JPH0526485Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、軸方向に移動制御されるとともに軸
回りに回転されるテーパー状の環状連動部材の軸
方向の位置を検出するための軸方向位置検出装置
に関するものであり、特にセンサの内部断線によ
る故障を検出できるとともに、環状連動部材が軸
芯とずれていても位置を示す信号がほぼ一定とな
るようにしたものである。

（従来の技術） 近年、移動部材の位置を精度良く制御するため
の制御系において、移動部材の変化に対応した位
置検出信号を得るために、磁気近接センサ等が汎
用されている。第３図は、可動翼流体機械の翼角
操作軸を軸方向にサーボ制御するために、磁気近
接センサが設けられた従来の制御系の一例であ
る。

まず、可動翼流体機械の構造につき説明する。
第３図において、回転軸１を中空とし、この回転
軸１内に軸方向に移動可能に翼角操作軸２が挿入
される。そして、回転軸１の先端部に羽根車ボス
３が固定され、この羽根車ボス３に放射状に可動
翼４，４…が配設される。さらに、これらの可動
翼４，４…の取付軸５，５…に設けたアーム６，
６…が、翼角操作軸２の先端に設けられたクロス
ヘツド７とリンク８，８…で適宜に連結され、翼
角操作軸２の軸方向移動により可動翼４，４…の
角度が調整されるよう構成される。

また、回転軸１の他端部（第３図で上端部）に
サーボシリンダ９が設けられ、このサーボシリン
ダ９内に翼角操作軸２に連結されるサーボピスト
ン１０が収納される。サーボシリンダ９は、電動
機台１１に載置固定される図示しない電動機の軸
と継手１２で連結される。そして、回転軸１の外
周に基礎１３に固定された給油環１４が嵌合さ
れ、この給油環１４に設けられた２つの圧油導孔
１５，１６の一方が回転軸１とサーボシリンダ９
を通る孔１７を介してサーボシリンダ９内をサー
ボピストン１０で２分した一方の室（第３図で上
方室）に連通され、他方が回転軸１を通る孔１８
を介してサーボシリンダ９内の他方の室（第３図
で下方室）に連通される。これらの圧油導孔１
５，１６が、四方切換弁１９を介して圧油源２０
に連通される。

さらに、連結杆２１，２１がサーボシリンダ９
の上部壁を軸方向に移動可能であるとともに封密
的でしかも回転軸１の軸芯対称の位置に貫通さ
れ、その一端がサーボピストン１０に固着され、
他端が回転軸１の外側で軸方向に移動可能である
とともに外周が下拡がりのテーパー状の強磁性体
金属の筒体からなる環状連動部材２２に固着され
る。そして、この環状連動部材２２に臨んで１個
の非接触型近接センサである磁気近接センサ２３
が配設される。この磁気近接センサ２３から出力
される位置検出信号と、翼角設定器２４で設定さ
れる設定信号とが比較増幅器２５に与えられ、こ
の比較増幅器２５から四方切換弁１９に制御信号
が与えられる。さらに、位置検出信号は、故障検
出器２６に与えられる。この故障検出器２６は、
位置検出信号としての入力電圧が零となつたとき
に、故障と判断して適宜な警報装置を作動させる
故障信号を出力するよう構成される。

かかる構成において、電動機を回転駆動させる
と、継手１２を介して回転軸１が回転し、羽根車
ボス３に配設された可動翼４，４…が回転軸１を
軸として回転して揚力を生じさせる。

そして、磁気近接センサ２３から出力される位
置検出信号と翼角設定器２４で設定出力される設
定信号とが一致していれば、比較増幅器２５は制
御信号を発生せずに四方切換弁１９は閉塞状態の
ままであり、サーボシリンダ９内に連通する圧油
導孔１５，１６のいずれにも圧油が導入されずに
サーボピストン１０が軸方向に移動しない。そし
て、翼角操作軸２は回転軸１とともに回転し、可
動翼４，４…の角度は変化しない。

また、磁気近接センサ２３から出力される位置
検出信号と翼角設定器２４から出力される設定信
号とが一致しないならば、比較増幅器２５は四方
切換弁１９に適宜な制御信号を与えて切り換え、
圧油導孔１５，１６のいずれか一方に圧油を導入
するとともに他方から排油させて、サーボピスト
ン１０が軸方向に移動される。このサーボピスト
ン１０の移動にともない環状連動部材２２が移動
し、磁気近接センサ２３から出力される位置検出
信号が変化して設定信号に一致すると、比較増幅
器２５からの制御信号が消滅して四方切換弁１９
が再度閉塞状態に切り換えられてサーボピストン
１０の軸方向移動が停止する。この結果、サーボ
ピストン１０に連結される翼角操作軸２は翼角設
定器２４で設定された設定信号に応じたサーボ制
御がなされる。そして、翼角操作軸２の軸方向移
動により、クロスヘツド７とリンク８，８…およ
びアーム６，６…を介して取付軸５，５…が回転
され、可動翼４，４…の角度の調整がなされる。

ところで、磁気近接センサ２３は、回転軸１の
近傍に設けられるのに対して、比較増幅器２５お
よび翼角設定器２４は離れた位置の制御ボツク等
に収納される。このため、磁気近接センサ２３か
ら位置検出信号を比較増幅器２５に伝達する配線
の引き回しはかなり長いものとなり、断線等を生
じ易い。そこで、比較増幅器２５近くに設けられ
た故障検出器２６により、断線等が生じたなら
ば、直ちに位置検出信号としての入力電圧が零と
なり故障信号が出力され、四方切換弁１９が断線
等に伴なう不適正な入力により切り換え制御され
て、可動翼流体機械が不適当に運転されるのが防
止される。また、磁気近接センサ２３自体の内部
断線等の故障により、位置検出信号として零電圧
が出力されれば、同様に故障検出器２６より故障
信号が出力される。

（考案が解決しようとする問題点） かかる、従来の故障検出器２６は、位置検出信
号としての入力電圧が零になると故障信号を出力
する構造であり、磁気近接センサ２３自体が内部
断線により故障して位置検出信号として零電圧を
出力するときおよび磁気近接センサ２３からの配
線が断線したときに所望の動作が得られる。しか
しながら、磁気近接センサ２３自体が内部断線に
より故障したときは、必ずしも位置検出信号が零
電圧とはならず、一定の高い電圧や不安定な中間
の電圧が出力される場合もある。そこで、故障で
あるにもかかわらず零電圧以外が磁気近接センサ
２３から出力されると、従来の故障検出器２６で
は故障の判別ができないという問題点がある。

これは、故障検出器２６が、ある一定電圧値以
下または以上の入力電圧のときに故障と判別する
構成であつても、故障により不安定な中間の電圧
が出力される場合は、故障と適正に判別すること
ができない。

また、環状連動部材２２の軸芯が回転軸１の軸
芯とずれまたは傾いて組み立てられていると、磁
気近接センサ２３と環状連動部材２２との間隔が
回転に応じて変動し、これによつて位置検出信号
も変動するという不具合がある。

本考案の目的は、上記した事情に鑑みてなされ
たもので、センサ自体の故障および配線の断線等
のいずれであつてもこれを故障と適正に判別でき
るとともに、環状連動部材の軸芯が回転軸の軸芯
とずれまたは傾いて組み立てられていても位置を
示す信号がほぼ一定で出力できる軸方向位置検出
装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） かかる目的を達成するために、本考案の軸方向
位置検出装置は、軸方向に移動制御されるととも
に軸回りに回転されるテーパー状の環状連動部材
に対して、２個のセンサを軸対称位置で略同一値
の位置検出信号が得られるように配設し、この２
個のセンサから出力される前記位置検出信号を比
較演算器に与えてその差違が所定以上のときに前
記比較演算器から故障信号を出力し、前記２つの
位置検出信号を演算器に与えてその加算値または
平均値を軸方向の位置を示す信号として演算器か
ら出力するように構成されている。

（作用） したがつて、２個のセンサのいずれか一方が故
障していかなる電圧を出力する場合であつても、
また一方の配線が断線した場合であつても、比較
演算器に与えられる２つの検出信号には差違を生
じ、この差違が所定以上であると、故障信号が出
力される。

また、環状連動部材の軸芯がずれていても、２
個の磁気近接センサの一方の位置検出信号が小さ
くなれば他方の位置検出信号がその分大きくな
り、２つの位置検出信号の加算値または平均値の
演算出力信号は位置を示す信号としてほぼ一定で
ある。

（実施例） 以下、本考案の実施例を第１図および第２図を
参照して説明する。第１図は、可動翼流体機械の
翼角操作軸を軸方向にサーボ制御する制御系に用
いられた本考案の軸方向位置検出装置の一実施例
を示す図であり、第２図は、第１図の比較演算器
の一例のブロツク回路図である。第１図におい
て、第３図と同一部材には、同一符号を付けて重
複する説明を省略する。

第１図において、環状連動部材２２に臨んで、
２個の非接触型近接センサとしての磁気近接セン
サ２３，２３が回転軸１の軸芯対称の位置に配設
される。これらの磁気近接センサ２３，２３から
出力される位置検出信号は略同一値である。そし
て、それぞれの位置検出信号は、バツフア２７，
２７を介して演算器２８および比較演算器２９に
それぞれ与えられる。演算器２８は２つの位置検
出信号の加算値または平均値を算出して演算出力
信号を軸方向の位置を示す信号として比較増幅器
２５に与える。また比較演算器２９は、２つの位
置検出信号の差違が所定以上となつたときに故障
信号を出力する。

ここで、第２図により、比較演算器２９の構成
を説明する。２個の磁気近接センサ２３，２３か
ら出力される位置検出信号は、バツフア２７，２
７を介して差動増幅回路３０のプラス端子とマイ
ナス端子に与えられる。そして、この差動増幅回
路３０の出力が、ダイオード３１を順方向に介し
て、またダイオード３１と並列に反転回路３２と
順方向のダイオード３３を直列に介して、比較回
路３４のプラス端子に与えられる。この比較回路
３４のマイナス端子には、基準電圧調整回路３５
からの基準電圧が与えられる。

かかる構成において、環状連動部材２２の軸芯
が回転軸１の軸芯とずれまたは傾いて組み立てら
れているとすると、軸芯が一致した場合に比べて
交互に２個の磁気近接センサ２３，２３の一方の
位置検出信号が小さくなり他方の位置検出信号が
大きくなる。しかしながら、２個の磁気近接セン
サ２３，２３が対称の位置に配設されるので、一
方の位置検出信号が小さくなつた分だけ他方の位
置検出信号が大きくなり、演算器２８から出力さ
れる加算値または平均値である演算出力信号はほ
ぼ一定となる。

そして、この演算出力信号は翼角操作軸２の軸
方向の位置に正確に対応するとともに安定してお
り、翼角操作軸２の軸方向位置を正確にサーボ制
御できる。

また、２個の磁気近接センサ２３，２３がいず
れも正常に動作し、しかも磁気近接センサ２３，
２３と比較演算器２９との間の配線に断線が生じ
てなければ、差動増幅回路３０のプラス端子とマ
イナス端子に与えられる２つの位置検出信号は略
同一値であり、差動増幅回路３０からの出力信号
の電圧は絶対値の小さい値となる。しかし、一方
の磁気近接センサ２３が故障しまたは断線が生じ
ると、差動増幅回路３０に与えられ２つの位置検
出信号の差違が大きなものとなり、差動増幅回路
３０の出力信号の電圧は絶対値の大きい値とな
る。そして、差動増幅回路３０からの出力信号の
電圧が正であればダイオード３１を介して、負で
あれば反転回路３２で反転された正の電圧がダイ
オード３３を介して比較回路３４に与えられ、基
準電圧と比較される。この結果、位置検出信号が
略同一値であれば比較演算器２９から故障信号が
出力されず、磁気近接センサ２３，２３のいずれ
か一方の故障等により差違が所定以上となれば故
障信号が出力される。この故障信号が出力される
位置検出信号の差違の大きさは、基準電圧調整回
路３５の基準電圧を調整することで適宜に設定す
ることができる。

なお、上記実施例では、翼角操作軸２の軸方向
の移動を制御すべく、この翼角操作軸２の軸方向
移動に連動する環状連動部材２２の位置を被検出
対象とし、その位置変化をセンサとして磁気近接
センサ２３，２３を用いて説明したが、これに限
られることなく、被検出対象は、部材の移動変化
のみならず温度変化や流量変化や水位変化および
圧力変化等のいかなるものであつても良く、セン
サは被検出対象の変化を検出できるものであれば
非接触型および接触型等のいかなるものであつて
も良い。また、略同一値の検出信号が得られるよ
うにセンサを３個以上配置し、そのうちの２個づ
つ検出信号の差違を比較するようにしても良い。
さらに、比較演算器２９の構成は、第２図のブロ
ツク回路図に限られず、検出信号がデジタル的に
処理されるものであつても良いことは勿論であ
る。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案の軸方向位置検出
装置は、センサ自体の故障およびセンサから検出
信号が伝達される配線の断線による故障のいずれ
をも検出することができ、また環状連動部材の軸
芯がずれていても軸方向位置に応じたほぼ一定の
演算出力信号が得られ、本考案装置を用いた制御
系全体の信頼性が向上す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、可動翼流体機械の翼角操作軸を軸方
向にサーボ制御する制御系に用いられた本考案の
軸方向位置検出装置の一実施例を示す図であり、
第２図は、第１図の比較演算器の一例のブロツク
回路図であり、第３図は、可動翼流体機械の翼角
操作軸を軸方向にサーボ制御するために磁気近接
センサが設けられた従来の制御系の一例である。 ２……翼角操作軸、２２……環状連動部材、２
３……磁気近接センサ、２８……演算器、２９…
…比較演算器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 軸方向に移動制御されるとともに軸回りに回転
   されるテーパー状の環状連動部材に対して、２個
   のセンサを軸対称位置で略同一値の位置検出信号
   が得られるように配設し、この２個のセンサから
   出力される前記位置検出信号を比較演算器に与え
   てその差違が所定以上のときに前記比較演算器か
   ら故障信号を出力し、前記２つの位置検出信号を
   演算器に与えてその加算値または平均値を軸方向
   の位置を示す信号として演算器から出力するよう
   に構成したことを特徴とする軸方向位置検出装
   置。