JPH11271092A - 静電容量型エンコーダ - Google Patents

静電容量型エンコーダ

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Publication number
JPH11271092A
JPH11271092A JP9854898A JP9854898A JPH11271092A JP H11271092 A JPH11271092 A JP H11271092A JP 9854898 A JP9854898 A JP 9854898A JP 9854898 A JP9854898 A JP 9854898A JP H11271092 A JPH11271092 A JP H11271092A
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JP
Japan
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electrode
rotor
electrodes
stator
circumferential direction
Prior art date
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Abandoned
Application number
JP9854898A
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English (en)
Inventor
Kazunari Matsuzaki
一成 松崎
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】静電容量の変化が大きく、高分解能の静電容量
型エンコーダを得る。 【解決手段】回転軸10と、中心角90度の扇型形状を2
つ組み合わせた回転子14と、回転子14と空隙を介して軸
方向に配置され、絶縁体の外縁部表面に円周方向に4分
割された電極を設けた第1の固定子120 と、回転子14を
間に挟んで第1の固定子120 の反対側に空隙を介して配
置され、絶縁体の表面に電極を設けた第2の固定子13と
を備えた静電容量型エンコーダにおいて、第1の固定子
120 の外縁部の電極を第1の電極121a〜121dとし、第1
の電極121a〜121dの内周側には、その中心部に向かって
同心円状に配列されると共にそれぞれ円周方向に4分割
された第2 の電極122a〜122dおよび第3 の電極123a〜12
3dと、さらに内周側に同心円状に配列され、円周方向に
2分割された第4 の電極124aと124bが設けられ、第1〜
第3の電極はそれぞれ円周方向に沿って30度ずらして配
置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、対向する電極の靜
電容量変化を利用した、回転体の回転位置を検出する静
電容量型エンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、図4に示すように例えばモータ等
の回転体の回転位置を検出する静電容量型エンコーダ
は、円周方向に4分割した電極12a、12b、12
c、12dからなる第1の固定子12と、中心角90度
の扇型形状の部材14a、14bを中心を点対称として
組み合わせた回転子14と、第2の固定子13と、から
構成されている。回転子14は回転軸10と互いに固定
されており、図示しないモータ等の回転体と同一的に回
転する。また、回転子14は第1の固定子12と第2の
固定子13間に空隙を介して内挿されており、第1の固
定子12と第2の固定子13は図示しないフレームに固
定されている。このような構成で回転子14の回転に応
じて変化する第1の固定子12と第2の固定子13間の
静電容量の変化を図5に示す処理回路を用いて電圧に変
換する。交流電源15をエンコーダに入力して回転子と
対角の静電容量Ca 、Cb を加算する。次にダイオード
17、18を用いて信号を直流信号Ia 、Ib に変換す
る。さらにオペアンプ16を用いて、加算された2つの
信号Ia 、Ib を差動増幅させて出力としている。出力
は回転角に対して直線的に増加または減少するため、出
力と回転位置を1対1に対応させることにより回転子の
絶対位置検出を行っている(例えば、米国特許第4,864,
295 号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の静電
容量型エンコーダで検出できる回転角度は80度程度で
あって、多回転型のモータに適用することができなかっ
た。また、多回転型にするために固定子の電極を分割す
ると、全体の寸法を一定にした場合、電極面積が減少し
てしまい、それが静電容量変化の減少に繋がり、ひいて
は角度分解能の低下を招くといった問題があった。さら
に、従来技術では回転子の材料として比誘電率10程度
のアルミナセラミックスが多く使われており、静電容量
の変化を大きくすることができず、高分解能化に制限が
あった。そこで、本発明は、多回転型のモータの回転位
置検出に適用可能で、かつ静電容量変化が大きく、回転
角度に対して高分解能を得ることができる静電容量型エ
ンコーダを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、請求項1記載の本発明は、回転軸と、前記回転軸に
固定されるとともに前記回転軸の中心を点対称として中
心角90度の扇型形状を2つ組み合わせたものからなる
回転子と、前記回転子の片面と空隙を介して軸方向に配
置されると共に円板状の絶縁体の外縁部表面に円周方向
に4分割された電極を設けた第1の固定子と、前記回転
子を間に挟んで前記第1の固定子の反対側に空隙を介し
て配置されると共に円板状の絶縁体の表面に電極を設け
た第2の固定子とを備え、前記回転子の回転に応じて変
化する前記回転子と前記固定子の電極との間の静電容量
を検出することによって回転位置を検出する静電容量型
エンコーダにおいて、前記第1の固定子の外縁部に設け
た電極を、第1の電極とし、前記第1の電極の内周側に
は、その中心部に向かって同心円状に配列されると共に
それぞれ円周方向に沿って4分割された第2の電極およ
び第3の電極と、この第3の電極の内周側に同心円状に
配列されると共に円周方向に沿って2分割された第4の
電極とが設けられ、前記第1の電極、前記第2の電極お
よび前記第3の電極は、それぞれ円周方向に沿って30
°ずらして配列してあることを特徴とする。また、請求
項1記載の静電容量型エンコーダにおいて、前記第1の
固定子の径方向に配列された電極のうち、少なくとも1
つが他の電極より径方向の長さが長いことを特徴とする
ものである。また、請求項1または2記載の静電容量型
エンコーダにおいて、前記回転子が導電体であることを
特徴とするものである。また、請求項1から3までの何
れか1項に記載の静電容量型エンコーダにおいて、前記
回転子の表面に絶縁膜を設けたことを特徴とするもので
ある。上記手段により、第1の固定子において径方向に
分割、配置されたの4つの電極の信号を比較、分割する
ことで回転子に対して360度の回転位置を検出するこ
とが可能になる。また、信号分割する第1の固定子に設
けた第1の電極は、他の第2の電極および第3の電極並
びに第4の電極より面積が大きいため、静電容量の変化
が大きく十分な分解能を得ることが可能になる。さらに
回転子を導電体にしているため、静電容量変化を大きく
でき、分解能を高めることが可能になる。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
図に基づいて説明する。図1は、本発明の実施例を示す
静電容量型エンコーダを分解した斜視図である。図2
は、本発明の静電容量型エンコーダの検出信号のパター
ンを示す図である。図3は、本発明の静電容量型エンコ
ーダの静電容量変化を示す図である。本発明が従来例と
同じである回転子14、第2の固定子13、回転軸10
については同一符号を付してその説明を省略する。本発
明が従来と異なる点は、第1の固定子120は、外縁部
から中心部に向かって同心円状に4分割して配列される
と共に、リング状の第1の電極、第2の電極、第3の電
極および第4の電極から構成されている。以下、第1〜
第4の各々の電極を簡単に121、122、123、1
24と呼ぶことにする。ここで、第1の電極121、第
2の電極122および第3の電極123は、円周方向に
沿って4分割されており、また、径方向に対向する第1
〜第3の電極がそれぞれ円周方向に沿って反時計回りに
30度づつずらして配置してある。すなわち、第1の電
極のうち121aに対して第2の電極の122aが反時
計回りに120度ずれ、第2の電極の122aに対して
第3の電極の123aが反時計回りに120度ずれて配
列してある。以下同様に、第1の電極の121b、12
1c、121dに対して、それぞれ第2の電極の122
b、122c、122dが反時計回りに120度ずれて
配列してある。また、第2の電極の122b、122
c、122dに対して、それぞれ第3の電極の123
b、123c、123dが対応して反時計回りに120
度ずれて配列してある。一方、第4の電極124は円周
方向に124aと124bに2分割されたものである。
さらにまた、回転子14は金属材料とする導電体とし、
あるいはその導電体表面に絶縁膜を配設している。ま
た、回転子は回転子表面のみを導電体として構成しても
良く、その導電体表面に絶縁膜を配設しても構わない。
回転子14が回転すると第1の固定子120の電極と回
転子14が対向する面積が変化し、静電容量の変化は次
式に示すように対向面積の変化に比例する。 ΔC=(εr ー1)ε0 tΔS/L 但し、L=[(d1 +t+d2 )・(εr 1 +t+ε
r 2 )] ΔC:静電容量の変化 t:回転子の厚さ、ΔS:対向面積の変化 d2 :第2の固定子の電極と回転子間の空隙 d1 :第1の固定子の電極と回転子間の空隙 ε0 :空気の誘電率、εr :回転子の比誘電率 このような構成において、回転子10の1回転に対する
第1の固定子の電極121、122、123、124と
第2の固定子13間の静電容量の変化を図示すると、図
2のようになる。ここで、図2の信号は図5に示す信号
処理回路を用いたあとの信号であり、縦軸が出力電圧、
横軸が回転角度である。121の信号の出力値を位置検
出に用いるが、回転子1回転につき、2サイクルの信号
が発生する。この出力を(A) 、(B) 、(C) 、(D) 、(E)
で区別することができれば絶対値エンコーダとして1回
転の位置検出が可能になる。区別の方法は、まず、12
4の信号の正負信号により2サイクルの信号を2つに分
割する。続いて122と123の信号の大小により、
(A) 、(B) と(C) の一部、(C) の一部と(D) 、(E) を分
別することができる。したがって、1回転にわたって絶
対位置の検出が可能となる。つぎに、従来の回転子の材
料が比誘電率10のものに対して、回転子を金属とし、
その表面に絶縁膜を設けたときの容量変化の違いを図3
に示す。第1の固定子の電極の外径を3mm、回転子の
厚さを0.1mm、絶縁膜の厚さを0.001mm、第
1の固定子のうち第1の電極121の径方向長さを0.
5mmとしたときの、第1の電極121における静電容
量の変化を回転子と固定子電極間の空隙を変化させて算
出した結果である。図3によると、回転子材料を金属と
することで、導電体がセラミックスに比べて比誘電率が
大きくなるので、結果的には比誘電率10の場合と比較
して静電容量変化が増加することになる。したがって、
第1の固定子において、径方向に分割、配置された4つ
の電極の信号を比較、分割することで回転子に対して3
60度の回転位置を検出するようにしたので、多回転型
のモータの回転位置検出に適用可能で、かつ静電容量変
化が大きく、回転角度に対して高分解能を得ることがで
きる効果がある。
【0006】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば1回
転360度の位置を検出することができ、かつ静電容量
変化が大きく、回転角度に対して高分解能を得ることが
できるいう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の静電容量型エンコーダの構成を示す斜
視図である。
【図2】本発明の静電容量型エンコーダの検出信号のパ
ターンである。
【図3】本発明の静電容量型エンコーダの静電容量変化
である。
【図4】従来の静電容量型エンコーダを示す斜視図であ
る。
【図5】従来の静電容量型エンコーダの処理回路であ
る。
【符号の説明】
10:回転軸 120:第1の固定子 121(121a、121b、121c、121d):
第1の電極 122(122a、122b、122c、122d):
第2の電極 123(123a、123b、123c、123d):
第3の電極 124(124a、124b):第4の電極 13:第2の固定子 14:回転子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸と、前記回転軸に固定されるとと
    もに前記回転軸の中心を点対称として中心角90度の扇
    型形状を2つ組み合わせたものからなる回転子と、前記
    回転子の片面と空隙を介して軸方向に配置されると共に
    円板状の絶縁体の外縁部表面に円周方向に4分割された
    電極を設けた第1の固定子と、前記回転子を間に挟んで
    前記第1の固定子の反対側に空隙を介して配置されると
    共に円板状の絶縁体の表面に電極を設けた第2の固定子
    とを備え、前記回転子の回転に応じて変化する前記回転
    子と前記固定子の電極との間の静電容量を検出すること
    によって回転位置を検出する静電容量型エンコーダにお
    いて、 前記第1の固定子の外縁部に設けた電極を、第1の電極
    とし、 前記第1の電極の内周側には、その中心部に向かって同
    心円状に配列されると共にそれぞれ円周方向に沿って4
    分割された第2の電極および第3の電極と、この第3の
    電極の内周側に同心円状に配列されると共に円周方向に
    沿って2分割された第4の電極とが設けられ、 前記第1の電極、前記第2の電極および前記第3の電極
    は、それぞれ円周方向に沿って30°ずらして配列して
    あることを特徴とする静電容量型エンコーダ。
  2. 【請求項2】 前記第1の固定子の径方向に配列された
    電極のうち、少なくとも1つが他の電極より径方向の長
    さが長いことを特徴とする請求項1記載の静電容量型エ
    ンコーダ。
  3. 【請求項3】 前記回転子が導電体であることを特徴と
    する請求項1または2に記載の静電容量型エンコーダ。
  4. 【請求項4】 前記回転子の表面に絶縁膜を設けたこと
    を特徴とする請求項1から3までの何れか1項に記載の
    静電容量型エンコーダ。
JP9854898A 1998-03-25 1998-03-25 静電容量型エンコーダ Abandoned JPH11271092A (ja)

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JP9854898A JPH11271092A (ja) 1998-03-25 1998-03-25 静電容量型エンコーダ

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003519373A (ja) * 1999-12-30 2003-06-17 ジーエスアイ・ルモニクス,インコーポレイテッド 検流計位置検出器
JP2021501310A (ja) * 2017-11-09 2021-01-14 ベバスト エスエーWebasto SE 静電容量測定によるモータの位置決め
JP2021021655A (ja) * 2019-07-29 2021-02-18 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 角度センサ、マウント装置、及び測定方法

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