JP2017150861A - Rotation angle detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は回転する部分を有する機器の回転部の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotating portion of a device having a rotating portion.
回転機のロータ等の機械設備、あるいは自動車の回転部分の回転角や回転速度を測定する回転角センサが種々提案されている。
例えば特許文献1には自動車の車輪速度を測定する回転速度検出装置が開示されている。
導電体または磁性体からなる所定間隔で配置された複数の部位が外周を構成する被検出回転体近傍に配置された出力コイルを有する回転センサにより渦電流又は磁性体の透磁率の変化を検知している。
特許文献1には出力コイルの構成や測定方法についての具体的な開示は無い。
特許文献2には、自動車のステアリングの回転角を透磁率の変化パターンを有する円盤と当該円盤の透磁率の変化をインダクタンスの変化としてとらえる検出コイルを有する回転角度検出装置が開示されている。
特許文献2に開示の技術では、コアを励磁する必要があり励磁電流を多く流す必要が生じるため消費電力が大きくなる。
またコアの渦電流損失も透磁率の変化として含まれるため測定誤差が大きくなる。
Various rotation angle sensors have been proposed for measuring the rotation angle and rotation speed of a mechanical facility such as a rotor of a rotating machine or a rotating part of an automobile.
For example, Patent Document 1 discloses a rotational speed detection device that measures the wheel speed of an automobile.
A rotation sensor having an output coil arranged in the vicinity of a detected rotating body that constitutes the outer periphery of a plurality of parts arranged at a predetermined interval made of a conductor or a magnetic material detects an eddy current or a change in magnetic permeability of the magnetic material. ing.
Patent Document 1 does not specifically disclose the configuration or measurement method of the output coil.
Patent Document 2 discloses a rotation angle detection device having a disk having a magnetic permeability change pattern and a detection coil for detecting a change in magnetic permeability of the disk as an inductance change.
In the technique disclosed in Patent Document 2, it is necessary to excite the core, and a large amount of exciting current needs to flow, so that power consumption increases.
Moreover, since the eddy current loss of the core is included as a change in the magnetic permeability, the measurement error increases.
よって本発明の目的は、回転角の測定精度が高く、かつ少ない電流で駆動でき、高速で回転する回転体の回転速度を測定できる回転角度検出装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device that can measure the rotation speed of a rotating body that rotates at a high speed with high rotation angle measurement accuracy and can be driven with a small current.
磁性材料からなり、回転軸から半径方向の距離が異なる部位を複数箇所有する回転部材と、
回転部材の透磁率を検出する磁束検出部を有し、
前記磁束検出部は、
前記回転部材から磁気を受ける第1コイルを含んで発振する第1発振回路と、
前記回転部材から磁気を受ける第2コイルを含んで発振する第2発振回路と、
前記第1発振回路及び第2発振回路夫々における発振周波数を計測する計測手段と、
前記計測手段にて計測した発振周波数の差分を算出する算出手段と、
前記算出手段にて算出した差分を透磁率に変換する変換手段とからなり、
回転部材の回転により変化する回転部材と磁束検出部の距離の変化を透磁率の変化として検知し回転部材の回転角度を検出することを特徴とする回転角度検出装置。
A rotating member made of a magnetic material and having a plurality of portions having different radial distances from the rotation axis;
Having a magnetic flux detector for detecting the permeability of the rotating member;
The magnetic flux detector is
A first oscillation circuit that oscillates including a first coil that receives magnetism from the rotating member;
A second oscillation circuit that oscillates including a second coil that receives magnetism from the rotating member;
Measuring means for measuring an oscillation frequency in each of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit;
Calculating means for calculating a difference between oscillation frequencies measured by the measuring means;
A conversion means for converting the difference calculated by the calculation means into magnetic permeability;
A rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation member by detecting a change in the distance between the rotation member and the magnetic flux detection unit that changes due to rotation of the rotation member as a change in magnetic permeability.
本発明においては、二つの発振回路の発振周波数の差から透磁率を検出し、透磁率の変化から回転角を計測しているので回転角を正確に測定できる。 In the present invention, since the magnetic permeability is detected from the difference between the oscillation frequencies of the two oscillation circuits and the rotation angle is measured from the change in the magnetic permeability, the rotation angle can be measured accurately.
回転部材は外周面に凹凸を有する円筒体であることを特徴とする。 The rotating member is a cylindrical body having irregularities on the outer peripheral surface.
本発明においては回転部材として表面に凹凸を有する円筒体を用いているので回転角の変化を正確に測定することができる。 In the present invention, since the cylindrical member having the unevenness on the surface is used as the rotating member, the change in the rotation angle can be accurately measured.
回転部材は断面楕円形状の柱体であることを特徴とする。 The rotating member is a column having an elliptical cross section.
本発明においては回転部材として軸断面が楕円形の部材を用いたので回転角度の測定精度を高くすることができる。 In the present invention, since the member having an elliptical cross section is used as the rotating member, the measurement accuracy of the rotation angle can be increased.
断面楕円の回転中心が楕円の軸中心と異なることを特徴とする。 The center of rotation of the cross-sectional ellipse is different from the axis center of the ellipse.
本発明においては、回転中心が楕円の軸中心と異なることから、回転角度を正確に知ることができる。 In the present invention, since the rotation center is different from the axis center of the ellipse, the rotation angle can be accurately known.
本発明の回転角度検出装置は回転角の測定精度が高く、かつ少ない電流で駆動でき、高速で回転する回転体の回転角度を検出できる。 The rotation angle detection device of the present invention has high measurement accuracy of the rotation angle, can be driven with a small current, and can detect the rotation angle of a rotating body that rotates at high speed.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図1及び図2は、本発明の磁束検出部の構成を示す斜視図及び断面図である。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof. 1 and 2 are a perspective view and a cross-sectional view showing the configuration of the magnetic flux detector of the present invention.
図1及び図2において、10は扁平矩形状の基板である。基板10の一端部の一面(下面)には第1コイル1が形成されている(図2参照)。また、基板10の一端部の他面(上面)には、第1コイル1と同軸をなして、第2コイル2が形成されている。これらの第1コイル1及び第2コイル2は、例えば、基板10への銅箔パターンの印刷により形成される。 1 and 2, reference numeral 10 denotes a flat rectangular substrate. A first coil 1 is formed on one surface (lower surface) of one end of the substrate 10 (see FIG. 2). A second coil 2 is formed on the other surface (upper surface) of one end of the substrate 10 so as to be coaxial with the first coil 1. The first coil 1 and the second coil 2 are formed, for example, by printing a copper foil pattern on the substrate 10.
基板10の他端部の上面には、他端から一部を突出させてコネクタ3が実装されている。基板10の中央部の上面には、後述する各種の処理を行うマイクロコンピュータからなる電子チップ4が実装されている。さらに、電子チップ4の近傍には、回路部品5が実装されている。回路部品5は、第1コイル1または第2コイル2と発振回路を構成するためのコンデンサなどを含んでいる。本発明の磁束検出部20は、以上のような構成をなす。 A connector 3 is mounted on the upper surface of the other end portion of the substrate 10 with a part protruding from the other end. On the upper surface of the central portion of the substrate 10, an electronic chip 4 composed of a microcomputer for performing various processes described later is mounted. Further, a circuit component 5 is mounted in the vicinity of the electronic chip 4. The circuit component 5 includes a capacitor for forming an oscillation circuit with the first coil 1 or the second coil 2. The magnetic flux detection unit 20 of the present invention has the above configuration.
図3は本発明の回転角度検出装置の一例を示す断面図である。
磁性体からなる回転部材100は円筒状あるいは円盤形状をしており、回転軸110を中心に回転する。回転部材の外周部には周方向に等間隔に配置された矩形状の凸部120を有している。凸部120の間は凹部130となっている。
言い換えると回転部材の外周部には等間隔に凹凸部が形成されている。
回転部材の外周部の凹部の軸中心(回転軸)から半径方向の距離と凸部の回転軸から半径方向の距離は異なっており、距離の異なる部位を複数箇所有していることになる。
磁束検出部20は当該回転部材の中心(回転軸110)から径方向に一定の距離を保持し配置されている。
図3においては、磁束検出部20は第1コイル1を下側とし、紙面手前側が基板10の一端部(第1コイル1及び第2コイル2形成側)、紙面奥側が基板10の他端部(コネクタ3実装側)となるように配置されている。
言い換えると図3においては図2の左側から見た部分が磁束検出部20として表記されている。
回転部材は例えば図示しない機器の回転部分とシャフト等によって接続されている。
この構成により、回転部材の回転にともなって回転部材100と磁束検出部20の最短距離は変化する。
回転部材100の凸部120が磁束検出部20の下にある場合には回転部材100と磁束検出部20の距離は最も近くなり、回転部材100の凹部130が磁束検出部20の下にある場合には回転部材100と磁束検出部20の距離は最も遠くなる。
回転部材100は磁性体であるため、磁束検出部20(コイル部分)との間の距離が変化することでコイルのインダクタンスが変化する。
インダクタンスの変化から透磁率の変化を知ることができる。
回転部材が回転した際の透磁率の変化から回転部材の回転角度を知ることができる。
また検出した回転角度から回転速度や回転数を計算により求めることが可能となる。
回転部材100の断面形状は回転軸中心から、回転部材表面までの距離が異なる部位を少なくとも2か所以上有していれば良い。言い換えると、断面が円形であっても回転軸が円の重心からずれていれば(偏心していれば)回転部材100の回転により回転部材100と磁束検出部20の距離は変化することから、回転部材としての機能を発揮する。
図3においては、回転部材を例えば筒状の筐体160内に配置し、当該筐体に磁束検出部を配置した構成を模式的に表している。
回転部材と磁束検出部の間隔を一定に保つ構成であれば良く、図3の構成に限られない。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the rotation angle detection device of the present invention.
The rotating member 100 made of a magnetic material has a cylindrical shape or a disk shape, and rotates around the rotating shaft 110. The outer peripheral part of the rotating member has rectangular convex parts 120 arranged at equal intervals in the circumferential direction. A concave portion 130 is formed between the convex portions 120.
In other words, uneven portions are formed at equal intervals on the outer peripheral portion of the rotating member.
The distance in the radial direction from the axial center (rotary axis) of the concave portion of the outer peripheral portion of the rotating member is different from the distance in the radial direction from the rotational axis of the convex portion, and there are a plurality of portions having different distances.
The magnetic flux detection unit 20 is arranged while maintaining a certain distance in the radial direction from the center (rotating shaft 110) of the rotating member.
In FIG. 3, the magnetic flux detection unit 20 has the first coil 1 on the lower side, the front side of the paper is one end of the substrate 10 (the first coil 1 and second coil 2 forming side), and the back of the paper is the other end of the substrate 10. (Connector 3 mounting side)
In other words, in FIG. 3, the portion viewed from the left side of FIG.
The rotating member is connected to, for example, a rotating part of a device (not shown) by a shaft or the like.
With this configuration, the shortest distance between the rotating member 100 and the magnetic flux detection unit 20 changes as the rotating member rotates.
When the convex portion 120 of the rotating member 100 is below the magnetic flux detecting unit 20, the distance between the rotating member 100 and the magnetic flux detecting unit 20 is closest, and when the concave portion 130 of the rotating member 100 is below the magnetic flux detecting unit 20. The distance between the rotating member 100 and the magnetic flux detector 20 is the longest.
Since the rotating member 100 is a magnetic body, the inductance of the coil changes as the distance to the magnetic flux detection unit 20 (coil portion) changes.
The change in permeability can be known from the change in inductance.
The rotation angle of the rotating member can be known from the change in the magnetic permeability when the rotating member rotates.
In addition, the rotation speed and the rotation speed can be obtained from the detected rotation angle by calculation.
The cross-sectional shape of the rotating member 100 only needs to have at least two or more parts having different distances from the rotation axis center to the rotating member surface. In other words, even if the cross section is circular, if the rotation axis is deviated from the center of gravity of the circle (if it is decentered), the rotation member 100 rotates to change the distance between the rotation member 100 and the magnetic flux detection unit 20. The function as a member is demonstrated.
FIG. 3 schematically illustrates a configuration in which the rotating member is disposed in, for example, a cylindrical casing 160 and the magnetic flux detection unit is disposed in the casing.
Any configuration may be used as long as the interval between the rotating member and the magnetic flux detection unit is kept constant, and the configuration is not limited to that shown in FIG.
磁束検出部20は図1及び図2に示した基板10の下面側が回転部材側になるように、配置される。よって、第1コイル1が基板の厚さだけ第2コイル2よりも、回転部材に近い位置に配されることになる。 The magnetic flux detector 20 is arranged so that the lower surface side of the substrate 10 shown in FIGS. 1 and 2 is on the rotating member side. Therefore, the first coil 1 is disposed closer to the rotating member than the second coil 2 by the thickness of the substrate.
以下に回転角度を検出するパラメータとなる透磁率を検出する方法について説明する。
得られた透磁率から回転角度を知る方法や回転角度から回転速度、回転数を知る方法については公知の方法を使用すればよい。
A method for detecting the magnetic permeability that is a parameter for detecting the rotation angle will be described below.
As a method for knowing the rotation angle from the obtained magnetic permeability and a method for knowing the rotation speed and the rotation speed from the rotation angle, a known method may be used.
図4は、本発明の回転角度検出装置の磁束検出部20の機能構成を示すブロック図である。図4において、図1及び図2と同一または同様な部分には同一の符号を付している。
第1コイル1と回路部品5の一部とにより、第1発振回路6が構成されており、第2コイル2と回路部品5の一部とにより、第2発振回路7が構成されている。本発明の磁束検出部20にあっては、第1発振回路6と第2発振回路7とにおいて、第1コイル1及び第2コイル2を除く他の構成部材は共通としている。よって、第1発振回路6及び第2発振回路7夫々で計測される発振周波数は、異なる構成部材による特性のばらつきの影響を受けず、正確な値が計測される。よって、透磁率の検出精度は高い。
FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the magnetic flux detection unit 20 of the rotation angle detection device of the present invention. In FIG. 4, the same or similar parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
The first coil 1 and a part of the circuit component 5 constitute a first oscillation circuit 6, and the second coil 2 and a part of the circuit component 5 constitute a second oscillation circuit 7. In the magnetic flux detection unit 20 of the present invention, the first and second oscillation circuits 6 and 7 share the same components other than the first coil 1 and the second coil 2. Therefore, the oscillation frequency measured by each of the first oscillation circuit 6 and the second oscillation circuit 7 is not affected by the characteristic variation due to different constituent members, and an accurate value is measured. Therefore, the magnetic permeability detection accuracy is high.
また、電子チップ4は、第1発振回路6及び第2発振回路7夫々における発振周波数を計測する計測部41と、計測部41で計測した発振周波数の差分を算出する算出部42と、算出部42にて算出した差分を透磁率に変換する変換部43とを機能的に有している。 The electronic chip 4 includes a measurement unit 41 that measures the oscillation frequency in each of the first oscillation circuit 6 and the second oscillation circuit 7, a calculation unit 42 that calculates a difference between the oscillation frequencies measured by the measurement unit 41, and a calculation unit. It has functionally the conversion part 43 which converts the difference calculated in 42 into magnetic permeability.
図5は、本発明の磁束検出部20の一構成例を示す回路図である。図5において、コイルL1及びコイルL2は夫々、前述した第1コイル1及び第2コイル2に該当する。また、マイクロコンピュータU1は、前述した電子チップ4に相当する。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the magnetic flux detection unit 20 of the present invention. In FIG. 5, the coil L1 and the coil L2 correspond to the first coil 1 and the second coil 2 described above, respectively. The microcomputer U1 corresponds to the electronic chip 4 described above.
コイルL1の一端は、マイクロコンピュータU1の第6端子に接続され、コイルL2の一端は、マイクロコンピュータU1の第3端子に接続されている。コイルL1の他端及びコイルL2の他端はコンデンサC1を介してトランジスタQ1のベースに接続されている。トランジスタQ1のベース、コレクタ間には抵抗R2が設けられ、トランジスタQ1のベース、エミッタ間にはコンデンサC2が設けられている。トランジスタQ1のコレクタは、マイクロコンピュータU1の第2端子に接続されているとともに、抵抗R3を介して接地されている。 One end of the coil L1 is connected to the sixth terminal of the microcomputer U1, and one end of the coil L2 is connected to the third terminal of the microcomputer U1. The other end of the coil L1 and the other end of the coil L2 are connected to the base of the transistor Q1 via the capacitor C1. A resistor R2 is provided between the base and collector of the transistor Q1, and a capacitor C2 is provided between the base and emitter of the transistor Q1. The collector of the transistor Q1 is connected to the second terminal of the microcomputer U1 and is grounded through the resistor R3.
マイクロコンピュータU1の第1端子には、電源電圧Vddの入力端子が接続されている。電源電圧Vddの入力端子は、抵抗R1を介してトランジスタQ1のエミッタに接続されている。抵抗R1とトランジスタQ1のエミッタとの間にはコンデンサC3の一端が接続され、コンデンサC3の他端は接地されている。電源電圧Vddの入力端子と前記第1端子との間にはコンデンサC6の一端が接続され、コンデンサC6の他端は接地されている。マイクロコンピュータU1の第8端子には、接地用の端子が接続されている。 The first terminal of the microcomputer U1 is connected to the input terminal for the power supply voltage Vdd. The input terminal of the power supply voltage Vdd is connected to the emitter of the transistor Q1 through the resistor R1. One end of a capacitor C3 is connected between the resistor R1 and the emitter of the transistor Q1, and the other end of the capacitor C3 is grounded. One end of a capacitor C6 is connected between the input terminal of the power supply voltage Vdd and the first terminal, and the other end of the capacitor C6 is grounded. A grounding terminal is connected to the eighth terminal of the microcomputer U1.
マイクロコンピュータU1の第7端子には、抵抗R4を介して、透磁率に相当する検出電圧Voutを出力する出力端子が接続されている。該出力端子と抵抗R4との間にはコンデンサC7の一端が接続され、コンデンサC7の他端は接地されている。マイクロコンピュータU1の第5端子には、抵抗R6を介して、オフセット制御を行うための制御電圧Vcontを入力する入力端子が接続されている。マイクロコンピュータU1の第5端子と抵抗R6との間にはコンデンサC4の一端が接続され、コンデンサC4の他端は接地されている。 An output terminal that outputs a detection voltage Vout corresponding to the magnetic permeability is connected to the seventh terminal of the microcomputer U1 via a resistor R4. One end of a capacitor C7 is connected between the output terminal and the resistor R4, and the other end of the capacitor C7 is grounded. An input terminal for inputting a control voltage Vcont for performing offset control is connected to the fifth terminal of the microcomputer U1 via a resistor R6. One end of a capacitor C4 is connected between the fifth terminal of the microcomputer U1 and the resistor R6, and the other end of the capacitor C4 is grounded.
コイルL1、2個のコンデンサC2及びC3並びにトランジスタQ1にて、前述した第1発振回路6(コルピッツ発振回路)が構成され、コイルL2、2個のコンデンサC2及びC3並びにトランジスタQ1にて、前述した第2発振回路7(コルピッツ発振回路)が構成されている。そして、マイクロコンピュータU1の切り替え動作(マイクロコンピュータU1の第3端子及び第6端子で切り替え動作を行っている)により、第1発振回路6と第2発振回路7とが所定時間ずつ交互に発振するようになっている。 The coil L1, the two capacitors C2 and C3, and the transistor Q1 constitute the first oscillation circuit 6 (Colpitts oscillation circuit). The coil L2, the two capacitors C2 and C3, and the transistor Q1 described above. A second oscillation circuit 7 (Colpitts oscillation circuit) is configured. Then, by the switching operation of the microcomputer U1 (the switching operation is performed at the third terminal and the sixth terminal of the microcomputer U1), the first oscillation circuit 6 and the second oscillation circuit 7 oscillate alternately at predetermined time intervals. It is like that.
次に、本発明の磁束検出部20の動作について説明する。図6は、本発明の磁束検出部20の動作を説明するためのタイミングチャートである。 Next, operation | movement of the magnetic flux detection part 20 of this invention is demonstrated. FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation of the magnetic flux detector 20 of the present invention.
第1発振回路6と第2発振回路7とを、交互に所定時間ずつ発振させ、夫々の発振における発振周波数を計測部41にて計測する。所定時間は、例えば2msである。この際、図6に示すように、第1発振回路6を発振させてその発振周波数を計測する期間では第2発振回路7を発振させず、また、第2発振回路7を発振させてその発振周波数を計測する期間では第1発振回路6を発振させない。よって、互いに発振の影響を受けることなく、発振周波数を計測するので、その計測値は精度が高い。 The first oscillating circuit 6 and the second oscillating circuit 7 are alternately oscillated for a predetermined time, and the oscillation frequency in each oscillation is measured by the measuring unit 41. The predetermined time is 2 ms, for example. At this time, as shown in FIG. 6, in the period in which the first oscillation circuit 6 is oscillated and the oscillation frequency is measured, the second oscillation circuit 7 is not oscillated, and the second oscillation circuit 7 is oscillated and the oscillation is performed. The first oscillation circuit 6 is not oscillated during the frequency measurement period. Therefore, since the oscillation frequency is measured without being influenced by oscillation, the measured value is highly accurate.
所定時間(例えば2ms)ずつの発振周波数の計測を終了すると、第1発振回路6における(第1コイル1に由来する)計測された発振周波数と、第2発振回路7における(第2コイル2に由来する)計測された発振周波数との差分を、算出部42にて算出する。そして、変換部43により、算出した差分を透磁率に変換し、透磁率の変化量を求める。磁束検出部20では、磁性体との距離の変化を透磁率の変化として検出する。
所定時間は測定するものの回転数に合わせてさらに短くできる。
また回転部材の形状や大きさを回転数に合わせ適宜設定することも可能である。
短い時間で第1発振回路と第2発振回路の切り替えを行い計測することから高速で回転する場合でも測定可能である。
When the measurement of the oscillation frequency for each predetermined time (for example, 2 ms) is finished, the oscillation frequency measured in the first oscillation circuit 6 (derived from the first coil 1) and the oscillation frequency in the second oscillation circuit 7 (in the second coil 2) The difference from the measured oscillation frequency is calculated by the calculation unit 42. And the conversion part 43 converts the calculated difference into a magnetic permeability, and calculates | requires the variation | change_quantity of a magnetic permeability. The magnetic flux detection unit 20 detects a change in distance from the magnetic body as a change in magnetic permeability.
The predetermined time can be further shortened according to the rotational speed of the object to be measured.
It is also possible to set the shape and size of the rotating member as appropriate according to the number of rotations.
Since measurement is performed by switching between the first oscillation circuit and the second oscillation circuit in a short time, measurement is possible even when rotating at high speed.
また、第1発振回路6を発振させて、その発振周波数を計測する期間では、それ以前の第1発振回路6と第2発振回路7の計測値(例えばA′とB′)の差分を、算出部42にて算出し、変換部43により、算出した差分を透磁率に変換し、透磁率の変化量を求めるので、各発振回路の発振周波数の計測開始のタイミングで透磁率の変化量の更新が順次行われる。 Further, in the period in which the first oscillation circuit 6 is oscillated and the oscillation frequency is measured, the difference between the previous measurement values (for example, A ′ and B ′) of the first oscillation circuit 6 and the second oscillation circuit 7 is calculated as follows: The calculation unit 42 calculates the difference, and the conversion unit 43 converts the calculated difference into the magnetic permeability to obtain the change amount of the magnetic permeability. Therefore, the change amount of the magnetic permeability is measured at the timing of starting the measurement of the oscillation frequency of each oscillation circuit. Updates are made sequentially.
本発明において下記のような利点があげられる。使用される回転部材の磁性体の種類や形状によって、透磁率の変化する範囲が変わる場合がある。この場合、例えばマイクロコンピュータU1の未使用端子を利用して、この未使用端子の電圧レベルを外部から制御することで、調節するオフセット機能を与えることができる。 The present invention has the following advantages. The range in which the permeability changes may vary depending on the type and shape of the magnetic material of the rotating member used. In this case, for example, by using an unused terminal of the microcomputer U1 and controlling the voltage level of the unused terminal from the outside, an offset function for adjustment can be provided.
なお、図5には一例として端子を8個有するマイクロコンピュータを記載したが、この構成に限定されるものではない。必要な場合には異なる端子数のマイクロコンピュータを使用し透磁率の変化などの情報をシリアル通信などの手段で、上位の制御側に伝達し、また上位側からの制御信号を受けることも可能である。 Note that although FIG. 5 shows a microcomputer having eight terminals as an example, it is not limited to this configuration. If necessary, it is possible to use a microcomputer with a different number of terminals and transmit information such as permeability change to the upper control side by means of serial communication etc. and receive control signals from the upper side. is there.
以下、上述したような手順により、透磁率を検出できる原理を説明する。
被検出物の透磁率が大きくなった場合(回転部材の一部がコイルに近づいた場合)、被検出物の近傍に配されたコイルのインダクタンスは、この透磁率の変動に応じて増加する。この結果、そのコイルを含む発振回路の発振周波数は低下する。ここで、被検出物からの距離を異ならせて2個のコイルを配置している場合、何れのコイルもインダクタンスが増加して、何れの発振回路も発振周波数は低下する。但し、被検出物に近い方のコイルは、遠い方のコイルに比べて、透磁率の変化の影響を強く受けるので、上記の場合、インダクタンスの増加量が大きくなり、発振周波数の低下量も大きくなる。よって、2個のコイル夫々を含む2つの発振回路における発振周波数には、透磁率の変化の程度に応じた分の差異が生じることになる。このように、両発振周波数の差分と透磁率との間には相関関係が存在するので、本発明では、両発振回路の発振周波数の差分に基づいて被検出物の透磁率を検出することが可能である。
Hereinafter, the principle by which the magnetic permeability can be detected by the procedure as described above will be described.
When the magnetic permeability of the object to be detected increases (when a part of the rotating member approaches the coil), the inductance of the coil disposed in the vicinity of the object to be detected increases in accordance with the change in the magnetic permeability. As a result, the oscillation frequency of the oscillation circuit including the coil decreases. Here, when two coils are arranged at different distances from the object to be detected, the inductance of each coil increases, and the oscillation frequency of any oscillation circuit decreases. However, the coil closer to the object to be detected is more affected by the change in the magnetic permeability than the coil farther away. Become. Therefore, a difference corresponding to the degree of change in the magnetic permeability occurs in the oscillation frequency in the two oscillation circuits including the two coils. Thus, since there is a correlation between the difference between both oscillation frequencies and the magnetic permeability, in the present invention, the magnetic permeability of the object to be detected can be detected based on the difference between the oscillation frequencies of both oscillation circuits. Is possible.
上述した実施の形態では、同軸状に基板10に配した2個のコイル(第1コイル1及び第2コイル2)のインダクタンスの変化を、マイクロコンピュータ(電子チップ4)に内蔵された発振器の正確なクロック信号で駆動される2つの発振回路(第1発振回路6及び第2発振回路7)における発振周波数の差分として検出し、その差分(発振周波数の変化量)をマイクロコンピュータにて演算処理して透磁率の変化を検出している。ここで、2個のコイル夫々を交互に発振回路に接続させて、夫々所定時間にわたって交互にマイクロコンピュータにて発振周波数を計測し、その差分を算出して透磁率の変化を検出している。 In the embodiment described above, the change in inductance of the two coils (the first coil 1 and the second coil 2) coaxially arranged on the substrate 10 is measured with the accuracy of the oscillator built in the microcomputer (electronic chip 4). Is detected as a difference in oscillation frequency between two oscillation circuits (first oscillation circuit 6 and second oscillation circuit 7) driven by a simple clock signal, and the difference (amount of change in oscillation frequency) is processed by a microcomputer. The change in permeability is detected. Here, the two coils are alternately connected to the oscillation circuit, the oscillation frequency is measured alternately by a microcomputer for a predetermined time, and the difference is calculated to detect the change in the magnetic permeability.
本実施の形態では、第1コイル1及び第2コイル2を基板10の上下面に同軸状に配しているので、コイルの配置に必要な面積を低減でき、水平方向での狭小化を図れる。また、基板10に導体パターンを印刷してコイルを形成するようにしたので、高さ方向における低背化を図れる。さらに、マイクロコンピュータを用いて各種の処理を行うようにしたので、部品点数を低減できて、回路部品を実装する面積は少なくて済む。以上のことから、磁束検出部の大幅な小型化を実現できる。 In the present embodiment, since the first coil 1 and the second coil 2 are coaxially arranged on the upper and lower surfaces of the substrate 10, the area necessary for the arrangement of the coils can be reduced, and the narrowing in the horizontal direction can be achieved. . Further, since the coil is formed by printing the conductor pattern on the substrate 10, the height in the height direction can be reduced. Furthermore, since various processes are performed using a microcomputer, the number of components can be reduced and the area for mounting circuit components can be reduced. From the above, the magnetic flux detector can be significantly downsized.
本実施の形態では、コイルはコアを有しておらず、測定の際にコアの励磁を行わないので、消費電力を抑えることができる。 In the present embodiment, the coil does not have a core, and the core is not excited during measurement, so that power consumption can be suppressed.
2つの発振回路における発振周波数の計測を交互に行うようにしているので、一方のコイルを含む発振回路の計測が他方のコイルで発生する磁束(他方のコイルでのインダクタンス変化)の影響を受けないため、正確な発振周波数を計測することができ、この結果、高い精度にて透磁率を検出することが可能である。 Since the measurement of the oscillation frequency in the two oscillation circuits is alternately performed, the measurement of the oscillation circuit including one coil is not affected by the magnetic flux generated in the other coil (inductance change in the other coil). Therefore, an accurate oscillation frequency can be measured, and as a result, the magnetic permeability can be detected with high accuracy.
本実施の形態では、2つの発振回路を構成するトランジスタとコンデンサを共通とし、コイルを発振回路それぞれに配置したので、部品の数を少なくすることができて、コストダウンがはかれる。又部品数が少ないため部品特性のばらつきを低減でき、さらに温度変化、ノイズといった外乱の影響を受け難く、正確な測定が可能となる。 In this embodiment, since the transistors and capacitors constituting the two oscillation circuits are shared, and the coils are arranged in the oscillation circuits, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced. In addition, since the number of parts is small, variations in part characteristics can be reduced, and further accurate measurement is possible without being affected by disturbances such as temperature changes and noise.
マイクロコンピュータを用いてソフトウェアにより種々の処理を行うようにしたので、ハードウェアとしての回路部品の点数を減少できて、回路部品における特性のばらつきの影響を受けることが少なくなる。また、ソフトウェアにて処理するので、環境(温度、湿度など)の影響を受けにくくなる。よって、検出される透磁率の精度を高めることができる。 Since various processes are performed by software using a microcomputer, the number of circuit parts as hardware can be reduced and the influence of variations in characteristics of circuit parts is reduced. In addition, since it is processed by software, it is less affected by the environment (temperature, humidity, etc.). Therefore, the accuracy of the detected magnetic permeability can be increased.
また、回転部材100の材質を変更した場合にあっても、ソフトウェアの内容を変更するのみで簡単に対応できる。よって、磁束検出部20の大量生産が容易となって、低コスト化を図ることができる。 Further, even when the material of the rotating member 100 is changed, it can be dealt with simply by changing the contents of the software. Therefore, mass production of the magnetic flux detection unit 20 becomes easy, and cost reduction can be achieved.
図7は本発明の別の実施の形態を示している。
外周面に凹凸のある回転部材に変わり、断面が楕円形状の回転部材150を使用している。
回転部材の形状を変えたのみであり磁束検出部20の構成に変更は無い。
回転部材150の回転に伴い、透磁率は変化するため透磁率の変化を回転部材の回転として検出し、回転角度や回転速度あるいは回転数を検出することができる。
図8は本発明のさらに別の実施の形態を示している。
楕円の回転中心は楕円の重心からずれた位置にあり偏心している。
回転部材を回転させることによって、回転部材140と磁束検出部20との距離が変化する。
磁束検出部はこの距離の変化を透磁率の変化として検知することで回転部材の回転角度を検知することができる。
回転部材の回転軸から半径方向の距離は連続的に変化しているが、透磁率の測定は所定時間づつ行うため回転部材の外表面は回転軸から半径方向に距離の異なる複数の部位によって形成されていると考えることができる。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention.
Instead of a rotating member having an uneven outer peripheral surface, a rotating member 150 having an elliptical cross section is used.
Only the shape of the rotating member is changed, and the configuration of the magnetic flux detector 20 is not changed.
Since the magnetic permeability changes with the rotation of the rotating member 150, the change in the magnetic permeability can be detected as the rotation of the rotating member, and the rotation angle, the rotation speed, or the rotation speed can be detected.
FIG. 8 shows still another embodiment of the present invention.
The center of rotation of the ellipse is deviated from the center of gravity of the ellipse.
By rotating the rotating member, the distance between the rotating member 140 and the magnetic flux detector 20 changes.
The magnetic flux detection unit can detect the rotation angle of the rotating member by detecting the change in the distance as the change in the magnetic permeability.
Although the distance in the radial direction from the rotation axis of the rotating member continuously changes, the magnetic permeability is measured every predetermined time, so the outer surface of the rotating member is formed by a plurality of parts having different distances in the radial direction from the rotating axis. Can be considered.
本発明においては、回転に伴い回転部材の一部と磁束検出部の距離が変化すればよく、実施の形態に限定されない。
例えば回転部材の外周面に三角形の凸部があっても良いしあるいは半円状の凸部があっても良い。また回転部材の断面形状自身が多角形であっても良い。
また回転部材を断面円形とし、外周面に磁性体と非磁性体を等間隔で交互に配置しても回転部材として機能する。
回転部材は板状であってもあるいは柱状であっても良い。柱状の部材の外表面と磁束検出部の距離が回転に伴って変化すれば良い。
本実施の形態では、回転部材を設け、回転部材の回転を検出したが回転角度を検出する必要のある機器に歯車を有している場合には歯車を回転部材としても良い。
また回転部材において、回転軸から半径方向に距離の異なる部位の数は、測定精度によって適宜設定すれば良い。
In the present invention, the distance between a part of the rotating member and the magnetic flux detection unit only needs to change with rotation, and is not limited to the embodiment.
For example, the outer peripheral surface of the rotating member may have a triangular convex portion or a semicircular convex portion. Further, the cross-sectional shape of the rotating member itself may be a polygon.
Moreover, even if the rotating member has a circular cross section and magnetic and nonmagnetic materials are alternately arranged on the outer peripheral surface at equal intervals, the rotating member functions as a rotating member.
The rotating member may be plate-shaped or columnar. The distance between the outer surface of the columnar member and the magnetic flux detection unit only needs to change with rotation.
In the present embodiment, a rotating member is provided, and when the rotation of the rotating member is detected but the device that needs to detect the rotation angle has a gear, the gear may be used as the rotating member.
Further, in the rotating member, the number of parts having different distances in the radial direction from the rotating shaft may be appropriately set depending on the measurement accuracy.
本発明においては第1コイル及び第2コイルで構成し透磁率を検出しているが、この際第1コイル、第2コイルそれぞれを複数のコイルで構成しても良い。
複数のコイルで構成することで、インダクタンスを大きくすることができる。
また、本発明においてはコイル部分と回路部分を矩形状の基板の上に配置したが、コイル部分と回路部分を別の基板上に配置し、コイル部と回路部を配線でつないでも良い。
この際コイルをフレキシブル基板上に形成したものを使用しても良い。
フレキシブル基板上に形成することで、曲面へのコイルの配置や、狭い場所で回路部分が配置できない場所へのコイルのみの配置が実現できる。
In the present invention, the first coil and the second coil are used to detect the magnetic permeability, but at this time, each of the first coil and the second coil may be formed of a plurality of coils.
By configuring with a plurality of coils, the inductance can be increased.
In the present invention, the coil portion and the circuit portion are arranged on a rectangular substrate. However, the coil portion and the circuit portion may be arranged on different substrates, and the coil portion and the circuit portion may be connected by wiring.
At this time, a coil formed on a flexible substrate may be used.
By forming on the flexible substrate, it is possible to realize the arrangement of the coil on the curved surface and the arrangement of only the coil in a place where the circuit portion cannot be arranged in a narrow place.
なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The disclosed embodiments should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 第1コイル
2 第2コイル
3 コネクタ
4 電子チップ
5 回路部品
6 第1発振回路
7 第2発振回路
10 基板
20 磁束検出部
41 検出部
42 算出部
43 変換部
100 140 150 回転部材
110 回転軸
120 凸部
130 凹部
160 筐体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st coil 2 2nd coil 3 Connector 4 Electronic chip 5 Circuit component 6 1st oscillation circuit 7 2nd oscillation circuit 10 Board | substrate 20 Magnetic flux detection part 41 Detection part 42 Calculation part 43 Conversion part 100 140 150 150 Rotating member 110 Rotating shaft 120 Convex part 130 Concave part 160 Case
Claims (4)
回転部材の透磁率を検出する磁束検出部を有し、
前記磁束検出部は、
前記回転部材から磁気を受ける第1コイルを含んで発振する第1発振回路と、
前記回転部材から磁気を受ける第2コイルを含んで発振する第2発振回路と、
前記第1発振回路及び第2発振回路夫々における発振周波数を計測する計測手段と、
前記計測手段にて計測した発振周波数の差分を算出する算出手段と、
前記算出手段にて算出した差分を透磁率に変換する変換手段とからなり、
回転部材の回転により変化する回転部材と磁束検出部の距離の変化を透磁率の変化として検知し回転部材の回転角度を検知することを特徴とする回転角度検出装置。 A rotating member made of a magnetic material and having a plurality of parts with different radial distances from the rotation axis;
Having a magnetic flux detector for detecting the permeability of the rotating member;
The magnetic flux detector is
A first oscillation circuit that oscillates including a first coil that receives magnetism from the rotating member;
A second oscillation circuit that oscillates including a second coil that receives magnetism from the rotating member;
Measuring means for measuring the oscillation frequency in each of the first oscillation circuit and the second oscillation circuit,
Calculating means for calculating a difference between oscillation frequencies measured by the measuring means;
A conversion means for converting the difference calculated by the calculation means into magnetic permeability;
A rotation angle detection device that detects a change in the distance between a rotation member and a magnetic flux detection unit that changes due to rotation of the rotation member as a change in magnetic permeability, and detects a rotation angle of the rotation member.
The rotation angle detection device according to claim 3, wherein the rotation center of the rotation member is a position different from the center of gravity of the elliptical cross section.
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