DE112015000570T5

DE112015000570T5 - Positionssensor

Info

Publication number: DE112015000570T5
Application number: DE112015000570.6T
Authority: DE
Inventors: Masahisa Niwa; Kazuma Haraguchi; Yoshihiko Sugimoto
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2016-12-08
Also published as: CN105917195B; JP2015145790A; CN105917195A; US20160334244A1; US9778073B2; JP6233641B2; WO2015115054A1

Abstract

Ein Positionssensor enthält eine erste Sendespule, eine zweite Sendespule mit einer anderen Form als die erste Sendespule, eine Empfängerspule zum Empfangen von elektromagnetischen Wellen, die von den ersten und zweiten Sendespulen gesendet werden, einen Sendewellenformgenerator, der erste und zweite Eingabewellen zu den ersten und zweiten Sendespulen eingibt, die gleiche Frequenzen und voneinander verschiedene Phasen aufweisen, und einen Positionsdetektor, der die Position eines beweglich in Bezug auf die erste Sendespule, die zweite Sendespule und die Empfängerspule vorgesehenen Ziels basierend auf einem ersten Ausgabesignal erfasst, das von der Empfängerspule in Reaktion auf das Eingeben der ersten und zweiten Eingabewellen von dem Sendewellenformgenerator jeweils zu den ersten und zweiten Sendespulen erhalten wird. Der Positionsdetektor ist konfiguriert, um die Position des Ziels basierend auf Werten zu erfassen, die durch das wenigstens zweimalige Abtasten des von der Empfängerspule erhaltenen ersten Ausgabesignals mit einer Abtastperiode, die verschieden von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte einer Periode der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle ist, erhalten werden. Der Positionssensor kann den Schaltungsaufbau vereinfachen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Positionssensor, der die Position eines Ziels unter Verwendung einer elektromagnetischen Kopplung erfasst.
STAND DER TECHNIK
Es ist ein herkömmlicher Positionssensor bekannt, der eine Sinuswelle und eine Cosinuswelle jeweils in eine Sinusspule und eine Cosinusspule eingibt und der die Position eines Ziels basierend auf einem von einer Empfängerspule erhaltenen Ausgabesignal erfasst (siehe zum Beispiel die PTL 1 und die PTL 2). Dieser Positionssensor ist ausgebildet, um die Position des Ziels durch das Messen der Phase des Ausgabesignals der Empfängerspule zu erfassen, weil sich die Phase des Ausgabesignals der Empfängerspule in Abhängigkeit von der Position des Ziels ändert, wenn die Sinuswelle und die Cosinuswelle jeweils in die Sinusspule und die Cosinusspule eingegeben werden.
Dieser Positionssensor ist ausgebildet, um die Sinuswelle und die Cosinuswelle durch das Modulieren eines Hochfrequenzsignals zu erzeugen und die durch das Modulieren des Hochfrequenzsignals erzeugten Sinus- und Cosinuswellen jeweils in die Sinusspule und die Cosinusspule einzugeben. Dieser Positionssensor ist ausgebildet, um dann das Ausgabesignal der Empfängerspule zu demodulieren und die Phase des demodulierten Signals zu messen.
Außerdem ist der Positionssensor ausgebildet, um in einem ersten Modus die Sinuswelle und die Cosinuswelle, die eine erste Phasenbeziehung aufweisen, in die Sinusspule und die Cosinusspule einzugeben und in einem zweiten Modus die Sinuswelle und die Cosinuswelle, die eine zweite Phasenbeziehung aufweisen, in die Sinusspule und die Cosinusspule einzugeben. Der Positionssensor ist ausgebildet, um dann die Phase des Ausgabesignals der Empfängerspule in dem ersten Modus und die Phase des Ausgabesignals der Empfängerspule in dem zweiten Modus zu messen und eine Phasenkomponente in Entsprechung zu der Position des Ziels basierend auf diesen Phasen zu berechnen.
Der herkömmliche Positionssensor weist einen komplizierten Schaltungsaufbau auf und benötigt unter Umständen eine lange Zeitdauer für das Erfassen der Position des Ziels.
REFERENZLISTE
PATENTLITERATUREN

PTL 1: Offen gelegtes japanisches Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2011-515674
PTL 2: Offen gelegtes japanisches Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2005-507496

ZUSAMMENFASSUNG
Ein Positionssensor enthält eine erste Sendespule, eine zweite Sendespule mit einer anderen Form als die erste Sendespule, eine Empfängerspule zum Empfangen von elektromagnetischen Wellen, die von den ersten und zweiten Sendespulen gesendet werden, einen Sendewellenformgenerator, der erste und zweite Eingabewellen zu den ersten und zweiten Sendespulen eingibt, die gleiche Frequenzen aufweisen und voneinander verschiedene Phasen aufweisen, und einen Positionsdetektor, der die Position eines in Bezug auf die erste Sendespule, die zweite Sendespule und die Empfängerspule beweglich vorgesehenen Ziels basierend auf einem ersten Ausgabesignal erfasst, das von der Empfängerspule in Reaktion auf das Eingeben der ersten und zweiten Eingabewellen von dem Sendewellenformgenerator jeweils in die ersten und zweiten Sendespulen erhalten wird. Der Positionsdetektor ist konfiguriert, um die Position des Ziels basierend auf Werten zu erfassen, die durch das wenigstens zweimalige Abtasten des von der Empfängerspule erhaltenen ersten Ausgabesignals mit einer Abtastperiode, die von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte einer Periode der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle verschieden ist, erhalten werden.
Dieser Positionssensor kann den Schaltungsaufbau vereinfachen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine perspektivische Ansicht eines Positionssensors gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform.
1B ist eine Draufsicht auf den Positionssensor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
2 ist ein Schaltungsdiagramm des Positionssensors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
3 zeigt Rechteckwellen, die in eine Sinusspule und eine Cosinusspule eingegeben werden, und ein Ausgabesignal einer Empfängerspule in dem Positionssensor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
4A zeigt die Beziehung zwischen der Position eines Ziels und der Phase des Ausgabesignals in dem Positionssensor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
4B zeigt die Beziehung zwischen der Position des Ziels und der Phase des Ausgabesignals in dem Positionssensor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
5 zeigt das Ausgabesignal der Empfängerspule, das durch einen A/D-Timing-Generator und einen A/D-Wandler abgetastet wird, in dem Positionssensor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
6A zeigt einen Messwert einer in dem Ausgabesignal der Empfängerspule enthaltenen Phasenkomponente in Entsprechung zu der Position des Ziels in dem Positionssensor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
6B zeigt den Messwert der in dem Ausgabesignal der Empfängerspule enthaltenen Phasenkomponente in Entsprechung zu der Position des Ziels in dem Positionssensor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
7 zeigt das Ausgabesignal der Empfängerspule, das durch einen A/D-Timing-Generator und einen A/D-Wandler abgetastet wird, in einem Positionssensor gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform.
8 zeigt das Ausgabesignal der Empfängerspule, das durch einen A/D-Timing-Generator und einen A/D-Wandler abgetastet wird, in einem Positionssensor gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform.
9 ist ein Schaltungsblockdiagramm eines Positionssensors gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform.
10A zeigt Eingabewellen, die in eine Sinusspule und eine Cosinusspule eingegeben werden, und ein Ausgabesignal einer Empfängerspule in dem Positionssensor gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform.
10B zeigt die Eingabewellen, die in die Sinusspule und die Cosinusspule eingegeben werden, und das Ausgabesignal der Empfängerspule in dem Positionssensor gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform.
11A zeigt die Beziehung zwischen der Position eines Ziels und der Phase des Ausgabesignals in dem Positionssensor gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform.
11B zeigt die Beziehung zwischen der Position des Ziels und der Phase des Ausgabesignals in dem Positionssensor gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform.
12 zeigt einen Messwert einer in dem Ausgabesignal der Empfängerspule enthaltenen Phasenkomponente in Entsprechung zu der Position des Ziels in dem Positionssensor gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform.
13 ist ein Schaltungsblockdiagramm eines Positionssensors gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform.
14 ist ein Flussdiagramm, das eine Operation einer Phaseneinstelleinheit in dem Positionssensor gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform zeigt.
15A zeigt einen Messwert der Phase vor einer Einstellung in dem Positionssensor gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform.
15B zeigt den Messwert der Phase nach der Einstellung in dem Positionssensor gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform.
16A zeigt den Messwert der Phase vor einer Einstellung in dem Positionssensor gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform.
16B zeigt den Messwert der Phase nach der Einstellung in dem Positionssensor gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform.
17 zeigt einen Messwert einer in dem Ausgabesignal der Empfängerspule enthaltenen Phasenkomponente in Entsprechung zu einer Position eines Ziels in dem Positionssensor gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform.
18 ist ein Flussdiagramm, das eine andere Operation der Phaseneinstelleinheit in dem Positionssensor gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform zeigt.
19 ist ein Schaltungsblockdiagramm eines Positionssensors gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform.
20 ist ein schematisches Diagramm einer Ausgabeeinstelleinheit in dem Positionssensor gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform.
21 ist ein Schaltungsblockdiagramm eines Positionssensors gemäß einer siebten beispielhaften Ausführungsform.
22 zeigt ein Ausgabesignal einer Empfängerspule in dem Positionssensor gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform.
23 ist ein Schaltungsblockdiagramm eines anderen Positionssensors gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform.
24 ist ein Schaltungsblockdiagramm eines weiteren Positionssensors gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
ERSTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
1A und 1B sind jeweils eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht auf einen Positionssensor 1a gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform. Der Positionssensor 1a enthält ein zu erfassendes metallisches (leitendes) Ziel 2, eine Sinusspule (erste Sendespule) 3, eine Cosinusspule (zweite Sendespule) 4, eine Empfängerspule 5 und eine Verarbeitungsschaltungseinheit 6 zum Erfassen der Position des Ziels 2. Der Positionssensor 1a erfasst die Position des Ziels 2 unter Verwendung einer elektromagnetischen Kopplung zwischen der Sinusspule 3 und der Empfängerspule 5 und eine elektromagnetischen Kopplung zwischen der Cosinusspule 4 und der Empfängerspule 5, die sich in Entsprechung zu der Position des Ziels 2 unterscheiden.
Die Sinusspule 3, die Cosinusspule 4, die Empfängerspule 5 und die Verarbeitungsschaltungseinheit 6 sind auf einer Leiterplatte 7 vorgesehen. Die Leiterplatte 7 ist eine mehrschichtige Leiterplatte, die eine Oberflächenschicht und eine innere Schicht umfasst. Die Sinusspule 3 und die Empfängerspule 5 sind auf der Oberflächenschicht der Leiterplatte 7 ausgebildet, und die Cosinusspule 4 ist auf der inneren Schicht der Leiterplatte 7 ausgebildet. Die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 überlappen einander in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Leiterplatte 7. Die Empfängerspule 5 umgibt die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4. Die Sinusspule 3, die Cosinusspule 4 und die Empfängerspule 5 sind mit der Verarbeitungsschaltungseinheit 6 verbunden.
Das Ziel 2 ist an einem Ende eines beweglichen Körpers 8 vorgesehen. Der bewegliche Körper 8 besteht aus einem Isolator wie etwa einem nicht-Metall. Der bewegliche Körper 8 wird durch eine Halterung derart gehalten, dass er hin und her entlang eines linearen Erfassungsbereichs R_D in Bezug auf die Leiterplatte 7 bewegt werden kann. Das heißt, dass das Ziel 2 entlang des linearen Erfassungsbereichs R_D in Bezug auf die Sinusspule 3, die Cosinusspule 4 und die Empfängerspule 5 bewegt werden kann. Außerdem kann das Ziel 2 zu einer Position in Nachbarschaft zu der Oberfläche 107 der Leiterplatte 7 parallel zu der Oberfläche 107 der Leiterplatte 7 entlang des Erfassungsbereichs R_D bewegt werden.
Die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 sind konfiguriert, um elektromagnetische Wellen (erregende elektromagnetische Felder) zu senden, während die Empfängerspule 5 konfiguriert ist, um die von der Sinusspule 3 und der Cosinusspule 4 gesendeten elektromagnetischen Wellen (die erregten elektromagnetischen Felder) zu empfangen. Die Verarbeitungsschaltungseinheit 6 ist konfiguriert, um die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 zu betreiben und um die Position des Ziels 2 basierend auf einem Ausgabesignal der Empfängerspule 5 zu erfassen.
Wenn eine Spannung, die sich mit einer bestimmten Frequenz ändert, in die Sinusspule 3 eingegeben wird, wird eine Spannung, die sich mit einer zu der genannten Frequenz gleichen Frequenz ändert, von der Empfängerspule 5 als ein Ausgabesignal V aufgrund einer elektromagnetischen Induktion ausgegeben. Die Amplitude der von der Empfängerspule 5 ausgegebenen Spannung ändert sich in Abhängigkeit von der Form der Sinusspule 3 oder der Position des Ziels 2. Der Grund hierfür ist, dass sich die elektromagnetische Kopplung zwischen der Sinusspule 3 und der Empfängerspule 5 in Abhängigkeit von der Form der Sinusspule 3 oder der Position des Ziels 2 ändert.
Die Formen der Sinusspule 3, der Cosinusspule 4 und der Empfängerspule 5 werden im Folgenden erläutert. In 1B ist eine Koordinatenachse P_X parallel zu der Oberfläche 107 der Leiterplatte 7 entlang des Erfassungsbereichs R_D definiert und ist eine Koordinatenachse P_Y parallel zu der Oberfläche 107 der Leiterplatte 7 definiert. Die Koordinatenachse P_Y kreuzt die Koordinatenachse P_X senkrecht an einem Ursprung O, der eine vorbestimmte Position in dem Erfassungsbereich R_D ist. Die Position auf einer P_X-P_Y-Ebene mit den darin enthaltenen Koordinatenachsen P_X und P_Y wird durch Koordinaten (px, py) ausgedrückt. Der Erfassungsbereich R_D des Positionssensors 1a weist Enden 301 und 302 auf der Koordinatenachse P_X entlang des Erfassungsbereichs R_D des Ziels 2 auf. Der Ursprung O ist ein Mittelpunkt eines Liniensegments, dessen beide Enden 301 und 302 auf der Koordinatenachse P_X liegen, wobei der Ursprung O an den Koordinaten (0, 0) liegt. Der Erfassungsbereich R_D weist eine Länge L auf. Das heißt, dass die Enden 301 und 302 des Erfassungsbereichs R_D durch die Länge L beabstandet sind. Das Ende 301 ist an den Koordinaten (L/2, 0) der Koordinatenachse P_X positioniert, und das Ende 302 ist an den Koordinaten (–L2/, 0) der Koordinatenachse P_X positioniert.
Die Sinusspule 3 weist eine erste vorbestimmte Form auf. Wenn eine sich mit der bestimmten Frequenz ändernde Spannung in die Sinusspule 3 eingegeben wird, weist das Ausgabesignal der Empfängerspule 5 eine Amplitude A1 auf. Die erste vorbestimmte Form ist eine Form, die veranlasst, dass sich die Amplitude A1 gemäß einer Sinusfunktion in Abhängigkeit von der Position X des Ziels 2 ändert. Die Sinusfunktion weist einen Ursprung an dem Ursprung O und einen Zyklus mit der Länge L des Erfassungsbereichs R_D auf. Das heißt, dass die erste vorbestimmte Form veranlasst, dass die Amplitude A1 proportional zu sin((2π/L)X) ist. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ist eine mittlere Position des Erfassungsbereichs R_D der Ursprung O der Position X des Ziels 2.
Insbesondere ist die erste vorbestimmte Form symmetrisch in Bezug auf eine gerade Linie, die parallel zu einem Bewegungspfad ist, entlang von dem sich das Ziel 2 entlang des Erfassungsbereichs R_D bewegt. Die Länge der Form in der Richtung der Koordinatenachse P_X ist gleich der Länge L des Erfassungsbereichs R_D, dessen Form um 180 Grad an einer Position (Ursprung O) an einer Hälfte der Länge ist, wobei beide Enden der Form mit den beiden Enden 301 und 302 des Erfassungsbereichs R_D ausgerichtet sind und die Mitte der Form mit dem Ursprung O des Erfassungsbereichs R_D ausgerichtet ist. Die um 180 Grad verdrehten Teile sind nicht miteinander verbunden, sondern kreuzen einander dreidimensional mit dazwischen einem Isolator oder einem Zwischenraum. Die Sinusspule 3 weist eine Breite W in der Richtung der Koordinatenachse P_Y auf. Wenn die Spannung, die sich mit einer bestimmten Frequenz ändert, zu einer Sinusspule 3 mit einer derartigen Form eingegeben wird, ist die Amplitude A1 des Ausgabesignals der Empfängerspule 5 proportional zu sin((2π/L)X). Das heißt, dass die Sinusspule 3 eine Spule ist, die derart konfiguriert ist, dass die Amplitude A1 proportional zu sin((2π/L)X) ist.
Die Sinusspule 3 weist eine Länge L in der Richtung des Erfassungsbereichs R_D, d. h. der Koordinatenachse P_X, und eine Breite H in der Richtung der Koordinatenachse P_Y auf. Die Sinusspule 3 umfasst Teile 3a und 3b, die sich von dem Ende 301 zu dem Ende 302 erstrecken. Der Teil 3a ist an den Koordinaten (px, py) positioniert, was durch die folgende Formel ausgedrückt wird: py = (L/2)sin((2π/L)px) (wobei –L/2 ≤ px ≤ L/2).
Der Teil 3b der Sinusspule 3 ist an den Koordinaten (px, py) positioniert, was durch die folgende Formel ausgedrückt wird. py = (–L/2)sin((2π/L)px) (wobei –L/2 ≤ px ≤ L/2).
Die Teile 3a und 3b der Sinusspule 3 sind miteinander an den Enden 301 und 302 verbunden, um eine Schleife zu bilden. An dem Ursprung O, an dem die Teile 3a und 3b einander kreuzen, sind die Teile 3a und 3b nicht miteinander verbunden, sondern voneinander getrennt.
Und wenn eine Spannung, die sich mit der bestimmten Frequenz ändert, in die Cosinusspule 4 eingegeben wird, wird eine Spannung, die sich mit einer zu der genannten Frequenz gleichen Frequenz ändert, von der Empfängerspule 5 aufgrund einer elektromagnetischen Induktion ausgegeben. Die Amplitude der Spannung, die von der Empfängerspule 5 ausgegeben wird, ändert sich in Abhängigkeit von der Form der Cosinusspule 4 oder der Position X des Ziels 2. Der Grund hierfür ist, dass sich die elektromagnetische Kopplung zwischen der Cosinusspule 4 und der Empfängerspule 5 in Abhängigkeit von der Form der Cosinusspule 4 oder der Position X des Ziels 2 ändert.
Die Cosinusspule 4 weist eine zweite vorbestimmte Form auf. Wenn eine Spannung, die sich mit der bestimmten Frequenz ändert, in die Cosinusspule 4 eingegeben wird, weist das Ausgabesignal der Empfängerspule 5 eine Amplitude A2 auf. Die zweite vorbestimmte Form veranlasst eine Änderung der Amplitude A2 gemäß einer Cosinusfunktion in Abhängigkeit von der Position X des Ziels 2. Die Cosinusfunktion weist den Ursprung O an einer vorbestimmten Position in dem Erfassungsbereich R_D und einen Zyklus mit der Länge L des Erfassungsbereichs R_D auf. Das heißt, dass die zweite vorbestimmte Form eine Form ist, die veranlasst, dass die Amplitude A2 proportional zu cos(2πX/L) ist.
Insbesondere ist die zweite vorbestimmte Form symmetrisch in Bezug auf die gerade Linie, die parallel zu dem Bewegungspfad ist, entlang von welchem sich das Ziel 2 entlang des Erfassungsbereichs R_D bewegt. Die Länge der Form in der Richtung der Koordinatenachse P_X ist gleich der Länge L des Erfassungsbereichs R_D, dessen Form um 180 Grad jeweils an einer Position von 1/4 der Länge und einer Position von 3/4 der Länge verdreht ist, wobei beide Enden der Form mit beiden Enden 301 und 302 des Erfassungsbereichs R_D ausgerichtet sind. Die um 180 Grad verdrehten Teile sind nicht miteinander verbunden, sondern kreuzen einander dreidimensional mit dazwischen einem Isolator oder einem Zwischenraum. Die Breite der Cosinusspule 4 in der Richtung der Koordinatenachse P_Y ist gleich der Breite H der Sinusspule 3. Wenn die Spannung, die sich mit einer bestimmten Frequenz ändert, in die Cosinusspule 4 mit dieser Form eingegeben wird, ist die Amplitude A2 des Ausgabesignals der Empfängerspule 5 proportional zu cos((2π/L)X). Das heißt, dass die Cosinusspule 4 eine Spule ist, die derart konfiguriert ist, dass die Amplitude A2 proportional zu cos((2π/L)X) ist.
Ähnlich wie die Sinusspule 3 weist die Cosinusspule 4 eine Länge L in der Richtung des Erfassungsbereichs R_D, d. h. der Koordinatenachse P_X, und eine Breite H in der Richtung der Koordinatenachse P_Y auf. Die Sinusspule 3 umfasst einen Teil 4a, der sich von einer Ecke 401a (L/2, –H/2) an dem Ende 301 in der Richtung der Koordinatenachse P_X zu der Ecke 402a (–L/2, –H/2) an dem Ende 302 erstreckt, einen Teil 4b, der sich von der Ecke 401b (L/2, H/2) an dem Ende 301 in der Richtung der Koordinatenachse P_X zu der Ecke 402b (–L2, H/2) an dem Ende 302 erstreckt, einen linearen Teil 4c, der sich von dem Eckteil 401a (L/2, –H/2) an dem Ende 301 in der Richtung der Koordinatenachse P_X zu der Ecke 401b (L/2, H/2) erstreckt, und einen linearen Teil 4d, der sich von der Ecke 402a (–L/2, –H/2) an dem Ende 302 in der Richtung der Koordinatenachse P_X zu der Ecke 402b (–L/2, H/2) erstreckt.
Der Teil 4a der Kosinusspule 4 ist an den Koordinaten (px, py) positioniert, was durch die folgende Formel ausgedrückt wird: py = (L/2)cos((2π/L)px) (wobei –L/2 ≤ px ≤ L/2).
Der Teil 4b der Cosinusspule 4 ist an den Koordinaten (px, py) positioniert, was durch die folgende Formel ausgedrückt wird: py = (–L/2)sin((2π/L)px) (wobei –L/2 ≤ px ≤ L/2).
Der Teil 4c der Cosinusspule 4 ist an den Koordinaten (px, py) positioniert, was durch die folgende Formel ausgedrückt wird: px = L/2 (wobei –H/2 ≤ py ≤ H/2).
Der Teil 4d der Cosinusspule 4 ist an den Koordinaten (px, py) positioniert, was durch die folgende Formel ausgedrückt wird: px = –L/2 (wobei –H/2 ≤ py ≤ H/2).
Die Teile 4a und 4c der Cosinusspule 4 sind miteinander an der Ecke 401a verbunden. Die Teile 4a und 4d der Cosinusspule 4 sind miteinander an der Ecke 402a verbunden. Die Teile 4b und 4c der Cosinusspule 4 sind miteinander an der Ecke 401b verbunden. Die Teile 4b und 4d der Cosinusspule 4 sind miteinander an der Ecke 402b verbunden. Die Teile 4a bis 4d der Cosinusspule 4 sind also miteinander an den Ecken 401a, 401b, 402a und 402b verbunden, um eine Schleife zu bilden. An einer Position (L/4, 0) und einer Position (–L4, 0), an der die Teile 4a und 4b einander kreuzen, sind die Teile 4a und 4b nicht miteinander verbunden, sondern voneinander getrennt.
Die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 sind in einem rechteckigen Bereich mit Scheiteln der Eckteile 401a, 401b, 402a und 402b verbunden. Die Empfängerspule 5 weist eine rechteckige Form auf, die den rechteckigen Bereich, in dem die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 positioniert sind, umgibt.
2 ist ein Schaltungsblockdiagramm des Positionssensors 1a. Die Verarbeitungsschaltungseinheit 6 enthält einen Sendewellenformgenerator 21, der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ jeweils zu der Sinusspule 3 und der Cosinusspule 4 eingibt, und einen Positionsdetektor 22, der die Position X des Ziels 2 basierend auf dem von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignal V erfasst.
Der Positionsdetektor 22 enthält einen Bezugs-Timing-Generator 31, der ein Signal erzeugt, das verschiedene Timings für die Erfassung der Position X des Ziels 2 erzeugt. Der Positionsdetektor 22 enthält weiterhin einen Verstärker 32, der das von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabesignal V verstärkt, und einen Analog-zu-Digital(A/D)-Timing-Generator 33 und einen A/D-Wandler 34 für das Abtasten einer Ausgabe von dem Verstärker 32, d. h. des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5. Der Positionsdetektor 22 enthält weiterhin eine Phasenmesseinheit 35, die eine Phasenkomponente θ_X in dem Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 misst, eine Messwertspeichereinheit 36, die verschiedene Messwerte vorübergehend speichert, und einen Ausgabewandler 37. Die Phasenkomponente θ_X entspricht der Position X des Ziels 2. Der Ausgabewandler 37 wandelt die Phasenkomponente θ_X zu der Position X.
Der Bezugs-Timing-Generator 31 sendet ein Sendestartsignal an den Sendewellenformgenerator 21. Das Sendestartsignal ist ein Signal, das eine Eingabestartzeit der Eingabewelle Wi₁ und der Eingabewelle Wi₂ jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 angibt. Das Sendestartsignal weist den Eingabestart der Eingabewelle Wi₁ und der Eingabewelle Wi₂ jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 an. Außerdem sendet der Bezugs-Timing-Generator 31 nach dem Senden des Sendestartsignals ein Bezugszeitsignal an die Phasenmesseinheit 35. Das Bezugszeitsignal ist ein Signal, das angibt, dass die gesendete Zeit ein Bezugs-Timing für die Phasenmessung ist, wobei das Bezugszeitsignal den Beginn einer Operation für eine Phasenmessung anweist.
Der Bezugs-Timing-Generator 31 wiederholt das Senden des Übertragungsstartsignals und das Senden des Bezugszeitsignals mit einer vorbestimmten Operationsperiode. Der Bezugs-Timing-Generator 31 sendet das Bezugszeitsignal, wenn eine Verzögerungszeit ta seit dem Senden des Sendestartsignals abläuft, wobei dann der Bezugs-Timing-Generator 31 das Sendestartsignal sendet, wenn die Messoperationszeit tb seit dem Senden des Bezugszeitsignals abläuft. Der Bezugs-Timing-Generator 31 wiederholt das Senden des Bezugszeitsignals und des Sendestartsignals alternierend mit einer Operationsperiode (ta + tb). Die Verzögerungszeit ta ist um eine bestimmte Zeit kürzer als die Wartezeit tw in einer weiter unten beschriebenen, durch die Phasenmesseinheit 35 durchgeführten Phasenmessoperation. Die Messoperationszeit tb ist länger als die Wartezeit t2 und ist für die durch die Phasenmesseinheit 35 durchgeführte Phasenmessoperation erforderlich.
3 zeigt die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ die von dem Sendewellenform-Generator 21 jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben werden, und das Ausgabesignal V, das von der Empfängerspule 5 erhalten wird.
Der Sendewellenform-Generator 21 gibt zu der Sinusspule 3 und der Cosinusspule 4 jeweils die Eingabewelle Wi₁ und die Eingabewelle Wi₂ ein, die gleiche Grundfrequenzen f und verschiedene Phasen aufweisen. Die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ weisen eine vorbestimmte Phasenbeziehung zueinander auf. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist die vorbestimmte Phasenbeziehung eine Phasenbeziehung, in der die Phase der in die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewelle Wi₂ um 3π/2 in Bezug auf die Phase der in die Sinusspule 3 eingegebenen Eingabewelle Wi₁ verzögert ist. Weiterhin sind in dieser beispielhaften Ausführungsform die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ Sinuswellen. Außerdem ist in dieser beispielhaften Ausführungsform die Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ gleich 2 MHz. Der Sendewellenform-Generator 21 beginnt mit dem Eingeben der Eingabewelle Wi₁ und der Eingabewelle Wi₂ jeweils zu der Sinusspule 3 und der Cosinusspule 4 in Reaktion auf das Sendestartsignal, das von dem Bezugs-Timing-Generator 31 eingegeben wird.
Das Eingeben der Eingabewellen Wi₁, Wi₂ wird wie folgt durchgeführt. Wie in 3 gezeigt, sind die beiden Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ Sinuswellen, die mit der Grundfrequenz f oszillieren, und weisen einen Spannungswert E und eine mittlere Spannung E mit einer Amplitude der Oszillation mit dem Spannungswert E auf. Zu dem Eingabezeitpunkt Ti, zu dem das Sendestartsignal eingegeben wird, wechselt die Eingabewelle Wi₁ von E < Ec zu E > Ec. Außerdem wechselt an einem um die Zeit (1/f) × (3/4) von dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals verzögerten Zeitpunkt die Eingabewelle Wi₂ von E < Ec zu E > Ec.
Die in die Sinusspule 3 eingegebene Eingabewelle Wi₁ weist eine Phasenverzögerung γ (γ > 0) in Bezug auf einen Bezugszeitpunkt Tc auf. Das heißt, dass die Eingabewelle Wi₁ zu einem Zeitpunkt, zu dem die Phasenverzögerung γ seit dem Bezugszeitpunkt Tc abläuft, von E < Ec zu E > Ec zum ersten Mal nach dem Bezugszeitpunkt Tc wechselt. Wenn die Phasenverzögerung (γ + 3π/2) von dem bestimmten Bezugszeitpunkt Tc abläuft, wechselt die in die Cosinusspule 4 eingegebene Eingabewelle Wi₂ von E < Ec zu E > Ec nach dem Bezugszeitpunkt Tc. Der Bezugszeitpunkt Tc kann beliebig bestimmt werden, wobei die Phasenverzögerung γ eine Phasenversatzkomponente ist, die in Abhängigkeit von dem Bezugszeitpunkt Tc erzeugt wird. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Eingabewelle Wi₁ von E < Ec zu E > Ec wechselt, wenn zum Beispiel der Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals als der Bezugszeitpunkt Tc bestimmt wird, wird die Phasenverzögerung γ gleich 0 (γ = 0), wird die Phase der Eingabewelle Wi₁ gleich null und wird die Phase der Eingabewelle Wi₂ gleich 3π/2. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Phasenbeziehung zwischen der Eingabewelle Wi₁ und der Eingabewelle Wi₂ eine Phasenbeziehung, in der die Phase der Eingabewelle Wi₂ um 3π/2 in Bezug auf die Phase der Eingabewelle Wi₁ verzögert ist.
Wenn die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ jeweils in die Sinusspule 3 und Cosinusspule 4 eingegeben werden, wird das Ausgabesignal V von der Empfängerspule 5 ausgegeben. Das Ausgabesignal V ändert sich mit der Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ und wird durch eine Phasendifferenz S in Bezug auf die Eingabewelle Wi₁ verzögert.
Das Ausgabesignal V ist eine Spannung, die von der Empfängerspule 5 zu der Zeit t erhalten wird, während der Sendewellenform-Generator 21 die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingibt, was durch die folgende Formel 1 ausgedrückt wird:
[Formel 1]

V ∝ sin(2πft – ( 2π / LX + α)) = sin(2πft – θ) wobei θ = 2π / LX + α α = γ + δ – π / 2

Ein Phasenversatz α enthält die Phasenversatzkomponente γ und eine Phasenversatzkomponente δ. Die Phasenversatzkomponente γ wird gemäß dem Bezugszeitpunkt Tc erzeugt und entspricht der Phase (Phasenverzögerung) der Eingabewelle Wi₁ in Bezug auf den Bezugszeitpunkt Tc. Die Phasenversatzkomponente δ wird durch einen Faktor wie etwa die Temperatur erzeugt.
Das Ausgabesignal V wird durch die Formel 1 aus dem folgenden Grund berechnet. Das Ausgabesignal V wird durch eine Summe oder Überlagerung eines Signals, das aus der Empfängerspule 5 in Antwort auf die in die Sinusspule 3 eingegebene Eingabewelle Wi₁ ausgegeben wird, und eines Signals, das aus der Empfängerspule 5 in Antwort auf die in die Cosinusspule 4 eingegebene Eingabewelle Wi₂ ausgegeben wird, erhalten.
Das aus der Empfängerspule 5 in Antwort auf die in die Sinusspule 3 eingegebene Eingabewelle Wi₁ ausgegebene Signal, zu dem die Phasenverzögerung der durch einen Faktor wie etwa die Temperatur erzeugten Phasenversatzkomponente δ addiert wird, wird durch die Formel 2 ausgedrückt.
[Formel 2]

A₁sin(2πft – γ – δ) = sin( 2π / LX)sin(2πft – (γ + δ))

Das aus der Empfängerspule 5 in Antwort auf die in die Cosinusspule 4 eingegebene Eingabewelle Wi₂ ausgegebene Signal, zu dem die Phasenverzögerung der durch einen Faktor wie etwa die Temperatur erzeugten Phasenversatzkomponente δ addiert wird, wird durch die folgende Formel 3 ausgedrückt.
[Formel 3]

A₂sin(2πft – (γ + 3π / 2) – δ) = cos( 2π / LX)cos(2πft – (γ + δ))

Ein durch eine Überlagerung (Addition) des durch die Formel 2 ausgedrückten Signals und des durch die Formel 3 ausgedrückten Signals ist das Ausgabesignal V. Die Addition der Formel 2 zu der Formel 3 ergibt die Formel 1, die das Ausgabesignal V wiedergibt.
Wie in der Formel 1 angegeben, ändert sich das Ausgabesignal V bei der Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂. Außerdem ist die Phase θ (= (2π/L)X + δ – π/2 + γ) des durch die Formel 1 ausgedrückten Ausgabesignals V die Phase in Bezug auf den Bezugszeitpunkt Tc. Wenn θ > 0, ist die Phase θ eine Phasenverzögerung in Bezug auf den Bezugszeitpunkt Tc. Das heißt, dass das Ausgabesignal V durch die Phasendifferenz S (= (2π/L)X + δ – π/2) in Bezug auf die Eingabewelle Wi₁ verzögert wird.
Die Phase θ enthält die Phasenkomponente θ_X (= (2π/L)X) in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 und den Phasenversatz α (= δ + γ – π/2). Die Phase θ wird als θ = θ_X + α ausgedrückt, indem die Phasenkomponente θx und der Phasenversatz α verwendet werden. Die Phase θ weist also einen Wert auf, der sich in Abhängigkeit von der Position X des Ziels 2 ändert.
4A und 4B zeigen die Beziehungen zwischen der Position X des Ziels 2 und der Phase θ. In 4A und 4B gibt die vertikale Achse die Phase θ wieder und gibt die horizontale Achse die Position X des Ziels 2 an der Koordinate px der Koordinatenachse P_X wieder. Die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X in der horizontalen Achse ist proportional zu der Position X des Ziels 2. Die Phasenkomponente θ vergrößert sich von –π zu π in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem linken Ende 302 (X = –L/2) zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs R_D. Die Phase θ ist ein Wert, der durch das Addieren des Phasenversatzes α zu der Phasenkomponente θ_X erhalten wird. Wenn also der Phasenversatz α ein positiver Wert ist, vergrößert sich wie in 4A gezeigt die Phase θ von –π + α zu π in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem linken Ende 302 des Erfassungsbereichs R_D zu einem periodischen Punkt P und vergrößert sich die Phase θ von –π zu –π + α in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem periodischen Punkt P zu dem rechten Ende 301 des Erfassungsbereichs R_D. Und wenn der Phasenversatz ein negativer Wert ist, vergrößert sich wie in 4B gezeigt, die Phase θ von π + α zu α in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem linken Ende 302 des Erfassungsbereichs R_D zu dem periodischen Punkt P und vergrößert sich die Phase θ von –π zu π + α in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem periodischen Punkt P zu dem rechten Ende 301 des Erfassungsbereichs R_D.
Wenn der Phasenversatz α ein positiver Wert ist, wird der periodische Punkt P durch P = L/2-(L/2π) × α erhalten. Wenn der Phasenversatz α ein negativer Wert ist, wird der periodische Punkt P durch P = –L/2 – (L/2π) × α erhalten. Wenn sich der Phasenversatz α verkleinert (näher zu 0 geht), nähert sich der periodische Punkt L/2 (rechtes Ende 302 des Erfassungsbereichs R_D) oder –L/2 (linkes Ende des Erfassungsbereichs R_D) in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Phasenversatzes α.
Weil die Phase θ durch θ = θ_X + α ausgedrückt wird, kann, wenn die Phase θ und der Phasenversatz α bekannt sind, die Phasenkomponente θ_X aus der Beziehung θ = θ_X + α berechnet werden und kann die Position X des Ziels 2 aus der Beziehung θ_X = (2π/L)X berechnet werden.
Der A/D-Timing-Generator 33 sendet ein A/D-Timing-Signal an den A/D-Wandler 34. Das A/D-Timing-Signal ist ein Signal, das das Timing für das Abtasten des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 (Ausgabe des Verstärkers 32), d. h. das Timing für das A/D-Wandlen des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5, angibt. Das A/D-Timing-Signal wird von dem A/D-Timing-Generator 33 eingegeben, wobei der A/D-Wandler 34 einen Potentialwert y des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 zu dem Zeitpunkt, zu dem das A/D-Timing-Signal eingegeben wird, abtastet und dann den Potentialwert y zu der Phasenmesseinheit 35 ausgibt.
5 zeigt das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5, das durch den A/D-Timing-Generator 33 und den A/D-Wandler 34 abgetastet wird. Der A/D-Timing-Generator 33 sendet das A/D-Timing-Signal an den A/D-Wandler 34 mit einer vorbestimmten Abtastperiode ts. Die Abtastperiode ts ist eine Periode, die verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte einer Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂, die jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben werden. Weil also die Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ gleich 1/f ist, wird die Abtastperiode ts durch ts = ((1/f)/2)× i ausgedrückt, wobei i eine beliebige natürliche Zahl (eine positive Ganzzahl ist). Zum Beispiel wird die Abtastperiode ts durch ts = ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L ausgedrückt, wobei N_L eine beliebige natürliche Zahl nicht kleiner als 2 ist, h gleich 0 oder eine beliebige natürliche Zahl ist und N_W eine beliebige natürliche Zahl nicht größer als N_L – 1 ist. Weil N_L × h + N_W kein ganzzahliges Vielfaches von N_L ist, ist (NL × h + N_W)/N_L keine Ganzzahl. Deshalb ist die durch ts = ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L ausgedrückte Abtastperiode eine Periode, die verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂.
Das heißt, dass der A/D-Timing-Generator 33 das A/D-Timing-Signal an den A/D-Wandler 34 mit der durch ts = ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L ausgedrückten Abtastperiode ts sendet. Dementsprechend tastet der A/D-Wandler 34 basierend auf dem A/D-Timing-Signal den Potentialwert y des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 mit der durch ts = ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L ausgedrückten Abtastperiode ts (mit einer Periode, die verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂) ab. Dann gibt der A/D-Wandler 34 den abgetasteten Potentialwert y an die Phasenmesseinheit 35 aus. Gemäß dieser Ausführungsform sind N_L = 3, h = 0 und N_W = 1 und ist ts = (1/f)/6 (60 Grad, ausgedrückt in der Phase).
Basierend auf der Ausgabe des A/D-Wandlers 34, d. h. basierend auf dem von der Empfängerspule 4 erhaltenen Ausgabesignal V, misst die Phasenmesseinheit 35 die Phasenkomponente θ_X, die der Position X des Ziels 2 entspricht und die in der Phase des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals enthalten ist.
Der Potentialwert y der Ausgabe der Empfängerspule 5 kann durch y = Asin(2πft – θ) + B als eine Funktion der Zeit t ausgedrückt werden, wenn keine Verzerrung oder ähnliches in der Wellenform auftreten. Dabei ist A die Amplitude, ist B die zentrale Spannung der Oszillation und ist θ eine Phase (eine Phasenverzögerung, wenn θ > 0). Die zentrale Spannung B der Oszillation ist ein Wert, der beliebig basierend auf dem Schaltungsentwurf bestimmt werden kann. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ist B bekannt und ist B = 0. Deshalb kann der Potentialwert y des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 gemäß dieser Ausführungsform durch y = Asin(2πft – θ) + B ausgedrückt werden.
Der Potentialwert y (= Asin(2πft – θ)) enthält zwei unbekannte Koeffizienten: A und B. Dementsprechend können die Werte A und θ aus den Werten von zwei verschiedenen Sätzen von (t, y) berechnet werden, nämlich (t₀, y₀) und (t₁, y₁). Mit anderen Worten können die Werte von A und θ durch gleichzeitige Formeln berechnet werden, die als die folgende Formel 4 ausgedrückt werden.
[Formel 4]

y₀ = Asin(2πft₀ – θ)
y₁ = Asin(2πft₁ – θ) wobei: t₁ ≠ t₀ + ( 1 / 2f) × i (i ist eine beliebige Ganzzahl).

Das heißt, dass das Zeitintervall (t₁ – t₀) zwischen dem Zeitpunkt t₀ und dem Zeitpunkt t₁ ein Zeitintervall ist, das verschieden ist von ((1/f)/2) × i (einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ and Wi₂). Der Grund hierfür ist, dass (t₀, y₀) und (t₁, y₁) Werte von zwei verschiedenen Sätzen (t, y) sein müssen, um zu berücksichtigen, dass y = Asin(2πft – θ) + B eine Periodizität von 1/f aufweist. Der A/D-Wandler 34 tastet den Potentialwert y bei der Abtastperiode ts (= ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L (einer Periode, die verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂) ab. Deshalb wird der Potentialwert y durch den A/D-Wandler 34 zu den Zeitpunkten t₀ und t₁ abgetastet.
Die jeweils zu den Zeitpunkten t₀ und t₁ gemessenen Potentialwerte y₀ und y₁ sehen die Werte der zwei verschiedenen Sätze (t, y) vor, nämlich (t₀, y₀) und (t₁, y₁). Indem dann diese Wert verwendet werden, um die gleichzeitigen Formeln (Formel 4) zu lösen, kann der Wert der Phase θ berechnet werden. Durch die Auflösung der Formeln (Formel 4) wird die Phase θ der folgenden Formel 5 vorgesehen. [Formel 5]
Die durch die Formel 5 berechnete Phase θ ist die Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 in Bezug auf den Bezugszeitpunkt (Zeitpunkt 0) der Zeitpunkte t₀ und t₁ (Phasenbezugszeitpunkt Tc).
Die Formel 5 wird wie folgt abgeleitet. Die folgende Formel 6 wird aus der zweiten Formel der Formel 4 erhalten.
[Formel 6]

y₁ = Asin(2πft₁ – θ) = Asin(2πft₀ + 2πf(t₁ – t₀) – θ) = Asin(2πft₀ – θ)cos(2πf(t₁ – t₀)) + Acos(2πft₀– θ)sin(2πf(t₁ – t₀))

Die folgende Formel 7 wird aus der Formel 6 und der ersten Formel der Formel 4 erhalten. [Formel 7]
Die folgende Formel 8 wird aus der Formel 7 erhalten. [Formel 8]
Deshalb wird die Formel 5 aus der Formel 8 erhalten. Die Phase θ kann auch durch die folgende Formel 9 ausgedrückt werden. [Formel 9]
Die Phasenmesseinheit 35 misst die Phasenkomponente θ_X, die der Position X des Ziels 2 entspricht und in der Phase θ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V enthalten ist, basierend auf der Ausgabe des A/D-Wandlers 34, d. h. basierend auf dem von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignal V.
Die Phasenmesseinheit 35 führt die Phasenmessoperation für das Messen der Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 in Reaktion auf das von dem Bezugs-Timing-Generator 31 eingegebene Bezugszeitsignal durch. In der Phasenmessoperation misst die Phasenmesseinheit 35 die Phase θ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V basierend auf der Ausgabe des A/D-Wandlers 34 und speichert dann den gemessenen Wert in der Messwertspeichereinheit 36 als einen Messwert θ* der Phase θ. Dann berechnet die Phasenmesseinheit 35 in der Phasenmessoperation basierend auf dem Messwert θ* und einem Bezugswert α0 des Phasenversatzes α die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2. Das heißt, dass die Phasenmesseinheit 35 den Messwert θ_X* (= θ* – α₀) als die Phasenkomponente θ_X berechnet. Der Bezugswert α₀ ist ein Wert der Phase θ, der gemessen wird, wenn die Position X des Ziels 2 an dem Ursprung O ist (wenn das Ziel 2 an dem Ursprung O positioniert ist, der eine Mitte des Erfassungsbereichs R_D ist). Der Bezugswert α₀ wird zum Beispiel in einem Herstellungsprozess des Positionssensors 1a gemessen und in der Phasenmesseinheit 35 gespeichert.
Die Phasenmesseinheit 35 misst die Phase θ wie folgt. Die Phasenmesseinheit 35 erhält den durch den A/D-Wandler 34 abgetasteten (aus dem A/D-Wandler 34 ausgegebenen) Potentialwert y des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5, nummeriert den erhaltenen Potentialwert y sequentiell und speichert den Potentialwert y in der Messwertspeichereinheit 36. Bis jedoch die vorbestimmte Wartezeit tw seit dem Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals abläuft, erhält die Phasenmesseinheit 35 den Potentialwert y des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 nicht. Diese Operation verhindert eine falsche Erfassung, während das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 nicht stabil ist. Die Wartezeit tw ist ein Zeitintervall für das Warten darauf, dass die Amplitude des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 stabil wird, und ist ein vorbestimmtes Zeitintervall. Der Zeitpunkt, zu dem die Wartezeit tw endet, fällt mit dem Zeitpunkt zusammen, zu dem der Potentialwert y durch den A/D-Wandler 34 abgetastet wird.
Zu diesem Zeitpunkt speichert die Phasenmesseinheit 35 in der Messwertspeichereinheit 36 den Potentialwert y, der zweimal durch den A/D-Wandler 34 abgetastet wurde. Das heißt, dass die Phasenmesseinheit 35 in der Messwertspeichereinheit 36 den Potentialwert y, der abgetastet wird, wenn die Wartezeit tw ab dem Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals abläuft, als einen Potentialwert y₀ speichert. Dann speichert die Phasenmesseinheit 35 in der Messwertspeichereinheit 36 den als nächstes abgetasteten Potentialwert y als einen Potentialwert y₁. Dementsprechend speichert die Messwertspeichereinheit 36 die Potentialwerte y₀ und y₁, die zweimal in der Abtastperiode ts (= ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L) abgetastet wurden, die verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂.
Dann berechnet die Phasenmesseinheit 35 basierend auf den zwei in der Messwertspeichereinheit 36 gespeicherten Potentialwerten y₀ und y₁ die Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5. Das heißt, dass die Phasenmesseinheit 35 die Phase θ durch die oben genannte Formel 5 berechnet.
In diesem Fall sind die Zeitpunkte t₀ und t₁ Zeitpunkte, zu denen der Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals als eine Bezugszeit (Zeit 0) verwendet wird. Die Potentialwerte y₀ und y₁ sind jeweils der Potentialwert y zu den Zeitpunkten t₀ und t₁. Die derart berechnete Phase θ ist also die Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5, wenn der Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals als ein Bezug (Phasenbezugszeitpunkt Tc) verwendet wird. Die Phasenmesseinheit 35 definiert die derart berechnete Phase als den Phasenmesswert θ* des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5. Der Bezugswert α₀ des Phasenversatzes α ist ein Wert, der durch eine mit dieser Methode identische Methode berechnet wird.
Weil der Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals der Bezugszeitpunkt Tc der Phase θ ist und die Zeitdifferenz zwischen dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals und dem Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals in jeder Messung konstant ist (Verzögerungszeit ta), ist die Phasenversatzkomponente γ in jeder Messung konstant. Das heißt, dass, außer wenn sich die Phasenversatzkomponente δ aufgrund eines Faktors wie etwa der Temperatur ändert, der Phasenversatz α (die Phase θ, wenn die Position X des Ziels 2 gleich 0 ist) konstant ist, d. h. α = α₀. Deshalb ist der in dieser Phasenmessoperation berechnete Messwert θ_X* (= θ* – α₀) die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 unter der Bedingung, dass sich die Versatzkomponente δ nicht aufgrund eines Faktors wie etwa der Temperatur ändert.
Der Ausgabewandler 37 wandelt die durch die Phasenmesseinheit 35 gemessene Phasenkomponente θ_X (Messwert θ_X*) zu der Position X des Ziels 2. Das heißt, dass der Ausgabewandler 37 θ_X × (L/2π) als die Position X des Ziels 2 basierend auf der Beziehung θ_X = (2π/L)X berechnet. Dann gibt der Ausgabewandler 37 die berechnete Position X des Ziels 2 aus.
In der gesamten Operation des Positionsdetektors 22 misst der Positionsdetektor 22 die Phase θ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V basierend auf dem Potentialwert y, der durch das zweimalige Abtasten des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V mit der Abtastperiode ts, die verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂, erhalten wird. Dann berechnet der Positionsdetektor 22 basierend auf der Phase θ und dem Bezugswert α₀ des Phasenversatzes α die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2, um die Position X des Ziels 2 zu erfassen.
Im Folgenden wird die gesamte Operation des Positionssensors 1a beschrieben. Zuerst sendet der Bezugs-Timing-Generator 31 das Sendestartsignal an den Sendewellenformgenerator 21. Der Sendewellenformgenerator 21 empfängt das Sendestartsignal und beginnt mit dem Eingeben der Eingabewelle Wi₁ und der Eingabewelle Wi₂ jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4. Dadurch wird veranlasst, dass die Empfängerspule 5 das Ausgabesignal V ausgibt.
Außerdem sendet der Bezugs-Timing-Generator 31 das Bezugszeitsignal an die Phasenmesseinheit 35. Die Phasenmesseinheit 35 empfängt das Bezugszeitsignal, beginnt mit der Phasenmessoperation und speichert in der Messwertspeichereinheit 36 den durch das Messen der Phase θ erhaltenen Messwert θ*. Dann berechnet die Phasenmesseinheit 35 basierend auf dem Messwert θ* der Phase θ und dem Bezugswert α₀ des Phasenversatzes α, die in der Messwertspeichereinheit 36 gespeichert sind, die Phasenkomponente θ_X* in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 durch θ* – α₀. Dann berechnet der Ausgabewandler 37 die Position X des Ziels 2 durch θ_X* × (L/2π) und gibt sie aus.
Danach wiederholt der Bezugs-Timing-Generator 31 das Senden des Sendestartsignals an den Sendewellenformgenerator 21 und das Senden des Bezugszeitsignals an die Phasenmesseinheit 35. Dementsprechend wird die oben beschriebene Operation wiederholt und wird die Position X des Ziels 2 kontinuierlich berechnet und ausgegeben.
6A und 6B zeigen die Beziehung zwischen der Position X des Ziels 2 und dem Messwert θ_X* der Phasenkomponente θ_X. In 6A und 6B gibt die vertikale Achse den Messwert θ* der Phase θ wieder und gibt die horizontale Achse die Position X des Ziels 2 an der Koordinate p_X der Koordinatenachse P_X wieder. Wenn der Phasenversatz α wie in 6A gezeigt ein positiver Wert ist und die Position X des Ziels 2 von dem linken Ende 302 (X = –L/2) des Erfassungsbereichs R_D zu dem periodischen Punkt P reicht, ist der Messwert θ_X* proportional zu der Position X des Ziels 2 und vergrößert sich von –π zu π – α in dem Bereich von dem linken Ende 302 des Erfassungsbereichs R_D zu dem periodischen Punkt P. Und wenn der Phasenversatz α ein positiver Wert ist, vergrößert sich der Messwert θ_X* von –π – α zu –π in einem Bereich von dem periodischen Punkt P zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs R_D. Wenn also der Phasenversatz α ein positiver Wert ist, ist in dem Bereich von dem linken Ende 302 des Erfassungsbereichs R_D zu dem periodischen Punkt P der Messwert θ_X* gleich der tatsächlichen Phasenkomponente θ_X (siehe die Phasenkomponente θ_X in 4A und 4B). In dem anderen Bereich ist der Messwert θ_X* ein von der tatsächlichen Phasenkomponente θ_X um 2π verschobener Wert. Und wenn der Phasenversatz α wie in 6B gezeigt ein negativer Wert ist und die Position X des Ziels 2 von dem periodischen Punkt P zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs R_D reicht, ist der Messwert θ_X* proportional zu der Position X des Ziels 2 und vergrößert sich von –π – α zu π in dem Bereich von dem periodischen Punkt P zu dem rechten Ende 301 des Erfassungsbereichs R_D. Und wenn der Phasenversatz α ein negativer Wert ist, vergrößert sich der Messwert θ_X* von π zu π – α in dem Bereich von dem linken Ende 302 (X = –L/2) des Erfassungsbereichs R_D zu dem periodischen Punkt P. Wenn also der Phasenversatz α ein negativer Wert ist, ist der Messwert θ_X* gleich der tatsächlichen Phasenkomponente θ_X in dem Bereich von dem periodischen Punkt P zu dem rechten Ende 301 des Erfassungsbereichs R_D. In dem anderen Bereich, d. h. in dem Bereich von dem linken Ende 302 des Erfassungsbereichs R_D zu dem periodischen Punkt P ist der Messwert θ_X* um 2π von der tatsächlichen Phasenkomponente θ_X verschoben.
Indem zum Beispiel ein beweglicher Bereich des Ziels 2 auf einen Bereich von dem periodischen Punkt P für den Phasenversatz α als einem positiven Wert zu dem periodischen Punkt P für den Phasenversatz α als einem negativen Wert begrenzt wird und der Messwert θ_X* nur in diesem Bereich berechnet wird, kann die Position X des Ziels 2 in diesem Bereich erfasst und ausgegeben werden.
Und wenn zum Beispiel θ_X > π und θ_X < –π, kann der Messwert θ_X* durch 2π korrigiert werden. Wenn also θ_X* > π, kann der Messwert θ_X* zu θ_X* – 2π korrigiert werden. Und wenn θ_X* < –π, kann der Messwert θ_X* zu θ_X* + 2π korrigiert werden. Der derart berechnete Messwert θ_X* ist gleich der tatsächlichen Phasenkomponente θ_X in einem Bereich von –L/2 ≤ p_X ≤ L/2 (in dem gesamten Erfassungsbereich R_D), außer wenn sich der Phasenversatz α (Phasenversatzkomponente δ) von dem Bezugswert α₀ aufgrund eines Faktors wie etwa der Temperatur ändert. Deshalb kann die Position X des Ziels 2 in dem Bereich –L/2 ≤ X ≤ L/2 erfasst und ausgegeben werden.
Die in der PTL1 und der PTL2 angegebenen herkömmlichen Positionssensoren erfordern eine Modulationsschaltung zum Generieren einer Sinuswelle und einer Cosinuswelle, die jeweils in eine Sinusspule und eine Cosinusspule einzugeben sind, und erfordern weiterhin eine Demodulationsschaltung zum Demodulieren eines Ausgabesignals einer Empfängerspule, sodass sie also einen komplizierten Schaltungsaufbau aufweisen.
Im Gegensatz dazu misst der Positionssensor 1a gemäß dieser Ausführungsform die Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 basierend auf dem Potentialwert y, der durch das Abtasten der Ausgabe der Empfängerspule 5 erhalten wird. Dann erfasst der Positionssensor 1a basierend auf der gemessenen Phase θ die Position X des Ziels 2. Der Positionssensor 1a kann die Position X des Ziels 2 basierend auf dem Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 auch dann erfassen, wenn das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 klein ist.
Deshalb ist für die Erzeugung der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂, die jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben werden, keine Modulationsschaltung zum Modulieren einer Hochfrequenzwelle erforderlich. Außerdem ist für das Erfassen der Position X des Ziels 2 basierend auf dem Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 keine Demodulationsschaltung für das Demodulieren der Ausgabe der Empfängerspule 5 erforderlich. Das heißt, dass die Position X des Ziels 2 auch ohne eine Modulationsschaltung und ohne eine Demodulationsschaltung erfasst werden kann, wodurch der Aufbau des Positionssensors 1a vereinfacht wird.
Herkömmliche Positionssensoren verwenden ein Tiefpassfilter für das Demodulieren des Ausgabesignals der Empfängerspule. Dementsprechend muss eine Messung der Phase warten, bis die Ausgabewellenform des Tiefpassfilters stabil wird. Das für das Extrahieren einer langsamen Welle verwendete Tiefpassfilter weist eine große Zeitkonstante auf und benötigt eine lange Zeit, bis die Ausgabewellenform des Tiefpassfilters stabil wird. Deshalb wird eine lange Zeit für eine Phasenmessung benötigt und wird eine lange Zeit für das Erfassen einer Zielposition benötigt.
Und weil die herkömmlichen Positionssensoren das Tiefpassfilter verwenden, sieht das Tiefpassfilter einen nachteiligen Effekt vor, wenn die Positionssensoren von einem ersten Modus zu einem zweiten Modus geschaltet werden. Wenn die Positionssensoren von dem ersten Modus zu dem zweiten Modus geschaltet werden, ändert sich der Phasenmesswert unter dem Einfluss des Tiefpassfilters. Um diesen durch das Tiefpassfilter verursachten nachteiligen Effekt zu beseitigen, wird eine anfängliche Phase in dem zweiten Modus derart eingestellt, dass keine Phasenlücke vorgesehen wird und also die Wellenform kontinuierlich ist, wenn die Positionssensoren von dem ersten Modus zu dem zweiten Modus geschaltet werden. Das heißt, dass die Phase der Sinuswelle und der Cosinuswelle, die jeweils in die Sinusspule und die Cosinusspule eingegeben werden, in dem zweiten Modus eingestellt wird. Die herkömmlichen Positionssensoren nehmen diese Einstellung vor, indem sie einen vorausgehenden Phasenmesswert rückkoppeln und basierend auf dem vorausgehenden Phasenmesswert die anfängliche Phase in dem zweiten Modus derart berechnen und setzen, dass eine Phasenlücke vermieden wird. Dazu ist eine Schaltung zum Einstellen der anfänglichen Phase in dem zweiten Modus (wie etwa eine Schaltung zum Rückkoppeln des vorausgehenden Phasenmesswerts und eine Schaltung zum Berechnen der anfänglichen Phase in dem zweiten Modus) erforderlich, wodurch der Schaltungsaufbau verkompliziert wird.
Im Gegensatz dazu benötigt der Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform, der das Ausgabesignal der Empfängerspule 5 nicht demoduliert, kein Tiefpassfilter für eine Demodulation und verwendet das Tiefpassfilter nicht. Während also in den herkömmlichen Positionssensoren die Phasenmessung darauf warten muss, dass die Ausgabewelle des Tiefpassfilters stabil wird, wird in dem Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform keine Messverzögerung durch das Tiefpassfilter verursacht. Dadurch kann die für eine Phasenmessung benötigte Zeit verkürzt werden und kann die für das Erfassen der Position X des Ziels 2 benötigte Zeit verkürzt werden. Außerdem kann sich der Phasenmesswert nicht wie bei den herkömmlichen Positionssensoren unter dem Einfluss des Tiefpassfilters ändern, wenn der Positionssensor von dem ersten Modus zu dem zweiten Modus geschaltet wird. Es ist also nicht erforderlich, die Anfangsphase in dem zweiten Modus einzustellen, sodass keine Schaltung zum Einstellen der anfänglichen Phase in dem zweiten Modus (wie etwa die Schaltung zum Rückkoppeln des vorausgehenden Phasenmesswerts und die Schaltung zum Berechnen der anfänglichen Phase in dem zweiten Modus) benötigt wird. Dadurch kann der Schaltungsaufbau des Positionssensors 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform vereinfacht werden.
Außerdem kann der Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Grundfrequenz f (Treiberfrequenz) der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ setzen, die jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben werden und höher als die Frequenz der herkömmlichen Positionssensoren sind, ohne dass dadurch die Messgenauigkeit der Phase θ vermindert wird.
Der Grund hierfür ist folgender. Es wird angenommen, dass der herkömmliche Positionssensor und der Positionssensor 1a gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform gleiche Ausgabewellenformen der Empfängerspule 5 und eine gleiche Zeitauflösung der Phasenmesseinheit 35 aufweisen. In diesem Fall sieht die Phasenmessung, die durch den Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform durchgeführt wird, indem ein Spannungswert abgetastet wird (Messung des Spannungswerts beim Abtasten), eine höhere Auflösung vor als die Phasenmessung, die durch den herkömmlichen Positionssensor durchgeführt wird, indem die Zeit bis zum Wechseln des Vorzeichens des Spannungswerts gemessen wird. Dies ist der oben genannte Grund. Der Grund ist also, dass ein durch die Auflösung der Spannungswertmessung verursachter Fehler der Phasenmessung kleiner ist als ein durch die Auflösung der Zeitmessung verursachter Fehler. Wenn zum Beispiel in einer herkömmlichen Konfiguration die Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ bei 2 MHz liegt, beträgt die Zeitauflösung 24 MHz. Wenn in diesem Fall die Phase θ mittels einer Zeitmessung durch den herkömmlichen Positionssensor gemessen wird, beträgt die Messauflösung der Phase θ 30 Grad. Wenn dagegen in dem Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Zeitauflösung ebenfalls 24 MHz beträgt, ist die Spannungswertauflösung nicht größer als 1/30 der Amplitude. Wenn in diesem Fall die Phase θ durch das Abtasten des Spannungswerts gemessen wird, wird die Messauflösung der Phase θ höher als die Messauflösung des herkömmlichen Positionssensors. Auf diese Weise kann der Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Phase θ mit einer größeren Auflösung messen als der herkömmliche Positionssensor. Deshalb kann der Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform eine höhere Grundfrequenz f (Treiberfrequenz) der Eingabewellen, die zu der Sinusspule und der Cosinusspule eingegeben werden, setzen als der herkömmliche Positionssensor, ohne dass deshalb die Messgenauigkeit der Phase θ vermindert wird.
Eine höhere Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ sieht eine schnellere Spannungsänderungsgeschwindigkeit, eine größere Amplitude und ein höheres Signal/Rauschen-Verhältnis des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 vor. Deshalb sieht eine höhere Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 mit einer großen Amplitude und einem hohen Signal/Rauschen-Verhältnis vor. Das heißt, dass die höhere Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂, die eine größere Amplitude und ein höheres Signal/Rauschen-Verhältnis des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 vorsieht, eine höhere Grundfrequenz f für die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ vorsieht, während die Messgenauigkeit der Phase θ beibehalten oder vergrößert wird. Weiterhin ermöglicht die höhere Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ eine kürzere Messzeit der Phase θ. Außerdem kann der Stromverbrauch des Positionssensors 1 wegen der kürzeren Messzeit der Phase θ vermindert werden.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist das Ziel 2 nicht notwendigerweise aus einem Metall (einem Leiter) ausgebildet, sondern kann auch aus einer dielektrischen Substanz, einer magnetischen Substanz oder einem IC-Resonator ausgebildet sein. Außerdem ist der bewegliche Körper 8 nicht notwendigerweise aus einem nicht-metallischen Material (einem Isolator) ausgebildet, sondern kann auch aus einem metallischen (leitenden) Material, einer dielektrischen Substanz, einer magnetischen Substanz oder einen IC-Resonator ausgebildet sein und kann einstückig mit dem Ziel 2 ausgebildet sein.
Außerdem kann der Bezugs-Timing-Generator 31 gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform das Bezugszeitsignal und das Sendestartsignal gleichzeitig senden oder kann das Sendestartsignal nach dem Bezugszeitsignal senden. Wenn das Sendestartsignal nach dem Bezugszeitsignal gesendet wird, sendet der Bezugs-Timing-Generator 31 das Sendestartsignal, wenn eine bestimmte Zeit seit dem Senden des Bezugszeitsignals abläuft. Auch in diesem Fall ist die Phasenversatzkomponente γ in jeder Messung konstant, wenn der Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals als ein Phasenbezug verwendet wird. Außer wenn sich die Phasenversatzkomponente δ aufgrund eines Faktors wie etwa der Temperatur ändert, ist der Phasenversatz α konstant (α₀). Es kann also auch in diesem Fall die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X ähnlich wie in der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform berechnet werden.
Außerdem kann gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform der Sendewellenformgenerator 21 die Eingabewelle Wi₁ erzeugen, die zu E > Ec von E < Ec wechselt, wenn eine bestimmte Zeit seit dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals abgelaufen ist. Jedoch ist ein Zeitintervall von dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals zu dem Zeitpunkt, zu dem die Eingabewelle Wi₁ zu E > Ec von E < Ec wechselt, in jeder Messung konstant. Also auch in diesem Fall ist, wenn der Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals als ein Phasenbezug verwendet wird, die Phasenversatzkomponente γ in jeder Messung konstant. Außer wenn sich die Phasenversatzkomponente δ aufgrund eines Faktors wie etwa der Temperatur ändert, ist der Phasenversatz α konstant (α₀). Die Phasenkomponente θ_X kann also auch in diesem Fall ähnlich wie in der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform berechnet werden.
Außerdem können gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂, die jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben werden, eine Phasenbeziehung aufweisen, in der die Phase der in die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewelle Wi₂ um π/2 in Bezug auf die Phase der in die Sinusspule 3 eingegebenen Eingabewelle Wi₁ verzögert ist. In diesem Fall wird das von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabesignal V durch die Formel 10 ausgedrückt.
[Formel 10]

V = sin(2πft – (– 2π / LX + α))

Weil also in diesem Fall die Phase θ als θ = –θ_X + α ausgedrückt wird, wird die Phasenkomponente θ_X* (= –θ_X* + α₀) als die Phasenkomponente θ_X berechnet. In diesem Fall kann das Ausgabesignal V aus einem ähnlichen Grund wie dem Grund, wegen dem das Ausgabesignal V in der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform durch die Formel 1 ausgedrückt wird, durch die Formel 10 ausgedrückt werden. Das heißt, dass das durch die Formel 10 ausgedrückte Ausgabesignal V durch eine Überlagerung und Addition des von der Empfängerspule 5 in Reaktion auf die in die Sinusspule 3 eingegebene Eingabewelle Wi₁ ausgegebenen Signals und des in Reaktion auf die in die Cosinusspule 4 eingegebene Eingabewelle Wi₂ ausgegebenen Signals erhalten wird.
Außerdem kann gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Abtastperiode ts länger als (1/f)/2 (eine Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂) sein. Das heißt, dass die natürliche Zahl h nicht kleiner als 1 sein muss. Außerdem ist die natürliche Zahl N_W nicht notwendigerweise gleich 1, sondern kann auch eine andere Ganzzahl nicht größer als N_L – 1 sein. Wenn zum Beispiel die natürliche Zahl N_L gleich 3 ist, kann die natürliche Zahl N_W gleich 2 sein. Außerdem muss das Ende der Wartezeit tw nicht mit der Abtastzeit des Potentialwerts y zusammenfallen.
ZWEITE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
7 zeigt ein Ausgabesignal V einer Empfängerspule 5, das in dem Positionssensor 1a gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform abzutasten ist. Der Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von dem Positionssensor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform durch die Methode zum Abtasten des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 und die Methode zum Messen der Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5. Das heißt, dass sich der Positionssensor 1a gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform von dem Positionssensor 1a gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform durch den A/D-Timing-Generator 33, den A/D-Wandler 34 und die Phasenmesseinheit 35 des Positionsdetektors 22 unterscheidet. Die anderen Komponenten dieser beispielhaften Ausführungsform sind den Komponenten der ersten beispielhaften Ausführungsform ähnlich.
Ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform sendet der A/D-Timing-Generator 33 ein A/D-Timing-Signal in einer Abtastperiode ts = ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L (einer Periode, die verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte einer Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂). Ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform tastet der A/D-Wandler 34 einen möglichen Wert y des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 mit der Abtastperiode ts ab, wobei dann der A/D-Wandler 34 den abgetasteten Potentialwert y zu der Phasenmesseinheit 35 ausgibt. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform sind im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform N_L = 3, h = 2 und N_W = 1 und ist die Abtastperiode ts = (1/f) × (7/6).
Wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben, wird der Potentialwert y des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 als y = Asin(2πft – θ) + B und als eine Funktion des Zeitpunkts t mit der Amplitude A einer Oszillation der Spannung, einer mittleren Spannung B der Oszillation und der Phase θ des Potentialwerts y bei einer Frequenz f ausgedrückt. Wenn θ > 0, ist die Phase θ die Größe einer Phasenverzögerung. Im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform ist die mittlere Spannung B in dieser beispielhaften Ausführungsform unbekannt.
Der Potentialwert y = Asin(2πft – θ) + B) enthält drei unbekannte Koeffizienten, nämlich die Amplitude A, die mittlere Spannung B und die Phase θ. Deshalb können die Werte der Amplitude A, der mittleren Spannung B und der Phase θ aus den Werten von drei verschiedenen Sätzen von (t, y) berechnet werden: (t₀, y₀), (t₁, y₁), und (t₂, y₂). Mit anderen Worten können die Werte der Amplitude A, der mittleren Spannung B und der Phase θ berechnet werden, indem gleichzeitige Formeln gelöst werden, die durch die folgende Formel 11 ausgedrückt werden.
[Formel 11]

y₀ = Asin(2πft₀ – θ) + B
y₁ = Asin(2πft₁ – θ) + B
y₂ = Asin(2πft₂ – θ) + B wobei:
t₁ ≠ t₀ + ( 1 / 2f) × i
t₂ ≠ t₀ + ( 1 / 2f) × i
t₂ ≠ t₁ + ( 1 / 2f) × i (i ist eine beliebige Ganzzahl).

Das heißt, dass ein Zeitintervall (t₁ – t₀) zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₁, ein Zeitintervall (t₂ – t₁) zwischen den Punkten t₁ und t₂ und ein Zeitintervall (t₂ – t₀) zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₂ verschieden sind von ((1/f)/2) × i (wobei i eine Ganzzahl ist), sodass also jedes Zeitintervall verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂. Der Grund hierfür ist, dass die Zeitintervalle (t₀, y₀), (t₁, y₁), (t₂, y₂) die Werte von drei verschiedenen Sätzen von (t, y) sein müssen, weil der Potentialwert y (= Asin(2πft – θ) + B) eine Periodizität von 1/f aufweist. Der A/D-Wandler 34 tastet den Potentialwert y mit einer Periode der Abtastperiode ts (= ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L (einer Periode, die verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂) ab. Deshalb tastet der A/D-Wandler 34 den Potentialwert y zu den Zeitpunkten t₀, t₁ und t₂ ab.
Die Potentialwerte y₀, y₁ und y₂ jeweils zu den Zeitpunkten t₀, t₁ und t₂ sehen die Werte der drei verschiedenen Sätze von (t, y) vor: (t₀, y₀), (t₁, y₁) und (t₂, y₂). Dann kann unter Verwendung dieser Werte für das Auflösen der gleichzeitigen Formeln (Formel 11) der Wert der Phase θ berechnet werden. Die gleichzeitigen Formeln (Formel 11) werden aufgelöst, um die Phase θ der folgenden Formel 12 vorzusehen. [Formel 12]
Die durch die Formel 12 berechnete Phase θ ist die Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 in Bezug auf den Bezugszeitpunkt (Zeitpunkt 0) der Zeitpunkte t₀, t₁ und t₂ (Phasenbezugszeitpunkt Tc).
Die Formel 12 wird wie folgt abgeleitet. Das heißt, dass die folgende Formel 13 aus der ersten Formel und der zweiten Formel der Formel 11 erhalten wird.
[Formel 13]

y₁ – y₀ = Asin(2πft₀ – 2πf(t₁ – t₀) – θ) – Asin(2πft₀ – θ) = Asin(2πft₀ – θ)cos(2πf(t₁ – t₀)) + Acos(2πft₀ – θ)sin(2πf(t₁ –t₀)) – Asin(2πft₀ – θ) = Asin(2πft₀ – θ)(cos(2πf(t₁ – t₀)) – 1) + Acos(2πft₀ – θ)sin(2πf(t₁ – t₀))

Die folgende Formel 14 wird aus der Formel 13 erhalten. [Formel 14]
Die folgende Formel 15 wird auf ähnliche Weise aus der ersten Formel und der dritten Formel von Formel 11 erhalten. [Formel 15]
Die folgenden Formeln 16 und 17 werden aus den Formeln 14 und 15 erhalten. [Formel 16]
wobei: θ' = G₁ – θ [Formel 17]
Die Formel 16 und die Formel 17 weisen eine identische Form auf wie die Formel 4 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. Deshalb wird die folgende Formel 18 aus der Formel 16 und der Formel 17 durch einen Prozess erhalten, der dem Prozess der Formel 6, Formel 7 und Formel 8 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ähnlich ist. [Formel 18]
In der Formel 16 und in der Formel 17 ist θ' = G₁ – θ. Deshalb wird basierend auf θ = G₁ – θ' und der Formel 18 die Phase θ durch die Formel 12 ausgedrückt. Die Phase θ kann durch die folgende Formel 19 ausgedrückt werden. [Formel 19]
Ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform misst die Phasenmesseinheit 35 basierend auf dem Ausgabesignal V des A/D-Wandlers 34 eine Phasenkomponente θ_X, die einer Position X des Ziels 2 entspricht und in der Phase θ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V enthalten ist. Das heißt, dass in einer Phasenmessoperation ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform die Phasenmesseinheit 35 die Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 basierend auf der Ausgabe des A/D-Wandlers 34 misst und die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 basierend auf einem Messwert θ* der Phase θ und einem Bezugswert α₀ eines Phasenversatzes α berechnet. Das heißt, dass die Phasenmesseinheit 35 einen Messwert θ_X* (= θ* – α₀) als die Phasenkomponente θ_X berechnet. Jedoch unterscheidet sich die beispielhafte Ausführungsform von der ersten beispielhaften Ausführungsform durch die Methode zum Messen der Phase θ.
Die Phasenmesseinheit 35 misst die Phase θ wie folgt. Im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform speichert die Phasenmesseinheit 35 in der Messwertspeichereinheit 36 den dreimal durch den A/D-Wandler 34 abgetasteten Potentialwert y. Das heißt, dass die Phasenmesseinheit 35 den Potentialwert y, der abgetastet wird, wenn die Wartezeit tw seit dem Eingabezeitpunkt To eines Bezugszeitsignals abläuft, als einen Potentialwert y₀ in der Messwertspeichereinheit 36 speichert und den danach abgetasteten Potentialwert y als Potentialwerte y₁ und y₂ in der Messwertspeichereinheit 36 speichert. Dementsprechend speichert die Messwertspeichereinheit 36 die Potentialwerte y₀, y₁ und y₂, die dreimal in der Abtastperiode ts (= ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L) abgetastet werden. Die Abtastperiode ts ist verschieden von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂.
Dann berechnet die Phasenmesseinheit 35 basierend auf den drei Potentialwerten y₀, y₁ und y₂ in der Messwertspeichereinheit 36 die Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 durch die oben genannte Formel 12.
In diesem Fall sind die Zeitpunkte t₀, t₁ und t₂ die Zeitpunkte, zu denen der Bezugszeitpunkt To des Bezugszeitsignals als eine Bezugszeit (Zeit 0) verwendet wird. Die Potentialwerte y₀, y₁ und y₂ sind die Potentialwerte y jeweils zu den Zeitpunkten t₀, t₁ und t₂. Die auf diese Weise berechnete Phase θ ist die Phase des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5, wobei der Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals als ein Bezug (Phasebezugszeitpunkt Tc) verwendet wird. Die Phasenmesseinheit 35 definiert die auf diese Weise berechnete Phase θ als den Phasenmesswert θ* des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform misst die Phasenmesseinheit 35 die Phase θ.
Der Positionsdetektor 22 als ganzes misst die Phase θ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V basierend auf dem Potentialwert y, der durch das dreimalige Abtasten des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V mit der Abtastperiode ts erhalten wird, die verschieden von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ ist. Dann berechnet der Positionsdetektor 22 basierend auf der Phase θ und dem Bezugswert α₀ des Phasenversatzes α die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2, um die Position X des Ziels 2 zu erfassen.
Indem das Ausgabesignal V N mal (wobei N eine Ganzzahl nicht kleiner als 3 ist) abgetastet wird, um die Phase θ zu berechnen, kann der Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Phase θ berechnen, um die Position X des Ziels 2 zu erfassen, ohne durch eine Änderung der mittleren Spannung B der Oszillation des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5, die zum Beispiel durch eine Temperaturänderung verursacht wird, beeinflusst zu werden.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann die Abtastperiode ts kürzer als (1/f) (die Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂) und kürzer als (1/f)/2 (eine Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂) sein. Das heißt, dass die natürliche Zahl h gleich eins oder gleich null sein kann. Die natürliche Zahl N_W ist nicht notwendigerweise gleich eins, sondern kann auch eine andere Ganzzahl größer als N_L – 1 sein. Wenn zum Beispiel die natürliche Zahl N_L gleich 3 ist, kann die natürliche Zahl N gleich 2 sein. Außerdem muss das Ende der Wartezeit tw nicht mit der Abtastzeit des Potentialwerts y zusammenfallen.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann die Phase θ, weil die Ausgabewellenform der Empfängerspule 5 eine Verzerrung und ähnliches enthalten kann und der Messwert des Potentialwerts y einen Fehler enthalten kann, durch eine Methode der kleinsten Quadrate anstelle der oben genannten Formel 12 berechnet werden. Die durch die Methode der kleinsten Quadrate berechnete Phase θ wird durch die folgende Formel 20 ausgedrückt. [Formel 20]
In diesem Fall ist der Zeitpunkt t_n eine Zeit, zu welcher der Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals als ein Bezugszeitpunkt (Zeitpunkt 0) verwendet wird. Der Potentialwert y_n ist der Potentialwert y zu dem Zeitpunkt t_n. Die derart berechnete Phase θ ist die Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 in Bezug auf den Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals (Phasenbezugszeitpunkt Tc).
Die Formel 20 wird wie folgt abgeleitet. Die durch die Methode der kleinsten Quadrate berechnete Phase θ wird vorgesehen, wenn die Summe der Quadrate der Fehler des Potentialwerts y_n (n = 0, 1, 2, ..., N* – 1) einen minimalen Wert annimmt. Der Potentialwert y_n ist der (n + 1)-te abgetastete Potentialwert y, und N* ist die Anzahl der abgetasteten Potentialwerte y.
Die Summe D der Quadrate, die die Summe der Quadrate von Fehlern des Potentialwerts y_n ist, wird durch die folgende Formel 21 ausgedrückt. [Formel 21]
Dabei sind die Variablen u und v als u = Acosθ and v = Asinθ definiert. Die Summe D der Quadrate wird durch die folgende Formel 22 ausgedrückt. [Formel 22]
Die Bedingung, dass die Summe D von Quadraten einen minimalen Wert annimmt, ist, dass eine durch eine Teildifferenzierung der Summe D von Quadraten in Bezug auf die Variable u erhaltene Ableitung ∂D/∂u gleich 0 ist, eine durch eine Teildifferenzierung der Summe D von Quadraten in Bezug auf die Variable v erhaltene Ableitung ∂D/∂v gleich 0 ist und eine durch eine Teildifferenzierung der Summe D von Quadraten in Bezug auf die mittlere Spannung B erhaltene Ableitung ∂D/∂u gleich 0 ist. Das heißt, dass die Phase θ, die ∂D/∂u = 0, ∂D/∂v = 0 und ∂D/∂B = 0 erfüllt, die Phase θ ist, wenn die Summe D von Quadraten einen minimalen Wert annimmt, wobei sie die durch die Methode der kleinsten Quadrate berechnete Phase θ ist.
Die Teildifferentiale ∂D/∂u, ∂D/∂v und ∂D/∂B werden durch die Teildifferenzierung 22 jeweils in Bezug auf die Variable u, die Variable v und mittlere Spannung B erhalten. Die Teildifferentiale ∂D/∂u, ∂D/∂v und ∂D/∂B werden jeweils durch die folgenden Formeln 23, 24, 25 erhalten. [Formel 23]
[Formel 24]
[Formel 25]
Aus ∂D/∂u = 0, ∂D/∂v = 0 und ∂D/∂B = 0 werden die Formeln 23, 24 und 25 unter der Bedingung ∂D/∂u = 0, ∂D/∂v = 0 und ∂D/∂B = 0 erweitert und um die Variablen u, v, mittlere Spannung B organisiert, wodurch die folgende Formel 26 erhalten wird. [Formel 26]

wobei:
v/u = (Asinθ)/(Acosθ) = tanθ sieht θ = tan^–1(v/u) vor, wodurch die oben beschriebene Formel 20 erhalten wird.
DRITTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
8 zeigt ein Ausgabesignal V der Empfängerspule 5, das in einem Positionssensor 1a gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform abgetastet wird. Der Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von dem Positionssensor 1a gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform durch die Methode zum Abtasten des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 und die Methode zum Messen der Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5. Der Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von dem Positionssensor 1a gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform durch den A/D-Timing-Generator 33, den A/D-Wandler 34 und die Phasenmesseinheit 35 des Positionsdetektors 22. Die anderen Komponenten gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform sind den Komponenten der ersten beispielhaften Ausführungsform ähnlich.
Ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform sendet der A/D-Timing-Generator 33 ein A/D-Timingsignal mit einer Abtastperiode ts (= ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L (einer Periode, die verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte einer Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂).
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Abtastperiode ts eine Periode, die erhalten wird durch das Dividieren, durch N, der durch das Multiplizieren der Periode (= 1/f) der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ mit R erhaltenen Periode, wobei eine Ganzzahl N nicht kleiner als 3 ist und R eine Ganzzahl ist, die nicht größer als die Ganzzahl N ist und kein ganzzahliges Vielfaches der Ganzzahl N ist. Das heißt, dass die Abtastperiode ts eine Periode ist, die erhalten wird durch das Multiplizieren der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ mit R/N. Das heißt, dass die Abtastperiode ts ausgedrückt wird durch ts = ((1/f)/2) × (N × k + Z)/N. N ist eine beliebige natürliche Zahl nicht kleiner als 3, k ist eine beliebige natürliche Zahl und Z ist eine beliebige natürliche Zahl nicht größer als N – 1. N × k + Z ist eine Ganzzahl, die größer als N ist und kein ganzzahliges Vielfaches von N ist. Deshalb ist die Abtastperiode ts (= ((1/f)/2) × (N × k + Z)/N) eine Periode, die erhalten wird durch das Dividieren, durch N, des durch das Multiplizieren der Periode (1/f) der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ mit R erhaltenen Werts.
Die Abtastperiode wird ausgedrückt als ts = (1/f) × (N × k + Z)/N = ((1/f)/2) × (2N × k + 2Z)/N. Für 2Z < N, wobei 2Z = N_W und 2k = h, wird die Abtastperiode ausgedrückt als ts = ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L. Und für 2Z ≥ N, wobei 2Z = N + N_W und 2k + 1 = h, wird die Abtastperiode ts ausgedrückt als ts = ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L. Deshalb ist ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform die Abtastperiode eine Periode, die verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ and Wi₂. Und weil k ≥ 1 und Z ≥ 1, ist (N × k + Z)/N größer als 1. Deshalb ist die Abtastperiode ts eine Periode, die länger als die Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ ist. N × k + Z ist eine Ganzzahl, und N ist eine natürliche Zahl nicht kleiner als 3. Deshalb ist die Abtastperiode ts eine Periode, die erhalten wird durch das Dividieren, durch N, eines ganzzahligen Vielfachen der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ (N ist nicht kleiner als 3).
Das heißt, dass sich die Abtastperiode ts verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂, länger als die Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ ist und eine Periode ist, die durch das Dividieren eines ganzzahligen Vielfachen der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ durch einen Wert nicht kleiner als drei erhalten wird.
Der A/D-Wandler 34 tastet den Potentialwert y des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 mit der Abtastperiode ts (= (1/f)/2) × (N × k + Z)/N) ab. Weil die Abtastperiode ts länger ist als die Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂, wird ein Herunterabtasten des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 durchgeführt. Dann wird eine virtuelle Wellenform Vs, die durch das Frequenzteilen des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 durch (N × k + Z) erhalten wird, in der Abtastperiode ts abgetastet, die durch das Dividieren der Periode (= (1/f) × (N × k + Z) der Wellenform Vs durch N erhalten wird. Der A/D-Wandler 34 gibt den abgetasteten Potentialwert y zu der Phasenmesseinheit 35 aus. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform sind N = 3 (N_L = 3), k = 6 (h = 12), Z = 1 (N_W = 2) und ts = (1/f) × 19/3 = (1/f) × 6 + (1/f) × 1/3.
Der Potentialwert y der Ausgabe der Empfängerspule 5 wird als y = Asin(2πft – θ) + B und als eine Funktion des Zeitpunkts t wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform ausgedrückt. Dabei ist A die Amplitude, ist B die mittlere Spannung der Oszillation der Ausgabespannung und ist θ die Phase (Phasenverzögerung, wenn θ > 0). Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform ist B gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform unbekannt.
Der Potentialwert y (= Asin(2πft – θ) + B enthält drei unbekannte Koeffizienten: A, B und θ. Deshalb kann der Wert der Phase θ berechnet werden, indem die N* (N* ≥ 3) Potentialwerte y_n (n = 0, 1, ..., N* – 1) berechnet werden und die Methode der kleinsten Quadrate verwendet wird. Wenn angenommen wird, dass die Spannung N mal für eine Periode abgetastet wird, tastet der A/D-Wandler 34 die Spannung ab, wenn der für eine Periode abgetastete Potentialwert y verschiedene Werte aufweist.
Wenn die Abtastperiode ts für das Messen des Potentialwerts y gleich ts (= (1/f) × (N × k + Z)/N) ist und die Anzahl N* des Zumessenden Potentialwerts y gleich N* = N × m ist (m ist eine beliebige natürliche Zahl), wird der durch die Methode der kleinsten Quadrate berechnete Wert der Phase θ durch die folgende Formel 27 berechnet. [Formel 27]
Die durch die Formel 27 berechnete Phase θ ist die Phase des Ausgabesignals der Empfängerspule 5 in Bezug auf den Bezugszeitpunkt (Zeitpunkt 0) des Zeitpunkts t_n, zu dem der Potentialwert y_n gemessen wird (Phasenbezugszeitpunkt Tc).
Die Formel 27 wird wie folgt abgeleitet. Die durch die Methode der kleinsten Quadrate berechnete Phase θ ist ein Wert, wenn die Summe der Quadrate von Fehlern des Potentialwerts y_n (n = 0, 1, 2, ..., N* – 1) einen minimalen Wert annimmt, wobei die Phase θ durch die oben genannte Formel 20 wie in der zweiten beispielhaften Ausführungsform ausgedrückt wird.
Wenn angenommen wird, dass M eine Ganzzahl nicht kleiner als 2 ist und j eine Ganzzahl nicht kleiner als 0 und kleiner als M ist, erfüllen die Sinusfunktion und die Cosinusfunktion die Beziehung der folgenden Formeln 28 und 29. [Formel 28]
Wenn die Abtastperiode ts als ts = (1/f) × (N × k + Z)/N ausgedrückt wird und die Anzahl N* von Potentialwerten y_n gleich N* = N × m ist, wird angesichts der Formeln 28 und 29 die Beziehung der folgenden Formel 30 erfüllt. [Formel 30]
Deshalb wird die weiter oben genannte Formel 27 aus den Formeln 20 und 30 erhalten.
Ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform, misst die Phasenmesseinheit 35 basierend auf der Ausgabe des A/D-Wandlers 34 die Phasenkomponente θ_X, die der Position X des Ziels 2 entspricht und in der Phase θ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V enthalten ist. Das heißt, dass die Phasenmesseinheit 35 in einer Phasenmessoperation ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform basierend auf einer Ausgabe des A/D-Wandlers 34 die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 basierend auf einem durch das Messen der Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule erhaltenen Messwert 5 und einem Bezugswert α₀ eines Phasenversatzes α berechnet. Das heißt, dass die Phasenmesseinheit 35 den Messwert θ_X* (= θ* – α₀) als die Phasenkomponente θ_X berechnet. Diese beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform durch die Methode zum Messen der Phase θ.
Die Phasenmesseinheit 35 misst also gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform die Phase θ wie folgt. Im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform speichert die Phasenmesseinheit 35 in der Messwertspeichereinheit 36 den N* (= N × m) mal durch den A/D-Wandler 34 (m ist eine beliebige natürliche Zahl) abgetasteten Potentialwert y. Das heißt, dass die Phasenmesseinheit 35 in der Messwertspeichereinheit 36 den Potentialwert y, der abgetastet wird, wenn die Wartezeit tw ab dem Eingabezeitpunkt To eines Bezugszeitsignals abläuft, als den Potentialwert y₀ speichert, wobei die Phasenmesseinheit 35 dann den n-ten abgetasteten Potentialwert y als den Potentialwert y_n in der Messwertspeichereinheit 36 speichert. Die Messwertspeichereinheit 36 speichert also die Potentialwerte y_n (n = 0, 1, 2, ..., N* – 1), die N* (= N × m) mal mit der Abtastperiode ts (= (1/f) × (N × k + Z)/N) abgetastet werden.
Dann berechnet die Phasenmesseinheit 35 basierend auf den N* (= N × m) Potentialwerten y_n, die in der Messwertspeichereinheit 36 gespeichert sind, die Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 mittels der oben genannten Formel 27.
In diesem Fall ist der Zeitpunkt t_n der Zeitpunkt, zu dem der Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals als ein Bezugszeitpunkt (Zeitpunkt 0) verwendet wird. Der Potentialwert y_n ist ein Potentialwert y zum Zeitpunkt t_n. Die derart berechnete Phase θ ist die Phase θ des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5, wobei der Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals als ein Bezug (Phasenbezugszeitpunkt Tc) verwendet wird. Die Phasenmesseinheit 35 definiert die derart berechnete Phase θ als den Phasenmesswert θ* des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform misst also die Phasenmesseinheit 35 die Phase θ.
In dem gesamten Betrieb des Positionsdetektors 22 tastet der Positionsdetektor 22 den Potentialwert y des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V N* (= N × m) mal mit einer Periode ab, die durch das Dividieren, durch N, eines durch das Multiplizieren der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ mit R (einer Ganzzahl, die verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen von N) erhalten wird. Das heißt, dass der Positionsdetektor 22 den Potentialwert y des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V N* (= N × m) mal mit der Abtastperiode abtastet, die durch das Multiplizieren der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ mit R/N erhalten wird. Dann misst der Positionsdetektor 22 basierend auf den N* (= N × m) mal (n ist eine Ganzzahl nicht kleiner als 0 und kleiner als N*) abgetasteten Potentialwerten y_n die Phase θ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V. Dann berechnet der Positionsdetektor 22 basierend auf der Phase θ und dem Bezugswert α₀ des Phasenversatzes α die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2, um die Position X des Ziels 2 zu erfassen.
Mit anderen Worten tastet der Positionsdetektor 22 das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 herunter und tastet die virtuelle Wellenform Vs, die durch das Frequenzteilen des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 durch R (= N × k + Z) erhalten wird, mit der Abtastperiode ts ab, die durch das Dividieren, durch N, der Periode (= (1/f) × R) der Wellenform Vs erhalten wird. Dann erfasst der Positionsdetektor 22 die Position X des Ziels 2 basierend auf Werten des N* (= N × m) mal (n ist eine Ganzzahl nicht kleiner als 0 und kleiner als N*) abgetasteten Potentialwerts y_n.
Für m = 1 (N* = N) tastet der Positionsdetektor 22 den Potentialwert y N mal mit der Abtastperiode ab, die durch das Dividieren, durch N, eines durch das Multiplizieren der Periode der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ mit R erhaltenen Werts erhalten wird. Dann erfasst der Positionsdetektor 22 die Position X des Ziels 2 basierend auf dem N (= N*) mal abgetasteten Potentialwert. Außerdem tastet der Positionsdetektor 22 für m = 1, wenn angenommen wird, dass die Ausgabespannung N mal für eine Periode abgetastet wird, N: (= N) mal für eine Periode ab und erfasst die Position X des Ziels 2 basierend auf dem für eine Periode abgetasteten Potentialwert y. Für m ≥ 2, tastet der Positionsdetektor 22, wenn angenommen wird, dass die Ausgabespannung N mal für eine Periode abgetastet wird, die Spannung N* (= N × m) mal für mehrere Perioden ab und erfasst die Position X des Ziels 2 basierend auf dem für die mehreren Perioden abgetasteten Potentialwert y.
Die oben beschriebene Methode zum Messen der Phase θ weist eine größere Genauigkeit auf, wenn die Anzahl N* (= N × m) der abzutastenden Potentialwerte y_n to größer ist und m größer ist. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform sind N = 3, k = 6 und m = 5. Das heißt, dass gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Periode, die 19 mal 1/f ist, einer Periode entspricht, die Anzahl von abgetasteten Potentialwerten y für eine Periode gleich drei ist und die Phase θ unter Verwendung des Potentialwerts y für fünf Perioden gemessen wird.
Der Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann die Phase θ berechnen, um die Position des Ziels 2 durch das Durchführen von drei oder mehr Abtastungen (N Abtastungen) für das Berechnen der Phase θ zu erfassen, ohne dabei durch eine z. B. durch eine Temperaturänderung verursachte Änderung der mittleren Spannung B der Oszillation des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 beeinflusst zu werden.
Außerdem berechnet der Positionssensor 1a die Phase θ durch das Dividieren, durch N, eines durch das Multiplizieren der Periode (1/f) der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ mit R (R ist eine Ganzzahl, die kein ganzzaliges Vielfaches von N ist) erhaltenen Werts und durch das Abtasten des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 N* (= N × m) mal mit der Abtastperiode ts, die durch das Multiplizieren der Periode (1/f) mit R/N erhalten wird. Der Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann also die Phase θ effizient mit einem geringen Rechenaufwand berechnen, um die Position X des Ziels 2 zu erfassen. Und indem N Abtastungen als Abtastungen für eine Periode vorgesehen werden und Abtastungen für mehrere Perioden (m Perioden, m ≥ 2) durchgeführt werden, um die Phase θ zu berechnen, kann der Positionssensor 1a gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Messgenauigkeit der Phase θ verbessern und kann die Erfassungsgenauigkeit der Position X des Ziels 2 verbessern.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ist eine natürliche Zahl Z nicht notwendigerweise gleich 1, sondern kann auch eine beliebige andere Ganzzahl nicht größer als N – 1 sein. Wenn zum Beispiel N gleich 3 ist, kann Z gleich 2 sein. Außerdem kann eine natürliche Zahl m gleich 1 sein. Das heißt, dass die Anzahl N* gleich 3 sein kann. Außerdem muss das Ende der Wartezeit tw nicht mit der Abtastungszeit des Potentialwerts y zusammenfallen.
VIERTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
9 ist ein elektrisches Blockdiagramm eines Positionssensors 1b gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform. In 9 werden Komponenten, die identisch mit denjenigen des Positionssensors 1a gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform von 2 sind, durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Der Positionssensor 1b gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von dem Positionssensor 1a gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform durch die Methode zum Messen der Phase θ eines Ausgabesignals der Empfängerspule 5 und die Methode zum Messen der Phasenkomponente θ_X, die der Position X des Ziels 2 entspricht und in der Phase θ enthalten ist. Das heißt, dass sich der Positionssensor 1b gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform von dem Positionssensor 1a gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform durch den Sendewellenformgenerator 21 und den Posisitionsdetektor 22 unterscheidet. Die anderen Komponenten in dieser beispielhaften Ausführungsform sind denjenigen der ersten beispielhaften Ausführungsform ähnlich.
Zusätzlich zu den Komponenten der ersten beispielhaften Ausführungsform enthält der Positionsdetektor 22 weiterhin einen Moduswähler 41, der einen Modus aus mehreren Modi in Bezug auf die Phasenbeziehung der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ auswählt. Der Bezugs-Timing-Generator 31 und die Phasenmesseinheit 35 unterscheiden sich von dem Bezugs-Timing-Generator 31 und der Phasenmesseinheit 35 der ersten beispielhaften Ausführungsform. Die anderen Komponenten des Positionsdetektors 22 sind den Komponenten des Positionsdetektors 22 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ähnlich.
Der Bezugs-Timing-Generator 31 sendet ein Modusschaltsignal an den Moduswähler 41. Das Modusschaltsignal ist ein Signal, das ein Modusschalttiming angibt, d. h. also ein Signal, das Modusschaltbefehle vorsieht. Nach dem Senden des Modusschaltsignals sendet der Bezugs-Timing-Generator 31 ähnlich wie in der ersten Ausführungsform ein Sendestartsignal an den Sendewellenformgenerator 21. Nach dem Senden des Sendestartsignals sendet der Bezugs-Timing-Generator 31 ein Bezugszeitsignal an die Phasenmesseinheit 35.
Der Bezugs-Timing-Generator 31 sendet das Modusschaltsignal, das Sendestartsignal und das Bezugszeitsignal wiederholt in einer vorbestimmten Operationsperiode. Der Bezugs-Timing-Generator 31 sendet das Bezugszeitsignal, wenn eine Verzögerungszeit ta seit dem Senden des Sendestartsignals abläuft, und sendet das Modusschaltsignal, wenn eine Messoperationszeit tb seit dem Senden des Bezugszeitsignals abläuft. Die Verzögerungszeit ta und die Messoperationszeit tb sind der Verzögerungszeit ta und der Messoperationszeit tb der ersten beispielhaften Ausführungsform ähnlich.
Nachdem das Modusschaltsignal in den Moduswähler 41 eingegeben wurde, schaltet der Moduswähler den Modus und sendet ein Modussignal, das den ausgewählten Modus angibt, an den Sendewellenformgenerator 21 und die Phasenmesseinheit 35. Wenn also der Moduswähler 41 das Modusschaltsignal während eines ersten Modus empfängt, schaltet der Moduswähler 41 den ersten Modus zu einem zweiten Modus und sendet das Modussignal, das den zweiten Modus angibt, an den Sendewellenformgenerator 21 und die Phasenmesseinheit 35. Und wenn der Moduswähler 41 das Modusschaltsignal während des zweiten Modus empfängt, schaltet der Moduswähler 41 den zweiten Modus zu dem ersten Modus und sendet das Modussignal, das den ersten Modus angibt, an den Sendewellenformgenerator 21 und die Phasenmesseinheit 35.
Der Sendewellenformgenerator 21 weist einen ersten Eingabemodus und einen zweiten Eingabemodus für das Eingeben der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 auf. In dem ersten Eingabemodus werden die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂, die eine erste vorbestimmte Phasenbeziehung aufweisen, in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben. Die erste vorbestimmte Phasenbeziehung ist eine Phasenbeziehung, in der die Phase der in die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewelle Wi₂ um 3π/2 in Bezug auf die in die Sinusspule 3 eingegebene Eingabewelle Wi₁ verzögert ist. In dem zweiten Eingabemodus werden die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂, die eine zweite vorbestimmte Phasenbeziehung aufweisen, die sich von der ersten vorbestimmten Phasenbeziehung unterscheidet, jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben. In der zweiten vorbestimmten Phasenbeziehung ist die Phase der in die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewelle Wi₂ um π/2 in Bezug auf die Phase der in die Sinusspule 3 eingegebenen Eingabewelle Wi₁ verzögert. Die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂, die in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben werden, sind ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform jeweils Sinuswellen. Außerdem ist eine Grundfrequenz f der in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewellen Wi₁ and Wi₂ ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform gleich 2 MHz.
Der Sendewellenformgenerator 21 setzt den Eingabemodus in Reaktion auf das von dem Moduswähler 41 eingegebene Modussignal. Wenn also das Modussignal, das den ersten Modus angibt, eingegeben wird, setzt der Sendewellenformgenerator 21 den Eingabemodus zu dem ersten Eingabemodus. Wenn das Modussignal, das den zweiten Modus angibt, eingegeben wird, setzt der Sendewellenformgenerator 21 den Eingabemodus zu dem zweiten Eingabemodus.
Der Sendewellenformgenerator 21 beginnt mit dem Eingeben der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ jeweils zu der Sinusspule 3 und der Cosinusspule 4 in Reaktion auf das von dem Bezugs-Timing-Generator 31 eingegebene Sendestartsignal. Wenn also das Sendestartsignal eingegeben wird, während der Eingabemodus zu dem ersten Eingabemodus gesetzt ist, startet der Sendewellenformgenerator 21 mit dem Eingeben der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ in dem ersten Eingabemodus. Wenn das Sendestartsignal eingegeben wird, während der Eingabemodus zu dem zweiten Eingabemodus gesetzt ist, beginnt der Sendewellenformgenerator 21 mit dem Eingeben der Eingabewellen Wi₁ and Wi₂ in dem zweiten Eingabemodus.
In dem ersten Eingabemodus werden die Eingabewellen Wi_1-1 and Wi_1-2, die die erste vorbestimmte Phasenbeziehung aufweisen, jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben. In der ersten vorbestimmten Phasenbeziehung ist die Phase der in die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewelle Wi_1-2 um 3π/2 in Bezug auf die Phase der in die Sinusspule 3 eingegebenen Eingabewelle Wi_1-1 verzögert. In dem zweiten Eingabemodus werden die Eingabewellen Wi_2-1, Wi_2-2, die die zweite vorbestimmte Phasenbeziehung aufweisen, die sich von der ersten vorbestimmten Phasenbeziehung unterscheidet, jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben. In der zweiten vorbestimmten Phasenbeziehung ist die Phase der in die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewelle Wi_2-2 um π/2 in Bezug auf die Phase der in die Sinusspule 3 eingegebenen Eingabewelle Wi_2-1 verzögert. Die Phasendifferenz zwischen der in die Sinusspule 3 eingegebenen Eingabewelle Wi_1-1 und der in die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewelle Wi_1-2 in dem ersten Modus ist also verschieden von der Phasendifferenz zwischen der in die Sinusspule 3 eingegebenen Eingabewelle Wi_2-1 und der in die Cosinusspule eingegebenen Eingabewelle Wi_2-2 in dem zweiten Modus. Die in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewellen Wi_1-1, Wi_2-1, Wi_1-2 und Wi_2-2 sind ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform jeweils Sinuswellen. Die Grundfrequenz f der in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewellen Wi_1-1, Wi_2-1, Wi_1-2 und Wi_2-2 ist ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform gleich 2 MHz.
Die Eingabewellen werden in dem ersten Eingabemodus wie folgt eingegeben. 10A ist ein Wellenformdiagramm, das die in dem ersten Modus in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewellen Wi_1-1 und Wi_1-2 und ein Ausgabesignal V1 der Empfängerspule 5 des Positionssensors 1b gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform zeigt. In 10A gibt die horizontale Achse die Zeit t wieder und gibt die vertikale Achse den Spannungswert E der Eingabewellen Wi_1-1 und Wi_1-2 und einen Wert des Ausgabesignals V1 der Empfängerspule 5 wieder. Wie in 10A gezeigt, ist die Eingabewelle Wi_1-1 eine Sinuswelle mit der Grundfrequenz f, die eine Beziehung zwischen dem Spannungswert E und einer mittleren Spannung Ec aufweist, wobei diese Beziehung zum Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals zu E > Ec von E < Ec wechselt. Die Eingabewelle Wi_1-2 ist eine Sinuswelle mit der Grundfrequenz f, die eine Beziehung zwischen dem Spannungswert E und der mittleren Spannung Ec aufweist, wobei diese Beziehung an einem von dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals um (1/f) × (3/4) verzögerten Zeitpunkt zu E > Ec von E < Ec wechselt. Die Grundfrequenz f der Eingabewelle Wi_1-1 ist gleich der Grundfrequenz f der Eingabewelle Wi_1-3. Die Eingabewelle Wi_1-1 wird in die Sinusspule 3 eingegeben, und die Eingabewelle Wi_1-2 wird in die Cosinusspule 4 eingegeben.
Die in die Sinusspule 3 eingegebene Eingabewelle Wi_1-1 ist eine Sinuswelle mit einer Phasenverzögerung von γ₁ (γ₁ > 0) in Bezug auf einen bestimmten Bezugszeitpunkt Tc1. Die in die Cosinusspule 4 eingegebene Eingabewelle Wi_1-2 ist eine Sinuswelle mit einer Phasenverzögerung von γ₁ + 3π/2 in Bezug auf einen bestimmten Bezugszeitpunkt Tc1. Der Bezugszeitpunkt Tc1 kann beliebig bestimmt werden, wobei γ₁ eine Phasenversatzkomponente ist, die in Abhängigkeit davon erzeugt wird, wie der Bezugszeitpunkt Tc1 ausgewählt wird. Wenn die Zeit für das Wechseln des Spannungswerts E der Eingabewelle Wi_1-1 zu E > Ec von E < Ec (zum Beispiel der Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals) als der Bezugszeitpunkt Tc1 bestimmt wird, dann ist γ₁ = 0, ist die Phase der Eingabewelle Wi_1-1 gleich 0 und ist die Phase der Eingabewelle Wi_1-2 gleich 3π/2. In dem ersten Modus ist die Phasenbeziehung zwischen der Eingabewelle Wi_1-1 und der Eingabewelle Wi_1-2 eine Phasenbeziehung, in der die Phase der Eingabewelle Wi_1-2 um 3π/2 in Bezug auf die Phase der Eingabewelle Wi_1-1 verzögert ist.
Wenn die Eingabewelle Wi_1-1 und die Eingabewelle Wi_1-2 jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben werden, wird das Ausgabesignal V1 (erste Ausgabesignal) von der Empfängerspule 5 ausgegeben. Das Ausgabesignal V1 oszilliert mit der Grundfrequenz f, die gleich der Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi_1-1 and Wi_1-2 ist, wobei das Ausgabesignal V1 um eine Phasendifferenz S1 in Bezug auf die Eingabewelle Wi_1-1 verzögert ist.
Die Eingabewellen werden in dem zweiten Eingabemodus wie folgt eingegeben. 10B ist ein Wellenformdiagramm, das die in dem zweiten Modus jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewellen Wi_2-1 und Wi_2-2 und ein Ausgabesignal V2 der Empfängerspule 5 des Positionssensors 1b gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform zeigt. In 10A gibt die horizontale Achse den Zeitpunkt t wieder und gibt die vertikale Achse den Spannungswert E der Eingabewellen Wi_2-1 und Wi_2-2 und den Wert eines Ausgabesignals V2 der Empfängerspule 5 wieder. Wie in 10B gezeigt, ist die Eingabewelle Wi_2-1 eine Sinuswelle mit einer Grundfrequenz f, die eine Beziehung zwischen dem Spannungswert E und der mittleren Spannung Ec aufweist, wobei diese Beziehung an dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals zu E > Ec von E < Ec wechselt. Die Eingabewelle Wi_2-2 ist eine Sinuswelle mit der Grundfrequenz f und einer Beziehung zwischen dem Spannungswert E und der mittleren Spannung Ec, wobei diese Beziehung zu dem von dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals um (1/f) × (1/4) verzögerten Zeitpunkt zu E > Ec von E < Ec wechselt. Die Grundfrequenz f der Eingabewelle Wi_2-1 ist gleich der Grundfrequenz f der Eingabewelle Wi_2-2. Die Eingabewelle Wi_2-1 wird in die Sinusspule 3 eingegeben, und die Eingabewelle Wi_2-2 wird in die Cosinusspule 4 eingegeben.
Die in die Sinusspule 3 eingegebene Eingabewelle Wi_2-1 ist eine Sinuswelle mit einer Phasenverzögerung von γ₂ (γ₂ > 0) in Bezug auf einen bestimmten Bezugszeitpunkt Tc2. Die in die Cosinusspule 4 eingegebene Eingabewelle Wi_2-2 ist eine Eingabewelle mit einer Phasenverzögerung von γ₂ + π/2 in Bezug auf den bestimmten Bezugszeitpunkt Tc2. γ₂ ist eine Phasenversatzkomponente, die in Abhängigkeit davon erzeugt wird, wie der bestimmte Zeitpunkt Tc2 ausgewählt wird. Wenn die Zeit für das Wechseln des Spannungswerts E der Eingabewelle Wi_2-1 zu E > Ec von E < Ec (zum Beispiel der Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals) als der Bezugszeitpunkt Tc2 bestimmt wird, dann ist γ₂ = 0, ist die Phase der Eingabewelle Wi_2-1 gleich 0 und ist die Phase der Eingabewelle Wi_2-2 gleich π/2. In dem zweiten Modus ist die Phasenbeziehung zwischen der Eingabewelle Wi_2-1 und der Eingabewelle Wi_2-2 eine Phasenbeziehung, in der die Phase der Eingabewelle Wi_2-2 um π/2 in Bezug auf die Phase der Eingabewelle Wi_2-1 verzögert ist.
Wenn die Eingabewelle Wi_2-1 und die Eingabewelle Wi_2-2 jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben werden, wird das Ausgabesignal V2 (zweite Ausgabesignal) von der Empfängerspule 5 ausgegeben. Das Ausgabesignal V2 oszilliert mit der Grundfrequenz f, die gleich der Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi_2-1 und Wi_2-2 ist, wobei das Ausgabesignal V2 um eine Phasendifferenz S2 in Bezug auf die Eingabewelle Wi_2-1 verzögert ist.
Wenn der Sendewellenformgenerator 21 in dem ersten Eingabemodus die Eingabewelle Wi_1-1 und die Eingabewelle Wi_1-2 jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingibt, wird das Ausgabesignal V₁, das eine zu dem Zeitpunkt t von der Empfängerspule 5 erhaltene Spannung ist, durch die folgende Formel 31 ausgedrückt.
[Formel 31]

V₁ = sin(2πft – ( 2π / LX + α₁))

Dabei ist α₁ ein als α₁ = γ₁ + δ – π/2 ausgedrückter Phasenversatz. γ₁ ist eine Phasenversatzkomponente, die in Abhängigkeit davon erzeugt wird, wie der Bezugszeitpunkt Tc1 ausgewählt wird, und ist eine Komponente in Entsprechung zu der Phase (der Phasenverzögerungsgröße) der Eingabewelle Wi_1-1 in Bezug auf den Bezugszeitpunkt Tc1 (die Phasenverzögerungsgröße). δ ist eine Phasenversatzkomponente (Phasenverzögerung), die durch einen Faktor wie etwa die Temperatur erzeugt wird.
Wenn der Sendewellenformgenerator 21 in dem zweiten Eingabemodus die Eingabewelle Wi_2-1 und die Eingabewelle Wi_2-2 jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingibt, wird das zu dem Zeitpunkt t von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabesignal V2 durch die folgende Formel 32 ausgedrückt.
[Formel 32]

V₂ = sin(2πft – (– 2π / LX + α₂))

Dabei ist α₂ ein durch α₂ = γ₂ + δ – π/2 erhaltener Phasenversatz. γ₂ ist eine Phasenversatzkomponente, die in Abhängigkeit davon erzeugt wird, wie der Bezugszeitpunkt Tc2 ausgewählt wird, und ist eine Komponente in Entsprechung zu der Phase (Phasenverzögerungsgröße) der Eingabewelle Wi_2-1 in Bezug auf den Bezugszeitpunkt Tc2.
Die Ausgabesignale V₁ und V₂ werden durch die Formel 32 aus einem ähnlichen Grund ausgedrückt wie das Ausgabesignal V durch die Formeln 1 und 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ausgedrückt wird.
Wie in der Formel 31 angegeben, ändert sich das Ausgabesignal V₁ mit der Grundfrequenz f, die gleich der Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi_1-1 und Wi_1-2 ist. Die Phase θ₁ des Ausgabesignals V₁ wird als θ₁ = (2π/L)X + δ – π/2 + γ₁ ausgedrückt. Die Phase θ₁ ist eine Phase in Bezug auf den Bezugszeitpunkt Tc1. Wenn θ₁ > 0, ist die Phase θ₁ die Phasenverzögerungsgröße in Bezug auf den Bezugszeitpunkt Tc1. Das heißt, dass das Ausgabesignal V₁ durch die Phasendifferenz S1 (= (2π/L)X + δ – π/2) in Bezug auf die Eingabewelle Wi_1-1 verzögert wird.
Wie in der Formel 32 gezeigt, ändert sich das Ausgabesignal V2 mit der Grundfrequenz f, die gleich der Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi_2-1 und Wi_2-2 ist. Die Phase θ₂ des Ausgabesignals V2 wird als θ₂ = –(2π/L)X + δ – π/2 + γ₂ ausgedrückt. Die Phase θ₂ ist eine Phase in Bezug auf den Bezugszeitpunkt Tc2. Wenn θ₂ > 0, ist die Phase θ₂ die Phasenverzögerungsgröße in Bezug auf den Bezugszeitpunkt Tc2. Das heißt, dass das Ausgabesignal V₂ durch die Phasendifferenz S2 (= –(2π/L)X + δ – π/2) in Bezug auf die Eingabewelle Wi_2-1 verzögert wird.
Die Phase θ₁ enthält die Phasenkomponente θ_X (= (2π/L)X) in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 und den Phasenversatz α₁ (= δ + γ₁ – π/2). Die Phase θ₂ enthält die Phasenkomponente θ_X (= (2π/L)X) und den Phasenversatz α₂ (= δ + γ₂ – π/2). Die Phasen θ₁ und θ₂ werden jeweils als θ₁ = θ_X + α₁ und θ₂ = θ_X + α₂ ausgedrückt, indem die Phasenkomponente θ_X und die Phasenversätze α₁ und α₂ verwendet werden. Die Phasen θ₁ and θ₂ weisen Werte auf, die sich in Abhängigkeit von der Position X des Ziels 2 ändern.
Die Eingabewellen Wi_1-1 und Wi_2-1 sind beide Signale mit dem Spannungswert E, der an dem Eingabezeitpunkt des Sendestartsignals von E < Ec zu E > Ec wechselt. Das heißt, dass die Eingabewellen Wi_1-1 und Wi_2-1 Signale mit dem Spannungswert E sind, der mit einem gleichen Timing in Bezug auf den Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals von E < Ec zu E > Ec wechselt. Deshalb erfüllen die Phasenversatzkomponenten γ₁ und γ₂ die Beziehung γ₁ = γ₂, wenn die Differenz zwischen dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals und dem Bezugszeitpunkt Tc1 der Phase der Eingabewelle Wi_1-1 gleich der Differenz zwischen dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals und dem Bezugszeitpunkt Tc2 der Phase der Eingabewelle Wi_2-1 ist.
Die Phasenversatzkomponenten γ₁ und γ₂ erfüllen also die Beziehung γ₁ = γ₂, wenn der Bezugszeitpunkt Tc1 und der Bezugszeitpunkt Tc2 als der Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem die gleiche Zeit seit dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals (zum Beispiel dem Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals) abläuft. Wenn γ₁ = γ₂, dann ist α₁ = α₂ und ist der Phasenversatz α₁ der Phase θ₁ gleich dem Phasenversatz α₂ der Phase θ₂, wobei die Phasen θ₁ and θ₂ jeweils als θ₁ = θ_X + α und θ₂ = θ_X + α ausgedrückt werden (α = α₁ = α₂).
11A zeigt die Beziehung zwischen der Position X des Ziels 2 und den Phasen θ₁ and θ₂, wenn die Phasenversätze α₁ und α₂ gleich sind (α₁ = α₂ = α). In 11A gibt die vertikale Achse den Wert der Phasen θ₁ and θ₂ wieder und gibt die horizontale Achse die Position X des Ziels 2 wieder. 11A zeigt einen Fall, in dem der Phasenversatz α ein positiver Wert ist. Die Phasenkomponente θ_X ist ein Wert, der proportional zu der Position X des Ziels 2 ist und von –π zu π in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem linken Ende 302 (X = –L/2) zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) eines Erfassungsbereichs R_D größer wird. Die Phase θ₁ wird als θ₁ = θ_X + α ausgedrückt, und die Phase θ₂ wird als θ₂ = θ_X + α ausgedrückt.
Wenn also der Phasenversatz α ein positiver Wert ist, vergrößert sich die Phase θ, von –π + α zu π in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem linken Ende 302 (X = –L/2) des Erfassungsbereichs R_D zu einem periodischen Punkt P₁ und vergrößert sich die Phase θ₁ von –π zu –π + α in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem periodischen Punkt P₁ zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs R_D. Und wenn der Phasenversatz α ein positiver Wert ist, verkleinert sich die Phase θ₂ von –π + α zu –π in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem linken Ende 302 des Erfassungsbereichs R_D zu einem periodischen Punkt P₂ und verkleinert sich die Phase θ₂ von π zu –π + α in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem periodischen Punkt P₂ zu dem rechten Ende 301 des Erfassungsbereichs R_D.
11B zeigt die Beziehung zwischen der Position X des Ziels 2 und den Phasen θ₁ und θ₂, wenn die Phasenversätze α₁ und α₂ gleich sind (α₁ = α₂ = α). In 11B gibt die vertikale Achse den Wert der Phasen θ₁ und θ₂ wieder und gibt die horizontale Achse die Position X des Ziels 2 wieder. 11B zeigt einen Fall, in dem der Phasenversatz α ein negativer Wert ist. Wenn der Phasenversatz α ein negativer Wert ist, vergrößert sich die Phase θ₁ von π + α zu π in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem linken Ende 302 (X = –L/2) des Erfassungsbereichs R_D zu dem periodischen Punkt P₁ und vergrößert sich die Phase θ₁ von –π zu π + α in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem periodischen Punkt P₁ zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs R_D. Wenn der Phasenversatz α ein negativer Wert ist, verkleinert sich die Phase θ₂ von π + α zu –π in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem linken Ende 302 (X = –L/2) des Erfassungsbereichs R_D zu dem periodischen Punkt P2 und verkleinert sich die Phase θ₂ von π zu π + α in einem Bereich der Position X des Ziels 2 von dem periodischen Punkt P2 zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs R_D.
Der periodische Punkt P₁ wird als P1 = L/2 – (L/2π) × α ausgedrückt, wenn α ein positiver Wert ist, und als P₁ = –L/2 – (L/2π) – α ausgedrückt, wenn α ein negativer Wert ist. Der periodische Punkt P₂ wird als P₂ = –P₁ ausgedrückt. Wenn der absolute Wert des Phasenversatzes α kleiner wird (zu 0 geht), gehen die periodischen Punkte P₁ und P₂ jeweils zu L/2 (rechtes Ende 301 des Erfassungsbereichs R_D) und –L/2 (linkes Ende 302 des Erfassungsbereichs R_D). Wenn also der Phasenversatz α ein positiver Wert ist, gehen die periodischen Punkte P₁ und P₂ jeweils zu L/2 (rechtes Ende 301 des Erfassungsbereichs R_D) und –L/2 (linkes Ende 302 des Erfassungsbereichs R_D), wenn der absolute Wert des Phasenversatzes α kleiner wird (zu 0 geht). Wenn der Phasenversatz α ein negativer Wert ist, gehen die periodischen Punkte P₁ and P₂ jeweils zu –L/2 (linkes Ende 302 des Erfassungsbereichs R_D) und L/2 (rechtes Ende 301 des Erfassungsbereichs R_D), wenn der absolute Wert des Phasenversatzes α kleiner wird (zu 0 geht).
Wenn die Phasenversätze α₁ und α₂ gleich sind, erfüllen die Phasen θ₁ und θ₂ die Beziehungen θ_X = (θ₁ – θ₂)/2 und α = (θ₁ + θ₂)/2. Wenn also die Phasen θ₁ und θ₂ berechnet werden können und die Phasenversätze α₁ und α₂ gleich sind, kann die Phasenkomponente θ_X basierend auf der Beziehung θ_X = (θ₁ – θ₂)/2 berechnet werden und kann die Position X des Ziels 2 aus der Beziehung θ_X = (2π/L)X berechnet werden.
Der A/D-Timing-Generator 33 sendet ein A/D-Timing-Signal an den A/D-Wandler 34 mit der Abtastperiode ts (= ((1/f)/2) × (N_L × h + N_W)/N_L), d. h. mit der Abtastperiode ts, die verschieden ist von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte der Periode der Eingabewellen Wi_1-1, Wi_1-2, Wi_2-1 und Wi_2-25, ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform. Der A/D-Wandler 34 gibt zu der Phasenmesseinheit 35 die Potentialwerte y_n (n = 0, 1, 2, ..., N* – 1) aus, die durch das Abtasten des Potentialwerts y des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 mit der Abtastperiode ts erhalten werden, ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Die Phasenmesseinheit 35 berechnet die Phasenkomponente θ_X, die der Position X des Ziels 2 entspricht und in der Phase θ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V enthalten ist, basierend auf der Ausgabe des A/D-Wandlers 34, d. h. basierend auf dem von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignal V.
Die Phasenmesseinheit 35 weist einen ersten Messmodus und einen zweiten Messmodus als eine Phasenmessoperation zum Messen der Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 auf.
Die Phasenmesseinheit 35 setzt den Messmodus in Reaktion auf das Modussignal, das von dem Moduswähler 41 eingegeben wird. Wenn also das den ersten Modus angebende Modussignal eingegeben wird, wird die Phasenmesseinheit 35 zu dem ersten Messmodus gesetzt. Und wenn das den zweiten Modus angebende Modussignal eingegeben wird, wird die Phasenmesseinheit 35 zu dem zweiten Messmodus gesetzt. Das Modussignal von dem Moduswähler 41 wird in den Sendewellenformgenerator 21 und die Phasenmesseinheit 35 eingegeben. Wenn sich also der Sendewellenformgenerator 21 in dem ersten Eingabemodus befindet, wird die Phasenmesseinheit 35 zu dem ersten Messmodus gesetzt. Und wenn sich der Sendewellenformgenerator 21 in dem zweiten Eingabemodus befindet, wird die Phasenmesseinheit 35 zu dem zweiten Messmodus gesetzt.
In Reaktion auf das von dem Bezugs-Timing-Generator 31 eingegebene Bezugszeitsignal startet die Phasenmesseinheit 35 eine Operation in dem zu diesem Zeitpunkt gesetzten Messmodus. Wenn also das Bezugszeitsignal eingegeben wird, während sich die Phasenmesseinheit 35 in dem ersten Messmodus befindet, startet die Phasenmesseinheit 35 die Operation in dem ersten Messmodus. Und wenn das Bezugszeitsignal eingegeben wird, während sich die Phasenmesseinheit 35 in dem zweiten Messmodus befindet, startet die Phasenmesseinheit 35 die Operation in dem zweiten Messmodus.
In dem ersten Messmodus speichert die Phasenmesseinheit 35 in der Messwertspeichereinheit 36 einen Messwert θ₁*, der durch das Messen der Phase θ₁ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V₁ in dem ersten Modus durch eine ähnliche Methode wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform erhalten wird.
In dem zweiten Messmodus speichert die Phasenmesseinheit 35 in der Messwertspeichereinheit 36 einen Messwert θ₂*, der durch das Messen der Phase θ₂ des von der Empfängerspule V₂ erhaltenen Ausgabesignals V₂ in dem zweiten Modus durch eine ähnliche Methode wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform erhalten wird. Außerdem berechnet die Phasenmesseinheit 35 in dem zweiten Messmodus die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 basierend auf den Messwerten θ₁* und θ₂*. Das heißt, dass die Phasenmesseinheit 35 den Messwert θ_X* (= (θ₁* – θ₂*)/2) als die Phasenkomponente θ_X berechnet.
Wenn sich die Phasenmesseinheit 35 in dem ersten Messmodus befindet, befindet sich der Sendewellenformgenerator 21 in dem ersten Eingabemodus. Wenn sich die Phasenmesseinheit 35 in dem zweiten Messmodus befindet, befindet sich der Sendewellenformgenerator 21 in dem zweiten Eingabemodus. Deshalb ist das Ausgabesignal der Empfängerspule 5, das ausgegeben wird, wenn die Phase θ in dem ersten Messmodus gemessen wird, das erste Ausgabesignal V₁. Das Ausgabesignal der Empfängerspule 5, das ausgegeben wird, wenn die Phase θ in dem zweiten Messmodus gemessen wird, ist das zweite Ausgabesignal V₂.
Deshalb ist die in dem ersten Messmodus gemessene Phase θ der Messwert θ₁* der Phase θ₁ des ersten Ausgabesignals V₁ in Bezug auf den Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals. Außerdem ist die in dem zweiten Messmodus gemessene Phase θ der Messwert θ₂* der Phase θ₂ des zweiten Ausgabesignals V₂ in Bezug auf den Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals.
Weil der Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals jeweils der Bezugszeitpunkt Tc1 und Tc2 der Phasen θ₁ und θ₂ ist, wird die Beziehung γ₁ = γ₂ und α₁ = α₂ erfüllt. Das heißt, dass die Phasen θ₁ und θ₂, die Phasenkomponente θ_X und der Phasenversatz α (= α₁ = α₂) vorsehen: θ₁ = θ_X + α, θ₂ = θ_X + α und θ_X = (θ₁ – θ₂)/2. Deshalb ist der in dem zweiten Messmodus berechnete Messwert θ_X* (= (θ₁* – θ₂*)/2) die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2.
Der Ausgabewandler 37 wandelt die durch die Phasenmesseinheit 35 gemessene Phasenkomponente θ_X (den Messwert θ_X*⁾ zu der Position X des Ziels 2. Der Ausgabewandler 37 berechnet also ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform die Position X des Ziels 2 durch X = θ_X* × (L/2π). Dann gibt der Ausgabewandler 37 die berechnete Position X des Ziels 2 aus.
Im Folgenden wird eine vollständige Operation des Positionssensors 1b beschrieben. Es wird hier angenommen, dass sich der Moduswähler 41 in einem Ausgangszustand in dem zweiten Modus befindet. Zuerst sendet der Bezugs-Timing-Generator 31 das Modusschaltsignal an den Moduswähler 41. Nach dem Empfangen des Modusschaltsignals wechselt der Moduswähler 41 von dem zweiten Modus zu dem ersten Modus und sendet dann das den ersten Modus angebende Modussignal an den Sendewellenformgenerator 21 und die Phasenmesseinheit 35. Nach dem Empfangen des den ersten Modus angebenden Modussignals setzt der Sendewellenformgenerator 21 den Eingabemodus zu dem ersten Eingabemodus. Nach dem Empfangen des den ersten Modus angebenden Modussignals setzt die Phasenmesseinheit 35 den Messmodus zu dem ersten Messmodus.
Anschließend sendet der Bezugs-Timing-Generator 31 das Sendestartsignal an den Sendewellenformgenerator 21. Nach dem Empfangen des Sendestartsignals startet der Sendewellenformgenerator 21 das Eingeben der Eingabewelle W_1-1 und der Eingabewelle W_1-3 jeweils zu der Sinusspule 3 und der Cosinusspule 4 in dem ersten Eingabemodus. Dementsprechend wird das erste Ausgabesignal V₁ aus der Empfängerspule 5 ausgegeben.
Der Bezugs-Timing-Generator 31 sendet das Bezugszeitsignal an die Phasenmesseinheit 35. Nach dem Empfangen des Bezugszeitsignals startet die Phasenmesseinheit 35 die Operation in dem ersten Messmodus für das Messen der Phase θ und speichert dann die gemessene Phase θ in der Messwertspeichereinheit 36 als die Phase θ₁ des ersten Ausgabesignals V₁.
Anschließend sendet der Bezugs-Timing-Generator 31 das Modusschaltsignal an den Moduswähler 41. Nach dem Empfangen des Modusschaltsignals schaltet der Moduswähler 41 den ersten Modus zu dem zweiten Modus und sendet dann das den zweiten Modus angebende Modussignal an den Sendewellenformgenerator 21 und die Phasenmesseinheit 35. Nach dem Empfangen des den zweiten Modus angebenden Modussignals setzt der Sendewellenformgenerator 21 den Eingabemodus zu dem zweiten Eingabemodus. Nach dem Empfangen des den zweiten Modus angebenden Modussignals setzt die Phasenmesseinheit 35 den Messmodus zu dem zweiten Messmodus.
Anschließend sendet der Bezugs-Timing-Generator 31 das Sendestartsignal an den Sendewellenformgenerator 21. Nach dem Empfangen des Sendestartsignals startet der Sendewellenformgenerator 21 das Eingeben der Eingabewelle Wi_2-1 und der Eingabewelle Wi_2-2 jeweils zu der Sinusspule 3 und der Cosinusspule 4 in dem zweiten Eingabemodus. Dementsprechend wird das zweite Ausgabesignal V₂ aus der Empfängerspule 5 ausgegeben.
Der Bezugs-Timing-Generator 31 sendet das Bezugszeitsignal an die Phasenmesseinheit 35. Nach dem Empfangen des Bezugszeitsignals startet die Phasenmesseinheit 35 die Operation in dem zweiten Messmodus für das Messen der Phase θ und speichert dann die gemessene Phase θ in der Messwertspeichereinheit 36 als die Phase θ₂ des zweiten Ausgabesignals V₂. Dann berechnet die Phasenmesseinheit basierend auf den in der Messwertspeichereinheit 36 gespeicherten Phasen θ₁ und θ₂ die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 basierend auf θ_X = (θ₁ – θ₂)/2. Dann berechnet der Ausgabewandler 37 die Position X des Ziels 2 basierend auf X = θ_X × (L/2π) und gibt diese aus.
Danach sendet der Bezug-Timing-Generator 31 wiederholt das Modusschaltsignal an den Moduswähler 41, sendet das Sendestartsignal an den Sendewellenformgenerator 21 und sendet das Bezugszeitsignal an die Phasenmesseinheit 35. Dementsprechend werden die vorstehend erläuterten Operationen wiederholt und wird die Position X des Ziels 2 kontinuierlich berechnet und ausgegeben.
12 zeigt die Beziehung zwischen der Position X des Ziels 2 und dem Messwert θ_X* der Phasenkomponente θ_X. In 12 gibt die vertikale Achse den Wert des Messwerts θ* der Phase θ wieder und gibt die horizontale Achse die Position X des Ziels 2 wieder. Unabhängig davon, ob der Phasenversatz α ein positiver Wert oder ein negativer Wert ist, ist der Messwert θ_X* ein zu der Position X des Ziels 2 proportionaler Wert, wenn sich die Position X des Ziels 2 in einem Bereich von dem periodischen Punkt P₂ zu dem periodischen Punkt P₁ des Erfassungsbereichs R_D befindet, und vergrößert sich der Messwert θ_X* von –π + α zu π – α in dem Bereich von dem periodischen Punkt P₂ zu dem periodischen Punkt P₁. Und unabhängig davon, ob der Phasenversatz α ein positiver Wert oder ein negativer Wert ist, vergrößert sich der Messwert θ_X* von 0 zu α in einem Bereich von dem linken Ende 302 (X = –L/2) des Erfassungsbereichs R_D zu dem periodischen Punkt P₂ und vergrößert sich von –α zu 0 in einem Bereich von dem periodischen Punkt P₁ zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs R_D. Das heißt, dass unabhängig davon, ob der Phasenversatz α ein positiver Wert oder ein negativer Wert ist, der Messwert θ_X* ein Wert gleich der tatsächlichen Phasenkomponente θ_X (siehe die Phasenkomponente θ_X in 4A und 4B) in einem Bereich von dem periodischen Punkt P₂ zu dem periodischen Punkt P₁ wird und der Messwert θ_X* ein um π von der tatsächlichen Phasenkomponente θ_X abweichender Wert in dem anderen Bereich wird.
Indem zum Beispiel der Bewegungsbereich des Ziels 2 auf den Bereich von dem periodischen Punkt P₁ zu dem periodischen Punkt P₂ beschränkt wird und der Messwert θ_X nur in dem Bereich von dem periodischen Punkt P₁ zu dem periodischen Punkt P₂ berechnet wird, kann die Position X des Ziels 2 in dem Bereich von dem periodischen Punkt P₁ zu dem periodischen Punkt P₂ erfasst und ausgegeben werden.
Auch wenn der Phasenversatz α unbekannt ist oder sich der Phasenversatz α aufgrund eines Faktors wie etwa der Temperatur ändert, kann der Positionssensor 1b gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Phasenkomponente θ_X messen, um die Position X des Ziels 2 zu erfassen.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann die Phase θ (θ₁, θ₂) der von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabe durch eine ähnliche Methode wie in der zweiten oder dritten beispielhaften Ausführungsform gemessen werden. Der A/D-Timing-Generator 33, der A/D-Wandler 34 und die Phasenmesseinheit 35 des Positionsdetektors 22 können also ähnlich wie in der zweiten oder dritten beispielhaften Ausführungsform konfiguriert sein.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann der Bezugs-Timing-Generator 31 das Bezugszeitsignal und das Sendestartsignal gleichzeitig senden oder kann der Bezugs-Timing-Generator 31 das Sendestartsignal nach dem Senden des Bezugszeitsignals senden. Wenn das Sendestartsignal nach dem Senden des Bezugszeitsignals gesendet wird, kann der Bezugs-Timing-Generator 31 das Sendestartsignal senden, wenn eine bestimmte Zeitdauer seit dem Senden des Bezugszeitsignals abläuft. Also auch wenn der Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals als ein Phasenbezug verwendet wird, erfüllen die Phasenkomponenten θ₁ und θ₂ die Bedingung θ₁ = θ₂ und erfüllen die Phasen θ₁ und θ₂, die Phasenkomponente θ_X und der Phasenversatz α (= α₁ = α₂) jeweils die Bedingungen θ₁ = θ_X + α und θ₂ = θ_X + α. Also auch in diesem Fall kann die Phasenkomponente θ_X ähnlich wie in den zuvor beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen berechnet werden.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann der Sendewellenformgenerator 21 die Eingabewelle Wi_1-1 und die Eingabewelle Wi_2-1 mit dem Spannungswert E erzeugen, der zu E > Ec von E < Ec wechselt, wenn eine bestimmte Zeit von dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals abläuft. Die Zeit von dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals bis zu dem Wechseln des Spannungswerts E der Eingabewelle Wi_1-1 zu E > Ec von E < Ec ist gleich der Zeit von dem Eingabezeitpunkt Ti des Sendestartsignals bis zum Wechseln des Spannungswerts E der Eingabewelle Wi_2-1 zu E > Ec von E < Ec. Also auch in diesem Fall, kann, weil θ₁ = θ₂ ist, wenn der Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals als ein Phasenbezug verwendet wird, die Phasenkomponente θ_X ähnlich wie in den zuvor beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen berechnet werden.
FÜNFTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
13 ist ein elektrisches Blockdiagramm eines Positionssensors 1c gemäß einer fünften beispiehaften Ausführungsform. In 13 werden Komponenten, die identisch mit denjenigen des Positionssensors 1b gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform von 9 sind, durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Der Positionssensor 1c gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von dem Positionssensor 1b gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform durch die Methode zum Messen der Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2. Der Positionssensor 1c gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich also von dem Positionssensor 1b gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform durch den Positionsdetektor 22. Die anderen Komponenten gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform sind den Komponenten der vierten beispielhaften Ausführungsform ähnlich.
Zusätzlich zu den Komponenten der vierten beispielhaften Ausführungsform enthält der Positionsdetektor 22 weiterhin eine Bezugswertspeichereinheit 51, die einen Bezugswert α₀ eines Phasenversatzes α speichert, und eine Phaseneinstelleinheit 52, die die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 basierend auf dem Phasenversatz α einstellt. Außerdem unterscheidet sich die Phasenmesseinheit 35 von der Phasenmesseinheit 35 der vierten beispielhaften Ausführungsform. Die anderen Komponenten des Positionsdetektors 22 sind den Komponenten der vierten beispielhaften Ausführungsform ähnlich.
Die Phasenmesseinheit 35 misst die Phase θ₁ eines ersten Ausgabesignals V₁ und die Phase θ₂ eines zweiten Ausgabesignals V₂ basierend auf der Ausgabe des A/D-Wandlers 34, d. h. basierend auf den von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignalen V₁ und V₂. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform und im Gegensatz zu der vierten beispielhaften Ausführungsform berechnet die Phasenmesseinheit 35 nicht die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2.
Die Phasenmesseinheit 35 weist einen ersten Messmodus und einen zweiten Messmodus als eine Phasenmessoperation für das Messen der Phasen θ₁ und θ₂ auf. Das Setzen der Messmodi und das Starten der Phasenmessoperation in jedem Messmodus sind ähnlich wie in der vierten beispielhaften Ausführungsform.
In dem ersten Messmodus speichert die Phasenmesseinheit 35 ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform in der Messwertspeichereinheit 36 einen Messwert θ₁*, der durch das Messen der Phase θ₁ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V₁ erhalten wird. In dem zweiten Messmodus speichert die Phasenmesseinheit 35 ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform in der Messwertspeichereinheit 36 einen Messwert θ₂*, der durch das Messen der Phase θ₂ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V₂ erhalten wird.
Ähnlich wie in der vierten beispielhaften Ausführungsform ist die in dem ersten Messmodus gemessene Phase θ der Messwert θ₁* der Phase θ₁ des ersten Ausgabesignals V₁ in Bezug auf einen Eingabezeitpunkt To eines Bezugszeitsignals. Die in dem zweiten Messmodus gemessene Phase θ ist der Messwert θ₂* der Phase θ₂ des zweiten Ausgabesignals V₂ in Bezug auf den Eingabezeitpunkt To des Bezugszeitsignals.
Die Bezugswertspeichereinheit 51 speichert zuvor den Bezugswert α₀ des Phasenversatzes α. Der Bezugswert α₀ ist ein Wert der Phase θ₁ oder θ₂, wenn die Position X des Ziels 2 gleich X = 0 ist (wenn das Ziel 2 an einem Ursprung O in der Mitte eines Erfassungsbereichs R_D positioniert ist). Zum Beispiel wird der Bezugswert α₀ in einem Prozess zum Herstellen des Positionssensors 1c gemessen und in der Bezugswertspeichereinheit 51 gespeichert.
Die Phaseneinstelleinheit 52 berechnet den Phasenversatz α basierend auf den durch die Phasenmesseinheit 35 gemessenen Phasen θ1 und θ2, wobei dann die Phaseneinstelleinheit 52 die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 basierend auf dem Phasenversatz α und dem Bezugswert α₀ berechnet. Die Phaseneinstelleinheit 52 berechnet also basierend auf den Phasen θ1 und θ₂, dem Phasenversatz α und dem Bezugswert α₀ den Messwert θ_X* der Phasenkomponente θ_X, sodass der Messwert θ_X* einen Wert gleich dem Wert der tatsächlichen Phasenkomponente θ_X in einem Bereich von X = –L/2 bis X = L/2 (in dem gesamten Erfassungsbereich R_D) aufweisen kann.
Der Ausgabewandler 37 wandelt die durch die Phaseneinstelleinheit 52 gemessene Phasenkomponente θ_X (Messwert θ_X*) zu der Position X des Ziels 2. Ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform berechnet also der Ausgabewandler 37 die Position X des Ziels 2 basierend auf X = θ_X* × (L/2π). Dann gibt der Ausgabewandler 37 die berechnete Position X des Ziels 2 aus.
14 ist ein Flussdiagramm, das Phaseneinstellprozesse in der Phaseneinstelleinheit 52 zeigt. 15A und 15B zeigen die Messwerte θ₁* und θ₂* der Phasen θ₁ und θ₂, wenn der Phasenversatz α in der Phaseneinstellverarbeitung ein positiver Wert ist. 16A und 16B zeigen die Messwerte θ₁* und θ₂* der Phasen θ₁ und θ₂, wenn der Phasenversatz α in der Phaseneinstellverarbeitung ein negativer Wert ist. In 15A, 15B, 16A und 166 gibt die vertikale Achse Werte der Messwerte θ₁* und θ₂* der Phasen θ₁ und θ₂ wieder und gibt die horizontale Achse die Position X des Ziels 2 wieder.
Nachdem die Phasenmesseinheit 35 den Messwert θ₁* der Phase θ₁ des ersten Ausgabesignals V₁ und den Messwert θ₂* der Phase θ₂ des zweiten Ausgabesignals V₂ gemessen hat, berechnet die Phaseneinstelleinheit 52 den Messwert θ₁* der Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 wie folgt.
Zuerst berechnet die Phaseneinstelleinheit 52 basierend auf den durch die Phasenmesseinheit 35 gemessenen Messwerten θ₁* und θ₂* den Messwert α* des Phasenversatzes α basierend auf α* = (θ₁* + θ₂*)/2 (Schritt S1).
Wenn der Phasenversatz α wie in 15A gezeigt ein positiver Wert ist und die Position X des Ziels 2 im Bereich F₁₁ von dem periodischen Punkt P₂ zu dem periodischen Punkt P₁ liegt, ist der Messwert α* der Phasenversatz α (α = α*). Wenn die Position X in den Bereichen F₁₂ und F₁₃ und nicht in dem Bereich F₁₁ liegt, ist der Messwert α* ein um –π von dem tatsächlichen Phasenversatz α abweichender Wert (α* = α – π). Dabei ist der Bereich F₁₂ ein Bereich von dem periodischen Punkt P₁ zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) eines Erfassungsbereichs und ist der Bereich F₁₃ ein Bereich von dem linken Ende 302 (X = –L/2) des Erfassungsbereichs zu dem periodischen Punkt P₂.
Wenn der Phasenversatz α wie in 16A gezeigt ein negativer Wert ist und die Position X des Ziels 2 in einem Bereich F₂₁ von dem periodischen Punkt P₂ zu dem periodischen Punkt P₁ liegt, ist der Messwert α* gleich dem Phasenversatz α. Wenn die Position X in den Bereichen F₂₂ und F₂₃ und nicht in dem Bereich F₂₁ liegt, ist der Messwert α* ein um π von dem tatsächlichen Phasenversatz α abweichender Wert (α* = α + π). Dabei erstreckt sich der Bereich F₂₂ von dem periodischen Punkt P₂ zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs und erstreckt sich der Bereich F₂₃ von dem linken Ende 302 (X = –L/2) des Erfassungsbereichs zu dem periodischen Punkt P₁.
Wenn der in Schritt S1 berechnete Messwert α* kleiner als (α₀ – π/2) ist („JA” in Schritt S2), stellt die Phaseneinstelleinheit 52 den Messwert α* ein und erhält dann (α* + π) als den Messwert α* (Schritt S3). Wenn in Schritt S2 der in Schritt S1 berechnete Messwert α* nicht kleiner als (α₀ – π/2) ist („NEIN” in Schritt S2), hält und erhält die Phasenmesseinheit 52 den Messwert α* wie er ist.
Wenn dann der in den Schritten S2 und S3 erhaltene Messwert α* nicht kleiner als (α0 + π/2) ist („JA” in Schritt S4), stellt die Phaseneinstelleinheit 52 den in den Schritten S2 und S3 erhaltenen Messwert α* ein und erhält dann (α* – π) als den Messwert α* (Schritt S5). Wenn in Schritt S4 der in den Schritten S2 und S3 erhaltene Messwert α* kleiner als (α₀ + π/2) ist („NEIN” in Schritt S4), hält und erhält die Phaseneinstelleinheit 52 den in den Schritten S2 und S3 erhaltenen Messwert α* wie er ist.
Wenn dann der Messwert θ₁* kleiner als (α* – π) ist („JA” in Schritt S6), stellt die Phaseneinstelleinheit 52 den Messwert θ₁* ein und erhält dann θ₁* + 2π als den Messwert θ₁* (Schritt S7). Wenn in Schritt S6 der Messwert θ₁* nicht kleiner als (α* – π) ist („NEIN” in Schritt S6), hält und erhält die Phaseneinstelleinheit 52 den Messwert θ₁* wie er ist.
Wenn dann der in den Schritten S6 und S7 erhaltene Messwert θ₁* nicht kleiner als (α* + π) ist („JA” in Schritt S8), stellt die Phaseneinstelleinheit 52 den in den Schritten S6 und S7 erhaltenen Messwert θ₁* ein und erhält dann (θ₁* – 2π) als den Messwert θ₁* (Schritt S9). Wenn in Schritt S8 der in den Schritten S6 und S7 erhaltene Messwert θ₁* kleiner als (α* + π) ist („NEIN” in Schritt S8), hält und erhält die Phasenmesseinheit 52 den in den Schritten S6 und S7 erhaltenen Messwert θ₁* wie er ist.
Wenn der Messwert θ₂* kleiner als (α* – π) ist („JA” in Schritt S10) stellt die Phasenmesseinheit 52 den Messwert θ₂* ein und erhält dann (θ₂* + 2π) als den Messwert θ₂* (Schritt S11). Wenn in Schritt S10 der Messwert θ₂* nicht kleiner als (α* – π) ist („NEIN” in Schritt S10) hält und erhält die Phaseneinstelleinheit den Messwert θ₂* wie er ist.
Wenn dann der in den Schritten S10 und S11 erhaltene Messwert θ₂* nicht kleiner als (α* + π) ist („JA” in Schritt S12), stellt die Phaseneinstelleinheit 52 den in den Schritten S10 und S11 erhaltenen Messwert θ₂* ein und erhält dann (θ₂* – 2π) als den Messwert θ₂* (Schritt S13). Wenn in Schritt S12 der in S10 und S11 erhaltene Messwert θ₂* kleiner als (α* + π) ist („NEIN” in Schritt S12), hält und erhält die Phaseneinstelleinheit 52 den in den Schritten S10 und S11 erhaltenen Messwert θ₂* wie er ist.
Wenn der Phasenversatz α ein positiver Wert ist und die Position X des Ziels 2 in einem Bereich F₁₂ von dem periodischen Punkt P₁ zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs liegt, verläuft die in 14 gezeigte Operation durch „JA” in Schritt S2, „NEIN” in Schritt S3, Schritt S4, „JA” in Schritt S6, „NEIN” in Schritt S7, Schritt S8, „NEIN” in Schritt S10 und „NEIN” in Schritt S12. Und wenn dann der Phasenversatz α ein positiver Wert ist und die Position X des Ziels 2 in einem Bereich F₁₂ von dem periodischen Punkt P₁ zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs liegt, wird 2π zu dem Messwert θ₁* der Phase θ₁ wie in 15A und 15B gezeigt addiert, wobei dann (θ₁* + 2π) als der Messwert θ₁* ausgegeben wird.
Wenn der Phasenversatz α ein positiver Wert ist und die Position X des Ziels 2 in einem Bereich F₁₃ von dem linken Ende 302 (X = –L/2) zu dem periodischen Punkt P₂ liegt, geht die in 14 gezeigte Operation durch „JA” in Schritt S2, „NEIN” in Schritt S3, Schritt S4, „NEIN in Schritt S6, „NEIN” in Schritt S8, „JA” in Schritt S10 und „NEIN in Schritt S11, Schritt S12. Wenn dann der Phasenversatz α ein positiver Wert ist und die Position X des Ziels 2 in dem Bereich F₁₃ von dem Ende 302 (X = –L/2) zu dem periodischen Punkt P₂ liegt, wird 2π zu dem Messwert θ₂* der Phase θ₂ wie in 15A und 15B gezeigt addiert, wobei dann (θ₁* + 2π) als der Messwert θ₁* ausgegeben wird.
Wenn der Phasenversatz α ein negativer Wert ist und die Position X des Ziels 2 in einem Bereich F₂₃ von dem linken Ende 302 (X = –L/2) zu dem periodischen Punkt P₁ hegt, geht die in 14 gezeigte Operation durch NEIN in Schritt S2, „JA” in Schritt S4, „NEIN” in Schritt S5, Schritt S6, „JA” in Schritt S8, „NEIN” in Schritt S9, Schritt S10 und „NEIN” in Schritt S12. Wenn dann der Phasenversatz α ein negativer Wert ist und die Position X des Ziels 2 in dem Bereich F₂₃ von dem Ende 302 (X = –L/2) zu dem periodischen Punkt P₁ liegt, wird –2π zu dem Messwert θ₁* der Phase ₁ wie in 16A und 16B gezeigt addiert, wobei dann (θ₁* – 2π) als der Messwert θ₁* ausgegeben wird.
Wenn der Phasenversatz α ein negativer Wert ist und die Position X des Ziels 2 in einem Bereich F₂₂ von dem periodischen Punkt P₂ zu der rechten Brücke 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs liegt, geht die in 14 gezeigte Operation durch „NEIN” in Schritt S2, „JA” in Schritt S4, „NEIN” in Schritt S5, Schritt S6, „NEIN” in Schritt S8, „NEIN” in Schritt S10, „JA” in Schritt S12 und Schritt S13. Wenn dann der Phasenversatz α ein negativer Wert ist und die Position X des Ziels 2 in dem Bereich von dem periodischen Punkt P₂ zu dem Ende 301 (X = L/2) liegt, wird –2π zu dem Messwert θ₂* der Phase θ₂ wie in 16A und 16B gezeigt addiert, wobei dann (θ₂* – 2π) als der Messwert θ₂* ausgegeben wird.
Dann berechnet die Phaseneinstellungseinheit 52 basierend auf den durch die Einstellung in den Schritten S2 und S13 erhaltenen Messwerten θ₁* und θ₂* den Messwert θ_X* der Phasenkomponente θ_X basierend auf θ_X* = (θ₁* – θ₂*)/2 (Schritt S14).
17 zeigt die Beziehung zwischen der Position X des Ziels 2 und dem Messwert θ_X* der auf diese Weise berechneten Phasenkomponente θ_X. In 17 gibt die vertikale Achse den Messwert θ* der Phasenkomponente θ_X wieder und gibt die horizontale Achse die Position X des Ziels 2 wieder. Wie in 17 gezeigt, ist unabhängig davon, ob der Phasenversatz α ein positiver Wert oder ein negativer Wert ist, der Messwert θ_X* proportional zu der Position X des Ziels 2 in dem Bereich von dem linken Ende (X = –L/2) zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs, d. h. in dem gesamten Erfassungsbereich R_D, und erhöht sich der Messwert θ_X* von –π zu π in dem Bereich von dem Ende 302 (X = –L/2) zu dem Ende 301 (X = L/2). Also unabhängig davon, ob der Phasenversatz α ein positiver Wert oder ein negativer Wert ist, ist der Messwert θ_X* gleich der tatsächlichen Phasenkomponente θ_X (siehe die Phasenkomponente θ_X in 4A und 4B) in dem Bereich von dem Ende 302 (X = –L/2) zu dem Ende 301 (X = L/2).
Der Positionssensor 1c gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann den Messwert θ_X* derart messen, dass der Messwert θ_X* gleich der tatsächlichen Phasenkomponente θ_X in dem gesamten Erfassungsbereich R_D sein kann, um die Position X des Ziels 2 zu erfassen. Und auch wenn sich der Phasenversatz α von dem Bezugswert α₀ aufgrund eines Faktors wie etwa der Temperatur ändert, kann der Positionssensor 1c gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform den Messwert θ_X* messen, sodass der Messwert θ_X* gleich der tatsächlichen Phasenkomponente θ_X in dem gesamten Erfassungsbereich R_D sein kann, um die Position X des Ziels 2 zu erfassen. Es wird hier angenommen, dass sich der Phasenversatz α in einem Bereich von –π/2 < α₀ < π/2 ändert. Wenn sich der Phasenversatz α nicht von dem Bezugswert α₀, ändert, sind die Prozesse in den Schritten S2 und S4 von 14 nicht nötig. In jedem der Schritte S6, S8, S10 und S12 kann die Verarbeitung derart durchgeführt werden, dass der Messwert α* durch den Bezugswert α₀ ersetzt ist.
18 ist ein Flussdiagramm einer anderen Phaseneinstellverarbeitung in der Phaseneinstelleinheit 52. In der Phaseneinstellverarbeitung von 18 berechnet die Phaseneinstelleinheit 52 den Messwert θ_X* der Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 wie folgt.
Zuerst berechnet die Phaseneinstelleinheit 52 den Messwert α* des Phasenversatzes α basierend auf α* = (θ₁* + θ₂*)/2 und basierend auf den durch die Phasenmesseinheit 35 gemessenen Messwerten θ₁* und θ₂* (Schritt S21).
Wenn dabei der in Schritt S21 berechnete Messwert α* kleiner als (α₀ – π/2) ist („JA” in Schritt S22), stellt die Phaseneinstelleinheit 52 den Messwert α* ein, um (α* + π) als den Messwert α* zu erhalten (Schritt S23). Die Phaseneinstelleinheit 52 stellt den Messwert θ₁* ein, um (θ₁* + 2π) als den Messwert θ₁* zu erhalten (Schritt S24). Wenn in Schritt S22 der in Schritt S21 erhaltene Messwert α* nicht kleiner als (α₀ – π/2) ist („NEIN” in Schritt S22), hält und erhält die Phaseneinstelleinheit 52 den Messwert α* und den Messwert θ₁* wie sie sind.
Wenn dann der in den Schritten S22 und S23 erhaltene Messwert α* nicht kleiner als α₀ + π/2 ist („JA” in S25), stellt die Phaseneinstelleinheit 52 den in den Schritten S22 und S23 erhaltenen Messwert α* ein, um (α* – π) als den Messwert α* zu erhalten (Schritt S26), und stellt den in den Schritten S22 und S24 erhaltenen Messwert θ₁* ein, um (θ₁* – 2π) als den Messwert θ₁* zu erhalten (Schritt S27). Wenn in Schritt S25 der in dem Schritt S25 erhaltene Messwert α* kleiner als (α₀ + π/2) ist („NEIN” in Schritt S25), hält und erhält die Phasenmesseinheit 52 den Messwert α* und den Messwert θ₁* wie sie sind.
Dann berechnet die Phaseneinstelleinheit 52 den Messwert θ_X* der Phasenkomponente θ_X basierend auf θ_X* = (θ₁* – θ₂*)/2 und basierend auf den in den Schritten S22 bis S27 erhaltenen Messwerten θ₂* und θ₁* (Schritt S28).
Wenn dann der in Schritt S28 berechnete Messwert θ_X* kleiner als –π ist („JA” in Schritt S29), stellt die Phaseneinstelleinheit 52 den Messwert θ_X* ein, um (θ_X* + 2π) als den Messwert θ_X* zu erhalten (Schritt S30). Wenn in Schritt S29 der in Schritt S28 berechnete Messwert θ_X* nicht kleiner als –π ist („NEIN” in Schritt S29), hält und erhält die Phaseneinstelleinheit 52 den Messwert θ_X* wie er ist.
Wenn dann der in den Schritten S29 und S30 erhaltene Messwert θ_X* nicht kleiner als π ist („JA” in Schritt S31), stellt die Phaseneinstelleinheit 52 den in den Schritten S29 und S30 erhaltenen Messwert θ_X* ein, um (θ_X* – 2π) als den Messwert θ_X* zu erhalten (Schritt S32). Wenn in Schritt S31 der in den Schritten S29 und S30 erhaltene Messwert θ_X* kleiner als π ist („NEIN” in Schritt S31), halt und erhält die Phaseneinstelleinheit 52 den in den Schritten S29 und S30 erhaltenen Messwert θ_X* wie er ist.
Wenn der Phasenversatz α ein positiver Wert ist und die Position X des Ziels 2 in dem Bereich F₁₂ von dem periodischen Punkt P₁ zu dem rechten Ende 301 (X = L/2) des Erfassungsbereichs R_D liegt, geht die in 18 gezeigte Operation durch „JA” in Schritt S22, „NEIN” in Schritt S23, Schritt S24, Schritt S25, „NEIN” in Schritt S28, Schritt S29 und „NEIN” in Schritt S31. Wenn der Phasenversatz α ein positiver Wert ist und die Position X des Ziels 2 in dem Bereich F₁₃ von dem linken Ende 302 (X = –L/2) des Erfassungsbereichs zu dem periodischen Punkt P2 liegt, geht die in 18 gezeigte Operation durch „JA” in Schritt S22, „NEIN” in Schritt S23, Schritt S24, Schritt S25, „NEIN” in Schritt S28, Schritt S29, „JA” in Schritt S31 und Schritt S32.
Wenn der Phasenversatz α ein negativer Wert ist und die Position X des Ziels 2 in dem Bereich F₂₃ von dem Ende 302 (X = –L/2) zu dem periodischen Punkt P₁ liegt, geht die in 18 gezeigte Operation durch „NEIN” in Schritt S22, „JA” in Schritt S25, „NEIN” in Schritt S26, Schritt S27, Schritt S28, Schritt S29 und „NEIN” in Schritt S31. Wenn der Phasenversatz α ein negativer Wert ist und die Position X des Ziels 2 in dem Bereich F₂₂ von dem periodischen Punkt P₂ zu dem Ende 301 (X = L/2) liegt, geht die in 18 gezeigte Operation durch „NEIN” in Schritt S22, „JA” in Schritt S25, „JA” in Schritt S26, Schritt S27, Schritt S28, Schritt S29 und „NEIN” in Schritt S30, Schritt S31.
Die vorstehend beschriebene Phaseneinstellverarbeitung ermöglicht das Messen des Messwerts θ_X*, sodass der Messwert θ_X* gleich der tatsächlichen Messkomponente θ_X in dem gesamten Erfassungsbereich R_D ist, ähnlich wie bei den Phaseneinstellprozessen von 14.
SECHSTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
19 zeigt ein elektrisches Blockdiagramm eines Positionssensors 1d gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform. In 19 werden Komponenten, die identisch mit denjenigen des Positionssensors 1a gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform von 2 sind, durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Zusätzlich zu den Komponenten der dritten beispielhaften Ausführungsform enthält der Positionssensor 1d gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform weiterhin eine Ausgabeeinstelleinheit 71, die die Amplitude einer von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabe einstellt. Weiterhin unterscheidet sich die Phasenmesseinheit 35 des Positionsdetektors 22 von der Phasenmesseinheit 35 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform. Die anderen Komponenten gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform sind den Komponenten der dritten beispielhaften Ausführungsform ähnlich.
20 ist eine schematische Ansicht der Ausgabeeinstelleinheit 71. Wie in 20 gezeigt, enthält die Ausgabeeinstelleinheit 71 eine Sinusschalteinheit 72 zum Einstellen der Größe des elektrischen Stroms, der in die Sinusspule 3 fließt, eine Cosinusschalteinheit 73 zum Einstellen der Größe des elektrischen Stroms, der in die Cosinusspule 4 fließt, und eine Schaltsteuereinrichtung 74, die die Sinusschalteinheit 72 und die Cosinusschalteinheit 73 steuert.
Die Sinusschalteinheit 72 ist zwischen dem Sendewellenformgenerator 21 und der Sinusspule 3 verbunden und enthält mehrere Widerstände 81a bis 81d und mehrere Schalter 82a bis 82d. Die Widerstände 81a bis 81d sind parallel miteinander verbunden. Jede der Widerstände 81a bis 81d ist zwischen der Sinusspule 3 und entsprechenden der Schalter 82a bis 82d verbunden. Insbesondere enthält die Sinusschalteinheit 72 einen Knoten 72a, der mit dem Sendewellenformgenerator 21 verbunden ist, und einen Knoten 72b, der mit der Sinusspule 3 verbunden ist. Die Widerstände 81a bis 81d sind parallel miteinander zwischen den Knoten 72a und 72b verbunden. Die Schalter 82a bis 82d sind jeweils in Reihe mit den Schaltern 81a bis 81d zwischen den Knoten 72a, 72b verbunden. Die Widerstandswerte 81a bis 81d unterscheiden sich voneinander. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform weist der Widerstand 81a einen Widerstandswert r auf, weist der Widerstand 81b einen Widerstandswert 2r auf, weist der Widerstand 81c einen Widerstandswert 4r auf und weist der Widerstand 81d einen Widerstandswert 8r auf. Dabei ermöglichen das Öffnen und Schließen der Schalter 82a bis 82d einen kombinierten Widerstandswert der Widerstände 81a bis 81d mit sechzehn Widerstandswerten, sodass also sechzehn Größen des elektrischen Stroms in die Sinusspule 3 fließen können.
Die Cosinusschalteinheit 73 ist zwischen dem Sendewellenformgenerator 21 und der Cosinusspule 4 verbunden und enthält mehrere Widerstände 83a bis 83d und mehrere Schalter 84a bis 84d. Die Widerstände 83a bis 83d sind parallel miteinander verbunden. Jeder der Widerstände 83a bis 83d ist zwischen der Cosinusspule 4 und entsprechenden der Schalter 84a bis 84d verbunden. Insbesondere enthält die Cosinusschalteinheit 73 einen Knoten 73a, der mit dem Sendewellenformgenerator 21 verbunden ist, und einen Knoten 73b, der mit der Cosinusspule 4 verbunden ist. Die Widerstände 83a bis 83d sind parallel miteinander zwischen den Knoten 73a und 73b verbunden. Die Schalter 84a bis 84d sind in Reihe jeweils mit den Widerständen 83a bis 83d zwischen den Knoten 73a und 73b verbunden. Die Widerstandswerte der Widerstände 83a bis 83d sind verschieden voneinander. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform weist der Widerstand 83a einen Widerstandswert r auf, weist der Widerstand 83b einen Widerstandswert 2r auf, weist der Widerstand 83c einen Widerstandswert 4r auf und weist der Widerstand 83d einen Widerstandswert 8r auf. Durch Kombinationen des Ein- und Ausschaltens der Schalter 84a bis 84d werden also kombinierte Widerstandswerte der Widerstände 83a bis 83d mit insgesamt sechzehn Widerstandswerten ermöglicht, sodass also sechzehn Größen des elektrischen Stroms in die Cosinusspule 4 fließen können.
Die Schaltsteuereinrichtung 74 steuert das Ein- und Ausschalten der Schalter 82a bis 82d der Sinusschalteinheit 72 und der Schalter 84a bis 84d der Cosinusschalteinheit 73 für das Einstellen der Größe des durch die Sinusspule 3 fließenden elektrischen Stroms und der Größe des durch die Cosinusspule 4 fließenden elektrischen Stroms und für das Einstellen der Amplitude eines Ausgabesignals V der Empfängerspule 5.
Der Positionsdetektor 22 erfasst die Position X des Ziels 2 basierend auf dem von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignal V ähnlich wie in der dritten beispielhaften Ausführungsform. Der Positionsdetektor 22 misst also die Phase θ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V basierend auf dem von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignal V mittels einer ähnlichen Methode wie in der dritten beispielhaften Ausführungsform. Dann berechnet der Positionsdetektor 22 basierend auf der Phase θ die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2, um die Position X des Ziels 2 durch eine ähnliche Methode wie in der dritten beispielhaften Ausführungsform zu erfassen.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform misst zusätzlich zu der Messung der Phase θ der von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabe die Phasenmesseinheit 35 des Positionsdetektors 22 die Amplitude A des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V. Das heißt, die Phasenmesseinheit 35 misst die Amplitude A der von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabe mittels der folgenden Formel 33. [Formel 33]
Die Formel 33 wird wie folgt abgeleitet. Variablen u und v sind als u = Acosθ und v = Asinθ in der Ableitung der Formel 27 der dritten beispielhaften Ausführungsform (Ableitung der Formel 20 der zweiten beispielhaften Ausführungsform) definiert. Dies ergibt u² + v² = A². Weil die Variablen u und v als die Formel 26 der zweiten beispielhaften Ausführungsform ausgedrückt werden und die Beziehung der Formel 30 der dritten beispielhaften Ausführungsform erfüllen, wird die oben genannte Formel 33 erhalten.
Die Phasenmesseinheit 35 gibt einen Wert der gemessenen Amplitude A an die Schaltsteuereinrichtung 74 aus. Basierend auf dem durch die Phasenmesseinheit 35 gemessenen Wert der Amplitude A schaltet die Schaltsteuereinrichtung 74 die Schalter 82a bis 82d und die Schalter 84a bis 84d ein und aus. Dabei schaltet die Schaltsteuereinrichtung 74 die Schalter 82a bis 82d und 84a bis 84d ein und aus, sodass die Amplitude A nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs sein kann, sodass also die Amplitude A des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs sein kann.
Auch wenn sich ein Zwischenraum zwischen dem Ziel 2 und der Leiterplatte 7 (ein Zwischenraum zwischen dem Ziel 2 und der Sinusspule 3, Cosinusspule 4 und Empfängerspule 5) ändert, stellt der Positionssensor 1d gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform automatisch die Amplitude des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V zu einer korrekten Amplitude ein. Dank dieser Operation kann der Positionssensor 1d gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform immer das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 mit einer entsprechenden Amplitude A erhalten und das Signal/Rauschen-Verhältnis der Ausgabe der Empfängerspule 5 unabhängig von dem Zwischenraum zwischen dem Ziel 2 und der Leiterplatte 7 vergrößern. Auf diese Weise kann der Positionssensor 1d gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Phase θ immer genau messen und die Position X des Ziels 2 unabhängig von dem Zwischenraum zwischen dem Ziel 2 und der Leiterplatte 7 genau erfassen.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann ein Mikrocomputer anstelle der Schalter 82a bis 82d und 84a bis 84d verwendet werden. Das heißt, dass anstelle der Schalter 82a bis 82d und 84a bis 84d die für eine Eingabe/Ausgabe verwendeten Eingangs-/Ausgangsports eines Mikrocomputers geschaltet werden können. Außerdem kann die Amplitude des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V eingestellt werden, indem die Verstärkung des Verstärkers 32 gesteuert wird.
Der Positionssensor 1d gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann einen variablen Widerstand, der in Reihe zwischen den Knoten 72a und 72b verbunden ist, anstelle der Schalter 82a bis 82d und der Widerstände 81a bis 81d, die fixe Widerstände sind, enthalten. Der Positionssensor 1d kann einen variablen Widerstand, der in Reihe zwischen den Knoten 73a und 73b verbunden ist, anstelle der Schalter 84a bis 84d und der Widerstände 82a bis 82d, die fixe Widerstände sind, enthalten. Indem sie die Widerstandswerte dieser variablen Widerstände einstellt, kann die Schaltsteuereinrichtung 74 die Amplitude der Eingabewellen, die in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben werden, genau einstellen und kann die Amplitude A des Ausgabesignals V von der Empfängerspule 5 mit einer großen Genauigkeit einstellen.
Der Positionssensor 1d gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann die Phase θ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V durch eine ähnliche Methode wie in der ersten oder zweiten beispielhaften Ausführungsform messen. Das heißt, dass der Positionsdetektor 22 ähnlich wie der Positionsdetektor 22 gemäß der ersten oder zweiten beispielhaften Ausführungsform konfiguriert sein kann. Außerdem kann der Positionssensor 1d gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 durch eine ähnliche Methode wie in der vierten oder fünften Ausführungsform berechnen. Der Sendewellenformgenerator 21 und der Positionsdetektor 22 können also ähnlich konfiguriert sein wie der Sendewellenformgenerator 21 und der Positionsdetektor 22 gemäß der vierten oder fünften beispielhaften Ausführungsform.
SIEBTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
21 ist ein elektrisches Blockdiagramm eines Positionssensors 1e gemäß einer siebten beispielhaften Ausführungsform. In 21 werden Komponenten 1a, die mit denjenigen der ersten beispielhaften Ausführungsform von 2 identisch sind, durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Zusätzlich zu den Komponenten der ersten beispielhaften Ausführungsform enthält der Positionssensor 1e gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform weiterhin einen Kondensator 91, der zusammen mit der Empfängerspule 5 eine Resonanzschaltung 91a bildet. Außerdem unterscheidet sich der Sendewellenformgenerator 21 von dem Sendewellenformgenerator 21 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. Die anderen Komponenten gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform sind den Komponenten der ersten beispielhaften Ausführungsform ähnlich.
Die Resonanzschaltung 91a wird durch die Empfängerspule 5 und den Kondensator 91 gebildet und weist eine Resonanzfrequenz gleich der Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ auf, die jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben werden. Das heißt, dass die Kapazität des Kondensators 91 derart eingestellt wird, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a gleich der Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ ist. Die Resonanzschaltung 91a, die durch die Empfängerspule 5 und den Kondensator 91 gebildet wird, ist eine parallele Resonanzschaltung.
Der Sendewellenformgenerator 21 gibt als die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ Rechteckwellen mit einer Grundfrequenz f gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a, die aus der Empfängerspule 5 und dem Kondensator 91 besteht, aus. Das heißt, dass der Sendewellenformgenerator 21 als die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ die Rechteckwellen mit der Grundfrequenz f gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a und mit jeweils verschiedenen Phasen eingibt. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform weisen die Eingabewelle Wi₁ und die Eingabewelle Wi₂ ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform eine Phasenbeziehung auf, in der die Phase der in die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewelle Wi₂ um 3π/2 in Bezug auf die Phase der in die Sinusspule 3 eingegebenen Eingabewelle Wi₁ verzögert ist. Außerdem ist gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform im Gegensatz zu der ersten beispielhaften Ausführungsform die Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ (Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a) gleich 4 kHz.
Der Sendewellenformgenerator 21 beginnt mit dem Eingeben der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 in Reaktion auf ein von dem Bezugs-Timing-Generator 31 eingegebenes Sendestartsignal ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Die Eingabewellen Wi₁ and Wi₂, die Rechteckwellen sind, werden jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben und sehen das Ausgabesignal V vor, das sich mit einer Frequenz gleich der Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ von der Empfängerspule 5 ändert, ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform. Die Grundfrequenz des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5, die gleich der Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ ist, ist gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a, die aus der Empfängerspule 5 und dem Kondensator 91 besteht. Deshalb resoniert das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 in der Resonanzschaltung 91a, sodass die Amplitude des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V durch die Resonanz vergrößert wird. Außerdem wird das durch die Resonanz vergrößerte Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 durch den Verstärker 32 verstärkt.
22 zeigt ein Ausgabesignal Va, das das von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabesignal V ist, in einem Fall, in dem kein Kondensator 91 vorgesehen ist und keine Resonanzschaltung 91a gebildet wird. 22 zeigt auch ein Ausgabesignal Vb, das das von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabesignal V ist, in einem Fall, in dem der in 21 gezeigte Kondensator 91 enthalten ist, um die Resonanzschaltung 91a zu bilden. Gemäß Messergebnissen zu dem Amplitudenspannungswert Vpp der von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignale Va und Vb (einem Wert nach der Verstärkung durch den Verstärker 32) weist das Ausgabesignal Vb von der Empfängerspule 5 des Positionssensors dieser beispielhaften Ausführungsform, in der die Resonanzschaltung 91a ausgebildet ist, den Amplitudenspannungswert Vpp auf, der mehrfach höher ist als derjenige des Ausgabesignals Vb von der Empfängerspule 5 des Positionssensors, der keinen Kondensator 91 für das Bilden der Resonanzschaltung 91a enthält. Weil also der Positionssensor 1e gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform den Kondensator 91 enthält, um die Resonanzschaltung 91a zu bilden, wird die Amplitude des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V durch die Resonanz verstärkt und vergrößert.
Und weil der Positionssensor 1e gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform den Kondensator 91 enthält, um die Resonanzschaltung 91a zu bilden, weist die von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabe ein hohes Signal/Rauschen-Verhältnis auf. Der Grund hierfür ist folgender. Weil die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ Rechteckwellen sind und eine Rechteckwelle allgemein eine Überlagerung von Wellen mit Frequenzen mit ungeraden Vielfachen einer Grundfrequenz ist, ist eine sich mit der Grundfrequenz f ändernde Spannung, die aus der Empfängerspule 5 ausgegeben wird, eine Überlagerung von Spannungen, die sich mit Frequenzen von ungeraden Vielfachen der Grundfrequenz f ändern. Deshalb resoniert nur eine Frequenzkomponente aus den Frequenzkomponenten des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5, die die Grundfrequenz f aufweist, und wird durch die Resonanzschaltung 91a vergrößert. Die Frequenzkomponenten des Ausgabesignals V, die drei- oder mehrfache ungerade Vielfache der Grundfrequenz f sind, resonieren nicht und werden nicht durch die Resonanzschaltung 91a vergrößert. Dadurch werden Hochfrequenzkomponenten, die Frequenzkomponenten von ungeraden Vielfachen der Grundfrequenz f sind, beseitigt, sodass das von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabesignal V ein höheres Signal/Rauschen-Verhältnis aufweist. Weil also der Positionssensor 1e gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform den Kondensator 91 enthält, um die Resonanzschaltung 91a zu bilden, weist das von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabesignal V aufgrund der Resonanz ein höheres Signal/Rauschen-Verhältnis auf.
Die Grundfrequenz f des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 ist vorzugsweise exakt gleich der Resonanzfrequenz (Resonanzpunkt) der Resonanzschaltung 91a, die durch die Empfängerspule 5 und den Kondensator 91 gebildet wird. Jedoch auch wenn sich die Grundfrequenz f des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 etwas von der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a unterscheidet, resoniert das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 in der Resonanzschaltung 91a. Also auch wenn sich die Grundfrequenz f des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 etwas von der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a unterscheidet, wird die Amplitude des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 durch eine Resonanz vergrößert und wird das Signal/Rauschen-Verhältnis durch die Resonanz vergrößert. Das heißt, dass sich die Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ etwas von der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung unterscheiden kann. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann sich die als gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a beschriebene Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ etwas von der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a unterscheiden.
Die Phase des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V wird aufgrund der Resonanz um eine Phasenverschiebung β verschoben. Der Wert der Phasenverschiebung β kann ein positiver Wert oder ein negativer Wert je nach der Verbindung der Empfängerspule 5 sein. Das heißt, dass die Phase des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V durch den absoluten Wert |β| der Phasenverschiebung β je nach dem Verbindungsmodus der Empfängerspule 5 verzögert oder vorgeschoben wird. Der absolute Wert |β| der Phasenverschiebung β ist π/2, wenn die Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ exakt gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a ist. Wenn sich die Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ etwas von der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung unterscheidet, ist der absolute Wert |β| der Phasenverschiebung β von π/2 in Übereinstimmung mit der Differenz von der Grundfrequenz f verschieden. 22 zeigt die Messergebnisse des Amplitudenspannungswerts Vpp, wenn der Wert der durch die Resonanz verursachten Phasenverschiebung β verschieden von π/2 ist, d. h. wenn die Grundfrequenz f des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 etwas verschieden von der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a ist.
Das Ausgabesignal V, das von der Empfängerschaltung 5 erhalten wird, wenn der Sendewellenformgenerator 21 die Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingibt, wird durch die Formel 1 ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform ausgedrückt. Weil er jedoch die durch die Resonanz verursachte Phasenverschiebung β aufweist, wird ein Phasenversatz α als α = β + γ + δ – π/2 ausgedrückt.
Der Positionsdetektor 22 erfasst die Position X des Ziels 2 basierend auf dem von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignal V ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform. Das heißt, dass der Positionsdetektor 22 basierend auf dem von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignal V die Phase θ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V durch eine Methode ähnlich wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform misst. Dann berechnet der Positionsdetektor 22 basierend auf der gemessenen Phase θ die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2, um die Position X des Ziels 2 durch eine ähnliche Methode wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform zu erfassen.
In dem Positionssensor 1e gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform resoniert das von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabesignal V in der Resonanzschaltung 91a, die durch die Empfängerspule 5 und den Kondensator 91 gebildet wird. Diese Resonanz sieht vor, dass das von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabesignal V eine große Amplitude und ein hohes Signal/Rauschen-Verhältnis aufweist.
Also auch wenn die in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ keine durch eine Modulation einer Hochfrequenzwelle erhaltenen Wellen sind, kann das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 mit einer großen Amplitude und einem hohen S/N-Verhältnis erhalten werden und kann die Position X des Ziels 2 basierend auf dem Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 erfasst werden.
Deshalb enthält der Positionssensor 1e gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform nicht notwendigerweise eine Modulationsschaltung zum Modulieren einer Hochfrequenzwelle für das Erzeugen der in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ und eine Demodulationsschaltung zum Demodulieren des Ausgabesignals V der Empfängerspule 5 für das Erfassen der Position X des Ziels 2 basierend auf dem Ausgabesignal V der Empfängerspule 5. Das heißt, dass der Positionssensor 1e gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform die Position X des Ziels 2 ohne die Modulationsschaltung und die Demodulationsschaltung erfassen kann. Dadurch kann der Schaltungsaufbau des Positionssensors 1e vereinfacht werden. Außerdem sind die in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ Rechteckwellen und weisen binäre Spannungswerte (niedrig und hoch) auf, sodass sie einfach unter Verwendung eines einfachen Schaltungsaufbaus erzeugt werden können. Dadurch wird der Schaltungsaufbau vereinfacht.
Und weil die Resonanzschaltung 91a, die durch die Empfängerspule 5 und den Kondensator 91 gebildet wird, eine parallele Resonanzschaltung ist, kann das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 mit einer großen Amplitude und einem hohen Signal/Rauschen-Verhältnis mit einem kleinen Stromwert erhalten werden.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann die Phase θ des von der Empfängerspule 5 erhaltenen Ausgabesignals V durch eine ähnliche Methode wie in der zweiten oder dritten beispielhaften Ausführungsform gemessen werden. Der Positionsdetektor 22 kann also ähnlich wie in der zweiten oder dritten beispielhaften Ausführungsform konfiguriert sein. Außerdem kann die Phasenkomponente θ_X in Entsprechung zu der Position X des Ziels 2 durch eine ähnliche Methode wie in der vierten oder fünften beispielhaften Ausführungsform berechnet werden. Das heißt, dass der Sendewellenformgenerator 21 und der Positionsdetektor 22 ähnlich wie in der vierten oder fünften beispielhaften Ausführungsform konfiguriert sein können. Außerdem kann der Positionssensor 1e gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform weiterhin eine Ausgabeeinstelleinheit 71 enthalten, die der Ausgabeeinstelleinheit 71 der sechsten beispielhaften Ausführungsform ähnlich ist.
23 ist eine schematische Ansicht eines anderen Positionssensors 1f gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform. In 23 werden Komponenten, die identisch mit denjenigen des Positionssensors 1e von 21 sind, durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Anstelle des Kondensators 91 des in 21 gezeigten Positionssensors enthält der in 23 gezeigte Positionssensor 1f einen Kondensator 92, der zusammen mit der Sinusspule 3 eine Resonanzschaltung 92a bildet, und einen Kondensator 93, der zusammen mit der Cosinusspule 4 eine Resonanzschaltung 93a bildet. Die durch die Sinusspule 3 und den Kondensator 92 gebildete Resonanzschaltung 92a ist eine parallele Resonanzschaltung, und die durch die Cosinusspule 4 und den Kondensator 93 gebildete Resonanzschaltung 93a ist eine parallele Resonanzschaltung. Die beiden Resonanzfrequenzen der Resonanzschaltungen 92a und 93a sind identisch mit der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a von 21, die durch die Empfängerspule 5 und den Kondensator 91 gebildet wird. Die beiden Resonanzfrequenzen der Resonanzschaltungen 92a, 93a sind gleich der Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ and Wi₂, die Rechteckwellen sind und jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben werden.
In dem Positionssensor 1f von 23 resoniert die in die Sinusspule 3 eingegebene Eingabewelle Wi₁ in der Resonanzschaltung 92a, die durch die Sinusspule 3 und den Kondensator 92 gebildet wird, und resoniert die in die Cosinusspule 4 eingegebene Eingabewelle Wi₂ in der Resonanzschaltung 93a, die durch die Cosinusspule 4 und den Kondensator 93 gebildet wird. Eine derartige Resonanz gestattet, dass die in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegebenen Eingabewellen Wi₁ und Wi₂ eine große Amplitude und ein hohes Signal/Rauschen-Verhältnis aufweisen. Deshalb kann das von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabesignal V eine große Amplitude und ein hohes Signal/Rauschen-Verhältnis aufweisen. Dadurch kann der Schaltungsaufbau des Positionssensors 1f von 23 ähnlich wie derjenige des Positionssensors von 21 vereinfacht werden.
Und weil die durch die Sinusspule 3 und den Kondensator 92 gebildete Resonanzschaltung 92a und die durch die Cosinusspule 4 und den Kondensator 93 gebildete Resonanzschaltung 93a parallele Resonanzschaltungen sind, kann das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 mit einer großen Amplitude und einem hohen Signal/Rauschen-Verhältnis mit einem kleinen Stromwert erhalten werden.
24 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Positionssensors 1g gemäß der siebten beispielhaften Ausführungsform. In 24 werden Komponenten, die identisch mit denjenigen des Positionssensors 1e von 21 sind, durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Zusätzlich zu dem Kondensator 91 des Positionssensors von 21 enthält der Positionssensor 1g von 24 weiterhin einen Kondensator 92, der zusammen mit der Sinusspule 3 eine Resonanzschaltung 92a bildet, und einen Kondensator 93, der zusammen mit der Cosinusspule 4 eine Resonanzschaltung 93a bildet. Die durch die Sinusspule 3 und den Kondensator 92 gebildete Resonanzschaltung 92a ist eine parallele Resonanzschaltung, und die durch die Cosinusspule 4 und den Kondensator 93 gebildete Resonanzschaltung 93a ist eine parallele Resonanzschaltung. Die beiden Resonanzfrequenzen der Resonanzschaltungen 92a und 93a sind gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 91a, die durch die Empfängerspule 5 und den Kondensator 91 gebildet wird. Die beiden Resonanzfrequenzen der Resonanzschaltungen 92a und 93a sind gleich der Grundfrequenz f der Eingabewellen Wi₁ und Wi₂, die Rechteckwellen sind und jeweils in die Sinusspule 3 und die Cosinusspule 4 eingegeben werden.
In dem Positionssensor 1g von 24 resoniert die in die Sinusspule 3 eingegebene Eingabewelle Wi₁ in der Resonanzschaltung 92a, die durch die Sinusspule 3 und den Kondensator 92 gebildet wird, und resoniert die in die Cosinusspule 4 eingegebene Eingabewelle Wi₂ in der Resonanzschaltung 93a, die durch die Cosinusspule 4 und den Kondensator 93 gebildet wird. Außerdem resoniert das von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabesignal V in der Resonanzschaltung 91a, die durch die Empfängerspule 5 und den Kondensator 91 gebildet wird. Eine derartige Resonanz gestattet, dass das von der Empfängerspule 5 erhaltene Ausgabesignal V eine große Amplitude und ein hohes Signal/Rauschen-Verhältnis aufweist. Dadurch kann der Schaltungsaufbau des Positionssensors 1g von 24 ähnlich wie derjenige des Positionssensors 1e von 21 vereinfacht werden.
Weiterhin ermöglichen in dem Positionssensor 1g von 24 zusätzlich zu der Resonanz in der Resonanzschaltung 91a, die durch die Empfängerspule 5 und den Kondensator 91 gebildet wird, die Resonanz in der Resonanzschaltung 92a, die durch die Sinusspule 3 und den Kondensator 92 gebildet wird, und die Resonanz in der Resonanzschaltung 93a, die durch die Cosinusspule 4 und den Kondensator 93 gebildet wird, dass das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 eine große Amplitude und ein hohes Signal/Rauschen-Verhältnis aufweist. Dementsprechend kann in dem Positionssensor 1g von 24 das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 mit einer größeren Amplitude und einem höheren Signal/Rauschen-Verhältnis als in den Positionssensoren von 21 und 23 erhalten werden.
Und weil in dem Positionssensor 1g von 24 die Resonanzschaltung 92a, die durch die Sinusspule 3 und den Kondensator 92 gebildet wird, und die Resonanzschaltung 93a, die durch die Cosinusspule 4 und den Kondensator 93 gebildet wird, parallele Resonanzschaltungen sind, kann das Ausgabesignal V der Empfängerspule 5 mit einer großen Amplitude und einem hohen Signal/Rauschen-Verhältnis mit einem kleinen Stromwert erhalten werden.
Bezugszeichenliste

1a bis 1g: Positionssensor
2: Ziel
3: Sinusspule (erste Sendespule)
4: Cosinusspule (zweite Sendespule)
5: Empfängerspule
6: Verarbeitungsschaltungseinheit
7: Leiterplatte
21: Sendewellenformgenerator
22: Positionsdetektor
31: Bezugs-Timing-Generator
32: Verstärker
33: A/D-Timing-Generator
34: A/D-Wandler
35: Phasenmesseinheit
36: Messwertspeichereinheit
37: Ausgabewandler
41: Moduswähler
51: Bezugswertspeichereinheit
52: Phaseneinstelleinheit
71: Ausgabeeinstelleinheit
91, 92, 93: Kondensator
91a, 92a, 93a: Resonanzschaltung
Wi₁: Eingabewelle (erste Eingabewelle)
Wi_1-14: Eingabewelle (erste Eingabeweelle)
Wi_1-2: Eingabewelle (zweite Eingabewelel)
Wi₂: Eingabewelle (zweite Eingabewelle)
Wi_2-1: Eingabewelle (dritte Eingabewelle)
Wi_2-2: Eingabewelel (vierte Eingabewelle)
V: Ausgabesignal (erstes Ausgabesignal)
V1: Ausgabesignal (erstes Ausgabesignal)
V2: Ausgabesignal (zweites Ausgabesignal)
α: Phasenversatz
α₁: Phasenversatz (erster Phasenversatz)
α₂: Phasenversatz (zweiter Phasenversatz)
θ: Phase (erste Phase)θ₁ Phase (erste Phase)
θ₁: Phase (erste Phase)
θ₂: Phase (zweite Phase)
θ_X: Phasenkomponente

Claims

Positionssensor, der umfasst: eine erste Sendespule zum Senden einer elektromagnetischen Welle, wobei die erste Sendespule eine erste vorbestimmte Form aufweist, eine zweite Sendespule zum Senden einer elektromagnetischen Welle, wobei die zweite Sendespule eine zweite vorbestimmte Form, die sich von der ersten vorbestimmten Form unterscheidet, aufweist, eine Empfängerspule zum Empfangen der elektromagnetischen Wellen, die von der ersten Sendespule und der zweiten Sendespule gesendet werden, einen Sendewellenformgenerator, der eine erste Eingabewelle und eine zweite Eingabewelle jeweils zu der ersten Sendespule und der zweiten Sendespule eingibt, wobei die erste Eingabewelle und die zweite Eingabewelle gleiche Frequenzen und voneinander verschiedene Phasen aufweisen, und einen Positionsdetektor zum Erfassen der Position eines Ziels, das beweglich in Bezug auf die erste Sendespule, die zweite Sendespule und die Empfängerspule vorgesehen ist, basierend auf einem ersten Ausgabesignal, das von der Empfängerspule in Reaktion auf die erste Eingabewelle und die zweite Eingabewelle, die von dem Sendewellenformgenerator jeweils zu der ersten Sendespule und der zweiten Sendespule eingegeben werden, erhalten wird, wobei der Positionsdetektor konfiguriert ist zum Erfassen der Position des Ziels basierend auf Werten, die durch das wenigsens zweimalige Abtasten des von der Empfängerspule erhaltenen ersten Ausgabesignals mit einer Abtastperiode, die von einem ganzzahligen Vielfachen einer Hälfte einer Periode der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle verschieden ist, erhalten werden.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei der Positionsdetektor konfiguriert ist zum Erfassen der Position des Ziels basierend auf Werten, die durch das wenigstens dreimalige Abtasten des von der Empfängerspule erhaltenen ersten Ausgabesignals mit der Abtastperiode erhalten werden.
Positionssensor nach Anspruch 2, wobei die Abtastperiode R/N mal die Periode der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle ist, wobei N eine Ganzzahl nicht kleiner als 3 ist und R eine Ganzzahl ist, die größer als N ist und kein ganzzahliges Vielfaches von N ist, und wobei der Positionsdetektor konfiguriert ist zum Erfassen der Position des Ziels basierend auf Werten, die durch das N-malige Abtasten des von der Empfängerspule erhaltenen ersten Ausgabesignals mit der Abtastperiode erhalten werden.
Positionsensor nach Anspruch 3, wobei der Positionsdetektor konfiguriert ist zum Erfassen der Position des Ziels basierend auf Werten, die durch das N × m-malige Abtasten des von der Empfängerspule erhaltenen ersten Ausgabesignals mit der Abtastperiode (m ist eine Ganzzahl nicht kleiner als 2) erhalten werden.
Positiossensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Phasen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle eine erste vorbestimmte Phasenbeziehung aufweisen, wobei der Sendewellenformgenerator einen ersten Modus aufweist, in dem die erste Eingabewelle und die zweite Eingabewelle jeweils zu der ersten Sendespule und der zweiten Sendespule eingegeben werden, und einen zweiten Modus aufweist, in dem eine dritte Eingabewelle und eine vierte Eingabewelle jeweils zu der ersten Sendespule und der zweiten Sendespule eingegeben werden, wobei die dritte Eingabewelle und die vierte Eingabewelle die Frequenzen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle aufweisen, wobei die dritte Eingabewelle und die vierte Eingabewelle Phasen aufweisen, die voneinander verschieden sind und eine zweite vorbestimmte Phasenbeziehung, die verschieden von der ersten vorbestimmten Phasenbeziehung ist, aufweisen, und wobei der Positionsdetektor enthält: eine Phasenmesseinheit, die eine Phasenkomponente in Entsprechung zu der Position des Ziels basierend auf einem Wert, der durch das Abtasten des ersten Ausgabesignals mit der Abtastperiode erhalten wird, und auf einem Wert, der durch das Abtasten eines zweiten Ausgabesignals mit der Abtastperiode erhalten wird, berechnet, wobei das erste Ausgabesignal von der Empfängerspule in dem ersten Modus erhalten wird, das zweite Ausgabesignal von der Empfängerspule in dem zweiten Modus erhalten wird und die Phasenkomponente in einer ersten Phase des ersten Ausgabesignals und einer zweiten Phase des zweiten Ausgabesignals enthalten ist, und einen Ausgabewandler, der die durch die Phasenmesseinheit berechnete Phasenkomponente zu der Position des Ziels wandelt.
Positionssensor nach Anspruch 5, wobei die Phasenmesseinheit konfiguriert ist zum: Messen der ersten Phase des von der Empfängerspule in dem ersten Modus erhaltenen ersten Ausgabesignals basierend auf dem Wert, der durch das Abtasten des von der Empfängerspule erhaltenen ersten Ausgabesignals erhalten wird, Messen der zweiten Phase des von der Empfängerspule in dem zweiten Modus erhaltenen zweiten Ausgabesignals basierend auf dem Wert, der durch das Abtasten des von der Empfängerspule erhaltenen zweiten Ausgabesignals erhalten wird, und Berechnen der Phasenkomponente in Entsprechung zu der Position des Ziels basierend auf der ersten Phase und der zweiten Phase.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Phasen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle eine erste vorbestimmte Phasenbeziehung aufweisen, wobei der Sendewellenformgenerator einen ersten Modus aufweist, in dem die erste Eingabewelle und die zweite Eingabewelle jeweils zu der ersten Sendespule und der zweiten Sendespule eingegeben werden, und einen zweiten Modus aufweist, in dem eine dritte Eingabewelle und eine vierte Eingabewelle jeweils zu der ersten Sendespule und der zweiten Sendespule eingegeben werden, wobei die dritte Eingabewelle und die vierte Eingabewelle die Frequenzen der ersten Eingabewelle und der zweiten Eingabewelle aufweisen, wobei die dritte Eingabewelle und die vierte Eingabewelle Phasen aufweisen, die voneinander verschieden sind und eine zweite vorbestimmte Phasenbeziehung, die verschieden von der ersten vorbestimmten Phasenbeziehung ist, aufweisen, und wobei der Positionsdetektor enthält: eine Phasenmesseinheit, die eine erste Phase des von der Empfängerspule erhaltenen ersten Ausgabesignals basierend auf einem Wert misst, der durch das Abtasten des von der Empfängerspule in dem ersten Modus erhaltenen ersten Ausgabesignals erhalten wird, und eine zweite Phase eines von der Empfängerspule erhaltenen zweiten Ausgabesignals basierend auf einem Wert misst, der durch das Abtasten des von der Empfängerspule in dem zweiten Modus erhaltenen zweiten Ausgabesignals erhalten wird, eine Phaseneinstelleinheit, die einen ersten Phasenversatz und einen zweiten Phasenversatz jeweils in der ersten Phase und der zweiten Phase berechnet und eine in der ersten Phase und der zweiten Phase enthaltene Phasenkomponente basierend auf dem ersten Phasenversatz und dem zweiten Phasenversatz berechnet und einstellt, wobei die in der ersten Phase und der zweiten Phase enthaltene Phasenkomponente der Position des Ziels entspricht, und einen Ausgabewandler, der die durch die Phaseneinstelleinheit berechnete Phasenkomponente in Entsprechung zu der Positon des Ziels zu der Position des Ziels wandelt.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der weiterhin eine Ausgabeeinstelleinheit umfasst, die die Größe des von der Empfängerspule erhaltenen Ausgabesignals einstellt.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der weiterhin umfasst: einen Kondensator, der zusammen mit der ersten Sendespule, der zweiten Sendespule und/oder der Empfängerspule eine Resonanzschaltung bildet, wobei der Sendewellenformgenerator in die erste Sendespule und die zweite Sendespule jeweils eine erste Rechteckwelle und eine zweite Rechteckwelle als die erste Eingabewelle und die zweite Eingabewelle eingibt, wobei die erste Rechteckwelle und die zweite Rechteckwelle Frequenzen gleich einer Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung aufweisen.