(57)【要約】【課題】被検出部の測定範囲を広くとることができる位置検出装置を提供する。【解決手段】位置検出装置１は、例えば２層コイルからなる検出コイル３と、金属製の検出対象４と、検出コイル３に対向配置された非磁性体７とを備える。非磁性体７は、中央に空洞部９が形成されるとともに、スリット８を有する。空洞部９の内部に検出対象４を相対移動可能に収納し、検出対象４を被検出部２と連動させる。これにより、検出コイル３の出力において、好適なインダクタンス変化、すなわち理想直線に近い波形変化を得ることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出部の移動に応じて検出コイルと検出対象との間の距離が変化することにより、前記検出コイルのインダクタンスが変化し、この変化から前記被検出部の位置を検出する位置検出装置において、
環状にならないようにスリットが形成され、空洞部を有するように筒状をなし、前記検出コイルに対向配置された非磁性体と、
前記空洞部の内部に配置された前記検出対象と、
前記被検出部の移動時、前記検出コイルのインダクタンスに基づき、前記被検出部の位置を求める位置演算部と
を備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記スリットは、１つのみ形成されている
請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記検出コイル及び非磁性体は、互いの中心が一致するように配置されている
請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記空洞部の開口面積と、前記検出コイルの内径の面積とは、近似又は同一の大きさに形成されている
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記空洞部の開口面積は、当該空洞部の壁面の直近において発生する磁束が、前記検出コイルの軸方向に沿う方向を向くような大きさに形成されている
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出部の位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検出部の位置を検出する位置検出装置として、被検出部と連動する金属部を検出コイルに対向配置させ、被検出部が移動したときの検出コイル及び金属部の間の距離変化を、検出コイルのインダクタンスの変化を基に検出する技術が周知である（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５０５５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の位置検出装置においては、被検出部の測定範囲（フルスケール）を広くとるには、被検出部が移動したときのインダクタンスがリニアに変化することが好ましい。しかし、現実のところ、インダクタンス変化がリニアとなるものではなく、インダクタンス変化のリニアリティをよくして、測定範囲（フルスケール）を極力広くとりたいニーズがあった。
【０００５】
本発明の目的は、被検出部の測定範囲を広くとることができる位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記問題点を解決する位置検出装置は、被検出部の移動に応じて検出コイルと検出対象との間の距離が変化することにより、前記検出コイルのインダクタンスが変化し、この変化から前記被検出部の位置を検出する構成において、環状にならないようにスリットが形成され、空洞部を有するように筒状をなし、前記検出コイルに対向配置された非磁性体と、前記空洞部の内部に配置された前記検出対象と、前記被検出部の移動時、前記検出コイルのインダクタンスに基づき、前記被検出部の位置を求める位置演算部とを備えた。
【０００７】
本構成によれば、非磁性体に空洞部を設けて、その空洞部の内部を検出対象が動くようにしたので、検出コイルの出力において、好適なインダクタンス変化、すなわち理想直線に近い波形変化を得ることが可能となる。よって、被検出部の測定範囲を広くとることが可能となる。
【０００８】
前記位置検出装置において、前記スリットは、１つのみ形成されていることが好ましい。この構成によれば、スリットを１つとしたので、非磁性体に必要最低限の数のスリットを設けるだけで済む。
【０００９】
前記位置検出装置において、前記検出コイル及び非磁性体は、互いの中心が一致するように配置されていることが好ましい。この構成によれば、検出コイルから発生する磁束を非磁性体の空洞部にバランスよく付与することが可能となるので、好適なインダクタンス変化の確保に有利となる。
【００１０】
前記位置検出装置において、前記空洞部の開口面積と、前記検出コイルの内径の面積とは、近似又は同一の大きさに形成されていることが好ましい。この構成によれば、検出コイルから発生する磁束の成分の多くが空洞部を通ることになるので、好適なインダクタンス変化の確保に一層有利となる。
【００１１】
前記位置検出装置において、前記空洞部の開口面積は、当該空洞部の壁面の直近において発生する磁束が、前記検出コイルの軸方向に沿う方向を向くような大きさに形成されていることが好ましい。この構成によれば、空洞部を通過する磁束が鉛直方向に整列し易くなるので、好適なインダクタンス変化の確保に一層有利となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、位置検出装置において、被検出部の測定範囲を広くとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の位置検出装置の構成図。
【図２】検出対象が動いたときの位置検出装置を示す構成図。
【図３】位置検出装置の平面図。
【図４】位置検出装置の電気構成図。
【図５】本例の位置検出装置の磁束の分布図。
【図６】インダクタンス変化の波形図。
【図７】リニアリティの波形図。
【図８】不適切な形状の非磁性体を使用したときの磁束の分布図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、位置検出装置の一実施形態を図１〜図８に従って説明する。
図１に示すように、位置検出装置１は、例えば直線往復動（同図の矢印Ａ方向の往復動）する被検出部２の位置を検出するものである。本例の位置検出装置１は、磁界（磁束）を検出する検出コイル３と、被検出部２の動きに応じて検出コイル３に付与される磁界を変化させる検出対象４とを備える。本例の検出コイル３は、例えば基板（図示略）の異なる層に１層ずつ環状のコイルが巻回されて、これらが電気的に繋がれた２層コイルとなっている。
【００１５】
位置検出装置１は、検出コイル３にかかる磁界の向きに関与する非磁性体７を備える。非磁性体７は、環状にならないようにスリット８が形成されるとともに、空洞部９を有するように筒状をなしている。非磁性体７は、検出対象４及び非磁性体７に磁束を付与する検出コイル３に対向配置されている。スリット８は、例えば狭い方がよく、１箇所のみ形成されるとよい。空洞部９は、非磁性体７の平面方向（図１のＸ−Ｙ平面方向）において、非磁性体７の中央に形成されている。空洞部９の形状は、平面視において四角形状である。
【００１６】
検出対象４は、非磁性体７の空洞部９の内部に収納された配置をとっている。検出対象４は、例えば金属からなる部材（金属部）であることが好ましい。本例の検出対象４は、四角形状に形成されている。検出対象４は、非磁性体７の空洞部９において動きが許容できるサイズに形成されている。
【００１７】
図２に示すように、検出対象４は、被検出部２に取り付けられることにより、被検出部２と連動する。すなわち、被検出部２が動いたときには、検出対象４が空洞部９の内部を移動する。本例の場合、検出対象４は、空洞部９の内部に完全に収まる位置（図１の状態）と、空洞部９から完全に離脱した位置（図２の状態）との２位置の間を往復移動可能となっている。
【００１８】
図３に示すように、空洞部９の開口面積Ｓ１と、検出コイル３の内径３ａの面積Ｓ２とは、近似又は同一の大きさに形成されている。検出コイル３は、第１層のコイル部と第２層のコイル部とを一対のスルーホール１１ａ，１１ｂで繋ぐことにより、２層コイルに形成されている。非磁性体７は、検出コイル３よりも大きい面積をとるように形成されている。検出コイル３及び非磁性体７は、例えば検出コイル３の中心をＰ１とし、非磁性体７の中心をＰ２とすると、互いの中心Ｐ１，Ｐ２が一致するように配置されている。
【００１９】
図４に示すように、位置検出装置１は、検出コイル３に交流電圧（交流波）を印加する発振回路１４と、検出コイル３及び抵抗１５からなる直列回路１６とを備える。発振回路１４は、定電圧の交流波を検出コイル３に流すことにより、検出コイル３に磁界を発生させる。被検出部２が動いたとき、検出コイル３及び検出対象４の間の距離が変化し、この距離変化に応じて検出コイル３のインダクタンスＬが変化する。
【００２０】
位置検出装置１は、検出コイル３から入力する検出信号Ｓｖを基に被検出部２の位置を求める位置演算部２１を備える。本例の位置演算部２１は、検出コイル３及び抵抗１５の分圧を、検出回路（検波回路）２２を通じて取り込む。被検出部２が位置変化すると、検出コイル３のインダクタンスＬが変化し、その変化に応じた検出信号Ｓｖが位置演算部２１に出力される。本例の位置演算部２１は、このインダクタンスＬの変化に応じて変わる検出信号Ｓｖを基に、被検出部２の位置を割り出す。
【００２１】
図５に示すように、空洞部９の開口面積Ｓ１は、空洞部９の壁面の直近において発生する磁束が、検出コイル３の軸方向（図５に示す矢印Ｒ方向）を向くような大きさに形成されている。これは、検出対象４に対し、整列した磁界が付与されるようにするためである。本例の場合、空洞部９の開口面積Ｓ１を、広めではなく狭めに形成することで実現する。また、本例の場合、検出コイル３から発生する磁界は、空洞部９の壁面付近において、検出コイル３から離れる方向（図５に示す矢印Ｒ１方向：紙面上方向）を向く。
【００２２】
次に、図６〜図８を用いて、位置検出装置１の動作を説明する。
図６に、本例の位置検出装置１のインダクタンスＬの変化の波形図を図示する。同図のインダクタンスＬの変化波形は、シミュレーションによる検証結果である。同図に示されるように、被検出部２の動きに連動して検出対象４が初期位置から最大ストローク位置（移動終了位置）まで動いたとき、インダクタンスＬは、右肩上がりに値が上昇していく変化をとりながら上昇していく。このように、本例のインダクタンスＬの変化は、理想直線に近い波形変化をとることが分かる。
【００２３】
図７に、本例の位置検出装置１のインダクタンス変化のリニアリティの波形図を図示する。同図のリニアリティも、シミュレーションによる検証結果である。同図からも分かるように、本例の場合は、リニアリティが所望の範囲内（例えば＋８〜−８％の範囲）に収まり、リニアに近づく波形となった測定結果が得られる。よって、位置検出装置１の測定範囲（フルスケール）の確保に有利となる。
【００２４】
図８に、不適切な形状の非磁性体７を使用したときの磁束方向のシミュレーション結果を図示する。このモデルの位置検出装置１は、非磁性体７の空洞部９の開口面積Ｓ１が大きくとられている。この場合、検出コイル３から発生する磁束は、空洞部９の壁面付近において整列せず、磁束成分が上方を向くものと、下方向を向くものとが存在してしまうことが分かる。これは、インダクタンス変化のリニアリティをよくするのに必要な磁界が検出対象４にかからないことを意味する。これに対し、本例はインダクタンス変化のリニアリティが確保される。
【００２５】
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）スリット８を有する非磁性体７を検出コイル３に対向して配置する。その非磁性体７に空洞部９を設け、その空洞部９の内部に検出対象４を相対移動可能に収納して、検出対象４を被検出部２と連動させる。これにより、検出コイル３の出力において、好適なインダクタンス変化、すなわち理想直線に近い波形変化を得ることが可能となる。よって、被検出部２の測定範囲（フルスケール）を広くとることができる。
【００２６】
（２）非磁性体７にスリット８を１つのみ形成するので、非磁性体７に必要最低限のスリット８を設けるだけで済む。また、仮に非磁性体７にスリット８を設けすぎると、空洞部９から逃げていく磁束が増えてしまうので、この点からも有利である。
【００２７】
（３）検出コイル３及び非磁性体７は、互いの中心Ｐ１，Ｐ２が一致するように配置されている。よって、検出コイル３から発生する磁束を非磁性体７の空洞部９にバランスよく付与することが可能となるので、好適なインダクタンス変化の確保に有利となる。
【００２８】
（４）空洞部９の開口面積Ｓ１と、検出コイル３の内径３ａの面積Ｓ２とは、近似又は同一の大きさに形成されている。よって、検出コイル３から発生する磁束の成分の多くが空洞部９を通ることになるので、好適なインダクタンス変化の確保に一層有利となる。
【００２９】
（５）空洞部９の開口面積Ｓ１は、空洞部９の壁面の直近において発生する磁束が、検出コイル３の軸方向（図５の矢印Ｒ方向）に沿う方向を向くような大きさに形成されている。よって、空洞部９を通過する磁束が鉛直方向に整列し易くなるので、好適なインダクタンス変化の確保に一層有利となる。
【００３０】
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・検出コイル３は、２層コイルに限定されず、例えば単層コイルでもよいし、３層以上のコイル群から構成されてもよい。
【００３１】
・非磁性体７は、検出対象４よりも厚さが大きく形成されてもよい。
・空洞部９は、四角形状（四角柱形状）に限定されず、例えば円形状（円筒形状）や平面視において三角形状など、種々の孔形状に変更可能である。
【００３２】
・検出対象４は、例えば平板形状の金属板としてもよい。
・検出対象４は、空洞部９から離脱しない範囲で往復移動してもよい。
・検出対象４は、金属部に限定されず、例えばコイルなどの他の部材に変更可能である。
【００３３】
・非磁性体７の形状は、検出コイル３を全て覆うように検出コイル３の外径よりも大きいサイズに形成されることに限定されず、例えば検出コイル３の外径よりも小さいサイズとしてもよい。
【００３４】
・非磁性体７の形状は、外壁面において厚さ方向に段部を有するような形状としてもよい。
・被検出部２は、スイッチなどの種々の部材が適用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１…位置検出装置、２…被検出部、３…検出コイル、４…検出対象、７…非磁性体、８…スリット、９…空洞部、２１…位置演算部、Ｌ…インダクタンス、Ｐ１…検出コイルの中心、Ｐ２…非磁性体の中心、Ｓ１…空洞部の開口面積、Ｓ２…検出コイルの内径の面積、Ｒ…検出コイルの軸方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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