JPH0972703A - 変位変換装置 - Google Patents
変位変換装置Info
- Publication number
- JPH0972703A JPH0972703A JP23111095A JP23111095A JPH0972703A JP H0972703 A JPH0972703 A JP H0972703A JP 23111095 A JP23111095 A JP 23111095A JP 23111095 A JP23111095 A JP 23111095A JP H0972703 A JPH0972703 A JP H0972703A
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- JP
- Japan
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- coil
- insulating substrate
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 変位に対する出力の感度を向上させると共に
低消費電流化が可能なように改良された変位変換装置を
提供するにある。 【解決手段】 磁束との鎖交面積が回転方向に対して所
定の関数特性を有するように複数の検出コイル群が導電
パターンにより形成された絶縁基板と、この絶縁基板を
挟んで回転中心に対して先の絶縁基板と相対的に移動可
能なように配置された複数のコ字形のコア群と、これら
のコア群を一括して囲むように形成され先の磁束を発生
させる１個の励磁コイルとを有し、先の各検出コイル群
に発生する起電力が互いに加算されるように接続するよ
うにしたものである。
低消費電流化が可能なように改良された変位変換装置を
提供するにある。 【解決手段】 磁束との鎖交面積が回転方向に対して所
定の関数特性を有するように複数の検出コイル群が導電
パターンにより形成された絶縁基板と、この絶縁基板を
挟んで回転中心に対して先の絶縁基板と相対的に移動可
能なように配置された複数のコ字形のコア群と、これら
のコア群を一括して囲むように形成され先の磁束を発生
させる１個の励磁コイルとを有し、先の各検出コイル群
に発生する起電力が互いに加算されるように接続するよ
うにしたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気的手段により
構成される無接触形の変位変換装置に係り、特に、変位
に対する出力の感度を向上させると共に低消費電流化が
可能なように改良された変位変換装置に関する。
構成される無接触形の変位変換装置に係り、特に、変位
に対する出力の感度を向上させると共に低消費電流化が
可能なように改良された変位変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の変位変換装置の構成を示す
構成図である。この変位変換装置は実公昭６０−３３３
６９号「考案の名称：変位変換装置」に開示されている
ものであるが、以下にこの概要を説明する。
構成図である。この変位変換装置は実公昭６０−３３３
６９号「考案の名称：変位変換装置」に開示されている
ものであるが、以下にこの概要を説明する。
【０００３】１は第１コイル、２は第２コイル、３は交
流電源、４はコアである。第１コイル１は、絶縁基板上
に導電パターンにより多重巻コイルとして形成されてい
る。第２コイル２は、コの字形のコア４の一辺に巻回さ
れていて、交流電源３により励磁される。
流電源、４はコアである。第１コイル１は、絶縁基板上
に導電パターンにより多重巻コイルとして形成されてい
る。第２コイル２は、コの字形のコア４の一辺に巻回さ
れていて、交流電源３により励磁される。
【０００４】コア４は、フエライトなどの高透磁率材で
断面形状がコの字形に形成されたものである。このコア
４は、その平行辺間で第１コイル１を挟むように配置さ
れている。このような構成において、コイル１と２は、
コア４を介して磁気的に結合されている。
断面形状がコの字形に形成されたものである。このコア
４は、その平行辺間で第１コイル１を挟むように配置さ
れている。このような構成において、コイル１と２は、
コア４を介して磁気的に結合されている。
【０００５】これにより、第１コイル１からは、コア４
との鎖交面積に対応した出力電圧が送出されることにな
る。ここで、コイル１は、長手方向に沿ってコア４との
鎖交面積が直線的に変化するように所定の形状に形成さ
れているので、コイル１とコア４との相対的な変位に対
応した出力電圧を得ることができる。
との鎖交面積に対応した出力電圧が送出されることにな
る。ここで、コイル１は、長手方向に沿ってコア４との
鎖交面積が直線的に変化するように所定の形状に形成さ
れているので、コイル１とコア４との相対的な変位に対
応した出力電圧を得ることができる。
【０００６】図５は、このように構成された装置の動作
説明図であって、図４と同等部分には同一符号を付して
いる。図５において、コア４がコイル１の長手方向（Ｘ
方向）に沿って変位することにより、コイル１からはそ
の変位量Ｘに対応した出力電圧ｅが送出される。
説明図であって、図４と同等部分には同一符号を付して
いる。図５において、コア４がコイル１の長手方向（Ｘ
方向）に沿って変位することにより、コイル１からはそ
の変位量Ｘに対応した出力電圧ｅが送出される。
【０００７】ここで、コイル１のパターンの傾斜角度が
一定であり、コイル１を挟むコア４の平行辺間の磁束密
度の分布が均一であるとすると、コア４の移動に伴って
コイル１のパターンと鎖交する磁束の大きさも直線的に
変化することになり、出力電圧ｅの変化率は一定になっ
て直線性が得られるが、このようなコア４を簡単に構成
することは困難であり、或る程度の磁束密の分布の不均
一は避けることができない。
一定であり、コイル１を挟むコア４の平行辺間の磁束密
度の分布が均一であるとすると、コア４の移動に伴って
コイル１のパターンと鎖交する磁束の大きさも直線的に
変化することになり、出力電圧ｅの変化率は一定になっ
て直線性が得られるが、このようなコア４を簡単に構成
することは困難であり、或る程度の磁束密の分布の不均
一は避けることができない。
【０００８】例えば、コア４のギャップを均一に作った
場合には、コイル２に近い部分の磁束密度は、遠い部分
の磁束密度よりも大きくなる。これは、コア４の比透磁
率が１００程度の有限値であり、コア４の磁気抵抗がコ
イル２に近い部分はコイル２に遠い部分よりもコア４の
長さに相当する分だけ小さくなることによるものであ
る。
場合には、コイル２に近い部分の磁束密度は、遠い部分
の磁束密度よりも大きくなる。これは、コア４の比透磁
率が１００程度の有限値であり、コア４の磁気抵抗がコ
イル２に近い部分はコイル２に遠い部分よりもコア４の
長さに相当する分だけ小さくなることによるものであ
る。
【０００９】この結果、コイル１のパターンの傾斜角度
が一定になるように直線的に形成されていても、出力電
圧ｅはコイル１を挟むコア４の平行辺間の磁束密度分布
の不均一さに応じて変化することになる。
が一定になるように直線的に形成されていても、出力電
圧ｅはコイル１を挟むコア４の平行辺間の磁束密度分布
の不均一さに応じて変化することになる。
【００１０】すなわち、コイル１の各部分における出力
電圧の変化率に着目すると、コア４に巻回されたコイル
２に近い傾斜部分における出力電圧の変化率は、コア４
に巻回されたコイル２に遠い部分（三角形の先端部分）
における出力電圧の変化率よりも大きくなり、図５に示
すような非直線誤差を生じることになる。
電圧の変化率に着目すると、コア４に巻回されたコイル
２に近い傾斜部分における出力電圧の変化率は、コア４
に巻回されたコイル２に遠い部分（三角形の先端部分）
における出力電圧の変化率よりも大きくなり、図５に示
すような非直線誤差を生じることになる。
【００１１】そこで、コイル１の形状と同一の形状とし
たコイル１´（図示せず）を可動方向（Ｘ方向）を軸と
して対称になるように絶縁基板の片面上に並列的に形成
したり、或いは絶縁基板の両面上に斜辺が交わるように
配置してコイルの組を形成し、これ等のコイルの組に発
生した出力電圧が加算されるように接続して、非直線誤
差を避ける工夫がなされている。
たコイル１´（図示せず）を可動方向（Ｘ方向）を軸と
して対称になるように絶縁基板の片面上に並列的に形成
したり、或いは絶縁基板の両面上に斜辺が交わるように
配置してコイルの組を形成し、これ等のコイルの組に発
生した出力電圧が加算されるように接続して、非直線誤
差を避ける工夫がなされている。
【００１２】図６は、絶縁基板を円板状に形成して、こ
の上に図４に示すものと同様なコイル５を導電パターン
により円弧状に形成し、絶縁基板の周辺方向から中心軸
に向かってコの字形のコア４を挟んで挿入して回転変位
を検出する回転形の変位変換装置として構成したもので
ある。
の上に図４に示すものと同様なコイル５を導電パターン
により円弧状に形成し、絶縁基板の周辺方向から中心軸
に向かってコの字形のコア４を挟んで挿入して回転変位
を検出する回転形の変位変換装置として構成したもので
ある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような変位変換装置は、角度あたりの出力感度を高めよ
うとすると、必然的に角度あたりの鎖交面積の変化を大
きくする必要が生じるので、装置の大型化を招来する。
したがって、この構成では感度を向上させながら小形化
する場合の障害になるという問題がある。
ような変位変換装置は、角度あたりの出力感度を高めよ
うとすると、必然的に角度あたりの鎖交面積の変化を大
きくする必要が生じるので、装置の大型化を招来する。
したがって、この構成では感度を向上させながら小形化
する場合の障害になるという問題がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、磁束との鎖交面積が回転方
向に対して所定の関数特性を有するように複数の検出コ
イル群が導電パターンにより形成された絶縁基板と、こ
の絶縁基板を挟んで回転中心に対して先の絶縁基板と相
対的に移動可能なように配置された複数のコ字形のコア
群と、これらのコア群を一括して囲むように形成され先
の磁束を発生させる１個の励磁コイルとを有し、先の各
検出コイル群に発生する起電力が互いに加算されるよう
に接続するようにしたものである。
解決するための構成として、磁束との鎖交面積が回転方
向に対して所定の関数特性を有するように複数の検出コ
イル群が導電パターンにより形成された絶縁基板と、こ
の絶縁基板を挟んで回転中心に対して先の絶縁基板と相
対的に移動可能なように配置された複数のコ字形のコア
群と、これらのコア群を一括して囲むように形成され先
の磁束を発生させる１個の励磁コイルとを有し、先の各
検出コイル群に発生する起電力が互いに加算されるよう
に接続するようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。図１は本発明の実施形態の１例
を示す斜視図である。図２は図１に示す実施形態を回転
軸の方向から見たときの構成を示す平面図である。図１
と図２では簡単のため、検出コイルが２個の場合を例と
して示してある。
て図を用いて説明する。図１は本発明の実施形態の１例
を示す斜視図である。図２は図１に示す実施形態を回転
軸の方向から見たときの構成を示す平面図である。図１
と図２では簡単のため、検出コイルが２個の場合を例と
して示してある。
【００１６】１０は円板状の絶縁基板であり、その中心
には孔１１が形成され、この絶縁基板１０は図示しない
ケースに固定されている。この絶縁基板１０の上には、
孔１１を通って半径方向に延びる軸Ｙ−Ｙ´に対して対
称に一対の検出コイル１２、１３が導電パターンにより
同一の大きさで形成されている。
には孔１１が形成され、この絶縁基板１０は図示しない
ケースに固定されている。この絶縁基板１０の上には、
孔１１を通って半径方向に延びる軸Ｙ−Ｙ´に対して対
称に一対の検出コイル１２、１３が導電パターンにより
同一の大きさで形成されている。
【００１７】そして、検出コイル１２、１３は、孔１１
を中心とする回転方向に沿って後述するコアから放出さ
れる磁束との鎖交面積が直線的に変化するように所定の
形状にそれぞれ形成されている。
を中心とする回転方向に沿って後述するコアから放出さ
れる磁束との鎖交面積が直線的に変化するように所定の
形状にそれぞれ形成されている。
【００１８】この孔１１には、非磁性材料で形成された
回転軸１４が貫通しており、この回転軸１４にはコの字
形のコア１５、１６の背部１５ａ、１６ａが互いに対向
するように固定されている。そして、回転軸１４の両端
は図示しないケースに回動可能なように固定されてい
る。コア１５、１６の材料は、例えばフエライトなどの
高透磁率材料で形成されている。
回転軸１４が貫通しており、この回転軸１４にはコの字
形のコア１５、１６の背部１５ａ、１６ａが互いに対向
するように固定されている。そして、回転軸１４の両端
は図示しないケースに回動可能なように固定されてい
る。コア１５、１６の材料は、例えばフエライトなどの
高透磁率材料で形成されている。
【００１９】コア１５、１６の背部１５ａ、１６ａの両
端からは、絶縁基板１０の半径方向に向かってそれぞれ
アーム１５ｂと１５ｃ、及び１６ｂと１６ｃが絶縁基板
１０を挟むようにして延長されている。
端からは、絶縁基板１０の半径方向に向かってそれぞれ
アーム１５ｂと１５ｃ、及び１６ｂと１６ｃが絶縁基板
１０を挟むようにして延長されている。
【００２０】更に、回転軸１４に固定されているコア１
５、１６の背部１５ａ、１６ａは、回転軸１４と共にこ
れらを取り巻くように一括して励磁コイル１７が巻回さ
れており、アーム１５ｂと１５ｃ、及び１６ｂと１６ｃ
を介して検出コイル１２、１３に磁束を印加している。
５、１６の背部１５ａ、１６ａは、回転軸１４と共にこ
れらを取り巻くように一括して励磁コイル１７が巻回さ
れており、アーム１５ｂと１５ｃ、及び１６ｂと１６ｃ
を介して検出コイル１２、１３に磁束を印加している。
【００２１】したがって、回転軸１４の回転につれてア
ーム１５ｂと１５ｃ、及び１６ｂと１６ｃが移動し、磁
束との鎖交面積に対応する出力電圧が、それぞれ検出コ
イル１２、１３に発生する。
ーム１５ｂと１５ｃ、及び１６ｂと１６ｃが移動し、磁
束との鎖交面積に対応する出力電圧が、それぞれ検出コ
イル１２、１３に発生する。
【００２２】これらの検出コイル１２、１３に発生した
出力電圧は、互いに加算されるように接続されているの
で、全体として各検出コイル１２、１３に発生する電圧
の２倍の電圧が得られる。
出力電圧は、互いに加算されるように接続されているの
で、全体として各検出コイル１２、１３に発生する電圧
の２倍の電圧が得られる。
【００２３】次に、以上のように構成された変位変換装
置の動作について図３を用いてさらに詳しく説明する。
図３は励磁コイルと検出コイルとの間の磁気的結合を等
価回路で図示したものである。
置の動作について図３を用いてさらに詳しく説明する。
図３は励磁コイルと検出コイルとの間の磁気的結合を等
価回路で図示したものである。
【００２４】励磁コイル１７に励磁電圧Ｖfを印加する
ことにより、励磁電流Ｉfが励磁コイル１７に流れる。
この場合、簡単のため、励磁コイル１７の抵抗Ｒfはゼ
ロとする。
ことにより、励磁電流Ｉfが励磁コイル１７に流れる。
この場合、簡単のため、励磁コイル１７の抵抗Ｒfはゼ
ロとする。
【００２５】また、励磁コイル１７の自己インダクタン
スをＬfとし、励磁電圧Ｖfの角周波数をωfとすると、 Ｖf＝ｊωfＬfＩf （１） となる。
スをＬfとし、励磁電圧Ｖfの角周波数をωfとすると、 Ｖf＝ｊωfＬfＩf （１） となる。
【００２６】次に、片側コイルのみに着目し、検出コイ
ル１２（若しくは１３）に発生する出力電圧をＶdと
し、検出コイル側はハイインピーダンスで受けるものと
すると、検出コイル１２（若しくは１３）に流れる検出
電流Ｉdはゼロとなる。
ル１２（若しくは１３）に発生する出力電圧をＶdと
し、検出コイル側はハイインピーダンスで受けるものと
すると、検出コイル１２（若しくは１３）に流れる検出
電流Ｉdはゼロとなる。
【００２７】そこで、検出コイル１２（若しくは１３）
と励磁コイル１７との間の相互インダクタンスをＭ
（θ）［θ：回転角度］、検出コイル１２の自己インダ
クタンスをＬdとすると、 Ｖd＝ｊωfＭ（θ）Ｉf （２） を得る。
と励磁コイル１７との間の相互インダクタンスをＭ
（θ）［θ：回転角度］、検出コイル１２の自己インダ
クタンスをＬdとすると、 Ｖd＝ｊωfＭ（θ）Ｉf （２） を得る。
【００２８】ここで、Ｋ（θ）を結合係数とすると、 Ｍ（θ）＝Ｋ（θ）（ＬdＬf）1/2 （３） であり、Ｓ（θ）を鎖交面積とすると、Ｋ（θ）∝Ｓ
（θ）の関係があるので、 感度＝ｄＶd（θ）／ｄθ ＝（Ｌd／Ｌf）1/2Ｖf（ｄＳ（θ）／ｄθ） （４） となる。
（θ）の関係があるので、 感度＝ｄＶd（θ）／ｄθ ＝（Ｌd／Ｌf）1/2Ｖf（ｄＳ（θ）／ｄθ） （４） となる。
【００２９】また、消費する励磁電流Ｉfは、 Ｉf＝Ｖf／（ｊωfＬf） （５） で与えられる。
【００３０】ここで、図１、図２に示す検出コイルは、
径方向の範囲が図６に示す検出コイルと同一であり角度
方向の回転範囲が１／２であるので、検出コイル１個に
つき角度当たりの面積変化率は２倍となり、これが２個
あるので、全体としてｄＳ（θ）／ｄθは４倍になり、
従って感度は４倍になる。
径方向の範囲が図６に示す検出コイルと同一であり角度
方向の回転範囲が１／２であるので、検出コイル１個に
つき角度当たりの面積変化率は２倍となり、これが２個
あるので、全体としてｄＳ（θ）／ｄθは４倍になり、
従って感度は４倍になる。
【００３１】さらに、コアは１５と１６の２本あるの
で、図６の場合に比べて２倍となり、自己インダクタン
スはＬd、Ｌfそれぞれ２倍になり、励磁電流Ｉfが１／
２となって、結果として消費電流が１／２に低減され
る。
で、図６の場合に比べて２倍となり、自己インダクタン
スはＬd、Ｌfそれぞれ２倍になり、励磁電流Ｉfが１／
２となって、結果として消費電流が１／２に低減され
る。
【００３２】なお、今までの説明では、コアと検出コイ
ルとが２個の場合について説明したが、これに限られる
ことはなく、さらに多くのコアと検出コイルを用いるこ
とにより感度の向上を図ることができる。また、絶縁基
板の一方の面だけではなく他方の面にも検出コイルを設
けるようにしても良い。
ルとが２個の場合について説明したが、これに限られる
ことはなく、さらに多くのコアと検出コイルを用いるこ
とにより感度の向上を図ることができる。また、絶縁基
板の一方の面だけではなく他方の面にも検出コイルを設
けるようにしても良い。
【００３３】
【発明の効果】以上、発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように本発明によれば、複数の検出コイルで磁
束を検出するようにしたので、必要な感度をより小さな
プリント基板で得ることができ、小形化と低コスト化が
可能となる。また、１個の励磁コイルで複数のコアを励
磁するようにしたので、従来に比べて励磁インピーダン
スが高くなり、この結果として低消費電流化が可能とな
って、負荷側から２本の伝送線で限られた電流の供給を
受けてこの電流により回路電源を全て賄って動作する２
線式伝送器にも搭載することが可能となる。
説明したように本発明によれば、複数の検出コイルで磁
束を検出するようにしたので、必要な感度をより小さな
プリント基板で得ることができ、小形化と低コスト化が
可能となる。また、１個の励磁コイルで複数のコアを励
磁するようにしたので、従来に比べて励磁インピーダン
スが高くなり、この結果として低消費電流化が可能とな
って、負荷側から２本の伝送線で限られた電流の供給を
受けてこの電流により回路電源を全て賄って動作する２
線式伝送器にも搭載することが可能となる。
【図１】本発明の１実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す実施の形態の回転軸の方向からみた
正面図である。
正面図である。
【図３】図１に示す実施の形態についてその動作を説明
する等価回路図である。
する等価回路図である。
【図４】従来の変位変換装置の構成を示す斜視図であ
る。
る。
【図５】図４に示す変位変換装置の動作を説明する動作
説明図である。
説明図である。
【図６】図４に示す変位変換装置を回転形としたときの
構成を示す斜視図である。
構成を示す斜視図である。
１ コイル ２ コイル ３ 交流電源 ４ コア ５ コイル １０ 絶縁基板 １１ 孔 １２ 検出コイル １３ 検出コイル １４ 回転軸 １５ コア １６ コア １７ 励磁コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小宮山 千冬 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】磁束との鎖交面積が回転方向に対して所定
の関数特性を有するように複数の検出コイル群が導電パ
ターンにより形成された絶縁基板と、この絶縁基板を挟
んで回転中心に対して前記絶縁基板と相対的に移動可能
なように配置された複数のコ字形のコア群と、これらの
コア群を一括して囲むように形成され前記磁束を発生さ
せる１個の励磁コイルとを有し、前記各検出コイル群に
発生する起電力が互いに加算されるように接続したこと
を特徴とする変位変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7231110A JP3018954B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 変位変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7231110A JP3018954B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 変位変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0972703A true JPH0972703A (ja) | 1997-03-18 |
| JP3018954B2 JP3018954B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=16918463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7231110A Expired - Lifetime JP3018954B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 変位変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3018954B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009036783A (ja) * | 2008-11-07 | 2009-02-19 | Amitec:Kk | シリンダ位置検出装置 |
| JP2014092419A (ja) * | 2012-11-02 | 2014-05-19 | Panasonic Corp | 位置検出センサおよび位置検出装置 |
| JP2014092433A (ja) * | 2012-11-02 | 2014-05-19 | Panasonic Corp | 非接触変位センサ及び非接触変位検知装置 |
| JP2023513778A (ja) * | 2020-02-14 | 2023-04-03 | シーティーエス・コーポレーション | 低減した結合のコイル回路を有する冗長デュアル出力インダクティブ位置センサーを含む車両ペダル |
| WO2023086490A1 (en) * | 2021-11-11 | 2023-05-19 | KSR IP Holdings, LLC | Magneto-inductive position sensor assemblies |
-
1995
- 1995-09-08 JP JP7231110A patent/JP3018954B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009036783A (ja) * | 2008-11-07 | 2009-02-19 | Amitec:Kk | シリンダ位置検出装置 |
| JP2014092419A (ja) * | 2012-11-02 | 2014-05-19 | Panasonic Corp | 位置検出センサおよび位置検出装置 |
| JP2014092433A (ja) * | 2012-11-02 | 2014-05-19 | Panasonic Corp | 非接触変位センサ及び非接触変位検知装置 |
| JP2023513778A (ja) * | 2020-02-14 | 2023-04-03 | シーティーエス・コーポレーション | 低減した結合のコイル回路を有する冗長デュアル出力インダクティブ位置センサーを含む車両ペダル |
| WO2023086490A1 (en) * | 2021-11-11 | 2023-05-19 | KSR IP Holdings, LLC | Magneto-inductive position sensor assemblies |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3018954B2 (ja) | 2000-03-13 |
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