专利名称：旋转角探测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转角探测装置，用于探测待测物体的旋转角，尤其是涉及一种节气门开度探测装置，用于探测节流阀的旋转角，该节流阀用于调节吸入到内燃机气缸内的进气量。
背景技术：
传统上，例如用于探测内燃机节流阀打开程度(节气门开度)的节气门开度传感器(也称为节气门位置传感器)已经被推荐，作为一个用于探测待测物体旋转角的旋转角探测装置。这样的一个例子在日本专利文件JP 2001-317909 A中公开了。如附图8A和8B所示，待测物体如节流阀(未示出)的转轴101通过轴承102被外壳103可旋转地支撑着。柱形转子铁心(相当于磁轭)104被固定在转轴101的一端。在转子铁心104的内圆周侧面上，同轴地设置有圆柱状的定子铁心105。磁体107被安装在转子铁心104的两个槽口106内，以便固定在其中。每个磁体107成平面或者柱状。在磁体两个端面上，并联磁化有N极和S极。除了在每个磁体107附近以外，转子铁心104的内圆周面通过其间的小间隙与定子铁心105的外圆周面相对。另一方面，在定子铁心105中间形成一个具有恒定宽度并用于形成平行磁场的磁探测间隙109，从而在直径方向上穿过其中。两个霍尔IC110水平地布置在磁探测间隙109中。
由于两块磁体107被布置在转子铁心104直径方向上的相对位置上，以便在如上所述设置的节气门开度传感器中相互排斥，磁通量从每块磁体107的N极产生，经过从转子铁心104、定子铁心105、磁探测间隙109(霍尔IC110)、定子铁心105到转子铁心104的磁路，以便回到每块磁体107的S极。当转子铁心104随着待测物体如节流阀旋转时，穿过定子铁心105中的磁探测间隙109的磁通量密度(穿过霍尔IC110的磁通量密度)随着它的旋转角而变化。霍尔IC110上的输出电压根据磁通量密度进行变化。在附图8A所示的节气门开度传感器中，在转子铁心104内圆周侧上的每块磁体107附近形成相对大的间隙111。因此，每块磁体107的两极和定子铁心105之间的磁通量短路通过间隙111被防止，从而防止穿过磁探测间隙109(霍尔IC110)的磁通量密度被降低。
而且，如附图6A和9中所示，将霍尔IC110夹持在磁探测间隙122中的旋转角传感器在美国专利6,707,292B2中已经公开，其中磁探测间隙122形成于分隔型定子铁心120中的夹持片121之间。当长方体状磁体130随着待测物旋转时，穿过磁探测间隙122的磁通量密度(穿过霍尔IC110的磁通量密度)随着它的旋转角一起变化。霍尔IC110上的输出电压根据磁通量密度而改变。在图中，每个定子铁心120包括从夹持片121的下端伸出并在图中水平方向上延伸的肩部123、弯曲于肩部123末端的弯头部分124、从弯头部分124的末端伸出并直线延伸到图中下端的延伸部分125。
然而，如附图8A和8B所示，在日本专利文件JP 2001-317909A所述的节气门开度传感器中，霍尔IC110位于输出终端112的连接器外壳114、定子铁心105和隔离物113等等中，该外壳通过树脂模制获得，霍尔IC110的导线连接到输出终端上。特别地，由于可转动地保持转子铁心104和两块磁体107的外壳103和保持定子铁心105和霍尔IC110的连接器外壳114由分开的部件构成，所以定子铁心105和霍尔IC110相对于两块磁体107的磁化方向的位置精度(组合精度)几乎不能被获得。因此，霍尔IC110上的输出信号很可能发生变化。因此，产生一个问题，随着待测物体旋转的磁体107的旋转角探测精度降低了。而且，由于用两块磁体107作为磁场源，增加了部件数量和装配步骤，从而导致增加了成本。
而且，如附图6A和9所示，在美国专利6,707,292B2中所述的旋转角传感器中，当磁体130的旋转角从最小的角度(例如0°)变化到邻近最大角度(例如80°)时，霍尔IC110上的输出信号随着经过磁探测间隙122中的磁通量密度的变化而变化。每个定子铁心120包括直线延伸部分125，当磁体130旋转一个大角度时，其和磁体130的两端面之间形成间隙。因此，根据本发明如附图10中图表上的实线所示，产生了凸型的输出信号而不是理想的输出信号，其在邻近最大角度附近具有一拐点。更特别地，当磁体130的旋转角邻近45°时，霍尔IC110上的输出信号和理想输出之间的差异最大。因此，产生了一个问题，霍尔IC110上的输出值相对于磁体130随着待测物体转动的旋转角的线性度，在待测物体的探测角度的范围内降低。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种旋转角探测装置，通过提高磁探测部件上的输出信号在待测物探测角度全量程上的相对于待测物体和磁体的旋转角的线性度，其能够提高待测物体旋转角的探测精度。而且，本发明的目的是提供一种旋转角探测装置，通过用单个部件构成一个用于将磁体可旋转地保持在其中的外壳和一个用于将磁性部件和磁探测部件保持在其中的外壳，其能够防止随待测物体旋转而旋转的磁体的旋转角度的探测精度下降。
根据本发明的一个方面，磁性体单元被分离开，并相对于大致垂直地横过磁体的旋转中心轴的垂直面对称，并且磁探测部件被安放于由于分离而形成的磁探测间隙中。在每个磁性部件上都具有反向弯曲部分，所以如果磁体从间隙最小的状态朝间隙增大的方向旋转一个预定旋转角时，间隙会突然增大。因此，随着待测物体在间隙增加方向上旋转一个预定角度，在磁体磁化方向上的两端和磁性部件在板厚方向的内面(相对表面)之间的间隙突然增加。因此，穿过磁性部件之间的磁探测间隙中的磁通量密度，即穿过磁探测部件的磁通量密度突然减少。
因此，由于磁探测部件上的输出信号也突然下降，所以与传统方法相比输出信号接近理想输出信号。因此，在待测物体的探测角度的全量程上，磁探测部件的输出信号相对于待测物体和磁体的旋转角的线性度(磁探测部件的输出变化特性的线性度)能够得到提高。特别地，由于在间隙相对小的区域中，磁探测部件的输出信号相对于磁体旋转角的线性度(磁探测部件的输出变化特性的线性度)能够被提高，所以待测物体旋转角的探测精确能够被提高。
根据本发明另一方面，在具有最小间隙的位置被设为参考位置的情况下，磁性部件的反向弯曲部分的特征在于，从参考位置向两侧延伸的部分大致弯曲成圆弧形，从而相互分隔远离。
根据本发明的再一个方面，通过提供传感器夹持部分(用于夹持包括磁性部件和磁探测部件的旋转角传感器)和为由非磁性材料整体形成的外壳提供磁体夹持孔(用于将磁体可旋转地夹持在其中)，可以用单个部件构成用于可旋转地将磁体保持在其中的外壳和用于将磁性部件和磁探测部件保持在其中的外壳。因此，磁性部件和磁探测部件相对于磁体磁化方向的定位精度(组合精度)能够轻易地获得，从而减少磁体和磁性部件以及磁探测部件在装配上的变化。而且，由于磁探测部件上的输出信号几乎不产生变化，所以能够阻止磁体随待测物体旋转的旋转角度的探测精确下降。而且，由于用单块磁体作为磁场源，所以与传统方法中需要两块磁体相比，减少了部件数量和装配步骤。因此，减少了旋转角探测装置的总成本。
根据本发明的再一个方面，磁探测间隙被设置在包括磁体和磁性部件的磁路中间，从而空间关系成为可使得当待测物体的旋转角设置为邻近所用范围内的中间角度时，穿过磁探测部件在板厚方向上的两磁感面的磁通量密度相对于磁体的磁化方向来说变得较小。因此，如果待测物体被设置为邻近所用范围内的中间角度时，经过磁性部件之间的磁探测间隙中的磁通量密度，即穿过磁探测部件板厚方向上的两磁感面的磁通量密度变得较小。因此，磁探测部件上的输出信号具有相对小的值，从而探测待测物在邻近中间角度时的旋转角。然后，如果磁体从邻近中间角度的位置在双向上旋转，磁探测部件上的输出信号就会增加或者下降，从而能在一个宽量程上准确地探测待测物体的旋转角。
根据本发明又一个方面，磁性部件上分别有磁探测部件夹持片，每一个磁探测部件夹持片比那些用于将磁体的磁通量集中在其上的反向弯曲部分具有更小的宽度。然后，如果磁性部件各自的磁探测部件夹持片通过磁探测间隙彼此相对，同时与磁探测部件板厚方向上的两磁感面相接触，磁通量就能够被集中在磁探测部件板厚方向上的两磁感面上。因此，在磁体随着待测物的旋转从最小角度旋转到最大角度的旋转角范围内，即在待测物体的探测角度的全量程内，磁通量就能够被有效地集中在磁探测部件板厚方向上的两磁感面上。因此，从磁探测部件上能够稳定地输出信号。
根据本发明又一个方面，在磁性部件上分别具有肩部，其在大致垂直地穿过中心轴线的方向上大致成直线延伸，从而相互分隔远离。然后，通过在肩部末端大致成锐角弯曲的弯头部分，肩部的末端和反向弯曲部分的末端相互连接在一起。磁性部件各自的磁探测部件夹持片在磁探测间隙侧面上的肩部末端大致成直角弯曲，以便和磁体分开远离。因此，在磁体随着待测物的旋转从最小角度旋转到最大角度的旋转角的范围内，即在待测物体的探测角度的全量程内，磁通量就能够被有效地集中在磁探测部件板厚方向上的两磁感面上。因此，从磁探测部件上能够稳定地输出信号。
通过对下文中的详细说明、附加的权利要求书和附图进行的讨论，本发明的其它特征和优点以及相关部分的操作方法和功能将会得到认识，所有这些组成了本申请的一部分。在附图中附图1是显示本发明第一实施例中节气门开度传感器的透视图；附图2A是显示内燃机上进口节流装置的横截面图；附图2B是沿附图2A中A-A剖线的横截面图；附图3A是附图1中节气门开度传感器的正视图，显示了在阀开度为30°时具有最小输出的磁通量；附图3B是附图1中节气门开度传感器的正视图，显示了具有中等输出的磁通量；附图4A是附图1中节气门开度传感器的正视图，显示当节流阀处于全开状态时的磁通量；附图4B是附图1中节气门开度传感器的正视图，显示当节流阀处于全闭状态时的磁通量；附图5是显示附图1中节气门开度传感器的输出特性相对于节流阀旋转角的图表；附图6A是显示传统的节气门开度传感器的透视图；附图6B是节气门开度传感器第一实施例的透视图；
附图7是本发明第二实施例的内燃机进口节流装置的横截面图；附图8A是传统的节气门开度传感器的平面图；附图8B是附图8A的节气门开度传感器的横截面图；附图9是传统的节气门开度传感器的透视图，显示了定子铁心、霍尔IC和磁体的布置；并且附图10是显示霍尔IC的输出特性相对于磁体角度(位置)的图表。
具体实施例方式
在本发明的最佳实施方式中，通过提高磁探测部件的输出信号相对于磁体旋转角度在待测物体探测角度全程范围内的线性度，来提高了待测物体旋转角的探测精度。而且，通过用单个元件构造成将磁体旋转地保持其中的外壳以及将磁探测部件保持在其中的外壳，防止随着待测物体旋转而旋转的磁体旋转角的探测精度降低。
附图1-6显示了本发明的第一实施例，其中附图1显示了节气门开度传感器，附图2显示了内燃机的进口节流装置。
根据驾驶员对加速器的操作量(例如，对节气门踏板的操作量)，该内燃机进口节流装置通过改变流入内燃机(例如，双轮车辆发动机；在下文中称为发动机)气缸的燃烧室中的进气量来控制发动机的转速或者发动机转矩。该内燃机的进口节流装置包括用于控制吸入发动机气缸中的进气量的节流阀1；随着节流阀1一起旋转的节流阀轴2；进入发动机气缸的进气所流经的节流阀主体3；以及用于控制喷射和供给发动机气缸的喷射燃料为最优值的发动机控制单元(在下文中称为ECU；未示出)。
如附图2A和2B所示，节流阀1被罩在节流阀主体3内以便能打开和关闭。节流阀1是一种用于调节吸入发动机气缸中的进气量的蝶形阀，其通过将旋转角从最低进气量的全闭位置到最高进气量的全开位置，即在旋转的可操作范围内进行改变来实现调节。节流阀1由金属板形成大致圆盘状，并且通过紧固件(未示出)例如紧固螺钉保持和固定到节流阀轴2的外圆周上。节流阀1可以由树脂材料整体模制而成。在这种情况下，节流阀1具有圆盘状部分和在圆盘状部分直径方向上的圆柱形部分，因此可通过夹物模压或类似方法将节流阀轴2固定到圆柱形部分的内部。
节流阀轴2由非磁性材料例如大致成柱状的非磁性金属材料构成，并且如附图2A所示具有用于保持和固定节流阀1的阀保持部分10。阀保持部分10的一轴向端面(在附图的右方)作为第一支承滑动部分滑动地支撑在节流阀主体3的第一轴支承11的内圆周上。阀保持部分10的另一个轴向端面(在附图的左方)作为第二支承滑动部分滑动地支撑在节流阀主体3的第二轴支承12的内圆周上。
如附图2A和2B所示，在节流阀轴2的第一支承滑动部分的尖端(一端)，大致为直线的槽13形成于大致垂直地跨越节流阀轴2的旋转中心轴的垂直线上。通过使用固定工具例如粘合剂将长方体状的薄板磁体4固定到槽13之内。在节流阀轴2的第二支承滑动部分的尖端(另一端)形成有短径部分14。通过楔紧短径部分14，加速器踏板15被固定。在加速器踏板15的外圆周上具有大致成V形的圆周槽16，其中卷绕有驾驶员操作节气门踏板用的开口侧和闭合侧电缆(未示出)。而且在图中加速器踏板15的右端面上，整体地形成有用于锁定复位弹簧17的弹簧侧夹子的本体侧夹子(未示出)。
该节流阀主体3是通过将树脂和非磁性材料(例如树脂材料，例如热塑性树脂)整体模制(树脂化)而获得的树脂模制品，并且是一种遮盖和可旋转地将节流阀轴2和节流阀1保持在其中的装置(外壳)。作为用于树脂整体模制节流阀主体3的的树脂材料，可以用聚对苯二甲酸丁二酯PBT，聚苯撑硫化物PPS，聚酰胺树脂PA，聚丙烯PP或者聚醚PEI等等。如附图2A和2B所示，用于形成进气通道的圆柱管状的孔心板18整体地和节流阀主体3成形。在孔心板18的内部，可转动地安装有节流阀1。
图中在孔心板18的右端，整体地安装有用来转动地支撑节流阀轴2的第一支承滑动部分的圆柱形第一轴支承部分11，使得其从孔心板18的外壁面向图中右侧伸出。图中在孔心板18的左端，整体地安装有用来转动地支撑节流阀轴2的第二支承滑动部分的圆柱形第二轴支承部分12，使得其从孔心板18的外壁面向图中左侧伸出。如图所示，和第一轴支承部分11成一整体的环形闭合部分19将第一轴支承部分11的右端闭合。图中第二轴支承部分12的左端是开口的。因此，第二轴支承部分12的开口(第二轴滑动孔22)成为节流阀轴2插入进气通道的轴插入孔。
第一和第二轴滑动孔21和22形成于第一和第二轴支承部分11和12上，都具有一个圆断面。第二轴支承部分12起圆柱弹簧内圆周导向件的作用，该导向件上固定有复位弹簧17，用于将节流阀1在复位方向上偏压到具有最小进气量的全闭位置。而且图中在孔心板18的左端面上，整体地安装有用于锁定复位弹簧17的弹簧侧夹子部件的本体侧夹子部件(未示出)。复位弹簧17是固定在节流阀轴2第二支承滑动部分的外圆周侧面上的，也就是说在节流阀主体3第二轴支承部分12的外圆周侧面上的线圈弹簧。如图所示，其右端(一端)通过安装在节流阀主体3孔心板18的外壁面上的主体侧夹子(未示出)来保持，而其左端(另一端)通过安装在加速器踏板15的孔心板的侧面上的踏板侧夹子(未示出)来保持。
在这里，实施例中的第一轴滑动孔21起磁体支撑孔的作用，用于可转动地支撑着固定在图中节流阀轴2的右端上的薄板磁体4，使得其和节流阀1一同旋转。而且在本实施例中，用于夹持和固定节气门开度传感器5的传感器夹持部分23和第一轴支承部分11成一整体。通过大致为矩形的传感器插入孔24能将节气门开度传感器5插入到传感器夹持部分23的预定部分(特别是磁探测间隙9)中，该插入孔的一部分位于安装有节气门开度传感器5的位置(特别是安装霍尔IC7的位置)的侧面。图中传感器插入孔24的右端是开口的。因此，传感器插入孔24的开口用于将霍尔IC7插入到传感器夹持部分23的预定部分中(特别是磁探测间隙9)。在将霍尔IC7装配到传感器夹持部分23的预定部分上后，通过加热焊接等方法将由树脂材料制成的盖板(传感器盖子)25安装到传感器夹持部分24的外壁面上，从而将传感器插入孔24的孔口封闭。因此，能够阻止异物例如水进入传感器夹持部分23中。
在这里，本实施例的内燃机进口节流装置包括无接触旋转角探测装置，其能将节流阀1的旋转角(阀的角度)转换成电信号(节气门开度信号)，以便将节流阀1打开的角度输出到发动机控制器(ECU)中。该实施例中的ECU对喷射量进行控制用于控制电磁喷油阀(喷射器未示出)打开的持续时间，使得与旋转角探测装置的节气门开度的信号输出相对应的燃料喷射量被喷射和提供到发动机的气缸中。如附图1至6B所示，该实施例中的旋转角探测器包括，固定在节流阀轴2一端的薄板磁体4，构成具有薄板磁体4的磁路的节气门开度传感元件5等等。该实施例中的节气门开度传感器5包括双被薄板磁体4磁化的磁轭(磁性部件)6，设置在磁轭6之间的磁探测间隙9中的霍尔IC7等等。
薄板磁体4成平板状或者柱状；其与节流阀1相应于待测物的旋转而一起转动。同时，N极和S极被并联磁化，所以平板长度方向上的两端具有彼此相反的极性，该长度方向大致垂直于平板的厚度方向和宽度方向。薄板磁体4具有正方形平面的形状，并且是稳定地产生长期磁力的平面永磁体，例如，可使用稀土磁体如钐-钴(Sm-Co)磁体和钕(Nd)磁体，铝镍钴磁钢和铁氧体磁体。薄板状磁体4在平板长度方向(磁化方向)具有两端，其各自面向中间具有微小间隙的磁轭对6的内部圆周面。在这里，附图标记20表示被节流阀主体3的传感器夹持部分23环绕的磁体保持孔，其中薄板磁体4在从节流阀1的全闭位置(最小角度)延伸到全开位置(最大角度)的旋转操作范围中可以转动。
如上所述，因为本实施例中使用的是非圆柱形的分隔型的磁轭6，所以根据节流阀1和薄板磁体4的旋转角度的变化，位于薄板磁体4磁化方向上的两端和磁轭对6的各自内圆周面之间的气隙量是一个可变值。因此，如附图3中的箭头所示，在薄板磁体4纵向上的一端(N极)产生的磁通量通过磁轭对6回到薄板磁体4的另一端(S极)。
磁轭对6由磁性材料例如铁制成，并且与薄板磁体的磁化方向的两端形成一预定的气隙。磁轭对6被分成两个或更多部分，因此它们相对于大致和薄板磁体4的旋转中心轴垂直交叉的垂直面呈平面对称。霍尔IC7设置在具有一定尺寸的分隔形成的磁探测间隙9中间。每一个磁轭6包括围绕磁体4设置的以便将磁体4的磁通量集中在上面的大致成圆形弯曲的部分(反向弯曲部分)34；比弯曲部分34的一端宽度小的磁探测部件夹持片(在下文缩写为夹持片)31；连接到夹持片31一端的肩部32；在肩部32的末端大致成锐角弯曲以便连接到弯曲部分34的弯头部分(卷绕部分)33。
夹持片31是升起的壁(相对的壁)，通过磁探测间隙9彼此相对，同时与霍尔IC7的两个磁感应面相接触。在夹持片31的两端具有弯头部分35，其彼此远离并分别连接到两个肩部32的相对端。特别地，每一个夹持片31在磁探测间隙9侧在每一肩部32的末端弯曲，以远离节流阀轴2和薄板磁体4的旋转中心轴。磁轭对6在传感器夹持部分23中夹物模压形成，因此至少每一夹持片31的相对面暴露在传感器插入孔24中。
每个肩部32在大致垂直地与中心轴线方向(垂直方向)交叉的方向上延伸，从而在垂直方向(如附图3所示的水平方向上)，上以直线方式彼此远离。每个弯头部分33位于最远离薄板磁体4磁化方向的一端(N极)的位置。在薄板磁体4磁化方向上的一端(N极)形成最大的气隙。
每个反向弯曲部分34设成使得当薄板磁体从气隙最小位置旋转一个预定的角度到达气隙变大的位置时，在薄板磁体4磁化方向上的两端和磁轭对6的内表面之间的气隙突然地变大。而且，反向弯曲部分34彼此远离地翘曲。在节流阀1和薄板磁体4邻近最大角度(例如80°)时，薄板磁体4磁化方向上的两端和磁轭对6的内表面之间的气隙变得最小的状态被设为参考位置(在该位置上薄板磁体4的旋转中心轴的垂直线横过)。反向弯曲部分34设成使从参考位置延伸到两侧(在附图的垂直方向上)的部分大致成圆形弯曲。
如附图1-3所示，本实施例中的霍尔IC7具有磁感面，其沿板厚方向的两侧具有一定宽度。霍尔IC7是一种IC(集成电路)，通过集成霍尔元件(无接触磁探测部件)和放大器电路而构成，并且根据流经磁探测间隙9中的磁通量密度(穿过霍尔IC7中的磁通量密度)来输出电压信号。霍尔IC7可以具有如下的功能，对磁通量密度的输出进行增益调整和偏移调整，以及从外部对温度特性的校正程序进行电调整和短路的自诊断功能。
通过传感器插入孔24插入霍尔IC7，使得霍尔IC7被放进位于磁轭对6的夹持片31之间的磁探测间隙9中，该磁轭6被夹持和固定(夹物模压)在传感器夹持部分23中，该夹持件23和树脂节流阀主体3的外壁面整体地成形，因此将霍尔IC7装配在传感器夹持部分23的预定位置上。因此，霍尔IC7被放进磁轭对6的夹持片31之间的磁探测间隙9中以进行定位。
霍尔IC7的导线(两个输出引线终端和一个供电(电源)终端)电连接或机械连接到连接器插脚(终端未示出)上，该连接器插脚通过连接方法例如电阻焊接被夹物模压到传感器夹持部分23内而形成。
磁探测间隙9设置在包括薄板磁体4和磁轭对6的磁路中间，因此空间关系成为可使得穿过霍尔IC7的两个磁感面的磁通量密度相对于当薄板磁体4和支架6的反向翘曲部分34之间的间隙最小时的薄板磁体4的磁化方向变得较大。而且，磁探测间隙9设置在磁路中间，使得空间关系成为可使得穿过霍尔IC7的两个磁感面的磁通量密度相对于当节流阀1和薄板4的旋转角邻近最小角度和最大角度之间的中间角度(例如40°)时的薄板磁体4的磁化方向变得较小。
紧接着，参考附图1-6B将对包括本实施例的旋转角度探测器的内燃机进口节流装置的功能进行描述。
当驾驶员操作节气门踏板时，根据节气门踏板的操作量，通过钢缆机械地连接到节气门踏板上的加速器踏板15反抗复位弹簧17的偏置力旋转了一个角度。然后，上述的加速器踏板15的旋转被传输到节流阀轴2上。随着节流阀轴2的旋转，节流阀1和加速器踏板15也就是说节流阀轴2旋转相同的角度。因此，既然发动机气缸的进气通道以节气门开度的预定角度打开，发动机转速根据节气门踏板的操作量来改变。
在这里，如附图3A中的箭头所示，当节流阀1的旋转角邻近中间角度时(在该实施例中节流阀1的阀门开度为30°以及薄板磁体(磁体)4的旋转角为0°)，磁通量从薄板磁体4板长方向的一端(N极)产生，经过磁轭对6的各自的肩部32、各自的弯头部分33以及反向翘曲部分34，回到薄板磁体4在板长方向上的另一端(S极)。此时，位置关系成为使得流过磁探测间隙9的磁通量密度(穿过霍尔IC7的磁通量密度)在薄板磁体4的磁化方向上变得较小。因此，如附图5中的图表所示，从霍尔IC7上输出的用于节流阀1和薄板磁体4的旋转角的输出电压几乎变成零。
而且，如附图3B中的箭头所示，当节流阀1的旋转角沿开度增加方向(全开方向)从邻近中间角度开始变化时(在该实施例中节流阀1的阀门开度为30°-70°，薄板磁体(磁体)4的旋转角为30°-40°)，磁通量从薄板磁体4板长方向的一端(N极)产生，经过图中左侧磁轭6的反向翘曲部分34，回到薄板磁体4在板长方向上的另一端(S极)。而且，磁通量从薄板磁体4板长方向上的一端(N极)经过图中左侧磁轭6的肩部32、夹持片31、磁探测间隙9(霍尔IC7)以及右磁轭6的肩部32、弯头部分33和反向翘曲部分34回到薄板磁体4板长方向上的另一端(S极)。此时，空间关系成可使得穿过磁探测间隙9的磁通量密度(穿过霍尔IC7的磁通量密度)相对于薄板磁体4的磁化方向变成较适中。因此，根据附图5的图表所示的改变量，从霍尔IC7上输出的用于节流阀1和薄板磁体4的旋转角的输出电压线性地增加。
然后，当节流阀1的旋转角从邻近中间角度朝开度增加方向(在全开方向上)(当节流阀1处于全开位置，也就是说本实施例中阀门开度为90°，薄板磁体(磁体)4的旋转角是60°)更进一步扩大变化时，如附图4A中的箭头标志所示，磁通量从薄板磁体4板长方向上的一端(N极)经过左磁轭6的反向翘曲部分34、左磁轭6的弯头部分33、左磁轭6的肩部32、左磁轭6的夹持片31磁探测间隙9(霍尔IC7)，右磁轭6的夹持片31、右磁轭6的肩部32、右磁轭6的弯头部分33和右磁轭6的反向翘曲部分34，回到薄板磁体4板长方向上的另一端(S极)。此时，空间关系成为可使得穿过磁探测间隙9的磁通量密度(穿过霍尔IC7的磁通量密度)相对于薄板磁体4的磁化方向变得较大。因此，在附图5的图表所示的线性区域中，从霍尔IC7上输出的用于节流阀1和薄板磁体4的旋转角的输出电压具有一个极大值。
反之，当节流阀1的旋转角从邻近中间角度朝开度降低的方向(在全闭方向上)(当节流阀1处于全闭位置，也就是说本实施例中阀门开度为0°，薄板磁体(磁体)4的旋转角为-30°)变化时，如附图4B中箭头所示，磁通量流程与上述的附图3B中的方向相反，也就是说从右磁轭6的夹持片31流出，经过磁探测间隙9(霍尔IC7)回到左磁轭6的夹持片31上。如附图5中的图表所示，从霍尔IC7上输出的输出电压相对于改变量来说是一个线性的负输出。
如上所述，在本实施例的旋转角探测器中，磁轭对6包括霍尔IC7，其构成设置在磁探测间隙9中的节气门开度传感器5的传感段，该间隙位于彼此相对的两个夹持片31之间。磁轭分隔成相对于垂直面对称，该垂直面大致垂直地越过薄板磁体4的旋转中心轴。各自弯离参考位置的反向翘曲部分34设在该对磁轭6上。因此，如果节流阀1的旋转角从邻近最大角度向最小角度旋转了一个预定的角度，在薄板磁体4的磁化方向上的两端和磁轭对6的内表面(相对面)之间的间隙会突然地增加。因此，经过磁轭对6之间的磁探测间隙9的磁通量密度(穿过霍尔IC7的磁通量密度)突然地减少。
因此，由于从霍尔IC7上输出的电压也突然降低，所以与常规方法相比较其输出的电压接近于理想输出电压。因此，在节流阀1的探测角度的全程范围内，相对于节流阀1和薄板磁体4的旋转角，从霍尔IC7上输出的电压的线性度(霍尔IC7的输出变化特性的线性度)能够得到提高。特别地，由于当节流阀1的旋转角接近最大角度时，从霍尔IC7上输出的电压相对于待测物和薄板磁体4的旋转角的线性度(霍尔IC7的输出变化特性的线性度)能够被提高，所以能够提高节流阀1的旋转角度的探测精度。
而且，在磁轭对6上分别安装有夹持片31，每个夹持片比霍尔IC7的两磁感面的宽度更小。磁轭对6上的两夹持片31通过磁探测间隙9彼此相对，同时和霍尔IC7的两磁感面相接触。这样能够将磁通量集中在霍尔IC7的两个磁感面上。因此，由于在薄板磁体4的旋转角从最小角度到最大角度的全程变化范围内，即在节流阀1的待测角度的全程范围内，磁通量能够有效地被集中在霍尔IC7的两个磁感面上，所以从霍尔IC7中能够获得稳定的输出电压。
而且，如图所示，用于夹持和固定节气门开度传感器5的传感器夹持部分23设在节流阀主体3的孔心板18的右端，该夹持部分包括磁轭对6、霍尔IC7和用于可旋转地夹持薄板磁体4的第一轴滑动孔(磁体保持孔)21。因此，用于可旋转地夹持薄板磁体4的外壳和用于夹持磁轭对6和霍尔IC7的外壳可以用单个部件构成。
因此，磁轭对6和霍尔IC7相对于薄板磁体4的磁化方向的定位精度(组合精确)能够轻易地达到，从而减少薄板磁体4、磁轭对6和霍尔IC7在装配上的变化。而且，由于霍尔IC7上的输出不可能发生变化，因此能防止随着节流阀1的旋转而旋转的薄板磁体4的旋转角的探测精度下降。而且，由于采用单个的薄板磁体4作为磁场源，因此相比传统的需要两块磁体的技术而言，能够减少部件数量和安装步骤。因此，能够减少旋转角探测器的总成本。
附图7显示了本发明内燃机进口节流装置的第二实施例。
在这个实施例中，霍尔IC7和其导线(两个输出终端和一个电源终端)通过与磁轭对6夹物模压形成在传感元器夹持部分23中。由于在这种情况下不需要盖板(传感器盖)25，因此相比上述第一实施例而言，减少了部件数量和装配步骤。因此，减少了该旋转角探测装置的总成本。
在该实施例中，通过钢缆机械地连接到节气门踏板上的加速器踏板15被连接到节流阀轴2的一端，所以本发明的旋转角探测器被合并在内燃机进口节流装置内，用来将驾驶员对加速器的操作量传送到节流阀1上。然而，可以将本发明的旋转角探测器合并在内燃机的节流控制装置中，用于通过动力传动装置如齿轮减速装置将驱动电机(致动器)的旋转动力传送到节流阀轴2上，从而可以根据驾驶员对加速器的操作量来控制节流阀1的旋转角(阀门开度)。在这种情况下，阀齿轮和节流阀轴2的一端成一整体，并代替了安装在节流阀轴2一端上的加速器踏板15。用这样的方式，驾驶员对加速器的操作量(例如，对节气门踏板的操作量或者对加速器踏板的挤压量)也可以被传输到节流阀1上。
在这些实施例中，已经描述了将本发明的旋转角探测器应用在旋转角探测装置(节气门开度传感器、节气门位置传感器、转动角传感器)中，用于将节流阀1的旋转角(阀门开度)转换成电信号(节气门开度信号)，从而将节流阀1的开度输出到ECU上。然而，本发明的旋转角探测器可以用在一个旋转角探测装置(油门开度传感器或者旋转角传感器)中，用于将驾驶员对加速器的操作量(例如节气门踏板的旋转角或者加速器踏板的旋转角)转换成电信号(油门开度信号)，以便输出节气门踏板在旋转方向上的操作角度或者对加速器踏板的挤压度。
而且，作为用于树脂整体模制节流阀主体3的树脂材料，也可以使用通过混合填料(例如，低价玻璃纤维、碳纤维、聚酰胺(aramide)纤维，硼纤维等等)或者添加被加热到熔融状态的树脂材料(例如，由热塑性树脂组成的熔融树脂)(例如；包含30％玻璃纤维PBTG30的聚对苯二甲酸丁二酯，或者包含40％玻璃纤维PBTG40的聚对苯二甲酸丁二酯)而获得的树脂复合材料。而且，可以通过一个铸口将上述树脂复合材料注射到用于树脂模制的模腔中，以便通过树脂复合材料的注射成型制造树脂节流阀主体。用这种方式通过注射成型树脂复合材料经树脂整体模制而获得的树脂模制产品具有低成本和极好的可模性，并且包括机械性能、强度、刚性、耐热性等性能得到了提高。而且，在该实施例中，尽管使用树脂材料(例如，由热塑性树脂组成的熔融树脂)作为被加热到熔融状态的熔料，也可以使用熔融金属材料(例如，半熔化合金材料如铝合金)作为加热到熔融状态的熔料。
尽管在这些实施例中，通过夹物模压将磁轭对6成形在节流阀主体(外壳)3的传感器夹持部分23中，也可以将与磁轭对6的外形相当的槽设在节流阀主体3的传感器夹持部分23的外壁面上，从而将磁轭对6压制和固定到槽中。而且，尽管在本实施例中使用平面的或者圆柱的薄板磁体4来作磁体，也可以使用细小的针状或条状磁体。特别地，当板长方向上的磁化的具有相反极性的两端变窄时，从霍尔IC7上输出的电压相对于薄板磁体4旋转角的线性度(霍尔IC7的输出变化特性的线性度)得到提高。薄板磁体4也可以使用通过烧结聚酰胺树脂(PA)、钕、铁和/或硼粉获得的树脂磁体。
在这些实施例中，已经描述了将霍尔IC7用作无接触磁探测部件的例子，其中该霍尔IC7通过集成霍尔元件(一种无接触磁探测部件)和放大器电路而获得。然而，作为无接触磁探测部件，可以单独使用霍尔元件或者使用磁致电阻部件。而且，尽管在实施例中描述了将包括磁轭对6(磁性部件)和霍尔IC7的无接触旋转角传感器用作节气门开度传感器(旋转角传感器)的例子，但包括定子铁心(一种磁性部件)和磁探测部件的无接触旋转角传感器也可以用作节气门开度传感器(旋转角传感器)。而且，如平面或者圆柱的薄板磁体4的磁体可以被装配到与回转轴如节流阀轴2连接的转子铁心上。
权利要求
1.一种用于探测物体旋转角的旋转角探测装置，包括随着物体一起旋转的磁体(4)，该磁体(4)包括被磁化为具有相反极性的两端；与磁体(4)两端形成间隙的磁性体单元(5)，该磁性体单元(5)包括关于一垂直面大体对称的磁性部件(6)，该垂直面垂直地通过磁体(4)的转动轴，另外，在磁性部件之间限定有磁探测间隙(9)；和布置在位于磁性部件(6)之间的磁探测间隙(9)中的无接触磁探测部件(7)，其用于输出与穿过磁探测间隙(9)的磁通量密度相对应的信号，其中根据磁探测部件(7)上输出的信号来探测物体的旋转角，并且每个磁性部件(6)都包括反向弯曲部分(34)，从而当磁体(4)从间隙最小的状态朝间隙增大的方向旋转一预定的角度时间隙突然增大。
2.根据权利要求1所述的旋转角探测装置，其中反向弯曲部分(34)被设为使得从参考位置向两侧伸出的部分大致成圆弧状弯曲，该起始位置限定了最小的间隙。
3.根据权利要求1或者2所述的旋转角探测装置，进一步包括由非磁性材料整体形成并且包括传感器夹持部分(23)和磁体夹持孔(20)的外壳(3)，用于夹持包括有磁性部件(6)和磁探测部件(7)的旋转角传感器的传感器夹持部分(23)，和用于夹持磁体(4)的磁体夹持孔(20)，磁体(4)在其中能够自由地旋转。
4.根据权利要求1-3中任何一个所述的旋转角探测装置，其中磁探测部件(7)具有磁感面，其在板厚方向的相对两侧具有一定宽度，并且磁探测间隙(9)被设置在包括磁体(4)和磁性部件(6)的磁路中间，从而空间关系成为可使得当物体的旋转角设置为所用范围内的中间角度时，穿过磁探测部件(7)在板厚方向上的两磁感面的磁通量密度相对于磁体(4)的磁化方向来说变为较小。
5.根据权利要求1-4中任何一个所述的旋转角探测装置，其中磁探测部件(7)具有磁感面，其在板厚方向的相对两侧具有一定宽度，磁性部件(6)具有磁探测部件夹持片(31)，其分别比反向弯曲部分(34)具有更小的板宽，并且磁性部件(6)的各磁探测部件夹持片(31)通过磁探测间隙(9)相互面对，同时在板厚方向上与磁探测部件(7)的磁感面相接触。
6.根据权利要求5的旋转角探测装置，其中每个磁性部件(6)包括肩部(32)和弯头部分(35)，肩部(32)沿大致垂直地横过中心轴线的方向延伸，以便以大致为直线的方式相互分离，弯头部分(35)在肩部(32)的末端大致以锐角弯曲，以便连接到反向弯曲部分(34)上，并且磁性部件(6)的磁探测部件夹持片(31)设成在磁探测间隙侧的肩部(32)的末端分别大致成直角弯曲，以便被分开而远离磁体(4)。
全文摘要
一种用于探测物体旋转角的旋转角探测装置，其包括磁体(4)、磁性体单元(5)和无接触磁探测部件(7)。磁体(4)随物体一起旋转，并且具有两个相反、磁极。磁性体单元(5)与磁体(4)两端形成间隙，并且包括关于垂直地通过磁体(4)转轴的垂直面大体对称的磁性部件(6)，磁性部件之间限定磁探测间隙(9)。无接触磁探测部件(7)布置在磁性部件(6)之间的磁探测间隙(9)中，用于输出与经过磁探测间隙(9)中的磁通量密度相对应的信号。根据磁探测部件(7)上输出的信号来探测物体的旋转角。每个磁性部件(6)都包括反向弯曲部分(34)，所以当磁体(4)从间隙最小的状态朝间隙增大的方向旋转一预定的角度时间隙突然增大。
文档编号G01B7/30GK1704715SQ200510074239
公开日2005年12月7日 申请日期2005年5月31日 优先权日2004年6月2日
发明者中野勇次, 佐野亮, 古川晃, 石田伸二 申请人:株式会社电装