JP4683765B2

JP4683765B2 - 軸方向に可動なロッドのための軸位置センサー、及びこれが備えられているバルブの電磁アクチュエータ

Info

Publication number: JP4683765B2
Application number: JP2001151147A
Authority: JP
Inventors: イブ・ポルチェー; デニス・プラデール
Original assignee: ジョンソンコントロールズオートモーティブエレクトロニクス
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: FR2809487B1; FR2809487A1; EP1158275A1; JP2002062104A; BR0102068A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、２つの末端位置間で軸方向に移動しうるロッド（１）のための軸位置センサーであって、前記センサーが、このロッドと連動する磁化装置と、この磁化装置の軌道の正面に固定して配置された磁束検出器とを含んでいるセンサーに加えられた改良に関しており、本発明はまた、非限定的ではあるが、好ましい用途として、このようなセンサーを備えた内燃機関のバルブの電磁アクチュエータにも関する。
【０００２】
【背景技術】
この技術においては、軸方向の運動、特に当初位置又は静止位置（又は中間位置）の両側で交互軸方向運動で動かされたロッドの瞬間位置を知る必要がある。
【０００３】
バルブが個別に電磁アクチュエータによって動かされている内燃機関用の場合が特にそうである。モーターの最適な作動条件を確保するために、固定対照に対する各バルブの正確な位置を常に知ることは有利であることが分かっている。特に、騒音、磨耗、及び機械の故障を発生させる機械的衝撃を減少させるために、滑らかにバルブヘッドがその弁座と接触するように、及びアクチュエータ羽根（これとアクチュエータロッドが連動している）がその走行限界スラストと接触するするように制御することが望ましい。
【０００４】
本発明は、ロッドの軸位置を非常に正確に決定することができ、かつ特に内燃機関のバルブの電磁アクチュエータへの好ましい使用のために、実践の必要条件を満足させることができる、軸方向に可動なロッドのための軸位置センサーを提案することを目的とする。
【０００５】
このため、前文で挙げられているような軸方向に可動なロッドの軸位置センサーは、本発明に従って配列された場合、次のことを特徴とする。すなわち、
− この磁化装置は、ロッド（１）に同軸にこのロッド上に固定された、放射磁化を有する磁気材料製のスリーブであること、
― このロッドは、少なくとも表面が磁気材料から成ること、
― 磁束検出器は、次のもの：
・半径距離において、磁化スリーブを同軸に取り囲んでおり、かつ互いから軸方向に離れている、強磁性材料製の２つのリング、
・これらのリングが、向かい合ったそれぞれの末端部に、それぞれの２つ径方向突出部を備えているもの、
・２つの前記突出部上にそれぞれ向かい合って付けられた２つのホールプローブ、及び
・前記ホールプローブと機能的に組合わされ、かつ前記プローブを通る磁束の合計に対する磁束の差の比を表わす出口信号を供給するのに適した計算手段を含み、この比それ自体が、静止位置に対するロッドの軸位置を表わし、かつ
― 磁束の戻り手段（１８）をさらに備える。
【０００６】
それぞれ２つのホールプローブを横断する磁束の情報Ａ及びＢの、大きさの評価（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を用いた処理によって、対照位置又は静止位置（中間位置）に対するロッドの位置を、あいまいさを伴わず正確に決定することができる。
【０００７】
このような配列によって、例えばモーターバルブの場合、可動ロッドが付されることがある高い移動速度を考慮して、このロッドの瞬間位置を高い信頼性をもって評価することができる。
【０００８】
要するに、本発明による配列は、長さにおいても（すなわち軸方向に）、直径においても（すなわち径方向に）、極端にコンパクトな形態で実施することができる。従って、内燃機関のバルブのロッドの周りの場合のように、周りの利用可能スペースがあまり大きくないロッドに、スペースを見出すことができる。
【０００９】
可能な実施例において、計算手段は、２つのホールプローブと部分的に重なっているプリント回路付きプレート上に取り付けられた集積回路を含んでいる。好ましい実施例において、計算手段は、これもまた２つのホールプローブを組込んでいるＡＳＩＣ型の特定の集積回路の中に含まれており、前記特定の集積回路は、２つの径方向突出部に直接支えられていてもよい。このように構成された要素は、費用が安く、これらの性能はより良く、従って２つのホールプローブは対になっており、連結（ｃｏｎｎｅｃｔｉｑｕｅ）は実施がより簡単である。
【００１０】
好ましい実施態様において、２つのリングのそれぞれの２つの径方向突出部は、限定された角度の広がりを有しており、それぞれホールプローブがその上に配置されている、向かい合った径方向の接触プラグの形態にある。このような配列は、磁束を接触プラグのレベルに集中させるという利点を有する。このことはセンサーの効率を高める。
【００１１】
有利には、これらのリングは、ロッドと実質的に同軸の非磁気材料製の円筒ボックスによって取り囲まれ、かつこれによって支持されており、このボックスは、２つのリングの前記径方向突出部が嵌め込まれている側面方向開口部を有する。従ってこの装置全体は、特に有害な作用を及ぼすことがある環境に対して守られ、保護されている。
【００１２】
単純な実施態様において、非磁気材料製のボックスの少なくとも１つの末端部は、ロッドをぴったりと取り囲むように、及び自由に滑動できるロッドの支持軸受けを構成するような形状にされている。
【００１３】
同様に、別の組立て手段に頼るのを避けて簡単には、磁束の前記戻り手段は、ホールプローブ上の計算手段、及びそれぞれリングの２つの突出部上のこれらのホールプローブを締め付けつつ、前記ボックスをぴったりと取り囲んでいる強磁性材料製の円筒管を含んでいる。
【００１４】
このボックスの外側表面には、前記側面方向開口部から延びている溝が開けられていること、及び前記計算手段に連結された連結電線は、この溝内に入れられていることは有利である。この事実によって、このセンサーの作動に必要な電導体は、少なくとも一部保護されており、従って引抜き又は偶然の損傷のリスクが減る。さらにはこれらの電導体は、少なくとも一部機械的に固定されており、特にモーターバルブと組合わせて使用された場合、周囲の震動の作用によってこれらとこの配列との接続が損なわれるのを防ぐ。
【００１５】
本発明によるセンサーは特に、静止位置又は中間位置の両側で、軸方向交互運動で動かされているロッドの瞬間位置を検出するのに用途を見出すことができる。
【００１６】
これらの第二側面によれば、本発明は、内燃機関の中のバルブの電磁アクチュエータであって、このアクチュエータは、アクチュエータロッドと連動している強磁性材料製の羽根を有しており、このアクチュエータロッドは、実質的にこれの延長部にこれと同軸に位置しておりかつ実質的に軸方向に可動である弁棒と共同作用するために実質的に軸方向に可動であり、弾性戻し手段は、完全に開いた位置と閉じた位置との間の真中の位置において前記バルブを静止に維持するために、それぞれアクチュエータロッド及び弁棒と組合わされているアクチュエータであって、このアクチュエータは、本発明に従って配列された場合、これが、アクチュエータロッド又は弁棒から選ばれる、軸方向に移動可能な装置の１つと機能的に組合わされている、前記のような少なくとも１つの位置センサーを備えていることを特徴とするアクチュエータを改良することを目的とする。
【００１７】
本発明は、非限定的な実施例としてのみ示されている本発明のいくつかの実施態様の、次に詳細に記載された説明を読めばよりよく理解されるであろう。この明細書においては添付図面を参照する。
【００１８】
まず図１を参照すると、２つの末端位置間で軸方向に移動可能なロッド１がこれに示されている（二重矢印２）。非限定的ではあるが、これは特に、中間位置又は静止位置の両側で、軸方向交互運動で動くことができる。ロッド１は、その運動中に少なくとも１つの固定軸受け３によって支持及びガイドされうる。本発明の一般的な枠内に入らないロッド１の駆動手段は示されておらず、何らかのものであってよい。
【００１９】
ロッド１の瞬間位置を検出するために、次のように配列された磁気手段を利用する。
【００２０】
ロッド１には、放射磁化を有する磁気材料製のスリーブ（４）の形態で構成された磁化装置が固定されており、前記スリーブ（４）は、このロッド１に対して実質的に同軸である。
【００２１】
ロッド１はそれ自体、少なくとも一部、すなわち少なくとも表面が、又は全体が、磁石４の磁束のための磁気経路の一部を構成するように、磁気材料から成っている。
【００２２】
ロッド１及び磁石４は、これら２つで（この部分のために本発明は興味深い）可動部を構成する。これの正面に、全体が参照番号５として示されている磁束検出器が固定的に配置されており、この検出器は次のものを含んでいる：
― 強磁性材料製の２つのリング６Ａ及び６Ｂであって、互いに軸方向に離れつつ（間隔ｄ）互いの後に配置されており、ロッド１及び磁石４と同軸であり、この磁石とギャップ（ｅ）を形成しつつこれから径方向に離れたままであるリング；図１に示されているロッド１の中間位置又は静止位置において、２つの強磁性リング６Ａ、６Ｂ間の間隔ｄは、スリーブ４の真中の実質的に正面に位置している；
― これらの２つのリング６Ａ及び６Ｂは、それぞれ向かい合った末端部において、それぞれの２つの半径方向突出部７Ａ、７Ｂで終了しており、これらの突出部はここでは環状形態にある；
― ２つのホールプローブ８Ａ、８Ｂが、突出部７Ａ、７Ｂ上にそれぞれ向かい合って配置されている；
― ２つのホールプローブ（８Ａ、８Ｂ）と組合わされ、かつ前記ホールプローブ８Ａ、８Ｂを通る磁束Ｈ_A、Ｈ_Bの合計に対する磁束Ｈ_A、Ｈ_Bの差の比―すなわち大きさ（Ｈ_A―Ｈ_B）／（Ｈ_A＋Ｈ_B）―を表わす出力電気信号を供給するのに適した計算手段（９）を備え、この大きさそれ自体が、静止位置に対するロッド１の軸位置を表わし；及び
― ２つのホールプローブを横断した磁束の戻り手段。
【００２３】
図１に示されているように、より大きい縮尺で作成された図２においてよりよく分かるように、計算手段９は、２つのホールプローブ８Ａ、８Ｂに支えられるのに適した末端部１１Ａ、１１Ｂを有するプリント回路付きプレート１１上に固定された集積回路１０（例えば「用途特定集積回路」ＡＳＩＣ）の形態で配列されると考えることができる。好ましくはまた、計算手段と２つのホールプローブとを同時に組み込んでおり、かつその末端部がそれぞれの２つの突出部７Ａ及び７Ｂ上に直接載るようなサイズにされている、ＡＳＩＣ型の集積回路をも製作することができる。この回路は、必要な連結を確保するために、柔軟な又は剛性のプリント回路と組合わされてもよい（図示されていない）。
【００２４】
２つのリング６Ａ及び６Ｂは、これらを取り囲み、かつ非磁気材料から成る実質的に円筒形の一般的形状のボックス１２によって保持されている。このボックス（１２）は、ロッド１に対して実質的に同軸であり、リング６Ａ及び６Ｂの突出部７Ａ、７Ｂ、並びにプローブ８Ａ及び８Ｂ及び計算手段９を受入れるための側面方向開口部１３及び／又は環状凹部を有する。前記計算手段９の近くにおいて、ボックス１２の外側表面には、この装置の外側に位置する信号処理手段（図示されていない）と計算手段９とを連結する電線１６が嵌め込まれた溝１５が備えられていてもよい。
【００２５】
ボックス１２は、前記軸受け３の反対側の少なくともその末端部において、ロッド１をぴったりと取り囲むように、及び従って自由に滑動できる前記ロッドの支持軸受け１７を構成するような形状にされていてもよい。
【００２６】
もう１つのこれの末端部において、ボックス１２はまた、ロッド１をぴったりと取り囲むため、あるいはまた図１に示されているように固定構造に直接連動するように、小さい直径を有していてもよい。
【００２７】
２つのホールプローブ８Ａ、８Ｂを横断した磁束の戻り手段は、前記ボックス１２を取り囲んでいる強磁性材料製の円筒管１８の形態に構成されていてもよく、これにはこのボックスの小さい直径の部分１７も含まれる。側面方向開口部と向き合って、管１８は、計算手段９（この場合プリント回路付きプレート１１）と共同作用し、ホールプローブ８Ａ、８Ｂをそれぞれの突出部７Ａ、７Ｂにもたれさせて、径方向にこれらの計算手段を固定する。
【００２８】
このようにして、それぞれ２つの径方向突出部７Ａ、７Ｂ及びそれぞれこれらの上に固定された２つのホールプローブ８Ａ、８Ｂを横断する磁束の２つの回路が構成される。ロッド１が図１に例証されている静止位置にある時、前記ホールプローブ８Ａ、８Ｂを横断する磁束Ｈ_A、Ｈ_Bの値（特にこれら２つの束Ｈ_A、Ｈ_Bは従って実質的に同じであってもよい）がひとたび決定されたら、１つの方向又は別の方向へのこのロッドのあらゆる移動によって、逆方向に様々に変わるこれらの束Ｈ_A、Ｈ_Bの値が変えられる。差Ｈ_A―Ｈ_B及び合計Ｈ_A＋Ｈ_Bの大きさを熟考すること、及びこれら２つの大きさの比を熟考することによって、混乱をもたらすような影響を排除することができ、静止位置に対するロッドの位置の信頼しうる表示である出力電気信号を得ることができる。
【００２９】
突出部７Ａ、７Ｂに特別な形状を与えることによって、この装置の磁気収率を改良することができる。図３に示されているように、径方向突出部７Ａ、７Ｂはもはや環状ではなく、小さい角度の広がりを有しており、従って向かい合った２つの径方向接触プラグの形態にある。これらの接触プラグ７Ａ、７Ｂは、それぞれの２つのホールプローブ８Ａ、８Ｂを受入れるのに適している。この配列によって、接触プラグ７Ａ、７Ｂにおいて、従ってプローブ８Ａ、８Ｂにおいて、２つの磁束の集中を生じさせ、センサーの感受性をかなり増加させる。
【００３０】
図３の好ましい実施態様において、ボックス１２は、接触プラグ７Ａ、７Ｂを通らせる唯一の側面方向開口部１３しか有しておらず、一方、図１の実施態様の環状凹部１４はもやは存在しない。
【００３１】
本発明に合致する磁気位置センサーは、非限定的ではあるが、内燃機関のバルブであって、電磁アクチュエータによって制御されているバルブの瞬間位置を検出するのに特に有利な用途を見出しうる。このような電磁アクチュエータは、例えば次の文献、すなわちフランス特許第２，７８４，２２２号及びフランス特許第９９０５２０３号に記載され、かつ示されている。これの一例は、添付図面の図４に例証されている。
【００３２】
要するに、アクチュエータ２０は、モーターのシリンダヘッド２１に取り付けられることになる１つの組立て品から構成されている。これは、図示されていない手段、例えばねじによって積重ねられ、組立てられた複数の部品２２ａ及び２２ｂから構成されたボックスを備えていてもよい。これらの部品は、非強磁性材料、例えば軽合金製である。このボックスは、同様に非強磁性材料製の楔を介して、シリンダヘッド２１上に固定されていてもよい。
【００３３】
アクチュエータは、バルブ２５の駆動のためのアクチュエータロッド２４上に固定されている、有利にはロスを減少させるために積層された、強磁性材料製の羽根２３を備えている。一般に複数のバルブが横に並べて取り付けられており、図４のアクチュエータに垂直な方向において各アクチュエータにはわずかな幅しか自由にならない。これによって、この羽根に長方形形状を与えることになる。この羽根は、部品２２ｂの中では回転することができない。アクチュエータロッド２４は、溶接によってこの羽根に固定されてもよく、部品２２ｂの環状延長部に固定されたリング２６によってガイドされてもよい。
【００３４】
例証されている実施態様において、バルブ２５の弁棒３２はロッド２４とは異なっており、ロッドの延長部において同軸に位置している。この弁棒は、シリンダヘッドに固定されたリング２９によってガイドされ、この中で回転することができる。
【００３５】
戻しばね２８ａ及び２８ｂは、閉じた位置と、完全に開いた位置との間の実質的に真中の位置（図４に示されている）において、バルブ２５のヘッド３４を静止に維持するために備えられている。これらのばねのうちの１つ２８ａは、アクチュエータロッド２４と組合わされており、ロッド２４に固定されているプレート又はキューペル３０と部品２２ｂとの間で圧縮されている。もう一方のばね２８ｂは、弁棒３２に固定されているプレート又はキューペル３１とシリンダヘッド内に設けられたバルブホール３３の底部との間で圧縮されている。上げられたロッド２４と、閉じられたバルブ２５の弁棒３２との間の分配の遊びが気密性を保証する。
【００３６】
アクチュエータ２０の詳細な構成及びこの装置全体の作動は、次の文献、すなわち前記のようなフランス特許第２，７８４，２２２号及びフランス特許第９９０５２０３号において詳細に開示されている。これらの文献を参照することができよう。
【００３７】
バルブ２５の台座に支えられているその閉鎖位置と最大限に開いた位置との間のこのバルブの正確な瞬間位置を正確に知るために、上記のような本発明に合致した磁気位置センサーとバルブ２５の駆動ロッドとを組合わせる。アクチュエータ２０の考察されている実施態様において、バルブ２５の駆動が、アクチュエータロッド２４及び弁棒３２を、機能的に組合わされた方法で用いるという事実によって、この位置センサーは、前記アクチュエータロッド２４と、あるいはその際に図１及び３に例証されている可動ロッド１の役割を果たす前記弁棒３２と組合わされてもよい。
【００３８】
図４において、この同じ図面に、アクチュエータロッド２４と機能的に組合わされた本発明のセンサーの配置が、隙間のないスペクトル輪郭線３３で概略されており、一方、弁棒３２と機能的に組合わされた本発明のセンサーの配置が、ダッシュ輪郭線３４で概略されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従って配列された位置センサーの、可能な実施態様の横断面図である。
【図２】図２は、図１のセンサーの要素の下からの透視概略図である。
【図３】図３は、図１のセンサーの変形例の横断面図であり、これは前記位置センサーの好ましい実施態様である。
【図４】図４は、本発明によるバルブの瞬間位置のセンサーを備えた内燃機関のバルブの電磁アクチュエータの実施態様の横断面図である。
【符号の説明】
１ロッド
２磁気材料製スリーブ
５磁束検出器
６Ａ、６Ｂリング
８Ａ、８Ｂホールプローブ
１８磁束戻り手段

Claims

２つの端末位置間で軸方向に移動しうるロッド（１）のための軸位置センサーであって、前記センサーは、このロッドと連動する磁化装置と、この磁化装置の軌道に面するように固定して配置された磁束検出器とを含んでいるセンサーにおいて、
前記磁化装置は、ロッド（１）と同軸にこのロッド上に固定された、放射磁化を有する磁気材料製のスリーブ（４）であり、
前記ロッド（１）は、少なくとも表面が磁気材料から成り、
前記磁束検出器（５）は、
・半径距離（ｅ）において、スリーブ（４）を同軸に取り囲んでおり、かつ互いから軸方向に離れている、強磁性材料製の２つのリング（６Ａ、６Ｂ）を含み、
・これらのリング（６Ａ、６Ｂ）が、向かい合ったそれぞれの端末部に、それぞれの２つの径方向突出部（７Ａ及び７Ｂ）を備え、
・２つの前記突出部（７Ａ及び７Ｂ）上にそれぞれ向かい合って付けられた２つのホールプローブ（８Ａ、８Ｂ）をさらに含み、
・前記ホールプローブ（８Ａ、８Ｂ）と機能的に組合わされ、かつ前記プローブを通る磁束の合計に対する磁束の差の比を表わす出力信号を供給するのに適した計算手段（９）を含み、前記比それ自体が、静止位置に対するロッド（１）の軸位置を表わし、かつ
磁束の戻り手段（１８）をさらに備えること、
を特徴とする位置センサー。
計算手段（９）が、２つのホールプローブ（８Ａ、８Ｂ）と部分的に重なったプリント回路付きプレート（１１）上に取り付けられた集積回路（１０）を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の位置センサー。
計算手段（９）が、これもまた２つのホールプローブを組込んでいるＡＳＩＣ型の特定の集積回路の中に含まれており、前記特定の集積回路は、２つの径方向突出部（７Ａ、７Ｂ）に直接支えられていることを特徴とする、請求項１に記載の位置センサー。
２つのリング（６Ａ、６Ｂ）のそれぞれの２つの径方向突出部（７Ａ、７Ｂ）は、限定された角度の広がりを有しており、それぞれホールプローブ（８Ａ、８Ｂ）がその上に配置されている、向かい合った径方向接触プラグの形態にあることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の位置センサー。
リング（６Ａ、６Ｂ）は、ロッドと実質的に同軸の非磁気材料製の円筒ボックス（１２）によって取り囲まれ、かつこれによって支持されていること、及びこのボックス（１２）は、側面方向開口部（１３）を有しており、その中に２つのリングの前記径方向突出部（７Ａ、７Ｂ）が嵌め込まれていることを特徴とする、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の位置センサー。
非磁気材料製のボックス（１２）の少なくとも１つの末端部（１７）は、ロッド（１）をぴったりと取り囲むように、及び自由に滑動できるロッドの支持軸受けを構成するような形状にされていることを特徴とする、請求項５に記載の位置センサー。
磁束の前記戻り手段は、ホールプローブ（８Ａ、８Ｂ）上の計算手段（９）、及びリング（６Ａ、６Ｂ）の２つの突出部（７Ａ、７Ｂ）上のこれらのホールプローブをそれぞれ締め付けつつ、前記ボックス（１２）をぴったりと取り囲んでいる強磁性材料製の円筒管（１８）を含んでいることを特徴とする、請求項５又は６に記載の位置センサー。
円筒ボックス（１２）の外側表面には、前記側面方向開口部（１３）から延びている溝（１５）が開けられていること、及び前記計算手段（９）に連結された連結電線（１６）は、この溝（１５）の中に入れられていることを特徴とする、請求項５〜７のうちのいずれか１項に記載の位置センサー。
ロッド（１）は、静止位置の両側で、軸方向交互運動によって動かされることを特徴とする、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の位置センサー。
内燃機関の中のバルブ（２５）の電磁アクチュエータ（２０）であって、このアクチュエータは、アクチュエータロッド（２４）と連動している強磁性材料製の羽根（２３）を有しており、このアクチュエータロッドは、実質的にこれの延長部にこれと同軸に位置しておりかつ実質的に軸方向に可動である弁棒（３２）と共同作用するために実質的に軸方向に可動であり、弾性戻し手段（２８ａ、２８ｂ）は、完全に開いた位置と閉じた位置との間の真中の位置において前記バルブ（２５）を静止に維持するために、それぞれアクチュエータロッド（２４）及び弁棒（３２）と組合わされているアクチュエータにおいて、
アクチュエータロッド（２４）又は弁棒（３２）から選ばれる、軸方向に移動可能な装置の１つと機能
的に組合わされている、前記請求項のうちのいずれか１項に記載の少なくとも１つの位置センサー（３３、３４）を備えていることを特徴とするアクチュエータ。