(57)【要約】【課題】  この発明は変位センサに関し、変位センサを取り巻く温度環境の変化に関わらず、正確に変位を検出し、かつ、センサの小型化を実現することを目的とする。【解決手段】  ボビン３０の外周に１次コイル３２を巻き付ける。１次コイル３２の同軸に２次コイル３４を巻き付ける。ボビン３０内にボビン３０内を移動可能にセンシングコアを設ける。ボビン３０の外周に、２次コイル３４と同等の抵抗温度係数を有するセンシング体３８を布設する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビンの外周に巻き付けられた１次コイルと、
前記１次コイルと同軸に巻き付けられた２次コイルと、
前記ボビン内に移動可能に設けられたセンシングコアと、
前記ボビンの外周に形成され、前記２次コイルと同等の抵抗温度係数を有するセンシング体と、
を備えることを特徴とする変位センサ。
【請求項２】
前記センシング体は、前記ボビンの上端部に設けられた上部センシング体と、前記ボビンの下端部に設けられた下部センシング体とを含み、
前記上部センシング体と前記下部センシング体とは導線で接続されていることを特徴とする請求項１記載の変位センサ。
【請求項３】
前記２次コイルと前記センシング体とを同一の材質としたことを特徴とする請求項１または２記載の変位センサ。
【請求項４】
前記センシング体を櫛歯状に形成し、前記センシング体の櫛歯の長手方向が前記１次コイルの磁束の発生方向と平行となるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は変位センサに係り、特に、内燃機関の電磁駆動弁に組み込んで用いるうえで好適な変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許第２６６８７８５号明細書に開示されているように、差動トランス式の変位センサが知られている。上記従来の変位センサは、２分割された１個の１次コイルと２個の２次コイルを同一軸上に備えている。２個の２次コイルは、２分割された１次コイルにそれぞれ重ね巻きにされている。一方の２次コイルの内部には、変位検出の対象となる検出用コアが配置されている。検出用コアは、検出用コアが配置された側の２次コイルの内部のみを移動する。上記従来の変位センサでは、１次コイルに励磁電流を印加すると、２個の２次コイルに誘導起電力が生じる。検出用コアが配置された側の２次コイルの誘導起電力は、検出用コアの変位に応じて変化する。上記従来の変位センサは、その結果、２個の２次コイルに生じた電圧差から検出用コアの変位を検出できるように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第２６６８７８５号明細書
【特許文献２】特開２００２−１１６０５４号公報
【特許文献３】特開平２−２０１１１４号公報
【特許文献４】特開平９−３３２０２号公報
【特許文献５】実開昭６３−８６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
変位センサに用いられるコイルは、コイルを取り巻く温度環境の変化により、抵抗値が変化する特性を有する。上記従来の変位センサでは、小型化のため、２個の２次コイルは互いに離れた位置に配置されているので、それらのコイルの温度環境は同じではない。このため、２個の２次コイルに生じる電圧差から変位を検出する場合に、変位による電圧差と温度条件差による電圧差を区別することができない。その結果、変位センサの変位計測に誤差が生じてしまう。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、変位センサを取り巻く温度環境の変化に関わらず、正確に変位を検出することができ、かつ、小型化を実現することができる変位センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ボビンの外周に巻き付けられた１次コイルと、
前記１次コイルと同軸に巻き付けられた２次コイルと、
前記ボビン内に移動可能に設けられたセンシングコアと、
前記ボビンの外周に形成され、前記２次コイルと同等の抵抗温度係数を有するセンシング体と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記センシング体は、前記ボビンの上端部に設けられた上部センシング体と、前記ボビンの下端部に設けられた下部センシング体とを含み、前記上部センシング体と前記下部センシング体とは導線で接続されていることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記２次コイルと前記センシング体とを同一の材質としたことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、前記センシング体を櫛歯状に形成し、前記センシング体の櫛歯の長手方向が前記１次コイルの磁束の発生方向と平行となるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、センシング体により２次コイルの正確な温度情報を得ることができ、確実に２次コイルの温度補償を行うことができる。このため、本発明によれば、変位センサを取り巻く温度環境の変化に関わらず、正確に変位検出できる変位センサを得ることができる。また、温度補償を可能としているセンシング体をボビン外周に備える構造のため、変位センサの小型化が可能である。
【００１１】
第２の発明によれば、変位センサの上端部と下端部にのみセンシング体を配置し、それらを導線で接続することで、センシング体が占める面積を減らすことができる。このため、本発明によれば、変位センサの検出感度を落とすことなく、効果的に２次コイルの温度補償を確実に行うことができる。
【００１２】
第３の発明によれば、２次コイルとセンシング体とを同一の材質とし、両者の抵抗温度係数を同等とすることで、２次コイルの温度補償を確実に行うことができる。
【００１３】
第４の発明によれば、センシング体が１次コイルに発生する磁束が減衰させるのを効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、内燃機関の電磁駆動弁１０に本発明の実施の形態１の変位センサ２６を適用した例を示す断面図である。
電磁駆動弁１０は、アッパコイル１２とロアコイル１４に励磁電流の遮断と供給を交互に行うことで発生する電磁力とスプリング１６、１８のバネ力との協働により、アーマチャ２０が固定された弁軸２２を動作させ、弁体２４の開閉動作を行うことができるように構成されている。
【００１６】
本実施形態の変位センサ２６は、電磁駆動弁１０のアッパリテーナ２８の上方に取り付けられている。変位センサ２６は、円筒状に形成された樹脂製のボビン３０を備えている。ボビン３０には、１次コイル３２が巻き付けられている。更に、１次コイル３２の外側には、２次コイル３４が巻き付けられている。また、弁軸２２には、アッパリテーナ２８を介してセンシングコア３６が固定されている。センシングコア３６は、弁軸２２の動作に伴い、１次コイル３２および２次コイル３４が巻き付けられたボビン３０内を移動可能に設けられている。
【００１７】
本実施形態の変位センサ２６では、１次コイル３２に電流が流れると、１次コイル３２の軸線方向と直交する方向に磁束が発生する。その結果、２次コイル３４には、その磁束に応じた誘導電流が流通する。この際、センシングコア３６がボビン３０内を上下動すると、センシングコア３６により１次コイル３２に発生した磁束が減衰される。その結果、２次コイル３４の電圧が変化する。変位センサ２６は、その変化した２次コイル３４の電圧を検出することで、センシングコア３６の変位、すなわち、弁軸２２の変位を検出することができる。
【００１８】
変位検出に用いられる２次コイル３４は、コイルを取り巻く温度環境の変化により、抵抗値が変化する特性を有する。このため、２次コイル３４の電圧は、センシングコア３６の上下動以外に、２次コイル３４の温度変化によっても変化してしまい、変位センサ２６による変位検出に誤差が生ずる。そこで、本実施形態の変位センサ２６では、変位センサ２６の温度補償を行うべく以下のような構成を採用した。以下、図２乃至図４を参照して、変位センサ２６について詳述する。
【００１９】
図２は、図１に示す変位センサ２６の外観図である。
図３は、ボビン３０の外観図である。図３に示すように、ボビン３０の上端部と下端部には、センシング体３８がボビン３０の外周面を覆うように設けられている。ボビン３０の上端部に配置されたセンシング体３８と下端部に配置されたセンシング体３８との間は、１本の導線で接続されている。また、センシング体３８は、その線路長を十分に確保するため、櫛歯状に形成されている。このため、センシング体３８の抵抗値を適切な値とすることができる。
【００２０】
図４は、センシング体３８を含む位置で変位センサ２６を切断することにより得られた断面図であり、変位センサ２６を構成する各要素の配置関係を示す。図４に示すように、ボビン３０上には、絶縁膜４０が形成されている。絶縁膜４０上には、温度変化に伴う２次コイル３４の抵抗値変化を補償するためのセンシング体３８が布設されている。センシング体３８は、通電時に１次コイル３２に発生する磁場に影響を与えないようにするため、非磁性の金属薄膜で形成されることが好ましい。センシング体３８に用いられる金属としては、銅、ニッケル、アルミニウム、プラチナなどの抵抗温度係数が大きい導体が適している。これらの金属の中でも、銅は、抵抗値の変化が温度変化に対し直線性を有するため、制御を行う上で扱い易く好適である。一方、上記の温度補償を精度良く行うために、センシング体３８を２次コイル３４と同じ抵抗温度係数を有する材質とすることが必要である。本実施形態では、これらの要求より、センシング体３８を２次コイル３４と同じ材質である銅で構成している。
【００２１】
また、センシング体３８上には、保護膜４２が成膜されている。絶縁膜４０および保護膜４２は、センシング体３８の濡れ性を確保でき、耐候性、耐油性などに優れるポリイミド、ポリアミドが用いられている。既述した１次コイル３２および２次コイル３４は、より詳細には、上記保護膜４２上に重ね巻きにされている。尚、ここでは、センシング体３８をボビン３０と１次コイル３２との間、すなわち、センシングコア３６と１次コイル３２との間に配置することとしている。その結果、導体であるセンシング体３８が、わずかではあるが１次コイル３２の磁束を減衰させ、変位センサ２６の検出感度を低下させることがある。このため、更に、変位センサ２６の検出感度を向上させるために、センシング体３８を２次コイル３４の外側に布設することとしても良い。
【００２２】
ここで、コイルに生ずる磁束に直交する方向に導体が配置されていると、コイルの磁束が減衰され易くなる。コイルの磁束を減衰させないように導体を配置するには、磁束と平行する方向に導体を配置するのが良い。このため、本実施形態では、１次コイル３２に発生する磁束を減衰させないようにするため、センシング体３８を櫛歯状に形成し、更に、センシング体３８の櫛歯の長手方向（図３中の上下方向）が１次コイル３２の磁束の発生方向と平行になるようにセンシング体３８を設けることとしている。
【００２３】
センシング体３８は、変位センサ２６の感度という点からは、その面積が極力小さい方が望ましい。これに加えて、変位センサ２６が内燃機関の電磁駆動弁１０に取り付けられた本実施形態の場合、電磁駆動弁１０からの熱伝導により、２次コイル３４には、変位センサ２６の上部と下部との間で大きな温度差が生ずる。従って、本実施形態の変位センサ２６では、温度差の激しいボビン３０の上端部と下端部にのみセンシング体３８を設け、細い１本の導線によりこれらのセンシング体３８を接続する構成としている。このような構成によれば、変位センサ２６の検出感度を落とさずに、２次コイル３４の温度を正確に検出することができる。
【００２４】
図５は、図１に示す変位センサ２６を用いた変位検出回路４４の回路図である。
図５において、変位検出回路４４は、交流電圧を発生させる発振回路４６を備えており、１次コイル３２には、オペアンプ４８を介して一定の交流電圧が供給されている。この１次コイル３２の他端は、抵抗４９を介して接地されている。２次コイル３４の両端は、オペアンプ５０に接続されている。オペアンプ５０の出力端子は、全波整流回路５２に接続されている。オペアンプ５０は、２次コイル３４の両端電圧に所定のゲインを乗じた電圧を全波整流回路５２に出力することができる。
【００２５】
センシング体３８の一端は、抵抗５４を介して直流電圧VCが印加されている。このセンシング体３８の他端は、接地されている。２次コイル３４とセンシング体３８とは、両者の抵抗温度係数が同一となるように、上記の如く同一の材質で構成されているとともに、インピーダンスが等しくなるように合わせてある。このようにすれば、２次コイル３４が周囲温度により変化する分だけセンシング体３８も変化することになり、この２次コイル３４およびセンシング体３８に同様に生ずる温度変化分は、後述の差動オペアンプ５８で相殺される。
【００２６】
変位検出回路４４では、全波整流回路５２とオペアンプ５６は、共に差動オペアンプ５８に接続されている。このため、変位検出回路４４は、差動オペアンプ５８により２次コイル３４の両端電圧とオペアンプ５６の両端電圧の両者の電圧差を取り出すことができる。この差動オペアンプ５８の出力電圧は、フィルターによりノイズが除去された後、オフセット設定回路によりゼロ点が調整される。差動オペアンプ５８の出力電圧は、更に増幅回路により所定のゲインで増幅された後、フィルターにより再度ノイズが除去されたうえで出力される。上記の構成を有する変位検出回路４４によれば、２次コイル３４を取り巻く温度環境の変化に関わらず、センシングコア３６の変位を正確に検出することができる。
【００２７】
以上説明したように、実施の形態１の変位センサ２６では、ボビン３０の外周面に２次コイル３４と同等の温度特性を有するセンシング体３８を布設したことで、２次コイル３４の温度補償を確実に行うことができる。このため、本実施形態の変位センサ２６によれば、温度変化に関わらず、正確に変位検出を行うことができる。また、温度補償を可能としているセンシング体３８をボビン３０外周に備える構造のため、変位センサ２６の小型化が可能である。
【００２８】
また、本実施形態では、内燃機関の電磁駆動弁１０において適用した場合に温度差が最も大きくなるボビン３０の上端部と下端部にセンシング体３８を配置し、それらを１本の導線で接続することとした。このため、センシング体３８を用いる面積を極力減らすことで変位センサ２６の検出感度を落とすことなく、効果的に２次コイル３４の温度補償を行うことができる。
【００２９】
また、本実施形態では、センシング体３８を薄い金属薄膜により構成している。このため、センシング体３８のヒートマスを小さくすることができ、急激な温度変化に対する応答性を向上させることができる。
【００３０】
ところで、上述した実施の形態１では、センシング体３８をボビン３０の上端部と下端部に設けることとしているが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、センシング体３８は、変位センサ２６の検出感度を極力落とさないようにしつつ、効果的に２次コイル３４の温度情報が得られる位置に設けられていれば良く、例えば、センシング体３８をボビン３０の中央部に設けることとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】内燃機関の電磁駆動弁に本発明の実施の形態１の変位センサを適用した例を示す断面図である。
【図２】図１に示す変位センサの外観図である。
【図３】ボビンの外観図である。
【図４】センシング体を含む位置で変位センサを切断することにより得られた断面図である。
【図５】図１に示す変位センサを用いた変位検出回路の回路図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  電磁駆動弁
２６  変位センサ
３０  ボビン
３２  １次コイル
３４  ２次コイル
３６  センシングコア
３８  センシング体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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