JPH0566102A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】位置検出装置において、有効磁路以外の部分か
らの不要な磁束を検出コイル内へ回り込ませないように
して、感度の向上と低コスト、さらにはコイルの断線の
防止を達成しつつ位置検出精度を向上させる。 【構成】可動部材３の磁性体４のうち上面４ａ、下面４
ｂを除いた部分が、たとえば、アルミニウム、銅などの
非磁性導電体３´で覆われる。可動部材３がコア５の磁
極５ａ、５ｂ間を移動したとき、可動部材３の磁性体４
は交番磁束の磁路の一部を構成する。ここで、コア５の
磁極５ａ、５ｂ部分のうち上面４ａ、下面４ｂに対向し
ている部分以外の部分からの磁束あるいはコア５の磁極
５ａ、５ｂ以外の部分からの漏れ磁束が非磁性導電体３
´に作用する。すると、うず電流が発生し、このうず電
流によって、作用した磁束と逆向き磁束が発生して両者
が相殺され、検出コイル８、９内へ、有効磁路（コア５
内の磁路と磁性体４の上面４ａ、下面４ｂ間の磁路とで
形成される磁路）以外の部分からの磁束の回り込みがな
くなる。したがって、検出コイル８、９内には面４ａの
面積に応じた磁束のみが鎖交することになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータの位置
変化を検出コイル内を鎖交する交番磁束の面積の変化と
して捕らえることによりアクチュエータの位置を検出す
る位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、位置検出対象たるアクチュエ
ータの位置変化を検出コイル内を鎖交する交番磁束の面
積の変化として捕らえることによりアクチュエータの位
置を検出する位置検出装置が知られている。

【０００３】図６は従来のこの種の位置検出装置の構成
を概略的に示しており、磁性体でできたコア１９が励磁
コイル１７によって励磁される。すると、コア１９に形
成された互いに対向する磁極１９ａ、１９ａ間に交番磁
束が発生する。そこで、位置検出対象であるアクチュエ
ータをシートコイル１６に接続してアクチュエータの移
動に応じてシートコイル１６を矢印Ｇ方向の移動させる
と、コア１９の磁極１９ａに対してシートコイル１６が
相対的に移動することになり、この移動に応じて検出コ
イル１８内を鎖交する磁束面積が変化して、検出コイル
１８の出力からアクチュエータの移動位置が検出され
る。また、矢印Ｈに示すようにシートコイル１６を固定
して、コア１９をアクチュエータの移動に応じて移動さ
せても、同様に磁束面積が変化するので、検出コイル１
８の出力に基づきアクチュエータの移動位置が検出され
ることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の位置検
出装置では、検出コイル１８の検出信号の感度を向上さ
せるために、上記対向磁極１９ａ、１９ａ間の間隔を極
力小さくするようにしている。このため、上記間隔はシ
ートコイル１６が挿通できる程度の小さな距離となって
いる。

【０００５】ここで、対向磁極１９ａ、１９ａ間の間隔
が小さければ小さい程、対向磁極１９ａ以外の部分から
のいわゆる「漏れ磁束」が検出コイル１８内に回り込む
傾向が大となる。従来の装置ではこの磁束の漏れそのも
のを除去するという積極的な対策は採られていない。こ
のため、対向磁極１９ａ以外の部分からの磁束の漏れ分
が検出コイル１８内に回り込み、検出コイル１８内にお
いて本来の対向磁極１９ａによる磁束に、さらに漏れ磁
束分が加わることになる。すると、検出コイル１８の出
力電圧に誤差が生じてしまい位置検出が精度よく行われ
ないことになる。

【０００６】そこで、従来においては、上記感度の向上
に反して対向磁極１９ａ、１９ａ間のギャップを大きく
して漏れの影響を低減させるようにしたり、また、検出
コイル１８の出力に所要の補正演算処理を施し補正する
ことで、位置検出精度の向上を図らんとしていた。

【０００７】しかし、いずれの場合も、感度の向上が達
成できなかったり、補正演算処理部を設けることでコス
ト上昇を招来するといった不都合を伴うこととなってい
た。さらに、従来の装置では、コア１９またはシートコ
イル１６のいずれかを移動させる必要がある。ここで、
いずれを移動させたとしても同時に励磁コイル１７また
は検出コイル１８が移動することになり、移動に伴うコ
イルの断線という事態が発生する虞が招来する。

【０００８】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、有効磁路以外の部分からの不要な磁束を検出
コイル内へ回り込ませないようにして、感度の向上と低
コスト、さらにはコイルの断線の防止を達成しつつ位置
検出精度を向上させることができる位置検出装置を提供
することをその目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明では、
励磁手段により励磁されて互いに対向する磁極間に交番
磁束を発生するコアと、前記交番磁束が鎖交する面積に
応じた電圧を出力する検出コイルとを有し、位置検出対
象のアクチュエータの移動に応じて前記鎖交面積を変化
させて前記検出コイルの出力に基づき前記アクチュエー
タの移動位置を検出するようにした位置検出装置におい
て、位置検出対象のアクチュエータに接続され、磁性体
と該磁性体のうち前記両磁極にそれぞれ対向する対向面
を除いた部分を覆う非磁性導電体とからなる可動部材を
具えるとともに、前記コアの一方の磁極面に前記検出コ
イルを配設して、前記アクチュエータの移動に応じて前
記コアの対向磁極間を当該対向方向と垂直に前記可動部
材を移動させたときの前記検出コイルの出力に基づき前
記アクチュエータの移動位置を検出するようにしてい
る。

【００１０】

【作用】かかる構成によれば、可動部材の磁性体のうち
対向面を除いた部分が、たとえば、アルミニウム、銅な
どの非磁性導電体で覆われる。可動部材がコアの磁極間
を移動したとき、可動部材の磁性体は交番磁束の磁路の
一部を構成する。ここで、コアの磁極部分のうち可動部
材の対向面に対向している部分以外の部分からの磁束あ
るいはコアの磁極以外の部分からの漏れ磁束が非磁性導
電体に作用する。すると、うず電流が発生し、このうず
電流によって、作用した磁束と逆向き磁束が発生して両
者が相殺され、検出コイル内へは、有効磁路（コア内の
磁路と可動部材の対向面間の磁路とで形成される磁路）
以外の部分からの磁束の回り込みがなくなる。したがっ
て、検出コイル内には可動部材の対向面の面積に応じた
磁束のみが鎖交することになる。

【００１１】一方、可動部材に対向していないコアの磁
極部分ではコアの磁極間が可動部材が移動できる程度の
大きな距離離間しているので、その部分からの漏れ磁束
の検出コイルに対する影響はきわめて小となる。そし
て、有効磁路部分では、コアの磁極と可動部材の対向面
との間隔がきわめて小さいので、感度の向上が図られ
る。結局、感度の向上を達成しつつ、高コストな補正演
算処理を行うことなく、検出コイルは可動部材の対向面
の面積に応じた電圧を精度よく検出でき、位置検出精度
が向上する。なお、また、コアの対向磁極間は可動部材
が移動できおる程度の大きな距離離間しているので、作
業性よく検出コイルをコアの一方の磁極面に配設するこ
とが可能となる。そして、コイルを有した部材を移動さ
せることがなくなるので、移動に伴うコイルが断線がな
くなる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る位置検出
装置の実施例について説明する。図１は実施例の位置検
出装置１（以下、センサ１という）の構成を斜視図にて
示したものである。なお、実施例では油圧操作弁のロッ
ドの移動位置Ｘを検出する場合を想定している。

【００１３】同１図に示すセンサ１は図５に示すような
筐体１ａ内に配設されており、この筐体１ａは位置検出
対象である油圧操作弁１４上面に配設されている。筐体
１ａからはシャフト２が伸縮自在に突設されており、こ
のシャフト２の先端には、連結部材１５が固着されてい
る。連結部材１５には油圧操作弁１４のロッド１４ａが
固着されている。

【００１４】よっていま、油圧操作弁１４が駆動されロ
ッド１４ａが矢印Ｄに示すように直動すると、連結部材
１５を介してシャフト２が同様に直動する。結局、シャ
フト２の移動位置を検出することで、油圧操作弁１４の
ロッド１４ａの移動位置Ｘが検出されることになる。

【００１５】さて、センサ１のシャフト２の他端は、図
１に示すように、シャフト２の軸方向を長手方向とする
直方体形状の可動部材３の一端に固着されている。

【００１６】可動部材３は、磁性体４と、該磁性体４の
上面４ａおよび下面４ｂ以外の部分を囲繞する非磁性導
電体３´とから構成されている。非磁性導電体３´はた
とえば銅である。なお、非磁性導電体とは周知のごと
く、磁束が作用することによってうず電流が発生し、こ
のうず電流によって、作用した磁束と逆向き磁束が発生
して両者が相殺されるという性質を有するものである。

【００１７】磁性体でできたコア５には長方形状の磁極
５ａ、５ｂが互いに対向するよう形成されている。コア
５には励磁コイル６が巻回されており、その端子６ａは
図示せぬ交流電源に接続されている。下側の磁極５ｂに
はシートコイル７が貼着されている。シートコイル７
は、いわゆるフレキシブルプリント基板であり、シート
内には導体たる１対の検出コイル８、９が埋め込まれ、
これらが磁極５ｂ面長手方向に連続して配設されてい
る。コア５の対向磁極５ａ、５ｂ間の間隔は、磁極５ｂ
面にシートコイル７が貼着された状態において、可動部
材３がこの中を移動可能な間隔ｄに設定されている。す
なわち、シャフト２が図５に示すように直動変位する
と、これに応じて可動部材３がコア５の対向磁極５ａ、
５ｂ間を該対向方向と垂直な方向、矢印Ａ、Ｂ方向に移
動され、磁性体下面４ｂが検出コイル８、９に沿って直
線状に移動することになる。なお、図１においては、説
明の便宜のため、可動部材３が対向磁極５ａ、５ｂ間外
にあるよう図示しているが、実際には、可動部材３は、
磁性体下面４ｂが検出コイル８、９上に位置される範囲
内において移動することになる。

【００１８】検出コイル８の端子８ａ、８ｂで検出され
る誘導電圧Ｅ１および検出コイル９の端子９ａ、９ｂで
検出される誘導電圧Ｅ２は、それぞれ図２に示すように
アンプ１０およびアンプ１１に接続されている。したが
って、アンプ１０、１１から検出コイル８、９の検出電
圧Ｅ１、Ｅ２がそれぞれ増幅されて出力され、これら電
圧が加算部１２でＥ１＋Ｅ２と加算されて、位置演算部
１３に加えられる。一方、増幅された電圧Ｅ２も位置演
算部１３に加えられる。位置演算部１３では、後述する
演算処理を行い、シャフト２の移動位置Ｘ、つまり油圧
操作弁１４の移動位置Ｘを検出する。

【００１９】かかる構成において、励磁コイル６に交流
電源から交流電流が供給されると、励磁コイル６が付勢
されて、コア５内の磁路および互いに対向する磁極５
ａ、５ｂ間のエアギャップを磁気通路として交番磁束が
発生する。ここで、対向磁極５ａ、５ｂ間には磁性体４
が介在しているので、磁性体４の上面４ａ、下面４ｂ間
は上記交番磁束の磁路を構成し、これら面間を磁束が通
過する。そして、検出コイル８、９には、磁性体４の面
４ａ（４ｂ）の面積に応じた交番磁束が鎖交することと
なり、この鎖交面積に応じた電圧Ｅ１、Ｅ２がそれぞれ
検出される。

【００２０】図４（ａ）〜（ｃ）は、シャフト２の移動
位置に応じた鎖交面積の変化の様子を示している。な
お、図中Ｃは磁性体４の中心位置を、Ｆは検出コイル
８、９の対称軸位置を示しており、Ｆをシャフト２の移
動位置の基準位置Ｘ0 としている。

【００２１】同図（ａ）に示すように、シャフト２が図
面左にフルに位置され、磁性体上面４ａ（または下面４
ｂ；これを斜線で示す）を通過する磁束が検出コイル８
のみに鎖交している場合には、検出コイル８の検出電圧
Ｅ１が最大値ＥM となるとともに、検出コイル９の検出
電圧Ｅ２が最小値０となる。このときの移動位置Ｘを位
置０と定義する。そして、図４（ｂ）に示すようにシャ
フト２が図面右にＸ0だけ移動され基準位置Ｘ0 に位置
されると、磁束の鎖交面積は検出コイル８、９で同等と
なり、検出電圧Ｅ１、Ｅ２はともにＥM／２となる。こ
のときの移動位置Ｘを位置θ0 と定義する。やがて、図
４（ｃ）に示すようにシャフト２が図面右にフルに移動
され、磁性体上面４ａを通過する磁束が検出コイル９の
みに鎖交することとなると、検出コイル９の検出電圧Ｅ
２が最大値ＥM となるとともに、検出コイル８の検出電
圧Ｅ１が最小値０となる。このときの移動位置Ｘを位置
２Ｘ0 と定義する。

【００２２】図３は、シャフト２が矢印Ｄに示すごとく
移動して（図５参照）、上述したごとく図４（ａ）〜
（ｂ）〜（ｃ）のようにその移動位置Ｘが０〜Ｘ0 〜２
Ｘ0 と変化した場合における検出電圧Ｅ１の変化Ｌ１お
よび検出電圧Ｅ２の変化Ｌ２を示すグラフ（実線で示
す）である。

【００２３】ところで、いま、磁性体４が非磁性導電体
３´で覆われていないものと仮定すると、磁極５ａ、５
ｂのうち磁性体４の上面４ａ、下面４ｂと対向している
部分以外の部分からの磁束が検出コイル８、９内に回り
込むとともに、コア５の磁極５ａ、５ｂ以外の部分から
の漏れ磁束が検出コイル８、９内に回り込むことにな
る。さらに、磁性体４のうち上面４ａ、下面４ｂ以外の
部分からの漏れ磁束が検出コイル８、９内に回り込むこ
とになる。結局、検出コイル８、９内には、コア５内の
磁路および磁性体４の上面４ａと下面４ｂとの間の磁路
とで形成される有効磁路に応じた磁束以外の不要な磁束
が鎖交することとなり、検出コイル８、９では、磁性体
４の面４ａ（４ｂ）の面積に応じた電圧Ｅ１、Ｅ２が検
出されなくなってしまう。

【００２４】このときの検出電圧Ｅ１、Ｅ２の変化をそ
れぞれ破線Ｌ´１、Ｌ´２で示す。そしてこのときの有
効磁路以外の磁束分に相当する電圧の変化は一点鎖線Ｌ
３、Ｌ４である。結局、破線Ｌ´１で示される電圧から
一点鎖線Ｌ３で示される電圧を誤差分として減算したも
のが有効磁路による真の電圧Ｅ１であり、破線Ｌ´２で
示される電圧から一点鎖線Ｌ４で示される電圧を誤差分
として減算したものが有効磁路による真の電圧Ｅ２であ
るので、かかる真の電圧を求めるためには、図２のアン
プ１０、１１の後段に上記誤差電圧分を除去する補正演
算処理回路を設ける必要があることがわかる。

【００２５】しかし、この実施例では、非磁性導電体３
´で磁性体４を覆うようにしている。したがって、磁極
５ａ、５ｂのうち磁性体４の面４ａ、４ｂに対向する部
分以外の部分からの磁束またはコア５のうち対向磁極５
ａ、５ｂ以外の部分からの漏れ磁束が非磁性導電体３´
の面３´ａ（図１参照）に作用することによってうず電
流が発生する。しかして、このうず電流によって、上記
作用した磁束と逆向きの磁束が発生して両者が相殺され
る。よって検出コイル８、９内への不要な磁束の回り込
みがなくなる。さらに、磁性体４がその上面４ａ、下面
４ｂを残して囲繞されているので、磁性体４の他の面か
らの漏れ磁束が同様に非磁性導電体３´により遮へいさ
れて、これによる検出コイル８、９内への回り込みがな
くなる。結局、検出コイル８、９内へは磁性体４の上面
４ａ、４ｂ間を通過する磁束のみが鎖交することにな
り、上記補正演算処理回路を設けずとも検出コイル８、
９の出力Ｅ１、Ｅ２が誤差なく精度よく検出される。

【００２６】位置演算部１３では、演算、 Ｅ＝Ｅ２／（Ｅ１＋Ｅ２） …（１） を行うことにより、この演算値Ｅに応じた移動位置Ｘを
出力する。

【００２７】すなわち、図４（ａ）の場合は、上記
（１）式の演算値Ｅは、 Ｅ＝０／（ＥM ＋０）＝０ であり、図４（ｂ）の場合の演算値Ｅは、 Ｅ＝（ＥM ／２）／（（ＥM ／２）＋（ＥM ／２））＝１／２ であり、図４（ｃ）の場合の演算値Ｅは、 Ｅ＝ＥM ／（０＋ＥM ）＝１ であるから、これら演算値Ｅ＝０〜１／２〜１に応じて
工学単位の変換を施して油圧操作弁１４のロッド１４ａ
の移動位置Ｘ＝０〜Ｘ0 〜２Ｘ0 が精度よく検出され
る。

【００２８】以上説明したように、実施例によれば、磁
性体４の上面４ａ、下面４ｂを残して外周を非磁性導電
体３´で覆うようにして検出コイル８、９内への不要な
磁束の回り込みを防止するようにしたので、補正演算処
理回路を設けずとも移動位置が精度よく検出される。

【００２９】しかも、この場合、コア５の磁極５ａ、５
ｂのうち可動部材３に対向している部分以外の磁極５
ａ、５ｂ部分では、可動部材３が移動できる程度の大き
な距離ｄ（図１参照）だけ離間しているので、検出コイ
ル８、９へのその部分からの漏れ磁束の影響はきわめて
小となる。そして、有効磁路部分では、コア５の磁極５
ａと磁性体上面４ａとの間隔および磁極５ｂと磁性体下
面４ｂとの間隔がきわめて小さいので、感度の向上が図
られる。結局、感度の向上を達成しつつ、高コストな補
正演算処理を行うことなく、検出コイル８、９により磁
性体４の面４ａの面積に応じた電圧を精度よく検出で
き、位置検出精度が向上することとなる。

【００３０】さらに、コア５の対向磁極５ａ、５ｂ間は
可動部材３が移動できる程度の大きな距離ｄだけ離間し
ているので、生産ラインにおいて作業性よくシートコイ
ル７をコア５の一方の磁極面５ｂに配設することが可能
となる。

【００３１】さらに、また、コイルを有した部材そのも
のを移動させることがなく、コイル等の線材を有してい
ない可動部材３を移動させるだけでよいので、移動に伴
なってコイル等の線材の断線が発生する事態を防止でき
る。

【００３２】なお、実施例では、油圧操作弁のロッドの
直線変位を検出する場合を想定して説明したが、勿論こ
れに限定されることなく、あらゆるアクチュエータをシ
ャフト２に接続することでその移動位置を検出すること
ができる。また、回転するアクチュエータを直線運動に
変換し、この直線運動に応じてシャフト２を移動させる
ことでアクチュエータの回転変位を検出する実施も可能
である。

【００３３】また、実施例では、シャフト２の直動変位
を検出するようにしているが、シャフトの回転変位を検
出する実施も可能である。

【００３４】すなわち、この場合は、回転するシャフト
に可動部材を接続し、シャフトの回転変位方向に沿った
磁極をコアに形成するとともに、同方向に沿って検出コ
イルを形成すればよい。

【００３５】また、実施例では、１対の検出コイル８、
９を用意して、これら両コイルの出力電圧に基づき移動
位置を検出するようにしているが、１つの検出コイルを
磁極長手方向に配設し、この１つの検出コイル内におけ
る磁束の鎖交面積の変化に応じて移動位置を捕らえる実
施も可能である。

【００３６】また、実施例では、両検出コイル８、９の
検出電圧の和に対する一方の検出コイル９の検出電圧の
比に基づき移動位置を検出するようにしているが、これ
は一例であり、たとえば両検出電圧の差に応じて移動位
置を演算するような実施も可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、移
動する磁性体の上面と下面とを通過する磁束以外の不要
な磁束を検出コイル内へ回り込ませないようにしたの
で、感度向上と低コストを達成しつつ、かつコイルの断
線が発生することなく位置検出が精度よく行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る位置検出装置の実施例を示
す斜視図である。

【図２】図２は実施例の位置検出装置における位置演算
回路を示すブロック図である。

【図３】図３は実施例の検出コイルの検出電圧の特性を
示すグラフである。

【図４】図４（ａ）、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ図１に示
すシャフトの移動に応じて変化する検出コイルに対する
可動部材の相対位置を示す図である。

【図５】図５は実施例に適用される位置検出対象と実施
例の位置検出装置との接続態様を示す図である。

【図６】図６は従来の位置検出装置の構成を説明するた
めに用いた図である。

【符号の説明】

１ 位置検出装置 ２ シャフト ３ 可動部材 ３´ 非磁性導電体 ４ 磁性体 ４ａ 上面 ４ｂ 下面 ５ コア ５ａ 磁極 ５ｂ 磁極 ６ 励磁コイル ７ シートコイル ８ 検出コイル ９ 検出コイル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁手段により励磁されて互いに対
   向する磁極間に交番磁束を発生するコアと、前記交番磁
   束が鎖交する面積に応じた電圧を出力する検出コイルと
   を有し、位置検出対象のアクチュエータの移動に応じて
   前記鎖交面積を変化させて前記検出コイルの出力に基づ
   き前記アクチュエータの移動位置を検出するようにした
   位置検出装置において、 位置検出対象のアクチュエータに接続され、磁性体と該
   磁性体のうち前記両磁極にそれぞれ対向する対向面を除
   いた部分を覆う非磁性導電体とからなる可動部材を具え
   るとともに、前記コアの一方の磁極面に前記検出コイル
   を配設して、 前記アクチュエータの移動に応じて前記コアの対向磁極
   間を当該対向方向と垂直に前記可動部材を移動させたと
   きの前記検出コイルの出力に基づき前記アクチュエータ
   の移動位置を検出するようにした位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記可動部材は前記アクチュエータの
   直線移動に応じて前記コアの対向磁極間を直線移動する
   ものであり、前記検出コイルを前記直線移動方向に沿っ
   て前記磁極面に配設して前記アクチュエータの直動変位
   を検出するようにした請求項１記載の位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記検出コイルは、前記直線移動方向
   に連続して２つ設けられ、これら２つの検出コイルの出
   力の和に対する一方の検出コイルの出力の比に基づき前
   記アクチュエータの直動変位を検出するものである請求
   項２記載の位置検出装置。