JP2003532884A - 誘導測定トランスデューサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、相互に変位可能なエレメントを備えた誘導測定トランスデューサーに関する。前記エレメントの一方（生成エレメント（２））は、交番磁界を生成する少なくとも１つの誘導生成器（６）を備えており、他のエレメント（センサー・エレメント（１））は１以上の誘導センサーを備えている。電気回路（３）は、誘導生成器（６）に交流電流を供給する。センサー・エレメント（１）は導体閉ループ（１０）を有し、そこではセンサー・エレメント（１）に対する生成エレメント（２）の位置に依存した電圧特性が作られるような方法で、生成エレメント（２）の誘導生成器が電圧を誘導する。抵抗器（１１）は導体閉ループ（１０）に沿って接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、別の物体に対して移動可能な物体の位置を決定するための誘導測定
トランスデューサーに関する。 物体の一方は、すくなくとも１個の局所磁界を発生する誘導センサー・コンポ
ーネントを備えており、そして物体の他方は、局所磁界が注入される誘導ピック
アップ、誘導センサー部品に交流電圧を供給するための電気回路及び角度センサ
ーの出力電圧値の評価回路を備える。 以下に述べる本発明の目的は、低いコストで十分に高い精度を達成する測定ト
ランスデューサーを提供することである。

【０００２】 この種類の測定トランスデューサーは、角度や変位の測定のための測定トラン
スデューサー利用されるのに適している。

【０００３】 固定子に対するローターの角度位置を電気信号に変換する方法は、特定の適用
方法に応じて非常に異なる方法で実現されている非常に多くの測定方法が知られ
ている。環境上の影響を受けにくいという点に関しては、誘導測定原理が特に適
していることが知られている。光学的又は容量性の方法に対して、特に汚染や結
露に対して影響を受けにくい。磁気センサーは、外界、又は使用された永久磁石
の経時経過若しくは消磁によって影響を受けうる。さらに、通常はセンサーを回
転中心には配置しなければならないため、中空シャフト・センサーにはあまり適
さない。電位差角度センサーは、接触子及び抵抗層が摩耗しやすいという不利が
ある。

【０００４】 リゾルバやシンクロのような誘導角度センサーが、すでに知られており、その
有用性を証明している。後者は、その対称構造のため比較的偏心に影響を受けに
くい。しかしその一方、固定子とローターの間隙が小さいことが必要とされる。
その構造のため、精密に製造され精密に巻線が巻かれた固定子とローターが高い
生産コストと材料出費を必要とするために、これらは比較的高価となる。

【０００５】 DE 41 13 745 A1には、中央に配置された励磁コアが、ローターシャフトに取
り付けられ異なる直径の外側ポットの半体を備えるポット形のフェライト磁気コ
アを磁化し、誘導ループを備える回路ボードは外側ポットの半身の間に配置され
、回路ボードから角度情報を取得するのに適した検知装置により電圧を取得しう
る構造が開示されている。この方法の不利な点は、主に、ローターの回転中心の
どんな変位も比較的重大な測定誤差をもたらすというローターの非対称構造にあ
る。これに加え、この方法は、全周を覆うコアを必要とする。特に中空シャフト
センサーとして採用されたときには、非常に大きく高価なコアが必要になる。光
学システムに対して、このようなシステムにおける磁界線の性質と伝搬のために
、このシステムの実効中心を決定するのが、このようなシステムでは非常に困難
である。回路ボードを正確に位置させるという必要条件に加えて、正確な軸受装
置も必要になる。

【０００６】 多くの適用例において、ローターの位置を正確に固定子に調整するのは、全く
不可能であるか、例えば補助軸受を使用するなど、高い費用により可能となる。
実際は、±1 mm以上の偏心及び軸の変位が起こりうる。非対称システムの場合に
は、大直径で作動することが必要となり、それは、頻繁に相当な使用上の障害を
もたらす。

【０００７】 DE 197 57 689 A1 では、移動可能な交番磁界を読み取って位置依存の出力電
圧を引き出すために、導体ループと抵抗網回路を使用する、誘導測定トランスデ
ューサーが開示されている。このシステムは限られた変位と角度範囲を測定する
のに適しているが、相当な追加手段によってのみ３６０°の連続的な範囲の測定
に適応することができる。

【０００８】 上述の問題点は請求項１の目的によって解決する。有利な実施態様が従属請求
項の内容である。

【０００９】 既知の解決方法に対して、本発明では、ローターに搭載され、循環導体経路の
小部分だけを覆う１又は２以上の誘導センサー・コンポーネントにより電圧を誘
導する手段による測定電圧を、ピックアップ素子により描かれる経路に沿って伸
びている円形の導体閉ループにおいて測定し、導体経路の外縁に沿って分配され
接続されており他方の終端が別々のグループにおいて相互に接続されている抵抗
器によって、別々の抵抗器の位置及び抵抗値並びに別々の抵抗器と導体ループの
接続点で発生した電圧の値によって定義される関数を構成することを提案する。
例えば、ある角度範囲全体にわたって、等しい抵抗値をもつ抵抗器が、等間隔で
配置され、一方の終端が導体ループに接続されており、他方の終端が電圧が取り
出される抵抗器グループの接続点に接続されているならば、その角度範囲全体に
わたる電圧の平均値を接続点において得ることができる。その角度を明確に３６
０°にすることを可能にするためには、少なくともローターの角度位置に関した
２つの異なる電圧曲線形状が必要となる。これは、導体ループの異なる部分に接
続された複数の抵抗器グループの形成により達成される。

【００１０】 単数の誘導センサー・コンポーネントを使用する場合、比較的小さなセンサー
・コンポーネントの空隙によって占められた角度で回転導体ループ内で交流電圧
が誘導される。その電圧は、導体ループの中で電流を生じ、電流は、導体ループ
の誘導及びオーム抵抗により、円周上で一定の電圧降下を生じる。ここで、抵抗
器グループを使用し、導体経路の四分円の平均値をおのおの定義することにより
、３６０°の上の明瞭な角度の値の決定に必要なように、電圧カーブ形が得られ
ることが分かる。

【００１１】 しかし、単一のセンサー・コンポーネントが使用される場合だけ、誘導センサ
ーの移動方向における固定子の中心に対するローターの回転中心のどんな変位で
も測定誤差を生じうる。同様に、円周上の導体経路のインピーダンスの完全に一
定しない変動は、新たな測定誤差を引き起こしうる。

【００１２】 さらなる発明の実施例によれば、この問題は、導体ループ内に等しい振幅で逆
位相の電圧を誘導するために１８０°の角度をなしている２つの誘導センサー・
コンポーネントを使用することで回避される。そして、導体ループは２つの反対
の電圧電源からなる電気回路を構成し、そこでは電位差はあらわれず、したがっ
て、これらの電圧電源の間に電流は流れない。異なるセンサー・コンポーネント
間で、導体ループは一定の振幅の電圧を伝送する。その一方で、対向するように
配置された導体ループの一部分は、同じ振幅で逆位相の電圧を伝送する。導体ル
ープ内に電流の流れがないことにより、導体ループのインピーダンスにより生ず
る電流低下も生じない。従って導体ループのインピーダンスは、測定結果に含ま
れない。

【００１３】 対向するように配置された２つの誘導センサーの移動方向又はこれに反対方向
の、固定子に対するローターの回転中心のいかなる変位も大部分は互いに相殺し
あう反対の誤差となるだろう。このように、特に、ベアリングシステムを有せず
、及び／又は組み立て許容誤差度が高い角度センサーを構築することが可能であ
る。

【００１４】 対応する磁位、及び対応する励磁電流が、センサー・コンポーネントの空隙中
の磁界生成のために必要になる。

【００１５】 原理的には、発振器に直接接続された巻線による励磁は可能と考えられる。し
かし、実際上は、この事例で必要とされる移動可能な電線及び回転角度の制限の
ために、大部分の場合は実行不可能である。

【００１６】 単体のコアの事例では、励磁は単純な方法で達成できる。空隙が設けられた高
い透磁率のコアが誘導センサーとして使用される。コアは、同心コイルの弧及び
測定値を取り出すための導体ループを囲んでいる。コアは、励磁コイルによって
生成した磁束の主要部分を、コアの空隙を流れるように設計されているので、コ
アの領域の導体ループには交流電流が誘導され、回転する導体ループには、ピッ
クアップに対するセンサーの位置に依存した電位分布を誘導する。

【００１７】 励磁コイルの漂遊磁束は、測定結果を弱め、付加的な測定誤差を生じさせる。
その影響は、励磁コイルと効率的に電磁結合する一方、誘導センサーのコアの領
域をよける低インピーダンスの短絡リングによって、非常に弱めることができる
。この種のリングは、１次コイルの短絡２次巻線とみなされる。リングの電流の
流れは、励磁コイルの一次電流と反対で、コアの外側の磁界を相殺する。

【００１８】 このような２次巻線の電流の流れは、１個以上の誘導センサーに給電するのに
供しうる。したがって、センサーのコアは、もはや励磁コイルの曲線を囲むこと
は必要でない。これは、特に省スペース構造を実現することを可能にする。なぜ
なら２次巻線は、励磁コイルから可能な限り最小な距離に配置することができる
からである。原理的には、そのような配置は軟質磁性コアなしでも動作すること
を可能にするが、その場合には、減少した有用信号を受信しなければならない。

【００１９】 この場合、励磁コイルと２次巻線を囲む軟質磁性コアによって励磁巻線の磁界
線が主にコアとコアによって形成された空隙を流れるようにして、励磁コイルと
２次巻線の間の結合を改善することで、有用信号を増加させることができる。

【００２０】 センサーを対向するように配置する場合、反対の電圧が必要なため、励磁コイ
ルから測定コアへのセンサー電圧の直接の注入は、全く不可能か、非常に困難で
ある。各々のコアは、自己の巻線によって供給される必要がある。このためには
、前述のようにローター上に中間回路を設ける必要がある。これは、交流電圧が
供給された同心状の励磁コイルに電磁結合し、反対の巻線方向の測定コアの巻線
へ接続する端子をもつ、２次コイルによって達成することができる。前記コイル
を形成することは、単純な導体ループと同様に可能である。

【００２１】 導体閉ループを備えた誘導測定トランスデューサーの動作原理は、また変位測
定のための利点と共に活用することができる。そして、導体閉ループは、２以上
のグループの抵抗器が長辺に接続されている長方形として形成される。この点で
異なる実施例が可能である。単一のコアが使用される場合、２つの抵抗器グルー
プが設けられる。それは、測定する方向へ伸びる測定ループのその長辺に接続さ
れる。そして、測定電圧は、２個の抵抗器グループの間の電位差である。測定す
る方向に対して直交する方向に伸びている測定ループの辺の間では、誘導センサ
ーの位置に依存しない、誘導センサーによって誘導された電圧の半分に相当する
電位差が生じる。したがって後者は、位置依存の電圧と位置に依存しない電圧の
比率を形成するための基準電圧として使用することができる（比率測定法）。そ
れによって、温度、コイル抵抗、コアの外形のような、出力電圧に影響を及ぼす
要因の影響を、大部分除去することができる。

【００２２】 誘導センサーの励磁は、センサーのコアに直接巻き付けられたコイルによって
達成しうる。この配置は、測定結果に影響を及ぼし得る、いかなる妨害漂遊磁束
をも予防する。

【００２３】 しかし、多くの例において、誘導センサーに直接コイルを巻き付けることは不
可能である。さもなければ、例えば非常に故障しがちな移動可能な導線が必要だ
からである。従って、誘導センサーの励磁は、測定長にわたって伸びているコイ
ル、その弧及び導体ループを囲むコアによって達成することができる。

【００２４】 励磁コイルが測定ループの下に直接配置される場合、発生する漂遊磁束が比較
的強くなる。これは理論的には、測定ループ全体にわたって抵抗器の側面におけ
るいかなる障害をより強く影響させても、影響なく初めから残存する。したがっ
て、励磁コイルから出る誘導電圧と不可避な漂遊磁束が互いに打ち消し合うよう
な形状に測定ループに与えることは有利である。これは、測定ループを反対方向
に伸ばした設計によって達成できる。つまり、測定ループは２つの導線セクショ
ンからなっており、導線セクションの終端が、各々のセクション始端を各々の他
のセクションの終端に接続させるような方法で、低い抵抗の導線によって接続さ
れている。別の可能性として、通常の長方形ループを使用して、そのコイルを、
近接して配置され逆向きに巻かれた、２つの部分的コイルに分割することにある
。

【００２５】 測角システムの場合には、導体ループに反対の電圧を誘導する２個のコアを使
用した設計も可能である。この場合、導体ループには電流が流れないので、導体
ループの抵抗は測定結果に入り込まない。

【００２６】 対向するように配置された２個の測定ループの導線セクションと関連づけられ
た２個の測定コアを備える配置によっても、測定範囲の増加を実現しうる。測定
コアが導体ループの領域を離れるとき、第２の測定コアが、対向するように配置
された測定ループのセクションに入るであろう。しかし、この場合の利点は、４
つの抵抗器グループを設けること及び９０°変位した２個の特性により、１個の
角度センサと同じ方法で評価を行うことである。追加するコアによって、測定長
をさらに拡張することができる。この場合、周期的に繰り返す出力信号を得るこ
とができるため、出力信号が多義的になる。したがってこの場合、絶対位置の測
定のためには、追加の測定が必要になる。

【００２７】 続く説明では、例をあげて、上述の動作原理を説明する。

【００２８】 図１は、誘導センサーを備えた誘導角度センサーの概略図を示している。それ
は静止している環状のプリント基板ボードの形態をしている固定子１、固定子に
対して回転するように搭載されたローター２及び電気評価システム３を具備して
いる。ローター２の回転の中心は、固定子１の中心と一致する。軟質磁性コア９
の形態をした誘導センサー６は、巻線７を備え、固定子ボードがコア９の空隙に
位置するように、取り付け部品５によってローター２の軸４に搭載されている。
巻線７は交流電圧電源に導電的に接続される。

【００２９】 固定子ボード１は、導体閉ループ１０を含み、導体ループ１０は規則的な間隔
で導体ループ１０に接続された抵抗器１１を備えている。抵抗器１１はグループ
化されて、４個のグループを形成しており、その反対側の終端を円形の導体経路
１２，１３，１４及び１５に接続されている。導体経路１２，１３，１４及び１
５は、導線１６，１７，１８及び１９を経由して、順番に電気評価回路３に接続
されて、そこで後述する測定信号が評価される。

【００３０】 図８は、測定センサーの等価回路図を示す。円形の導体ループ１０は、等しい
大きさの抵抗器ＺＬ１…ＺＬｎ（縦方向のインピーダンス）の合成として表され
る。これらは、閉回路を形成するために直列接続されている。誘導センサーの位
置で、誘導コンポーネントは、１次側が交流電圧電源に接続された変圧器の役割
をする。それらの変圧器の結合状態は、誘導センサーの位置が変わるにつれて変
化する。抵抗器ネットワークは、等しい大きさの抵抗器ＺＱ１１…ＺＱ１ｍ、Ｚ
Ｑ２１…ＺＱ２ｍ、ＺＱ３１…ＺＱ３ｍ、ＺＱ４１…ＺＱ４ｍ（横軸インピーダ
ンス）の合成として表される。ネットワークの誘導成分ｊωＬｗは、その抵抗値
Ｒｗと比較して無視できるほど小さいと仮定することができる。同様に、合成抵
抗器Ｚｌ…は、抵抗器ＺＱ…に比べて非常に小さいと仮定することができる。抵
抗器の数は十分に大きく、抵抗器が無限個のときに得られる曲線に対して、十分
によい近似を達成すると仮定する。

【００３１】 縦方向と横軸方向のインピーダンスの接続点における、導体ループに沿った電
圧Ｕｓの生成は、次に述べるように簡単に知ることができる。そして、抵抗器ネ
ットワークの出力電圧も次に述べるように同様に簡単に決定することができる。

【００３２】 図２は、図１で表された角度位置のおける、導体ループ１０に沿った電圧Ｕｓ
の理想的な曲線形状を示す。図１の測定コア６の中心における導体ループ１０上
の電圧を基準点として取り上げる。測定は、抵抗器１１に沿って外側方向へ放射
状に取り出す方法で行う。負の値は、１８０°位相がシフトした電圧を意味する
。ピックオフ２０、第２のピックオフ２１までの導体ループの切片、ピックオフ
２１及び測定ユニット２２によって形成される導体ループには、空隙内の磁束に
よって電圧が生じる。測定コアの磁束に対応して、電圧が急激に上昇し、その後
測定コアの外側で、測定コアとピックオフの間の角度の関数として直線的に降下
する。電圧降下は導体ループのインピーダンスによって生じる。そして電圧降下
を引き起こすのは、オーム抵抗であるか誘導性抵抗であるかは重要ではない。測
定コアとプリント基板上の対向する位置において、電圧は０まで降下してその位
相が反転し、その振幅は再びコアの反対側において最大値まで上昇する。

【００３３】 Ｑ１（１２）、Ｑ２（１３）、Ｑ３（１４）、Ｑ４（１５）における電圧は、
四分円Ｑ１…Ｑ４の領域におけるループ１１における電圧の平均値に相当する。
ローターが回転するとき、電圧曲線は角度φに従ってシフトする。これに対応し
てＱ１…Ｑ４の出力電圧が変化する。

【００３４】 図２ａは、抵抗器ネットワーク１２…１５の出力の基本的な電圧曲線形状を説
明する。抵抗器は、円周上に一様に分布されていると仮定する。わずかな影響に
よる丸めは無視する。また誘導センサーの幅は、無視できるほど小さいと仮定す
る。電圧ＵＱ１…ＵＱ４は、関連する抵抗器が接続されている導体ループのセク
ションにおける、図２による電圧の平均値に相当する。基準点はセンサーととも
に動くために電圧測定に不便なので、対向するように配置された四分円の電位の
差だけが取り出される。図２ｂに示すとおり、単純に電圧値の差、ＵＱ１−ＵＱ
３及びＵＱ２−ＵＱ４を形成することによって、電圧は単に９０°のローター角
度によって移動された２つの同様の関数に変換することができる。これらの関数
により、すでにローターの位置が明確に決定されることが可能になる。合計及び
差分であるＵＱ１−ＵＱ３＋ＵＱ２−ＵＱ４及びＵＱ１−ＵＱ３−ＵＱ２＋ＵＱ
４を形成することによって、各々図２ｃに示す曲線を得る。この関数は、出力電
圧の合計が一定しているという利点がある。したがって、それは角度の値を決定
するための基準として使用することができる。電圧がそれぞれ角度の関数として
直線的に上昇又は降下するとすると、既知の方法の測定角度を採用して簡単に決
定することが可能となる。限定された角度を決定するためには、角度位置の指標
としては、電圧だけですでに十分である。抵抗器ネットワークを適切な大きさに
することにより、原理的には、例えば三角関数のような、同様に角度を決定する
方法として知られている他の関数を表示することも可能である。

【００３５】 セグメント（Ｑ１…Ｑ４）の数は、図に表されたものより多く選択されうる。
そして、たとえこれらが大量の入力を必要としても、より急激な特性の多くの曲
線を得る。

【００３６】 他の可能性では、対向するように配置された抵抗器ネットワークの２つのペア
が１８０°の角度にわたり設けられる。一方のペアが他方のペアに対して９０°
の角度をなしている。最初のペアの電位差は図２ｃに示された最初の曲線に対応
し、２番目のペアの電位差は２番目の曲線に対応する。しかし、この解決策の欠
点は、出力カーブの線形性を得るために、抵抗器ネットワークが相当の数の抵抗
器を有しなければならないことである。

【００３７】 別個の抵抗器は、循環導体ループと異なる四分円の接続線の間の抵抗層に置き
換えることができる。

【００３８】 上述の構造の場合、誘導センサー６の移動方向の固定子１の中心に対するロー
ターの回転中心のどんな横方向の変位（放射状の変位）も誤差を生ずる。なぜな
ら、導体ループに沿った電圧曲線が対応して変更されるからである。特に、例え
ば中空シャフトセンサーの場合のように角度センサーがそれ自身ベアリングシス
テムを有していない適用例では、これは許容できない大きさの誤差となるおそれ
がある。この状況は、１８０°の角度を有する２つの誘導センサーが、測定結果
にほぼ等しく寄与するように配置することによって改良されうる。

【００３９】 図３は、１８０°の角度をなしている２つの誘導センサーを備える角度センサ
ーの構造の概略図を示す。固定子１の構造は図１で示したものに相当する。従っ
て、図１と同一である程度において、説明中の呼称を引き継ぐ。今度は後者と対
照的に、ローターは２個の誘導センサー３１，３２を備え、その巻線３３、３４
は、誘導センサーにおいて反対の磁束を作り出す電流が流れるような方法で直列
に交流電圧電源に接続されている。この磁束は誘導センサーの幅全体にわたって
、導体閉ループ１０に反対の電圧を増加させる。その結果、電圧が円周上で相互
に相殺され、抵抗器ネットワークを通る電流を無視すれば、導体ループには電流
が流れない。そして、２個の誘導センサー３１及び３２の間には、いずれも電圧
降下は生じない。従って、導体ループの誘導性の抵抗又はオーム抵抗は、それが
ネットワークの抵抗に比べて無視できるほどに小さいままである限り、円周上の
電圧曲線に影響がなく、それを保証することは困難ではない。

【００４０】 １個の誘導センサーを有する角度センサーのための図２に対応して、図４に２
つの誘導センサーを備える角度センサーのための導体ループ１０の円周上の電圧
曲線図を示す。このケースでは、導体ループ１０に沿った電圧Ｕｓの値は、セン
サー３１の始まりまで一定値のままで、センサーの幅にわたって、位相が反転（
負の値として表す）して、再び一定値のままとなり、もう一度、第２のセンサー
の始まりで、その幅にわたって同じ位相に反転する。

【００４１】 これは、図２ｂにおいて説明されたような抵抗器ネットワークの出力電圧を生
じ、又は、もしその値がそのように合計された場合は、図２ｃで示されるように
なる。

【００４２】 センサー部品の移動方向と交差する方向における、ローターの回転中心のいか
なる変位も導体ループ１０内に電位分布を変化させる。図４の破線は、ローター
の回転中心が固定子の中心から変位したときの測定ループに沿った電圧の生成を
示す。この場合では、９０°から１８０°の間及び２７０°から３６０°（０°
）の間範囲の出力電圧だけが、測定結果に寄与する。これらの出力電圧は、それ
それの範囲にわたるループ電圧の積分によって形成される。その際に２番目の範
囲では、負の値として取得する。特性曲線の偏差の大部分が、結果に関連する２
つの向かいの四半円に関する積分でお互いに相殺しあうのは容易に理解できる。

【００４３】 図１には、誘導センサー・エレメントへの供給が詳しく記述されていない。途
切れていない軸の使用した適用例においては、接続線の使用は、信頼性が低いか
又は一般に不可能なので、通常、センサー・エレメントに直接交流電源を接続す
るのは不可能である。したがって、非接触手段によって励磁電力をローターに転
送することが必要である。図１による誘導センサー・エレメントを使用している
ある実施例では、誘導センサー・エレメントのコアによって、弧が囲まれている
同心円コイルによって達成している。これは、コイルによって生成した磁束がコ
アの空隙の領域の測定ループに向けられるという効果がある。図５は、対応する
、プリント基板工学の罫線により有利に構築された構造を示す。軸４０は、支持
４１上に軟質磁性コア４２を支える。前記コアは、固定子４３につけられたコイ
ル４５を囲むような方法で設計されており、そのコイルによって生成された磁束
Φが主に測定コイル４４を浸透する。

【００４４】 そのような配置においては、コアの外側の漂遊磁束を完全に防止することはで
きない。しかし他の測定方法に対して、原則として単に有用信号を軽減させる結
果になる。漂遊磁束は、測定コアの領域を除いて全円周上にわたって等しく影響
を与える。漂遊磁束によって生成された電圧は、導体ループにおける電圧降下に
より相殺される。しかしながら、基本的に、測定ループ内の線形性の誤差が増加
するので、漂遊磁束は測定誤差を増加させることになる。励磁コイルが測定ルー
プに直接結合される際、励磁コイルは測定ループに比較的接近して置かれる必要
がある。さもなければ、非常に大きなコアが必要になり、今度は重大な漏洩磁界
を生成することになるからである。

【００４５】 したがって、特に励磁コイルと測定ループが互いに接近して位置されることが
必要な構造の実施例においては、かなりの程度できるだけ漂遊磁束の影響を除去
することが有利である。これは、測定コアを適した構造にするか、短絡リングに
より達成されうる。ほとんどの場合では、コアの配置は、使用される物質の性質
に起因する制約に従う。通常使用されるフェライトはやや脆く、可能な形状が制
限される。

【００４６】 特に有効な解決策は、ローターに搭載されて励磁コイルをカバーし、しかし測
定コアの周りでは、電流の流れが測定コアの磁化に寄与しないような方法で案内
されている、短絡ループにより与えられる。ループの中の電流の流れは、それ自
身の磁界を生成し、それは大部分が主要な磁界と相殺する。その結果、事実上測
定ループは測定コアの磁界のみによって磁化される。

【００４７】 図６及び図６ａは、誘導センサー・エレメント５２及び同心円センサー・コイ
ル５５を備え、漂遊磁束が短絡リングによって制限される角度センサーの概略図
を示す。測定コア５２、及び高い電気伝導率の材質からなる短絡リング５４は、
支持５１によって軸５０に搭載される。リングは、プリント基板ボード形状の励
磁コイル５５及び測定ループ５６を載せている固定子５３を囲む。コイル５５を
流れる電流Ｉｅは、大部分が測定ループ５６の領域一帯までのび、しかし、また
短絡リング５４も囲む磁界を生成する。後者は、その励磁巻線のため、よく結合
する低インピーダンスの２次巻線を構成する。その結果として、そのリングを経
由した２次電流Ｉｓが、１次励磁Ｉｅ・ｗ（励磁電流と巻数の積）に接近する。
その結果生じた磁界は、大部分が短絡リングの外側で一次磁界を相殺する。その
ため、電源電圧のための相互誘導が生成される必要がある磁束は、大部分は測定
コアを経由して測定ループを流れる磁束によって生成される。

【００４８】 原理的には、誘導センサー・エレメントへの供給電源として、２次電流を使用
することも可能である。そして、測定コアが測定ループを囲むように設計するこ
とができる。これは、測定コアをかなり小さくする。完全にコアなしで済ませて
、２次電流の近くを通っている導体ループ（センサー・ループ）によって磁界を
生成する可能性さえある。しかしこの場合は、２次電流はもはや純粋な短絡循環
でない。それは測定ループにおいて電圧を誘導することを可能にするために、測
定コアの巻線又はセンサー・ループで電圧を伝えなければならない。

【００４９】 この方法は、特に２個の測定コアが使用されるとき利点があるようである。図
２に示すように１８０°の角度をなす２個のセンサーが使われる場合、誘導セン
サー（測定コア又はセンサー・ループ）は、測定ループに沿った所望する電位分
布を得るために、必ず反対方向に磁化される。原則として１以上の励磁コイルの
直接結合は可能であるが、それは多くのスペースが必要な非常に厄介な構造にな
る。

【００５０】 単純で省スペースな構造は、２次回路を採用することにより達成することがで
きる。図７は、１８０°の角度をなす２個の誘導センサーを備えた角度センサー
の概略図であり、２次回路によって電源が供給されている。支持６１によって軸
６０に搭載されている高透磁率の材質で作られた２つの同じコア６２及び６３、
そして高い電気伝導率の材質で作られたループ６６を備える。ループは、コア６
２を反時計回りに通過しコア６３を時計回りに通過しており、他方で固定子６５
上の励磁コイル６６に追従している。導体ループ６４が励磁コイル６６から少し
の間隔で延長している一方、固定子６５は、測定ループ６７がコア６２及び６３
の空隙内にあるように、ローターに対して配置されている。励磁コイル６６は交
流電流電源から電源を供給される。コイル６６によって生成された磁界は、大部
分がループ６４を囲み、その中に対応する交流電圧を生成する。そこから生じる
電流は、コア６２の周りを時計回りに流れるのに対し、対向するコア６３では反
時計回りの電流の流れが生じる。２個のコアは、同じ磁気特性が提供されている
ので、２個のコアの磁束は、大きさが同じで方向が反対である。図３及び４に関
して記述された角度センサーの特性は、このように確立される。電圧は、測定ル
ープ上で立ち上がり、コアの間で一定のままである。ローターの回転中心の中心
からの変位に起因する測定誤差は極度に減少するだろう。

【００５１】 中間回路を備えて動作する方法の損失は、ピックアップの出力において現れた
有用信号が、励磁コイルの漂遊磁束のために減少することである。さらに、測定
ループへの漂遊磁束の注入は、測定誤差を導くため、望ましくない。この状況は
、軟質磁性コアによる電磁結合を改良する事により、改善することができる。

【００５２】 図９は、２個のセンサー・エレメント及び同心円状コイルによる電源供給及び
励磁巻線と中間回路との間の電磁誘導を改善するための軟質磁性コアを備えた前
記中間回路を備えた角度のための誘導測定トランスデューサーの概略図を示す。
前記構造は、図７で説明した測定トランスデューサーの構造と対応する。固定子
７１は、励磁コイル７６及び誘導ピックアップ７７を持つ回路ボードを備える。
ローター７０は軸７２に搭載され、基本的に、機械的接続エレメント、環状の軟
質磁性コア７３、電気伝導率の高い材質で作られている２次ループ７４及び反対
向きに２次ループが巻かれている軟質磁性コア７５を備える。コア７３の設計は
、励磁コイルの弧を、２次ループ７４又は励磁コイルの巻線と並列して展開して
いるカップリング・コイルの中間回路の一部とともに囲むように設計されている
。コアが高い比透磁率（２０ないし１０００、特に材質に依存する）の材質から
なるので、空気経路で形成される回路と比較してコアと空隙で形成される回路の
磁気抵抗は小さい。固定子の上にプリントされた回路として提供されている励磁
コイル７６は交流電流が流され、それに応じて磁束Φeを生成し、そして、磁性
コア及び空隙の低い磁気抵抗のため、磁束Φeは主に軟質磁性コアを流れる。供
給電圧に対する必要な逆起電力を生成するために、対応する磁束が必要になる。

【００５３】 図１０は、簡単のため単一のセンサーだけを備える測定トランスデューサーの
等価回路図を示す。励磁コイル及び２次ループによって形成される変圧器が、図
の中に標準様式で示されている。２次電圧及び電流は、巻数比に基づいて計算す
る必要がある。ピックアップ８３により回路状の負荷は非常に抵抗が高いので、
これを無視することができる。交流電流電源８１は測定トランスデューサー８２
の励磁コイルに電源を供給し、測定トランスデューサーは、次のコンポーネント
によって表される：ＬＳＥ（漏れインダクタンス）、ＲＥ（励磁コイルのオーム
抵抗）、ＬＫＥ（励磁コイルと２次ループ間の結合インダクタンス）。センサー
への電圧電源（ＬＫＧ）はＬＫＥから取られ、それによって、第２回路の漏洩イ
ンダクタンスＬＳＧ及びオーム抵抗ＲＧのため電流降下が生じる。

【００５４】 軟質磁性コア（図９−７３）はＬＫＥ（図１０）のインダクタンスを増加させ
る効果があり、そのために出力電圧の大きさ及び位相における、漏洩インダクタ
ンスＬＳＥ及び励磁コイルの抵抗による影響を小さくする。

【００５５】 図１１は、変位のための誘導測定トランスデューサーの実施例を示す。

【００５６】 長方形のセンサーボード８０は、交流電流が供給される励磁コイル８２を支え
る。導体ループ８３はコイルの内側に配置される。導体ループはセクション８４
及び８５及び接続線８６からなる。セクション８４、８５は、接続線８６に比較
して抵抗が高く、接続線は中間で相互に交差する。抵抗器８８は、セクション８
４に接続され、抵抗器８７はセクション８５に接続される。抵抗器は、おのおの
接続線８９及び９０に接続される他方の終端を有している。基準電圧Ｕｒが接続
線間から取り出される一方、測定電圧Ｕａは、前記接続点から取り出される。

【００５７】 コイル８２は、交流電圧が供給されるため、交番磁界を生成する。コア８１が
ない状態では、測定コイル８３を通る全磁束は０である。電位差はセクション８
４及び８５に沿って存在するので、抵抗器８８及び８７から取り出される循環電
流Ｉｓは些少である。電位差Ｕａは０に等しいままである。

【００５８】 コア８１が導入されると、コア８１及び励磁コイル８５を通過する磁束によっ
て、測定ループを通過する有効磁束が決定する。したがって、測定ループ８３を
通る電流Ｊｓを生成する電圧が誘導される。誘導された電圧及び電流Ｊｓによっ
て起きた導体ループ８３の抵抗器における電圧降下が、図２で説明したものと同
様の電圧曲線を生じる。抵抗器グループ８７及び８８の接続点の間の電位差を引
き出すことによって、図１２に示すような位置依存の出力電圧Ｕａが接続点８９
及び９０において取得される。コアが導体ループのエリアに入る際、電圧Ｕａは
、コイル８１の極の面が導体ループ８４に完全に囲まれるまで上昇する。電圧Ｕ
ｒが一定のままである一方、測定電圧Ｕａは、中間点で０と交差して距離ｓの関
数として線形に降下する。その後さらに電圧曲線は、対称的に１８０°位相がシ
フトした電圧となり、負数として表されている。

【００５９】 さらにもう一つ可能な実施例では、ほぼ同振幅だが反対の位相の電圧を誘導す
る２個の誘導センサーを備えているため、誘導ループに電流が流れず、誘導ルー
プに沿った電圧カーブが図４で示したそれと同じである。

【００６０】 図１３は、延長された距離を測定する測定トランスデューサーの概略図を示す
。２つのコイル９３及び９４がプリント基板ボード９２上に搭載されており、コ
イルは交番磁界を生成する方法で直列に接続されている。さらに、導体ループ９
８は、図１１で説明した導体ループと同様の構造が設けられている。４つの抵抗
器グループ９９…１０２が導体ループに接続され、それらは電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ
３及びＵ３を獲得する接続点のために取り出される。２個の軟質磁性コア９６及
び９７は、測定方向に移動可能なキャリア９５に、測定方向における導体ループ
９８の延長分に対応する間隔Ｌで固定されており、キャリアは測定方向に移動可
能である。キャリア９５が、遷移範囲を除く予見した測定範囲で変位すると、そ
こでは２つのコア９６及び９７のいずれか一方だけが導体ループ９８の範囲にあ
る。遷移範囲は測定範囲の中央にあり、そこでは一方のコアが、他方のコアから
引き継いで導体ループに入ろうとする。コアは導体ループ９８に、図２で説明し
た電圧の概略と同じような電圧を生成する。そして、一つのセクション９８ａ、
９８ｂが１８０°に対応する。図２ａ…２ｃで説明した曲線に対応する電圧Ｕ１
…Ｕ４を、接続点から取り出すのは可能である。そのため、導体ループの範囲の
２倍よりコアの幅分だけ縮小された変位領域に沿った絶対位置を決定することが
可能である。さらにコアを追加することにより測定領域を望み通りに増加させる
ことができ、この場合では周期的な出力信号が取得される。しかしこの場合、測
定値が多義的になる。絶対値を決定するためには、さらに、リミットスイッチや
サイクルカウンターのような既知の装置が、追加して必要になるだろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 誘導センサー・コンポーネントを備えた角度用の誘導測定トランスデューサー
の概略図である。

【図１ａ】 図１による測定トランスデューサーの側面図である。

【図２】 図１による角度センサーの導体ループにおける電圧曲線の形状である。

【図２ａ】 測定トランスデューサーの角度位置関数としての、抵抗器ネットワークの出力
における電圧曲線の形状である。

【図２ｂ】 対向するように配置された抵抗器グループの電位差の曲線である。

【図３】 対向するように配置された誘導センサーを備えた角度用の誘導測定トランスデ
ューサーの概略図である。

【図４】 ２センサーの場合の導体ループにおける電圧曲線である。

【図５】 単一の測定用ヘッド及び同心コイルによる励磁を備えた角度用の誘導測定トラ
ンスデューサーの構造を示す図である。

【図６】 単一の誘導センサー、同心コイルによる励磁及び漂遊磁束を押さえる働きをす
る遮蔽リングを備えた角度用の誘導測定トランスデューサーの構造を示す図であ
る。

【図７】 ２個の測定用ヘッド、同心コイルによる励磁及び中間回路を備えた角度用の誘
導測定トランスデューサーの構造を示す図である。

【図８】 角度用の誘導測定トランスデューサーの等価回路図である。

【図９】 ２個の測定用ヘッド、同心コイルによる励磁、中間回路及び励磁巻線と中間回
路の間に誘導される電圧を増加するための軟質磁性コアを備えた、角度用の誘導
測定トランスデューサーの構造を示す図である。

【図１０】 中間回路を有する誘導測定トランスデューサーの等価回路図である。

【図１１】 変位用の誘導測定トランスデューサーの１つの実施例を示す図である。

【図１２】 図１１による変位センサーの、全変位にわたる出力電圧の曲線形状を示した図
である。

【図１３】 延長した測定範囲を持つ変位用の誘導測定トランスデューサーの１つの実施例
を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F077 AA25 AA41 AA42 AA47 CC02 EE00 FF00 FF39 QQ06 TT06 TT82 VV02

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の物体が他方の物体に対して移動可能な複数の物体から
   なり、そのような物体の一つ（センサー・コンポーネント２）が交番磁界を発生
   させる少なくとも一つの誘導センサー（６）を備え、他方の物体（ピックアップ
   ・コンポーネント１）は、前記誘導センサー（６）の交番磁界が注入される１以
   上の誘導ピックアップを備え、前記誘導センサー（６）に交流電流を供給する電
   気回路（３）及び当該測定トランスデューサーの出力電圧を評価する回路が設け
   られており、前記ピックアップ・コンポーネント（１）は導体閉ループ（１０）
   を備え、そこでは前記センサー・コンポーネント（２）の前記１以上の誘導セン
   サー（６）が電圧を誘導し、前記導体ループ（１０）全体にわたって前記ピック
   アップ・コンポーネント（１）に対する前記センサー・コンポーネント（２）の
   位置に依存しない電圧曲線を生じ、抵抗器（１１）は、前記導体ループ（１０）
   に沿って接続され、その反対側の終端がグループ（１２…１５）内で相互に接続
   されているために、電圧が前記ピックアップ・コンポーネント（１）に対する前
   記センサー・コンポーネント（２）の位置関数に対応した前記抵抗器グループの
   前記接続点から取得され、位置を明白に決定することを可能にし、前記抵抗器（
   １１）の前記位置及び値により前記位置関数を定義する、誘導測定トランスデュ
   ーサー。
2. 【請求項２】 前記測定電圧を２つの抵抗器グループごとの前記接続点の間
   に現れた電位の差から取り出す、請求項１に記載の誘導測定トランスデューサー
   。
3. 【請求項３】 前記センサー・コンポーネント（２）が前記ピックアップ・
   コンポーネント（１）に対して回転可能であり、前記１以上の誘導センサー（６
   ）が前記ピックアップ・コンポーネント（１）に対して実質的に円形軌道を描き
   、前記導体閉ループ（１０）が測定範囲内で実質的に円形である、前記ピックア
   ップ・コンポーネント（１）及び前記センサー・コンポーネント（２）の間の角
   度を決定するための請求項１又は２に記載の誘導測定トランスデューサー。
4. 【請求項４】 前記導体ループ（１０）が実質的に円であり、抵抗器（１１
   ）が導体閉ループ（１０）に接続され、抵抗器（１１）が、導体ループ（１０）
   に接続され、抵抗器がそれぞれの反対側の終端で、あらかじめ決定することが可
   能な好適には約９０度の角度の範囲にわたって、相互に接続されており、角度を
   決定するために電圧を前記接続点（１２、１３、１４、１５）から取り出すこと
   ができる、請求項３に記載の誘導測定トランスデューサー。
5. 【請求項５】 抵抗器ネットワークが抵抗層で形成されている、請求項１か
   ら４のいずれか１項に記載の誘導測定トランスデューサー。
6. 【請求項６】 前記センサー・コンポーネントの前記誘導センサー（４１）
   が高い透磁率の材質で作られたコア（４２）を有し、前記コア（４２）は、空隙
   を持ち、前記ピックアップ・コンポーネントの前記導体閉ループ（４４）が空隙
   を通って案内されており、前記ピックアップ・コンポーネントは、交流電流が供
   給され前記コア（４２）により弧が囲まれているコイル（４５）を有する、請求
   項１から５のいずれか１項に記載の誘導測定トランスデューサー。
7. 【請求項７】 前記センサー・コンポーネント（５１）が少なくとも一つの
   低インピーダンスの導体閉ループ（５４）を有し、前記導体閉ループが前記コイ
   ル（５５）と効率的な電磁誘導を提供し、低インピーダンスの前記導体閉ループ
   （５４）を流れる電流による前記コア（６）内の磁束を全く発生させないか又は
   ほとんど発生させない方法で、前記１以上のコアの領域に案内されている、請求
   項６に記載の誘導測定トランスデューサー。
8. 【請求項８】 前記ピックアップ・コンポーネント（６５）が、交流電圧が
   供給されるコイル（６６）を有し、前記センサー・コンポーネント（６１）が前
   記コイル（６６）と電磁結合する少なくとも一つの結合コイル（６４）を有し、
   前記結合コイル（６４）を流れる電流が前記１以上の誘導センサーの交番磁界を
   生成することに供するように、前記コイル（６６）が１以上の誘導センサーの前
   記１以上のコイル（６４）と、電気的に接続される、請求項１から７のいずれか
   １項に記載の誘導測定トランスデューサー。
9. 【請求項９】 前記センサー・コンポーネント（３０）が１８０度の角度を
   なして誘導センサー（３１、３２）を有し、その各々が前記誘導ピックアップを
   ほぼ等振幅で反対方向に浸透する交番磁界を生成する、請求項３から８のいずれ
   か１項に記載の誘導測定トランスデューサー。
10. 【請求項１０】 前記センサー・コンポーネント（３０；６１）の巻線が、
    単体の導体ループからなる、請求項８又は９に記載の誘導測定トランスデューサ
    ー。
11. 【請求項１１】 前記ピックアップ・コンポーネントの前記コイル（７６）
    の及び前記結合コイル（７４）の電磁結合が、高透磁率の材質で作られたコア（
    ７３）によって、少なくともある程度強められている、請求項１から１０のいず
    れか１項に記載の誘導測定トランスデューサー。
12. 【請求項１２】 前記誘導閉ループ（８３）が、ほぼ測定方向に平行に伸び
    ている２つの区域（８４，８５）を有する曲線跡として形成され、誘導閉ループ
    における電圧は、測定方向に移動可能な１以上の誘導センサー（８１）によって
    誘導され、２以上のグループの内部で測定方向に伸びている前記曲線跡の辺に接
    続された抵抗器（８７，８８）を備え、前記抵抗器はその反対側の終端を位置に
    依存する電圧（Ｕａ）を取得できる接続点に取り出した、請求項１又は２に記載
    の変位測定用の誘導測定トランスデューサー。
13. 【請求項１３】 前記誘導センサーによって誘導される、測定範囲内では前
    記誘導センサー（８１）の位置に依存しない電圧（Ｕｒ）を取り出すために、測
    定方向の直角方向に伸びている前記導体閉ループ（８３）の辺に電圧検知装置が
    設けられている、請求項１２に記載の変位測定用の誘導測定トランスデューサー
    。
14. 【請求項１４】 前記導体閉ループ（３）の中で、ほぼ等しい大きさで逆位
    相の電圧を誘導する２個の誘導センサーが設けられた、請求項１２又は１３に記
    載の変位測定用の誘導測定トランスデューサー。
15. 【請求項１５】 少なくとも２個の誘導センサー（９７，９６）が、各々前
    記導体ループの反対側に、測定方向に伸びた前記導体ループ（９８ａ、９８ｂ）
    の区域の長さ（Ｌ）だけずらした位置に配置されており、前記誘導センサーは、
    前記導体ループの範囲内にいる間ほぼ同振幅で確実に位相の反転がない交番磁界
    を前記導体ループに生ずる、請求項１２又は１３に記載の変位測定用の誘導測定
    トランスデューサー。