JPH0125286Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は位相シフト型直線位置検出装置に関
する。

直線型位置検出装置として従来より知られてい
るものに差動トランスがあるが、これは直線位置
を電圧レベルに変換するものであるため、外乱に
よる影響を受けて誤差を生じ易いという欠点があ
る。例えば、温度変化の影響を受けてコイルの抵
抗が変動することにより検出信号のレベルが変動
する、あるいは検出器からその検出信号を利用す
る回路までの信号伝送路におけるレベルの減衰量
がその伝送距離によつてまちまちであること、あ
るいはノイズによるレベル変動がそのまま検出誤
差となつて顕われてしまうこと、など様々な問題
が起り易い。

この点に鑑みて、外乱等による出力レベル変動
に影響されることなく正確な検出が可能な直線位
置検出装置を位相シフト型検出装置によつて構成
することを、本出願人は先行出願「実願昭56−
22075号」において提案した。しかし、上述の先
行出願においては、測定可能範囲が比較的狭い範
囲に制限されてしまう欠点があつた。

この考案は上述の点に鑑みてなされたもので、
直線位置検出可能範囲を拡大した位相シフト型直
線位置検出装置を提供しようとするものである。
この目的は、軸方向にずれた所定の配置で配設さ
れた複数の１次コイルに対応する２次コイルと、
軸方向に直線移動可能に前記１次及び２次コイル
に挿入されたコア部とを具備し、前記１次コイル
の各々を位相のずれた複数の基準交流信号によつ
て夫々励磁し、これにより前記基準交流信号を前
記コア部の直線位置に応じて位相シフトした出力
信号を２次コイルに生ぜしめるようにした位相シ
フト型直線位置検出装置において、前記コア部に
おいて複数個のコアを軸方向に所定間隔で設ける
ことにより実現される。

以下添付図面を参照してこの考案の一実施例を
詳細に説明しよう。

第１図、第２図、第３図には、この考案に係る
直線位置検出装置の検出ヘツド部１の一実施例が
夫々示されている。検出ヘツド部１は、ケーシン
グ４内に所定の配置で収納された１次コイル及び
２次コイルと、これらのコイル内に直線移動可能
に挿入されたコア部２とを含んでいる。コア部２
は、軸方向に所定間隔で配された複数個のコア３
と、各コア３の間に設けられたスペーサ５と、こ
れらコア３及びスペーサ５の周囲を蓋つたスリー
ブ６とを含んでいる。コア３は磁性体、スペーサ
５は空気その他の非磁性体である。このコア部２
は、検出対象として外部から与えられる直線運動
に応じて直線変位する。一例として、各コア３は
所定長さ「Ｐ／２」（Ｐは任意の数）の円筒形状であ り、スペーサ５の長さはコア３の長さにほぼ等し
い。従つて、コア３の配列における１ピツチ分の
距離は「Ｐ」である。この実施例において、コイ
ルは４つの相で動作するように設けられている。
これらの相を便宜上Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄなる符号を用
いて区別する。コア３の位置に応じて各相Ａ〜Ｄ
に生じるリラクタンスが90度づつずれるようにな
つており、例えばＡ相をコサイン相とすると、Ｂ
相はサイン相、Ｃ相はマイナスコサインン相、Ｄ
相はマイナスサイン相、となるようになつてい
る。

第１図及び第２図においては、各相Ａ〜Ｄ毎に
個別に１次コイル７，８，９，１０及び２次コイ
ル１１，１２，１３，１４が設けられている。各
相Ａ〜Ｄの２次コイル１１〜１４は各々に対応す
る１次コイル７〜１０の外側に夫々巻かれてい
る。各コイルの長さはコア３の長さにほぼ等し
く、「Ｐ／２」である。第１図の例では、Ａ相のコイ ル７，１１とＣ相のコイル９，１３とが隣合つて
設けられており、Ｂ相のコイル８，１２とＤ相の
コイル１０，１４も隣合つて設けられている。ま
た、Ａ相とＢ相またはＣ相とＤ相のコイルの間隔
は「Ｐ（ｎ±１／４）」（ｎは任意の自然数）である。

一方、第２図の例では、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ相の順で
所定の間隔「Ｐ（ｎ±１／４）」でコイル７〜１０， １１〜１４が設けられている。

第１図及び第２図に示された検出ヘツド部１は
全く同様に動作する。すなわち、コア部２の直線
変位に応じて各相Ａ〜Ｄにおける磁気回路のリラ
クタンスが変化し、しかもそのリラクタンス変化
の位相は各相毎に90度づつずれる（従つてＡ相と
Ｃ相とでは180度ずれ、Ｂ相とＤ相とでも180度ず
れる）ようになつている。従つて、そのようなリ
ラクタンス変化をもたらすものでありさえすれ
ば、各相Ａ〜Ｄのコイル配置は第１図、第２図に
示すものに限定されない。尚、図では１次コイル
７〜１０の外側（または内側）に２次コイル１１
〜１４を設けるように示したが、バイフアイラ巻
きによつて各相の１次及び２次コイルを一緒に巻
くようにしてもよい。

第３図では、各相Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応して２
次コイル１７，１８，１９，２０を個別に設け、
Ａ相とＣ相で１個の１次コイル１５を共用し、Ｂ
相とＤ相で１個の１次コイル１６を共用するよう
にしたものである。Ａ相とＣ相のコイルグループ
１７，１５，１９の全長は「Ｐ」であり、Ｂ相と
Ｄ相のそれも「Ｐ」である。また、一方のコイル
グループ１７，１５，１９ともう一方のコイルグ
ループ１８，１６，２０との中央間の間隔は「Ｐ
（ｎ±１／４）」である。このようにすれば、前述と 同様に、コア部２の直線変位に応じて各相Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄのリラクタンスが90度づつずれて変化
する（従つて、Ａ相とＣ相とでは180度、Ｂ相と
Ｄ相とでも180度ずれる）。

第１図及び第２図における１次コイル７〜１０
及び２次コイル１１〜１４の結線形式は第４図ま
たは第５図のようにする。第４図は、Ａ相とＣ相
の１次コイル７及び９を正弦信号sin ωtによつて
互いに逆相で励磁し、２次コイル１１及び１３の
出力を同相で加算するようにした結線形式を示す
ものである。Ｂ相とＤ相も上述と同様に、１次コ
イル８，１０を余弦信号cos ωtで逆相励磁し、
２次コイル１２，１４の出力を同相加算する。一
方、第５図の結線形式では、Ａ相とＣ相の１次コ
イル７，９を正弦信号sin ωtによつて同相で励磁
し、２次コイル１１，１３を逆相接続する。ま
た、Ｂ相とＤ相の１次コイル８，１０を余弦信号
cos ωtによつて同相で励磁し、２次コイル１２，
１４を逆相接続する。

第３図におけるコイル結線形式は第６図のよう
にする。すなわち、Ａ相及びＣ相の１次コイル１
５を正弦信号sin ωtで励磁し、２次コイル１７，
１９を逆相接続する。また、Ｂ相及びＤ相の１次
コイル１６を余弦信号cos ωtで励磁し、２次コ
イル１８，２０を逆相接続する。

第４図乃至第６図の結線形式は要するに次のよ
うに表現できる。すなわち、リラクタンス変化が
180度ずれた２つの相（ＡとＣあるいはＢとＤ）
を互いに逆相で動作させ、かつ、リラクタンス変
化が90度ずれた２つの対（ＡとＣの対とＢとＤの
対）の一方を正弦信号sin ωtによつて励磁し、他
方を余弦信号cos ωtによつて励磁する。換言す
れば、２つの対（ＡとＣの対及びＢとＤの対）
は、そのリラクタンス変化の位相が90度ずれた２
つの差動トランスと同じものであり、そのリラク
タンス変化のの位相ずれに応じた電気的位相ずれ
を有する２種類の交流信号（sin ωt，cos ωt）
によつて各々を個別に励磁するのである。Ａ，Ｃ
相の対とＢ，Ｄ相の対の２次コイル出力を加算し
たものが検出ヘツド部１の出力信号Ｙとなる。こ
の出力信号Ｙは、コア部２の直線位置に応じた位
相角φだけ基準交流信号（sin ωtまたはcos ωt）
を位相シフトしたものとなる。その理由は、各相
Ａ〜Ｄのリラクタンスが90度づつずれており、か
つ一方の対（Ａ，Ｃ）と他方のの対（Ｂ，Ｄ）の
励磁信号の電気的位相が90度ずれているためであ
る。この点を略式で示すと次の通りである。

すなわち、コア部２の直線位置に対応する位相
をφとすると、直線位置に応じたリラクタンス変
化の関数は、Ａ相がcosφ、Ｂ相がsinφ、Ｃ相が
一cosφ、Ｄ相が−sinφなる略式で示すことがで
きる。Ａ相とＣ相を正弦信号sin ωtによつて互い
に逆相で動作させ、かつＢ相とＤ相を余弦信号
cos ωtによつて互いに逆相で動作させ、その結
果生じた２次コイル出力を加算的に合成するの
で、出力信号Ｙは次のような略式で実質的に表現
することができる。

Ｙ＝sin ωt cosφ−（−sin ωt cosφ） ＋cos ωt sinφ−（−cos ωt sinφ） ＝2sin ωt cosφ＋2cos ωt sinφ ＝2sin（ωt＋φ） 上記式で便宜的に「２」と示された係数を諸種
の条件に応じて定まる定数Ｋで置換えると、 Ｙ＝Ｋ sin（ωt＋φ） と表現できる。ここで、リラクタンス変化の位相
φはコア部２の直線位置ｌに所定のの比例係数
（または関数）に従つて比例しているので、出力
信号Ｙにおける基準信号sin ωt（またはcos ωt）
からの位相ずれφを測定することにより直線位置
ｌを検出することができる。ただし、位相ずれ量
φが全角2πのとき、直線位置ｌは前述の距離Ｐ
（コア３の１ピツチ長）に相当する。すなわち、
信号Ｙにおける電気的位相ずれ量φによれば、距
離Ｐの範囲内での相対的な直線位置が検出できる
のである。この検出可能範囲は、コア部２の長さ
を所望に設定することにより無限に拡大すること
ができる。その際、絶対的な直線位置をも求めた
い場合は、適宜任意の手段（この検出精度は距離
Ｐを１単位とする粗いものでもよい）を併設して
各コア３の絶対番地を求め、この各コア３の絶番
地と上述の位相ずれφにもとづく相対的直線位置
とのの組合せを用いればよい。電気的位相ずれφ
の測定によれば、距離Ｐの範囲の相対的直線位置
をかなりの高分解度で精度よく割出すことができ
る。また、外乱等による信号レベルの変動が位相
ずれ量φに全く影響を与えないことも明らかであ
る。

検出ヘツド部１の出力信号Ｙと基準交流信号
sin ωt（またはcos ωt）との位相ずれφを求める
ための手段は適宜に構成できる。第７図は位相ず
れφをデイジタル量で求めるようにした回路例を
示すものである。特に図示しないが、積分回路を
用いて基準交流信号sin ωtと出力信号Ｙ＝Ｋ
sin（ωt＋φ）との０位相の時間差分を求めること
により、位相ずれφをアナログ量で求めることも
できる。 第７図において、発振部３２は基準の
正弦信号sin ωtと余弦信号cos ωtを発生する回
路、位相差検出回路３７は上記位相ずれφを測定
するための回路である。クロツク発振器３３から
発振されたクロツクパルスCPがカウンタ３０で
カウントされる。カウンタ３０は例えばモジユロ
Ｍであり、そのカウント値がレジスタ３１に与え
られる。カウンタ３０の４／Ｍ分周出力からは、ク ロツクパルスCPを４／Ｍ分周したパルスPcが取り 出され、１／２分周用のフリツプフロツプ３４のＣ 入力に与えられる。このフリツプフロツプ３４の
Ｑ出力から出たパルスP_bがフリツプフロツプ３
５に加わり、出力から出たパルスPaがフリツ
プフロツプ３６に加わり、これら３５及び３６の
出力がローパスフイルタ２１，２２及び増幅器２
３，２４を経由して、余弦信号cos ωtと正弦信
号sin ωtが得られる。カウンタ３０におけるＭカ
ウントがこれら基準信号cos ωt，sin ωtの2πラ
ジアン分の位相角に相当する。すなわち、カウン
タ３０の１カウント値は2π／Ｍラジアンの位相角を 示している。

検出ヘツド部１の出力信号Ｙは増幅器２５を介
してコンパレータ２６に加わり、該信号Ｙの正・
負極性に応じた方形波信号が該コンパレータ２６
から出力される。このコンパレータ２６の出力信
号の立上りに応答して立上り検出回路２８からパ
ルスT_sが出力され、このパルスT_sに応じてカウ
ンタ３０のカウント値をレジスタ３１にロードす
る。その結果、位相ずれφに応じたデイジタル値
Dφがレジスタ３１に取り込まれる。

ところで、検出ヘツド部１を検出対象物に取付
ける場合、検出ヘツド部１の原点と検出対象物の
原点とが正確に合致するように取付けるのは困難
であり、取付け誤差が多少なりとも生じる。この
ような取付け誤差を電気的に修正するためには、
実願昭56−20097号明細書に示されたように、検
出ヘツド部１と位相差検出回路３７との間に原点
調整用の移相回路を設けるとよい。

コア部２が時間経過に伴つて移動する場合は、
その速度及び加速度を検出ヘツド部１の出力信号
Ｙにもとづいて求めることもできる。すなわち、
コア部２が時間ｔの関数で変位する場合は、位相
ずれφも時間の関数φ（ｔ）となり、出力信号Ｙ
はＹ＝Ｋ sin｛ωt＋φ（ｔ）｝と表わせる。従つ
て、特願昭55−147425号あるいは特願昭56−750
号あるいは特願昭56−1073号明細書中に示された
ような手法でこの信号Ｙにもとづき直線変位の速
度及び加速度を求めることができる。

尚、対を成している相Ａ及びＣまたはＢ及びＤ
は出力信号レベルを差動的に深めて精度を上げる
のに寄与している。精度を要求しない場合はＣ相
とＤ相のコイルを省略することも可能である。ま
た、コイル数（相数）は４組もしくは２組に限ら
ずそれ以上であつてもよい。また、コア３の形状
は円筒状に限らず、要するに、直線変位に応じて
sin φあるいはcos φ等のリラクタンス変化をも
たらすものであればよい。

以上説明したようにこの考案によれば、コアを
複数個設けたことにより、位相シフト型直線位置
検出装置の検出範囲を拡大することができるよう
になるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係る検出装置の検出ヘツド
部の一実施例を示す軸方向断面図、第２図は同他
の実施例を示す軸方向断面図、第３図は同他の実
施例を示す軸方向断面図、第４図及び第５図は第
１図または第２図の実施例におけるコイル結線形
式を示す回路図、第６図は第３図の実施例におけ
るコイル結線形式を示す回路図、第７図は検出ヘ
ツド部に基準交流信号を与える回路及び出力信号
の位相ずれを測定する回路の一例を示すブロツク
図、である。 １……検出ヘツド部、２……コア部、３……コ
ア、４……ケーシング、５……スペーサー、６…
…スリーブ、７〜１０，１５，１６……１次コイ
ル、１１〜１４，１７〜２０……２次コイル、３
２……発振部、３７……位相差検出回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 直線変位方向に関して所定の距離だけ互いに
   離隔して配置され、180゜または360゜以外の所定
   の位相差を持つ所定の位相差（360／Ｄ度）を
   持つ基準交流信号によつて個別に励磁される少
   なくとも２個の１次コイルと、 この１次コイルに対応して設けられた２次コ
   イルと、 前記１次コイル及び２次コイルに対して相対
   的に直線変位可能に配され、かつ直線変位方向
   に所定のピツチで相互に固定されて配列された
   同一形状の複数個のコアを含むコア部とを具備
   し、 前記各１次コイルの配置の離隔距離を、各１
   次コイルの励磁交流信号の前記位相差（360／
   Ｄ度）と前記コア部におけるコアの配列の１ピ
   ツチの距離Ｐに基いて、Ｐ×｛ｎ±（１／Ｄ）｝
   （但し、ｎは任意の整数）に設定し、これによ
   り前記基準交流信号を前記コイルに対する前記
   コア部の直線位置に応じて位相シフトした出力
   信号を前記２次コイルに生ぜしめるようにした
   ことを特徴とする位相シフト型直線位置検出装
   置。 ２ 前記１次及び２次コイルは４相のコイルグル
   ープから成り、前記コア部の直線位置に応じた
   各相のリラクタンス変化の位相が90度づつずれ
   るように配置されており、その中で前記リラク
   タンス変化が180度隔つた２つの相を前記基準
   交流信号として正弦波信号を用いて互いに逆相
   で動作し、前記リラクタンス変化が180度隔つ
   た別の２つの相を前記基準交流信号として余弦
   波信号を用いて互いに逆相で動作するようにし
   た実用新案登録請求の範囲第１項記載の位相シ
   フト型直線位置検出装置。