JP5395751B2

JP5395751B2 - ポジションセンサ

Info

Publication number: JP5395751B2
Application number: JP2010133225A
Authority: JP
Inventors: 邦孝岡田; 正久丹羽
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2030-06-10
Also published as: JP2011257309A; US8427138B2; US20110304323A1

Description

本発明は、対象物の変位を検出するポジションセンサに関する。

従来から、対象物の変位（例えば、回転する対象物の回転量や回転角度、あるいは回転位置）を検出するポジションセンサが種々提供されており、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。以下、特許文献１に記載の従来例について図面を用いて説明する。

この従来例は、図６に示すように、非磁性体から成る筒状のコア１０ａに巻き回された検出コイル１０と、検出コイル１０の内側又は外側近傍に配置されて検出コイル１０の軸方向に変位可能な筒状の導電体２０とを備える。また、検出コイル１０のインダクタンスに対応した周波数を有する発振信号を出力する発振回路３０と、発振回路３０から出力された発振信号の周期を計測し、計測された周期に対応する信号を出力する発振周期計測回路４０とを備える。更に、発振周期計測回路４０からの出力信号の二乗値を演算して出力する二乗回路５０と、二乗回路５０からの出力信号の温度変動を補償する温度補償回路６０と、温度補償回路６０からの出力信号を基に導電体２０の変位を検出する信号処理回路７０とを備える。

この従来例では、対象物と連動する導電体２０の変位を検出コイル１０のインダクタンス変化として検出することで、対象物の変位を検出することができるようになっている。ここで、発振信号の周期にはインダクタンス成分と容量成分との平方根成分が含まれるが、二乗回路５０において発振信号の周期の二乗値を演算出力することで、インダクタンス成分と容量成分との平方根成分を除いている。而して、二乗回路５０からの出力信号は、対象物の変位に対して直線的な関係で変位する信号となるため、この従来例では出力信号を容易に利用することができるようになっている。

ところで、上記従来例では、検出コイル１０が断線して発振が停止した場合に、発振周期計測回路４０への入力信号が無信号となってセンサの出力が更新されなくなってしまう。この場合、発振が停止した後に検出コイル１０に対して導電体２０が変位しても出力が変わらず、対象物の変位に関して誤った検出情報を出力し続けることになる。このような対象物の変位の誤検出を防ぐために、発振が停止した場合に異常を検出し、異常検出信号を外部に出力するのが望ましい。このように検出コイル１０（電磁ピックアップ）の断線を検出する技術が例えば特許文献２に開示されている。

特開２００８−２９２３７６号公報特開２００１−０２１３８３号公報

しかしながら、上記従来例では、検出コイル１０における巻線のレイヤーショートや、検出コイル１０と並列に接続されるコンデンサＣの脱落等の異常が発生し、インダクタンス又はキャパシタンスの値が急激に減少した場合、高周波での発振が生じる。このような高周波での発振が発生すると、その異常な高周波信号に基づいて対象物の変位を検出するため、対象物の変位に関して誤った検出情報を出力してしまうという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、検出コイル等の異常による高周波での発振のために対象物の変位を誤って検出するのを防ぐことのできるポジションセンサを提供することを目的とする。

本発明のポジションセンサは、検出コイルと、前記検出コイルの近傍に配置されるとともに対象物の変位と連動して前記検出コイルに対して所定の軌道上を変位する検出体と、前記検出体の変位に応じて変化する前記検出コイルのインダクタンスに対応した周波数の発振信号を出力する発振部と、前記発振部から出力された発振信号の発振周期に基づいて前記対象物の変位を検出する信号処理部とを備え、前記発振部の後段には、前記発振部から出力される発振信号の有無を検出するとともに、前記発振信号が無い場合に異常が発生した旨を前記信号処理部に知らせる無信号検出部が設けられ、前記発振部と前記無信号検出部との間には、少なくとも前記発振信号の周波数よりも高い周波数の信号を遮断するローパスフィルタが設けられたことを特徴とする。

このポジションセンサにおいて、前記信号処理部の後段には、前記信号処理部で検出された前記対象物の変位情報を含む信号を外部に出力する出力部が設けられ、前記出力部には、自身を動作させるための動作電力を供給する電力供給部が設けられ、前記電力供給部は、前記無信号検出部において異常の発生が検出されると前記出力部への動作電力の供給を停止することが好ましい。

本発明は、検出コイルにおける巻線のレイヤーショート等の異常によって高周波での発振が生じた場合に、ローパスフィルタによって当該高周波での発振信号を遮断することができる。そして、高周波での発振信号を遮断することで無信号検出部において発振信号が無いものと見做して異常の発生を検出することができるので、検出コイル等の異常による高周波での発振のために対象物の変位を誤って検出するのを防ぐことができる。

本発明に係るポジションセンサの実施形態を示す概略図である。同上の無信号検出部の動作を示すフローチャート図である。同上の他の構成を示す概略図である。同上の他の直動型のポジションセンサを示す概略図である。同上の回動型のポジションセンサを示す概略図である。従来のポジションセンサを示す概略図である。

以下、本発明に係るポジションセンサの実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１に示すように、検出コイル１と、検出コイル１の近傍に配置されるとともに対象物（図示せず）の変位と連動して検出コイル１に対して所定の軌道上を変位する検出体２とを備える。尚、検出コイル１には、コンデンサＣが並列に接続されている。また、検出コイル１のインダクタンスに対応した周波数を有する発振信号を出力する発振部３と、発振部３から出力された発振信号の周期に対応する信号を出力する周期計測部４とを備える。更に、周期計測部４からの出力信号に基づいて検出体２と連動する対象物の変位を検出する信号処理部５と、信号処理部５で検出された対象物の変位情報を含む信号を外部に出力する出力部６とを備える。出力部６は、例えばディスプレイ（図示せず）やブザー（図示せず）等の外部機器や、対象物の変位情報を用いる制御系等との間で信号の入出力を行うインタフェースやＤ／Ａコンバータ等から成る。

発振部３の後段には、発振部３から出力される発振信号の有無を検出するとともに、発振信号が無い場合に異常が発生した旨を信号処理部５に知らせる無信号検出部７が設けられている。また、発振部３と無信号検出部７との間には、少なくとも発振信号の周波数よりも高い周波数の信号を遮断するローパスフィルタ８が設けられている。尚、ローパスフィルタ８は、アナログフィルタ又はディジタルフィルタの何れを採用しても構わない。

尚、出力部６及び無信号検出部７、並びにローパスフィルタ８を除いた各部の構成及び動作については特許文献１に開示されているように従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。また、本実施形態では、信号処理部５は周期計測部４から出力される信号に基づいて検出体２と連動する対象物の変位を検出しているが、従来例と同様の構成であっても構わない。即ち、信号処理部５は、二乗回路５０及び温度補償回路６０を介して出力される信号に基づいて検出体２と連動する対象物の変位を検出する構成であってもよい。

以下、無信号検出部７の構成及び動作について図２を用いて説明する。無信号検出部７は、例えばマイクロコンピュータ等から成り、タイマ・カウンタ機能により所定の周波数を有する基準クロックパルスを常時カウントする。無信号検出部７には、発振部３から出力される発振信号がローパスフィルタ８を介して入力されており、入力信号に立ち上がり、又は立ち下がりが現れると基準クロックパルスのカウントをリセットし、再度零からのカウントを開始する。そして、無信号検出部７は、基準クロックパルスを所定回数カウントする、即ち、入力信号に立ち上がり、又は立ち下りが現れない状態で所定時間が経過すると、発振信号の入力が無いと判定して異常の発生を検出する。無信号検出部７は、異常の発生を検出すると、異常が発生した旨を知らせる異常検出信号を信号処理部５に送信する。

信号処理部５では、異常検出信号が入力されると、ディスプレイに異常の発生を知らせる画像を表示させる、或いはブザーに異常の発生を知らせる警報音を鳴動させる等、種々の処理を出力部６を介して実行させることができる。

ここで、本実施形態では、発振部３と無信号検出部７との間にローパスフィルタ８を設けることで、検出コイル１における巻線のレイヤーショートやコンデンサＣの脱落等の異常によって高周波での発振が生じた場合に、この高周波信号を遮断することができる。このため、高周波での発振が発生している状態においては、ローパスフィルタ８を介して発振信号が出力されることがない。即ち、無信号検出部７の入力信号に立ち上がり、又は断ち下がりが現れない状態となる。したがって、無信号検出部７では、上記と同様に基準クロックパルスを所定回数カウントする、即ち、入力信号に立ち上がり、又は立ち下がりが現れない状態で所定時間が経過すると、発振信号の入力が無いと判定して異常の発生を検出する。

上述のように、本実施形態では、検出コイル１における巻線のレイヤーショートやコンデンサＣの脱落等の異常によって高周波での発振が生じた場合に、ローパスフィルタ８によって当該高周波での発振信号を遮断することができる。そして、高周波での発振信号を遮断することで無信号検出部７において発振信号が無いものと見做して異常の発生を検出することができるので、検出コイル１等の異常による高周波での発振のために対象物の変位を誤って検出するのを防ぐことができる。更に、本実施形態では、無信号検出部７とローパスフィルタ８とを組み合わせることで、検出コイル１の断線等による発振の停止の検出と、検出コイル１等の異常による高周波での発振の検出とを共通の回路で実現することができる。

ところで、図３に示すように、無信号検出部７と出力部６との間に出力部６を動作させるための動作電力を供給する電力供給部９を設け、無信号検出部７において異常の発生が検出されると電力供給部９が出力部６への動作電力の供給を停止するようにしてもよい。電力供給部９は、出力部６に動作電力を供給するための動作電源Ｖｃｃと、電力供給部９と出力部６との間に設けられるＰチャネルＭＯＳＦＥＴから成るスイッチング素子Ｑ１とから構成される。スイッチング素子Ｑ１は、そのゲート端子が無信号検出部７に接続され、ソース端子が動作電源Ｖｃｃに接続され、ドレイン端子が出力部６に接続される。そして、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子に与えるゲート電圧を無信号検出部７において制御している。

以下、電力供給部９の動作について説明する。無信号検出部７において異常の発生を検出していない場合には、無信号検出部７はスイッチング素子Ｑ１がオンとなるようにゲート電圧を制御するため、電力供給部９から出力部６に動作電力が供給される。一方、無信号検出部７において異常の発生を検出した場合には、無信号検出部７はスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に動作電源Ｖｃｃと同じ電圧を与える。すると、スイッチング素子Ｑ１がオフに切り替わるため、動作電源Ｖｃｃと出力部６との間の経路がオープンとなり、電力供給部９から出力部６への動作電力の供給が停止する。

而して、検出コイル１等に異常が発生した場合に出力部６への動作電力の供給を停止することができるので、消費電力を低減することができる。尚、当該構成の場合には、出力部６の動作が停止するため、上記のように外部のディスプレイやブザーを用いた警報動作は行わない。

尚、本実施形態の無信号検出部７は上記の構成に限定されるものではなく、発振部３から出力される発振信号の有無を検出するとともに、発振信号が無い場合に異常が発生した旨を信号処理部５に知らせることのできる構成であれば他の構成でも構わない。また、本実施形態の電力供給部９も上記の構成に限定されるものではなく、無信号検出部７において異常の発生が検出されると出力部６への動作電力の供給を停止することのできる構成であれば他の構成でも構わない。

ところで、上記の説明では、検出コイル１及び検出体２の構成は従来例と同様の構成であり、検出体２が直線軌道上を変位する直動型のポジションセンサである。即ち、検出コイル１は、非磁性体から成る筒状のコア（図示せず）に巻き回されて成り、検出体２は、検出コイル１の内側又は外側近傍に配置されて検出コイル１の軸方向に変位可能な筒状の導電体から成る。但し、この検出コイル１及び検出体２の構成は、上記の構成に限定される必要は無く、発振周波数の変動を利用する構成であれば他の構成でも構わない。

以下、他の構成について図面を用いて説明する。先ず、他の直動型のポジションセンサの実施形態について説明する。この実施形態は、図４に示すように、筒状のボビン１ａに巻き回された検出コイル１と、ボビン１ａの内側をその軸方向に変位自在な棒状の検出体２と、検出体２と対象物とを連結する棒状のガイド部Ａ１とを備える。また、この実施形態は、検出体２が検出コイル１の内面に接触せずに軸方向に移動するようにガイド部Ａ１を軸方向に移動自在に保持する保持部Ａ２と、検出コイル１の外周面を覆う磁気シールド用のシールド部材Ａ３とを備える。更に、この実施形態は、ガイド部Ａ１が検出コイル１内に入らないようにガイド部Ａ１の移動を規制するとともに、検出体２が保持部Ａ２に接触しないように検出体２の移動を規制するストッパ部Ａ４を備える。そして、検出コイル１、検出体２、ガイド部Ａ１、保持部Ａ２、シールド部材Ａ３，ストッパ部Ａ４は、ケースＡ５に収納される。この実施形態においても、対象物と連動する検出体２の変位を検出コイル１のインダクタンス変化として検出することで、対象物の変位を検出することができるようになっている。

次に、回動型のポジションセンサの実施形態について説明する。この実施形態は、図５に示すように、一面に１対の検出コイル１が印刷形成された第１の絶縁基板Ｂ１と、一面に１対の検出コイル（図示せず）が印刷形成された第２の絶縁基板Ｂ２とを備える。また、この実施形態は、非磁性材料から扇形に形成された１対の検出体２と、各検出体２を保持する保持体Ｂ３とを有するロータブロックＢ４を備える。これら第１及び第２の絶縁基板Ｂ１，Ｂ２とロータブロックＢ４とは、一面を開口した箱体のボディＢ５の開口面をカバーＢ６で閉塞して成るケースＢ７の内部に収納される。

以下、上記ポジションセンサの動作について簡単に説明する。対象物の変位に伴って、対象物と連動するロータブロックＢ４の保持体Ｂ３が回動すると、保持体Ｂ３と連動して各検出体２が互いに１８０度ずれて円周軌道上を変位する。そして、各検出体２と２組の検出コイルとの相対位置に応じて変化する各検出コイルのインダクタンスに対応した周波数の発振信号を発振部３（図１参照）から出力する。この発振信号に基づいて各検出体２の変位を検出することで、各検出体２と検出コイルとの相対位置情報、即ち、ロータブロックＢ４と連動する対象物の回転量を検出することができる。

１検出コイル
２検出体
３発振部
５信号処理部
６出力部
７無信号検出部
８ローパスフィルタ

Claims

検出コイルと、前記検出コイルの近傍に配置されるとともに対象物の変位と連動して前記検出コイルに対して所定の軌道上を変位する検出体と、前記検出体の変位に応じて変化する前記検出コイルのインダクタンスに対応した周波数の発振信号を出力する発振部と、前記発振部から出力された発振信号の発振周期に基づいて前記対象物の変位を検出する信号処理部とを備え、前記発振部の後段には、前記発振部から出力される発振信号の有無を検出するとともに、前記発振信号が無い場合に異常が発生した旨を前記信号処理部に知らせる無信号検出部が設けられ、前記発振部と前記無信号検出部との間には、少なくとも前記発振信号の周波数よりも高い周波数の信号を遮断するローパスフィルタが設けられたことを特徴とするポジションセンサ。
前記信号処理部の後段には、前記信号処理部で検出された前記対象物の変位情報を含む信号を外部に出力する出力部が設けられ、前記出力部には、自身を動作させるための動作電力を供給する電力供給部が設けられ、前記電力供給部は、前記無信号検出部において異常の発生が検出されると前記出力部への動作電力の供給を停止することを特徴とする請求項１記載のポジションセンサ。