JP2002139301A

JP2002139301A - 差動トランス式変位センサ

Info

Publication number: JP2002139301A
Application number: JP2000334607A
Authority: JP
Inventors: Akitoshi Mizutani; 彰利水谷; Fumio Asakura; 史生浅倉; Ikuo Hayashi; 育生林; Kimio Uchida; 公雄内田; Kanichi Yagi; 寛一八木
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】直線性のある変位出力を確保しつつ、小型化
することが可能な差動トランス式変位センサを提供す
る。【解決手段】１次コイル２に流す交流電流により、誘
起起電力を発生させる第１コイル６と第２コイル７に加
えて、第１コイル６と第２コイル７の外周部に誘起起電
力を発生させる第１、第２補助コイル８、９を各々備
え、第１、第２補助コイル８、９各々の磁性体コア４移
動方向の配置ピッチは、第１コイル６と第２コイル７と
の磁性体コア４移動方向の配置ピッチよりも広く配置し
た。第１、第２補助コイル８、９は、コイル体３の軸方
向両端部側での磁束の減少を抑制し、コイル体３の軸方
向両端部側であっても磁性体コア４の変位出力の直線性
を得ることが可能な差動トランス式変位センサ１を提供
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、差動トランス式の
変位センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりの差動トランス式変位センサ１
００は、図５に示すように筒状に巻回された１次コイル
２０と２次コイルからなるコイル体３０と、この筒状の
コイル体３０の内部にあって、コイル体３０とは非接触
に往復移動自在な磁性体コア４０と、１次コイル２０、
および２次コイルと電気的に接続される回路部５０とか
ら構成される。また、２次コイルは、磁性体コア４０の
移動方向に直列に配置される第１コイル６０と第２コイ
ル７０とから構成される。そして、磁性体コア４０が筒
状のコイル体３０の内部を移動すると、磁性体コア４０
の位置に応じて１次コイル２０と２次コイル６０、７０
との間の相互インダクタンスが変化する。この相互イン
ダクタンスの変化によって、１次コイル２０と２次コイ
ル６０、７０での各々の誘起電圧ＥＶ１、ＥＶ２間に電
圧差を生じさせ、ＥＶ１とＥＶ２との出力電圧を差動増
幅素子５０ａにより引き算、つまり、差動増幅させて、
ＥＶの出力電圧を得ており、このＥＶの出力電圧を磁性
体コアの変位出力としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の差動ト
ランス式変位センサにおいては、磁性体コアが１次コイ
ルと２次コイルからなるコイル体の内部を非接触に往復
移動する際、コイル体の両端部へ行く程に磁束が減少す
ることから感度が低下し、磁性体コアの変位出力の直線
性が得られない。この変位出力の直線性とは、磁性体コ
アの変位量と、この磁性体コアの変位量に応じた変位出
力との間の比率が一定値であることを言う。

【０００４】ここで、差動トランス式変位センサにあっ
ては、必要な変位出力の直線性のある行程を確保しつ
つ、差動トランス式変位センサの小型化が望まれてい
る。しかし、従来の差動トランス式変位センサにあって
は、必要な変位出力の直線性のある行程を確保すると、
上述したように磁性体コアの変位出力の直線性が得られ
ない行程も多く含むこととなる。このことは、１次コイ
ルと２次コイルからなるコイル体の軸方向長さを長くし
てしまい、差動トランス式変位センサ自体の大型化とな
って問題である。

【０００５】本発明の目的は上記の点に鑑み、直線性の
ある変位出力を確保しつつ、小型化することが可能な差
動トランス式変位センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の差動トランス式変位センサは、１次コ
イルに流す交流電流により、誘起起電力を発生させる第
１コイルと第２コイルに加えて、第１コイルと第２コイ
ルの外周部に誘起起電力を発生させる第１、第２補助コ
イルを各々備え、第１、第２補助コイル各々の磁性体コ
ア移動方向の配置ピッチは、第１コイルと第２コイルと
の磁性体コア移動方向の配置ピッチよりも広く配置した
ことを特徴とする。

【０００７】つまり、第１、第２補助コイルは、第１コ
イルと第２コイルの外周部かつ前記コイル体の軸方向の
両端部側に配置されるので径方向が長くなり、そのため
２次コイルの軸方向長さを長くすることなく配置でき、
かつ、第１コイルと第２コイルと比べ、コイル体の軸方
向両端部側に各々配置される。このコイル体の軸方向両
端部側は、磁束の減少により磁性体コアの変位出力の直
線性が得られない領域であるので、第１、第２補助コイ
ルを配置することで第１、第２補助コイルによる磁束が
追加される。

【０００８】このように、コイル体の軸方向両端部側で
の磁束の減少が抑制され、磁性体コアが移動するコイル
体の軸方向両端部側であっても磁性体コアの変位出力の
直線性が得られる。

【０００９】よって、直線性のある変位出力を確保しつ
つ、小型化することが可能な差動トランス式変位センサ
を提供できる。

【００１０】本発明の請求項２に記載の差動トランス式
変位センサによると、第１、第２補助コイルは、第１コ
イルと第２コイルの外周方向に各々複数段の形で備えら
れ、外周側の補助コイル各々の磁性体コア移動方向の配
置ピッチは、内周側の第１、第２補助コイル各々の磁性
体コア移動方向の配置ピッチよりも広く配置することを
特徴とする。

【００１１】つまり、複数段備えた第１、第２補助コイ
ルの内、外周側の補助コイルは、内周側の補助コイルと
比べ、コイル体の軸方向両端部側に配置される。

【００１２】このコイル体の軸方向両端部側は、磁束の
減少により磁性体コアの変位出力の直線性が得られない
領域であるので、複数段に第１、第２補助コイルの各々
を配置することで複数段の補助コイルによる磁束が追加
される。また、複数段の第１、第２補助コイルは、１次
コイルと２次コイルからなるコイル体の軸方向長さを長
くすることなく配置できる。

【００１３】このように、第１、第２補助コイルの複数
段の数を増やすほどにコイル体の軸方向両端部側での磁
束の減少が抑制され、磁性体コアが移動するコイル体の
軸方向両端部側であっても磁性体コアの変位出力の直線
性が得られ、より小型化することが可能な差動トランス
式変位センサを提供できる。

【００１４】本発明の請求項３に記載の差動トランス式
変位センサによると、回路部は、第１コイルと第１コイ
ルの外周方向の第１補助コイル、および第２コイルと第
２コイルの外周方向の第２補助コイルとを各々和動増幅
させ、この両者の和動増幅した出力電圧を差動増幅させ
ることを特徴とする。

【００１５】つまり、第１コイルと第１コイルの外周方
向の第１補助コイル、および第２コイルと第２コイルの
外周方向の第２補助コイル間の電圧信号を和動増幅、換
言すると加算処理を行い、この和動増幅した両者の電圧
信号を差動増幅、換言すると両者の電圧信号の差分処理
を行う回路部とした。

【００１６】この回路部により、磁性体コアが移動する
コイル体の軸方向両端部側での相互インダクタンスの感
度が高まり、磁性体コアが移動するコイル体の軸方向両
端部側であっても磁性体コアの変位出力の直線性が得ら
れ、小型化することが可能な差動トランス式変位センサ
を提供できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
差動トランス式変位センサを図面を参照して詳細に説明
する。なお、以下説明する差動トランス式変位センサ
は、例えばディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプのコン
トロールラック位置検出センサに適用されている。本実
施形態では、差動トランス式変位センサの部分のみを図
１、および図２を用いて説明する。図１は、本発明の一
実施形態による差動トランス式変位センサを示す断面図
である。図２は、本発明の一実施形態による差動トラン
ス式変位センサの電気回路構成図である。

【００１８】差動トランス式変位センサ１は、筒状に巻
回される１次コイル２、２次コイル、および補助コイル
からなるコイル体３と、この筒状のコイル体３の内部に
あって、コイル体３とは非接触に往復移動自在な磁性体
コア４と、１次コイル２、２次コイル、および補助コイ
ルと電気的に接続される回路部５とから構成される。な
お、この回路部５は、図示しないコントロールラック位
置検出センサに内蔵されている。

【００１９】コイル体３は、１次コイル２に交流駆動電
源１０を用いて電流を流すことで、２次コイル、および
補助コイルに誘起起電力を発生させている。

【００２０】２次コイルは、磁性体コア４の移動方向
（図１中＋Ｙ、−Ｙ方向）に直列に配置される第１コイ
ル６、第２コイル７と、第１コイル６と第２コイル７の
外周部に各々備えられる第１、第２補助コイル８、９と
から構成される。

【００２１】また、第１、第２補助コイル８、９各々の
磁性体コア４移動方向の配置ピッチ（図１中のＬ２）
は、第１コイル６と第２コイル７との磁性体コア４移動
方向の配置ピッチ（図１中のＬ１）よりも広く配置し
た。ここで言う配置ピッチとは、第１コイル６と第２コ
イル７にあっては第１コイル６のコイル巻き重心点と第
２コイルの７コイル巻き重心点間の距離Ｌ１を言う。つ
まり、第１コイル６から発生する磁束中心と第２コイル
７から発生する磁束中心との距離Ｌ１を言う。第１、第
２補助コイル８、９の場合も同義である。

【００２２】このように、第１、第２補助コイル８、９
は、第１コイル６と第２コイル７の外周部に配置される
ので２次コイル６、７の軸方向長さを長くすることなく
配置でき、かつ、第１コイル６と第２コイル７と比べ、
コイル体３の軸方向両端部側に各々配置される。このコ
イル体３の軸方向両端部側は、磁束の減少により磁性体
コア４の変位出力の直線性が得られない領域であるの
で、第１、第２補助コイル８、９を配置することで第
１、第２補助コイル８、９による磁束が追加される磁性
体コア４は、バルブ等の移動体であるシャフト１０に対
しねじり結合されており、この磁性体コア４が筒状のコ
イル体３の内部を移動することで、磁性体コア４の位置
に応じて１次コイル２と２次コイル６、７との間の相互
インダクタンス、および１次コイル２と第１、第２補助
コイル８、９との間の相互インダクタンスを変化させて
いる。

【００２３】回路部５は、主に２つの和動増幅素子５
ａ、５ｂと、１つの差動増幅素子５ｃとを備える。

【００２４】和動増幅素子５ａは、第１コイル６の出力
電圧（Ｅｖ１＋）と、第１コイル６の外周方向の第１補
助コイル８から得た出力電圧（Ｅｖ２＋）の各々の出力
電圧を和算、つまり、和動増幅させて、Ｅ（＋）の出力
電圧を得るよう構成される。

【００２５】また、和動増幅素子５ｂは、第２コイル７
の出力電圧（Ｅｖ１−）と、第２コイル７の外周方向の
第２補助コイル９から得た出力電圧（Ｅｖ２−）の各々
の出力電圧を和算、つまり、和動増幅させて、Ｅ（−）
の出力電圧を得るよう構成される。

【００２６】そして、差動増幅素子５ｃがこの両者の和
動増幅した出力電圧（Ｅ（＋）、Ｅ（−））を引き
算、つまり、差動増幅させて、ＥＶの出力電圧（磁性体
コア４の変位出力）を得るよう構成される。

【００２７】なお、図１に示す差動トランス式変位セン
サ１は、磁性体コア４がコイル体３の内部を非接触に往
復移動する全移動行程区間の中間（以降、この中間位置
を０点と称す）に位置している状態を示す。また、図２
に示す磁性体コア４の位置は、０点位置（磁性体コア４
を破線で示す）から磁性体コア４が＋Ｙ方向へＸの距離
だけ移動した状態（磁性体コア４を実線で示す）を示
す。

【００２８】なお、磁性体コア４の０点位置からの＋Ｙ
方向、および−Ｙ方向への移動量、つまり磁性体コア４
の移動量の計測範囲は、各々図２中に示す（イ）、
（ロ）の範囲であり、磁性体コア４の軸方向両端部とコ
イル体３の軸方向両端部とは、略同一軸方向位置に構成
される。

【００２９】次に、差動トランス式変位センサ１の作動
について、説明する。ここでは、磁性体コア４が０点位
置からＸ（ｍｍ）の距離に位置する場合に、回路部５が
磁性体コアの変位出力（ＥＶ）を算出する過程について
述べる。

【００３０】なお、次項に述べる数式の各代数は、以下
のように規定する。

【００３１】ｋ（ｘ）：１次コイルと２次コイルとの結
合係数 ι：コア長Ｅｓ：１次コイルの励振電圧 ω：角速度Ｌ１：１次コイルのインダクタンスＬ２１：２次コイルＢ２−１のインダクタンスＬ２２：２次コイルＢ２−２のインダクタンスＲ１：１次コイルのインピーダンス磁性体コア４が０点位置からＸ（ｍｍ）の距離に位置す
る場合、第１コイル６に生じる誘起電圧ＥＶ１（＋）
は、

【数１】式で表わされる。結合係数ｋはコア位置ｘの関
数であるので、ｋ（ｘ）＝ａ（ι／２＋Ｘ）＋ｃ（ａは
比例係数）、ι／２＋ｘｍｍ位置にコアが存在する場
合、

【００３２】

【数１】また、第１コイル６の外周方向の補助コイル８に生じる
誘起電圧ＥＶ２（＋）は、数２式で表わされる。

【００３３】ｋ（ｘ）＝ａｘ＋ｃ（ａは比例係数）、ｘ
ｍｍ位置にコアが存在する場合

【００３４】

【数２】上述した誘起電圧ＥＶ１（＋）とＥＶ２（＋）とを和動
増幅素子５ａを用いて、和動増幅させ、Ｅ（＋）の出力
電圧を得る式は、数３式で表わされる。

【００３５】

【数３】一方、和動増幅素子５ｂを用いて、和動増幅させ、Ｅ
（−）の出力電圧を得る式は、数４式で表わされる。

【００３６】

【数４】上記の式で求められたＥ（＋）とＥ（−）とを差動増
幅素子５ｃを用いて、差動増幅させ、ＥＶの出力電圧
（磁性体コアの変位出力）を得る式は、数５式で表わさ
れる。

【００３７】

【数５】このように、上述した位置に第１、第２補助コイル８、
９を配置し、回路部５を用いて第１コイル６と第１コイ
ル６の外周方向の第１補助コイル８、および第２コイル
７と第２コイル７の外周方向の第２補助コイル９とを各
々和動増幅させ、この両者の和動増幅した出力電圧を差
動増幅させることで、従来の補助コイルを備えない場合
（数１式）と比べて項、つまりα値分だけ磁性体コア
４が移動するコイル体３の軸方向両端部側での相互イン
ダクタンスの感度が高まり、コイル体３の軸方向両端部
側での磁束の減少が抑制される。

【００３８】この状態を図３に示す。図３は、図１に示
したトランス式変位センサ１での磁性体コア４の変位出
力特性図である。

【００３９】図３の変位出力特性図の横軸は、磁性体コ
ア４の変位（行程）を示し、縦軸は、磁性体コア４の変
位出力（電圧）を示す。図３中の（ハ）は、従来のトラ
ンス式変位センサ１００による、磁性体コア４０の変位
出力の直線性が得られる磁性体コア４０の変位（行程）
期間を示し、図３中の（ニ）は、本発明のトランス式変
位センサ１による、磁性体コア４の変位出力の直線性が
得られる磁性体コア４の変位行程期間を示す。

【００４０】このように、本発明の差動トランス式変位
センサ１を用いることにより、磁性体コア４が移動する
コイル体３の軸方向両端部側であっても磁性体コア４の
変位出力の直線性が得られる。よって、直線性のある変
位出力を確保しつつ、小型化することが可能な差動トラ
ンス式変位センサ１を提供できる。

【００４１】（変形例）本発明の変形例である差動トラ
ンス式変位センサ１Ａを図４に示す。図４は、本発明の
変形例による差動トランス式変位センサ１Ａの断面図で
ある。図１、図２に示す一実施形態と実質的に同一構成
部品に同一符号を付し、説明を省略する。

【００４２】図４に示す差動トランス式変位センサ１Ａ
は、図１、図２に示す差動トランス式変位センサ１に対
して、補助コイルとして外周方向に複数段の形で配置し
た点のみが異なる。なお、本変形例では、補助コイルを
２段に配置した例を示す。

【００４３】補助コイルの配置構成は、一実施形態に示
した第１、第２補助コイル８、９に加え、第１、第２補
助コイル８、９の外周方向であって、かつコイル体の軸
方向両端部側に更に第１、第２補助コイル８ａ、９ａを
配置した。つまり、補助コイルを第１コイル６と第２コ
イル７の外周方向に各々複数段（２段）備え、外周側の
第１、第２補助コイル８ａ、９ａ各々の磁性体コア４移
動方向の配置ピッチは、内周側の第１、第２補助コイル
８、９各々の磁性体コア４移動方向の配置ピッチよりも
広く構成した。

【００４４】つまり、複数段備えた補助コイル８、９、
８ａ、９ａの内、外周側の第１、第２補助コイル８ａ、
９ａは、内周側の第１、第２補助コイル８、９と比べ、
コイル体３の軸方向両端部側に配置される。

【００４５】このコイル体３の軸方向両端部側は、磁束
の減少により磁性体コア４の変位出力の直線性が得られ
ない領域であるので、複数段に補助コイル８、９、８
ａ、９ａを配置することで複数段の補助コイル８、９、
８ａ、９ａによる磁束が追加される。また、複数段の補
助コイル８、９、８ａ、９ａは、１次コイル２と２次コ
イル６、７からなるコイル体３の軸方向長さを長くする
ことなく配置できる。

【００４６】このように、補助コイルの複数段の数を増
やすほどにコイル体３の軸方向両端部側での磁束の減少
が抑制され、磁性体コア４が移動するコイル体３の軸方
向両端部側であっても磁性体コア４の変位出力の直線性
が得られ、より小型化することが可能な差動トランス式
変位センサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による差動トランス式変位
センサを示す断面図である。

【図２】本発明の一実施形態による差動トランス式変位
センサの電気回路構成図である。

【図３】図１に示したトランス式変位センサでの磁性体
コアの変位出力特性図である。

【図４】本発明の変形例による差動トランス式変位セン
サの断面図である。

【図５】従来の差動トランス式変位センサを示す電気回
路構成図である。

【符号の説明】

１、１Ａ差動トランス式変位センサ２１次コイル３コイル体４磁性体コア５回路部５ａ、５ｂ和動増幅素子５ｃ差動増幅素子６、７２次コイル８、９第１、第２補助コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅倉史生愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者林育生愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者内田公雄愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者八木寛一愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 2F063 AA02 CA34 DA01 DA05 DD02 EA02 GA04 GA16 GA29 LA11 2F077 AA12 CC02 FF04 FF12 FF22 TT00 VV02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状に巻回される１次コイルと２次コイ
ルとからなるコイル体と、前記コイル体の内部にあって、前記コイル体とは非接触
に往復移動自在な磁性体コアと、前記１次コイル、および前記２次コイルと電気的に接続
される回路部とを有し、かつ、前記２次コイルは、前記磁性体コアの移動方向に
直列に配置される第１コイルと第２コイルとから構成さ
れる差動トランス式変位センサであって、前記１次コイルに流す交流電流により、誘起起電力を発
生させる前記第１コイルと前記第２コイルに加えて、前
記第１コイルと前記第２コイルの外周部かつ前記コイル
体の軸方向の両端部側に誘起起電力を発生させる第１、
第２補助コイルを各々備え、前記第１、第２補助コイルの前記磁性体コア移動方向の
配置ピッチは、前記第１コイルと前記第２コイルとの前
記磁性体コア移動方向の配置ピッチよりも広く配置した
ことを特徴とする差動トランス式変位センサ。
【請求項２】前記第１、第２補助コイルは、前記第１
コイルと前記第２コイルの外周方向に各々複数段の形で
備えられ、外周側の前記補助コイル各々の前記磁性体コア移動方向
の配置ピッチは、内周側の前記第１、第２補助コイル各
々の前記磁性体コア移動方向の配置ピッチよりも広く配
置することを特徴とする請求項１に記載の差動トランス
式変位センサ。
【請求項３】前記回路部は、前記第１コイルと前記第
１コイルの外周方向の前記第１補助コイル、および前記
第２コイルと前記第２コイルの外周方向の前記第２補助
コイルとを各々和動増幅させ、この両者の和動増幅した出力電圧を差動増幅させること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の差動トラ
ンス式変位センサ。