(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルの内側に磁性体を挿入した変位センサにおいて、
少なくとも前記コイルの内面と前記磁性体の外周との一部は所定の間隔を空けて配置されており、
前記コイルと前記磁性体を２組備え、
一方の磁性体の中心と他方の磁性体の中心とを結ぶ方向を第一の方向とし、少なくとも前記第一の方向におけるコイルの内面と磁性体の外面との距離の一方が、前記第一の方向と略垂直な方向におけるコイルの内面と磁性体の外面との距離の一方よりも短い変位センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の変位センサにおいて、前記磁性体は、センサの検知面内の異なる２つの方向における幅が異なる変位センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の変位センサにおいて、前記磁性体の長手方向が、変位センサに対向するセンサターゲットの長手方向と略一致している変位センサ。
【請求項４】
請求項２に記載の変位センサにおいて、前記磁性体の長手方向が、変位センサに対向するセンサターゲットの短手方向と略一致している変位センサ。
【請求項５】
請求項１に記載の変位センサにおいて、少なくとも一方の磁性体の中心がコイルの中心から偏心している変位センサ。
【請求項６】
請求項５に記載の変位センサにおいて、中心がコイルの中心から偏心している前記磁性体の中心は、他方の磁性体に近い方向に偏心している変位センサ。
【請求項７】
請求項５に記載の変位センサにおいて、中心がコイルの中心から偏心している前記磁性体の中心は、他方の磁性体から離れた方向に偏心している変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルと磁性体コアを備えた変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転体の回転角計測や、移動体の位置計測などに、非接触の変位センサが用いられている。例えば特許文献１には、ロータに偏心して取り付けられたセンサターゲットと、センサターゲットの径方向の位置を測定するためのステータコイルユニットと、ステータコイルユニットにキャリア信号を供給する発振器と、ステータコイルの誘導電圧を検出する手段を備えた回転軸の回転角検出器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−９４５８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなコイルを用いた変位センサは、温度が変化したときセンサ出力が変動して、計測誤差が増大するという問題がある。
【０００５】
これを防止する方法として、２組のセンサターゲットとコイルで構成し、ブリッジ回路や演算回路を用いて温度補償を行う方法や、温度センサを設置し、温度とセンサ出力との相関データを用いて補正する方法などがある。
【０００６】
しかし、温度が変化したときのセンサ出力変動には、コイル毎の特性のバラツキに起因したバラツキがあり、上記方法ではこれを補正することができない。
【０００７】
そこで本発明は、コイル毎の特性のバラツキに起因したセンサ出力変動を抑制し、計測誤差が小さい変位センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、コイルの内側に磁性体を挿入し、少なくともコイルの内面と磁性体の外周との一部は所定の間隔を空けて配置されており、コイルと磁性体を２組備え、一方の磁性体の中心と他方の磁性体の中心とを結ぶ方向を第一の方向とし、少なくとも第一の方向におけるコイルの内面と磁性体の外面との距離の一方が、第一の方向と略垂直な方向におけるコイルの内面と磁性体の外面との距離の一方よりも短い変位センサを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コイル毎の特性のバラツキに起因したセンサ出力変動を抑制し、計測誤差が小さい変位センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における変位センサの構成を示す断面図である。
【図２】実施例１におけるコイルと磁性体コアの構造を示す図である。
【図３】実施例１における磁束の様子を示した図である。
【図４】実施例１における磁性体コアの別の例を示した断面図である。
【図５】実施例２における変位センサおよびセンサターゲットの構成を示す図である。
【図６】実施例３における変位センサおよびセンサターゲットの構成を示す図である。
【図７】実施例４における変位センサおよびセンサターゲットの構成を示す図である。
【図８】実施例５における変位センサおよびセンサターゲットの構成を示す図である。
【図９】実施例６における変位センサおよびセンサターゲットの構成を示す図である。
【図１０】実施例６におけるセンサターゲットの別の例を示した図である。
【図１１】本発明におけるコイル形状の別の例を示した図である。
【図１２】実施例６における磁性体コア形状の別の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る変位センサの実施の形態について、図面を基に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１における変位センサの構成を示す断面図である。
【００１３】
実施例１における変位センサ１は、コイル２と、磁性体コア３と、回路部４とを備えており、これらは筐体５の内側に収納されている。
【００１４】
回路部４は、コイル２に交流電圧を発生させる発振回路を備え、コイル２のインピーダンスの変化に対応した所定の電圧を出力する出力回路を備えている。
【００１５】
図２は、実施例１におけるコイル２と、磁性体コア３を検知面から見た図である。
【００１６】
磁性体コア３は、鉄などの磁性体金属や、フェライトなどの磁性体セラミックス、からなり、検知面を除いてコイル２を囲う形状に形成され、更に、コイル２の内側に挿入される挿入部３ａを備えている。
【００１７】
コイル２は、挿入部３ａの中心を中心として円形状に巻かれている。コイル２の内面と磁性体コア３の挿入部３ａの外面との間に空隙部６が設けられている。
【００１８】
空隙部６は、空間、樹脂、非磁性ガラス、非磁性セラミックス、非磁性金属などの透磁率が低い材料からなる。
【００１９】
ここで、空隙部６の効果について説明する。
【００２０】
温度が変化したときのセンサ出力変動バラツキの要因を調査した結果、コイルのインダクタンスの変化率がコイル毎に異なり、これがセンサ出力変動バラツキの要因であることが分かった。更に、コイルのインダクタンスの変化率のバラツキは、コイルに挿入した磁性体コアの透磁率の変化率のバラツキが原因であることが分かった。
【００２１】
ここで、空隙部６を設けた場合、空隙部６を設けずコイル２の内側を磁性体コア３の挿入部３ａで満たした場合に比べて、磁性体コア３によって増幅されていた磁束が減少してインダクタンスが低下する。即ち、インダクタンスに対する、磁性体コア３の透磁率の影響が小さくなる。その結果、温度変化時におけるインダクタンスに対する磁性体コア３の透磁率の変化率のバラツキの影響が小さくなるので、インダクタンスの変化率のバラツキが低減され、センサ出力変動バラツキを低減することができる。
【００２２】
また、空隙部６を設けた場合の最大計測距離と、空隙部６を設けず磁性体コア３の挿入部３ａで満たした場合の最大計測距離はほぼ同等であり、計測性能を損なうことは無い。この理由を図３を用いて説明する。図３（ａ）は空隙部６を設けた場合、図３（ｂ）は空隙部６を設けずコイル２の内側を磁性体コア３の挿入部３ａで満たした場合の磁束の様子をそれぞれ示した図である。磁束は透磁率の高い磁性体コア３に集中するので、空隙部６を通る磁束は少なく、多くが磁性体コア３の挿入部３ａを通過する。磁性体コア３の挿入部３ａを通過する磁束は、コイル２からの距離が長いので、磁路が大きく遠くまで磁束が広がる。この磁束の広がりは、図３（ｂ）に示した空隙部６を設けない場合において最も広がっている磁束のものと同様である。したがって、空隙部６を設けた場合であっても、磁束の到達距離は空隙部６を設けない場合と同様であり、その結果、最大計測距離も同等である。
【００２３】
このように本実施例によれば、最大計測距離に対する影響を抑えつつ、温度変化時のセンサ出力変動を低減することができる。
【００２４】
なお、本実施例では、磁性体コアの形状として、検知面を除いてコイル２を囲う形状の例を示したが、図４（ａ）に示すような外側の突出部を除いた形状であっても良い。外側の突出部を除くことで、コイル２の周りを周回する磁路における磁性体コア８の内部を通る割合が低下し、インダクタンスが低下するので、センサ出力変動バラツキを低減することができる。更に、センサを小型化する場合、磁性体コアの外側の突出部を除いた分、コイル径を広くすることができるので、磁束の広がりを拡大して計測感度を向上させることができる。
【００２５】
また、磁性体コアの形状として、図４（ｂ）に示すような棒形状であっても同様の効果が期待できる。また、磁性体コアの別の例として、図４（ｃ）〜（ｅ）に示すような形状であってもよい。
【００２６】
また、本実施例においてコイル２の断面形状は、検知面方向の幅に対して、検知方向の幅が狭い方が望ましい。コイル２の周りを周回する磁路における磁性体コアの内部を通る割合が低下してインダクタンスが減少するので、インダクタンスに対する磁性体コアの透磁率の変化率のバラツキの影響が小さくなり、センサ出力変動バラツキを低減することができる。
【実施例２】
【００２７】
本実施例では、実施例１で説明した変位センサにおいて、計測感度を向上させることができる例を説明する。
【００２８】
図５は、本実施例における変位センサおよびセンサターゲットの構成を示す図である。図５（ａ）は側面から見た図５（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、図５（ｂ）は正面から見た図５（ａ）のＡ−Ａ断面図、図５（ｃ）は変位センサを検知面から見た図である。なお、本実施例における磁性体コア１３および空隙部６の材質は実施例１のものと同一であるので、説明は省略する。
【００２９】
センサターゲット１４は、回転軸１５に固定されている。回転軸１５の中心からセンサターゲット１４の外面までの距離は、回転軸１５の回転角に依存して変化するように構成されている。その結果、回転角に依存してセンサターゲット１４と変位センサとの距離が変化するので、変位センサでこの距離を計測することで回転角を計測することができる。
【００３０】
磁性体コア１３は、コイル２の内側に挿入される挿入部１３ａを備えている。挿入部１３ａは、楕円形状に形成され、センサターゲット１４の回転方向に長径を向けている。
【００３１】
コイル２は、挿入部１３ａの中心を中心として円形状に巻かれている。空隙部６は、コイル２の内面と挿入部１３ａの外面との間に設けられている。
【００３２】
本実施例では、挿入部１３ａはセンサターゲット１４に対向するように形成されているので、センサターゲット１４に対して多くの磁束を送ることができる。更に、空隙部６はセンサターゲット１４に対向しない領域に設けられているので、センサターゲット１４を経由しない磁束を低減することができる。これにより、磁束を効率良くセンサターゲット１４に送ることができるので、計測感度を向上させることができる。
【００３３】
なお、本実施例では、挿入部１３ａとして楕円形状の例を示したが、長方形やトラック形状等、センサターゲット１４の回転方向に長手方向を有する形状であれば良い。
【実施例３】
【００３４】
本実施例では、実施例１で説明した変位センサにおいて、計測精度を向上させることができる例を説明する。
【００３５】
図６は、本実施例における変位センサおよびセンサターゲットの構成を示す図である。図６（ａ）は側面から見た図６（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、図６（ｂ）は正面から見た図６（ａ）のＡ−Ａ断面図、図６（ｃ）は変位センサを検知面から見た図である。なお、本実施例における磁性体コア１６および空隙部６の材質は実施例１のものと同一であるので、説明は省略する。
【００３６】
磁性体コア１６は、コイル２の内側に挿入される挿入部１６ａを備えている。挿入部１６ａは、楕円形状に形成され、センサターゲット１７の回転軸方向に長径を向けている。
【００３７】
コイル２は、挿入部１６ａの中心を中心として円形状に巻かれている。空隙部６は、コイル２の内面と挿入部１６ａの外面との間に設けられている。
【００３８】
本実施例では、挿入部１６ａはセンサターゲット１７の回転方向に対して対向する幅が狭くなるように形成されているので、センサターゲット１７の回転方向に対する磁束の広がりを抑制して狭い領域に磁束が送ることができる。これにより、変位センサの中心近傍に対向する領域の距離を検知することができるので、回転角を高い精度で計測することができる。
【００３９】
なお、本実施例では、挿入部１６ａとして楕円形状の例を示したが、長方形やトラック形状等、センサターゲット１７の回転方向に直交する方向に長手方向を有する形状であれば良い。
【実施例４】
【００４０】
本実施例では、実施例１で説明した変位センサにおいて、２つのコイルと２つのセンサターゲットで構成して計測精度を向上させる例を説明する。
【００４１】
図７は、本実施例における変位センサおよびセンサターゲットの構成を示す図である。図７（ａ）は側面から見た図７（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、図７（ｂ）は正面から見た図７（ａ）のＡ−Ａ断面図、図７（ｃ）は変位センサを検知面から見た図であり、構成を把握しやすくするために図７（ａ）ではターゲット２０ｂを点線で示している。なお、本実施例における磁性体コア１８および空隙部６の材質は実施例１のものと同一であるので、説明は省略する。
【００４２】
センサターゲット２０は、２つのターゲット２０ａ、２０ｂからなり、回転軸１５に固定されている。ターゲットのうち少なくとも一方は、回転軸１５の中心からターゲットの外面までの距離が回転軸１５の回転角に依存して変化するように構成されていて、回転角に依存してターゲットと変位センサとの距離が変化する。更に、ターゲット２０ａと変位センサとの距離をギャップａ、ターゲット２０ｂと変位センサとの距離をギャップｂ、とすると、ギャップａとギャップｂの差が回転軸１５の回転角に依存して変化するように構成されている。
【００４３】
磁性体コア１８ａ、１８ｂは、それぞれコイル１９ａ、１９ｂの内側に挿入される挿入部１８ｃ、１８ｄを備えている。
【００４４】
コイル１９ａ、１９ｂは、それぞれセンサターゲット２０ａ、２０ｂを検知するように配置される。コイル１９ａ、ｂの内側に磁性体コア１８ａ、１８ｂの挿入部１８ｃ、１８ｄがセンサの中心側に偏心して配置される。空隙部６は、コイル１９ａ、１９ｂの内面と磁性体コア１８ａ、１８ｂの挿入部１８ｃ、１８ｄの外面との間に設けられている。
【００４５】
本実施例では、２つのコイル１９ａ、１９ｂを用いて、それぞれターゲット２０ａ、２０ｂとの距離を計測し、それぞれの計測値の差、または比を用いて、コイルやターゲットの温度特性や、変位センサと回転軸１５との距離のバラツキ・変動に起因するセンサ出力の変動を補償することができる。更に、磁性体コア１８の挿入部を、センサの中心側に偏心して配置することで、センサターゲット２０に対して多くの磁束が送られるので、計測感度を向上させることができる。
【００４６】
なお、本実施例では回転軸１５の回転角を計測する方法として、２つのコイルでターゲットとの距離を計測し、それぞれの差、または比を用いる例を説明したが、２つのコイルを直列に接続し、その中点の電圧を用いてもよい。
【実施例５】
【００４７】
本実施例では、実施例４で説明した変位センサにおいて、変位センサを小型化できる例を説明する。
【００４８】
図８は、本実施例における変位センサおよびセンサターゲットの構成を示す図である。図８（ａ）は側面から見た図８（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、図８（ｂ）は正面から見た図８（ａ）のＡ−Ａ断面図、図８（ｃ）は変位センサを検知面から見た図であり、構成を把握しやすくするために図８（ａ）ではターゲット２０ｂを点線で示している。なお、本実施例におけるセンサターゲット２０は実施例４のものと同一であるので、説明は省略する。また、磁性体コア２１および空隙部６の材質は実施例１のものと同一であるので、説明は省略する。
【００４９】
コイル２２ａ、２２ｂは、センサターゲット２０ａ、２０ｂの回転方向を長径として楕円形状に巻かれており、それぞれセンサターゲット２０ａ、２０ｂを検知するように配置される。コイル２２ａ、２２ｂの内側に磁性体コア２１ａ、２１ｂの挿入部２１ｃ、２１ｄがコイル２２ａ、２２ｂの中心を中心として配置される。空隙部６は、コイル２２ａ、２２ｂの内面と磁性体コア２１ａ、２１ｂの挿入部２１ｃ、２１ｄの外面との間に設けられている。
【００５０】
本実施例では、２つのコイルが並置される方向（ｘ方向）における空隙部６の幅を狭くし、一方、ｘ方向に垂直な方向（ｙ方向）における空隙部６の幅を広くしている。これによって、変位センサの中心からコイルの最外部までのセンサ幅を低減することができ、一方、ｙ方向に空隙部６を確保することで、温度変化時のセンサ出力変動を低減することができる。
【実施例６】
【００５１】
本実施例では、実施例５で説明した変位センサにおいて、計測精度の低下を抑制できる例を説明する。
【００５２】
図９は、本実施例における変位センサおよびセンサターゲットの構成を示す図である。図９（ａ）は側面から見た図９（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、図９（ｂ）は正面から見た図９（ａ）のＡ−Ａ断面図、図９（ｃ）は変位センサを検知面から見た図であり、構成を把握しやすくするために図９（ａ）ではターゲット２０ｂを点線で示している。なお、本実施例におけるセンサターゲット２０、コイル２２は実施例５のものと同一であるので、説明は省略する。また、磁性体コア２３および空隙部６の材質は実施例１のものと同一であるので、説明は省略する。
【００５３】
コイル２２ａ、２２ｂは、センサターゲット２０ａ、２０ｂの回転方向を長径として楕円形状に巻かれており、それぞれセンサターゲット２０ａ、２０ｂを検知するように配置される。コイルの内側に磁性体コア２３ａ、２３ｂの挿入部２３ｃ、２３ｄが変位センサの外側に偏心して配置される。空隙部６は、コイルの内面と磁性体コアの挿入部の外面との間に設けられている。
【００５４】
本実施例では、磁性体コア２３ａ、２３ｂの挿入部２３ｃ、２３ｄを変位センサの外側に偏心して配置することで、コイル２２ａ、２２ｂから発せられる磁束の一部が、それぞれに対応するターゲットに隣接するターゲット２０ｂ、２０ａに漏れることを抑制できる。これにより、それぞれのコイル２２ａ、２２ｂに対応したターゲットとの距離を正確に計測することができる。
【００５５】
更に、センサターゲットとして、図１０に示す形状のもので構成してもよい。センサターゲット２４は、２つのターゲット２４ａ、２４ｂからなり、それぞれ磁性体コア２３ａ、２３ｂに対向する位置に、間隔を持って配置されている。ターゲットのうち少なくとも一方は、回転軸１５の中心からターゲットの外面までの距離が回転軸１５の回転角に依存して変化するように構成されていて、回転角に依存してターゲットと変位センサとの距離が変化する。更に、ターゲット２４ａと変位センサとの距離をギャップａ、ターゲット２４ｂと変位センサとの距離をギャップｂ、とすると、ギャップａとギャップｂの差が回転軸１５の回転角に依存して変化するように構成されている。
【００５６】
このようにターゲット間に間隔を設けることで、コイル２２ａ、２２ｂから発せられる磁束の一部が、それぞれに対応するターゲットに隣接するターゲット２４ｂ、２４ａに漏れることを抑制できる。これにより、それぞれのコイル２２ａ、２２ｂに対応したターゲットとの距離を正確に計測することができる。
【００５７】
なお、上記実施例では、コイル形状として円形状や楕円形状の例を示したが、図１１（ａ）に示すような半円形や、図１１（ｂ）に示すような矩形としても良い。コイルの内側の面積を大きくする程、空隙部６の領域が拡大し、インダクタンスに対する磁性体コアの透磁率の変化率のバラツキの影響が小さくなるので、センサ出力変動バラツキを低減することができる。
【００５８】
また、上記実施例では、磁性体コアの挿入部の形状として円形状や楕円形状の例を示したが、図１２に２７ａ、２８ｂで示すように空隙部６を残しつつコイル２２ａ、ｂの内側を埋めるような形状としても良い。ターゲットに対向する面積が大きい程、コイルからターゲットに送られる磁束が多いので、計測感度が向上する。
【００５９】
また、上記実施例では、センサターゲットとして回転体の例を示したが、平行移動体に固定されて移動位置に依存して変位センサとの距離が変化するものや、変位センサに対して検知方向に移動するものであっても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１  変位センサ
２、１９、２２、２５、２６  コイル
３、８〜１３、１６、１８、２１、２３、２７  磁性体コア
４  回路部
５  筐体
６  空隙部
７  磁束
１４、１７、２０、２４  センサターゲット
１５  回転軸
【図１】
0006640006.tif 000002
【図２】
0006640006.tif 000003
【図３】
0006640006.tif 000004
【図４】
0006640006.tif 000005
【図５】
0006640006.tif 000006
【図６】
0006640006.tif 000007
【図７】
0006640006.tif 000008
【図８】
0006640006.tif 000009
【図９】
0006640006.tif 000010
【図１０】
0006640006.tif 000011
【図１１】
0006640006.tif 000012
【図１２】
0006640006.tif 000013