JPH0226004Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は位相シフト型直線位置検出装置に関
する。

従来技術 直線型位置検出装置として従来より知られてい
るものに差動トランスがあるが、これは直線位置
を電圧レベルに変換するものであるため、外乱に
よる影響を受けて誤差を生じ易いという欠点があ
る。

この点に鑑みて、外乱等による出力レベル変動
に影響されることなく正確な検出が可能な直線位
置検出装置を位相シフト型検出装置によつて構成
することを、本出願人は先行出願（実願昭57−
32127号）において提案した。この先行出願に開
示された直線位置検出装置は、直線変位方向に所
定の配置でずれて配設された複数の１次コイル
と、この１次コイルに対応する２次コイルと、こ
れらの１次及び２次コイルに対して相対的に直線
変位可能に配されたコア部とを具備し、前記１次
コイルの各々を位相のずれた複数の基準交流信号
によつて夫々励磁し、これにより前記基準交流信
号を前記コア部の相対的直線位置に応じて位相シ
フトした出力信号を２次コイルに生ぜしめるよう
にしたものである。そこにおいて、前記コア部
は、所定長の円筒状の磁性体コアを非磁性体のス
ペーサを介して所定の間隔で複数設けたものであ
り、コアの配列の１ピツチを１周期とするリラク
タンス変化を相対的直線変位に応じてコイルに生
ぜしめるようになつている。この１周期分のリラ
クタンス変化につき１周期分（2π）の位相シフ
トがなされる。従つて、出力信号における位相ず
れ量は、１周期分（コア１ピツチ分）の直線変位
の範囲内でのアブソリユート値を示す。

ところで、上述の先行技術では１つの円筒コア
の長さはコイルの長さより長くすることはでき
ず、円筒コアの長さとスペーサの長さとコイル長
とが等しいとき１周期分のアブソリユート検出範
囲を最大に設定できるにすぎなかつた。すなわ
ち、アブソリユート検出可能範囲の１周期がコイ
ル長の２倍までに制約されてしまい、その範囲を
拡大するためにはコイル長を延長しなければなら
なかつた。しかし、コイル長を徒らに延ばすこと
はコスト及び装置規模の面で得策とはいえない。

考案の目的 この考案は上述の点に鑑みてなされたもので、
コイル長を徒らに長くせずにアブソリユート直線
位置検出可能範囲の１周期を拡大することができ
る位相シフト型直線位置検出装置を提供しようと
するものである。

考案の概要 上述の目的は、断面積が直線変位方向に連続的
もしくは段階的に増大もしくは減少する形状のコ
アを用いることによつて達成することができる。

実施例 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、検出ヘツド部１は、ケーシン
グ４内に所定の配置で収納された１次コイル及び
２次コイルと、これらのコイル内に相対的に直線
移動可能に挿入された長い棒状のコア部２とを含
んでいる。コア部２は、非磁性体のスリーブ６と
このスリーブ６内に収納された磁性体コア３とか
ら成る。コア３は、円錐形もしくは円錐台形の複
数のテーパ部３ａ，３ｂ…を軸方向（相対的直線
変位方向）に沿つて交互に逆向きに一定ピツチで
形成して成るものである。一定長Ｐ／２（Ｐは任意 の定数）にわたつて断面積が漸減する第１のテー
パ部３ａと、それに引き続いて一定長Ｐ／２にわた つて断面積が漸増する第２のテーパ部３ｂとが一
組になつて、１周期分の三角関数形のリラクタン
ス変化をもたらすのに寄与する。一組のテーパ部
３ａ，３ｂの長さはＰである。このような長さｐ
のテーパ組が、必要に応じて軸方向に複数組連続
的に形成されている。検出対象である直線変位が
コア部２またはコイルを含むケーシング４に与え
られ、この検出対象変位に応じてコア部２が相対
的に変位する。

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。各相
Ａ〜Ｄ毎に個別に１次コイル７，８，９，１０及
び２次コイル１１，１２，１３，１４が設けられ
ている。各相Ａ〜Ｄの２次コイル１１〜１４は
各々に対応する１次コイル７〜１０の外側に（ま
たは内側またはバイフアイラ巻きで）夫々巻かれ
ている。コア３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。そのた
め各コイルは、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ相の順で所定の間
隔「Ｐ（ｎ＋１／４）（ただしｎは任意の自然数であ つて、好ましくは０）で設けられている。尚、こ
こで、各コイルの長さはテーパコア３の１ピツト
Ｐとは無関係であり、任意に選べる。

コア部２の相対的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テーパ部３
ａ，３ｂの１ピツチ長Ｐを１周期として変化し、
しかも各相はＰ／４ずつ間隔で設けられているので 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相とでは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。
従つて、そのようなリラクタンス変化をもたらす
ものでありさえすれば、各相Ａ〜Ｄのコイル配置
は第１図に示すものに限定されない。

第１図における１次コイル７〜１０及び２次コ
イル１１〜１４の結線形式は一例として第２図の
ようにする。この結線形式では、Ａ相とＣ相の１
次コイル７，９を正弦信号sinωtによつて同相で
励磁し、２次コイル１１，１３を逆相接続する。
また、Ｂ相とＤ相の１次コイル８，１０を余弦信
号cosωtによつて同相で励磁し、２次コイル１
２，１４を逆相接続する。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検出ヘ
ツド部１の出力信号Ｙとなる。この出力信号Ｙ
は、コア部２の相対的直線位置ｘ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、コア部２の相対的直線位置に対応す
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はコア部２の相対的直線位置ｘ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
ｘを検出することができる。ただし、位相ずれφ
が全角2πのとき、直線変位量は前述の距離Ｐ（１
組のテーパ部３ａ，３ｂの長さ）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。テーパ部３ａ，３ｂ
が複数連続して形成されている場合は、各テーパ
組毎にその長さＰの範囲内でアブソリユート直線
位置検出ができる。その際、１周期以上の絶対的
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）を併設して各テーパ組の絶対番地を求
め、この各テーパ組の絶対番地と上述の位相ずれ
φにもとづく１周期内のアブソリユート直線位置
との組合せによつて特定すればよい。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。また、外乱等による信号レベ
ルの変動が位相ずれ量φに全く影響を与えないこ
とも明らかである。

検出ヘツド部１の出力信号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０位相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／Ｐ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。

検出ヘツド部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、コア３の形状は、断面積が連続的に漸減及
び漸増するテーパに限らず、断面積が段階的に漸
減及び漸増する形状であつてもよい。また、コイ
ルをコア部２に同心に配置せずに、１次コイルと
２次コイルのコイル端の間にコア部２が位置する
ようにしてもよい。

考案の効果 以上説明したようにこの考案によれば、断面積
の漸減及び漸増を１乃至複数回繰返す形状のコア
を用いたので、コイル長を徒らに長くすることな
く、位相シフト型直線位置検出装置におけるアブ
ソリユート検出範囲の１周期を拡大することがで
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直線位置検出装置で用
いる検出ヘツド部の一実施例を示す軸方向断面
図、第２図は同実施例におけるコイル結線形式の
一例を示す回路図、第３図は第１図の検出ヘツド
部に基準交流信号を与える回路及び出力信号の位
相ずれを測定するための回路の一例を示すブロツ
ク図、である。 １……検出ヘツド部、２……コア部、３……コ
ア、３ａ，３ｂ……テーパ部、４……ケーシン
グ、６……スリーブ、７〜１０……１次コイル、
１１〜１４……２次コイル、３２……発振部、３
７……位相差検出回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 直線方向に相対的に変位可能に配置され、断面
   積が前記直線方向に沿つて同じ距離（Ｐ／２）だ
   け漸減及び漸増するような形状のコアを前記直線
   方向に所定ピツチＰで有する磁性体コアと、 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、
   前記直線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
   れて前記磁性体コアの周囲に設けられた少なくと
   も２個の１次コイルと、 前記１次コイルに対応して設けられ、前記磁性
   体コアの前記直線方向の相対的変位に応じて生じ
   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
   特徴とする位相シフト型直線位置検出装置。