WO2014200105A1

WO2014200105A1 - 誘導型位置検出装置

Info

Publication number: WO2014200105A1
Application number: PCT/JP2014/065809
Authority: WO
Inventors: 太輔後藤; 坂元　和也; 坂本　宏; 康弘湯浅
Original assignee: 株式会社アミテック
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2014-12-18
Also published as: JPWO2014200105A1; CN105308418B; CN105308418A; EP3009804A4; US20160131503A1; EP3009804B1; US9752899B2; EP3009804A1; JP6541037B2

Abstract

　コイル部１０は、交流信号で励磁される１次コイル１１と、該１次コイルによる誘導出力を生じるように配置された２次コイル１２～１５とを含む。インダクタンス要素とコンデンサによって構成された自励発振回路２０は、前記１次コイル１１を自励発振のためのインダクタンス要素としてその回路内に組み込んでいる。ターゲット部１は、検出対象位置に応じてコイル部１０との相対的位置が変位するよう配置され、この相対的位置に応じて２次コイル１２～１５のインダクタンスを変化させるように構成された磁気応答部材を含む。２次コイル１２～１５の出力信号の振幅レベルを抽出し、これに基づき検出対象の位置データを得る。

Description

誘導型位置検出装置

　本発明は、励磁用の１次コイルを自励発振回路のインダクタンス要素として組み込んだ構成からなる誘導型位置検出装置に関し、更には、１次コイル及び２次コイルをプリント基板上に渦巻き状に形成されたフラットコイルで構成し、フラットコイルからなる１次コイルを自励発振回路のインダクタンス要素として組み込んだ構成からなる誘導型位置検出装置に関し、微小変位検出装置、直線位置検出装置、回転位置検出装置、傾き検出装置など任意のタイプの位置検出に応用可能なものである。

　コイル（インダクタンス要素）を検出要素として使用する位置検出装置は従来より様々なタイプのものが知られている。その種の多くの位置検出装置においては、コイル励磁のための交流信号源を専用に具備し、該交流信号源から発生された交流信号をコイルに印加することで該コイルを交流励磁する。従来公知の誘導型位置検出装置には、例えば下記特許文献１及び２に示されたようなものがあり、１次コイルと２次コイルを備え、交流信号で１次コイルを励磁し、これに応じた２次出力信号を２次コイルに誘導するように構成され、検出対象位置に応じて変位する磁気応答部材（例えば鉄あるいは銅等）のコイルに対する相対的変位に応じて２次コイルのインダクタンスを変化させ、位置に応じた出力信号を生じる。この場合、１次コイルを励磁するための交流信号を発振するための発振回路が、コイルとは別に設けられる。これに対して、ＬＣ発振回路の原理を利用して、検出要素としてのコイルを自励発振回路のインダクタンス要素として組み込むことにより、専用の励磁用交流信号源を不要にした近接センサも知られている（例えば特許文献３）。この種の自励発振型の近接センサは、専用の励磁用交流信号源を設ける必要がないため、装置構成を小型化することができるので有利である。しかし、従来の自励発振型の近接センサは、検出対象の近接に応じた発振周波数の変動を検出する構成からなっているため、周波数弁別回路が必要であった。また、従来の自励発振型の近接センサは、発振周波数の変動を検出するのに適した構成ではあったが、発振出力信号の振幅レベルに基づき検出対象の位置を検出できる構成とはなっていなかった。

　一方、装置構成の小型化という課題を別の観点からみると、プリント基板上に渦巻き状に配置された小さなフラットコイルを検出要素として用いるアプローチがあり、一例として特許文献２に示されたものを挙げることができる。このようなフラットコイルを用いた位置検出装置にあっては、通常の円筒コイルに比べて１コイルの巻数がかなり少ないので検出に十分な磁束を得ることが困難であるため、特許文献４では多層状にフラットコイルを設けるという工夫がなされている。

特開平９－５３９０９号公報

特開平１０－１５３４０２公報

特開平１０－１７３４３７号公報

特開２０１０－１２２０１２号公報

　本発明の主たる目的は、１次及び２次コイルを用いた誘導型位置検出装置において、全体的な装置構成の簡略化及び小型化を押し進めることである。付加的な目的は、プリント基板上に渦巻き状に形成されたフラットコイルを検出要素として用いることにより更に簡素化した構成を採用することと、その場合に、不足しがちな磁束を補うことができるようにすることである。

　本発明に係る誘導型位置検出装置は、交流信号で励磁される１次コイルと、前記１次コイルによる誘導出力を生じるように配置された２次コイルとを含むコイル部と、前記コイル部に含まれる前記１次コイルとコンデンサによって構成された自励発振回路であって、該自励発振回路は、前記１次コイルを自励発振のためのインダクタンス要素として組み込んでいるものと、検出対象位置に応じて前記コイル部との相対的位置が変位するよう配置されたターゲット部であって、この相対的位置に応じて前記コイル部内の前記２次コイルのインダクタンスを変化させるように構成された磁気応答部材からなる前記ターゲット部と、前記２次コイルの出力信号の振幅レベルに基づき前記検出対象の位置データを出力する出力回路とを具える。

　本発明によれば、１次コイルを自励発振回路内に自励発振のためのインダクタンス要素として組み込んでいるので、励磁用の発振回路の構成を簡単化することができる。また、１次コイルと２次コイルを使用する誘導型の検出装置であるため、１次コイルのみからなる可変インピーダンスタイプの検出装置に比べて、出力レベルを効率よく取り出すことができ、精度の良い位置検出を行うことができる。

　また、自励発振回路の発振周波数を高周波数帯域（例えば数百ｋＨｚ程度あるいはそれ以上）に設定すれば、発振出力信号を整流した直流電圧信号において振幅レベルの変動幅（ダイナミックレンジ）を大きくとることができる。これにより、本発明によれば、周波数弁別によらない、整流回路等を用いたシンプルな振幅レベル弁別による位置検出を可能にすることができる。

　一例として、前記１次及び２次コイルとして、プリント基板上に渦巻き状に配置されたフラットコイルからなるものを用いるとよい。すなわち、本発明によれば、出力ゲインを大きくとることができるので、プリント基板上に渦巻き状に配置されたフラットコイルを１次及び２次コイルとして用いることにより更に簡素化した構成を採用することと、その場合に、不足しがちな磁束を補うことができるようになるので、好適である。特に、１次コイルと２次コイルを使用する誘導型の検出装置であるため、１次コイルのみからなる可変インピーダンスタイプの検出装置に比べて、出力レベルを効率よく取り出すことができ、フラットコイルを使用するのに適している。

　一例として、前記２次コイルは、少なくとも１対の２次コイルを含み、該１対の２次コイルにおける各コイルは所定の間隔で離隔されて配置されており、前記ターゲット部は、該１対の２次コイルにおける各コイルのインダクタンス変化が互いに逆特性を示すように構成してなり、前記１対の２次コイルの出力信号を差動的に合成して１つの出力信号を形成するように構成してよい。

本発明の一実施例に係る誘導型位置検出装置の回路構成例を示す回路図。

本発明の一実施例に係る誘導型位置検出装置における１つの２次コイルとターゲット部の関係の一例を示す略図。

図１に示す自励発振回路の一例を示す回路図。

本発明の誘導型位置検出装置を回転位置検出装置として構成した一例を示す図であって、（ａ）は軸方向断面略図、（ｂ）はロータ部の正面図、（ｃ）はセンサ基板を含むステータ部の透視正面図、（ｅ）はセンサ基板の一部を略示する拡大断面図。

図４におけるロータ部及びステータ部の構成要素のいくつかを示す斜視図であって、（ａ）はロータ部における磁気応答部材のパターンを抽出して示す斜視図、（ｂ）はステータ部における１次コイルを配置したフラットコイル層を示す斜視図、（ｃ）はステータ部における２次コイルを配置したフラットコイル層を示す斜視図。

図５（ｂ）に示す１次コイル配置の変形例を示す斜視図。

本発明の一実施例に係る誘導型位置検出装置の別の回路構成例を示す回路図。

本発明に係る誘導型位置検出装置の更に別の回路構成例を示す回路図。

本発明の誘導型位置検出装置を回転位置検出装置として構成した別の実施例を示す図。

本発明の誘導型位置検出装置を直線位置検出装置として構成した実施例を示す図。

　図１は、本発明の一実施例に係る誘導型位置検出装置の回路構成例を示す回路図である。図１において、コイル部１０は、交流信号sinωｔで励磁される１次コイル１１と、前記１次コイル１１による誘導出力を生じるように配置された４つの２次コイル１２～１５とを含む。１次コイル１１は、可変インダクタンス要素として自励発振回路２０内に組み込まれており、自励発振に寄与するのみならず、それ自身が発する交流磁場に応じて２次コイル１２～１５に誘導電圧が生じるように配置されている。各コイル１１～１５は、例えばプリント基板上に渦巻き状に形成されたフラットコイルからなる。そのようなフラットコイルは、装置構成の小型化に寄与する。この場合、各フラットコイル１１～１５は、多層状に重ねて配列された複数のフラットコイル部分を直列接続したものからなるように構成するとよい。これによりインダクタンスを上げることができる。なお、フラットコイルに限らず、巻線型のコイルで各コイル１１～１５を構成してもよい。

　図２（ａ）に略示するように、誘導型位置検出装置においては、もう１つの位置検出要素として、コイル部１０の各２次コイル１２～１５に対して相対的に変位し得るようにターゲット部１が設けられている。ターゲット部１は、図示しない検出対象物の変位に応じて変位し、コイル部１０の２次コイル１２～１５に対する相対的位置が変化するように配置され、また、該相対的位置に応じて各２次コイル１２～１５のインダクタンスを変化させるようにその形状が構成された磁気応答部材（磁気応答部材とは、磁性体又は導電体等、磁気すなわち磁束に応答してリラクタンス／磁気抵抗が変化する素材を、最も広範囲な意味合いで定義する用語である）からなっている。一例として、ターゲット部１を構成する磁気応答部材は、銅あるいはアルミニウムのような非磁性良導電体である。また、ターゲット部３を構成する磁気応答部材の形状としては、例えば、各２次コイル１２～１５に対するターゲット部１の相対的位置の変化に応じて、コイルに対するターゲット部１の対向面積及びギャップの少なくとも一方が変化するような形状であればよい。なお、検出対象位置の運動形態は、直線変位、回転変位、揺れ変位、傾き（円弧状変位）など、どのような運動形態に対しても本発明は適用可能である。ターゲット部１の形状あるいは機械的構成又は構造は、誘導型あるいは可変磁気抵抗型の位置検出装置等で公知の如何なる形状・構成・構造としてもよい。

　図２（ｂ）は、１つの２次コイル１２に対するターゲット部１の相対的位置（直線位置ｘ又は回転位置θ）に対する該２次コイル１２のインダクタンスＬの変化の一例を示すグラフである。この図では、インダクタンスＬの変化がリニア特性である例を示しているが、これに限らず、任意の非線形特性（例えば後述するようにサイン特性あるいはコサイン特性など）とすることができる。

　図３は、１次コイル１１を自励発振用インダクタンス要素として組み込んだ自励発振回路２０の一例を示す。自励発振回路２０は、並列ＬＣ回路２１と増幅器２２とで構成されたコルピッツ型発振回路である。並列ＬＣ回路２１は、誘導用の励磁コイルとして機能する前記１次コイル１１と、コンデンサ２３，２４とからなる。増幅器２２は、増幅素子としてのトランジスタ２５と、電源－コレクタ間の抵抗２６、エミッタ－接地間の抵抗２７、ベース電圧設定用の抵抗２８，２９を含む。なお、増幅素子は、トランジスタに限らず、ＦＥＴあるいはオペアンプ等任意の反転増幅素子を用いてよい。増幅器２２の入力端子ＩＮ（ベース入力）に並列ＬＣ回路２１の一方のコンデンサ２３とコイル１１の接続点の信号が入力し、増幅器２２の出力端子ＯＵＴ（コレクタ出力）が並列ＬＣ回路２１の他方のコンデンサ２４とコイル１１の接続点に入力する。この例では、発振出力信号は、増幅器２２の入力端子ＩＮ（ベース入力）から取り出されることができる。なお、自励発振回路２０の基本構成は、図示のようなコルピッツ型発振回路に限らず、ハートレイ型発振回路であってもよい。

　自励発振回路２０の共振周波数は高周波数帯域（例えば数百ｋＨｚ以上）に設定するとよい。そのように高い共振周波数に設定すると、１次コイルの高い励磁周波数に応じて誘導される２次コイル出力信号を整流回路で直流電圧変換した場合に十分なゲインを確保できるので、有利である。特に、プリント基板上に形成されたフラットコイルを用いる場合は、巻数を多く取ることができないので、励磁周波数を比較的高めに設定することでゲインを確保することは極めて有利に作用する。

　図１の例において、コイル部１０内の４つの２次コイル１２～１５は、ターゲット部１の相対的位置（回転位置θ）に対して、それぞれ、プラスサイン特性＋sinθ、マイナスサイン特性－sinθ、プラスコサイン特性＋cosθ、マイナスサイン特性－cosθのインダクタンス変化を示すように配置されている。すなわち、２次コイル１２のインダクタンス変化の周期的特性が下記Ａ（θ）に示すようにプラスサイン関数特性であるとすると、これに対して、他の各２次コイル１３～１５のインダクタンス変化の周期的特性は下記Ｂ（θ）～Ｄ（θ）に示すような関係になるように所定間隔で順次ずれて配置されている。
Ａ（θ）＝Ｐ₀＋Ｐｓｉｎθ　　（２次コイル１２）
Ｂ（θ）＝Ｐ₀＋Ｐｃｏｓθ　　（２次コイル１４）
Ｃ（θ）＝Ｐ₀－Ｐｓｉｎθ　　（２次コイル１３）
Ｄ（θ）＝Ｐ₀－Ｐｃｏｓθ　　（２次コイル１５）
ここで、Ｐ₀はインダクタンス変化の振れの中点、Ｐは振れの振幅であり、Ｐは１とみなして省略しても説明上不都合はないので、以下の説明ではこれを省略することにする。

　本発明においては、コイル部における各２次コイル１２～１５は、各２個のコイル１２～１５同士で複数の対をなすように組み合わされる。対をなす２個のコイルは、検出対象位置に対する各々のインダクタンス変化が互いに逆相特性を示すように定められる。すなわち、＋ｓｉｎ特性（プラスサイン相）のコイル１２と－ｓｉｎ特性（マイナスサイン相）のコイル１３が１つの対をなし、＋ｃｏｓ特性（プラスコサイン相）のコイル１４と－ｃｏｓ特性（マイナスコサイン相）のコイル１５が１つの対をなす。

　サイン特性の１対の互いに逆特性の２次コイル１２、１３が差動的に接続されて、その差動合成出力信号が増幅器３０に入力され、両者の差Ａ（θ）－Ｃ（θ）＝＋２ｓｉｎθｓｉｎωｔが求められる。こうして温度補償したサイン特性の検出出力信号が得られる。また、コサイン特性の１対の互いに逆特性の２次コイル１４、１５が差動的に接続されて、その差動合成出力信号が増幅器３１に入力され、両者の差Ｄ（θ）－Ｂ（θ）＝－２ｃｏｓθｓｉｎωｔが求められる。こうして温度補償したコサイン特性の検出出力信号が得られる。

　自励発振回路２０の発振出力信号はコンパレータ３６に入力され、方形波に変換される。これは励磁交流信号の所定位相（例えば０度又は１８０度）を検出するためである。コンパレータ３６の出力がサンプリングとトリガー信号としてスイッチング整流回路３２、３３に入力され、該スイッチング整流回路３２、３３において増幅器３０、３１から出力される位置検出交流出力信号＋ｓｉｎθｓｉｎωｔ、－ｃｏｓθｓｉｎωｔの振幅値がサンプリングされ、ホールドされる。これにより、位置検出交流出力信号＋ｓｉｎθｓｉｎωｔ、－ｃｏｓθｓｉｎωｔの整流がなされ、検出位置θに応じた直流電圧＋ｓｉｎθ、－ｃｏｓθが得られる。スイッチング整流回路３２、３３の各出力は、ゲイン及びオフセット調整回路３４、３５でゲイン調整されると共に所望のオフセット電圧を加算（又は減算）してオフセット調整されることで、位置検出直流電圧信号Ｖsin、Ｖcosを得る。すなわち、ゲイン及びオフセット調整回路３４から出力される位置検出直流電圧信号Ｖsinは、検出対象位置θに応じてサイン特性＋ｓｉｎθの変化を示す直流電圧信号であり、ゲイン及びオフセット調整回路３５から出力される位置検出直流電圧信号Ｖcosは、検出位置θに応じてコサイン特性－ｃｏｓθの変化を示す直流電圧信号である。検出対象位置θの変化範囲がπ／２ラジアンの範囲内であれば、２つの位置検出直流電圧信号Ｖsin、Ｖcosのいずれか一方のみで検出対象位置θを特定することができる。検出対象位置θの変化範囲が２πラジアンの範囲内であれば、２つの位置検出直流電圧信号Ｖsin、Ｖcosの組み合わせで検出対象位置θをアブソリュートで特定することができる。この位置検出直流電圧信号Ｖsin、Ｖcosを、アナログ信号のままで若しくはデジタル値に変換して利用することができる。これらの増幅器３０、３１、スイッチング整流回路３２、３３、ゲイン及びオフセット調整回路３４、３５等の回路が、２次コイル１２～１５の出力信号の振幅レベルを抽出し、検出対象の位置データとして出力する出力回路として機能する。

　図４は、本発明の誘導型位置検出装置を回転位置検出装置として構成した一例を示す図であり、特にこの例では多回転にわたるアブソリュート位置が可能な多回転誘導型位置検出装置として構成したものを示している。（ａ）はその軸方向断面略図である。検出対象の回転変位が与えられる主回転軸４０に第１の回転位置検出装置５０が配置され、図示しないセンサケーシングにて回転自在に軸受された補助軸４１に第２の回転位置検出装置６０が配置される。第１及び第２の回転位置検出装置５０及び６０は、それぞれ本発明のコンセプトに従って構成された誘導型回転位置検出装置である。

　第１の回転位置検出装置５０は、ロータ部５１とステータ部５２を備える。ロータ部５１は主回転軸４０に固定され、主回転軸４０と共に回転する。ステータ部５２はセンサ基板７０内に組み込まれており、センサ基板７０は、図示しないセンサケーシングに固定される。図４（ｂ）は、ロータ部５１をセンサ基板７０（つまりステータ部５２）の側から見た正面図である。ロータ部５１の円周に沿ってギヤ５１ａが形成されおり、センサ基板７０（つまりステータ部５２）に面するロータ部５１の表面に磁気応答部材５１ｂ（例えば銅又はアルミニウムのような非磁性導電体又は鉄のような磁性体）のパターンが形成されている。この磁気応答部材５１ｂは、前記ターゲット部１として機能する。一例として、磁気応答部材５１ｂのパターンは、主回転軸４０の１回転につき４サイクルのサイン関数特性変化を示すように構成されている。なお、図５（ａ）は、磁気応答部材５１ｂのパターンを抽出して斜視図で示している。

　図４（ｃ）は、センサ基板７０に組み込まれたステータ部５２を透視図法で示す正面図である。図４（ｄ）は、多層基板からなるセンサ基板７０の一部を略示する拡大断面図である。センサ基板７０は６層のフラットコイル層７１～７６で構成される。各フラットコイル層７１～７６の間は絶縁層で隔てられている。ステータ部５２において、ロータ部５１の磁気応答部材５１ｂの全周に対応して、１個の１次コイル１１Ａが設けられる。１次コイル１１Ａは、図１における１次コイル１１に対応するものである。具体的には、２つのフラットコイル層７１、７２において共通の配置で１次コイル１１Ａ用のフラットコイル（プリントコイル）がそれぞれ渦巻き状に形成されており、両フラットコイル（プリントコイル）が直列接続されて１つの１次コイル１１Ａを構成し、図３に示す自励発振回路２０内に（１次コイル１１として）組み込まれている。なお、図５（ｂ）は、フラットコイル層７１のみを抽出して斜視図で示している。

　ステータ部５２において、ロータ部５１の磁気応答部材５１ｂに対応して、その円周方向の９０度の範囲において、４つの２次コイル１２Ａ、１３Ａ、１４Ａ、１５Ａが等間隔で（２２．５度の間隔で）順次配列される。これらの２次コイル１２Ａ、１３Ａ、１４Ａ、１５Ａは、図１における２次コイル１２～１５に対応するものである。具体的には、４つのフラットコイル層７３、７４、７５、７６において共通の配置で４つの２次コイル１２Ａ、１３Ａ、１４Ａ、１５Ａ用のフラットコイル（プリントコイル）がそれぞれ渦巻き状に形成されており、共通するフラットコイル（プリントコイル）同士が直列接続されて各１つづつの２次コイル１２Ａ、１３Ａ、１４Ａ、１５Ａを構成する。なお、図５（ｃ）は、フラットコイル層７３のみを抽出して斜視図で示している。

　更に、ステータ部５２においては、上記フラットコイルからなる４つの２次コイル１２Ａ、１３Ａ、１４Ａ、１５Ａのセットと同様の構成からなる２次コイルセットが、ロータ部５１の磁気応答部材５１ｂに対応して、その円周方向の残りの２７０度の範囲において、３セット配列されている。従って、合計４セットの２次コイル１２Ａ、１３Ａ、１４Ａ、１５Ａが設けられている。これらの４セットにおいて、ロータ部５１の磁気応答部材５１ｂの変位に対して同じインダクタンス変化特性を示す２次コイル（フラットコイル）同士を直列接続し、結局、図１と同様に、４つの２次コイル１２～１５の出力信号を得るように構成されている。すなわち、２次コイル１２Ａの合成出力信号が図１における２次コイル１２の出力信号に相当し、２次コイル１３Ａの合成出力信号が図１における２次コイル１３の出力信号に相当し、２次コイル１４Ａの合成出力信号が図１における２次コイル１４の出力信号に相当し、２次コイル１５Ａの合成出力信号が図１における２次コイル１５の出力信号に相当する。

　従って、上記ロータ部５１とステータ部５２を備える上記第１の回転位置検出装置５０のために、図３と同様の構成からなる検出用回路を適用することができる。この場合、得られる位置検出直流電圧信号Ｖsin、Ｖcosは、検出対象である主回転軸４０の１回転につき４サイクルの変化を示す。すなわち、主回転軸４０の９０度の回転範囲に関して位置検出直流電圧信号Ｖsin、Ｖcosはアブソリュートな位置検出値を示す。

　図４において、第２の回転位置検出装置６０も、ロータ部６１とステータ部６２を備える。ロータ部６１は補助軸４１に固定され、回転可能となっている。ステータ部６２は、前記ステータ部５２と同様に前記センサ基板７０内に組み込まれている。図４（ｂ）に示されるように、ロータ部６１の円周に沿ってギヤ６１ａが形成されおり、センサ基板７０（つまりステータ部６２）に面するロータ部６１の表面に磁気応答部材６１ｂ（例えば銅又はアルミニウムのような非磁性導電体又は鉄のような磁性体）のパターンが形成されている。この磁気応答部材６１ｂは、前記ターゲット部１として機能する。一例として、磁気応答部材６１ｂのパターンは、補助軸４１の１回転につき２サイクルのサイン関数特性変化を示すように構成されている。ロータ部６１のギヤ６１ａが前記第１の回転位置検出装置５０の前記ロータ部５１の前記ギヤ５１ａに噛み合っており、前記主回転軸４０の回転が増速されて補助軸４１に伝達される。これらの主回転軸４０、ギヤ５１ａ、６１ａ、補助軸４１の組み合わせが、検出対象の回転変位を第１及び第２の回転位置検出装置５０、６０に対して異なる伝達比で伝達する伝達手段に該当する。なお、図５（ａ）は、磁気応答部材６１ｂのパターンを抽出して斜視図で示している。

　図４（ｃ）及び図５（ｂ）に示されるように、ステータ部６２において、ロータ部６１の磁気応答部材６１ｂの全周に対応して、１個の１次コイル１１Ｂが設けられる。１次コイル１１Ｂは、図１における１次コイル１１に対応するものである。具体的には、２つのフラットコイル層７１、７２において共通の配置で１次コイル１１Ｂ用のフラットコイル（プリントコイル）がそれぞれ形成されており、両フラットコイル（プリントコイル）が直列接続されて１つの１次コイル１１Ｂを構成し、図３に示す自励発振回路２０内に（１次コイル１１として）組み込まれている。なお、勿論、図３に示された自励発振回路２０及びその他検出用の回路は、第１及び第２の回転位置検出装置５０、６０のそれぞれが個別に具備する。

　図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示されるように、ステータ部６２において、ロータ部６１の磁気応答部材６１ｂに対応して、その円周方向の１８０度の範囲において、４つの２次コイル１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂが等間隔で（４５度の間隔で）順次配列される。これらの２次コイル１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂは、図１における２次コイル１２～１５に対応するものである。具体的には、４つのフラットコイル層７３、７４、７５、７６において共通の配置で４つの２次コイル１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂ用のフラットコイル（プリントコイル）がそれぞれ形成されており、共通するフラットコイル（プリントコイル）同士が直列接続されて各１つづつの２次コイル１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂを構成する。

　更に、ステータ部６２においては、上記フラットコイルからなる４つの２次コイル１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂのセットと同様の構成からなる２次コイルセットが、ロータ部６１の磁気応答部材６１ｂに対応して、その円周方向の残りの１８０度の範囲において、１セット配列されている。従って、合計２セットの２次コイル１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂが設けられている。これらの２セットにおいて、ロータ部６１の磁気応答部材６１ｂの変位に対して同じインダクタンス変化特性を示す２次コイル（フラットコイル）同士を直列接続し、結局、図１と同様に、４つの２次コイル１２～１５の出力信号を得るように構成されている。すなわち、２次コイル１２Ｂの合成出力信号が図１における２次コイル１２の出力信号に相当し、２次コイル１３Ｂの合成出力信号が図１における２次コイル１３の出力信号に相当し、２次コイル１４Ｂの合成出力信号が図１における２次コイル１４の出力信号に相当し、２次コイル１５Ｂの合成出力信号が図１における２次コイル１５の出力信号に相当する。

　従って、上記ロータ部６１とステータ部６２を備える上記第２の回転位置検出装置６０のために、図３と同様の構成からなる検出用回路を適用することができる。この場合、得られる位置検出直流電圧信号Ｖsin、Ｖcosは、補助軸４１の１回転につき２サイクルの変化を示すが、主回転軸４０の１回転に対してはギヤ５１ａ、６１ａのギヤ比が考慮された非整数的なサイクル数で変化する。

　例えば、第１の回転位置検出装置５０の検出値変化の１サイクル分の範囲（つまり、第１の回転位置検出装置５０によってアブソリュート位置検出可能な最大値である主回転軸４０の９０度の変化範囲）に対して、第２の回転位置検出装置６０が１サイクル未満の検出値を示すように、ギヤ５１ａ、６１ａのギヤ比等を設定する。例えば、主回転軸４０の９０度の変化に対する第１の回転位置検出装置５０の最大検出値を「Ｄ」とすると、主回転軸４０の９０度の変化に対する第２の回転位置検出装置６０の検出値が「Ｄ－１」（便宜上ディジタル値で表す）等幾分異なる値となるように設定する。これにより、第１の回転位置検出装置５０の検出値と第２の回転位置検出装置６０の検出値の差若しくは比が、第１の回転位置検出装置５０の検出値のサイクル数を示すことになり、多回転にわたる（詳しくは第１の回転位置検出装置５０の１サイクル範囲を超える）アブソリュート位置検出が可能になる。

　図１の実施例において、１次コイル１１を各２次コイル１２～１５に対応して別々に設け、それらの複数の１次コイル１１を直列接続して自励発振回路２０内のインダクタンス要素として組み込むように変形してもよい。その場合、図５（ｂ）に示した１次コイル用のフラットコイル層７１（及び７２）は、図６に示すように変更される。すなわち、第１の回転位置検出装置５０においては１６個の２次コイル１２Ａ～１５Ａに対応する配置で１６個の１次コイル１１Ａが設けられ、これらの１次コイル１１Ｂが直列接続されて自励発振回路２０内のインダクタンス要素１１として組み込まれる。また、第２の回転位置検出装置６０においては８個の２次コイル１２Ｂ～１５Ｂに対応する配置で８個の１次コイル１１Ｂが設けられ、これらの１次コイル１１Ｂが直列接続されて自励発振回路２０内のインダクタンス要素１１として組み込まれる。

　図７は、本発明に係る誘導型位置検出装置の別の回路構成例を示す回路図である。この実施例においては、１次コイル１１は、上記変形例と同様に、各２次コイル１２～１５に対応して別々に設けられ、それらの複数の１次コイル１１を直列接続して自励発振回路２０内のインダクタンス要素（１１）として組み込まれている。各２次コイル１２～１５の出力は整流回路３７ａ～３７ｄにそれぞれ入力され、それぞれの振幅成分＋ｓｉｎθ、－ｓｉｎθ、－ｃｏｓθ、＋ｃｏｓθに対応する直流電圧が得られる。各整流回路３７ａ～３７ｄの出力はゲイン及びオフセット調整回路３８ａ～３８ｄにそれぞれ入力され、ゲイン調整されると共に所望のオフセット電圧を加算（又は減算）してオフセット調整される。ゲイン及びオフセット調整回路３８ａ、３８ｂから出力されるサイン特性の振幅成分＋ｓｉｎθ、－ｓｉｎθの直流電圧は、差動増幅器３９ａで差動的に合成され、温度補償されたサイン特性の位置検出直流電圧信号Ｖsinを得る。また、ゲイン及びオフセット調整回路３８ｃ、３８ｄから出力されるコサイン特性の振幅成分－ｃｏｓθ、＋ｃｏｓθの直流電圧は、差動増幅器３９ｂで差動的に合成され、温度補償されたコサイン特性の位置検出直流電圧信号Ｖcosを得る。この図７の実施例に従って前記図４に示すような多回転誘導型位置検出装置を構成する場合は、図５（ｂ）に示した１次コイル用のフラットコイル層７１（及び７２）が図６に示すように変更される。図５（ｃ）に示した２次コイル用のフラットコイル層７３（及び７４～７６）は変更されない。なお、図７に示す整流回路３７ａ～３７ｄ、ゲイン及びオフセット調整回路３８ａ～３８ｄ、差動増幅器３９ａ、３９ｂの構成は、図１のように１個の１次コイル１１を各２次コイル１２～１５で共通に使用する場合においても適用可能である。

　図８は、本発明に係る誘導型位置検出装置の更に別の回路構成例を示す回路図である。図８は図１に対する変更例を示している。すなわち、図８の実施例においては、１次コイル１１は、図１と同様に、１個だけ設けられ、自励発振回路２０内のインダクタンス要素（１１）として組み込まれている。各２次コイル１２～１５についても、図１と同様に、互いに逆特性の２つの２次コイルが差動的に接続されている。サイン特性の１対の互いに逆特性の２次コイル１２、１３が差動的に接続されて、その差動合成出力信号が整流回路４４に入力され、両者の差Ａ（θ）－Ｃ（θ）＝＋２ｓｉｎθｓｉｎωｔを整流した直流電圧が求められる。こうして温度補償したサイン特性の検出出力信号が得られる。また、コサイン特性の１対の互いに逆特性の２次コイル１４、１５が差動的に接続されて、その差動合成出力信号が整流回路４５に入力され、両者の差Ｄ（θ）－Ｂ（θ）＝－２ｃｏｓθｓｉｎωｔを整流した直流電圧が求められる。こうして温度補償したコサイン特性の検出出力信号が得られる。各整流回路４４、４５の出力はゲイン及びオフセット調整回路４６、４７にそれぞれ入力され、ゲイン調整されると共に所望のオフセット電圧を加算（又は減算）してオフセット調整される。ゲイン及びオフセット調整回路４６からは、サイン特性の位置検出直流電圧信号Ｖsinを得る。また、ゲイン及びオフセット調整回路４７からは、コサイン特性の位置検出直流電圧信号Ｖcosを得る。

　図９は、本発明の誘導型位置検出装置を回転位置検出装置として構成した別の実施例を示す図であり、（ａ）は１次コイル用基板５５を示し、該基板５５上に１個の１次コイル１１がプリント配線されている。１次コイル１１は、上記各実施例と同様に、自励発振回路２０内にインダクタンス要素（１１）として組み込まれている。（ｂ）はターゲット用基板５３を示し、該基板５３上に銅あるいはアルミニウムのような非磁性良導電体からなる、湾曲又は屈曲した線状の、ターゲットパターン５４がプリント配線されている。（ｃ）は２次コイル用基板５６を示し、該基板５６上に複数の２次コイル１２～１５がプリント配線されている。一例として、その円周方向の７２度（５等分）の範囲において、４つの２次コイル１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃが等間隔で（１８度の間隔で）順次配列される。これらの２次コイル１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃは、図１又は図８等における２次コイル１２～１５に対応するものであり、それぞれ、プラスサイン特性＋sinθ、プラスコサイン特性＋cosθ、マイナスサイン特性－sinθ、マイナスサイン特性－cosθに対応する。（ｄ）は、各基板５３、５５、５６を組み立てて誘導型回転位置検出装置を構成した状態を示す側面図である。すなわち、ターゲット用基板５３は回転軸４０に取り付けられてロータ部を構成し、検出対象の回転に伴って回転軸４０と共に回転する。１次コイル用基板５５と２次コイル用基板５６とがステータ部を構成し、該基板５５と５６の間に、ターゲット用基板５３を回転自在に配置する。

　更に、２次コイル用基板５６においては、上記４つの２次コイル１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃのセットと同様の構成からなる２次コイルセットが、円周方向の残りの２８８度の範囲において、４セット等間隔で配列されている。従って、合計５セットの２次コイル１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃが等間隔で設けられている。ターゲットパターン５４は、１回転（３６０度）につき５セット（Ｎセット）の２次コイル１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃの配列周期（１／５＝１／Ｎ回転）に対応して、１回転につき５サイクル（Ｎサイクル）の変化特性を示すような曲線状の変化を示すように形成されている。非磁性良導電体からなるターゲットパターン５４は、閉ループを形成しており、１次コイル１１により発生される交流磁界に応じて誘導電流が流れる。このターゲットパターン５４の誘導電流に応じて生ずる磁界に対して２次コイル１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃが結合し、該２次コイル１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃに誘導電流が流れる。ターゲットパターン５４に対する各２次コイル１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃの結合度は、該ターゲットパターン５４の屈曲形状の故に（各コイルに及ぼす磁束量がその位置に応じて変化するため）、検出対象位置に応じて変化する。ターゲットパターン５４の曲線形状の５サイクル（Ｎサイクル）の変化は、各２次コイル１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃに対して回転位置に応じた磁気結合変化（誘導電流変化）をもたらす。これにより、回転位置に応じた検出信号を各２次コイル１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃから得る。

　図１０は、本発明の誘導型位置検出装置を直線位置検出装置として構成した別の実施例を示す図であり、コイル基板上にプリント配線された１個の１次コイル１１及び４個の２次コイル１２～１５と、ターゲット基板上にプリント配線された非磁性良導電体からなる、湾曲又は屈曲した線状の、ターゲットパターン５８とを含み、コイル基板に対してターゲット基板が相対的に直線変位可能に構成される。１次コイル１１は、上記各実施例と同様に、自励発振回路２０内にインダクタンス要素（１１）として組み込まれている。

　４つの２次コイル１２、１３、１４、１５は、ターゲットパターン５８の相対的直線変位方向に関して等間隔で順次配置されており、前記実施例と同様に、それぞれ、プラスサイン特性＋sinθ、プラスコサイン特性＋cosθ、マイナスサイン特性－sinθ、マイナスサイン特性－cosθに対応する。ターゲットパターン５８は、２次コイル１２、１３、１４、１５の１サイクル配列長４ｋに対して、１サイクルの変化特性を示すような曲線状の変化を示すように形成されている。なお、隣接する２次コイル１２、１３の間隔をｋとする。ターゲットパターン５８のサイクル数は、１サイクルに限らず、検出対象直線変位の範囲に応じて、任意のサイクル数に設定してよい。一例として、図９の例と同様に、非磁性良導電体からなるターゲットパターン５８は、閉ループを形成するように適宜に構成するものとし、これにより、１次コイル１１により発生される交流磁界に応じてターゲットパターン５８において誘導電流が流れるようにする。このターゲットパターン５８の誘導電流に応じて生ずる磁界に対して２次コイル１２、１３、１４、１５が結合し、該２次コイル１２、１３、１４、１５に誘導電流が流れる。ターゲットパターン５８の曲線形状のサイクル性の変化は、各２次コイル１２、１３、１４、１５に対して直線位置に応じた磁気結合変化（誘導電流変化）をもたらす。これにより、検出対象直線位置に応じた検出信号を各２次コイル１２、１３、１４、１５から得る。

Claims

　交流信号で励磁される１次コイルと、前記１次コイルによる誘導出力を生じるように配置された２次コイルとを含むコイル部と、
　前記コイル部に含まれる前記１次コイルとコンデンサによって構成された自励発振回路であって、該自励発振回路は、前記１次コイルを自励発振のためのインダクタンス要素として組み込んでいるものと、
　検出対象位置に応じて前記コイル部との相対的位置が変位するよう配置されたターゲット部であって、この相対的位置に応じて前記コイル部内の前記２次コイルのインダクタンスを変化させるように構成された磁気応答部材からなる前記ターゲット部と、
　前記２次コイルの出力信号の振幅レベルに基づき前記検出対象の位置データを出力する出力回路と
を具えた誘導型位置検出装置。
　前記自励発振回路は、その発振周波数を数百ｋＨｚ以上の高周波数帯域に設定している、請求項１の誘導型位置検出装置。
　前記出力回路は、前記２次コイルの出力信号を整流する整流回路と、前記整流回路の出力直流信号のレベルをオフセット調整すると共に、そのゲインを調整する回路を含む、請求項１又は２の位置検出装置。
　前記１次及び２次コイルは、プリント基板上に渦巻き状に形成されたフラットコイルからなる、請求項１乃至３のいずれかの誘導型位置検出装置。
　１つの前記１次又は２次コイルを構成する前記フラットコイルは多層状に重ねて配列された複数フラットコイル部分を直列接続したものからなる、請求項４の誘導型位置検出装置。
　前記２次コイルは、少なくとも１対の２次コイルを含み、該１対の２次コイルにおける各コイルは所定の間隔で離隔されて配置されており、
　前記ターゲット部は、該１対の２次コイルにおける各コイルのインダクタンス変化が互いに逆特性を示すように構成してなり、
　前記１対の２次コイルの出力信号を差動的に合成して１つの出力信号を形成するように構成された、請求項１乃至５のいずれかの誘導型位置検出装置。
　前記２次コイルは、２対の２次コイルを含み、
　一方の１対の２次コイルに基づく合成出力信号が検出対象位置に対してサイン関数特性を示し、他方の１対の２次コイルに基づく合成出力信号が検出対象位置に対してコサイン関数特性を示す、請求項６の誘導型位置検出装置。
　前記検出対象は回転方向に変位し、回転位置検出装置として構成された請求項１乃至７のいずれかの誘導型位置検出装置。
　請求項１乃至８のいずれかの誘導型位置検出装置で構成される第１の回転位置検出装置と、
　請求項１乃至８のいずれかの誘導型位置検出装置で構成される第２の回転位置検出装置と、
　前記検出対象の回転変位を前記第１及び第２の回転位置検出装置に対して異なる伝達比で伝達する伝達手段と
を具備し、前記第１及び第２の回転位置検出装置の検出出力の組み合わせにより多回転にわたるアブソリュート位置検出が可能な多回転誘導型位置検出装置。
　前記検出対象は直線方向に変位し、直線位置検出装置として構成された請求項１乃至７のいずれかの誘導型位置検出装置。
　前記検出対象は円弧状に変位し、傾き検出装置として構成された請求項１乃至７のいずれかの誘導型位置検出装置。
　前記ターゲット部の前記磁気応答部材は、非磁性良導電体からなる湾曲又は屈曲した線状を成している、請求項１乃至１１のいずれかの誘導型位置検出装置。
　前記線状を成している前記磁気応答部材は、前記１次コイルの磁界による誘導電流が流れるように、閉ループを形成している請求項１２の誘導型位置検出装置。