位置感測式氣壓缸的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種位置感測式氣壓缸，其特征在于：位置感測式氣壓缸包含一氣壓缸體、氣壓桿體、線圈群組、磁芯；氣壓缸體是由中空的主缸體、套設固定于主缸體外的絕緣線軸及套設固定在絕緣線軸外的金屬磁罩所組成，絕緣線軸與金屬磁罩間有一容置空間；氣壓桿體一端活設于氣壓缸體內，另一端凸出于氣壓缸體外，其能在氣壓缸體內滑移；線圈群組以密接平行多段式繞法繞設于容置空間內，線圈群組是由初級線圈及次級線圈組所組成；磁芯套設于氣壓桿體，位于氣壓缸體內的一端外。本發明的有益效果是：能直接安裝使用，使用方便，成本低廉，也能適用于體積小的高精密機械使用。
【專利說明】位置感測式氣壓缸
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種機械裝置，特別是一種位置感測式氣壓缸。
【背景技術】
[0002]線性差動變壓器為機電轉換器的一種，可以將一個物件的直線運動的機械變化量，轉換成相對應的電子信號。無摩擦操作、分辨率無限大、機械壽命無限長、不會因為超出量測范圍而受損、單軸向感應、可分離的線圈及鐵芯、耐環境特性佳、零點重復性佳、快速動態反應、絕對值輸出。但是一般的線性差動變壓器，雖然能直接與氣壓缸配合應用，但是當氣壓缸的安裝區域，過于狹小時，就無法使用，對于日趨精密的機械裝置，就無法適用，必須要透過其他方式來測量其位移量，而導致整體成本的上升，更會讓裝置復雜化，最重要的一點，因為無法直接測量，受到外界因素的影響，必然會讓整體的誤差增加，對于機械裝置的精密化而言，是非常不利的。此外，氣壓缸的精密控制，受其整體原理的影響，一直存在許多難處，其中位移量的測量是很重要的一點，而透過現有的線性差動變壓器配合，雖然能達到一定的成效，但是因為線性差動變壓器是以外接的方式安裝，所以一但安裝上產生誤差時，便會導致整體裝置的異常。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供了一種位置感測式氣壓缸，用以解決上述的現有問題。
[0004]本發明的技術方案如下:一種位置感測式氣壓缸，其特征在于:位置感測式氣壓缸包含一氣壓缸體、氣壓桿體、線圈群組、磁芯；氣壓缸體是由中空的主缸體、套設固定于主缸體外的絕緣線軸及套設固定在絕緣線軸外的金屬磁罩所組成，絕緣線軸與金屬磁罩間有一容置空間；氣壓桿體一端活設于氣壓缸體內，另一端凸出于氣壓缸體外，其能在氣壓缸體內滑移；線圈群組以密接平行多段式繞法繞設于容置空間內，線圈群組是由初級線圈及次級線圈組所組成；磁芯套設于氣壓桿體，位于氣壓缸體內的一端外。
[0005]初級線圈繞設于絕緣線軸中央處，次級線圈組是由分別繞設于初級線圈兩側端，以反向串聯繞制的第一次級線圈及第二次級線圈所組成。
[0006]初級線圈是為兩段式設置，分別為繞設于第一次級線圈遠離第二次級線圈的一偵U、以及第一次級線圈與第二次級線圈之間。
[0007]絕緣線軸是由溫度系數小的絕緣材料所制成。
[0008]線圈群組能與一指示驅動裝置電連接。
[0009]指示驅動裝置內設有一能輸出一感應訊號至初級線圈處的交流訊號產生器；一設于位置感測式氣壓缸和交流訊號產生器間的電源放大器一與位置感測式氣壓缸電性連接、能接收次級線圈組所產生的第一訊號的第一整流器；一與位置感測式氣壓缸電性連接、能接收次級線圈組所產生的第二訊號的第二整流器；一與第一整流器和第二整流器電性連接的差動放大器；一與差動放大器電性連接的零位調整器；一與零位調整器電性連接的比例放大器；以及一設于比例放大器輸出端處的顯示器。[0010]比例放大器的輸出端處設有至少一能供電連接外部裝置用的訊號輸出端。
[0011]磁芯為氧鐵體、高磁鎳鋼、純鐵其中一種材質；初級線圈與次級線圈組的線圈，其頻率范圍是為下列之一范圍:1?IOHz、50Hz、60Hz。
[0012]本發明的有益效果是:能直接安裝使用，使用方便，成本低廉，也能適用于體積小的高精密機械使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明線圈群組為第一種繞線法時的立體示意圖；
圖2為本發明線圈群組為第二種繞線法時的立體示意圖；
圖3為本發明線圈群組為第三種繞線法時的立體示意圖；
圖4為圖1的全剖面示意圖；
圖5為圖2的全剖面示意圖；
圖6為圖3的全剖面示意圖；
圖7為本發明線圈群組為第一種繞線法時的方塊示意圖；
圖8為本發明線圈群組為第二種繞線法時的方塊示意圖；
圖9為本發明線圈群組為第三種繞線法時的方塊示意圖；
圖10為本發明的電路不意圖；
圖11為本發明的電路方塊示意圖；
圖12為本發明運作時的電路方塊實施示意圖。
[0014]圖中標示:1、氣壓缸體，11、主缸體，12、絕緣線軸，13、金屬磁罩，14、容置空間，2、氣壓桿體，3、線圈群組，31、初級線圈，32、次級線圈組，321、第一次級線圈，322、第二次級線圈，4、磁芯，5、指示驅動裝置，51、交流訊號產生器，52、電源放大器，53、第一整流器，54、第二整流器，55、差動放大器，56、零位調整器，57、比例放大器，58、顯示器，59、訊號輸出端，100、位置感測式氣壓缸，其中Vf、Nr、Vs分別為圖中所示的第一訊號、第二訊號和感應訊號。
【具體實施方式】
[0015]結合附圖，對本發明作進一步詳細說明。
[0016]如圖所示，本發明位置感測式氣壓缸，其特征在于:
位置感測式氣壓缸100包含一氣壓缸體1、氣壓桿體2、線圈群組3、磁芯4 ;氣壓缸體I是由中空的主缸體11、套設固定于主缸體11外的絕緣線軸12及套設固定在絕緣線軸12外的金屬磁罩13所組成，絕緣線軸12與金屬磁罩13間有一容置空間14 ;氣壓桿體2 —端活設于氣壓缸體I內，另一端凸出于氣壓缸體I外，其能在氣壓缸體I內滑移；線圈群組3以密接平行多段式繞法繞設于容置空間14內，線圈群組3是由初級線圈31及次級線圈組32所組成；磁芯4套設于氣壓桿體2,位于氣壓缸體I內的一端外。初級線圈31繞設于絕緣線軸12中央處，次級線圈組32是由分別繞設于初級線圈31兩側端，以反向串聯繞制的第一次級線圈321及第二次級線圈322所組成。初級線圈31是為兩段式設置，分別為繞設于第一次級線圈321遠離第二次級線圈322的一側、以及第一次級線圈321與第二次級線圈322之間。絕緣線軸12是由溫度系數小的絕緣材料所制成。線圈群組3能與一指示驅動裝置5電連接。指示驅動裝置5內設有一能輸出一感應訊號至初級線圈31處的交流訊號產生器51 ；一設于位置感測式氣壓缸100和交流訊號產生器51間的電源放大器52 ；一與位置感測式氣壓缸100電性連接、能接收次級線圈組32所產生的第一訊號的第一整流器53 ;一與位置感測式氣壓缸100電性連接、能接收次級線圈組32所產生的第二訊號的第二整流器54 與第一整流器53和第二整流器54電性連接的差動放大器55 ;—與差動放大器55電性連接的零位調整器56 與零位調整器56電性連接的比例放大器57 ;以及一設于比例放大器57輸出端處的顯不器58。比例放大器57的輸出端處設有至少一能供電連接外部裝置用的訊號輸出端59。磁芯4為氧鐵體、高磁鎳鋼、純鐵其中一種材質；初級線圈31與次級線圈組32的線圈，其頻率范圍是為下列之一范圍:1?IOHz、50Hz、60Hz。
[0017]本發明的具體結構如上文所述。其中，藉由將氣壓缸體I和線圈群組3組合在一起，磁芯4及氣壓桿體2組合在一起，透過此種組合的方式，將氣壓缸與線性差動變壓器，結合為一體，能免除傳統線性差動變壓器，其安裝空間上的需求，并能直接安裝使用，不用在加裝其他的測量裝置，使用上十分的方便，也適用于具有氣壓缸、但不能安裝極限開關的體積小的機械裝置使用。
[0018]其次，相對于傳統氣壓缸與線性差動變壓器的配合，除了能保留原有的優點外，因為不用同時購入傳統氣壓缸與線性差動變壓器，只要直接使用本發明即可擁與有上述兩者相同的運作效果，更有低成本的優勢。
[0019]其次，與一般的氣壓缸不同，受到氣壓缸體I本身結構的影響，為了讓本發明能正常依線性差動變壓器的原理來運作，所以必須要透過磁芯4的加設，才能使線圈群組3產生反應，輸出測量用的訊號，好達到測量氣壓桿體2其位移量的效果。
[0020]再者，金屬磁罩13的設置，除了機械性的保護外，更能產生電磁、靜電的遮蔽效果O
[0021]上述中，所述初級線圈31是為繞設于絕緣線軸12中央處；而所述次級線圈組32是由分別繞設于前述初級線圈31兩側端，以反向串聯繞制的一第一次級線圈321及一第二次級線圈322所組成。其中，此種線圈群組3的組成方式，為三段式設置，其線性、感度都較佳，能用于高精密度的機械裝置。其次，此種設置方式，因為不用考慮線性問題，磁芯4的長度，能大于線圈群組3的線圈設置長度。
[0022]上述中，所述初級線圈31是為繞設于絕緣線軸12中央處；而所述次級線圈組32是由分別繞設于前述初級線圈31兩側端，并將前述初級線圈31覆蓋，以反向串聯繞制的一第一次級線圈321及一第二次級線圈322所組成。其中，此種線圈群組3的組成方式，為三段式設置，其線性、感度都較一般，能用于中、低精密度的機械裝置。
[0023]上述中，所述次級線圈組32是由分別以一間隔、繞設于絕緣線軸12外，以反向串聯繞制的一第一次級線圈321及一第二次級線圈322所組成；而所述初級線圈31是為兩段式設置，為繞設于第一次級線圈321遠離第二次級線圈322的一側、及第一次級線圈321及一第二次級線圈322之間。其中，此種設置方式，為兩段式設置，因為要考慮線性問題，磁芯4的長度，以線圈群組3線圈設置長度的70%為佳。
[0024]上述中，所述絕緣線軸12是由溫度系數小的絕緣材料所制成。其中，透過使用溫度系數小的絕緣材料，來制造絕緣線軸12，能避免內部溫度，影響到線圈群組3的運作，更能避免渦流損失造成感度低、線性不佳、殘留電壓大等問題。所述絕緣線軸12是以下列之一的材料所制成:電木、塊滑石、含有玻璃粉有機樹脂的絕緣材料。
[0025]其中，透過使用不同的材質，以適用于不同長度、缸徑、使用范疇的氣壓缸體1，能提供業者更多元化的選擇。
[0026]上述中，所述線圈群組3，更能與一指示驅動裝置5電連接。其中，因為沒有驅動的線圈群組3，并不能直接得知本發明氣壓桿體2的位移量變化，所以要透過電連接一指示驅動裝置5，才能使位置感測式氣壓缸100正常的運作。
[0027]其中，因為第一次級線圈321與第二次級線圈322輸出的是交流電，所以需要使用第一整流器53與第二整流器54，以將其兩者所產生的第一訊號(Vf)與第二訊號(Vr)，轉換為差動放大器55能用來運算的直流訊號。其次，差動放大器55的使用，能對第一訊號(Vf)與第二訊號(Vr)轉換后的直流訊號，進行運算，以輸入比例放大器57中。還有，零位調整器56的使用，能方便使用者任意訂定原點，以方便使用。再者，比例放大器57的使用，是因為第一整流器53與第二整流器54產生的訊號，過于微小，所以需要一比例放大器57，以將其放大，以供后續的判斷。另外，透過顯示器58，才能讓使用者直接了得知其訊號數據。
[0028]上述中，所述比例放大器57的輸出端處，更設有至少一能供電連接外部裝置用的訊號輸出端59 ;而所述訊號輸出端59是為下列之一:類比轉數位訊號輸出端、類比訊號輸出端。
[0029]其中，透過訊號輸出端59的增設，能方便與其他外部裝置電連接，以方便進行后續的控制。其次，藉由不同的訊號輸出端59，能將本發明能連接的外部裝置選擇增加，以符合現代工業的需求。
[0030]上述中，所述磁芯4的材質，是為下列之一:氧鐵體、高磁鎳鋼、純鐵。其中，透過使用不同的磁芯4材質，以適用于不同長度、缸徑、使用范疇的氣壓缸體1，能提供業者更多元化的選擇。其次，磁芯4的材質上述中，所述初級線圈31與次級線圈組32的線圈，其頻率范圍是為下列之一范圍:1?IOHz、50Hz、60Hz。其中，一般商業上所使用的線圈頻率范圍，大多為50 Hz或60Hz，而當有不同的需求時，I?IOHz也能適用，不管是那一種線圈頻率，都能直接延用，以降低成本。
[0031]如圖10所示為本發明的電路示意圖，如圖12所示為本發明運作時的電路方塊實施示意圖。圖式中揭示出，本發明的運作流程，當指示驅動裝置5中的交流訊號產生器51，經過電源放大器52，對位置感測式氣壓缸100的初級線圈31，輸入一為交流電壓的感應信號(Vs)后，所產生的磁場，會讓次級線圈組32感應出交流電壓。將第一次級線圈321與第二次級線圈322的一邊線相接，另一邊線當輸出，也就是反向串聯。因為第一次級線圈321與第二次級線圈322反向串聯，所以第一次級線圈321與第二次級線圈322的感應電壓相角差180度，輸出電壓就是第一次級線圈321與第二次級線圈322的感應電壓，也就是第一訊號(Vf)與第二訊號(Vr)相減。
[0032]當磁芯4在正中間，兩個第一次級線圈321與第二次級線圈322的第一訊號(Vf)與第二訊號(Vr)，大小相同，輸出電壓為零。當磁芯4往第一次級線圈321方向移動時，第一次級線圈321的電感值加大，感應電壓增加，第一訊號(Vf)加大；另一方向的第二次級線圈322，因磁芯4移走開了，第二次級線圈322電感減小，感應電壓減小，第二訊號(Vr)減小，兩邊第一訊號(Vf)與第二訊號(Vr)相減的電壓，就是本發明的的輸出電壓，透過第一整流器53、第二整流器54、差動放大器55、零位調整器56及比例放大器57的配使用后，可以測得氣壓桿體2的位置變化，并于顯示器58直接得知位移變化。
[0033]最后應說明的是，雖然前述與圖中，僅有兩種線圈群組3的繞線方式，這是因為線圈群組3的繞線方式繁多，故于此不予詳加贅述，而圖中線圈群組3的部分，為了便于閱讀者能易于了解，上述各圖中的線圈群組3，在繪制時以區塊、剖面線代表，實際上線圈群組3是為繞設的線圈。
【權利要求】
1.一種位置感測式氣壓缸，其特征在于: 位置感測式氣壓缸(100)包含一氣壓缸體(I)、氣壓桿體(2)、線圈群組(3)、磁芯(4); 氣壓缸體(I)是由中空的主缸體(11)、套設固定于主缸體(11)外的絕緣線軸(12)及套設固定在絕緣線軸(12)外的金屬磁罩(13)所組成，絕緣線軸(12)與金屬磁罩(13)間有一容置空間(14)； 氣壓桿體(2) —端活設于氣壓缸體(I)內，另一端凸出于氣壓缸體(I)外，其能在氣壓缸體(I)內滑移； 線圈群組⑶以密接平行多段式繞法繞設于容置空間(14)內，線圈群組(3)是由初級線圈(31)及次級線圈組(32)所組成； 磁芯(4)套設于氣壓桿體(2)，位于氣壓缸體(I)內的一端外。
2.根據權利要求1所述的位置感測式氣壓缸，其特征在于:初級線圈(31)繞設于絕緣線軸(12)中央處，次級線圈組(32)是由分別繞設于初級線圈(31)兩側端，以反向串聯繞制的第一次級線圈(321)及第二次級線圈(322)所組成。
3.根據權利要求1所述位置感測式氣壓缸，其特征在于:初級線圈(31)是為兩段式設置，分別為繞設于第一次級線圈(321)遠離第二次級線圈(322)的一側、以及第一次級線圈(321)與第二次級線圈(322)之間。
4.根據權利要求1所述的位置感測式氣壓缸，其特征在于:絕緣線軸(12)是由溫度系數小的絕緣材料所制成。
5.根據權利要求1所述的位置感測式氣壓缸，其特征在于:線圈群組(3)能與一指示驅動裝置(5)電連接。
6.根據權利要求1所述的位置感測式氣壓缸，其特征在于:指示驅動裝置(5)內設有一能輸出一感應訊號至初級線圈(31)處的交流訊號產生器(51)設于位置感測式氣壓缸(100)和交流訊號產生器(51)間的電源放大器(52)與位置感測式氣壓缸(100)電性連接、能接收次級線圈組(32)所產生的第一訊號的第一整流器(53);—與位置感測式氣壓缸(100)電性連接、能接收次級線圈組(32)所產生的第二訊號的第二整流器(54);—與第一整流器(53)和第二整流器(54)電性連接的差動放大器(55); —與差動放大器(55)電性連接的零位調整器(56); —與零位調整器(56)電性連接的比例放大器(57);以及一設于比例放大器(57)輸出端處的顯不器(58)。
7.根據權利要求6所述的位置感測式氣壓缸，其特征在于:比例放大器(57)的輸出端處設有至少一能供電連接外部裝置用的訊號輸出端(59)。
8.根據權利要求1所述的位置感測式氣壓缸，其特征在于:磁芯(4)為氧鐵體、高磁鎳鋼、純鐵其中一種材質；初級線圈(31)與次級線圈組(32)的線圈，其頻率范圍是為下列之一范圍:1 ?10Hz、50Hz、60Hz。
【文檔編號】F15B19/00GK103711743SQ201310740790
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】朱科奇 申請人:寧波市鄞州科啟動漫工業技術有限公司