JPH03214003A - 非接触変位センサ及び変位検出方法 - 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】 〈産業上の利用分野） 本発明は、非接触状態で対象物の変位を検出する非接触
変位センサに関し、中でもインダクタンス変化検知型の
変位センサに関する。

（従来技術） 近年、磁気吸引力を利用して回転軸を非接触状態で支持
する磁気軸受が提案されており、超高速回転の可能性に
ついて注目されている。この磁気軸受は、非接触状態で
対象物の変位を検出する非接触変位センサを利用ｉ、で
、回転軸を支持するための磁気吸引力を発生する電磁石
を前記変位センサで検出した回転軸の変位に基いて制御
する、二とにより、回転軸の非接触支持を実現している
。

このような磁気軸受等に利用される非接触変位センサと
しては、インダクタンス変化検知型の変位センサが測定
範囲が広く、出力が大きい等の特長を有することから広
く知られている。このインダクタンス変化検知型の変位
センサは、対象物を鉄心入りコイルの閉磁路の一部とし
て利用し２、対象物の変位により該コイルと対象物間の
空隙が変化すると、閉磁路の磁気抵抗が変化してコイル
のインダクタンスが変化するので、このインダクタンス
変化を、コイルに所定の周波数の交流電流を供給してコ
イル両端の電圧を測定することにより検出して、対象物
の変位を検出している。

（発明が解決しようとする課題） 上記の如き従来のインダクタンス変化検知型の非接触変
位センサにおいて、前述の磁気軸受の超高速回転化への
対応を考慮した場合、超高速回転化のためには、磁気軸
受のロータ長を短縮して回転軸の曲げ共振点を向上させ
る必要があるため、モータおよび軸受用電磁石と変位セ
ンサとの距離が小さくなり、さらに大気中での高速回転
時においては回転の上昇とともに回転軸の風損が増大す
るために大出力のモータが必要となることから、変位セ
ンサに対する電磁ノイズが非常に増大し、その対策が要
求されている。

また、従来の非接触変位センサは、検出コイルのコアが
通常珪素鋼板により構成されており、第３図に示すよう
に周波数が上昇するにつれてインダクタンスが低下する
特性を有している。このため、電源電圧の変動による入
力信号の周波数変化や対象物の変位により生じる変調波
によってインダクタンスが変化し、検出精度の低下が生
じていた。

そこで本発明は、インダクタンス変化検知型の非接触変
位センサにおいて、電磁ノイズに対する耐性を向上させ
、また周波数特性を改善して検出精度を向上させようと
するものである。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明は、高周波損失の小
さいアモルファス合金よりなるコアを有し、対象物と対
向して設置されて該対象物の一部を含む閉磁路を構成す
べき検出コイルと、前記検出コイルに所定の周波数の信
号を印加して該検出コイルのインダクタンスを検出する
インダクタンス検出手段とを備えたものであり、また前
記インダクタンス検出手段の用いる前記信号は、前記検
出コイルの周波数に対するインダクタンスの変化特性の
平坦な周波数領域に設定したものである。

（作用および発明の効果） 上記の如く構成された本発明では、インダクタンス検出
手段より検出コイルに供給される信号は対象物の変位の
周波数に対して非常に高く設定する必要があるが、高周
波損失の小さいアモルファス合金を用いて検出コイルの
コアを構成することにより、検出コイルが構成する閉磁
路の全磁気抵抗のうち検出コイルと対象物との空隙に起
因する磁気抵抗の割合が増大するため、センサとしての
感度が向上し、外乱である電磁ノズルの影響を低減する
ことができる。またアモルファス合金をコアに用いた検
出コイルの周波数対インダクタンス特性は、周波数変化
に対してインダクタンスが変化しない領域を有するので
、この周波数領域の中心付近に検出コイルに供給する信
号の周波数を設定することにより、対象物の変位による
変調波等が生じてもインダクタンスが変化せず、センサ
の周波数特性が平坦となり、検出精度°が向上する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す図である。第１図にお
いて、検出コイル１は高周波損失の小さい鉄系のアモル
ファス合金の薄板を積層してなる略Ｕ字形のコア２の外
周に巻線３を巻装したものであり、変位が検出される対
象物４にコア２の両端を対向させて固定的に配置される
。５，６および７はインダクタンス検出手段を構成する
それぞれ発振器、検波器およびフィルタである。発振器
５の交流出力は検出コイルｌの巻Ｍ３の一端に供給され
る。巻線３はその両端の電圧を測定するために他端が接
地されており、前記交流入力が供給される一端側におい
て検波器６に接続されて、検波器６により巻線３の接地
点からの端子電圧が検出される。この検波器６の出力は
ローパスまたはノツチ、あるいは両者を組合せたフィル
タ７に供給されて対象物４の変位成分のみが抽出される
。

ここで、発振器５の出力インピーダンスは巻線３の入力
インピーダンスに比して大きく、発振器５からの交流出
力は定電流出力となる。また対象物４は少くともコア２
と対向する部分が磁性体で構成されており、検出コイル
１はコア２、対象物４との空隙εおよび対象物４を通る
閉磁路を構成する。この閉磁路において、空隙εの磁気
抵抗は磁性体よりなるコア２および対象物４に比して大
きく、対象物４の変位により空隙εが変化すると閉磁路
内の磁気抵抗が大きく変化し、検出コイル１のインダク
タンスが変化する。このインダクタンス変化を、上記の
如く巻線３に発振器５により交流定電流を流し、検波器
６で巻線３の両端電圧を検出し、フィルタ７で交流電圧
を平滑化して対象物４の変位成分のみを検出する。

このとき、発振器５の発振周波数は検出しようとする対
象物４の変位の周波数に対し十分に高い周波数に設定す
る必要がある。一方、鉄系のアモルファス合金よりなる
コア２を有する検出コイル１を用いた場合、第２図に示
すように高周波領域に周波数変化に対して、インダクタ
ンスが変化せずほぼ一定となるインダクタンス平坦領域
が存在することか実験により確認されている。そこで本
実施例ではこのインダクタンス平坦領域の中心付近に発
振器５の発振周波数を設定している。

以りの構成において、コア２を高周波損失の小さいアモ
ルファス合金で構成したことにより、発振器５より巻線
３に高い周波数の交流電流が供給されたときに、検出コ
イル１が構成する閉磁路における磁性体部分（即ち、コ
ア２）の磁気抵抗の増大が著しく抑制されるので、該閉
磁路の全磁気抵抗中のコア２と対象物４との空隙εに起
因する磁気抵抗成分が大きく、対象物４の変位によるイ
ンダクタンス変化が大きくなり、センサとしての感度が
向上する。また、従来の珪素鋼板コアの周波数特性（第
３図参照）では存在しなかったアモルファス合金よりな
るコア２に特有の周波数特性であるインダクタンス平坦
領域に発振器５の発振周波数を設定することにより、対
象物４の変位による変調波に対してもインダクタンスが
ほぼ一定となり、センサとしての周波数特性が良好なも
のとなり、検出精度が向上する。このように本実施例に
よれば、非接触変位センサの感度を向上させ、周波数特
性を平坦にして検出精度を向上させることができるので
、電磁ノイズ等の外乱に強く、磁気軸受の超高回転化に
も対応し得るものである。

なお、変位が検出される対象物の検出コイルによる閉磁
路が構成される部分をアモルファス合金にすることによ
り、よりセンサの感度を向上させることができる。また
、前記実施例では単一の検出コイルで対象物の変位を検
出する構成であったが、公知の２以りの検出コイルをブ
リッジ接続した構成（一方はダミーでも良い）の変位セ
ンサでも本発明は同様な効果を奏する。さらに前記実施
例では、検出コイルに交流定電流を流してその両端の電
圧を検出したが、検出コイルを交流定電圧で駆動して検
出コイルに流れる電流を検出しても良い。また制御用に
はフィルタ７は必ずしも必要ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は本発
明の一実施例の周波数対インダクタンス特性を示す図、
第３図は従来の非接触変位センサの周波数対インダクタ
シス特性を示す図である。 １・・・・・・・・検出コイル、 ２・・・・・・・・・コア、 ３・・・・・・・・・巻線、 ４・・・・・・・・対象物、 ５・・・・・・・・・発振器、 ６・・・・・・・・・検波器、 ・・・・・・・フィルタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アモルファス合金よりなるコアを有し、対象物と
   対向して設置されて該対象物の一部を含む閉磁路を構成
   すべき検出コイルと、前記検出コイルに所定の周波数の
   信号を印加して該検出コイルのインダクタンスを検出す
   るインダクタンス検出手段とを備えたことを特徴とする
   非接触変位センサ。
2. （２）前記インダクタンス検出手段が前記検出コイルに
   印加する信号の周波数を該コイルの周波数に対するイン
   ダクタンスの変化特性の平坦な周波数領域に設定したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非接触変位
   センサ。