JPS59126906A - 変位検出装置 - 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】 発明の分野 本発明は物体の微少変位を検出する変位検出装置に関す
るものである。

発明の背景 物体の微少な変位を検出するには第１図に示すように二
つの検出コイルＬＬ、Ｌ２の中間部に銅、アルミニウム
等の導電部材から成るコア１を設け、このコア１の変位
に基づくインダクタンスの変化により物体の変位を検出
することが考えられる。

この場合にはコア１を移動物体に固定しておき、第２図
に示すように検出コイルＬＬ、Ｌ２に夫々コンデンサＣ
１，Ｃ２を接続してその共振回路Ａ。

Ｂを用いて夫々発振回路２，３を構成し、その出力をミ
キサー回路４に与える。ここで共振回路Ａの共振周波数
をｆＡ、共振回路Ｂの共振周波数をｆ８とすると、ミキ
サー回路４より基本波ｆＡ＋ｆＢとその高調波の和及び
差の周波数成分を持つた信号が得られる。従ってミキサ
ー回路４の出力側にローパスフィルタ５を接続し、共振
周波数ｆＡ、ｆＢの差ｆＡ−ｆ［３がローパスフィルタ
７のカットオフ周波数よりやや低（なるようにｆＡ。

ｒＢを選定しておけば、ローパスフィルタ５より共振周
波数ｆＡ、　　ｆ３の差の周波数成分子Ａ−ｆＢのみを
持った信号が得られる。ここで物体が僅かに変位したと
すると、それに伴ってコア１がいずれか一方の検出コイ
ル側に変位する。そうすればコア１が接近する側では検
出コイルの渦電流損か増加するためインダクタンスが減
少し、コア１が遠ざかる側では検出コイルの渦電／Ｎ損
が減少するためインダクタンスが増加する。従って共振
回路Ａ、Ｂの共振周波数も変位量に対応して変化し、そ
れに伴ってローパスフィルタ５より得られる出力信号の
周波数も変化する。それ故、出力信号の周波数に基づい
て変位量を検知することができる。

しかしながら、このような変位検出装置にあっては、物
体の変位に基づくインダクタンスの変化量は僅かである
ため、周波数の変化も少なかった。

従ってこの回路より得られる検知信号はＳ／Ｎ比が悪く
、変位の検知精度が不十分であるという問題点があった
。

発明の目的 本発明はこのような問題点を解消するものであって、同
一の物体の変位量で検出コイルのインダクタンスの変化
量を大きくし、ミキサー回路より得られる周波数の変化
を大きくして検知信号のＳ／Ｎ比を向上させることので
きる変位検出装置を提供することを目的とする。

発明の構成と効果 本発明は物体の微少変位を検出する変位検出装置であっ
て、固定部及び移動物体のいずれか一方に設けられた検
出コイルと、固定部及び移動物体の他方に保持され、そ
の中央部分の径を検出コイルに対向する端部よりも大き
くしたコアと、検出コイルを発振回路要素として所定の
周波数の信号を発振する発振器と、発振器の発振周波数
を検出する周波数検出部と、を具備し、発振器の発振周
波数の変化に基づいて移動物体の変位を検出することを
特徴とするものである゛。

このような特徴を有する本発明によれば、同一の物体の
変位量で検出コイルのインダクタンスの変化量が大きく
なるので、検知信号のＳ／Ｎ比を向上させることのでき
る変位検出装置を実現することが可能となる。

実施例の説明 第３図は本発明の変位検出装置の一実施例を示す斜視図
、第４図はその断面図であって、従来例と同一の部分に
は同一の符号を付して示している。

本実施例では回転力を伝達する回転力伝達機構における
駆動軸と従動軸の間の捩、即ち微少変位を検出する装置
を一例として説明する。さてこれらの図において、駆動
軸１０ば円筒状の軸受１１の内部に回転自在に保持され
ている。軸受１１より突出した駆動軸１０の先端部には
その軸の一部を円弧状に取り囲む絶縁部材１２が設けら
れ、その先端側の頂点部分には二つの検出コイルＬｌ、
Ｌ２が固定される。又駆動軸１０には絶縁部材１２の他
端側に変位検出回路部の回路部品を取り付ける円板状の
プリント基板１３を設ける。この実施例においては駆動
軸１０の回転力は図示のようにゴム等の弾性部材１４を
介して従動軸１５に伝えられるものとすると、回転時に
は弾性部材１４にわずかの捩が生した状態にて回転を続
けることとなる。そこで検出コイルＬＬ、Ｌ２の間に従
動軸１５に固定されたコア１６を設けてこの捩を検出す
るようにしていご。絶縁部材１７は従動軸１５の軸の一
部を円弧状に取り囲むように従動軸１５に固定され、こ
のコア１６を保持するものであり、図示のように静止時
にコア１６が検出コイルＬｌ。

Ｌ２のちょうど中央部に位置するように、アーム１８を
介してコア１６を保持している。さて本発明においては
第４図（ａｌにコア１６の形状と検出コイルＬｌ、Ｌ２
の位置関係を示すように、空芯の検出コイルＬｌ、Ｌ２
に入り込むコア１６の両端は検出コイルＬＬ、Ｌ２の内
径よりもやや細く、中央部分の径をより太くしておく。

本実施例の場合、コア１６は実際には第４図（ａ）に示
すように弾性部材１４の円周上に配置されるため、両端
の突山部を円周に沿うように形成するものとする。ここ
でコア１６がコイルＬＬ、Ｌ２に近づけば近づく程コイ
ルＬｌ、Ｌ２を通過する磁束が減少し、コイルＬｌ、Ｌ
２のインダクタンスが減少する。

そしてコア１６をこのような形状にしておくことにより
検出コイルＬＬ、Ｌ２を通過する磁束に影響を与え、コ
ア１６と検出コイルＬＬ、Ｌ２間の距離によって検出コ
イルＬＬ、Ｌ２のインダクタンスが大きく変化する。第
７図はこのようなコアの相違による発振周波数の変化率
を示す図であって、従来例のコア１と本実施例のコア１
Ｇを用いた場合を示している。本図より明らかなように
、コアの形状を変化させることにより、発振周波数の変
化を大きくすることが可能である。

一方本実施例では駆動軸１ｏの所定区間の全周にコイル
１９が巻回され、その外周部にはコイル１９と微小間隔
を隔てて軸受１１により固定された円筒状のコイル２ｏ
が設けられている。後述するようにこれらのコイル１９
．２０は一種の変圧器を構成しており、出力信号を軸受
１１側に伝達するために用いられる。

次に本実施例の回路構成を第５図を参照しつつ説明する
。本図において、検出コイルＬ１は従来例の場合と同様
にコンデンサＣ１に並列接続されて共振回路Ａとなり、
増幅器に接続されて発振周波数ｆＡの発振回路２を構成
している。他方の検出コイルＬ２もコンデンサＣ２と共
に共振回路Ｂを構成し、発振周波数ｆ８の発振回路３を
構成している。それらの発振出力はミキサー回路４の入
力端に夫々与えられる。これらの発振回路部とミキサー
回路部分が駆動軸１０に固定されたプリント基板１３上
に保持されている。ミキサー回路４はこれらの信号を混
合するもので、入力信号の和及び差の周波数成分を持つ
信号、即ち周波数成分子Ａ　＋ｆＢ＋ｆＡ　　　ｆＢ及
びその高調波の和と差の出力信号が駆動軸１０に巻かれ
たコイル１９に与えられる。駆動軸１０のコイル１９と
固定軸のコイル２０とは第３図に示すように互いに微小
間隔を隔てて対向しているため、電磁結合状態となる。

従って一次側（コイル１９）が励磁されると軸受１０に
設けられた二次側（コイル２０）に起電力が誘起され、
信号の伝達が行われる。このときコイル１９．２０によ
り構成される変圧器のカットオフ周波数が共振周波数ｆ
Ａ、　　ｆ１３の差、即ちｆＡ−ｒ３よりもやや高い周
波数になるように共振周波数ｆＡ、　　ｆＢを選択し、
コイル１９．２０を設計しておくものとする。コイル２
０の一端には増幅器２１を介してＦ／Ｖ変換器２２が接
続され−でおり、その入力信号を周波数に対応した電圧
に変換している。

次にこの変位検出装置の動作について説明する。

いま駆動軸１０が静止しており、コア１６は検出コイル
のちょうど中央に位置しており、そのとき共振回路Ａ、
Ｂの共振周波数を夫々ｆ　Ａ　−ｆａ、　ｆ　３＝ｆｂ
とする。さて駆動源によって駆動軸ＩＯが矢印Ｃ方向に
回転し、回転力を従動軸１５に伝える場合、前述したよ
うに回転により弾性部祠１４に捩が生しる。そのため従
動軸１５に固定されているコア１６は相対的に検出コイ
ルＬ２側に近づき、検出コイルＬ１のインダクタンスが
減少し、検出コイルＬ２のインダクタンスか増加する。

従って共振回路Ａの共振周波数ｆａ（＝ｆａ＋Δｆａ）
はｆａよりも高く　（△ｆａ＞０　）なる。一方共振回
路Ｂの共振周波数ｆｂ（＝ｆｂ＋Δｆｂ）はｆｂよりも
低く　（Δｆｂ＜０　）なる。これらの信号はミキサー
回路４により混合されてコイル１９に与えられ、前述し
たように差の信号ｆａ　−ｆｂのみが増幅器２２を介し
てＦ／Ｖ変換器２２に与えられる。又駆動軸１が矢印り
方向に回転すると、コア１６は逆方向に変位するため発
振周波数の変化はΔｆａ　＜　０．Δｆｂ〉０となる。

このため発振周波数の変化量は第６図のように示すよう
にｆＡ　、ｆＢが互いに逆方向に増減することとなる。

従って移動方向及び距離に対するコイル２０に得られる
信号の周波数の変化は第６図に示すものとなる。Ｆ／Ｖ
変換器２２では入力周波数に対応した電圧信号が得られ
、この電圧は第６図より明らかなように駆動軸１０に対
する従動軸１５の捩れ角度に対応したものとなっている
。従ってこの電圧に対応した捩を軸受１１側で検出する
ことが可能である。

尚本実施例では二つのコイル検出コイルの中央にコアを
設け、コアの両端の内径を小さくしているが、検出コイ
ルを−づとし、それに対向する側のコアの径のみを小さ
くして変位をその発振周波数の変化自体で検知するよう
にしてもよい。

本発明による変位検出装置は自動車のステアリング軸の
捩による変位量の検出や、ドリル等の工具類の変位量検
出に適用してその制御を適切に行うために用いることが
できる。

【図面の簡単な説明】

る変位検出装置の一実施例を示す斜視図、第４図（ａ）
は検出コイルとコアとの位置関係を示す図、第４図（ｂ
ｌば本実施例のコア１６の斜視図、第５図はその回路構
成を示す図、第６図は移動距離と発振周波数及び出力周
波数との関係を示す図、第７図は従来のコア１と本発明
によるコア１６を用いた場合における移動距離に対する
発振周波数の変化の関係を示す図である。 １　、　１６−−−−−コア　　２．３−一−−−〜発
振回路　　４−〜−−−−−ミキサー回路　　１ｏ−−
−−−駆動軸　　１１−−軸受　　１９　、　２　ｆｌ
−−−−−−コイル　　２１、−−−−−−−増幅器　
　２２−−−−　Ｆ　／　Ｖ変換器　　ＬＬ、Ｌ２−−
検出コイル　　Ａ、　　Ｂ−−−−−−一共振回路特許
出願人　　　立石電機株式会社 代理人　弁理士　岡本官喜（他１名） 第５図 １２　Ｂ 第６図 Ｄ２勾←Ｏ−＋Ｃ方向 変位量 ｒＡ−ｆｅ　１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定部及び移動物体のいずれか一方に設けられた
   検出コイルと、 前記固定部及び移動物体の他方に保持され、その中央部
   分の径を前記検出コイルに対向する端部よりも大きくし
   たコアと、 前記検出コイルを発振回路要素として所定の周波数の信
   号を発振する発振器と、 前記発振器の発振周波数を検出する周波数検出部と、を
   具備し、前記発振器の発振周波数の変化に基づいて前記
   移動物体の変位を検出することを特徴とする変位検出装
   置。
2. （２）前記検出コイルは、前記固定部及び移動物体のい
   ずれか一方に所定間隔を隔てて設けられた一対の空芯検
   出コイルであり、前記コアはその中間位置に保持され、
   その中央部分の径を変位によって前記検出コイルに嵌入
   する両端部よりも大きくしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の変位検出装置。