JP2008064737A - 回転角度検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】製品の体格の大型化および搭載性の悪化を伴うことなく、一対の第1、第2分割ヨークまたはスロットル開度センサへの電波ノイズ、外部磁界および磁性体からの影響を少なくして、マグネットの回転角度に対するスロットル開度センサの出力変化特性の変化を抑えると共に、当該センサを容易に組み付けることを課題とする。
【解決手段】プレート12との間にセンサ収容空間17を形成する吸気モジュールカバー11を磁性材料によって形成することで、外部磁界および磁性体が、回転角度検出装置に接近した状態で設置されていても、吸気モジュールカバー11で外部磁界および磁性体からの磁気を吸収できるので、マグネット2の回転角度に対するホールICの出力変化特性の変化が抑制される。また、吸気モジュールカバー11にハウジング14に固定する取付部55を形成することで、スロットル開度センサ3を容易に組み付けることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力変化特性を利用して検出対象物の回転角度を検出する回転角度センサを備えた回転角度検出装置に関するものである。
[従来の技術]
従来より、左右対称形状の閉磁路タイプのアウタコア(ヨーク)を備えた回転角度検出装置が公知である(例えば、特許文献1参照)。また、左右対称形状の開磁路タイプの開放型ヨークを備えた回転角度検出装置が公知である(例えば、特許文献2及び3参照)。この特許文献1〜3に記載の回転角度検出装置は、中心に位置する磁石の回転角度変化の磁束量を外側のヨーク形状でできるだけ効率良く収束し、ヨークの対向部間に挟み込まれた磁気感知装置(ホールIC)へ伝達し、磁石の回転角度による出力変化特性を利用して検出対象物の回転角度を検出している。
さらに、一対の対向する磁石あるいは環状磁石の間に磁気検出素子を配置し、回転する磁石の磁束量を検出する回転角度検出装置が公知である(例えば、特許文献4又は5参照)。この特許文献4又は5に記載の回転角度検出装置は、磁気検出素子を基板に固定し、その周囲を回転する磁石の回転角度変化により変化する磁束量を磁気検出素子にて検出するようにしている。
ここで、特許文献3に記載の回転角度検出装置は、図17に示したように、例えばスロットルバルブ等の検出対象物の回転軸の軸方向の先端部に固定されたマグネット101と、このマグネット101の回転角度に対する磁気感知装置(ホールIC)の出力変化特性を利用して検出対象物の回転角度を検出する回転角度センサ102と、マグネット101および回転角度センサ102と共に磁気回路(例えば開磁路)を形成する開放型ヨークとを備えている。
ここで、回転角度センサ102は、平板状のボード103上に磁気感知装置が固定されている。また、開放型ヨークは、検出対象物の回転軸に対して垂直な垂直平面を境にして面対称(左右対称)となるように分割された2つの第1、第2磁性体104、105よりなる。そして、開放型ヨークは、2つの第1、第2磁性体104、105毎に、マグネット101との間に隙間を形成するヨーク本体111、およびこのヨーク本体111の板幅方向の端縁より回転角度センサ側に突設された突起片112を有している。
なお、2つの第1、第2磁性体104、105は、その板厚方向が、検出対象物の回転軸方向に対して平行となるように配置されて、片側が開放されている。また、2つの第1、第2磁性体104、105毎に形成される突起片112の先端部は、磁束検出ギャップを隔てて対向配置されている。また、マグネット101は、2つの第1、第2磁性体104、105毎に形成される各ヨーク本体111に対して相対回転可能に配設されている。また、回転角度センサ102は、2つの第1、第2磁性体104、105毎に形成される各突起片112の対向部間に形成される磁束検出ギャップ内に配置されており、各突起片112の対向部との間に隙間が形成されている。
[従来の技術の不具合]
ところが、特許文献1〜5に記載の回転角度検出装置においては、外側のヨーク(アウタコア)における磁束の収束効率あるいは磁気検出素子の感度を上げれば上げる程、製品に磁性体(例えば鉄系の締結ボルトやブラケット等)が近づいたり、電波ノイズを受けると出力特性変動が大きくなったりする。
そこで、磁性体の影響を受け難い位置に製品を搭載したり、電波ノイズを減少させるコンデンサを検出回路内に入れたりしているが、これでは、製品全体の体格が大きくなり、例えば自動車等の車両への搭載性が悪化するという問題があった。
特に、特許文献2及び3に記載の回転角度検出装置においては、左右対称形状の開磁路タイプの開放型ヨークを備えている。このような左右対称磁性体(開放型ヨーク)形状では、すなわち、開磁路タイプの開放型ヨーク(2つの第1、第2磁性体104、105)の場合には、外部磁界(例えば車両に搭載されるオルタネータ(交流発電機)等)、あるいは磁性体(例えば鉄系の締結ボルトやブラケット等)が回転角度センサ102の近傍に設置されると、磁気感知装置への外部磁界および磁性体からの影響に伴って、マグネット101の回転角度に対する磁気感知装置の出力変化特性が大幅に変化するという問題があった。
また、開磁路タイプの開放型ヨーク(2つの第1、第2磁性体104、105)の場合には、2つの第1、第2磁性体104、105毎に形成される各ヨーク本体111の板長さ方向の先端部(ヨーク開放端部)が開放されている。このため、磁気感知装置が電波ノイズからの影響を受け易く、マグネット101の回転角度に対する磁気感知装置の出力変化特性が大幅に変化するという問題があった。
なお、特許文献4に記載の回転角度検出装置においては、樹脂製のハウジングやカバーを用いており、外部磁界の影響が大きくなるという恐れがあった。さらに、特許文献5に記載の回転角度検出装置においては、特にハウジング等の材質は考慮されていない。
特開2001−304806号公報(第1−9頁、図1−図18) 特開2005−345250号公報(第1−13頁、図1−図9) 米国特許第5164668号明細書(図1−図9) 特開平10−115505号公報(第1−4頁、図1−図10) 特開2002−340513号公報(第1−4頁、図1−図13)
本発明の目的は、体格の大型化および搭載性の悪化を伴うことなく、ヨークまたは回転角度センサへの電波ノイズ、外部磁界および磁性体からの影響を少なくして、磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力変化特性の変化を抑えることができ、また、容易に組み付けることのできる回転角度検出装置を提供することにある。
請求項1に記載の発明によれば、磁石より出た磁束を回転角度センサに集中させるためのヨークを磁性体(磁性材料)によって形成している。さらに、少なくともヨークを保持固定するヨーク保持部を有するプレートを取り付けるハウジングを、導電材料によって形成し、しかもプレートとの間に、回転角度センサおよびヨークを収容するセンサ収容空間を形成するカバーを、磁性材料によって形成すると共に、カバーの取付部にてカバーをハウジングに固定することにより、外部磁界および磁性体(上記のヨークとは異なる部品)が近づいても、カバーで外部磁界および磁性体からの磁気を吸収することができ、同時に回転角度検出装置を容易に組み付けることができる。
これによって、回転角度センサ、特に磁気検出素子への外部磁界および磁性体からの影響が受け難くなり、また、少なくなり、製品の体格の大型化および搭載性の悪化を伴うことなく、磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力変化特性の変化を抑えることができる。なお、カバーの内部で、且つプレートのヨーク保持部近傍に、磁石を回転自在に収容しても良い。
請求項2に記載の発明によれば、少なくともヨークを保持固定するヨーク保持部を有するプレートを、例えば熱可塑性樹脂等の樹脂材料(非磁性材料)によって形成している。
ここで、磁石として、検出対象物の回転軸の回転に伴って回転し、検出対象物の回転軸に対して垂直な半径方向に着磁した磁石(マグネット)を採用しても良い。また、磁石として、検出対象物の回転軸の回転に伴って回転し、磁石内部の磁力線の向きが互いに平行となるように(平行)着磁した磁石(マグネット)を採用しても良い。これらの場合には、検出対象物の使用角度範囲(検出角度範囲)を大きくとった場合でも、磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力変化特性の直線性(リニアリティ)を向上することができる。
また、2つの分割部毎に形成される各ヨーク本体を、回転角度センサの板厚方向の中心と磁石の回転中心とを結ぶ軸線(基準線)および検出対象物の回転軸を含んだ平面を境にして面対称となるように配設しても良い。この場合には、ヨークの2つの分割部を流れる磁束を、回転角度センサに集中させることができる。これにより、磁石より出た磁束を、磁気検出素子に効率良く鎖交させることができるので、磁気検出素子の出力が大きくなる。また、分割された2つの分割部よりなるヨークを、1種類の磁性体を組み合わせて構成するようにしても良い。この場合には、部品の共通化を図ることができるので、コストを削減することができる。
請求項3に記載の発明によれば、回転角度センサには、磁気検出素子より引き出されたリード端子群が設けられている。また、カバーの内部に熱硬化性樹脂を充填して、回転角度センサのリード端子群を封止している。これによって、回転角度センサのリード端子群の各リード端子間の電気絶縁性を低下させる現象(マイグレーション)の発生を防止することができる。
ここで、回転角度センサのリード端子群を、プレートの面方向に略沿うように、磁気検出素子より引き出すことにより、製品の幅方向寸法を抑えることができる。
請求項4に記載の発明によれば、カバーに、熱硬化性樹脂を係止する係止部を設けることにより、熱硬化性樹脂に封止される回転角度センサおよびヨーク等の内部部品の線膨張移動を最小限に抑えることができる。これによって、磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力変化特性の安定化を図ることができるので、製品間の検出精度のばらつきを抑えることができる。
請求項5に記載の発明によれば、回転角度センサのリード端子群とコネクタのコネクタ端子群とを電気的に接続する複数の導体の断線等の導通不良を防止することができるので、回転角度センサの信頼性を向上することができる。また、回転角度センサのリード端子群とコネクタのコネクタ端子群とを電気的に接続する複数の導体からの熱硬化性樹脂の剥離による、回転角度センサのリード端子群の各リード端子間、複数の導体間、コネクタのコネクタ端子群の各コネクタ端子間の電気絶縁性を低下させる現象(マイグレーション)の発生を防止することができる。
請求項6に記載の発明によれば、ハウジングを形成する導電材料の体積を、カバーを形成する磁性材料の体積よりも大きくすることにより、カバーに到達した電波ノイズが、カバーから電気抵抗の小さいハウジングへ効率良く逃がされるので、回転角度センサ、特に磁気検出素子が電波ノイズからの影響を受け難くなり、磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力変化特性の変化を最小限に抑えることができる。
請求項7に記載の発明によれば、カバーを薄肉化することにより、カバーに到達した電波ノイズが、カバーから電気抵抗の小さいハウジングへ効率良く逃がされるので、回転角度センサ、特に磁気検出素子が電波ノイズからの影響を受け難くなり、磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力変化特性の変化を最小限に抑えることができる。
請求項8に記載の発明によれば、カバーを面接触して固定するハウジングを、電気抵抗の小さいアルミニウムを主体とするアルミニウム合金によって形成しても良い。この場合には、カバーに到達した電波ノイズが、カバーからハウジングへ効率良く逃がされるので、回転角度センサ、特に磁気検出素子が電波ノイズからの影響を受け難くなり、磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力変化特性の変化を最小限に抑えることができる。
本発明を実施するための最良の形態は、体格の大型化および搭載性の悪化を伴うことなく、磁石の回転角度に対する磁気検出素子の出力変化特性の変化を抑え、容易に組み付けるという目的を、ヨークまたは回転角度センサへの電波ノイズ、外部磁界および磁性体からの影響を少なくすると共に、カバーの取付部を用いることで実現した。
[実施例1の構成]
図1および図2は本発明の実施例1を示したもので、図1は回転角度検出装置の全体構成を示した図で、図2は回転角度検出装置の主要構成を示した図である。
本実施例の内燃機関の制御装置(エンジン制御システム)は、例えば二輪自動車等の車両に搭載された内燃機関(例えば二輪自動車用単気筒4サイクルガソリンエンジン:以下エンジンと言う)の燃焼室に向けて燃料を噴射供給する電子制御式燃料噴射装置と、エンジンの吸気系統に組み込まれた吸気モジュール(吸気量制御装置)と、これらの各システムを関連して制御するエンジン制御ユニット(ECU)とを備えている。
その電子制御式燃料噴射装置は、電動式のフューエルポンプにより燃料(例えばガソリン)を一定の圧力に加圧してフューエルフィルタを介してインジェクタ(電磁式燃料噴射弁)へ送り、最適なタイミングで燃料を噴射できるようにした装置(システム)である。
本実施例の吸気モジュールは、二輪自動車等の車両のスロットルレバーまたはスロットルハンドル等のスロットル操作部品のスロットル操作量に基づいて、エンジンの燃焼室内に供給する吸入空気量(吸気量)を制御する吸気量制御装置(吸気通路開閉装置、システム)である。なお、スロットル操作量とは、四輪自動車においては、運転者のアクセルペダルの踏み込み量(アクセル操作量)に相当する。また、吸気モジュールは、エンジンの吸気ポートに接続するエンジン吸気管の途中に組み込まれたスロットルボディ(図示せず)と、このスロットルボディ内部に開閉自在に収容されるスロットルバルブ(検出対象物:図示せず)と、このスロットルバルブの回転角度を検出する回転角度検出装置とを備えている。
スロットルボディは、非磁性材料(例えば熱可塑性樹脂等の樹脂材料)によって一体的に形成されている。このスロットルボディは、内部に断面円形状の吸気通路(以下スロットルボアと呼ぶ)が形成された円筒状のスロットルボア壁部(以下円筒部と呼ぶ)、およびこの円筒部の吸気流方向に対して回転軸方向の両側に円筒状の軸受け部等を有している。また、スロットルバルブは、その回転軸方向に真っ直ぐに延びるシャフト1に一体的に結合されている。また、スロットルバルブは、吸入空気量を最小とする全閉位置から吸入空気量を最大とする全開位置までの使用角度範囲内において、その回転角度が変更されることで、エンジンの燃焼室内への吸入空気量(吸気量)を制御する。
シャフト1は、スロットルバルブと一体的に回転動作を行うバルブ軸である。このシャフト1の軸線方向の両端部は、スロットルボディの円筒部の両側の軸受け部に回転自在に収容されている。なお、シャフト1の回転軸方向の一端部は、スロットルボディの円筒部を貫通してスロットルボディ外部に突出している。また、シャフト1の回転軸方向の他端部は、スロットルボディの円筒部を貫通してスロットルボディ外部に突出している。そして、シャフト1の回転軸方向の他端部には、スロットルレバーまたはスロットルハンドル等のスロットル操作部品に連動するワイヤケーブルが取り付けられるアクセルレバーがかしめ等により固定されている。
本実施例の吸気モジュールは、運転者のスロットル操作量に応じて開弁駆動(または閉弁駆動)されるスロットルバルブの回転角度(バルブ開度)に相当するスロットル開度を電気信号に変換し、ECUへどれだけスロットルバルブが開かれているかを出力する非接触式の回転角度検出装置(スロットル開度検出装置)を搭載している。
本実施例の回転角度検出装置は、スロットルバルブのシャフト1の回転軸方向の一端部に固定された薄板状磁石(永久磁石:以下マグネットと呼ぶ)2と、このマグネット2より出た磁束を検出する非接触式の磁気検出素子を有する回転角度センサ(以下スロットル開度センサと呼ぶ)3と、マグネット2より出た磁束をスロットル開度センサ3に集中させるための開放型ヨーク(開磁路タイプの磁性体)と、スロットル開度センサ3および開放型ヨークを収容するケーシングとによって構成されている。
なお、開放型ヨークは、分割された2つの第1、第2分割ヨーク4、5よりなり、1種類のプレート状ヨークを組み合わせることによって構成されている。2つの第1、第2分割ヨーク4、5間には、スロットル開度センサ3を配置するための磁束検出ギャップが形成されている。ここで、本実施例のECUは、スロットル開度センサ3の出力、つまりスロットル開度センサ3より出力された電気信号に対応した燃料噴射量を、エンジンの気筒に噴射供給するようにインジェクタの開弁期間を制御する噴射量制御を行うように構成されている。
また、スロットル開度センサ3および開放型ヨークを収容するケーシングは、吸気モジュールカバー(センサカバー、磁気シールドカバー)11、この吸気モジュールカバー11の内部に嵌め込まれたプレート12、およびスロットルボディの円筒部の外壁面に装着されるハウジング14等によって構成されている。なお、プレート12およびハウジング14には、スロットルバルブのシャフト1の回転軸方向に貫通するシャフト貫通孔15、16が形成されている。このため、スロットルバルブのシャフト1のマグネット装着部は、スロットルボディの円筒部の片側の軸受け部に形成された軸受け収容孔、ハウジング14に形成されたシャフト貫通孔16、およびプレート12に形成されたシャフト貫通孔15を貫通して、吸気モジュールカバー11の内部に突き出した状態(例えばセンサ収容空間17内に露出した状態)で、吸気モジュールカバー11の内部に回転自在に収容されている。
マグネット2は、スロットル開度センサ3および開放型ヨークに対して相対回転するマグネットロータを構成するもので、検出対象物としてのスロットルバルブの回転に伴って回転するように、スロットルバルブのシャフト1の回転軸方向の一端部(マグネット装着部)に保持固定されている。具体的には、スロットルバルブのシャフト1に形成された一文字状の溝部に接着剤等の固定手段を用いてマグネット2が保持固定されている。このマグネット2は、平面形状が正方形状(または長方形状)で、例えばサマリウム−コバルト(Sm−Co)磁石、ネオジウム(Nd)磁石等の希土類磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石が用いられ、長期間磁力を安定して発生し続ける直方体形状の永久磁石である。
本実施例のマグネット2は、板厚方向および板幅方向に対して略直交する板長さ方向の両端部が互いに極性が逆向きになるようにN極とS極とが着磁されている。また、マグネット2は、磁石内部の磁力線の向きが互いに平行となるように平行着磁されている。そして、マグネット2は、スロットルバルブのシャフト1の回転軸(回転中心軸線)に対して垂直な半径方向に着磁されている。これにより、マグネット2の着磁方向(板長さ方向)は、スロットルバルブのシャフト1の回転軸に対して垂直な直径方向と一致しており、マグネット2の板長さ方向の一方側の着磁面(磁極面)がN極とされ、また、マグネット2の板長さ方向の他方側の着磁面(磁極面)がS極とされている。
ここで、マグネット2は、その回転中心を中心にして、スロットルバルブの全閉位置から全開位置に至るまでの使用角度範囲で、特に開放型ヨークの内部(2つの第1、第2分割ヨーク4、5間)に形成されるマグネット収容空間19にて回転可能とされている。そして、本実施例では、スロットルバルブが全閉開度の際に、マグネット2の回転角度が、スロットルバルブの使用角度範囲(検出角度範囲)における最小角度(例えば0deg)となる。また、スロットルバルブが中間開度の際に、マグネット2の回転角度が、スロットルバルブの使用角度範囲における中間角度(例えば45deg)となる。また、スロットルバルブが全開開度の際に、マグネット2の回転角度が、スロットルバルブの使用角度範囲における最大角度(例えば90deg)となる(図1(b)および図1(c)参照)。
本実施例のスロットル開度センサ3は、2つの第1、第2分割ヨーク4、5間に形成される磁束検出ギャップに配置されて、マグネット2の一方側の着磁面より出た磁束(密度)を検出するホールICを有している。ホールICは、磁束検出ギャップを通過する磁束密度(ホールICを鎖交する磁束密度)に応じて出力が変化する非接触式の磁気検出素子を構成するホール素子と、このホール素子の出力を増幅する増幅回路とを一体化したIC(集積回路)であって、磁気検出ギャップを通過する磁束密度(ホールICに鎖交する磁束密度)に対応した電圧信号を出力する。なお、ホールICは、磁束密度に対する出力ゲイン調整、オフセット調整、温度特性の補正のプログラムを外部から電気トリミングする機能を有したり、断線、ショートの自己診断機能を有していても良い。
ホールICは、スロットル開度センサ3の本体部(重量部)を構成する樹脂ハウジング(封止部材)内に封止されている。なお、樹脂ハウジングは、直方体形状(薄板状)に形成されており、板厚方向の両側に2つの第1、第2分割ヨーク4、5に直接密着して接合する両接合面を有している。そして、ホールICを内蔵する樹脂ハウジングからは、センサリード端子群であるリード端子群が引き出されている。そして、スロットル開度センサ3のリード端子群は、1つの出力側リード端子(センサ出力端子)、1つのグランド(GND)側リード端子(センサGND端子)、および1つの電源側リード端子(センサ電源端子)よりなる。
スロットル開度センサ3は、マグネット2の回転中心を通り、スロットルバルブのシャフト1の回転軸(回転中心軸線)に対して垂直な垂直線上に、ホールICの中心が位置するように、磁束検出ギャップに配置されている。すなわち、スロットル開度センサ3は、マグネット2の回転中心とホールICの中心とが略同一軸線上に位置するように、磁束検出ギャップに配置されている。
これにより、本実施例のホールICは、マグネット2の板長さ方向(着磁方向)と磁束検出ギャップとが直線上に一致する際の、マグネット2の回転角度を、使用角度範囲における最小角度(例えば0deg)とし、マグネット2の板長さ方向(着磁方向)と磁束検出ギャップとが直交する際の、マグネット2の回転角度を、使用角度範囲における角度(例えば90deg)としたとき、マグネット2の回転角度が90degの時に、磁束検出ギャップを通過する磁束密度が最大となり、使用角度範囲における最大出力値を出力し、マグネット2の回転角度が0degの時に、磁束検出ギャップを通過する磁束密度が最小になり、使用角度範囲における最小出力値を出力する。
そして、スロットル開度センサ3は、その板厚方向の両側に両感磁面を有している。また、スロットル開度センサ3は、スロットルバルブのシャフト1の回転軸(回転中心軸線)に対して垂直な垂直平面(回転軸に沿った垂直平面)に対して所定の傾斜角度だけ傾いた状態で、磁束検出ギャップに配置されている。このため、スロットル開度センサ3の両感磁面の面方向は、スロットルバルブのシャフト1の回転軸(回転中心軸線)に対して垂直な垂直平面(回転軸に沿った垂直平面)に所定の交差角度で交差するように傾斜している。
本実施例の開放型ヨークは、分割された2つの第1、第2分割ヨーク(分割部)4、5よりなり、1種類の薄板状のプレート状ヨークを、マグネット収容空間(磁石収容空間)19を隔てて向かい合うように組み合わせて構成されている。
2つの第1、第2分割ヨーク4、5は、鉄等の磁性材料によって所定の形状に形成されており、マグネット2より出た磁束をスロットル開度センサ3、特にホールIC(非接触式の磁気検出素子)に集中させるための1組のプレート状ヨーク(磁性体)である。これらの第1、第2分割ヨーク4、5は、片側が開放された左右対称形状のヨーク本体21、22、およびスロットル開度センサ3の板厚方向の両側からスロットル開度センサ3を挟み込むヨーク上下片(折り曲げ片)31、32をそれぞれ有している。
2つの第1、第2分割ヨーク4、5は、板厚方向の一端面同士が、マグネット2およびスロットル開度センサ3を間に挟んだ状態で、互いに対向して配置されている。
これらの第1、第2分割ヨーク4、5は、各ヨーク本体21、22の先端側(開放側)の端部(マグネット側の端部:ヨーク開放端部23)が、板幅方向の寸法が最も大きい最大幅部を構成している。また、2つの第1、第2分割ヨーク4、5は、各ヨーク上下片31、32の先端側の端部(スロットル開度センサ側の端部:センサ装着部33の先端部)が、板幅方向の寸法が最も小さい最小幅部を構成している。この最小幅部の板幅寸法(A)は、少なくともマグネット2の板厚寸法(B)以上の板幅寸法を有している。
そして、2つの第1、第2分割ヨーク4、5は、ヨーク開放端部23から、センサ装着部33の先端に向けて、その板幅が段階的または連続的に徐々に減少するように、つまり先細りとなるように(ヨーク開放端部23からセンサ装着部33の先端または磁束検出ギャップに向けて磁束が収束するように)形成されている。
2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎に形成される各ヨーク本体21、22は、マグネット2の回転中心とスロットル開度センサ3の板厚方向の中心とを結ぶ中心軸線(基準線)およびスロットルバルブのシャフト1の回転軸を含んだ平面を境にして面対称となるように配設されている。また、各ヨーク本体21、22は、マグネット2との間に所定のエアギャップを形成し、互いに対向して配置されている。また、各ヨーク本体21、22は、スロットルバルブのシャフト1の回転軸方向の一端部およびマグネット2を回転自在に収容する非円形状のマグネット収容空間(磁石収容空間)19を隔てて対向している。
そして、2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎に形成される各ヨーク本体21、22は、開放側に対して反対側(スロットル開度センサ側)に、互いに対向して配置される平板状のヨーク対向部24、およびこのヨーク対向部24の面方向に対してマグネット2に近づく側に折り曲げられた平板状の直線部25を有している。各ヨーク本体21、22のヨーク対向部24は、スロットルバルブのシャフト1の回転軸に垂直な半径方向の垂直線に対して平行な長方形状の平板であって、その板幅方向の一方側の一端縁にヨーク上下片31、32が接続している。
各ヨーク本体21、22の直線部25は、その開放側に平板状のヨーク開放端部23を有している。このヨーク開放端部23は、各ヨーク本体21、22の開放側に設けられて、スロットルバルブの使用角度範囲における最大角度付近(例えば90deg近傍)で、マグネット2の着磁方向の両端部(両着磁面)との間に最小エアギャップを形成するマグネット対向部である。また、各ヨーク本体21、22の直線部25は、ヨーク開放端部23からヨーク対向部24に向けてスロットルバルブのシャフト1の回転軸に垂直な半径方向の垂直線に対して所定の傾斜角度だけ傾斜して真っ直ぐに延びている。また、直線部25は、ヨーク開放端部23間のギャップよりも、ヨーク対向部24間のギャップの方が大きくなるように傾斜している。すなわち、各ヨーク本体21、22、特に直線部25は、マグネット2との間に最小エアギャップを形成する最大角度からマグネット2が最小角度側に回転すると、マグネット2との間に形成されるエアギャップが次第に増加するように傾斜している。
2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎に形成される各ヨーク上下片31、32は、各ヨーク本体21、22に対して、所定の折り曲げ角度(直角よりも大きい鈍角)で折り曲げられている。各ヨーク上下片31、32は、直角よりも大きい鈍角で略V(または略U)字状に屈曲する折り曲げ部34を介して、各ヨーク本体21、22のヨーク対向部24の板幅方向の一端縁(2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎で互いに異なる側)に接続している。また、各ヨーク上下片31、32は、折り曲げ部34から、センサ装着部33の先端に向けて、各ヨーク本体21、22の面方向に直交する垂直線に対して傾斜して真っ直ぐに延びる直線部35を有している。また、直線部35の先端側には、磁束検出ギャップを隔てて、互いに対向して配置されるセンサ装着部(ヨーク対向部)33が設けられている。
各ヨーク上下片31、32は、各ヨーク対向部24の板幅方向の一端縁より板幅方向の一方側に突出する突起片を、各ヨーク対向部24の板幅方向の一端縁近傍を中心にして、スロットル開度センサ側(板厚方向の一方側)に折り曲げることで形成されている。各ヨーク本体21、22に対する各ヨーク上下片31、32の折り曲げ角度は、スロットル開度センサ3が各ヨーク本体21、22の板幅寸法内に納まる角度に設定されている。また、各ヨーク本体21、22に対する各ヨーク上下片31、32は、略同一の角度に設定されている。そして、各ヨーク上下片31、32は、センサ装着部33の対向面が、スロットル開度センサ3の両感磁面に直接接触する当接面として利用されている。そして、センサ装着部33は、スロットル開度センサ3をその板厚方向の両側から挟み込んだ状態で、スロットル開度センサ3を例えば接着剤等により保持固定するセンサ保持部としての機能を有している。
ここで、図1(b)において図示上側に配置されるヨーク上片31のセンサ装着部33は、スロットル開度センサ3の一方側の感磁面に密着または接触した状態で、スロットル開度センサ3の板厚方向の図示上方側からスロットル開度センサ3を押さえ込むように保持するセンサ上部側装着部を構成している。また、図1(b)において図示下側に配置されるヨーク下片32のセンサ装着部33は、スロットル開度センサ3の他方側の感磁面に密着または接触した状態で、スロットル開度センサ3の板厚方向の図示下方側からスロットル開度センサ3を押さえ込むように保持するセンサ下部側装着部を構成している。
磁束検出ギャップは、2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎に形成される各ヨーク上下片31、32のセンサ装着部33間に形成された一定幅のギャップである。この磁束検出ギャップには、マグネット2の回転中心とホールICの板厚方向の中心とが同一軸線上に位置するように、スロットル開度センサ3が配置されている。また、磁束検出ギャップは、マグネット2、スロットル開度センサ3および2つの第1、第2分割ヨーク4、5によって構成される磁気回路の途中に設けられている。
吸気モジュールカバー11は、磁性材料(例えばニッケルを80%含有した鉄系の金属材料)によって容器形状に形成されている。この吸気モジュールカバー11は、プレート12の図示上端面との間にセンサ収容空間17を形成している。そして、吸気モジュールカバー11には、プレート12の周囲を取り囲むように筒壁部(側壁部)41が一体的に形成されている。この筒壁部41のハウジング側(図1(a)において図示下方側)は、プレート12のプレートベース部によって閉塞されている。また、筒壁部41のハウジング側に対して反対側(図1(a)において図示上方側)は、センサ収容空間17の上層部を覆う天壁板(上壁部)42によって閉塞されている。また、吸気モジュールカバー11の筒壁部41には、外部に向けて開口した開口部が設けられている。この開口部には、プレート12に一体的に形成されたコネクタが嵌め込まれて保持固定される。
ここで、プレート12およびコネクタが組み付けられた吸気モジュールカバー11の内部、つまりセンサ収容空間17には、エポキシ系の熱硬化性樹脂(電気絶縁性のモールド樹脂)が充填されている。この熱硬化性樹脂は、スロットル開度センサ3のリード端子群の各リード端子、コネクタのコネクタ端子群の各コネクタ端子、スロットル開度センサ3のリード端子群の各リード端子とコネクタのコネクタ端子群の各コネクタ端子とを電気的に接続する複数の導体(絶縁被膜を施した導体(銅線)、あるいは導電板等)を封止する封止部材(ポッティング剤)である。
そして、吸気モジュールカバー11の筒壁部41には、センサ収容空間17の中央部側に向けて突出する2つの凹部(係止部)43、44、およびハウジング14のフランジ部63に固定される取付部55が設けられている。これらの凹部43、44は、プレート12に一体的に形成される2つのセンサ保持部51、52の形成方向に平行に配設されている。そして、2つの凹部43、44は、熱硬化性樹脂と吸気モジュールカバー11の筒壁部41との接触面積を増加させることで、線膨張係数の差に伴う熱硬化性樹脂および熱硬化性樹脂内に封止される電気部品の線膨張移動を抑えている。
なお、2つの凹部43、44の代わりに、吸気モジュールカバー11の筒壁部41を外部側に打ち出しを行って吸気モジュールカバー11の筒壁部41に複数の凸部を設けても良い。また、熱硬化性樹脂との接触面積を増加して熱硬化性樹脂の線膨張移動がし難くなるように熱硬化性樹脂を係止する凹部(または凸部)等の係止部を、センサ収容空間17の全周を取り囲むように環状に設けても良い。この場合、例えば周方向に所定の間隔で凹部(または凸部)等の係止部を設けても良い。また、図2に示したように、吸気モジュールカバー11の筒壁部41に係止部を設けなくても良い。
プレート12は、非磁性材料(例えば熱可塑性樹脂等の樹脂材料)によって一体的に形成されている。このプレート12は、ハウジング14の図示上端面に密着した状態で設置されるプレートベース部、およびこのプレートベース部よりも板厚の厚いプレート肉厚部53、54を有している。このプレート肉厚部53、54は、プレートベース部の図示上端面を通る基準面よりも図示上方に突出するように配設された凸状のセンサ保持部(ヨーク保持部)51、52を有している。これらのセンサ保持部51、52は、2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎に形成される各ヨーク本体21、22を圧入嵌合等によってそれぞれ嵌合保持する凹溝形状の嵌合溝61、62を有している。なお、2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎に形成される各ヨーク本体21、22を嵌合溝61、62内に接着剤等を用いて支持固定しても良い。また、プレート12のプレートベース部、特に2つのセンサ保持部51、52間には、シャフト貫通孔15が形成されている。
プレート12の側方部には、スロットル開度センサ3の本体部(樹脂ハウジング)より引き出されたリード端子群に対応して設けられるコネクタ端子群を集中配置した1個のコネクタハウジング(以下コネクタと略す:図3参照)13が一体的に形成されている。このコネクタ13は、コネクタ端子群を保持する端子台、およびこの端子台よりも外部側に設けられた角筒状のコネクタシェルを有し、ECU側のワイヤハーネスとプレート12に搭載されたスロットル開度センサ3とを接続する機器である。
ハウジング14は、アルミニウムを主体とするアルミニウム合金よりなるダイカスト製品またはアルミニウム鋳物であって、アルミニウム合金によって所定の形状に形成されている。このハウジング14は、プレート12および吸気モジュールカバー11を、スロットルボディの円筒部の外壁面に装着するためのブラケットとしての機能を有している。そして、ハウジング14の図示上端面(ハウジング上端面)には、プレート12が搭載されている。また、ハウジング14には、シャフト貫通孔16が形成されている。また、ハウジング14には、吸気モジュールカバー11の筒壁部41が取付部55により、かしめ固定されるフランジ部63が一体的に形成されている。
本実施例では、吸気モジュールカバー11の筒壁部41の結合端面(内周面)とハウジング14のフランジ部63の結合端面(外周面)とが面接触した状態で、吸気モジュールカバー11がハウジング14にかしめ等の結合手段を用いて結合固定されている。
[実施例1の作用]
次に、本実施例の回転角度検出装置を備えた吸気モジュールの作用を図1および図2に基づいて簡単に説明する。
運転者によってスロットルレバーまたはスロットルハンドル等のスロットル操作部品が操作されると、スロットル操作部品にワイヤーケーブルを介して連結されたアクセルレバーが回転する。これに伴って、運転者のスロットル操作量に応じてスロットルバルブがシャフト1の軸心(回転軸)を中心にして回転する。これにより、エンジンの燃焼室に連通するスロットルボアが開かれるので、エンジン回転速度が運転者のスロットル操作量に対応した速度に変更される。
ここで、エンジンのアイドル運転時、つまりスロットルバルブの全閉時には、マグネット2の回転角度が、スロットルバルブの使用角度範囲における最小角度(例えば0deg)となる。この場合には、マグネット2の板長さ方向の軸線とスロットル開度センサ3の板厚方向の中心軸線とが直線上に位置する。
この場合、マグネット2の着磁方向(板長さ方向)の一方側の磁極(例えばN極またはS極)→第1分割ヨーク4のヨーク上片31(直線部35→折り曲げ部34)→第1分割ヨーク4のヨーク本体21(ヨーク対向部24→直線部25→ヨーク開放端部23)→マグネット2の着磁方向(板長さ方向)の他方側の磁極(例えばS極またはN極)の経路で、マグネット2の磁極面より出た磁束が流れる磁気回路が形成される。また、マグネット2のN極(またはS極)→第2分割ヨーク5のヨーク下片32(直線部35→折り曲げ部34)→第2分割ヨーク5のヨーク本体22(ヨーク対向部24→直線部25→ヨーク開放端部23)→マグネット2のS極(またはN極)の経路で、マグネット2の磁極面より出た磁束が流れる磁気回路が形成される。
このとき、マグネット2の着磁方向(板長さ方向)の一方側の磁極から出た磁束は、磁束検出ギャップを通過しないため、マグネット2の回転角度に対するスロットル開度センサ3のホールICの出力は、スロットルバルブの使用角度範囲における最小出力値(ほぼ0(ゼロ))となる。
また、運転者がスロットル操作部品を操作して、スロットルバルブが全閉位置と全開位置との中間開度まで開かれると、マグネット2の回転角度が、スロットルバルブの使用角度範囲における中間角度(例えば45deg)となる。すなわち、マグネット2をその回転中心を中心にして回転角度0degの状態から45deg分だけ図1(b)および図2(b)において図示左回転させ、マグネット2の回転角度を45degにする。このとき、マグネット2の着磁方向(板長さ方向)に対して、磁束検出ギャップを通過する磁束密度(ホールICに鎖交する磁束密度)が比較的に中程度となる位置関係となる。
この場合には、マグネット2のN極(またはS極)→第1分割ヨーク4のヨーク本体21(直線部25→ヨーク開放端部23)→マグネット2のS極(またはN極)の経路で、マグネット2の磁極面より出た磁束が流れる磁気回路が形成される。また、マグネット2のN極(またはS極)→第1分割ヨーク4のヨーク本体21(直線部25→ヨーク対向部24)→第1分割ヨーク4のヨーク上片31(折り曲げ部34→直線部35→センサ装着部33)→磁束検出ギャップ(スロットル開度センサ3)→第2分割ヨーク5のヨーク下片32(センサ装着部33→直線部35→折り曲げ部34)→第2分割ヨーク5のヨーク本体22(ヨーク対向部24→直線部25→ヨーク開放端部23)→マグネット2のS極(またはN極)の経路で、マグネット2の磁極面より出た磁束が流れる磁気回路が形成される。
これにより、マグネット2の回転角度に対するスロットル開度センサ3のホールICの出力は、スロットルバルブの使用角度範囲における最小出力値と最大出力値との間の中程度の出力値となる。
また、運転者がスロットル操作部品を操作して、スロットルバルブが全開位置まで開かれると、マグネット2の回転角度が、スロットルバルブの使用角度範囲における最大角度(例えば90deg)となる。すなわち、マグネット2をその回転中心を中心にして回転角度45degの状態から45deg分だけ図1(b)および図2(b)において図示左回転させ、マグネット2の回転角度を90degにする。このとき、マグネット2の板長さ方向の軸線とスロットル開度センサ3の板厚方向の中心軸線とが直交する位置関係となる(図1(b)および図1(c)参照)。
この場合には、マグネット2のN極(またはS極)→第1分割ヨーク4のヨーク本体21(ヨーク開放端部23→直線部25→ヨーク対向部24)→第1分割ヨーク4のヨーク上片31(折り曲げ部34→直線部35→センサ装着部33)→磁束検出ギャップ(スロットル開度センサ3)→第2分割ヨーク5のヨーク下片32(センサ装着部33→直線部35→折り曲げ部34)→第2分割ヨーク5のヨーク本体22(ヨーク対向部24→直線部25→ヨーク開放端部23)→マグネット2のS極(またはN極)の経路で、マグネット2の磁極面より出た磁束が流れる磁気回路が形成される。
これにより、マグネット2の磁極面から出た殆どの磁束は、磁束検出ギャップを通過するため、マグネット2の回転角度に対するスロットル開度センサ3のホールICの出力は、スロットルバルブの使用角度範囲における最大出力値となる。
したがって、マグネット2の回転角度の変化に伴って磁束検出ギャップを通過する磁束密度(ホールICに鎖交する磁束密度)が変化し、ホールICに鎖交する磁束密度の変化に伴ってホールICの出力が変化する。これにより、スロットル開度センサ3によって、マグネット2の回転角度に対するホールICの出力変化特性を利用してスロットルバルブの回転角度に相当するスロットル開度が検出される。
そして、スロットル開度センサ3のホールICより出力された電気信号(スロットル開度信号)を入力したECUは、電子制御式燃料噴射装置に必要な制御目標値(燃料噴射時期や燃料噴射量等)を演算する。
ECUは、例えば吸気圧センサによってスロットルバルブよりも吸気流方向の下流側の吸気管圧力を検出して間接的に吸入空気量を演算し、この演算した吸入空気量と計測したエンジン回転速度とから基本噴射時間(基本噴射量)を計算する。そして、この基本噴射時間に、スロットル開度センサ3のホールICの出力値に応じた補正量(噴射量補正量)を加味して最終噴射時間(燃料噴射量、目標噴射量)を決定する。また、ECUは、エンジンの吸気工程前に燃料噴射が終了するように燃料噴射時期(タイミング、目標噴射時期)および燃料噴射量を最適化している。
[実施例1の効果]
以上のように、本実施例の回転角度検出装置においては、開放型ヨークの2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎に形成される各ヨーク上下片31、32でスロットル開度センサ3をその板厚方向の両側から挟み込んでいる。すなわち、2つの第1、第2分割ヨーク4、5のうちの一方の第1分割ヨーク4のヨーク上片31のセンサ装着部33と、他方の第2分割ヨーク5のヨーク下片32のセンサ装着部33とで、スロットル開度センサ3の本体部(樹脂ハウジング)を挟み込むことにより、スロットル開度センサ3の両感磁面と2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎に形成される各ヨーク上下片31、32の両対向面との間の隙間がなくなるので、その隙間を高精度に管理する必要がなくなる。これにより、製品間の隙間のばらつきがなくなるので、製品間の特性ばらつきを解消させることができる。すなわち、マグネット2の回転角度に対するホールICの出力変化特性の安定化を図ることができるので、製品間の検出精度のばらつきを抑えることができる。
また、2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎に形成される各ヨーク本体21、22に対する各ヨーク上下片31、32の折り曲げ角度を、スロットル開度センサ3が各ヨーク本体21、22の板幅寸法内に納まる角度に設定し、且つ直角よりも大きい鈍角に設定することにより、製品の板幅寸法の大型化を抑えることができる。これにより、製品の搭載スペースを容易に確保することができる。また、2つの第1、第2分割ヨーク4、5は、各ヨーク本体21、22の先端側(開放側)の端部(マグネット側の端部:ヨーク開放端部23)が、板幅方向の寸法が最も大きい最大幅部を構成している。また、2つの第1、第2分割ヨーク4、5は、各ヨーク上下片31、32の先端側の端部(スロットル開度センサ側の端部:センサ装着部33の先端部)が、板幅方向の寸法が最も小さい最小幅部を構成している。この最小幅部の板幅寸法は、少なくともマグネット2の板厚寸法以上の板幅寸法を有している。これにより、マグネット2より出た磁束を、スロットル開度センサ3、特にホールICに効率良く集中させることができるので、ホールICに効率良く鎖交させることができるので、ホールICの出力が大きくなる。
そして、2つの第1、第2分割ヨーク4、5の最大幅部であるヨーク開放端部23の板幅寸法内(ヨーク高さ寸法内)で、薄い板状のスロットル開度センサ3を傾け、2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎に形成される各ヨーク本体21、22に対する各ヨーク上下片31、32の折り曲げ角度を合わせることにより、開放型ヨークを構成する部品(プレート状ヨーク)の共通化を図ることができる。すなわち、1種類のプレート状ヨーク(磁性体)を組み合わせることで開放型ヨーク(2つの第1、第2分割ヨーク4、5)を構成することにより、部品の共通化を図ることができるので、コストを削減することができる。
そして、2つの第1、第2分割ヨーク4、5は、ヨーク開放端部23から、センサ装着部33の先端に向けて、その板幅が段階的または連続的に徐々に減少するように、つまり先細りとなるように(ヨーク開放端部23からセンサ装着部33の先端または磁束検出ギャップに向けて磁束が収束するように)形成されている。これにより、例えばスロットル開度センサ3のサイズが小さくても、マグネット2の着磁面(磁極面)より出た磁束を、スロットル開度センサ3、特にホールICに効率良く導くことができる。すなわち、マグネット2の着磁面(磁極面)より出た磁束を、スロットル開度センサ3、特にホールICに集中させることができる。このため、ホールICに効率良く鎖交させることができるので、ホールICの出力が大きくなる。
したがって、スロットル開度センサ3および開放型ヨークよりなる製品の最小体格設計が可能となる。
また、本実施例の回転角度検出装置においては、プレート12のプレートベース部の図示上端面との間にセンサ収容空間17を形成する吸気モジュールカバー11を磁性材料(鉄系の金属材料)によって形成している。これによって、外部磁界(例えばオルタネータ等)および磁性体(鉄系のスクリュー)が、回転角度検出装置に接近した状態で設置されていても、磁性体よりなる吸気モジュールカバー11で外部磁界および磁性体からの磁気を吸収することができる。これにより、スロットル開度センサ3、特にホールICへの外部磁界および磁性体からの影響が受け難くなり、また、少なくなり、例えば磁性体の影響を受け難い位置に製品を搭載したり、電波ノイズを減少させるコンデンサを回路内に入れたりすることなく、マグネット2の回転角度に対するホールICの出力変化特性の変化を抑えることができる。すなわち、製品の体格の大型化および搭載性の悪化を伴うことなく、製品の品質向上を図ることができる。
また、本実施例の回転角度検出装置においては、吸気モジュールカバー11を電気抵抗の小さい磁性材料(例えば鉄系の磁性金属材料)によって製造し、ハウジング14を電気抵抗の小さい導電材料(例えばアルミニウム合金等の非磁性金属材料)によって製造している。また、ハウジング14の体積を吸気モジュールカバー11よりも大きくしている。そして、吸気モジュールカバー11の筒壁部41の結合端面(内周面)とハウジング14のフランジ部63の結合端面(外周面)とを面接触させている。
これによって、吸気モジュールカバー11に到達した電波ノイズが、電気抵抗の小さい吸気モジュールカバー11の筒壁部41の結合端面から、体積の大きいハウジング14のフランジ部63へ逃がされるので、スロットル開度センサ3、特にホールICが電波ノイズからの影響を受け難くなり、例えば磁性体の影響を受け難い位置に製品を搭載したり、電波ノイズを減少させるコンデンサを回路内に入れたりすることなく、マグネット2の回転角度に対するホールICの出力変化特性の変化を最小限に抑えることができる。すなわち、製品の体格の大型化および搭載性の悪化を伴うことなく、製品の品質向上を図ることができる。
また、本実施例の回転角度検出装置においては、線膨張係数の小さい吸気モジュールカバー11の筒壁部41で、アルミニウム合金製のハウジング14のフランジ部63をかしめ固定することで、吸気モジュールカバー11の内部に充填されるエポキシ系の熱硬化性樹脂の線膨張移動を抑制することができる。また、本実施例の回転角度検出装置においては、吸気モジュールカバー11の筒壁部41に、センサ収容空間17の中央部側に向けて突出する2つの凹部43、44を形成している。これにより、吸気モジュールカバー11の内部に充填されるエポキシ系の熱硬化性樹脂は、2つの凹部43、44に拘束されるため、熱硬化性樹脂に封止されるスロットル開度センサ3および開放型ヨーク等の内部部品の線膨張移動を最小限に抑えることができる。
これによって、マグネット2の回転角度に対するホールICの出力変化特性の安定化を図ることができるので、製品間の検出精度のばらつきを抑えることができる。
また、スロットル開度センサ3のリード端子群とコネクタ13のコネクタ端子群とを電気的に接続する複数の導体の断線等の導通不良を防止することができるので、スロットル開度センサ3の信頼性を向上することができる。すなわち、製品の品質向上を図ることができる。
また、スロットル開度センサ3のリード端子群とコネクタ13のコネクタ端子群とを電気的に接続する複数の導体からの熱硬化性樹脂の剥離による、スロットル開度センサ3のリード端子群の各リード端子間、複数の導体間、コネクタ13のコネクタ端子群の各コネクタ端子間の電気絶縁性を低下させる現象(マイグレーション)の発生を防止することができる。また、本実施例の回転角度検出装置においては、取付部55が吸気モジュールカバー11に形成されており、この吸気モジュールカバー11をハウジング14に容易に組み付けることができ、また、強固に安定して固定できる。
[実施例2の構成]
図3ないし図5は本発明の実施例2を示したもので、図3は回転角度検出装置を備えた吸気モジュールを示した図で、図4は吸気温センサを示した図で、図5は吸気圧センサを示した図である。
本実施例の吸気モジュールは、マグネット2、スロットル開度センサ3および開放型ヨーク等によって構成される回転角度検出装置(実施例1参照)の他に、エンジンの燃焼室内に供給される吸入空気の温度(吸気温)を電気信号に変換してECUに出力する吸気温センサ6、およびエンジンの燃焼室内に供給される吸入空気の圧力(吸気圧)を電気信号に変換してECUに出力する吸気圧センサ7を搭載している。
吸気温センサ6は、吸気温の変化に対応して抵抗値が変化するサーミスタ等の温度検出素子を有している。また、吸気温センサ6は、先端部が吸気通路の内部で露出するように配設されて、エポキシ樹脂内にサーミスタを封止したサーミスタ部71を有している。また、吸気温センサ6の本体部を構成する樹脂ハウジング(封止部材)72内には、一対のターミナル73が封止されており、これらのターミナル間にサーミスタが固定(電気的に接続)されており、一対のターミナル73のサーミスタ側に対して反対側の端部がリード端子群として樹脂ハウジング72より引き出されている。
そのリード端子群は、サーミスタの出力側に接続する1つの出力側リード端子(温度センサ出力端子)、およびサーミスタの電源側に接続する1つの電源側リード端子(温度センサ電源端子)よりなる。
吸気圧センサ7は、空気導入通路(センシングポート)より導入される吸気圧を電気信号に変換するピエゾ抵抗素子等の圧力検出素子、およびこの圧力検出素子より出力される電気信号を増幅する増幅回路等の圧力検出回路を有している。圧力検出素子および圧力検出回路は、吸気圧センサ7の本体部を構成する樹脂ハウジング(封止部材)74内に封止されている。そして、圧力検出素子および圧力検出回路を内蔵する樹脂ハウジング74からは、リード端子群が引き出されている。
そのリード端子群は、圧力検出回路のグランド端子に接続する1つのグランド(GND)側リード端子(圧力センサGND端子)、圧力検出回路の出力端子に接続する1つの出力側リード端子(圧力センサ出力端子)、および圧力検出回路の電源端子に接続する1つの電源側リード端子(圧力センサ電源端子)よりなる。
また、本実施例の吸気モジュールカバー11の内部には、回転角度検出装置の本体部(開放型ヨークの2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎に形成される各ヨーク本体21、22)、吸気温センサ6および吸気圧センサ7の各本体部を保持固定するプレート12が嵌め込まれている。このプレート12の側方部には、スロットル開度センサ3、吸気温センサ6および吸気圧センサ7の各本体部(樹脂ハウジング)より引き出されたリード端子群に対応して設けられるコネクタ端子群を集中配置した1個のコネクタ13が一体的に形成されている。なお、吸気モジュールカバー11の筒壁部41には、外部に向けて開口した開口部45が設けられている。
コネクタ13は、吸気モジュールカバー11の筒壁部41の外壁面より外部側に突出するように、筒壁部41の開口部45に液密的に嵌め込まれている。そして、コネクタ13は、コネクタ端子群を保持する端子台、およびこの端子台よりも外部側に設けられた角筒状のコネクタシェルを有し、ECU側のワイヤハーネスとプレート12に搭載されたスロットル開度センサ3、吸気温センサ6および吸気圧センサ7のリード端子群とを接続する機器である。
コネクタ端子群は、複数の導体を介して、スロットル開度センサ3、吸気温センサ6および吸気圧センサ7のリード端子群の各リード端子に電気的に接続される5つの第1〜第5コネクタ端子(センサ側コネクタ端子、外部接続端子、ターミナル)よりなる。
第1コネクタ端子は、吸気温センサ6のリード端子群の出力側リード端子に電気的に接続されている。第2コネクタ端子は、スロットル開度センサ3のリード端子群の出力側リード端子に電気的に接続されている。第3コネクタ端子は、吸気圧センサ7のリード端子群のGND側リード端子に電気的に接続され、且つスロットル開度センサ3のリード端子群のGND側リード端子に電気的に接続されている。第4コネクタ端子は、吸気圧センサ7のリード端子群の出力側リード端子に電気的に接続されている。第5コネクタ端子は、吸気温センサ6のリード端子群の電源側リード端子に電気的に接続され、吸気圧センサ7のリード端子群の電源側リード端子に電気的に接続され、且つスロットル開度センサ3のリード端子群の電源側リード端子に電気的に接続されている。
ここで、吸気モジュールカバー11の内部、すなわち、センサ収容空間17内には、実施例1と同様に、エポキシ系の熱硬化性樹脂が充填されている。この熱硬化性樹脂は、スロットル開度センサ3のリード端子群の各リード端子、吸気温センサ6のリード端子群の各リード端子、吸気圧センサ7のリード端子群の各リード端子、複数の導体、コネクタ13のコネクタ端子群の各コネクタ端子を封止する封止部材である。
ここで、ECUには、制御処理や演算処理を行うCPU、各種プログラムや各種データを保存する記憶装置(ROM、RAM等のメモリ)、入力回路、出力回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。そして、ECUは、図示しないイグニッションスイッチをオン(IG・ON)すると、メモリ内に格納された制御プログラムまたは制御ロジックに基づいて、インジェクタを電子制御する。なお、ECUは、イグニッションスイッチがオフ(IG・OFF)されると、制御プログラムまたは制御ロジックに基づく上記の制御が強制的に終了されるように構成されている。
また、ECUには、スロットル開度センサ3、吸気温センサ6および吸気圧センサ7の各種センサからのセンサ信号がA/D変換器によってA/D変換された後に、ECUに内蔵されたマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。また、ECUには、エンジンのクランクシャフトの回転角度を検出するクランク角度センサ、エンジンの燃焼室内に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量センサ等の各種センサからのセンサ信号がA/D変換器によってA/D変換された後に、ECUに内蔵されたマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
[実施例2の作用]
次に、本実施例のエンジン吸気管に組み込まれた吸気モジュールの作用を図3ないし図5に基づいて簡単に説明する。
運転者によってスロットルレバーまたはスロットルハンドル等のスロットル操作部品が操作されると、スロットル操作部品にワイヤケーブルを介して連結されたアクセルレバーが回転する。アクセルレバーが回転すると、このアクセルレバーに連結されたシャフト1が回転する。これに伴って、運転者のスロットル操作量に応じてスロットルバルブがシャフト1の軸心を中心にして回転する。これにより、エンジンの燃焼室に連通する吸気通路が開かれるので、エンジン回転速度が運転者のスロットル操作量に対応した速度に変更される。このとき、スロットル開度センサ3、吸気温センサ6および吸気圧センサ7の各種センサからのセンサ信号を入力したECUは、電子制御式燃料噴射装置に必要な制御目標値を演算する。
ECUは、例えば吸気圧センサ7によってスロットルバルブよりも吸気方向の下流側の吸気管圧力を検出して間接的に吸入空気量を演算し、この演算した吸入空気量と計測したエンジン回転速度とから基本噴射時間を計算する。そして、この基本噴射時間に、吸気温センサ6およびホールICの各種センサからのセンサ信号による補正量を加味して最終噴射時間(燃料噴射量)を決定する。また、ECUは、エンジンの吸気工程前に燃料噴射が終了するように燃料噴射時期(タイミング)および燃料噴射量を最適化している。
図6ないし図11は本発明の実施例3を示したもので、図6は吸気モジュールの全体構成を示した図で、図7は熱硬化性樹脂の注入用開口部を示した図で、図8は吸気モジュールの主要構成を示した図で、図9ないし図11は回転角度検出装置の主要構成を示した図である。
本実施例の吸気モジュールは、マグネット2、スロットル開度センサ3および開放型ヨーク等によって構成される回転角度検出装置、エンジンの燃焼室内に供給される吸入空気の温度(吸気温)を電気信号に変換してECUに出力する吸気温センサ6、およびエンジンの燃焼室内に供給される吸入空気の圧力(吸気圧)を電気信号に変換してECUに出力する吸気圧センサ7を搭載している。
また、本実施例のプレート12には、センサ収容空間17内にエポキシ系の熱硬化性樹脂(モールド樹脂)10を注入するための樹脂注入口57が形成されている。したがって、スロットル開度センサ3のリード端子群の各リード端子、コネクタ13のコネクタ端子群の各コネクタ端子およびスロットル開度センサ3のリード端子群の各リード端子とコネクタ13のコネクタ端子群の各コネクタ端子とを電気的に接続する複数の導体(絶縁被膜を施した導体(銅線)、あるいは導電板等)は、プレート12の樹脂注入口57よりセンサ収容空間17内に注入される電気絶縁性のモールド樹脂10によってモールドされている。
本実施例の開放型ヨークは、2つの第1、第2分割ヨーク4、5毎に形成されるヨーク本体21、22の途中に、マグネット側に円弧状に折り曲げられた湾曲部26を有している。また、本実施例の吸気モジュールカバー11の筒壁部41の外周の両端部には、ハウジング14のフランジ部63の上端面に当接する耳形状に突出した取付部55が一体的に形成されている。そして、吸気モジュールカバー11の取付部55は、ハウジング14のフランジ部63の上端面に締結用スクリュー(例えば鉄系の磁性体)64によって締め付け固定される。また、プレート12のプレートベース部には、スロットルバルブのシャフト1のマグネット装着部を回転自在に収容する凸状の円筒部56が一体的に形成されている。この円筒部56は、2つのプレート肉厚部53、54(ヨーク保持部51、52)間に形成されて、内部にマグネット2を回転自在に収容するマグネット収容部19が形成されている。なお、65は締結用スクリュー64が貫通する丸孔形状の貫通孔である。
ここで、本実施例の回転角度検出装置においては、スロットル開度センサ3および2つの分割ヨーク4、5の近傍に、締結用スクリュー(例えば鉄系の磁性体)64が設置されているが、吸気モジュールカバー11を磁性材料(鉄系の金属材料)によって形成することで、磁性体よりなる吸気モジュールカバー11によって、締結用スクリュー(例えば鉄系の磁性体)64による磁気影響を吸収することができる。これにより、スロットル開度センサ3、特にホールICへの締結用スクリュー(例えば鉄系の磁性体)64による磁気影響を受け難くなり、また、少なくなり、マグネット2の回転角度に対するホールICの出力変化特性の変化を抑えることができる。また、本実施例の回転角度検出装置においては、取付部55が吸気モジュールカバー11の両端部に形成されており、この吸気モジュールカバー11をハウジング14に容易に組み付けることができ、また、強固に安定して固定できる。
図12は本発明の実施例4を示したもので、図12は回転角度検出装置の主要構成を示した図である。
本実施例の開放型ヨークは、分割された2つの第1、第2分割ヨーク(分割部)4、5よりなり、2種類のプレート状ヨークを、マグネット収容空間(磁石収容空間)19を隔てて向かい合うように組み合わせて構成されている。
2つの第1、第2分割ヨーク4、5は、鉄等の磁性材料によって所定の形状に形成されており、マグネット2より出た磁束をスロットル開度センサ3、特にホールIC(非接触式の磁気検出素子)に集中させるための1組のプレート状ヨーク(磁性体)である。
第1分割ヨーク4は、片側が開放されたヨーク本体21、およびこのヨーク本体21に対して所定の折り曲げ角度で折り曲げられたヨーク下片91を有している。
第1分割ヨーク4のヨーク下片91は、直角よりも大きい鈍角で略V(または略U)字状に屈曲する折り曲げ部34を介して、ヨーク本体21のヨーク対向部24の板幅方向の一端縁に接続している。また、第1分割ヨーク4のヨーク下片91は、ヨーク本体21のヨーク対向部24の板幅方向の一端縁より板幅方向の一方側に突出する突起片を、ヨーク対向部24の板幅方向の一端縁近傍を中心にして、スロットル開度センサ側(板厚方向の一方側の感磁面)に回り込むように折り曲げることで形成されている。これにより、第1分割ヨーク4のセンサ装着部(ヨーク対向部)33は、第1分割ヨーク4のヨーク下片91の背面側に形成される。
また、第2分割ヨーク5は、片側が開放されたヨーク本体22、およびこのヨーク本体22に対して所定の折り曲げ角度で折り曲げられたヨーク上片92を有している。
第2分割ヨーク5のヨーク上片92は、略直角で略V(または略U)字状に屈曲する折り曲げ部34を介して、ヨーク本体22のヨーク対向部24の板幅方向の一端縁(第1分割ヨーク4と同じ側)に接続している。また、第2分割ヨーク5のヨーク上片92は、ヨーク本体22のヨーク対向部24の板幅方向の一端縁より板幅方向の一方側に突出する突起片を、ヨーク対向部24の板幅方向の一端縁近傍を中心にして、スロットル開度センサ側(板厚方向の他方側の感磁面)に当接するように折り曲げることで形成されている。これにより、第2分割ヨーク5のセンサ装着部(ヨーク対向部)33は、第2分割ヨーク5のヨーク上片92の表面側に形成される。
なお、本実施例の2つの第1、第2分割ヨーク4、5のセンサ装着部33は、折り曲げ部34の板幅よりも小さい板幅寸法となっている。
図13および図14は本発明の実施例5を示したもので、図13および図14は回転角度検出装置の主要構成を示した図である。
本実施例の回転角度検出装置においては、マグネット2の回転角度に対するスロットル開度センサ3の出力変化特性の直線性(リニアリティ)を向上させて回転角度の検出精度を向上させるという目的で、左右対称形状の開磁路タイプの開放型分割ヨークとして、図13および図14に示したような逆反り形状を採用している。
スロットル開度センサ3は、一対の第1、第2分割ヨーク4、5の対向部(センサ装着部)36間に形成された磁束検出ギャップを通過する磁束密度に応じて出力が変化するホールIC等の磁気検出素子を有している。また、スロットル開度センサ3および一対の第1、第2分割ヨーク4、5は、吸気モジュールカバー11とプレート12との間に形成されるセンサ収容空間17内に収容保持されている。また、プレート12およびコネクタ13が組み付けられた吸気モジュールカバー11の内部、つまりセンサ収容空間17には、エポキシ系の熱硬化性樹脂(電気絶縁性のモールド樹脂)が充填されている。さらに、吸気モジュールカバー11には、その両端部にハウジング14への取付部55がそれぞれ形成されている。これらの取付部55は、ハウジング14のフランジ部63の上端面に締結用スクリュー64によって締め付け固定されている。
一対の第1、第2分割ヨーク4、5は、図13および図14に示したように、対向部36の図示下端部から、マグネット2との間に所定のエアギャップを形成するように延長されたヨーク開放側延長部37をそれぞれ有している。
そして、一対の第1、第2分割ヨーク4、5の各ヨーク開放側延長部37には、直線部46、この直線部46の両端部より逆反り部47に向けて逆U字状に湾曲する屈曲部49が設けられている。また、一対の第1、第2分割ヨーク4、5の各逆反り部47は、マグネット側に凸な逆反り形状の円弧部を有している。
ここで、図14の逆反り部47は、図13の逆反り部47よりも円弧状部の長さが短くなっている。
図15は本発明の実施例6を示したもので、図15は回転角度検出装置の主要構成を示した図である。
本実施例の回転角度検出装置においては、スロットルバルブ等の検出対象物の回転軸の回転に伴って回転するロータ66、67に固定されたマグネット2と、このマグネット2と共に磁気回路(閉磁路)を形成する2個のスロットル開度センサ3および一対の第1、第2分割ヨーク4、5とを備えている。
スロットル開度センサ3は、一対の第1、第2分割ヨーク4、5の各対向部(センサ装着部)68、69間に形成された磁束検出ギャップを通過する磁束密度に応じて出力が変化するホールIC等の磁気検出素子を有している。また、スロットル開度センサ3および一対の第1、第2分割ヨーク4、5は、吸気モジュールカバー11とプレート12との間に形成されるセンサ収容空間17内に収容保持されている。また、プレート12およびコネクタ13が組み付けられた吸気モジュールカバー11の内部、つまりセンサ収容空間17には、エポキシ系の熱硬化性樹脂(電気絶縁性のモールド樹脂)が充填されている。さらに、吸気モジュールカバー11には、その両端部にハウジング14への取付部55がそれぞれ形成されている。これらの取付部55は、ハウジング14のフランジ部63の上端面に締結用スクリュー64によって締め付け固定されている。
図16は本発明の実施例7を示したもので、図16は回転角度検出装置の主要構成を示した図である。
本実施例の回転角度検出装置においては、スロットルバルブ等の検出対象物の回転軸が軸受け部材を介してハウジング14に回転自在に支持されている。そして、回転軸の一端部には、円筒状のロータコア(閉磁路タイプの第1、第2分割ヨークに相当する)8、9が固定されている。これらのロータコア8、9の内周側には、一対のステータコア75、76が同軸的に配置されている。そして、ロータコア8、9の2つの対向部78、79間には、それぞれマグネット2が1個ずつ嵌め込まれて固定されている。なお、2個のマグネット2は、それぞれ平板状または柱状に形成され、その両端面にN極とS極とが平行着磁されている。
また、ロータコア8、9の内周面は、各マグネット2の近傍部分を除いてステータコア75、76の外周面との間に微小なエアギャップを介して対向している。一方、ロータコア8、9の一対のステータコア75、76間には、平行磁場を形成するための一定幅の磁気検出ギャップが半径方向に貫通するように形成され、この磁気検出ギャップに2個のスロットル開度センサ3が横に並べて配置されている。また、2個のスロットル開度センサ3および一対のロータコア8、9は、吸気モジュールカバー11とプレート12との間に形成されるセンサ収容空間17内に収容保持されている。さらに、吸気モジュールカバー11には、その両端部にハウジング14への取付部55がそれぞれ形成されている。これらの取付部55は、ハウジング14のフランジ部63の上端面に締結用スクリュー64によって締め付け固定されている。
[変形例]
本実施例では、本発明の回転角度検出装置を、スロットルバルブの回転角度に相当するスロットル開度を検出するスロットル開度検出装置に適用しているが、本発明の回転角度検出装置を、アクセルペダルの踏み込み量に相当するアクセル開度を検出するアクセル開度検出装置に適用しても良い。また、本発明の回転角度検出装置を、ハウジング内に形成される流体流路を開閉するバルブ(排気ガス還流量制御弁等の空気流量制御弁の弁体)の回転角度を検出する回転角度検出装置に適用しても良い。また、本発明の回転角度検出装置を、スロットルバルブを電動モータ等の動力源の駆動力を利用して開弁駆動するものに用いても良い。
本実施例では、磁石として、板状(または柱状)のマグネット2を用いたが、磁石として、細い針状または細い棒状の磁石を用いても良い。特に、互いに極性が逆向きになるように着磁される板長さ方向の両端部が細ければ細い程、マグネット2の回転角度に対するホールICの出力電圧のリニアリティ(ホールICの出力変化特性の直線性)を改善できる。なお、マグネット2として、ポリアミド樹脂(PA)、Nd、Fe、B粉末を焼結した樹脂磁石を用いても良い。また、磁石として、通電されると起磁力を発生する電磁石を用いても良い。また、磁石として、永久磁石とロータコア(磁性体)とで構成されるマグネットロータを用いても良い。
本実施例では、検出対象物の使用角度範囲として、0deg〜90degを採用しているが、検出対象物の使用角度範囲として、−45deg〜+45deg、−90deg〜0deg等を採用しても良い。また、スロットルバルブの開弁作動方向を、マグネット2の回転中心を中心にして図示左回転方向としているが、スロットルバルブの開弁作動方向を、マグネット2の回転中心を中心にして図示右回転方向としても良い。また、検出対象物の使用角度範囲を実施例1及び2よりも大きくしても良い。この場合には、検出対象物の使用角度範囲として、0deg〜80deg、−80deg〜+80deg等を用いる。
(a)〜(c)は回転角度検出装置の全体構成を示した概略図である(実施例1)。 (a)〜(c)は回転角度検出装置の主要構成を示した概略図である(実施例1)。 吸気モジュールの全体構成を示した概略図である(実施例2)。 吸気温センサを示した斜視図である(実施例2)。 吸気圧センサを示した斜視図である(実施例2)。 吸気モジュールの全体構成を示した斜視図である(実施例3)。 熱硬化性樹脂の注入用開口部を示した斜視図である(実施例3)。 吸気モジュールの主要構成を示した斜視図である(実施例3)。 回転角度検出装置の主要構成を示した斜視図である(実施例3)。 回転角度検出装置の主要構成を示した正面図である(実施例3)。 回転角度検出装置の主要構成を示した概略図である(実施例3)。 回転角度検出装置の主要構成を示した斜視図である(実施例4)。 回転角度検出装置の主要構成を示した概略図である(実施例5)。 回転角度検出装置の主要構成を示した概略図である(実施例5)。 回転角度検出装置の主要構成を示した概略図である(実施例6)。 回転角度検出装置の主要構成を示した概略図である(実施例7)。 回転角度検出装置の全体構成を示した正面図である(従来の技術)。
符号の説明
1 スロットルバルブ(検出対象物)のシャフト
2 マグネット(磁石)
3 スロットル開度センサ(回転角度センサ)
4 第1分割ヨーク(開放型ヨークの分割部、磁性体)
5 第2分割ヨーク(開放型ヨークの分割部、磁性体)
6 吸気温センサ
7 吸気圧センサ
10 モールド樹脂(熱硬化性樹脂)
11 吸気モジュールカバー
12 プレート
13 コネクタ
14 ハウジング
17 センサ収容空間
19 マグネット収容空間(磁石収容空間)
21 プレート状ヨークのヨーク本体
22 プレート状ヨークのヨーク本体
23 プレート状ヨークのヨーク開放端部
24 プレート状ヨークのヨーク対向部
31 プレート状ヨークのヨーク上片(折り曲げ片)
32 プレート状ヨークのヨーク下片(折り曲げ片)
33 プレート状ヨークのセンサ装着部
34 プレート状ヨークの折り曲げ部
43 凸部(係止部)
44 凸部(係止部)
51 センサ保持部(ヨーク保持部)
52 センサ保持部(ヨーク保持部)
55 吸気モジュールカバーの取付部

Claims (8)

  1. 検出対象物の回転軸に固定された磁石と、
    この磁石より出た磁束を検出する磁気検出素子を有し、
    前記磁石の回転角度に対する前記磁気検出素子の出力変化特性を利用して前記検出対象物の回転角度を検出する回転角度センサと、
    前記磁石より出た磁束を前記回転角度センサに集中させるための磁性体のヨークと
    を備えた回転角度検出装置において、
    少なくとも前記ヨークを保持固定するヨーク保持部を有するプレートと、
    このプレートを取り付けるハウジングと、
    このハウジングに固定される取付部を有し、前記プレートとの間に、前記回転角度センサおよび前記ヨークを収容するセンサ収容空間を形成するカバーとを備え、
    前記ハウジングは、導電材料によって形成されており、
    前記カバーは、磁性材料によって形成されていることを特徴とする回転角度検出装置。
  2. 請求項1に記載の回転角度検出装置において、
    前記プレートは、非磁性材料によって形成されていることを特徴とする回転角度検出装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の回転角度検出装置において、
    前記回転角度センサは、前記磁気検出素子より引き出されたリード端子群を有し、
    前記カバーの内部に熱硬化性樹脂を充填して、前記リード端子群を封止したことを特徴とする回転角度検出装置。
  4. 請求項3に記載の回転角度検出装置において、
    前記カバーは、前記熱硬化性樹脂を係止する係止部を有していることを特徴とする回転角度検出装置。
  5. 請求項3または請求項4に記載の回転角度検出装置において、
    前記プレートは、前記回転角度センサのリード端子群に対応して設けられるコネクタ端子群を集中配置したコネクタを有し、
    前記熱硬化性樹脂は、前記回転角度センサのリード端子群と前記コネクタのコネクタ端子群とを電気的に接続する複数の導体を封止していることを特徴とする回転角度検出装置。
  6. 請求項1ないし請求項5のうちのいずれか1つに記載の回転角度検出装置において、
    前記ハウジングを形成する導電材料の体積は、前記カバーを形成する磁性材料の体積よりも大きいことを特徴とする回転角度検出装置。
  7. 請求項1ないし請求項6のうちのいずれか1つに記載の回転角度検出装置において、
    前記カバーは、薄肉状に形成されており、
    前記検出対象物の回転軸は、前記ハウジングに回転自在に支持されていることを特徴とする回転角度検出装置。
  8. 請求項1ないし請求項7のうちのいずれか1つに記載の回転角度検出装置において、
    前記ハウジングは、アルミニウムを主体とする金属材料によって形成されており、
    前記カバーは、鉄を主体とする金属材料によって形成されており、前記ハウジングに面接触して固定されていることを特徴とする回転角度検出装置。
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