(57)【要約】【課題】出力特性を容易に変更することができ、しかも製品毎の出力特性の変動を抑制することができるポジションセンサを提供することにある。【解決手段】ポジションセンサ１は、検出コイル２０およびコア２１を有した位置検出部２と、検出コイル２０の温度を検出する温度検出部３と、位置検出部２の検出電圧および温度検出部３の検出温度より検出コイル２０に対するコア２１の位置に対応する値の出力信号を出力するマイコンからなる処理装置４とを備え、処理装置４は、書き換え可能な記憶領域に検出電圧と検出温度と上記位置との関係を表す位置決定用データテーブルおよび上記位置に対応する出力信号の値を示す出力特性データが書き込まれた記憶部４１と、検出電圧および検出温度に対応する上記位置を位置決定用データテーブルから取得するとともに取得した上記位置に対応する出力信号の値を出力特性データより求める演算処理部４０を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料からなるコアが巻軸方向に相対変位する形に配置された検出コイルを有した位置検出部と、検出コイルの温度を検出する温度検出部と、検出コイルの両端間の電圧よりなる検出電圧および温度検出部の検出温度に基づいて検出コイルに対するコアの位置に対応する値の出力信号を出力する処理装置とを備え、
処理装置は、ＣＰＵからなる演算処理部と、演算処理部で実行するプログラムが記憶された記憶領域および演算処理部の作業領域となる記憶領域を有した記憶部と、位置検出部の検出電圧および温度検出部の検出温度を演算処理部に入力する入力部と、検出コイルに位置検出用の電流を供給する電流供給部とを具備したマイクロコントローラからなり、
記憶部は、書き換え可能な記憶領域を有し、
当該書き換え可能な記憶領域には、上記検出電圧と上記検出温度と上記位置との関係を表す位置決定用データテーブルと、上記位置に対応する上記出力信号の値を示す出力特性データとが書き込まれ、
演算処理部は、入力部より入力された上記検出電圧および上記検出温度に対応する上記位置を位置決定用データテーブルから取得する位置取得処理と、
位置取得処理で取得した上記位置に対応する出力信号の値を出力特性データより求める出力演算処理とを行うことを特徴とするポジションセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触型のポジションセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、検出コイルにコアを挿入し、検出コイルのインピーダンスの変化を検出して、検出コイルに対するコアの位置を示す出力信号を出力するポジションセンサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に示すものは、検出部と、駆動回路と、信号処理回路とで構成される。検出部は、中空の検出コイルと、検出コイルが外周面に巻装される円筒状のコイルボビンと、コイルボビン内（検出コイル内）に出没自在に設けられ、検出コイルに対してその中心軸（巻軸）方向に相対変位する磁性材料からなる棒状のコアとを備え、樹脂製のケースに収納された状態や、樹脂モールドされた状態で用いられる。
【０００４】
駆動回路は、所定値の直流電圧に所定の周波数および振幅の交流電圧を重畳した定電圧を発生する発振回路と、発振回路が出力する定電圧を定電流に変換して検出コイルに供給する電圧−電流変換回路とで構成される。
【０００５】
信号処理回路は、駆動回路が出力する定電流および検出コイルのインピーダンスにより決まる検出コイルの両端間の電圧のピーク値に応じて、検出コイルに対するコアの位置を示す出力信号を出力する。特許文献１に示す信号処理回路は、ピークホールド回路と、ＡＤ変換回路と、デジタル演算ブロックとを有し、デジタル演算ブロックは、レベルシフト部と、温度補償部と、増幅部とで構成される。ピークホールド回路は検出コイルの両端間の電圧のピーク値を抽出し、ＡＤ変換回路はピークをデジタル信号に変換する。デジタル演算ブロックのレベルシフト部は、デジタル信号演算としてレベルシフト部で所定のデジタル量を加算してレベルシフトを行ったデジタル信号を出力し、温度補償部は、温度補償を実行する演算をデジタル信号に対して行い、増幅部は、温度補償部が出力するデジタル信号を増幅して、デジタル信号の出力信号を出力する。
【特許文献１】特開２００４−２９００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したようなポジションセンサを作製するにあたっては、専用のＡＳＩＣ（ApplicationSpecific Integrated Circuit）が用いられることが多い。
【０００７】
しかしながら、専用のＡＳＩＣを用いた場合、ＡＳＩＣは動作内容を容易に変更することができないから、検出コイルに対するコアの位置に対する出力信号の値（すなわち出力特性）を所望の出力特性に変更することが困難であった。また、検出コイルは特性変動やばらつきが大きいから、このような検出コイルの特性変動などによって、製品毎に出力特性が異なってしまうことが多々あった。上述したようにＡＳＩＣは動作内容を容易に変更することができないから、製品毎の出力特性の変動を抑制することが難しかった。
【０００８】
本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、出力特性を容易に変更することができ、しかも製品毎の出力特性の変動を抑制することができるポジションセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明では、磁性材料からなるコアが巻軸方向に相対変位する形に配置された検出コイルを有した位置検出部と、検出コイルの温度を検出する温度検出部と、検出コイルの両端間の電圧よりなる検出電圧および温度検出部の検出温度に基づいて検出コイルに対するコアの位置に対応する値の出力信号を出力する処理装置とを備え、処理装置は、ＣＰＵからなる演算処理部と、演算処理部で実行するプログラムが記憶された記憶領域および演算処理部の作業領域となる記憶領域を有した記憶部と、位置検出部の検出電圧および温度検出部の検出温度を演算処理部に入力する入力部と、検出コイルに位置検出用の電流を供給する電流供給部とを具備したマイクロコントローラからなり、記憶部は、書き換え可能な記憶領域を有し、当該書き換え可能な記憶領域には、上記検出電圧と上記検出温度と上記位置との関係を表す位置決定用データテーブルと、上記位置に対応する上記出力信号の値を示す出力特性データとが書き込まれ、演算処理部は、入力部より入力された上記検出電圧および上記検出温度に対応する上記位置を位置決定用データテーブルから取得する位置取得処理と、位置取得処理で取得した上記位置に対応する出力信号の値を出力特性データより求める出力演算処理とを行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明によれば、演算処理部では、入力部より入力された検出電圧および検出温度に対応する検出コイルに対するコアの位置を、記憶部の書き換え可能な記憶領域に書き込まれた位置決定用データテーブルから取得して、取得した検出コイルに対するコアの位置に対応する出力信号の値を、記憶部の書き換え可能な記憶領域に書き込まれた出力特性データより求めるので、記憶部の出力特性データを書き換えることによって出力特性を容易に変更することができ、しかも、位置検出用データテーブルを利用することで検出コイルの特性変動やばらつき、温度変化による影響を無くすことができるから、製品毎の出力特性の変動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、出力特性を容易に変更することができ、しかも製品毎の出力特性の変動を抑制することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施形態のポジションセンサ１は、例えばモータ１００（図２参照）の出力軸１１０の変位量（回転角度）を検出するために使用される。ポジションセンサ１は、図１（ａ）に示すように、検出コイル２０および出力軸１１０の変位（回転）に応じて検出コイル２０の巻軸方向に進退するコア２１を有した位置検出部２と、検出コイル２０の温度を検出する温度検出部３と、検出コイル２０の両端間の電圧（検出電圧）と温度検出部３の検出出力（検出温度）に基づいて検出コイル２０に対するコア２１の位置に対応する値の出力信号を出力する処理装置４とを備える。
【００１３】
位置検出部２は、検出コイル２０およびコア２１に加えてコイルボビン２２を備える。コイルボビン２２は、例えば絶縁性を有する樹脂材料を用いた樹脂成形品からなり、所定の曲率で湾曲した筒状に形成される。コイルボビン２２の外周面にはコイルボビン２２の中心軸方向に沿って絶縁被覆電線などの導線が巻回され、これによって検出コイル２０が構成される。コア２１は磁性材料（一例としてはフェライト）によりコイルボビン１１と略同じ曲率で湾曲した弧状に形成される。コア２１は一端部が出力軸１１０に連結され、出力軸１１０が所定方向（図１（ａ）における時計周り方向）に回転した際に、コイルボビン２２の内側（すなわち検出コイル２０の内側）への挿入量が増加し、出力軸１１０が上記所定方向と逆方向（図１（ａ）における反時計周り方向）に回転した際に、コイルボビン２２の内側への挿入量が減少する。そのため、検出コイル２０に対するコア２１の位置は出力軸１１０の回転角度により決定される。したがって、処理装置４が出力する出力信号の値は、出力軸１１０の回転角度に対応する値となる。
【００１４】
温度検出部３は、熱電対やサーミスタなどの温度検出素子を利用した温度センサである。温度検出部３は検出コイル２０の近傍に配置される。本実施形態では検出コイル２０の近傍（周辺）の温度を検出コイル２０の温度として検出する。なお、温度検出部３は上述の例に限定されるものではなく従来から提供されている種々の温度センサを採用することができる。また温度検出部３は検出コイル２０の温度を直接的に検出する構成のものでもよい。
【００１５】
処理装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）からなる演算処理部４０と、書き換え可能な不揮発性メモリ（一例としてはフラッシュメモリ）を備え演算処理部４０で実行するプログラムが記憶された記憶領域および演算処理部４０の作業領域となる記憶領域を有した記憶部４１と、外部インターフェースとなる入出力部４２と、検出コイル２０に位置検出用の電流を供給する電流供給部４３とを具備するマイクロコントローラ（マイクロコンピュータ、略称としてマイコン、広義にはＣＰＵとも称される）である。
【００１６】
電流供給部４３は、図示しない外部電源より供給された電力を元にして所定値の直流電圧に所定の周波数および振幅の交流電圧を重畳してなる定電圧を発生する発振回路（図示せず）と、当該発振回路（図示せず）が発生する定電圧を電流（定電流）に変換して検出コイル２０に出力する電圧−電流（Ｖ／Ｉ）変換回路（図示せず）とを備える。当該電圧−電流変換回路が出力する定電流が位置検出用の電流となる。電流供給部４３から検出コイル２０に定電流が供給されると、定電流の大きさと検出コイル２０のインピーダンスの大きさとに応じた電圧が検出コイル２０の両端間に発生する。ここで、検出コイル２０のインピーダンスは、検出コイル２０内へのコア２１の挿入量に応じて増減するから、検出コイル２０の両端間にはコア２１の位置（すなわち出力軸１１０の回転角度）に応じた電圧（検出電圧）が発生する。なお、この種の電流供給部４３に用いる上記発振回路や上記電圧−電流変換回路は従来周知のものを採用できるから詳細な説明は省略する。
【００１７】
入出力部４２は、外部機器より入力されたアナログ形式の電気信号をディジタル（デジタル）形式の電気信号に変換して演算処理部４０に出力するＡ／Ｄ変換回路や、演算処理部４０が出力するディジタル形式の電気信号をアナログ形式の電気信号に変換して外部機器に出力するＤ／Ａ変換回路などを有する。したがって、位置検出部２の検出電圧および温度検出部３の検出温度は、入出力部４２のＡ／Ｄ変換回路によってディジタル形式の電気信号に変換されてから演算処理部４０に入力される。また、演算処理部４０が出力する後述の出力信号は、入出力部４２のＤ／Ａ変換回路によってアナログ形式の電気信号に変換されてから外部へ出力される。本実施形態では、入出力部４２が位置検出部２の検出電圧および温度検出部３の検出温度を演算処理部４０に入力する入力部となる。
【００１８】
演算処理部４０は、上述したように検出コイル２０の検出電圧と温度検出部３の検出温度に基づいて検出コイル２０に対するコア２１の位置に対応する値の出力信号を出力する。ここで、電流供給部４３が供給する位置検出用の電流は上述したように直流電圧に交流電圧を重畳して得られた定電圧を電流に変換したものであるので、検出コイル２０の両端間の電圧は上記所定の周波数で振動する。そのため、本実施形態における演算処理部４０では、入力された検出電圧のピーク（山ピーク、極大点）時の電圧（ピーク電圧）を用いる。
【００１９】
本実施形態における演算処理部４０は、出力信号の値を次のようにして決定する。まず、演算処理部４０は、入出力部４２より入力された検出電圧および検出温度に対応する検出コイル２０に対するコア２１の位置（出力軸１１０の回転角度）を位置決定用データテーブルから取得する位置取得処理を行う。位置取得処理は検出電圧の温度変化による影響を無くすために行われる。これは検出コイル２０の検出電圧が、図３に示すように温度によってその値が変化することを考慮したものである（つまり、検出コイル２０に対するコア２１の位置が同じであっても、温度が変化した際には、あたかも検出コイル２０に対するコア２１の位置が変化したかのような挙動を示す点を考慮したものである）。なお、図３のグラフは、出力軸１１０の回転角度に対する検出電圧の値を示しており、Ａのグラフの温度は−３０℃、Ｂのグラフの温度は２５℃、Ｃのグラフの温度は８０℃である。
【００２０】
上記の位置決定用データテーブルは、検出電圧（ピーク電圧）と検出温度と検出コイル２０に対するコア２１の位置（出力軸１１０の回転角度）との関係を表すものであり、記憶部４１の書き換え可能な記憶領域に書き込まれる。
【００２１】
この位置決定用データテーブルはポジションセンサ１のキャリブレーションを実行することにより作成される。以下にキャリブレーション時のポジションセンサ１の動作について説明する。まずキャリブレーションの前段階として、ポジションセンサ１を、モータ１００およびモータ１００の出力軸１１０の回転角度を検出するロータリエンコーダなどの角度検出器２００とともに恒温槽３００内に配置する。ここでモータ１００の回転および恒温槽３００の温度は図示しない制御装置により制御される。また、ポジションセンサ１の演算処理部４０に角度検出器２００の検出角度（すなわち出力軸１１０の回転角度）および恒温槽３００の温度を入力するために、入出力部４２に角度検出器２００および上記制御装置を接続する。また、キャリブレーションを行うにあたっては、キャリブレーションの範囲、すなわちキャリブレーションを行う温度の範囲および間隔（例えば範囲−３０℃〜９５℃、間隔５℃）と出力軸１１０の回転角度の範囲および間隔（例えば範囲０度〜１６０度、間隔５度）を設定する。
【００２２】
キャリブレーションを開始すると、上記制御装置は恒温槽３００の温度を所定温度に設定する。そして、恒温槽３００の温度が所定温度になって所定時間経過（恒温槽３００内のポジションセンサ１の検出コイル２０の温度が恒温槽３００の温度と平衡するのに必要な時間が経過）した後に、モータ３０を回転させて出力軸１１０の回転角度を所定角度に設定する。このようにキャリブレーションの条件が整った後には、上記制御装置はポジションセンサ１にキャリブレーションを行う旨のメッセージを含む信号（キャリブレーション実行信号）を出力する。
【００２３】
演算処理部４０は、入出力部４２を介してキャリブレーション実行信号を受信すると、位置検出部２の検出電圧と、温度検出部３の検出温度と、角度検出器２００の検出角度と、恒温槽３００の温度とを用いて位置決定用データテーブルの作成を開始する。位置決定用データテーブルを作成するにあたっては、演算処理部４０は、温度検出部３の検出温度が恒温槽３００の温度に一致するように温度検出部３の検出温度を補正する。この補正後、演算処理部４０は、補正した温度検出部３の検出温度と、角度検出器２００の検出角度（出力軸１１０の回転角度）と、位置検出部２の検出電圧のピーク電圧とを関係付けて、記憶部４１の所定の記憶領域に書き込む。そして、演算処理部４０は書き込みが終了すると、上記制御装置に書き込みの終了したことを通知するメッセージを含む信号（終了通知信号）を入出力部４２から出力する。
【００２４】
上記制御装置は演算処理部４０より上記終了通知信号を受信すると、恒温槽３００の温度、または出力軸１１０の回転角度、あるいはその両方を変更することで、キャリブレーションの条件を変更する。キャリブレーションの条件を変更した後には、再度ポジションセンサ１に上記キャリブレーション実行信号を出力する。このような動作を繰り返し行うことによって、キャリブレーションの範囲の全てについて、位置決定用データテーブルが作成される。なお、位置決定用データテーブルの精度（温度の範囲および間隔と、出力軸１１０の回転角度の範囲および間隔）は、使用目的などに応じて適宜設定する。
【００２５】
演算処理部４０は、入出力部４２より得た検出温度に最も近い検出温度を位置決定用データテーブルの検出温度のなかから選択するとともに、選択した検出温度に対応するピーク電圧のなかから入出力部４２より得たピーク電圧に最も近いものを選択し、選択した検出温度およびピーク電圧に対応する上記位置（出力軸１１０の回転角度）を位置決定用データテーブルから取得する。
【００２６】
演算処理部４０は、位置取得処理によって出力軸１１０の回転角度を求めた後に、位置取得処理で取得した検出コイル２０に対するコア２１の位置（出力軸１１０の回転角度）に対応する出力信号の値を出力特性データより求める出力演算処理を行う。
【００２７】
上記の出力特性データは、図４に示すように、検出コイル２０に対するコア２１の位置（出力軸１１０の回転角度）に対応する出力信号の値、すなわち出力軸１１０の回転角度に対する出力信号の波形を示す演算式である。なお、出力特性データは演算式ではなくデータテーブルであってもよく、要は、検出コイル２０に対するコア２１の位置（出力軸１１０の回転角度）に対して出力信号の値が得られるものであればよい。
【００２８】
上述した出力特性データは、位置決定用データテーブルと同様に記憶部４１の書き換え可能な記憶領域に書き込まれる。すなわち、記憶部４１の書き換え可能な記憶領域には、検出電圧および検出温度から検出コイル２０に対するコア２１の位置に対応する値の出力信号を得るために必要な、位置決定用データテーブルと、出力特性データとが書き込まれる。したがって、ポジションセンサ１では、出力特性データを変更することによって、図４に示すように、出力特性（出力信号の波形）を変更することができる。例えば、回転角度と出力信号の値とに直線性が要求される場合には、図４にａで示すように回転角度と出力信号の値とが正比例するような出力特性を有する出力特性データを用いればよい。また、出力軸１１０の回転角度の中央付近でポジションセンサ１の感度を悪くしたい場合（中央に不感帯を設けたい場合）には、図４にｂで示すような出力特性を有する出力特性データを用いればよい。また、出力軸１１０の回転角度が小さいときと大きいときとで出力信号の変化幅を変えたい場合には、図４にｂで示すような出力特性を有する出力特性データを用いればよい。また、図４に示す例に限らず出力信号の波形は、ポジションセンサ１の使用用途などに応じて好適なものを選択することができる。
【００２９】
演算処理部４０は、位置取得処理によって求めた出力軸１１０の回転角度と出力特性データとから、検出コイル２０に対するコア２１の位置（出力軸１１０の回転角度）に対応する出力信号の値を求める出力演算処理を行い、この出力演算処理で求めた値を有する出力信号を入出力部４２に出力する。そして、入出力部４２はこの出力信号を、その値に応じた電圧を有する出力信号に変換して外部に出力する。
【００３０】
以上述べた本実施形態のポジションセンサ１によれば、演算処理部４０では、入出力部４２より入力された検出電圧および検出温度に対応する検出コイル２０に対するコア２１の位置を、記憶部４１の書き換え可能な記憶領域に書き込まれた位置決定用データテーブルから取得して、取得した検出コイル２０に対するコア２１の位置に対応する出力信号の値を、記憶部４１の書き換え可能な記憶領域に書き込まれた出力特性データより求めるので、記憶部４１の出力特性データを書き換えることによって出力特性を容易に変更することができ、しかも、位置検出用データテーブルを利用することで検出コイル２０の特性変動やばらつき、温度変化による影響を無くすことができるから、製品毎の出力特性の変動を抑制することができる。
【００３１】
なお、本実施形態のポジションセンサ１は、あくまでも本発明の一実施形態に過ぎないものであって、本発明の技術的範囲を本実施形態のポジションセンサ１に限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変更は当然に行える。例えば、本実施形態の位置検出部２は、コア２１が曲線上を移動するが、直線上を移動するものであってもよい。また、本実施形態では、コア２１を出力軸１１０に固定しているが、検出コイル２０（あるいはコイルボビン２２）を出力軸１１０に固定するものでもよい。つまり位置検出部２は、磁性材料からなるコア２１が巻軸方向に相対変位する形に配置された検出コイル２０を有するものであれば問題ない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態のポジションセンサの構成図、（ｂ）は同上のポジションセンサのブロック図である。
【図２】同上のポジションセンサのキャリブレーションの説明図である。
【図３】検出電圧の温度依存性を示すグラフである。
【図４】同上のポジションセンサの出力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１    ポジションセンサ
２    位置検出部
３    温度検出部
４    処理装置
２０    検出コイル
２１    コア
４０    演算処理部
４１    記憶部
４２    入出力部（入力部）
４３    電流供給部
【図１】
2009175107.tif 000003
【図２】
2009175107.tif 000004
【図３】
2009175107.tif 000005
【図４】
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