JP2015059835A - Magnetic device having contact detection part and contact detection method for magnetic device - Google Patents
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Description
この発明は、磁気装置での可動部と固定部間の接触検出に関する。 The present invention relates to contact detection between a movable part and a fixed part in a magnetic device.
特許文献1(特許4047947)は、検出ヘッドのボビン内を進退するロッドの位置を磁気的に検出することを開示している。ロッドには磁性体から成る磁気マークが設けられ、ボビンには励磁コイルと検出コイルとが設けられている。励磁コイルに電流を流すと、検出コイルには誘導電流が生じ、誘導電流の位相はロッドとボビンとの位置関係により変化する。そこでこの位相を求めることにより、ボビンとロッドとの相対位置を検出できる。 Patent Document 1 (Patent 4047947) discloses magnetically detecting the position of a rod that moves forward and backward in a bobbin of a detection head. The rod is provided with a magnetic mark made of a magnetic material, and the bobbin is provided with an excitation coil and a detection coil. When a current is passed through the exciting coil, an induced current is generated in the detection coil, and the phase of the induced current changes depending on the positional relationship between the rod and the bobbin. Thus, by obtaining this phase, the relative position between the bobbin and the rod can be detected.
磁気マークとして磁性体の代わりに永久磁石を用いることも知られ、また励磁コイルを検出コイルとして兼用することも知られ、コイルに代えてホール素子等の他の磁気素子を用いることも知られている。さらにロッドとボビンとの組合せに限らず、磁気マークを平板状に配置し、コイルあるいはホール素子等を平板状のベースに配置することも知られている。 It is also known to use a permanent magnet instead of a magnetic material as a magnetic mark, and it is also known to use an exciting coil as a detection coil, and to use another magnetic element such as a Hall element instead of the coil. Yes. Furthermore, not only the combination of a rod and a bobbin, it is also known that a magnetic mark is arranged in a flat plate shape, and a coil or a hall element is arranged on a flat plate base.
検出ヘッドとロッド等の被検出部材は本来は非接触のはずであるが、これらの部材の取り付け具合、熱変形、あるいは経時変化等により、被検出部材が検出ヘッドと接触することがある。すると被検出部材あるいは検出ヘッドが摩耗し、検出性能に影響が生じ、極端な場合故障に至ることがある。 The detection head and the detection target member such as the rod should be non-contact in nature, but the detection target member may come into contact with the detection head due to the attachment state of these members, thermal deformation, change with time, or the like. Then, the member to be detected or the detection head is worn, and the detection performance is affected. In extreme cases, failure may occur.
ここでは磁気的な位置検出装置について説明したが、リニアアクチュエータの場合も同様である。リニアアクチュエータは永久磁石と駆動コイルとを備え、これらの一方が固定部、他方が可動部となり、両者は非接触に保たれる。ここで可動部と固定部とが接触すると、摩耗が生じてアクチュエータの動作精度に影響し、極端な場合には故障が生じる。 Although the magnetic position detecting device has been described here, the same applies to a linear actuator. The linear actuator includes a permanent magnet and a drive coil, one of which is a fixed part and the other is a movable part, and both are kept in non-contact. Here, when the movable portion and the fixed portion come into contact with each other, wear occurs and affects the operation accuracy of the actuator, and in an extreme case, a failure occurs.
この発明の課題は、磁気装置での可動部と固定部間の接触を検出することにある。 An object of the present invention is to detect contact between a movable part and a fixed part in a magnetic device.
この発明は、可動部と固定部とを備え、かつ可動部と固定部間の磁気相互作用を用いる磁気装置であって、
前記可動部と前記固定部は非接触に配置され、
前記可動部と前記固定部間の接触を検出する接触検出部を備えていることを特徴とする。
The present invention is a magnetic device comprising a movable part and a fixed part, and using a magnetic interaction between the movable part and the fixed part,
The movable part and the fixed part are arranged in a non-contact manner,
A contact detection unit that detects contact between the movable unit and the fixed unit is provided.
またこの発明は、可動部と固定部とを備え、可動部と固定部間の磁気相互作用を用い、かつ可動部と固定部は非接触に配置されている磁気装置に対して、
前記可動部と前記固定部間の接触を接触検出部により検出する、磁気装置のための接触検出方法にある。
Further, the present invention provides a magnetic device that includes a movable part and a fixed part, uses a magnetic interaction between the movable part and the fixed part, and the movable part and the fixed part are arranged in a non-contact manner.
In the contact detection method for a magnetic device, the contact detection unit detects contact between the movable part and the fixed part.
可動部と固定部は、実施例のように丸棒状の部材と円筒状の部材との組合せの他、2枚の対向する板状の部材、あるいは角棒状の部材と角筒状の部材との組合せ等でも良い。接触検出部は、実施例のように電気的な接触を検出するものの他、静電容量式の近接センサにより、可動部と固定部間の静電容量を検出するもの等でも良い。ただしこのようにすると接触検出部が大がかりになる。この発明では、可動部と固定部との接触を検出できるので、両者の接触による摩耗、精度の低下、故障等が無い。この明細書において、磁気装置に関する記載はそのまま磁気装置のための接触検出方法にも当てはまる。 The movable part and the fixed part are not only a combination of a round bar-like member and a cylindrical member as in the embodiment, but also two opposing plate-like members, or a square bar-like member and a square-cylindrical member. Combinations may be used. The contact detection unit may be one that detects electrical contact as in the embodiment, or may be one that detects the capacitance between the movable unit and the fixed unit using a capacitive proximity sensor. However, this will increase the size of the contact detection unit. In the present invention, since the contact between the movable part and the fixed part can be detected, there is no wear, deterioration in accuracy, failure, etc. due to the contact between both. In this specification, the description related to the magnetic device also applies to the contact detection method for the magnetic device as it is.
磁気装置は位置センサ、リニアアクチュエータ等であり、
・ ヘッドを、前記棒状部材との相対位置を検出する検出ヘッドとすると、位置センサとなり、
・ ヘッドに、前記棒状部材と相対移動させる駆動コイルを設けると、リニアアクチュエータとなる。
Magnetic devices are position sensors, linear actuators, etc.
When the head is a detection head that detects the relative position with the rod-shaped member, it becomes a position sensor,
-If the head is provided with a drive coil that moves relative to the rod-shaped member, a linear actuator is obtained.
好ましくは、前記可動部と前記固定部の一方は、非磁性の絶縁体上に配置された磁気素子から成るヘッドであり、
前記可動部と前記固定部の他方は、永久磁石の列もしくは磁性体と非磁性体との列から成る棒状部材であり、
前記接触検出部は、
前記絶縁体に取り付けられている導電性部材と、
前記導電性部材と前記棒状部材間に電圧を加えると共に、前記導電性部材と前記棒状部材間を流れる電流からヘッドと棒状部材の接触を検出する接触検出回路、
とから成り、
前記導電性部材は、前記接触検出回路以外とは電気的に絶縁されており、
かつ前記導電性部材と前記棒状部材間のクリアランスが、前記ヘッドと前記棒状部材間のクリアランスの最小値となるようにされている。
Preferably, one of the movable part and the fixed part is a head composed of a magnetic element disposed on a nonmagnetic insulator,
The other of the movable part and the fixed part is a rod-shaped member composed of a row of permanent magnets or a row of magnetic and non-magnetic materials,
The contact detector is
A conductive member attached to the insulator;
A contact detection circuit that applies a voltage between the conductive member and the rod-shaped member, and detects contact between the head and the rod-shaped member from a current flowing between the conductive member and the rod-shaped member;
And
The conductive member is electrically insulated from other than the contact detection circuit,
In addition, the clearance between the conductive member and the rod-shaped member is set to the minimum clearance between the head and the rod-shaped member.
このようにすると、導電性部材と棒状部材間を流れる電流の有無により、簡単に接触を検出できる。また導電性部材は絶縁体に取り付けられ、接触検出回路以外とは電気的に絶縁されているので、導電性部材と棒状部材とが接触しないと、検出回路に電流が流れることはない。なお導電性部材以外の位置での、ヘッドと棒状部材とのクリアランスを、導電性部材と棒状部材間のクリアランスよりも大きくすると、ヘッドと棒状部材とが実際に接触する前に、導電性部材と棒状部材とが接触したことを検出できる。非磁性の絶縁体は例えば合成樹脂である。 If it does in this way, a contact can be easily detected by the presence or absence of the electric current which flows between an electroconductive member and a rod-shaped member. In addition, since the conductive member is attached to an insulator and is electrically insulated from the parts other than the contact detection circuit, current does not flow through the detection circuit unless the conductive member and the rod-shaped member are in contact with each other. If the clearance between the head and the rod-shaped member at a position other than the conductive member is larger than the clearance between the conductive member and the rod-shaped member, before the head and the rod-shaped member actually contact each other, It can be detected that the rod-shaped member has come into contact. The nonmagnetic insulator is, for example, a synthetic resin.
より好ましくは、前記絶縁体は円筒状のボビンであり、前記棒状部材は丸棒状で、前記ボビン内に挿通され、前記導電性部材は、前記ボビンの両端に設けられている一対の金属リングである。ボビンの両端に金属リングを設けることにより、簡単に接触を検出できる。 More preferably, the insulator is a cylindrical bobbin, the bar-shaped member is a round bar-like shape, inserted into the bobbin, and the conductive member is a pair of metal rings provided at both ends of the bobbin. is there. Contact can be easily detected by providing metal rings at both ends of the bobbin.
また好ましくは、前記絶縁体は円筒状のボビンであり、前記棒状部材は丸棒状で、前記ボビン内に挿通され、前記導電性部材は、前記ボビンの内面に設けられている非磁性の導電性膜である。この場合、無電解メッキ等で簡単に導電性膜を成膜できる。また導電性膜は非磁性なので、ヘッドのコイル、ホール素子等と、棒状部材との磁気相互作用を妨げない。非磁性の導電性膜は例えばAl膜、Cu膜等がある。導電性膜はボビンの内面全体に設けても良いが、コイル状、リング状等のパターンとしても良い。 Preferably, the insulator is a cylindrical bobbin, the bar-shaped member is a round bar, is inserted into the bobbin, and the conductive member is a nonmagnetic conductive material provided on the inner surface of the bobbin. It is a membrane. In this case, the conductive film can be easily formed by electroless plating or the like. Further, since the conductive film is non-magnetic, it does not hinder the magnetic interaction between the head coil, Hall element, etc., and the rod-shaped member. Examples of the nonmagnetic conductive film include an Al film and a Cu film. The conductive film may be provided on the entire inner surface of the bobbin, but may be a pattern such as a coil shape or a ring shape.
特に好ましくは、前記接触検出回路は、前記導電性部材と前記棒状部材間の電流により発光するフォトカプラを備えている。このようにすると、導電性部材を他の個所から容易に絶縁しながら、接触を検出できる。 Particularly preferably, the contact detection circuit includes a photocoupler that emits light by a current between the conductive member and the rod-shaped member. If it does in this way, a contact can be detected, insulating a conductive member easily from other parts.
特に好ましくは、前記ボビンの両外側に、空気流により前記ヘッドと前記棒状部材とのクリアランスを保つエアベアリングが設けられている。このようにすると、ヘッドを棒状部材に対し非接触とし、所定のクリアランスで支持できる。 Particularly preferably, air bearings are provided on both outer sides of the bobbin to maintain a clearance between the head and the rod-like member by an air flow. If it does in this way, a head can be made non-contact with respect to a rod-shaped member, and it can support with predetermined clearance.
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書とこの分野の周知技術を参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。 In the following, an optimum embodiment for carrying out the present invention will be shown. The scope of the present invention should be determined in accordance with the understanding of those skilled in the art based on the description of the scope of claims, taking into consideration the specification and well-known techniques in this field.
図1〜図5に実施例とその変形とを示し、同じ符号は同じものを表す。図1は位置センサ2の実施例を示し、4は検出ヘッドで、6は被検出ロッドで丸棒状をしており、磁気マーク7,8が所定のピッチで交互に設けられている。実施例では、可動の被検出ロッド6(以下「ロッド6」)が、固定の検出ヘッド4(以下「ヘッド4」)に対し、図1のx方向に進退するが、ロッド6を固定し、可動のヘッド4の位置を検出しても良い。磁気マーク7,8は永久磁石、あるいは磁性体と非磁性体等で構成する。駆動回路10はヘッド4を駆動し、接触検出回路12はヘッド4とロッド6との接触を検出する。
1 to 5 show an embodiment and modifications thereof, and the same reference numerals denote the same parts. FIG. 1 shows an embodiment of the
合成樹脂製で非磁性かつ絶縁性の円筒状のボビン14の外周に、励磁コイル16と検出コイル18とが設けられ、ボビン14の両端には金属リング20が設けられている。ボビン14の両外側で、例えば金属リング20から離れた位置に、一対のエアベアリング22が設けられて、例えば5-20μm程度のクリアランスでロッド6を非接触に支持する。なお金属リング20とロッド6のクリアランスは、エアベアリング22とロッド6のクリアランス以下である。また24はヘッドのハウジングである。エアベアリング22は多孔質の焼結金属から成る内周部を有し、コンプレッサ、エアポンプ、タンク、空気パイプ等の空気源26から空気流を供給し、ロッド6とのクリアランスへ向けて、内周部から空気を噴射し、ロッド6を支持する。
An
駆動回路10は、励磁回路28から角周波数ωの交流電流を励磁コイル16に加え、検出コイル18を流れる電流を信号処理回路30により処理し、磁気マーク7,8を基準とする、ヘッド4とロッド6の相対位置を検出し、出力部32から上位コントローラへ出力する。これらの詳細は例えば特許文献1(特許4047947)に記載されている。なお検出コイル18を励磁コイル16に兼用しても良く、またコイル以外に、ホール素子、磁気抵抗素子等の他の磁気素子を用いても良い。
The
一対の金属リング20は、並列にフォトカプラ38の発光ダイオード側に接続され、34は直流電源で、交流電源でも良く、36は抵抗である。電源34〜フォトカプラ38により接触検出回路12を構成し、金属リング20は接触検出回路以外のものから電気的に絶縁されている。そして接触検出回路の他方の入力にロッド6を接続する。金属リング20は接触検出回路以外のものから電気的に絶縁されているので、フォトカプラ38に電流が流れるのは、いずれかの金属リング20がロッド6に接触した場合に限られる。なお図1の左下の鎖線に示すように、ロッド6を例えばアースし、電源34の負側もアースしても良く、電源34とロッド6との間を直接配線する必要はない。
The pair of metal rings 20 are connected in parallel to the light emitting diode side of the
ロッド6と、ボビン14及びリング20とのクリアランスを図2に示す。C1はロッド6とボビン14とのクリアランスで、クリアランスが一定でない場合はその最小値である。C2はロッド6とリング20とのクリアランスで、クリアランスC2をクリアランスC1以下、好ましくはクリアランスC1未満とすることにより、ロッド6がボビン14に接触する前に、確実に金属リング20をロッド6に接触させることができる。
The clearance between the
図3は、金属リング20の代わりに導電性膜40を用いた例を示す。導電性膜40はCu,Al等の非磁性の金属膜で、例えば無電解メッキにより、ボビン14の内面に設けられ、同様に接触検出回路12に接続されて、導電性膜40とロッドとの接触を検出する。
FIG. 3 shows an example in which a
図4は実施例のリニアアクチュエータ41を示し、永久磁石43,44がロッド42に交互に配列されている。ボビン14の内面に導電性膜40が設けられているが、金属リング20をボビン14の両端に設けても良い。45は駆動コイル、46は駆動回路で、空気源26あるいは空気パイプを備え、これらをヘッド41として、ヘッド41の両端のエアベアリング22で支持する。ロッド42は支柱48,48に固定され、ヘッド47はエアベアリング22により非接触でロッド42により支持されて移動し、ロッド42とヘッド47の接触を、導電性膜40により検出する。ヘッド47には図示しないハンド等の部材を取り付け、駆動コイル45により所望の位置まで移動する。他の点では、図1〜図3の各実施例と同様で、同じ符号は同じものを表す。
FIG. 4 shows a
図5は平板状の位置センサ50を示し、51は絶縁体のベースで平板状であり、検出コイル18と励磁コイル52とが取り付けられている。永久磁石56が直線上に配列されて、平板状の磁石列54を構成し、励磁コイル52と検出コイル18とにより、磁石列54に対するベース51の位置を検出する。なお磁石列が棒状部材に対応し、ベース51と磁石列54の一方が可動で、他方が固定である。ベース51と磁石列54との接触を、導電性膜40と接触検出回路12とで検出するが、導電性膜40に代えて、ベース50の両端等に、金属部材を設けて磁石列との接触を検出しても良い。この場合、金属部材と磁石列54とのクリアランスを、ベース51と磁石列54とのクリアランス以下とする。
FIG. 5 shows a
実施例には以下の特徴がある。
・ ヘッド4等とロッド6等の接触を未然に検出でき、位置センサ2の摩耗と性能の低下及び故障を防止できる。
・ 金属リング20あるいは導電性膜40を設けることにより、簡単かつ正確にヘッド4等とロッド6等の接触を検出できる。
・ エアベアリング22を用いることにより、ヘッド4等とロッド6等を非接触で支持できる。
・ フォトカプラ38を用いることにより、ヘッド4等とロッド6等の接触による電流を正確に検出できる。
The embodiment has the following characteristics.
The contact between the
-By providing the
By using the
By using the
2 位置センサ
4 検出ヘッド
6 被検出ロッド
7,8 磁気マーク
10 駆動回路
12 接触検出回路
14 ボビン
16 励磁コイル
18 検出コイル
20 金属リング
22 エアベアリング
24 ハウジング
26 空気源
28 励磁回路
30 信号処理回路
32 出力部
34 直流電源
36 抵抗
38 フォトカプラ
40 導電性膜
41 リニアアクチュエータ
42 ロッド
43,44 永久磁石
45 駆動コイル
46 駆動回路
47 ヘッド
48 支柱
50 位置センサ
51 ベース
52 励磁コイル
54 磁石列
56 永久磁石
C1,C2 クリアランス
2
C1, C2 clearance
Claims (9)
前記可動部と前記固定部は非接触に配置され、
前記可動部と前記固定部間の接触を検出する接触検出部を備えていることを特徴とする、磁気装置。 A magnetic device comprising a movable part and a fixed part, and using a magnetic interaction between the movable part and the fixed part,
The movable part and the fixed part are arranged in a non-contact manner,
A magnetic device comprising a contact detection unit that detects contact between the movable unit and the fixed unit.
前記可動部と前記固定部の他方は、永久磁石の列もしくは磁性体と非磁性体との列から成る棒状部材であり、
前記接触検出部は、
前記絶縁体に取り付けられている導電性部材と、
前記導電性部材と前記棒状部材間に電圧を加えると共に、前記導電性部材と前記棒状部材間を流れる電流からヘッドと棒状部材の接触を検出する接触検出回路、
とから成り、
前記導電性部材は、前記接触検出回路以外とは電気的に絶縁されており、
かつ前記導電性部材と前記棒状部材間のクリアランスが、前記ヘッドと前記棒状部材間のクリアランスの最小値となるようにされていることを特徴とする、請求項1の磁気装置。 One of the movable part and the fixed part is a head composed of a magnetic element disposed on a nonmagnetic insulator,
The other of the movable part and the fixed part is a rod-shaped member composed of a row of permanent magnets or a row of magnetic and non-magnetic materials,
The contact detector is
A conductive member attached to the insulator;
A contact detection circuit that applies a voltage between the conductive member and the rod-shaped member, and detects contact between the head and the rod-shaped member from a current flowing between the conductive member and the rod-shaped member;
And
The conductive member is electrically insulated from other than the contact detection circuit,
2. The magnetic device according to claim 1, wherein a clearance between the conductive member and the rod-shaped member is set to a minimum value of a clearance between the head and the rod-shaped member.
前記棒状部材は丸棒状で、前記ボビン内に挿通され、
前記導電性部材は、前記ボビンの両端に設けられている金属リングである、ことを特徴とする、請求項2の磁気装置。 The insulator is a cylindrical bobbin;
The rod-like member is in the shape of a round bar, inserted through the bobbin,
The magnetic device according to claim 2, wherein the conductive member is a metal ring provided at both ends of the bobbin.
前記棒状部材は丸棒状で、前記ボビン内に挿通され、
前記導電性部材は、前記ボビンの内面に設けられている非磁性の導電性膜である、ことを特徴とする、請求項2の磁気装置。 The insulator is a cylindrical bobbin;
The rod-like member is in the shape of a round bar, inserted through the bobbin,
The magnetic device according to claim 2, wherein the conductive member is a nonmagnetic conductive film provided on an inner surface of the bobbin.
磁気装置は位置センサである、ことを特徴とする、請求項2〜6のいずれかの磁気装置。 The head is a detection head that detects a position of the head with respect to the rod-shaped member,
The magnetic device according to claim 2, wherein the magnetic device is a position sensor.
磁気装置はリニアアクチュエータである、ことを特徴とする、請求項2〜6のいずれかの磁気装置。 The head includes a drive coil that relatively moves the head and the rod-shaped member;
The magnetic device according to claim 2, wherein the magnetic device is a linear actuator.
前記可動部と前記固定部間の接触を接触検出部により検出する、ことを特徴とする、磁気装置のための接触検出方法。 For a magnetic device comprising a movable part and a fixed part, using a magnetic interaction between the movable part and the fixed part, and the movable part and the fixed part being arranged in a non-contact manner,
A contact detection method for a magnetic device, wherein a contact detection unit detects contact between the movable part and the fixed part.
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