JP2010139389A - 静電容量型位置検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】移動子から得た信号により積分処理して高い分解能で位置データを得ることができる静電容量型位置検出器を提供すること。
【解決手段】励振回路３０からの基準信号Ｓ１と静電容量型位置検出器１００から出力される検出信号Ｓ２はそれぞれ波形整形される。波形整形されたそれぞれの信号Ｓ１，Ｓ２は、積分式位相差測定回路５１に入力され電気角データを算出する。算出された電気角データは電気角−位置変換手段５２により位置データに変換される。
【選択図】図５

Description

本発明は、固定され回転しない固定子と回転運動する回転子の相対回転位置を検出する検出器に関し、特に回転子から得た信号を内挿処理して高い分解能で回転位置を得ることができる静電容量型位置検出器に関する。

回転体の回転情報を検出するセンサとして静電容量型位置検出器が知れられている。静電容量型位置検出器は、高周波信号を用い高感度で回転体の回転情報を取得することが可能であり、静電容量結合の原理を用いるため薄型の電極構造とすることができ、検出器を小型化できる。

特許文献１に開示される静電容量型位置検出器は、回転軸により本体に回転可能に取付けられた回転板と、この回転板に対向配置するように本体に取付けられた回転板１２とを含み、回転板に対する回転板の回転変位量を検出するものである。

固定板の表面には、複数の送信電極が円周方向に沿って等間隔に配列されている。この送信電極には電圧印加回路により順次所定の位相をずらした正弦波あるいは矩形波が印加され８相電極を１単位とするユニット電極群が複数形成されている。
また、回転板の表面には、ユニット電極群と同数の受信電極がそれぞれ各ユニット電極群に含まれる連続した所定の送信電極に対して対向するように配列されている。

特開昭６１−１０５４２１号公報

静電容量型位置検出器では、複数の送信電極板を等間隔に配置し、各励振電極に所定の位相をずらした交流電圧を印加するとともに、これらの励振電極に対向して結合電極を配置し、この励振電極と結合電極の相対位置を結合電極から検出される静電容量信号の周期を分析して求めている。小型、軽量であることから、静電容量型位置検出器を用いて回転体などの移動体の位置検出を高い精度で求める必要性が高まっている。

そこで、本発明の目的は、移動子から得た信号により積分処理して高い分解能で位置データを得ることができる静電容量型位置検出器を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、固定子と、該固定子に対向し相対移動する移動子とを備え、前記固定子は、周期的に配置され互いに電気的に独立した複数の励振電極からなる複数組の励振電極群と、前記励振電極群と電気的に独立した受信電極を有し、前記移動子は、前記励振電極群と対向して周期的に配置された複数の結合電極と、前記複数の結合電極の全てが電気的に接続される前記受信電極と対向して配置された送信電極とを有し、前記移動子は前記励振電極群と同じ数の結合電極を有するものであり、前記励振電極群の各励振電極にそれぞれ周波数が同一で位相の異なる励振信号を印加し、前記固定子と前記移動子の前記相対位置によって変化する前記受信電極により検出される検出信号と、前記励振電極に印加される励振信号のうちのいずれか１つである基準信号との位相差を測定する位相差測定回路と、前記位相差測定回路によって測定された前記位相差に基づいて前記移動子の相対位置を検出する静電容量型位置検出器であって、前記位相差測定回路は、あらかじめ決められた前記基準信号と前記検出信号の状態が成立する第１の場合に所定の電流の出力を開始し、あらかじめ決められた前記基準信号と前記検出信号の状態が成立する第２の場合に電流の出力を停止する電流供給回路と、前記電流供給回路からの電流を蓄えるコンデンサと、上記第２の場合に前記コンデンサの端子間電圧をホールドおよびサンプリングし、サンプリング完了後に完了信号を出力するホールド／サンプル回路と、前記ホールド／サンプル回路の完了信号により前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路と、前記サンプリングにより得られた電圧データを位相差に相当する電気角データに変換し、暫定電気角データして出力する電圧−電気角変換回路と、電気角データを格納するレジスタＡとレジスタＢの２つのレジスタと、前記暫定電気角データと前記レジスタＡに格納された前回の暫定電気角データとの関係を評価する差分比較処理部と、を有し、前記差分比較処理部は、前記位相差を数値的に取得する時間間隔に対して、移動子の速度の絶対値は、一つの励振電極群の１／２周期を前記時間間隔で除した値未満で使用される条件において、前記暫定電気角データから前回の暫定電気角データを引いた差である電気角変化量が、−１８０度より大きく、＋１８０度未満の場合は前記レジスタＢに保持されているデータは更新されず、前記レジスタＡに保持されているデータを前記暫定電気角データに更新し、前記電気角変化量が−１８０度以下の場合は、前記レジスタＢに保持されているデータに１周期加算し、前記レジスタＡに保持されているデータを前記暫定電気角データに更新し、前記電気角変化量が＋１８０度以上の場合は、前記レジスタＢに保持されているデータから１周期減算し、前記レジスタＡに保持されているデータを前記暫定電気角データに更新し、前記レジスタＡのデータを１周期内電気角データとして、また、前記レジスタＢのデータを周期数データとして出力し、前記位相差測定回路からの出力を位置のデータに変換する変換回路と、を備えたことを特徴とする静電容量型位置検出器である。

請求項２に係る発明は、「有効」及び「無効」の意味を持つ２値の時間ゲート信号を出力する時間ゲート回路を備え、前記時間ゲート信号は、予め決められた基準信号の１周期内に１回現れる特徴点とともに有効となり、予め決められた前記検出信号の１周期内に１回現れる特徴点をもって無効となる信号であり、前記電流供給回路は、前記時間ゲート信号が有効の場合に所定の電流を出力するように制御され、前記ホールド／サンプル回路は、時間ゲート信号が有効となった後、無効となった場合になった場合にホールド動作、およびサンプリング動作を行うように制御されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型位置検出器である。

請求項３に係る発明は、「有効」及び「無効」の意味を持つ２値の時間ゲート信号を出力する時間ゲート回路を備え、前記時間ゲート信号は、予め決められた前記検出信号の１周期内に１回現れる特徴点とともに有効となり、予め決められた基準信号の１周期内に１回現れる特徴点をもって無効となる信号であり、前記電流供給回路は、前記時間ゲート信号が有効の場合に所定の電流を出力するように制御され、前記ホールド／サンプル回路は、時間ゲート信号が有効となった後、無効となった場合になった場合にホールド動作、およびサンプリング動作を行うように制御されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型位置検出器である。

本発明により移動子から得た信号により積分処理して高い分解能で位置データを得ることができる静電容量型位置検出器を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、静電容量型位置検出器に用いられる固定子を説明する図である。固定子１０は中心部に固定子の貫通孔１５を有する円板形状の固定板であり、その一方の表面に固定子１０の径方向に伸びる複数の励振電極１１が一定の間隔で設けられ、それらは一定の周期で互いに電気的に接続されている。その周期に対応した多相の電源により励振電極１１を励振し、励振電極１１が設けられた固定子１０の表面に所定の位相で進行波電圧が発生する。

固定子１０は表面が絶縁性で剛性を持つ基板材料であればよく、例えば、ガラスエポキシ材、紙−ベークライト積層材、ガラス、アルミナ等のセラミックや、鉄、アルミニウム等の金属やシリコン等の半導体板にセラミックを溶射したり、絶縁樹脂をコーティングしたり、絶縁ビーズを配置して浮かせ空気層を形成し絶縁したものであればよい。

固定子１０に設けられる励振電極１１などの各導体は、圧延銅箔、蒸着クロム等の導体をフォトエッチングで除去して形成したり、銀やカーボン等の導体インクをインクジェット、シルクスクリーン、オフセット印刷等で形成することができる。

図１の例では４つの励振電極１１で一つの励振電極群１６を構成しており全体で１０組の励振電極群１６が形成されている。それぞれの励振電極群１６に含まれる同じ順番の各励振電極１１は、互いに電気的に接続されており、その配線は図中、実線または破線の線として示されている。実線で示される配線は励振電極１１が設けられている面と同じ面に配置され、破線で示される配線は励振電極１１が設けられている面と反対側の面に配置されていることを示している。

図１の例では、励振電極１１は４つおきに通電導体１２および給電導体１３を介して互いに電気的に接続されている。そして、４つの相を有する励振手段により各相の励振電極１１が励振される。１つの励振電極群１６を構成する４つの励振電極１１は互いに電気的に独立しているため、各励振電極群１６の各励振電極１１を電気的に接続するために、スルーホール技術を用いて各励振電極１１、各リング状の通電導体１２、各給電導体１３が電気的に接続される。スルーホール技術はプリント板製造技術として一般的に用いられる技術である。

また、固定子１０の中心部に励振電極１１が形成された面に、励振電極１１と電気的に独立したリング形状の受信電極１４が設けられている。受信電極１４には受信した検出信号を外部に出力するための検出信号出力部１７が設けられている。

図１では受信電極１４は励振電極１１と同じ面上で、かつ内周側に配置されているが、後述する移動子２０の送信電極２２と静電容量結合して検出信号を受信できればよいので、励振電極と同じ面側に配置する必要はなく反対側の面に設けてもよい。また、受信電極１４を内周側に設けたのは移動子２０の送信電極２２に対向して配置するからであり、送信電極２２が外周側に配置された場合には受信電極１４を固定子１０の外周側に配置する。

また、固定子１０に形成された固定子の貫通孔１５は静電容量型位置検出器の必須の構成要件ではなく、使用上の便宜を図るための構成であって、使用上固定子の貫通孔１５が必要なければ設けなくてもよい。

図２は、静電容量型位置検出器に用いられる移動子を説明する図である。移動子２０は中心部に移動子の貫通孔２３を形成した円板形状の回転体であり、その片側の表面に移動子２０の径方向に伸びる複数の結合電極２１が形成されている。図２に示される例では、１０個の結合電極２１が設けられている。それらの結合電極２１は全てが移動子２０の中心部に形成されたリング形状の送信電極２２と電気的に接続され、単相の検出電極を構成する。

そして、固定子１０の励振電極１１が形成された面と移動子２０の結合電極２１が形成された面とが対向するように、固定子１０と移動子２０を位置決めすることにより、複数の結合電極２１から構成される検出電極は、固定子１０側の励振電極１１に生じる進行波電圧を静電誘導の原理により検出する。

検出電極に検出される信号は、固定子１０のそれぞれ位相の異なる複数の励振電極１１の電荷と結合電極２１の結合度により変化し、その合成結果として固定子１０と移動子２０の相対角度位置で決まる位相の単相交流信号として現れる。移動子２０が励振電極１１の相数分回転移動すると、最初と同じ位相の単相交流信号が発生し、さらに移動するとその位相の変化が繰り返される。

したがって、励振電極１１の特定の相の位相と検出した単相交流信号の位相の位相差に着目すると、上記結合電極の位置を前記励振電極群の配置周期を１周期としたときに位相差の０度から３６０度として検出することができ、その位相差の変化が何回繰り返されたかをカウントすることで３６０度以上の位置を把握できる。

移動子２０の結合電極２１で構成される検出電極で検出された単相交流信号は、移動子２０に設けられた送信電極２２と固定子１０に設けられた受信電極１４との静電誘導により、移動子２０の送信電極２２から固定子１０の受信電極１４に送信される。送信電極２２と受信電極１４とは非接触的に検出信号を伝達できる。なお、検出信号を移動子２０から固定子１０側に伝達する方法として静電誘導以外にもスリップリング、回転トランスによる方法もある。

図３は固定子と移動子を備えた静電容量型位置検出器の概略構成図である。移動子２０は図示省略した機構部により、結合電極２１が配置された面が固定子１０の励振電極１１と所定の間隙を介して対向し、かつ移動子２０と同心に回転可能に支持される。固定子１０と移動子２０の対向する面の間隙は、励振電極１１の配置ピッチが例えば２００μｍだとすると、１５０μｍから２００μｍ程度に設定されるのが一般的である。

励振回路３０からの交流電圧である４相の各相Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが、Ａ相給電部１８ａ，Ｂ相給電部１８ｂ，Ｃ相給電部１８ｃ，Ｄ相給電部１８ｄを介して固定子１０の各相の通電導体１２に接続され、給電導体１３を介して固定子１０の各相の励振電極１１に互いに４分の１周期ずれた交流電圧が供給される。

各励振電極１１は各結合電極２１と対向し静電容量結合するため、送信電極２２には各励振電極１１と各結合電極２１との静電結合の度合いに応じた電圧の信号が現れる。さらに、送信電極２２と受信電極１４は対向しているため、同様に静電誘導により受信電極１４に前記静電誘導の度合いに応じた電圧の信号が検出信号Ｓ２として現れる。検出信号Ｓ２は、励振回路３０から励振電極１１に入力される多相交流電圧と同じ周波数を有した単相の交流信号である。例えば、励振回路３０の多相交流電圧の周波数が１ＭＨｚであれば検出信号も１ＭＨｚの単相交流信号となる。受信電極１４で受信された検出信号Ｓ２は、検出信号出力部１７から位相検出回路４０に出力される。

そして、励振回路３０から出力される４相交流電圧の１つの相の電圧を基準信号Ｓ１とし、この基準信号の位相と移動子２０の送信電極２２から送信され固定子の受信電極１４で受信された検出信号Ｓ２の位相との位相差を位相検出回路４０により検出する。基準信号Ｓ１と検出信号Ｓ２の位相差から、固定子１０と移動子２０の相対的な位置を求めることができる。図３では励振回路３０のＤ相を基準信号Ｓ１とし検出信号Ｓ２との位相差を位相検出回路４０で検出することが示されている。なお、基準信号Ｓ１は励振回路３０のいずれか１つの相を選択すればよい。

図４は、検出回路に入力する基準信号と検出信号の位相差を説明する図である。図示された位相差が固定子１０と移動子２０の相対的な位置関係（機械的な位相）によって変化する。図４に示されるように検出信号Ｓ２は基準信号Ｓ１に比較して位相差の分だけ遅れている。図４ではある瞬間における基準信号と検出信号との関係を示しており、両信号を連続して観察すると、移動子２０が固定子１０に対して停止している場合は前記位相差は変化せず、移動している場合は連続的に前記位相差が変化する。前記位相差は、固定子１０の励振電極１１と移動子２０の結合電極２１の結合度（換言すれば、相対的位置関係）に応じて０度〜３６０度まで変化する。また、移動の方向が反転すれば前記位相差の向きも変化する。

図５は本発明の概略ブロック図である。励振回路３０からの出力信号である基準信号Ｓ１と静電容量型位置検出器１００による検出信号Ｓ２はそれぞれ波形整形器３２，３３により波形整形される。波形整形されたそれぞれの信号は、積分式位相差測定回路５１に入力され、積分式位相差測定回路５１は電気角データを算出する。算出された電気角データは電気角−位置変換手段５２により位置データに変換される。

図６は基準信号Ｓ１と検出信号Ｓ２の位相差を測定する積分式位相差測定回路５１の概略構成図である。励振回路３０の４相の励振電圧のうちの１つの相をリミッタアンプなどの波形整形器３２により矩形波とされた基準信号Ｓ１（以下、単に「基準信号Ｓ１」という）とする。一方、静電容量型位置検出器１００により検出された検出信号Ｓ２もリミッタアンプなどの波形整形器３３により矩形波の検出信号Ｓ２（以下、単に「検出信号Ｓ２」という）とする。基準信号Ｓ１と検出信号Ｓ２の信号波形は図７に示される。このように特徴点は、基準信号Ｓ１と検出信号Ｓ２とを前述したようにリミッタアンプなどにより方形波に変換し、その立上がりか立下がりのタイミングを取ることで得られる（図８参照）。また、波形整形する前の基準信号Ｓ１と波形整形する前の検出信号Ｓ２をコンパレータ（図示省略）により所定のスレショールドレベルで二値化し、その０から１への遷移、または１から０への遷移を特徴点としてもよい（図８参照）。
また、波形整形する前の基準信号Ｓ１と波形整形する前の検出信号Ｓ２をＡＣ結合回路を通して直流オフセットを除去した信号とし、この信号に対して、コンパレータなどにより信号波形が０Ｖレベルをマイナスからプラス、またはプラスからマイナスへ通過するゼロクロス点を特徴点としてもよい。
これらの方法により、それぞれの信号はその一周期に対して一点に定義される。さらに、基準信号Ｓ１の特徴点と検出信号Ｓ２の特徴点とは同じ方法で求めることに限定されず、上記の方法を組み合わせてもよい。

矩形波に成形された基準信号Ｓ１と検出信号Ｓ２は積分式位相差測定回路５１に入力される。積分式位相差測定回路５１ではまず時間ゲート回路５１０において時間ゲート信号Ｓ３を生成する。図７に示されるように、基準信号Ｓ１の立ち上がり時点から検出信号Ｓ２の立ち上がり時点までの間、時間ゲート信号Ｓ３は１となり他の時は０である。時間ゲート信号Ｓ３の「１」は有効を意味し、「０」は無効を意味する。なお、時間ゲート回路５１０の構成例を図１１に示す。

時間ゲート信号Ｓ３が１である間、電流供給回路５１１はコンデンサ５１２に電流を供給し続ける。時間ゲート信号Ｓ３が「１」から「０」に変化すると、ホールド／サンプル回路５１３はコンデンサ５１２両端の電圧をホールドし、サンプリングして電圧の数値化を行う。数値化が完了するとホールド／サンプル回路５１３は、完了信号を放電回路５１４へ出力する。電流供給回路としては具体的にはＣＲＤ（Current Regular diode）やカレントミラー方式定電流回路などを用いることができる。再現性に着目し線形性は別途補正することにし、定電圧源と抵抗器により構成することもできる。これらのスイッチ素子には半導体スイッチ素子が使われ、特にＦＥＴ素子が好適である。図９および図１０に電流供給回路の例を示す。

ホールド／サンプル回路５１３が完了信号を出力すると、放電回路５１４は電流供給回路５１１に接続されていたコンデンサ５１２の一端をグランドにスイッチし、コンデンサ５１２に溜まった電荷を放電して空にする。放電が完了すると放電回路５１４は、前動作でグランドに接続したコンデンサ５１２の一端を電流供給回路５１１に再接続する。

ホールド／サンプル回路５１３で数値化された電圧データをＶｃ［Ｖ］とする。Ｖｃ［Ｖ］とは別に、電流供給回路５１１の回路設計と１励振周期の時間により決まるコンデンサ端子電圧であるＶｃ３６０［Ｖ］を用意する。または１励振周期（電気角３６０度）に相当する時間だけ電流供給回路５１１の電流を当該コンデンサに充電し、結果の電圧をサンプルした値をＶｃ３６０［Ｖ］としてもよい。

上記Ｖｃ［Ｖ］とＶｃ３６０［Ｖ］から電気角データを計算する。一例として、
電気角データ＝３６０＊（Ｖｃ［Ｖ］／Ｖｃ３６０［Ｖ］）として得られる。ここで得られた電気角データは、説明の都合上、暫定電気角データＳ４と呼ぶ。

次に、暫定電気角データＳ４は差分比較処理部５１７に入力される。差分比較処理部５１７は、２つのレジスタ（レジスタＡ５１６とレジスタＢ５１８）を使用して、被測定物の現在位置を求めるための処理を行う。差分比較処理部５１７は減算回路などを使用して構成することができる。また、差分比較処理部５１７は、前記暫定電気角データＳ４から前回暫定電気角データであるレジスタＡ５１６の値を引いた差の値を評価する。なお、差分比較処理部５１７はプロセッサによる処理、あるいは、回路構成により行うようにできる。

励振回路３０による励振信号の周波数は被測定物の移動速度（回転速度）を考慮して決められている。電気角３６０度分の位置の変化に要する時間は、励振信号の１周期分より十分に長くなるように定められている。この条件の下では今回得られた電気角データと前記得られた電気角データの差分が電気角１８０度以上になるのは、移動により電気角１周期を跨いだ時にしか発生しない。
これに従い、１周期より大きい位置の変化量と１周期内の位置の変化量を以下のようにして求める。

１）前記差が−１８０度より大きく＋１８０度のより小さい場合は、１周期内の位置を格納するレジスタＡ５１６に暫定電気角データＳ４を格納する。また、この場合は１周期を跨ぐ移動は行われていないと判断できるので、周期数を格納するレジスタＢ５１８の値は変更しない（両レジスタの初期値は共にゼロである）。
２）前記差が＋１８０度以上の場合は、レジスタＡ５１６に暫定電気角データＳ４を格納し、レジスタＢ５１８に格納されているデータを１減算して格納する。
３）前記差が−１８０度以下の場合は、レジスタＡ５１６に暫定電気角を格納し、さらにレジスタＢ５１８のデータを１加算して格納する。

積分式位相差測定回路５１は、電気角データとしてレジスタＡ５１６とレジスタＢ５１８の値を電気角−位置変換回路５２に出力する。電気角−位置変換回路５２は、電気角から位置（回転角度）への変換を行う。

励振電極群の１つが電気角３６０度に相当することに従い、励振電極群の配置数をＮとすると被測定物の現在位置は計測開始よりも、（レジスタＢ）*３６０／Ｎ+（レジスタＡ）／Ｎ[度]だけ移動していることがわかる。

図１２は、電気角データ求める処理のアルゴリズムである。
●［ステップＳ１］電圧−電気角変換回路５１５から出力された暫定電気角データとレジスタＡに格納された前回の暫定電気角データとの差ｄを算出する。
●［ステップＳ２］ステップＳ１で算出した差ｄが−１８０度より大きく＋１８０度未満か判断し、結果が正の場合はステップＳ３に移行する。結果が偽である場合にはステップＳ５に移行する。
●［ステップＳ３］レジスタＡに暫定電気角データを格納する。
●［ステップＳ４］位置データを算出する電気角−位置変換回路５２に、電気角データとして、レジスタＡに格納されているレジスタＡ値およびレジスタＢに格納されているレジスタＢ値を出力する。

●［ステップＳ５］ステップＳ１で算出した差ｄが−１８０度以下であるか判断し、結果が正である場合はステップＳ６に移行する。結果が偽である場合はステップＳ９へ移行する。
●［ステップＳ６］レジスタＢに格納されているレジスタＢ値に１加算して格納する。
●［ステップＳ７］レジスタＡに暫定電気角データを格納する。
●［ステップＳ８］位置データを算出する電気角−位置変換回路５２に、電気角データとして、レジスタＡに格納されているレジスタＡ値およびレジスタＢに格納されているレジスタＢ値を出力する。
●［ステップＳ９］レジスタＢに格納されているレジスタＢ値から１減算して格納する。
●［ステップＳ１０］レジスタＡに暫定電気角データを格納する。
●［ステップＳ１１］位置データを算出する電気角−位置変換手段５２に、電気角データとして、レジスタＡに格納されているレジスタＡ値およびレジスタＢに格納されているレジスタＢ値を出力する。

固定子を説明する図である。 移動子を説明する図である。 静電容量型位置検出器の概略構成図である。 位相検出回路に入力する基準信号と固定子の受信電極で検出される検出信号の位相の関係を説明する図である。 本発明の概略ブロック図である。 積分式位相差測定回路の概略構成図である。 各部における信号波形を説明する図である。 特徴点を説明する図である。 電流供給回路の例（その１）を示す図である。 電流供給回路の例（その２）を示す図である。 時間ゲート回路の例を説明する図である。 電気角データを求める処理のアルゴリズムである。

符号の説明

Ｓ１ 基準信号
Ｓ２ 検出信号
Ｓ３ 時間ゲート信号
Ｓ４ 暫定電気角データ
Ｓ５ 電気角データ
ｖｃ コンデンサ電圧
ｉ 一定電流
ｖ サンプル電圧
Ａ Ａ相
Ｂ Ｂ相
Ｃ Ｃ相
Ｄ Ｄ相
１０ 固定子
１１ 励振電極
１２ 通電導体
１３ 給電導体
１４ 受信電極
１５ 固定子の貫通孔
１６ 励振電極群
１７ 検出信号出力部
１８ａ Ａ相給電部
１８ｂ Ｂ相給電部
１８ｃ Ｃ相給電部
１８ｄ Ｄ相給電部
２０ 移動子
２１ 結合電極
２２ 送信電極
２３ 移動子の貫通孔
３０ 励振回路
３２，３３ 波形整形器
４０ 位相検出回路
５１ 積分式位相差測定回路
５１０ 時間ゲート回路
５１１ 電流供給回路
５１２ コンデンサ
５１３ ホールド／サンプル回路
５１４ 放電回路
５１５ 電圧−電気角変換回路
５１６ レジスタＡ
５１７ 差分比較処理部
５１８ レジスタＢ
５２ 電気角−位置変換回路
１００ 静電容量型位置検出器

Claims (3)

1. 固定子と、該固定子に対向し相対移動する移動子とを備え、
   前記固定子は、周期的に配置され互いに電気的に独立した複数の励振電極からなる複数組の励振電極群と、前記励振電極群と電気的に独立した受信電極を有し、
   前記移動子は、前記励振電極群と対向して周期的に配置された複数の結合電極と、前記複数の結合電極の全てが電気的に接続される前記受信電極と対向して配置された送信電極とを有し、
   前記移動子は前記励振電極群と同じ数の結合電極を有するものであり、
   前記励振電極群の各励振電極にそれぞれ周波数が同一で位相の異なる励振信号を印加し、前記固定子と前記移動子の前記相対位置によって変化する前記受信電極により検出される検出信号と、前記励振電極に印加される励振信号のうちのいずれか１つである基準信号との位相差を測定する位相差測定回路と、
   前記位相差測定回路によって測定された前記位相差に基づいて前記移動子の相対位置を検出する静電容量型位置検出器であって、
   前記位相差測定回路は、
   あらかじめ決められた前記基準信号と前記検出信号の状態が成立する第１の場合に所定の電流の出力を開始し、あらかじめ決められた前記基準信号と前記検出信号の状態が成立する第２の場合に電流の出力を停止する電流供給回路と、
   前記電流供給回路からの電流を蓄えるコンデンサと、
   上記第２の場合に前記コンデンサの端子間電圧をホールドおよびサンプリングし、サンプリング完了後に完了信号を出力するホールド／サンプル回路と、
   前記ホールド／サンプル回路の完了信号により前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電回路と、
   前記サンプリングにより得られた電圧データを位相差に相当する電気角データに変換し、暫定電気角データして出力する電圧−電気角変換回路と、
   電気角データを格納するレジスタＡとレジスタＢの２つのレジスタと、
   前記暫定電気角データと前記レジスタＡに格納された前回の暫定電気角データとの関係を評価する差分比較処理部と、を有し、
   前記差分比較処理部は、
   前記位相差を数値的に取得する時間間隔に対して、移動子の速度の絶対値は、一つの励振電極群の１／２周期を前記時間間隔で除した値未満で使用される条件において、
   前記暫定電気角データから前回の暫定電気角データを引いた差である電気角変化量が、−１８０度より大きく、＋１８０度未満の場合は前記レジスタＢに保持されているデータは更新されず、前記レジスタＡに保持されているデータを前記暫定電気角データに更新し、
   前記電気角変化量が−１８０度以下の場合は、前記レジスタＢに保持されているデータに１周期加算し、前記レジスタＡに保持されているデータを前記暫定電気角データに更新し、
   前記電気角変化量が＋１８０度以上の場合は、前記レジスタＢに保持されているデータから１周期減算し、前記レジスタＡに保持されているデータを前記暫定電気角データに更新し、
   前記レジスタＡのデータを１周期内電気角データとして、また、前記レジスタＢのデータを周期数データとして出力し、
   前記位相差測定回路からの出力を位置のデータに変換する変換回路と、
   を備えたことを特徴とする静電容量型位置検出器。
2. 「有効」及び「無効」の意味を持つ２値の時間ゲート信号を出力する時間ゲート回路を備え、
   前記時間ゲート信号は、予め決められた基準信号の１周期内に１回現れる特徴点とともに有効となり、予め決められた前記検出信号の１周期内に１回現れる特徴点をもって無効となる信号であり、
   前記電流供給回路は、前記時間ゲート信号が有効の場合に所定の電流を出力するように制御され、
   前記ホールド／サンプル回路は、時間ゲート信号が有効となった後、無効となった場合になった場合にホールド動作、およびサンプリング動作を行うように制御されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型位置検出器。
3. 「有効」及び「無効」の意味を持つ２値の時間ゲート信号を出力する時間ゲート回路を備え、
   前記時間ゲート信号は、予め決められた前記検出信号の１周期内に１回現れる特徴点とともに有効となり、予め決められた基準信号の１周期内に１回現れる特徴点をもって無効となる信号であり、
   前記電流供給回路は、前記時間ゲート信号が有効の場合に所定の電流を出力するように制御され、
   前記ホールド／サンプル回路は、時間ゲート信号が有効となった後、無効となった場合になった場合にホールド動作、およびサンプリング動作を行うように制御されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型位置検出器。

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