JP3937372B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械や産業用ロボット等の可動部分の絶対移動位置を検出する位置検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より工作機械や産業用ロボット等の可動部分の移動量や移動位置を検出する位置検出装置として、例えば、差動トランス方式の位置検出装置が知られている。
【0003】
図14に、この差動トランス方式による従来の位置検出装置を示す。
【0004】
従来の位置検出装置100は、励磁コイル101と、この励磁コイル101の巻回の中心軸方向(以下、コイルの巻回の中心軸方向を巻回方向という。)の両端に隣接して設けられた第1と第2の検出コイル102,103とを備えている。
【0005】
第1と第2の検出コイル102,103は、励磁コイル101に対してその中心軸が一致するように端部に隣接して設けられ、その巻回方向の長さL(以下、コイルの巻回方向の長さをコイル長という。)が励磁コイル101のコイル長と同一となっている。励磁コイル101は、図示しない駆動回路により例えば2kH〜3kH程度の周波数の信号で励磁される。第1と第2の検出コイル102,103は、励磁コイル101と磁気的に結合されており、この励磁コイル101から発生する磁束により電気的な出力が誘起される。
【0006】
また、従来の位置検出装置100は、丸棒状の磁性材料からなるコア104と、長手方向の一端が工作機械や産業用ロボット等の可動部106に取り付けられ、他端にコア104の長手方向の一端が取り付けられたスピンドル105とを備えている。
コア104は、長手方向の中心軸が励磁コイル101の中心軸と一致するように、励磁コイル101、第1の検出コイル102及び第2の検出コイル103内に移動自在に挿入されている。コア104は、スピンドル105がX1方向及びX2方向に直線移動する可動部106に取り付けられているため、この可動部106の移動に応じて、上記励磁コイル101、第1の検出コイル102、第2の検出コイル103内をX1方向及びX2方向に直線移動する。
【0007】
以上のような構成の従来の位置検出装置100では、各検出コイル102,103のインダクタンスがコア104の挿入量に応じて変化する。そのため、この従来の位置検出装置100では、励磁コイル101から発生する磁束により励起される電気的な出力に基づき、各検出コイル102,103のインダクタンスを検出し、その差動出力を求めることで、コア104と各検出コイル102,103との相対移動位置を検出することができる。従って、この位置検出装置100では、スピンドル105を介してコア104に取り付けられた上記可動部の絶対移動位置を検出することができる。
【0008】
図15に、この従来の位置検出装置100の出力特性図を示す。
【0009】
例えば、第1の検出コイル102と第2の検出コイル103に対して均等な挿入量となる位置にコア104があるときには、第1の検出コイル102と第2の検出コイル103の内部の磁束量が同一となる。そのため、第1の検出コイル102の出力C1と第2の検出コイル103の出力C2とは同一となり、その差動出力(C2−C1)は0となる。このときの状態を平衡状態とする。
【0010】
この平衡状態から、コア104が第1のコイル102側に移動すると、第1のコイル102の出力C1は増加し、第2のコイル103の出力C2は減少する。従って、その差動出力(C2−C1)は減少する。また、この平衡状態から、コア104が第2のコイル103側に移動すると、第1のコイル102の出力C1は減少し、第2のコイル103の出力C2は増加する。従って、その差動出力(C2−C1)は増加する。
【0011】
このように、この従来の位置検出装置100では、コア104の移動位置に応じて出力が直線的に変化するため、このコア104に接続されている可動部106の移動位置をこの出力に基づき検出することができる。
【0012】
以上のように、従来の位置検出装置100では、各検出コイル102,103のインダクタンス変化の差動出力を取ることで、ノイズに強く、直線性の良い位置検出を行うことができる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、差動トランス方式による従来の位置検出装置100は、コア104の移動距離と同じ長さ以上のコイル長を持つコイルを3つ必要としていた。すなわち、従来の位置検出装置100では、全コイルのコイル長の合計の長さが、移動位置を検出することが可能な有効長に対して3倍以上の長さを必要としていた。そのため、この従来の位置検出装置100では、コア104の移動方向の大きさが、少なくとも有効長の3倍程度必要となり、装置全体の小型化をすることが困難であった。
【0014】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、高精度であり、かつ、小型化した位置検出装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る位置検出装置は、高周波励磁された第1のコイルと、コイル長が上記第1のコイルのコイル長よりも短く、中心軸が上記第1のコイルの中心軸と一致し、高周波励磁された第2のコイルと、上記第1のコイルの中心軸方向に対して相対移動自在に、この第1のコイル内に挿入された磁性材料からなるコアと、上記第1のコイルのインピーダンスと上記第2のコイルのインピーダンスとの差に基づき、上記コアと上記第1のコイルとの相対移動位置を検出する検出手段とを備え、上記第2のコイルは、上記コアの移動によりインピーダンス変化が生じない位置に設けられることを特徴とする。
【0016】
この位置検出装置では、上記コアの移動位置に応じて変化する高周波励磁された上記第1のコイルと第2のコイルのインピーダンスの差を検出し、このインピーダンスの差に基づき上記コアに取り付けられた物体の移動位置を検出する。
【0017】
本発明に係る位置検出装置は、上記コアの挿入方向の上記第1のコイルの先端部分の近傍に固定されて設けられた高透磁率材料を備えることを特徴とする。
【0018】
この位置検出装置では、上記コアの移動位置に応じて変化する高周波励磁された上記第1のコイルと第2のコイルのインピーダンスを検出し、このインピーダンスの差に基づき上記コアに取り付けられた物体の移動位置を検出する。また、この位置検出装置では、上記第1と第2のコイルから生じる磁束が上記高透磁率材料を通過する。
【0019】
【発明の実施の形態】
まず、直線移動範囲が10mmである可動部の移動位置を検出する本発明の第1の実施の形態の位置検出装置について説明する。
【0020】
図1に、本発明を適用した第1の実施の形態の位置検出装置の断面図を示す。
【0021】
位置検出装置1は、工作機械や産業用ロボットの直線移動部分である可動部2の移動位置を検出する。可動部2は、例えば、図中X1方向又はX2方向に直線移動する。この可動部2の移動量は、10mmとなっている。位置検出装置1では、この可動部2の移動を10mmの範囲で位置検出することができるように、位置検出が可能な有効長が10mm以上となっている。
【0022】
位置検出装置1は、円筒状の筐体3と、第1のボビン4に巻回されてこの筐体3内に収納された第1のコイル5と、第2のボビン6に巻回されてこの筐体3内に収納された第2のコイル7と、筐体3を閉塞する蓋体8とを備えている。
【0023】
筐体3は、例えば、直径が8mm、長手方向の長さが125mmの外形寸法の円筒状の形状を有している。この筐体3は、長手方向が可動部2の移動方向に平行となり、一方の開口部3aがこの可動部2に対向する位置に固定されている。
【0024】
第1のコイル5は、例えば、直径が0.06mmのCu線が第1のボビン4に1層分巻回されることにより形成されている。この第1のコイル5の巻回の中心軸方向の長さ(コイル長)は、可動部2の可動範囲すなわちこの装置の有効長よりも長くなっており、例えば、25mmとなっている。また、この第1のコイル5のコイル径は例えば4mmとなっている。第1のボビン4に巻回された第1のコイル5は、その中心軸が円筒状の筐体3の中心軸に一致するように、この筐体3の内部に収納されている。
【0025】
第2のコイル7は、例えば、直径が0.06mmのCu線が第2のボビン6に1層分巻回されることにより形成されている。この第2のコイル7のコイル長は、上記第1のコイル5のコイル長より短く、例えば、3mmとなっている。また、この第2のコイル7のコイル径は、上記第1のコイル5のコイル径と同一で、例えば4mmとなっている。第2のボビン6に巻回された第2のコイル7は、その中心軸が円筒状の筐体3の中心軸に一致するように、この筐体3の内部に収納されている。
【0026】
ここで、第1のコイル5と第2のコイル7は、可動部2の移動方向に対して、端部をつきあわせた形で、隣接した位置に配置されている。例えば、第1のコイル5は可動部2に対向する筐体3の一方の開口部3a側に配置され、第2のコイル7は可動部2に対向しない筐体3の一方の開口部3b側に配置される。
【0027】
このように配置された第1のコイル5及び第2のコイル7は、筐体3の可動部2に対向しない一方の開口部3bが有底筒状の蓋体8により閉塞されることにより、筐体3内の所定の位置に固定されている。この第1のコイル5と第2のコイル7は、コイルを構成するCu線の一端どうしが接続され、筐体3内から外部に挿出された信号線5aに接続している。また、第1のコイル5のCu線の信号線5aに接続されていない一端が筐体3内から外部に挿出された信号線5bに接続され、第2のコイル7のCu線の信号線5aに接続されていない一端が筐体3内から外部に挿出された信号線7aに接続されている。そして、各コイル5,7は、信号線5a,5b,7aを介して後述する駆動検出回路に接続し、この駆動検出回路によりそれぞれ高周波励磁されている。
【0028】
また、この位置検出装置1は、第1のコイル5内に挿入された丸棒状のコア9と、このコア9を支持するスピンドル10とを備えている。
【0029】
コア9は、例えば、SK材から構成されている。このコア9は、磁性材料から構成されるものであればどのようなものであってもよく、例えば、Fe、NiFe等でもよい。また、コア9は、高透磁率材料であるパーマロイや、Si,Fe,Co,B等により構成されるアモルファス合金を用いてもよい。このコア9は、長手方向の長さがこの装置の有効長よりも長い長尺状の形状となっており、例えば、直径が2mm、長手方向の長さが21.5mmの丸棒状の形状を有している。
【0030】
このコア9は、その中心軸が、第1のコイル5の中心軸と一致するように、この第1のコイル5内に挿入されている。このコア9は、第1のコイル5の中心軸方向に移動可能とされており、第1のコイル5の中心軸方向の中心位置oを中心として、少なくとも、可動部2の可動量すなわちこの位置検出装置の有効長である10mmの範囲で移動可能となっている。このようなコア9は、可動部2に対向する方向の一端が、スピンドル10に取り付けられている。
【0031】
スピンドル10は、丸棒状の形状を有しており、蓋体8が取り付けられていない筐体3の開口部3aから、この筐体3内に挿入されている。このスピンドル10は、筐体3の内壁に摺動自在に支持され、長手方向に移動自在となっている。
【0032】
このスピンドル10は、筐体3に挿入された方向の一端に、丸棒状の中心軸が一致するようにコア9が取り付けられている。また、このスピンドル10は、コア9が取り付けられていない一端が、可動部2に取り付けられている。
【0033】
以上のような構成の位置検出装置1では、可動部2が、図中X1方向又はX2方向に直線移動すると、スピンドル10もこの移動にともなって筐体3内を図中X1方向又はX2方向に直線移動する。このことにより、コア9が、可動部2の移動にともなって、第1のコイル5の内部を、この第1のコイル5の中心軸方向に有効長の範囲で直線移動する。
【0034】
ここで、第1のコイル5は、コア9の挿入量に応じてインピーダンスが変化する。すなわち、この第1のコイル5は、コア9との相対位置の関係によって、インピーダンスが変化する。
【0035】
例えば、図2に示すように、第1のコイル5のコイル長をLとし、コア9が挿入されていない空心部分の第1のコイル5の長さをxとする。このxが、第1のコイル5とコア9との相対移動位置を示す。すなわち、x=0となっているときにコア9が第1のコイル5内に完全に挿入された状態となり、x=Lとなっていることきにコア9が第1のコイル5に全く挿入されていない状態となる。ここで、コア9が、第1のコイル5内を距離xだけ移動したとする。このときの第1のコイル5の全体のインピーダンスZallは、コア9が挿入されていない空心部分(x)のインピーダンスZ1と、コア9が挿入されている有心部分(L−x)のインピーダンスZ2との総和となり、以下の式(1)で表される。
【0036】
Zall=Z1(x)+Z2(L−x) 但し x≦L ・・・(1)
このように、第1のコイル5の全体のインピーダンスZallは、第1のコイル5とコア9との相対移動位置xの関数となる。
【0037】
従って、位置検出装置1では、コア9が移動することによって第1のコイル5のインピーダンスが変化することから、この第1のコイル5のインピーダンスを検出することにより、このコア9とスピンドル10を介して接続された可動部2の移動位置を検出できる。
【0038】
また、このような第1のコイル5に対して、第2のコイル7は、コア9との相対位置の関係によってインピーダンスが変化しない。すなわち、第2のコイル7は、上述したように、可動部2に対向しない筐体3の一方の開口部3b側に、第1のコイル5につきあわせたかたちで隣接して配置されていることから、可動部2が移動しても内部にコア9が常に挿入されず、インピーダンスが変化しない。そのため、位置検出装置1では、第1のコイル5のインピーダンスを検出するとともに、第2のコイル7のインピーダンスを検出し、この差分を求めることにより、温度変化や電気的なノイズの影響を除去することができ、高精度な位置検出を行うことができる。
【0039】
このような第1のコイル5のインイーダンスの変化を検出するため位置検出装置1では、筐体3の外部に駆動検出回路を備えている。位置検出装置1では、この駆動検出回路により、第1のコイル5及び第2のコイル7を高周波で励磁するとともに、第1のコイル5のインピーダンスと第2のコイル7のインピーダンスとをを直流電圧として検出して、その差分に基づき上記可動部2の移動位置を検出する。
【0040】
図3に位置検出装置1に備えられる駆動検出回路の回路図を示す。
【0041】
位置検出装置1に備えられる駆動検出回路11は、発振回路12と、発振回路12からのパルス信号に基づき第1のコイル5及び第2のコイル7の駆動電流をスイッチングするスイッチング回路13と、第1のコイル5の出力電圧を検出して平滑化する第1の平滑回路14と、第1のコイル5と並列に接続された第2のコイル7の出力電圧を検出して平滑化する第2の平滑回路15と、平滑化された第1のコイル5と第2のコイル7との出力電圧の差分を増幅する差動増幅回路16とを備えている。
【0042】
第1のコイル5と第2のコイル7とは、図3に示すように、スイッチング回路13に対して並列接続されている。第1のコイル5は、一端が抵抗r1を介して電源電圧Vccが供給され、他端がスイッチング回路13を介して接地されている。また、第2のコイル7は、一端が上記抵抗r1と同一の抵抗値の抵抗r2を介して電源電圧Vccが供給され、他端がスイッチング回路13を介して接地されている。この第1のコイル5及び第2のコイル7は、それぞれ抵抗r1,r2との接続点から検出出力が取り出される。
【0043】
発振回路12は、例えば、周波数1MHz,パルス幅200nsのパルス信号を発生する。スイッチング回路13は、このパルス信号に基づき、並列接続された第1のコイル5及び第2のコイル7に流れる電流をスイッチングする。このことにより、第1のコイル5及び第2のコイル7が高周波パルス電流で励磁される。
【0044】
発振回路12による第1のコイル5及び第2のコイル7の駆動は、パルス信号に限られず、例えば、正弦波信号であってもよい。もっとも、パルス信号で駆動することにより、回路を安価にすることができ、さらに、デューティー比を変化させることで消費電力を抑えつつインピーダンス特性を良好にすることができる。
【0045】
また、第1のコイル5は、駆動する信号の周波数を上げていくことにより、そのインピーダンス特性の変化の直線性が良好となっていく。さらに、第1のコイル5及び第2のコイル7は、駆動する信号の周波数を上げていくことにより、その応答速度が高速となっていく。従って、発振回路12による第1のコイル5及び第2のコイル7の駆動は、良好なインピーダンス特性が得られて応答速度が高速となる高周波信号であればよく、例えば、10kHz〜10MHz程度の信号で駆動することができる。また、第1のコイル5の特性によっては、例えば、50kHz〜1MHz程度の信号であれば良好な特性を得ることができる。
【0046】
第1の平滑回路14は、第1のコイル5と抵抗r1との接続点の電圧を検出して平滑化する。第2の平滑回路15は、第2のコイル7と抵抗r2との接続点の電圧を検出して平滑化する。
【0047】
差動増幅回路16は、第1の平滑回路14により平滑化された第1のコイル5の出力電圧と、第2の平滑回路15により平滑化された第2のコイル7の出力電圧との差動電圧を検出して、この差動電圧を増幅した信号を生成し、この信号を可動部2の位置信号として出力する。
【0048】
以上のように駆動検出回路11は、第1のコイル5に高周波のパルス電流を励磁することができる。また、第2のコイル7は、上述したようにインピーダンスの変化が生じないので、第1のコイル5と第2のコイル7との差分を取ることにより、第1のコイル5のインピーダンス変化に比例して変化する電圧値を検出して、この値を可動部2の位置信号として出力することができる。
【0049】
図4に、可動部2の位置(Position)に対する駆動検出回路11の出力特性図を示し、図5に、可動部2の位置に対する出力の直線性誤差(Error)を示す。
【0050】
図4に示すように、この位置検出装置1では、可動部2の移動範囲である有効長10mm内で、約0.63ボルトから0.20ボルトの範囲で直線的に電圧変動する出力を得ることができる。また、図5に示すように、この位置検出装置1では、可動部2の移動範囲である有効長10mm内で、直線性誤差を0.5パーセント以下とすることができる。
【0051】
以上のように本発明の第1の実施の形態の位置検出装置1では、高い精度で可動部2の移動位置を検出することができる。また、この位置検出装置1では、駆動検出回路11により高周波励磁した第1のコイル5を用いて位置検出を行うので、コイル長に対して位置検出可能な有効長を長くすることができる。そのため、位置検出装置1では、装置全体の小型化を図り、また、回路規模を小さくすることができる。
【0052】
また、この位置検出装置1では、高周波励磁をした第1のコイル5のインピーダンスを検出をするので、応答性に優れ、この第1のコイル5の巻き線数を少なくすることができる。
【0053】
さらに、この位置検出装置1では、コア9との相対位置によってもインピーダンス変化が生じない第2のコイル7との差分を検出して、第1のコイル5のインピーダンスを検出しているので、温度変化や電気的なノイズの影響を受けずに、位置検出をすることができる。また、第2のコイル7のコイル長は、位置検出可能な有効長に影響を及ぼさないので、十分短いものとすることができ、装置全体を小型化することができる。
【0054】
つぎに、直線移動範囲が10mmである可動部の移動位置を検出する本発明の第2の実施の形態の位置検出装置について説明する。なお、この第2の実施の形態の位置検出装置を説明するのにあたり、上記第1の実施の形態の位置検出装置1と同一の構成要素については、図面中に同一の符号を付け、その詳細な説明を省略する。
【0055】
図6に、本発明を適用した第2の実施の形態の位置検出装置の断面図を示す。
【0056】
この第2の実施の形態の位置検出装置20では、可動部2の移動を10mmの範囲で位置検出することができるように、位置検出が可能な有効長が10mm以上となっている。
【0057】
位置検出装置20は、円筒状の筐体3と、第3のボビン21に巻回されてこの筐体3内に収納された第3のコイル22と、筐体3を閉塞する蓋体8と、第3のコイル22の内部に設けられた高透磁率材料であるパーマロイ23とを備えている。
【0058】
第3のコイル22は、例えば、直径が0.06mmのCu線が第3のボビン21に1層分巻回されることにより形成されている。この第3のコイル22のコイル長は、可動部2の可動範囲すなわちこの装置の有効長よりも長くなっており、また、上記第1の実施の形態の第1のコイル5のコイル長よりも短く、例えば、20mmとなっている。また、この第3のコイル22のコイル径は例えば4mmとなっている。第3のボビン21に巻回された第3のコイル22は、その中心軸が円筒状の筐体3の中心軸に一致するように、この筐体3の内部に収納されている。
【0059】
ここで、第3のコイル22と第2のコイル7は、可動部2の移動方向に対して端部をつきあわせたかたちで隣接した位置に配置されている。例えば、第3のコイル22は可動部2に対向する筐体3の一方の開口部3a側に配置され、第2のコイル7は可動部2に対向しない筐体3の一方の開口部3b側に配置される。
【0060】
この第3のコイル22と第2のコイル7は、筐体3の可動部2に対向しない一方の開口部3bが有底筒状の蓋体8により閉塞されることにより、筐体3内の所定の位置に固定されている。
【0061】
また、第3のコイル22には、可動部2に対向しない一方の筐体3の開口部3bに近接した端部に、すなわち、コア24の挿入方向の先端部に、高透磁率材料であるパーマロイ23が設けられている。パーマロイ23は、例えば、直径が2mmで、高さが3mmの円柱状の形状を有している。
【0062】
ここで、第3のコイル22にパーマロイ23を設けていない場合、励磁駆動した第3のコイル22が発生する磁束は、図7(a)に示すように、コイル端部において拡散した状態となる。これに対して、第3のコイル22にパーマロイ23を設けた場合、励磁駆動した第3のコイル22の磁束は、図7(b)に示すように、コイル端部において理想的な平行状態となる。すなわち、第3のコイル22の端部にパーマロイ23を設けることにより、第3のコイル22の内部を通過する磁束がパーマロイ23に集束する。そのため、この第3のコイル22では、磁束量の変化に対するインピーダンスの変化のリニアリティーが改善される。
【0063】
また、パーマロイ23を設ける位置は、コア7の挿入方向の先端部の近傍であれば、上記図7(b)に示すような全体が完全に第3のコイル22の内部に挿入されている位置に限られない。例えば、図8(a)に示すように、パーマロイ23の一部が第3のコイル22の外部に突出し、一部が内部に挿入されている位置に設けても良い。また、図8(b)に示すように、パーマロイ23を第3のコイル22の外部に隣接した位置に設けても良い。また、図8(c)に示すように、パーマロイ23を第3のコイル22の端部から離れた外部に設けても良い。
【0064】
なお、この位置検出装置20では、パーマロイ23に変えて、例えば、Fe、Co、Si、B等の高透磁率材料を第3のコイル22に設けても良い。
【0065】
また、この位置検出装置20は、第3のコイル22内に挿入された丸棒状のコア24と、このコア24を支持するスピンドル10とを備えている。
【0066】
コア24は、材質等は、上記第1の実施の形態のコア9と同一であるが、長手方向の長さがコア9よりも短く16.5mmの丸棒状の形状を有している。
【0067】
以上のような構成の位置検出装置20では、可動部2が、図中X1方向又はX2方向に直線移動すると、スピンドル10もこの移動にともなって筐体3内を図中X1方向又はX2方向に直線移動する。このことにより、コア24が、可動部2の移動にともなって、第3のコイル22の内部を、この第2のコイル22の中心軸方向に有効長の範囲で直線移動する。
【0068】
図9に、可動部2の位置(Position)に対する駆動検出回路11の出力特性図を示し、図10に、可動部2の位置に対する出力の直線性誤差(Error)を示す。
【0069】
図9に示すように、この位置検出装置20では、可動部2の移動範囲である有効長10mm内で、約1.00ボルトから0.48ボルトの範囲で直線的に電圧変動する出力を得ることができる。また、図10に示すように、この位置検出装置1では、可動部2の移動範囲である有効長10mm内で、直線性誤差を0.5パーセント以下とすることができる。
【0070】
以上のように本発明の第2の実施の形態の位置検出装置20では、高い精度で可動部2の移動位置を検出することができる。また、この位置検出装置20では、駆動検出回路11により高周波励磁した第3のコイル22を用いて位置検出を行うので、コイル長に対して位置検出可能な有効長を長くすることができる。そのため、位置検出装置20では、装置全体の小型化を図り、また、回路規模を小さくすることができる。
【0071】
また、この位置検出装置20では、高周波励磁をした第3のコイル22のインピーダンスを検出をするので、応答性に優れ、この第3のコイル22の巻き線数を少なくすることができる。
【0072】
また、この位置検出装置20では、コア24との相対位置によってもインピーダンス変化が生じない第2のコイル7との差分を検出して、第3のコイル22のインピーダンスを検出しているので、温度変化や電気的なノイズの影響を受けずに、位置検出をすることができる。また、第3のコイル22のコイル長は、位置検出可能な有効長に影響を及ぼさないので、十分短いものとすることができ、装置全体を小型化することができる。
【0073】
さらに、この位置検出装置20では、コア24の挿入方向の第3のコイル22の先端部分に固定したパーマロイ23を備えることにより、第3のコイル22内の磁束を平行とすることができ、第3のコイル22のコイル長に対してさらに有効長を長くすることができる。
【0074】
なお、以上説明した実施の形態では、第2のコイル7を、第1のコイル5又は第3のコイル22に対して、可動部2に対向しない筐体3の一方の開口部3b側につきあわせたかたちで隣接して配置しているが、本発明では、コア9或いはコア24との相対位置の関係によってインピーダンスが変化しない位置であれば、どのような位置に第2のコイル7を配置しても良い。
【0075】
例えば、図11に示す位置検出装置30のように、第2のコイル7を、第3のコイル22に対して、可動部2に対向した筐体3の一方の開口部3a側につきあわせたかたちで隣接して配置してもよい。この位置検出装置30では、コア9が移動した場合であっても、第2のコイル7の内部に常にコア9が挿入された状態となっているため、第2のコイル7のインピーダンスは変化しない。
【0076】
また、例えば、図12に示す位置検出装置40のように、可動部2に対向した筐体3の一方の開口部3a側の第1のコイル22の端部の外周に、第2のコイル7を巻回しても良い。この位置検出装置40では、コア24が移動した場合であっても、第2のコイル7の内部に常にコア24が挿入された状態となっているため、第2のコイル7のインピーダンスは変化しない。
【0077】
また、例えば、図13に示す位置検出装置50のように、可動部2に対向していない筐体3の一方の開口部3b側の第1のコイル22の端部の外周に、第2のコイル7を巻回しても良い。この位置検出装置50では、コア24が移動した場合であっても、第2のコイル7の内部に常にコア24が挿入されていない状態となっているため、第2のコイル7のインピーダンスは変化しない。
【0078】
また、以上本発明の実施の形態を説明するにあたり、固定配置されたコイル内をコアが移動する位置検出装置を示したが、コイルとコアとの相対位置に応じてコイルのインピーダンスが変化するので、固定配置されたコアに対してコイルを移動させ、すなわち、筐体を可動部に取り付けて、位置検出をしてもよい。
【0079】
また、本発明の実施の形態を説明するにあたり、筐体、コア、コイル、スピンドルの形状を、円筒状或いは丸棒状とした位置検出装置を示したが、本発明では、その形状は限られず、例えば、矩形筒状の筐体、板状のコア,スピンドル、矩形に巻回されたコイル等を用いても良い。
【0080】
さらに、本発明の実施の形態を説明するにあたり、直線移動をする可動部の移動位置を検出する位置検出装置について示したが、本発明では、直線移動に限られず、例えば、中心軸が円弧状となったコイルに、このコイルの中心軸の形状と同一のコアを挿入して、円移動する可動部の回転位置を検出しても良い。
【0081】
【発明の効果】
本発明に係る位置検出装置では、コアの移動位置に応じて変化する高周波励磁された第1及び第2のコイルのインピーダンスの差を検出し、このインピーダンスの差に基づき上記コアに取り付けられた物体の移動位置を検出する。このことにより、この位置検出装置では、コイル長に対して位置検出可能な有効長を長くすることができ、そのため、装置全体の小型化を図ることができる。また、この位置検出装置では、第1と第2のコイルのインピーダンスの差を検出することから、外乱に対する影響が少なく、高精度な位置検出を行うことができる。また、この位置検出装置では、高周波励磁をした第1のコイルと第2のコイルのインピーダンスを検出をするので、応答性に優れ、コイルの巻き線数を少なくすることができる。
【0082】
また、本発明に係る位置検出装置では、コアの挿入方向の第1のコイルの先端部分の近傍に固定した高透磁率材料を備えることにより、第1のコイル内の磁束を平行とすることができ、さらに、高精度な位置検出をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の位置検出装置の断面図である。
【図2】上記位置検出装置に備えられるコイルとコアとの相対位置に対するインピーダンスの変化を説明するための図である。
【図3】上記位置検出装置の駆動検出回路の回路図である。
【図4】可動部の位置に対する上記位置検出装置の駆動検出回路の出力特性図である。
【図5】可動部の位置に対する上記位置検出装置の駆動検出回路の出力の直線性誤差を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態の位置検出装置の断面図である。
【図7】コイル内の磁束の状態を説明するための図である。
【図8】コイルの端部に設けられパーマロイの位置を説明するための図である。
【図9】可動部の位置に対する上記位置検出装置の駆動検出回路の出力特性図である。
【図10】可動部の位置に対する上記位置検出装置の駆動検出回路の出力の直線性誤差を示す図である。
【図11】第2のコイルの配置位置を変えた位置検出装置の断面図である。
【図12】第2のコイルの配置位置を変えた他の位置検出装置の断面図である。
【図13】第2のコイルの配置位置を変えた他の位置検出装置の断面図である。
【図14】従来の位置検出装置を示す図である。
【図15】従来の位置検出装置の出力特性を示す図である。
【符号の説明】
1,20,30,40,50 位置検出装置、2 可動部、3 筐体、4 第1のボビン、5 第1のコイル、6 第2のボビン、7 第2のコイル、8 蓋体、9,24 コア、10 スピンドル、11 駆動検出回路、21 第3のボビン、22 第3のコイル、23 パーマロイ
Claims (2)
- 高周波励磁された第1のコイルと、
コイル長が上記第1のコイルのコイル長よりも短く、中心軸が上記第1のコイルの中心軸と一致し、高周波励磁された第2のコイルと、
上記第1のコイルの中心軸方向に対して相対移動自在に、この第1のコイル内に挿入された磁性材料からなるコアと、
上記第1のコイルのインピーダンスと上記第2のコイルのインピーダンスとの差に基づき、上記コアと上記第1のコイルとの相対移動位置を検出する検出手段とを備え、
上記第2のコイルは、上記コアの移動によりインピーダンス変化が生じない位置に設けられること
を特徴とする位置検出装置。 - 上記コアの挿入方向の上記第1のコイルの先端部分の近傍に固定されて設けられた高透磁率材料を備えること
を特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
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