JP2014092433A

JP2014092433A - 非接触変位センサ及び非接触変位検知装置

Info

Publication number: JP2014092433A
Application number: JP2012242684A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Saito; 文孝齋藤; Masahisa Niwa; 正久丹羽
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-05-19

Abstract

【課題】従来例に比べて検知誤差を生じ難くする。
【解決手段】磁心２は、主部20と、主部20の長手方向の両端からそれぞれ突出した腕部21とがフェライトなどの磁性材料によって一体に形成されてなる。磁心２の磁気ギャップにおいては、ギャップ方向と平行に磁束が通る。検知対象１のＹ軸方向の幅寸法が、腕部21のＹ軸方向の長さ寸法よりも小さく、且つ検知対象１の両端と腕部212の両端との間に各々隙間d1，d2が空くように検知対象１と磁心２が配置される。故に、検知対象１と磁心２との相対的な位置がＹ軸方向に沿って−d1から＋d2の範囲まで変位したとしても、磁気ギャップの磁界と交差する検知対象１の面積が変化しないので、検知精度の低下を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触変位センサ及び非接触変位検知装置に関する。

従来の非接触変位検知装置として、特許文献１記載の非接触変位センサ装置を例示する。この従来例は、図５に示すように角筒状のコア(磁心)101にコイル102が巻回されてなる検知部100を有し、コア101の一部を長手方向に沿って切り欠いて形成される開口部(磁気ギャップ)103に検知対象200が挿入される。検知対象200は平板状であって、開口部103におけるコア101の端面と厚み方向に沿って対向した状態で、コア101の長手方向に沿って変位(移動)する。そして、変位量に応じて開口部103と検知対象200の対向面積が変化し、対向面積の変化に伴うコイル102のインダクタンス変化を測定することで検知対象200の変位量が検知できる。

この従来例では、検知対象200が厚み方向に移動しても、開口部103におけるコア101の両端面との距離の和が一定であるから、検知対象200を通る磁束の量が変化し難いため、検知誤差が生じ難いという利点がある。

特開２００６−２０８１３８号公報

ところで、コイル102からコア101に印加される磁界(磁束)は、大半が開口部103を通るものの、一部はコア101における開口部103以外の部分も通っている。したがって、検知対象が開口部103におけるコア101の両端面と平行に移動した場合、開口部103以外の部分を通る磁束の影響で検知対象200を通る磁束の量が変化してしまうため、検知誤差が生じ易いという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、従来例に比べて検知誤差を生じ難くすることを目的とする。

本発明の非接触変位センサは、検知対象の変位量を検知する非接触変位センサであって、検知対象が変位する領域に磁界を印加する磁界印加手段と、検知対象の変位に伴う磁界の変化を検知する検知手段と、検知手段の検知結果に基づいて検知対象の変位量を判定する判定手段とを備え、磁界印加手段は、磁気ギャップを有する磁心と、磁心に巻設されるコイルとを有し、磁心は、主部と、主部の両端から突出した一対の腕部とを具備し、一対の腕部は、突出方向に沿って均一な磁気ギャップを形成し、磁気ギャップは、検知対象が腕部の突出方向に所定範囲内でずれた場合、磁気ギャップの磁界と検知対象との交差する面積が変化しない形状及び寸法に形成されていることを特徴とする。

本発明の非接触変位検知装置は、非接触変位センサと、導電体又は磁性体で構成された検知対象とを備え、検知対象は、厚みが均一且つ磁気ギャップ未満である平板からなり、厚み方向と直交する方向に変位することを特徴とする。

この非接触変位検知装置において、検知対象は、平面内を回転運動することが好ましい。

この非接触変位検知装置において、検知対象は、変位方向と交差する辺が変位方向に対して傾斜する形状に形成されていることが好ましい。

この非接触変位検知装置において、検知対象は、変位方向と交差する辺が弧状に形成されていることが好ましい。

この非接触変位検知装置において、検知対象は、変位方向と交差する辺が階段状に形成されていることが好ましい。

本発明の非接触変位センサ及び非接触変位検知装置は、従来例に比べて検知誤差を生じ難くいという効果がある。

本発明に係る非接触変位センサ及び非接触変位検知装置の実施形態を示し、(ａ)は断面図、(ｂ)は平面図である。同上のブロック図である。 (ａ)〜(ｃ)は同上において形状の異なる検知対象を用いた場合の平面図である。 (ａ)，(ｂ)は同上において別の構成の検知対象を用いた場合の平面図及び断面図である。従来例を示す断面図である。

以下、本発明に係る非接触変位センサ及び非接触変位検知装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態の非接触変位センサは、磁界印加手段、検知手段、判定手段などで構成される。また、本実施形態の非接触変位検知装置は、非接触変位センサと検知対象１とで構成される。

検知対象１は、図１に示すように略長方形状の薄い板材からなり、厚み方向(図１におけるＺ軸方向)と直交する方向(図１におけるＸ軸方向)に沿って変位(移動)する。また、
検知対象１は、変位方向と交差する辺(図１(ｂ)における上側の辺)が階段状に形成されている。ただし、検知対象１を形成する材料は導電体又は磁性体の何れでもよい。

磁界印加手段は、磁気ギャップを有する磁心(コア)２と、磁心２に巻線を巻回してなるコイル３とを有する(図１参照)。磁心２は、角柱状の主部20と、主部20の長手方向の両端から同じ向き且つ互いに平行に突出した角柱状の腕部21とがフェライトなどの磁性材料によって一体に形成されてなる。また、コイル３は、磁心２の主部20に巻線を巻回して構成される。ただし、主部20、腕部21の形状は、角柱状に限らず、例えば円柱状であってもよい。また、コイル３は腕部21に巻回されていてもよい。コイル３に通電されると磁心２に磁界が印加される。ここで、磁気ギャップとは、開磁路において間隙が最小となる(磁気抵抗が最小となる)部分であって、本実施形態における磁心２の場合、対向する一対の腕部21の間が磁気ギャップに相当する。磁気ギャップにおいては、ギャップ方向(図１におけるｚ軸方向)と平行に磁力線(磁束)が通っている。

コイル３が巻回された磁心２は、磁気ギャップが検知対象１と交差するように、具体的には、一対の腕部21で厚み方向(Ｚ軸方向)から検知対象１を挟み込むように配置される(図１(ａ)参照)。ここで、検知対象１が導電体で形成されている場合、磁気ギャップと重なっているときは渦電流損が生じる。一方、検知対象１が磁気ギャップと重なっていないときは渦電流損が生じない。故に、検知対象１の先端部分が階段状に形成されているため、検知対象１の変位に伴って磁気ギャップを通る磁束(磁界)と交差する面積が増減する。よって、前記面積に応じて検知対象１に生じる渦電流損も増減し、コイル３の電気特性(例えば、コンダクタンス)が変化するので、コイル３の電気特性の変化を電気信号として取り出すことにより、検知対象１の変位量が判定できる。

検知手段は、図２に示すようにコイル３を励振する励振部４と、後述する磁界の変化をコイル３の電気特性に変換する信号変換部５とを有する。励振部４は、コイル３とコンデンサＣからなる並列共振回路に高周波電圧(並列共振回路の共振周波数に近い周波数の電圧)を印加することで発振させる。ここで、上述したように磁気ギャップを通る磁束(磁界)と交差する検知対象１の面積が増減するのに応じて、コイル３の電気特性(例えば、コンダクタンス)が変化し、その結果、並列共振回路の共振波形の振幅が変化する。信号変換部５は、並列共振回路の共振波形の振幅をしきい値と比較することにより、コイル３の電気特性の変化を２値信号に変換して判定部６に出力する。判定部６は、信号変換部５から出力される２値信号の周期を計測することで検知対象１(移動体)の変位速度を判定(演算)したり、２値信号の信号レベルによって検知対象１の変位量(基準位置＜検知対象１の先端位置＞からの変位量)を判定することができる。

而して、磁心２の磁気ギャップにおいては、図１(ａ)に示すようにギャップ方向と平行に磁束が通るので、検知対象１と磁心２の相対的な位置関係がギャップ方向(Ｚ軸方向)に変動してもコイル３の電気特性の変化に影響しない。さらに、検知対象１は、変位方向と直交する方向(図１におけるＹ軸方向)に所定範囲内でずれた場合、磁界と交差する面積が変化しない形状及び寸法に形成されることが好ましい。言い換えれば磁気ギャップは、検知対象１が腕部21の突出方向、すなわちＹ軸方向のみに所定範囲内でずれた場合、磁気ギャップの磁界と検知対象１との交差する面積が変化しない形状及び寸法に形成されていることが好ましい。

例えば、図１に示す例であれば、検知対象１のＹ軸方向の幅寸法が、腕部21のＹ軸方向の長さ寸法よりも小さく、且つ検知対象１の両端と腕部212の両端との間に各々隙間d1，d2が空くように検知対象１及び磁心２が配置される。故に、検知対象１と磁心２との相対的な位置がＹ軸方向に沿って−d1から＋d2の範囲まで変位したとしても、磁気ギャップの磁界と交差する検知対象１の面積が変化しないので、検知精度の低下を抑制することができる。なお、検知対象１は、図３(ａ)に示すように先端部分の段数が３段以上であっても構わない。先端部分の段数が増えるほど、検知対象１の変位量をより細かく検知することができる。

また、図３(ｂ)に示すように検知対象１の変位方向と交差する辺が変位方向に対して傾斜する形状、すなわち、検知対象１の先端部分が三角形状に形成されてもよい。あるいは、図３(ｃ)に示すように検知対象１の変位方向と交差する辺が弧状、すなわち、検知対象１の先端部分が略扇形状に形成されてもよい。

上述のように検知対象１の先端部分を三角形状や略扇形状に形成すれば、検知対象１の変位に伴って磁気ギャップを通る磁束(磁界)と交差する面積がほぼ直線的に増減するので、変位量の検知精度の向上を図ることができる。

ところで、検知対象１は、上述のように直線的に変位するものに限定されず、例えば、図４に示すように回転するものであっても構わない。図４に示す検知対象１は、中心が回転軸となる円板状の主部10と、主部10から径方向に沿って突出する矩形板状の突出部11と、突出部11の先端から主部10に向かって突出する弧状の被検知部12とが一体に形成されてなる。被検知部12は、突出部11に繋がる基端から主部10に近付く先端に向かって徐々に幅寸法が減少する形状に形成されている。そして、磁心２は、検知対象１が回転する際に被検知部12が磁気ギャップ内を通過する位置に配置される。

而して、検知対象１の変位(回転)に伴って磁気ギャップを通る磁束(磁界)と交差する面積がほぼ一定の比率で増減し、検知対象１の変位量(回転角)を精度よく検知することができる。

１検知対象
２磁心(磁界印加手段)
３コイル(磁界印加手段、検知手段)
４励振部(磁界印加手段、検知手段)
５信号変換部(検知手段)
６判定部(判定手段)
20 主部
21 腕部

Claims

検知対象の変位量を検知する非接触変位センサであって、前記検知対象が変位する領域に磁界を印加する磁界印加手段と、前記検知対象の変位に伴う前記磁界の変化を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づいて前記検知対象の変位量を判定する判定手段とを備え、
前記磁界印加手段は、磁気ギャップを有する磁心と、前記磁心に巻設されるコイルとを有し、前記磁心は、主部と、前記主部の両端から突出した一対の腕部とを具備し、前記一対の腕部は、前記突出方向に沿って均一な前記磁気ギャップを形成し、
前記磁気ギャップは、前記検知対象が前記腕部の突出方向に所定範囲内でずれた場合、前記磁気ギャップの磁界と前記検知対象との交差する面積が変化しない形状及び寸法に形成されていることを特徴とする非接触変位センサ。
請求項１の非接触変位センサと、導電体又は磁性体で構成された前記検知対象とを備え、前記検知対象は、厚みが均一且つ前記磁気ギャップ未満である平板からなり、前記厚み方向と直交する方向に変位することを特徴とする非接触変位検知装置。
前記検知対象は、平面内を回転運動することを特徴とする請求項２記載の非接触変位検知装置。
前記検知対象は、前記変位方向と交差する辺が前記変位方向に対して傾斜する形状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の非接触変位検知装置。
前記検知対象は、前記変位方向と交差する辺が弧状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の非接触変位検知装置。
前記検知対象は、前記変位方向と交差する辺が階段状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の非接触変位検知装置。