JP2004061355A - 回転検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】外乱ノイズを除去し、回転角度を高精度に検出可能な回転検出装置を提供する。
【解決手段】固定基板３０に回転基板２０を対向させると、第１，第２の基準電極３２，３３と第１，第２の固定電極２２，２３との間に静電容量Ｃ１，Ｃ２が形成され、第１，第２の固定電極３４，３５と第１，第２の移動電極２４，２５との間に可変容量Ｃｖ１，Ｃｖ２が形成される。静電容量Ｃ１，Ｃ２と可変容量Ｃｖ１，Ｃｖ２は接続部２６，２７により直列接続され、第１，第２の静電容量Ｃａ，Ｃｂを形成する。第１，第２の静電容量Ｃａ，Ｃｂにクロック信号を与え、その出力である微分波形をそれぞれ差動増幅し且つそのピーク電圧値を検出することにより、回転角度を求めることができる。外乱ノイズは差動増幅によってキャンセルされるため、回転角度を高精度に検出することが可能となる。
【選択図】 図２
【解決手段】固定基板３０に回転基板２０を対向させると、第１，第２の基準電極３２，３３と第１，第２の固定電極２２，２３との間に静電容量Ｃ１，Ｃ２が形成され、第１，第２の固定電極３４，３５と第１，第２の移動電極２４，２５との間に可変容量Ｃｖ１，Ｃｖ２が形成される。静電容量Ｃ１，Ｃ２と可変容量Ｃｖ１，Ｃｖ２は接続部２６，２７により直列接続され、第１，第２の静電容量Ｃａ，Ｃｂを形成する。第１，第２の静電容量Ｃａ，Ｃｂにクロック信号を与え、その出力である微分波形をそれぞれ差動増幅し且つそのピーク電圧値を検出することにより、回転角度を求めることができる。外乱ノイズは差動増幅によってキャンセルされるため、回転角度を高精度に検出することが可能となる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータなど回転体の回転角度を絶対値で検出する回転検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は従来の回転検出装置の構造を示す断面図、図１３は回転検出装置の動作を示すための回転基板と固定基板を示し、Ａは電極の配置を示す平面図、Ｂは回転角度が０°の状態を示す平面図、Ｃは回転角度が９０°の状態を示す平面図である。また図１４は回転検出装置の検出部の等価回路図である。
【０００３】
図１２に示す回転検出器装置１は、枠体としてのハウジング２に設けられている。前記ハウジング２の内部には円形の凹部２ａが形成されており、その中心には固定軸２ｂが設けられている。
【０００４】
前記凹部２ａには、円形の回転基板３、固定基板４、誘電フィルム５およびベース部材６が設けられている。前記回転基板３、固定基板４および誘電フィルム５の中心には穴３ａ，４ａ、５ａがそれぞれ形成されている。また前記ベース部材６の中央には凸部６ａが形成されており、前記凸部６ａの中心に貫通孔６ｂが形成されている。
【０００５】
図１２に示すように、ベース部材６の凸部６ａが前記回転基板３、固定基板４および誘電フィルム５の前記穴３ａ，４ａ、５ａに挿通され、且つ前記貫通孔６ｂに固定軸２ｂが挿通された状態で、前記回転基板３、固定基板４、誘電フィルム５およびベース部材６が前記ハウジング２の凹部２ａ内に装着されている。そして、ベース部材６の上に固定基板４が固定され、前記固定基板４の上に誘電フィルム５が固定されている。そして前記誘電フィルム５の上に回転基板３が設けられている。また前記回転基板３は凹部２ａの底面２ｃに固定されており、ハウジング２とともに一体で回転できるようになっている。
【０００６】
前記固定軸２ｂの下端には固定部材８が設けられており、前記固定部材８とベース部材６の下面にはシンバル状の付勢部材７が設けられている。前記付勢部材７は前記ベース部材６を図示上方のＺ１方向に付勢しており、ベース部材６上の固定基板４を回転基板３に近づける方向に押し付けている。前記誘電フィルム５が回転基板３と固定基板４との間の隙間（ギャップ）を形成している。
【０００７】
図１３Ａに示すように、前記回転基板３と固定基板４との対向面には略半円形状の電極３Ａ，４Ａが形成されている。前記回転基板３と固定基板４とは、前記電極３Ａ，４Ａが形成されている対抗面どうしを対向させた状態で前記ハウジング２の凹部２ａ内に装着されている。そして、前記回転基板３の電極３Ａ、固定基板４の電極４Ａおよび誘電フィルム５とによって静電容量Ｃを形成している。
【０００８】
前記回転検出装置１では、ハウジング２の上部に設けられた連結孔２ｄにモータなどの回転体の軸（図示せず）が固定され、前記軸に回転が与えられることにより、前記ハウジング２と回転基板３とが一体に回転する。ただし、前記ベース部材６および付勢部材７は図示しない固定手段によって固定されており、ハウジング２が回転した場合であってもベース部材６、固定基板４および誘電フィルム５は回転することはない。なお、付勢部材７と固定部材８との間は摺動摩擦面となるが、前記摺動摩擦面の摩擦抵抗は微小に設定されている。
【０００９】
したがって、固定基板４に対し回転基板３が相対的に回転できるようになっており、ハウジング２の回転角度に応じて前記略半円状の電極３Ａと電極４Ａ間の対向面積が変わり、前記静電容量Ｃを可変できるようになっている。
【００１０】
前記回転検出装置では、前記固定基板４の電極４Ａに一定周期のクロック信号が入力され、回転基板３の電極３Ａからその出力を検出する。
【００１１】
図１３Ｂに示すように、固定基板４の電極４Ａが右半分に位置し、回転基板３の電極３Ａが左半分に位置する状態を回転角度＝０°に規定すると、この状態では回転基板３の電極３Ａと固定基板４の電極４Ａとは全く重なり合わないため静電容量Ｃは０である。
【００１２】
また図１３Ｃに示すように、回転基板３を時計回り方向に９０°回転（回転角度＝９０°）させると、回転基板３の電極３Ａと固定基板４の電極４Ａとが重なり合った部分に静電容量Ｃが形成される。
【００１３】
ここで、図１４に示すように、前記回転検出装置の検出部は等価的にＣＲ回路（微分回路）で構成されているため、この回路の入力に矩形波状のクロック信号を入力するとその出力は微分波形となる。
【００１４】
一般に、前記ＣＲ回路の静電容量Ｃの値を変化させても微分波形のピーク電圧は変化せず、時定数ＣＲが変化するだけである。しかし、実際の回路は、クロック信号の立ち上がりや線路間のインピーダンス等に起因する時定数を持っている。このため、この回転検出装置ではクロック信号の電圧が完全に立ち上がる前に、前記静電容量Ｃにおける充電が完了するように前記静電容量Ｃの可変範囲が設定されており、これにより静電容量Ｃの大きさに応じて微分波形のピーク電圧が可変できるようになっている。
【００１５】
よって、前記固定基板４の電極４Ａに一定周期のクロック信号が入力すると、図１３Ｂの状態（回転角度＝０°）のときには回転基板３の電極３Ａの出力は０となるが、図１３Ｃに示す回転角度＝９０°のときには微分波形が出力される。さらに回転基板３を時計回り方向に９０度回転させ、回転基板３の電極３Ａが固定基板４の電極４Ａに完全に重なる回転角度＝１８０°のとき（図示せず）には、電極間の対向面積が最大となるため前記静電容量Ｃも最大となる。よって、前記回転基板３の電極３Ａから出力される前記微分波形のピーク電圧値は最大となる。
【００１６】
すなわち、前記回転検出装置１では、固定基板４の電極４Ａにクロック信号を与えながら、回転基板３の電極３Ａから出力される微分波形のピーク電圧値を検出することにより、回転基板３の回転角度を絶対値で検出することが可能となっている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の回転検出装置では以下に示すような問題がある。
【００１８】
第１に、立ち上がり時間の極めて短い微小な微分波形のピーク電圧値を検出する必要があるため、外乱の影響により微分波形にノイズ信号が混じると正しい回転角度を検出することができなくなる。
【００１９】
第２に、前記回転基板３と検出部などの外部回路とは線材によって電気的に配線されている必要があったため、検出可能な回転角度の領域を大きくすると捩れなど線材に作用するストレスが過大となる。よって、長期間回転検出装置を使用し続けると、前記回転基板３と外部回路との間の配線が切断されるなどの不具合が生じる。
【００２０】
第３に、前記電極３Ａと電極４Ａが略半円形状であるため、両者の重なる範囲は回転角度０°から１８０°となる。よって、この回転検出装置１が検出可能な回転角度の範囲が１８０°に限定される。
【００２１】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、外乱の影響を防止することにより、精度の高い回転角度を検出できるようにした回転検出装置を提供することを目的としている。
【００２２】
また本発明は回転基板側の配線を不要にした回転検出装置を提供することを目的としている。
【００２３】
さらに本発明は回転角度の検出範囲を拡大できるようにした回転検出装置を提供することを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１及び第２の固定電極が設けられた固定基板と、前記第１及び第２の固定電極に対向する第１及び第２の移動電極を有するとともに前記固定基板に対し回転自在に設けられた回転基板とを備えた回転検出装置において、
前記第１及び第２の固定電極と第１及び第２の移動電極との間には前記回転基板の回転角度に応じて変化する第１及び第２の静電容量が形成されるものであり、
前記第１及び第２の静電容量の入力に１８０度位相の異なるクロック信号を与えるクロック信号発生手段と、前記第１及び第２の静電容量からの前記クロック信号に応じた出力信号を検出する第１及び第２のバッファ手段と、前記第１のバッファ手段の出力信号と第２のバッファ手段の出力信号との差信号を検出する差動増幅手段と、前記一方のクロック信号の立ち上がり又は立ち下りエッジのタイミングで前記差動増幅手段の差信号のピーク値を検出するピーク検出手段と、が設けられていることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の回転検出装置では、第１の静電容量から出力される微分波形と第２の静電容量から出力される微分波形との差を求めてから、微分波形のピーク電圧値を検出するようにしたので、両静電容量から出力される微分波形に重畳しているノイズ信号をキャンセルすることができる。よって、精度の高い回転角度を検出することができる。
【００２６】
この場合、前記第１及び第２の静電容量は、前記回転基板の回転角度に応じ、前記第１の固定電極と第１及び第２の移動電極との間の対向面積と、前記第２の固定電極と第１及び第２の移動電極との間の対向面積とが等しく変化することで形成されるものが好ましい。
【００２７】
上記構成では、回転角度に応じて第１の静電容量と第２の静電容量が等しく変かするため、より高精度に回転角度を検出することができる。
【００２８】
また本発明は、基準電極および固定電極が設けられた固定基板と、前記固定基板に対し回転自在に設けられるとともに前記基準電極に対向する対向電極および前記固定電極に対向する移動電極とが設けられた回転基板と、前記回転基板の回転角度を検出する角度検出部と、を備えた回転検出装置において、
前記固定基板と回転基板の間では、前記回転基板が回転したときに、前記基準電極と対向電極との間に一定の静電容量が形成され、前記固定電極と前記移動電極との対向面積の大きさに応じて変化する可変容量が形成されるものであり、
前記固定基板では前記基準電極と固定電極を介して前記角度検出部に接続されるとともに、前記回転基板には前記対向電極と移動電極を電気的に接続することにより前記静電容量と可変容量との合成容量を形成する接続部が設けられていることを特徴とするものである。
【００２９】
上記本発明では、回転基板に外部回路と接続するための配線を不要とすることができる。よって、回転検出装置を長期間使用し続けても、前記回転基板と外部回路とを接続する線材の切断などがなくなり、回転基板を自由に回転させることが可能となる。
【００３０】
さらに本発明は、外周側に環状に形成された第１及び第２の対向電極と、その内周側で前記回転基板の中心を通る仮想線に対し線対称の位置に形成された第１および第２の移動電極とが設けられた回転基板と、
前記固定基板に対し回転自在に設けられるとともに、外周側において前記対向電極に対向する環状に形成された第１及び第２の固定電極と、その内周側で前記第１及び第２の移動電極に対向し且つ前記固定基板の中心を通る第１の仮想線に対して線対称の位置に設けられた第１及び第２の固定電極と、前記第１及び第２の移動電極に対向し且つ前記中心を通り前記第１の仮想線に交叉する第２の仮想線に対して線対称の位置に設けられた第３及び第４の固定電極とが設けられた固定基板と、
前記第１及び第２の移動電極と前記第１及び第２の固定電極との間に形成される静電容量、および前記第１及び第２の移動電極と前記第３及び第４の固定電極との間に形成される静電容量に対し所定のクロック信号を与えるとともに前記クロック信号に応じて出力される信号の検出を行う角度検出部と、前記角度検出部から出力された信号を処理して回転角度を検出する演算処理手段と、を備えていることを特徴とするものである。
【００３１】
上記発明では、検出可能な回転角度を拡大できるとともに、その回転角度を絶対値で検出することが可能となる。
【００３２】
また本発明は、固定基板と、前記固定基板に対向するとともに回転自在に設けられた回転基板とを備えた回転検出装置において、
前記固定基板と回転基板の少なくともいずれか一方の対向面には、表面に所定の形状からなる電極が形成された誘電フィルムが、前記電極が形成された表面を前記対向面に向けた状態で固定されていることを特徴とするものである。
【００３３】
上記構成では、固定基板と電極とを一体化することができるため、従来のベース部材を不要にできる。よって、回転検出装置を薄型とすることができる。
【００３４】
しかも回転基板側にも電極が形成された誘電フィルムを取り付けることにより、固定基板と回転基板との間を誘電フィルムどうしが対向する構成にできる。前記誘電フィルムの表面は滑らかであり摩擦抵抗が極めて小さいため、回転基板をよりスムースに回転させることが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の回転検出装置の断面図、図２は第１の実施に形態として回転検出装置の回転基板と固定基板の対向面を示す平面図、図３は固定基板に回転基板を重ねた動作状態を示し、Ａは回転角度θ＝０°の状態、Ｂは回転角度θ＝αの状態を示している。図４は固定基板と回転基板との間に形成される静電容量の等価回路図である。
【００３６】
本発明の回転検出装置は、回転体の回転角度の絶対値を検出するものである。
図１に示すように回転検出装置１０は、ハウジング１２の内部に設けられている。前記ハウジング１２の内部は凹部１２ａが形成されており、その中心には図示Ｚ２方向に延びる固定軸１３が設けられている。そして、前記凹部１２ａには、絶縁基板を円形に加工した回転基板２０と固定基板３０が設けられている。
【００３７】
前記回転基板２０の中心には軸穴２０ａが形成されており、前記軸穴２０ａに前記固定軸１３が挿通された状態で、前記回転基板２０は前記ハウジング１２の凹部１２ａの底面１２ｂに固定されている。
【００３８】
前記固定基板３０の中央には図示Ｚ１方向に突出する凸部３０ａが設けられており、その中心に軸穴３０ｂが形成されている。そして、固定基板３０は前記軸穴３０ｂに前記固定軸１３を挿通させ且つ前記凸部３０ａを回転基板２０の軸穴２０ａに挿入させた状態で、前記凹部１２ａ内において前記固定軸１３に対し相対的に回転できるように支持されている。
【００３９】
前記回転基板２０は図示Ｚ２側の下面が対向面２０Ａであり、前記固定基板３０は図示Ｚ１側の上面が対向面３０Ａである。前記回転基板２０の対向面２０Ａおよび固定基板３０の対向面３０Ａには、一定の誘電率を有する誘電フィルム２１，３１が接着などの手段によってそれぞれ固定されている。前記誘電フィルム２１，３１は、一方の面のみに所定の電極パターンが形成されており、前記電極パターンが形成された面を対向面２０Ａ、３０Ａに向けた状態で固定されている。よって、対向する回転基板２０と固定基板３０との間では、電極パターンが形成されていない他方の面どうし、すなわち誘電フィルム２１，３１どうしが対向している。
【００４０】
前記固定軸１３の先端には固定部材１４が固定されている。前記固定部材１４と前記固定基板３０との間にはシンバル状の付勢部材１５が設けられており、前記固定基板３０を前記回転基板２０に接近させる図示Ｚ１方向に軽く付勢している。
【００４１】
よって、回転基板２０の誘電フィルム２１と固定基板３０の誘電フィルム３１どうしが接し合うとともに、前記誘電フィルム２１，３１が電極パターン間のギャップを形成し、前記一方の電極パターンと他方の電極パターンとの間に静電容量Ｃが形成されている。
【００４２】
前記ハウジング１２の図示Ｚ１方向の外部には連結孔１７が形成されており、この連結孔１７に図示しないモータなどの回転体の回転軸が圧入などの手段により嵌着される。
【００４３】
前記固定基板３０と付勢部材１５は、図示しない保持部材によって外部から強固に保持される。この状態において、前記回転体の回転軸が回転させられると、前記ハウジング１２と回転基板２０とが一定となって回転するようになる。
【００４４】
なお、前記固定部材１４と付勢部材１５との間は摺動面となるが、前記摺動面の摩擦抵抗は非常に小さくなるように設定されている。
【００４５】
図２に示す実施の形態では、同一形状の電極パターンからなるドライブ電極と検出電極とが誘電フィルム２１，３１に形成されており、前記誘電フィルム２１は電極が形成された面を前記対向面２０Ａに向けた状態で前記回転基板２０に固定され、誘電フィルム３１は電極が形成された面を前記対向面３０Ａに向けた状態で固定基板３０に固定されている。
【００４６】
誘電フィルム３１は円形であり、その表面の外周側に第１の基準電極３２と第２の基準電極３３が設けられ、内周側に第１の固定電極３４と第２の固定電極３５が設けられている。前記第１の基準電極３２と第２の基準電極３３は環状に形成され、同心円の最外周に第１の基準電極３２が設けられ、その内側に第２の基準電極３３が設けられている。また第１の固定電極３４と第２の固定電極３５は円弧形状をしており、前記第２の基準電極３３の内側で且つ固定基板３０の中心を通るＹ１軸（仮想線）に対して線対称の位置に設けられている。なお、前記第１，第２の基準電極３２，３３および第１，第２の固定電極３４，３５は検出電極を形成している。
【００４７】
同様に前記誘電フィルム２１は円形であり、その表面の外周側に第１及び第２の対向電極２２，２３が設けられ、内周側に第１及び第２の移動電極２４，２５が設けられている。前記第１の対向電極２２と第２の対向電極２３は環状に形成され、同心円の最外周に第１の対向電極２２が設けられ、その内側に第２の対向電極２３が設けられている。また第１の移動電極２４と第２の移動電極２５は円弧形状をしており、前記第２の対向電極２３の内側で且つ回転基板２０の中心を通るＸ２軸（仮想線）に対して線対称の位置に設けられている。なお、前記第１，第２の対向電極２２，２３および第１，第２の移動電極２４，２５はドライブ電極を形成している。
【００４８】
前記固定基板３０の前記第１の基準電極３２、第２の基準電極３３、第１の固定電極３４および第２の固定電極３５はそれぞれ電気的に独立している。
【００４９】
一方、前記回転基板２０では、前記第１の対向電極２２と第１の移動電極２４とが回転基板２０の対向面２０Ａの逆側となる背面に設けらた接続部２６を介して接続されており、両者は同一電位に設定されている。また前記第２の移動電極２３と第２の移動電極２５は対向面２０Ａに設けられた接続部２７を介して接続されており、両者は同一電位に設定されている。
【００５０】
このようなドライブ電極を備えた回転基板２０と検出電極を備えた固定基板３０とを前記回転検出装置１０に組み込むとともに図３Ａに示す状態、すなわち前記固定基板３０のＸ１軸に回転基板２０のＸ２軸を一致させ、且つ固定基板３０のＹ１軸に回転基板２０のＹ２軸を一致させた状態に設定する。なお、説明の便宜上、前記図３Ａに示す状態を回転角度θ＝０°と規定する。
【００５１】
図３Ａに示す回転角度θ＝０°の状態では、前記第１の基準電極３２に対し第１の対向電極２２が対向し、前記第２の基準電極３３に対し第２の対向電極２３が対向する。また前記第１の移動電極２４が図示上部側で前記第１の固定電極３４と第２の固定電極３５の双方に等しい対向面積で対向し、第２の移動電極２５が図示下部側で前記第１の固定電極３４と第２の固定電極３５の双方に等しい対向面積で対向する。
【００５２】
図４の等価回路図に示すように、前記図３Ａの回転角度θ＝０°の状態では、前記第１の基準電極３２に対向する第１の対向電極２２との間に静電容量Ｃ１が形成され、前記第１の移動電極２４と対向する前記第１の固定電極３４および第２の固定電極３５との間に可変容量Ｃｖ１が形成されている。また第１の対向電極２２と前記第１の移動電極２４とが前記接続部２６を介して接続されているため、前記静電容量Ｃ１と可変容量Ｃｖ１とは前記接続部を介して直接接続された状態となっている。よって、前記第１の基準電極３２と前記第１の固定電極３４又は第２の固定電極３５との間の全体の合成容量（第１の静電容量）Ｃａは、Ｃａ＝１／（１／Ｃ１＋１／Ｃｖ１）である。
【００５３】
同様に、前記第２の基準電極３３と第２の対向電極２３との間に静電容量Ｃ２が形成され、前記第２の移動電極２５と前記第１の固定電極３４および第２の固定電極３５との間に可変容量Ｃｖ２が形成されており、前記静電容量Ｃ２と可変容量Ｃｖ２とが前記接続部２７を介して直接接続された状態となっている。よって、前記第２の基準電極３３と前記第１の固定電極３４又は第２の固定電極３５との間の全体の合成容量（第２の静電容量）Ｃｂは、Ｃｂ＝１／（１／Ｃ２＋１／Ｃｖ２）である。
【００５４】
ただし、前記ドライブ電極と検出電極とは同一形状の電極パターンで形成されているため、Ｃ１＝Ｃ２、Ｃｖ１＝Ｃｖ２の関係が成り立ち、よって全体の合成容量Ｃａ，ＣｂはＣａ＝Ｃｂである。
【００５５】
なお、回転基板２０が回転しても前記静電容量Ｃ１を形成する前記第１の基準電極３２と第１の対向電極２２との間、および静電容量Ｃ２を形成する前記第２の基準電極３３と第２の対向電極２３との間の対向面積は変わらないため、常に前記静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２は一定値が保持される。
【００５６】
図５は回転検出装置の角度検出部の回路構成図である。
図５に示すように、角度検出部４０はクロック信号発生手段４１、第１，第２のバッファ手段４２，４３、差動増幅手段４４およびピーク検出手段４５で構成されている。
【００５７】
クロック信号発生手段４１は、互いの位相が１８０度異なる一定の周期からなる矩形波状のクロック信号Ｓ１とＳ２を出力する出力部ＣＫ１とＣＫ２を有している。また前記第１，第２のバッファ手段４２，４３は、１０ＭΩ程度の高い入力インピーダンスを有している。
【００５８】
前記合成容量Ｃａを形成する第１の基準電極３２が、外部に設けられた前記クロック信号発生手段４１の一方の出力部ＣＫ１に接続され、前記合成容量Ｃｂを形成する第２の基準電極３３が、外部に設けられた前記クロック信号発生手段４１の他方の出力部ＣＫ２に接続されている。また前記第１の固定電極３４が、外部に設けられた前記第１のバッファ手段４２の入力部に接続され、前記第２の固定電極３５が、外部に設けられた前記第２のバッファ手段４３の入力部に接続されている。そして、第１のバッファ手段４２の出力部と第２のバッファ手段４２の出力部が前記差動増幅手段４４の各入力部に接続され、その後段にピーク検出手段４５が接続されている。
【００５９】
このように前記回転検出装置１０では、回転基板２０および固定基板３０に形成された電極と外部の角度検出部４０との接続が、全て固定基板３０側の検出電極、すなわち第１の基準電極３２、第２の基準電極３３、第１の固定電極３４および第２の固定電極３５を介して行うことが可能である。よって、回転基板２０側のドライブ電極と外部との接続を不要とすることができるため、従来生じていた回転基板２０と外部との配線の問題が生じなくなる。
【００６０】
また、この角度検出部４０では、クロック信号の立ち上がりや線路間のインピーダンス等に起因する時定数を持っているため、前記クロック信号Ｓ１，Ｓ２の電圧が完全に立ち上がる前に、前記合成容量Ｃａ，Ｃｂにおける充電が完了するように設定されている。よって、前記合成容量Ｃａ，Ｃｂにクロック信号Ｓ１，Ｓ２を与えると、その出力である微分波形のピーク電圧値ＶＰを前記合成容量Ｃａ，Ｃｂの大きさに応じて可変させることが可能となっている。
【００６１】
図６および図７はクロック信号と各部の信号との関係を示すタイミングチャート図であり、図６は回転角度θが０°≦θ＜＋９０°の場合、図７は回転角度θが−９０°≦θ＜０°の場合を示している。
【００６２】
さて、図３Ａに示す回転角度θ＝０°の場合において、前記クロック信号発生手段４１から前記合成容量Ｃａ，Ｃｂの入力部に対し、所定のクロック信号Ｓ１，Ｓ２を入力すると、第１の固定電極３４は第１，第２の移動電極２４，２５に対しともに等しい対向面積で対向し、且つ第２の固定電極３５も第１，第２の移動電極２４，２５に対しともに等しい対向面積で対向しているため、前記第１，第２のバッファ手段４２，４３の出力はともに０となり、ピーク検出手段４５の出力も０となる。よって、回転角度θ＝０°であることがわかる。
【００６３】
次に、図３Ｂに示すように、回転基板２０を反時計回り方向に回転角度θ＝α°（ただし、０°＜α≦＋９０°）の範囲で回転させた状態に設定する。この状態では、第１の固定電極３４については第２の移動電極２５と間の対向面積Ａ１よりも第１の移動電極２４との対向面積Ａ２の方が広い。また第２の固定電極３５については、第１の移動電極２４と間の対向面積Ｂ１よりも第２の移動電極２５との対向面積Ｂ２の方が広い。
【００６４】
よって、前記合成容量ＣａおよびＣｂの入力部に対し前記クロック信号発生手段４１から所定のクロック信号Ｓ１，Ｓ２（図６Ｉ，ＩＩ参照）が入力されると、図６ＩＩＩ，ＩＶに示すように前記第１，第２のバッファ手段４２，４３からは前記広い方の対向面積Ａ２，Ｂ２の大きさに応じ１８０度位相の異なる微分波形が出力される。よって、前記差動増幅手段４４からは、図６Ｖに示すような２倍の微分波形（差信号）を得ることができる。そして、前記ピーク検出手段４５が、前記差動増幅手段４４の微分波形のピーク電圧値ＶＰをクロック信号Ｓ１の立ち上がりエッジのタイミングで求めることにより、回転基板２０が反時計回り方向に回転角度θ＝α°（絶対値）だけ回転させられたことを求めることができる。
【００６５】
なお、前記ピーク電圧値ＶＰの検出は、クロック信号Ｓ２の立ち上がりエッジのタイミングであってもよく、あるいはクロック信号Ｓ１又はＳ２は立ち下りエッジのタイミングであってもよい。
【００６６】
同様に、回転基板２０を時計回り方向に回転角度θ＝α°（ただし、０°＜α≦−９０°）の範囲で回転させた場合には、前記第１，第２のバッファ手段４２，４３の出力は図７のＩＩＩ，ＩＶに示すようになり、よって差動増幅手段４４の出力（差信号）は図７Ｖのようになる。よって、前記ピーク検出手段４５が、クロック信号Ｓ１の立ち上がりエッジなどの所定のタイミングで前記差動増幅手段４４の差信号のピーク電圧値ＶＰを検出することにより、回転基板２０が時計回り方向に回転角度θ＝α°（絶対値）だけ回転させられたことを求めることができる。
【００６７】
ここで、前記回転検出装置１０に外乱が混入すると、前記第１，第２のバッファ手段４２，４３の出力である微分波形に前記外乱に起因する同一のノイズ信号が同じ方向にそれぞれ重畳する。しかし、前記差動増幅手段４４において、第１，第２のバッファ手段４２，４３の出力を差動増幅することにより、前記ノイズ信号をキャンセルすることができる。よって、ピーク電圧値ＶＰを正確に検出することができるため、回転角度θを高精度に検出することが可能である。
【００６８】
図８は第１の実施の形態の回転検出装置における回転角度と出力（差動増幅手段４４のピーク電圧値）との関係を示すグラフである。ただし、図８では図３Ａの状態（回転角度θ＝０°）を基準とし、反時計回り方向を＋方向、時計回り方向を−方向としたものであり、回転角度θを絶対値で示したものである。
【００６９】
図８に示すように、前記回転検出装置１０では−１８０°≦θ＜−９０°の範囲および＋９０°≦θ＜＋１８０°の範囲の出力値が、−９０°≦θ＜＋９０°の範囲の出力値と一致する。このため、前記回転検出装置１０の検出範囲は−９０°≦θ≦＋９０°、すなわち１８０°の範囲となっている。
【００７０】
図９は第２の実施の形態として回転検出装置の回転基板と固定基板の対向面を示す平面図、図１０は第２の実施の形態に示す回転検出装置における回転角度と出力との関係を示すグラフである。
【００７１】
図９に示す回転基板５０の対向面５０Ａには、上記第１の実施の形態に示す回転基板２０の対向面２０Ａに誘電フィルム２１を介して設けられたドライブ電極と同じ形状のドライブ電極が設けられている。
【００７２】
すなわち、円形誘電フィルムの表面の外周側に、第１及び第２の対向電極５２，５３が設けられ、内周側に第１及び第２の移動電極５４，５５が設けられている。前記第１の対向電極５２と第２の対向電極５３は環状に形成され、同心円の最外周に第１の対向電極５２が設けられ、その内側に第２の対向電極５３が設けられている。また第１の移動電極５４と第２の移動電極５５は円弧形状をしており、前記第２の対向電極５３の内側で且つ回転基板５０の中心を通るＸ２軸（仮想線）に対して線対称の位置に設けられている。また前記第１の対向電極５２と第１の移動電極５４とが回転基板５０の対向面５０Ａの逆側となる背面に設けられた接続部５６を介して接続されており、両者は同一電位に設定されている。また前記第２の移動電極５３と第２の移動電極５５は対向面５０Ａに設けられた接続部５７を介して接続されており、両者は同一電位に設定されている。
【００７３】
一方、固定基板６０には、対向面６０Ａの最外周側に第１の基準電極６２が、その内周に第２の基準電極６３が設けられ、最内周側に第１の固定電極６４および第２の固定電極６５が中心を通る第１の仮想線であるＹ１軸に対し線対称の位置に設けられている点は前記上記第１の実施の形態に示す固定基板３０の検出電極と同じ構成である。
【００７４】
ただし、この第２の実施の形態では前記第２の基準電極６３と前記第１の固定電極６４および第２の固定電極６５との間に、第３の固定電極６６および第４の固定電極６７が、前記中心を通るとともに前記第１の仮想線と直交する第２の仮想線であるＸ１軸に対して線対称の位置に設けられている点において異なっている。なお、上記各電極は誘電フィルム上に形成されており、前記誘電フィルムは各電極が形成された面を固定基板６０の対向面６０Ａに向けた状態で固定されている点は上記第１の実施の形態と同じである。
【００７５】
前記回転基板５０の対向面５０Ａと固定基板６０の対向面６０Ａを対向させた状態で前記回転検出装置１０に組み込むとともに、固定基板６０のＸ１軸に回転基板５０のＸ２軸を一致させ、且つ固定基板６０のＹ１軸に回転基板５０のＹ２軸を一致させた状態に設定すると、前記固定基板６０の第１，第２の基準電極６２，６３と回転基板５０の第１，第２の対向電極５２，５３が対向し、これらの間に静電容量Ｃ１，Ｃ２が形成される。また前記固定基板６０の第１ないし第４の固定電極６４，６５、６６，６７に対し、前記回転基板５０の第１，第２の移動電極５４，５５が対向する。そして、前記第１の移動電極５４と対向する前記第１の固定電極６４の一部および第２の固定電極６５の一部との間に可変容量Ｃｖ１が形成され、前記第２の移動電極５５と前記第１の固定電極６４の一部および第２の固定電極６５の一部との間に可変容量Ｃｖ２が形成される。さらに前記第１の移動電極５４と対向する第３の固定電極６６との間に可変容量Ｃｖ３が形成され、前記第２の移動電極５５と対向する第４の固定電極６７との間に可変容量Ｃｖ４が形成される。
【００７６】
等価的には、可変容量Ｃｖ１ないし可変容量Ｃｖ４が並列に接続され、これに前記静電容量Ｃ１が直列接続されたのが合成容量（第１の静電容量）Ｃａであり、前記並列接続された可変容量Ｃｖ１ないし可変容量Ｃｖ４に前記静電容量Ｃ２が直列接続されたのが合成容量（第１の静電容量）Ｃｂとなっている。
【００７７】
第２の実施の形態では、図５に示す角度検出部４０と同様の構成からなる第１の角度検出部と第２の角度検出部を有しており、前記可変容量Ｃｖ１，Ｃｖ２の第１，第２の固定電極６４，６５が第１の角度検出部の第１及び第２のバッファ手段にそれぞれ接続され、これらの出力が第１の差動増幅手段に入力される。また可変容量Ｃｖ３，Ｃｖ４の第３，第４の固定電極６６，６７が第２の角度検出部の第３及び第４バッファ手段にそれぞれ接続され、これらの出力が第２の差動増幅手段に入力される。
【００７８】
なお、前記クロック信号発生手段は１つであり、前記クロック信号発生手段の出力部ＣＫ１，ＣＫ２から第１，第２の基準電極６２，６３に対してクロック信号Ｓ１，Ｓ２が与えられる。
【００７９】
前記第２の実施の形態における前記可変容量Ｃｖ１，Ｃｖ２の関係は、上記第１の実施の形態における可変容量Ｃｖ１，Ｃｖ２と同じである。よって、第１の実施の形態同様に回転基板５０に回転を与えながら前記第１，第２の基準電極６２，６３にクロック信号Ｓ１，Ｓ２を与えると、前記第１の差動増幅手段の出力と回転角度θとの関係は図１０に一点鎖線で示すＡ相となる。
【００８０】
また第２の実施の形態における前記可変容量Ｃｖ３，Ｃｖ４は、上記第１の実施の形態における可変容量Ｃｖ１，Ｃｖ２第１，第２の固定電極３４，３５を周方向に９０°（１／４周期）ずらした関係にある。よって、前記第２の差動増幅手段の出力と回転角度θとの関係は前記Ａ相から位相を９０°ずらした図１０に点線で示すＢ相のようにる。
【００８１】
図１１は第２の実施の形態における回転角度を検出するためのフローチャートである。また表１は前記Ａ相を構成する第１の差動増幅手段の出力データＡと前記Ｂ相を構成する第２の差動増幅手段の出力データＢの関係を示している。前記表１では出力データＡ，Ｂの極性と、両者の大小関係を回転角度θ＝４５°の範囲ごとに示している。
【００８２】
【表１】
【００８３】
第２の実施の形態の角度検出装置には図示しない演算処理手段が設けられている。前記演算処理手段は、主体をなすＣＰＵとメモリ手段および比較手段などで構成される。前記演算処理手段は、表１に基づき図１１に示すフローチャートにしたがって回転角度θの検出を行う。
【００８４】
先ず、演算処理手段は、前記第１の差動増幅手段の出力データＡと前記第２の差動増幅手段の出力データＢを比較手段に入力し、両出力データの比較を行う（ステップ１）。このときＡ＞Ｂである場合には、次のステップ２においてＡ＞０且つＢ＞０であるか否かを調べる。このときＹである場合には、表１のＶＩであるので、回転角度θが４５°≦θ＜９０°の範囲内にあることが分かる。よって、演算処理手段は前記範囲内のＢ相の信号に基づいて出力データＢに応じた回転角度θを求めることができる（ステップ３）。
【００８５】
一方、前記ステップ２でＮの場合には、Ｉ、ＶＩＩまたはＶＩＩＩのいずれかであるので、回転角度θは−１８０°≦θ＜−１３５°または＋９０°≦θ＜＋１８０°の範囲内にあることがわかる。よって、演算処理手段は前記範囲内のＡ相の信号に基づいて出力データＡに応じた回転角度θを求めることができる（ステップ４）。
【００８６】
また前記ステップ１において、Ａ＞Ｂでない場合（Ａ＜Ｂの場合）には、ステップ５に移行してＡ＞０且つＢ＞０であるか否かを調べる。このときＹである場合には、表１のＶであるので、回転角度θが０°≦θ＜４５°の範囲内にあることが分かる。よって、演算処理手段は前記範囲内のＡ相の信号に基づいて出力データＡに応じた回転角度θを求めることができる（ステップ６）。
【００８７】
一方、前記ステップ６でＮの場合には、ＩＩ、ＩＩＩまたはＩＶのいずれかであるので、回転角度θは−１３５°≦θ＜０°の範囲内にあることがわかる。よって、演算処理手段は前記範囲内のＢ相の信号に基づいて出力データＢに応じた回転角度θを求めることができる（ステップ７）。
【００８８】
すなわち、−１８０°≦θ＜−１３５°の区間では出力データＡを採用し且つＡ相の信号に基づいて、−１３５°≦θ＜０°の区間では出力データＢを採用し且つＢ相の信号に基づいて、０°≦θ＜＋４５°の区間では出力データＡを採用し且つＡ相の信号に基づいて、＋４５°≦θ＜＋９０°の区間では出力データＢを採用し且つＢ相の信号に基づいて、＋９０°≦θ＜＋１８０°の区間では出力データＡを採用し且つＡ相の信号に基づいて回転角度θを検出するようにすることにより、３６０°の範囲内で回転角度θを絶対値で検出することができる。
【００８９】
よって、従来および第１の実施の形態に比較して検出可能な回転角度θの範囲を拡大することができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように本発明では、外乱にょりノイズ信号をキャンセルすることにより、回転角度を高精度に検出することができる。
【００９１】
また回転基板側の配線を不要にすることができるため、回転検出装置を長期間使用し続けても、前記回転基板と外部回路とを接続する線材の切断などが生じなくなる。
【００９２】
さらに回転角度の検出範囲を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転検出装置の断面図、
【図２】第１の実施に形態として回転検出装置の回転基板と固定基板の対向面を示す平面図、
【図３】固定基板に回転基板を重ねた動作状態を示し、Ａは回転角度θ＝０°の状態、Ｂは回転角度θ＝αの状態、
【図４】固定基板と回転基板との間に形成される静電容量の等価回路図、
【図５】回転検出装置の角度検出部の回路構成図、
【図６】回転角度θが０°≦θ＜＋９０°の場合のクロック信号と各部の信号との関係を示すタイミングチャート図、
【図７】回転角度θが−９０°≦θ＜０°の場合のクロック信号と各部の信号との関係を示すタイミングチャート図、
【図８】第１の実施の形態に示す回転検出装置における回転角度と出力との関係を示すグラフ、
【図９】第２の実施の形態として回転検出装置の回転基板と固定基板の対向面を示す平面図、
【図１０】第２の実施の形態に示す回転検出装置における回転角度と出力との関係を示すグラフ、
【図１１】第２の実施の形態における回転角度を検出するためのフローチャート、
【図１２】従来の回転検出装置の構造を示す断面図、
【図１３】回転検出装置の動作を示すための回転基板と固定基板を示し、Ａは電極の配置を示す平面図、Ｂは回転角度が０°の状態を示す平面図、Ｃは回転角度が９０°の状態を示す平面図、
【図１４】回転検出装置の検出部の等価回路図、
【符号の説明】
１０ 回転検出装置
２０，５０ 回転基板
２１ 誘電フィルム
２２，５２ 第１の対向電極
２３，５３ 第２の対向電極
２４，５４ 第１の移動電極
２５，５５ 第２の移動電極
２６，２７，５６，５７ 接続部
３０，６０ 固定基板
３１ 誘電フィルム
３２，６２ 第１の基準電極
３３，６３ 第２の基準電極
３４，６４ 第１の固定電極
３５，６５ 第２の固定電極
６６ 第３の固定電極
６７ 第４の固定電極
４０ 回転検出部
４１ クロック信号発生手段
４２，４３ バッファ手段
４４ 差動増幅手段
４５ ピーク検出手段
Ｃ１，Ｃ２ 静電容量
Ｃｖ１，Ｃｖ２，Ｃｖ３，Ｃｖ４ 可変容量
Ｃａ 合成容量（第１の静電容量）
Ｃｂ 合成容量（第２の静電容量）
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータなど回転体の回転角度を絶対値で検出する回転検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は従来の回転検出装置の構造を示す断面図、図１３は回転検出装置の動作を示すための回転基板と固定基板を示し、Ａは電極の配置を示す平面図、Ｂは回転角度が０°の状態を示す平面図、Ｃは回転角度が９０°の状態を示す平面図である。また図１４は回転検出装置の検出部の等価回路図である。
【０００３】
図１２に示す回転検出器装置１は、枠体としてのハウジング２に設けられている。前記ハウジング２の内部には円形の凹部２ａが形成されており、その中心には固定軸２ｂが設けられている。
【０００４】
前記凹部２ａには、円形の回転基板３、固定基板４、誘電フィルム５およびベース部材６が設けられている。前記回転基板３、固定基板４および誘電フィルム５の中心には穴３ａ，４ａ、５ａがそれぞれ形成されている。また前記ベース部材６の中央には凸部６ａが形成されており、前記凸部６ａの中心に貫通孔６ｂが形成されている。
【０００５】
図１２に示すように、ベース部材６の凸部６ａが前記回転基板３、固定基板４および誘電フィルム５の前記穴３ａ，４ａ、５ａに挿通され、且つ前記貫通孔６ｂに固定軸２ｂが挿通された状態で、前記回転基板３、固定基板４、誘電フィルム５およびベース部材６が前記ハウジング２の凹部２ａ内に装着されている。そして、ベース部材６の上に固定基板４が固定され、前記固定基板４の上に誘電フィルム５が固定されている。そして前記誘電フィルム５の上に回転基板３が設けられている。また前記回転基板３は凹部２ａの底面２ｃに固定されており、ハウジング２とともに一体で回転できるようになっている。
【０００６】
前記固定軸２ｂの下端には固定部材８が設けられており、前記固定部材８とベース部材６の下面にはシンバル状の付勢部材７が設けられている。前記付勢部材７は前記ベース部材６を図示上方のＺ１方向に付勢しており、ベース部材６上の固定基板４を回転基板３に近づける方向に押し付けている。前記誘電フィルム５が回転基板３と固定基板４との間の隙間（ギャップ）を形成している。
【０００７】
図１３Ａに示すように、前記回転基板３と固定基板４との対向面には略半円形状の電極３Ａ，４Ａが形成されている。前記回転基板３と固定基板４とは、前記電極３Ａ，４Ａが形成されている対抗面どうしを対向させた状態で前記ハウジング２の凹部２ａ内に装着されている。そして、前記回転基板３の電極３Ａ、固定基板４の電極４Ａおよび誘電フィルム５とによって静電容量Ｃを形成している。
【０００８】
前記回転検出装置１では、ハウジング２の上部に設けられた連結孔２ｄにモータなどの回転体の軸（図示せず）が固定され、前記軸に回転が与えられることにより、前記ハウジング２と回転基板３とが一体に回転する。ただし、前記ベース部材６および付勢部材７は図示しない固定手段によって固定されており、ハウジング２が回転した場合であってもベース部材６、固定基板４および誘電フィルム５は回転することはない。なお、付勢部材７と固定部材８との間は摺動摩擦面となるが、前記摺動摩擦面の摩擦抵抗は微小に設定されている。
【０００９】
したがって、固定基板４に対し回転基板３が相対的に回転できるようになっており、ハウジング２の回転角度に応じて前記略半円状の電極３Ａと電極４Ａ間の対向面積が変わり、前記静電容量Ｃを可変できるようになっている。
【００１０】
前記回転検出装置では、前記固定基板４の電極４Ａに一定周期のクロック信号が入力され、回転基板３の電極３Ａからその出力を検出する。
【００１１】
図１３Ｂに示すように、固定基板４の電極４Ａが右半分に位置し、回転基板３の電極３Ａが左半分に位置する状態を回転角度＝０°に規定すると、この状態では回転基板３の電極３Ａと固定基板４の電極４Ａとは全く重なり合わないため静電容量Ｃは０である。
【００１２】
また図１３Ｃに示すように、回転基板３を時計回り方向に９０°回転（回転角度＝９０°）させると、回転基板３の電極３Ａと固定基板４の電極４Ａとが重なり合った部分に静電容量Ｃが形成される。
【００１３】
ここで、図１４に示すように、前記回転検出装置の検出部は等価的にＣＲ回路（微分回路）で構成されているため、この回路の入力に矩形波状のクロック信号を入力するとその出力は微分波形となる。
【００１４】
一般に、前記ＣＲ回路の静電容量Ｃの値を変化させても微分波形のピーク電圧は変化せず、時定数ＣＲが変化するだけである。しかし、実際の回路は、クロック信号の立ち上がりや線路間のインピーダンス等に起因する時定数を持っている。このため、この回転検出装置ではクロック信号の電圧が完全に立ち上がる前に、前記静電容量Ｃにおける充電が完了するように前記静電容量Ｃの可変範囲が設定されており、これにより静電容量Ｃの大きさに応じて微分波形のピーク電圧が可変できるようになっている。
【００１５】
よって、前記固定基板４の電極４Ａに一定周期のクロック信号が入力すると、図１３Ｂの状態（回転角度＝０°）のときには回転基板３の電極３Ａの出力は０となるが、図１３Ｃに示す回転角度＝９０°のときには微分波形が出力される。さらに回転基板３を時計回り方向に９０度回転させ、回転基板３の電極３Ａが固定基板４の電極４Ａに完全に重なる回転角度＝１８０°のとき（図示せず）には、電極間の対向面積が最大となるため前記静電容量Ｃも最大となる。よって、前記回転基板３の電極３Ａから出力される前記微分波形のピーク電圧値は最大となる。
【００１６】
すなわち、前記回転検出装置１では、固定基板４の電極４Ａにクロック信号を与えながら、回転基板３の電極３Ａから出力される微分波形のピーク電圧値を検出することにより、回転基板３の回転角度を絶対値で検出することが可能となっている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の回転検出装置では以下に示すような問題がある。
【００１８】
第１に、立ち上がり時間の極めて短い微小な微分波形のピーク電圧値を検出する必要があるため、外乱の影響により微分波形にノイズ信号が混じると正しい回転角度を検出することができなくなる。
【００１９】
第２に、前記回転基板３と検出部などの外部回路とは線材によって電気的に配線されている必要があったため、検出可能な回転角度の領域を大きくすると捩れなど線材に作用するストレスが過大となる。よって、長期間回転検出装置を使用し続けると、前記回転基板３と外部回路との間の配線が切断されるなどの不具合が生じる。
【００２０】
第３に、前記電極３Ａと電極４Ａが略半円形状であるため、両者の重なる範囲は回転角度０°から１８０°となる。よって、この回転検出装置１が検出可能な回転角度の範囲が１８０°に限定される。
【００２１】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、外乱の影響を防止することにより、精度の高い回転角度を検出できるようにした回転検出装置を提供することを目的としている。
【００２２】
また本発明は回転基板側の配線を不要にした回転検出装置を提供することを目的としている。
【００２３】
さらに本発明は回転角度の検出範囲を拡大できるようにした回転検出装置を提供することを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１及び第２の固定電極が設けられた固定基板と、前記第１及び第２の固定電極に対向する第１及び第２の移動電極を有するとともに前記固定基板に対し回転自在に設けられた回転基板とを備えた回転検出装置において、
前記第１及び第２の固定電極と第１及び第２の移動電極との間には前記回転基板の回転角度に応じて変化する第１及び第２の静電容量が形成されるものであり、
前記第１及び第２の静電容量の入力に１８０度位相の異なるクロック信号を与えるクロック信号発生手段と、前記第１及び第２の静電容量からの前記クロック信号に応じた出力信号を検出する第１及び第２のバッファ手段と、前記第１のバッファ手段の出力信号と第２のバッファ手段の出力信号との差信号を検出する差動増幅手段と、前記一方のクロック信号の立ち上がり又は立ち下りエッジのタイミングで前記差動増幅手段の差信号のピーク値を検出するピーク検出手段と、が設けられていることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の回転検出装置では、第１の静電容量から出力される微分波形と第２の静電容量から出力される微分波形との差を求めてから、微分波形のピーク電圧値を検出するようにしたので、両静電容量から出力される微分波形に重畳しているノイズ信号をキャンセルすることができる。よって、精度の高い回転角度を検出することができる。
【００２６】
この場合、前記第１及び第２の静電容量は、前記回転基板の回転角度に応じ、前記第１の固定電極と第１及び第２の移動電極との間の対向面積と、前記第２の固定電極と第１及び第２の移動電極との間の対向面積とが等しく変化することで形成されるものが好ましい。
【００２７】
上記構成では、回転角度に応じて第１の静電容量と第２の静電容量が等しく変かするため、より高精度に回転角度を検出することができる。
【００２８】
また本発明は、基準電極および固定電極が設けられた固定基板と、前記固定基板に対し回転自在に設けられるとともに前記基準電極に対向する対向電極および前記固定電極に対向する移動電極とが設けられた回転基板と、前記回転基板の回転角度を検出する角度検出部と、を備えた回転検出装置において、
前記固定基板と回転基板の間では、前記回転基板が回転したときに、前記基準電極と対向電極との間に一定の静電容量が形成され、前記固定電極と前記移動電極との対向面積の大きさに応じて変化する可変容量が形成されるものであり、
前記固定基板では前記基準電極と固定電極を介して前記角度検出部に接続されるとともに、前記回転基板には前記対向電極と移動電極を電気的に接続することにより前記静電容量と可変容量との合成容量を形成する接続部が設けられていることを特徴とするものである。
【００２９】
上記本発明では、回転基板に外部回路と接続するための配線を不要とすることができる。よって、回転検出装置を長期間使用し続けても、前記回転基板と外部回路とを接続する線材の切断などがなくなり、回転基板を自由に回転させることが可能となる。
【００３０】
さらに本発明は、外周側に環状に形成された第１及び第２の対向電極と、その内周側で前記回転基板の中心を通る仮想線に対し線対称の位置に形成された第１および第２の移動電極とが設けられた回転基板と、
前記固定基板に対し回転自在に設けられるとともに、外周側において前記対向電極に対向する環状に形成された第１及び第２の固定電極と、その内周側で前記第１及び第２の移動電極に対向し且つ前記固定基板の中心を通る第１の仮想線に対して線対称の位置に設けられた第１及び第２の固定電極と、前記第１及び第２の移動電極に対向し且つ前記中心を通り前記第１の仮想線に交叉する第２の仮想線に対して線対称の位置に設けられた第３及び第４の固定電極とが設けられた固定基板と、
前記第１及び第２の移動電極と前記第１及び第２の固定電極との間に形成される静電容量、および前記第１及び第２の移動電極と前記第３及び第４の固定電極との間に形成される静電容量に対し所定のクロック信号を与えるとともに前記クロック信号に応じて出力される信号の検出を行う角度検出部と、前記角度検出部から出力された信号を処理して回転角度を検出する演算処理手段と、を備えていることを特徴とするものである。
【００３１】
上記発明では、検出可能な回転角度を拡大できるとともに、その回転角度を絶対値で検出することが可能となる。
【００３２】
また本発明は、固定基板と、前記固定基板に対向するとともに回転自在に設けられた回転基板とを備えた回転検出装置において、
前記固定基板と回転基板の少なくともいずれか一方の対向面には、表面に所定の形状からなる電極が形成された誘電フィルムが、前記電極が形成された表面を前記対向面に向けた状態で固定されていることを特徴とするものである。
【００３３】
上記構成では、固定基板と電極とを一体化することができるため、従来のベース部材を不要にできる。よって、回転検出装置を薄型とすることができる。
【００３４】
しかも回転基板側にも電極が形成された誘電フィルムを取り付けることにより、固定基板と回転基板との間を誘電フィルムどうしが対向する構成にできる。前記誘電フィルムの表面は滑らかであり摩擦抵抗が極めて小さいため、回転基板をよりスムースに回転させることが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の回転検出装置の断面図、図２は第１の実施に形態として回転検出装置の回転基板と固定基板の対向面を示す平面図、図３は固定基板に回転基板を重ねた動作状態を示し、Ａは回転角度θ＝０°の状態、Ｂは回転角度θ＝αの状態を示している。図４は固定基板と回転基板との間に形成される静電容量の等価回路図である。
【００３６】
本発明の回転検出装置は、回転体の回転角度の絶対値を検出するものである。
図１に示すように回転検出装置１０は、ハウジング１２の内部に設けられている。前記ハウジング１２の内部は凹部１２ａが形成されており、その中心には図示Ｚ２方向に延びる固定軸１３が設けられている。そして、前記凹部１２ａには、絶縁基板を円形に加工した回転基板２０と固定基板３０が設けられている。
【００３７】
前記回転基板２０の中心には軸穴２０ａが形成されており、前記軸穴２０ａに前記固定軸１３が挿通された状態で、前記回転基板２０は前記ハウジング１２の凹部１２ａの底面１２ｂに固定されている。
【００３８】
前記固定基板３０の中央には図示Ｚ１方向に突出する凸部３０ａが設けられており、その中心に軸穴３０ｂが形成されている。そして、固定基板３０は前記軸穴３０ｂに前記固定軸１３を挿通させ且つ前記凸部３０ａを回転基板２０の軸穴２０ａに挿入させた状態で、前記凹部１２ａ内において前記固定軸１３に対し相対的に回転できるように支持されている。
【００３９】
前記回転基板２０は図示Ｚ２側の下面が対向面２０Ａであり、前記固定基板３０は図示Ｚ１側の上面が対向面３０Ａである。前記回転基板２０の対向面２０Ａおよび固定基板３０の対向面３０Ａには、一定の誘電率を有する誘電フィルム２１，３１が接着などの手段によってそれぞれ固定されている。前記誘電フィルム２１，３１は、一方の面のみに所定の電極パターンが形成されており、前記電極パターンが形成された面を対向面２０Ａ、３０Ａに向けた状態で固定されている。よって、対向する回転基板２０と固定基板３０との間では、電極パターンが形成されていない他方の面どうし、すなわち誘電フィルム２１，３１どうしが対向している。
【００４０】
前記固定軸１３の先端には固定部材１４が固定されている。前記固定部材１４と前記固定基板３０との間にはシンバル状の付勢部材１５が設けられており、前記固定基板３０を前記回転基板２０に接近させる図示Ｚ１方向に軽く付勢している。
【００４１】
よって、回転基板２０の誘電フィルム２１と固定基板３０の誘電フィルム３１どうしが接し合うとともに、前記誘電フィルム２１，３１が電極パターン間のギャップを形成し、前記一方の電極パターンと他方の電極パターンとの間に静電容量Ｃが形成されている。
【００４２】
前記ハウジング１２の図示Ｚ１方向の外部には連結孔１７が形成されており、この連結孔１７に図示しないモータなどの回転体の回転軸が圧入などの手段により嵌着される。
【００４３】
前記固定基板３０と付勢部材１５は、図示しない保持部材によって外部から強固に保持される。この状態において、前記回転体の回転軸が回転させられると、前記ハウジング１２と回転基板２０とが一定となって回転するようになる。
【００４４】
なお、前記固定部材１４と付勢部材１５との間は摺動面となるが、前記摺動面の摩擦抵抗は非常に小さくなるように設定されている。
【００４５】
図２に示す実施の形態では、同一形状の電極パターンからなるドライブ電極と検出電極とが誘電フィルム２１，３１に形成されており、前記誘電フィルム２１は電極が形成された面を前記対向面２０Ａに向けた状態で前記回転基板２０に固定され、誘電フィルム３１は電極が形成された面を前記対向面３０Ａに向けた状態で固定基板３０に固定されている。
【００４６】
誘電フィルム３１は円形であり、その表面の外周側に第１の基準電極３２と第２の基準電極３３が設けられ、内周側に第１の固定電極３４と第２の固定電極３５が設けられている。前記第１の基準電極３２と第２の基準電極３３は環状に形成され、同心円の最外周に第１の基準電極３２が設けられ、その内側に第２の基準電極３３が設けられている。また第１の固定電極３４と第２の固定電極３５は円弧形状をしており、前記第２の基準電極３３の内側で且つ固定基板３０の中心を通るＹ１軸（仮想線）に対して線対称の位置に設けられている。なお、前記第１，第２の基準電極３２，３３および第１，第２の固定電極３４，３５は検出電極を形成している。
【００４７】
同様に前記誘電フィルム２１は円形であり、その表面の外周側に第１及び第２の対向電極２２，２３が設けられ、内周側に第１及び第２の移動電極２４，２５が設けられている。前記第１の対向電極２２と第２の対向電極２３は環状に形成され、同心円の最外周に第１の対向電極２２が設けられ、その内側に第２の対向電極２３が設けられている。また第１の移動電極２４と第２の移動電極２５は円弧形状をしており、前記第２の対向電極２３の内側で且つ回転基板２０の中心を通るＸ２軸（仮想線）に対して線対称の位置に設けられている。なお、前記第１，第２の対向電極２２，２３および第１，第２の移動電極２４，２５はドライブ電極を形成している。
【００４８】
前記固定基板３０の前記第１の基準電極３２、第２の基準電極３３、第１の固定電極３４および第２の固定電極３５はそれぞれ電気的に独立している。
【００４９】
一方、前記回転基板２０では、前記第１の対向電極２２と第１の移動電極２４とが回転基板２０の対向面２０Ａの逆側となる背面に設けらた接続部２６を介して接続されており、両者は同一電位に設定されている。また前記第２の移動電極２３と第２の移動電極２５は対向面２０Ａに設けられた接続部２７を介して接続されており、両者は同一電位に設定されている。
【００５０】
このようなドライブ電極を備えた回転基板２０と検出電極を備えた固定基板３０とを前記回転検出装置１０に組み込むとともに図３Ａに示す状態、すなわち前記固定基板３０のＸ１軸に回転基板２０のＸ２軸を一致させ、且つ固定基板３０のＹ１軸に回転基板２０のＹ２軸を一致させた状態に設定する。なお、説明の便宜上、前記図３Ａに示す状態を回転角度θ＝０°と規定する。
【００５１】
図３Ａに示す回転角度θ＝０°の状態では、前記第１の基準電極３２に対し第１の対向電極２２が対向し、前記第２の基準電極３３に対し第２の対向電極２３が対向する。また前記第１の移動電極２４が図示上部側で前記第１の固定電極３４と第２の固定電極３５の双方に等しい対向面積で対向し、第２の移動電極２５が図示下部側で前記第１の固定電極３４と第２の固定電極３５の双方に等しい対向面積で対向する。
【００５２】
図４の等価回路図に示すように、前記図３Ａの回転角度θ＝０°の状態では、前記第１の基準電極３２に対向する第１の対向電極２２との間に静電容量Ｃ１が形成され、前記第１の移動電極２４と対向する前記第１の固定電極３４および第２の固定電極３５との間に可変容量Ｃｖ１が形成されている。また第１の対向電極２２と前記第１の移動電極２４とが前記接続部２６を介して接続されているため、前記静電容量Ｃ１と可変容量Ｃｖ１とは前記接続部を介して直接接続された状態となっている。よって、前記第１の基準電極３２と前記第１の固定電極３４又は第２の固定電極３５との間の全体の合成容量（第１の静電容量）Ｃａは、Ｃａ＝１／（１／Ｃ１＋１／Ｃｖ１）である。
【００５３】
同様に、前記第２の基準電極３３と第２の対向電極２３との間に静電容量Ｃ２が形成され、前記第２の移動電極２５と前記第１の固定電極３４および第２の固定電極３５との間に可変容量Ｃｖ２が形成されており、前記静電容量Ｃ２と可変容量Ｃｖ２とが前記接続部２７を介して直接接続された状態となっている。よって、前記第２の基準電極３３と前記第１の固定電極３４又は第２の固定電極３５との間の全体の合成容量（第２の静電容量）Ｃｂは、Ｃｂ＝１／（１／Ｃ２＋１／Ｃｖ２）である。
【００５４】
ただし、前記ドライブ電極と検出電極とは同一形状の電極パターンで形成されているため、Ｃ１＝Ｃ２、Ｃｖ１＝Ｃｖ２の関係が成り立ち、よって全体の合成容量Ｃａ，ＣｂはＣａ＝Ｃｂである。
【００５５】
なお、回転基板２０が回転しても前記静電容量Ｃ１を形成する前記第１の基準電極３２と第１の対向電極２２との間、および静電容量Ｃ２を形成する前記第２の基準電極３３と第２の対向電極２３との間の対向面積は変わらないため、常に前記静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２は一定値が保持される。
【００５６】
図５は回転検出装置の角度検出部の回路構成図である。
図５に示すように、角度検出部４０はクロック信号発生手段４１、第１，第２のバッファ手段４２，４３、差動増幅手段４４およびピーク検出手段４５で構成されている。
【００５７】
クロック信号発生手段４１は、互いの位相が１８０度異なる一定の周期からなる矩形波状のクロック信号Ｓ１とＳ２を出力する出力部ＣＫ１とＣＫ２を有している。また前記第１，第２のバッファ手段４２，４３は、１０ＭΩ程度の高い入力インピーダンスを有している。
【００５８】
前記合成容量Ｃａを形成する第１の基準電極３２が、外部に設けられた前記クロック信号発生手段４１の一方の出力部ＣＫ１に接続され、前記合成容量Ｃｂを形成する第２の基準電極３３が、外部に設けられた前記クロック信号発生手段４１の他方の出力部ＣＫ２に接続されている。また前記第１の固定電極３４が、外部に設けられた前記第１のバッファ手段４２の入力部に接続され、前記第２の固定電極３５が、外部に設けられた前記第２のバッファ手段４３の入力部に接続されている。そして、第１のバッファ手段４２の出力部と第２のバッファ手段４２の出力部が前記差動増幅手段４４の各入力部に接続され、その後段にピーク検出手段４５が接続されている。
【００５９】
このように前記回転検出装置１０では、回転基板２０および固定基板３０に形成された電極と外部の角度検出部４０との接続が、全て固定基板３０側の検出電極、すなわち第１の基準電極３２、第２の基準電極３３、第１の固定電極３４および第２の固定電極３５を介して行うことが可能である。よって、回転基板２０側のドライブ電極と外部との接続を不要とすることができるため、従来生じていた回転基板２０と外部との配線の問題が生じなくなる。
【００６０】
また、この角度検出部４０では、クロック信号の立ち上がりや線路間のインピーダンス等に起因する時定数を持っているため、前記クロック信号Ｓ１，Ｓ２の電圧が完全に立ち上がる前に、前記合成容量Ｃａ，Ｃｂにおける充電が完了するように設定されている。よって、前記合成容量Ｃａ，Ｃｂにクロック信号Ｓ１，Ｓ２を与えると、その出力である微分波形のピーク電圧値ＶＰを前記合成容量Ｃａ，Ｃｂの大きさに応じて可変させることが可能となっている。
【００６１】
図６および図７はクロック信号と各部の信号との関係を示すタイミングチャート図であり、図６は回転角度θが０°≦θ＜＋９０°の場合、図７は回転角度θが−９０°≦θ＜０°の場合を示している。
【００６２】
さて、図３Ａに示す回転角度θ＝０°の場合において、前記クロック信号発生手段４１から前記合成容量Ｃａ，Ｃｂの入力部に対し、所定のクロック信号Ｓ１，Ｓ２を入力すると、第１の固定電極３４は第１，第２の移動電極２４，２５に対しともに等しい対向面積で対向し、且つ第２の固定電極３５も第１，第２の移動電極２４，２５に対しともに等しい対向面積で対向しているため、前記第１，第２のバッファ手段４２，４３の出力はともに０となり、ピーク検出手段４５の出力も０となる。よって、回転角度θ＝０°であることがわかる。
【００６３】
次に、図３Ｂに示すように、回転基板２０を反時計回り方向に回転角度θ＝α°（ただし、０°＜α≦＋９０°）の範囲で回転させた状態に設定する。この状態では、第１の固定電極３４については第２の移動電極２５と間の対向面積Ａ１よりも第１の移動電極２４との対向面積Ａ２の方が広い。また第２の固定電極３５については、第１の移動電極２４と間の対向面積Ｂ１よりも第２の移動電極２５との対向面積Ｂ２の方が広い。
【００６４】
よって、前記合成容量ＣａおよびＣｂの入力部に対し前記クロック信号発生手段４１から所定のクロック信号Ｓ１，Ｓ２（図６Ｉ，ＩＩ参照）が入力されると、図６ＩＩＩ，ＩＶに示すように前記第１，第２のバッファ手段４２，４３からは前記広い方の対向面積Ａ２，Ｂ２の大きさに応じ１８０度位相の異なる微分波形が出力される。よって、前記差動増幅手段４４からは、図６Ｖに示すような２倍の微分波形（差信号）を得ることができる。そして、前記ピーク検出手段４５が、前記差動増幅手段４４の微分波形のピーク電圧値ＶＰをクロック信号Ｓ１の立ち上がりエッジのタイミングで求めることにより、回転基板２０が反時計回り方向に回転角度θ＝α°（絶対値）だけ回転させられたことを求めることができる。
【００６５】
なお、前記ピーク電圧値ＶＰの検出は、クロック信号Ｓ２の立ち上がりエッジのタイミングであってもよく、あるいはクロック信号Ｓ１又はＳ２は立ち下りエッジのタイミングであってもよい。
【００６６】
同様に、回転基板２０を時計回り方向に回転角度θ＝α°（ただし、０°＜α≦−９０°）の範囲で回転させた場合には、前記第１，第２のバッファ手段４２，４３の出力は図７のＩＩＩ，ＩＶに示すようになり、よって差動増幅手段４４の出力（差信号）は図７Ｖのようになる。よって、前記ピーク検出手段４５が、クロック信号Ｓ１の立ち上がりエッジなどの所定のタイミングで前記差動増幅手段４４の差信号のピーク電圧値ＶＰを検出することにより、回転基板２０が時計回り方向に回転角度θ＝α°（絶対値）だけ回転させられたことを求めることができる。
【００６７】
ここで、前記回転検出装置１０に外乱が混入すると、前記第１，第２のバッファ手段４２，４３の出力である微分波形に前記外乱に起因する同一のノイズ信号が同じ方向にそれぞれ重畳する。しかし、前記差動増幅手段４４において、第１，第２のバッファ手段４２，４３の出力を差動増幅することにより、前記ノイズ信号をキャンセルすることができる。よって、ピーク電圧値ＶＰを正確に検出することができるため、回転角度θを高精度に検出することが可能である。
【００６８】
図８は第１の実施の形態の回転検出装置における回転角度と出力（差動増幅手段４４のピーク電圧値）との関係を示すグラフである。ただし、図８では図３Ａの状態（回転角度θ＝０°）を基準とし、反時計回り方向を＋方向、時計回り方向を−方向としたものであり、回転角度θを絶対値で示したものである。
【００６９】
図８に示すように、前記回転検出装置１０では−１８０°≦θ＜−９０°の範囲および＋９０°≦θ＜＋１８０°の範囲の出力値が、−９０°≦θ＜＋９０°の範囲の出力値と一致する。このため、前記回転検出装置１０の検出範囲は−９０°≦θ≦＋９０°、すなわち１８０°の範囲となっている。
【００７０】
図９は第２の実施の形態として回転検出装置の回転基板と固定基板の対向面を示す平面図、図１０は第２の実施の形態に示す回転検出装置における回転角度と出力との関係を示すグラフである。
【００７１】
図９に示す回転基板５０の対向面５０Ａには、上記第１の実施の形態に示す回転基板２０の対向面２０Ａに誘電フィルム２１を介して設けられたドライブ電極と同じ形状のドライブ電極が設けられている。
【００７２】
すなわち、円形誘電フィルムの表面の外周側に、第１及び第２の対向電極５２，５３が設けられ、内周側に第１及び第２の移動電極５４，５５が設けられている。前記第１の対向電極５２と第２の対向電極５３は環状に形成され、同心円の最外周に第１の対向電極５２が設けられ、その内側に第２の対向電極５３が設けられている。また第１の移動電極５４と第２の移動電極５５は円弧形状をしており、前記第２の対向電極５３の内側で且つ回転基板５０の中心を通るＸ２軸（仮想線）に対して線対称の位置に設けられている。また前記第１の対向電極５２と第１の移動電極５４とが回転基板５０の対向面５０Ａの逆側となる背面に設けられた接続部５６を介して接続されており、両者は同一電位に設定されている。また前記第２の移動電極５３と第２の移動電極５５は対向面５０Ａに設けられた接続部５７を介して接続されており、両者は同一電位に設定されている。
【００７３】
一方、固定基板６０には、対向面６０Ａの最外周側に第１の基準電極６２が、その内周に第２の基準電極６３が設けられ、最内周側に第１の固定電極６４および第２の固定電極６５が中心を通る第１の仮想線であるＹ１軸に対し線対称の位置に設けられている点は前記上記第１の実施の形態に示す固定基板３０の検出電極と同じ構成である。
【００７４】
ただし、この第２の実施の形態では前記第２の基準電極６３と前記第１の固定電極６４および第２の固定電極６５との間に、第３の固定電極６６および第４の固定電極６７が、前記中心を通るとともに前記第１の仮想線と直交する第２の仮想線であるＸ１軸に対して線対称の位置に設けられている点において異なっている。なお、上記各電極は誘電フィルム上に形成されており、前記誘電フィルムは各電極が形成された面を固定基板６０の対向面６０Ａに向けた状態で固定されている点は上記第１の実施の形態と同じである。
【００７５】
前記回転基板５０の対向面５０Ａと固定基板６０の対向面６０Ａを対向させた状態で前記回転検出装置１０に組み込むとともに、固定基板６０のＸ１軸に回転基板５０のＸ２軸を一致させ、且つ固定基板６０のＹ１軸に回転基板５０のＹ２軸を一致させた状態に設定すると、前記固定基板６０の第１，第２の基準電極６２，６３と回転基板５０の第１，第２の対向電極５２，５３が対向し、これらの間に静電容量Ｃ１，Ｃ２が形成される。また前記固定基板６０の第１ないし第４の固定電極６４，６５、６６，６７に対し、前記回転基板５０の第１，第２の移動電極５４，５５が対向する。そして、前記第１の移動電極５４と対向する前記第１の固定電極６４の一部および第２の固定電極６５の一部との間に可変容量Ｃｖ１が形成され、前記第２の移動電極５５と前記第１の固定電極６４の一部および第２の固定電極６５の一部との間に可変容量Ｃｖ２が形成される。さらに前記第１の移動電極５４と対向する第３の固定電極６６との間に可変容量Ｃｖ３が形成され、前記第２の移動電極５５と対向する第４の固定電極６７との間に可変容量Ｃｖ４が形成される。
【００７６】
等価的には、可変容量Ｃｖ１ないし可変容量Ｃｖ４が並列に接続され、これに前記静電容量Ｃ１が直列接続されたのが合成容量（第１の静電容量）Ｃａであり、前記並列接続された可変容量Ｃｖ１ないし可変容量Ｃｖ４に前記静電容量Ｃ２が直列接続されたのが合成容量（第１の静電容量）Ｃｂとなっている。
【００７７】
第２の実施の形態では、図５に示す角度検出部４０と同様の構成からなる第１の角度検出部と第２の角度検出部を有しており、前記可変容量Ｃｖ１，Ｃｖ２の第１，第２の固定電極６４，６５が第１の角度検出部の第１及び第２のバッファ手段にそれぞれ接続され、これらの出力が第１の差動増幅手段に入力される。また可変容量Ｃｖ３，Ｃｖ４の第３，第４の固定電極６６，６７が第２の角度検出部の第３及び第４バッファ手段にそれぞれ接続され、これらの出力が第２の差動増幅手段に入力される。
【００７８】
なお、前記クロック信号発生手段は１つであり、前記クロック信号発生手段の出力部ＣＫ１，ＣＫ２から第１，第２の基準電極６２，６３に対してクロック信号Ｓ１，Ｓ２が与えられる。
【００７９】
前記第２の実施の形態における前記可変容量Ｃｖ１，Ｃｖ２の関係は、上記第１の実施の形態における可変容量Ｃｖ１，Ｃｖ２と同じである。よって、第１の実施の形態同様に回転基板５０に回転を与えながら前記第１，第２の基準電極６２，６３にクロック信号Ｓ１，Ｓ２を与えると、前記第１の差動増幅手段の出力と回転角度θとの関係は図１０に一点鎖線で示すＡ相となる。
【００８０】
また第２の実施の形態における前記可変容量Ｃｖ３，Ｃｖ４は、上記第１の実施の形態における可変容量Ｃｖ１，Ｃｖ２第１，第２の固定電極３４，３５を周方向に９０°（１／４周期）ずらした関係にある。よって、前記第２の差動増幅手段の出力と回転角度θとの関係は前記Ａ相から位相を９０°ずらした図１０に点線で示すＢ相のようにる。
【００８１】
図１１は第２の実施の形態における回転角度を検出するためのフローチャートである。また表１は前記Ａ相を構成する第１の差動増幅手段の出力データＡと前記Ｂ相を構成する第２の差動増幅手段の出力データＢの関係を示している。前記表１では出力データＡ，Ｂの極性と、両者の大小関係を回転角度θ＝４５°の範囲ごとに示している。
【００８２】
【表１】
第２の実施の形態の角度検出装置には図示しない演算処理手段が設けられている。前記演算処理手段は、主体をなすＣＰＵとメモリ手段および比較手段などで構成される。前記演算処理手段は、表１に基づき図１１に示すフローチャートにしたがって回転角度θの検出を行う。
【００８４】
先ず、演算処理手段は、前記第１の差動増幅手段の出力データＡと前記第２の差動増幅手段の出力データＢを比較手段に入力し、両出力データの比較を行う（ステップ１）。このときＡ＞Ｂである場合には、次のステップ２においてＡ＞０且つＢ＞０であるか否かを調べる。このときＹである場合には、表１のＶＩであるので、回転角度θが４５°≦θ＜９０°の範囲内にあることが分かる。よって、演算処理手段は前記範囲内のＢ相の信号に基づいて出力データＢに応じた回転角度θを求めることができる（ステップ３）。
【００８５】
一方、前記ステップ２でＮの場合には、Ｉ、ＶＩＩまたはＶＩＩＩのいずれかであるので、回転角度θは−１８０°≦θ＜−１３５°または＋９０°≦θ＜＋１８０°の範囲内にあることがわかる。よって、演算処理手段は前記範囲内のＡ相の信号に基づいて出力データＡに応じた回転角度θを求めることができる（ステップ４）。
【００８６】
また前記ステップ１において、Ａ＞Ｂでない場合（Ａ＜Ｂの場合）には、ステップ５に移行してＡ＞０且つＢ＞０であるか否かを調べる。このときＹである場合には、表１のＶであるので、回転角度θが０°≦θ＜４５°の範囲内にあることが分かる。よって、演算処理手段は前記範囲内のＡ相の信号に基づいて出力データＡに応じた回転角度θを求めることができる（ステップ６）。
【００８７】
一方、前記ステップ６でＮの場合には、ＩＩ、ＩＩＩまたはＩＶのいずれかであるので、回転角度θは−１３５°≦θ＜０°の範囲内にあることがわかる。よって、演算処理手段は前記範囲内のＢ相の信号に基づいて出力データＢに応じた回転角度θを求めることができる（ステップ７）。
【００８８】
すなわち、−１８０°≦θ＜−１３５°の区間では出力データＡを採用し且つＡ相の信号に基づいて、−１３５°≦θ＜０°の区間では出力データＢを採用し且つＢ相の信号に基づいて、０°≦θ＜＋４５°の区間では出力データＡを採用し且つＡ相の信号に基づいて、＋４５°≦θ＜＋９０°の区間では出力データＢを採用し且つＢ相の信号に基づいて、＋９０°≦θ＜＋１８０°の区間では出力データＡを採用し且つＡ相の信号に基づいて回転角度θを検出するようにすることにより、３６０°の範囲内で回転角度θを絶対値で検出することができる。
【００８９】
よって、従来および第１の実施の形態に比較して検出可能な回転角度θの範囲を拡大することができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように本発明では、外乱にょりノイズ信号をキャンセルすることにより、回転角度を高精度に検出することができる。
【００９１】
また回転基板側の配線を不要にすることができるため、回転検出装置を長期間使用し続けても、前記回転基板と外部回路とを接続する線材の切断などが生じなくなる。
【００９２】
さらに回転角度の検出範囲を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転検出装置の断面図、
【図２】第１の実施に形態として回転検出装置の回転基板と固定基板の対向面を示す平面図、
【図３】固定基板に回転基板を重ねた動作状態を示し、Ａは回転角度θ＝０°の状態、Ｂは回転角度θ＝αの状態、
【図４】固定基板と回転基板との間に形成される静電容量の等価回路図、
【図５】回転検出装置の角度検出部の回路構成図、
【図６】回転角度θが０°≦θ＜＋９０°の場合のクロック信号と各部の信号との関係を示すタイミングチャート図、
【図７】回転角度θが−９０°≦θ＜０°の場合のクロック信号と各部の信号との関係を示すタイミングチャート図、
【図８】第１の実施の形態に示す回転検出装置における回転角度と出力との関係を示すグラフ、
【図９】第２の実施の形態として回転検出装置の回転基板と固定基板の対向面を示す平面図、
【図１０】第２の実施の形態に示す回転検出装置における回転角度と出力との関係を示すグラフ、
【図１１】第２の実施の形態における回転角度を検出するためのフローチャート、
【図１２】従来の回転検出装置の構造を示す断面図、
【図１３】回転検出装置の動作を示すための回転基板と固定基板を示し、Ａは電極の配置を示す平面図、Ｂは回転角度が０°の状態を示す平面図、Ｃは回転角度が９０°の状態を示す平面図、
【図１４】回転検出装置の検出部の等価回路図、
【符号の説明】
１０ 回転検出装置
２０，５０ 回転基板
２１ 誘電フィルム
２２，５２ 第１の対向電極
２３，５３ 第２の対向電極
２４，５４ 第１の移動電極
２５，５５ 第２の移動電極
２６，２７，５６，５７ 接続部
３０，６０ 固定基板
３１ 誘電フィルム
３２，６２ 第１の基準電極
３３，６３ 第２の基準電極
３４，６４ 第１の固定電極
３５，６５ 第２の固定電極
６６ 第３の固定電極
６７ 第４の固定電極
４０ 回転検出部
４１ クロック信号発生手段
４２，４３ バッファ手段
４４ 差動増幅手段
４５ ピーク検出手段
Ｃ１，Ｃ２ 静電容量
Ｃｖ１，Ｃｖ２，Ｃｖ３，Ｃｖ４ 可変容量
Ｃａ 合成容量（第１の静電容量）
Ｃｂ 合成容量（第２の静電容量）
Claims (5)
- 第１及び第２の固定電極が設けられた固定基板と、前記第１及び第２の固定電極に対向する第１及び第２の移動電極を有するとともに前記固定基板に対し回転自在に設けられた回転基板とを備えた回転検出装置において、
前記第１及び第２の固定電極と第１及び第２の移動電極との間には前記回転基板の回転角度に応じて変化する第１及び第２の静電容量が形成されるものであり、
前記第１及び第２の静電容量の入力に１８０度位相の異なるクロック信号を与えるクロック信号発生手段と、前記第１及び第２の静電容量からの前記クロック信号に応じた出力信号を検出する第１及び第２のバッファ手段と、前記第１のバッファ手段の出力信号と第２のバッファ手段の出力信号との差信号を検出する差動増幅手段と、前記一方のクロック信号の立ち上がり又は立ち下りエッジのタイミングで前記差動増幅手段の差信号のピーク値を検出するピーク検出手段と、が設けられていることを特徴とする回転検出装置。 - 前記第１及び第２の静電容量は、前記回転基板の回転角度に応じ、前記第１の固定電極と第１及び第２の移動電極との間の対向面積と、前記第２の固定電極と第１及び第２の移動電極との間の対向面積とが等しく変化することで形成されるものである請求項１記載の回転検出装置。
- 基準電極および固定電極が設けられた固定基板と、前記固定基板に対し回転自在に設けられるとともに前記基準電極に対向する対向電極および前記固定電極に対向する移動電極とが設けられた回転基板と、前記回転基板の回転角度を検出する角度検出部と、を備えた回転検出装置において、
前記固定基板と回転基板の間では、前記回転基板が回転したときに、前記基準電極と対向電極との間に一定の静電容量が形成され、前記固定電極と前記移動電極との対向面積の大きさに応じて変化する可変容量が形成されるものであり、
前記固定基板では前記基準電極と固定電極を介して前記角度検出部に接続されるとともに、前記回転基板には前記対向電極と移動電極を電気的に接続することにより前記静電容量と可変容量との合成容量を形成する接続部が設けられていることを特徴とする回転検出装置。 - 外周側に環状に形成された第１及び第２の対向電極と、その内周側で前記回転基板の中心を通る仮想線に対し線対称の位置に形成された第１および第２の移動電極とが設けられた回転基板と、
前記固定基板に対し回転自在に設けられるとともに、外周側において前記対向電極に対向する環状に形成された第１及び第２の固定電極と、その内周側で前記第１及び第２の移動電極に対向し且つ前記固定基板の中心を通る第１の仮想線に対して線対称の位置に設けられた第１及び第２の固定電極と、前記第１及び第２の移動電極に対向し且つ前記中心を通り前記第１の仮想線に交叉する第２の仮想線に対して線対称の位置に設けられた第３及び第４の固定電極とが設けられた固定基板と、
前記第１及び第２の移動電極と前記第１及び第２の固定電極との間に形成される静電容量、および前記第１及び第２の移動電極と前記第３及び第４の固定電極との間に形成される静電容量に対し所定のクロック信号を与えるとともに前記クロック信号に応じて出力される信号の検出を行う角度検出部と、前記角度検出部から出力された信号を処理して回転角度を検出する演算処理手段と、を備えていることを特徴とする回転検出装置。 - 固定基板と、前記固定基板に対向するとともに回転自在に設けられた回転基板とを備えた回転検出装置において、
前記固定基板と回転基板の少なくともいずれか一方の対向面には、表面に所定の形状からなる電極が形成された誘電フィルムが、前記電極が形成された表面を前記対向面に向けた状態で固定されていることを特徴とする回転検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002221360A JP2004061355A (ja) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | 回転検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002221360A JP2004061355A (ja) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | 回転検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004061355A true JP2004061355A (ja) | 2004-02-26 |
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ID=31941695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002221360A Withdrawn JP2004061355A (ja) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | 回転検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004061355A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2002
- 2002-07-30 JP JP2002221360A patent/JP2004061355A/ja not_active Withdrawn
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