JPH01265112A - 非接触型変位センサ - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は可動体の変位を検出する非接触型変位センサに
関する。

（従来の技術） 物体の変位量や変位方向を磁気的に検出する変位センサ
として差動変圧器がある。その構成と検出原理を第４図
及び第５図により説明すると、共用ボビン１に夫々励磁
コイル２及び検出コイル３を巻装して、２つの空心変圧
器４及び５を形成し、その共通空心内に短い円柱状の鉄
片６を軸方向に移動可能に納め、被測定物７を棒状の連
結部材８を介して鉄片６の一端側に連結する構成となっ
ている。そして、第５図の如く２つの励磁コイル２ａ、
２ｂを直列接続し、２つの検出コイル３ａ、３ｂを逆直
列に接続し、被測定物７の変位のない状態のときに、２
つの検出コイル３ａ、３ｂに生じる誘導起電力が互に打
ち消されて検出コイル３の出力端子ａ−ｂ間には電圧が
生じないように鉄片６の位置を調整しておく。被測定物
７が例えば第５図中に矢印で示した方向に変位したとき
には、両度圧器４及び５内に夫々存在する鉄片６の長さ
の割合に差異が生じるため、雨検出コイル３ａ、３ｂに
発生する電圧には差異が生じて、その差値に相当する電
圧が出力端子ａ−ｂ間に現れる。従って、この端子間電
圧の変化量と極性に基づいて被測定物７の変位量及び変
位方向を検出できる。

また、別の変位センサとして、１つの空心コイルの空心
内に鉄片が出入りするのに伴うこのコイルのインダクタ
ンスの変化量から、被測定物としての鉄片またはこの鉄
片に連結した被測定物の変位量を求めるものもある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の変位センサはいずれも検出コイル
に誘導起電力の変化またはインダクタンスの変化を生じ
させる源となる磁気の通路が開磁路をなしていて磁気抵
抗の大なる空隙部分が大きく占有する関係上、検出精度
を上げるために電源のパワーを多く必要とする欠点があ
った。

また、被測定物が磁性体である場合において、これを直
接鉄片６のように利用してその変位を検出しようとすれ
ば、各々の被測定物の大きさに対応させて各被測定物専
用の大きさの差動変圧器または検出コイルを作る必要が
あり、装置が大型のものになる欠点があった。

本発明は上記の事情に鑑みなされたものであり、従って
、本発明の第１の目的は、従来のセンサに比べて低いパ
ワーで高精度の検出を行い得る非接触型変位センサを提
供するにある。

また、本発明の第２の目的は、被測定物が磁性体である
場合において、その大きさに合わせて作り変えることな
く直接検出できる非接触型変位センサを提供するにある
。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明による非接触型変位センサは、変位が検出される
磁性体製の可動体と協働して閉磁路を形成させる鉄心を
有しており、この鉄心はその先端が所定の隙間を存して
可動体に対向される複数個の脚部を有し、そのうち少な
くと１個の端面形状を、その脚部の端面と可動体との対
向面積が可動体の変位量と異る割合で変化するように設
定し、且つ前記鉄心に前記閉磁路を通る磁束の変化によ
って変化する電気的特性値を生じるコイルを巻装したと
ころに特徴を有する。

（作用） 本発明による非接触型変位センサは、鉄心の複数個の脚
部のうち少なくとも１個の端面形状が、可動体の変位に
伴う可動体との対向面積の変化割合が異るように設定さ
れているので、可動体が変位したときには閉磁路を通る
磁束が変化することになる。この磁束の変化を鉄心に巻
装されたコイルよって電圧、電流、インダクタンス等の
電気的特性値の変化でもって検出することにより、可動
体の変位量または変位方向を検出できる。

そして、この非接触型変位センサは、従来のものが開磁
路をなしていたのとは異なり、鉄心と可動体との協働に
より閉磁路を構成して磁束の洩れがなくなるので、コイ
ルを動作させる電源は小容量で済む。また、被測定物が
磁性体の場合には、その大きさが種々変っても直接可動
体として用いて変位量を検出し得る。

（実施例） 以下、本発明の第一の実施例を第１図及び第２図を参照
′して説明する。

１１は鉄心であり、これは全体としてＥ字形をなして３
個の脚部１２．１３及び１４を有している。一端側（第
１図の右端側）の脚部１２はその下端面１２ａが直角三
角形をなしており、脚部１２の側面にはこの三角形の斜
辺１２ｂを底辺とする三角形の斜面１２ｃが形成されて
いる。また、他端側（第１図の左端側）の脚部１４は脚
部１２と逆対称の直角三角形をなしていて、その下端面
１４ａの斜辺１４ｂは脚部１２の斜辺１２ｂと平行状に
なっている。中央の脚部１３は下端面が長方形をなして
いる。この中央の脚部１３には励磁コイル１５が巻回し
てあり、この励磁コイル１５は、直流電源１６に接続さ
れて鉄心１１を励磁す　　・るようになっている。１７
は一端側の脚部１２に巻回した第１の検出コイル、１８
は他端側の脚部１４に巻回した第２の検出コイルであっ
て、この雨検出フィル１７及び１８は第１図の如く逆直
列に接続されている。ａ及びｂはこの検出回路１９に生
じた誘起電圧の検出端子である。２０は被測定物として
の磁性体製の可動体であって、これは例えば角形の鉄板
にて構成されている。そして、この可動体２０はその上
面を鉄心１１の各脚部１２．１３及び１４の各端面１２
ａ、１３ａ及び１４ａに所定の隙間を存して夫々対向し
、且つ通常位置（以下原位置という）においては、可動
体２０の一方の端縁部２０ａが各脚部１２．１３及び１
４の端面１２ａ、１３ａ及び１４ａの夫々の略中央部を
結ぶ線上に合致する位置にセットされる（第１図、第２
図に実線で示す）。

このような原位置に置かれた可動体２０は、この場合、
図中に矢印Ａで示した前後方向即ち端縁部２０ａと直角
な方向に変位される。

次に」二記構成の作用を説明する。励磁コイル１５に流
す電流が交流であるなら、検出コイル１７゜１８は出力
を互に相殺した値が零になるように巻線数の比を変える
などの処置を施した方が後の処理は簡単である。ここで
は直流電流による励磁について説明する。鉄心１１の中
央の脚部１３から見ると、磁気回路は伜かなギャップを
介して可動体２０を通り両側の脚部１２．１４を通って
中央の脚部１３に戻るようになっており、これを第１図
に二点鎖線で閉磁路Ｂ、Ｃとして表わしている。

これらの磁気回路Ｂ、Ｃはギャップが僅がで殆ど閉じた
形態であるから、磁気抵抗は小さい。

さて、可動体２０が矢印Ａ方向のいずれかに変位すると
、脚部１２．１４のいずれも可動体２゜に対向する面積
がその可動体２ｏの変位量に応じて増減する。変位零時
の断面積に対して可動体２０が前方に変位される時の増
加率は、脚部１４の方が脚部１２よりも大きいために、
磁気抵抗は相対的に脚部１４を通る閉磁路Ｃでは低下し
、逆に脚部１２を通る閉磁路Ｂでは増加することになる
。

この結果、変位前後に各閉磁路Ｂ、Ｃを通る磁束量は脚
部１４を通る閉磁路Ｃでは増加し、逆に脚部１２を通る
閉磁路Ｂでは減少することになり、この磁束量の変化は
脚Ｒ１２，１４に巻装された検出コイル１７．１８の各
出力を重畳したもの（この実施例では差）として検出端
子ａ−ｂ間に出力され、この出力の極性及び値は可動体
２ｏの変位方向及び変位の値に比例することになる。

このようにして、電磁誘導現象に基づいて端子ａ−ｂ間
に電圧を生じさせる磁路は、従来のものが開磁路をなし
ていたのとは異って、鉄心１１と可動体２０との協働に
よって構成された２つの閉磁路Ｂ及びＣから成り立って
いるので、磁気回路における磁気漏洩は従来のものとは
比べものにならない程の低レベルにまで低下する。その
ため、端子ａ−ｂ間に所要レベルの電位を生じさせるた
めに励磁コイル１５に流す電力量（電源のパワー）は従
来に比べてかなり少くて足りるようになり、コンパクト
にできる。そのうえ、被測定物が磁性体である場合には
、被測定物自体を可動体として用いることができ、しか
もその被測定物の大きさの如何にかかわりなく同じ変位
センサを用いて検出を行うことができる。

次に、本発明の第二の実施例を第３図を参照して説明す
る。

２１は略コ字形の鉄心で、複数個この場合は２個の脚部
のうち一方の脚部２２は、その下端面２２ａが直角三角
形をなしており、脚部２２の側面にはこの三角形の斜辺
２２ｂを底辺とする三角形の斜面２２ｃが形成されてい
る。他方の脚部２３は下端面が長方形をなす角柱状であ
る。２４は対向する２個の脚部２２及び２３を橋絡する
継鉄部２５に巻回された検出コイル、Ｃ及びｄはその端
子である。２６は磁性体製の可動体でありで、これは角
形鉄板から成る。可動体２６はその上面が両脚部２２及
び２３の各端面２２ａ及び２３ａに所定の隙間を存して
対向されている。そして、この可動体２６が変位のない
通常位置（原位置）においては、可動体２６の一方側の
端縁部２６ａが一方の脚部２２の端面２２ａの底辺２２
ｄと頂点との間の略中間位置に対向し、また、他方の脚
部２３の端面２３ａはその全面が可動体２６と対向する
ように配置されている。この場合、可動体２６は端縁部
２６ａがその底辺２２ｄに対して直交方向即ち図中の矢
印Ａで示した前後方向に変位される。このような配置の
もとでは、鉄心２１と可動体２６とは協働して図中に二
点鎖線で示した如き閉磁路りを構成する。

次に上記構成の作用を説明する。

可動体２６を上記の原位置にセットしたうえ、検出コイ
ル２４の端子ｃ−ｄ間に、図示しないブリッジを介して
電源を与えると、この変位センサは使用状態に入る。そ
して、可動体２６が矢印Ａで示した前後いづれかの方向
に変位すると、この変位に伴って、閉磁路りの磁気抵抗
を増減させるのに関与する、図中に斜線で示した可動体
２６と脚部２２の端面２２ａとの対向面積Ｅが、可動体
２６の変（ｉＬＱとは異る割合で変化する。そのため、
閉磁路りの磁気抵抗が変化し、検出コイル２４のインダ
クタンスは、可動体２６の変位量を増幅させる割合をも
って増減し、ブリッジの検流計に生ずる電流変化の値に
基づいて可動体２６の変位量を高い精度をもって検出す
ることができる。この場合、検出コイル２４のインダク
タンスを変化させる磁路は、閉磁路をなしていて磁気抵
抗の大なる空隙部分が少ないので、検出コイル２４に与
える電力が少なくて済み、しかもインダクタンスを可動
体２６の変位割合とは異る割合で変化させるようにして
いるから、検出精度が著しく向上できる。

尚、第３図に示した構成において、他方の脚部２３に励
磁コイルを巻装しておき、可動体２６の変位量を検出コ
イル２４に生ずる誘起電圧の増減度合から検出するよう
にしてもよい。

また、検出コイル２４に代えて励磁コイルを設け、これ
に定電圧電源を接続して可動体２６の変位量を励磁回路
の電流値の増減度合から検出するようにしてもよい。

尚、上記各実施例において、可動体との対向面積がその
可動体の変位量と異る割合で変化する脚部の端面形状は
、例えば二等辺三角形や双曲線形状などのような山形形
状であってもよい。この山形の斜面の角度等を任意に変
化させることによって、可動体の変位量に対してコイル
に生ずる電気的特性値の出力レベルの変動割合を増減さ
せ、これにより変位センサの検出精度の調節を行うこと
ができる。

［発明の効果］ 本発明による非接触型変位センサは、複数個の脚部を有
し、これら各脚部の端面に所定の隙間を存して対置され
る可動体との協働により閉磁路を形成すると共に、少な
くとも１個の脚部の端面の形状を、可動体との対向面積
がこの可動体の変位量と異る割合で変化するように設定
した鉄心と、この鉄心に巻装され閉磁路の磁束の変化に
よって電圧、電流、インダクタンス等の電気的特性値に
変化を生じるコイルとを具備する構成としたので、可動
体の変位を検出する磁路の磁気漏洩は従来のものが著し
く多かったのとは異って殆どなくなり、少ない電源パワ
ーで高精度の検出を行うことができ、しかも被測定物が
磁性体の場合には、その大、きさにかかわりなく被測定
物を可動体として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第一の実施例を示すもので
あり、第１図は斜視図、第２図は底面図、第３図は本発
明の第二の実施例を示す斜視図である。 第４図及び第５図は従来例の斜視図及び概略説明図であ
る。 図中、１１．２１は鉄心、１２，１３，１４゜２′２及
び２３は夫々脚部、１５は励磁コイル、１７．１８及び
２４は夫々検出コイル、２０．２６は夫々可動体、１２
　ａ、　　１３　ａ、　　１４　ａ及び２２ａは夫々端
面、Ｂ、Ｃ，及びＤは夫々閉磁路である。 代理人　弁理士　　則　近　　憲　信 置　　　　　　　　第　　子　　丸　　　健第１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、変位が与えられる磁性体製の可動体に対し、先端部
   が所定の隙間を存して対向する複数個の脚部を有し、前
   記可動体と協働して閉磁路を構成するとともに前記脚部
   のうち少なくとも１個の端面形状をその脚部の端面と前
   記可動体との対向面積がその可動体の変位量と異る割合
   で変化するように設定した鉄心と、この鉄心に巻装され
   前記閉磁路を通る磁束の変化によって変化する電気的特
   性値を生じるコイルとを具備してなる非接触型変位セン
   サ。