JPH10232103A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可動部の位置検出に利用されるロッドに余分
な長さを必要としなくなって全体の小形化を実現できる
と共に、当該ロッドの機械的強度を低下させることなく
その内部に組込むことが可能になる位置検出装置を提供
する。 【解決手段】 ピストン２２のロッド２３に設けた挿入
孔２５の内周部にリング状の磁性体２６を配置ピッチＰ
で配置し、その挿入孔２５内に挿入され基端側がシリン
ダ２１に固定されるスリーブ２８内の先端側にコア２９
を配置して、そのコア２９の外周に一次コイル３１〜３
４を配置ピッチＰｓ＝Ｐ×（１−９０／３６０）で配置
すると共に二次コイル３５を備え、一次コイル３１〜３
４側に位相差が９０度である２つの基準信号を与えるこ
とにより、ロッド２３の軸方向変位を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動方向へ伸びる
ロッドを備え、静止部に対して変位する可動部の位置を
検出するための位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この様な位置検出装置としては、例え
ば、実公平２−２６００２号公報に開示されているシリ
ンダ位置検出装置がある。これは、図５に示すように、
シリンダ１の一端部にコイルアセンブリ２が配設されて
おり、そのコイルアセンブリ２の中心部には貫通孔３が
設けられている。その貫通孔３は、シリンダ１内部にお
いて油圧などにより軸方向に往復移動するピストン４の
ロッド５が、スライド自在に貫通するようになってい
る。

【０００３】コイルアセンブリ２の筒状のケーシング６
の外周部と貫通孔３を形成している内周部との間には、
軸方向に対して所定の間隔を以て巻装された一次コイル
７，８，９及び１０並びにこれらの一次コイル７〜１０
に対応して巻装された二次コイル１１，１２，１３及び
１４が夫々収納されている。

【０００４】ロッド５は、一端がシリンダ内のピストン
４に取付けられた円柱形の心棒５ａと、この心棒５ａの
周囲に軸方向に交互に嵌着された複数の環状磁性リング
５ｂ及び複数の環状スペーサ５ｃと、これらの最外周に
嵌着された円筒状のスリーブ５ｄとから構成されてい
る。尚、スペーサ５ｃ及びスリーブ５ｄは、非磁性の材
料からなるものである。

【０００５】斯様に構成されたシリンダ位置検出装置
は、一次コイル７，８，９及び１０に夫々例えばｓｉｎ
相，−ｓｉｎ相，ｃｏｓ相及び−ｃｏｓ相に対応する励
磁信号を与えることによって、ピストン４が往復移動、
即ち、ロッド５が軸方向に対して直線的に変位した場
合、その変位に応じた位相量φを含む検出信号が直列に
接続された二次コイル１１，１２，１３及び１４の側に
現れるようになっている。そして、その検出信号に基づ
いた信号処理を行うことによって位相量φを算出し、以
て、ピストン４またはそのロッド５の軸方向変位を検出
するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、斯様な
構成では、一次コイル７〜１０及び二次コイル１１〜１
４を内蔵する関係上、軸方向寸法が大きくならざるを得
ないコイルアセンブリ２を、シリンダ１の一端部に突出
状態で設けているため、その分だけ、ロッド５の長さが
ピストン４の最大ストローク長以上に余分に必要となっ
てくる。このため、全体が大形化してしまうという問題
があった。

【０００７】本発明は上記事情を鑑みてなされたもので
あり、その目的は、可動部の位置検出に利用されるロッ
ドに余分な長さを必要としなくなって全体の小形化を実
現できると共に、当該ロッドの機械的強度を低下させる
ことなくその内部に組込むことが可能になる位置検出装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の位置検出装置は、移動方向へ伸びる
ロッドを備えた可動部の位置を検出するためのものにお
いて、前記ロッドにその軸方向へ指向した状態で形成さ
れた挿入孔の内周部に、互いの間に所定距離を存した状
態で所定ピッチＰで交互に配置される複数個の磁性体
と、前記挿入孔内に挿入されると共に基端部が静止部に
固定されるスリーブと、このスリーブ内の先端側に配置
される棒状のコアと、１８０度及び３６０度を除く所定
の位相差Ｐｄ度を有する基準交流信号によって個別に励
磁され、前記コアの外周に前記軸方向について所定の距
離Ｐ×｛ｎ±（Ｐｄ／３６０）｝（ｎは０または任意の
自然数）だけ互いに離隔されて巻装される少なくとも２
個の一次コイルと、前記コアの外周に前記一次コイルに
対応して設けられ、前記ロッドの前記軸方向変位に応じ
て生じるリラクタンスの変化によって位相シフトした検
出信号を出力する二次コイルとを具備したことを特徴と
する。

【０００９】斯様に構成すれば、ロッドの内部に当該ロ
ッドの軸方向変位を検出する機構を設けることができる
ので、従来とは異なり、検出機構を設けるためにロッド
に余分な長さを必要とせず、全体の小形化を実現するこ
とができる。また、磁性体を挿入孔の内周部に配置し、
その挿入孔内に挿入されるスリーブ内の先端側にコアを
配置して、そのコアの外周に一次コイル及び二次コイル
を備えたことにより、磁性体の機械的強度を高めるため
に当該磁性体の厚さ寸法を大にする必要がなく、ロッド
に設ける挿入孔の径を大きくする必要がないので、ロッ
ドの機械的強度を充分維持することができる。

【００１０】請求項２記載の位置検出装置は、移動方向
へ伸びるロッドを備えた可動部の位置を検出するための
ものにおいて、前記ロッドにその軸方向へ指向した状態
で形成された挿入孔の内周部に、互いの間に所定距離を
存した状態で所定ピッチＰで交互に配置される複数個の
磁性体と、前記挿入孔内に挿入されると共に基端部が静
止部に固定されるスリーブと、このスリーブ内の先端側
に配置される棒状のコアと、このコアの外周に巻装さ
れ、基準交流信号によって励磁される一次コイルと、前
記コアの外周に前記一次コイルに対応して、前記軸方向
について所定の距離Ｐ×（ｎ±０．２５）（ｎは０また
は任意の自然数）だけ互いに離隔されて巻装され、前記
ロッドの前記軸方向変位に応じて生じるリラクタンスの
変化に基づいて変調された検出信号を出力する少なくと
も２個の二次コイルとを具備したことを特徴とする。

【００１１】斯様に構成すれば、レゾルバと同様の検出
原理に基づいて、一次コイル側に与えられた基準交流信
号がロッドの軸方向変位量に応じた位相量に基づいて振
幅変調されて二次コイル側に検出信号として出力され
る。従って、その検出信号からロッドの軸方向変位を検
出することができ、所謂リニアレゾルバとして使用する
ことができる。

【００１２】請求項３記載の位置検出装置は、移動方向
へ伸びるロッドを備えた可動部の位置を検出するための
ものにおいて、前記ロッドにその軸方向へ指向した状態
で形成された挿入孔の内周部に、互いの間に所定距離を
存した状態で所定ピッチＰで交互に配置される複数個の
磁性体と、前記挿入孔内に挿入されると共に基端部が静
止部に固定されるスリーブと、このスリーブ内の先端側
に配置される棒状のコアと、このコアの外周に巻装さ
れ、基準交流信号によって励磁される一次コイルと、前
記コアの外周に前記一次コイルに対応して、前記軸方向
について所定の距離Ｐ×（ｎ±１／３）（ｎは０または
任意の自然数）だけ互いに離隔されて巻装され、前記ロ
ッドの前記軸方向変位に応じて生じるリラクタンスの変
化に基づいて変調された検出信号を出力する少なくとも
１組の三相二次コイルとを具備したことを特徴とする。

【００１３】斯様に構成すれば、シンクロと同様の検出
原理に基づいて、三相の二次コイル側の検出信号からロ
ッドの軸方向変位を検出することができ、リニアシンク
ロとして使用することができる。

【００１４】以上の場合において、請求項４に記載した
ように、前記静止部をシリンダとして、前記可動部を前
記シリンダ内に配置されたピストンとすることができる
ものであり、斯様に構成すれば、シリンダを大形化する
ことなく、ピストンロッドの変位量を検出することが可
能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明をシリンダ位置検出
装置に適用した場合の第１実施例について、図１乃至図
３を参照して説明する。図１は、装置全体の軸方向断面
を示すものである。シリンダ（静止部）２１は、中空円
筒状のシリンダ本体２１ａの両端部に端板２１ｂ及び２
１ｃを取付けた構造となっており、内部に可動部たるピ
ストン２２が配置される。そのピストン２２は、軸方向
に伸びてシリンダ２１の端板２１ｂ（図１中左端のも
の）を貫通するロッド２３を一体に有している。また、
ピストン２２の外周部はＯリング２４を介してシリンダ
本体２１ａの内壁に接するようになっている。

【００１６】ピストン２２及びロッド２３には、その中
心軸部にピストン２２の底面（ロッド２３の反対側の端
面）側から軸方向へ指向した状態で形成された有底円筒
状の挿入孔２５が同心状に設けられている。この挿入孔
２５の軸方向長さは、ピストン２２の底面がシリンダ２
１の端板２１ｃに当接した状態で、その先端（底部）が
シリンダ２１の他方の端板２１ｂよりシリンダ２１の外
へ突出した位置に設定されている。

【００１７】挿入孔２５の内周部には、例えば鉄をリン
グ状に形成してなる磁性体２６及び例えば真鍮を同様に
リング状に形成してなる非磁性体のスペーサ２７が夫々
複数個交互に嵌込まれている。磁性体２６及びスペーサ
２７の軸方向寸法は夫々同一のＰ／２（Ｐは、例えば数
１０ｍｍ程度）に設定されており、従って、磁性体２６
の配置ピッチはＰとなっている（図２参照）。

【００１８】また、シリンダ２１の端板２１ｃには、ピ
ストン２２の挿入孔２５よりも径小なる挿入孔２１ｄが
設けられている。そして、シリンダ２１の外部から、そ
れらの挿入孔２１ｄ及び２５に対して、例えばステンレ
スなどの非磁性材からなるスリーブ２８が挿入されてい
る。このスリーブ２８の外径は挿入孔２１ｄの径に等し
く、その長さは、ピストン２２の底面がシリンダ２１の
端板２１ｃに当接した状態で、先端が挿入孔２５の底部
に達する程度に設定されている。

【００１９】尚、スリーブ２８の基端部側には、径大な
取付け用基部２８ａが形成されており、この取付け用基
部２８ａを端板２１ｃに当接させることによって、当該
スリーブ２８の軸方向の位置決めを行っている。また、
具体的には図示しないが、スリーブ２８は、上記取付け
用基部２８ａを静止部であるシリンダ２１の端板２１ｃ
に対して例えばねじ止めすることにより固定される構成
となっている。

【００２０】図１におけるスリーブ２８の先端部分を拡
大した図２にも示すように、スリーブ２８内の先端側に
は、鉄などの磁性材からなり、スリーブ２８の内径より
も径小である円柱棒状のコア２９が配置されている。コ
ア２９は、その中心がロッド２３の中心に一致するよう
にして、両端部が保持材３０ａ，３０ｂによってスリー
ブ２８内に保持されている。尚、一方の保持材３０ａ
は、スリーブ２８の先端を閉鎖するためのキャップを兼
用している。

【００２１】コア２９の外周には、４相の一次コイル３
１，３２，３３及び３４（夫々Ａ相，Ｂ相，Ｃ相及びＤ
相とする）が、図中左方から右方にかけて順に巻装され
ている。尚、これらの一次コイル３１〜３４のコイル長
は各々Ｐｓであり、夫々の配置ピッチもＰｓとなってい
る。

【００２２】この配置ピッチＰｓは、磁性体２６の配置
ピッチＰに対して、Ｐｓ＝０．７５Ｐとなるように設定
されている。また、これらの一次コイル３１〜３４の外
周には、それらの全域に渡るようにして二次コイル３５
が巻装されており、一次コイル３１〜３４及び二次コイ
ル３５とシリンダ２１の外部に存在する後述の検出回路
３６とは、スリーブ２８内を渡る配線３７によって接続
されている。

【００２３】次に、以上のように構成されている位置検
出装置の検出原理について、図３をも参照して説明す
る。図３は、一次コイル３１〜３４及び二次コイル３５
の結線状態と検出回路３６の電気的構成を示す機能ブロ
ック図である。一次コイル３１（Ａ相）と３３（Ｃ相）
とは互いに逆相で励磁されるように直列で結線され、一
次コイル３２（Ｂ相）と３４（Ｄ相）とについても、同
様の関係となるように結線されている。尚、図３におい
ては、一次コイル３１〜３４の配置は、図示の関係上３
１（Ａ相），３３（Ｃ相），３２（Ｂ相），３４（Ｄ
相）の順となっているが、実際の配置順は図１及び図２
に示す通りである。

【００２４】そして、直列結線された一次コイル３１
（Ａ相）及び３３（Ｃ相）の一次側端子３８に正弦信号
ｓｉｎωｔを印加し、直列結線された一次コイル３２
（Ｂ相）及び３４（Ｄ相）の一次側端子３９に余弦信号
ｃｏｓωｔを印加する。すると、一次コイル３３（Ｃ
相）には−ｓｉｎωｔが、一次コイル３４（Ｄ相）には
−ｃｏｓωｔが現れてＡ相→Ｂ相→Ｃ相→Ｄ相の各信号
間の位相差は夫々９０度となり、二次コイル３５の二次
側端子４０には、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相及びＤ相の各信号が
加算されたものが出力される。

【００２５】ここで、一次コイル３１〜３４の配置ピッ
チ（所定の距離）Ｐｓは、磁性体２６の配置ピッチＰに
対してＡ相，Ｂ相，Ｃ相及びＤ相の励磁信号の位相差９
０（Ｐｄ）度に応じた割合で設定されている。即ち、 Ｐｓ＝Ｐ（１−９０／３６０）＝０．７５Ｐ …（１） となっている。従って、ロッド２３が軸方向に変位する
と、その内周部にある磁性体２６が変位することにより
各相Ａ〜Ｄにおける磁気回路のリラクタンスが変化する
が、そのリラクタンス変化の位相は各相毎に９０度ずつ
ずれることになる。

【００２６】また、上述のように、磁性体２６を一定の
配置ピッチＰで配置することにより、一次コイル３１〜
３４の磁気回路に生じるリラクタンスの逆数パーミアン
ス変化は、近似的に三角関数状となる。例えば、ロッド
２３の軸方向変位量Ｌに応じた位相量をφとすると、そ
のパーミアンス変化の関数は、Ａ相がＰ_０＋Ｐ_１ｃｏｓ
φ，Ｂ相がＰ_０＋Ｐ_１ｓｉｎφ，Ｃ相がＰ_０−Ｐ_１ｃｏ
ｓφ及びＤ相がＰ_０−Ｐ_１ｓｉｎφなる略式で示すこと
ができる。ここで、Ｐ_０はロッド２３の軸方向変位に対
して変化しないパーミアンス分を示し、Ｐ_１はロッド２
３の軸方向変位に対して変化するパーミアンス分を示
す。

【００２７】すると、二次コイル３５の二次側端子４０
ａ，４０ｂ間に出力される検出信号Ｙは、（２）式のよ
うになる。 Ｙ＝ ｓｉｎωｔ（Ｐ_０＋Ｐ_１）ｃｏｓφ −ｓｉｎωｔ（Ｐ_０−Ｐ_１）ｃｏｓφ ＋ｃｏｓωｔ（Ｐ_０＋Ｐ_１）ｓｉｎφ −ｃｏｓωｔ（Ｐ_０−Ｐ_１）ｓｉｎφ ＝２Ｐ_１ｓｉｎωｔｃｏｓφ＋２Ｐ_１ｃｏｓωｔｓｉｎφ ＝２Ｐ_１ｓｉｎ（ωｔ＋φ） …（２）

【００２８】ここで、（２）式の係数“２Ｐ_１”を、諸
種の条件に応じて定まる係数Ｋで置き換えて（３）式の
ように表す。 Ｙ＝Ｋｓｉｎ（ωｔ＋φ） …（３） 従って、この検出信号Ｙにおける基準信号（一次側の励
磁信号）ｓｉｎωｔまたはｃｏｓωｔからの位相ずれφ
を測定することにより、ロッド２３の軸方向変位量Ｌを
検出することができる。

【００２９】但し、位相ずれφが全角たる２πであると
きは、軸方向変位量Ｌは磁性体２６の配置ピッチＰに相
当するので、上記方式によれば、距離Ｐの範囲内で軸方
向変位量Ｌの絶対位置を検出することができる。

【００３０】次に、位相量φを検出するための検出回路
の構成について、図３を参照して説明する。検出回路３
６は、基準信号ｓｉｎωｔ及びｃｏｓωｔを発生させる
発振部３６ａ及び位相量φを検出する検出部３６ｂで構
成されている。

【００３１】クロック発振器４１から出力されるクロッ
クパルス信号ＣＰは、カウンタ４２に与えられるように
なっており、カウンタ４２は、例えば、立上がりエッジ
において入力されるクロックパルス数をカウントするよ
うになっている。カウンタ４２は、モジュロＭ（Ｍは任
意の自然数）のフリーランカウンタ（即ち、カウント値
が０〜Ｍ−１）であり、そのカウント値は、パラレルの
データバスを介してレジスタ４３に出力されるようにな
っている。

【００３２】また、カウンタ４３の上記データバスの内
Ｍ／４分周出力となるバスラインは、ポジティブエッジ
トリガでトグル動作するＤフリップフロップ４４のクロ
ック入力端子Ｃに接続されており、Ｄフリップフロップ
４４には、クロックパルス信号ＣＰをＭ／４分周したパ
ルス信号Ｐｃが与えられるようになっている。

【００３３】Ｄフリップフロップ４４のＱ出力端子及び
Ｑ＊出力端子は、同様にトグル動作するＤフリップフロ
ップ４５及び４６のクロック入力端子Ｃに夫々接続され
ており、Ｄフリップフロップ４５及び４６には、正相パ
ルス信号Ｐａ及び逆相パルス信号Ｐｂが夫々与えられる
ようになっている。

【００３４】Ｄフリップフロップ４５の出力端子Ｑは、
ローパスフィルタ４７及び増幅器４８を介して一次コイ
ル３１の一次側端子３８に接続されている。また、Ｄフ
リップフロップ４６の出力端子Ｑは、ローパスフィルタ
４９及び増幅器５０を介して一次コイル３２の一次側端
子３９に接続されている。

【００３５】即ち、パルス信号Ｐｃは、Ｄフリップフロ
ップ４４及び４５（４６）を介して更に４分周されるこ
とにより、Ｄフリップフロップ４５（４６）から出力さ
れるパルス信号は、クロックパルス信号ＣＰをＭ分周し
たものとなっている。また、正相及び逆相パルス信号Ｐ
ａ及びＰｂの立上がりエッジの位相差は９０度であるか
ら、Ｄフリップフロップ４５及び４６から出力されるパ
ルス信号の位相差も９０度である。

【００３６】そして、Ｄフリップフロップ４５及び４６
から出力されるパルス信号は、夫々ローパスフィルタ４
７及び４９において高調波成分がフィルタリングされる
ことによりその基本周波数のみが出力されて、増幅器４
８から出力される信号をｓｉｎωｔとすると、増幅器５
０から出力される信号はｃｏｓωｔとなる。而して、こ
れらの信号ｓｉｎωｔ及びｃｏｓωｔは、クロックパル
ス信号ＣＰをＭ分周したものであるから、カウンタ４２
の上記信号の周期または位相角に対する分解能はＭとな
っている。

【００３７】一方、二次コイル３５の二次側端子４０
は、増幅器５１を介してコンパレータ５２の入力端子に
接続され、コンパレータ５２からは、検出信号Ｙの正，
負極性に応じた矩形波信号が出力されて、立上がり検出
回路５３に与えられるようになっている。立上がり検出
回路５３は、与えられた矩形波信号の立上がりエッジを
検出してパルス信号Ｔｓを出力し、そのパルス信号Ｔｓ
はレジスタ４３のロード信号入力端子に与えられるよう
になっている。

【００３８】次に、本実施例の作用について説明する。
発振部３６ａからは、クロックパルス信号ＣＰをＭ分周
した信号に基づく基準信号ｓｉｎωｔ及びｃｏｓωｔが
出力されて、一次コイル３１〜３４が励磁される。そし
て、ピストン２２が油圧などによって軸方向にＬだけ変
位すると、その変位量Ｌに応じた位相ずれφを含む検出
信号Ｙ＝Ｋｓｉｎ（ωｔ＋φ）が、上記原理に基づいて
二次コイル３５の側に出力される。

【００３９】すると、検出部３６ｂにおいては、検出信
号Ｙの極性が負から正に移行する場合のゼロクロス点に
応じたタイミングが、立上がり検出回路５３により捕ら
えられ、パルス信号Ｔｓが出力される。そして、そのパ
ルス信号Ｔｓが出力されるタイミングで、レジスタ４３
はカウンタ４２のカウント値Ｄφをロードする。

【００４０】即ち、レジスタ４３にロードされるカウン
ト値Ｄφは、検出信号Ｙに含まれている位相ずれφを示
すデジタル値であり、位相量φは、 φ＝２π×（Ｄφ／Ｍ）［ｒａｄ］ …（４） で求められ、軸方向変位量Ｌは、 Ｌ＝（φ／２π）×Ｐ［ｍｍ］ …（５） となる。

【００４１】以上のように本実施例によれば、ピストン
２２のロッド２３の内部に、そのロッド２３の軸方向変
位を検出する機構を設けたので、従来とは異なり、検出
機構を設けるためにロッド２３に余分な長さを必要とせ
ず、ピストン２２及びシリンダ２１を含む全体を小形化
することができる。

【００４２】また、リング状の磁性体２６を挿入孔２５
の内周部に配置し、その挿入孔２５内に挿入されるスリ
ーブ２８内の先端側にコア２９を配置して、そのコア２
９の外周に一次コイル３１〜３４及び二次コイル３５を
備えたことにより、磁性体２６の機械的強度を高めるた
めに当該磁性体２６（及びスペーサ２７）の厚さ寸法を
大にする必要がなく、ロッド２３に設ける挿入孔２５の
径を大きくする必要がないので、ロッド２３の機械的強
度を充分維持することができる。即ち、本実施例の位置
検出装置は、シリンダ２１内に配置されるピストン２２
のような静止部と可動部とからなるものにおいて、軸方
向変位を検出するのに好適するものである。

【００４３】更に、本実施例によれば、ピストン２２及
びロッド２３に挿入孔２５を設けるだけで位置検出装置
を容易に組込むことができるので、シリンダ及びピスト
ンのサイズや構造等を特に限定することなく、多様な種
類のものに組込むことが可能である。

【００４４】図４は本発明の第２実施例を示すものであ
り、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を
省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実
施例は、ロッド２３内部の軸方向変位を検出する構成自
体は実質的に第１実施例と同様であるが、検出方式が異
なるものである。

【００４５】即ち、コア２９の外周に巻装される各コイ
ルは、第１実施例における一次コイル３１，３２，３３
及び３４に対応するものが二次コイル３１′（Ａ相），
３２′（Ｂ相），３３′（Ｃ相）及び３４′（Ｄ相）と
なっており、同じく第１実施例における二次コイル３５
に対応するものが一次コイル３５′となって、第１実施
例とは一次／二次の関係が逆転している。そして、一次
コイル３５′の一次側端子４０′には、信号源５４から
出力される基準交流信号ｓｉｎωｔが与えられるように
なっている。

【００４６】ここで、第２実施例における軸方向変位量
Ｌの検出原理について説明する。ロッド２３が軸方向に
変位すると、第１実施例と同様に、その内周部の磁性体
２６が変位して、各相Ａ〜Ｄにおける磁気回路のリラク
タンスが９０度ずつずれた位相で変化する。そして、ロ
ッド２３の軸方向変位量Ｌに応じた位相量をφとした場
合のパーミアンス変化の関数は、Ａ相がＰ_０＋Ｐ_１ｃｏ
ｓφ，Ｂ相がＰ_０＋Ｐ_１ｓｉｎφ，Ｃ相がＰ_０−Ｐ_１ｃ
ｏｓφ及びＤ相がＰ_０−Ｐ_１ｓｉｎφなる略式で示され
る。

【００４７】すると、一次コイル３５′に基準交流信号
ｓｉｎωｔが与えられている状態で、二次コイル３１′
と３３′との間、即ち、二次側端子３８′とアースとの
間に出力される検出信号Ｙｓ、及び二次コイル３２′と
３４′との間、即ち、二次側端子３９′とアースとの間
に出力される検出信号Ｙｃは、（６）及び（７）式のよ
うになる。 Ｙｓ＝ ｓｉｎωｔ（Ｐ_０＋Ｐ_１ｃｏｓφ） −ｓｉｎωｔ（Ｐ_０−Ｐ_１ｃｏｓφ） ＝２Ｐ_１ｓｉｎωｔｃｏｓφ …（６） Ｙｃ＝ ｓｉｎωｔ（Ｐ_０＋Ｐ_１ｓｉｎφ） −ｓｉｎωｔ（Ｐ_０−Ｐ_１ｓｉｎφ） ＝２Ｐ_１ｓｉｎωｔｓｉｎφ …（７）

【００４８】ここで、（６），（７）式の係数“２
Ｐ_１”を、諸種の条件に応じて定まる係数Ｋで置き換え
て（８），（９）式のように表す。 Ｙｓ＝Ｋｓｉｎωｔｃｏｓφ …（８） Ｙｃ＝Ｋｓｉｎωｔｓｉｎφ …（９） 従って、検出信号Ｙｓ及びＹｃは、基準交流信号ｓｉｎ
ωｔを、ｃｏｓφ及びｓｉｎφによって振幅変調した信
号となる。即ち、上記検出原理は、レゾルバの検出方式
に等しいものとなっている。

【００４９】再び、図４を参照して、二次側端子３８′
及び３９′は、サイン／コサインマルチプライヤ（以
下、マルチプライヤと称す）５５の入力端子に接続され
ており、検出信号Ｙｓ及びＹｃが与えられるようになっ
ていると共に、アップダウンカウンタ（以下、カウンタ
と称す）５６からカウント値Ｄθのデータが与えられる
ようになっている。そして、マルチプライヤ５５は、検
出信号Ｙｓにｃｏｓθを乗じた信号Ｙｓｐ及び検出信号
Ｙｃにｓｉｎθを乗じた信号Ｙｃｐを減算器５７に出力
するようになっている。

【００５０】減算器５７は、入力信号の差（Ｙｓｐ−Ｙ
ｃｐ＝Ｋｓｉｎωｔｓｉｎ（φ−θ））をとって出力
し、その出力信号は、増幅器５８を介してエラー検出回
路５９に与えられるようになっている。

【００５１】エラー検出回路５９には、信号源５４から
出力される基準交流信号ｓｉｎωｔと同じものが検波用
の信号として与えられている。そして、エラー検出回路
５９は、増幅器５７から与えられた信号を検波すると共
に、その信号に含まれている位相差（φ−θ）に応じた
アップ／ダウン信号を、ＶＣＯ６０を介してカウンタ５
６に出力するようになっている。

【００５２】即ち、エラー検出回路５９は、位相差（φ
−θ）が正であればその差に応じたレベルのアップ信号
を出力し、位相差（φ−θ）が負であればその差に応じ
たレベルのダウン信号を出力する。そして、ＶＣＯ６０
は、与えられたアップ／ダウン信号のレベルに基づいた
周波数のアップ／ダウンのクロックパルス信号をカウン
タ５６に出力する。そして、カウンタ５６は、カウント
データＤθをデジタル値で出力するようになっている。
以上が検出回路６１を構成している。

【００５３】次に、第２実施例の作用について説明す
る。上述した検出原理により、ロッド２３が変位量Ｌで
軸方向に変位すると、その変位量Ｌに応じた位相量φに
基づいて一次コイル３５′と二次コイル３１′〜３４′
との間に生じるリラクタンスの変化によって、検出信号
Ｙｓ及びＹｃが（８）及び（９）式で示したように出力
される。

【００５４】そして、これらの検出信号Ｙｓ及びＹｃ
は、マルチプライヤ５５によって夫々ｃｏｓθ及びｓｉ
ｎθが乗じられて出力信号Ｙｓｐ及びＹｃｐとなり、減
算器５７で両者の差が演算された結果がエラー検出回路
５９に与えられる。エラー検出回路５９は、位相差（φ
−θ）の正／負及びその差に応じたレベルのアップ／ダ
ウン信号を出力し、ＶＣＯ６０は、与えられたアップ／
ダウン信号のレベルに応じた周波数のクロックパルス信
号をカウンタ５６に出力する。

【００５５】カウンタ５６は、上記クロックパルス信号
によるカウント値Ｄθを出力して、マルチプライヤ５５
に与える。即ち、以上のフィードバック系においては、
位相量φに対してθを等しくすることにより、位相差
（φ−θ）が常に零となるような制御が行われるもので
あり、カウント値Ｄθが位相量φに応じた出力結果とし
て得られる。従って、第１実施例の（４）及び（５）式
と同様にして、ロッド２３の軸方向変位量Ｌが得られ
る。

【００５６】以上のように第２実施例によれば、一次コ
イル３５′に基準交流信号ｓｉｎωｔを与え、ロッド２
３の軸方向変位量Ｌに応じた位相量φにより二次コイル
３１′〜３４′側に生じるリラクタンスの変化に基づい
て、レゾルバと同様の検出原理によって軸方向変位量Ｌ
を検出することができ、所謂リニアレゾルバとして使用
することができる。

【００５７】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。シリンダ２１及びピストン２２に適
用するものに限らず、静止部と、ロッドを有してその軸
方向に変位する可動部とを備えたものであれば適用が可
能である。各一次コイル３１〜３４のコイル長は配置ピ
ッチＰｓより小さくしても良い。一次コイル３１〜３４
をコア２９に巻装する順番は、一次コイル３１（Ａ相）
と３２（Ｂ相）との配置ピッチ及び一次コイル３３（Ｃ
相）と３４（Ｄ相）との配置ピッチをＰｓとすれば、３
１（Ａ相），３３（Ｃ相），３２（Ｂ相），３４（Ｄ
相）の順で巻装しても良い。

【００５８】一次コイル３１〜３４及び二次コイル３５
の結線方式は図３に示すものに限らない。実公平１−２
５２８６号公報や実公平２−２６００２号公報に開示さ
れているように、例えば、Ａ相及びＣ相の一次コイル，
Ｂ相及びＤ相の一次コイルを夫々同相の基準信号ｓｉｎ
ωｔ，ｃｏｓωｔが与えられるように結線し、二次コイ
ルのＡ相及びＣ相に対応する組，Ｂ相及びＤ相に対応す
る組を夫々逆相となるように結線した上で両組を直列に
結線しても良い。また、この場合、一次コイルをｓｉｎ
相とｃｏｓ相との２つにして両者の配置ピッチをＰｓと
して、各一次コイルの両隣りに、Ａ相及びＣ相に対応す
る二次コイルとＢ相及びＤ相に対応する二次コイルとを
巻装しても良い。尚、以上は第２実施例における二次コ
イル３１′〜３４′及び一次コイル３５′についても同
様である。配置ピッチＰｓは、Ｐｓ＝０．７５Ｐに限ら
ずＰｓ＝１．２５Ｐに設定しても良い。また、Ｐｓ＝Ｐ
（ｎ±０．２５）のｎの値を“０”または“２”以上に
設定しても良い（但し、Ｐｓ＞０）。

【００５９】第１実施例において、一次コイルに与える
２つの基準信号の位相差Ｐｄは９０度に限らず適宜（但
し、１８０度及び３６０度を除く）変更して良く、その
位相差Ｐｄ度に応じて、配置ピッチＰｓをＰｓ＝Ｐ（ｎ
±Ｐｄ／３６０）に設定すれば良い。第１実施例におけ
る位相量φの検出回路は、デジタル値Ｄφとして得るも
のに限らず、積分回路を用いて基準信号ｓｉｎωｔと検
出信号Ｙ＝Ｋｓｉｎ（ωｔ＋φ）との所定位相角におけ
る時間差分（例えば０度）を求めることにより、アナロ
グ量として得るように構成しても良い。第２実施例にお
いても同様である。ロッド２３が時間経過に伴って移動
する場合には、その速度及び加速度を検出信号Ｙに基づ
いて求めることも可能である。即ち、ロッド２３が時間
ｔの関数で変位すれば、それに伴って生じる位相量φの
変化も時間ｔの関数φ（ｔ）となり、検出信号Ｙは、Ｙ
＝Ｋｓｉｎ（ωｔ＋φ（ｔ））と表される。従って、特
願昭５５−１４７４２５号，特願昭５６−７５０号また
は特願昭５６−１０７３号などの明細書において開示さ
れている方式を用いて、上記検出信号Ｙに基づき軸方向
変位の速度及び加速度を検出することができる。

【００６０】磁性体２６の形状は必ずしもリング状であ
る必要はなく、リングの一部分若しくは複数か所を欠い
た形状でも良い。スペーサ２７は、磁性体２６を配置ピ
ッチＰｓで固定できれば、真鍮などを用いずとも空気な
どでも良い。磁性体２６と非磁性体２７との軸方向寸法
は必ずしも等しくする必要はなく、両者の軸方向寸法の
比率は、実際の設計において検出系に生じる誤差などに
応じて最適な検出信号Ｙが得られるように適宜変更すれ
ば良い。配置ピッチＰを超える軸方向変位量を検出した
い場合は、ピッチＰを１単位として検出する手段を併設
して、ロッド２３における個々の磁性体２６の絶対番地
を求め、その絶対番地と位相ずれφに基づく軸方向変位
Ｌとを組み合わせて検出すれば良い。

【００６１】また、レジスタ４３から出力されるデジタ
ル値Ｄφを参照して、ロッド２３の軸方向変位に伴って
変化するデジタル値Ｄφが“０”と“Ｍ−１”との間で
移行する状態を捕らえることにより、配置ピッチＰを超
える範囲の変位量を検出しても良い。挿入孔２５の形状
は円筒状に限ることなく、ロッド２３の軸方向を指向す
るような形状であれば良い。同様に、コア２９の形状も
円筒状に限る必要はない。Ｃ相及びＤ相に対応する一次
コイル３２及び３４は、検出信号Ｙの精度を高めたい場
合などに必要に応じて設ければ良く、それ以外の場合は
省略することも可能である。第２実施例における二次コ
イル３２′及び３４′についても同様である。一次コイ
ルの相数は４相若しくは２相に限ることなく、より大き
な相数にしても良い。第２実施例における二次コイルに
ついても同様である。

【００６２】第２実施例の検出回路６１に代えて、以下
のような検出回路を構成しても良い。即ち、検出信号Ｙ
ｓ及びＹｃを復調してｃｏｓφ及びｓｉｎφ成分のみを
得た後Ａ／Ｄ変換してから、マイクロコンピュータなど
からなる制御回路に取込んでｔａｎ^−１（ｓｉｎφ／ｃ
ｏｓφ）を演算することによって位相量φを得ることも
できる。また、これらに限らず、位相量φをアナログ値
として直接得るようにしても良い。第２実施例におい
て、二次コイルを磁性体２６の配置ピッチＰに対して、
位相差１２０度に対応する配置ピッチＰｓ＝Ｐ×（ｎ±
１／３）（ｎは０または任意の自然数）で配置された少
なくとも一組の三相の二次コイルを設けても良い。斯様
に構成した場合の位相量φの検出方式は、シンクロと同
様の検出原理になり、リニアシンクロとして使用するこ
とができる。

【００６３】この場合、例えば、第２実施例と同様に検
出回路６１を用いて検出を行うには、三相の二次コイル
とマルチプライヤ５５との間にスコットトランスを介し
て三相→二相変換を行えば良い。また、上記のように制
御回路によりｔａｎ^−１（ｓｉｎφ／ｃｏｓφ）を演算
したり、三相出力から位相量φをアナログ値として直接
得るようにしても良い。コア２９に対して、一次コイル
３１〜３４（二次コイル３１′〜３４′）と二次コイル
３５（一次コイル３５′）とを巻装する順序を逆にして
も良い。

【００６４】

【発明の効果】本発明は以上説明した通りであるので、
以下の効果を奏する。請求項１記載の位置検出装置によ
れば、ロッドの内部に当該ロッドの軸方向変位を検出す
る機構を設けたので、従来とは異なり、検出機構を設け
るためにロッドに余分な長さを必要とせず、可動部及び
静止部を含む全体を小形化することができる。また、磁
性体を挿入孔の内周部に配置し、その挿入孔内に挿入さ
れるスリーブ内の先端側にコアを配置して、そのコアの
外周に一次コイル及び二次コイルを備えたことにより、
磁性体の機械的強度を高めるために当該磁性体の厚さ寸
法を大にする必要がなく、ロッドに設ける挿入孔の径を
大きくする必要がないので、ロッドの機械的強度を充分
維持することができる。

【００６５】請求項２記載の位置検出装置によれば、レ
ゾルバと同様の検出原理に基づいて、一次コイル側に与
えられた基準交流信号が、ロッドの軸方向変位量に応じ
た位相量に基づいて振幅変調されて二次コイル側に検出
信号として出力されるので、その検出信号からロッドの
軸方向変位を検出することができ、所謂リニアレゾルバ
として使用することができる。

【００６６】請求項３記載の位置検出装置によれば、シ
ンクロと同様の検出原理に基づいて、三相の二次コイル
側の検出信号からロッドの軸方向変位を検出することが
でき、リニアシンクロとして使用することができる。

【００６７】請求項４記載の位置検出装置によれば、静
止部をシリンダとして、可動部を前記シリンダ内に配置
されたピストンとしたので、シリンダを大形化すること
なく、ピストンロッドの変位量を検出することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す全体の軸方向断面図

【図２】図１における要部の拡大図

【図３】検出回路の電気的構成を示す機能ブロック図

【図４】本発明の第２実施例を示す図３相当図

【図５】従来のシリンダ位置検出装置を示す図１相当図

【符号の説明】

２１はシリンダ（静止部）、２２はピストン（可動
部）、２３はロッド、２５は挿入孔、２６は磁性体、２
８はスリーブ、２９はコア、３１，３２，３３及び３４
は一次コイル、３１′，３２′，３３′及び３４′は二
次コイル、３５は二次コイル、３５′は一次コイルを示
す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動方向へ伸びるロッドを備えた可動部
   の位置を検出するための位置検出装置において、 前記ロッドにその軸方向へ指向した状態で形成された挿
   入孔の内周部に、互いの間に所定距離を存した状態で所
   定ピッチＰで交互に配置される複数個の磁性体と、 前記挿入孔内に挿入されると共に基端部が静止部に固定
   されるスリーブと、 このスリーブ内の先端側に配置される棒状のコアと、 １８０度及び３６０度を除く所定の位相差Ｐｄ度を有す
   る基準交流信号によって個別に励磁され、前記コアの外
   周に前記軸方向について所定の距離Ｐ×｛ｎ±（Ｐｄ／
   ３６０）｝（ｎは０または任意の自然数）だけ互いに離
   隔されて巻装される少なくとも２個の一次コイルと、 前記コアの外周に前記一次コイルに対応して設けられ、
   前記ロッドの前記軸方向変位に応じて生じるリラクタン
   スの変化によって位相シフトした検出信号を出力する二
   次コイルとを具備したことを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 移動方向へ伸びるロッドを備えた可動部
   の位置を検出するための位置検出装置において、 前記ロッドにその軸方向へ指向した状態で形成された挿
   入孔の内周部に、互いの間に所定距離を存した状態で所
   定ピッチＰで交互に配置される複数個の磁性体と、 前記挿入孔内に挿入されると共に基端部が静止部に固定
   されるスリーブと、 このスリーブ内の先端側に配置される棒状のコアと、 このコアの外周に巻装され、基準交流信号によって励磁
   される一次コイルと、 前記コアの外周に前記一次コイルに対応して、前記軸方
   向について所定の距離Ｐ×（ｎ±０．２５）（ｎは０ま
   たは任意の自然数）だけ互いに離隔されて巻装され、前
   記ロッドの前記軸方向変位に応じて生じるリラクタンス
   の変化に基づいて変調された検出信号を出力する少なく
   とも２個の二次コイルとを具備したことを特徴とする位
   置検出装置。
3. 【請求項３】 移動方向へ伸びるロッドを備えた可動部
   の位置を検出するための位置検出装置において、 前記ロッドにその軸方向へ指向した状態で形成された挿
   入孔の内周部に、互いの間に所定距離を存した状態で所
   定ピッチＰで交互に配置される複数個の磁性体と、 前記挿入孔内に挿入されると共に基端部が静止部に固定
   されるスリーブと、 このスリーブ内の先端側に配置される棒状のコアと、 このコアの外周に巻装され、基準交流信号によって励磁
   される一次コイルと、 前記コアの外周に前記一次コイルに対応して、前記軸方
   向について所定の距離Ｐ×（ｎ±１／３）（ｎは０また
   は任意の自然数）だけ互いに離隔されて巻装され、前記
   ロッドの前記軸方向変位に応じて生じるリラクタンスの
   変化に基づいて変調された検出信号を出力する少なくと
   も１組の三相二次コイルとを具備したことを特徴とする
   位置検出装置。
4. 【請求項４】 前記静止部はシリンダであり、 前記可動部は前記シリンダ内に配置されたピストンであ
   ることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の位
   置検出装置。