专利名称：位置传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用由磁芯位移所导致的检测线圈阻抗变化的位置传感器。
背景技术：
位置传感器能够根据由检测线圈中磁芯的物理位移所导致的管状检测线圈的阻抗变化而输出电信号，其已经用于诸如内燃机及电力设备等许多领域内的测量和控制。在这种位置传感器中，从改善检测精度的可靠性来说，希望检测线圈的阻抗随磁芯的位移线性地变化。然而，实际上，如图15所示，随着磁芯的位移量增加，发生与理想特性的偏差。为了保证稳定的检测精度，建议仅使用磁芯的阻抗线性变化的可移动范围。然而，缩小位置传感器的尺寸是重要的，所以不可能忽略磁芯的与理想特性发生偏差的其它可移动范围。
例如，国际公布文本No.WO2004/099727公开了对这种位置传感器的线圈阻抗的线性度的改进。亦即，为了有效地改善阻抗的线性度，提出将磁芯的一个端部制成粗的或用高磁导率的材料进行表面处理，或者增加检测线圈的一个端部的卷绕圈数。然而，磁芯的增粗端部导致其中插入磁芯的检测线圈的直径增大。另外，机械共振频率由于端部重量的增加而降低，所以耐振动性会下降。另一方面，从可操作性和质量控制方面来说，仅对棒状磁芯的一部分进行磁性涂敷处理容易增加生产成本。另外，当改变检测线圈的线圈卷绕圈数时，为了防止混乱卷绕的发生，绕线管的结构容易变得复杂。另外，在绕线管上卷绕线圈的操作所需时间的延长会导致生产成本的增加。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的主要目的是提供一种位置传感器，该位置传感器能够无需改变磁芯及检测线圈的结构而改善线圈阻抗的线性度。
亦即，本发明所提出的位置传感器包括管状检测线圈；在所述检测线圈内可移动的磁芯；驱动电路，其构造成向检测线圈提供恒定的交流电压或交流电流；信号处理电路，其构造成将由所述磁芯在所述检测线圈内的位移所导致的所述检测线圈的阻抗变化转换成电信号；以及环绕所述检测线圈设置的屏蔽构件。所述屏蔽构件的特征在于具有下列特征(a)至(c)中的至少一个，以改善所述检测线圈的阻抗的线性度(a)所述屏蔽构件管状构件，其具有关于该管状构件的圆周方向以电不连续的方式形成的轴向区域；(b)该屏蔽构件是具有第一屏蔽部和第二屏蔽部的管状构件，该第一屏蔽部用于环绕该检测线圈的一轴向区域，该第二屏蔽部用于环绕该检测线圈的另一轴向区域，并且该第二屏蔽部由导电率或磁导率不同于所述第一屏蔽部的材料制成；(c)该屏蔽构件是具有第一内表面和第二内表面的管状构件，该第一内表面用于环绕该检测线圈的一轴向区域，该第二内表面用于环绕该检测线圈的另一轴向区域，该第二内表面与该检测线圈之间的距离小于该第一内表面与该检测线圈之间的距离。
根据具有本发明上述特征(a)的屏蔽构件，由于涡电流在不是关于该屏蔽构件的圆周方向以电不连续方式形成的部分中流动，所以该检测线圈生成的磁通量的一部分被抵消。然而，由于在关于该屏蔽构件的圆周方向以电不连续方式形成的部分内没有涡电流流动，所以该检测线圈生成的磁通量没有被抵消。因此，当该屏蔽构件的适当部分关于该屏蔽构件的圆周方向以电不连续的方式形成时，通过有意地改变该磁芯在特定位移范围内线圈阻抗增加量，能够校正该线圈阻抗与理想特性的偏差。
另外，根据具有上述特征(b)的屏蔽构件，由于使用高导电率或高磁导率的材料制成的屏蔽构件，所以磁通量密度及感应系数增加，进而可有意地增加该磁芯在特定位移范围内线圈阻抗的增加量。因此，在在适当地确定了第一屏蔽部和该第二屏蔽部的形成区域及它们的材料种类时，可以校正该线圈阻抗与理想特征的偏差。
此外，根据具有上述特征(c)的屏蔽构件，大量的涡电流在该屏蔽构件的一个区域流动，该区域的第二内表面与该检测线圈隔开一小段距离；相反地，该屏蔽构件的另一区域的涡电流的量减小，该另一区域的第一内表面与该检测线圈隔开一大段距离。因此，当该第一内表面和该笫二内表面的形成区域及它们与该检测线圈之间的距离被适当地确定时，通过有意地改变该磁芯在特定位移范围内线圈阻抗的增加量，能够校正该线圈阻抗与理想特性值的偏差。
由于这些原因，通过使用具有上述特征(a)、(b)或(c)的屏蔽构件能够改善该位置传感器的线圈阻抗的线性度。另外，本发明的技术思想包括通过使用具有上述特征(a)、(b)和(c)的选择性组合的屏蔽构件来改善该位置传感器的线圈阻抗的线性度。
作为具有上述特征(a)的屏蔽构件的优选实施例，该屏蔽构件的轴向区域的横截面优选地大体上为C形。在该情况下，在该管状构件的侧壁上形成狭缝，通过该相对简单的结构，可以确定地获得关于该管状构件的圆周方向的电不连续性。所述狭缝的宽度、长度和形状能够根据诸如该检测线圈与该屏蔽构件之间的距离、该检测线圈与该磁芯之间的距离及该磁芯或该屏蔽构件的导电率等因素而适当地确定。
作为具有上述特征(c)的屏蔽构件的优选实施例，该屏蔽构件优选地形成有外管和内管，该内管的轴向长度小于该外管，并且内管设置在外管内。特别是，优选地该内管由导电率或磁导率不同于该外管的材料制成。在该例子中，通过具有上述特征(b)和(c)的屏蔽构件来改善线圈阻抗的线性度。该内管还优选地由低导电率的铁氧体制成，其中几乎不会有涡电流流动。而且，该外管或该内管的所需的轴向区域的横截面优选地大体上为C形。在该例子中，通过具有上述特征(a)和(c)的屏蔽构件来改善线圈阻抗的线性度。如果必要的话，能够将该内管设置成其外表面直接接触该外管的内表面。替代地，可在该内管与该外管之间设置电绝缘层(包括空气)。
在本发明的位置传感器中，当屏蔽构件由铁磁材料制成，并且至少具有与该检测线圈大体上相等的轴向长度，以及更优选地所述轴向长度包括该磁芯的可移动范围和该检测线圈的全长时，能够将该检测线圈磁屏蔽以减小阻抗变化或操作环境所导致的电动势的影响。另外，该屏蔽构件在外表面上优选地具有高导电率的金属镀层。
本发明的该屏蔽构件还优选地电连接至驱动电路和信号处理电路其中之一的稳定电位点。在这种情况下，能够获得抵抗辐射噪声的进一步增加的屏蔽效果。
由下述用于实施本发明的最佳实施方式，本发明的更进一步的特性和由此带来的优点将变得更加明显。
图1A和1B分别是根据本发明第一实施例的位置传感器的分解立体图和剖视图；图2是所述位置传感器的驱动电路和信号处理电路的方框图；图3A是该位置传感器的相关部分的剖视图，图3B是沿图3A中的D-D线的水平剖视图；图4A是根据第一实施例的一种改型的位置传感器的相关部分的剖视图，图4B是沿图4A中的E-E线的水平剖视图；图5是根据本发明的第二实施例的位置传感器的相关部分的剖视图；图6是根据本发明的第三实施例的位置传感器的相关部分的剖视图；图7A是根据第三实施例的第一种改型的位置传感器的相关部分的剖视图，图7B是沿图7A中的F-F线的水平剖视图，图7C是沿图7A中的G-G线的水平剖视图；图8A是根据第三实施例的第二种改型的位置传感器的相关部分的剖视图，图8B是沿图8A中的H-H线的水平剖视图，图8C是沿图8A中的J-J线的水平剖视图；图9A是根据第三实施例的第三种改型的位置传感器的相关部分的剖视图，图9B是沿图9A中的K-K线的水平剖视图，图9C是沿图9A中的L-L线的水平剖视图；
图10A是根据第三实施例的第四种改型的位置传感器的相关部分的剖视图，图10B是沿图10A中的M-M线的水平剖视图，图10C是沿图10A中的N-N线的水平剖视图；图11A是根据第三实施例的第五种改型的位置传感器的相关部分的剖视图，图11B是沿图11A中的P-P线的水平剖视图；图12A至12C分别是示出了用于评估屏蔽构件的屏蔽效果的测试条件的示意图；图13是根据本发明的优选实施例的位置传感器的剖视图，该位置传感器在磁芯的整个工作范围上都具有屏蔽性能；图14A是本发明的屏蔽构件的剖视图，图14B是常规屏蔽构件的剖视图，图14C是示出在使用这些屏蔽构件的情况下位移与线圈阻抗之间关系的图表，图14D是示出在使用这些屏蔽构件的情况下位移与线圈阻抗的线性度误差之间的关系的图表；以及图15是示出了检测线圈的阻抗随磁芯的位移量的变化的图表。
具体实施例方式
下面将根据优选的实施例详细说明本发明的位置传感器。
(基本结构)首先，说明所述位置传感器的基本结构。如图1A、图1B和图2所示，该位置传感器主要包括管状检测线圈1；磁芯2，其在检测线圈1内是可移动的；驱动电路3，用于为检测线圈1提供恒定的交流电压或恒定的交流电流；信号处理电路4，用于将由磁芯2在检测线圈1内的位移所导致的检测线圈1的阻抗变化转换成电信号；屏蔽构件5，其绕检测线圈1设置；以及壳体6，其用于将屏蔽构件5容纳在内。
通过将导线12绕在大体上为圆筒形的绕线管10上而形成检测线圈1.绕线管10能够由热固性树脂等制成。如图1B所示，绕线管10一体地装备有卷绕体11，形成为长的圆筒形并且在其相对端部处具有开口；第一凸缘13，在卷绕体11的上侧形成为圆环状；第二凸缘14，其在卷绕体的下侧形成为圆盘状以便封闭底部开口；以及底座15，其在第二凸缘的下侧形成为圆盘状。
另一方面，通过使用诸如铁氧体的磁性材料将磁芯2形成为长圆棒状。在该实施例中，卷绕体11形成为使得该卷绕体的轴向长度(沿上下方向的尺寸)大于磁芯2的轴向长度(沿上下方向的尺寸)。另外，由于卷绕体11的内直径大于磁芯2的外直径，所以磁芯2能够在绕线管10内轴向移动(移位)。底座15的外直径大于第二凸缘14的外直径，并且屏蔽构件5设置在此底座15上。
屏蔽构件5容纳在壳体6内，壳体6以绝缘树脂制成，其形状为顶部开口且底部封闭的长圆柱。壳体6的内直径略大于屏蔽构件5的外直径，该壳体的轴向长度(上下方向上的尺寸)大于检测线圈1的轴向长度(上下方向上的尺寸)。
对于驱动电路3没有限制，因此使用常规的驱动电路即可。例如，如图2所示，驱动电路3是恒流电路，用于向检测线圈输出具有所需频率和幅值的恒定电流。该恒流电路设置有振荡电路31和V-I电路32(电压-电流转换电路)，振荡电路31用于生成通过将具有所需频率和所需幅值的交流电压叠加在具有所需幅值的直流电压上而得到的恒定电压，该V-I电路32用于将该振荡电路输出的恒定电压转换成恒定电流。
对于信号处理电路4没有特别的限制，因此也能够使用常规的信号处理电路。例如，如图2所示，信号处理电路4根据检测线圈上电压(检测信号)的峰值V1而输出一个输出信号Vout，输出信号Vout表示磁芯相对于检测线圈的位置信息，所述峰值V1由检测线圈的阻抗和驱动电路3输出的恒定电流确定。在该实施例中，信号处理电路4设置有峰值保持电路41、AD转换电路42、以及包括电平移动部43、温度补偿部44和放大器45的数字运算块。在峰值保持电路41中，获取检测线圈上电压的峰值V1。在AD转换电路42中，该峰值被转换成数字信号DV1。在数字运算块的电平移动部43中，通过叠加所需数字量而进行作为数字信号运算的电平移动，以输出数字信号DV2。在温度补偿部44中，对数字信号DV2执行温度补偿运算。在放大器45中，从温度补偿部44输出的数字信号被放大，以提供输出信号Vout。
(第一实施例)本实施例的特征在于将具有下述特征的屏蔽构件5用在具有上述基本结构的位置传感器中。即，本实施例的屏蔽构件5具有管状结构，其中能够容纳检测线圈1，且屏蔽构件5所需的轴向区域以在圆周方向上电不连续的方式形成。
对于这种屏蔽构件5，例如，可使用图3A和3B所示的管状构件。该管状构件形成为绕线管10的第一凸缘13和第二凸缘14与该管状构件的内表面相接触。另外，管状构件5的所需的轴向区域具有狭缝51，该狭缝用于提供在周向上的电不连续性。简言之，如图3B所示，在所需的轴向区域具有大体上为C形横截面的所述管状构件能够用作屏蔽构件5。在该实施例中，狭缝51从该绕线管的底端开始而沿轴向在预定长度上形成。通过卷拢金属薄片或在管材上激光加工出狭缝51能够容易地制造该屏蔽构件5。
替代地，如图4A和4B所示，具有中空部52的管状构件能够用作屏蔽构件5，其中，中空部52在该管状构件的侧壁上的所需轴向长度上形成。在该实施例中，中空部52沿轴向形成，从对应于第二凸缘14的顶表面的位置开始延伸所需的长度。从制造容易和保证磁屏蔽作用方面考虑，屏蔽构件5优选地由金属材料制成，特别是由铁磁金属材料制成。
在使用这些屏蔽构件5的例子中，能够有意地改变磁芯2在特定位移范围内线圈阻抗的增加量，从而可以在整体上改善阻抗的线性度。屏蔽构件5的狭缝51或中空部52的尺寸和形状能够适当地确定，以便在考虑诸如检测线圈1与屏蔽构件5之间的距离、检测线圈1与磁芯2之间的距离以及磁芯2和屏蔽构件5的导电率等其它因素的情况下改善位置传感器的线圈阻抗的线性度。
(第二实施例)本实施例的特征在于将具有下列特征的屏蔽构件5使用在具有上述基本结构的位置传感器中。即，本实施例的屏蔽构件5具有其中能够容纳检测线圈1的管状结构。另外，屏蔽构件5是金属管状构件，其形成为材料性质在轴向(磁芯的行程方向)上不一致。具体来说，可将图5所示的管状构件用作屏蔽构件5。该管状构件形成为绕线管10的第一凸缘13和第二凸缘14与该管状构件的内表面相接触。另外，该管状构件具有第一屏蔽部53和第二屏蔽部54，第一屏蔽部53用于环绕检测线圈1的一个轴向区域，该轴向区域限定在从与第一凸缘13相接触的位置开始的一段所需的轴向长度上，第二屏蔽部54用于环绕检测线圈1的另一轴向区域，该轴向区域限定在第一屏蔽部53的底端和与第二凸缘14相接触的位置之间。第一屏蔽部53的材料与第二屏蔽部14的材料具有不同的导电率或磁导率。对于第一屏蔽部53的材料，铁基金属是可用的。由于下文描述的理由，铁氧体是尤其优选的。另一方面，对于第二屏蔽部54的材料，铜、铜镍合金、金或银是可用的。由于成本优势，优选使用铜或铜合金。在该实施例中，屏蔽构件5形成为使得第一屏蔽部53与检测线圈1之间的距离基本上等于第二屏蔽部54与检测线圈1之间的距离。
在使用本实施例的屏蔽构件的例子中，通过适当地确定第一屏蔽部53和第二屏蔽部54的形成区域及它们的材料种类能够有意地改变在磁芯2的特定位移范围内线圈阻抗的增加量。因而，可在整体上改善阻抗的线性度。在该实施例中，通过在轴向上设置两种材料而提供所述屏蔽部。如果必要的话，所述屏蔽部可通过在轴向上设置三种或更多种材料而形成。在这种情况下，能够更精细地校正线圈阻抗与理想特性的偏差。
(第三实施例)本实施例的特征在于将具有下列特征的屏蔽构件5使用在具有上述基本结构的位置传感器中。即，本实施例的屏蔽构件5具有其中能够容纳检测线圈1的管状结构。另外，屏蔽构件5具有第一内表面和第二内表面，该第一内表面用于环绕该检测线圈的一个轴向区域，该第二内表面用于环绕该检测线圈的另一轴向区域，所述第一和第二内表面这样形成第二内表面与该检测线圈之间的距离小于第一内表面与该检测线圈之间的距离。
对于这种屏蔽构件5，例如，可使用图6所示的管状构件。该管状构件这样形成绕线管10的第一凸缘13和第二凸缘14与该管状构件的内表面相接触。另外，该管状构件的内表面55形成为锥形，从而，该内表面一端的内直径小于其另一端的内直径。在该实施例中，屏蔽构件5的外直径在轴向上基本恒定。另外，屏蔽构件5绕检测线圈1设置，其对应于第一凸缘13的一端的内直径小于其对应于第二凸缘14的一端的内直径。能够适当地确定锥形内表面55的倾斜角，以便在考虑诸如检测线圈1与屏蔽构件5之间的距离、检测线圈1与磁芯2之间的距离以及磁芯2和屏蔽构件5的导电率等其它因素的情况下改善该位置传感器的线圈阻抗的线性度。
另外，图7A至7C所示的管状构件能够用作屏蔽构件5。该管状构件形成有第一管状部56和第二管状部57，该第一管状部在所需的轴向区域具有恒定壁厚，该第二管状部在剩余的轴向区域延伸。第二管状部57具有恒定壁厚，且其恒定壁厚小于第一管状部56的恒定壁厚。在此例子中，由于检测线圈1更靠近其壁厚大于第二管状部57的第一管状部56，所以能够有意地改变在磁芯2的特定位移范围内线圈阻抗的增加量。在该实施例中，屏蔽构件5的外直径在轴向上基本恒定。上述说明针对在轴向上具有两个壁厚不同的管状部的屏蔽构件5。如果必要的话，屏蔽构件5可具有三个或更多个具有不同壁厚的管状部来改善线圈阻抗的线性度。
替代地，图8A至8C所示的管状构件可用作屏蔽构件5。该管状构件形成有第一管状部70和第二管状部71，第一管状部70在所需的轴向区域具有恒定外直径，第二管状部71在另一轴向区域延伸。第二管状部71与第一管状部70的壁厚相同，但是第二管状部71的外直径大于第一管状部70的外直径。该屏蔽构件5能够通过拉伸金属材料而容易地制造。上述说明针对在轴向上具有两个外直径不同的管状部的屏蔽构件5。如必要的话，屏蔽构件5可具有三个或更多个不同外直径的管状部来改善线圈阻抗的线性度。
还优选的是，使用图9A至9C所示的管状构件作为屏蔽构件5。该屏蔽构件5形成为双管结构，其带有外管73和设置在外管73内的内管74，内管74的轴向长度小于外管73。在该实施例中，屏蔽构件5这样设置第一凸缘13接触内管74的内表面，第二凸缘14接触外管73的内表面。外管73和内管74的材质相同。替代地，如第二实施例中所描述的，外管73和内管74可由具有不同导电率或磁导率的材料制成。在使用由具有不同导电率或磁导率的材料所制成的外管73和内管74的例子中，该屏蔽构件的特征在于屏蔽构件5与检测线圈1之间的距离在轴向上是不同的，并且该屏蔽构件的材料种类在轴向上也是不同的。因此，该屏蔽构件5同时具有第二实施例和本实施例的特征。上述说明针对如图9A所示的具有双重管状结构的屏蔽构件。如果必要的话，该屏蔽构件可具有三个或更多个管状结构。在这种情况下，所述屏蔽构件形成有至少三个区域，在该至少三个区域，该屏蔽构件与该检测线圈之间的距离在轴向上是不同的。
另外，如图10A至10C所示，可在上述具有上述双管结构的屏蔽构件5的内管74和外管73之间设置绝缘层75。在本实施例中，内管74由检测线圈1的第一凸缘13支撑，外管73由检测线圈1的第二凸缘14支撑。绝缘层75由内管74和外管73之间的空气提供。该绝缘层不限于空气，因此其可通过使用其它电绝缘材料形成。另外，如图11A和11B所示，可在图10A所示的屏蔽构件5中在内管74的整个长度上形成狭缝51。在该例子中，狭缝51形成在长度小于外管73的内管74上，该外管73限定屏蔽构件5的整个长度。这意味着屏蔽构件5的所需轴向区域以关于圆周方向电不连续的方式形成。这等同于第一实施例的屏蔽构件的特征。因此，可以说该屏蔽构件5具有第一至第三实施例的屏蔽构件的所有特征。如第一实施例所介绍的，能够以形成在内管上的中空部取代狭缝51。另外，狭缝51或中空部可形成在外管73而非内管74的所需轴向区域中。
屏蔽构件5内涡电流的流动形式随该屏蔽构件的横截面形状和尺寸而变化。另一方面，磁芯2移位单位长度所导致的线圈阻抗的变化量受到涡电流的流动形式的影响。因此，通过适当地确定本实施例所述的该屏蔽构件的横截面形状和尺寸，能够有意地改变磁芯2在特定位移范围内线圈阻抗的增加量，从而可在整体上改变阻抗的线性度。
另外，当使用具有双管结构的屏蔽构件5时，内管74优选地由铁基金属制成，铁基金属是能够获得理想的磁屏蔽效果的铁磁材料。特别是，由于下列原因优选使用铁氧体。亦即，一般的位置传感器具有位于几百千赫到几十兆赫的频段内的自谐振频率，位置传感器易于受到该频段内辐射噪声的影响。然而，铁氧体在此频段具有良好的屏蔽性能。因此，通过使用铁氧体能够减小上述频段内的辐射噪声的影响。另外，使用铁氧体的优点之一是加工或处理简单。如果必要的话，优选地进行防锈处理，因为铁氧体容易生锈。外管73也优选地由导电率高于内管磁金属材料的导体材料(例如，铜、铜镍合金、金、银)制成。
接下来，根据下面的测试结果说明通过使用该屏蔽构件来减小阻抗变化量的效果。
亦即，作为测试条件1，在这样的条件下测量检测线圈1的阻抗如图12A所示，金属板M1与检测线圈隔开一段预定的距离d2。另外，在未设置金属板M1的条件下测量检测线圈1的阻抗。计算其间阻抗的变化量。接下来，作为测试条件2，在这样的条件下测量该阻抗如图12B所示，将铁质屏蔽构件S1放置在与检测线圈1隔开一段预定距离d1的位置处，并且位于检测线圈1与金属板M1之间。如在测试条件1中一样，计算阻抗变化量。另外，作为测试条件3，在这样的条件下测量该阻抗如图12C所示，将具有双层结构的屏蔽构件放置在与检测线圈1隔开预定距离d1的位置处，并且位于检测线圈1与金属板M1之间，该具有双层结构的屏蔽构件由铁质屏蔽构件S1和另一屏蔽构件S2构成，该另一屏蔽构件S2是形成在铁质屏蔽构件S1的外表面上的铜质镀层。如在测试条件1中一样，计算阻抗变化量。对于金属板M1，可使用三种具有相同厚度的金属板，即使用铁板、铝板和铜板。对于每种金属板来说，上述测试在相同的条件下进行。诸如磁芯的插入量和阻抗测量频率等其它测试条件是恒定的。
表1中是测试结果。
表1
从上述测试结果能够清楚地理解通过设置屏蔽构件S1特别是具有双层结构的屏蔽构件(S1、S2)，能够有效减小线圈阻抗变化。
在上述每个实施例的位置传感器中，例如，如图13所示，屏蔽构件5的轴向长度优选地不小于与磁芯2的可移动范围相对应的距离。在这种情况下，磁芯2总能够被屏蔽。因此，甚至当外导体S设置在临近该屏蔽构件的位置时，外导体S生成的外磁场E的大部分磁通量不会穿过该屏蔽构件。因而，外磁场E的磁通量不与检测线圈1互相交联，从而阻止外磁场E在检测线圈1内生成感应电动势。另外，考虑到进一步改善屏蔽效果，优选地在该屏蔽构件的外表面上形成具有高导电率的金属材料镀层。
接下来，根据具体例子说明通过使用本发明的屏蔽构件来改善阻抗线性度的效果。如图14A所示，应用在阻抗评估测试中的本发明的屏蔽构件5A与图8所示的第三实施例的屏蔽构件5相同。该屏蔽构件5A由不锈钢(SUS304)制成，并且由直径较小的第一管状部70和直径较大的第二管状部71构成。第一管状部70的外直径φ1是12mm，第二管状部71的外直径φ2是16mm。该屏蔽构件的第一管状部70和第二管状部71的壁厚T同为恒定的0.5mm。另外，第二管状部71的轴向长度S是5mm。另一方面，对比屏蔽构件5B也由不锈钢(SUS304)制成，且其形状是直径为恒定值(φ1＝12mm)的圆筒。该对比屏蔽构件的轴向长度和壁厚T与图14A所示的屏蔽构件5A的轴向长度和壁厚相同。在图14A和14B中，该屏蔽构件的右端均对应于位移(X)为100mm的位置，左端均形成为略长于位移(X)为0mm的位置。
将检测线圈1分别设置在屏蔽构件(5A、5B)中，然后测量与磁芯2的位移相对应的检测线圈1阻抗变化。图14C示出了测试结果。在使用屏蔽构件5B的情况下，当位移(X)超过90mm时，阻抗的增加量逐渐减少，从而发生如图15所示的与理想特性的偏差。另一方面，在使用本发明的屏蔽构件5A的情况下，即使当位移(X)超过95mm时，阻抗的线性度依然能够得以保持。亦即，这表明通过形成第二管状部71能够校正与理想特性的偏差。图14D示出了根据上述评估测验结果的线圈阻抗的线性度误差与位移之间的关系。
上述每个实施例均主要说明圆筒形的屏蔽构件。然而，在使用矩形管状屏蔽构件的情况下，也能够获得同样的改善线圈阻抗的线性度的效果。另外，上述实施例的位置传感器属于磁芯可沿直的轴线移动的直线型(直线运动型)位置传感器。此外，本发明的屏蔽构件同样能够用于磁芯可沿曲线轴移动的旋转型(曲线运动型)的位置传感器。
工业实用性如上所述，根据本发明，由于屏蔽构件的横截面形状、材料种类和尺寸中至少一个在检测线圈的轴向(磁芯的行程方向)上不一致，并且包括磁芯和检测线圈的检测部设置在该屏蔽构件内，因而可改善线圈阻抗的线性度，从而提供一种紧凑的位置传感器，其在磁芯的行程范围内具有稳定的检测精度。因此，本发明的位置传感器能够用于诸如内燃机及电力设备等的各种技术领域。
权利要求
1.一种位置传感器，包括管状检测线圈；在所述检测线圈内可移动的磁芯；驱动电路，构造成给所述检测线圈提供恒定的交流电压或恒定的交流电流；信号处理电路，构造成将由所述磁芯在所述检测线圈内的位移所导致的所述检测线圈的阻抗变化转换成电信号；以及环绕所述检测线圈设置的屏蔽构件；其中，为了改善所述检测线圈的阻抗的线性度，所述屏蔽构件具有下列特征(a)至(c)中的至少一个(a)所述屏蔽构件是管状构件，其具有关于所述管状构件的圆周方向以电不连续的方式形成的轴向区域；(b)所述屏蔽构件是具有第一屏蔽部和第二屏蔽部的管状构件，所述第一屏蔽部用于环绕所述检测线圈的一轴向区域，所述第二屏蔽部用于环绕所述检测线圈的另一轴向区域，并且所述第二屏蔽部由导电率或磁导率不同于所述第一屏蔽部的材料制成；(c)所述屏蔽构件是具有第一内表面和第二内表面的管状构件，所述第一内表面用于环绕所述检测线圈的一轴向区域，所述第二内表面用于环绕所述检测线圈的另一轴向区域，并且所述第二内表面与所述检测线圈之间的距离小于所述第一内表面与所述检测线圈之间的距离。
2.如权利要求1所述的位置传感器，其中所述屏蔽构件的所述轴向区域的横截面大体上为C形。
3.如权利要求1所述的位置传感器，其中所述屏蔽构件形成有外管和内管，所述内管的轴向长度小于所述外管，并且所述内管设置在所述外管内。
4.如权利要求3所述的位置传感器，其中所述内管由导电率或磁导率不同于所述外管的材料制成。
5.如权利要求3所述的位置传感器，其中所述屏蔽构件具有形成在所述外管和所述内管之间的电绝缘层。
6.如权利要求3所述的位置传感器，其中所述内管由铁氧体制成。
7.如权利要求3所述的位置传感器，其中所述外管的一轴向区域的横截面大体上为C形。
8.如权利要求3所述的位置传感器，其中所述内管的一轴向区域的横截面大体上为C形。
9.如权利要求1所述的位置传感器，其中所述屏蔽构件由铁磁材料制成，并且至少具有大体上与所述检测线圈相等的轴向长度。
10.如权利要求9所述的位置传感器，其中所述屏蔽构件的轴向长度包括所述磁芯的可移动范围和所述检测线圈的全长。
11.如权利要求1所述的位置传感器，其中所述屏蔽构件在其外表面上具有高导电率的金属镀层。
12.如权利要求1所述的位置传感器，其中所述屏蔽构件电连接至所述驱动电路和所述信号处理电路其中一个的稳定电位点。
全文摘要
本发明提供一种具有优良的线圈阻抗线性度的位置传感器。该位置传感器包括管状检测线圈；在所述检测线圈内可移动的磁芯；用于检测线圈的驱动电路；用于将所述检测线圈的阻抗变化转换为电信号的信号处理电路；以及环绕所述检测线圈设置的屏蔽构件。所述屏蔽构件是具有第一内表面和第二内表面的管状构件，所述第一内表面环绕所述检测线圈的一轴向区域，所述第二内表面环绕所述检测线圈的另一轴向区域。所述管状构件形成为使得所述第二内表面与所述检测线圈之间的距离小于所述第一内表面与所述检测线圈之间的距离。
文档编号G01D5/12GK101031778SQ20068000094
公开日2007年9月5日 申请日期2006年5月12日 优先权日2005年5月12日
发明者丹羽正久, 猪冈结希子, 光武义雄, 太田智浩 申请人:松下电工株式会社