特許 5668211 リニアセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5668211

(24)【登録日】2014年12月26日

(45)【発行日】2015年2月12日

(54)【発明の名称】リニアセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/20 20060101AFI20150122BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/20 110B

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2011-56410(P2011-56410)

(22)【出願日】2011年3月15日

(65)【公開番号】特開2012-193979(P2012-193979A)

(43)【公開日】2012年10月11日

【審査請求日】2013年12月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000203634

【氏名又は名称】多摩川精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100084010

【弁理士】

【氏名又は名称】古川 秀利

(74)【代理人】

【識別番号】100094695

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 憲七

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100147500

【弁理士】

【氏名又は名称】田口 雅啓

(72)【発明者】

【氏名】江塚 幸司

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−１７６４５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１、第２及び第３突出歯部(32,33,34)を有し検出ステータ(30)としてのＥ型コア(31)と、前記第１突出歯部(32)に巻回された第１検出コイル(2)と、前記第３突出歯部(34)に巻回された第２検出コイル(2A)と、前記第１突出歯部(32)と第３突出歯部(34)間に位置する前記第２突出歯部(33)に巻回された励磁コイル(2B)と、前記各突出歯部(32,33,34)の各先端面（32a,33a,34a)の近傍位置に配設された長手状磁性部材(40)と、を備え、
前記長手状磁性部材(40)は板又は薄膜状の帯状磁性材よりなり、前記長手状磁性部材(40)の両側部の側部長手方向(43a,44a)は、前記Ｅ型コア(31)のコア厚さ方向(B)と直交するコア幅方向(W₁)に対して非直交方向となるように波形に形成され、前記長手状磁性部材(40)と検出ステータ(30)との非接触状態による相対移動を前記第１、第２検出コイル(2,2A)でＳＩＮ波及びＣＯＳ波として検出するようにしたリニアセンサにおいて、前記長手状磁性部材(40)は、長手状部材(42)上に貼り付けられていることを特徴とするリニアセンサ。

【請求項2】

前記Ｅ型コア(31)の前記コア幅方向(C)に沿うコア幅寸法(W₁)は、前記長手状磁性部材(40)の磁性部材幅寸法(W₂)より大であることを特徴とする請求項１記載のリニアセンサ。

【請求項3】

前記第２突出歯部(33)に設けられている前記励磁コイル(2B)の外周には、第１、第２補正コイル(50,51)が筒状でかつ二層状に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアセンサ。

【請求項4】

前記第２突出歯部(33)に設けられている前記励磁コイル(2B)の下方位置には、各々独立した一対の輪状ボビン(53,54)を介して第１、第２補正コイル(50,51)が前記第２突出歯部(33)の長手方向(G)に沿って積層されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアセンサ。

【請求項5】

前記第２突出歯部(33)に設けられている前記励磁コイル(2B)の下方位置には、前記励磁コイル(2B)を設けるための励磁コイル用ボビン(52)と一体に形成された補正コイル用ボビン(53C)を介して第１、第２補正コイル(50,51)が前記第２突出歯部(33)の長手方向(G)と直交する方向に沿って積層されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアセンサ。

【請求項6】

前記第２突出歯部(33)に設けられている前記励磁コイル(2B)の下方位置には、前記励磁コイル(2B)を設けるための励磁コイル用ボビン(52)と一体に形成された補正コイル用ボビン(53A,53B)を介して第１、第２補正コイル(50,51)が前記第２突出歯部(33)の長手方向(G)と沿う方向において積層されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リニアセンサに関し、特に、検出コイルと長手状磁性部材の組合わせによる簡単な構造とすると共に、検出信号をＳＩＮ波及びＣＯＳ波とするための新規な改良に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、用いられていたこの種のリニアセンサとしては、磁気を用いたマグネスケール、光学式リニアエンコーダ、電磁誘導式の構成等があったが、使用温度範囲が狭く、検出部とスケールとのギャップも狭い構成であった。
また、使用温度範囲が広く取れる構成としては、リニアレゾルバ、ＬＶＤＴ、磁歪式リニアセンサが存在するが、ギャップが狭いという問題が存在していた。
従来例として代表的な構成としては、図９に示される特許文献１の直線位置検出装置を挙げることができる。

【0003】

図９において、符号１で示されるものは長手形状の固定子であり、この固定子３１の下面には複数の突出歯３２がその長手方向に沿って所定間隔で形成されている。
前記固定子３１の下方位置には、この固定子３１の長さよりも長い形状の可動子４０が矢印の方向に沿って移動可能に配設されており、この可動子４０の上面には波形に形成された波形部４０ａが形成されている。
前記各突出歯３２には、励磁コイル２Ｂと出力コイル２，２Ａとが巻回して設けられており、各突出歯３２と波形部４０ａとの間の隙間ｄは前記可動子４０の移動に応じて変化するように構成されている。

【0004】

従って、前記可動子４０の直線移動により各突出歯３２と波形部４０ａとの間の隙間ｄにより、ギャップパーミアンスが移動距離に対して正弦波状に変化する波形状に形成され、周知の可変リラクタンス型のレゾルバを直線的に展開したリニア型のリニアセンサを得ることができる。

【0005】

また、図８に示される構成は、本出願人が平成２２年１月１５日に出願し、未公開の構成であるが、飛翔体等に採用される可能性があるため、従来構成として、ここに開示する。
即ち、図８において、符号３０で示されるものは検出ステータであり、この検出ステータ３０は、全体形状がＥ型をなすＥ型コア３１と、このＥ型コア３１に一体に形成され、かつ、互いに間隔をあけて位置する第１、第２突出歯部３２，３３，３４と、前記各突出歯部３２，３４に巻回された第１、第２検出コイル２，２Ａと、中央位置の前記第２突出歯部３３に巻回された励磁コイル２Ｂと、から構成されている。

【0006】

前記各突出歯部３２，３３，３４の第１〜第３先端面３２ａ，３３ａ，３４ａの近傍位置には、磁性材料よりなり長手形状の長手状磁性部材４０が、前記各先端面３２ａ，３３ａ，３４ａとは所定のギャップを保つ非接触状態で直線移動自在に構成されている。

【0007】

前記検出ステータ３０は、前記Ｅ型コア３１のコア厚さ４１に沿うコア厚さ方向Ｂを有し、このＥ型コア３１の長さであるコア幅寸法Ｗ_１を有している。

【0008】

前記長手状磁性部材４０は、板状又は薄膜状等の帯状磁性材からなり、本形態では板状の場合が採用されており、非磁性材からなる長手状部材４２上に貼り付けた状態で構成され、所定の磁性部材幅寸法Ｗ_２を有している。また、長手状磁性部材４０の構造としては、積層の板、圧粉鉄芯による板状とすることもできる。

【0009】

さらに、この長手状磁性部材４０は、長手直方体形状をなす前記長手状部材４２上において、図で左側に傾斜した状態で貼り付けられている。
従って、この長手状磁性部材４０の両側部４３，４４の側部長手方向４３ａ，４４ａは、前記Ｅ型コア３１のコア厚さ方向Ｂと直交するコア幅方向Ｃに対して非直交方向となるように設定されている。

【0010】

前述の構成において、励磁コイル２Ｂに励磁信号を供給して励磁状態とした後、固定された検出ステータ３０に対して長手状部材４２と共に長手状磁性部材４０を矢印Ｄの方向に沿ってＥ型コア３１とは非接触状態で移動させると、Ｅ型コア３１に対する長手状磁性部材４０の重なり具合が変化するため、このＥ型コア３１と長手状磁性部材４０とのエアギャップ面積の変化を各検出コイル２，２Ａからの誘起電圧の電圧レベルによって、長手状磁性部材４０の長手方向の位置を検出することができる。

【0011】

また、前述の場合は、検出ステータ３０を固定し、長手状磁性部材４０を移動させた場合について述べたが、相対的な構成であるので、長手状磁性部材４０を固定し、検出ステータ３０を移動させた場合も、前述と同様の作用効果を得ることができる。

【0012】

尚、長手状部材４２上に貼り付けられた長手状磁性部材４０は、長手状部材４２上でみると、長手状磁性部材４０の長さ、すなわち、側部長手方向４３ａ，４４ａの全長にわたりＥ型コア３１との重合状態（すなわち、エアギャップ面積）が連続して変化しているため、その全長の何れの位置でも移動位置又は長さ位置を検出することができる。
従って、長手状部材４２上に長手状磁性部材４０を貼り付けた後の長手状部材４２上の残り部分４２ａ，４２ｂは、細長い三角形状となり、長手状磁性部材４０の存在がその長手方向全体にわたり連続的に変化していることが明らかである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開２０００−３１４６０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

従来のリニアセンサは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述のリニアセンサは、出力コイルが巻回されている固定子１と可動子５との隙間の変化を位置信号として利用していたため、出力コイルと可動子間のギャップを大きくすると、ギャップ長の変化での位置検出信号が小さくなるため、ギャップを大きくすることは極めて困難であった。

【0015】

従来、用いられていたこの種のリニアセンサは、図９のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、出力コイルが設けられている突出歯と可動子の波形部との間のギャップ長の変化を位置信号として利用しているため、突出歯と波形部との間のギャップを大きくすると、このギャップ長の変化での位置信号が小さくなるため、このギャップを広くすることは、リニアセンサ自体の位置検出信号のレベルが小さくなると共に、形状の小型化に逆行することになっていた。
また、図８で示される構成の場合、得られる出力信号は直線的な出力信号のみであるため、直線移動の検出のみで、その用途としては限られたものであった。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明によるリニアセンサは、第１、第２及び第３突出歯部を有し検出ステータとしてのＥ型コアと、前記第１突出歯部に巻回された第１検出コイルと、前記第３突出歯部に巻回された第２検出コイルと、前記第１突出歯部と第３突出歯部間に位置する前記第２突出歯部に巻回された励磁コイルと、前記各突出歯部の各先端面の近傍位置に配設された長手状磁性部材と、を備え、前記長手状磁性部材は板又は薄膜状の帯状磁性材よりなり、前記長手状磁性部材の両側部の側部長手方向は、前記Ｅ型コアのコア厚さ方向と直交するコア幅方向に対して非直交方向となるように波形に形成され、前記長手状磁性部材と検出ステータとの非接触状態による相対移動を前記第１、第２検出コイルでＳＩＮ波及びＣＯＳ波として検出する構成において、前記長手状磁性部材は、長手状部材上に貼り付けられている構成であり、また、前記Ｅ型コアの前記コア幅方向に沿うコア幅寸法は、前記長手状磁性部材の磁性部材幅寸法より大である構成であり、また、前記第２突出歯部に設けられている前記励磁コイルの外周には、第１、第２補正コイルが筒状でかつ二層状に設けられている構成であり、また、前記第２突出歯部に設けられている前記励磁コイルの下方位置には、各々独立した一対の輪状ボビンを介して第１、第２補正コイルが前記第２突出歯部の長手方向に沿って積層されている構成であり、また、前記第２突出歯部に設けられている前記励磁コイルの下方位置には、前記励磁コイルを設けるための励磁コイル用ボビンと一体に形成された補正コイル用ボビンを介して第１、第２補正コイルが前記第２突出歯部の長手方向と直交する方向に沿って積層されている構成であり、また、前記第２突出歯部に設けられている前記励磁コイルの下方位置には、前記励磁コイルを設けるための励磁コイル用ボビンと一体に形成された補正コイル用ボビンを介して第１、第２補正コイルが前記第２突出歯部の長手方向と沿う方向において積層されている構成である。

【発明の効果】

【0017】

本発明によるリニアセンサは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、第１、第２及び第３突出歯部を有し検出ステータとしてのＥ型コアと、前記第１突出歯部に巻回された第１検出コイルと、前記第３突出歯部に巻回された第２検出コイルと、前記第１突出歯部と第３突出歯部間に位置する前記第２突出歯部に巻回された励磁コイルと、前記各突出歯部の各先端面の近傍位置に配設された長手状磁性部材と、を備え、前記長手状磁性部材は板又は薄膜状の帯状磁性材よりなり、前記長手状磁性部材の両側部の側部長手方向は、前記Ｅ型コアのコア厚さ方向と直交するコア幅方向に対して非直交方向となるように波形に形成され、前記長手状磁性部材と検出ステータとの非接触状態による相対移動を前記第１、第２検出コイルでＳＩＮ波及びＣＯＳ波として検出すると共に前記長手状磁性部材は、長手状部材上に貼り付けられていることにより、従来のリニアセンサに比較すると、極めて簡単な構成により検出できる。また、出力信号が二相であるため、リニアセンサの用途が広がる。また、組立てが極めて容易であった。
また、前記Ｅ型コアの前記コア幅方向に沿うコア幅寸法は、前記長手状磁性部材の磁性部材幅寸法より大であることにより、各検出コイルによるエアギャップ面積の検出が容易となる。
また、前記第２突出歯部に設けられている前記励磁コイルの外周には、第１、第２補正コイルが筒状でかつ二層状に設けられていることにより、オフセット調整により、出力信号の感度の補正を行うことができる。
また、前記第２突出歯部に設けられている前記励磁コイルの下方位置には、各々独立した一対の輪状ボビンを介して第１、第２補正コイルが前記第２突出歯部の長手方向に沿って積層されていることにより、前述と同様の補正ができる。
また、前記第２突出歯部に設けられている前記励磁コイルの下方位置には、前記励磁コイルを設けるための励磁コイル用ボビンと一体に形成された補正コイル用ボビンを介して第１、第２補正コイルが前記第２突出歯部の長手方向と直交する方向に沿って積層されていることにより、前述と同様の補正を行うことができる。
また、前記第２突出歯部に設けられている前記励磁コイルの下方位置には、前記励磁コイルを設けるための励磁コイル用ボビンと一体に形成された補正コイル用ボビンを介して第１、第２補正コイルが前記第２突出歯部の長手方向と沿う方向において積層されていることにより、前述と同様の補正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明によるリニアセンサを示す平面構成図である。

【図2】図１の検出ステータの正面構成図である。

【図3】図１の検出ステータを示す構成図である。

【図4】図３の要部の形態を示す断面図である。

【図5】図４の励磁コイルの他の形態を示す断面図である。

【図6】図４の励磁コイルの他の形態を示す断面図である。

【図7】図１の検出ステータの斜視図である。

【図8】従来のリニアセンサを示す構成図である。

【図9】従来のリニアセンサを示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明は、検出コイルと長手状励磁部材の組合わせによる面積変化に基づく簡単な構造でＳＩＮ，ＣＯＳ二相信号を出力することとしたリニアセンサを提供することを目的とする。

【実施例】

【0020】

以下、図面と共に本発明によるリニアセンサの好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分については同一符号を用いて説明する。
図１及び図２において、符号３０で示されるものは検出ステータであり、この検出ステータ３０は、全体形状がＥ型をなすＥ型コア３１と、このＥ型コア３１に一体に形成され、かつ、互いに間隔をあけて位置する第１〜第３突出歯部３２，３３，３４と、前記各突出歯部３２，３４に巻回された第１、第２検出コイル２，２Ａと、中央位置の前記第２突出歯部３３に巻回された励磁コイル２Ｂと、から構成されている。

【0021】

前記各突出歯部３２，３３，３４の第１〜第３先端面３２ａ，３３ａ，３４ａの近傍位置には、磁性材料よりなり長手形状の長手状磁性部材４０が、前記各先端面３２ａ，３３ａ，３４ａとは所定のギャップを保つ非接触状態で直線移動自在に構成されている。

【0022】

前記検出ステータ３０は、図２で示されるように、前記Ｅ型コア３１のコア厚さ４１に沿うコア厚さ方向Ｂを有し、このＥ型コア３１の長さであるコア幅寸法Ｗ_１（図３）を有している。

【0023】

前記長手状磁性部材４０は、板状又は薄膜状等の帯状磁性材からなり、本形態では板状の場合が採用されており、非磁性材からなる長手状部材４２上に貼り付けた状態で構成され、所定の磁性部材幅寸法Ｗ_２を有している。また、長手状磁性部材４０の構造としては、積層の板、圧粉鉄芯による板状とすることもできる。この長手状磁性部材４０の形状としては、各側部長手方向４３，４３ａが波状に形成されている。

【0024】

さらに、この長手状磁性部材４０は、前記長手状部材４２上において、貼り付けられている。
従って、この長手状磁性部材４０の両側部４３，４４の側部長手方向４３ａ，４４ａは、前記Ｅ型コア３１のコア厚さ方向Ｂと直交するコア幅方向Ｃに対して非直交方向となるように設定されている。

【0025】

前述の構成において、励磁コイル２Ｂに励磁信号を供給して励磁状態とした後、固定された検出ステータ３０に対して長手状部材４２と共に長手状磁性部材４０を矢印Ｄの方向に沿ってＥ型コア３１とは非接触状態で移動させると、Ｅ型コア３１に対する長手状磁性部材４０の重なり具合が変化するため、このＥ型コア３１と長手状磁性部材４０とのエアギャップ面積の変化を各検出コイル２，２Ａからの誘起電圧の電圧レベルによって、長手状磁性部材４０の長手方向の位置を検出することができる。
従って、前述の場合、長手状磁性部材４０の各側部４３，４４が波状に形成されているため、第１、第２検出コイル２，２Ａから得られる前記電圧レベルの各検出信号は、ＳＩＮ，ＣＯＳの互いに位相がずれた二相の検出信号として出力することができる。

【0026】

次に、図３で示される構成は、図２で示される第２突出歯部３３に巻回されている励磁コイル２Ｂの外周に出力信号（検出信号）のオフセットを調整するための第１補正コイル５０及び第２補正コイル５１が筒状に巻回されている。

【0027】

図４は、図３の他の形態を示すもので、第２突出歯部３３に励磁コイル２Ｂが巻回された輪状の励磁コイル用ボビン５２の下方に、一対の第１、第２輪状ボビン５３，５４が第２突出歯部３３の長手方向Ｇに沿って積層され、第１輪状ボビン５３内には第１補正コイル５０が設けられ、第２輪状ボビン５４内には第２補正コイル５１が設けられている。

【0028】

図５は、図４の他の形態を示すもので、第２突出歯部３３に励磁コイル２Ｂが巻回された輪状の励磁コイル用ボビン５２の下方にこの励磁コイル用ボビン５２と一体に形成された補正コイル用ボビン５３Ｃ内に第１、第２補正コイル５０，５１が第２突出磁極３３の長手方向Ｇと直交する径方向に沿って積層した状態で配設されている。

【0029】

前述のように、第２突出歯部３３に形成された第１、第２補正コイル５０，５１を励磁することにより、前述のように本発明においては、従来のようにギャップ長の変化の検出ではなく、ギャップ面積の変化でコイルの磁束量を変化させ位置情報を得ているため、各補正コイル５０，５１からの励磁によって、励磁コイル２Ｂの両側に検出コイル２，２Ａを配設することにより、励磁コイル２Ｂより励磁された磁束を両方の検出コイル２，２Ａで受けるため、一方の検出コイル２で増加した分の磁束は他方の検出コイル２Ａでは減少した形となり、それぞれの検出コイル２，２Ａからの出力の差と和の比率は一定となり、ギャップ変動に強い特性を得ることができる。尚、前述の各補正コイル５０，５１の起電力により、図示していないが、各検出コイル２，２Ａからの検出信号のオフセットの調整を行う。

【0030】

次に、各第１、第２補正コイル５０，５１の起電力を検出コイル２，２Ａの起電力から引くことにより、検出時における検出レシオを大きく取るために用いられる。

【0031】

尚、前述の検出ステータ３０のＥ型コア３１としては、珪素鋼板積層、パーマロイ、圧粉鉄芯の何れかよりなり、スケールとしての長手状磁性部材４０は、軟磁性鋼板で作成、鋼板、珪素鋼板、パーマロイの積層で作成、圧粉鉄芯で作成の何れかである。

【産業上の利用可能性】

【0032】

本発明によるリニアセンサは、製鉄所等の長手状部材のリニア検出だけではなく、ＳＩＮ，ＣＯＳ信号を利用して各種工作機、ロボット、宇宙機器等への応用も可能である。

【符号の説明】

【0033】

２ 第１検出コイル
２Ａ 第２検出コイル
２Ｂ 励磁コイル
３０ 検出ステータ
３１ Ｅ型コア
３２ 第１突出歯部
３２ａ 第１先端面
３３ 第２突出歯部
３３ａ 第２先端面
３４ 第３突出歯部
３４ａ 第３先端面
４０ 長手状磁性材料
４１ コア厚さ
４２ 長手状部材
４３ 側部
４３ａ，４４ａ 側部長手方向
Ｗ_１ コア幅寸法
Ｗ_２ 磁性部材幅寸法
Ｂ コア厚さ方向
Ｃ コア幅方向
５０ 第１補正コイル
５１ 第２補正コイル
５２ 励磁コイル用ボビン
５３ 第１輪状ボビン
５３Ａ 第１補正コイル用ボビン
５３Ｂ 第２補正コイル用ボビン
５３Ｃ 補正コイル用ボビン
５４ 第２輪状ボビン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】