JP2016156631A - 位置検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】位置検出装置において、線形性応答を向上させる。
【解決手段】ロータに設けられる第1磁石28a〜第3磁石28cでハルバッハ配列を構成する。このとき、ホール素子30が相対的に移動して第1磁石28a〜第3磁石28cに対向したときの最短直線距離(離間距離)を、第2磁石28bが最大となるようにする。すなわち、第2磁石28bを第1磁石28aに対してオフセットした位置に配設する。さらに、第2磁石28bを第3磁石28cに対してオフセットさせるようにしてもよい。
【選択図】図3

Description

本発明は、移動体の位置を検出するための位置検出装置に関する。
自動二輪車においては、ハンドルバーにアクセルグリップが設けられる。運転者が該アクセルグリップを周方向に沿って回動動作させることに伴い、内燃機関に設けられたスロットルバルブが開閉動作する。
スロットルバルブの開閉動作は、その開閉量がアクセルグリップの回動量(初期位置からの移動量)に対応するように制御する必要がある。そこで、ハンドルバーに、アクセルグリップの位置を検出するスロットル開度検出装置としての位置検出装置を設けることが行われている。
位置検出装置は、アクセルグリップの操作に連動して回転するロータを有する。特許文献1の図2及び図4に示されるように、該ロータには複数個の磁石が設けられる。従って、前記複数個の磁石は、ロータが回転することに追従し、その位置が変化する。
位置検出装置は、さらに、ホール素子等からなる磁気センサを有する。該磁気センサは、例えば、位置が変化した磁石の磁束の向き(ベクトル)を検出し、ベクトルに対応した電気信号を出力する。この電気信号に基づき、ロータの回転量(回転角度)、ひいてはアクセルグリップの位置が求められる。
なお、特許文献1の図4に示される3個の磁石の配列は、ハルバッハ配列と指称される。この場合、磁気センサに臨む側に磁束が集中し、その分、磁力が大きくなる。
特開2013−205141号公報
本発明は特許文献1記載の技術に関連してなされたもので、位置に対する線形応答性が一層良好な位置検出装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、移動体(14)の位置を、磁束のベクトルを検出する磁気センサ(30)を用いて判断する位置検出装置(10)であって、
前記移動体(14)に、少なくとも第1磁石(28a)、第2磁石(28b)及び第3磁石(28c)が設けられるとともに、前記第1磁石(28a)の磁束が前記磁気センサ(30)に向かい、前記第2磁石(28b)の磁束が前記第1磁石(28a)に向かい、前記第3磁石(28c)が前記磁気センサ(30)から該第3磁石(28c)に向かう磁束を受けるハルバッハ配列をなして配置され、
前記第2磁石(28b)と前記磁気センサ(30)の離間距離(D2)が、前記第1磁石(28a)と前記磁気センサ(30)の離間距離(D1)に比して大きく設定されていることを特徴とする。
なお、ここでいう離間距離は、磁気センサが相対的に移動して各磁石に対向したときの最短直線距離を指称するものとする。
従来のハルバッハ配列は、第1磁石、第2磁石及び第3磁石が同一直線上に配置される。すなわち、各磁石と磁気センサとの離間距離は同一である。これに対し、本発明においては、第2磁石と磁気センサとの離間距離が、第1磁石と磁気センサとの離間距離に比して大きい。すなわち、第2磁石は、第1磁石に対してオフセット配置されている。
このため、第2磁石のN極は、第1磁石のN極から離間するとともに、該第1磁石のS極に近接する。その結果、第2磁石の磁束が第1磁石と磁気センサとの間に到達し難くなる。従って、第1磁石の磁束ベクトルが第2磁石と磁気センサの間に向かうように変化し易くなる。これにより、磁気センサが、磁束ベクトルの角度の変化を精確に認識することができる。
なお、第1磁石(28a)と磁気センサ(30)の離間距離(D1)と、第3磁石(28c)と磁気センサ(30)の離間距離(D3)とを同一に設定することが好ましい。すなわち、第2磁石(28b)を、第3磁石(28c)に対してもオフセット配置することが好ましい。
この構成では、第2磁石のS極は、第3磁石のS極から離間するとともに、該第3磁石のN極に近接する。その結果、第2磁石の磁束が磁気センサと第3磁石との間に到達し難くなる。従って、磁気センサからの磁束ベクトルが第3磁石に向かい易くなる。このため、磁気センサが、磁束ベクトルの角度の変化を一層精確に認識することができる。
また、第1磁石から第3磁石に至るまでの幅を小さくすることができるので、位置検出装置の小型化を図ることもできる。
第2磁石(28b)と磁気センサ(30)の離間距離(D2)から、第1磁石(28a)と磁気センサ(30)の離間距離(D1)を差し引いた値(OV)、換言すれば、オフセット量は、第1磁石(28a)の、磁極方向に沿う寸法(L1)の1/3以上であることが好ましい。これにより、第2磁石(28b)の磁束が第1磁石(28a)と磁気センサ(30)との間に到達することが一層困難となるからである。
第2磁石(28b)のオフセット量が過度に大きいと、該第2磁石(28b)と第1磁石(28a)との間に磁力が作用することが困難となる。このため、第2磁石(28b)と磁気センサ(30)の離間距離(D2)から第1磁石(28a)と磁気センサ(30)の離間距離(D1)を差し引いた値(OV)、すなわち、オフセット量を、第1磁石(28a)の、磁極方向に沿う寸法(L1)の1/2以下とすることが好ましい。
第1磁石(28a)、第2磁石(28b)及び第3磁石(28c)は、平面視で矩形形状をなし、ハルバッハ配列の長手方向が移動方向に沿って移動体(14)に設けられることが好ましい。第1磁石(28a)〜第3磁石(28c)を同形状とするので製造コストの低廉化を図ることができる。また、この場合、第2磁石(28b)のオフセット量が小さいときであっても、上記の効果を十分に得ることができる。
以上において、移動体(14)の好適な例としては、自動二輪車のハンドル(12)に回動可能に設けられるアクセルグリップ(14)が挙げられる。この場合、磁気センサ(30)をハンドル(12)に位置決め固定すればよい。
この構成では、第2磁石(28b)を、ハンドル(12)の軸方向に沿って第1磁石(28a)よりも磁気センサ(30)から離間させることが好ましい。これにより、ハンドル(12)が径方向に大型化することを回避することができる。
本発明によれば、磁束が磁気センサに向かって出発する第1磁石に対し、該第1磁石に向かって磁束が出発する第2磁石をオフセット配置してハルバッハ配列を構成するようにしている。すなわち、第2磁石のN極は、第1磁石のN極から離間するとともに、該第1磁石のS極に近接する。
このため、第2磁石の磁束が第1磁石と磁気センサとの間に到達し難くなるので、第1磁石の磁束ベクトルが第2磁石と磁気センサの間に向かうように変化し易くなる。これにより、磁気センサが、磁束ベクトルの角度の変化を精確に認識することができるようになり、その結果、磁束ベクトルの角度の変化に対する磁気センサの応答直線性が向上する。
本発明の実施の形態に係る位置検出装置の概略縦断面図である。 図1の位置検出装置の概略正面図である。 図1の位置検出装置を構成する第1磁石〜第3磁石の磁束を示した、アクセルグリップの軸線方向に沿う平面図である。 第1磁石〜第3磁石の寸法とオフセット量を説明する説明図である。 一般的なハルバッハ配列を構成した第1磁石〜第3磁石における磁束を示した、アクセルグリップの軸線方向に沿う平面図である。 図3における構成と図5における構成での、磁気センサの位置と応答特性を示したグラフである。 図6の応答特性の、直線からの偏差を示したグラフである。
以下、本発明に係る位置検出装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る位置検出装置10の概略縦断面図である。この位置検出装置10は、自動二輪車のハンドルバー12(ハンドル)に取り付けられ、アクセルグリップ14が運転者に操作されて回動した際のロータ16の回転量(回転角度)に基づき、アクセルグリップ14の回動量(位置)を判断するスロットル開度検出装置を構成する。
前記ロータ16には挿通孔18が貫通形成され、前記ハンドルバー12は、該挿通孔18に通されている。挿通孔18の内壁とハンドルバー12との間には所定のクリアランスが形成されており、このため、ロータ16は、ハンドルバー12の周方向に沿って回転可能である。
ロータ16には、その軸線方向(図1における左右方向)に沿って収容溝20が形成されており、該収容溝20には、リターンスプリング22が収容される。図示していないが、該リターンスプリング22の一端はロータ16に係止され、他端はハウジング24に係止されている。
ロータ16の一部は、径方向外方に指向して膨出している。図1及び図2に示すように、この膨出した部位には、第1嵌合凹部26a、第2嵌合凹部26b及び第3嵌合凹部26cが並列されるように、且つ各々がアクセルグリップ14の軸線方向に沿って延在するように形成される。これら第1嵌合凹部26a、第2嵌合凹部26b及び第3嵌合凹部26cには、それぞれ、第1磁石28a、第2磁石28b及び第3磁石28cが嵌合される。
第2嵌合凹部26bは、第1嵌合凹部26a、第3嵌合凹部26cに比して深さが大きい。このため、第2磁石28bは、図1及び図3に示すように、第1磁石28a、第3磁石28cに比してアクセルグリップ14側に偏倚している。すなわち、通常のハルバッハ配列が第1磁石28a、第2磁石28b及び第3磁石28cを同一軸線上に配置するのに対し、本実施の形態では、第2磁石28bが、第1磁石28a及び第3磁石28cに対してオフセットされた位置にある。従って、第2磁石28bのN極が第1磁石28aのN極から離間する一方、第1磁石28aのS極に近接する。
図3から諒解されるように、第1磁石28aは、N極がホール素子30側に臨み、S極がアクセルグリップ14側に臨む。これに対し、第3磁石28cは、S極がホール素子30側に臨み、N極がアクセルグリップ14側に臨む。すなわち、第1磁石28a、第3磁石28cの磁極方向は、アクセルグリップ14の軸線方向に対して平行な方向である。
一方、第2磁石28bは、N極が第1磁石28aに臨み、且つS極が第3磁石28cに臨む。すなわち、第2磁石28bの磁極方向は、アクセルグリップ14の軸線方向に対して直交する方向である。このため、第1磁石28a、第2磁石28b及び第3磁石28cにより、ハルバッハ配列が構成される。そして、以上の磁極配置により、第1磁石28aからホール素子30に向かう磁束、第2磁石28bから第1磁石28aに向かう磁束、ホール素子30から第3磁石28cに向かう磁束が生じる。
第1磁石28a、第2磁石28b及び第3磁石28cは全て、薄肉の平板形状である。すなわち、平面視で矩形形状をなす。
第1磁石28aにおける磁極方向に沿う寸法L1、第2磁石28bにおける磁極方向に直交する方向に沿う寸法L2、第3磁石28cにおける磁極方向に沿う寸法L3は、互いに略同等である。また、ホール素子30が相対的に移動して第1磁石28aに対向したときの最短直線距離(離間距離)D1、第2磁石28bに対向したときの最短直線距離(離間距離)D2、第3磁石28cに対向したときの最短直線距離(離間距離)D3を比較すると、D1=D3が成り立つとともに、D1<D2(D3<D2)が成り立つ。上記したように、第2磁石28bが、第1磁石28a及び第3磁石28cに対してオフセットされた位置にあるからである。
第2磁石28bのオフセット量OVは、第2磁石28bとホール素子30の離間距離D2から、第1磁石28a(又は第3磁石28c)とホール素子30の離間距離D1(又はD3)を差し引いた値に等しい。すなわち、D2−D1=D2−D3=OVが成り立つ。
オフセット量OVは、第1磁石28aにおける磁極方向に沿う寸法L1(又は、第3磁石28cにおける磁極方向に沿う寸法L3)の1/3以上とすることが好ましい。これよりも小さいと、例えば、第2磁石28bから出発した磁束のベクトルが、第1磁石28aから出発した磁束のベクトル、又は第3磁石28cに向かう磁束のベクトルに交差することがある。この場合、磁束同士が打ち消し合うので、第1磁石28a〜第3磁石28cの移動に対するホール素子30の線形応答性が良好でなくなる懸念がある。
なお、オフセット量OVが過度に大きいと、第1磁石28a及び第3磁石28cと第2磁石28bの間に磁力が作用し難くなる。また、第2嵌合凹部26bを深くしなければならないため、アクセルグリップ14の軸線方向に沿う位置検出装置10の寸法が大きくなる。これを回避するべく、オフセット量OVは、第1磁石28aにおける磁極方向に沿う寸法L1(又は、第3磁石28cにおける磁極方向に沿う寸法L3)の1/2以下とすることが好ましい。
第1嵌合凹部26aと第2嵌合凹部26b、第2嵌合凹部26bと第3嵌合凹部26cは密接していてもよいが、磁力が作用する程度に若干離間していてもよい。
第1磁石28a〜第3磁石28cによって形成される磁界の磁束のベクトルは、磁気センサであるホール素子30によって検出される。ホール素子30は、検出した磁束のベクトルの方向に対応する電気信号を出力し、図示しない電子制御装置(ECU等)に送信する。
ホール素子30は、図1及び図2に示すように、基板31に支持されるとともに、ロータ16における第1磁石28aが設けられた一底面に近接する位置に配設される。換言すれば、ホール素子30は、アクセルグリップ14に対し、ロータ16を挟んで反対側の位置に、且つ第1磁石28a側に偏倚するように設けられる。
ロータ16及びホール素子30は、ハウジング24に収容される。このため、ロータ16及びホール素子30が保護される。
ロータ16における図1中の右端部には、係合凹部32が陥没形成される。一方、アクセルグリップ14が外嵌されたスロットルパイプ34には、図1中の右端部に、係合凸部36が突出形成される。この係合凸部36は、前記係合凹部32に係合している。従って、アクセルグリップ14が回動されることに追従してスロットルパイプ34が回動すると、係合凸部36が係合凹部32の内壁を押圧するようになる。その結果として、ロータ16が回転する。
本実施の形態に係る位置検出装置10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について説明する。
上記したように、この位置検出装置10においては、第2磁石28bが、ロータ16の軸線方向に沿ってオフセットされる。すなわち、ロータ16の径方向に沿って第2磁石28bをオフセットさせる必要はない。その分、ハウジング24の、ロータ16の径方向に沿う寸法を小さくすることが可能となる。結局、位置検出装置10の小型化を図ることができる。
また、第1磁石28aとホール素子30の離間距離D1と、第3磁石28cとホール素子30の離間距離D3を等しくしている。このため、第3嵌合凹部26cの深さを大きくする必要がない。このことも、位置検出装置10の小型化に寄与する。
さらに、第1磁石28a、第2磁石28b及び第3磁石28cはいずれも矩形形状であり、互いに同形状である。従って、第1磁石28a、第2磁石28b及び第3磁石28cの製造コストを低廉化することができる。なお、第1磁石28a、第2磁石28b及び第3磁石28cは、矩形形状の強磁性体に対し、所定の着磁を行って磁極方向を上記のようにすることで作製される。
ロータ16が回転していない初期状態においては、図2及び図3に示すように、ホール素子30が第1磁石28a側に変位している。この初期位置の位置を0%とし、且つホール素子30が第2磁石28bの磁極方向中点に到達したときの位置を50%、第3磁石28cを通り越して終点に到達したときの位置を100%とする。
ハルバッハ配列を構成する第1磁石28a〜第3磁石28cでは、その磁力線(磁束)が図3に示すように指向する磁界が発生する。すなわち、第1磁石28aの磁束がホール素子30に向かい、且つ第2磁石28bの磁束が第1磁石28aに向かう。また、第3磁石28cは、ホール素子30から該第3磁石28cに向かう磁束を受ける。
運転者が、二輪車のハンドルバー12の先端に取り付けられたアクセルグリップ14を周方向に沿って回動させると、これに追従してスロットルパイプ34が回動する。その結果、スロットルパイプ34に形成された係合凸部36が、ロータ16に形成された係合凹部32の内壁を押圧し、これにより、ロータ16が回転するに至る。この際には、リターンスプリング22が引っ張られて伸張する。
この回転に伴い、該ロータ16に設けられた第1磁石28a〜第3磁石28cの位置が変化する。従って、ホール素子30が第1磁石28a〜第3磁石28cに対して相対的に移動する。ホール素子30の相対的な移動方向は、第1磁石28a側から第3磁石28c側である。
ホール素子30に対して第1磁石28a〜第3磁石28cの位置が変化することに伴い、該ホール素子30に対する磁束のベクトルが変化する。ホール素子30は、ECU等に向け、ベクトルの変化に対応する出力量で電気信号を発信する。
図3に示すようにオフセットを設けたハルバッハ配列では、第2磁石28bの磁束が第1磁石28aとホール素子30との間に到達し難くなる。従って、第1磁石28aの磁束ベクトルが第2磁石28bとホール素子30の間に向かうように変化し易くなる。また、第2磁石28bの磁束がホール素子30と第3磁石28cとの間に到達し難くなる。従って、第3磁石28cに向かう磁束ベクトルが変化し易くなる。このため、ホール素子30は、磁束ベクトルの角度の変化を精確に認識することができる。
第1磁石28a、第2磁石28b及び第3磁石28cが平面視で矩形形状をなすので、図4に示すオフセット量OVが小さいときでも、上記の磁束ベクトルの変化が容易となる。
ここで、第1磁石28a〜第3磁石28cで第1磁石28a及び第3磁石28cに対して第2磁石28bをオフセットしない通常のハルバッハ配列を構成したときの磁束を図5に示す。この場合においても図3と同様に、第1磁石28aの磁束がホール素子30に向かい、且つ第2磁石28bの磁束が第1磁石28aに向かう。また、第3磁石28cは、ホール素子30から該第3磁石28cに向かう磁束を受ける。
しかしながら、この場合、第2磁石28bから第1磁石28aに向かう磁束のベクトルが、第1磁石28aからホール素子30に向かう磁束のベクトルと交差する。また、第2磁石28bのN極から該第2磁石28bのS極に向かう磁束のベクトルが、ホール素子30から第3磁石28cに向かう磁束のベクトルと交差する。このため、互いの磁力が若干低減する。
オフセットを設けた場合(図3参照)、及びオフセットを設けない場合(図5参照)のホール素子30の応答特性をグラフとし、図6に併せて示す。なお、横軸はホール素子30の位置(%)であり、縦軸は、ホール素子30によって検出された磁束ベクトルの角度である。この図6から、オフセットを設けない場合には緩やかに湾曲した谷部や山部が認められるのに対し、オフセットを設けた場合には直線に近いことが明らかである。
図7は、図6に示した各応答特性の、直線からの偏差が如何なる程度であるかを示したグラフである。この図7からも、オフセットを設けることにより、オフセットを設けない場合に比して応答直線性が良好となることが分かる。
以上のように、本実施の形態によれば、ホール素子30の相対的な移動距離と、磁束ベクトルの角度との相関関係を線形に近似し得る。このため、アクセルグリップ14の位置と、検出された磁束ベクトルの角度に基づいてホール素子30が発信する電気信号の大小とが対応する。従って、アクセルグリップ14の位置、換言すれば、スロットル開度が如何なる程度であるかを、広い領域において一層精確に判断することができるようになる。
以上のように、本実施の形態に係る位置検出装置10によれば、配置レイアウトの自由度を大きくすることができ、しかも、ロータ16の径方向に沿う方向の小型化を図ることができる。その上、スロットル開度を精度よく評価することもできる。
運転者がアクセルグリップ14から手を離すと、伸張していたリターンスプリング22がその弾性によって元の状態に戻ることにより、ロータ16、スロットルパイプ34及びアクセルグリップ14が元の位置に復帰する。勿論、第1磁石28a〜第3磁石28cも元の位置に戻る。
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、第2磁石28bを、ロータ16の径方向に沿ってオフセットするようにしてもよい。
また、ハルバッハ配列をなす磁石の個数は上記の3個に特に限定されるものではなく、それ以上であってもよい。
さらに、第2磁石28bを、第3磁石28cに対してはオフセットさせないように配置することも可能である。
10…位置検出装置 12…ハンドルバー
14…アクセルグリップ 16…ロータ
22…リターンスプリング 24…ハウジング
28a…第1磁石 28b…第2磁石
28c…第3磁石 30…ホール素子
32…係合凹部 34…スロットルパイプ
36…係合凸部

Claims (7)

  1. 移動体(14)の位置を、磁束のベクトルを検出する磁気センサ(30)を用いて判断する位置検出装置(10)であって、
    前記移動体(14)に、少なくとも第1磁石(28a)、第2磁石(28b)及び第3磁石(28c)が設けられるとともに、前記第1磁石(28a)の磁束が前記磁気センサ(30)に向かい、前記第2磁石(28b)の磁束が前記第1磁石(28a)に向かい、前記第3磁石(28c)が前記磁気センサ(30)から該第3磁石(28c)に向かう磁束を受けるハルバッハ配列をなして配置され、
    前記第2磁石(28b)と前記磁気センサ(30)の離間距離(D2)が、前記第1磁石(28a)と前記磁気センサ(30)の離間距離(D1)に比して大きく設定されていることを特徴とする位置検出装置(10)。
  2. 請求項1記載の検出装置(10)において、前記第1磁石(28a)と前記磁気センサ(30)の離間距離(D1)と、前記第3磁石(28c)と前記磁気センサ(30)の離間距離(D3)とが同一に設定されていることを特徴とする位置検出装置(10)。
  3. 請求項1又は2記載の検出装置(10)において、前記第2磁石(28b)と前記磁気センサ(30)の離間距離(D2)から前記第1磁石(28a)と前記磁気センサ(30)の離間距離(D1)を差し引いた値(OV)が、前記第1磁石(28a)の、磁極方向に沿う寸法(L1)の1/3以上であることを特徴とする位置検出装置(10)。
  4. 請求項3記載の検出装置(10)において、前記第2磁石(28b)と前記磁気センサ(30)の離間距離(D2)から前記第1磁石(28a)と前記磁気センサ(30)の離間距離(D1)を差し引いた値(OV)が、前記第1磁石(28a)の、磁極方向に沿う寸法(L1)の1/2以下であることを特徴とする位置検出装置(10)。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の検出装置(10)において、前記第1磁石(28a)、前記第2磁石(28b)及び前記第3磁石(28c)が平面視で矩形形状をなし、ハルバッハ配列の長手方向が移動方向に沿って前記移動体(14)に設けられることを特徴とする位置検出装置(10)。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の検出装置(10)において、前記移動体(14)が、自動二輪車のハンドル(12)に回動可能に設けられるアクセルグリップ(14)であり、前記磁気センサ(30)が前記ハンドル(12)に位置決め固定されていることを特徴とする位置検出装置(10)。
  7. 請求項6記載の検出装置(10)において、前記第2磁石(28b)が、前記ハンドル(12)の軸方向に沿って前記第1磁石(28a)よりも前記磁気センサ(30)から離間していることを特徴とする位置検出装置(10)。
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