JPH0226002Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はシリンダのロツドの直線位置を検出
するための装置に関する。

従来より、シリンダの位置検出装置は種々考え
られているが、移動位置を連続的に検出し得るも
のは数少なく、その中でも特にアブソリユートで
位置検出できるものはなかつた。この考案の目的
は、シリンダの位置検出をアブソリユートで行な
い得る装置を提供することにある。この目的は、
軸方向にずれた所定の配置で配設された複数の１
次コイルと、この１次コイルに対応して設けられ
た２次コイルとを含むコイルアセンブリを、コイ
ル空間がシリンダのロツドとほぼ同心になるよう
な配置で該ロツドを該コイル空間にスライド自在
に貫通させた状態で、該シリンダの所定箇所に固
定し、他方、前記ロツドの周囲に軸方向に所定間
隔で複数の磁性リングを設け、前記１次コイルを
励磁して前記２次コイル側に前記ロツドの直線位
置に応じた出力信号を得るようにしたシリンダ位
置検出装置によつて達成される。ロツドの直線位
置に応じて位相シフトされた信号が２次側に得ら
れるように１次コイルを励磁し、この出力信号の
位相ずれ量を測定する（例えばカウンタでカウン
トする）ことにより直線位置を示すアブソリユー
トデータが得られる。

以下添付図面を参照してこの考案の一実施例を
詳細に説明しよう。

第１図において、コイルアセンブリ１は、軸方
向にずれた所定の配置で配設された４個の１次コ
イル２，３，４，５と、これに対応して設けられ
た２次コイル６，７，８，９とをケーシング１０
内に収納して成るものであり、シリンダ１１の一
端１１ａの所定箇所においてコイルの円筒空間が
ロツド１２と同心になるように該ロツド１２を該
コイル空間にスライド自在に貫通させた状態で固
定されている。ロツド１２は、シリンダ１１内の
ピストン１３を一端に取付けた円柱形の心棒１２
ａと、この心棒１２ａの周囲に軸方向に交互に嵌
着された複数の所定幅の環状の磁性リング１２ｂ
及び環状の非磁性スペーサ１２ｃと、これらの最
外周に嵌着された円筒状の非磁性体から成るスリ
ーブ１２ｄとを含んでいる。非磁性スペーサ１２
ｃは固形の非磁性物質または空気である。一例と
して、各磁性リング１２ｂの長さ（幅）は「Ｐ／２」 （Ｐは任意の数）であり、スペーサ１２ｃも同様
であり、交互配列における１ピツチ分の間隔は
「Ｐ」である。この実施例において、コイルは４
つの相で動作するように設けられている。これら
の相を便宜上Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄなる符号を用いて区
別する。ロツド１２の磁性リング１２ｂの位置に
応じて各相Ａ〜Ｄに生じるリラクタンスが90度づ
つずれるようになつており、例えばＡ相をコサイ
ン相とすると、Ｂ相はサイン相、Ｃ相はマイナス
コサイン相、Ｄ相はマイナスサイン相、となるよ
うになつている。第１図の実施例では、各相Ａ〜
Ｄ毎に個別に１次コイル２〜５及び２次コイル６
〜９が設けられている。各相Ａ〜Ｄの２次コイル
６〜９は各々に対応する１次コイル２〜５の外側
に夫々巻かれている。各コイルの長さは磁性リン
グ１２ｂの長さにほぼ等しく、「Ｐ／２」である。第 １図の例では、Ａ相のコイル２，６とＣ相のコイ
ル３，７とが隣合つて設けられており、Ｂ相のコ
イル４，８とＤ相のコイル５，９も隣合つて設け
られている。また、Ａ相とＢ相またはＣ相とＤ相
のコイルの間隔は「Ｐ（ｎ±１／４）」（ｎは任意の自 然数）である。この構成によつて、ロツド１２
（詳しくは磁性リング）の直線変位に応じて各相
Ａ〜Ｄにおける磁気回路のリラクタンスが変化
し、しかもそのリラクタンス変化の位相は各相毎
に90度づつずれる（従つてＡ相とＣ相では180度
ずれ、Ｂ相とＤ相とでも180度ずれる）ようにな
つている。１次コイル２〜５及び２次コイル６〜
９の結線形式は第２図のようにする。第２図は、
Ａ相とＣ相の１次コイル２乃び３を正弦信号
sinωtによつて互いに逆相で励磁し、２次コイル
６及び７の出力を同相で加算するようにした結線
形式を示すものである。Ｂ相とＤ相も上述と同様
に、１次コイル４，５を余弦信号cosωtで逆相励
磁し、２次コイル８，９の出力を同相加算する。
２次コイルの出力は最終的に加算され、出力信号
Ｙを得る。一方、これに限らず、Ａ相とＣ相の１
次コイル２，３を正弦信号sinωtによつて同相で
励磁し、２次コイル６，７を逆相接続し、Ｂ相と
Ｄ相の１次コイル４，５を余弦信号cosωtによつ
て同相で励磁し、２次コイル８，９を逆相接続
し、最終的に２次コイル出力を加算するようにし
てもよい。

第２図の結線形式は要するに次のように表現で
きる。すなわち、リラクタンス変化が180度ずれ
た２つの相（ＡとＣあるいはＢとＤ）を互いに逆
相で動作させ、かつ、リラクタンス変化が90度ず
れた２つの対（ＡとＣの対とＢとＤの対）の一方
を正弦信号sinωtによつて励磁し、他方を余弦信
号cosωtによつて励磁する。換言すれば、２つの
対（ＡとＣの対乃びＢとＤの対）は、そのリラク
タンス変化の位相が90度ずれた２つの差動トラン
スと同じものであり、そのリラクタンス変化の位
相ずれに応じた電気的位相ずれを有する２種類の
交流信号（sinωt，cosωt）によつて各々を個別
に励磁するのである。Ａ，Ｃ相の対とＢ，Ｄ相の
対の２次コイル出力を加算したものが出力信号Ｙ
となる。この出力信号Ｙは、ロツド１２における
磁性リング１２ｂの直線位置に応じた位相角φだ
け基準交流信号（sinωtまたはcosωt）を位相シ
フトしたものとなる。その理由は、各相Ａ〜Ｄの
リラクタンスが90度づつずれており、かつ一方の
対（Ａ，Ｃ）と他方の対（Ｂ，Ｄ）の励磁信号の
電気的位相が90度ずれているためである。この点
を略式で示すと次の通りである。

すなわち、磁性リング１２ｂの直線位置に対応
する位相をφとすると、直線位置に応じたリラク
タンス変化の関数は、Ａ相がcosφ、Ｂ相がsinφ、
Ｃ相が−cosφ、Ｄ相が−sinφなる略式で示すこ
とができる。Ａ相とＣ相を正弦信号sinωtによつ
て互いに逆相で動作させ、かつＢ相とＤ相を余弦
信号cosωtによつて互いに逆相で動作させ、その
結果生じた２次コイル出力を加算的に合成するの
で、出力信号Ｙは次のような略式で実質的に表現
することができる。

Ｙ＝sinωtcosφ−（−sinωtcosφ） ＋cosωtsinφ−（−cosωtsinφ） ＝2sinωtcosφ＋2cosωtsinφ ＝2sin（ωt＋φ） 上記式で便宜的に「２」と示された係数を諸種
の条件に応じて定まる定数Ｋで置換えると、 Ｙ＝Ksin（ωt＋φ） と表現できる。ここで、リラクタンス変化の位相
φは磁性リング１２ｂの直線位置ｌに所定の比例
係数（または関数）に従つて比例しているので、
出力信号Ｙにおける基準信号sinωt（または
cosωt）からの位相ずれφを測定することにより
直線位置ｌを検出することができる。ただし、位
相ずれ量φが全角2πのとき、直線位置ｌは前述
の距離Ｐに相当する。すなわち、信号Ｙにおける
電気的位相ずれ量φによれば、距離Ｐの範囲内で
のアブソリユートな直線位置が検出できるのであ
る。距離Ｐを越えてアブソリユートな直線位置を
求めたい場合は、適宜任意の手段（この検出精度
は距離Ｐを１単位とする粗いものでよい）を併設
してロツド１２における個々の磁性リング１２ｂ
の絶対番地を求め、この各リング１２ｂの絶対番
地と上述の位相ずれφにもとづく直線位置検出値
との組合せを用いればよい。電気的位相ずれφの
測定によれば、距離Ｐの範囲のアブソリユート直
線位置をかなりの高分解度で精度よく割出すこと
ができる。

出力信号Ｙと基準交流信号sinωt（または
cosωt）との位相ずれφを求めるための手段は適
宜に構成できる。第３図は位相ずれφをデイジタ
ル量で求めるようにした回路例を示すものであ
る。特に図示しないが、積分回路を用いて基準交
流信号sinωtと出力信号Ｙ＝Ksin（ωt＋φ）との
所定位相角（例えば０度）の時間差分を求めるこ
とにより、位相ずれφをアナログ量で求めること
もできる。

第３図において、発振部３２は基準の正弦信号
sinωtと余弦信号cosωtを発生する回路、位相差
検出回路３７は上記位相ずれφを測定するための
回路である。クロツク発振器３３から発振された
クロツクパルスCPがカウンタ３０でカウントさ
れる。カウンタ３０は例えばモジユロＭであり、
そのカウント値がレジスタ３１に与えられる。カ
ウンタ３０の４／Ｍ分周出力からは、クロツクパル スCPを４／Ｍ分周したパルスPcが取り出され、１／２ 分周用のフリツプフロツプ３４のＣ入力に与えら
れる。このフリツプフロツプ３４のＱ出力から出
たパルスPbがフリツプフロツプ３５に加わり、
Ｑ出力から出たパルスPaがフリツプフロツプ３
６に加わり、これら３５及び３６の出力がローパ
スフイルタ２１，２２及び増幅器２３，２４を経
由して、余弦信号cosωtと正弦信号sinωtが得ら
れる。カウンタ３０におけるＭカウントがこれら
基準信号cosωt，sinωtの2πラジアン分の位相角
に相当する。すなわち、カウンタ３０の１カウン
ト値は2π／Ｍラジアンの位相角を示している。

コイルアセンブリ１の出力信号Ｙは増幅器２５
を介してコンパレータ２６に加わり、該信号Ｙの
正・負極性に応じた方形波信号が該コンパレータ
２６から出力される。このコンパレータ２６の出
力信号の立上りに応答して立上り検出回路２８か
らパルスTsが出力され、このパルスTsに応じて
カウンタ３０のカウント値をレジスタ３１にロー
ドする。その結果、位相ずれφに応じたデイジタ
ル値Dφがレジスタ３１に取り込まれる。

尚、各相Ａ〜Ｄの設け方は上述の方法に限ら
ず、例えば、第４図に示すようにＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
相の順で各コイル２〜５，６〜９を所定間隔「Ｐ
（ｎ±１／４）」で設けてもよい。また、各相の１次 コイル２〜５と２次コイル６〜９をバイフアイラ
巻きによつて一緒に巻いてもよい。また、第５図
に示すようにＡ相とＣ相で１次コイル２（または
２次コイル）を共用するようにし、２次コイル
６，７（または１次コイル）を逆相接続としても
よい。Ｂ相とＤ相も同様に、１次コイル４を共用
し、２次コイル８，９を逆相接続とする。

尚、対を成している相Ａ及びＣまたはＢ及びＤ
は出力信号レベルを差動的に深めて精度を上げる
のに寄与している。精度を要求しない場合はＣ相
とＤ相のコイルを省略することも可能である。ま
た、コイル数（相数）は４組もしくは２組に限ら
ずそれ以上であつてもよい。

第１図において、ロツド１２の心棒１２ａは磁
性体、非磁性体のどちらでもよい。ロツド１２の
心棒１２ａを磁性体とした場合、この磁性体心棒
の外周部に所定幅の環状突出部を軸方向に所定間
隔で複数形成加工することによりこの環状突出部
を前記磁性リング１２ｂとすることもできる。そ
の場合でも、ロツド１２の滑らかなスライドを保
証するために最外周に非磁性スリーブ１２ｄを設
けるのが好ましい。

以上説明したようにこの考案によれば、シリン
ダのロツドの直線位置をアブソリユートで、しか
も精度良く検出することができるという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係るシリンダ位置検出装置
の一実施例を示す軸方向断面図、第２図は第１図
の実施例におけるコイルの結線形式の一例を示す
回路図、第３図は第１図のコイルアセンブリにお
ける２次コイル出力信号と基準交流信号との位相
ずれをデイジタル量で測定するための回路の一例
を示すブロツク図、第４図及び第５図はこの考案
の他の実施例を夫々示す軸方向断面図、である。 １……コイルアセンブリ、２〜５……１次コイ
ル、６〜９……２次コイル、１０……ケーシン
グ、１１……シリンダ、１２……ロツド、１２ａ
……心棒、１２ｂ……磁性リング、１２ｃ……非
磁性スペーサ、１２ｄ……スリーブ、１３……ピ
ストン。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ シリンダ内のピストンの一端に取り付けられ
   た心棒の周囲に、軸方向の長さが互いに等しい
   リング状の磁性体と非磁性体とが前記軸方向に
   所定ピツチＰで交互に配置されたロツドと、 前記ロツドに対して相対的に変位するように
   前記シリンダに固定され、180゜又は360゜以外の
   所定の位相差（360゜／Ｄ）を有する基準交流信
   号によつて個別に励磁され、前記軸方向に関し
   て所定の距離Ｐ×｛ｎ±（１／Ｄ）｝（但し、ｎは
   任意の整数）だけ互いに離隔されて前記ロツド
   の周囲に設けられた少なくとも２個の１次コイ
   ル、及びこの１次コイルに対応して設けられ、
   前記ロツドの前記軸方向の変位に応じて生じる
   リラクタンスの変化によつて位相シフトした出
   力信号を検出する２次コイルを含むコイルアセ
   ンブリとを具備したことを特徴とするシリンダ
   位置検出装置。 ２ 前記心棒は磁性体から成り、この心棒の外周
   部に所定幅の環状突出部を前記リング状の磁性
   体として軸方向に所定間隔で形成して成るもの
   である実用新案登録請求の範囲第１項記載のシ
   リンダ位置検出装置。 ３ 前記ロツドの周囲には非磁性体から成るスリ
   ーブが嵌着されている実用新案登録請求の範囲
   第１項または第２項記載のシリンダ位置検出装
   置。 ４ 前記１次及び２次コイルは４相のコイルグル
   ープから成り、前記リング状の磁性体の直線位
   置に応じた各相のリラクタンス変化の位相が90
   度づつずれるように配置されており、その中で
   前記リラクタンス変化が180度隔たつた２つの
   相を前記基準交流信号として正弦波信号を用い
   て互いに逆相で動作し、前記リラクタンス変化
   が180度隔たつた別の２つの相を前記基準交流
   信号として余弦波信号を用いて互いに逆相で動
   作するようにした実用新案登録請求の範囲第３
   項記載のシリンダ位置検出装置。