JP4387046B2

JP4387046B2 - 回動位置センサー

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Publication number: JP4387046B2
Application number: JP2000207754A
Authority: JP
Inventors: 富雄志垣; 勲佐藤; 雄二郎今村; 信也高田
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2020-07-10
Also published as: JP2002022405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回動軸に取り付けたカムと、渦電流式変位計とを用いて、回動軸の回動位置を検出する回動位置センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回動位置センサーとしては、回動軸に取り付けたカムと、カムの側周面に対向する位置に配置された渦電流式変位計とを備えたものがある。また、回転位置センサーは、変換機器を通して、回動軸の回動位置を制御する制御機器に接続されている。この回動位置センサーは、渦電流式変位計によって回動されるカムの側周面との距離を測定し、回動軸の回動位置信号として変換機器に出力する。変換機器は、回動位置信号を制御機器に応じた出力となるように変換し、該変換した信号を該制御機器に出力する。そして、制御機器では、入力された信号に基づいてアクチュエータ等を駆動し、回動軸の回動位置を制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回動位置センサーでは、回動軸の回動位置信号を制御機器の出力に応じた信号に変換するための変換機器が必要であり、この変換機器がコストアップになっていた。
また、回動位置センサーでは、カムの加工誤差、渦電流式変位計及びカムの取付誤差により、渦電流式変位計で測定する回動位置信号に若干の誤差が生じる。このため、回動軸の回動位置を高精度で制御するときには、カムの加工誤差、渦電流式変位計及びカムの取付誤差を極力少なくする必要があり、コストアップになっていた。
【０００４】
本発明の目的は、コストを低減することのできる回動位置センサーを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１の発明は、回動軸に取り付けされるカムと、このカムの側周面と対向する位置に配置された渦電流式変位計とを備え、渦電流式変位計がカムの側周面との距離を測定して回動軸の回動位置信号として出力する回動位置センサーである。そして、回動位置センサーは、回動位置信号が入力される制御機器に応じた出力になるように、カムの側周面の形状を加工したものである。渦電流式変位計の回動位置信号は、カムの側周面の形状により制御機器に応じた出力となるため、変換機器によって制御機器に応じた信号に変換することなく、そのまま制御機器に入力できる。
【０００６】
第２の発明は、回動軸に取り付けされるカムと、このカムの側周面と対向する位置に配置された渦電流式変位計とを備え、渦電流式変位計がカムの側周面との距離を測定して回動軸の回動位置信号として出力する回動位置センサーである。そして、回動位置センサーは、渦電流式変位計の出力が回動角度に応じてほぼ比例して増減するように、カムの形状を加工したものである。渦電流式変位計の回動位置信号は、カムの側周面の形状により回動角度に応じてほぼ比例して増減する出力となる。そして、制御機器が、回動角度に応じてほぼ比例して増減する回動位置信号に対応するものであるとき、渦電流式変位計の出力をそのまま制御機器に入力して、回動位置信号をして用いることができる。
【０００７】
第３の発明は、回動位置センサーの製造誤差を修正可能な補正部を備える第２の回動位置センサーである。カムの加工などの製造誤差により、回動位置センサーの回動位置信号に誤差が生じても、該回動位置信号の誤差を補正部によって修正することができる。
【０００８】
第４の発明は、補正部が、複数の回動位置で製造誤差を増減して修正し、修正した各回動位置間は、該回動位置の修正した値から回動位置に応じて比例的に修正値を演算して補正する第３の回動位置センサーである。補正部では、複数の回動位置で製造誤差による回動位置信号を増減し、各回動位置間で比例的な修正値を演算して補正するため、簡便な方法で回動位置信号の誤差を補正できる。
【０００９】
第５の発明は、回動軸に取り付けされるカムと、このカムの側周面と対向する位置に配置された渦電流式変位計とを備え、渦電流式変位計がカムの側周面との距離を測定して回動軸の回動位置信号を出力する回動位置センサーである。そして、回動位置センサーは、回動位置センサーの製造誤差を修正可能な補正部を備えるものである。カムの加工などの製造誤差により、回動位置センサーの回動位置信号に誤差が生じても、該回動位置信号の誤差を補正部によって修正することができる。
【００１０】
第６の発明は、補正部が、複数の回動位置で製造誤差を増減して修正し、修正した各回動位置間は、該回動位置の修正した値から回動位置に応じて比例的に修正値を演算して補正する第５の回動位置センサーである。補正部では、複数の回動位置で製造誤差による回動位置信号を増減し、各回動位置間で比例的な修正値を演算して補正するため、簡便な方法で回動位置信号の誤差を補正できる。
【００１１】
第７の発明は、渦電流式変位計が対向するカムの被検出部を、該カムの中心とする左右に各１箇所づつ形成されている第１乃至第６のいずれかの発明に係る回動位置センサーである。カムの被検出部を、カムの中心とする左右に各１箇所づつ形成するため、渦電流式変位計をカムの左右どちらからでも対向させて配置することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の回動位置センサーについて、図面を参照して説明する。図１は、回動位置センサーの正面図であり、制御機器との接続状態を示す。
【００１３】
図１において、回動位置センサー１は、回転平面カム２と、渦電流式変位計３とを備えて構成される。
【００１４】
回転平面カム２は、ＡＣサーボモータ７２の回動出力軸６２に取り付けられている。ＡＣサーボモータ７２は制御機器５１に接続されている。この回転平面カム２は、ＡＣサーボモータ７２によって回動出力軸６２と共に回動される。
【００１５】
渦電流式変位計３は、コイルやコンデンサからなる検出ヘッド５を備え、該検出ヘッド５を回転平面カム２の側周面６と対向する位置に非接触で配置している。この検出ヘッド５は制御機器５１に接続されている。この渦電流式変位計３は、検出ヘッド５により高周波の磁界を発生し、回動される回転平面カム２の側周面６に渦電流を発生させる。そして、渦電流式変位計３は、渦電流の磁界によって変化する上記コイルのインピーダンスにより、回転平面カム２の側周面６との距離ｄを測定し、回動出力軸６２の回動位置を検出する。また、渦電流式変位計３は、回動出力軸６２の回動位置信号ｆを制御機器５１に出力する。
【００１６】
制御機器５１は、入力部５２及びドライバ５４を備えて構成される。ドライバ５４は、外部指令機器からの指令値ｐを入力し、ＡＣサーボモータ７２の起動及び回転を制御する。なお、指令値ｐとは、回動出力軸６２に対する回動角度、回動方向及び回動速度等の指令信号である。この制御機器５１は、渦電流式変位計３からフィードバックされる回動位置信号ｆと指令値ｐとの偏差を信号としてドライバ５４に出力する。ドライバ５４は、偏差の信号に基づきＡＣサーボモータ７２の回転を制御し、回動出力軸６２を指令値ｐの回動角度まで回動させる。
【００１７】
また、回転平面カム２の具体的な形状例は、図１及び図２に示される。図２は、渦電流式変位計３の出力（回動位置信号ｆ）と回転平面カム２の回動角度θとの関係を示すグラフ図である。
図１において、回転平面カム２は、渦電流を発生できる円形部材から形成され、回動出力軸６２の軸芯ａと直交する中心線ｂに対して左右対称な形状である。この回転平面カム２には、円形部材の外周を加工することで、中心線ｂの左右に各１箇所づつ被検出部となる側周面６が形成されている。各側周面６の形状は、中心線ｂを基準とする回転平面カム２の下端点ｃから角度を増すにつれて、回動出力軸６２の軸芯ａからの半径Ｒが徐々に小さくされている。
この半径Ｒを小さくする程度は、図２に示す如く、
（１）渦電流式変位計３の出力（回動位置信号ｆ）が回転平面カム５の回動角度θに応じてほぼ比例して増減できるものであり、
（２）制御機器５１が渦電流式変位計３の出力に対応できる、ものに設定される。
すなわち、各側周６の形状は、渦電流式変位計３の回動位置信号ｆが制御機器５１に応じた出力となるように設定されている。具体的には、カム側周を、図２に示す円周から距離（ギャップｇ）になるように形成する。
なお、各側周面６の形状は、上記（１）及び（２）記載に適用するものに限定されず、制御機器５１の仕様により、渦電流式変位計３の回動位置信号ｆが各仕様の制御機器５１に応じた出力となるようすればよい。
【００１８】
次に、回動位置センサー１による回動位置の検出を、図１により説明する。
なお、回転平面カム２は、図１の状態にあるものとする。
【００１９】
回動出力軸６２を所定角度だけ回動するため、オペレータは上記外部指令機器により回動出力軸６２に対する指令値ｐを制御機器５１へ入力する。制御機器５１のドライバ５４は、指令値ｐを入力すると、ＡＣサーボモータ７２の起動を開始して、回動出力軸６２を回動させる。これにより、回転平面カム２は、例えば時計周りに回動される。
【００２０】
渦電流式変位計３は、回転平面カム２の側周面６との距離ｄを測定しており、回転位置信号ｆとして制御機器５１の入力部５２にフィードバックする。このとき、回転平面カム２は、回動角度θが増すにつれて検出ヘッド１８に近づき、上記距離ｄを小さくする。これにより、渦電流式変位計３から出力される回動位置信号ｆもほぼ比例して減少する。
【００２１】
回動位置信号ｆと指令値ｐとの偏差を信号としてドライバ５４に出力する。ドライバ５４は、偏差の信号に基づきＡＣサーボモータ７２の回転を制御し、回動出力軸６２を指令値ｐの回動角度まで回動させる。
【００２２】
本発明の回動位置センサー１では、回転平面カム２の形状を、回動位置信号ｆが制御機器５１に応じた出力となるよう形成したので、渦電流式変位計３の回動位置信号ｆをそのまま制御機器５１に入力できる。すなわち、回転平面カム２の形状を、回動位置信号ｆが制御機器５１に対応しない出力となるもの（ギャップｇが回転角度に対して均等に増加するもの）にすると、図２示すように、渦電流式変位計３の出力は、回転平面カム２の回動角度にほぼ比例しない回動位置信号ｆ’となる。このとき、回動位置信号ｆ’を制御機器５１に応じた出力とするためには、変換機器によってほぼ比例して増減する回動位置信号ｆに変換する必要がある。
カム２の形状を制御機器５１に応じた出力となるように形成したので、本発明の回動位置センサー１では、回動位置信号を制御機器５１に応じた信号に変換する変換機器を設ける必要がなく、コストを低減することが可能となる。
【００２３】
また、回転平面カム２を中心線ｂに対して左右対称な形状とし、左右に１箇所づつ被検出部となる側周面６を形成するため、渦電流式変位計３を回転平面カム２の左右いづれからも配置できる。
【００２４】
そして、本発明の回動位置センサー１では、回転平面カム２の加工誤差、回転平面カム２及び渦電流式変位計３の取付誤差等の製造誤差に起因する、回動位置信号の誤差を補正する補正部５３を備える構成も採用できる。図３は、回動位置信号の誤差を補正する手順を示すグラフ図である。
【００２５】
図１において、補正部５３は、制御機器５１に備えられている。
【００２６】
補正部５３による補正は、回転平面カム２を回動し、渦電流式変位計３によって回転平面カム２の回動位置信号を補正部５３に出力する。このとき、回転平面カム２に加工誤差が生じていると、上記距離ｄも変動することから、渦電流式変位計３の出力する回動位置信号は、図３に示すように、理想の回動位置信号ｆと異なるものとなる。例えば、回動角度θ＝５０°となる回動位置では、理想の回動位置信号ｆ２より低い回動位置信号ｇ２となり、回動角度θ＝１３０°となる回動位置では、理想の回動位置信号ｆ５より高い回動位置信号ｇ５となる。
【００２７】
補正部５３は、誤差のある回動角度θ＝５０°，１３０°の回動位置の各回動位置信号ｇ２，ｇ５を修正する。この修正は、各回動位置信号ｇ２，ｇ５と理想の回動位置信号ｆ２，ｆ５との製造誤差ｈ２，ｈ５を増減して、各回動位置信号ｇ２，ｇ５を理想の回動位置信号ｆ２，ｆ５にする。
【００２８】
続いて、補正部５３は、回動角度θ＝５０°の回動位置と回動角度θ＝２５°の回動位置間にある、任意の回動位置の回動位置信号を補正する。この補正は、回動角度θ＝２５°，５０°の各回動位置信号ｆ１，ｇ２により一次関数Ｙ１を演算する。また、任意の回動位置に対する、修正値ｇｎを算出する。この修正値ｇｎは、回動角度θ＝５０°の回動位置に対する、製造誤差ｈ２から比例的に算出されるもので、回動角度θ＝２５°の回動位置からの各回動位置の距離Ｌ１，Ｌ２、一次関数Ｙ１及び製造誤差ｈ２とすると、修正値ｇｎ＝（Ｌ１×ｈ２）／Ｌ２で算出される。そして、任意の回動位置の回動位置信号に対して、修正値ｇｎを増加することにより補正する。
なお、回動角度θ＝５０°，７５°の各回動位置の間、及び回動角度θ＝１３０°，１００°の各回動位置の間にある、任意の回動位置も同様に、修正値を算出し、該修正値を増減することにより補正する。
【００２９】
本発明の回動位置センサー１では、回転平面カム２の加工などの製造誤差により、渦電流式変位計３の回動位置信号に誤差が生じても、該回動位置信号の誤差を補正部５３によって補正することができる。この結果、回転平面カム２の加工精度、回転平面カム２及び渦電流式変位計３の取付精度を上げることなく、回動位置信号を制御機器５１に応じた出力とほぼ同等に補正するができ、コストを低減することが可能となる。
また、補正部５３では、誤差のある回動位置の回動位置信号ｇ２，ｇ５に製造誤差ｇ２，ｇ５を増減して修正し、各回動位置間で、比例的な修正値ｇｎを演算して補正するため、簡便な方法で回動位置信号の誤差を補正できる。
【００３０】
次に、回動位置センサー１の適用例を、図４及び図５により説明する。図４は、アクチュエータの一部を断面とした側面図であり、図５は、図４のＡ−Ａから見た一部断面とした正面図である。なお、図４及び図５において、図１と同一符号は同一部材を示す。
【００３１】
図４及び図５において、アクチュエータ７１は、船舶などの内燃機関の燃料ポンプを制御するもので、ＡＣサーボモータ７２、減速機７３、ブラシレスレゾルバ７４及び出力レバー７５を備えてなる。そして、回動位置センサー１は、出力レバー７５の回動位置を検出するために用いられる。
【００３２】
ＡＣサーボモータ７２は、例えば、同期形ＡＣサーボモータで構成され、回動出力軸に設けたロータ（永久磁石）と、ロータを覆うステータ７６に設けたステータコイルとを備えている。このＡＣサーボモータ７２は、図１に示す制御機器５１のドライバ５４により起動及び回転が制御される。
【００３３】
減速機３は、本体ケース７７内に配置した遊星歯車機構で構成され、ＡＣサーボモータ７２の回動出力軸の一端に連結されている。また、減速機７３の出力軸７８は、ＡＣサーボモータ７２の反対側に突出している。この出力軸７８は、本体ケース７７に外嵌されるケーシング７９内に回動自在に収納されている。本体ケース７７は、複数のボルトによってＡＣサーボモータ７２のステータ７６に一体に取付けられる。ケーシング７９は、複数のボルトによって本体ケース７７に一体にされている。このケーシング７９には、ケーシング７９内に開口する装着穴部７９Ａが形成されている。また、ケーシング７９には、径外側に突出するフランジ８０が形成され、該フランジ８０にはボルト・ナットによりブラケット８１が設けられている。このブラケット８１は、アクチュエータ７１を内燃機関の周辺に配置するためのものである。
【００３４】
ブラシレスレゾルバ７４は、ＡＣサーボモータ７２の回動出力軸の回動位置を検出するもので、ＡＣサーボモータ７２の回動出力軸の他端側（減速機３と反対側）に設けられている。また、ブラシレスレゾルバ７４は、筒形ケース８２内に配置した検出部及びロータリートランスとで構成される。レゾルバ７４の検出部は、筒形ケース８２内周に設けた検出ステータコイルと、該コイルに対峙して回動出力軸に設けた検出ロータコイルとでなる。レゾルバ７４のロータリートランスは、検出ステータコイルに並列して筒形ケース８２の内部に設けたステータトランスと、該トランスに対峙して回動出力軸に設けたロータトランスとでなる。このブラシレスレゾルバ７４は、ロータトランスからの交流電流によって検出ロータコイルを励磁し、検出ステータコイルに出力電圧を誘起させることにより、ＡＣサーボモータ７２の回動出力軸の回動位置を検出する。
【００３５】
回動位置センサー１は、減速機７３と出力レバー７５との間に配置されている。回転平面カム２は、ケーシング７９内に回動自在に配置され、複数のボルトによって減速機７３の出力軸７８に連結されている。また、回転平面カム２には、減速機７３の出力軸７８と同芯としてケーシング７９内を延びる揺動軸８３が形成されている。この揺動軸８３は、ケーシング７９の開口端を閉鎖する蓋板体８４を挿通して、該ケーシング７９外に突出している。渦電流式変位計５は、ケーシング７９の装着穴部７９Ａ周りに配置され、ボルトや溶接等によってケーシング７９に固定されている。検出ヘッド５は、装着穴部７９Ａを通してケーシング７９内に突出され、回転平面カム２の側周面６に対向して非接触で配置されている。なお、検出ヘッド５は、図１に示す制御機器５１の入力部５２に接続されている。
【００３６】
出力レバー７５は、揺動軸８３の先端側に外嵌されて、該揺動軸８３の外周回りに設けられた複数のボルト・締付け材により締付け固定されている。また、出力レバー７５は、揺動軸８３の軸芯に直交して上端側へ延びている。この出力レバー７５は、リンク機構により内燃機関の燃料ポンプに連結されている。
【００３７】
アクチュエータ７１では、図１の制御機器５１のドライバ５４によりＡＣサーボモータ７２が起動及び回転される。ＡＣサーボモータ７２の回転は、減速機７３により減速されて、出力軸７８から回転平面カム２及び出力レバー７５に伝達される。これにより、回転平面カム２及び出力レバー７５は、例えば、時計周りに回動される。回転平面カム２等が回動されると、図１と同様にして、ＡＣサーボモータ７２の回転を制御することにより、出力レバー７５を指令値の回動角度まで回動させる。この出力レバー７５の回動により、燃料ポンプから吐出される燃料量を制御する。
【００３８】
この様に、本発明の回動位置センサー１をアクチュエータ７１に適用しても、図１と同様、渦電流式変位計３の回動位置信号ｆをそのまま制御機器５１に入力でき、変換機器を要しない。このため、回動位置センサー１を含めたアクチュエータ７１のコストを低減できることになる。また、制御機器５１の補正部５３により、渦電流式変位計３の回動位置信号の誤差を補正すると、回転平面カム２の加工精度、回転平面カム２及び渦電流式変位計３の取付精度を上げることなく、回動位置信号を制御機器５１に応じた出力とほぼ同等に補正するができ、アクチュエータ７１のコストを低減することが可能となる。
【００３９】
また、本発明の回動位置センサー１では、図１〜図５に示すものに限定されず、例えば、次のような形態をとることができる。
（１）回転平面カム２は、左右対称な形状にする必要はなく、渦電流式変位計３の検出ヘッド５を配置する側のみを被検出部となる側周面６の形状としてもよい。
（２）回動位置センサー１の適用例としては、船舶などの燃料ポンプを制御するアクチュエータに適用するものに限定されず、その他、回動軸の回動角度を制御する各種の機器にも適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
第１の発明によると、カムの側周面の形状を、回動位置信号が制御機器に応じた出力となるよう形成したので、渦電流式変位計の回動位置信号をそのまま制御機器に入力できる。この結果、回動位置センサーでは、回動位置信号を制御機器に応じた信号に変換する変換機器を設ける必要がなくなることから、コストを低減することが可能となる。
【００４１】
第２の発明によると、カムの側周面の形状を、渦電流式変位計の出力が回動角度に応じてほぼ比例して増減するよう形成したので、該渦電流式変位計の出力に対応する制御機器に対しては、渦電流式変位計の出力をそのまま回動位置信号として制御機器に入力して用いることができる。この結果、回動位置センサーでは、回動位置信号を制御機器に応じた信号に変換する変換機器を設ける必要がなくなることから、コストを低減することが可能となる。
【００４２】
第３の発明によると、カムの加工などの製造誤差により、回動位置センサーの回動位置信号に誤差が生じても、該回動位置信号の誤差を補正部によって修正することができる。この結果、カムの加工精度、カム及び渦電流式変位計の取付精度を上げることなく、回動位置信号を制御機器に応じた出力とほぼ同等に補正するができ、コストを低減することが可能となる。
【００４３】
第４の発明によると、補正部では、複数の回動位置で製造誤差による回動位置信号を増減し、各回動位置間で比例的な修正値を演算して補正するため、簡便な方法で回動位置信号の誤差を補正できる。
【００４４】
第５の発明によると、カムの加工などの製造誤差により、回動位置センサーの回動位置信号に誤差が生じても、該回動位置信号の誤差を補正部によって修正することができる。この結果、カムの加工精度、カム及び渦電流式変位計の取付精度を上げることなく、回動位置信号を制御機器に応じた出力とほぼ同等にでき、コストを低減することが可能となる。
【００４５】
第６の発明によると、補正部では、複数の回動位置で製造誤差による回動位置信号を増減し、各回動位置間で比例的な修正値を演算して補正するため、簡便な方法で回動位置信号の誤差を補正できる。
【００４６】
第７の発明によると、カムの被検出部を、カムの中心とする左右に各１箇所づつ形成するため、渦電流式変位計をカムの左右どちらからでも対向させて配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回動位置センサーを示す正面図である。
【図２】図１の回動位置センサーを構成する回転平面カムの形状を設定するための、回動位置信号と回動角度との関係を示すグラフ図である。
【図３】回動位置センサーを構成する補正部の補正を説明するための、グラフ図である。
【図４】回動位置センサーをアクチュエータに適用した例で、アクチュエータの一部を断面にした側面図である。
【図５】図４のＡ−Ａから見た一部を断面にした正面図である。
【符号の説明】
１回動位置センサー
２回転平面カム
３渦電流式変位計
５検出ヘッド
６側周面（被検出部）
５１制御機器
５２検出部
５３補正部
５４ドライバ
６２回動出力軸
７２ＡＣサーボモータ

Claims

回動軸に取り付けされるカムと、
このカムの側周面と対向する位置に配置された検出ヘッドを有する渦電流式変位計と、を備え、
前記渦電流式変位計が前記カムの側周面との距離を測定して前記回動軸の回動位置信号として出力する回動位置センサーにおいて、
前記回動位置信号が入力される制御機器に応じた出力になるように、前記検出ヘッドと前記カムの側周面との距離が回転角度に応じて非直線で増加するように前記カムの側周面の形状を加工したことを特徴とする回動位置センサー。
請求項１に記載の回動位置センサーにおいて、
前記距離が回転角度に対して均等に増加するものよりも前記距離が小さいことを特徴とする回動位置センサー。
請求項１または２に記載の回動位置センサーにおいて、
前記渦電流式変位計の出力が回動角度に応じてほぼ比例して増加するように、前記カムの側周面の形状を加工したことを特徴とする回動位置センサー。
請求項３に記載の回動位置センサーにおいて、前記渦電流式変位計が対向する前記カムの被検出部が、前記カムの中心とする左右に各１か所づつ形成されていることを特徴とする回動位置センサー。