專利名稱：旋轉(zhuǎn)角探測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)角探測裝置，用于探測待測物體的旋轉(zhuǎn)角，尤其是涉及一種節(jié)氣門開度探測裝置，用于探測節(jié)流閥的旋轉(zhuǎn)角，該節(jié)流閥用于調(diào)節(jié)吸入到內(nèi)燃機氣缸內(nèi)的進氣量。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，例如用于探測內(nèi)燃機節(jié)流閥打開程度(節(jié)氣門開度)的節(jié)氣門開度傳感器(也稱為節(jié)氣門位置傳感器)已經(jīng)被推薦，作為一個用于探測待測物體旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角探測裝置。這樣的一個例子在日本專利文件JP 2001-317909 A中公開了。如附圖8A和8B所示，待測物體如節(jié)流閥(未示出)的轉(zhuǎn)軸101通過軸承102被外殼103可旋轉(zhuǎn)地支撐著。柱形轉(zhuǎn)子鐵心(相當(dāng)于磁軛)104被固定在轉(zhuǎn)軸101的一端。在轉(zhuǎn)子鐵心104的內(nèi)圓周側(cè)面上，同軸地設(shè)置有圓柱狀的定子鐵心105。磁體107被安裝在轉(zhuǎn)子鐵心104的兩個槽口106內(nèi)，以便固定在其中。每個磁體107成平面或者柱狀。在磁體兩個端面上，并聯(lián)磁化有N極和S極。除了在每個磁體107附近以外，轉(zhuǎn)子鐵心104的內(nèi)圓周面通過其間的小間隙與定子鐵心105的外圓周面相對。另一方面，在定子鐵心105中間形成一個具有恒定寬度并用于形成平行磁場的磁探測間隙109，從而在直徑方向上穿過其中。兩個霍爾IC110水平地布置在磁探測間隙109中。
由于兩塊磁體107被布置在轉(zhuǎn)子鐵心104直徑方向上的相對位置上，以便在如上所述設(shè)置的節(jié)氣門開度傳感器中相互排斥，磁通量從每塊磁體107的N極產(chǎn)生，經(jīng)過從轉(zhuǎn)子鐵心104、定子鐵心105、磁探測間隙109(霍爾IC110)、定子鐵心105到轉(zhuǎn)子鐵心104的磁路，以便回到每塊磁體107的S極。當(dāng)轉(zhuǎn)子鐵心104隨著待測物體如節(jié)流閥旋轉(zhuǎn)時，穿過定子鐵心105中的磁探測間隙109的磁通量密度(穿過霍爾IC110的磁通量密度)隨著它的旋轉(zhuǎn)角而變化?；魻朓C110上的輸出電壓根據(jù)磁通量密度進行變化。在附圖8A所示的節(jié)氣門開度傳感器中，在轉(zhuǎn)子鐵心104內(nèi)圓周側(cè)上的每塊磁體107附近形成相對大的間隙111。因此，每塊磁體107的兩極和定子鐵心105之間的磁通量短路通過間隙111被防止，從而防止穿過磁探測間隙109(霍爾IC110)的磁通量密度被降低。
而且，如附圖6A和9中所示，將霍爾IC110夾持在磁探測間隙122中的旋轉(zhuǎn)角傳感器在美國專利6,707,292B2中已經(jīng)公開，其中磁探測間隙122形成于分隔型定子鐵心120中的夾持片121之間。當(dāng)長方體狀磁體130隨著待測物旋轉(zhuǎn)時，穿過磁探測間隙122的磁通量密度(穿過霍爾IC110的磁通量密度)隨著它的旋轉(zhuǎn)角一起變化?；魻朓C110上的輸出電壓根據(jù)磁通量密度而改變。在圖中，每個定子鐵心120包括從夾持片121的下端伸出并在圖中水平方向上延伸的肩部123、彎曲于肩部123末端的彎頭部分124、從彎頭部分124的末端伸出并直線延伸到圖中下端的延伸部分125。
然而，如附圖8A和8B所示，在日本專利文件JP 2001-317909A所述的節(jié)氣門開度傳感器中，霍爾IC110位于輸出終端112的連接器外殼114、定子鐵心105和隔離物113等等中，該外殼通過樹脂模制獲得，霍爾IC110的導(dǎo)線連接到輸出終端上。特別地，由于可轉(zhuǎn)動地保持轉(zhuǎn)子鐵心104和兩塊磁體107的外殼103和保持定子鐵心105和霍爾IC110的連接器外殼114由分開的部件構(gòu)成，所以定子鐵心105和霍爾IC110相對于兩塊磁體107的磁化方向的位置精度(組合精度)幾乎不能被獲得。因此，霍爾IC110上的輸出信號很可能發(fā)生變化。因此，產(chǎn)生一個問題，隨著待測物體旋轉(zhuǎn)的磁體107的旋轉(zhuǎn)角探測精度降低了。而且，由于用兩塊磁體107作為磁場源，增加了部件數(shù)量和裝配步驟，從而導(dǎo)致增加了成本。
而且，如附圖6A和9所示，在美國專利6,707,292B2中所述的旋轉(zhuǎn)角傳感器中，當(dāng)磁體130的旋轉(zhuǎn)角從最小的角度(例如0°)變化到鄰近最大角度(例如80°)時，霍爾IC110上的輸出信號隨著經(jīng)過磁探測間隙122中的磁通量密度的變化而變化。每個定子鐵心120包括直線延伸部分125，當(dāng)磁體130旋轉(zhuǎn)一個大角度時，其和磁體130的兩端面之間形成間隙。因此，根據(jù)本發(fā)明如附圖10中圖表上的實線所示，產(chǎn)生了凸型的輸出信號而不是理想的輸出信號，其在鄰近最大角度附近具有一拐點。更特別地，當(dāng)磁體130的旋轉(zhuǎn)角鄰近45°時，霍爾IC110上的輸出信號和理想輸出之間的差異最大。因此，產(chǎn)生了一個問題，霍爾IC110上的輸出值相對于磁體130隨著待測物體轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)角的線性度，在待測物體的探測角度的范圍內(nèi)降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種旋轉(zhuǎn)角探測裝置，通過提高磁探測部件上的輸出信號在待測物探測角度全量程上的相對于待測物體和磁體的旋轉(zhuǎn)角的線性度，其能夠提高待測物體旋轉(zhuǎn)角的探測精度。而且，本發(fā)明的目的是提供一種旋轉(zhuǎn)角探測裝置，通過用單個部件構(gòu)成一個用于將磁體可旋轉(zhuǎn)地保持在其中的外殼和一個用于將磁性部件和磁探測部件保持在其中的外殼，其能夠防止隨待測物體旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的磁體的旋轉(zhuǎn)角度的探測精度下降。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，磁性體單元被分離開，并相對于大致垂直地橫過磁體的旋轉(zhuǎn)中心軸的垂直面對稱，并且磁探測部件被安放于由于分離而形成的磁探測間隙中。在每個磁性部件上都具有反向彎曲部分，所以如果磁體從間隙最小的狀態(tài)朝間隙增大的方向旋轉(zhuǎn)一個預(yù)定旋轉(zhuǎn)角時，間隙會突然增大。因此，隨著待測物體在間隙增加方向上旋轉(zhuǎn)一個預(yù)定角度，在磁體磁化方向上的兩端和磁性部件在板厚方向的內(nèi)面(相對表面)之間的間隙突然增加。因此，穿過磁性部件之間的磁探測間隙中的磁通量密度，即穿過磁探測部件的磁通量密度突然減少。
因此，由于磁探測部件上的輸出信號也突然下降，所以與傳統(tǒng)方法相比輸出信號接近理想輸出信號。因此，在待測物體的探測角度的全量程上，磁探測部件的輸出信號相對于待測物體和磁體的旋轉(zhuǎn)角的線性度(磁探測部件的輸出變化特性的線性度)能夠得到提高。特別地，由于在間隙相對小的區(qū)域中，磁探測部件的輸出信號相對于磁體旋轉(zhuǎn)角的線性度(磁探測部件的輸出變化特性的線性度)能夠被提高，所以待測物體旋轉(zhuǎn)角的探測精確能夠被提高。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，在具有最小間隙的位置被設(shè)為參考位置的情況下，磁性部件的反向彎曲部分的特征在于，從參考位置向兩側(cè)延伸的部分大致彎曲成圓弧形，從而相互分隔遠離。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，通過提供傳感器夾持部分(用于夾持包括磁性部件和磁探測部件的旋轉(zhuǎn)角傳感器)和為由非磁性材料整體形成的外殼提供磁體夾持孔(用于將磁體可旋轉(zhuǎn)地夾持在其中)，可以用單個部件構(gòu)成用于可旋轉(zhuǎn)地將磁體保持在其中的外殼和用于將磁性部件和磁探測部件保持在其中的外殼。因此，磁性部件和磁探測部件相對于磁體磁化方向的定位精度(組合精度)能夠輕易地獲得，從而減少磁體和磁性部件以及磁探測部件在裝配上的變化。而且，由于磁探測部件上的輸出信號幾乎不產(chǎn)生變化，所以能夠阻止磁體隨待測物體旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度的探測精確下降。而且，由于用單塊磁體作為磁場源，所以與傳統(tǒng)方法中需要兩塊磁體相比，減少了部件數(shù)量和裝配步驟。因此，減少了旋轉(zhuǎn)角探測裝置的總成本。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，磁探測間隙被設(shè)置在包括磁體和磁性部件的磁路中間，從而空間關(guān)系成為可使得當(dāng)待測物體的旋轉(zhuǎn)角設(shè)置為鄰近所用范圍內(nèi)的中間角度時，穿過磁探測部件在板厚方向上的兩磁感面的磁通量密度相對于磁體的磁化方向來說變得較小。因此，如果待測物體被設(shè)置為鄰近所用范圍內(nèi)的中間角度時，經(jīng)過磁性部件之間的磁探測間隙中的磁通量密度，即穿過磁探測部件板厚方向上的兩磁感面的磁通量密度變得較小。因此，磁探測部件上的輸出信號具有相對小的值，從而探測待測物在鄰近中間角度時的旋轉(zhuǎn)角。然后，如果磁體從鄰近中間角度的位置在雙向上旋轉(zhuǎn)，磁探測部件上的輸出信號就會增加或者下降，從而能在一個寬量程上準確地探測待測物體的旋轉(zhuǎn)角。
根據(jù)本發(fā)明又一個方面，磁性部件上分別有磁探測部件夾持片，每一個磁探測部件夾持片比那些用于將磁體的磁通量集中在其上的反向彎曲部分具有更小的寬度。然后，如果磁性部件各自的磁探測部件夾持片通過磁探測間隙彼此相對，同時與磁探測部件板厚方向上的兩磁感面相接觸，磁通量就能夠被集中在磁探測部件板厚方向上的兩磁感面上。因此，在磁體隨著待測物的旋轉(zhuǎn)從最小角度旋轉(zhuǎn)到最大角度的旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，即在待測物體的探測角度的全量程內(nèi)，磁通量就能夠被有效地集中在磁探測部件板厚方向上的兩磁感面上。因此，從磁探測部件上能夠穩(wěn)定地輸出信號。
根據(jù)本發(fā)明又一個方面，在磁性部件上分別具有肩部，其在大致垂直地穿過中心軸線的方向上大致成直線延伸，從而相互分隔遠離。然后，通過在肩部末端大致成銳角彎曲的彎頭部分，肩部的末端和反向彎曲部分的末端相互連接在一起。磁性部件各自的磁探測部件夾持片在磁探測間隙側(cè)面上的肩部末端大致成直角彎曲，以便和磁體分開遠離。因此，在磁體隨著待測物的旋轉(zhuǎn)從最小角度旋轉(zhuǎn)到最大角度的旋轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)，即在待測物體的探測角度的全量程內(nèi)，磁通量就能夠被有效地集中在磁探測部件板厚方向上的兩磁感面上。因此，從磁探測部件上能夠穩(wěn)定地輸出信號。


通過對下文中的詳細說明、附加的權(quán)利要求書和附圖進行的討論，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點以及相關(guān)部分的操作方法和功能將會得到認識，所有這些組成了本申請的一部分。在附圖中附圖1是顯示本發(fā)明第一實施例中節(jié)氣門開度傳感器的透視圖；附圖2A是顯示內(nèi)燃機上進口節(jié)流裝置的橫截面圖；附圖2B是沿附圖2A中A-A剖線的橫截面圖；附圖3A是附圖1中節(jié)氣門開度傳感器的正視圖，顯示了在閥開度為30°時具有最小輸出的磁通量；附圖3B是附圖1中節(jié)氣門開度傳感器的正視圖，顯示了具有中等輸出的磁通量；附圖4A是附圖1中節(jié)氣門開度傳感器的正視圖，顯示當(dāng)節(jié)流閥處于全開狀態(tài)時的磁通量；附圖4B是附圖1中節(jié)氣門開度傳感器的正視圖，顯示當(dāng)節(jié)流閥處于全閉狀態(tài)時的磁通量；附圖5是顯示附圖1中節(jié)氣門開度傳感器的輸出特性相對于節(jié)流閥旋轉(zhuǎn)角的圖表；附圖6A是顯示傳統(tǒng)的節(jié)氣門開度傳感器的透視圖；附圖6B是節(jié)氣門開度傳感器第一實施例的透視圖；
附圖7是本發(fā)明第二實施例的內(nèi)燃機進口節(jié)流裝置的橫截面圖；附圖8A是傳統(tǒng)的節(jié)氣門開度傳感器的平面圖；附圖8B是附圖8A的節(jié)氣門開度傳感器的橫截面圖；附圖9是傳統(tǒng)的節(jié)氣門開度傳感器的透視圖，顯示了定子鐵心、霍爾IC和磁體的布置；并且附圖10是顯示霍爾IC的輸出特性相對于磁體角度(位置)的圖表。
具體實施例方式
在本發(fā)明的最佳實施方式中，通過提高磁探測部件的輸出信號相對于磁體旋轉(zhuǎn)角度在待測物體探測角度全程范圍內(nèi)的線性度，來提高了待測物體旋轉(zhuǎn)角的探測精度。而且，通過用單個元件構(gòu)造成將磁體旋轉(zhuǎn)地保持其中的外殼以及將磁探測部件保持在其中的外殼，防止隨著待測物體旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的磁體旋轉(zhuǎn)角的探測精度降低。
附圖1-6顯示了本發(fā)明的第一實施例，其中附圖1顯示了節(jié)氣門開度傳感器，附圖2顯示了內(nèi)燃機的進口節(jié)流裝置。
根據(jù)駕駛員對加速器的操作量(例如，對節(jié)氣門踏板的操作量)，該內(nèi)燃機進口節(jié)流裝置通過改變流入內(nèi)燃機(例如，雙輪車輛發(fā)動機；在下文中稱為發(fā)動機)氣缸的燃燒室中的進氣量來控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速或者發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。該內(nèi)燃機的進口節(jié)流裝置包括用于控制吸入發(fā)動機氣缸中的進氣量的節(jié)流閥1；隨著節(jié)流閥1一起旋轉(zhuǎn)的節(jié)流閥軸2；進入發(fā)動機氣缸的進氣所流經(jīng)的節(jié)流閥主體3；以及用于控制噴射和供給發(fā)動機氣缸的噴射燃料為最優(yōu)值的發(fā)動機控制單元(在下文中稱為ECU；未示出)。
如附圖2A和2B所示，節(jié)流閥1被罩在節(jié)流閥主體3內(nèi)以便能打開和關(guān)閉。節(jié)流閥1是一種用于調(diào)節(jié)吸入發(fā)動機氣缸中的進氣量的蝶形閥，其通過將旋轉(zhuǎn)角從最低進氣量的全閉位置到最高進氣量的全開位置，即在旋轉(zhuǎn)的可操作范圍內(nèi)進行改變來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。節(jié)流閥1由金屬板形成大致圓盤狀，并且通過緊固件(未示出)例如緊固螺釘保持和固定到節(jié)流閥軸2的外圓周上。節(jié)流閥1可以由樹脂材料整體模制而成。在這種情況下，節(jié)流閥1具有圓盤狀部分和在圓盤狀部分直徑方向上的圓柱形部分，因此可通過夾物模壓或類似方法將節(jié)流閥軸2固定到圓柱形部分的內(nèi)部。
節(jié)流閥軸2由非磁性材料例如大致成柱狀的非磁性金屬材料構(gòu)成，并且如附圖2A所示具有用于保持和固定節(jié)流閥1的閥保持部分10。閥保持部分10的一軸向端面(在附圖的右方)作為第一支承滑動部分滑動地支撐在節(jié)流閥主體3的第一軸支承11的內(nèi)圓周上。閥保持部分10的另一個軸向端面(在附圖的左方)作為第二支承滑動部分滑動地支撐在節(jié)流閥主體3的第二軸支承12的內(nèi)圓周上。
如附圖2A和2B所示，在節(jié)流閥軸2的第一支承滑動部分的尖端(一端)，大致為直線的槽13形成于大致垂直地跨越節(jié)流閥軸2的旋轉(zhuǎn)中心軸的垂直線上。通過使用固定工具例如粘合劑將長方體狀的薄板磁體4固定到槽13之內(nèi)。在節(jié)流閥軸2的第二支承滑動部分的尖端(另一端)形成有短徑部分14。通過楔緊短徑部分14，加速器踏板15被固定。在加速器踏板15的外圓周上具有大致成V形的圓周槽16，其中卷繞有駕駛員操作節(jié)氣門踏板用的開口側(cè)和閉合側(cè)電纜(未示出)。而且在圖中加速器踏板15的右端面上，整體地形成有用于鎖定復(fù)位彈簧17的彈簧側(cè)夾子的本體側(cè)夾子(未示出)。
該節(jié)流閥主體3是通過將樹脂和非磁性材料(例如樹脂材料，例如熱塑性樹脂)整體模制(樹脂化)而獲得的樹脂模制品，并且是一種遮蓋和可旋轉(zhuǎn)地將節(jié)流閥軸2和節(jié)流閥1保持在其中的裝置(外殼)。作為用于樹脂整體模制節(jié)流閥主體3的的樹脂材料，可以用聚對苯二甲酸丁二酯PBT，聚苯撐硫化物PPS，聚酰胺樹脂PA，聚丙烯PP或者聚醚PEI等等。如附圖2A和2B所示，用于形成進氣通道的圓柱管狀的孔心板18整體地和節(jié)流閥主體3成形。在孔心板18的內(nèi)部，可轉(zhuǎn)動地安裝有節(jié)流閥1。
圖中在孔心板18的右端，整體地安裝有用來轉(zhuǎn)動地支撐節(jié)流閥軸2的第一支承滑動部分的圓柱形第一軸支承部分11，使得其從孔心板18的外壁面向圖中右側(cè)伸出。圖中在孔心板18的左端，整體地安裝有用來轉(zhuǎn)動地支撐節(jié)流閥軸2的第二支承滑動部分的圓柱形第二軸支承部分12，使得其從孔心板18的外壁面向圖中左側(cè)伸出。如圖所示，和第一軸支承部分11成一整體的環(huán)形閉合部分19將第一軸支承部分11的右端閉合。圖中第二軸支承部分12的左端是開口的。因此，第二軸支承部分12的開口(第二軸滑動孔22)成為節(jié)流閥軸2插入進氣通道的軸插入孔。
第一和第二軸滑動孔21和22形成于第一和第二軸支承部分11和12上，都具有一個圓斷面。第二軸支承部分12起圓柱彈簧內(nèi)圓周導(dǎo)向件的作用，該導(dǎo)向件上固定有復(fù)位彈簧17，用于將節(jié)流閥1在復(fù)位方向上偏壓到具有最小進氣量的全閉位置。而且圖中在孔心板18的左端面上，整體地安裝有用于鎖定復(fù)位彈簧17的彈簧側(cè)夾子部件的本體側(cè)夾子部件(未示出)。復(fù)位彈簧17是固定在節(jié)流閥軸2第二支承滑動部分的外圓周側(cè)面上的，也就是說在節(jié)流閥主體3第二軸支承部分12的外圓周側(cè)面上的線圈彈簧。如圖所示，其右端(一端)通過安裝在節(jié)流閥主體3孔心板18的外壁面上的主體側(cè)夾子(未示出)來保持，而其左端(另一端)通過安裝在加速器踏板15的孔心板的側(cè)面上的踏板側(cè)夾子(未示出)來保持。
在這里，實施例中的第一軸滑動孔21起磁體支撐孔的作用，用于可轉(zhuǎn)動地支撐著固定在圖中節(jié)流閥軸2的右端上的薄板磁體4，使得其和節(jié)流閥1一同旋轉(zhuǎn)。而且在本實施例中，用于夾持和固定節(jié)氣門開度傳感器5的傳感器夾持部分23和第一軸支承部分11成一整體。通過大致為矩形的傳感器插入孔24能將節(jié)氣門開度傳感器5插入到傳感器夾持部分23的預(yù)定部分(特別是磁探測間隙9)中，該插入孔的一部分位于安裝有節(jié)氣門開度傳感器5的位置(特別是安裝霍爾IC7的位置)的側(cè)面。圖中傳感器插入孔24的右端是開口的。因此，傳感器插入孔24的開口用于將霍爾IC7插入到傳感器夾持部分23的預(yù)定部分中(特別是磁探測間隙9)。在將霍爾IC7裝配到傳感器夾持部分23的預(yù)定部分上后，通過加熱焊接等方法將由樹脂材料制成的蓋板(傳感器蓋子)25安裝到傳感器夾持部分24的外壁面上，從而將傳感器插入孔24的孔口封閉。因此，能夠阻止異物例如水進入傳感器夾持部分23中。
在這里，本實施例的內(nèi)燃機進口節(jié)流裝置包括無接觸旋轉(zhuǎn)角探測裝置，其能將節(jié)流閥1的旋轉(zhuǎn)角(閥的角度)轉(zhuǎn)換成電信號(節(jié)氣門開度信號)，以便將節(jié)流閥1打開的角度輸出到發(fā)動機控制器(ECU)中。該實施例中的ECU對噴射量進行控制用于控制電磁噴油閥(噴射器未示出)打開的持續(xù)時間，使得與旋轉(zhuǎn)角探測裝置的節(jié)氣門開度的信號輸出相對應(yīng)的燃料噴射量被噴射和提供到發(fā)動機的氣缸中。如附圖1至6B所示，該實施例中的旋轉(zhuǎn)角探測器包括，固定在節(jié)流閥軸2一端的薄板磁體4，構(gòu)成具有薄板磁體4的磁路的節(jié)氣門開度傳感元件5等等。該實施例中的節(jié)氣門開度傳感器5包括雙被薄板磁體4磁化的磁軛(磁性部件)6，設(shè)置在磁軛6之間的磁探測間隙9中的霍爾IC7等等。
薄板磁體4成平板狀或者柱狀；其與節(jié)流閥1相應(yīng)于待測物的旋轉(zhuǎn)而一起轉(zhuǎn)動。同時，N極和S極被并聯(lián)磁化，所以平板長度方向上的兩端具有彼此相反的極性，該長度方向大致垂直于平板的厚度方向和寬度方向。薄板磁體4具有正方形平面的形狀，并且是穩(wěn)定地產(chǎn)生長期磁力的平面永磁體，例如，可使用稀土磁體如釤-鈷(Sm-Co)磁體和釹(Nd)磁體，鋁鎳鈷磁鋼和鐵氧體磁體。薄板狀磁體4在平板長度方向(磁化方向)具有兩端，其各自面向中間具有微小間隙的磁軛對6的內(nèi)部圓周面。在這里，附圖標記20表示被節(jié)流閥主體3的傳感器夾持部分23環(huán)繞的磁體保持孔，其中薄板磁體4在從節(jié)流閥1的全閉位置(最小角度)延伸到全開位置(最大角度)的旋轉(zhuǎn)操作范圍中可以轉(zhuǎn)動。
如上所述，因為本實施例中使用的是非圓柱形的分隔型的磁軛6，所以根據(jù)節(jié)流閥1和薄板磁體4的旋轉(zhuǎn)角度的變化，位于薄板磁體4磁化方向上的兩端和磁軛對6的各自內(nèi)圓周面之間的氣隙量是一個可變值。因此，如附圖3中的箭頭所示，在薄板磁體4縱向上的一端(N極)產(chǎn)生的磁通量通過磁軛對6回到薄板磁體4的另一端(S極)。
磁軛對6由磁性材料例如鐵制成，并且與薄板磁體的磁化方向的兩端形成一預(yù)定的氣隙。磁軛對6被分成兩個或更多部分，因此它們相對于大致和薄板磁體4的旋轉(zhuǎn)中心軸垂直交叉的垂直面呈平面對稱?；魻朓C7設(shè)置在具有一定尺寸的分隔形成的磁探測間隙9中間。每一個磁軛6包括圍繞磁體4設(shè)置的以便將磁體4的磁通量集中在上面的大致成圓形彎曲的部分(反向彎曲部分)34；比彎曲部分34的一端寬度小的磁探測部件夾持片(在下文縮寫為夾持片)31；連接到夾持片31一端的肩部32；在肩部32的末端大致成銳角彎曲以便連接到彎曲部分34的彎頭部分(卷繞部分)33。
夾持片31是升起的壁(相對的壁)，通過磁探測間隙9彼此相對，同時與霍爾IC7的兩個磁感應(yīng)面相接觸。在夾持片31的兩端具有彎頭部分35，其彼此遠離并分別連接到兩個肩部32的相對端。特別地，每一個夾持片31在磁探測間隙9側(cè)在每一肩部32的末端彎曲，以遠離節(jié)流閥軸2和薄板磁體4的旋轉(zhuǎn)中心軸。磁軛對6在傳感器夾持部分23中夾物模壓形成，因此至少每一夾持片31的相對面暴露在傳感器插入孔24中。
每個肩部32在大致垂直地與中心軸線方向(垂直方向)交叉的方向上延伸，從而在垂直方向(如附圖3所示的水平方向上)，上以直線方式彼此遠離。每個彎頭部分33位于最遠離薄板磁體4磁化方向的一端(N極)的位置。在薄板磁體4磁化方向上的一端(N極)形成最大的氣隙。
每個反向彎曲部分34設(shè)成使得當(dāng)薄板磁體從氣隙最小位置旋轉(zhuǎn)一個預(yù)定的角度到達氣隙變大的位置時，在薄板磁體4磁化方向上的兩端和磁軛對6的內(nèi)表面之間的氣隙突然地變大。而且，反向彎曲部分34彼此遠離地翹曲。在節(jié)流閥1和薄板磁體4鄰近最大角度(例如80°)時，薄板磁體4磁化方向上的兩端和磁軛對6的內(nèi)表面之間的氣隙變得最小的狀態(tài)被設(shè)為參考位置(在該位置上薄板磁體4的旋轉(zhuǎn)中心軸的垂直線橫過)。反向彎曲部分34設(shè)成使從參考位置延伸到兩側(cè)(在附圖的垂直方向上)的部分大致成圓形彎曲。
如附圖1-3所示，本實施例中的霍爾IC7具有磁感面，其沿板厚方向的兩側(cè)具有一定寬度?；魻朓C7是一種IC(集成電路)，通過集成霍爾元件(無接觸磁探測部件)和放大器電路而構(gòu)成，并且根據(jù)流經(jīng)磁探測間隙9中的磁通量密度(穿過霍爾IC7中的磁通量密度)來輸出電壓信號?；魻朓C7可以具有如下的功能，對磁通量密度的輸出進行增益調(diào)整和偏移調(diào)整，以及從外部對溫度特性的校正程序進行電調(diào)整和短路的自診斷功能。
通過傳感器插入孔24插入霍爾IC7，使得霍爾IC7被放進位于磁軛對6的夾持片31之間的磁探測間隙9中，該磁軛6被夾持和固定(夾物模壓)在傳感器夾持部分23中，該夾持件23和樹脂節(jié)流閥主體3的外壁面整體地成形，因此將霍爾IC7裝配在傳感器夾持部分23的預(yù)定位置上。因此，霍爾IC7被放進磁軛對6的夾持片31之間的磁探測間隙9中以進行定位。
霍爾IC7的導(dǎo)線(兩個輸出引線終端和一個供電(電源)終端)電連接或機械連接到連接器插腳(終端未示出)上，該連接器插腳通過連接方法例如電阻焊接被夾物模壓到傳感器夾持部分23內(nèi)而形成。
磁探測間隙9設(shè)置在包括薄板磁體4和磁軛對6的磁路中間，因此空間關(guān)系成為可使得穿過霍爾IC7的兩個磁感面的磁通量密度相對于當(dāng)薄板磁體4和支架6的反向翹曲部分34之間的間隙最小時的薄板磁體4的磁化方向變得較大。而且，磁探測間隙9設(shè)置在磁路中間，使得空間關(guān)系成為可使得穿過霍爾IC7的兩個磁感面的磁通量密度相對于當(dāng)節(jié)流閥1和薄板4的旋轉(zhuǎn)角鄰近最小角度和最大角度之間的中間角度(例如40°)時的薄板磁體4的磁化方向變得較小。
緊接著，參考附圖1-6B將對包括本實施例的旋轉(zhuǎn)角度探測器的內(nèi)燃機進口節(jié)流裝置的功能進行描述。
當(dāng)駕駛員操作節(jié)氣門踏板時，根據(jù)節(jié)氣門踏板的操作量，通過鋼纜機械地連接到節(jié)氣門踏板上的加速器踏板15反抗復(fù)位彈簧17的偏置力旋轉(zhuǎn)了一個角度。然后，上述的加速器踏板15的旋轉(zhuǎn)被傳輸?shù)焦?jié)流閥軸2上。隨著節(jié)流閥軸2的旋轉(zhuǎn)，節(jié)流閥1和加速器踏板15也就是說節(jié)流閥軸2旋轉(zhuǎn)相同的角度。因此，既然發(fā)動機氣缸的進氣通道以節(jié)氣門開度的預(yù)定角度打開，發(fā)動機轉(zhuǎn)速根據(jù)節(jié)氣門踏板的操作量來改變。
在這里，如附圖3A中的箭頭所示，當(dāng)節(jié)流閥1的旋轉(zhuǎn)角鄰近中間角度時(在該實施例中節(jié)流閥1的閥門開度為30°以及薄板磁體(磁體)4的旋轉(zhuǎn)角為0°)，磁通量從薄板磁體4板長方向的一端(N極)產(chǎn)生，經(jīng)過磁軛對6的各自的肩部32、各自的彎頭部分33以及反向翹曲部分34，回到薄板磁體4在板長方向上的另一端(S極)。此時，位置關(guān)系成為使得流過磁探測間隙9的磁通量密度(穿過霍爾IC7的磁通量密度)在薄板磁體4的磁化方向上變得較小。因此，如附圖5中的圖表所示，從霍爾IC7上輸出的用于節(jié)流閥1和薄板磁體4的旋轉(zhuǎn)角的輸出電壓幾乎變成零。
而且，如附圖3B中的箭頭所示，當(dāng)節(jié)流閥1的旋轉(zhuǎn)角沿開度增加方向(全開方向)從鄰近中間角度開始變化時(在該實施例中節(jié)流閥1的閥門開度為30°-70°，薄板磁體(磁體)4的旋轉(zhuǎn)角為30°-40°)，磁通量從薄板磁體4板長方向的一端(N極)產(chǎn)生，經(jīng)過圖中左側(cè)磁軛6的反向翹曲部分34，回到薄板磁體4在板長方向上的另一端(S極)。而且，磁通量從薄板磁體4板長方向上的一端(N極)經(jīng)過圖中左側(cè)磁軛6的肩部32、夾持片31、磁探測間隙9(霍爾IC7)以及右磁軛6的肩部32、彎頭部分33和反向翹曲部分34回到薄板磁體4板長方向上的另一端(S極)。此時，空間關(guān)系成可使得穿過磁探測間隙9的磁通量密度(穿過霍爾IC7的磁通量密度)相對于薄板磁體4的磁化方向變成較適中。因此，根據(jù)附圖5的圖表所示的改變量，從霍爾IC7上輸出的用于節(jié)流閥1和薄板磁體4的旋轉(zhuǎn)角的輸出電壓線性地增加。
然后，當(dāng)節(jié)流閥1的旋轉(zhuǎn)角從鄰近中間角度朝開度增加方向(在全開方向上)(當(dāng)節(jié)流閥1處于全開位置，也就是說本實施例中閥門開度為90°，薄板磁體(磁體)4的旋轉(zhuǎn)角是60°)更進一步擴大變化時，如附圖4A中的箭頭標志所示，磁通量從薄板磁體4板長方向上的一端(N極)經(jīng)過左磁軛6的反向翹曲部分34、左磁軛6的彎頭部分33、左磁軛6的肩部32、左磁軛6的夾持片31磁探測間隙9(霍爾IC7)，右磁軛6的夾持片31、右磁軛6的肩部32、右磁軛6的彎頭部分33和右磁軛6的反向翹曲部分34，回到薄板磁體4板長方向上的另一端(S極)。此時，空間關(guān)系成為可使得穿過磁探測間隙9的磁通量密度(穿過霍爾IC7的磁通量密度)相對于薄板磁體4的磁化方向變得較大。因此，在附圖5的圖表所示的線性區(qū)域中，從霍爾IC7上輸出的用于節(jié)流閥1和薄板磁體4的旋轉(zhuǎn)角的輸出電壓具有一個極大值。
反之，當(dāng)節(jié)流閥1的旋轉(zhuǎn)角從鄰近中間角度朝開度降低的方向(在全閉方向上)(當(dāng)節(jié)流閥1處于全閉位置，也就是說本實施例中閥門開度為0°，薄板磁體(磁體)4的旋轉(zhuǎn)角為-30°)變化時，如附圖4B中箭頭所示，磁通量流程與上述的附圖3B中的方向相反，也就是說從右磁軛6的夾持片31流出，經(jīng)過磁探測間隙9(霍爾IC7)回到左磁軛6的夾持片31上。如附圖5中的圖表所示，從霍爾IC7上輸出的輸出電壓相對于改變量來說是一個線性的負輸出。
如上所述，在本實施例的旋轉(zhuǎn)角探測器中，磁軛對6包括霍爾IC7，其構(gòu)成設(shè)置在磁探測間隙9中的節(jié)氣門開度傳感器5的傳感段，該間隙位于彼此相對的兩個夾持片31之間。磁軛分隔成相對于垂直面對稱，該垂直面大致垂直地越過薄板磁體4的旋轉(zhuǎn)中心軸。各自彎離參考位置的反向翹曲部分34設(shè)在該對磁軛6上。因此，如果節(jié)流閥1的旋轉(zhuǎn)角從鄰近最大角度向最小角度旋轉(zhuǎn)了一個預(yù)定的角度，在薄板磁體4的磁化方向上的兩端和磁軛對6的內(nèi)表面(相對面)之間的間隙會突然地增加。因此，經(jīng)過磁軛對6之間的磁探測間隙9的磁通量密度(穿過霍爾IC7的磁通量密度)突然地減少。
因此，由于從霍爾IC7上輸出的電壓也突然降低，所以與常規(guī)方法相比較其輸出的電壓接近于理想輸出電壓。因此，在節(jié)流閥1的探測角度的全程范圍內(nèi)，相對于節(jié)流閥1和薄板磁體4的旋轉(zhuǎn)角，從霍爾IC7上輸出的電壓的線性度(霍爾IC7的輸出變化特性的線性度)能夠得到提高。特別地，由于當(dāng)節(jié)流閥1的旋轉(zhuǎn)角接近最大角度時，從霍爾IC7上輸出的電壓相對于待測物和薄板磁體4的旋轉(zhuǎn)角的線性度(霍爾IC7的輸出變化特性的線性度)能夠被提高，所以能夠提高節(jié)流閥1的旋轉(zhuǎn)角度的探測精度。
而且，在磁軛對6上分別安裝有夾持片31，每個夾持片比霍爾IC7的兩磁感面的寬度更小。磁軛對6上的兩夾持片31通過磁探測間隙9彼此相對，同時和霍爾IC7的兩磁感面相接觸。這樣能夠?qū)⒋磐考性诨魻朓C7的兩個磁感面上。因此，由于在薄板磁體4的旋轉(zhuǎn)角從最小角度到最大角度的全程變化范圍內(nèi)，即在節(jié)流閥1的待測角度的全程范圍內(nèi)，磁通量能夠有效地被集中在霍爾IC7的兩個磁感面上，所以從霍爾IC7中能夠獲得穩(wěn)定的輸出電壓。
而且，如圖所示，用于夾持和固定節(jié)氣門開度傳感器5的傳感器夾持部分23設(shè)在節(jié)流閥主體3的孔心板18的右端，該夾持部分包括磁軛對6、霍爾IC7和用于可旋轉(zhuǎn)地夾持薄板磁體4的第一軸滑動孔(磁體保持孔)21。因此，用于可旋轉(zhuǎn)地夾持薄板磁體4的外殼和用于夾持磁軛對6和霍爾IC7的外殼可以用單個部件構(gòu)成。
因此，磁軛對6和霍爾IC7相對于薄板磁體4的磁化方向的定位精度(組合精確)能夠輕易地達到，從而減少薄板磁體4、磁軛對6和霍爾IC7在裝配上的變化。而且，由于霍爾IC7上的輸出不可能發(fā)生變化，因此能防止隨著節(jié)流閥1的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的薄板磁體4的旋轉(zhuǎn)角的探測精度下降。而且，由于采用單個的薄板磁體4作為磁場源，因此相比傳統(tǒng)的需要兩塊磁體的技術(shù)而言，能夠減少部件數(shù)量和安裝步驟。因此，能夠減少旋轉(zhuǎn)角探測器的總成本。
附圖7顯示了本發(fā)明內(nèi)燃機進口節(jié)流裝置的第二實施例。
在這個實施例中，霍爾IC7和其導(dǎo)線(兩個輸出終端和一個電源終端)通過與磁軛對6夾物模壓形成在傳感元器夾持部分23中。由于在這種情況下不需要蓋板(傳感器蓋)25，因此相比上述第一實施例而言，減少了部件數(shù)量和裝配步驟。因此，減少了該旋轉(zhuǎn)角探測裝置的總成本。
在該實施例中，通過鋼纜機械地連接到節(jié)氣門踏板上的加速器踏板15被連接到節(jié)流閥軸2的一端，所以本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角探測器被合并在內(nèi)燃機進口節(jié)流裝置內(nèi)，用來將駕駛員對加速器的操作量傳送到節(jié)流閥1上。然而，可以將本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角探測器合并在內(nèi)燃機的節(jié)流控制裝置中，用于通過動力傳動裝置如齒輪減速裝置將驅(qū)動電機(致動器)的旋轉(zhuǎn)動力傳送到節(jié)流閥軸2上，從而可以根據(jù)駕駛員對加速器的操作量來控制節(jié)流閥1的旋轉(zhuǎn)角(閥門開度)。在這種情況下，閥齒輪和節(jié)流閥軸2的一端成一整體，并代替了安裝在節(jié)流閥軸2一端上的加速器踏板15。用這樣的方式，駕駛員對加速器的操作量(例如，對節(jié)氣門踏板的操作量或者對加速器踏板的擠壓量)也可以被傳輸?shù)焦?jié)流閥1上。
在這些實施例中，已經(jīng)描述了將本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角探測器應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)角探測裝置(節(jié)氣門開度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、轉(zhuǎn)動角傳感器)中，用于將節(jié)流閥1的旋轉(zhuǎn)角(閥門開度)轉(zhuǎn)換成電信號(節(jié)氣門開度信號)，從而將節(jié)流閥1的開度輸出到ECU上。然而，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角探測器可以用在一個旋轉(zhuǎn)角探測裝置(油門開度傳感器或者旋轉(zhuǎn)角傳感器)中，用于將駕駛員對加速器的操作量(例如節(jié)氣門踏板的旋轉(zhuǎn)角或者加速器踏板的旋轉(zhuǎn)角)轉(zhuǎn)換成電信號(油門開度信號)，以便輸出節(jié)氣門踏板在旋轉(zhuǎn)方向上的操作角度或者對加速器踏板的擠壓度。
而且，作為用于樹脂整體模制節(jié)流閥主體3的樹脂材料，也可以使用通過混合填料(例如，低價玻璃纖維、碳纖維、聚酰胺(aramide)纖維，硼纖維等等)或者添加被加熱到熔融狀態(tài)的樹脂材料(例如，由熱塑性樹脂組成的熔融樹脂)(例如；包含30％玻璃纖維PBTG30的聚對苯二甲酸丁二酯，或者包含40％玻璃纖維PBTG40的聚對苯二甲酸丁二酯)而獲得的樹脂復(fù)合材料。而且，可以通過一個鑄口將上述樹脂復(fù)合材料注射到用于樹脂模制的模腔中，以便通過樹脂復(fù)合材料的注射成型制造樹脂節(jié)流閥主體。用這種方式通過注射成型樹脂復(fù)合材料經(jīng)樹脂整體模制而獲得的樹脂模制產(chǎn)品具有低成本和極好的可模性，并且包括機械性能、強度、剛性、耐熱性等性能得到了提高。而且，在該實施例中，盡管使用樹脂材料(例如，由熱塑性樹脂組成的熔融樹脂)作為被加熱到熔融狀態(tài)的熔料，也可以使用熔融金屬材料(例如，半熔化合金材料如鋁合金)作為加熱到熔融狀態(tài)的熔料。
盡管在這些實施例中，通過夾物模壓將磁軛對6成形在節(jié)流閥主體(外殼)3的傳感器夾持部分23中，也可以將與磁軛對6的外形相當(dāng)?shù)牟墼O(shè)在節(jié)流閥主體3的傳感器夾持部分23的外壁面上，從而將磁軛對6壓制和固定到槽中。而且，盡管在本實施例中使用平面的或者圓柱的薄板磁體4來作磁體，也可以使用細小的針狀或條狀磁體。特別地，當(dāng)板長方向上的磁化的具有相反極性的兩端變窄時，從霍爾IC7上輸出的電壓相對于薄板磁體4旋轉(zhuǎn)角的線性度(霍爾IC7的輸出變化特性的線性度)得到提高。薄板磁體4也可以使用通過燒結(jié)聚酰胺樹脂(PA)、釹、鐵和/或硼粉獲得的樹脂磁體。
在這些實施例中，已經(jīng)描述了將霍爾IC7用作無接觸磁探測部件的例子，其中該霍爾IC7通過集成霍爾元件(一種無接觸磁探測部件)和放大器電路而獲得。然而，作為無接觸磁探測部件，可以單獨使用霍爾元件或者使用磁致電阻部件。而且，盡管在實施例中描述了將包括磁軛對6(磁性部件)和霍爾IC7的無接觸旋轉(zhuǎn)角傳感器用作節(jié)氣門開度傳感器(旋轉(zhuǎn)角傳感器)的例子，但包括定子鐵心(一種磁性部件)和磁探測部件的無接觸旋轉(zhuǎn)角傳感器也可以用作節(jié)氣門開度傳感器(旋轉(zhuǎn)角傳感器)。而且，如平面或者圓柱的薄板磁體4的磁體可以被裝配到與回轉(zhuǎn)軸如節(jié)流閥軸2連接的轉(zhuǎn)子鐵心上。
權(quán)利要求
1.一種用于探測物體旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角探測裝置，包括隨著物體一起旋轉(zhuǎn)的磁體(4)，該磁體(4)包括被磁化為具有相反極性的兩端；與磁體(4)兩端形成間隙的磁性體單元(5)，該磁性體單元(5)包括關(guān)于一垂直面大體對稱的磁性部件(6)，該垂直面垂直地通過磁體(4)的轉(zhuǎn)動軸，另外，在磁性部件之間限定有磁探測間隙(9)；和布置在位于磁性部件(6)之間的磁探測間隙(9)中的無接觸磁探測部件(7)，其用于輸出與穿過磁探測間隙(9)的磁通量密度相對應(yīng)的信號，其中根據(jù)磁探測部件(7)上輸出的信號來探測物體的旋轉(zhuǎn)角，并且每個磁性部件(6)都包括反向彎曲部分(34)，從而當(dāng)磁體(4)從間隙最小的狀態(tài)朝間隙增大的方向旋轉(zhuǎn)一預(yù)定的角度時間隙突然增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角探測裝置，其中反向彎曲部分(34)被設(shè)為使得從參考位置向兩側(cè)伸出的部分大致成圓弧狀彎曲，該起始位置限定了最小的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的旋轉(zhuǎn)角探測裝置，進一步包括由非磁性材料整體形成并且包括傳感器夾持部分(23)和磁體夾持孔(20)的外殼(3)，用于夾持包括有磁性部件(6)和磁探測部件(7)的旋轉(zhuǎn)角傳感器的傳感器夾持部分(23)，和用于夾持磁體(4)的磁體夾持孔(20)，磁體(4)在其中能夠自由地旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一個所述的旋轉(zhuǎn)角探測裝置，其中磁探測部件(7)具有磁感面，其在板厚方向的相對兩側(cè)具有一定寬度，并且磁探測間隙(9)被設(shè)置在包括磁體(4)和磁性部件(6)的磁路中間，從而空間關(guān)系成為可使得當(dāng)物體的旋轉(zhuǎn)角設(shè)置為所用范圍內(nèi)的中間角度時，穿過磁探測部件(7)在板厚方向上的兩磁感面的磁通量密度相對于磁體(4)的磁化方向來說變?yōu)檩^小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一個所述的旋轉(zhuǎn)角探測裝置，其中磁探測部件(7)具有磁感面，其在板厚方向的相對兩側(cè)具有一定寬度，磁性部件(6)具有磁探測部件夾持片(31)，其分別比反向彎曲部分(34)具有更小的板寬，并且磁性部件(6)的各磁探測部件夾持片(31)通過磁探測間隙(9)相互面對，同時在板厚方向上與磁探測部件(7)的磁感面相接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的旋轉(zhuǎn)角探測裝置，其中每個磁性部件(6)包括肩部(32)和彎頭部分(35)，肩部(32)沿大致垂直地橫過中心軸線的方向延伸，以便以大致為直線的方式相互分離，彎頭部分(35)在肩部(32)的末端大致以銳角彎曲，以便連接到反向彎曲部分(34)上，并且磁性部件(6)的磁探測部件夾持片(31)設(shè)成在磁探測間隙側(cè)的肩部(32)的末端分別大致成直角彎曲，以便被分開而遠離磁體(4)。
全文摘要
一種用于探測物體旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角探測裝置，其包括磁體(4)、磁性體單元(5)和無接觸磁探測部件(7)。磁體(4)隨物體一起旋轉(zhuǎn)，并且具有兩個相反、磁極。磁性體單元(5)與磁體(4)兩端形成間隙，并且包括關(guān)于垂直地通過磁體(4)轉(zhuǎn)軸的垂直面大體對稱的磁性部件(6)，磁性部件之間限定磁探測間隙(9)。無接觸磁探測部件(7)布置在磁性部件(6)之間的磁探測間隙(9)中，用于輸出與經(jīng)過磁探測間隙(9)中的磁通量密度相對應(yīng)的信號。根據(jù)磁探測部件(7)上輸出的信號來探測物體的旋轉(zhuǎn)角。每個磁性部件(6)都包括反向彎曲部分(34)，所以當(dāng)磁體(4)從間隙最小的狀態(tài)朝間隙增大的方向旋轉(zhuǎn)一預(yù)定的角度時間隙突然增大。
文檔編號G01B7/30GK1704715SQ200510074239
公開日2005年12月7日 申請日期2005年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月2日
發(fā)明者中野勇次, 佐野亮, 古川晃, 石田伸二 申請人:株式會社電裝