JP5347446B2 - 基板形複層コイル及び変位センサ装置 - Google Patents
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Description
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、軽量・コンパクトで、かつ、所望のインダクタンスを確保することができる基板形複層コイル及びこれを含む変位センサ装置を提供することを目的とする。
また、絶縁層がフレキシブルプリント基板により構成されることにより、基板形複層コイル全体を、容易に、曲面状(典型的には円筒状)とすることができる。従って、例えば円柱状又は円筒状の物体の表面に沿わせるセンサを構成するには好適である。
このように、隣接するコイル同士では渦巻の巻き方向が互いに逆であることにより、電流を、その巻き方向を変えずに隣接する2つのコイルに流すことができる。例えば一のコイルの外側の巻端から電流が流れ込むとすると、電流は例えば右巻きに渦の中心へ向かい、隣接する他のコイルに達すると、今度は、右巻きに渦の外側へ向かい、当該コイルの外側の巻端に達する。従って、電流は常に右巻きに流れ、右巻きのターン数が累積されることになる。これは、逆方向でも同様である。
また、隣接するコイル間を実質的に最短距離の導電路で繋ぐことができる。
このため、複層の数が増えると当該一方向に並ぶスルーホールが増えて複層コイルが占有する面積がその方向に徐々に拡がるが、当該一方向及び中心線方向に共に直交する他方向には拡がらない。従って、当該他方向に関しては、複層の数に関係なく一定のコンパクトな寸法とすることができる。
導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイルを渦巻の中心線方向へ複層に設けたものであり、渦巻面が前記検出対象物と対向する複層コイルと、隣接する前記コイル間に介在する絶縁層と、前記絶縁層に設けられ、全ての前記コイルを、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路と、前記複層コイルのインダクタンス及び前記複層コイルと前記検出対象物との間に現れるキャパシタンスによって構成されるLC回路を交流信号で駆動したときの出力信号を抽出する信号処理回路とを備え、前記複層コイルは、隣接するコイル同士では渦巻の巻き方向が互いに逆であり、前記導電路は、前記絶縁層に設けられたスルーホールに沿って形成され、前記コイルの内・外いずれか一方の巻端を、隣接する他のコイルの当該一方の巻端と接続することにより全ての前記コイルを直列接続し、前記スルーホールは全ての前記絶縁層を貫くものであり、当該スルーホールは前記中心線方向と直交する一方向に並んでいるものである。
上記のように構成された変位センサ装置では、渦巻状のコイルを複層に構成することにより、ターン数を多く確保し、かつ、コイルが設けられる面領域の増大を抑制することができる。
図2は、LC回路の周波数特性の一例を示すグラフである。周波数特性は、例えば自己共振周波数f1でピークとなる実線の曲線であるが、自己共振周波数が低下してf2になると、周波数特性は破線の曲線となる。この結果、LC回路に一定の発振周波数f0を供給している場合において、LC回路の出力(振幅)は、V1からV2に変化する。このようにして、ギャップの変化を出力の変化として検出することができる。
図において、X−Z平面上で、導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイル3は、渦巻の中心線方向(Y方向)へ複層(2層)に設けられ、全体として複層コイル3Mを構成している。隣接するコイル3間には、絶縁層としてのフレキシブルプリント基板2が介在している。フレキシブルプリント基板2には、図示しないスルーホールに沿って導電路5が形成されている。この導電路5を介して、上下のコイル3が互いに接続されている。なお、図を見易くするために2つのコイル3を互いに上下に引き離して表しているが、実際には、2つのコイル3は、薄いフレキシブルプリント基板2を挟んで背中合わせになっている。
さらに、スルーホールの導電路5によって層間の接続を行うので、導電路5の長さは実質的に最短距離であり、無駄がない。また、2つのコイル3の渦巻中心がずれないので、磁束の相殺が生じにくく、無駄なくインダクタンスを獲得することができる。
図において、X−Z平面上で導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイル3は、渦巻の中心線方向(Y方向)へ複層(4層)に設けられ、全体として複層コイル3Mを構成している。隣接するコイル3間には、絶縁層としてのフレキシブルプリント基板2が介在している。フレキシブルプリント基板2には、スルーホールh1,h2,h3に沿ってそれぞれ導電路51,52,53が形成されている。スルーホールh1,h2は、一方向(この例ではZ方向)にピッチPで並んでいる。図3と比較すると、ピッチPの分だけ、複層コイル3Mの全体としてのZ方向寸法は大きくなるが、X方向の寸法は同じである。
なお、図を見易くするために4つのコイル3を互いに上下に引き離して表しているが、実際には、隣接する2つのコイル間に、フレキシブルプリント基板2を挟んで、全体として厚さの薄い基板形複層コイル1が構成されている。
従って、電流は常に右巻きに流れており、右巻きのターン数が累積される。電流が逆に流れるときは、電流は常に左巻きに流れ、左巻きのターン数が累積される。
さらに、スルーホールの導電路5によって層間の接続を行うので、導電路5の長さは実質的に最短距離であり、無駄がない。また、4つのコイル3の渦巻中心がほとんどずれないので、磁束の相殺が生じにくく、無駄なく大きなインダクタンスを獲得することができる。
この場合、複層の数が増えるとZ方向に並ぶスルーホールの数が増えて複層コイル3Mが占有する面積がその方向に徐々に拡がるが、X方向には拡がらない。従って、X方向に関しては、複層の数に関係なく一定のコンパクトな寸法とすることができる。
例えば図11は、同じ巻き方の渦巻であるコイル3を4層に構成した基板形複層コイル1を示す斜視図である。この場合の導電路5は、一のコイル3の内側の巻端と、隣接する他のコイル3の外側の巻端とを繋ぐ必要があるので、図4,図5のように簡単な構成ではない。しかし、例えば、導電路5を含む層(この例では全部で3層)を余分に用意すれば、全体の層数は増えるが(4+3層)、実現可能な構成ではある。
図6の(a)は、変位センサ装置に用いられる基板形センサ10の展開図である。この基板形センサ10においては、フレキシブルプリント基板2上に、4個の複層コイル3M(各個共通の符号)が2段に、合計8個設けられている。なお、図では複層コイル3Mを簡略化して同心円のように描いているが、実際は、図3や図4に示したような渦巻である(以下、同様。)。
X方向変位:(X1+,X1−)、(X2+,X2−)
Z方向変位:(Z1+,Z1−)、(Z2+,Z2−)
各複層コイル3Mにおける2つの巻端(図示せず。)は、フレキシブルプリント基板2の表裏両面の導電路6を経て、端子電極部2aに導出されている。
なお、信号処理回路17は、基板形センサ10とは別に設けられるが、フレキシブルプリント基板2の空きスペースに実装することも可能である。
また、フレキシブルプリント基板2は変形容易であり、回転体12の表面に自在に近接させることができる。近接によって、複層コイル3Mの導電部と回転体12との間にキャパシタンスが現れるので、別途、回路部品としてのコンデンサを用意することなく、LC回路を構成することができる。
また、1つの基板に必要数の複層コイル3Mを設けることができ、それによって、僅か1枚のフレキシブルプリント基板2に必要な機能を集約することができる。
図10は、転がり軸受装置の一種であるハブユニットの断面図である。このハブユニット100は車両に取り付けられるものであり、取り付けた状態では、図10における右側が車両のアウター側(車両の外側)であり、左側が車両のインナー側(車両の内側)である。図10において、ハブユニット100の中心軸Cに沿った方向をY方向とし、これに直交する紙面に垂直な方向をX方向とし、Y方向及びX方向の双方に直交する鉛直方向をZ方向とする。従って、このハブユニット100が自動車に取り付けられた状態においてX方向は車輪の前後水平方向となり、Y方向は車輪の左右水平方向(軸方向)となり、Z方向は上下方向となる。
このハブユニット100において、外輪101は、車体側の固定部材に固定される固定軌道輪である。また、内軸102と内輪部材103とは、外輪101に転動体105を介して回転自在に支持された回転軌道輪である。外輪101、内軸102及び内輪部材103は、互いに同軸(中心軸C)に配置されている。
この場合、基板形センサ10等を搭載しつつも、コンパクトなハブユニット100を提供することができる。すなわち、従来は搭載不可能であった転がり軸受装置の内外輪間のような狭い場所にも、基板形センサを搭載することができるようになる。
また、上記実施形態の変位センサ装置20は、転がり軸受装置に限らず種々の装置の変位検出に用いることができる。また、ターゲットを周期的に検出すれば、変位検出に基づいて速度検出や回転数検出も行うことができる。
また、変位センサ装置における検出対象物は回転体に限られるものではなく、軸動型の機器や、往復動の機器等、種々の機器において変位を生じる物体を検出対象とすることができる。
2 フレキシブルプリント基板(絶縁層)
3 コイル
3M 複層コイル
5 導電路
12 回転体(検出対象物)
17 信号処理回路
20 変位センサ装置
51〜53 導電路
h1,h2,h3 スルーホール
Claims (2)
- 導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイルを渦巻の中心線方向へ複層に設けた複層コイルと、
フレキシブルプリント基板により構成され、隣接する前記コイル間に介在する絶縁層と、 前記絶縁層に設けられ、全ての前記コイルを、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路とを備え、
前記複層コイルは、隣接するコイル同士では渦巻の巻き方向が互いに逆であり、
前記導電路は、前記絶縁層に設けられたスルーホールに沿って形成され、前記コイルの内・外いずれか一方の巻端を、隣接する他のコイルの当該一方の巻端と接続することにより全ての前記コイルを直列接続し、
前記スルーホールは全ての前記絶縁層を貫くものであり、当該スルーホールは前記中心線方向と直交する一方向に並んでいることを特徴とする基板形複層コイル。 - 金属製の検出対象物の変位を非接触で検出する変位センサ装置であって、
導電部を渦巻状に形成して成る面状のコイルを渦巻の中心線方向へ複層に設けたものであり、渦巻面が前記検出対象物と対向する複層コイルと、
隣接する前記コイル間に介在する絶縁層と、
前記絶縁層に設けられ、全ての前記コイルを、電流の巻き方向が同一になるよう直列接続する導電路と、
前記複層コイルのインダクタンス及び前記複層コイルと前記検出対象物との間に現れるキャパシタンスによって構成されるLC回路を交流信号で駆動したときの出力信号を抽出する信号処理回路とを備え、
前記複層コイルは、隣接するコイル同士では渦巻の巻き方向が互いに逆であり、
前記導電路は、前記絶縁層に設けられたスルーホールに沿って形成され、前記コイルの内・外いずれか一方の巻端を、隣接する他のコイルの当該一方の巻端と接続することにより全ての前記コイルを直列接続し、
前記スルーホールは全ての前記絶縁層を貫くものであり、当該スルーホールは前記中心線方向と直交する一方向に並んでいることを特徴とする変位センサ装置。
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