JP2000258109A - 変位量測定装置 - Google Patents
変位量測定装置Info
- Publication number
- JP2000258109A JP2000258109A JP11064354A JP6435499A JP2000258109A JP 2000258109 A JP2000258109 A JP 2000258109A JP 11064354 A JP11064354 A JP 11064354A JP 6435499 A JP6435499 A JP 6435499A JP 2000258109 A JP2000258109 A JP 2000258109A
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- JP
- Japan
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- magnet
- displacement measuring
- mover
- hall
- displacement
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- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】非接触且つ、吸排気弁の全ストロークにわたっ
ての位置計測及び、可動子の上・下死点を高速高精度に
計測する。 【解決手段】可動子と連動する部位に棒状磁石を取り付
け、その磁石中心軸の同心円周上に磁気感応素子を配置
する 【効果】１０mm程度の長ストロークにおいて１０μｍ以
内の高精度かつ高速な直線変位量の計測が行えるととも
に、設計工数，生産コストが低減できる。
ての位置計測及び、可動子の上・下死点を高速高精度に
計測する。 【解決手段】可動子と連動する部位に棒状磁石を取り付
け、その磁石中心軸の同心円周上に磁気感応素子を配置
する 【効果】１０mm程度の長ストロークにおいて１０μｍ以
内の高精度かつ高速な直線変位量の計測が行えるととも
に、設計工数，生産コストが低減できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は変位量を測定する装
置に関し、特には高速で直線変位する物体の変位量をア
ナログで測定する装置に関する。
置に関し、特には高速で直線変位する物体の変位量をア
ナログで測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ストロークする電磁弁アクチュエータの
位置を検出する方式として、感磁素子でアクチュエータ
に取り付けた磁石の位置を検出する方式がUSP5769043に
記載されている。
位置を検出する方式として、感磁素子でアクチュエータ
に取り付けた磁石の位置を検出する方式がUSP5769043に
記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】エンジン吸排気弁を電
磁弁化して電子的に制御することによりエンジンの運転
状態に応じて燃費・出力・排気を最適化することができ
るが、それを実現するためには高速高分解能で長期にわ
たり高精度な吸排気弁位置計測が必要である。その為に
は、非接触且つ、吸排気弁の全ストロークにわたっての
位置計測が課題である。また、電磁弁の磁路と可動子が
弁の開閉時に衝突することによる騒音を低減するために
は、可動子の上・下死点を高速高精度に計測する課題が
ある。
磁弁化して電子的に制御することによりエンジンの運転
状態に応じて燃費・出力・排気を最適化することができ
るが、それを実現するためには高速高分解能で長期にわ
たり高精度な吸排気弁位置計測が必要である。その為に
は、非接触且つ、吸排気弁の全ストロークにわたっての
位置計測が課題である。また、電磁弁の磁路と可動子が
弁の開閉時に衝突することによる騒音を低減するために
は、可動子の上・下死点を高速高精度に計測する課題が
ある。
【０００４】上記従来技術では、非接触かつ高速ではあ
るが、吸排気弁の全ストロークにわたっての位置計測及
び可動子の上・下死点における高精度な位置計測が困難
である。
るが、吸排気弁の全ストロークにわたっての位置計測及
び可動子の上・下死点における高精度な位置計測が困難
である。
【０００５】本発明の目的は磁石の磁極を起点及び終点
としてその周囲に発生する磁束を磁気感応素子で検出
し、リニアな電気信号に変換することにより非接触で長
ストロークにわたり高速高精度に変位量を計測する装置
を提供することにある。
としてその周囲に発生する磁束を磁気感応素子で検出
し、リニアな電気信号に変換することにより非接触で長
ストロークにわたり高速高精度に変位量を計測する装置
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題に対応するため
には、可動子と連動する部位に棒状磁石を取り付け、そ
の磁石中心軸の同心円周上に磁気感応素子を配置するこ
とにある。
には、可動子と連動する部位に棒状磁石を取り付け、そ
の磁石中心軸の同心円周上に磁気感応素子を配置するこ
とにある。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
説明する。
説明する。
【０００８】図１は本発明による変位量計測装置を取り
付けたエンジンの電子制御吸排気弁システムの当該断面
構造図を示す。本実施例は特許請求の範囲第６項の事例
であるが、第１項から第５項についても内容に含まれて
いるので合わせて説明する。吸排気弁を駆動する可動子
１の上下には、それぞれ電磁石２とスプリング３が配置
されており上下の電磁石２が共に無通電の時はスプリン
グ３の力により中立位置が保持される。上側の電磁石２
ａにのみ通電すれば可動子１は上側に引き上げられ、下
側の電磁石２ｂにのみ通電すれば可動子１は下側に引き
下げられる。この時、エンジンの様々な運転状況下にお
いて最適な吸排気タイミングをコントロールするために
は高速で可動子１の位置を検出・制御する必要がある。
また、可動子１が上下の電磁石２と衝突する際に発生す
る騒音を低減するためには、衝突速度を遅くする速度制
御も必要であり、可動子１の衝突直前である上・下死点
近傍での高精度な位置計測が不可欠な要素となる。更
に、衝突時の加速度は数千Ｇにまで及ぶため高寿命化の
ためにも可動子１の速度制御は必要である。
付けたエンジンの電子制御吸排気弁システムの当該断面
構造図を示す。本実施例は特許請求の範囲第６項の事例
であるが、第１項から第５項についても内容に含まれて
いるので合わせて説明する。吸排気弁を駆動する可動子
１の上下には、それぞれ電磁石２とスプリング３が配置
されており上下の電磁石２が共に無通電の時はスプリン
グ３の力により中立位置が保持される。上側の電磁石２
ａにのみ通電すれば可動子１は上側に引き上げられ、下
側の電磁石２ｂにのみ通電すれば可動子１は下側に引き
下げられる。この時、エンジンの様々な運転状況下にお
いて最適な吸排気タイミングをコントロールするために
は高速で可動子１の位置を検出・制御する必要がある。
また、可動子１が上下の電磁石２と衝突する際に発生す
る騒音を低減するためには、衝突速度を遅くする速度制
御も必要であり、可動子１の衝突直前である上・下死点
近傍での高精度な位置計測が不可欠な要素となる。更
に、衝突時の加速度は数千Ｇにまで及ぶため高寿命化の
ためにも可動子１の速度制御は必要である。
【０００９】図２は変位量検出部であるホールＩＣと磁
石４の位置関係を示す横断面図である。
石４の位置関係を示す横断面図である。
【００１０】変位量計測装置は特許請求の範囲第１項に
示すように、前記可動子１の上端部に円柱状磁石４を取
り付け、前記磁石４の同心円周上に２個のホールＩＣを
設置する構成であり、ホールＩＣを保持するケースの上
部にはホールＩＣの出力を適宜演算するハイブリッドＩ
Ｃ７を収納している。
示すように、前記可動子１の上端部に円柱状磁石４を取
り付け、前記磁石４の同心円周上に２個のホールＩＣを
設置する構成であり、ホールＩＣを保持するケースの上
部にはホールＩＣの出力を適宜演算するハイブリッドＩ
Ｃ７を収納している。
【００１１】ホールＩＣは磁気感応素子であるホール素
子及びホール素子の磁電変換特性や温度特性を補正する
回路を統合した磁気感応ＩＣである。デジタル出力が一
般的であるが、本実施例では２個のホールＩＣ出力を更
に高速演算し特性に補正を加えるためにアナログリニア
出力のホールＩＣを用いている。また前述の可動子１の
速度制御を行うには１０μｍ以内の検出精度が必要であ
り、１個のホールＩＣでこの精度を実現するには磁石４
とホールＩＣの位置関係を同様に１０μｍ以内に管理し
なければならない。しかし複数個のホールＩＣを配設し
出力を平均化処理することにより位置関係の精度を飛躍
的に緩和することができる。本構成によれば円柱状磁石
４に対して径方向の位置ずれを相殺できるとともに、磁
石４の保磁力のバラツキをも低減する効果がある。本実
施例においては演算部を小規模に抑え、ホールＩＣと磁
石４の位置関係を１００μｍ程度の管理値にできるよう
にホールＩＣの使用数を２個とした。
子及びホール素子の磁電変換特性や温度特性を補正する
回路を統合した磁気感応ＩＣである。デジタル出力が一
般的であるが、本実施例では２個のホールＩＣ出力を更
に高速演算し特性に補正を加えるためにアナログリニア
出力のホールＩＣを用いている。また前述の可動子１の
速度制御を行うには１０μｍ以内の検出精度が必要であ
り、１個のホールＩＣでこの精度を実現するには磁石４
とホールＩＣの位置関係を同様に１０μｍ以内に管理し
なければならない。しかし複数個のホールＩＣを配設し
出力を平均化処理することにより位置関係の精度を飛躍
的に緩和することができる。本構成によれば円柱状磁石
４に対して径方向の位置ずれを相殺できるとともに、磁
石４の保磁力のバラツキをも低減する効果がある。本実
施例においては演算部を小規模に抑え、ホールＩＣと磁
石４の位置関係を１００μｍ程度の管理値にできるよう
にホールＩＣの使用数を２個とした。
【００１２】更に、各ホールＩＣの出力が磁極に対し逆
特性となる様に設置することで演算部の回路規模増大を
抑えている。
特性となる様に設置することで演算部の回路規模増大を
抑えている。
【００１３】図３は演算回路を示す。本図における出力
特性は次式である。
特性は次式である。
【００１４】 Ｖｏ＝１／２＊（Ｖｐ−Ｖｎ）＋Ｖｒｅｆ／２ 特に、本回路に示すホールＩＣはレシオメトリック出力
であり、オペアンプＯＰはレイルトゥレイル動作であ
る。これにより、変位量計測装置の電源Ｖrefはエンジ
ンコントロールユニットの基準電圧での動作が可能とな
る。
であり、オペアンプＯＰはレイルトゥレイル動作であ
る。これにより、変位量計測装置の電源Ｖrefはエンジ
ンコントロールユニットの基準電圧での動作が可能とな
る。
【００１５】可動子１の上端部に取り付ける磁石４の長
さは可動子１のストロークと同等〜１.５ 倍程度が望ま
しい。磁極近傍では磁束密度が高くなるためにストロー
クの上・下死点で感度が高くなる。磁石４を長くするこ
とでこの傾向は薄れストローク全体の直線性は良くなる
が、本実施例では可動子１の速度制御に重点を置き、あ
る程度上・下死点の感度を高くするために磁石長さをス
トロークの１.２ 倍とした。
さは可動子１のストロークと同等〜１.５ 倍程度が望ま
しい。磁極近傍では磁束密度が高くなるためにストロー
クの上・下死点で感度が高くなる。磁石４を長くするこ
とでこの傾向は薄れストローク全体の直線性は良くなる
が、本実施例では可動子１の速度制御に重点を置き、あ
る程度上・下死点の感度を高くするために磁石長さをス
トロークの１.２ 倍とした。
【００１６】用途によっては様々な感度特性を必要とす
るが、その場合は特許請求の範囲第２項に示すように、
磁石４の形状を異形上とすることで得られる。例えば、
図４に示すような磁石形状が考えられる。感度特性を平
坦化するためには紡錘形状とし、上・下死点の感度を更
に上げるにはひょうたん型にする等である。また、上・
下死点のそれぞれの感度特性を変える方法として円錐形
状等も考えられる。本アイデアの利点は演算部の回路構
成を変更せずに感度特性を変えられることにある。つま
り、磁石４及び磁石支持部８のみの変更で任意の感度特
性が得られるため早期開発及び検討コスト低減の効果が
期待できる。
るが、その場合は特許請求の範囲第２項に示すように、
磁石４の形状を異形上とすることで得られる。例えば、
図４に示すような磁石形状が考えられる。感度特性を平
坦化するためには紡錘形状とし、上・下死点の感度を更
に上げるにはひょうたん型にする等である。また、上・
下死点のそれぞれの感度特性を変える方法として円錐形
状等も考えられる。本アイデアの利点は演算部の回路構
成を変更せずに感度特性を変えられることにある。つま
り、磁石４及び磁石支持部８のみの変更で任意の感度特
性が得られるため早期開発及び検討コスト低減の効果が
期待できる。
【００１７】磁気感応素子であるホールＩＣと磁石４の
位置精度を確保するには、ホールＩＣ保持部７と磁石支
持部８を有する可動子１のガイド６を設けた電磁弁本体
とを一体構造にすることが望ましいが、電子制御吸排気
弁システムとしてみた場合においては特許請求の範囲第
３項に記載の通り、故障箇所の交換，調査または改造の
必要が生じた時に変位量計測部と電磁弁９とが別体構成
である方が効率が良く、廃棄時の分別も容易である。
位置精度を確保するには、ホールＩＣ保持部７と磁石支
持部８を有する可動子１のガイド６を設けた電磁弁本体
とを一体構造にすることが望ましいが、電子制御吸排気
弁システムとしてみた場合においては特許請求の範囲第
３項に記載の通り、故障箇所の交換，調査または改造の
必要が生じた時に変位量計測部と電磁弁９とが別体構成
である方が効率が良く、廃棄時の分別も容易である。
【００１８】図５は組み付け作業時の位置決め基準を示
す。
す。
【００１９】別体構成とした場合に最も気を付けたいの
は磁石４の径方向に対するホールＩＣの位置ずれであ
る。通常は位置決めピンや特殊形状、または組み付け調
整等を必要とするが、特許請求の範囲第４項に示すよう
に、前述の変位量計測部と電磁弁９との組み付け時の位
置決めをホールＩＣ保持部外縁部で行うことにより、特
殊な位置決めピン等が不要となる。よって、設計工数の
低減，複雑な加工・組立作業の廃止及び重点管理寸法の
削減に効果があり、生産コストの低減が期待できる。
は磁石４の径方向に対するホールＩＣの位置ずれであ
る。通常は位置決めピンや特殊形状、または組み付け調
整等を必要とするが、特許請求の範囲第４項に示すよう
に、前述の変位量計測部と電磁弁９との組み付け時の位
置決めをホールＩＣ保持部外縁部で行うことにより、特
殊な位置決めピン等が不要となる。よって、設計工数の
低減，複雑な加工・組立作業の廃止及び重点管理寸法の
削減に効果があり、生産コストの低減が期待できる。
【００２０】磁石４の長手方向に対するホールＩＣの位
置精度は前述の径方向よりも更に厳しく、一般的にホー
ルＩＣ保持部を形成するケース７と電磁弁９とを組み付
ける時に接触する平面部で位置決めを行うが、より精度
を高めるためには特許請求の範囲第５項に記載のよう
に、初期中立位置を学習制御によって校正するのが有効
である。中立位置の校正はホールＩＣ保持部を形成する
ケース７と電磁弁９との組み付け完了後に一度だけ行
い、オフセット量として誤差補正すれば良い。なぜなら
変位量測定装置としての特性調整は完了しており、組み
付け誤差の補正のみで十分に精度を確保できるためであ
る。本補正法は、逐次学習制御ではないので電子制御吸
排気弁システムとしての演算処理に掛ける負担が軽微で
あり、位置決め平面部の寸法公差や平面度等を厳しく管
理するよりもはるかに容易に精度向上がはかれ、生産コ
ストの低減に寄与することができる。
置精度は前述の径方向よりも更に厳しく、一般的にホー
ルＩＣ保持部を形成するケース７と電磁弁９とを組み付
ける時に接触する平面部で位置決めを行うが、より精度
を高めるためには特許請求の範囲第５項に記載のよう
に、初期中立位置を学習制御によって校正するのが有効
である。中立位置の校正はホールＩＣ保持部を形成する
ケース７と電磁弁９との組み付け完了後に一度だけ行
い、オフセット量として誤差補正すれば良い。なぜなら
変位量測定装置としての特性調整は完了しており、組み
付け誤差の補正のみで十分に精度を確保できるためであ
る。本補正法は、逐次学習制御ではないので電子制御吸
排気弁システムとしての演算処理に掛ける負担が軽微で
あり、位置決め平面部の寸法公差や平面度等を厳しく管
理するよりもはるかに容易に精度向上がはかれ、生産コ
ストの低減に寄与することができる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、１０mm程度の長ストロ
ークにおいて１０μｍ以内の高精度かつ高速な直線変位
量の計測が行えるとともに、設計工数，生産コストの低
減に効果のある変位量測定装置を提供することができ
る。
ークにおいて１０μｍ以内の高精度かつ高速な直線変位
量の計測が行えるとともに、設計工数，生産コストの低
減に効果のある変位量測定装置を提供することができ
る。
【図１】変位量計測装置を取り付けたエンジンの電子制
御吸排気弁システムの当該部署断面構造図。
御吸排気弁システムの当該部署断面構造図。
【図２】変位量検出部であるホールＩＣと磁石の位置関
係を示す横断面図。
係を示す横断面図。
【図３】変位量計測装置の演算回路図。
【図４】磁石形状例を示す図。
【図５】変位量計測装置の勘合作業位置決め基準を示す
図。
図。
１…可動子、２…電磁石、３…スプリング、４…磁石、
５…ハイブリッドＩＣ、６…可動子のガイド、７…ホー
ルＩＣ保持部を形成するケース、８…磁石支持部、９…
電磁弁。
５…ハイブリッドＩＣ、６…可動子のガイド、７…ホー
ルＩＣ保持部を形成するケース、８…磁石支持部、９…
電磁弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内山 薫 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 栗田 正弘 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 石塚 宏幸 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Ｆターム(参考） 2F063 AA02 BA06 BB05 BC03 BD15 CA09 CA12 DA01 DA04 DB04 DC08 DD03 GA52 GA66 LA11 LA23 2F077 AA33 JJ08 JJ23 TT35 VV29 3G016 AA18 CA13 CA48 DA23 DA27 FA39 GA00 GA04
Claims (6)
- 【請求項１】１個または複数個の磁気感応素子と棒状磁
石を具備し、前記磁石の中心軸の同心円周上に前記磁気
感応素子を配置したことを特徴とする変位量測定装置。 - 【請求項２】請求項１において、磁石形状を磁極端部と
その中心部で異なる断面形状にしたことを特徴とする変
位量測定装置。 - 【請求項３】請求項１または２において、磁気感応素子
保持部及びその演算回路部を収容するケースと磁石支持
部を有する可動子のガイド部を別体とすることを特徴と
する変位量測定装置。 - 【請求項４】請求項３において、磁気感応素子保持部及
びその演算回路部を収容するケースと磁石支持部を有す
る可動子のガイド部との組立時の位置決めを磁気感応素
子保持部外縁部で行うことを特徴とする変位量測定装
置。 - 【請求項５】変位量測定装置の初期零位置を学習制御す
ることで最終校正を行うことを特徴とする変位量測定装
置の誤差補正方法。 - 【請求項６】請求項１から５のいずれか記載の変位量測
定装置を具備したことを特徴とする弁駆動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11064354A JP2000258109A (ja) | 1999-03-11 | 1999-03-11 | 変位量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11064354A JP2000258109A (ja) | 1999-03-11 | 1999-03-11 | 変位量測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000258109A true JP2000258109A (ja) | 2000-09-22 |
Family
ID=13255842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11064354A Pending JP2000258109A (ja) | 1999-03-11 | 1999-03-11 | 変位量測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000258109A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7124045B2 (en) | 2004-05-14 | 2006-10-17 | Komatsu Ltd. | Displacement amount measuring device |
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| DE102005020876B4 (de) * | 2004-05-14 | 2010-02-18 | Komatsu Ltd. | Wegmessvorrichtung |
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-
1999
- 1999-03-11 JP JP11064354A patent/JP2000258109A/ja active Pending
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