JP3477278B2 - Magnetic position sensor - Google Patents

Magnetic position sensor

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JP3477278B2
JP3477278B2 JP14334495A JP14334495A JP3477278B2 JP 3477278 B2 JP3477278 B2 JP 3477278B2 JP 14334495 A JP14334495 A JP 14334495A JP 14334495 A JP14334495 A JP 14334495A JP 3477278 B2 JP3477278 B2 JP 3477278B2
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、可動な被検出体の相対
的位置を磁気的に検出する磁気式位置センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic position sensor for magnetically detecting the relative position of a movable object to be detected.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の磁気式位置センサとし
て、自動車等のスロットル開度を検出するスロットルポ
ジションセンサ(Throttle Position Senser)が知られ
ている。一例を示すと、特公昭55−13286号公報
に開示されているものがある。これは、可動磁心と固定
磁心とが磁気的に結合して2つの閉磁路を構成し、各閉
磁路に検出コイルを設けている。そして可動磁心の変位
に伴う各閉磁路の磁気抵抗変化により、各検出コイルの
起電力を検出して、可動磁心の相対的位置を検出してい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a magnetic position sensor of this type, a throttle position sensor (Throttle Position Sensor) for detecting a throttle opening of an automobile or the like has been known. As an example, there is one disclosed in Japanese Patent Publication No. 55-13286. In this, the movable magnetic core and the fixed magnetic core are magnetically coupled to each other to form two closed magnetic paths, and a detection coil is provided in each closed magnetic path. Then, the electromotive force of each detection coil is detected by the change in the magnetic resistance of each closed magnetic circuit due to the displacement of the movable magnetic core, and the relative position of the movable magnetic core is detected.

【0003】この公報に開示されているセンサの検出回
路は、可動磁心の位置を表す位置信号を常時アナログで
出力する構成であり、消費電力が大となると共に、かか
る位置信号が有効であるか否かの判断が行われていない
ため、動作環境が変化した場合や、経時変化がある場
合、外部ノイズがある場合及び電源投入時等において
は、正しい可動磁心の位置を得ることができず誤検出し
てしまう、という問題があった。
The detection circuit of the sensor disclosed in this publication has a structure in which a position signal representing the position of the movable magnetic core is constantly output in analog form, which consumes a large amount of power and is the position signal effective? Since it has not been determined whether or not the operating environment has changed, has changed over time, has external noise, or has been powered on, etc. There was a problem that it would be detected.

【0004】さらに位置信号を生成するための回路は、
製造コストや信頼性の面からなるべく簡素な構成である
ことが望ましく、特に自動車の制御に用いられるセンサ
は、その動作環境や製造工程における条件も厳しく要求
されるので、頑健でかつ小型なものが待望されていた。
Further, the circuit for generating the position signal is
It is desirable that the configuration be as simple as possible from the viewpoint of manufacturing cost and reliability, and especially for sensors used for controlling automobiles, the operating environment and conditions in the manufacturing process are also strictly required, so a robust and compact sensor is required. Long-awaited.

【0005】[0005]

【本発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上
述した点に鑑み、誤検出を防止して正確な被検出体の相
対的位置を検知することが可能であり、また消費電力の
少ない磁気式位置センサを提供することを目的とする。
本発明はまた、簡素な構成で製造コストの削減及び信頼
性の向上に寄与することのできる磁気式位置センサを提
供することを目的とする。さらに本発明は、厳しい動作
環境及び製造工程の下でも適応する頑健かつ小型の磁気
式位置センサを提供することを目的とする。
In view of the above-mentioned problems, the present invention can prevent erroneous detection, detect an accurate relative position of an object to be detected, and consumes less power. An object is to provide a magnetic position sensor.
It is another object of the present invention to provide a magnetic position sensor that can contribute to reduction of manufacturing cost and improvement of reliability with a simple structure. It is a further object of the present invention to provide a robust and compact magnetic position sensor that adapts even under harsh operating environments and manufacturing processes.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明による磁気式位置
センサは、可動な被検出体の相対的位置を検出する磁気
式位置センサであって、少なくとも1つの励磁コイル
と、第1及び第2の検出コイルと、前記励磁コイルに鎖
交し前記第1及び第2の検出コイルの各々に前記被検
出体の相対的位置に応じた起電力を生じさせる磁束を通
過せしめる磁路を形成する磁路形成手段と、励磁指令信
号に応じて前記励磁コイルを励磁する励磁手段と、前記
第1及び第2の検出コイルの起電力に基づく検出出力レ
ベルの差に応じたレベルの差信号を出力する差信号出力
手段と、前記第1及び第2の検出コイルの検出出力レベ
ルの和が所定値に達したときに取込信号を生成する取込
信号生成手段と、前記励磁指令信号を間歇的に生成する
一方、前記取込信号に応答して前記差信号を位置信号
として取込む制御手段と、を含むことを特徴とするする
ことを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION A magnetic position sensor according to the present invention is a magnetic position sensor for detecting the relative position of a movable object to be detected, the magnetic position sensor including at least one exciting coil and first and second exciting coils. to the formation and detection coil, a magnetic path allowed to pass through the magnetic flux generating an electromotive force in response to the relative position of the detection object in each of said interlinked to the exciting coil first and second detection coils Magnetic path forming means and excitation command signal
Said exciting means for exciting the excitation coil, and a difference signal output means for outputting the level difference signal corresponding to the difference between the detection output level based on the electromotive force of the first and second detection coils according to item, wherein Capture that generates a capture signal when the sum of the detection output levels of the first and second detection coils reaches a predetermined value
Signal generation means and intermittently generate the excitation command signal
On the other hand, it is characterized by including control means for receiving the difference signal as a position signal in response to the capture signal .

【0007】[0007]

【作用】本発明の磁気式位置センサによれば、被検出体
の相対的位置に応じた起電力を発生する第1及び第2の
検出コイルの検出出力レベルの差に応じたレベルの差信
号が生成されるとともに、第1及び第2の検出コイルの
検出出力レベルの和が所定値であることが判別される。
そしてこの判別に応答して当該差信号が被検出体の相対
的位置を示す有効な位置信号として取り込まれる。
According to the magnetic position sensor of the present invention, the level difference signal corresponding to the difference between the detection output levels of the first and second detection coils for generating electromotive force according to the relative position of the object to be detected. Is generated, and it is determined that the sum of the detection output levels of the first and second detection coils is a predetermined value.
Then, in response to this determination, the difference signal is captured as an effective position signal indicating the relative position of the detected object.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明
する。図1は、本発明による一実施例の磁気式位置セン
サの本体構造を示す平面図であり、図2は、そのA−A
断面を示している。これらの図によって示される磁気式
位置センサは、被検出体の回動における回転角を検出し
直線的な出力特性を得るものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a main body structure of a magnetic position sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG.
The cross section is shown. The magnetic position sensor shown by these figures is for obtaining a linear output characteristic by detecting a rotation angle in the rotation of the object to be detected.

【0009】図1及び図2において、磁気式位置センサ
は、細かいドットが付されて図示される固定磁性部材1
と、可動磁性部材3と、励磁コイル5と、検出コイル6
a,6bとからなる。固定磁性部材1は、U字状の磁性
部材1aと、U字状磁性部材1aの両脚部を接合する直
線状の磁性部材1bと、直線状磁性部材1bのU字状磁
性部材1aに対向する側の中央部に一端が固着し他端が
回動シャフト2の回動軸寄りに直線状に延びる突出磁性
部材1cとを有する。
In FIGS. 1 and 2, the magnetic type position sensor has a fixed magnetic member 1 shown with fine dots.
, Movable magnetic member 3, exciting coil 5, and detecting coil 6
It consists of a and 6b. The fixed magnetic member 1 faces the U-shaped magnetic member 1a, the linear magnetic member 1b that joins both legs of the U-shaped magnetic member 1a, and the U-shaped magnetic member 1a of the linear magnetic member 1b. One end is fixed to the central portion on the side, and the other end has a protruding magnetic member 1c that linearly extends toward the rotation axis of the rotation shaft 2.

【0010】被検出体もしくは移動体であるシャフト2
は、回転軸aを中心に回動する。シャフト2は長手磁性
部材3の一端部に結合手段としてのネジ4によって固着
されており、長手磁性部材3は、シャフト2とともに回
転軸aを中心に回動自在である。U字状磁性部材1a
は、長手磁性部材3の周りに配され、回転軸aを中心と
しかつ長手磁性部材3の他端から回転軸aまでの距離よ
りも長い半径にて円弧を描く内表面を有し、かかる内表
面と長手磁性部材2の他端面とは非接触である。長手磁
性部材3の一端部は、回転軸aを中心とする円環状であ
り、突出磁性部材1cの延在端部は、この円環状一端部
に対向しかつ対応した形状を有し、長手磁性部材3の一
端部と突出磁性部材1cとも非接触である。なお、磁性
部材1a,1b及び1cからなる構造を一体的に形成し
ても良い。
The shaft 2 which is the object to be detected or the moving object
Rotates about the rotation axis a. The shaft 2 is fixed to one end of the longitudinal magnetic member 3 by a screw 4 as a coupling means, and the longitudinal magnetic member 3 is rotatable around the rotation axis a together with the shaft 2. U-shaped magnetic member 1a
Has an inner surface which is arranged around the longitudinal magnetic member 3 and which has an arc centered on the rotation axis a and having a radius longer than the distance from the other end of the longitudinal magnetic member 3 to the rotation axis a. The surface and the other end surface of the longitudinal magnetic member 2 are not in contact with each other. One end of the longitudinal magnetic member 3 has an annular shape centered on the rotation axis a, and the extending end of the protruding magnetic member 1c has a shape facing and corresponding to the annular one end. The one end of the member 3 and the protruding magnetic member 1c are also not in contact with each other. The structure composed of the magnetic members 1a, 1b and 1c may be integrally formed.

【0011】突出磁性部材1cには励磁用のコイル5が
巻回され、U字状磁性部材1aの両脚部には、それぞれ
検出用のコイル6a及び6bが巻回される。励磁コイル
5は、後述する励磁回路により励磁される。これにより
励磁コイル5が起磁力を発すると、図1に点線で示され
るような形の磁束が分布する。ここで誘起された磁束は
検出コイル6a,6bと鎖交するが、検出コイル6a,
6bに鎖交する磁束の磁束密度は、長手磁性部材3の位
置に応じて変化する。この様子を示したものが図3に示
される。
An exciting coil 5 is wound around the protruding magnetic member 1c, and detection coils 6a and 6b are wound around both legs of the U-shaped magnetic member 1a. The exciting coil 5 is excited by an exciting circuit described later. As a result, when the exciting coil 5 generates a magnetomotive force, magnetic flux having a shape shown by a dotted line in FIG. 1 is distributed. The magnetic flux induced here interlinks with the detection coils 6a and 6b.
The magnetic flux density of the magnetic flux interlinking with 6b changes depending on the position of the longitudinal magnetic member 3. This is shown in FIG.

【0012】つまり検出コイル6aに鎖交する磁束の磁
路Paの長さと検出コイル6bに鎖交する磁束の磁路P
bの長さとが、長手磁性部材3のU字状磁性部材1aへ
の対向位置により相補的に変わり、各磁路の抵抗成分が
変化した分検出コイルに鎖交する磁束密度が変わるので
ある。検出コイル6a,6bは、鎖交する磁束の変化率
の大きさに応じた起電力を発生するので、検出コイル6
a,6bの起電力すなわち出力電圧または電流から長手
磁性部材3すなわちシャフト2の位置(相対的角度)を
検知することができる。
That is, the length of the magnetic path Pa of the magnetic flux interlinking the detection coil 6a and the magnetic path P of the magnetic flux interlinking the detection coil 6b.
The length b is changed complementarily depending on the position of the longitudinal magnetic member 3 facing the U-shaped magnetic member 1a, and the magnetic flux density linked to the detection coil is changed by the change in the resistance component of each magnetic path. Since the detection coils 6a and 6b generate an electromotive force according to the magnitude of the change rate of the interlinking magnetic flux, the detection coils 6a and 6b
The position (relative angle) of the longitudinal magnetic member 3, that is, the shaft 2 can be detected from the electromotive force of a, 6b, that is, the output voltage or current.

【0013】この磁気式位置センサは、回動シャフト2
を例えば内燃機関のスロットルバルブに連結してスロッ
トルポジションセンサの機能を担うことができる。ま
た、自動工作機械、自動搬送機械等における位置検出手
段としても用いることができ、工場の自動化(FA)等
においても好適である。次に、この磁気式位置センサの
動作原理を図3を参照してもう少し詳しく説明する。
This magnetic type position sensor has a rotary shaft 2
Can be connected to, for example, a throttle valve of an internal combustion engine to function as a throttle position sensor. Further, it can be used also as a position detecting means in an automatic machine tool, an automatic carrying machine, etc., and is also suitable for factory automation (FA) and the like. Next, the operating principle of this magnetic position sensor will be described in more detail with reference to FIG.

【0014】図3において、可動磁性部材3の回動中心
aを通る角度基準線l0 と、回動中心a及び可動磁性部
材3のU字状磁性部材1aへの対向面中央位置を結ぶ線
l1とのなす角がα[rad]である場合、アンペアの
周積分の定理より閉磁路Pa,Pbに対応して、次の各
式が成立する。
In FIG. 3, an angle reference line l0 passing through the rotation center a of the movable magnetic member 3 and a line l1 connecting the rotation center a and the center position of the movable magnetic member 3 facing the U-shaped magnetic member 1a. When the angle formed by and is α [rad], the following equations are established corresponding to the closed magnetic paths Pa and Pb according to the Ampere's circumferential integration theorem.

【0015】[0015]

【数1】 H0・L1+H7・L7+H3・L2+H8・L8+H1(L+r・α)=Ni …(1)[Equation 1] H0 ・ L1 + H7 ・ L7 + H3 ・ L2 + H8 ・ L8 + H1 (L + r ・ α) = Ni (1)

【0016】[0016]

【数2】 H0・L1+H7・L7+H3・L2+H8・L8+H2(L−r・α)=Ni …(2) 但し、LはU字状磁性部材1aと直線状磁性部材1bと
により形成される全磁路の半分の長さ、L1 は突出磁性
部材1cにより形成される磁路長、L2 は可動磁性部材
3により形成される磁路長、rは可動磁性部材3の回動
半径すなわち回動中心aから可動磁性部材3のU字状磁
性部材1aへの対向面までの距離、Sは全ての磁路の等
価断面積、H0 ,H3 は突出磁性部材1c,可動磁性部
材3の磁界の強さ、H7 ,H8 はギャップ7,8の磁界
の強さ、L7 ,L8 はギャップ7、8の長さ、H1 ,H
2 は閉磁路Pa,Pbの磁界の強さ、Ni は励磁コイル
5で発生する起磁力である。
[Formula 2] H0 · L1 + H7 · L7 + H3 · L2 + H8 · L8 + H2 (L-r · α) = Ni (2) where L is the entire magnetic path formed by the U-shaped magnetic member 1a and the linear magnetic member 1b L1 is the magnetic path length formed by the protruding magnetic member 1c, L2 is the magnetic path length formed by the movable magnetic member 3, and r is the turning radius of the movable magnetic member 3, that is, the turning center a. The distance to the surface of the movable magnetic member 3 facing the U-shaped magnetic member 1a, S is the equivalent cross-sectional area of all magnetic paths, H0 and H3 are the magnetic field strengths of the protruding magnetic member 1c and the movable magnetic member 3, and H7. , H8 are the magnetic field strengths of the gaps 7 and 8, L7 and L8 are the lengths of the gaps 7 and 8, and H1 and H
2 is the magnetic field strength of the closed magnetic paths Pa and Pb, and Ni is the magnetomotive force generated in the exciting coil 5.

【0017】上記式(1)及び(2)において、共通項
を削除するために、式(1)−式(2)なる演算をな
し、その結果をαについてまとめると、
In the above equations (1) and (2), in order to remove the common term, the equations (1)-(2) are calculated, and the results are summarized as follows:

【0018】[0018]

【数3】 α=(L/r)・(H2−H1)/(H2+H1) …(3) となる。ここでH2 +H1 =const (const は定数)と
すると、次の式(4)が導かれる。
## EQU3 ## α = (L / r)  (H2-H1) / (H2 + H1) (3) Here, assuming that H2 + H1 = const (const is a constant), the following equation (4) is derived.

【0019】[0019]

【数4】 H2=(r・const・α)/2L+const/2 …(4) 検出コイル6a,6bに生じる電圧V1 及びV2 は、H
1 及びH2 に比例するので、
## EQU00004 ## H2 = (r.const..alpha.) / 2L + const / 2 (4) The voltages V1 and V2 generated in the detection coils 6a and 6b are H
Since it is proportional to 1 and H2,

【0020】[0020]

【数5】 V2=(r・const・α)/2L+const/2 …(5) である。ここで、式(5)をαについて整理すると、次
のようになる。
[Equation 5] V2 = (r · const · α) / 2L + const / 2 (5) Here, rearranging equation (5) with respect to α is as follows.

【0021】[0021]

【数6】 α={2L/(r・const)}・(V2−const/2) …(6) 上記式(3)より明かな如くH1 及びH2 すなわちV1
及びV2 を検出することで磁路部材5の回転角αを得る
ことができる。式(3)を書き直せば、
[Equation 6] α = {2L / (r · const)} · (V2−const / 2) (6) As is clear from the above equation (3), H1 and H2, that is, V1
By detecting V2 and V2, the rotation angle α of the magnetic path member 5 can be obtained. If we rewrite equation (3),

【0022】[0022]

【数7】 α=(L/r)・(V2−V1)/(V2+V1) …(7) である。すなわち(L/r)は定数であるので、(V1
+V2 )を一定に制御できれば、可動磁性部材3の回転
角αは、(V2 −V1 )により一義的に求められること
となる。従ってこの場合、(V2 −V1 )または(V1
−V2 )、つまり両検出コイルの出力電圧の差は回転角
αを表す位置信号の値として扱われる。以下ではこの趣
旨の下、検出コイルの出力電圧V1 ,V2 から回転角α
を求めるための系について説明する。なお、(V1 +V
2 )を一定に制御できれば、可動磁性部材3の回転角α
は、式(6)より明かな如くV2 のみでも正確に表すこ
とができる。
## EQU7 ## α = (L / r)  (V2-V1) / (V2 + V1) (7) That is, (L / r) is a constant, so (V1
If + V2) can be controlled to be constant, the rotation angle α of the movable magnetic member 3 can be uniquely obtained by (V2-V1). Therefore, in this case, (V2-V1) or (V1
-V2), that is, the difference between the output voltages of the two detection coils is treated as the value of the position signal representing the rotation angle α. Below, for this purpose, the output voltages V1 and V2 of the detection coils are changed to the rotation angle α.
A system for obtaining is described. In addition, (V1 + V
If 2) can be controlled to be constant, the rotation angle α of the movable magnetic member 3
Can be accurately expressed only by V2 as is clear from the equation (6).

【0023】図4は、図1及び図2の磁気式位置センサ
の励磁コイル5を励磁して、検出コイル6a及び6bの
起電力から、可動磁性部材3の位置を表す位置信号を得
る位置信号発生及び励磁制御回路の一例を示している。
図4において、この回路には、励磁回路13、比較器1
5、A/D(アナログ/ディジタル)変換器16、コン
トローラ18、抵抗器32,33及び電圧源31が用い
られる。励磁回路13は、コントローラ18から発せら
れる励磁指令信号に応答してコイル5を励磁するための
励磁パルスを発生する。励磁コイル5に励磁パルスが供
給されると、検出コイル6a,6bの両端間には電圧V
1 ,V2が発生するが、正レベルの励磁パルスに対して
発生する起電力の正極を示す検出コイル6a,6bの端
子(正極性端子)が共通接続される。すなわち検出コイ
ル6a,6bは、差動巻の構成となっている。正レベル
の励磁パルスに対して発生する起電力の負極を示す検出
コイル6aの端子(負極性端子)は、A/D変換器16
の入力端に接続され、正レベルの励磁パルスに対して発
生する起電力の負極を示す検出コイル6bの端子(負極
性端子)は、接地される。図4では、正極性端子に
「+」が、負極性端子に「−」が付記されている。この
ような両検出コイルの接続により、検出コイル6aの負
極性端子には両検出コイルの出力電圧の差V1 −V2 の
電位すなわち位置信号が現れることとなる。従って、か
かる接続は差信号出力手段に相当する。
FIG. 4 is a position signal for obtaining a position signal representing the position of the movable magnetic member 3 from the electromotive force of the detection coils 6a and 6b by exciting the exciting coil 5 of the magnetic position sensor shown in FIGS. An example of a generation and excitation control circuit is shown.
In FIG. 4, the excitation circuit 13 and the comparator 1 are included in this circuit.
5, an A / D (analog / digital) converter 16, a controller 18, resistors 32 and 33, and a voltage source 31 are used. Excitation circuit 13 generates an excitation pulse for exciting coil 5 in response to an excitation command signal issued from controller 18. When an exciting pulse is supplied to the exciting coil 5, a voltage V is applied across the detection coils 6a and 6b.
Although 1 and V2 are generated, the terminals (positive terminals) of the detection coils 6a and 6b, which indicate the positive electrode of the electromotive force generated in response to the positive level excitation pulse, are commonly connected. That is, the detection coils 6a and 6b have a differential winding configuration. The terminal (negative terminal) of the detection coil 6a, which indicates the negative electrode of the electromotive force generated with respect to the positive-level excitation pulse, is the A / D converter 16
The terminal (negative terminal) of the detection coil 6b, which is connected to the input end of the detection coil 6b and indicates the negative electrode of the electromotive force generated in response to the positive level excitation pulse, is grounded. In FIG. 4, “+” is added to the positive terminal and “−” is added to the negative terminal. By connecting both detection coils in this way, the potential of the output voltage difference V1-V2 of both detection coils, that is, the position signal appears at the negative terminal of the detection coil 6a. Therefore, such connection corresponds to the difference signal output means.

【0024】両検出コイルの共通接続点は、比較器15
の反転入力端子に導かれる。比較器15の非反転入力端
子には、それぞれ同じ抵抗値Rを有する抵抗器32及び
33の共通接続点が接続される。抵抗器32の一端と位
置信号線、抵抗器33の一端と抵抗器32の他端とがそ
れぞれ接続される。抵抗器33の他端には定電圧源31
による基準電圧Vref が印加される。比較器15は、両
抵抗器の共通接続点電位を両検出コイルの共通接続点電
位と比較し、前者が後者よりも小さいことを判別すると
低レベルの有効信号を発生しA/D変換器16に供給す
る。A/D変換器16は、検出コイル6aの負極性端子
からの位置信号が入力され、この位置信号を有効信号に
応答してサンプルホールドし、保持した電圧レベルに対
応するディジタル信号をコントローラ18に転送する。
コントローラ18は、有効信号に基づくその内部生成の
所定タイミングにてこの転送されたディジタル信号を位
置データすなわち回転角データとして取り込む。
The common connection point of both detection coils is the comparator 15
It is led to the inverting input terminal of. The common connection point of the resistors 32 and 33 having the same resistance value R is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 15. One end of the resistor 32 is connected to the position signal line, and one end of the resistor 33 is connected to the other end of the resistor 32. A constant voltage source 31 is provided at the other end of the resistor 33.
The reference voltage Vref is applied. The comparator 15 compares the common connection point potential of both resistors with the common connection point potential of both detection coils, and when it determines that the former is smaller than the latter, generates a low-level effective signal and A / D converter 16 Supply to. The A / D converter 16 receives the position signal from the negative terminal of the detection coil 6a, samples and holds the position signal in response to the valid signal, and sends the digital signal corresponding to the held voltage level to the controller 18. Forward.
The controller 18 takes in the transferred digital signal as position data, that is, rotation angle data at a predetermined timing of its internal generation based on the effective signal.

【0025】次にこの回路の動作を図5のタイムチャー
トを用いて説明する。先ず、比較器15の反転入力端子
に印加される電圧VA 及び非反転入力端子に印加される
電圧VB は、
Next, the operation of this circuit will be described with reference to the time chart of FIG. First, the voltage VA applied to the inverting input terminal of the comparator 15 and the voltage VB applied to the non-inverting input terminal are

【0026】[0026]

【数8】 VA =V1 …(10)[Equation 8] VA = V1 (10)

【0027】[0027]

【数9】 VB =(V1 −V2 +Vref )/2 …(11) と書くことができる。時刻t1 前では励磁パルスの非発
生状態にあり、励磁コイル5が励磁されておらず、図5
の(b)及び(c)に示されるように、各検出コイルの
出力電圧V1,V2 は、V1 =V2 =0であり、電圧VA
も0(すなわちVA =V1 )である。またこのとき図
5の(d)に示される如き位置信号の値も0であるの
で、電圧VB は、基準電圧Vref を互いに等しい抵抗値
の抵抗器32,33で分圧して得られた値Vref /2と
なる。故にVA <VB であるので比較器15の出力信号
は、図5の(e)に示されるように高レベルを示す。
## EQU9 ## VB = (V1-V2 + Vref) / 2 (11) can be written. Before time t1, the exciting pulse is not generated, and the exciting coil 5 is not excited.
As shown in (b) and (c), the output voltages V1 and V2 of each detection coil are V1 = V2 = 0 and the voltage VA
Is also 0 (that is, VA = V1). At this time, the value of the position signal as shown in FIG. 5D is also 0, so that the voltage VB is the value Vref obtained by dividing the reference voltage Vref by the resistors 32 and 33 having the same resistance value. / 2. Therefore, since VA <VB, the output signal of the comparator 15 exhibits a high level as shown in (e) of FIG.

【0028】この状態から時刻t1 において図5の
(a)に示されるように励磁パルスが立ち上がると、両
検出コイルはそれぞれ起電力の発生を開始し、時刻t2
においてVA =VB となると、上記式(10)及び(1
1)に基づき、
When the exciting pulse rises from this state at time t1 as shown in FIG. 5A, both detection coils start to generate electromotive force, and at time t2.
When VA = VB in the above equation, the above equations (10) and (1
Based on 1),

【0029】[0029]

【数10】 V1 +V2 =Vref=一定 …(12) となる。さらに検出コイルの起電力が増加すると、VA
>VB となり、VA =VB となった時点を境に比較器1
5の出力信号は低レベルへと立ち下がることとなる。従
って比較器15の立ち下がりエッジは、V1 +V2 =一
定となることを判別ないしは検知したタイミングに相当
する。
[Equation 10] V1 + V2 = Vref = constant (12) When the electromotive force of the detection coil further increases, VA
> VB, and VA = VB when the comparator 1
The output signal of 5 will fall to a low level. Therefore, the falling edge of the comparator 15 corresponds to the timing at which it is determined or detected that V1 + V2 = constant.

【0030】A/D変換器16は、このエッジをサンプ
ルタイミングとして用い、比較器15の出力信号が高レ
ベルから低レベルに変化する瞬間または低レベルから高
レベルに変化する瞬間に、つまり(12)式が成立して
V1 +V2 =一定となったときに、V1 −V2 の瞬時値
を適切なまたは有効な位置信号の値としてディジタル変
換しコントローラ18に転送することとなる。コントロ
ーラ18は、A/D変換器16のディジタル出力を位置
データとして、有効信号の立ち下がりまたは立ち上がり
エッジに応答して取り込むとともに、先の式(7)に準
ずる演算を行って、回転角αを求める。
The A / D converter 16 uses this edge as the sample timing, and at the moment when the output signal of the comparator 15 changes from the high level to the low level or from the low level to the high level, that is, (12 When V1 + V2 = constant, the instantaneous value of V1-V2 is digitally converted into an appropriate or effective position signal value and transferred to the controller 18. The controller 18 takes in the digital output of the A / D converter 16 as position data in response to a falling edge or a rising edge of the effective signal, and performs a calculation according to the above equation (7) to obtain the rotation angle α. Ask.

【0031】図6は、位置信号発生及び励磁制御回路の
他の例を示しており、図4と同等の部分には同一の符号
が付されている。図6においては、検出コイル6a,6
bの負極性端子が共通接続される。検出コイル6aの正
極性端子は、A/D変換器16のアナログ入力端に接続
され、検出コイル6bの正極性端子は、定電圧源31を
介して接地される。検出コイル6bの正極性端子には、
定電圧源31による基準電圧Vref が供給される。この
ような両検出コイルの接続により、検出コイル6aの正
極性端子にはV1 −V2 成分を含みかつ該成分が基準電
圧だけレベルシフトされたV1 −V2 +Vref の電位す
なわち位置信号が現れることとなる。また、各検出コイ
ルの出力電圧V1 及びV2 は、正レベルの励磁パルスに
対して負の値を示す。
FIG. 6 shows another example of the position signal generation and excitation control circuit, and the same parts as those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals. In FIG. 6, the detection coils 6a, 6
The negative terminal of b is commonly connected. The positive terminal of the detection coil 6 a is connected to the analog input terminal of the A / D converter 16, and the positive terminal of the detection coil 6 b is grounded via the constant voltage source 31. At the positive terminal of the detection coil 6b,
The reference voltage Vref from the constant voltage source 31 is supplied. By connecting both detection coils as described above, a potential of V1 -V2 + Vref, that is, a position signal containing the V1 -V2 component and having the component shifted in level by the reference voltage appears at the positive terminal of the detection coil 6a. . Further, the output voltages V1 and V2 of each detection coil show a negative value with respect to the positive level excitation pulse.

【0032】両検出コイルの共通接続点は、比較器15
の反転入力端子に導かれるが、比較器15の非反転入力
端子には、接地点と位置信号線との間に直列接続された
抵抗器32及び33の共通接続点が接続される。次にこ
の回路の動作を図7のタイムチャートを用いて説明す
る。先ず、比較器15の反転入力端子に印加される電圧
VA 及び非反転入力端子に印加される電圧VB は、
The common connection point of both detection coils is the comparator 15
The non-inverting input terminal of the comparator 15 is connected to the common connection point of the resistors 32 and 33 connected in series between the ground point and the position signal line. Next, the operation of this circuit will be described with reference to the time chart of FIG. First, the voltage VA applied to the inverting input terminal of the comparator 15 and the voltage VB applied to the non-inverting input terminal are

【0033】[0033]

【数11】 VA =V1+Vref …(20)[Equation 11] VA = V1 + Vref (20)

【0034】[0034]

【数12】 VB =(V1 −V2 +Vref )/2 …(21) と書くことができる。時刻t1 前では励磁パルスの非発
生状態にあり、励磁コイル5が励磁されていない。この
状態では、図7の(b)及び(c)に示されるように、
各検出コイルの出力電圧V1 ,V2 は、V1 =V2 =0
であり、電圧VA はVref (すなわちVA =Vref )で
ある。またこのとき図7の(d)に示される如き位置信
号の値も0であるので、電圧VB は、基準電圧Vref を
互いに等しい抵抗値の抵抗器32,33で分圧して得ら
れた値Vref /2となる。故にVA >VB であるので比
較器15の出力信号は、図7の(e)に示されるように
低レベルを示すこととなる。
## EQU12 ## VB = (V1-V2 + Vref) / 2 (21) can be written. Before time t1, the exciting pulse is not generated and the exciting coil 5 is not excited. In this state, as shown in (b) and (c) of FIG.
The output voltages V1 and V2 of each detection coil are V1 = V2 = 0
And the voltage VA is Vref (that is, VA = Vref). At this time, since the value of the position signal as shown in FIG. 7D is also 0, the voltage VB is the value Vref obtained by dividing the reference voltage Vref by the resistors 32 and 33 having the same resistance value. / 2. Therefore, since VA> VB, the output signal of the comparator 15 shows a low level as shown in FIG. 7 (e).

【0035】この状態から時刻t1 において図7の
(a)に示されるように励磁パルスが立ち上がると、両
検出コイルはそれぞれ起電力の発生を開始し、時刻t2
においてVA =VB となると、上記式(20)及び(2
1)に基づき、
When the exciting pulse rises from this state at time t1 as shown in FIG. 7A, both detection coils start to generate electromotive force, and at time t2.
When VA = VB in the above equation, the above equations (20) and (2
Based on 1),

【0036】[0036]

【数13】 V1 +V2 =−Vref=一定 …(22) となる。さらに検出コイルの起電力が増加すると、VA
<VB となり、VA =VB となった時点を境に比較器1
5の出力信号は高レベルへと立ち上がることとなる。従
って比較器15の立ち上がりエッジは、V1 +V2 =一
定となることを判別ないしは検知したタイミングに相当
する。
(13) V1 + V2 = -Vref = constant (22) When the electromotive force of the detection coil further increases, VA
<VB and VA = VB when the comparator 1
The output signal of 5 will rise to a high level. Therefore, the rising edge of the comparator 15 corresponds to the timing at which it is determined or detected that V1 + V2 = constant.

【0037】A/D変換器16は、この立ち上がりまた
は立ち下がりをサンプルタイミングとして用い、比較器
15の出力信号が低レベルから高レベルに変化する瞬間
または高レベルから低レベルに変化する瞬間に、つまり
(22)式が成立してV1 +V2 =一定となったとき
に、V1 −V2 の瞬時値を適切なまたは有効な位置信号
の値としてディジタル変換しコントローラ18に転送す
ることとなる。コントローラ18は、A/D変換器16
のディジタル出力を位置データとして、有効信号の立ち
上がりエッジに応答して取り込むとともに、先の式
(7)に準ずる演算を行って、回転角αを求める。
The A / D converter 16 uses this rising or falling as sample timing, and when the output signal of the comparator 15 changes from low level to high level or from high level to low level, That is, when the expression (22) is established and V1 + V2 = constant, the instantaneous value of V1 -V2 is digitally converted as an appropriate or effective position signal value and transferred to the controller 18. The controller 18 uses the A / D converter 16
The digital output of 1 is taken as position data in response to the rising edge of the effective signal, and the rotation angle α is obtained by performing the operation according to the above equation (7).

【0038】図6の回路の構成は、位置信号に基準電圧
Vref のオフセットが加えられているので、単電源回路
の適用に有利である。すなわち、V1 −V2 の出力レン
ジが±2[V]であるときに、Vref =2.5[V]と
すると、得られる位置信号の値は0.5〜4.5[V]
になるので、5ボルト電源のみで実現できる。図8は、
位置信号発生及び励磁制御回路のさらに他の例を示して
おり、図4及び図6と同等の部分には同一の符号が付さ
れている。この回路は、汎用性が向上している。
The configuration of the circuit of FIG. 6 is advantageous in the application of the single power supply circuit because the offset of the reference voltage Vref is added to the position signal. That is, when the output range of V1 -V2 is ± 2 [V] and Vref = 2.5 [V], the value of the obtained position signal is 0.5 to 4.5 [V].
Therefore, it can be realized with only a 5 volt power supply. Figure 8
The other example of a position signal generation and excitation control circuit is shown, and the same code | symbol is attached | subjected to the part equivalent to FIG. 4 and FIG. This circuit has improved versatility.

【0039】図8においては、検出コイル6a,6bの
正極性端子が共通接続される。検出コイル6aの負極性
端子は、A/D変換器16のアナログ信号入力端に接続
され、検出コイル6bの負極性端子は、定電圧源31b
を介して接地される。検出コイル6bの負極性端子に
は、定電圧源31bによるオフセット電圧VG が供給さ
れる。さらに検出コイル6bの負極性端子と両検出コイ
ルの共通接続点との間には抵抗値RA ,RB を有する抵
抗器34及び35の直列接続回路が形成され、抵抗器3
4及び35の接続点は比較器15の反転入力端子に導か
れる。位置信号線と接地点との間には、抵抗値RC ,R
D を有する抵抗器32,33及び定電圧源31aの直列
接続回路が形成され、抵抗器32,33の接続点が比較
器15の非反転入力端子に導かれる。このような接続に
より、検出コイル6aの負極性端子にはV1 −V2 成分
を含みかつ該成分がオフセット電圧だけレベルシフトさ
れたV1 −V2 +VG の電位すなわち位置信号が現れる
こととなる。
In FIG. 8, the positive terminals of the detection coils 6a and 6b are commonly connected. The negative terminal of the detection coil 6a is connected to the analog signal input terminal of the A / D converter 16, and the negative terminal of the detection coil 6b is a constant voltage source 31b.
Grounded through. An offset voltage VG from the constant voltage source 31b is supplied to the negative terminal of the detection coil 6b. Further, a series connection circuit of resistors 34 and 35 having resistance values RA and RB is formed between the negative terminal of the detection coil 6b and a common connection point of both detection coils, and the resistor 3
The connection point of 4 and 35 is led to the inverting input terminal of the comparator 15. Resistance values RC and R are provided between the position signal line and the ground point.
A series connection circuit of the resistors 32 and 33 having D and the constant voltage source 31a is formed, and the connection point of the resistors 32 and 33 is guided to the non-inverting input terminal of the comparator 15. By such a connection, the potential of V1 -V2 + VG, ie, the position signal, which contains the V1 -V2 component and is level-shifted by the offset voltage, appears at the negative terminal of the detection coil 6a.

【0040】この回路の動作についても図4及び図6と
同様に説明することができる。比較器15の反転及び非
反転入力端子に印加される電圧VA ,VB は、
The operation of this circuit can be described in the same manner as in FIGS. 4 and 6. The voltages VA and VB applied to the inverting and non-inverting input terminals of the comparator 15 are

【0041】[0041]

【数14】 VA=VG+V1・RB /(RA+RB) …(30)[Equation 14] VA = VG + V1 · RB / (RA + RB) (30)

【0042】[0042]

【数15】 VB=Vref+(V1−V2−Vref+VG)・(RD/RC+RD) …(31) である。ここで、各抵抗値の関係が[Equation 15] VB = Vref + (V1-V2-Vref + VG). (RD / RC + RD) (31) Is. Here, the relationship of each resistance value is

【0043】[0043]

【数16】 RB/(RA+RB)=2RD/(RC+RD ) …(32) であれば、両検出コイルに発生する電圧がVA =VB と
なった場合、
If RB / (RA + RB) = 2RD / (RC + RD) (32), if the voltage generated in both detection coils is VA = VB,

【0044】[0044]

【数17】 V1 +V2 =RC/RD・(Vref−VG ) …(33) なる式が成立する。従って、VA =VB となった時点を
境に発生する比較器15のエッジ出力によって、V1 +
V2 の値が式(33)の右辺に示される所定値であるこ
とを判別することができる。
(17) V1 + V2 = RC / RD.multidot. (Vref-VG) (33). Therefore, by the edge output of the comparator 15 which occurs at the time when VA = VB, V1 +
It can be determined that the value of V2 is the predetermined value shown on the right side of the equation (33).

【0045】A/D変換器16は、このエッジ出力をサ
ンプルタイミングとして用い、当該エッジ発生の瞬間
に、つまり(33)式が成立してV1 +V2 =所定値と
なったときに、V1 −V2 の瞬時値を適切なまたは有効
な位置信号の値としてディジタル変換しコントローラ1
8に転送することとなる。コントローラ18は、A/D
変換器16のディジタル出力を位置データとして、有効
信号の立ち上がりエッジに応答して取り込むとともに、
先の式(7)に準じ、そして当該所定値に鑑みた演算を
行って、回転角αを求める。
The A / D converter 16 uses this edge output as a sample timing, and when the edge is generated, that is, when the equation (33) is satisfied and V1 + V2 = predetermined value, V1−V2 is obtained. The instantaneous value of is converted into a proper or effective position signal value by digital conversion, and the controller 1
8 will be transferred. The controller 18 is an A / D
The digital output of the converter 16 is taken in as position data in response to the rising edge of the effective signal, and
The rotation angle α is obtained by performing the calculation in accordance with the above equation (7) and in consideration of the predetermined value.

【0046】なお、V1 +V2 の値により、センサの感
度が定まる。すなわち、式(7)から分かるように、
The sensitivity of the sensor is determined by the value of V1 + V2. That is, as can be seen from equation (7),

【0047】[0047]

【数18】 V1−V2=(r/L)・α・(V1 +V2 ) …(40) が導かれ、位置信号(V1 −V2 )の変化率は、αの係
数である(r/L)及び(V1 +V2 )によって決定さ
れる。換言すれば、定数である(r/L)の下で(V1
+V2 )の値が大きいほどαの単位量当たりの位置信号
(V1 −V2 )の値が大きくなる。
[Equation 18] V1-V2 = (r / L) .alpha..multidot. (V1 + V2) (40) is derived, and the rate of change of the position signal (V1-V2) is a coefficient of .alpha. (R / L). And (V1 + V2). In other words, under the constant (r / L), (V1
The larger the value of + V2), the larger the value of the position signal (V1-V2) per unit amount of α.

【0048】従ってセンサの感度は、式(33)に基づ
き、RC ,RD ,Vref の値で設定することができる。
また、VG は、位置信号のオフセットの設定に使用され
る。このように感度及びオフセットの設定が可能である
本実施例回路は、幅広いシステムにおいて使用が可能と
なる。本実施例回路はまた、(V1−V2)を位置信号と
して扱っているため、センサ感度が比較的大きいという
利点がある。すなわち、例えばV2 のみを位置信号とし
た場合、上記(6)式から分かるように、
Therefore, the sensitivity of the sensor can be set by the values of RC, RD and Vref based on the equation (33).
VG is also used to set the offset of the position signal. As described above, the circuit of this embodiment in which the sensitivity and the offset can be set can be used in a wide range of systems. Since the circuit of this embodiment handles (V1-V2) as a position signal, it has an advantage that the sensor sensitivity is relatively large. That is, for example, when only V2 is used as the position signal, as can be seen from the above equation (6),

【0049】[0049]

【数19】 V2 ={rconst /(2L)}・α + const/2 …(41) が導かれる。const は、既述の如く(V1 +V2 )と置
き換えることができるので、書き直せば、
V2 = {rconst / (2L)}. Alpha. + Const / 2 (41) is derived. const can be replaced with (V1 + V2) as described above, so if you rewrite it,

【0050】[0050]

【数20】 V2 ={r/(2L)}・α・(V1 +V2)+(V1 +V2)/2 …(42) となる。ここでαの係数は{r/(2L)}及び(V1
+V2 )であるから、位置信号V2 の変化率は、式(4
0)の場合の半分となることが分かる。従って、(V1
−V2)を位置信号として扱って構成した上記各実施例
回路の方が、V2 を位置信号として扱って構成した回路
よりもセンサ感度が良好になる。
## EQU20 ## V2 = {r / (2L)}. Alpha..multidot. (V1 + V2) + (V1 + V2) / 2 (42) Here, the coefficient of α is {r / (2L)} and (V1
+ V2), the rate of change of the position signal V2 can be calculated by the equation (4
It can be seen that it is half that in the case of 0). Therefore, (V1
The circuit of each of the above embodiments configured by treating -V2) as a position signal has better sensor sensitivity than the circuit configured by treating V2 as a position signal.

【0051】本発明はさらに、以下の如き差動トランス
タイプのセンサや直線移動する被検出体の相対的位置を
検知するタイプのセンサにも適用可能である。図9は、
短絡コイルを使用した磁気式位置センサに図8の励磁制
御及び位置信号発生系を適用した例を示しており、図1
ないし図3並びに図8と同等な部分には同一の符号が付
されている。
Further, the present invention can be applied to the following differential transformer type sensor and the type of sensor for detecting the relative position of a linearly moving object to be detected. Figure 9
An example in which the excitation control and position signal generation system of FIG. 8 is applied to a magnetic position sensor using a short-circuit coil is shown in FIG.
Thru | or the part equivalent to FIG. 3 and FIG. 8 is attached | subjected the same code | symbol.

【0052】図9において、この磁気式位置センサは、
点aを中心として描かれる円弧に沿った形の円弧状部分
を有するU字状の磁性部材1aと、U字状磁性部材1a
の両脚部を接合する直線状の磁性部材1bとからなる固
定磁性部材1´を本体としている。固定磁性部材1´
は、均質であり、また点aを含む線la に対称な形を有
する。U字状磁性部材1aの2つの脚部にはそれぞれ、
励磁コイル5a,5bと、検出コイル6a,6bとが巻
回される。U字状磁性部材1aの円弧状部分には、短絡
コイル41が配されており、この短絡コイル41は、当
該円弧状部分に沿って移動自在なように、その円弧状部
分に微小な間隙をもって巻回配置される。短絡コイル4
1は、図示せぬ機構によって、被検出体の変位に応動
し、点aを中心とする円弧を描くよう移動する。なお、
固定磁性部材1´を一体的に形成しても良い。
In FIG. 9, this magnetic position sensor is
A U-shaped magnetic member 1a having an arcuate portion shaped along an arc drawn around the point a, and a U-shaped magnetic member 1a.
The main body is a fixed magnetic member 1'comprising a linear magnetic member 1b that joins both legs. Fixed magnetic member 1 '
Is homogeneous and has a shape symmetrical to the line la containing the point a. Each of the two legs of the U-shaped magnetic member 1a has
The excitation coils 5a and 5b and the detection coils 6a and 6b are wound. A short-circuit coil 41 is arranged in the arc-shaped portion of the U-shaped magnetic member 1a. The short-circuit coil 41 has a minute gap in the arc-shaped portion so as to be movable along the arc-shaped portion. It is arranged in a roll. Short circuit coil 4
A mechanism 1 (not shown) responds to the displacement of the object to be detected and moves so as to draw an arc centered on the point a. In addition,
The fixed magnetic member 1'may be integrally formed.

【0053】このセンサの作用は、差動トランスと同様
の原理に基づく。励磁コイル5a及び5bが励磁され起
磁力を発すると、検出コイル6a,6bは起電力を発生
する。これと同時に短絡コイル41も起電力を発生し、
当該コイルに短絡電流が流れ反起磁力が発生する。この
反起磁力により、励磁コイル5a,5bにより生起した
磁束に変化をもたらすこととなるが、検出コイル6a,
6bを通過する磁束は、磁路上における短絡コイル41
の位置に応じて相補的に増減する。従って、検出コイル
6a,6bに発生する電圧V1 ,V2 も、短絡コイル4
1の相対的位置に応じて相補的に変化することとなる。
そしてこの検出電圧V1 ,V2 から、上述した図8まで
の各実施例と同様に、位置信号及び有効信号を得、
(7)式に準じた被検出体の位置を表す値の演算がなさ
れることとなる。
The operation of this sensor is based on the same principle as that of the differential transformer. When the exciting coils 5a and 5b are excited to generate a magnetomotive force, the detection coils 6a and 6b generate an electromotive force. At the same time, the short-circuit coil 41 also generates an electromotive force,
A short circuit current flows through the coil and a repulsive force is generated. The repulsive force causes a change in the magnetic flux generated by the exciting coils 5a and 5b.
The magnetic flux passing through 6b is the short-circuit coil 41 on the magnetic path.
Complementarily increases or decreases according to the position of. Therefore, the voltages V1 and V2 generated in the detection coils 6a and 6b are also the short circuit coil 4
It will change complementarily according to the relative position of 1.
Then, from the detected voltages V1 and V2, a position signal and a valid signal are obtained in the same manner as in the above-described embodiments up to FIG.
A value representing the position of the detected object is calculated according to the equation (7).

【0054】(V1 +V2 )が一定の下での短絡コイル
41の位置と(V1 −V2 )の値との関係は、図10に
示される。これによれば、検出コイル6a,6bの出力
電圧の差は、短絡コイル41の移動量に対して直線的な
特性を示すことが分かる。図11は、直線移動する被検
出体の位置検知をなす磁気式位置センサの断面を示して
おり、図9と同等な部分には同一の符号が付されてい
る。
The relationship between the position of the short-circuit coil 41 and the value of (V1-V2) when (V1 + V2) is constant is shown in FIG. According to this, it is understood that the difference between the output voltages of the detection coils 6a and 6b shows a linear characteristic with respect to the movement amount of the short-circuit coil 41. FIG. 11 shows a cross section of a magnetic position sensor that detects the position of a detection object that moves linearly, and the same reference numerals are given to the same parts as in FIG.

【0055】図11において、この磁気式位置センサ
は、長手ボビン50を有する。ボビン50は、内側が中
空になっており、外側には両端近傍に太めの突出部5
1,52を、突出部51,52の間の略中央に細めの突
出部53を有する。ボビン50には、一端突出部51と
中央突出部53との間に亘り励磁コイル5aが巻回さ
れ、中央突出部53と他端突出部52との間に亘り励磁
コイル5bが巻回される。さらに励磁コイル5aに重な
って検出コイル6aが、励磁コイル5bに重なって検出
コイル6bがそれぞれ巻回される。ボビン50の中空部
にはコア60が遊挿されており、コア60はシャフト6
1に支持されシャフト61の矢印が示す直線移動に応動
し、ボビン50内を移動自在となっている。
In FIG. 11, the magnetic position sensor has a longitudinal bobbin 50. The bobbin 50 has a hollow inside and a thicker protruding portion 5 near both ends on the outside.
1, 52 has a thin protruding portion 53 approximately at the center between the protruding portions 51, 52. On the bobbin 50, the exciting coil 5a is wound between the one end protruding portion 51 and the central protruding portion 53, and the exciting coil 5b is wound between the central protruding portion 53 and the other end protruding portion 52. . Further, the detection coil 6a is wound on the exciting coil 5a, and the detection coil 6b is wound on the exciting coil 5b. A core 60 is loosely inserted in the hollow portion of the bobbin 50, and the core 60 is a shaft 6
The bobbin 50 is supported by No. 1 and is movable in the bobbin 50 in response to the linear movement of the shaft 61 indicated by the arrow.

【0056】このセンサの作用も、差動トランスと同様
の原理に基づく。励磁コイル5a及び5bが励磁され起
磁力を発すると、検出コイル6a,6bは起電力を発生
する。その際、検出コイル6a,6bに発生する電圧V
1 ,V2は、コア60の相対的位置に応じて中央線lb
を基準に相補的に変化することとなる。そしてこの検出
電圧V1 ,V2 から、上述した図8までの各実施例と同
様に、位置信号及び有効信号を得、(7)式に準じた被
検出体の位置を表す値の演算がなされることとなる。な
お、このセンサに図8の励磁制御及び位置信号発生系を
適用して得られる等価回路は、図12のように書くこと
ができる。
The operation of this sensor is also based on the same principle as that of the differential transformer. When the exciting coils 5a and 5b are excited to generate a magnetomotive force, the detection coils 6a and 6b generate an electromotive force. At that time, the voltage V generated in the detection coils 6a and 6b
1, V2 are center lines lb depending on the relative position of the core 60.
Will change in a complementary manner. Then, from the detected voltages V1 and V2, the position signal and the effective signal are obtained in the same manner as in the above-described embodiments up to FIG. 8, and the value representing the position of the detected object is calculated according to the equation (7). It will be. An equivalent circuit obtained by applying the excitation control and position signal generating system of FIG. 8 to this sensor can be written as shown in FIG.

【0057】これまで説明した位置信号発生及び励磁制
御回路では、検出コイル6aの端子から位置信号を得て
いるが、検出コイル6bから位置信号を得るようにして
も良いことは勿論である。また、励磁パルスは所定の繰
り返し周期で発生するようにしても良いし、必要なとき
にのみ発生させて被検出体の位置を得るようにしても良
い。また、有効信号パルスの最初のエッジ発生タイミン
グに限らず、次のエッジ発生タイミング(図5及び図7
における時刻t3 )にて位置信号を取り込むようにして
も良い。
In the position signal generation and excitation control circuit described so far, the position signal is obtained from the terminal of the detection coil 6a, but it goes without saying that the position signal may be obtained from the detection coil 6b. Further, the excitation pulse may be generated at a predetermined repetition period, or may be generated only when necessary to obtain the position of the detected object. Further, not only the first edge generation timing of the effective signal pulse but also the next edge generation timing (see FIGS. 5 and 7).
The position signal may be taken in at time t3).

【0058】かかる構成の位置信号発生及び励磁制御回
路においては、判別手段の出力である有効信号のエッジ
から、検出コイル6a及び6bの瞬時起電力の加算値が
所定値であること(V1 +V2 =所定値)を判断してい
る。そして、この時検出コイル6a及び6bの起電力に
基づく検出レベルの差(V1 −V2 )を有効な位置信号
として取り込み、信号処理系に伝送している。これによ
り当該信号処理系では上記式(7)のような演算が行わ
れ、被検知可動部材3の正確な回転角αが求められる。
また、有効信号のエッジ発生時のみ位置信号による被検
知可動部材3の回転角を検出することにしているので消
費電力を削減することが可能となる。
In the position signal generation and excitation control circuit having such a configuration, the sum of the instantaneous electromotive forces of the detection coils 6a and 6b is a predetermined value from the edge of the effective signal which is the output of the discriminating means (V1 + V2 = The predetermined value) is determined. At this time, the detection level difference (V1 -V2) based on the electromotive forces of the detection coils 6a and 6b is taken in as an effective position signal and transmitted to the signal processing system. As a result, in the signal processing system, the calculation of the above equation (7) is performed, and the accurate rotation angle α of the detected movable member 3 is obtained.
Further, since the rotation angle of the detected movable member 3 is detected by the position signal only when the edge of the effective signal is generated, it is possible to reduce the power consumption.

【0059】また、上述した位置信号発生及び励磁制御
回路は、集積回路を1つだけ比較器として使う簡素な構
成なので、高価な使用部品が少なくて済み、製造コスト
の削減に寄与するのみならず、使用環境の変化によって
影響を受け易い集積回路の削減が図られたことにより信
頼性の向上にも寄与することとなる。さらにこの位置信
号発生及び励磁制御回路に採用される比較器は、オペレ
ーションアンプにより構成されなくとも良く、オペレー
ションアンプよりも集積度の低い比較器専用デバイスで
構成可能である。このような専用デバイスは、オペレー
ションアンプで構成した比較器よりも応答速度が速く、
この位置信号発生及び励磁制御回路には最適である。ま
た、かかる専用デバイスを比較器としてこの位置信号発
生及び励磁制御回路に採用した場合は、時定数が小さ
い、すなわちサイズの小さい検出コイルの出力電圧を扱
うことに優れることとなり、検出コイルの小型化に寄与
し、従ってセンサ全体の軽量化及び小型化を達成するこ
とができる。かくしてセンサ構成の簡素化ないしセンサ
全体の小型化が図られることにより、厳しい動作環境及
び製造工程の下でも適応する頑健かつ小型の磁気式位置
センサが提供される。例えば、こうして改良の図られた
センサは、自動車のエンジンルーム内であっても容易に
装着が可能となる。
Further, the position signal generation and excitation control circuit described above has a simple structure in which only one integrated circuit is used as a comparator, so that the number of expensive components to be used can be reduced and not only the manufacturing cost can be reduced. By reducing the number of integrated circuits that are easily affected by changes in the usage environment, reliability will be improved. Further, the comparator used in the position signal generation and excitation control circuit does not have to be composed of the operational amplifier, but can be composed of a device dedicated to the comparator having a lower integration degree than the operational amplifier. Such a dedicated device has a faster response speed than a comparator configured with an operational amplifier,
It is optimal for this position signal generation and excitation control circuit. Further, when such a dedicated device is used as a comparator in this position signal generation and excitation control circuit, it is excellent in handling the output voltage of the detection coil having a small time constant, that is, a small size. Therefore, the overall weight and size of the sensor can be reduced. By thus simplifying the sensor structure or downsizing the entire sensor, a robust and compact magnetic position sensor that can be adapted even under severe operating environments and manufacturing processes is provided. For example, the sensor thus improved can be easily mounted even in the engine room of an automobile.

【0060】さらに注記すれば、上述において各種のセ
ンサを例示したが、本発明はこれらだけに限定されるこ
となく、他の様々なセンサに適用可能である。要するに
本発明は、磁束を流す励磁コイルと、当該磁束により被
検出体の相対的位置に応じた起電力を発生する第1及び
第2の検出コイルとを有し、これら検出コイルの出力か
ら位置信号を得るようにしたセンサに適用でき、本発明
の各構成要素の設計的改変は可能である。
It should be further noted that although various sensors have been illustrated above, the present invention is not limited to these and can be applied to various other sensors. In short, the present invention has an exciting coil that causes a magnetic flux to flow, and first and second detection coils that generate an electromotive force according to the relative position of the object to be detected by the magnetic flux. It can be applied to a sensor adapted to obtain a signal, and the design modification of each component of the present invention is possible.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の磁気式位
置センサによれば、被検出体の相対的位置に応じた起電
力を発生する第1及び第2の検出コイルの検出出力レベ
ルの差に応じたレベルの差信号が生成されるとともに、
第1及び第2の検出コイルの検出出力レベルの和が所定
値であることが判別される。そしてこの判別に応答して
当該差信号が被検出体の相対的位置を示す有効な位置信
号として取り込まれる。これにより、誤検出を防止して
正確な被検出体の相対的位置を検知することが可能で、
かつ消費電力の少なくて済む。また、簡素な構成で製造
コストの削減及び信頼性の向上に寄与し得る。さらに本
発明は、厳しい動作環境及び製造工程の下でも適応する
頑健かつ小型の磁気式位置センサを提供することが可能
となる。
As described above in detail, according to the magnetic position sensor of the present invention, the detection output levels of the first and second detection coils that generate electromotive force according to the relative position of the object to be detected. A level difference signal is generated according to the difference between
It is determined that the sum of the detection output levels of the first and second detection coils is a predetermined value. Then, in response to this determination, the difference signal is captured as an effective position signal indicating the relative position of the detected object. This makes it possible to prevent erroneous detection and accurately detect the relative position of the detected object.
And it consumes less power. In addition, the simple configuration can contribute to reduction of manufacturing cost and improvement of reliability. Furthermore, the present invention makes it possible to provide a robust and compact magnetic position sensor that is adaptable even under severe operating environments and manufacturing processes.

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

【図1】本発明による一実施例の磁気式位置センサの本
体構造を示す平面図。
FIG. 1 is a plan view showing a main body structure of a magnetic position sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】図1及び図2の磁気式位置センサの動作原理を
説明するための同実施例センサの本体平面図。
FIG. 3 is a plan view of the main body of the sensor according to the embodiment for explaining the operating principle of the magnetic position sensor of FIGS. 1 and 2.

【図4】位置信号発生及び励磁制御回路の構成の一例を
示すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of a position signal generation and excitation control circuit.

【図5】図4の回路の各部動作波形を示すタイムチャー
ト。
5 is a time chart showing operation waveforms of each part of the circuit of FIG.

【図6】位置信号発生及び励磁制御回路の構成の他の例
を示すブロック図。
FIG. 6 is a block diagram showing another example of the configuration of a position signal generation / excitation control circuit.

【図7】図6の回路の各部動作波形を示すタイムチャー
ト。
7 is a time chart showing operation waveforms of respective parts of the circuit of FIG.

【図8】位置信号発生及び励磁制御回路の構成のさらに
他の例を示すブロック図。
FIG. 8 is a block diagram showing still another example of the configuration of the position signal generation / excitation control circuit.

【図9】本発明の他の適用例を説明するための差動トラ
ンスタイプの磁気式位置センサの本体平面図。
FIG. 9 is a plan view of a main body of a differential transformer type magnetic position sensor for explaining another application example of the present invention.

【図10】図9の磁気式位置センサから得られる出力特
性を示すグラフ。
10 is a graph showing output characteristics obtained from the magnetic position sensor of FIG.

【図11】本発明のさらに他の適用例を説明するための
差動トランスタイプの磁気式位置センサの本体断面図。
FIG. 11 is a sectional view of a main body of a differential transformer type magnetic position sensor for explaining still another application example of the present invention.

【図12】図11のセンサの等価回路図。12 is an equivalent circuit diagram of the sensor of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a U字状磁性部材 1b 直線状磁性部材 1c 突出磁性部材 2 回動シャフト 3 可動磁性部材 4 ネジ 5,5a,5b 励磁コイル 6a,6b 検出コイル 7,8 ギャップ a 回転軸 Pa,Pb 閉磁路 13 励磁回路 15 比較器 16 A/D変換器 18 コントローラ 31,31a,31b 定電圧源 32,33,34,35 電気抵抗素子 41 短絡コイル 50 ボビン 51,52,53 突出部 60 コア 61 シャフト 1a U-shaped magnetic member 1b Linear magnetic member 1c protruding magnetic member 2 rotating shaft 3 Movable magnetic member 4 screws 5,5a, 5b Excitation coil 6a, 6b detection coil 7,8 gap a rotation axis Pa, Pb Closed magnetic circuit 13 Excitation circuit 15 Comparator 16 A / D converter 18 Controller 31, 31a, 31b constant voltage source 32, 33, 34, 35 Electric resistance element 41 Short-circuit coil 50 bobbins 51, 52, 53 Projection 60 cores 61 shaft

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/00 G01B 7/30 G01D 5/20 Front page continuation (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 7/00 G01B 7/30 G01D 5/20

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 可動な被検出体の相対的位置を検出する
磁気式位置センサであって、 少なくとも1つの励磁コイルと、 第1及び第2の検出コイルと、 前記励磁コイルに鎖交し前記第1及び第2の検出コイ
の各々に前記被検出体の相対的位置に応じた起電力を
生じさせる磁束を通過せしめる磁路を形成する磁路形成
手段と、励磁指令信号に応じて 前記励磁コイルを励磁する励磁手
段と、 前記第1及び第2の検出コイルの起電力に基づく検出出
力レベルの差に応じたレベルの差信号を出力する差信号
出力手段と、 前記第1及び第2の検出コイルの検出出力レベルの和が
所定値に達したときに取込信号を生成する取込信号生成
手段と、前記励磁指令信号を間歇的に生成する一方、前記取込信
号に 応答して前記差信号を位置信号として取込む制御
手段と、を含むことを特徴とする磁気式位置センサ。
1. A magnetic position sensor for detecting a relative position of a movable object, comprising at least one exciting coil, first and second detecting coils, and interlinking with the exciting coil. Magnetic path forming means for forming a magnetic path through each of the first and second detection coils for passing a magnetic flux that produces an electromotive force according to the relative position of the object to be detected, and the magnetic path forming means according to an excitation command signal. An exciting means for exciting the exciting coil; a difference signal outputting means for outputting a difference signal having a level corresponding to the difference between the detection output levels based on the electromotive forces of the first and second detecting coils; and the first and second Acquisition signal generating means for generating an acquisition signal when the sum of the detection output levels of the detection coils reaches a predetermined value , and the excitation command signal is generated intermittently while the acquisition signal is generated.
Magnetic position sensor, which comprises in response, the control means for taking the difference signal as the position signal, the No..
【請求項2】 前記取込信号生成手段は、前記差信号を
一方の入力信号とし、前記第1の検出コイルの検出出力
レベルに応じた信号を他方の入力信号とする比較器を含
み、該比較器は、両入力信号を比較して前記第1及び第
2の検出コイルの検出出力レベルが前記所定値に達した
ことを検出することを特徴とする請求項1記載の磁気式
位置センサ。
Wherein said take-signal generating means, said difference signal as one input signal, including a comparator for a signal corresponding to the detected output level of the first detection coil and the other input signal
The comparator compares the two input signals and outputs the first and the second signals.
The detection output level of the second detection coil has reached the predetermined value.
The magnetic position sensor according to claim 1, wherein the magnetic position sensor detects the fact.
【請求項3】 前記励磁手段は、前記励磁指令信号に応
じて前記励磁コイルに特定極性の励磁パルスを供給し、 前記差信号出力手段は、前記励磁パルスに対して発生す
る起電力の極性の一方を共に示す前記第1及び第2の検
出コイルの一方の端子どうしを共通接続点において接続
する接続手段を含み、前記第1の検出コイルの他方の端
子から前記差信号を導出し、前記共通接続点から前記比
較器における他方の入力信号を導出することを特徴とす
る請求項2記載の磁気式位置センサ。
3. The excitation means responds to the excitation command signal.
Of the first and second detection coils, wherein the excitation pulse of a specific polarity is supplied to the excitation coil, and the difference signal output means indicates one of the polarities of the electromotive force generated with respect to the excitation pulse . Deriving the difference signal from the other terminal of the first detection coil and deriving the other input signal of the comparator from the common connection point, including connecting means for connecting terminals of the first detection coil to each other at a common connection point. The magnetic position sensor according to claim 2, wherein
【請求項4】 前記差信号を分圧する差信号分圧手段を
更に含み、前記比較器は、前記差信号分圧手段による分
圧出力を一方の入力信号とすることを特徴とする請求項
3記載の磁気式位置センサ。
4. A differential signal voltage dividing means for dividing the differential signal
4. The magnetic position sensor according to claim 3, further comprising: the comparator using the voltage division output of the difference signal voltage dividing means as one input signal.
【請求項5】 前記第1及び第2の検出コイルの巻線
は、互いに差動巻とされていることを特徴とする請求項
4記載の磁気式位置センサ。
5. The windings of the first and second detection coils
Are differentially wound with respect to each other.
4. The magnetic position sensor described in 4.
【請求項6】 前記第2の検出コイルの他方の端子は、
接地されていることを特徴とする請求項5記載の磁気式
位置センサ。
6. The other terminal of the second detection coil is
The magnetic position sensor according to claim 5, wherein the magnetic position sensor is grounded.
【請求項7】 前記第2の検出コイルの他方の端子に
は、所定の定電圧が供給されていることを特徴とする請
求項5記載の磁気式位置センサ。
7. The other terminal of the second detection coil
Is a contract characterized by being supplied with a predetermined constant voltage.
The magnetic position sensor according to claim 5.
【請求項8】 前記共通接続点と前記第2検出コイルの
他方の端子との間に接続された少なくとも2つの分圧抵
抗素子を有し、前記分圧抵抗素子による分圧出力が前記
比較器の他方の入力信号として導出されることを特徴と
する請求項5記載の磁気式位置センサ。
8. The common connection point and the second detection coil
At least two voltage divider resistors connected to the other terminal
An anti-element, and the voltage division output by the voltage dividing resistance element is
It is characterized in that it is derived as the other input signal of the comparator.
The magnetic position sensor according to claim 5.
【請求項9】 前記差信号分圧手段による分圧出力をレ
ベルシフトする手段を有することを特徴とする請求項
6、7または8に記載の磁気式位置センサ。
9. A divided voltage output by the differential signal voltage dividing means is checked.
A means for bell-shifting, comprising:
The magnetic position sensor according to 6, 7, or 8.
【請求項10】 前記制御手段は、前記取込信号をサン
プルタイミング信号として前記位置信号をサンプルホー
ルドし、該サンプルホールドレベルに対応するディジタ
ル信号を出力するアナログ−ディジタル変換器を含むこ
とを特徴とする請求項1ないし9の何れか1つに記載の
磁気式位置センサ。
10. The control means samples the acquisition signal.
The position signal is sampled as a pull timing signal.
The digit corresponding to the sample and hold level.
Include an analog-to-digital converter that outputs
The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that
Magnetic position sensor.
【請求項11】 前記磁路形成手段は、前記励磁コイル
と前記第1及び第2の検出コイルが巻回された固定磁性
部材と、前記被検出体の変位に応動して前記固定磁性部
材上の前記第1及び第2の検出コイルに挟まれた部分に
沿って移動自在でかつ前記固定磁性部材に巻回された短
絡コイルと、を有することを特徴とする請求項1ないし
10の何れか1つに記載の磁気式位置センサ。
11. The magnetic path forming means is the exciting coil.
And fixed magnetism in which the first and second detection coils are wound.
Member and the fixed magnetic portion in response to the displacement of the object to be detected.
On the part between the first and second detection coils on the material
A short piece that is free to move along and is wound around the fixed magnetic member.
And a junction coil.
10. The magnetic position sensor according to any one of 10.
【請求項12】 前記磁路形成手段は、前記励磁コイル
が巻回されるとともに前記第1及び第2の検出コイルが
その軸方向に並べられかつ巻回された中空ボビンと、前
記中空ボビンの中空部において前記被検出体の変位に応
動して前記中空ボビンの軸方向に移動自在に挿入配置さ
れた可動コアとを有することを特徴とする請求項1ない
し10の何れか1つに記載の磁気式位置センサ。
12. The magnetic path forming means is the exciting coil.
And the first and second detection coils are wound.
A hollow bobbin arranged and wound in the axial direction,
In the hollow part of the hollow bobbin,
The hollow bobbin is inserted and movably inserted in the axial direction of the hollow bobbin.
And a movable core that is provided with the movable core.
11. The magnetic type position sensor according to any one of 10.
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