JPH07218215A - 位置検出装置 - Google Patents

位置検出装置

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JPH07218215A
JPH07218215A JP6300046A JP30004694A JPH07218215A JP H07218215 A JPH07218215 A JP H07218215A JP 6300046 A JP6300046 A JP 6300046A JP 30004694 A JP30004694 A JP 30004694A JP H07218215 A JPH07218215 A JP H07218215A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動体1が予め決められた位置に到達する度
に電気信号を発生してそれを電子処理手段91に供給す
る位置検出装置75において,電子処理手段91が,そ
の正常な電源が故障して,移動体が予め決められた位置
に非常に低速で接近しているときでも,高い信頼性で作
動できるようにする。 【構成】 物体が予め決められた位置に接近していると
きに,該物体の運動エネルギーの一部を位置エネルギー
の形で蓄積,保存して,該物体が予め決められた位置に
到達した場合に,急激に蓄積されている位置エネルギー
を運動エネルギーの形態で解放する。さらに,その運動
エネルギーを電子処理手段91に供給される電気エネル
ギー・パルスに変換する手段81,84,88を有して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,位置検出装置に関する
ものである。
【0002】
【従来技術】位置検出装置が用いられる典型的な状況
は,例えば,回転軸が予め指定された角度位置を通過す
る度に電気的なパルスを出力して,それを検出,記憶す
る回転カウンターやタコメータとしての使用である。
【0003】こうした回転カウンターを使用する状況の
一例は,工具保持装置キャリッジまたはスライドの位置
に関する粗測定値がそのキャリッジやスライドをずらす
スピンドルの回転数をカウントすることによって得られ
る工作機械に関連している。こうした状況においては,
電子処理システムのための電源が切られたり,故障した
場合に,キャリッジの位置に関する粗測定値が失われて
はならず,電源を再度入力した場合に,電源が切られて
いる期間中に,スピンドルが,例えば,手によって一
度,あるいはそれ以上回転されていたとしても,すぐに
利用できるようにしなければならないということから問
題が発生する。こうした問題に対応できるものとして
は,基本的に2つの異なった種類の位置検出装置が存在
している。
【0004】第1の構成においては,工具保持装置キャ
リッジが,その調整用の長さ全体を通過するとその出力
シャフトが最大360度回転するステップ・ダウン・ト
ランスミッション装置が回転シャフトまたはスピンドル
と接続されている。このステップ・ダウン・トランスミ
ッション装置の出力シャフトはそのステップ・ダウン・
トランスミッション装置の出力シャフトの瞬間的な角度
位置を示す出力信号を伝える絶対エンコーダによってモ
ニターされ,したがって,キャリッジの瞬間的な位置に
関する粗測定値として用いることができる。
【0005】特に,移動距離が長い構成で,したがっ
て,こうした移動距離をカバーするためにスピンドルが
多数の回転をしなければならないような場合,ステップ
・ダウン・トランスミッション装置および絶対エンコー
ダは正確さにおいて,非常に高いレベルの精度が要求さ
れる。ステップ・ダウン・トランスミッション装置にお
ける遊びはスピンドルの回転方向が逆転した場合に発生
する不確定性がスピンドルの回転を検出するために絶対
エンコーダが決定する角度以下になるような小ささに止
めねばならない。
【0006】第2の構成においては,回転シャフト上の
マークが検出装置を通過する度に,検出装置が電子処理
システムに供給される電子信号を出力するように,単純
な光学または磁気探知装置の設計を伴う。こうした構成
においては,工作機械の主要電源とは独立になるよう
に,電池から電源が供給される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,上記第
1の構成に関して,絶対エンコーダを有するステップ・
ダウン・トランスミッション装置は,例えば,400
0:1のステップ・ダウン比を検出するために,高いレ
ベルの装置費用が必要となり,それによって,全体的な
コストも高くなる。加えて,質量慣性モーメントが高い
ので,こうしたトランスミッション装置は平均的,ある
いは,高いレベルの加速,あるいは,回転速度には向い
ていないという問題点があった。
【0008】また,上記第2の構成に関して,上記のよ
うな回転カウンターは,第1の構成のものと比べて,か
なり製造コストが低くなるが,電池を絶えずモニターし
て,適切な時期に交換しなければならないという問題点
があった。
【0009】本発明は,上記に鑑みてなされたものであ
って,単純な機械的な構造でありながら,十分に高い精
度を確保できる位置検出装置を得ることを第1の目的と
する。
【0010】また,移動体が予め決められた位置に達し
たときに,移動体が非常に遅い速度,特に,ゼロに近づ
きつつあるような速度で予め決められた位置に達した場
合でも,高い程度の信頼性で十分に大きな電気パルスを
出力することができる位置検出装置を得ることを第2の
目的とする。
【0011】さらに,単純な操作手順に基づいている
が,これまでより高いレベルの感度をもった位置検出装
置を得ることを第3の目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに,請求項1に係る位置検出装置は,電気的パルスを
発生し,移動体が予め決められた位置に到着するたびに
電子処理手段に供給するための位置検出装置において,
前記移動体が予め決められた位置に到達する度に,前記
移動体の運動エネルギーの一部を位置エネルギーの形態
で蓄積し,該位置に到着すると,蓄積された位置エネル
ギーを運動エネルギーの形で急激に解放するエネルギー
蓄積手段と,前記運動エネルギーを前記電子処理手段に
供給される電気エネルギーに変換するための手段とを具
備するものである。
【0013】また,請求項2に係る位置検出装置は,前
記エネルギー蓄積手段が,前記移動体に対して動くこと
ができ,さらに,位置エネルギーが突然解放されると高
いレベルで加速される中間部を含んでいるものである。
【0014】また,請求項3に係る位置検出装置は,前
記中間部が,非常に小さな質量慣性モーメントを有して
いるものである。
【0015】また,請求項4に係る位置検出装置は,望
ましい電圧および電荷が電子処理手段に供給されると,
前記中間部を強く減速する手段を含んでいるものであ
る。
【0016】また,請求項5に係る位置検出装置は,前
記エネルギー蓄積手段の故障により,位置エネルギーの
解放によって,中間部の加速が行われない場合,前記移
動体の運動経路の少なくとも一部において,前記中間部
を前記移動体の動きに結びつける機械的なエントレイン
メント手段を有するものである。
【0017】また,請求項6に係る位置検出装置は,前
記中間部が回転可能に軸上に取りつけられるものであ
る。
【0018】また,請求項7に係る位置検出装置は,前
記電子処理手段の作動電圧が,外部エネルギーを用いて
維持できる場合,前記エネルギー蓄積手段が,それ以上
その運動エネルギーの一部を蓄積,保存できないように
前記移動体の運動から切り離されるものである。
【0019】また,請求項8に係る位置検出装置は,位
置エネルギーを蓄積するための前記エネルギー蓄積手段
が,前記移動体が予め決められた位置に接近すると益々
応力がかけられ,該位置に到着して少なくとも,当該バ
ネ手段の一部が急激に加速されるとその応力から解放さ
れるバネ手段を含んでいるものである。
【0020】また,請求項9に係る位置検出装置は,位
置エネルギーを蓄積するための前記エネルギー蓄積手段
が,少なくとも第1の要素を有する磁石手段を含んでお
り,その内の1つが永久磁石によって構成され,残りは
それぞれ磁鉄で構成されているものである。
【0021】また,請求項10に係る位置検出装置は,
前記磁鉄により構成される要素が,永久磁石である。
【0022】また,請求項11に係る位置検出装置は,
前記運動エネルギーを電気エネルギー・パルスに変換す
るための手段が,該蓄積されたエネルギーが解放される
と,急激に加速され,そして,誘電コイルの方向に高速
に移動する永久磁石を含んでいるものである。
【0023】また,請求項12に係る位置検出装置は,
前記誘電コイルが,第1,第2および第3のアーム部分
を有するE字形芯上に巻きつけられており,永久磁石が
該アーム部分を連続的に通過するものである。
【0024】また,請求項13に係る位置検出装置は,
前記永久磁石が,中間部に固定的に接続されるものであ
る。
【0025】また,請求項14に係る位置検出装置は,
前記中間部が,シャフトと,シャフトの軸方向で相互に
間隔をおいて配置され,前記シャフトに非回転的に接続
され,該永久磁石の1つが基本的に前記エネルギー蓄積
手段の一部を形成しており,他方の永久磁石が基本的に
運動エネルギーを電気エネルギー・パルスに変換するた
めの手段の一部を形成しているものである。
【0026】また,請求項15に係る位置検出装置は,
前記誘電コイルが,カップ型二重E字形芯に巻きつけら
れ,前記永久磁石が,中間部の急激な加速後に該芯の内
部で回転できるものである。
【0027】また,請求項16に係る位置検出装置は,
運動エネルギーを電気パルスに変換する手段の前記永久
磁石が 前記エネルギー蓄積手段と同一である。
【0028】また,請求項17に係る位置検出装置は,
前記電気エネルギー・パルスが,信号パルスの形で前記
電子処理手段に供給されるものである。
【0029】また,請求項18に係る位置検出装置は,
前記電子処理手段が,少なくとも時々,その作動電圧を
供給する電気エネルギー用蓄積手段を有しており,そし
て,その電気エネルギー・パルスの一部が前記蓄積手段
を充電できるものである。
【0030】また,請求項19に係る位置検出装置は,
前記位置検出装置が回転カウンターであり,前記移動体
が回転シャフトによって形成されるものである。
【0031】また,請求項20に係る位置検出装置は,
前記中間部の軸が,前記シャフトの軸と同軸関係であ
る。
【0032】また,請求項21に係る位置検出装置は,
前記中間部の軸が,前記シャフトの軸と平行に延びてい
るが,それとは一致しないものである。
【0033】また,請求項22に係る位置検出装置は,
前記中間部の軸が,前記シャフトの軸に対して垂直な方
向に延びているものである。
【0034】また,請求項23に係る位置検出装置は,
前記電子処理手段に供給される前記電気エネルギー・パ
ルスが,その唯一のエネルギー源を構成するものであ
る。
【0035】また,請求項24に係る位置検出装置は,
前記位置検出装置が,前記電子処理手段のための電気供
給エネルギーを発生,供給し,そして,運動の方向に関
する情報を得るためにだけ用いられ,位置を検出するた
めの追加センサーを含んでいるものである。
【0036】また,請求項25に係る位置検出装置は,
前記中間部が,たわみ運動を行うたびに,その中間部を
決められた出発位置に戻すためのバネ手段により形成さ
れた戻し手段を含んでいるものである。
【0037】また,請求項26に係る位置検出装置は,
信号エネルギー・パルスを発生させるように作動するコ
イルが,E字形芯の第1,第2および第3のリムのうち
の中央のものに巻きつけられ,さらに,その芯の外側の
リムの少なくとも一つに巻きつけられた補助コイルを含
んでおり,前記補助コイルによって発生される信号がモ
ニターされるべき前記移動体の運動の方向を検出するの
に適合化されているものである。
【0038】また,請求項27に係る位置検出装置は,
電気エネルギー用前記蓄積手段が,コンデンサ手段によ
って形成されるものである。
【0039】
【作用】本発明により,以下に説明する発明によって,
上に述べた目的およびその他の目的が達成される。好ま
しい実施例に関する以下の説明からさらに詳細に分かる
ように,本発明による位置検出装置は,移動体の運動エ
ネルギーの一部を取り出して,信号パルスを発生するた
めだけでなく,そのパルスを処理する電子処理システム
用の電源供給にも用いることができるという考え方に基
づいている。
【0040】しかしながら,移動体の運動エネルギーの
一部を直接電気エネルギーに変換する単純な発電装置
は,移動体の速度が非常に遅く,したがって,予め決め
られた位置にゆっくりと近付いていると,発電装置が非
常に小さな値のdφ/dtしか発生せず,電子処理シス
テムに用いる電圧および/または電流としては十分では
ないという問題がある。
【0041】この問題を克服するために,本発明におい
ては,一定の時間以上移動体の運動エネルギーから取り
出したエネルギー成分または部分を収集し,取り出され
たエネルギーを蓄積するためのエネルギー蓄積手段が設
けられる。そこに到着すると信号が発生されて信号処理
システムにエネルギーが供給される予め決められた位置
に移動体がゆっくりと近づいている時に,運動エネルギ
ーの一部は,位置エネルギーの形でエネルギー蓄積手段
内に継続的に蓄積されている。
【0042】移動体が予め決められた位置に到達する
と,その位置エネルギーが急激に解放されて,運動エネ
ルギーに転換され,その一部が望ましい電気エネルギー
を発生する発電装置の成分となる。その結果,達成され
るその要素(element)の加速および高速度のレベルが非
常に高いので,望ましい目的のために十分な量の電力を
供給するdφ/dt値を達成することができる。
【0043】好ましくは,移動体の質量慣性モーメント
は,高速度を達成することができるように,できるだけ
小さくするのが望ましい。
【0044】また,好ましくは,位置エネルギーが急速
に解放されたときに高速に加速される要素としては,例
えば,それが最高速度に達すると誘導コイルを起動して
内部に望ましい電気的パルスを発生させる永久磁石など
がある。そのパルスは,その主要部分で急激なエッジを
有するポジティブおよびネガティブ半波を有し,これら
の半波が起きるシーケンスはコイルの巻き方向に依存
し,また,磁石はそのN極とS極のいずれで動かすかに
依存する。
【0045】多くの場合,半波整流は電子処理装置にと
って必要な,特に,検出された回転数値を恒久記憶装置
に書き込むのに必要な供給電圧を提供するのに十分であ
る。もしそれが十分でない場合には,全波整流による2
つの半波ピーク間の電圧差を用いるのも可能である。よ
り高い電圧を,最初並列に接続されて誘発されたパルス
から得られるDC電圧により充電され,次に直列に接続
されて電子処理装置に電圧および電流を供給する複数の
コンデンサによって達成することができる。その観点で
必要な条件は,誘発パルスから直接得られる電圧が論理
の切り替え,例えば,コンデンサを並列接続構成から直
列接続構成に切り替えるのに十分であるということであ
る。
【0046】中間部が十分に小さな慣性である場合,パ
ルスの主要部分の前半は記憶手順を起こすための電子評
価装置にとって必要なエネルギーよりかなり大きなエネ
ルギーを含んでいる。したがって,中間部を急速に減速
するためには,原理的に必要であれば,時間的に後に起
きる半波の部分ですでに短絡されているということも原
理的には可能である。好ましくは,第二の半波はその目
的のために用いられる。
【0047】電子処理装置に通常の電源装置(regular
power supply source)から電源が供給される場合,エネ
ルギー蓄積手段が,移動体の運動エネルギーの成分をそ
れ以上取り出して集めることができないような形で移動
体から切り離すことも可能である。そうした『正常モー
ドの作動』においては,本発明による位置検出装置は完
全に無反動である。
【0048】しかしながら,逆に,電子処理装置が,そ
のすべての電気エネルギーをもっぱら本発明による位置
検出装置から受け取るような使用法や,あるいは本発明
による位置検出装置が単に電子処理装置に電源を供給す
るために,そして,おそらくは移動体の運動の方向に関
する情報を得るためにだけ用いられ,移動体の位置を判
定するために,例えば,そして,好ましくはキャパシテ
ィブ・センサーなどの追加センサーを設けるような方法
も考えられる。
【0049】好ましい実施例に関する以下の説明から,
本発明のさらなる特徴および利点が明らかになる。
【0050】
【実施例】以下,この発明に係る位置検出装置の実施例
を図面に基づいて詳細に説明する。図1において,1は
その位置が検出される移動体を示しており,矢印Rの方
向で回転する回転シャフトを示している。電子評価装置
(図示せず)がその定常電源から切り離されて,シャフ
ト1が非常にゆっくり移動しているときでもシャフト1
の回転をカウントすることができるようにするために
は,図示されている構造は,本例の場合,リーフ・スプ
リング4によって形成されているエネルギー蓄積手段2
を含んでいる。リーフ・スプリング4の一端は,リーフ
・スプリング4がシャフト1の回転軸からほぼ半径方向
に伸びるように非回転ホルダー5に締めつけられてい
る。
【0051】移動体が予め決められた位置に近づいてい
るときに,すなわち,本例においては回転シャフト1が
予め決められた角度位置に近付いているときに,エネル
ギー蓄積手段2が移動体や回転シャフト1の運動エネル
ギーの一部を収集,蓄積することができるようにするた
めに,リーフ・スプリング4の固定されていない端部
を,リーフ・スプリング4の図1に示される最初の位置
から,円周方向に,すなわち,矢印Aで示される方向に
一定角度変形させるための引っ張り手段を有している。
【0052】図1に示されている位置検出装置におい
て,上記引っ張り手段は,第1および第2の磁石7およ
び8により形成されており,そのうち1つの永久磁石7
はシャフト1の回転シャフトに対して放射方向に延びて
いる固いキャリア(stiff carrier)10によって回転不
能に接続されており,N極/S極方向がシャフト1とほ
ぼ平行になるように向けられている。第2の永久磁石8
は,そのN極/S極方向が永久磁石7とはできるだけ正
確に反平行関係になるようにリーフ・スプリング4の自
由端に固定されている。
【0053】キャリア10の半径方向の長さは,シャフ
ト1の回転運動によって,永久磁石7が永久磁石8の下
をできるだけ正確に通過するように指定されている。そ
の点で,2つの磁石7と8との間のシャフト方向の間隔
は非常に小さく保持される。永久磁石7が永久磁石8に
近づくと,後者はその反平行方向の故に反発される。キ
ャリア10およびリーフ・スプリング4が高いレベルの
シャフト方向硬度を有しているので,永久磁石8は半径
方向,つまり,矢印Aによって示される方向に向けら
れ,それによって,リーフ・スプリング4が曲げられ
て,応力が増大する方向に変形する。そのようにして,
回転シャフト1の運動エネルギーの一部が位置バネ・エ
ネルギーの形態で蓄積される。
【0054】リーフ・スプリング4のもどり力(return
force) の復元が増大して,そのたわみが増し,シャフ
ト1が矢印Rに示される方向に徐々に回転していくと,
リーフ・スプリング4のもどり力が,永久磁石7と8の
間で円周方向に働く反発力を上回るたわみ位置に到達
し,したがって,永久磁石8が,図1に示されている出
発位置の方向へ,すなわち,矢印Aで示される方向とは
反対の方向に,リーフ・スプリング4の長さによって決
められる曲がった経路上で強く加速される。そのように
して,リーフ・スプリング4に蓄積された位置エネルギ
ーが運動エネルギーに変換される。
【0055】図1に示す出発位置に再び到達すると,永
久磁石8は最大速度で移動し,その位置を通過して,矢
印Aによって示される方向とは反対の方向に移動する。
これが行われると,リーフ・スプリング4は,運動エネ
ルギーが再び位置エネルギーに変換されるまで曲げられ
る。そのようにして,原理的に,永久磁石8は図1に示
されている最初の位置を通じて,ダンピング効果がリー
フ・スプリング4に最初に蓄積されたエネルギーを熱に
変換して,永久磁石8が図1に示されている出発位置に
再び落ち着くまで,何回か往復運動する。
【0056】最初のはねもどり運動において永久磁石8
に含まれている運動エネルギーが電気エネルギーパルス
に変換されるようにするために,位置検出装置は,図1
に示されている永久磁石8の出発位置の近くに非回転的
に配置された鉄芯13上に巻つけられた誘導コイル12
を有しており,永久磁石8が図示された出発位置を通過
すると,鉄芯13を通過する磁気フラックスが非常に短
時間に変化する。高いdφ/dtが発生されるので,誘
導コイル12内に,例えば,電子処理装置のための電流
/電源供給源として機能し,そして,少なくとも,シャ
フト1の回転数をカウント・オフするための電子カウン
ターを一カウント上げることができるコンデンサを充電
するのに十分なだけの電圧が発生される。
【0057】したがって,誘導コイル内において発生さ
れる電気エネルギー・パルスは2つの機能を有してい
る。その1つは回転シャフト1が予め決められた角度位
置を通過したことを示す信号パルスとしての役割であ
り,同時に,信号パルスを評価するための電気回路のた
めのエネルギーを供給するための役割である。
【0058】図1に示されている円筒型鉄芯13は永久
磁石8との比較的弱い結合をもたらすだけであり,誘電
フラックスdφ/dtにおいて低い偏差をもたらすだけ
である。したがって,好ましくは,図5に関して,以下
にさらに詳細に述べるように,鉄芯はE字形構成のもの
とする。本実施例においては,E字形鉄芯は,E字の3
つの小さな横棒が円筒形鉄芯13について図示してある
のと同様にシャフト方向に延びている。
【0059】誘導コイル12が上に述べた信号評価およ
びエネルギー蓄積機能を行うのに十分なだけの電気的エ
ネルギーを発生するやいなや,その出力を制御可能スイ
ッチ(図示されず)によって短絡させることができる。
そのようにして,鉄芯13の下の永久磁石8の往復運動
が強く減速されるので,永久磁石は,図1に示す出発位
置にすみやかに戻る。リーフ・スプリング4および永久
磁石8により構成されたシステムが非常に強く減速され
るので,それが最初のたわみ位置(deflectionpositio
n)から図1に示す出発位置に移動すると,永久磁石8は
非常に小さな距離を動くだけで出発位置を通過し,非常
に速やかにはねもどって,元の位置に落ち着くことにな
る。
【0060】エネルギー蓄積手段2を随時シャフト1の
回転運動に結合させるための,二つの永久磁石7および
8で作動する上記引っ張り手段(entrainment means)の
代わりに,純粋に機械的な引っ張り手段を設けることも
可能である。この場合,キャリア10が,図1に示す位
置に達すると,機械的な引っ張り機構がリーフ・スプリ
ング4とその自由端領域で係合して,リーフ・スプリン
グ4を上に述べたように予め決めた角度位置にたわま
せ,その後,それを急激に解放させる。しかしながら,
こうした機械的な引っ張りおよび結合装置は,特に,通
常の動作においてシャフト1が高速で回転すると,非常
に急速に摩耗する可能性があり,したがって,図1に示
す磁石結合および引っ張りシステムが好ましい。
【0061】次に,本発明に係る位置検出装置の別の実
施例を示す図2について説明する。図2に示す位置検出
装置はまた,シャフト1が非常に低速で回転しており,
電子評価装置の定常電源が故障したり,切られたりした
場合でも,高い信頼性で,回転シャフト1の形態の移動
体の回転をカウントすることができる。さらに,シャフ
ト1の回転方向の検出もできるように,図2に示した構
成は,第1と第2のエネルギー蓄積装置および検出装置
15,16を有しており,これらは,原理的に同一の構
造であっても差し支えない。したがって,こうした単純
な方法で,装置15および16の2つの設計を可能にで
きるようにするために,異なった設計の2つの装置15
および16となっている。
【0062】エネルギー蓄積および検出装置15および
16は両方とも,18および18’にそれぞれ示されて
いるように中間部を含んでいる。中間部18および1
8’のそれぞれは対応する永久磁石19および19’を
有しており,これら磁石は,取り付けシャフト20,2
0’で示すように,シャフト1のシャフトに平行なシャ
フトを中心に回転可能に取りつけられている。シャフト
20および20’はシャフト1の回転シャフトに対して
同シャフト関係にある円弧上の,それぞれ90度ずれた
位置に配置されている。
【0063】さらに,シャフト1から半径方向外側に向
けて,そして,シャフト1の回転シャフトに対して放射
方向に,第1および第2のバー状の磁性材料による要素
22および22’が配置されており,本例では軟鉄によ
って形成されている。この軟鉄芯22および22’は,
シャフト1の軸に向いたそれぞれの端部が,永久磁石が
それぞれ対応するシャフト20および20’を中心に回
転すると,それに沿ってバー状永久磁石19および1
9’の自由端部が移動することができる運動経路から小
さな間隔を置いて配置されるように,回転不能に取りつ
けられている。
【0064】この結果,原理的に自由に回転できるバー
状永久磁石19および19’が出発位置をとり,その出
発位置で,それらがシャフト1のシャフトから半径方向
に向けられ,永久磁石19および19’が芯内部に誘発
する磁界によって,軟鉄芯22および22’にぴったり
引きつけられる。
【0065】2つのエネルギー蓄積および検出装置15
および16は,永久磁石19および19’の内側に向い
た端面が,スタート位置にあるとき,シャフト1が回転
するとシャフト1に回転不能に接続された別のバー状永
久磁石24の自由端部が通過する円形の運動経路に非常
に近い位置に配置されるように構成されている。
【0066】誘導コイル25は軟鉄芯22の回りに巻つ
けられ,軟鉄芯22’はそうしたコイルを所有していな
い。永久磁石19’に回転不能に接続されたシャフト2
0’は図2で上方に延びており,その下に配置された永
久磁石20’に対して90度回転された位置に配置され
た永久磁石26を担持している。永久磁石26はまた,
シャフト20’の上方に延びた部分に回転不能に接続さ
れている。永久磁石26は下側から中空円筒形の形状の
二重E字形芯28内部に係合し,その円筒のシャフトは
シャフト20’のシャフトと一致している。
【0067】図2の最上部の芯28の側面は芯28の内
部を通じて延びており,その間にリム部33を包んでい
る細長い,2つの長く延びた相互に平行な開口部31お
よび32を有する端部30によって閉じられている。誘
電コイル34はリム部分33に巻つけられている。2つ
の開口部31および32はそれぞれ端部30を通じて半
径方向外側に延びており,それから,二重E芯28のシ
ャフト高全体の母線に沿って延びている溝35および3
6と連通している。そのようにして,芯28は実際的に
は,それぞれ相互に空隙によって隔てられ,誘電コイル
34を担持するリム部33によってだけ相互に接続され
ている2つの半分部分に分かれている。
【0068】エネルギー蓄積および検出装置15の場
合,鉄芯22は,図示されている設計と違って,好まし
くは,図1との関連で述べたのと同様に,好ましくはE
字形構成をしている。この場合,E字形芯も,中央リム
の自由端面が,バー状磁石19が取り付けシャフト20
を中心として回転するときに通過する円形運動経路にで
きるだけ近く配置されるように構成されている。なお,
この時点で,図を簡単にするという目的のためだけに,
図3および図4に示され,円筒形バーの形で図示されて
いるすべての軟鉄芯にも同じ考えがあてはまる。
【0069】図2に示す回転カウンターの動作モードを
説明するために,先ず,装置15について説明する。こ
の点に関して,バー磁石19が図示されている位置から
180度回転され,したがって,N極がシャフト1のシ
ャフトの方を向き,S極が軟鉄芯22の方を向くと仮定
する。また,シャフト1に回転不能に接続されるバー磁
石24は,シャフト1が矢印Rの方向に動いても,いま
だ図2に示す位置まで達しておらず,その位置より90
度前にあるので,したがって,そのN極は永久磁石19
のN極にますます近づいていくと仮定する。
【0070】しかしながら,これら二つの極の間の反発
力が増大するにもかかわらず,永久磁石は先ず最初に,
S極が鉄芯22に引っ張られるので,そのN極に対して
半径方向内側に向いた位置で保持される。したがって,
この場合,位置エネルギーを蓄積するためのエネルギー
蓄積手段は,2つの要素,すなわち,軟鉄芯22と永久
磁石19を含む磁石システムにより形成される。引っ張
り機構は再度その性質が磁石に変わる。より具体的に言
うと,永久磁石24のN極が永久磁石19のN極にます
ます近づくので,シャフト1は,2つのN極間の反発力
が永久磁石19と軟鉄芯22の間の吸引力より大きくな
る角度位置に到達する。
【0071】その瞬間に永久磁石19が強く加速されて
回転運動を開始する。この状況で,半径方向を向いた出
発位置を離れた直後に,そのN極と永久磁石24のN極
の間の反発力だけでなく,そのS極と永久磁石24のN
極との間の吸引力の影響を及ぼす。関与する力の二重効
果によって,永久磁石19はそれが誘電コイル25の芯
22に達すると非常に高い回転速度を得て,その場所を
通過する。その結果,特に,芯22が上に述べたような
E字形の構成である場合,この構成は高い値のdφ/d
tを生み出し,それによって,誘電コイル25内に対応
する高い電圧がつくりだされる。それに関連した電気エ
ネルギー・パルスは,図1に示した実施例に関連して述
べたのと同じ方法で用いることができる。
【0072】必要なエネルギーと必要な信号が電子評価
装置に伝えられると,誘電コイル25はスイッチ(図示
されず)により短絡され,それによって,永久磁石19
の回転運動が急激に減速されて,そのN極がそれに向い
た芯22をちょっと通り過ぎるだけで,したがって,永
久磁石19が図2に示す位置に戻る。
【0073】これとの関連で重要なのは,上に述べた急
激な回転運動が,シャフト1およびそれに接続された永
久磁石24が予め決められた角度位置に移動する速度と
は基本的に無関係であることである。この装置に設けら
れている磁気エネルギー蓄積手段は,起動位置に先行す
る回転運動の範囲においてはシャフト1の回転運動エネ
ルギーの一部を吸収し,上記永久磁石19の回転運動が
開始されるまで,累積的にそのエネルギーを蓄積してい
く。そして,永久磁石19のN極が誘電コイル25の芯
を通過すると,その蓄積された磁気エネルギーが運動エ
ネルギーに変換される。この実施例においては,したが
って,磁気エネルギーを蓄積する働きをする永久磁石が
中間部18に付与された運動エネルギーを電気エネルギ
ーパルスに変換する永久磁石と同一である。
【0074】磁気反転を受ける物質の使用は上に述べた
手順と対応する。これらの物質は,移動する外側の磁石
が予め決められた位置に達すると,磁気反転が突然,そ
して急激に起きる物質である。この例では,磁界の蓄積
された位置エネルギーが逆転ワイス領域の運動エネルギ
ーに変換される。しかしながら,ほとんどロスなしで,
必要に応じていくらでも起こすことができるので,中間
部の永久磁石全体の機械的−マクロ的逆転(mechanical
-macroscopic reversal)の方が望ましい。さらに,イン
ピーダンスが低いので,比較的高いエネルギーを伴った
かなり長い電圧パルスを得ることができるという利点も
ある。
【0075】図2に示す位置から,矢印Rの示す方向
に,シャフト1がさらに90度回転すると,永久磁石2
4のS極が,その時点では半径方向内側に向いている永
久磁石19のS極の方向に移動し,そして回転運動が継
続すると,同じエネルギー蓄積および解放手順が上に述
べたのと同様に行われる。唯一の違いは,誘電コイル2
5ないで誘発された電圧パルスが反対の符号を有してい
ることである。
【0076】しかしながら,注意しなければならないの
は,芯22を通過する際,シャフト1の反時計方向の回
転に対応して永久磁石19が時計方向に回転している
か,あるいは,永久磁石19がシャフト1の時計方向の
回転運動に対応して反時計方向に回転しているかどうか
を確認することはできないことである。回転の方向を探
知するために,図示された構成は,上述の装置15に対
して90度ずれた位置に配置された第2のエネルギー蓄
積および検出装置を含んでいる。90度という角度は絶
対的に必要なものではなく,それより大きくても小さく
てもよいが,0度よりは明らかに大きく,180度より
は明らかに小さくなければならない。すでに述べたよう
に,装置16は,装置15と構成が同一の設計であって
もよい。
【0077】図2に示されている実施例においては,永
久磁石24のN極が永久磁石19’のN極に近づくと,
永久磁石19’もまた回転不能に取りつけられた鉄芯2
2’に引っ張られ続ける。そして,かなり強い反発力
で,上に述べた回転運動が起きると,カップ型の磁鉄製
二重E字形芯28内に配置され,シャフト20’によっ
て永久磁石19’に結合される永久磁石26が比較的大
きな角度範囲を高いレベルの加速度で移動し,その場
合,その2つの極はそれぞれ対応する空隙35と36を
通過する。その時点で,コイル34内に誘発された磁束
が急激に反転して,再び高いレベルのdφ/dtがつく
りだされる。この実施例においては,したがって,基本
的にはエネルギー蓄積に寄与する永久磁石19’と,基
本的に運動回転エネルギーを電気エネルギーに変換する
永久磁石26とは,それらが物理的に回転不能に相互に
接続されていたとしても,それぞれ別のものである。
【0078】誘電コイル25および34の出力端末で電
圧パルスが連続的に発生するシーケンスおよび極性が,
常に,永久磁石24の二つの端部のうちの1つが二つの
エネルギー記憶および検出装置15および16を通過す
る回転運動の方向を明確に示すことがわかるであろう。
永久磁石24の上記端部の,二つの装置15と16の間
での往復または振動運動でもこうした方法で検出するこ
とができる。ここでは,この構成が作動すると,永久磁
石19,19’のうちの1つ,または両方が内側のシャ
フト1の方向を向き,永久磁石24の磁極とは反対側の
磁極が対応する検出装置15または16に近付くと,上
に述べた状況とは違って,二つの極間の吸引力が増大す
る。
【0079】その結果,永久磁石24の反対側の極が通
過すると,永久磁石19または19’の内側に向いた極
がそれぞれ永久磁石24のその極と共に多少移動する。
それが起きると,吸引力が再び減少し,間隔が広がる。
すると,永久磁石19または19’が最初の位置に戻る
ので,上に述べた反転手順は行われず,したがって,関
連する誘電コイル24または34に大きな電圧が発生す
ることもない。しかし,次に回転の方向は同じまま,そ
れに接近する次の極は永久磁石24の同様の極なので,
少なくともその構成が作動を開始してから後,シャフト
1が少なくとも一回完全に回転した後,エネルギー蓄積
および検出装置15および16のそれぞれに対して上記
の作用が確実に実行される。
【0080】図3は,直線的なずれをモニターするため
の,本発明による位置検出装置を示している。本例にお
いては,移動体は矢印Sによって示される方向への往復
運動によってずらされるロッドまたはバー50によって
形成されている。その変移方向を横断する方向に,バー
40は,相互に一定の間隔で配置され,相互に対して反
平行関係で配置されているので,装置15に関して図2
の説明で述べたのと同様の構成の第一および第二のエネ
ルギー蓄積および検出装置にN極とS極とが交互に向く
ように配置された複数の永久磁石42を担持している。
本発明においては,図3のこれら二つのエネルギー蓄積
および検出装置15および16は,図2に関連して述べ
た装置16と同じように設計しても差し支えない。
【0081】この場合,バー40のずれの方向での2つ
の装置15と16の間の間隔は区間長,すなわち,永久
磁石42の2つの連続するN極またはS極間の距離の4
分の1である。図3に示す構成の作動モードは,図2に
関連して述べた実施例のそれとまったく同じであるか
ら,ここではそれについて再度詳細に述べる必要はな
い。
【0082】次に,本発明による,回転カウンターの形
態の位置検出装置のさらに別の実施例を2つの位置で示
している図4(a)および図4(b)について説明す
る。この実施例は,移動体を構成するシャフト1の軸に
対して同軸であるシャフトを中心に回転可能に取りつけ
られる中間部45を有している。
【0083】図4(a)および図4(b)からも明らか
に分かるように,第1および第2のバー状キャリア47
および48は,キャリア47および48がシャフト1の
回転シャフトに対して半径方向に延びるように,回転シ
ャフトの上向きの端部上に配置されている。キャリア4
7および48はその交差箇所がシャフト1の回転シャフ
ト上にくるように相互に交差している。
【0084】図示されている実施例におけるキャリア4
7,48は,それらキャリアの間に二つの相互に向き合
った60度ずつの角度,および,2つの相互に向き合っ
た120度ずつの角度を有している。それらの外側に向
いた自由端部で,キャリア47および48はそれぞれ5
0,51,52および53に示される永久磁石を担持し
ている。永久磁石50から53までのそれぞれは,ま
た,そのN−S方向を基準として半径方向に向いてい
る。永久磁石50〜53はシャフト1の回転軸と同軸な
円周上に配置され,すべて外側の同じ極,図示されてい
る実施例の場合,N極に向いている。
【0085】図4(a)および図4(b)のシャフト1
の端面上に配置された中間部45は回転可能に取りつけ
られ,その回転シャフトはシャフト1の回転シャフトと
一致している。これも,シャフト1の回転シャフトに対
して半径方向,円の直径に沿って述べるバー状キャリア
の形状をしている。その2つの下向きの角度がついた端
部のそれぞれで,中間部あるいはキャリア45はそれぞ
れ永久磁石55および56を担持している。永久磁石5
5および56のN−S方向は半径方向に延びている。
【0086】中間部またはキャリア45の端部が下向き
の角度を持った形状をしているので,永久磁石55およ
び56は,中間部45が回転運動を行うと,永久磁石5
0〜53の回転運動によって描かれる円周と同じ平面に
あるが,その直径がずっと大きいので,永久磁石50〜
53の外側に向いた端面は,永久磁石55および56の
内側に向いた端面から小さな間隔を置いて通過できるよ
うになっている円周にそって移動する。永久磁石55,
56のN−S方向は永久磁石50〜53までのそれと反
対であり,すなわち,この場合,それらは半径方向内側
に向いたN極を有している。
【0087】第1,第2および第3の誘電コイル58,
59および60は,これも,シャフト1の回転シャフト
に関して同シャフト関係にある円周上で,永久磁石50
〜53,および55,56の運動経路と同じ平面に,そ
れぞれ120度の角度間隔で配置されている。誘電コイ
ル58,59および60は,円筒の形状で示されている
その芯62,63および64が,シャフト1の回転シャ
フトに対して半径方向に延びるように配置されている。
【0088】誘電コイル58〜60と同じ平面,および
同じ円周上に,それぞれ誘電コイル58〜60に対して
それぞれ60度の角度で配置され,N−S方向がシャフ
ト1の回転シャフトに対して半径方向に向いており,そ
の内側に面した極が中間部45に固定された永久磁石5
5および56の外側に面した極に向き合うような無期で
配置されている第1,第2および第3の永久磁石67,
68および69が配置されている。誘電コイル58〜6
0および永久磁石67〜69が固定的に配置されている
円周の直径は,中間部45が回転すると,永久磁石55
および56が,その外側に向いた端面が誘電コイル芯6
2〜64および永久磁石67〜69の内側に向いた端面
に近接して移動することができる。
【0089】図4(a)は,中間部またはキャリア45
が,その永久磁石55が,その外側に面したS極が永久
磁石67の内側に面したN極に「引かれる」と,一時的
な安定位置を占める位置での上記構成を示している。同
様の考えは,低いひっぱり力ででも,誘電コイル60の
磁鉄芯64によって引きつけられる中間部45の反対側
に配置された永久磁石56にも当てはまる。
【0090】したがって,この場合,エネルギー蓄積手
段70,71および72(このうちエネルギー蓄積手段
70だけが図4Aにおいてアクティブ)はそれぞれ四つ
の要素,つまり,稼働永久磁石55,56,および永久
磁石67,68および69およびそれぞれ対応する鉄芯
62,64および64により形成されている相互に直径
方向で向き合って配置されている磁鉄要素の対によって
構成されている。
【0091】矢印Rが示す方向で行われるシャフト1の
回転運動により,永久磁石51は,外側に向いたN極
で,永久磁石55の内側に向いたN極に徐々に近づき,
一方,永久磁石53の外側に向いたN極は永久磁石56
の内側に向いたN極の方に動く。
【0092】シャフト1の回転運動が非常に遅くても,
永久磁石51および53は一定の時間にそれらおよび永
久磁石55と56間の反発力が非常に大きくなって,後
者が永久磁石67あるいはコイル芯64による「保持」
から解放され,矢印Rによって示される方向に急激に加
速される位置に到達する。加速効果は,最初,永久磁石
56の外側に向いたS極が固定永久磁石69の内側に向
いたN極の方向に動き,それによって引かれるという事
実によっても強化される。こうしたことは,徐々に近づ
いていくと,コイル59の磁鉄芯63内にそれを引きつ
ける磁界を発生し始める永久磁石55にもあてはまる。
【0093】上述の加速効果で回転する中間部45の速
度は,永久磁石55が誘電コイル59の芯63を通過し
て,その内部に望ましい電圧パルスを発生すると,最高
度に達する。回転は非常に高速に行われるので,永久磁
石55および56はコイル芯63および永久磁石69の
近くをそれぞれ通過し,その内側に向いたN極で,シャ
フト1のかなり遅い回転運動のせいで,その円周経路沿
いに少ししか移動していない永久磁石52および50の
外側に向いたN極の方向に移動する。永久磁石が相互に
徐々に接近すると,反発力はより大きくなり,中間部4
5の回転運動にブレーキがかかり,永久磁石55および
56は永久磁石52および50のところを通過できなく
なる。反対に,それらは逆方向への回転運動を行い,図
4(b)に示す位置に戻る。その動きの減速の程度によ
って,それらはその位置を中心にして一定の振動をする
場合もある。
【0094】上に述べた現象は,シャフト1が矢印Rの
方向に引き続き回転するときも繰り返されるので,一定
時間後,永久磁石51および53は再び永久磁石55お
よび56に近づく。この場合,エネルギー蓄積手段72
は再度作動を開始する。シャフト1の回転の方向が逆転
されると,永久磁石55および56に近づくのは永久磁
石52および50となり,そして,上に述べた一連の現
象が,回転の方向が逆であることを除いて,同様の形態
で起きる。
【0095】誘電コイル58〜60が信号を出力するシ
ーケンスが再びシャフト1の回転方向を示すことができ
ること,あるいは,シャフト1の回転方向が短い時間の
間に,完全な回転が行われないで逆転することを示すこ
とが分かるであろう。
【0096】こうした構成において,電子評価装置に対
する電源が保証され,シャフト1が迅速に,そして反動
なしで回転しなければならない場合,キャリア45は永
久磁石55および56がもはや永久磁石50〜53によ
って目に見える程には影響を受けない程度まで,シャフ
ト1のシャフト方向に上向きに引っ張られる。その結
果,エネルギー蓄積手段70〜72はシャフト1から引
き離され,したがって,それらはそこから運動エネルギ
ーを引き出して,それを蓄積することはできなくなる。
【0097】次に,図5に示す本発明の実施例について
説明する。この場合も,永久磁石93はシャフト1に回
転不能に接続され,その磁極が半径方向外側に向くよう
に配置されている。さらに,図5の構造は,後で,エネ
ルギー・コンバータとも表現され,中間部98を有し,
永久磁石99がシャフト1のシャフトに平行なシャフト
を中心として回転することができるシャフト100に回
転不能に接続されている,センサーおよび検出装置95
を有している。
【0098】永久磁石99は,また,その極を接続して
いる回線がシャフト100に対して放射方向に延びるよ
うにも,配置されている。シャフト1と100間の間隔
と磁石93および99の半径方向の長さは,磁石93お
よび99の半径方向端面がそれぞれ相互に近接して移動
することができるような構成になっている。
【0099】シャフト1のシャフトから延び,その上に
シャフト100が配置されている半径に,さらに,その
E字形のリム102,103および104が内側のシャ
フト1の方向,好ましくは相互に平行の関係になるよう
に配置されたE字形軟鉄芯101が配置されている。中
央のリム103は上に述べた半径上に正確に配置されて
おり,他の2つのリム102と104はシャフト100
の回転方向を基準として,中央リム103の前と後に多
少の角度を設けて配置されている。
【0100】E字形芯101のシャフト100との間隔
は,磁石99がシャフト100のシャフトを中心に回転
すると,永久磁石99の極の端面が中央のリム103の
半径方向内側に向いた端面103に非常に近接して動く
ことができるようになっている。原則としては自由に回
転できなければならない永久磁石99が,好ましくは,
軟鉄芯101において永久磁石99によって誘発される
磁界のせいで,シャフト1の軸の方を向き,軟鉄芯10
1の方に「引っ張られる」出発位置を占めるように外側
のリム102,104と比べてより大きな間隔がなけれ
ばなければならない。
【0101】誘電コイル105は軟鉄芯101の中央の
リム103に巻きつけられ,一方,1つの外側のリム1
04は補助コイル106を担持している。
【0102】95’に示されている別のエネルギー・コ
ンバータは,そのリム102’,103’,104’
が,芯101に関連して述べたように,内側,シャフト
1の方向に向けられるようにも配置されているE字形軟
鉄芯101’によって形成される。
【0103】関連する作動モードを説明するために,ま
ず最初に,エネルギー・コンバータ95について述べ
る。ここで,シャフト1に回転不能に接続されている永
久磁石93は,シャフト1が矢印Rの方向に動くと,図
5に示す位置にはまだ到達していないが,図5の位置の
前の位置にあり,したがって,そのN極が永久磁石99
のN極に徐々に近づいていると想定されている。
【0104】これらの2つの極の間の反発力が徐々に増
大しているにもかかわらず,永久磁石99は最初,その
S極が鉄芯101の方向に「引っ張られた」状態にある
ので,そのN極が半径方向内側に向けられているその位
置にとどまっている。永久磁石93のN極が永久磁石9
9のN極にさらに近づき,そして,安定した姿勢が達成
されれば,実際には決して起こらない図5に示す位置の
前で,シャフト1がこれら二つのN極間の反発力が永久
磁石99と軟鉄芯101の間の吸引力より大きくなる角
度位置に到達する。
【0105】その時点で,永久磁石99は強く加速され
て,矢印Sの方向に回転運動を開始する。半径方向に向
けられた出発位置を離れるとまもなく,永久磁石99の
N極と永久磁石93のN極との間の反発力だけでなく,
永久磁石99のS極と永久磁石93のN極との間の吸引
力も発生する。こうした二重の力の作用の結果として,
永久磁石99は,そのN極端が誘電コイル105の芯1
01に近づいて,そこを通過する際に,非常に回転速度
が速くなる。
【0106】その結果,永久磁石99からの磁束はまず
最初に鉄芯101の外側に向いたリム102を通じて鉄
芯101に入り,そして,再び基本的には中央のリム1
03を通じて鉄芯101から出ていく。この状況で予め
決められている磁束方向は,芯101の方向を向いてい
る永久磁石99の端面が外側に向けて配置されたリム1
02と中央のリム103との間の短い円弧距離を移動す
ると,急激に逆転される。
【0107】これにより,非常に高い値のdφ/dtが
つくりだされ,これが,例えば,誘電コイル105の出
力端部で正の電圧パルスを発生する。そして,永久磁石
99の端面が中央のリム103と芯101の,もう1つ
の外側に配置されたリム104との間のさらに短い円弧
距離を移動すると,芯101の磁束方向が再び逆転し
て,ほぼ同じ強度の負の電圧パルスが発生される。
【0108】永久磁石99の端面がE字形芯101の外
側のリム104のそばを通過すると,リム104に巻き
つけられている補助コイル106にも電圧パルスが発生
される。電圧パルスは少なくとも,電子評価装置に信号
を供給するのに十分な強さを持っている。誘電コイル1
05内の電流−電圧パルスの前か後の,その信号が発生
した瞬間に,永久磁石99の回転の方向と,それによる
シャフト1の回転の方向を検出することが可能になる。
【0109】芯101のリムの前の磁石99の端部の1
つの振動も,同様に検出することができる。
【0110】誘電コイル105が信号評価およびエネル
ギー蓄積のために十分な電気エネルギーを出力するやい
なや,その出力を電子評価装置内の制御可能スイッチ
(図示されず)によって短絡させたり,あるいは比較的
小さな抵抗を用いて接続させたりすることも可能であ
る。こうした方法で,他の条件が働かなければ長期間続
くはずの永久磁石99の回転運動が非常に強く減速され
て,そのN極がそれに面した芯101の端面を短い距離
通過するだけで,したがって,永久磁石99のN極が図
5に示されている位置に対して180度回転した位置に
戻される。
【0111】上に述べた永久磁石99の高速な回転運動
は,この場合も,シャフト1とそれに接続された永久磁
石93が,それが最低の値以下にならない範囲で,予め
決められた角度位置の方向に移動する。この場合も,本
発明は,シャフト1が非常にゆっくりとした回転運動を
している場合に,その運動エネルギーの一部を取り出し
て比較的高出力の電流−電圧パルスに変換し,電子評価
装置にシャフトの回転をカウントするための信号を提供
するだけでなく,一定時間,その作動を確実に継続でき
るようにする電子エネルギーを供給するエネルギー・コ
ンバータを提供する。
【0112】シャフト1が,図5に示す位置を越えて,
矢印Rの示す方向にさらに180度回転すると,永久磁
石93のS極が,その時点で半径方向内側に向いている
永久磁石99のS極に向かって移動する。その回転運動
が続けられれば,上に述べたのと同じエネルギー転換手
順が行われる。唯一の違いは,誘電コイル105および
106内に発生される電圧パルスが反対の符号を有して
いることである。
【0113】エネルギー・コンバータ95’は中間部9
8を含んでいない。したがって,シャフト1がゆっくり
と回転している場合,E字形芯101’上に巻きつけら
れているコイル105’および106’内に非常に弱い
電流−電圧パルスが発生されるだけで,これらのパルス
は通常電子評価装置に供給されるエネルギーとしては十
分ではない。
【0114】しかしながら,シャフト1が非常に高速で
回転している場合は,状況は違ってくる。その場合,中
間部98の永久磁石99がシャフト1の運動についてい
くことができず,ほとんど安定してしまうような場合も
起こり得るが,こうした場合,永久磁石93が軟鉄芯1
01’を非常に高速に通過するので,十分に高い値のd
φ/dtがコイル105’および106’内に発生さ
れ,そして,これらのコイルによって出力される電流−
電圧パルスはコイル105および106に発生されるも
のとほぼ同じレベルであり,同じように使用することが
できる。
【0115】図6は,本発明による位置検出装置を組み
込んだ回転カウンターの実際の実施例を示している。1
はこの場合も回転シャフトを示しており,一方,66は
シャフト受装置65によって回転シャフト1の自由端部
上に取りつけられる台を示している。この台66は回転
シャフト1と共には回転しない。台66はシャフト1の
自由端部にかぶさるカップ型ケース73を担持してい
る。
【0116】ケース73内には,ドイツ特許明細書N
o.41 13 745にも例として示されているよう
に,高解像度回転センサーまたはピック・アップ74が
配置されている。ケース73の上部領域には,本発明に
よる75に示す位置検出装置が配置されており,これは
原則として,図2に示される構造と同様の設計構造を有
している。ここでの基本的な相違は,高い値のdφ/d
tを達成するために,高いレベルの加速を行い,したが
って,高い回転速度を達成するために,質量慣性モーメ
ントが最小限に抑えられることである。
【0117】図6から分かるように,その上側に向いた
自由端部で,シャフト1のその回転軸を通過する直径に
そって溝が設けられ,その溝に,小さな皿の形をし,そ
のN−S方向が半径方向に延びている永久磁石76がは
め込まれている。
【0118】図6の77は,小さな間隔を置いてシャフ
ト1に偏心,平行関係で配置され,これも小さな皿型の
永久磁石81を受け入れるための溝が設けられたシャフ
ト78を含む中間部を示している。永久磁石81は図6
の図面に対して垂直方向で小さな厚みを持っており,こ
れもN−S方向に対して放射方向に向けられている。そ
の端部のそれぞれで,シャフト78はシャフト78に圧
着されるスチール・ピン79および80を有している。
【0119】シャフト78はスチール・ピン79および
80によって,それぞれ対応するルビー・ベアリング8
2および83に取りつけられている。図6の右側の,永
久磁石81のN極のそばに,中央リム86およびE字形
芯84の,断面で示されたウェブ部分87が示されてい
る。誘電コイル88はその中央リム86に巻きつけられ
ている。この実施例の場合,85によって示されるエネ
ルギー蓄積手段は,永久磁石81と芯84によって形成
されており,この装置の作動モードは図2に関して述べ
たのとまったく同じである。
【0120】図6に示されているシステムにおいて,シ
ャフト1の回転の方向は1つのエネルギー蓄積および検
出装置によっては検出できないので,この装置は同様の
第2の装置(これはこの断面図では見えない)か,ある
いは図5に関して述べられたような補助コイルを有して
いる。
【0121】シャフト1の上側を向いた自由端には印刷
回路基板90が配置されており,その上には本発明によ
る構成により信号パルスおよび電気作動エネルギーが供
給される電気評価装置91が配置されている。シャフト
1が高速で回転すると,シャフト78および永久磁石8
1を含む中間部77の回転運動が,シャフト1の対応す
る回転速度によって,決められた方法で,あるいはまっ
たく自由に誘電コイル88の短絡によって減速される。
中間部77が高速で回転することができるので,それは
シャフト1の回転運動による適切な原則によって同期さ
れ,原則として,電子評価装置91に唯一のエネルギー
源として電気エネルギーを供給するために用いることが
できる。
【0122】なお,この時点で,シャフト78を支える
ための図示されているスチール・ルビー・ベアリング装
置の代わりに,エア・ベアリング,ボール・ベアリン
グ,またはその他のベアリングを用いることも可能であ
る。
【0123】次に,図5に示したものとほぼ同じ実施例
を示す図7について触れるが,同じ部分については同じ
符号を付し,説明は省く。図5の実施例と図7に示され
ている実施例との間の基本的な相違は,その動きをモニ
ターしなければならない回転シャフト1が1つではなく
4つの永久磁石110,111,112および113を
担持しており,それらはそれぞれ小さい皿の形状をして
おり,図5の永久磁石3に関連して述べたのと同様,N
−S方向が半径方向に延びるように,直径方向で相互に
向き合った位置関係で配置されている。図7の実施例
で,構成は,相互に向き合った永久磁石110および1
13のうち,S極が半径方向外側に配置されており,一
方,永久磁石110および113の第1の対に対して9
0度の角度でずらされて配置されている相互に向き合っ
て配置された永久磁石111および112の場合,外側
に向いたN極が同様の位置関係で配置されている。図7
が示すように,永久磁石110〜113はシャフト1上
に直接,あるいは,磁束線クロジャー(closure)効果を
もたらす磁鉄リング115によって取りつけられる。
【0124】図7の構造の作動モードは,図7の構造の
場合,電流/電圧パルスが,それぞれ90度の角度だけ
回転した後,それぞれのエネルギー・コンバータ95お
よび95’で発生されるという点を除いては,原則的に
は図5に関して述べたものと同じである。したがって,
シャフト1が完全に一回転すると,図示された装置は二
つの信号パルスだけを発生するだけでなく,それぞれ9
0度の角度でずれた四つの信号パルスを発生する。こう
した状況においては,可動中間部98を有するエネルギ
ー・コンバータ95は再び,シャフト1が非常に低速で
回転し,エネルギー・コンバータ95’内に発生される
dφ/dtの値は十分でない場合に,信号エネルギーを
つくりだす役割も果す。高速度回転の場合,少なくとも
エネルギー・コンバータ95’から信号パルスを得るこ
とができる。
【0125】図7の回転可能な永久磁石99の位置は,
図5に示されている位置とは丁度正反対である。言い換
えると,図7は,エネルギー・コンバータ95の方に動
いている永久磁石110が,そのS極で永久磁石99の
最初半径方向内側を向いたS極を反発して,それを矢印
Sの方向に加速された回転運動を起こさせたあとに起き
るような状況を示している。その結果,前に詳細に述べ
たように,望ましい電流/電流パルスがE字形芯101
およびその上に巻きつけられたコイル105および10
6によって発生させられる。
【0126】この点で,180度回転運動をした後,磁
石110のS極に接近する磁石99のN極がそのS極に
よって引きつけられるが,その高速度回転の故に,それ
を通過してしまう傾向がある。永久磁石99の回転運動
が制御できなくなるのを防ぐために,巻きつけ部(wind
ing)105をスイッチ(図示せず)によって短絡させ
て,それによって永久磁石99の回転運動が,そのN極
が永久磁石110のS極をちょっと通り過ぎてから,永
久磁石99が図7に示す位置に戻るように,減速され
る。次に,シャフト1が矢印Rの方向か,あるいはその
反対方向に90度程度回転すると,永久磁石111また
は永久磁石112のいずれかのN極が磁石99のN極に
近づき,ふたたびそれに回転運動を起こさせ,望ましい
電流−電圧パルスを発生させる。
【0127】360度の全周にわたるより高い解像度が
望ましい場合,シャフト1上に,図示されている4つの
永久磁石110〜113より多くの永久磁石を取りつけ
ることもできる。それに代わる構成として,エネルギー
・コンバータ95および95’に対して,90度以外の
角度でずらされた2つ以上のエネルギー・コンバータを
設けることもできる。
【0128】上に繰り返し述べたように,上に述べたそ
れぞれの構成における中間部18,18’,45,77
および98の永久磁石の,磁力により起動され,最初に
加速された回転運動が減速されるので,装置は前に用い
られた出発位置に対して例えば180度回転され,そこ
から対応する中間部の永久磁石がシャフト1と共に回転
している1つ,あるいは,複数の磁石の反対側の極に引
きつけられて,新しい,加速された運動をおこすための
新しい出発位置を迅速に設定する。減速作用は関連した
誘電コイルを短絡させるという上述の,そして好ましい
方法で,しかし,例えば機械的な手段を用いるなどの別
の形態で実行することもできる。
【0129】上の述べた本発明による構造は,本発明の
原理を例示し,説明するためのものであって,本発明の
精神と範囲を逸脱せずに,その範囲内で種々の変更,修
正が可能であることは明白である。
【0130】
【発明の効果】以上説明した通り,本発明に係る位置検
出装置は,電気的パルスを発生し,移動体が予め決めら
れた位置に到着するたびに電子処理手段に供給するため
の位置検出装置において,前記移動体が予め決められた
位置に到達する度に,前記移動体の運動エネルギーの一
部を位置エネルギーの形態で蓄積し,該位置に到着する
と,蓄積された位置エネルギーを運動エネルギーの形で
急激に解放するエネルギー蓄積手段と,前記運動エネル
ギーを前記電子処理手段に供給される電気エネルギーに
変換するための手段とを具備するため,単純な機械的な
構造でありながら,十分に高い精度を確保でき,また,
移動体が予め決められた位置に達したときに,移動体が
非常に遅い速度,特に,ゼロに近づきつつあるような速
度で予め決められた位置に達した場合でも,高い程度の
信頼性で十分に大きな電気パルスを出力することがで
き,さらに,単純な操作手順に基づいているが,これま
でより高いレベルの感度を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】回転カウンターとしての使用に適し,リーフ・
スプリングの形のエネルギー蓄積手段を有する本発明に
係る位置検出装置の構成を示す斜視図である。
【図2】回転カウンターとしての使用に適し,それぞれ
対応する磁石構成によって形成されるエネルギー蓄積手
段の構成を示す斜視図である。
【図3】直線的なずれをモニターするのに適しており,
この場合にあっても,対応する磁石構成によって形成さ
れるエネルギー蓄積手段を有する本発明に係る位置検出
装置の構成を示す斜視図である。
【図4】回転カウンターとしての使用に適しており,そ
して,その回転シャフトが回転シャフトの軸が一致して
いる中間部を有する本発明に係る位置検出装置の2つの
異なった位置を示す斜視図である。
【図5】E字型の軟鉄コアを有する本発明に係る位置検
出装置の構成を示す斜視図である。
【図6】絶対角度センサーと組み合わされて回転カウン
ターとして多重回転(multi-turn) 装置を形成する本発
明に係る位置検出装置の構成を示す断面図である。
【図7】複数の異なった角度位置を通過すると,それぞ
れ対応する角度位置に関連した電流−電源パルスを供給
する本発明に係る位置検出装置の構成を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 回転シャフト,2 エネルギー蓄積手段,4 リー
フ・スプリング,5非回転ホルダー,7,8 磁石,1
0 キャリア,12 誘導コイル,13 鉄芯,15,
16 エネルギー蓄積装置および検出装置,18,1
8’ 中間部,19,19’ 永久磁石,20,20’
取り付けシャフト,22,22’ 軟鉄芯,24 バ
ー状永久磁石,25 誘導コイル,26 永久磁石,2
8 二重E字形芯,33 リム部,34 誘電コイル,
40,50 バー,42 永久磁石,45 中間部,4
7,48 キャリア,50〜53,55,56 永久磁
石,58〜60 誘電コイル,67〜69 永久磁石,
70〜72 エネルギー蓄積手段,77 中間部,78
シャフト,79,80 スチール・ピン,81永久磁
石,85 エネルギー蓄積手段,86 中央リム,88
誘電コイル,90 印刷回路基板,91 電機評価装
置,93 永久磁石,95 エネルギー・コンバータ,
98 中間部,99 永久磁石,100 シャフト,1
02〜104 リム,105 誘電コイル,110〜1
13 永久磁石,115 磁鉄リング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴァルター メーナート ドイツ連邦共和国,85521 オットブリュ ン,グリルパルツァー シュトラーセ 6 (72)発明者 トーマス タイル ドイツ連邦共和国,82340 フェルダフィ ンク,アルテ−トゥラウビンガー−シュト ラーセ 5

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気的パルスを発生し,移動体が予め決
    められた位置に到着するたびに電子処理手段に供給する
    ための位置検出装置において,前記移動体が予め決めら
    れた位置に到達する度に,前記移動体の運動エネルギー
    の一部を位置エネルギーの形態で蓄積し,該位置に到着
    すると,蓄積された位置エネルギーを運動エネルギーの
    形で急激に解放するエネルギー蓄積手段と,前記運動エ
    ネルギーを前記電子処理手段に供給される電気エネルギ
    ーに変換するための手段とを具備することを特徴とする
    位置検出装置。
  2. 【請求項2】 前記エネルギー蓄積手段が,前記移動体
    に対して動くことができ,さらに,位置エネルギーが突
    然解放されると高いレベルで加速される中間部を含んで
    いることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
  3. 【請求項3】 前記中間部が,非常に小さな質量慣性モ
    ーメントを有していることを特徴とする請求項1に記載
    の位置検出装置。
  4. 【請求項4】 望ましい電圧および電荷が電子処理手段
    に供給されると,前記中間部を強く減速する手段を含ん
    でいることを特徴とする請求項2または3に記載の位置
    検出装置。
  5. 【請求項5】 前記エネルギー蓄積手段の故障により,
    位置エネルギーの解放によって,中間部の加速が行われ
    ない場合,前記移動体の運動経路の少なくとも一部にお
    いて,前記中間部を前記移動体の動きに結びつける機械
    的なエントレインメント手段を有することを特徴とする
    請求項1〜4のいずれか一つに記載の位置検出装置。
  6. 【請求項6】 前記中間部が回転可能に軸上に取りつけ
    られることを特徴とする請求項2〜5のいずれか一つに
    記載の位置検出装置。
  7. 【請求項7】 前記電子処理手段の作動電圧が,外部エ
    ネルギーを用いて維持できる場合,前記エネルギー蓄積
    手段が,それ以上その運動エネルギーの一部を蓄積,保
    存できないように前記移動体の運動から切り離されるこ
    とを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の位
    置検出装置。
  8. 【請求項8】 位置エネルギーを蓄積するための前記エ
    ネルギー蓄積手段が,前記移動体が予め決められた位置
    に接近すると益々応力がかけられ,該位置に到着して少
    なくとも,当該バネ手段の一部が急激に加速されるとそ
    の応力から解放されるバネ手段を含んでいることを特徴
    とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の位置検出装
    置。
  9. 【請求項9】 位置エネルギーを蓄積するための前記エ
    ネルギー蓄積手段が,少なくとも第1の要素を有する磁
    石手段を含んでおり,その内の1つが永久磁石によって
    構成され,残りはそれぞれ磁鉄で構成されていることを
    特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の位置検
    出装置。
  10. 【請求項10】 前記磁鉄により構成される要素が,永
    久磁石であることを特徴とする請求項9に記載の位置検
    出装置。
  11. 【請求項11】 前記運動エネルギーを電気エネルギー
    ・パルスに変換するための手段が,該蓄積されたエネル
    ギーが解放されると,急激に加速され,そして,誘電コ
    イルの方向に高速に移動する永久磁石を含んでいること
    を特徴とする前記請求項1〜10のいずか一つに記載の
    位置検出装置。
  12. 【請求項12】 前記誘電コイルが,第1,第2および
    第3のアーム部分を有するE字形芯上に巻きつけられて
    おり,永久磁石が該アーム部分を連続的に通過すること
    を特徴とする請求項11に記載の位置検出装置。
  13. 【請求項13】 前記永久磁石が,中間部に固定的に接
    続されることを特徴とする請求項2〜10に記載の位置
    検出装置。
  14. 【請求項14】 前記中間部が,シャフトと,シャフト
    の軸方向で相互に間隔をおいて配置され,前記シャフト
    に非回転的に接続され,該永久磁石の1つが基本的に前
    記エネルギー蓄積手段の一部を形成しており,他方の永
    久磁石が基本的に運動エネルギーを電気エネルギー・パ
    ルスに変換するための手段の一部を形成していることを
    特徴とする請求項6または13に記載の位置検出装置。
  15. 【請求項15】 前記誘電コイルが,カップ型二重E字
    形芯に巻きつけられ,前記永久磁石が,中間部の急激な
    加速後に該芯の内部で回転できることを特徴とする請求
    項14に記載の位置検出装置。
  16. 【請求項16】 運動エネルギーを電気パルスに変換す
    る手段の前記永久磁石が 前記エネルギー蓄積手段と同
    一であることを特徴とする請求項10〜13のいずれか
    一つに記載の位置検出装置。
  17. 【請求項17】 前記電気エネルギー・パルスが,信号
    パルスの形で前記電子処理手段に供給されることを特徴
    とする前記請求項1〜16のいずれか一つに記載の位置
    検出装置。
  18. 【請求項18】 前記電子処理手段が,少なくとも時
    々,その作動電圧を供給する電気エネルギー用蓄積手段
    を有しており,そして,その電気エネルギー・パルスの
    一部が前記蓄積手段を充電できることを特徴とする前記
    請求項1〜16のいずれか一つに記載の位置検出装置。
  19. 【請求項19】 前記位置検出装置が回転カウンターで
    あり,前記移動体が回転シャフトによって形成されるこ
    とを特徴とする前記請求項1〜16のいずれか一つに記
    載の位置検出装置。
  20. 【請求項20】 前記中間部の軸が,前記シャフトの軸
    と同軸関係であることを特徴とする請求項6または19
    に記載の位置検出装置。
  21. 【請求項21】 前記中間部の軸が,前記シャフトの軸
    と平行に延びているが,それとは一致しないことを特徴
    とする請求項6または19に記載の位置検出装置。
  22. 【請求項22】 前記中間部の軸が,前記シャフトの軸
    に対して垂直な方向に延びていることを特徴とする請求
    項6または19に記載の位置検出装置。
  23. 【請求項23】 前記電子処理手段に供給される前記電
    気エネルギー・パルスが,その唯一のエネルギー源を構
    成することを特徴とする前記請求項1〜22のいずれか
    一つに記載の位置検出装置。
  24. 【請求項24】 前記位置検出装置が,前記電子処理手
    段のための電気供給エネルギーを発生,供給し,そし
    て,運動の方向に関する情報を得るためにだけ用いら
    れ,位置を検出するための追加センサーを含んでいるこ
    とを特徴とする請求項18〜23のいずれか一つに記載
    の位置検出装置。
  25. 【請求項25】 前記中間部が,たわみ運動を行うたび
    に,その中間部を決められた出発位置に戻すためのバネ
    手段により形成された戻し手段を含んでいることを特徴
    とする請求項2〜24のいずれか一つに記載の位置検出
    装置。
  26. 【請求項26】 信号エネルギー・パルスを発生させる
    ように作動するコイルが,E字形芯の第1,第2および
    第3のリムのうちの中央のものに巻きつけられ,さら
    に,その芯の外側のリムの少なくとも一つに巻きつけら
    れた補助コイルを含んでおり,前記補助コイルによって
    発生される信号がモニターされるべき前記移動体の運動
    の方向を検出するのに適合化されていることを特徴とす
    る請求項12〜25のいずれか一つに記載の位置検出装
    置。
  27. 【請求項27】 電気エネルギー用前記蓄積手段が,コ
    ンデンサ手段によって形成されることを特徴とする請求
    項18〜26のいずれか一つに記載の位置検出装置。
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