WO2015037562A1 - 回転角度検出センサ、及び、内燃機関のスロットル装置 - Google Patents

回転角度検出センサ、及び、内燃機関のスロットル装置 Download PDF

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験三 小田
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タイコエレクトロニクスジャパン合同会社
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    • G01D5/2013—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
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    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0404—Throttle position

Definitions

  • the present invention relates to a sensor for detecting the rotation angle of various members.
  • 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).
  • MR sensors, optical encoders, potentiometers, and the like are also known.
  • a sensor suitable for the application is selected in consideration of factors such as detection accuracy, reliability, and cost.
  • the rotation angle of the throttle valve (ThrottlealValve) Hall sensors and potentiometers are mainly applied to the sensors to be detected.
  • 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.
  • 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.
  • a small motorcycle has a small vehicle size, it is desired to reduce the size of the FI system as much as possible. In particular, when a bicycle with a motor is applied, there is a great demand for cost reduction and size reduction.
  • 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 be reduced in cost and reduced in size. Another object of the present invention is to provide a throttle device for an internal combustion engine including such a rotation angle detection sensor.
  • the rotation angle detection sensor which is based on this object, includes a detection coil having a magnetic path formed inside and around a wire, and a magnetic path formed in a partial ring, and a predetermined angle range.
  • a magnetic core that is supported so as to be able to swing and that moves forward and backward with respect to the magnetic path, and a swing arm that supports the magnetic core so as to be swingable are provided.
  • a magnetic core that swings and moves in a partial annular magnetic path provided in the detection coil advances and retreats. Since the inductance of the detection coil changes according to the degree of advancement / retraction of the magnetic core, the degree of advancement / retraction of the magnetic substance core, that is, the rotation angle of the magnetic core can be detected by measuring the inductance.
  • the rotation angle detection sensor of the present invention includes a detection coil and a magnetic core as main components, but these elements are less expensive than the hall elements and permanent magnets that make up the hall sensor, so that low cost can be realized. .
  • the rotation angle detection sensor of the present invention can be set to the minimum size suitable for the application to which it is applied by arbitrarily setting the center angle of the partially annular magnetic path.
  • the present invention is not limited to the use for detecting the rotation angle in the range of 360 degrees, but can be applied to applications where the rotation angle is 90 degrees or less.
  • the magnetic core is 90 degrees or less. It is swung in the range.
  • the detection coil may have a central angle of the magnetic path of 90 degrees or less.
  • the magnetic core includes a tip that enters the magnetic path first and a rear end that faces the tip, and the swing arm supports the magnetic core at the rear end. can do. If the back end of the magnetic core is supported by a swing arm, a wide range from the support portion to the front end can move back and forth in the magnetic path, so the area of the magnetic core that does not move back and forth can be minimized. it can. This is also a factor contributing to downsizing of the rotation angle detection sensor.
  • the magnetic core and the swing arm that are separately manufactured can be joined.
  • the magnetic core and the swing arm can be joined. It can be formed integrally. If it does so, the manufacturing cost of a rotation angle detection sensor can be held down.
  • the present invention can be applied to a use in which the rotation angle detection sensor described above is detected as the rotation angle of the throttle valve that controls the supply amount of the air-fuel mixture in the internal combustion engine. Since this internal combustion engine throttle device can keep the cost of the rotation angle detection sensor low, it can contribute to a reduction in the price of a vehicle including a two-wheeled vehicle using the throttle device.
  • the detection coil and the magnetic core are the main constituent elements, a rotation angle detection sensor that can be reduced in cost and reduced in size can be provided.
  • the rotation angle detection sensor 1 includes a movable core 10 including a core body 11 formed in a partial annular shape, a detection coil 20 including a partial annular magnetic path 25 in which the core body 11 advances and retreats, and detection.
  • the detector 30 for obtaining the rotation angle ⁇ from the inductance L acquired from the coil 20 is provided as a constituent element.
  • each component of the rotation angle detection sensor 1 will be described in order.
  • the movable core 10 is a member that is supported so as to be capable of normal rotation and reverse rotation, that is, swinging motion about the rotating shaft 15.
  • the swinging arm 13 supported by the rotating shaft 15 and the tip of the swinging arm 13 are supported.
  • the core body 11 is a member made of a magnetic material and having a partially annular shape in plan view.
  • the core body 11 advances and retreats in the magnetic path 25 of the detection coil 20 following the swinging movement of the movable core 10. Since the core body 11 is made of a magnetic material, the inductance L of the detection coil 20 is changed by moving back and forth in the magnetic path 25 where the magnetic flux is generated. More specifically, the longer the length of the partial ring in which the core body 11 enters the magnetic path 25 (hereinafter, referred to as the entry length) is longer, in other words, the larger the rotation angle of the movable core 10 is. The inductance L of the detection coil 20 is increased.
  • the inductance L of the detection coil 20 can be changed, there is no limitation on the magnetic body constituting the core body 11.
  • a material with high magnetic permeability that can increase the inductance L.
  • Fe, Ni, and Co are known as metal elements having high magnetic permeability, but it is preferable to use an Fe—Ni alloy called permalloy, particularly PC permalloy (JlS C 2531) having high magnetic permeability.
  • the core body 11 shows an example in which the width W is constant from the leading end 11c that first enters the magnetic path 25 to the rear end 11d that corresponds to the leading end 11c, but this is also only a preferred example, and the width W varies. Allow that.
  • Fig.3 (a) it can also be set as the taper shape which the width W becomes narrow as it goes to the front-end
  • FIG.3 (b) it can also be set as the taper shape which thickness T becomes thin as it goes to the front-end
  • the outer peripheral edge 11a and the inner peripheral edge 11b of the core body 11 do not need to be a partial ring having a single curvature.
  • each of the outer peripheral edge 11a and the inner peripheral edge 11b is formed by connecting a straight line or a curved line. May be.
  • the present embodiment can be made to function as long as the partial annular magnetic path 25 can be advanced and retracted without interfering with the detection coil 20.
  • the shape of the cross section of the core body 11 is arbitrary, and can be selected from a circle, a rectangle, a polygon, and the like.
  • the core body 11 has a central angle ⁇ of 90 degrees. This center angle ⁇ is set corresponding to the case where the rotation angle of the detection target of the rotation angle detection sensor 1 is 90 degrees or less. Therefore, when the rotation angle of the detection target exceeds 90 degrees, the center angle ⁇ of the core body 11 is set to an angle corresponding to the rotation angle.
  • the swing arm 13 is pivotally supported at one end so as to follow the rotation of the rotary shaft 15, and the other end supports the core body 11 at the rear end 11d, and functions as a mechanical structural member. To do. Therefore, as long as it has this function, a shape and a material are not ask
  • the swing arm 13 of this embodiment is formed integrally with the core body 11, although it is not necessary to be made of a magnetic material. This is to reduce the processing cost.
  • the movable core 10 in which the core body 11 and the swing arm 13 are integrated can be manufactured by punching a plate material made of PC permalloy, for example.
  • the movable core 10 can also be manufactured by manufacturing the part of the swing arm 13 separately from the core body 11 and joining the core body 11. In addition, by molding the core body 11 with resin, it is possible to manufacture the movable core 10 that is integral with the swing arm 13 in appearance. Since the movable core 10 of the present embodiment supports the rear end 11d of the core body 11 with the swing arm 13, the entire range from the rear end 11d, which is a support portion, to the front end 11c is advanced and retracted to the magnetic path 25. Can do. Therefore, according to the present embodiment, the region of the core body 11 that does not advance and retract the magnetic path 25 can be eliminated, which is a factor contributing to downsizing of the rotation angle detection sensor 1.
  • the rotary shaft 15 is rotated in synchronism with the operation of the rotary shafts (hereinafter referred to as “drive shafts”) of various machine elements that are rotationally driven.
  • the driving shaft can be extended to function as the rotating shaft 15, or the rotating shaft 15 can be connected directly or indirectly to the driving shaft.
  • indirectly connecting it is assumed that a reduction gear or a speed increaser is interposed.
  • the inductance of the detection coil 20 changes as the core body 11 of the movable core 10 moves back and forth in the magnetic path 25.
  • the change in inductance is converted by the detector 30 to specify the rotation angle of the movable core 10 according to the detected inductance.
  • the detection coil 20 includes a winding (air core coil) 21 formed by winding an electric wire, and a bobbin 23 that holds the winding 21 from the inside, and a magnetic path 25 is formed inside the bobbin 23. .
  • the detection coil 20 forms a bobbin 23 corresponding to the shape of the core body 11 of the movable core 10, thereby forming a magnetic path 25 in a partial annular shape.
  • the center angle ⁇ of the detection coil 20 is 90 degrees that matches the center angle ⁇ of the core body 11, but is set corresponding to the center angle ⁇ of the core body 11.
  • the shape of the cross section of the detection coil 20 is arbitrary, and can be selected from a circle, a rectangle, and the like. However, in order to make the detection coil 20 thin and contribute to downsizing, it is preferable to make it rectangular.
  • the inductance L [H] of the air-core coil is the number of magnetic flux linkages per unit current, and is represented by Expression (1).
  • the inductance here is a self-inductance, it is expressed only as an inductance below.
  • L N ⁇ ⁇ / I Formula (1)
  • N number of turns of coil
  • ⁇ interlinkage magnetic flux of coil [Wb]
  • I Current applied to the coil [A]
  • LS is an inductance L when the core main body 11 enters to the back of the magnetic path 25, and when the core main body 11 enters only halfway through the magnetic path 25, the total length l of the magnetic path 25 is reached.
  • the inductance LS is determined by the ratio of the length ls at which the core body 11 enters the magnetic path 25 with respect to (El).
  • the detector 30 applies an alternating current I to the detection coil 20 and continuously detects the inductance L of the detection coil 20 while applying the current I, and further corresponds to the detected value of the inductance L.
  • the rotation angle ⁇ is calculated.
  • the detector 30 holds correlation data regarding the change in the inductance L with respect to the rotation angle ⁇ of the movable core 10.
  • the correlation data is obtained by using the rotation angle detection sensor 1 and the inductance L corresponding to each rotation angle ⁇ every time the movable core 10 is rotated by a predetermined angle, for example, 0 degree, 1 degree, 2 degrees, and so on. It can be obtained by measuring.
  • FIG. 4 shows an example of correlation data as a diagram, but the detector 30 can hold data as a table format or can also hold it as a function. Further, in the correlation data of FIG. 4, the rotation angle ⁇ and the inductance L are in a proportional relationship, but this is merely an example.
  • the rotation angle detection sensor 1 When the rotation angle detection sensor 1 is applied to a detection target of the rotation angle ⁇ , when the detector 30 detects the inductance L, the rotation angle ⁇ corresponding to the inductance L detected with reference to the correlation data is obtained. Identify. The identified rotation angle ⁇ is used for control processing of the detection target.
  • a known circuit or device that can detect the inductance L can be applied to the detector 30 regardless of the specific configuration of the detector 30.
  • the present invention aims to detect the rotation angle ⁇ at a low cost, it is desirable that the detector 30 be configured to meet this purpose.
  • the detector 30 is configured by an inexpensive one-chip microcomputer. be able to.
  • FIG. 5 shows a schematic configuration.
  • the throttle valve 40 is a butterfly valve, and the valve body 43 opens and closes a flow path provided in a valve box (not shown) by rotating the valve shaft 41 by 90 degrees.
  • the valve shaft 41 is connected to an electric actuator 45, and the electric actuator 45 opens and closes the valve body 43 via the valve shaft 41 by a control signal given from an ECU (Engine Control Unit) 35.
  • ECU Engine Control Unit
  • the ECU 35 controls the opening degree of the valve body 43 to supply an optimal amount of air-fuel mixture including fuel injected from an injector (Engine Control Unit) (not shown) into the cylinder of the engine.
  • an injector Engine Control Unit
  • the rotation angle detection sensor 1 is used to detect the opening degree of the valve body 43.
  • the ECU 35 also has the function of the detector 30 shown in FIG.
  • the rotation shaft 15 of the movable core 10 is connected to the valve shaft 41.
  • the valve shaft 41 is driven by the electric actuator 45, the rotation shaft 15 rotates following the valve shaft 41.
  • the core body 11 advances and retreats along the magnetic path 25 as the rotating shaft 15 rotates, and the inductance L of the detection coil 20 fluctuates. Therefore, the ECU 35 determines the rotation angle ⁇ of the rotating shaft 15 based on the detected inductance L, that is, the valve.
  • the opening degree of the body 43 can be detected.
  • the ECU 35 sends a control signal to the electric actuator 45 while referring to the detected opening of the valve body 43.
  • the embodiments of the present invention have been described above. However, the configurations described in the above embodiments can be selected or changed to other configurations as appropriate without departing from the gist of the present invention.
  • the inductance L has been described as a detection target in the present embodiment
  • an induced electromotive force generated by the core body 11 moving forward and backward through the magnetic path 25 can be set as a detection target.
  • the present embodiment has described an example in which the range of rotation angles to be detected is 0 to 90 degrees, the present invention can detect rotation angles exceeding 90 degrees. However, since it is necessary to avoid interference between the swing arm 13 and the detection coil 20, the range of the maximum rotation angle that can be detected is 0 to 180 degrees.
  • the movable core 10 advances and retreats in the magnetic path 25 formed inside the winding 21 (bobbin 23), but the magnetic flux forming the magnetic path is also generated around the winding 21. Therefore, in the present invention, the magnetic path formed around the detection coil can be configured such that the movable core advances and retreats. Furthermore, the application of the rotation angle detection sensor according to the present invention is not limited to the detection of the opening degree of the throttle valve of the FI system.

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Abstract

【課題】低コストでかつ小型化を実現できる回転角度検出センサを提供する。 【解決手段】電線が巻き回される内側に磁路２５が形成され、磁路２５が部分円環状をなす検出コイル２０と、揺動中心の回りに所定角度の範囲で揺動可能に支持され、磁路２５を進退する可動コア１０と、可動コア１０を揺動可能に支持する揺動アーム１３と、を備える回転角度検出センサ１。可動コア１０のコア本体１１が磁路２５の内部を進退すると、検出コイル２０のインダクタンスＬが変化するので、インダクタンスＬを計測すれば、回転角度を検出できる。

Description

回転角度検出センサ、及び、内燃機関のスロットル装置
　本発明は、種々の部材の回転角度を検出するセンサに関する。
　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。
　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。
特開２０１３－２８３５号公報 特開２０１０－２３９６９３号公報
　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。また、小型二輪車は車格が小さいために、ＦＩシステムのサイズを極力小さくすることが望まれる。特に、原動機付き自転車を適用対象とすると、低コスト化及び小型化の要求は大きい。
　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、低コストでかつ小型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。
　かかる目的のもとなされた、本発明の回転角度検出センサは、電線が巻き回される内側及び周囲に磁路が形成され、磁路が部分円環状をなす検出コイルと、所定角度の範囲で揺動可能に支持され、磁路に対して進退する磁性体コアと、磁性体コアを揺動可能に支持する揺動アームと、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、検出コイルが備える部分円環状の磁路を揺動運動する磁性体コアが進退する。検出コイルのインダクタンスは、磁性体コアの進退の程度に応じて変化するので、インダクタンスを計測することで、磁性体コアの進退の程度、つまり磁性体コアの回転角度を検出することができる。
　本発明の回転角度検出センサは、検出コイルと磁性体コアを主たる構成要素とするが、これらの要素はホールセンサを構成するホール素子及び永久磁石に比べて安価であるから、低コストを実現できる。しかも、本発明の回転角度検出センサは、部分円環状の磁路の中心角を任意に設定することで、適用される用途に適した最小限のサイズにすることができる。
　したがって、本発明は、回転角度を３６０度の範囲で検出する用途に限らず、回転角度が９０度以下と小さい用途に適用が可能であり、この場合には、磁性体コアは９０度以下の範囲で揺動される。検出コイルは、磁路の中心角を９０度以下とすればよい。
　本発明の回転角度検出センサにおいて、磁性体コアは、磁路に先に進入する先端と、先端に対向する後端と、を備えるものとし、揺動アームは、後端において磁性体コアを支持することができる。磁性体コアの後端を揺動アームで支持すれば、支持部分から先端にかけて広い範囲が磁路に進退することができるので、磁路を進退しない磁性体コアの領域を最小限に抑えることができる。このことも回転角度検出センサの小型化に寄与する要因である。
　本発明の回転角度検出センサにおいて、別体として作製された磁性体コアと揺動アームを接合することができるが、例えば、磁性体金属をプレス加工することで、磁性体コアと揺動アームを一体的に形成することができる。そうすれば、回転角度検出センサの製造コストを抑えることができる。
　本発明は、以上説明した回転角度検出センサを、内燃機関において混合気の供給量を制御するスロットルバルブの開度を回転角度として検出する用途に適用することができる。
　この内燃機関用スロットル装置は、回転角度検出センサのコストを低く抑えることができるので、スロットル装置を用いる二輪車を含む車両の低価格化に寄与することができる。
　本発明によれば、検出コイルと磁性体コアを主たる構成要素とするので、低コストでかつ小型化を実現できる回転角度検出センサが提供される。
本実施形態における回転角度検出センサの構成を示す図である。 図１の回転角度検出センサの動作を示す図である。 図１の回転角度検出センサの変形例を示す図である。 図１の回転角度検出センサの回転角度θに対するインダクタンスＬの変化に関する相関データを示すグラフである。 図１の回転角度検出センサをＦＩシステムのスロットルバルブの開度の検出に適用する例を示す図である。
　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、部分円環状に形成されたコア本体１１を備える可動コア１０と、コア本体１１が進退する部分円環状の磁路２５を備える検出コイル２０と、検出コイル２０から取得したインダクタンスＬから回転角度θを求める検出器３０と、を構成要素として備える。
　以下、回転角度検出センサ１の各構成要素を順に説明する。
［可動コア１０］
　可動コア１０は、回転軸１５を中心にして正転及び逆転、つまり揺動運動が可能に支持された部材であり、回転軸１５に支持される揺動アーム１３と、揺動アーム１３の先端に設けられるコア本体１１と、を備えている。可動コア１０は、回転軸１５を中心にして、図１（ａ）に示される基準位置（回転角度＝０度）から、図２（ａ）の途中の位置を通過して、図２（ｂ）に示される最大変位位置（回転角度＝９０度）までの範囲で揺動が可能とされている。
　コア本体１１は、磁性体からなり、平面視した形状が部分円環状の部材である。
　コア本体１１は、可動コア１０が揺動運動するのに追従して、検出コイル２０の磁路２５の内部を進退する。コア本体１１は、磁性体から構成されているので、磁束が生じている磁路２５の内部を進退することにより、検出コイル２０のインダクタンスＬを変化させる。より具体的には、コア本体１１が磁路２５の内部に入り込んでいる部分円環の長さ（以下、進入長ということがある）が長いほど、換言すると可動コア１０の回転角度が大きくなるほど、検出コイル２０のインダクタンスＬは大きくなる。
　検出コイル２０のインダクタンスＬを変化させることができる限り、コア本体１１を構成する磁性体に制限はない。しかし、進入長に対するインダクタンスＬの変化が大きいほうが、回転角度の検出精度を高くすることができるので、インダクタンスＬを大きくできる透磁率の高い材料を用いることが好ましい。透磁率の高い金属元素としてＦｅ、Ｎｉ及びＣｏが知られているが、パーマロイと称されるＦｅ－Ｎｉ合金、特に高い透磁率を有するＰＣパーマロイ（ＪｌＳ Ｃ ２５３１）を用いるのが好ましい。
　コア本体１１は、磁路２５に先に進入する先端１１ｃから先端１１ｃに対応する後端１１ｄまで幅Ｗが一定の例を示しているが、これも好ましい例示に過ぎず、幅Ｗが変動することを許容する。例えば、図３（ａ）に示すように、後端１１ｄから先端１１ｃに向かうのにつれて幅Ｗが狭くなる先細りの形状にすることもできる。また、図３（ｂ）に示すように、後端１１ｄから先端１１ｃに向かうのにつれて厚さＴが薄くなる先細りの形状にすることもできる。
　また、コア本体１１の外周縁１１ａ及び内周縁１１ｂが単一の曲率をもつ部分円環である必要はなく、例えば、外周縁１１ａ及び内周縁１１ｂの各々を直線又は曲線をつなぎ合わせて形成してもよい。要は、部分円環状の磁路２５を、検出コイル２０に干渉することなく進退できる形態であれば、本実施形態を機能させることができる。
　さらに、コア本体１１の横断面の形状は任意であり、円形、矩形、多角形などから選択できる。
　コア本体１１は、中心角αが９０度である。この中心角αは、回転角度検出センサ１の検出対象の回転角度が９０度以下である場合に対応して設定されている。したがって、検出対象の回転角度が９０度を越える場合には、コア本体１１の中心角αは、当該回転角度に対応する角度に設定される。
　揺動アーム１３は、一端が回転軸１５の回転に追従して回転可能に軸支されるとともに、他端がコア本体１１をその後端１１ｄで支持するものであり、機械的な構造部材として機能する。したがって、この機能を有する限り、形状及び材質は問われない。また、コア本体１１とは異なり磁性体で構成される必要はないが、本実施形態の揺動アーム１３はコア本体１１と一体的に成形されている。加工コストの低減のためである。このコア本体１１と揺動アーム１３が一体の可動コア１０は、例えば、ＰＣパーマロイからなる板材を打ち抜くことで作製することができる。もちろん、揺動アーム１３の部分をコア本体１１とは別体として作製し、コア本体１１と接合することで、可動コア１０を作製することもできる。また、コア本体１１を樹脂モールディングすることにより、外観上は揺動アーム１３と一体的な可動コア１０を作製することもできる。
　本実施形態の可動コア１０は、コア本体１１の後端１１ｄを揺動アーム１３で支持するので、支持部分である後端１１ｄから先端１１ｃまでのほぼ全に範囲が磁路２５に進退することができる。したがって、本実施形態によると、磁路２５を進退しないコア本体１１の領域をなくすことができるので、回転角度検出センサ１の小型化に寄与する要因である。
　回転軸１５は、回転駆動される種々の機械要素の回転軸（以下、原動軸）の動作に同期して回転される。原動軸を延長して回転軸１５として機能させることができるし、原動軸に直接的にまたは間接的に回転軸１５を接続することもできる。間接的に接続する例としては、減速機又は増速機を介在させることが想定される。
［検出コイル２０］
　検出コイル２０は、可動コア１０のコア本体１１が磁路２５を進退することにより、インダクタンスが変化する。このインダクタンスの変化を検出器３０で変換処理することにより、検出されたインダクタンスに応じた可動コア１０の回転角度を特定する。
　検出コイル２０は、電線を巻き回してなる巻線（空芯コイル）２１と、巻線２１を内側から保持するボビン２３と、を備えており、ボビン２３の内部に磁路２５が構成される。検出コイル２０は、可動コア１０のコア本体１１の形状に対応してボビン２３を形成することで、磁路２５を部分円環状に形成している。この例では、検出コイル２０の中心角βは、コア本体１１の中心角αに一致する９０度であるが、コア本体１１の中心角αに対応して設定される。
　検出コイル２０の横断面の形状は任意であり、円形、矩形などから選択できるが、検出コイル２０を薄くし小型化に寄与するために、矩形にするのが好ましい。
　ここで、空芯コイルのインダクタンスＬ［Ｈ］は、単位電流当たりの磁束鎖交数であり、式（１）で表される。なお、ここでいうインダクタンスは自己インダクタンスであるが、以下でも単にインダクタンスと表現する。
　Ｌ＝Ｎ・φ／Ｉ　…式（１）
　Ｎ：コイルの巻数
　φ：コイルの鎖交磁束［Ｗｂ］
　I：コイルに印加される電流［Ａ］
　式（１）より、巻き数Ｎと電流Ｉが一定の場合、鎖交磁束φの大きさによってインダクタンスＬが変化する。つまり、鎖交磁束φが大きいほどインダクタンスＬは大きくなり、鎖交磁束φが小さいとインダクタンスＬは小さくなる。
　磁束は、磁路が空気で満たされているのに比べてコア（磁性体）が磁路の奥まで存在している方が多くなる。各々の磁束は式（２）、式（３）で与えられる。コアに用いられる磁性体の比透磁率μsは、通常、数千に達するのでφＳ＞φ０となる。したがって、空芯コイルだけのインダクタンスをＬ０とし、磁路がコアで満たされている（空芯）コイルのインダクタンスをＬＳとすると、ＬＳ（Ｎ・φＳ／Ｉ）＞Ｌ０（Ｎ・φ０／Ｉ）となる。
　　　空心コイルの磁束φ０＝ｋ・μ０　　　 …式（２）
　コア入りコイルの磁束φＳ＝ｋ・μ０・μＳ　…式（３）
　μ０：真空の透磁率（４π×１０－７（Ｔ・ｍ／Ａ））
　μｓ：コアの比透磁率
　ｋ：比例定数
　ここで、ＬＳは磁路２５の奥までコア本体１１が進入しているときのインダクタンスＬであり、磁路２５の途中までしかコア本体１１が進入していないときは、磁路２５の全長ｌ（エル）に対するコア本体１１が磁路２５に進入している長さｌｓの比率でインダクタンスＬＳが定まる。
［検出器３０］
　検出器３０は、検出コイル２０に交流電流Ｉを印加するとともに、電流Ｉを印加している間、検出コイル２０のインダクタンスＬを継続して検出し、さらに、検出したインダクタンスＬの値に対応する回転角度θを算出する。
　回転角度θを算出するために、検出器３０は、可動コア１０の回転角度θに対するインダクタンスＬの変化に関する相関データを保持する。相関データは、回転角度検出センサ１を用い、可動コア１０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に対応するインダクタンスＬを測定することで得ることができる。図４に相関データの一例を線図にして示しているが、検出器３０は、テーブル形式のデータとして保持することができるし、また、関数として保持すこともできる。また、図４の相関データは、回転角度θとインダクタンスＬが比例関係にあるが、これはあくまで一例にすぎない。
　回転角度検出センサ１は、回転角度θの検出対象に適用されている際には、検出器３０がインダクタンスＬを検出すると、相関データを参照して検出されたインダクタンスＬに対応する回転角度θを特定する。特定された回転角度θは、検出対象の制御処理に用いられる。
　本実施形態は、検出器３０の具体的な構成を問わず、インダクタンスＬを検出できる公知の回路、機器を検出器３０に適用できる。ただし、本発明は低コストで回転角度θを検出することを目的としているので、検出器３０はこの目的に沿う構成にすることが望まれる。もっとも、相関データを保持し、かつ、検出されたインダクタンスＬに対応する回転角度θを特定するという簡易な信号処理が行えれば足りるので、安価な１チップのマイクロコンピュータで検出器３０を構成することができる。
［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５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３０の機能を兼ね備える。
　回転角度検出センサ１は、可動コア１０の回転軸１５が弁軸４１に接続されており、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に追従して回転軸１５が回転する。回転軸１５の回転に伴ってコア本体１１が磁路２５を進退し、検出コイル２０のインダクタンスＬが変動するので、ＥＣＵ３５は検出するインダクタンスＬに基づいて、回転軸１５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。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施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したりすることが可能である。
　例えば、本実施形態ではインダクタンスＬを検出対象として説明したが、コア本体１１が磁路２５を進退することにより生ずる誘導起電力を検出対象にすることができる。
　また、本実施形態は、検出する回転角度の範囲を０～９０度の例を説明したが、本発明は、９０度を超える回転角度を検出することができる。ただし、揺動アーム１３と検出コイル２０の干渉を避ける必要があるので、検出できる最大の回転角度の範囲は０～１８０度になる。
　また、本実施形態は、巻線２１（ボビン２３）の内部に形成される磁路２５を可動コア１０が進退する構成としているが、磁路を構成する磁束は巻線２１の周囲にも生じるので、本発明は検出コイルの周囲に形成される磁路を可動コアが進退する構成にすることもできる。
　さらに、本発明による回転角度検出センサの適用用途は、ＦＩシステムのスロットルバルブの開度検出に限らない。
１　　　回転角度検出センサ
１０　　可動コア
１１　　コア本体
１１ａ　外周縁
１１ｂ　内周縁
１１ｃ　先端
１１ｄ　後端
１３　　揺動アーム
１５　　回転軸
２０　　検出コイル
２１　　巻線
２３　　ボビン
２５　　磁路
３０　　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

Claims (5)

  1. 　電線が巻き回される内側及び周囲に磁路が形成され、前記磁路が部分円環状をなす検出コイルと、
    　所定角度の範囲で揺動可能に支持され、前記磁路を進退する磁性体コアと、
    　前記磁性体コアを揺動可能に支持する揺動アームと、
    を備えることを特徴とする回転角度検出センサ。
  2. 　前記所定角度が９０度以下である、
    請求項１に記載の回転角度検出センサ。
  3. 　前記磁性体コアは、前記磁路に先に進入する先端と、前記先端に対応する後端と、を備え、
    　前記揺動アームは、前記後端において前記磁性体コアを支持する、
    請求項１または２に記載の回転角度検出センサ。
  4. 　前記磁性体コアと前記揺動アームが一体的に形成される、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の回転角度検出センサ。
  5. 　内燃機関において混合気の供給量を制御するスロットルバルブと、
    　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センサと、を備え、
    　前記センサは、請求項１～４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。
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