JP2017075919A - Position detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検出部の位置を検出する位置検出装置に関する。 The present invention relates to a position detection device that detects the position of a detected portion.
従来、励磁コイルから検出コイルに磁界をかけておき、金属部の接近又は離間に応じて検出コイルにかかる磁界の変化を検出することにより、被検出部の位置(距離)を演算する位置検出装置が周知である(特許文献1,2等参照)。この種の位置検出装置は、励磁コイル及び検出コイルが電磁結合していて、金属部の接近又は離間に応じて変化する検出コイルの誘導起電力を基に、被検出部との距離を演算する。
Conventionally, a position detection device that calculates a position (distance) of a detected portion by applying a magnetic field from an excitation coil to a detection coil and detecting a change in the magnetic field applied to the detection coil in accordance with the approach or separation of a metal portion Is well known (see
この種の位置検出装置においては、被検出部の作動時、金属部が検出コイルに対して移動するときにとる誘導起電力の変化を大きくとることにより、位置検出の分解能を向上したいニーズがあった。 In this type of position detection device, there is a need to improve the position detection resolution by taking a large change in the induced electromotive force when the metal part moves with respect to the detection coil during operation of the detected part. It was.
本発明の目的は、被検出部が作動したときの誘導起電力の変化を大きくとることができる位置検出装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the position detection apparatus which can take the change of an induced electromotive force large when a to-be-detected part act | operates.
前記問題点を解決する位置検出装置は、定電圧によって励磁される励磁コイルと、当該励磁コイルとの電磁結合により誘導起電力を発生する検出コイルと、前記誘導起電力を被検出部の位置に応じて変化させる検出対象と、前記誘導起電力を基に前記被検出部の位置を検出する位置演算部とを備えた構成において、前記検出コイルは、コイル途中を折り返されることにより、コイルの巻き方向が互いに逆となった第1コイル部及び第2コイル部を備え、前記検出対象は、前記第1コイル部及び第2コイル部の一方を覆うことが可能な磁性体と、他方を覆うことが可能な非磁性体とを備えた。 A position detection device that solves the above problems includes an excitation coil excited by a constant voltage, a detection coil that generates an induced electromotive force by electromagnetic coupling with the excitation coil, and the induced electromotive force at a position of a detected portion. In a configuration including a detection target to be changed according to the position and a position calculation unit that detects the position of the detected portion based on the induced electromotive force, the detection coil is folded around the coil so that the coil is wound. A first coil portion and a second coil portion whose directions are opposite to each other are provided, and the detection target covers a magnetic body capable of covering one of the first coil portion and the second coil portion, and the other. And a non-magnetic material capable of.
本構成によれば、検出コイルを途中で折り返した形状とすることにより、コイルの巻き方向が互いに逆となった第1コイル部及び第2コイル部を設ける。そして、検出コイルに接近又は離隔する検出対象を磁性体及び非磁性体の構成とし、これらの一方を第1コイル部に対向させ、他方を第2コイル部に対向させる。これにより、検出対象が検出コイルに対して接近又は離隔するとき、非磁性体に覆われる第1コイル部の相互インダクタンスと、磁性体に覆われる第2検出コイル部の相互インダクタンスとが、互いに正負反対の値をとる。よって、検出コイルの出力を検出する検出回路の回路端から見た相互インダクタンスは同一方向に変化することとなるので、相互インダクタンスの変化を大きくとることが可能となる。よって、被検出部が作動したときの誘導起電力の変化を大きくとることが可能となる。 According to this configuration, the first coil portion and the second coil portion in which the winding directions of the coils are opposite to each other are provided by forming the detection coil in a folded shape in the middle. Then, the detection target that approaches or separates from the detection coil is configured as a magnetic body and a non-magnetic body, one of which is opposed to the first coil portion and the other is opposed to the second coil portion. Thereby, when the detection target approaches or separates from the detection coil, the mutual inductance of the first coil portion covered with the non-magnetic material and the mutual inductance of the second detection coil portion covered with the magnetic material are positive and negative. Take the opposite value. Therefore, since the mutual inductance viewed from the circuit end of the detection circuit that detects the output of the detection coil changes in the same direction, the mutual inductance can be greatly changed. Therefore, it is possible to greatly change the induced electromotive force when the detected portion is activated.
前記位置検出装置において、前記励磁コイル及び検出コイルは、互いに向き合うように対向配置され、前記検出対象は、前記励磁コイル及び検出コイルの軸方向に沿って往復動する動きをとることが好ましい。この構成によれば、励磁コイル及び検出コイルの軸方向に沿って動く被検出部の位置を検出することが可能となる。 In the position detection device, it is preferable that the excitation coil and the detection coil are arranged to face each other so that the detection target moves reciprocally along the axial direction of the excitation coil and the detection coil. According to this configuration, it is possible to detect the position of the detected portion that moves along the axial direction of the excitation coil and the detection coil.
前記位置検出装置において、前記検出コイルは、環状の前記第1コイル部及び第2コイル部を平面方向に並べた八の字状に形成されていることが好ましい。この構成によれば、検出コイルを八の字状という簡素な形状で済ませることが可能となる。 In the position detection device, the detection coil is preferably formed in an eight-letter shape in which the annular first coil portion and second coil portion are arranged in a plane direction. According to this configuration, the detection coil can be formed in a simple shape such as an eight-letter shape.
前記位置検出装置において、前記磁性体は、前記非磁性体よりも厚く形成されていることが好ましい。この構成によれば、磁性体によって覆われる検出コイルの相互インダクタンスの変化を大きくとることが可能となるので、誘導起電力の変化を大きくとるのに一層有利となる。 In the position detection device, the magnetic body is preferably formed thicker than the non-magnetic body. According to this configuration, it is possible to make a large change in the mutual inductance of the detection coil covered with the magnetic material, which is further advantageous in taking a large change in the induced electromotive force.
本発明によれば、位置検出装置において、被検出部が作動したときの誘導起電力の変化を大きくとることができる。 According to the present invention, in the position detection device, it is possible to greatly change the induced electromotive force when the detected portion is activated.
以下、位置検出装置の一実施形態を図1〜図6に従って説明する。
図1に示すように、位置検出装置1は、渦電流センサの一種であって、被検出部2の位置を検出するものである。位置検出装置1は、定電圧によって励磁される励磁コイル3と、励磁コイル3との電磁結合により誘導起電力VDEを発生する検出コイル4と、誘導起電力VDEを被検出部2の位置に応じて変化させる検出対象5とを備える。被検出部2は、検出対象5が取り付けられて、検出対象5と一体作動する。励磁コイル3及び検出コイル4は、互いに向き合うように対向配置されている。
Hereinafter, an embodiment of the position detection device will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the position detection device 1 is a kind of eddy current sensor, and detects the position of the detected
図1及び図2に示すように、励磁コイル3は、コイル配線を周状に巻いた環状(四角環状)に形成されている。励磁コイル3は、位置検出装置1の基板(図示略)にコイル配線を添わせることによって形成された基板パターンからなる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the exciting coil 3 is formed in an annular shape (square annular shape) in which coil wiring is wound around. The exciting coil 3 includes a substrate pattern formed by attaching coil wiring to a substrate (not shown) of the position detection device 1.
検出コイル4は、コイルを途中で折り返した形状に形成されている。本例の検出コイル4は、コイルを途中で折り返し形成することにより、コイルの巻き方向が互いに逆となった第1コイル部4a及び第2コイル部4bを備える。検出コイル4は、コイル中央を折り返すことにより、第1コイル部4a及び第2コイル部4bを平面方向に並べた八の字状に形成されることにより、右半分と左半分とで巻き方向が互いに逆となるように形成されている。検出コイル4は、位置検出装置1の基板(図示略)にコイル配線を添わせることによって形成された基板パターンからなる。検出コイル4は、平面視において励磁コイル3と重なるように配置されている。
The detection coil 4 is formed in a shape in which the coil is folded halfway. The detection coil 4 of this example includes a
検出対象5は、平板状の金属板(金属部)により形成され、検出コイル4の第1コイル部4a及び第2コイル部4bの両方を覆うことが可能な形状に形成されている。本例の検出対象5は、第1コイル部4aを覆うことが可能な非磁性体5aと、第2コイル部4bを覆うことが可能な磁性体5bとを備える。検出対象5は、励磁コイル3及び検出コイル4の軸方向(図1の矢印R方向)に沿って往復動する動きをとり、被検出部2の動きに合わせて、第1コイル部4aに接近又は離間するように直線往復動する。非磁性体5aは、例えば銅からなることが好ましい。磁性体5bは、例えば鉄からなることが好ましい。
The
図1に示すように、位置検出装置1は、検出コイル4から出力される誘導起電力VDEを基に被検出部2の位置を演算する位置演算部6を備える。位置演算部6は、励磁コイル3を励磁するのに必要な励磁回路7を介して励磁コイル3に接続され、検出回路8を介して検出コイル4に接続されている。励磁回路7は、定電圧の交流波(交流電圧Vac)によって励磁コイル3を励磁する。検出回路8は、検出コイル4から出力される誘導起電力VDE(出力電圧)の振幅変化を検出することができる回路からなる。
As shown in FIG. 1, the position detection device 1 includes a position calculation unit 6 that calculates the position of the detected
次に、図1、図3〜図6を用いて、位置検出装置1の動作を説明する。
図1に示すように、励磁回路7から励磁コイル3に定電圧振幅の交流電圧Vacが印加されると、検出コイル4には、検出対象5との距離Kに応じた誘導起電力VDEが発生する。誘導起電力VDEは、同図に示される式(α)から求まる。位置演算部6は、誘導起電力VDEの振幅を検出回路8で検出し、その値から検出コイル4及び検出対象5の間の距離K、すなわち被検出部2の位置を演算する。
Next, the operation of the position detection apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 3 to 6.
As shown in FIG. 1, when an AC voltage Vac having a constant voltage amplitude is applied from the
誘導起電力VDEを演算するパラメータの1つには、励磁コイル3及び検出コイル4の間の相互インダクタンスMがある。ちなみに、相互インダクタンスMは、例えば検出対象5が存在しない状態のとき、コイル線を折り返して八の字に形成された第1コイル部4aと第2コイル部4bとにおいて同一の値をとる。このため、仮に検出対象5が存在しない場合を想定すると、相互インダクタンスMは、検出回路8側から見た場合、「0」となる。よって、検出対象5が存在しない場合、誘導起電力VDEも「0」となる。
One of the parameters for calculating the induced electromotive force V DE is a mutual inductance M between the excitation coil 3 and the detection coil 4. Incidentally, for example, when the
図1の式(α)からも分かるように、誘導起電力VDEの演算には、主に、励磁コイル3及び検出コイル4の相互インダクタンスM、検出対象5を流れる励磁電流IEX、励磁コイル3の自己インダクタンスLEXの各パラメータが関係してくる。すなわち、検出対象5が検出コイル4に接近及び離間したとき、誘導起電力VDEの変化を大きくとるには、これらパラメータを最適に変化させる必要がある。
As can be seen from the equation (α) in FIG. 1, the calculation of the induced electromotive force V DE mainly includes the mutual inductance M of the excitation coil 3 and the detection coil 4, the excitation current I EX flowing through the
ここで、図3に、従来の位置付けの位置検出装置1の構成を示し、図4に、従来の位置付けの位置検出装置1において、検出コイル4及び検出対象5の距離変化に応じた各パラメータ(相互インダクタンスM、励磁電流IEX、励磁コイル3の自己インダクタンスLEX)の変化波形を示す。従来位置付けの位置検出装置1では、検出コイル4は単なる四角形状をなし、検出対象5は検出コイル4の全体を覆うことが可能な形状に形成される。この場合、励磁コイル3を定電圧振幅で励磁すると、検出対象5の距離が変わっていくときの自己インダクタンスLEXの変化によって励磁電流IEXも変化していくが、距離Kが近くなっていくときには、励磁電流IEXは相互インダクタンスMの変化を打ち消すように変化していくので、誘導起電力VDEが小さくなってしまう問題があった。
Here, FIG. 3 shows a configuration of a conventional positioning position detection device 1, and FIG. 4 shows a parameter (corresponding to a change in the distance between the detection coil 4 and the
本例の場合、図5に示すように、検出対象5が検出コイル4に近づいていくと、以下の2つの現象が発生する。1つ目の現象は、検出対象5が検出コイル4に近づくと、非磁性体5a(非磁性体金属板)に渦電流が発生し、励磁コイル3からの磁束B1を妨げる方向に磁束B2が発生する。この磁束B2は、第1コイル部4aにかかる。これにより、検出コイル4の相互インダクタンスMの絶対値が減少する。2つ目の現象は、検出対象5が検出コイル4に近づくと、磁性体5b(磁性体金属板)は、励磁コイル3から発生する磁束B1を強めるように作用する。このため、磁性体5bに覆われる検出コイル4の相互インダクタンスMの絶対値が増加する。
In the case of this example, as shown in FIG. 5, the following two phenomena occur when the
ところで、1つ目の現象による検出コイル4の相互インダクタンスMと、2つ目の現象による検出コイル4の相互インダクタンスMとは、それぞれの符号が逆となっている。よって、検出回路8の回路端から見ると、これらの相互インダクタンスMは、検出対象5との距離Kに対して、同一方向に変化することになる。
By the way, the mutual inductance M of the detection coil 4 due to the first phenomenon and the mutual inductance M of the detection coil 4 due to the second phenomenon have opposite signs. Therefore, when viewed from the circuit end of the
一方、検出対象5の近接に伴い、励磁コイル3の自己インダクタンスLEXは、右半分が減少し、左半分が増加する。このため、励磁回路7の端部から見た自己インダクタンスLEXは変化しない。すなわち、励磁電流IEXは、検出対象5の距離によって変化せずに済むことになる。
On the other hand, as the
図6に、本例の位置検出装置1において、検出コイル4及び検出対象5の距離変化に応じた各パラメータ(相互インダクタンスM、励磁電流IEX、励磁コイル3の自己インダクタンスLEX)の変化波形を示す。同図に示されるように、誘導起電力VDEの構成要素である相互インダクタンスMは、検出対象5の接近/離隔時において、大きく変化する。また、励磁電流IEXは変化しないので、相互インダクタンスMの変化を妨げない。以上により、大きな誘導起電力VDEの変化を得ることが可能となる。
FIG. 6 shows a change waveform of each parameter (mutual inductance M, excitation current I EX , self-inductance L EX of the excitation coil 3) according to a change in the distance between the detection coil 4 and the
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
(1)位置検出装置1において、検出コイル4を途中で折り返した形状(八の字状)とすることにより、コイルの巻き方向が互いに逆となった第1コイル部4a及び第2コイル部4bを設ける。そして、検出コイル4に接近又は離隔する検出対象5を非磁性体5a及び磁性体5bの構成とし、これらの一方を第1コイル部4aに対向させ、他方を第2コイル部4bに対向させる。これにより、検出対象5が検出コイル4に対して接近又は離隔するとき、非磁性体5aに覆われる第1コイル部4aの相互インダクタンスMと、磁性体5bに覆われる第2コイル部4bの相互インダクタンスMとが、互いに正負判定の値をとる。よって、検出コイル4の出力を検出する検出回路8の回路端から見た相互インダクタンスMは同一方向に変化することとなるので、相互インダクタンスMの変化を大きくとることが可能となる。よって、被検出部2が作動したときの誘導起電力VDEの変化を大きくとることができる。ひいては、位置検出装置1の位置検出の分解能が向上する。
According to the configuration of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the position detection device 1, the
(2)励磁コイル3及び検出コイル4は、互いに向き合うように対向配置される。検出対象5は、励磁コイル3及び検出コイル4の軸方向(図1の矢印R方向)に沿って往復動する動きをとる。よって、励磁コイル3及び検出コイル4の軸方向に沿って動く被検出部2の位置を、精度よく検出することができる。
(2) The excitation coil 3 and the detection coil 4 are arranged to face each other so as to face each other. The
(3)検出コイル4は、環状の第1コイル部4a及び第2コイル部4bを平面方向に並べた八の字状に形成されている。よって、検出コイル4を八の字状という簡素な形状の部材で済ますことができる。
(3) The detection coil 4 is formed in an eight-letter shape in which an annular
(4)磁性体5bは、非磁性体5aよりも厚く形成されることが好ましい。この場合、磁性体5bによって覆われる検出コイル4の相互インダクタンスMの変化を大きくとることが可能となるので、誘導起電力VDEの変化を大きくとるのに一層有利となる。
(4) The
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・検出対象5は、1枚の板により形成されることに限定されない。すなわち、非磁性体5aと磁性体5bとがそれぞれ別体であってもよい。
Note that the embodiment is not limited to the configuration described so far, and may be modified as follows.
The
・非磁性体5a及び磁性体5bは、検出コイル4(第1コイル部4a及び第2コイル部4b)を完全に覆う形状をとることが好ましい。
・非磁性体5aと磁性体5bとは、異なる面積や形状にて形成されていてもよい。
The
The
・非磁性体5a及び磁性体5bは、同一平面上に配置されることに限らず、異なる平面上に配置されてもよい。
・検出対象5は、検出コイル4の一部分のみ覆う形状としてもよい。
The
The
・検出対象5は、金属製の部材(金属部、金属板)に限定されず、例えばコイル配線を巻いた可動コイルとしてもよい。
・第1コイル部4aは、第2コイル部4bと同一コイル面積をとることに限らず、コイル面積を小さく形成してもよい。
The
-The
・励磁コイル3及び検出コイル4は、1巻き形状に限らず、コイル配線を複数周巻いた形状でもよい。
・励磁コイル3及び検出コイル4は、基板パターンで形成される場合、同一基板上に形成されることに限らず、それぞれ別の基板に設けられてもよい。
The excitation coil 3 and the detection coil 4 are not limited to a single winding shape, and may be a shape in which a plurality of coil wirings are wound.
When the excitation coil 3 and the detection coil 4 are formed in a substrate pattern, they are not limited to being formed on the same substrate, and may be provided on different substrates.
・励磁コイル3及び検出コイル4は、基板パターンで形成されることに限らず、基板上ではない位置に形成されてもよい。
・励磁コイル3及び検出コイル4は、同一面積に形成されることに限らず、例えば励磁コイル3を検出コイル4よりも大きく形成してもよい。
The excitation coil 3 and the detection coil 4 are not limited to being formed with a substrate pattern, and may be formed at a position not on the substrate.
The excitation coil 3 and the detection coil 4 are not limited to be formed in the same area, and the excitation coil 3 may be formed larger than the detection coil 4, for example.
・検出対象5は、検出コイル4の軸方向に沿って上下動するものに限らず、例えば軸方向に対して交差する方向に移動(スライド移動)するものでもよい。
・金属製の検出対象5(非磁性体5a、磁性体5b)は、四角形状の金属板に限らず、例えば円形などの他の形状に変更してもよい。
The
The metal detection target 5 (
・励磁コイル3の形状は、例えば円形状など、他の形状に変更することが可能である。
・検出コイル4は、第1コイル部4a及び第2コイル部4bを有する形状であれば、他の形状に変更可能である。
The shape of the exciting coil 3 can be changed to other shapes such as a circular shape.
The detection coil 4 can be changed to other shapes as long as it has the
・第1コイル部4a及び第2コイル部4bは、四角形状に限らず、例えば円形状など、他の形状に変更可能である。
・検出対象5が固定側で、励磁コイル3及び検出コイル4が可動側となっていてもよい。
-The
The
・本例の位置検出装置1は、例えば車両のシフトレバー装置や、車載スイッチ装置など、種々の装置やシステムに使用することが可能である。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
-The position detection apparatus 1 of this example can be used for various apparatuses and systems, such as a shift lever apparatus of a vehicle, a vehicle-mounted switch apparatus, for example.
Next, technical ideas that can be grasped from the above-described embodiment and other examples will be described below together with their effects.
(イ)前記位置検出装置において、前記検出対象は、前記検出コイルの全体を覆うことが可能な面積で形成されている。この構成によれば、誘導起電力の変化を大きくとるのに一層有利となる。 (A) In the position detection device, the detection target is formed with an area capable of covering the entire detection coil. According to this configuration, it is more advantageous to take a large change in the induced electromotive force.
1…位置検出装置、2…被検出部、3…励磁コイル、4…検出コイル、4a…第1コイル部、4b…第2コイル部、5…検出対象、5a…非磁性体、5b…磁性体、6…位置演算部、VDE…誘導起電力、R…コイルの軸方向。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Position detection apparatus, 2 ... Detected part, 3 ... Excitation coil, 4 ... Detection coil, 4a ... 1st coil part, 4b ... 2nd coil part, 5 ... Detection object, 5a ... Non-magnetic material, 5b ... Magnetic Body, 6 ... position calculation unit, V DE ... induced electromotive force, R ... axial direction of the coil.
Claims (4)
前記検出コイルは、コイル途中を折り返されることにより、コイルの巻き方向が互いに逆となった第1コイル部及び第2コイル部を備え、
前記検出対象は、前記第1コイル部及び第2コイル部の一方を覆うことが可能な磁性体と、他方を覆うことが可能な非磁性体とを備えた
ことを特徴とする位置検出装置。 An excitation coil that is excited by a constant voltage, a detection coil that generates an induced electromotive force by electromagnetic coupling with the excitation coil, a detection target that changes the induced electromotive force in accordance with the position of the detected portion, and the induced electromotive force In a position detection device comprising a position calculation unit that detects the position of the detected portion based on electric power,
The detection coil includes a first coil portion and a second coil portion in which the winding directions of the coils are opposite to each other by being folded back in the middle of the coil,
The position detection apparatus, wherein the detection target includes a magnetic body capable of covering one of the first coil section and the second coil section and a non-magnetic body capable of covering the other.
前記検出対象は、前記励磁コイル及び検出コイルの軸方向に沿って往復動する動きをとる
請求項1に記載の位置検出装置。 The excitation coil and the detection coil are arranged opposite to face each other,
The position detection apparatus according to claim 1, wherein the detection target moves reciprocally along an axial direction of the excitation coil and the detection coil.
請求項1又は2に記載の位置検出装置。 The position detection device according to claim 1, wherein the detection coil is formed in an eight-letter shape in which the annular first coil portion and second coil portion are arranged in a plane direction.
請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の位置検出装置。 The position detection device according to claim 1, wherein the magnetic body is formed thicker than the non-magnetic body.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021071340A (en) * | 2019-10-30 | 2021-05-06 | アイシン精機株式会社 | Rotation angle sensor |
JP2022029457A (en) * | 2017-12-20 | 2022-02-17 | ソナス リミテッド | Sensing systems and sensing methods |
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