JPH10267735A - 磁気式燃料ゲージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 燃料容量の計測精度の向上に寄与することが
できる磁気式燃料ゲージを提供する。 【解決手段】 無磁束時において、ホールＩＣ１９から
の電気信号を分圧して、ホールＩＣ１９からの出力レベ
ルが所定の値になるように設定するとともに、両支柱間
がなす磁束方向に対して、ホールＩＣ１９の取り付け角
度を調整することによって、ホールＩＣ１９の感度ばら
つき、およびゼロ点出力ばらつきに起因する磁気式燃料
ゲージの計測誤差を低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気式燃料ゲージ
に関し、特に自動車におけるタンク内の燃料容量を計測
するのに適した磁気式燃料ゲージに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の磁気式燃料ゲージとしては、フロ
ートによって液面位置を検出し、燃料容量を計測するも
のが知られている。これは、磁石と磁性体の支柱とから
構成される磁気回路の間隙内を、フロートに内蔵したホ
ールＩＣが動く構造となっている。磁石からの距離によ
って間隙内の磁束密度の大きさが異なるため、これをホ
ールＩＣで検出してフロートの位置（液面位置）を検出
することができるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料ゲージ
の出力特性を決定する上で重要なホールＩＣの特性項目
としては、感度とゼロ点出力がある。感度とは、磁束密
度変化に対するホールＩＣの出力電圧変化の割合のこと
で、単位は［ｍＶ／Ｇａｕｓｓ］である。また、ゼロ点
出力とは磁束密度が印加されていない時のホールＩＣの
出力電圧のことで、単位は［Ｖ］である。感度とゼロ点
出力の値は、電源電圧の変化に比例して変化する特性を
有している。

【０００４】以下、ホールＩＣの一例としてアレグロ・
マイクロシステムズ社製のＡ３５０６をあげて、感度と
ゼロ点出力のばらつきが燃料ゲージ精度に与える影響を
説明する。このホールＩＣは、感度とゼロ点出力のばら
つきが比較的小さいものとして知られているが、感度は
２．５±０．２５［ｍＶ／Ｇａｕｓｓ］、ゼロ点出力は
２．５±０．２５［Ｖ］と、共に±１０［％］のばらつ
きを持っている。

【０００５】そのため、感度及びゼロ点出力が共に±１
０％のばらつきを有するようなホールＩＣの出力をその
まま使用したのでは、燃料ゲージとしての精度を確保す
ることができないといった問題があった。本発明は、上
記に鑑みてなされたもので、その目的としては、燃料容
量の計測精度の向上に寄与することができる磁気式燃料
ゲージを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するため、上下方向を長手方向とする２
本の磁性材の支柱を相対置し、前記２本の支柱の上端部
間と下端部間との双方に、着磁方向が前記長手方向に垂
直で、かつ互いに反対向きとなるように磁石を配置し、
燃料の液位に応じて浮動するフロートを前記２本の支柱
にその長手方向にのみ移動自在となるようにして取り付
け、前記上下それぞれの磁石から発して前記２本の支柱
を通る磁束の前記フロートにおける漏れ磁束を検出し、
その大きさと方向に応じた電気信号を出力する磁気検出
手段を前記フロートに内蔵させた磁気式燃料ゲージにお
いて、無磁束時に、前記磁気検出手段からの電気信号を
所定の出力レベルになるように分圧する分圧手段と、前
記両支柱がなす磁束方向に対して、前記磁気検出手段の
取付け角度を調整する取付け角度調整手段とを有するこ
とを要旨とする。

【０００７】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、無磁束
時において、磁気検出手段からの電気信号を所定の出力
レベルになるように分圧するとともに、両支柱間がなす
磁束方向に対して、磁気検出手段の取り付け角度を調整
することによって、磁気検出手段のゼロ点出力ばらつ
き、および感度ばらつきに起因する燃料ゲージの計測誤
差を低減させることができ、燃料容量の計測精度の向上
に寄与することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係
る自動車の燃料タンクの燃料を計測する磁気式燃料ゲー
ジ１の構成を示す図である。

【０００９】同図において、２個の角柱形状の磁石３，
５の異なる極同士を磁性材からなる支柱７ａ，７ｂで接
続して磁気回路が構成されている。磁石３，５は、９
［ｍｍ］×９［ｍｍ］×１０［ｍｍ］のＳｍＣｏ磁石か
らなり、１０［ｍｍ］の方向に着磁されている。支柱７
ａ，７ｂは、耐食性の高い磁性材であるＳＵＳ４３０か
らなり、長さ４５０［ｍｍ］、幅１０［ｍｍ］、厚み
２．５［ｍｍ］という形状である。フロート９を支柱７
ａ，７ｂが貫通しており、フロート９は、支柱７ａ，７
ｂの長手方向に沿って移動することができる。

【００１０】なお、自動車の燃料タンクは、容量を拡充
させるために特殊な形状をしている場合が多く、例え
ば、後席シートに合わせた形状をしている場合があり、
燃料タンクは、薄型で鉛直方向に対して斜め形状を有す
る。磁気式燃料ゲージ１は、このような燃料タンクに装
着されるため、鉛直方向に対し約３５［度］傾けて燃料
タンクに取付けられることになる。

【００１１】図２は、フロート９の上面断面（ａ）、側
面断面（ｂ）、下面断面（ｃ）を示す図である。また、
図３には、フロート９のＣ−Ｃ´断面図を、図４にはＤ
−Ｄ´断面図をそれぞれ示す。フロート９は、フロート
本体１１、ベース１３、ホルダ１５、基板１７とから構
成される。

【００１２】フロート本体１１は、十分な浮力を発生さ
せるため、ＮＢＲゴムの発泡体からなり、ホールＩＣ１
９の取付け角度を調整するギヤを差し込むための穴２１
が設けられている。ベース１３は、支柱７ａ，７ｂとの
摩擦を少なくするために摺動抵抗の小さいポリアセター
ル樹脂から形成され、爪２２によりフロート本体１１に
固定されている。このベース１３の貫通孔２５ａ，２５
ｂには、支柱７ａ，７ｂが貫通している。貫通孔２５
ａ，２５ｂで挟まれた部分には、ホールＩＣ１９および
支柱７ａ，７ｂと同じＳＵＳ４３０からなるヨーク２７
ａ，２７ｂが内蔵されている。

【００１３】ホルダ１５は、ポリアセタール樹脂からな
り、爪２９がベース１３に引っ掛かっている。ホルダ１
５には、ホールＩＣ１９が内蔵されている。ホールＩＣ
１９が内蔵されている箇所は、内径５［ｍｍ］の円筒形
状である。ホルダ１５の下部においては、直径方向に腕
３１が伸びており、腕３１の先には、外径４０［ｍｍ］
のリングギア部３３が形成されている。このリングギア
部３３の外周には、６０個の歯が等間隔で設けられてい
る。

【００１４】基板１７は、厚み０．５［ｍｍ］、直径９
［ｍｍ］のセラミックからなり、基板１７上には、２個
の抵抗３５，３７及びカールワイヤ３９を接続するため
の端子４１ａ，４１ｂ，４１ｃが設けられている。ホー
ルＩＣ１９と基板１７とは、半田付けで接続されてお
り、ホールＩＣ１９と抵抗３５，３７及び端子４１ａ，
４１ｂ，４１ｃとは、基板１７上の電極パターンにより
電気的に接続されている。

【００１５】ホールＩＣ１９は、磁束密度に比例した電
圧を出力する磁電変換素子であり、ホール素子と増幅回
路を内蔵する。ホールＩＣ１９は、図５に示すように、
左右方向の磁束密度の大きさに比例した電圧を出力す
る。ホールＩＣ１９は、カール形状加工を施したカール
ワイヤ３９により外部燃料メータ駆動回路と接続されて
いる。

【００１６】カールワイヤ３９は、支柱７ａ，７ｂの周
囲を巻き回されており、カールワイヤ３９が絡み合って
フロート９の動きを阻害することを防止している。図９
に、ホールＩＣ１９と抵抗３５，３７との接続回路図を
示す。ホールＩＣ１９からの出力電圧を抵抗３５，３７
で分圧する構成となっている。これらの部品は、ケース
４３内に収められている。

【００１７】このような磁気式燃料ゲージ１において
は、燃料タンクに燃料が注がれて液面Ｆが変化すると、
フロート９は液面Ｆの動きに追従して動き、磁石３，５
との距離が変化する。支柱７ａ，７ｂを結ぶ方向の磁束
密度は、磁石３，５に近いところでは強く（磁石３近傍
と磁石５近傍では極性は異なる）、中間点ではほぼ０
［Ｇａｕｓｓ］であり、図６に示すような磁束密度変化
特性を示す。すなわち、フロート９の位置と磁束密度の
大きさとは一対一で決まるため、フロート９と共に動く
ホールＩＣ１９の出力電圧Ｖout によりフロート９の支
柱７ａ，７ｂに対する位置、すなわち液面Ｆを検出する
ことができる。

【００１８】なお、実際の燃料タンクは、特殊形状のた
め、燃料の容量とフロート９の位置との関係はリニアで
はなく、図７に示すような曲線になる。なお、同図にお
いて、フロート９が支柱７ａ，７ｂ中央に位置している
ときには、燃料タンクの容量は２０［Ｌ］である。図８
は、感度が２．５［ｍＶ／Ｇａｕｓｓ］で、ゼロ点出力
が２．５±０．２５［Ｖ］とばらついたときのタンク内
の容量とホールＩＣ１９出力との関係を示す図である。

【００１９】同図において、ゼロ点出力が２．２５
［Ｖ］のときと、２．７５［Ｖ］のときにおいて、ホー
ルＩＣ１９の出力が同値である場合には、最大１９
［Ｌ］の較差が生じている。この較差を低減するため
に、ゼロ点出力のばらつきについては、図９に示す回路
構成により、抵抗３５，３７の分圧比で調整して、ホー
ルＩＣ１９のゼロ点出力をある一定の値に設定する。ゼ
ロ点出力のばらつきは、２．５±０．２５［Ｖ］である
ので、このばらつきの中で最低のゼロ点出力である２．
２５［Ｖ］を設定値として調整する。

【００２０】図１０は、ゼロ点出力が２．５０［Ｖ］
で、感度が２．５０±０．２５［ｍＶ／Ｇａｕｓｓ］と
ばらついたときの燃料タンクの容量とホールＩＣ１９出
力との関係を示す図である。同図において、感度が２．
２５［ｍＶ／Ｇａｕｓｓ］のときと、２．７５［ｍＶ／
Ｇａｕｓｓ］のときにおいて、ホールＩＣ１９の出力が
同値である場合では、最大３．５［Ｌ］の較差が生じて
いる。感度のばらつきについては、図１１に示すよう
に、支柱７ａ，７ｂ間に生ずる磁束密度の方向に対する
ホールＩＣ１９の取付け角度θにおいて調整して、ある
一定の値に設定する。感度が最小値となるのはゼロ点出
力が２．７５［Ｖ］、感度が２．２５［ｍＶ／Ｇａｕｓ
ｓ］の時であるため、分圧後の感度は、 （２．２５／２．７５）×２．２５＝１．８４１［ｍＶ
／Ｇａｕｓｓ］ となるようにする。この値よりも感度が大きい場合に
は、ホールＩＣ１９の取付け角度θを大きくすればよ
い。従って、感度が１．８４１［ｍＶ／Ｇａｕｓｓ］に
なるように調整する。

【００２１】次に、図１３，図１４を用いて、フロート
９の組立方法、及びホールＩＣ１９の具体的なばらつき
調整方法について説明する。ここでは、感度２．５［ｍ
Ｖ／Ｇａｕｓｓ］、ゼロ点出力２．５［Ｖ］のホールＩ
Ｃ１９を例に説明する。また、初期状態では、ホールＩ
Ｃ１９の出力特性は、図１２中（イ）の実線で示され
る。まず、図１３（ａ）に示すように、ベース１３にホ
ルダー１５を挿入して、爪２９を引っ掛ける。

【００２２】次に、図１３（ｂ）に示すように、基板１
７をホルダー１５に半田付けにより接続する。この際、
基板１７上には、抵抗３５，３７が実装されている。

【００２３】この抵抗３５，３７は、予め測定されたホ
ールＩＣ１９のゼロ点出力の値に応じて選択された抵抗
値を有するものである。この２つの抵抗３５，３７の抵
抗値は、分圧後のホールＩＣ１９のゼロ点出力が２．２
５［Ｖ］になるような値に設定する。抵抗３５，３７の
分圧比は、 ２．２５／２．５＝０．９ に設定すればよいので、例えば、抵抗３３に１００
［Ω］、抵抗３５に９００［Ω］といった抵抗値をそれ
ぞれ選択する。すると、ホールＩＣ１９からの出力電圧
Ｖout は分圧比の比率で変化し、ホールＩＣのゼロ点出
力が２．２５［Ｖ］となる。そのため、ホールＩＣ１９
の出力特性は、図１２中（ロ）の一点鎖線で示される特
性となる。

【００２４】次に、図１３（ｃ）に示すように、これら
ＡＳＳＹ部品をフロート本体１１に挿入して、爪２２に
より固定する。この時点では、ホルダー１５は、フロー
ト本体１１に固定されておらず、従って、ホルダー１５
はベース１３に対して回転可能となっている。

【００２５】次に、図１４（ｄ）に示すように、モータ
４５によってリングギア部３３を回転させる。このモー
タ４５のシャフト４７先端部には、ギア４９が取付けら
れている。そして、ギア４９を貫通しているシャフト４
７の先端が、フロート本体１１に設けられた穴２１に差
し込まれ、ギア４９とホルダー１５のリングギア部３３
の歯とかみ合う。ギア４９は、外径が８［ｍｍ］で、外
周に１２個の歯が設けられている。すなわち、ギア４９
のギアピッチとリングギア部３３のギアピッチは同一と
なっている。このように、２つの大小のギア４９を組み
合わせて角度を調整することで、きめ細かな角度調整を
行うことかでき、感度を所定の値に調整することができ
るようになる。

【００２６】ここで、２．７５［ｍＶ／Ｇａｕｓｓ］の
感度を１．８４１±０．０３７［ｍＶ／Ｇａｕｓｓ］に
設定するときの回転角度θを考える。 ＡＣＯＳ（１．８４１／２．７５）＝４８［度］ となり、目標値の＋２％の感度は、 １．８４１×１．０２＝１．８７８［ｍＶ／Ｇａｕｓ
ｓ］ である。そして、この時の回転角度θmax は、 ＡＣＯＳ（１．８７８／２．７５）＝４６．９［度］ となる。同様に目標値の−２％の感度は、 １．８４１×０．９８＝１．８０４［ｍＶ／Ｇａｕｓ
ｓ］ であり、この時の回転角度θmin は、 ＡＣＯＳ（１．８０４／２．７５）＝４９［度］ となる。このように感度ばらつきを±２［％］まで低減
する場合には、±１［度］の角度調整精度が必要であ
る。この精度は、本実施の形態のように大小のギア４９
を組み合わせることで実現できる。

【００２７】次に、図１４（ｅ）に、初期の状態におけ
るホールＩＣ１９の取付け角度を示す。初期の状態で
は、ホールＩＣ１９は、支柱７ａ，７ｂの間隙方向（貫
通孔２５ａ，２５ｂを結ぶ方向＝磁束方向）に対して垂
直である。この状態でホルダ１５の腕３１は、ホールＩ
Ｃ１９に対して２５［度］だけ傾いている。これは、上
述したようにホールＩＣ１９の回転角度の最大値は約５
０［度］なので、５０［度］回転させた時に腕３１が貫
通孔２５ａ，２５ｂにかからないようにするためであ
る。

【００２８】次に、図１４（ｆ）に示すように、モータ
４５を回転させて、ホールＩＣ１９を回転させ、感度を
調整する。図１２中（ロ）の状態において、感度は、 ２．５×０．９＝２．２５［ｍＶ／Ｇａｕｓｓ］ となっている。これを１．８４１［ｍＶ／Ｇａｕｓｓ］
に調整するので、ホールＩＣ１９の回転角度θは、 ＡＣＯＳ（１．８４１／２．２５）＝３５．１［度］ となる。

【００２９】ホールＩＣ１９を３５．１［度］回転させ
て、熱溶着部５１でフロート本体１１とホルダー１５と
を熱溶着部５１で溶着して固定する。ホールＩＣ１９を
回転させると、出力は０［Ｇａｕｓｓ］の点を中心に回
転し、図中（ハ）の二点鎖線で示される出力特性とな
る。

【００３０】なお、調整は、予め測定しておいた感度と
ゼロ点出力から回転角度を算出し無磁界中で行ってもよ
いし、一定磁界中でホールＩＣ１９の出力をモニタしな
がら行ってもよい。また、支柱７ａ，７ｂと磁石３，５
から構成される磁気回路と組み立てた後に行ってもよ
い。

【００３１】以上説明したように、本実施の形態に係る
磁気式燃料ゲージによれば、オペアンプ等からなる電子
回路を用いずに、燃料容量の計測精度の向上を図ること
ができるので、調整作業が簡単であり、コストの削減を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る磁気式燃料ゲージ１の構成
を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る磁気式燃料ゲージ１
のフロート９の上面断面（ａ）、側面断面（ｃ）、下面
断面（ｃ）を示す図である。

【図３】図２のフロート９のＣ−Ｃ´断面図を示す。

【図４】図３のフロート９のＤ−Ｄ´断面図を示す。

【図５】ホールＩＣ１９の出力特性を示す図である。

【図６】磁束密度とフロート９の位置との関係を示す図
である。

【図７】フロート９の位置と燃料タンクの容量との関係
を示す図である。

【図８】ゼロ点出力がばらついたときの燃料タンクの容
量とホールＩＣ１９との出力との関係を示す図である。

【図９】ホールＩＣ１９からの出力を分圧する回路の構
成図である。

【図１０】感度がばらついたときの燃料タンクの容量と
ホールＩＣ１９との出力との関係を示す図である。

【図１１】ホールＩＣ１９の取付け角度θを説明する図
である。

【図１２】調整によるホールＩＣ１９の出力特性変化の
様子を示す図である。

【図１３】ベース１３にホルダ１５を取り付ける前
（ａ）、基板１７をホルダ１５に接続するところ
（ｂ）、ベース１３をフロート本体１１に取り付けると
ころ（ｃ）を説明する図である。

【図１４】感度を調整するところ（ｄ）、腕３１とホー
ルＩＣ１９の取付け角度（ｅ）、ホールＩＣ１９の取り
付け角度（ｆ）を示す図である。

【符号の説明】

１ 磁気式燃料ゲージ ３ 磁石 ５ 磁石 ７ａ，７ｂ 支柱 ９ フロート １９ ホールＩＣ ３３ リングギア部 ３５ 抵抗 ３７ 抵抗 ４５ モータ ４７ シャフト ４９ ギア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下方向を長手方向とする２本の磁性材
   の支柱を相対置し、前記２本の支柱の上端部間と下端部
   間との双方に、着磁方向が前記長手方向に垂直で、かつ
   互いに反対向きとなるように磁石を配置し、燃料の液位
   に応じて浮動するフロートを前記２本の支柱にその長手
   方向にのみ移動自在となるようにして取り付け、前記上
   下それぞれの磁石から発して前記２本の支柱を通る磁束
   の前記フロートにおける漏れ磁束を検出し、その大きさ
   と方向に応じた電気信号を出力する磁気検出手段を前記
   フロートに内蔵させた磁気式燃料ゲージにおいて、 無磁束時に、前記磁気検出手段からの電気信号を所定の
   出力レベルになるように分圧する分圧手段と、 前記両支柱がなす磁束方向に対して、前記磁気検出手段
   の取付け角度を調整する取付け角度調整手段とを有する
   ことを特徴とする磁気式燃料ゲージ。