JP3930057B2 - ソレノイドコイルのための変位測定システム - Google Patents

Description

本発明は、主コイルボビン上に互いに前後に配置された少なくとも２つのコイル巻線を有するソレノイドコイルのための変位測定システムに関する。
このような変位測定システムは基本的に変圧器原理により作動する。この場合、少なくとも１つの一次巻線、二次巻線および心棒が必要とされ、心棒は原則としてソレノイドコイルのピストン状のソレノイド部材と接続されていて、変位測定システムの内部で測定すべき変位を通過する。この配置の一次巻線に脈動的な供給電圧が印加され、二次巻線が出力信号を電圧の形で発生し、この出力信号が心棒の移動により相応に変化する。この基本思想をさらに改良して、出力信号が規定の零点を通過するために、心棒の一方の変位方向に対しては正の信号を設け、他方の変位方向に対しては負の信号を設けることも公知であり、このような配置を実現するために２つの二次巻線が必要とされる。
最後に挙げた変位測定システム（マネスマン・レックスロート「油圧トレイナー」第２巻１８ページ）では、巻線がコイルボビン上に互いに前後に配置されているので、コイルは工業的規模で良好に製造でき、要求された精度を達成する。この解決手段の短所は、両二次巻線と一次巻線とを互いに前後に配置することにより構成長さが大きいことである。両二次巻線の間に一次巻線が配置されていることにより、二次巻線を１回の作業工程で巻装できず、後からこれらを互いに接続および接触させなければならないが、その結果として公知の変位測定システムの製造は非常にコストがかかる。
ＤＥ１９５１４８９１Ａ１により、測定コイルとして形成された細長い二次コイルを有する位置測定区間が公知であり、その端部範囲に交流電圧をそれぞれ反対方向に印加可能な一次コイルが配置されている。永久磁石が二次コイルに沿って移動可能であり、永久磁石が磁界センサの間で所定の位置を占めると、電子範囲検知装置に接続されている２つの磁界センサが二次コイルで測定信号をピックアップする。この公知の解決手段により、二次コイルの雑音による非直線的な縁部範囲が測定値検出から除外されるので、測定信号のあいまいさは回避される。しかし、位置測定区間は位置検知のために比較的長い運動軌道を必要とし、これがこの公知の変位測定システムの非常に大きい構成長さを招く。このセンサ技術も電子評価装置も複雑でコストがかかる。
ＤＥ３９２５９９４Ａに記載された次の公知技術は、変圧器原理によるソレノイドコイルのための変位測定システムを開示する。この変位測定システムは、主コイルボビン上に巻装され、互いに前後して配置された２つのコイル巻線を有している。両コイル巻線は、主コイルボビンのほぼ中央に長手方向に配置された中央ウェブを介して互いに立体的に分離されており、これらのコイル巻線が二次巻線を形成する。この二次巻線の対の上に、間にフォイルを挿入した後で１対の一次巻線が置かれ、これらが一緒になって二次巻線と並んで一次巻線を形成する。この公知の解決手段では、上記の配置に基づき巻線始端と巻線終端との機械的に作製されるべき接合が、巻線をそれぞれのコイルボビンに機械的に取り付けることと同じく困難であり、極めて高い製造コストを招く。
ＵＳ−Ａ−４４７３８１１には、上述のＤＥ３９２５９９４Ａによる変位測定システムとほぼ同一の構造を有する変圧器が記載されている。ＵＳ文書に開示されている変圧器は、両区域の各々でそれぞれ１つの一次巻線と二次巻線が互いに上下に巻装されている主コイルボビンを有している。この場合、一次巻線および二次巻線の個々のコイルは、それぞれ直列に接続されている。
クラークらの出版物「同軸変圧器ボビン」(ＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ、第２６巻第６号１９８３年１１月、２７９６−２７９７ページ、ＸＰ００２０７１８９３)により公知の一次コイルと二次コイルの配置において二次巻線は、一次巻線に当接して主コイルボビンを包囲する別のコイルボビン上に配置されている。この第２の外側のコイルボビンは側方から装着可能である。一次コイルおよび二次コイルの導線は交差しないので、両コイルボビンは互いに当接しているにもかかわらず、互いに向かって移動可能である。しかし、最後に挙げた２つの文書は、いかにして巻線始端と巻線終端の機械的接合を実施するか、あるいは容易にするかについてさえ、当業者に示唆を与えるものではない。
本発明の課題は、上記の従来公知技術から出発し、冒頭に記載した種類の変位測定システム改良して、廉価に製造でき、構成長さの短縮が実現でき、機械的な作製を容易にすることである。上記の課題は請求項１の特徴部に記載した変位測定システムによって解決される。
請求項１の特徴部に記載されているように、中央ウェブに一次巻線および二次巻線の巻線始端と巻線終端とのための接合箇所が対をなして互いに径方向に向き合って存在していることによって、巻線始端と巻線終端との接合を機械的に作製すること、したがってまたそれぞれのコイルボビンに巻線を機械的に取り付けることが容易にされている。
それ以外では、上記の接触点を中央に配置することにより、やはり変位測定システムのための構成容積を節約できる。この場合、接合箇所が導線で巻き付けることのできる固定ピンから形成されていることが好都合である。当該コイル巻線が互いに前後ではなく、互いに上下に配置されているので、やはり変位測定システムの構成長さが短縮されている。一次巻線は二次巻線とは分離して巻装可能なので、各々のコイルボビンに対して連続した巻装が可能であり、その結果としてコストのかかる巻装工程の中断が回避される。
本発明による変位測定システムの好ましい実施形態において、一次巻線が主コイルボビン上で巻装されており、両二次巻線が、一次巻線に当接して主コイルボビンを取り囲んでいる別のコイルボビン上に配置されている。これにより半径方向でもソレノイドコイルのための小さい構造の変位測定システムが提供される。
本発明による変位測定システムの別の有利な実施形態において、別のコイルボビンが２つの芯枠半部から形成されており、これらの芯枠半部が両一次巻線を有する主コイルボビンに両端から装着可能である。このようにすることによって対称的な構成が達成され、コイルボビンがほぼ３つの個別要素から成り、その結果として組立が簡単になり、一次巻線を取り付けた後で両二次巻線を別のコイルボビンに連続して巻装でき、それによってコストが節約される。
本発明による変位測定システムの別の有利な実施形態では、中央ウェブが導線案内部によって貫通されており、両側に別のコイルボビンの装着可能な芯枠半部のための当接面を有している。中央ウェブの内部の溝を通して、導線はそれぞれコイルの一方の側から他方の側にそれほど大きいコストなしに続くことができ、それぞれのコイルボビンの中央ウェブに対する位置決めが当接面を介して達成できる。
本発明による変位測定システムの別の有利な実施形態が従属請求項に記載されている。
以下に、本発明による変位測定システムを図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、変位測定システムおよびこれに接続されたソレノイドコイル（部分的に示す）の概略的な部分縦断面図である。
図２は、一次巻線のための巻装工程を上から下に見て３段階で示す図である。
図３は、コイルボビンの中央ウェブの端面図である。
図４は、二次巻線に関する巻装工程を上から下に見て３段階で示す図である。
図１に示した、全体を１０で表すソレノイドコイルのための変位測定システムは、主コイルボビン１２の２つの室の上に配置されている、一次巻線を形成するコイル巻線１８を有している。一次巻線１８の各々のコイル巻線１４、１６上に２つの二次巻線２０、２２を形成して、その上にある別のコイル巻線２４が配置されている。特に図１の断面図に示すように、二次巻線２０、２２は別の一次巻線１８より直径が大きい。一次巻線１８は主コイルボビン１２上で巻装されており、その上に位置している別の両二次巻線２０、２２は、一次巻線１８に当接して主コイルボビン１２を取り囲んでいる別のコイルボビン２８上で巻装されている。
以下に、一次巻線１８の形成を図２の表現に基づき説明する。図２の一番上に示されているように、第１段階では一次巻線１８の巻線始端が第１の接合箇所３２（ピンとも呼ぶ）で接合され、次いで主コイルボビン１２の、図２で見て左側の室にコイル巻線が装備される。この場合、一次巻線１８の巻線始端３０は、主コイルボビン１２の中央部分である中央ウェブ３６の第１の溝３４内で案内される。次いで、図２の中央に示されている第２段階では、巻線が、第１の溝３４と径方向に向き合っている（図３参照）第２の溝３８により、主コイルボビン１２のこれまで空であった室に向かって移動され、そこで巻装される。
上記の巻装は数層で行うことができ、巻線終端４０がやはり部分的に中央ウェブ３６の第１の溝３４を通った後で、第２の室内に設けられた一次巻線１８のコイル巻線の巻線終端４０が第２の接合箇所４２に当て付けられる。このように形成された、一次巻線１８を有する主コイルボビン１２は、図２で見て一番下側に示されており、第３の製造段階を示している。この場合、コイル巻線１４および１６は室に分けられて、主コイルボビン１２の両端部フランジ４４と、当該端部フランジ４４に付属して中央ウェブ３６の互いに向き合う当接面４６との間で数層で延びている。特に中央ウェブ３６の端面図が示すように、第１の溝３４は断面が三角形に形成され、第２の溝３８は断面が四角形であり、両溝３４、３８は周囲に向かって外方に開いている。
次いで、別の方法段階または作製段階で、それぞれの二次巻線２０、２２を作製するために、別のコイルボビン２８が対称的に形成された２つの芯枠半部４８、５０から組み立てられる。これらの芯枠半部４８、５０は、「一次巻線１８の両コイル巻線１４、１６により、主コイルボビン１２上に両端から、すなわち端部フランジ４４を介して装着可能である。２つの巻線室を形成する芯枠半部４８、５０は、主コイルボビン１２上に端部側で押し被せた後で、位置固定手段（図示しない）により回動しないように当該主コイルボビンに対して所定の位置に確保されている。さらに、芯枠半部４８、５０の内側に位置している衝合フランジは貫通溝によって貫通されており、これが中央ウェブ３６内の溝３４、３８により巻線を案内するための共通の溝経路を形成する。したがって、二次巻線も一方のコイル側または芯枠半部４８から反対側の芯枠半部５０へと中断せずに案内され得る。特に芯枠半部４８、５０は、比較的大きい組付け圧力なしに人手で主コイルボビン１２上に被せ嵌めて掛止することの可能なスナップ部材として形成され得る。
芯枠半部４８，５０が別のコイルボビン２８を形成して、その一次巻線１８により主コイルボビン１２に押し被せられ、端面側で中央ウェブ３６の対応する当接面４６と当接した後で、図４で見て一番上に示されている巻装段階で、第１の二次巻線２０の巻線始端５２が第３の接合箇所５４に当て付けられる。この第３の接合箇所５４は、特に図３に示されているように、同様に中央ウェブ３６の構成部材である。第１の芯枠半部４８の室を巻装するための回転方向が、図４で見て左上に矢印で示されている。芯枠半部４８を巻装した後で、中央の表現が示すように、二次巻線線はスリットガイド５６を介して他方の芯枠半部５０内に通し渡されて、そこにある室が巻装される。室を巻装するための回転方向は、やはり図２の中央の表現で左側に矢印で示されている。
両二次巻線２０、２２が別のコイル体２８上に形成された後で、巻線終端５８が第４の接合箇所６０に当て付けられ、巻き付けることによってこれと接続される。このように作製された二次巻線配置が、図４で見て一番下に示されている。特に図２が示すように、一次巻線１８のそれぞれの接合箇所３２、４２と、それぞれの二次巻線２０、２２の接合箇所５４および６０とは、対をなして互いに径方向に向き合っており、中央ウェブ３６に好ましくは一体的に設けられている。特にそれぞれの接合箇所３２、４２、５２および６０は、それぞれの巻線によって巻き付けることのできる突出した固定ピンによって形成されている（図３参照）。二次巻線２０から二次巻線２２へ接続接触させることによって、これらの巻線は要求された精度で形成可能であり、１回の巻装工程で連続して巻装できるので、個別の接触を省くことできる。
機械的な零点調整のために、芯枠半部４８、５０を有する別のコイルボビン２８を、一次巻線１８を備えた主コイルボビン１２上の設定可能な位置で移動可能に配置するようにできる。特に図１の縦断面図が示すように、主コイルボビン１２は心棒６２に貫通されている。心棒６２は圧縮ばね６６の力の作用に抗して、ピストン状のソレノイド部材６４と通常の、したがって詳述しない形式で協働する。特に図３が示すように、主コイルボビン１２の中央凹部６８は、円筒形の心棒６２を受容するために中央ウェブ３６の範囲でも断面が円形に形成されている。両二次巻線２０、２２は外方に向かって円筒形のカバー７０で囲まれており、カバー７０は外周が鉄外套７２によって包囲されている。鉄外套７２はその互いに向き合う両端で内方に向かって折り返されており、したがってコイル配置を端面側に配置されたフランジセグメント７４の間に保持する。さらに、端面側の電気的接触７６が存在しており、これが一次巻線１８に脈動的な供給電圧を供給し、それ以外にも二次巻線２０、２２における測定値把握を可能にする。変位測定システム全体が変位測定器ハウジング７８内に配置されており、この変位測定器ハウジング７８は、端面側でソレノイドコイルのハウジング８０と接続できる。
本発明による変位測定システムにより、出力信号が心棒６２の移動量に対して直線的に変化できることが保証されている。たとえば漂遊磁界などによって誘発される外部雑音電界は、この配置では信号に有害な影響を与えない。さらに、測定区間と変位測定システムの長さとの比はできるだけ大きく、したがって好都合であることが保証されている。さらに、本発明による配置により、出力信号および場合によっては機械的に調節可能な零点が温度変化時に非常に狭い限界内でしか変化できず、それゆえ測定結果に不都合な影響を与えないことが保証されている。

Claims (10)

1. 主コイルボビン（１２）上に互いに前後に配置された少なくとも２つのコイル巻線（１４、１６）を有するソレノイドコイル（１０）のための変位測定システムであって、これらのコイル巻線（１４、１６）が一次巻線（１８）を形成し、一次巻線（１８）の各々のコイル巻線（１４、１６）の上に別のコイル巻線（２４）が配置されて２つの二次巻線（２０、２２）を形成しており、さらに主コイルボビン（１２）が長手方向でほぼ中央に中央ウェブ（３６）を有している形式のものにおいて、この中央ウェブ（３６）にそれぞれ一次巻線（１８）および二次巻線（２０）の巻線始端（３０；５２）と巻線終端（４０；５８）とのための接合箇所（３２、４２、５４、６０）が対をなして互いに径方向に向き合って存在していることを特徴とする、ソレノイドコイルのための変位測定システム。
2. 一次巻線（１８）の両コイル巻線（１４、１６）が主コイルボビン（１２）上で巻装されており、別の両二次巻線（２０、２２）が、一次巻線（１８）に当接して主コイルボビン（１２）を取り囲んでいる別のコイルボビン（２８）上に配置されている、請求項１記載の変位測定システム。
3. 別のコイルボビン（２８）が２つの芯枠半部（４８、５０）から形成されており、これらの芯枠半部（４８、５０）が一次巻線（１８）の両コイル巻線（１４、１６）を有する主コイルボビン（１２）上に両端から装着可能である、請求項２記載の変位測定システム。
4. 主コイルボビン（１２）が長手方向でほぼ中央に中央ウェブ（３６）を有しており、この中央ウェブ（３６）にそれぞれ一次巻線（１８）および二次巻線（２０）の巻線始端（３０；５２）と巻線終端（４０；５８）とのための接合箇所（３２、４２、５４、６０）が対をなして互いに径方向に向き合って設けられている、請求項１記載の変位測定システム。
5. 接合箇所（３２、４２、５４、６０）がそれぞれの導線を巻き付けることのできる固定ピンによって形成されている、請求項４記載の変位測定システム。
6. 中央ウェブ（３６）が、特に溝（３４、３８）の形をした導線案内部によって貫通されていて、両側に別のコイルボビン（２８）の装着可能な芯枠半部（４８、５０）のための当接面（５６）を有している、請求項４または５記載の変位測定システム。
7. 機械的な零点調整のために主コイルボビン（１２）および別のコイルボビン（２８）またはその芯枠半部（４８、５０）が互いに移動可能に配置されている、請求項２から６のいずれか１項記載の変位測定システム。
8. 主コイルボビン（１２）は少なくとも部分的に心棒（６２）を包囲しており、この心棒（６２）がソレノイドコイル（１０）のソレノイド部材（６４）と協働し、運動時に二次巻線（２０、２２）内に電圧変化を誘発する、請求項１から７のいずれか１項記載の変位測定システム。
9. 一次巻線（１８）の両コイル巻線（１４、１６）に脈動的な供給電圧が印加可能である、請求項１から８のいずれか１項記載の変位測定システム。
10. 二次巻線（２０、２２）がカバー（７０）によって取り囲まれ、このカバー（７０）が鉄外套（７２）により外方に向かって外周側で取り囲まれている、請求項１から９のいずれか１項記載の変位測定システム。

Images