JPH0412224A - 直線位置センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、ＮＣ機器等において可動体の移動位置を磁気
的に検出するようにした直線位置センサに関する。

（従来の技術） この種の磁気式直線位置センサは、信頼性が高いことに
加えて耐環境性が良いことや取扱い性に優れるという利
点から、近年、メカトロニクス分野や医療分、野等で需
要が拡大している。原理的には、大別してデジタル形と
アナログ形の２種類のものがあり、例えば、デジタル形
では磁気記録方式のマグネスケールがあり、また、アナ
ログ形では磁気弾性波伝播方式によるものがある。この
うち、前者の磁気記録方式のものは、特に検出精度が要
求される場合に用いられ、これに対して、後者の磁気弾
性波伝播方式のものは、一般に精度よりも連応性、操作
性、簡易性が要求される場合に利用されることが多い。

このような磁気弾性波伝播方式の直線位置センサについ
てその検出原理を以下に述べる。

即ち、第４図は直線位置センサの原理的構成を示すもの
で、可動体１に対してその移動方向と平行に配置された
磁歪を有する長尺状の磁性体２を設け、この磁性体２の
一端側に励磁コイル３を配設すると共に可動体１に検出
用コイル４を設けて構成している。励磁コイル３にパル
ス電流を与えると、磁性体２の励磁コイル３と対向して
いる部分が局部的に伸縮することにより弾性波が生じ、
これが磁性体２の他端部に伝播して行く。この場合、磁
気弾性波は磁性体２内を４〜５１ａｎ／ｓで伝播するた
め、励磁コイル３から遠ざかるにつれて位相遅れ及び振
幅減衰が大きくなる。つまり、磁性体２の不特定位置で
観測される磁気弾性波は、その観測位置に応じて振幅及
び位相が異なるようになる。一方、検出コイル４には、
磁性体２内を伝播する磁気弾性波による磁化の変化によ
り電圧パルスか１透起される。従って、例えば、第４図
において、励磁コイル３と同じ位置に相当する（ａ）と
、磁性体２に沿って全体の半分程度隔たった位置に相当
する（ｂ）との両者の位置における検出コイル４の検出
電圧を比較すると、夫々第５図（ａ）、（ｂ）に示すよ
うになる。即ち、励磁コイル３から遠ざかる位置にある
（ｂ）の検出電圧は、（ａ）に比べて振幅はＡからＡ′
へと減衰し、伝播に要する遅れ時間τが発生して位相が
ずれる。

このような関係が生ずることに基き、検出コイル４に誘
起される電圧を励磁コイル３への印加電圧と比較するこ
とにより、可動体１の位置を検出することができるので
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記したような従来構成のものは、磁気
弾性波が伝播距離の増加に伴って指数関数的に減衰する
ため、長距離の伝播が望めず検出範囲か広く取れなくな
り、従って、前述したように広い範囲で精度の良い検出
が行えないという問題があった。このことは、単に励磁
コイル３への入力を増加させてもそれに比例して伝播距
離つまり横用距離を増やすことができないことを意味し
ており、しかも、磁性体２には利質的な限界があるため
、励磁電流を増加させても磁性体２か飽和現象を起こし
て磁化が比例して増加しなくなることによるものである
。

また、従来構成のものは、検１七コイル４か可動体１に
配置されているので、検出コイル４から検出信号を取出
す等の信号処理を行うための構成が複雑になってしまう
欠点があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その１」
的は、磁気弾性波伝播方式による検出の利点を生かしな
がら、簡単な構成で広い範囲に渡って可動体の位置を精
度良く検出することができ、また、検出部を固定的に配
置することができて信号処理の構成も筒中化できる直線
位置センサを提供するにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の直線位置センサは、磁歪を有し長尺状をなす磁
性体と、所定間隔を存して配置され隣り合うもの同志が
夫々前記磁性体に対して位相が反転した磁気弾性波を発
生させる複数個の励磁手段と、隣り合う前記励磁手段の
間に配置され前記磁性体を伝播する磁気弾性波を検出す
る検出手段と、前記磁性体の長手方向に沿って移動可能
に配置された可動体と、この可動体に設けられ前記磁性
体に磁界を作用させる磁石とを具備したところに特徴を
有する。

（作用） 本発明の直線位置センサによれば、複数個の励磁手段に
励磁電流を与えると、磁性体には磁気弾性波が生起され
、しかも隣合う励磁手段との間に生ずる磁気弾性波が互
いに位相が反転していることにより一定の条件で干渉し
合うので、例えば両者の振幅が同じであれば、ちょうど
中央部で振幅がゼロとなり、且つ、励磁手段を設けた位
置ではピークとなるような分布状態が得られる。つまり
、距離に対して振幅の大きさは指数関数的ではなく略比
例して変化するような分布状態となるのである。この状
態で、検出手段には上述の分布に応じた一定の電圧が誘
起されるが、このとき、可動体の位置によって磁石の磁
界が磁性体に作用し、その位置における磁気弾性波を減
衰させるように働く。これにより、上記した検出手段に
誘起される電圧の振幅及び位相は、可動体の移動位置に
応じて異なる値が得られるようになる。従って、この誘
起電圧を励磁電流と比較することにより可動体の位置が
検出される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図乃至第３図を参
照しながら説明する。

第１図は全体の構成を模式的に示しており、移動可能に
配設された可動体１１には永久磁石１２が設けられてお
り、この可動体１１の移動位置に対応して長さしの磁歪
を有する磁性体］３が配置されている。磁性体１３は例
えばＦｅ系のアモルファス薄帯等の制料からなる。そし
て、この磁性体１３の両端部に夫々位置して励磁手段た
る励磁コイル１４及び１５が配設され、これらは磁性体
１３に対して生起させる磁気弾性波の位相を反転させる
ように逆接続状態で直列にして励磁源となる交流電源１
６の両端子間に接続されている。また、磁性体］３の略
中央部（励磁コイル］４及び１５の夫々から長さＬ／２
だけ離れている）には検出手段たる検出コイル１７が配
設されており、上述の永久磁石１２が設置されていない
状態で、上記励磁コイル１４及び１５により生起される
磁気弾性波は丁度この検出コイル１７の位置で相殺しあ
ってその振幅がゼロになるように設定されている。

次に、本実施例の作用について第２図をも参照しながら
説明する。

初めに、説明の都合上、可動体１１がない状態つまり永
久磁石１２による磁界が磁性体１３に作用しない状態で
あると仮定する。この状態で、交流電源１６から励磁コ
イル１４及び１５に対して励磁周波数ｆの電流を与える
と、磁性体１２の内部ではパルス状の励磁電流に応じて
磁気弾性波が発生する。そして、この磁気弾性波は互い
に位相が反転されている（位相が１８００ずれている）
ので、これらの磁気弾性波の合成として得られる磁性体
１２の振動状態は、励磁コイル１４及び１５の位置でプ
ラス或はマイナスのピーク値を示し、中央部即ち検出コ
イル１７のある位置に近付くに従ってその振幅はゼロに
近付き、検出コイル１７の位置でゼロとなる。これは、
励磁コイル１４及び１５の位置から生起された磁気弾性
波が進むに従って互いに干渉するためで、検出コイル１
７の位置で丁度ゼロとなるのである。つまり、検出コイ
ル１７の位置で磁性体１３の磁気弾性波同志の干渉によ
り強制的に振幅をゼロとするようにしているので、磁性
体１３の長手方向に沿った振幅の分布は、従来のように
指数関数的に減衰するのではなく、むしろ正比例に近い
関係で変化するようになる。

ここで、発明者らが実験的に得た結果について簡単に述
べると、励磁コイル１４及び］５の間の距離りをパラメ
ータとして入力電圧に対する出力電圧の大きさの比（百
分率）を表わすと、第３図に示すような結果が得られた
。即ち、この場合に、距離りを５ｃｍ、８ｃｍ及び１．
６　ｃｍとし、励磁周波数を５　　ｋｌｌｚ、励磁コイ
ル巻数を３回、検出コイル巻数を２０としたときの結果
である。尚、この場合に、磁性体１３としてはアライド
社製のアモルファス薄帯ＭＥＴＧＬＡＳ２６０５Ｓ２材
の１０ｍｍ幅のものを用いている。この第３図において
、入出力電圧比Ｒ（％）は、夫々の場合において距離り
の中間点てゼロとなり、各励磁コイル１４及び１５に対
応する磁性体１１の部分においては互いに最大の振幅と
なるような結果が得られる。そして、距離りに対しては
、間隔が短くなる程そのピーク値は大きくなり、従って
、分解能が良くなることを示している。

次に、上述のように磁性体１３に磁気弾性波が生起され
ている状態で、可動体１１が磁性体１３に沿って移動す
ると、その永久磁石１２による磁界が磁性体１３に作用
し、検出コイル１７には電圧が誘起されるようになる。

即ち、永久磁石１２の直流磁界が磁性体に作用すると、
永久磁石１２が位置する側の励磁コイル１４または１５
により生起された磁気弾性波が減衰されるため、検出コ
イル１７の位置で他方の励磁コイル１５または１４によ
り生起された磁気弾性波と相殺される。つまり、検出コ
イル１７の位置では、一方の減衰された磁気弾性波と他
方の正常な磁気弾性波が干渉することになり、その振幅
及び位相の差により、検出コイル１７に電圧が誘起され
ることになるのである。そして、この誘起電圧の振幅値
及び位相は永久磁石１２が磁性体１３に作用するときの
位置に応じて変化するので、検出コイル１７から得られ
る誘起電圧を励磁電流と比較することにより、可動体１
１の移動位置が検出できるのである。

このような本実施例によれば、磁性体１３の全長に渡っ
て磁気弾性波の振幅の変化を大きくすることができ、従
って、検出距離の変化に対して検出コイル１２には変化
の大きな電圧を誘起させることができ、可動体１１の位
置をより精度良く広い範囲で検出することができる。

また、本実施例によれば、検出コイル１７を可動体１１
に設ける必要がないので、検出電圧の信号処理が簡単に
なる。

そして、上記実施例によれば、励磁コイル１４及び１５
の間隔を小さくするほど検出電圧の変化をより大きくす
ることができ、これによりさらに検出精度を向上させる
ことができる。

尚、上記実施例においては、磁性体としてＦｅ系のアモ
ルファス材料を用いた場合について述べたが、これに限
らず、磁歪を有し磁気弾性波を発生させる磁性体であれ
ば良い。

また、上記実施例においては、磁石として永久磁石］２
を用いたが、電磁石を用いる構成としても良い。

さらに、磁気弾性波の検出にはホール素子等の磁気検出
素子を用いることもてきる。

そして、上記実施例においては、励磁手段として励磁コ
イル］４及び］５の２個を用いる構成の場合について述
べたが、これに限らず、３個以上の励磁コイルを励磁手
段として設ける構成でも良い。即ち、この場合には、検
出領域を複数に区分して可動体の移動位置を検出するも
ので、隣り合う検出領域においては第２図に示した検出
電圧の特性が反転するようになるが、予めこれらを各領
域に対応付けて記憶しておくことにより、前述の場合よ
りもさらに広い範囲に渡って可動体の移動位置を検出す
ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の直線位置センサによれば
、励磁手段を磁性体に対して所定間隔を存して配置する
と共に隣合うもの同志が夫々磁性体に対して位相が反転
した磁気弾性波を発生させるように複数個設けたので、
磁性体の全領域に渡る広い範囲で可動体の移動に対して
検出電圧の振幅の変化を大きくとることができ、簡単な
構成で可動体の移動位置を広い範囲で精度良く検出でき
る。また、検出手段を固定的に配置する構成としている
ので、可動部分から信号を取出すための構成が不要とな
って、信号処理が簡単になるという優れた効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の第１の実施例を示し、第１
図は全体構成の概略図、第２図は検出電圧の分布特性図
、第３図は入出力電圧比を実験により求めた結果を示す
図である。第４図及び第５図は従来例を示し、第４図は
第１図相当図、第５図は検出電圧の波形図である。 図面中、１１は可動体、１２は永久磁石（磁石）１３は
磁性体、１４及び１５は励磁コイル（励磁手段）、１７
は検出コイル（検出手段）である。 ＜引代Ｕ田沢（メ） ％壬１１刊

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、磁歪を有し長尺状をなす磁性体と、所定間隔を存し
   て配置され隣り合うもの同志が夫々前記磁性体に対して
   位相が反転した磁気弾性波を発生させる複数個の励磁手
   段と、隣り合う前記励磁手段の間に配置され前記磁性体
   を伝播する磁気弾性波を検出する検出手段と、前記磁性
   体の長手方向に沿って移動可能に配置された可動体と、
   この可動体に設けられ前記磁性体に磁界を作用させる磁
   石とを具備してなる直線位置センサ。