JP2015105872A - Rotation angle detection sensor and throttle device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転角度検出センサに関し、特に種々の部材の回転角度を検出するセンサに関する。 The present invention relates to a rotation angle detection sensor, and more particularly to a sensor that detects rotation angles of various members.
回転角度を検出するのに種々のセンサが使用されている。例えば、ホールセンサは、磁電変換素子が設けられたセンサチップの表面に対して水平な磁場を永久磁石により印加し、永久磁石の回転軸回りの絶対角度を検出する(例えば、特許文献1)。また、レゾルバ(resolvers)は、ステータ及びロータを有し、ステータに対するロータの回転位置によってステータとロータとの間の相互インダクタンスが変化することを利用して、ステータに対するロータの回転角度に応じた検出信号を出力する(例えば、特許文献2)。その他に、MRセンサ、光学式エンコーダ、ポテンショメータ(potentiometer)なども知られている。 Various sensors are used to detect the rotation angle. For example, a Hall sensor applies a magnetic field horizontal to the surface of a sensor chip provided with a magnetoelectric conversion element by a permanent magnet, and detects an absolute angle around the rotation axis of the permanent magnet (for example, Patent Document 1). The resolver has a stator and a rotor, and detects according to the rotation angle of the rotor with respect to the stator by utilizing the fact that the mutual inductance between the stator and the rotor changes depending on the rotation position of the rotor with respect to the stator. A signal is output (for example, Patent Document 2). In addition, MR sensors, optical encoders, potentiometers, and the like are also known.
回転角度を検出する用途は多枝に亘り、検出精度、信頼性及びコストなどの要素を考慮して、用途に適したセンサが選択される。例えば、自動車(四輪)及び自動二輪車の駆動源である内燃機関に用いられる電子制御燃料噴射装置(Fuel Injection System:フューエルインジェクションシステム(FIシステム))において、スロットルバルブ(Throttle Valve)の回転角度を検出するセンサには、主にホールセンサ、ポテンショメータが適用されている。 There are many applications for detecting the rotation angle, and a sensor suitable for the application is selected in consideration of factors such as detection accuracy, reliability, and cost. For example, in an electronically controlled fuel injection system (Fuel Injection System) used in an internal combustion engine that is the driving source of automobiles (four-wheels) and motorcycles, the rotation angle of the throttle valve (Throttle Valve) Hall sensors and potentiometers are mainly applied to the sensors to be detected.
FIシステムは、高精度な空燃比の制御が可能であることから触媒との相乗効果による排ガス浄化効果と相まって、自動車及び大型二輪車への導入が先行し、その後、原動機付き自転車も含む小型の二輪車についても、FIシステムの適用が進んでいる。しかし、小型二輪車は自動車、大・中型二輪車に比べ車両価格が低いため、環境への有効性を考慮したとしても、FIシステムのコストを下げる必要がある。特に、原動機付き自転車を適用対象とすると、低コスト化の要求は大きい。
FIシステムの構成要素であるスロットルバルブの回転角度を検出するセンサについて言うと、ホールセンサ及びポテンショメータは、MRセンサ及び光学式エンコーダに比べると低コストではあるが、小型二輪車を想定すると、さらなる低コスト化が要求される。
本発明は、このような背景に基づいてなされたもので、低コスト化を実現できる回転角度検出センサを提供することを目的とする。
また、本発明はそのような回転角度検出センサを備える内燃機関用スロットル装置を提供することを目的とする。
Since the FI system can control the air-fuel ratio with high accuracy, it is combined with the exhaust gas purification effect due to the synergistic effect with the catalyst, leading to the introduction to automobiles and large motorcycles, and then a small two-wheeled vehicle including a motorbike. The application of the FI system is also progressing. However, since small motorcycles have lower vehicle prices than automobiles and large / medium-sized motorcycles, it is necessary to reduce the cost of the FI system even if environmental effectiveness is considered. In particular, when a motor-equipped bicycle is an application target, there is a great demand for cost reduction.
Speaking of the sensor that detects the rotation angle of the throttle valve, which is a component of the FI system, the Hall sensor and potentiometer are lower in cost than the MR sensor and optical encoder, but are even lower in cost when a small motorcycle is assumed. Is required.
The present invention has been made based on such a background, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection sensor that can realize cost reduction.
Another object of the present invention is to provide a throttle device for an internal combustion engine including such a rotation angle detection sensor.
かかる目的のもと、本発明の回転角度検出センサは、外力を受けて回転運動する回転子と、回転運動に基づいて生ずるひずみにより特性変化が生じるセンサ素子と、回転子の回転運動をひずみに変換するカム部材と、を備えることを特徴とする。
本発明の回転角度検出センサは、外力を受けて回転子が回転運動すると、その回転運動に基づいて、カム部材がセンサ素子に特性変化を生じさせる。特性変化は回転子の回転角度に対応して変動するので、その特性変化を検出すれば、回転子の回転角度を特定することができる。
For this purpose, the rotational angle detection sensor according to the present invention includes a rotor that rotates in response to an external force, a sensor element that changes in characteristics due to a strain generated based on the rotational motion, and a rotational motion of the rotor. And a cam member for conversion.
In the rotation angle detection sensor of the present invention, when the rotor receives a force and rotates, the cam member causes a change in characteristics of the sensor element based on the rotation. Since the characteristic change fluctuates in accordance with the rotation angle of the rotor, the rotation angle of the rotor can be specified by detecting the characteristic change.
また、本発明の回転角検出センサにおいて、カム部材は回転子に一体的に設けられていることが好ましい。
カム部材が回転子に一体的に設けられることで、カム部材を回転子とともに回転運動させることができる。
In the rotation angle detection sensor of the present invention, the cam member is preferably provided integrally with the rotor.
By providing the cam member integrally with the rotor, the cam member can be rotated together with the rotor.
また、本発明の回転角度検出センサのセンサ素子にひずみゲージを用いることができる。
センサ素子にひずみゲージを用いることで、回転によるカム部材の回転変位をひずみの変動として捉えることが可能となる。さらに、ひずみゲージは安価であるため、センサ素子に用いることで、回転角度検出センサを低コストで作製できる。
Moreover, a strain gauge can be used for the sensor element of the rotation angle detection sensor of the present invention.
By using a strain gauge for the sensor element, it is possible to capture the rotational displacement of the cam member due to the rotation as a variation in strain. Furthermore, since a strain gauge is inexpensive, a rotation angle detection sensor can be produced at low cost by using it as a sensor element.
本発明では、上記回転角度検出センサを備える内燃機関用スロットル装置をも提供する。 The present invention also provides a throttle device for an internal combustion engine including the rotation angle detection sensor.
本発明によれば、回転運動する回転子とカム部材により、特性変化を生じるセンサ素子を主たる構成要素とするので、低コスト化できる回転角度検出センサが提供される。 According to the present invention, the sensor element that causes a change in characteristics by the rotating rotor and the cam member is a main component, so that a rotation angle detection sensor that can reduce the cost is provided.
以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態に係る回転角度検出センサ1は、図1に示すように、検出部11と支持部16を備える固定子10と、支持部16に支持される回転子20と、検出部11に設けられ、回転子20の回転に基づいて特性変化が生じるセンサ素子31を有する検出部30を備える。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the rotation
[固定子10]
固定子10は、検出部11と支持部16と、を備える。なお、以下では、検出部11が設けられている側を上と定義して説明する。
検出部11は、シェル12により外部と隔離された検出室13を備えている。検出室13には、支柱14が建てられており、その側面には保持板15の一端が固定されている。
保持板15はその平面が上下方向に沿って固定されている。保持板15は、後述するカム突起23が押し付けられると、無理なく撓むことができる弾性を備えている。
支持部16は、軸方向に貫通する支持孔17が形成されている。この支持孔17に回転子20が回転自在に支持される。回転子20は、一対のフランジ18が支持部16を挟み込んでおり、軸方向への変位が拘束されている。
[Stator 10]
The
The
The plane of the
The
[回転子20]
回転子20は、先端にカム突起23が一体的に形成された部材であり、カム突起23を除く部分は円柱状をなし、下方端にはレバー25を備えている。
カム突起23は、回転子20が外力を受けて回転すると、保持板15に押し付けられることで、保持板15を撓ませる。以下、保持板15が撓む方向を前方とする。レバー25は、回転子20を回転させる際に操作される。回転子20は、レバー25が左回りに回転(以下、正転ということがある)すると、左回りに回転し、反対に、レバー25が右回りに回転すると、右回りに回転する。
カム突起23は、始点23sと終点23eを備える。始点23sと中心Cを結ぶ線分と、終点23eと中心Cを結ぶ線分は、直交する。カム突起23は、後述するように、回転子20の回転に伴って、保持板15のうら面15bに始点23sから終点23eに向けて連続的に接することで、保持板15を撓ませる。
[Rotor 20]
The
When the
The
[検出部30]
検出部30は、固定子10の保持板15に設けられるセンサ素子31と、センサ素子の特性変化を検出する検出器33を備える。センサ素子31は、固定子10の外部に配置されている検出器33に電気的に接続されている。
センサ素子31は、保持板15のおもて面15aに固定されており、保持板15が撓むのに応じて応力が生じる。本実施形態において、センサ素子31はひずみゲージを用いる。
ひずみゲージとしては、例えば、薄い電気絶縁体と、この電気絶縁体の上にエッチングにより形成され、連続して蛇行する金属抵抗体とを備える箔ひずみゲージを用いることができる。この金属抵抗体はひずみが生じると電気抵抗値が変化するので、金属抵抗体に電流を流しつつ電圧を検出していれば、その変化から金属抵抗体にひずみが生じたか否かを検出することができる。ひずみゲージは、箔ひずみゲージの他、線ひずみゲージや半導体ひずみゲージなどを用いることができる。
なお、センサ素子31を設ける位置は特に限定されないが、回転子20の回転に基づく保持板15の撓みが大きくなる領域に設けることが、高い検出感度を得る上で好ましい。
[Detection unit 30]
The
The
As the strain gauge, for example, a foil strain gauge including a thin electric insulator and a metal resistor formed by etching on the electric insulator and continuously meandering can be used. When this metal resistor is distorted, the electrical resistance value changes, so if a voltage is detected while a current is passed through the metal resistor, it can be detected whether or not the metal resistor is distorted from the change. Can do. As the strain gauge, a foil strain gauge, a wire strain gauge, a semiconductor strain gauge, or the like can be used.
The position where the
検出器33は、センサ素子31に電流を流すとともに、センサ素子31の電圧Vを検出する。
また、検出器33は、電圧Vに対応する回転角度θに関する相関データを保持している。相関データは、回転角度検出センサ1を用い、レバー25を所定角度、例えば0度、1度、2度…というように1度ずつ回転させる度に、各回転角度θに対応する電圧Vを測定することで得ることができる。図3に回転角度θと電圧Vが比例関係にある例を示す。ただし、これはあくまで一例にすぎない。
検出器33は、検出された電圧Vを相関データに照合することで、レバー25(回転子20)の回転角度θを特定する。
The
The
The
以上のように構成された回転角度検出センサ1の動作について、図1および図2を参照して説明する。
図1(b)に示すように、カム突起23の始点23sが、保持板15に負荷を与えることなくそのうら面15bに接点となるように配置された状態を回転角度θが0度として設定されている。このように配置することで、回転子20の回転角度θが0度から90度の範囲で、保持板15の撓みの程度、つまり、電圧Vを特定できる。
そして、レバー25を正転させると、カム突起23も同期して正転する。そうすると、図2(a)に示すように、カム突起23が保持板15を前方に撓ませ、センサ素子31にはひずみが生じる。ことのき、カム突起23は回転子20の回転運動をセンサ素子31のひずみに変換する。センサ素子31にひずみが生じると、金属抵抗体の電気抵抗値が変化するので、検出器33は変化した電気抵抗値に対応する電圧Vaを検出する。
レバー25をさらに正転させると、図2(b)に示すように、カム突起23は正転するので保持板15には大きく撓む。検出器33はさらに変化した電気抵抗値に対応する電圧Vb(Vb>Va)を検出する。
検出器33は、検出された電圧Va,Vbを相関データと照合することにより、レバー25の回転角度θa,θbを特定することができる。
The operation of the rotation
As shown in FIG. 1B, the rotation angle θ is set to 0 degree when the
When the
When the
The
[用途例]
本実施形態の回転角度検出センサ1の用途の一つとして、FIシステムの構成要素であるスロットルバルブの回転角度を検出するのに用いることができる。
図4に概略の構成を示す。このスロットルバルブ40はバタフライバルブ(butterfly valve)からなり、弁軸41を90度回転させることで、図示を省略する弁箱に設けられる流路を弁体43が開閉する。弁軸41は電動アクチュエータ45に接続されており、電動アクチュエータ45はECU(Engine Control Unit)35から与えられる制御信号により弁軸41を介して弁体43を開閉動作させる。ECU35は、弁体43の開度を制御することで、図示を省略するインジェクタ(Engine Control Unit)から噴射された燃料を含む最適な量の混合気をエンジンのシリンダ内に供給する。弁体43を制御する前提として、ECU35は弁体43の開度を継続して認識する必要がある。回転角度検出センサ1は、この弁体43の開度を検出するのに用いられる。ECU35は、図1に示す検出器33の機能を兼ね備える。
[Application example]
As one of the uses of the rotation
FIG. 4 shows a schematic configuration. The
回転角度検出センサ1において、回転子20は弁軸に接続されている。この際、回転子20の軸は弁軸41と一致するように接続されている。そのため、弁軸41が電動アクチュエータ45により駆動されると、弁軸41に追従して回転子20が回転する。回転子20が回転すると、それに伴いカム突起23も回転し、センサ素子31のひずみ度合いが変化する。そのため、ECU35は電圧Vに基づいて、レバー25の回転角度θ、つまり弁体43の開度を検出することができる。ECU35は、検出した弁体43の開度を参照しながら、電動アクチュエータ45に制御信号を送る。
In the rotation
以上、本実施の形態について説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
本発明は、回転子20が回転することで、カム突起23がセンサ素子31に特性変化を生じさせる構成とすれば本実施の形態に限定されない。例えば、カム突起23を支柱14に設け、センサ素子31が設けられた保持板15を回転子20に設けても、同様な効果を享受できる。
本発明は、カム突起23によってセンサ素子31の特性が変化すればよい。そのため、センサ素子31を保持板15ではなく、カム突起23に設けることもできる。この場合、回転子20の回転によって、カム突起23は保持板15に負荷した応力に対応する反作用の力が負荷されるため、センサ素子31にひずみを生じさせることができる。
Although the present embodiment has been described above, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to other configurations as appropriate without departing from the spirit of the present invention. is there.
The present invention is not limited to the present embodiment as long as the
In the present invention, the characteristics of the
本実施形態では、センサ素子31としてひずみゲージを例に説明したが、ひずみにより特性が変化する他の素子として、例えば、ひずみにより受ける圧力に対応する電圧を出力する圧電素子をセンサ素子に用いることもできる。
In the present embodiment, a strain gauge has been described as an example of the
また、本実施形態は、支柱14に固定した保持板15にセンサ素子31を設けているが、カム突起23によってセンサ素子の特性が変化する限り、本発明のセンサ素子31を設ける部位は限定されない。例えば、固定子10のシェル12にセンサ素子31を固定し、回転子20のカム突起23がシェル12に押し付けられるようにしても、センサ素子31の特性を変化させることができる。ただし、本実施形態のように、検出室13の中にシェル12とは独立する支柱14を建て、センサ素子31を設ける保持板15を支柱14に固定する構造にすれば、仮にシェル12に外力が作用したとしても、センサ素子31による検出結果は外力の影響をほとんど受けることがない。
In the present embodiment, the
また、本実施形態は、固定子10に、シェル12により隔離された検出室13を設け、その中にセンサ素子31を含む検出のための主要素を収容している。しかし、本発明は、隔離された検出室13を設けることを必須とするものでなく、検出のための主要素が露出していても回転角度を検出することができる。もっとも、隔離された検出室13の中に収容することにより、当該主要素を保護することができる。
In the present embodiment, the
1 回転角度検出センサ
10 固定体
11 検出部
12 シェル
13 検出室
14 支柱
15 保持板
15a おもて面
15b うら面
16 支持部
17 支持孔
18 フランジ
20 回転子
23 カム突起
23s 始点
23e 終点
25 レバー
30 検出部
31 センサ素子
33 検出器
35 ECU
40 スロットルバルブ
41 弁軸
43 弁体
45 電動アクチュエータ
θ 回転角度
V 電圧
C 中心
DESCRIPTION OF
40
Claims (4)
前記回転運動に基づいて生ずるひずみにより特性変化が生じるセンサ素子と、
前記回転子の前記回転運動を前記ひずみに変換するカム部材と、
を備えることを特徴とする回転角度検出センサ。 A rotor that rotates in response to an external force;
A sensor element in which a characteristic change is caused by strain generated based on the rotational motion;
A cam member that converts the rotational movement of the rotor into the strain;
A rotation angle detection sensor comprising:
請求項1に記載の回転角度検出センサ。 The cam member is provided integrally with the rotor;
The rotation angle detection sensor according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の回転角度検出センサ。 The sensor element comprises a strain gauge;
The rotation angle detection sensor according to claim 1 or 2.
前記スロットルバルブの開度を回転角度として検出する回転角度検出センサと、を備え、
前記回転角度検出センサは、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の回転角度検出センサであることを特徴とする内燃機関のスロットル装置。 A throttle valve for controlling the supply amount of the air-fuel mixture in the internal combustion engine;
A rotation angle detection sensor that detects an opening of the throttle valve as a rotation angle,
The said rotation angle detection sensor is a rotation angle detection sensor as described in any one of Claims 1-3, The throttle device of the internal combustion engine characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2013247898A JP2015105872A (en) | 2013-11-29 | 2013-11-29 | Rotation angle detection sensor and throttle device of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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JP2013247898A Pending JP2015105872A (en) | 2013-11-29 | 2013-11-29 | Rotation angle detection sensor and throttle device of internal combustion engine |
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WO2000029812A2 (en) * | 1998-11-18 | 2000-05-25 | Alliedsignal Inc. | Piezo-resistive position indicator |
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2013
- 2013-11-29 JP JP2013247898A patent/JP2015105872A/en active Pending
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