JP6559549B2 - 液面検出装置 - Google Patents
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Description
本明細書に開示の技術は、液体の液面を検出する液面検出装置(例えば、自動車等の燃料タンク内に貯留される燃料の液面を検出する装置)に関する。
特許文献1に、燃料に浮かぶフロートと、フロートの上下動を回転運動に変換するアームと、アームと一体的に回転する永久磁石と、永久磁石の回転を検出する磁気検出素子と、を備える液面検出装置が開示されている。永久磁石は、磁気検出素子に対向して配置されている。永久磁石の磁気検出素子と対向する面以外の面がアームの一端に覆われている。永久磁石は、アームの軸方向に磁極が並ぶ一対の磁極を有する。永久磁石の磁場は、アームの軸方向における永久磁石の一端から磁気検出素子を通過して、アームの軸方向における永久磁石の他方の端に向う磁気検出素子は、永久磁石の磁場を利用して永久磁石の回転を検出する。
上記の技術では、永久磁石の磁場は、アームの軸方向における永久磁石の一端から磁気検出素子を通過して、アームの軸方向における永久磁石の他方の端に向うとともに、アームの軸方向における永久磁石の一端から磁気検出素子の反対側の裏面上を通過して、アームの軸方向における永久磁石の他方の端に向う。このため、永久磁石の裏面側では、永久磁石の磁場が磁石を覆うアームの外側まで広がって、アームに金属粉等の異物が付着する場合がある。この結果、永久磁石の磁場が変化し、検出誤差が生じる場合がある。
本明細書では、磁気検出素子と反対側の面上の永久磁石の磁場によって液面検出装置に異物が付着することを抑制する技術を提供する。
本明細書で開示される液面検出装置は、フロートと、フロートが取り付けられており、フロートの上下方向の運動を回転運動に変換するアームと、アームを保持する回転部材と、回転部材に固定される永久磁石と、永久磁石に対向する磁気検出素子と、磁気検出素子に対して回転部材を回転可能に支持する支持部材と、を備える。永久磁石は、磁気検出素子に対向する対向面を有する。回転部材は、永久磁石の対向面の裏側に位置する裏面を覆っている。永久磁石の対向面は、少なくとも一対の磁極に磁化されている。永久磁石の裏面は、対向面の磁極のそれぞれの裏側において反対の磁極が位置するように少なくとも一対の磁極に磁化されている。対向面の少なくとも一対の磁極は、対向面の一方の極から対向面上を通過して他方の極に向かう素子側磁場を有している。裏面の少なくとも一対の磁極は、裏面の一方の極から裏面上を通過して他方の極に向かう反対側磁場を有している。磁気検出素子は、素子側磁場を利用して磁石の回転を検出する。反対側磁場の磁束密度は、素子側磁場の磁束密度よりも小さい。
対向面に配置される少なくとも一対の磁極のそれぞれの磁極について、対向面の裏側に位置する裏面に同じ磁極を配置する構成、即ち、永久磁石の対向面から裏面まで同じ磁極が配置されている構成では、永久磁石の対向面側と裏面側とで対称の磁場が発生する。このため、裏面側の永久磁石の磁束密度を小さくしようとすると、磁気検出素子側における永久磁石の磁束密度も小さくなる。この場合、磁気検出素子を通過する磁束密度も小さくなり、検出精度が低下する。
上記した構成によれば、永久磁石の対向面側と裏面側とで反対の磁極を配置することによって、素子側磁場の磁束密度を減少させることなく、反対側磁場の磁束密度を小さく抑えることができる。この構成によれば、反対側磁場が、永久磁石の裏面を覆う回転部材を越えて広がることを抑制することができる。この結果、反対側磁場によって液面検出装置、特に回転部材に異物が付着することを抑制することができる。
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
(特徴1)実施例の液面検出装置では、永久磁石の対向面は、一対の磁極に磁化されていてもよい。永久磁石の裏面は、対向面のそれぞれの磁極の反対の磁極が位置するように一対の磁極に磁化されていてもよい。この構成によれば、磁気検出素子を用いて対向面における一対の磁極の一方の磁極から他方の磁極に向かう磁場を利用することによって、磁石の回転を検出することができる。これにより、液面検出装置の構造を簡素化することができる。
(特徴2)実施例の液面検出装置では、永久磁石は、対向面の磁気検出素子と対向する位置に、裏面側に凹む空洞部を有していてもよい。この構成によれば、対向面の磁気検出素子に対向する位置から磁気検出素子を通過する磁束を低減することができる。これにより、磁気検出素子に対して永久磁石の位置がずれることによって、磁気検出素子を通過する磁束が大きく変化することを抑制することができる。この結果、磁気検出素子に対して永久磁石の位置がずれることによる検出誤差を抑制することができる。
(特徴3)実施例の液面検出装置では、空洞部は、永久磁石を対向面から裏面まで貫通していてもよい。この構成によれば、対向面の磁気検出素子に対向する位置から磁気検出素子を通過する磁束を発生させずに済む。これにより、磁気検出素子に対して永久磁石の位置がずれることによる検出誤差を抑制することができる。
図1に示すように、燃料ポンプモジュール10は、自動車等の車両に搭載される燃料タンク4内の燃料を、図示省略した内燃機関に供給するためのユニットである。燃料ポンプモジュール10は、燃料タンク4に配置される。
燃料ポンプモジュール10は、燃料ポンプユニット12と、液面検出装置20と、を備える。燃料ポンプユニット12は、燃料タンク4に収容される。燃料ポンプユニット12は、燃料タンク4の開口を閉塞するセットプレート6に取付けられている。燃料ポンプユニット12は、燃料タンク4内の燃料を、燃料ポンプユニット12内に吸入し昇圧して、燃料ポンプユニット12外に吐出する。燃料ポンプユニット12から吐出された燃料は、吐出ポート14から、図示省略された内燃機関に供給される。
液面検出装置20は、フロート22と、フロート22に取り付けられているアーム24と、アーム24の回転角を検出する磁気センサユニット30と、を備える。フロート22は、燃料タンク4内の燃料に浮かんでおり、燃料の液面に応じて上下方向に運動する。フロート22は、アーム24の先端に回転自在に取り付けられている。アーム24の基端は、磁気センサユニット30に回転可能に支持されている。燃料タンク4内の燃料の液面に応じてフロート22が上下動すると、アーム24が燃料ポンプユニット12に対して揺動回転する。即ち、アーム24は、フロート22の上下動を回転運動に変換する。アーム24は、例えばステンレス等の燃料に対する耐性を有する金属で円柱の棒状に作製されている。
図2、図3に示すように、磁気センサユニット30は、燃料ポンプユニット12に対して、アーム24を回転自在に支持している。なお、図2以降の図面では、フロート22及びアーム24のフロート22側の一部が省略されている。磁気センサユニット30は、支持部材34と、永久磁石44と、カバー36と、磁気センサ48(図5参照)と、リード線32と、を備える。
支持部材34は、燃料ポンプユニット12の外壁に固定されている。支持部材34は、樹脂で作製されている。支持部材34は、本体35と、円筒部42と、軸方向規制部40と、回転規制部60と、を備える。本体35は、平板形状を有する。本体35の裏面は、燃料ポンプユニット12の外壁に取り付けられている。本体35の表面側には、軸方向規制部40と円筒部42が配置されている。円筒部42は、本体35の表面から突出している。円筒部42は、アーム24の回転軸Xを中心軸とする円筒形状を有する。
円筒部42の外周面には、アーム24が取り付けられる。アーム24は、フロート22とは反対側の端部において、半円形状に湾曲されている湾曲部分24aを有する。アーム24は、さらに互いに対向する一対の対向部分24bを有する。アーム24は、円筒部42に対向部分24bを挿入することによって、支持部材34に取り付けられる。図4に示すように、アーム24が支持部材34に取り付けられた状態では、アーム24は、円筒部42の回転軸X方向の両端に配置される一対の軸方向規制部40の間に配置される。これにより、アーム24が回転軸X方向に位置ずれすることを防止することができる。
支持部材34の図2における右側面には、一対の回転規制部60が配置されている。一対の回転規制部60は、アーム24の回転方向に互いに離間して配置されている。
支持部材34とアーム24には、永久磁石44が取り付けられたカバー36が取り付けられている。カバー36は、回転軸Xを中心にアーム24の回転方向に摺動可能に支持部材34に配置される。図4に示すように、カバー36は、アーム24の基端と軸方向規制部40の外周縁を覆う円筒形状の外縁部38と、軸方向規制部40と円筒部42を本体35と反対側から覆う円板形状の円板部39と、を有する。この構成によれば、カバー36は、アーム24が支持部材34から脱落することを抑制することができる。アーム24は、カバー36の図2の左端において、カバー36から延びるアーム24を挟持する切欠きを有する。これにより、アーム24がカバー36に固定され、カバー36は、アーム24の回転に同期して回転する。
カバー36は、図2の右端においてストッパ部材を有する。ストッパ部材は、ストッパ部材は、カバー36の支持部材34側の端から支持部材34側に突出し、一対の回転規制部60の間に配置される。ストッパ部材は、カバー36がアーム24の回転に同期して、回転軸X回りを回転すると、一対の回転規制部60のいずれかに当接して、アーム24の回転を規制する。
図4に示すように、カバー36は、円筒部42の内周側に円筒形状の磁石収容部37を有する。磁石収容部37は、回転軸Xを中心軸とする略円筒形状を有する。磁石収容部37の内周側には永久磁石44が嵌合している。カバー36は、磁石収容部37に収容される永久磁石44を保持する。永久磁石44の裏面44bは、カバー36によって覆われている。
支持部材34は、磁気センサ48を収容する。磁気センサ48は、永久磁石44の対向面44a(燃料ポンプユニット12側の面)に対向して配置されている。支持部材34は、磁気センサ48に固定されており、アーム24とカバー36は、支持部材34に対して、回転可能である。このため、カバー36に固定されている永久磁石44は、磁気センサ48に対して、回転可能である。
磁気センサ48は、アーム24の回転運動を検出し、その検出結果に基づいて燃料タンク4内に貯留される燃料量に応じたアナログ信号を、燃料メータ(図示省略)に出力する(図1参照)。磁気センサ48は、永久磁石44の回転角、即ちアーム24の回転角を検出する磁気式のセンサであって、例えば、MRE(Magnet Resistive Element(磁気抵抗素子)の略)やホールICを利用した公知のセンサを用いることができる。磁気センサ48は、永久磁石44の磁束の向きあるいは磁束の強度を検出する磁気検出素子を有する。磁気センサ48は、外部には露出しないように、支持部材34によって覆われている。磁気センサ48は、回転軸X上に検出中心が位置するように配置されている。
なお、支持部材34とアーム24とカバー36との間には、寸法誤差や燃料による膨潤を考慮した小さいクリアランスが設定されている。このため、永久磁石44の回転中心と磁気センサ48の検出中心とが若干ずれる場合がある。なお、本実施例では、永久磁石44の回転中心及び磁気センサ48の検出中心が回転軸X上に配置される、即ち、設計上の正規の位置に配置されている状態で、各部材の位置関係等が説明されている。
図2に示すように、磁気センサ48からは、3本のリード線32が延びている。3本のリード線32は、それぞれ、電源ライン52、出力ライン54及びグランドライン56に接続されている。電源ライン52、出力ライン54及びグランドライン56は、セットプレート6を貫通して燃料メータに接続されている。
次いで、永久磁石44の構成について説明する。図5では、永久磁石44の磁極が示されている。図5の上方の図は、磁気センサ48側の対向面44aを見た図である。図5の中央の図は、永久磁石44の側面図である。図5の下方の図は、磁気センサ48と反対側の裏面44bから見た図である。
永久磁石44は、回転軸Xと同軸の円環形状を有する。詳細には、永久磁石44は、円環形状のうちの直径方向の両端(図5の左右端)が切り落とされた形状を有している。永久磁石44が後述する回転部材34に対して回転することを防止するためである。なお、磁石収容部37の内周面には、永久磁石44の回り止めをする平坦面が配置されている。永久磁石44は、回転軸Xを中心軸とする円柱形状の空洞部44cを有する。空洞部44cは、対向面44aから裏面44bまで永久磁石44を貫通している。
図5の上方の図に示されるように、対向面44a側では、永久磁石44は、N極とS極の一対の磁極に磁化されている。対向面44aのN極の領域N1とS極の領域S1とは、回転軸Xを挟んで配置されており、対向面44aの左半分がN極領域N1であり、右半分がS極領域S1である。
図5の中央の図に示されるように、N極領域N1は、永久磁石44の厚み方向の中央部において、裏面44b側のS極領域S2に接触している。同様に、S極領域S1は、永久磁石44の厚み方向の中央部において、裏面44b側のN極領域N2に接触している。
図5の下方の図に示されるように、永久磁石44は、裏面44b側では、対向面44a側の磁極のそれぞれについて、当該磁極と反対の磁極に磁化されている。裏面44bのN極領域N2とS極の領域S2とは、回転軸Xを挟んで配置されており、裏面44bの左半分がS極領域S2であり、右半分がN極領域N2である。即ち、永久磁石44は、2個のN極領域N1,N2と2個のS極領域S1,S2の4個の磁化領域を有する。
次いで、図6を参照して、永久磁石44の着磁方法を説明する。図6は、永久磁石44の側面を示す。永久磁石44は、着磁前にフェライト系の酸化鉄を成形型にて、略円環形状に成形する。次いで、成形された着磁前の中間部品(以下では中間部品も「永久磁石44」と呼ぶ)の対向面44aに、着磁ヨークYKを当接する。着磁ヨークYKでは、鉄芯にコイルが配置されている。着磁ヨークYKは、対向面44aにおいて、着磁後にN極領域N1となる領域とS極領域S1となる領域とのそれぞれに当接される。そして、着磁ヨークYKのコイルに電流が流される。これにより、着磁ヨークYKから強力な磁場が発生し、永久磁石44が着磁される。
次いで、図7を参照して、永久磁石44によって発生する磁場を説明する。図7には、永久磁石44の対向面44a及び裏面44b付近の磁場を表す磁力線が模式的に示されている。永久磁石44は、対向面44a側に、N極領域N1から対向面44a上を通過してS極領域S1に向かうセンサ側磁場を有する。また、永久磁石44は、裏面44b側に、N極領域N2から裏面44b上を通過してS極領域S2に向かう反対側磁場を有する。永久磁石44は、対向面44a側に着磁ヨークYKを当接して着磁されている。このため、永久磁石44では、対向面44a側に発生するセンサ側磁場の磁束密度を、裏面44b側に発生する反対側磁場の磁束密度よりも大きくすることができる。
本実施例の液面検出装置20によれば、永久磁石44の磁気センサ48側の磁束密度を減少させずに、カバー36側の磁束密度を小さく抑えることができる。この構成によれば、永久磁石44の磁場がカバー36を超えて液面検出装置20の外側に広がることを抑制することができる。この結果、燃料に含まれる金属粉等の磁性体の異物が、カバー36に付着することを抑制することができる。これにより、磁性体の異物によって、永久磁石44の磁場が乱れて、液面検出装置20に検出誤差が生じる事態を抑制することができる。
また、図8に示すような一対の磁極であって、対向面から裏面まで同一の磁極を有する比較例の永久磁石100では、磁力線が永久磁石のN極側の端部102からS極側の端部104に、磁気センサ48側とカバー36側とに対称に延びている。このため、カバー36側の磁束密度を抑えようとすると、磁気センサ48側の磁束密度も小さくなる。一方、本実施例の永久磁石44では、このような事態を回避することができる。
また、永久磁石44は、磁気センサ48と対向する位置に空洞部44cを有する。この構成によれば、磁気センサ48と対向する位置から延びて磁気センサ48を通過する磁束を発生させずに済む。この結果、磁気センサ48を通過する磁束を、永久磁石44の対向面44aに平行に近づけることができる。これにより、永久磁石44が磁気センサ48に対して位置がずれた場合に、磁気センサ48を通過する磁束の向きが大きく変化することを抑制することができる。永久磁石44を用いてシミュレーションを行った結果、液面検出装置20に設定されるクリアランスによるがたつき程度であれば、永久磁石44の厚みと直径にもよるが、角度の検出誤差が0.5°以下の小さい誤差に抑えられることが分かった。この結果は、図8に示すような従来の永久磁石100を用いた場合と変わらず、本実施例の液面検出装置20でも検出誤差を小さく抑えることができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、永久磁石44の構成は、上記の実施例に限られない。図9は、変形例の永久磁石44を、回転軸Xを通る断面で見た縦断面図である。例えば、図9に示すように、空洞部44cの裏面44b側の端部が閉塞されていてもよい。あるいは、空洞部44cは、樹脂等の非磁性体で充填されていてもよい。また、あるいは、永久磁石44は、空洞部44cを有していなくてもよい。
また、例えば、図10に示すように、永久磁石44の対向面44a及び裏面44bには、二対の磁極が配置されていてもよい。あるいは、永久磁石44の対向面44a及び裏面44bには、三対以上の磁極が配置されていてもよい。この場合、磁気センサ48は、複数配置されていてもよく、各対の磁束の向きあるいは強さを検出することによって、永久磁石44の回転を検出してもよい。
また、本明細書の「液面検出装置」は、燃料タンク4内の燃料量を検出する液面検出装置20以外に、例えば、貯水タンク内あるいは貯水池の液面(即ち、水位あるいは貯水量)等を検出する液面検出装置であってもよい。
また、永久磁石44は、円環形状あるいは円板形状に限られず、矩形形状、多角形形状等であってもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
10 :燃料ポンプモジュール
20 :液面検出装置
22 :フロート
24 :アーム
30 :磁気センサユニット
34 :支持部材
35 :本体
36 :カバー
37 :磁石収容部
40 :軸方向規制部
44 :永久磁石
44a :対向面
44b :裏面
44c :空洞部
48 :磁気センサ
N1 :N極領域
N2 :N極領域
S1 :S極領域
S2 :S極領域
X :回転軸
YK :着磁ヨーク
20 :液面検出装置
22 :フロート
24 :アーム
30 :磁気センサユニット
34 :支持部材
35 :本体
36 :カバー
37 :磁石収容部
40 :軸方向規制部
44 :永久磁石
44a :対向面
44b :裏面
44c :空洞部
48 :磁気センサ
N1 :N極領域
N2 :N極領域
S1 :S極領域
S2 :S極領域
X :回転軸
YK :着磁ヨーク
Claims (4)
- フロートと、
フロートが取り付けられており、フロートの上下方向の運動を回転運動に変換するアームと、
アームを保持する回転部材と、
回転部材に固定される永久磁石と、
永久磁石に対向する磁気検出素子と、
磁気検出素子に対して回転部材を回転可能に支持する支持部材と、を備え、
永久磁石は、磁気検出素子に対向する対向面を有し、
回転部材は、永久磁石の対向面の裏側に位置する裏面を覆っており、
永久磁石の対向面は、少なくとも一対の磁極に磁化されており、
永久磁石の裏面は、対向面の磁極のそれぞれの裏側において反対の磁極が位置するように少なくとも一対の磁極に磁化されており、
対向面の少なくとも一対の磁極は、対向面の一方の極から対向面上を通過して他方の極に向かう素子側磁場を有し、
裏面の少なくとも一対の磁極は、裏面の一方の極から裏面上を通過して他方の極に向かう反対側磁場を有し、
磁気検出素子は、素子側磁場を利用して磁石の回転を検出し、
素子側磁場の磁束密度は、反対側磁場の磁束密度よりも大きい、液面検出装置。 - 永久磁石の対向面は、一対の磁極に磁化されており、
永久磁石の裏面は、対向面のそれぞれの磁極の反対の磁極が位置するように一対の磁極に磁化されている、請求項1に記載の液面検出装置。 - 永久磁石は、対向面の磁気検出素子と対向する位置に、裏面側に凹む空洞部を有する、請求項1又は2に記載の液面検出装置。
- 空洞部は、永久磁石を対向面から裏面まで貫通している、請求項3に記載の液面検出装置。
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