JPH03501532A - 低歪み線形可変変位変成器 - 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】

低歪み線形可変変位変成器 １１九１ 本発明は一般に、２つの構造の相対変位を検知する装置及び方法に属し、特に、 磁極片の運動に上り生ぜしめられる変成器内の２つの二次コイル間の磁束分布の 結果として上記変位を表す信号を発生する変成器に関する。 ｌｉ免ｆｉ 線形可変変位変成器（ＬＶＤＴ）は、装筺内の差動運動を監視するためにしばし ば用いられている。従来の典型的なＬＶＤＴは、その中心脚部に配置された一次 コイルと、それぞれが両端で他の２つの脚部の１つを取り巻いて配置された２つ の二次コイルとを有する８字形のコアを具備する。コアと近似的に同じ長さであ る磁極片が、中央脚部と２つの端脚部間との間で磁束を伝導する。非常に小さい ギャップが、磁極片を、コアの３つの脚部の各々の外向きの端から分離している 。磁極片がコアの一端から他端に運動するに伴い、該磁極片は端脚部の内の１つ を経る磁束を他の端脚部を経る磁束よりも大きく結合し、２つの二次コイルに差 電気信号（電圧または電流）を発生する。２つの二次コイルに接続されている回 路が、差電圧成るいは電流を復調し、装置の２つの部分の変位、即ち、コアに対 する磁極片の変位を表す信号を発生する。 債用のＬＶＤＴと関連する問題の１つに、コアに対する磁極片の回転に対する感 度という問題がある。＠極片が回転するに伴い、端脚部の１つと磁極片との間の ギャップが減少し、他方の端脚部と磁極片との間のギャップが増加する。磁極片 とコアの相対１Δ

【級の正確な検出は、磁極片と各端脚部との間の分離間隔もし くはギャップがＥ」１旦！Ｌｖ−ことを前提条件としている。磁極片と各端脚部 との間のりラフタンスは、このギャップ間隔を、磁極片が重なる端脚部の横断面 積で除したものに比例する。従うて、コアに対する磁極片の相対変位は、重なり 断面積エエを変化すべきであってギャップ間隔を変化すべきではない、しかしな がら、磁極片が取り付けられている装置の運動は、本来的に、磁極片をして僅か ながら回転せしめ得る。磁極片が回転すると、二次コイルから得られる差信号が 歪み、その結果、最早や差信号は、コアに対する磁極片の縦軸方向変位を正確に 表示しなくなる。 １ｍ 本発明によれば、変位を表す信号を発生するための装置が提供される。電磁コア は一次脚部と２つの二次脚部とを具備する。−次磁極は、２つの二次脚部の隣接 対向面に形成されている２つの二次磁極からギャップにより分離されて、−次脚 部に形成される。コアの一次脚部を取り巻いて一次コイルが配置され、他方、二 次コイルは二次脚部の各々を取り巻いて配置される。−次コイルは、電源に接続 されて、−次磁極を二次磁極から分離する２つのギャップを横切り磁界を発生す るように適応されている。 ２つの磁極片が設けられ、各磁極片は概ね１つのギャップ内に配置される。磁極 片が変位すると、各磁極片が一次磁極と二次磁極の内の１つとの間のギャップ内 に存在する度合いもしくは程度が変わることにより各ギャップを横切る磁束に対 するリラクタンスが変化する。 磁極片の変位に起因するりラフタンスの変化で、コア内を流れる磁束により各二 次コイルに誘起される電気信号が実質的に線形に変化する。 装置の１つ′の好適な形態においては、磁極片は、コアの縦軸方向の中心を通る 平面と概ね整合した方向でギャップに出入りする０本発明の別の態様によれば、 磁極片は、上記平面をほぼ横切る方向でギャップに出入りする。 装置は、更に、二次コイルに誘起される電気信号を監視するために該二次コイル に接続された検出器手段を備えることができる。この検出器手段は、ギャップ内 の磁極片の位置の変化に伴い変位の関数として変化する出力信号を発生する。検 出器手段は、２つのギャップ内の磁極片の差動変位に起因し、二次コイルにより 発生される電気信号の差に応答する。更に、検出器手段は、電源から一次コイル に印加される電流の大きさを制御するための自動利得制御部を具備することがで きる。−次コイルによって発生される全磁束を一定に維持するために、自動利得 制御部は、二次コイルに誘起される電気信号の和に応答し、−次コイルに印加さ れる電流を調整する。 磁極片は、概ね、コアとは異なる厚さを有するのが好ましい四辺形のブロックで ある。厚さにおけるこの差に由り、ギャップ内の磁束に対するリラクタンスは、 磁極片の厚さが測定される方向と整合した方向における磁極片の変位による影響 を殆ど受けない。ギャップ内の磁束に対する磁極片のリラクタンスは、不整合が 磁極片をして一次または二次磁極と接触せしめない（Ｉｆ擦誤差を生ぜしめない ）限り且つ該不整合が、これら磁極に対する磁極片の重なり程度もしくは度合い を減少しない限りにおいて、−次磁極及び二次磁極に対するいずれの磁極片の不 整合により実質的に左右されることはない。 本発明の他の様相は、装置の上述した構成要素の機能に関する段階を含む差動変 位を検知するための方法に向けられている。 堕工旦１単な説１− 第１図は、従来のＬＶＴ）Ｔの倒立面図、第２Ａ図は、本発明によるＬＶＤＴの 第１の実施例の倒立面図であって、差動変位を監視するために該ＬＶｒ）Ｔが取 り付けられる平行四辺形枠を概略的に示し、第２Ｂ図は、上記第１の実施例の端 面図、第２Ｃ図は、第２Ａ図及び第２Ｂ図の実施例の線形変位をほぼ横切る方向 における磁極片の正確な変位を検知するように改変された２１実施例の端面図、 ｆｆ３図は、本発明の第２の実施例の倒立面図、第４図は、茅３の実施例の倒立 面図、 第５図は、第４の実施例の倒立面図、 第６図は、第５の実施例の倒立面図、 第７図は、−次及び二次磁極間における磁極片の心出しに対する本発明装置の劣 屯感性を図解するために一次磁極と二次磁極との間のギャップ内に位置する磁極 片を概略的に示す図、 第８図は、ギヤツブ匹における磁極片の回転不整合に対する本発明装置の鈍感性 を図解するために一次磁極及び二次磁極間のギャップ内に位置する磁極片を概略 的に示す図、そして 第９図は、二次コイルに誘起される電気信号を監視し一次コイルに印加される電 流の自動利得制御を行うのに用いられる制御回路の簡略ブロック・ダイヤグラム である。 適な、施俤の説明 第１図には、構造の変位を監視するのに用いられる従来の装置を一般的に代表す るＬＶＤＴＩＯが示しである。 本明細書での開示並びに請求の範囲の記載で用いられている術語「構造ｊは、互 いに相対的に運動する２つの別。 個の部材を含む任意の構造形惑成るいは互いに相対的に運動する２つの離間した 点を有する単一の部材を包摂するものであり、上記部材または部材上の点の変位 が、ＬＶＤＴを以て監視しようとするパラメータである。第１図に示しである従 来の装置は、８字形のコア１２を備えている。８字形と称したのは、その形態が 文字ｒＥＪに類似しているからである。Ｅ字形コア１２の中心部からは一次脚ｌ Ｂ１４が延びており、該−次脚部】４には、−次コイル１６が巻装されている。 交流ｔ［（図示せず）が−次コイル１６に接続されており、該−次コイルを流れ る電流は、該−次コイルをして、磁極面１８に、周期的に変化する極性を有する 磁界を発生する。 Ｅ字形コア１２はまた第２の脚部２０及び２２を備えており、これら脚部にはそ れぞれ二次コイル２４及び２６が配置されている。Ｂ字形コア１２と近似的に同 じ厚さを有し、長さが若干短い磁極片２８が二次脚部２０及び２２０面からそれ ぞれギャップｇｌ及びｇ２だけ離間して、磁極面１８に近接して配置されている 。磁極片２８は、比較的高い透磁率を宵する強磁性材料から形成されているので 、−次脚部１４からの磁束の大部分は、−次及び二次脚部を分離している空気を 通らずに磁極片２８を通って二次脚部に達する。二次脚部２２を通る磁束に対し 二次脚部２０を通るこの磁束の比率もしくは割合は、磁極片が二次脚部のそれぞ れの端部に重なる度合いの関数である。磁極片２８が、（第１図に示した配位で ）上向きに変位すると、該磁極片２８が二次脚部２２に重なる度合いは減少する 。従りて、−次コイル１６からの磁束のうち二次脚部２２内に流入する磁束より も大きい部分が二次脚部２０に流入し、その結果、二次コイル２６におけるより も二次コイル２４により大きな電気信号（電圧または電流）が誘起される。従っ て、二次コイル２４及び２６に誘起される電気信号間の差が、Ｅ字形コア１２に 対する磁極片２８の相対変位を表す。 Ｌ　Ｖ　Ｄ　Ｔ　１０がＥ字形コア１２に対する磁極片２８の回転を検知するよ う企図されていない場合、理想的には、二次コイル２４及び２６に誘起される電 気信号間の差は、矢印３０で示した方向に沿う磁極片２８の線形変位だけに依存 すべきである。しかしながら、磁極片２８が回転し、その結果ギャップｇｌ及び ｇ２が変化すると、二次コイル２４及び２６の各々に誘起される電気信号に対応 の変動が生ずる。特に、磁極片２８の回転が原因でギャップｇｌが増加しギャッ プｇ２が減少すると、二次脚部２２内の磁束の増加に起因しより大きな電気信号 が二次コイル２６に誘起され、それと対応的に、二次脚部２０内の磁束の減少に 起因し二次コイル２４には小さい電気信号が誘起されることになる。従つて、二 次コイル２４及び２６内に誘起される電気信号の差は歪まされ、矢印３０の方向 ・におけるＥ字形コア１２に対する磁極片２８の相対線形変位だけを忠実に表す ことは最早※出来ない、これと対照的に、本発明は一般にこのような回転に対し 鈍感である。 本発明によるＬＶＤＴ５Ｇの第１の実施例が第２Ａ図及び第２Ｂ図に示しである 。このＬＶＤＴ５０も、中心部に、−次コイル５４が巻装されている一次脚部５ ６並びに両端部に配置されている二次脚部５８及び６０ををするＥ字形コア５２ を具備する。二次脚部５８及び６０にはそれぞれ二次コイル６２及び６４が巻装 されている。二次脚部５８及び−次脚部５６の２つの対面する表面間にはギャッ プ６６が画定されている。同様にして、−次脚部５６の反対側の表面と二次脚部 ６０の対面する表面との間にはギャップ６８が画定される。 磁極片７０はギャップ６６内に配置され、そして磁極片７２は、ギャップ６８内 に配置され、これら磁極片の各々の少なくとも一部分は、Ｅ字形コア５２の二次 脚部及び−次脚部の隣接する対向表面と重なり合う。本実施例並びに追って述べ る各実施例において、磁極片は、一般にコアとして用いられる同一種の高透磁率 μの強磁性積層材料の部分からなるのが有利であるほぼ四辺形のブロックである 。 周期的に変化する電流を一次コイル５４に印加することによりＥ字形コア５２に は磁束が発生される。磁極片７０及び７２は、該磁束を二次脚部５８及び６ｏに 結合する。各二次脚部を循環する磁束の部分は、磁極片７０及びフ２の各々がギ ャップ６６及び６８内に位置する度合いもしくは程度に依存する。第２図に示し た配位では、磁極片７０がギャップ６０内に更に深く移動すると、該磁極片７０ と一次脚部５６及び二次脚部５８０対向表面との賞なりの程度は増加する。 空気の透磁率と比較して、磁極片７０の透磁率は高いために、ギャップ内の磁束 に対するリラクタンスが減少し、その結果、比例的に大きい磁束が二次脚部５８ に流れる。 更に移動すると、ギャップ内の磁束に対するリラクタンスが増加し、二次脚部６ ０内の磁束の比率が減少し、二次コイル６４に誘起される電気信号が小さくなる 。磁極片フ２がギャップ６８から更に出る方向に並進するのと同時に磁極片７０ がギャップ６６内に更に入る方向に並進すると、二次コイル６２及び６４に誘起 される電気信号間に差が発生し、この差は、磁極片７０及び７２の変位差に比例 する。同様に、磁極片７０及び７２が反対方向に移動すると、二次コイル６２及 び６４内に誘起される電気信号間の差は、対応的な仕方で変化する。第２Ａ図に 示しである矢印７４は、ＬＶＤＴ５０の１つの好適な形態において、磁極片７０ 及び７２がギャップ６６及び６８内でそれぞれ前後に移動する方向を表す。 １、ＶＤＴ５０を、構造の変位を監視するのにどのようにして用いることができ るかを図解するために、装置は、第２Ａ図に図示しであるように平行四辺形のフ レームもしくは枠７６に接続されている。平行四辺形枠７６の両側で、２つの垂 直のｌ！Ｓ材８０が、撓み性ピボット８６により各端部で水平部材８２並びに中 央の固定部材８４に連結されている。 駆動装置ｆ（図示せず）が、平行四辺形枠７６の一側に接続されて、水平部材を して、矢印７４で示す方向で前後に振動せしめる。磁極片７０及び７２は、ボル ト９０によつて平行四辺形枠の水平部材に連結されそおり、それに上り、磁極片 は、平行四辺形枠が前後に振動するに伴い該平行四辺形枠と共に運動する。Ｅ字 形コア５２は、ボルト８８により固定部材８４に連結されておって、水平部材８ ２並びに磁極片７０及び７２の前後運動に関係なく静止状態に留どまる。 、磁極片の変位により二次コイル６２及び６４に誘起される電気信号間の差は、 平行四辺形枠７６をして前後に振動せしめる駆動装置を制御するための帰還信号 として用いることができる。第１図に示した！、ＶＤＴＩＯに類似の従来のしＶ ＤＴは、この目的で、本発明と同一の被譲渡人に譲渡されている米国特許第４． ７８２，７００号明細書に開示されているようにコリオりのレート（Ｃｏｒｉｏ ｌｉｓ　ｒａｔｅ）及び加速度センサに用いられているものである。 １２Ｂ図において明らかなように、磁極片の横断面は、（第２Ａ図において矢印 ７４の方向を横切る方向に測定して）コアの横断面よりも相当に薄い。その結果 、磁極片７０または７２は、それぞれギャップ６６及び６８内でいずれかの側に 、即ち磁極片の厚さを測定した方向に僅かに変位し得るが、ギャップを横切る磁 束に対するリラクタンスに影響を与えることはない、別法として、１・：字形コ ア５セを磁極片よりも相当に薄くすることにより同じ結果を達成することができ る。以下に述べる本発明の他の実施例にも一般に当て嵌まることであるが、ギャ ップ内の磁極の不整合は、該不整合が、−次脚部及び二次脚部の隣接する対向表 面と磁極片の横断開型なり度合を変化する程に大きい場合にしか上にギャップの 磁束に対するリラクタンスに影響を与えることはない。 第２Ｃ図は、Ｅ字形コア５２゛の一次脚部５６°を貫通する軸線を中心に回動す る部材（図示せず）の、例えば前後運動に起因するギャップ６６°及び６８′内 の磁極片７０′及び７２°の正確な変位を表す信号を発生する変形Ｌ　Ｖ　Ｄ　 Ｔ　５０°を示す。該Ｌ　Ｖ　Ｄ　Ｔ　５０’は、−次脚部５６°並びに二次脚 部５８゛及び６０°の対向表面が、矢印９２により概略的に示すように磁極片７ ０′及び７２°がそれを中心に変位する軸に心出しされている円弧として形成さ れており、しかも磁極片が互いに整列していない点を除いて、ＬＶＤＴＳＯと同 じである。ギャップ６６°及び６８°内の磁極片７０°及び７２°の運動は、Ｅ 字形コア５２′の中心を通る平面９４を実質的に横切る方向である。（本開示説 明並びに添付の請求の範囲の記載の目的で、磁極片の変位によって描かれる円弧 は、コアの中心を通る平面に交差する箇所における円弧に対する接線が該平面を 横切る場合に、該平面を横切る方向にある。）また、第２Ｂ図及び第２Ｃ図から 明らかなように、Ｌ　Ｖ　Ｄ　Ｔ　５０は平面９４を横切る方向における磁極片 の線形前後運動の検知を容易にするために、Ｅ字形コア５２を磁極片７０及び７ ２と同じ厚さするように変形することも可能であろう。 次に第３図を参照すこに、この図には、本発明の第２の実施例が、総括的にＬ　 Ｖ　Ｄ　Ｔ　１００として示しである。 該Ｌ　Ｖ　Ｄ　Ｔ　１００ｉ１．２つの二次脚部１０Ｂ　及ヒ１０ｇ＋、：接続 すれた一次脚部１０４を宵するＨ字形のコア１０２を備えている。 −次コイル１１０が一次脚部１０４を取り巻いて形成されており、そして二次コ イル１１２及び１１４がそれぞれ二次脚部１０６及び１０８を取り巻いて配置さ れている。−次脚部１０４は、二次脚部１０６及び１０８の対向表面に対しギャ ップ１１６及び１１８を形成している。ギャップ１１６内には磁極片１２０が配 置され、そしてギャップ１１８内には磁極片１２２が配置されている。Ｈ字形コ ア１０２は、ボルト１２４により基板（図示せず）に連結されており、他方、磁 極片１２０及び１２２は、矢印１２８によって示される方向で）１字形コア１０ ２に対し変位される構造にボルト１２６によって連結されている。 先に述べた実施例とは異なり、ＬＶＤＴｌｏｏは、同じ方向における磁極片１２ ０及び１２２の変位を検出するのに有用である０例えば、磁極片１２０が上方向 に移動すると、該磁極片がギャップ１１６内に位置する比率は小さくなり、その 結果ギャップ１１６を横切る磁束に対するリラクタンスは増加し、他方同時に、 磁極片】２２が上向きに移動してギャップ１１ｇ内に更に侵入することにより、 該ギャップ１１８内の磁束に対するリラクタンスは減少する。従うて、二次脚部 １０６を通る全磁束の割合並びに二次コイル１１２に誘起される対応の電気信号 と比較して、−次コイル１１０により発生される全磁束の大きな部分が二次脚部 １０ｇを通り、二次コイル１１４には相応に大きい電気信号が誘起される。この ようにして、２つの二次コイルに誘起される電気信号間の差は、ギャップ１１６ 及び１１８内の磁極片１２０及び１２２の変位を表す。 第４図には、本発明によるＬＶＤＴの第３の実施例が参照数字１５０で示しであ る。このしＶ　Ｄ　Ｔ　１５０は、Ｓ字形状のコア１５２を備えている。該コア １５２は、互いに反対方向に面するように連結された２つのＣ字形状のコア１５ ４ａ及び１５４ｂから適宜構成することができる。Ｃ字形状のコア１５４ａ及び １５４ｂは、それぞれの積層シートを交互に部分的に重ね合わせるがまたはエポ キシのような適当な接着剤を用いて隣接する縁を接着固定することにより結合す ることができる。このように２つのＣ字形状のコアを使用することにより、−次 コイル１５ＧをＣ字形のコアの連結された側部に挿入するのが容易になる。と言 うのは、−次コイル１５６を予め巻装しておいて、Ｃ字形のコアを結合する際に 所定位置に滑り入れることができるからである。その結果得られるＳ字形状のコ アＸ５２の両端は、それぞれ二次コイル１６２及び１６４が配置されている二次 脚部１５ｇ及び１６Ｇを具備することになる。二次脚部１５８の内面と一次脚部 １５５の対向面との間にはギャップ１６６が画定される、同様にして、二次輝部 １６０の内面とＣ字形コア１５４ｂの対向面との間にはギャップ１６８が画定さ れる。磁極片１７０はギャップ１６６内に配置され、磁極片１７２はギャップ１ ６８内に配置される。ギャップ１６６及び１６ｇ内における２つの磁極片の差動 変位で二次脚部１５８及び１６０の各脚部と一次脚部１５５との間における磁束 に対するリラクタンスが変化する。 Ｓ字形コア１５２は、構造（図示せず）の一部分にボルト１７４により連結され 、そして磁極片は、矢印１７８で示す方向において前後に移動するように上記構 造物の他の部分にボルト１７６によって連結される。磁極片１７０がギャップ１ ６６内に更に深く移動するに伴い、磁極片１７２はギャップ１６８から更に大き く退出する。その結果、磁極片１７０及び１７２を通る一次コイルによって発生 される磁束部分は、二次脚部１５８及び１６０並びに−火脚部１５５０対向する 面と磁極片との重なり程度の関数として変化する。磁極片の変位によりで惹起さ れるギャップ１６６及び１６８内のリラクタンスの変化で、二次脚部１５８及び １６０を通る磁束が変化し、それに上り、二次コイル１６２及び１６４に誘起さ れる電気信号が変化する。従って、これら２つの電気信号間の差が磁極片１７０ 及び１７２の差動変位を表示する。 第５図に示しである第４の実施例においては、Ｌ　Ｖ　Ｄ　Ｔ　２００はほぼ矩 形のコア２０２の下側；１９分に沿って延在する・−火脚部２０４を具備する。 二次脚７Ｍ＜２０６及び２０８は、−火脚部２０４の根状部分もしくはスタブ部 分２１６から離間して、コア２０２の各側から互いに内向きに延在している。 −次コイルは一次脚部２０４上に配置されて、等しいターン数を有するが互いに 逆に直列巻きされた２つの部分２１０ａ及び２１０ｂに分割されている。−次コ イルのこれら２つのの部分はそれぞれ、コアの各側部に隣接してスタブ２１６の １つに嵌挿されている。−火脚部２０４は、−次コイル２１０を所定位置に挿入 した後に、スタブ２１６の下表面に接着剤で取り付けることができ、その場合に は、−次コイルを所定位置に直に巻装する必要はない、別法として、スタブ２１ ６の領域でコアの積層シートを交互に部分的に重ね合わせることにより一次脚部 ２０４をコア２０２の残りの部分に連結することもできる。二次コイル２１２及 び２１４は、それぞれ、二次脚部２０６及び２０８に配置されている。二次脚部 ２０６及びスタブ２１６の１つの対向面間に形成されるギャップ２１８内１こは 磁極片２２２が配置され、他方、コア２０２の反対側で二次脚部２０８と他方の スタブ２１６の対向する面間に形成されるギャップ２２０内には、磁極片２２４ が配置される。−次コイル２１０は、周期的に変化する電流で付勢され、それに よりコア２０２を循環する磁束が発生する。　スタブ２１Ｇは、二次脚部２０６ 及び２０８の対向面の極性とは反対の共通の磁気極性を有する。 ギャップ２１８及び２２０内の磁極片２２２及び２２４を流れる磁束は、二次脚 部２０６及び２０８内に伝導されて、二次コイル２１２及び２１４に対応の電気 信号を誘起する。磁極片２２２及び２２４が、矢印２２０で示す方向において側 部から側部に変位するに伴い、ギャップ２１ｇ及び２２０を通る磁束に対するリ ラクタンスは、磁極片２２２及び２２４が二次脚部及びスタブ２１６の対向面に 重なる度合の関数として変化する。　１つの磁極片がギャップの１つに更に深く 入ると、他方の磁極片は他方のギャップから更に大きく退出し、その結果、−次 コイル２１０ａ及び２１０ｂによって発生される全磁束は、磁極片２２２及び２ ２４の変位に比例して二次脚部２ｆ）６と２０８との間で分割される。コア２０ ２を、構造（図示せず）の一部分に取り付けるのにボルト２２６が用いられてお り、他方、磁極片２２２及び２２４を構造の他の部分に固定するのにボルト２２ ８が用いられている。従って、二次コイル２１２及び２１４に誘起される電気信 号間の差は、ギャップ内の磁極片の相対変位に応答して変化する。 最後に、本発明による第５の実施例を第６図に示すＬ　Ｖ　Ｄ　Ｔ　２０５と関 連して説明する。コノＬ　Ｖ　Ｄ　Ｔ　２０５は、Ｌ　Ｖ　Ｄ　Ｔ　２００に類 似する矩形形状を有するコア２５２を具備する。　コア２５２は、第１の分枝２ ５６と第２の分枝２５８とに分割された一次脚部２５４を備えており、該分枝２ ５６及び２５８の端部は、コア２５２の他側から内向きに延びる二次脚部２６０ 及び２６２にに対向して配置されている。−次コイル２６４は、−火脚部２５４ の基部に＠装されておって、ギャップ２７０及び２７２を横切り磁束を発生ずる 。これらギャップはそれぞれ、−火脚部の第１の分枝２５６を二次脚部２６０か ら、そして第２の分枝２５８を二次脚部２６２から分離している。二次コイル２ ６６及び２６８は、二次脚部２６０及び２６２内を循環する一次コイル２６４に 上つて発生された全磁束の部分に応答して電気信号を発生する。磁極片２７４及 び２７６は、ギャップ２７０及び２フ２内に配置されておって、これらギャップ を横切る磁束に対するリラクタンスは、これらギャップ内の磁極片の変位の関数 として変化する。磁極片２７４及び２７６の内の１つの磁極片が１つのギャップ 内に更に深く侵入すると、他方の磁極片は更に退出し、それ誘起される電気信号 が変化する。二次コイル２６６及び２６８に誘起される電気信号間の差は、従っ て、磁極片２７４及び２７Ｇの差動変位を表す。磁極片は、矢印２８（ｌで概略 的に示す方向においてギャップ２７０及び２７２内で往復動する。しかしながら 、磁極片は、点線で示した磁極片２７８の位置によって示すように同じ方向酸る いは逆の方向において同時に運動するように配設することができる。図示の位置 から明らかなように、点描磁極片２７８は、！Ｑｉ片２７Ｇが左に移動するに伴 い右に移動する。 コア２５２は、構造（図示せず）の所定位置にボルト２８４によって固定され、 磁極片２７４及び２７６にはボルト２８６により構造の他の部分が接続される。 言うまでもないが、磁極片２７４及び２７６が互いに反対の方向に移動する場合 には、これら磁極片は１つの共通の部材に結合することはできない。 任意選択的事項であるが、破線２８８で示すように、コア２５２の（左側部を含 む）部分２９０は切除しても良いしまたはコアをこの部分を有しないように形成 しても良い。と言うのは、コア２５２の右半分が、−火脚部２５４の一端と二次 脚部２６０及び２６２の各脚部との間に必要な磁気接続もしくは結合を与えるか らである。　このようにコア２５２の部分２９０を除去もしくは削除することに より、−側からアクセスすることができ、−次コイル２６２を所定位置に巻装す ることが容易になる。 第７図を参照するに、この図には、（上に開示した好適な実施例の内の任意の実 施例における一次及び二次脚部を代表する）−火脚部３００の一部分及び二次脚 部３０２の一部分が代表的な磁極片３０４と共に示しである。−次及び二次脚部 間のギャップ３０６を横切る磁束に対する全リラクタンスは、次式によって定義 される。 Ｒｔｏｔａｌ−ＸＩ／μｍ＋ｔ、ｔ／μＡツ（ｇｔ　＋　ｇｔ）／μ＾　（１） 上式中、ｇ、は磁極片３０４と二次脚部３０２との間の間隔であり、ｈは一次脚 部３００と磁極片３０４との間の間隔であり、μは、磁極片の相対透磁率であり 、モしてＡは磁極片３０４と二次脚部３０２及び−火脚部３００の隣接対向部分 との間における重なり面積である。ギャップ３０６の全幅はｄに等しく、磁極片 ３０４の全幅はＷに等ｒ、　＜　、従って、ｄ−ｖｍｇｔ＋ｇ、であり、一定で ある。従って、磁極片３０４は、二次脚部３０２と一次３００との間のギャップ ３０６内で垂直方向で上下に並進して、ギャップ３０６内の磁束に対するリラク タンスを変えることなくｇｔ及びｈの相対大きさを変化することができる。垂直 位置、即ち磁極片３０４のギャップ内における垂直方向の心出しに対する唯一の 制約条件は、その垂直位置が重なり面積Ａを変えないこと、並びに磁極片が二次 脚部３０２成るいは一次脚部３００に接触しないことである。と言うのは、この ような摩擦接触で、ＬＶＤＴに上り監視される変位が干渉を受ける可能性がある からである。 同様に、第８図を参照するに、この図には、代表的な磁極片３０４が配置される ギャップ３０６を画定する代表的な一次及び二次脚部３００及び３０２の部分が 再度示しである。 この図は、ギャップ３０６を横切る磁束に対するリラクタンスが、−次及び二次 ギャップの中心を通る平面を横切る軸線３０ｇを中心とする小さい角度θの磁極 片３０４の回転によっては実質的に変化しないことを示している。この場合にも 、軸線３０８を中心とする磁極片３０４の回転が、二次脚部３０２及び−火脚部 ３００の対向面に対する磁極片３０４の重なり面積を有意味なほどに変化しない という制約が課せられる。ギャップ内における磁極片の小さい回転角θに対して 、１１間隔ｇ、における減少は、上に定義したれる。従って、重なり面積が変わ らない限り、そして磁極片３０４が一次脚部成るいは二次脚部のいずれとも接触 しない限り、ギャップ３０６内の磁極片の小さい回転不整合の、ギャップを横切 る磁束に対するリラクタンスに対する作用は実質的に零である。このように回転 不整合に対する鈍感性は本発明の総ての実施例について当て嵌まる。 上に開示したＬＶＤＴの総ての実施例と共に使用することができる制御回路が第 ９図に参照数字３５０で示しである。案際上、制御回路３５０は、−次コイルと ２つの二次コイル間の結合に差動的変化を生ぜしめる変位に応答し、差電気信号 を与えるように接続された一次コイルと２つの二次コイルとを具備するＬＶＤＴ であれば実質的にどのＬＶＤＴとも共に使用することは可能である。従って、Ｌ ＶＤＴは、−次コイル３５４を２つの二次コイル３５６及び３５８に磁気結合す るように設けられているコア３５２を具備する。−次コイル３５４は周期的に変 化する電流で付勢されて、二次コイル３５６及び３５８に対応の電圧を誘起せし める。別法として、制御回路３５０は、二次コイルに誘起される電流に応答する ように実現することもできる。制御回路３５０は自動利得制御部４００を備えて おって、変位を表す出力信号を発生するように動作する。上述のように、２つの 二次コイルにおける相対的誘起電圧は磁束を各二次コイルに結合するリラクタン スに対応する。 電源３６０がリード線３６２により電圧制御乗算器３６４に接続され、該電圧制 御乗算器の出力はリード線３６６により一次コイル３５４に接続される。電源の 他側並びに−次コイル３５４及び二次コイル３５６及び３５８の一側は接地リー ド線３６８に上り地気に接続される。二次コイル３５６の他側には、リード線３ ７０が接続されておって、差動増幅器３フ２の非反転入力及び加算増幅器３７８ ０１つの入力端に電流を供給する。同様に、二次コイル３５８の他側は差動増幅 器３７２０反転入力端及び加算増幅器３７８の他方の端子にリード線３７４によ って接続されている。差動増幅器３７２の出力はリード線３７６に現れ、−次コ イル３５４により発生される磁束の結合の結果として二次コイル３５６及び３５ ８に誘起される電圧間の差に対応する差信号を表す。このようにして、リード線 ３７６は、ＬＶＤＴが取り付けられている装置の変位を生ぜしめる駆動部を制御 したり成るいは他の目的で帰還信号として利用することができる出力信号を搬送 する。 リード線３８２は、加算増幅器３７８からの出力信号を同期復調器３８４に搬送 する。この同期復調器３８４は、リード線３６２により電源３６０に接続されて おり、加算増幅器３７８からの出力信号の復調を可能にする信号を供給される。 復調された信号は、リード線３８６を介して差動増幅器３８８の反転入力端に伝 送される。基準レベル信号源３９０は、安定な基準信号を発生し、この基準信号 は、リード線３９２により差動増幅器３８８の非反転入力端に印加される。　リ −ドｌ１３９４は復調された信号と基準レベル信号との間の差に対応する差動増 幅器３８８からの出力信号を自由積分器３９６に供給する。該積分器３９６は、 時間の関数として上記差信号を積分して、リード線３９８上に、乗算器３６４を 制御するための駆動信号を発生し、それにより、−次コイルに印加される電流は 、全磁束を実質的に一定に維持するように調整される。このようにして、この自 動利得制御で、例えば、磁極片の共通モード変位の結果として起・こり得るよう な磁束に対する全リラクタンスの変化が補償される。例えば、２つの磁極片が同 時にそれぞれのギャップ内に深く侵入する場合には、全リラクタンスは減少し、 自動利得例、御、部４００をして、−次コイル、３３４に印加される電流を減少 する。 以上、好適な実施例及びその変形例に関して本発明を開示したが、当業者には、 以下に記述する請求の範囲内で更に他の変更が可能であろうことは理解されるで あろう、従って、本発明のに囲は、如何なる意味においても本開示内容により制 限されるものではなく、以下に記述する請求の範囲を参照し総合的に決定される ものである。 ４罐宅２ｚ互 ｎに’；ｙ、２Ｂ。 θ崎２２Ｃ９ ４に６２り　ににθ２ｅ・ 補正書の翻訳文提出書く特許法第１８４条の７第１項）平成　２年１１月２７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 排他的所有権または特許権を請求する本発明の構成は下記のように定義される。 １．変位を表す信号を発生するための装置において、（２）電磁コア（５２／１ ０２／１５２／２０２／２５２）含み、該コアは一次脚部（５６／１０４／１５ ４／２０４／２５４）と２つの二次脚部（５８，６０／１０６，１０８／１５８ ，１６０／２０６，／２０８／２５８，２６０）を具備すると共に、それぞれ前 記２つの二次脚部の隣接射向面に形成された２つの二次磁極（５８，６０／１０ ６，１０８／１５８，１６０／２０６，２０８／２５８，２６０）からギャップ （６６，６８／１１６，１１８／１６６，１６８／２１８，２２０／２７０，２ ７２）により分離されて一次脚部上に形成された一次磁極を有し、 （ｂ）コアの一次脚部を取り巻いて配置された一次コイル（５４／１１０／１５ ６／２１０／２６４）を具備し、該一次コイルは、電流源に接続されるように適 応され、該電流は、一次磁極を二次磁極の各々から離間するギャップを横切って 、磁界を発生し、 （ｃ）それぞれが、コアの２つの二次脚部の１つを取り卷いて配置された２つの 二次コイル（６２，６４／１１２，１１４／１６２，１６４／２１２，２１４／ ２６６，２６８）を含み、そして（ｄ）それぞれが、概ね前記ギャップの内の１ つのギャップ内に配置された２つの磁極片（７０，７２／１２０，１２２／１７ ０，１７２／２２２，２２４／２７４，２７６）を含み、前記磁極片の変位で、 一次磁極と二次磁極の内の１つとの間のギャップと共に位置する各磁極片の範囲 を変えることにより各ギャップを横切る磁束に対するリラクタンスを変化させ、 前記磁極の変位に起因するリラクタンスの変化で、前記コア内を流れ且つ前記ギ ャップを横切って流れる磁束により前記二次コイルの各々に誘起される電気信号 を実質的に線形に変化せしめる装置。 ２．磁極片が、コアの縦方向の中心を通る平面（９４）とほぼ整列する方向でギ ャップに出入りするように連動する請求の範囲第１項に記載の装置。 ３．磁極片が、コアの縦方向の中心を通る平面（９４）をほぼ横断する方向で前 記ギャップに出入りするように運動する請求の範囲第１項に記載の装置。 ４．二次コイルに誘起される電気信号を監視し、ギャップ内の磁極片の位置の変 化に伴い、変位の関数として変化する出力信号を発生するために二次コイルに接 続された検出器手段（３５０）を更に含む請求の範囲第１項に記載の装置。 ５．検出器手段が、二次コイルに誘起される電気信号の差に応答し、該差は、２ つのギャップに対する磁極片の差動変位から得られる請求の範囲第４項に記載の 装置。 ６．検出器手段が、一次コイルによって発生される全磁束を実質的に一定に維持 するために、二次コイルに誘起される電気信号の和に応答し前記電流源から一次 コイルに印加される電流の大きさを制御するための自動利得制御部（４００）を 具備する請求の範囲第４項に記載の装置。 ７．磁極片が概ね四辺形のブロックから構成されて、コアとは実質的に異なる厚 さを有し、それにより、ギャップ内の磁束に対するリラクタンスが、磁極片の厚 さを測定する方向と整合する方向における磁極片の変位により受ける影響を減少 した請求の範囲第１項に記載の装置。 ８．ギャップ内の磁束に対する磁極片のリラクタンスが、一次磁極及び二次磁極 に対する磁極片の不整合が、該磁極片をして一次または二次磁極を接触し摩擦誤 差を生ぜしめない限り且つ前記磁極に対する磁極片の重なり程度を変えない限り において、前記一次磁極及び二次磁極に対するいずれの磁極片の不整合によって も実質的に影響を受けない請求の範囲第１項に記載の装置。 ９．構造の１つの部分の他の部分に対する並進を検知するための装置において、 共通のコア（５２／１０２／１５２／２０２／２５２）上で２つの二次コイル（ ６２，６４／１１２，１１４／１６２，１６４／２１２，２１４／２６６，２６ ８）に磁気結合された一次コイル（５４／１１０／１５６／２１０／２６４）を 含む変成器（５０／１００／１５０／２００／２５０）を含み、前記コアは２つ の離間したギャップ（６６，６８／１１６，１１８／１６６，１６８／２１８， ２２０／２７０，２７２）を画定し、前記一次コイルによって発生される磁束は 各ギャップを横切り一対の磁極片（７０，７２／１２０，１２２／１７０，１７ ２／２２２，２２４／２７４，２７６）により伝導され、一方の磁極片は構造の １つの部分に接続され、他方の磁極片は構造の他の部分に接続され、前記構造の １つの部分の他の部分に対する並進で、前記磁極片の内の一方の磁極片が前記ギ ャップの内の１つのギャップ内に更に侵入し且つ他方の磁極片が他方のギャップ から更に退出し、それにより各ギャップを介して伝導される磁束を変化し、以て 各二次コイルに誘起される相対電気信号を変化させ、該二次コイルに誘起される 電気信号の差で、前起構造の１つの部分の他の部分に対する並進を表示する装置 。 １０．コアが３つの脚部（５６，５８，６０／１０４，１０６，１０８／１５４ ，１５８，１６０／２０４，２０６，２０８／２５４，２５８，２６０）を含み 、２つのギャップが前記３つの脚部の対向面間に配置され、前記構造の第１及び 第２の部分が、概ね、コアの３つの脚部と平行整列関係で反対の方向に前後に並 進する請求の範囲第９項に記載の装置。 １１．構造の第１及び第２の部分が、コアの中心を選る平面（９４）をほぼ横断 する反対の方向に前後に並進する請求の範囲第９項に記載の装置。 １２．電流を一次コイルに供給するように接続された交流雪源（３６０）を更に 備えている請求の範囲第９項に記載の装置。 １３．二次コイルに誘起される電気信号間の差を監視して、構造の１つの部分の 他の部分に対する並進を表す出力信号を発生するための検出器手段（３５０）を 更に備えている請求の範囲第１２項に記載の装置。 １４．検出器手段が更に、二次コイルに誘起される電気信号の和を決定し、該電 気信号の和の関数として自動利得信号を発生するように動作し、前記検出器手段 は、２つのギャップ内の磁極片の共通モードの変位によって惹起される変動を補 償して一次コイルにより発生される全磁束を実質的に一定に維持するように、自 動利得制御信号に応答し一次コイルに供給される電流の大きさを制御するための 手段（４００）を備えている請求の範囲第１３項に記載の装置。 １５．二次コイルの各々に誘起される電気信号が、磁極片がコアに接触し１ない 限りにおいて、ギャップ内における各磁極片とコアとの間の間隔に対し実質的に 鈍感である請求の範囲第９項に記載の装置。 １６．二次コイルの各々に誘起される電流が、コアに対するギャップ内の磁極片 の回転が磁極片をしてコアと接触せしめ摩擦誤差を発生しない限り且つ磁極片が ギャッブ内に延在する範囲を変えない限りにおいて、該コアに対するギャップ内 の磁極片の回転に対し実質的に鈍感である請求の範囲第９項に記載の装置。 １７．磁極片が、概ね四辺形のブロックから構成されてコアとは相当に異なった 厚さを有し、磁極片の厚さを測定する方向と整列した方向におけるギャップ内の 磁極片の変位の効果を最小限に抑圧した請求の範囲第９項に記載の装置。 １８．構造の差動変位を検知するための線形可変変位変成器（ＬＶＤＴ）におい て、 （ａ）第１のギャップ（６６／１１６／１６６／２１８／２７０）と第２のギャ ップ（６８／１１８／１６８／２２０／２７２）を画定する電磁コア（５２／１ ０２／１５２／２０２／２５２）と、（ｂ）第１及び第２のギャップを横切って 磁束を発生するための一次コイル手段（５４／１１０／１５６／２１０／２６４ ）と、（ｃ）第１のギャップを横切って流れる磁束の割合に応答し電気信号を発 生するための第１の二次コイル手段（６２／１１２／１６２／２１２／２６６） と、（ｄ）第２のギャップを横切って流れる磁束の割合に応答し電気信号を発生 するための第２の二次コイル手段（６４／１１４／１６４／２１４／２６８）と 、（ｅ）構造の差動変位の関数として第１及び第２のギャップを横切る磁束に対 するリラクタンスを個別に変化するために第１のギャップ及び第２のギャップ内 に延在する磁極片手段（７０，７２／１２０，１２２／１７０，１７２／２２２ ，２２４／２７４，２７６）とを含み、前記第１及び第２の二次コイル手段に発 生される電気信号の差で、前記構造の差動変位を表示する線形可変変位変成器。 １９．磁極片手段が、第１の磁極片と第２の磁極片とを含み、各磁極片は、構造 の異なった部分に連結されて、該構造の前記部分の差動変位で、前記第１及び第 ２の磁極片の内の１つがギャップ内に更に侵入し、他方、前記第１及び第２の磁 極片の内の他方の磁極片がギャップから更に退出せしめられ、それにより、前記 一方の磁極片を通る磁束を増加し、前記他方の磁極片を通る磁束を減少する請求 の範囲第１８項に記載のＬＶＤＴ。 ２０．前記第１及び第２の磁極片が、コアの中心を通る平面と概ね整列した方向 に運動する請求の範囲第１９項に記載のＬＶＤＴ。 ２１．第１及び第２の磁極片が、コアの中心を通る平面（９４）を概ね横切る方 向に運動する請求の範囲第１９項に記載のＬＶＤＴ。 ２２．更に、第１及び第２の二次コイル手段に接続されて、第１及び第２のギャ ップ内の磁極片手段を通る磁束の差の結果として該コイル手段に誘起される電気 信号の差を検知するための差動電流検知手段（３７２）を含む請求の範囲第１８ 項に記載のＬＶＤＴ。 ２３．一次コイル手段に交流を供給するための供給手段（３６０）を更に含む請 求の範囲第１８項に記載のＬＶＤＴ。 ２４．第１及び第２の二次コイル手段及び供給手段に接続されて、第１及び第２ の二次コイルにより発生される電気信号の和の関数として、一次コイル手段に供 給される交番電流の大きさを変調して前記一次コイル手段に上り発生される全磁 束が実質的に一定で、前記第１及び第２のギャップ内の磁極片手段の共通モード の変位に起因する全磁束の変化を補償するための自動利得制御手段（４００）を 更に含む請求の範囲第２３項に記載のＬＶＤＴ。 ２５．磁極片がコアと接触しない限り且つ第１及び第２の磁極片とコアの重なり 程度が変化しない限りにおいて、構造の前記差動変位を横切る方向における前記 第１または第２の磁極片のいずれかの変位で前記第１または第２の磁極片のリラ クタンスが頭著に変化しないようにした請求の範囲第１８項に記載のＬＶＤＴ。 ２６．差動変位を検知するための方法において、（ａ）第１のギャップ（６６／ １１６／１６６／２１８／２７０）及び第２のギャップ（６８／１１８／１６８ ／２２０／２７２）を画定する電磁コア（５２／１０２／１５２／２０２／２５ ２）を設け、（ｂ）第１及び第２のギャップを横切って磁束を発生し、（ｃ）第 １のギャップを横切って流れる磁束の割合に応答して第１の電気信号を発生し、 （ｄ）第２のギャップを横切って流れる磁束の割合に応答して第２の電気信号を 葦毛生し、 （ｅ）それぞれ第１及び第２のギャップの１つに配置された一対の磁気的に分離 している磁極片（７０，７２／１２０，１２２／１７０，１７２／２２２，２２ ４／２７４，２７６）を投げ、そして（ｆ）磁極片の差動変位の関数として第１ 及び第２のギャップを横切り磁極片を通る磁束に対するリラクタンスを個別に変 化して、第１及び第２のギャップ内のそれぞれの磁極片を通る磁束に応答し発生 される第１及び第２の電気信号間の差で差動変位を表す段階を含む差動変位検知 方法。 ２７．一対の磁極片が双方共に、コアの中心を通る平面と概ね整列した方向に運 動する請求の範囲第２６項に記載の方法。 ２８．一対の磁極片が双方共に、コアの中心を通る平面（９４）を概ね横切る方 向に運動する請求の範囲第２６項に記載の方法。 ２９．全磁束が実質的に一定になるように第１及び第２の電気信号の和の関数と して磁束を発生するように供給される交番電流の大きさを変調し、それにより、 第１及び第２のギャップ内の磁極片の共通モードの変位に起因する変動を補償す る段階を更に含む請求の範囲第２６項に記載の方法。 ３０．磁極片がコアと接触して摩擦誤差を生ぜしめない限り且つ第１及び第２の ギャップの内の１つのギャップ内のコアの重なり程度が変化しない限りにおいて 、構造の前記差動変位を横切る方向にける磁極片の変位、または第１及び第２の ギャップの内の１つのギャップ内の磁極片の回転が磁極片のリラクタンスを頭著 に変化しないようにした請求の範囲第２６項に記載の方法。