JPH0526602A - 変位センサ - Google Patents

変位センサ

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Publication number
JPH0526602A
JPH0526602A JP17676491A JP17676491A JPH0526602A JP H0526602 A JPH0526602 A JP H0526602A JP 17676491 A JP17676491 A JP 17676491A JP 17676491 A JP17676491 A JP 17676491A JP H0526602 A JPH0526602 A JP H0526602A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coils
movable body
bobbin
displacement sensor
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP17676491A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihide Tonogai
佳英 殿貝
Masaaki Takagi
正明 高木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec Precision Corp
Original Assignee
Nidec Copal Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Copal Corp filed Critical Nidec Copal Corp
Priority to JP17676491A priority Critical patent/JPH0526602A/ja
Publication of JPH0526602A publication Critical patent/JPH0526602A/ja
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 零点のバラツキを低減すると共に、ストロー
クリニアリティを向上する変位センサを提供することを
目的とする。 【構成】 検出端に連なる磁性体で構成された可動体4
と、可動体4が所望のエアギャップを存して直線移動可
能に係合されるボビン1と、ボビン1の外周面に巻線さ
れ、可動体4の変位量を電気量に変換して差動的に検出
する一対のコイル2,3を備えた変位センサにおいて、
一対のコイル2,3が、それぞれ複数個の分割コイル2
a,3aで構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、差動変位センサおよび
差動トランス等の機械的変位を電気的に検出する変位セ
ンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来の差動変位センサを示して
おり、この差動変位センサでは、円筒状のボビン61の
外周面が長さ方向に対称に2つに区画され、各区画に同
一巻数のコイル62,63が巻線されている。ボビン6
1内には磁性体からなる可動体64が直線移動可能に挿
入されており、この可動体64には検出端となるジョイ
ントロッド65が連結されている。一対のコイル62,
63は直列に接続され、それぞれ出力が取り出せるよう
になっている(図6(b))。このような構成では、可
動体64がコイル62,63と磁気的に結合しており、
ボビン61内で可動体64が変位すると、可動体64と
両コイル62,63の磁気的結合度が変化し、取り出し
た自己インダクタンスをインピーダンス変化として、こ
の可動体64の変位を検出できるようになっている。
【0003】図7は、従来の差動トランスを示してお
り、この差動トランスでは、円筒状のボビン71の外周
面が長さ方向に3つに区画され、中央部分に一次コイル
72が巻線され、この一次コイル72の両側に同一巻数
の一対の二次コイル73,74が巻線されている。ボビ
ン71内には磁性体からなる可動体75が直線移動可能
に挿入されており、この可動体75には検出端なるジョ
イントロッド76が連結されている。二次コイル73,
74は直列に接続されているが、逆向きに巻線され両端
から出力が取り出せるようになっている(図7
(b))。このような構成では、可動体75が一次コイ
ル72および二次コイル73,74と磁気的に結合して
おり、ボビン21内で可動体25が変位すると、磁気的
結合度が変化し、取り出した相互インダクタンスによる
に二次誘導電圧の変化として、この可動体75の変位を
検出できるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところでこれらのセン
サは、機械的に極めて微妙な変位を検出するものであ
り、上述の差動変位センサにおける一対のコイル62,
63、および上述の差動トランスにおける一対の二次コ
イル73,74は電気的に完全に同一のものである必要
がある。しかし、コイルをボビンに巻く際にたとえ機械
巻きで精度よく巻線しても、ボビンの巻きスペースの寸
法精度やコイルを完全に均一に巻回することは製造上不
可能であり、実際には二つのコイルを電気的に完全に同
一ものとすることはできない。このため、機械的零点と
電気的零点とが微妙にずれ、センサとして差動構成をと
っていても直線性や温度特性に影響してしまうこととな
っていた。すなわち、零点のバラツキの低減には一定の
限界があった。
【0005】また、個々のコイルのインピーダンス変化
が非線形であるため、可動体の変位とコイルから出力さ
れる電圧とが比例関係となるのは、限られた狭い範囲と
なっており、この範囲でコイルや可動体の長さで決まる
ため、検出可能なストロークを長くするには、センサ全
体を長いものにする必要があった。
【0006】本発明は、これらの事情に基づいて為され
たものであり、零点のバラツキを低減すると共に、スト
ロークリニアリティを向上する変位センサを提供するこ
とをその目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項1の発明は、検出端に連なる磁性体で構成された可
動体と、可動体が所望のエアギャップを存して直線移動
可能に係合されるボビンと、ボビンの外周面に巻線さ
れ、可動体の変位量を電気量に変換して差動的に検出す
る一対のコイルを備えた変位センサにおいて、一対のコ
イルが、それぞれ複数個の分割コイルで構成されている
ことを特徴とする。
【0008】請求項2の発明は、検出端に連なる磁性体
で構成された可動体と、可動体が所望のエアギャップを
存して直線移動可能に係合されるボビンと、ボビンの外
周面に巻線され、可動体の変位量を電気量に変換して差
動的に検出する一次コイルおよび一対の二次コイルとを
備えた変位センサにおいて、少なくとも二次コイルが、
それぞれ複数個の分割コイルで構成されていることを特
徴とする。
【0009】これらの場合、複数個の分割コイルの内、
差動構成の分割コイルは、左右対称であって各分割コイ
ルの巻数が、外端側が少なく、内端側が多いもので構成
されていること
【0010】
【作用】任意の幅を持つコイルがある方向に偏って巻線
されているとき、このコイルの機械的零点と電気的零点
の差である零点のずれの分散をσx とすると、このコイ
ルをn個に分割したとき、この各分割コイルも上記同様
に偏って巻線されているとすると、その零点のずれの分
散はσx /nとなる。個々の零点のずれの分散の総和σ
は誤差法則により、σ2 =n(σx /n)2 =σx 2
nとなる。したがって、σ=σx /√nとなり、零点の
分散は分割した方が1/√nだけ小さくなる。
【0011】また、各分割コイルの巻数が、外端側が少
なく、内端側が多いもので構成されていると、外端部で
の非線形となりがちなコイルのインピーダンス変化の影
響が緩和され、直線性が良好となる。
【0012】
【実施例】図1に基づいて、本発明の第1の実施例に係
る差動変位センサについて説明する。図1(a)は差動
変位センサの断面図であり、図1(b)はその原理図で
ある。同図(a)に示すようにこの差動変位センサは、
円筒状のボビン1と、これに巻線された一対の第1およ
び第2コイル2,3と、ボビン1の内部に磁性体で構成
された可動体4(鉄心)とを備えている。ボビン1は、
その外周面が長さ方向に全体が2つに区画され巻線スペ
ース5,6となっており、さらに各巻線スペース5、6
内が4つの分割スペース5a(6a)に区分されてい
る。そして、これらの分割スペース5a(6a)に第1
および第2コイル2,3が巻線されて、それぞれの分割
コイル2a(3a)が構成されている。第1、第2両コ
イル2,3は電気的特性が同一になるように全く対称に
構成され、直列に接続された状態で2つの巻線スペース
5,6にそれぞれ同一の巻数で巻線されている(同図
(b)参照)。また、第1、第2の各コイル2,3は、
外端の2つの分割コイル2a,2a(3a,3a)に対
しては巻数が少なく、内端の2つの分割コイル2a,2
a(3a,3a)に対しては巻数が多く、しかも、全体
としては対称かつ所望のコイル長となるように巻線され
ている。
【0013】また、ボビン1の内部にはジョイントロッ
ド7を介して検出部に接続、あるいは当接される可動体
4が、所望のエアーギャップを存して直線移動可能に挿
入されている。この変位センサの軸方向に対し、可動体
4の中間点は第1、第2両コイル2,3の中間点と合致
して、この点が変位センサの零点となり、変位と電圧が
この零点を中心に比例関係を示すようになっている(図
2参照)。この零点に対して、可動体4が前後方向いず
れかに移動することにより、自己インダクタンスが増減
する。この場合、可動体4の移動の方向と、移動による
変位量が第1、第2両コイル2,3のインピーダンス変
化により検出される。この場合、上述のように機械的零
点と電気的零点とを合致させるようにしているが、実際
には第1、第2両コイル2,3は電気的に全く同一に構
成することは不可能であり、機械的零点と電気的零点の
間にずれが生ずる。
【0014】ここで本実施例における機械的零点と電気
的零点のずれを理論的に説明する。コイルがある方向に
偏って巻線されているとき、このコイルの機械的零点と
電気的零点の差である零点のずれの分散をσx とする
と、このコイルをn個(本実施例で4個)に分割したと
き、この各分割コイルも上記同様に偏って巻線されてい
るとすると、その零点のずれの分散はσx /nとなる。
個々のコイルの零点のずれの分散の総和σは誤差法則に
より、σ2 =n(σx /n)2 =σx 2 /nとなる。し
たがって、σ=σx /√nとなり零点のずれの分散は、
全体としては分割コイルの方が1/√nだけ小さくな
る。すなわち、コイルの分割数nが大きくなればなるほ
ど零点のずれは小さくなる。
【0015】また、外端の2つの分割コイル2a,2a
(3a,3a)はコイルの巻数が少なく、内端の2つの
分割コイル2a,2a(3a,3a)はコイルの巻数が
多く巻線されているので、非線形となりがちなインピー
ダンス変化の影響は全体としては少なくなる。すなわ
ち、センサとして感度的には幾分低下するものの、出力
と変位の関係が比例関係となる距離が長くなる。また、
本実施例をAとし従来例をBとしてプロットした図3に
示すように、直線性が良好となる。このことは、短いセ
ンサ寸法でありながら検出ストロークが長くなることを
意味する。
【0016】図4は第2の実施例を示しており、この実
施例では可動体4が筒状に形成され、ボビン1がこの可
動体4の中空部に緩挿された構造となっている。また、
ジョイントロッド7の代えてジョイントパイプ8が設け
られ、このジョイントパイプ8は可動体4に嵌合されて
いる。この場合も第1実施例と全く同様の作用、効果を
奏する。
【0017】次に、図5に基づいて、本発明の第3の実
施例に係る差動トランスについて説明する。図5(a)
は差動トランスの断面図であり、図5(b)はその原理
図である。同図(a)に示すようにこの差動トランス
は、円筒状のボビン11と、これに巻線された一次コイ
ル12及び一対の二次コイル13,14と、ボビン11
の内部に磁性体で構成された可動体15(鉄心)とを備
えている。ボビン11はその外面が長さ方向に全体が3
つの巻線スペース16,17,18に区画されている。
中央の巻線スペース17は一次コイル12を巻線する部
分であり、この巻線スペース17はさらに2つの分割ス
ペース17a,17aに区分されている。そして、これ
らの分割スペース17a,17aに一次コイル12が巻
線されて、それぞれの分割コイル12a,12aが構成
されている。
【0018】一方、両側の2つの巻線スペース16,1
8は二次コイル13,14を巻線する区画であり、この
各巻線スペース16,18はさらに3つの分割スペース
16a,16a、16a(18a,18a、18a)に
区分されている。そして、これらの分割スペース16
a,(18a)に二次コイル13,14が巻線されて、
それぞれの分割コイル13a(14a)が構成されてい
る。一対の二次コイル13,14は電気的特性が同一に
なるように全く対称に構成され、極を逆にして直列に接
続された状態で2つの巻線スペース16,18にそれぞ
れ同一の巻数で巻線されている。また、巻線スペース1
6,18内の各二次コイル13,14は外端の1つの分
割コイル13a(14a)に対しては巻数が少なく、内
端の2つの分割コイル13a,13a(14a,14
a)に対しては巻数が多く巻線され、全体としては対称
かつ所望のコイル長となるように巻線されている。
【0019】また、ボビン11の内部にはジョイントロ
ッド19を介して検出部に接続された可動体15が、所
望のエアーギャップを存して直線移動可能に挿入されて
いる。一次コイル12の中間点が可動体15の中間点と
合致した位置が零点であり(図2参照)、この点が起電
力零となっている。この零点に対して可動体が前後方向
いずれかに移動することにより、相互インダクタンスに
よる起電力が発生する。この場合、両二次コイル13,
14の中心(零点)の両側では誘起電圧の位相が180
°ずれていて、移動の方向と、移動による変位量が一対
のコイル3,4の誘起電圧変化により計測されるように
なっている。
【0020】この実施例では、第1実施例と構造的に異
なるものの原理的には、第1実施例と全く同様の作用、
効果を奏する。
【0021】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、差動コイ
ルが、それぞれ複数個の分割コイルで構成されているの
で、零点のずれを小さくすることができる。また、各分
割コイルの巻数が、外端側が少なく、内端側が多いもの
で構成されているので、直線性を向上することができス
トロークを長くとることができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の変位センサを示す断面図
である。
【図2】可動体の変位と出力電圧の関係を示す線図であ
る。
【図3】直線性を表した線図である。
【図4】本発明の第2実施例の変位センサを示す断面図
である。
【図5】本発明の第3実施例の変位センサを示す断面図
である。
【図6】従来の変位センサを示す断面図である。
【図7】従来の変位センサを示す断面図である。
【符号の説明】
1,11…ボビン、 2…第1コイル、 2a,3a,12a,13a,14a…分割コイル 3…第2コイル、 4,15…可動体 5a,6a,16a,17a,18a…分割スペース 12…一次コイル 13,14…二次コイル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検出端に連なる磁性体で構成された可動
    体と、 当該可動体が所望のエアギャップを存して直線移動可能
    に係合されるボビンと、 当該ボビンの外周面に巻線され、当該可動体の変位量を
    電気量に変換して差動的に検出する一対のコイルを備え
    た変位センサにおいて、 前記一対のコイルが、それぞれ複数個の分割コイルで構
    成されていることを特徴とする変位センサ。
  2. 【請求項2】 検出端に連なる磁性体で構成された可動
    体と、 当該可動体が所望のエアギャップを存して直線移動可能
    に係合されるボビンと、 当該ボビンの外周面に巻線され、当該可動体の変位量を
    電気量に変換して差動的に検出する一次コイルおよび一
    対の二次コイルとを備えた変位センサにおいて、 少なくとも前記一対の二次コイルが、それぞれ複数個の
    分割コイルで構成されていることを特徴とする変位セン
    サ。
  3. 【請求項3】 前記複数個の分割コイルの内、差動構成
    の分割コイルは、左右対称であって各分割コイルの巻数
    が、外端側が少なく、内端側が多いもので構成されてい
    ることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の変
    位センサ。
JP17676491A 1991-07-17 1991-07-17 変位センサ Pending JPH0526602A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10303546A (ja) * 1997-04-24 1998-11-13 Marcom:Kk 電子部品接続用溶接部材の加熱溶融装置
KR20150111953A (ko) * 2013-02-01 2015-10-06 콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게 감지 디바이스를 제조하기 위한 방법
CN113670181A (zh) * 2021-07-26 2021-11-19 西人马联合测控(泉州)科技有限公司 线位移传感器

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