專(zhuān)利名稱(chēng)：位置傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用由磁芯位移所導(dǎo)致的檢測(cè)線(xiàn)圈阻抗變化的位置傳感器。
背景技術(shù)：
位置傳感器能夠根據(jù)由檢測(cè)線(xiàn)圈中磁芯的物理位移所導(dǎo)致的管狀檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗變化而輸出電信號(hào)，其已經(jīng)用于諸如內(nèi)燃機(jī)及電力設(shè)備等許多領(lǐng)域內(nèi)的測(cè)量和控制。在這種位置傳感器中，從改善檢測(cè)精度的可靠性來(lái)說(shuō)，希望檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗隨磁芯的位移線(xiàn)性地變化。然而，實(shí)際上，如圖15所示，隨著磁芯的位移量增加，發(fā)生與理想特性的偏差。為了保證穩(wěn)定的檢測(cè)精度，建議僅使用磁芯的阻抗線(xiàn)性變化的可移動(dòng)范圍。然而，縮小位置傳感器的尺寸是重要的，所以不可能忽略磁芯的與理想特性發(fā)生偏差的其它可移動(dòng)范圍。
例如，國(guó)際公布文本No.WO2004/099727公開(kāi)了對(duì)這種位置傳感器的線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度的改進(jìn)。亦即，為了有效地改善阻抗的線(xiàn)性度，提出將磁芯的一個(gè)端部制成粗的或用高磁導(dǎo)率的材料進(jìn)行表面處理，或者增加檢測(cè)線(xiàn)圈的一個(gè)端部的卷繞圈數(shù)。然而，磁芯的增粗端部導(dǎo)致其中插入磁芯的檢測(cè)線(xiàn)圈的直徑增大。另外，機(jī)械共振頻率由于端部重量的增加而降低，所以耐振動(dòng)性會(huì)下降。另一方面，從可操作性和質(zhì)量控制方面來(lái)說(shuō)，僅對(duì)棒狀磁芯的一部分進(jìn)行磁性涂敷處理容易增加生產(chǎn)成本。另外，當(dāng)改變檢測(cè)線(xiàn)圈的線(xiàn)圈卷繞圈數(shù)時(shí)，為了防止混亂卷繞的發(fā)生，繞線(xiàn)管的結(jié)構(gòu)容易變得復(fù)雜。另外，在繞線(xiàn)管上卷繞線(xiàn)圈的操作所需時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的是提供一種位置傳感器，該位置傳感器能夠無(wú)需改變磁芯及檢測(cè)線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)而改善線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度。
亦即，本發(fā)明所提出的位置傳感器包括管狀檢測(cè)線(xiàn)圈；在所述檢測(cè)線(xiàn)圈內(nèi)可移動(dòng)的磁芯；驅(qū)動(dòng)電路，其構(gòu)造成向檢測(cè)線(xiàn)圈提供恒定的交流電壓或交流電流；信號(hào)處理電路，其構(gòu)造成將由所述磁芯在所述檢測(cè)線(xiàn)圈內(nèi)的位移所導(dǎo)致的所述檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；以及環(huán)繞所述檢測(cè)線(xiàn)圈設(shè)置的屏蔽構(gòu)件。所述屏蔽構(gòu)件的特征在于具有下列特征(a)至(c)中的至少一個(gè)，以改善所述檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗的線(xiàn)性度(a)所述屏蔽構(gòu)件管狀構(gòu)件，其具有關(guān)于該管狀構(gòu)件的圓周方向以電不連續(xù)的方式形成的軸向區(qū)域；(b)該屏蔽構(gòu)件是具有第一屏蔽部和第二屏蔽部的管狀構(gòu)件，該第一屏蔽部用于環(huán)繞該檢測(cè)線(xiàn)圈的一軸向區(qū)域，該第二屏蔽部用于環(huán)繞該檢測(cè)線(xiàn)圈的另一軸向區(qū)域，并且該第二屏蔽部由導(dǎo)電率或磁導(dǎo)率不同于所述第一屏蔽部的材料制成；(c)該屏蔽構(gòu)件是具有第一內(nèi)表面和第二內(nèi)表面的管狀構(gòu)件，該第一內(nèi)表面用于環(huán)繞該檢測(cè)線(xiàn)圈的一軸向區(qū)域，該第二內(nèi)表面用于環(huán)繞該檢測(cè)線(xiàn)圈的另一軸向區(qū)域，該第二內(nèi)表面與該檢測(cè)線(xiàn)圈之間的距離小于該第一內(nèi)表面與該檢測(cè)線(xiàn)圈之間的距離。
根據(jù)具有本發(fā)明上述特征(a)的屏蔽構(gòu)件，由于渦電流在不是關(guān)于該屏蔽構(gòu)件的圓周方向以電不連續(xù)方式形成的部分中流動(dòng)，所以該檢測(cè)線(xiàn)圈生成的磁通量的一部分被抵消。然而，由于在關(guān)于該屏蔽構(gòu)件的圓周方向以電不連續(xù)方式形成的部分內(nèi)沒(méi)有渦電流流動(dòng)，所以該檢測(cè)線(xiàn)圈生成的磁通量沒(méi)有被抵消。因此，當(dāng)該屏蔽構(gòu)件的適當(dāng)部分關(guān)于該屏蔽構(gòu)件的圓周方向以電不連續(xù)的方式形成時(shí)，通過(guò)有意地改變?cè)摯判驹谔囟ㄎ灰品秶鷥?nèi)線(xiàn)圈阻抗增加量，能夠校正該線(xiàn)圈阻抗與理想特性的偏差。
另外，根據(jù)具有上述特征(b)的屏蔽構(gòu)件，由于使用高導(dǎo)電率或高磁導(dǎo)率的材料制成的屏蔽構(gòu)件，所以磁通量密度及感應(yīng)系數(shù)增加，進(jìn)而可有意地增加該磁芯在特定位移范圍內(nèi)線(xiàn)圈阻抗的增加量。因此，在在適當(dāng)?shù)卮_定了第一屏蔽部和該第二屏蔽部的形成區(qū)域及它們的材料種類(lèi)時(shí)，可以校正該線(xiàn)圈阻抗與理想特征的偏差。
此外，根據(jù)具有上述特征(c)的屏蔽構(gòu)件，大量的渦電流在該屏蔽構(gòu)件的一個(gè)區(qū)域流動(dòng)，該區(qū)域的第二內(nèi)表面與該檢測(cè)線(xiàn)圈隔開(kāi)一小段距離；相反地，該屏蔽構(gòu)件的另一區(qū)域的渦電流的量減小，該另一區(qū)域的第一內(nèi)表面與該檢測(cè)線(xiàn)圈隔開(kāi)一大段距離。因此，當(dāng)該第一內(nèi)表面和該笫二內(nèi)表面的形成區(qū)域及它們與該檢測(cè)線(xiàn)圈之間的距離被適當(dāng)?shù)卮_定時(shí)，通過(guò)有意地改變?cè)摯判驹谔囟ㄎ灰品秶鷥?nèi)線(xiàn)圈阻抗的增加量，能夠校正該線(xiàn)圈阻抗與理想特性值的偏差。
由于這些原因，通過(guò)使用具有上述特征(a)、(b)或(c)的屏蔽構(gòu)件能夠改善該位置傳感器的線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度。另外，本發(fā)明的技術(shù)思想包括通過(guò)使用具有上述特征(a)、(b)和(c)的選擇性組合的屏蔽構(gòu)件來(lái)改善該位置傳感器的線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度。
作為具有上述特征(a)的屏蔽構(gòu)件的優(yōu)選實(shí)施例，該屏蔽構(gòu)件的軸向區(qū)域的橫截面優(yōu)選地大體上為C形。在該情況下，在該管狀構(gòu)件的側(cè)壁上形成狹縫，通過(guò)該相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，可以確定地獲得關(guān)于該管狀構(gòu)件的圓周方向的電不連續(xù)性。所述狹縫的寬度、長(zhǎng)度和形狀能夠根據(jù)諸如該檢測(cè)線(xiàn)圈與該屏蔽構(gòu)件之間的距離、該檢測(cè)線(xiàn)圈與該磁芯之間的距離及該磁芯或該屏蔽構(gòu)件的導(dǎo)電率等因素而適當(dāng)?shù)卮_定。
作為具有上述特征(c)的屏蔽構(gòu)件的優(yōu)選實(shí)施例，該屏蔽構(gòu)件優(yōu)選地形成有外管和內(nèi)管，該內(nèi)管的軸向長(zhǎng)度小于該外管，并且內(nèi)管設(shè)置在外管內(nèi)。特別是，優(yōu)選地該內(nèi)管由導(dǎo)電率或磁導(dǎo)率不同于該外管的材料制成。在該例子中，通過(guò)具有上述特征(b)和(c)的屏蔽構(gòu)件來(lái)改善線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度。該內(nèi)管還優(yōu)選地由低導(dǎo)電率的鐵氧體制成，其中幾乎不會(huì)有渦電流流動(dòng)。而且，該外管或該內(nèi)管的所需的軸向區(qū)域的橫截面優(yōu)選地大體上為C形。在該例子中，通過(guò)具有上述特征(a)和(c)的屏蔽構(gòu)件來(lái)改善線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度。如果必要的話(huà)，能夠?qū)⒃搩?nèi)管設(shè)置成其外表面直接接觸該外管的內(nèi)表面。替代地，可在該內(nèi)管與該外管之間設(shè)置電絕緣層(包括空氣)。
在本發(fā)明的位置傳感器中，當(dāng)屏蔽構(gòu)件由鐵磁材料制成，并且至少具有與該檢測(cè)線(xiàn)圈大體上相等的軸向長(zhǎng)度，以及更優(yōu)選地所述軸向長(zhǎng)度包括該磁芯的可移動(dòng)范圍和該檢測(cè)線(xiàn)圈的全長(zhǎng)時(shí)，能夠?qū)⒃摍z測(cè)線(xiàn)圈磁屏蔽以減小阻抗變化或操作環(huán)境所導(dǎo)致的電動(dòng)勢(shì)的影響。另外，該屏蔽構(gòu)件在外表面上優(yōu)選地具有高導(dǎo)電率的金屬鍍層。
本發(fā)明的該屏蔽構(gòu)件還優(yōu)選地電連接至驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)處理電路其中之一的穩(wěn)定電位點(diǎn)。在這種情況下，能夠獲得抵抗輻射噪聲的進(jìn)一步增加的屏蔽效果。
由下述用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，本發(fā)明的更進(jìn)一步的特性和由此帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。


圖1A和1B分別是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的位置傳感器的分解立體圖和剖視圖；圖2是所述位置傳感器的驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)處理電路的方框圖；圖3A是該位置傳感器的相關(guān)部分的剖視圖，圖3B是沿圖3A中的D-D線(xiàn)的水平剖視圖；圖4A是根據(jù)第一實(shí)施例的一種改型的位置傳感器的相關(guān)部分的剖視圖，圖4B是沿圖4A中的E-E線(xiàn)的水平剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的位置傳感器的相關(guān)部分的剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的位置傳感器的相關(guān)部分的剖視圖；圖7A是根據(jù)第三實(shí)施例的第一種改型的位置傳感器的相關(guān)部分的剖視圖，圖7B是沿圖7A中的F-F線(xiàn)的水平剖視圖，圖7C是沿圖7A中的G-G線(xiàn)的水平剖視圖；圖8A是根據(jù)第三實(shí)施例的第二種改型的位置傳感器的相關(guān)部分的剖視圖，圖8B是沿圖8A中的H-H線(xiàn)的水平剖視圖，圖8C是沿圖8A中的J-J線(xiàn)的水平剖視圖；圖9A是根據(jù)第三實(shí)施例的第三種改型的位置傳感器的相關(guān)部分的剖視圖，圖9B是沿圖9A中的K-K線(xiàn)的水平剖視圖，圖9C是沿圖9A中的L-L線(xiàn)的水平剖視圖；
圖10A是根據(jù)第三實(shí)施例的第四種改型的位置傳感器的相關(guān)部分的剖視圖，圖10B是沿圖10A中的M-M線(xiàn)的水平剖視圖，圖10C是沿圖10A中的N-N線(xiàn)的水平剖視圖；圖11A是根據(jù)第三實(shí)施例的第五種改型的位置傳感器的相關(guān)部分的剖視圖，圖11B是沿圖11A中的P-P線(xiàn)的水平剖視圖；圖12A至12C分別是示出了用于評(píng)估屏蔽構(gòu)件的屏蔽效果的測(cè)試條件的示意圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的位置傳感器的剖視圖，該位置傳感器在磁芯的整個(gè)工作范圍上都具有屏蔽性能；圖14A是本發(fā)明的屏蔽構(gòu)件的剖視圖，圖14B是常規(guī)屏蔽構(gòu)件的剖視圖，圖14C是示出在使用這些屏蔽構(gòu)件的情況下位移與線(xiàn)圈阻抗之間關(guān)系的圖表，圖14D是示出在使用這些屏蔽構(gòu)件的情況下位移與線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度誤差之間的關(guān)系的圖表；以及圖15是示出了檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗隨磁芯的位移量的變化的圖表。
具體實(shí)施例方式
下面將根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的位置傳感器。
(基本結(jié)構(gòu))首先，說(shuō)明所述位置傳感器的基本結(jié)構(gòu)。如圖1A、圖1B和圖2所示，該位置傳感器主要包括管狀檢測(cè)線(xiàn)圈1；磁芯2，其在檢測(cè)線(xiàn)圈1內(nèi)是可移動(dòng)的；驅(qū)動(dòng)電路3，用于為檢測(cè)線(xiàn)圈1提供恒定的交流電壓或恒定的交流電流；信號(hào)處理電路4，用于將由磁芯2在檢測(cè)線(xiàn)圈1內(nèi)的位移所導(dǎo)致的檢測(cè)線(xiàn)圈1的阻抗變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；屏蔽構(gòu)件5，其繞檢測(cè)線(xiàn)圈1設(shè)置；以及殼體6，其用于將屏蔽構(gòu)件5容納在內(nèi)。
通過(guò)將導(dǎo)線(xiàn)12繞在大體上為圓筒形的繞線(xiàn)管10上而形成檢測(cè)線(xiàn)圈1.繞線(xiàn)管10能夠由熱固性樹(shù)脂等制成。如圖1B所示，繞線(xiàn)管10一體地裝備有卷繞體11，形成為長(zhǎng)的圓筒形并且在其相對(duì)端部處具有開(kāi)口；第一凸緣13，在卷繞體11的上側(cè)形成為圓環(huán)狀；第二凸緣14，其在卷繞體的下側(cè)形成為圓盤(pán)狀以便封閉底部開(kāi)口；以及底座15，其在第二凸緣的下側(cè)形成為圓盤(pán)狀。
另一方面，通過(guò)使用諸如鐵氧體的磁性材料將磁芯2形成為長(zhǎng)圓棒狀。在該實(shí)施例中，卷繞體11形成為使得該卷繞體的軸向長(zhǎng)度(沿上下方向的尺寸)大于磁芯2的軸向長(zhǎng)度(沿上下方向的尺寸)。另外，由于卷繞體11的內(nèi)直徑大于磁芯2的外直徑，所以磁芯2能夠在繞線(xiàn)管10內(nèi)軸向移動(dòng)(移位)。底座15的外直徑大于第二凸緣14的外直徑，并且屏蔽構(gòu)件5設(shè)置在此底座15上。
屏蔽構(gòu)件5容納在殼體6內(nèi)，殼體6以絕緣樹(shù)脂制成，其形狀為頂部開(kāi)口且底部封閉的長(zhǎng)圓柱。殼體6的內(nèi)直徑略大于屏蔽構(gòu)件5的外直徑，該殼體的軸向長(zhǎng)度(上下方向上的尺寸)大于檢測(cè)線(xiàn)圈1的軸向長(zhǎng)度(上下方向上的尺寸)。
對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路3沒(méi)有限制，因此使用常規(guī)的驅(qū)動(dòng)電路即可。例如，如圖2所示，驅(qū)動(dòng)電路3是恒流電路，用于向檢測(cè)線(xiàn)圈輸出具有所需頻率和幅值的恒定電流。該恒流電路設(shè)置有振蕩電路31和V-I電路32(電壓-電流轉(zhuǎn)換電路)，振蕩電路31用于生成通過(guò)將具有所需頻率和所需幅值的交流電壓疊加在具有所需幅值的直流電壓上而得到的恒定電壓，該V-I電路32用于將該振蕩電路輸出的恒定電壓轉(zhuǎn)換成恒定電流。
對(duì)于信號(hào)處理電路4沒(méi)有特別的限制，因此也能夠使用常規(guī)的信號(hào)處理電路。例如，如圖2所示，信號(hào)處理電路4根據(jù)檢測(cè)線(xiàn)圈上電壓(檢測(cè)信號(hào))的峰值V1而輸出一個(gè)輸出信號(hào)Vout，輸出信號(hào)Vout表示磁芯相對(duì)于檢測(cè)線(xiàn)圈的位置信息，所述峰值V1由檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗和驅(qū)動(dòng)電路3輸出的恒定電流確定。在該實(shí)施例中，信號(hào)處理電路4設(shè)置有峰值保持電路41、AD轉(zhuǎn)換電路42、以及包括電平移動(dòng)部43、溫度補(bǔ)償部44和放大器45的數(shù)字運(yùn)算塊。在峰值保持電路41中，獲取檢測(cè)線(xiàn)圈上電壓的峰值V1。在A(yíng)D轉(zhuǎn)換電路42中，該峰值被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)DV1。在數(shù)字運(yùn)算塊的電平移動(dòng)部43中，通過(guò)疊加所需數(shù)字量而進(jìn)行作為數(shù)字信號(hào)運(yùn)算的電平移動(dòng)，以輸出數(shù)字信號(hào)DV2。在溫度補(bǔ)償部44中，對(duì)數(shù)字信號(hào)DV2執(zhí)行溫度補(bǔ)償運(yùn)算。在放大器45中，從溫度補(bǔ)償部44輸出的數(shù)字信號(hào)被放大，以提供輸出信號(hào)Vout。
(第一實(shí)施例)本實(shí)施例的特征在于將具有下述特征的屏蔽構(gòu)件5用在具有上述基本結(jié)構(gòu)的位置傳感器中。即，本實(shí)施例的屏蔽構(gòu)件5具有管狀結(jié)構(gòu)，其中能夠容納檢測(cè)線(xiàn)圈1，且屏蔽構(gòu)件5所需的軸向區(qū)域以在圓周方向上電不連續(xù)的方式形成。
對(duì)于這種屏蔽構(gòu)件5，例如，可使用圖3A和3B所示的管狀構(gòu)件。該管狀構(gòu)件形成為繞線(xiàn)管10的第一凸緣13和第二凸緣14與該管狀構(gòu)件的內(nèi)表面相接觸。另外，管狀構(gòu)件5的所需的軸向區(qū)域具有狹縫51，該狹縫用于提供在周向上的電不連續(xù)性。簡(jiǎn)言之，如圖3B所示，在所需的軸向區(qū)域具有大體上為C形橫截面的所述管狀構(gòu)件能夠用作屏蔽構(gòu)件5。在該實(shí)施例中，狹縫51從該繞線(xiàn)管的底端開(kāi)始而沿軸向在預(yù)定長(zhǎng)度上形成。通過(guò)卷攏金屬薄片或在管材上激光加工出狹縫51能夠容易地制造該屏蔽構(gòu)件5。
替代地，如圖4A和4B所示，具有中空部52的管狀構(gòu)件能夠用作屏蔽構(gòu)件5，其中，中空部52在該管狀構(gòu)件的側(cè)壁上的所需軸向長(zhǎng)度上形成。在該實(shí)施例中，中空部52沿軸向形成，從對(duì)應(yīng)于第二凸緣14的頂表面的位置開(kāi)始延伸所需的長(zhǎng)度。從制造容易和保證磁屏蔽作用方面考慮，屏蔽構(gòu)件5優(yōu)選地由金屬材料制成，特別是由鐵磁金屬材料制成。
在使用這些屏蔽構(gòu)件5的例子中，能夠有意地改變磁芯2在特定位移范圍內(nèi)線(xiàn)圈阻抗的增加量，從而可以在整體上改善阻抗的線(xiàn)性度。屏蔽構(gòu)件5的狹縫51或中空部52的尺寸和形狀能夠適當(dāng)?shù)卮_定，以便在考慮諸如檢測(cè)線(xiàn)圈1與屏蔽構(gòu)件5之間的距離、檢測(cè)線(xiàn)圈1與磁芯2之間的距離以及磁芯2和屏蔽構(gòu)件5的導(dǎo)電率等其它因素的情況下改善位置傳感器的線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度。
(第二實(shí)施例)本實(shí)施例的特征在于將具有下列特征的屏蔽構(gòu)件5使用在具有上述基本結(jié)構(gòu)的位置傳感器中。即，本實(shí)施例的屏蔽構(gòu)件5具有其中能夠容納檢測(cè)線(xiàn)圈1的管狀結(jié)構(gòu)。另外，屏蔽構(gòu)件5是金屬管狀構(gòu)件，其形成為材料性質(zhì)在軸向(磁芯的行程方向)上不一致。具體來(lái)說(shuō)，可將圖5所示的管狀構(gòu)件用作屏蔽構(gòu)件5。該管狀構(gòu)件形成為繞線(xiàn)管10的第一凸緣13和第二凸緣14與該管狀構(gòu)件的內(nèi)表面相接觸。另外，該管狀構(gòu)件具有第一屏蔽部53和第二屏蔽部54，第一屏蔽部53用于環(huán)繞檢測(cè)線(xiàn)圈1的一個(gè)軸向區(qū)域，該軸向區(qū)域限定在從與第一凸緣13相接觸的位置開(kāi)始的一段所需的軸向長(zhǎng)度上，第二屏蔽部54用于環(huán)繞檢測(cè)線(xiàn)圈1的另一軸向區(qū)域，該軸向區(qū)域限定在第一屏蔽部53的底端和與第二凸緣14相接觸的位置之間。第一屏蔽部53的材料與第二屏蔽部14的材料具有不同的導(dǎo)電率或磁導(dǎo)率。對(duì)于第一屏蔽部53的材料，鐵基金屬是可用的。由于下文描述的理由，鐵氧體是尤其優(yōu)選的。另一方面，對(duì)于第二屏蔽部54的材料，銅、銅鎳合金、金或銀是可用的。由于成本優(yōu)勢(shì)，優(yōu)選使用銅或銅合金。在該實(shí)施例中，屏蔽構(gòu)件5形成為使得第一屏蔽部53與檢測(cè)線(xiàn)圈1之間的距離基本上等于第二屏蔽部54與檢測(cè)線(xiàn)圈1之間的距離。
在使用本實(shí)施例的屏蔽構(gòu)件的例子中，通過(guò)適當(dāng)?shù)卮_定第一屏蔽部53和第二屏蔽部54的形成區(qū)域及它們的材料種類(lèi)能夠有意地改變?cè)诖判?的特定位移范圍內(nèi)線(xiàn)圈阻抗的增加量。因而，可在整體上改善阻抗的線(xiàn)性度。在該實(shí)施例中，通過(guò)在軸向上設(shè)置兩種材料而提供所述屏蔽部。如果必要的話(huà)，所述屏蔽部可通過(guò)在軸向上設(shè)置三種或更多種材料而形成。在這種情況下，能夠更精細(xì)地校正線(xiàn)圈阻抗與理想特性的偏差。
(第三實(shí)施例)本實(shí)施例的特征在于將具有下列特征的屏蔽構(gòu)件5使用在具有上述基本結(jié)構(gòu)的位置傳感器中。即，本實(shí)施例的屏蔽構(gòu)件5具有其中能夠容納檢測(cè)線(xiàn)圈1的管狀結(jié)構(gòu)。另外，屏蔽構(gòu)件5具有第一內(nèi)表面和第二內(nèi)表面，該第一內(nèi)表面用于環(huán)繞該檢測(cè)線(xiàn)圈的一個(gè)軸向區(qū)域，該第二內(nèi)表面用于環(huán)繞該檢測(cè)線(xiàn)圈的另一軸向區(qū)域，所述第一和第二內(nèi)表面這樣形成第二內(nèi)表面與該檢測(cè)線(xiàn)圈之間的距離小于第一內(nèi)表面與該檢測(cè)線(xiàn)圈之間的距離。
對(duì)于這種屏蔽構(gòu)件5，例如，可使用圖6所示的管狀構(gòu)件。該管狀構(gòu)件這樣形成繞線(xiàn)管10的第一凸緣13和第二凸緣14與該管狀構(gòu)件的內(nèi)表面相接觸。另外，該管狀構(gòu)件的內(nèi)表面55形成為錐形，從而，該內(nèi)表面一端的內(nèi)直徑小于其另一端的內(nèi)直徑。在該實(shí)施例中，屏蔽構(gòu)件5的外直徑在軸向上基本恒定。另外，屏蔽構(gòu)件5繞檢測(cè)線(xiàn)圈1設(shè)置，其對(duì)應(yīng)于第一凸緣13的一端的內(nèi)直徑小于其對(duì)應(yīng)于第二凸緣14的一端的內(nèi)直徑。能夠適當(dāng)?shù)卮_定錐形內(nèi)表面55的傾斜角，以便在考慮諸如檢測(cè)線(xiàn)圈1與屏蔽構(gòu)件5之間的距離、檢測(cè)線(xiàn)圈1與磁芯2之間的距離以及磁芯2和屏蔽構(gòu)件5的導(dǎo)電率等其它因素的情況下改善該位置傳感器的線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度。
另外，圖7A至7C所示的管狀構(gòu)件能夠用作屏蔽構(gòu)件5。該管狀構(gòu)件形成有第一管狀部56和第二管狀部57，該第一管狀部在所需的軸向區(qū)域具有恒定壁厚，該第二管狀部在剩余的軸向區(qū)域延伸。第二管狀部57具有恒定壁厚，且其恒定壁厚小于第一管狀部56的恒定壁厚。在此例子中，由于檢測(cè)線(xiàn)圈1更靠近其壁厚大于第二管狀部57的第一管狀部56，所以能夠有意地改變?cè)诖判?的特定位移范圍內(nèi)線(xiàn)圈阻抗的增加量。在該實(shí)施例中，屏蔽構(gòu)件5的外直徑在軸向上基本恒定。上述說(shuō)明針對(duì)在軸向上具有兩個(gè)壁厚不同的管狀部的屏蔽構(gòu)件5。如果必要的話(huà)，屏蔽構(gòu)件5可具有三個(gè)或更多個(gè)具有不同壁厚的管狀部來(lái)改善線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度。
替代地，圖8A至8C所示的管狀構(gòu)件可用作屏蔽構(gòu)件5。該管狀構(gòu)件形成有第一管狀部70和第二管狀部71，第一管狀部70在所需的軸向區(qū)域具有恒定外直徑，第二管狀部71在另一軸向區(qū)域延伸。第二管狀部71與第一管狀部70的壁厚相同，但是第二管狀部71的外直徑大于第一管狀部70的外直徑。該屏蔽構(gòu)件5能夠通過(guò)拉伸金屬材料而容易地制造。上述說(shuō)明針對(duì)在軸向上具有兩個(gè)外直徑不同的管狀部的屏蔽構(gòu)件5。如必要的話(huà)，屏蔽構(gòu)件5可具有三個(gè)或更多個(gè)不同外直徑的管狀部來(lái)改善線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度。
還優(yōu)選的是，使用圖9A至9C所示的管狀構(gòu)件作為屏蔽構(gòu)件5。該屏蔽構(gòu)件5形成為雙管結(jié)構(gòu)，其帶有外管73和設(shè)置在外管73內(nèi)的內(nèi)管74，內(nèi)管74的軸向長(zhǎng)度小于外管73。在該實(shí)施例中，屏蔽構(gòu)件5這樣設(shè)置第一凸緣13接觸內(nèi)管74的內(nèi)表面，第二凸緣14接觸外管73的內(nèi)表面。外管73和內(nèi)管74的材質(zhì)相同。替代地，如第二實(shí)施例中所描述的，外管73和內(nèi)管74可由具有不同導(dǎo)電率或磁導(dǎo)率的材料制成。在使用由具有不同導(dǎo)電率或磁導(dǎo)率的材料所制成的外管73和內(nèi)管74的例子中，該屏蔽構(gòu)件的特征在于屏蔽構(gòu)件5與檢測(cè)線(xiàn)圈1之間的距離在軸向上是不同的，并且該屏蔽構(gòu)件的材料種類(lèi)在軸向上也是不同的。因此，該屏蔽構(gòu)件5同時(shí)具有第二實(shí)施例和本實(shí)施例的特征。上述說(shuō)明針對(duì)如圖9A所示的具有雙重管狀結(jié)構(gòu)的屏蔽構(gòu)件。如果必要的話(huà)，該屏蔽構(gòu)件可具有三個(gè)或更多個(gè)管狀結(jié)構(gòu)。在這種情況下，所述屏蔽構(gòu)件形成有至少三個(gè)區(qū)域，在該至少三個(gè)區(qū)域，該屏蔽構(gòu)件與該檢測(cè)線(xiàn)圈之間的距離在軸向上是不同的。
另外，如圖10A至10C所示，可在上述具有上述雙管結(jié)構(gòu)的屏蔽構(gòu)件5的內(nèi)管74和外管73之間設(shè)置絕緣層75。在本實(shí)施例中，內(nèi)管74由檢測(cè)線(xiàn)圈1的第一凸緣13支撐，外管73由檢測(cè)線(xiàn)圈1的第二凸緣14支撐。絕緣層75由內(nèi)管74和外管73之間的空氣提供。該絕緣層不限于空氣，因此其可通過(guò)使用其它電絕緣材料形成。另外，如圖11A和11B所示，可在圖10A所示的屏蔽構(gòu)件5中在內(nèi)管74的整個(gè)長(zhǎng)度上形成狹縫51。在該例子中，狹縫51形成在長(zhǎng)度小于外管73的內(nèi)管74上，該外管73限定屏蔽構(gòu)件5的整個(gè)長(zhǎng)度。這意味著屏蔽構(gòu)件5的所需軸向區(qū)域以關(guān)于圓周方向電不連續(xù)的方式形成。這等同于第一實(shí)施例的屏蔽構(gòu)件的特征。因此，可以說(shuō)該屏蔽構(gòu)件5具有第一至第三實(shí)施例的屏蔽構(gòu)件的所有特征。如第一實(shí)施例所介紹的，能夠以形成在內(nèi)管上的中空部取代狹縫51。另外，狹縫51或中空部可形成在外管73而非內(nèi)管74的所需軸向區(qū)域中。
屏蔽構(gòu)件5內(nèi)渦電流的流動(dòng)形式隨該屏蔽構(gòu)件的橫截面形狀和尺寸而變化。另一方面，磁芯2移位單位長(zhǎng)度所導(dǎo)致的線(xiàn)圈阻抗的變化量受到渦電流的流動(dòng)形式的影響。因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)卮_定本實(shí)施例所述的該屏蔽構(gòu)件的橫截面形狀和尺寸，能夠有意地改變磁芯2在特定位移范圍內(nèi)線(xiàn)圈阻抗的增加量，從而可在整體上改變阻抗的線(xiàn)性度。
另外，當(dāng)使用具有雙管結(jié)構(gòu)的屏蔽構(gòu)件5時(shí)，內(nèi)管74優(yōu)選地由鐵基金屬制成，鐵基金屬是能夠獲得理想的磁屏蔽效果的鐵磁材料。特別是，由于下列原因優(yōu)選使用鐵氧體。亦即，一般的位置傳感器具有位于幾百千赫到幾十兆赫的頻段內(nèi)的自諧振頻率，位置傳感器易于受到該頻段內(nèi)輻射噪聲的影響。然而，鐵氧體在此頻段具有良好的屏蔽性能。因此，通過(guò)使用鐵氧體能夠減小上述頻段內(nèi)的輻射噪聲的影響。另外，使用鐵氧體的優(yōu)點(diǎn)之一是加工或處理簡(jiǎn)單。如果必要的話(huà)，優(yōu)選地進(jìn)行防銹處理，因?yàn)殍F氧體容易生銹。外管73也優(yōu)選地由導(dǎo)電率高于內(nèi)管磁金屬材料的導(dǎo)體材料(例如，銅、銅鎳合金、金、銀)制成。
接下來(lái)，根據(jù)下面的測(cè)試結(jié)果說(shuō)明通過(guò)使用該屏蔽構(gòu)件來(lái)減小阻抗變化量的效果。
亦即，作為測(cè)試條件1，在這樣的條件下測(cè)量檢測(cè)線(xiàn)圈1的阻抗如圖12A所示，金屬板M1與檢測(cè)線(xiàn)圈隔開(kāi)一段預(yù)定的距離d2。另外，在未設(shè)置金屬板M1的條件下測(cè)量檢測(cè)線(xiàn)圈1的阻抗。計(jì)算其間阻抗的變化量。接下來(lái)，作為測(cè)試條件2，在這樣的條件下測(cè)量該阻抗如圖12B所示，將鐵質(zhì)屏蔽構(gòu)件S1放置在與檢測(cè)線(xiàn)圈1隔開(kāi)一段預(yù)定距離d1的位置處，并且位于檢測(cè)線(xiàn)圈1與金屬板M1之間。如在測(cè)試條件1中一樣，計(jì)算阻抗變化量。另外，作為測(cè)試條件3，在這樣的條件下測(cè)量該阻抗如圖12C所示，將具有雙層結(jié)構(gòu)的屏蔽構(gòu)件放置在與檢測(cè)線(xiàn)圈1隔開(kāi)預(yù)定距離d1的位置處，并且位于檢測(cè)線(xiàn)圈1與金屬板M1之間，該具有雙層結(jié)構(gòu)的屏蔽構(gòu)件由鐵質(zhì)屏蔽構(gòu)件S1和另一屏蔽構(gòu)件S2構(gòu)成，該另一屏蔽構(gòu)件S2是形成在鐵質(zhì)屏蔽構(gòu)件S1的外表面上的銅質(zhì)鍍層。如在測(cè)試條件1中一樣，計(jì)算阻抗變化量。對(duì)于金屬板M1，可使用三種具有相同厚度的金屬板，即使用鐵板、鋁板和銅板。對(duì)于每種金屬板來(lái)說(shuō)，上述測(cè)試在相同的條件下進(jìn)行。諸如磁芯的插入量和阻抗測(cè)量頻率等其它測(cè)試條件是恒定的。
表1中是測(cè)試結(jié)果。
表1

從上述測(cè)試結(jié)果能夠清楚地理解通過(guò)設(shè)置屏蔽構(gòu)件S1特別是具有雙層結(jié)構(gòu)的屏蔽構(gòu)件(S1、S2)，能夠有效減小線(xiàn)圈阻抗變化。
在上述每個(gè)實(shí)施例的位置傳感器中，例如，如圖13所示，屏蔽構(gòu)件5的軸向長(zhǎng)度優(yōu)選地不小于與磁芯2的可移動(dòng)范圍相對(duì)應(yīng)的距離。在這種情況下，磁芯2總能夠被屏蔽。因此，甚至當(dāng)外導(dǎo)體S設(shè)置在臨近該屏蔽構(gòu)件的位置時(shí)，外導(dǎo)體S生成的外磁場(chǎng)E的大部分磁通量不會(huì)穿過(guò)該屏蔽構(gòu)件。因而，外磁場(chǎng)E的磁通量不與檢測(cè)線(xiàn)圈1互相交聯(lián)，從而阻止外磁場(chǎng)E在檢測(cè)線(xiàn)圈1內(nèi)生成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。另外，考慮到進(jìn)一步改善屏蔽效果，優(yōu)選地在該屏蔽構(gòu)件的外表面上形成具有高導(dǎo)電率的金屬材料鍍層。
接下來(lái)，根據(jù)具體例子說(shuō)明通過(guò)使用本發(fā)明的屏蔽構(gòu)件來(lái)改善阻抗線(xiàn)性度的效果。如圖14A所示，應(yīng)用在阻抗評(píng)估測(cè)試中的本發(fā)明的屏蔽構(gòu)件5A與圖8所示的第三實(shí)施例的屏蔽構(gòu)件5相同。該屏蔽構(gòu)件5A由不銹鋼(SUS304)制成，并且由直徑較小的第一管狀部70和直徑較大的第二管狀部71構(gòu)成。第一管狀部70的外直徑φ1是12mm，第二管狀部71的外直徑φ2是16mm。該屏蔽構(gòu)件的第一管狀部70和第二管狀部71的壁厚T同為恒定的0.5mm。另外，第二管狀部71的軸向長(zhǎng)度S是5mm。另一方面，對(duì)比屏蔽構(gòu)件5B也由不銹鋼(SUS304)制成，且其形狀是直徑為恒定值(φ1＝12mm)的圓筒。該對(duì)比屏蔽構(gòu)件的軸向長(zhǎng)度和壁厚T與圖14A所示的屏蔽構(gòu)件5A的軸向長(zhǎng)度和壁厚相同。在圖14A和14B中，該屏蔽構(gòu)件的右端均對(duì)應(yīng)于位移(X)為100mm的位置，左端均形成為略長(zhǎng)于位移(X)為0mm的位置。
將檢測(cè)線(xiàn)圈1分別設(shè)置在屏蔽構(gòu)件(5A、5B)中，然后測(cè)量與磁芯2的位移相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)線(xiàn)圈1阻抗變化。圖14C示出了測(cè)試結(jié)果。在使用屏蔽構(gòu)件5B的情況下，當(dāng)位移(X)超過(guò)90mm時(shí)，阻抗的增加量逐漸減少，從而發(fā)生如圖15所示的與理想特性的偏差。另一方面，在使用本發(fā)明的屏蔽構(gòu)件5A的情況下，即使當(dāng)位移(X)超過(guò)95mm時(shí)，阻抗的線(xiàn)性度依然能夠得以保持。亦即，這表明通過(guò)形成第二管狀部71能夠校正與理想特性的偏差。圖14D示出了根據(jù)上述評(píng)估測(cè)驗(yàn)結(jié)果的線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度誤差與位移之間的關(guān)系。
上述每個(gè)實(shí)施例均主要說(shuō)明圓筒形的屏蔽構(gòu)件。然而，在使用矩形管狀屏蔽構(gòu)件的情況下，也能夠獲得同樣的改善線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度的效果。另外，上述實(shí)施例的位置傳感器屬于磁芯可沿直的軸線(xiàn)移動(dòng)的直線(xiàn)型(直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)型)位置傳感器。此外，本發(fā)明的屏蔽構(gòu)件同樣能夠用于磁芯可沿曲線(xiàn)軸移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)型(曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)型)的位置傳感器。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于屏蔽構(gòu)件的橫截面形狀、材料種類(lèi)和尺寸中至少一個(gè)在檢測(cè)線(xiàn)圈的軸向(磁芯的行程方向)上不一致，并且包括磁芯和檢測(cè)線(xiàn)圈的檢測(cè)部設(shè)置在該屏蔽構(gòu)件內(nèi)，因而可改善線(xiàn)圈阻抗的線(xiàn)性度，從而提供一種緊湊的位置傳感器，其在磁芯的行程范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的檢測(cè)精度。因此，本發(fā)明的位置傳感器能夠用于諸如內(nèi)燃機(jī)及電力設(shè)備等的各種技術(shù)領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種位置傳感器，包括管狀檢測(cè)線(xiàn)圈；在所述檢測(cè)線(xiàn)圈內(nèi)可移動(dòng)的磁芯；驅(qū)動(dòng)電路，構(gòu)造成給所述檢測(cè)線(xiàn)圈提供恒定的交流電壓或恒定的交流電流；信號(hào)處理電路，構(gòu)造成將由所述磁芯在所述檢測(cè)線(xiàn)圈內(nèi)的位移所導(dǎo)致的所述檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；以及環(huán)繞所述檢測(cè)線(xiàn)圈設(shè)置的屏蔽構(gòu)件；其中，為了改善所述檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗的線(xiàn)性度，所述屏蔽構(gòu)件具有下列特征(a)至(c)中的至少一個(gè)(a)所述屏蔽構(gòu)件是管狀構(gòu)件，其具有關(guān)于所述管狀構(gòu)件的圓周方向以電不連續(xù)的方式形成的軸向區(qū)域；(b)所述屏蔽構(gòu)件是具有第一屏蔽部和第二屏蔽部的管狀構(gòu)件，所述第一屏蔽部用于環(huán)繞所述檢測(cè)線(xiàn)圈的一軸向區(qū)域，所述第二屏蔽部用于環(huán)繞所述檢測(cè)線(xiàn)圈的另一軸向區(qū)域，并且所述第二屏蔽部由導(dǎo)電率或磁導(dǎo)率不同于所述第一屏蔽部的材料制成；(c)所述屏蔽構(gòu)件是具有第一內(nèi)表面和第二內(nèi)表面的管狀構(gòu)件，所述第一內(nèi)表面用于環(huán)繞所述檢測(cè)線(xiàn)圈的一軸向區(qū)域，所述第二內(nèi)表面用于環(huán)繞所述檢測(cè)線(xiàn)圈的另一軸向區(qū)域，并且所述第二內(nèi)表面與所述檢測(cè)線(xiàn)圈之間的距離小于所述第一內(nèi)表面與所述檢測(cè)線(xiàn)圈之間的距離。
2.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述屏蔽構(gòu)件的所述軸向區(qū)域的橫截面大體上為C形。
3.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述屏蔽構(gòu)件形成有外管和內(nèi)管，所述內(nèi)管的軸向長(zhǎng)度小于所述外管，并且所述內(nèi)管設(shè)置在所述外管內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的位置傳感器，其中所述內(nèi)管由導(dǎo)電率或磁導(dǎo)率不同于所述外管的材料制成。
5.如權(quán)利要求3所述的位置傳感器，其中所述屏蔽構(gòu)件具有形成在所述外管和所述內(nèi)管之間的電絕緣層。
6.如權(quán)利要求3所述的位置傳感器，其中所述內(nèi)管由鐵氧體制成。
7.如權(quán)利要求3所述的位置傳感器，其中所述外管的一軸向區(qū)域的橫截面大體上為C形。
8.如權(quán)利要求3所述的位置傳感器，其中所述內(nèi)管的一軸向區(qū)域的橫截面大體上為C形。
9.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述屏蔽構(gòu)件由鐵磁材料制成，并且至少具有大體上與所述檢測(cè)線(xiàn)圈相等的軸向長(zhǎng)度。
10.如權(quán)利要求9所述的位置傳感器，其中所述屏蔽構(gòu)件的軸向長(zhǎng)度包括所述磁芯的可移動(dòng)范圍和所述檢測(cè)線(xiàn)圈的全長(zhǎng)。
11.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述屏蔽構(gòu)件在其外表面上具有高導(dǎo)電率的金屬鍍層。
12.如權(quán)利要求1所述的位置傳感器，其中所述屏蔽構(gòu)件電連接至所述驅(qū)動(dòng)電路和所述信號(hào)處理電路其中一個(gè)的穩(wěn)定電位點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有優(yōu)良的線(xiàn)圈阻抗線(xiàn)性度的位置傳感器。該位置傳感器包括管狀檢測(cè)線(xiàn)圈；在所述檢測(cè)線(xiàn)圈內(nèi)可移動(dòng)的磁芯；用于檢測(cè)線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)電路；用于將所述檢測(cè)線(xiàn)圈的阻抗變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的信號(hào)處理電路；以及環(huán)繞所述檢測(cè)線(xiàn)圈設(shè)置的屏蔽構(gòu)件。所述屏蔽構(gòu)件是具有第一內(nèi)表面和第二內(nèi)表面的管狀構(gòu)件，所述第一內(nèi)表面環(huán)繞所述檢測(cè)線(xiàn)圈的一軸向區(qū)域，所述第二內(nèi)表面環(huán)繞所述檢測(cè)線(xiàn)圈的另一軸向區(qū)域。所述管狀構(gòu)件形成為使得所述第二內(nèi)表面與所述檢測(cè)線(xiàn)圈之間的距離小于所述第一內(nèi)表面與所述檢測(cè)線(xiàn)圈之間的距離。
文檔編號(hào)G01D5/12GK101031778SQ20068000094
公開(kāi)日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月12日
發(fā)明者丹羽正久, 豬岡結(jié)希子, 光武義雄, 太田智浩 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社