JP2002500344A - 距離の誘導形測定用の変換器および角度測定用の装置 - Google Patents

距離の誘導形測定用の変換器および角度測定用の装置

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JP2002500344A
JP2002500344A JP2000526778A JP2000526778A JP2002500344A JP 2002500344 A JP2002500344 A JP 2002500344A JP 2000526778 A JP2000526778 A JP 2000526778A JP 2000526778 A JP2000526778 A JP 2000526778A JP 2002500344 A JP2002500344 A JP 2002500344A
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coil
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グライクスナー，フランツ
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ホルシュト ジードレ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニーコマンディトゲゼルシャフト
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、不動のハウジングに対して変位できる本体の位置を決定するための誘導形測定用変換器に関するものである。本発明は、可動本体が限定された面積に広がる交番磁界を発生する測定用変換器から成ること、および前記の交番磁界がハウジングに接続され測定長さに沿って伸びる少なくとも1 つの導体ループを透過することを、その特徴とする。順方向線および帰線の間の電圧差は、電気回路によって平均化され、出力に送られる。前記の誘導形測定用変換器は、不動ハウジングとシャフトの間の角度を測定するシステムに使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 説明 本発明は、まず請求項1 および2 の前提部において請求されるとおり誘導形の
測定用の変換器に関するものである。誘導形測定用変換器は、 ステータおよびこ
れに対して相対的に移動できるキャリッジを持ち、キャリッジは、誘導送信器素
子およびこれに関連する評価エレクトロニクスを持つ。評価エレクトロニクスの
出力信号は、ステータに対して相対的なキャリッジの位置の測定値を表す。ステ
ータは、測定距離全体に伸びる界磁コイルを持ち、これに交流が送られ、その磁
界は、キャリッジに接続され軟磁性コアおよび／またはコイルの形を取る送信器
素子を通り、さらに、ステータに接続される二次巻線を通り、ここで、キャリッ
ジの位置に応じて電圧を誘導する。この二次巻線は1 巻きから成り、ここから測
定距離全体に配分される適切なタップにより電圧要素が得られる。電圧要素は、
キャリッジの位置に応じてある電圧を発生するために平均化される。平均化は抵
抗器によりまたはその他の電気コンポーネントにより行なうことができる。別個
のコンポーネントのかわりに、抵抗層またはコンデンサ極板を使用することも出
来る。特に有利な実施態様においては、界磁巻線は、1 巻きから成り、コイルと
して使われるハウジングおよびガイドを持つ。送信器素子を同調回路として設計
することにより、さらに改良されて、漂遊磁界の形成が大幅に減少する。この場
合、発振器の周波数を決定する要素として同調回路を使用することにより、セン
サを同調回路の共鳴周波数で作動すると有利である。
【０００２】 本発明は、さらに、請求項13、14および16の前提部において請求される通り、
角度を測定する装置に関するものである。
【０００３】 誘導距離/ 角度センサの利点は、塵埃およびその他の環境の影響を受けること
が少ない点である。差動インダクタが一般に知られているが、差動インダクタに
おいては、軟磁性コアが2 つのコイルに配置され、距離に依存する電圧を2 つの
コイルの間で分岐できるように、コアの位置が2 つのコイルのインダクタンスに
影響を与え、2 つのコイルが直列に接続され、AC電圧に接続される、。この構成
は、コイルの物理的長さが少なくとも測定距離の2 倍になり、さらにコイルの機
械的接続が最終位置で測定距離から突き出すので、測定距離の少なくとも3 倍の
設備長さが必要であるという、短所を持っている。さらに、測定結果は、巻線抵
抗の温度反応および使用されるマグネット材料の透磁率の影響を受ける。
【０００４】 さらに、短絡シリンダあるいは高透磁率のコアをコイルに挿入して、コイルの
インダクタンスの変化をコアの位置の測定値として使用する方法が提案された。
この方法は、差動変成器より物理的長さが短いという利点がある。しかし、それ
でも、測定ロッドを伸ばすとき、少なくとも測定距離の2 倍必要である。さらに
、巻線抵抗およびコアの温度反応が、温度特定に対してより明白な影響を持って
いる。
【０００５】 DE-A-2511683から、界磁巻線から高透磁性コアを通じて増加巻線密度の測定巻
線に電圧を注入することによって適切な測定信号が発生することが知られている
。この方法は、物理的長さが短いという利点を持っているが、測定コイルのエリ
アでの磁界の分布および測定コイルの構成が厳密な要件に従うという短所がある
。
【０００６】 さらに、コイル領域の一部における電圧降下の減少がコイルの短絡リングによ
って生じ、短絡リングの位置に依存する信号がコイルのタップからの抵抗器また
はコンデンサによって形成されるという実施態様が、WO94/03778号から知られて
いる。この結果、センサの物理的長さが短くなる。短所は、巻線抵抗および漂遊
インダクタンスの影響である。
【０００７】 発明の目的は、上記の装置の短所を克服し、単純な方法を使用して組み立てる
ことができかつ高い正確度を持つ距離センサを提案することである。
【０００８】 この目的は、独立請求項1 、2 、13、14および16の特徴によって達成できる。
有利な実施態様は、前記の請求項に関連する従属請求項の内容となっている。
【０００９】 本発明の望ましい実施態様例について、添付の図面を参照しながら下記におい
て説明される。
【００１０】 図1 は、本発明に基づくセンサの略図を示している。コイルのエリアがセンサ
の長さl 全体に及ぶ界磁巻線1 は、AC電圧源から給電される。高透磁性材で構成
され空隙d を持つコイル・コア2 は、コイル1 を通り抜けるように可動的に案内
され、分圧器素子3 の一部は、この空隙に配置される。分圧器素子3 は、下縁に
沿って分圧器素子3 を越えて伸びる導体5 、上縁で分圧器素子を越えて伸びる導
体8 、導体5 と平行の別の導体7 、および導体8 と導体7 の間に配置され抵抗を
構成する導電被覆9 から成る。導電被覆は、導体8 と導体7 の間で測定距離全体
のエリアに配分され、全体として、導体5 および導体8 によって構成される誘導
ループのインピーダンスに比べて高いインピーダンスを持つ。
【００１１】 AC電圧源4 から供給される電流はコイル1 を通って、磁束を生じる。磁束は、
コア2 の領域において分圧器素子3 を通り、少量の磁束だけが分圧器素子3 の残
り部分を通る。
【００１２】 図2 に示される図は、測定変圧器の長さ全体の磁界強度および電圧の理想的な
構造を示している。この構造は、縁効果および漂遊磁界を考慮に入れていない。
磁束Φはコア領域において生じ、抵抗素子9 を通り抜ける。
【００１３】 コア2 の空隙領域における時間に伴う磁界の変動は、導体5 および7 に関して
導体8 にAC電圧U(ｘ) を誘導する。AC電圧U(x)は、面積で積分した磁束Φの積分
に比例する。従って、電圧構造は、ポジションｘの上の導体5 に関して導体8 に
形成され、最初はコア2 への接続と相対するポジションで0 であり、コア2 によ
り覆われる面積に従って線形に上昇し、コアの背後で接続まで一定を保つ( 図2)
。距離l 全体のエリアに配分され最初は抵抗被覆とみなされる抵抗は、導体5 ま
たは導体8 に関して導体7 の接続で検出できる合計R0を形成する。
【００１４】 抵抗被覆が、並列で接続され各々異なる電圧源に接続される等しい規模の個々
の抵抗器から成ると考えると、出力電圧は下記の通りとなる：
【数１】
【００１５】 ｎを無限まで増大できるとすると、下記の通りとなる：
【数２】
【００１６】 図２に示される電圧の場合、このことは領域が0 ＞ｓ＜（ｌ−ｂ）について（
オリジナルの８ページの等式）の出力電圧は下記の通りとなる：
【数３】
【００１７】 その結果、可動コア2 のポジションｓと出力電圧Uaの間は線形の関係となる。
【００１８】 導電被覆は、抵抗材の連続面として形成するか、充分な数の均等に配分される
別個の抵抗器またはコンデンサ面または個々のコンデンサの形式とするか、その
組み合わせとすることができる。
【００１９】 測定コイルは1 巻だけで構成されるので、出力電圧は比較的低い。評価のため
に使用できる信号を生成するためには、分圧器を通る適切な高さの磁束が必要と
される。この場合、分圧器素子に結合される一次コイル1 からの漂遊磁束は、出
来る限り少なくなければならない。誘導電圧は、周波数、一次コイル1 において
生じる磁界強度、コイル2 の透磁率および横断面、コア2 の空隙d および空隙領
域におけるコアの面積の関数である。
【００２０】 低い電流で高い誘導電圧を生じるためには、出来る限り高い周波数を選ぶと良
い。しかし、移動距離が長い場合、周波数は、巻線キャパシタンスによって制限
される。さらに、適切なコイルの生産は比較的複雑で、可動コアをコイルに挿入
するのは難しい。この困難は、一次コイルを単巻の形式に設計する設計方法によ
って克服することが出来、供給電力を生じるための回路への整合は変成器によっ
て得られる。図3 は、一部を切り取った、1 つの実施態様例の略図である。
【００２１】 電圧源から供給される電圧は、変成器によって適切な低さの電圧に低減される
。変成器11の二次巻線の1 つの接続はハウジング12に接続され、他の接続は、ハ
ウジング12の内部で内壁に平行に配置され反対端でハウジングに電気的に接続さ
れるレール13に接続される。従って、変成器の二次側の電流は、レール13を通り
、ハウジングを通って戻る。コア14は、レールおよびハウジング12の間に配置さ
れ、レール13およびハウジング12を通る電流によって生じる磁束が分圧器素子15
を通り抜けるようにする。帰線は、出来る限り広く設計され、ハウジングから短
い距離に配置される。通常の巻線コイルと異なり、この配列は、コア14の磁気抵
抗が低いために、電圧降下がほとんどコア14の領域において生じるように、コア
の外の領域に存在するインダクタンスが出来る限り小さいような形状を設計する
可能性を与える。この配列は、この配列のために必要な周波数よりかなり上の共
鳴周波数を持つ。
【００２２】 コア14の外の領域で生じ界磁巻線により発生する磁界は、分圧器に電圧を誘導
し、この電圧が、コア14において誘導される位置依存の望ましい信号に付加され
る。当初、これはゼロポイント・シフトしか生じない。しかし、軟磁性コア材料
の透磁性は温度に依存するので、温度に反応して劣化する可能性がある。従って
、標遊磁界により分圧器に誘導される電圧は、出来る限り小さくなければならな
い。
【００２３】 以下の措置がこれを克服することが出来る： ● 充分な距離を置いて分圧器素子を配置する。この方法は、設計を単純にする
が、比較的大きなスペースを必要とする。 ● 分圧器素子15を巻線半体の一方において凹部領域に移動する( 図4aおよび4b
) 。界磁コイルが1 巻しか持たない設計は特にこの目的に適している。図4aおよ
び4bは、この配列の断面図を示している。ハウジング15は界磁電流の順方向導体
として使用され、形材16は帰路導体として使用される。形材16は、分圧器素子17
をトレンチ状の開口に収められるように設計される。コア18は、高透磁性の材料
で構成され、形材16を取り囲み、形材のトレンチ状開口に配置される空隙を持ち
、この空隙に分圧器素子17が配置される。
【００２４】 図4aおよび4bは、ハウジング15および形材16（帰線）を流れる電流によって生
じる磁力線の概略を示している。この設計においては、界磁電流は、相対する面
の表面領域を流れることが望ましい。トレンチ状開口の領域は、従って、磁束が
コアの影響を受けない限りどの磁界からもほぼ自由である。
【００２５】 図4aは、コアがない場合の力線の概略を示している。この場合、分圧器素子17
を通り抜ける力線はほとんどない。
【００２６】 図4bにおいて、コア18の領域においては、コア18の透磁性が高いために力線が
コア18に従うことが望ましく、力線は、ほぼ空隙領域において分圧器素子17を通
り抜けて、そこに希望の電圧を誘導する。磁気抵抗が小さくなるので、この領域
にコア18がない場合より磁束は高くなる。実際には、漂遊磁界もここに生じて、
出力信号の低減を引き起こす。しかし、漂遊磁界と望ましい磁界の比率は常に同
じである。
【００２７】 この配列の1 つの利点は、コア18外側の領域における一次巻線のインダクタン
スが非常に低く、コア18の領域において相対的に高いことである。従って、測定
コア外側の領域において磁界巻線を横切る電圧降下が小さい。さらに、形材の形
状のため構造が非常に堅牢なので、機械的強固さを持つ。しかし、コア18の複雑
な設計は短所である。
【００２８】 分圧器素子は、望ましくない漂遊磁界が相互に消し合うように配置される( 図
5aおよび5b) 。順方向導体として作用するハウジング19においては、コア22領域
において形成されないとき分圧器素子の面積における磁束の積分がゼロになる傾
向をもつように( 図5a) 、帰路導体20は、コアがないとき磁力線が分圧器素子を
通り抜けるように分圧器素子に対して配列される。図5bは、磁束が一方向にだけ
分圧器素子21を通り抜けるように磁束が分流され、従って測定巻線において対応
する電圧を誘導するコア22の領域を示す。 分圧器素子は1 巻だけから成り、ここで評価対象の電圧が誘導されるので、出
力電圧は比較的低い。使用される物理的サイズにより、空隙が2mm のときコアの
断面は約0.5cm2である。領域における動作周波数約100 ｋHz、出力電圧少なくと
も0.1 ボルトが望ましい。（電圧がこれより低いとさらに有用な結果が示される
ことは、分かっているが、正確さの要求が高い場合出力電圧の評価がより複雑に
なり、ノイズの影響が顕著になる）。
【００２９】 磁束に必要な界磁電流は、このようにして推定できる。結果は約5Aとなる。こ
のために、変成器および順方向線および帰線の適切な設計が必要である。電流は
、周波数を増大し、空隙を縮小し、空隙面積を拡大することによって、減少する
ことができる。
【００３０】 特に測定長さが長い場合、電圧降下が生じるので、給電が複雑である。さらに
、供給電流が高いと、比較的強い望ましくない漂遊磁界が生じる。従って、界磁
電流を測定コアの流域に集中することが望ましい。図6 に示されるとおり、コン
デンサ25に接続される巻線24を測定コア23に備えると、これが可能になる。コイ
ルのインダクタンスおよびキャパシタンスの結果、界磁電流J E が通じる同調回
路が作られる。電流J LCは、同調回路を流れ、コイルの巻数で倍増されるとき、
対応する磁界強度をコア23の空隙に生じる。同調回路がその共鳴周波数で作動さ
れるとき、コイルの電圧を維持するために、同調回路の損失をカバーするのに必
要な界磁電流J E だけが必要とされる。同調回路のQ 因子に応じて、界磁電流を
10から50の1 に減少できる。
【００３１】 界磁電流J E は、導体27を通じてコアに流れる。測定巻線26に誘導される電圧
は、主に巻線24およびコンデンサ25を流れる電流J LCの支配を受ける。測定電圧
を評価する際、同調回路が共鳴状態のとき界磁電流J E が同調回路電流J LCに対
して90°移相することを覚えておく必要がある。これがさらに漂遊磁界の影響を
弱める。
【００３２】 同調回路の良好な作動の1 つの前提条件は、これが共鳴周波数で作動されるこ
とである。これは、発振器周波数を同調回路周波数にまたはその逆に同調させる
ことによって可能になる。この方法は、発振器および同調回路が相互にオフ・チ
ューンになることを妨げない。従って、測定同調回路を発振器の周波数を支配す
る素子として使用すると都合が良い。図7 は、周波数を決定する素子としてコア
30、コイル31およびコンデンサ32から構成される同調回路を使用する配列のブロ
ック図を示している。測定ループ34における磁束を変動することによって、コア
30は、誘導電圧U0を生じ、誘導電圧は増幅器36によって増幅されて、変成器35の
一次巻線を通る電流となる。この変成器35の二次巻線は、界磁巻線33を通る電流
を生じ、界磁巻線は、さらに同調回路のコア30を通る磁束を生じる。共鳴周波数
のとき、電流および電圧は同じ位相にあり、電圧は最大値をとる。ゲインが充分
であれば、回路はコイル31およびコンデンサ32により構成される同調回路の周波
数で発振する。 電圧加算器41の出力と二次巻線全体34の間の電圧比がステータに対するコアの
位置の測定値として使われる。整流回路38により整流した後電圧源40からの基準
電圧U R と比較し、調整器41を使って差をゼロにし、発振回路が要求される振幅
で発振するように発振回路の回路ゲインに影響を及ぼすことにより発振振幅を調
節することによって、二次巻線34を横切る電圧を定電圧に調整するとよい。この
方法は、適切に設計されれば、発振回路がサイクルを制限しないので、その調和
成分が非常に低いという利点を持つ。
【００３３】 多くの場合、測定変換器は、例えば容器の壁を絶縁状態で通そうとする場合、
できる限り接続が少ないと有利である。必要な接続の数は、供給線に加えられる
電圧を評価すると、減らすことができる。図8 は、このような実施態様の一例を
示している。AC電圧源48は、変成器42を通じて、導体43および44から成る導体ル
ープに供給する。2 つの導体のうち1 つは可動コア45を通り抜ける。抵抗層46は
、導体43に接続され、反対端で導体47に接続される。寸法は、導体43に沿った電
圧降下がコア45がない領域においてコア45の領域での電圧降下より小さいように
、設計される。この場合、コア45が共鳴周波数で作動される同調回路の形であれ
ば、特に有利である。抵抗素子46は、導体43に電圧構造を加え、これが導体47を
通じて出力される。この設計の問題点は、測定変換器のための供給電流により生
じる導体43および44での電圧降下が、出力電圧に含まれることである。これは、
ゼロ・ポイントでのシフトおよび出力信号における低減として現れる。従って、
必要な場合、電流依存補正電圧により補償を与えることができる。
【００３４】 以下の記述は、角度センサの形式の誘導測定変換器を説明するものである。
【００３５】 角度センサの場合、界磁コアを静止式にし、発振器から直接供給を受けるよう
に配置することができる。従って、発振器と整合させるための界磁巻線および変
成器はない。測定範囲および正確度の要件に応じて、多様な物理的形式が可能で
ある。
【００３６】 最良のものは、環状コイルを持つ角度センサである。
【００３７】 測定シャフトの回転点と同心に配置される環状コイルを持つ配列は、特に、90
°を超える測定範囲の場合に有利である。この場合、測定コアが回転点で測定シ
ャフトに取り付けられる配置と測定コアが偏心的に( 回転点から離れて) 取り付
けられ、連続測定シャフト（中空シャフト）を持つ配置を区別する必要がある。
回転角度が制限されない場合、同心環状コイルが必要である。
【００３８】 図9 は、約90°の測定範囲のための、環状コイルおよび測定コアが回転点に取
り付けられる角度センサを示している。測定コア1 ’は、環状センター・ピース
から成るヨークを持つ2 つの同様のフェライト・コア、これに隣接する長方形の
ウェブおよびこれに隣接し空隙d を挟んで相対する環状セグメントから成る。測
定コア1 ’は、シャフト200 ’に機械的に接続され、静止測定素子3 ’に対する
その角度が測定対象となる。静止測定素子3 ’は、2 つのコア半体の間に配置さ
れる。導体ループの形の導電トラック4 ’が平らな取り付け板2 ’の上に形成さ
れ、端で接続5 ’および6 ’に接続される。この導体ループは、円弧7 ’および
8 ’ならびにその間の接続および接続5 ’および6 ’への接続から作られる。円
弧形の別の導体トラック9 ’は接続10’に接続される。抵抗層11’は、導体トラ
ック7 ’および9 ’の間の取り付け板に貼られる。環状コイル12’は、同様に、
取り付け板2 ’に配置され、取り付け板2 ’と同様測定コア1 ’の2 つのコア半
体の間に配置される。
【００３９】 交流がコイル12’を流れるとき、好適にはフェライト・コアを通り測定コア1
’の空隙を横切って流れる磁束が生じる。このようにして、既知の方法で、導体
ループ4 ’に電圧を生じる。この電圧は角度に依存し、抵抗素子によって加算さ
れ、接続10’に送られる。
【００４０】 意図される測定磁束Φm とは別に、望ましくない漂遊磁束Φs （これは角度に
依存しない）が生じ、これが付加的な界磁力を消費し、望ましい信号を低減する
。漂遊磁束を低く抑えるために、このコイルは、できる限り測定コア近くに配置
され、例えば、円筒形コイルとして配置される。コア内径およびコイル直径は必
要な範囲に制限されなければならない。
【００４１】 コイルは、電気接続13’および14’に接続される。誘導無効電流を補償するた
めに、コンデンサ15’は、既知の方法でコイルと並列に接続される。共鳴周波数
での作動中、必要な電流の量は、同調回路の損失をカバーするために必要な量だ
けである。
【００４２】 エラー分析の結果は、軸のオフセットが測定誤差を引き起こす第一の要因であ
ることを示している。従って、測定コアの磁極片が描く有効半径R と想定できる
軸のオフセットとの比率を出来る限り大きくするよう努力しなければならない。
これは、比較的大きな測定コアを使用しなければならないことになるかも知れな
い。そうでなければ、正確な処理と調整のために複雑さを増すことを受け入れな
ければならない。
【００４３】 軸のオフセットによるエラーを減少するために、測定角度が180 °未満の場合
には設計は対称形とすることができる。測定コアは、180 °オフセットされ、共
通環状コイルからの供給を受け、適切に配置される各々1 つの抵抗素子を持つ測
定ループに作用する、2 対のリムを持つ。
【００４４】 図11は、上記のような設計を示している。シャフト32’は、回転できるように
ハウジング30’に取り付けられる。軟磁性コア33’はシャフト32’に取り付けら
れる。コア33’は、円筒形の中央部分34’およびここから突き出す4 つのリム35
’から成り、各リムは相互に180 °の角度で対に配置される。個々の対のリム35
’は、空隙を形成し、この中にプリント回路板31’が配置される。
【００４５】 プリント回路板31’は、図9 に関連して上に説明した実施態様におけるプリン
ト回路板2 ’と同様の方法で設計される。これは、既存の導体トラック、抵抗層
および電気接続36’のミラー・イメージを形成する、導体トラック、抵抗素子お
よび電気接続の第二の配列37’も持つ。交流は、界磁コイル38’を流れて、2 つ
の空隙においてほぼ同じサイズの磁束を生じる。2 つの抵抗素子36’および37’
の出力電圧は、同じように測定結果に寄与するように評価される。軸のオフセッ
トが生じる場合、一方の部分36’の出力電圧は、実際にはエラーがある。しかし
、これは、他方の部分37’における相対するエラーによりほぼ相殺される。
【００４６】 この配列により、プリント回路板における回転点に対するシフトから生じるエ
ラーだけでなく、ロータまたはベアリング面の偏心から生じるエラーもほぼ相殺
することができる。
【００４７】 さらに、対称形の設計がアンバランスをなくすことが利点である。
【００４８】 シャフト直径が大きい場合または測定半径R が大きい場合、特に中空シャフト
・センサの場合、上に説明した角度センサの構造は、一般的に言って、測定コア
が大きいので不経済である。さらに、コアの周囲の距離が長いので、かなりの漂
遊磁束が生じ、これが望ましい信号の低減を生じる。
【００４９】 代替実施態様として、フェライト・コアがコイルの円形部分の一部だけを通る
コアを使用することができる。コア材料が高い比透磁性を持つ場合、コイルの界
磁電流、空隙面積および長さが同じ場合、測定ループにおいて同じ電圧が誘導さ
れる。この配列の短所は、非常に強い漂遊磁束が形成されるので、界磁力を増大
する必要があり、さらに、測定ループに角度と無関係の電圧を誘導することであ
る。
【００５０】 この短所は、測定コアの外に短絡リングを使用して相対する磁界を形成して、
漂遊磁界を減少し、測定ループにおける角度と無関係の電圧の誘導を減少するこ
とによって、ほぼ克服することができる。 図10は、このタイプの実施態様例を示している。コア17’は、シャフト18’の
側面に取り付けられ、シャフトは、支持材19’の助けにより比較的大きな直径を
持つ。コア17’は、軟磁性材により構成される。コアは2 つの同様の半体から構
成され、その各々が内側および外側環状セグメントおよびその間の接続ウェブか
ら成り、シャフト側で相互に空隙なしに接続される。短絡リング20’は、コアと
シャフトの間に配置され、コア17’の外部領域において支持体19’の周囲に接す
るが、コアの領域においてコア17’とシャフト18’の間を通る。
【００５１】 コア17’は、その外側環状セグメントにより空隙を形成し、この中に取り付け
板16’が配置される。円筒形コイル30’も、この取り付け板16’に配置され、シ
ャフト18’、支持体19’、コア17’の内側環状セグメントおよび短絡リング20’
を、小さいギャップで取り囲む。接続26’および24’を持つ導体ループ21’、接
続25’を持つ導体トラック22’、抵抗トラック23’、コイル接続27’および28’
、および同調回路コンデンサ29’も、取り付け板16’に配置される。これらの素
子の機能は、参照される図9 に関連する説明から明らかである。
【００５２】 コア17’の材料の高い比透磁率および短い空隙のため、コアは、比較的低い磁
気抵抗を構成する。従って、電流がコイル20’を流れる時、磁束は空隙の領域に
形成されることが望ましい。しかし、コイル20’の直径は大きく、さらにシャフ
トは不定の磁気行動を持つので、短絡リング20’のない場合妨害的な漂遊磁界が
形成される。交流がコイル30’を流れるとき、短絡リング20’に電圧が誘導され
、これが電流を界磁電流I E と反対方向に流れさせる。従って、コイルの磁界を
中和する磁界が形成されて、その結果生じる磁界が減衰される。しかし、短絡リ
ングはコアの背後を回って通されるので、コア17’の領域においてはこれが生じ
ない。
【００５３】 上に説明した通り、軸のオフセットによるエラーを低減するために、約120 °
未満の測定角度の場合、2 つのコアおよび共通界磁コイルを持つ対称形設計を構
成することもできる。
【００５４】 測定角度範囲が小さい場合、特に、軸のオフセットによるエラーを低減するた
めに回転点と抵抗素子の間の距離を大きくすると有利である。軸の分離が大きい
場合、このために必要なコイル直径およびコアは大きいので、同心コイルの形の
界磁コイルおよび同調回路コイルを使うことはもはや意味がない。
【００５５】 この場合、短い測定距離の場合には修正線形距離エンコーダを使用すると有利
である。界磁コイルは、この場合固定され、発振器から直接供給を受ける。コン
デンサと共に、界磁コイルは同調回路を形成する。界磁コイルは測定コアを流れ
る磁束を発生する。測定コアは、アームを通じて機械的にシャフトに接続され、
ハウジングに対するシャフトの角度が測定される。測定コアは、抵抗層を持つ既
知の測定ループに磁束を通すので、角度に応じた出力信号を生じる。
【００５６】 図12は、上に説明した機能原理に基づく角度センサの実施態様の略図を示して
いる。シャフト41’は、回転できるようにハウジング40’に取り付けられる。ア
ーム42’は、シャフトにしっかりと接続される。軟磁性コア43’がアームの端に
取り付けられ、シャフトが回転するとき円弧を描く。コア43’は長方形を成し、
空隙によって中断される。コイル45’およびプリント回路44’は、ハウジングに
しっかりと固定される。コイル45’は、測定コア43’の直線リムがコイルを通り
抜けるように配置される。プリント回路板44’は、測定コア43’の空隙に配置さ
れる。予定される測定範囲を越えて移動した場合、測定コアの空隙によってカバ
ーされる領域には測定ループ47’がある。これについてはこれ以上詳しく説明す
る必要はない。コイルは、測定コア外側の測定ループを通り抜ける漂遊磁束がで
きる限り小さくするように、できる限り小さい断面を持つ。さらに、巻線は、コ
ア43’の空隙を通り抜けられるよう充分に平らになるよう設計される。このよう
にして一体コアを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づくセンサの略図である。
【図１ａ】 図１と同様の図である。
【図２】 磁束、および巻線の長さ全体において磁束が測定巻線に生じる電圧構造の図で
ある。
【図３】 界磁巻線として1 巻きの実施態様例を示す図である。
【図４ａ】 望ましくない漂遊磁界の効果を減少する実施態様例の断面図である。
【図４ｂ】 図４ａと同様の図である。
【図５ａ】 漂遊磁界からの結合効果が界磁巻線の適切な配置により効力を失う実施態様を
示す図である。
【図５ｂ】 図５ａと同様の図である。
【図６】 同調回路を形成するために追加の巻線およびコンデンサを含む測定コアを持つ
実施態様を示す図である。
【図７】 同調回路が発振器回路の周波数を決定する要素として使用される設計のブロッ
ク図である。
【図８】 測定電圧が界磁巻線から直接分岐される実施態様の略図である。
【図９】 環状コイルおよび測定コアが回転ポイントに取り付けられる、本発明に基づく
角度センサを示す図である。
【図１０】 環状コイルおよび測定コアが回転点から離れて取り付けられる、本発明に基づ
く角度センサの実施態様例を示す図である。
【図１１】 対称形設計の角度センサを示す図である。
【図１２】 平らなコイルを持つ本発明に基づく角度センサを略図的に示す図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１２月２日（１９９９．１２．２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 移動する本体が、限定された領域に広がる交番磁界を生じる
    測定変換器を持ち、この交番磁界が、ハウジングに接続され測定長さ全体に及ぶ
    少なくとも1 つの導体ループを通り抜け、導体ループの順方向線と帰線の間の電
    圧差が電気回路により平均化されて出力に送られる、静止ハウジングに対して移
    動する本体の位置を決定するための誘導測定変換器。
  2. 【請求項２】 ハウジングに接続され交流が通り抜ける導体ループが、移動
    する本体に接続される誘導作用素子を通り抜けて、この素子の領域において電圧
    降下を増大させ、導体ループの順方向線と帰線の間の電圧差が電気回路によって
    平均化されて出力に送られる、静止ハウジングに対して移動する本体の位置を決
    定するための誘導測定変換器。
  3. 【請求項３】 電圧要素が、導体ループ上に測定長さ全体に配分される個々
    のタップによって分岐でき、平均化が、移動素子の交番磁界が流れることができ
    る領域を囲む共通接続に接続される個々の抵抗器によって行われる、請求項1 ま
    たは2 に記載の測定変換器。
  4. 【請求項４】 電圧要素が、導体ループ上の個々のタップによって分岐でき
    、平均化が、移動素子の交番磁界が流れることができる領域を囲む共通接続に接
    続される個々のコンデンサによって行われる、請求項1 または2 に記載の測定変
    換器。
  5. 【請求項５】 平均化が、導体ループの順方向部分と導体ループの長さに広
    がり平行に走る測定接続の間に配置される抵抗層によって行われ、移動素子の交
    番磁界が通れる導体ループの順方向部分と測定接続の間の領域が抵抗層によって
    被覆される、請求項1 または2 に記載の測定変換器。
  6. 【請求項６】 移動素子の交番磁界が、測定距離の長さに広がる静止界磁コ
    イルを移動するように高透磁性コアを配置することによって生じ、コアが磁束を
    測定ループの領域に向けることが望ましい、請求項1 から5 までのいずれかに記
    載の測定変換器。
  7. 【請求項７】 界磁巻線が1 巻からなり、電源インピーダンスへの整合が適
    切な変成比を持つ変成器により行われる、請求項1 から6 までのいずれかに記載
    の測定変換器。
  8. 【請求項８】 同調回路を形成するように、可動高透磁性コアがコンデンサ
    に接続されるコイルを備え、かつこの同調回路の共鳴周波数で励起が生じる、請
    求項1 から7 までのいずれかに記載の測定変換器。
  9. 【請求項９】 コイルおよびコンデンサによって形成される同調回路が発振
    器回路の周波数を決定するための素子として使用される、請求項1 から8 までの
    いずれかに記載の測定変換器。
  10. 【請求項１０】 可動素子の界磁電流が、導体ループ全体を横切る電圧が一
    定であるように調整される、請求項1 から9 までのいずれかに記載の測定変換器
    。
  11. 【請求項１１】 測定値が、巻線全体を横切る電圧に対する加算器出力の電
    圧の比率から形成される、請求項1 から10までのいずれかに記載の測定変換器。
  12. 【請求項１２】 可動誘導測定変換器の外の漂遊磁界により誘導される電圧
    が、付加的回路により補償される、請求項1 から11までのいずれかに記載の測定
    変換器。
  13. 【請求項１３】 誘導測定変換器が、軟磁性材料によって構成され、シャフ
    トの回転点に取り付けられる好適には円筒形の中央部分および外側に向かい空隙
    を形成する2 つのリムから成り、かつ、中央部分が好適には円筒形のコイルによ
    って囲まれ、このコイルを交流が流れることによってリムによって形成される空
    隙に磁界が生じ、かつ2 つのリムによって形成される空隙が少なくとも1 つの測
    定ループを持つプリント回路板を含み、空隙の磁界が測定ループに少なくとも1
    つの角度依存の電圧を生じる、静止ハウジングと請求項1 から12までのいずれか
    に記載の誘導測定変換器が取り付けられるシャフトの間の角度を測定する装置。
  14. 【請求項１４】 誘導測定変換器が回転点から離れて配置される軟磁性コア
    から成り、これを中断する空隙といっしょに磁気回路を形成し、回転点と同心の
    コイルが、これを通る交流が空隙を通る磁束を生じるように配置され、空隙が少
    なくとも1 つの測定ループを持つ取り付け板を含み、測定ループにおいて空隙の
    磁界が誘導により少なくとも1 つの角度依存電圧を生じ、かつ、高い導電性材料
    がコイルの内部およびエッジに配置されて、これを流れる短絡電流が誘導送信器
    素子の外の磁束をほぼ取り消すようにする、静止ハウジングと請求項1 から12ま
    でのいずれかに記載の誘導測定変換器が取り付けられるシャフトの間の角度を測
    定する装置。
  15. 【請求項１５】 円周に均等に配分された少なくとも2 つの誘導測定変換器
    およびそれに結合される測定ループが配置され、測定ループの出力電圧が測定値
    を得るために同様に使用される、請求項13または14記載の角度を測定する装置。
  16. 【請求項１６】 誘導測定変換器が回転点から離れて配置され、誘導測定変
    換器が空隙によって中断される軟磁性コアから成り、機械的にハウジングに接続
    され開口を持つコイルが配置され、この開口にコアの1 つのリムが通されて、送
    信素子がコイルに接触することなく予定される角度範囲をシャフトが移動できる
    ようにし、コイルに交流が流れ、かつ、測定電圧を得るために少なくとも1 つの
    測定ループを持つ取り付け板が測定変換器の空隙に配置される、静止ハウジング
    と請求項1 から12までのいずれかに記載の誘導測定変換器が取り付けられるシャ
    フトの間の角度を測定する装置。
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