JP3926902B2 - シリンダ位置検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性体コアに磁気飽和を起こさせるタイプの誘導型の位置検出装置を使用したシリンダ位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体圧シリンダ等のストローク位置を検出する位置検出装置は、従来より種々の方式のものが知られている。そのうち、電磁コイルを使用した誘導型のシリンダ位置検出装置としては、例えば、実公平２−２６００３号公報等に示されたものが知られている。従来公知のこの種の誘導型のシリンダ位置検出装置は、いずれも、ピストンロッドの表面を凹凸加工したり、ピストンロッドの表面に磁性体又は導電体のパターンを形成し、その上から所要のコーティング処理を施してピストンロッド表面の保護を図ったものである。また、位置検出方式は、複数の１次コイルを互いに電気的位相のずれた複数相の交流信号（例えばsin ωｔとcos ωｔ）でそれぞれ励磁し、各１次コイルによる２次側誘導信号を合成して１つの２次出力信号を生成し、励磁用の交流信号に対するこの２次出力信号における電気的位相ずれが検出対象ピストン位置を示すようにした位相シフトタイプからなっている。
また、簡易なタイプのシリンダ位置検出装置としては、例えば実用新案登録第２５２８１５７号公報に示されたもののように、ピストンロッドの所定位置に永久磁石を設け、シリンダ本体の外側の所定位置にリードスイッチを配置し、ピストンストロークが所定位置になったときに、永久磁石がリードスイッチに近接して該リードスイッチを作動させるようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前者の従来装置のようにピストンロッドの表面に所要の加工・形成を行うものにおいては、ピストンロッドの製造・加工が面倒であった。また、加工済みのピストンロッドの表面に所要のコーティング処理を施したとしても、ピストンロッドの伸縮動作の繰り返しによる摺動摩耗によって、数年の使用によって、表面コーティングが剥がれてしまい、耐久性に乏しいという問題点もあった。
後者の従来装置においては、リードスイッチのオン／オンによってしかピストンストローク位置を検出することができないため、ストローク全長若しくは所定ストローク範囲での連続的なピストンストローク位置検出が行えなかった。また、リードスイッチの機械的接点の故障という問題もあった。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ピストンロッドの外周に格別の加工をする必要が無く、かつ、摺動摩耗の心配のない耐久性に富んだシリンダ位置検出装置を提供しようとするものである。
また、小型かつシンプルな構造を持つと共に、広い範囲にわたってシリンダストローク位置検出の可能な誘導型のシリンダ位置検出装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点に従うシリンダ位置検出装置は、シリンダ本体と、このシリンダ本体に対して相対的に直線変位可能に挿入されたピストン部とを含むシリンダ装置において、前記ピストン部に連動して変位するように配置された磁石と、前記シリンダ本体に近接して配置され、前記ピストン部の変位方向に沿って所定範囲にわたって延びた磁性体コアと該磁性体コアに沿って直線変位方向に異なる配置で順次配列されて交流励磁された複数のコイルで構成される巻線部とを含み、前記複数のコイルは前記磁性体コアに沿う前記磁石の変位に対してサイン関数、コサイン関数、マイナスサイン関数、マイナスコサイン関数に相当する出力を生じ、前記磁石からの磁束を強く受ける該磁性体コアの所定箇所において磁気飽和が生じるようにした検出部とを具備し、前記ピストン部の変位に応じて前記磁石と前記検出部の相対的位置が変化し、これに応じて前記磁性体コアにおいて磁気飽和を生じる前記所定箇所が変位し、この磁気飽和箇所の変位に応じて前記巻線部に対する磁気結合が変化し、それに応じた出力信号を前記異なる配置の各コイルから生じると共に、前記巻線部の各コイルの出力のうち、サイン関数とマイナスサイン関数の出力を差動合成してサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号を生じ、コサイン関数とマイナスコサイン関数の出力を差動合成してコサイン関数の振幅関数を持つ第２の出力交流信号を生じることを特徴とするものである。
【０００６】
シリンダ本体に近接して配置された検出部においては、磁性体コアの所定箇所において、ピストン部に連動して変位する磁石からの磁束を強く受け、その部分で磁気飽和が生じるように構成されている。磁性体コアにおける磁気飽和状態となった箇所では、あたかもその箇所に磁性体コアが存在しないかのような状態となり、巻線部における磁気結合度が著しく低下する。従って、このような磁気結合度の低下に応じた出力信号が巻線部から得られ、ピストン部のストローク位置検出を行うことができる。すなわち、巻線部は磁性体コアに沿って直線変位方向に異なる配置で順次配列された複数のコイルで構成されているので、ピストン部の変位方向に沿って所定範囲全体にわたって延びた磁性体コアにおけるどの位置が磁気飽和状態となっているかを検出することができ、該所定範囲にわたるピストン部のストローク位置検出を連続的に検出することが可能である。また、前記巻線部の各コイルの出力のうち、サイン関数とマイナスサイン関数の出力を差動合成してサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号を生じ、コサイン関数とマイナスコサイン関数の出力を差動合成してコサイン関数の振幅関数を持つ第２の出力交流信号を生じるようにしているので、該所定範囲にわたるピストン部のストローク位置検出をサイン関数及びコサイン関数の形で連続的に検出することができるものであり、精度のよい検出が可能である。
【０００７】
例えば、検出部において、１次巻線を１相の交流信号によって励磁し、直線変位方向に関して異なる位置に配置された複数の２次巻線を含むようにすれば、レゾルバ型の位置検出出力信号を得ることができる。すなわち、相対的直線変位に応じて磁性体コアの磁気飽和箇所が変位することにより１次巻線と各２次巻線間の磁気結合がピストン部の直線位置に応じて変化され、これにより、該直線位置に応じて振幅変調された誘導出力交流信号が、各２次巻線の配置のずれに応じて異なる振幅関数特性で、各２次巻線に誘起されるようにすることができる。レゾルバで知られているように、サイン相とコサンイ相の出力を生ずるように各２次巻線を配置することができ、そうすると、直線位置に応じて振幅変調された誘導出力交流信号として、検出対象直線位置（例えばθで示す）に対してサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号（例えばｓｉｎθｓｉｎωｔ）とコサイン関数の振幅関数を持つ第２の出力交流信号（例えばｃｏｓθｓｉｎωｔ）とを出力するように構成することができる。その場合、レゾルバ又はそれに類似する装置のための位相検出回路が公知であるから、この位相検出回路に前記第１の出力交流信号と第２の出力交流信号を入力し、前記直線位置を示す前記サイン関数とコサイン関数の位相値θを検出するように構成することができる。
【０００８】
あるいは、位相シフト型の位置検出原理として知られているように、検出部において、複数の前記１次巻線を直線変位方向に関して異なる位置に配置し、各１次巻線を電気的位相のずれた複数相の交流信号（例えば、ｓｉｎωｔとｃｏｓωｔ）によって励磁し、それらによる誘導の合成出力を２次巻線から出力するようにしてもよい。その場合は、検出対象直線位置（例えばθで示す）に応じて位相シフトされた誘導出力交流信号（例えばｓｉｎ（ωｔ＋θ））が２次巻線から出力される。この場合、誘導出力交流信号の電気的位相角θを測定することも公知である。
【０００９】
ピストン部に連動するように設ける磁石は、シリンダ本体の内部に収納されているピストンロッドの適当な部分に配置するようにしてもよいし、あるいはシリンダ本体から外部に出ているピストンロッドの適当な部分に配置するようにしてもよい。いずれの場合も、磁性体コアと１次及び２次巻線を含む検出部は、シリンダ本体の外側に配置することになるであろう。
なお、磁石としては、永久磁石を使用するのが最もシンプルであるから望ましいが、永久磁石に代えて電磁石を使用することも本発明の範囲に含まれる。また、設ける磁石の数は、１個でもよいし、複数個でもよい。複数の磁石を設けた場合は、周期性を示す位置検出出力信号が得られるであろう。
【００１０】
以上から明らかなように、本発明によれば、ピストンロッドの外周に格別の加工をする必要が無いものとなっており、かつ、摺動摩耗の心配のない耐久性に富んだシリンダ位置検出装置を提供することができる。また、小型かつシンプルな構造を持つと共に、広い範囲にわたってシリンダロッド位置検出の可能な誘導型のシリンダ位置検出装置を提供することができる。更には、製造が極めて容易になるようなシンプルな構造を持つシリンダ位置検出装置を提供することができる。
【００１１】
本発明の別の観点に従えば、磁石も検出部もシリンダ本体の内部に収納するようにしてよい。すなわち、本発明の別の観点に従うシリンダ位置検出装置は、シリンダ本体と、このシリンダ本体に対して相対的に直線変位可能に挿入されたピストン部とを含むシリンダ装置において、前記シリンダ本体の内部において、該シリンダ本体の閉鎖端側にて一端が片持ち支持され、他端が該シリンダ本体の開口端の方に延びた、第１の支持体と、前記ピストン部の内部において、前記第１の支持体の侵入を許すように設けられた空間と、前記ピストン部の内部に設けられた前記空間内において、一端が片持ち支持され、他端が前記シリンダ本体の閉鎖端の方に延びた、第２の支持体と、前記第１及び第２の支持体の一方に配置された磁石と、前記第１及び第２の支持体の他方に配置されてなり、前記ピストン部の変位方向に沿って所定範囲にわたって延びた磁性体コアと該磁性体コアに沿って直線変位方向に異なる配置で順次配列されて交流励磁された複数のコイルで構成される巻線部とを含み、前記複数のコイルは前記磁性体コアに沿う前記磁石の変位に対してサイン関数、コサイン関数、マイナスサイン関数、マイナスコサイン関数に相当する出力を生じ、前記磁石からの磁束を強く受ける該磁性体コアの所定箇所において磁気飽和が生じるようにした検出部とを具備し、前記ピストン部の前記シリンダ本体に対する相対的直線変位に伴って前記第１及び第２の支持体に夫々配設された前記磁石と前記検出部の相対的位置が変化し、これに応じて前記磁性体コアにおいて磁気飽和を生じる前記所定箇所が変位し、この磁気飽和箇所の変位に応じて前記巻線部に対する磁気結合が変化し、それに応じた出力信号を前記異なる配置の各コイルから生じると共に、前記巻線部の各コイルの出力のうち、サイン関数とマイナスサイン関数の出力を差動合成してサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号を生じ、コサイン関数とマイナスコサイン関数の出力を差動合成してコサイン関数の振幅関数を持つ第２の出力交流信号を生じることを特徴とするものである。
【００１２】
上記構成によれば、ピストン部の内部に形成された空間内に第１及び第２の支持体が収納されて、シリンダ本体に対するピストン部の相対的直線変位に応じて該第１及び第２の支持体の相対的位置が変化するようになっており、かつ、磁石と検出部を両支持体に夫々配設することにより、シリンダ本体に対するピストン部の相対的直線変位に応じて磁石と検出部の相対位置が変化し、かくして、シリンダ本体に対するピストン部の直線位置に対応する検出信号が検出部から得られるようになっている。この場合も、上記と同様の作用・効果が得られる。また、検出装置の全部がシリンダ本体内に収納される恰好になるので、内部に加工を要するにしても、外観はよりシンプルになるであろう。
例えば、第１及び第２の支持体の一方が筒状体からなり、他方が棒状体からなっていて、該棒状体に前記磁石が配置され、前記筒状体の筒内に前記検出部が気密又は液密に収納されてなるようにするようにしてよい。これは、１次巻線及び２次巻線のシリンダ本体内での配設を容易にし、かつ、電気回路の一部である１次巻線及び２次巻線を、シリンダ本体内の圧力流体から気密又は液密に保護する上で有利である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係るシリンダ位置検出装置の一実施の形態に係る概略構成を示す一部断面図である。この位置検出装置が適用されるシリンダ装置は、適宜の構成からなっていてよく、典型的には、シリンダ本体１と、このシリンダ本体１に対して相対的に直線変位可能に挿入されたピストン部２とを含む。シリンダ本体１内に収納されているピストン部２の所定箇所に永久磁石３が固定的に配置される。永久磁石３は、例えばリング状であり、ピストンロッドの周囲に嵌装される。これにより、ピストン部２に連動して永久磁石３が直線変位する。
検出部４は、ピストン部２の直線変位方向に沿って所定範囲にわたって延びた磁性体コア５と、該磁性体コア５を介して磁気的に結合される１次巻線ＰＷ及び２次巻線Ｓ１〜Ｓ４とを含んでおり、シリンダ本体１に近接配置される。例えば、検出部４は適当な非磁性ケーシングに収納されてシリンダ本体１の外周の所定位置に固定的に配置される。磁性体コア５は、比透磁率が大きく、保磁力の小さな珪素鋼などの磁性体からなり、その形状は細長の円柱状であってもよいし、珪素鋼板を積層して形成された細長の直方体形状等、適宜の形状であってもよい。この磁性体コア５の周囲に１次巻線ＰＷ及び２次巻線Ｓ１〜Ｓ４が所定の配置で巻回されている。なお、図示の都合上、検出部４における各巻線の径を大きく、また、磁性体コア５を太く、描いているが、実際は、これはかなり細くすることができるので、検出部４はシリンダ本体１に比べてかなり細いものである。
【００１４】
４つの２次巻線Ｓ１〜Ｓ４は、直線変位方向に関してそれぞれ異なる位置に配置されている。例えば、１つの２次巻線のコイル長をＰ／４とすると、４つの２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の全体ではＰの長さとなる。１次巻線ＰＷは、２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の全体をカバーするように設けられている。
磁石３が近接していない限り、磁性体コア５の存在によって１次巻線ＰＷと２次巻線Ｓ１〜Ｓ４との間の磁気結合度は大であり、２次巻線Ｓ１〜Ｓ４からは大きなレベルの誘導出力が得られる。しかし、長尺の磁性体コア５のいずれかの箇所に対して、そのときのピストン部２のストローク位置に応じて磁石３が近接すると、その箇所では、該磁石３から発される磁束を強く受け、磁気飽和状態となる。換言すれば、そのように磁石３が近接した磁性体コア５の箇所において部分的に磁気飽和状態となるように磁石３の性能及びサイズ等を決定するものとし、また、それに応じた適切な誘導出力の変化が得られるように、各巻線ＰＷ，Ｓ１〜Ｓ４のコイル長、巻数等を設定するものとする。
【００１５】
磁気飽和状態となった磁性体コア５の箇所では、１次及び２次巻線間の電磁誘導性能に関しては磁性体コアが存在していない空状態と等価となり、１次及び２次巻線間の磁気結合度が低下する。よって、磁石３の近接に応じた、つまりピストン部２のストローク位置に応じた、誘導出力信号が各２次巻線Ｓ１〜Ｓ４から得られることになる。基本的にはこのような原理で、２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の出力に基づきピストン部２のストローク位置を検出することができることになる。
２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の出力に基づきピストン部２のストローク位置検出データを具体的に得るための構成は、種々有りうる。
最も、単純には、各２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の出力レベルを単純に比較して、最もレベルの低い１つの２次巻線（Ｓ１〜Ｓ４のいずれか）が配置されている位置を現ストローク位置として検出するやり方がある。ただし、この場合は、Ｐの範囲を４分割した分解能でしか検出することができない、という不利がある。このような発想の変形としては、２次巻線の数が１個のみ、又は４個以上でも４個未満でもよい、ということになる。ストロークエンドのみを検出する場合、あるいは所定のストローク中間位置をも併せて検出する場合、そのような実施の形態も有りうる。すなわち、本発明では、２次巻線の数は４個に限ることなく、１又は任意の複数であってよい。あるいは、２個の２次巻線のみを差動接続して設け、差動トランスのように、ピストン部２の連続的なストローク位置に対応するアナログ電圧を得ることも可能である。
【００１６】
しかし、図１に示した実施例は、以下に説明するレゾルバ原理に従う位置検出処理に最も適しているものであり、有利である。
図２は、レゾルバ原理に従う位置検出処理を行うために採用した、１次巻線ＰＷ及び２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の結線状態を示す図である。１次巻線ＰＷは１相の交流信号（便宜上、ｓｉｎωｔで示す）によって励磁される。１つおきに配置された２次巻線Ｓ１とＳ３は差動接続されて、第１の出力交流信号Ａを生じる。もう一方の１つおきに配置された２次巻線Ｓ２とＳ４も差動接続されて、第２の出力交流信号Ｂを生じる。このことは、概ね、範囲Ｐにおけるピストン部２の変位に応じた、磁性体コア５における磁気飽和箇所の移動を、０度≦θ≦３６０度、なる角度表示で示すとすると、２次巻線Ｓ１における誘導出力の関数はｓｉｎθで表わすことができ、次の２次巻線Ｓ２における誘導出力の関数はｃｏｓθで表わすことができ、次の２次巻線Ｓ３における誘導出力の関数は−ｓｉｎθで表わすことができ、次の２次巻線Ｓ４における誘導出力の関数は−ｃｏｓθで表わすことができることによる。換言すれば、概ねそのような関係が得られるように設計するのである。なお、磁性体コア５に生じる磁気飽和による磁気結合変化が一方向であることを考慮すると、厳密には１つの２次巻線（例えばＳ１）における誘導出力の関数は０度≦θ≦３６０度の全範囲では回らないが、１つおきに配置された２個の２次巻線を差動接続していることにより、そのことが可能となっている。
【００１７】
よって、概ね、範囲Ｐにおけるピストン部２の変位に応じて、一方の２次巻線Ｓ１，Ｓ３の差動接続から得られる第１の出力交流信号Ａはサイン関数の振幅関数ｓｉｎθを持つもの、つまりＡ＝ｓｉｎθｓｉｎωｔで表わすことができるものとなり、他方の２次巻線Ｓ２，Ｓ４の差動接続から得られる第２の出力交流信号Ｂはコサイン関数の振幅関数ｃｏｓθを持つもの、つまりｃｏｓθｓｉｎωｔで表わすことができるものとなる。
こうして、図１及び図２のような配置及び巻線構成によれば、回転型位置検出装置である従来知られたレゾルバにおいて得られるのと同様の、同相交流であって２相の振幅関数を持つ２つの出力交流信号（サイン出力とコサイン出力）をシリンダ位置検出装置において得ることができることが理解できる。従って、本発明の位置検出装置において得られる２相の出力交流信号（Ａ＝sinθ・sinωｔとＢ＝cosθ・sinωｔ）は、従来知られたレゾルバの出力と同様の使い方若しくは処理をすることができる。例えば、適切なディジタル又はアナログ位相検出回路６を使用して、上記２相の出力交流信号Ａ，Ｂにおけるサイン関数ｓｉｎθとコサイン関数ｃｏｓθの位相値θをディジタル又はアナログで測定することができる。これにより、連続的なシリンダスストローク位置を高分解能で検出することができる。そのような位相検出回路６としては、本願と同一出願人の出願に係る特開平９−１２６８０９号公報に開示されたものを使用すると有利である。
【００１８】
なお、図１の構成において、図３に示すように、１次巻線と２次巻線の関係を逆にして、公知の位相シフトタイプ位置検出器のように構成してもよい。すなわち、４つの巻線Ｓ１〜Ｓ４を１次巻線とし、巻線ＰＷを２次巻線とする。この場合、一方の差動接続された１次巻線Ｓ１，Ｓ３の対を例えばサイン相の交流信号ｓｉｎωｔによって励磁し、他方の差動接続された１次巻線Ｓ２，Ｓ４の対を例えばコサイン相の交流信号ｃｏｓωｔによって励磁する。そうすると、１次巻線Ｓ１，Ｓ３による２次側の誘導出力は前記から例えばsinθ・sinωｔに相当するものとなり、また、１次巻線Ｓ２，Ｓ４による２次側の誘導出力は前記から例えばcosθ・cosωｔに相当するものとなる。よって、２次巻線ＰＷに得られるこれらの合成出力は、シリンダストローク位置に応じた電気的位相シフトθを含む信号（例えばこれをｓｉｎ（ωｔ＋θ）で示す）となる。この出力信号ｓｉｎ（ωｔ＋θ）における電気的位相シフトθを公知の位相測定回路７で、ディジタル的に又はアナログ的に検出するようにすればよい。この場合も、連続的なシリンダストローク位置を高分解能で検出することができる。
【００１９】
図４は、本発明の別の実施例に係るシリンダ位置検出装置をシリンダ軸方向に沿う断面図で示すものである。この実施例は、検出部４をシリンダ本体１内に収納したものである。
シリンダ本体１の内部においては、該シリンダ本体１の閉鎖端１ａ側にて一端が片持ち支持され、他端が該シリンダ本体１の開口端１ｂの方に延びた、第１の支持体８が設けられている。図示の例では、この第１の支持体８は筒状体からなっている。シリンダ本体１の内部には第１の支持体８が延びて設けられているが故に、シリンダ本体１の内部で直線移動するピストン部２は、この第１の支持体８を適切に避ける必要がある。そこで、ピストン部２の内部において、この第１の支持体８の侵入を許すように、所要の空間１０が設けられる。
ピストン部２においては、その内部に設けられた空間１０内において、一端がピストン部２の適宜箇所にて片持ち支持され、他端がシリンダ本体１の閉鎖端１ａの方に延びた、第２の支持体９が設けられている。図示の例では、この第２の支持体９は棒状体からなっており、第１の支持体８に近接する。
【００２０】
上記第１及び第２の支持体８，９は、検出部４と永久磁石３とを夫々適切に搭載して支持するためのものである。図示の例では、シリンダ本体１の側に設けられた第１の支持体（筒状体）８の筒内に検出部４が配設され、ピストン部２の側に設けられた第２の支持体（棒状体）９の側に永久磁石３が配設される。この場合、第１の支持体８は、非磁性体からなる。
図４において、第１の支持体８を構成する筒内には、図１と同様に構成された磁性体コア５とその周囲に巻設された１次及び２次巻線ＰＷ，Ｓ１〜２４とからなる検出部４が、気密又は液密に収納されている。各巻線ＰＷ，Ｓ１〜２４の配線（図示せず）は、シリンダ閉鎖端部１ａ内に適宜穿たれた通り道１１を通って、コネクタ１２に接続され、外部とコンタクトする。第２の支持体９は、ステンレスのような非磁性体（磁性体であってもよい）の硬質な棒からなり、その所定位置に永久磁石３を固設してなるものである。
このような図４の構成によっても、図１の実施例に、ピストン部２に連動して永久磁石３が直線変位し、検出部４の磁性体コア５との相対的位置関係が変化し、１次及び２次巻線ＰＷ，Ｓ１〜２４から所要のシリンダストローク位置検出信号を得ることができる。
【００２１】
図１のような構成では、シリンダ本体１が大径の場合は、ピストン部２側の永久磁石３とシリンダ本体１の外側の検出部４の磁性体コア５との距離が長くなってしまうので、永久磁石３からの磁束によって磁性体コア５に磁気飽和を起こさせるのには、磁石３を大型化する等の工夫を要する。これに対して、図４の構成においては、永久磁石３と検出部４の磁性体コア５との距離をかなり近付けることができるので、シリンダ本体１が大径であっても、磁石３の性能は小規模なものでよい。一方、シリンダ本体１が小径の場合は、ピストン部２の加工等の問題で、図４の構成はあまり適していない。よって、図１のような構成がシリンダ本体１が小径の場合に適しているのに対して、図４のような構成がシリンダ本体１が大径の場合に適している、ということができる。
【００２２】
なお、図４の例では、検出部４の巻線全体の長さＰに対応する間隔で、複数の永久磁石３が支持体９に設けられている。これは、設計上、検出部４の巻線全体の長さＰは余り長くできないので、それよりも長い範囲でのピストンストロークを検出することができるようにするためである。その場合は、２次巻線出力に基づいて得られるストローク位置検出データθは、長さＰを１サイクル（３６０度）とするサイクリックなデータとなる。その場合は、長さＰの範囲内でのアブソリュートなストローク位置検出が行える。現在のストローク位置検出データθが何サイクル目のものであるかについては、サイクル数を計数するかその他適宜の手段を講ずればよい。なお、磁石３を複数設ける代わりに、検出部４における１次及び２次巻線ＰＷ，Ｓ１〜２４のセットを、破線１３で示すように、複数セット軸方向に順次配置（増設）するようにしてもよい。その場合は、長さＰ以上の長いストロークであっても、どの巻線セットからストローク位置検出データθが出ているかによって、ストローク全長にわたるアブソリュート位置検出が可能である。
なお、このように磁石３を複数設けたり、あるいは１次及び２次巻線ＰＷ，Ｓ１〜２４を複数セット設けたりする変形は、図１のような構成のものにおいても採用することができるのは勿論である。
上記各実施例において、理想的な出力特性が得られるように、適宜、補助的な１次巻線及び／又は２次巻線を追加的に設けたり、各巻線の巻数（インダクタンス）を適宜調整したり、あるいは各巻線の配置を適宜調整したりすることを、設計上の要請に従って適宜行ってよいのは勿論である。
上述した各実施例に従う位置検出装置は、シリンダのストローク位置検出装置に限らず、可動部と静止部を有する適宜の装置における該静止部に対する該可動部の相対的位置検出のためにも応用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の通り、この発明によれば、ピストンロッドの外周に格別の加工をする必要が無いものとなっており、かつ、摺動摩耗の心配のない耐久性に富んだシリンダ位置検出装置を提供することができる。また、小型かつシンプルな構造を持つと共に、広い範囲にわたる連続的なシリンダ位置検出の可能な誘導型のシリンダ位置検出装置を提供することができる。更には、製造が極めて容易になるようなシンプルな構造を持つシリンダ位置検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るシリンダ位置検出装置の一実施の形態に係る概略構成を示す一部断面図。
【図２】 図１における検出部の１次及び２次巻線の結線例を示す図。
【図３】 図１における検出部の１次及び２次巻線の別の結線例を示す図。
【図４】 本発明に係るシリンダ位置検出装置の別の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１ シリンダ本体
２ ピストン部
３ 磁石
４ 検出部
５ 磁性体コア
ＰＷ，Ｓ１〜Ｓ４ １次巻線及び２次巻線
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性体コアに磁気飽和を起こさせるタイプの誘導型の位置検出装置を使用したシリンダ位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体圧シリンダ等のストローク位置を検出する位置検出装置は、従来より種々の方式のものが知られている。そのうち、電磁コイルを使用した誘導型のシリンダ位置検出装置としては、例えば、実公平２−２６００３号公報等に示されたものが知られている。従来公知のこの種の誘導型のシリンダ位置検出装置は、いずれも、ピストンロッドの表面を凹凸加工したり、ピストンロッドの表面に磁性体又は導電体のパターンを形成し、その上から所要のコーティング処理を施してピストンロッド表面の保護を図ったものである。また、位置検出方式は、複数の１次コイルを互いに電気的位相のずれた複数相の交流信号（例えばsin ωｔとcos ωｔ）でそれぞれ励磁し、各１次コイルによる２次側誘導信号を合成して１つの２次出力信号を生成し、励磁用の交流信号に対するこの２次出力信号における電気的位相ずれが検出対象ピストン位置を示すようにした位相シフトタイプからなっている。
また、簡易なタイプのシリンダ位置検出装置としては、例えば実用新案登録第２５２８１５７号公報に示されたもののように、ピストンロッドの所定位置に永久磁石を設け、シリンダ本体の外側の所定位置にリードスイッチを配置し、ピストンストロークが所定位置になったときに、永久磁石がリードスイッチに近接して該リードスイッチを作動させるようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前者の従来装置のようにピストンロッドの表面に所要の加工・形成を行うものにおいては、ピストンロッドの製造・加工が面倒であった。また、加工済みのピストンロッドの表面に所要のコーティング処理を施したとしても、ピストンロッドの伸縮動作の繰り返しによる摺動摩耗によって、数年の使用によって、表面コーティングが剥がれてしまい、耐久性に乏しいという問題点もあった。
後者の従来装置においては、リードスイッチのオン／オンによってしかピストンストローク位置を検出することができないため、ストローク全長若しくは所定ストローク範囲での連続的なピストンストローク位置検出が行えなかった。また、リードスイッチの機械的接点の故障という問題もあった。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ピストンロッドの外周に格別の加工をする必要が無く、かつ、摺動摩耗の心配のない耐久性に富んだシリンダ位置検出装置を提供しようとするものである。
また、小型かつシンプルな構造を持つと共に、広い範囲にわたってシリンダストローク位置検出の可能な誘導型のシリンダ位置検出装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点に従うシリンダ位置検出装置は、シリンダ本体と、このシリンダ本体に対して相対的に直線変位可能に挿入されたピストン部とを含むシリンダ装置において、前記ピストン部に連動して変位するように配置された磁石と、前記シリンダ本体に近接して配置され、前記ピストン部の変位方向に沿って所定範囲にわたって延びた磁性体コアと該磁性体コアに沿って直線変位方向に異なる配置で順次配列されて交流励磁された複数のコイルで構成される巻線部とを含み、前記複数のコイルは前記磁性体コアに沿う前記磁石の変位に対してサイン関数、コサイン関数、マイナスサイン関数、マイナスコサイン関数に相当する出力を生じ、前記磁石からの磁束を強く受ける該磁性体コアの所定箇所において磁気飽和が生じるようにした検出部とを具備し、前記ピストン部の変位に応じて前記磁石と前記検出部の相対的位置が変化し、これに応じて前記磁性体コアにおいて磁気飽和を生じる前記所定箇所が変位し、この磁気飽和箇所の変位に応じて前記巻線部に対する磁気結合が変化し、それに応じた出力信号を前記異なる配置の各コイルから生じると共に、前記巻線部の各コイルの出力のうち、サイン関数とマイナスサイン関数の出力を差動合成してサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号を生じ、コサイン関数とマイナスコサイン関数の出力を差動合成してコサイン関数の振幅関数を持つ第２の出力交流信号を生じることを特徴とするものである。
【０００６】
シリンダ本体に近接して配置された検出部においては、磁性体コアの所定箇所において、ピストン部に連動して変位する磁石からの磁束を強く受け、その部分で磁気飽和が生じるように構成されている。磁性体コアにおける磁気飽和状態となった箇所では、あたかもその箇所に磁性体コアが存在しないかのような状態となり、巻線部における磁気結合度が著しく低下する。従って、このような磁気結合度の低下に応じた出力信号が巻線部から得られ、ピストン部のストローク位置検出を行うことができる。すなわち、巻線部は磁性体コアに沿って直線変位方向に異なる配置で順次配列された複数のコイルで構成されているので、ピストン部の変位方向に沿って所定範囲全体にわたって延びた磁性体コアにおけるどの位置が磁気飽和状態となっているかを検出することができ、該所定範囲にわたるピストン部のストローク位置検出を連続的に検出することが可能である。また、前記巻線部の各コイルの出力のうち、サイン関数とマイナスサイン関数の出力を差動合成してサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号を生じ、コサイン関数とマイナスコサイン関数の出力を差動合成してコサイン関数の振幅関数を持つ第２の出力交流信号を生じるようにしているので、該所定範囲にわたるピストン部のストローク位置検出をサイン関数及びコサイン関数の形で連続的に検出することができるものであり、精度のよい検出が可能である。
【０００７】
例えば、検出部において、１次巻線を１相の交流信号によって励磁し、直線変位方向に関して異なる位置に配置された複数の２次巻線を含むようにすれば、レゾルバ型の位置検出出力信号を得ることができる。すなわち、相対的直線変位に応じて磁性体コアの磁気飽和箇所が変位することにより１次巻線と各２次巻線間の磁気結合がピストン部の直線位置に応じて変化され、これにより、該直線位置に応じて振幅変調された誘導出力交流信号が、各２次巻線の配置のずれに応じて異なる振幅関数特性で、各２次巻線に誘起されるようにすることができる。レゾルバで知られているように、サイン相とコサンイ相の出力を生ずるように各２次巻線を配置することができ、そうすると、直線位置に応じて振幅変調された誘導出力交流信号として、検出対象直線位置（例えばθで示す）に対してサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号（例えばｓｉｎθｓｉｎωｔ）とコサイン関数の振幅関数を持つ第２の出力交流信号（例えばｃｏｓθｓｉｎωｔ）とを出力するように構成することができる。その場合、レゾルバ又はそれに類似する装置のための位相検出回路が公知であるから、この位相検出回路に前記第１の出力交流信号と第２の出力交流信号を入力し、前記直線位置を示す前記サイン関数とコサイン関数の位相値θを検出するように構成することができる。
【０００８】
あるいは、位相シフト型の位置検出原理として知られているように、検出部において、複数の前記１次巻線を直線変位方向に関して異なる位置に配置し、各１次巻線を電気的位相のずれた複数相の交流信号（例えば、ｓｉｎωｔとｃｏｓωｔ）によって励磁し、それらによる誘導の合成出力を２次巻線から出力するようにしてもよい。その場合は、検出対象直線位置（例えばθで示す）に応じて位相シフトされた誘導出力交流信号（例えばｓｉｎ（ωｔ＋θ））が２次巻線から出力される。この場合、誘導出力交流信号の電気的位相角θを測定することも公知である。
【０００９】
ピストン部に連動するように設ける磁石は、シリンダ本体の内部に収納されているピストンロッドの適当な部分に配置するようにしてもよいし、あるいはシリンダ本体から外部に出ているピストンロッドの適当な部分に配置するようにしてもよい。いずれの場合も、磁性体コアと１次及び２次巻線を含む検出部は、シリンダ本体の外側に配置することになるであろう。
なお、磁石としては、永久磁石を使用するのが最もシンプルであるから望ましいが、永久磁石に代えて電磁石を使用することも本発明の範囲に含まれる。また、設ける磁石の数は、１個でもよいし、複数個でもよい。複数の磁石を設けた場合は、周期性を示す位置検出出力信号が得られるであろう。
【００１０】
以上から明らかなように、本発明によれば、ピストンロッドの外周に格別の加工をする必要が無いものとなっており、かつ、摺動摩耗の心配のない耐久性に富んだシリンダ位置検出装置を提供することができる。また、小型かつシンプルな構造を持つと共に、広い範囲にわたってシリンダロッド位置検出の可能な誘導型のシリンダ位置検出装置を提供することができる。更には、製造が極めて容易になるようなシンプルな構造を持つシリンダ位置検出装置を提供することができる。
【００１１】
本発明の別の観点に従えば、磁石も検出部もシリンダ本体の内部に収納するようにしてよい。すなわち、本発明の別の観点に従うシリンダ位置検出装置は、シリンダ本体と、このシリンダ本体に対して相対的に直線変位可能に挿入されたピストン部とを含むシリンダ装置において、前記シリンダ本体の内部において、該シリンダ本体の閉鎖端側にて一端が片持ち支持され、他端が該シリンダ本体の開口端の方に延びた、第１の支持体と、前記ピストン部の内部において、前記第１の支持体の侵入を許すように設けられた空間と、前記ピストン部の内部に設けられた前記空間内において、一端が片持ち支持され、他端が前記シリンダ本体の閉鎖端の方に延びた、第２の支持体と、前記第１及び第２の支持体の一方に配置された磁石と、前記第１及び第２の支持体の他方に配置されてなり、前記ピストン部の変位方向に沿って所定範囲にわたって延びた磁性体コアと該磁性体コアに沿って直線変位方向に異なる配置で順次配列されて交流励磁された複数のコイルで構成される巻線部とを含み、前記複数のコイルは前記磁性体コアに沿う前記磁石の変位に対してサイン関数、コサイン関数、マイナスサイン関数、マイナスコサイン関数に相当する出力を生じ、前記磁石からの磁束を強く受ける該磁性体コアの所定箇所において磁気飽和が生じるようにした検出部とを具備し、前記ピストン部の前記シリンダ本体に対する相対的直線変位に伴って前記第１及び第２の支持体に夫々配設された前記磁石と前記検出部の相対的位置が変化し、これに応じて前記磁性体コアにおいて磁気飽和を生じる前記所定箇所が変位し、この磁気飽和箇所の変位に応じて前記巻線部に対する磁気結合が変化し、それに応じた出力信号を前記異なる配置の各コイルから生じると共に、前記巻線部の各コイルの出力のうち、サイン関数とマイナスサイン関数の出力を差動合成してサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号を生じ、コサイン関数とマイナスコサイン関数の出力を差動合成してコサイン関数の振幅関数を持つ第２の出力交流信号を生じることを特徴とするものである。
【００１２】
上記構成によれば、ピストン部の内部に形成された空間内に第１及び第２の支持体が収納されて、シリンダ本体に対するピストン部の相対的直線変位に応じて該第１及び第２の支持体の相対的位置が変化するようになっており、かつ、磁石と検出部を両支持体に夫々配設することにより、シリンダ本体に対するピストン部の相対的直線変位に応じて磁石と検出部の相対位置が変化し、かくして、シリンダ本体に対するピストン部の直線位置に対応する検出信号が検出部から得られるようになっている。この場合も、上記と同様の作用・効果が得られる。また、検出装置の全部がシリンダ本体内に収納される恰好になるので、内部に加工を要するにしても、外観はよりシンプルになるであろう。
例えば、第１及び第２の支持体の一方が筒状体からなり、他方が棒状体からなっていて、該棒状体に前記磁石が配置され、前記筒状体の筒内に前記検出部が気密又は液密に収納されてなるようにするようにしてよい。これは、１次巻線及び２次巻線のシリンダ本体内での配設を容易にし、かつ、電気回路の一部である１次巻線及び２次巻線を、シリンダ本体内の圧力流体から気密又は液密に保護する上で有利である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係るシリンダ位置検出装置の一実施の形態に係る概略構成を示す一部断面図である。この位置検出装置が適用されるシリンダ装置は、適宜の構成からなっていてよく、典型的には、シリンダ本体１と、このシリンダ本体１に対して相対的に直線変位可能に挿入されたピストン部２とを含む。シリンダ本体１内に収納されているピストン部２の所定箇所に永久磁石３が固定的に配置される。永久磁石３は、例えばリング状であり、ピストンロッドの周囲に嵌装される。これにより、ピストン部２に連動して永久磁石３が直線変位する。
検出部４は、ピストン部２の直線変位方向に沿って所定範囲にわたって延びた磁性体コア５と、該磁性体コア５を介して磁気的に結合される１次巻線ＰＷ及び２次巻線Ｓ１〜Ｓ４とを含んでおり、シリンダ本体１に近接配置される。例えば、検出部４は適当な非磁性ケーシングに収納されてシリンダ本体１の外周の所定位置に固定的に配置される。磁性体コア５は、比透磁率が大きく、保磁力の小さな珪素鋼などの磁性体からなり、その形状は細長の円柱状であってもよいし、珪素鋼板を積層して形成された細長の直方体形状等、適宜の形状であってもよい。この磁性体コア５の周囲に１次巻線ＰＷ及び２次巻線Ｓ１〜Ｓ４が所定の配置で巻回されている。なお、図示の都合上、検出部４における各巻線の径を大きく、また、磁性体コア５を太く、描いているが、実際は、これはかなり細くすることができるので、検出部４はシリンダ本体１に比べてかなり細いものである。
【００１４】
４つの２次巻線Ｓ１〜Ｓ４は、直線変位方向に関してそれぞれ異なる位置に配置されている。例えば、１つの２次巻線のコイル長をＰ／４とすると、４つの２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の全体ではＰの長さとなる。１次巻線ＰＷは、２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の全体をカバーするように設けられている。
磁石３が近接していない限り、磁性体コア５の存在によって１次巻線ＰＷと２次巻線Ｓ１〜Ｓ４との間の磁気結合度は大であり、２次巻線Ｓ１〜Ｓ４からは大きなレベルの誘導出力が得られる。しかし、長尺の磁性体コア５のいずれかの箇所に対して、そのときのピストン部２のストローク位置に応じて磁石３が近接すると、その箇所では、該磁石３から発される磁束を強く受け、磁気飽和状態となる。換言すれば、そのように磁石３が近接した磁性体コア５の箇所において部分的に磁気飽和状態となるように磁石３の性能及びサイズ等を決定するものとし、また、それに応じた適切な誘導出力の変化が得られるように、各巻線ＰＷ，Ｓ１〜Ｓ４のコイル長、巻数等を設定するものとする。
【００１５】
磁気飽和状態となった磁性体コア５の箇所では、１次及び２次巻線間の電磁誘導性能に関しては磁性体コアが存在していない空状態と等価となり、１次及び２次巻線間の磁気結合度が低下する。よって、磁石３の近接に応じた、つまりピストン部２のストローク位置に応じた、誘導出力信号が各２次巻線Ｓ１〜Ｓ４から得られることになる。基本的にはこのような原理で、２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の出力に基づきピストン部２のストローク位置を検出することができることになる。
２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の出力に基づきピストン部２のストローク位置検出データを具体的に得るための構成は、種々有りうる。
最も、単純には、各２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の出力レベルを単純に比較して、最もレベルの低い１つの２次巻線（Ｓ１〜Ｓ４のいずれか）が配置されている位置を現ストローク位置として検出するやり方がある。ただし、この場合は、Ｐの範囲を４分割した分解能でしか検出することができない、という不利がある。このような発想の変形としては、２次巻線の数が１個のみ、又は４個以上でも４個未満でもよい、ということになる。ストロークエンドのみを検出する場合、あるいは所定のストローク中間位置をも併せて検出する場合、そのような実施の形態も有りうる。すなわち、本発明では、２次巻線の数は４個に限ることなく、１又は任意の複数であってよい。あるいは、２個の２次巻線のみを差動接続して設け、差動トランスのように、ピストン部２の連続的なストローク位置に対応するアナログ電圧を得ることも可能である。
【００１６】
しかし、図１に示した実施例は、以下に説明するレゾルバ原理に従う位置検出処理に最も適しているものであり、有利である。
図２は、レゾルバ原理に従う位置検出処理を行うために採用した、１次巻線ＰＷ及び２次巻線Ｓ１〜Ｓ４の結線状態を示す図である。１次巻線ＰＷは１相の交流信号（便宜上、ｓｉｎωｔで示す）によって励磁される。１つおきに配置された２次巻線Ｓ１とＳ３は差動接続されて、第１の出力交流信号Ａを生じる。もう一方の１つおきに配置された２次巻線Ｓ２とＳ４も差動接続されて、第２の出力交流信号Ｂを生じる。このことは、概ね、範囲Ｐにおけるピストン部２の変位に応じた、磁性体コア５における磁気飽和箇所の移動を、０度≦θ≦３６０度、なる角度表示で示すとすると、２次巻線Ｓ１における誘導出力の関数はｓｉｎθで表わすことができ、次の２次巻線Ｓ２における誘導出力の関数はｃｏｓθで表わすことができ、次の２次巻線Ｓ３における誘導出力の関数は−ｓｉｎθで表わすことができ、次の２次巻線Ｓ４における誘導出力の関数は−ｃｏｓθで表わすことができることによる。換言すれば、概ねそのような関係が得られるように設計するのである。なお、磁性体コア５に生じる磁気飽和による磁気結合変化が一方向であることを考慮すると、厳密には１つの２次巻線（例えばＳ１）における誘導出力の関数は０度≦θ≦３６０度の全範囲では回らないが、１つおきに配置された２個の２次巻線を差動接続していることにより、そのことが可能となっている。
【００１７】
よって、概ね、範囲Ｐにおけるピストン部２の変位に応じて、一方の２次巻線Ｓ１，Ｓ３の差動接続から得られる第１の出力交流信号Ａはサイン関数の振幅関数ｓｉｎθを持つもの、つまりＡ＝ｓｉｎθｓｉｎωｔで表わすことができるものとなり、他方の２次巻線Ｓ２，Ｓ４の差動接続から得られる第２の出力交流信号Ｂはコサイン関数の振幅関数ｃｏｓθを持つもの、つまりｃｏｓθｓｉｎωｔで表わすことができるものとなる。
こうして、図１及び図２のような配置及び巻線構成によれば、回転型位置検出装置である従来知られたレゾルバにおいて得られるのと同様の、同相交流であって２相の振幅関数を持つ２つの出力交流信号（サイン出力とコサイン出力）をシリンダ位置検出装置において得ることができることが理解できる。従って、本発明の位置検出装置において得られる２相の出力交流信号（Ａ＝sinθ・sinωｔとＢ＝cosθ・sinωｔ）は、従来知られたレゾルバの出力と同様の使い方若しくは処理をすることができる。例えば、適切なディジタル又はアナログ位相検出回路６を使用して、上記２相の出力交流信号Ａ，Ｂにおけるサイン関数ｓｉｎθとコサイン関数ｃｏｓθの位相値θをディジタル又はアナログで測定することができる。これにより、連続的なシリンダスストローク位置を高分解能で検出することができる。そのような位相検出回路６としては、本願と同一出願人の出願に係る特開平９−１２６８０９号公報に開示されたものを使用すると有利である。
【００１８】
なお、図１の構成において、図３に示すように、１次巻線と２次巻線の関係を逆にして、公知の位相シフトタイプ位置検出器のように構成してもよい。すなわち、４つの巻線Ｓ１〜Ｓ４を１次巻線とし、巻線ＰＷを２次巻線とする。この場合、一方の差動接続された１次巻線Ｓ１，Ｓ３の対を例えばサイン相の交流信号ｓｉｎωｔによって励磁し、他方の差動接続された１次巻線Ｓ２，Ｓ４の対を例えばコサイン相の交流信号ｃｏｓωｔによって励磁する。そうすると、１次巻線Ｓ１，Ｓ３による２次側の誘導出力は前記から例えばsinθ・sinωｔに相当するものとなり、また、１次巻線Ｓ２，Ｓ４による２次側の誘導出力は前記から例えばcosθ・cosωｔに相当するものとなる。よって、２次巻線ＰＷに得られるこれらの合成出力は、シリンダストローク位置に応じた電気的位相シフトθを含む信号（例えばこれをｓｉｎ（ωｔ＋θ）で示す）となる。この出力信号ｓｉｎ（ωｔ＋θ）における電気的位相シフトθを公知の位相測定回路７で、ディジタル的に又はアナログ的に検出するようにすればよい。この場合も、連続的なシリンダストローク位置を高分解能で検出することができる。
【００１９】
図４は、本発明の別の実施例に係るシリンダ位置検出装置をシリンダ軸方向に沿う断面図で示すものである。この実施例は、検出部４をシリンダ本体１内に収納したものである。
シリンダ本体１の内部においては、該シリンダ本体１の閉鎖端１ａ側にて一端が片持ち支持され、他端が該シリンダ本体１の開口端１ｂの方に延びた、第１の支持体８が設けられている。図示の例では、この第１の支持体８は筒状体からなっている。シリンダ本体１の内部には第１の支持体８が延びて設けられているが故に、シリンダ本体１の内部で直線移動するピストン部２は、この第１の支持体８を適切に避ける必要がある。そこで、ピストン部２の内部において、この第１の支持体８の侵入を許すように、所要の空間１０が設けられる。
ピストン部２においては、その内部に設けられた空間１０内において、一端がピストン部２の適宜箇所にて片持ち支持され、他端がシリンダ本体１の閉鎖端１ａの方に延びた、第２の支持体９が設けられている。図示の例では、この第２の支持体９は棒状体からなっており、第１の支持体８に近接する。
【００２０】
上記第１及び第２の支持体８，９は、検出部４と永久磁石３とを夫々適切に搭載して支持するためのものである。図示の例では、シリンダ本体１の側に設けられた第１の支持体（筒状体）８の筒内に検出部４が配設され、ピストン部２の側に設けられた第２の支持体（棒状体）９の側に永久磁石３が配設される。この場合、第１の支持体８は、非磁性体からなる。
図４において、第１の支持体８を構成する筒内には、図１と同様に構成された磁性体コア５とその周囲に巻設された１次及び２次巻線ＰＷ，Ｓ１〜２４とからなる検出部４が、気密又は液密に収納されている。各巻線ＰＷ，Ｓ１〜２４の配線（図示せず）は、シリンダ閉鎖端部１ａ内に適宜穿たれた通り道１１を通って、コネクタ１２に接続され、外部とコンタクトする。第２の支持体９は、ステンレスのような非磁性体（磁性体であってもよい）の硬質な棒からなり、その所定位置に永久磁石３を固設してなるものである。
このような図４の構成によっても、図１の実施例に、ピストン部２に連動して永久磁石３が直線変位し、検出部４の磁性体コア５との相対的位置関係が変化し、１次及び２次巻線ＰＷ，Ｓ１〜２４から所要のシリンダストローク位置検出信号を得ることができる。
【００２１】
図１のような構成では、シリンダ本体１が大径の場合は、ピストン部２側の永久磁石３とシリンダ本体１の外側の検出部４の磁性体コア５との距離が長くなってしまうので、永久磁石３からの磁束によって磁性体コア５に磁気飽和を起こさせるのには、磁石３を大型化する等の工夫を要する。これに対して、図４の構成においては、永久磁石３と検出部４の磁性体コア５との距離をかなり近付けることができるので、シリンダ本体１が大径であっても、磁石３の性能は小規模なものでよい。一方、シリンダ本体１が小径の場合は、ピストン部２の加工等の問題で、図４の構成はあまり適していない。よって、図１のような構成がシリンダ本体１が小径の場合に適しているのに対して、図４のような構成がシリンダ本体１が大径の場合に適している、ということができる。
【００２２】
なお、図４の例では、検出部４の巻線全体の長さＰに対応する間隔で、複数の永久磁石３が支持体９に設けられている。これは、設計上、検出部４の巻線全体の長さＰは余り長くできないので、それよりも長い範囲でのピストンストロークを検出することができるようにするためである。その場合は、２次巻線出力に基づいて得られるストローク位置検出データθは、長さＰを１サイクル（３６０度）とするサイクリックなデータとなる。その場合は、長さＰの範囲内でのアブソリュートなストローク位置検出が行える。現在のストローク位置検出データθが何サイクル目のものであるかについては、サイクル数を計数するかその他適宜の手段を講ずればよい。なお、磁石３を複数設ける代わりに、検出部４における１次及び２次巻線ＰＷ，Ｓ１〜２４のセットを、破線１３で示すように、複数セット軸方向に順次配置（増設）するようにしてもよい。その場合は、長さＰ以上の長いストロークであっても、どの巻線セットからストローク位置検出データθが出ているかによって、ストローク全長にわたるアブソリュート位置検出が可能である。
なお、このように磁石３を複数設けたり、あるいは１次及び２次巻線ＰＷ，Ｓ１〜２４を複数セット設けたりする変形は、図１のような構成のものにおいても採用することができるのは勿論である。
上記各実施例において、理想的な出力特性が得られるように、適宜、補助的な１次巻線及び／又は２次巻線を追加的に設けたり、各巻線の巻数（インダクタンス）を適宜調整したり、あるいは各巻線の配置を適宜調整したりすることを、設計上の要請に従って適宜行ってよいのは勿論である。
上述した各実施例に従う位置検出装置は、シリンダのストローク位置検出装置に限らず、可動部と静止部を有する適宜の装置における該静止部に対する該可動部の相対的位置検出のためにも応用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の通り、この発明によれば、ピストンロッドの外周に格別の加工をする必要が無いものとなっており、かつ、摺動摩耗の心配のない耐久性に富んだシリンダ位置検出装置を提供することができる。また、小型かつシンプルな構造を持つと共に、広い範囲にわたる連続的なシリンダ位置検出の可能な誘導型のシリンダ位置検出装置を提供することができる。更には、製造が極めて容易になるようなシンプルな構造を持つシリンダ位置検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るシリンダ位置検出装置の一実施の形態に係る概略構成を示す一部断面図。
【図２】 図１における検出部の１次及び２次巻線の結線例を示す図。
【図３】 図１における検出部の１次及び２次巻線の別の結線例を示す図。
【図４】 本発明に係るシリンダ位置検出装置の別の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１ シリンダ本体
２ ピストン部
３ 磁石
４ 検出部
５ 磁性体コア
ＰＷ，Ｓ１〜Ｓ４ １次巻線及び２次巻線
Claims (4)
- シリンダ本体と、このシリンダ本体に対して相対的に直線変位可能に挿入されたピストン部とを含むシリンダ装置において、
前記ピストン部に連動して変位するように配置された磁石と、
前記シリンダ本体に近接して配置され、前記ピストン部の変位方向に沿って所定範囲にわたって延びた磁性体コアと該磁性体コアに沿って直線変位方向に異なる配置で順次配列されて交流励磁された複数のコイルで構成される巻線部とを含み、前記複数のコイルは前記磁性体コアに沿う前記磁石の変位に対してサイン関数、コサイン関数、マイナスサイン関数、マイナスコサイン関数に相当する出力を生じ、前記磁石からの磁束を強く受ける該磁性体コアの所定箇所において磁気飽和が生じるようにした検出部と
を具備し、前記ピストン部の変位に応じて前記磁石と前記検出部の相対的位置が変化し、これに応じて前記磁性体コアにおいて磁気飽和を生じる前記所定箇所が変位し、この磁気飽和箇所の変位に応じて前記巻線部に対する磁気結合が変化し、それに応じた出力信号を前記異なる配置の各コイルから生じると共に、前記巻線部の各コイルの出力のうち、サイン関数とマイナスサイン関数の出力を差動合成してサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号を生じ、コサイン関数とマイナスコサイン関数の出力を差動合成してコサイン関数の振幅関数を持つ第２の出力交流信号を生じることを特徴とするシリンダ位置検出装置。 - シリンダ本体と、このシリンダ本体に対して相対的に直線変位可能に挿入されたピストン部とを含むシリンダ装置において、
前記シリンダ本体の内部において、該シリンダ本体の閉鎖端側にて一端が片持ち支持され、他端が該シリンダ本体の開口端の方に延びた、第１の支持体と、
前記ピストン部の内部において、前記第１の支持体の侵入を許すように設けられた空間と、
前記ピストン部の内部に設けられた前記空間内において、一端が片持ち支持され、他端が前記シリンダ本体の閉鎖端の方に延びた、第２の支持体と、
前記第１及び第２の支持体の一方に配置された磁石と、
前記第１及び第２の支持体の他方に配置されてなり、前記ピストン部の変位方向に沿って所定範囲にわたって延びた磁性体コアと該磁性体コアに沿って直線変位方向に異なる配置で順次配列されて交流励磁された複数のコイルで構成される巻線部とを含み、前記複数のコイルは前記磁性体コアに沿う前記磁石の変位に対してサイン関数、コサイン関数、マイナスサイン関数、マイナスコサイン関数に相当する出力を生じ、前記磁石からの磁束を強く受ける該磁性体コアの所定箇所において磁気飽和が生じるようにした検出部と
を具備し、前記ピストン部の前記シリンダ本体に対する相対的直線変位に伴って前記第１及び第２の支持体に夫々配設された前記磁石と前記検出部の相対的位置が変化し、これに応じて前記磁性体コアにおいて磁気飽和を生じる前記所定箇所が変位し、この磁気飽和箇所の変位に応じて前記巻線部に対する磁気結合が変化し、それに応じた出力信号を前記異なる配置の各コイルから生じると共に、前記巻線部の各コイルの出力のうち、サイン関数とマイナスサイン関数の出力を差動合成してサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号を生じ、コサイン関数とマイナスコサイン関数の出力を差動合成してコサイン関数の振幅関数を持つ第２の出力交流信号を生じることを特徴とするシリンダ位置検出装置。 - 前記第１及び第２の支持体の一方が筒状体からなっており、他方が棒状体からなっていて、該棒状体に前記磁石が配置され、前記筒状体の筒内に前記検出部が気密又は液密に収納されてなる請求項２に記載のシリンダ位置検出装置。
- 前記第１の出力交流信号と第２の出力交流信号を入力し、前記直線位置を示す前記サイン関数とコサイン関数の位相値を検出する位相検出回路を更に具備した請求項１乃至３のいずれかに記載のシリンダ位置検出装置。
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1997
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