JP4464517B2

JP4464517B2 - Position detection device

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Publication number: JP4464517B2
Application number: JP2000070326A
Authority: JP
Inventors: 忠敏後藤; 和也坂元; 宏坂本
Original assignee: Amiteq Co Ltd
Current assignee: Amiteq Co Ltd
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: JP2001141410A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流励磁されるコイルとこのコイルに対して相対的に変位する磁性体又は導電体とを含んで構成される位置検出装置に関し、所定範囲での直線位置または回転位置の検出に適したものであり、特に、１相の交流で励磁される１次コイルのみを使用して複数相の振幅関数特性を示す出力交流信号を検出対象位置に応じて生成するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＶＤＴといわれる誘導型直線位置検出器が知られている。２ワイヤタイプＬＶＤＴは、１個の１次コイルと１個の２次コイルとからなり、磁性体からなる可動部のコイル部への侵入量に応じて１次２次コイル間の誘導結合が変化し、それに応じた電圧レベルの誘導出力信号を２次コイルに生成する。３ワイヤタイプＬＶＤＴは、１個の１次コイルと逆相直列接続された２個の２次コイルとからなる差動トランス構成であり、この場合は、所定長の磁性体からなる可動部が逆相２次コイルのどちらかへの侵入量に応じて１次２次コイル間の誘導結合がバランス的に変化し、それに応じた電圧レベルの誘導出力信号を２次コイルに生成する。このＬＶＤＴの２次出力信号をアナログ的に加算または減算する演算を行うことで、可動部の位置に応じたサイン特性の出力信号とコサイン特性の出力信号とを生成し、これらのサイン特性の出力信号とコサイン特性の出力信号とをＲＤコンバータで処理して、可動部の位置を検出したディジタルデータを生成する。また、別のタイプの位置検出器として、励磁コイルのみを設け、可動磁性体コアの変位に応じたその自己インダクタンスの変化をＲ−Ｌ回路による移相量を測定することで検出するようにしたものも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来知られたＬＶＤＴは、１次コイルと２次コイルが必要であるため、部品点数が多くなり、製造コストを低廉にするのに限界があった。また、小型化するにも限界があった。また、可動部の位置に応じたサイン特性及びコサイン特性の出力信号における利用可能な位相角範囲は、２ワイヤタイプＬＶＤＴでは４５度程度、３ワイヤタイプＬＶＤＴでは９０度程度と比較的狭く、検出可能位相角範囲を拡大することは困難であった。また、３ワイヤタイプＬＶＤＴでは、可動部がコイル部の中央に位置する状態を基準にしてその左右に変位する位置しか検出することができないため、応用の際に、使い勝手が悪いという問題があった。また、検出対象の微小変位に対する検出分解能が悪かった。一方、励磁コイルの自己インダクタンスを測定するタイプの位置検出器では、コイル数を減らすことができるが、検出対象の変位に応じた移相量が狭い範囲でしか得られないため、実際はその移相量の測定が困難であり、また、検出分解能が悪く、実用化には不向きであった。また、周辺環境温度の変化に付随してコイルのインピーダンスが変化すると、移相量も変化してしまうため、温度特性の補償を行うことができなかった。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、小型かつシンプルな構造を持つと共に、利用可能な位相角範囲を広くとることができ、また、検出対象の変位が微小でも高分解能での検出が可能であり、温度特性の補償も容易な、位置検出装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る位置検出装置は、１相の交流信号で励磁される複数のコイルを配置してなるコイル部と、前記コイル部に対して相対的に変位するよう配置された磁気応答部材であって、検出対象の変位に応じて該部材と前記コイル部との相対的位置が変化し、この相対的位置に応じて各コイルのインピーダンスを変化させ、このインピーダンス変化に基づき前記相対的位置が所定の位置検出対象範囲にわたって変化する間で各コイル毎に割り当てられた所定の区間で当該各コイルに生じる電圧が変化するようにしてなり、この各コイルに生じる電圧は前記検出対象位置の変化に対応して各コイル毎に特有の変化パターンを示し、かつ、個々のコイルでは当該コイルに割り当てられた前記所定の区間において増加又は減少の一方向のみに電圧が変化するように構成してなるものと、前記各コイルに生じる電圧を取り出し、それらを組み合わせて演算することにより、所定の周期的関数特性を振幅係数として持つ少なくとも１つの交流出力信号を生成するアナログ演算回路と、所定の基準電圧を発生する手段とを具え、前記アナログ演算回路は、前記各コイルからの電圧に前記基準電圧を組み合わせて演算することを特徴とする。
コイルの数が少ない場合、磁気応答部材の端部が１つのコイルの一端から他端まで変位する間に生じる該コイルの両端間電圧の漸増（又は漸減）変化カーブは少ししか発生されない。そこで、別途発生した基準電圧と各コイルの出力電圧とを組合わせて演算することで、検出対象位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号、典型的には、検出対象位置に応じてサイン及びコサイン関数特性に従う振幅をそれぞれ示す２つの交流出力信号、を生成することができるようにしている。基準電圧を発生する手段としては、任意の構成のダミーのインピーダンス要素を用いてよい。例えば、抵抗素子でもよいし、コイルのようなインダクタンス手段でもよい。
【０００６】
磁気応答部材は、典型的には、磁性体及び導電体の少なくとも一方を含んでなるものである。磁気応答部材が磁性体からなる場合は、該部材のコイルに対する近接の度合いが増すほど、該コイルの自己インダクタンスが増加して、該コイルの電気的インピーダンスが増加し、該コイルに生じる電圧、つまり端子間電圧（若しくは電圧降下）、が増加する。反対に、該磁気応答部材のコイルに対する近接の度合いが減少するほど、該コイルのインダクタンスが減少して、該コイルの電気的インピーダンスが減少し、該コイルに生じる電圧、つまり端子間電圧、が減少する。こうして、検出対象の変位に伴い、コイルに対する磁気応答部材の相対的位置が所定の範囲にわたって変化する間で該コイルに生じる電圧、つまり端子間電圧は、増加若しくは減少変化することになる。
【０００７】
例えば、典型的には、コイルに対する磁気応答部材の相対的位置が所定の範囲にわたって変化する間で該コイルの端子間電圧が示す漸増変化カーブは、サイン関数における０度から９０度までの範囲の関数値変化になぞらえることができる。複数のコイルが設けられており、これら各コイルに対する磁気応答部材の位置が、検出対象の変位に応じて相対的に変位するにつれ、各コイルの端子間電圧の漸増（又は漸減）変化が異なる態様で起こる。例えば、或る所定区間で或るコイルの出力電圧が漸増変化カーブ特性を示し、それに続く別の所定区間で別のコイルの出力電圧が漸増変化カーブ特性を示すとすると、１番目のコイルの出力電圧から２番目のコイルの出力電圧を減算するように組み合わせ演算を行うと、振幅電圧が漸増したのち漸減するような、サイン関数における０度から１８０度までの範囲の関数特性を得ることができる。このような各コイル出力電圧の組合せ演算は、また、その減算演算による相殺効果によって、温度ドリフト補償を自動的に行うことができるので、精度のよい位置検出を簡便な構成で実現することができる。
【０００８】
こうして、各コイルで生じた電圧（端子間電圧）の漸増（又は漸減）変化を、所定周期的関数の部分的位相範囲での変化に見立ててこれらを適宜組み合わせて演算（加算及び／又は減算）することにより、検出対象位置に応じて所定の周期ｗｇ関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号を生成することができる。すなわち、各コイル区間の両端間電圧をそれぞれ取り出し、それらを加算及び／又は減算して組合わせることにより、検出対象位置に応じて所定の周期的関数特性に従う振幅係数を持つ１又は複数の交流出力信号を生成することができる。生成される複数の交流出力信号は、各交流出力信号の振幅を規定する周期的関数特性は所定位相だけずれているものであることが好ましい。そうすれば、例えば、レゾルバのように、検出対象位置に応じてサイン関数特性に従う振幅係数を持つ交流出力信号と、コサイン関数特性に従う振幅係数を持つ交流出力信号とを生成することができる。
【０００９】
請求項２に係る位置検出装置は、１相の交流信号によって励磁される複数のコイル区間を、所定の位置検出対象範囲にわたって、検出対象の変位方向に沿って順次連続的に配列してなるコイル部と、前記コイル部に対して相対的に変位するよう配置された磁気応答部材であって、検出対象位置に応じて該部材と前記コイル部との相対的位置が変化し、この相対的位置に応じて各コイル区間のインダクタンスを変化させ、前記部材が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間で当該コイル区間に生じる電圧が漸増又は漸減の一方向のみに変化するようにしたものと、前記各コイル区間の電圧をそれぞれ取り出し、それらを組み合わせて演算することにより、前記検出対象位置に応じて所定の周期的関数特性に従う振幅を示す少なくとも１つの交流出力信号を生成するアナログ演算回路とを具えたものである。
【００１０】
この場合も、上述の通り、磁気応答部材が磁性体からなる場合は、該部材の各コイル区間に対する近接又は侵入の度合いが増すほど該コイル区間の自己インダクタンスが増加し、該磁気応答部材部材の端部が１つのコイル区間の一端から他端まで変位していく間で該コイル区間に生じる電圧（つまり両端間電圧若しくは端子間電圧）が漸増する。複数のコイル区間が検出対象の変位方向に沿って順次配列されてなることにより、これら各コイル区間に対する磁気応答部材の位置が、検出対象の変位に応じて相対的に変位するにつれ、各コイル区間の両端間電圧の漸増（又は漸減）変化が順番に起こる。よって、このコイル端子間電圧の漸増（又は漸減）変化を、所定周期関数の部分的位相範囲での変化に見立ててこれらを組み合わせて利用することにより、検出対象位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号を生成することができる。すなわち、各コイル区間の両端間電圧をそれぞれ取り出し、それらを加算及び／又は減算して組合わせることにより、検出対象位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号を生成することができる。
【００１１】
例えば、典型的には、磁気応答部材の端部が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間に生じる該コイル区間の両端間電圧の漸増変化カーブは、例えばサイン関数における０度から９０度までの範囲の関数値変化になぞらえることができる。また、この漸増変化カーブは、その振幅を負に反転して、所定レベル（オフセットレベル）を加算する電圧シフトを行なえば、所定レベルから漸減する漸減変化カーブに変換することができる。このような漸減変化カーブは、例えばサイン関数における９０度から１８０度までの範囲の関数値変化になぞらえることができる。かくして、順番に並んだ４つのコイル区間における、順番に起こる、それらの両端間電圧の漸増変化は、必要に応じて適宜の加算及び／又は減算を施すことにより、サイン関数における０度から９０度までの範囲の関数値変化、９０度から１８０度までの範囲の関数値変化、１８０度から２７０度までの範囲の関数値変化、２７０度から３６０度までの範囲の関数値変化、にそれぞれなぞらえることができる。各範囲におけるカーブの傾斜方向や電圧シフトのオフセットレベルは、適切なアナログ演算により、適宜コントロールすることができる。しかして、検出対象位置に応じてサイン関数特性に従う振幅を示す第１の交流出力信号を生成することができ、また、このサイン関数に対して９０度位相ずれた同一特性の周期関数つまりコサイン関数の特性に従う振幅を示す第２の交流出力信号を生成することもできる。
【００１２】
このように、好ましい一実施形態として、検出対象位置に応じてサイン及びコサイン関数特性に従う振幅をそれぞれ示す２つの交流出力信号を生成することができる。例えば、検出対象位置を角度θに置き換えて示すと、概ね、サイン関数特性を示す振幅を持つ交流出力信号は、ｓｉｎθｓｉｎωｔで示すことができるものであり、コサイン関数特性を示す振幅を持つ交流出力信号は、ｃｏｓθｓｉｎωｔで示すことができるものである。これは、レゾルバといわれる位置検出器の出力信号の形態と同様のものであり、極めて有用なものである。例えば、前記アナログ演算回路で生成された前記２つの交流出力信号を入力し、該２つの交流出力信号における振幅値の相関関係から該振幅値を規定する前記サイン及びコサイン関数における位相値を検出し、検出した位相値に基づき前記検出対象の位置検出データを生成する振幅位相変換部を具備するようにするとよい。
【００１３】
なお、磁気応答部材として、銅のような良導電体を使用した場合は、渦電流損によってコイルの自己インダクタンスが減少し、磁気応答部材の端部が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間で該コイル区間の両端間電圧が漸減することになる。この場合も、上記と同様に検出することが可能である。磁気応答部材として、磁性体と導電体を組合わせたハイブリッドタイプのものを用いてもよい。
別の実施形態として、磁気応答部材として永久磁石を含み、コイル部は磁性体コアを含むようにしてもよい。この場合は、コイル部の側の磁性体コアにおいて永久磁石の接近に応じて対応する箇所が磁気飽和又は過飽和となり、該磁気応答部材すなわち永久磁石が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間で該コイル区間の両端間電圧が漸減することになる。
【００１４】
かくして、この発明によれば、１次コイルのみを設ければよく、２次コイルは不要であるため、小型かつシンプルな構造の位置検出装置を提供することができる。また、複数のコイルを検出対象の変位方向に沿って順次配列してなり、磁気応答部材の端部が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間で該コイル区間の両端間電圧が漸増（又は漸減）する特性の変化が、各コイル間で順番に起こるので、各コイル区間の電圧をそれぞれ取り出してそれらを加算及び／又は減算して組合わせることにより、検出対象位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号（例えばサイン及びコサイン関数特性に従う振幅をそれぞれ示す２つの交流出力信号）を容易に生成することができ、利用可能な位相角範囲を広くとることができる。例えば、上記のように、０度から３６０度までのフルの位相角範囲で検出を行うことも可能である。同じ温度特性を示す複数のコイル区間の出力電圧を加算又は減算して組合わせて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号を生成するので、温度特性が自動的に補償されることとなり、温度変化の影響を排除した位置検出を容易に行うことができる。更に、これら複数の交流出力信号における振幅値の相関関係から該振幅値を規定する所定周期関数（例えばサイン及びコサイン関数）における位相値を検出することで、検出対象の変位が微小でも高分解能での位置検出が可能である。
【００１５】
請求項２の発明において、所定の基準電圧を発生する手段を更に具え、前記アナログ演算回路は、前記各コイル区間からの電圧に前記基準電圧を組み合わせて演算するようにしてもよい。コイル区間の数が少ない場合、磁気応答部材の端部が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間に生じる該コイル区間の両端間電圧の漸増（又は漸減）変化カーブは少ししか発生されない。そこで、別途発生した基準電圧と各コイル区間の出力電圧とを組合わせて演算することで、検出対象位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号、典型的には、検出対象位置に応じてサイン及びコサイン関数特性に従う振幅をそれぞれ示す２つの交流出力信号、を生成することができるようにしている。基準電圧を発生する手段としては、任意の構成のダミーのインピーダンス要素を用いてよい。例えば、抵抗素子でもよいし、コイルのようなインダクタンス手段でもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明しよう。
図１は、サイン及びコサイン関数特性を示す振幅をそれぞれ持つ２つの交流出力信号において、電気角で０度から３６０度までのフルの範囲での振幅変化が得られるようにする実施例を示す。図１（Ａ）は、この実施例に係る位置検出装置におけるコイル部１０と磁気応答部材１１との物理的配置関係の一例を外観略図によって示すもの、同図（Ｂ）はそのコイル軸方向断面略図、同図（Ｃ）は該コイル部１０の電気回路の一例を示す図である。図１に示す位置検出装置は、検出対象の直線位置を検出するものであり、例えば、コイル部１０が相対的に固定されており、磁気応答部材１１が検出対象の変位に応じて相対的に直線変位する。この逆に、磁気応答部材１１を相対的に固定し、コイル部１０を検出対象の変位に応じて相対的に変位させてもよいのは勿論である。コイル部１０は、所定の１相の交流信号によって励磁される複数のコイル区間（図示例では６個のコイル区間Ｌα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβ）を、検出対象の変位方向に沿って順次配列してなる。例えば、各コイル区間Ｌα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβは、巻数、コイル長等の性質が同等であるとする。磁気応答部材１１は、例えば棒状の鉄のような磁性体からなり、コイル部１０のコイル空間内に侵入する。一例として、図の右方向に磁気応答部材１１が進行するとき、磁気応答部材１１の先端１１ａが、最初にコイル区間Ｌαに侵入し、次に、コイル区間ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤの順に侵入していき、最後にコイル区間Ｌβに侵入する。２点鎖線１１’は最後のコイル区間Ｌβにまで侵入した磁気応答部材１１を示している。
【００１７】
真中の４つのコイル区間ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤに対応する範囲が有効検出範囲である。１つのコイル区間の長さをＫとすると、その４倍の長さ４Ｋが有効検出範囲となる。有効検出範囲の前後に１づつ設けられたコイル区間Ｌα，Ｌβは補助コイルである。補助コイルＬα，Ｌβは、コサイン関数特性を忠実に得ることができるようにするために設けたものであり、精度をそれほど追及しない場合は、省略可能である。
【００１８】
図１（Ｃ）に示すように、各コイル区間Ｌα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβは、交流電源１２から発生される所定の１相の交流信号（仮にｓｉｎωｔで示す）によって定電圧又は定電流で励磁される。各コイル区間Ｌα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβの両端間電圧をそれぞれＶα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβで示すと、このそれぞれの電圧Ｖα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβを取り出すために、端子１３〜１９が設けられている。容易に理解できるように、各コイル区間Ｌα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβは、物理的に切り離された別々のコイルである必要はなく、一連のコイルの全長を６分割する位置に端子１３〜１９を設けるだけでよい。すなわち、端子１３，１４間のコイル部分がコイル区間Ｌαとなり、端子１４，１５間のコイル部分がコイル区間ＬＡ、端子１５，１６間のコイル部分がコイル区間ＬＢ、端子１６，１７間のコイル部分がコイル区間ＬＣ、端子１７，１８間のコイル部分がコイル区間ＬＤ、端子１８，１９間のコイル部分がコイル区間Ｌβ、となる。各コイル区間の出力電圧Ｖα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβは、アナログ演算回路２０及び２１に所定の組み合わせで入力され、所定の演算式に従って加算又は減算されることで、各アナログ演算回路２０及び２１から検出対象位置に応じたサイン及びコサイン関数特性を示す振幅をそれぞれ持つ２つの交流出力信号（つまり互に９０度位相のずれた振幅関数特性を持つ２つの交流出力信号）が生成される。例示的に、アナログ演算回路２０の出力信号をｓｉｎθｓｉｎωｔで示し、アナログ演算回路２１の出力信号をｃｏｓθｓｉｎωｔで示す。アナログ演算回路２０及び２１は、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２と抵抗回路群ＲＳ１，ＲＳ２とを含んで構成される。
【００１９】
勿論、上記に限らず、各コイル区間Ｌα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβとして物理的に別々のコイルを使用し、これらを直列接続して所定の１相の交流信号によって一括励磁するか、若しくは所定の１相の交流信号によって別々の励磁回路を介して同相励磁するようにしてもよい。しかし、最初に述べたような１つのコイルを所要の複数の各コイル区間に対応して複数の中間位置で分けて使用する実施形態が最もシンプルである。なお、以下、各コイル区間Ｌα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβを、単に「コイル」という。
【００２０】
以上の構成により、磁気応答部材１１の各コイルに対する近接又は侵入の度合いが増すほど該コイルの自己インダクタンスが増加し、該部材の端部が１つのコイルの一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸増する。複数のコイルＬα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβが検出対象の変位方向に沿って順次配列されてなることにより、これらコイルに対する磁気応答部材の位置が、検出対象の変位に応じて相対的に変位するにつれ、図２（Ａ）に例示するように、各コイルの両端間電圧Ｖα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβの漸増変化が順番に起こる。図２（Ａ）において、或るコイルの出力電圧が傾斜している区間において、当該コイルの一端から他端に向かって磁気応答部材１１の端部が変位していることになる。典型的には、磁気応答部材１１の端部が或る１つのコイルの一端から他端まで変位する間に生じる該コイルの両端間電圧の漸増変化カーブは、サイン又はコサイン関数における９０度の範囲の関数値変化になぞらえることができる。そこで、各コイルの出力電圧Ｖα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβをそれぞれ適切に組み合わせて加算及び／又は減算することにより、検出対象位置に応じたサイン及びコサイン関数特性を示す振幅をそれぞれ持つ２つの交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔを生成することができる。
【００２１】
すなわち、アナログ演算回路２０では、コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤの出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤを下記式（１）のように演算することで、図２（Ｂ）に示すようなサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号を得ることができ、これは、等価的に「ｓｉｎθｓｉｎωｔ」で示すことができる。
（ＶＡ−ＶＢ）＋（ＶＤ−ＶＣ） …式（１）
【００２２】
また、アナログ演算回路２１では、コイルＬα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβの出力電圧Ｖα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβを下記式（２）のように演算することで、図２（Ｂ）に示すようなコサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号を得ることができる。なお、図２（Ｂ）に示すコサイン関数特性の振幅カーブは、実際はマイナス・コサイン関数特性つまり「−ｃｏｓθｓｉｎωｔ」であるが、サイン関数特性に対して９０度のずれを示すものであるからコサイン関数特性に相当するものである。従って、これをコサイン関数特性の交流出力信号といい、以下、等価的に「ｃｏｓθｓｉｎωｔ」で示す。
（ＶＡ−Ｖα）＋（ＶＢ−ＶＣ）＋（Ｖβ−ＶＤ） …式（２）
なお、式（２）の演算に代えて、下記の式（２'）の演算を行なってもよい。
（ＶＡ−Ｖα）＋（ＶＢ−ＶＣ）−ＶＤ …式（２'）
【００２３】
なお、式（２）で求めたマイナス・コサイン関数特性の交流出力信号「−ｃｏｓθｓｉｎωｔ」を電気的に１８０度位相反転処理することで、実際に、ｃｏｓθｓｉｎωｔで示される信号を生成し、これをコサイン関数特性の交流出力信号としてもよい。しかし、後段の位相検出回路（振幅位相変換回路）２２で、例えば、コサイン関数特性の交流出力信号を「−ｃｏｓθｓｉｎωｔ」の形で減算演算に使用するような場合は、マイナス・コサイン関数特性の交流出力信号「−ｃｏｓθｓｉｎωｔ」のままで使用すればよい。なお、式（２）の演算に代えて、下記の式（２''）の演算を行なえば、実際にコサイン関数特性の交流出力信号「ｃｏｓθｓｉｎωｔ」を生成することができる。
（Ｖα−ＶＡ）＋（ＶＣ−ＶＢ）＋（ＶＤ−Ｖβ） …式（２''）
【００２４】
各交流出力信号の振幅成分であるサイン及びコサイン関数における位相角θは、検出対象位置に対応しており、９０度の範囲の位相角θが、１個のコイルの長さＫに対応している。従って、４Ｋの長さの有効検出範囲は、位相角θの０度から３６０度までの範囲に対応している。よって、この位相角θを検出することにより、４Ｋの長さの範囲における検出対象位置をアブソリュートで検出することができる。
【００２５】
ここで、温度特性の補償について説明すると、温度に応じて各コイルのインピーダンスが変化し、その出力電圧Ｖα，ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，Ｖβも変動する。例えば、図２（Ａ）で実線のカーブに対して破線で示すように各電圧が一方向に増加または減少変動する。しかし、これらを加減算合成したサイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおいては、図２（Ｂ）で実線のカーブに対して破線で示すように正負両方向の振幅変化として表れる。これを振幅係数Ａを用いて示すと、Ａｓｉｎθｓｉｎωｔ及びＡｃｏｓθｓｉｎωｔとなり、この振幅係数Ａが周辺環境温度に応じて変化することとなり、この変化は２つの交流出力信号において同じように現われる。ここから明らかなように、温度特性を示す振幅係数Ａは、それぞれのサイン及びコサイン関数における位相角θに対して影響を及ぼさない。従って、この実施形態においては、自動的に温度特性の補償がされていることとなり、精度のよい位置検出が期待できる。
【００２６】
サイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおける振幅関数ｓｉｎθ及びｃｏｓθの位相成分θを、位相検出回路（若しくは振幅位相変換手段）２２で計測することで、検出対象位置をアブソリュートで検出することができる。この位相検出回路２２としては、例えば本出願人の出願に係る特開平９−１２６８０９号公報に示された技術を用いて構成するとよい。例えば、第１の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔを電気的に９０度シフトすることで、交流信号ｓｉｎθｃｏｓωｔを生成し、これと第２の交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを加減算合成することで、ｓｉｎ（ωｔ＋θ）およびｓｉｎ（ωｔ−θ）なる、θに応じて進相および遅相方向に位相シフトされた２つの交流信号（位相成分θを交流位相ずれに変換した信号）を生成し、その位相θを測定することで、ストローク位置検出データを得ることができる。あるいは、公知のレゾルバ出力を処理するために使用されるＲ−Ｄコンバータを、この位相検出回路２２として使用するようにしてもよい。
【００２７】
なお、図２（Ｂ）に示すように、サイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおける振幅特性は、角度θと検出対象位置ｘとの対応関係が線形性を持つものとすると、真のサイン及びコサイン関数特性を示していない。しかし、位相検出回路２２では、見かけ上、この交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔをそれぞれサイン及びコサイン関数の振幅特性を持つものとして位相検出処理する。その結果、検出した位相角θは、検出対象位置ｘに対して、線形性を示さないことになる。しかし、位置検出にあたっては、そのように、検出出力データ（検出した位相角θ）と実際の検出対象位置との非直線性はあまり重要な問題とはならない。つまり、所定の反復再現性をもって位置検出を行なうことができればよいのである。また、必要とあらば、位相検出回路２２の出力データを適宜のデータ変換テーブルを用いてデータ変換することにより、検出出力データと実際の検出対象位置との間に正確な線形性を持たせることが容易に行なえる。よって、本発明でいうサイン及びコサイン関数の振幅特性を持つ交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔとは、真のサイン及びコサイン関数特性を示していなければならないものではなく、図２（Ｂ）に示されるように、実際は三角波形状のようなものであってよいものであり、要するに、そのような傾向を示していればよい。つまり、サイン等の三角関数に類似した周期関数であればよい。なお、図２（Ｂ）の例では、観点を変えて、その横軸の目盛をθと見立ててその目盛が所要の非線形目盛からなっているとすれば、横軸の目盛をｘと見立てた場合には見かけ上三角波形状に見えるものであっても、θに関してはサイン関数又はコサイン関数ということができる。
【００２８】
サイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおける振幅関数ｓｉｎθ及びｃｏｓθの位相成分θの変化範囲は、上記実施例のような０度から３６０度までのフル範囲での変化に限らず、それよりも狭い限られた角度範囲での変化であってもよい。その場合は、コイルの構成を簡略化することができる。微小変位検出を目的とする場合などは有効検出範囲は狭くてもよいので、そのような場合に、検出可能位相範囲は３６０度未満の適宜の範囲であってよい。その他、検出目的に応じて、検出可能位相範囲が３６０度未満の適宜の範囲であってよい場合が種々あるので、そのような場合に適宜応用可能である。以下、それらの変形例について示す。
【００２９】
図３は、０度から１８０度までの範囲での位相変化を生じさせることができる実施例を示す。この場合、コイル部１０は、有効検出範囲に対応する２つのコイルＬＡ，ＬＢとその前後に１づつ設けられた補助コイルＬα，Ｌβとによって構成される。アナログ演算回路２３では、各コイルの端子間電圧Ｖα，ＶＡ，ＶＢ，Ｖβを入力し、例えば、下記式（３）のように演算することでサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔを生成し、下記式（４）のように演算することでコサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを生成する。
ＶＡ−ＶＢ …式（３）
（ＶＡ−Ｖα）＋（ＶＢ−Ｖβ） …式（４）
【００３０】
前出の図２を併せて参照すれば容易に理解できるように、式（３）の演算により、０度〜１８０度の範囲についての、サイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔを生成することができる。また、式（４）の演算により、−９０度〜０度〜９０度〜１８０度〜２７０度の範囲についての、コサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを生成することができる。補助コイルＬβを省略できること前述と同様である。この場合、振幅関数の位相角成分θを検出することにより、２つのコイルＬＡ，ＬＢのコイル長２Ｋに相当する長さの範囲における検出対象位置をアブソリュートで検出することができる。なお、演算式は上記に限らず、適宜設定可能である。すなわち、１８０度の幅の位相変化をどの角度範囲で生じさせるかによって、適宜演算式を変更することができる。例えば、１８０度から３６０度の角度範囲に対応して有効な位相変化を生じさせる場合は、「（Ｖα−ＶＡ）＋（Ｖβ−ＶＢ）」の演算式によってサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔを生成し、「ＶＢ−ＶＡ」の演算式によってコサイン関数特性の交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを生成することができる。
【００３１】
図４は、０度から９０度までの範囲での位相変化を生じさせることができる実施例を示す。この場合、コイル部１０は、有効検出範囲に対応する１つのコイルＬＡとその前後に１づつ設けられた補助コイルＬα，Ｌβとによって構成される。アナログ演算回路２４では、各コイルの端子間電圧Ｖα，ＶＡ，Ｖβを入力し、例えば、下記式（５）のように演算することでサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔを生成し、下記式（６）のように演算することでコサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを生成する。
ＶＡ−Ｖβ …式（５）
ＶＡ−Ｖα …式（６）
【００３２】
これも、前出の図２を併せて参照すれば容易に理解できるように、式（５）の演算により、０度〜９０度〜１８０度の範囲についての、サイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔを生成することができる。また、式（６）の演算により、−９０度〜０度〜９０度の範囲についての、コサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを生成することができる。よって、有効検出範囲として０度〜９０度の範囲を確保することができる。この場合も、演算式は上記に限らず、適宜設定可能である。すなわち、９０度の幅の位相変化をどの角度範囲で生じさせるかによって、適宜演算式を変更することができる。
【００３３】
以上の実施例では、有効検出範囲の前後にそれぞれ補助コイルＬα，Ｌβを設けているが、これらの補助コイルＬα，Ｌβを省略することもできる。図５は、その一例を示し、０度から１８０度までの範囲での位相変化を生じさせることができる実施例を示す。この場合、コイル部１０は、有効検出範囲に対応する２つのコイルＬＡ及びＬＢによって構成される。前述と同様に、各コイルＬＡ，ＬＢが検出対象の変位方向に沿って順次配列されてなることにより、これらコイルに対する磁気応答部材１１の位置が、検出対象の変位に応じて相対的に変位するにつれ、図５（Ｂ）に例示するように、各コイルの両端間電圧ＶＡ，ＶＢの漸増変化が順番に起こる。ここで、コイル内に磁気応答部材１１が全く入っていないときに得られる電圧がＶｏ（最小電圧）であるとし、コイル内に磁気応答部材１１がフルに入り込んだときに得られる電圧をＶＮ（最大電圧）とすると、該電圧ＶｏとＶＮの加算値「ＶＮ＋Ｖｏ」に相当する交流（ｓｉｎωｔ）の定電圧を基準電圧として、適宜の定電圧発生回路２７から発生する。各コイルの出力電圧ＶＡとＶＢの加算値から該定電圧「ＶＮ＋Ｖｏ」を減算すると、得られる電圧「ＶＡ＋ＶＢ−ＶＮ−Ｖｏ」は、図５（Ｂ）に示すように０度から１８０度の範囲でのコサイン関数特性（若しくはマイナス・コサイン関数特性）を示す。一方、電圧ＶＡからＶＢを減算すると、得られる電圧「ＶＡ−ＶＢ」は、図５（Ｂ）に示すように０度から１８０度の範囲でのサイン関数特性を示す。
【００３４】
従って、図５（Ａ）において、コイルＬＡ，ＬＢの両端間電圧ＶＡ，ＶＢを減算回路２５で減算することにより、その減算結果「ＶＡ−ＶＢ」として、サイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔを生成することができる。また、コイルＬＡ，ＬＢの出力電圧ＶＡ，ＶＢを演算回路２６で加算し、その加算結果ＶＡ＋ＶＢから定電圧発生回路２７から発生した基準電圧「ＶＮ＋Ｖｏ」を減算回路２８で減算することにより、その減算結果「ＶＡ＋ＶＢ−（ＶＮ＋Ｖｏ）」（つまり「ＶＡ＋ＶＢ−ＶＮ−Ｖｏ」）として、コサイン関数特性の交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを生成することができる。ここで、定電圧発生回路２７から発生する基準電圧「ＶＮ＋Ｖｏ」が、コイルＬＡ，ＬＢの温度特性変化と同じように温度特性を持って変化するようにするものとする。そのために、定電圧発生回路２７は、コイルＬＡ又はＬＢと同等の特性を持つダミーコイルを用いて構成し、同じ励磁交流信号によって励磁するようにすればよい。例えば、そのようなダミーコイルに、磁気応答部材１１と同じ特性の磁性体コアを常時挿入しておけば、コイル内に磁気応答部材１１がフルに入り込んだときに得られる最大電圧ＶＮと同様の定電圧ＶＮを、温度特性をもたせながら常時発生することができる。また、そのようなダミーコイルに磁性体コアを挿入しなければ、最小電圧Ｖｏと同様の定電圧Ｖｏを得ることができる。
【００３５】
上記のような定電圧発生回路２７は、コイル数が２個の場合に限らず、その他適宜の数のコイルを使用する場合においても、適用できる。例えば、３個のコイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣを順次縦続接続して、３Ｋの有効検出範囲につき、０度から２７０度までの範囲での位相変化を生じさせることができるようにする場合は、定電圧発生回路２７から前記定電圧ＶＮとＶｏを別々の基準電圧として発生し、各コイルの出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣと定電圧発生回路２７からの基準電圧ＶＮ，Ｖｏとを用いて、「ＶＡ−ＶＢ−ＶＣ＋Ｖｏ」なる演算によってサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔを生成することができ、また、「ＶＡ＋ＶＢ−ＶＣ−ＶＮ」なる演算によってコサイン関数特性の交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを生成することができる。
【００３６】
別の実施例として、有効検出範囲に対応して１個のコイルのみを設けるようにしてもよい。その場合、１個のコイルのコイル長Ｋに対応する有効検出範囲の位相変化幅は、９０度未満となる。図６はその一例を示すもので、同図（Ａ）に示すように、１個のコイルＬＡを設けてなり、該コイルＬＡに直列に抵抗素子Ｒ１を接続してなる。これにより、磁気応答部材１１の変位に応じてコイルＬＡの端子間電圧ＶＡの振幅成分が図６（Ｂ）に示すように漸増変化すると、これに応じて抵抗素子Ｒ１の端子間の電圧降下ＶＲの振幅成分が図６（Ｂ）に示すように漸減変化する。抵抗素子Ｒ１の端子間電圧ＶＲをサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔとみなし、コイルＬＡの端子間電圧ＶＡをコサイン関数特性の交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔとみなせば、図６（Ｃ）に示すようにサイン関数とコサイン関数とがクロスする或る９０度未満の幅の角度範囲における特性に対応づけることができる。よって、これらの交流出力信号を位相検出回路２２に入力することにより、該当する９０度未満の幅の角度範囲における位相角θをアブソリュート検出することができる。
【００３７】
図７は、図６の変形例であり、抵抗素子Ｒ１に代えてダミーコイルＬＮを設けたものである。このダミーコイルＬＮは、磁気応答部材１１の変位の影響を受ける検出用コイルＬＡに直列に接続されているが、該磁気応答部材１１の変位の影響を受けないようになっており、コイルＬＡ内に磁気応答部材１１がフルに入り込んだときに得られる最大電圧ＶＮと同じ定電圧ＶＮを、温度特性をもたせながら常時発生することができるようになっている。よって、磁気応答部材１１の変位に応じたコイルＬＡの端子間電圧ＶＡとダミーコイルＬＮの端子間電圧ＶＮとは、図７（Ｂ）のように生成される。演算回路２９はこれら電圧ＶＡ，ＶＮを所定の演算式に従って演算し、例えば図７（Ｃ）に示すように、「ＶＡ＋ＶＮ」なる演算によってサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔを生成し、「ＶＡ−ＶＮ」なる演算によってコサイン関数特性の交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを生成する。これは、図７（Ｄ）に示すように或る９０度未満の幅の角度範囲における特性に対応づけることができる。よって、これらの交流出力信号を位相検出回路２２に入力することにより、該当する９０度未満の幅の角度範囲における位相角θをアブソリュート検出することができる。なお、図７（Ａ）のような直列接続に限らず、図７（Ｅ）のように、ダミーコイルＬＮを検出用コイルＬＡに並列に接続するようにしてもよい。
【００３８】
なお、上記各実施例では、コイル部１０において各コイルの軸が略一致するように配置されており、コイルの中心空間内に磁気応答部材１１が侵入する構成からなっているが、これに限らず、コイル部１０と磁気応答部材１１との配置関係はどのようなものでもよい。例えば図８に例示するように、コイル部１０において各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβの軸線が横並びに並列するように配置し、該コイルの端部の近傍を磁気応答部材１１が通過する構成からなっていてもよい。その場合、各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβは鉄心に巻かれたものを用いるとよい。
【００３９】
また、図１の例のようにコイル部１０において各コイルの軸が略一致するようにした配置の場合であっても、コイルの中心空間内に磁気応答部材１１が侵入しないような構成としてもよい。図９（Ａ）は、その一例を示すもので、コイル部１０の軸心方向に平行にその近傍を磁気応答部材１１が通過する構成からなっている。その場合、各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβの軸心空間に鉄心コア３０を挿入しておくのがよい。これによって、コイルの外周への磁束の出方がよくなり、その外周近傍に近接する磁気応答部材１１に対する感度が良くなり、検出精度が良好となる。図９（Ｂ）は、その別の一例を示すもので、磁気応答部材１１が中空の円筒形状からなっており、コイル部１０が該磁気応答部材１１の中空円筒空間内に入り込むようになっている。この場合も、各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβの軸心空間に鉄心コア３０を挿入しておき、コイルの外周への磁束の出方をよくするとよい。
【００４０】
図１０は、コイル部１０及び磁気応答部材１１の別の構成例を示す側面及び断面図である。この場合、各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβの相互の配置間隔は、図１の例と同様に、Ｋであるが、各コイルの長さが短くなっている。すなわち、隣接する各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβは図１のように密接している必要はなく、適宜離隔していてもよい。磁気応答部材１１の先端１１ａは、とがった、先細りの形状をしている。例えば、ほぼＫぐらいの長さの先端部分が先細りの形状をしている。これにより、磁気応答部材１１の先端１１ａの移動にともなうコイルのインダクタンス変化を滑らかな漸増（若しくは漸減）変化特性とすることができる。勿論、図１のように各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβが密接して配置されている場合も、磁気応答部材１１の先端１１ａを適宜先細りの形状としてもよい。
【００４１】
更に別の例として、コイル部１０の各コイルは、分離配置された複数のコイル部分からなっていてもよい。図１１は、その一例として、１個のコイルＬＡについて、その分離配置例を示している。図１１においては、分離配置された４つのコイル部分ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３，ＬＡ４によって、Ｋの範囲をカバーする１個のコイルＬＡが構成されている。各コイル部分ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３，ＬＡ４は直列接続され、コイルＬＡの端子間電圧ＶＡが出力される。この場合、各コイル部分ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３，ＬＡ４の巻数は、共通していてもよいし、適宜異なっていてもよい。また、各コイル部分ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３，ＬＡ４の配置の離隔間隔は均等であってもよいし、適宜異なっていてもよい。これら、コイル巻数や離隔間隔などを不均一（非線形）にすることにより、サイン関数またはコサイン関数のカーブにより近い特性の自己インピーダンス変化を引き起こすことができる。そうすれば、前述した検出位相角θと実際の検出対象距離（位置）との関係の非線形性を改善することができる。同様に、図１のように隣接するコイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβを密接して配置する場合も、１つのコイルの全長Ｋの範囲でその巻数を均一にせずに、不均一にしてもよい。これによっても、サイン関数またはコサイン関数のカーブにより近い特性の自己インピーダンス変化を引き起こすことができ、前述した検出位相角θと実際の検出対象距離（位置）との関係の非線形性を改善することができる。
【００４２】
また、本発明に係る位置検出装置は、完全にまっすぐな直線位置の検出に限らず、所定の範囲で円弧状または曲線状に変位する検出対象の位置検出にも適用することができる。図１２はその一例を示すもので、コイル部１０の各コイルＬＡ〜ＬＤが所定の角度範囲ψにおいて円弧状に順次配置されており、磁気応答部材１１が軸Ｃを中心にして該角度範囲ψにわたって揺動するように配置されている。さらに、回転における所定範囲の角度を検出する検出装置として本発明の位置検出装置を構成することも可能である。
【００４３】
また、上記各実施例において、磁気応答部材１１としては、磁性体に限らず、銅やアルミニウムのような非磁性良導電体を使用してもよい。その場合は、磁気応答部材１１の近接につれて渦電流損によりコイル端子間電圧が漸減することとなる。また、磁性体と導電体とを組み合わせたハイブリッドタイプとしてもよい。その場合、例えば、図１３に示すように、磁気応答部材１１の先端部分１１ａにおいて、非磁性良導電体１１ｂの先細り形状を構成し、先細りによる非磁性良導電体１１ｂの減少を補うように磁性体１１ｃを配置するとよい。
【００４４】
別の実施形態として、磁気応答部材１１として永久磁石を含み、コイル部１０の各コイルには鉄心コアを含むようにしてもよい。図１４は、その一例を示すもので、磁気応答部材１１として機能する永久磁石１１Ｍは、例えば中空リング状をなしており、このリング空間内にコイル部１０が入り込むようになっている。コイル部１０の各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβの軸心空間には鉄心コア３１が挿入されている。永久磁石１１Ｍが、いずれかのコイルに接近するとその近接箇所に対応する鉄心コア３１が部分的に磁気飽和ないし過飽和状態となり、該コイルの端子間電圧が低下する。永久磁石１１Ｍが１つのコイルの一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸減するように、該永久磁石１１Ｍの長さは少なくともコイル長Ｋに相当する長さを持つ。このように、磁気応答部材１１として永久磁石１１Ｍを使用する場合も、上記非磁性良導電体１１ｂを用いる場合と同様に、磁気応答部材１１つまり永久磁石１１Ｍが１つのコイルの一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧の漸減変化を引き起こさせることができる。ただし、図１４の例では、或るコイルの箇所を永久磁石１１Ｍが通り過ぎてしまうと、また非飽和状態に戻るが、後段のアナログ演算を適切に行なうことで所望のサイン及びコサイン関数特性の出力振幅レベル変化が得られるようにすればよい。あるいは、磁気応答部材１１として永久磁石１１Ｍを連続的に複数配置することにより、磁気飽和ないし過飽和状態が持続するようにしてもよい。永久磁石１１Ｍはリング状のものに限らず、棒状等その他形状であってもよい。その場合、図９（Ａ）の例と同様に、軸心方向に平行にその近傍を永久磁石１１Ｍからなる磁気応答部材１１が通過する配置構成からなる。なお、鉄心コア３１は磁気飽和を起こし易いように比較的細い形状等とするとよい。
【００４５】
図１５は、図９（Ｂ）におけるコイル部１０の各コイルの配置の変形例であり、隣接コイル間でのクロストークを防いで検出精度を向上させることができるようにしたものである。図１５（Ａ）においては、各コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβの間に磁性体スペーサ３２が配置されている。これにより、個々のコイルで発生した磁束の通り道が拡散されずに、個々のコイルの内部から直近端部（磁性体スペーサ３２の箇所）を通り、外周を通り、直近端部（磁性体スペーサ３２の箇所）を通り、内部に戻るという、図示のΦに示すようなルートを通ることになる。よって、クロストークを防ぎ、各コイルの外周に対して近接する磁気応答物質１１の存在に対する個々のコイルの応答性（インピーダンス変化）を極めて良好にし、検出精度を向上させることができる。図１５（Ａ）では隣接コイル間に設ける磁性体スペーサ３２は１個であるが、図１５（Ｂ）のように、隣接コイル間に２個の磁性体スペーサ３２ａ，３２ｂを幾分分離させて配置するようにしてもよい。この場合、コイルのボビンとして鉄心コア３０に代えて非磁性体を用いてもよい。図１５に示された変形のように、磁性体スペーサ３２，３２ａ，３２ｂによって各コイルを区画することは、図１４の実施例においても適用可能である。
【００４６】
図１６は、本発明に係る位置検出装置の別の実施例を示す断面図である。磁気応答部材１１がコイル部１０に侵入していくにつれて、コイルのインダクタンスが漸減するようになっている。図１７（Ａ）は図１６におけるコイル部１０と磁気応答物質１１との配置を外観斜視略図によって示すもの、（Ｂ）はそのコイル軸方向断面略図、（Ｃ）は該コイル部１０の電気回路の一例を示す図である。図１６の構成は、図９（Ｂ）や図１４の例と同様に、磁気応答部材１１が中空の円筒形状を成しており、コイル部１０が磁気応答部材１１の中空円筒空間内に入り込むようになっている。
【００４７】
図１６において、コイル部１０は、ボビン部４０に複数のコイル（図示例では４個のコイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ）を順次巻設してなり、その外周を非磁性および非導電性の保護チューブ（若しくはコーテングあるいはモールド）４１によってカバーしてなるものである。保護チューブ４１としてはいかなる材質のものを用いてもよいが、例えば、絶縁性樹脂からなる熱収縮チューブを用いると安価である。
【００４８】
ボビン部４０は、非磁性の中空筒からなり、その内部に１又は複数の磁性体棒４２が収納されている。磁性体棒４２は、コイル部１０の全長にわたって延びており、該コイル部１０の全長にわたるインダクタンス値すなわちインピーダンス値を設定する。ボビン部４０内に収納する磁性体棒４２の太さあるいは数を適宜調節することにより、コイル部１０の全長にわたるインダクタンス値の設定変更を行うことができる。なお、磁性体棒４２として、その周囲に銅めっき等を施して導電性被膜を形成したものを用いるとよい。そうすれば、温度ドリフト特性の補償に役立つ。ボビン部４０は、非磁性であればよく、金属あるいは樹脂等からなっていてもよい。この位置検出装置を適用する装置が大型建設機械等大きな荷重が加わる用途に使用される場合は、十分な強度を確保するために金属を用いるのがよい。例えば、ボビン部４０は非磁性のステンレス等を用いて構成する。そうでない小型の装置の場合は、樹脂を用いるのが安価で軽量である。
【００４９】
図１６の実施例による位置検出動作つき、図１７を参照して説明する。なお、図１７では、図示の便宜上、１本の磁性体棒４２のみ図示し、ボビン部４０は図示省略した。
コイル部１０は、巻数、コイル長等の性質が同等の４つのコイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤを、直線変位方向に沿って順次配列してなる。検出対象の変位に応じた、コイル部１０と磁気応答部材１１との相対的位置関係の変化は、図１の実施例と同様である。すなわち、検出対象の変位に応じて、図の右方向に磁気応答部材１１が進行するとき、磁気応答部材１１の先端１１ａが、最初にコイルＬＡの磁場に侵入し、次に、コイルＬＢ，ＬＣ，ＬＤの順にその磁場に侵入していく。２点鎖線１１’は最後のコイルＬＤにまで侵入した磁気応答部材１１を示している。４つのコイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤに対応する範囲４Ｋが有効検出範囲となるが、実際は範囲４Ｋの両端では精度が落ちるため、その部分は使用しないものとし、実際の有効検出範囲は４Ｋよりも少し狭くなる。勿論、有効検出範囲４Ｋでフルに検出可能にするには、前記実施例と同様に、前後に補助コイルＬα，Ｌβを設ければよい。
【００５０】
各コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤはその芯部に全長にわたって１又は数本の磁性体棒４２が挿入された状態となっており、磁気応答部材１１が近接していない限り、そのインダクタンス値は最大である。磁気応答部材１１の各コイルの磁場に対する近接又は侵入の度合いが増すほど該コイルの自己インダクタンスが減少し、該磁気応答部材１１の端部１１ａが１つのコイルの一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸減する。すなわち、磁気応答部材１１が磁性体である場合は、磁性体がコイル外周にかぶさる格好になるため、コイル芯部の磁性体コアつまり４２にのみ集中していた磁束が外側にかぶさった磁気応答部材１１の方に漏洩し、コイルの自己インダクタンスが減少する。また、磁気応答部材１１が導電体である場合は、導電体がコイル外周にかぶさる格好になり、磁界によるうず電流損が生じ、コイルの自己インダクタンスが減少する。このように、図１６の実施例では、磁気応答部材１１として磁性体と導電体のどちらを用いても、コイル部１０に対する磁気応答部材１１の近接に応じて、コイルの自己インダクタンスが減少する。外周の導電体のうず電流損によるインダクタンス減少率の方が、外周の磁性体による磁束漏洩によるインダクタンス減少率よりも大であるので、より好ましい実施態様は磁気応答部材１１として導電体を使用することである。なお、磁気応答部材１１として導電体は、表皮効果を生ずるものであればよいので、薄い層であってよい。その場合は、例えば、中空の円筒形状の適宜のベース部材（可動体）の円筒空間周壁に、導電体を配置する（銅めっき等であってもよい）ことで磁気応答部材１１を形成するとよい。
【００５１】
図１７（Ｃ）に示すように、各コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤは、交流電源１２から発生される所定の１相の交流信号（仮にｓｉｎωｔで示す）によって定電圧又は定電流で励磁される。各コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤの両端間電圧をそれぞれＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤで示すと、このそれぞれの電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤを取り出すために、端子１４〜１８が設けられている。容易に理解できるように、各コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤは、物理的に切り離された別々のコイルである必要はなく、一連のコイルの全長を４分割する位置に中間端子１４〜１８を設けるだけでよい。すなわち、端子１４，１５間のコイル部分がコイルＬＡとなり、端子１５，１６間のコイル部分がコイルＬＢ、端子１６，１７間のコイル部分がコイルＬＣ、端子１７，１８間のコイル部分がコイルＬＤ、となる。各コイルの出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤは、アナログ演算回路２０及び２１に所定の組み合わせで入力され、所定の演算式に従って加算又は減算されることで、各アナログ演算回路２０及び２１から検出対象位置に応じたサイン及びコサイン関数特性を示す振幅をそれぞれ持つ２つの交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ，ｃｏｓθｓｉｎωｔが生成される。
【００５２】
上述のように、磁気応答部材１１の各コイルの磁場に対する近接又は侵入の度合いが増すほど該コイルの自己インダクタンスが減少し、該磁気応答部材１１の端部１１ａが１つのコイルの一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸減する。ここで、複数のコイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤが検出対象の変位方向に沿って順次配列されてなることにより、これらコイルに対する磁気応答部材の位置が、検出対象の変位に応じて相対的に変位するにつれ、図１８（Ａ）に例示するように、各コイルの両端間電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤの漸減変化が順番に起こる。図１８（Ａ）において、或るコイルの出力電圧が傾斜している区間において、当該コイルの一端から他端に向かって磁気応答部材１１の端部１１ａが変位していることになる。典型的には、磁気応答部材１１の端部１１ａが或る１つのコイルの一端から他端まで変位する間に生じる該コイルの両端間電圧の漸減変化カーブは、サイン又はコサイン関数における９０度の範囲の関数値変化になぞらえることができる。そこで、各コイルの出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤをそれぞれ適切に組み合わせて加算及び／又は減算することにより、検出対象位置に応じたサイン及びコサイン関数特性を示す振幅をそれぞれ持つ２つの交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔを生成することができる。
【００５３】
すなわち、アナログ演算回路２０では、コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤの出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤを下記式（７）のように演算することで、図１８（Ｂ）に示すようなサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号を得ることができ、これは、等価的に「ｓｉｎθｓｉｎωｔ」で示すことができる。
（ＶＢ−ＶＡ）−（ＶＤ−ＶＣ）−Ｖｏ …式（７）
なお、Ｖｏは最少インダクタンス値（磁気応答部材１１が１つのコイルの全体をカバーしたときのインダクタンス値）に対応する基準電圧であり、０レベルにオフセットするためのものである。
【００５４】
また、アナログ演算回路２１では、コイルＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤの出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤを下記式（８）のように演算することで、図１８（Ｂ）に示すようなコサイン関数特性の振幅カーブを示す交流出力信号を得ることができる。これは等価的に「ｃｏｓθｓｉｎωｔ」で示すことができる。
ＶＡ＋（ＶＢ−ＶＣ）＋（Ｖｐ−ＶＤ）−Ｖｏ …式（８）
Ｖｐは最大インダクタンス値（磁気応答部材１１が１つのコイルにまったく近接していないときのインダクタンス値）に対応する基準電圧であり、出力電圧ＶＤをオフセットするためのものである。なお、温度ドリフトを考慮すると、各コイルＬＡ〜ＬＤの温度ドリフトと同等の温度ドリフト特性で各基準電圧Ｖｏ，Ｖｐが生成されるようにするために、適宜のダミーコイルを介在させて各基準電圧Ｖｏ，Ｖｐを生成するのがよい。勿論、他の温度補償手段を用いてもよい。
【００５５】
各交流出力信号の振幅成分であるサイン及びコサイン関数における位相角θは、検出対象位置に対応しており、９０度の範囲の位相角θが、１個のコイルの長さＫに対応している。従って、４Ｋの長さの有効検出範囲は、位相角θの０度から３６０度までの範囲に対応している。よって、この位相角θを検出することにより、４Ｋの長さの範囲における検出対象位置をアブソリュートで検出することができる。サイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおける振幅関数ｓｉｎθ及びｃｏｓθの位相成分θを、前述と同様に、位相検出回路（若しくは振幅位相変換手段）２２で計測することで、検出対象位置をアブソリュートで検出することができる。
【００５６】
ここで、図１６の実施例における温度特性の補償について説明すると、温度に応じて各コイルのインピーダンスが変化し、その出力電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤも変動する。例えば、図２の場合と同様に、図１８（Ａ）で実線のカーブに対して破線で示すように各電圧が一方向に増加または減少変動するが、これらを加減算合成したサイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおいては、図１８（Ｂ）で実線のカーブに対して破線で示すように正負両方向の振幅変化として表れるので、それぞれのサイン及びコサイン関数における位相角θに対して影響を及ぼさず、温度ドリフト特性の補償がされていることとなり、精度のよい位置検出が期待できる。さらに、前述のように、コイル部１０の磁性体コアに相当する磁性体棒４２の外周に銅めっき等を施して導電体被膜を形成することにより、温度補償を行うことができる。すなわち、この磁性体棒４２の表面の導電体被膜はそこに生じるうず電流損によって磁気回路のインダクタンスを減少させるものであるが、例えば温度上昇時に、各コイルのインピーダンスが上昇するとき（これは本来、自己インダクタンスの減少を招くが）、導電体被膜のうず電流損が減少して相対的に磁気回路のインダクタンスを上昇させ、コイルのインダクタンスの温度ドリフトを補償する。同様の理由で、ボビン部４０の非磁性金属として多少なりとも導電性を持つものを用いると、同様の温度ドリフト補償効果が期待できる。
【００５７】
更に、上記各実施例においては、サイン及びコサイン関数の振幅特性を持つ２つの出力交流信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔを生成する例（いわばレゾルバタイプの２相出力を生ずる例）について説明したが、これに限らず、所定位相ずれを示す３以上の三角関数の振幅特性を持つ３以上の出力交流信号（例えば、ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ、ｓｉｎ（θ−１２０°）・ｓｉｎωｔ及びｓｉｎ（θ−２４０°）・ｓｉｎωｔ）を出力するように構成してもよい。
なお、配置するコイルＬＡ〜ＬＤの数は４以上であってもよい。
【００５８】
また、図１９に示すように、コイルＬα，ＬＡ〜ＬＤ，Ｌβのグループと別のコイルＬα’，ＬＡ’〜ＬＤ’，Ｌβ’のグループ（更に多くのコイルグループがあってもよい）とを所定距離ｄだけずらして並列配置し、両グループをカバーするような幅を磁気応答部材１１が持っているように構成してもよい。各グループのコイルはすべて同相の交流信号（例えばｓｉｎωｔ）によって励磁される。このずれｄが９０度未満の適宜の位相差に対応することなり、これらの各コイルの出力電圧を適宜加算及び／又は減算して組み合わせることにより、例えば、ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔとｓｉｎ（θ−１２０°）・ｓｉｎωｔ及びｓｉｎ（θ−２４０°）・ｓｉｎωｔのように、９０度以外の位相差を持つ複数の三角関数（サインとコサイン以外の関係の三角関数）に従う振幅を示す複数の交流出力信号を生成することができる。
【００５９】
上記各実施例において、磁気応答部材は、ロッドや板等の基材の表面にめっき等の表面加工技術によって、所定のパターンで形成されたものであってもよい。図２０は、その一例を略示するもので、（Ａ）は概略斜視図、（Ｂ）ロッド基材とコイルを横断面にて示す図、（Ｃ）はロッド基材の表面に形成された磁気応答部材のパターンの一例を示す展開図、である。例えばシリンダピストンロッドのようなロッド状の基材６６の表面において漸増又は漸減する三角形のような所定形状のパターンで、異なる２つの磁気応答部材１１ａ，１１ｂが形成配置される。磁気応答部材１１ａ，１１ｂと基材６６の材質の磁気的性質は異なる。例えば、基材６６が鉄のような磁性体の場合、磁気応答部材１１ａ，１１ｂは銅のような非磁性の良導電体からなる。あるいは磁気応答部材１１ａ，１１ｂが鉄のような磁性体の場合、基材６６は非磁性体からなるか、あるいは磁性体であっても凸部として形成された磁気応答部材１１ａ，１１ｂに対して、凹みとして形成されたものからなる。
【００６０】
コイル部１０では各パターンに対応して個別にコイルＬ１，Ｌ２が設けられる。コイル部１０は、全体としてリング状であって、そのリング内にロッド状の基材６６をその軸方向に直線移動可能に挿入している。コイル部１０におけるリングの半円部分に第１コイルＬ１が配置され、もう一方の半円部分に第２コイルＬ２が配置される。磁気応答部材１１ａ，１１ｂは２つのパターンからなっており、第１のパターン１１ａは図において、左から右に向かって漸増する三角形状を成しており、第２のパターン１１ｂはそれとは逆に左から右に向かって漸減する逆三角形状を成している。第１コイルＬ１はパターン１１ａの配置領域をカバーしており、第２コイルＬ２はパターン１１ｂの配置領域をカバーしている。基材６６に設けられた磁気応答部材１１ａ，１１ｂの漸増又は漸減のパターンの範囲Ｋが検出可能範囲Ｋに対応する。すなわち、検出対象の変位に応じてロッド状の基材６６が変位すると、各コイルＬ１，Ｌ２に対応する磁気応答部材１１ａ，１１ｂの位置が変化し、該各コイルＬ１，Ｌ２に対応している磁気応答部材１１ａ，１１ｂ面積に応じた自己インダクタンスすなわちインピーダンスが各コイルＬ１，Ｌ２に生じ、検出対象位置に対応する出力電圧Ｖａ，Ｖｂが各コイルＬ１，Ｌ２から得られる。
【００６１】
図２１の（ａ）は、図２０の各コイルＬ１，Ｌ２に関連する電気回路図、（ｂ）及び（ｃ）はその検出動作説明図である。各コイルＬ１，Ｌ２の出力電圧Ｖａ，Ｖｂの特性は、図２１（ｂ）に示すように逆特性である。よってこれら出力電圧Ｖａ，Ｖｂの変化は、サイン関数又はコサイン関数における９０度未満の適宜の範囲の関数値変化になぞらえることができる。よってこれら出力電圧Ｖａ，Ｖｂを適当なアナログバッファ回路１００を介して取り出すことにより、図２１（ｃ）に示すように、検出対象位置に応じたサイン及びコサイン関数特性を示す振幅をそれぞれ持つ２つの交流出力信号（典型的にはｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔ）を生成することができる。
【００６２】
図２２にコイル構成の変更例を示す。同図（ａ）は斜視図、（ｂ）は各コイルと磁気応答部材パターンの対応関係を示す展開図である。この場合は、コイルの中心空間内に磁気応答部材１１ａ，１１ｂを配置したロッド状基材６６にが侵入する構成になっており、コイルの内部磁束の向きはロッドの軸方向つまり検出対象の直線変位方向を指向している。パターン１１ａに対応するコイルＬ１及びパターン１１ｂに対応するコイルＬ２は、巻数、コイル長等の性質が同等の２つのコイルを隣接配置してなるものである。各コイルの内周の半面（ほぼ１８０度の範囲）には、例えば銅等の良導電体でマスキングＭＡ，ＭＢを施す。これによりマスキングが施されていない半面においてのみ対応している磁気応答部１１ａ，１１ｂの対応面積に応じた出力電圧が各コイルＬ１，Ｌ２から生じることになる。コイルＬ１におけるマスキングＭＡはパターン１１ｂに対応する半面に施されており、コイルＬ１はパターン１１ｂに応答せず、パターン１１ａにのみ応答する。コイルＬ２におけるマスキングＭＢはパターン１１ａに対応する半面に施されており、コイルＬ２はパターン１１ａに応答せず、パターン１１ｂにのみ応答する。よって、パターン１１ａのコイル対応面積の漸減に対応してコイルＬ１からの出力電圧が漸増し、パターン１１ｂのコイル対応面積の漸増に対応してコイルＬ２からの出力電圧が漸減し、前述と同様に図２１のように検出動作を行うことができる。
【００６３】
図２３は、０度から１８０度までの位相変化を生じさせることができる実施例を示す。図２３（ａ）はロッド状基材６６の表面における磁気応答部材１１ａ〜１１ｆのパターン配置例を示す展開図である。磁気応答部材は６つのパターン１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆからなり、これらをピストンロッド４の側面を円周方向に６分割した範囲に対応して並列的に配置してなる。パターン１１ａ，１１ｃ及び１１ｅは互いに共通なパターンであり、パターン１１ｂ，１１ｄ及び１１ｆも互いに共通なパターンである。パターン１１ａ，１１ｃ及び１１ｅは、同図（ａ）においてロッド状基材６６の長さ方向の左半分の区間で、左から右に向かって、磁気応答部材の面積が漸減し、右半分の区間では磁気応答部材を有さないパターンである。パターン１１ｂ，１１ｄ及び１１ｆは、同図（ａ）においてロッド状基材６６の長さ方向の右半分の区間で、左から右に向かって、磁気応答部の面積が漸減し、左半分の区間では全面が磁気応答部材からなるパターンである。全体としてリング状のコイル部１０は各パターン１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆにそれぞれ対応するコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６を含んでおり、リングの円周方向を６分割した略各６０度の範囲にそれぞれ対応するように配置されている。
【００６４】
矢印ｘ方向へロッド状基材６６が変位すると、そのストロークのほぼ前半の区間において、パターン１１ｂ，１１ｄ，１１ｆとそれに対応するコイルＬ２，Ｌ４，Ｌ６との対応面積が漸増し、各コイルＬ２，Ｌ４，Ｌ６の出力電圧Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６が漸減変化する。この前半区間では、他のパターン１１ａ，１１ｃ，１１ｅに対応するコイルＬ１，Ｌ３，Ｌ５の出力電圧Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５は、磁気応答部材（例えば導電体）がないため、最大レベルを維持する。漸減変化パターンがそれぞれ共通である出力電圧Ｖ１，Ｖ３及びＶ５さらに基材６６が変位すると、そのストロークのほぼ後半の区間において、パターン１１ａ，１１ｃ，１１ｅとそれに対応するコイルＬ１，Ｌ３，Ｌ５との対応面積が漸増し、各コイルＬ１，Ｌ３，Ｌ５の出力電圧Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５が漸減変化する。この後半区間では、他のパターン１１ｂ，１１ｄ，１１ｆに対応するコイルＬ２，Ｌ４，Ｌ６の出力電圧Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６は、磁気応答部材（例えば導電体）が常に存在するため、最小レベルを維持する。変化パターンがそれぞれ共通である出力電圧Ｖ１，Ｖ３及びＶ５は図２３（ｂ）における平均化回路１０２で加算合成され、出力ＶＡを得る。また出力電圧Ｖ２，Ｖ４及びＶ６も平均化回路１０２で加算合成され、出力ＶＢを得る。各合成出力ＶＡ、ＶＢの一例を図２４（ａ）に示す。このように第一の共通パターン１１ａ，１１ｃ，１１ｅと第二の共通パターン１１ｂ，１１ｄ，１１ｆとを交互に配置し、それぞれの出力を加算合成した理由は、ロッド状基材６６の回転、軸芯ずれの悪影響を受けないようにするためである。
【００６５】
図５の例と同様に、コイル出力電圧の最小電圧をＶｏ、最大電圧をＶＮとすると、これに対応する定電圧ＶＮ＋Ｖｏを定電圧発生回路２７から、図２４（ａ）に示すように、発生させる。出力電圧ＶＡとＶＢの加算値から該定電圧ＶＮ＋Ｖｏを減算すると、得られる電圧「ＶＡ＋ＶＢ−ＶＮ−Ｖｏ」は、図２４（ｂ）に示すように、ほぼ０度から１８０度範囲内に納まる範囲のコサイン関数特性になぞらえることができる。一方、電圧ＶＡからＶＢを減算すると、得られる電圧「ＶＡ−ＶＢ」は、同図（ｂ）に示すように、ほぼ０度から１８０度範囲内に納まる範囲のサイン関数特性になぞらえることができる。図２３（ｂ）の各演算回路２５，２６，２８は、図５（Ａ）の同一符号の回路と同一の演算機能を果たす。よって、前述の図５の例と同様な検出動作を行うことができる。
【００６６】
図２５は、ほぼ０度から３６０度までのフルの位相変化を実現できる例を示す。図２５（Ａ）は磁気応答部材１１によって基材６６上に形成される４系列の異なるパターン１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを示す展開図である。各パターン１１ａ〜１１ｄは、ロッド状の基材６６の側面を円周方向に４分割した範囲に対応して配置される。説明の便宜上、同図において、ロッド状の基材６６を長さ方向に４分割し、４分の１の各区間をそれぞれＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４と称する。例えばパターン１１ａは、図において左から右に向かって、Ｐ１区間で面積が漸増する三角形状のパターンを成し、Ｐ４区間で面積は漸減する三角形状のパターンを成し、Ｐ２及びＰ３区間では全域が磁気応答部材１１からなる。他のパターンは図示の通り順次異なっている。
【００６７】
図２５（Ｂ）は横軸方向の検出対象位置に対する各コイルＬ１〜Ｌ４の出力電圧Ｖ１〜Ｖ４の漸増及び漸減変化を示す。図２５（Ｄ）は各コイルＬ１〜Ｌ４に関連する電気回路図であり、アナログ演算回路１０１で「Ｖ１−Ｖ３」なる演算と「Ｖ２−Ｖ４」なる演算を行う。図２５（Ｃ）は演算結果として得られる出力信号を示すグラフである。出力電圧Ｖ１からＶ３を減算して得られる電圧「Ｖ１−Ｖ３」は、ほぼ０度から３６０度範囲内に納まる範囲のコサイン関数特性になぞらえることができる。一方、電圧Ｖ２からＶ４を減算して得られる電圧「Ｖ２−Ｖ４」は、ほぼ０度から３６０度範囲内に納まる範囲のサイン関数特性になぞらえることができる。よって、図２５（Ｃ）に示すような、ほぼ３６０度の範囲にわたるサイン関及びコサイン関数特性の交流出力信号（典型的にはｓｉｎθｓｉｎωｔとｃｏｓθｓｉｎωｔ）に相当する信号を生成することができる。
【００６８】
上記各実施例において、基材６６は、ロッド状のものに限らず、平板状であってもい。その場合は、板面上に形成された磁気応答部材１１ａ，１１ｂ，…に対向するようにコイルＬ１，Ｌ２，…が配置される。
【００６９】
更に、本発明の変形例として、例えば、図１（Ｃ）において、一方のアナログ演算回路２０のみを用いて１つの交流出力信号ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔのみを生成するようにしてもよい。その場合は、位相検出回路２２は用いずに、１つの交流出力信号ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔの振幅電圧レベルから位置検出データを得るように構成することになる。この場合でも、２次コイルを省略した簡素な位置検出装置を提供することができる。
【００７０】
なお、上記変形例のような１つの交流出力信号ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔのみを生成する位置検出装置を、図１９のように２個併設すると、公知の位相シフト型位置検出原理に従う検出装置を構成することもできる。すなわち、公知の位相シフト型位置検出原理に従う検出装置では、２相交流信号（例えばｓｉｎωｔとｃｏｓωｔ）を用いて複数相の１次コイルを励磁し、各相の２次コイルの合成出力信号として、位置に対応する位相角θだけ位相シフトした出力交流信号（例えばｓｉｎ（ωｔ＋θ））を得るようにしている。そのような位相シフト型位置検出原理を採用する検出装置において、本発明のアイデアを適用してもよい。そのためには、図１４の例のように、２つのコイルグループを並列配置し、各グループ毎に位相の異なる交流信号（例えばｓｉｎωｔとｃｏｓωｔ）によってそれぞれ該グループ内のコイルを共通に励磁し、一方のコイルグループでｃｏｓθｓｉｎωｔを形成し、他方のコイルグループでｓｉｎθｃｏｓωｔを形成するようにし、両出力を加算又は減算すればよい。
【００７１】
上記各実施例において、磁気応答部材１１の方を固定し、コイル部１０の方を検出対象の変位に応じて移動させるようにしてもよいのは勿論である。
なお、この発明において、コイルに生じる電圧若しくはコイルの端子間電圧とは、必ずしも電圧検出タイプの回路構成に限定されるものではなく、広義に解釈されるべきであり、電流検出タイプの回路構成を採用するものも範囲に含まれる。要するにコイルのインピーダンス変化に応じたアナログ電圧または電流を生じ、これを検出することのできる回路構成であればよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上のとおり、この発明によれば、１次コイルのみを設ければよく、２次コイルは不要であるため、小型かつシンプルな構造の位置検出装置を提供することができる。また、複数のコイル区間を検出対象の変位方向に沿って順次配列してなり、磁気応答部材が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間で該コイルの両端間電圧が漸増（又は漸減）する特性の変化が、各コイル区間毎に順番に起こるので、各コイル区間の電圧をそれぞれ取り出してそれらを加算及び／又は減算して組合わせることにより、検出対象位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号（例えばサイン及びコサイン関数特性に従う振幅をそれぞれ示す２つの交流出力信号）を容易に生成することができ、利用可能な位相角範囲を広くとることができる。更に、これら複数の交流出力信号における振幅値の相関関係から該振幅値を規定する所定周期関数（例えばサイン及びコサイン関数）における位相値を検出することで、検出対象の変位が微小でも高分解能での位置検出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る位置検出装置の一実施例を示すもので、（Ａ）は外観略図、（Ｂ）はコイル軸方向の断面図、（Ｃ）はコイル部に関連する電気回路図。
【図２】図１の位置検出装置の検出動作説明図。
【図３】本発明に係る位置検出装置の別の実施例を示す、コイル部に関連する電気回路図。
【図４】本発明に係る位置検出装置の更に別の実施例を示す、コイル部に関連する電気回路図。
【図５】本発明に係る位置検出装置の更なる他の実施例を示すもので、（Ａ）はコイル部に関連する電気回路図、（Ｂ）は各コイルの出力例を示す図、（Ｃ）は各コイル出力の演算合成例を示す図。
【図６】本発明に係る位置検出装置の他の実施例を示すもので、（Ａ）はコイル部に関連する電気回路図、（Ｂ）はコイルの出力例を示す図、（Ｃ）はコイル出力に基づく検出原理を説明するための図。
【図７】本発明に係る位置検出装置の更に他の実施例を示すもので、（Ａ）はコイル部に関連する電気回路図、（Ｂ）は各コイルの出力例を示す図、（Ｃ）は各コイル出力の演算合成例を示す図、（Ｄ）は演算合成出力に基づく検出原理を説明するための図、（Ｅ）はコイル接続の変更例を示す回路図。
【図８】本発明各実施例におけるコイル配置の変形例を示す略図。
【図９】（Ａ）は、本発明における磁気応答部材とコイルとの配置の変形例を示す断面略図、（Ｂ）は、同じく磁気応答部材とコイルとの配置の別の変形例を略示する斜視図。
【図１０】本発明各実施例におけるコイル配置の更に別の変形例及び磁気応答部材の先端形状の変形例を示す断面略図。
【図１１】本発明各実施例におけるコイル配置の更に他の変形例を示す断面略図。
【図１２】円弧状または曲線状に変位する位置検出に適用する場合の本発明の実施例を略示する側面図。
【図１３】本発明各実施例において磁気応答部材を磁性体と導電体によりハイブリッド構成する一例を略示する平面図。
【図１４】本発明各実施例において磁気応答部材として永久磁石を含んで構成する一例を略示する斜視図。
【図１５】図９（Ｂ）におけるコイル部のコイルの配置の変形例を示す断面略図。
【図１６】本発明に係る位置検出装置の更に他の実施例を示す軸方向断面略図。
【図１７】図１６の位置検出装置による検出原理を説明する図であって、（Ａ）は図１６におけるコイル部と磁気応答部材とを抽出して示す外観斜視略図、（Ｂ）はそのコイル軸方向断面略図、（Ｃ）は該コイル部に関連する電気回路図。
【図１８】図１６、図１７の実施例における位置検出動作説明図であって、（Ａ）は各コイルの出力例を示す図、（Ｂ）は各コイル出力の演算合成例を示す図。
【図１９】本発明におけるコイル配置の別の実施例を略示する図。
【図２０】本発明に係る位置検出装置の更に別の実施例を示す図で、（Ａ）は概略斜視図、（Ｂ）ロッド基材とコイルを横断面にて示す図、（Ｃ）はロッド基材の表面に形成された磁気応答部材のパターンの一例を示す展開図。
【図２１】（ａ）は図２０の各コイルに関連する電気回路図、（ｂ）及び（ｃ）はその検出動作説明図。
【図２２】コイル部の構成変更例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は各コイルと磁気応答部材パターンの対応関係を示す展開図。
【図２３】本発明に係る位置検出装置の更に別の実施例を示す図で、（ａ）はロッド基材の表面に形成された磁気応答部材のパターンの一例を示す展開図、（ｂ）は各コイルに関連する電気回路図。
【図２４】図２３の検出動作説明図。
【図２５】本発明に係る位置検出装置の更に他の実施例を示す図であって、（Ａ）は磁気応答部材の配置パターンの一例とコイルとの関係を示す展開略図、（Ｂ）及び（Ｃ）はその検出動作説明図、（Ｄ）は各コイルに関連する電気回路図。
【符号の説明】
１０コイル部
１１磁気応答部材
１１ａ先端部分
１１ｂ導電体
１１Ｍ永久磁石
１２交流電源
Ｌα，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，Ｌβ コイル区間（コイル）
２０，２１，２３，２４，２５，２６，２８アナログ演算回路
２２位相検出回路
３０，３１鉄心コア
４０ホビン部
４１保護チューブ
４２磁性体棒[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detection apparatus including a coil that is AC-excited and a magnetic body or a conductor that is displaced relative to the coil, and is suitable for detecting a linear position or a rotational position within a predetermined range. In particular, the present invention relates to an apparatus that generates an output AC signal indicating amplitude function characteristics of a plurality of phases according to a detection target position by using only a primary coil excited by a one-phase AC.
[0002]
[Prior art]
An inductive linear position detector called LVDT is known. The 2-wire type LVDT consists of one primary coil and one secondary coil, and the inductive coupling between the primary and secondary coils changes according to the amount of penetration of the movable part made of magnetic material into the coil part. Then, an induction output signal having a voltage level corresponding to that is generated in the secondary coil. The 3-wire type LVDT has a differential transformer configuration consisting of one primary coil and two secondary coils connected in reverse phase in series. In this case, the movable portion made of a magnetic material having a predetermined length is reversed. The inductive coupling between the primary and secondary coils changes in a balanced manner according to the amount of penetration into one of the phase secondary coils, and an induced output signal having a voltage level corresponding to the inductive coupling is generated in the secondary coil. By performing an operation of adding or subtracting the secondary output signal of the LVDT in an analog manner, an output signal having a sine characteristic and an output signal having a cosine characteristic corresponding to the position of the movable portion are generated, and the output of these sine characteristics is output. The signal and the output signal of the cosine characteristic are processed by an RD converter to generate digital data in which the position of the movable part is detected. In addition, as another type of position detector, only an exciting coil is provided, and the change of the self-inductance according to the displacement of the movable magnetic core is detected by measuring the amount of phase shift by the RL circuit. Things are also known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally known LVDTs require a primary coil and a secondary coil, which increases the number of parts and limits the reduction in manufacturing cost. In addition, there was a limit to downsizing. In addition, the usable phase angle range in the output signal of sine characteristics and cosine characteristics according to the position of the movable part is relatively narrow, about 45 degrees for the 2-wire type LVDT, and about 90 degrees for the 3-wire type LVDT, and can be detected. It was difficult to expand the phase angle range. In addition, the three-wire type LVDT has a problem that it is not easy to use because it can only detect a position where the movable part is displaced to the left and right of the state where the movable part is located at the center of the coil part. . Moreover, the detection resolution with respect to the minute displacement of a detection target was bad. On the other hand, in the position detector of the type that measures the self-inductance of the exciting coil, the number of coils can be reduced, but since the amount of phase shift according to the displacement of the detection target can be obtained only in a narrow range, the phase shift actually It was difficult to measure the amount, and the detection resolution was poor, which was unsuitable for practical use. In addition, if the coil impedance is changed in accordance with the change in the ambient environment temperature, the amount of phase shift is also changed, so that the temperature characteristic cannot be compensated.
[0004]
The present invention has been made in view of the above points, and has a small and simple structure, can widen a usable phase angle range, and can detect with high resolution even if a displacement of a detection target is minute. Therefore, an object of the present invention is to provide a position detection device that can easily compensate for temperature characteristics.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  Claim 1The position detecting device according to the present invention is a coil part formed by arranging a plurality of coils excited by a one-phase AC signal, and a magnetic response member arranged so as to be displaced relative to the coil part, The relative position between the member and the coil section changes according to the displacement of the detection target, the impedance of each coil is changed according to the relative position, and the relative position is a predetermined position based on the impedance change. The voltage generated in each coil changes in a predetermined section assigned to each coil while changing over the detection target range, and the voltage generated in each coil corresponds to the change in the detection target position. Each coil shows a unique change pattern, and in each coil, the voltage changes only in one direction of increase or decrease in the predetermined section assigned to the coil. And those formed by Uni configuration, take out a voltage generated in the coils, by calculating a combination thereof, and an analog operation circuit for generating at least one AC output signal having a predetermined periodic function characteristics as amplitude coefficientMeans for generating a predetermined reference voltage;WithThe analog operation circuit performs an operation by combining the reference voltage with the voltage from each coil..
  When the number of coils is small, only a slight change curve of the voltage across the coil that occurs while the end of the magnetic response member is displaced from one end of the coil to the other is generated. Therefore, by calculating a combination of separately generated reference voltage and the output voltage of each coil, a plurality of AC output signals each indicating an amplitude according to a predetermined periodic function characteristic according to the detection target position, typically, Two AC output signals each indicating an amplitude according to the sine and cosine function characteristics can be generated according to the detection target position. As a means for generating the reference voltage, a dummy impedance element having an arbitrary configuration may be used. For example, a resistance element or inductance means such as a coil may be used.
[0006]
The magnetic response member typically includes at least one of a magnetic body and a conductor. When the magnetic response member is made of a magnetic material, as the degree of proximity of the member to the coil increases, the self-inductance of the coil increases, the electrical impedance of the coil increases, and the voltage generated in the coil, that is, The voltage between terminals (or voltage drop) increases. On the contrary, as the degree of proximity of the magnetic response member to the coil decreases, the inductance of the coil decreases, the electrical impedance of the coil decreases, and the voltage generated in the coil, that is, the voltage between terminals decreases. To do. Thus, with the displacement of the detection target, the voltage generated in the coil, that is, the voltage between the terminals, increases or decreases while the relative position of the magnetic response member with respect to the coil changes over a predetermined range.
[0007]
For example, typically, the incremental change curve exhibited by the terminal voltage of the coil while the relative position of the magnetic response member relative to the coil varies over a predetermined range is in the range of 0 to 90 degrees in the sine function. It can be compared to a function value change. A plurality of coils are provided, and as the position of the magnetic response member with respect to each of these coils is relatively displaced according to the displacement of the detection target, the gradually increasing (or gradually decreasing) change in the voltage between the terminals of each coil is different. Happens at. For example, if the output voltage of a certain coil shows a gradually changing curve characteristic in a certain predetermined section, and the output voltage of another coil shows a gradually changing curve characteristic in another predetermined section that follows, the output of the first coil. When the combination calculation is performed so that the output voltage of the second coil is subtracted from the voltage, it is possible to obtain a function characteristic in the range from 0 to 180 degrees in the sine function such that the amplitude voltage gradually increases and then decreases. . In such a combination calculation of the coil output voltages, temperature drift compensation can be automatically performed by the canceling effect by the subtraction calculation, so that accurate position detection can be realized with a simple configuration. .
[0008]
In this way, calculation (addition and / or subtraction) is performed by appropriately combining the change (gradual decrease) of the voltage (voltage between terminals) generated in each coil in consideration of the change in the partial phase range of the predetermined periodic function. By doing so, it is possible to generate a plurality of AC output signals each indicating an amplitude according to a predetermined period wg function characteristic according to the detection target position. That is, one or a plurality of alternating current outputs having an amplitude coefficient according to a predetermined periodic function characteristic according to a detection target position by taking out voltages between both ends of each coil section and combining them by adding and / or subtracting them. A signal can be generated. The plurality of generated AC output signals preferably have a periodic function characteristic that defines the amplitude of each AC output signal shifted by a predetermined phase. By doing so, for example, like a resolver, it is possible to generate an AC output signal having an amplitude coefficient according to the sine function characteristics and an AC output signal having an amplitude coefficient according to the cosine function characteristics according to the detection target position.
[0009]
  Claim 2The position detection device according to the present invention includes a coil section in which a plurality of coil sections excited by a one-phase alternating current signal are sequentially and continuously arranged along a displacement direction of a detection target over a predetermined position detection target range A magnetic response member disposed so as to be relatively displaced with respect to the coil portion, wherein a relative position of the member and the coil portion changes according to a detection target position, and according to the relative position. Inductance of each coil section is changed, and the voltage generated in the coil section changes only in one direction of gradual increase or decrease while the member is displaced from one end to the other end of one coil section, and At least one alternating current showing an amplitude according to a predetermined periodic function characteristic in accordance with the detection target position by taking out the voltage of each coil section and calculating them in combination Those equipped with an analog operation circuit that generates a force signal.
[0010]
Also in this case, as described above, when the magnetic response member is made of a magnetic material, the self-inductance of the coil section increases as the degree of proximity or intrusion to each coil section of the member increases. While the end portion is displaced from one end to the other end of one coil section, the voltage generated in the coil section (that is, the voltage between both ends or the voltage between terminals) gradually increases. Since the plurality of coil sections are sequentially arranged along the displacement direction of the detection target, the position of the magnetic response member with respect to each coil section is relatively displaced according to the displacement of the detection target. A gradual increase (or gradual decrease) in the voltage across these occurs in sequence. Therefore, by using the combination of these gradually increasing (or gradually decreasing) changes in the voltage between the coil terminals as a change in the partial phase range of the predetermined periodic function, a predetermined periodic function characteristic according to the detection target position is used. A plurality of AC output signals each indicating an amplitude according to In other words, by taking out the voltage between both ends of each coil section and combining them by adding and / or subtracting them, a plurality of AC output signals each indicating an amplitude according to a predetermined periodic function characteristic are generated according to the detection target position can do.
[0011]
For example, typically, the gradual change curve of the voltage across the coil section that occurs while the end of the magnetic response member is displaced from one end of the coil section to the other end is, for example, 0 to 90 degrees in the sine function. It can be compared to a function value change in the range up to degrees. Further, this gradually increasing change curve can be converted into a gradually decreasing change curve gradually decreasing from the predetermined level by performing a voltage shift in which the amplitude is inverted to be negative and a predetermined level (offset level) is added. Such a gradual change curve can be compared to a function value change in a range from 90 degrees to 180 degrees in the sine function, for example. Thus, in the four coil sections arranged in sequence, the gradual change in the voltage between both ends occurring in order can be performed by applying an appropriate addition and / or subtraction as necessary, so that 0 to 90 degrees in the sine function. Function value change in the range up to 90 degrees, function value change in the range from 90 degrees to 180 degrees, function value change in the range from 180 degrees to 270 degrees, and function value change in the range from 270 degrees to 360 degrees, respectively. be able to. The inclination direction of the curve and the offset level of the voltage shift in each range can be appropriately controlled by appropriate analog calculation. Thus, it is possible to generate the first AC output signal indicating the amplitude according to the sine function characteristic in accordance with the detection target position, and the periodic function having the same characteristic that is 90 degrees out of phase with respect to this sine function, ie, the cosine function It is also possible to generate a second AC output signal having an amplitude according to the above characteristic.
[0012]
As described above, as a preferred embodiment, two AC output signals each indicating the amplitude according to the sine and cosine function characteristics can be generated according to the detection target position. For example, when the position to be detected is replaced with an angle θ, an AC output signal having an amplitude indicating a sine function characteristic can be generally indicated by sin θ sin ωt, and an AC output signal having an amplitude indicating a cosine function characteristic. Can be represented by cos θ sin ωt. This is similar to the form of the output signal of the position detector called a resolver, and is extremely useful. For example, the two AC output signals generated by the analog arithmetic circuit are input, and the phase values in the sine and cosine functions that define the amplitude value are detected from the correlation of the amplitude values in the two AC output signals. It is preferable that an amplitude phase conversion unit that generates position detection data of the detection target based on the detected phase value is provided.
[0013]
When a good electrical conductor such as copper is used as the magnetic response member, the self-inductance of the coil is reduced due to eddy current loss, and the end of the magnetic response member is displaced from one end to the other end of one coil section. In the meantime, the voltage across the coil section gradually decreases. In this case, detection can be performed in the same manner as described above. As the magnetic response member, a hybrid type in which a magnetic body and a conductor are combined may be used.
As another embodiment, the magnetic response member may include a permanent magnet, and the coil portion may include a magnetic core. In this case, in the magnetic core on the coil portion side, the corresponding portion becomes magnetic saturated or supersaturated according to the approach of the permanent magnet, and the magnetic response member, that is, the permanent magnet is displaced from one end to the other end of one coil section. In between, the voltage across the coil section gradually decreases.
[0014]
Thus, according to the present invention, it is sufficient to provide only the primary coil, and the secondary coil is not necessary. Therefore, it is possible to provide a position detecting device having a small and simple structure. In addition, a plurality of coils are sequentially arranged along the displacement direction of the detection target, and the voltage across the coil section gradually increases while the end of the magnetic response member is displaced from one end to the other end of one coil section. Since the change of the characteristic to be (or gradually decreased) occurs in sequence between the coils, the voltage of each coil section is taken out and added and / or subtracted to combine them to obtain a predetermined value according to the detection target position. It is possible to easily generate a plurality of AC output signals each indicating an amplitude according to a periodic function characteristic (for example, two AC output signals each indicating an amplitude according to a sine and cosine function characteristic), and to widen a usable phase angle range. Can do. For example, as described above, it is also possible to perform detection in a full phase angle range from 0 degrees to 360 degrees. Addition or subtraction of output voltages of a plurality of coil sections showing the same temperature characteristic, and combining them to generate a plurality of AC output signals each having an amplitude according to a predetermined periodic function characteristic, so that the temperature characteristic is automatically compensated Thus, position detection can be easily performed without the influence of temperature change. Furthermore, by detecting the phase value in a predetermined periodic function (for example, sine and cosine function) that defines the amplitude value from the correlation of the amplitude values in the plurality of AC output signals, even if the displacement of the detection target is minute, the resolution can be high. Position detection is possible.
[0015]
In the invention of claim 2The analog arithmetic circuit further comprises means for generating a predetermined reference voltage,SaidYou may make it calculate combining the said reference voltage with the voltage from each coil area.CoWhen the number of coil sections is small, a gradual increase (or decrease) change curve of the voltage between both ends of the coil section generated while the end of the magnetic response member is displaced from one end of the coil section to the other end is generated only slightly. . Therefore, separately generated reference voltage and each coilsectionA plurality of AC output signals each having an amplitude according to a predetermined periodic function characteristic according to the detection target position, typically, a sine and cosine function according to the detection target position. Two AC output signals each indicating an amplitude according to the characteristics can be generated. As a means for generating the reference voltage, a dummy impedance element having an arbitrary configuration may be used. For example, a resistance element or inductance means such as a coil may be used.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an embodiment in which an amplitude change in a full range from 0 degrees to 360 degrees in electrical angle is obtained in two AC output signals each having an amplitude indicating sine and cosine function characteristics. FIG. 1A shows an example of a physical arrangement relationship between the coil portion 10 and the magnetic response member 11 in the position detection apparatus according to this embodiment by a schematic external view, and FIG. FIG. 2C is a diagram illustrating an example of an electric circuit of the coil unit 10. The position detection device shown in FIG. 1 detects a linear position of a detection target. For example, the coil unit 10 is relatively fixed, and the magnetic response member 11 is relatively set according to the displacement of the detection target. Linear displacement. On the contrary, of course, the magnetic response member 11 may be relatively fixed, and the coil unit 10 may be relatively displaced according to the displacement of the detection target. The coil unit 10 includes a plurality of coil sections (six coil sections Lα, LA, LB, LC, LD, and Lβ in the illustrated example) excited by a predetermined one-phase AC signal along the displacement direction of the detection target. Are arranged in sequence. For example, it is assumed that the coil sections Lα, LA, LB, LC, LD, and Lβ have the same properties such as the number of turns and the coil length. The magnetic response member 11 is made of a magnetic material such as rod-shaped iron, for example, and enters the coil space of the coil unit 10. As an example, when the magnetic response member 11 advances in the right direction in the figure, the tip 11a of the magnetic response member 11 first enters the coil section Lα, and then enters the coil sections LA, LB, LC, and LD in this order. And finally enters the coil section Lβ. A two-dot chain line 11 'indicates the magnetic response member 11 that has entered the last coil section Lβ.
[0017]
A range corresponding to the middle four coil sections LA, LB, LC, and LD is an effective detection range. Assuming that the length of one coil section is K, a length 4K that is four times that is the effective detection range. Coil sections Lα and Lβ provided one by one before and after the effective detection range are auxiliary coils. The auxiliary coils Lα and Lβ are provided so that the cosine function characteristics can be obtained faithfully, and can be omitted if accuracy is not pursued so much.
[0018]
As shown in FIG. 1C, each of the coil sections Lα, LA, LB, LC, LD, and Lβ is a constant voltage or a constant voltage by a predetermined one-phase AC signal (indicated by sin ωt) generated from the AC power source 12. Excited with constant current. When the voltages across the coil sections Lα, LA, LB, LC, LD, and Lβ are respectively represented by Vα, VA, VB, VC, VD, and Vβ, the respective voltages Vα, VA, VB, VC, VD, and Vβ are represented. Terminals 13 to 19 are provided in order to take out. As can be easily understood, the coil sections Lα, LA, LB, LC, LD, and Lβ do not need to be physically separated separate coils, but are arranged at positions that divide the entire length of the series of coils into six. It is only necessary to provide 13-19. That is, the coil portion between the terminals 13 and 14 becomes the coil section Lα, the coil portion between the terminals 14 and 15 is the coil section LA, the coil portion between the terminals 15 and 16 is the coil section LB, and the coil section between the terminals 16 and 17. Is the coil section LC, the coil section between the terminals 17 and 18 is the coil section LD, and the coil section between the terminals 18 and 19 is the coil section Lβ. The output voltages Vα, VA, VB, VC, VD, Vβ in each coil section are input to the analog arithmetic circuits 20 and 21 in a predetermined combination, and added or subtracted according to a predetermined arithmetic expression, whereby each analog arithmetic circuit 20 and 21 generate two AC output signals having amplitudes indicating sine and cosine function characteristics according to the position to be detected (that is, two AC output signals having amplitude function characteristics that are 90 degrees out of phase with each other). The For example, the output signal of the analog arithmetic circuit 20 is denoted by sin θ sin ωt, and the output signal of the analog arithmetic circuit 21 is denoted by cos θ sin ωt. The analog arithmetic circuits 20 and 21 include operational amplifiers OP1 and OP2 and resistor circuit groups RS1 and RS2.
[0019]
Of course, the present invention is not limited to the above, and physically separate coils are used as the coil sections Lα, LA to LD, Lβ, and these are connected in series and excited together by a predetermined one-phase AC signal, In-phase excitation may be performed via separate excitation circuits using a one-phase AC signal. However, the embodiment in which one coil as described at the beginning is divided and used at a plurality of intermediate positions corresponding to a plurality of required coil sections is the simplest. Hereinafter, the coil sections Lα, LA to LD, Lβ are simply referred to as “coils”.
[0020]
With the above configuration, as the degree of proximity or penetration of the magnetic response member 11 to each coil increases, the self-inductance of the coil increases, and the end of the member is displaced from one end to the other end of the one coil. The voltage across the coil gradually increases. Since the plurality of coils Lα, LA, LB, LC, LD, and Lβ are sequentially arranged along the displacement direction of the detection target, the position of the magnetic response member with respect to these coils is relatively set according to the displacement of the detection target. As shown in FIG. 2A, gradually increasing changes in the voltages Vα, VA, VB, VC, VD, and Vβ across the coils occur in order. In FIG. 2A, in the section where the output voltage of a certain coil is inclined, the end of the magnetic response member 11 is displaced from one end of the coil toward the other end. Typically, the gradually changing curve of the voltage across the coil that occurs while the end of the magnetic response member 11 is displaced from one end of the coil to the other end is in the range of 90 degrees in the sine or cosine function. It can be compared to the function value change of. Therefore, the output voltages Vα, VA, VB, VC, VD, and Vβ of each coil are appropriately combined and added and / or subtracted to have amplitudes indicating sine and cosine function characteristics corresponding to the detection target position. Two AC output signals sinθsinωt and cosθsinωt can be generated.
[0021]
That is, the analog arithmetic circuit 20 calculates the output voltages VA, VB, VC, and VD of the coils LA, LB, LC, and LD as shown in the following formula (1), thereby obtaining a sign as shown in FIG. An AC output signal indicating an amplitude curve of the function characteristic can be obtained, and this can be equivalently expressed by “sin θ sin ωt”.
(VA−VB) + (VD−VC) (1)
[0022]
Further, the analog arithmetic circuit 21 calculates the output voltages Vα, VA, VB, VC, VD, and Vβ of the coils Lα, LA, LB, LC, LD, and Lβ as shown in the following formula (2), thereby obtaining FIG. An AC output signal showing the amplitude curve of the cosine function characteristic as shown in (B) can be obtained. The amplitude curve of the cosine function characteristic shown in FIG. 2B is actually a minus cosine function characteristic, that is, “−cos θ sin ωt”, but shows a deviation of 90 degrees with respect to the sine function characteristic. It corresponds to a characteristic. Therefore, this is referred to as an AC output signal having a cosine function characteristic, and is hereinafter equivalently represented by “cos θ sin ωt”.
(VA−Vα) + (VB−VC) + (Vβ−VD) (2)
Note that the following equation (2 ′) may be calculated instead of the equation (2).
(VA−Vα) + (VB−VC) −VD Equation (2 ′)
[0023]
The AC output signal “−cos θ sin ωt” having the minus cosine function characteristic obtained by the equation (2) is electrically 180 ° phase-inverted to actually generate a signal indicated by cos θ sin ωt. An AC output signal with function characteristics may be used. However, in the case where the subsequent phase detection circuit (amplitude phase conversion circuit) 22 uses, for example, an AC output signal having a cosine function characteristic in the form of “−cos θ sin ωt”, an AC having a negative cosine function characteristic is used. The output signal “−cos θ sin ωt” may be used as it is. Note that an AC output signal “cos θ sin ωt” having a cosine function characteristic can be actually generated by performing the following equation (2 ″) instead of the equation (2).
(Vα−VA) + (VC−VB) + (VD−Vβ) Equation (2 ″)
[0024]
The phase angle θ in the sine and cosine functions, which are the amplitude components of each AC output signal, corresponds to the position to be detected, and the phase angle θ in the range of 90 degrees corresponds to the length K of one coil. Yes. Therefore, the effective detection range having a length of 4K corresponds to a range from 0 degree to 360 degrees of the phase angle θ. Therefore, by detecting this phase angle θ, the detection target position in the 4K length range can be detected by absolute.
[0025]
Here, the compensation of the temperature characteristics will be described. The impedance of each coil changes according to the temperature, and the output voltages Vα, VA, VB, VC, VD, Vβ also change. For example, each voltage increases or decreases in one direction as shown by a broken line with respect to a solid curve in FIG. However, the AC output signals sin θ sin ωt and cos θ sin ωt having the sine and cosine function characteristics obtained by adding and subtracting these appear as amplitude changes in both positive and negative directions as shown by broken lines with respect to the solid curve in FIG. If this is shown using the amplitude coefficient A, it becomes Asin θ sin ωt and A cos θ sin ωt, and this amplitude coefficient A changes according to the ambient environment temperature, and this change appears in the two AC output signals in the same way. As is clear from this, the amplitude coefficient A indicating the temperature characteristic does not affect the phase angle θ in each sine and cosine function. Therefore, in this embodiment, temperature characteristics are automatically compensated, and accurate position detection can be expected.
[0026]
By detecting the phase component θ of the amplitude functions sin θ and cos θ in the AC output signals sin θ sin ωt and cos θ sin ωt having the sine and cosine function characteristics by the phase detection circuit (or amplitude phase conversion means) 22, the detection target position is detected in absolute. Can do. The phase detection circuit 22 may be configured using, for example, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-126809 related to the applicant's application. For example, the first AC output signal sin θ sin ωt is electrically shifted by 90 degrees to generate the AC signal sin θ cos ωt, and by adding and subtracting the second AC output signal cos θ sin ωt, sin (ωt + θ) and sin (ω ωt−θ), and two AC signals (signals obtained by converting phase component θ into AC phase shifts) that are phase-shifted in the leading and lagging directions according to θ are generated, and the phase θ is measured. The stroke position detection data can be obtained. Alternatively, a known RD converter used for processing the resolver output may be used as the phase detection circuit 22.
[0027]
As shown in FIG. 2B, the amplitude characteristics of the sine and cosine function characteristics of the AC output signals sin θ sin ωt and cos θ sin ωt are true if the correspondence between the angle θ and the detection target position x is linear. The sine and cosine function characteristics are not shown. However, the phase detection circuit 22 apparently performs phase detection processing assuming that the AC output signals sinθsinωt and cosθsinωt have amplitude characteristics of sine and cosine functions, respectively. As a result, the detected phase angle θ does not exhibit linearity with respect to the detection target position x. However, in the position detection, the nonlinearity between the detection output data (detected phase angle θ) and the actual detection target position is not a very important problem. That is, it is only necessary that position detection can be performed with a predetermined reproducibility. Further, if necessary, the output data of the phase detection circuit 22 is converted using an appropriate data conversion table so that accurate linearity is provided between the detection output data and the actual detection target position. Can be done easily. Therefore, the AC output signals sinθsinωt and cosθsinωt having the amplitude characteristics of the sine and cosine functions referred to in the present invention do not have to show the true sine and cosine function characteristics, and are as shown in FIG. In fact, it may be a triangular wave shape, and in short, it is only necessary to show such a tendency. That is, it may be a periodic function similar to a trigonometric function such as sine. In the example of FIG. 2B, if the viewpoint is changed and the scale on the horizontal axis is regarded as θ and the scale is made up of a required non-linear scale, the scale on the horizontal axis is regarded as x. In some cases, even if it looks like a triangular wave shape, θ can be referred to as a sine function or a cosine function.
[0028]
The change range of the phase component θ of the amplitude functions sin θ and cos θ in the AC output signals sin θ sin ωt and cos θ sin ωt of the sine and cosine function characteristics is not limited to the change in the full range from 0 degrees to 360 degrees as in the above embodiment. It may be a change in a narrower and narrower angle range. In that case, the configuration of the coil can be simplified. Since the effective detection range may be narrow for the purpose of detecting minute displacement, the detectable phase range may be an appropriate range of less than 360 degrees. In addition, there are various cases where the detectable phase range may be an appropriate range of less than 360 degrees depending on the detection purpose, and therefore, the present invention can be appropriately applied in such a case. Hereinafter, those modifications will be described.
[0029]
FIG. 3 shows an embodiment that can produce a phase change in the range of 0 degrees to 180 degrees. In this case, the coil unit 10 includes two coils LA and LB corresponding to the effective detection range and auxiliary coils Lα and Lβ provided one before and after the other. In the analog arithmetic circuit 23, the inter-terminal voltages Vα, VA, VB, Vβ of each coil are input, and the AC output signal sin θ sin ωt showing the amplitude curve of the sine function characteristics is calculated by, for example, the following equation (3). Then, an AC output signal cos θ sin ωt indicating the amplitude curve of the cosine function characteristic is generated by calculating as in the following equation (4).
VA-VB Formula (3)
(VA−Vα) + (VB−Vβ) (4)
[0030]
As can be easily understood with reference to FIG. 2, the AC output signal sin θ sin ωt indicating the amplitude curve of the sine function characteristic for the range of 0 ° to 180 ° is generated by the calculation of Equation (3). can do. In addition, the AC output signal cos θ sin ωt indicating the amplitude curve of the cosine function characteristic in the range of −90 degrees to 0 degrees to 90 degrees to 180 degrees to 270 degrees can be generated by the calculation of Expression (4). As described above, the auxiliary coil Lβ can be omitted. In this case, by detecting the phase angle component θ of the amplitude function, the detection target position in the length range corresponding to the coil length 2K of the two coils LA and LB can be detected by absolute. The arithmetic expression is not limited to the above, and can be set as appropriate. That is, the arithmetic expression can be changed as appropriate depending on which angle range the phase change with a width of 180 degrees is generated. For example, when an effective phase change is caused corresponding to an angle range of 180 degrees to 360 degrees, the AC output signal sin θ sin ωt having a sine function characteristic is expressed by an arithmetic expression “(Vα−VA) + (Vβ−VB)”. Then, an AC output signal cos θ sin ωt having a cosine function characteristic can be generated by an arithmetic expression of “VB−VA”.
[0031]
FIG. 4 shows an embodiment that can produce a phase change in the range from 0 degrees to 90 degrees. In this case, the coil unit 10 includes one coil LA corresponding to the effective detection range and auxiliary coils Lα and Lβ provided one before and after the coil LA. The analog arithmetic circuit 24 inputs the inter-terminal voltages Vα, VA, Vβ of each coil, and generates an AC output signal sin θ sin ωt indicating an amplitude curve of the sine function characteristics by calculating, for example, the following equation (5). The AC output signal cos θ sin ωt indicating the amplitude curve of the cosine function characteristic is generated by calculating as in the following equation (6).
VA-Vβ Formula (5)
VA-Vα Formula (6)
[0032]
This also shows the amplitude curve of the sine function characteristics in the range of 0 to 90 degrees by the calculation of equation (5), as can be easily understood with reference to FIG. An AC output signal sinθsinωt can be generated. Further, the AC output signal cos θ sin ωt indicating the amplitude curve of the cosine function characteristic in the range of −90 degrees to 0 degrees to 90 degrees can be generated by the calculation of Expression (6). Therefore, a range of 0 degree to 90 degrees can be secured as the effective detection range. Also in this case, the arithmetic expression is not limited to the above, and can be set as appropriate. That is, the arithmetic expression can be changed as appropriate depending on which angle range the phase change of 90 degrees in width occurs.
[0033]
In the above embodiment, auxiliary coils Lα and Lβ are provided before and after the effective detection range, respectively, but these auxiliary coils Lα and Lβ can be omitted. FIG. 5 shows an example of this, and shows an embodiment that can cause a phase change in the range from 0 degrees to 180 degrees. In this case, the coil unit 10 includes two coils LA and LB corresponding to the effective detection range. As described above, the coils LA and LB are sequentially arranged along the displacement direction of the detection target, so that the position of the magnetic response member 11 with respect to these coils is relatively displaced according to the displacement of the detection target. Accordingly, as illustrated in FIG. 5B, gradually increasing changes in the voltages VA and VB between both ends of each coil occur in order. Here, it is assumed that the voltage obtained when the magnetic response member 11 does not enter the coil at all is Vo (minimum voltage), and the voltage obtained when the magnetic response member 11 fully enters the coil is VN ( The maximum voltage is generated from an appropriate constant voltage generation circuit 27 using an alternating current (sin ωt) constant voltage corresponding to the added value “VN + Vo” of the voltages Vo and VN as a reference voltage. When the constant voltage “VN + Vo” is subtracted from the added value of the output voltages VA and VB of each coil, the obtained voltage “VA + VB−VN−Vo” is in the range of 0 to 180 degrees as shown in FIG. The cosine function characteristics (or minus cosine function characteristics) are shown. On the other hand, when VB is subtracted from voltage VA, the obtained voltage “VA−VB” shows a sine function characteristic in the range of 0 to 180 degrees as shown in FIG.
[0034]
Therefore, in FIG. 5A, by subtracting the voltages VA and VB across the coils LA and LB by the subtracting circuit 25, an AC output signal sinθsinωt having a sine function characteristic is generated as the subtraction result “VA−VB”. can do. Further, the output voltages VA and VB of the coils LA and LB are added by the arithmetic circuit 26, and the subtraction circuit 28 subtracts the reference voltage “VN + Vo” generated from the constant voltage generation circuit 27 from the addition result VA + VB. As a result “VA + VB− (VN + Vo)” (that is, “VA + VB−VN−Vo”), the AC output signal cos θ sin ωt having the cosine function characteristic can be generated. Here, it is assumed that the reference voltage “VN + Vo” generated from the constant voltage generation circuit 27 changes with temperature characteristics in the same manner as the temperature characteristics changes of the coils LA and LB. For this purpose, the constant voltage generation circuit 27 may be configured using a dummy coil having characteristics equivalent to those of the coil LA or LB and excited by the same excitation AC signal. For example, if a magnetic core having the same characteristics as the magnetic response member 11 is always inserted in such a dummy coil, the same value as the maximum voltage VN obtained when the magnetic response member 11 fully enters the coil. The constant voltage VN can be constantly generated with temperature characteristics. If a magnetic core is not inserted into such a dummy coil, a constant voltage Vo similar to the minimum voltage Vo can be obtained.
[0035]
The constant voltage generation circuit 27 as described above is not limited to the case where the number of coils is two, but can also be applied when other appropriate number of coils are used. For example, when three coils LA, LB, and LC are connected in cascade to make it possible to cause a phase change in the range from 0 degrees to 270 degrees for the 3K effective detection range. The constant voltage VN and Vo are generated as separate reference voltages from the voltage generation circuit 27, and the output voltages VA, VB, VC of the coils and the reference voltages VN, Vo from the constant voltage generation circuit 27 are used to generate “VA”. An AC output signal sin θ sin ωt having a sine function characteristic can be generated by an operation “−VB−VC + Vo”, and an AC output signal cos θ sin ωt having a cosine function characteristic can be generated by an operation “VA + VB−VC−VN”.
[0036]
As another example, only one coil may be provided corresponding to the effective detection range. In that case, the phase change width of the effective detection range corresponding to the coil length K of one coil is less than 90 degrees. FIG. 6 shows an example thereof, and as shown in FIG. 6A, one coil LA is provided, and a resistance element R1 is connected in series to the coil LA. As a result, when the amplitude component of the inter-terminal voltage VA of the coil LA gradually increases as shown in FIG. 6B in accordance with the displacement of the magnetic response member 11, the voltage drop VR between the terminals of the resistance element R1 accordingly. As shown in FIG. 6 (B), the amplitude component of changes gradually. If the voltage VR between the terminals of the resistance element R1 is regarded as an AC output signal sin θ sin ωt having a sine function characteristic and the voltage VA between the terminals of the coil LA is regarded as an AC output signal cos θ sin ωt having a cosine function characteristic, the sign is as shown in FIG. It can be associated with a characteristic in an angular range of a width of less than 90 degrees where the function and the cosine function cross. Therefore, by inputting these AC output signals to the phase detection circuit 22, it is possible to perform absolute detection of the phase angle θ in the corresponding angle range of less than 90 degrees.
[0037]
FIG. 7 shows a modified example of FIG. 6 in which a dummy coil LN is provided in place of the resistance element R1. The dummy coil LN is connected in series to the detection coil LA that is affected by the displacement of the magnetic response member 11, but is not affected by the displacement of the magnetic response member 11. In addition, the constant voltage VN, which is the same as the maximum voltage VN obtained when the magnetic response member 11 fully enters, can always be generated with temperature characteristics. Therefore, the terminal voltage VA of the coil LA and the terminal voltage VN of the dummy coil LN corresponding to the displacement of the magnetic response member 11 are generated as shown in FIG. The arithmetic circuit 29 calculates these voltages VA and VN according to a predetermined arithmetic expression, and generates an AC output signal sin θsin ωt having a sine function characteristic by an operation “VA + VN”, for example, as shown in FIG. The AC output signal cos θ sin ωt having the cosine function characteristic is generated by the calculation “VN”. As shown in FIG. 7D, this can correspond to a characteristic in an angle range with a width of less than 90 degrees. Therefore, by inputting these AC output signals to the phase detection circuit 22, it is possible to perform absolute detection of the phase angle θ in the corresponding angle range of less than 90 degrees. The dummy coil LN may be connected in parallel to the detection coil LA as shown in FIG. 7E, not limited to the serial connection as shown in FIG.
[0038]
In each of the above-described embodiments, the coils 10 are arranged so that the axes of the coils substantially coincide with each other, and the magnetic response member 11 enters the central space of the coil. First, any arrangement relationship between the coil unit 10 and the magnetic response member 11 may be used. For example, as illustrated in FIG. 8, the coil portion 10 is configured such that the axes of the coils Lα, LA to LD, Lβ are arranged side by side in parallel, and the magnetic response member 11 passes near the end of the coil. It may consist of In that case, the coils Lα, LA to LD, Lβ may be wound around an iron core.
[0039]
In addition, even in the case where the coils 10 are arranged so that the axes of the coils substantially coincide with each other as in the example of FIG. 1, the magnetic response member 11 may not enter the central space of the coil. Good. FIG. 9 (A) shows an example thereof, and the magnetic response member 11 passes through the vicinity of the coil portion 10 in parallel with the axial direction of the coil portion 10. In that case, it is preferable to insert the iron core 30 in the axial space of the coils Lα, LA to LD, Lβ. As a result, the way the magnetic flux is emitted to the outer periphery of the coil is improved, the sensitivity to the magnetic response member 11 in the vicinity of the outer periphery is improved, and the detection accuracy is improved. FIG. 9B shows another example, in which the magnetic response member 11 has a hollow cylindrical shape, and the coil portion 10 enters the hollow cylindrical space of the magnetic response member 11. Yes. Also in this case, it is preferable to insert the iron core 30 into the axial space of each of the coils Lα, LA to LD, Lβ to improve the way the magnetic flux is emitted to the outer periphery of the coil.
[0040]
FIG. 10 is a side view and a cross-sectional view illustrating another configuration example of the coil unit 10 and the magnetic response member 11. In this case, the mutual arrangement interval of the coils Lα, LA to LD, Lβ is K as in the example of FIG. 1, but the length of each coil is short. That is, the adjacent coils Lα, LA to LD, Lβ do not need to be in close contact as shown in FIG. 1, and may be separated as appropriate. The tip 11a of the magnetic response member 11 has a sharp and tapered shape. For example, a tip portion having a length of about K has a tapered shape. Thereby, the inductance change of a coil accompanying the movement of the front-end | tip 11a of the magnetic response member 11 can be made into the smooth gradual increase (or gradual decrease) change characteristic. Of course, even when the coils Lα, LA to LD, and Lβ are closely arranged as shown in FIG. 1, the tip 11a of the magnetic response member 11 may be appropriately tapered.
[0041]
As yet another example, each coil of the coil unit 10 may be composed of a plurality of coil portions that are separately arranged. FIG. 11 shows an example of a separate arrangement of one coil LA as an example. In FIG. 11, one coil LA that covers the range of K is constituted by four coil portions LA1, LA2, LA3, and LA4 that are separately arranged. The coil portions LA1, LA2, LA3, LA4 are connected in series, and the terminal voltage VA of the coil LA is output. In this case, the number of turns of each coil portion LA1, LA2, LA3, LA4 may be common or may be appropriately different. Further, the spacing of the arrangement of the coil portions LA1, LA2, LA3, LA4 may be equal or may be appropriately different. By making the number of coil turns and the separation interval non-uniform (non-linear), it is possible to cause a self-impedance change having characteristics closer to the curve of the sine function or cosine function. Then, the nonlinearity of the relationship between the detection phase angle θ and the actual detection target distance (position) described above can be improved. Similarly, when adjacent coils Lα, LA to LD, Lβ are arranged closely as shown in FIG. 1, the number of turns may not be uniform within the range of the total length K of one coil, but may be nonuniform. . This can also cause a self-impedance change with characteristics closer to the curve of the sine function or cosine function, and can improve the nonlinearity of the relationship between the detection phase angle θ and the actual detection target distance (position) described above. it can.
[0042]
Further, the position detection device according to the present invention is not limited to the detection of a completely straight linear position, but can also be applied to the detection of the position of a detection target that is displaced in an arc shape or a curved shape within a predetermined range. FIG. 12 shows an example thereof. Each coil LA to LD of the coil section 10 is sequentially arranged in an arc shape in a predetermined angle range ψ, and the magnetic response member 11 is centered on the axis C and the angle range ψ. It is arrange | positioned so that it may rock over. Furthermore, the position detection device of the present invention can be configured as a detection device that detects an angle within a predetermined range in rotation.
[0043]
In each of the above embodiments, the magnetic response member 11 is not limited to a magnetic material, and a non-magnetic good conductor such as copper or aluminum may be used. In that case, the voltage between the coil terminals gradually decreases due to the eddy current loss as the magnetic response member 11 approaches. Moreover, it is good also as a hybrid type which combined the magnetic body and the conductor. In this case, for example, as shown in FIG. 13, the tip portion 11a of the magnetic response member 11 has a tapered shape of the nonmagnetic good conductor 11b, and is magnetic so as to compensate for the decrease in the nonmagnetic good conductor 11b due to the taper. The body 11c may be disposed.
[0044]
As another embodiment, the magnetic response member 11 may include a permanent magnet, and each coil of the coil unit 10 may include an iron core. FIG. 14 shows an example thereof, and the permanent magnet 11M functioning as the magnetic response member 11 has, for example, a hollow ring shape, and the coil portion 10 enters the ring space. An iron core 31 is inserted into the axial space of each of the coils Lα, LA to LD, Lβ of the coil unit 10. When the permanent magnet 11M approaches one of the coils, the iron core 31 corresponding to the adjacent portion is partially magnetically saturated or supersaturated, and the inter-terminal voltage of the coil decreases. The length of the permanent magnet 11M has a length corresponding to at least the coil length K so that the voltage across the coil gradually decreases while the permanent magnet 11M is displaced from one end to the other end of one coil. As described above, even when the permanent magnet 11M is used as the magnetic response member 11, the magnetic response member 11, that is, the permanent magnet 11M is connected from one end of one coil to the other end as in the case of using the nonmagnetic good conductor 11b. During the displacement, a gradual change in the voltage across the coil can be caused. However, in the example of FIG. 14, when the permanent magnet 11M passes through a certain coil location, the state returns to the non-saturated state, but the desired sine and cosine function characteristics are output by appropriately performing the subsequent analog calculation. A change in amplitude level may be obtained. Alternatively, a plurality of permanent magnets 11M may be continuously arranged as the magnetic response member 11 so that the magnetic saturation or supersaturation state is maintained. The permanent magnet 11M is not limited to a ring shape, and may be other shapes such as a rod shape. In this case, similarly to the example of FIG. 9A, the magnetic response member 11 including the permanent magnet 11M passes through the vicinity in parallel to the axial direction. Note that the iron core 31 may have a relatively thin shape so as to easily cause magnetic saturation.
[0045]
FIG. 15 is a modified example of the arrangement of the coils of the coil section 10 in FIG. 9B, in which crosstalk between adjacent coils can be prevented and detection accuracy can be improved. In FIG. 15A, a magnetic spacer 32 is disposed between the coils Lα, LA to LD, Lβ. As a result, the path of the magnetic flux generated in each coil is not diffused, but passes from the inside of each coil through the nearest end (the location of the magnetic spacer 32), the outer periphery, and the nearest end (the magnetic spacer 32). Through the route shown in the figure Φ, which goes back to the inside. Therefore, crosstalk can be prevented, the responsiveness (impedance change) of each coil with respect to the presence of the magnetic response substance 11 close to the outer periphery of each coil can be made extremely good, and the detection accuracy can be improved. In FIG. 15A, only one magnetic spacer 32 is provided between adjacent coils. However, as shown in FIG. 15B, two magnetic spacers 32a and 32b are somewhat separated between adjacent coils. It may be arranged. In this case, a nonmagnetic material may be used instead of the iron core 30 as the bobbin of the coil. As in the modification shown in FIG. 15, the division of each coil by the magnetic spacers 32, 32a, 32b can be applied to the embodiment of FIG.
[0046]
FIG. 16 is a cross-sectional view showing another embodiment of the position detection apparatus according to the present invention. As the magnetic response member 11 enters the coil portion 10, the coil inductance gradually decreases. FIG. 17A shows the arrangement of the coil portion 10 and the magnetic response material 11 in FIG. 16 by a schematic external perspective view, FIG. 17B is a schematic sectional view in the coil axial direction, and FIG. 17C is an electric circuit of the coil portion 10. It is a figure which shows an example. In the configuration of FIG. 16, the magnetic response member 11 has a hollow cylindrical shape as in the example of FIG. 9B and FIG. 14, and the coil portion 10 enters the hollow cylindrical space of the magnetic response member 11. It is like that.
[0047]
In FIG. 16, the coil unit 10 is formed by sequentially winding a plurality of coils (four coils LA, LB, LC, and LD in the illustrated example) around a bobbin unit 40, and the outer periphery thereof is nonmagnetic and nonconductive. The protective tube (or coating or mold) 41 is covered. The protective tube 41 may be made of any material, but for example, it is inexpensive to use a heat shrinkable tube made of an insulating resin.
[0048]
The bobbin part 40 consists of a nonmagnetic hollow cylinder, and the 1 or several magnetic body rod 42 is accommodated in the inside. The magnetic rod 42 extends over the entire length of the coil portion 10 and sets an inductance value, that is, an impedance value over the entire length of the coil portion 10. By appropriately adjusting the thickness or number of the magnetic rods 42 accommodated in the bobbin portion 40, the setting of the inductance value over the entire length of the coil portion 10 can be changed. In addition, it is good to use what gave the electroconductive film by giving copper plating etc. to the circumference | surroundings as the magnetic body rod 42. FIG. This helps to compensate for temperature drift characteristics. The bobbin portion 40 only needs to be non-magnetic and may be made of metal or resin. When a device to which this position detection device is applied is used for an application in which a large load is applied, such as a large construction machine, it is preferable to use metal in order to ensure sufficient strength. For example, the bobbin portion 40 is configured using nonmagnetic stainless steel or the like. For small devices that are not, it is cheap and lightweight to use resin.
[0049]
The position detection operation according to the embodiment of FIG. 16 will be described with reference to FIG. In FIG. 17, for convenience of illustration, only one magnetic rod 42 is shown, and the bobbin portion 40 is not shown.
The coil unit 10 is formed by sequentially arranging four coils LA, LB, LC, and LD having similar properties such as the number of turns and the coil length along the linear displacement direction. The change in the relative positional relationship between the coil portion 10 and the magnetic response member 11 in accordance with the displacement of the detection target is the same as in the embodiment of FIG. That is, when the magnetic response member 11 advances in the right direction in the figure according to the displacement of the detection target, the tip 11a of the magnetic response member 11 first enters the magnetic field of the coil LA, and then the coils LB, LC. , LD enters the magnetic field in this order. A two-dot chain line 11 'indicates the magnetic response member 11 that has entered the last coil LD. The range 4K corresponding to the four coils LA, LB, LC, and LD is the effective detection range. However, since the accuracy is actually reduced at both ends of the range 4K, the portion is not used, and the actual effective detection range is from 4K. Is a little narrower. Of course, in order to enable full detection within the effective detection range 4K, auxiliary coils Lα and Lβ may be provided in the front and rear as in the above embodiment.
[0050]
Each coil LA, LB, LC, LD is in a state where one or several magnetic rods 42 are inserted over the entire length of its core, and unless the magnetic response member 11 is close, its inductance value is Is the largest. As the degree of proximity or penetration of each coil of the magnetic response member 11 with respect to the magnetic field increases, the self-inductance of the coil decreases, and the end 11a of the magnetic response member 11 is displaced from one end to the other end of one coil. The voltage across the coil gradually decreases. That is, when the magnetic response member 11 is a magnetic body, the magnetic body is covered with the outer periphery of the coil. Therefore, the magnetic response member in which the magnetic flux concentrated only on the magnetic core of the coil core portion, that is, 42 is covered outward. 11 leaks, and the self-inductance of the coil decreases. Further, when the magnetic response member 11 is a conductor, the conductor covers the outer periphery of the coil, eddy current loss due to a magnetic field occurs, and the self-inductance of the coil decreases. As described above, in the embodiment of FIG. 16, regardless of whether the magnetic response member 11 is a magnetic body or a conductor, the self-inductance of the coil is reduced according to the proximity of the magnetic response member 11 to the coil portion 10. Since the inductance reduction rate due to the eddy current loss of the outer peripheral conductor is larger than the inductance reduction rate due to magnetic flux leakage due to the outer peripheral magnetic body, a more preferable embodiment uses a conductor as the magnetic response member 11. It is. In addition, since the conductor as the magnetic response member 11 should just produce a skin effect, it may be a thin layer. In that case, for example, the magnetic response member 11 may be formed by disposing a conductor (may be copper plating or the like) on the cylindrical space peripheral wall of a suitable hollow cylindrical base member (movable body). .
[0051]
As shown in FIG. 17C, each of the coils LA, LB, LC, and LD is excited with a constant voltage or a constant current by a predetermined one-phase AC signal (indicated by sin ωt) generated from the AC power supply 12. The When the voltages across the coils LA, LB, LC, and LD are indicated by VA, VB, VC, and VD, terminals 14 to 18 are provided to extract the respective voltages VA, VB, VC, and VD. Yes. As can be easily understood, each of the coils LA, LB, LC, and LD does not need to be a physically separated coil, and the intermediate terminals 14 to 18 are arranged at positions that divide the entire length of the series of coils into four. It is only necessary to provide it. That is, the coil portion between the terminals 14 and 15 becomes the coil LA, the coil portion between the terminals 15 and 16 is the coil LB, the coil portion between the terminals 16 and 17 is the coil LC, and the coil portion between the terminals 17 and 18 is the coil LD. . The output voltages VA, VB, VC, VD of the coils are input to the analog arithmetic circuits 20 and 21 in a predetermined combination, and are detected from the analog arithmetic circuits 20 and 21 by adding or subtracting according to a predetermined arithmetic expression. Two AC output signals sin θ sin ωt and cos θ sin ωt having amplitudes indicating sine and cosine function characteristics according to the target position are generated.
[0052]
As described above, as the degree of proximity or penetration of each coil of the magnetic response member 11 with respect to the magnetic field increases, the self-inductance of the coil decreases, and the end 11a of the magnetic response member 11 changes from one end to the other end of one coil. The voltage between both ends of the coil is gradually decreased during the displacement until. Here, since the plurality of coils LA, LB, LC, and LD are sequentially arranged along the displacement direction of the detection target, the position of the magnetic response member relative to the coils is relatively set according to the displacement of the detection target. As it is displaced, as illustrated in FIG. 18A, the voltage VA, VB, VC, VD between the both ends of each coil gradually changes. In FIG. 18A, in the section where the output voltage of a certain coil is inclined, the end portion 11a of the magnetic response member 11 is displaced from one end of the coil toward the other end. Typically, the gradual change curve of the voltage across the coil that occurs while the end 11a of the magnetic response member 11 is displaced from one end of the coil to the other end is 90 degrees in the sine or cosine function. It can be compared to a function value change in the range. Therefore, two AC outputs each having an amplitude indicating a sine and cosine function characteristic according to the position to be detected by appropriately adding and / or subtracting the output voltages VA, VB, VC, VD of each coil in combination. The signals sin θ sin ωt and cos θ sin ωt can be generated.
[0053]
That is, the analog arithmetic circuit 20 calculates the output voltages VA, VB, VC, and VD of the coils LA, LB, LC, and LD as shown in the following equation (7), thereby obtaining a sign as shown in FIG. An AC output signal indicating an amplitude curve of the function characteristic can be obtained, and this can be equivalently expressed by “sin θ sin ωt”.
(VB-VA)-(VD-VC) -Vo (7)
Vo is a reference voltage corresponding to the minimum inductance value (inductance value when the magnetic response member 11 covers the whole of one coil), and is for offsetting to 0 level.
[0054]
Further, the analog arithmetic circuit 21 calculates the output voltages VA, VB, VC, and VD of the coils LA, LB, LC, and LD as shown in the following equation (8), thereby obtaining a cosine as shown in FIG. An AC output signal indicating the amplitude curve of the function characteristic can be obtained. This can be equivalently indicated by “cos θ sin ωt”.
VA + (VB−VC) + (Vp−VD) −Vo Formula (8)
Vp is a reference voltage corresponding to the maximum inductance value (inductance value when the magnetic response member 11 is not close to one coil at all), and is for offsetting the output voltage VD. In consideration of the temperature drift, in order to generate the reference voltages Vo and Vp with a temperature drift characteristic equivalent to the temperature drift of each of the coils LA to LD, each reference voltage is interposed by interposing an appropriate dummy coil. It is preferable to generate Vo and Vp. Of course, other temperature compensation means may be used.
[0055]
The phase angle θ in the sine and cosine functions, which are the amplitude components of each AC output signal, corresponds to the position to be detected, and the phase angle θ in the range of 90 degrees corresponds to the length K of one coil. Yes. Therefore, the effective detection range having a length of 4K corresponds to a range from 0 degree to 360 degrees of the phase angle θ. Therefore, by detecting this phase angle θ, the detection target position in the 4K length range can be detected by absolute. By measuring the phase component θ of the amplitude functions sin θ and cos θ in the AC output signals sin θ sin ωt and cos θ sin ωt having the sine and cosine function characteristics in the same manner as described above, the phase detection circuit (or amplitude phase conversion means) 22 measures the detection target position. It can be detected by absolute.
[0056]
Here, the compensation of the temperature characteristic in the embodiment of FIG. 16 will be described. The impedance of each coil changes according to the temperature, and the output voltages VA, VB, VC, VD also change. For example, as in the case of FIG. 2, each voltage increases or decreases in one direction as shown by the broken line with respect to the solid curve in FIG. 18A, but the sine and cosine function characteristics obtained by adding and subtracting these voltages. The AC output signals sin θ sin ωt and cos θ sin ωt appear as amplitude changes in both positive and negative directions as shown by broken lines with respect to the solid curve in FIG. 18B, and therefore have an influence on the phase angle θ in each sine and cosine function. Therefore, the temperature drift characteristic is compensated for, and accurate position detection can be expected. Furthermore, as described above, temperature compensation can be performed by forming a conductor film by performing copper plating or the like on the outer periphery of the magnetic rod 42 corresponding to the magnetic core of the coil portion 10. That is, the conductor coating on the surface of the magnetic rod 42 reduces the inductance of the magnetic circuit due to the eddy current loss generated there. For example, when the impedance of each coil increases when the temperature rises (this is essentially However, the eddy current loss of the conductor film is reduced to relatively increase the inductance of the magnetic circuit and compensate for the temperature drift of the coil inductance. For the same reason, the same temperature drift compensation effect can be expected if a non-magnetic metal for the bobbin portion 40 is used that has some conductivity.
[0057]
Further, in each of the above-described embodiments, an example in which two output AC signals sin θ sin ωt and cos θ sin ωt having amplitude characteristics of sine and cosine functions are generated (an example in which a resolver type two-phase output is generated) has been described. 3 or more output AC signals having amplitude characteristics of three or more trigonometric functions exhibiting a predetermined phase shift (for example, sin θ · sin ωt, sin (θ−120 °) · sin ωt and sin (θ−240 °) · sin ωt) May be output.
The number of coils LA to LD to be arranged may be four or more.
[0058]
Further, as shown in FIG. 19, a group of coils Lα, LA to LD, and Lβ and another group of coils Lα ′, LA ′ to LD ′, and Lβ ′ (more coil groups may be provided). The magnetic response member 11 may be arranged in parallel by shifting by a predetermined distance d so that the magnetic response member 11 has a width that covers both groups. All the coils of each group are excited by an in-phase AC signal (for example, sin ωt). This deviation d corresponds to an appropriate phase difference of less than 90 degrees, and by combining the output voltages of these coils with appropriate addition and / or subtraction, for example, sin θ · sin ωt and sin (θ−120 ° ) · Sin ωt and sin (θ−240 °) · sin ωt, a plurality of AC output signals indicating amplitudes according to a plurality of trigonometric functions having a phase difference other than 90 degrees (trigonometric functions having a relationship other than sine and cosine). Can be generated.
[0059]
In each of the above embodiments, the magnetic response member may be formed in a predetermined pattern on the surface of a substrate such as a rod or a plate by a surface processing technique such as plating. FIG. 20 schematically shows an example thereof. (A) is a schematic perspective view, (B) is a diagram showing a rod base material and a coil in cross section, and (C) is formed on the surface of the rod base material. It is an expanded view which shows an example of the pattern of a magnetic response member. For example, two different magnetic response members 11a and 11b are formed and arranged in a pattern of a predetermined shape such as a triangle that gradually increases or decreases on the surface of a rod-like base material 66 such as a cylinder piston rod. The magnetic properties of the magnetic response members 11a and 11b and the base material 66 are different. For example, when the substrate 66 is a magnetic material such as iron, the magnetic response members 11a and 11b are made of a non-magnetic good conductor such as copper. Alternatively, when the magnetic response members 11a and 11b are magnetic materials such as iron, the base material 66 is made of a non-magnetic material, or the magnetic response members 11a and 11b formed as convex portions even though they are magnetic materials. It consists of what was formed as a dent.
[0060]
In the coil unit 10, coils L1 and L2 are individually provided corresponding to each pattern. The coil portion 10 has a ring shape as a whole, and a rod-like base material 66 is inserted into the ring so as to be linearly movable in the axial direction. The first coil L1 is disposed in the semicircular portion of the ring in the coil portion 10, and the second coil L2 is disposed in the other semicircular portion. The magnetic response members 11a and 11b are composed of two patterns. The first pattern 11a has a triangular shape that gradually increases from the left to the right in the figure, and the second pattern 11b is the opposite. It has an inverted triangular shape that gradually decreases from left to right. The first coil L1 covers the arrangement area of the pattern 11a, and the second coil L2 covers the arrangement area of the pattern 11b. The range K of the gradually increasing or decreasing pattern of the magnetic response members 11a and 11b provided on the base 66 corresponds to the detectable range K. That is, when the rod-shaped base material 66 is displaced according to the displacement of the detection target, the positions of the magnetic response members 11a and 11b corresponding to the coils L1 and L2 change, and correspond to the coils L1 and L2. Self-inductance, that is, impedance corresponding to the areas of the magnetic response members 11a and 11b is generated in the coils L1 and L2, and output voltages Va and Vb corresponding to the detection target positions are obtained from the coils L1 and L2.
[0061]
FIG. 21A is an electric circuit diagram relating to each of the coils L1 and L2 in FIG. 20, and FIGS. 21B and 21C are explanatory diagrams of the detection operation. The characteristics of the output voltages Va and Vb of the coils L1 and L2 are reverse characteristics as shown in FIG. Therefore, the changes in the output voltages Va and Vb can be compared to changes in the function value in an appropriate range of less than 90 degrees in the sine function or cosine function. Therefore, by extracting these output voltages Va and Vb through an appropriate analog buffer circuit 100, as shown in FIG. 21 (c), two amplitudes each having an amplitude indicating a sine and cosine function characteristic corresponding to the detection target position are obtained. AC output signals (typically sin θ sin ωt and cos θ sin ωt) can be generated.
[0062]
FIG. 22 shows a modification example of the coil configuration. FIG. 4A is a perspective view, and FIG. 4B is a development view showing the correspondence between each coil and the magnetic response member pattern. In this case, the rod-shaped base material 66 in which the magnetic response members 11a and 11b are disposed in the central space of the coil is configured to enter, and the direction of the internal magnetic flux of the coil is the axial direction of the rod, that is, the straight line to be detected. Oriented in the direction of displacement. The coil L1 corresponding to the pattern 11a and the coil L2 corresponding to the pattern 11b are formed by adjacently arranging two coils having the same properties such as the number of turns and the coil length. Masking MA and MB are applied to the inner half of each coil (in the range of about 180 degrees) with a good conductor such as copper. As a result, output voltages corresponding to the corresponding areas of the magnetic response portions 11a and 11b corresponding only to the half surface not subjected to masking are generated from the coils L1 and L2. The masking MA in the coil L1 is provided on the half surface corresponding to the pattern 11b, and the coil L1 does not respond to the pattern 11b but responds only to the pattern 11a. The masking MB in the coil L2 is provided on the half surface corresponding to the pattern 11a, and the coil L2 does not respond to the pattern 11a but responds only to the pattern 11b. Therefore, the output voltage from the coil L1 gradually increases corresponding to the gradual decrease of the coil corresponding area of the pattern 11a, and the output voltage from the coil L2 is gradually decreased corresponding to the gradual increase of the coil corresponding area of the pattern 11b. The detection operation can be performed as shown in FIG.
[0063]
FIG. 23 shows an embodiment that can produce a phase change from 0 degrees to 180 degrees. FIG. 23A is a development view showing a pattern arrangement example of the magnetic response members 11a to 11f on the surface of the rod-shaped substrate 66. FIG. The magnetic response member is composed of six patterns 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, and 11f, and these are arranged in parallel corresponding to the range in which the side surface of the piston rod 4 is divided into six in the circumferential direction. The patterns 11a, 11c, and 11e are common patterns, and the patterns 11b, 11d, and 11f are also common patterns. Patterns 11a, 11c, and 11e are the left half section in the length direction of the rod-shaped substrate 66 in FIG. 5A, and the area of the magnetic response member gradually decreases from left to right, and the right half section. Then, the pattern does not have a magnetic response member. Patterns 11b, 11d, and 11f are the right half section in the length direction of the rod-shaped substrate 66 in FIG. 5A, and the area of the magnetic response portion gradually decreases from left to right, and the left half section. Then, the entire surface is a pattern made of a magnetic response member. The ring-shaped coil portion 10 as a whole includes coils L1, L2, L3, L4, L5, and L6 corresponding to the patterns 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, and 11f, respectively. They are arranged so as to correspond to the divided ranges of approximately 60 degrees.
[0064]
When the rod-shaped substrate 66 is displaced in the direction of the arrow x, the corresponding areas of the patterns 11b, 11d, and 11f and the corresponding coils L2, L4, and L6 gradually increase in substantially the first half of the stroke. The output voltages V2, V4, V6 of L4, L6 change gradually. In this first half section, the output voltages V1, V3, and V5 of the coils L1, L3, and L5 corresponding to the other patterns 11a, 11c, and 11e maintain the maximum level because there is no magnetic response member (for example, a conductor). When the base material 66 is displaced when the output voltages V1, V3, and V5 having the same gradual change pattern and the base material 66 are displaced, the patterns 11a, 11c, and 11e and the corresponding coils L1, L3, and L5 in the almost latter half of the stroke. The corresponding area gradually increases, and the output voltages V1, V3, V5 of the coils L1, L3, L5 change gradually. In this latter half section, the output voltages V2, V4, and V6 of the coils L2, L4, and L6 corresponding to the other patterns 11b, 11d, and 11f maintain the minimum level because the magnetic response member (for example, a conductor) always exists. To do. The output voltages V1, V3, and V5 having common change patterns are added and synthesized by the averaging circuit 102 in FIG. 23B to obtain an output VA. The output voltages V2, V4 and V6 are also added and synthesized by the averaging circuit 102 to obtain an output VB. An example of each combined output VA, VB is shown in FIG. The reason why the first common patterns 11a, 11c, and 11e and the second common patterns 11b, 11d, and 11f are alternately arranged and the respective outputs are added and synthesized is as follows. This is to avoid the adverse effects of misalignment.
[0065]
As in the example of FIG. 5, when the minimum voltage of the coil output voltage is Vo and the maximum voltage is VN, a constant voltage VN + Vo corresponding to this is generated from the constant voltage generation circuit 27 as shown in FIG. Let When the constant voltage VN + Vo is subtracted from the added value of the output voltages VA and VB, the obtained voltage “VA + VB−VN−Vo” is within a range of approximately 0 to 180 degrees as shown in FIG. The cosine function characteristics of On the other hand, when VB is subtracted from voltage VA, the obtained voltage “VA−VB” can be compared to a sine function characteristic in a range that falls within the range of approximately 0 to 180 degrees, as shown in FIG. . The arithmetic circuits 25, 26, and 28 in FIG. 23B perform the same arithmetic functions as the circuits having the same reference numerals in FIG. Therefore, the detection operation similar to the example of FIG. 5 described above can be performed.
[0066]
FIG. 25 shows an example in which a full phase change from approximately 0 degrees to 360 degrees can be realized. FIG. 25A is a development view showing four different patterns 11 a, 11 b, 11 c, and 11 d formed on the base material 66 by the magnetic response member 11. Each pattern 11a-11d is arrange | positioned corresponding to the range which divided the side surface of the rod-shaped base material 66 into 4 in the circumferential direction. For convenience of explanation, in the figure, the rod-shaped base material 66 is divided into four in the length direction, and each quarter section is referred to as P1, P2, P3, and P4, respectively. For example, the pattern 11a forms a triangular pattern in which the area gradually increases in the P1 section from the left to the right in the drawing, and forms a triangular pattern in which the area gradually decreases in the P4 section, and the entire area in the P2 and P3 sections. Consists of a magnetic response member 11. Other patterns are sequentially different as shown.
[0067]
FIG. 25B shows a gradual increase and a gradual change in the output voltages V1 to V4 of the coils L1 to L4 with respect to the detection target position in the horizontal axis direction. FIG. 25D is an electric circuit diagram related to each of the coils L1 to L4, and the analog arithmetic circuit 101 performs an operation “V1-V3” and an operation “V2-V4”. FIG. 25C is a graph showing an output signal obtained as a calculation result. The voltage “V1−V3” obtained by subtracting V3 from the output voltage V1 can be compared to a cosine function characteristic in a range that falls within the range of approximately 0 to 360 degrees. On the other hand, the voltage “V2−V4” obtained by subtracting V4 from the voltage V2 can be compared with a sine function characteristic in a range that falls within a range of approximately 0 to 360 degrees. Therefore, as shown in FIG. 25C, a signal corresponding to an AC output signal (typically sin θ sin ωt and cos θ sin ωt) having a sine function and cosine function characteristics over a range of approximately 360 degrees can be generated.
[0068]
In each of the above-described embodiments, the base material 66 is not limited to a rod shape, and may be a flat plate shape. In that case, the coils L1, L2,... Are arranged so as to face the magnetic response members 11a, 11b,.
[0069]
Further, as a modification of the present invention, for example, in FIG. 1C, only one AC output signal sin θ · sin ωt may be generated using only one analog arithmetic circuit 20. In this case, the phase detection circuit 22 is not used, and the position detection data is obtained from the amplitude voltage level of one AC output signal sin θ · sin ωt. Even in this case, a simple position detecting device in which the secondary coil is omitted can be provided.
[0070]
In addition, when two position detection devices that generate only one AC output signal sin θ · sin ωt as in the above modification are provided side by side as shown in FIG. 19, a detection device according to a known phase shift type position detection principle is configured. You can also. That is, in the detection device according to the known phase shift type position detection principle, a primary coil of a plurality of phases is excited using a two-phase AC signal (for example, sin ωt and cos ωt), and a combined output signal of the secondary coils of each phase is obtained. An output AC signal (for example, sin (ωt + θ)) that is phase-shifted by the phase angle θ corresponding to the position is obtained. The idea of the present invention may be applied to a detection apparatus that employs such a phase shift type position detection principle. For this purpose, as shown in the example of FIG. 14, two coil groups are arranged in parallel, and the coils in each group are commonly excited by AC signals having different phases for each group (for example, sin ωt and cos ωt), Cos θ sin ωt is formed by one coil group and sin θ cos ωt is formed by the other coil group, and both outputs may be added or subtracted.
[0071]
Of course, in each of the above embodiments, the magnetic response member 11 may be fixed, and the coil portion 10 may be moved in accordance with the displacement of the detection target.
In the present invention, the voltage generated in the coil or the voltage between the terminals of the coil is not necessarily limited to the voltage detection type circuit configuration, and should be interpreted broadly. The range to be adopted is also included in the scope. In short, any circuit configuration that can generate and detect an analog voltage or current corresponding to a change in the impedance of the coil may be used.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is sufficient to provide only the primary coil, and the secondary coil is unnecessary. Therefore, it is possible to provide a position detecting device having a small and simple structure. In addition, a plurality of coil sections are sequentially arranged along the displacement direction of the detection target, and the voltage across the coil gradually increases (or decreases gradually) while the magnetic response member is displaced from one end to the other end of one coil section. ) Changes in order for each coil section, so that the voltage of each coil section is taken out and combined by adding and / or subtracting them to obtain a predetermined periodic function according to the detection target position. It is possible to easily generate a plurality of AC output signals each indicating an amplitude according to a characteristic (for example, two AC output signals each indicating an amplitude according to a sine and cosine function characteristic), and it is possible to widen a usable phase angle range. . Furthermore, by detecting the phase value in a predetermined periodic function (for example, sine and cosine function) that defines the amplitude value from the correlation of the amplitude values in the plurality of AC output signals, even if the displacement of the detection target is minute, the resolution can be high. Position detection is possible.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show an embodiment of a position detection device according to the present invention, in which FIG. 1A is a schematic external view, FIG. 1B is a cross-sectional view in a coil axial direction, and FIG. 1C is an electric circuit diagram related to a coil section; .
FIG. 2 is an explanatory diagram of a detection operation of the position detection device of FIG.
FIG. 3 is an electric circuit diagram related to a coil portion, showing another embodiment of the position detecting device according to the present invention.
FIG. 4 is an electric circuit diagram relating to a coil portion, showing still another embodiment of the position detecting device according to the present invention.
5A and 5B show still another embodiment of the position detection device according to the present invention, in which FIG. 5A is an electric circuit diagram related to a coil section, and FIG. 5B is a diagram showing an output example of each coil; C is a diagram showing an example of calculation and synthesis of each coil output.
6A and 6B show another embodiment of the position detecting device according to the present invention, in which FIG. 6A is an electric circuit diagram related to the coil section, FIG. 6B is a diagram showing an example of the coil output, and FIG. The figure for demonstrating the detection principle based on a coil output.
7A and 7B show still another embodiment of the position detection device according to the present invention, in which FIG. 7A is an electric circuit diagram related to a coil section, FIG. 7B is a diagram showing an output example of each coil, and FIG. (A) is a figure which shows the example of a calculation synthesis of each coil output, (D) is a figure for demonstrating the detection principle based on a calculation synthesis output, (E) is a circuit diagram which shows the example of a change of coil connection.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a modification of the coil arrangement in each embodiment of the present invention.
FIG. 9A is a schematic cross-sectional view showing a modified example of the arrangement of the magnetic response member and the coil in the present invention, and FIG. 9B schematically shows another modified example of the arrangement of the magnetic response member and the coil. FIG.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing still another modified example of the coil arrangement and modified examples of the tip shape of the magnetic response member in each embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic sectional view showing still another modified example of the coil arrangement in each embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a side view schematically showing an embodiment of the present invention when applied to detecting a position displaced in an arc or curve.
FIG. 13 is a plan view schematically showing an example in which a magnetic response member is configured by a hybrid of a magnetic body and a conductor in each embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a perspective view schematically showing an example in which a permanent magnet is included as a magnetic response member in each embodiment of the present invention.
15 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the arrangement of the coils in the coil section in FIG. 9B.
FIG. 16 is a schematic axial sectional view showing still another embodiment of the position detection apparatus according to the present invention.
17 is a diagram for explaining the detection principle of the position detection device of FIG. 16, wherein (A) is a schematic external perspective view showing the coil part and the magnetic response member in FIG. 16, and (B) is the coil. An axial section schematic diagram, (C) is an electric circuit diagram relevant to this coil part.
18A and 18B are explanatory diagrams of position detection operations in the embodiment of FIGS. 16 and 17, in which FIG. 18A shows an example of output of each coil, and FIG. 18B shows an example of calculation and synthesis of each coil output.
FIG. 19 is a diagram schematically showing another embodiment of the coil arrangement in the present invention.
20A and 20B are diagrams showing still another embodiment of the position detecting device according to the present invention, in which FIG. 20A is a schematic perspective view, FIG. 20B is a diagram showing a rod base material and a coil in a cross section, and FIG. The expanded view which shows an example of the pattern of the magnetic response member formed in the surface of a rod base material.
21A is an electric circuit diagram related to each coil of FIG. 20, and FIGS. 21B and 21C are explanatory diagrams of detection operations thereof.
FIGS. 22A and 22B show a configuration change example of a coil portion, in which FIG. 22A is a perspective view, and FIG. 22B is a development view showing a correspondence relationship between each coil and a magnetic response member pattern.
FIG. 23 is a view showing still another embodiment of the position detection device according to the present invention, in which (a) is a development view showing an example of a pattern of a magnetic response member formed on the surface of the rod base material; Is an electric circuit diagram related to each coil.
24 is an explanatory diagram of the detection operation of FIG.
25A and 25B are diagrams showing still another embodiment of the position detection device according to the present invention, in which FIG. 25A is a developed schematic view showing an example of a magnetic response member arrangement pattern and a coil, and FIG. (C) is an explanatory view of the detection operation, and (D) is an electric circuit diagram related to each coil.
[Explanation of symbols]
10 Coil part
11 Magnetic response member
11a Tip part
11b Conductor
11M permanent magnet
12 AC power supply
Lα, LA, LB, LC, LD, Lβ Coil section (coil)
20, 21, 23, 24, 25, 26, 28 Analog arithmetic circuit
22 Phase detection circuit
30, 31 Iron core
40 hobbins
41 Protective tube
42 Magnetic Bar

Claims

１相の交流信号で励磁される複数のコイルを配置してなるコイル部と、
前記コイル部に対して相対的に変位するよう配置された磁気応答部材であって、検出対象の変位に応じて該部材と前記コイル部との相対的位置が変化し、この相対的位置に応じて各コイルのインピーダンスを変化させ、このインピーダンス変化に基づき前記相対的位置が所定の位置検出対象範囲にわたって変化する間で各コイル毎に割り当てられた所定の区間で当該各コイルに生じる電圧が変化するようにしてなり、この各コイルに生じる電圧は前記検出対象位置の変化に対応して各コイル毎に特有の変化パターンを示し、かつ、個々のコイルでは当該コイルに割り当てられた前記所定の区間において増加又は減少の一方向のみに電圧が変化するように構成してなるものと、
前記各コイルに生じる電圧を取り出し、それらを組み合わせて演算することにより、所定の周期的関数特性を振幅係数として持つ少なくとも１つの交流出力信号を生成するアナログ演算回路と、
所定の基準電圧を発生する手段と
を具え、前記アナログ演算回路は、前記各コイルからの電圧に前記基準電圧を組み合わせて演算することを特徴とする位置検出装置。A coil portion formed by arranging a plurality of coils excited by a one-phase AC signal;
A magnetic response member disposed so as to be relatively displaced with respect to the coil portion, wherein a relative position of the member and the coil portion changes according to a displacement of a detection target, and according to the relative position. The impedance of each coil is changed, and the voltage generated in each coil changes in a predetermined section assigned to each coil while the relative position changes over a predetermined position detection target range based on the impedance change. Thus, the voltage generated in each coil shows a specific change pattern for each coil corresponding to the change in the detection target position, and in each coil, in the predetermined section assigned to the coil The voltage is configured to change only in one direction of increase or decrease,
An analog arithmetic circuit that generates at least one AC output signal having a predetermined periodic function characteristic as an amplitude coefficient by taking out a voltage generated in each of the coils and performing a combination thereof ; and
Means for generating a predetermined reference voltage , wherein the analog operation circuit calculates the voltage from each coil in combination with the reference voltage .

１相の交流信号によって励磁される複数のコイル区間を、所定の位置検出対象範囲にわたって、検出対象の変位方向に沿って順次連続的に配列してなるコイル部と、
前記コイル部に対して相対的に変位するよう配置された磁気応答部材であって、検出対象位置に応じて該部材と前記コイル部との相対的位置が変化し、この相対的位置に応じて各コイル区間のインダクタンスを変化させ、前記部材が１つのコイル区間の一端から他端まで変位する間で当該コイル区間に生じる電圧が漸増又は漸減の一方向のみに変化するようにしたものと、
前記各コイル区間の電圧をそれぞれ取り出し、それらを組み合わせて演算することにより、前記検出対象位置に応じて所定の周期的関数特性に従う振幅を示す少なくとも１つの交流出力信号を生成するアナログ演算回路と
を具えた位置検出装置。A plurality of coil sections that are excited by a one-phase alternating current signal, and a coil section that is sequentially and continuously arranged along a displacement direction of a detection target over a predetermined position detection target range;
A magnetic response member disposed so as to be relatively displaced with respect to the coil portion, wherein a relative position of the member and the coil portion changes according to a detection target position, and according to the relative position. Inductance of each coil section is changed, and the voltage generated in the coil section changes only in one direction of gradual increase or decrease while the member is displaced from one end to the other end of one coil section.
An analog arithmetic circuit that generates at least one AC output signal indicating an amplitude according to a predetermined periodic function characteristic in accordance with the detection target position by taking out the voltage of each coil section and calculating them in combination. Provided position detection device.

前記磁気応答部材は、所定の基材上において検出対象位置の変位方向に沿って面積が漸増又は漸減する区間を有する所定のパターンで配置されてなるものであり、検出対象位置に対して示す漸増又は漸減のパターンが各コイル毎に異なっている請求項１に記載の位置検出装置。 The magnetic response members are arranged in a predetermined pattern having a section in which the area gradually increases or decreases along the displacement direction of the detection target position on a predetermined base material, and gradually increases as shown with respect to the detection target position. The position detecting device according to claim 1, wherein the gradually decreasing pattern is different for each coil.

所定の基準電圧を発生する手段を更に具え、前記アナログ演算回路は、前記各コイル区間からの電圧に前記基準電圧を組み合わせて演算する請求項２に記載の位置検出装置。Further comprising means for generating a predetermined reference voltage, the analog operation circuit, the position detecting device according to claim 2 for calculating a combination of the reference voltage to the voltage from each coil section.

前記アナログ演算回路は、複数の前記交流出力信号を生成するものであり、各交流出力信号の振幅を規定する前記周期的関数特性は所定位相だけずれている請求項１乃至４のいずれかに記載の位置検出装置。 The analog processing circuit generates a plurality of the AC output signals, and the periodic function characteristic that defines the amplitude of each AC output signal is shifted by a predetermined phase. Position detection device.

１相の交流信号で励磁される複数のコイルを配置してなるコイル部と、
前記コイル部に対して相対的に変位するよう配置された磁気応答部材であって、検出対象の変位に応じて該部材と前記コイル部との相対的位置が変化し、この相対的位置に応じて各コイルのインピーダンスを変化させ、このインピーダンス変化に基づき前記相対的位置が所定の位置検出対象範囲にわたって変化する間で各コイル毎に割り当てられた所定の区間で当該各コイルに生じる電圧が変化するようにしてなり、この各コイルに生じる電圧は前記検出対象位置の変化に対応して各コイル毎に特有の変化パターンを示し、かつ、個々のコイルでは当該コイルに割り当てられた前記所定の区間において増加又は減少の一方向のみに電圧が変化するように構成してなるものと、
前記各コイルに生じる電圧を取り出し、それらを組み合わせて演算することにより、所定の周期的関数特性を振幅係数として持つ少なくとも１つの交流出力信号を生成するアナログ演算回路と
を具え、前記アナログ演算回路は、複数の前記交流出力信号を生成するものであり、各交流出力信号の振幅を規定する前記周期的関数特性は所定位相だけずれていることを特徴とする位置検出装置。 A coil portion formed by arranging a plurality of coils excited by a one-phase AC signal;
A magnetic response member disposed so as to be relatively displaced with respect to the coil portion, wherein a relative position of the member and the coil portion changes according to a displacement of a detection target, and according to the relative position. The impedance of each coil is changed, and the voltage generated in each coil changes in a predetermined section assigned to each coil while the relative position changes over a predetermined position detection target range based on the impedance change. Thus, the voltage generated in each coil shows a specific change pattern for each coil corresponding to the change in the detection target position, and in each coil, in the predetermined section assigned to the coil The voltage is configured to change only in one direction of increase or decrease,
An analog operation circuit that generates at least one AC output signal having a predetermined periodic function characteristic as an amplitude coefficient by taking out a voltage generated in each of the coils and performing a combination thereof;
The comprises the analog operation circuit, which generates a plurality of the AC output signal, said periodic function characteristics defining the amplitudes of the AC output signal is a position detection, characterized in that is shifted by a predetermined phase apparatus.

前記生成された複数の交流出力信号を入力し、該交流出力信号における振幅値の相関関係から該振幅値を規定する前記所定の周期関数における特定の位相値を検出し、検出した位相値に基づき前記検出対象の位置検出データを生成する振幅位相変換部を更に具えた請求項５又は６に記載の位置検出装置。A plurality of generated AC output signals are input, a specific phase value in the predetermined periodic function defining the amplitude value is detected from a correlation of amplitude values in the AC output signal, and based on the detected phase value position detecting apparatus according to claim 5 or 6 further comprising the amplitude phase conversion unit for generating position detection data of the detection target.

前記複数の交流出力信号は、検出対象位置に応じてサイン関数特性に従う振幅を示す交流出力信号と、検出対象位置に応じてコサイン関数特性に従う振幅を示す交流出力信号とからなる請求項５乃至７のいずれかに記載の位置検出装置。Wherein the plurality of AC output signals includes an AC output signal indicating an amplitude according to the sine function characteristic in accordance with the detected position, consisting of an AC output signal indicating an amplitude according to a cosine function characteristic in accordance with the detected position claims 5 to 7 The position detection apparatus in any one of.

前記磁気応答部材は、磁性体又は導電体の少なくとも一方を含む請求項１乃至８のいずれかに記載の位置検出装置。The magnetic response member is a position detecting device according to any one of claims 1 to 8 comprising at least one magnetic body or conductor.

前記磁気応答部材は永久磁石を含み、前記コイル部は磁性体コアを含む請求項１乃至８のいずれかに記載の位置検出装置。It said magnetism-responsive member includes a permanent magnet, the position detecting device according to any one of claims 1 to 8 wherein the coil unit includes a magnetic core.

前記コイル部が磁性体を含むボビン部に巻設されている請求項１乃至１０のいずれかに記載の位置検出装置。Position detecting device according to any of claims 1 to 10 wherein the coil portion is wound around a bobbin part including a magnetic material.

前記ボビン部は非磁性体からなる筒部と、該筒部内に収納された１又は複数の磁性体棒とを含む請求項１１に記載の位置検出装置。The position detection device according to claim 11 , wherein the bobbin portion includes a cylindrical portion made of a nonmagnetic material and one or a plurality of magnetic rods housed in the cylindrical portion.

前記ボビン部における磁性体又は磁性体棒は、その表面に導電体被膜が形成されてなることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の位置検出装置。The position detecting device according to claim 11 or 12 , wherein a conductor film is formed on a surface of the magnetic body or the magnetic body rod in the bobbin portion.

前記コイル部は、前記検出対象の変位方向に沿って延びた実質的に１つのコイルからなり、この１つのコイルの所定の中間位置から出力端子をそれぞれ導き出すことで、該１つのコイルによって前記複数のコイル区間が形成されてなる請求項１乃至１３のいずれかに記載の位置検出装置。The coil section is substantially composed of one coil extending along the displacement direction of the detection target, and each of the plurality of coils is led by the one coil by deriving output terminals from predetermined intermediate positions of the one coil. position detecting device according to any of claims 1 to 13 coil section is formed.

１相の交流信号で励磁される複数のコイルを配置してなるコイル部と、
前記コイル部に対して相対的に変位するよう配置された磁気応答部材であって、検出対象の変位に応じて該部材と前記コイル部との相対的位置が変化し、この相対的位置に応じて各コイルのインピーダンスを変化させ、このインピーダンス変化に基づき前記相対的位置が所定の位置検出対象範囲にわたって変化する間で各コイル毎に割り当てられた所定の区間で当該各コイルに生じる電圧が変化するようにしてなり、この各コイルに生じる電圧は前記検出対象位置の変化に対応して各コイル毎に特有の変化パターンを示し、かつ、個々のコイルでは当該コイルに割り当てられた前記所定の区間において増加又は減少の一方向のみに電圧が変化するように構成してなるものと、
前記各コイルに生じる電圧を取り出し、それらを組み合わせて演算することにより、所定の周期的関数特性を振幅係数として持つ少なくとも１つの交流出力信号を生成するアナログ演算回路と
を具え、前記コイル部は、前記検出対象の変位方向に沿って延びた実質的に１つのコイルからなり、この１つのコイルの所定の中間位置から出力端子をそれぞれ導き出すことで、前記実質的に１つのコイルによって前記コイル部の前記複数のコイルが形成されてなることを特徴とする位置検出装置。 A coil portion formed by arranging a plurality of coils excited by a one-phase AC signal;
A magnetic response member disposed so as to be relatively displaced with respect to the coil portion, wherein a relative position of the member and the coil portion changes according to a displacement of a detection target, and according to the relative position. The impedance of each coil is changed, and the voltage generated in each coil changes in a predetermined section assigned to each coil while the relative position changes over a predetermined position detection target range based on the impedance change. Thus, the voltage generated in each coil shows a specific change pattern for each coil corresponding to the change in the detection target position, and in each coil, in the predetermined section assigned to the coil The voltage is configured to change only in one direction of increase or decrease,
An analog operation circuit that generates at least one AC output signal having a predetermined periodic function characteristic as an amplitude coefficient by taking out a voltage generated in each of the coils and performing a combination thereof;
The coil portion is substantially composed of one coil extending along the displacement direction of the detection target, and each of the output terminals is led out from a predetermined intermediate position of the one coil, thereby substantially position detecting device characterized by comprising been said plurality of coils of the coil portion is formed by a single coil.