JP3018954B2 - Displacement converter - Google Patents
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気的手段により
構成される無接触形の変位変換装置に係り、特に、変位
に対する出力の感度を向上させると共に低消費電流化が
可能なように改良された変位変換装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-contact type displacement conversion device constituted by magnetic means, and more particularly, to an improvement in sensitivity of output to displacement and reduction in current consumption. To a displacement conversion device.
【0002】[0002]
【従来の技術】図4は従来の変位変換装置の構成を示す
構成図である。この変位変換装置は実公昭60−333
69号「考案の名称:変位変換装置」に開示されている
ものであるが、以下にこの概要を説明する。2. Description of the Related Art FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional displacement conversion device. This displacement conversion device is disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 60-333.
This is disclosed in No. 69, "Title of Invention: Displacement Conversion Device", and the outline will be described below.
【0003】1は第1コイル、2は第2コイル、3は交
流電源、4はコアである。第1コイル1は、絶縁基板上
に導電パターンにより多重巻コイルとして形成されてい
る。第2コイル2は、コの字形のコア4の一辺に巻回さ
れていて、交流電源3により励磁される。[0003] 1 is a first coil, 2 is a second coil, 3 is an AC power supply, and 4 is a core. The first coil 1 is formed as a multi-turn coil by a conductive pattern on an insulating substrate. The second coil 2 is wound around one side of the U-shaped core 4 and is excited by the AC power supply 3.
【0004】コア4は、フエライトなどの高透磁率材で
断面形状がコの字形に形成されたものである。このコア
4は、その平行辺間で第1コイル1を挟むように配置さ
れている。このような構成において、コイル1と2は、
コア4を介して磁気的に結合されている。The core 4 is made of a material having high magnetic permeability such as ferrite and has a U-shaped cross section. The core 4 is arranged so as to sandwich the first coil 1 between its parallel sides. In such a configuration, coils 1 and 2
Magnetically coupled via the core 4.
【0005】これにより、第1コイル1からは、コア4
との鎖交面積に対応した出力電圧が送出されることにな
る。ここで、コイル1は、長手方向に沿ってコア4との
鎖交面積が直線的に変化するように所定の形状に形成さ
れているので、コイル1とコア4との相対的な変位に対
応した出力電圧を得ることができる。As a result, the core 4
An output voltage corresponding to the interlinkage area between the two is transmitted. Here, since the coil 1 is formed in a predetermined shape so that the interlinkage area with the core 4 changes linearly along the longitudinal direction, it corresponds to the relative displacement between the coil 1 and the core 4. Output voltage can be obtained.
【0006】図5は、このように構成された装置の動作
説明図であって、図4と同等部分には同一符号を付して
いる。図5において、コア4がコイル1の長手方向(X
方向)に沿って変位することにより、コイル1からはそ
の変位量Xに対応した出力電圧eが送出される。FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the device constructed as described above, and the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 5, the core 4 is in the longitudinal direction (X
), An output voltage e corresponding to the displacement X is transmitted from the coil 1.
【0007】ここで、コイル1のパターンの傾斜角度が
一定であり、コイル1を挟むコア4の平行辺間の磁束密
度の分布が均一であるとすると、コア4の移動に伴って
コイル1のパターンと鎖交する磁束の大きさも直線的に
変化することになり、出力電圧eの変化率は一定になっ
て直線性が得られるが、このようなコア4を簡単に構成
することは困難であり、或る程度の磁束密の分布の不均
一は避けることができない。Here, assuming that the inclination angle of the pattern of the coil 1 is constant and the distribution of the magnetic flux density between the parallel sides of the core 4 sandwiching the coil 1 is uniform, the movement of the coil 1 The magnitude of the magnetic flux interlinking with the pattern also changes linearly, and the rate of change of the output voltage e becomes constant to obtain linearity. However, it is difficult to simply form such a core 4. Yes, a certain degree of non-uniform distribution of the magnetic flux density cannot be avoided.
【0008】例えば、コア4のギャップを均一に作った
場合には、コイル2に近い部分の磁束密度は、遠い部分
の磁束密度よりも大きくなる。これは、コア4の比透磁
率が100程度の有限値であり、コア4の磁気抵抗がコ
イル2に近い部分はコイル2に遠い部分よりもコア4の
長さに相当する分だけ小さくなることによるものであ
る。For example, when the gap of the core 4 is made uniform, the magnetic flux density near the coil 2 is larger than the magnetic flux density far from the coil 2. This means that the relative magnetic permeability of the core 4 is a finite value of about 100, and the magnetic resistance of the core 4 is smaller in a portion close to the coil 2 by an amount corresponding to the length of the core 4 than in a portion far from the coil 2. It is due to.
【0009】この結果、コイル1のパターンの傾斜角度
が一定になるように直線的に形成されていても、出力電
圧eはコイル1を挟むコア4の平行辺間の磁束密度分布
の不均一さに応じて変化することになる。As a result, even if the pattern of the coil 1 is formed linearly so that the inclination angle of the pattern is constant, the output voltage e is not uniform in the magnetic flux density distribution between the parallel sides of the core 4 sandwiching the coil 1. Will change in accordance with
【0010】すなわち、コイル1の各部分における出力
電圧の変化率に着目すると、コア4に巻回されたコイル
2に近い傾斜部分における出力電圧の変化率は、コア4
に巻回されたコイル2に遠い部分(三角形の先端部分)
における出力電圧の変化率よりも大きくなり、図5に示
すような非直線誤差を生じることになる。That is, focusing on the rate of change of the output voltage in each portion of the coil 1, the rate of change of the output voltage in the inclined portion near the coil 2 wound around the core 4 is
Far from the coil 2 wound around (the tip of the triangle)
, The rate of change of the output voltage becomes larger, and a non-linear error as shown in FIG. 5 occurs.
【0011】そこで、コイル1の形状と同一の形状とし
たコイル1´(図示せず)を可動方向(X方向)を軸と
して対称になるように絶縁基板の片面上に並列的に形成
したり、或いは絶縁基板の両面上に斜辺が交わるように
配置してコイルの組を形成し、これ等のコイルの組に発
生した出力電圧が加算されるように接続して、非直線誤
差を避ける工夫がなされている。Therefore, a coil 1 '(not shown) having the same shape as the coil 1 is formed in parallel on one surface of the insulating substrate so as to be symmetrical about the movable direction (X direction). Alternatively, a coil set is formed by arranging the oblique sides on both sides of the insulating substrate so as to intersect with each other, and connection is made so that the output voltages generated in these coil sets are added to avoid a non-linear error. Has been made.
【0012】図6は、絶縁基板を円板状に形成して、こ
の上に図4に示すものと同様なコイル5を導電パターン
により円弧状に形成し、絶縁基板の周辺方向から中心軸
に向かってコの字形のコア4を挟んで挿入して回転変位
を検出する回転形の変位変換装置として構成したもので
ある。FIG. 6 shows that an insulating substrate is formed in a disk shape, and a coil 5 similar to that shown in FIG. 4 is formed in an arc shape by a conductive pattern on the insulating substrate. It is configured as a rotary displacement conversion device that detects a rotational displacement by inserting the U-shaped core 4 across it.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような変位変換装置は、角度あたりの出力感度を高めよ
うとすると、必然的に角度あたりの鎖交面積の変化を大
きくする必要が生じるので、装置の大型化を招来する。
したがって、この構成では感度を向上させながら小形化
する場合の障害になるという問題がある。However, in the displacement converting apparatus as described above, in order to increase the output sensitivity per angle, it is necessary to increase the change in the interlinkage area per angle. This leads to an increase in the size of the device.
Therefore, this configuration has a problem that it becomes an obstacle in downsizing while improving the sensitivity.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、磁束との鎖交
面積が回転方向に対して所定の関数特性を有するように
複数の検出コイル群が導電パターンにより形成された絶
縁基板と、この絶縁基板を挟んで回転中心に対して前記
絶縁基板と相対的に移動可能なように配置された複数の
コ字形のコア群と、これらのコア群を一括して囲むよう
に前記絶縁基板上に形成され、前記磁束を発生させる1
個の励磁コイルとを有し、前記各検出コイル群に発生す
る起電力が互いに加算されるように接続したことを特徴
とする変位変換装置である。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a linkage with a magnetic flux.
So that the area has a certain function characteristic with respect to the direction of rotation
When multiple detection coil groups are formed by conductive patterns,
The edge substrate and the center of rotation with respect to the insulating substrate.
A plurality of movable parts arranged relative to the insulating substrate
U-shaped cores and these cores should be enclosed
1 formed on the insulating substrate to generate the magnetic flux
And a plurality of excitation coils.
Connected so that their electromotive forces are added to each other
Is a displacement conversion device.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。図1は本発明の実施形態の1例
を示す斜視図である。図2は図1に示す実施形態を回転
軸の方向から見たときの構成を示す平面図である。図1
と図2では簡単のため、検出コイルが2個の場合を例と
して示してある。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an example of the embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the configuration when the embodiment shown in FIG. 1 is viewed from the direction of the rotation axis. FIG.
2 and FIG. 2 show a case where there are two detection coils as an example for simplicity.
【0016】10は円板状の絶縁基板であり、その中心
には孔11が形成され、この絶縁基板10は図示しない
ケースに固定されている。この絶縁基板10の上には、
孔11を通って半径方向に延びる軸Y−Y´に対して対
称に一対の検出コイル12、13が導電パターンにより
同一の大きさで形成されている。Reference numeral 10 denotes a disc-shaped insulating substrate having a hole 11 formed at the center thereof, and the insulating substrate 10 is fixed to a case (not shown). On this insulating substrate 10,
A pair of detection coils 12, 13 are formed symmetrically with respect to an axis YY 'extending radially through the hole 11 with the same size by a conductive pattern.
【0017】そして、検出コイル12、13は、孔11
を中心とする回転方向に沿って後述するコアから放出さ
れる磁束との鎖交面積が直線的に変化するように所定の
形状にそれぞれ形成されている。The detection coils 12 and 13 are
Are formed in a predetermined shape so that the area of linkage with a magnetic flux emitted from a core described later linearly changes along the rotation direction around the center.
【0018】この孔11には、非磁性材料で形成された
回転軸14が貫通しており、この回転軸14にはコの字
形のコア15、16の背部15a、16aが互いに対向
するように固定されている。そして、回転軸14の両端
は図示しないケースに回動可能なように固定されてい
る。コア15、16の材料は、例えばフエライトなどの
高透磁率材料で形成されている。A rotary shaft 14 made of a non-magnetic material penetrates the hole 11, and the U-shaped cores 15, 16 have their back portions 15 a, 16 a opposed to each other. Fixed. Both ends of the rotating shaft 14 are rotatably fixed to a case (not shown). The cores 15 and 16 are made of a material having a high magnetic permeability such as ferrite.
【0019】コア15、16の背部15a、16aの両
端からは、絶縁基板10の半径方向に向かってそれぞれ
アーム15bと15c、及び16bと16cが絶縁基板
10を挟むようにして延長されている。Arms 15b and 15c, and 16b and 16c extend from both ends of the back portions 15a and 16a of the cores 15 and 16 in the radial direction of the insulating substrate 10 so as to sandwich the insulating substrate 10, respectively.
【0020】更に、回転軸14に固定されているコア1
5、16の背部15a、16aは、回転軸14と共にこ
れらを取り巻くように一括して励磁コイル17が絶縁基
板10上に形成されており、アーム15bと15c、及
び16bと16cを介して検出コイル12、13に磁束
を印加している。Further, the core 1 fixed to the rotating shaft 14
The excitation coils 17 are collectively insulated with the rotating shaft 14 so as to surround the back portions 15a and 16a.
A magnetic flux is applied to the detection coils 12 and 13 through the arms 15b and 15c and the arms 16b and 16c.
【0021】したがって、回転軸14の回転につれてア
ーム15bと15c、及び16bと16cが移動し、磁
束との鎖交面積に対応する出力電圧が、それぞれ検出コ
イル12、13に発生する。Accordingly, the arms 15b and 15c and the arms 16b and 16c move with the rotation of the rotating shaft 14, and output voltages corresponding to the area of linkage with the magnetic flux are generated in the detection coils 12 and 13, respectively.
【0022】これらの検出コイル12、13に発生した
出力電圧は、互いに加算されるように接続されているの
で、全体として各検出コイル12、13に発生する電圧
の2倍の電圧が得られる。Since the output voltages generated in the detection coils 12 and 13 are connected so as to be added to each other, a voltage twice as large as the voltage generated in the detection coils 12 and 13 is obtained as a whole.
【0023】次に、以上のように構成された変位変換装
置の動作について図3を用いてさらに詳しく説明する。
図3は励磁コイルと検出コイルとの間の磁気的結合を等
価回路で図示したものである。Next, the operation of the displacement conversion device configured as described above will be described in more detail with reference to FIG.
FIG. 3 illustrates the magnetic coupling between the excitation coil and the detection coil in an equivalent circuit.
【0024】励磁コイル17に励磁電圧Vfを印加する
ことにより、励磁電流Ifが励磁コイル17に流れる。
この場合、簡単のため、励磁コイル17の抵抗Rfはゼ
ロとする。[0024] By applying the excitation voltage V f to the exciting coil 17, the exciting current I f flows through the excitation coil 17.
In this case, for simplicity, the resistance Rf of the exciting coil 17 is set to zero.
【0025】また、励磁コイル17の自己インダクタン
スをLfとし、励磁電圧Vfの角周波数をωfとすると、 Vf=jωfLfIf (1) となる。If the self-inductance of the exciting coil 17 is L f and the angular frequency of the exciting voltage V f is ω f , then V f = jω f L f If (1)
【0026】次に、片側コイルのみに着目し、検出コイ
ル12(若しくは13)に発生する出力電圧をVdと
し、検出コイル側はハイインピーダンスで受けるものと
すると、検出コイル12(若しくは13)に流れる検出
電流Idはゼロとなる。Next, paying attention to only one side coil, the output voltage generated in the detection coil 12 (or 13) is assumed to be Vd , and the detection coil side is to be received at high impedance. The flowing detection current Id becomes zero.
【0027】そこで、検出コイル12(若しくは13)
と励磁コイル17との間の相互インダクタンスをM
(θ)[θ:回転角度]、検出コイル12の自己インダ
クタンスをLdとすると、 Vd=jωfM(θ)If (2) を得る。Therefore, the detection coil 12 (or 13)
And the mutual inductance between the exciting coil 17 and M
Assuming that (θ) [θ: rotation angle] and the self-inductance of the detection coil 12 is L d , V d = jω f M (θ) If (2) is obtained.
【0028】ここで、K(θ)を結合係数とすると、 M(θ)=K(θ)(LdLf)1/2 (3) であり、S(θ)を鎖交面積とすると、K(θ)∝S
(θ)の関係があるので、 感度=dVd(θ)/dθ =(Ld/Lf)1/2Vf(dS(θ)/dθ) (4) となる。[0028] Here, when the coupling coefficient K (theta), an M (θ) = K (θ ) (L d L f) 1/2 (3), when S a (theta) and interlinkage area , K (θ) ∝S
Since there is a relationship of (θ), sensitivity = dV d (θ) / dθ = (L d / L f ) 1/2 V f (dS (θ) / dθ) (4)
【0029】また、消費する励磁電流Ifは、 If=Vf/(jωfLf) (5) で与えられる。Further, the exciting current I f to be consumed is given by / I f = V f (jω f L f) (5).
【0030】ここで、図1、図2に示す検出コイルは、
径方向の範囲が図6に示す検出コイルと同一であり角度
方向の回転範囲が1/2であるので、検出コイル1個に
つき角度当たりの面積変化率は2倍となり、これが2個
あるので、全体としてdS(θ)/dθは4倍になり、
従って感度は4倍になる。Here, the detection coil shown in FIG. 1 and FIG.
Since the range in the radial direction is the same as that of the detection coil shown in FIG. 6 and the rotation range in the angular direction is 2, the area change rate per angle per detection coil is doubled. As a whole, dS (θ) / dθ is quadrupled,
Therefore, the sensitivity is quadrupled.
【0031】さらに、コアは15と16の2本あるの
で、図6の場合に比べて2倍となり、自己インダクタン
スはLd、Lfそれぞれ2倍になり、励磁電流Ifが1/
2となって、結果として消費電流が1/2に低減され
る。Further, since there are two cores 15 and 16, the number of cores is twice as large as that of FIG. 6, the self-inductance is twice as large as L d and L f , and the exciting current If is 1 / l.
As a result, the current consumption is reduced by half.
【0032】なお、今までの説明では、コアと検出コイ
ルとが2個の場合について説明したが、これに限られる
ことはなく、さらに多くのコアと検出コイルを用いるこ
とにより感度の向上を図ることができる。また、絶縁基
板の一方の面だけではなく他方の面にも検出コイルを設
けるようにしても良い。In the above description, the case where there are two cores and two detection coils has been described. However, the present invention is not limited to this, and the sensitivity is improved by using more cores and detection coils. be able to. Also, the detection coil may be provided not only on one surface of the insulating substrate but also on the other surface.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
1つの励磁コイルと複数の検出コイルを、1つの絶縁基
板上に導電パターンにより形成したので、部品点数を少
なくすることができ、結果として装置の小型化と低コス
ト化を実現することができる。また、1つの励磁コイル
で複数のコア内に磁束を発生させ、複数の検出コイルで
信号を取り出すようにしたので、変位変換装置の感度と
励磁インピーダンスが高くなり、結果として消費電流を
低減させることができる。また、低消費電流化を可能と
したことにより、負荷側から2本の伝送線で限られた電
流の供給を受けてこの電流により回路電源を全て賄って
動作する2線式伝送器にも搭載することが可能となる。 As described above, according to the present invention,
One excitation coil and multiple detection coils are
Formed with conductive patterns on the board, reducing the number of parts
Can be eliminated, resulting in smaller equipment and lower cost.
Can be realized. Also, one excitation coil
Generates magnetic flux in multiple cores with multiple detection coils
Since the signal is taken out, the sensitivity of the displacement conversion device and
Excitation impedance increases, resulting in lower current consumption
Can be reduced. In addition, low current consumption is possible.
The limited transmission power from the load side with two transmission lines.
To supply all the circuit power with this current
It can be mounted on an operating two-wire transmitter.
【図1】本発明の1実施の形態を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of the present invention.
【図2】図1に示す実施の形態の回転軸の方向からみた
正面図である。FIG. 2 is a front view of the embodiment shown in FIG. 1 as viewed from a direction of a rotation axis.
【図3】図1に示す実施の形態についてその動作を説明
する等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 1;
【図4】従来の変位変換装置の構成を示す斜視図であ
る。FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a conventional displacement conversion device.
【図5】図4に示す変位変換装置の動作を説明する動作
説明図である。FIG. 5 is an operation explanatory diagram illustrating an operation of the displacement conversion device shown in FIG. 4;
【図6】図4に示す変位変換装置を回転形としたときの
構成を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a configuration when the displacement conversion device shown in FIG. 4 is of a rotary type.
1 コイル 2 コイル 3 交流電源 4 コア 5 コイル 10 絶縁基板 11 孔 12 検出コイル 13 検出コイル 14 回転軸 15 コア 16 コア 17 励磁コイル Reference Signs List 1 coil 2 coil 3 AC power supply 4 core 5 coil 10 insulating substrate 11 hole 12 detection coil 13 detection coil 14 rotation axis 15 core 16 core 17 excitation coil
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−223502(JP,A) 実開 昭57−14809(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/00 - 7/34 G01D 5/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-61-223502 (JP, A) JP-A-57-14809 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 7/00-7/34 G01D 5/20
Claims (1)
の関数特性を有するように複数の検出コイル群が導電パ
ターンにより形成された絶縁基板と、この絶縁基板を挟
んで回転中心に対して前記絶縁基板と相対的に移動可能
なように配置された複数のコ字形のコア群と、これらの
コア群を一括して囲むように前記絶縁基板上に形成さ
れ、前記磁束を発生させる1個の励磁コイルとを有し、
前記各検出コイル群に発生する起電力が互いに加算され
るように接続したことを特徴とする変位変換装置。1. An insulating substrate in which a plurality of detection coil groups are formed by conductive patterns so that the area of linkage with a magnetic flux has a predetermined functional characteristic with respect to the direction of rotation. A plurality of U-shaped core groups arranged so as to be relatively movable with respect to the insulating substrate; and a plurality of core groups formed on the insulating substrate so as to surround these core groups collectively.
And one excitation coil for generating the magnetic flux,
A displacement converter, wherein the electromotive forces generated in the detection coil groups are connected so as to be added to each other.
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---|---|---|---|
JP7231110A JP3018954B2 (en) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | Displacement converter |
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- 1995-09-08 JP JP7231110A patent/JP3018954B2/en not_active Expired - Lifetime
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