专利名称：位置传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种位置传感器，其利用由磁芯位移所导致的检测线圈的阻抗变化来工作。
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，不难想象由不同于磁芯位移的外部因素所导致的检测线圈的阻抗变化会成为检测精度下降的原因。例如，在由诸如铁氧体的磁性金属材料制成的磁芯在检测线圈内移动的过程中，当磁芯与检测线圈的内周面接触、并且受到诸如应力或应变的外力时，磁芯的磁导率的发生变化。此种现象通常称为维拉利效应(Villari effect)。由于磁导率的此种变化导致检测精度的变化，所以，为了确保位置传感器的工作可靠性，采取措施来防止磁芯受到应力或应变是重要的。
例如，在日本专利早期公布2002-90106号所公开的差动变压器式的位置传感器中，提出磁芯同轴地设置在由不锈钢管制成的金属筒内，并且在磁芯的外周表面和金属筒之间填充树脂材料作为缓冲构件。在此情况下，磁芯整体上的强度能够由于磁芯和检测线圈之间存在金属筒而得以增加。然而，随着检测线圈内周表面和磁芯之间距离的增大，到达磁芯的磁通量相对于检测线圈所产生的磁通量的比率减小，从而，位置传感器灵敏度会下降。另外，由于磁芯的直径尺寸增大，所以需要对磁芯进行适当的设计改变。此外，存在输出灵敏度的增加量相对于磁芯插入检测线圈的插入量降低的其它问题。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的主要目的是提供一种位置传感器，该位置传感器无需对磁芯及检测线圈的结构设计进行变更，而使得磁芯能够在检测线圈内平滑地运动且不会受到外力的作用。
也就是说，本发明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，其构造成将由所述磁芯在所述检测线圈内的移动所导致的所述检测线圈的阻抗变化转换成电信号；以及引导装置，其包括连接至所述磁芯的引导部分以及构造成滑动地支撑所述引导部分的支撑部分，其特征在于，所述引导装置形成为使得通过所述引导部分相对于所述支撑部分的滑动，所述磁芯以不接触所述检测线圈内表面的方式在所述检测线圈内移动。
根据本发明，由于通过引导部分的滑动所述磁芯的移动仅仅限制在所述检测线圈的中心轴线方向上，所以可以确定地防止由于磁芯在所述中心轴线方向之外的其它方向上的不利移动而导致的磁心与检测线圈的内周表面的接触。结果，防止磁芯受到应力或应变，并避免由于维拉利现象而导致的检测线圈阻抗的变化。
在上述的位置传感器中，优选地，所述引导部分具有连接至所述磁芯一端的杆状构件，所述支撑部分包括管状构件，所述管状构件形成为使得所述杆状构件的外周表面滑动地接触所述管状构件的内表面，并且所述管状构件设置为使得支撑在所述管状构件内的所述杆状构件的轴线方向与所述检测线圈的轴线方向一致。
另外，作为上述位置传感器的另一优选实施例，所述引导部分具有至少一个引导杆，所述引导杆大致平行于所述磁芯延伸。在所述检测线圈的一端处，所述支撑部分具有开口，所述磁芯插入该开口；在所述开口的外围，所述支撑部分还具有引导开口，所述至少一个引导杆插入所述引导开口内。插入在所述引导开口内的所述至少一个引导杆在所述检测线圈的外侧在所述检测线圈的轴线方向上是可移动的。在此情况下，具有位置传感器在磁芯插入检测线圈内的插入量最大的情况下总长度较小的优点。在此实施例中，还优选的是，所述至少一个引导杆是一对引导杆，并且所述引导杆之一所插入的引导开口与另一引导杆所插入的引导开口绕着所述检测线圈的中心轴线角向间隔大约90度。此外，优选的是，所述一对引导杆所插入的所述引导开口形成为大致矩形，并且所述引导开口之一的纵向与另一引导开口的纵向呈大致正交的关系。在此情况下，可以防止由于磁芯插入在检测线圈内的插入量小而导致的磁芯摇摆现象，并且在磁芯的整个行程上获得稳定的引导。也就是说，通过减小引导杆的游隙能够进一步改善对磁芯的引导功能。为了防止引导杆从所述引导开口脱出，优选地在插入所述引导开口内的所述至少一个引导杆的端部附接止挡件。
作为本发明的优选实施例，所述位置传感器具有壳体，所述检测线圈容纳在所述壳体内。所述壳体在其一端具有开口，所述磁芯能够插入所述开口。所述引导部分具有大致平行于所述磁芯延伸的至少一个引导杆。所述支撑部分在所述壳体内在所述检测线圈的外侧沿着所述检测线圈的轴线方向滑动地支撑所述至少一个引导杆。在此情况下，特别优选地，将所述至少一个引导杆滑动地支撑在沿着所述轴线方向在所述壳体的侧壁内形成的孔内。由于所述支撑部分形成在所述壳体的一部分上，从而能够有效地利用位置传感器的内部空间。结果，具有减小位置传感器尺寸的另一优点。此外，另一个优点是无需对检测线圈和磁芯进行设计变更来形成所述引导装置。此外，可以减少位置传感器的零部件的数量，由此降低制造成本。当壳体由铁磁材料制成时，还能够获得屏蔽功能，以保护磁芯使之免受外磁通和辐射噪声的影响。
另外，作为上述位置传感器的优选实施例，所述支撑部分在所述检测线圈的一端包括开口，所述磁芯能够插入到该开口内，所述支撑部分还包括大致平行于所述检测线圈的轴线方向延伸的至少一个杆状突出部，并且所述引导部分具有引导开口，所述杆状突出部能够插入所述引导开口内。在此情况下，进一步优选地，有止挡件附接至插入所述引导开口内的所述杆状突出部的端部以防止所述杆状突出部从所述引导开口脱出。
作为上述位置传感器的进一步的优选实施例，所述引导部分包括连接至所述磁芯一端的杆状构件，以及连接至所述杆状构件的外管状构件。所述磁芯容纳在所述外管状构件内。所述支撑部分包括内管状构件，所述检测线圈设置在所述内管状构件内。所述外管状构件的内表面在所述检测线圈的轴线方向上滑动地接触所述内管状构件的外表面。当所述内管状构件由铁磁材料制成时，可以保护磁芯使之免受外磁通和辐射噪声的影响。另外，从防涡电流出现来说，优选地所述内管状构件和所述外管状构件两者之一在其轴线方向上的一个区域内具有大致为C形的横截面。
另外，作为本发明的进一步的优选实施例，所述位置传感器具有绕所述检测线圈设置的管状屏蔽构件。所述引导部分包括连接至所述磁芯一端的杆状构件，以及连接至所述杆状构件的管状构件。所述磁芯容纳在所述管状构件内。所述管状构件的外表面在所述检测线圈的轴线方向上滑动地接触作为所述支撑部分的所述管状屏蔽构件的内表面。替代地，所述引导部分优选地包括连接至所述磁芯一端的杆状构件，以及连接至所述杆状构件的管状构件。所述磁芯容纳在所述管状构件内。所述支撑部分包括内管和外管，所述检测线圈设置在所述内管内，所述外管绕所述内管设置并与之有一个间隙。所述管状构件在所述检测线圈的轴线方向上滑动地支撑在所述内管和所述外管之间的所述间隙内。
本发明的其它特性和由此所带来的优点将通过下面描述的用于实施本发明的最佳实施方式而变得更加清晰。
图1A和1B分别是根据本发明的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3是根据第一实施例的一种改型的位置传感器的剖视图；图4A和图4B分别是根据本发明的第二实施例的位置传感器的引导装置的分解立体图和完整立体图；图5A和图5B分别是根据本发明的第二实施例的改型的引导装置的分解立体图和完整立体图；图6A和图6B分别是根据本发明的第二实施例的另一改型的引导装置的分解立体图和完整立体图；图7A和图7B分别是根据本发明的第三实施例的位置传感器的引导装置的分解立体图和完整立体图；图8A和图8B分别是根据本发明的第四实施例的位置传感器的引导装置的分解立体图和完整立体图；图9是根据本发明的第五实施例的位置传感器的剖视图；
图10是根据本发明的第六实施例的位置传感器的剖视图；图11是根据本发明的第六实施例的一种改型的位置传感器的剖视图；图12是根据本发明的第六实施例的另一种改型的位置传感器的剖视图。
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。
(位置传感器的基本结构)首先，描述位置传感器的基本结构。如图1A、图1B和图2所示，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；壳体6，其用于将屏蔽构件5容纳在内；以及引导装置7，其形成为使得磁芯2能够以不接触检测线圈1内表面的方式在检测线圈1内移动。
通过将导线12绕在大体上为圆柱形的绕线管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，其形成为长圆筒形并且在其相对端部处具有开口；第一凸缘13，其在卷绕体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盘状以封闭底部开口；以及基座15，其在第二凸缘的下侧形成为盘状。
另一方面，磁芯2由诸如铁氧体的磁性材料形成为长圆棒状。在该实施例中，卷绕体11形成为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内沿轴向移动(移动)。基座15的外直径大于第二凸缘14的外直径，并且屏蔽构件5设置在此基座15上。
屏蔽构件5容纳在壳体6的内表面和检测线圈1之间内，以获得期望的磁屏蔽效应。屏蔽构件不限于特定的结构。例如，其以双层结构形成，所述双层结构具有形成为管形的第一屏蔽部分51，和形成在第一屏蔽部分51的外表面上的金属镀层53。在此情况下，优选地，第一屏蔽部分51由铁磁材料的铁基金属制成，特别是由铁氧体制成。金属镀层53优选地由导电率高于铁基金属材料的铜、铜镍合金、金、银等材料制成。
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筒。优选地，屏蔽构件5和壳体6的轴向长度不小于与磁芯2的可运动范围相对应的长度。在此情况下，磁芯2能总是被屏蔽。因此，即使当外导体S临近屏蔽构件5放置时，外导体S产生的外磁场E的大多数磁通不会穿过屏蔽构件。由此，外磁场E的磁通不会与检测线圈1相互作用，防止了外磁场E在检测线圈1内产生感应电动势。
作为本发明特征部分的引导装置7主要形成有连接至磁芯2的引导部分(例如70)以及用于滑动地支撑所述引导部分的支撑部分(例如71)。引导装置的详细结构和作用将在下面描述的优选实施方式中说明。
对于驱动电路3没有限制，因此能够使用常规的驱动电路。例如，如图2所示，驱动电路3是用于向检测线圈1输出具有预定频率和幅值的恒定电流的恒流电路。该恒流电路设置有振荡电路31和V-I电路(电压-电流转换电路)32，振荡电路31用于生成通过将具有预定频率和幅值的交流电压叠加在具有预定幅值的直流电压上而得到的恒定电压，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的峰值V1(检测信号)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从驱动电路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，获取检测线圈上的电压的峰值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，通过叠加预定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执行用于温度补偿的运算。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、包括引导和支撑部分的引导装置用在具有上述基本结构的位置传感器中。即，如图1A所示，本实施例的引导部分是外直径基本上等于磁芯2的轴70，并且连接至磁芯2的上端表面。轴70的上端表面连接至待检测的物体(未示出)。另一方面，支撑部分设置有管状支承构件71和环状的盖74，管状支承构件71形成为使得轴70的外周表面与支承构件71的内周表面滑动地接触，环状的盖74用于将支承构件71固定至壳体6内的预定位置。
支承构件71一体地形成有具有相对开口端的筒状部分72、以及从所述筒状部分的底端向外延伸的圆形凸缘73。筒状部分72形成为其内直径稍微大于轴70的外直径，从而，轴70沿轴向(上下方向)由筒状部分72滑动地支撑。凸缘部分73的外直径确定为使得所述凸缘部分配合至壳体6的顶部开口内。盖74由绝缘树脂或类似材料制成。支承构件71的筒状部分72插入环状的盖74的中心开口内。因此，支承构件71设置在壳体6的顶部开口内，从而支撑在筒状部分72内的轴70的轴向与检测线圈1的轴向一致，然后由盖74固定。
接下来，说明上述位置传感器的工作方式。当轴70根据物体的移动而从磁芯2位于如图1B所示检测线圈中的最高位置的情况下向下移动时，磁芯2被轴70推入检测线圈1内。此时，由于轴70在检测线圈1的中心轴线方向上由支承构件71支撑，所以磁芯2的位移由轴70和支承构件71限制在仅仅沿检测线圈的中心轴线方向，以防止磁芯2在检测线圈1内的移动方向偏离或倾斜。这样，由于总是得到磁芯2在检测线圈1的中心轴线上的往复移动，且磁芯2不与检测线圈1的内表面接触，所以可以防止由于维拉利现象而导致的检测线圈1的阻抗变化。另外，由于连接至磁芯2的轴70由支承构件71支撑，所以，磁芯2不会直接接触支承构件71。因此，即使当由应力或应变施加至轴70时，磁芯2也不会受到应力或应变的作用。
作为本实施方式的一种改型，例如，如图3所示，可以在壳体6的底端部内、在检测线圈1之下设置印刷电路板8。在该附图中，驱动电路3和信号处理电路4安装在印刷电路板8的下表面上，并且在印刷电路板8的上表面上形成用于诸如接地之类的稳定电位点的布线图。屏蔽构件5在其下端一体地形成有突出件55，屏蔽构件5通过该突出件55电连接至印刷电路板8的用于稳定电位点的布线图上。在此情况下，能够进一步增加屏蔽辐射噪声的效果。另外，当对突出件55的下表面进行镀焊料或镀金以使之与印刷电路板8的稳定电位点电连接时，有进一步改善与印刷电路板8的接触稳定性的优点。此外，由于屏蔽构件5的第一屏蔽部分51通过在预定的轴向区域内形成狭槽54而关于屏蔽构件的周向以电不连续的方式形成，所以，能够获得线圈阻抗线性度的改善。在所述附图中，标号82表示在壳体6的底端部分内形成的带凹槽部分，所述带凹槽部分用于在印刷电路板8和外部电源之间形成电连接。
(第二实施例)本实施例的特征在于将具有下述特征的、包括引导和支撑部分的引导装置用在具有上述基本结构的位置传感器中。即，如图4A所示，本实施例的引导部分设置有一对柱形引导杆20，其基本上平行于磁芯2延伸；联接板21，其形成为大致方形，并且用于将磁芯2与所述引导杆相联接；以及杆状突出部22，其用于连接待检测的物体。当引导杆20由诸如管材之类的管状构件形成时，能够减小引导部分的重量。另一方面，此实施例的附接至检测线圈1的绕线管10的一端的支撑部分60具有开口61和引导开口62，磁芯2通过开口61插入检测线圈1内，所述一对引导杆20插入引导开口62内。引导开口62位于开口61的外围，并且所述引导开口中的一个绕着检测线圈1的中心轴线与另一个引导开口在角向上间隔大约180度。如图4B中所示，引导杆20被支撑在引导开口62内，在检测线圈1的外侧沿着检测线圈的轴向是可滑动的。
当插入引导开口62内的引导杆20沿检测线圈1的轴向滑动时，磁芯2的移动被限制为仅仅沿检测线圈的中心轴线的方向，以防止磁芯2在检测线圈1内的移动方向偏离或倾斜。这样，总是可获得磁芯2不与检测线圈1的内表面接触地在检测线圈1的中心轴线上的往复移动。所以可以防止由于维拉利现象而导致的检测线圈1内的阻抗变化。另外，由于引导杆20在检测线圈1的外侧是可滑动的，所以，无需进行设计改变以增加检测线圈1的内直径。此外，具有在磁芯2插入检测线圈1内的插入量最大的情况下位置传感器的总长度较小的优点。为了防止引导杆22从引导开口62脱出，优选地在插入引导开口62内的各引导杆20的端部处附接止挡件。
上述的引导装置具有一对引导杆20。替代地，引导杆的数量可以是一个。例如，如图5A和5B中所示，能够形成有具有矩形截面并与磁芯2大致平行地延伸的单个引导杆20，引导杆20通过联接部分24与磁芯2一体地形成。在此情况下，由于引导杆20和磁芯2通过一体模制由相同的材料制成，所以可以减少位置传感器的零部件总数量。另一方面，附接至检测线圈1的绕线管10的一端的支撑部分60具有圆形的开口61和临近开口61设置的引导开口62，磁芯2通过开口61插入检测线圈1内，引导杆20插入引导开口62内。在所述的情况下，由于引导杆20在检测线圈1的外侧沿着检测线圈的轴向滑动地支撑在引导开口62内，所以能够获得对磁芯2相同的引导效果。引导杆的数量可以是三个或更多个。当需要更高精度的引导功能时，优选地形成四个绕着检测线圈1的中心轴线彼此角向间隔90度的引导杆。在此情况下，可以均匀地防止磁芯的移动方向偏离检测线圈1的中心轴线。
作为本发明的优选实施例，优选地，引导装置包括如图6A和6B所示的引导和支撑部分。即，此引导部分具有一对引导杆20a、20b，各引导杆具有大致为矩形的横截面。一个引导杆20a所插入的矩形开口62a与另一引导杆20b所插入的矩形开口62b绕着检测线圈1的中心轴线角向间隔大约90度。另外，一个矩形开口62a的纵向相对于另一个矩形开口62b的纵向大致正交。各矩形开口形成为稍微大于引导杆的矩形横截面，使得插入在所述矩形开口内的引导杆不会摇摆。在此情况下，由于支撑部分60的矩形开口62a、62b彼此大致正交，所以与一对矩形开口绕检测线圈1的中心轴线彼此角向间隔大致180度、且矩形开口的纵向彼此平行延伸的情况相比，具有减小磁芯2的移动方向的摇摆(或游隙)的优点。简要地说，尽管使用较少数量的引导杆，但是可以有效地防止磁芯2的移动方向相对于检测线圈1的中心轴线摇摆。从减少零部件数量的观点来看，优选地引导杆20使用与磁芯2相同的材料而通过联接部分24一体地形成。
(第三实施例)本实施例的特征在于将具有下述特征的、包括引导和支撑部分的引导装置用在具有上述基本结构的位置传感器中。即，如图7A和图7B中所示，此实施例的支撑部分60在检测线圈1的一端处具有开口61，磁芯2插入开口61内，支撑部分60还具有一对柱状突出部63，其绕检测线圈1的中心轴线彼此角向间隔大致180度并沿着检测线圈1的轴向彼此平行地延伸。另一方面，引导部分设置有联接板21，其形成为大致方形；以及杆状突出部22，其用于连接待检测的物体。连接至磁芯2的联接板21具有引导开口25，柱状突出部63分别插入在引导开口25内。所述一对柱状突出部63在检测线圈1外侧沿着检测线圈的轴向滑动地支撑在引导开口25内。在此情况下，如同在第二实施例中所述的，通过柱状突出部63在引导开口25内的滑动，磁芯2的移动被限制在仅仅沿检测线圈的中心轴线的方向。因此，可以防止磁芯2在检测线圈1内的移动方向偏离或倾斜。另外，该实施方式具有内在的优点通过减小连接至磁芯2的引导部分的重量而能够减小作用在待检测物体上的机械负载。如同在第二实施例中所述的，为了防止柱状突出部63从引导开口25脱出，优选地在插入引导开口25内的各柱状突出部63的端部处附接止挡件23。
(第四实施例)本实施例的特征在于将具有下述特征的壳体6和包括引导和支撑部分的引导装置用在具有上述基本结构的位置传感器中。即，如图8A中所示，该实施例的壳体6是大致为矩形的壳体，其能够分为两部分85和86。检测线圈1容纳在壳体6内。该壳体在其一端处具有开口84，磁芯2能插在开口84内。与第二实施例的情况相同，引导部分设置有一对柱形引导杆20，其基本上平行于磁芯2延伸；联接板21，其具有大致方形的形状，并且用于将引导杆20与磁芯2相联接；以及杆状突出部22，其用于连接待检测的物体。如图8B中所示，所述一对引导杆20滑动地支撑在引导开口65内，引导开口65作为支撑部分形成为矩形壳体6的一对侧壁内。在此实施例中，矩形壳体6能够分为基部85和壳体盖86。壳体盖86和基部85的联接表面具有圆弧形的长槽65a、65b。当基部85联接至壳体盖86时，这些长槽提供引导开口65。在此情况下，具有容易对引导开口65内积聚的污物或灰尘进行清洁的优点。另外，通过在矩形壳体的侧壁内形成引导开口65，壳体6的尺寸能够减小。如果需要，能够在检测线圈1和矩形壳体的内表面之间的空间内设置屏蔽构件5。替代地，壳体6优选地由铁磁材料制成。在此情况下，壳体6具有屏蔽性能。
根据具有上述特征的引导装置，通过引导杆20在引导开口65内沿着检测线圈1的轴线方向的滑动，磁芯2的移动被限制在仅仅沿检测线圈的中心轴线的方向。因此，可以防止磁芯2在检测线圈1内的移动方向偏离或倾斜。这样，由于磁芯2总是能够在不与检测线圈1的内表面接触地在检测线圈1的中心轴线上往复移动，所以可以防止由于维拉利现象而导致的检测线圈1的阻抗变化。另外，由于引导杆20由壳体6可移动地支撑，所以不需要对容纳在壳体6内的检测线圈1进行设计变更。此外，如同在第二实施例中所述的，具有下述优点位置传感器在磁芯2插入检测线圈1内最大量时的总长度减小了。
(第五实施例)本实施例的特征在于将具有下述特征的、包括引导和支撑部分的引导装置用在具有上述基本结构的位置传感器中。即，如图9所示，该实施例的引导部分包括连接至磁芯2端部的轴70、和连接至轴70的筒状的外管状构件26。磁芯容纳在外管状构件26内。外管状构件26在其下端具有开口，并且外管状构件的内直径设计为稍微大于下述壳体6的上部的外直径。外管状构件26在其上端形成有顶板，该顶板具有通孔，轴70插入该通孔内。所述顶板与外管状构件的外周壁一体地形成。因此，轴70的下端和磁芯2的上端之间的连接部分位于外管状构件26内，并且轴70的上端和待检测物体之间的连接部分(未示出)位于外管状构件26的外侧。外管状构件可以由非磁性材料制成。当外管状构件26与屏蔽构件5的情况相同由诸如铁的铁磁材料制成时，可以保护磁芯2，使之免受外部磁通和辐射噪声的影响。
另一方面，该实施例的支撑部分由壳体6的外周表面67提供，从而外管状构件26的内周表面28在检测线圈1的轴线方向上滑动地接触壳体6的外周表面67。壳体6的下部的直径大于与外管状构件26滑动地接触的部分的直径。在那些部分的边界处设置的台阶用作止挡壁。即，当磁芯2在检测线圈1内的插入量最大时，外管状构件26的下端接触所述止挡壁。另外，由于壳体6和外管状构件26均为筒形，并且同轴设置，所以外管状构件26绕着壳体6的中心轴线可旋转地被支撑。另外，与图3中所示情况相同，该实施例的屏蔽构件5具有带狭槽54的预定轴向区域，屏蔽构件5关于圆周方向以电不连续方式形成，以改善线圈阻抗的线性度。
根据具有上述特征的引导装置，通过外管状构件26沿着壳体6的外周表面67在检测线圈1的轴线方向上的滑动，磁芯2的移动被限制在仅仅沿检测线圈1的中心轴线的方向上。因此，可以防止磁芯2在检测线圈1内的移动方向偏离或倾斜。结果，与其它实施例中的情况相同，能够防止由于维拉利现象而导致的检测线圈1的阻抗变化。另外，由于外管状构件26由壳体6可动地支撑，所以不需要对容纳在壳体6内的检测线圈1进行设计变更。此外，与第二实施例中相同，具有下述优点位置传感器在磁芯2插入检测线圈1内的插入量最大时的总长度减小了。
(第六实施例)本实施例的特征在于将具有下述特征的、包括引导和支撑部分的引导装置用在具有上述基本结构的位置传感器中。即，如图10所示，该实施例的引导部分包括连接至磁芯2端部的轴70；以及连接至轴70的筒状的内管状构件29。磁芯2容纳在内管状构件29内。内管状构件29在其下端具有开口，并且内管状构件的外直径设计为稍微小于下述屏蔽构件5的内直径。内管状构件29在其上端形成有顶板，该顶板具有通孔，轴70插入该通孔内。所述顶板与内管状构件的侧壁一体地形成。因此，轴70的下端和磁芯2的上端之间的连接部分位于内管状构件29内，并且轴70的上端和待检测物体之间的连接部分(未示出)位于外管状构件29的外侧。另外，优选地，内管状构件29具有带狭槽的预定轴向区域，内管状构件29关于圆周方向以电不连续方式形成，以防止在内管状构件29内出现涡电流。
另一方面，该实施例的支撑部分由屏蔽构件5的内周表面提供，从而内管状构件29的外周表面在检测线圈1的轴线方向上滑动地接触屏蔽构件5的内周表面。此实施例的屏蔽构件5具有双层结构，包括管状的第一屏蔽部分51和形成于第一屏蔽部分51的外表面上的金属镀层53。金属镀层的导电率高于形成第一屏蔽部分51的金属材料。因此，内管状构件29的外周表面滑动地接触第一屏蔽部分51的内周表面。另外，当磁芯2在检测线圈1内的插入量最大时，内管状构件29的下端接触绕线管10的基座15的上表面。因此，绕线管的基座能够用作引导装置的止挡件。
根据具有上述特征的引导装置，通过内管状构件29沿着屏蔽构件5的内周表面在检测线圈1的轴线方向上的滑动，磁芯2的移动被限制在仅仅沿检测线圈1的中心轴线的方向上。因此，可以防止磁芯2在检测线圈1内的移动方向偏离或倾斜。结果，与其它实施例中的情况相同，能够防止由于维拉利现象而导致的检测线圈1的阻抗变化。
另外，如图11所示，屏蔽构件5可以形成有位于内侧呈筒形的第一屏蔽部分51，以及位于外侧呈筒形并与第一屏蔽部分间隔开预定距离的第二屏蔽部分57。在此情况下，上述的内管状构件29在轴线方向上由第一屏蔽部分51和第二屏蔽部分57之间的间隙滑动地支撑，由此如上述实施例中的情况一样获得对磁芯2的引导功能。
替代地，如图12中所示，内管状构件29能够设计成具有较小的外直径，这使得可以实现下述结构内管状构件29的外周表面滑动地接触检测线圈1的内周表面。在此情况下，检测线圈1的内直径稍微增加，能够获得对磁芯2进行引导的类似功能。
上述实施例中说明的例子和屏蔽构件为筒状。替代地，它们可以形成为矩形的管状。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，本发明的引导装置能够等同地用于磁芯可沿曲线轴线移动的旋转型(曲线运动型)位置传感器。
工业实用性如上所述，根据本发明，用于使得磁芯能够在检测线圈内稳定移动的引导装置的形成无需增加磁芯或检测线圈的直径尺寸。因此，可以有效地防止维拉利现象，即由于磁芯与检测线圈的内表面接触而导致的磁导率的变化，从而提供一种具有高操作可靠性的紧凑型位置传感器。这样，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移动所导致的所述检测线圈的阻抗变化转换成电信号；以及引导装置，包括连接至所述磁芯的引导部分以及构造成滑动地支撑所述引导部分的支撑部分；其中，所述引导装置形成为通过所述引导部分相对于所述支撑部分的滑动，所述磁芯以不接触所述检测线圈内表面的方式在所述检测线圈内移动。
2.如权利要求1所述的位置传感器，其中所述引导部分具有连接至所述磁芯一端的杆状构件，所述支撑部分包括管状构件，所述管状构件形成为使得所述杆状构件的外周表面滑动地接触所述管状构件的内表面，并且所述管状构件设置为使得支撑在所述管状构件内的所述杆状构件的轴线方向与所述检测线圈的轴线方向一致。
3.如权利要求1所述的位置传感器，其中所述引导部分具有至少一个引导杆，所述引导杆大致平行于所述磁芯延伸，所述支撑部分具有在所述检测线圈的一端处的开口和在所述开口的外围的引导开口，所述磁芯插入该开口中；所述至少一个引导杆插入所述引导开口内，并且插入在所述引导开口内的所述至少一个引导杆在所述检测线圈的外侧沿所述检测线圈的轴线方向是可移动的。
4.如权利要求3所述的位置传感器，其中所述至少一个引导杆是一对引导杆，并且一个所述引导杆所插入的引导开口与另一引导杆所插入的引导开口绕所述检测线圈的中心轴线角向间隔大约90度。
5.如权利要求4所述的位置传感器，其中所述一对引导杆所插入的所述引导开口形成为大致矩形，并且所述引导开口之一的纵向与另一引导开口的纵向呈大致正交的关系。
6.如权利要求3所述的位置传感器，进一步包括止挡件，所述止挡件附接至插入所述引导开口内的所述至少一个引导杆的端部，以防止所述引导杆从所述引导开口脱出。
7.如权利要求3所述的位置传感器，其中所述至少一个引导杆用相同材料与所述磁芯一体地形成。
8.如权利要求1所述的位置传感器，包括壳体，所述检测线圈容纳在所述壳体内，其中所述壳体在其一端具有开口，所述磁芯能够插入所述开口，所述引导部分具有大致平行于所述磁芯延伸的至少一个引导杆，并且所述支撑部分在所述壳体内在所述检测线圈的外侧沿着所述检测线圈的轴线方向滑动地支撑所述至少一个引导杆。
9.如权利要求8所述的位置传感器，其中所述至少一个引导杆滑动地支撑在沿着所述轴线方向在所述壳体的侧壁内形成的孔内。
10.如权利要求8所述的位置传感器，其中所述壳体由铁磁材料制成。
11.如权利要求1所述的位置传感器，其中所述支撑部分包括位于所述检测线圈一端的开口，所述磁芯能够插入该开口内，所述支撑部分还包括大致平行于所述检测线圈的轴线方向延伸的至少一个杆状突出部，并且所述引导部分具有引导开口，所述杆状突出部能够插入所述引导开口内。
12.如权利要求11所述的位置传感器，还包括附接至插入所述引导开口内的所述杆状突出部的端部以防止所述杆状突出部从所述引导开口脱出的止挡件。
13.如权利要求1所述的位置传感器，其中所述引导部分包括连接至所述磁芯一端的杆状构件，以及连接至所述杆状构件的外管状构件，所述磁芯容纳在所述外管状构件内，所述支撑部分包括内管状构件，所述检测线圈设置在所述内管状构件内，并且所述外管状构件的内表面在所述检测线圈的轴线方向上滑动地接触所述内管状构件的外表面。
14.如权利要求13所述的位置传感器，其中所述内管状构件由铁磁材料制成。
15.如权利要求13所述的位置传感器，其中所述内管状构件和所述外管状构件两者之一在其轴线方向上的一个区域内具有大致为C形的横截面。
16.如权利要求1所述的位置传感器，包括绕所述检测线圈设置的管状屏蔽构件，所述引导部分包括连接至所述磁芯一端的杆状构件，以及连接至所述杆状构件的管状构件，所述磁芯容纳在所述管状构件内，并且所述管状构件的外表面在所述检测线圈的轴线方向上滑动地接触作为所述支撑部分的所述管状屏蔽构件的内表面。
17.如权利要求16所述的位置传感器，其中所述管状屏蔽构件和所述管状构件两者之一在其轴线方向上的一个区域内具有大致为C形的横截面。
18.如权利要求1所述的位置传感器，其中所述引导部分包括连接至所述磁芯一端的杆状构件，以及连接至所述杆状构件的管状构件，所述磁芯容纳在所述管状构件内，所述支撑部分包括内管和外管，所述检测线圈设置在所述内管内，所述外管绕所述内管设置并与之有一个间隙，所述管状构件在所述检测线圈的轴线方向上滑动地支撑在所述内管和所述外管之间的所述间隙内。
全文摘要
一种具有高操作可靠性的小尺寸位置传感器。所述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；用于所述检测线圈的驱动电路；信号处理电路，其用于将所述检测线圈的阻抗变化转换成电信号；以及用于引导所述磁芯在所述检测线圈内的运动的引导装置。所述引导装置具有连接至磁芯的引导部分以及用于滑动地支撑所述引导部分的支撑部分。所述引导装置形成为通过所述引导部分相对于所述支撑部分的滑动，所述磁芯能够在所述检测线圈内平滑地移动而不接触所述检测线圈的内表面。
文档编号G01D5/12GK101031779SQ20068000094
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 申请人:松下电工株式会社