JP5438964B2 - 荷重センサ及び変位量センサ - Google Patents
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Description
前記基部に配置され、ヨーク部の内周側に複数の突極部を有するステータコアと、
このステータコアにおいて、前記可動部の変位方向に沿って配置される突極部に巻装され、所定の交流信号が入力される1次コイルと、
この1次コイルと共に前記突極部に巻装される2次コイルと、
前記可動部に固定され、前記1次コイルが発生する磁束が通る磁気回路を前記ステータコアと共に形成し、前記可動部の変位に伴い前記突極部との間の空隙長が変化するように配置される可動コアとを備え、
前記2次コイルより、前記可動部の変位量に応じて変化する交流信号を出力することを特徴とする。
また、請求項2記載の荷重センサは、前記起歪体を、鋼材を切り出し加工することで形成する。
そこで、可動部において可動コア取付け部を可動側支持部で支持すると共に、その可動コア取付け部の両端部を基部に対して補助支持部で支持すれば、可動部に印加される荷重に偏りが生じた場合でも、起歪部に生じる応力歪みの偏りを、可動側支持部及び補助支持部で吸収させて、可動コアがステータ側に対し平行を維持した状態で変位するようになる。
以下、本発明の第1実施例について図1乃至図5を参照して説明する。図1は、荷重センサ1の(a)外観平面図,(b)縦断側面図,(c)底面図である。荷重センサ1の本体(起歪体)2は、横長直方体状の鋼材を切り出し加工することで形成されており、基部3,起歪部4,可動部5などを有して一体で構成されている。
図1(b)に示すように、本体2の図中左右両側端には、縦長の凹部6が形成されており、その凹部6の内側には、所定の厚みを隔てて、凹部6の縦方向形成寸法と同じ長さの長穴部7が形成されている(図中の符号6,7は、凹部6,長穴部7として形成された空間を指示している)。そして、凹部6と長穴部7とを隔てている所定の厚み部分が、上記起歪部4となっている。
尚、上記のようなVRセンサ部18の原理説明と同様の説明は、例えば特開昭57−60212号公報や、特開平5−52588号公報などにも記載されている(但しこれらの公報では、VRセンサによって回転位置を検出する場合の原理が説明されている)。
そして、ケース(A)のように可動部5に荷重が印加されておらず、ギャップ
(δa=δc)である場合は、図5(b)に示すように、2次コイル21aより出力される正相信号Vaと、2次コイル21cより出力される逆相信号Vcとの振幅は等しいので、それらの合成信号(Va+Vc)はゼロになる(図5(c)参照)。したがって、信号入出力回路31より出力される信号VOUTもゼロレベルとなる(図5(f)参照)。
尚、実際に信号入出力回路31より出力される信号VOUTは単一電源Vpによるので、図5に示す「ゼロレベル」は、グランドレベルと電源電圧Vpとの中間レベルに設定される。
そこで、可動部5の取付ベース10を、起歪部4に比べて十分に剛性が低いセンサ平行バネ部9及びカップリング部11で支持することで、荷重の偏りにより可動部5の変位に傾きが生じた場合でも、可動コア22と突極部19a,19cとが互いの対向部が平行を維持した状態で、両者間のギャップ長が変化するように作用させる。その結果、偏った荷重成分が出力信号に与える影響を打ち消すことができる。
具体的には、1次コイル20及び2次コイル21を備えたステータコア19を基部3側、可動コア22を可動部5側にそれぞれ配置し、可動部5に荷重が加わり変位が生じると、ステータコア19側のコイル20及び21と可動コア22との位置関係を変化させて、1次コイル20が発生した磁束に対して作用する磁気抵抗を変化させ、それに応じて2次コイル21より出力される交流信号の変化が、印加された荷重に相当するようにした。
図6乃至図8は本発明の第2実施例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第2実施例は、VRセンサ部を、変位量センサとして使用する場合の異なる実施形態を示す。図6に示すように、第2実施例のVRセンサ部41は、ステータコア19の突極部19b,19dにもそれぞれ、1次コイル20b及び2次コイル21b,1次コイル20d及び2次コイル21dが巻装されている。そして、これらの1次コイル20b及び20dには、1次コイル20a及び20cと同様に正弦波信号Vrefを与える。
図9は本発明の第3実施例を示すものであり、第2実施例と異なる部分について説明する。図9は図6相当図であり、第3実施例のVRセンサ部(変位量センサ)51は、第2実施例のVRセンサ部41と同様に、可動側の変位量を2軸方向について検出するもので、ステータコア19’における突極部19a’〜19d’が、可動コア22’と対向する部位の面形状が、第2実施例のように円弧をなす曲面ではなく、平面をなすように形成されている。また、可動コア22’が突極部19a’〜19d’と対向する部分も同様に平面をなすように形成されており、突極部19a’〜19d’と可動コア22とがなす各部の検出ギャップδa〜δdは、何れも平行をなしている。
センサ平行バネ部9,カップリング部11やストッパ40は、想定される荷重の大きさや荷重の偏りの有無,可動部5の最大変位量などにより、必要に応じて設ければ良い。
本体2の具体的構成も一例であり、少なくとも基部,起歪部,可動部を備えており、VRセンサ部を取り付け可能に構成されていれば、その他の詳細部分については個別の設計に応じて適宜変更して良い。
Claims (4)
- 固定側に取り付けられる基部,及びこの基部の両端側より連続して立設するように形成され、前記基部に対して弾性変形する起歪部,及びこの起歪部に連続して且つ前記起歪部により両端部が支持されるように形成され、印加される荷重に応じて前記基部との相対位置が変位する可動部を有し、一体に形成される起歪体と、
前記基部に配置され、ヨーク部の内周側に複数の突極部を有するステータコアと、
このステータコアにおいて、前記可動部の変位方向に沿って配置される突極部に巻装され、所定の交流信号が入力される1次コイルと、
この1次コイルと共に前記突極部に巻装される2次コイルと、
前記可動部に固定され、前記1次コイルが発生する磁束が通る磁気回路を前記ステータコアと共に形成し、前記可動部の変位に伴い前記突極部との間の空隙長が変化するように配置される可動コアとを備え、
前記2次コイルより、前記可動部の変位量に応じて変化する交流信号を出力することを特徴とする荷重センサ。 - 前記起歪体は、鋼材を切り出し加工することで形成されていることを特徴とする請求項1記載の荷重センサ。
- 前記可動部は、前記可動コアが取り付けられる可動コア取付け部と、この可動コア取付け部の両端を、前記起歪部よりも低い剛性で支持する可動側支持部とを有し、
前記基部に対して、前記可動コア取付け部の両端部を、前記起歪部よりも低い剛性で支持する補助支持部を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の荷重センサ。 - 前記可動部と前記基部との間に形成されて前記可動部の変位に伴い変形を生じる空間部に、前記可動部の変位量を制限する変位制限部材を配置したことを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の荷重センサ。
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