JP3545820B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
位置検出装置は、例えば、回転シャフトが所定の回転角度となる度に電気パルスを出力する装置であり、通常、その出力したパルスの検出や記憶を行う積算回転計やタコメータとして使用される。
【０００３】
このような積算回転計は、例えば、工作機械の回転シャフト（主軸）の回転数をカウントして、その工作機械のツールホルダ台の変位を粗測定値として得るのに使用される。ここで、電子処理系統の電源がオフ状態になったり故障した場合であっても、上記ツールホルダ台の位置に関する粗測定値は保持されている必要がある。すなわち、電源オフ時に例えば上記回転シャフトが人の手によって１回転以上回転された場合であっても、電源を再投入した際に直ちに上記粗測定値が利用できなければならない。そうでなければ、電源オフ時に上記回転シャフトの位置がずれてしまった場合、電源が復帰したときに得られる測定値は、電源オフ中に変位した位置の粗測定値となってしまう。この問題に対処するために、位置検出装置には、以下に説明する２種類の構成が存在する。
【０００４】
第１の構成は、回転シャフトに多段減速機を付加した構成である。この構成によれば、工作機械のツールホルダ台がこの多段減速装置の調整間隔分変位した際に、上記回転シャフトを最大３６０度回転させることができる。回転シャフトは、その回転シャフトの瞬時的な回転角度を示す信号を出力するアブソリュート（絶対値）・エンコーダによってモニタされ、これによりツールホルダ台の瞬時位置に関する粗測定値を得ることができる。
【０００５】
特に、工作機械のツールホルダ台の変位が大きく、回転シャフトが多くの回転を強いられる場合、上記多段減速機およびアブソリュート・エンコーダには、非常に高い精度が要求される。多段減速機における回転シャフト１回転分の検出のための遊びは非常に小さいので、回転シャフトの回転方向が逆転した場合に生じる不確定度は、アブソリュート・エンコーダが判定できる角度以下になる。
【０００６】
一方、第２の構成は、回転シャフト上に付されたマークの通過を逐一検出して電子処理系統に電気信号が出力されるように、そのマークの検出器として単純な光検出器や磁気検出器を用いたものである。これら光検出器や磁気検出器は、工作機械の主電源とは独立した電池によって駆動される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した第１の構成では、アブソリュート・エンコーダを有する多段減速機として、例えば４０００：１の減速比を検出するために、高価なものが要求され、これにより、全体的なコストも高くなる。加えて、このような多段減速機は、大きな質量慣性モーメントを有するので、平均レベル以上の加速や回転速度には適さないという問題点があった。
【０００８】
また、上記した第２の構成において、上記したような検出器は、第１の構成と比べて製造コストは低くなるが、電池を絶えずチェックして、適切な時期に電池を交換しなければならないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、単純な機械的構造でありながら、十分に高い精度を確保できる位置検出装置を得ることを目的とする。
【００１０】
さらに本発明は、移動体が、非常に遅い速度、特に、ゼロに近い速度で、所定の位置に到達する場合でも、十分に大きな電気パルスを確実に出力することができる位置検出装置を得ることを目的とする。
【００１１】
さらに、単純な操作手順により、これまでより高感度の位置検出ができる位置検出装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１にかかる位置検出装置は、移動体が所定の位置に到達するたびに電気パルスを発生し、該電気パルスを電子処理手段に供給する位置検出装置において、前記移動体に固定され、該移動体とともに移動する第１の永久磁石と、第２の永久磁石と、前記第２の永久磁石が前記第１の永久磁石の磁極との相互作用によって該第１の永久磁石の移動経路の一部に追従して移動するように、該第２の永久磁石を担持する担持手段と、前記第２の永久磁石の移動によって生じる磁束変化から前記電気パルスを生成する誘導コイルと、前記誘導コイルが巻きつけられた磁性部材と、を備え、前記第２の永久磁石の磁極の一方と前記磁性部材との間の磁気的な結合によって、該第２の永久磁石が抑留された状態を出発位置とし、前記第２の永久磁石は、前記移動体が前記所定の位置に到達した際に、該第２の永久磁石の磁極の他方と前記第１の永久磁石の磁極との相互作用によって、前記出発位置から移動することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項２にかかる位置検出装置は、前記第２の永久磁石が、前記出発位置から移動した後、再び前記出発位置に抑留されることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３にかかる位置検出装置は、前記第２の永久磁石が、前記第１の永久磁石よりも小さい質量慣性モーメントを有していることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項４にかかる位置検出装置は、前記磁性部材が鉄芯であることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項５にかかる位置検出装置は、前記磁性部材が、３つのリム部によって形成されるＥ字形部材であり、該３つのリム部のうちの少なくとも１つに前記誘導コイルが巻きつけられていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項６にかかる位置検出装置は、前記３つのリム部のうちの少なくとも１つに、前記移動体または前記第２の永久磁石の移動方向を検出するための補助コイルが巻きつけられていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項７にかかる位置検出装置は、前記誘導コイルにおいて生成された電気パルスが、前記電子処理手段の電源エネルギーのすべてまたは一部として使用されることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項８にかかる位置検出装置は、前記電気パルスを、前記電子処理手段の電気エネルギーとして蓄積する電気エネルギー蓄積手段を備えたことを特徴としている。
【００２０】
また、請求項９にかかる位置検出装置は、前記電気エネルギー用蓄積手段が、コンデンサによって形成されることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１０にかかる位置検出装置は、前記誘導コイルにおいて生成された電気パルスが、前記移動体の位置検出信号として使用されることを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１１にかかる位置検出装置は、前記誘導コイルを短絡させるスイッチを備えたことを特徴としている。
【００２３】
また、請求項１２にかかる位置検出装置は、前記スイッチが、前記誘導コイルにおいて前記電子処理手段の電気エネルギーとして十分な量の電気パルスが生成された際に閉じられることを特徴としている。
【００２４】
また、請求項１３にかかる位置検出装置は、前記担持手段が、回転可能な軸であり、該軸は、前記第２の永久磁石の両磁極間の中心に接続されることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項１４にかかる位置検出装置は、前記第２の永久磁石と前記誘導コイルと前記磁性体とからなる組を複数備えたことを特徴としている。
【００２６】
また、請求項１５にかかる位置検出装置は、積算回転計であり、前記移動体は回転シャフトによって形成されることを特徴としている。
【００２７】
また、請求項１６にかかる位置検出装置は、回転体が所定の角度位置に到達するたびに電気パルスを発生し、該電気パルスを電子処理手段に供給する位置検出装置において、前記回転体の回転軸に交差するとともに、該回転軸上にその長手方向の中心が位置するように、前記回転体に固定された第１の棒状担持体と、前記第１の棒状担持体の一端に、その磁極方向が該第１の棒状担持体の長手方向に一致するように接続された第１の永久磁石と、前記第１の棒状担持体の他端に、その磁極方向が該第１の棒状担持体の長手方向に一致するように接続された第２の永久磁石と、第３の永久磁石と、第４の永久磁石と、前記回転体の回転軸に交差するとともに、該回転軸上にその長手方向の中心が位置するように、該中心を軸にして回転可能に配置されるとともに、前記第３および第４の永久磁石が前記第１および第２の永久磁石の磁極との相互作用によって該第１および第２の永久磁石の移動経路の一部に追従して回転するように、その一端に前記第３の永久磁石を接続し、その他端に前記第４の永久磁石を接続した第２の棒状担持体と、前記第２の棒状担持体の軸を中心とした前記第３および第４の永久磁石の回転によって生じる磁束変化から前記電気パルスを生成する誘導コイルと、を備えたことを特徴としている。
【００２８】
また、請求項１７にかかる位置検出装置は、前記誘導コイルが巻きつけられた磁性部材を備えたことを特徴としている。
【００２９】
また、請求項１８にかかる位置検出装置は、前記回転体の回転軸を中心点として前記磁性部材に対向する位置に補助磁性部材を備えたことを特徴としている。
【００３０】
また、請求項１９にかかる位置検出装置は、前記第３または第４の永久磁石の磁極の一方と前記磁性部材との間の磁気的な結合によって、該第３または第４の永久磁石が抑留された状態を出発位置とし、前記第３または第４の永久磁石は、前記回転体が前記所定の位置に到達した際に、該第３または第４の永久磁石の磁極の他方と前記第１または第２の永久磁石の磁極との相互作用によって、前記出発位置から移動することを特徴としている。
【００３１】
また、請求項２０にかかる位置検出装置は、前記第２の棒状担持体が、前記回転軸の方向に沿って、前記第１および第２の永久磁石と相互作用しない位置まで引き上げることができるように構成されていることを特徴としている。
【００３２】
【作用】
本発明によって上記目的およびその他の目的が達成される。本発明にかかる位置検出装置は、以下に詳細に説明する好ましい実施例からわかるように、移動体の運動エネルギーの一部を、信号パルスの発生に使用し、かつ、この信号パルスを処理する電子評価装置の電源としても用いることができる。
【００３３】
しかしながら、移動体の運動エネルギーの一部を電気エネルギーに直接変換する単純な発電機は、移動体が非常に遅い速度で所定の位置に近付いた場合、非常に小さな値の誘導起電力ｄφ／ｄｔしか発生しない。そのため、電子処理系統、すなわち上述の電子評価装置に用いる電圧および／または電流を十分に得ることができないという問題がある。
【００３４】
この問題を克服するために、本発明は、移動体の運動エネルギーから取り出したエネルギー成分を一定時間以上収集し、収集したエネルギーを蓄積するためのエネルギー蓄積手段を備えている。移動体が低速で所定位置に近づく際、移動体の運動エネルギーの一部は、位置エネルギーとしてエネルギー蓄積手段内に持続的に蓄積される。移動体が上記所定位置に達すると、信号が生成され、信号処理系統、すなわち上述の電子評価装置にエネルギーが供給される。
【００３５】
また、上記所定位置に移動体が到達した際には、蓄積された位置エネルギーが解放され、所望の電気エネルギーを発生する発電機の構成要素の運動エネルギーに変換される。これにより、上記構成要素は、高加速かつ高速で運動し、所望量の供給電力に相当する誘導起電力ｄφ／ｄｔが得られる。
【００３６】
移動体の質量慣性モーメントは、高速運動が実現されるように、できるだけ小さくした方がよい。
【００３７】
また、位置エネルギーが突然解放されたときに高速に加速される構成要素としては、例えば最高速度に達した際に、誘導コイルに所望の電気パルスを誘導させる永久磁石などが好ましい。この電気パルスは、主要部分として、急勾配のエッジを有する正および負の半波を有する。これら半波が生じる順序はコイルの巻き方向と、永久磁石をそのＮ極とＳ極のいずれで動かすかに依存する。すなわち、誘導コイルを通過するのが、磁石のＮ極であるか、あるいはＳ極であるかに依存する。
【００３８】
多くの場合、電子処理装置、すなわち上述の電子評価装置に必要な供給電圧、特に、検出された回転数値を永久記憶装置（固定記憶手段）に書き込むのに必要な供給電圧を提供するためには半波整流で十分である。十分でない場合には、全波整流によって、２つの半波ピーク間の電圧差を用いてもよい。また、電子評価装置に電圧および電流を供給するために、より高い電圧が必要な場合には、複数のコンデンサを、まず並列に接続し、誘起されたパルスから得られたＤＣ電圧をそれらコンデンサに充電する。そして、充電されたそれら複数のコンデンサを直列に接続することによって高い電圧を生成する。この場合、誘起されたパルスから直接得られる電圧が、論理の切り替え、例えば、コンデンサを並列接続から直列接続に切り替えるのに十分な大きさであることを要する。
【００３９】
中間媒体（移動体の動きの一部を間接的に伝達する手段）の慣性が十分に小さい場合、パルスの主要部分の前半、すなわち第１の半波は、電子評価装置が記憶処理を実行するために必要なエネルギーよりも実質的に大きなエネルギーを有する。したがって、中間媒体を急速に減速するために、必要に応じて、上記第１の半波の後方の期間において、誘導コイルを短絡させてもよい。第２の半波は、好ましくは、この短絡のために用いられる。
【００４０】
一方では、電子評価装置に正規の電源から電力を供給する場合、移動体の運動エネルギーの成分がそれ以上収集されないように、エネルギー蓄積手段を移動体から切り離すことも可能である。この『通常モードの動作』においては、本発明による位置検出装置は全く関与しない。
【００４１】
他方では、電子評価装置に対する全電気エネルギーを本発明による位置検出装置のみによって供給することも可能である。あるいは、本発明による位置検出装置を、単に電子評価装置に電力を供給するためと移動体の運動方向に関する情報を得るためにのみ使用しつつ、移動体の位置を判定するために、より好ましくは容量性センサなどのセンサを追加することも可能である。
【００４２】
以下に説明する好ましい実施例から、本発明のさらなる特徴および利点を明らかにする。
【００４３】
【実施例】
本発明にかかる位置検出装置の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。図１において、参照番号１は、位置検出の対象である移動体を示しており、特に、その移動体は矢印Ｒの方向で回転する回転シャフトとして示されている。電子評価装置（図示せず）は、正規の電源に接続されていない。回転シャフト１が非常に低速で回転しているときでも、その回転をカウントすることができるように、図１の構造は、板ばね４によって形成されたエネルギー蓄積手段２を含んでいる。板ばね４の一端は、板ばね４が回転シャフト１の回転軸から、この回転軸のほぼ半径方向に延伸するように非回転ホルダ５に固定されている。
【００４４】
また、図１の構成は、移動体が所定の位置に近づいた際に、すなわち、本例においては、回転シャフト１が所定の回転角度の位置に近づいた際に、エネルギー蓄積手段２に対して移動体すなわち回転シャフト１の運動エネルギーの一部を収集して蓄積させる引っ張り手段を有している。具体的には、引っ張り手段は、板ばね４のもう一方の端部を、図１に示されている最初の位置から、円周方向に、すなわち、矢印Ａで示される方向に、一定角度変形させる。
【００４５】
図１に示されている位置検出装置において、上記引っ張り手段は、永久磁石７，８により形成されている。永久磁石７は、回転シャフト１の回転軸に対して放射方向に延びる剛直担持体１０を介して回転シャフト１に回転不能に接続されており、Ｎ極−Ｓ極方向が回転シャフト１とほぼ平行になるように配置されている。第２の永久磁石８は、そのＮ極−Ｓ極方向が、永久磁石７に対してできるだけ正確に逆平行関係になるように板ばね４の自由端、すなわち上記もう一方の端部に固定されている。
【００４６】
剛直担持体１０の回転シャフト半径方向に沿った長さは、回転シャフト１の回転運動によって、永久磁石７ができるだけ正確に永久磁石８の真下を通過するような長さである。このため、２つの永久磁石７，８の間の軸方向の間隔は非常に小さく保持される。永久磁石７が永久磁石８に近づくと、両永久磁石は互いに逆平行関係にあるために反発し合う。そして、剛直担持体１０および板ばね４の軸方向の硬度が大きいため、永久磁石８は半径方向、つまり、矢印Ａによって示される方向に向けられる。その結果、板ばね４が曲げられて、応力が増大する方向に変形する。このようにして、回転シャフト１の運動エネルギーの一部が位置ばねエネルギーとして蓄積される。
【００４７】
回転シャフト１が、矢印Ｒによって示される方向に徐々に回転していくと、板ばね４のたわみの増大とともに板ばねの復帰力も増大するので、回転シャフト１がある位置（以下、たわみ位置と称する）に到達すると、永久磁石８は、図１に示されている出発位置の方向（すなわち矢印Ａで示される方向とは反対の方向）に向かって、板ばね４の長さに応じた弧を描くように急加速に移動する。なお、上記たわみ位置とは、板ばね４の復帰力が、永久磁石７と永久磁石８との間で円周方向に働く反発力を上回る地点である。このようにして、板ばね４に蓄積された位置エネルギーが運動エネルギーに変換される。
【００４８】
永久磁石８は、図１の出発位置に再度到達した時点で最大速度に達しており、上記出発位置を通過して、矢印Ａによって示される方向とは反対の方向にさらに移動する。この移動、すなわち運動エネルギーによって、板ばね４は、その運動エネルギーが再び位置エネルギーに変換される地点（上記たわみ位置に相当する地点）まで曲げられる。こうして永久磁石８は、その制振効果によって板ばね４に最初に蓄積されていたエネルギーが熱に変換されるまで、この出発位置を複数回往復し、最終的に、図１に示されている出発位置に再び落ち着く。
【００４９】
最初のスプリングバック運動において、永久磁石８に含まれている運動エネルギーは以下のようにして電気エネルギー・パルスに変換される。ここで、位置検出装置は、図１に示すように、永久磁石８の出発位置の近くに回転不能に配置された鉄芯１３とそれに巻つけられた誘導コイル１２を有している。よって、永久磁石８がその出発位置を通過すると、鉄芯１３を通過する磁束は非常に短時間に変化し、これにより誘導コイル１２内に高い誘導起電力ｄφ／ｄｔが生じる。すなわち、誘導コイル１２は、この大きな値を有する誘導起電力ｄφ／ｄｔによって、例えば、電子評価装置用の電流・電源供給源として機能するコンデンサを充電し、かつ、少なくとも、回転シャフト１の回転数をカウントする電子カウンタが１回転分をカウントするのに十分な電圧を生成することができる。
【００５０】
したがって、誘導コイル内において発生する電気エネルギー・パルスは２つの機能を有している。その１つは回転シャフト１が所定の角度位置を通過したことを示す信号パルスとしての役割であり、もう１つは、この信号パルスを評価するための電子回路、すなわち電子評価装置にエネルギーを供給する役割である。
【００５１】
図１に示されている円筒形の鉄芯１３と永久磁石８との間に生じる磁気結合は比較的弱いため、誘導磁束の変化ｄφ／ｄｔも小さい。したがって、図５において以下にさらに詳細に述べるように、鉄芯１３として、Ｅ字形鉄芯を用いるのが好ましい。本実施例においては、Ｅ字形鉄芯は、そのＥ字形を形成する３つの小さなリム（limb）が軸方向に延伸するように配置される。
【００５２】
誘導コイル１２内に、上に述べた信号評価およびエネルギー蓄積を行うのに十分なだけの電気的エネルギーが発生するとすぐに、誘導コイル１２の出力は、制御可能スイッチ（図示されず）によって短絡される。これにより、鉄芯１３の下に位置した永久磁石８の往復運動は急減速され、永久磁石８は、図１に示す出発位置に速やかに戻る。板ばね４と永久磁石８とから構成された手段が急減速されることによって、該手段が最初のたわみ位置から図１に示す出発位置に戻る際に、永久磁石８は出発位置をほんのわずかな距離だけ通過し、迅速にはねもどってからすぐに、元の位置に落ち着く。
【００５３】
エネルギー蓄積手段２を随時回転シャフト１の回転運動に結合させるとともに２つの永久磁石７，８によって機能する上記引っ張り手段の代わりに、純粋に機械的な引っ張り手段を設けることも可能である。この場合、剛直担持体１０が、図１に示す位置に達すると、この機械的な引っ張り手段は、板ばね４とその自由端領域で係合して、板ばね４を上に述べたように所定の角度位置（たわみ位置）にたわませ、その後、突然解放する。しかしながら、このような機械的な引っ張り手段は、特に、通常の動作において回転シャフト１が高速で回転すると、非常に急速に摩耗する可能性があるため、図１に示すような磁気を利用した結合および引っ張り手段の方が好ましい。
【００５４】
次に、本発明にかかる位置検出装置の別の実施例を示す図２について説明する。図２に示す位置検出装置では、回転シャフト１が非常に低速で回転しており、電子評価装置の正規の電源がオフされたり故障した場合でも、高い信頼性で、回転シャフト１の形態である移動体の回転をカウントすることができる。さらに、図２に示した構成は、回転シャフト１の回転方向の検出もできるように、２つのエネルギー蓄積・検出手段１５，１６を有しており、これらは、原理的に同一の構造であっても差し支えない。本実施例では、エネルギー蓄積・検出手段１５，１６として可能な異なる構成を簡易的に示すために、これらの構成を互いに異なるものとして例示している。
【００５５】
エネルギー蓄積・検出手段１５，１６は、いずれも中間媒体１８，１８’を有する。中間媒体１８，１８’は、それぞれ対応する永久磁石１９，１９’を有しており、これら永久磁石は、回転シャフト１の軸に平行な回転軸２０，２０’を中心として回転可能となるように取付けられている。回転軸２０，２０’は、回転シャフト１の回転軸と同心円上であってかつその回転軸と結んだ直線同士が互いに約９０度になるように離間されて配置される。
【００５６】
さらに、回転シャフト１から半径方向外側に向けて、かつ、回転シャフト１の回転軸に対して放射方向に、磁性材料によってできた棒状の部材２２，２２’が配置されている。本例ではこれらの部材は軟鉄棒によって形成されている。部材２２，２２’は、回転シャフト１側のその端部が、回転軸２０，２０’と一体になって回転する棒状の永久磁石１９，１９’の自由端部の運動経路に対してわずかな間隔を置いて、回転不能に設置されている。
【００５７】
この構成において、原則自由に回転する永久磁石１９，１９’は、ある出発位置に位置する。その出発位置では、永久磁石１９，１９’は、部材２２，２２’内部に誘導される磁界によって、部材２２，２２’に引き寄せられ、回転シャフト１の軸から半径方向に向いている（すなわち、回転シャフト１の軸に対して放射状に置かれている）。
【００５８】
また、図２に示す構成は、回転シャフト１の回転軸に固定された棒状の永久磁石２４を有しており、その永久磁石２４は、回転シャフト１の回転によって円形の軌跡を描く自由端面を有している。そして、２つのエネルギー蓄積・検出手段１５，１６において、永久磁石１９，１９’は、その内側の端面（すなわち部材２２，２２’側ではない方の端面）が、上記出発位置に位置している状態で上記した永久磁石２４の軌跡に近接するように、配置される。
【００５９】
部材２２の周りには、誘導コイル２５が巻きつけられているが、部材２２’にはこのようなコイルは巻かれていない。図２において、永久磁石１９’と一体に接続された軸２０’は、上方に延伸しており、その上方にさらに永久磁石２６を備えている。この永久磁石２６は、永久磁石１９’に対して９０度回転した位置に配置され、回転軸２０’に対して回転しないように固定されている。また、永久磁石２６は、中空円筒形の二重Ｅ字形芯２８の内部下側と係合している。なお、二重Ｅ字形芯２８の軸は、回転軸２０’と一致している。
【００６０】
図２の二重Ｅ字形芯２８の側面は、その上部において、端部３０によって閉じられている。また、その端部３０は、二重Ｅ字形芯２８の内部へと通じ、かつリム（limb）部３３を囲む相互に平行な二つの細長い開口部３１，３２を有する。リム部３３には、誘導コイル３４が巻きつけられている。開口部３１，３２は、溝３５，３６と連通しており、溝３５，３６は、端部３０上を半径方向に沿って外側に延伸し、かつ二重Ｅ字形芯２８の軸高方向の全体にわたって形成される母線に沿って延伸している。このように、二重Ｅ字形芯２８は実際的には、空隙によって互いに隔てられた２つの部分に分かれており、それら２つの部分は、誘導コイル３４が巻きつけられたリム部３３のみによって相互に接続されている。
【００６１】
エネルギー蓄積・検出手段１５において、部材２２は好ましくは、図示されている設計とは異なり、図５に示すようなＥ字形状を有する。この場合、部材２２は、そのＥ字の中央リム（limb）部分の自由端面が、回転軸２０の回転によって形成される磁石１９の円形軌跡にできるだけ近接するように、配置される。なお、図を簡略化するために、図３および図４では円筒形棒状の部材（軟鉄芯）として図示されている部材についても同様のことが言える。
【００６２】
図２に示す位置検出装置の動作モードを説明するために、まず、エネルギー蓄積・検出手段１５について説明する。ここで、永久磁石１９は、図示されている位置から１８０度回転した位置、すなわちそのＮ極が回転シャフト１の軸方向を向き、そのＳ極が部材２２の方向を向いていると仮定する。さらに、回転シャフト１に固定された永久磁石２４は、図２に示す位置まで到達しておらずにその位置から９０度以上手前の位置にあり、回転シャフト１が矢印Ｒの方向に回転することによって、その永久磁石２４のＮ極が永久磁石１９のＮ極に徐々に近づいていると仮定する。
【００６３】
しかしながら、これら２つの極、すなわち永久磁石２４のＮ極と永久磁石１９のＮ極との間の反発力が増大するにもかかわらず、永久磁石１９のＳ極は部材２２に引き寄せられるため、永久磁石１９は、そのＮ極が半径方向内側、すなわち部材２２とは反対側に向いて位置するように、保持される。したがって、この場合、位置エネルギーを蓄積するためのエネルギー蓄積・検出手段１５は、２つの要素、すなわち部材２２と永久磁石１９、を含む磁石システムにより形成される。つまり、この磁石システム、すなわち引っ張り手段もまた、磁気を帯びたものである。より具体的には、永久磁石２４のＮ極が永久磁石１９のＮ極に徐々に近づくと、回転シャフト１は、これら２つのＮ極間の反発力が永久磁石１９と部材２２との間の引力より大きくなる角度位置に到達する。
【００６４】
この瞬間、永久磁石１９は急加速されて回転運動を開始する。このとき、回転シャフト１の半径方向に沿った上記出発位置を離れた直後に、永久磁石１９のＮ極と永久磁石２４のＮ極との間の反発力のみならず、永久磁石１９のＳ極と永久磁石２４のＮ極との間の引力の影響が生じる。これらの力の二重の作用によって、永久磁石１９は、誘導コイル２５の部材２２に到達して通過する際には非常に高速に回転している。その結果、特に、部材２２が上に述べたようなＥ字形である場合、誘導起電力ｄφ／ｄｔの値が高くなるため、誘導コイル２５内には相応の高い電圧が誘導される。こうして得られた電気エネルギー・パルスは、図１に示した実施例と同様にして用いることができる。
【００６５】
必要なエネルギーと信号が電子評価装置に伝送されると、誘導コイル２５は、スイッチ（図示されず）によって短絡される。この短絡によって、永久磁石１９の回転運動は急激に減速し、永久磁石１９のＮ極は、部材２２をわずかだけ通過して図２に示す位置に戻る。
【００６６】
上述した永久磁石１９の高速回転は、回転シャフト１および回転シャフト１に接続された永久磁石２４が所定の角度位置に移動する速度とは基本的に無関係である。この装置に設けられる磁気エネルギー蓄積手段、すなわちエネルギー蓄積・検出手段は、永久磁石１９の回転が始まる前の回転運動時に、回転シャフト１の回転運動エネルギーの一部を吸収し、永久磁石１９の回転運動が開始されるまで、累積的にそのエネルギーを蓄積していく。そして、永久磁石１９のＮ極が誘導コイル２５の芯、すなわち部材２２を通過すると、その蓄積された磁気エネルギーが運動エネルギーに変換され、さらにその運動エネルギーは電気エネルギーに変換される。このため、この実施例においては、磁気エネルギーを蓄積する働きをする永久磁石が、中間媒体１８に与えられた運動エネルギーを電気エネルギー・パルスに変換する永久磁石になる。
【００６７】
磁気反転を受ける物体の使用は上に述べた手順と対応する。すなわち、磁気反転する物としては、上に述べたものと同様のものが用いられる。これらの物体は、移動する外側の磁石が所定の位置に達した際に、突如磁気反転が生じるようなものである。この例では、蓄積された磁界の位置エネルギーは、反転ワイス磁区（Weiss domains）（微視的な磁区反転）の運動エネルギーに変換される。ただし中間媒体の永久磁石全体における機械的かつ巨視的な磁区反転の方が、ほぼ損失なしで、かつ、必要に応じて、何度でも生じさせることができるので、望ましい。さらに、この場合、インピーダンスが低いので、より高いエネルギーを有する、より長い電圧パルスを得ることができるという利点もある。
【００６８】
回転シャフト１が、図２に示す位置から、矢印Ｒの方向にさらに９０度回転すると、永久磁石２４のＳ極は、半径方向内側、すなわち部材２２とは反対側に向いている、永久磁石１９のＳ極の方向に移動し、この回転運動が続けられると、上述のようなエネルギー蓄積および解放が行われる。唯一の違いは、誘導コイル２５内に誘起された電圧パルスが、上述の場合とは反対の符号を有していることである。
【００６９】
しかしながら、エネルギー蓄積・検出手段１５のみでは、永久磁石１９が、部材２２を通過する際に、回転シャフト１の反時計周りの回転に対応して時計周りに回転しているか、あるいは、回転シャフト１の時計周りの回転に対応して反時計周りに回転しているかどうかを確認することはできない。回転の方向を検出するために、図の構成は、エネルギー蓄積・検出手段１５に対して９０度ずれた位置に配置された第２のエネルギー蓄積・検出手段１６を含んでいる。９０度という角度は絶対的に必要なものではなく、９０度より大きくても小さくてもよいが、０度よりは明らかに大きく、１８０度よりは明らかに小さくなければならない。すでに述べたように、両エネルギー蓄積・検出手段１５，１６は、同じ構成を有していてもよい。
【００７０】
図２に示されている実施例においては、永久磁石２４のＮ極が永久磁石１９’のＮ極に近づく際には、永久磁石１９’もまた固定された部材２２’に引きつけられたままである。そして、所定の強い反発力を伴って、上に述べた回転運動が起きると、永久磁石１９’に結合された永久磁石２６が、比較的大きな角度範囲を高加速で移動する。永久磁石２６の２つの極が、それぞれ対応する空隙３５，３６を通過する瞬間、誘導コイル３４内に誘導された磁束が突如反転し、再び高い値の誘導起電力ｄφ／ｄｔが発生する。したがって、この実施例においては、基本的に磁気エネルギー蓄積に寄与する永久磁石１９’と、基本的に運動回転エネルギーを電気エネルギーに変換する永久磁石２６とは、相互に物理的に回転しないように接続されてはいるが、互いに異なるものである。
【００７１】
永久磁石２４の回転方向（より詳しくは、永久磁石２４の２つの端部のうちの１つが２つのエネルギー蓄積・検出手段１５，１６を通過する回転運動の方向）は、誘導コイル２５，３４の出力部で連続的に発生する電圧パルスの順序および極性によって検出される。２つのエネルギー蓄積・検出手段１５，１６の間における永久磁石２４の上記端部の往復運動または振動についても、同様にして検出することができる。ここで、この構成の動作時に、永久磁石１９，１９’のうちの１つまたは両方が、永久磁石２４の磁極とは反対の磁極を内側の回転シャフト１の方向に向け、かつその磁極がそれぞれに対応するエネルギー蓄積・検出手段１５または１６に近づく場合、上に述べた状況とは違って、これら２つの極間、すなわち永久磁石２４の上記磁極と永久磁石１９，１９’の上記磁極との間の引力が増大する。
【００７２】
その結果、永久磁石２４の反対側の極が、回転シャフト１側に向いた永久磁石１９または永久磁石１９’の極を通過すると、永久磁石１９または永久磁石１９’のその極が永久磁石２４の極と共に多少移動する。すると、引力が再び減少し、間隔が広がる。その後、永久磁石１９または永久磁石１９’は最初の位置に戻るので、上に述べた磁区の反転は生じない。このため、関連する誘導コイル２４または誘導コイル３４に大きな電圧が発生することもない。しかし、同じ回転方向で次に接近する永久磁石２４の極は、永久磁石１９または永久磁石１９’の極と同じ極性を有するので、本構成が動作を開始してから、回転シャフト１が少なくとも１回完全に回転すれば、エネルギー蓄積・検出手段１５，１６のそれぞれによって上記の作用は確実にもたらされる。
【００７３】
図３は、直線的な変位をモニターするための、本発明による位置検出装置を示している。本例においては、移動体は矢印Ｓによって示される方向への往復運動によって変位するロッド４０によって形成されている。ロッド４０は、複数の永久磁石４２を有している。複数の永久磁石４２は、ロッド４０の変位方向に、互いに一定の間隔をおいて逆平行関係で配置されている。このため、複数の永久磁石４２のＮ極とＳ極とが、図２の検出手段１５と同様の構成の第１および第２のエネルギー蓄積・検出手段１５，１６に対して、交互に向くように配置されている。また、本発明においては、図３の２つのエネルギー蓄積・検出手段１５，１６を、図２のエネルギー蓄積・検出手段１６と同じ構成にしてもよい。
【００７４】
ロッド４０の変位方向での２つのエネルギー蓄積・検出手段１５，１６間の間隔は永久磁石４２の配置周期の４分の１、すなわち、連続する２つの永久磁石４２のＮ極とＳ極の間の距離の４分の１である。図３に示す構成の動作の原理は、図２の実施例と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００７５】
次に、本発明による、積算回転計の形態の位置検出装置のさらに別の実施例を、２つの異なる状態を示した図４（ａ）および図４（ｂ）を参照しつつ説明する。この位置検出装置は、移動体を構成する回転シャフト１の軸に対して同心関係にある軸を中心に回転可能に取り付けられた中間媒体４５を有している。
【００７６】
図４（ａ）および図４（ｂ）から明らかに分かるように、第１および第２の棒状の担持体４７，４８は、担持体４７，４８が回転シャフト１の回転軸に対して半径方向に延伸するように、回転シャフト１の上端部上に配置されている。担持体４７，４８は、回転シャフト１の回転軸の位置で相互に交差している。
【００７７】
また、図４の実施例における担持体４７，４８は、６０度の対向角度と１２０度の対向角度で交差している。担持体４７，４８の外側の自由端部は、それぞれ永久磁石５０〜５３を有している。永久磁石５０〜５３は、それぞれ、そのＮ極−Ｓ極方向が放射状に配向するように配置されている。さらに、永久磁石５０〜５３は、回転シャフト１の回転軸と同軸の円周上に配置され、すべて同じ極、図４の例ではＮ極、が外側に向いている。
【００７８】
また、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、回転シャフト１の端面上には、中間媒体４５が回転可能に取り付けられ、その回転軸は回転シャフト１の回転軸と一致している。中間媒体４５もまた、回転シャフト１の回転軸に対して半径方向、円の直径に沿って延伸する棒状担持体の形状をしている。中間媒体４５は、それぞれ下向きの角度に曲げられた両端部で、それぞれ永久磁石５５，５６を担持している。永久磁石５５，５６のＮ極−Ｓ極方向は上記半径方向に沿っている。
【００７９】
中間媒体４５の端部は、下向きの角度に曲がった形状をしているため、永久磁石５５，５６は、永久磁石５０〜５３の回転によって描かれる円周と同じ平面上にあるが、中間媒体４５の端部間である直径は、上記円周と比べて大きい。特に、中間媒体４５が回転した際に、永久磁石５０〜５３の外側端面は、永久磁石５５，５６の内側端面からわずかに隔てられた円周に沿って、それら永久磁石５５，５６の内側端面を通過する。永久磁石５５，５６のＮ極−Ｓ極方向は永久磁石５０〜５３とは反対、すなわち、図示する例の場合、永久磁石５５，５６のＮ極が上記半径方向の内側に向いている。
【００８０】
回転シャフト１の回転軸と同軸関係にある円周上であって、かつ永久磁石５０〜５３，５５，５６の運動経路と同じ平面上には、互いに１２０度の角度間隔で、第１〜第３の誘導コイル５８，５９，６０が配置されている。誘導コイル５８〜６０は、鉄芯６２，６３，６４（ここでは円筒形状で図示されている）をそれぞれ有しており、回転シャフト１の回転軸に対して放射状に延伸するように配置されている。
【００８１】
誘導コイル５８〜６０と同一平面であってかつ同一円周上には、永久磁石６７，６８，６９が配置されている。ここで、永久磁石６７〜６９は、誘導コイル５８〜６０に対してそれぞれ６０度の角度で配置され、Ｎ極−Ｓ極方向が回転シャフト１の半径方向に沿っている。また、永久磁石６７〜６９の内側に向いた極は、中間媒体４５に固定された永久磁石５５，５６の外側に向いた極と向き合うように配置される。誘導コイル５８〜６０および永久磁石６７〜６９が固定されている円周の直径は、中間媒体４５が回転した際に、永久磁石５５，５６の外側に向いた端面が、誘導コイルの芯６２〜６４および永久磁石６７〜６９の内側に向いた端面に近接して移動することができるような大きさを有する。
【００８２】
図４（ａ）は、中間媒体４５の永久磁石５５の外側に向いたＳ極が、永久磁石６７の内側に向いたＮ極に引っ張られた状態として、一時的な安定位置にある構成を示している。同様に、永久磁石５５と永久磁石６７との間と比べて低い引力ではあるが、誘導コイル６０の芯６４によって中間媒体４５の反対側に配置された永久磁石５６も引っ張られている。
【００８３】
したがって、この実施例では，エネルギー蓄積手段７０，７１，７２（図４（ａ）においてエネルギー蓄積手段７０のみがアクティブな状態である）は、それぞれ４つの構成要素により構成されている。つまり、移動可能な永久磁石５５，５６からなる構成要素と、３組の強磁性要素とから構成されている。ここで、３組の強磁性体とは、永久磁石６７と芯６４の組み合わせと、永久磁石６８と芯６２の組み合わせと、永久磁石６９と芯６３の組み合わせであり、それぞれ同じ組内において直径方向で向き合って配置されている。
【００８４】
回転シャフト１の矢印Ｒが示す方向への回転により、永久磁石５１の外側に向いたＮ極は，永久磁石５５の内側に向いたＮ極に徐々に近づき、永久磁石５３の外側に向いたＮ極は、永久磁石５６の内側に向いたＮ極の方へと回転する。
【００８５】
回転シャフト１の回転が非常に遅い場合でも、永久磁石５１，５３は、一定時間回転すると、永久磁石５５，５６に対する反発力が非常に大きくなる。これにより、永久磁石５５，５６は、永久磁石６７あるいは芯６４によって抑留された状態から解放され、矢印Ｒによって示される方向に突如加速する。この加速は、永久磁石５６の外側に向いたＳ極が、固定された永久磁石６９の内側に向いたＮ極の方向に動き、その永久磁石６９のＮ極によって引っ張られることによっても促進される。同様に、永久磁石５５が、コイル５９の芯６３に徐々に近づいていくと、コイル５９の芯６３内に、永久磁石５５を引き寄せる磁界が発生し始める。
【００８６】
上述の加速効果により回転する中間媒体４５の速度は、永久磁石５５が誘導コイル５９の芯６３を通過して、誘導コイル５９の内部に望ましい電圧パルスが発生する時点で最高速度に達する。その際の回転は非常に高速であるため、永久磁石５５，５６は、芯６３および永久磁石６９をそれぞれ通過し、永久磁石５５，５６の内側に向いたＮ極は、回転シャフト１の比較的遅い回転によって円周経路沿いに若干移動した永久磁石５２，５０の外側に向いたＮ極の方向に移動する。永久磁石５５，５６と永久磁石５２，５０が互いに徐々に接近すると、それらの間の反発力が増加し、中間媒体４５の回転にブレーキがかかり、永久磁石５５，５６は、永久磁石５２，５０を通過できなくなる。そして、永久磁石５５，５６は、逆方向へ回転し、図４（ｂ）の位置に戻る。回転の減速の程度によって、永久磁石５５，５６は、上記位置において一定の振動をする場合もある。
【００８７】
回転シャフト１が矢印Ｒの方向に引き続き回転すると、上述の現象が繰り返されるため、一定時間後、永久磁石５１，５３は、永久磁石５５，５６に近づく。そして、エネルギー蓄積手段７２は、再度動作を開始する。回転シャフト１の回転方向が逆転すると、永久磁石５２，５０は永久磁石５５，５６に近づき、上述の一連の現象が、回転の方向が逆であることを除いて、同様に起きる。
【００８８】
ここでも、誘導コイル５８〜６０から信号が出力される順序によって、回転シャフト１の回転方向、あるいは、回転シャフト１が、完全に１回転することなく、短時間の間にその回転方向が逆転したことがわかる。
【００８９】
この構成において、電子評価装置用の電源が確保され、回転シャフト１が高速で、かつ反作用なく回転する場合には、永久磁石５５，５６が永久磁石５０〜５３による認知可能な程度の影響を受けなくなるまで、中間媒体４５を、回転シャフト１の軸方向に沿って引っ張り上げることもできる。その結果、エネルギー蓄積手段７０〜７２は、回転シャフト１から引き離され、回転シャフト１から運動エネルギーを取得して蓄積することができなくなる。
【００９０】
次に、図５に示す本発明のさらに別の実施例について説明する。この実施例でも、永久磁石９３が、回転シャフト１に回転不能に接続され、その磁極が回転シャフト１の半径方向外側に向くように配置されている。さらに、図５の構造は、エネルギー・コンバータ（センサおよび検出装置）９５を有している。エネルギー・コンバータ９５は、中間媒体９８を有している。中間媒体９８は、回転シャフト１の軸に平行な軸を有しかつその軸を中心として回転可能なシャフト１００と、そのシャフト１００に回転不能に接続されている永久磁石９９とを有する。
【００９１】
永久磁石９９の極間を結ぶ線は、シャフト１００に対して放射状に延びるように配置されている。回転シャフト１とシャフト１００の間の間隔と、磁石９３，９９の半径方向の長さは、磁石９３，９９の半径方向端部の面が、互いに近接して通過することができるような長さになっている。
【００９２】
回転シャフト１の軸とシャフト１００の軸とで結ぶ線上には、回転シャフト１の方向に向き、かつ好ましくは相互に平行するように配置されたリム（limb）１０２，１０３，１０４を有するＥ字形軟鉄芯１０１が配置されている。中央のリム１０３は、上記線上に正確に配置されており、他の二つのリム１０２，１０４は、回転シャフト１００の回転方向に沿って見た場合に、中央リム１０３に対して多少の角度、すなわち数度の角度を設けて配置されている。
【００９３】
Ｅ字形芯１０１とシャフト１００は、永久磁石９９がシャフト１００の軸を中心として回転した際に、永久磁石９９の極の端面が中央のリム１０３の端面に非常に近接して通過することができるような間隔で離間している。永久磁石９９と外側のリム１０２，１０４との間隔は、原則自由回転の永久磁石９９が開始位置をふさぐように、上記間隔と比べて大きい。ここで、開始位置とは、永久磁石９９によって生じるＥ字形軟鉄芯１０１内の誘起磁界により、回転シャフト１の軸の方を向き、かつＥ字形軟鉄芯１０１の方に引っ張られる位置である。
【００９４】
Ｅ字形軟鉄芯１０１の中央のリム１０３には誘導コイル１０５が、外側リムの一方のリム１０４には、補助コイル１０６が巻きつけられている。
【００９５】
別のエネルギー・コンバータ９５’は、Ｅ字形軟鉄芯１０１と同様に、回転シャフト１の方向に向いたリム１０２’，１０３’，１０４’を有するＥ字形軟鉄芯１０１’によって形成される。
【００９６】
本実施例の動作を説明するために、まず、エネルギー・コンバータ９５について述べる。ここで、回転シャフト１に固定されている永久磁石９３は、回転シャフト１が矢印Ｒの方向に動くことによって、図５に示す位置に到達する手前に位置していると仮定する。この位置において、永久磁石９３のＮ極は、永久磁石９９のＮ極に徐々に近づくものと想定する。
【００９７】
回転シャフト１の回転によって、これら２つのＮ極の間の反発力が徐々に増大するが、永久磁石９９のＳ極は、Ｅ字型軟鉄芯１０１の方向に引っ張られた状態にあるので、永久磁石９９のＮ極は、半径方向内側に向けられた位置にとどまっている。永久磁石９３のＮ極が永久磁石９９のＮ極にさらに近づくと、回転シャフト１は、実際には決して到達しない図５の位置に達する前に、上記２つのＮ極間の反発力が永久磁石９９とＥ字形軟鉄芯１０１との間の引力と比べて大きくなる角度位置に到達する。
【００９８】
その瞬間、永久磁石９９は、矢印Ｓの示す回転方向に急加速される。永久磁石９９が半径方向に沿った出発位置を離れてから短時間の間に、永久磁石９９のＮ極と永久磁石９３のＮ極との間の反発力だけでなく、永久磁石９９のＳ極と永久磁石９３のＮ極との間の引力が作用し出す。こうした二重の作用の結果、永久磁石９９の回転は、そのＮ極が誘導コイル１０５のＥ字形軟鉄芯１０１に近づいて通過する際に、非常に高い回転速度に達している。
【００９９】
その結果、永久磁石９９からの磁束は、まずＥ字形軟鉄芯１０１の外側のリム１０２を通じてＥ字形軟鉄芯１０１に入り、通常、中央のリム１０３を通じてＥ字形軟鉄芯１０１から出ていく。この状況において既定の磁束の方向は、Ｅ字形軟鉄芯１０１の方向を向いている永久磁石９９の端面が外側のリム１０２と中央のリム１０３との間の短い円弧距離を移動した途端に逆転する。
【０１００】
これにより、非常に高い値の誘導起電力ｄφ／ｄｔが得られ、例えば、誘導コイル１０５の出力部で正の電圧パルスが発生する。そして、永久磁石９９の端面が中央のリム１０３とＥ字形軟鉄芯１０１のもう一方の外側のリム１０４との間の短い円弧距離をさらに移動すると、Ｅ字形軟鉄芯１０１の磁束の方向が再び逆転し、上記電圧パルスとほぼ同じ強度の負の電圧パルスが発生する。
【０１０１】
永久磁石９９の端面が、Ｅ字形軟鉄芯１０１の外側のリム１０４を通過すると、リム１０４に巻きつけられている補助コイル１０６にも電圧パルスが誘導される。この電圧パルスは、少なくとも電子評価装置への信号の供給に十分な強度を有する。その補助コイル１０６の信号の発生が、誘導コイル１０５内の電流−電圧パルス発生前に生じるのか発生後に生じるのかよって、永久磁石９９の回転方向と、回転シャフト１の回転方向を検出することが可能になる。
【０１０２】
また、Ｅ字形軟鉄芯１０１のリムの前に位置する永久磁石９９の端部の振動も、同様に検出することができる。
【０１０３】
誘導コイル１０５が信号の評価およびエネルギー蓄積に十分な電気エネルギーを出力し終えると直ちに、誘導コイル１０５の出力部を電子評価装置内の制御可能スイッチ（図示されず）によって短絡させるか、あるいは比較的小さな抵抗に接続することも可能である。このようにして、長期間継続するはずの永久磁石９９は急減速され、Ｅ字形軟鉄芯１０１の端面をわずかな距離だけ通過し、そのＮ極は、図５の位置に対して１８０度回転した位置に戻る。
【０１０４】
上述の永久磁石９９の高速回転運動は、回転速度が所定の最低値未満とならない限り、回転シャフト１および回転シャフト１に接続された永久磁石９３とが上記所定の角度位置に向かって移動する速度とは実質的には無関係である。また、本実施例のエネルギー・コンバータ９５もまた、回転シャフト１が非常に低速で回転している場合に、回転シャフト１の運動エネルギーの一部を取り出して、比較的高出力の電流−電圧パルスに変換し、回転シャフト１の回転数をカウントするための信号を電子評価装置に提供するだけでなく、一定時間、電子評価装置の動作を確実に継続させることができる電気エネルギーを供給することができる。
回転シャフト１が、図５に示す位置を越えて、矢印Ｒの示す方向にさらに１８０度回転すると、永久磁石９３のＳ極が、その時点で半径方向内側に向いている永久磁石９９のＳ極に向かって移動する。その回転運動が続けられれば、上に述べたようなエネルギー変換が行われる。唯一の違いは、誘導コイル１０５，１０６内に発生する電圧パルスが上述の場合とは反対の符号を有していることである。
【０１０５】
エネルギー・コンバータ９５’は、中間媒体９８を有していない。したがって、回転シャフト１が低速で回転している場合、Ｅ字形軟鉄芯１０１’に巻きつけられているコイル１０５’，１０６’内に、非常に弱い電流−電圧パルスが発生するだけであり、このようなパルスは、電子評価装置に供給されるエネルギーとしては通常十分ではない。
【０１０６】
しかしながら，回転シャフト１が非常に高速で回転している場合は、状況が異なる。この場合、中間媒体９８の永久磁石９９が回転シャフト１の運動に追従することができず、ほとんど静止してしまう可能性がある。その場合は、永久磁石９３がＥ字形軟鉄芯１０１’を非常に高速度で通過するので、十分に高い値の誘導起電力ｄφ／ｄｔがコイル１０５’，１０６’内に発生する。そして、これらのコイルによって出力される電流−電圧パルスは、コイル１０５，１０６内に発生するものとほぼ同じ強度であり、コイル１０５，１０６に発生するパルスと同様に使用することができる。
【０１０７】
図６は、本発明による位置検出装置を組み込んだ積算回転計の実施例を示している。参照番号１は、ここでも回転シャフトを示している。一方、参照番号６６は、軸受６５によって回転シャフト１の自由端部上に取り付けられるベース（台）を示している。このベース６６は回転シャフト１と共に回転しないように構成されている。ベース６６は、回転シャフト１の自由端部を覆うカップ型ケース７３を有している。
【０１０８】
ケース７３内には、ドイツ特許明細書第４１１３７４５号にも例示されているように、高分解能回転センサまたはピック・アップ７４が配置されている。ケース７３の上部領域には、原則、図２と同様の構造を有する、本発明による位置検出装置７５が配置されている。図２の例との基本的な違いは、高加速による高速回転を得て、高い値の誘導起電力ｄφ／ｄｔを達成するために、質量慣性モーメントが最小限に抑えられることである。
【０１０９】
図６に示されているように、回転シャフト１の上側に向いた自由端部に、回転シャフト１の回転軸を通過する直径に沿って溝が設けられ、その溝に、小さな平板状の永久磁石７６が嵌め込まれている。なお、永久磁石７６のＮ極−Ｓ極方向は回転シャフト１の半径方向に沿っている。
【０１１０】
図６の参照番号７７は、回転シャフト１に対して小さな間隔を置いて偏心および平行して配置され、小さな平板状の永久磁石８１を受け入れるための溝が設けられたシャフト７８を含む中間媒体を示している。永久磁石８１は、図６の紙面に対して垂直方向に小さな厚みを有し、そのＮ極−Ｓ極方向は回転シャフト１の半径方向に沿っている。シャフト７８の両端部は、それぞれシャフト７８に嵌め込まれたスチール・ピン７９，８０を有している。
【０１１１】
シャフト７８は、スチール・ピン７９，８０によって、それぞれ対応するルビー・ベアリング８２，８３に取り付けられている。図６右側の、永久磁石８１のＮ極付近には、Ｅ字形芯８４の中央リム８６およびウェブ（web）部８７の断面が示されている。誘導中央リム８６には誘導コイル８８が巻きつけられている。本実施例では、エネルギー蓄積手段８５は、永久磁石８１とＥ字形芯８４によって形成されており、この装置は図２と同様に動作する。
【０１１２】
回転シャフト１の回転方向は、１つのエネルギー蓄積手段のみからは検出できないため、この断面図においては見えないが、図６の構成には、上記エネルギー蓄積手段８５と同様の第２のエネルギー蓄積手段、または図５に示されている補助コイルが含まれている。
【０１１３】
回転シャフト１の上側を向いた自由端には、プリント基板９０が配置されており、その上には本発明による構成によって信号パルスおよび電気作動エネルギーが供給される電子評価装置９１が配置されている。回転シャフト１が高速で回転すると、誘導コイル８８の短絡によって、シャフト７８および永久磁石８１を含む中間媒体７７の回転が、回転シャフト１の回転速度に応じて減速される。中間媒体７７は、非常に高速で回転することができるため、適切な減速によって回転シャフト１の回転運動に同期され、さらには唯一のエネルギー源として電子評価装置９１に電気エネルギーを供給するために用いることが可能である。
【０１１４】
なお、シャフト７８を支えるためのスチール・ルビー製のベアリングの代わりに、エア・ベアリング，ボール・ベアリング，またはその他のベアリングを用いてもよい。
【０１１５】
次に、図５に類似した実施例を示す図７について説明する。同じ部分については同じ符号を付与し、その説明は省く。図５と図７の実施例の基本的な違いは、その運動がモニタされる回転シャフト１が、１つではなく、４つの永久磁石１１０，１１１，１１２，１１３を有していることにある。永久磁石１１０〜１１３は、それぞれ小さい平板状となっており、図５の永久磁石９３と同様に、Ｎ極−Ｓ極方向が回転シャフト１の半径方向に延伸し、直径方向で相互に向き合った位置関係を有するように配置されている。図７の実施例では、相互に向き合った１組目の永久磁石１１０，１１３のＳ極が上記半径方向外側に配置されている。一方、１組目の永久磁石１１０，１１３に対して９０度変位した角度に配置された２組目の対向する永久磁石１１１，１１２の場合、Ｎ極が上記半径方向外側に配置されている。図７が示すように、永久磁石１１０〜１１３は回転シャフト１上に直接、あるいは、磁束線密閉による効果（field line closure effect）をもたらす強磁性リング１１５を介して取り付けられる。
【０１１６】
図７の構成は、回転シャフト１が、９０度回転するたびに、各エネルギー・コンバータ９５，９５’において電流−電圧パルスが発生するという点を除いては、図５と同様に動作する。したがって、回転シャフト１が完全に一回転すると、図７の構成では、２つの信号パルスのみならず、９０度の角度分の間隔を置いて４つの信号パルスを発生する。この実施例でも、移動可能な中間媒体９８を有するエネルギー・コンバータ９５は、回転シャフト１が非常に低速で回転し、エネルギー・コンバータ９５’内に発生する誘導起電力ｄφ／ｄｔの値が十分でない場合に信号エネルギーを生成することができる。高速回転の場合は、エネルギー・コンバータ９５’からは少なくとも信号パルスを得ることが可能である。
【０１１７】
図７の回転可能な永久磁石９９の位置は、図５に示されている位置とは正反対である。言い換えると、図７は、エネルギー・コンバータ９５に向かって移動する永久磁石１１０のＳ極が、回転軸の半径方向に沿って回転軸側を向いた永久磁石９９のＳ極に反発して、矢印Ｓの方向に加速されて回転したあとの状態を示している。その結果、既に詳細に述べたように、所望の電流−電流パルスがＥ字形芯１０１およびこれに巻きつけられたコイル１０５，１０６によって発生する。
【０１１８】
永久磁石９９のＮ極は、１８０度回転して永久磁石１１０のＳ極に近づくと、このＳ極に引き寄せられる。しかし、この永久磁石９９の回転が高速であるため、永久磁石１１０を通過してしまう傾向がある。この永久磁石９９の回転運動を制御するために、コイル１０５をスイッチ（図示せず）によって短絡させれば、永久磁石９９は、そのＮ極が永久磁石１１０のＳ極を少し通り過ぎてから、図７に示す位置に戻るように減速される。次に、回転シャフト１が、矢印Ｒの方向か、その反対方向に約９０度回転すると、永久磁石１１１または永久磁石１１２のＮ極が永久磁石９９のＮ極に近づき、再度永久磁石９９の回転運動を生じさせて、望ましい電流−電圧パルスを発生させる。
【０１１９】
全周３６０度にわたる高分解能が望ましい場合、回転シャフト１上に、４つの永久磁石１１０〜１１３より多くの永久磁石を取り付けることもできる。あるいは、エネルギー・コンバータ９５，９５’に対して、９０度以外の角度に配置された２つ以上のエネルギー・コンバータを設けることもできる。
【０１２０】
既に繰り返し述べたように、上述の各構成における中間媒体１８，１８’，４５，７７，９８の永久磁石の、磁気により誘起され、初めに加速される回転運動は、好ましくは以下のように減速される。すなわち、以前の出発位置に対して例えば１８０度回転された新たな位置に非常に速く移動するように減速する。この新たな位置から、各中間媒体の永久磁石は、回転シャフト１と共に回転する１つ以上の磁石の反対側の極へと引き寄せられて、新たな加速回転運動を行う。この減速は、関連する誘導コイルを短絡させるという上述の好ましい方法のみならず、例えば機械的手段などによる別の方法で実現してもよい。
【０１２１】
上述の本発明による構造は、本発明の原理を例示し、説明するためのものであって、本発明の要旨および範囲を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【０１２２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明にかかる位置検出装置は、移動体が所定の位置に到達するたびに電気パルスを発生し、該電気パルスを電子処理手段に供給する位置検出装置において、前記移動体に固定され、該移動体とともに移動する第１の永久磁石と、第２の永久磁石と、前記第２の永久磁石が前記第１の永久磁石の磁極との相互作用によって該第１の永久磁石の移動経路の一部に追従して移動するように、該第２の永久磁石を担持する担持手段と、前記第２の永久磁石の移動によって生じる磁束変化から前記電気パルスを生成する誘導コイルと、前記誘導コイルが巻きつけられた磁性部材と、を備え、前記第２の永久磁石の磁極の一方と前記磁性部材との間の磁気的な結合によって、該第２の永久磁石が抑留された状態を出発位置とし、前記第２の永久磁石は、前記移動体が前記所定の位置に到達した際に、該第２の永久磁石の磁極の他方と前記第１の永久磁石の磁極との相互作用によって、前記出発位置から移動することを特徴としているため、単純な機械的構造でありながら、十分に高い精度を確保でき、また、移動体が非常に遅い速度、特に、ゼロに近づきつつあるような速度で所定の位置に達した場合でも、高い程度の信頼性で十分に大きな電気パルスを出力することができ、さらに、単純な操作手順によって、従来と比べて高レベルの感度を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】積算回転計としての使用に適し、エネルギー蓄積手段としての板ばねを有する本発明にかかる位置検出装置の構成の実施例を示す斜視図である。
【図２】積算回転計としての使用に適し、それぞれ磁石によって形成されるエネルギー蓄積手段を有する本発明にかかる位置検出装置の構成の別の実施例を示す斜視図である。
【図３】直線的な変位をモニタするのに適しており、それぞれ磁石によって形成されるエネルギー蓄積手段を有する本発明にかかる位置検出装置の構成のさらに別の実施例を示す斜視図である。
【図４】積算回転計としての使用に適しており、回転シャフトの軸に一致する回転軸を含む中間媒体を有する本発明にかかる位置検出装置のさらに別の実施例における２つの異なる状態を示す斜視図である。
【図５】Ｅ字型軟鉄芯を有する本発明にかかる位置検出装置の構成のさらに別の実施例を示す斜視図である。
【図６】絶対角度センサとの組み合わせにより積算回転計として多重回転（multi-turn) 装置を形成する本発明にかかる位置検出装置の構成のさらに別の実施例を示す断面図である。
【図７】複数の異なる角度位置を通過した際に各角度位置に関連する電流−電源パルスを供給する本発明にかかる位置検出装置の構成のさらに別の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 回転シャフト
２，７０〜７２，８５ エネルギー蓄積手段
４ 板ばね
５ 非回転ホルダ
７，８，１９，１９’，２４，２６，４２，５０〜５３，５５，５６，６７〜６９，８１，９３，９９，１１０〜１１３ 永久磁石
１０，４７，４８ 担持体
１２，２５，３４，５８〜６０，８８，１０５ 誘導コイル
１３ 鉄芯
１５，１６ エネルギー蓄積・検出手段
１８，１８’，４５，７７，９８ 中間媒体
２０，２０’ 回転軸
２２，２２’ 部材
２８ 二重Ｅ字形芯
３３，１０２〜１０４ リム
４０ ロッド
７８，１００ シャフト
７９，８０ スチール・ピン
８６ 中央リム
９０ プリント基板
９１ 電子評価装置
９５ エネルギー・コンバータ
１１５ 磁性リング

Claims (20)

1. 移動体が所定の位置に到達するたびに電気パルスを発生し、該電気パルスを電子処理手段に供給する位置検出装置において、
   前記移動体に固定され、該移動体とともに移動する第１の永久磁石と、
   第２の永久磁石と、
   前記第２の永久磁石が前記第１の永久磁石の磁極との相互作用によって該第１の永久磁石の移動経路の一部に追従して移動するように、該第２の永久磁石を担持する担持手段と、
   前記第２の永久磁石の移動によって生じる磁束変化から前記電気パルスを生成する誘導コイルと、
   前記誘導コイルが巻きつけられた磁性部材と、を備え、
   前記第２の永久磁石の磁極の一方と前記磁性部材との間の磁気的な結合によって、該第２の永久磁石が抑留された状態を出発位置とし、
   前記第２の永久磁石は、前記移動体が前記所定の位置に到達した際に、該第２の永久磁石の磁極の他方と前記第１の永久磁石の磁極との相互作用によって、前記出発位置から移動することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記第２の永久磁石は、前記出発位置から移動した後、再び前記出発位置に抑留されることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記第２の永久磁石は、前記第１の永久磁石よりも小さい質量慣性モーメントを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記磁性部材は鉄芯であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の位置検出装置。
5. 前記磁性部材は、３つのリム部によって形成されるＥ字形部材であり、該３つのリム部のうちの少なくとも１つに前記誘導コイルが巻きつけられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の位置検出装置。
6. 前記３つのリム部のうちの少なくとも１つに、前記移動体または前記第２の永久磁石の移動方向を検出するための補助コイルが巻きつけられていることを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
7. 前記誘導コイルにおいて生成された電気パルスは、前記電子処理手段の電源エネルギーのすべてまたは一部として使用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の位置検出装置。
8. 前記電気パルスを、前記電子処理手段の電気エネルギーとして蓄積する電気エネルギー蓄積手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の位置検出装置。
9. 前記電気エネルギー用蓄積手段は、コンデンサによって形成されることを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
10. 前記誘導コイルにおいて生成された電気パルスは、前記移動体の位置検出信号として使用されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の位置検出装置。
11. 前記誘導コイルを短絡させるスイッチを備えたことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一つに記載の位置検出装置。
12. 前記スイッチは、前記誘導コイルにおいて前記電子処理手段の電気エネルギーとして十分な量の電気パルスが生成された際に閉じられることを特徴とする請求項１１に記載の位置検出装置。
13. 前記担持手段は、回転可能な軸であり、該軸は、前記第２の永久磁石の両磁極間の中心に接続されることを特徴とする１〜１２のいずれか一つに記載の位置検出装置。
14. 前記第２の永久磁石と前記誘導コイルと前記磁性体とからなる組を複数備えたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の位置検出装置。
15. 前記位置検出装置は、積算回転計であり、前記移動体は回転シャフトによって形成されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の位置検出装置。
16. 回転体が所定の角度位置に到達するたびに電気パルスを発生し、該電気パルスを電子処理手段に供給する位置検出装置において、
    前記回転体の回転軸に交差するとともに、該回転軸上にその長手方向の中心が位置するように、前記回転体に固定された第１の棒状担持体と、
    前記第１の棒状担持体の一端に、その磁極方向が該第１の棒状担持体の長手方向に一致するように接続された第１の永久磁石と、
    前記第１の棒状担持体の他端に、その磁極方向が該第１の棒状担持体の長手方向に一致するように接続された第２の永久磁石と、
    第３の永久磁石と、
    第４の永久磁石と、
    前記回転体の回転軸に交差するとともに、該回転軸上にその長手方向の中心が位置するように、該中心を軸にして回転可能に配置されるとともに、前記第３および第４の永久磁石が前記第１および第２の永久磁石の磁極との相互作用によって該第１および第２の永久磁石の移動経路の一部に追従して回転するように、その一端に前記第３の永久磁石を接続し、その他端に前記第４の永久磁石を接続した第２の棒状担持体と、
    前記第２の棒状担持体の軸を中心とした前記第３および第４の永久磁石の回転によって生じる磁束変化から前記電気パルスを生成する誘導コイルと、
    を備えたことを特徴とする位置検出装置。
17. 前記誘導コイルが巻きつけられた磁性部材を備えたことを特徴とする請求項１６に記載の位置検出装置。
18. 前記回転体の回転軸を中心点として前記磁性部材に対向する位置に補助磁性部材を備えたことを特徴とする請求項１７に記載の位置検出装置。
19. 前記第３または第４の永久磁石の磁極の一方と前記磁性部材との間の磁気的な結合によって、該第３または第４の永久磁石が抑留された状態を出発位置とし、
    前記第３または第４の永久磁石は、前記回転体が前記所定の位置に到達した際に、該第３または第４の永久磁石の磁極の他方と前記第１または第２の永久磁石の磁極との相互作用によって、前記出発位置から移動することを特徴とする請求項１７または１８に記載の位置検出装置。
20. 前記第２の棒状担持体は、前記回転軸の方向に沿って、前記第１および第２の永久磁石と相互作用しない位置まで引き上げることができるように構成されていることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか一つに記載の位置検出装置。

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