(57)【要約】【課題】  回転数に依存せずに、第２回転体に対する第１回転体の位相角を常時検出できる回転体の位相角検出装置を提供する。【解決手段】  カムシャフト２に連動して回転するマグネット３と、マグネット３の同軸上でクランクシャフトに連動して回転し、マグネット３との相対的回転位置に応じて対向面積が変化する第１，第２ヨーク８，９と、第１，第２ヨーク８，９のあらゆる回転位置に対しても同一面積で対向配置し、第１，第２ヨーク８，９との間で磁路を形成する第３，第４ヨーク１０，１１と、第３，第４ヨーク１０，１１間の磁束密度を電圧値に変換するホール素子１４とを備えた。【選択図】      図１
2005181209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１回転体に連動して回転するマグネットと、このマグネットの同軸上で第２回転体に連動して回転し、前記マグネットとの相対的回転位置に応じて対向面積が変化する磁気検知手段と、この磁気検知手段のあらゆる回転位置に対して同一面積で対向配置し、前記磁気検知手段との間で磁路を形成する磁気伝達手段と、この磁気伝達手段を通る磁力線の大きさを電気量に変換する磁電変換手段と、を備えたことを特徴とする回転体の位相角検出装置。
【請求項２】
前記磁気検知手段は、前記マグネットと径方向に対向配置された第１ヨーク及び第２ヨークであり、前記磁気伝達手段は、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークと同軸上で、且つ、前記磁電変換手段を間に介在して設けられた第３ヨーク及び第４ヨークであることを特徴とする請求項１に記載の回転体の位相角検出装置。
【請求項３】
前記第３ヨークは、前記第１ヨークに対して一定長の軸方向の空隙を有し、前記第４ヨークは、前記第２ヨークに対して一定長の径方向の空隙を有してそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項２に記載の回転体の位相角検出装置。
【請求項４】
前記第１回転体はカムシャフトであり、前記第２回転体はクランクシャフトであり、このクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相差を検出することを特徴とする請求項１に記載の回転体の位相角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第２回転体に対する第１回転体の位相角を検出する回転体の位相角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関（以下、「エンジン」という）にはシリンダへの吸排気用のバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング制御装置が採用されている。このバルブタイミング制御装置は、エンジンのクランクシャフトに対するカムシャフトの位相角を変更する位相変更アクチュエータと、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相角を検出する位相角検出装置とを有し、エンジンの運転状態に応じてカムシャフトの相対位相を制御するようになっている。
【０００３】
上記位相角検出装置の従来例として、図６に示すものがある（例えば特許文献１参照）。この位相角検出装置５０は、クランクシャフト（図示せず）と一体に回転し、１箇所に突起（図示せず）が設けられたクランク用センサプレート５１と、このクランク用センサプレート５１に対向配置されたクランク角センサ５２と、カムシャフト５３，５３に連動して回転し、１箇所に突起（図示せず）が設けられたカム用センサプレート（図示せず）と、このカム用センサプレートに対向配置されたカム角センサ５４，５４と、クランク角センサ５２とカム角センサ５４，５４との出力より位相差を演算するエンジンコントルールユニット５５とを備えている。
【０００４】
そして、クランク角センサ５２とカム角センサ５４，５４との双方の検出出力よりクランクシャフトに対するカムシャフト５３，５３の位相角を検出するようになっている。
【特許文献１】特開２００２−２２７６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例の位相角検出装置５０では、クランク角センサ５２及びカム角センサ５４，５４が共にクランク用センサプレート５１及びカム用センサプレートの１回転につき１回の出力しか得ることができない。従って、エンジンが高速回転時には１回転に要する時間が短いため時間分解能が高いが、低速回転時には１回転に要する時間が長いため、時間分解能が低いという問題があった。また、近年の排気規制対応では、エンジン始動直後から精密なバルブタイミング制御が要求されており、従来の位相角検出装置５０では、そのような精密なバルブタイミング制御が困難であった。
【０００６】
尚、エンジンのバルブタイミング制御装置に使用されるもの以外でも回転体の回転数に依存せずに常時位相角を検出できれる位相角検出装置が望まれる。
【０００７】
本発明は前述した事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、回転数に依存せずに、第２回転体に対する第１回転体の位相角を常時検出できる回転体の位相角検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、第１回転体に連動して回転するマグネットと、このマグネットの同軸上で第２回転体に連動して回転し、前記マグネットとの相対的回転位置に応じて対向面積が変化する磁気検知手段と、この磁気検知手段のあらゆる回転位置に対して同一面積で対向配置し、前記磁気検知手段との間で磁路を形成する磁気伝達手段と、この磁気伝達手段を通る磁力線の大きさを電気量に変換する磁電変換手段とを備えたことを趣旨とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の位相角検出装置において、前記磁気検知手段は、前記マグネットと径方向に対向配置された第１ヨーク及び第２ヨークであり、前記磁気伝達手段は、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークと同軸上で、且つ、前記磁電変換手段を間に介在して設けられた第３ヨーク及び第４ヨークである構成としている。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の位相角検出装置において、前記第３ヨークは、前記第１ヨークに対して一定長の軸方向の空隙を有し、前記第４ヨークは、前記第２ヨークに対して一定長の径方向の空隙を有してそれぞれ配置された構成としている。
【００１１】
さらにまた、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の位相角検出装置において、前記第１回転体はカムシャフトであり、前記第２回転体はクランクシャフトであり、このクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相差を検出する構成としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、第１回転体の回転に連動したマグネットと第２回転体の回転に連動した磁気検知手段との間に回転位相角ができると、その回転位相角に応じて双方の対向面積が変化し、この対向面積に応じた磁束が磁気検知手段を介して全ての回転位置で磁気伝達手段に常時流れ、この磁束の大きさを磁電変換手段が電気量として出力するものであり、磁電変換手段が第１回転体と第２回転体の回転周期に依存することなく位相角を常時検出する。
【００１３】
請求項２の発明によれば、第３及び第４ヨークによって磁電変換手段の位置における磁束状態を安定したものにできるため、非常に正確な位相角情報が得られる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、第１ヨーク及び第２ヨークの全ての回転位置において、第１ヨークと第３ヨークとの空隙及び第２ヨークと第４ヨークとの空隙が変化しないため、安定な位相角情報を得ることができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相角を検出する際に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具現化した一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１〜図５は本発明の位相角検出装置をエンジンのバルブタイミング制御装置内に使用した場合を示し、図１は位相角検出装置の断面図、図２は位相角検出装置の斜め下方から見た要部の斜視図、図３は位相角検出装置の更に斜め下方から見た要部の斜視図、図４は位相角０度におけるマグネットと第１及び第２ヨークの配置状態を示す図、図５はホール素子の出力特性線図である。
【００１８】
図１〜図３において、位相角検出装置１は、第１回転体であるカムシャフト２の上面に固定されたマグネット３を有し、このマグネット３はカムシャフト２に連動して回転中心Ｃを中心に回転する。マグネット３は、例えば円盤状（若しくはＤカット状）に形成されており、その１８０度対向位置の外側面で、且つ、中心角９０度の範囲を一対の着磁面３ａ，３ｂ（図４に示す）とし、この一方の着磁面３ａにＳ極が、他方の着磁面３ｂにＮ極が、それぞれ着磁されている。
【００１９】
タイミングベルト５は、第２回転体であるクランクシャフト側のプーリ（いずれも図示せず）に一端が掛けられ、その他端側がスプロケット６に掛けられている。このスプロケット６は、カムシャフト２の回転中心Ｃを回転中心（つまり、同軸中心）として回転し、このスプロケット６の上面に円筒状で、且つ、非磁性体のヨークハウジング７が固定されている。このヨークハウジング７に磁気検知手段である第１ヨーク８及び第２ヨーク９が固定されている。
【００２０】
第１ヨーク８は、回転中心Ｃを中心として扇角度が約９０度であり、且つ、マグネット３に対して径方向に一定長Ｌ１の空隙を介して配置された第１円弧面部８ａと、この第１円弧面部８ａに連結されたアーム部８ｂと、このアーム部８ｂの先端に固定され、回転中心Ｃの軸上に配置された円盤状の磁力線出力部８ｃとから構成されている。
【００２１】
第２ヨーク９は、第１円弧面部８ａと同様に、回転中心Ｃを中心として扇角度が約９０度であり、且つ、マグネット３に対し径方向に一定長Ｌ１の空隙を介して配置された第２円弧面部９ａを有し、この第２円弧面部９ａの上端は下記する第４ヨーク１１に近接配置されている。第２ヨークの第２円弧面部９ａは、第１ヨーク８の第１円弧面部８ａに対して回転中心Ｃを中心として１８０度対向位置に配置されている。
【００２２】
磁気伝達手段である第３ヨーク１０及び第４ヨーク１１は、非磁性体のフロントカバー１２に固定されたブラケット１３に固定されている。第３ヨーク１０は、小円盤形状を有し、ブラケット１３の下面に垂下された状態で固定されている。そして、第３ヨーク１０は、第１，第２ヨーク８，９の回転中心Ｃを円盤状の中心として固定されており、第１ヨーク８に対して一定長Ｌ２の軸方向の空隙を有して配置されている。つまり、第３ヨーク１０と第１ヨーク８とは、第１ヨーク８の全ての回転位置に対して同一の対向面積で、且つ、一定間隔Ｌ２を介して対向配置されている。
【００２３】
第４ヨーク１１は、大円盤形状を有し、ブラケット１３の内部に固定されている。第４ヨーク１１も第３ヨーク１０と同じく第１，第２ヨーク８，９の回転中心Ｃを円盤状の中心として固定されており、第２ヨーク９に対して一定長Ｌ３の径方向の空隙を有して配置されている。つまり、第４ヨーク１１と第２ヨーク９とは、第２ヨーク９の全ての回転位置に対して同一の対向面積で、且つ、一定間隔Ｌ３を介して対向配置されている。
【００２４】
磁電変換手段であるホール素子１４は、第３ヨーク１０と第４ヨーク１１との間の位置にホール保持部材２０によって固定されており、第３，第４ヨーク１０，１１間における軸方向の磁束密度を検出し、検出した磁束密度に応じた電圧を出力する。そして、ホール素子１４の出力はケーブル１５を介してブラケット１３の外側に導き出されている。
【００２５】
次に、マグネット３と第１ヨーク８の第１円弧面部８ａ及び第２ヨーク９の第２円弧面部９ａとの配置関係を説明する。図４に示すように、位相角０度ではマグネット３の一対の着磁面３ａ，３ｂが第１円弧面部８ａ及び第２円弧面部９ａとの対向面積がゼロである。そして、プラス（＋）方向、マイナス（−）方向の位相角が発生すると、その増加量に応じて双方の対向面積が徐々に増加するように設定されている。
【００２６】
上記構成において、エンジンが駆動されると、カムシャフト２に連動してマグネット３が回転すると共にクランクシャフト（図示せず）に連動して第１，第２ヨーク８，９がマグネット３の外周を回転し、マグネット３と第１，第２ヨーク８，９とは同一方向に回転する。そして、マグネット３の着磁面と第１，第２ヨーク８，９との間の対向面積に応じた磁束がマグネット３と第１，第２ヨーク８，９と第３，第４ヨーク１０，１１とこれらの間の各空隙とからなる磁気回路を流れる。そして、第３ヨーク１０と第４ヨーク１１との間の磁界の大きさに応じた電圧をホール素子１４が出力する。
【００２７】
ここで、マグネット３と第１，第２ヨーク８，９との位相角が位相変更アクチュエータ（図示せず）の駆動によって可変されると、マグネット３の着磁面３ａ，３ｂと第１，第２ヨーク８，９との間の対向面積が可変し、この可変した対向面積に応じた磁束が上記した磁気回路を流れることになる。このように磁気回路を流れる磁束の大きさが変化すると、第３ヨーク１０と第４ヨーク１１との間の磁束密度もこれに応じて変化し、その変化した磁界に基づく電圧値をホール素子１４が出力する（図５参照）。
【００２８】
つまり、カムシャフト２の回転に連動したマグネット３とクランクシャフトの回転に連動した第１，第２ヨーク８，９との間に回転位相角ができると、その回転位相角に応じて双方の対向面積が変化し、この対向面積に応じた磁束が第１，第２ヨーク８，９を介して全ての回転位置で第３，第４ヨーク１０，１１に常時流れ、この束密度の大きさをホール素子１４が電圧値として出力するものであり、ホール素子１４がカムシャフト２とクランクシャフトの回転周期に依存することなく位相角を常時検出する。従って、エンジンの低速回転時にも時間分解能が高い位相角情報を得ることができるため、エンジン始動直後から精密なバルブタイミング制御が可能である。
【００２９】
上記実施形態では、磁気検知手段は、マグネット３と径方向に対向配置された第１ヨーク８及び第２ヨーク９であり、磁気伝達手段は、第１ヨーク８及び第２ヨーク９と同軸上で、且つ、ホール素子１４を間に介在して設けられた第３ヨーク１０及び第４ヨーク１１であるので、第３，第４ヨーク１０，１１によってホール素子１４の位置における磁力線状態を安定したものにできるため、非常に正確な位相角情報が得られる。
【００３０】
上記実施形態では、第１，第２ヨーク８，９は、マグネット３に対して一定長Ｌ１の径方向の空隙を有して配置されたので、マグネット３と第１ヨーク８及び第２ヨーク９との全ての回転位置において、マグネット３と第１ヨーク８との間の空隙、及び、マグネット３と第２ヨーク９との間の空隙が変化しないため、安定な位相角情報の取得に寄与する。
【００３１】
上記実施形態では、第３ヨーク１０は、第１ヨーク８に対して一定長Ｌ２の軸方向の空隙を有し、第４ヨーク１１は、第２ヨーク９に対して一定長Ｌ３の径方向の空隙を有してそれぞれ配置されたので、第１ヨーク８及び第２ヨーク９の全ての回転位置において、第１ヨーク８と第３ヨーク１０との間の空隙、及び、第２ヨーク９と第４ヨーク１１との間の空隙が変化しないため、安定な位相角情報の取得に寄与する。以上により、上記実施形態では、マグネット３と第１及び第２ヨーク８，９の全ての回転位置において、全ての空隙が変化しないため、マグネット３と第１及び第２ヨーク８，９との全ての回転位置において、マグネット３、第１及び第２ヨーク８，９と、第３及び第４ヨーク１０，１１と、これらの間の各空隙とから成る磁気回路の磁気抵抗が一定となるため、非常に安定した位相角情報を得ることができる。
【００３２】
上記実施形態では、第１回転体はカムシャフト２であり、第２回転体はクランクシャフトであり、クランクシャフトに対するカムシャフト２の回転位相差を検出するが、これら以外の回転体間の位相角を検出するものに同様に適用できることは勿論である。
【００３３】
上記実施形態では、磁電変換手段は、ホール素子１４にて構成したので、安価に、且つ、高精度な位相角を検出できる。尚、磁電変換素子は、磁界の大きさを検出し、その磁界の大きさを電気量に変換できるものであれば良く、ホール素子１４以外の素子にて構成しても良いことは勿論である。
【００３４】
尚、この発明は、次のような別の実施形態に具現化することができる。以下の別の実施形態において上記実施形態と同様な作用及び効果を得ることができる。
【００３５】
（１）上記実施形態において、磁気伝達手段は、ホール素子１４を挟むように配置された第３ヨーク１０と第４ヨーク１１とから構成した。これに対し、磁気伝達手段は第４ヨーク１１のみから構成し、ホール素子１４を第１ヨーク８に近接配置するように構成しても良い。このような構成とすることにより、部品点数の削減、構成の簡略化、コスト削減等を図るという効果が得られる。
【００３６】
さらに、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
【００３７】
（イ）請求項１〜請求項４に記載の回転体の位相角検出装置において、第１及び第２ヨークは、前記マグネットに対して一定長の径方向の空隙を有して配置されたことを特徴とする回転体の位相角検出装置。
【００３８】
この構成によれば、マグネットと第１ヨーク及び第２ヨークとの全ての回転位置において、マグネットと第１ヨークとの間の空隙及びマグネットと第２ヨークとの間の空隙が変化しないため、安定な位相角情報の取得に寄与する。
【００３９】
（ロ）請求項１〜請求項４、及び上記（イ）に記載の回転体の位相角検出装置において、磁電変換手段は、ホール素子であることを特徴とする回転体の位相角検出装置。
【００４０】
この構成によれば、安価に、且つ、高精度な位相角を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態を示し、位相角検出装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示し、位相角検出装置の斜め下方から見た要部の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態を示し、位相角検出装置の更に斜め下方から見た要部の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態を示し、位相角０度におけるマグネットと第１及び第２ヨークの配置状態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態を示し、ホール素子の出力特性線図である。
【図６】従来例の位相角検出装置の構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  位相各検出装置
２  カムシャフト（第１回転体）
３  マグネット
８  第１ヨーク（磁気検知手段）
９  第２ヨーク（磁気検知手段）
１０  第３ヨーク（磁気伝達手段）
１１  第４ヨーク（磁気伝達手段）
１４  ホール素子（磁電変換手段）
Ｃ  回転中心
【図１】
2005181209.tif 000003
【図２】
2005181209.tif 000004
【図３】
2005181209.tif 000005
【図４】
2005181209.tif 000006
【図５】
2005181209.tif 000007
【図６】
2005181209.tif 000008