JPS62808A

JPS62808A - 容量性位置変換器

Info

Publication number: JPS62808A
Application number: JP61070644A
Authority: JP
Inventors: リン　ウエン
Original assignee: SHIAN INSUTSURUMENTEESHIYON FU; SHIAN INSUTSURUMENTEESHIYON FUAKUTORII
Current assignee: SHIAN INSUTSURUMENTEESHIYON FU; SHIAN INSUTSURUMENTEESHIYON FUAKUTORII
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1987-01-06
Also published as: CN85100991A; CN85100991B; EP0197462A1; US4737699A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は位置変化を検出する容量性位置変換器、特に制
御系に位置帰還信号を作ったり、装置内で比較的良い距
離位置変化を検出したりするのに用いられる容量性位置
変換器に関するものである。

１対の差動コンデンサから成る周知の容量性変換器には
２つの不利があり、すなわち第１の不利としてＴｉｆｆ
１の形状が高精度の要求に合致しなければならず、第２
の不利として電極間距離の変動が出力信号に著しく影響
を及ぼし、したがって８精度を得るのが困社である。も
う１つの種類の容量性位置変換器〔日本特許出願系ＪＰ
−Ａ−１１２７６９（昭和５３年）〕があり、ここでは
追加の分圧器により任意な非直線性が得られる。これに
も次のような欠点があり、すなわち抵抗器またはコンデ
ンサを伴う分圧器は寄生容量によって影響され、したが
って正確な電圧の分割を行う調節可能装置を調節する必
要がある。他の欠点は差動容量性位置変換器と同じであ
り、すなわちそれは電極の形状および′ｓｉ極間距離の
変動に敏感である。

その結果正確な検出を得ることは困難である。

リニア・モータ、特にブラシレス・リニア・モ−タ（電
子整流子を持つリニア・モータ）は、電子サーボ・レコ
ーダにおいて最も望ましいサーボ・モータである。しか
し、ブラシレス・リニア・モータは整流信号を必要とし
、また整流子の使用は装置の１１雉ざを著しく増大させ
る。それがレコーダにブラシレス・リニア・モータを応
用する場合の大きなＦ４害である。

上述の欠点は本発明により克服される。

本発明によるこの容量性位置変換器は、高周波電圧源に
接続される１個の第１電ｉと、整列構造を作るように相
互に絶縁されかつぴったりと隣接される複数個の第２電
極とを含む８出性感知装置において、第１および第２電
極は相互に向き合うように配列されかつ第１電極は第２
電極の整列構造に沿って移動し得る前記容量性感知装置
と、複数対のダイオードであり、多対のダイオードの一
方のダイオードのアノードは他方のダイオードのカソー
ドに接続されそれによって１つの接合部が作られ、また
多対のダイオードの他方の２個端子はそれぞれ第１およ
び第２端子と呼ばれ、ダイオードの対の第１端子はすべ
て同−橋性であるが第２端子もすべて同一極性である前
記複数対のダイオードと、複数個の直列に接続された抵
抗器を含みその間に複数個の接合部が作られる第１＠路
網装置であり、各接合部は第２′ｒ電極の１つに順次対
応し、第１回路網装置の一端は基準点に接続されかつ他
端は出力端子として使用される前記第１回路網装置とを
含んでいる。

対のダイオードの各第１ｇ′ａ子は第１回路網装置の対
応する接合部に接続され、対のダイオードの各第２端子
は！１準点に接続され、また対のダイオードの各接合部
は対応する第２電極に接続されている。第１電極が第２
２ｆｉＶ７１の整列構造に沿って移動されるにつれて、
結合された第１および第２電極に電流が流れ、対応する
ダイオードによって整流され、次に対応する接合部およ
び第１回路網装置の抵抗器に流れ、それによって第１ｆ
ｆｉ極と第２電極との間に相対位置に関する全電圧降下
信号が作られるが、これは第１回路網装置の出力端子の
出力である。

ざらに、対のダイオードの第２端子は第２回路網′！７
Ａｉ！ｉに接続されることがある。ブラシレス・リニア
・モータによって要求される整流信号は第２回路網装置
から得られる。

本発明の第１目的は、変換器の製造中に高い加工精度を
要求せずに容量性位置変換器の検出精度を改善すると同
時に、非直線出力特性の高い精度を達成することである
。ざらに、高い費用効果が得られるように本妻ＶＡ器の
信頼性および環境免疫性を改善することも意図されてい
る。

本発明のもう１つの目的は、変換器自体により整流信号
を作る新しい方法を提供することであり、これはレコー
ダまたは他のｔ７１　ＩＸＩ系にブラシレス・リニア・
モータを一段と経済的に使用できるようにする。。

以下において、本発明の実施例を付図に関して詳しく説
明する。

第１図は本発明による容量性位置変換器の第１実施例を
示す。位置測定用の官位性感知装置は、送信電極として
用いられる１個の第１電極１０と、相互に絶縁されかつ
ぴったりと隣接される受信１穫として用いられる複数個
の第２電極１１．１２゜１３．１４，１５．１６．１７
および１８とから成る。第１＠路網装置は直列に接続さ
れた数個の抵抗器Ｒ、Ｒ、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５゜Ｒ
、およびＲから成り、抵抗器Ｒ８の１つのリードは回路
接地に接続され、抵抗器の接合部はすべて回路接地に接
続さる他のリードを待つコンデンサに別々に接続されて
いる。第２回路ＦＩ４装置は、コンデンサと並列接続さ
れた接地抵抗器Ｒ２゜である。

第２電極１４はダイオードＤ４のカソードに接続されて
いるが、同ダイオードのアノードは第１回路網装置の接
合点７４に接続されている。ｆｆｉ極１４はダイオード
０°４のアノードにも接続されているが、同ダイオード
のカソードは抵抗器Ｒ２ｏに接続されている。上記の回
路は各第２電極について反復される。

高周波電圧が第１電極に導かれると、第１電極と結合す
る数個の第２電極に生じる交流は２つの直流に整流され
て、その１つは対応する接合部から第１回路網装置を通
って大地に流れ、他は抵抗器Ｒ２゜を通って大地に流れ
る。８１１定すべき位置の関数としての出力信号Ｕ１は
端子７８に作られる。

直流はコンデンサを通過できないので、直流は電極１４
から７１１１ｆｉ１０に流れることはできない。

例えば、Ｄ４を流れる電流ｉ４の平均値はＤ°４を流れ
るｆ’ｊｉ　ｉ　！　’　４の平均値に等しいが、それ
らは反対方向にのみ流れる。次に、第１回路網装置を流
れる全電流Ｉ　は抵抗器Ｒ２ｏを流れる反対方向の１ｆ
流Ｉ°　にいつでも等しい。Ｒ２Ｏの両端に電圧時下、
すなわち全ｆｆ１ｉと組み合わされる出力信号Ｕ３が得
られ、増幅器２１の入力端子で定電圧Ｕ　と比較される
。増幅器２１の出力は、発振器２２の高周波電圧の振幅
をυ１１１１する。その結果、第１回路網装置を流れる
全電流１１は一定値に制御される。全′ｉＩｉ流１１は
、第１７１ｉ糧と第２電極との間隔の変化、発振器用電
子部品のパラメータの変化、および周囲条件に起因する
いろいろな条件変化などのようなどんな外部変化によっ
ても変わらない。すべての上記変化は、発振器の出力の
高周波電圧の振幅の変化によって補償される。

どんなときでも、数個の第２電極から７１ｉ流を注入さ
れる第１回路網装置の接合部がほんの少ししかないのは
、第ｉｍｌ極が限定数の第２’ｌ穫と結合されるに過ぎ
ないからである。第１電極が回路分析の理由で移動され
るとき、それは全Ｔｉｌが通る抵抗の値の変化に相当し
、全型Ｉ１１には変化はない。第１回路網装置がＲ６を
除き同じ値のＶ１抗各で構成されるならば、出力特性は
直線である。

第１７１ｉ糧が不等値の抵抗器で構成されるならば、出
力特性は非ｔＩａである。第１および第２の両電極の形
状が矩形であるならば、出力特性は直線出力の場合にか
ぎりなめらかな直線である。

非直線出力の場合は、出力特性曲線は数個の破線から構
成され、その各部分は第１回路網装置の抵抗器の数に等
しい。第１ｆｆｉ糧が菱形でありかつ第２１橿が矩形で
あるならば、直線および非直線にかかわらず出力特性曲
線はすべてなめらかである。

したがって、菱形の第１電極が好適である。移動する方
向における菱形第１電極の対角線の長さは、第１回路網
装置の１個の抵抗器によってまたがられる数個の第２電
極間の中心距離の偶数倍にほぼ等しい。

第１図の第１電極が右に移動されると、出力Ｕ１と位置
Ｘとの関係は次のようになるただし１１は第１回路網装
置の接地端に流れる全電流、ｂは各第２電極の端、ｎは
第１電極によってカバーされる第２電極の数であり、正
の整数０゜１・・・・・・である。

出力が直線であり、すなわちＲ−Ｒｏ、２−ｎ＋１Ｒ・・・・・・であるときは必ずｎ＋３Ｒ−Ｒ−Ｒ・・・・・・であるときは、出力ｎ＋ｉ　　
　　　　ｎ＋２　　　　　　ロ＋３特性は第（１）式に
示される通り非直線であるが、ＵｌのＸに対する微分方
程式は下記の通り直線であるそれは曲率の変化において所要曲線とほぼ適合される。

その結果それはなめらかな曲線である。

第１電極１０が第１図に示される位置にあり、ここでそ
れが第２電極１４．１５および１６と結合されるとき、
３個の直流ｉ　、Ｉ　およびｉ６が得られる。これらの
電流は接合部７４．７５５よび７６からそれぞれ抵抗器
Ｒ、Ｒ、Ｒ３゜Ｒ２，ＲならびにＲ８を介して大地に進
む。この時点で、Ｒ３〜Ｒｏを流れる電流は全電流１１
であり、これはｉ　、ｉ　およびｉ６の和に等しい。こ
こで、Ｒ５の直流はｉ４であり、Ｒ４の直流は１　と１
５との和である。端子７８で出力される出力電圧Ｕ１は
抵抗器の両端の全電圧降下の和に等しい。第１電極が右
に移動されると、ｉ４は徐々に減少され、１５は少し増
減され、モしてｉ　は徐々に増加される。したがって、
Ｒ４およびＲ５のｆｆ１Ｒは増加されるがＲ３〜Ｒｏを
流れる全７Ｉｉ流１１は不変に保たれる。もちろん、Ｒ
５〜Ｒの両端の電圧降下の和は増加され、Ｕｌは第１７
４漫の位置変化と共に変えられる。第２回路網￥ＡＩ！
の抵抗器Ｒ０は始点の電圧を決定するためにのみ使用さ
れ、それは出力特性の測定の間開および直線性に影響を
及ぼさない。

全電流１１が一定にｖ制御される限り、出力信号の精度
はｉ　、ｉ　およびｉ６の間の分布比の精度によっての
み影響されるが、それらの和によっては影響されない。

したがって、第２電極と第１電極とのＹｆ！離の変化は
、回転がなければ、上記分布比に影響することはない。

出力Ｕ１の大部分は、この場合第１図に示される通り全
電流１１が流れる数個の抵抗器の両端の電圧降下であり
、これらの抵抗器はＲ３〜Ｒ０である。前記電圧降下の
誤りは、第１および第２電極の相対位置に左右されない
、ｈｉ記相対位位置結合された第２７４極１４，１５お
よび１６にまたがる抵抗器ＲならびにＲ５の両端の電圧
降下にのみ影響し、抵抗器ＲならびにＲ５の両端の電圧
降下は出力Ｕ、の最大値の穫めて微小部分をとる。

したがって、位置出力の高精度が容易に得られる。

・第１図に示される通り、整流されたすべての正電ｌｉ
’、ｉ’　　およびｉｏ　はＲ２ｏを通るＩｏｌとして
加算される。Ｉｏ　は大きさが１１に常に等しく、方向
が１１と反対である。

実際には、正の電圧降下とダイオードの接合キャパシタ
ンスとに起因する影響が減少されるのは、高周波電圧の
振幅がダイオードの正電圧降下よりもはるかに大きいか
らである。

第２回路網装置から整流信号を作ることができる第２実
施例が第２図に示されている。第２回路網装置は第１端
と第２端を持つ抵抗器Ｒ２１，Ｒ２□。

Ｒ、およびＲ２４から成り、すべての対のダイ第一ドの
第２ｒａ子は第２回路網にある抵抗器の数を周期として
抵抗器Ｒ，Ｒ，ＲＲの第１２１　　２２　　２３・　２４端に順次接続される。これらの抵抗器の第２端は抵抗器
Ｒ２゜を経て回路の大地に接続される。出力信号Ｕ　は
、抵抗器Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，およびＲを別々に介
して整流’を流！’、ｆ’５ならびにじ。によって作ら
れた電圧降下と信号Ｕ３とを加算することによって得ら
れる。第２電極は空間的に等しく組み合わされているの
で、数個の出力信号Ｕ　　、Ｕ　　、Ｕ　　およびＵ。

は一定の空Ｂ座標ＢＣ関連位相差を持つ交番電圧成分と、一定撮幅を持つ直流
電圧成分との和によって作られる。ブラシレス・リニア
・モータおよびこの変換器が装置内に使用されているな
らば、この時点で変換器は整流子と同じ役割を果たす。

Ｎ個の整流信号が要求されるとき、第２回路網内の抵抗
器の数はＮに等しくなければならない。

整流周期を減少させるブラシレス・リニア・モータの要
求に合致する、本発明の第３実施例が第３図に示されて
いる。第２電極の数は、第１回路ＦＩＡ装置の接合部の
数またはその倍数に等しいことがある。第３図では、第
２電極の数は第１回路網装置の接合部の数の２倍である
。したがって、出力信号Ｕ２の変化周期はもとの半分に
まで減少されるので、整流周１１を半分にまで減少させ
るブラシレス・リニア・モータの要求事項に合致する。

この場合、第１電極４０の長さが第２電極の幅の４倍で
あるのは、Ｒｏを除く各抵抗器がこれらの２対のＴＩ極
の両端に接続されなければならないからである。

移動式第１電極に高周波電圧を導＜′ｉ！ｉ線を節約し
得る第４実施例が第４図に示されている。支持軸３０に
高周波電圧が加えられ、絶縁された移動連架のスリーブ
３２の内壁にｙ９１層が裏打ちされているので、その間
にコンデンサＣ４゜０が構成される。Ｃ１ｏｏおよび１
片の導線を通る高周波電圧は第１電極１０に進む。

第５実施例が第５図に示される。第１電極の移ＵＪ方向
の対角線端が第２電極の１つから他の１つに移動される
と、ダイオードの導電遅延によりある誤りが生じる。こ
の問題を解放するために、両端は少し拡大・延長されな
ければならない。第３実施例では、第２１糧から２個以
上の整ｙＬ電流が第１回路ｗｉ装四の１つの接合部に流
れ込むので、それは誤りのちとになり、これは２つの端
の拡大と延長によって完全に解決することはできない。

その結果、変形された領域が一定の位置に、すなわち移
動方向にある第１電極の対称中心線から第２２Ｉｆｔｊ
の１つの幅に、また菱形の２辺または４辺に追加されな
ければならない、変形領域は破線の３つの部分から成り
、それは菱形の辺の傾斜を局部増加する同じ役割を果た
す。

扇形第２電極が全円周を包む第６実施例が第６図に示さ
れている。

本発明の利点は下記の通りである。

（１）　　本発明では第１回路網装置が多筒２′：！１
ｆｆｌからの出力信号を加算するのに用いられるので、
全電流が不変に保たれる限り、絶対誤差は第２１！極の
数と共に増加せず、相対誤差は第２電極の数に反比例す
る。そこで、数を増加することによって高精度の位置出
力信号が得られる。（２）　　本発明の変換器は出力Ｕ
３を供給し、それによって閉ループυ制御系は全電流を
不変にする。その結果、第１電極と第２電極との間の距
離の変化が許される。それは、第２電極の平坦さおよび
支持軸のｉｌ！ｌ在線関する要求が減少する。（３）　
　全電流■１に影響を及ぼすことがある環境の影響によ
る大部分の電子部品の特性の変化および部品の変形は危
険を生じさせない。本発明の変換器はそれ自体、環境影
響の免疫性を大幅に増大した。（４）　　全電流は一定
値であるので、支持軸と内部導電裏打を備えるそのスリ
ーブとによって構成されるコンデンサを利用して高周波
電圧を導くことができる。しかし、コンデンサのキャパ
シタンスは不確定であるが、それは全１ｔＲに影響を及
ぼさない。その結果、第１電極への給電線は除去される
。（ω　本発明の変換器が作動されているとき、第１電
極と結合される第２電極の数は２．３に過ぎず、そのと
き高周波電流がそれらを通る。したがって、第２電極に
接続されるダイオードのみがターン・オンされ、他のす
べてのダイオードはターン・オフされる。他の第２１ｍ
極から受信した干渉信号を第１回路網に導入することは
不可能である。その結果、ＳＮ比は極めて高い。それは
深帰還を持つサーボ系にとっては極めて重要な利点であ
る。一般サーボ系に使用することを許されない直列微分
帰還を採用して、系の自己発振の発生を押えることがで
きる。

直列微分帰還は、高速サーボ系においてブラシレス・リ
ニア・モータの作動を安定させる不可欠の手段である。

それは極めて大きなＳＮ比であり、整流信号は本発明の
位置変換器で容易に得られ、これはレコーダにブラシレ
ス・リニア・モータの応用を可能にし、経済利得な明白
である。（６）　　全電流１１は第１回路網装置を通る
直流でありかつ安定しているので、各抵抗器の値は熱雷
対の較正されたダイヤル表のような所要の非直線性によ
り正確にあらかじめ計算することができる。組立工程に
おいてどんな実験データもｒ１４節も不要である。

したがって、レコーダの製造工程は一段と便利になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例、第２図は本発明の第２実
施例、第３図は本発明の第３実施例、第４図は本発明の
第４実施例、第５図は本発明の第５実施例、第６図は本
発明の第６実施例、第７図は第１実施例の直１１特性の
出力電圧信号Ｕ１のグラフ、第８図は第１実施例の非直
線特性の出力電圧信号Ｕ１、第９図および第１０図はそ
れぞれ出力電圧信号Ｕ　ならびにＵ３を示す。符号の説明１０．４０−第１Ｎ極：１１〜１８．４１〜５２−第２電極；Ｒｏ−Ｒ７−第１回路ＦＩＡ装置；２２−高周波電圧源；

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高周波電圧源に接続される１個の第１電極と、整
列構造を作るように相互に絶縁されかつぴつたりと隣接
される複数個の第２電極とを含む容量性感知装置におい
て、前記第１および第２電極は相互に向き合うように配
列されかつ前記第１電極は前記第２電極の前記整列構造
に沿つて移動し得る前記容量性感知装置と、複数対のダイオードであり、各対のダイオードの一方の
ダイオードのアノードは他方のダイオードのカソードに
接続されてそれによつて１つの接合部が作られ、また各
対のダイオードの他方の２個の端子はそれぞれ第１およ
び第２端子と呼ばれ、ダイオードの対の第１端子はすべ
て同一極性であるが第２端子もすべて同一極性である前
記複数対のダイオードと、複数個の直列に接続された抵抗器を含みその間に複数個
の接合部が作られる第１回路網装置であり、前記各接合
部は第２電極の１つに順次対応し、第１回路網装置の一
端は基準点に接続されかつ他端は出力端子として使用さ
れる前記第１回路網装置と、を含む容量性位置変換器に
おいて前記対のダイオードの各第１端子は前記第１回路網装置
の対応する接合部に接続され、前記対のダイオードの各
第２端子は第２回路網装置を介して前記基準点に接続さ
れ、また前記対のダイオードの各接合部は対応する第２
電極に接続され、前記第１電極が前記第２電極の整列構
造に沿つて移動させるにつれて、相互結合の第１および
第２電極に電流が流れ、対応するダイオードによつて整
流され、次に対応する接合部および前記第１回路網装置
の抵抗器に流れ、それによつて前記第１電極と第２電極
との間に相対位置に関する全電圧降下信号が作られるが
、これは前記第１回路網装置の前記出力端子の出力であ
る、ことを特徴とする前記容量性位置変換器。
（２）第１回路網装置を流れる全電流を制御してそれを
一定にする閉ループ制御系をさらに含む、ことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載による変換器。
（３）閉ループ制御系は増幅器および高周波電圧発振器
を含み、増幅器の出力は前記高周波発振器の出力の振幅
を制御し、前記増幅器の入力信号は前記全電流に関連し
、前記高周波発振器の出力は前記第１電極に送られる、
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載による変換
器。
（４）第１電極の形状は事実上菱形である、ことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載による変換器。
（５）移動する方向における上記事実上菱形の第１電極
の対角線長さは第１回路網装置にある１個の抵抗器によ
つて交差される第２電極の中心間の距離のほぼ偶数倍で
ある、ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載によ
る変換器。
（６）移動する方向と共に事実上菱形の第１電極の端が
少し変形され、拡大されかつ延長されそれによつて第２
電極の１個から他の１個への変移に起因する誤りが減少
される、ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載に
よる変換器。
（７）第２電極の数が第１回路網装置にある前記接合部
の数の倍数に等しければ、変形された領域は前記事実上
菱形の第１電極の縁に決定され、領域内の縁の傾斜が増
大され、移動する方向に沿う第１電極の対称中心線は第
２電極の１つから他の１つへの変移に起因する誤りを減
少させるように第２電極の１つの幅に等しい、ことを特
徴とする特許請求の範囲第６項記載による変換器。
（８）高周波電圧が長い支持軸に加えられて、前記軸お
よびスリーブの内壁に裏打ちされた導電層によつて構成
されるコンデンサを経て移動第１電極に導かれる、こと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載による変換器。
（９）前記出力電圧信号と前記相対位置との関係は第１
回路網装置の前記抵抗器の値を変えることによつて直線
関係から非直線関係に変わる、ことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載による変換器。
（１０）第２回路網装置は導線であることを特徴とする
特許請求の範囲１項記載による変換器。
（１１）第２回路網装置は少なくとも１個の抵抗器であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載による変
換器。
（１２）第２回路網装置は第１端と第２端を持つＮ個の
抵抗器であり、すべての対のダイオードの第２端子はＮ
個の抵抗器の第１端に周期Ｎで逐次接続され、Ｎ個の抵
抗器の第２端は第３回路網装置を経て前記基準点に接続
されそれによつてＮ個の抵抗器の第１端からブラシレス
・リニア・モータによつて要求される整流信号を作る、
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載による変換
器。
（１３）第３回路網装置は導線であることを特徴とする
特許請求の範囲第１２項記載による変換器。
（１４）第３回路網装置は少なくとも１個の抵抗器であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載による
変換器。