JP5028598B2 - 検出用回路を組み込んだ位置検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気作用を利用した位置検出装置に関し、特に、センサヘッドを保持する構造体において該センサヘッドと検出用回路とを一体的に組み込んだものにあって、静電気ノイズ対策を講じたことに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁コイルを使用した磁気作用により位置検出を行う位置検出装置には、従来より種々の方式のものが知られている。こうした位置検出装置は、概ね、コイルを含むセンサヘッドと、前記コイルに対して相対的に変位する磁気応答部材と、前記コイルから出力される出力信号に基づいて位置検出データを生成する検出用回路部とを具備する。このような位置検出装置において、センサヘッドを保持する構造体は、一般的に検出対象たるシリンダ、バルブ等何らかの機械に直接連結され、検出用回路部は前記構造体から隔離されて制御盤等所定個所に配置される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成からなる位置検出装置にあって、前記構造体においてセンサヘッドと検出用回路部とを一体的に組み込むことで、装置全体のコンパクト化、装置設置スペースの縮小等を図ることが可能である。この場合、前記検出用回路部は、電気的絶縁性を確保すべく絶縁体（非磁性及び非導電性）によりケーシングされるもので、典型的には、加工の容易さ、安価、軽量といった理由から例えば合成樹脂等の材質を用いて樹脂モールドされる。
周知の通り、位置検出装置にあっては静電気や外部からの不所望な磁気を遮蔽するノイズ対策が常に重要な課題となる。特に、回路一体型タイプの位置検出装置では、検出用回路に対して静電ノイズ又は磁気的ノイズ対策を講ずることが重要である。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、回路一体型センサにおいて検出用回路部に静電気ノイズ又は磁気的ノイズ対策を講じた位置検出装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決する手段】
本発明の請求項１に係る位置検出装置は、コイルを含むセンサヘッドと、前記コイルに対して相対的に変位する磁気応答部材と、前記コイルから出力される出力信号に基づいて位置検出データを生成する検出用回路部とを具備する位置検出装置において、前記センサヘッドを保持する構造体において、前記磁気応答部材を該センサヘッド内に導入するための端部とは反対側の端部に前記検出用回路部を収納するための収納構造を設け、該収納構造内に複数の回路基板を前記両端部を結ぶ軸線方向に関して多層状に組み立てた構造からなる前記検出用回路部を収納することにより前記検出用回路部と前記センサヘッドとを前記構造体において一体的に組み込んでなり、前記収納構造内に収納される少なくとも前記検出用回路部の周囲に、静電シールド用のシールド体を設けたことを特徴とする位置検出装置であって、前記構造体は、前記センサヘッドを保持するヘッド保持部と、前記ヘッド保持部に機械的に連結した回路収納部とで構成され、前記ヘッド保持部は導電性金属を含んで構成され、前記回路収納部は導電性金属製ケース内に前記検出用回路部を収納してなり、前記ヘッド保持部がその導電性金属部分を介して検出対象機械の導電性金属部分に連結されることでこの位置検出装置が前記検出対象機械に取り付けられ、前記回路収納部の導電性金属製ケースと前記ヘッド保持部の導電性金属部分と前記検出対象機械の導電性金属部分とが連結して前記回路収納部が前記検出対象機械にアースされることで、前記検出用回路部の静電シールドがなされることを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に係る位置検出装置は、コイルを含むセンサヘッドと、前記コイルに対して相対的に変位する磁気応答部材と、前記コイルから出力される出力信号に基づいて位置検出データを生成する検出用回路部とを具備する位置検出装置において、前記センサヘッドを保持する構造体において、前記磁気応答部材を該センサヘッド内に導入するための端部とは反対側の端部に前記検出用回路部を収納するための収納構造を設け、該収納構造内に複数の回路基板を前記両端部を結ぶ軸線方向に関して多層状に組み立てた構造からなる前記検出用回路部を収納することにより前記検出用回路部と前記センサヘッドとを前記構造体において一体的に組み込んでなり、前記収納構造内に収納される少なくとも前記検出用回路部の周囲に、静電シールド用のシールド体を設けたことを特徴とする位置検出装置であって、前記構造体は、前記センサヘッドを保持する非磁性及び非導電性のモールド部を含み、前記検出用回路部を収納するための前記収納構造は前記モールド部の所定個所に形成された収納空間からなり、静電シールド体で被覆した前記検出用回路部を前記収納空間に配置し、前記静電シールド体に接続れたアース線を有し、前記静電シールド体が前記アース線を介して外部にアースされることで、前記検出用回路部の静電シールドがなされることを特徴とする。
【０００８】
別の実施形態として、前記検出用回路部と前記センサヘッドとを一体的に組み込んだ前記構造体の外周全体を静電シールドするよう前記シールド体を設ける。
更に別の実施形態として、前記コイルに対する前記磁気応答部材の相対的位置に応じた前記コイルのインピーダンスが変化し、前記検出用回路部は、このインピーダンス変化に応じた出力信号を生成する。
前記位置検出装置は、直線型位置検出装置に限らず、回転型位置検出装置であってもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は、本発明に係る位置検出装置の一実施例を示す断面略図である。この位置検出装置１は、検出対象の直線的変位を検出するためのものであり、主たる検出要素として、本体部（構造体）１０に組み込まれたセンサヘッド１２と、該センサヘッド１２に対して相対的に直線変位可能に挿入されるセンサロッド２０とを含む。センサヘッド１２は検出対象位置に応じた出力を生じるコイル部１１を含み、センサロッド２０は前記コイル部１１に対して相対的に変位するコア２１を含む。この本体部（構造体）１０には、更に、回路収納部１３が組み込まれており、この回路収納部１３に検出用回路部３０が収納されることで、検出用回路部３０とセンサヘッド１２とが本体部１０（位置検出装置１の構造体）において一体的に組み込まれる。検出用回路部３０は、コイル部１１に励磁用交流信号を供給する回路や、コイル部１１の出力信号に基づいて検出対象の直線変位に応じた位置検出データを生成する回路などを含む。
【００１０】
センサヘッド１２は円筒状のヘッドケース（ヘッド保持部）１５内に収納保持され、一端部においてセンサロッド２０の進入を許す開口１２ａが設けられている。ヘッドケース１５において開口１２ａとは反対側の端部にフランジが形成され、該フランジを介して回路収納部１３のケース３２に係合し、回路収納部１３がヘッドケース１５に連結される。このケース３２内に、一例として３つの回路基板３１ａ，３１ｂ，３１ｃからなる検出用回路部３０が収納される。各基板３１ａ〜３１ｃ間は夫々接続コネクタ３３ａ，３３ｂにて接続され、回路基板３１ｃがコネクタ３３ｃを介してコイル部１１に接続され、また、基板３１ａは配線４０が接続されており、これを介して外部装置との間で電気的信号の入出力がなされる。このように、検出用回路部３０をケース３２内に収納してなる回路収納部１３を、センサヘッド１２を収納してなるヘッドケース１５に連結した状態で、例えばポリフェニレンサルファイドのような合成樹脂等の絶縁部材によりモールドし、全体として１個の本体部１０が構成される。
【００１１】
検出用回路部３０の集積回路等は、静電気により悪影響が与えられるので、適切な静電ノイズ対策を講ずることが重要である。そのために、検出用回路部３０を収納するケース３２は、例えば銅等の非磁性良導電体金属で構成するものとする。このシールドケース３２は、検出用回路部３０を全体的に包囲しており、かつ、図においてＳで示す個所で導電性金属からなるヘッドケース１５に機械的に連結（接触）されることで、ヘッドケース１５と電気的に接続される。センサヘッドケース１５には、検出対象機械への取り付け手段として、取り付け用雄ネジ部１５ａが設けられている。前記検出対象機械には、雄ネジ部１５ａに係合する雌ネジ部３（図において一点鎖線で示す）が設けられており、本体部１０（位置検出装置１の構造体）は、この雌ネジ部３にヘッドケース１５の雄ネジ部１５ａが螺合されて、前記検出対象機械に固定される。位置検出装置１を検出対象機械に取り付けたとき、ヘッドケース１５が前記検出対象機械の導電性金属部分に連結され、シールドケース３２とヘッドケース１５と検出対象機械とが電気的に接続されて、シールドケース３２が検出対象機械にアースされることで、検出用回路部３０の静電シールドがなされる。
【００１２】
なお、シールドケース３２を、例えば鉄のような磁性体で形成することで、検出用回路部３０に対する外部からの磁気をシールドするようにすることも可能である。
なお、図示の例では、シールドケース３２は回路収納部１３の主に円周方向をシールドし、端部（図において右側端部）はシールドしていないが、この後端側にも例えばアルミや銅等の導電性金属製シールド体を設けることで検出用回路部３０に対する静電シールド性能を更に向上させるようにしてもよい。
【００１３】
センサヘッド１２の所定位置には、複数（図において４つ）のコイル部１１がセンサロッド２０の直線変位方向に沿って各々異なる位置に配列されている。センサロッド２０は、検出対象たる機械系２（図１において点線で示す）に連結され、該機械系２の変位に連動して前記コイル部１１に対して直線的且つ往復的に変位し得る。センサロッド２０の先端部には磁性体及び導電体の少なくとも一方を含んでなるコア（磁気応答部材）２１が設置されており、センサロッド２０の変位と共に、コア２１のコイル部１１に対する相対的位置が変化することで、コイル部１１における磁気結合が変化し、これ応じてコア２１の位置（つまり検出対象位置）に応じた出力信号が得られる。前記出力信号は接続コネクタ３３ｃを介して検出用回路部３０に入力され、検出用回路部３０では、コイル部１１から出力される出力信号に基づき位置検出データを生成する。
【００１４】
図２は、上記のような構成からなる位置検出装置１のシステム構成ブロック図である。位置検出装置１の位置検出システムに関しては、本発明の目的ではなく、かつ、公知／未公知の検出方式を適宜に採用してよいことから、ここでは、その一例の概略を図２を参照して簡単に説明するに止める。上述の通り、コイル部１１では、検出対象（つまりコア２１）位置に応じた出力交流信号を出力する。この種の誘導型位置センサとして様々な原理のものが知られており、どのようなタイプを用いてもよく、ここでは１例として、「レゾルバ」として知られる１相励磁入力／２相出力型の位置センサを用いる例について説明する。
【００１５】
図２において、センサユニット５０は、概ね、検出用回路部３０とセンサコイル部１１とからなり、検出用回路部３０は、ＣＰＵ（中央演算処理回路）６０と検出回路６１を含む。センサユニット５０には配線４０に接続する３つの端子４１ａ，４１ｂ，４１ｃが配設される。例えば、ＣＰＵ６０から出力されたディジタルの位置検出データがディジタルアナログ変換器８１でアナログ信号に変換され、出力端子４１ａを介してアナログの検出位置データが出力される。また、電源端子４１ｂを介して外部電源から所定の直流電源電圧が入力され、ＣＰＵ６０その他回路に供給される。また、アース端子４１ｃを介してアース線が接続され、センサユニット５０がアースされる。ＣＰＵ６０で発生されたコイル励磁用の基準交流信号はバッファアンプ８０を介してコイル部１１に入力される。そしてコイル部１１では、コア２１の相対的直線位置に対応する位相角θに応じた２相の関数特性を示す出力交流信号Ａ（例えばｓｉｎθｓｉｎωｔ）及びＢ（例えばｃｏｓθｓｉｎωｔ）が出力される。この出力交流信号Ａ及びＢは検出回路６１に出力される。
【００１６】
検出回路６１では、入力された前記出力交流信号Ａ及びＢに基づき、検出対象の位置に応じた進相及び遅相の位相ズレθを示す検出交流信号（例えばｓｉｎ（ωｔ＋θ）とｓｉｎ（ωｔ−θ））を生成し、この検出交流信号の位相ズレ＋θ，−θにそれぞれ同期する検出パルス信号Ｐ１，Ｐ２を出力する。こうして生成したパルス信号Ｐ１及びＰ２がＣＰＵ（中央演算処理回路）６０に入力される。ＣＰＵ６０では、入力されたパルス信号に基づき、検出対象の位置に応じた位相ズレ＋θ，−θを測定する位相ズレ測定演算を行い、検出対象の位置に応じた位置検出データを得る。このような位相検出に基づく位置検出原理の詳細は、例えば、本出願人が既に係る特開平９−１２６８０９号公報に示されている。
なお、図２の例では、出力端子４１ａを介してアナログの検出位置データを出力するようにしているが、それに限らず、位置検出データ使用側の仕様に応じて適宜のデータ形式で出力するようにしてよい。例えば、ＣＰＵ６０から出力されるディジタルの検出位置データをパラレル又はシリアルデータ形式で出力する、あるいは、位置検出データに応じてパルス幅変調したＰＷＭ信号形式で出力する等、適宜に設計してよい。こうした場合には位置検出装置１のシステム構成としてセンサユニット５０にＣＰＵ６０を含まずに、直接アナログの検出位置データを出力するように構成すればよい。そうしたものについては後述する（図６又は図７参照）ことから、ここでの説明を省略する。
【００１７】
次に、本発明の別の実施例を図３を参照して説明する。図３において、位置検出装置１００は、前述の位置検出装置と同様な検出対象の直線位置に応じた出力をコイルから得るものであり、大きく分けて、センサヘッド１１２を含む本体部１０１と、センサヘッド１１２に対して直線的に変位可能なセンサロッド１０２とからなる。センサロッド１０２は、前述と同様に検出対象たる機械系２に連結されるものであり、その先端部にコア１２１が設けられている。本体部１０１はセンサヘッド１１２を保持する非磁性及び非導電性のモールド部１１３を含み、このモールド部１１３は例えば合成樹脂等の絶縁部材から形成される。モールド部１１３には、検出用回路（基板）１０４ａ，１０４ｂを収納するための回路収納空間１０３ａ及び１０３ｂが形成されている。検出回路１０４ａ，１０４ｂは夫々回路収納部１０５ａ，１０５ｂ内に収納されており、この回路収納部１０５ａ，１０５ｂが前記回路収納空間１０３ａ及び１０３ｂに配置される。回路収納部部１０５ａ，１０５ｂは、適宜の電気的絶縁部材を用いて形成されもので、例えばポリフェニレンサルファイドのような合成樹脂でモールドしたものである。更に、回路収納部１０５ａ，１０５ｂの外周全体は、検出回路１０４ａ，１０４ｂのための静電シールド体として機能する導電性金属箔１１０ａ，１１０ｂにより被覆されている。この金属箔１１０ａ，１１０ｂは、例えば銅のような非磁性良導電金属からなる。
【００１８】
位置検出装置１００は本体部１０１に備わる取付フランジ１２０を介して検出対象機械に固定されるもので、該取付フランジ１２０としては導電性金属を用いる。回路収納部１０５ｂの金属箔１１０ｂにはアース線１０６が接続されており、このアース線１０６は、取付フランジ１２０に接触し、該位置検出装置１００が検出対象機械に設置されたとき、導電性金属製取付フランジ１２０を介して検出対象機械にアースされる。回路収納部１０５ａの金属箔１１０ａと回路収納部１０５ｂの金属箔１１０ｂとは一部接触しており、金属箔１１０ａ及び１１０ｂ双方ともアース線１０６を介して外部にアースされることになる。これにより回路収納部１０５ａ及び１０５ｂ（検出回路１０４ａ，１０４ｂ）の静電シールドがなされることになる。勿論、前記金属箔１１０ａ，１１０ｂを磁性体とすることで磁気シールドすることも可能である。なお、当該第２実施例に係る位置検出装置１００の検出動作については、前述と同様なため、これを援用して説明を省略する。
【００１９】
図４は、本発明の更に別の実施例を示すもので、センサロッド２０２をセンサヘッド２１２と共に本体部２０１内に常時内蔵したセンサロッド内蔵タイプの一例である。図４に示された位置検出装置２００において、本体部２０１に設けられたセンサヘッド２１２、検出回路２０４ａを収納する回路収納部２０５ａ及び検出回路２０４ｂを収納する回路収納部２０５ｂの構成は、図３に示すセンサヘッド１１２、検出回路１０４ａを収納する回路収納部１０５ａ及び検出回路１０４ｂを収納する回路収納部１０５ｂの構成と基本的には同様であり、これらが一体に組み込まれていて、且つ回路収納部２０５ａ及び２０５ｂの外周全体が金属箔２１０ａ及び２１０ｂでシールドされる。先端にコア２２１を有するセンサロッド２０２は、本体部２０１内に常時収納されており、一端部にて作動子２２０に連結されている。作動子２２０はバネ２２２によって外向きに常時付勢され、その先端が本体部２０１から突出している。図示の状態では作動子２２０の先端が最も突出した状態を示している。適宜の検出対象面が作動子２２０の先端に接するように該検出装置２００が配置され、該検出対象面の変位に応じて作動子２２０が内側に押されると、バネ２２２が圧縮され、これに応じてセンサロッド２０２が変位する。これによって、検出対象面の微小変位が検出できる。例えば、検出対象面２３０が図示のような勾配面の場合、バネ２２２の付勢力によって作動子２２０の先端が検出対象面２３０に常時接触し、面２３０の矢印Ｘ方向の変位に応じて作動子２２０が押動され、バネ２２２は圧縮される。面２３０が矢印Ｘ方向と逆方向に変位するにつれて、圧縮されていたバネ２２２は、その反発力によって伸長し、これに応じて作動子２２０が押し戻される。従って、センサロッド２０２は検出対象面２３０の上下往復に応じて変位することになる。
【００２０】
なお、本発明は、検出用回路部とセンサ部が一体的に組み合わされて成る位置検出装置であれば、直線位置検出タイプ、回転位置検出タイプを問わず、公知のいかなる構成から成るものにも適応可能である。すなわち、上述した各実施例においては検出対象の直線位置に応じた出力をコイルから得ることのできる直線型（所謂リニア型）の位置検出装置を示したがこれに限らず、検出対象の回転変位に応じた出力をコイルから得ることのできる回転型（所謂ロータリー型）の位置検出装置に対しても本発明を適用してよい。
【００２１】
そこで、次に上記各実施例に示した直線型位置検出装置と同様に静電気ノイズ又は磁気的ノイズ対策を講じた、検出用回路部とセンサ部とが一体的に組み合わされて成る回転型の位置検出装置について説明する。図５は、本発明の第３実施例としての回転型位置検出装置の全体構成の一実施例を示す概略断面図であり、図５（ａ）に該回転型位置検出装置全体の側面断面略図、図５（ｂ）に該回転型位置検出装置のＺ−Ｚ´断面略図をそれぞれ示した。この実施例では、４極タイプのセンサ部を有した回転型位置検出装置を示した。ただし、図５（ａ）の実施例では説明を理解しやすくするために一部の極（コイル部）の図示を省略している。なお、本発明を適用した回転型の位置検出装置としてはこれに限られるものではなく、検出用回路部とセンサ部とが一体的に組み合わされて構成された回転型位置検出装置であれば公知のどのような形状のものであってもよいことは言うまでもない。
【００２２】
図５（ａ）に示す回転型位置検出装置３００は上述の各実施例に示したような検出対象の直線変位に応じた出力を得る直線型の位置検出装置と異なり、検出対象の回転変位に応じた出力をコイルから得るものである。当該回転型位置検出装置３００は、外部ケース３０２及び該外部ケース３０２内に組み込まれる内部ケース３０３とに大別できる本体部（構造体）３０１と、回転変位する検出対象に取りつけられて検出対象の回転に応じて回動するシャフト軸３０６とにより構成される。外部ケース３０２はシャフト軸３０６を受けるための軸受け３０９と、シャフト軸３０６の先端部分に配置されたロータ部３０５ｅ（詳しくは後述する）を保護するためのロータカバー３０４とを含む。当該回転型位置検出装置３００は主たる検出要素として本体部３０１内にセンサ部３０５が組み込まれており、詳しくは後述するが（図５（ｂ）参照）、該センサ部３０５は内部ケース３０３内の所定位置に配置されるコイル部３０５ａ〜３０５ｄと、該コイル部３０５ａ〜３０５ｄに対して相対的に回転変位可能に挿入されるシャフト軸３０６の先端部分に取りつけられたロータ部３０５ｅとを含む。内部ケース３０３内には更に検出用回路部３０８が組み込まれており、検出用回路部３０８とセンサ部３０５とが本体部（構造体）３０１において一体的に組み込まれた構造となっている。
【００２３】
検出用回路部３０８は、コイル部３０５ａ〜３０５ｄに励磁用交流信号を供給する回路や、コイル部３０５ａ〜３０５ｄの出力信号に基づいて検出対象の回転変位に応じた位置検出データを生成する回路などを含む。この実施例では、一例として２つの回路基板３０８ａ，３０８ｂからなる検出用回路部３０８を示した。各基板３０８ａ，３０８ｂ間は夫々接続コネクタ３０８ｃにて接続されており、また回路基板３０８ａがコネクタ３０８ｃを介してコイル部３０５ａ〜３０５ｄに、回路基板３０８ｂが配線３０７にそれぞれ接続されることにより、配線３０７を介して外部装置との間で電気的信号の入出力がなされる。このようなコイル部３０５ａ〜３０５ｄ及び検出用回路部３０８を収納してなる内部ケース３０３は、例えばポリフェニレンサルファイドのような合成樹脂等の絶縁部材によりモールドされるようにして構成される。
【００２４】
上述した直線型の位置検出装置と同様に図５に示したような回転型の位置検出装置３００においても、検出用回路部の集積回路等に対して静電気により悪影響が与えられると検出精度が悪くなることから、適切な静電ノイズ対策を講ずることが重要である。そのために、検出用回路部３０８を収納する内部ケース３０３は、例えば銅等の非磁性良導電体金属で構成するものとする。このシールドケースを兼ねる内部ケース３０３は検出用回路部３０８を全体的に包囲しており、かつ、配線３０７のうちの１つであるアース線と電気的に接続される。これにより、当該回転型位置検出装置３００を検出対象機械に取り付けた場合などにおいて、内部ケース３０３（シールドケース）がアースされることで検出用回路部３０８の静電シールドがなされるようになっている。
勿論、内部ケース３０３を例えば鉄のような磁性体で形成することで、検出用回路部３０８に対する外部からの磁気をシールドするようにすることも可能であることは言うまでもない。
【００２５】
次に、シャフト軸３０６の回転変位を検出するためのセンサ部３０５について、図５（ｂ）を用いて詳しく説明する。センサ部３０５は、少なくともステータ部Ｘとロータ部３０５ｅとにより構成される。ロータ部３０５ｅは検出対象に取りつけられるシャフト軸３０６の先端部分に取りつけられた、所定形状例えば偏心リング状の磁気応答部材からなる。磁気応答部材は鉄やフェライト等の磁性体からなるもの、あるいは銅等の導電体からなるもの、あるいは磁性体と導電体との組み合わせからなるものなど、磁気結合係数を変化させる材質からなる。こうしたロータ部３０５ｅに対して、ラジアル方向に向き合うような形でステータ部Ｘが配置される。
【００２６】
ステータ部Ｘは例えば真円のリング状に形成され、リング内部側に検出用コイルとして４個の交流励磁極（コイル部）３０５ａ〜３０５ｄが円周方向に所定間隔で例えば９０度の間隔で配置される。すなわち、ステータ部Ｘの内周面には中心部に向かって突出するようにして突起形状に形成された磁気応答部材Ｃａ〜Ｃｄ（以下、この実施例では磁性体コア）がリング形状に沿って９０度の間隔で４個構成され、各コイル部３０５ａ〜３０５ｄはその有するコイルＬａ〜Ｌｄが前記磁性体コアＣａ〜Ｃｄに巻き回されるようにして各々配置される。つまり、ステータ部Ｘの内側に形成される突起部分を各コイルＬａ〜Ｌｄにおける鉄心（コア）とする。これらの磁性体コアＣａ〜Ｃｄは、各コイルＬａ〜Ｌｄがシャフト軸３０６の径方向を指向する方向に対して磁束が生じるように配置される。各コイルＬａ〜Ｌｄの磁性体コアＣａ〜Ｃｄの端面と、ロータ部３０５ｅの円周部との間には空隙が形成され、ロータ部３０５ｅはシャフト部３０６の回転に応じてステータ部Ｘに対して非接触に回転する。そして、ロータ部３０５ｅが偏心リング形状に形成されているが故に、磁気応答部材で形成されたロータ部３０５ｅと各コイルＬａ〜Ｌｄが巻きまわされている磁性体コアＣａ〜Ｃｄとの空隙がシャフト部３０６の回転変位に応じて変化する。この対向空隙の変化によって、各磁性体コアＣａ〜Ｃｄを通って各コイルＬａ〜Ｌｄを貫く磁束量が変化し、もって各コイルＬａ〜Ｌｄのインピーダンスが変化することとなる。
【００２７】
こうした構成によると、１８０度で対向するコイル対Ｌａ，Ｌｃ及びコイル対Ｌｂ，Ｌｄにおける各コイルのインピーダンスが差動的に変化する。また、各コイルＬａ〜Ｌｄに対しては、所定の交流電源からの交流信号（例えばｓｉｎωｔ）により励磁を行うことができる。すなわち、シャフト軸３０６の回転変位を角度変数θを用いて示し、各コイルＬａ〜Ｌｄに生じる端子間電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄを示すと、下記のように回転角度θに対応するそれぞれのインピーダンスに応じた大きさを示す。
Ｖａ＝（Ｐ0＋Ｐｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ
Ｖｂ＝（Ｐ0−Ｐｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ
Ｖｃ＝（Ｐ0＋Ｐｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ
Ｖｄ＝（Ｐ0−Ｐｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ
各コイル対毎に２つのコイルをそれぞれ逆差動接続すると、所定の周期的振幅関数を振幅関数として持つ交流出力信号（ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔ）が各コイル対毎に生成される。上記交流出力信号は、検出対象に取りつけられたシャフト軸３０６の回転角度θに対応する２つの周期的振幅関数（ｓｉｎθ及びｃｏｓθ）を振幅係数として持つ、レゾルバと同様の２つの交流出力信号であり、上述した図２においてコイル部１１により検出される出力交流信号Ａ（ｓｉｎθｓｉｎωｔ）及びＢ（ｃｏｓθｓｉｎωｔ）と同じ信号である。
【００２８】
上記した図２に示す実施例においては、ＣＰＵ６０により各出力交流信号Ａ（ｓｉｎθｓｉｎωｔ）、Ｂ（ｃｏｓθｓｉｎωｔ）の位相データをディジタル演算し、得られたディジタル値の位置検出データθをＤ／Ａ変換することにより、位置検出データθをアナログ値で出力するようにしているがこれに限らない。別の例としては、図６（ａ）に示すような回路を用いて、図２に示したようなＣＰＵ６０によるデジタル演算を行うことなしに、各出力交流信号Ａ、Ｂに対してアナログ演算を行うことによりアナログの位置検出データθを直接求めるようにしてもよい。すなわち、一方の交流出力信号Ａ（ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ）を位相シフト回路６１により電気的に９０度シフトすることで交流信号ｓｉｎθ・ｃｏｓωｔを生成し、これと他方の交流出力信号ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔを加算器６２及び減算器６３で加算合成及び減算合成することで、出力信号としてＹ１＝ｓｉｎ（ωｔ＋θ）及びＹ２＝ｓｉｎ（ωｔ−θ）なる、θに応じて進相及び遅相方向に位相シフトされた２つの交流信号（位相成分θを交流位相ずれに変換した信号）をそれぞれ生成する。ゼロクロス検出回路６６は、励磁用の１次交流信号ｓｉｎωｔのゼロクロス（０度位相）を検出し、ゼロクロス検出パルスＺＰを発生する。位相ずれ検出回路６７は、出力信号Ｙ１＝ｓｉｎ（ωｔ＋θ）のゼロクロス検出パルス（ラッチパルス）ＬＰ１と上記ゼロクロス検出パルスＺＰの発生時間差＋θ（詳しくは＋θ±ｄ）に相当する時間幅のゲートパルスを出力する。このゲートパルスを電圧変換回路６８に入力し、そのパルス時間幅に相当する積分電圧＋Ｖθ（つまり位相量＋θ±ｄに相当するアナログ電圧）を出力する。もう一方の位相ずれ検出回路６９は、上記ゼロクロス検出パルスＺＰと出力信号Ｙ２＝ｓｉｎ（ωｔ−θ）のゼロクロス検出パルス（ラッチパルス）ＬＰ２との発生時間差−θ（詳しくは−θ±ｄ）に相当する時間幅のゲートパルスを出力する。このゲートパルスを電圧変換回路７０に入力し、そのパルス時間幅に相当する積分電圧−Ｖθ（つまり位相量−θ±ｄに相当するアナログ電圧）を出力する。両電圧＋Ｖθ、−Ｖθを加算器７１で加算し、その出力を割算器７２で１／２として、その商を引算器７３で＋Ｖθから引けば、これらのアナログ演算器によってアナログの位置検出データθを得ることができる。
【００２９】
図６（ａ）の回路は、図６（ｂ）のように簡略化することもできる。図６（ｂ）では、出力信号Ｙ１＝ｓｉｎ（ωｔ＋θ）のゼロクロス検出パルス（ラッチパルス）ＬＰ１と出力信号Ｙ２＝ｓｉｎ（ωｔ−θ）のゼロクロス検出パルス（ラッチパルス）ＬＰ２との発生時間差２θに相当する時間幅のゲートパルスを位相差検出回路７４から出力する。このゲートパルスを電圧変換回路７５に入力し、そのパルス時間幅に相当する積分電圧（つまり位相量２θに相当するアナログ電圧）を出力する。このようにして求めたアナログ電圧は、温度等による誤差±ｄを除去したものであり、θにも対応（比例）しているので、位置検出データθとしてそのまま利用することができる。
【００３０】
さらに、上記各実施例において、アナログ又はディジタルで検出した位置検出データθを、配線を介して利用装置に伝送する場合、パルス幅変調技術を用いるとよい。図７（ａ）は、図６（ａ）又は図６（ｂ）のようなアナログの位相検出回路から出力されたアナログの位置検出データθをパルス幅変調回路８０でパルス幅変調する実施例を示す。パルス幅変調回路８０は例えばアナログ比較器８１とアナログ三角波発生回路８２とを含む。図７（ｂ）はパルス幅変調回路８０におけるパルス幅変調動作の様子を示す図である。すなわち、アナログ比較器８１では、アナログの位置検出データθとアナログ三角波発生回路８２から発生されたアナログ三角波信号ＴＲＷとを比較し、θの電圧値の大きさに応じたパルス幅を持つパルス幅変調された位置検出信号ＰＷＭθを出力する。このパルス幅変調された位置検出信号ＰＷＭθは、配線８３を介して利用装置８４に供給される。利用装置８４では、位置検出信号ＰＷＭθを適宜の手法で利用する。例えば、パルス幅変調された位置検出信号ＰＷＭθから、位置検出データθをアナログ値又はディジタル値で再生してよい。図７（ｃ）は、位置検出データθの再生手法を示すタイミングチャートであり、パルス幅変調された位置検出信号ＰＷＭθからそのパルス幅を示すデータＴθをディジタルカウント又はアナログ積分によって求める。このデータＴθをそのまま位置検出データθとしてもよいが、温度変化等によるアナログ三角波信号ＴＲＷの周期変動による誤差を修正するためには、パルス幅変調された位置検出信号ＰＷＭθにおけるパルス周期Ｔｒをディジタルカウント又はアナログ積分によって求め、これとデータＴθとの比を求めるのがよい。例えば、Ｔｒ／２が位置検出データθの３６０度の位相に対応するとすると、２Ｔθ／Ｔｒという演算により、位置検出データθを再生することができる。
【００３１】
なお、パルス幅変調回路８０においてはアナログ三角波発生回路８２にかえてアナログ鋸歯状波発生回路を使用してもよいし、その他の回路でパルス幅変調を行ってもよい。また、パルス幅変調用のアナログ三角波信号ＴＲＷの周期は励磁用交流信号ｓｉｎωｔとは全く無関係であってよいのは勿論であり、適宜に設計してよい。図７（ａ）の例のようにアナログの位置検出データθをパルス幅変調して伝送することのメリットは、利用装置８４がセンサから離れている場合、伝送用配線８３が長くなり、配線容量やノイズ、温度変化等の影響によるインピーダンス変化によってアナログ電圧レベルが変動することになるが、パルス幅変調された位置検出信号ＰＷＭθはそのようなアナログ電圧レベル変動による悪影響を受けないので、検出精度を確保できるという点である。
【００３２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、回路一体型センサにおける検出用回路部に対する静電気を遮蔽することで、外部からの静電気ノイズの影響を受けない正確な位置検出が保障された位置検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に係る位置検出装置の物理的外観を示す概略断面図。
【図２】 同実施例に係る位置検出装置のシステム構成の概略を示すブロック図。
【図３】 本発明の第２実施例に係る位置検出装置の物理的外観を示す概略断面図。
【図４】 同実施例に係る位置検出装置の変更例を示す概略断面図。
【図５】 本発明の第３実施例に係る回転型位置検出装置の全体構成の一実施例を示す概略断面図であり、図５（ａ）は該回転型位置検出装置全体の側面断面略図、図５（ｂ）は該回転型位置検出装置のＺ−Ｚ´断面略図。
【図６】 同実施例に係る回転型位置検出装置のシステム構成の概略を示すブロック図。
【図７】 同実施例に係る回転型位置検出装置の他のシステム構成の概略を示す図であり、図７（ａ）はアナログの位置検出データをパルス幅変調する実施例、図７（ｂ）はパルス幅変調動作の様子を示す図、図７（ｃ）は位置検出データの再生手法を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１，１００，２００，３００ 位置検出装置
１０，１０１，２０１，３０１ 本体部（構造体）
２０，１０２，２０２ センサロッド
１２，１１２ センサヘッド
１３，１０５ａ，１０５ｂ 回路収納部
１５ センサヘッドケース
１１，Ｌａ〜Ｌｄ コイル
２１，Ｃａ〜Ｃｄ コア（磁気応答部材）
３０，３０８ 検出用回路部
３２ ケース（導電性金属製ケース）
１０３ａ，１０３ｂ 回路収納空間
１０６ アース線
１１０ａ，１１０ｂ 金属箔（静電シールド体）
１１３ モールド部
３０２ 外部ケース
３０３ 内部ケース
３０４ ロータカバー
３０５ センサ部
３０５ａ〜３０５ｄ コイル部
３０５ｅ ロータ部
３０６ シャフト部
３０７ 配線
３０９ 軸受け

Claims (4)

1. コイルを含むセンサヘッドと、前記コイルに対して相対的に変位する磁気応答部材と、前記コイルから出力される出力信号に基づいて位置検出データを生成する検出用回路部とを具備する位置検出装置において、
   前記センサヘッドを保持する構造体において、前記磁気応答部材を該センサヘッド内に導入するための端部とは反対側の端部に前記検出用回路部を収納するための収納構造を設け、該収納構造内に複数の回路基板を前記両端部を結ぶ軸線方向に関して多層状に組み立てた構造からなる前記検出用回路部を収納することにより前記検出用回路部と前記センサヘッドとを前記構造体において一体的に組み込んでなり、
   前記収納構造内に収納される少なくとも前記検出用回路部の周囲に、静電シールド用のシールド体を設けたことを特徴とする位置検出装置であって、
   前記構造体は、前記センサヘッドを保持するヘッド保持部と、前記ヘッド保持部に機械的に連結した回路収納部とで構成され、前記ヘッド保持部は導電性金属を含んで構成され、前記回路収納部は導電性金属製ケース内に前記検出用回路部を収納してなり、前記ヘッド保持部がその導電性金属部分を介して検出対象機械の導電性金属部分に連結されることでこの位置検出装置が前記検出対象機械に取り付けられ、前記回路収納部の導電性金属製ケースと前記ヘッド保持部の導電性金属部分と前記検出対象機械の導電性金属部分とが連結して前記回路収納部が前記検出対象機械にアースされることで、前記検出用回路部の静電シールドがなされることを特徴とする位置検出装置。
2. コイルを含むセンサヘッドと、前記コイルに対して相対的に変位する磁気応答部材と、前記コイルから出力される出力信号に基づいて位置検出データを生成する検出用回路部とを具備する位置検出装置において、
   前記センサヘッドを保持する構造体において、前記磁気応答部材を該センサヘッド内に導入するための端部とは反対側の端部に前記検出用回路部を収納するための収納構造を設け、該収納構造内に複数の回路基板を前記両端部を結ぶ軸線方向に関して多層状に組み立てた構造からなる前記検出用回路部を収納することにより前記検出用回路部と前記センサヘッドとを前記構造体において一体的に組み込んでなり、
   前記収納構造内に収納される少なくとも前記検出用回路部の周囲に、静電シールド用のシールド体を設けたことを特徴とする位置検出装置であって、
   前記構造体は、前記センサヘッドを保持する非磁性及び非導電性のモールド部を含み、前記検出用回路部を収納するための前記収納構造は前記モールド部の所定個所に形成された収納空間からなり、静電シールド体で被覆した前記検出用回路部を前記収納空間に配置し、前記静電シールド体に接続されたアース線を有し、前記静電シールド体が前記アース線を介して外部にアースされることで、前記検出用回路部の静電シールドがなされることを特徴とする位置検出装置。
3. 前記コイルに対する前記磁気応答部材の相対的位置に応じた前記コイルのインピーダンスが変化し、前記検出用回路部は、このインピーダンス変化に応じた出力信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
4. 前記位置検出装置は、回転型位置検出装置である請求項１乃至３のいずれかに記載の位置検出装置。

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