JPH05506091A - 位置センサ - Google Patents
位置センサInfo
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- JPH05506091A JPH05506091A JP91501322A JP50132290A JPH05506091A JP H05506091 A JPH05506091 A JP H05506091A JP 91501322 A JP91501322 A JP 91501322A JP 50132290 A JP50132290 A JP 50132290A JP H05506091 A JPH05506091 A JP H05506091A
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- G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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】
位置センサ
本発明は、その一方の部分が少なくとも一つのコイルに接続される一方、その他
方の部分が、要素の位置いかんにより、コイルの磁界が影響を受けるようにコイ
ルに近接して配置された少なくとも一つの要素に接続された2つの相対的に可動
の部分の位置センサに関するものである。
この型式の公知の位置センサは、例えば、2つの部分の動く程度いかんにより、
コアがその中により深く又はより浅く没するコイルから成っている。このように
して、コイル機構のインダクタンスが変化し、コアの位置いかんによる誘導信号
が受け取られる。この型式の位置センサの欠点は、かかる機構は装置の相当なコ
ストを犠牲にしなければ作動シリンダ内に一体化させることが出来ないことであ
る。
本発明の目的は、簡単な方法により、調節可能な駆動機構内に構造的に一体化さ
せることが出来、又、小型の装置として、位置の精密な検出及び判断を許容する
型式の位置センサを提供することである。
この目的は、本発明による位置センサにおいて、一方が第1又は駆動コイルとし
て形成され、その他方が第2又はセンサコイルとして形成した少な(とも2つの
コイルの2つの相対的に可動の部品の一方に接続され、これら2つのコイルが2
つの部品の他方に可動であるように接続された要素により少なくとも一部、磁気
的に結合され、移動方向に漸進的に変化する透過性及び/又は導電性を呈するよ
うにすることで達成される。
この位置センサは、2つのコイルをシリンダの作動ロッドの周囲にリングとして
配置し、作動ロッドが移動方向に漸進的に変化する透過性を呈するようにするこ
とにより、例えば、液圧又は空気圧作動シリンダのような駆動機構内に容易に取
り付けられる。これは、例えば、作動ロッドに対し僅かに円錐形の形状を付与し
、該円錐形部分の上に、例えば、ニッケルから成る逆円錐形の外層を被覆するこ
とにより形成し、全体として、作動ロッドの円筒形状が維持されるようにする。
センサコイルを作動ロッドの周囲にリングとして配!することは、所望の結果を
実現するための可能な手段の一つにしか過ぎない。センサコイルと協働する漸進
的に変化する透過性を有する要素は、例えば、コイルを通って伸長する別個のロ
ッド状要素であって、平行でかつその共通軸線方向に対して可動であるように制
御ロッドに取り付けられるロッド状要素とすることが出来る。
駆動コイルとセンサコイルとの接続部は、駆動コイルに交流電圧を付与し、セン
サコイル内で誘導される信号を評価する制御及び評価回路に連結する。
駆動コイル及びセンサコイルは相互に十分近接して配置し、これらセンサとシリ
ンダの作動ロッドとの間の空隙が十分に小さい場合、シリンダケーシングに対す
る作動ロンドの位置いかんにより、センサコイル内に誘導される電圧が極めて大
きく変化する。
該評価回路は、プログラマブル制御手段に接続する一方、該制御手段は、シリン
ダを作動させる弁を制御する。
又、位置センサのコンパクトな設計は、極めて小さい調節可能な駆動機構及び液
圧シリンダ内への取り付けを許容する。
円錐形の漸進的な外層厚さの増大率を適当に選択することにより、センサコイル
内で誘導される電圧を作動ロッドの位置の関数として線形にすることも可能であ
る。軸方向位置の関数としての厚さの所望の増大率は、コンピュータ又は較正測
定装置により予め設定することが出来る。製造時、コンピュータ制御工作機械に
より、例えば、V2A鋼から成る作動ロッドに対応する輪郭を付与し、鋼ロッド
の略円錐形の輪郭と相補的な形状を付与すべきニッケル層はその後の電解析出工
程中、コンピュータ制御による浸漬を行って付与することが出来る。
又、円筒状作動ロッドに対し特殊な表面処理を施し、その結果、例えば、適正に
制御したレーザ焼入れ法により、浸透深さを変えて焼入れすることにより、透過
性が基本的に円錐形に外部から漸進的に変化させて製造することも可能である。
コイルと作動ロッドとの間の結合領域は、シリンダケーシング内に位置するため
、機構全体は、電磁干渉に対し十分に遮蔽され、その結果、その位置を正確に測
定することが可能となる。
本発明による位置測定装置の原理は、数学的に次のように説明することが出来る
。2つのコイルを相互に隣接して配置しかつ渦電流の透過外皮厚さが異なる2つ
の重ね合わせた金属層を有する要素により相互に結合したとき、渦電流の透過外
皮厚さは、次のようにめることが出来る。
ここで、f=渦電流の周波数
σ=導電性
μ=磁気透過性
センサコイル内で誘導される電圧Vsは、次式に従い、駆動コイルを通る電流I
Tいかんによる。
■、=21. f、 M、□、1γ
ここで、M1□=駆動コイルとセンサコイルとの間の相互インダクタンスvsは
、入力インピーダンスの大きい評価回路により測定し、温度に比較的依存する測
定信号を提供する。金属外層の厚さが、その層の渦電流の透過外皮厚さの50%
以下であり、作動ロッドの内層がより厚い渦電流の透過外皮厚さである場合、相
互インダクタンスMH及び外層厚さにより一層、依存する結果となる。コイルの
間に小さい空隙を備え、コイルと作動ロッドとの間に小さい空隙を備えるように
することで、センサの寸法を極めて小さくすることが出来るのみならず、より強
力な測定信号が得られる。2つのコイルの配置が、フェライトリングコア上の多
数ストランド巻きの形態をとる場合、センサの寸法を更に縮小させることが出来
る。このとき、センサコイルは、この多数ストランド巻線の一つのストランドで
ある。得られる測定信号は、磁束効果を備えるフェライトリングコアを使用する
場合、更に向上する。
位置センサ及び評価回路により制御される調節可能な駆動機構又は液圧作動シリ
ンダは、極めて高精度であるため、特に、弁の作動に適したものである。
作動ロッドの外層としてぶつ化ビニル樹脂を使用することは、この材料は、優れ
た弾性を備え、密封作用を果たし、更に、その有利な電磁的性質のため、コイル
と作動ロッドとの間に極めて小さい空隙を許容するから、特に有利である。
要素の透過性の漸進的な変化は、例えば、構造体的変化を生じさせる適当な表面
処理により実現することが有利である。かかる表面処理は、同様に、円筒状の制
御ロッドの円形断面積を変化させることもない。
以下、添付図面に示した実施例に関して本発明を更に詳細に説明する。
第1図は、本発明による一体化された位置センサを備える作動フリンゾの一部切
り欠き縦断面図、
第2図は、本発明による機械的に接続された位置センサを備える別の作動シリン
ダの一部切り欠き縦断面図、
第3図は、第1図又は第2図に示した作動フリンゾを制御する位置センサの評価
回路の概略図、
第4図は、上記位置センサの駆動コイル及びセンサコイルのフェライトリングコ
アの断面図である。
例えば、空気圧又は液圧シリンダとし、以下、液圧シリンダ10と呼ぶ第1図に
その一部を示した作動シリンダにおいて、ピストン12はシリンダケーシング1
4内に軸方向に摺動可能に取り付けられる。このピストン12の中心にて、軸方
向作動ロッド16.18が、位置設定部材を作動させ得るように固着される。
該作動ロッド18は、シリンダケーシング14の長手方向端部から案内溝20を
通って伸長し、作動ロッド18は半径方向遊びが極めて小さい状態で軸方向に動
くことが出来る。又、案内溝20には、シール(図示せず)が設けられており、
ピストン12、シリンダケーシング14及びガイド溝20の間の圧力チャンバ2
2内で圧力流体をタイトに密封する。圧力チャンバ22に対する加圧流体の供給
は、圧力チャンバ22を圧力流体源に接続する圧力流体管26内に配置された電
気作動弁24により制御される。又、例えば、作動ロッド18を囲繞する円形コ
イル機構28を備えるリングがガイド溝20に接続されかつフランジ止めされて
いる。
コイル機構28は、例えば、丁字形の形状であることが望ましいフェライトリン
グコア30と、2つのコイル32.34とから成っている。これらコイルは、駆
動コイル32及び受け取りコイル34として形成され、作動ロッド18に対し同
軸状に配置される。コイル32.34には、作動ロッドが摺動するとき、コイル
の損傷を回避し得るように介装させたプラスチ・ツク層36が作動ロッド18の
上方に設けられている。コイル32.34と作動ロッド18との間の空隙は、0
1乃至1mmとする。これらコイル間の空隙も又、1mm以下に小さくすること
が望ましい。
作動ロッド18は、ピストン12から外方に伸長する円錐形にテーパーが付けら
れた中実の内側部分38から成り、例えば、その内面が円錐形の内側部分38に
正確に適合する囲繞する中空円筒状の外側部分40と共に、V2A鋼にて形成さ
れる。これら2つの相補的に円錐形の部分38.40により、作動ロッド18は
円形シリンダの外形を維持する。
外側部分40は、その渦電流の透過外皮厚さはV2A鋼の場合の厚さと著しく異
なるような、例えば、ニッケルにて形成してもよい。ニッケルの渦電流の透過外
皮厚さはV2A鋼の透過厚さよりも著しく薄い。外側部分40の厚さは、ピスト
ンにて約1μmで、その位置の反対端部で約50μmである。駆動コイル32内
の交流電流の場合、100乃至200kHzの範囲の周波数のとき、センサコイ
ル34内で誘導される電圧は、ピストン12、従って作動ロッド18の位置に依
存して、例えば、50%異なる。−例として、これは、ロッドの径が20mmで
あり、コイルが約Q、5mmの隙間を有し、コイル間の空隙が約0.3mmの場
合である。このように、適正な寸法としたコイル装置は、20mm乃至500m
mのビストンストロークに対して、作動ロッドに対する位置を約1%の範囲の精
度で表示することが出来る。一方、受は取った測定a号は、液圧/リンダ10を
精密に制御する目的にて、以下に掲げた評価及び制御回路により付与することが
出来る。
第2図には、第1図の液圧シリンダ10と同様であり、従って、略同−の部品は
同一の参照符号で示す液圧シリンダ42が示しである。第1図の構成との相違は
、作動ロッド自体が、渦電流の透過外皮厚が漸進的に変化するコイルコアとして
機能せず、位1センサ43は、連結要素46により液圧シリンダ42の作動ロッ
ド44に接続されることを理由とするものである。この位置センサ43も同様に
、その構成部品は図1に示したものと同一であり、固定状態に配置したコイル機
構28から成り、作動ロッド14により動かし得るように連結要素46により支
持され、該コアロッド48は、第1図の作動ロッド18と同様、コイル機構28
を通って軸方向に動き、2つの相補的な円錐形状の同軸状部品から成る。第2図
に示した形態のとき、位置センサは、第1図の場合のように液圧シリンダ10内
に一体化されず、必要であれば、液圧シリンダから容易に除去し、交換し、又は
別の装置に取り付けることが出来る。
第3図には、第1図及び第2図に示した位置センサの信号評価回路及び制御シス
テム50が概略図で示しである。該評価回路及び制御システム50は、例えば、
回路56をして位置センサ28の駆動コイル32に対し所定の振幅及び周波数の
出力信号を供給せしめる励起信号を付与する出力側54が設けられた、例えば、
80ビツトコンピユータのような単一チップコンビ二−タ52を基本にする。セ
ンサコイル34内で誘導され、作動ロッド18又は48の位置に依存する振幅を
有するV5信号は、受信回路57内で増幅され、入力側58を介してマイクロプ
ロセッサ52のアナログ−デジタル変換器部分に付与される。マイクロプロセッ
サ52は、インターフェイス又はバス接続60用の入出力装置を更に備えており
、これら入出力装置により、プロセッサは、プログラマブル制御システムとのデ
ータ交換が可能となる。次に、マイクロプロセッサ52への入力側58における
信号は、液圧シリンダの制御に関し、理論/実際の比較を行ってチェックするこ
とが出来、この目的上、マイクロプロセッサ52は、駆動回路に対する2つの出
力側62.64を備えており、これにより、電気作動弁、即ち、電磁弁24を作
動させることが出来る。
温度変動を最小にするため、駆動回路56には、一定の電流を保証する部分を設
けることが出来る。マイクロプロセッサのタイミング周波数により、出力側54
における信号に一定の周波数が確保される。広い温度範囲に亙り、極めて精密な
測定を行うために評価回路を利用する場合、補正アルゴリズムをマイクロプロセ
ッサ内にプログラム化し、回路56.57及びコイル32.34内の温度変化を
補正することが出来る。
回路50の全体は、例えば、50mmx50mmx15mmの寸法であり、セン
サコイルシステムに直接接続し、又は液圧又は空気圧/リンダ構造体の適当な部
分内に収容することの出来る容器内で表面取り付は装置(SMD)技術を使用し
て収容することが出来る。回路50の金具のコストは、極めて低廉に保つことが
出来る。
第4図には、磁界をコイルの軸方向に集束するのを許容するフェライトリンダコ
ア70の断面図が示しである。
該フェライトコア70は、その細断面図で見たとき、截頭円錐形の形状を備えて
おり、センサコイル34は、フェライトコアの小径部分を囲繞するように取り付
け、駆動コイル32が大径の端部を囲繞するようにすることが望ましい。
要約書
ンサに関するものである。かかる位置センサは、極めてコンパクトな形態に形反
し、作動シリンダ内で又は該作動シリンダと一体化させ、少なくとも2つのコイ
一部、相互に磁気的に結合され、該要素の透過性及び/又は導電性がその移動ブ
向に漸進的に変化するようにする。
国際調査報告 orT/1ull Qn/n+Q7R成
イ
方
国際調査報告
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.一方の部分が少なくとも1つのコイルに接続され、その他方の部分が要素の 位置に依存してコイルの磁界が影響を受けるようにコイルに近接して配置した少 なくとも一つの要素に接続された2つの相対的に可動な部品の位置センサにして 、少なくとも2つのコイル(32、34)が設けられ、その一方(32)が一次 又は駆動コイルとして形成され、その他方(34)が二次又はセンサコイルとし て形成され、前記2つのコイル(32、34)が、前記要素(18、48)によ り少なくともその一部が相互に磁気的に結合され、前記要素(18、48)がそ の移動方向に漸進的に変化する透過性及び/又は導電性を呈するようにしたこと を特徴とする位置センサ。 2.請求の範囲第1項に記載の位置センサにして、前記要素(18、48)が、 透過性の異なる少なくとも2の材料(38、40)を備え、前記要素(18、4 8)の表面領域における材料の相互の組み合わせ体の移動方向に向けて漸進的に 変化することを特徴とする位置センサ。 3.請求の範囲第1項又は第2項に記載の位置センサにして、2つのコイル(3 2、34)が、一方が他方に並ぶように要素(18、48)の移動方向に向け近 接して配置されることを特徴とする位置センサ。 4.請求の範囲第1項乃至第3項の何れかに記載の位置センサにして、前記要素 (18)がプル及び/又はプッシュシリンダ(10)の作動ロッドにより構成さ れ、前記コイル(32、34)が前記シリンダ(10)に剛性に接続されること を特徴とする位置センサ。 5.請求の範囲第4項に記載の位置センサにして、前記コイル(32、34)が 、少なくともその一部が係合する関係で作動ロッドの外周に近接して配置される ことを特徴とする位置センサ。 6.請求の範囲第4項又は第5項に記載の位置センサにして、前記作動ロッドが 、相互に接続しかつ相互に同心状の2つの部分(38、40)から成り、透過性 及び/又は導電性の異なる材料にて形成され、前記材料の径の比率が軸方向に漸 進的に変化することを特徴とする位置センサ。 7.請求の範囲第6項に記載の位置センサにして、前記部分(38、40)間の 境界面が円錐形面の形状を有することを特徴とする位置センサ。 8.請求の範囲第6項又は第7項に記載の位置センサにして、内側部分(38) の材料が外側部分(40)の材料より厚い渦電流透過外皮厚さを有することを特 徴とする位置センサ。 9.請求の範囲第6項乃至第8項の何れかに記載の位置センサにして、外側部分 (40)の材料の厚さが該材料の渦電流透過外皮厚さの半分以下であることを特 徴とする位置センサ。 10.請求の範囲第1項乃至第9項の何れかに記載の位置センサにして、コイル (32、34)が多数ストランドの巻線形態に配置され、前記多数ストランドの 一つがセンサコイル(34)を構成することを特徴とする位置センサ。 11.請求の範囲第1項乃至第10項の何れかに記載の位置センサにして、前記 コイル(32、34)がフェライトリングコア(30)を備えることを特徴とす る位置センサ。 12.請求の範囲第11項に記載の位置センサにして、駆動コイルの少なくとも フェライトコアが磁束状に配置されることを特徴とする位置センサ。 13.請求の範囲第1項乃至第12項の何れかに記載の位置センサにして、前記 要素の一つの材料、特に、その量外側材料がニッケル又はふつ化ビニル樹脂であ り、又はこれらを含むことを特徴とする位置センサ。 14.請求の範囲第1項乃至第12項の何れかに記載の位置センサにして、前記 要素(18、48)の透過性の漸進的変化が、例えば、構造体に変化を生じさせ る適当な表面処理に起因することを特徴とする位置センサ。 15.請求の範囲第1項乃至第14項の何れかに記載の位置センサにして、円筒 状作動ロッド(18)の円形断面が、前記透過性の漸進的変化により変化しない ことを特徴とする位置センサ。
Applications Claiming Priority (3)
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JP91501322A Pending JPH05506091A (ja) | 1989-12-11 | 1990-12-11 | 位置センサ |
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JP (1) | JPH05506091A (ja) |
DE (1) | DE3940894A1 (ja) |
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- 1990-12-11 EP EP91900865A patent/EP0505422A1/en not_active Withdrawn
- 1990-12-11 WO PCT/GB1990/001928 patent/WO1991009277A2/en not_active Application Discontinuation
- 1990-12-11 JP JP91501322A patent/JPH05506091A/ja active Pending
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