JP2003161636A - Device for detecting angle of rotation - Google Patents

Device for detecting angle of rotation

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JP2003161636A
JP2003161636A JP2001402122A JP2001402122A JP2003161636A JP 2003161636 A JP2003161636 A JP 2003161636A JP 2001402122 A JP2001402122 A JP 2001402122A JP 2001402122 A JP2001402122 A JP 2001402122A JP 2003161636 A JP2003161636 A JP 2003161636A
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JP
Japan
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coil
pattern
voltage
comparator
rotation angle
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001402122A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naomasa Oshie
直正 押柄
Seiji Toda
成二 戸田
Masayuki Miki
正之 三木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIBEKKUSU KK
Levex Corp
Original Assignee
RIBEKKUSU KK
Levex Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by RIBEKKUSU KK, Levex Corp filed Critical RIBEKKUSU KK
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Publication of JP2003161636A publication Critical patent/JP2003161636A/en
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detector with a simple structure which can be adapted to a narrow place, accurately carries out the measurement in non-contact, has such an environmental property that the fluctuation of outputs caused by the temperature, the external magnetism or the like is reduced, particularly has a large degree of freedom for a relative mounting position between a detecting coil and a conductive body (or magnetic body), and can freely change the detection sensitivity while carrying out matching a detection circuit by changing the structure of overlapping distance or overlapping area of a conductive body for many applications. <P>SOLUTION: The detection section is composed of a pattern which is formed on the peripheral surface of a spindle-like rotating body (11) in accordance with a certain function, and has conductivity or magnetic resistance different from the spindle-like rotating body and a coil (1) arranged close to the pattern. Then, the detection section is periodically applied with pulse-like voltage so as to cause a capacitor (4) to charge or discharge, and a period is measured until the voltage at the discharge time exceeds a threshold of a comparator (5), and the angle of rotation is detected by converting the period into a value of voltage or the like. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は小形で対環境性の要
する場所で、回転角度変位量を感知して所定の位置にあ
るかどうか、また位置そのものを判定して、電圧、電
流、スイッチ出力等を発生させる目的で使用する回転角
度検出器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small, environmentally-friendly place where voltage, current, and switch output are detected by sensing a rotational angle displacement amount to determine whether or not it is at a predetermined position and the position itself. The present invention relates to a rotation angle detector used for the purpose of generating, etc.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の回転位置検出用の検出器として、
ポテンショメータ、レゾルバ、光学式工ンコーダ等があ
るが、ポテンショメータは摺動型のため長時間使用する
と摺動部が磨耗し、回転駆動トルクも変動する等の問題
がある。レゾルバも同様に固定子巻線の信号をブラシで
取出す必要があり、また直径方向の寸法が比較的大きく
なる欠点がある。光学式エンコーダは光が通過するスリ
ットの形成に機械的な制約があるため、分解能を上げよ
うとすると軸方向に寸法が大きくなる。またノイズ等に
よるミスカウントにより繰り返し安定性に欠け機械的強
度も低かった。
2. Description of the Related Art As a conventional detector for detecting a rotational position,
Although there are potentiometers, resolvers, optical encoders, etc., since the potentiometers are of the sliding type, there is a problem that the sliding parts wear when used for a long time and the rotational driving torque also fluctuates. Similarly, the resolver also needs to extract the signal of the stator winding with a brush, and has a drawback that the size in the diameter direction is relatively large. Since the optical encoder has a mechanical limitation in forming a slit through which light passes, when an attempt is made to increase the resolution, the size becomes large in the axial direction. In addition, due to miscounting due to noise and the like, repeated stability was lacking and mechanical strength was low.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明では温度とか湿
度等の外部環境変化にも耐え機械強度も優れ、構造がシ
ンプルで、小形の回転角度検出器を提供する。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a small-sized rotation angle detector having a simple structure and excellent resistance to external environmental changes such as temperature and humidity, excellent mechanical strength, and the like.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】軸状の軸状回転物(1
1)の外周に、円周角度方向に一定の函数で形成した2
直線(または曲線)で囲まれた導電体または磁性体を形
成させ、この導電性または磁気抵抗の異なるパターン
(2)とコイル(1)の形状を変えることで単に材料の
差のみで決められるインダクタンス変化量でなく、積極
的に出力特性を設計できる構造とした。このインダクタ
ンス変化量を処理する電気回路と組み合わせることによ
り、種々の目的に応じた回転角度検出器を提供できるよ
うにした。
[Means for Solving the Problems] A shaft-shaped rotating object (1
Formed on the outer circumference of 1) with a constant function in the circumferential angular direction 2
By forming a conductor or magnetic material surrounded by a straight line (or a curve) and changing the shapes of the pattern (2) and the coil (1) having different conductivity or magnetoresistance, the inductance determined only by the difference in material. The structure is such that the output characteristics can be actively designed instead of the change amount. By combining this with an electric circuit that processes the amount of change in inductance, it is possible to provide a rotation angle detector for various purposes.

【0005】一例として軸状の非導電体の上を導電体ま
たは磁性体で覆って形成した回転角度検出部の外周また
は側面にコイルを設置し、これに抵抗、コンデンサ、コ
ンパレータまたは固定周波数パルス発振器と、電圧トリ
ガー部と周期電圧変換部(21)等よりなるコイルへの
周期的な矩形波発振回路と処理回路で構成する。
As an example, a coil is installed on the outer circumference or side surface of a rotation angle detecting portion formed by covering a shaft-shaped non-conductor with a conductor or a magnetic substance, and a resistor, a capacitor, a comparator or a fixed frequency pulse oscillator. And a periodic rectangular wave oscillating circuit and a processing circuit for a coil composed of a voltage trigger unit, a periodic voltage converting unit (21) and the like.

【0006】本発明の回転角度検出器は、図1または図
7に示すブロッタ図で示される構成となっている。コイ
ル(1)は導電性または磁気抵抗の異なるパターン
(2)に内径または側面または外周で近接して固定され
ている。導電性または磁気抵抗の異なるパターン(2)
がこの軸状の軸状回転体(11)の外周に形成されてい
る。回転角度測定物(15)が図1の回転方向に回転す
ると、近接するコイル(1)との重合距離(10)また
は重合面積が変化する。
The rotation angle detector of the present invention has a configuration shown in the blotter diagram of FIG. 1 or 7. The coil (1) is fixed in close proximity to the pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance on the inner diameter, the side surface or the outer circumference. Patterns with different conductivity or magnetoresistance (2)
Are formed on the outer periphery of the shaft-shaped rotating body (11). When the rotation angle measurement object (15) rotates in the rotation direction of FIG. 1, the overlapping distance (10) or the overlapping area with the adjacent coil (1) changes.

【0007】図1、7は、この重合状態変化をコイルの
インダクタンス変化として捉える回路である。何れの方
式もコイルのインダクタンスを時間の変化で捉えるのは
同じであるが、コイルの印加する発振回路と取りだし時
間が異なる。パルス出力回路に用いるコンパレータ
(5)は、反転出力の比較器であり、入力電圧が低電圧
から上昇するときは、しきい値を超えるまでハイレベル
に出力し、しきい値を超えるとローレベルを出力する。
また、入力電圧が高電圧側から下降するときは、しきい
値を超えるまでローレベルを出力し、しきい値を超える
とハイレベルを出力する。また、しきい値にヒステリシ
スを持たせることにより、安定して連続発振を続けさせ
ることができる。この他にもコンパレータの代わりとし
てオペアンプや論理素子のシュミットインバータなどが
利用できる。
FIGS. 1 and 7 show a circuit in which this change in the superposed state is recognized as a change in the inductance of the coil. In either method, the coil inductance is the same as the change in time, but the oscillation circuit applied by the coil and the take-out time are different. The comparator (5) used in the pulse output circuit is an inverting output comparator. When the input voltage rises from a low voltage, it outputs a high level until it exceeds the threshold, and when it exceeds the threshold, it outputs a low level. Is output.
When the input voltage drops from the high voltage side, a low level is output until the input voltage exceeds the threshold value, and a high level is output when the input voltage exceeds the threshold value. Moreover, by providing the threshold with hysteresis, continuous oscillation can be stably continued. In addition to this, an operational amplifier or a Schmitt inverter having a logic element can be used as a substitute for the comparator.

【0008】パルス出力部に用いる固定周波数パルス発
信器(9)とフリップフロップ回路(8)並びにコンパ
レータ(5)を用いた回路で、パルスの出力タイミング
を操作することで、ハードウエアのみで温度補償特性の
調整とか直線性向上のために利用することができる。周
期電圧変換部(21)は、コンデンサ放電の過渡状態を
コンパレータのしきい値で判定することにより得られる
時間を電圧に変換する部分で、周期電圧変換部(21)
は変位に対応した電圧、または電流を出力するがあらか
じめ設定した変位に対して、プラスかマイナスのどちら
側にあるかを比較・判定してスイッチ出力を発生させる
ものである。
A circuit using a fixed frequency pulse oscillator (9) used for a pulse output section, a flip-flop circuit (8) and a comparator (5) controls the output timing of the pulse to compensate the temperature only by hardware. It can be used for adjusting characteristics and improving linearity. The periodic voltage conversion unit (21) is a unit that converts the time obtained by determining the transient state of capacitor discharge with a threshold value of a comparator into a voltage, and the periodic voltage conversion unit (21).
A voltage or current corresponding to the displacement is output, but a switch output is generated by comparing / determining whether it is on the plus or minus side with respect to a preset displacement.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】この角度検出器において、コンパ
レータ(5)よりのコイル(1)にパルス状の電圧を印
加すると、回転角度検出部の導電性または磁気抵抗の異
なるパターン(2)または磁性体とコイル(1)が重合
する量に応じてコイル(1)のインダクタンスが変化
し、これに応じてコンパレータ入力部の電圧が変化す
る。このインダクタンスの変化は導電性または磁気抵抗
の異なるパターン(2)をコイル(1)に近接させる場
合は、コイルより発生する磁束により導電性または磁気
抵抗の異なるパターン(2)の表面に渦電流が発生し、
それが損失となりインダクタンスを減少させる方向には
たらき、磁性体を挿入する場合は磁性体がコイルより発
する磁束を集中させる働きをしてインダクタンスを増加
させる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In this angle detector, when a pulsed voltage is applied to a coil (1) from a comparator (5), a pattern (2) or magnetism having different conductivity or magnetic resistance of a rotation angle detector is obtained. The inductance of the coil (1) changes according to the amount by which the body and the coil (1) are overlapped, and the voltage at the comparator input part changes accordingly. When the pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance is brought close to the coil (1), the magnetic flux generated from the coil causes an eddy current on the surface of the pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance. Occurs,
This acts as a loss and acts in the direction of reducing the inductance, and when a magnetic body is inserted, the magnetic body functions to concentrate the magnetic flux generated from the coil and increases the inductance.

【0010】図7はヒステリシスを有するコンパレータ
を用いて連続発振させるブロック図を示し、図8はコン
パレータよりコイルにパルス状の電圧を印加すると、コ
イルのインダクタンスと、抵抗、コンデンサによって決
まる時定数でコンデンサに充電される様子を示す。コン
デンサの充電される側の極は、コンパレータの入力側に
も接続されているので、コンパレータのしきい値を超え
て電圧が上昇すると、図8ように、コンパレータの出力
が0V(ボルト)またはグランドに反転し、コンデンサ
は放電を始める。この時コイルのインダクタンスと、抵
抗、コンデンサにより決まる時定数でコンデンサは電荷
を放電する。
FIG. 7 shows a block diagram of continuous oscillation using a comparator having hysteresis, and FIG. 8 shows that when a pulsed voltage is applied from the comparator to the coil, the capacitor has a time constant determined by the inductance of the coil, the resistance and the capacitor. Shows how the battery is charged. The pole on the charged side of the capacitor is also connected to the input side of the comparator, so if the voltage rises above the threshold of the comparator, the output of the comparator will be 0 V (volt) or ground as shown in FIG. The capacitor starts to discharge. At this time, the capacitor discharges electric charge with a time constant determined by the inductance of the coil, the resistance, and the capacitor.

【0011】この放電電圧がコンパレータのしきい値を
超えて下降すると、コンパレータの出力はハイレベルに
変化するので連続して発振を続け、ハイレベルになるま
での時間(図8の周期Td)を電圧等に変換して出力と
する。また、コンパレータのしきい値にヒステリシスが
ない場合も、コイルの逆起電力によるオーバシュートに
より発振を維持できる可能性があるが,不安定なため、
コンパレータのしきい値にヒステリシスを設け、図9に
示す電位差(VHとVLの差)ΔVを十分に確保して、
安定して発振させることが重要である。
When the discharge voltage drops below the threshold value of the comparator, the output of the comparator changes to the high level, so that the oscillation continues continuously and the time until the high level is reached (the period Td in FIG. 8). It is converted into voltage and output. In addition, even if there is no hysteresis in the threshold of the comparator, oscillation may be maintained due to overshoot due to the back electromotive force of the coil, but it is unstable.
Hysteresis is provided in the threshold value of the comparator to sufficiently secure the potential difference (difference between VH and VL) ΔV shown in FIG.
It is important to oscillate stably.

【0012】次にコンデンサへの充・放電の電圧変化を
観測し、それを電圧に変換し出力とする方法について述
べる。連続して発振しているコンパレータの出力電圧反
転のタイミングに合わせて一定時間幅を有する矩形波T
cを生成し、その矩形波の実効値をとることで、出力と
なる電圧を生成できる。このように出力電圧の生成方法
では、コンパレータの出力周期をTとすると、出力電圧
はTc/Tとなり、実行値を求めるときに周期Tの方が
変化するため、コイルのインダクタンスと出力電圧の比
例関係が損なわれる。
Next, a method of observing a voltage change of charging / discharging of the capacitor, converting it to a voltage and outputting it will be described. A rectangular wave T having a constant time width in synchronization with the output voltage inversion timing of the comparator that is continuously oscillating
By generating c and taking the effective value of the rectangular wave, it is possible to generate an output voltage. In this way, in the output voltage generation method, assuming that the output cycle of the comparator is T, the output voltage becomes Tc / T, and the cycle T changes when the execution value is obtained. Therefore, the inductance of the coil is proportional to the output voltage. The relationship is damaged.

【0013】そこで別途固定パルス発振回路を追加し、
周期Tで動作するクロックの立ち上がりから、コンパレ
ータの出力が反転する間、コイルにパルス状の電圧を印
加し、コンデンサの放電時にコンパレータのしきい値を
通過するときの信号を基準に矩形波を生成し、この時間
Tdを実効値にとると、出力はTd/Tとなり、周期T
が一定なのでインダクタンスの変化に比例した出力を得
ることができる。
Therefore, a fixed pulse oscillator circuit is added separately,
A pulsed voltage is applied to the coil while the output of the comparator is inverted from the rising edge of the clock that operates in cycle T, and a rectangular wave is generated based on the signal that passes the threshold of the comparator when the capacitor is discharged. Then, if this time Td is taken as the effective value, the output becomes Td / T, and the cycle T
Is constant, an output proportional to the change in inductance can be obtained.

【0014】この方式は周期T内で複数回のパルスを出
力しても効果は同様で、コイル等の形状等の制約によ
り、インダクタンスが小さく得られる出力が少ない場合
は、クロックの1周期内に複数回のパルス電圧を出力し
て時間をかせぐことにより、安定した出力を得ることが
できる。その他の電圧変換の方法として、コンデンサの
放電時にコンパレータのしきい値を通過するまでの時間
を計測し、その時間に比例した電圧を出力する方法も考
えられる。
This method has the same effect even if the pulse is output a plurality of times within the period T, and when the output that can be obtained with a small inductance is small due to the restriction of the shape of the coil or the like, the output is within one period of the clock. A stable output can be obtained by outputting the pulse voltage a plurality of times to save time. As another voltage conversion method, it is possible to measure the time taken for the capacitor to pass through the threshold value when discharging the capacitor and output a voltage proportional to the time.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1において、被直線変位検出物
(15)に剛に締結した導電性または磁気抵抗の異なる
パターン(2)を用いて、位置の変位とともにコイル
(1)との重合距離または重合面積が変化するように配
置することで、変位検出部を構成させて、コイル(1)
の一端に抵抗(6)、バッファ(7)、フリップフロッ
プ回路(8)、固定周波数パルス発振器(9)を接続
し、コイル(1)とコンパレータ(5)間にコンデンサ
(4)を接続し、その端部は0V(ボルト)またはグラ
ンンド(3)に接地する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In FIG. 1, a pattern (2) having different conductivity or magnetoresistance that is rigidly fastened to a linear displacement detected object (15) is used, and the coil is superposed with the coil (1) along with the displacement of the position. By arranging so that the distance or the overlapping area changes, the displacement detecting unit is configured, and the coil (1)
A resistor (6), a buffer (7), a flip-flop circuit (8), and a fixed frequency pulse oscillator (9) are connected to one end of, and a capacitor (4) is connected between the coil (1) and the comparator (5), Its end is grounded to 0V (volt) or ground (3).

【0016】さらに、固定周波数パルス発振器(9)よ
り固定周波数パルスを発生させ、コイル(1)のインダ
クタンス変化に応じてヒステリシスを有するしきい値を
備えた反転出力のコンパレータ(5)の出力電圧が既定
上限電圧VHに達するとフリップフロップ回路のリセッ
ト回路が働いてコイル(1)とコンパレータの電圧がデ
ィスチャージされ、この電圧が既定下限電圧VLに達す
る瞬間にトリガーをかけて、固定周波数パルス発振時か
ら既定下限電圧VLに達するまでの時間Tdを計測す
る。
Further, a fixed frequency pulse is generated from the fixed frequency pulse oscillator (9), and the output voltage of the inverting output comparator (5) having a threshold value having hysteresis according to the change of the inductance of the coil (1) is When the preset upper limit voltage VH is reached, the reset circuit of the flip-flop circuit operates to discharge the voltage of the coil (1) and the comparator, and a trigger is applied at the moment when this voltage reaches the preset lower limit voltage VL, from the fixed frequency pulse oscillation. The time Td until reaching the predetermined lower limit voltage VL is measured.

【0017】図1はコイル(1)の外周に軸状回転体
(11)があり、その外周に図2〜図6Aに示すような
軸状回転体と導電性または磁気抵抗の異なるパターン
(2)が印刷してある。ここで印刷と呼称しているのは
導電性または磁気抵抗の異なるパターン(2)を形成す
るために溶剤または接着剤に混練してコートするペイン
ト法、電気鍍金法、または真空蒸着法、イオンプレーテ
イング法、スパッタリング法などの真空応用の成膜方法
によるものも含んでいる。
In FIG. 1, a shaft-shaped rotating body (11) is provided on the outer periphery of the coil (1), and a pattern (2) having a conductivity or a magnetic resistance different from that of the shaft-shaped rotating body as shown in FIGS. ) Is printed. Here, what is called printing is a paint method in which a solvent or an adhesive is kneaded and coated to form a pattern (2) having different conductivity or magnetoresistance, an electroplating method, a vacuum deposition method, an ion plating method. It also includes vacuum film forming methods such as the towing method and the sputtering method.

【0018】真空中でのイオン抽入法によるイオン抽入
密度のコントロールによる傾斜抽入も含んでいる。導電
性または磁気抵抗の異なるパターン(2)用材料として
は銅、銀、アルミ合金等の電気抵抗率の低い非鉄金属が
使われることが多い。軸状回転体(11)には鉄鋼、ス
テンレス鋼、非鉄金属の他に各種高分子材料、セラミッ
クス等が使用される。印刷厚みは20μmから300μ
m程度。スパッタリング法による膜形成が緻密で微細形
状に適し強固に均一に印刷が可能である。
The gradient extraction is also included by controlling the ion extraction density by the ion extraction method in vacuum. As a material for the pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance, non-ferrous metal having a low electric resistivity such as copper, silver and aluminum alloy is often used. For the shaft-shaped rotating body (11), various polymer materials, ceramics and the like are used in addition to steel, stainless steel, non-ferrous metal. Printing thickness is 20μm to 300μ
about m. The film formation by the sputtering method is precise and suitable for a fine shape, and strong and uniform printing is possible.

【0019】図1はコイル(1)の外周がコイル固定台
(13)を介して導電性または磁気抵抗の異なるパター
ン(2)に近接している場合を示している。この場合に
は導電体印刷の軸方向中心とコイル(1)の軸心は同一
面にある必要がある。図1Aはコイル(1)の側面がコ
イル固定台(13)を介して、近接固定されている場合
を示している。この場合はコイル軸心が導電体印刷の軸
方向中心に対向していることが必要である。
FIG. 1 shows a case where the outer circumference of the coil (1) is close to the pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance via the coil fixing base (13). In this case, the axial center of the conductor printing and the axial center of the coil (1) need to be on the same plane. FIG. 1A shows a case where the side surface of the coil (1) is closely fixed via a coil fixing base (13). In this case, it is necessary that the axis of the coil faces the axial center of the printed conductor.

【0020】図2は軸状絶縁物(11)の外周に導電性
または磁気抵抗の異なるパターン(2)が印刷されてい
る例を示す。その外周の印刷の形状を展開図で示したの
が、図3〜図6Aである。図3は円周方向に導電体面積
最大から360度で最小になる角度に比例して減少する
例を示す。
FIG. 2 shows an example in which a pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance is printed on the outer periphery of the shaft-shaped insulator (11). FIGS. 3 to 6A are developed views showing the shape of the print on the outer periphery thereof. FIG. 3 shows an example in which the conductor area decreases in the circumferential direction in proportion to the angle at which the conductor area becomes minimum at 360 degrees.

【0021】図4は円周方向に導電体面積最大から36
0度で最小になるが、函数曲線で2つの曲線に囲まれて
急減する導電面積としている。このようにすると角度に
対して導電面積の減少が急変し、しいては角度の変化に
対してコイルに生じるコンダクタンス変化が急減して、
分解能が急峻となる。
FIG. 4 shows the conductor area from the maximum to 36 in the circumferential direction.
Although it becomes the minimum at 0 degree, it is set as a conductive area which is surrounded by two curves by a function curve and sharply decreases. By doing this, the decrease in the conductive area changes sharply with respect to the angle, and the change in the conductance that occurs in the coil with respect to the change in the angle also decreases sharply.
The resolution becomes steep.

【0022】図5は円周方向に異なる直径の円形の軸状
回転体と導電性または磁気抵抗の異なるパターン(2)
を円周方向に千鳥状に配列して最大密度から360度以
内で最小時は密度ゼロまで変化させる。具体的にはd
1,d2・・・dnで終わり、その間隔はpである。図
5Aは同径の円形の列が隣接する間隔がp1,p2・・
・pnと間隔を広げて導電面積密度最大から360度以
内で密度ゼロにまで変化する。図6はイオン抽入法によ
って円周方向に導電体イオン密度の濃淡をつけるもの
で、密度比を5:1以上にする。
FIG. 5 shows a circular rotor having different diameters in the circumferential direction and a pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance.
Are arranged in a zigzag pattern in the circumferential direction, and the density is changed within 360 degrees from the maximum density to zero at the minimum density. Specifically, d
1, d2 ... dn, and the interval is p. In FIG. 5A, the intervals between adjacent circular rows of the same diameter are p1, p2 ...
-By increasing the pn and the interval, the conductive area density changes to zero within 360 degrees from the maximum. FIG. 6 shows the density of the conductor ion density in the circumferential direction by the ion extraction method, and the density ratio is 5: 1 or more.

【0023】コイルが側面近接の場合(図1A)は導電
性または磁気抵抗の異なるパターン(2)の印刷幅はコ
イル外径の1〜2倍程度とする。
When the coil is close to the side surface (FIG. 1A), the print width of the pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance is about 1 to 2 times the outer diameter of the coil.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明は回転角度検出器として、コイル
(1)と軸状回転体と導電性または磁気抵抗の異なるパ
ターン(2)のみで検出部を構成できることに加えて、
導電体印刷の効果によって更に急峻な感度で回転角度を
検出することが可能になった。
According to the present invention, in addition to the fact that the rotation angle detector can be constituted by only the coil (1), the shaft-shaped rotor and the pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance,
Due to the effect of conductor printing, it has become possible to detect the rotation angle with a steeper sensitivity.

【0025】しかも、回転する測定物と無接触で測定可
能であり、コイル(1)と、軸状回転体と導電性または
磁気抵抗の異なるパターン(2)の、間隔および平行度
などの相対的な位置は比較的自由度が大きく、位置的な
微調整が必要なく使用上大きな効果となる。
In addition, it is possible to perform contactless measurement with a rotating object to be measured, and the coil (1) and the shaft-shaped rotating body (2) having different conductivity or magnetic resistance relative to each other such as space and parallelism. The large position has a relatively large degree of freedom and does not require a fine positional adjustment, which is a great effect in use.

【0026】測定物の寸法緒元に合わせて導電体形状を
選べば、回路とのマッチングにより、より狭小な検出部
を十分な感度と精度を持って作成可能である。検出部が
コイルと導電体(または磁性体)のみで構成されている
ので、設置する環境対策も対応しやすく、特に高温対策
や耐湿対策も容易である。
If the shape of the conductor is selected according to the dimensions of the object to be measured, a narrower detecting section can be produced with sufficient sensitivity and accuracy by matching with the circuit. Since the detection unit is composed only of the coil and the conductor (or the magnetic substance), it is easy to deal with the environmental measures to be installed, and especially the high temperature measure and the moisture resistance measure are also easy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】回転角度を検出する回転角度検出器の全体ブロ
ック図である。
FIG. 1 is an overall block diagram of a rotation angle detector that detects a rotation angle.

【図1A】回転角度検出部のコイル(1)の側面近接の
検出部を示す。
FIG. 1A shows a detection unit near a side surface of a coil (1) of a rotation angle detection unit.

【図2】軸状絶縁物外周への導電体の1例を鳥瞰図で示
す。
FIG. 2 is a bird's-eye view showing an example of a conductor on the outer periphery of a shaft-shaped insulator.

【図3】導電体を円周方向角度に比例して導電体面積が
減少する場合を示す。
FIG. 3 shows a case where the conductor area is reduced in proportion to the circumferential angle of the conductor.

【図4】導電体を一定の角度を函数とした曲線で囲まれ
た導電性または磁気抵抗の異なるパターン(2)で角度
に比例して急峻に導電体面積が減少する例を示す。
FIG. 4 shows an example in which a conductor area is sharply reduced in proportion to an angle in a pattern (2) having different conductivity or magnetoresistance surrounded by a curve in which the conductor is a function of a constant angle.

【図5】導電体が1列の円状導電体を軸長さ方向に沿っ
て、間隔が同じで直径が漸減するようにし、円周方向に
は千鳥配列として導電体面積密度を減少させる例を示
す。
FIG. 5 is an example in which circular conductors having one row of conductors are arranged along the axial length direction so that the intervals are the same and the diameters gradually decrease, and the conductor area density is reduced in a zigzag arrangement in the circumferential direction. Indicates.

【図6】導電体が円状導電体を軸長さ方向に沿って配列
しその隣接間隔を順次広くし、その列を円周方向には千
鳥状に配列して角度で360度以内で最大密度から最小
密度に変化させる例を示す。
FIG. 6 shows that the conductors are circular conductors arranged along the axial length direction and the intervals between them are gradually widened, and the rows are arranged in a zigzag pattern in the circumferential direction, and the maximum angle is within 360 degrees. An example of changing the density from the minimum density will be shown.

【図7】図1と発振方法を変えた回転角度検出器の全体
ブロック図である。
FIG. 7 is an overall block diagram of a rotation angle detector in which the oscillation method is different from that in FIG.

【図8】図1のタイミングチャートである。FIG. 8 is a timing chart of FIG.

【図9】図7のタイミングチャートである。9 is a timing chart of FIG. 7.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 コイル 2 軸状回転体と導電性または磁気抵抗の異なるパター
ン 3 接地部 4 コンデンサ 5 ヒステリシスを有するしきい値を備えた反転出力の
コンパレータ 6 抵抗 7 バッファ 8 フリップフロップ素子 9 固定周波数パルス発信器 10 重合距離 11 軸状回転体 12 軸回転 13 コイル固定台 14 軸受け 15 被回転角度測定物 21 発信周波数電圧変換部 22 出力変換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 coil 2 a pattern different in conductivity or magnetic resistance from an axial rotating body 3 grounding section 4 capacitor 5 inverting output comparator 6 having a threshold value having hysteresis 6 resistance 7 buffer 8 flip-flop element 9 fixed frequency pulse oscillator 10 Stacking distance 11 Shaft-shaped rotating body 12 Shaft rotation 13 Coil fixing base 14 Bearing 15 Rotating angle measurement object 21 Transmission frequency voltage conversion unit 22 Output conversion unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 正之 京都府京都市下京区七条御所ノ内南町102 番地 株式会社リベックス内 Fターム(参考) 2F077 AA41 CC02 FF02 FF13 FF31 NN19 PP06 TT82    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masayuki Miki             102 Shichijo Goshonouchi Minami-cho, Shimogyo-ku, Kyoto-shi, Kyoto Prefecture             Address inside Ribex Co., Ltd. F term (reference) 2F077 AA41 CC02 FF02 FF13 FF31                       NN19 PP06 TT82

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コイル(1)と、コイル(1)の内周ま
たは外周または側面に軸状回転物(11)を設置し、軸
状回転物(11)の外周に、軸状回転物(11)と比較
して導電性または磁気抵抗の異なるパターン(2)を軸
状回転体(11)外周の円周方向に角度と一定の関数関
係で、面積または密度または厚みを変化させることで形
成または印刷し、コイル(1)に周期的に矩形波を印加
すると、回転角度に応じて重合距離(10)または重合
面積または密度が変化するため、コイル(1)と軸状回
転物(11)および導電性または磁気抵抗の異なるパタ
ーン(2)の位置状態により渦電流損およびインダクタ
ンスが変化して矩形波の減衰状態が変化するため、この
矩形波の減衰状態を計測して回転角度を検出できるよう
にした回転角度検出器。
1. A coil (1) and a shaft-shaped rotating member (11) installed on the inner circumference, outer circumference or side surface of the coil (1), and the shaft-shaped rotating member (11) is mounted on the outer periphery of the shaft-shaped rotating member (11). A pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance as compared with 11) is formed by changing the area, density, or thickness in the circumferential direction of the outer circumference of the shaft-like rotating body (11) in a constant functional relationship with the angle. Or, when the coil (1) is printed and a rectangular wave is periodically applied to the coil (1), the overlapping distance (10) or the overlapping area or density changes depending on the rotation angle. Also, since the eddy current loss and the inductance change and the attenuation state of the rectangular wave changes depending on the position state of the pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance, the rotation angle can be detected by measuring the attenuation state of the rectangular wave. Rotation angle detection vessel.
【請求項2】 コイル(1)と、コイル(1)の内周ま
たは外周または側面に軸状回転物(11)を設置し、軸
状回転物(11)の外周に、軸状回転物(11)と比較
して導電性または磁気抵抗の異なるパターン(2)を、
軸状回転体(11)外周の円周方向に角度と一定の関数
関係で、面積または密度または厚みを、金属イオン抽入
法により濃淡を変えることで形成させ、コイル(1)に
周期的に矩形波を印加すると、角度に応じて重合距離
(10)または重合面積が変化するため、コイル(1)
と導電性または磁気抵抗の異なるパターン(2)の渦電
流損およびインダクタンスが変化して、矩形波の減衰状
態が変化するため、この矩形波の減衰状態を計測して回
転角度を検出できるようにした回転角度検出器。
2. A coil (1), and a shaft-shaped rotating member (11) is installed on the inner circumference, outer circumference or side surface of the coil (1), and the shaft-shaped rotating member (11) is mounted on the outer periphery of the shaft-shaped rotating member (11). The pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance as compared with 11)
An area, a density, or a thickness is formed in the circumferential direction of the outer circumference of the shaft-like rotating body (11) with a constant functional relationship with the angle by changing the shading by the metal ion extraction method, and is periodically formed in the coil (1). When a rectangular wave is applied, the overlap distance (10) or overlap area changes depending on the angle, so the coil (1)
Since the eddy current loss and the inductance of the pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance change and the attenuation state of the rectangular wave changes, the attenuation state of the rectangular wave can be measured so that the rotation angle can be detected. Rotation angle detector.
【請求項3】 請求項1、2の回転角度検出器におい
て、コイル(1)の一端に抵抗(6)、バッファ
(7)、フリップフロップ素子(8)、固定周波数パル
ス発振器(9)を接続し、コイル(1)の他端にヒステ
リシスを有するしきい値を備えたコンパレータ(5)を
接続し、その他端はフリップフロップ回路(8)のリセ
ット部に接続し、コイル(1)とコンパレータ(5)間
にコンデンサ(4)を接続し、その他端はグランド
(3)に接地させ、被角度・回転計測物(12)の回転
角度・回転数に応じてコイル(1)の内周部または外周
部または近傍を移動するパターン(2)を設け、コイル
(1)と導電性または磁気抵抗の異なるパターン(2)
との距離または重合距離(10)、または重合面積に応
じてコイル(1)のインダクタンスが変化するように構
成し、固定周波数パルス発振器(9)より固定周波数パ
ルスを発生させ、コイル(1)のインダクタンス変化に
応じてヒステリシスを有するしきい値を備えたコンパレ
ータ(5)の入力電圧があらかじめ設定した上限電圧V
Hに達すると、フリップフロップ素子へのリセット回路
が働き、バッファ(7)の出力がグランドレベルになる
ため、コイル(1)とコンパレータ(5)間の電圧がデ
ィスチャージされ、この電圧が下限電圧VLに達すると
トリガーを働かせて時間を固定し、この固定周波数パル
ス立ち上がり時間から下限電圧VLに達するまでの時間
Tdを計測し、この時間を角度・回転数とみなして角度
検出する回転角度検出器。
3. The rotation angle detector according to claim 1, wherein a resistor (6), a buffer (7), a flip-flop element (8) and a fixed frequency pulse oscillator (9) are connected to one end of the coil (1). Then, the other end of the coil (1) is connected to the comparator (5) having a threshold value having hysteresis, and the other end is connected to the reset part of the flip-flop circuit (8), and the coil (1) and the comparator ( The capacitor (4) is connected between 5), and the other end is grounded to the ground (3), and the inner circumference of the coil (1) or A pattern (2) that moves on the outer periphery or in the vicinity is provided, and the pattern (2) is different in conductivity or magnetic resistance from the coil (1).
It is configured such that the inductance of the coil (1) changes according to the distance with or the overlapping distance (10) or the overlapping area, and a fixed frequency pulse is generated from the fixed frequency pulse oscillator (9) to generate a fixed frequency pulse of the coil (1). The input voltage of the comparator (5) having a threshold value having hysteresis according to the change of the inductance is the preset upper limit voltage V
When it reaches H, the reset circuit to the flip-flop element operates and the output of the buffer (7) becomes the ground level, so that the voltage between the coil (1) and the comparator (5) is discharged, and this voltage becomes the lower limit voltage VL. When it reaches, the trigger is activated to fix the time, the time Td from the rise time of the fixed frequency pulse to the lower limit voltage VL is measured, and this time is regarded as the angle / rotation speed, and the rotation angle detector detects the angle.
【請求項4】 請求項1、2の回転角度検出器におい
て、コイル(1)の一端に抵抗(6)、コンデンサ
(4)を接続し、コイル(1)の他端に発振周期電圧変
換部(21)を接続し、抵抗(6)とコンデンサ(4)
の間と発振周期電圧変換部(21)の間にヒステリシス
を有するしきい値を備えた反転出力のコンパレータ
(5)を接続して、ヒステリシスを有するしきい値を備
えたコンパレータ(5)の出力を発振させ、被角度・回
転計測物(12)の回転角度・回転数に応じてコイル
(1)の内周部(又は外周部、又は近傍)を移動する導
電性または磁気抵抗の異なるパターン(2)を設け、コ
イル(1)と導電性または磁気抵抗の異なるパターン
(2)の重合距離(10)、またはコイル(1)と導電
性または磁気抵抗の異なるパターン(2)の距離に応じ
てコイル(1)のインダクタンスが変化するように構成
したとき、コイル(1)と抵抗(6)を合わせたインピ
ーダンスが変化するため、コンデンサ(4)の充・放電
の時間が変化し、それによりコンパレータ(5)出力の
発振周期が変化するので、その周期を観測し、この周期
の変化を回転角度・回転数とみなして角度検出する回転
角度検出器。
4. The rotation angle detector according to claim 1, wherein a resistor (6) and a capacitor (4) are connected to one end of the coil (1), and the oscillation period voltage converter is connected to the other end of the coil (1). Connect (21), resistor (6) and capacitor (4)
Output of the comparator (5) having a threshold value having hysteresis by connecting an inverting output comparator (5) having a threshold value having hysteresis between Oscillate to move the inner peripheral portion (or outer peripheral portion, or the vicinity) of the coil (1) according to the angle to be measured and the rotation angle / rotation number of the object to be measured (12), which has different conductivity or magnetic resistance ( 2) is provided, and depending on the overlapping distance (10) of the coil (1) and the pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance, or the distance between the coil (1) and the pattern (2) having different conductivity or magnetic resistance. When the inductance of the coil (1) is changed, the impedance of the coil (1) and the resistance (6) changes, so that the charging / discharging time of the capacitor (4) changes. Since a change in the oscillation period of the comparator (5) outputs the rotation angle detector that period was observed, angle detecting changes in this period is regarded as the rotation angle and rotation speed.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6453966B1 (en) * 2017-09-27 2019-01-16 株式会社松尾製作所 Movable side member

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