JPS63122911A - Position detector - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は、油圧シリンダ、エアシリンダ、電動シリンダ
等の直進機械の直進位置（ストローク）の検出や油圧モ
ータ、エアモータ、電動モータ等の回転機械の回転位置
の検出を行なう位置検出装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Fields] The present invention is applicable to detection of the linear position (stroke) of linear machines such as hydraulic cylinders, air cylinders, and electric cylinders, and to rotating machines such as hydraulic motors, air motors, and electric motors. The present invention relates to a position detection device that detects the rotational position of a motor.
Ｃ従来の技術］
従来のこの種の位置検出装置として、例えば実開昭５６
−１０４６０５号公報や実開昭５６−１０４６０３号公
報に示すものを挙げることができる。C. Prior Art] As a conventional position detection device of this type, for example,
Examples include those shown in Japanese Unexamined Patent Publication No.-104605 and Japanese Utility Model Application Publication No. 56-104603.
まず、実開昭５６−１０４６０５号公報に記載されたも
のは、第７図に示すごとく、シリンダチューブ１に対し
可動部材２，３が直進移動するシリンダにおいて、シリ
ンダチューブｌに磁気ヘッド４を設け、可動部材２，３
には磁気ヘッド４と摺接する磁気プリント５を長手方向
即ち可動方向に亘って間隔を有して形成し、磁気プリン
ト５の通過を磁気ヘッド４により計数することによって
直線移動量を検出するものである。First, as shown in FIG. 7, the system described in Japanese Utility Model Application Publication No. 56-104605 is a cylinder in which movable members 2 and 3 move straight with respect to the cylinder tube 1, and a magnetic head 4 is provided on the cylinder tube 1. , movable members 2, 3
In this method, magnetic prints 5 which are in sliding contact with the magnetic head 4 are formed at intervals in the longitudinal direction, that is, in the movable direction, and the amount of linear movement is detected by counting the passage of the magnetic prints 5 by the magnetic head 4. be.
また、実開昭５６−１０４６０３号公報に記載されたも
のは、第８図に示すごとく、シリしダチューブ１に対し
可動部材２，３が直進移動するシリンダにおいて、シリ
ンダチューブ１にコイル５１゜６．５□を長手方向に亘
って固設し、可動部材２゜３に磁性材料より成るコア７
をコイル５□、６゜５□内に出入り自在となるように挿
入して差動変圧器を形成し、これらのコイル５．．５□
の出力電流を測定して移動量を検出するものである。Further, as shown in FIG. 8, the system disclosed in Japanese Utility Model Application Publication No. 56-104603 is a cylinder in which movable members 2 and 3 move straightly with respect to the cylinder tube 1, and a coil 51°6 is attached to the cylinder tube 1. A core 7 made of a magnetic material is fixed to the movable member 2゜3 in the longitudinal direction.
are inserted into coils 5□ and 6゜5□ so that they can move in and out to form a differential transformer, and these coils 5. ．． 5□
The amount of movement is detected by measuring the output current of the
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、第７図に示す従来の位置検出装置は、イ
ンクリメンタル（逐次）型であり、従って、この装置で
は、端点をゼロとしたときの絶対値をそのままでは検出
することができず、必ず一度端点等のリセット位置にも
ってゆき、そこから計数することが必要である。かかる
リセット動作はこういった直進機械の運転者にとって非
常に煩わしい。またカウンタで計数している間に一度ノ
イズが入り計数値が狂うと、リセットしない限り狂った
ままであり、信頼性が低く自動制御には使えないという
問題点がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, the conventional position detection device shown in FIG. 7 is of an incremental (sequential) type. Since it cannot be detected, it is necessary to bring it to a reset position, such as an end point, and then count from there. Such a reset operation is extremely troublesome for the driver of such a straight-travel machine. Furthermore, once noise is introduced while the counter is counting and the counted value becomes erroneous, it will remain erroneous unless it is reset, and there is a problem in that the reliability is low and it cannot be used for automatic control.
また、第８図に示す従来の位置検出装置はアブソリュー
ト（絶対値）型であり、従ってこの装置では、上述の問
題はないが、全ストロークを１個の差動変圧器の出力か
ら検出するため、精度は通常０．５〜１％と低い。また
、温度変化による影響を受けるため、補正回路が必要と
なる。Furthermore, the conventional position detection device shown in Fig. 8 is an absolute type, and therefore does not have the above-mentioned problem, but since the entire stroke is detected from the output of one differential transformer, , the accuracy is usually as low as 0.5-1%. Furthermore, since it is affected by temperature changes, a correction circuit is required.
本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、絶対値位置を検出でき、しがもその位置検出精度
が高く、温度補償等も不要な位置検出装置を提供するこ
とを目的とする。The present invention was made in order to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a position detection device that can detect an absolute value position, has high position detection accuracy, and does not require temperature compensation. shall be.
［問題点を解決するための手段］
このため、本発明の位置検出装置は、直進機械または回
転機械において、その固定部側に、可動部の所要の作動
範囲に亘るよう多数列設された検出素子から成るセンサ
アレイを設けるとともに、上記可動部側に上記検出素子
に近接すると同検出素子を動作させる検出素子動作部材
を設けたことを特徴としている。[Means for solving the problem] For this reason, the position detection device of the present invention is a linear machine or a rotating machine, in which a large number of detection devices are installed in a row on the fixed part side so as to cover the required operating range of the movable part. The present invention is characterized in that a sensor array consisting of elements is provided, and a detection element operation member is provided on the movable part side to operate the detection element when it approaches the detection element.
［作 用］
上述の本発明の位置検出装置では、直進機械または回転
機械が作動して、その可動部が直進または回転すると、
検出素子動作部材も直進または回転運動を行なう。この
ように検出素子動作部材が直進または回転運動を行なう
と、この検出素子動作部材に近い検出素子が動作するた
め、これを検出することにより、直進位置または回転位
置が検出される。[Function] In the above-described position detection device of the present invention, when the linear machine or the rotating machine operates and its movable part moves straight or rotates,
The detection element operating member also performs linear or rotational movement. When the detection element operating member performs a linear or rotational movement in this manner, a detection element close to the detection element operating member operates, and by detecting this, the linear position or rotational position is detected.
［発明の実施例］
以下、図示する実施例につき本発明を具体的に説明する
。第１〜６図は本発明の一実施例としての位置検出装置
を示すもので、第１図（、）は本装置を直進機械に適用
した場合の位置検出原理を説明するための模式図、第１
図（ｂ）は本装置を回転機械に適用した場合の位置検出
原理を説明するための模式図、第２図はその磁気センサ
アレイの出力電圧例を示すグラフ、第３図は本装置を油
圧シリンダに適用した場合の概略構成を示す断面図、第
４図は第３図に示す油圧シリンダの位置検出信号の処理
系統を示すブロック図、第５，６図はいずれも第３図に
示す装置に設けられた磁気センサアレイの出力電圧例を
示すグラフである。[Embodiments of the Invention] The present invention will be specifically described below with reference to illustrated embodiments. 1 to 6 show a position detection device as an embodiment of the present invention, and FIG. 1st
Figure (b) is a schematic diagram for explaining the principle of position detection when this device is applied to a rotating machine, Figure 2 is a graph showing an example of the output voltage of the magnetic sensor array, and Figure 3 is a diagram showing how this device is applied to a rotating machine using hydraulic pressure. 4 is a block diagram showing the processing system for the position detection signal of the hydraulic cylinder shown in FIG. 3, and FIGS. 5 and 6 are both the apparatus shown in FIG. 3. 3 is a graph showing an example of an output voltage of a magnetic sensor array provided in a magnetic sensor array.
まず、本装置による位置検出原理から説明する。First, the principle of position detection by this device will be explained.
第１図（ａ）は直進機械の場合の検出原理を示し。FIG. 1(a) shows the detection principle in the case of a straight-moving machine.
第１図（ｂ）は回転機械の場合の検出原理を示すが、そ
の検出原理は次のとおりである。即ちいずれも可動部材
１１に検出素子動作部材としての永久磁石１２を固設す
るとともに、固定部材１３にｎ個の磁気センサ１４．．
１４．、・・、１４ｎを可動部材１１の所要の作動範囲
に亘リアレイ上に配設し、永久磁石１２の生成する局所
的な磁場を磁気センサ１４□、１４□、・・、１４ｎが
ら成る磁気センサアレイにより検出するものである。こ
こで、磁気センサアレイの出力電圧例を第２図に示す。FIG. 1(b) shows the detection principle in the case of a rotating machine, and the detection principle is as follows. That is, in both cases, a permanent magnet 12 as a detection element operating member is fixed to the movable member 11, and n magnetic sensors 14. ．．
14. ,..., 14n are arranged on the rear array over the required operating range of the movable member 11, and the local magnetic field generated by the permanent magnet 12 is transferred to a magnetic sensor consisting of the magnetic sensors 14□, 14□,..., 14n. It is detected by an array. Here, an example of the output voltage of the magnetic sensor array is shown in FIG.
これより最大の出力電圧を出す磁気センサが永久磁石１
２に最も近いことがわかる。この最大の出力電圧を出す
磁気センサの番号を逐次検出することによって、永久磁
石１２の位置、即ち可動部材１１の直進位置または回転
位置を絶対値で検出することができるのである。The magnetic sensor that produces the maximum output voltage is permanent magnet 1.
It can be seen that it is closest to 2. By sequentially detecting the number of the magnetic sensor that outputs the maximum output voltage, the position of the permanent magnet 12, that is, the linear position or rotational position of the movable member 11 can be detected as an absolute value.
次に本装置を油圧シリンダにおけるピストン−ロッドの
直進位置（ストローク）の検出に適用した場合を示す。Next, a case will be shown in which this device is applied to detecting the linear position (stroke) of a piston-rod in a hydraulic cylinder.
油圧シリンダは、第３図に示すように、固定部としての
シリンダチューブ１０５内で作動油の供給によってピス
トン１０１とロッド１０６とから成る可動部が矢印１０
７の方向に直進する構造となっている。As shown in FIG. 3, in the hydraulic cylinder, a movable part consisting of a piston 101 and a rod 106 moves in the direction indicated by the arrow 10 when hydraulic oil is supplied within a cylinder tube 105 as a fixed part.
The structure is such that it goes straight in the direction of 7.
また、ピストン１０１とロッド１０６とにピストン１０
１側から軸方向に長穴１０８があけられるとともに、こ
の長穴１０８の入口近傍に永久磁石１０２が設けられて
いる。永久磁石は第３図に符号１０２と１０２’ とで
示すように対構造にしても良い。Also, the piston 10 is connected to the piston 101 and the rod 106.
An elongated hole 108 is drilled in the axial direction from the first side, and a permanent magnet 102 is provided near the entrance of this elongated hole 108. The permanent magnets may be arranged in pairs, as shown at 102 and 102' in FIG.
さらに、シリンダ１０５のヘッドカバー１０９の内面側
にセンサケース１０３が固設されるとともに、センサケ
ース１０３が長穴１０８内に挿入されるようになってい
る。そしてセンサケース１０３の内部に矢印１０７の方
向に沿いピストン１０２の全作動範囲に亘るように磁気
センサ１０４□。Further, a sensor case 103 is fixed to the inner surface of the head cover 109 of the cylinder 105, and the sensor case 103 is inserted into the elongated hole 108. A magnetic sensor 104□ is disposed inside the sensor case 103 in the direction of an arrow 107 over the entire operating range of the piston 102.
１０４□、・・、１０４ｎが多数列設され、これらの磁
気センサで磁気センサアレイが構成される。A large number of magnetic sensors 104□, . . . , 104n are arranged in rows, and these magnetic sensors constitute a magnetic sensor array.
また、センサケース１０３の先端付近に、センサケース
１０３が常に長穴１０８と同軸になるよう、ローラ１１
２が設けられている。なお、センサケース１０３にロー
ラ１１２を取り付ける代わりに、ピストン１０１の長穴
１０８の内面にガイドローラ１１３を設けてもよい。Also, a roller 11 is placed near the tip of the sensor case 103 so that the sensor case 103 is always coaxial with the elongated hole 108.
2 is provided. Note that instead of attaching the roller 112 to the sensor case 103, a guide roller 113 may be provided on the inner surface of the elongated hole 108 of the piston 101.
このような構成により、永久磁石１０２のつくる磁場は
磁気センサ１０４．．１０４２．・・、 １０４ｎで検
出され、第２図に示すような出力電圧分布が得られる。With this configuration, the magnetic field created by the permanent magnet 102 is transmitted to the magnetic sensor 104. ．． 1042. ..., 104n, and an output voltage distribution as shown in FIG. 2 is obtained.
この分布により出力電圧が最大値をとる磁気センサの番
号を見出すことによって、永久磁石１０２の位置、即ち
ピストン１０１とロッド１０６とから成る可動部材の位
置を検出することができる。By finding the number of the magnetic sensor whose output voltage has the maximum value based on this distribution, the position of the permanent magnet 102, that is, the position of the movable member consisting of the piston 101 and the rod 106 can be detected.
次に磁気センサアレイからの出力電圧の信号処理手段を
第４図を用いて説明する。各磁気センサからの出力は、
信号処理器１１０に送られる。この信号処理器１１０で
は、各出力を各磁気センサ１０４１．１０４．、＋＋、
１０４ｎに接続されたアンプ（増幅器）１１４□、１１
４□、・・、１１４ｎによって増幅した後、複数の比較
器から構成される最大値検出器１１１で最大の出力を持
つ磁気センサの番号ｋが求められる。Next, the signal processing means for the output voltage from the magnetic sensor array will be explained with reference to FIG. The output from each magnetic sensor is
The signal is sent to a signal processor 110. This signal processor 110 outputs each output from each magnetic sensor 1041, 104 . ,++,
Amplifiers (amplifiers) 114□, 11 connected to 104n
After amplification by 4□, .
なお、アンプ１１４□、１１４□、・・、１１４ｎでは
、磁気センサ各々のもつ感度のバラツキをゲインを個々
に変えることにより補正できるようになっている。In addition, in the amplifiers 114□, 114□, . . . , 114n, variations in sensitivity of each magnetic sensor can be corrected by individually changing the gain.
以上のようにして最大の出力をもつ磁気センサの番号ｋ
が求められることによって、永久磁石１０２の位置、即
ちピストン−ロッドから成る可動部のストロークが絶対
値として、１／ｎの精度で検出できる。例えばｎ−１０
００とすると、精度は０．１％となる。As described above, the number k of the magnetic sensor with the maximum output is
By determining this, the position of the permanent magnet 102, that is, the stroke of the movable part consisting of a piston and rod, can be detected as an absolute value with an accuracy of 1/n. For example n-10
If it is set to 00, the accuracy will be 0.1%.
ここで、磁気センサとしては、ホール素子や磁気抵抗素
子が用いられるが、これらは近年の半導体技術の進歩で
極めて安価（数１０円／個以下）となっており、たとえ
１０００個並べるとしても、数万円程度のコストですむ
。Here, a Hall element or a magnetoresistive element is used as a magnetic sensor, but due to recent advances in semiconductor technology, these have become extremely cheap (less than a few tens of yen/piece), and even if 1000 pieces are lined up, The cost is around several tens of thousands of yen.
もし、周囲温度が変化したとしても、通常ホール素子の
出力の温度係数は−０，０６％／ｄｅｇ程度であるので
、温度係数がほぼ等しいホール素子を用いてアレイをつ
くったとして、１００度温度が上昇したとしても、どの
ホール素子も６％程度の出力低下ですむ（第５図参照）
。従ってかなりの温度変化を伴っても、最大の出力電圧
をもつホール素子の番号は変わらず、位置検出精度に何
ら影響を及ぼさない。Even if the ambient temperature changes, the temperature coefficient of the output of a Hall element is usually about -0.06%/deg, so if an array is made using Hall elements with approximately the same temperature coefficient, the temperature will rise to 100 degrees. Even if the value increases, the output of any Hall element will only decrease by about 6% (see Figure 5).
. Therefore, even if there is a considerable temperature change, the number of the Hall element with the highest output voltage remains unchanged, and the position detection accuracy is not affected in any way.
また、仮にあるホール素子が破損したとしても、この破
損が最も影響するのは、永久磁石１０２がその破損した
ホール素子のところにきた場合であるが、第６図に示す
ようにホール素子アレイの出力電圧パターンは若干の歪
しかうけず、破損による誤差も素子１個分に留まる。従
って素子の破損に対しても、わずかの誤差が生じるだけ
で、この点からも信頼性の高い位置検出が可能となる。Furthermore, even if a certain Hall element is damaged, this damage will have the greatest effect when the permanent magnet 102 comes to the damaged Hall element, but as shown in FIG. The output voltage pattern is only slightly distorted, and the error due to damage is limited to one element. Therefore, even if the element is damaged, only a slight error occurs, and from this point of view as well, highly reliable position detection is possible.
なお、永久磁石と磁気センサアレイとの組み合わせを用
いる代わりに、光源（検出素子動作部材）と受光素子ア
レイ（検出素子アレイ）とを組み合わせたものやラジオ
アイソトープ（検出素子動作部材）と放射線検出器アレ
イ（検出素子アレイ）とを組み合わせたものを用いるこ
ともできる。In addition, instead of using a combination of a permanent magnet and a magnetic sensor array, a combination of a light source (detecting element operating member) and a light receiving element array (detecting element array) or a radioisotope (detecting element operating member) and a radiation detector may be used. It is also possible to use a combination of arrays (detection element arrays).
［発明の効果］
以上詳述したように１本発明の位置検出装置によれば、
次のような効果ないし利点が得られる。[Effects of the Invention] As detailed above, according to the position detection device of the present invention,
The following effects or advantages can be obtained.
（１）直進（回転）位置の絶対値を検出することが可能
となる。(1) It becomes possible to detect the absolute value of the straight (rotational) position.
（２）従来の絶対値検出手段の最大の問題であった精度
の不足に対して１例えば検出素子動作部材として永久磁
石を用いた場合は、永久磁石のつくる磁場を局在化する
とともに、微小な磁気センサ（検出素子）を多数列設す
ることによって検出精度を大幅に改善することが可能と
なる０例えば１０００個並べれば、精度は０．１％にで
きる。(2) To address the lack of accuracy, which was the biggest problem with conventional absolute value detection means, 1. For example, when a permanent magnet is used as a detection element operating member, the magnetic field created by the permanent magnet can be localized and By arranging a large number of magnetic sensors (detection elements), the detection accuracy can be greatly improved. For example, if 1000 magnetic sensors are arranged in a row, the accuracy can be reduced to 0.1%.
（３）周囲温度変化があっても、もし温度係数の同じ検
出素子であれば、出力電圧パターンは相似であり、位置
検出の誤差を生じない。(3) Even if there is a change in ambient temperature, if the detection elements have the same temperature coefficient, the output voltage patterns will be similar and no errors will occur in position detection.
（４）もし、ある検出素子が動作しなくなったとしても
、出力電圧パターンに歪を生じるだけで、大幅な誤差は
発生しない。従って高信頼性が維持できる。(4) Even if a certain detection element becomes inoperable, it will only cause distortion in the output voltage pattern and will not cause a large error. Therefore, high reliability can be maintained.
第１〜６図は本発明の一実施例としての位置検出装置を
示すもので、第１図（ａ）は本装置を直進機械に適用し
た場合の位置検出原理を説明するための模式図、第１図
（ｂ）は本装置を回転機械に適用した場合の位置検出原
理を説明するための模式図、第２図はその磁気センサア
レイの出力電圧例を示すグラフ、第３図は本装置を油圧
シリンダに適用した場合の概略構成を示す断面図、第４
図は第３図に示す油圧シリンダの位置検出信号の処理系
統を示すブロック図、第５，６図はいずれも第３図に示
す装置に設けられた磁気センサアレイの出力電圧例を示
すグラフであり、第７，８図はそれぞれ従来の位置検出
装置の概略構成を示す断面図である。
図において、１ｏ１−ピストン（可動部）。
１０２．１０２’−永久磁石（検出素子動作部材）、１
０３−センサケース、１０４１〜１０４ｎ−磁気センサ
（検出素子）、１０５−シリンダ（固定部）、１０６−
ロッド、１０８−長穴、１０９−ヘッドカバー、１１〇
−信号処理器、１１１−最大値検出器、１１２−ローラ
、１１３−ガイドローラ、１１４１〜１１４ｎ−アンプ
。
なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。1 to 6 show a position detection device as an embodiment of the present invention, and FIG. 1(a) is a schematic diagram for explaining the principle of position detection when this device is applied to a linear machine; Fig. 1 (b) is a schematic diagram for explaining the position detection principle when this device is applied to a rotating machine, Fig. 2 is a graph showing an example of the output voltage of the magnetic sensor array, and Fig. 3 is a schematic diagram for explaining the principle of position detection when this device is applied to a rotating machine. A sectional view showing a schematic configuration when applied to a hydraulic cylinder, No. 4
The figure is a block diagram showing the processing system for the position detection signal of the hydraulic cylinder shown in Fig. 3, and Figs. 5 and 6 are graphs showing examples of the output voltage of the magnetic sensor array installed in the device shown in Fig. 3. 7 and 8 are cross-sectional views showing the schematic structure of a conventional position detection device, respectively. In the figure, 1o1-piston (movable part). 102.102'-Permanent magnet (sensing element operating member), 1
03-Sensor case, 1041-104n-Magnetic sensor (detection element), 105-Cylinder (fixed part), 106-
Rod, 108-long hole, 109-head cover, 110-signal processor, 111-maximum value detector, 112-roller, 113-guide roller, 1141-114n-amplifier. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
いて、上記固定部側に上記可動部の所要の作動範囲に亘
るように検出素子が多数列設されるとともに、上記可動
部側に上記検出素子に近接すると同検出素子を動作させ
る検出素子動作部材が設けられたことを特徴とする位置
検出装置。In a linear machine or a rotary machine having a movable part and a fixed part, a large number of detection elements are arranged in rows on the fixed part side so as to cover the required operating range of the movable part, and the detection elements are arranged on the movable part side. 1. A position detection device comprising a detection element operation member that operates the detection element when the detection element approaches the detection element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26858986A JPS63122911A (en) | 1986-11-13 | 1986-11-13 | Position detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26858986A JPS63122911A (en) | 1986-11-13 | 1986-11-13 | Position detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63122911A true JPS63122911A (en) | 1988-05-26 |
Family
ID=17460631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26858986A Pending JPS63122911A (en) | 1986-11-13 | 1986-11-13 | Position detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63122911A (en) |
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