JP2001221653A - 変位検出装置 - Google Patents

変位検出装置

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JP2001221653A
JP2001221653A JP2000342188A JP2000342188A JP2001221653A JP 2001221653 A JP2001221653 A JP 2001221653A JP 2000342188 A JP2000342188 A JP 2000342188A JP 2000342188 A JP2000342188 A JP 2000342188A JP 2001221653 A JP2001221653 A JP 2001221653A
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magnet
magnetic
magnetic flux
permanent magnet
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Toshihiro Yamaki
利宏 八巻
Kenji Abe
賢治 阿部
Koichi Ikoma
浩一 生駒
Yasuo Shimizu
康雄 清水
Minoru Nakamura
稔 中村
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Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】機械要素の変位を簡単で安価な構造で正確に検
出する。 【解決手段】変位することのできる機械要素と、機械要
素に連結して設けられ、該機械要素の変位方向に磁化さ
れた磁石と、磁石からの磁束を検知して、検知した磁束
量に応じたセンサ出力を出力する磁気センサとを備え、
センサ出力に基づいて、機械要素の変位を検出するよう
にした変位検出装置を提供する。この変位検出装置は、
構造が簡単かつ安価である。また、磁気センサとしてホ
ール素子を使用し、検出すべき変位量より長い磁石を用
いることにより、機械要素の変位に対して線形な関係を
持つ出力を得ることができ、変位をより正確かつ容易に
検出することができる。磁気センサは、ホール素子を用
いることができ、この変位検出装置を、エンジンの吸排
気バルブのアクチュエータに適用することができる。ま
た、ホール素子とスプリングの間に磁性体を設けること
により、磁場に対する外乱を軽減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、機械要素の変位
を検出する装置に関し、より具体的には、アクチュエー
タにより駆動される機械要素の変位を、変位方向に磁化
された磁石から発生する磁束に基づいて検出する装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】変位を検出する様々な方法が提案されて
いる。特許公報２７４９７４８号には、電磁石と可動磁
石部材の間にある空隙の磁束密度を測定して可動磁石部
材の変位を検出する方法が記載されている。また同公報
の別の実施形態として、電磁石と可動磁石部材の間にあ
る空隙のキャパシタンスを測定することにより、可動磁
石部材の変位を検出する方法が記載されている。その他
にも、例えば過電流を検出することにより、または差動
トランスにより変位を検出する方法が提案されている。
【０００３】一方、一般に機械要素を駆動するアクチュ
エータにおいて、カム、ロッドなどの連結による機械的
駆動によって機械要素を駆動することの他に、電磁的に
駆動することが行われている。電磁アクチュエータによ
る駆動は、電気信号によって電磁コイルを励磁して発生
する電磁石の吸引力によって機械要素を駆動するもの
で、電気信号を制御することによって駆動のタイミング
および駆動力をいかようにも変えることができるので、
精密なタイミング制御および可変制御が望まれる分野で
多く利用されている。
【０００４】車両においてもエンジンのアイドル制御
弁、燃料噴射弁、ＥＧＲ制御弁等の開閉制御をはじめと
してさまざまな箇所でアクチュエータが使用されてい
る。とりわけ、今後の可能性としてエンジン吸排気バル
ブには、電磁アクチュエータを適用することが望まれて
いる。機械的な構造によりエンジンの吸排気バルブのタ
イミングをエンジン回転域により変える方式が実用化さ
れているが、電磁アクチュエータによって吸排気バルブ
を駆動すれば、バルブタイミングを多様に制御すること
が可能になり、エンジンの出力特性および燃費の改善が
可能となる。
【０００５】車両におけるエンジンの吸排気バルブの開
閉は、機械的駆動および電磁的駆動のいずれの場合にお
いても、高速かつ正確なタイミングで行うことが要求さ
れている。したがって、適切にバルブタイミングを制御
できるよう、アクチュエータが駆動する機械要素の変位
を正確に検出する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した様々
な方法による変位検出においては、良好なＳ／Ｎ比を得
るのにシールド線などを使用するのでコストが高くなる
こと、駆動信号と検出信号とが別個であり、波形整形な
どの処理回路も必要となるので、ハーネス本数および部
品点数が増大すること、微弱信号を検出するので外乱の
影響を受けやすく安定した出力を得ることが困難である
ことなどの問題点があった。また、空隙の磁束密度を測
定する場合に線形な出力特性を得るには、上下の空隙の
磁束密度を計測する必要があり、やはり部品点数が増加
するという問題点があった。
【０００７】したがって、この発明は、ハーネス本数お
よび部品点数の増加を招くことなく、安価な構造で機械
要素の変位を検出することのできる変位検出装置を提供
することを目的とする。
【０００８】また、この発明の他の目的は、機械要素の
変位を線形に出力することのできる変位検出装置を提供
することである。
【０００９】さらにこの発明の他の目的は、外乱下にお
いても良好な精度で変位を検出することのできる変位検
出装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の変位検出装置は、変位することのできる
機械要素と、機械要素に連結して設けられ、該機械要素
の変位方向に磁化された磁石と、磁石からの磁束を検知
して、検知した磁束量に応じたセンサ出力を出力する磁
気センサとを備え、センサ出力に基づいて、機械要素の
変位を検出する。
【００１１】請求項１の発明によると、簡単な構造で変
位検出装置を構成することができるので、部品点数を増
やすことなく安価な構造で機械要素の変位を検出するこ
とができる。
【００１２】請求項２の発明は、請求項１の発明の変位
検出装置において、磁気センサがホール素子であり、セ
ンサ出力がホール電圧であるという構成をとる。
【００１３】請求項２の発明によると、磁気センサとし
て磁束密度に比例したホール電圧を出力するホール素子
を使用するので、変位に線形な出力を得ることができ、
さらに構造が簡単で安定した出力を得ることができる。
【００１４】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明の変位検出装置において、磁石の変位方向の長
さが、前記機械要素が変位する量より長く、磁気センサ
により検知された磁束量が、前記磁石の変位に対して線
形に変化するという構成をとる。
【００１５】請求項３の発明によると、機械要素が変位
する量にわたって、変位に対して線形な出力を得ること
ができるので、変位を容易かつ正確に検出することがで
きる。
【００１６】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
のいずれかに記載の変位検出装置において、磁石が、非
磁性部材または非磁性材の特性に近い部材を介して機械
要素に連結されるという構成をとる。
【００１７】請求項４の発明によると、非磁性部材また
は非磁性材の特性に近い部材を介して磁石が機械要素に
連結されるので、磁場の乱れが抑制され、より正確に変
位を検出することができる。
【００１８】請求項５の発明は、請求項１に記載の変位
検出装置において、機械要素が、エンジンの吸排気バル
ブであるという構成をとる。
【００１９】請求項５の発明によると、エンジンの吸排
気のバルブの変位を検出することができるので、アクチ
ュエータによるバルブタイミングの精度を向上させるこ
とができる。
【００２０】請求項６の発明は、請求項５に記載の変位
検出装置において、磁石は、スプリングを支持するスプ
リングシート上に配置され、該スプリングシートは、伝
達軸を介して前記吸排気バルブに連結されており、前記
磁気センサが、前記磁石および前記スプリングの間に配
置されるという構成をとる。
【００２１】請求項６の発明によると、磁石からの水平
方向の磁束を検出し、磁石の変位に対して線形な関係を
有する電圧が出力されるので、吸排気バルブの変位を容
易に検出することができる。
【００２２】請求項７の発明は、請求項６に記載の変位
検出装置において、磁気センサおよびスプリングの間
に、磁性体が配置される請求項６に記載の変位検出装
置。
【００２３】請求項７の発明によると、磁石から発生す
る磁束に対するスプリングの影響を軽減することができ
るので、より正確に吸排気バルブの変位を検出すること
ができる。
【００２４】請求項８の発明は、請求項５の変位検出装
置において、磁石が、伝達軸を介して前記吸排気バルブ
に連結されており、該伝達軸が非磁性部材または非磁性
材の特性に近い部材であるという構成をとる。
【００２５】請求項８の発明によると、漏れ磁束の影響
を軽減することができるので、より正確に吸排気バルブ
の変位を検出することができる。
【００２６】請求項９の発明は、請求項８の変位検出装
置において、磁石は、伝達軸に連結されたスプリングシ
ート上に配置されており、該スプリングシートが非磁性
部材または非磁性材の特性に近い部材であるという構成
をとる。
【００２７】請求項９の発明によると、スプリングシー
トが非磁性部材または非磁性材の特性に近い部材で構成
されるので、磁場の乱れが抑制され、より正確に吸排気
バルブの変位を検出することができる。
【００２８】請求項１０の発明は、請求項１または請求
項５の変位検出装置において、磁石が、円筒形状の永久
磁石であるという構成をとる。
【００２９】請求項１０の発明によると、アクチュエー
タの伝達軸に連結するよう磁石を簡単に取り付けて固定
することができるので、簡単な構造で変位を検出するこ
とができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】次に図面を参照してこの発明の実
施の形態を、エンジンのバルブを駆動する電磁アクチュ
エータを例にとって説明する。しかし、この発明は、エ
ンジンのバルブを駆動する電磁アクチュエータに限定さ
れるものではなく、広く機械要素を駆動する装置に適用
することができる。
【００３１】図１は、この発明の変位検出装置６５が搭
載される電磁アクチュエータ６０およびその制御装置５
０の全体的な構成を示すブロック図である。制御装置５
０は、マイクロコンピュータおよびこれに付随する回路
素子で構成され、各種センサからの信号を受け取る入力
インターフェース５１、中央演算処理装置５３（以下
「ＣＰＵ」という）、実行するプログラムおよびデータ
を格納するＲＯＭ５４（読み取り専用メモリ）、実行時
の作業領域を提供し演算結果などを記憶するＲＡＭ５５
（ランダムアクセスメモリ）、およびエンジン各部に制
御信号を送る出力インターフェース５２を備える。
【００３２】制御装置５０の入力インターフェース５１
には、変位検出装置６５から変位を表す信号が入力され
る。また、エンジン回転数（Ｎｅ）、エンジン水温（Ｔ
ｗ）、吸気温（Ｔａ）、バッテリ電圧（ＶＢ）、イグニ
ションスイッチ（IGSW）を表す各種センサからの信号７
９が入力され、さらに要求負荷検出手段７８によって検
出された所望のトルクが入力される。これらの入力に基
づいて、制御装置５０は、電力供給のタイミング、供給
する電圧の大きさ、電圧を供給する時間などのパラメー
タを、予めＲＯＭ５４に格納されている制御プログラム
に従って決定し、電磁アクチュエータ６０を適切に制御
するための制御信号を出力インターフェース５２を介し
て出力する。要求負荷検出手段７８は、たとえばアクセ
ルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ
により実現することができる。
【００３３】ドライバ７７は、制御装置５０からの制御
信号に従って、定電圧源７５から供給される電圧（たと
えば、１２Ｖ）を所定の電流になるようスイッチング
し、電磁アクチュエータ６０の電磁石６３に供給する。
【００３４】電磁アクチュエータ６０は、バルブ６１、
アーマチャー６２、電磁石６３および変位検出装置６５
を備える。電磁石６３に印加された電圧により、電磁石
６３に電流が流れ、これによりアーマチャー６２に変位
が生じる。アーマチャー６２の変位に応じて、バルブ６
１は開いたり閉じたりされる。
【００３５】変位検出装置６５は、永久磁石６６および
磁気センサとしてのホール素子６７を備える。永久磁石
６６は、アーマチャー６２の変位に従って連動する。ホ
ール素子６７には、ホール素子用電圧源７１から電流が
供給される。ホール素子６７は、永久磁石６６から発生
する磁束密度に比例した電圧を出力する。ホール素子６
７の出力端子のうち一方は制御装置５０に接続されてお
り、ホール素子６７の出力電圧を表す信号が入力インタ
ーフェース５１を介して制御装置５０に送られる。ホー
ル素子６７の出力端子のうちの他方は接地されている
（図の７３）。
【００３６】この実施例では、１台の自動車に吸気バル
ブ８個および排気バルブ８個の計１６個のバルブを搭載
しており、したがって電磁アクチュエータ６０が１６個
存在し、それぞれに変位検出装置６５が搭載される。上
記のホール素子６７のアース線７３をすべての電磁アク
チュエータ６０について共通化することで、信号線の数
を減らすことができる。また、ホール素子用電圧源７１
からホール素子６７への信号線を並列に接続することに
より、信号線の数を減らすことができる。こうして、電
磁アクチュエータ６０ごとに必要な信号線は、ホール素
子６７から入力インターフェース５１への信号線のみと
なり、全体として１６個のバルブに対し合計１８線のみ
で変位検出装置６５をすべての電磁アクチュエータ６０
に搭載することができる。
【００３７】図２は、図１に示されたこの発明の変位検
出装置６５が搭載される電磁アクチュエータ６０の全体
的な概略構造の断面図を示す。電磁アクチュエータ６０
は、バルブ開閉部３０、駆動部３１および変位検出搭載
部３２から構成されている。またこの実施例では、バル
ブ開閉部３０、駆動部３１および変位検出搭載部３２に
わたって伸長する伝達軸８は、アーマチャーの挙動の振
れを防止してバルブの開閉動作を円滑に行うことができ
るよう、伝達軸８ａ、８ｂおよび８ｃに分割されて構成
されている。
【００３８】バルブ開閉部３０は、内燃機関の吸気通路
または排気通路（以下、吸排気通路という）２に設けら
れて該吸排気通路２を開閉するバルブ６１を備える。バ
ルブ６１は、電磁アクチュエータ６０によって上方向に
駆動されるとエンジンの吸排気通路２に設けられたバル
ブシート７に密着して停止し、吸排気通路２を閉じる。
バルブ６１は、電磁アクチュエータ６０によって下方向
に駆動されるとバルブシート７を離れ、バルブシート７
から所定の距離離れた位置まで下降して吸排気通路２を
開く。
【００３９】バルブ６１には、その上方に向かって伝達
軸８が連結されている。伝達軸８ａの下端はバルブ６１
に一体に連結され、吸排気通路２の上壁部に設けられた
バルブガイド９によって軸方向に運動可能に保持されて
いる。さらに、伝達軸８ａは、バルブガイド９の周りに
設けられた下部スプリングシート１０および上部スプリ
ングシート１１の間に設けられた第１のスプリング部材
１２によって上方に付勢されている。こうして、伝達軸
８ａは、常に上方に向かって第１のスプリング部材１２
により付勢力が付与される。
【００４０】駆動部３１は、バルブ６１を駆動するため
の機構を備える。駆動部３１における非磁性材料（以
下、「非磁性材」という用語には、非磁性材の特性に近
い材料も含まれるとする）のハウジング１８内には、上
方位置に設けられたソレノイド型の第１の電磁石５、下
方位置に設けられたソレノイド型の第２の電磁石６が設
けられている。図１に示した電磁石６３は、この第１の
電磁石５または第２の電磁石６に対応する。第１の電磁
石５は磁気ヨーク１５で、第２の電磁石６は磁気ヨーク
１６で囲まれている。さらに、第１の電磁石５および第
２の電磁石６の間には、アーマチャー６２が配置され
る。アーマチャー６２は円盤状の磁性金属によって形成
されており、第１の電磁石５および第２の電磁石６の磁
気的吸引力により上下に移動するよう構成されている。
以下、アーマチャー６２の変位する方向を単に変位方向
という。
【００４１】駆動部３１における伝達軸８ｂは、伝達軸
８ａの上端にキャップ部材２０を介して連結され、第２
の電磁石６の内側を貫通し、非磁性材料による円筒状の
ガイド１３を介して軸方向に運動可能なように支持され
ている。伝達軸８ｂの上端は、アーマチャー６２を下方
から支持する。
【００４２】駆動部３１における伝達軸８ｃの下端は、
アーマチャー６２を上方から支持し、伝達軸８ｂの延長
線上を上方に伸長し、第１の電磁石５の内側を貫通し、
非磁性材料による円筒状のガイド１４を介して軸方向に
運動可能なように支持されている。伝達軸８ｃの上端
は、スプリングシート２５の下側に連結される。
【００４３】スプリングシート２５の上方には、固定部
材２４を介して設けられた上部スプリングシート１７が
あり、下部スプリングシート２５および上部スプリング
シート１７の間の第２のスプリング部材１９により、伝
達軸８ｃは下方に付勢されている。こうして、伝達軸８
ｃは、常に下方に向かって第２のスプリング部材１９に
より付勢力が付与される。したがって、第１のスプリン
グ部材１２の上方への付勢力および第２のスプリング部
材１９の下方への付勢力により、アーマチャー６２は伝
達軸８ｂおよび８ｃによって上下に支持され、第１の電
磁石５および第２の電磁石６のいずれにも駆動電流が印
加されない状態では、第１の電磁石５および第２の電磁
石６の間の中央にくるようなバランスで保持される。
【００４４】変位検出搭載部３２は、スプリングシート
２５およびセンサハウジング２２を備え、ここに、この
発明による変位検出装置６５が搭載される。スプリング
シート２５は伝達軸８の延長線上を上方に突出してお
り、その突出部分に永久磁石６６（図示せず）が設けら
れる。センサハウジング２２は、スプリングシート２５
の突出部分に対向するようスプリングシート２５の上方
に設けられ、円筒形状をした固定部材２４の内側表面に
固定される。固定部材２４の底部における外側表面に
は、スプリングシート１７が設けられている。また、セ
ンサハウジング２２には、スプリングシート２５の突出
部分に設けられた永久磁石６６（図４を参照）を収容す
ることができるよう、下向きに円筒状のガイド穴２３が
設けられている。ガイド穴２３の周壁には、ホール素子
６７（図３を参照）が配置される。
【００４５】第１の電磁石５に電流が供給されると、第
１の磁気ヨーク１５およびアーマチャー６２が磁化され
て互いに吸引しあい、アーマチャー６２が上方向に引き
つけられる。その結果、伝達軸８によりバルブ６１が上
方向に駆動され、バルブシート７に密着して停止し、閉
状態になる。第１の電磁石５への電流供給を停止し、第
２の電磁石６に電流を流すと、第２の磁気ヨーク１６お
よびアーマチャー６２が磁化されてアーマチャー６２を
下方向に吸引する力が働き、重力の作用と相まってアー
マチャー６２が下方向に駆動され、第２の磁気ヨーク１
６に接触した状態で停止する。その結果、伝達軸８によ
りバルブ６１が下方向に駆動され、バルブ６１は開状態
になる。
【００４６】図３は、図２に示された電磁アクチュエー
タ６０の変位検出搭載部３２を拡大した内部の断面構造
の概略を示す。前述したように、変位検出搭載部３２
は、スプリングシート２５およびセンサハウジング２２
を備えており、これらを介して変位検出装置６５が取り
付けられる。変位検出装置６５は、永久磁石６６および
ホール素子６７を備える。永久磁石６６は、変位方向に
磁化された円筒形状の磁石である。スプリングシート２
５の上方に突出した部分は円柱形状をしており、ここに
永久磁石６６が磁石止め２１によって規制され、動かな
いようスプリングシート２５に固定される。ホール素子
６７は、センサーハウジング２２のガイド穴２３の周壁
に、感磁面が永久磁石６６の側面に並行して対向するよ
うはめこまれる。こうして、永久磁石６６が、磁石止め
２１およびスプリングシート２５を介して、伝達軸８ｃ
つまりはアーマチャー６２に連結されるので、永久磁石
６６の変位を検出することにより、アーマチャー６２の
変位を検出することができる。
【００４７】図４の（ａ）は、図３に示された磁石止め
２１によってスプリングシート２５の突出部分に規制さ
れた永久磁石６６およびホール素子６７の形状を示し、
図４の（ｂ）は、磁石止め２１によって規制された永久
磁石６６を上方から見た図を示す。図４の（ｂ）に示さ
れるように、磁石止め２１は、開口部分を有するＣ型形
状をしており、スプリングシート２５をはめこむことが
できるよう構成されている。図４の（ａ）に示されるよ
うに、スプリングシート２５の突出部分に上から永久磁
石６６をはめた後、スプリングシート２５にかませるよ
う横から磁石止め２１をはめこみ、こうして永久磁石６
６はスプリングシート２５に規制される。
【００４８】図４に示されるように、便宜上、ｘおよび
ｙ軸を設定する。アーマチャー６２は、ｙ軸に沿って変
位する。永久磁石６６は、外径が８ｍｍおよび内径が６
ｍｍの円筒形状であり、ｙ軸方向の長さ（以下、磁石長
という）は９ｍｍである。永久磁石６６の磁石長は、ア
ーマチャー６２の検出すべき変位量より大きい値を持つ
よう定められる。これは、後述するように、永久磁石６
６の磁石長の範囲にわたって、ホール素子６７により検
知される磁束密度が、ｙ軸方向の変位に対して線形に得
られるからである。したがって、通常自動車の動弁系の
場合、アーマチャーの変位量が６〜８ｍｍに及ぶので、
磁石長は余裕を持たせて少し長い９ｍｍに設定される。
この実施例では、永久磁石６６は、上部がＮ極および下
部がＳ極に磁化されている。磁石の形状および磁石の磁
化の強さは、センサハウジング２２のガイド穴２３の大
きさ、および検出される磁束の大きさを考慮して最適化
される。
【００４９】永久磁石６６は、他の実施例では上記とは
逆の方向に磁化することもできる。また、永久磁石６６
の代わりに電磁石を用いることもでき、さらに円筒形状
とは別の他の形状の磁石を用いることもできる。
【００５０】ホール素子６７のｘ軸上の位置は、永久磁
石６６の側面から所定距離離れて配置され、この実施例
では１．５ｍｍの距離に配置される。この距離が離れす
ぎると、ホール素子６７が検知できる磁束密度が大きく
低下するので、１〜２ｍｍぐらいが好ましい。ホール素
子６７のｙ軸方向の位置は、アーマチャー６２が、図１
の第１の電磁石５および第２の電磁石６の間の中央にあ
るとき（すなわち、第１の電磁石５および第２の電磁石
６のいずれにも電流が印加されていない状態）の永久磁
石６６のｙ軸方向の中心位置が、ホール素子６７の中心
に合うよう配置される。こうして、ホール素子６７は、
永久磁石６６からの磁束密度のｘ軸成分を検知する。
【００５１】ここで、図５を参照してホール素子を説明
する。ホール素子は、磁界に比例した電圧が得られる素
子であり、構造が簡単で小型、また機械的に動く部分を
持たないので丈夫で安定などの特長を持つ。図５の
（ａ）に示すように、図１に示されたホール素子用電圧
源７１からの電圧Ｖccをホール素子６７に印加して電流
Ｉhを流す。この状態でホール素子６７を磁界Ｈ（すな
わち磁束密度Ｂ）の中に置くと、ホール素子６７中の電
流Ｉｈが力を受け、端子４１および４３間にホール電圧
Ｖｈが発生する。電圧Ｖｈは、以下の式（１）で表され
る。
【００５２】
【数１】 Ｖh＝Ｋｓ・Ｉh・Ｂcosθ 式（１） ここで、Ｂcosθは磁束密度Ｂのｘ軸成分（すなわち、
ホール素子の感磁面に対して垂直な方向）であり、以下
Ｂｓで表す。Ｋsはホール係数と呼ばれるホール素子固
有の値であり、電流Ｉhは、電圧源Ｖcc（たとえば、５
Ｖ）および入力抵抗値により定められる駆動電流であ
り、いずれも使用するホール素子に応じて規定される。
【００５３】式（１）から明らかなように、ホール電圧
Ｖｈは磁束密度Ｂｓに比例する。図５の（ｂ）は、ホー
ル電圧Ｖｈおよび磁束密度Ｂｓの比例関係を示すグラフ
である。このように、ホール素子６７を使用してホール
電圧Ｖｈを測定することにより磁束密度Ｂｓを容易に検
出することができる。さらに、ホール電圧Ｖｈの極性に
より、磁場の極性（ＮおよびＳ）を判別することもでき
る。
【００５４】次に図６を参照して、図４の形状を持つ永
久磁石６６の磁束密度のｘ軸成分Ｂｓと、永久磁石６６
のｙ軸方向の変位との関係を説明する。図６の（ａ）
は、図４の永久磁石６６を示し、さらに永久磁石６６の
中心を原点として左右方向にｘ軸、上下方向にｙ軸を設
定する。永久磁石６６は、ｙ軸に沿って上下に変位す
る。また、永久磁石６６の磁石長は９ｍｍと想定する。
さらに、ｘ軸上に原点からの距離１．５ｍｍのところに
点Ａをとる。この点Ａの位置は、前述したようにホール
素子６７が置かれる位置に対応する。
【００５５】図６の（ｂ）のグラフは、ｙ軸上を永久磁
石６６が上下に変位した時のｙ軸方向の位置に対する、
点Ａにおける磁束密度Ｂｓの変化を示す。永久磁石６６
の中心がｙ＝０の位置にあるとき、永久磁石６６のＮ極
およびＳ極からの磁界がｘ軸方向では打ち消し合うの
で、磁束密度Ｂｓはゼロとなる。永久磁石６６は、上が
Ｎ極および下がＳ極として磁化されており、磁化されて
いる方向に変位するので、永久磁石６６が原点から上に
（すなわちｙ軸の＋方向）変位していくと、磁束密度Ｂ
ｓは負の領域で増加する（ここでの増加とは、磁束密度
Ｂｓの絶対値としての値、すなわち｜Ｂｓ｜が増加する
ことを意味する）。永久磁石６６の中心がｙ＝＋４．５
ｍｍの位置まで変位したとき、磁束密度Ｂｓは極値をも
つ。反対に、永久磁石６６が原点から下に（すなわちｙ
軸の−方向）変位していくと、磁束密度Ｂｓは正の領域
で増加し、ｙ＝−４．５ｍｍの位置まで変位したとき、
磁束密度Ｂｓは極値をもつ。
【００５６】図６の（ｂ）のグラフで示される磁束密度
および変位の関係は、永久磁石６６の磁石長に依存して
変化する。磁石長９ｍｍの永久磁石６６が、その中心を
原点として上下に変位した場合、磁束密度Ｂｓは、永久
磁石６６の磁石長の半分の値（すなわち、±４．５ｍ
ｍ）に対応する位置で極値をとり、磁石長に対応する−
４．５＜ｙ＜４．５の範囲において、ｙ軸方向の変位に
対して線形な関係を持つ。したがって、永久磁石の磁石
長を、検出すべき変位量より長いものとすれば、検出さ
れる変位は永久磁石からの磁束密度と線形な関係を有す
るので、容易に変位を検出することができる。
【００５７】また、図６の（ｂ）のグラフは、永久磁石
６６のＳおよびＮ極から点Ａまでの距離（この例では、
１．５ｍｍ）にも依存して変化する。すなわち、点Ａの
原点からの距離を変更すると、点Ａにおける磁束密度Ｂ
ｓの大きさが変化し、グラフに示される線形特性が変化
する。しかし、このような場合でも、磁石長が９ｍｍな
らば、−４．５＜ｙ＜４．５の範囲において磁束密度Ｂ
ｓはｙ軸方向の変位に対して線形な関係を持つ。
【００５８】このように、ホール素子６７を点Ａに配置
すれば、図６の（ｂ）に示される永久磁石６６の変位に
対して線形な関係を持つ磁束密度Ｂｓがホール素子６７
により検知され、図５で説明したように、検知した磁束
密度Ｂｓに比例したホール電圧Ｖｈが出力される。
【００５９】図７のグラフは、ホール素子６７の出力ホ
ール電圧Ｖｈおよび永久磁石６６の変位の関係を示す。
このグラフの横軸は、図６におけるｙ＝−４．５の位置
を基準とした変位を示す。前述したように、出力ホール
電圧Ｖｈと磁束密度Ｂｓは比例関係にあり、さらに磁束
密度Ｂｓは、永久磁石の磁石長に対応する範囲における
変位に対して線形な関係をもつ。したがって、図７に示
されるように、ホール出力電圧Ｖｈは、磁石長の範囲内
において変位に対して線形な関係をもつ。
【００６０】こうして、図１に示される制御装置５０
は、変位検出装置６５のホール素子６７から出力された
ホール電圧Ｖｈを入力インターフェース５１を介して受
け取り、これに基づいてアーマチャー６２の変位を検出
し、検出された変位を使用して、電磁アクチュエータ６
０を適切に制御するよう制御信号を出力することができ
る。
【００６１】なお、図３に示される、永久磁石６６を規
制する磁石止め１２も含め、スプリングシート２５は、
非磁性材（たとえば、ＳＵＨ６６０のような合金）また
は非磁性材の特性に近い材料（たとえば、ＳＵＳ３０
３）であるのが好ましい。磁性材とすると磁気的なバラ
ンスが崩れ、たとえば図８に示すように、出力ホール電
圧Ｖｈの変位に対する線形性が劣化するからである。
【００６２】ここで図３を再び参照すると、ホール素子
６７の外側には、スプリング１９が配置されている。ス
プリング１９は磁性体であるので、スプリング１９の動
き（伸び縮み）に依存して、ホール素子６７によって検
出される磁束密度が変動することがある。図９を参照し
て、具体的に説明する。図９は、ホール素子６７および
スプリング１９の起こりうる位置関係を概略的に示して
いる。図９の（ａ）は、ホール素子６７の背面にスプリ
ング１９が存在する状態を示し、図９の（ｂ）は、ホー
ル素子６７の背面にスプリング１９が存在しない状態を
示し、図９の（ｃ）は、上記（ａ）および（ｂ）の中間
の状態を示す。スプリング１９が磁性体であるので、そ
れぞれの状態によって、永久磁石６６から発生する磁束
の分布が異なる。したがって、永久磁石６６の変位が同
じ場合であっても、スプリング１９の状態によって、ホ
ール素子６７から出力されるホール電圧の値が異なるこ
とがある。
【００６３】この発明の第２の実施形態は、このような
スプリング１９の影響を軽減するものである。この発明
の第２の実施形態を、図１０および図１１を参照して説
明する。図１０は、ホール素子６７およびスプリング１
９の間に磁性体８１を設けたことを除き、図３と同じ構
造を持つ。また、図１１は、磁性体８１が、ホール素子
６７の永久磁石６６と反対側の位置に配置されているこ
とを除き、図４と同じ構造を持つ。図１０および図１１
から明らかなように、磁性体８１は、ホール素子６７の
真後ろ、すなわち、ホール素子６７の感磁面とは反対側
の面に対向するよう配置される。磁性体８１は、たとえ
ば０．１ｍｍの厚さを持つ磁性材の小片である。他の実
施形態では、磁性体８１の代わりに、永久磁石を用いる
こともできる。
【００６４】磁性体８１は、スプリング１９よりも永久
磁石６６に対して近い位置に配置される。永久磁石６６
から発生する磁束は、ホール素子６７の真後ろに配置さ
れた磁性体８１に引きつけられ、ホール素子６７を通過
する磁束が増加する。また、磁性体８１は、スプリング
１９によって生成される磁場から、ホール素子６７をシ
ールドする。こうして、スプリング１９によって引き起
こされる磁場の乱れを軽減することができる。
【００６５】図１２は、変位に対する出力ホール電圧の
変化を示すグラフである。グラフ１００は、磁性体８１
をホール素子６７およびスプリング１９の間に設けた場
合を示し、グラフ１０１は、該磁性体８１を設けない場
合を示す。グラフ１０１には複数の線が表されている
が、これは、スプリングの状態に依存して出力ホール電
圧の特性が変化することを示している。グラフ１００お
よび１０１を比較して明らかなように、グラフ１００
は、グラフ１０１よりも良好な線形性を有する。このよ
うに、磁性体を、ホール素子およびスプリングの間に設
けることにより、スプリングのホール電圧に対する影響
を軽減することができ、より良好な線形性を有する出力
ホール電圧が得られる。
【００６６】次に、図２を再び参照すると、前述したよ
うに、永久磁石６６が搭載されたスプリングシート２５
には伝達軸８が連結されており、該伝達軸８は、第１の
電磁石５および第２の電磁石６の内側を貫通している。
第１および第２の電磁石５および６を通電すると、第１
および第２の電磁石５および６から漏れ磁束が生じる。
通常伝達軸８は、たとえばＳＣＭ４２０Ｈのような磁性
材で構成されているので、この漏れ磁束は、伝達軸８が
連結されたスプリングシート２５の上方部分にも及ぶ。
したがって、該スプリングシート２５の上方に配置され
たホール素子６７付近の磁場が漏れ磁束によって乱さ
れ、その結果、ホール素子６７から出力されるホール電
圧が、漏れ磁束に伴って変化するおそれがある。すなわ
ち、永久磁石６６の変位が同じ場合であっても、この漏
れ磁束によってホール電圧の値が異なるおそれがある。
【００６７】この発明の第３の実施形態は、このような
漏れ磁束の影響を軽減するものである。この発明の第３
の実施形態では、スプリングシート２５に連結される伝
達軸８を、非磁性材（たとえば、ＳＵＨ６６０）または
非磁性材の特性に近い材料（たとえば、ＳＵＳ３０３）
で構成する。第１および第２の電磁石５および６とスプ
リングシート２５は、伝達軸８を介して配置されている
ので、伝達軸８を非磁性材で構成することにより、第１
および第２の電磁石５および６が通電されたときの漏れ
磁束の、スプリングシート２５の上方部分に対する影響
を、抑制することができる。
【００６８】図１に示されるように、伝達軸８は、８
ａ、８ｂおよび８ｃの３つの部分から構成されている。
この第３の実施形態では、少なくとも伝達軸８ｃの部分
が、非磁性材で構成される。しかし、伝達軸８ｂおよび
８ｃの２つの部分を非磁性材で構成することができ、ま
たは８ａ〜８ｃの３つの部分すべてを非磁性材で構成す
るようにしてもよい。また、この第３の実施形態におい
ても、前述したように、スプリングシート２５は非磁性
材から構成されるのが好ましい。
【００６９】図１３は、時間に伴って永久磁石が変位し
たときの出力ホール電圧の遷移を示すグラフである。時
間０〜１．５msecの間はバルブが閉じた状態にある。時
間１．５〜４msecの間にわたって第２の電磁石６が通電
されると、永久磁石６６は下方向に変位し、時間４msec
においてバルブが開いた状態になる。その後、時間４〜
１０msecの間は、バルブが開いた状態にある。グラフ１
１０は、伝達軸８ｂおよび８ｃが非磁性材で構成された
場合の出力ホール電圧の遷移を示し、グラフ１１１は、
伝達軸８ｃが磁性材で構成された場合の出力ホール電圧
の遷移を示す。グラフ１１０およびグラフ１１１の出力
ホール電圧の差が、漏れ磁束の影響に対応し、グラフ１
１１は、グラフ１１０に比べて、特にバルブが開いた状
態で得られるホール電圧が低い。これらのグラフから明
らかなように、伝達軸を非磁性材から構成することによ
り、漏れ磁束の影響をほぼゼロとすることができ、安定
したホール電圧を得ることができる。
【００７０】上記の実施形態においては、磁気センサと
してホール素子を使用したが、他の磁気センサを使用し
て変位検出装置を実現することもできる。たとえば、磁
気抵抗素子（ＭＲ素子）は、磁界の変化に比例して抵抗
が変化する。したがって、磁気抵抗素子から、抵抗の変
化に応じた出力電圧を取り出すことにより、磁場の変化
を検出することができる。したがって、ホール素子の代
わりに磁気抵抗素子を使用してもよい。
【００７１】この発明による磁石は、上記の実施形態の
ようにスプリングシートに取り付けるのではなく、バル
ブの変位に連動する他の部材に取り付けるようにしても
よい。そのとき、磁気センサは、磁石からの磁束を検知
するよう、磁石の変位に合わせて配置される。
【００７２】
【発明の効果】請求項１の発明によると、簡単な構造で
変位検出装置を構成することができるので、部品点数を
増やすことなく安価な構造で機械要素の変位を検出する
ことができる。
【００７３】請求項２の発明によると、磁気センサとし
て磁束密度に比例したホール電圧を出力するホール素子
を使用するので、変位に線形な出力を得ることができ、
さらに構造が簡単で安定した出力を得ることができる。
【００７４】請求項３の発明によると、検出すべき変位
量において、変位に対して線形な出力を得ることができ
るので、変位を容易かつ正確に検出することができる。
【００７５】請求項４の発明によると、非磁性部材また
は非磁性材の特性に近い部材を介して磁石が機械要素に
連結されるので、磁場の乱れが抑制され、より正確に変
位を検出することができる。
【００７６】請求項５の発明によると、エンジンの吸排
気のバルブの変位を検出することができるので、アクチ
ュエータによるバルブタイミングの精度を向上させるこ
とができる。
【００７７】請求項６の発明によると、磁石からの水平
方向の磁束を検出し、磁石の変位に対して線形な関係を
有する電圧が出力されるので、吸排気バルブの変位を容
易に検出することができる。
【００７８】請求項７の発明によると、磁石から発生す
る磁束に対するスプリングの影響を軽減することができ
るので、より正確に吸排気バルブの変位を検出すること
ができる。
【００７９】請求項８の発明によると、漏れ磁束の影響
を軽減することができるので、より正確に吸排気バルブ
の変位を検出することができる。
【００８０】請求項９の発明によると、スプリングシー
トが非磁性部材または非磁性材の特性に近い部材で構成
されるので、磁場の乱れが抑制され、より正確に吸排気
バルブの変位を検出することができる。
【００８１】請求項１０の発明によると、アクチュエー
タの伝達軸に連結するよう磁石を簡単に取り付けて固定
することができるので、簡単な構造で変位を検出するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例における電磁アクチュエー
タおよびその制御装置の全体を示すブロック図。
【図２】この発明の一実施例における電磁アクチュエー
タの機械的構造を示す図。
【図３】この発明の一実施例における変位検出装置の機
械的構造を示す図。
【図４】この発明の一実施例における永久磁石およびホ
ール素子の配置および形状を示す図。
【図５】（ａ）ホール素子の原理、および（ｂ）磁束密
度とホール出力電圧のグラフを示す図。
【図６】この発明の一実施例における（ａ）永久磁石、
および（ｂ）永久磁石の変位と磁束密度の関係を示す
図。
【図７】この発明の一実施例におけるホール出力電圧と
変位の関係を示すグラフ。
【図８】この発明の一実施例における、磁性材のスプリ
ングシートを使用した場合の、ホール出力電圧と変位の
関係を示すグラフ。
【図９】この発明の第２の実施例における変位検出装置
の機械的構造を示す図。
【図１０】この発明の第２の実施例における、永久磁
石、ホール素子および磁性体の配置および形状を示す
図。
【図１１】この発明の一実施例における、ホール素子お
よびスプリングの考えられる配置状態を示す図。
【図１２】この発明の第２の実施例における、ホール出
力電圧と変位の関係を示すグラフ。
【図１３】この発明の第３の実施例における、永久磁石
が時間と共に変位した場合のホール電圧の出力の遷移を
示すグラフ。
【符号の説明】 ８ 伝達軸 ５０ 制御装置 ６０ 電磁アクチュエータ ６１ バルブ ６２ アーマチャー ６６ 永久磁石 ６７ ホール素子 ８１ 磁性体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生駒 浩一 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 清水 康雄 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 中村 稔 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】変位することのできる機械要素と、 前記機械要素に連結して設けられ、該機械要素の変位方
    向に磁化された磁石と、 前記磁石からの磁束を検知して、検知した磁束量に応じ
    たセンサ出力を出力する磁気センサとを備え、 前記センサ出力に基づいて、前記機械要素の変位を検出
    するようにした変位検出装置。
  2. 【請求項２】前記磁気センサがホール素子であり、前記
    センサ出力がホール電圧である請求項１に記載の変位検
    出装置。
  3. 【請求項３】前記磁石の変位方向の長さが、前記機械要
    素が変位する量より長く、前記磁気センサにより検知さ
    れた磁束量が、前記磁石の変位に対して線形に変化する
    請求項１または請求項２に記載の変位検出装置。
  4. 【請求項４】前記磁石が、非磁性部材または非磁性材の
    特性に近い部材を介して前記機械要素に連結される請求
    項１から請求項３のいずれかに記載の変位検出装置。
  5. 【請求項５】前記機械要素が、エンジンの吸排気バルブ
    である請求項１に記載の変位検出装置。
  6. 【請求項６】前記磁石は、スプリングを支持するスプリ
    ングシート上に配置され、該スプリングシートは、伝達
    軸を介して前記吸排気バルブに連結されており、前記磁
    気センサが、前記磁石および前記スプリングの間に配置
    される請求項５に記載の変位検出装置。
  7. 【請求項７】前記磁気センサおよび前記スプリングの間
    に、磁性体または磁石が配置される請求項６に記載の変
    位検出装置。
  8. 【請求項８】前記磁石が、伝達軸を介して前記吸排気バ
    ルブに連結されており、該伝達軸が非磁性部材または非
    磁性材の特性に近い部材である請求項５に記載の変位検
    出装置。
  9. 【請求項９】前記磁石は、前記伝達軸に連結されたスプ
    リングシート上に配置されており、該スプリングシート
    が非磁性部材または非磁性材の特性に近い部材である請
    求項８に記載の変位検出装置。
  10. 【請求項１０】前記磁石が、円筒形状の永久磁石である
    請求項１または請求項５に記載の変位検出装置。
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