JP4294555B2 - 位置測定システム及び気体シリンダ - Google Patents

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Description

本発明は、位置測定システムに関する。
本発明は、更に、気体シリンダに関する。
DE 100 25 661 A1(US 2001 0052771 A1)及びDE 101 24 483 A1(US 2002 0163328 A1)には、伝達器とセンサとを備えた変位測定システム(位置測定システム)が開示されている。この位置測定システムにおいては、伝達器がセンサと電磁結合されると共に、センサが誘導素子を備える。この誘導素子は、発振器と結合されており、自らの特性及び/又は有効インダクタンスにより発振器に影響を与える。このような誘導素子の特性及び/又は有効インダクタンスは、上記伝達器が結合された有効センサ領域の大きさにより決まる。この有効センサ領域の大きさが伝達器とセンサとの離間方向に直交する方向における位置関係に依存するするように、上記センサは形成される。
DE 100 25 661 A1 DE 101 24 483 A1 DE 100 38 001 A1 EP 1 139 069 A1 US 6 373 239 B1 DE 100 44 839 A1 DE 100 39 216 A1 DE 202 16 024 U1 DE 299 22 458 U1
本発明は、可変的に使用可能な位置測定システムを提供するという目的に基づく。
この目的は、本発明に従い、次のものを設けることにより達成される:伝達器;第1変位変換器。この第1変位変換器と自らとの位置関係に依存する結合力ないし結合強度で、前記伝達器は非接触によりこの第1変位変換器と結合される;第2変位変換器。位置依存性の結合強度で、前記伝達器は非接触によりこの第2変位変換器と結合される;固定装置。この固定装置は、本位置測定システムの測定範囲が前記第1及び第2変位変換器上に広がるように、前記第1及び第2変位変換器を相関的に固定するためのものである。
発明の実施の形態及び効果
本発明に係る解決法は、測定長が簡単な方法で設定されること、従って長さの調節可能なシステムが簡単な方法で設けられることを許容する。この長さは、特に応用物ないし使用目的要素の上で、瞬時に調節することができる。これにより、確実な作用を奏する、変化の度合の大きなシステムが生まれる。上記第1及び第2変位変換器の相対的な伸縮変位は、測定長が広範囲に設定されることを許容する。この測定範囲は、各変位変換器の測定長よりも大きなものとなる
例えば、次のようなことが既に判明している。即ち、2つの変位変換器が感知素子として長さ18cmのコイルを備える場合、測定長はその2倍まで大きくすることができる。この場合、全測定範囲長において単調性が認められる。
上記2つの変位変換器については、原則として、更なる構成要素上に、相関的且つ別個に固定するようにしてもよい。この場合、これら2つの変位変換器を互いから離間させることもできるが、好ましくは、両者が重なるようにする。
上記第1及び第2変位変換器については、特に、上記固定装置により互いに対して固定することができると有利である。これにより、特に、測定距離を固定して変わらないようにすることが許容される。
上記第1及び第2変位変換器については、特に、本位置測定システムの測定範囲が調節可能なように互いに対して固定することができると有利である。この測定範囲は、これら2つの変位変換器の相関的な位置関係により決定される。なお、この位置関係は再調節可能である。
上記第1及び第2変位変換器は、特に、固定可能なように相対移動することができる。これにより、一旦固定すると確実且つ正確な測定が許容される一方、(測定前の)変位により測定範囲を調節することが可能となる。
本発明に係る位置測定システムは、長さが調節可能である。この長さの調節は、ユーザが行うことができる。又、上記第1及び第2変位変換器の位置関係(特に、固定関係)が設定可能であることから、これにより前記長さは調節される。
本位置測定システムにおいては、特に、上記第1及び第2変位変換器が重なり領域を有する。この重なり領域は上記結合領域(特に、センサの磁場に晒される領域)にあり、上記第1変位変換器と上記第2変位変換器の双方により規定される。この重なり領域も、例えば、上記2つの変位変換器が簡単且つ互いに固定されることを許容する。
上記重なり領域の大きさが調節可能であると有利である。これにより、上記測定長の再設定が可能となる。
上記固定装置は、原則的に、上記2つの変位変換器を咬み合い係合により相関的に固定することができる。但し、上記固定装置がこれら第1及び第2変位変換器を非咬み合い係合により互いに対して固定すると、簡単な方法で固定することができる。このような咬み合い又は非咬み合い係合による固定を奏する上記力を中断又は小さくすることで、ユーザは測定長が設定されるように上記2つの変位変換器を相対移動させることができる。なお、非咬み合い係合により固定する場合、この目的のために、ねじの類を緩める必要は全くない。
上記固定装置が上記第1及び第2変位変換器の周囲に係合すると有利である。これにより、これら2つの変位変換器を簡単な方法で互いに固定することが許容される。
上記固定装置が弾性要素(例えば、ゴム製バンド、収縮チューブ)を備える場合、とりわけ簡単な方法で固定することができる。このような弾性要素を用いると、上記第1及び第2変位変換器を互いに締め付けることができる。これにより、最小限の力で固定することが許容される。この場合、特に、担体板に変更を加える必要はない。こうして、本発明に係る位置測定システムは、低コストで作ることができる。
上記固定装置については、特に、電気絶縁性材料からこれを作る。これにより、担体板上で作用する際に、電気的な影響を受けることがない
上記固定装置については、上記第1変位変換器及び/又は上記第2変位変換器を保持するように形成してもよい。例えば、上記固定装置がこれら2つの変位変換器を別個に保持し、これにより2つの変位変換器の相関的な位置関係が決まるようにしてもよい。上記固定装置が、これら変位変換器の中の1つだけを保持するようにしてもよい。この場合、上記第2変位変換器が上記固定装置により保持されると共に、上記第1変位変換器は上記固定装置により前記第2変位変換器に対して固定される。
上記固定装置は、例えば、長さの調節可能なハウジングを備える。このハウジング内に、上記第1変位変換器及び/又は上記第2変位変換器が保持される。特に、少なくとも1つの変位変換器を上記ハウジング内に配することができる。このハウジングにより、上記2つの変位変換器の位置関係が決まる。上述のゴム製バンド等の固定装置を付加的に設けるようにしてもよい。これにより、上記2つの変位変換器が互いに且つ直接的に固定される。
上記固定装置が、上記ハウジングにおいて、変位変換器を保持するための少なくとも1つの凹部を備えることも可能である。この凹部は、例えば溝ないし通路状に形成される。このような凹部に変位変換器を位置付けることができるが、その位置で締め付けるなどして固定することも可能である。このような凹部及び変位変換器が適宜適合する方法で形成される場合、例えば次のようなことを達成することができる。即ち、この変位変換器は上記ハウジングの面よりも上にはならない、ということである。つまり、このような変位変換器は、上記ハウジングの面と同一平面を成すように、或いは上記ハウジングの面よりも下になるように配される。
一実施例においては、上記固定装置が、上記第1変位変換器を保持するための第1凹部及び上記第2変位変換器を保持するための第2凹部をハウジング上に備える。上記2つの変位変換器の位置関係を適切にした場合、例えばこれら2つの変位変換器の双方を伝達器の磁場に晒すことが可能な重なり領域を設定することができる。
上記第1及び第2凹部については、特に、平行を成すように配される。このため、測定可能な変位範囲を簡単な方法で設定することができる。
上記凹部の少なくとも1つが、関連する上記変位変換器の固定可能な溝として形成されると有利である。これにより、本発明に係る位置測定システムを簡単な方法でハウジング内に組み込むことが許容される
上記凹部の少なくとも1つ及び関連する上記変位変換器は、前記変位変換器が固定される前に前記凹部を長手方向に変位可能なように、互いに適合する方法で形成される。これにより、重なり領域を簡単な方法で設定することが許容される。(上記変位変換器のハウジングの形態及び上記凹部の形態を適切にした場合)簡単な方法で、上記変位変換器が長手方向にのみ変位可能である(即ち、上記凹部の上からは取り外し不能である)ようにすることができる。その結果、固定の方法は簡単なものとなる。なぜなら、長手方向の変位のみを防げばよいからである。
上記第2変位変換器は、例えば上記第1変位変換器上に位置付けられる。これにより、簡単な方法で固定することが許容される。
上記第1変位変換器の長手方向軸と上記第2変位変換器の長手方向軸とが平行を成す場合、上記測定長は簡単な方法で設定することができる。これにより、上記測定長を長く又は短くすることが許容される。この場合、上記単調性が影響を受けることはない。これら変位変換器の長手方向軸については、上記伝達器の移動方向と略一致するのが好ましい。
上記第1及び第2変位変換器の各々が、位置可変なように形成される感知素子を少なくとも1つ備えるととりわけ有利である。この感知素子には、上記伝達器の位置を決定するための位置情報が対応するようにコード化される。例えば、感知素子の幾何学的形態により、前記位置情報はコード化される。対応する変位測定システムはDE 100 25 661 A1(US 2001 0052771 A1)に記載されているので、こちらを参照されたい。
上記第1及び第2変位変換器の各々が、上記伝達器と自らとの離間方向に直交する方向において変化する有効センサ領域を有すると有利である。対応する変位変換器は、簡単な方法で構成することができる。例えば、対応する幾何学的形状を有する平らなコイルをプリント回路基板上に配することにより構成することができる。このコイルは、例えば三角形の形状を成す。この場合、長手方向と直交する方向における幅は、コイルの端から三角形の頂点に向けて、その値が小さくなるように変化する。この変化は単調的である。このため、略線形的な位置依存性が、少なくとも個々の変位変換器について達成される。
上記有効センサ領域は、特に、各変位変換器の長手方向と直交する方向において変化する。このため、この長手方向に沿って上記伝達器がその位置を変えると、異なる有効センサ領域、従って異なるセンサ信号が得られる。こうして、上記長手方向における上記伝達器の位置を決めることができる。
好適な例においては、上記第1及び第2変位変換器の各々が、少なくとも1つの誘導素子を感知素子として備える。この誘導素子は発振器と結合されるのが好ましい。この場合、誘導素子はその特性及び/又は有効インダクタンスにより発振器に影響を与える。このような誘導素子の作用原理はDE 100 25 661 A1(US 2001 0052771 A1)に記載されていいるので、こちらを参照されたい。
少なくとも1つの上記誘導素子が、平らなコイルとして担体上に配されると特に有利である。これにより、上記感知素子の垂直高さを小さく保つことが許容される。その結果、上記伝達器の上記第1変位変換器の感知素子からの垂直距離と上記第2変位変換器の感知素子からの垂直距離との差は、測定上無視することができるくらいに小さなものとなる。
上記担体がプリント回路基板を備えると有利である。このプリント回路基板は、特に、小プレート(platelet)として形成される。この場合、簡単な方法で、上記2つの変位変換器を互いに固定したり、相対移動させたりすることができる。上記担体については、完全に可撓性を有するように(少なくとも、その一部は可撓性を有するように)形成してもよい。この担体が、特に、剛性担体部と、この剛性担体部の上に配された少なくとも1つの可撓性担体部とを備えるようにしてもよい。このような位置測定システムはDE 101 24 483 A1(US 2002 0163328 A1)に記載されているので、こちらを参照されたい。
上記担体が可撓性を有する場合、この担体は、例えば、折り畳まれる、曲げられる、或いはロール状にされる。こうして、横方向の寸法が小さな担体を形成することができる。これにより、横方向の寸法が小さな変位変換器を設けることが許容される。このような変位変換器は、例えば溝に位置付けることができる。
上記誘導素子の少なくとも1つを三角形として形成するようにしてもよい。これにより、上記有効センサ領域の位置依存性(特に、単調的な位置依存性)を簡単な方法で設定することが許容される。
上記第1及び第2変位変換器が、各誘導素子の三角形の頂点の領域において重なるようにすると特に有利である。
上記第1及び第2変位変換器については、各誘導素子が対向するように相関的に固定するのが好ましい。これにより、これら誘導素子の間の垂直距離、従って伝達器からの垂直距離の差は最小になる。
少なくとも1つの電気絶縁層を異なる変位変換器の上記誘導素子の間に配すると有利である。これにより、これら誘導素子の電気接触が防がれる。
本発明に係る位置測定システムの更なる実施例においては、軟磁性コアが設けられる。この軟磁性コアの周囲に、少なくとも1つの測定コイルが巻かれる。特に、基準コイルが直列結合される。この軟磁性コアの周囲に巻かれる測定コイル(の少なくとも1つ)は、共振回路に組み込まれる。上記測定コイルの少なくとも1つをブリッジ回路に配するようにしてもよい。ブリッジ回路は、外部励起を受け易い。
上記軟磁性コアは、一定の範囲で磁化される。上記測定コイルの軸方向に帯磁した磁石が上記伝達器として使用される場合、この磁石は上記磁化に影響を与え、この影響が今度は上記共振回路又は上記ブリッジ回路の減衰や位相や周波数に影響を与える。この軟磁性コアが細長い形状を有する場合、上記影響は上記伝達器と上記軟磁性コアとの位置関係に依存する。従って、このような影響から、上記伝達器に関する位置情報を得ることができる。
上記軟磁性コアは、特に、複数の部分から成る形状を有する。即ち、第1変位変換器として第1コア要素を、第2変位変換器として第2コア要素を、少なくとも備える。このコア要素については、相関的に位置付けることができる。これらコア要素は、少なくとも上記測定コイルと共同で、変位変換器として作用する。上記軟磁性コアの長さ(特に、上記2個のコア部の相関的な位置関係)は調節することができることから、これにより上記測定範囲を設定することが許容される。上記測定コイルを選択する場合は、コア全体(上記コア部から成る)が囲まれるようにする。
感知素子のための担体の少なくとも一部の上に、或いはこのような担体の外側に、評価電子機器を配してもよい。
上記伝達器が磁石である場合、特に、少なくとも1つの変位変換器に磁気飽和可能な材料を設けると有利である。例えば、ミューメタル(Mu metal)層のような磁気飽和可能な層が設けられる。
上述の磁気飽和可能な層が導電性材料(例えば、ミューメタル(Mu metal))から作られると、電磁干渉に対する良好な遮蔽効果も得られる。
上述の磁気飽和可能な層は、薄膜(特に、粘着性薄膜)を用いて形成してもよい。これにより、上記磁気層を上記担体に簡単に適用することが許容される。この磁気層については、片面に配してもよいし、両面に配してもよい。
上述の磁気飽和可能な層は、他方の変位変換器に対向する面及びこの面とは反対側にある面の双方に配してもよいし、これら面のいずれか一方に配してもよい。
担体の上記面(他方の変位変換器に対向する面とは反対側にある面)に、金属層(特に、銅クラッド)を設けることも可能である。これにより、良好な遮蔽効果が得られる一方で、簡単且つ低廉な製造が許容される。
上記誘導素子の少なくとも1つは、磁気伝導性又は導電性を有する材料から作るようにしてもよい。この場合、上記感知要素において、磁気飽和を直接起こすことができる。このような局所飽和に基づいて、上記位置依存性情報が得られるのはもちろんである。
上記第1及び第2変位変換器に加えて、少なくとも1つの更なる変位変換器を隣接する変位変換器に対して固定するようにしてもよい。これにより、上記測定範囲長の設定可能性が更に広がる。
本位置測定システムを使用目的対象物(例えば、気体シリンダ)の上に固定するためのホルダを設けると有利である。
上記ホルダは、例えば、センサを機能ユニット上に保持する目的のために形成される。このようなホルダは一般的に使用することができるが、その詳細はDE 100 38 001 A1(US 2002 0014128 A1)に記載されているので、こちらを参照されたい。
本位置測定システムのために、特に、アダプタが設けられる。このアダプタを用いて、本位置測定システムを上記ホルダに固定することができる。これにより、本位置測定システムを簡単な方法で多数の機能ユニット上に固定することが許容される。
この場合、本位置測定システムを、上記固定装置を用いて上記ホルダに固定してもよい。上記固定装置については、例えば、上記アダプタに固定することが可能である。本位置測定システムを、変位変換器を用いて上記ホルダに固定可能なようにすることもできる。このような変位変換器は、上記アダプタに直接固定される。
本発明に係る位置測定システムは、気体シリンダのための位置測定において、有利な方法で使用することができる。
本発明は、更に、気体シリンダに関する。この気体シリンダには、本発明に係る位置測定システムが設けられる。
気体シリンダにおいては、ピストンが特定のスイッチング位置に到達したこと、つまりピストンの動きを検知する必要があることが多い。多様なデザインの気体シリンダが存在し、特に、ハウジングの長さが異なるものが存在する。本発明に係る位置測定システムによれば、測定範囲を設定することが可能であることから、簡単な方法で気体シリンダに位置測定システムを装着することが許容される。
本位置測定システムは、例えば、気体シリンダのハウジング上(特に、ハウジングの壁に設けた溝)に配される。ユーザは、簡単な方法でスイッチングポイントをプログラムすることができる。なぜなら、本発明に係る位置測定システムは、絶対位置の測定を行うと共に、この絶対位置の測定に基づいてスイッチングポイントを規定することができるからである。
本発明に係る位置測定システムを気体シリンダのハウジングの内側に設けることも可能である。
本発明をより詳細に説明するために、図面を参照しつつ、好適な実施例について以下の通りに記述する。
図1及び図2に、本発明に係る位置測定システムの第1の模範的実施例を示す。同図では、このシステム全体を符号10で表す。位置測定システム10は、伝達器12(図2)を備える。特に、伝達器12は磁石(例えば、永久磁石、電磁石)である。
伝達器12は、センサと誘導結合された金属体でもよい。
伝達器12は、移動体と結合される。この移動体の位置は、確定することができる。伝達器12は、例えば気体シリンダのピストンと結合される。
位置測定システム10は、第1変位変換器(ピックアップ)14と、第2変位変換器(ピックアップ)16とを備える。2つの変位変換器14,16は類似した構成を有するが、全く同じ構成としてもよい。
2つの変位変換器14,16は、それ自体が十分に機能的ある。即ち、各変位変換器14/16は、その上方に位置する伝達器12の位置データを求めるために使用することができる。変位変換器14,16については、特に、こうなるように形成する。
各変位変換器14/16は、プリント回路基板18を担体として備える。プリント回路基板18は、小プレート(platelet)として形成するのが好ましい。この小プレートの上面20と下面22は、互いに略平行を成す。
プリント回路基板18上に、2つの変位変換器14,16のためのセンサがそれぞれ配される。即ち、第1変位変換器14のためのセンサ24と、第2変位変換器16のためのセンサ26と、が配される。センサ24,26は、空間的に変化するような方法で形成される。即ち、第1変位変換器14の長手方向28又は第2変位変換器16の長手方向30における伝達器12の相対位置は、センサ領域の大きさが変化することにより決定される。このように、長手方向28,30に沿った結合力は、それぞれ空間的に変化する。変位変換器14,16とその上方にある伝達器12との距離に変化がなくても、このことは当てはまる。
センサ24,26の各々は、例えばコイル32,34を感知素子として備える。コイル32,34は、関連するプリント回路基板18に適用される。図1に示す模範的実施例の場合、コイル32,34は、三角形の導電素子として構成される。コイル32,34については、特に、プリントコイルとして各プリント回路基板18上に配される。
コイル32の形状については、長手方向28と直交する方向における寸法が、長手方向28に沿って変化する。このため、プリント回路基板18の第1端部36から第2端部38に向かって、有効センサ領域は減少(特に、単調減少)する。同様に、第2変位変換器16のコイル34のための有効センサ領域も、第1端部40から反対側の第2端部42に向かって減少(特に単調減少)する。
第1変位変換器14の端部36と第2変位変換器16の端部40は、互いに反対の方を向く。こうなるように、2つの変位変換器14,16は互いに重ねられる。第2変位変換器16の感知素子であるコイル34は、第1変位変換器14のコイル32の方を向く。重なり領域44において、2つの変位変換器14,16は、コイル32,34と共に重なり合う。重なり領域44では、第2変位変換器16が第1変位変換器14の上にある。
固定装置46が、2つの変位変換器14,16を互いに対して固定するようになっている。固定装置46は、2つの変位変換器14,16の周囲に係合しつつ、これらを互いに締め付けるように保持する。こうなるように、固定装置46は形成される。固定装置46は、(締め付け作用の中断時に)2つの変位変換器14,16が相対移動することを許容する。こうして、重なり領域44の大きさ、従って端部36,40間の距離が設定される。同じ方法で、位置測定システム10の測定長は再度設定される。2つの変位変換器14,16の位置関係は、固定装置46が固定することにより特定される。
模範的実施例の場合、固定装置46は弾性帯(例えば、収縮帯)により形成される。この帯は、重なり領域44において2つの変位変換器14,16を互いに結び付け、これらを互いの上に固定する。固定装置46を伸縮させることにより、第1変位変換器14と第2変位変換器16との位置関係を簡単な方法で変更することができる。
決定された位置データを評価するために、評価電子機器48a,48bを各変位変換器14/16のプリント回路基板18上に配するようにしてもよい。
評価電子機器48a,48bについては、プリント回路基板18の外側に配することも可能である。
コイル32,34は、平コイルとして形成される。コイル32,34は、特に、誘導素子として発振器と結合される。伝達器12の結合は、この発振器の特性及び/又は有効インダクタンスに影響を与える。つまり、コイル32,34の特性及び/又は有効インダクタンスは、伝達器12の長手方向28,30における位置により影響を受ける。長手方向28,30は、伝達器12と変位変換器14との離間方向と交差する(特に、垂直を成す)。
上記発振器は、自励式でも他励式でもよい。他励式の場合、例えば、外部生成パルスにより励起される。コイル32,34については、ブリッジ回路に配してもよい。ブリッジ回路は、外部励起を受け易い。
センサ24(又は26)と伝達器12との位置関係に関する情報(位置情報)は、コイル32(又は34)の幾何学的構造、及びコイル32(又は34)と伝達器12との位置関係に依存する。伝達器12は、有効センサ領域と結合される。この有効センサ領域は、長手方向28,30にほぼ対応する測定方向に沿って変化する。この形式の変位測定システムはDE 100 25 661 A1(US 2001 0052771 A1)に記載されているので、こちらを参照されたい。
上記位置情報は、コイル32(又は34)の有効インダクタンス及び/又は特性の変化に基づいて直接得られる。この特性の変化は、簡単な方法で決定することができる。例えば、コイル32,34が結合された発振器の振幅や周波数に基づいて決定することができる。
コイル32(又は34)の長さや単位長当たりの巻き数や形状を適宜構成することで、測定範囲長や測定精度や測定分解能を変えることができる。
本発明によれば、第1及び第2変位変換器14,16は、重なり領域44ができるように、固定装置46を用いて、互いに対し固定される。これにより、第1及び第2変位変換器14,16上に広がる測定範囲の長さ(特に、コイル32の遠端部52とコイル34の遠端部54との距離)が決まる。この測定長は、簡単な方法で設定することができる。即ち、重なり領域44を拡大又は縮小することにより設定することができる。固定装置46を用いれば、この測定長を簡単な方法で設定することができる。
図3に、重なり領域44の大きさが異なる位置測定システム10の測定ダイアグラムを示す。この場合、出力電圧Uaは伝達器12の位置を表す。位置s=0は、位置測定システム10の長手方向28,30における中央に対応する。測定ポイントは、コイル32,34の長手方向28における長さが18cmである位置測定システムに設けた。ここで、可能な限り重なるようにすると、測定曲線200が得られた。この時、測定範囲の長さは約16cmであり、これはコイル32,34の縁領域から縁領域までの長さにほぼ対応する。この場合、プリント回路基板18が、担体として、剛性担体部及び少なくも1つの可撓性担体部を備えるようにしてもよい。可撓性担体部は、剛性担体部の上に配される。コイル32,34の縁領域は可撓性担体部にあり、折り曲げることができる。このため、コイル32,34の縁領域の端部は、測定区域の外側にある。この形式の位置測定システムはDE 101 24 483 A1やUS 2002 0163328 A1に記載されているので、こちらを参照されたい。
測定曲線200からは、測定範囲における出力信号が略線形的であることがわかる。
測定曲線202は、図1及び図2の位置測定システム10について記録された。この場合、位置測定システム10は13.2cmの重なり部分を有する。つまり、重なり領域の長手方向28における長さは13.2cmである。従って、(測定曲線200の場合と比較して)測定範囲は拡大されており、その長さは25cmである。ここでも又、略線形応答であることが見受けられる。
測定曲線204は、同じシステムについて得られた。この場合、位置測定システム10は5cmの重なり部分を有する。つまり、測定範囲の長さは34cmである。測定曲線は、単調増加を示す。
測定曲線200,202,204からは、測定範囲の設定が重なり領域44の設定により可能であることがわかる。測定曲線200,202,204は、単調増加を示す。このため、伝達器12の位置と電圧出力信号とが関連付けられることは明らかである。
調節可能な測定範囲における伝達器12の位置を決めるために、本発明に係る位置測定システムを使用することができる。スイッチングポイントをプログラムすることもできる。なぜなら、設定可能な全ての測定範囲について得られる測定曲線が単調増加を示すからである。これにより、伝達器12が特定の位置に到達したか否か、到達したならそれはいつか、を確定することができる。例えば、測定範囲34cm(図3の測定曲線204に対応)に対して位置s=-10cmを設定する場合、出力電圧が4.4Vに達したか否かを監視しなければならない。この出力電圧値が得られれば、伝達器12がスイッチングポイントに到達したことになる。
原則として、コイル32,34の形状により測定信号の形を変えることができる。
本発明によれば、長さの調節可能な簡易な位置測定システムが設けられる。この位置測定システムを用いれば、簡単な方法で、測定長を広範囲に設定することができる。
コイル32,34が互いの上にある時に電気回路がショートするのを防ぐために、絶縁層が設けられる。この絶縁層については、コイル32又はコイル34のいずれか一方に配してもよいし、両コイル32,34に配してもよい。
伝達器12が磁石の場合、変位変換器14,16の少なくとも1つに磁気飽和可能な材料を備えた層(例えば、このような材料の薄膜)を設けるのが有利である。導電性材料を使用すれば(この上に対応する絶縁層が配される)、電磁干渉に対する良好な遮蔽効果も得られる。例えば、粘着性を有するミューメタル(Mu metal)の薄膜やヴィトロヴァック(Vitrovac)の薄膜を使用する。
この磁気飽和可能な材料の層は、第1変位変換器14又は第2変位変換器16のいずれか一方に配することができる。いずれの変位変換器14(又は16)に配するにせよ、他方の変位変換器16(又は14)に対向する面に配するのが好適である。
例えば、各変位変換器14/16の下面22に、このような磁気飽和可能な材料の層を設けることができる。
両変位変換器14,16の下面22に上記層を設けることも原則的に可能である。この場合、変位変換器14,16の少なくとも一方の上面20に更なる層を設けるようにしてもよい。
磁気飽和可能な材料の層が下面22にない場合は、金属製材料の層(特に、銅クラッド)を下面22に設けるようにしてもよい。これにより、上記遮蔽効果が増す。
コイル32,34については、磁気伝導性及び導電性を有する材料(例えば、ミューメタル(Mu metal))からこれを作ることができる。
本発明に係る位置測定システム10は、気体シリンダについて使用することができると有利である。図4及び図5に、気体シリンダを概略的に示す。同図では、この気体シリンダ全体を符号56で表す。この気体シリンダは、ハウジング58を備える。ハウジング58内では、ピストン60が直線的に移動することができる。ピストン60には、磁石62が伝達器として設けられる。
ハウジング58の外面には、溝64が設けられる。溝64には、本発明に係る位置測定システム10又はそのホルダを挿入することができる。これにより、測定長の設定が許容される。このため、ある1つの形式の位置測定システム10を異なるハウジング長の気体シリンダ56に設けることができる。
本発明に係る位置測定システム10については、原則として、ハウジング58の内側に設けることも可能である。
図6に示す模範的実施例の場合、気体シリンダ66は、少なくとも1つの溝70を有するハウジング68を備える。溝70には、ホルダ72を固定することができる。ホルダ72は、本発明に係る位置測定システム74を保持する。位置測定システム74は、アダプタ76を用いてホルダ72に固定される。アダプタ76については、固定装置46に固定してもよいし、変位変換器14ないし16に固定してもよい。
ホルダ72については、長手方向におけるアダプタ76の直後に位置付けることができると共に、この位置において少なくとも1つの咬み合い係合要素78を用いて解放自在に接続することができる。こうして位置測定システム74は、ホルダ72を用いて、気体シリンダ66上に機能ユニットとして固定することができる。このようなホルダ72を備えたセンサ機構はDE 100 38 001 A1に記載されているので、こちらを参照されたい。
アダプタ76にはケーブル80が結合されており、ケーブル80は溝70に通される。ケーブル80を用いて位置測定システム74に電気エネルギーを供給することができるため、測定信号を外部に伝えることが可能となる。アダプタ76は、位置測定システム74と機械的にも電気的にも結合される。これにより、回線接続が提供される。こうなるように、アダプタ76を形成するのが好適である
図7に示す上記模範的実施例の変形例の場合、固定装置300が、例えば気体シリンダのハウジング302を用いて形成される。ハウジング302には、第1凹部306と第2凹部308が1つの面304に形成される。凹部306,308は、互いから離間される。2つの凹部306,308は、溝ないし通路状に形成される。各凹部306/308は、長手方向310に延伸する。
2つの凹部306,308は、互いから離間するように、且つ互いに平行を成すように配される。
2つの凹部306,308においては、関連する第1変位変換器312と第2変位変換器314がそれぞれ保持される。2つの変位変換器312,314については、特に、各凹部306/308の中に押し込むことができる。
固定に先立ち、変位変換器312,314にを各凹部306/308の中に長手方向310に配することができる。こうして、凹部306,308を相関的に位置付けることができる。この場合、2つの変位変換器312,314は相関的に(特に、重なり領域316が形成されるように)位置付けることができる。重なり領域316においては、上記気体シリンダの磁気伝達器が関連する重なり空間に位置する場合、2つの変位変換器312,314は共に磁場に晒される(この伝達器が重なり領域316における重なり空間に位置する場合、重なり領域316は磁場に晒される)。
凹部306,308においては、対応する変位変換器312を例えば締め付け手段により固定することができる。これにより、特に、各凹部306/308における長手方向310の変位が防がれる。この目的のために、例えば締め付け要素318がそれぞれ設けられる。
図7に示す模範的実施例の場合、変位変換器312,314は、凹部306,308の中に長手方向310に押し込むことができるだけである。こうなるように、凹部306,308は変位変換器312,314に適合される。
特に、凹部306,308に位置する変位変換器312,314の上面は、ハウジング302の対応する面304よりも上にはならない。即ち、変位変換器312,314は、その上面と面304とが同一平面を成すように、或いは、その上面が面304よりも下になるように設けられる。
変位変換器312,314のハウジング構造体を備えた凹部306,308と締め付け要素318とが互いに作用し合うように、固定装置300は形成される。
図11及び図12に概略的に示す通り、原則として、変位変換器320(図11)は可撓性材料(例えば、薄膜材料)から作られた担体322を備える。担体322上に、コイル324(上述の通り、例えば三角形の形態を成す)が配される。例えば、コイル324は担体322上にプリントされる。
コイル324を備えた担体322は、ハウジング326内に配される。
コイル324を備えた担体322を例えば曲げる又は折り畳むと、担体322の横方向における寸法が小さくなる。これにより、横方向の寸法が小さくなった変位変換器を作ることが許容される。その結果、図7を参照しつつ上述した通り、変位変換器を例えば通路状ないし溝状の凹部306に保持することが可能となる。
図12に概略的に示す通り、変位変換器328が、コイル332を自らの上に配した可撓性の担体330(ロール状とされる)を備えることも可能である。この機構は、ハウジング334内に配される。このような模範的実施例の場合にも、変位変換器328の横方向における寸法を小さく保つことができる。
図8に、気体シリンダの更なる例を示す。同図では、この気体シリンダ全体を符号82で表す。気体シリンダ82は、円柱状のハウジング84を備える。ハウジング84には、ホルダ86が着座される。ホルダ86は、例えばクリップ88を用いて、ハウジング84に固定される。
ホルダ86は、例えば少なくとも1つの咬み合い係合要素を用いて、アダプタ90を保持する。アダプタ90は、位置測定システム10を固定するために設けられる。この目的のために、例えば、固定装置46がアダプタ90上に固定される。
アダプタ90が変位変換器を保持するようにしてもよい。
図9に、本発明に係る位置測定システムの第2の模範的実施例を示す。同図では、この位置測定システム全体を符号92で表す。位置測定システム92においても、第1変位変換器94及び第2変位変換器96が設けられる。2つの変位変換器94,96は、原則として、変位変換器14,16に関して上述した通りに形成される。変位変換器94,96は、ハウジング98内に配される。ハウジング98は、開閉式としてもよい。但し、伝達器12が変位変換器94,96と確実に結合することができるようにしなければならない。
2つの変位変換器94,96は、ハウジング98内に固定可能なように配することができる。これにより、測定範囲が設定される。特に、重なり部分を上述の通りに設けるようにしてもよい。
この場合、ハウジング98は、長さが調節可能なように形成することができる。
第1変位変換器94と第2変位変換器96については、ハウジング98内に別個に保持するようにしてもよい。2つの変位変換器94,96の少なくとも一方は、他方と相関的に配することができる。
変位変換器94,96の一方のみをハウジング98上に保持するようにしてもよい。この場合、他方の変位変換器94(又は96)は、上述の通り、固定装置(固定装置46)を用いて保持される。変位変換器94,96の一方がハウジング98上に保持される場合、ハウジング98が上記固定装置を成す。
ハウジング98については、例えば、プロファイルド(profiled)ハウジングとして形成してもよい。この場合、ハウジング98は、少なくとも1つの変位変換器94/96のためのガイドを有する。
図10に、本発明に係る位置測定システムの第3の模範的実施例を示す。同図では、この位置測定システム全体を符号102で表す。位置測定システム102においては、軟磁性コア104が設けられる。軟磁性コア104の周囲に、測定コイル106が巻かれる。測定コイル106は、共振回路107に組み込まれる。
測定コイル106の軸方向に帯磁した磁石が、伝達器108として作用する(即ち、帯磁方向が長手方向110と略平行を成す)。
コイル106が周囲に巻かれたコア104は、長手方向110に延伸する。基準コイル112が、測定コイル106と直列接続される。
コア104については、特に、フェライト材料からこれを作る。コア104の形状は、例えば平らな帯のような薄形とする。コア104は、一定の範囲で磁化される。コア104の磁化は、伝達器である磁石(伝達用磁石)108の長手方向110における位置に依存する。このため、伝達用磁石108の上記位置は、共振回路107に影響を及ぼす(即ち、減衰、位相偏移、共振回路107の周波数変化を引き起こす)。コア104の長手方向110における伝達磁石108の位置は、このような変化から推定することができる。こうして、伝達器108の長手方向110における位置を求めることができる。
本発明によれば、コア104は、複数の部分から成る形状を有する。図10に示す模範的実施例の場合、コア104は2つの部分から成る形状を有する。コア104は、第1コア部114及び第2コア部116を備える。第1コア部114は第1変位変換器として作用する。第2コア部116は、少なくとも測定コイル106と共に第2変位変換器として作用する。両コア部114,116の上を、測定コイル106が延伸する。
2つのコア部114,116は、相関的に配することができる。これにより、長手方向110における測定範囲が設定される。例えば、第1コア部114は凹部を有する。この凹部の中に、第2コア部116が入る。2つのコア部114,116は、固定装置を用いて、相関的に固定することができる。
2つのコア部114,116の位置関係を設定することで、測定範囲を設定することができる。
測定コイル106は、2つのコア部114,116を備えたコア104全体の周囲に巻かれる。測定範囲が2つのコア部114,116の位置関係により設定されると、コア104の全長を2つのコア部114,116を囲みつつ延伸するように、対応する測定コイル106が使用される。長さの調節可能な測定コイルを設けてもよい。この測定コイルの長さは、2つのコア部114,116の位置関係に対応するように、コア104の長さに応じて調節される。
これとは別に、複数の測定コイルを設けることも可能である。これら複数の測定コイルは、対応する方法で直列接続される。この測定コイルの数により、コイル機構の長さが決まる。即ち、コイル機構の長さは、測定コイルの数を選択することで設定することができる。
位置測定システム102においても、2つのコア部114,116の位置関係、及び適合する測定コイル106の使用により、測定範囲を設定することができる。2つのコア部114,116については、特に、相関的に伸縮自在となるように配することができる。
本発明に係る位置測定システムの模範的実施例の断面図。 図1の位置測定システムの側断面図。 図1及び図2の位置測定システムのための伝達器の変位経路上における出力電圧(V)の測定ダイアグラムを示す 本発明に係る位置測定システムを設けた気体シリンダの概略図。 図4の気体シリンダの側面図。 本発明に係る位置測定システムをホルダを用いて固定することが可能な気体シリンダの斜視図。 固定装置を備えた気体シリンダの更なる例を示す。 固定装置が固定された気体シリンダの更なる例を示す。 本発明に係る位置測定システムの第2の模範的実施例の概略図。 本発明に係る位置測定システムの第3の模範的実施例を示す。 折り畳まれた可撓性担体を備えた変位変換器の概略断面図。 ロール状の可撓性担体を備えた変位変換器の概略断面図。

Claims (52)

  1. 伝達器(12;108)と、
    第1変位変換器(14;114,106;312)であって、該第1変位変換器(14;114,106;312)と前記伝達器(12;108)との位置関係に依存する結合力で、前記伝達器(12;108)が非接触により結合される第1変位変換器(14;114,106;312)と、
    第2変位変換器(16;116,106;314)であって、位置依存性の結合力で、前記伝達器(12;108)が非接触により結合される第2変位変換器(16;116,106;314)と、
    固定装置(46;98;300)であって、位置測定システムの測定範囲が前記第1変位変換器(14;114,106;312)及び前記第2変位変換器(16;116,106;314)上に広がるように、前記第1変位変換器(14;114,106;312)及び前記第2変位変換器(16;116,106;314)を相関的に固定するための固定装置(46;98;300)と、
    を備える位置測定システムにおいて、
    上記第1変位変換器(14;114,106;312)及び上記第2変位変換器(16;116,106;314)が、固定可能なように相対移動することができること、
    上記第1変位変換器(14;312)及び上記第2変位変換器(16;314)が、本位置測定システム中に重なり領域(44;316)を有すること、及び、
    前記重なり領域(44;316)の大きさが設定可能であること、
    を特徴とするもの。
  2. 請求項1に記載の位置測定システムにおいて、
    上記固定装置(46)により、上記第1変位変換器(14;114,106)及び上記第2変位変換器(16;116,106)を互いに対して固定することができることを特徴とするもの。
  3. 請求項1又は2に記載の位置測定システムにおいて、
    本位置測定システムの測定範囲が調節可能なように、上記第1変位変換器(14;114,106;312)及び上記第2変位変換器(16;116,106;314)を相関的に固定することができることを特徴とするもの。
  4. 請求項1〜のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記第1変位変換器(14;114,106;312)と上記第2変位変換器(16;116,106;314)との位置関係が設定可能であることにより、長さが調節可能であることを特徴とするもの。
  5. 請求項1〜のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記固定装置(46)が、上記第1変位変換器(14)及び上記第2変位変換器(16)を非咬み合い係合により互いに対して固定することを特徴とするもの。
  6. 請求項1〜のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記固定装置(46)が、上記第1変位変換器(14)及び上記第2変位変換器(16)の周囲に係合することを特徴とするもの。
  7. 請求項1〜のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記固定装置(46)が、上記第1変位変換器(14)及び上記第2変位変換器(16)を互いに対して締め付けることが可能な弾性要素を備えることを特徴とするもの。
  8. 請求項1〜のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記固定装置(46)が電気絶縁性材料から作られることを特徴とするもの。
  9. 請求項1〜のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記固定装置(98;300)が、上記第1変位変換器(94;312)及び上記第2変位変換器(96;314)の少なくとも1つを保持するように形成されることを特徴とするもの。
  10. 請求項1〜のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記固定装置(300)が、上記第1変位変換器(94;312)及び上記第2変位変換器(96;314)の少なくとも1つが保持されるハウジング(98;302)を備えることを特徴とするもの。
  11. 請求項10に記載の位置測定システムにおいて、
    上記固定装置(300)が、変位変換器(312;314)を保持するための少なくとも1つの凹部(306;308)を上記ハウジング(302)上に備えることを特徴とするもの。
  12. 請求項11のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記固定装置(300)が、上記第1変位変換器(312)を保持するための第1凹部(306)及び上記第2変位変換器(314)を保持するための第2凹部(308)をハウジング(302)上に備えることを特徴とするもの。
  13. 請求項12に記載の位置測定システムにおいて、
    上記第1凹部(306)及び上記第2凹部(308)が、平行を成すように配されることを特徴とするもの。
  14. 請求項1113のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記凹部(306;308)の少なくとも1つが、関連する上記変位変換器(312;314)の固定可能な溝として形成されることを特徴とするもの。
  15. 請求項1114のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記凹部(306;308)の少なくとも1つ及び関連する上記変位変換器(312;314)が、該変位変換器(312;314)が固定される前に該凹部(306;308)を長手方向に変位可能であるように、互いに適合する方法で形成されることを特徴とするもの。
  16. 請求項1〜15のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記第2変位変換器(16)が、上記第1変位変換器(14)上に位置付けられることを特徴とするもの。
  17. 請求項1〜16のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記第1変位変換器(14;312)の長手方向軸(28;310)と上記第2変位変換器(16;314)の長手方向軸(30)とが、平行を成すことを特徴とするもの。
  18. 請求項1〜17のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記第1変位変換器(14;312)及び上記第2変位変換器(16;314)の各々が、位置可変なように形成される少なくとも1つの感知素子(32;34)を備えることを特徴とするもの。
  19. 請求項1〜18のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記第1変位変換器(14;312)及び上記第2変位変換器(16;314)の各々が、上記伝達器(12)と該第1及び第2変位変換器(14;16;312;314)の各々との離間方向(50)に直交する方向において変化する有効センサ領域を有することを特徴とするもの。
  20. 請求項19に記載の位置測定システムにおいて、
    上記有効センサ領域が、上記第1及び第2変位変換器(14;16;312;314)の各々の長手方向(28;30;310)と直交する方向において変化することを特徴とするもの。
  21. 請求項1〜20のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記第1変位変換器(14;312)及び上記第2変位変換器(16;314)の各々が、少なくとも1つの誘導素子(32;34)を上記感知素子として備えることを特徴とするもの。
  22. 請求項21に記載の位置測定システムにおいて、
    上記誘導素子(32;34)の少なくとも1つが、平らなコイルとして担体(18)上に配されることを特徴とするもの。
  23. 請求項22に記載の位置測定システムにおいて、
    上記担体が、プリント回路基板(18)を備えることを特徴とするもの。
  24. 請求項22に記載の位置測定システムにおいて、
    上記担体(322;330)が可撓性を有することを特徴とするもの。
  25. 請求項24に記載の位置測定システムにおいて、
    上記変位変換器を形成するために、上記担体(322;330)が、曲げられる、折り畳まれる、或いはロール状にされることを特徴とするもの。
  26. 請求項2125のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記誘導素子(32;34)の少なくとも1つが、三角形として構成されることを特徴とするもの。
  27. 請求項26に記載の位置測定システムにおいて、
    上記第1変位変換器(14;312)及び上記第2変位変換器(16;314)が、上記誘導素子(32;34)の各々の三角形の頂点の領域において重なることを特徴とするもの。
  28. 請求項2127のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記第1変位変換器(14)及び上記第2変位変換器(16)が、上記誘導素子(32;34)の各々が対向するように相関的に固定されることを特徴とするもの。
  29. 請求項28に記載の位置測定システムにおいて、
    少なくとも1つの電気絶縁層が、異なる変位変換器の上記誘導素子(32;34)の間に配されることを特徴とするもの。
  30. 請求項1〜18のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    少なくとも1つの測定コイル(106)が、軟磁性コア(104)の周囲に巻かれることを特徴とするもの。
  31. 請求項30に記載の位置測定システムにおいて、
    基準コイル(112)が直列結合されることを特徴とするもの。
  32. 請求項30又は31に記載の位置測定システムにおいて、
    上記測定コイル(106)が、共振回路(107)に組み込まれることを特徴とするもの。
  33. 請求項3032のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記伝達器(108)が、上記測定コイル(106)の軸方向に帯磁した磁石を備えることを特徴とするもの。
  34. 請求項3033のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記軟磁性コア(104)が複数の部分から成る形状を有し、
    前記軟磁性コア(104)が、少なくとも、第1変位変換器である第1コア部(114)と、第2変位変換器である第2コア部(116)とを備え、且つ、
    前記コア部(114;116)が相関的に位置付けられ得ること、
    を特徴とするもの。
  35. 請求項1〜34のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    評価電子機器(48a;48b)が、感知素子(32;34)のための担体(18)上に配されることを特徴とするもの。
  36. 請求項1〜34のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    評価電子機器(48a;48b)が、感知素子(32;34)のための担体(18)の外側に配されることを特徴とするもの。
  37. 請求項1828のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    少なくとも1つの変位変換器(14;16)に、磁気飽和可能な層を設けたことを特徴とするもの。
  38. 請求項37に記載の位置測定システムにおいて、
    磁気飽和可能な上記層が、導電性材料から作られることを特徴とするもの。
  39. 請求項37又は38に記載の位置測定システムにおいて、
    磁気飽和可能な上記層が、薄膜を用いて形成されることを特徴とするもの。
  40. 請求項3539のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    磁気飽和可能な上記層が、他方の変位変換器に対向する面(20)及び該面(20)の反対側の面(22)の少なくとも1つに配されることを特徴とするもの。
  41. 請求項2140のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    担体(18)の他方の変位変換器に対向する面の反対側の面(22)に、金属層を設けたことを特徴とするもの。
  42. 請求項2141のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    上記誘導素子(32;34)の少なくとも1つが、磁気伝導性及び導電性を有する材料から作られることを特徴とするもの。
  43. 請求項1〜42のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    少なくとも1つの更なる変位変換器を設け、且つ、
    前記変位変換器を固定装置により隣接する変位変換器上に固定すること、
    を特徴とするもの。
  44. 請求項1〜43のいずれかに記載の位置測定システムにおいて、
    本位置測定システムを使用目的対象物(66;82)上に固定するためのホルダ(72;86)を設けたことを特徴とするもの。
  45. 請求項44に記載の位置測定システムにおいて、
    本位置測定システムのためのアダプタ(76;90)を設け、且つ、
    前記アダプタを用いて本位置測定システムを上記ホルダに固定し得ること、
    を特徴とするもの。
  46. 請求項44又は45に記載の位置測定システムにおいて、
    本位置測定システムが、上記固定装置(46)を用いて上記ホルダ(86)に固定し得ることを特徴とするもの。
  47. 請求項44又は45に記載の位置測定システムにおいて、
    本位置測定システムが、変位変換器を用いて上記ホルダ(72)に固定し得ることを特徴とするもの。
  48. 請求項1〜47のいずれかに記載の位置測定システムを、気体シリンダにおいて使用すること。
  49. 請求項1〜48のいずれかに記載の位置測定システムを設けた気体シリンダ。
  50. 請求項49に記載の気体シリンダにおいて、
    上記位置測定システム(10)が、本気体シリンダのハウジング(58)上に配されることを特徴とするもの。
  51. 請求項50に記載の気体シリンダにおいて、
    上記位置測定システム(10)が、少なくとも1つのハウジング溝(64)に配されることを特徴とするもの。
  52. 請求項49に記載の気体シリンダにおいて、
    上記位置測定システム(10)が、本気体シリンダのハウジング(58)の内側に配されることを特徴するもの。
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