JP2001351812A - 電磁アクチュエータ及びこれを用いた弁駆動装置並びに位置又は速度センサ - Google Patents

電磁アクチュエータ及びこれを用いた弁駆動装置並びに位置又は速度センサ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素な構成で被駆動部材の変位や速度を的確
に検出することができる電磁アクチュエータ及びこれを
用いた弁駆動装置並びに位置センサを提供する。 【解決手段】 電磁コイルが巻装された磁束生成部が生
成する磁束を分布させて、形成された磁場の変化に応じ
て駆動される可動部材の移動方向に沿うように設けられ
た磁路部材に延在しかつ可動部材に設けられた着磁部材
を通過する磁路を形成させ、磁路部材に分布した磁束を
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁力によって被
駆動部材を駆動する電磁アクチュエータ及びこれを用い
た弁駆動装置並びに位置又は速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】弁体等の被駆動部材を駆動する電磁アク
チュエータとして特開平７−２２４６２４号公報に開示
されている如き装置が知られている。この装置は、電磁
力により駆動された被駆動部材の変位を位置検出用に設
けられた電磁コイルの自己インダクタンスの変化に基づ
いて検出するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、上述した
如き従来の電磁アクチュエータは、自己インダクタンス
を検出するための発振回路を必要とするものであり、こ
の発振回路は自己インダクタンスの変化に応じて発振周
波数を変化させる必要があった。このため、発振回路の
発振周波数によっては自己インダクタンスの検出に時間
を要するという問題が生じた。また、従来の電磁アクチ
ュエータは、発振回路や整流回路を必要とするものであ
るが故に、構成を複雑にせざるを得なかったりコストを
高くせざるを得ないという不都合も生じた。
【０００４】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、簡素な構成で被駆動
部材の変位や速度を的確に検出することができる電磁ア
クチュエータ及びこれを用いた弁駆動装置並びに位置又
は速度センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による電磁アクチ
ュエータは、電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁
束生成部と前記磁束を分布させて磁場を形成する磁場形
成部とからなる磁路部材と、前記磁場内に配置され着磁
部材を有する可動部材と、からなり、前記磁場の変化に
応じて前記可動部材を駆動する電磁アクチュエータであ
って、前記可動部材の移動方向に沿うように設けられた
別の磁路部材を有し、前記磁束を分布させて、前記別の
磁路部材に延在しかつ前記着磁部材を通過する磁路を形
成する磁路形成手段と、前記別の磁路部材に設けられて
前記別の磁路部材に分布した磁束を検出する磁束検出手
段と、からなることを特徴とする。
【０００６】すなわち、本発明の特徴によれば、簡素な
構成で可動部材の変位や速度を的確に検出することがで
きる。また、本発明による弁駆動装置は、電磁コイルが
巻装されて磁束を生成する磁束生成部と前記磁束を分布
させて磁場を形成する磁場形成部とからなる磁路部材
と、前記磁場内に配置され着磁部材を有する可動部材
と、前記可動部材に連動し内燃エンジンの吸入気体又は
排出気体の流通を制御する弁体と、からなり、前記磁場
の変化に応じて前記弁体の閉弁方向又は開弁方向に応じ
て前記弁体を駆動する弁駆動装置であって、前記可動部
材の移動方向に沿うように設けられた別の磁路部材を有
し、前記磁束を分布させて、前記別の磁路部材に延在し
かつ前記着磁部材を通過する磁路を形成する磁路形成手
段と、前記別の磁路部材に設けられて前記別の磁路部材
に分布した磁束を検出する磁束検出手段と、からなるこ
とを特徴とする。
【０００７】すなわち、本発明の特徴によれば、簡素な
構成で弁体の変位や速度を的確に検出することができ
る。更に、本発明による位置又は速度センサは、磁性部
材からなる被駆動体の位置又は速度を検出する位置又は
速度センサであって、前記被駆動体の移動方向に沿うよ
うに設けられた磁路部材と、前記磁路部材に向かって前
記被駆動体から突出する突出部が、前記突出部と向かい
合うように前記磁路部材から突出する別の突出部の近傍
に位置するときに、前記突出部と前記別の突出部とを通
過しかつ前記磁路部材に延在する磁路を形成する磁束生
成手段と、前記磁路部材に設けられかつ前記磁路部材に
分布した磁束を検出する磁束検出手段と、からなること
を特徴とする。
【０００８】すなわち、本発明の特徴によれば、簡素な
構成で被駆動体の変位や速度を的確に検出することがで
きる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例について
図面に基づいて説明する。本発明の第１の実施例である
位置又は速度センサの構成を図１に示す。位置又は速度
センサ１０の被駆動体である可動部材２０は長尺な形状
を呈し、可動部材２０は駆動装置（図示せず）に連動す
るように設けられている。この駆動装置は、可動部材２
０の長手方向である図１に示した矢印方向に可動部材２
０を往復移動し得るように可動部材２０を駆動する。可
動部材２０は磁性部材からなり、可動部材２０の周囲に
は電磁コイル２２が巻装されている。電磁コイル２２に
は電流供給装置（図示せず）が接続されており、電磁コ
イル２２に電流が供給されたときには、可動部材２０の
内部において可動部材２０の長手方向に沿うように磁束
が生成される。また、可動部材２０の１つの端部におい
ては、可動部材２０から下方に向かって突出する突出部
２４が形成されている。
【００１０】磁路部材であるステータ３０は、支持部材
（図示せず）上に支持されて可動部材２０の下側の近傍
に位置するように設けられている。ステータ３０は、長
尺な形状を呈する磁性部材からなり、ステータ３０の長
手方向が可動部材２０の移動方向となるように設けられ
ている。ステータ３０から可動部材２０に向かって突出
する別の突出部である２つの突出部３２及び３３が、可
動部材２０の突出部２４に向かい合うように形成されて
いる。また、突起部３８が、ステータ３０の１つの端部
に可動部材２０の近傍に位置するように設けられてい
る。上述した突起部３８と突出部３２との間において
は、電磁コイル３５がステータ３０の周囲に巻装され、
突出部３２と突出部３３との間においては、電磁コイル
３６がステータ３０の周囲に巻装されている。電磁コイ
ル３５及び３６は、位置及び速度検出回路（図示せず）
に接続されており、位置及び速度検出回路は、後述する
如く可動部材２０の位置及び速度を検出する。
【００１１】上述した如く、電流供給装置から電磁コイ
ル２２に電流が供給されたときには、可動部材２０とス
テータ３０とには、図２に示す如き磁路が形成される。
尚、図２において、図１に示した構成要素と対応する構
成要素には同一の符号を付し、形成される磁路を太破線
で示した。電磁コイル２２に電流が供給されたときに
は、電磁コイル２２は、可動部材２０の長手方向に沿う
ような磁束を可動部材２０の内部において生成する。可
動部材２０の突出部２４がステータ３０の突出部３２の
近傍に位置するときには、電磁コイル２２により生成さ
れた磁束は、可動部材２０とステータ３０との内部に分
布し、図２（ａ）に示す如く、電磁コイル２２→突出部
２４→突出部３２→ステータ３０→突起部３８→可動部
材２０→電磁コイル２２のように周回する磁路が形成さ
れ、ステータ３０の内部には、ステータ３０の長手方向
に沿うように延在する磁路が形成される。尚、電流供給
装置から供給する電流の極性を逆にした電流を電磁コイ
ルに供給した場合には、上述した磁路とは逆方向に周回
する磁路が形成される。可動部材２０とステータ３０と
を周回する磁路が形成されている場合において、電磁コ
イル３５を通過する磁束が変化したときには、電磁コイ
ル３５は磁束の時間変化率を検出し、電磁コイル３５の
２つの端部の間における電位差は、検出した磁束の時間
変化率に応じたものとなる。この磁束の時間変化率は、
可動部材２０が移動することによって生ずるものである
が故に、電磁コイル３５の端部間に生ずる電位差は可動
部材の速度に応じた値となるのである。また、突出部２
４が突出部３２の近傍に位置するときにおいては、電磁
コイル３６を通過する磁束は生成されないことから、電
磁コイル３６の端部間における電位差はゼロとなる。
【００１２】可動部材２０の突出部２４がステータ３０
の突出部３３の近傍に位置するときには、電磁コイル２
２により生成された磁束が可動部材２０とステータ３０
との内部に分布することにより、図２（ｂ）に示す如
く、電磁コイル２２→突出部２４→突出部３３→ステー
タ３０→突起部３８→可動部材２０→電磁コイル２２の
ように周回する磁路が形成され、ステータ３０の内部に
は、ステータ３０の長手方向に沿うように延在する磁路
が形成される。この場合においても、電磁コイルに供給
する電流の極性を逆にした場合には、上述した磁路とは
逆方向に周回する磁路が形成される。このような磁路が
形成されている場合において、ステータ３０内に生成さ
れている磁束が変化したときには、電磁コイル３５及び
３６は、磁束の時間変化率を検出し、電磁コイル３５及
び３６の各々の端部間における電位差は、各々の電磁コ
イルが検出した磁束の時間変化率に応じたものとなる。
【００１３】上述した如く、可動部材２０が駆動装置に
より駆動されて可動部材２０の突出部２４がステータ３
０の突出部３２の近傍を移動する場合には、電磁コイル
３５の端部間の電位差が生じる。このときには、電磁コ
イル３５の端部間に生じた電位差を検出することにより
可動部材２０の速度を得ることができるのである。ま
た、可動部材２０の突出部２４がステータ３０の突出部
３２の位置から離れた位置に移動し、電磁コイル３５の
端部間の電位差がゼロとなったときには、突出部２４が
突出部３２の位置を通過したことを判別することができ
るのである。更に、可動部材２０の突出部２４がステー
タ３０の突出部３３の近傍を移動する場合には、電磁コ
イル３５及び３６の各々の端部間に電位差が生ずる。こ
のときには、電磁コイル３６の端部間の電位差を検出す
ることにより可動部材２０の速度を得ることができるの
である。
【００１４】着磁部材により磁束を生成し、生成された
磁束を検出することにより可動部材の位置及び速度を得
る本発明の第２の実施例である位置又は速度センサを図
３に示す。尚、この図３において、図１に示した構成要
素と対応する構成要素には同一の符号を付した。着磁部
材４０、例えば永久磁石は、互いに異なる極性、例えば
Ｓ極とＮ極とに着磁された着磁面が向かい合せになるよ
うに位置又は速度センサ１５のステータ３０の端部に設
けられている。以下においては、着磁部材４０の上部は
Ｎ極に着磁され、着磁部材４０の下部はＳ極に着磁され
ているものとする。着磁部材４０が可動部材２０の近傍
に位置するように、着磁部材４０はステータ３０の端部
に設けられている。可動部材２０の突出部２４がステー
タ３０の突出部３２の近傍に位置するときには、着磁部
材４０により生成された磁束は、可動部材２０とステー
タ３０との内部に分布し、着磁部材４０→可動部材２０
→突出部２４→突出部３２→ステータ３０→着磁部材４
０のように周回する磁路が形成され、ステータ３０の内
部には、ステータ３０の長手方向に沿うように延在する
磁路が形成される。また、可動部材２０の突出部２４が
ステータ３０の突出部３３の近傍に位置するときには、
着磁部材４０により生成された磁束が可動部材２０とス
テータ３０との内部に分布することにより、着磁部材４
０→可動部材２０→突出部２４→突出部３３→ステータ
３０→着磁部材４０のように周回する磁路が形成され、
ステータ３０の内部には、ステータ３０の長手方向に沿
うように延在する磁路が形成される。尚、着磁部材４０
の極性を入れ替えた場合、即ち着磁部材４０の上部はＳ
極に着磁され、着磁部材４０の下部はＮ極に着磁されて
いる場合には、上述した磁路とは逆方向に周回する磁路
が形成される。
【００１５】上述した着磁部材を用いた場合において
も、可動部材２０の突出部２４がステータ３０の突出部
３２の近傍を移動するときには、電磁コイル３５の端部
間に生じた電位差を検出することにより可動部材２０の
速度を得ることができる。また、可動部材２０の突出部
２４がステータ３０の突出部３２の位置から離れた位置
に移動し電磁コイル３５の端部間の電位差がゼロとなっ
たときには、突出部２４が突出部３２の位置を通過した
ことを判別することができる。更に、可動部材２０の突
出部２４がステータ３０の突出部３２の近傍を移動する
ときには、電磁コイル３６の端部間の電位差を検出する
ことにより可動部材２０の速度を得ることができるので
ある。
【００１６】上述した第１及び第２の実施例において
は、電磁コイル２２又は着磁部材４０から磁束生成手段
が構成され、ステータ３０から磁路部材が構成され、可
動部材２０から被駆動体が構成され、電磁コイル３５及
び３６から磁束検出手段が構成される。本発明の第３の
実施例である電磁アクチュエータ及び弁駆動装置を図４
及び図５に示す。
【００１７】弁体５１は、弁軸５２の端部において弁軸
５２と連動するように形成されており、弁軸５２は、被
駆動部材である可動部材５３に設けられている。可動部
材５３には、可動部材５３の厚さと略同じ厚さを有する
２つの着磁部材５４及び５５、例えば永久磁石が着磁部
材の上下の表面が可動部材５３の上下の表面と各々略面
一になるように設けられている。この２つの着磁部材５
４及び５５の各々には、互いに異なる極性、例えばＳ極
とＮ極とに着磁された着磁面が向かい合せになるように
設けられており、着磁部材５４と着磁部材５５とは、着
磁部材５４の２つの着磁面の極性が着磁部材５５の２つ
の着磁面の極性と逆になるように可動部材５３上に設け
られている。アクチュエータ６０のヨーク６１の端面に
は、３つの磁極片６４、６５及び６６が、可動部材５３
の移動方向に沿うように並置されている。可動部材５３
に固着されている着磁部材５４及び５５は、着磁部材５
４及び５５とは別体の別の磁路部材であるヨーク６２と
磁極片６４、６５及び６６とに挟まれるように間隙６３
に設けられており、可動部材５３は図中の矢印Ａ及びＢ
の示す往復方向に自在に移動することができ、可動部材
５３を移動せしめることにより弁体５１を閉弁位置若し
くは開弁位置に移動せしめることができるのである。上
述した間隙６３の内部において、磁極片６４及び６５の
近傍と磁極片６５及び６６の近傍とに磁場が形成され、
着磁部材５４及び５５は、２つの磁場の各々に対応する
ように設けられている。ヨーク６１が周回する中央部に
は、コア６７が設けられており、電磁コイル６８がコア
６７を周回するように巻装されている。電磁コイル６８
は、図示しない電流供給装置と接続されており、電流供
給装置は弁体５１の閉弁方向及び開弁方向のいずれかに
対応する極性の駆動電流を電磁コイル６８に供給する。
【００１８】以下の説明においては、例えば、着磁部材
５４のヨーク６１側はＮ極に着磁されヨーク６２側はＳ
極に着磁され、着磁部材５５のヨーク６１側はＳ極に着
磁されヨーク６２側はＮ極に着磁されているものとす
る。電流供給装置から電磁コイル６８に電流が供給され
た場合においては、コア６７の内部に磁束が生成され、
この磁束はヨーク６１内に分布して磁極片６４、６５及
び６６の各々の表面に磁極を生ぜしめ、上述した磁場領
域に磁場が形成される。磁極片６４及び６６に生ずる磁
極の極性は同じ極性の磁極であり、磁極片６５に生ずる
磁極の極性は磁極片６４及び６６に生じる磁極の極性と
は異なる極性となる。例えば、所定の方向に流れる直流
電流を電磁コイル６８に供給した場合には、磁極片６４
及び６６にはＳ極が生じ、磁極片６５にはＮ極が生じ
る。また、所定の方向と反対方向の直流電流を電磁コイ
ル６８に供給した場合には、磁極片６４及び６６にはＮ
極が生じ、磁極片６５にはＳ極が生じるのである。
【００１９】磁極片６４及び６６にＳ極が生じ、磁極片
６５にＮ極が生じた場合においては、着磁部材５４のＮ
極→磁極片６４→ヨーク６１→コア６７→磁極片６５→
着磁部材５５のＳ極→着磁部材５５のＮ極→ヨーク６２
→着磁部材５４のＳ極の如く周回する磁路が新たに形成
されるように、着磁部材５４及び５５は、コア６７内に
生成された磁束密度の大きさに応じて可動部材５３と共
に図５に示す矢印Ａの方向に移動する。一方、磁極片６
４及び６６にＮ極が生じ、磁極片６５にＳ極が生じた場
合においては、着磁部材５４のＮ極→磁極片６５→コア
６７→ヨーク６１→磁極片６６→着磁部材５５のＳ極→
着磁部材５５のＮ極→ヨーク６２→着磁部材５４のＳ極
の如く周回する磁路が新たに形成されるように、着磁部
材５４及び５５はコア６７内に生成された磁束密度の大
きさに応じて可動部材５３と共に矢印Ｂの方向に移動す
る。
【００２０】上述した如く、電磁コイル６８へ供給する
電流の向きを変更することにより可動部材５３を方向Ａ
又は方向Ｂに移動せしめることができ、弁体５１を閉弁
位置若しくは開弁位置に位置づけることができるのであ
る。上述したヨーク６２の周囲には、可動部材５３の移
動方向に沿って２つの電磁コイル５８及び５９が巻装さ
れている。ヨーク６２は着磁部材５４及び５５の近傍に
設けられており、着磁部材５５のＮ極から発せられて着
磁部材５４のＳ極へ至る磁束がヨーク６２の内部におい
て生成され、図５に示した太破線の如く、ヨーク６２の
内部においては可動部材５３の移動方向に沿うように延
在する磁路が形成される。可動部材５３が移動したとき
には、可動部材５３の移動に従って着磁部材５５のＮ極
から着磁部材５４のＳ極へ至る磁束も移動するが故に、
電磁コイル５８及び５９を通過する磁束は変化すること
となる。このため可動部材５３が移動したときには、電
磁コイル５８及び５９の各々の端部間には磁束の時間変
化率に応じた電位差が生ずることとなるのである。尚、
着磁部材５５のＮ極から着磁部材５４のＳ極へ至る磁束
を形成する磁場の大きさは、電磁コイル６８が生成する
磁場の大きさよりも大きいが故に、可動部材５３が移動
したときに電磁コイル５８及び５９の各々に生ずる電圧
は、励磁コイルである電磁コイル６８が生成する磁場が
変化したときに電磁コイル５８及び５９の各々に生ずる
電圧よりも大きいものとなる。このため、この第３の実
施例に示した如き電磁アクチュエータ又は弁駆動装置の
場合には、着磁部材が移動したときにおける磁束の変化
を検出する構成としたことにより励磁コイルが生成する
磁場の変化が電磁コイル５８及び５９の各々に生ずる電
圧に及ぼす影響を小さくすることができるのである。
【００２１】図６に示す如く、上述した電磁コイル５８
及び５９の各々の端部間に生じた電位差は、検出信号で
ある電圧信号として位置及び速度検出回路、例えばエン
ジン制御ユニットに供給される。尚、この図６において
は、図４及び図５に示した構成要素と対応する構成要素
には同一の符号を付した。電磁コイル５８及び５９から
発せられた電圧信号の各々は、位置及び速度検出回路７
０のレベル変換回路群７１に供給され所望の電圧に増幅
される。レベル変換回路群７１から発せられた電圧信号
は、マルチプレクサ（以下、ＭＰＸと称する）７２に供
給される。このＭＰＸ７２は、所定のタイミングで中央
処理装置（以下、ＣＰＵと称する）７３から発せられる
命令に応じて、電磁コイル５８及び５９から発せられた
２つの電圧信号のうちのいずれか１つを選択的に（アナ
ログディジタル変換器、以下Ａ／Ｄ変換器と称する）７
４に供給するスイッチである。Ａ／Ｄ変換器７４は、供
給された電圧信号をディジタル信号へ変換し、入出力バ
ス７５に供給する。入出力バス７５は、ＣＰＵ７３にデ
ータ信号又はアドレス信号が入出力されるようになされ
ている。
【００２２】上述した入出力バス７５には、ＲＯＭ（リ
ード・オンリー・メモリ）７６、ＲＡＭ（ランダム・ア
クセス・メモリ）７７及び電流供給装置７８が接続され
ている。ＲＯＭ７６は、供給された電圧信号から可動部
材５３の位置及び速度を得るためのプログラムと、得ら
れた位置及び速度に基づいて電磁コイル６８に供給する
電流を決定するためのマップと、を記憶している。ま
た、ＲＡＭ７７は、位置及び速度を得るためのプログラ
ムを実行する際に用いられる変数やフラグの値を記憶す
る。ＣＰＵ７３は、上述したプログラムを実行すること
により、マップを検索し検索結果に応じた指令を電流供
給装置７８に発する。電流供給装置７８は、供給された
指令に応じた電流を電磁コイル６８に供給するのであ
る。
【００２３】上述した第３の実施例においては、コア６
７から磁束生成部が構成され、磁極片６４、６５及び６
６から磁場生成部が構成され、ヨーク６１から磁路部材
が構成され、ヨーク６２から別の磁路部材が構成され、
ヨーク６２と着磁部材５４及び５５とから磁路形成手段
が構成され、電磁コイル５８及び５９から磁束検出手段
が構成され、位置及び速度検出回路７０から駆動電力制
御手段又は電位差検出手段が構成され、アクチュエータ
６０から電磁アクチュエータ又は弁駆動装置が構成され
る。
【００２４】上述した弁体５１を駆動する弁駆動装置と
してアクチュエータ６０を用いる場合には、アクチュエ
ータ６０は、内燃エンジン（図示せず）の燃焼室近傍に
設けられて、内燃エンジンの吸気と排気とを制御するの
である。また、内燃エンジンの吸気管と排気管とを連通
する再循環管にアクチュエータ６０が設けられた場合に
は、内燃エンジンから排気されて吸気管に供給される排
気ガスの流量を制御するのである。
【００２５】尚、上述した第３の実施例においては、ア
クチュエータ６０を位置及び速度検出回路７０に接続す
る場合を示したが、第１及び第２の実施例で示した位置
又は速度センサ１０又は１５を位置及び速度検出回路７
０に接続することとしてもよい。可動部材５３が図７
（ａ）〜（ｇ）の各々に示すように変位した場合におい
て、図８、図９及び図１０に示す如く、電磁コイル５８
及び５９を通過する磁束の大きさ、磁束の時間変化率並
びに磁束の時間変化率の差分が可動部材５３の変位量に
従って変化する。尚、この図７においては、図４、図５
及び図６に示した構成要素と対応する構成要素には同一
の符号を付した。また、図５と同様に、着磁部材５５の
Ｎ極から発せられて着磁部材５４のＳ極へ至る磁束を太
破線で示した。
【００２６】可動部材５３の変位量が０ｍｍであるとき
には、図７（ａ）に示す如く、着磁部材５５の右側の端
部は、電磁コイル５８の右側の端部より右側に位置し、
着磁部材５５から発せられる磁束は、電磁コイル５８及
び５９の両方を通過することとなる。尚、電磁コイル５
９を通過する磁束の量は、図８に示す如く、電磁コイル
５８を通過する磁束の量よりも多い。この図８において
は、下側に示した曲線が電磁コイル５８を通過する磁束
の量を示し、上側に示した曲線が電磁コイル５９を通過
する磁束の量を示す。可動部材５３の変位量が１ｍｍと
なったときには、着磁部材５５の右側の端部は、電磁コ
イル５８の右側の端部の近傍に位置し（図７（ｂ））、
電磁コイル５８及び５９を通過する磁束の量は、図８に
示す如く共に減少する。可動部材５３の変位量が２ｍｍ
のときには、着磁部材５５の右側の端部は、電磁コイル
５８の右側端部と左側端部との中間に位置し（図７
（ｃ））、電磁コイル５８を通過する磁束の量はゼロに
近づく。更に、可動部材５３の変位量が３ｍｍとなった
場合には、着磁部材５５の右側の端部は、電磁コイル５
８の左側の端部の近傍に位置し（図７（ｄ））、電磁コ
イル５８を通過する磁束の量は略ゼロとなる。可動部材
５３の変位量が４ｍｍとなったときには、着磁部材５５
の右側の端部は、電磁コイル５９の右側の端部の近傍に
位置し（図７（ｅ））、電磁コイル５９を通過する磁束
の量は、図８に示す如く更に減少する。可動部材５３の
変位量が５ｍｍのときには、着磁部材５５の右側の端部
は、電磁コイル５９の右側端部と左側端部との中間に位
置し（図７（ｆ））、電磁コイル５９を通過する磁束の
量は、ゼロに近づく。更に、可動部材５３の変位量が６
ｍｍの場合には、着磁部材５５の右側の端部は、電磁コ
イル５９の左側の端部の近傍に位置し（図７（ｇ））、
電磁コイル５９を通過する磁束の量は、略ゼロとなる。
【００２７】上述した如く、可動部材５３に設けられた
着磁部材５４及び５５が電磁コイル５８及び５９の近傍
を通過するときには、着磁部材５５のＮ極から発せられ
て着磁部材５４のＳ極へ至る磁束も可動部材５３の移動
に従って移動するが故に、電磁コイル５８及び５９を通
過する磁束は変化することとなる。このとき、磁束の時
間変化率に応じた電位差が電磁コイル５８及び５９の各
々の端部間に生ずる。可動部材５３が、一定の速度、例
えば１．０メートル／秒又は０．５メートル／秒で電磁
コイル５８及び５９の近傍を移動する場合には、電磁コ
イル５８及び５９が検出する磁束の時間変化率は、図９
に示す如き変化を示す。尚、図９においては、可動部材
５３の速度が１．０メートル／秒で移動したときにおけ
る磁束の時間変化率を実線で示し、可動部材５３の速度
が０．５メートル／秒で移動したときにおける磁束の時
間変化率を破線で示した。また、上述した実線及び破線
のうち右側に位置する曲線が電磁コイル５９が検出する
磁束の時間変化率を示し、左側に位置する曲線が電磁コ
イル５８が検出する磁束の時間変化率を示す。
【００２８】可動部材５３の変位量が０〜略４ｍｍであ
るときには、可動部材５３の速度が１．０メートル／秒
の場合においても０．５メートル／秒の場合において
も、電磁コイル５９が検出する磁束の時間変化率は略一
定となる。可動部材５３の変位量が４ｍｍより大きくな
ると、電磁コイル５９が検出する磁束の時間変化率は、
次第に減少し、可動部材５３の変位量が６ｍｍに近づく
と、磁束の時間変化率は０に近づく。
【００２９】また、電磁コイル５８が検出する磁束の時
間変化率は、可動部材５３の変位量が０〜略２ｍｍであ
るときには、速度が１．０メートル／秒であっても０．
５メートル／秒であっても、略一定である。可動部材５
３の変位量が２ｍｍより大きくなると、電磁コイル５８
が検出する磁束の時間変化率は、次第に減少し、可動部
材５３の変位量が３ｍｍを超えると０に近づく。
【００３０】上述した如く、可動部材５３に設けられた
着磁部材５４及び５５が電磁コイル５８及び５９の近傍
を通過するときには、電磁コイル５８及び５９の端部間
には図９に示した如き磁束の時間変化率に応じた電位差
が生ずるが故に、電磁コイル５８及び５９の端部間に生
ずる電位差がゼロとなったことを判別することにより、
電磁コイルが設けられている位置を着磁部材の端部が通
過したか否かを判別することができるのである。上述し
た例においては、電磁コイル５８の端部間に生ずる電位
差がゼロになったことを判別することにより、可動部材
５３の変位量が略３ｍｍであることを判別することがで
き（図７（ｄ））、電磁コイル５９の端部間に生ずる電
位差がゼロになったことを判別することにより、可動部
材５３の変位量が略６ｍｍであることを判別することが
できるのである（図７（ｇ））。
【００３１】また、図９に示した如く、可動部材５３の
速度が１．０メートル／秒のときにおける磁束の時間変
化率は、０．５メートル／秒のときにおける磁束の時間
変化率よりも略２倍の大きさとなる。このため、電磁コ
イル５８及び５９により可動部材５３の変位量を得た後
に、電磁コイル５８及び５９の端部間に生ずる電位差を
検出することにより可動部材の速度を得ることができる
のである。例えば、上述した例においては、電磁コイル
５８の端部間の電位差が０となったことを判別すること
により可動部材５３の変位量が略３ｍｍであることを判
別することができ、次いで、電磁コイル５９の端部間の
電位差を検出することにより、可動部材５３の変位量が
略３ｍｍであるときにおける可動部材５３の速度を得る
ことができるのである。
【００３２】上述した電磁コイル５８が検出する磁束の
時間変化率と電磁コイル５９が検出する磁束の時間変化
率との差分は、可動部材５３の変位量の変化に従って、
図１０に示す如き変化をする。尚、この図１０において
は、可動部材５３の速度が１．０メートル／秒で移動し
たときにおける差分を実線で示し、可動部材５３の速度
が０．５メートル／秒で移動したときにおける差分を破
線で示した。
【００３３】可動部材５３の変位量が０〜略１．５ｍｍ
のときには、磁束の時間変化率の差分は、略ゼロとな
る。可動部材５３の変位量が略１．５より大きくなる
と、次第に増加し、可動部材５３の変位量が略３．５ｍ
ｍで最大となり、可動部材５３の変位量が略４ｍｍより
大きくなると、次第に減少する。可動部材５３の変位量
が略５ｍｍを超えると差分の値は、略ゼロとなる。図１
０に示す如く、磁束の変化率の差分も可動部材５３の速
度に応じた大きさとなり、可動部材５３の速度が１．０
メートル／秒で移動したときにおける差分は、可動部材
５３の速度が０．５メートル／秒で移動したときにおけ
る差分の略２倍の大きさとなる。このことから、磁束の
時間変化率の差分を検出することによっても、可動部材
５３の速度を得ることができるのである。磁束の時間変
化率の差分を求める構成としたことにより、２つの電磁
コイル５８及び５９の各々から発せられる電圧信号の各
々にノイズ、例えば、電流を制御するチョッピングによ
るノイズが重畳するような場合には、ノイズ成分を打ち
消すことができ、磁束の時間変化率を的確に検出するこ
とができるのである。尚、上述した第３の実施例におい
ては、位置及び速度検出回路７０において、２つの電磁
コイル５８及び５９の各々から発せられる電圧信号から
磁束の時間変化率の差分を得るのである。
【００３４】上述した実施例においては、磁束の時間変
化率を検出する電磁コイルを２個設ける場合を示した
が、図１１に示す如く、３個以上、例えば１０個の電磁
コイル８１〜９０をヨーク６２に巻装することとしても
よい。このような構成とした場合には、可動部材５３の
移動方向に沿った１０個所の位置で磁束の時間変化率を
検出することができるため、可動部材５３が通過したか
否かを１０個所の位置で判別することができ、その各々
の位置における可動部材５３の速度を検出することがで
きるのである。
【００３５】尚、上述した実施例においては、磁束検出
手段として、電磁コイルを用いる場合を示したが、ホー
ル素子等の磁束検出素子を用いることとしても良い。
【００３６】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明による電磁ア
クチュエータ及びこれを用いた弁駆動装置並びに位置又
は速度センサによれば、簡素な構成で可動部材の変位や
速度を的確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である位置又は速度セン
サの構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した位置又は速度センサの可動部材と
ステータとの内部に形成される磁路を示す概略図であ
る。
【図３】本発明の第２の実施例である位置又は速度セン
サの構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第３の実施例である電磁アクチュエー
タ及び弁駆動装置を示す斜視図である。
【図５】図４に示した電磁アクチュエータ及び弁駆動装
置において形成される磁路を示す側面図である。
【図６】図４に示した電磁アクチュエータ及び弁駆動装
置を制御する制御回路を示すブロック図である。
【図７】可動部材の変位量、着磁部材及び電磁コイルの
位置関係を示す側面図である。
【図８】可動部材の変位量と電磁コイルを通過する磁束
の量との関係を示すグラフである。
【図９】可動部材の変位量と磁束の時間変化率との関係
を示すグラフである。
【図１０】可動部材の変位量と磁束の時間変化率の差分
との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第４の実施例である電磁アクチュエ
ータ及び弁駆動装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１０、１５ 位置又は速度センサ ２０ 可動部材（被駆動体） ２２ 電磁コイル（磁束生成手段） ２４ 突出部 ３０ ステータ（磁路部材） ３２、３３ 突出部（別の突出部） ３５、３６ 電磁コイル（磁束検出手段） ４０ 着磁部材（磁束生成手段） ５１ 弁体 ５３ 可動部材 ５４、５５ 着磁部材（磁路形成手段） ５８、５９ 電磁コイル（磁束検出手段） ６０ 電磁アクチュエータ、弁駆動装置 ６１ ヨーク（磁路部材） ６２ ヨーク（別の磁路部材、磁路形成手段） ６４，６５，６６ 磁極片（磁場形成部） ６７ コア（磁束生成部） ６８ 電磁コイル ７０ 位置及び速度検出回路（駆動電力制御手段、電位
差検出手段）
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G018 AB09 AB16 BA38 CA16 DA41 DA66 DA82 EA19 FA01 FA06 FA07 3H106 DA23 DB03 DB23 DB32 DC02 DD02 EE34 GA03 GA15 KK18 5E048 AB01 AD07 5H611 AA01 BB02 PP02 QQ03 QQ06 QQ07 RR01 TT01 UA03 5H633 BB09 GG02 GG03 GG04 GG13 HH15 HH24

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電磁コイルが巻装されて磁束を生成する
    磁束生成部と前記磁束を分布させて磁場を形成する磁場
    形成部とからなる磁路部材と、前記磁場内に配置され着
    磁部材を有する可動部材と、からなり、前記磁場の変化
    に応じて前記可動部材を駆動する電磁アクチュエータで
    あって、 前記可動部材の移動方向に沿うように設けられた別の磁
    路部材を有し、前記磁束を分布させて、前記別の磁路部
    材に延在しかつ前記着磁部材を通過する磁路を形成する
    磁路形成手段と、 前記別の磁路部材に設けられて前記別の磁路部材に分布
    した磁束を検出する磁束検出手段と、からなることを特
    徴とする電磁アクチュエータ。
  2. 【請求項２】 前記磁束検出手段から発せられる検出信
    号に基づいて前記電磁コイルに供給する駆動電力を制御
    する駆動電力制御手段を有することを特徴とする請求項
    １記載の電磁アクチュエータ。
  3. 【請求項３】 前記磁束検出手段は、移動方向に沿って
    並置された少なくとも２つの磁束検出部からなり、 １つの前記磁束検出部から発せられる電圧信号が示す電
    位と、他の前記磁束検出部から発せられる電圧信号が示
    す電位と、の差を検出する電位差検出手段を有すること
    を特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
  4. 【請求項４】 電磁コイルが巻装されて磁束を生成する
    磁束生成部と前記磁束を分布させて磁場を形成する磁場
    形成部とからなる磁路部材と、前記磁場内に配置され着
    磁部材を有する可動部材と、前記可動部材に連動し内燃
    エンジンの吸入気体又は排出気体の流通を制御する弁体
    と、からなり、前記磁場の変化に応じて前記弁体の閉弁
    方向又は開弁方向に応じて前記弁体を駆動する弁駆動装
    置であって、 前記可動部材の移動方向に沿うように設けられた別の磁
    路部材を有し、前記磁束を分布させて、前記別の磁路部
    材に延在しかつ前記着磁部材を通過する磁路を形成する
    磁路形成手段と、 前記別の磁路部材に設けられて前記別の磁路部材に分布
    した磁束を検出する磁束検出手段と、からなることを特
    徴とする弁駆動装置。
  5. 【請求項５】 前記磁束検出手段から発せられる検出信
    号に基づいて前記電磁コイルに供給する駆動電力を制御
    する駆動電力制御手段を有することを特徴とする請求項
    ４記載の弁駆動装置。
  6. 【請求項６】 前記磁束検出手段は、移動方向に沿って
    並置された少なくとも２つの磁束検出部からなり、 １つの前記磁束検出部から発せられる電圧信号が示す電
    位と、他の前記磁束検出部から発せられる電圧信号が示
    す電位と、の差を検出する電位差検出手段を有すること
    を特徴とする請求項４記載の弁駆動装置。
  7. 【請求項７】 磁性部材からなる被駆動体の位置又は速
    度を検出する位置又は速度センサであって、 前記被駆動体の移動方向に沿うように設けられた磁路部
    材と、 前記磁路部材に向かって前記被駆動体から突出する突出
    部が、前記突出部と向かい合うように前記磁路部材から
    突出する別の突出部の近傍に位置するときに、前記突出
    部と前記別の突出部とを通過しかつ前記磁路部材に延在
    する磁路を形成する磁束生成手段と、 前記磁路部材に設けられかつ前記磁路部材に分布した磁
    束を検出する磁束検出手段と、からなることを特徴とす
    る位置又は速度センサ。
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