JP2014174114A - Displacement sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a displacement sensor capable of easily performing downsizing with a simple circuit configuration.SOLUTION: A displacement sensor 100 includes: a cylindrical coil 10; a soft magnetic material 30 that moves by strokes inside the coil 10 in conjunction with the displacement of a moving body 20; a power supply unit 40 for energizing the coil 10; a detection element 50 that is arranged such that a detection direction is along the axial direction of the coil 10 outside the radial direction of the coil 10 to detect the intensity of the surrounding magnetic field of the coil 10; a stroke arithmetic unit 60 for calculating the amount of stroke of the moving body 10 based on detection results of the detection element 50.

Description

本発明は、ストローク移動する移動体の変位量を検出する変位センサに関する。   The present invention relates to a displacement sensor that detects the amount of displacement of a moving body that moves in a stroke.

ストローク移動する移動体の変位量を検出する技術として、例えば特許文献1−4に記載のものがある。特許文献1には、液面レベルの変化に応じて移動するフロート付磁性体と、ピッチが漸減するように巻き回され、フロート付磁性体の移動に伴う磁界の変化を検知する検出コイル部とを備えた液面レベルセンサが開示されている。この液面レベルセンサは、液面のレベルの変化に応じて検出コイルの近傍又は検出コイル内をフロート付磁性体が移動し、フロート付磁性体の位置に応じた検出コイルのインダクタンスの変化により液面を検出する。また、この液面レベルセンサの検出コイルは、一次コイルと二次コイルとを有して構成することも可能である。係る構成においては、一次コイルに交流電圧を印加しておき、液面のレベルの変化に応じてフロート付磁性体が移動することにより二次コイルに生じる誘導起電力に応じて液面を検出する。   As a technique for detecting the amount of displacement of a moving body that moves in a stroke, there is a technique described in Patent Documents 1-4, for example. Patent Document 1 discloses a floated magnetic body that moves in response to a change in the liquid level, a detection coil unit that is wound so that the pitch gradually decreases, and detects a change in a magnetic field accompanying the movement of the floated magnetic body. A liquid level sensor is provided. In this liquid level sensor, the floated magnetic body moves in the vicinity of the detection coil or in the detection coil according to the change in the liquid level, and the liquid level sensor is changed by the change in the inductance of the detection coil according to the position of the float magnetic body. Detect faces. Moreover, the detection coil of this liquid level sensor can also be configured with a primary coil and a secondary coil. In such a configuration, an AC voltage is applied to the primary coil, and the liquid level is detected according to the induced electromotive force generated in the secondary coil as the floated magnetic body moves according to the change in the level of the liquid level. .

特許文献2には、円弧状のガイド筒の中に磁性体球が移動自在の状態で封入され、ガイド筒の周囲に、巻き回しピッチが疎の部分及びと密の部分とを有するコイルが設けられた傾斜角センサが開示されている。この傾斜角センサは、ガイド筒が外周方向に傾斜すると、磁性体球がガイド筒の内部を移動し、コイルとの位置関係が変化する。その結果、コイルの磁気抵抗が変化するので、当該磁気抵抗の変化を検出することによりガイド筒の傾斜角を測定する。   In Patent Document 2, a magnetic ball is enclosed in an arcuate guide tube in a movable state, and a coil having a sparse winding portion and a dense portion is provided around the guide tube. A tilt angle sensor is disclosed. In the tilt angle sensor, when the guide tube is inclined in the outer peripheral direction, the magnetic ball moves inside the guide tube, and the positional relationship with the coil changes. As a result, since the magnetic resistance of the coil changes, the inclination angle of the guide cylinder is measured by detecting the change of the magnetic resistance.

特許文献3には、流体流通管と、当該流体流通管内に設けられる磁性体を有するフロートと、流体流通管の周囲に巻き回されたコイルとを備えた流量計が開示されている。コイルは、磁性体の位置検出範囲を網羅するコイル長を有し、交流電圧が印加される励磁コイルと、位置検出範囲を複数に分割し各範囲に対応した探索コイルとから構成される。複数の探索コイルからは、磁性体の位置に応じた電圧が出力される。これにより液面を検出する。   Patent Document 3 discloses a flow meter including a fluid circulation pipe, a float having a magnetic body provided in the fluid circulation pipe, and a coil wound around the fluid circulation pipe. The coil has a coil length that covers the position detection range of the magnetic material, and includes an excitation coil to which an AC voltage is applied, and a search coil that divides the position detection range into a plurality of parts and corresponds to each range. A voltage corresponding to the position of the magnetic body is output from the plurality of search coils. Thereby, the liquid level is detected.

特許文献4には、1次コイル及び2次コイルと、駆動軸に固定された可動磁芯とを有する差動変圧器について開示されている。この作動変圧器は、1次コイルの駆動軸方向両側に一対の2次コイルが設けられ、可動磁芯の移動に応じて一対の2次コイルに生じる電圧差から可動磁芯の変位量を検出する。   Patent Document 4 discloses a differential transformer having a primary coil and a secondary coil, and a movable magnetic core fixed to a drive shaft. This working transformer is provided with a pair of secondary coils on both sides in the drive axis direction of the primary coil, and detects the displacement amount of the movable magnetic core from the voltage difference generated in the pair of secondary coils according to the movement of the movable magnetic core. To do.

特開2001−194213号公報JP 2001-194213 A 特開平5−34152号公報JP-A-5-34152 特開平3−188324号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-188324 特開2000−213956号公報JP 2000-213956 A

上述した特許文献1−4に記載の技術は、インピーダンスの変化又は誘導起電力の変化を検出しているので、励磁コイルや1次コイルに印加する電圧は交流である必要がある。例えばインピーダンスの変化を検出する場合には、当該インピーダンスの変化を電圧の変化に変換する変換回路が必要となる。また、誘導起電力の変化を検出する場合には、検波回路が必要となる。このため、特許文献1−4に記載の技術では、回路構成が複雑になり、その規模が大きくなってしまう。また、検出原理として交流磁界が必要となるため、金属製のシリンダー内部への設置が困難であるなど仕様環境条件に制限がある。
また、特許文献4に記載の技術は、1次コイルと2次コイルとが駆動軸の変位方向に直列配置されているので、可動部である可動磁芯は検出範囲以上の長さが必要となる。このため、1次コイルと2次コイルとの長さが、検出範囲の倍以上の長さを要し、小型化が困難である。
Since the technique described in Patent Documents 1-4 described above detects a change in impedance or a change in induced electromotive force, the voltage applied to the excitation coil and the primary coil needs to be an alternating current. For example, when detecting a change in impedance, a conversion circuit that converts the change in impedance into a change in voltage is required. In addition, when detecting a change in induced electromotive force, a detection circuit is required. For this reason, in the techniques described in Patent Documents 1-4, the circuit configuration becomes complicated and the scale thereof becomes large. In addition, since an AC magnetic field is required as a detection principle, there are limitations on the specification environmental conditions such as difficulty in installation inside a metal cylinder.
In the technique described in Patent Document 4, since the primary coil and the secondary coil are arranged in series in the displacement direction of the drive shaft, the movable magnetic core, which is a movable part, needs to be longer than the detection range. Become. For this reason, the length of a primary coil and a secondary coil requires the length more than double of a detection range, and size reduction is difficult.

本発明の目的は、上記問題に鑑み、簡素な回路構成で、小型化が容易な変位センサを提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a displacement sensor that can be easily miniaturized with a simple circuit configuration.

上記目的を達成するための本発明に係る変位センサの特徴構成は、筒状のコイルと、変位の検知対象である移動体に連動して前記コイルの内部でストローク移動する軟磁性体と、前記コイルに通電する電源部と、前記コイルの径方向外側に、検出方向を前記コイルの軸方向に沿うように配置され、前記コイルの周囲の磁界の強さを検出する検出素子と、前記検出素子の検出結果に基づいて、前記移動体のストローク量を演算するストローク量演算部と、を備えている点にある。   In order to achieve the above object, the displacement sensor according to the present invention is characterized by a cylindrical coil, a soft magnetic body that moves in a stroke in conjunction with a moving body that is a displacement detection target, A power supply unit that energizes the coil, a detection element that is arranged on the outer side in the radial direction of the coil so that a detection direction is along the axial direction of the coil, and detects the strength of a magnetic field around the coil; and the detection element And a stroke amount calculation unit that calculates the stroke amount of the moving body based on the detection result of the above.

このような特徴構成とすれば、軟磁性体を移動体と連動してコイルの径方向内側をストローク移動させることができる。したがって、ストローク量に応じてコイルの径方向外側の磁界を変化させることができるので、検出素子の検出結果に応じて移動体の変位量を演算することが可能となる。また、本構成であれば、軟磁性体を囲むようにコイルを配置し、コイルの径方向外側に検出素子を備えるだけで良いので、簡素な回路構成で、小型化が可能である。   With such a characteristic configuration, the soft magnetic body can be moved in a stroke on the radially inner side of the coil in conjunction with the moving body. Therefore, since the magnetic field outside the coil in the radial direction can be changed according to the stroke amount, the displacement amount of the moving body can be calculated according to the detection result of the detection element. Further, with this configuration, it is only necessary to arrange the coil so as to surround the soft magnetic material and provide the detection element on the outer side in the radial direction of the coil, so that the size can be reduced with a simple circuit configuration.

また、前記コイルは、当該コイルを形成する巻線のピッチが前記コイルの軸方向一方の端部から他方の端部に向けて次第に狭くなるように形成されてあると好適である。   Further, it is preferable that the coil is formed such that a pitch of windings forming the coil is gradually narrowed from one end portion in the axial direction of the coil toward the other end portion.

このような構成とすれば、軟磁性体が移動体と共にストローク移動して到達した位置に応じて、当該軟磁性体が磁化される強度を変更することができる。したがって、ストローク量に応じてコイルの径方向外側の磁界の強度を変化させることができるので、検出感度を高めることが可能となる。   With such a configuration, the strength with which the soft magnetic material is magnetized can be changed according to the position where the soft magnetic material has reached the stroke with the moving material. Therefore, the intensity of the magnetic field on the outer side in the radial direction of the coil can be changed according to the stroke amount, so that the detection sensitivity can be increased.

また、前記検出素子は、前記コイルの巻線のピッチが狭くなる軸方向端部の側に配置されてあると好適である。   In addition, it is preferable that the detection element is arranged on the side of the end portion in the axial direction where the pitch of the winding of the coil becomes narrow.

このような構成とすれば、軟磁性体がピッチの狭い領域にあり前記軟磁性体が強く磁化されているときには、軟磁性体と検出素子は近くなり検出素子近傍の磁界がより強くなり、軟磁性体がピッチの広い領域にあり前記軟磁性体が弱く磁化されているときには、軟磁性体と検出素子は離れ検出素子近傍の磁界がより弱くなる。したがって、検出感度を更に高めることが可能となる。   With such a configuration, when the soft magnetic material is in a narrow pitch region and the soft magnetic material is strongly magnetized, the soft magnetic material and the detection element are close to each other, and the magnetic field in the vicinity of the detection element becomes stronger, and the soft magnetic material is soft. When the magnetic body is in a wide pitch area and the soft magnetic body is weakly magnetized, the soft magnetic body and the detection element are separated from each other, and the magnetic field near the detection element becomes weaker. Therefore, it is possible to further increase the detection sensitivity.

また、前記コイルを第1のコイルとし、前記軸方向一方の端部から前記他方の端部に向けて巻線のピッチが次第に広くなるように形成された筒状の第2のコイルが、前記第1のコイルと同軸心上で、且つ、互いに軸心方向に重複するように設けられてあると好適である。   The coil is a first coil, and the cylindrical second coil formed so that the pitch of the winding gradually increases from one end in the axial direction to the other end, It is preferable that the first coil and the first coil are provided so as to overlap with each other in the axial direction.

このような構成とすれば、例えば第1のコイルと第2のコイルとに互いに異なる向きに電流を流したり、第1コイルと第2のコイルとを構成する巻線を巻き回す方向を互いに異ならせたりすることにより、第1のコイルと第2のコイルとの夫々の磁界の非線形性を互いに打ち消し合うように構成することができる。したがって、検出感度の直線性を向上することができるので、ロバスト性を高めることができる。   With such a configuration, for example, currents are passed through the first coil and the second coil in different directions, or the winding directions of the first coil and the second coil are wound in different directions. By doing so, it is possible to configure so that the non-linearities of the respective magnetic fields of the first coil and the second coil cancel each other. Therefore, since the linearity of detection sensitivity can be improved, robustness can be improved.

また、前記電源部が直流電源であると好適である。   Further, it is preferable that the power supply unit is a DC power supply.

このような構成とすれば、コイル及び軟磁性体から交流磁界が生じないので、渦電流が生じることがない。したがって、例えば移動体を金属で構成した場合であっても渦電流損が発生しないので、磁界への渦電流の影響をなくすことができ、変位量の検出にかかわる誤差を抑制できる。また、前記コイルを流れる電流を少なくとも2値の値を取る階段状に変化する電流であると好適である。このような電流とすることにより異なる電流時の出力の差から外乱の影響を低減した出力が得られる。   With such a configuration, an AC magnetic field is not generated from the coil and the soft magnetic material, so that no eddy current is generated. Therefore, for example, even when the moving body is made of metal, eddy current loss does not occur. Therefore, the influence of eddy current on the magnetic field can be eliminated, and errors related to detection of displacement can be suppressed. Further, it is preferable that the current flowing through the coil is a current that changes in a staircase pattern having at least a binary value. By using such a current, an output in which the influence of disturbance is reduced can be obtained from the difference in output at different currents.

また、前記検出素子は前記コイルの軸方向に沿って両側にヨークが配置されていると好適である。   The detection element is preferably provided with yokes on both sides along the axial direction of the coil.

このような構成とすれば、コイルから生じる磁界をヨークで集磁し、当該集磁した磁界を検出素子に入力することができる。したがって、検出感度を高めることが可能となる。   With such a configuration, the magnetic field generated from the coil can be collected by the yoke, and the collected magnetic field can be input to the detection element. Therefore, detection sensitivity can be increased.

第1の実施形態に係る変位センサの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the displacement sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る検出素子の検出形態を示す図である。It is a figure which shows the detection form of the detection element which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る変位センサの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the displacement sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る変位センサの構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the displacement sensor which concerns on 3rd Embodiment.

1.第1の実施形態
本発明に係る変位センサは、ストローク移動する移動体の変位量を検出することが可能に構成される。以下、本実施形態の変位センサ100について詳細に説明する。図1は変位センサ100の構成を示す模式図である。図1に示されるように、本実施形態に係る変位センサ100は、コイル10、移動体20、軟磁性体30、電源部40、検出素子50、ストローク量演算部60、ヨーク70の各機能部を備えて構成される。ストローク量演算部60はCPUを中核部材として、移動体20のストロークに係る変位量を検出する種々の処理を行うための上述の機能部がハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。
1. First Embodiment A displacement sensor according to the present invention is configured to be able to detect a displacement amount of a moving body that moves in a stroke. Hereinafter, the displacement sensor 100 of the present embodiment will be described in detail. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the displacement sensor 100. As shown in FIG. 1, the displacement sensor 100 according to the present embodiment includes a coil 10, a moving body 20, a soft magnetic body 30, a power supply unit 40, a detection element 50, a stroke amount calculation unit 60, and functional units of a yoke 70. It is configured with. The stroke amount calculation unit 60 uses the CPU as a core member, and the above-described functional units for performing various processes for detecting the displacement amount related to the stroke of the moving body 20 are constructed by hardware and / or software.

コイル10は、当該コイル10を形成する巻線を所定のピッチで所謂空芯コイルのように巻き回して筒状に構成される。本実施形態では、この巻線のピッチがコイル10の軸方向一方の端部から他方の端部に向けて次第に狭くなるように形成される。巻線のピッチとは、筒状の軸心が延在する方向を軸方向とした場合に、当該軸方向に沿って互いに隣接する巻線の間隔である。また、コイル10の軸方向一方の端部とは筒状における軸方向の一方の端部が相当し、図1においては端部10Aの側が相当する。コイル10の他方の端部とは、上述の軸方向の一方の側の端部に対して軸方向に沿って反対側の端部が相当し、図1においては端部10Bの側が相当する。したがって、本実施形態のコイル10は、図1に示されるように端部10Aに近い側ではバネが伸びたような形状となり、端部10Bに近い側ではバネが縮んだような形状で構成される。   The coil 10 is formed in a cylindrical shape by winding the windings forming the coil 10 at a predetermined pitch like a so-called air-core coil. In the present embodiment, the winding pitch is formed so as to gradually narrow from one end of the coil 10 in the axial direction toward the other end. The pitch of the winding is an interval between windings adjacent to each other along the axial direction when the direction in which the cylindrical axis extends is the axial direction. Further, one axial end portion of the coil 10 corresponds to one axial end portion in a cylindrical shape, and in FIG. 1 corresponds to the end portion 10A side. The other end portion of the coil 10 corresponds to an end portion on the opposite side along the axial direction with respect to the end portion on one side in the axial direction described above, and corresponds to the end portion 10B side in FIG. Therefore, as shown in FIG. 1, the coil 10 according to the present embodiment has a shape in which the spring is extended near the end portion 10A and a shape in which the spring is contracted on the side close to the end portion 10B. The

軟磁性体30は、移動体20と連動してコイル10の内部でストローク移動する。移動体20は、変位センサ100の検出対象に相当する。コイル10の内部とは、筒状に形成されたコイル10の径方向内側である。本実施形態では、軟磁性体30はコイル10の軸方向に沿ってストローク移動する。したがって、軟磁性体30は、コイル10の径方向内側において、軸方向に沿って相対移動可能に設けられる。このような軟磁性体30は、コイル10の軸方向に沿って延在して設けられる。   The soft magnetic body 30 moves in a stroke within the coil 10 in conjunction with the moving body 20. The moving body 20 corresponds to a detection target of the displacement sensor 100. The inside of the coil 10 is the radially inner side of the coil 10 formed in a cylindrical shape. In the present embodiment, the soft magnetic body 30 moves in a stroke along the axial direction of the coil 10. Therefore, the soft magnetic body 30 is provided on the radially inner side of the coil 10 so as to be relatively movable along the axial direction. Such a soft magnetic body 30 is provided so as to extend along the axial direction of the coil 10.

詳細は後述するが、軟磁性体30はコイル10が通電されて生じる磁界を変化させるよう機能する。このような軟磁性体30は、移動体20と連動してコイル10の径方向内側をストローク移動する。図1では移動体20は軟磁性体30と一体化しコイル10内をストローク移動しているが、軟磁性体30は移動体20と連動してストローク移動すれば良く、リンク等の機構により移動体20の移動を軟磁性体30のストローク移動に変換できれば良く、移動体20の移動をストローク移動に限定する物ではない。軟磁性体30は、フェライト、軟鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール等を用いると好適である。   Although details will be described later, the soft magnetic body 30 functions to change a magnetic field generated when the coil 10 is energized. Such a soft magnetic body 30 moves in a radial direction inside the coil 10 in conjunction with the moving body 20. In FIG. 1, the moving body 20 is integrated with the soft magnetic body 30 and moves in a stroke within the coil 10. However, the soft magnetic body 30 may move in a stroke in conjunction with the moving body 20, and the moving body may be moved by a mechanism such as a link. It is only necessary that the movement of 20 can be converted into the stroke movement of the soft magnetic body 30, and the movement of the moving body 20 is not limited to the stroke movement. As the soft magnetic body 30, it is preferable to use ferrite, soft iron, silicon steel, permalloy, sendust, permendur, or the like.

電源部40は、コイル10に通電する。本実施形態では、電源部40は直流電源から構成される。したがって、コイル10には当該電源部40からの直流電流が供給され、コイル10からは当該直流電流に応じた磁界が生じる。   The power supply unit 40 energizes the coil 10. In the present embodiment, the power supply unit 40 is constituted by a DC power supply. Therefore, a direct current from the power supply unit 40 is supplied to the coil 10, and a magnetic field corresponding to the direct current is generated from the coil 10.

検出素子50は、コイル10の径方向外側に、検出方向をコイル10の軸方向に沿うように配置され、コイル10の周囲の磁界の強さを検出する。コイル10の径方向外側とは、筒状のコイル10の径方向外側である。筒状のコイル10に電流が流れると、当該電流の大きさに応じて磁界が発生する。図1においても、通電される電流の向きに応じて、磁界が生じる。このような磁界を形成する磁束は、筒状の軸方向一方の側から、径方向外側を通り、他方の側に向けて戻るようなものとなる。検出素子50は、検出方向を磁界の向きに一致させて配置される。これにより、コイル10の径方向外側に形成される磁界の強さを効果的に検出することが可能となる。   The detection element 50 is disposed outside the coil 10 in the radial direction so that the detection direction is along the axial direction of the coil 10, and detects the strength of the magnetic field around the coil 10. The radially outer side of the coil 10 is the radially outer side of the cylindrical coil 10. When a current flows through the cylindrical coil 10, a magnetic field is generated according to the magnitude of the current. Also in FIG. 1, a magnetic field is generated according to the direction of the energized current. The magnetic flux forming such a magnetic field is such that it returns from the one side in the cylindrical axial direction to the other side through the radially outer side. The detection element 50 is arranged so that the detection direction coincides with the direction of the magnetic field. Thereby, it is possible to effectively detect the strength of the magnetic field formed on the radially outer side of the coil 10.

本実施形態では、検出素子50は、コイル10の巻線のピッチが狭くなる軸方向端部の側に配置される。   In the present embodiment, the detection element 50 is disposed on the side of the axial end where the winding pitch of the coil 10 is reduced.

また、本実施形態では、検出素子50は、コイル10の軸方向に沿って両側にヨーク70が配置される。このようなヨーク70は、軟磁性体を用いて構成すると好適である。これによりコイル10の径方向外側の磁界をヨーク70で集磁し、このように集磁した磁界を検出素子50に入力することができるので、検出素子50の検出感度を高めることが可能となる。このような検出素子50の検出結果が図2に示される。   In the present embodiment, the detection element 50 has the yokes 70 arranged on both sides along the axial direction of the coil 10. Such a yoke 70 is preferably configured using a soft magnetic material. As a result, the magnetic field outside the coil 10 in the radial direction can be collected by the yoke 70, and the magnetic field thus collected can be input to the detection element 50, so that the detection sensitivity of the detection element 50 can be increased. . The detection result of such a detection element 50 is shown in FIG.

図2は、縦軸が磁界の強さであり、横軸がストローク量としている。ここで、コイル10の巻線からの磁界の強さは、コイル10(巻線)に流れる電流の大きさに応じたものとなる。一方、このような磁界によりコイル10の径方向内側に設けられる軟磁性体30が磁化される。これにより、筒状の軸方向に沿った軟磁性体30の軸方向両側に磁極が現れ、当該磁極により更に磁界が生じる。磁化された軟磁性体30による磁界分布は軟磁性体30のストローク位置によって変わる為、検出素子50を貫通する磁界も軟磁性体の位置によって変わり、検出素子50に対して軟磁性体30が近い時には強い磁界が、遠い場合には弱い磁界が検出素子50を貫通する。   In FIG. 2, the vertical axis represents the strength of the magnetic field, and the horizontal axis represents the stroke amount. Here, the strength of the magnetic field from the winding of the coil 10 depends on the magnitude of the current flowing through the coil 10 (winding). On the other hand, the soft magnetic body 30 provided on the radially inner side of the coil 10 is magnetized by such a magnetic field. Thereby, magnetic poles appear on both sides in the axial direction of the soft magnetic body 30 along the cylindrical axial direction, and a magnetic field is further generated by the magnetic poles. Since the magnetic field distribution by the magnetized soft magnetic body 30 varies depending on the stroke position of the soft magnetic body 30, the magnetic field penetrating the detection element 50 also varies depending on the position of the soft magnetic body, and the soft magnetic body 30 is closer to the detection element 50. Sometimes a strong magnetic field penetrates the detection element 50 when it is far away.

一方、軟磁性体30は、端部10Bから端部10Aに向けてピッチが次第に広くなるように巻き回されたコイル10の径方向内側を移動体20と共にストローク移動する。軟磁性体30の磁化は当該軟磁性体30が置かれる磁界の強さに応じたものとなる。したがって、ピッチが狭い場合には、軟磁性体30の磁化が強くなり、当該軟磁性体30からの磁界も強くなる。一方、ピッチが広い場合には、軟磁性体30の磁化が弱くなり、当該軟磁性体30からの磁界も弱くなる。したがって、図2に示されるように、ストローク量に応じて検出素子50の検出結果(磁界の強さ)が変化する。このような検出素子50の検出結果は、後述するストローク量演算部60に出力される。   On the other hand, the soft magnetic body 30 moves together with the moving body 20 along the radial direction of the coil 10 wound so that the pitch gradually increases from the end portion 10B toward the end portion 10A. The magnetization of the soft magnetic body 30 corresponds to the strength of the magnetic field where the soft magnetic body 30 is placed. Therefore, when the pitch is narrow, the magnetization of the soft magnetic body 30 becomes strong, and the magnetic field from the soft magnetic body 30 also becomes strong. On the other hand, when the pitch is wide, the magnetization of the soft magnetic body 30 is weakened, and the magnetic field from the soft magnetic body 30 is also weakened. Therefore, as shown in FIG. 2, the detection result (magnetic field strength) of the detection element 50 changes according to the stroke amount. The detection result of such a detection element 50 is output to a stroke amount calculation unit 60 described later.

ストローク量演算部60は、検出素子50の検出結果に基づいて、移動体20のストローク量を演算する。例えば、ストローク量演算部60は、移動体20がストローク移動していない状態における磁界の強さを基準とし、当該基準となる磁界の強さと検出素子50から得られた磁界の強さとの差を算出して、ストローク量を演算するよう構成することも可能である。あるいは、移動体20のストローク量と磁界の強さとの関係を規定したマップを予め記憶しておき、検出素子50から得られた磁界の強さをマップに当て嵌めて、ストローク量を演算するよう構成することも可能である。   The stroke amount calculation unit 60 calculates the stroke amount of the moving body 20 based on the detection result of the detection element 50. For example, the stroke amount calculation unit 60 uses the strength of the magnetic field when the moving body 20 is not moving as a reference, and calculates the difference between the strength of the magnetic field that is the reference and the strength of the magnetic field obtained from the detection element 50. It is also possible to calculate and calculate the stroke amount. Alternatively, a map that defines the relationship between the stroke amount of the moving body 20 and the strength of the magnetic field is stored in advance, and the stroke amount is calculated by fitting the strength of the magnetic field obtained from the detection element 50 to the map. It is also possible to configure.

2.第2の実施形態
次に本発明に係る第2の実施形態について説明する。上記第1の実施形態では、コイル10は1つであったが、本実施形態に係るコイル10が2つ備えられる点で第1の実施形態と異なる。以下、異なる点を中心に説明する。図3は、本実施形態に係る変位センサ100の構成を示す模式図である。
2. Second Embodiment Next, a second embodiment according to the present invention will be described. In the said 1st Embodiment, although the coil 10 was one, it differs from 1st Embodiment by the point by which the two coils 10 which concern on this embodiment are provided. Hereinafter, different points will be mainly described. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of the displacement sensor 100 according to the present embodiment.

図3に示されるように、本実施形態に係る変位センサ100は第1のコイル71と第2のコイル72とを備えて構成される。第1のコイル71は、上記第1に実施形態に係るコイル10に相当する。したがって、第1のコイル71は筒状に構成され、巻線のピッチが軸方向の一方の端部10Aから他方の端部10Bに向けて次第に狭くなるように形成される。   As shown in FIG. 3, the displacement sensor 100 according to the present embodiment includes a first coil 71 and a second coil 72. The first coil 71 corresponds to the coil 10 according to the first embodiment. Accordingly, the first coil 71 is formed in a cylindrical shape, and is formed so that the pitch of the winding gradually becomes narrower from the one end portion 10A in the axial direction toward the other end portion 10B.

一方、第2のコイル72は、一方の端部10Aから他方の端部10Bに向けて巻線のピッチが次第に広くなるように巻き回され、筒状に形成される。したがって、第2のコイル72と第1のコイル71とは、夫々の端部における巻線のピッチの粗密状態が互いに異なるように形成される。第2のコイル72も、第1のコイル71と同様に筒状に構成される。この第2のコイル72は第1のコイル71と同軸心上で、且つ、互いに軸心方向に重複するように設けられる。   On the other hand, the second coil 72 is wound in such a manner that the winding pitch gradually increases from one end portion 10A to the other end portion 10B, and is formed into a cylindrical shape. Therefore, the second coil 72 and the first coil 71 are formed so that the density of the winding pitch at each end is different from each other. Similarly to the first coil 71, the second coil 72 is also configured in a cylindrical shape. The second coil 72 is provided coaxially with the first coil 71 and so as to overlap each other in the axial direction.

また、第1のコイル71及び第2のコイル72の夫々に流す電流は、当該電流を流した際に生じる磁界が第1のコイル71及び第2のコイル72の夫々において互いに異なる方向となるように通電される。このような磁界は、一方の端部10Aと他方の端部10Bとの中央の位置の第1のコイル71及び第2のコイル72の径方向外側において、互いに打ち消すようにすると好適である。また、本実施形態では第1のコイル71及び第2のコイル72の夫々に流れる電流が常時同じ大きさとなるように設定される。これにより、電界の強さとストローク量との関係を規定する特性の直線性を高めることができる。したがって、ロバスト性を向上させることが可能となる。   Further, the currents that flow through the first coil 71 and the second coil 72 are such that the magnetic fields generated when the currents flow are in different directions in the first coil 71 and the second coil 72, respectively. Is energized. Such a magnetic field is preferably canceled out in the radial direction outside of the first coil 71 and the second coil 72 at the center position between the one end 10A and the other end 10B. In the present embodiment, the currents flowing through the first coil 71 and the second coil 72 are always set to have the same magnitude. Thereby, the linearity of the characteristic which prescribes | regulates the relationship between the strength of an electric field and stroke amount can be improved. Therefore, robustness can be improved.

なお、図3の例では、検出素子50は第1のコイル71及び第2のコイル72の径方向外側であって、軸方向中央部に配置するように示している。これは、単なる例示であり、検出素子50は、第1のコイル71及び第2のコイル72の径方向外側であれば、軸方向に沿ったいずれの位置に配置することも可能である。   In the example of FIG. 3, the detection element 50 is shown to be arranged on the outer side in the radial direction of the first coil 71 and the second coil 72 and in the central portion in the axial direction. This is merely an example, and the detection element 50 can be disposed at any position along the axial direction as long as it is radially outside the first coil 71 and the second coil 72.

3.第3の実施形態
次に本発明に係る第3の実施形態について説明する。上記第2の実施形態では、第1のコイル71と第2のコイル72とを備え、電源部40が、電流が流れた際に生じる磁界の向きが互いに異なるように常時同じ大きさの電流を通電し、ストローク量演算部60が検出素子50の検出結果に応じてストローク量を演算するとして説明した。本実施形態に電源部40は、第1のコイル71と第2のコイル72とに常時同じ大きさの電流を流すとは限らない点で第2の実施形態と異なる。以下、異なる点を中心に説明する。図4は、本実施形態に係る変位センサ100の構成を示す模式図である。
3. Third Embodiment Next, a third embodiment according to the present invention will be described. In the second embodiment, the first coil 71 and the second coil 72 are provided, and the power supply unit 40 always supplies the same current so that the directions of the magnetic fields generated when the current flows are different from each other. It has been described that power is supplied and the stroke amount calculation unit 60 calculates the stroke amount according to the detection result of the detection element 50. The power supply unit 40 in the present embodiment is different from the second embodiment in that the current of the same magnitude does not always flow through the first coil 71 and the second coil 72. Hereinafter, different points will be mainly described. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of the displacement sensor 100 according to the present embodiment.

図4に示されるように、本実施形態に係る変位センサ100は第1のコイル71と第2のコイル72とを備えて構成される。本実施形態においても、第2の実施形態と同様に、第1のコイル71は筒状に構成され、巻線のピッチが軸方向の一方の端部10Aから他方の端部10Bに向けて次第に狭くなるように形成される。   As shown in FIG. 4, the displacement sensor 100 according to the present embodiment includes a first coil 71 and a second coil 72. Also in the present embodiment, as in the second embodiment, the first coil 71 is configured in a cylindrical shape, and the winding pitch gradually increases from one end 10A in the axial direction toward the other end 10B. It is formed to be narrow.

また、本実施形態では、検出素子50の検出結果は電源部40に伝達される。電源部40は、第1のコイル71及び第2のコイル72の夫々に対して、電流が流れた際に生じる磁界の向きが互いに逆方向になるように通電する。また、電源部40は、移動体20及び軟磁性体30がストローク移動したか否かに拘らず、検出素子50が配置された位置における磁界の強さがゼロとなるように第1のコイル71と第2のコイル72との夫々の電流を調整する。具体的には、電源部40は、検出素子50により検出される検出結果がゼロとなるように、第1のコイル71と第2のコイル72との夫々の電流を調整する。電源部40により調整された電流の値は、ストローク量演算部60に伝達される。   In the present embodiment, the detection result of the detection element 50 is transmitted to the power supply unit 40. The power supply unit 40 energizes each of the first coil 71 and the second coil 72 so that the directions of magnetic fields generated when current flows are opposite to each other. In addition, the power supply unit 40 includes the first coil 71 so that the strength of the magnetic field at the position where the detection element 50 is disposed becomes zero regardless of whether the moving body 20 and the soft magnetic body 30 have moved by a stroke. And the current of the second coil 72 are adjusted. Specifically, the power supply unit 40 adjusts the currents of the first coil 71 and the second coil 72 so that the detection result detected by the detection element 50 becomes zero. The value of the current adjusted by the power supply unit 40 is transmitted to the stroke amount calculation unit 60.

ストローク量演算部60は、電源部40から伝達された第1のコイル71及び第2のコイル72の夫々に流された電流の比に基づいて移動体20及び軟磁性体30のストローク量を演算する。このような演算は、例えば、移動体20がストローク移動していない状態における電流の比を基準とし、当該基準となる電流の比と電源部40から伝達された電流の値により求めた比との差を算出して、ストローク量を演算するよう構成することも可能である。あるいは、電流の比とストローク量との関係を規定したマップを予め記憶しておき、電源部40から伝達された電流により演算した比をマップに当て嵌めて、ストローク量を演算するよう構成することも可能である。   The stroke amount calculation unit 60 calculates the stroke amounts of the moving body 20 and the soft magnetic body 30 based on the ratio of the currents flowing through the first coil 71 and the second coil 72 transmitted from the power supply unit 40. To do. Such calculation is based on, for example, the ratio of the current when the moving body 20 is not moving in a stroke, and the ratio of the reference current and the ratio obtained from the value of the current transmitted from the power supply unit 40. It is also possible to calculate the stroke and calculate the stroke amount. Alternatively, a map that defines the relationship between the current ratio and the stroke amount is stored in advance, and the stroke amount is calculated by fitting the ratio calculated by the current transmitted from the power supply unit 40 to the map. Is also possible.

4.その他の実施形態
上記実施形態では、コイル10は、当該コイル10を形成する巻線のピッチがコイル10の軸方向一方の端部10Aから他方の端部10Bに向けて次第に狭くなるように形成されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。コイル10は、当該コイル10を形成する巻線のピッチが軸方向に沿って一様となるように形成することも当然に可能である。
4). Other Embodiments In the above embodiment, the coil 10 is formed such that the pitch of the windings forming the coil 10 is gradually narrowed from one end 10A in the axial direction of the coil 10 toward the other end 10B. It was explained as being. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. The coil 10 can naturally be formed so that the pitch of the windings forming the coil 10 is uniform along the axial direction.

上記実施形態では、検出素子50は、コイル10の巻線のピッチが狭くなる軸方向端部の側に配置されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。検出素子50は、コイル10の巻線のピッチが広くなる軸方向端部の側に配置することも可能であるし、コイル10の巻線のピッチに拘らずコイル10の径方向外側に配置することも当然に可能である。   In the above-described embodiment, the detection element 50 has been described as being disposed on the side of the axial end where the winding pitch of the coil 10 is reduced. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. The detection element 50 can be arranged on the side of the end portion in the axial direction where the pitch of the winding of the coil 10 is widened, and is arranged on the outer side in the radial direction of the coil 10 regardless of the pitch of the winding of the coil 10. Of course it is also possible.

上記実施形態では、第2のコイル72は第1のコイル71と同軸心上で、且つ、互いに軸心方向に重複するように設けられるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものでない。第1のコイル71と第2のコイル72とを異なる軸心上に設けることも可能である。   In the above embodiment, the second coil 72 has been described as being provided coaxially with the first coil 71 and so as to overlap each other in the axial direction. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. It is also possible to provide the first coil 71 and the second coil 72 on different axes.

上記実施形態では、第1のコイル71と第2のコイル72とは、通電した際に生じる磁界の向きが互いに逆方向になるように通電されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。第1のコイル71と第2のコイル72との夫々の巻線を巻く方向を異なるようにした場合には、通電する方向を同じ向きにすることは当然に可能である。係る場合にも、通電した際に生じる磁界の向きを互い異なる方向にすることが可能である。   In the above embodiment, the first coil 71 and the second coil 72 have been described as being energized so that the directions of the magnetic fields generated when energized are opposite to each other. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. When the winding directions of the first coil 71 and the second coil 72 are made different from each other, it is naturally possible to make the energization directions the same. Even in such a case, the directions of the magnetic fields generated when energized can be different from each other.

上記実施形態では、電源部40が直流電源であるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。電源部40として交流電源を用いることも当然に可能である。   In the above embodiment, the power supply unit 40 has been described as a DC power supply. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. Of course, an AC power source may be used as the power source unit 40.

上記実施形態では、検出素子50はコイル10の軸方向に沿って両側にヨーク70が配置されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。ヨーク70を検出素子50におけるコイル10の軸方向に沿った片側にのみ配置することも可能であるし、ヨーク70を配置しない構成とすることも当然に可能である。   In the above embodiment, the detection element 50 has been described on the assumption that the yokes 70 are arranged on both sides along the axial direction of the coil 10. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. It is possible to arrange the yoke 70 only on one side of the detection element 50 along the axial direction of the coil 10, and naturally it is possible to adopt a configuration in which the yoke 70 is not arranged.

また、前記コイルを流れる電流を少なくとも2値の値を取る階段状に変化する電流とすることも可能である。このような電流とすることにより異なる電流時の出力の差から外乱の影響を低減した出力が得られる。例えば、電流が0Aと既定の直流の2値を取り周期的矩形波状で、かつ一定の電流値を保つ時間を、検出素子を貫通する磁界が電流変化により変化し安定化する時間以上とする。この結果、0A時に検出される外乱による出力と通電時の出力の差より外乱の影響を低減した出力が得られる。   In addition, the current flowing through the coil may be a current that changes in a stepped manner having at least a binary value. By using such a current, an output in which the influence of disturbance is reduced can be obtained from the difference in output at different currents. For example, the time for which the current takes a binary value of 0 A and a predetermined direct current and has a periodic rectangular wave shape and maintains a constant current value is set to be longer than the time for which the magnetic field penetrating the detection element changes and stabilizes due to the current change. As a result, an output in which the influence of the disturbance is reduced is obtained from the difference between the output due to the disturbance detected at 0A and the output at the time of energization.

本発明は、ストローク移動する移動体の変位量を検出する変位センサに用いることが可能である。   The present invention can be used in a displacement sensor that detects the amount of displacement of a moving body that moves in a stroke.

10:コイル
10A:軸方向一方の端部
10B:他方の端部(軸方向他方の端部)
20:移動体
30:磁性体
40:電源部
50:検出素子
60:ストローク量演算部
70:ヨーク
71:第1のコイル
72:第2のコイル
100:変位センサ
10: Coil 10A: One axial end 10B: The other end (the other axial end)
20: moving body 30: magnetic body 40: power supply unit 50: detection element 60: stroke amount calculation unit 70: yoke 71: first coil 72: second coil 100: displacement sensor

Claims (6)

筒状のコイルと、
変位の検出対象であり直線または曲線上を変位する移動体と、
前記移動体の変位に連動して前記コイルの内部でストローク移動する軟磁性体と、
前記コイルに通電する電源部と、
前記コイルの径方向外側に、検出方向を前記コイルの軸方向に沿うように配置され、前記コイルの周囲の磁界の強さを検出する検出素子と、
前記検出素子の検出結果に基づいて、前記移動体の変位量を演算するストローク量演算部と、
を備える変位センサ。
A cylindrical coil;
A moving body that is a displacement detection target and is displaced on a straight line or a curve;
A soft magnetic body that moves in a stroke in the coil in conjunction with the displacement of the moving body;
A power supply for energizing the coil;
A detection element that is arranged on the outer side in the radial direction of the coil so that the detection direction is along the axial direction of the coil, and detects the strength of the magnetic field around the coil;
Based on the detection result of the detection element, a stroke amount calculation unit for calculating the displacement amount of the moving body;
A displacement sensor comprising:
前記コイルは、当該コイルを形成する巻線のピッチが前記コイルの軸方向一方の端部から他方の端部に向けて次第に狭くなるように形成されてある請求項1に記載の変位センサ。   2. The displacement sensor according to claim 1, wherein the coil is formed such that a pitch of windings forming the coil is gradually narrowed from one end portion in the axial direction of the coil toward the other end portion. 前記検出素子は、前記コイルの巻線のピッチが狭くなる軸方向端部の側に配置されてある請求項2に記載の変位センサ。   The displacement sensor according to claim 2, wherein the detection element is disposed on an axial end side where a winding pitch of the coil is narrowed. 前記コイルを第1のコイルとし、
前記軸方向一方の端部から前記他方の端部に向けて巻線のピッチが次第に広くなるように形成された筒状の第2のコイルが、前記第1のコイルと同軸心上で、且つ、互いに軸心方向に重複するように設けられてある請求項2又は3に記載の変位センサ。
The coil is a first coil,
A cylindrical second coil formed so that the pitch of the winding gradually increases from one end in the axial direction toward the other end, is coaxial with the first coil, and 4. The displacement sensor according to claim 2, wherein the displacement sensors are provided so as to overlap each other in the axial direction.
前記電源部が直流電源である請求項1から4のいずれか一項に記載の変位センサ。   The displacement sensor according to claim 1, wherein the power supply unit is a DC power supply. 前記検出素子は前記コイルの軸方向に沿って両側にヨークが配置されている請求項1から5のいずれか一項に記載の変位センサ。   The displacement sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein yokes are arranged on both sides of the detection element along an axial direction of the coil.
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