JPH0378617A - 位置検出用センサ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、位置検出用センサ装置に係り、とくに励磁コ
イルと移動コアとを備えた位置検出用センサ装置に関す
る。

〔従来の技術〕 従来より、円筒型の差動変圧器（ＬＶＤＴ）は、位置検
出器としては比較的精度の良いものが得られているが、
その直線移動ストロークが短い。−方、近時におけるＯ
Ａ機器及びＦＡ機器等に使用される直線駆動装置にあっ
ては、位置決め精度の向上はもとより、高速化及び長ス
トローク化等の要請が強い。

このため、発明者は、従来より第１４図（１）（２）に
示すように位置決め可能な可動偏平型のリニア直流モー
タを提案している。

この第１４図（１）に示す従来例にあっては、まず、可
動子である偏平可動コイル５１に、直流駆動用電圧と励
磁用の交流電圧（例えば、５〔ｋ七〕）が重畳して加え
られ、これによって直流電流が駆動力を生み出す。一方
、周波数の充分高い交流分は、変位に影響を与えずに偏
平可動コイル５１をｗＩ磁する。この偏平可動コイル５
１を一次コイルとし、当該偏平可動コイル５１に対向し
て装備された継鉄５３上に設置されるとともに、相互に
逆極性に接続された一対の検出コイル５２Ａ。

５２Ｂを二次コイルとして、位置検出用の差動変圧器が
構成されている。実際には、偏平可動コイル５１の鉛直
方向への変位が存在するため、二次検出コイルを上下に
各−肘用いた方が誤差を少なくできる。第１４図（１）
において符号５４．５４は永久磁石を示す。このような
手法により、小型でかつ比較的簡素な方法で精度の高い
位置決めを可能としている。

第１４図（２）は、同図（１）における偏平可動コイル
５１の可動範囲と検出電圧との関係を示すものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、かかる従来例にあっては、偏平型可動コ
イル全体を被位置制御物体（図示せず）とともに一体的
に移動させなければならない。このため、可動部分が比
較的大きいことから振動等の発生を伴い易く、又慣性力
等も加わって位置制御を迅速に行うことができない、と
いう不都合があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善し
、特に被位置制御物体の位置決めを迅速かつ高精度に行
うとともに、ストロークの比較的大きいものに対しても
充分対応することのできる位置検出用センサ装置を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、開口部が長方形状に形成された偏平状の励
磁コイルと、この励磁コイルの長方形状開口部の一方か
ら他方に向って平行移動可能に貫挿されたコアー部材と
を備えている。励磁コイルの一方と他方の各開口部分の
外周囲には、それぞれ信号検出コイルが巻回装備されて
いる。さらに、この各信号検出コイルは、励磁コイルの
巻線に対し所定の傾きをもって巻装されている。そして
、当該各信号検出コイルを、所定間隔をへだてて平行に
配設するとともに逆極性に結線する、等の構成を採って
いる。これによって前述した目的を達成しようとするも
のである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第６図に基づい
て説明する。

この第１図に示す実施例は、両端部の開口部が長方形状
に形成された偏平状の励磁コイル１と、この励磁コイル
１の長方形状開口部の一方から他方に向って平行移動可
能に貫挿されたコアー部材２とを有している。励磁コイ
ル１の外周囲には、前述した長方形状開口部を開口部と
する第１及び第２の信号検出コイルＳｔ　、Ｓｚが巻回
装備されている。

この第１．第２の各信号検出コイルＳ＋　、Ｓｚは、励
磁コイル１の各巻線に対し所定の傾きをもって巻装され
ている。また、この２つの信号検出コイルＳ、、Ｓｚは
、所定間隔をへだてて互いに平行に配設されている。

これを更に詳述すると、第１図において、励磁コイル１
はプラスチック製で中空角型のボビン１０に巻装されて
いる。この角型ボビン１０は、全体的に偏平状に形成さ
れている。この角型ボビン１０の中心軸部分に形成され
た貫孔１０Ａも、その両端の開口部は、幅が小さく長さ
の大きい長方形状に形成されている。

この角型ボビン１０には、その外周囲中央に、前述した
如く励磁コイル１が巻装されている。この励磁コイル１
は、幅がＡで、長辺の長さがＢ短辺の長さがＣ（但し、
Ｂ＞＞Ｃ）にて形成されている。

信号検出コイルＳｔ、Ｓｚの内、第１の信号検出コイル
Ｓ１は、励磁コイルｌの第１図における上端部に、当該
励磁コイル１の各コイルに対しθの傾きをもって巻装さ
れている。また、第２の信号検出コイルＳｔは、励磁コ
イルｌの第１図における下端部に、同じく励磁コイル１
の各コイルに対してθの傾きをもって前述した第１の信
号検出コイルＳ１に平行に巻装されている。この傾きθ
は、本実施例では約５度に設定されている。

この各信号検出コイルＳ、、Ｓ２は、本実施例では、各
長辺部の中央部分が前述した励磁コイル１の中央部にお
ける幅Ａの端部Ｐ　６１．　　Ｐ　６４に位置するよう
に配設されている。このため、第１の信号検出コイルＳ
１の第１図における右端部及び第２の信号検出コイルＳ
４の第１図における左端部は、それぞれ前述した励磁コ
イル１から右上方向及び左下方向にそれぞれはみ出した
状態となっている。

この第１．第２の信号検出コイルＳ、、Ｓ２と励磁コイ
ル１との結線関係を第３図に示す。この第３図において
■。は励磁コイル１に印加される交流電源の電圧を示し
、■。は第３図の如く結線された第１．第２の信号検出
コイルＳｔ、Ｓｔの合成出力を示す。

また、コアー部材２は、磁性材料にて形成されて角型ボ
ビン１０の貫孔１０Ａ内に遊挿されている。このコアー
部材２は、前述した励磁コイル１に直交する方向に配設
されている。そして、このコアー部材２は被測定部材１
００が矢印Ｒ方向に移動した場合、第４図の■〜■に示
すように平行移動可能に装備されている。

次に、上記実施例の動作について説明する。

まず、第３図（１）（２）に示すように、励磁コイル１
に電圧■、の交流電源を印加する。この場合、信号検出
コイルＳｒ、Ｓｔの各々には、全体的には同一の磁束が
鎖交する。このため、第１図に示すコアー部材２が存在
しない場合、若しくはコアー部材２が第４図（１）に示
す符号■の位置にある場合の第３図における出力電圧Ｖ
０はｒｏ　（Ｖ）Ｊとなる。

次に、コアー部材２が第４図（１）に示す符号■の位置
にある場合、位置検出コイルＳｔ　、　　３２における
鎖交磁束φ２３．φ２．は励磁コイル１の漏れ磁束の影
響を受けて第４図（２）中の太線で示す如くなり、その
出力波形は第５図（１）（２）のＶ、、、Ｖ、、となる
。このため、このコアー部材２が第４図（１）内の符号
■の位置にあるとき、信号検出コイルＳ、、Ｓｚの合成
出力■。は、第５図（３）に示す■となる。

以下、同様に、第４図（１）の符号■、■、■の如くコ
アー部材を移動させると、各信号検出コイルＳ、、ＳＺ
の鎖交磁束は、同図（２）に示す「φ、ｔ、φ、３．φ
、４」および［φ２Ｚ＋　　φ２１．φ２４」の如く変
化し、その出力波形も第５図（１）（２）に示す如＜「
■１□、■＋１．Ｖ＋４３および［■２□。

Ｖ　２１　　Ｖ　ｚａ　Ｊと変化する。このため、信号
検出コイルＳ、、Ｓ、の合成出力■。も第５図（３）に
示す如く「■、■、■」と変化する。これらの変化を連
続して記憶し集計して得られた特性曲線の一例を第６図
中の点線にて示す。この特性曲線（Ｖ字状の）を同期検
波することにより第６図中の実線にて示す線図が得られ
る。

このため、本実施例においては、第１図ないし第２図に
示す励磁コイルｌ内に配設したコアー部材２が符号■の
位置を基準として同図の左右方向へ移動すると、信号検
出コイルＳ、、Ｓｔにより第６図に示す変化信号を検知
することができ、従って被測定物の直線往復移動及びそ
の停止位置を無接触にて高精度に測定することができ、
移動ストロークが比較的長いものについても充分対応す
ることができる。

第７図ないし第１０図に、コアー部材２部分の変形例を
示す。

この内、第７図のものは、励磁コイル１の長辺部の外側
（第７図の上側）に、前述したコアー部材２と同一に形
成された外部コアー部材２Ａを平行に配設するとともに
、その各コアー部材の両端部を非磁性材１ａにて連結し
たものである。その他の構成は、前述した第１図ないし
第２図のものと同一となっている。

このようにすると、信号検出コイルＳ、、Ｓ、と鎖交す
る磁束の量が多くなり、従って信号検出コイルＳ、、Ｓ
、の出力レベルが増大するという利点が生じる。

また、第８図のものは、前述した外部コアー部材ＩＡと
同一に形成された外部コアー部材ＩＢを更に他の長辺部
の外側に配設するとともに、各コアー部材２．２Ａ、２
Ｂの両端部を非磁性材１ｂにて連結したものである。そ
の他の構成は前述した第１図ないし第２図の実施例と同
一となっている。

このようにすると、信号検出コイルＳ、、Ｓ、と鎖交す
る磁束の量が更に多くなり、これがためコアー部材２の
移動に伴う位置の変化をより鮮明にとらえることができ
るという利点がある。

第９図ないし第１０図に、コアー部材の他の変形例を示
す。この第９図ないし第１０図に示すコアー部材２０は
、励磁コイル１の中央部分に位置するコアー部分が、そ
の両端部より幅広く形成されている点に特徴を有してい
る。その他の構成は前述した第１図ないし第２図の実施
例と同一となっている。

このようにしても前述した第１図ないし第２図に示す実
施例と同一の作用効果を有するほか、更に信号検出コイ
ルＳ、、Ｓ、における検出信号の最大値（例えば第５図
（３）における■と■ピーク値）が大きくなり、従って
、コアー部材の位置の変化をより鮮明にとらえることが
できるという利点がある。また、実験的には、検出信号
の直線性が改善されるという結果が得られている。

第１１図は、励磁コイル１を含む信号検出コイルＳ１．
Ｓｚの外側の一方の面（図の上方の面）全体に、磁性材
からなる板材３０を装備したものである。

このようにすると、コアー部材２との関係では磁束が有
効に信号検出コイルと鎖交することとなり、これがため
、コアー部材２の大きさを変えることなくレベルの高い
検出信号を出力することができるという利点がある。

第１２図は、第１１図にて開示した磁性材からなる板材
３０を励磁コイル１を含む信号検出コイルＳ、、Ｓｔの
外側の両面（図の上方と下方の面）全体に、磁性材から
成る板材３０を装備したものである。

このようにすると、コアー部材２の移動とともに変化す
る鎖交磁束の量を信号検出コイルＳ、、Ｓ２が更に有効
に検出することができ、コアー部材２の移動をより高感
度でとらえることができるという利点がある。

また、上述した第７図ないし第１２図の実施例について
は、主に検出信号の感度向上を意回してコアー部材及び
これに関連した追加部材の装備について例示したが、検
出信号の直線性に着目して第１３図（１）（２）に示す
ように構成してもよい。

第１３図（１）のものは、励磁コイル１の幅Ａの内、中
央部分の巻数が他の部分の巻数より序々に多くなるよう
にしたもので、対応する磁束φの変化は同図（２）のよ
うになり、直線性の改善が実験的に確認されている。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成され機能するので、これによ
ると、コアー部材の移動に伴う現在位置を極容易に高精
度にしかも無接触して検出することができ、第１及び第
２の信号検出コイルを逆極性に結線したことから、雑音
及び電圧変動等の誤動作要因を有効に排除することが可
能となり、コアー部材を薄く形成し得ることから全体的
には厚さを著しり薄く形式することができ、また、コア
ー部材の移動範囲を比較的大きく得ることが可能となり
、これがため、位置検出を必要とする小型の装置や比較
的大きい機器であってストロークの大きいものの位置検
出に対しても有効に対応することができるという従来に
ない優れた位置検出用センサ装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す一部断面した平面図
、第２図は第１図■−■線に沿った断面図、第３図（１
）は第１図における各コイルの結線関係を示す回路図、
第３図（２）は第３図（１）の励磁コイルに印加される
交流波形を示す線図、第４図（１）（２）は第１囲の動
作を示す説明図、第５図（１）（２）（３）は信号検出
コイルに検知される波形及び出力波形を示す線図、第６
図はコアー部材の変位量に変換された信号検出コイルの
出力を示す説明用線図、第７図ないし第９図は各々コア
ー部材の他の実施例を示す説明図、第１０図は第９図の
矢印×−Ｘ線に沿った断面図、第１１図ないし第１３図
は各々他の実施例を示す説明図、第１４図（１）（２）
は各々従来例を示す説明図である。 １・・・励磁コイル、２・・・コアー部材、３０・・・
磁性材から成る板材、Ｓ、、Ｓ、・・・信号検出コイル
、θ・・・励磁コイルの各巻線に対する信号検出コイル
の傾き角。 第３図 （１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）、開口部が長方形状に形成された偏平状の励磁コ
   イルと、この励磁コイルの前記長方形状開口部の一方か
   ら他方に向って平行移動可能に貫挿されたコアー部材と
   を備え、 前記励磁コイルの一方と他方の各開口部分の外周囲に、
   それぞれ信号検出コイルを巻回装備し、この各信号検出
   コイルを前記励磁コイルの巻線に対し所定の傾きをもっ
   て巻装し、当該各信号検出コイルを、所定間隔をへだて
   て平行に配設するとともに逆極性に結線したことを特徴
   とする位置検出用センサ装置。 （２）、前記各信号検出コイルは、その長方形状コイル
   の一方の短辺部分が励磁コイルから突設されていること
   を特徴とする請求項１記載の位置検出用センサ装置。 （３）、前記励磁コイルは、中心軸方向の単位長さ当り
   の巻数が全体的に均一であることを特徴とする位置検出
   用センサ装置。 （４）、前記励磁コイルは、中心軸に沿った方向の巻数
   が、その両開口部側から中間点に至る間、序々に多くな
   るように巻装されていることを特徴とする位置検出用セ
   ンサ装置。（５）、前記コアー部材は、前記励磁コイル
   の中心軸に平行に遊挿されていることを特徴とした位置
   検出用センサ装置。 （６）、前記コアー部材は、中間部分が両端部より幅広
   く形成されていることを特徴とした位置検出用センサ装
   置。 （７）、前記コアー部材は、これとほぼ同一に形成され
   、且これとほぼ平行に前記励磁コイルの長辺部の外側に
   装備された外部コアー部材に非磁性部材を介して連結さ
   れていることを特徴とした位置検出用センサ装置。 （８）、前記コアー部材は、これと同一に形成され且こ
   れとほぼ平行に前記励磁コイルの各長辺部の外側に装備
   された第１及び第２の外部コアー部材に非磁性部材を介
   して連結されていることを特徴とした請求項１記載の位
   置検出用センサ装置。 （９）、前記励磁コイルの長辺部の一方の外面に、磁性
   材から成る板材を装備したことを特徴とする位置検出用
   センサ装置。 （１０）、前記励磁コイルの両辺部の両外面に、磁性材
   から成る板材を装備したことを特徴とする位置検出用セ
   ンサ装置。 （１１）、前記信号検出コイルの出力を同期検波して出
   力することを特徴とした請求項１記載の位置検出用セン
   サ装置。