JPH04174320A - 回転角センサ - Google Patents
回転角センサInfo
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- JPH04174320A JPH04174320A JP30029590A JP30029590A JPH04174320A JP H04174320 A JPH04174320 A JP H04174320A JP 30029590 A JP30029590 A JP 30029590A JP 30029590 A JP30029590 A JP 30029590A JP H04174320 A JPH04174320 A JP H04174320A
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- cylinders
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- rotating
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Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 10
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 abstract 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、静電容量の変化量によって回転角を検出する
回転角センサに関するものである。
回転角センサに関するものである。
従来のこの種の静電容量型回転角センサの構造としては
例えば第２図に示す如き構造のものであって円形の固定
平行極板Ａと、半円形状に形状されかつ同一平面状に組
合せられている固定平行極板Ｂ、Ｃと、この固定平行極
板Ｂ、 Ｃと固定平行極板Ａとの間に平行に位置される
回転円板りとの組合せからなり、しかもこの回転円板り
は、図面において斜線で示す半円筒が導体部であり残り
の手内部分は、絶縁体部で形成されているものである。
例えば第２図に示す如き構造のものであって円形の固定
平行極板Ａと、半円形状に形状されかつ同一平面状に組
合せられている固定平行極板Ｂ、Ｃと、この固定平行極
板Ｂ、 Ｃと固定平行極板Ａとの間に平行に位置される
回転円板りとの組合せからなり、しかもこの回転円板り
は、図面において斜線で示す半円筒が導体部であり残り
の手内部分は、絶縁体部で形成されているものである。
そして固定される極板ＡとＢ、Ｃに対し、回転円板りが
回転されることによりコンデンサを形成する各極板間に
ある半円状導体部と絶縁体部との面積が差動的に変化す
ることを活用して、回転角度の検出を行なうものである
。
回転されることによりコンデンサを形成する各極板間に
ある半円状導体部と絶縁体部との面積が差動的に変化す
ることを活用して、回転角度の検出を行なうものである
。
因みにその静電容量型回転角センサの動作原理を第３図
及び第４図に基いて説明すると、回転円板りの回転角度
に対する極板Ａと８間、Ａと０間それぞれの静電容量は
つぎのようである。
及び第４図に基いて説明すると、回転円板りの回転角度
に対する極板Ａと８間、Ａと０間それぞれの静電容量は
つぎのようである。
いま、第３図のように回転円板りが極板Ｂ。
Ｃに対して、角度θ＝０の位置からθまで回転したとす
る。そのときの極板間の静電容量は、第４図のように、
極板間に導体がある場合の容量Ｃ０と絶縁体がある部分
の容量Ｃｏ°が並列に接続された状態になってその容量
はＣ０＋００°になる。
る。そのときの極板間の静電容量は、第４図のように、
極板間に導体がある場合の容量Ｃ０と絶縁体がある部分
の容量Ｃｏ°が並列に接続された状態になってその容量
はＣ０＋００°になる。
ここで回転円板りの厚さをｄ１極板ＡとＤｌＢとＤそれ
ぞれの間隔をｄ、、ｄ２、またｄｏ−ｄ、＋ｄ。
ぞれの間隔をｄ、、ｄ２、またｄｏ−ｄ、＋ｄ。
とすれば容量ＧｏおよびＣｏｏ は
Ｇｏ ＝ ｅ、 Ａ ・ａ６／（ｄｌ＋ｄ２）Ｃｏ
ｏ 諺ε、・ａｏ°／（ｄ十ｄｌ＋６２）・・・・・
・（１）ただし、 ｅ＾：空気の訪電率 ε？ ＝空気・絶縁体・空気の三層複合体の訊電率 ａｏ：回転板の導体がある部分の極板面積ａｏ＋ 、
回転板の絶縁体がある部分の極板面積 となり、さらに極板Ｂ、Ｃそれぞれの面積をａとすれば
、円板の回転角θのときの極板Ｂに対するａｏ、ａｏｏ
は ａｏ ＝ａ（ｉ（θ／π）） ａ０°＝ａ（θ／π） ・・・・・・・・・・・
・（２）これに対して、極板Ｃ側では（２）式のａｏ＋
ａｏ。
ｏ 諺ε、・ａｏ°／（ｄ十ｄｌ＋６２）・・・・・
・（１）ただし、 ｅ＾：空気の訪電率 ε？ ＝空気・絶縁体・空気の三層複合体の訊電率 ａｏ：回転板の導体がある部分の極板面積ａｏ＋ 、
回転板の絶縁体がある部分の極板面積 となり、さらに極板Ｂ、Ｃそれぞれの面積をａとすれば
、円板の回転角θのときの極板Ｂに対するａｏ、ａｏｏ
は ａｏ ＝ａ（ｉ（θ／π）） ａ０°＝ａ（θ／π） ・・・・・・・・・・・
・（２）これに対して、極板Ｃ側では（２）式のａｏ＋
ａｏ。
の関係が反対になる。したがフて（１）式に（２）式を
代入して、円板の回転角θに対する極板Ａと８間の容量
Ｃ＋（θ）と極板Ａと０間の容量Ｃ２（θ）を求めると
、 Ｃ＋（θ）＝Ｃｏ＋Ｃｏ。
代入して、円板の回転角θに対する極板Ａと８間の容量
Ｃ＋（θ）と極板Ａと０間の容量Ｃ２（θ）を求めると
、 Ｃ＋（θ）＝Ｃｏ＋Ｃｏ。
罵−にθ十Ｃ・・・・・・・（３）
Ｃ２（θ） ＝ Ｃｏ＋ Ｃｏ’
＝−にθ＋Ｃ・・・・・・・（４）
ただし、
ｋ＝−［（εＡ／ｄｏ） −（ε、／ （ｄ＋ ｄＯ）
） ］π Ｃ＋ｏ＝（εＡ ・ａ／ｄ）） ＋ ＣＡＢ’０２０
＝ （ε、 ・ａ／（ｄ＋ ｄｏ））十ＣＡＣ’となる
。容量Ｃ＋（θ）、Ｃ２（θ）の大きさは、円板の回転
角θに対して直線性をもって変化し、その和Ｃ＋（θ）
◆Ｃ２（θ）−Ｃ１゜◆Ｃ２０−一定となり、差動間係
にある。ここでＣＡａｏおよびＣＡＣ’は、極板ＡとＢ
、Ａと０間の浮遊容量である。
） ］π Ｃ＋ｏ＝（εＡ ・ａ／ｄ）） ＋ ＣＡＢ’０２０
＝ （ε、 ・ａ／（ｄ＋ ｄｏ））十ＣＡＣ’となる
。容量Ｃ＋（θ）、Ｃ２（θ）の大きさは、円板の回転
角θに対して直線性をもって変化し、その和Ｃ＋（θ）
◆Ｃ２（θ）−Ｃ１゜◆Ｃ２０−一定となり、差動間係
にある。ここでＣＡａｏおよびＣＡＣ’は、極板ＡとＢ
、Ａと０間の浮遊容量である。
このような動作原理による静電容量の変化によって回転
体の回転角を検出するものであるが、この平行極板Ａ及
びＢ、Ｃと、回転円板り使用の静電容量型回転角センサ
における浮遊容量の影響を少なくするために、静電容量
値を大きくしようとすると、それら極板Ａ及びＢ、 Ｃ
と、回転円板りの外径が大きくなってしまう（Ｃ−ε−
ε＝誕電電率ｄ＝＝極間距離、＠ｍ電極面積）、このよ
うに両極板及び円板の外径が大形化されることで、両極
板間及び円板間の間隙の変動や、接触が生じやすく、こ
れによって精度の高い回転検出ができ難いという問題点
が生じる。
体の回転角を検出するものであるが、この平行極板Ａ及
びＢ、Ｃと、回転円板り使用の静電容量型回転角センサ
における浮遊容量の影響を少なくするために、静電容量
値を大きくしようとすると、それら極板Ａ及びＢ、 Ｃ
と、回転円板りの外径が大きくなってしまう（Ｃ−ε−
ε＝誕電電率ｄ＝＝極間距離、＠ｍ電極面積）、このよ
うに両極板及び円板の外径が大形化されることで、両極
板間及び円板間の間隙の変動や、接触が生じやすく、こ
れによって精度の高い回転検出ができ難いという問題点
が生じる。
本発明はかかる問題点に着目してなされたもので、従来
例で示されていた円板状の一対の固定極板及び回転円板
を円筒形状となし、これによりて面積の拡大により静電
容量値を大きく確保することができ、しかも円筒形状で
あるからこれら円筒を同心的に配設することにより各円
筒相互間の間隙を一定に保たせることができ、従って精
度の高い回転検出が期待できるものである。
例で示されていた円板状の一対の固定極板及び回転円板
を円筒形状となし、これによりて面積の拡大により静電
容量値を大きく確保することができ、しかも円筒形状で
あるからこれら円筒を同心的に配設することにより各円
筒相互間の間隙を一定に保たせることができ、従って精
度の高い回転検出が期待できるものである。
以下に本発明を図面に示す実施例に基いて詳細に説明す
る。
る。
第１図において１は円筒形状の金属ケースであって、こ
の金属ケース１内部の中心軸上には、回転軸２が回転自
在に保持されている。金属ケース１内における回転軸２
には、フランジ３が固定されており、このフランジ３に
は、上記回転軸２と同心的に位置される回転円筒４が固
定されている。この回転円筒４の構成は、その半円筒部
か導電性材料４ａで形成され、他の半円筒部は、絶縁材
料４ｂで形成されており、さらに該回転円筒４の外周面
には僅かな間隙ａを隔てて同心的に位置される第１の導
電性固定円筒５が設けられており、また上記回転円筒４
の内周面には僅かな間Ｈｂを隔てて同心的に位置される
第２の導電性固定円筒６が設けられており、この第２の
導電性固定円筒６及び第１の導電性固定円筒５とは、ケ
ース１内に固定されているステータ７によって定位置に
固定されている。また前記第１の導電性固定円筒５は、
その全体が導電材料で形成されているが、第２の導電性
固定円筒６は、導電性材料６ａにより形成され％ｘの円
筒部５及び第２の円筒部６ａ及び６ｂが絶縁部６ｃを介
して一体に組立てられているものである。８はケース１
内に設けられているプリント基板であって、このプリン
ト基板８上に設けられている不図示の制御回路には、前
記第１、′ｆＳ２の導電性固定円筒５．６との接続回路
９が延びている。１０はケース１の開口部を閉基してい
る蓋体であって、取付ねじ１１によってケース１に固定
されている。
の金属ケース１内部の中心軸上には、回転軸２が回転自
在に保持されている。金属ケース１内における回転軸２
には、フランジ３が固定されており、このフランジ３に
は、上記回転軸２と同心的に位置される回転円筒４が固
定されている。この回転円筒４の構成は、その半円筒部
か導電性材料４ａで形成され、他の半円筒部は、絶縁材
料４ｂで形成されており、さらに該回転円筒４の外周面
には僅かな間隙ａを隔てて同心的に位置される第１の導
電性固定円筒５が設けられており、また上記回転円筒４
の内周面には僅かな間Ｈｂを隔てて同心的に位置される
第２の導電性固定円筒６が設けられており、この第２の
導電性固定円筒６及び第１の導電性固定円筒５とは、ケ
ース１内に固定されているステータ７によって定位置に
固定されている。また前記第１の導電性固定円筒５は、
その全体が導電材料で形成されているが、第２の導電性
固定円筒６は、導電性材料６ａにより形成され％ｘの円
筒部５及び第２の円筒部６ａ及び６ｂが絶縁部６ｃを介
して一体に組立てられているものである。８はケース１
内に設けられているプリント基板であって、このプリン
ト基板８上に設けられている不図示の制御回路には、前
記第１、′ｆＳ２の導電性固定円筒５．６との接続回路
９が延びている。１０はケース１の開口部を閉基してい
る蓋体であって、取付ねじ１１によってケース１に固定
されている。
このように、回転軸２には回転円筒４が取付けられてお
り、さらにこの回転円筒の内周面及び外周面に間［ａ及
びｂを隔てて対設される第１及び第２の導電性固定円筒
５及び６を同心的に配置せしめたものであるから、その
回転軸２の回転に件なって回動する回転円筒４の変位（
回動量）に応じて、従来例で説明した同様の原理で生じ
る静電容量の変化量で、回転軸２の回転角が検出できる
ものである。
り、さらにこの回転円筒の内周面及び外周面に間［ａ及
びｂを隔てて対設される第１及び第２の導電性固定円筒
５及び６を同心的に配置せしめたものであるから、その
回転軸２の回転に件なって回動する回転円筒４の変位（
回動量）に応じて、従来例で説明した同様の原理で生じ
る静電容量の変化量で、回転軸２の回転角が検出できる
ものである。
従ってこの実施例によれば回転円筒４及び第１及び第２
の導電性固定円筒５及び６が文字通り円筒であることか
ら、回転円筒４と第１及び第２の導電性固定円筒５．６
の直径又は母線方向長さを増大することにより、それら
円筒による電極面積を大きく設定することができ、従っ
て浮遊容量の影響も軽減させることができるので、精度
の高い回転角検出が可能となる。また電極が円筒形状で
あることからその円筒が大径となっても歪み（変形）が
生しにくく、従って回転円筒４と第１及び第２の導電性
固定円筒５．６との間隙ａ及びｂを精度高く一定に保持
させることがてき、これによっても精度の高い回転角検
出が可能である。
の導電性固定円筒５及び６が文字通り円筒であることか
ら、回転円筒４と第１及び第２の導電性固定円筒５．６
の直径又は母線方向長さを増大することにより、それら
円筒による電極面積を大きく設定することができ、従っ
て浮遊容量の影響も軽減させることができるので、精度
の高い回転角検出が可能となる。また電極が円筒形状で
あることからその円筒が大径となっても歪み（変形）が
生しにくく、従って回転円筒４と第１及び第２の導電性
固定円筒５．６との間隙ａ及びｂを精度高く一定に保持
させることがてき、これによっても精度の高い回転角検
出が可能である。
（発明の効果）
以上のように本発明は、同心的に配設された第１及び第
２の導電性固定円筒５，６と、該両固定円筒５，６の間
に介挿された回転円筒４とを備え、前記第２の固定円筒
６は母線方向に絶縁部６Ｃを介して２分割された半円筒
の第１及び第２部分１ｉａ、６ｂからなり、また前記回
転円筒４の半円筒部は導電性材料で形成され、前記第１
の導電性固定円筒５に対する前記第２の固定円筒６の第
１及び第２部分６ａ、８ｂの静電容量を差動的に検出す
る回転角センサであるから、これによれば回転円筒４及
び第１及び第２の導電性固定円筒５及び６が文字通り円
筒であることから、回転円筒と第１及び第２の導電性固
定円筒５．６の直径又は母線方向長さを増大することに
より、それら円筒による電極面積を大きく設定すること
ができ、従って浮遊容量の影響も軽減させることができ
るので、精度の高い回転角検出が可能となる。また電極
が円筒形状である仁とからその円筒が大径となっても歪
み（変形）が生じにくく、従って回転円筒と′ｓ１及び
第２の導電性固定円筒５．６との間隙ａ及びｂを精度高
く一定に保持させることができ、これによっても精度の
高い回転角検出が可能であるという効果が得られる。
２の導電性固定円筒５，６と、該両固定円筒５，６の間
に介挿された回転円筒４とを備え、前記第２の固定円筒
６は母線方向に絶縁部６Ｃを介して２分割された半円筒
の第１及び第２部分１ｉａ、６ｂからなり、また前記回
転円筒４の半円筒部は導電性材料で形成され、前記第１
の導電性固定円筒５に対する前記第２の固定円筒６の第
１及び第２部分６ａ、８ｂの静電容量を差動的に検出す
る回転角センサであるから、これによれば回転円筒４及
び第１及び第２の導電性固定円筒５及び６が文字通り円
筒であることから、回転円筒と第１及び第２の導電性固
定円筒５．６の直径又は母線方向長さを増大することに
より、それら円筒による電極面積を大きく設定すること
ができ、従って浮遊容量の影響も軽減させることができ
るので、精度の高い回転角検出が可能となる。また電極
が円筒形状である仁とからその円筒が大径となっても歪
み（変形）が生じにくく、従って回転円筒と′ｓ１及び
第２の導電性固定円筒５．６との間隙ａ及びｂを精度高
く一定に保持させることができ、これによっても精度の
高い回転角検出が可能であるという効果が得られる。
第１図は本発明よりなる回転角センサの実施例を示した
断面説明図、第２図、第３図及び第４図は従来例の説明
図、第５図は本実施例の電極のみの分解斜視図である。 １・・・金属ケース ２・・・回転軸３・・・フラ
ンジ ４・・・回転円筒５・・・第１の導電性固
定円筒 ６・・・第２の導電性固定円筒 第１図 第２図 し 第３図 第４図 第５図 手続補正書 平成２年１２月６８ １ 事件の表示 平成２年特許願第３−−２？ダ号 ２、発明の名称 口車五肯でンサ ３、補正をする者 事件との関係 出 願 人 十１１−１咽噺す。 氏名（名称）関東精器株式会社 ４、代理人 住 所 東京都千代田区丸の内２丁目６番２号丸の内
へ重洲ビル３３０・５・ 補正命令の日付 白免
断面説明図、第２図、第３図及び第４図は従来例の説明
図、第５図は本実施例の電極のみの分解斜視図である。 １・・・金属ケース ２・・・回転軸３・・・フラ
ンジ ４・・・回転円筒５・・・第１の導電性固
定円筒 ６・・・第２の導電性固定円筒 第１図 第２図 し 第３図 第４図 第５図 手続補正書 平成２年１２月６８ １ 事件の表示 平成２年特許願第３−−２？ダ号 ２、発明の名称 口車五肯でンサ ３、補正をする者 事件との関係 出 願 人 十１１−１咽噺す。 氏名（名称）関東精器株式会社 ４、代理人 住 所 東京都千代田区丸の内２丁目６番２号丸の内
へ重洲ビル３３０・５・ 補正命令の日付 白免
Claims (1)
- １ 同心的に配設された第１及び第２の導電性固定円筒
（５）、（６）と、該両固定円筒（５）、（６）の間に
介挿された回転円筒（４）とを備え、前記第２の固定円
筒（６）は母線方向に絶縁部（６ｃ）を介して２分割さ
れた半円筒の第１及び第２部分（６ａ）、（６ｂ）から
なり、また前記回転円筒（４）の半円筒部は導電性材料
で形成され、前記第１の導電性固定円筒（５）に対する
前記第２の固定円筒（６）の第１及び第２部分（６ａ）
、（６ｂ）の静電容量を差動的に検出することを特徴と
する回転角センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30029590A JPH04174320A (ja) | 1990-11-06 | 1990-11-06 | 回転角センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30029590A JPH04174320A (ja) | 1990-11-06 | 1990-11-06 | 回転角センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04174320A true JPH04174320A (ja) | 1992-06-22 |
Family
ID=17883067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30029590A Pending JPH04174320A (ja) | 1990-11-06 | 1990-11-06 | 回転角センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04174320A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08166204A (ja) * | 1994-12-12 | 1996-06-25 | Mitsutoyo Corp | 静電容量式変位測定装置 |
| CN102636193A (zh) * | 2012-03-30 | 2012-08-15 | 程有信 | 双联差动电容传感器 |
| JP2015102535A (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-04 | アズビル株式会社 | 静電容量型角度センサ |
-
1990
- 1990-11-06 JP JP30029590A patent/JPH04174320A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08166204A (ja) * | 1994-12-12 | 1996-06-25 | Mitsutoyo Corp | 静電容量式変位測定装置 |
| CN102636193A (zh) * | 2012-03-30 | 2012-08-15 | 程有信 | 双联差动电容传感器 |
| JP2015102535A (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-04 | アズビル株式会社 | 静電容量型角度センサ |
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