被駆動体の位置検出装置
【課題】被駆動体の位置を検出するための専用のデバイスを追加することなく、被駆動体の位置を検出することができる被駆動体の位置検出装置を提供する。
【解決手段】被駆動体８と、コイル１１ｂ，１２ｂが巻かれた電磁石１１，１２と、被駆動体に一体に設けられ、電磁石と対向するアーマチュア１３と、コイル１１ｂ，１２ｂに駆動電流ＩＡＣを供給することにより、アーマチュア１３を作動させ、被駆動体を駆動する駆動回路１６と、を有する駆動装置において、被駆動体の位置を検出する被駆動体の位置検出装置であって、コイル１１ｂの電圧を検出する電圧検出手段２１と、駆動電流ＩＡＣを検出する駆動電流検出手段２２と、検出された検出電圧ＳＶおよび検出電流ＳＩに基づいて、被駆動体の位置を検出する位置検出手段３０，４０，５０と、を備える。
【解決手段】被駆動体８と、コイル１１ｂ，１２ｂが巻かれた電磁石１１，１２と、被駆動体に一体に設けられ、電磁石と対向するアーマチュア１３と、コイル１１ｂ，１２ｂに駆動電流ＩＡＣを供給することにより、アーマチュア１３を作動させ、被駆動体を駆動する駆動回路１６と、を有する駆動装置において、被駆動体の位置を検出する被駆動体の位置検出装置であって、コイル１１ｂの電圧を検出する電圧検出手段２１と、駆動電流ＩＡＣを検出する駆動電流検出手段２２と、検出された検出電圧ＳＶおよび検出電流ＳＩに基づいて、被駆動体の位置を検出する位置検出手段３０，４０，５０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被駆動体を駆動する電磁式の駆動装置において、被駆動体の位置を検出する被駆動体の位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の位置検出装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この駆動装置は、被駆動体としての吸気弁および排気弁（以下、総称して「機関弁」という）を駆動するものである。駆動装置は、各機関弁の上端部の周囲に配置された閉弁用電磁コイルと、閉弁用電磁コイルの下側に間隔を存して配置された開弁用電磁コイルと、機関弁に一体に設けられ、両電磁コイルの間に配置されたアーマチュアおよび駆動回路を備えている。この駆動装置では、駆動回路によって電磁コイルに駆動電圧を印加することにより、機関弁が駆動される。具体的には、閉弁用電磁コイルに駆動電圧を印加すると、励磁された閉弁用電磁コイルにアーマチュアが引き付けられることによって、機関弁が閉弁される。一方、開弁用電磁コイルに駆動電圧を印加すると、アーマチュアが開弁用電磁コイルに引き付けられることによって、機関弁が開弁される。
【０００３】
また、この位置検出装置は、高周波発生器を備えており、機関弁の位置を以下のようにして検出する。閉弁用電磁コイルに駆動電圧が印加されている場合には、これと反対側の開弁用電磁コイルに、高周波発生器から高周波電流を供給し、開弁用電磁コイルに駆動電圧が印加されている場合には、閉弁用電磁コイルに高周波電流を供給する。これにより、高周波磁界を発生させ、アーマチュアの表面に渦電流を発生させる。この渦電流の大きさは、アーマチュアと電磁コイルの間の距離に応じて変化するため、電磁コイルの電圧もそれに応じて変化する。このため、この電磁コイルの電圧に基づいて、アーマチュアの位置、すなわち機関弁の位置が検出される。しかし、この従来の位置検出装置では、機関弁の位置を検出するために、高周波発生器が別個に必要になるため、その分、製造コストが上昇する。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、被駆動体の位置を検出するための専用のデバイスを追加することなく、被駆動体の位置を検出することができる被駆動体の位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１１５２０５号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、被駆動体（実施形態における（以下、本項において同じ）機関弁８）と、コイル１１ｂ，１２ｂが巻かれた電磁石（閉弁用電磁石１１、開弁用電磁石１２）と、被駆動体に一体に設けられ、電磁石と対向するアーマチュア１３と、コイル１１ｂ，１２ｂに駆動電流ＩＡＣを供給することにより、アーマチュア１３を作動させ、被駆動体を駆動する駆動回路１６と、を有する駆動装置において、被駆動体の位置を検出する被駆動体の位置検出装置であって、コイル１１ｂの電圧を検出する電圧検出手段（電圧センサ２１）と、駆動電流ＩＡＣを検出する駆動電流検出手段（電流センサ２２）と、検出された検出電圧（電圧信号ＳＶ）および検出電流（電流信号ＳＩ）に基づいて、被駆動体の位置を検出する位置検出手段（位置検出部３０，４０，５０）と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この駆動装置では、被駆動体にアーマチュアが一体に設けられるとともに、このアーマチュアは、コイルが巻かれた電磁石に対向している。このコイルに駆動電流を供給すると、電磁石が励磁され、アーマチュアが電磁石に引き付けられることによって、これと一体の被駆動体が駆動される。また、この位置検出装置では、コイルの電圧を検出するとともに、コイルの駆動電流を検出し、検出されたコイルの検出電圧および検出電流に基づいて、被駆動体の位置が検出される。
【０００８】
アーマチュアが電磁石に近いほど、コイルの逆起電力が大きくなり、また、電磁石、コイルおよびアーマチュアから成る磁気回路の渦電流損と、コイルに生じるリアクタンス成分を含む抵抗成分が大きくなるため、コイルの両端子間の電位差が大きくなり、検出電圧は大きくなる。同じ理由から、駆動電流が流れにくくなり、検出電流は小さくなる。このため、検出電圧および検出電流に基づいて、電磁石に対するアーマチュアの位置関係を検出でき、したがって、被駆動体の位置を検出することができる。また、被駆動体を駆動するために供給する駆動電流を利用して被駆動体の位置を検出するので、そのための専用のデバイスを新たに追加する必要がなく、その分、製造コストを抑えることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の被駆動体の位置検出装置において、位置検出手段は、検出電圧を、所定の周波数域の成分を通過させるようにフィルタリングする電圧用フィルタ３１と、検出電流を、所定の周波数域の成分を通過させるようにフィルタリングする電流用フィルタ３４と、フィルタリングされた検出電圧（フィルタリング電圧信号ＳＶＦ）の振幅を検出する電圧振幅検出手段（電圧振幅検出部３３）と、フィルタリングされた検出電流（フィルタリング電流信号ＳＩＦ）の振幅を検出する電流振幅検出手段（電流振幅検出部３６）と、を有し、検出電圧の振幅（電圧振幅ＶＡＭ）と検出電流の振幅（電流振幅ＩＡＭ）との比に基づいて、被駆動体の位置を検出することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、フィルタリングされた検出電圧の振幅と検出電流の振幅との比に基づいて、被駆動体の位置を検出する。この検出電圧の振幅と検出電流の振幅との比は、コイルのインピーダンスを表す。前述したように、アーマチュアが電磁石に近いほど、抵抗成分が大きくなるため、コイルのインピーダンスは大きくなる。このため、両者の比に応じて、被駆動体の位置を検出することができる。また、検出電圧および検出電流をフィルタリングするので、不要な周波数成分を除去でき、それぞれの振幅を精度良く検出することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の被駆動体の位置検出装置において、位置検出手段は、検出電圧をフーリエ変換する電圧フーリエ変換手段（電圧用フーリエ変換部４１）と、検出電流をフーリエ変換する電流フーリエ変換手段（電流用フーリエ変換部４２）と、フーリエ変換された検出電圧（フーリエ電圧信号ＳＶＦＴ）および検出電流（フーリエ電流信号ＳＩＦＴ）に基づいて、コイル１１ｂのインピーダンスＺの実数部Ｒを算出する実数部算出手段（実数部算出部４４）と、を有し、インピーダンスＺの実数部Ｒに基づいて、被駆動体の位置を検出することを特徴とする。
【００１２】
検出電圧および検出電流をフーリエ変換すると、検出電圧および検出電流の周波数ごとにスペクトルが得られる。また、コイルを用いているため、各スペクトルは、実数部と虚数部を有し、検出電圧のスペクトルおよび検出電流のスペクトルに基づいて得られるインピーダンスもまた、実数部と虚数部を有する。このうち、インピーダンスの実数部は、コイルの抵抗損と、前述した抵抗成分のうちの渦電流損を表すため、この実数部に基づいて、被駆動体の位置を検出することができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の被駆動体の位置検出装置において、位置検出手段は、検出電圧をフーリエ変換する電圧フーリエ変換手段と、検出電流をフーリエ変換する電流フーリエ変換手段と、フーリエ変換された検出電圧および検出電流に基づいて、コイル１１ｂのインピーダンスＺの虚数部Ｘを算出する虚数部算出手段（虚数部算出部５１）と、を有し、インピーダンスＺの虚数部Ｘに基づいて、被駆動体の位置を検出することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、インピーダンスの虚数部は、コイルのリアクタンス成分を表すため、この虚数部に基づいて、被駆動体の位置を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による位置検出装置、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、直列４気筒のガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。
【００１６】
エンジン３のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂの間には、燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４および排気管５が接続されている。
【００１７】
エンジン３には、吸気弁６（被駆動体）および排気弁７（被駆動体）が設けられている。吸気弁６は、燃焼室３ｃを閉鎖する上方の閉弁位置（図１に示す位置）と、燃焼室３ｃに突出し、燃焼室３ｃを開放する下方の開弁位置との間で移動自在に設けられている。同様に、排気弁７は、上方の閉弁位置と、下方の開弁位置との間で移動自在に設けられている。これらの吸気弁６および排気弁７は、駆動装置によって駆動される。なお、吸気弁６と排気弁７の構成は互いに同じであるため、以下では、吸気弁６および排気弁７を総称して機関弁８とし、その説明を行うものとする。
【００１８】
機関弁８の上端部には上ばね受け８ａが、その中間部には下ばね受け８ｂが、それぞれ一体に設けられている。機関弁８のほぼ上半部はケーシング９内に収容されている（図２参照）。
【００１９】
駆動装置は、動弁機構１０および駆動回路１６などを備えている。図２に示すように、動弁機構１０は、ケーシング９内に収容され、機関弁８の上端部の周囲に配置された閉弁用電磁石１１と、閉弁用電磁石１１の下側に所定の間隔を存して設けられ、機関弁８の周囲に配置された開弁用電磁石１２と、閉弁用電磁石１１と開弁用電磁石１２の間に配置され、機関弁８に一体に設けられたアーマチュア１３と、上ばね１４および下ばね１５を備えている。
【００２０】
上ばね１４は、ケーシング９の上壁と機関弁８の上ばね受け８ａとの間に設けられている。一方、下ばね１５は、ケーシング９の下壁と下ばね受け８ｂとの間に設けられている。これらの上ばね１４および下ばね１５の付勢力がいずれも値０のときには、アーマチュア１３は、閉弁用電磁石１１と開弁用電磁石１２の間の所定の中立位置（図２の実線位置）に位置する。
【００２１】
閉弁用電磁石１１は、ヨーク１１ａとコイル１１ｂで構成されており、ヨーク１１ａの周りにコイル１１ｂが巻かれている。同様に、開弁用電磁石１２は、ヨーク１２ａと、その周りに巻かれたコイル１２ｂで構成されている。また、コイル１１ｂおよびコイル１２ｂは、駆動回路１６に接続されている。
【００２２】
駆動回路１６は、例えばｎｐｎ接続された複数のバイポーラトランジスタで構成されている。各バイポーラトランジスタのコレクタ、エミッタおよびベースはそれぞれ、バッテリ１７、閉弁用電磁石１１のコイル１１ｂ（または開弁用電磁石１２のコイル１２ｂ）およびＥＣＵ２に接続されている。駆動回路１６は、バッテリ１７から供給された電源電圧（例えば２４Ｖ）を昇圧するとともに、昇圧した電圧を、ＥＣＵ２から出力される所定の周波数（例えば２０ｋＨｚ）の駆動信号に応じて、コイル１１ｂ，１２ｂに印加し、駆動電流ＩＡＣを供給する。なお、この駆動電流ＩＡＣの電流量は、駆動信号のデューティ比を制御することによって制御される。
【００２３】
以上の構成により、閉弁用電磁石１１のコイル１１ｂに駆動電流ＩＡＣを供給すると、ヨーク１１ａが励磁され、アーマチュア１３は、上ばね１４および下ばね１５の付勢力に抗して閉弁用電磁石１１に引き付けられ、吸着することによって、機関弁８が閉弁される（図２の１点鎖線）。以下、このアーマチュア１３の位置を「閉弁位置」という。
【００２４】
この状態からコイル１１ｂへの駆動電流ＩＡＣの供給を停止すると、上ばね１４および下ばね１５の付勢力によって、機関弁８が下方に移動する。そして、アーマチュア１３が中立位置付近まで移動したときに、開弁用電磁石１２のコイル１２ｂに駆動電流ＩＡＣを供給することで、アーマチュア１３は、上ばね１４および下ばね１５の付勢力に抗して、励磁された開弁用電磁石１２に引き付けられ、吸着することによって、機関弁８が最大リフトで開弁する。
【００２５】
この状態からコイル１２ｂへの駆動電流ＩＡＣの供給を停止すると、機関弁８が上方に移動し、アーマチュア１３が中立位置付近まで移動したときに、コイル１１ｂに駆動電流ＩＡＣが供給される。これにより、機関弁８の次の閉弁動作が行われる。
【００２６】
ＥＣＵ２には、電圧センサ２１（電圧検出手段）から閉弁用電磁石１１のコイル１１ｂの電圧を表す検出信号（以下「電圧信号」という）ＳＶが、電流センサ２２（駆動電流検出手段）からコイル１１ｂの駆動電流ＩＡＣを表す信号（以下「電流信号」という）ＳＩが、それぞれ入力される。
【００２７】
ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、図示しない各種のセンサからの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、燃料噴射量を含むエンジン３の制御を実行する。また、本実施形態では、ＥＣＵ２は、位置検出部を構成しており、この位置検出部と電圧センサ２１および電流センサ２２によって、本発明の位置検出装置が構成されている。
【００２８】
図３は、本発明の第１実施形態による位置検出部３０（位置検出手段）を示している。この位置検出部３０は、電圧用フィルタ３１、電圧平滑部３２、電圧振幅検出部３３（電圧振幅検出手段）、電流用フィルタ３４、電流平滑部３５、電流振幅検出部３６（電流振幅検出手段）、振幅比算出部３７および位置算出部３８を備えている。なお、以下では、電圧センサ２１から図４（ａ）に示す方形波の電圧信号ＳＶが、電流センサ２２から図５（ａ）に示すのこぎり波の電流信号ＳＩが位置検出部３０に出力されるものとして、位置検出部３０の構成および動作を説明する。
【００２９】
電圧用フィルタ３１は、所定の周波数域の成分を通過させるバンドパスフィルタで構成されている。この電圧用フィルタ３１は、電圧センサ２１から出力された閉弁用電磁石１１のコイル１１ｂの電圧信号ＳＶ（図４（ａ））を、ＥＣＵ２からの駆動信号の周波数と同じ周波数（２０ｋＨｚ）の成分のみを通過させるようにフィルタリングし、同図（ｂ）に示す正弦波のフィルタリング電圧信号ＳＶＦを、電圧平滑部３２に出力する。
【００３０】
電圧平滑部３２は、全波整流器と、コンデンサおよび抵抗などで構成された平滑回路で構成されている。この電圧平滑部３２は、フィルタリング電圧信号ＳＶＦ（図４（ｃ）の１点鎖線）を全波整流器で整流した後、平滑回路によって平滑化し、図４（ｃ）に実線で示す平滑化電圧信号ＳＶＳを、電圧振幅検出部３３に出力する。
【００３１】
電圧振幅検出部３３は、平滑化電圧信号ＳＶＳに基づいて、電圧振幅ＶＡＭを検出し、電圧振幅ＶＡＭを振幅比算出部３７に出力する。この電圧振幅ＶＡＭは、平滑化電圧信号ＳＶＳの信号値（基準レベルから極大値までの振幅）に相当する（図４（ｃ）参照）。電圧振幅検出部３３は、その信号値を電圧振幅ＶＡＭとして検出する。
【００３２】
電流用フィルタ３４は、電圧用フィルタ３１と同様のバンドパスフィルタで構成されている。電流用フィルタ３４は、電流センサ２２からの電流信号ＳＩ（図５（ａ））を、ＥＣＵ２からの駆動信号の周波数と同じ周波数（２０ｋＨｚ）の成分のみを通過させるようにフィルタリングし、同図（ｂ）に示すフィルタリング電流信号ＳＩＦを、電流平滑部３５に出力する。
【００３３】
電流平滑部３５は、フィルタリング電流信号ＳＩＦを整流した後、平滑化し、図５（ｃ）に示す平滑化電流信号ＳＩＳを、電流振幅検出部３６に出力する。
【００３４】
電流振幅検出部３６は、平滑化電流信号ＳＩＳの信号値を電流振幅ＩＡＭとして検出し、この電流振幅ＩＡＭを振幅比算出部３７に出力する。
【００３５】
振幅比算出部３７は、電圧振幅検出部３３から出力された電圧振幅ＶＡＭを電流振幅ＩＡＭで除算することによって、電圧振幅ＶＡＭと電流振幅ＩＡＭとの比（＝ＶＡＭ／ＩＡＭ）を算出し、インピーダンスＺとして位置算出部３８に出力する。
【００３６】
位置算出部３８は、インピーダンスＺに基づき、図６に示すテーブルを検索することによって、機関弁８の位置ＰＯＶＬを算出する。この位置ＰＯＶＬは、アーマチュア１３が閉弁用電磁石１１に吸着している閉弁位置にあるときが値０であり、その値が大きいほど、アーマチュア１３が中立位置側に位置することを意味する。前述したように、アーマチュア１３が閉弁用電磁石１１に近いほど、コイル１１ｂのリアクタンス成分を含む抵抗成分が大きくなり、インピーダンスＺはより大きくなる。このテーブルは、インピーダンスＺと位置ＰＯＶＬの関係を実験によってあらかじめ求め、その結果を表したものである。このため、このテーブルでは、位置ＰＯＶＬは、インピーダンスＺが大きいほど、より閉弁位置側に設定されている。
【００３７】
したがって、インピーダンスＺに基づいて、閉弁用電磁石１１に対するアーマチュア１３の位置関係を検出でき、それにより、機関弁８の位置を検出することができる。また、機関弁８を駆動するための駆動電流ＩＡＣを利用して機関弁８の位置を検出するので、そのための専用のデバイスを新たに追加する必要がなく、その分、製造コストを抑えることができる。
【００３８】
また、電圧信号ＳＶおよび電流信号ＳＩを、駆動信号と同じ周波数の成分のみを取り出すようにフィルタリングするので、不要な周波数成分を除去でき、コイル１１ｂのインピーダンスＺを精度良く算出することができる。さらに、フィルタリング電圧信号ＳＶＦおよびフィルタリング電流信号ＳＩＦを平滑化するので、脈動のほとんどない平滑化電圧信号ＳＶＳおよび平滑化電流信号ＳＩＳが得られ、それにより、電圧振幅ＶＡＭおよび電流振幅ＩＡＭを精度良く検出することができる。
【００３９】
図７は、本発明の第２実施形態による位置検出部４０（位置検出手段）を示している。この位置検出部４０は、電圧用フーリエ変換部４１（電圧フーリエ変換手段）、電流用フーリエ変換部４２（電流フーリエ変換手段）、インピーダンス算出部４３、実数部算出部４４（実数部算出手段）および位置算出部４５を備えている。
【００４０】
電圧フーリエ変換部４１は、電圧センサ２１からの電圧信号ＳＶ（図８（ａ））を高速フーリエ変換する。このフーリエ変換により、ＥＣＵ２からの駆動信号の周波数を基本波とし、この基本波のスペクトルと、基本波の整数倍の周波数を有する高調波のスペクトルが、周波数ごとに得られる。図８（ｂ）に示すように、各スペクトルは、実数部ＲＶと虚数部ＪＶで構成されている。また、電圧フーリエ変換部４１は、これらのスペクトルの値を示す信号（以下「フーリエ電圧信号」という）ＳＶＦＴをインピーダンス算出部４３に出力する。
【００４１】
同様に、電流用フーリエ変換部４２は、電流センサ２２からの電流信号ＳＩを高速フーリエ変換する。これにより、電圧信号ＳＶの場合と同様、ＥＣＵ２からの駆動信号の周波数を基本波とする整数倍の周波数ごとのスペクトルが得られる。図９（ｂ）に示すように、各スペクトルは、実数部ＲＩと虚数部ＪＩから構成されている。また、電流用フーリエ変換部４２は、これらのスペクトルの値を示す信号（以下「フーリエ電流信号」という）ＳＩＦＴをインピーダンス算出部４３に出力する。
【００４２】
インピーダンス算出部４３は、フーリエ電圧信号ＳＶＦＴおよびフーリエ電流信号ＳＩＦＴを用い、次式（１）に従って、インピーダンスＺを算出するとともに、算出したインピーダンスＺを実数部算出部４４に出力する。
【００４３】
【数１】
このようにして算出されたインピーダンスＺは、図１０に示すように、実数部Ｒと虚数部ｊＸで構成されている。このうち、実数部Ｒは、コイル１１ｂの抵抗損と、コイル１１ｂ、ヨーク１１ａおよびアーマチュア１３から成る磁気回路の渦電流損に起因する抵抗分に相当し、虚数部ｊＸは、コイル１１ｂのリアクタンス成分に相当する。これらはいずれも周波数特性を有する。
【００４４】
実数部算出部４４は、インピーダンスＺのうち、ＥＣＵ２からの駆動信号の周波数と同じ周波数の実数部Ｒを取り出し、位置算出部４５に出力する。位置算出部４５は、この実数部Ｒに基づき、図１１に示すテーブルを検索することによって、機関弁８の位置ＰＯＶＬを算出する。このテーブルもまた実験によって求めたものであり、アーマチュア１３が閉弁用電磁石１１に近いほど、コイル１１ｂの渦電流損が大きくなり、実数部Ｒがより大きくなるため、位置ＰＯＶＬは、実数部Ｒが大きいほど、より閉弁位置側に設定されている。
【００４５】
したがって、インピーダンスＺの実数部Ｒに基づいて、機関弁８の位置を検出することができる。また、第１実施形態と同様、機関弁８の位置を検出するための専用のデバイスを新たに追加する必要がないので、製造コストを抑えることができる。
【００４６】
図１２は、本発明の第３実施形態による位置検出部５０（位置検出手段）を示している。機関弁８の位置を、上述した第２実施形態では、インピーダンスＺの実数部Ｒに基づいて算出しているのに対し、本実施形態では、インピーダンスＺの虚数部ｊＸに基づいて算出する点が異なる。このため、以下の説明では、第２実施形態と異なる点のみを説明するものとする。同図に示すように、虚数部算出部５１（虚数部算出手段）は、インピーダンス算出部４３から出力されたインピーダンスＺのうち、ＥＣＵ２からの駆動信号の周波数と同じ周波数の虚数部Ｘを取り出し、位置算出部４５に出力する。
【００４７】
位置算出部４５は、虚数部Ｘに基づき、図１１に示すテーブルを検索することによって、機関弁８の位置を検出する。このテーブルもまた実験によって求めたものであり、アーマチュア１３が閉弁用電磁石１１に近いほど、コイル１１ｂのリアクタンス成分が大きくなるため、虚数部Ｘの値が大きくなるため、位置ＰＯＶＬは、虚数部Ｘが大きいほど、より閉弁側に設定されている。
【００４８】
以上のように、本実施形態においては、コイル１１ｂのインピーダンスＺの虚数部Ｘに基づいて、機関弁８の位置を算出することができる。また、第１および第２実施形態と同様、専用のデバイスを新たに追加する必要がないので、その分、製造コストを抑えることができる。
【００４９】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、機関弁８の位置を閉弁動作時に検出しているが、これに代えて、またはこれとともに、開弁用電磁石１２のコイル１２ｂの電圧および電流を検出し、それらの検出信号を用いて、機関弁８の位置を開弁動作時に検出してもよい。また、実施形態は、被駆動体が、機関弁８の例であるが、これに限らず、本発明は、電磁石によって駆動される他の任意の被駆動体の位置検出に適用できる。
【００５０】
さらに、実施形態では、機関弁の位置を、駆動信号と同じ周波数の電圧信号および電流信号に基づいて検出しているが、これに限らず、例えば駆動信号の整数倍の周波数の電圧信号および電流信号に基づいて検出してもよい。この場合、２倍または３倍の周波数成分のときに、インピーダンスの大きさの違いが顕著に現れることが確認されており、このため、それらの周波数成分の電圧信号および電流信号を用いることが好ましい。また、実施形態では、機関弁の位置を、テーブルを用いて算出しているが、これに限らず、電磁石に対するアーマチュアの位置とインピーダンスの大きさの関係を表す関数を用いて、算出してもよい。
【００５１】
また、機関弁の位置を、第２実施形態ではインピーダンスの実数部に応じて、第３実施形態ではインピーダンスの虚数部に応じて、算出しているが、これに限らず、例えば、インピーダンスＺの絶対値（＝（Ｒ2＋Ｘ2）1/2）に基づいて機関弁の位置を算出してもよい。その場合、機関弁の位置を、インピーダンスの絶対値に基づき、図１１のテーブルを用いて算出してもよく、また、関数によって算出してもよい。
【００５２】
さらに、本発明は、車両に搭載された実施形態のエンジンに限らず、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の位置検出装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。
【図２】動弁機構の概略構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態による位置検出部を概略的に示すブロック図である。
【図４】閉弁用電磁石のコイルの（ａ）電圧信号、（ｂ）フィルタリング電圧信号および（ｃ）平滑化電圧信号の波形の一例を示す。
【図５】閉弁用電磁石のコイルの（ａ）電流信号、（ｂ）フィルタリング電流信号および（ｃ）平滑化電流信号の波形の一例を示す。
【図６】図３の処理で用いられるテーブルの一例を示す。
【図７】本発明の第２実施形態による位置検出部を概略的に示すブロック図である。
【図８】（ａ）電圧信号の波形および（ｂ）電圧信号の周波数スペクトル列の一例を示す図である。
【図９】（ａ）電流信号の波形および（ｂ）電流信号の周波数スペクトル列の一例を示す図である。
【図１０】インピーダンスの周波数スペクトル列の一例を示す図である。
【図１１】図７および図１２の処理で用いられるテーブルの一例を示す。
【図１２】本発明の第３実施形態による位置検出部を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５４】
８ 機関弁（被駆動体）
１１ 閉弁用電磁石（電磁石）
１１ｂ コイル
１２ 開弁用電磁石（電磁石）
１２ｂ コイル
１３ アーマチュア
１６ 駆動回路
２１ 電圧センサ（電圧検出手段）
２２ 電流センサ（駆動電流検出手段）
３０ 位置検出部（位置検出手段）
３１ 電圧用フィルタ
３３ 電圧振幅検出部（電圧振幅検出手段）
３４ 電流用フィルタ
３６ 電流振幅検出部（電流振幅検出手段）
４０ 位置検出部（位置検出手段）
４１ 電圧用フーリエ変換部（電圧フーリエ変換手段）
４２ 電流用フーリエ変換部（電流フーリエ変換手段）
４４ 実数部算出部（実数部算出手段）
５０ 位置検出部（位置検出手段）
５１ 虚数部算出部（虚数部算出手段）
ＩＡＣ 駆動電流
ＳＶ 電圧信号（検出された検出電圧）
ＳＶＦ フィルタリング電圧信号（フィルタリングされた検出電圧）
ＶＡＭ 電圧振幅（検出電圧の振幅）
ＳＶＦＴ フーリエ電圧信号（フーリエ変換された検出電圧）
ＳＩ 電流信号（検出された検出電流）
ＳＩＦ フィルタリング電流信号（フィルタリングされた検出電流）
ＩＡＭ 電流振幅（検出電流の振幅）
ＳＩＦＴ フーリエ電流信号（フーリエ変換された検出電流）
Ｚ インピーダンス
Ｒ 実数部
Ｘ 虚数部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被駆動体を駆動する電磁式の駆動装置において、被駆動体の位置を検出する被駆動体の位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の位置検出装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この駆動装置は、被駆動体としての吸気弁および排気弁（以下、総称して「機関弁」という）を駆動するものである。駆動装置は、各機関弁の上端部の周囲に配置された閉弁用電磁コイルと、閉弁用電磁コイルの下側に間隔を存して配置された開弁用電磁コイルと、機関弁に一体に設けられ、両電磁コイルの間に配置されたアーマチュアおよび駆動回路を備えている。この駆動装置では、駆動回路によって電磁コイルに駆動電圧を印加することにより、機関弁が駆動される。具体的には、閉弁用電磁コイルに駆動電圧を印加すると、励磁された閉弁用電磁コイルにアーマチュアが引き付けられることによって、機関弁が閉弁される。一方、開弁用電磁コイルに駆動電圧を印加すると、アーマチュアが開弁用電磁コイルに引き付けられることによって、機関弁が開弁される。
【０００３】
また、この位置検出装置は、高周波発生器を備えており、機関弁の位置を以下のようにして検出する。閉弁用電磁コイルに駆動電圧が印加されている場合には、これと反対側の開弁用電磁コイルに、高周波発生器から高周波電流を供給し、開弁用電磁コイルに駆動電圧が印加されている場合には、閉弁用電磁コイルに高周波電流を供給する。これにより、高周波磁界を発生させ、アーマチュアの表面に渦電流を発生させる。この渦電流の大きさは、アーマチュアと電磁コイルの間の距離に応じて変化するため、電磁コイルの電圧もそれに応じて変化する。このため、この電磁コイルの電圧に基づいて、アーマチュアの位置、すなわち機関弁の位置が検出される。しかし、この従来の位置検出装置では、機関弁の位置を検出するために、高周波発生器が別個に必要になるため、その分、製造コストが上昇する。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、被駆動体の位置を検出するための専用のデバイスを追加することなく、被駆動体の位置を検出することができる被駆動体の位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１１５２０５号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、被駆動体（実施形態における（以下、本項において同じ）機関弁８）と、コイル１１ｂ，１２ｂが巻かれた電磁石（閉弁用電磁石１１、開弁用電磁石１２）と、被駆動体に一体に設けられ、電磁石と対向するアーマチュア１３と、コイル１１ｂ，１２ｂに駆動電流ＩＡＣを供給することにより、アーマチュア１３を作動させ、被駆動体を駆動する駆動回路１６と、を有する駆動装置において、被駆動体の位置を検出する被駆動体の位置検出装置であって、コイル１１ｂの電圧を検出する電圧検出手段（電圧センサ２１）と、駆動電流ＩＡＣを検出する駆動電流検出手段（電流センサ２２）と、検出された検出電圧（電圧信号ＳＶ）および検出電流（電流信号ＳＩ）に基づいて、被駆動体の位置を検出する位置検出手段（位置検出部３０，４０，５０）と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この駆動装置では、被駆動体にアーマチュアが一体に設けられるとともに、このアーマチュアは、コイルが巻かれた電磁石に対向している。このコイルに駆動電流を供給すると、電磁石が励磁され、アーマチュアが電磁石に引き付けられることによって、これと一体の被駆動体が駆動される。また、この位置検出装置では、コイルの電圧を検出するとともに、コイルの駆動電流を検出し、検出されたコイルの検出電圧および検出電流に基づいて、被駆動体の位置が検出される。
【０００８】
アーマチュアが電磁石に近いほど、コイルの逆起電力が大きくなり、また、電磁石、コイルおよびアーマチュアから成る磁気回路の渦電流損と、コイルに生じるリアクタンス成分を含む抵抗成分が大きくなるため、コイルの両端子間の電位差が大きくなり、検出電圧は大きくなる。同じ理由から、駆動電流が流れにくくなり、検出電流は小さくなる。このため、検出電圧および検出電流に基づいて、電磁石に対するアーマチュアの位置関係を検出でき、したがって、被駆動体の位置を検出することができる。また、被駆動体を駆動するために供給する駆動電流を利用して被駆動体の位置を検出するので、そのための専用のデバイスを新たに追加する必要がなく、その分、製造コストを抑えることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の被駆動体の位置検出装置において、位置検出手段は、検出電圧を、所定の周波数域の成分を通過させるようにフィルタリングする電圧用フィルタ３１と、検出電流を、所定の周波数域の成分を通過させるようにフィルタリングする電流用フィルタ３４と、フィルタリングされた検出電圧（フィルタリング電圧信号ＳＶＦ）の振幅を検出する電圧振幅検出手段（電圧振幅検出部３３）と、フィルタリングされた検出電流（フィルタリング電流信号ＳＩＦ）の振幅を検出する電流振幅検出手段（電流振幅検出部３６）と、を有し、検出電圧の振幅（電圧振幅ＶＡＭ）と検出電流の振幅（電流振幅ＩＡＭ）との比に基づいて、被駆動体の位置を検出することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、フィルタリングされた検出電圧の振幅と検出電流の振幅との比に基づいて、被駆動体の位置を検出する。この検出電圧の振幅と検出電流の振幅との比は、コイルのインピーダンスを表す。前述したように、アーマチュアが電磁石に近いほど、抵抗成分が大きくなるため、コイルのインピーダンスは大きくなる。このため、両者の比に応じて、被駆動体の位置を検出することができる。また、検出電圧および検出電流をフィルタリングするので、不要な周波数成分を除去でき、それぞれの振幅を精度良く検出することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の被駆動体の位置検出装置において、位置検出手段は、検出電圧をフーリエ変換する電圧フーリエ変換手段（電圧用フーリエ変換部４１）と、検出電流をフーリエ変換する電流フーリエ変換手段（電流用フーリエ変換部４２）と、フーリエ変換された検出電圧（フーリエ電圧信号ＳＶＦＴ）および検出電流（フーリエ電流信号ＳＩＦＴ）に基づいて、コイル１１ｂのインピーダンスＺの実数部Ｒを算出する実数部算出手段（実数部算出部４４）と、を有し、インピーダンスＺの実数部Ｒに基づいて、被駆動体の位置を検出することを特徴とする。
【００１２】
検出電圧および検出電流をフーリエ変換すると、検出電圧および検出電流の周波数ごとにスペクトルが得られる。また、コイルを用いているため、各スペクトルは、実数部と虚数部を有し、検出電圧のスペクトルおよび検出電流のスペクトルに基づいて得られるインピーダンスもまた、実数部と虚数部を有する。このうち、インピーダンスの実数部は、コイルの抵抗損と、前述した抵抗成分のうちの渦電流損を表すため、この実数部に基づいて、被駆動体の位置を検出することができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の被駆動体の位置検出装置において、位置検出手段は、検出電圧をフーリエ変換する電圧フーリエ変換手段と、検出電流をフーリエ変換する電流フーリエ変換手段と、フーリエ変換された検出電圧および検出電流に基づいて、コイル１１ｂのインピーダンスＺの虚数部Ｘを算出する虚数部算出手段（虚数部算出部５１）と、を有し、インピーダンスＺの虚数部Ｘに基づいて、被駆動体の位置を検出することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、インピーダンスの虚数部は、コイルのリアクタンス成分を表すため、この虚数部に基づいて、被駆動体の位置を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による位置検出装置、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、直列４気筒のガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。
【００１６】
エンジン３のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂの間には、燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４および排気管５が接続されている。
【００１７】
エンジン３には、吸気弁６（被駆動体）および排気弁７（被駆動体）が設けられている。吸気弁６は、燃焼室３ｃを閉鎖する上方の閉弁位置（図１に示す位置）と、燃焼室３ｃに突出し、燃焼室３ｃを開放する下方の開弁位置との間で移動自在に設けられている。同様に、排気弁７は、上方の閉弁位置と、下方の開弁位置との間で移動自在に設けられている。これらの吸気弁６および排気弁７は、駆動装置によって駆動される。なお、吸気弁６と排気弁７の構成は互いに同じであるため、以下では、吸気弁６および排気弁７を総称して機関弁８とし、その説明を行うものとする。
【００１８】
機関弁８の上端部には上ばね受け８ａが、その中間部には下ばね受け８ｂが、それぞれ一体に設けられている。機関弁８のほぼ上半部はケーシング９内に収容されている（図２参照）。
【００１９】
駆動装置は、動弁機構１０および駆動回路１６などを備えている。図２に示すように、動弁機構１０は、ケーシング９内に収容され、機関弁８の上端部の周囲に配置された閉弁用電磁石１１と、閉弁用電磁石１１の下側に所定の間隔を存して設けられ、機関弁８の周囲に配置された開弁用電磁石１２と、閉弁用電磁石１１と開弁用電磁石１２の間に配置され、機関弁８に一体に設けられたアーマチュア１３と、上ばね１４および下ばね１５を備えている。
【００２０】
上ばね１４は、ケーシング９の上壁と機関弁８の上ばね受け８ａとの間に設けられている。一方、下ばね１５は、ケーシング９の下壁と下ばね受け８ｂとの間に設けられている。これらの上ばね１４および下ばね１５の付勢力がいずれも値０のときには、アーマチュア１３は、閉弁用電磁石１１と開弁用電磁石１２の間の所定の中立位置（図２の実線位置）に位置する。
【００２１】
閉弁用電磁石１１は、ヨーク１１ａとコイル１１ｂで構成されており、ヨーク１１ａの周りにコイル１１ｂが巻かれている。同様に、開弁用電磁石１２は、ヨーク１２ａと、その周りに巻かれたコイル１２ｂで構成されている。また、コイル１１ｂおよびコイル１２ｂは、駆動回路１６に接続されている。
【００２２】
駆動回路１６は、例えばｎｐｎ接続された複数のバイポーラトランジスタで構成されている。各バイポーラトランジスタのコレクタ、エミッタおよびベースはそれぞれ、バッテリ１７、閉弁用電磁石１１のコイル１１ｂ（または開弁用電磁石１２のコイル１２ｂ）およびＥＣＵ２に接続されている。駆動回路１６は、バッテリ１７から供給された電源電圧（例えば２４Ｖ）を昇圧するとともに、昇圧した電圧を、ＥＣＵ２から出力される所定の周波数（例えば２０ｋＨｚ）の駆動信号に応じて、コイル１１ｂ，１２ｂに印加し、駆動電流ＩＡＣを供給する。なお、この駆動電流ＩＡＣの電流量は、駆動信号のデューティ比を制御することによって制御される。
【００２３】
以上の構成により、閉弁用電磁石１１のコイル１１ｂに駆動電流ＩＡＣを供給すると、ヨーク１１ａが励磁され、アーマチュア１３は、上ばね１４および下ばね１５の付勢力に抗して閉弁用電磁石１１に引き付けられ、吸着することによって、機関弁８が閉弁される（図２の１点鎖線）。以下、このアーマチュア１３の位置を「閉弁位置」という。
【００２４】
この状態からコイル１１ｂへの駆動電流ＩＡＣの供給を停止すると、上ばね１４および下ばね１５の付勢力によって、機関弁８が下方に移動する。そして、アーマチュア１３が中立位置付近まで移動したときに、開弁用電磁石１２のコイル１２ｂに駆動電流ＩＡＣを供給することで、アーマチュア１３は、上ばね１４および下ばね１５の付勢力に抗して、励磁された開弁用電磁石１２に引き付けられ、吸着することによって、機関弁８が最大リフトで開弁する。
【００２５】
この状態からコイル１２ｂへの駆動電流ＩＡＣの供給を停止すると、機関弁８が上方に移動し、アーマチュア１３が中立位置付近まで移動したときに、コイル１１ｂに駆動電流ＩＡＣが供給される。これにより、機関弁８の次の閉弁動作が行われる。
【００２６】
ＥＣＵ２には、電圧センサ２１（電圧検出手段）から閉弁用電磁石１１のコイル１１ｂの電圧を表す検出信号（以下「電圧信号」という）ＳＶが、電流センサ２２（駆動電流検出手段）からコイル１１ｂの駆動電流ＩＡＣを表す信号（以下「電流信号」という）ＳＩが、それぞれ入力される。
【００２７】
ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、図示しない各種のセンサからの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、燃料噴射量を含むエンジン３の制御を実行する。また、本実施形態では、ＥＣＵ２は、位置検出部を構成しており、この位置検出部と電圧センサ２１および電流センサ２２によって、本発明の位置検出装置が構成されている。
【００２８】
図３は、本発明の第１実施形態による位置検出部３０（位置検出手段）を示している。この位置検出部３０は、電圧用フィルタ３１、電圧平滑部３２、電圧振幅検出部３３（電圧振幅検出手段）、電流用フィルタ３４、電流平滑部３５、電流振幅検出部３６（電流振幅検出手段）、振幅比算出部３７および位置算出部３８を備えている。なお、以下では、電圧センサ２１から図４（ａ）に示す方形波の電圧信号ＳＶが、電流センサ２２から図５（ａ）に示すのこぎり波の電流信号ＳＩが位置検出部３０に出力されるものとして、位置検出部３０の構成および動作を説明する。
【００２９】
電圧用フィルタ３１は、所定の周波数域の成分を通過させるバンドパスフィルタで構成されている。この電圧用フィルタ３１は、電圧センサ２１から出力された閉弁用電磁石１１のコイル１１ｂの電圧信号ＳＶ（図４（ａ））を、ＥＣＵ２からの駆動信号の周波数と同じ周波数（２０ｋＨｚ）の成分のみを通過させるようにフィルタリングし、同図（ｂ）に示す正弦波のフィルタリング電圧信号ＳＶＦを、電圧平滑部３２に出力する。
【００３０】
電圧平滑部３２は、全波整流器と、コンデンサおよび抵抗などで構成された平滑回路で構成されている。この電圧平滑部３２は、フィルタリング電圧信号ＳＶＦ（図４（ｃ）の１点鎖線）を全波整流器で整流した後、平滑回路によって平滑化し、図４（ｃ）に実線で示す平滑化電圧信号ＳＶＳを、電圧振幅検出部３３に出力する。
【００３１】
電圧振幅検出部３３は、平滑化電圧信号ＳＶＳに基づいて、電圧振幅ＶＡＭを検出し、電圧振幅ＶＡＭを振幅比算出部３７に出力する。この電圧振幅ＶＡＭは、平滑化電圧信号ＳＶＳの信号値（基準レベルから極大値までの振幅）に相当する（図４（ｃ）参照）。電圧振幅検出部３３は、その信号値を電圧振幅ＶＡＭとして検出する。
【００３２】
電流用フィルタ３４は、電圧用フィルタ３１と同様のバンドパスフィルタで構成されている。電流用フィルタ３４は、電流センサ２２からの電流信号ＳＩ（図５（ａ））を、ＥＣＵ２からの駆動信号の周波数と同じ周波数（２０ｋＨｚ）の成分のみを通過させるようにフィルタリングし、同図（ｂ）に示すフィルタリング電流信号ＳＩＦを、電流平滑部３５に出力する。
【００３３】
電流平滑部３５は、フィルタリング電流信号ＳＩＦを整流した後、平滑化し、図５（ｃ）に示す平滑化電流信号ＳＩＳを、電流振幅検出部３６に出力する。
【００３４】
電流振幅検出部３６は、平滑化電流信号ＳＩＳの信号値を電流振幅ＩＡＭとして検出し、この電流振幅ＩＡＭを振幅比算出部３７に出力する。
【００３５】
振幅比算出部３７は、電圧振幅検出部３３から出力された電圧振幅ＶＡＭを電流振幅ＩＡＭで除算することによって、電圧振幅ＶＡＭと電流振幅ＩＡＭとの比（＝ＶＡＭ／ＩＡＭ）を算出し、インピーダンスＺとして位置算出部３８に出力する。
【００３６】
位置算出部３８は、インピーダンスＺに基づき、図６に示すテーブルを検索することによって、機関弁８の位置ＰＯＶＬを算出する。この位置ＰＯＶＬは、アーマチュア１３が閉弁用電磁石１１に吸着している閉弁位置にあるときが値０であり、その値が大きいほど、アーマチュア１３が中立位置側に位置することを意味する。前述したように、アーマチュア１３が閉弁用電磁石１１に近いほど、コイル１１ｂのリアクタンス成分を含む抵抗成分が大きくなり、インピーダンスＺはより大きくなる。このテーブルは、インピーダンスＺと位置ＰＯＶＬの関係を実験によってあらかじめ求め、その結果を表したものである。このため、このテーブルでは、位置ＰＯＶＬは、インピーダンスＺが大きいほど、より閉弁位置側に設定されている。
【００３７】
したがって、インピーダンスＺに基づいて、閉弁用電磁石１１に対するアーマチュア１３の位置関係を検出でき、それにより、機関弁８の位置を検出することができる。また、機関弁８を駆動するための駆動電流ＩＡＣを利用して機関弁８の位置を検出するので、そのための専用のデバイスを新たに追加する必要がなく、その分、製造コストを抑えることができる。
【００３８】
また、電圧信号ＳＶおよび電流信号ＳＩを、駆動信号と同じ周波数の成分のみを取り出すようにフィルタリングするので、不要な周波数成分を除去でき、コイル１１ｂのインピーダンスＺを精度良く算出することができる。さらに、フィルタリング電圧信号ＳＶＦおよびフィルタリング電流信号ＳＩＦを平滑化するので、脈動のほとんどない平滑化電圧信号ＳＶＳおよび平滑化電流信号ＳＩＳが得られ、それにより、電圧振幅ＶＡＭおよび電流振幅ＩＡＭを精度良く検出することができる。
【００３９】
図７は、本発明の第２実施形態による位置検出部４０（位置検出手段）を示している。この位置検出部４０は、電圧用フーリエ変換部４１（電圧フーリエ変換手段）、電流用フーリエ変換部４２（電流フーリエ変換手段）、インピーダンス算出部４３、実数部算出部４４（実数部算出手段）および位置算出部４５を備えている。
【００４０】
電圧フーリエ変換部４１は、電圧センサ２１からの電圧信号ＳＶ（図８（ａ））を高速フーリエ変換する。このフーリエ変換により、ＥＣＵ２からの駆動信号の周波数を基本波とし、この基本波のスペクトルと、基本波の整数倍の周波数を有する高調波のスペクトルが、周波数ごとに得られる。図８（ｂ）に示すように、各スペクトルは、実数部ＲＶと虚数部ＪＶで構成されている。また、電圧フーリエ変換部４１は、これらのスペクトルの値を示す信号（以下「フーリエ電圧信号」という）ＳＶＦＴをインピーダンス算出部４３に出力する。
【００４１】
同様に、電流用フーリエ変換部４２は、電流センサ２２からの電流信号ＳＩを高速フーリエ変換する。これにより、電圧信号ＳＶの場合と同様、ＥＣＵ２からの駆動信号の周波数を基本波とする整数倍の周波数ごとのスペクトルが得られる。図９（ｂ）に示すように、各スペクトルは、実数部ＲＩと虚数部ＪＩから構成されている。また、電流用フーリエ変換部４２は、これらのスペクトルの値を示す信号（以下「フーリエ電流信号」という）ＳＩＦＴをインピーダンス算出部４３に出力する。
【００４２】
インピーダンス算出部４３は、フーリエ電圧信号ＳＶＦＴおよびフーリエ電流信号ＳＩＦＴを用い、次式（１）に従って、インピーダンスＺを算出するとともに、算出したインピーダンスＺを実数部算出部４４に出力する。
【００４３】
【数１】
このようにして算出されたインピーダンスＺは、図１０に示すように、実数部Ｒと虚数部ｊＸで構成されている。このうち、実数部Ｒは、コイル１１ｂの抵抗損と、コイル１１ｂ、ヨーク１１ａおよびアーマチュア１３から成る磁気回路の渦電流損に起因する抵抗分に相当し、虚数部ｊＸは、コイル１１ｂのリアクタンス成分に相当する。これらはいずれも周波数特性を有する。
【００４４】
実数部算出部４４は、インピーダンスＺのうち、ＥＣＵ２からの駆動信号の周波数と同じ周波数の実数部Ｒを取り出し、位置算出部４５に出力する。位置算出部４５は、この実数部Ｒに基づき、図１１に示すテーブルを検索することによって、機関弁８の位置ＰＯＶＬを算出する。このテーブルもまた実験によって求めたものであり、アーマチュア１３が閉弁用電磁石１１に近いほど、コイル１１ｂの渦電流損が大きくなり、実数部Ｒがより大きくなるため、位置ＰＯＶＬは、実数部Ｒが大きいほど、より閉弁位置側に設定されている。
【００４５】
したがって、インピーダンスＺの実数部Ｒに基づいて、機関弁８の位置を検出することができる。また、第１実施形態と同様、機関弁８の位置を検出するための専用のデバイスを新たに追加する必要がないので、製造コストを抑えることができる。
【００４６】
図１２は、本発明の第３実施形態による位置検出部５０（位置検出手段）を示している。機関弁８の位置を、上述した第２実施形態では、インピーダンスＺの実数部Ｒに基づいて算出しているのに対し、本実施形態では、インピーダンスＺの虚数部ｊＸに基づいて算出する点が異なる。このため、以下の説明では、第２実施形態と異なる点のみを説明するものとする。同図に示すように、虚数部算出部５１（虚数部算出手段）は、インピーダンス算出部４３から出力されたインピーダンスＺのうち、ＥＣＵ２からの駆動信号の周波数と同じ周波数の虚数部Ｘを取り出し、位置算出部４５に出力する。
【００４７】
位置算出部４５は、虚数部Ｘに基づき、図１１に示すテーブルを検索することによって、機関弁８の位置を検出する。このテーブルもまた実験によって求めたものであり、アーマチュア１３が閉弁用電磁石１１に近いほど、コイル１１ｂのリアクタンス成分が大きくなるため、虚数部Ｘの値が大きくなるため、位置ＰＯＶＬは、虚数部Ｘが大きいほど、より閉弁側に設定されている。
【００４８】
以上のように、本実施形態においては、コイル１１ｂのインピーダンスＺの虚数部Ｘに基づいて、機関弁８の位置を算出することができる。また、第１および第２実施形態と同様、専用のデバイスを新たに追加する必要がないので、その分、製造コストを抑えることができる。
【００４９】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、機関弁８の位置を閉弁動作時に検出しているが、これに代えて、またはこれとともに、開弁用電磁石１２のコイル１２ｂの電圧および電流を検出し、それらの検出信号を用いて、機関弁８の位置を開弁動作時に検出してもよい。また、実施形態は、被駆動体が、機関弁８の例であるが、これに限らず、本発明は、電磁石によって駆動される他の任意の被駆動体の位置検出に適用できる。
【００５０】
さらに、実施形態では、機関弁の位置を、駆動信号と同じ周波数の電圧信号および電流信号に基づいて検出しているが、これに限らず、例えば駆動信号の整数倍の周波数の電圧信号および電流信号に基づいて検出してもよい。この場合、２倍または３倍の周波数成分のときに、インピーダンスの大きさの違いが顕著に現れることが確認されており、このため、それらの周波数成分の電圧信号および電流信号を用いることが好ましい。また、実施形態では、機関弁の位置を、テーブルを用いて算出しているが、これに限らず、電磁石に対するアーマチュアの位置とインピーダンスの大きさの関係を表す関数を用いて、算出してもよい。
【００５１】
また、機関弁の位置を、第２実施形態ではインピーダンスの実数部に応じて、第３実施形態ではインピーダンスの虚数部に応じて、算出しているが、これに限らず、例えば、インピーダンスＺの絶対値（＝（Ｒ2＋Ｘ2）1/2）に基づいて機関弁の位置を算出してもよい。その場合、機関弁の位置を、インピーダンスの絶対値に基づき、図１１のテーブルを用いて算出してもよく、また、関数によって算出してもよい。
【００５２】
さらに、本発明は、車両に搭載された実施形態のエンジンに限らず、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の位置検出装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。
【図２】動弁機構の概略構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態による位置検出部を概略的に示すブロック図である。
【図４】閉弁用電磁石のコイルの（ａ）電圧信号、（ｂ）フィルタリング電圧信号および（ｃ）平滑化電圧信号の波形の一例を示す。
【図５】閉弁用電磁石のコイルの（ａ）電流信号、（ｂ）フィルタリング電流信号および（ｃ）平滑化電流信号の波形の一例を示す。
【図６】図３の処理で用いられるテーブルの一例を示す。
【図７】本発明の第２実施形態による位置検出部を概略的に示すブロック図である。
【図８】（ａ）電圧信号の波形および（ｂ）電圧信号の周波数スペクトル列の一例を示す図である。
【図９】（ａ）電流信号の波形および（ｂ）電流信号の周波数スペクトル列の一例を示す図である。
【図１０】インピーダンスの周波数スペクトル列の一例を示す図である。
【図１１】図７および図１２の処理で用いられるテーブルの一例を示す。
【図１２】本発明の第３実施形態による位置検出部を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５４】
８ 機関弁（被駆動体）
１１ 閉弁用電磁石（電磁石）
１１ｂ コイル
１２ 開弁用電磁石（電磁石）
１２ｂ コイル
１３ アーマチュア
１６ 駆動回路
２１ 電圧センサ（電圧検出手段）
２２ 電流センサ（駆動電流検出手段）
３０ 位置検出部（位置検出手段）
３１ 電圧用フィルタ
３３ 電圧振幅検出部（電圧振幅検出手段）
３４ 電流用フィルタ
３６ 電流振幅検出部（電流振幅検出手段）
４０ 位置検出部（位置検出手段）
４１ 電圧用フーリエ変換部（電圧フーリエ変換手段）
４２ 電流用フーリエ変換部（電流フーリエ変換手段）
４４ 実数部算出部（実数部算出手段）
５０ 位置検出部（位置検出手段）
５１ 虚数部算出部（虚数部算出手段）
ＩＡＣ 駆動電流
ＳＶ 電圧信号（検出された検出電圧）
ＳＶＦ フィルタリング電圧信号（フィルタリングされた検出電圧）
ＶＡＭ 電圧振幅（検出電圧の振幅）
ＳＶＦＴ フーリエ電圧信号（フーリエ変換された検出電圧）
ＳＩ 電流信号（検出された検出電流）
ＳＩＦ フィルタリング電流信号（フィルタリングされた検出電流）
ＩＡＭ 電流振幅（検出電流の振幅）
ＳＩＦＴ フーリエ電流信号（フーリエ変換された検出電流）
Ｚ インピーダンス
Ｒ 実数部
Ｘ 虚数部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動体と、コイルが巻かれた電磁石と、前記被駆動体に一体に設けられ、前記電磁石と対向するアーマチュアと、前記コイルに駆動電流を供給することにより、前記アーマチュアを作動させ、前記被駆動体を駆動する駆動回路と、を有する駆動装置において、前記被駆動体の位置を検出する被駆動体の位置検出装置であって、
前記コイルの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
前記検出された検出電圧および検出電流に基づいて、前記被駆動体の位置を検出する位置検出手段と、
を備えることを特徴とする被駆動体の位置検出装置。
【請求項２】
前記位置検出手段は、
前記検出電圧を、所定の周波数域の成分を通過させるようにフィルタリングする電圧用フィルタと、
前記検出電流を、所定の周波数域の成分を通過させるようにフィルタリングする電流用フィルタと、
前記フィルタリングされた検出電圧の振幅を検出する電圧振幅検出手段と、
前記フィルタリングされた検出電流の振幅を検出する電流振幅検出手段と、を有し、
前記検出電圧の振幅と前記検出電流の振幅との比に基づいて、前記被駆動体の位置を検出することを特徴とする、請求項１に記載の被駆動体の位置検出装置。
【請求項３】
前記位置検出手段は、
前記検出電圧をフーリエ変換する電圧フーリエ変換手段と、
前記検出電流をフーリエ変換する電流フーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換された検出電圧および検出電流に基づいて、前記コイルのインピーダンスの実数部を算出する実数部算出手段と、を有し、
前記インピーダンスの実数部に基づいて、前記被駆動体の位置を検出することを特徴とする、請求項１に記載の被駆動体の位置検出装置。
【請求項４】
前記位置検出手段は、
前記検出電圧をフーリエ変換する電圧フーリエ変換手段と、
前記検出電流をフーリエ変換する電流フーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換された検出電圧および検出電流に基づいて、前記コイルのインピーダンスの虚数部を算出する虚数部算出手段と、を有し、
前記インピーダンスの虚数部に基づいて、前記被駆動体の位置を検出することを特徴とする、請求項１に記載の被駆動体の位置検出装置。
【請求項１】
被駆動体と、コイルが巻かれた電磁石と、前記被駆動体に一体に設けられ、前記電磁石と対向するアーマチュアと、前記コイルに駆動電流を供給することにより、前記アーマチュアを作動させ、前記被駆動体を駆動する駆動回路と、を有する駆動装置において、前記被駆動体の位置を検出する被駆動体の位置検出装置であって、
前記コイルの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記駆動電流を検出する駆動電流検出手段と、
前記検出された検出電圧および検出電流に基づいて、前記被駆動体の位置を検出する位置検出手段と、
を備えることを特徴とする被駆動体の位置検出装置。
【請求項２】
前記位置検出手段は、
前記検出電圧を、所定の周波数域の成分を通過させるようにフィルタリングする電圧用フィルタと、
前記検出電流を、所定の周波数域の成分を通過させるようにフィルタリングする電流用フィルタと、
前記フィルタリングされた検出電圧の振幅を検出する電圧振幅検出手段と、
前記フィルタリングされた検出電流の振幅を検出する電流振幅検出手段と、を有し、
前記検出電圧の振幅と前記検出電流の振幅との比に基づいて、前記被駆動体の位置を検出することを特徴とする、請求項１に記載の被駆動体の位置検出装置。
【請求項３】
前記位置検出手段は、
前記検出電圧をフーリエ変換する電圧フーリエ変換手段と、
前記検出電流をフーリエ変換する電流フーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換された検出電圧および検出電流に基づいて、前記コイルのインピーダンスの実数部を算出する実数部算出手段と、を有し、
前記インピーダンスの実数部に基づいて、前記被駆動体の位置を検出することを特徴とする、請求項１に記載の被駆動体の位置検出装置。
【請求項４】
前記位置検出手段は、
前記検出電圧をフーリエ変換する電圧フーリエ変換手段と、
前記検出電流をフーリエ変換する電流フーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換された検出電圧および検出電流に基づいて、前記コイルのインピーダンスの虚数部を算出する虚数部算出手段と、を有し、
前記インピーダンスの虚数部に基づいて、前記被駆動体の位置を検出することを特徴とする、請求項１に記載の被駆動体の位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１４５３９６（Ｐ２００８−１４５３９６Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３６１３９（Ｐ２００６−３３６１３９）
【出願日】平成１８年１２月１３日（２００６．１２．１３）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１３日（２００６．１２．１３）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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