位置感测式气压缸的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种位置感测式气压缸，其特征在于：位置感测式气压缸包含一气压缸体、气压杆体、线圈群组、磁芯；气压缸体是由中空的主缸体、套设固定于主缸体外的绝缘线轴及套设固定在绝缘线轴外的金属磁罩所组成，绝缘线轴与金属磁罩间有一容置空间；气压杆体一端活设于气压缸体内，另一端凸出于气压缸体外，其能在气压缸体内滑移；线圈群组以密接平行多段式绕法绕设于容置空间内，线圈群组是由初级线圈及次级线圈组所组成；磁芯套设于气压杆体，位于气压缸体内的一端外。本发明的有益效果是：能直接安装使用，使用方便，成本低廉，也能适用于体积小的高精密机械使用。
【专利说明】位置感测式气压缸
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机械装置，特别是一种位置感测式气压缸。
【背景技术】
[0002]线性差动变压器为机电转换器的一种，可以将一个物件的直线运动的机械变化量，转换成相对应的电子信号。无摩擦操作、分辨率无限大、机械寿命无限长、不会因为超出量测范围而受损、单轴向感应、可分离的线圈及铁芯、耐环境特性佳、零点重复性佳、快速动态反应、绝对值输出。但是一般的线性差动变压器，虽然能直接与气压缸配合应用，但是当气压缸的安装区域，过于狭小时，就无法使用，对于日趋精密的机械装置，就无法适用，必须要透过其他方式来测量其位移量，而导致整体成本的上升，更会让装置复杂化，最重要的一点，因为无法直接测量，受到外界因素的影响，必然会让整体的误差增加，对于机械装置的精密化而言，是非常不利的。此外，气压缸的精密控制，受其整体原理的影响，一直存在许多难处，其中位移量的测量是很重要的一点，而透过现有的线性差动变压器配合，虽然能达到一定的成效，但是因为线性差动变压器是以外接的方式安装，所以一但安装上产生误差时，便会导致整体装置的异常。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供了一种位置感测式气压缸，用以解决上述的现有问题。
[0004]本发明的技术方案如下:一种位置感测式气压缸，其特征在于:位置感测式气压缸包含一气压缸体、气压杆体、线圈群组、磁芯；气压缸体是由中空的主缸体、套设固定于主缸体外的绝缘线轴及套设固定在绝缘线轴外的金属磁罩所组成，绝缘线轴与金属磁罩间有一容置空间；气压杆体一端活设于气压缸体内，另一端凸出于气压缸体外，其能在气压缸体内滑移；线圈群组以密接平行多段式绕法绕设于容置空间内，线圈群组是由初级线圈及次级线圈组所组成；磁芯套设于气压杆体，位于气压缸体内的一端外。
[0005]初级线圈绕设于绝缘线轴中央处，次级线圈组是由分别绕设于初级线圈两侧端，以反向串联绕制的第一次级线圈及第二次级线圈所组成。
[0006]初级线圈是为两段式设置，分别为绕设于第一次级线圈远离第二次级线圈的一侦U、以及第一次级线圈与第二次级线圈之间。
[0007]绝缘线轴是由温度系数小的绝缘材料所制成。
[0008]线圈群组能与一指示驱动装置电连接。
[0009]指示驱动装置内设有一能输出一感应讯号至初级线圈处的交流讯号产生器；一设于位置感测式气压缸和交流讯号产生器间的电源放大器一与位置感测式气压缸电性连接、能接收次级线圈组所产生的第一讯号的第一整流器；一与位置感测式气压缸电性连接、能接收次级线圈组所产生的第二讯号的第二整流器；一与第一整流器和第二整流器电性连接的差动放大器；一与差动放大器电性连接的零位调整器；一与零位调整器电性连接的比例放大器；以及一设于比例放大器输出端处的显示器。[0010]比例放大器的输出端处设有至少一能供电连接外部装置用的讯号输出端。
[0011]磁芯为氧铁体、高磁镍钢、纯铁其中一种材质；初级线圈与次级线圈组的线圈，其频率范围是为下列之一范围:1?IOHz、50Hz、60Hz。
[0012]本发明的有益效果是:能直接安装使用，使用方便，成本低廉，也能适用于体积小的高精密机械使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明线圈群组为第一种绕线法时的立体示意图；
图2为本发明线圈群组为第二种绕线法时的立体示意图；
图3为本发明线圈群组为第三种绕线法时的立体示意图；
图4为图1的全剖面示意图；
图5为图2的全剖面示意图；
图6为图3的全剖面示意图；
图7为本发明线圈群组为第一种绕线法时的方块示意图；
图8为本发明线圈群组为第二种绕线法时的方块示意图；
图9为本发明线圈群组为第三种绕线法时的方块示意图；
图10为本发明的电路不意图；
图11为本发明的电路方块示意图；
图12为本发明运作时的电路方块实施示意图。
[0014]图中标示:1、气压缸体，11、主缸体，12、绝缘线轴，13、金属磁罩，14、容置空间，2、气压杆体，3、线圈群组，31、初级线圈，32、次级线圈组，321、第一次级线圈，322、第二次级线圈，4、磁芯，5、指示驱动装置，51、交流讯号产生器，52、电源放大器，53、第一整流器，54、第二整流器，55、差动放大器，56、零位调整器，57、比例放大器，58、显示器，59、讯号输出端，100、位置感测式气压缸，其中Vf、Nr、Vs分别为图中所示的第一讯号、第二讯号和感应讯号。
【具体实施方式】
[0015]结合附图，对本发明作进一步详细说明。
[0016]如图所示，本发明位置感测式气压缸，其特征在于:
位置感测式气压缸100包含一气压缸体1、气压杆体2、线圈群组3、磁芯4 ;气压缸体I是由中空的主缸体11、套设固定于主缸体11外的绝缘线轴12及套设固定在绝缘线轴12外的金属磁罩13所组成，绝缘线轴12与金属磁罩13间有一容置空间14 ;气压杆体2 —端活设于气压缸体I内，另一端凸出于气压缸体I外，其能在气压缸体I内滑移；线圈群组3以密接平行多段式绕法绕设于容置空间14内，线圈群组3是由初级线圈31及次级线圈组32所组成；磁芯4套设于气压杆体2,位于气压缸体I内的一端外。初级线圈31绕设于绝缘线轴12中央处，次级线圈组32是由分别绕设于初级线圈31两侧端，以反向串联绕制的第一次级线圈321及第二次级线圈322所组成。初级线圈31是为两段式设置，分别为绕设于第一次级线圈321远离第二次级线圈322的一侧、以及第一次级线圈321与第二次级线圈322之间。绝缘线轴12是由温度系数小的绝缘材料所制成。线圈群组3能与一指示驱动装置5电连接。指示驱动装置5内设有一能输出一感应讯号至初级线圈31处的交流讯号产生器51 ；一设于位置感测式气压缸100和交流讯号产生器51间的电源放大器52 ；一与位置感测式气压缸100电性连接、能接收次级线圈组32所产生的第一讯号的第一整流器53 ;一与位置感测式气压缸100电性连接、能接收次级线圈组32所产生的第二讯号的第二整流器54 与第一整流器53和第二整流器54电性连接的差动放大器55 ;—与差动放大器55电性连接的零位调整器56 与零位调整器56电性连接的比例放大器57 ;以及一设于比例放大器57输出端处的显不器58。比例放大器57的输出端处设有至少一能供电连接外部装置用的讯号输出端59。磁芯4为氧铁体、高磁镍钢、纯铁其中一种材质；初级线圈31与次级线圈组32的线圈，其频率范围是为下列之一范围:1?IOHz、50Hz、60Hz。
[0017]本发明的具体结构如上文所述。其中，藉由将气压缸体I和线圈群组3组合在一起，磁芯4及气压杆体2组合在一起，透过此种组合的方式，将气压缸与线性差动变压器，结合为一体，能免除传统线性差动变压器，其安装空间上的需求，并能直接安装使用，不用在加装其他的测量装置，使用上十分的方便，也适用于具有气压缸、但不能安装极限开关的体积小的机械装置使用。
[0018]其次，相对于传统气压缸与线性差动变压器的配合，除了能保留原有的优点外，因为不用同时购入传统气压缸与线性差动变压器，只要直接使用本发明即可拥与有上述两者相同的运作效果，更有低成本的优势。
[0019]其次，与一般的气压缸不同，受到气压缸体I本身结构的影响，为了让本发明能正常依线性差动变压器的原理来运作，所以必须要透过磁芯4的加设，才能使线圈群组3产生反应，输出测量用的讯号，好达到测量气压杆体2其位移量的效果。
[0020]再者，金属磁罩13的设置，除了机械性的保护外，更能产生电磁、静电的遮蔽效果O
[0021]上述中，所述初级线圈31是为绕设于绝缘线轴12中央处；而所述次级线圈组32是由分别绕设于前述初级线圈31两侧端，以反向串联绕制的一第一次级线圈321及一第二次级线圈322所组成。其中，此种线圈群组3的组成方式，为三段式设置，其线性、感度都较佳，能用于高精密度的机械装置。其次，此种设置方式，因为不用考虑线性问题，磁芯4的长度，能大于线圈群组3的线圈设置长度。
[0022]上述中，所述初级线圈31是为绕设于绝缘线轴12中央处；而所述次级线圈组32是由分别绕设于前述初级线圈31两侧端，并将前述初级线圈31覆盖，以反向串联绕制的一第一次级线圈321及一第二次级线圈322所组成。其中，此种线圈群组3的组成方式，为三段式设置，其线性、感度都较一般，能用于中、低精密度的机械装置。
[0023]上述中，所述次级线圈组32是由分别以一间隔、绕设于绝缘线轴12外，以反向串联绕制的一第一次级线圈321及一第二次级线圈322所组成；而所述初级线圈31是为两段式设置，为绕设于第一次级线圈321远离第二次级线圈322的一侧、及第一次级线圈321及一第二次级线圈322之间。其中，此种设置方式，为两段式设置，因为要考虑线性问题，磁芯4的长度，以线圈群组3线圈设置长度的70%为佳。
[0024]上述中，所述绝缘线轴12是由温度系数小的绝缘材料所制成。其中，透过使用温度系数小的绝缘材料，来制造绝缘线轴12，能避免内部温度，影响到线圈群组3的运作，更能避免涡流损失造成感度低、线性不佳、残留电压大等问题。所述绝缘线轴12是以下列之一的材料所制成:电木、块滑石、含有玻璃粉有机树脂的绝缘材料。
[0025]其中，透过使用不同的材质，以适用于不同长度、缸径、使用范畴的气压缸体1，能提供业者更多元化的选择。
[0026]上述中，所述线圈群组3，更能与一指示驱动装置5电连接。其中，因为没有驱动的线圈群组3，并不能直接得知本发明气压杆体2的位移量变化，所以要透过电连接一指示驱动装置5，才能使位置感测式气压缸100正常的运作。
[0027]其中，因为第一次级线圈321与第二次级线圈322输出的是交流电，所以需要使用第一整流器53与第二整流器54，以将其两者所产生的第一讯号(Vf)与第二讯号(Vr)，转换为差动放大器55能用来运算的直流讯号。其次，差动放大器55的使用，能对第一讯号(Vf)与第二讯号(Vr)转换后的直流讯号，进行运算，以输入比例放大器57中。还有，零位调整器56的使用，能方便使用者任意订定原点，以方便使用。再者，比例放大器57的使用，是因为第一整流器53与第二整流器54产生的讯号，过于微小，所以需要一比例放大器57，以将其放大，以供后续的判断。另外，透过显示器58，才能让使用者直接了得知其讯号数据。
[0028]上述中，所述比例放大器57的输出端处，更设有至少一能供电连接外部装置用的讯号输出端59 ;而所述讯号输出端59是为下列之一:类比转数位讯号输出端、类比讯号输出端。
[0029]其中，透过讯号输出端59的增设，能方便与其他外部装置电连接，以方便进行后续的控制。其次，藉由不同的讯号输出端59，能将本发明能连接的外部装置选择增加，以符合现代工业的需求。
[0030]上述中，所述磁芯4的材质，是为下列之一:氧铁体、高磁镍钢、纯铁。其中，透过使用不同的磁芯4材质，以适用于不同长度、缸径、使用范畴的气压缸体1，能提供业者更多元化的选择。其次，磁芯4的材质上述中，所述初级线圈31与次级线圈组32的线圈，其频率范围是为下列之一范围:1?IOHz、50Hz、60Hz。其中，一般商业上所使用的线圈频率范围，大多为50 Hz或60Hz，而当有不同的需求时，I?IOHz也能适用，不管是那一种线圈频率，都能直接延用，以降低成本。
[0031]如图10所示为本发明的电路示意图，如图12所示为本发明运作时的电路方块实施示意图。图式中揭示出，本发明的运作流程，当指示驱动装置5中的交流讯号产生器51，经过电源放大器52，对位置感测式气压缸100的初级线圈31，输入一为交流电压的感应信号(Vs)后，所产生的磁场，会让次级线圈组32感应出交流电压。将第一次级线圈321与第二次级线圈322的一边线相接，另一边线当输出，也就是反向串联。因为第一次级线圈321与第二次级线圈322反向串联，所以第一次级线圈321与第二次级线圈322的感应电压相角差180度，输出电压就是第一次级线圈321与第二次级线圈322的感应电压，也就是第一讯号(Vf)与第二讯号(Vr)相减。
[0032]当磁芯4在正中间，两个第一次级线圈321与第二次级线圈322的第一讯号(Vf)与第二讯号(Vr)，大小相同，输出电压为零。当磁芯4往第一次级线圈321方向移动时，第一次级线圈321的电感值加大，感应电压增加，第一讯号(Vf)加大；另一方向的第二次级线圈322，因磁芯4移走开了，第二次级线圈322电感减小，感应电压减小，第二讯号(Vr)减小，两边第一讯号(Vf)与第二讯号(Vr)相减的电压，就是本发明的的输出电压，透过第一整流器53、第二整流器54、差动放大器55、零位调整器56及比例放大器57的配使用后，可以测得气压杆体2的位置变化，并于显示器58直接得知位移变化。
[0033]最后应说明的是，虽然前述与图中，仅有两种线圈群组3的绕线方式，这是因为线圈群组3的绕线方式繁多，故于此不予详加赘述，而图中线圈群组3的部分，为了便于阅读者能易于了解，上述各图中的线圈群组3，在绘制时以区块、剖面线代表，实际上线圈群组3是为绕设的线圈。
【权利要求】
1.一种位置感测式气压缸，其特征在于: 位置感测式气压缸(100)包含一气压缸体(I)、气压杆体(2)、线圈群组(3)、磁芯(4); 气压缸体(I)是由中空的主缸体(11)、套设固定于主缸体(11)外的绝缘线轴(12)及套设固定在绝缘线轴(12)外的金属磁罩(13)所组成，绝缘线轴(12)与金属磁罩(13)间有一容置空间(14)； 气压杆体(2) —端活设于气压缸体(I)内，另一端凸出于气压缸体(I)外，其能在气压缸体(I)内滑移； 线圈群组⑶以密接平行多段式绕法绕设于容置空间(14)内，线圈群组(3)是由初级线圈(31)及次级线圈组(32)所组成； 磁芯(4)套设于气压杆体(2)，位于气压缸体(I)内的一端外。
2.根据权利要求1所述的位置感测式气压缸，其特征在于:初级线圈(31)绕设于绝缘线轴(12)中央处，次级线圈组(32)是由分别绕设于初级线圈(31)两侧端，以反向串联绕制的第一次级线圈(321)及第二次级线圈(322)所组成。
3.根据权利要求1所述位置感测式气压缸，其特征在于:初级线圈(31)是为两段式设置，分别为绕设于第一次级线圈(321)远离第二次级线圈(322)的一侧、以及第一次级线圈(321)与第二次级线圈(322)之间。
4.根据权利要求1所述的位置感测式气压缸，其特征在于:绝缘线轴(12)是由温度系数小的绝缘材料所制成。
5.根据权利要求1所述的位置感测式气压缸，其特征在于:线圈群组(3)能与一指示驱动装置(5)电连接。
6.根据权利要求1所述的位置感测式气压缸，其特征在于:指示驱动装置(5)内设有一能输出一感应讯号至初级线圈(31)处的交流讯号产生器(51)设于位置感测式气压缸(100)和交流讯号产生器(51)间的电源放大器(52)与位置感测式气压缸(100)电性连接、能接收次级线圈组(32)所产生的第一讯号的第一整流器(53);—与位置感测式气压缸(100)电性连接、能接收次级线圈组(32)所产生的第二讯号的第二整流器(54);—与第一整流器(53)和第二整流器(54)电性连接的差动放大器(55); —与差动放大器(55)电性连接的零位调整器(56); —与零位调整器(56)电性连接的比例放大器(57);以及一设于比例放大器(57)输出端处的显不器(58)。
7.根据权利要求6所述的位置感测式气压缸，其特征在于:比例放大器(57)的输出端处设有至少一能供电连接外部装置用的讯号输出端(59)。
8.根据权利要求1所述的位置感测式气压缸，其特征在于:磁芯(4)为氧铁体、高磁镍钢、纯铁其中一种材质；初级线圈(31)与次级线圈组(32)的线圈，其频率范围是为下列之一范围:1 ?10Hz、50Hz、60Hz。
【文档编号】F15B19/00GK103711743SQ201310740790
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】朱科奇 申请人:宁波市鄞州科启动漫工业技术有限公司