JPH02298803A - スロットルポジションセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関に装着されるスロットルポジションセ
ンサに関し、特に磁気センサを利用したスロットルポジ
ションセンサに係る。

［従来の技術］ 電子制御燃料噴射装置を搭載した内燃機関においては、
スロットルポジションセンサが装着され、その出力信号
が燃料噴射制御に供されている。このスロットルポジシ
ョンセンサはスロットルバルブシャフトに連結され、通
常、スロットルバルブ開度（以下、スロットル開度とい
う）に応じて変化するスロットル開度信号と、アイドル
域か出力域かによりオンオフするアイドル信号が出力さ
れる。

前者のスロットル開度信号はスロットル開度に応じて出
力するオンオフ信号とされる場合もあるが、実開昭５９
−４１７０８号、実開昭５９−１１５３０４号１あるい
は実開昭６２−８１００４号公報に記載のようにスロッ
トル開度に比例するアナログ電圧出力とされるのが一般
的である。このため、スロットルポジションセンサにお
いては上記公報に記載のようにスロットルバルブに連動
するポテンショメータが構成されている。即ち、スロッ
トルバルブの閉作動に応じて可動接点が抵抗体上を摺動
し、抵抗体の一端と可動接点間の電圧が出力される。ま
た、スロットルバルブ閉作動時には、スロットルバルブ
に連動する別の可動接点により常開のアイドル信号用固
定接点間が閉成され、アイドル域を示すオン信号が出力
される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来のスロットルポジションセンサにおいてはポテ
ンショメータが用いられているため、抵抗体と可動接点
たるブラシ間の摺動作用が必須であり、両者間の機械的
接触関係が基本となっている。従って、ブラシあるいは
抵抗体の摩耗等の機械的接触に伴なう不具合に対し種々
の対策を講する必要がある。この解決策として無接触型
回転角度センサの利用が有効であり、スロットル開度の
検出には比較的容易に利用し得るが、アイドル域の検出
は容易ではなく別途スイッチ手段等を設ける必要が生じ
無接触型を採用した意義が薄れることとなる。例えば、
磁気抵抗素子を有する磁気センサを用いた場合には、ス
ロットル開度即ち回転角度が小さい領域では出力変化が
緩やかであるため、的確なスレショルドレベルを設定す
ることが困難である。

そこで、本発明は磁気センサを有する無接触型回転角度
センサをスロットルポジションセンサに利用すると共に
、アイドル域を容易に検出し得るようにすることを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明のスロットルポジシ
ョンセンサは、スロットルバルブに連動して回転するシ
ャフトと、該シャフトを回動自在に支持するハウジング
と、該ハウジング内に収容する検出素子であって、所定
のパターン形状の磁気抵抗素子を板面に付着した基板を
有し、該基板の板面に平行な一方向に両端が開口する強
磁性筒状部材に前記基板を収容した検出素子と、前記基
板の両側面に夫々対向する一対の磁極を有し少くとも前
記基板の板面を含む磁界を形成する磁石部材とを備え、
該磁石部材と前記検出素子の何れか一方を前記シャフト
の一端に装着し他方を前記ハウジング内の前記シャフト
の一端に対向する所定位置に固定したものである。

前記磁石部材の前記一対の磁極間には、前記スロットル
バルブの開度を検出する回転角度検出パターン形状に形
成した磁気抵抗素子を有する回転角度検出素子を介装す
るとよい。

［作用］ 上記の構成になるスロットルポジションセンサにおいて
は、スロットルバルブに連動してシャフトが回転すると
、磁石部材及び検出素子の何れか一方が他方に対して相
対的に回転する。例えば、磁石部材がシャフトの一端に
装着されているとすれば、ハウジングに固定される検出
素子に対して相対的に回転する。そして、検出素子の強
磁性筒状部材の両開口端が磁石部材の両磁極に対向して
いるときには、検出素子の磁気抵抗素子に対してこれを
含む平行磁束の磁界が付与される。これを初期位置とし
て、シャフ、トの回転に伴ない、磁石部材の両磁極間の
磁界が回転し所定の回転角度に達すると、検出素子が強
磁性筒状部材の筒体部によって磁気遮蔽された状態とな
り、磁束は強磁性筒状部材の両開口間を通過できなくな
る。

而して、強磁性筒状部材の両開口間を磁束が通過してい
るときには磁気抵抗素子の抵抗値が小であるが、遮断さ
れたときには増大し、例えば上記初期位置近傍で所定レ
ベルにあった出力がシャフトの所定の回転角度で急激に
増加する人出力特性が得られる。これにより、所定のス
ロットル開度範囲のアイドル域が峻別される。

［実施例］ 以下、本発明の望ましい実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図乃至第３図は本発明のスロットルポジションセン
サに用いられる検出素子及び回転角度検出素子の一実施
例に係るもので、第３図に示すように検出素子たるアイ
ドル域検出用の磁気センサ１０と回転角度検出素子たる
スロットル開度検出用の磁気センサ４０が回路基板３０
上に並置されている。

磁気センサ１０は、帯状のＮｉ−Ｃｏ合金等の薄膜強磁
性合金から成る強磁性磁気抵抗素子１２（以下、単に磁
気抵抗素子１２という）が折曲して板面に付着された矩
形の素子基板１１を有し、これが強磁性筒状部材１３内
に収容されている。

磁気抵抗素子１２のパターンは長手方向が強磁性筒状部
材１３の軸方向に垂直な素子を中心とするもので、両端
に端子１２ａ、１２ｂが設けられている。強磁性筒状部
材１３は鉄系の強磁性体で、′ｓ２図に示すように断面
矩形の筒状に形成され、その中空部に素子基板１１が収
容された後樹脂モールドされ、非磁性体層１４が形成さ
れている。

磁気抵抗素子１２の端子１２ａ、１２ｂには夫々リード
片１５ａ、１５ｂが接続され、これらがリフローソルダ
リングによって回路基板３０に接合されている。尚、上
記磁気抵抗素子１２は第６図に示すように抵抗Ｒ１乃至
Ｒ３と共にオペアンプＯＰに接続され、比較回路が構成
される。

磁気センサ４０内の素子基板４１に付着された強磁性磁
気抵抗素子４２（以下、単に磁気抵抗素子４２という）
も高抵抗化を図るため帯状の薄膜強磁性合金が折曲され
、第１図に示すようなパターンに形成されている。磁気
抵抗素子４２のパターンは長手方向が水平な素子を中心
とするブロックと長手方向が垂直な素子を中心とするブ
ロックとが交互に接続され、四つのブロックが構成され
ている。そして、各ブロック間の接続点には端子４２ａ
乃至４２ｄが形成されている。端子４２ａ、４２ｂは所
謂電流端子で、端子４２ａは電源Ｖｃに接続され、端子
４２ｂは接地されている。

端子４２ｃ、４２ｄは所謂電圧端子であり、これらから
検出信号が出力される。而して、この磁気抵抗素子４２
がスロットル開度検出用、前述の磁気抵抗素子１２がア
イドル域検出用に供される。

磁気センサ４０は、第３図に示すように、磁気センサ１
０に隣接して回路基板３０に実装され、回路基板３０上
に印刷された複数のリード３１に磁気センサ１０，４０
の端子１２ａ及び１２ｂ並びに端子４２ａ乃至４２ｄが
接続される。

そして、これら磁気センサ１０，４０に対向して第３図
に示すように磁石部材２０が所定間隙を隔てて配置され
る。磁石部材２０は永久磁石２１とその両側面に接合さ
れた一対の断面略し字状の磁性体腕部２２，２３から成
り、これら磁性体腕部２２，２３の長手方向に平行に、
シャフト２が永久磁石２１に固着されている。磁性体腕
部２２．２３は各屈曲部の先端部２２ａ、２３ａの端面
が対向するように夫々永久磁石２１側面に接着等により
接合されており、先端部２２ａ、２３ａの端面間に空隙
が形成されている。而して、永久磁石２１により磁性体
腕部２２，２３の先端部２２ａ、２３ａに夫々Ｎ極、Ｓ
極が形成され、両′者間に磁束密度が均一な平行磁束の
磁界が形成される。

上記磁気センサ１０，４０及び磁石部材２０は第４図及
び第５図に示すようにスロットルポジションセンサ１内
に収容されている。スロットルポジションセンサ１は図
示しないスロットルボデーに装着され、シャフト２が図
示しないスロットルシャフトに連動して回動するように
支持されている。即ち、スロットルポジシコンセンサ１
は隣接する二つの凹部３ａ、３ｂを有する合成樹脂製の
ハウジング３を備え、これら凹部３ａ、３ｂ間の隔壁３
Ｃに、軸受４を介してシャフト２が回動自在に支持され
ている。

シャフト２の一端にはハウジング３の一方の凹部３ａ内
に収容されたレバー５が固着されており一しパ−５は図
示しないスロットルシャフトに連結されている。ハウジ
ング３とレバー５との間にはリターンスプリング６が介
装されており、レバー５が所定の初期位置方向に付勢さ
れている。

従って、図示しないスロットルバルブの開作動に伴ない
、スロットルシャフトに連動するレバー５がリターンス
プリング６の付勢力に抗して駆動され、シャフト２が回
動するように構成されてぃる。尚、軸受４としては、本
実施例では焼結含油軸受が用いられているが、もちろん
ボールベアリング等を用いることとしてもよい。

シャフト２の他端には磁石部材２０が固着され、ハウジ
ング３の他方の凹部３ｂ内に収容されている。そして、
磁石部材２０を構成する永久磁石２１に対向し、且つそ
の両端の磁性体腕部２２．２３間に位置するように磁気
センサ１０及び４０が配設される。これらの磁気センナ
１０゜４０が実装された回路基板３０の一方の端部には
複数の端子３２が設けられており、他方の端部には複数
のリード部材７が接続されている。リード部材７はハウ
ジング３内に埋設されており、側方に延出してハウジン
グ３と一体にコネクタ８が形成されている０回路基板３
０はハウジング３の凹部３ｂ内に収容、固定され、この
凹部３ｂは合成樹脂製のカバー９により密閉されている
。

以上の構成になる本実施例のスロットルポジションセン
サ１によれば、図示しないスロットルバルブに連動して
第４図に示すレバー５が駆動されシャフト２が軸受４内
を回動する。−このシャフト２の回動に応じ、磁気セン
サ１０の磁気抵抗素子１２の抵抗値が変化する。即ち、
磁石部材２０の磁性体腕部２２，２３が第１図に示した
初期位置にあるときには、これらの磁極に強磁性筒状部
材１３の両開口端が対向しており、磁気抵抗素子１２に
対してこれを含む平行磁束の磁界が付与される。従って
、磁気抵抗素子１２の抵抗値が最小となっている。そし
て、シャフト２の回転に伴ない、磁性体腕部２２，２３
間の磁界も回転し、所定の角度に達すると磁束が強磁性
筒状部材１３の筒体部によフて磁気遮蔽され両開口間を
通過できなくなる。従フて、磁気抵抗素子１２に付与さ
れる磁束が急激に低下し、磁気抵抗素子１２の抵抗値が
最大となる。

而して、シャフト２の回転角度、即ちスロットル開度に
応じて第６図の端子１２ａの電位が第７図（ｂ）に示す
ように変化し、抵抗Ｒ１乃至Ｒ３によって決定されるス
レショルドレベルを基準にオペアンプＯＰから第７図（
ａ）に示す出力が得られる。これにより、第７図中αで
示したスロットル開度がアイドル域として峻別される。

また、シャフト２の回動に応じ磁気センサ４０の磁気抵
抗素子４２の抵抗値も変化する。この磁気抵抗素子４２
は端子４２ａ乃至４２ｄ間の各ブロックによりブリッジ
回路が構成されており、これに定電梳が供給されている
。従って、磁気抵抗素子４２の各ブロックの抵抗値の変
化に応じて端子４２ｃ、４２ｄの出力電圧が変化し、図
示しない差動増幅回路を経て回転角度信号たる電圧出力
が得られる。即ち、磁気抵抗素子４２は磁性体腕部２２
．２３の先端部２２ａ、２３ｄ間に形成された均一な平
行磁界中にあって、素子基板１１の板面はこれに平行に
位置し、従って磁気抵抗素子４２には板面に平行な均一
磁束が付与される。そして、シャフト２の回転により永
久磁石２１が磁気センサ４０回りを回転すると、先端部
２２ａ。

２３ｄ間の磁界が回転し、磁気抵抗素子４２に対する磁
化方向と電流方向のなす角度が変化する。

この場合において、磁気抵抗素子４２に供給される電流
と先端部２２ａ、２３ｄ間の磁界による磁化方向が平行
になった時に磁気抵抗素子４２の抵抗値が最大となり、
直交した時最小となる。これにより、端子４２ｃ、４２
ｄの出力は略正弦波となり最大値と最小値近傍を除く部
分でシャフト２の回転角度に対し略リニアな出力特性が
得られる。

上記スロットルポジションセンサの作動において、シャ
フト２の支持構造等に起因してシャフト２に軸方向の変
位が生じあるいは芯ずれにより磁気センサ１０に平行な
方向に変位が生じた場合、磁石部材２０は磁気センサ１
０，４０に対して変位することとなるが、先端部２２ａ
、２３ｄ間に形成された磁界は均一な平行磁束であるの
で磁気抵抗素子１２及び４２に付与される磁束が変化す
ることはない。従って、端子１２ａ及び端子４２ｃ、４
２ｄからはシャフト２の変位に影響されることなく安定
した電圧信号が出力される。

以゛上のように、本実施例によれば磁気センサ１０によ
りアイドル域が検出され、磁気センサ４０によりスロッ
トル開度が検出される。特に、アイドル域は磁束が強磁
性筒状部材１３の中空部を貫通するか、磁気遮蔽される
かによって峻別されるのでスロットル開度の所定範囲内
の正確なアイドル域信号が出力される。

［発明の効果］ 本発明は上述のように構成されているので、以下に記載
する効果を奏する。

即ち、本発明のスロットルポジションセンサにおいては
磁気抵抗素子が強磁性筒状部材に収容された検出素子を
備え、この検出素子に対し磁石部材が相対的に回転する
ように構成されており、強磁性筒状部材の両開口端が磁
石部材の両磁極に対向すると磁気抵抗素子の抵抗値が急
変するので、スロットルバルブのアイドル域を高精度で
検出することができる。

また、検出素子の基板の両側面に対向して磁極が配置さ
れ基板の板面を含む磁界が形成されるので、基板に付着
された磁気抵抗素子は常時均一な磁界中に配置されるこ
ととなる。従って、シャフトの軸方向変位あるいは基板
に平行な方向の変位が生じても検出素子の出力が変化す
ることはなく安定した検出精度を確保することができる
。

上記検出素子に加え回転角度検出素子を備えたものにあ
っては、同時に高精度でスロットル開度を検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のスロットルポジション、セ
ンサに収容される磁気センサの横断面図、第２図は同、
アイドル域検出用磁気センサの斜視図、第３図は同、磁
気センサ及び磁石部材の斜視図、第４図は同、スロット
ルポジションセンサの縦断面図、第５図は同、スロット
ルポジションセンサのカバーを取り除いた状態の平面図
、第６図は同、アイドル域検出用の回路図、第７図（ａ
）は同、アイドル域信号の特性図、第７図（ｂ）はアイ
ドル域検出用磁気抵抗素子の入出力特性図である。 １・・・スロットルポジションセンサ。 ２・・・シャフト、　　３・・・ハウジング。 １０・・・磁気センサ（検出素子）。 １１・・・素子基板、　　１２・・・磁気抵抗素子。 １３・・・強磁性筒状部材、　　１４・・・非磁性体層
。 ２０・・・磁石部材、　　２１・・・永久磁石。 ２２．２３・・・磁性体腕部。 ２２ａ、２３ａ・・・先端部、　　３０・・・回路基板
。 ３１・・・リード、　　３２・・・端子４０・・・磁気
センサ（回転角度検出素子）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スロットルバルブに連動して回転するシャフトと
   、該シャフトを回動自在に支持するハウジングと、該ハ
   ウジング内に収容する検出素子であって、所定のパター
   ン形状の磁気抵抗素子を板面に付着した基板を有し、該
   基板の板面に平行な一方向に両端が開口する強磁性筒状
   部材に前記基板を収容した検出素子と、前記基板の両側
   面に夫々対向する一対の磁極を有し少くとも前記基板の
   板面を含む磁界を形成する磁石部材とを備え、該磁石部
   材と前記検出素子の何れか一方を前記シャフトの一端に
   装着し他方を前記ハウジング内の前記シャフトの一端に
   対向する所定位置に固定したことを特徴とするスロット
   ルポジションセンサ。
2. （２）前記磁石部材の前記一対の磁極間に、前記スロッ
   トルバルブの開度を検出する回転角度検出パターン形状
   に形成した磁気抵抗素子を有する回転角度検出素子を介
   装したことを特徴とする請求項１記載のスロットルポジ
   ションセンサ。