JPH02156110A - 線型変位検出装置及び該線型変位検出装置を用いた流体圧アクチェータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、線型変位検出装置及び該装置を用いた流体圧
アクチエータに関する。

（従来の技術） この種の線型変位検出装置の従来例を、第４図を参照し
て説明する。

同図に示す線型変位検出装置３０は、磁界発生部３２を
備えた一方の筒状移動体３３と、この移動体３３の中心
部に挿通されその長さ方向に変位可能な他方の移動体３
４と、前記両移動体３３゜３４間に生じる変位（オーバ
ーラツプ但）Ｘに応じた出力信号Ｖｏｌｔを得る検出手
段３５とを具備しでいる。

前記一方の移動体３３は、前記他方の移動体３４の半径
ｒ１よりも大きい半径ｒ（、を有する貫通孔３６を形成
した直線状の筒状ボビン３７と、このボビン３７の外周
に巻装されたコイル３８と、このコイル３８の外周を包
囲する筒体３９と、この筒体３９の外周を包囲する筒状
の遮蔽体４０とを具備している。

前記ボビン３７は、ステンレス等の絶縁材料又はテフロ
ン等の乾式表面を有する材料により形成されている。

前記コイル３８は、導電材料（例えば銅）製でボビン３
７の外周に均等ピッチで巻装されている。

前記筒体３９は、フェライト等のような高透磁率で、導
電率が小さい材料により形成されている。

この筒体３９は、コイル３８により形成される磁束の磁
路の磁気抵抗を小さくし、また、渦電流を最小限に抑え
、表皮効果を最小限に抑える機能を発揮する。

前記遮蔽体４０は、導゛電率の大きい材料（軟鉄。

低炭素鋼等）により形成され、これにより、コイル３８
が形成する磁界が筒体３９と遮蔽体４００表層部分に限
定的に通るようにしてコイル３８を流れる電流による漂
Ｍｍ界を広い周波数範囲に亘って封じ込めると共に、外
部磁界がコイル３８に作用することをも遮蔽するように
なっている。

前記検出手段３５は、所定の周波数（５０乃至２００に
Ｈｚ　、　＠逆周波数ｆｃ）の交流電力を発生する交流
電源４１と、ブリッジ接続の検知回路４２とを具備して
いる。

前記検知回路４２は、ブリッジ回路の一方の対向辺に接
続された抵抗器４３．可変抵抗器４４と、他方の対向辺
の一方に接続されたコンデンサＣとを有し、他方の対向
辺の他方には前記コイル３８の両端子を接続するように
なっている。

また、このブリッジ回路の一方のノード４５には、ＡＭ
検波器４７Ａが、他方のノード４６にはＡＭ検波器４７
Ｂがそれぞれ接続されると共に、両ＡＭ検波器４７Ａ、
４７Ｂの出力側に差動増幅器４８が接続されている。そ
して差動増幅器４８の出力端子と接地間に出力信＠（電
圧）ｖｏｕｔを得るようになっている。

前記抵抗器４３の抵抗値Ｒは、前記コイル３８゜筒体３
９等の誘導リアクタンスよりもはるかに大きい値に設定
されている。

従って、交流電源４１が発生する電圧をＶとすると、コ
イル３８の両端子間の電圧は、（Ｖ／Ｒ）ｘ２πｆｃ−
Ｌとなる。

ここに、Ｌはコイル３８の自己インダクタンスである。

上述した線型変位検出装置３ｏの動作原理は以下の通り
である。

先ず、交流電源４１から搬送周波数ｆｃの交流電圧（＝
Ｖ）をブリッジ回路に加えると、コイル３８には（Ｖ／
Ｒ）ｘ２πｆｃ−Ｌの電圧が印加され、これによりコイ
ル３８に電流が流れてこのコイル３８は励磁される。

コイル３８が励磁されるとこのコイル３Ｂが形成する交
番磁束が他方の移動体３４に鎖交するが、このとき、搬
送周波数ｆｃに応じた交番磁束は他方の移動体３４に生
じる表皮効果によって、コイル３８の内面と他方の移動
体３４の外面との間及び他方の移動体３４の表皮深さの
範囲内のみを通過する。

従って、この交番磁束は、他方の移動体３４が存在しな
い場合よりもはるかに小さい領域を通過することになる
。

そして、交番磁束の磁路の磁気抵抗は、この隘路の断面
積に反比例するので、他方の移動体３４の存在は、磁路
の磁気抵抗を著しく大ぎく、磁束の通過領域を著しく小
さくする動きをする。

即ち、他方の移動体３４をボビン３７の間通孔３６に挿
入することにより、コイル３８に対する磁束の鎖交数が
減少し、このコイル３８の自己インダクタンスが小さく
なる。この自己インダクタンスの減少割合は、移動体３
４のオーバーラツプ量（変位量）Ｘに比例する。

このようなコイル３８の自己インダクタンスの変化を、
検知回路４２により検出する。

即ち、予め移動体３４をボビン３７の中心位置まで挿入
した状態のとき、ブリッジ回路におけるノード４５，４
６の平衡信号の撮幅が等しくなるよう可変抵抗器４４で
調整しておく。

そして、移動体３４が前記中心位置から変位したとき、
一方のノード４６にはその変位量に比例した振幅変調信
号が供給される。

一方のＡＭ検波器４７Ａはノード４５における平衡信号
を検波し検波信号を差動増幅器４８に送る。

また、使方のＡＭ検波器４７Ｂは、ノード４６における
振幅変調信号を検波し、検波信号を差動増幅器４８に送
る。

差動増幅器４８は、両横波信号の振幅差に基く出力信号
、即ち、両移動体３３．３４の相対変位桁に比例した出
力信号ｙｏｕｔを送出する。

ところで、上述した線型変位検出装置３０は、各種変位
物体の変位検出に用いられるほか、制御系にあける流体
圧アクチエータのピストン及びピストンロッドのストロ
ークを測定することにも用いられる。線型変位検出装＠
３０の両移動体３３゜３４を流体圧アクチエータに取付
ける場合、種々の取付態様がある。両移動体３３．３４
を流体圧アクチエータの外部に取付ける場合には、流体
圧アクチエータのシリンダから、ピストンロッドと連動
する突出構造体を備える必要があり、このため余分なス
ペースが必要となる。

従って、前記両移動体は、流体圧アクチエータの内部に
配置することが望ましい。

このような取付態様としては、シリンダに対し、前記他
方の移動体３４をその軸方向に沿う状態で取付けると共
に、このシリンダ内を流体圧の作用下で往復動するピス
トンに一方の移動体３３を埋込む場合を挙げることがで
きる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した両移動体３３．３４の構成では
、例えばコイルの標準直径が６乃至１０ｍｍであり、こ
れに筒体３９．遮蔽体４０を付加した場合、全体の直径
Ｄ２は２Ｑｍｍ程度となる。

一方、ピストンに穿設すべき移動体埋込み用の孔の上限
は、１２ｍｍ程度に制限されており、従来の移動体３３
の直径Ｄ２はこの１２ｍｍ程度を大きく上回り実用性の
点で問題がある。

そこで本発明は、移動体の構造を改良し、その直径を小
さくすることができる線型変位検出装置及びこの装置を
用いた流体圧アクチエータを提供することを目的とする
ものでおる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の線形変位検出手段は、導電性コイルを巻装した
一方の移動体と、この一方の移動体を挿通可能で、且つ
、前記一方の移動体との相対位８を変更可能な非強磁性
体製で筒状の他方の移動体と、前記コイルを励磁すると
ともに前記両移動体の相対位置の変化に暴くコイルのイ
ンダクタンス変化を検出し、両移動体間に生じる変位に
応じた出力信号を得る検出手段とを有するものである。

また、本発明の流体圧アクチエータは、導電性コイルを
巻装した一方の移動体を流体圧が作用するシリンダに対
しピストン部の移動方向に沿って取付けると共に、ピス
トン部にはその移動方向に沿って、且つ、前記一方の移
動体に対応する配置に非強磁性体製で筒状の他方の移動
体を取付けたものでおる。

この流体圧アクチエータにおける前記一方の移動体は、
この移動体のコイルとシリンダ内の流体とを遮蔽する筒
状のコイル防護部材を含んでいる。

また、この流体圧アクチエータにおける前記シリンダは
、強磁性体製で磁気遮蔽機能を発揮するように構成され
ている。

（作　用） 以下に上記構成の線型変位検出装置及び流体圧アクチエ
ータの作用をそれぞれ説明する。

この線型変位検出装置によれば、一方の移動体は導電性
のコイルを備え、他方の移動体を非強磁性体製で筒状に
形成し、且つ、前記一方の移動体を挿通可能で、この一
方の移動体に対してオーバーラツプする構成としたもの
でおるから他方の移動体側にはコイルの巻装スペースを
設（プる必要がなく、これにより、他方の移動体の直径
を従来例の場合より小さくすることができる。

また、上記構成の流体圧アクチエータによれば、両極動
体の構成を上述した如くのものとすることにより、ピス
トンロッドにおける他方の移動体の取付スペースを小さ
くすることができる。

ざらに、この流体圧アクチエータにおける一方の移動体
を、コイル防護部材を含む構成とすることにより、この
移動体のコイルをシリンダ内に作用する流体から防護で
きる。

更に、この流体圧アクチエータにおけるシリンダを強磁
性体製とすることにより、このシリンダはコイルが形成
する磁束の低磁気抵抗磁束路を確保する。

（実施例） 以下に本発明の詳細な説明する。

第１図に示す線型変位検出装置１は、固定設置の一方の
移動体２と、この一方の移動体２にオーバーラツプして
相対的に変位可能な他方の移動体３と、前記検出手段３
５とを有している。

前記一方の移動体２は、非導電体製で直線状に形成した
筒状ボビン４と、このボビン４の外周に等ピッチで巻装
した導電性のコイル５とを具備し、このコイル５の一方
の端子５ａをボビン４の側方に引出すと共に、コイル５
の他方の端子５ｂをボビン４の貫通孔６を通過させて一
方の端子５ａと同方向に引出すことにより構成されてい
る。そして、コイル５の両端子５ａ、５ｂを検出手段３
５に従来例と同様な状態で接続している。

前記他方の移動体３は、前記一方の移動体２のコイル５
の外径よりも若干大きい内径を有する導電性を有する非
強磁性体製の筒状体６により構成されている。

そして、第１図に示すように一方の移動体２と、他方の
移動体３とは同心的に嵌合され、他方の移動体３の内部
にコイル５を包含しつつ相対的に変位し、両者のオーバ
ーラツプ但Ｘが変化するようになっている。

尚、一方の移動体２に対する初期位置は、オーバーラツ
プｆｆ１Ｘが他方の移動体３の長さ方向の長さの１／２
になる値に設定する。

この線型変位検出装置１の動作は、第４図に示す従来例
の場合と同様であるが、検出手段３５における交流電源
４１の周波数は、コイル５が形成する磁束の筒状体６に
対する表皮効果を考慮した値に設定する。

すなわち、筒状体６に対する表皮効果における表皮深さ
が、この筒状体６の肉厚ｔよりも小さくなるように交流
Ｎ源４１の周波数を設定する。

これにより、両極動体３，４間の相対変位の際、コイル
５の外周領域の磁路の断面積が小さくなり、これに伴っ
て、相対変位に暴くコイル５のインダクタンスの変化が
線型となる。

上記構成の線型変位検出装置１によれば、一方の移動体
２側にコイル５を備え、他方の移動体３を前記コイル５
を内部に包含しつつ相対変位させる構成としたことによ
り、他方の移動体３の外径Ｄ１を従来例の場合より小さ
い値、例えば１２ｍｍ以下にすることができる。

前記筒状体６はコイル５の外周領域の磁気抵抗を贈入さ
せ、これにより、磁束の洩れを防止するようになってい
る。

次に、前記線型変位検出装置１を用いた流体圧アクチエ
ータ１０について、第２図を参照して説明する。

この流体圧アクチエータ１０は、シリンダ１１とこのシ
リンダ１１内を１ｉ動するピストン部１２と、前記シ１
ノンダ１１の中心部にその長さ方向に沿って取付けた一
方の移動体２と、ピストン部１２のピストンヘッド１２
ａ、ピストンロッド１２ｂの中心部にその長さ方向に沿
って埋込んだ他方の移動体３と、前記検出手段３５とを
具備している。尚、ピストンロッド１２ｂは流体圧によ
り変位するピストンヘッド１２ａと共に、シリンダ１１
の他方のエンドキャップ１１ｂを量適して囲動するよう
になっている。

前記一方の移動体２は、コイル５の外周を全て包囲する
有底筒状で強磁性体製のコイル防護部材１３を有し、こ
のコイル防護部材１３のフランジ部１３ａをシリンダ１
１の一方のエンドキャップ１１ａを頁通させて取付ける
ことにより、この−方の移動体２がシリンダ１１に固定
されるようになっている。

また、コイル防護部材１３は、その外周面を前記他方の
移動体３の筒状体６の内周面に固接させる状態となって
いる。

前記コイル防護部材１３は、シリンダ１１内のピストン
ヘッド１２ａに作用する流体（油、空気）からコイル５
を完全に遮蔽し、コイル５を錆等から防護する。

この流体圧アクチエータ１０によれば、既述した構成の
両極動体２，３を用いているため、ピストン部１２にお
ける筒状体６の埋込用の孔１２ｃの直径を４２ｔｎｍ程
度と前記Ｄ１より僅かに大きくするだけでよく、従来例
の如き問題点が無くなり、実用性の点で優れるものであ
る。

次に、流体圧アクチエータの変形例を第３図を参照して
説明する。

同図に示す流体圧アクチエータ２０．Ｊｆｉ本的には第
２図に示すものと同様な構成でおる。但し、コイル２５
として流体や外部環境からの防護機ｎこを有する絶縁磁
気線を用いることによりコイル防護部材１３を省略した
こと、一方の移動体２のボビン４の端部に貫通孔２２を
有するねじ体２１を取付け、このねじ体２１をシリンダ
１１のエンドキャップ１１ａに螺合すると共に、前記貫
通孔２２を経てコイル２５の両端に接続した導電、線材
２３ａ、２３ｂを引き出したことが第２図に示す流体圧
アクチエータ１０と相違している。

この流体圧アクチエータ２０によれば、前記コイル防護
部材１３を用いないので、これに伴って筒状体６の直径
、従って、ピストン部１２の埋込用の孔１２ｃの直径を
、第２図に示す場合より更に小さくできる。

前記各流体圧アクチエータ１０，２０のシリンダ１１．
エンドキャップ１１ａ、１１ｂは強磁性体材料により形
成されており、これにより、コイル５，２５が形成する
磁束の低磁気抵抗磁束路が確保されると共に、外部ｖｉ
ｉ界の磁気遮蔽をも行うようになっている。

また、前記各流体圧アクチエータ１０．２０のピストン
ロッド１２ｂは図示していないが、駆動対象である機械
要素に連結されていることはいうまでもない。

上記構成の流体圧アクチエータ１０，２０において、ピ
ストン部１２が流体圧の作用下で変位するときコイル５
又は２５と筒状体６のオーバーラツプ吊Ｘが変化し、こ
れに伴いコイル５又は２５のインダクタンスが線型（リ
ニア）に変化するので、検出手段３５によりそのインダ
クタンス変化に応じた出力電圧ｖｏｕｔを得ることがで
きる。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、そ
の要旨の範囲内で種々の変形が可能であることはいうま
でもない。

例えば、一方の移動体に対する他方の移動体の初明位置
は、上ｊボした実施例のほが任意の位置に調整して実施
できる。

［発明の効果］ 以上詳述した本発明によれば、以下の効果を奏する。

請求項１記銭の発明によれば、一方の移動体の構成を改
良したことにより、他方の移動体の外径を小さくできる
線型変位検出装置を提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、上記構成の両極動体を用
いることによってピストン部における移動体取付領域を
小さくでき実用性の高い流体圧アクチエータを提供する
ことができる。

この流体圧アクチエータの一方の移動体にコイル防護部
材を包含させることによって、コイルに錆等が発生する
ことやコイルの劣化を防護できる。

更に、流体圧アクチエータのシリンダを強磁性体材料に
より形成することにより、コイルが形成する磁束の磁気
遮蔽が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の線型変位検出装置の実施例を示す接続
図、第２図は本発明の流体圧アクチエータの実施例を示
す接続図、第３図は流体圧アクチエータの他側を示す接
続図、第４図は従来装置の接続図である。 １・・・線型変位検出装置、２・・・一方の移動体、３
・・・他方の移動体、４・・・ボビン、５・・・コイル
、１０．２０・・・流体圧アクチエータ、１１・・・シ
リンダ、　　　　　１２・・・ピストン部、１３・・・
コイル防護部材、　３５・・・検出手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性コイルを巻装した一方の移動体と、この一
   方の移動体を挿通可能で、且つ、一方の移動体との相対
   位置を変更可能な非強磁性体製で筒状の他方の移動体と
   、前記コイルを励磁するとともに前記両移動体の相対位
   置の変化に基くコイルのインダクタンス変化を検出し、
   両移動体間に生じる変位に応じた出力信号を得る検出手
   段とを有することを特徴とする線型変位検出装置。
2. （２）導電性コイルを巻装した一方の移動体を流体圧が
   作用するシリンダに対し、ピストン部の移動方向に沿つ
   て取付けるとともに、ピストン部にはその移動方向に沿
   つて、且つ、前記一方の移動体に対応する配置に非強磁
   性体製で筒状の他方の移動体を取付けたことを特徴とす
   る流体圧アクチエータ。
3. （３）前記一方の移動体は、この移動体のコイルとシリ
   ンダ内の流体とを遮蔽する筒状のコイル防護部材を含む
   ものである請求項２記載の流体圧アクチエータ。
4. （４）前記シリンダが強磁性体製で磁気遮蔽機能を発揮
   するものである請求項２記載の流体圧アクチエータ。