JPH03231107A

JPH03231107A - 直線位置センサ

Info

Publication number: JPH03231107A
Application number: JP2698390A
Authority: JP
Inventors: Eiji Shimomura; 英二霜村; Kazuo Yamada; 一夫山田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-02-06
Filing date: 1990-02-06
Publication date: 1991-10-15

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、ＮＣ機器等において可動体の移動位置を磁気
的に検出する直線位置センサに関する。

（従来の技術）この種の直線位置センサとしては、デジタル形では磁気
記録方式のマグネスケールがあり、また、アナログ形で
は磁気弾性波伝搬方式によるものがある。このうち、後
者の磁気弾性波伝搬方式のものは、一般に精度よりも連
応性、操作性、簡易性か要求される場合に利用されるこ
とが多く、例えば第６図に示すような構成となっている
。

即ち、可動体１に対してその移動方向と平行に配置され
た磁歪を有する長尺状の磁性体２を設け、この磁性体２
の一端側に励磁コイル３を配設すると共に可動体１に検
出用コイル４を設けて構成したものである。励磁コイル
３にパルス電流を与えると磁性体２には磁気弾性波が生
じ、これが磁性体２の他端部に伝搬して行く。この場合
、磁気弾性波は磁性体２内を４〜５１ａ＊／ｓで伝搬す
るため、励磁コイル３から遠ざかるにつれて位相遅れ及
び振幅減衰が大きくなる。つまり、磁性体２の不特定位
置で観測される磁気弾性波は、その観測位置に応じて振
幅及び位相が異なるようになる。一方、検出コイル４に
は、磁性体２内を伝搬する磁気弾性波により電圧が誘起
される。従って、例えば、第６図において、励磁コイル
３と同じ位置に相当する（ａ）と、磁性体２に沿って全
体の半分程度隔たった位置に相当する（ｂ）との両者の
位置における検出コイル４の検出電圧を比較すると、夫
々第７図（ａ）、（ｂ）に対応させて示すようになる。

即ち、励磁コイル３から遠ざかる位置にある（ｂ）の検
出電圧は、（ａ）に比べて振幅はＡからＡ′へと減衰し
、伝搬に要する遅れ時間τが発生して位相かずれる。こ
のような関係が生ずることに基き、検出コイル４に誘起
される電圧を励磁コイル３への印加電圧と比較すること
により、可動体１の位置を検出することかできるのであ
る。

（発明か解決しようとする課題）しかしながら、上記したような従来構成のものは、磁気
弾性波が伝搬距離の増加に伴って指数関数的に減衰する
ため、長距離の伝搬が望めず検出範囲か広く取れなくな
り、従って、前述したように広い範囲で精度の良い検出
か行えないという問題があった。このことは、単に励磁
コイル３への入力を増加させてもそれに比例して伝搬距
離つまり検出距離を増やすことができないことを意味し
ており、しかも、磁性体２には材質的な限界が有るため
、励磁電流を増加させても磁性体２か飽和現象を起こし
て磁化か比例して増加しなくなることによるものである
。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、磁気弾性波伝搬方式による検出の利点を生かしなが
ら、簡単な構成で広い範囲に渡って可動体の位置を精度
良く検出することができる直線位置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）本発明の直線位置センサは、磁歪を有し長尺状をなす磁
性体と、所定間隔を存して配置され隣合うもの同志が夫
々前記磁性体に対して位相が反転した磁気弾性波を発生
させる複数個の励磁手段と、前記磁性体の長手方向に沿
って移動可能に配置された可動体と、この可動体に設け
られ前記磁性体に発生している磁気弾性波を検出する検
出手段とを具備して構成したところに特徴を有する。

（作用）本発明の直線位置センサによれば、複数個の励磁手段に
励磁電流を与えると、磁性体には磁気弾性波か生起され
、しかも隣合う励磁手段との間に生ずる磁気弾性波が互
いに位相か反転していることにより一定の条件で干渉し
合うので、例えば両者の振幅が同じであれば、ちょうど
中央部で振幅がゼロとなり、且つ励磁手段を設けた位置
ではピークとなるような分布状態が得られる。つまり、
距離に対して振幅の大きさは指数函数的ではなく略比例
して変化するような分布状態となるのである。これによ
り、可動体に設けられた検出手段には、可動体の移動位
置に応７じて磁性体に発生している磁気弾性波から電圧
が誘起され、こ、の誘起電圧を励磁電流と比較すること
により可動体の位置が検出される。

（実施例）以下、本発明の第１の実施例について第１図乃至第３図
をり照しながら説明する。

第１図は全体の構成を模式的に示しており、移動可能に
配設された可動体１１には検出手段たる検出コイル１２
が設けられており、この可動体１１の移動位置に対応し
て磁歪を有する磁性体１３が配置されている。磁性体１
３は例えばＦｅ系のアモルファス薄帯等の材料からなる
。そして、この磁性体１３の両端部に夫々位置して励磁
手段たる励磁コイル１４及び１５が配設され、これらは
磁性体１３に対して生起させる磁気弾性波の位相を反転
させるように逆接続状態で直列にして励磁源となる交流
電源１６の両端子間に接続されている。

次に、本実施例の作用について第２図をも２照しながら
説明する。

まず、交流電源１６から励磁コイル１４及び１５に対し
て励磁周波数ｆの電流を与えると、磁性体１２の内部で
はパルス状の励磁電流に応じて磁気弾性波が発生する。

そして、この磁気弾性波は互い、に位相が反転されてい
る（位相が１８０°ずれている）ので、これらの磁気弾
性波の合成として得られる磁性体１２の振動状態は励磁
電流と比較するとその位相と振幅の関係は第２図に示す
ような特性となっている。つまり、夫々の励磁コイル１
４及び１５により発生される磁気弾性波は、距離か増え
るに連れて振幅はゼロに近付きその変化は少なくなって
行くが、互いに中間点で干渉し会うことにより強制的に
ゼロにすることができ、従って、距離に対する振幅の変
化を大きくすることかできる。

ここで、発明前らか実験的に得た結果について簡（４１
に述べると、励磁コイル１４及び１５の間の距ＭＬをパ
ラメータとして入力端子にχ１する出力電圧の大きさの
比を表わすと、第３図に示すような結果がｉヒられた。

即ち、この場合に、距ＭＬを５ｃｒｎ、８ｃｍ及び１．
６ｃｍとし、励磁周波数を５　　ｋｌｌｚ、励磁コイル
巻数を３回、検出コイル巻数を２０としたときの結果で
ある。この第３図において、入出力電圧比Ｒ（ＯＯ）は
、夫々の場合において距離りの中間点てゼロとなり、各
励磁コイル１４及び１５に対応する磁性体１１の部分に
おいては互いに最大の振幅となるような結果が得られる
。そして、距離りに対しては、間隔が短くなる程そのピ
ーク値は大きくなり、従って、分解能が良くなることを
示している。

このような本実施例によれば、磁性体１３の両端部に励
磁コイル１４及び１５を配置させ、両者に互いに位相が
反転した磁気弾性波を磁性体１３に発生させるように励
磁電流を与えるようにしたので、従来と異なり、磁性体
１３の全長に渡って磁気弾性波の振幅の変化を大きくす
ることができ、従って、検出距離の変化に対して検出コ
イル１２には変化の大きな電圧を誘起させることかでき
、可動体１１の位置をより精度良く広い範囲で検出する
ことができる。

また、上記実施例によれば、励磁コイル１４及び１５の
間隔を小さくするほど検出電圧の変化をより大きくする
二とができ、これによりさらに検出精度を向上させるこ
とができる。

第４図は本発明の第２の実施例を示しており、第１の実
施例と異なるところは、励磁コイル１４及び１５を複数
組直列に接続して構成したことである。これにより、第
１の実施例と同様の効果が得られると共に、さらに長い
検出領域においても精度良く位置を検出することかでき
る。つまり、長い検出領域を複数組の検出領域に区切り
、各検出領域の両端に励磁コイルか配置されるようにし
て構成したのである。そして、隣り合う検出領域におい
ては第２図に示した特性は左右反転して得られ、各領域
を６■動体１１が通過するときに記憶しておくことによ
り、何番目の検出領域のどの位置にあるかが検出できる
のである。

また、第２の実権例においても、励磁コイル１４及び１
５の間隔を小さくするに連れて位置検出精度を上昇させ
ることができる。

尚、上記各実施例においては、磁性体としてＦｅ系のア
モルファス材料を用いた場合について述べたが、これに
限らず、磁歪を有し磁気弾性波を発生させる磁性体であ
れば良い。

また、上記第２の実施例において、検出コイル１２や励
磁コイル１４．１５に代えて第５図に示すような磁気ヘ
ッド１７を用いるようにしても良い。この磁気ヘッド１
７はギャップＧを有する磁性ヨーク１７ａにコイル１７
ｂを巻回してなり、励磁や磁気弾性波の検出を磁性ヨー
ク１７ａを介して行うようにしたものである。

さらに、磁気弾性波の検出にはホール素子等の磁気検出
素子を用いることもできる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の直線位置センサによれば
、励磁手段を磁性体に対して所定間隔を存して配置する
と共に隣合うもの同志が夫々磁性体に対して位相か反転
した磁気弾性波を発生させるように複数個設けたので、
磁性体の全領域に渡って広い範囲で距離の変化に対して
検出電圧の振幅の変化を大きくとることができ、従って
、簡単な構成ながら、可動体の位置を広い範囲内で精度
良く検出できるといる優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の第１の実施例を示し、第１
図は全体構成の概略図、第２図は検出電圧の分布特性図
、第３図は入出力電圧比を実験により求めた結果を示す
図である。第４図及び第５図は本発明の第２及び第３の
実施例を示す第１図相当図及び要部概略図である。また
、第６図及び第７図は従来例を示し、第６図は第１図相
当図、第７図は検出電圧の波彰図である。図面中、１１は可動体、１２は検出コイル（検出手段）
　１３は磁性体、１４及び１５は励磁コイル（励磁手段
）である。

Claims

【特許請求の範囲】

１、磁歪を有し長尺状をなす磁性体と、所定間隔を存し
て配置され隣合うもの同志が夫々前記磁性体に対して位
相が反転した磁気弾性波を発生させる複数個の励磁手段
と、前記磁性体の長手方向に沿って移動可能に配置され
た可動体と、この可動体に設けられ前記磁性体に発生し
ている磁気弾性波を検出する検出手段とを具備してなる
直線位置センサ。