JP2004317185A

JP2004317185A - Position detector

Info

Publication number: JP2004317185A
Application number: JP2003108661A
Authority: JP
Inventors: Shogo Momose; 正吾百瀬
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-11-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position detector for detecting an absolute position while ensuring the detection accuracy in high resolution. <P>SOLUTION: This detector is equipped with a movable detecting object 1 disposed so as to be displaced in a detection magnetic field Φ formed by coil sets 5 and a position detecting means 12 for detecting the position of the object 1 by using coil-set detection signals S1 severally outputted from the coil sets 5 based on a magnetic change corresponding to the displacement of the object 1. The plurality of coil sets 5 are disposed with respect to the object 1. The object 1 comprises a plurality of pairs of movable detecting parts 1a and 1b connected in a prescribed length in the direction of displacement with each pair different from each other in material and/or in shape while the object 1 is structured so that each pair of movable detecting parts 1a and 1b outputs coil pair detection signals S1 different from each other in amplitude values when the object 1 is displaced relative to the coil pair 5 in the magnetic field Φ. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の検出コイルを有するコイル組により形成される検出磁界中を移動する可動被検出物の変位を磁気的な変化に基づいて検出するようにした位置検出装置に係り、特に上記可動被検出物の絶対位置を精度よく検出することができる位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、可動被検出物の変位を磁気的な変化により検出するようにした位置検出装置が広く知られている。従来の位置検出装置では、検出コイルに励磁電流が供給されることによって形成される検出磁界中を可動被検出物が変位するように構成されている。そして、その可動被検出物の変位に対応した磁気的な変化に基づいて検出コイルから出力される検出信号を処理することで可動被検出物の絶対位置の検出が行われている。また、可動被検出物の変位方向に向かう中心軸を回転中心として回転可能に当該可動被検出物を構成することが要求される用途で位置検出装置が用いられることがあることから、可動被検出物は細長の円柱形状で検出コイルに対して回転可能に形成されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２９６５５５７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の位置検出装置では、可動被検出物が単一の材質から形成されるとともに変位方向の断面形状が同一形状に形成されていることから、可動被検出物がその検出ストローク分変位しても、検出信号としては１波長分の検出信号しか得ることができない。従って、特に検出ストロークの長い可動被検出物の絶対位置の検出精度を上げることは困難であった。例えば、上記の特許文献に記載された長さ１０００ｍｍの可動被検出物の位置を±５Ｖすなわち１０Ｖのレンジの検出出力電圧で検出する場合を考える。ノイズによる誤検出を考慮して、上記検出出力電圧を１００００分割して可動被検出物の検出をおこなった場合、可動被検出物の長さが１０００ｍｍであるため、分解能としては、０．１ｍｍの分解能しか得ることが出来ない。従って、従来の位置検出装置では、十分な検出精度を確保することができなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、高分解能で検出精度を確保しつつ絶対位置の検出を可能にした位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１にかかる位置検出装置は、一対の検出コイルが設けられたコイル組と、このコイル組に励磁電流が供給されることによって形成される検出磁界中を変位するように配置された可動被検出物と、この可動被検出物の変位に対応した磁気的な変化に基づいて前記コイル組からそれぞれ出力されるコイル組検出信号を用いて前記可動被検出物の位置を検出する位置検出手段とを備えた位置検出装置であって、前記可動被検出物に対して複数の前記コイル組が配置され、前記可動被検出物は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部が変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、この可動被検出物が前記検出磁界中を前記コイル組に対して変位すると前記一対の可動被検出部ごとに各々異なる振幅値の前記コイル組検出信号が出力されるように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
上述のように、可動被検出物に対して複数のコイル組が配置されるとともに、可動被検出物は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部が変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されている。従って、可動被検出物が変位するとコイル組からは複数の短い波長のコイル組検出信号が出力される。そしてこの短い波長のコイル組検出信号が処理されることで可動被検出物の位置検出の分解能を高めることが可能となり、検出精度を上げることができる。
また、可動被検出物は、この可動被検出物が上記コイル組に励磁電流が供給されることによって形成される検出磁界中をコイル組に対して変位すると一対の可動被検出部ごとに各々異なる振幅値のコイル組検出信号が出力されるように構成されている。そのため、一対の可動被検出部に固有のコイル組検出信号の振幅値の検出が可能になり、可動被検出物の変位に対応したコイル組検出信号の振幅値の検出ができる。従って、コイル組検出信号が処理されることで可動被検出物の絶対位置の検出が可能になる。
【０００８】
また、本発明にかかる位置検出装置では、請求項２に記載のように、前記コイル組検出信号の振幅値が、前記可動被検出物の変位にともない次第に増加または減少することが好ましい。このように、可動被検出物の変位にともなってコイル組検出信号の振幅値が増加または減少する場合には、位置検出手段におけるコイル組検出信号の処理を簡素化することができる。
【０００９】
また、本発明にかかる位置検出装置では、請求項３に記載のように、前記コイル組は、前記可動被検出物に対して２組配置されていることが好ましい。このように２組のコイル組を配置して位置検出装置を構成している場合には、簡易な構成で、上述のように検出精度を確保しながら可動被検出物の絶対位置を検出することができる。
【００１０】
また、本発明にかかる位置検出装置では、請求項４に記載のように、前記一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号を入力してその差を演算する比較回路部が設けられるとともに、前記位置検出手段は、前記コイル組検出信号としてこの比較回路部から出力される差動出力信号を処理することで前記可動被検出物の位置を検出する位置検出手段であることが好ましい。
このようにコイル組検出信号として比較回路部から出力される差動出力信号が処理されることで可動被検出物の位置が検出されている場合には、ノイズ等の外乱の影響で検出コイル出力信号に変動が生じても、比較回路部にてその差が演算されるため、外乱の影響を受けない差動出力信号に基づいた可動被検出物の検出が可能になる。従って、外乱の影響を排除しつつ、検出精度を確保した、可動被検出物の絶対位置の検出が可能になる。
【００１１】
また、本発明にかかる位置検出装置では、請求項５に記載のように、前記可動被検出物は、この可動被検出物が前記検出磁界中を前記コイル組に対して変位すると、前記一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号の振幅の中心位置が変動するように構成されるとともに、前記一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号を入力してその差を演算する比較回路部と、前記一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号を入力してその和を演算する加算演算回路部とが設けられ、前記位置検出手段を、前記コイル組検出信号として前記比較回路部から出力される差動出力信号と前記加算演算回路部から出力される検出コイル出力信号の出力和信号とを処理することで前記可動被検出物の位置を検出する位置検出手段とすることもできる。可動被検出物が検出磁界中をコイル組に対して変位すると、一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号の振幅の中心位置が変動するように可動被検出物が構成されていることから、可動被検出物の変位に対応した検出コイル出力信号の振幅の中心位置の検出が可能になり、検出コイル出力信号の出力和信号を可動被検出物の絶対位置の検出に用いることができる。従って、かかる構成を採用した場合には、加算演算回路部から出力される検出コイル出力信号の出力和信号を位置検出手段での処理に用いることができ、位置検出手段での処理を簡素化することができる。
【００１２】
さらに、本発明にかかる位置検出装置では、請求項６に記載のように、前記出力和信号を一定に保持するように、前記励磁電流を供給する励磁電圧制御部が設けられていることが好ましい。位置検出装置を使用する環境において温度変動が発生した場合、製造上のばらつき等のために一対の検出コイル各々のインダクタンスが一致しないと、温度変動による各検出コイルのインダクタンスへの影響で、コイル組検出信号として出力される検出コイル出力信号の差動出力信号が変動する。そこで、一対の検出コイルの各々のコイルから出力される検出コイル出力信号の和である出力和信号を一定に保持するように励磁電圧制御部が設けられることで、位置検出装置を使用する環境において温度変動が発生しても、温度変動による上記コイル組検出信号の出力への影響を抑えることができる。従って、位置検出装置の温度特性の改善を図ることができる。
【００１３】
さらにまた、本発明の請求項７にかかる位置検出装置は、一対の検出コイルが設けられたコイル組と、このコイル組に励磁電流が供給されることによって形成される検出磁界中を変位するように配置された可動被検出物と、この可動被検出物の変位に対応した磁気的な変化に基づいて前記コイル組からそれぞれ出力されるコイル組検出信号を用いて前記可動被検出物の位置を検出する位置検出手段とを備えた位置検出装置であって、前記可動被検出物に対して複数の前記コイル組が配置され、前記可動被検出物は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部が変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、前記一対の可動被検出部ごとに各々異なる形状で構成されていることを特徴とする。
【００１４】
上述のように、可動被検出物に対して複数のコイル組が配置されるとともに、可動被検出物は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部が変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されている。従って、可動被検出物が変位するとコイル組からは複数の短い波長のコイル組検出信号が出力される。そしてこの短い波長のコイル組検出信号が処理されることで可動被検出物の位置検出の分解能を高めることが可能になるため、検出精度を上げることができる。また、可動被検出物は、一対の可動被検出部ごとに各々異なる形状で構成されている。従って、一対の可動被検出部ごとに各々異なる振幅値のコイル組検出信号が出力される。そのため、可動被検出物の変位に対応したコイル組検出信号の振幅値の検出が可能になり、コイル組検出信号が処理されることで可動被検出物の絶対位置の検出が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００１６】
［実施の形態１］
図１は、本発明を適用した位置検出装置の検出部の概略構造を表わした断面説明図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる位置検出装置の全体構成を表わしたブロック図である。
【００１７】
図１において、磁性体または金属から形成された細長状の可動被検出物１は、被検出体としてその長手方向の両方向（図１の左右方向）に往復変位可能に設けられている。可動被検出物１の外周側部分には、この可動被検出物１の変位方向に沿って、円環状に巻回された一対の検出コイル２ａと３ａとから構成されるコイル組５ａおよび、円環状に巻回された一対の検出コイル２ｂと３ｂとから構成されるコイル組５ｂの２組のコイル組が配置されている。尚、本実施の形態では円環状に検出コイルが巻回されているが必ずしも円環状に巻回されている必要はない。上記検出コイル２ａ・３ａ・２ｂ・３ｂはそれぞれ長手方向にほぼ同じ長さで形成されている。また、コイル組５ａの検出コイル２ａ・３ａに後述の励磁電源であるドライバ７から励磁電流が供給されることによって、コイル組５ａの周囲に検出磁界Φが形成されている。また、コイル組５ｂの周囲にも同様に図示を省略した検出磁界Φが形成されている。すなわち、可動被検出物１は、コイル組５ａ・５ｂに励磁電流が供給されることによって形成される検出磁界Φの中を変位するように配置されている。
【００１８】
可動被検出物１は、材質が異なる可動被検出部１ａと１ｂとが一対になって変位方向（長手方向）に向かって交互に組み合わされて構成されている。上記可動被検出部１ａと１ｂとはほぼ同じ長さで形成されるとともに、検出コイル２ａ・３ａ・２ｂ・３ｂともほぼ同じ長さで形成されている。すなわち、可動被検出物１は、一対の検出コイル２ａまたは３ａ（２ｂまたは３ｂ）の端面と、上記可動被検出部１ａと１ｂとの境界が一致したとき、一対の検出コイル２ａと３ａ（２ｂと３ｂ）の各々に対応して材質が異なる一対の可動被検出部１ａと１ｂとが変位方向に向かって複数連なって構成されている。この一対の可動被検出部１ａ・１ｂにより、コイル組５ａまたは５ｂに対する一周期分の変位に相当する後述の移動距離（波長）λが構成されている。
【００１９】
また、可動被検出物１は、変位方向（図示左右方向）に向かって円形断面を有する細長状の棒形状に形成されるとともに、変位方向でその円形断面の半径が連続的に変化するテーパ形状すなわち略円錐形状に形成されている。本実施の形態では、図示左方向に向かって、円形断面の半径が連続的に大きくなっている。可動被検出物１は円形断面を有する細長状の棒形状に形成されているため、円環状に巻回されたコイル組５（５ａ・５ｂ）の内周側でこのコイル組５に対して回転可能になっている。また、可動被検出物１は、その円形断面の半径が変位方向に向かって連続的に変化するテーパ形状に形成されていることから、コイル組５に対して変位すると、可動被検出物１と検出コイル２・３（２ａ・３ａ・２ｂ・３ｂ）との半径方向の距離が連続的に変化するとともに、検出コイル２・３に対する可動被検出物１の断面積が連続的に変化する。従って、可動被検出物１が検出磁界Φの中をコイル組５に対して変位すると、検出コイル２・３の検出感度が変動し、また、検出コイル２・３から出力される後述の検出コイル出力信号Ｓ２の出力変化の度合いが変動する。そのため、可動被検出物１が検出磁界Φの中をコイル組５に対して変位すると、上記コイル組５から出力される後述のコイル組検出信号Ｓ１の振幅値が変動する。本実施の形態においては、コイル組検出信号Ｓ１の振幅値が可動被検出物１の変位にともない次第に増減するよう可動被検出物１が構成されている。
【００２０】
可動被検出物１の変位方向に沿って配置されたコイル組５ａ・５ｂからは、後述のようにいわゆるＡ相、Ｂ相のコイル組検出信号Ｓ１（Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ）が得られるようになっている。具体的には、コイル組５ａと５ｂとは、一対の可動被検出部１ａ・１ｂにより構成される一周期分に相当する後述の移動距離（波長）λに対して、λ＋（１／４）λだけ位置ズレした状態、すなわちλ＋（１／４）λピッチで配置されている。従って、コイル組５ａから出力される後述のコイル組検出信号Ｓ１ａとコイル組５ｂから出力される後述のコイル組検出信号Ｓ１ｂとは位相が（１／４）λだけ位置ズレした状態となっている。すなわち、例えば、Ａ相のコイル組検出信号Ｓ１ａの波形がｓｉｎθで表される場合には、Ｂ相のコイル組検出信号Ｓ１ｂの波形はｓｉｎ（θ＋π／２）で表されるようになっている。
【００２１】
続いて実施の形態１にかかる位置検出装置の全体構成の概略を図２に基づいて説明する。本実施の形態にかかる位置検出装置には、可動被検出物１の変位を検出する検出コイル２・３（２ａ・３ａ・２ｂ・３ｂ）および、この検出コイル２・３に励磁電流を供給する励磁電源であるドライバ７（７ａ・７ｂ）、このドライバ７に励磁信号を与える発振器６が設けられている。また、上記検出コイル２・３から出力される検出コイル出力信号Ｓ２（Ｓ２ａ・Ｓ２ｂ・Ｓ２ｃ・Ｓ２ｄ）を処理するプリアンプ８（８ａ・８ｂ・８ｃ・８ｄ）、整流回路９（９ａ・９ｂ・９ｃ・９ｄ）、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０（１０ａ・１０ｂ・１０ｃ・１０ｄ）が設けられている。さらに、上記プリアンプ８、整流回路９、ローパスフィルタ１０で処理された検出コイル出力信号Ｓ２を入力して、コイル組検出信号Ｓ１（Ｓ１ａ・Ｓ１ｂ）を出力する比較回路部である差動増幅アンプ１１（１１ａ・１１ｂ）および、コイル組検出信号Ｓ１を入力して後述の処理をおこなうことで可動被検出物１の位置を検出する位置検出手段１２とが設けられている。尚、検出コイル２ａ・３ａから出力される検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの処理方法と検出コイル２ｂ・３ｂから出力される検出コイル出力信号Ｓ２ｃ・Ｓ２ｄの処理方法とは同じであるため、検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの処理方法について説明をおこない、検出コイル出力信号Ｓ２ｃ・Ｓ２ｄの処理方法については説明を省略する。
【００２２】
発振器６からは、一対の検出コイル２ａ・３ａに励磁電流を供給するドライバ７ａに励磁信号が与えられる。この励磁信号により、ドライバ７ａから検出コイル２ａ・３ａに励磁電流が供給され、一対の検出コイル２ａ・３ａから構成されるコイル組５ａの周囲には検出磁界Φが形成される。ここで、本実施の形態における上記励磁信号は正弦波状の駆動パルス信号である。上記検出磁界Φの中を可動被検出物１が変位する際の検出コイル２ａ・３ａのインダクタンスの変化がそれぞれ検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂとして出力される。出力された検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂは、それぞれプリアンプ８ａ・８ｂ、整流回路９ａ・９ｂ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０ａ・１０ｂを通されて差動増幅アンプ１１ａへ入力される。差動出力アンプ１１ａでは、入力された検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの差が演算され、検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの差動出力信号がＡ相のコイル組検出信号Ｓ１ａとして出力される。このコイル組検出信号Ｓ１ａは位置検出手段１２へ入力される。同様に、コイル組５ｂに対応して設けられた差動出力アンプ１１ｂからはＢ相のコイル組検出信号Ｓ１ｂが出力され、このコイル組検出信号Ｓ１ｂが位置検出手段１２へ入力される。位置検出手段１２において、上記コイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂが処理されることで可動被検出物１の絶対位置が検出されることになる。以下にその詳細を説明する。
【００２３】
検出コイル２ａから出力される検出コイル出力信号Ｓ２ａは、図３（Ａ）に示されるように、所定の振幅値を有する波長λの正弦波状の波形をしている。この波長λは、一対の可動被検出部１ａ・１ｂ分の移動距離に相当し、例えば本実施の形態では波長λは５ｍｍとなっている。また、検出コイル出力信号Ｓ２ａの振幅値は、可動被検出物１の変位が大きくなる（可動被検出物１が図１の左方向に進む）につれて徐々に小さくなっている。これは、上述のように可動被検出物１が、その円形断面の半径が図１の右方向に向かって連続的に小さくなるテーパ形状で形成されていることから、可動被検出物１がコイル組５ａに対して図１の左方向へ変位すると、検出コイル２ａと可動被検出物１との半径方向の距離が次第に大きくなり、検出コイル２ａの検出感度が小さくなるからである。また、可動被検出物１の検出コイル２ａに対する断面積が次第に小さくなるため、検出コイル出力信号Ｓ２の出力変化の度合いが小さくなるからである。また、可動被検出物１は一対の検出コイル２ａと３ａの各々に対応して材質が異なる一対の可動被検出部１ａと１ｂとが複数連なって構成されているため、検出コイル２ａと一対をなす検出コイル３ａからは、検出コイル出力信号Ｓ２ａとは逆位相の検出コイル出力信号Ｓ２ｂが出力される。検出コイル出力信号Ｓ２ｂの波形は、図３（Ｂ）に示されるような正弦波状になる。
【００２４】
差動出力アンプ１１ａでは、入力された検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの差が演算され、その差動出力信号がＡ相のコイル組検出信号Ｓ１ａとして出力される。このように検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの差動出力信号をコイル組検出信号Ｓ１ａとして出力する場合には、可動被検出物１の位置検出時にノイズ等の外乱の影響で検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂに変動が生じても、差動出力アンプ１１ａからはその差動出力信号が出力されるため、外乱の影響を受けないコイル組検出信号Ｓ１ａの出力が可能になる。
【００２５】
上述のように検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとは逆位相であることから、Ａ相のコイル組検出信号Ｓ１ａは図４（Ａ）に示されるような正弦波状で出力される。同様に、図４（Ａ）に示されるような正弦波状でＢ相のコイル組検出信号Ｓ１ｂが出力される。ここで、上述のように、コイル組検出信号Ｓ１ａとＳ１ｂとは位相が（１／４）λだけ位置ズレした状態となっている。従って、図示を省略する可動被検出物１の原点Ｏからの変位をｘとし、ｘにおけるコイル組検出信号Ｓ１の振幅をＦ（ｘ）とすると、コイル組検出信号Ｓ１ａおよびＳ１ｂの波形Ａ（ｘ）、Ｂ（ｘ）はそれぞれ
Ａ（ｘ）＝Ｆ（ｘ）ｓｉｎθ ・・・（式１）
Ｂ（ｘ）＝Ｆ（ｘ）ｓｉｎ（θ＋π／２）・・・（式２）
で表わすことができる。ここでθはｘの関数であり、０＜ｘ＜λの範囲で連続的に変化する。
【００２６】
差動出力アンプ１１ａ・１１ｂから出力され、変位検出手段１２へ入力されたコイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂは、変位検出手段１２において以下のように処理される。
まず、可動被検出物１のある変位ｘにおけるＡ相からのコイル組検出信号Ｓ１ａの出力値を横軸、Ｂ相からのコイル検出信号Ｓ１ｂの出力値を縦軸として、図４（Ａ）に示されるコイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂの波形Ａ（ｘ）、Ｂ（ｘ）が、リサージュ波形Ｃ（ｘ）に変換される。リサージュ波形Ｃ（ｘ）は、変位ｘによってコイル組検出信号Ｓ１の振幅Ｆ（ｘ）が変動することから、図４（Ｂ）に示されようにその半径が連続的に変化する螺旋形状となる。
【００２７】
続いて、このリサージュ波形Ｃ（ｘ）の変位ｘにおける半径Ｒ（ｘ）が下記の式３により算出される。

また、リサージュ波形Ｃ（ｘ）から下記の式４に基づいて、図４（Ｃ）に示されるように、横軸に対する垂直線と斜線とから構成され、λの周期で、のこぎり刃状の波形を有するインクリメンタル出力Ｄ（ｘ）が得られる。

【００２８】
インクリメンタル出力Ｄ（ｘ）は、周期λで、のこぎり刃状の波形を有することから、ある値のインクリメンタル出力Ｄ（ｘ）（図４（Ｃ）の縦軸の値）に対応して複数の変位ｘが存在する。従って、まず、半径Ｒ（ｘ）の値が所定の基準値と比較されることで、可動被検出物１の原点Ｏから概略の変位すなわち概略の絶対位置の検出がおこなわれる。具体的には図４（Ｃ）に示される複数の斜線のうち、原点Ｏ（図示左端）から数えて何番目の斜線（何周期目）に該当する位置まで可動被検出物１が変位したのかが特定される。次に、特定された斜線部分（周期）において、インクリメンタル出力Ｄ（ｘ）の値と分割された検出出力電圧Ｖの値とが比較されることで可動被検出物の詳細な絶対位置が検出される。具体的には、例えば上述の従来例と同様に、±５Ｖすなわち１０Ｖのレンジの検出出力電圧Ｖを用い、この検出出力電圧Ｖを１００００分割する場合を考えると、１００００分割された検出出力電圧とインクリメンタル出力Ｄ（ｘ）の値との比較が可能になる。従って、インクリメンタル出力Ｄ（ｘ）の周期（波長）が５ｍｍであることから、分解能としてはその１／１００００である０．５μｍの分解能を得ることができる。
【００２９】
以上のように、本実施の形態における位置検出装置では、可動被検出物１を上述のようにテーパ形状に形成し、検出磁界Φの中をコイル組５に対して変位すると、コイル組５から出力されるコイル組検出信号Ｓ１の振幅が変動するように可動被検出物１が構成されている。従って、コイル組検出信号Ｓ１の波形Ａ（ｘ）、Ｂ（ｘ）が、リサージュ波形Ｃ（ｘ）に変換されることで、その半径Ｒ（ｘ）が連続的に変化する螺旋形状のリサージュ波形Ｃ（ｘ）を得ることができ、このリサージュ波形Ｃ（ｘ）から、変位ｘに対応した半径Ｒ（ｘ）のデータを得ることができる。そしてこの半径Ｒ（ｘ）から、可動被検出物１の原点Ｏから変位、すなわち絶対位置の概略を検出することができる。
【００３０】
また、可動被検出物１に対して２組のコイル組が配置されているとともに、材質が相違する一対の可動被検出部１ａ・１ｂが変位方向に向かって所定の長さで複数連なって可動被検出物１が構成されている。従って、短い波長のコイル組検出信号Ｓ１ａとＳ１ｂが出力される。そして、これらの波形Ａ（ｘ）、Ｂ（ｘ）がリサージュ波形Ｃ（ｘ）へ変換され、さらに上記の式４に基づいてリサージュ波形Ｃ（ｘ）が処理されることで周期（波長）の短いインクリメンタル出力Ｄ（ｘ）を得ることができる。この周期の短いインクリメンタル出力Ｄ（ｘ）に基づいて可動被検出物１の位置を検出できることから、高分解能で精度の良い位置検出をすることができる。従って、上述の半径Ｒ（ｘ）の検出値と併せることによって、可動被検出物１の絶対位置を精度よく検出することができる。
【００３１】
［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２にかかる位置検出装置の全体構成を表わしたブロック図である。尚、実施の形態２および後述の実施の形態３にかかる位置検出装置の検出部の概略構造は、図１で示された実施の形態１と同様の構成であるため説明は省略する。また、実施の形態２および後述の実施の形態３にかかる位置検出装置は基本的な構成が実施の形態１と共通するため、共通する部分には同一の符号を付して図示することとしてそれらの詳細な説明は省略する。
【００３２】
図５に示されるように、実施の形態２においては、コイル組５ａに設けられた一対の検出コイル２ａ・３ａから出力された検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂが、プリアンプ８ａ・８ｂ、整流回路９ａ・９ｂ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０ａ・１０ｂを通った後に入力される加算演算回路部１３が設けられている。この加算演算回路部１３では、検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの和が演算される。そして、その検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの和である出力和信号Ｓ３が加算演算回路部１３から出力され、位置検出手段１２へ入力される。また、上述の実施の形態１と同様に差動出力アンプ１１ａ・１１ｂから出力されたコイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂが位置検出手段１２へ入力される。
【００３３】
位置検出手段１２では、コイル組検出信号Ｓ１の波形Ａ（ｘ）、Ｂ（ｘ）が、リサージュ波形Ｃ（ｘ）に変換される。また、リサージュ波形Ｃ（ｘ）が上記の式４に基づいて処理されることで、図４（Ｃ）に示されるようなのこぎり刃状の波形を有するインクリメンタル出力が得られる。ここまでは、上述した実施の形態１と同様である。
【００３４】
実施の形態２では、位置検出手段１２において、実施の形態１で用いたリサージュ波形Ｃ（ｘ）の半径Ｒ（ｘ）の代りに、出力和信号Ｓ３が可動被検出物１の位置検出に用いられる。この点を詳細に説明する。
【００３５】
上述のように、可動被検出物１はその円形断面の半径が変位方向に向かって連続的に変化するテーパ形状に形成されている。従って、コイル組５ａを例にとると、可動被検出物１が検出磁界Φの中をコイル組５ａに対して変位すると、一対の検出コイル２ａ・３ａから出力される検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの振幅の中心位置は可動被検出物１の変位にともなって、図６のＱ（ｘ）で示されるような１次関数的に変化する。ここで、変位ｘにおける検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの振幅をＧ（ｘ）（＝Ｆ（ｘ）／２）とすると、検出コイル出力信号Ｓ２ａおよびＳ２ｂの波形Ｐ^＋（ｘ）、Ｐ⁻（ｘ）は、それぞれ
Ｐ^＋（ｘ）＝Ｇ（ｘ）ｓｉｎθ＋Ｑ（ｘ）・・・（式５）
Ｐ⁻（ｘ）＝−Ｇ（ｘ）ｓｉｎθ＋Ｑ（ｘ）・・・（式６）
で表わすことができる。
【００３６】
そのため、検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの和である出力和信号Ｓ３の波形は２Ｑ（ｘ）となり、変位ｘに対して１次関数的に変化することになる。従って、出力和信号Ｓ３が所定の基準値と比較されることで、可動被検出物１の原点Ｏから概略の変位すなわち概略の絶対位置が検出されることになる。すなわち、図４（Ｃ）に示される複数の斜線のうち、原点Ｏ（図示左端）から数えて何番目の斜線（何周期目）に該当する位置まで可動被検出物１が変位したのかが特定される。また、上述した実施の形態１と同様に特定された斜線部分（周期）において、インクリメンタル出力Ｄ（ｘ）の値と分割された検出出力電圧Ｖとが比較されることで可動被検出物の詳細な絶対位置が検出される。
【００３７】
以上のように、本実施の形態における位置検出装置のように、コイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂと出力和信号Ｓ３とを位置検出手段１２で処理することでも上述の実施の形態１と同様に、高分解能で精度よく可動被検出物１の絶対位置を検出することができる。このように、出力和信号Ｓ３を用いて位置検出をおこなった場合には、位置検出手段１２において、上述の半径Ｒ（ｘ）の算出が不要になり、位置検出手段１２での処理を簡素化することができる。
【００３８】
［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の形態３にかかる位置検出装置の全体構成を表わしたブロック図である。
【００３９】
実施の形態３においては、コイル組５ａに対応して設けられた加算演算回路部１３ａに加え、コイル組５ｂに対応して設けられた加算演算回路部１３ｂが設けられている。加算演算回路部１３ａでは、上述の加算演算回路１３と同様に検出コイル出力信号Ｓ２ａとＳ２ｂとの和が演算され、その出力和信号Ｓ３ａが出力される。同様に、加算演算回路部１３ｂでは、検出コイル出力信号Ｓ２ｃとＳ２ｄとの和が演算され、その出力和信号Ｓ３ｂが出力される。
【００４０】
ここで、上述した実施の形態１、２にかかる位置検出装置では、使用環境で温度変動が発生すると、コイル組５ａ・５ｂからのコイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂが変動してしまうという問題がある。すなわち、コイル組５ａを例にとると、製造上のばらつき等のため、検出コイル２ａ・３ａの各々のインダクタンスは必ずしも一致しない。この場合に、位置検出装置の使用環境で温度変動が生じるとほぼ同じ寄与率で検出コイル２ａ・３ａのインダクタンスが変動する。従って、その差動出力信号をコイル組検出信号Ｓ１ａに用いた場合には、上記インダクタンスの相違の影響がコイル組検出信号Ｓ１ａに現れてしまう。例えば、検出コイル２ａのインダクタンスをＬ１、検出コイル３ａのインダクタンスをＬ２、温度変動によるインダクタンスへの寄与率を１．１とすると、温度変動後の検出コイル２ａのインダクタンスは１．１Ｌ１に、また、検出コイル３ａのインダクタンスは１．１Ｌ２になる。従って、温度変動前のコイル組検出信号Ｓ１ａは（Ｌ１−Ｌ２）に基づく検出信号になるが、温度変動後のコイル組検出信号Ｓ１ａは１．１（Ｌ１−Ｌ２）に基づく検出信号となってしまう。
【００４１】
そこで本発明では、検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの和である出力和信号Ｓ３ａを一定に保つようにドライバ７ａの励磁電圧制御部が設けられている。上述の例を用いて説明すると、位置検出装置の使用環境で温度変動が生じる前の出力和信号Ｓ３ａは（Ｌ１＋Ｌ２）に基づく信号となり、また、励磁電圧制御部が設けられていない場合には、温度変動後の出力和信号Ｓ３ａは１．１（Ｌ１＋Ｌ２）に基づく信号となる。ここで、励磁電圧制御部が設けられている場合には、出力和信号Ｓ３ａを一定値（Ｌ１＋Ｌ２）に保つように励磁電圧が制御される。すなわち、励磁電圧が１／１．１倍となるように制御される。そのため、温度変動後のコイル検出信号Ｓ１ａも（Ｌ１−Ｌ２）に基づく検出信号となる。従って、検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの和である出力和信号Ｓ３ａを一定に保つようにドライバ７ａの励磁電圧制御部を設けることで、位置検出装置を使用する環境において温度変動が発生しても、温度変動によるコイル組検出信号Ｓ１ａの出力への影響を抑えることができ、位置検出装置の温度特性の改善をすることができる。
【００４２】
コイル組５ａを例により具体的に説明すると、実施の形態３における位置検出装置においては、ドライバ７ａの励磁電圧を調整する電圧制御手段であるアッテネータ１６ａと、加算演算回路１３ａから出力された出力和信号Ｓ３ａを一定に保つような電圧制御信号をアッテネータ１６ａに与えるフィードバック制御手段としてのＰＩＤ制御回路１５ａが設けられている。ここで、ＰＩＤ制御回路１５ａとアッテネータ１６ａとによって励磁電圧制御部が構成されている。
【００４３】
加算演算回路１３ａから出力された出力和信号Ｓ３ａは、ＰＩＤ制御回路１５ａへ入力される。入力された出力和信号Ｓ３ａに基づいて、ＰＩＤ制御回路部１５ａからは上記出力和信号Ｓ３ａが一定となるような電圧制御信号がアッテネータ１６ａに対して出力される。電圧制御信号が入力されたアッテネータ１６ａによって、出力和信号Ｓ３ａが一定となるようにドライバ７ａの励磁電圧が制御される。同様に、コイル組５ｂについても加算演算回路１３ｂから出力された出力和信号Ｓ３ｂが一定となるようＰＩＤ制御回路１５ｂおよびアッテネータ１６ｂによって、ドライバ７ｂの励磁電圧が制御される。
【００４４】
尚、加算演算回路１３ａから出力された出力和信号Ｓ３ａは、ＰＩＤ制御回路１５ａにおいて電圧制御信号に変換された後、電圧制御信号出力部としてのコンパレータ１４に入力され、所定の基準電圧との差動出力としてコンパレータ１４から位置検出手段１２に対して出力される。ＰＩＤ制御回路１５ａ、コンパレータ１４を介して位置検出手段１２へ入力された出力和信号Ｓ３ａは、位置検出手段１２において、上述の実施の形態２と同様に処理される。また、上述の実施の形態１、２と同様にコイル組検出信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂも位置検出手段１２において処理されることにより、高分解能で精度よく可動被検出物１の絶対位置を検出することができる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態における位置検出装置では、検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂ（Ｓ２ｃ・Ｓ２ｄ）の和である出力和信号Ｓ３ａ（Ｓ３ｂ）を一定に保つようにドライバ７ａの励磁電圧制御部が設けられている。従って、位置検出装置を使用する環境において温度変動が発生しても、温度変動によるコイル組検出信号Ｓ１の出力への影響を抑え、位置検出装置の温度特性の改善を図りつつ、しかも高分解能で精度よく可動被検出物１の絶対位置を検出することができる。
【００４６】
［他の実施の形態］
以上、本発明者によってなされた発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上述した実施の形態においては、可動被検出物１の外周側部分にコイル組５ａ・５ｂを配置したが、図８に示されるように可動被検出物１を円筒形状としてその内周側部分にコイル組５ａ・５ｂを配置してもよい。この場合、可動被検出物１を、図８に示されるように変位方向（長手方向）でその円筒の肉厚が連続的に変化するように構成すれば、可動被検出物１の変位に対応したコイル組検出信号Ｓ１の振幅値の検出が可能になることから、上述の実施の形態と同様に、可動被検出物１の絶対位置の検出が可能になる。
【００４７】
また、上述した実施の形態においては、２組のコイル組が設けられていたが、コイル組の数は２組に限定されない。コイル組が偶数組で設けられていれば、上述の実施の形態と同様の処理をおこなうことで、可動被検出物１の絶対位置の検出が可能になる。尚、コイル組の組数が増えていくにしたがい、可動被検出物１の検出の分解能を上げることができる。
【００４８】
また、上述した実施の形態における可動被検出物１は変位方向の断面が円形断面であったが、断面形状はこれに限定されない。例えば、三角形・四角形・六角形等の多角形状や楕円形状であってもよい。
【００４９】
さらに、上述した実施の形態における可動被検出物１は、変位方向（図示左右方向）でその円形断面の半径が連続的に変化するテーパ形状に形成されていたが、可動被検出物１の形状はこれに限定されない。例えば、図９に示されるように大径部とこの大径部より径の小さい小径部とが不連続な断面形状で形成され、この大径部と小径部とを形状の異なる一対の可動被検出部１ａ・１ｂとして可動被検出物１が構成されていてもよい。例えば、図９（Ａ）に示されるように大径部が変位方向にテーパ状に形成され、小径部が変位方向に同一断面形状で形成されたり、同図（Ｂ）に示されるように大径部が変位方向に同一断面形状とされ、小径部が変位方向にテーパ状に形成されたり、同図（Ｃ）に示されるように大径部と小径部とが互いに変位方向の逆方向へ向かって断面半径が増減するテーパ状に形成されてもよい。図９（Ｃ）に示される形状の可動被検出物１が採用された場合には、上述の実施の形態２で説明したような検出コイル出力信号Ｓ２ａ・Ｓ２ｂの振幅の中心位置の変動は生じない。また、同図（Ｄ）に示されるように一対の可動被検出部１ａ・１ｂから構成される波長λを一定に保ちながら、可動被検出部１ａと１ｂの変位方向の寸法比率を変更するように可動被検出物１が構成されてもよい。さらに、同図（Ｅ）に示されるように、大径部が変位方向に同一断面形状とされるとともに小径部も変位方向に同一断面形状とされ、変位方向にその断面積が連続的に変化する溝部１ｃが設けられるように可動被検出物１が構成されてもよい。すなわち、可動被検出物１は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部１ａ・１ｂが変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、一対の可動被検出部１ａ・１ｂごとに各々異なる形状で構成されていればよい。言い換えると、可動被検出物１は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部１ａ・１ｂが変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、この可動被検出物１が検出磁界中Φをコイル組５に対して変位すると一対の可動被検出部１ａ・１ｂごとに各々異なる振幅値のコイル組検出信号Ｓ１が出力されるように構成されていればよい。このように構成されている場合には、一対の可動被検出部１ａ・１ｂごとに固有の振幅値の検出が可能になることから、可動被検出物１の概略の絶対位置の検出が可能になる。従って、上述のインクリメンタル出力Ｄ（ｘ）が併せて処理されることで、可動被検出物１の絶対位置を精度よく検出することができる。
【００５０】
また、上述した実施の形態では、一対の検出コイル２ａと３ａとから構成されるコイル組５ａと、一対の検出コイル２ｂと３ｂとから構成されるコイル組５ｂとがλ＋（１／４）λだけ位置ズレした状態で配置されたが、コイル組５ａと５ｂの配置はこれに限定されない。例えば、図１０（Ａ）に示されるように、２組のコイル組５ａと５ｂとの磁気的中心位置が合わされて配置されてもよい。すなわち、検出コイル３ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂがこの順番で変位方向に配置をされてもよい。このように配置された場合には、Ａ相、Ｂ相の磁気的中心ＣＬが一致することから、誤差のない理想的なリサージュ波形を得ることができる。尚、各検出コイル間には、λ／４の長さに相当する絶縁部材が設けられている。更に、図１０（Ｂ）に示されるように、検出コイル２ａ、２ｂ、３ａがこの順番で変位方向に配置されることによっても同様の効果を得ることができる。
【００５１】
また、上述した実施の形態は、可動被検出部１ａ・１ｂと、検出コイル２・３（２ａ・３ａ・２ｂ・３ｂ）とがほぼ同じ長さで形成されているが、検出コイル２・３に対する可動被検出部１ａ、１ｂの長さの比が２／３から３／２の範囲であれば、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
さらに、検出コイル２ａ・３ａ・２ｂ・３ｂは複数個のコイルから構成されていてもよい。この場合には、変位検出の分解能を上げることが可能になる。また、検出コイル２ａと３ａ（２ｂと３ｂ）は同一形状でなくても、両コイルのインダクタンスが同程度であれば、同様の効果を得ることができる。
【００５３】
さらにまた、上述した実施の形態においては、コイル組５ａと５ｂとがλ＋（１／４）λピッチで配置されたが、コイル組５ａ・５ｂのピッチがｎλ＋λ／４（ｎは正の整数、ｎ＝１、２、３・・・）であれば、上述の実施の形態と同様のコイル組出力信号Ｓ１ａ・Ｓ１ｂを得ることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明における位置検出装置では、可動被検出物に対して複数のコイル組が配置され、可動被検出物は、材質および／または形状が異なる一対の可動被検出部が変位方向に向かって所定の長さで複数連なって構成されるとともに、この可動被検出物が検出磁界中をコイル組に対して変位すると一対の可動被検出部ごとに各々異なる振幅値のコイル組検出信号が出力されるように構成されていることから、高分解能で検出精度を確保しながら可動被検出物の絶対位置の検出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した位置検出装置の検出部の概略構造を表した断面説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる位置検出装置の全体構成を表したブロック図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施の形態にかかる検出コイルからの出力波形の一例を表わしたグラフ図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明の実施の形態にかかるコイル組からの出力波形の一例を表わしたグラフ図、コイル組からの出力波形を処理して得られたリサージュ波形の一例を表わしたグラフ図、リサージュ波形を処理して得られたインクリメンタル出力波形の一例を表わしたグラフ図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる位置検出装置の全体構成を表したブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる検出コイルからの出力波形の一例を表わしたグラフ図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる位置検出装置の全体構成を表したブロック図である。
【図８】本発明の他の実施形態における位置検出装置の検出部の概略構造を表した断面説明図である。
【図９】図１に表した位置検出装置に用いられる可動被検出物の他の実施形態を表した側面説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態における位置検出装置の検出部の概略構造を表した断面説明図である。
【符号の説明】
１可動被検出物
１ａ、１ｂ可動被検出部
２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ検出コイル
５ａ、５ｂコイル組
６発振器
７ａ・７ｂドライバ（励磁電源）
１１ａ・１１ｂ差動増幅アンプ（比較回路部）
１２位置検出手段
１３（１３ａ・１３ｂ）加算演算回路部
１５ａ・１５ｂＰＩＤ制御回路（フィードバック制御手段）
１６ａ・１６ｂアッテネータ（電圧制御手段）
Ｓ１ａ・Ｓ１ｂコイル組検出信号（差動出力信号）
Ｓ２ａ・Ｓ２ｂ・Ｓ２ｃ・Ｓ２ｄ検出コイル出力信号
Ｓ３（Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ）出力和信号
Φ 検出磁界[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detecting device that detects a displacement of a movable object that moves in a detection magnetic field formed by a coil set having a pair of detection coils based on a magnetic change. The present invention relates to a position detection device that can accurately detect an absolute position of an object to be detected.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In general, a position detecting device that detects a displacement of a movable object by magnetic change is widely known. In a conventional position detection device, a movable detection target is configured to be displaced in a detection magnetic field formed by supplying an excitation current to a detection coil. Then, the absolute position of the movable object is detected by processing a detection signal output from the detection coil based on a magnetic change corresponding to the displacement of the movable object. Further, since the position detecting device is sometimes used in an application in which the movable object is required to be configured to be rotatable around a center axis of the movable object in the displacement direction, the movable object is detected. The object has an elongated cylindrical shape and is formed to be rotatable with respect to the detection coil (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2965557
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional position detection device, the movable object is displaced by the detection stroke because the movable object is formed from a single material and has the same cross-sectional shape in the displacement direction. However, only a detection signal for one wavelength can be obtained as a detection signal. Therefore, it has been particularly difficult to improve the detection accuracy of the absolute position of the movable object having a long detection stroke. For example, consider a case in which the position of a movable object having a length of 1000 mm described in the above-mentioned patent document is detected with a detection output voltage in a range of ± 5 V, that is, 10 V. In consideration of erroneous detection due to noise, when the detection output voltage is divided into 10,000 to detect a movable object, the length of the movable object is 1000 mm, so that the resolution is 0.1 mm. Only resolution can be obtained. Therefore, the conventional position detecting device cannot secure sufficient detection accuracy.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a position detecting device that enables detection of an absolute position while securing detection accuracy with high resolution.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a position detecting device according to claim 1 of the present invention includes a coil set provided with a pair of detecting coils, and a detecting magnetic field formed by supplying an exciting current to the coil set. The movable object is detected by using a movable object arranged to displace the movable object and a coil set detection signal output from the coil group based on a magnetic change corresponding to the displacement of the movable object. A position detection device for detecting a position of an object, wherein a plurality of the coil sets are arranged with respect to the movable object, and the movable object has a material and / or shape. A pair of different movable detection portions are formed in a row in a predetermined length in the displacement direction, and when the movable detection object is displaced in the detection magnetic field with respect to the coil set, the pair of movable detection portions is displaced. Characterized in that said coil sets detection signal of each different amplitude values for each output unit is configured to be outputted.
[0007]
As described above, a plurality of coil sets are arranged for the movable object, and the movable object has a pair of movable objects having different materials and / or shapes having a predetermined length in the displacement direction. It is composed of a plurality of rows. Therefore, when the movable object is displaced, a plurality of short-wavelength coil set detection signals are output from the coil set. By processing the coil group detection signal having the short wavelength, the resolution of position detection of the movable object can be increased, and the detection accuracy can be increased.
In addition, when the movable object is displaced with respect to the coil group in a detection magnetic field formed by supplying the exciting current to the coil set, the movable object is different for each of the pair of movable object portions. It is configured to output a coil set detection signal having an amplitude value. Therefore, the amplitude value of the coil set detection signal unique to the pair of movable detection portions can be detected, and the amplitude value of the coil set detection signal corresponding to the displacement of the movable detection object can be detected. Accordingly, the absolute position of the movable object can be detected by processing the coil set detection signal.
[0008]
Further, in the position detection device according to the present invention, as described in claim 2, it is preferable that the amplitude value of the coil group detection signal gradually increases or decreases with the displacement of the movable object. As described above, when the amplitude value of the coil set detection signal increases or decreases with the displacement of the movable detection target, the processing of the coil set detection signal in the position detecting means can be simplified.
[0009]
Further, in the position detecting device according to the present invention, as described in claim 3, it is preferable that two sets of the coil sets are arranged with respect to the movable detection target. In the case where the position detecting device is configured by arranging two sets of coils as described above, it is possible to detect the absolute position of the movable object with a simple configuration while securing the detection accuracy as described above. Can be.
[0010]
Further, in the position detection device according to the present invention, as described in claim 4, a comparison circuit unit that inputs a detection coil output signal output from each of the pair of detection coils and calculates a difference therebetween is provided. And the position detection means is a position detection means for detecting a position of the movable object by processing a differential output signal output from the comparison circuit section as the coil set detection signal. preferable.
When the position of the movable object is detected by processing the differential output signal output from the comparison circuit section as the coil set detection signal in this manner, the detection coil output is affected by disturbance such as noise. Even if the signal fluctuates, the difference is calculated by the comparison circuit, so that the movable object can be detected based on the differential output signal which is not affected by disturbance. Therefore, it is possible to detect the absolute position of the movable object while ensuring the detection accuracy while eliminating the influence of disturbance.
[0011]
Further, in the position detection device according to the present invention, as described in claim 5, when the movable target object is displaced in the detection magnetic field with respect to the coil set, the pair of movable target objects is moved. The detection coil output signal output from each coil of the detection coil is configured so that the center position of the amplitude of the detection coil output signal fluctuates, and the detection coil output signal output from each coil of the pair of detection coils is input. A comparison circuit unit that calculates the difference; and an addition calculation circuit unit that receives a detection coil output signal output from each coil of the pair of detection coils and calculates a sum thereof. And processing the differential output signal output from the comparison circuit section as the coil set detection signal and the output sum signal of the detection coil output signal output from the addition operation circuit section. It may be a position detecting means for detecting the position of the detected object. The movable object is configured such that when the movable object is displaced in the detection magnetic field with respect to the coil set, the center position of the amplitude of the detection coil output signal output from each coil of the pair of detection coils fluctuates. Therefore, the center position of the amplitude of the detection coil output signal corresponding to the displacement of the movable object can be detected, and the output sum signal of the detection coil output signal is used for detecting the absolute position of the movable object. be able to. Therefore, when such a configuration is adopted, the output sum signal of the detection coil output signals output from the addition operation circuit unit can be used for the processing by the position detecting means, and the processing by the position detecting means is simplified. be able to.
[0012]
Furthermore, in the position detection device according to the present invention, it is preferable that an excitation voltage control unit that supplies the excitation current is provided so as to keep the output sum signal constant, as described in claim 6. . If temperature fluctuations occur in the environment in which the position detection device is used, and if the inductances of the pair of detection coils do not match due to manufacturing variations, etc., the influence of the temperature fluctuations on the inductances of the respective detection coils causes the coil set to change. The differential output signal of the detection coil output signal output as the detection signal fluctuates. Therefore, by providing the excitation voltage control unit so as to keep the output sum signal, which is the sum of the detection coil output signals output from the respective coils of the pair of detection coils, constant, in an environment where the position detection device is used. Even if a temperature change occurs, the influence of the temperature change on the output of the coil set detection signal can be suppressed. Therefore, the temperature characteristics of the position detecting device can be improved.
[0013]
Still further, a position detecting device according to claim 7 of the present invention is configured such that a coil set provided with a pair of detection coils and a detection magnetic field formed by supplying an exciting current to the coil set are displaced. The position of the movable object to be detected is determined using a coil set detection signal output from the coil group based on a magnetic change corresponding to the displacement of the movable object to be detected. A position detection device comprising: a plurality of coil sets disposed on the movable object; wherein the movable object has a pair of movable members having different materials and / or shapes. It is characterized in that a plurality of detected parts are arranged in a row with a predetermined length in the displacement direction, and each of the pair of movable detected parts is formed in a different shape.
[0014]
As described above, a plurality of coil sets are arranged for the movable object, and the movable object has a pair of movable objects having different materials and / or shapes having a predetermined length in the displacement direction. It is composed of a plurality of rows. Therefore, when the movable object is displaced, a plurality of short-wavelength coil set detection signals are output from the coil set. By processing the coil set detection signal having the short wavelength, it is possible to increase the resolution of position detection of the movable object to be detected, so that the detection accuracy can be increased. The movable object to be detected is formed in a different shape for each of the pair of movable objects. Therefore, coil set detection signals having different amplitude values are output for each of the pair of movable detected portions. Therefore, the amplitude value of the coil set detection signal corresponding to the displacement of the movable object can be detected, and the absolute position of the movable object can be detected by processing the coil set detection signal.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
[0016]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view illustrating a schematic structure of a detection unit of a position detection device to which the present invention is applied. FIG. 2 is a block diagram illustrating an entire configuration of the position detection device according to the first embodiment of the present invention.
[0017]
In FIG. 1, an elongated movable object 1 formed of a magnetic material or metal is provided as an object to be reciprocally displaceable in both longitudinal directions (left and right directions in FIG. 1). A coil set 5a composed of a pair of detection coils 2a and 3a wound in an annular shape along the displacement direction of the movable object 1 is provided on the outer peripheral side portion of the movable object 1 and a circle. Two coil sets, a coil set 5b composed of a pair of detection coils 2b and 3b wound in an annular shape, are arranged. Although the detection coil is wound in an annular shape in the present embodiment, the detection coil need not necessarily be wound in an annular shape. The detection coils 2a, 3a, 2b, 3b are formed with substantially the same length in the longitudinal direction. Further, a detection magnetic field Φ is formed around the coil set 5a by supplying an excitation current to the detection coils 2a and 3a of the coil set 5a from a driver 7, which is an excitation power supply described later. A detection magnetic field Φ (not shown) is also formed around the coil set 5b. That is, the movable object 1 is arranged so as to be displaced in the detection magnetic field Φ formed by supplying the exciting current to the coil sets 5a and 5b.
[0018]
The movable detection target 1 is configured by combining movable detection portions 1a and 1b having different materials alternately in a displacement direction (longitudinal direction). The movable detection portions 1a and 1b have substantially the same length, and the detection coils 2a, 3a, 2b, and 3b have substantially the same length. That is, when the movable detection target 1 has the end faces of the pair of detection coils 2a or 3a (2b or 3b) and the boundary between the movable detection portions 1a and 1b coincides with each other, the pair of detection coils 2a and 3a (2b And 3b), a plurality of pairs of movable detection portions 1a and 1b having different materials corresponding to each of them are arranged in series in the displacement direction. The pair of movable detection portions 1a and 1b constitutes a later-described moving distance (wavelength) λ corresponding to one cycle of displacement with respect to the coil set 5a or 5b.
[0019]
The movable object 1 is formed in an elongated rod shape having a circular cross section in the displacement direction (horizontal direction in the drawing), and has a tapered shape in which the radius of the circular cross section continuously changes in the displacement direction. That is, it is formed in a substantially conical shape. In the present embodiment, the radius of the circular cross section continuously increases toward the left in the figure. Since the movable detection target 1 is formed in an elongated rod shape having a circular cross section, the movable detection target 1 rotates with respect to the coil set 5 on the inner peripheral side of the coil set 5 (5a, 5b) wound in an annular shape. It is possible. Further, since the movable object 1 is formed in a tapered shape in which the radius of the circular cross section continuously changes in the displacement direction, when the movable object 1 is displaced with respect to the coil set 5, the movable object 1 The radial distance to the detection coils 2.3 (2a, 3a, 2b, 3b) changes continuously, and the cross-sectional area of the movable object 1 with respect to the detection coils 2.3 changes continuously. Accordingly, when the movable object 1 is displaced in the detection magnetic field Φ with respect to the coil set 5, the detection sensitivity of the detection coils 2 and 3 fluctuates, and a detection coil (described later) output from the detection coils 2 and 3 The degree of output change of the output signal S2 varies. Therefore, when the movable object 1 is displaced in the detection magnetic field Φ with respect to the coil set 5, the amplitude value of a coil set detection signal S1 described later output from the coil set 5 fluctuates. In the present embodiment, the movable object 1 is configured so that the amplitude value of the coil set detection signal S1 gradually increases and decreases with the displacement of the movable object 1.
[0020]
From the coil sets 5a and 5b arranged along the displacement direction of the movable object 1, so-called A-phase and B-phase coil set detection signals S1 (S1a, S1b) are obtained as described later. I have. Specifically, the coil sets 5a and 5b are λ + (1/4) with respect to a later-described moving distance (wavelength) λ corresponding to one cycle constituted by the pair of movable detection portions 1a and 1b. They are displaced by λ, that is, arranged at λ + (1/4) λ pitch. Therefore, the phase of the coil set detection signal S1a described later output from the coil set 5a and the coil set detection signal S1b described below output from the coil set 5b are shifted by (1/4) λ. . That is, for example, when the waveform of the A-phase coil group detection signal S1a is represented by sinθ, the waveform of the B-phase coil group detection signal S1b is represented by sin (θ + π / 2). .
[0021]
Next, an outline of the entire configuration of the position detecting device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. In the position detecting device according to the present embodiment, detection coils 2.3 (2a, 3a, 2b, 3b) for detecting the displacement of the movable detection object 1 and an excitation current are supplied to the detection coils 2.3. A driver 7 (7a, 7b), which is an excitation power supply, and an oscillator 6 for supplying an excitation signal to the driver 7 are provided. Further, a preamplifier 8 (8a, 8b, 8c, 8d) for processing a detection coil output signal S2 (S2a, S2b, S2c, S2d) output from the

detection coil

2, 3 and a rectifier circuit 9 (9a, 9b, 9c). 9d), and a low-pass filter (LPF) 10 (10a, 10b, 10c, 10d) is provided. Further, the differential amplifier 11 which is a comparison circuit unit which receives the detection coil output signal S2 processed by the preamplifier 8, the rectifier circuit 9, and the low-pass filter 10 and outputs a coil set detection signal S1 (S1a / S1b). (11a, 11b) and a position detecting means 12 for detecting the position of the movable object 1 by inputting the coil set detection signal S1 and performing the processing described later. Since the processing method of the detection coil output signals S2a and S2b output from the detection coils 2a and 3a and the processing method of the detection coil output signals S2c and S2d output from the detection coils 2b and 3b are the same, A method of processing the output signals S2a and S2b will be described, and a description of a method of processing the detection coil output signals S2c and S2d will be omitted.
[0022]
An excitation signal is supplied from the oscillator 6 to a driver 7a that supplies an excitation current to the pair of detection coils 2a and 3a. By this excitation signal, an excitation current is supplied from the driver 7a to the detection coils 2a and 3a, and a detection magnetic field Φ is formed around the coil set 5a composed of the pair of detection coils 2a and 3a. Here, the excitation signal in the present embodiment is a sinusoidal drive pulse signal. Changes in inductance of the detection coils 2a and 3a when the movable object 1 is displaced in the detection magnetic field Φ are output as detection coil output signals S2a and S2b, respectively. The output detection coil output signals S2a and S2b pass through preamplifiers 8a and 8b, rectifier circuits 9a and 9b, and low-pass filters (LPFs) 10a and 10b, respectively, and are input to a differential amplifier 11a. The differential output amplifier 11a calculates a difference between the input detection coil output signals S2a and S2b, and outputs a differential output signal between the detection coil output signals S2a and S2b as an A-phase coil set detection signal S1a. . This coil set detection signal S1a is input to the position detection means 12. Similarly, a B-phase coil set detection signal S1b is output from the differential output amplifier 11b provided corresponding to the coil set 5b, and the coil set detection signal S1b is input to the position detection means 12. The position detecting means 12 detects the absolute position of the movable object 1 by processing the coil set detection signals S1a and S1b. The details will be described below.
[0023]
The detection coil output signal S2a output from the detection coil 2a has a sinusoidal waveform having a predetermined amplitude value and a wavelength λ, as shown in FIG. This wavelength λ corresponds to the moving distance of the pair of movable detection portions 1a and 1b. For example, in the present embodiment, the wavelength λ is 5 mm. Further, the amplitude value of the detection coil output signal S2a gradually decreases as the displacement of the movable object 1 increases (movable object 1 advances to the left in FIG. 1). This is because, as described above, the movable object 1 is formed in a tapered shape in which the radius of the circular cross section continuously decreases toward the right in FIG. When it is displaced leftward in FIG. 1 with respect to the set 5a, the radial distance between the detection coil 2a and the movable object 1 gradually increases, and the detection sensitivity of the detection coil 2a decreases. In addition, since the cross-sectional area of the movable object 1 with respect to the detection coil 2a gradually decreases, the degree of change in the output of the detection coil output signal S2 decreases. In addition, since the movable detection target 1 is configured by a plurality of pairs of the movable detection portions 1a and 1b having different materials corresponding to each of the pair of detection coils 2a and 3a, the detection coil 2a and the pair are detected. The detection coil 3a outputs a detection coil output signal S2b having a phase opposite to that of the detection coil output signal S2a. The waveform of the detection coil output signal S2b has a sine wave shape as shown in FIG.
[0024]
The differential output amplifier 11a calculates the difference between the input detection coil output signals S2a and S2b, and outputs the differential output signal as the A-phase coil set detection signal S1a. As described above, when the differential output signal of the detection coil output signals S2a and S2b is output as the coil set detection signal S1a, the detection coil output signal S2a. Even if a change occurs in S2b, the differential output signal is output from the differential output amplifier 11a, so that the coil set detection signal S1a that is not affected by disturbance can be output.
[0025]
As described above, since the detection coil output signals S2a and S2b have opposite phases, the A-phase coil set detection signal S1a is output in a sine wave shape as shown in FIG. Similarly, a B-phase coil set detection signal S1b having a sine wave shape as shown in FIG. 4A is output. Here, as described above, the phase of the coil set detection signals S1a and S1b is shifted by (1/4) λ. Therefore, assuming that the displacement of the movable object 1 not shown from the origin O is x and the amplitude of the coil set detection signal S1 at x is F (x), the waveforms A (x) of the coil set detection signals S1a and S1b ) And B (x) are
A (x) = F (x) sin θ (Equation 1)
B (x) = F (x) sin (θ + π / 2) (Expression 2)
Can be represented by Here, θ is a function of x, and continuously changes in the range of 0 <x <λ.
[0026]
The coil set detection signals S1a and S1b output from the differential output amplifiers 11a and 11b and input to the displacement detection means 12 are processed by the displacement detection means 12 as follows.
First, the horizontal axis represents the output value of the coil set detection signal S1a from the A phase at a certain displacement x of the movable object 1, and the vertical axis represents the output value of the coil detection signal S1b from the B phase. The waveforms A (x) and B (x) of the indicated coil set detection signals S1a and S1b are converted into a Lissajous waveform C (x). Since the amplitude F (x) of the coil set detection signal S1 fluctuates due to the displacement x, the Lissajous waveform C (x) has a spiral shape whose radius continuously changes as shown in FIG. 4B. .
[0027]
Subsequently, a radius R (x) at a displacement x of the Lissajous waveform C (x) is calculated by the following equation 3.

Also, as shown in FIG. 4C, the Lissajous waveform C (x) is composed of a vertical line and a diagonal line with respect to the horizontal axis based on the following equation 4, and has a sawtooth-like waveform at a cycle of λ. Is obtained as an incremental output D (x).

[0028]
Since the incremental output D (x) has a sawtooth-like waveform with a period λ, a plurality of displacements corresponding to a certain value of the incremental output D (x) (the value on the vertical axis in FIG. 4C). x exists. Therefore, first, the value of the radius R (x) is compared with a predetermined reference value, so that the approximate displacement, that is, the approximate absolute position from the origin O of the movable object 1 is detected. Specifically, of the plurality of diagonal lines shown in FIG. 4C, to what number of diagonal lines (in what cycle) counting from the origin O (the left end in the figure) the movable object 1 has been displaced. Is specified. Next, in the specified hatched portion (period), the value of the incremental output D (x) is compared with the value of the divided detection output voltage V to detect the detailed absolute position of the movable object. You. Specifically, for example, as in the above-described conventional example, when the detection output voltage V in the range of ± 5 V, that is, 10 V is used and the detection output voltage V is divided by 10,000, the detection output voltage divided by 10,000 is Comparison with the value of the incremental output D (x) becomes possible. Therefore, since the cycle (wavelength) of the incremental output D (x) is 5 mm, a resolution of 0.5 μm, which is 1/10000 of that, can be obtained.
[0029]
As described above, in the position detection device according to the present embodiment, the movable object 1 is formed into a tapered shape as described above, and when the detection magnetic field Φ is displaced with respect to the coil set 5, The movable object 1 is configured such that the amplitude of the output coil set detection signal S1 varies. Therefore, by converting the waveforms A (x) and B (x) of the coil set detection signal S1 into a Lissajous waveform C (x), a spiral Lissajous waveform whose radius R (x) continuously changes. C (x) can be obtained, and from this Lissajous waveform C (x), data of a radius R (x) corresponding to the displacement x can be obtained. From this radius R (x), the displacement from the origin O of the movable object 1, that is, the outline of the absolute position can be detected.
[0030]
In addition, two sets of coils are arranged for the movable object 1, and a plurality of movable objects 1a and 1b of different materials are movable in a predetermined length in the displacement direction. An object to be detected 1 is configured. Therefore, the coil set detection signals S1a and S1b having a short wavelength are output. Then, these waveforms A (x) and B (x) are converted into a Lissajous waveform C (x), and the Lissajous waveform C (x) is further processed based on the above equation 4 to obtain a period (wavelength). A short incremental output D (x) can be obtained. Since the position of the movable object 1 can be detected based on the incremental output D (x) having a short cycle, high-resolution and accurate position detection can be performed. Therefore, the absolute position of the movable object 1 can be detected with high accuracy by combining with the detected value of the radius R (x) described above.
[0031]
[Embodiment 2]
FIG. 5 is a block diagram illustrating an entire configuration of the position detection device according to the second embodiment of the present invention. Note that the schematic structure of the detection unit of the position detection device according to the second embodiment and a third embodiment to be described later has the same configuration as that of the first embodiment shown in FIG. Further, the position detecting devices according to the second embodiment and a third embodiment to be described later have the same basic configuration as that of the first embodiment. The detailed description of is omitted.
[0032]
As shown in FIG. 5, in the second embodiment, detection coil output signals S2a and S2b output from a pair of detection coils 2a and 3a provided in coil set 5a are used as preamplifiers 8a and 8b and rectifier circuit 9a. 9b, an addition operation circuit unit 13 that is input after passing through low-pass filters (LPFs) 10a and 10b is provided. The addition operation circuit 13 calculates the sum of the detection coil output signals S2a and S2b. Then, an output sum signal S3, which is the sum of the detection coil output signals S2a and S2b, is output from the addition operation circuit section 13 and input to the position detection means 12. Further, the coil set detection signals S1a and S1b output from the differential output amplifiers 11a and 11b are input to the position detection means 12 as in the first embodiment.
[0033]
In the position detecting means 12, the waveforms A (x) and B (x) of the coil set detection signal S1 are converted into a Lissajous waveform C (x). Further, by processing the Lissajous waveform C (x) based on the above Equation 4, an incremental output having a saw-toothed waveform as shown in FIG. 4C is obtained. The operation up to this point is the same as that of the first embodiment.
[0034]
In the second embodiment, the output sum signal S3 is used in the position detecting means 12 for detecting the position of the movable object 1 instead of the radius R (x) of the Lissajous waveform C (x) used in the first embodiment. Can be This point will be described in detail.
[0035]
As described above, the movable object 1 is formed in a tapered shape in which the radius of the circular cross section continuously changes in the displacement direction. Therefore, taking the coil set 5a as an example, when the movable object 1 is displaced in the detection magnetic field Φ with respect to the coil set 5a, the detection coil output signals S2a and S2b output from the pair of detection coils 2a and 3a. The center position of the amplitude changes linearly with the displacement of the movable object 1 as shown by Q (x) in FIG. Here, assuming that the amplitude of the detection coil output signals S2a and S2b at the displacement x is G (x) (= F (x) / 2), the waveform P of the detection coil output signals S2a and S2b ⁺ (X), P ⁻ (X) is
P ⁺ (X) = G (x) sin θ + Q (x) (Equation 5)
P ⁻ (X) = − G (x) sin θ + Q (x) (6)
Can be represented by
[0036]
Therefore, the waveform of the output sum signal S3, which is the sum of the detection coil output signals S2a and S2b, is 2Q (x), and changes linearly with respect to the displacement x. Therefore, by comparing the output sum signal S3 with a predetermined reference value, the approximate displacement, that is, the approximate absolute position from the origin O of the movable object 1 is detected. That is, out of the plurality of diagonal lines shown in FIG. 4C, the number of diagonal lines (in what cycle) counted from the origin O (the left end in the figure) is determined to be the position to which the movable object 1 is displaced. Is done. Further, in the hatched portion (period) specified in the same manner as in the above-described first embodiment, the value of the incremental output D (x) is compared with the divided detection output voltage V, so that the details of the movable detection target are obtained. Absolute position is detected.
[0037]
As described above, as in the position detection device according to the present embodiment, the coil set detection signals S1a and S1b and the output sum signal S3 are processed by the position detection unit 12, similarly to the above-described first embodiment. The absolute position of the movable object 1 can be detected with high resolution and accuracy. As described above, when position detection is performed using the output sum signal S3, the above-described calculation of the radius R (x) is not required in the position detection unit 12, and the processing in the position detection unit 12 is simplified. can do.
[0038]
[Embodiment 3]
FIG. 7 is a block diagram illustrating an entire configuration of the position detection device according to the third embodiment of the present invention.
[0039]
In the third embodiment, an addition operation circuit unit 13b provided corresponding to the coil set 5b is provided in addition to the addition operation circuit unit 13a provided corresponding to the coil set 5a. The addition operation circuit unit 13a calculates the sum of the detection coil output signals S2a and S2b in the same manner as the above-described addition operation circuit 13, and outputs the output sum signal S3a. Similarly, the addition operation circuit unit 13b calculates the sum of the detection coil output signals S2c and S2d, and outputs the output sum signal S3b.
[0040]
Here, in the position detection devices according to the first and second embodiments, there is a problem that if a temperature change occurs in a use environment, the coil set detection signals S1a and S1b from the coil sets 5a and 5b change. . That is, in the case of the coil set 5a as an example, the inductances of the detection coils 2a and 3a do not always match due to manufacturing variations and the like. In this case, if the temperature fluctuates in the use environment of the position detection device, the inductance of the detection coils 2a and 3a fluctuates with almost the same contribution rate. Therefore, when the differential output signal is used as the coil set detection signal S1a, the influence of the difference in inductance appears in the coil set detection signal S1a. For example, assuming that the inductance of the detection coil 2a is L1, the inductance of the detection coil 3a is L2, and the contribution rate of the temperature variation to the inductance is 1.1, the inductance of the detection coil 2a after the temperature variation is 1.1L1, and The inductance of the detection coil 3a is 1.1L2. Therefore, the coil set detection signal S1a before the temperature change is a detection signal based on (L1-L2), but the coil set detection signal S1a after the temperature change is a detection signal based on 1.1 (L1-L2). I will.
[0041]
Therefore, in the present invention, the excitation voltage control unit of the driver 7a is provided to keep the output sum signal S3a, which is the sum of the detection coil output signals S2a and S2b, constant. To explain using the above example, the output sum signal S3a before the temperature fluctuation occurs in the use environment of the position detection device is a signal based on (L1 + L2), and when the excitation voltage control unit is not provided, The output sum signal S3a after the temperature change is a signal based on 1.1 (L1 + L2). Here, when the excitation voltage control unit is provided, the excitation voltage is controlled such that the output sum signal S3a is maintained at a constant value (L1 + L2). That is, the excitation voltage is controlled to be 1 / 1.1 times. Therefore, the coil detection signal S1a after the temperature change is also a detection signal based on (L1-L2). Therefore, by providing the excitation voltage control unit of the driver 7a so as to keep the output sum signal S3a, which is the sum of the detection coil output signals S2a and S2b, constant, even if temperature fluctuation occurs in an environment where the position detection device is used. In addition, it is possible to suppress the influence of the temperature fluctuation on the output of the coil set detection signal S1a, and to improve the temperature characteristics of the position detection device.
[0042]
The coil set 5a will be specifically described with an example. In the position detecting device according to the third embodiment, the attenuator 16a which is a voltage control means for adjusting the excitation voltage of the driver 7a, and the output sum output from the addition operation circuit 13a A PID control circuit 15a is provided as feedback control means for providing a voltage control signal for keeping the signal S3a constant to the attenuator 16a. Here, the PID control circuit 15a and the attenuator 16a constitute an excitation voltage control unit.
[0043]
The output sum signal S3a output from the addition operation circuit 13a is input to the PID control circuit 15a. Based on the input output sum signal S3a, the PID control circuit 15a outputs a voltage control signal to the attenuator 16a so that the output sum signal S3a becomes constant. The excitation voltage of the driver 7a is controlled by the attenuator 16a to which the voltage control signal is input so that the output sum signal S3a is constant. Similarly, for the coil set 5b, the excitation voltage of the driver 7b is controlled by the PID control circuit 15b and the attenuator 16b so that the output sum signal S3b output from the addition operation circuit 13b is constant.
[0044]
The output sum signal S3a output from the addition operation circuit 13a is converted into a voltage control signal by the PID control circuit 15a, and then input to the comparator 14 as a voltage control signal output unit, and the difference from a predetermined reference voltage is output. It is output from the comparator 14 to the position detecting means 12 as a dynamic output. The output sum signal S3a input to the position detector 12 via the PID control circuit 15a and the comparator 14 is processed by the position detector 12 in the same manner as in the second embodiment. Further, the coil set detection signals S1a and S1b are also processed by the position detection means 12 as in the first and second embodiments, so that the absolute position of the movable object 1 can be detected with high resolution and high accuracy. it can.
[0045]
As described above, in the position detection device according to the present embodiment, the excitation voltage control of the driver 7a is performed such that the output sum signal S3a (S3b), which is the sum of the detection coil output signals S2a and S2b (S2c and S2d), is kept constant. Part is provided. Therefore, even if a temperature fluctuation occurs in an environment in which the position detecting device is used, the influence of the temperature fluctuation on the output of the coil set detection signal S1 is suppressed, and the temperature characteristics of the position detecting device are improved while achieving high resolution. The absolute position of the movable object 1 can be detected with high accuracy.
[0046]
[Other embodiments]
As described above, the embodiments of the present invention made by the inventor have been specifically described. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be variously modified without departing from the gist thereof. For example, in the above-described embodiment, the coil sets 5a and 5b are arranged on the outer peripheral portion of the movable object 1, but the movable object 1 is formed into a cylindrical shape as shown in FIG. The coil sets 5a and 5b may be arranged at the portions. In this case, if the movable object 1 is configured so that the thickness of its cylinder changes continuously in the displacement direction (longitudinal direction) as shown in FIG. Since the detected amplitude value of the coil set detection signal S1 can be detected, the absolute position of the movable object 1 can be detected as in the above-described embodiment.
[0047]
In the above-described embodiment, two coil sets are provided, but the number of coil sets is not limited to two. If an even number of coil sets are provided, the same processing as in the above-described embodiment can be performed to detect the absolute position of the movable object 1. As the number of coil sets increases, the resolution of detection of the movable object 1 can be increased.
[0048]
Further, in the above-described embodiment, the movable object 1 has a circular cross section in the displacement direction, but the cross sectional shape is not limited to this. For example, the shape may be a polygon such as a triangle, a quadrangle, or a hexagon, or an ellipse.
[0049]
Furthermore, the movable object 1 in the above-described embodiment is formed in a tapered shape in which the radius of the circular cross section changes continuously in the displacement direction (the left-right direction in the drawing). Is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, a large-diameter portion and a small-diameter portion having a smaller diameter than the large-diameter portion are formed in a discontinuous cross-sectional shape, and the large-diameter portion and the small-diameter portion are formed by a pair of movable covers having different shapes. The movable detection target 1 may be configured as the detection units 1a and 1b. For example, as shown in FIG. 9A, the large-diameter portion is formed in a tapered shape in the displacement direction, and the small-diameter portion is formed in the same cross-sectional shape in the displacement direction, or as shown in FIG. The diameter part has the same cross-sectional shape in the displacement direction, and the small diameter part is formed in a tapered shape in the displacement direction, or the large diameter part and the small diameter part are opposite to each other in the displacement direction as shown in FIG. It may be formed in a tapered shape in which the cross-sectional radius increases and decreases. When the movable object 1 having the shape shown in FIG. 9C is employed, the center position of the amplitude of the detection coil output signals S2a and S2b fluctuates as described in the second embodiment. Absent. In addition, as shown in FIG. 3D, the dimensional ratio of the movable detection portions 1a and 1b in the displacement direction is changed while the wavelength λ formed by the pair of movable detection portions 1a and 1b is kept constant. The movable object to be detected 1 may be configured. Further, as shown in FIG. 3E, the large diameter portion has the same cross-sectional shape in the displacement direction, and the small diameter portion also has the same cross-sectional shape in the displacement direction, and its cross-sectional area continuously changes in the displacement direction. The movable object 1 may be configured such that the groove 1c is provided. That is, the movable detection target 1 includes a pair of movable detection portions 1a and 1b having different materials and / or shapes connected in a predetermined length in the displacement direction. What is necessary is just to be comprised in a different shape for every 1a and 1b. In other words, the movable object 1 is composed of a pair of movable object portions 1a and 1b having different materials and / or shapes and having a predetermined length in the displacement direction. 1 may be configured so as to output a coil set detection signal S1 having a different amplitude value for each of the pair of movable detected portions 1a and 1b when Φ is displaced in the detection magnetic field with respect to the coil set 5. In the case of such a configuration, since it is possible to detect a unique amplitude value for each of the pair of movable detection portions 1a and 1b, it is possible to detect the approximate absolute position of the movable detection object 1. Become. Therefore, the absolute position of the movable object 1 can be accurately detected by processing the above-described incremental output D (x) together.
[0050]
In the above-described embodiment, the coil set 5a including the pair of detection coils 2a and 3a and the coil set 5b including the pair of detection coils 2b and 3b are λ + (＋) λ. However, the arrangement of the coil sets 5a and 5b is not limited to this. For example, as shown in FIG. 10A, the two magnetic coil sets 5a and 5b may be arranged so that their magnetic center positions are aligned. That is, the detection coils 3b, 2a, 2b, 3a, and 3b may be arranged in this order in the displacement direction. In such an arrangement, since the magnetic centers CL of the A-phase and the B-phase coincide, an ideal Lissajous waveform without errors can be obtained. An insulating member corresponding to the length of λ / 4 is provided between the detection coils. Further, as shown in FIG. 10B, the same effect can be obtained by disposing the detection coils 2a, 2b, and 3a in this order in the displacement direction.
[0051]
In the above-described embodiment, the movable detection portions 1a and 1b and the detection coils 2.3 (2a, 3a, 2b, and 3b) are formed to have substantially the same length. If the ratio of the lengths of the movable detection portions 1a and 1b to the range from 2/3 to 3/2, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
[0052]
Further, the detection coils 2a, 3a, 2b, 3b may be composed of a plurality of coils. In this case, the resolution of displacement detection can be increased. Even if the detection coils 2a and 3a (2b and 3b) do not have the same shape, the same effect can be obtained as long as the inductances of both coils are approximately the same.
[0053]
Furthermore, in the above-described embodiment, the coil sets 5a and 5b are arranged at a pitch of λ + (1/4) λ, but the pitch of the coil sets 5a and 5b is nλ + λ / 4 (n is a positive integer, If n = 1, 2, 3,...), the same coil set output signals S1a and S1b as in the above embodiment can be obtained.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, in the position detecting device according to the present invention, a plurality of coil sets are arranged for the movable object, and the movable object has a pair of movable objects having different materials and / or shapes in the displacement direction. When the movable object is displaced with respect to the coil group in the detection magnetic field with respect to the coil group, a coil group detection signal having a different amplitude value for each of the pair of movable object parts. Is output, the detection of the absolute position of the movable object can be realized while securing the detection accuracy with high resolution.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view illustrating a schematic structure of a detection unit of a position detection device to which the present invention has been applied.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an entire configuration of the position detection device according to the first exemplary embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are graphs each showing an example of an output waveform from a detection coil according to the embodiment of the present invention.
FIGS. 4A, 4B, and 4C are graphs each showing an example of an output waveform from the coil set according to the embodiment of the present invention, and are obtained by processing the output waveform from the coil set; FIG. 5 is a graph showing an example of the obtained Lissajous waveform, and a graph showing an example of an incremental output waveform obtained by processing the Lissajous waveform.
FIG. 5 is a block diagram illustrating an entire configuration of a position detection device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing an example of an output waveform from a detection coil according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram illustrating an entire configuration of a position detection device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory cross-sectional view illustrating a schematic structure of a detection unit of a position detection device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory side view showing another embodiment of the movable object used in the position detecting device shown in FIG. 1;
FIG. 10 is an explanatory cross-sectional view illustrating a schematic structure of a detection unit of a position detection device according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 movable object
1a, 1b Movable detected part
2a, 2b, 3a, 3b Detection coil
5a, 5b coil set
6 oscillator
7a ・ 7b driver (excitation power supply)
11a ・ 11b Differential amplifier (comparison circuit)
12 Position detecting means
13 (13a / 13b) Addition operation circuit section
15a / 15b PID control circuit (feedback control means)
16a / 16b attenuator (voltage control means)
S1a / S1b Coil set detection signal (differential output signal)
S2a / S2b / S2c / S2d Detection coil output signal
S3 (S3a, S3b) output sum signal
Φ Detection magnetic field

Claims

A coil set provided with a pair of detection coils,
A movable detection object arranged to be displaced in a detection magnetic field formed by supplying an excitation current to the coil set;
Position detecting means for detecting the position of the movable object using a coil set detection signal output from the coil set based on a magnetic change corresponding to the displacement of the movable object. A position detecting device,
A plurality of the coil groups are arranged for the movable detection object,
The movable object has a plurality of pairs of movable objects having different materials and / or shapes, each having a predetermined length in the direction of displacement. The position detecting device is configured to output the coil set detection signals having different amplitude values for each of the pair of movable detection portions when displaced with respect to the coil set.

2. The position detecting device according to claim 1, wherein the amplitude value of the coil set detection signal gradually increases or decreases with the displacement of the movable object.

The position detecting device according to claim 1, wherein two sets of the coil sets are arranged with respect to the movable object.

A comparison circuit unit for inputting a detection coil output signal output from each coil of the pair of detection coils and calculating a difference therebetween is provided,
The position detection means is a position detection means for detecting a position of the movable object by processing a differential output signal output from the comparison circuit unit as the coil group detection signal. Item 4. The position detecting device according to any one of Items 1 to 3.

The movable object, when the movable object is displaced in the detection magnetic field with respect to the coil set, the center position of the amplitude of the detection coil output signal output from each coil of the pair of detection coils is changed. Be configured to fluctuate,
A comparison circuit for inputting a detection coil output signal output from each coil of the pair of detection coils and calculating a difference therebetween, and inputting a detection coil output signal output from each coil of the pair of detection coils And an addition operation circuit unit for calculating the sum is provided.
The position detection unit processes the differential output signal output from the comparison circuit unit as the coil set detection signal and the output sum signal of the detection coil output signal output from the addition operation circuit unit to perform the movable operation. 4. The position detecting device according to claim 1, wherein the position detecting device detects a position of an object to be detected.

6. The position detecting device according to claim 5, further comprising an excitation voltage control unit that supplies the excitation current so as to keep the output sum signal constant.

A coil set provided with a pair of detection coils,
A movable detection object arranged to be displaced in a detection magnetic field formed by supplying an excitation current to the coil set;
Position detecting means for detecting the position of the movable object using a coil set detection signal output from the coil set based on a magnetic change corresponding to the displacement of the movable object. A position detecting device,
A plurality of the coil groups are arranged for the movable detection object,
The movable object to be detected is configured such that a plurality of pairs of movable objects having different materials and / or shapes are connected to each other with a predetermined length in the direction of displacement, and each of the movable objects is different for each of the pair of movable objects. A position detecting device comprising a shape.