(57)【要約】【課題】構成において簡易であると共に、検出応答性を改善し、さらに温度などの外乱に対するタフネスも向上させるようにした位置検出装置を提供する。【解決手段】固定側１０ａに固定される２個の導電板１２，１４と、変位側１０ｂに固定されると共に、複数個の導電体と対向した位置に配置される変位側導電板１６と、固定側導電板に互いに異なる位相で電力を供給する電源１８，２０と、２個の固定側導電板と変位側導電板の間でそれぞれ生じる静電容量比を電位変化の位相として検出する位相検出回路３０と、検出された位相から変位量または絶対角を演算する演算回路３２とを備える。【選択図】図１
2007304072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側に固定される複数個の固定側導電体と、変位側に固定されると共に、前記複数個の導電体と対向した位置に配置される変位側導電体と、前記複数個の固定側導電体に互いに異なる位相で電力を供給する第１、第２の電力供給手段と、前記複数個の固定側導電体と前記変位側導電体の間でそれぞれ生じる静電容量比を電位変化の位相として検出する位相検出手段と、前記検出された位相から変位量または絶対角を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記固定側導電体と前記変位側導電体は、一定の離間距離をもって相対的に移動すると共に、前記演算手段は前記検出された位相から変位量を演算することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記固定側導電体と前記変位側導電体は、一定の離間距離をもって相対的に回転すると共に、前記演算手段は前記検出された位相から絶対角を演算することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は位置検出装置に関し、より詳しくはレゾルバに類似した構造を備えた位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の位置検出装置としては、例えば特許文献１に記載される技術が知られている。その技術にあっては、コイルとコンデンサで共振回路を構成し、コイルの自己インダクタンスまたはコンデンサの静電容量を変位に対して変化させると共に、変位によって共振回路の共振周波数の変化を検出することで、変位量の検出精度を向上させている。
【特許文献１】特開２００２−２０６９４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術においては静電容量に基づいて変位量を検出しているが、静電容量は間隔が所期のものから微小にずれても変化してしまうことから、検出条件を整えるのが煩瑣であるという不都合があった。また、静電容量から変位を求めるには共振周波数の検出が必要となるが、その共振周波数の検出にフィードバックを用いているため、検出の応答性に限界があった。また、共振周波数は、変位のみならず、温度などの外乱の影響を受けやすいという問題もあった。
【０００４】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、構成において簡易であると共に、検出応答性を改善し、さらに温度などの外乱に対するタフネスも向上させるようにした位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る位置検出装置にあっては、固定側に固定される複数個の固定側導電体と、変位側に固定されると共に、前記複数個の導電体と対向した位置に配置される変位側導電体と、前記複数個の固定側導電体に互いに異なる位相で電力を供給する第１、第２の電力供給手段と、前記複数個の固定側導電体と前記変位側導電体の間でそれぞれ生じる静電容量比を電位変化の位相として検出する位相検出手段と、前記検出された位相から変位量または絶対角を演算する演算手段とを備える如く構成した。
【０００６】
請求項２に係る位置検出装置にあっては、前記固定側導電体と前記変位側導電体は、一定の離間距離をもって相対的に移動すると共に、前記演算手段は前記検出された位相から変位量を演算する如く構成した。
【０００７】
請求項３に係る位置検出装置にあっては、前記固定側導電体と前記変位側導電体は、一定の離間距離をもって相対的に回転すると共に、前記演算手段は前記検出された位相から絶対角を演算する如く構成した。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る位置検出装置にあっては、複数個の固定側導電体と変位側導電体の間でそれぞれ生じる静電容量比を電位変化の位相として検出し、検出された位相から変位量または絶対角を演算する如く構成したので、上記した従来技術の欠点を解消することができ、構成において簡易であると共に、検出応答性を改善することができ、さらに温度などの外乱に対するタフネスも向上させることができる。
【０００９】
請求項２に係る位置検出装置にあっては、固定側導電体と変位側導電体は一定の離間距離をもって相対的に移動すると共に、検出された位相から変位量を演算する如く構成したので、上記した効果に加え、固定側に対する変位側の変位量の変化を精度良く検出することができる。
【００１０】
請求項３に係る位置検出装置にあっては、固定側導電体と変位側導電体は一定の離間距離をもって相対的に回転すると共に、検出された位相から絶対角を演算する如く構成したので、上記した効果に加え、固定側に対する変位側の絶対角の変化を精度良く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面に即してこの発明に係る位置検出装置を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、この発明の第１実施例に係る位置検出装置を模式的に示す説明断面図である。
【００１３】
図１において、符号１０は位置検出装置を示す。位置検出装置１０は、固定側１０ａに固定（配置）された複数個、具体的には２個の導電板（導電体）１２，１４と、変位側１０ｂに固定（配置）された１個の導電板（導電体）１６を備える。導電板１２，１４は、電気的に接続しないように微小の間隔をおいて離間して配置される。
【００１４】
導電板１６は導電板１２，１４に対して平行移動しつつ（距離を変えることなく）、変位に応じて重合（オーバーラップ）する面積を変化させるように構成される。理解の便宜のため、導電板１６のうち、導電板１２と重合する部分を１６ａ、導電板１４と重合する部分を１６ｂと示す。
【００１５】
導電板１２，１４はそれぞれ、電源１８，２０に接続される。電源１８，２０は、互いに既知の異なる位相をもって変化する電圧（交流電圧）を生じて導電板１２，１４に供給する。導電板１６は、同様に変位側１０ｂに固定された導電板２２に電線２４を介して電気的に接続される。導電板２２は、対向して配置された固定側１０ａの導電板２６に対して平行移動しつつ、常に一定の重合面積をもつように配置される。
【００１６】
導電板２６は位相検出回路３０に接続され、そこで静電容量比の変化に起因する電位あるいは電流変化の位相が検出される。位相検出回路３０は演算回路３２に接続され、その出力、即ち、検出された位相は演算回路３２に入力され、そこで検出された位相から変位量が演算される。導電板１２，１４，１６は矩形状を呈すると共に、銅箔などの導電材からなる。位相検出回路３０と演算回路３２は、具体的には、マイクロコンピュータからなる。
【００１７】
図２は位置検出装置１０の適用例を示す模式図である。この実施例に係る変位検出装置１０は、例えば、車両のサスペンションの変位の検出に適用可能であり、その場合、固定側１０ａは車体（図示せず）に連結されるシリンダ１００からなると共に、変位側１０ｂはアクスル（図示せず）に連結されるピストン１０２からなる。
【００１８】
それらに出力側カップリングとして導電板２２，２６が接続され、位相が検出される。変位検出装置１０の出力に基づき、例えば、アクティブサスペンションにおけるフィードバック信号が生成される。
【００１９】
図１の説明に戻ると、図示の構成において、導電板１２，１４，１６は、奥行き方向長さをＬ，横方向長さをＷ、導電板１２の（図１において）左端から導電板１６の左端までの距離をｘとすると、１６ａの部分の面積Ｓ16aと１６ｂの部分の面積Ｓ16bは以下の通りとなる。
Ｓ16a＝Ｌ×（Ｗ−ｘ）
Ｓ16b＝Ｌ×ｘ
導電板１２，１４と導電板１６は、その間の離間距離を常に一定のｄに保ちつつ、相対的に移動（平行移動）する。
【００２０】
電源１８，２０によって導電板１２，１４に生じる電位Ｖをそれぞれ以下とする。
Ｖ12＝Ｖ０×ｃｏｓ（ωｔ）、Ｖ14＝Ｖ０×ｓｉｎ（ωｔ）
上記でＶ０およびωは適当な定数であり、ｔは時間を表わす変数である。
【００２１】
１６ａ，１６ｂの部分の静電容量はそれぞれ以下の如くになる。
Ｃ16a＝εL（Ｗ−ｘ）／ｄ
Ｃ16b＝εLｘ／ｄ
上記でεは空気中の誘電率を表わす。
【００２２】
従って、導電板１６に生じる電荷Ｑは、以下のようになる。
Q＝εＶ０／ｄ×（（Ｗ−ｘ）ｃｏｓ（ωｔ）＋ｘｓｉｎ（ωｔ））
＝εＶ０／ｄ×√（Ｗ２−２Ｗｘ＋２ｘ２）ｃｏｓ（ωｔ−φ）・・・式１
ただし、ｔａｎφ＝ｘ／（Ｗ−ｘ）である。
【００２３】
一方、導電板２２，２６によって決定される静電容量は、重合面積と導電板間の距離が一定であるため、常に一定となるので、位相検出回路３０には、上記したＱの位相を反映した電圧が入力される。従って、位相検出回路３０は、式１よりｔａｎφを導出し、演算回路３２に出力する。演算回路３２は、入力されたｔａｎφより変位ｘを演算する。
【００２４】
この検出の原理について若干説明を補足すると、導電板２６に生じる電荷Ｑは、上記の式１で示す如くとなるので、出力される電流Ｉは、図３の下部に式２として示す如くとなる。即ち、電源１８，２０が出力する交流の周波数が高い、換言すればωが大きい場合を想定しているので、∂ｘ／∂ｔ≒０、即ち、変位ｘを定数と見做している。その電流Ｉを電流センサ（図示せず）により電圧に変換し、式３に示す電位Ｖ’を求め、その中のφから静電容量比を求め、それから変位ｘを演算する。
【００２５】
第１実施例に係る位置検出装置１０にあっては、導電板１２，１４と導電板１６の間に構成されるコンデンサの静電容量比が変位によって変化することにより、導電板１６側の電位変化の位相が電源１８，２０の位相の間で変化し、その導電板１６側の電位変化は、導電板２２，２６によって構成されるコンデンサを介して位相検出回路３０に入力され、位相検出回路３０が入力された電位変化の位相を演算回路３２に出力する如く構成した。それによって、簡易な構成でありながら、従来技術のようにフィードバックなどの時間を要する処理を用いることなく、変位を迅速にかつ精度良く検出することができる。
【００２６】
また、変位に伴う位相の変化は、導電板１２，１６および導電板１４，１６によって構成される２個のコンデンサの静電容量比となるため、固定側と変位側の距離変化や温度による静電容量の変化が相殺され、外乱に影響されずに、変位を精度良く検出することができる。
【実施例２】
【００２７】
図４は、この発明の第２実施例に係る位置検出装置を模式的に示す説明断面図である。
【００２８】
第２実施例において、位置検出装置１０は絶対角検出器として構成され、半径ｒ、奥行きＬの円筒形状を呈すると共に、円筒の軸を中心に自由に回転する変位側１０ｂと、変位側１０ｂと一致した中心軸をもつ、半径ｒ＋ｄ、奥行きＬの円筒形状の中空をもつ固定側１０ａにより構成される。ただし、ｄはｒに対して十分短い距離とする。
【００２９】
第２実施例に係る位置検出装置１０は、例えば、図５に示す如く、内燃機関１０４のクランクシャフト１０６の一端に固定されてクランク角度を検出するように構成される。よって得られた検出角度は、給排気バルブのタイミングの制御などに使用される。
【００３０】
第２実施例において、固定側１０ａには導電板（導電体）４２，４４が配置され、その導電板と対向するように、変位側１０ｂに導電板（導電体）４６が配置され、変位側１０ｂの絶対角の変化により、導電板４６の面積のうち、導電板４２と重なる面積４６ａと、導電板４４と重なる面積４６ｂが変化するように構成される。
【００３１】
導電板４６は、変位側１０ｂに配置された導電板（導電体）４８に電線５０を介して電気的に接続され、導電板４８と対向するように、固定側１０ａに導電板（導電体）５２が配置され、導電板４８と導電板５２の重合する面積および間隔（離間距離）は、絶対角にかかわらず、一定とされる。
【００３２】
導電板４２，４４はそれぞれ電源５４，５６に接続され、電源５４，５６はそれぞれ以下の電位を生じて導電板４２，４４に供給する。
Ｖ42＝Ｖ０×ｃｏｓ（ωｔ）
Ｖ44＝Ｖ０×ｓｉｎ（ωｔ）
【００３３】
導電板４２，４４，４６は、奥行き方向長さＬ，円周方向長さＷの長方形を円筒に貼り付けたような形状を呈し、導電板４２、４４と導電板４６の間の間隔（離間距離）は、ＬやＷに対して十分小さな一定の距離ｄに保たれる。
【００３４】
導電板４２の上端から導電板４６の上端までの長さを図４に示すようにｘとすると、４６ａ部分と４６ｂ部分の面積は以下の通りとなる。
Ｓ46a＝Ｌ×（Ｗ−ｘ）
Ｓ46b＝Ｌ×ｘ
上記で、第１実施例と同様、Ｖ０およびωは適当な定数、ｔは時間を表わす変数である。
【００３５】
上記した構成において、位相検出回路３０と演算回路３２で第１実施例と同様の処理を行うことにより、変位ｘを検出し、それから絶対角θを下記の通りに検出することができる。
θ＝ｘ／ｒ[ｒａｄ]
【００３６】
第２実施例に係る位置検出装置１０にあっても、導電板４２，４４と導電板４６の間に構成されるコンデンサの静電容量比が変位によって変化することにより、導電板４６側の電位変化の位相が電源５４，５６の位相の間で変化し、その導電板４６側の電位変化は、導電板４８，５０によって構成されるコンデンサを介して位相検出回路３０に入力され、位相検出回路３０が入力された電位変化の位相を演算回路３２に出力する如く構成したので、簡易な構成でありながら、従来技術のようにフィードバックなどの時間を要する処理を用いることなく、絶対角を迅速にかつ精度良く検出することができる。
【実施例３】
【００３７】
図６は、この発明の第３実施例に係る位置検出装置を模式的に示す説明断面図である。
【００３８】
第３実施例に係る位置検出装置１０も絶対角検出器として構成され、半径ｒの円盤形状を呈し、円盤の中心軸を中心に自由に回転する変位側１０ｂと、変位側１０ｂと一致した中心軸をもつ、半径ｒの同様に円盤形状を呈する固定側１０ａにより構成される。ただし、固定側円盤と変位側円盤は、ｒに対して十分小さな距離ｄをもって平行に保たれる（相対回転する）。
【００３９】
固定側１０ａに導電板（導電体）６２，６４が配置され、その導電板と対向するように、変位側１０ｂに導電板（導電体）６６が配置され、変位側１０ｂの絶対角の変化により、導電板６６の面積のうち、導電板６２と重なる面積６６ａと、導電板６４と重なる面積６６ｂが変化するように構成される。
【００４０】
導電板６６は、変位側１０ｂに配置された導電板（導電体）６８に電線７０を介して電気的に接続され、導電板６８と対向するように、固定側１０ａに導電板（導電体）７２が配置される。導電板６８と導電板７２の重合する面積および間隔（離間距離）は、絶対角にかかわらず、一定とされる。
【００４１】
導電板６２，６４はそれぞれ電源７４，７６に接続され、電源７４，７６はそれぞれ以下のような電位を生じて導電板６２，６４に供給する。
Ｖ62＝Ｖ０×ｃｏｓ（ωｔ）
Ｖ64＝Ｖ０×ｓｉｎ（ωｔ）
【００４２】
導電板６２，６４，６６は、外周半径ｒ、内周半径ｒ’、円周方向の長さがλの扇形状を呈し、導電板６２，６４と導電板６６の間の間隔（離間距離）は、ｒ，ｒ’やλに対して十分小さな一定の距離ｄに保たれる。
【００４３】
導電板６２の上端から導電板６４の上端までの長さを図６に示すようにｘとすると、６６ａ部分と６６ｂ部分の面積は下記の通りとなる。
Ｓ66a＝（λ−ｘ）×（ｒ−ｒ’）／２
Ｓ66b＝ｘ×（ｒ−ｒ’）／２
従前の実施例と同様、Ｖ０およびωは適当な定数、ｔは時間を表わす変数である。
【００４４】
上記した構成において第１実施例と同様の処理を行うことにより、変位ｘを検出し、それから絶対角θを下記の如く検出することができる。
θ＝ｘ／ｒ[ｒａｄ]
【００４５】
第３実施例に係る位置検出装置１０にあっても、導電板６２，６４と導電板６６の間に構成されるコンデンサの静電容量比が変位によって変化することにより、導電板６６側の電位変化の位相が電源７４，７６の位相の間で変化し、その導電板６６側の電位変化は、導電板６８，７２によって構成されるコンデンサを介して位相検出回路３０に入力され、位相検出回路３０が入力された電位変化の位相を演算回路３２に出力する如く構成したので、簡易な構成でありながら、従来技術のようにフィードバックなどの時間を要する処理を用いることなく、絶対角を迅速にかつ精度良く検出することができる。
【００４６】
第１から第３実施例に係る位置検出装置１０にあっては、上記の如く、固定側１０ａに固定される複数個の、より具体的には２個の固定側導電体（導電板１２，１４、導電板４２，４４、導電板６２，６４）と、変位側１０ｂに固定されると共に、前記複数個の導電体と対向した位置に配置される変位側導電体（導電板１６、導電板４６、導電板６６）と、前記複数個の固定側導電体に互いに異なる位相で電力を供給する第１、第２の電力供給手段（電源１８，２０、電源５４，５６、電源７４，７６）と、前記複数個の固定側導電体と前記変位側導電体の間でそれぞれ生じる静電容量比を電位変化の位相として検出する位相検出手段（位相検出回路３０）と、前記検出された位相から変位量または絶対角を演算する演算手段（演算回路３２）とを備える如く構成した。
【００４７】
また、前記固定側導電体と前記変位側導電体（導電板１２，１４，１６）は、一定の離間距離をもって相対的に移動すると共に、前記演算手段は前記検出された位相から変位量ｘを演算する如く構成した。
【００４８】
また、前記固定側導電体と前記変位側導電体（導電板４２，４４，４６，６２，６４，６６）は、一定の離間距離をもって相対的に回転すると共に、前記演算手段は前記検出された位相から絶対角θを演算する如く構成した。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の第１実施例に係る位置検出装置を模式的に示す説明図である。
【図２】図１に示す位置検出装置の適用例を示す説明図である。
【図３】図２に示す位置検出装置の検出原理を示す説明図である。
【図４】この発明の第２実施例に係る位置検出装置を模式的に示す説明図である。
【図５】図４に示す位置検出装置の適用例を示す説明図である。
【図６】この発明の第３実施例に係る位置検出装置を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  位置検出装置、１０ａ  固定側、１０ｂ  変位側、１２，４２，６２  固定側の導電板（導電体）、１４，４４，６４  固定側の導電板（導電体）、１６，４６，６６  変位側の導電板（導電体）、１８，２０，５４，５６，７４，７６  電源（第１、第２の電力供給手段）、２２，４８，６８  変位側の導電板（導電体）、２６，５２，７２  固定側の導電板（導電体）、３０  位相検出回路、３２  演算回路
【図１】
2007304072.tif 000003
【図２】
2007304072.tif 000004
【図３】
2007304072.tif 000005
【図４】
2007304072.tif 000006
【図５】
2007304072.tif 000007
【図６】
2007304072.tif 000008