スプリングシ
ートが、非磁性材または非磁性材に近い特性を持つ材料
からなる請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項８】前記機械要素が、エンジンの吸排気バルブ
である請求項１に記載の変位検出装置。
【請求項９】前記スプリングシートは、伝達軸を介して
エンジンの吸排気バルブに連結されており、該伝達軸
が、非磁性材または非磁性材に近い特性を持つ材料から
なる請求項７に記載の変位検出装置。