JPH0226003Y2 - - 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連続的にかつアブソリ
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、１次コイルと２次コイルを巻回して
成る複数の磁極を円周方向に所定間隔で配して成
るステータを含むステータアセンブリを、該ステ
ータの中心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中心空間にスライ
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、前記ロツドを磁性体として、
その周囲の少なくとも前記ステータ磁極との対向
面において軸方向に所定ピツチで並んだ複数の突
起を設け、かつ前記各ステータ磁極間では前記ロ
ツドの突起部分と磁極瑞部との対応関係にずれが
生じるようにし、前記各ステータ磁極の１次コイ
ルを互いに位相のずれた交流信号によつて個別に
励磁して前記２次コイル側に前記ロツドの直線位
置に応じて前記交流信号を位相シフトした出力信
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図及び第２図において、ステータアセンブ
リ１は、１次コイル２〜５と２次コイル６〜９を
巻回してなる４つの磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを円周方
向に90度の間隔で配して成るステータ１０を含
み、このステータ１０をケーシング１１に収納し
たものである。このステータアセンブリ１は、ス
テータ１０の中心空間がシリンダ１２のロツド１
３と同心になるような配置で該ロツド１３を該中
心空間にスライド自在に貫通させた状態で、シリ
ンダ１２の一端に固定されている。ロツド１３
は、周囲に所定ピツチのら旋突条１３ａを設けた
磁性体の心棒を含み、その一端にはシリンダ１２
内のピストン１４が取付けられている。そして、
ロツド１３の最外周には非磁性の円筒状のスリー
ブ１３ｂが嵌着されており、該ロツド１３の円滑
なスライドを可能ならしめている。

ら旋突条１３ａの１ピツチの長さがＰで示され
ており、該突条１３ａの幅は溝部１３ｃの幅とほ
ぼ等しくなつている。ステータ１０の各極Ａ〜Ｄ
の端部の軸方向の長さは、ら旋突条１３ａの幅と
ほぼ等しい。この構成によつて、ロツド１３とス
テータ各極Ａ〜Ｄとの間のギヤツプのリラクタン
スが、該ロツド１３の直線位置に応じて変化し、
かつこの変化の位相が各極毎に90度づつずれるよ
うになつている。例えば、極Ａのリラクタンス変
化をコサインとすると、極Ｂはサイン、極Ｃはマ
イナスコサイン、極Ｄはマイナスサイン、とな
り、直径方向で対向する２つの極ＡとＣまたはＢ
とＤのリラクタンスは、ロツド１３の変位に応じ
て、突条１３ａの１ピツチを１サイクルとして、
差動的に変化する。

ステータ１０における１次コイル２〜５と２次
コイル６〜９の結線例が第３図に示されている。
極ＡとＣの１次コイル２，４を正弦信号sinωtに
よつて互いに逆相で励磁し、極ＢとＤの１次コイ
ル３，５を余弦信号cosωtによつて互いに逆相で
励磁する。また、極ＡとＣの２次コイル６，８を
同相とし、極ＢとＤの２次コイル７，９も同相と
して、これらの出力を加算して出力信号Ｙを得
る。すなわち、リラクタンスが差動変化する１対
の極Ａ，Ｃともう１対の極ＢとＤとを、両対のリ
ラクタンス変化の位相ずれ（つまり90度）に応じ
た電気的位相ずれを有する２種類の基準交流信号
（sinωt，cosωt）によつて個別に励磁している。
その結果、ロツド１３の直線位置に応じた位相角
φだけ基準交流信号を位相シフトした出力信号Ｙ
が得られる。その理由は各極Ａ〜Ｄのリラクタン
ス変化が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、ロツド１３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、極Ａがcosφ、極Ｂがsinφ、極Ｃ
が−cosφ、極Ｄが−sinφなる略式で示すことが
できる。ＡとＣを正弦信号sinωtによつて互いに
逆相で動作させ、かつＢとＤ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はロツド１３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（ら
旋突条１３ａの１ピツチ長）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も求めたい場合は、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）を併設して距離Ｐ毎の絶対番地
を求め、この距離Ｐ毎の絶対番地と上述の位相ず
れφにもとず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。例えば位相ずれφをデイジタル
量で求める場合は、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）の時間差分をカウンタでカウントするように
すればよい。そのための回路が第４図に示されて
いる。また、この時間差分を積分回路を用いて求
めれば、アナログ量で位相ずれφを求めることも
できる。

第４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。

ステータ１０とロツド１３のら旋突条１３ａの
形状はこの考案の要旨を逸脱しない範囲で任意に
設計変更することができる。例えばステータ１０
の磁極の数は４に限らず、適宜選定できる。ま
た、ロツド１３に設ける突起も完全に連続するら
旋に限らず、全体としてら旋形であつて、極Ａ〜
Ｄに対応する箇所でのみ突起が生じているもので
あつてもよい。あるいは第５図に示すように軸方
向に所定ピツチで並んだ複数のリング状突起１３
ｄとしてステータ側の各磁極Ａ〜Ｄの端部に設け
た歯Ｔの軸方向位置をら旋状にずらしロツド突起
をら旋にしたのと同様の効果を得るように変更す
ることも可能である。また、ロツド１３の溝部に
非磁性体を充填して外周表面を滑らかにしてもよ
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−線断面図、第３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４
図は位相ずれをデイジタル的に測定するための回
路の一例を示すブロツク図、第５図はこの考案の
他の実施例を示す軸方向断面図、である。 １……ステータアセンブリ、２〜５……１次コ
イル、６〜９……２次コイル、１０……ステー
タ、１１……ケーシング、１２……シリンダ、１
３……ロツド、１４……ピストン、１３ａ……ら
旋突条、１３ｂ……非磁性スリーブ、１３ｃ……
溝部、１３ｄ……リング状突起、Ｔ……ステータ
磁極端部の歯。

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、軸方向に所定ピツチで並んだ複数の突起を
   有する磁性体のロツドと、 このロツドに対してほぼ同心状となるように
   前記シリンダの所定箇所に固定配置され、前記
   ロツドを前記軸方向に貫通させるステータと 前記ロツドに対向するように前記ロツドの円
   周方向に所定間隔を有し、前記ロツドの突起部
   分に対して相対的な位置関係にずれが生じるよ
   うに前記ステータに設けられた複数の磁極と、 前記磁極に別々に巻回され、180゜又は360゜以
   外の所定の位相差を有する基準交流信号によつ
   て個別に励磁される少なくとも２個の１次コイ
   ルと、 前記１次コイルに対応して前記磁極に巻回さ
   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 前記ロツドは、前記突起として、その周囲に
   所定ピツチのら旋突条を設けてなるものである
   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。