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JP7533473B2 - Position detection device and liquid level detection device - Google Patents
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JP7533473B2 - Position detection device and liquid level detection device - Google Patents

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Description

本発明は、位置検出装置及びこれを備える液面検出装置に関する。 The present invention relates to a position detection device and a liquid level detection device equipped with the same.

対象物の位置を検出する位置検出装置として、例えば特許文献1には、渦電流を利用したものが開示されている。特許文献1に開示された位置検出装置は、磁場を形成する励振巻線と、励振巻線が形成した磁場により誘導起電力が発生する感知巻線と、感知巻線に対して相対的に回転移動し、感知巻線を遮蔽する程度を変える電導性のスクリーンと、を備える(同文献のFIG.53等参照)。特許文献1に開示された位置検出装置は、スクリーンの回転移動に応じて変化する誘導起電力に基づいて対象物の位置を検出する。For example, Patent Document 1 discloses a position detection device that uses eddy currents to detect the position of an object. The position detection device disclosed in Patent Document 1 includes an excitation winding that forms a magnetic field, a sensing winding in which an induced electromotive force is generated by the magnetic field formed by the excitation winding, and an electrically conductive screen that rotates relative to the sensing winding to change the degree to which it shields the sensing winding (see FIG. 53 in the same document, etc.). The position detection device disclosed in Patent Document 1 detects the position of an object based on the induced electromotive force that changes in accordance with the rotational movement of the screen.

特開昭61-159101号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 159101/1986

上記のような位置検出装置は、その使用態様によっては、センサの一部に障害が発生した場合に備えて、障害発生後でも位置検出精度を維持し続けられるように冗長性が求められる。冗長性を確保するためには、上記構成の位置検出装置を複数設ければよいが、所定の装置に位置検出装置を取り付けるためのスペース(取付スペース)が大きくなってしまう。Depending on how it is used, the position detection device as described above may require redundancy in order to maintain position detection accuracy even after a failure occurs in part of the sensor. In order to ensure redundancy, multiple position detection devices with the above configuration may be provided, but this would require a large amount of space (mounting space) to attach the position detection devices to a given device.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、取付スペースの大型化を抑制しつつ、冗長性を確保することができる位置検出装置及びこれを備える液面検出装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of the above-mentioned situation, and aims to provide a position detection device and a liquid level detection device equipped with the same that can ensure redundancy while preventing the installation space from becoming too large.

上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る位置検出装置は、
対象物の位置を検出する位置検出装置であって、
基板に形成され、電圧の印加により励磁される励磁部と、
前記基板における軸線を中心とした環状の領域に形成された複数の検出コイルを有し、前記励磁部によって誘導起電力が発生する検出部と、
前記位置の変動に伴い前記軸線を中心に回転し、前記検出部に発生する誘導起電力を前記位置に応じて変化させる非磁性金属部と、
前記検出部に発生した誘導起電力に基づいて前記位置を算出する制御部と、を備え、
前記検出部は、前記軸線を中心とした径方向において互いに異なる箇所に複数設けられている。
In order to achieve the above object, a position detection device according to a first aspect of the present invention comprises:
A position detection device for detecting a position of an object,
a magnetic excitation unit formed on the substrate and excited by application of a voltage;
a detection unit having a plurality of detection coils formed in an annular region around an axis of the substrate, the detection unit generating an induced electromotive force by the excitation unit;
a non-magnetic metal portion that rotates about the axis in response to the change in position, and changes an induced electromotive force generated in the detection portion in accordance with the position;
a control unit that calculates the position based on an induced electromotive force generated in the detection unit,
The detection portion is provided at a plurality of positions different from each other in a radial direction centered on the axis.

上記目的を達成するため、本発明の第2の観点に係る液面検出装置は、
前記位置検出装置を備え、
前記対象物は、液体に浮くフロートであり、
前記制御部が算出した前記位置に応じて、前記液体の液面位置を検出する。
In order to achieve the above object, a liquid level detection device according to a second aspect of the present invention comprises:
The position detection device is provided,
the object is a float that floats on a liquid,
The control unit detects a liquid level position of the liquid according to the calculated position.

本発明によれば、取付スペースの大型化を抑制しつつ、冗長性を確保することができる。 According to the present invention, it is possible to ensure redundancy while suppressing the increase in installation space.

上図は、本発明の第1実施形態に係る位置検出装置の概略側面図であり、下図は、回路基板の概略平面図であって、回路基板における各環状領域を説明するための図である。The upper figure is a schematic side view of the position detection device according to the first embodiment of the present invention, and the lower figure is a schematic plan view of a circuit board for explaining each annular region on the circuit board. 回路基板の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of a circuit board. 回路基板の第1環状領域を平面視で表した図であり、第1環状領域に形成される第1励磁部及び第1検出部のパターンを説明するための図である。1B is a diagram showing a first annular region of a circuit board in a plan view, and is a diagram for explaining the patterns of a first excitation portion and a first detection portion formed in the first annular region. FIG. 上図及び下図は、互いに等価関係にある配線パターン等を説明するための模式図である。The upper and lower figures are schematic diagrams for explaining wiring patterns etc. which are in an equivalent relationship with each other. 第1励磁部、第1検出部、第2励磁部、及び第2検出部の配置を平面視で表した模式図である。4 is a schematic diagram showing the arrangement of a first excitation unit, a first detection unit, a second excitation unit, and a second detection unit in a plan view. FIG. 連動部の底面図であり、非磁性金属部の一形成例を示す図である。13 is a bottom view of the interlocking portion, showing an example of a formation of the nonmagnetic metal portion. FIG. 連動部の底面図であり、非磁性金属部の他の形成例を示す図である。13 is a bottom view of the interlocking portion, showing another example of the formation of the nonmagnetic metal portion. FIG. 第1検出部からの出力電圧と対象物の回転位置との関係を示す図である。6 is a diagram showing the relationship between an output voltage from a first detection unit and a rotational position of an object. FIG. 回転位置の演算手法の一例を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining an example of a method for calculating a rotational position. 回転位置の演算手法の一例を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining an example of a method for calculating a rotational position. 第2実施形態に係る回路基板の概略平面図であって、回路基板における各環状領域を説明するための図である。FIG. 11 is a schematic plan view of a circuit board according to a second embodiment, illustrating each annular region in the circuit board. 第2実施形態に係る回路基板の機能ブロック図である。FIG. 11 is a functional block diagram of a circuit board according to a second embodiment. 第3実施形態に係る液面検出装置の概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram of a liquid level detection device according to a third embodiment. 上図は、変形例に係る回路基板を備える位置検出装置の概略側面図であり、下図は、変形例に係る回路基板の概略平面図である。The upper figure is a schematic side view of a position detection device including a circuit board according to a modified example, and the lower figure is a schematic plan view of the circuit board according to the modified example.

本発明の一実施形態に係る表示装置について図面を参照して説明する。 A display device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
本実施形態に係る位置検出装置1は、図1上図に示すように、軸線AXを中心に回転する対象物2の回転位置を検出するものであり、回路基板100と、対象物2と共に軸線AXを中心に回転する連動部200と、を備える。
First Embodiment
The position detection device 1 of this embodiment detects the rotational position of an object 2 rotating around an axis line AX, as shown in the upper diagram of Figure 1, and includes a circuit board 100 and an interlocking part 200 that rotates together with the object 2 around the axis line AX.

回路基板100は、例えばプリント回路板(printed circuit board)からなり、絶縁性を有する板状の基材(基板)3に、各種の回路や電子部品が設けられて構成されている。基材3には、対象物2と連結されるシャフト4を通す貫通孔H1が形成されている。シャフト4は、図示しない軸受によって軸線AXを中心に回転可能に支持されている。回路基板100は、図1上図及び下図に示すように、軸線AXを中心に形成された円環状の領域として、第1環状領域R1と、第2環状領域R2と、他の環状領域Roと、を有する。また、回路基板100は、他の環状領域Roの外周側に外周領域Rxを有する。図1下図に示すように、回路基板100には、軸線AXの中心側から順に、貫通孔H1、第1環状領域R1、第2環状領域R2、他の環状領域Roの各々が、軸線AXを中心とした同心円状に形成されている。なお、図1上図及び下図では、図面の見やすさを考慮して、回路基板100に設けられた各種の回路や電子部品を省略している。The circuit board 100 is made of, for example, a printed circuit board, and is configured by providing various circuits and electronic components on an insulating plate-shaped substrate (substrate) 3. The substrate 3 is formed with a through hole H1 through which a shaft 4 connected to an object 2 passes. The shaft 4 is supported by a bearing (not shown) so as to be rotatable about the axis AX. As shown in the upper and lower diagrams of FIG. 1, the circuit board 100 has a first annular region R1, a second annular region R2, and another annular region Ro as annular regions formed about the axis AX. The circuit board 100 also has an outer peripheral region Rx on the outer periphery of the other annular region Ro. As shown in the lower diagram of FIG. 1, the circuit board 100 has, in order from the center side of the axis AX, the through hole H1, the first annular region R1, the second annular region R2, and the other annular region Ro, each formed in a concentric shape centered on the axis AX. In the upper and lower diagrams of FIG. 1, various circuits and electronic components provided on the circuit board 100 are omitted for ease of viewing.

図2に示すように、回路基板100は、第1励磁部10と、第1検出部20と、第2励磁部30と、第2検出部40と、制御部50と、を備える。As shown in FIG. 2, the circuit board 100 includes a first excitation unit 10, a first detection unit 20, a second excitation unit 30, a second detection unit 40, and a control unit 50.

第1励磁部10は、制御部50の制御により電圧が印加され、励磁されるものであり、図3に示すように、第1環状領域R1内に形成された2つの励磁コイル11,12を有する。The first excitation unit 10 is excited by the application of voltage under the control of the control unit 50, and has two excitation coils 11, 12 formed within the first annular region R1, as shown in Figure 3.

励磁コイル11は、第1環状領域R1の中心側に円状に形成され、励磁コイル12は、第1環状領域R1の外周側端部に円状に形成されている。励磁コイル11,12の各々は、複数の巻線数のコイルであり、例えば、基材3の上面(図1上図における連動部200側の面)に、アルミニウム(Al)、銀パラジウム(Ag/Pd)、金(Au)等の導電体を印刷することによって形成されている。励磁コイル11,12の各々には、図示しない端子から電圧が印加される。The excitation coil 11 is formed in a circular shape on the center side of the first annular region R1, and the excitation coil 12 is formed in a circular shape on the outer peripheral end of the first annular region R1. Each of the excitation coils 11 and 12 is a coil with a plurality of windings, and is formed, for example, by printing a conductor such as aluminum (Al), silver palladium (Ag/Pd), or gold (Au) on the upper surface of the substrate 3 (the surface on the interlocking part 200 side in the upper diagram of FIG. 1). A voltage is applied to each of the excitation coils 11 and 12 from a terminal not shown.

なお、第1励磁部10は、励磁コイル11,12の一方から構成されてもよい。また、回路基板100を構成する基材3は、積層基板であってもよく、積層基板の各々が有する面に励磁コイル11,12を構成する導電パターンを設けることで、強い磁場を形成すべく巻線数を稼いでもよい。The first excitation unit 10 may be composed of one of the excitation coils 11, 12. The substrate 3 constituting the circuit board 100 may be a laminated substrate, and the conductive patterns constituting the excitation coils 11, 12 may be provided on the surfaces of each of the laminated substrates to increase the number of windings to form a strong magnetic field.

第1検出部20は、励磁された第1励磁部10が形成する磁場によって誘導起電力が発生する部分であり、図3に示すように、第1環状領域R1内に形成された2つの検出コイル21,22を有する。The first detection unit 20 is a part in which an induced electromotive force is generated by the magnetic field formed by the excited first excitation unit 10, and has two detection coils 21, 22 formed within the first annular region R1, as shown in Figure 3.

検出コイル21,22の各々の主要部分は、基材3の上面に、アルミニウム(Al)、銀パラジウム(Ag/Pd)、金(Au)等の導電体を印刷することによって形成されている。The main parts of each of the detection coils 21, 22 are formed by printing a conductor such as aluminum (Al), silver-palladium (Ag/Pd), or gold (Au) on the upper surface of the substrate 3.

検出コイル21は、図3に示すように、制御部50と電気的に接続される一対の端部T1s,T1eを有するとともに、一方の端部T1sから他方の端部T1eまでを電気的に接続する部分として、第1部分21aと、第2部分21bと、第3部分21cとを有する。第1部分21aは、その一端が端部T1sと接続されるとともに、端部T1s側から時計回りに、励磁コイル11の外周側を通って延びる円弧状に形成され、その他端が第2部分21bと接続されている。第2部分21bは、第1部分21aの他端から折り返されて形成される部分である。第2部分21bは、その一端が第1部分21aと接続されるとともに、当該一端側から反時計回りに、励磁コイル11の外周側を通って延びる円弧状に形成され、その他端が第3部分21cと接続されている。第3部分21cは、第2部分21bの他端から折り返されて形成される部分である。第3部分21cは、その一端が第2部分21bと接続されるとともに、当該一端側から時計回りに延びる円弧状に形成され、その他端が端部T1eと接続されている。これにより、検出コイル21は、図3に示すように略8の字状をなしている。3, the detection coil 21 has a pair of ends T1s, T1e electrically connected to the control unit 50, and has a first portion 21a, a second portion 21b, and a third portion 21c as portions electrically connecting one end T1s to the other end T1e. The first portion 21a has one end connected to the end T1s, and is formed in an arc extending clockwise from the end T1s side through the outer periphery of the excitation coil 11, and the other end connected to the second portion 21b. The second portion 21b is a portion formed by folding back from the other end of the first portion 21a. The second portion 21b has one end connected to the first portion 21a, and is formed in an arc extending counterclockwise from the one end side through the outer periphery of the excitation coil 11, and the other end connected to the third portion 21c. The third portion 21c is a portion formed by folding back the other end of the second portion 21b. One end of the third portion 21c is connected to the second portion 21b, and the third portion 21c is formed in an arc shape extending clockwise from the one end side, and the other end is connected to the end portion T1e. As a result, the detection coil 21 is approximately in the shape of a figure eight as shown in FIG. 3.

検出コイル22は、図3に示すように、制御部50と電気的に接続される一対の端部T2s,T2eを有するとともに、一方の端部T2sから他方の端部T2eまでを電気的に接続する部分として、第1部分22aと、第2部分22bと、第3部分22cとを有する。第1部分22aは、その一端が端部T2sと接続されるとともに、端部T2s側から時計回りに、励磁コイル11の外周側を通って延びる円弧状に形成され、その他端が第2部分22bと接続されている。第2部分22bは、第1部分22aの他端から折り返されて形成される部分である。第2部分22bは、その一端が第1部分22aと接続されるとともに、当該一端側から反時計回りに、励磁コイル11の外周側を通って延びる円弧状に形成され、その他端が第3部分22cと接続されている。第3部分22cは、第2部分22bの他端から折り返されて形成される部分である。第3部分22cは、その一端が第2部分22bと接続されるとともに、当該一端側から時計回りに延びる円弧状に形成され、その他端が端部T2eと接続されている。これにより、検出コイル22は、図3に示すように略8の字状をなしている。3, the detection coil 22 has a pair of ends T2s, T2e electrically connected to the control unit 50, and has a first portion 22a, a second portion 22b, and a third portion 22c as portions electrically connecting one end T2s to the other end T2e. The first portion 22a has one end connected to the end T2s, and is formed in an arc extending clockwise from the end T2s side through the outer periphery of the excitation coil 11, and the other end connected to the second portion 22b. The second portion 22b is a portion formed by folding back from the other end of the first portion 22a. The second portion 22b has one end connected to the first portion 22a, and is formed in an arc extending counterclockwise from the one end side through the outer periphery of the excitation coil 11, and the other end connected to the third portion 22c. The third portion 22c is a portion formed by folding back the other end of the second portion 22b. One end of the third portion 22c is connected to the second portion 22b, and the third portion 22c is formed in an arc shape extending clockwise from the one end side, and the other end is connected to the end portion T2e. As a result, the detection coil 22 is approximately in the shape of a figure eight as shown in FIG. 3.

検出コイル21における一部と他の一部とが交差する箇所、検出コイル22における一部と他の一部とが交差する箇所、検出コイル21と検出コイル22とが交差する箇所においては、交差する一方の配線と他方の配線とが、図示しない絶縁層、スルーホール、ビア(VIA)ホール等を利用して絶縁されている。絶縁層としては、例えば、基材3の材質である二酸化ケイ素(SiO)や五酸化タンタル(Ta)等を用いることができる。このように一方の配線と他方の配線とが交差する箇所は、具体的に、(A)検出コイル21のうちの第1部分21aと第2部分21bとが交差する箇所、(B)検出コイル22のうちの第1部分22aと第2部分22bとが交差する箇所、(C)検出コイル21の第1部分21aと、検出コイル22の第2部分22b及び第1部分22aの各々とが交差する箇所、(D)検出コイル21の第2部分21bと、検出コイル22の第3部分22c、第2部分22b及び第1部分22aの各々とが交差する箇所、(E)検出コイル21の第3部分21cと、検出コイル22の第1部分22aとが交差する箇所、である。図3においては、このように交差する箇所における一方の配線を点線で表している。 At the points where a part of the detection coil 21 intersects with another part, where a part of the detection coil 22 intersects with another part, and where the detection coil 21 intersects with the detection coil 22, one intersecting wire is insulated from the other intersecting wire by using an insulating layer, a through hole, a via hole, etc. (not shown). As the insulating layer, for example, silicon dioxide (SiO 2 ) or tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), which is the material of the base material 3, can be used. Specifically, the locations where one wiring intersects with the other wiring are (A) a location where the first portion 21a and the second portion 21b of the detection coil 21 intersect, (B) a location where the first portion 22a and the second portion 22b of the detection coil 22 intersect, (C) a location where the first portion 21a of the detection coil 21 intersects with each of the second portion 22b and the first portion 22a of the detection coil 22, (D) a location where the second portion 21b of the detection coil 21 intersects with each of the third portion 22c, the second portion 22b, and the first portion 22a of the detection coil 22, and (E) a location where the third portion 21c of the detection coil 21 intersects with the first portion 22a of the detection coil 22. In FIG. 3, one of the wirings at such intersecting locations is indicated by a dotted line.

検出コイル21と検出コイル22とは、軸線AXを中心とした角度を考えた場合、互いに90°の位相差を有するように、回路基板100に形成されている。ここで、以上に説明した第1励磁部10及び第1検出部20の円環状の態様(図4下図では模式的に示した。)は、軸線AXを中心とした円周方向を直線方向に置換して帯状に展開した、図4上図に示す態様と等価と見做すことができる。つまり、図4上図と図4下図に示す態様は等価関係にある。図4上図に示す態様は、矩形の第1励磁部10(この実施形態では励磁コイル12)の内側に、互いに90°の位相差を有する正弦波又は余弦波状の検出コイル21及び検出コイル22を配置した態様である。ここで、検出コイル21をsin曲線に基づく形状と考えれば、検出コイル22は、cos曲線に基づく形状となる。上記の等価関係を考えると、円環状の第1検出部20においても、検出コイル21は、sin曲線に基づく形状を有し、検出コイル22は、cos曲線に基づく形状を有することになる。The detection coil 21 and the detection coil 22 are formed on the circuit board 100 so that they have a phase difference of 90° when considering the angle centered on the axis AX. Here, the annular form of the first excitation unit 10 and the first detection unit 20 described above (schematically shown in the lower diagram of FIG. 4) can be considered equivalent to the form shown in the upper diagram of FIG. 4, in which the circumferential direction centered on the axis AX is replaced with a linear direction and developed into a band shape. In other words, the forms shown in the upper diagram of FIG. 4 and the lower diagram of FIG. 4 are in an equivalent relationship. The form shown in the upper diagram of FIG. 4 is a form in which the detection coil 21 and the detection coil 22, which are sine wave or cosine wave shaped and have a phase difference of 90°, are arranged inside the rectangular first excitation unit 10 (excitation coil 12 in this embodiment). Here, if the detection coil 21 is considered to have a shape based on a sine curve, the detection coil 22 is shaped based on a cosine curve. Considering the above-mentioned equivalent relationship, even in the annular first detection unit 20, the detection coil 21 has a shape based on a sine curve, and the detection coil 22 has a shape based on a cosine curve.

第2励磁部30及び第2検出部40は、図5に示すように、第2環状領域R2内に形成される。第2励磁部30及び第2検出部40の具体的形状や組成については、図3を参照して説明した第1励磁部10及び第1検出部20と同様であるため、説明を省略する。The second excitation unit 30 and the second detection unit 40 are formed in the second annular region R2 as shown in Figure 5. The specific shapes and compositions of the second excitation unit 30 and the second detection unit 40 are similar to those of the first excitation unit 10 and the first detection unit 20 described with reference to Figure 3, and therefore will not be described here.

第2励磁部30は、制御部50の制御により電圧が印加され、励磁されるものであり、図5に示すように、第2環状領域R2内に形成された2つの励磁コイル31,32を有する。励磁コイル31は、第2環状領域R2の中心側に円状に形成され、励磁コイル32は、第2環状領域R2の外周側端部に円状に形成されている。励磁コイル31,32の各々には、図示しない端子から電圧が印加される。なお、第2励磁部30は、励磁コイル31,32の一方から構成されてもよい。また、回路基板100を構成する基材3は、積層基板であってもよく、積層基板の各々が有する面に励磁コイル31,32を構成する導電パターンを設けることで、強い磁場を形成すべく巻線数を稼いでもよい。The second excitation unit 30 is excited by the application of a voltage under the control of the control unit 50, and has two excitation coils 31 and 32 formed in the second annular region R2 as shown in FIG. 5. The excitation coil 31 is formed in a circular shape on the center side of the second annular region R2, and the excitation coil 32 is formed in a circular shape on the outer peripheral end of the second annular region R2. A voltage is applied to each of the excitation coils 31 and 32 from a terminal not shown. The second excitation unit 30 may be composed of one of the excitation coils 31 and 32. In addition, the substrate 3 constituting the circuit board 100 may be a laminated substrate, and the number of windings may be increased to form a strong magnetic field by providing a conductive pattern constituting the excitation coils 31 and 32 on the surface of each of the laminated substrates.

第2検出部40は、励磁された第2励磁部30が形成する磁場によって誘導起電力が発生する部分であり、図5に示すように、第2環状領域R2内に形成された2つの検出コイル41,42を有する。検出コイル41と検出コイル42とは、軸線AXを中心とした角度を考えた場合、互いに90°の位相差を有するように、回路基板100に形成されている。第2検出部40の検出コイル41,42は、第1検出部20の検出コイル21,22と同様に、互いに90°の位相差を有する正弦波又は余弦波に基づく形状を有する。The second detection unit 40 is a portion in which an induced electromotive force is generated by the magnetic field formed by the excited second excitation unit 30, and has two detection coils 41, 42 formed in the second annular region R2 as shown in Fig. 5. The detection coils 41 and 42 are formed on the circuit board 100 so that they have a phase difference of 90° when considering the angle centered on the axis line AX. The detection coils 41, 42 of the second detection unit 40 have shapes based on sine waves or cosine waves having a phase difference of 90° from each other, similar to the detection coils 21, 22 of the first detection unit 20.

続いて、制御部50の説明の前に、連動部200について説明する。連動部200は、図1上図に示すように、シャフト4に取り付けられた板状部210と、板状部210の下面(回路基板100側に向く面)に設けられた非磁性金属部220と、を有する。板状部210は、例えば樹脂からなり、図6Aに示すように円形に形成されている。板状部210の中心には、シャフト4を固定するための貫通孔H2が設けられている。非磁性金属部220は、板状部210の下面に設けられ、図6Aに示すように半円状に形成されている。非磁性金属部220は、第1検出部20及び第2検出部40(第1環状領域R1及び第2環状領域R2)を覆う位置に設けられ、例えばアルミニウム(Al)や銅(Cu)等の第1励磁部10及び第2励磁部30が形成する磁場によって磁化しない非磁性金属材料から形成されている。Next, before describing the control unit 50, the interlocking unit 200 will be described. As shown in the upper diagram of FIG. 1, the interlocking unit 200 has a plate-shaped portion 210 attached to the shaft 4 and a non-magnetic metal portion 220 provided on the lower surface (the surface facing the circuit board 100) of the plate-shaped portion 210. The plate-shaped portion 210 is made of, for example, resin and is formed in a circular shape as shown in FIG. 6A. A through hole H2 for fixing the shaft 4 is provided in the center of the plate-shaped portion 210. The non-magnetic metal portion 220 is provided on the lower surface of the plate-shaped portion 210 and is formed in a semicircular shape as shown in FIG. 6A. The non-magnetic metal portion 220 is provided at a position that covers the first detection unit 20 and the second detection unit 40 (the first annular region R1 and the second annular region R2), and is formed of a non-magnetic metal material that is not magnetized by the magnetic field formed by the first excitation unit 10 and the second excitation unit 30, such as aluminum (Al) or copper (Cu).

以上のように構成される連動部200は、回路基板100に形成された第1検出部20及び第2検出部40に対して、軸線AXを中心に対象物2と共に回転移動する。第1励磁部10及び第2励磁部30の励磁により非磁性金属部220内には渦電流が発生し、発生した渦電流は、第1励磁部10及び第1検出部20の間と、第2励磁部30及び第2検出部40の間との電磁カップリング作用を減少させるように作用する。対象物2の回転に伴い、第1検出部20及び第2検出部40における非磁性金属部220によって覆われる部分が変化すると、第1検出部20に誘起される電圧(誘導起電力)及び第2検出部40に誘起される電圧(誘導起電力)の各々が変化する。このように生じる誘導起電力の変化に基づき、制御部50は対象物2の回転位置を算出する。The interlocking unit 200 configured as described above rotates and moves with the object 2 around the axis AX relative to the first detection unit 20 and the second detection unit 40 formed on the circuit board 100. An eddy current is generated in the non-magnetic metal part 220 by the excitation of the first excitation unit 10 and the second excitation unit 30, and the generated eddy current acts to reduce the electromagnetic coupling action between the first excitation unit 10 and the first detection unit 20 and between the second excitation unit 30 and the second detection unit 40. When the part covered by the non-magnetic metal part 220 in the first detection unit 20 and the second detection unit 40 changes with the rotation of the object 2, the voltage (induced electromotive force) induced in the first detection unit 20 and the voltage (induced electromotive force) induced in the second detection unit 40 each change. Based on the change in the induced electromotive force generated in this way, the control unit 50 calculates the rotational position of the object 2.

なお、非磁性金属部220を、シャフト4と共に回転移動できる態様で構成することができれば、連動部200から板状部210を省略してもよい。また、非磁性金属部220は、半円状以外の扇形であってもよく、任意の中心角(例えば70°~90°程度)を有する扇形に形成されていてもよい。If the non-magnetic metal part 220 can be configured to rotate together with the shaft 4, the plate-shaped part 210 may be omitted from the interlocking part 200. The non-magnetic metal part 220 may be a sector shape other than a semicircular shape, and may be formed into a sector shape having any central angle (for example, about 70° to 90°).

また、非磁性金属部220は、図6Bに示すように、軸線AXを中心として円弧状に形成された第1円弧部221及び第2円弧部222を有していてもよい。図6Bに示す第1円弧部221と第2円弧部222とは、軸線AXを中心とした径方向において互いに間隔を空けて設けられている。第1円弧部221は、第1検出部20と軸線AXに沿う方向(図1上図での上下方向)において対向する位置に設けられている。また、第2円弧部222は、第2検出部40と軸線AXに沿う方向(図1上図での上下方向)において対向する位置に設けられている。このように非磁性金属部220を分割して、第1励磁部10及び第1検出部20に対応した第1円弧部221と、第2励磁部30及び第2検出部40に対応した第2円弧部222とを設けることで、第1励磁部10及び第1検出部20による渦電流作用が第2円弧部222に生じることを抑制することができ、第2励磁部30及び第2検出部40による渦電流作用が第1円弧部221に生じることを抑制することができる。結果として、第1励磁部10及び第1検出部20の電磁作用と、第2励磁部30及び第2検出部40の電磁作用とが相互に干渉して検出精度が低下することを抑制することができる。 The non-magnetic metal part 220 may have a first arc part 221 and a second arc part 222 formed in an arc shape centered on the axis line AX, as shown in FIG. 6B. The first arc part 221 and the second arc part 222 shown in FIG. 6B are provided at a distance from each other in the radial direction centered on the axis line AX. The first arc part 221 is provided at a position facing the first detection part 20 in the direction along the axis line AX (the vertical direction in the upper diagram of FIG. 1). The second arc part 222 is provided at a position facing the second detection part 40 in the direction along the axis line AX (the vertical direction in the upper diagram of FIG. 1). By dividing the non-magnetic metal portion 220 in this manner and providing a first arc portion 221 corresponding to the first excitation portion 10 and the first detection portion 20 and a second arc portion 222 corresponding to the second excitation portion 30 and the second detection portion 40, it is possible to suppress the occurrence of eddy current action due to the first excitation portion 10 and the first detection portion 20 in the second arc portion 222, and to suppress the occurrence of eddy current action due to the second excitation portion 30 and the second detection portion 40 in the first arc portion 221. As a result, it is possible to suppress the mutual interference between the electromagnetic action of the first excitation portion 10 and the first detection portion 20 and the electromagnetic action of the second excitation portion 30 and the second detection portion 40, which leads to a decrease in detection accuracy.

制御部50は、DSP(Digital Signal Processor)と、DSPの制御により図示しない電源からの直流電圧を交流電圧に変換して、第1励磁部10及び第2励磁部30の各々に印加する発振器(Oscillator)と、第1検出部20の検出コイル21,22の各々に誘導起電力が生じることで出力される電圧(アナログ信号)をデジタル信号に変換してDSPに供給するADC(Analog to Digital Converter)と、を有する。なお、検出コイル21,22とADCとの間に増幅器を設けてもよい。The control unit 50 has a DSP (Digital Signal Processor), an oscillator that converts a DC voltage from a power source (not shown) into an AC voltage under the control of the DSP and applies it to each of the first excitation unit 10 and the second excitation unit 30, and an ADC (Analog to Digital Converter) that converts a voltage (analog signal) output by the generation of an induced electromotive force in each of the detection coils 21 and 22 of the first detection unit 20 into a digital signal and supplies it to the DSP. An amplifier may be provided between the detection coils 21 and 22 and the ADC.

制御部50のDSPは、発振器を介して第1励磁部10を構成する励磁コイル11,12に交流電圧を印加し、第1励磁部10を励磁する。励磁した第1励磁部10により形成された磁場により、第1検出部20を構成する検出コイル21,22の各々に誘導起電力が生じる。DSPは、検出コイル21,22の各々に生じた誘導起電力を、ADCを介してデジタル信号とされた出力電圧V1a,V1bとして取得する。ここで、対象物2と共に軸線AXを中心に回転する非磁性金属部220によって変化する誘導起電力に応じた出力電圧V1a,V1bは、図7に示すようになる。The DSP of the control unit 50 applies an AC voltage to the excitation coils 11 and 12 that constitute the first excitation unit 10 via an oscillator, exciting the first excitation unit 10. The magnetic field formed by the excited first excitation unit 10 generates an induced electromotive force in each of the detection coils 21 and 22 that constitute the first detection unit 20. The DSP acquires the induced electromotive forces generated in each of the detection coils 21 and 22 as output voltages V1a and V1b that are converted into digital signals via an ADC. Here, the output voltages V1a and V1b corresponding to the induced electromotive force that changes due to the non-magnetic metal part 220 that rotates around the axis AX together with the object 2 are as shown in FIG. 7.

図7は、対象物2が任意の回転位置にあるとともに、検出コイル21に基づく出力電圧V1aの値が0となる際の角度θを0°とした場合の、角度θに対する出力電圧V1a,V1bの変化を示している。この場合、検出コイル21に基づく出力電圧V1aの角度θに対する変化は、V1a=αsin(θ)(αは定数)で表すことができる。一方、検出コイル22に基づく出力電圧V1bの角度θに対する変化は、V1b=αcos(θ)で表すことができる。制御部50のDSPは、出力電圧V1aの値と出力電圧V1bの値とに基づき、角度θ、つまり、対象物2の回転位置を算出する。 Figure 7 shows the changes in output voltages V1a and V1b with respect to angle θ when the object 2 is in an arbitrary rotational position and the angle θ at which the value of output voltage V1a based on detection coil 21 becomes 0 is set to 0°. In this case, the change in output voltage V1a based on detection coil 21 with respect to angle θ can be expressed as V1a = α sin(θ) (α is a constant). Meanwhile, the change in output voltage V1b based on detection coil 22 with respect to angle θ can be expressed as V1b = α cos(θ). The DSP of control unit 50 calculates angle θ, i.e., the rotational position of object 2, based on the values of output voltage V1a and output voltage V1b.

制御部50のDSPは、取得した出力電圧V1a,V1bに基づき、例えば以下のように角度θを算出する。DSPは、まず、V1a/V1b=V1cを演算し、検出コイル21及び検出コイル22の双方からの出力電圧と角度θの関係を算出する。V1c=V1a/V1b=αsin(θ)/αcos(θ)=tan(θ)により、V1cは角度θに依存することが分かる。The DSP of the control unit 50 calculates the angle θ based on the acquired output voltages V1a and V1b, for example, as follows: The DSP first calculates V1a/V1b=V1c, and calculates the relationship between the output voltages from both the detection coil 21 and the detection coil 22 and the angle θ. It can be seen that V1c depends on the angle θ, since V1c=V1a/V1b=αsin(θ)/αcos(θ)=tan(θ).

ここで、DSPのメモリ(ROM(Read Only Memory))には、V1c=tan(θ)の逆関数Fi(図8A参照)である、θ=arctan(V1c)に基づいて作成された関数F(図8B参照)として、θ=F(V1)のデータが予め記憶されている。図8Bに示す関数Fは、図8Aに示す逆関数Fiにおいて角度θが90°、270°の際に生じる不連続の箇所を連続化したものであり、逆関数Fiの90°~270°の範囲を+vだけ平行移動するとともに、逆関数Fiの270°~360°の範囲を+2vだけ平行移動することで得られる。なお、vは、逆関数Fiに基づき予め算出することができる定数である。また、DSPのメモリに記憶される関数Fのデータは、当該関数Fを規定する数式のデータであることが好ましいが、出力電圧V1と角度θとが対応付けられて構成されたテーブルのデータであってもよい。Here, the data of θ=F(V1) is stored in advance in the memory (ROM (Read Only Memory)) of the DSP as a function F (see FIG. 8B) created based on θ=arctan(V1c), which is the inverse function Fi (see FIG. 8A) of V1c=tan(θ). The function F shown in FIG. 8B is a continuation of the discontinuous parts that occur when the angle θ is 90° or 270° in the inverse function Fi shown in FIG. 8A, and is obtained by translating the range of 90° to 270° of the inverse function Fi by +v and translating the range of 270° to 360° of the inverse function Fi by +2v. Note that v is a constant that can be calculated in advance based on the inverse function Fi. The data of the function F stored in the memory of the DSP is preferably data of a formula that defines the function F, but may also be data of a table configured by associating the output voltage V1 with the angle θ.

DSPは、上記のように演算したV1cと、メモリ内に予め格納された関数Fのデータとに基づき、対象物2の回転位置を示す角度θを演算する。具体的には、V1a(=αsin(θ))が正、V1b(=αcos(θ))が正の場合は、角度θが0°~90°であるため、DSPは、算出したV1cをそのままV1とし、このV1を関数Fに代入して角度θ(対象物2の回転位置)を算出する。また、V1b(=αcos(θ))が負の場合は、角度θが90°~270°であるため、DSPは、算出したV1cにvを加算した値を出力電圧V1とし、このV1を関数Fに代入して角度θ(対象物2の回転位置)を算出する。また、V1a(=αsin(θ))が負、V1b(=αcos(θ))が正の場合は、角度θが270°~360°であるため、DSPは、算出したV1cに2vを加算した値を出力電圧V1とし、このV1を関数Fに代入して角度θ(対象物2の回転位置)を算出する。以上のようにして、DSPは、対象物2の回転位置に相当する角度θを0°~360°の範囲で算出する。なお、DSPは、算出した角度θのデジタルデータをそのまま、あるいは、ADC(Analog to Digital Converter)を介してアナログ信号に変換した後に外部装置に出力してもよい。The DSP calculates the angle θ indicating the rotational position of the object 2 based on the V1c calculated as above and the data of the function F previously stored in the memory. Specifically, when V1a (=αsin(θ)) is positive and V1b (=αcos(θ)) is positive, the angle θ is between 0° and 90°, so the DSP sets the calculated V1c as V1 as is and substitutes this V1 into the function F to calculate the angle θ (the rotational position of the object 2). When V1b (=αcos(θ)) is negative, the angle θ is between 90° and 270°, so the DSP adds v to the calculated V1c to set the output voltage V1, and substitutes this V1 into the function F to calculate the angle θ (the rotational position of the object 2). Furthermore, when V1a (=α sin(θ)) is negative and V1b (=α cos(θ)) is positive, the angle θ is between 270° and 360°, so the DSP adds 2v to the calculated V1c to obtain the output voltage V1, and substitutes this V1 into the function F to calculate the angle θ (the rotational position of the object 2). In this manner, the DSP calculates the angle θ corresponding to the rotational position of the object 2 in the range of 0° to 360°. The DSP may output the calculated digital data of the angle θ to an external device as is, or may convert it into an analog signal via an ADC (Analog to Digital Converter) before outputting it to an external device.

また、制御部50のDSPは、発振器を介して第2励磁部30を構成する励磁コイル31,32に交流電圧を印加し、第2励磁部30を励磁する。励磁した第2励磁部30により形成された磁場により、第2検出部40を構成する検出コイル41,42の各々に誘導起電力が生じる。DSPは、検出コイル41,42の各々に生じた誘導起電力を、ADCを介してデジタル信号とされた出力電圧V2a,V2bとして取得する。ここで、対象物2と共に軸線AXを中心に回転する非磁性金属部220によって変化する誘導起電力に応じた出力電圧V2aは先述の出力電圧V1aと同様に角度θに応じて変化し、当該誘導起電力に応じた出力電圧V2bは先述の出力電圧V1bと同様に角度θに応じて変化する。制御部50のDSPは、第1検出部20からの出力電圧V1a,V1bに基づいて角度θを算出する手法と同様な手法で、第2検出部40からの出力電圧V2a,V2bに基づいて角度θを算出する。 The DSP of the control unit 50 also applies an AC voltage to the excitation coils 31 and 32 constituting the second excitation unit 30 via an oscillator to excite the second excitation unit 30. The magnetic field formed by the excited second excitation unit 30 generates an induced electromotive force in each of the detection coils 41 and 42 constituting the second detection unit 40. The DSP acquires the induced electromotive forces generated in each of the detection coils 41 and 42 as output voltages V2a and V2b converted into digital signals via an ADC. Here, the output voltage V2a corresponding to the induced electromotive force that changes due to the non-magnetic metal part 220 rotating around the axis AX together with the object 2 changes according to the angle θ in the same manner as the output voltage V1a described above, and the output voltage V2b corresponding to the induced electromotive force changes according to the angle θ in the same manner as the output voltage V1b described above. The DSP of the control unit 50 calculates the angle θ based on the output voltages V2a and V2b from the second detection unit 40 in a manner similar to the manner in which the angle θ is calculated based on the output voltages V1a and V1b from the first detection unit 20.

例えば、制御部50のDSPは、まず、第1検出部20からの出力電圧V1a,V1bに基づいて角度θを算出する。そして、算出した角度θに異常がないと判別した場合は、出力電圧V1a,V1bに基づいて算出した角度θをそのまま対象物2の回転位置として決定する。一方、(i)出力電圧V1a,V1bに基づいて算出した角度θと、過去に算出した角度(例えば、出力電圧V1a,V1bに基づいて算出した角度θの前回値)との差が予めメモリに記憶した値よりも大きくなった場合や、(ii)出力電圧V1a,V1bに基づいて算出した角度θがエラー値を示している場合、DSPは、出力電圧V2a,V2bに基づいて算出した角度θを対象物2の回転位置とする。このように、位置検出装置1においては、第1励磁部10及び第1検出部20による構成と、第2励磁部30及び第2検出部40による構成との二系統が設けられ、必要に応じて当該二系統のいずれかを用いて対象物2の回転位置を算出するため、冗長性を確保することができる。また、第1励磁部10及び第1検出部20が形成される第1環状領域R1と、第2励磁部30及び第2検出部40が形成される第2環状領域R2とは、回路基板100において軸線AXを中心とした同心円状に形成されているため、従来の位置検出装置を単に並べて配置した場合に比べて、位置検出装置1を小型にすることができる。結果として、位置検出装置1を取り付けるためのスペース(取付スペース)の大型化を抑制することができる。For example, the DSP of the control unit 50 first calculates the angle θ based on the output voltages V1a and V1b from the first detection unit 20. If it is determined that there is no abnormality in the calculated angle θ, it determines the angle θ calculated based on the output voltages V1a and V1b as the rotational position of the object 2. On the other hand, if (i) the difference between the angle θ calculated based on the output voltages V1a and V1b and a previously calculated angle (for example, the previous value of the angle θ calculated based on the output voltages V1a and V1b) becomes larger than the value previously stored in the memory, or (ii) the angle θ calculated based on the output voltages V1a and V1b indicates an error value, the DSP determines the angle θ calculated based on the output voltages V2a and V2b as the rotational position of the object 2. In this way, in the position detection device 1, two systems are provided, one consisting of the first excitation unit 10 and the first detection unit 20, and the other consisting of the second excitation unit 30 and the second detection unit 40, and the rotational position of the target object 2 is calculated using either of the two systems as necessary, so that redundancy can be ensured. In addition, the first annular region R1 in which the first excitation unit 10 and the first detection unit 20 are formed, and the second annular region R2 in which the second excitation unit 30 and the second detection unit 40 are formed are formed in a concentric shape centered on the axis line AX on the circuit board 100, so that the position detection device 1 can be made smaller than when conventional position detection devices are simply arranged side by side. As a result, the space (mounting space) for mounting the position detection device 1 can be prevented from becoming large.

なお、制御部50のDSPは、算出した角度θに異常がないと判別した場合は、出力電圧V1a,V1bに基づいて算出した角度θと、出力電圧V2a,V2bに基づいて算出した角度θとの平均値を算出し、算出した平均値を対象物2の回転位置としてもよい。 In addition, if the DSP of the control unit 50 determines that there is no abnormality in the calculated angle θ, it may calculate the average value of the angle θ calculated based on the output voltages V1a and V1b and the angle θ calculated based on the output voltages V2a and V2b, and use the calculated average value as the rotational position of the object 2.

また、制御部50のDSPは、関数Fに基づいて角度θを算出する前段階の値(V1c=V1a/V1b)に異常が生じているか否かを判別してもよい。この場合、制御部50のDSPは、まず、第1検出部20からの出力電圧V1a,V1bに基づいてV1cを算出する。そして、算出したV1cに異常がないと判別した場合は、出力電圧V1a,V1bに基づいて算出した角度θをそのまま対象物2の回転位置として決定する。一方、(i)今回算出したV1cと、過去に算出したV1c(例えば、V1cの前回値)との差が予めメモリに記憶した値よりも大きくなった場合や、(ii)今回算出したV1cがエラー値を示している場合、DSPは、出力電圧V2a,V2bに基づいて算出した角度θを対象物2の回転位置とする。さらに、DSPは、V1aとV1bのいずれかが異常値を示している場合に、出力電圧V2a,V2bに基づいて算出した角度θを対象物2の回転位置としてもよい。 The DSP of the control unit 50 may also determine whether or not an abnormality occurs in the value (V1c = V1a / V1b) before calculating the angle θ based on the function F. In this case, the DSP of the control unit 50 first calculates V1c based on the output voltages V1a and V1b from the first detection unit 20. If it is determined that there is no abnormality in the calculated V1c, the DSP determines the angle θ calculated based on the output voltages V1a and V1b as the rotation position of the object 2. On the other hand, if (i) the difference between the V1c calculated this time and the V1c calculated in the past (for example, the previous value of V1c) becomes larger than the value stored in advance in the memory, or (ii) the V1c calculated this time indicates an error value, the DSP determines the angle θ calculated based on the output voltages V2a and V2b as the rotation position of the object 2. Furthermore, when either V1a or V1b indicates an abnormal value, the DSP may determine that the angle θ calculated based on the output voltages V2a and V2b is the rotational position of the target object 2.

制御部50が有するDSPのIC等の各種構成や、セラミックコンデンサやグランドパターン等の図示しないEMC(Electro Magnetic Compatibility)対策部品は、回路基板100における他の環状領域Roの上面及び下面の少なくともいずれかに実装される。なお、制御部50やEMC対策部品の少なくとも一部の構成は、回路基板100における他の環状領域Roの外周側に位置する外周領域Rxや、回路基板100と電気的に接続された他の回路基板に実装されていてもよい。Various components of the DSP IC and the like of the control unit 50, as well as EMC (Electro Magnetic Compatibility) countermeasures components (not shown), such as ceramic capacitors and ground patterns, are mounted on at least one of the upper and lower surfaces of the other annular region Ro of the circuit board 100. Note that at least some of the components of the control unit 50 and the EMC countermeasures components may be mounted on the outer peripheral region Rx located on the outer periphery of the other annular region Ro of the circuit board 100, or on another circuit board electrically connected to the circuit board 100.

以上に説明した各部を備える位置検出装置1は、例えば、図示しない筐体内に収容される。そして、当該筐体によって、連動部200の非磁性金属部220と、回路基板100の上面との間隔が所望の値に設定される。非磁性金属部220と回路基板100との間隔は、小さい方が誘起される電圧が大きくなり好ましく、例えば、1.0~1.5mm程度に設定される。第1実施形態の説明は以上である。The position detection device 1 including the above-described parts is housed, for example, in a housing (not shown). The housing sets the distance between the non-magnetic metal part 220 of the interlocking part 200 and the upper surface of the circuit board 100 to a desired value. The smaller the distance between the non-magnetic metal part 220 and the circuit board 100, the larger the induced voltage will be, and it is preferable to set it to, for example, about 1.0 to 1.5 mm. This concludes the explanation of the first embodiment.

ここからは、第1実施形態と一部の構成等が異なる他の実施形態について説明する。以下では、第1実施形態と同様の各構成については第1実施形態と同一の符号を用いて説明するとともに、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。From here on, other embodiments that differ from the first embodiment in some configurations, etc. will be described. Below, the same components as in the first embodiment will be described using the same reference numerals as in the first embodiment, and the differences from the first embodiment will be mainly described.

(第2実施形態)
第2実施形態に係る回路基板100(先述の位置検出装置1と同様な構成に備えられるもの)は、図9に示すように、軸線AXを中心に形成された円環状の領域として、第1環状領域R1と、第2環状領域R2と、第3環状領域R3と、他の環状領域Roと、を有する。また、第2実施形態に係る回路基板100も、他の環状領域Roの外周側に外周領域Rxを有する。図9に示すように、回路基板100には、軸線AXの中心側から順に、貫通孔H1、第1環状領域R1、第2環状領域R2、第3環状領域R3、他の環状領域Roの各々が、軸線AXを中心とした同心円状に形成されている。なお、図9では、図面の見やすさを考慮して、回路基板100に設けられた各種の回路や電子部品を省略している。
Second Embodiment
As shown in FIG. 9, the circuit board 100 according to the second embodiment (which is provided in a similar configuration to the position detection device 1 described above) has a first annular region R1, a second annular region R2, a third annular region R3, and another annular region Ro as annular regions formed around the axis AX. The circuit board 100 according to the second embodiment also has an outer peripheral region Rx on the outer peripheral side of the other annular regions Ro. As shown in FIG. 9, the through hole H1, the first annular region R1, the second annular region R2, the third annular region R3, and the other annular regions Ro are formed in the circuit board 100 in the order from the center side of the axis AX in a concentric shape around the axis AX. In FIG. 9, various circuits and electronic components provided on the circuit board 100 are omitted in consideration of the ease of viewing the drawing.

図10に示すように、第2実施形態に係る回路基板100は、第1実施形態と同様の構成である第1励磁部10、第1検出部20、第2励磁部30、第2検出部40、及び制御部50に加えて、第3励磁部60及び第3検出部70を備える。As shown in FIG. 10, the circuit board 100 of the second embodiment includes a third excitation unit 60 and a third detection unit 70 in addition to the first excitation unit 10, first detection unit 20, second excitation unit 30, second detection unit 40, and control unit 50, which are configured similarly to the first embodiment.

第3励磁部60及び第3検出部70は、図9に示す第3環状領域R3内に形成される。第3励磁部60及び第3検出部70の具体的形状や組成については、図3を参照して説明した第1励磁部10及び第1検出部20と同様であるため、説明を省略する。The third excitation unit 60 and the third detection unit 70 are formed within the third annular region R3 shown in Figure 9. The specific shapes and compositions of the third excitation unit 60 and the third detection unit 70 are similar to those of the first excitation unit 10 and the first detection unit 20 described with reference to Figure 3, and therefore will not be described here.

第3励磁部60は、制御部50の制御により電圧が印加され、励磁されるものであり、第3環状領域R3内に形成された2つの励磁コイル(図示せず)を有する。2つの励磁コイルの一方は、第3環状領域R3の中心側に円状に形成され、他方は、第3環状領域R3の外周側端部に円状に形成される。2つの励磁コイルの各々には制御部50の制御の下で電圧が印加される。なお、第3励磁部60は、2つの励磁コイルの一方から構成されてもよい。The third excitation unit 60 is excited by the application of a voltage under the control of the control unit 50, and has two excitation coils (not shown) formed within the third annular region R3. One of the two excitation coils is formed in a circular shape on the central side of the third annular region R3, and the other is formed in a circular shape at the outer peripheral end of the third annular region R3. A voltage is applied to each of the two excitation coils under the control of the control unit 50. The third excitation unit 60 may be composed of one of the two excitation coils.

第3検出部70は、励磁された第3励磁部60が形成する磁場によって誘導起電力が発生する部分であり、第3環状領域R3内に形成された2つの検出コイル71,72を有する。検出コイル71と検出コイル72とは、軸線AXを中心とした角度を考えた場合、互いに90°の位相差を有するように、回路基板100に形成されている。第3検出部70の検出コイル71,72は、前述の第1検出部20の検出コイル21,22と同様に、互いに90°の位相差を有する正弦波又は余弦波に基づく形状を有する。The third detection unit 70 is a portion in which an induced electromotive force is generated by the magnetic field formed by the excited third excitation unit 60, and has two detection coils 71, 72 formed within the third annular region R3. The detection coils 71 and 72 are formed on the circuit board 100 so that they have a phase difference of 90° when considering the angle centered on the axis AX. The detection coils 71, 72 of the third detection unit 70 have shapes based on sine waves or cosine waves having a phase difference of 90°, similar to the detection coils 21, 22 of the first detection unit 20 described above.

第2実施形態における非磁性金属部220は、図示省略するが、第1検出部20、第2検出部40、及び第3検出部70(第1環状領域R1、第2環状領域R2、及び第3環状領域R3)を覆う位置に設けられている。対象物2の回転に伴い、第1検出部20及び第2検出部40のみならず、第3検出部70における非磁性金属部220によって覆われる部分が変化すると、第3検出部70に誘起される電圧(誘導起電力)も変化する。第2実施形態では、第1検出部20及び第2検出部40のみならず、第3検出部70に生じる誘導起電力の変化に基づき、制御部50は対象物2の回転位置を算出する。 In the second embodiment, the non-magnetic metal part 220 is not shown, but is provided in a position covering the first detection unit 20, the second detection unit 40, and the third detection unit 70 (first annular region R1, second annular region R2, and third annular region R3). As the object 2 rotates, when the parts covered by the non-magnetic metal part 220 in not only the first detection unit 20 and the second detection unit 40 but also the third detection unit 70 change, the voltage (induced electromotive force) induced in the third detection unit 70 also changes. In the second embodiment, the control unit 50 calculates the rotational position of the object 2 based on the change in the induced electromotive force generated in not only the first detection unit 20 and the second detection unit 40 but also the third detection unit 70.

なお、図示省略するが、第2実施形態においても、非磁性金属部220は、軸線AXを中心として円弧状に形成され、軸線AXを中心とする径方向において互いに間隔を空けた複数の円弧部を有していてもよい。当該複数の円弧部は、複数の検出部(第1検出部20、第2検出部40、及び第3検出部70)の各々と対向するように設けられる。Although not shown, in the second embodiment, the non-magnetic metal part 220 may also be formed in an arc shape centered on the axis line AX and have a plurality of arc portions spaced apart from one another in the radial direction centered on the axis line AX. The plurality of arc portions are arranged to face each of the plurality of detection parts (the first detection part 20, the second detection part 40, and the third detection part 70).

第2実施形態において、制御部50のDSPは、前述と同様に、第1検出部20から出力電圧V1a,V1bを取得し、第2検出部40から出力電圧V2a,V2bを取得する。さらに、DSPは、発振器を介して第3励磁部60に交流電圧を印加し、第3励磁部60を励磁する。励磁した第3励磁部60により形成された磁場により、第3検出部70を構成する検出コイル71,72の各々に誘導起電力が生じる。DSPは、検出コイル71,72の各々に生じた誘導起電力を、ADCを介してデジタル信号とされた出力電圧V3a,V3bとして取得する。DSPは、出力電圧V1a,V1bや出力電圧V2a,V2bに基づいて角度θを算出する手法と同様な手法で、第3検出部70からの出力電圧V3a,V3bに基づいて角度θを算出する。In the second embodiment, the DSP of the control unit 50 obtains the output voltages V1a and V1b from the first detection unit 20 and obtains the output voltages V2a and V2b from the second detection unit 40, as described above. Furthermore, the DSP applies an AC voltage to the third excitation unit 60 via an oscillator to excite the third excitation unit 60. The magnetic field formed by the excited third excitation unit 60 generates an induced electromotive force in each of the detection coils 71 and 72 constituting the third detection unit 70. The DSP obtains the induced electromotive forces generated in each of the detection coils 71 and 72 as output voltages V3a and V3b converted into digital signals via an ADC. The DSP calculates the angle θ based on the output voltages V3a and V3b from the third detection unit 70 in a manner similar to the method of calculating the angle θ based on the output voltages V1a and V1b and the output voltages V2a and V2b.

第2実施形態では、制御部50のDSPは、出力電圧V1a,V1bに基づく角度θ(以下、第1角度と言う。)と、出力電圧V2a,V2bに基づく角度θ(以下、第2角度と言う。)と、出力電圧V3a,V3bに基づく角度θ(以下、第3角度と言う。)との各々を算出する。DSPは、このように算出した第1~第3角度のうち、1又は複数の信頼できる値に基づき対象物2の回転位置を求める。具体的に、DSPは、算出した第1~第3角度のうち、第1実施形態で述べたように異常値が含まれていると判別した場合は、異常値を示したものを除外して対象物2の回転位置を決定する。例えば、第3角度が異常値を示した場合、DSPは、第1角度又は第2角度を対象物2の回転位置として決定する、あるいは、第1角度と第2角度の平均値を対象物2の回転位置として決定する。また、例えば、第2角度及び第3角度が異常値を示した場合、DSPは、第1角度を対象物2の回転位置として決定する。また、例えば、DSPは、算出した第1~第3角度のうち、互いの差が小さい2つの角度を選択し、選択した2つの角度のうちいずれかの値や、選択した2つの角度の平均値を対象物2の回転位置として決定してもよい。また、DSPは、算出した第1~第3角度のいずれもが異常値を示さなかった場合は、予め定めた検出部からの出力電圧に基づいて算出した角度θを対象物2の回転位置として決定してもよいし、第1~第3角度の全ての平均を対象物2の回転位置として決定してもよい。In the second embodiment, the DSP of the control unit 50 calculates the angle θ (hereinafter referred to as the first angle) based on the output voltages V1a and V1b, the angle θ (hereinafter referred to as the second angle) based on the output voltages V2a and V2b, and the angle θ (hereinafter referred to as the third angle) based on the output voltages V3a and V3b. The DSP determines the rotational position of the object 2 based on one or more reliable values of the first to third angles calculated in this manner. Specifically, if the DSP determines that the calculated first to third angles contain abnormal values as described in the first embodiment, it excludes the angle that shows the abnormal value and determines the rotational position of the object 2. For example, if the third angle shows an abnormal value, the DSP determines the first angle or the second angle as the rotational position of the object 2, or determines the average value of the first angle and the second angle as the rotational position of the object 2. Also, for example, if the second angle and the third angle indicate abnormal values, the DSP determines the first angle as the rotational position of the object 2. Also, for example, the DSP may select two angles having a small difference between the calculated first to third angles, and determine one of the two selected angles or the average value of the two selected angles as the rotational position of the object 2. Also, if none of the calculated first to third angles indicate an abnormal value, the DSP may determine the angle θ calculated based on an output voltage from a predetermined detection unit as the rotational position of the object 2, or may determine the average of all of the first to third angles as the rotational position of the object 2.

なお、制御部50のDSPは、関数Fに基づいて角度θを算出する前段階の値に異常が生じているか否かを判別してもよい。この前段階の値とは、V1a/V1b、V2a/V2b、V3a/V3bであってもよいし、V1a、V1b、V2a、V2b、V3a、V3bであってもよい。そして、これら角度θを算出する前段階の値に異常が生じた場合、DSPは、異常値を示した電圧からは角度θを算出せずに、異常値を示さなかった電圧に基づき角度θを算出すればよい。このように算出された角度θが複数ある場合の取り扱いは、前段落の記載と同様とすればよい。The DSP of the control unit 50 may determine whether an abnormality occurs in the values at the previous stage used to calculate the angle θ based on the function F. The previous values may be V1a/V1b, V2a/V2b, V3a/V3b, or V1a, V1b, V2a, V2b, V3a, V3b. If an abnormality occurs in the values at the previous stage used to calculate the angle θ, the DSP does not calculate the angle θ from the voltage that showed an abnormal value, but calculates the angle θ based on the voltage that did not show an abnormal value. When there are multiple angles θ calculated in this way, they may be handled in the same manner as described in the previous paragraph.

以上の第2実施形態によれば、制御部50は、3つの検出部(第1検出部20、第2検出部40、第3検出部70)のうち、1つ又は2つの検出部に発生した誘導起電力に基づいて対象物2の回転位置を算出可能である。このようにしたから、所定の検出部(あるいは当該所定の検出部に対応する励磁部)に異常が生じても、対象物2の回転位置を算出可能であり、冗長性をより良好に確保することができる。第2実施形態の説明は以上である。 According to the second embodiment described above, the control unit 50 can calculate the rotational position of the object 2 based on the induced electromotive force generated in one or two of the three detection units (first detection unit 20, second detection unit 40, third detection unit 70). As a result, even if an abnormality occurs in a specific detection unit (or the excitation unit corresponding to the specific detection unit), the rotational position of the object 2 can be calculated, and redundancy can be better ensured. This concludes the explanation of the second embodiment.

(第3実施形態)
以上に説明した第1、第2実施形態に係る位置検出装置1における回転位置検出の対象である対象物2は限られるものではないが、ここからは、図11に示すように、対象物2を液体に浮くフロート2Mとし、第1又は第2実施形態に係る位置検出装置1を液面検出装置1Mに適用した第3実施形態を説明する。
Third Embodiment
The object 2 that is the subject of rotational position detection in the position detection device 1 of the first and second embodiments described above is not limited, but from here on, we will explain a third embodiment in which the object 2 is a float 2M that floats on liquid, as shown in Figure 11, and the position detection device 1 of the first or second embodiment is applied to a liquid level detection device 1M.

第3実施形態に係る液面検出装置1Mは、例えば、自動車等の乗り物が備えるタンク内の液体(燃料等)の液面の位置を検出するものであり、前述と同様の構成の位置検出装置1と、対象物2としてのフロート2Mと、シャフト4としてのアーム4Mと、を備える。The liquid level detection device 1M of the third embodiment is for detecting the position of the liquid level of a liquid (fuel, etc.) in a tank of a vehicle such as an automobile, and comprises a position detection device 1 having a configuration similar to that described above, a float 2M as an object 2, and an arm 4M as a shaft 4.

フロート2Mは、硬質発泡ゴム等から略俵型に形成され、タンク内の液体から浮力を受けて液面に浮き、液面の変動に伴って変位する。アーム4Mは、金属からなる棒であり、その一端部にはフロート2Mが取り付けられ、他端部は、回路基板100側において軸線AXを中心に回転可能に支持されている。したがって、液面の変位に応じて、フロート2Mも軸線AXを中心に回転移動する。アーム4Mは、フロート2Mが液体に到達可能に折り曲げて形成されている。 The float 2M is made of hard foam rubber or the like and is roughly shaped like a bale; it receives buoyancy from the liquid in the tank and floats on the liquid surface, displacing as the liquid level changes. The arm 4M is a metal rod, one end of which is attached to the float 2M, and the other end is supported on the circuit board 100 side so that it can rotate around the axis AX. Therefore, the float 2M also rotates around the axis AX in response to changes in the liquid level. The arm 4M is formed by bending so that the float 2M can reach the liquid.

回路基板100の制御部50のDSPは、前述のように所定の検出部からの出力電圧に基づいて算出した角度θを、フロート2Mの回転位置として算出する。そして、DSPは、予めメモリに記憶したフロート2Mの回転位置と液体の液面位置との関係を規定する関数データやテーブルデータに基づき、液体の液面位置を検出する。なお、DSPは、図示しない外部装置(例えばマイクロコンピュータを備える車載装置等)に算出した角度θのデータを送信し、当該角度θのデータを受信した外部装置において、角度θに応じた液面位置を検出してもよい。この場合、当該外部装置も液面検出装置1Mの構成に含まれる。The DSP of the control unit 50 of the circuit board 100 calculates the angle θ calculated based on the output voltage from a predetermined detection unit as described above, as the rotational position of the float 2M. The DSP then detects the liquid level position based on function data and table data that pre-store in memory and that define the relationship between the rotational position of the float 2M and the liquid level position of the liquid. The DSP may transmit data on the calculated angle θ to an external device (not shown) (e.g., an in-vehicle device equipped with a microcomputer), and the external device that receives the angle θ data may detect the liquid level position according to the angle θ. In this case, the external device is also included in the configuration of the liquid level detection device 1M.

位置検出装置1によれば、前述の通り、取付スペースの大型化を抑制しつつ、冗長性を確保することができるため、これを備える液面検出装置1Mも、大型化を抑制しつつ、冗長性を確保することができる。第3実施形態の説明は以上である。As described above, the position detection device 1 can ensure redundancy while preventing the installation space from becoming too large, so the liquid level detection device 1M equipped with the position detection device 1 can also ensure redundancy while preventing the installation space from becoming too large. This concludes the explanation of the third embodiment.

なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更(構成要素の削除も含む)を加えることが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments and drawings. Appropriate modifications (including the deletion of components) may be made without departing from the spirit of the present invention.

(変形例)
回路基板100において、他の環状領域Roと外周領域Rxとが区別なく一体に形成されていてもよい。また、回路基板100は、他の環状領域Roの外縁に沿った形状で、円盤状に形成されていてもよい。また、外周領域Rxは、他の環状領域Roの外側の全周に亘ってではなく、他の環状領域Roの外側の一部に形成されていてもよい。例えば、図12上図及び下図に示すように、位置検出装置1は、変形例に係る回路基板100Mを備えていてもよい。変形例に係る回路基板100Mは、図12下図に示すように、半円形状と四角形状を合わせた形状の基材3Mに、前述の各種回路や電子部品が設けられて構成される。変形例に係る回路基板100Mにおいては、貫通孔H1、第1環状領域R1、第2環状領域R2、他の環状領域Roの各々が、軸線AXを中心とした同心円状に形成されている。そして、外周領域Rxは、他の環状領域Roの外周側の一部、具体的には、図12下図における外周右側に形成されている。
(Modification)
In the circuit board 100, the other annular region Ro and the outer peripheral region Rx may be formed integrally without distinction. The circuit board 100 may be formed in a disk shape along the outer edge of the other annular region Ro. The outer peripheral region Rx may be formed in a part of the outside of the other annular region Ro, not over the entire circumference of the outside of the other annular region Ro. For example, as shown in the upper and lower figures of FIG. 12, the position detection device 1 may include a circuit board 100M according to a modified example. As shown in the lower figure of FIG. 12, the circuit board 100M according to the modified example is configured by providing the various circuits and electronic components described above on a base material 3M having a shape combining a semicircular shape and a rectangular shape. In the circuit board 100M according to the modified example, the through hole H1, the first annular region R1, the second annular region R2, and the other annular region Ro are each formed in a concentric shape centered on the axis AX. The outer peripheral region Rx is formed in a part on the outer peripheral side of the other annular region Ro, specifically, on the right side of the outer periphery in the lower diagram of FIG.

また、以上の説明では、複数の検出部に対し制御部50が1つの場合を例示したが、各検出部に対しそれぞれ制御部を設ける構造であってもよい。また、以上では、基材3,3Mの上面にコイルを形成する場合を例示したが、基材3,3Mの下面や上下面に形成することも可能である。また、以上では、制御部50にDSPを用いる場合を例示したが、DSPの代わりにマイコンと周辺IC等を用いることも可能である。 In addition, in the above explanation, an example was given of one control unit 50 for multiple detection units, but a structure in which a control unit is provided for each detection unit may also be used. In addition, in the above, an example was given of a coil formed on the upper surface of the substrate 3, 3M, but it is also possible to form the coil on the lower surface or the upper and lower surfaces of the substrate 3, 3M. In addition, in the above, an example was given of a DSP being used for the control unit 50, but it is also possible to use a microcomputer and peripheral ICs instead of a DSP.

以上では、位置検出装置1が軸線AXを中心に回転する対象物2の回転位置を検出する例を示したが、これに限られない。位置検出装置1は、対象物2の位置の変動に伴い非磁性金属部220が軸線AXを中心に回転する構成であればよく、回転移動以外の移動(直線移動や曲線移動など)を行う対象物2の位置を検出するものであってもよい。例えば、位置検出装置1を対象物2の直線移動に応じて非磁性金属部220が軸線AXを中心に回転する構成とすれば、制御部50は、前記のように算出可能な角度θに応じて、直線移動する対象物2の位置を検出することができる。 Although the above describes an example in which the position detection device 1 detects the rotational position of the object 2 rotating around the axis AX, this is not limiting. The position detection device 1 may be configured so that the non-magnetic metal part 220 rotates around the axis AX in response to a change in the position of the object 2, and may detect the position of the object 2 that moves other than rotational movement (such as linear movement or curved movement). For example, if the position detection device 1 is configured so that the non-magnetic metal part 220 rotates around the axis AX in response to the linear movement of the object 2, the control unit 50 can detect the position of the object 2 that moves linearly in accordance with the angle θ that can be calculated as described above.

図においては、回路基板100において互いに隣り合う環状領域(例えば、第1環状領域R1と第2環状領域R2)の間に間隔を設けた例を示したが、一方の環状領域内に形成される回路と他方の環状領域内に形成される回路とが干渉しない限りにおいては、双方の環状領域は隣接していてもよい。The figure shows an example in which a gap is provided between adjacent annular regions (e.g., the first annular region R1 and the second annular region R2) on the circuit board 100, but the two annular regions may be adjacent to each other as long as there is no interference between the circuit formed in one annular region and the circuit formed in the other annular region.

第1検出部20に基づく出力電圧V1aと出力電圧V1bとは、互いに所定の位相差を有していればよい。例えば、所定の位相差は、45°や135°等であってもよい。但し、tan(θ)に応じたV1a/V1bを求める観点においては、当該所定の位相差は、前記の実施形態で述べたように90°であることが好ましい。処理の複雑化を抑制することができるためである。これは、第2検出部40に基づく出力電圧V2a,V2bや、第3検出部70に基づく出力電圧V3a,V3bについても同様である。 The output voltage V1a and the output voltage V1b based on the first detection unit 20 only need to have a predetermined phase difference from each other. For example, the predetermined phase difference may be 45° or 135°. However, from the viewpoint of determining V1a/V1b according to tan(θ), it is preferable that the predetermined phase difference is 90° as described in the above embodiment. This is because this can suppress the complication of processing. The same applies to the output voltages V2a, V2b based on the second detection unit 40 and the output voltages V3a, V3b based on the third detection unit 70.

第2実施形態では、検出部を3つ設けた例を示したが、検出部を4以上設けることも可能である。この場合、回路基板100の第3環状領域R3と他の環状領域Roとの間に、増加する分の検出部に応じた数の環状領域を設ければよい。つまり、制御部50は、3つ以上の特定個数の検出部のうち、当該特定個数よりも少ない数の検出部に発生した誘導起電力に基づいて対象物2の回転位置を算出可能であればよい。こうすれば、所定の検出部に異常が生じた場合であっても、対象物2の回転位置を算出することができ、冗長性を良好に確保することができる。また、検出部を4つ以上設けた場合においても、非磁性金属部220に、複数の検出部の各々と対向する複数の円弧部を設けてもよい。In the second embodiment, an example in which three detection units are provided is shown, but it is also possible to provide four or more detection units. In this case, annular regions corresponding to the number of detection units to be increased may be provided between the third annular region R3 of the circuit board 100 and the other annular regions Ro. In other words, the control unit 50 only needs to be able to calculate the rotational position of the object 2 based on the induced electromotive force generated in a number of detection units that is less than the specific number of detection units that are three or more. In this way, even if an abnormality occurs in a specific detection unit, the rotational position of the object 2 can be calculated, and redundancy can be well ensured. In addition, even when four or more detection units are provided, the non-magnetic metal part 220 may be provided with multiple arc portions that face each of the multiple detection units.

励磁部は、対応する検出部に誘導起電力を生じさせる磁場を形成することができれば、その形状や配置は以上の例に限られず任意である。 The shape and arrangement of the excitation section are not limited to the above examples and can be arbitrary as long as it can form a magnetic field that generates an induced electromotive force in the corresponding detection section.

以上では、回路基板100の基材3にシャフト4を挿入可能な貫通孔H1を設けた例を示したが、非磁性金属部220が対象物2と共に軸線AXを中心に回転可能であり、且つ、非磁性金属部220と回路基板100との間隔を適切に保つことができれば、基材3に貫通孔H1を設けなくともよい。 The above describes an example in which a through hole H1 into which a shaft 4 can be inserted is provided in the base material 3 of the circuit board 100, but if the non-magnetic metal part 220 can rotate around the axis AX together with the object 2 and an appropriate distance can be maintained between the non-magnetic metal part 220 and the circuit board 100, it is not necessary to provide a through hole H1 in the base material 3.

また、位置検出装置1の検出対象である対象物2は、変動するものであれば任意であり、目的に応じて選択することができる。例えば、対象物2は、車両に搭載された種々の回転体(回転移動するアクセルペダル、ブレーキペダル、回転灯など)や、シフトレバーなどの直線移動体であってもよい。以上の位置検出装置1によれば、冗長性を確保しつつ、算出した角度θに応じた対象物2の位置(回転位置であっても直線位置であってもよい。)を算出することができる。 Furthermore, the object 2 to be detected by the position detection device 1 can be any object that moves, and can be selected according to the purpose. For example, the object 2 may be any rotating object mounted on a vehicle (such as an accelerator pedal, brake pedal, or rotating light that moves in a rotating manner) or a linearly moving object such as a shift lever. According to the position detection device 1 described above, it is possible to calculate the position of the object 2 (which may be a rotational position or a linear position) according to the calculated angle θ while ensuring redundancy.

(1)以上に説明した位置検出装置1は、対象物2の位置を検出するものであり、励磁部(例えば、第1励磁部10、第2励磁部30)と、検出部(例えば、第1検出部20、第2検出部40)と、非磁性金属部220と、制御部50と、を備える。励磁部は、基板(例えば回路基板100)に形成され、電圧の印加により励磁される。検出部は、基板における軸線AXを中心とした環状の領域に形成された複数の検出コイル(例えば、第1環状領域R1、第2環状領域R2)を有し、励磁部によって誘導起電力が発生する。非磁性金属部220は、対象物2の位置の変動に伴い軸線AXを中心に回転し、検出部に発生する誘導起電力を対象物2の位置に応じて変化させる。制御部50は、検出部に発生した誘導起電力に基づいて対象物2の位置を算出する。検出部は、軸線AXを中心とした径方向において互いに異なる箇所に複数(例えば、第1検出部20及び第2検出部40)設けられている。
この構成によれば、前述した通り、位置検出装置1を取り付けるためのスペース(取付スペース)の大型化を抑制しつつ、冗長性を確保することができる。
(1) The position detection device 1 described above detects the position of the object 2, and includes an excitation unit (e.g., the first excitation unit 10 and the second excitation unit 30), a detection unit (e.g., the first detection unit 20 and the second detection unit 40), a non-magnetic metal unit 220, and a control unit 50. The excitation unit is formed on a substrate (e.g., the circuit board 100) and is excited by application of a voltage. The detection unit has a plurality of detection coils (e.g., the first annular region R1 and the second annular region R2) formed in an annular region centered on the axis AX on the substrate, and an induced electromotive force is generated by the excitation unit. The non-magnetic metal unit 220 rotates around the axis AX as the position of the object 2 changes, and changes the induced electromotive force generated in the detection unit according to the position of the object 2. The control unit 50 calculates the position of the object 2 based on the induced electromotive force generated in the detection unit. A plurality of detection portions (for example, a first detection portion 20 and a second detection portion 40) are provided at different positions in the radial direction centered on the axis line AX.
As described above, this configuration makes it possible to ensure redundancy while preventing the space for mounting the position detection device 1 (mounting space) from becoming large.

(2)第2実施形態に係る位置検出装置1では、検出部は、3つ以上の特定個数だけ設けられ、制御部50は、特定個数の検出部のうち、特定個数よりも少ない数の検出部に発生した誘導起電力に基づいて対象物2の位置を算出可能である。
このようにしたから、所定の検出部(あるいは当該所定の検出部に対応する励磁部)に異常が生じても、対象物2の位置を算出可能であり、冗長性をより良好に確保することができる。
(2) In the position detection device 1 according to the second embodiment, a specific number of detection units, three or more, are provided, and the control unit 50 is capable of calculating the position of the object 2 based on the induced electromotive force generated in a number of detection units, the number of which is less than the specific number.
By doing this, even if an abnormality occurs in a specified detection unit (or an excitation unit corresponding to the specified detection unit), the position of the target object 2 can be calculated, and redundancy can be better ensured.

(3)非磁性金属部220は、軸線AXを中心として円弧状に形成された円弧部を有し、円弧部は、軸線AXを中心とした径方向において間隔を空けて複数設けられ、複数の円弧部(例えば、第1円弧部221、第2円弧部222)は、複数の検出部(例えば、第1検出部20、第2検出部40)の各々と対向する。
この構成によれば、前述の通り、所定の検出部の電磁作用と他の検出部とが相互に干渉して検出精度が低下することを抑制することができる。
(3) The non-magnetic metal portion 220 has an arc portion formed in an arc shape centered on the axis line AX, and the arc portions are provided at intervals in the radial direction centered on the axis line AX, and the multiple arc portions (e.g., the first arc portion 221, the second arc portion 222) face each of the multiple detection portions (e.g., the first detection portion 20, the second detection portion 40).
As described above, this configuration can prevent the electromagnetic action of a given detector from interfering with the other detectors, thereby preventing a decrease in detection accuracy.

(4)具体的に、励磁部は、環状の領域に形成された励磁コイルを含むとともに、複数の検出部の各々に対応して複数設けられている(例えば、第1検出部20に対応して設けられた第1励磁部10や、第2検出部40に対応して設けられた第2励磁部30等)。 (4) Specifically, the magnetic excitation unit includes an excitation coil formed in a ring-shaped region and is provided in multiple units corresponding to each of the multiple detection units (for example, a first magnetic excitation unit 10 provided in correspondence with the first detection unit 20, a second magnetic excitation unit 30 provided in correspondence with the second detection unit 40, etc.).

(5)具体的に、1つの検出部に対して検出コイルは2つ設けられている。そして、制御部50は、励磁部が励磁されて誘導起電力が生じた当該2つのコイルの一方(例えば、検出コイル21)から、対象物2の回転位置に応じて正弦波状又は余弦波状に変化する第1出力電圧(例えば、出力電圧V1a)を取得するとともに、当該2つのコイルの他方(例えば、検出コイル22)から対象物2の回転位置に応じて正弦波状又は余弦波状に変化する電圧であって第1出力電圧と位相差がある第2出力電圧(例えば、出力電圧V1b)を取得し、制御部50は、第1出力電圧と第2出力電圧とに基づき、対象物2の位置を算出する。 (5) Specifically, two detection coils are provided for one detection unit. The control unit 50 obtains a first output voltage (e.g., output voltage V1a) that changes in a sine wave or cosine wave shape according to the rotational position of the target 2 from one of the two coils (e.g., detection coil 21) in which an induced electromotive force is generated by exciting the excitation unit, and obtains a second output voltage (e.g., output voltage V1b) that changes in a sine wave or cosine wave shape according to the rotational position of the target 2 from the other of the two coils (e.g., detection coil 22) and has a phase difference with the first output voltage, and the control unit 50 calculates the position of the target 2 based on the first output voltage and the second output voltage.

(6)第3実施形態に係る液面検出装置1Mは、前記の位置検出装置1を備える。対象物2は、液体に浮くフロート2Mである。液面検出装置1Mは、制御部50が算出した対象物2(フロート2M)の位置に応じて、液体の液面位置を検出する。
この構成によれば、前述の通り、液面検出装置1Mの大型化を抑制しつつ、冗長性を確保することができる。
(6) A liquid level detection device 1M according to a third embodiment includes the above-described position detection device 1. The object 2 is a float 2M that floats on the liquid. The liquid level detection device 1M detects the liquid level position of the liquid according to the position of the object 2 (float 2M) calculated by the control unit 50.
According to this configuration, as described above, it is possible to prevent the liquid level detection device 1M from becoming large, while ensuring redundancy.

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。 In the above explanation, explanations of well-known technical matters have been omitted as appropriate in order to facilitate understanding of the present invention.

1…位置検出装置、1M…液面検出装置
2…対象物、2M…フロート、AX…軸線
100…回路基板、3…基材
R1~R3…第1~第3環状領域、Ro…他の環状領域、Rx…外周領域
10…第1励磁部(11,12…励磁コイル)
20…第1検出部(21,22…検出コイル)
30…第2励磁部(31,32…励磁コイル)
40…第2検出部(41,42…検出コイル)
50…制御部
60…第3励磁部
70…第3検出部(71,72…検出コイル)
200…連動部、210…板状部
220…非磁性金属部、221…第1円弧部、222…第2円弧部
Fi…逆関数、F…関数
1: Position detection device, 1M: Liquid level detection device 2: Object, 2M: Float, AX: Axis 100: Circuit board, 3: Base material R1-R3: First to third annular regions, Ro: Other annular regions, Rx: Outer peripheral region 10: First excitation section (11, 12: Excitation coil)
20: first detection unit (21, 22: detection coil)
30: second excitation unit (31, 32: excitation coil)
40: second detection unit (41, 42: detection coil)
50: control unit 60: third excitation unit 70: third detection unit (71, 72: detection coil)
200: Interlocking portion, 210: Plate-shaped portion, 220: Non-magnetic metal portion, 221: First arc portion, 222: Second arc portion, Fi: Inverse function, F: Function

Claims (5)

対象物の位置を検出する位置検出装置であって、
基板に形成され、電圧の印加により励磁される励磁部と、
前記基板における軸線を中心とした環状の領域に形成された複数の検出コイルを有し、前記励磁部によって誘導起電力が発生する検出部と、
前記位置の変動に伴い前記軸線を中心に回転し、前記検出部に発生する誘導起電力を前記位置に応じて変化させる非磁性金属部と、
前記検出部に発生した誘導起電力に基づいて前記位置を算出する制御部と、を備え、
前記検出部は、前記軸線を中心とした径方向において互いに異なる箇所に複数設けられ
前記励磁部は、前記環状の領域に形成された励磁コイルを含むとともに、複数の前記検出部の各々に対応して複数設けられている、
位置検出装置。
A position detection device for detecting a position of an object,
a magnetic excitation unit formed on the substrate and excited by application of a voltage;
a detection unit having a plurality of detection coils formed in an annular region around an axis of the substrate, the detection unit generating an induced electromotive force by the excitation unit;
a non-magnetic metal portion that rotates about the axis in response to the change in position, and changes an induced electromotive force generated in the detection portion in accordance with the position;
a control unit that calculates the position based on an induced electromotive force generated in the detection unit,
The detection portion is provided at a plurality of different positions in a radial direction around the axis ,
The magnetic excitation unit includes a magnetic excitation coil formed in the annular region, and is provided in a plurality of units corresponding to the plurality of detection units.
Position detection device.
前記検出部は、3つ以上の特定個数だけ設けられ、
前記制御部は、前記特定個数の前記検出部のうち、前記特定個数よりも少ない数の前記検出部に発生した誘導起電力に基づいて前記位置を算出可能である、
請求項1に記載の位置検出装置。
The detection units are provided in a specific number of three or more,
the control unit is capable of calculating the position based on induced electromotive forces generated in a number of the detection units that is less than the specific number of the detection units, among the specific number of the detection units.
The position detection device according to claim 1 .
前記非磁性金属部は、前記軸線を中心として円弧状に形成された円弧部を有し、
前記円弧部は、前記径方向において間隔を空けて複数設けられ、
複数の前記円弧部は、複数の前記検出部の各々と対向する、
請求項1又は2に記載の位置検出装置。
the non-magnetic metal portion has an arc portion formed in an arc shape about the axis,
The arc portion is provided in a plurality of portions spaced apart from each other in the radial direction,
The plurality of arcuate portions face each of the plurality of detection portions.
3. The position detection device according to claim 1 or 2.
1つの前記検出部に対して前記検出コイルは2つ設けられ、
前記制御部は、前記励磁部が励磁されて誘導起電力が生じた2つの前記検出コイルの一方から、前記位置に応じて正弦波状又は余弦波状に変化する第1出力電圧を取得するとともに、2つの前記検出コイルの他方から前記位置に応じて正弦波状又は余弦波状に変化する電圧であって前記第1出力電圧と位相差がある第2出力電圧を取得し、
前記制御部は、前記第1出力電圧と前記第2出力電圧とに基づき、前記位置を算出する、
請求項1乃至のいずれか1項に記載の位置検出装置。
Two detection coils are provided for one detection unit,
the control unit obtains a first output voltage, which varies in a sine wave or cosine wave manner depending on the position, from one of the two detection coils in which an induced electromotive force is generated by exciting the excitation unit, and obtains a second output voltage, which varies in a sine wave or cosine wave manner depending on the position, from the other of the two detection coils and has a phase difference with the first output voltage;
The control unit calculates the position based on the first output voltage and the second output voltage.
The position detection device according to any one of claims 1 to 3 .
請求項1乃至のいずれか1項に記載の位置検出装置を備え、
前記対象物は、液体に浮くフロートであり、
前記制御部が算出した前記位置に応じて、前記液体の液面位置を検出する、
液面検出装置。
A position detection device according to any one of claims 1 to 4 ,
the object is a float that floats on a liquid,
detecting a liquid level position of the liquid in accordance with the position calculated by the control unit;
Liquid level detection device.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010044055A (en) 2008-07-06 2010-02-25 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte Ltd Inductive multiturn encoder
US20140117980A1 (en) 2012-06-13 2014-05-01 Cambridge Integrated Circuits Limited Position sensing transducer
JP2015135243A (en) 2014-01-16 2015-07-27 株式会社東海理化電機製作所 Rotation detection device
JP2016114424A (en) 2014-12-12 2016-06-23 株式会社東海理化電機製作所 Location detection device
JP2019506614A (en) 2016-02-24 2019-03-07 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングRobert Bosch Gmbh Rotation angle sensor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0295609A3 (en) * 1987-06-15 1991-01-09 Kollmorgen Corporation Printed circuit windings for screened inductance sensors, especially sensors for level measurement

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010044055A (en) 2008-07-06 2010-02-25 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte Ltd Inductive multiturn encoder
US20140117980A1 (en) 2012-06-13 2014-05-01 Cambridge Integrated Circuits Limited Position sensing transducer
JP2015135243A (en) 2014-01-16 2015-07-27 株式会社東海理化電機製作所 Rotation detection device
JP2016114424A (en) 2014-12-12 2016-06-23 株式会社東海理化電機製作所 Location detection device
JP2019506614A (en) 2016-02-24 2019-03-07 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングRobert Bosch Gmbh Rotation angle sensor

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