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JP4609915B2 - Position detection device - Google Patents

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JP4609915B2
JP4609915B2 JP2001198585A JP2001198585A JP4609915B2 JP 4609915 B2 JP4609915 B2 JP 4609915B2 JP 2001198585 A JP2001198585 A JP 2001198585A JP 2001198585 A JP2001198585 A JP 2001198585A JP 4609915 B2 JP4609915 B2 JP 4609915B2
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の各種計測装置や制御装置、工作機械ロボットなどに使用される位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、自動車の各種計測装置や制御装置、工作機械ロボットなどでは、可動部分の移動量や移動位置を検出するために、位置検出装置が使用されている。
【0003】
このような位置検出装置としては、本願出願人等が特開平11−141355号公報で提案した位置検出装置が挙げられる。
【0004】
図9に示すように、当該位置検出装置100は、磁石101,102と、センサ103と、検出回路104とを備えている。磁石101,102は、センサ103に対して相対的に移動する構成とされている。また、検出回路104は、センサ103と接続している。
【0005】
磁石101,102は磁界発生手段であり、互いに逆方向の磁界を発生するように配置される。磁石101,102は、センサ103に対して、相対位置が遠くなる従って徐々に強さ及び方向が変化する磁界を与える。この磁石101,102としては、バリウムフェライト、プラスチック、ゴムなどからなる永久磁石や、SmCoを焼結することにより作製された永久磁石、電磁石などを用いることができる。
【0006】
センサ103は感磁手段であり、磁石101,102から与えられる磁界を感磁し、感磁した磁界の強さを電気信号に変換する。センサ103としては、例えば、高透磁率材料からなるコアに導電性材料からなるコイルを巻回したものを使用することができる。また、センサ103としては、MR素子、ホール素子、MI素子などを使用することもできる。
【0007】
検出回路104は、センサ103を励磁駆動する回路や、センサ103が出力する電気信号を検出する回路などから構成される。この検出回路104は、センサ103が検出した電気信号を、例えばエンジンの点火時期を制御する制御回路などに供給する。
【0008】
以上説明した位置検出装置100では、センサ103が磁石101,102から発生する磁界を感磁し、感磁した磁界の強さに基づいて、センサ103と磁石101,102との相対位置を検出することができる。また、各磁石101,102を結ぶ直線上では、磁界の方向及び強さが直線的に変化する。したがって、この直線上に設けられたセンサ103は、センサ103と磁石101,102との相対位置を直線的に検出することができる。
【0009】
位置検出装置100は、センサ103の磁界感度が非常に良好であり、磁石101,102とセンサ103との相対位置が大きく離れたときにも、この相対位置を検出することができる。また、位置検出装置100は、以上説明した構成を有するために、非常に堅牢、小型、且つ安価なものとなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この位置検出装置100は、上述したように、自動車の各種計測装置や制御装置、工作機械ロボットなどに使用されている。
【0011】
しかしながら、自動車の各種計測装置や制御装置、工作機械ロボットなどが使用される場所には、磁石101,102以外の磁界発生源から発生する磁界(以下、外乱磁界と称する。)が存在している。例えば、工作機械ロボットが使用される現場では、モータなどからの漏れ磁界が存在している。また、自動車では、オルタネータや電磁クラッチなどが磁界を発生している。
【0012】
位置検出装置100は磁界を利用している。したがって、外乱磁界が生じているところで位置検出装置100を使用すると、センサ103は磁石101,102からの磁界と共に外乱磁界を感磁してしまう。すなわち、センサ103が感磁する磁界に外乱磁界が影響してしまう。センサ103が感磁する磁界に外乱磁界が影響したときには、位置検出装置100がセンサ103と磁石101,102との相対位置を誤って検出してしまう。例えば、位置検出装置100が自動車などに搭載される気化器の開度検出装置に使用されたときには、気化器の開度を誤って検出してしまう。
【0013】
本発明は、このような従来の実情を鑑みて提案されたものであり、外乱磁界の影響を少なくすることが可能であり、外乱磁界が存在する場所で使用したときにも誤差が少ない位置検出装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る位置検出装置は、一軸方向の磁界を特に強く感磁する感磁手段を有する磁界検出手段と、上記一軸方向の端部が露出するように上記感磁手段を被覆する第1の磁気遮蔽手段と、上記感磁手段に対して相対的に位 置が変化し、この相対的な位置の変化に応じて連続的に強さが変化する磁界を、上記感磁手段に対して与える磁界発生手段とを備え、少なくとも上記感磁手段又は上記磁界発生手段の移動方向の移動範囲よりも外側に存在している別の磁界発生源から発生する磁界のうち、上記一軸方向の磁界を遮断する第2の磁気遮蔽手段を備えることを特徴とする。
【0021】
本発明に係る位置検出装置は、第2の磁気遮蔽手段によって、上記磁気検出手段又は上記磁界発生手段の移動方向の移動範囲よりも外側に存在している磁界のうち、少なくとも上記感磁手段が特に強く感磁する一軸方向の磁界が遮蔽されている。
【0022】
したがって、本発明に係る位置検出装置は、感磁手段が感磁する磁界に対する上記磁気検出手段又は上記磁界発生手段の移動方向の移動範囲よりも外側に存在している磁界の影響が少ないものとなる。すなわち、本発明に係る位置検出装置は、感磁手段が感磁する磁界に対する外乱磁界の影響が少ないものとなる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した位置検出装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0024】
図1及び図2に示すように、本発明を適用した位置検出装置1は、センサ2と、磁石3,4と、検出回路5と、第1のシールド6と、第2のシールド7とを備える。なお、図1では、検出回路5の図示を省略する。磁石3,4は、センサ2に対して相対的に移動するように取り付けられている。また、検出回路5はセンサ2と接続している。
【0025】
この位置検出装置1は、例えば、後述するように気化器などに取り付けられ、気化器の開度を検出するために利用される。本実施の形態では、位置検出装置1は、センサ2に対して磁石3,4が移動する構成とされている。この位置検出装置1は、センサ2に対する磁石3,4の相対的な移動量を検出することで、気化器の開度を検出する。
【0026】
センサ2は感磁手段であり、磁石3,4からの磁界を感磁して、電気信号として出力する。また、センサ2は、一軸方向の磁界を特に強く感磁する。以下では、この一軸方向を、センサ2の感磁方向と称する。
【0027】
センサ2は、図3に示すように、閉磁路を形成した方形環状のコア10と、コア10に巻回された2つのコイル11,12とにより構成されている。コイル11,12は、例えばコア10の長手方向の相対する2辺にそれぞれ巻回される。このセンサ2は、コイル11,12が巻回された方向が感磁方向とされる。本実施の形態では、図3中矢印Aで示すセンサ2の長手方向が感磁方向とされる。
【0028】
コア10は導電性を有する磁性材料からなる。コア10は、例えば、パーマロイ、Fe、Co、Si、Bなどを含有するアモルファス金属などを含有する高透磁率材料からなることが好ましい。コア10に高透磁率材料を使用すると、その飽和特性により、センサ2は高感度となる。本実施の形態では、コア10は、パーマロイを方形環状にエッチングした後に、熱処理が施されることによって形成される。また、本実施の形態では、コア10は、図3に示すように、外見寸法が5.0mm×2.0mmとされており、内径寸法が2.0mm×1.0mmとされている。
【0029】
また、コイル11,12は導電性材料からなる。コイル11,12は、例えばこのコア10の長手方向の相対する2辺に、それぞれCu線を50回巻回することによって形成される。なお、本実施の形態では、コイル11,12がそれぞれ反対の螺旋を形成するように、コア10に対してCu線を巻回している。
【0030】
センサ2は、例えば高周波のパルス電流がコイル11,12を流れることで励磁される。センサ2が感磁方向の磁界を感磁したときに、コイル11,12のインピーダンス変化が大きくなる。
【0031】
センサ2は、コア10を方形環状として各コイル11,12を逆相となるように通電することで、各コイル11,12によって励磁されて発生する磁束がコア10内を周回するために効率の良い励磁がなされ、磁石3,4からの磁界の感度が良好なものとなる。また、センサ2は、2つのコイル11,12からの差動出力をとることで、ノイズが少なく、信号出力が優れたものとなる。
【0032】
この位置検出装置1は、後述するように気化器などに取り付けるときに、このセンサ2の感磁方向が、磁石3,4以外の磁界発生源から発生する磁界(以下、外乱磁界と称する。)に対して略直交方向となるように取り付けられる。したがって、位置検出装置1では、センサ2が感磁する磁界に対する外乱磁界の影響が少なくなる。
【0033】
なお、コア10は、センサ2の仕様や作製のときのコストなどに応じて、図4に示す形状としても良い。図4では、高透磁率材料からなる略長方形の2つのコア14,15が、それぞれの端部で略長方形の非磁性材料16によって接続されており、コア14,15のそれぞれにコイル17,18が巻回されている開磁路型のセンサ19を示している。
【0034】
磁石3,4は磁界発生手段であり、センサ2に対して、相対位置が遠くなるに従って直線的に強さ及び方向が変化する磁界を与える。このとき、磁石3,4は、センサ2の感磁方向に対して平行な方向に磁界を発生するように配置される。また、磁石3,4は、着磁方向が反対となるように配置される。着磁方向が反対となるように磁石3,4が配置されることで、センサ2と磁石3,4との相対位置に応じてセンサ2が感磁する磁界は、強さだけではなく方向も変化する。したがって、位置検出装置1は、センサ2と磁石3,4との相対位置を精度良く検出することが可能となる。さらに、磁石3,4は、センサ2に対して移動するように配設される。磁石3,4は、それぞれの着磁方向に対して垂直な方向に移動するように配設される。
【0035】
磁石3,4としては、バリウムフェライト、プラスチック、ゴムなどからなる永久磁石や、SmCoを焼結することにより作製された永久磁石、電磁石などを用いることができる。磁石3,4に電磁石を用いたときには、永久磁石に見られるような磁界のばらつきを解消することができる。
【0036】
検出回路5は、図5に示すように、センサ2を駆動するための発振回路20、センサ2からの電気信号を検出するブリッジ回路21、ブリッジ回路21の差動出力をとる差動回路22から構成される。ここで、発振回路20は、コイル11,12を高周波励磁する発振手段であり、ブリッジ回路21及び差動回路22は、コイル11,12のインピーダンスを検出し、このインピーダンスに基づいてセンサ2と磁石3,4との相対位置を検出する相対位置検出手段である。検出回路5は、検出した信号を、例えば自動車の各種計測装置や制御装置などに供給する。
【0037】
第1のシールド6は、第1の外乱磁界遮蔽手段である。この第1のシールド6は、感磁方向の端部が露出するようにセンサ2を被覆している。また、本実施の形態では、第1のシールド6は、センサ2の長手方向の略全体を被覆している。
【0038】
したがって、第1のシールド6を備えることで、センサ2が感磁する磁界に対する感磁方向以外の磁界の影響が少なくなる。また、第1のシールド6を備えることで、例えば位置検出装置1の取り付け誤差などによって、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とが略垂直とならないときにも、センサ2が感磁する磁界に対する外乱磁界の影響が少なくなる。
【0039】
第2のシールド7は、第2の外乱磁界遮蔽手段であり、磁石3,4の移動方向の移動範囲の外側に存在する磁界を遮蔽しており、特に、センサ2の感磁方向と同じ方向の外乱磁界を遮蔽している。本実施の形態では、第2のシールド7の形状は、磁石3,4の移動方向の長さが磁石3,4の移動範囲と略同等とされており、磁石3,4から発生する磁界と同じ方向の長さがセンサ2の感磁方向の長さと略同等とされている。
【0040】
したがって、第2のシールド7を備えることで、センサ2が感磁する磁界に対して、磁石3,4の移動方向の移動範囲の外側に存在する外乱磁界の影響が少なくなる。また、例えば位置検出装置1の取り付け誤差などによって、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とが略垂直方向からずれたときにも、外乱磁界の影響を少なくすることができる。
【0041】
なお、第1のシールド6や第2のシールド7(以下、まとめてシールドと称する。)は、飽和磁束密度が高く、残留磁気の少ない純鉄系材料からなることが好ましいが、シールドに対して加わる磁界が、シールドを形成する材料の飽和磁気特性に対して十分に小さいときには、ヒステリシスの影響を無視できるため、特に材質にこだわる必要はない。また、例えば、センサ2と磁石3,4との間隔を大きく離すことなどによって微弱な磁界を検出するときには、シールドは、ヒステリシスの影響が少ないパーマロイなどから作製することが好ましい。
【0042】
ところで、この位置検出装置1では、センサ2が感磁した磁石3,4からの磁界の強さをコア10に発生する渦電流を利用して検出し、磁石3,4とセンサ2との相対位置を検出している。なお、渦電流は、導電体を変動する磁場の中においたときに、導電体中を循環するように生じる電流である。
【0043】
以下では、コア10に発生する渦電流を利用して、磁石3,4とセンサ2との相対位置を検出する方法について説明する。
【0044】
先ず、発振回路20によって、コイル11,12を、コア10内の磁束が飽和しないように高周波励磁駆動する。
【0045】
コイル11,12を高周波駆動すると、コア10自体が導電性を有することから、このコア10内には渦電流が発生し、コイル11,12のインピーダンスには、駆動波に対して90°位相がずれた自己誘導によるインピーダンス損失成分に加えて、駆動波に対して180°位相がずれた渦電流によるインピーダンス損失成分が生じる。これら両成分は、センサコア材の透磁率μの変化によってその値を変化させるが、特にコア10を飽和させないように励磁することにより、コイル11,12のインピーダンスには渦電流損失分が大きく寄与するようになる。この2つの成分を合成したインピーダンスは、磁石3,4とセンサ2との相対位置の変化に対して、非常に大きな変化を示す。
【0046】
なお、渦電流によるインピーダンス損失が磁界の大きさに応じて変化するのは、実際には渦電流がセンサコアの透磁率μによって変動するためである。一般に磁性材料の場合、この透磁率μは単に定数で表されずに、磁界の大きさに応じて変化するものである。
【0047】
なお、本実施の形態では、センサ2として、導電性であり且つ磁性体であるコア10に、コイル11,12を巻回したものを使用し、コア10に発生する渦電流を利用して、磁石3,4からの磁界を検出したが、センサ2は、一軸方向の磁界を強く感磁するものであれば良い。例えば、センサ2として、MR素子やホール素子などを使用することもできる。
【0048】
また、本実施の形態では、位置検出装置1は、センサ2に対して磁石3,4が移動する構成とされている。したがって、第2のシールド7は、磁石3,4の移動方向の長さが磁石3,4の移動範囲と略同等とされている。しかしながら、本発明を適用した位置検出装置は、磁石に対してセンサが移動する構成としても良い。当該位置検出装置では、第2のシールドは、センサの移動方向の長さがセンサの移動範囲と略同等とされている必要がある。
【0049】
つぎに、この位置検出装置1を装着した気化器について、図6及び図7を参照しながら詳細に説明する。
【0050】
ここで、図6には位置検出装置1を装着した気化器31の側面図を示し、図7には気化器31の図7中X−X’線断面図を示す。
【0051】
気化器31は、いわゆる直動式のバルブを備えたものであって、本体部32と、液体燃料が注入されるチャンバ33とを備えている。このチャンバ33は、本体部32に形成される燃料導入通路44と接続され、液体燃料が注入される。
【0052】
本体部32は、キャブボディ34と、直動式のピストンバルブ35と、蓋36と、バネ37とを備えている。ピストンバルブ35は、キャブボディ34内に形成されるバルブ室42内に挿入され、キャブボディ34内に形成されるベンチュリ通路41を開閉する。蓋36は、バルブ室42を閉塞するようにキャブボディ34の上部開口に装着される。バネ37は、蓋36とピストンバルブ35との間に設けられ、ピストンバルブ35を付勢する。
【0053】
キャブボディ34は、例えば亜鉛ダイキャスト製のものであり、図6に示す矢印C方向に吸入空気が流れるベンチュリ通路41が形成されている。また、このキャブボディ34には、シリンダ部43が設けられている。シリンダ部43には、上記ベンチュリ通路41に開口するバルブ室42が形成されている。さらに、このキャブボディ34には、燃料導入通路44が形成されている。燃料導入通路44は、シリンダ部43と同軸をなすようにベンチュリ通路41から下方垂直に延び、ピストンバルブ35に備えられたジェットニードル46が挿入される。さらにまた、キャブボディ34には、燃料導入通路44に一体とされてチャンバ33内に延びる燃料導入部45が設けられている。
【0054】
上記シリンダ部43に形成されるバルブ室42には、略楕円形で有底筒状のピストンバルブ35が、ベンチュリ通路41に流れる吸入空気の方向に対して直角方向に挿入される。このピストンバルブ35は、シリンダ部43に対して摺動自在となっており、上下動の移動軸がずれないようにこのシリンダ部43に保持されている。このピストンバルブ35は、バルブ室42内で上下に移動することにより、ベンチュリ通路41に流れる吸入空気の量を調整する。
【0055】
上記シリンダ部43の上端開口には、上記シリンダ部43に対応した形状の有底の筒状の蓋36が装着され、シリンダ部43に形成されたバルブ室42を閉塞している。そして、この蓋36とピストンバルブ35との間には、バネ37が設けられている。このバネ37は、ベンチュリ通路41を閉塞する方向にピストンバルブ35を付勢している。
【0056】
また、上記シリンダ部43の上端開口には、上記ピストンバルブ35の閉塞する方向への移動を制限する係合部43aが形成され、この係合部43aに対応するように、ピストンバルブ35の上端開口にはつば部35aが形成されている。このピストンバルブ35がバネ37によりベンチュリ通路41を閉塞する方向に付勢されることにより、つば部35aと係合部43aとが係合する。したがって、ピストンバルブ35は、ベンチュリ通路41を解放する方向への力が加わっていない場合においては、ベンチュリ通路41が最も閉じた状態で維持される。なお、この位置におけるピストンバルブ35の開度をアイドリング開度と呼ぶ。
【0057】
ピストンバルブ35の底面の外側には、ジェットニードル46が設けられている。このジェットニードル46は、ベンチュリ通路41に対して下方垂直に形成されている燃料導入通路44に挿入され、ピストンバルブ35に伴って上下方向の移動を行う。このようなジェットニードル46は、チャンバ33からベンチュリ通路41内に吸引される燃料量を調整するようになっている。
【0058】
この気化器31が例えば自動二輪車などに適用された場合、上記ピストンバルブ35の図示しないスロットケーブルの一端が系止され、このスロットケーブルの延長端がアクセルグリップに連結される。そして、このアクセルグリップの操作により、上記ピストンバルブ35が上下方向に移動して、ベンチュリ通路41の通路面積を全閉から全開の間で変化させ、且つこのベンチュリ通路41内に吸引される燃料量を調整する。このことにより、この気化器31では、燃料を吸入空気に混合してエンジンに供給することができ、そして、エンジンの回転速度を変化させることができる。
【0059】
なお、この気化器31は、ピストンバルブ35がアイドリング開度となったときにも、ベンチュリ通路41が完全に閉塞されておらず、そのため、チャンバ33からこのベンチュリ通路41内に燃料が所定量吸引されている。したがって、この気化器1では、ピストンバルブ35がアイドリング開度となっている状態において、エンジンに対し所定量の燃料が混合された吸入空気を供給することができる。
【0060】
以上説明した構成の気化器31には、ピストンバルブ35の開度を検出するための開度検出装置として、本発明を適用した位置検出装置1が装着されている。
【0061】
具体的に説明すると、ピストンバルブ35上に磁石3,4が設けられ、シリンダ部43上にセンサ2、検出回路5、第1のシールド6、第2のシールド7が設けられる。
【0062】
また、位置検出装置1は、センサ2の感磁方向とオルタネータ50から発生する外乱磁界の方向とが略垂直となるように、気化器31に装着される。
【0063】
磁石3,4は、所定の間隔を空けてピストンバルブ35の側面に埋め込まれ、エポキシ樹脂などにより接着される。このとき、各磁石3,4は、各磁石3,4を結んだ直線が、ピストンバルブ35の移動方向と一致するように、ピストンバルブ35に対して埋め込まれる。例えば、一方の磁石3は、バルブ室42の底面42aに最も近接した位置に設けられ、他方の磁石4は、つば部35aと底面35bとの略中間に設けられる。また、各磁石3,4は、着磁方向がピストンバルブ35の移動方向に対して略垂直となるとともに、着磁方向がそれぞれ反対となるように、ピストンバルブ35に対して埋め込まれる。また、一方の磁石3は、発生する磁界が図6中矢印Dで示す方向、すなわち、ベンチュリ回路41に吸入空気が流れ込む方向と同一の方向となるように設けられ、他方の磁石4は、発生する磁界が図6中矢印Eで示す方向、すなわち、ベンチュリ回路41に吸入空気が流れ込む方向と反対の方向となるように設けられる。
【0064】
第1のシールド6によって被覆されたセンサ2は、シリンダ部43の外面に、感磁方向が磁石3,4の着磁方向と略同一となるように設けられる。また、検出回路5及び第2のシールド7も、センサ2と同様にシリンダ部43の外面に設けられる。このとき、第2のシールド7は、気化器31の長手方向の長さが磁石3,4の移動方向の長さと略同等とされており、磁石3,4から発生する磁界の着磁方向と同じ方向の長さがセンサ2の感磁方向の長さと略同等とされている。
【0065】
以上説明した位置に、位置検出装置1の各部材を装着することにより、気化器31におけるピストンバルブ35の開度を検出することができる。
【0066】
気化器31では、ピストンバルブ35が開くに従って、センサ2に対する磁石3,4の位置が移動する。これに従って、センサ2が感磁する磁界の強さ及び方向が連続的に変化する。
【0067】
具体的に説明すると、ピストンバルブ35の開度がアイドリング開度であるときには、センサ2は、一方の磁石4から発生する磁界を強く感磁しており、他方の磁石3から発生する磁界はほとんど感磁していない。ピストンバルブ35が開くに従って、センサ2は、一方の磁石4から発生する磁界を徐々に感磁しなくなり、代わって他方の磁石3から発生する磁界を徐々に強く感磁するようになる。そして、ピストンバルブ35が全開となったときには、センサ2は、一方の磁石4から発生する磁界をほとんど感磁しなくなり、他方の磁石3から発生する磁界を強く感磁するようになる。
【0068】
すなわち、ピストンバルブ35が開くに従って、センサ2が感磁する磁界の方向及び強さは、以下に説明するように変化する。先ず、ピストンバルブ35の開度がアイドリング開度であるときには、センサ2は、矢印D方向の磁界を強く感磁する。次に、ピストンバルブ35が開くに従って、センサ2は矢印D方向の磁界を次第に感磁しなくなる。そして、センサ2が2つの磁石3,4からそれぞれ等しい位置となったときに、センサ2が感磁する磁界は0となる。次に、センサ2は、矢印E方向の磁界を感磁するようになる。さらにピストンバルブ35が開くに従って、センサ2は矢印E方向の磁界を強く感磁するようになる。最後に、ピストンバルブ35が全開となったときには、センサ2は矢印E方向の磁界を最も強く感磁する。
【0069】
以上説明したように、センサ2が感磁する磁界は、ピストンバルブ35が開くに従って、強さ及び方向が変化する。したがって、本発明を適用した位置検出装置1は、センサ2が感磁する磁界の強さ及び方向を検出することで、センサ2と磁石3,4との相対位置を検出することができ、ピストンバルブ35の開度を検出することが可能となる。
【0070】
また、本発明を適用した位置検出装置1は、センサ2の感磁方向とを外乱磁界の方向とが略垂直となるようにされていることや、第1のシールド6及び第2のシールド7が配設されていることによって、センサ2及び磁石3,4の相対位置と、センサ2が感磁する磁界との関係が直線的に変化する。したがって、本発明を適用した位置検出装置1は、センサ2と磁石3,4との相対位置を、精度良く検出することが可能であり、気化器31の開度検出装置として使用されたときには、気化器31の開度を精度良く検出することができる。
【0071】
以下では、実験例に基づいて、位置検出装置1におけるセンサ2及び磁石3,4の相対位置と、センサ2が感磁する磁界の強さ及び方向との関係について述べる。
【0072】
実験例1
気化器30に対して、位置検出装置1の各部材を、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とが略垂直となるように取り付けた。
【0073】
すなわち、2つの磁石3,4を、ピストンバルブ35の側面に所定の間隔を空けて埋め込み、エポキシ樹脂によって接着した。このとき、各磁石3,4は、各磁石3,4を結んだ直線が、ピストンバルブ35の移動方向と一致するように、ピストンバルブ35に対して埋め込まれた。また、一方の磁石3を、バルブ室42の底面42aに最も近接した位置に設け、他方の磁石4を、つば部35aと底面35bとの略中間に設けた。また、各磁石3,4を、着磁方向がピストンバルブ35の移動方向に対して略垂直となるとともに、反対となるように設けた。
【0074】
また、シリンダ部43の外面にセンサ2、検出回路5、第1のシールド6、第2のシールド7を設けた。センサ2は、感磁方向の端部が露出するように、長手方向を第1のシールド6によって被覆した。そして、このセンサ2を、シリンダ部43の外面に、感磁方向が各磁石3,4の着磁方向と略同一となるように設けた。また、第2のシールド7は、気化器31の長手方向の長さが磁石3,4の移動方向の長さと略同等となり、磁石3,4から発生する磁界の着磁方向と同じ方向の長さがセンサ2の感磁方向の長さと略同等なるように設けた。
【0075】
なお、センサ2は、方形環状のコア10の長手方向の相対する2辺に、反対の螺旋を形成するようにコイル11,12を巻回した構造とした。
【0076】
そして、コイル11,12を、コア10内の磁束が飽和しないように高周波駆動し、コア10に生じる渦電流に応じて変化するセンサ2からの出力を測定した。そして、センサ2及び磁石3,4の相対位置とセンサ2から出力される電気信号との関係を調べた。
【0077】
実験例2
第2のシールド7を取り付けなかったことを除いては、実験例1と同様に位置検出装置1の各部材を気化器31へ取り付け、センサ2及び磁石3,4の相対位置とセンサ2から出力される電気信号との関係を調べた。
【0078】
実験例3
第1のシールド6を取り付けなかったことを除いては、実験例2と同様に位置検出装置1の各部材を気化器31へ取り付け、センサ2及び磁石3,4の相対位置とセンサ2から出力される電気信号との関係を調べた。
【0079】
実験例4
位置検出装置1の各部材を、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とが略垂直とならないように取り付けたことを除いては、実施例3と同様に位置検出装置1の各部材を気化器31へ取り付け、センサ2及び磁石3,4の相対位置とセンサ2から出力される電気信号との関係を調べた。
【0080】
実験例1〜実験例4の結果を、図8に示す。
【0081】
図8より、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とを略垂直としない実験例4では、センサ2及び磁石3,4の相対位置に応じてセンサ2から出力される電気信号は徐々に変化するもののばらつきが見られた。すなわち、センサ2及び磁石3,4の相対位置に応じてセンサ2から出力される電気信号は、直線的に変化しなかった。
【0082】
これに対して、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とを略垂直とした実験例3では、センサ2及び磁石3,4の相対位置に応じてセンサ2から出力される電気信号が直線的に変化した。
【0083】
また、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とを略垂直とすると同時に、第1のシールド6を備えた実験例2では、センサ2及び磁石3,4の相対位置に応じてセンサ2から出力される電気信号が、実験例3と比較してさらに直線的に変化した。
【0084】
また、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とを略垂直とすると同時に、第1のシールド6及び第2のシールド7を備えた実験例1では、センサ2及び磁石3,4の相対位置に応じてセンサ2から出力される電気信号が、実験例2と比較してさらに直線的に変化した。
【0085】
【発明の効果】
本発明に係る位置検出装置は、一軸方向の磁界を特に強く感磁する感磁手段の一軸方向と外乱磁界の方向とを略垂直とすることで、感磁手段が感磁する磁界に対する外乱磁界の影響が少なくなる。
【0086】
また、本発明に係る位置検出装置は、一軸方向の磁界を特に強く感磁する感磁手段を被覆する第1の磁気遮蔽手段を備えている。この第1の磁気遮蔽手段は、一軸方向の端部が露出するように感磁手段を被覆している。したがって、位置検出装置は、第1の磁気遮蔽手段を備えることで、感磁手段が感磁する磁界に対して、一軸方向以外の磁界が影響することが少ないものとなる。
【0087】
また、本発明に係る位置検出装置は、第2の磁気遮蔽手段を備えている。この第2の磁気遮蔽手段は、感磁手段又は磁界発生手段の移動方向の移動範囲よりも外側に存在している磁界のうち、少なくとも感磁手段が特に強く磁界を感磁する一軸方向の磁界を遮蔽している。したがって、位置検出装置は、第2の磁気遮蔽手段を備えることで、感磁手段が感磁する磁界に対して、感磁手段又は磁界発生手段の移動方向の移動範囲の外側に存在する外乱磁界のうち、少なくとも一軸方向の外乱磁界が影響が少ないものとなる。
【0088】
以上説明した理由により、本発明に係る位置検出装置は、感磁手段が感磁する磁界に対する外乱磁界の影響が少ないものとなり、感磁手段と磁界発生手段の相対位置に応じて感磁手段から出力する電気信号の変化が直線的なものとなる。したがって、本発明に係る位置検出装置は、磁界発生手段と感磁手段との相対的な位置を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した位置検出装置を示す斜視図である。
【図2】同位置検出装置を示す平面図である。
【図3】同位置検出装置に備えられるセンサを示す平面図である。
【図4】同位置検出装置に備えられる他のセンサの一例を示す平面図である。
【図5】本発明を適用した位置検出装置に備えられる検出回路の回路図である。
【図6】本発明を適用した位置検出装置が装着された気化器の側面図である。
【図7】同気化器の断面図である。
【図8】本発明を適用した位置検出装置並びに従来の位置検出装置における、センサ及び磁界発生手段の位置関係と、センサの信号出力との関係を示す図である。
【図9】従来の位置検出装置を示す模式図である。
【符号の説明】
1 位置検出装置、2 センサ、3,4 磁石、5 検出回路、6 第1のシールド、7 第2のシールド、 10 コア、11,12 コイル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detection device used in various measuring devices and control devices for automobiles, machine tool robots, and the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, position detection devices have been used in various measuring devices and control devices for automobiles, machine tool robots, and the like to detect the amount and position of movement of a movable part.
[0003]
An example of such a position detection apparatus is the position detection apparatus proposed by the applicant of the present application in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-141355.
[0004]
As shown in FIG. 9, the position detection device 100 includes magnets 101 and 102, a sensor 103, and a detection circuit 104. The magnets 101 and 102 are configured to move relative to the sensor 103. The detection circuit 104 is connected to the sensor 103.
[0005]
Magnets 101 and 102 are magnetic field generating means and are arranged to generate magnetic fields in opposite directions. The magnets 101 and 102 give the sensor 103 a magnetic field whose strength and direction gradually change as the relative position becomes far. As the magnets 101 and 102, a permanent magnet made of barium ferrite, plastic, rubber, or the like, a permanent magnet made by sintering SmCo, an electromagnet, or the like can be used.
[0006]
The sensor 103 is a magnetic sensing means, which senses the magnetic field applied from the magnets 101 and 102, and converts the strength of the magnetic sensing magnetic field into an electric signal. As the sensor 103, for example, a sensor made by winding a coil made of a conductive material around a core made of a high magnetic permeability material can be used. As the sensor 103, an MR element, a Hall element, an MI element, or the like can be used.
[0007]
The detection circuit 104 includes a circuit for exciting and driving the sensor 103, a circuit for detecting an electric signal output from the sensor 103, and the like. The detection circuit 104 supplies the electrical signal detected by the sensor 103 to, for example, a control circuit that controls the ignition timing of the engine.
[0008]
In the position detection apparatus 100 described above, the sensor 103 senses the magnetic field generated from the magnets 101 and 102, and detects the relative position between the sensor 103 and the magnets 101 and 102 based on the strength of the magnetic field sensed. be able to. In addition, on the straight line connecting the magnets 101 and 102, the direction and strength of the magnetic field change linearly. Therefore, the sensor 103 provided on this straight line can linearly detect the relative position between the sensor 103 and the magnets 101 and 102.
[0009]
The position detection apparatus 100 has a very good magnetic field sensitivity of the sensor 103, and can detect the relative position even when the relative positions of the magnets 101 and 102 and the sensor 103 are greatly separated. In addition, since the position detection apparatus 100 has the above-described configuration, the position detection apparatus 100 is very robust, small, and inexpensive.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, the position detection device 100 is used in various measurement devices and control devices for automobiles, machine tool robots, and the like.
[0011]
However, a magnetic field generated from a magnetic field generation source other than the magnets 101 and 102 (hereinafter referred to as a disturbance magnetic field) is present at a place where various measurement devices, control devices, machine tool robots, and the like of automobiles are used. . For example, in a field where a machine tool robot is used, a leakage magnetic field from a motor or the like exists. In an automobile, an alternator, an electromagnetic clutch, or the like generates a magnetic field.
[0012]
The position detection device 100 uses a magnetic field. Therefore, when the position detection device 100 is used in a place where a disturbance magnetic field is generated, the sensor 103 senses the disturbance magnetic field together with the magnetic fields from the magnets 101 and 102. That is, the disturbance magnetic field affects the magnetic field that the sensor 103 senses. When a disturbance magnetic field affects the magnetic field that the sensor 103 senses, the position detection device 100 erroneously detects the relative position between the sensor 103 and the magnets 101 and 102. For example, when the position detection device 100 is used in an opening detection device for a vaporizer mounted on an automobile or the like, the opening of the vaporizer is erroneously detected.
[0013]
The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and it is possible to reduce the influence of a disturbance magnetic field, and position detection with little error when used in a place where the disturbance magnetic field exists. An object is to provide an apparatus.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  A position detection apparatus according to the present invention includes a magnetic field detection means having a magnetic sensing means for strongly sensing a uniaxial magnetic field,First magnetic shielding means for covering the magnetic sensing means so that the end in the uniaxial direction is exposed;A magnetic field generating means for applying a magnetic field whose position changes relative to the magnetic sensitive means and whose intensity continuously changes in accordance with the change in the relative position to the magnetic sensitive means;A magnetic field generated from at least the magnetic sensing means or another magnetic field generation source existing outside the movement range in the movement direction of the magnetic field generation means. With magnetic shielding meansIt is characterized by that.
[0021]
In the position detection apparatus according to the present invention, at least the magnetosensitive means out of the magnetic field existing outside the moving range in the moving direction of the magnetic detecting means or the magnetic field generating means by the second magnetic shielding means. A uniaxial magnetic field that is particularly sensitive to magnetism is shielded.
[0022]
Therefore, the position detection device according to the present invention is less affected by the magnetic field existing outside the movement range in the moving direction of the magnetic detection means or the magnetic field generation means with respect to the magnetic field sensed by the magnetic sensing means. Become. In other words, the position detection device according to the present invention is less affected by the disturbance magnetic field with respect to the magnetic field sensed by the magnetic sensing means.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a position detection apparatus to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
As shown in FIGS. 1 and 2, the position detection device 1 to which the present invention is applied includes a sensor 2, magnets 3 and 4, a detection circuit 5, a first shield 6, and a second shield 7. Prepare. In FIG. 1, the detection circuit 5 is not shown. The magnets 3 and 4 are attached so as to move relative to the sensor 2. The detection circuit 5 is connected to the sensor 2.
[0025]
For example, the position detection device 1 is attached to a vaporizer or the like as described later, and is used to detect the opening degree of the vaporizer. In the present embodiment, the position detection device 1 is configured such that the magnets 3 and 4 move relative to the sensor 2. The position detection device 1 detects the opening of the carburetor by detecting the amount of movement of the magnets 3 and 4 relative to the sensor 2.
[0026]
The sensor 2 is a magnetic sensing means, which senses the magnetic field from the magnets 3 and 4 and outputs it as an electrical signal. The sensor 2 is particularly strongly sensitive to a uniaxial magnetic field. Hereinafter, this uniaxial direction is referred to as a magnetic sensitive direction of the sensor 2.
[0027]
As shown in FIG. 3, the sensor 2 includes a rectangular annular core 10 that forms a closed magnetic circuit, and two coils 11 and 12 that are wound around the core 10. The coils 11 and 12 are wound around, for example, two opposite sides of the core 10 in the longitudinal direction. In the sensor 2, the direction in which the coils 11 and 12 are wound is a magnetic sensitive direction. In the present embodiment, the longitudinal direction of the sensor 2 indicated by the arrow A in FIG.
[0028]
The core 10 is made of a magnetic material having conductivity. The core 10 is preferably made of a high magnetic permeability material containing, for example, an amorphous metal containing permalloy, Fe, Co, Si, B, or the like. If a high permeability material is used for the core 10, the sensor 2 becomes highly sensitive due to its saturation characteristics. In the present embodiment, the core 10 is formed by performing heat treatment after etching permalloy into a square ring shape. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the core 10 has an outer dimension of 5.0 mm × 2.0 mm and an inner diameter of 2.0 mm × 1.0 mm.
[0029]
The coils 11 and 12 are made of a conductive material. The coils 11 and 12 are formed by, for example, winding a Cu wire 50 times around two opposite sides of the core 10 in the longitudinal direction. In the present embodiment, a Cu wire is wound around the core 10 so that the coils 11 and 12 form opposite spirals.
[0030]
The sensor 2 is excited when, for example, a high-frequency pulse current flows through the coils 11 and 12. When the sensor 2 senses a magnetic field in the magnetic sensing direction, the impedance change of the coils 11 and 12 becomes large.
[0031]
The sensor 2 is efficient because the magnetic flux generated by being excited by the coils 11 and 12 circulates in the core 10 by energizing the coils 11 and 12 so as to be in reverse phase with the core 10 having a rectangular ring shape. Good excitation is performed, and the sensitivity of the magnetic field from the magnets 3 and 4 is good. In addition, the sensor 2 takes a differential output from the two coils 11 and 12, thereby reducing noise and improving signal output.
[0032]
When the position detection device 1 is attached to a vaporizer or the like as will be described later, the magnetic sensing direction of the sensor 2 is a magnetic field generated from a magnetic field generation source other than the magnets 3 and 4 (hereinafter referred to as a disturbance magnetic field). It attaches so that it may become a substantially orthogonal direction. Therefore, in the position detection device 1, the influence of the disturbance magnetic field on the magnetic field sensed by the sensor 2 is reduced.
[0033]
The core 10 may have the shape shown in FIG. 4 according to the specifications of the sensor 2 and the cost at the time of production. In FIG. 4, two substantially rectangular cores 14 and 15 made of a high permeability material are connected to each other by a substantially rectangular nonmagnetic material 16 at each end, and coils 17 and 18 are respectively connected to the cores 14 and 15. 1 shows an open magnetic path type sensor 19 around which is wound.
[0034]
The magnets 3 and 4 are magnetic field generating means, and give the sensor 2 a magnetic field whose strength and direction change linearly as the relative position increases. At this time, the magnets 3 and 4 are arranged so as to generate a magnetic field in a direction parallel to the magnetic sensing direction of the sensor 2. Moreover, the magnets 3 and 4 are arrange | positioned so that the magnetization direction may be opposite. By arranging the magnets 3 and 4 so that the magnetization directions are opposite to each other, the magnetic field that the sensor 2 senses according to the relative position between the sensor 2 and the magnets 3 and 4 is not only the strength but also the direction. Change. Therefore, the position detection device 1 can accurately detect the relative position between the sensor 2 and the magnets 3 and 4. Further, the magnets 3 and 4 are arranged to move with respect to the sensor 2. The magnets 3 and 4 are disposed so as to move in a direction perpendicular to the respective magnetization directions.
[0035]
As the magnets 3 and 4, a permanent magnet made of barium ferrite, plastic, rubber, or the like, a permanent magnet made by sintering SmCo, an electromagnet, or the like can be used. When electromagnets are used for the magnets 3 and 4, the magnetic field variations as seen in the permanent magnets can be eliminated.
[0036]
As shown in FIG. 5, the detection circuit 5 includes an oscillation circuit 20 for driving the sensor 2, a bridge circuit 21 for detecting an electric signal from the sensor 2, and a differential circuit 22 for taking a differential output of the bridge circuit 21. Composed. Here, the oscillating circuit 20 is an oscillating means for exciting the coils 11 and 12 at a high frequency, and the bridge circuit 21 and the differential circuit 22 detect the impedance of the coils 11 and 12, and based on this impedance, the sensor 2 and the magnet Relative position detecting means for detecting a relative position with respect to 3 and 4. The detection circuit 5 supplies the detected signal to, for example, various measurement devices and control devices of an automobile.
[0037]
The first shield 6 is a first disturbance magnetic field shielding means. The first shield 6 covers the sensor 2 so that the end in the magnetic sensitive direction is exposed. In the present embodiment, the first shield 6 covers substantially the entire sensor 2 in the longitudinal direction.
[0038]
Therefore, by providing the first shield 6, the influence of a magnetic field other than the magnetic sensing direction on the magnetic field that the sensor 2 senses is reduced. Further, by providing the first shield 6, the sensor 2 is sensitive even when the magnetic sensing direction of the sensor 2 and the direction of the disturbance magnetic field are not substantially perpendicular due to, for example, an attachment error of the position detection device 1. The influence of the disturbance magnetic field on the magnetic field is reduced.
[0039]
The second shield 7 is a second disturbance magnetic field shielding means that shields a magnetic field existing outside the moving range of the moving direction of the magnets 3 and 4, and in particular, the same direction as the magnetic sensitive direction of the sensor 2. The disturbance magnetic field is shielded. In the present embodiment, the shape of the second shield 7 is such that the length in the moving direction of the magnets 3 and 4 is substantially the same as the moving range of the magnets 3 and 4, and the magnetic field generated from the magnets 3 and 4 The length in the same direction is substantially equal to the length of the sensor 2 in the magnetic sensing direction.
[0040]
Therefore, by providing the second shield 7, the influence of the disturbance magnetic field existing outside the moving range in the moving direction of the magnets 3 and 4 is reduced with respect to the magnetic field that the sensor 2 senses. Further, even when the magnetic sensing direction of the sensor 2 and the direction of the disturbance magnetic field are deviated from the substantially vertical direction due to, for example, an attachment error of the position detection device 1, the influence of the disturbance magnetic field can be reduced.
[0041]
The first shield 6 and the second shield 7 (hereinafter collectively referred to as a shield) are preferably made of a pure iron-based material having a high saturation magnetic flux density and a small residual magnetism. When the applied magnetic field is sufficiently small with respect to the saturation magnetic properties of the material forming the shield, the influence of hysteresis can be ignored, so there is no need to pay particular attention to the material. For example, when a weak magnetic field is detected by separating the sensor 2 and the magnets 3 and 4 apart from each other, it is preferable that the shield be made of permalloy or the like that is less affected by hysteresis.
[0042]
By the way, in this position detection device 1, the strength of the magnetic field from the magnets 3 and 4 sensed by the sensor 2 is detected using the eddy current generated in the core 10, and the relative relationship between the magnets 3 and 4 and the sensor 2 is detected. The position is detected. The eddy current is a current generated so as to circulate in the conductor when the conductor is placed in a changing magnetic field.
[0043]
Below, the method to detect the relative position of the magnets 3 and 4 and the sensor 2 using the eddy current which generate | occur | produces in the core 10 is demonstrated.
[0044]
First, the coils 11 and 12 are driven by high frequency excitation by the oscillation circuit 20 so that the magnetic flux in the core 10 is not saturated.
[0045]
When the coils 11 and 12 are driven at a high frequency, since the core 10 itself has conductivity, an eddy current is generated in the core 10, and the impedance of the coils 11 and 12 has a 90 ° phase with respect to the drive wave. In addition to the impedance loss component due to the shifted self-induction, the impedance loss component due to the eddy current that is 180 ° out of phase with the driving wave is generated. Both of these components change their values according to the change in the magnetic permeability μ of the sensor core material. In particular, by exciting the core 10 so as not to saturate, the eddy current loss greatly contributes to the impedance of the coils 11 and 12. It becomes like this. The impedance obtained by combining these two components shows a very large change with respect to the change in the relative position between the magnets 3 and 4 and the sensor 2.
[0046]
The reason why the impedance loss due to the eddy current changes according to the magnitude of the magnetic field is that the eddy current actually varies depending on the magnetic permeability μ of the sensor core. In general, in the case of a magnetic material, the magnetic permeability μ is not simply expressed as a constant, but changes according to the magnitude of the magnetic field.
[0047]
In the present embodiment, as the sensor 2, a core 10 that is conductive and magnetic is formed by winding the coils 11 and 12, and an eddy current generated in the core 10 is used. Although the magnetic fields from the magnets 3 and 4 are detected, the sensor 2 may be any sensor that strongly senses the magnetic field in the uniaxial direction. For example, an MR element or a Hall element can be used as the sensor 2.
[0048]
In the present embodiment, the position detection device 1 is configured such that the magnets 3 and 4 move relative to the sensor 2. Therefore, the length of the second shield 7 in the moving direction of the magnets 3 and 4 is substantially equal to the moving range of the magnets 3 and 4. However, the position detection device to which the present invention is applied may be configured such that the sensor moves relative to the magnet. In the position detection device, the length of the second shield in the movement direction of the sensor needs to be approximately equal to the movement range of the sensor.
[0049]
Next, a vaporizer equipped with the position detection device 1 will be described in detail with reference to FIGS.
[0050]
Here, FIG. 6 shows a side view of the vaporizer 31 to which the position detection device 1 is mounted, and FIG. 7 shows a cross-sectional view of the vaporizer 31 taken along line X-X ′ in FIG. 7.
[0051]
The vaporizer 31 includes a so-called direct acting valve, and includes a main body 32 and a chamber 33 into which liquid fuel is injected. The chamber 33 is connected to a fuel introduction passage 44 formed in the main body 32, and liquid fuel is injected.
[0052]
The main body 32 includes a cab body 34, a direct acting piston valve 35, a lid 36, and a spring 37. The piston valve 35 is inserted into a valve chamber 42 formed in the cab body 34, and opens and closes a venturi passage 41 formed in the cab body 34. The lid 36 is attached to the upper opening of the cab body 34 so as to close the valve chamber 42. The spring 37 is provided between the lid 36 and the piston valve 35 and biases the piston valve 35.
[0053]
The cab body 34 is made of, for example, zinc die cast, and has a venturi passage 41 through which intake air flows in the direction of arrow C shown in FIG. The cab body 34 is provided with a cylinder portion 43. The cylinder portion 43 is formed with a valve chamber 42 that opens into the venturi passage 41. Further, a fuel introduction passage 44 is formed in the cab body 34. The fuel introduction passage 44 extends vertically downward from the venturi passage 41 so as to be coaxial with the cylinder portion 43, and a jet needle 46 provided in the piston valve 35 is inserted therein. Further, the cab body 34 is provided with a fuel introduction portion 45 that is integrated with the fuel introduction passage 44 and extends into the chamber 33.
[0054]
A substantially oval and bottomed cylindrical piston valve 35 is inserted into the valve chamber 42 formed in the cylinder portion 43 in a direction perpendicular to the direction of the intake air flowing through the venturi passage 41. The piston valve 35 is slidable with respect to the cylinder portion 43, and is held by the cylinder portion 43 so that the moving axis of the vertical movement does not shift. The piston valve 35 adjusts the amount of intake air flowing through the venturi passage 41 by moving up and down in the valve chamber 42.
[0055]
A bottomed cylindrical lid 36 having a shape corresponding to the cylinder portion 43 is attached to the upper end opening of the cylinder portion 43 to close the valve chamber 42 formed in the cylinder portion 43. A spring 37 is provided between the lid 36 and the piston valve 35. The spring 37 urges the piston valve 35 in a direction to close the venturi passage 41.
[0056]
In addition, an engagement portion 43a that restricts movement of the piston valve 35 in the closing direction is formed at the upper end opening of the cylinder portion 43, and the upper end of the piston valve 35 corresponds to the engagement portion 43a. A collar portion 35a is formed in the opening. When the piston valve 35 is urged by the spring 37 in a direction to close the venturi passage 41, the collar portion 35a and the engaging portion 43a are engaged. Therefore, the piston valve 35 is maintained in a state in which the venturi passage 41 is closed most when no force is applied in the direction of releasing the venturi passage 41. The opening of the piston valve 35 at this position is referred to as an idling opening.
[0057]
A jet needle 46 is provided outside the bottom surface of the piston valve 35. The jet needle 46 is inserted into a fuel introduction passage 44 formed vertically downward with respect to the venturi passage 41, and moves in the vertical direction along with the piston valve 35. Such a jet needle 46 adjusts the amount of fuel sucked into the venturi passage 41 from the chamber 33.
[0058]
When the carburetor 31 is applied to, for example, a motorcycle, one end of a slot cable (not shown) of the piston valve 35 is stopped, and an extended end of the slot cable is connected to an accelerator grip. Then, by operating the accelerator grip, the piston valve 35 moves in the vertical direction to change the passage area of the venturi passage 41 from fully closed to fully open, and the amount of fuel sucked into the venturi passage 41 Adjust. Thus, in the carburetor 31, the fuel can be mixed with the intake air and supplied to the engine, and the rotational speed of the engine can be changed.
[0059]
In the carburetor 31, the venturi passage 41 is not completely closed even when the piston valve 35 reaches the idling opening degree. Therefore, a predetermined amount of fuel is sucked into the venturi passage 41 from the chamber 33. Has been. Therefore, in the carburetor 1, the intake air mixed with a predetermined amount of fuel can be supplied to the engine while the piston valve 35 is at the idling opening degree.
[0060]
The carburetor 31 having the above-described configuration is equipped with the position detection device 1 to which the present invention is applied as an opening detection device for detecting the opening of the piston valve 35.
[0061]
More specifically, the magnets 3 and 4 are provided on the piston valve 35, and the sensor 2, the detection circuit 5, the first shield 6, and the second shield 7 are provided on the cylinder portion 43.
[0062]
In addition, the position detection device 1 is attached to the vaporizer 31 so that the magnetic sensing direction of the sensor 2 and the direction of the disturbance magnetic field generated from the alternator 50 are substantially perpendicular.
[0063]
The magnets 3 and 4 are embedded in the side surface of the piston valve 35 with a predetermined interval, and are bonded by an epoxy resin or the like. At this time, the magnets 3 and 4 are embedded in the piston valve 35 so that the straight line connecting the magnets 3 and 4 coincides with the moving direction of the piston valve 35. For example, one magnet 3 is provided at a position closest to the bottom surface 42a of the valve chamber 42, and the other magnet 4 is provided approximately in the middle between the collar portion 35a and the bottom surface 35b. The magnets 3 and 4 are embedded in the piston valve 35 so that the magnetization direction is substantially perpendicular to the moving direction of the piston valve 35 and the magnetization directions are opposite to each other. One magnet 3 is provided so that the generated magnetic field is in the direction indicated by arrow D in FIG. 6, that is, the same direction as the direction in which intake air flows into the venturi circuit 41, and the other magnet 4 is generated. 6 is provided so as to be in the direction indicated by the arrow E in FIG. 6, that is, the direction opposite to the direction in which the intake air flows into the venturi circuit 41.
[0064]
The sensor 2 covered with the first shield 6 is provided on the outer surface of the cylinder portion 43 so that the magnetic sensing direction is substantially the same as the magnetization direction of the magnets 3 and 4. Further, the detection circuit 5 and the second shield 7 are also provided on the outer surface of the cylinder portion 43 in the same manner as the sensor 2. At this time, the length of the second shield 7 in the longitudinal direction of the vaporizer 31 is substantially equal to the length of the moving direction of the magnets 3 and 4, and the magnetization direction of the magnetic field generated from the magnets 3 and 4 is The length in the same direction is substantially equal to the length of the sensor 2 in the magnetic sensing direction.
[0065]
By mounting each member of the position detection device 1 at the position described above, the opening degree of the piston valve 35 in the carburetor 31 can be detected.
[0066]
In the vaporizer 31, as the piston valve 35 opens, the positions of the magnets 3 and 4 with respect to the sensor 2 move. Accordingly, the strength and direction of the magnetic field that the sensor 2 senses changes continuously.
[0067]
More specifically, when the opening degree of the piston valve 35 is the idling opening degree, the sensor 2 is strongly sensitive to the magnetic field generated from one magnet 4, and the magnetic field generated from the other magnet 3 is almost the same. Not magnetized. As the piston valve 35 is opened, the sensor 2 gradually becomes less sensitive to the magnetic field generated from one magnet 4, and gradually becomes more sensitive to the magnetic field generated from the other magnet 3. When the piston valve 35 is fully opened, the sensor 2 hardly senses the magnetic field generated from the one magnet 4 and strongly senses the magnetic field generated from the other magnet 3.
[0068]
That is, as the piston valve 35 is opened, the direction and intensity of the magnetic field that the sensor 2 senses changes as described below. First, when the opening degree of the piston valve 35 is the idling opening degree, the sensor 2 strongly senses the magnetic field in the arrow D direction. Next, as the piston valve 35 is opened, the sensor 2 becomes less sensitive to the magnetic field in the direction of arrow D. When the sensor 2 reaches the same position from the two magnets 3 and 4, the magnetic field that the sensor 2 senses becomes zero. Next, the sensor 2 senses a magnetic field in the direction of arrow E. Further, as the piston valve 35 opens, the sensor 2 becomes more sensitive to the magnetic field in the direction of arrow E. Finally, when the piston valve 35 is fully opened, the sensor 2 most strongly senses the magnetic field in the direction of arrow E.
[0069]
As described above, the strength and direction of the magnetic field sensed by the sensor 2 changes as the piston valve 35 opens. Therefore, the position detection device 1 to which the present invention is applied can detect the relative position between the sensor 2 and the magnets 3 and 4 by detecting the strength and direction of the magnetic field that the sensor 2 senses. The opening degree of the valve 35 can be detected.
[0070]
Further, the position detection apparatus 1 to which the present invention is applied is configured such that the direction of the magnetic field of the sensor 2 is substantially perpendicular to the direction of the disturbance magnetic field, or the first shield 6 and the second shield 7. Is disposed, the relationship between the relative position of the sensor 2 and the magnets 3 and 4 and the magnetic field to which the sensor 2 is sensitive changes linearly. Therefore, the position detection device 1 to which the present invention is applied can accurately detect the relative position between the sensor 2 and the magnets 3 and 4, and when used as an opening detection device for the vaporizer 31, The opening degree of the vaporizer 31 can be detected with high accuracy.
[0071]
Below, based on an experimental example, the relationship between the relative position of the sensor 2 and the magnets 3 and 4 in the position detection apparatus 1 and the strength and direction of the magnetic field that the sensor 2 senses will be described.
[0072]
Experimental example 1
Each member of the position detection device 1 was attached to the vaporizer 30 so that the magnetic sensing direction of the sensor 2 and the direction of the disturbance magnetic field were substantially perpendicular.
[0073]
That is, the two magnets 3 and 4 were embedded in the side surface of the piston valve 35 at a predetermined interval and bonded with an epoxy resin. At this time, the magnets 3 and 4 were embedded in the piston valve 35 so that the straight line connecting the magnets 3 and 4 coincided with the moving direction of the piston valve 35. One magnet 3 is provided at a position closest to the bottom surface 42a of the valve chamber 42, and the other magnet 4 is provided approximately in the middle between the collar portion 35a and the bottom surface 35b. Further, the magnets 3 and 4 are provided so that the magnetization direction is substantially perpendicular to the moving direction of the piston valve 35 and is opposite thereto.
[0074]
Further, the sensor 2, the detection circuit 5, the first shield 6, and the second shield 7 are provided on the outer surface of the cylinder portion 43. The sensor 2 was covered with the first shield 6 in the longitudinal direction so that the end in the magnetic sensing direction was exposed. And this sensor 2 was provided in the outer surface of the cylinder part 43 so that a magnetic sensing direction might become substantially the same as the magnetization direction of each magnet 3 and 4. FIG. The length of the second shield 7 in the longitudinal direction of the vaporizer 31 is substantially equal to the length of the moving direction of the magnets 3 and 4, and the length in the same direction as the magnetization direction of the magnetic field generated from the magnets 3 and 4. The length of the sensor 2 is approximately equal to the length of the sensor 2 in the magnetic sensing direction.
[0075]
The sensor 2 has a structure in which the coils 11 and 12 are wound so as to form opposite spirals on two opposite sides of the rectangular annular core 10 in the longitudinal direction.
[0076]
The coils 11 and 12 were driven at a high frequency so that the magnetic flux in the core 10 was not saturated, and the output from the sensor 2 that changed according to the eddy current generated in the core 10 was measured. And the relationship between the relative position of the sensor 2 and the magnets 3 and 4 and the electrical signal output from the sensor 2 was investigated.
[0077]
Experimental example 2
Except that the second shield 7 was not attached, each member of the position detection device 1 was attached to the vaporizer 31 as in Experimental Example 1, and the relative position of the sensor 2 and the magnets 3 and 4 and the output from the sensor 2 were output. The relationship with the electrical signal is investigated.
[0078]
Experimental example 3
Except that the first shield 6 was not attached, each member of the position detection device 1 was attached to the vaporizer 31 as in Experimental Example 2, and the relative positions of the sensor 2 and the magnets 3 and 4 and the output from the sensor 2 were output. The relationship with the electrical signal is investigated.
[0079]
Experimental Example 4
Each member of the position detection device 1 is mounted in the same manner as in Example 3 except that the members of the position detection device 1 are attached so that the magnetic sensing direction of the sensor 2 and the direction of the disturbance magnetic field are not substantially perpendicular. It attached to the vaporizer | carburetor 31, and investigated the relationship between the relative position of the sensor 2 and the magnets 3 and 4, and the electrical signal output from the sensor 2. FIG.
[0080]
The results of Experimental Examples 1 to 4 are shown in FIG.
[0081]
From FIG. 8, in Experimental Example 4 in which the magnetic sensing direction of the sensor 2 and the direction of the disturbance magnetic field are not substantially perpendicular, the electric signal output from the sensor 2 gradually depends on the relative position of the sensor 2 and the magnets 3 and 4. Variations in what was changing were seen. That is, the electric signal output from the sensor 2 according to the relative position of the sensor 2 and the magnets 3 and 4 did not change linearly.
[0082]
On the other hand, in Experimental Example 3 in which the magnetic sensing direction of the sensor 2 and the direction of the disturbance magnetic field are substantially perpendicular, the electric signal output from the sensor 2 according to the relative position of the sensor 2 and the magnets 3 and 4 is a straight line. Changed.
[0083]
Further, in the experimental example 2 provided with the first shield 6, the sensor 2 and the magnets 3, 4 are controlled according to the relative positions of the sensor 2 and the magnets 3, 4 at the same time. The output electrical signal changed more linearly as compared with Experimental Example 3.
[0084]
Further, in the experimental example 1 including the first shield 6 and the second shield 7 at the same time as making the magnetic sensing direction of the sensor 2 and the direction of the disturbance magnetic field substantially vertical, the relative position of the sensor 2 and the magnets 3, 4. As a result, the electric signal output from the sensor 2 changed more linearly than in the experimental example 2.
[0085]
【The invention's effect】
The position detection device according to the present invention has a disturbance magnetic field with respect to a magnetic field that the magnetic sensing means senses by making the uniaxial direction of the magnetic sensing means that strongly senses a magnetic field in the uniaxial direction and the direction of the disturbance magnetic field substantially perpendicular to each other. Less influence.
[0086]
In addition, the position detection apparatus according to the present invention includes first magnetic shielding means that covers a magnetic sensing means that strongly senses a uniaxial magnetic field. The first magnetic shielding means covers the magnetic sensing means so that the end in the uniaxial direction is exposed. Therefore, the position detecting device includes the first magnetic shielding unit, so that the magnetic field other than the uniaxial direction is less affected by the magnetic field sensed by the magnetic sensing unit.
[0087]
Moreover, the position detection apparatus according to the present invention includes the second magnetic shielding means. This second magnetic shielding means is a uniaxial magnetic field in which at least the magnetic sensing means is particularly strong in the magnetic field among the magnetic fields existing outside the moving range of the magnetic sensing means or the magnetic field generating means. Shielding. Therefore, the position detection device includes the second magnetic shielding unit, so that the magnetic field disturbed by the magnetic sensing unit is a disturbance magnetic field that exists outside the moving range in the moving direction of the magnetic sensing unit or the magnetic field generation unit. Of these, at least a uniaxial disturbance magnetic field is less affected.
[0088]
For the reasons described above, the position detection device according to the present invention is less affected by the disturbance magnetic field with respect to the magnetic field sensed by the magnetic sensing means. The change in the output electrical signal is linear. Therefore, the position detection device according to the present invention can accurately detect the relative positions of the magnetic field generating means and the magnetic sensing means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a position detection device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a plan view showing the position detection device.
FIG. 3 is a plan view showing a sensor provided in the position detection device.
FIG. 4 is a plan view showing an example of another sensor provided in the position detection device.
FIG. 5 is a circuit diagram of a detection circuit provided in a position detection device to which the present invention is applied.
FIG. 6 is a side view of a vaporizer equipped with a position detection device to which the present invention is applied.
FIG. 7 is a sectional view of the vaporizer.
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a positional relationship between a sensor and a magnetic field generation unit and a signal output of the sensor in a position detection device to which the present invention is applied and a conventional position detection device.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a conventional position detection device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Position detection apparatus, 2 Sensor, 3, 4 Magnet, 5 Detection circuit, 6 1st shield, 7 2nd shield, 10 core, 11, 12 coil

Claims (3)

一軸方向の磁界を特に強く感磁する感磁手段を有する磁界検出手段と、
上記一軸方向の端部が露出するように上記感磁手段を被覆する第1の磁気遮蔽手段と、
上記感磁手段に対して相対的に位置が変化し、この相対的な位置の変化に応じて連続的に強さ及び/又は方向が変化する磁界を、上記感磁手段に対して与える磁界発生手段とを備え、
少なくとも上記感磁手段又は上記磁界発生手段の移動方向の移動範囲よりも外側に存在している別の磁界発生源から発生する磁界のうち、上記一軸方向の磁界を遮断する第2の磁気遮蔽手段を備えることを特徴とする位置検出装置。
A magnetic field detecting means having a magnetic sensing means for strongly sensing a uniaxial magnetic field;
First magnetic shielding means for covering the magnetic sensing means so that the end in the uniaxial direction is exposed;
Magnetic field generation in which a position changes relative to the magnetic sensing means, and a magnetic field whose strength and / or direction continuously changes in accordance with the change in the relative position is applied to the magnetic sensing means. Means and
Second magnetic shielding means for shielding the uniaxial magnetic field among magnetic fields generated from at least the magnetic sensing means or another magnetic field generation source existing outside the moving range in the moving direction of the magnetic field generating means. A position detection device comprising:
上記第1の磁気遮蔽手段は、上記一軸方向の長さが上記感磁手段の一軸方向の長さと略同等とされていることを特徴とする請求項記載の位置検出装置。The first magnetic shielding means, the position detecting device according to claim 1, wherein the length of the axial direction is substantially equal to the length of the axial direction of the magnetism-sensitive means. 上記磁界検出手段は、
高透磁率材料からなるコア及び高周波励磁駆動されるコイルからなる感磁手段と、
上記コイルを高周波励磁駆動する発振手段と、
上記コイルのインピーダンスを検出し、このインピーダンスに基づいて上記感磁手段と上記磁界発生手段との相対的な位置を検出する相対位置検出手段とを備えることを特徴とする請求項記載の位置検出装置。
The magnetic field detection means includes
A magnetic sensing means comprising a core made of a high magnetic permeability material and a coil driven by high frequency excitation;
Oscillating means for high frequency excitation driving of the coil;
Detecting the impedance of the coil, the position detecting according to claim 1, further comprising a relative position detecting means for detecting the relative position between the magnetism-sensitive means and said magnetic field generating means on the basis of the impedance apparatus.
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