(57)【要約】【課題】  本発明は、運動可能な構造要素、特にアクチュエータによって運動可能な調整要素の行程を検出するためのセンサ装置を提供する。【解決手段】  能動コイル１８．１とこれから離間した少なくとも一つの受動コイル２６．１、２６．２とを有する固定コイル装置１８を有し、このコイル装置が給電部３０と信号検出部２９とに接続されており、主に磁性材料からなる軸線方向に運動可能な棒状センサ部品１７が、軸線方向で往復運動可能な調整要素と結合されており、かつそれぞれ末端稜２３．１、２３．２によって縦方向で限定された低オーム抵抗の導電性材料からなる少なくとも一つの短絡素子２３、２３．０を備えており、所定の行程高さｈによって定義された少なくとも一つの末端位置Ｉ、ＩＩのとき前記少なくとも一つの短絡素子２３の一方の末端稜２３．１、２３．２、２３．３が能動コイル１８．１によって取り囲まれ、かつ前記少なくとも一つの短絡素子２３、２３．０の他方の末端稜２３．１、２３．２、２３．３が前記少なくとも一つの受動コイル２６．１、２６．２の一つによって少なくとも部分的に包持されるように、運動方向における短絡素子の伸長が量定されている。【選択図】  図１
2007515618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動可能な構造要素、特にアクチュエータによって運動可能な調整要素の行程を検出するためのセンサ装置であって、
能動コイル（１８．１）とこれから離間した少なくとも一つの受動コイル（２６．１、２６．２）とを有する固定コイル装置（１８）を有し、このコイル装置が給電部（３０）と信号検出部（２９）とに接続されており、主に磁性材料からなる軸線方向に運動可能な棒状センサ部品（１７）が、軸線方向で往復運動可能な調整要素と結合されており、かつそれぞれ末端稜（２３．１、２３．２）によって縦方向で限定された低オーム抵抗の導電性材料からなる少なくとも一つの短絡素子（２３、２３．０）を備えており、所定の行程高さ（ｈ）によって定義された少なくとも一つの末端位置（Ｉ、ＩＩ）のとき前記少なくとも一つの短絡素子（２３）の一方の末端稜（２３．１、２３．２、２３．３）が能動コイル（１８．１）によって取り囲まれ、かつ前記少なくとも一つの短絡素子（２３、２３．０）の他方の末端稜（２３．１、２３．２、２３．３）が前記少なくとも一つの受動コイル（２６．１、２６．２）によって少なくとも部分的に包持されるように、運動方向における短絡素子の伸長が量定されているセンサ装置。
【請求項２】
それぞれ末端稜（２３．１、２３．２）によって限定された二つの短絡素子（２３、２３．０）が相互に離間して棒状センサ部品（１７）上に配置されており、センサ素子（１７）の所定の行程高さ（ｈ）によって定義された少なくとも一つの末端位置（Ｉ、ＩＩ）において短絡素子（２３、２３．０）の末端稜（２３．１、２３．２、２３．３）の一つが能動コイル（１８．１）によって取り囲まれ、両方の短絡素子（２３、２３．０）の一方の他の末端稜（２３．１、２３．２）が前記少なくとも一つの受動コイル（２６．１、２６．２）によって少なくとも部分的に包持されるように、一方で少なくとも二つのコイル（１８．１、２６．１）の相向き合う末端の距離と他方で短絡素子（２３、２３．０）の相向き合う末端稜（２３．１、２３．２）の距離とが量定されていることを特徴とする、請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
能動コイル（１８．１）が、センサ部品（１７）の運動方向に関して、能動コイル（１８．１）から距離を置いて配置される前記少なくとも一つの受動コイル（２６．１、２６．２）よりも大きな長さを有することを特徴とする、請求項１記載のセンサ装置。
【請求項４】
能動コイル（１８．１）および二つの短絡素子（２３、２３．０）のそれぞれ末端側に各受動コイル（２６．１、２６．２）を配置する場合、所定の行程高さ（ｈ）によって定義される各末端位置（Ｉ、ＩＩ）において短絡素子（２３、２３．０）のうちの一方の末端稜が能動コイル（１８．１）によって取り囲まれ、かつ前記両方の短絡素子（２３、２３．０）の一方の他の末端稜（２３．１、２３．２）が受動コイル（２６．１、２６．２）の一つによって少なくとも部分的に包持されるように、一方で短絡素子（２３、２３．０）の相向き合う末端稜（２３．１、２３．２）の距離と他方で両方の短絡素子（２３、２３．０）の縦伸長とが量定されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記両方の受動コイル（２６．１、２６．２）が電気的に前後に接続され、両方で搬送周波ブリッジ（２９）の四分の１を形成することを特徴とする、請求項４記載のセンサ装置。
【請求項６】
少なくとも能動コイル（１８．１）が適切に不均一に巻付けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項７】
少なくとも能動コイル（１８．１）に付設された短絡素子（２３）の長さが能動コイル（１８．１）の長さよりも大きいことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項８】
能動コイル（１８．１）の長さが被測定行程高さ（ｈ）よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項９】
能動コイル（１８．１）のインダクタンスが受動コイル（２６．１、２６．２）のインダクタンスの合計にほぼ一致することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項１０】
センサ装置に対する温度の影響が十分に補償されるように、短絡素子（２３、２３．０）の壁厚が量定されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項１１】
能動コイル（１８．１）と少なくとも一つの受動コイル（２６．１、２６．２）がハーフブリッジ内で相互接続され、かつセンサ部品（１７）の作用範囲に付設されており、行程変位（ｈ）を限定する少なくとも一つの末端位置（Ｉ、ＩＩ）のときそれらが能動コイルの機能を引き受けることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項１２】
給電と信号検出用に搬送周波測定ブリッジ（２９）が設けられており、コイル装置（１８）の能動コイル（１８．１）と受動コイル（２６．１、２６．２）が測定ブリッジ（２９）の一部を形成することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
アクチュエータによって往復運動する調整要素の運動を検出するためのセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
調整要素を往復運動させるためのアクチュエータ、特に電磁アクチュエータでは、アクチュエータの電機子の運動は一般に被操作調整要素の運動と同一であるので、電機子の運動、したがって調整要素の運動をアクチュエータの領域内で検出する可能性がある。
【０００３】
電磁アクチュエータが二つの離間配置される電磁石を有し、電磁石の磁極面が相向き合い、通電変化時に電磁石の間で電機子が戻しばねの力に抗して往復運動可能に案内されている場合、その都度捕捉する磁石で電流および／もしくは電圧を検出することを通して、または、保持する磁石の解放時に、電機子の運動を帰納的に求めることができ、これらは相応に信号処理して制御目的に利用可能である。
【０００４】
このような電磁アクチュエータはたとえばピストンエンジンのガス交換弁を操作するための完全可変動弁機構として利用される。特にその都度捕捉する磁石の磁極面に電機子が衝突する速度の影響、したがって弁座にガス交換弁が載置される速度の影響に関する制御精度に対する要求が厳しくなったので、電磁石のコイルでの電流および電圧推移から演繹することによる運動検出はもはや十分なものではない。というのも、それから得られる信号は次に続く行程サイクル用に変換できるからである。
【０００５】
そこで、相応するセンサシステムを利用して電機子の運動、したがって調整要素の運動を「オンライン」で行程変位全体にわたって検出し、相応する信号に基づいて調整要素の運動中アクチュエータによってアクチュエータ（たとえば電磁アクチュエータ）の相応する制御を通して電磁石の通電に影響を及ぼすことができ、電機子の運動をなお進行中の行程サイクル中に案内できるようにする必要がある。
【０００６】
この条件は僅かな誤差偏差を有して変位を検出する単にセンサによって満たすことができ、このセンサは全行程運動の間に相応する信号を発生し、すなわち行程変位を「描写」する。ガス交換弁における分解能および精度に対する要求のゆえに、しかし行程が比較的小さいので噴射ノズルおよびニードル弁に対する要求のゆえにも、障害はセンサシステムから極力完全に遠ざけねばならない。そのことは、往復動する部材、たとえば制御ピストン等の運動を高い精度要求で検出しなければならない別の利用事例にもあてはまる。その際、生成される変位信号は極力線形でなければならないであろう。
【０００７】
この種のセンサが特許文献１により基本的に公知であるが、しかし正確な測定信号が要求される場合このセンサは比較的大きな構造長を必要とする。
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０１５７１１９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、公知のセンサ装置と同価値であるが、しかし著しく少ない構造長を必要とし、実質的に線形変位信号を発生するセンサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するために、本発明によれば、請求項１の特徴を有するセンサ装置、詳細には、運動可能な構造要素、特にアクチュエータによって運動可能な調整要素の行程を検出するためのセンサ装置であって、能動コイルとこれから離間した少なくとも一つの受動コイルとを有する固定コイル装置を有し、このコイル装置が給電部と信号検出部とに接続されており、主に磁性材料からなる軸線方向に運動可能な棒状センサ部品が、軸線方向で往復運動可能な調整要素と結合されており、かつそれぞれ末端稜によって縦方向で限定された低オーム抵抗の導電性材料からなる少なくとも一つの短絡素子を備えており、所定の行程高さｈによって定義された少なくとも一つの末端位置Ｉ、ＩＩのとき前記少なくとも一つの短絡素子の一方の末端稜が能動コイルによって取り囲まれ、かつ前記少なくとも一つの短絡素子の他方の末端稜が前記少なくとも一つの受動コイルの一つによって少なくとも部分的に包持されるように、運動方向における短絡素子の伸長が量定されているセンサ装置が提案される。
【００１０】
以下でなお詳しく説明する信号発生はその際それぞれ、棒状センサ部品に配置される少なくとも一つの短絡素子が能動コイル内に浸漬する長さが行程に伴って変化することを介して少なくとも二つのコイル内で磁場が変化することによって引き起こされる。本発明に係る解決の特別な利点は、所定の行程高さによって定義される末端位置に達するとき前記少なくとも一つの短絡素子の末端領域が両方のコイルの一方によってなお覆われることにある。本来受動的な第２コイルはその場合この領域内で能動化される。短絡素子の他方の末端稜によって定義される材料移行部が能動コイルの一方の末端に接近するとき、短絡素子の材料から棒状センサ部品の主に強磁性材料、すなわち短絡素子の末端稜への移行部が本来受動的なコイルの少なくとも一つに常に浸漬するように、能動コイルおよび前記少なくとも一つの受動コイルの「幾何学」、すなわち一方でそれらの長さと相互距離、他方で短絡素子の長さは量定される。こうすることにより、発生される測定信号を線形化することに成功する。異なる材料の間、特に付加的短絡素子との間に付加的第３材料移行部を配置すると、短絡素子の長さによって限定される良導電性帯域の長さと両方の短絡素子の相互距離とそれによって限定される強磁性材料からなる帯域の長さとをコイルの長さに関して相応に調整した場合、事実上行程範囲全体にわたって表示信号を線形化する可能性が得られる。
【００１１】
望ましくは、能動コイルの長さが被測定行程高さｈよりも大きい。
【００１２】
ピストンエンジンのガス交換弁を操作するための電磁アクチュエータ用の応用では、点火順序に合せてその都度操作されないガス交換弁と操作されるガス交換弁が半ブリッジで接続されるように相互接続は行うことができる。
【００１３】
本発明の特別有利な一構成が得られるのは、それぞれ末端稜によって限定された二つの短絡素子が相互に離間して棒状センサ部品上に配置されており、センサ素子の所定の行程高さｈによって定義された少なくとも一つの末端位置Ｉ、ＩＩのとき短絡素子の末端稜の一つが能動コイルによって取り囲まれ、両方のうち一方の短絡素子の他の末端稜が少なくとも一つの受動コイルによって少なくとも部分的に包持されるように、一方で少なくとも二つのコイルの相向き合う末端の距離と他方で短絡素子の相向き合う末端稜の距離とが量定されているときである。
【００１４】
線形性はなお巻線技術的措置によって、たとえば適切に不規則な巻線、付加的補償巻線または類似の措置によって改善することができる。配置される二つの受動コイルのうちその都度一方が能動コイルの各末端に付設されている場合、コイルは望ましくは同一方向に巻き付けられ、互いに直列回路で接続され、半ブリッジ内に能動コイルを有する四半分ブリッジ素子として相互接続されている。
【００１５】
このようなセンサ装置のコイル装置に高周波交流が印加されると、高周波磁場が生成され、棒状センサ部品に接続された短絡素子に作用し、短絡素子中に渦電流を発生する。渦電流はそれ自身が逆磁場を発生し、この逆磁場は磁場押しのけの態様で引き起こされる高周波磁場に対抗する。これによって引き起こされるコイルの磁場変化はインダクタンスの変化によって外側で表面化する。ところで棒状センサ部品がその逆磁場でコイル装置に対して相対的に動かされると、コイル装置内で磁場変化によって変化するインダクタンスを介してセンサ部品の変位、したがって調整要素の変位は相応する評価回路によって非接触式に検出することができる。棒状センサ部品は望ましくは磁気透過性材料または磁気伝導性材料からなる。短絡素子は棒状センサ部品に嵌着される短絡環によって形成することができる。短絡環の代わりに、磁性材料からなる棒状センサ部品は分割することもでき、導電性材料からなる強固に結合された棒状中間片を設けておくことができる。
【００１６】
外的妨害影響の作用を減らすために、コイル装置を極力十分に取り囲む磁気伝導性、劣導電性材料からなるハウジングが設けられている。そのことが重要となるのは特に、センサ装置がアクチュエータと直接接続され、アクチュエータが電磁アクチュエータとして構成され、アクチュエータの電磁石の操作時に相応する妨害磁場が現れるときである。ハウジングによってコイル装置はこれらの妨害磁場から遮蔽される。
【００１７】
リングの態様の短絡素子の材料は蒸着等によって棒状センサ部品上に薄い層として被着することが基本的に可能であるのに対して、短絡環の態様の短絡素子が主に０．１〜０．５ｍｍとすることのできる明確な壁厚を有するのが望ましい。これはたとえば、所定長さの短絡素子に合せた幅と相応する深さとを有する溝を強磁性センサ部品に溝削りすることによって達成することができ、溝は次にたとえば電気めっき法で銅を充填される。こうして、短絡素子の壁厚の相応する適合を介してセンサ装置の一定の温度依存性は補償することができる。
【００１８】
これが重要となるのは特に、変動する動作温度に曝されているアクチュエータ、たとえばピストンエンジンのガス交換弁を操作するためのアクチュエータと接続して利用されるセンサ装置の場合である。短絡素子用材料として好ましくは銅を使用しまたはアルミニウムも使用する場合、所定の電圧において温度が増すのに伴って短絡素子の材料の比抵抗が上昇し、それに応じて逆磁場の強さが低下し、もしくは結果的に生じる磁場が上昇することになる。
【００１９】
他方で、コイル装置から短絡素子に作用する高周波磁場を介して、短絡素子内で誘導される電流について表皮効果が有効となり、すなわち渦電流は短絡環の外側壁領域の薄い層内のみを流れる。温度の上昇に伴って確かに短絡環の比電気抵抗が増加するのではあるが、しかし他方でその場合渦電流は短絡環の材料に多少深く侵入し、これにより、温度に起因した比電気抵抗の上昇は相応に大きくなる導体横断面によって大部分補償される。短絡素子の厚さが限定され、特に短絡環の壁厚が限定されている場合、温度上昇に伴う渦電流の侵入が限定されており、一定温度より上方では渦電流が減少する。それとともに、短絡環の厚さを利用してセンサの温度感度に影響を及ぼすことができる。これとともに、壁厚を好適に選択すると熱に起因したその他の影響、たとえば磁性コアおよび外皮材料の透磁率の温度依存性は部分的に補償することができる。
【００２０】
本発明の他の構成において給電と信号検出とのため、周波数発生器を有する搬送周波測定ブリッジが設けられており、コイル装置の両方のコイルは測定ブリッジの一部を形成する。その際、周波数発生器がたとえば１００ｋＨｚオーダの高い搬送周波数を発生すると望ましい。
【００２１】
本発明のその他の諸構成および諸利点は実施例についての以下の明細書および図面から読み取ることができる。
【００２２】
実施例の略図面を基に本発明が詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１に示す電磁アクチュエータは実質的に二つの電磁石１、２によって形成され、電磁石は二つのハウジング部品３．１、３．２によって取り囲まれており、ハウジング部品はそれ自身、間座部品として構成されるハウジング部品３．３を介して互いに離間配置され、それらの磁極面４を向き合わせて整列している。両方の磁極面４の間で間座部品３．３によって取り囲まれた運動空間内に電機子５が配置されており、この電機子は案内ピン６．１を介して往復運動可能にガイド７内で案内されている。
【００２４】
電機子５は、案内ピン６．１上で電機子５の領域においてこの電機子で支えられる案内ピン６．２を介して戻しばね８と結合されている。その際、案内ピン６．１の他方の下側自由末端９は調整要素、たとえばガス交換弁のステム１１の自由末端で支えられ、ガス交換弁はピストンエンジンのここでは示唆しただけのシリンダヘッド１２内で案内されている。戻しばね１３によってガス交換弁が閉方向（矢印１１．１）に付勢され、戻しばね１３と戻しばね８はそれらの力の方向が互いに向き合っており、電磁石が無通電にされると電機子５は、図１に示すように、両方の電磁石１、２の両方の磁極面４の間のその休止位置を相応に占める。
【００２５】
両方の電磁石のハウジング部品３．１、３．２はそれぞれ主に直方体状のヨーク体１４を取り囲み、凹部を備えており、環状に構成されるコイル１５がこれらの凹部内に挿入されており、コイルはそれぞれここには詳しく図示しない制御機構を介してガス交換弁の開閉のため交互に通電可能である。
【００２６】
ガス交換弁から離れた方のアクチュエータの末端にセンサ装置１６が設けられており、センサ装置は実質的に棒状センサ部品１７、たとえばいわゆる測定柱から形成され、測定柱は事実上案内ピン６．２の延長部となる。棒状センサ部品１７はコイル装置１８によって取り囲まれており、このコイル装置が給電兼信号検出部１９と接続されている。動作時、コイル装置１８内での棒状センサ部品１７の往復運動によって回路装置とセンサ装置の構成とに応じて発生される交流電流もしくは交流電圧はセンサ部品の変位に比例し、したがって電機子５の変位に比例し、したがって調整要素の変位に比例している。ここでは電機子の変位は直接的ピックアップによって信号として検出することができ、変位信号の微分によって速度に比例した信号を発生することができる。
【００２７】
図２にセンサ装置の基本的実施が略示されている。その際、図２（ａ）がセンサの構造を示す一方、図２（ｂ）と図２（ｃ）は行程変位ｈに関して棒状センサ部品の可能な末端位置を示す。
【００２８】
図２（ａ）から認めることができるように、センサ装置は実質的に棒状センサ部品１７からなり、このセンサ部品を包持しているコイル装置１８は相応するリード線２０、２１、２２を介して給電兼評価気孔１９と接続されている（図１）。図示実施例においてコイル装置は長い能動コイル１８．１と短い受動コイル２６．１とを有し、これらのコイルはコイル支持体２７に巻き付けられている。
【００２９】
調整要素に接続された図示した棒状センサ部品１７は低オーム抵抗の導電性材料からなるリングもしくはスリーブの態様の短絡素子２３、いわゆる短絡環を備えている。短絡環２３は二つの末端稜２３．１、２３．２を有する。行程変位ｈの図２（ａ）に示す中央位置Ｍのとき、一方の末端稜、ここでは末端稜２３．１によって限定される末端領域が能動コイル１８．１の中央領域ＭＳによって取り囲まれる一方、受動コイル２６．１が短絡環に完全に挿通されているように、運動方向における短絡環の縦伸長は量定されている。
【００３０】
センサ部品１７が図２（ｂ）に示す末端位置Ｉに達すると、能動コイル１８．１が事実上ほぼ完全に短絡環２３に挿通されている一方、受動コイル２６．１は隣接する強磁性材料に部分的に挿通されている。回路技術上受動的なコイル２６．１が末端位置Ｉの近傍で短絡素子２３の末端稜２３．２を取り囲んでいることによって、コイル２６．１は末端位置の近傍でやはり能動となり、図４によるブリッジ回路において表示信号の線形化に寄与する。
【００３１】
後退運動時に棒状センサ部品１７が図２（ｃ）による末端位置ＩＩに達したなら、末端稜２３．１が能動コイル１８．１の末端に接近するが、しかし短絡環２３は引き続きなお受動コイル２６．１によって囲繞され、能動コイル１８．１は事実上ほぼ完全に棒状センサ部品の磁気伝導性材料によって塞がれている。この末端位置のとき表示信号の線形性は起きない。
【００３２】
コイル装置１８はハウジング２４によって棒状センサ部品１７用の相応する貫通孔に至るまで全面的に取り囲んでおくことができる。その際、ハウジング２４は良磁気伝導性材料からなり、但しこの材料は劣電気伝導性を有し、またこのハウジングは外部磁場の作用に対してコイル装置１８用遮蔽として役立つ。コイルはたとえばハウジング２４内においてシーリング材で固定しておくことができる。そのことは以下に図示説明する実施例にもあてはまる。
【００３３】
良導電性材料から製造される短絡環２３は望ましくは銅製またはアルミニウム製であり、たとえば０．１〜０．５ｍｍの範囲内の厚さを有する。ここに示す実施例では、短絡環２３が棒状センサ部品１７の溝２３．３に嵌挿されている。その際、棒状センサ部品１７は操作されるべき調整要素、たとえば噴射ノズルのノズルニードルによって、またはガス交換弁のステムによっても、直接形成することができ、棒状センサ部品１７はコイル装置にその全長にわたって挿通され、またはアクチュエータ電機子またはこれに結合された測定柱の相応するピンに挿通される。
【００３４】
このようなセンサ装置は渦電流原理にしたがって作動する。コイル装置１８に高周波交流が印加されて高周波磁場が発生されると、短絡環２３内に電圧が誘導され、これらの電圧は短絡によって渦電流に変換される。これらの渦電流がそれ自身逆磁場を発生し、この逆磁場は磁場変化の態様で引き起こされるコイル装置１８の高周波磁場に対抗する。棒状センサ部品１７が運動すると、コイル装置に対して相対的な磁場変化の方向と変位は棒状センサ部品１７の運動に依存したインダクタンスの変化によって外方で表面化し、これによりセンサ部品１７の位置、したがって変位は相応する信号を介して検出することができる。
【００３５】
図３には図２と同じ図示様式でセンサ装置の好ましい構成が異なる動作位置で示してある。同じ構造素子には同じ符号が付けてあり、上記明細書を参照するように指示することができる。この実施形態でも、コイル装置１８は長い能動コイル１８．１と短い受動コイル２６．１とを有する。しかし図２による実施形態との違いは、棒状センサ部品１７が二つの短絡環、つまり第１短絡環２３と第２端絡環２３．０とを備えていることにある。両方の短絡環２３、２３．０は相互に離間して棒状センサ部品１７上に配置されている。ところで短絡環２３の末端稜２３．１と短絡環２３．０の末端稜２３．３との間の距離はやはりコイル装置１８の寸法に合せられている。図３（ａ）に示す中央位置Ｍから出発して短絡環２３の末端稜２３．１が能動コイル１８．１の中央領域ＭＳによって取り囲まれている一方、受動コイル２６．１はセンサ部品１７の強磁性材料がなお挿通されている。
【００３６】
センサ部品１７が図３（ｂ）に示す末端位置Ｉに達すると、能動コイル１８．１が事実上ほぼ完全に短絡環２３に挿通されている一方、受動コイル２６．１は引き続きセンサ部品１７の強磁性材料が挿通されているだけである。
【００３７】
センサ部品１７が図３（ｃ）に示す末端位置ＩＩに達すると、能動コイル１８．１が事実上ほぼ完全にセンサ部品１７の強磁性材料を挿通する一方、第２端絡環２３．０の末端稜２３．３に接する末端領域はそれまで受動的なコイル２６．１を挿通させ、こうして能動化する。
【００３８】
図４には図２または図３による実施形態について搬送周波測定ブリッジの態様の測定値検出用回路が概略示してある。センサ装置のコイル装置１８のコイル１８．１とコイル２６．１は二つの他のインピーダンス、たとえばコイル１８．３、１８．４とで搬送周波測定ブリッジ２９へと相互接続されている。ブリッジ２９は周波数発生器３０を介して高周波交流を印加される。
【００３９】
ところでその都度能動的な棒状センサ部品１７がその短絡環２３、２３．０でブリッジ２９のコイル１８．１、２６．１に対して相対的に末端位置Ｉの方向に動かされると、磁場変化が起きる。これによりブリッジ２９の「変調」が引き起こされ、この変調は増幅器３１と帯域フィルタ３２とを介して検出することができる。次に、位相選択性とすることのできる整流器３３と帯域フィルタ３４とによって行程に依存した信号を発生することができ、この信号は制御、たとえばガス交換弁の制御を目的に処理することができる。その際、受動コイル２６．１は補償コイルとして働く。センサ部品１７が末端位置ＩＩの方向に動くと、コイル１８．１が末端位置ＩＩで受動的となる一方、受動コイル２６．１は能動的となり、こうして非線形信号上昇に対抗する。
【００４０】
図５に示す図３による実施形態の一構成では、長い能動コイル１８．１のそれぞれ両側に二つの短い受動コイル２６．１、２６．２が配置されている。付属する回路装置が図６に示してあり、これは実質的に図４による回路に一致しており、図４についての説明を参照するように指示する。その際、両方のコイル２６．１、２６．２は直列に接続されている。能動コイル１８．１のインダクタンスは両方の受動コイル２６．１、２６．２の合計にほぼ一致する。両方の受動コイル２６．１、２６．２は電気的に前後に接続され、両方で搬送周波ブリッジ２９の四半分を形成する。
【００４１】
図示したコイル装置に関して両方の短絡環２３、２３．０の相互距離と両方の短絡環２３、２３．０の長さは、中央位置のとき短絡環２３の末端稜２３．１がコイル１８．１の中央領域ＭＳにあり、コイル２６．１が短絡環２３をなお完全に取り囲む一方、コイル２６．２がセンサ部品１７の強磁性材料を完全に挿通させ、こうして短絡環２３．０がコイル２６．２の影響範囲の外側にあるように量定されている。
【００４２】
図５（ｂ）から読み取ることができるように、末端位置Ｉのとき短絡環２３が事実上ほぼ完全にコイル１８．１によって取り囲まれる一方、受動コイル２６．１はそれに続くセンサ部品１７の強磁性材料を部分的に挿通させ、受動コイル２６．２を完全に挿通させている。
【００４３】
センサ部品１７が図５（ｃ）に示す末端位置ＩＩに摺動すると、短絡環２３．０はその末端稜２３．３がコイル２６．２の覆い領域内に達する一方、短絡環２３はコイル２６．１の影響範囲を覆う。コイル１８．１はこの位置のとき事実上ほぼ完全にセンサ部品１７の強磁性材料を挿通させている。
【００４４】
図７には電圧推移Ｖと行程変位ｈとの関係が線図で示してある。その際、異なるシステムにおいて実際の摺動に対して生じる測定誤差推移が付加的に示してある。
【００４５】
線Ｖは８ｍｍの行程変位についての電圧推移を示す。破線１Ｒは単に短絡環を有する図２による実施形態について絶対的測定誤差をミリメートル単位で示す一方、実線２Ｒは二つの短絡環と長い能動コイル１８．１と二つの短い受動コイル２６．１、２６．２とを有する図５による実施形態について誤差偏差を明らかにする。これから読み取ることができるように、図５による実施形態は測定信号の線形性にかなりの改善をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ガス交換弁を操作するための電磁アクチュエータを示す。
【図２】短絡環と二つのコイルとを有するセンサ装置の基本形状を異なる動作位置において拡大断面図で示す。
【図３】二つの短絡環と二つのコイルとを有する図２による実施形態の変更態様を異なる動作位置において示す。
【図４】図３による実施形態用の回路装置を示す。
【図５】二つの短絡素子と三つのコイルとを有する図３による実施形態の変更態様を異なる動作位置において示す。
【図６】図５による実施形態についての回路装置を示す。
【図７】変位と誤差偏差の再現とに依存した電圧の推移を示す線図である。
【図１】
2007515618.tif 000003
【図２】
2007515618.tif 000004
【図３】
2007515618.tif 000005
【図４】
2007515618.tif 000006
【図５】
2007515618.tif 000007
【図６】
2007515618.tif 000008
【図７】
2007515618.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月15日(2006.5.15)
【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】
運動可能な構造要素、特にアクチュエータによって運動可能な調整要素の行程を検出するためのセンサ装置であって、
能動コイル（１８．１）とこれから離間した少なくとも一つの受動コイル（２６．１、２６．２）とを有する固定コイル装置（１８）を有し、このコイル装置が給電部（３０）と信号検出部（２９）とに接続されており、主に磁性材料からなる軸線方向に運動可能な棒状センサ部品（１７）が、軸線方向で往復運動可能な調整要素と結合されており、かつそれぞれ末端稜（２３．１、２３．２）によって縦方向で限定された低オーム抵抗の導電性材料からなる少なくとも一つの短絡素子（２３、２３．０）を備えており、所定の行程高さ（ｈ）によって定義された少なくとも一つの末端位置（Ｉ、ＩＩ）のとき前記少なくとも一つの短絡素子（２３）の一方の末端稜（２３．１、２３．２、２３．３）が能動コイル（１８．１）によって取り囲まれ、かつ前記少なくとも一つの短絡素子（２３、２３．０）の他方の末端稜（２３．１、２３．２、２３．３）が前記少なくとも一つの受動コイル（２６．１、２６．２）によって少なくとも部分的に包持されるように、運動方向における短絡素子の伸長が量定されており、生成された測定信号を線形化するために受動コイルが末端位置の近傍で能動化されているセンサ装置。
【請求項２】
短絡素子の前記他方の末端稜によって定義される材料移行部が能動コイルの一方の末端に接近しており、その他では前記少なくとも一つのコイルが受動的であることを特徴とする、請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
それぞれ末端稜（２３．１、２３．２）によって限定された二つの短絡素子（２３、２３．０）が相互に離間して棒状センサ部品（１７）上に配置されており、センサ素子（１７）の所定の行程高さ（ｈ）によって定義された少なくとも一つの末端位置（Ｉ、ＩＩ）において短絡素子（２３、２３．０）の末端稜（２３．１、２３．２、２３．３）の一つが能動コイル（１８．１）によって取り囲まれ、両方の短絡素子（２３、２３．０）の一方の他の末端稜（２３．１、２３．２）が前記少なくとも一つの受動コイル（２６．１、２６．２）によって少なくとも部分的に包持されるように、一方で少なくとも二つのコイル（１８．１、２６．１）の相向き合う末端の距離と他方で短絡素子（２３、２３．０）の相向き合う末端稜（２３．１、２３．２）の距離とが量定されていることを特徴とする、請求項１または２記載のセンサ装置。
【請求項４】
能動コイル（１８．１）が、センサ部品（１７）の運動方向に関して、能動コイル（１８．１）から距離を置いて配置される前記少なくとも一つの受動コイル（２６．１、２６．２）よりも大きな長さを有することを特徴とする、請求項１記載のセンサ装置。
【請求項５】
能動コイル（１８．１）および二つの短絡素子（２３、２３．０）のそれぞれ末端側に各受動コイル（２６．１、２６．２）を配置する場合、所定の行程高さ（ｈ）によって定義される各末端位置（Ｉ、ＩＩ）において短絡素子（２３、２３．０）のうちの一方の末端稜が能動コイル（１８．１）によって取り囲まれ、かつ前記両方の短絡素子（２３、２３．０）の一方の他の末端稜（２３．１、２３．２）が受動コイル（２６．１、２６．２）の一つによって少なくとも部分的に包持されるように、一方で短絡素子（２３、２３．０）の相向き合う末端稜（２３．１、２３．２）の距離と他方で両方の短絡素子（２３、２３．０）の縦伸長とが量定されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記両方の受動コイル（２６．１、２６．２）が電気的に前後に接続され、両方で搬送周波ブリッジ（２９）の四分の１を形成することを特徴とする、請求項５記載のセンサ装置。
【請求項７】
少なくとも能動コイル（１８．１）が適切に不均一に巻付けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項８】
少なくとも能動コイル（１８．１）に付設された短絡素子（２３）の長さが能動コイル（１８．１）の長さよりも大きいことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項９】
能動コイル（１８．１）の長さが被測定行程高さ（ｈ）よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項１０】
能動コイル（１８．１）のインダクタンスが受動コイル（２６．１、２６．２）のインダクタンスの合計にほぼ一致することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項１１】
センサ装置に対する温度の影響が十分に補償されるように、短絡素子（２３、２３．０）の壁厚が量定されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項１２】
能動コイル（１８．１）と少なくとも一つの受動コイル（２６．１、２６．２）がハーフブリッジ内で相互接続され、かつセンサ部品（１７）の作用範囲に付設されており、行程変位（ｈ）を限定する少なくとも一つの末端位置（Ｉ、ＩＩ）のときそれらが能動コイルの機能を引き受けることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項１３】
給電と信号検出用に搬送周波測定ブリッジ（２９）が設けられており、コイル装置（１８）の能動コイル（１８．１）と受動コイル（２６．１、２６．２）が測定ブリッジ（２９）の一部を形成することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一の項記載のセンサ装置。
【請求項１４】
運動可能な構造要素、特にアクチュエータによって運動可能な調整要素の行程を検出するための方法であって、
棒状センサ部品に配置される少なくとも一つの短絡素子が少なくとも二つのコイルのうち能動コイル内に浸漬する長さが行程に伴って変化することを介して少なくとも二つのコイル内で磁場が変化することによってその都度信号発生が引き起こされ、所定の行程高さによって定義される末端位置に達するとき前記少なくとも一つの短絡素子の末端領域が両方のコイルの一方によってなお覆われ、短絡素子の他方の末端稜によって定義される材料移行部が能動コイルの一方の末端に接近するとき、本来受動的な少なくとも一つのコイル内に短絡素子の末端稜が常に浸漬し、発生された測定信号が線形化されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
それぞれ末端稜によって限定される二つの短絡素子が棒状センサ部品上に配置されており、短絡素子の、所定の行程高さによって定義される末端稜の少なくとも一つが能動コイルによって取り囲まれており、前記両方の短絡素子の一方の他の稜が少なくとも一つの受動コイルによって少なくとも部分的に把持されることを特徴とする、請求項１４記載の方法。
【国際調査報告】
2007515618.tif 000010
2007515618.tif 000011
2007515618.tif 000012
2007515618.tif 000013
2007515618.tif 000014
2007515618.tif 000015