(57)【要約】  温度変化による特性変化を低減し、測定精度を向上した位置検出装置を提供すること。  磁性体コア１０と、コイルが取付けられるコイル取付け部１２と、を備え、前記コイル取付け部は複数有し、前記磁性体コアと前記複数のコイル取付け部とを一体で構成した。
2017149975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体コアと、
コイルが取り付けられる複数のコイル取付け部と、を備え、
前記磁性体コアと前記複数のコイル取付け部とを一体で構成した位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の一検出装置において、
前記磁性体コアと前記複数のコイル取付け部とを同一の磁性材料で構成した位置検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記コイル取付け部は、蒲鉾形状であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記コイル取付け部は、前記磁性体コアの底面から突出して設けられていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記コイル取付け部は、励磁コイルが取付けられていることを特徴とする位置検出装置
。
【請求項６】
上に従属
請求項５に記載の位置検出装置において、
前記励磁コイルは、前記コイル取付け部に対して偏心して取付けられていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項７】
上に従属
請求項６に記載の位置検出装置において、
前記励磁コイルと前記コイル取付け部との間に透磁率の低い材料が介在していることを特徴とする位置検出装置。
【請求項８】
上に従属
請求項７に記載の位置検出装置において、
前記透磁率の低い材料とは、空気層、樹脂、非磁性ガラス、非磁性セラミックス、非磁性金属などであることを特徴とする位置検出装置。
【請求項９】
請求項１に記載の位置検出装置であって、
前記コイル取付け部は、円筒型脚部付きの磁性体コアが左右対称の構造を持つ励磁位置検出装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の位置検出装置であって、
前記磁性体コアと前記複数のコイル取付け部は同一材料で構成されており、
前記複数のコイル取付け部に取付けられた励磁コイルのうち、一方がセンシングコイルであり他方が参照用コイルであり、
被測定物の空隙の変化をインダクタンス変化の差分で検出することを特徴とする位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動する非測定物の位置を測定する位置検出装置に係り、特に非接触で測定可能な位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンが吸入する空気を過給するターボの羽を検出する位置検出装置において、コイルを利用した渦電流式の検出装置がターボセンサとして知られている。ターボセンサは、被測定物であるターボの羽とコイルとの空隙の距離に応じた振幅の信号を出力する。これにより、コンプレッサ又はタービンの羽根車の回転数をターボセンサによって検出する構成が提案されている。【０００３】
しかしながら、ターボセンサは当該ターボセンサ上を通過するコンプレッサの羽根車における複数の羽根車を検出し、前記ターボセンサは、タービン及び前記コンプレッサを連結する連結軸の１回転当りのパルス信号を出力する。低回転域において過給機の回転数を精度良く検出できる点においては有用であるが、高回転域においては前記ターボセンサから出力される信号の周波数が非常に高くなる。従って、制御装置での処理の為に、前記ターボセンサの信号出力を分周器で変換する必要があり、部品点数の増大によるコスト高を招くという問題があった。【０００４】
この点を考慮して、低回転域においても前記過給機の回転数を精度良く検出でき、且つ、高回転域でも前記制御装置への負荷を低減できる構成として、例えば、特許文献１に記載の構成がある。【０００５】
特許文献１に記載の構成においては、ターボセンサが、過給機の羽根車における大羽根の通過に応じて第１振幅の第１信号を出力し、小羽根の通過に応じて第２振幅の第２信号を出力して、前記過給機の回転数を高精度に認識し、且つ、前記制御装置が、前記第１又は第２信号の何れか一方に基づいて前記過給機の回転数を認識するので、前期ターボセンサからの信号の周波数を低下させることができ、従って、前記制御装置への負荷を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２３４５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の構成は、ターボセンサと被測定物であるターボの羽根との線膨張係数差による、高温と低温での空隙の差、或いは温度変化によりコイルの特性が変化し、前記第１振幅または、第２振幅が変動し、第１振幅と第２振幅とを区別できなくなり、前記過給機の回転数の誤認識を招くという問題があった。【０００８】
本発明は、温度変化による特性変化を低減し、測定精度を向上した位置検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の位置検出装置は、例えば、磁性体コアと、コイルが取付けられるコイル取付け部と、を備え、前記コイル取付け部は複数有し、前記磁性体コアと前記複数のコイル取付け部とを一体で構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、温度変化による特性変化を低減し、測定精度を向上した位置検出装置の提供が可能となる。【００１１】
なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施例１の円盤状の被測定物の回転位置を検出する構成図である。
【図２】本発明に係る実施例１の磁性体コア及びコイルと被測定物の構成図である。
【図３】本発明に係る実施例１の磁性体コアの構成図である。
【図４】本発明に係る実施例１の磁性体コア及びコイルと被測定物の構成図である。
【図５】本発明に係る実施例１の第1のコイル及び第2のコイルの差分を検出する回路の構成図である。
【図６】本発明に係る実施例１の特性図である。
【図７】本発明に係る実施例２の磁性体コアの構成図である。
【図８】本発明に係る実施例２の磁性体コア及びコイルと被測定物の構成図である。
【図９】本発明に係る実施例３の被測定物の可動位置を検出する構成図である。
【図１０】本発明に係る実施例３の被測定物の可動位置と磁性体コア及びコイルとの構成図である。
【図１１】本発明に係る実施例３の特性図である。
【図１２】本発明に係る実施例３の被測定物の形状図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施例を、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一の構造である部分については、同一の符号を付け、説明を省略する。
【実施例１】
【００１４】
図１乃至図３を用いて、本実施例に係る位置検出装置の構成について説明する。図１は、本実施例に係る位置検出装置１の構成図である。図２は図1を矢視Ａから見た構成図であり、本実施例に係る位置検出装置１の磁性体コア部材及びコイルと被測定物との空隙を示す構成図である。  図１において、センサ２は、被測定物４の参照面９Ａ、センシング面９Ｂに面した第１のコイルを参照コイル８Ａ、第２のコイルをセンシングコイル８Ｂとし、２つの励磁コイルを備えている。なお、センサ２はセンサ取付け部３に固定される。また、被測定物４は、被測定物支持部５により支持されているが、回転方向６の向きに回転する。【００１５】
被測定物４の参照面９Ａとセンサ２との空隙７Ａは、参照面９Ａが真円の外周面である為、被測定物４が回転方向６に回転しても一定である。他方、被測定物４のセンシング面９Ｂとセンサ２との空隙７Ｂは、センシング面９Ｂが楕円の外周面である為、被測定物４が回転方向６に回転すると変化する。空隙７Ａ及び７Ｂは空間、樹脂、非磁性ガラス、非磁性セラミックス、非磁性金属などの透磁率が低い材料からなる。【００１６】
つまり、被測定物４が回転方向６に回転した場合、上記の参照面９Ａとセンシング面９Ｂとセンサ２との空隙７Ａ、７Ｂは、被測定物４の角度位置に応じて同一の空隙から徐々に差のある空隙に変化する。若しくは図示はしないが、参照面９Ａとセンシング面９Ｂが両者とも楕円の外周面であり、楕円形状による偏心を対称とした構成としても良い。その際には両者の偏心による空隙差が等しくなる点を零点として、零点に対象となる出力特性を実現する形状とする。【００１７】
図２は、参照コイル８Ａ及びセンシングコイル８Ｂを磁性体コア部材に巻きまわした構成を示し、磁性体コア１０に参照コイル８Ａ及びセンシングコイル８Ｂを取付けた構成である。磁性体コア１０は被測定物４の参照面９Ａ及びセンシング面９Ｂに対向するように配置される。【００１８】
磁性体コア１０の形状の詳細を図３に示す。磁性体コア１０は参照コイル８Ａとセンシングコイル８Ｂを巻きまわす、または、挿入するためのコイル取付け部１２を備えており、被測定物４の２つの検出面９Ａ及び９Ｂで同一の磁性材からなる一体型であり、磁性体コア１０の部材ばらつきの影響を小さくした構成である。また、コイル取付け部１２の形状を蒲鉾形とした。【００１９】
磁性体コア１０とコイル取付け部１２とを一体型とすることで、被測定物４の検出面９Ａ及び９Ｂに対向配置する磁性体コア１０の位置ずれを別体型と比較して、抑制することができる。また、コイル取付け部１２の形状を蒲鉾形とし、巻きまわすコイル形状も蒲鉾形の励磁コイル１１とすることで、被測定物４の参照面９Ａ及びセンシング面９Ｂに対する検出面積を回転方向に十分に確保した構成である。【００２０】
また、磁性体コア１０の蒲鉾形のコイル取付け部１２に巻きまわす励磁コイル１１を低背とし、薄くて平たい蒲鉾型の形状とすることで、コイル単体のインダクタンスに対して、磁性体コア１０に励磁コイル１１を巻きまわした際の見かけの透磁率変化によるインダクタンス増加を抑制しとし、励磁コイル１１とコイル取付け部１２の面積・形状を最適化したものである。【００２１】
また、図４は図１の断面Ａ-Ａの詳細を示したものである。磁性体コア１０の蒲鉾形のコイル取付け部１２の端面１３および励磁コイルである参照コイル８Ａ及びセンシングコイル８Ｂの端面を同一平面上となるように配置し、蒲鉾形のコイル取付け部１２の内側（磁性体コア１０の中心側）に空隙部１４を設けて、参照コイル８Ａ及びセンシングコイル８Ｂを配置する。すなわち、参照コイル８Ａ及びセンシングコイル８Ｂはコイル取付け部１２に対して偏心して設けられる。空隙部１４は空間、樹脂、非磁性ガラス、非磁性セラミックス、非磁性金属などの透磁率が低い材料からなる。【００２２】
図４のような構成により、被測定物への磁路は、コイル取付け部１２の形状が概ね支配的となるため、このような形状により磁路のうち空気領域を通る割合を減少させることで、被測定物の空隙変化に対する励磁コイル１１によるリアクタンス変動（以下、感度と定義）を大きくしつつ、環境温度の変化によるリアクタンス変動影響を少なくし、励磁コイル１１によるリアクタンス変動との最適化で、環境温度の変化に対するインピーダンス変動を低減することができる。【００２３】
図５は前記参照コイル８Ａと前記センシングコイル８Ｂ、ブリッジ抵抗Ａ１０４Ａとブリッジ抵抗Ｂ１０４Ｂ及び参照−センシングコイルバランス調整ボリューム１０５によりブリッジ回路１０６の構成となっている。【００２４】
ブリッジ回路１０６は上流にある発振器１０１より交流励磁を受ける。参照コイル８Ａとセンシングコイル８Ｂは、それぞれの被測定物４との空隙７Ａ、７Ｂによりインダクタンスが変化し、ひいてはそれぞれのインピーダンスが変化する。参照コイル８Ａのインピーダンスとセンシングコイル８Ｂのインピーダンスの中間電圧と、ブリッジ抵抗Ａ１０４Ａとブリッジ抵抗Ｂ１０４Ｂ及び参照−センシングコイルバランス調整ボリューム１０５の合成抵抗との中間電圧を差動増幅回路１０８の差動増幅器１０７へ入力してその差分を検出する。【００２５】
差動増幅器１０７の出力は、発振器１０１からの同期信号１１０を受けて同期検波する検波回路１１１の検波器１０９へ入力される。検波器１０９の出力は、基準電圧１１２を分圧抵抗１１３とオフセット調整ボリューム１１４で分圧された電圧と共に出力１１７をオフセットするオフセット回路１１６の補正器１１５へ入力される。【００２６】
以上の回路構成にする事により、被測定物４の任意の位置において、参照−センシングコイルバランス調整ボリューム１０５により、差動増幅器１０７の出力が０となるように調整し、参照コイル８Ａとセンシングコイル８Ｂの個別バラツキの相殺を行う事が出来る。また、オフセット回路１１６のオフセット調整ボリューム１１４や、発振器１０１の周波数調整ボリューム１０２やゲイン調整ボリューム１０３を調整することにより、出力１１７を調整する事が出来る。【００２７】
また、図６に示す通り、発振器１０１より励磁する周波数fによって、感度は周波数特性を持ち、感度は最適値β０と周波数ｆ０を持つ特性となる。また、被測定物４の材質（磁性材または非磁性材）により、感度特性は異なるので、材料毎に最適な周波数ｆ０と感度β０を設定する。【００２８】
図１の位置検出装置１や図２乃至図４の磁性体コア１０及び励磁コイル１１、図５の回路１００の構成とすることにより、空隙７の変化に対する感度(リアクタンス変動)を大きくすることができ、回路１００全体の総合倍率を最小にできるため、回路１００の環境温度変化に起因する出力変動、ノイズ低減が可能である。【００２９】
また、センサ２は参照面９Ａとセンシング面９Ｂの相対的な差分を検出し出力１１７を出力する。この為、被測定物支持部５と被測定物４の位置ずれによりセンサ２との空隙７が変化して絶対位置が変化しても出力１１７は影響を受け難い。【００３０】
また、環境温度変化により、同様にセンサ２と被測定物４の空隙７が変化しても出力１１７は影響を受け難い。更には、参照コイル８Ａとセンシングコイル８Ｂが温度変化により、インピーダンス特性が変化した時もその差分を検出する為、出力１１７は影響を受け難い。【００３１】
前記図１乃至図５の構成、図６の特性を考慮して構成することにより、コイル毎の特性のバラツキに起因したセンサ出力変動を抑制し、被測定物に対する感度が大きく、温度変化による特性変化を低減し、被測定物４の空隙変化を精度良く検出することができる。
【実施例２】
【００３２】
図７及び図８は図３及び図４の磁性体コア１０を分離した磁性体コア１５に参照コイル１７Ａ及びセンシングコイル１７Ｂを磁性体コア１５の蒲鉾形脚部の端面１８と参照コイル１７Ａ及びセンシングコイル１７Ｂの端面とを同一平面上に配置し、尚且つ、磁性体コア１５の蒲鉾形のセンサ取付け部１６との内側に空隙部１９を設けて、参照コイル１７Ａ及びセンシングコイル１７Ｂを巻きまわす、または挿入し、配置し、空隙部２０の距離を最適化したものである。【００３３】
これにより、分離型の磁性体コア１５の部材ばらつきの影響を小さくすることを可能とした構成であり、一体型の磁性体コア１０と同様の効果を得ることができる構成である。分離型の利点としてセンサへの実装性、組立性を容易にすることができるため、構成の変更が可能である。空隙部１９及び２０は実施例１と同様に空間、樹脂、非磁性ガラス、非磁性セラミックス、非磁性金属などの透磁率が低い材料からなる。
【実施例３】
【００３４】
図９乃至図１２は位置検出装置２１の構成図を示す。図９は被測定物２４が山と谷で構成される検出面２５を有しており、直動で前後方向２６に可動する直動装置２１であり、センサ２２はセンサ取付け部２３に固定されており、空隙２７を設けて、設置されている。空隙２７は空間、樹脂、非磁性ガラス、非磁性セラミックス、非磁性金属などの透磁率が低い材料からなる。【００３５】
図１０は被測定物２４の検出面２５と磁性体コア２８の位置関係を示したものである。磁性体コア２８には第１コイル２９Ａ及び第２コイル２９Ｂが巻きまわされ、または、挿入されており、前後方向２６に被測定物２４が可動することで可動位置によって、Ｈｉ、Ｍｉｄ、Ｌｏの位置関係となる。Ｈｉ位置で第１コイル２９Ａ及び第２コイル２９Ｂの各々のコイル中心とのＧＡＰは３０Ａ及び３０Ｂとなり、同様にＭｉｄ位置で３１、Ｌｏ位置で３２Ａ及び３２ＢのＧＡＰとなる。【００３６】
具体的には、図１１(a)に示した被測定物２４の可動位置とＧＡＰとの関係となる。すわなち、第１コイルのＧＡＰ特性３３Ａと第２コイルのＧＡＰ特性３３ＢはＭｉｄ位置を基準として、対称特性を示す。【００３７】
図１１（ｂ）は図５の検出回路１００を適用し、被測定物２４の可動位置と出力１１７の関係を示したもので、Ｍｉｄ位置を基準として、ＧＡＰは対称特性となるので、オフセット出力値３４を施して、Ｍｉｄ位置を基準とした線形特性を得ることができる。位置検出装置２１はプーリー開度位置等の検出に適用可能である。【００３８】
また、図１２には変形例として、検出面２５の形状例を示す。図１２（ａ）は山と谷で構成される斜面凹型３５、図１２（ｂ）は斜面凸型３６、図１２（ｃ）と（ｄ）は曲面凹型３７、曲面凸型３８を示しており、何れもＭｉｄ位置を基準とした対称形状とすることで、図１１（ｂ）に示す線形特性を得ることができる。  
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例又は変更例の構成の一部を他の実施例又は変更例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例又は変更例の構成に他の実施例又は変更例の構成を加えることも可能である。また、各実施例又は変更例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１…位置検出装置、２…センサ、３…センサ取付け部、４…被測定物、５…被測定物支持部、６…回転方向、７…空隙、７Ａ…空隙（参照）、７Ｂ…空隙（センシング）、８Ａ…参照コイル、８Ｂ…センシングコイル、９Ａ…参照面、９Ｂ…センシング面、１０…磁性体コア（一体型）、１１…励磁コイル、１２…コイル取付け部、１３…磁性体コア及びコイル端面、１４…空隙（磁性体コア-コイル）、
【図１】
2017149975.tif 000003
【図２】
2017149975.tif 000004
【図３】
2017149975.tif 000005
【図４】
2017149975.tif 000006
【図５】
2017149975.tif 000007
【図６】
2017149975.tif 000008
【図７】
2017149975.tif 000009
【図８】
2017149975.tif 000010
【図９】
2017149975.tif 000011
【図１０】
2017149975.tif 000012
【図１１】
2017149975.tif 000013
【図１２】
2017149975.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月19日(2018.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体コアと、
コイルが取り付けられる複数のコイル取付け部と、を備え、
前記磁性体コアと前記複数のコイル取付け部とを一体で構成した位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記磁性体コアと前記複数のコイル取付け部とを同一の磁性材料で構成した位置検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記コイル取付け部は、蒲鉾形状であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記コイル取付け部は、前記磁性体コアの底面から突出して設けられていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の位置検出装置において、
前記コイル取付け部は、励磁コイルが取付けられていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の位置検出装置において、
前記励磁コイルは、前記コイル取付け部に対して偏心して取付けられていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の位置検出装置において、
前記励磁コイルと前記コイル取付け部との間に透磁率の低い材料が介在していることを特徴とする位置検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の位置検出装置において、
前記透磁率の低い材料とは、空気層、樹脂、非磁性ガラス、非磁性セラミックス、非磁性金属などであることを特徴とする位置検出装置。
【請求項９】
請求項１に記載の位置検出装置であって、
前記コイル取付け部は、円筒型脚部付きの磁性体コアが左右対称の構造を持つ位置検出装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の位置検出装置であって、
前記磁性体コアと前記複数のコイル取付け部は同一材料で構成されており、
前記複数のコイル取付け部に取付けられた励磁コイルのうち、一方がセンシングコイルであり他方が参照用コイルであり、
被測定物の空隙の変化をインダクタンス変化の差分で検出することを特徴とする位置検出装置。
【国際調査報告】
2017149975.tif 000015
2017149975.tif 000016
2017149975.tif 000017
2017149975.tif 000018