リニアセンサ
【課題】本発明は、検出コイルとテーパ状の複数のスケールの組合わせにより簡単な構成で高性能の直線検出を行うことを目的とする。
【解決手段】本発明によるリニアセンサは、長手状磁性部材(40)の上に貼り合わせた第１、第２、第３スケール(40A,40B,40C)と、前記各スケール(40A,40B,40C)に対応する第１〜第３突出歯部(32〜33)を有するＥ型の検出ステータ(30)と、を備え、前記第１、第３スケール(40Z,40C)の第１、第３スケール幅(B1,B3)は長手方向(A)に沿ってテーパ状に変化し、長手方向の位置を第１、第２検出コイル(2,2A)で検出する構成である。
【解決手段】本発明によるリニアセンサは、長手状磁性部材(40)の上に貼り合わせた第１、第２、第３スケール(40A,40B,40C)と、前記各スケール(40A,40B,40C)に対応する第１〜第３突出歯部(32〜33)を有するＥ型の検出ステータ(30)と、を備え、前記第１、第３スケール(40Z,40C)の第１、第３スケール幅(B1,B3)は長手方向(A)に沿ってテーパ状に変化し、長手方向の位置を第１、第２検出コイル(2,2A)で検出する構成である。
【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のスケールを用い、スケールの横揺れ時も安定して検出が行えるような構造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１２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１２において、符号３１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攻勢されている。
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
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。
【０００７】
従来、用いられていたこの種のリニアセンサは、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、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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記長手状磁性部材上に設けられ互いに間隔をあけると共に前記第１、第２、第３突出歯部に対応して設けられ磁性材料からなる第１、第２、第３スケールとを備え、前記第１、第３スケールは、長手方向に沿って前記長手方向に直交する第１、第３スケール幅が変化し、前記第１、第３スケール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検出コイルで検出すると共に、前記第１、第３スケール幅は第１、第３突出歯部の第１、第３歯幅より小である構成であり、また、前記各スケールは、前記長手状磁性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り、また、前記各スケールは長手状磁性部材と一体に形成されている構成であり、また、前記各スケールは長手状磁性部材とは別体で設けられ、各スケールの位置を調整できる構成であり、また、前記各スケールの中、第１、第３スケールは長手状磁性部材とは別体で位置を調整でき、第２スケールは長手状磁性部材と一体とした構成である。
【発明の効果】
【０００９】
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、前記長手状磁性部材上に設けられ互いに間隔をあけると共に前記第１、第２、第３突出歯部に対応して設けられ磁性材料からなる第１、第２、第３スケールとを備え、前記第１、第３スケールは、長手方向に沿って前記長手方向に直交する第１、第３スケール幅が変化し、前記第１、第３スケールと検出ステータとの非接触状態による相対移動を第１、第２検出コイルで検出すると共に、前記第１、第３スケール幅は第１、第３突出歯部の第１、第３歯幅より小である構成であることにより、直線移動する長手状磁性部材が横方向に横揺れを起した場合でも安定したリニア検出ができる。
また、各スケールは長手状磁性部材上に貼り付けられているため、組立てが容易である。
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。
また、各スケールが長手状磁性部材と一体の場合は製作が容易であり、各スケール全て又はその中の２個が長手状磁性部材と別体である場合には、各スケール間の間隔すなわち取付位置を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるリニアセンサを示す斜視構成図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】図１の検出ステータを示す構成図である。
【図４】図１の平面斜視図である。
【図５】図１の励磁コイルの他の形態を示す断面図である。
【図６】図５の励磁コイルの他の形態を示す断面図である。
【図７】図６の励磁コイルの他の形態を示す断面図である。
【図８】図６の励磁コイルの他の形態を示す断面図である。
【図９】図１の各スケールの他の形態を示す部分斜視図である。
【図１０】図１の各スケールの部分斜視図である。
【図１１】図１の各スケールの他の形態を示す部分斜視図である。
【図１２】従来のリニアセンサを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
前記検出ステータ３０は、図１、図３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Ｗ１（図３）を有している。
【００１５】
前記長手状磁性部材４０は、所定の厚さからなる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、所定の磁性部材幅寸法Ｗ２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。
前記コア幅寸法Ｗ１は長手状磁性部材４０の幅寸法Ｗ２よりも十分に大となるように構成されている。
【００１６】
前記長手状磁性部材４０上には、互いに間隔をあけると共に前記第１、第２、第３突出歯部３２〜３３に対応して貼り付けて設けられ磁性材料からなる第１〜第３スケール４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが設けられ、前記第２スケール４０Ｂはその全長にわたり同一幅で形成されているが、第１、第３スケール４０Ａ，４０Ｃは、図４に示されるように、その長手方向Ａ（すなわち、検出ステータ３０の往復移動方向と一致）に沿って、この長手方向Ａに直交する第１、第３スケール幅Ｂ１，Ｂ２がテーパ状に順次変化し、第１、第３スケール４０Ａ，４０Ｃと検出ステータ３０との非接触状態による相対移動を第１、第２検出コイル２，２Ａで検出するように構成されている。
尚、前記第１、第３スケール４０Ａ，４０Ｂの第１、第３スケール幅Ｂ１，Ｂ３は、図２、図で示すように、第１、第３突出歯部３２，３４の第１、第３歯幅Ｗ１，Ｗ３より小とされ、前記長手状磁性部材４０の長手方向Ａに沿う往復移動時における横揺れ発生時における検出誤差が発生することのないように構成されている。
【００１７】
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に対して各スケール４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ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に対する各スケール４０Ａ，４０Ｃの重なり具合が変化するため、このＥ型コア３１各スケール４０Ａ，４０Ｃ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。
【００１８】
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。
【００１９】
尚、各スケール４０Ａ，４０Ｃは、図４のように、各スケール４０Ａ，４０Ｃの長さはその全長にわたり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、前記各スケール４０Ａ，４０Ｃは、細長いテーパ形状となり、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。
【００２０】
次に、図５においては、図３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。
【００２１】
図６は、図５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。
【００２２】
図７は、図６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。
【００２３】
図８は、図６の他の形態を示すもので、図６の第１、第２輪状ボビン５３，５４の構成を励磁コイル用ボビン５２と一体に形成したもので、第１、第２補正コイル用ボビン５３Ａ，５３Ｂとし、他の構成は図５と同一であるため、同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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構成されている。
また、図９は図１の各スケール４０Ａ〜４０Ｃが長手状磁性部材40と一体構成の形態を示し、図１０は各スケール４０Ａ〜４０Ｃが長手状磁性部材４０とは別体で位置調整可能とした構成を示し、図１１は各スケール４０Ａ〜４０Ｃの中、第１、第３スケール４０Ａ，４０Ｃを長手状磁性部材４０とは別体で位置調整可能とし、第２スケール４０Ｂは長手状磁性部材４０とは一体とした構成を示し、何れかの構成を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
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、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】
【００２８】
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
４０Ａ 第１スケール
４０Ｂ 第２スケール
４０Ｃ 第３スケール
Ｂ１ 第１スケール幅
Ｂ３ 第３スケール幅
Ｗ１ コア幅寸法
Ｗ２ 磁性部材幅寸法
Ｗ３ 第１歯幅
Ｗ４ 第３歯幅
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
Ｇ 長手方向
【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のスケールを用い、スケールの横揺れ時も安定して検出が行えるような構造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１２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１２において、符号３１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攻勢されている。
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
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。
【０００７】
従来、用いられていたこの種のリニアセンサは、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、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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記長手状磁性部材上に設けられ互いに間隔をあけると共に前記第１、第２、第３突出歯部に対応して設けられ磁性材料からなる第１、第２、第３スケールとを備え、前記第１、第３スケールは、長手方向に沿って前記長手方向に直交する第１、第３スケール幅が変化し、前記第１、第３スケール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検出コイルで検出すると共に、前記第１、第３スケール幅は第１、第３突出歯部の第１、第３歯幅より小である構成であり、また、前記各スケールは、前記長手状磁性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り、また、前記各スケールは長手状磁性部材と一体に形成されている構成であり、また、前記各スケールは長手状磁性部材とは別体で設けられ、各スケールの位置を調整できる構成であり、また、前記各スケールの中、第１、第３スケールは長手状磁性部材とは別体で位置を調整でき、第２スケールは長手状磁性部材と一体とした構成である。
【発明の効果】
【０００９】
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、前記長手状磁性部材上に設けられ互いに間隔をあけると共に前記第１、第２、第３突出歯部に対応して設けられ磁性材料からなる第１、第２、第３スケールとを備え、前記第１、第３スケールは、長手方向に沿って前記長手方向に直交する第１、第３スケール幅が変化し、前記第１、第３スケールと検出ステータとの非接触状態による相対移動を第１、第２検出コイルで検出すると共に、前記第１、第３スケール幅は第１、第３突出歯部の第１、第３歯幅より小である構成であることにより、直線移動する長手状磁性部材が横方向に横揺れを起した場合でも安定したリニア検出ができる。
また、各スケールは長手状磁性部材上に貼り付けられているため、組立てが容易である。
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。
また、各スケールが長手状磁性部材と一体の場合は製作が容易であり、各スケール全て又はその中の２個が長手状磁性部材と別体である場合には、各スケール間の間隔すなわち取付位置を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるリニアセンサを示す斜視構成図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】図１の検出ステータを示す構成図である。
【図４】図１の平面斜視図である。
【図５】図１の励磁コイルの他の形態を示す断面図である。
【図６】図５の励磁コイルの他の形態を示す断面図である。
【図７】図６の励磁コイルの他の形態を示す断面図である。
【図８】図６の励磁コイルの他の形態を示す断面図である。
【図９】図１の各スケールの他の形態を示す部分斜視図である。
【図１０】図１の各スケールの部分斜視図である。
【図１１】図１の各スケールの他の形態を示す部分斜視図である。
【図１２】従来のリニアセンサを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
前記検出ステータ３０は、図１、図３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Ｗ１（図３）を有している。
【００１５】
前記長手状磁性部材４０は、所定の厚さからなる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、所定の磁性部材幅寸法Ｗ２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。
前記コア幅寸法Ｗ１は長手状磁性部材４０の幅寸法Ｗ２よりも十分に大となるように構成されている。
【００１６】
前記長手状磁性部材４０上には、互いに間隔をあけると共に前記第１、第２、第３突出歯部３２〜３３に対応して貼り付けて設けられ磁性材料からなる第１〜第３スケール４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが設けられ、前記第２スケール４０Ｂはその全長にわたり同一幅で形成されているが、第１、第３スケール４０Ａ，４０Ｃは、図４に示されるように、その長手方向Ａ（すなわち、検出ステータ３０の往復移動方向と一致）に沿って、この長手方向Ａに直交する第１、第３スケール幅Ｂ１，Ｂ２がテーパ状に順次変化し、第１、第３スケール４０Ａ，４０Ｃと検出ステータ３０との非接触状態による相対移動を第１、第２検出コイル２，２Ａで検出するように構成されている。
尚、前記第１、第３スケール４０Ａ，４０Ｂの第１、第３スケール幅Ｂ１，Ｂ３は、図２、図で示すように、第１、第３突出歯部３２，３４の第１、第３歯幅Ｗ１，Ｗ３より小とされ、前記長手状磁性部材４０の長手方向Ａに沿う往復移動時における横揺れ発生時における検出誤差が発生することのないように構成されている。
【００１７】
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に対して各スケール４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ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に対する各スケール４０Ａ，４０Ｃの重なり具合が変化するため、このＥ型コア３１各スケール４０Ａ，４０Ｃ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。
【００１８】
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。
【００１９】
尚、各スケール４０Ａ，４０Ｃは、図４のように、各スケール４０Ａ，４０Ｃの長さはその全長にわたり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、前記各スケール４０Ａ，４０Ｃは、細長いテーパ形状となり、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。
【００２０】
次に、図５においては、図３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。
【００２１】
図６は、図５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。
【００２２】
図７は、図６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。
【００２３】
図８は、図６の他の形態を示すもので、図６の第１、第２輪状ボビン５３，５４の構成を励磁コイル用ボビン５２と一体に形成したもので、第１、第２補正コイル用ボビン５３Ａ，５３Ｂとし、他の構成は図５と同一であるため、同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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構成されている。
また、図９は図１の各スケール４０Ａ〜４０Ｃが長手状磁性部材40と一体構成の形態を示し、図１０は各スケール４０Ａ〜４０Ｃが長手状磁性部材４０とは別体で位置調整可能とした構成を示し、図１１は各スケール４０Ａ〜４０Ｃの中、第１、第３スケール４０Ａ，４０Ｃを長手状磁性部材４０とは別体で位置調整可能とし、第２スケール４０Ｂは長手状磁性部材４０とは一体とした構成を示し、何れかの構成を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
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、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】
【００２８】
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
４０Ａ 第１スケール
４０Ｂ 第２スケール
４０Ｃ 第３スケール
Ｂ１ 第１スケール幅
Ｂ３ 第３スケール幅
Ｗ１ コア幅寸法
Ｗ２ 磁性部材幅寸法
Ｗ３ 第１歯幅
Ｗ４ 第３歯幅
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
Ｇ 長手方向
【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〜34a)の近傍位置に配設された長手状磁性部材(40)と、
前記長手状磁性部材(40)上に設けられ互いに間隔をあけると共に前記第１、第２、第３突出歯部（32〜33)に対応して設けられ磁性材料からなる第１、第２、第３スケール(40A,40B,40C)とを備え、
前記第１、第３スケール(40A,40C)は長手方向(A)に沿って前記長手方向(A)に直交する第１、第３スケール幅(B1,B3)が変化し、前記第１、第３スケール(40A,40C)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)で検出すると共に、前記第１、第３スケール幅(B1,B3)は第１、第３突出歯部(32,34)の第１、第３歯幅(W3,W4)より小であることを特徴とするリニアセンサ。
【請求項２】
前記各スケール(40A〜40C)は、前記長手状磁性部材(40)上に貼り付けられてい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)の幅寸法(W2)より大であることを特徴とする請求項１又は２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ないし３の何れか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、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ないし３の何れか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(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ないし３の何れかに記載のリニアセンサ。
【請求項７】
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ないし３の何れかに記載のリニアセンサ。
【請求項８】
前記各スケール(40A〜40C)は長手状磁性部材(40)と一体に形成されていることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のリニアセンサ。
【請求項９】
前記各スケール(40A〜40C)は長手状磁性部材(40)とは別体で設けられ、各スケール(40A〜40C)の位置を調整できることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のリニアセンサ。
【請求項１０】
前記各スケール(40A〜40C)の中、第１、第３スケール(40A,40C)は長手状磁性部材(40)とは別体で位置を調整でき、第２スケール(40B)は長手状磁性部材(40)と一体であることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のリニアセンサ。
【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〜34a)の近傍位置に配設された長手状磁性部材(40)と、
前記長手状磁性部材(40)上に設けられ互いに間隔をあけると共に前記第１、第２、第３突出歯部（32〜33)に対応して設けられ磁性材料からなる第１、第２、第３スケール(40A,40B,40C)とを備え、
前記第１、第３スケール(40A,40C)は長手方向(A)に沿って前記長手方向(A)に直交する第１、第３スケール幅(B1,B3)が変化し、前記第１、第３スケール(40A,40C)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)で検出すると共に、前記第１、第３スケール幅(B1,B3)は第１、第３突出歯部(32,34)の第１、第３歯幅(W3,W4)より小であることを特徴とするリニアセンサ。
【請求項２】
前記各スケール(40A〜40C)は、前記長手状磁性部材(40)上に貼り付けられてい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)の幅寸法(W2)より大であることを特徴とする請求項１又は２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ないし３の何れか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、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ないし３の何れか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(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ないし３の何れかに記載のリニアセンサ。
【請求項７】
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ないし３の何れかに記載のリニアセンサ。
【請求項８】
前記各スケール(40A〜40C)は長手状磁性部材(40)と一体に形成されていることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のリニアセンサ。
【請求項９】
前記各スケール(40A〜40C)は長手状磁性部材(40)とは別体で設けられ、各スケール(40A〜40C)の位置を調整できることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のリニアセンサ。
【請求項１０】
前記各スケール(40A〜40C)の中、第１、第３スケール(40A,40C)は長手状磁性部材(40)とは別体で位置を調整でき、第２スケール(40B)は長手状磁性部材(40)と一体であることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のリニアセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２４７５９２（Ｐ２０１１−２４７５９２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１７６５１（Ｐ２０１０−１１７６５１）
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（０００２０３６３４）多摩川精機株式会社 (669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（０００２０３６３４）多摩川精機株式会社 (669)
【Ｆターム（参考）】
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