KR20140123010A

KR20140123010A - 회전각 검출 장치

Info

Publication number: KR20140123010A
Application number: KR20140041780A
Authority: KR
Inventors: 다케히토 미즈누마; 도모유키 다키구치; 다카미츠 구보타; 요시유키 고오노
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-10-21
Also published as: JP5839238B2; JP2014206400A; US9322670B2; DE102014206563A1; US20140306696A1; CN104101291A; CN104101291B; KR101616613B1

Abstract

자기 검출 소자(31)는 영구 자석(51, 52)에 대해 회전 가능하게 제공되고, 자속의 수직 성분에 대응하는 자력 검출값을 출력한다. 홀 IC(30)는 자기 검출 소자(31)에 의해 출력되는 자력 검출값에 기초하여, 영구 자석(51, 52)과 자기 검출 소자(31) 사이의 상대 회전각에 대응하는 출력 전압을 산출하여 출력한다. 자력 검출값을 V1, 출력 전압을 V2, 자력 검출값의 최대값을 VM, 게인을 k, 미리 결정된 값을 α, 미리 결정된 오프셋값을 Voffset이라 하면, 홀 IC(30)는 V2＝k×arcsin(V1/(VM＋α))＋Voffset에 의해, 출력 전압을 산출한다.

Description

회전각 검출 장치{ROTATION ANGLE DETECTING DEVICE}

본 발명은 자기 발생 수단에 대한 회전 부재의 상대 회전각을 검출하는 회전각 검출 장치에 관한 것이다.

종래, 스테이터 등의 집자(集磁) 부재를 구비하는 일 없이, 검출 대상인 회전 부재의 회전각을 검출하는 회전각 검출 장치가 알려져 있다. 예를 들어, JP 3491577에 개시된 회전각 검출 장치는, 집자 부재를 구비하지 않음으로써, 구성의 간략화 및 비용의 저감을 도모한다.

JP 3491577에 의한 회전각 검출 장치는, 자기 검출 소자에 의해 검출된 자력 검출값(자력의 검출값)에 기초하여, 자기 발생 수단과 자기 검출 소자 사이의 상대 회전각에 대응하는 출력 전압 값을 산출한다. 상기 회전각 검출 장치는 집자 부재를 구비하지 않으므로, 자기 검출 소자는 정현파형 또는 여현파형으로 변하는 검출 전압을 출력한다. 자력 검출값은 자력 검출값이 최대값을 취하는 회전각 부근에서 비선형으로 변화한다. 특히 이러한 회전각을 포함하는 범위에서, 회전각의 검출 정확도가 저하될 우려가 있다. 따라서, 상기 회전각 검출 장치는, 역정현 함수 또는 역여현 함수에 기초하여 상기 자기 검출 소자의 출력값을 연산함으로써, 회전각에 대해 선형으로 변화하는 값으로 출력 전압을 변환한다.

그러나, 상기 회전각 검출 장치에서, 자기 검출 소자의 자력 검출값은 자기 발생 수단의 감자(減磁) 또는 위치 어긋남 등에 의해 변동된다. 이러한 경우, 상기 출력 전압은 자력 검출값의 최대값에 대응하는 회전각 부근에서 크게 변동될 우려가 있다. 출력 전압이 크게 변동되면, 회전각의 검출 정확도가 저하된다.

따라서, 본 발명은 간단한 구성과 높은 정확도로 회전 부재의 회전각을 검출하는 회전각 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 양태에 따르면, 회전각 검출 장치는 자기 검출 소자와 처리부를 구비한다. 자기 검출 소자는 자기 발생 수단으로부터 인가되는 자속의 수직 성분에 대응하는 자력 검출값을 출력하기 위해, 자기 발생 수단에 대해 상대 회전 가능하게 설치된다. 처리부는 자기 검출 소자가 출력하는 자력 검출값에 기초하여, 자기 발생 수단과 자기 검출 소자 사이의 상대 회전각에 대응하는 출력 전압을 산출하여 출력한다. 처리부는 자력 검출값을 V1, 출력 전압을 V2, 자력 검출값의 최대값을 VM, 게인을 k, 미리 결정된 값을 α, 미리 결정된 오프셋값을 Voffset이라 하면,

또는

에 의해, 출력 전압을 산출한다.

도 1은 제1 실시예에 의한 회전각 검출 장치 및 이를 사용하는 회전 구동 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 스로틀 밸브의 회전각이 0° 및 12°일 때, 제1 실시예에 의한 회전각 검출 장치의 자기 검출 소자 및 그 근방을 도시하는 개략도이다.
도 3은 제1 실시예에 의한 회전각 검출 장치의 홀 IC의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 제1 실시예에 의한 회전각 검출 장치의 자기 검출 소자의 출력 전압과 스로틀 밸브의 회전각 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 5는 제1 실시예에 의한 회전각 검출 장치의 홀 IC의 출력 전압을 도시하는 그래프이다.
도 6은 비교예에 의한 회전각 검출 장치의 홀 IC의 출력 전압을 도시하는 그래프이다.
도 7은 제2 실시예에 의한 회전각 검출 장치의 홀 IC의 출력 전압을 도시하는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 제3 실시예와 제4 실시예에 의한 회전각 검출 장치의 자기 검출 소자 및 그 근방을 도시하는 사시도이다.

이하, 본 발명의 복수의 실시예에 의한 회전각 검출 장치를 첨부 도면에 기초하여 설명한다. 복수의 실시예에 있어서 실질적으로 동일한 구성 부위에는 설명의 간소화를 위해 동일한 부호를 부여한다.

(제1 실시예)

제1 실시예에 의한 회전각 검출 장치 및 이를 사용한 회전 구동 장치가 도 1에 도시되어 있다. 회전각 검출 장치(10)는, 예를 들어 차량의 흡기계의 회전 부재로서 제공되는 스로틀 밸브(2)의 회전각을 검출하는 데 사용된다. 회전 구동 장치(1)는 하우징(3), 밸브축(5), 모터(6) 및 회전각 검출 장치(10) 등을 포함한다.

하우징(3)은, 예를 들어 알루미늄 같은 금속으로 형성되고, 대략 원통 형상인 통로(4)를 내측에 구비한다. 통로(4)는 흡기를 내연 기관으로 유도하는 흡기 통로의 일부를 구성한다. 밸브축(5)은 막대 형상으로 형성되고, 하우징(3)에 대해 회전 가능하도록, 통로(4)의 통로축에 대략 수직으로 설치된다.

스로틀 밸브(2)는 대략 원판 형상으로 형성되고, 예를 들어 나사 부재 등에 의해 밸브축(5)에 고정된다. 따라서, 밸브축(5)이 회전하면, 스로틀 밸브(2)는 밸브축(5)과 함께 회전하여 통로(4)를 개폐한다. 그 결과, 내연 기관으로 유도되는 흡기의 양이 조정된다.

모터(6)는 전력의 공급에 의해 회전 구동되는 전동 모터이다. 모터(6)는 브러시가 부착된 모터이다. 모터(6)는 모터축(7)을 구비한다. 모터(6)는 회전하며, 모터축(7)으로부터 토크를 출력한다. 모터(6)는, 모터축(7)이 밸브축(5)에 대해 대략 평행이 되도록 하우징(3)에 수용된다.

밸브축(5)의 일단부에는, 예를 들어 수지로 형성된 원통 형상의 홀더(8)가 설치된다. 영구 자석(51, 52)은 홀더(8)의 방사상 내측 부분에 자기 발생 수단으로서 제공된다. 따라서, 홀더(8) 및 영구 자석(51, 52)은 밸브축(5) 및 스로틀 밸브(2)와 함께 회전 가능하다.

회전각 검출 장치(10)는 모터축(7)의 일단부측 및 홀더(8)와 영구 자석(51, 52)을 포함하는 밸브축(5)의 일단부측을 덮도록 하여 하우징(3)에 설치된다. 홀더(8)의 외벽의 주위 방향의 일부에는 기어(11)가 형성되어 있다. 막대 형상의 샤프트(12)는 밸브축(5) 및 모터축(7)에 대해 대략 평행이 되도록 하우징(3)에 수용된다. 샤프트(12)는 그 일단부가 하우징(3)에 대해 회전 불가능하도록 설치된다. 샤프트(12)의 타단부는 후술하는 회전각 검출 장치(10)의 커버(20)에 지지된다.

샤프트(12)에는, 샤프트(12)에 대해 상대 회전 가능하도록 기어 세트(13)가 설치된다. 기어 세트(13)는, 예를 들어 수지로 형성되고, 홀더(8)의 기어(11)에 맞물림 가능한 제1 기어(14)를 구비한다. 기어 세트(13)는 제1 기어(14)보다 외경이 큰 제2 기어(15)를 구비한다. 모터축(7)의 일단부에는 기어 세트(13)의 제2 기어(15)에 맞물림 가능한 기어 부재(16)가 고정된다. 모터(6)는 배터리(도시하지 않음)로부터 공급된 전력에 의해 회전 구동된다.

모터(6)가 회전 구동되면, 모터(6)의 회전(토크)은 모터축(7), 기어 부재(16), 기어 세트(13), 홀더(8) 및 밸브축(5)을 경유하여 스로틀 밸브(2)로 전달된다. 이에 의해, 스로틀 밸브(2)가 통로(4) 내에서 회전하여, 통로(4)(흡기 통로)를 개폐한다. 회전각 검출 장치(10)는 스로틀 밸브(2)의 회전각(개방각)을 검출한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 회전각 검출 장치(10)는 커버(20), 지지 부재(21), 홀 IC(30) 등을 포함한다. 커버(20)는, 예를 들어 접시 형상으로 수지로 형성되고, 모터축(7)의 일단부측 및 밸브축(5)의 일단부측, 즉 홀더(8) 및 영구 자석(51, 52)을 덮도록 하우징(3)에 설치된다.

지지 부재(21)는, 예를 들어 수지로 형성되고, 커버(20)와 일체로 형성된다. 지지 부재(21)는 그 상단부가 홀더(8)의 중앙에 위치하도록 배치된다. 지지 부재(21)의 상단부에는 홀 IC(30)가 삽입 성형된다. 이에 의해, 지지 부재(21)는 홀 IC(30)를 지지한다. 홀 IC(30) 및 영구 자석(51, 52)은 서로 상대 회전 가능하다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 홀 IC(30)는 자기 검출 소자(31)를 포함한다. 자기 검출 소자(31)는, 예를 들어 자기 검출면(311)을 갖는 홀 소자이며, 자속의 수직 성분에 대응하는 자력 검출값을 출력 전압으로 변환하여 출력한다. 즉, 자기 검출 소자(31)는 자기 검출면(311)을 통과하는 자속의 수직 성분의 크기에 따라 변화하는 자력 검출값에 대응하는 전압을 출력한다.

커버(20)는 커넥터(22)를 구비한다. 복수의 단자(도시하지 않음)는 커넥터(22)의 내측에 제공된다. 당해 단자는 모터(6) 또는 홀 IC(30)에 접속된다. 자기 발생 수단으로서 제공되는 영구 자석(51, 52)은 밸브축(5)의 축에 대해 점대칭이 되도록, 즉 방사상으로 서로 면하도록, 홀더(8) 내에 배치된다. 원호 형상으로 형성된 요크(17, 18)는 홀더(8) 내에 영구 자석(51, 52)을 끼워 넣도록 하여 설치된다. 요크(17)의 양단부는 영구 자석(51, 52)의 N극에 접촉한다. 요크(18)의 양단부는 영구 자석(51, 52)의 S극에 접촉한다. 따라서, 자기 회로는, 영구 자석(51, 52)의 N극에서 발생된 자속은 요크(17)를 경유하여 흘러, 요크(17)의 중앙으로부터 요크(18)의 중앙으로 건너뛰고, 요크(18)를 경유하여 영구 자석(51, 52)의 S극으로 흐르도록 형성된다.

홀 IC(30)는 요크(17)와 요크(18)에 의해 형성된 원의 중앙에 위치하도록 배치된다. 그 결과, 자속은 영구 자석(51, 52)의 회전 위치, 즉 밸브축(5)의 회전 위치에 관계없이, 자기 검출 소자(31)를 통과한다.

도 2a는 스로틀 밸브(2)가 완전 폐쇄 상태(스로틀 개방각이 0)인 경우의 홀 IC(30) 및 그 근방의 상태를 도시한다. 이 경우, 자속은 자기 검출면(311)에 대해 약 12°의 각도로 요크(17)에서 요크(18)로 건너뛴다. 도 2b는 스로틀 밸브(2)가 완전 폐쇄 위치로부터 약 12° 개방되었을 경우의 홀 IC(30) 및 그 근방의 상태를 도시한다. 이 경우, 자속은 자기 검출면(311)에 대해 약 0°의 각도로 요크(17)에서 요크(18)로 건너뛴다. 이 경우에 자기 검출면(311)을 통과하는 자속의 수직 성분은 0이므로, 자기 검출 소자(31)로부터 출력되는 자력 검출값은 0이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 홀 IC(30)는 자기 검출 소자(31) 외에도, AD 변환기(ADC)(32), 디지털 신호 처리기(DSP)(33), 메모리(34) 및 DA 변환기(DAC)(35) 등을 포함한다. AD 변환기(32)는 자기 검출 소자(31)로부터 출력되는 아날로그 전압(자력 검출값)을 디지털 신호로 변환하고, DSP(33)에 자력 검출값을 출력한다. 여기서, 자기 검출 소자(31)로부터 출력되는 아날로그 전압을 자력 검출값 V1이라 한다.

DSP(33)는 AD 변환기(32)로부터 출력되는 자력 검출값 V1에 기초하여, 영구 자석(51, 52)과 자기 검출 소자(31) 사이의 상대 회전각에 대응하는 출력값 V2를 산출하고, 그것을 DA 변환기(34)에 출력한다. DSP(33)는 처리부에 대응한다. 메모리(34)는, DSP(33)에 의한 데이터 처리 작업에서 사용되는 프로그램 및 파라미터를 저장하는, 예를 들어 EEPROM 같은 저장 장치이다.

DA 변환기(35)는 DSP(33)로부터 출력되는 자력 검출값 V1에 대응하는 출력값 V2을 아날로그 전압으로 변환한다. DA 변환기(35)로부터 출력되는 출력값 V2는 커넥터(22)를 경유하여 전자 제어 유닛(ECU)(40)으로 인가된다.

ECU(40)는 CPU, ROM, RAM, I/O 등을 포함하는 마이크로 컴퓨터이다. ECU(40)는 차량의 각 부위에 설치된 각종 센서로부터 출력되는 신호에 기초하여, 각종 장치 및 기기 등을 제어함으로써 차량을 통합적으로 제어한다. ECU(40)는 DA 변환기(35)로부터 출력되는 출력값 V2에 기초하여, 스로틀 밸브(2)의 회전각, 즉 개방각을 검출한다.

ECU(40)는 배터리로부터 커넥터(22)를 경유하여 모터(6)에 공급하는 전력을 조정함으로써 모터(6)의 회전 구동을 제어한다. ECU(40)는, 예를 들어 내연 기관의 부하 상태 등에 기초하여, 모터(6)의 회전 구동을 제어함으로써 스로틀 밸브(2)의 개방각을 제어한다.

DSP(33)는 후술하는 방식으로 출력값 V2을 산출한다. 자력 검출값의 최대값을 VM, 게인을 k, 미리 결정된 값을 α, 미리 결정된 오프셋값을 Voffset이라 하면, DSP(33)는 하기 [수학식 1]을 이용해 출력값 V2를 산출한다.

VM에 대해, 도 4에 기초하여 더 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 자기 검출 소자(31)로부터 출력되는 자력 검출값은 자기 검출 소자(31)와 영구 자석(51, 52) 사이의 상대 회전각, 즉 스로틀 밸브(2)의 회전각을 횡축에 취하면, 정현파 형상이 된다. 도 4에 도시되는 각도 0°에서 출력되는 전압은, 도 2a에 도시되는 경우일 때, 즉 스로틀 밸브(2)가 완전 폐쇄 상태일 때 자기 검출 소자(31)로부터 출력되는 자력 검출값이다. 도 2b에 도시되는 경우일 때, 즉 스로틀 밸브(2)가 완전 폐쇄 위치로부터 12° 개방되었을(회전했을) 때, 자기 검출 소자(31)로부터 출력되는 자력 검출값은, 도 4에 도시되는 바와 같이 스로틀 개방각이 12°일 때의 자력 검출값이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 자기 검출 소자(31)와 영구 자석(51, 52)이 360° 상대 회전하는 경우, 자기 검출 소자(31)로부터 출력되는 자력 검출값(V1)의 최대값은, 개방각이 102°일 때 출력되는 VM이다. 즉, VM은 자기 검출 소자(31)로부터 출력되는 자력 검출값에 대응하는 정현파의 진폭과 동등하다.

ECU(40)에 의해, 스로틀 밸브(2)는 제어 범위 0 내지 86°(완전 폐쇄 시 0°, 완전 개방 시 86°) 내에서 개방하게 제어될 수 있다. 그 결과, 스로틀 밸브(2)의 제어 범위 내에서, 자력 검출값 V1은 －Va 내지 Vb 내에서 변한다.

회전 구동 장치(1)가 조립된 후, 측정 기입 장치(도시하지 않음)가 커버(20)의 커넥터(22)에 접속된다. 측정 기입 장치는 커넥터(22)를 경유하여 모터(6)에 전력을 공급함으로써 스로틀 밸브(2)를 회전시킨다. 측정 기입 장치는 스로틀 밸브(2)가 완전 폐쇄 상태일 때에 홀 IC(30)[자기 검출 소자(31)]로부터 출력되는 자력 검출값(－Va)과, 스로틀 밸브(2)가 완전 개방 상태일 때에 홀 IC(30)로부터 출력되는 자력 검출값(Vb)을 측정한다. 측정 기입 장치는 측정한 자력 검출값(－Va 및 Vb)에 기초하여, 자력 검출값 V1의 최대값 VM을 추정한다. 측정 기입 장치는 추정한 VM을 메모리(34)에 기입한다. 따라서, DSP(33)는 [수학식 1]에서 VM을 사용할 수 있다.

게인 k는 온도에 따라서 변화한다. [수학식 1]의 미리 결정된 값 α는 VM의 약 0.2 내지 0.25배(즉, VM/5 에서 VM/4)이다. [수학식 1]의 미리 결정된 오프셋값 Voffset은, 스로틀 밸브(2)가 제어될 때 홀 IC(30)로부터 출력될 수 있는 자력 검출값의 최소값을 고려하여 설정된다.

도 5는, 스로틀 밸브(2)가 제어될 때 홀 IC(30)[DA 변환기(35)]로부터 출력되는 출력값 V2를, 실선 L1로 도시한다. 회전 구동 장치(1)에서 생성되는 출력값 V2는 자력 검출값 V1이 1％ 변화하는 경우, 하기 [수학식 2]에 의해 산출된다.

상기 [수학식 2]에 의해 산출된 출력값 V2는 도 5에 일점 쇄선 L2로 도시된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 스로틀 밸브(2)의 완전 개방(86°)일 때에, 자력 검출값 V1의 출력값 V2의 변동 전과 후의 차는 Δd1로 비교적 작다. 도 5에서, 파선 L3은 회전각에 대해 선형으로 변화하는 이상(ideal) 센서 출력을 도시한다. 이상 센서 출력은 하기 [수학식 3]에 의해 산출되는 출력과 동등하다.

도 5에 도시된 바와 같이, [수학식 1]에 의해 산출된 출력값 V2(실선 L1)는 스로틀 밸브(2)의 회전각(스로틀 개방각)이 커질수록, 직선 형상의 이상 센서 출력(파선 L3)으로부터 더 이격되도록 만곡된다.

제1 실시예는 후술하는 비교예에 비해 우위이다. 비교예는 제1 실시예와 물리적인 구성은 동일하지만, 홀 IC(30)의 출력값 V2를 제1 실시예와 다르게 산출한다. 비교예에서, 홀 IC(30)는 하기 [수학식 4]를 이용해 출력값 V2를 산출한다.

즉, 비교예는 상술한 종래 장치에서와 동일한 산출 방법으로도 출력값 V2를 산출한다. 도 6은, 스로틀 밸브(2)가 제어될 때 비교예의 홀 IC(30)로부터 출력되는 출력값 V2를 실선 L4로 도시한다. 실선 L4는 이상 센서 출력을 도시하는 파선(도 5)과 일치한다.

비교예의 회전 구동 장치는 자력 검출값 V1이 1％ 변화하는 경우, 하기 [수학식 5]를 이용해 출력값 V2를 산출한다.

[수학식 5]에 의해 산출된 출력값 V2는 도 6에 일점 쇄선 L5로 도시된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 자력 검출값 V1이 1％ 변화하는 경우, 스로틀 밸브(2)의 완전 개방 상태(86°)일 때에 출력값 V2의 차는 Δd2이다. 상기 차 Δd2는 비교적 크다.

따라서, 제1 실시예에 의한, 스로틀 밸브(2)의 완전 개방 상태 부근에서의 자력 검출값 V1의 동일한 변동 전과 후의 차는 비교예에서의 것보다 작다. 제1 실시예는, 자력 검출값 V1의 변동이 출력값 V2에 더 작은 영향을 미친다는 점에서, 비교예에 비해 우위이다.

이상 설명한 바와 같이, 제1 실시예에 따르면, 자기 검출 소자(31)는 영구 자석(51, 52)에 대해 상대 회전 가능하게 제공된다. 자기 검출 소자(31)는 자속의 수직 성분에 대응하는 자력 검출값을 출력한다. DSP(33)는, 자기 검출 소자(31)로부터 출력되는 자력 검출값 V1에 기초하여, 영구 자석(51, 52)과 자기 검출 소자(31) 사이의 상대 회전각에 대응하는 출력값 V2를 산출하고, 산출된 값을 아날로그 출력 전압으로 출력한다.

또한, 자력 검출값을 V1, 출력값을 V2, 자력 검출값의 최대값을 VM, 게인을 k, 미리 결정된 값을 α, 미리 결정된 오프셋값을 Voffset이라 하면, DSP(33)는 [수학식 1]을 이용해 출력값 V2를 산출한다. [수학식 1]로부터 이해되는 바와 같이, 역정현 함수(arcsin)에 의해 연산되는 값의 분모를 VM보다 α만큼 크게 신장함으로써, V1의 변동에 의한 V2의 변동을 억제할 수 있다. 그 결과, 영구 자석(51, 52)의 감자 또는 위치 어긋남에 따라 자력 검출값 V1이 변화할 때에도, 출력값 V2에의 영향이 감소된다. 따라서, 회전각은 높은 정확도로 검출될 수 있다. 제1 실시예에서는, 스테이터와 같은 집자 부재가 제공되지 않는다. 따라서, 간단한 구성이고, 높은 검출 정확도의 회전각 검출 장치(10)가 실현될 수 있다.

(제2 실시예)

제2 실시예에 의한 회전각 검출 장치를 도 7을 참조하여 설명한다. 제2 실시예는, 물리적인 구성은 제1 실시예와 유사하지만, DSP(33)의 처리 작업은 제1 실시예와 상이하다.

제2 실시예에 따르면, DSP(33)는 [수학식 1]에 기초하여 출력값 V2를 산출한 후, 출력 전에 산출된 출력값 V2를 다점 보정한다. 구체적으로는, 제1 점이 스로틀 밸브(2)가 완전 폐쇄 상태일 때 생성되는 출력 전압에 대응하고, 제15 점이 스로틀 밸브(2)가 완전 개방 상태일 때 생성되는 출력 전압에 대응하도록, 16개의 점에서 다점 보정이 행해진다. 따라서, 출력값 V2는 이상 센서 출력에 근접하도록 보정된다. 다점 보정을 행하기 위한 각종 파라미터 및 프로그램은 메모리(34)에 저장된다.

따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, [수학식 1]에 의해 산출되는 출력값 V2(실선 L1)는 이상 센서 출력(파선 L3)에 근접하도록 보정된다. 그 결과, 자력 검출값 V1이 1％ 변화할 때 생성되는 출력값 V2(일점 쇄선 L2)도 이상 센서 출력(파선 L3)에 근접하도록 보정된다.

이상 설명한 바와 같이, 제2 실시예에 따르면, DSP(33)는 상기 [수학식 1]에 의해 산출된 출력값 V2를 다점 보정하고, 보정된 출력 전압을 출력한다. 제1 실시예에 비해, 홀 IC(30)로부터 출력되는 출력값 V2의 직진성(선형성)이 향상되고, 영구 자석(51, 52)의 감자 또는 위치 어긋남에 의한 자력 검출값 V1의 변동에 대해 견고성이 향상된다.

(제3 실시예)

도 8a에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 의한 회전각 검출 장치는 제1 및 제2 실시예의 것과 일부 상이하다. 제3 실시예에 따르면, 홀더(8)는 대략 원통 형상의 요크(19)를 구비한다. 여기서, 요크(19)는 축이 밸브축(5)의 축과 일치하도록 제공된다. 따라서, 요크(19)의 축은 홀 IC(30)의 자기 검출 소자(31)를 통과한다.

영구 자석(53, 54)은, 밸브축(5)의 축에 대해 점대칭이 되도록, 즉, 서로 대향하도록 하여 요크(19)의 내측에, 자기 발생 수단으로서 제공된다. 영구 자석(53)은 요크(19)의 축에 대향하는 내측면이 N극이 되도록 착자된다. 영구 자석(54)은 요크(19)의 축에 대향하는 내측면이 S극이 되도록 착자된다. 이에 의해, 자기 회로가 형성되어, 영구 자석(53)의 N극에서 발생된 자속은 영구 자석(53)의 중앙으로부터 영구 자석(54)의 중앙으로 건너뛰고, 영구 자석(54)의 N극에서 발생된 자속은 요크(19)를 경유하여 영구 자석(53)의 S극으로 흐른다. 홀 IC(30)는 요크(19)의 중앙에 위치한다. 그로 인해, 영구 자석(53, 54)의 회전 위치, 즉 밸브축(5)의 회전 위치에 관계없이, 자속이 자기 검출 소자(31)를 통과한다.

도 8a는 스로틀 밸브(2)가 완전 폐쇄 상태(개방각 0)인 경우의 홀 IC(30) 및 그 근방의 상태를 도시한다. 이때, 자기 검출면(311)과 영구 자석(53)으로부터 영구 자석(54)으로 건너뛰는 자속의 방향이 이루는 각은 약 0°이다. 따라서, 자기 검출면(311)을 통과하는 자속의 수직 성분은 0이므로, 자기 검출 소자(31)로부터 출력되는 전압은 0이다.

이상 설명한 바와 같이, 제3 실시예에 따르면, 영구 자석(53, 54)은 자기 회로를 형성하도록 자기 발생 수단으로서 배치된다. 홀 IC(30)와 영구 자석(53, 54)은, 스로틀 밸브(2)가 완전 폐쇄 상태(개방각 0)일 때, 자기 검출면(311)과 영구 자석(53)으로부터 영구 자석(54)으로 건너뛰는 자속의 방향이 이루는 각이 약 0°가 되도록 배치된다. 이와 같은 구성이라도, 출력값 V2를 DSP(33)에 의해 [수학식 1]에 기초하여 산출하는 경우, 회전각을 높은 정확도로 검출할 수 있다. 또한, 제3 실시예에 있어서, [수학식 1]에 기초하여 산출된 출력 전압을 다점 보정함으로써, 회전각은 보다 높은 정확도로 검출될 수 있다.

(제4 실시예)

도 8b에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에 의한 회전각 검출 장치는 제1 및 제2 실시예의 것과 일부 상이하다. 제4 실시예는, 스로틀 밸브(2)가 완전 폐쇄 상태일 때 홀 IC(30)와 영구 자석(53, 54) 사이의 위치 관계 및 출력값 V2의 산출 방법 등이 제3 실시예와 상이하다.

제4 실시예에 따르면, 홀 IC(30)와 영구 자석(53, 54)은 스로틀 밸브(2)가 완전 폐쇄 상태(개방각 0)일 때, 자기 검출면(311)과 영구 자석(53)으로부터 영구 자석(54)으로 건너뛰는 자속의 방향이 이루는 각이 약 90°가 되도록 배치된다. 그로 인해, 자기 검출면(311)을 통과하는 자속의 수직 성분이 최대가 되므로, 자기 검출 소자(31)로부터 출력되는 전압도 그에 따라 최대가 된다. 자기 검출 소자(31)로부터 출력되는 전압은 자기 검출 소자(31)와 영구 자석(53, 54) 사이의 상대 회전각을 횡축에 취하면, 여현파 형상이다. DSP(33)는 하기 [수학식 6]을 이용해 출력값 V2를 산출한다.

이상 설명한 바와 같이, 제4 실시예에 따르면, DSP(33)는 [수학식 6]에 기초하여 출력값 V2를 산출한다. [수학식 6]에 표현된 바와 같이, 역여현 함수(arccos)에 의해 연산되는 값의 분모를 VM보다 α만큼 크게 함으로써, 제1 실시예와 같이 V1의 변동에 의한 V2의 변동은 억제될 수 있다. 따라서, 출력값 V2는, 영구 자석(53, 54)의 감자 또는 위치 어긋남 등에 의한 자력 검출값 V1의 변동에 영향을 덜 미칠 수 있다. 그 결과, 회전각은 높은 정확도로 검출될 수 있다.

(다른 실시예)

다른 실시예에서는, 자기 검출 소자는 스로틀 밸브의 밸브축측에 제공될 수 있고, 영구 자석이 회전각 검출 장치의 커버측에 설치될 수 있다. 자기 발생 수단은 영구 자석으로 한정되지 않고, 전자석일 수도 있다.

또 다른 실시예에서는, [수학식 1] 및 [수학식 6]의 미리 결정된 값 α가 VM의 0.2 내지 0.25배의 범위로 한정되지 않고, VM의 0.2 내지 0.25배의 범위보다도 작거나 또는 큰 값일 수도 있다. 또 다른 실시예에서는, 홀 IC가 DA 변환기를 경유하지 않고 DSP로부터 아날로그값을 출력하도록 구성될 수 있다.

또 다른 실시예에서는, 자기 검출 소자가 홀 소자로 한정되지 않고, 자기 저항 소자 등일 수도 있다. 회전각 검출 장치는 스로틀 밸브의 회전각(개방각)의 검출을 위해 사용하는 것으로 한정되지 않고, 예를 들어 액셀러레이터 페달이나 그 밖의 장치 등의 회전체의 회전각을 검출하는 데 사용될 수 있다.

Claims

자기 발생 수단(51, 52, 53, 54)에 대해 상대 회전 가능하게 설치되어, 상기 자기 발생 수단으로부터 인가되는 자속의 수직 성분에 대응하는 자력 검출값을 출력하는 자기 검출 소자(31)와,
상기 자기 검출 소자에 의해 출력되는 상기 자력 검출값에 기초하여, 상기 자기 발생 수단과 상기 자기 검출 소자 사이의 상대 회전각에 대응하는 출력 전압을 산출하여 출력하는 처리부(33)를 구비하고,
상기 자력 검출값을 V1, 상기 출력 전압을 V2, 상기 자력 검출값의 최대값을 VM, 게인을 k, 미리 결정된 값을 α, 미리 결정된 오프셋값을 Voffset이라 하면, 상기 처리부는,

또는

에 의해 상기 출력 전압을 산출하는 것을 특징으로 하는, 회전각 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 처리부는 상기 출력 전압을 다점 보정하여 출력하는 것을 특징으로 하는, 회전각 검출 장치.