JP3689614B2 - 位置測定装置の磁石固定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気変化により物体の位置を測定する装置に係り、特に、電磁駆動方式の内燃機関用吸排気弁の変位を測定するための位置測定装置における永久磁石の固定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子制御方式のエンジンは、近年、自動車用として広く採用されているが、その吸排気弁(吸気弁と排気弁)の開閉駆動には、当初からのカム軸駆動方式が、いまだ主流を占めている。
【0003】
しかし、電子制御方式のエンジンが一般化されるにつれ、燃費性能や排ガス浄化性能などの更なる向上の見地から、吸排気弁の開閉駆動制御にも電子制御方式の適用が強く望まれるようになり、このため、例えば米国特許第5,769,043号明細書では、電磁石駆動方式のアクチュエータを用いて吸排気弁を開閉駆動する装置、いわゆる電磁式吸排気弁駆動システムについて提案している。
【0004】
この電磁式吸排気弁駆動システムの場合、運転中での開弁タイミングと閉弁タイミングの独立した制御と、さらには弁のリフト量の制御が可能になる点が特徴的であり、エンジンの様々な運転状況下において最適な吸排気タイミングに制御することができるが、このためには、高速で往復移動するアクチュエータの可動部の位置を正しく検出し、吸排気弁の変位量を知る必要がある。
【0005】
この場合、一般的にかなり長いストロークにわたり、極めて高い精度で、且つ非接触で位置を計測する必要があり、このため、例えば上記した電磁式吸排気弁駆動システムでは、磁気を利用した位置検出装置が用いられているが、このような位置検出装置の一種に、永久磁石とホール素子などの磁気検出素子を用いた装置がある。
【0006】
例えば特開平6−180242号公報では、このような位置検出装置を流量計測装置に適用した例について開示しているが、この場合、永久磁石と磁気検出素子の一方、例えば永久磁石を可動部に取付け、これによる磁界の強度を、固定されている磁気検出素子で測定することにより、可動部の位置を計測するようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、弁駆動用アクチュエータの可動部に対する位置検出用永久磁石の取付けについて配慮がされておらず、信頼性と計測精度の保持に問題があった。
【0008】
電磁式吸排気弁駆動システムでは、アクチュエータの可動部がストロークの始点と終点の近傍ではかなり大きな速度をもち、従って、ここで固定部に衝突したとすると、数千Gにも達する加速度による大きな衝撃力を受けてしまう虞れがある。
【0009】
そこで、このような衝突の発生を回避し、或いは衝突が発生したときでも衝突速度が抑えられ、騒音やショックが少なくて済み、高寿命化が得られるようにするため、可動部の位置を計測して、ストロークの始点と終点の近傍で速度を遅くする制御、すなわちストローク中での速度可変制御が適用されている。
【0010】
しかし、このようにして速度可変制御が適用された場合でも、定常時はともかく、装置の初期調整時や制御装置に異常が発生したときなどでは、衝突の発生が避けられない。
【0011】
このとき、従来技術では、上記したように、弁駆動用アクチュエータの可動部に対する位置検出用永久磁石の取付けについて配慮がされていないため、永久磁石に欠けや割れなどの損傷が発生し、信頼性が低下してしまうのである。
【0012】
また、このとき、アクチュエータの可動部は、電磁石の可動子(アマチュア)と一体に鋼などの強磁性材料で作られるのが一般的であり、この場合、従来技術では、上記したように、弁駆動用アクチュエータの可動部に対する位置検出用永久磁石の取付けについて配慮がされていないため、永久磁石による磁界に乱れが生じてしまい、このため計測精度が低下してしまうのである。
【0013】
本発明の目的は、簡単な構成で、アクチュエータの可動部に永久磁石を取付けたことによる信頼性の低下が充分に抑えられるようにした位置測定装置の磁石固定方法を提供することにある。
【0014】
また、本発明の他の目的は、簡単な構成で、アクチュエータの可動部に永久磁石を取付けたことによる位置計測精度の低下が充分に抑えられるようにした位置測定装置の磁石固定方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、可動部に位置検出用の永久磁石を備えた電磁式吸排気弁駆動システムにおいて、前記吸排気弁の駆動軸の当該吸排気弁が取付けてある端部とは反対側の端部に筒状部を形成し、前記筒状部の中に接着剤を注入してから前記永久磁石を挿入し、前記接着剤を硬化させることにより、前記駆動軸に対する前記永久磁石の取付けが、前記駆動軸の材質よりも硬度が低い材料を介して行われるようにして達成される。
【0016】
同じく上記目的は、前記筒状部が、前記駆動軸とは別の部材として作られているようにしても達成され、前記筒状部に対する前記永久磁石の挿入側の端部と、前記前記吸排気弁の駆動軸の当該吸排気弁が取付けてある端部とは反対側の端部の間に磁気遮蔽部が設けられているようにしても達成される。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による位置測定装置の磁石固定方法について、図示の実施の形態により詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態が適用された電磁式吸排気弁駆動システムの一例で、図示のように、2個の電磁石2、3と磁性材料で作られている可動子(アマチュア)1、それにスプリング4からなる電磁アクチュエータを用い、可動子1の駆動軸5に吸排気弁6を取付けてある。
【0018】
そして、吸排気弁6を図の上方に動かすとき、つまり閉弁させるときは電磁石2に通電して可動子1を吸引し、下方に動かすとき、つまり開弁させるときは電磁石3に通電して可動子1を吸引するのであり、このとき、スプリング4は、図示してない他のスプリングと共に、電磁石2、3に通電されていないとき、可動子1を中立位置に保持する働きをするものである。
【0019】
この場合、上記したように、運転中での開弁タイミングと閉弁タイミングの独立した制御と、さらにはリフト量の制御が可能になる点が特徴的であるが、このためには、可動子1の駆動位置を正確に制御する必要があり、このためには、吸排気弁6の位置を正しく検出する必要がある。
【0020】
そこで、図示のように、棒状の永久磁石7とホール素子8が設けてあり、ここで永久磁石7は、駆動軸5の吸排気弁6が取付けてある方とは反対側の、図では上側の端部に取付けられており、ホール素子8は、永久磁石7に対峙するようにして本体に取付けてある。
【0021】
従って、駆動軸5の変位に応じてホール素子8に対する永久磁石7の位置が変化し、ホール素子8に検知される磁界の強さが変化するので、この磁界の強さに応じて永久磁石7の位置、すなわち吸排気弁6の位置を検出することができることになる。
【0022】
このとき、ホール素子8は可動子1の移動方向と平行に設置されると共に、可動子1が中立位置にあるとき、上下端を磁極とする永久磁石7の長さ方向の中心とホール素子8の中心が一致するように、位置が調整されており、これにより、ホール素子8は永久磁石7から半径方向に発生する磁界強度が測定でき、可動子1の位置が計測できることになる。
【0023】
ここで、この図1において、9は接着剤層で、これにより永久磁石7が駆動軸5の上端に取付けられているようになっている。
図2は、この接着剤層9による永久磁石7の、駆動軸5に対する取付部分の拡大図で、図示のように、駆動軸5の上端部は筒状部5Aが形成してあり、この中に、所定のクリアランスをもって永久磁石7が挿入できるように作られている。
【0024】
従って、この筒状部5Aの中にエポキシ樹脂系の接着剤を所定量、注入した上で永久磁石7を筒状部5A内に挿入し、接着剤を硬化させてやれば、永久磁石7を駆動軸5に取付けることができる。
このとき、接着剤層9がほぼ均等な厚さで形成されるようにして硬化を行う。
【0025】
ここで、接着剤層9としてエポキシ樹脂系の接着剤を用いた理由について説明すると、エポキシ樹脂系の接着剤には、その組成によって硬化後も或る程度の弾性を保ちながら所定の強度を持たせることができるからである。
【0026】
この結果、永久磁石7は、駆動軸5に対して充分な強度を持った状態で、弾性的に保持されることになり、可動子1に強い衝撃力が与えられたときでも、破損から容易に保護することができ、充分に高い信頼性を保つことができる。
【0027】
このような電磁式吸排気弁駆動システムの位置検出用の永久磁石7としては、熱安定性や耐腐食性、それに高保磁力性の見地から、サマリウム−コバルト系の永久磁石材が用いられる場合が多いが、この永久磁石材はかなり脆いため、可動子1が受けるような強い衝撃力では破損が避けられず、このため、上記したように、従来技術では信頼性が保てない。
【0028】
しかし、この実施形態によれば、接着剤層9により衝撃力が吸収され、永久磁石7に与えられる衝撃力が充分に緩和されてしまうので、破損の虞れは全く無くなり、従って、充分に信頼性を保つことができる。
【0029】
ここで、以上のことから、接着剤層9としては、駆動軸5から与えられる衝撃力が、永久磁石7には緩和されて与えられるのに必要な機能をもつ材料、つまり駆動軸5の材質よりも硬度が低い材料なら、材質を問わない。
【0030】
従って、上記したエポキシ系の接着剤に限らず、他の合成樹脂系の接着剤でも良く、更には、接着剤に限らず、アルミニウム、銅などの金属を筒状部5A内に充填して永久磁石7が保持されるようにしても良い。
【0031】
次に、本発明の他の実施形態について、図3により説明する。
この図3も、図1における駆動軸5の上端部の拡大図であり、従って、この実施形態でも、図3に示す部分以外の構成は、図1に示した通りになっている。
そして、この図3において、10は円筒部材(スリーブ)で、アルミニウムなどの非磁性材料で作られている。
【0032】
一方、この実施形態では、駆動軸5の上端に、他の部分より細くされた小径部5Bが形成してあり、この小径部5Bに円筒部材10の下端部を挿入することにより、駆動軸5の上端に円筒部材10が取付けられている。
【0033】
そして、永久磁石7は、この円筒部材10の上端から内部に挿入され、接着剤層9により固着されており、更にこのとき、この実施形態では、永久磁石7の下端部と、小径部5Bの上端部の間に空間を残し、空隙部Gが形成されるように構成してある。
【0034】
従って、この図3の実施形態でも、永久磁石7は接着剤層9を介して駆動軸5に取付けられ、且つ、駆動軸5よりも硬度が低い材質の円筒部材10を介して駆動軸5に取付けられており、この結果、可動子1に強い衝撃力が与えられたときでも、接着剤層9により衝撃力が吸収され、永久磁石7に与えられる衝撃力が充分に緩和されてしまうので、破損の虞れは全く無くなり、従って、充分に信頼性を保つことができる。
【0035】
また、この実施形態では、永久磁石7は非磁性材であるアルミニウムの円筒部材10により保持されているので、永久磁石7による磁界が近傍に存在する磁性体により乱される虞れが無く、かつ、このとき、磁気遮蔽材となる空隙部Gが設けてあるので、永久磁石7による磁界が磁性体である駆動軸5の存在により乱される虞れもない。
このとき、空隙部Gにより磁界が乱されなくなる理由については、以下に説明する通りである。
【0036】
ここで、本発明が対象とする位置測定装置では、永久磁石7による磁界を検出して、その位置を検出するものであり、従って、永久磁石7の近傍に磁性体である駆動軸5が存在すると、不必要な磁路が形成されてしまうことから、永久磁石7による磁界分布の磁極に対する対称性に狂いが生じる。
【0037】
そして、この対称性の狂いは、磁性体( この場合は駆動軸5 )に近い磁極近傍の磁界強度の低下として現れるため、位置の測定に際して感度の低下をもたらす。
このとき磁気遮蔽材となる空隙部Gがあると、ここで磁気が遮蔽されるので、磁性体である駆動軸5が存在していても、永久磁石7による磁界分布の磁極に対する対称性に狂いが生じる虞れがなくなるのである。
図4は、空隙部Gの長さと測定誤差の関係を測定した結果で、この結果から、0.8mm以上の空隙を設けてやれば、実用上問題ないことが判る。
なお、空隙部Gにパーマロイのような磁気遮蔽材を挿入又は充填することにより空隙長は短くできる。
【0038】
従って、この図3の実施形態によれば、高精度の位置計測に必要な永久磁石7による正しい磁界の形成を確実に、しかも容易に得ることができ、充分な計測感度のもとで高精度の位置計測を容易に得ることができる。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、数千Gに及ぶ衝撃力からも容易に永久磁石を保護することができると共に、不用意な磁路の形成も容易に防止できるので、高精度の位置検出を長時間にわたって容易に維持させることができる。
そして、この結果、電磁式吸排気弁駆動システムなどに適用して、エンジンを高精度で制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による位置測定装置の磁石固定方法の一実施形態が適用された電磁式吸排気弁駆動システムの一例を示す断面図である。
【図2】本発明の一実施形態を示す要部拡大図である。
【図3】本発明の他の一実施形態を示す要部拡大図である。
【図4】本発明の一実施形態における空隙長と計測誤差の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 可動子
2、3 電磁石
4 スプリング
5 駆動軸
5A 筒状部
5B 小径部
6 吸排気弁
7 棒状の永久磁石
8 ホール素子
9 接着剤層
10 円筒部材(スリーブ)
G 空隙部
Claims (3)
- 可動部に位置検出用の永久磁石を備えた電磁式吸排気弁駆動システムにおいて、
前記吸排気弁の駆動軸の当該吸排気弁が取付けてある端部とは反対側の端部に筒状部を形成し、
前記筒状部の中に接着剤を注入してから前記永久磁石を挿入し、前記接着剤を硬化させることにより、
前記駆動軸に対する前記永久磁石の取付けが、前記駆動軸の材質よりも硬度が低い材料を介して行われるようにしたことを特徴とする位置測定装置の磁石固定方法。 - 請求項1に記載の発明において、
前記筒状部が、前記駆動軸とは別の部材として作られていることを特徴とする位置測定装置の磁石固定方法。 - 請求項2に記載の発明において、
前記筒状部に対する前記永久磁石の挿入側の端部と、前記前記吸排気弁の駆動軸の当該吸排気弁が取付けてある端部とは反対側の端部の間に磁気遮蔽部が設けられていることを特徴とする位置測定装置の磁石固定方法。
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