JPH09311009A - Position sensor - Google Patents

Position sensor

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JPH09311009A
JPH09311009A JP12808996A JP12808996A JPH09311009A JP H09311009 A JPH09311009 A JP H09311009A JP 12808996 A JP12808996 A JP 12808996A JP 12808996 A JP12808996 A JP 12808996A JP H09311009 A JPH09311009 A JP H09311009A
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JP
Japan
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electrode
electrodes
capacitance
fixed
shaft
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Application number
JP12808996A
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Japanese (ja)
Inventor
Sumio Masuda
純夫 増田
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Jeco Corp
Original Assignee
Jeco Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a low cost position sensor with high accuracy superior in durability by a constitution wherein a guard electrode holding a specific voltage is provided between electrodes of which voltages are varied in a plurality of variable capacities. SOLUTION: Each of first and second fixed electrodes 23, 24 is in a semicircle shape around a shaft 21. A movable electrode 22 is in a semicircle shape, is supported by the shaft 21 and is shared by the first and second fixed electrodes 23, 24 so that an electrostatic capacity is formed in each of the gaps. A guard electrode 25 is formed between the first fixed electrode 23 and second fixed electrode 24 and is set in a common voltage. The guard electrode 25 holding a constant voltage is provided between the electrodes of which voltages are varied in a plurality of variable capacities. Even when a voltage of one of the electrodes in the plurality of variable capacities is varied, a voltage of the other electrode is not varied because the guard electrode 25 having the constant voltage is placed between adjacent other electrodes so that the capacitance is accurately maintained and position detection can be accurately executed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は位置センサに係り、
特に、位置検出対象の位置に応じて複数の容量を可変
し、複数の容量に応じて位置検出対象の位置を検出する
位置センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position sensor,
In particular, the present invention relates to a position sensor that varies a plurality of capacitances according to the position of a position detection target and detects the position of the position detection target according to the plurality of capacitances.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、位置検出対象の回転角度や直線位
置等を検出する位置センサとしては摺動抵抗式ポテンシ
ョメータや差動トランスなどがある。図10に摺動抵抗
式ポテンショメータの概略構成図を示す。
2. Description of the Related Art Conventionally, there have been sliding resistance potentiometers, differential transformers and the like as position sensors for detecting a rotation angle or a linear position of a position detection target. FIG. 10 shows a schematic configuration diagram of a sliding resistance type potentiometer.

【0003】摺動抵抗式ポテンショメータ1は、線抵抗
2と、線抵抗2に対して矢印D方向に摺動自在の設けら
れた接点3を設け、位置検出対象の位置に応じて接点3
の位置を変位させ、接点3の位置を線抵抗2に印加され
る電圧Vの分圧電圧V1 、V2 を求めることにより検出
する。
The sliding resistance type potentiometer 1 is provided with a line resistance 2 and a contact 3 which is slidable with respect to the line resistance 2 in the direction of arrow D, and the contact 3 depending on the position of the position detection target.
Is displaced and the position of the contact 3 is detected by obtaining the divided voltages V1 and V2 of the voltage V applied to the line resistance 2.

【0004】図11に差動トランスの概略構成図を示
す。差動トランス11は、主に駆動コイル12、検出コ
イル13、14、コア15から構成され、コア15を位
置検出対象の位置に応じて矢印E方向に変位させ、コア
15の位置に応じて駆動コイル13から検出コイル13
及び検出コイル14に供給する磁束を変化させることに
より検出コイル13、14に発生する信号に応じてコア
15の位置を検出し、位置検出対象の位置を検出する。
FIG. 11 shows a schematic configuration diagram of a differential transformer. The differential transformer 11 is mainly composed of a drive coil 12, detection coils 13 and 14, and a core 15, and displaces the core 15 in the arrow E direction according to the position of the position detection target and drives it according to the position of the core 15. Coil 13 to detection coil 13
By changing the magnetic flux supplied to the detection coil 14, the position of the core 15 is detected according to the signals generated in the detection coils 13 and 14, and the position of the position detection target is detected.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の位置
センサである摺動抵抗式ポテンショメータは、抵抗膜に
電極を摺動させる構成であるため、摩耗による故障が生
じやすく、耐摩耗性を向上させると高価になる等の問題
点があった。
However, since the sliding resistance type potentiometer, which is a conventional position sensor, has a structure in which the electrode is slid on the resistance film, a failure due to abrasion is likely to occur and the abrasion resistance is improved. There was a problem such as becoming expensive.

【0006】また、差動トランスは、非接触なので摩耗
による故障はないが、構造が複雑なため、高価となり、
また、コイルがあるため小型化が困難である等の問題点
があった。本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、
耐久性に優れ安価で正確な位置センサを提供することを
目的とする。
Further, since the differential transformer is non-contact, there is no failure due to wear, but the structure is complicated and therefore expensive.
Further, there is a problem that it is difficult to reduce the size due to the presence of the coil. The present invention has been made in view of the above points,
It is an object of the present invention to provide an inexpensive and accurate position sensor that has excellent durability.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1は、位
置検出対象に結合されて該位置検出対象の位置に応じて
容量が可変する複数の可変容量を有する位置センサであ
って、前記複数の可変容量のうち電位が可変する電極間
に一定電位に保持されたガード電極を設けたことを特徴
とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a position sensor having a plurality of variable capacitors which are coupled to a position detection target and have a capacitance variable according to the position of the position detection target. It is characterized in that a guard electrode held at a constant potential is provided between electrodes of which the potential is variable among a plurality of variable capacitors.

【0008】請求項1によれば、複数の可変容量のうち
電位が可変する電極間に一定電位に保持されたガード電
極を設けることにより、複数の可変容量のうち一つの電
極の電位が変動した場合でも隣接する他の電極との間に
一定電位のガード電極が存在するため、他の電極の電位
を変動させてしまうことがなく、容量が正確に保持で
き、位置検出を正確に行える。
According to the first aspect of the present invention, the potential of one of the plurality of variable capacitors fluctuates by providing the guard electrode held at a constant potential between the electrodes of which the potential is variable among the plurality of variable capacitors. Even in such a case, since the guard electrode having a constant potential exists between the adjacent other electrode, the potential of the other electrode is not changed, the capacitance can be accurately held, and the position can be accurately detected.

【0009】請求項2は、位置検出対象に結合されて該
位置検出対象の位置に応じて容量が可変する複数の可変
容量を有する位置センサであって、前記複数の可変容量
のうち電位が可変する電極間で一方の電極が充放電中に
は他方の電極を一定電位に保持することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a position sensor having a plurality of variable capacitors which are coupled to a position detection target and whose capacitance is variable according to the position of the position detection target, wherein the potential of the plurality of variable capacitors is variable. One electrode holds the other electrode at a constant potential during charging and discharging.

【0010】請求項2によれば、複数の可変容量のうち
電位が可変する電極間で一方の電極が充放電中には他方
の電極を一定電位に保持することにより、互いの電極の
電位の変動を受けることなく、充放電を行うことができ
るため、複数の可変容量からその時の容量に応じた電荷
を得ることができ、正確な容量を測定でき、従って、正
確な位置検出が可能となる。
According to the second aspect of the present invention, among the plurality of variable capacitors, between the electrodes whose potential is variable, one electrode holds the other electrode at a constant potential during charging / discharging. Since charging and discharging can be performed without being affected by fluctuations, it is possible to obtain electric charges according to the capacity at that time from a plurality of variable capacities, and it is possible to accurately measure the capacity, thus enabling accurate position detection. .

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1乃至図3に本発明の第1実施
例の構成図を示す。図1はC−C’断面図、図2はA−
A’断面図、図3はB−B’断面図を示す。本実施例の
位置センサ20は、主に、位置検出対象と結合され位置
検出対象の位置に応じて回動されるシャフト21、シャ
フト21に固定され容量を可変する可動電極22、可動
電極22に対向して設けられ可動電極22との対向面積
に応じた静電容量を得る第1及び第2の固定電極23,
24、第1の固定電極23と第2の固定電極24との間
に接続されたガード電極25、可動電極22、第1及び
第2の固定電極23,24、ガード電極25が接続さ
れ、位置を検出する計測回路が形成された回路基板26
より構成される。
1 to 3 are block diagrams of a first embodiment of the present invention. 1 is a sectional view taken along the line CC ′, and FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. The position sensor 20 of the present embodiment mainly includes a shaft 21 that is coupled to a position detection target and that is rotated according to the position of the position detection target, a movable electrode 22 that is fixed to the shaft 21 and that has a variable capacitance, and a movable electrode 22. First and second fixed electrodes 23 that are provided so as to face each other and obtain an electrostatic capacitance according to an area facing the movable electrode 22,
24, the guard electrode 25 connected between the first fixed electrode 23 and the second fixed electrode 24, the movable electrode 22, the first and second fixed electrodes 23, 24, the guard electrode 25 are connected, and the position Circuit board 26 on which a measuring circuit for detecting
It is composed of

【0012】シャフト21は、金属を小径部分21aと
大径部分21bとによる段部21cを有する棒状体に成
形してなる。シャフト21の小径部分21aはブッシュ
27に回転自在に挿入され、大径部分21bが位置検出
対象に結合される。ブッシュ27は、金属を鍔部27a
を有する円筒状に形成してなり、中心穴27bにシャフ
ト21の小径部分21aが挿入され、鍔部27aにより
プレート28に位置決めされる。ブッシュ27は、中心
穴27bの周囲でシャフト21の大径部分21bの端面
を支持して、シャフト21をブッシュ27に対して位置
決めする。
The shaft 21 is formed by molding a metal into a rod-shaped body having a step portion 21c composed of a small diameter portion 21a and a large diameter portion 21b. The small diameter portion 21a of the shaft 21 is rotatably inserted into the bush 27, and the large diameter portion 21b is coupled to the position detection target. The bush 27 is made of a metal 27a.
The small diameter portion 21a of the shaft 21 is inserted into the center hole 27b, and is positioned on the plate 28 by the flange portion 27a. The bush 27 supports the end surface of the large diameter portion 21b of the shaft 21 around the center hole 27b and positions the shaft 21 with respect to the bush 27.

【0013】プレート28は、金属板を略正方形に成形
し、中心部に保持穴28aを形成してなる。プレート2
8の保持穴28aには、ブッシュ27が圧入固定され
る。このとき、保持穴28aの周囲にブッシュ27の鍔
部27aが突き当たりプレート28にブッシュ27が位
置決めされる。
The plate 28 is formed by forming a metal plate into a substantially square shape and forming a holding hole 28a at the center thereof. Plate 2
The bush 27 is press-fitted and fixed in the holding hole 28 a of No. 8. At this time, the collar portion 27a of the bush 27 hits the periphery of the holding hole 28a and the bush 27 is positioned on the plate 28.

【0014】プレート28は、四隅で支柱29,30,
31,32により保持される。支柱29,30,31,
32は、金属よりなり、それぞれ3つの部材29a,2
9b,29c、30a,30b,30c、31a,31
b,31c、32a,32b,32cより構成されてい
る。部材29a,30a,31a,32aは一端がプレ
ート28に固定され、他端が第1及び第2の固定電極2
3,24、ガード電極25が形成された第1のプリント
配線板33に接続される。
The plate 28 has columns 29, 30,
It is held by 31 and 32. Pillars 29, 30, 31,
32 is made of metal and has three members 29a, 2 respectively.
9b, 29c, 30a, 30b, 30c, 31a, 31
b, 31c, 32a, 32b, 32c. One end of each of the members 29a, 30a, 31a, 32a is fixed to the plate 28, and the other end thereof is the first and second fixed electrodes 2.
3, 24, and the guard electrode 25 is connected to the first printed wiring board 33.

【0015】第1のプリント配線板33は、プレート2
8とほぼ同じ形状をなし、その四隅に支柱29,30,
31,32を構成する部材29a,30a,31a,3
2aの一端が固定される。第1のプリント配線板33の
中心部にはシャフト21を貫通させるための貫通穴33
aが形成されており、貫通穴33aを中心として半円状
に第1の固定電極23、第1の固定電極23の残りの半
円として第2の固定電極24がプリントされている。第
1の固定電極23と第2の固定電極24とは互いに絶縁
されており、第1の固定電極23と第2の固定電極24
との間にはガード電極25が第1及び第2の固定電極2
3,24とは絶縁状態で形成されている。
The first printed wiring board 33 is the plate 2
It has almost the same shape as 8, and the columns 29, 30,
Members 29a, 30a, 31a, 3 constituting 31, 32
One end of 2a is fixed. A through hole 33 is formed in the center of the first printed wiring board 33 to allow the shaft 21 to penetrate therethrough.
a is formed, and the first fixed electrode 23 is printed in a semicircular shape centering on the through hole 33a, and the second fixed electrode 24 is printed as the remaining semicircle of the first fixed electrode 23. The first fixed electrode 23 and the second fixed electrode 24 are insulated from each other, and the first fixed electrode 23 and the second fixed electrode 24 are insulated from each other.
The guard electrode 25 is provided between the first and second fixed electrodes 2 and
3, 24 are formed in an insulated state.

【0016】支柱29,30,31,32を構成する部
材29a,30a,31a,32aは第1のプリント配
線板33を介して支柱29,30,31,32を構成す
る部材29b,30b,31b,32bに接続される。
部材29b,30b,31b,32bは、一端が第1の
プリント配線板33に固定され、他端が第2のプリント
配線板34に固定される。
The members 29a, 30a, 31a, 32a forming the columns 29, 30, 31, 32 are members 29b, 30b, 31b forming the columns 29, 30, 31, 32 via the first printed wiring board 33. , 32b.
The members 29b, 30b, 31b, 32b have one end fixed to the first printed wiring board 33 and the other end fixed to the second printed wiring board 34.

【0017】第2のプリント配線板34は、プレート2
8及び第1のプリント配線板33とほぼ同一の形状をな
し、その四隅に部材29b,30b,31b,32bが
固定される。第2のプリント配線板34には、貫通穴3
4aを中心として半円状に第1の固定電極23、第1の
固定電極23の残りの半円として第2の固定電極24が
プリントされており、第1のプリント配線板33と同様
に第1固定電極23と第2の固定電極24との間にはガ
ード電極25が形成されている。なお、第1のプリント
配線板33と第2のプリント配線板34とは、第1のプ
リント配線板33の第1及び及び第2の固定電極23,
24、ガード電極25が形成された面と第2のプリント
配線板34の第1及び及び第2の固定電極23,24、
ガード電極25が形成された面とが対向し、かつ、第1
及び及び第2の固定電極23,24、ガード電極25の
パターンが互いに対向するように配置される。
The second printed wiring board 34 is the plate 2
8 and the first printed wiring board 33 have substantially the same shape, and the members 29b, 30b, 31b, 32b are fixed to the four corners thereof. The second printed wiring board 34 has through holes 3
The first fixed electrode 23 is printed in a semicircular shape around the center 4a, and the second fixed electrode 24 is printed as the remaining semicircle of the first fixed electrode 23. As with the first printed wiring board 33, the first fixed electrode 23 is printed. A guard electrode 25 is formed between the first fixed electrode 23 and the second fixed electrode 24. The first printed wiring board 33 and the second printed wiring board 34 are the first and second fixed electrodes 23 of the first printed wiring board 33.
24, the surface on which the guard electrode 25 is formed and the first and second fixed electrodes 23, 24 of the second printed wiring board 34,
The surface on which the guard electrode 25 is formed faces, and the first
And, the patterns of the second fixed electrodes 23, 24 and the guard electrode 25 are arranged so as to face each other.

【0018】また、第1のプリント配線板33と第2の
プリント配線板34とは、第1のプリント配線板33の
第1及び第2の固定電極23,24とガード電極25、
及び、第2のプリント配線板34の第1及び第2の固定
電極23,24とガード電極25が互いに接続されるよ
うに第1のフレキシブルプリント配線板35により接続
されている。さらに、第1のプリント配線板33は、第
2のフレキシブル配線板36により計測回路が形成され
た回路基板26に接続され、第1及び第2の固定電極2
3,24とガード電極25とを回路基板26に接続す
る。
The first printed wiring board 33 and the second printed wiring board 34 include the first and second fixed electrodes 23 and 24 of the first printed wiring board 33 and the guard electrode 25, respectively.
Also, the first and second fixed electrodes 23 and 24 of the second printed wiring board 34 and the guard electrode 25 are connected to each other by the first flexible printed wiring board 35. Further, the first printed wiring board 33 is connected to the circuit board 26 on which the measurement circuit is formed by the second flexible wiring board 36, and the first and second fixed electrodes 2 are connected.
3, 24 and the guard electrode 25 are connected to the circuit board 26.

【0019】支柱29,30,31,32を構成する部
材29b,30b,31b,32bは、第2のプリント
配線板34を介して支柱29,30,31,32を構成
する部材29c,30c,31c,32cに接続され
る。部材29c,30c,31c,32cは、一端が第
2のプリント配線板34の四隅に固定され、他端は計測
回路が形成された回路基板26に固定される。支柱2
9,30,31,32は、部材29a,29b,29
c、30a,30b,30c、31a,31b,31
c、32a,32b,32cで連続しており、プレート
28、第1及び第2のプリント配線板33,34、回路
基板26を電気的に接続している。
The members 29b, 30b, 31b, 32b forming the columns 29, 30, 31, 32 are members 29c, 30c forming the columns 29, 30, 31, 32 via the second printed wiring board 34. It is connected to 31c and 32c. The members 29c, 30c, 31c, 32c have one end fixed to the four corners of the second printed wiring board 34 and the other end fixed to the circuit board 26 on which the measurement circuit is formed. Prop 2
9, 30, 31, 32 are members 29a, 29b, 29
c, 30a, 30b, 30c, 31a, 31b, 31
c, 32a, 32b, 32c are continuous, and electrically connect the plate 28, the first and second printed wiring boards 33, 34, and the circuit board 26.

【0020】可動電極22は、金属板を略半円形に形成
してなり、その中心部には取付穴22aが形成されてお
り、この取付穴22aにはシャフト21の小径部21a
が挿入される。シャフト21の小径部分21aには金属
製のリング37,38が圧入固定される。可動電極22
は、このリング37,38により挟持されて、シャフト
21に保持される。
The movable electrode 22 is formed by forming a metal plate into a substantially semicircular shape, and a mounting hole 22a is formed in the center thereof, and the mounting hole 22a has a small diameter portion 21a of the shaft 21.
Is inserted. Metal rings 37 and 38 are press-fitted and fixed to the small diameter portion 21 a of the shaft 21. Movable electrode 22
Is sandwiched by the rings 37 and 38 and held by the shaft 21.

【0021】このとき、可動電極22は第1のプリント
配線板33と第2のプリント配線板34との間に、第1
及び第2のプリント配線板33,34に形成された第1
及び第2の固定電極23,24、ガード電極25とは接
触しないように配置される。このとき、リング37とプ
レート28との間にはバネ39が圧縮された状態で配設
される。バネ39は、リング37とプレート28との間
で矢印A方向に延びてシャフト21を矢印A1方向に押
圧する。シャフト21は、バネ39により矢印A1方向
に押圧されて、段部21cで大径部分21bの端部がブ
ッシュ27の周囲に押しつけられ、プレート28に対し
て確実に位置決めされ、可動電極22が第1のプリント
配線板33と第2のプリント配線板34との間に、第1
及び第2のプリント配線板33,34に形成された第1
及び第2の固定電極23,24、ガード電極25とは接
触しないように確実に配置される。
At this time, the movable electrode 22 is provided between the first printed wiring board 33 and the second printed wiring board 34 in the first area.
And the first formed on the second printed wiring boards 33, 34.
The second fixed electrodes 23, 24 and the guard electrode 25 are arranged so as not to come into contact with each other. At this time, the spring 39 is arranged between the ring 37 and the plate 28 in a compressed state. The spring 39 extends in the arrow A direction between the ring 37 and the plate 28 and presses the shaft 21 in the arrow A1 direction. The shaft 21 is pressed in the direction of arrow A1 by the spring 39, the end of the large-diameter portion 21b is pressed against the periphery of the bush 27 by the step portion 21c, and is reliably positioned with respect to the plate 28, and the movable electrode 22 is moved to the first position. Between the first printed wiring board 33 and the second printed wiring board 34, the first
And the first formed on the second printed wiring boards 33, 34.
The second fixed electrodes 23, 24 and the guard electrode 25 are securely arranged so as not to contact with each other.

【0022】なお、可動電極22は、リング37及びバ
ネ39を介してプレート28に接続されている。プレー
ト28は、支柱29,30,31,32を介して回路基
板26に接続され、コモン電位に接続されている。この
ため、可動電極22はコモン電位に保持されている。ま
た、第1及び第2のプリント配線板23,24に形成さ
れたガード電極25は支柱29,30,31,32に接
続され、可動電極22と同様にコモン電位に保持されて
いる。
The movable electrode 22 is connected to the plate 28 via a ring 37 and a spring 39. The plate 28 is connected to the circuit board 26 via columns 29, 30, 31, 32 and is connected to the common potential. Therefore, the movable electrode 22 is held at the common potential. The guard electrodes 25 formed on the first and second printed wiring boards 23, 24 are connected to the support columns 29, 30, 31, 32 and are held at a common potential like the movable electrode 22.

【0023】以上により、第1の固定電極23と可動電
極22との間に第1の静電容量Caが形成され、第2の
固定電極24と可動電極22との間に第2の静電容量C
b が形成される。次に、図と共に容量の可変動作につい
て説明する。
As described above, the first electrostatic capacitance C a is formed between the first fixed electrode 23 and the movable electrode 22, and the second electrostatic capacitance C a is formed between the second fixed electrode 24 and the movable electrode 22. Capacitance C
b is formed. Next, a variable capacity operation will be described with reference to the drawings.

【0024】図4に本発明の第1実施例の可動容量部の
動作説明図を示す。シャフト21を回転させることによ
り可動電極22が回動し、可動電極22が回動すると、
可動電極22,第1の固定電極23,第2の固定電極2
4は、半円形をなすため、第1の静電容量Ca を構成す
る可動電極22と第1の固定電極23との対向面積S1
及び第2の静電容量Cb を構成する可動電極22と第2
の固定電極24との対向面積S2 が変化する。
FIG. 4 shows an explanatory view of the operation of the movable capacitance portion according to the first embodiment of the present invention. When the movable electrode 22 is rotated by rotating the shaft 21, and the movable electrode 22 is rotated,
Movable electrode 22, first fixed electrode 23, second fixed electrode 2
4, in order to form a semi-circular, opposed area S1 of the movable electrode 22 constituting a first capacitance C a and the first fixed electrode 23
And the movable electrode 22 which constitutes the second capacitance C b and the second
The area S2 facing the fixed electrode 24 changes.

【0025】ここで、対向面積S1 ,S2 は、可動電極
22が第1及び第2の固定電極23,24に対して図4
(A)に示す位置にある時には、面積S1 =面積S2 と
なる。また、シャフト21を矢印B1方向に角度θ1 だ
け回転させると、可動電極22が図4(B)に示す位置
になると、面積S1 が増加し、面積S2 が減少する。さ
らに、シャフト21を矢印B1方向に角度θ2 (90°)
だけ回転させ、可動電極22が図4(C)に示す位置に
なると、面積S1 が最大となり、面積S2 がゼロとな
る。
Here, the facing areas S1 and S2 are the same as those of the movable electrode 22 with respect to the first and second fixed electrodes 23 and 24 shown in FIG.
At the position shown in (A), the area S1 is equal to the area S2. Further, when the shaft 21 is rotated in the direction of the arrow B1 by the angle θ1, when the movable electrode 22 reaches the position shown in FIG. 4B, the area S1 increases and the area S2 decreases. Further, the shaft 21 is angled θ2 (90 °) in the direction of arrow B1.
When the movable electrode 22 is rotated by only the position shown in FIG. 4C, the area S1 becomes maximum and the area S2 becomes zero.

【0026】一般に、平行平板コンデンサの静電容量C
は、電極の面積をS、電極間の距離をdとすると、近似
的に
Generally, the capacitance C of a parallel plate capacitor is
Is approximately the area of the electrodes and d is the distance between the electrodes,

【0027】[0027]

【数1】 [Equation 1]

【0028】ただし、εは誘電率で, 電極間の媒体が空
気の場合、ε=ε0 =8.8542×10-11 [C 2 N -1m -2
である。このため、図4に示すようにシャフト21を回
転させ、可動電極22を回転させることにより、可動電
極22と第1の固定電極23との静電容量及び可動電極
22と第2の固定電極24との静電容量を可変できるこ
とになる。
Where ε is the dielectric constant, and when the medium between the electrodes is air, ε = ε 0 = 8.8542 × 10 -11 [C 2 N -1 m -2 ]
It is. Therefore, by rotating the shaft 21 and the movable electrode 22 as shown in FIG. 4, the electrostatic capacitance between the movable electrode 22 and the first fixed electrode 23 and the movable electrode 22 and the second fixed electrode 24. Therefore, the capacitance can be changed.

【0029】いま、第1及び第2の固定電極23,24
の半径をr1 、中心穴の半径をr0、可動電極22と第
1の固定電極22,可動電極22と第2の固定電極24
との間隔を全てd、可動電極22と第1の固定電極23
及び第2の固定電極24との対数をn、シャフト21の
回転角をθとして、可変電極22と第1の固定電極23
との間の第1の静電容量Ca 、可動電極22と第2の固
定電極24との間の第2の静電容量Cb を求めると、
Now, the first and second fixed electrodes 23, 24
Is r 1 , the radius of the central hole is r 0 , the movable electrode 22 and the first fixed electrode 22, the movable electrode 22 and the second fixed electrode 24.
And the distance between the movable electrode 22 and the first fixed electrode 23 is d.
And the number of pairs with the second fixed electrode 24 is n, and the rotation angle of the shaft 21 is θ, the variable electrode 22 and the first fixed electrode 23.
When obtaining a second capacitance C b between the first capacitance C a, the movable electrode 22 and the second fixed electrode 24 between,

【0030】[0030]

【数2】 [Equation 2]

【0031】以上の式(1)及び(2)により求められ
る第1及び第2の静電容量Ca ,C b は回路基板26に
接続されている。回路基板26では式(1)及び(2)
により求められた第1及び第2の静電容量Ca ,Cb
比からシャフト21の回転位置を検出する。
It is calculated by the above equations (1) and (2).
First and second capacitance Ca, C bOn the circuit board 26
It is connected. In the circuit board 26, equations (1) and (2)
The first and second capacitances C obtained bya, Cbof
The rotational position of the shaft 21 is detected from the ratio.

【0032】式(1),(2)よりFrom equations (1) and (2)

【0033】[0033]

【数3】 (Equation 3)

【0034】で表せる。従って、式(4)から第1の可
変容量22aとなる可変電極24と第1の固定電極25
との静電容量Ca と第2の可変容量22bとなる可変容
量24と第2の固定電極26との静電容量Cb との和
は、シャフト27の角度θによらず一定となることがわ
かる。
Can be represented by Therefore, from the formula (4), the variable electrode 24 and the first fixed electrode 25, which are the first variable capacitor 22a, are formed.
And the electrostatic capacitance C a of the second variable capacitance 22 b and the electrostatic capacitance C b of the second fixed electrode 26 are constant regardless of the angle θ of the shaft 27. I understand.

【0035】ここで、式(1),(2)及び式(4),
(5)は、静電容量Ca ,Cb 及び(Ca −Cb )が間
隔d、半径r0 ,r1 の関数であることを示しており、
温度変化などによりこれらの値が変化すれば静電容量C
a ,Cb も変化することを示している。
Here, equations (1), (2) and equations (4),
(5) shows that the capacitances C a , C b and (C a −C b ) are functions of the distance d and the radii r 0 , r 1 .
If these values change due to temperature changes, the capacitance C
It also shows that a and C b also change.

【0036】しかしながら、式(1),(2)及び式
(4),(5)から、
However, from equations (1) and (2) and equations (4) and (5),

【0037】[0037]

【数4】 (Equation 4)

【0038】式(6),(7),(8)は、容量比Ca
/(Ca +Cb ),Cb /(Ca +Cb ),(Ca −C
b )/(Ca +Cb )が回転角度-180°≦θ≦0 °及び
0°≦θ≦180 °の範囲でそれぞれ角度θに比例してお
り、これらの容量比がθのみの関数であって間隔d、半
径r0 ,r1 等の形状のパラメータに依存することな
く、シャフト21の回転角θを検出できる。
The equations (6), (7) and (8) represent the capacity ratio C a
/ (C a + C b ), C b / (C a + C b ), (C a −C
b ) / (C a + C b ) is the rotation angle −180 ° ≦ θ ≦ 0 ° and
Each of them is proportional to the angle θ in the range of 0 ° ≦ θ ≦ 180 °, and these capacitance ratios are functions of only θ and do not depend on the parameters of the shape such as the interval d and the radii r 0 , r 1. The rotation angle θ of the shaft 21 can be detected.

【0039】なお、シャフト27の回転角度θに応じて
容量を可変する構成とされているが、これに限るもので
はなく、直線上の位置に応じて容量を可変する構成も考
えられる。図5乃至図7に本発明の第2実施例の構成図
を示す。図5はC−C’断面図、図6はA−A’断面
図、図7はB−B’断面図を示す。同図中、図1乃至図
3と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。
Although the capacity is varied according to the rotation angle θ of the shaft 27, the capacity is not limited to this, and the capacity may be varied according to the position on the straight line. 5 to 7 are configuration diagrams of the second embodiment of the present invention. 5 shows a sectional view taken along the line CC ', FIG. 6 shows a sectional view taken along the line AA', and FIG. 7 shows a sectional view taken along the line BB '. In the figure, those parts that are the same as those corresponding parts in FIGS. 1 to 3 are designated by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.

【0040】本実施例の位置センサ41は、連動する2
つの位置センサを内蔵した構成とされており、固定電極
を金属板より構成している。位置センサ41は、第1乃
至第4の可動電極42,43,44,45、第1乃至第
4の固定電極46,47,48,49より構成されてい
る。本実施例の位置センサ41は、第1乃至第4の可動
電極42,43,44,45及び第1乃至第4の固定電
極46,47,48,49を包囲するように支持体50
a及び50bで収納した構成とされている。
The position sensor 41 of this embodiment is interlocked with two
One position sensor is built in, and the fixed electrode is made of a metal plate. The position sensor 41 is composed of first to fourth movable electrodes 42, 43, 44 and 45 and first to fourth fixed electrodes 46, 47, 48 and 49. The position sensor 41 of the present embodiment includes a support body 50 so as to surround the first to fourth movable electrodes 42, 43, 44, 45 and the first to fourth fixed electrodes 46, 47, 48, 49.
It is configured to be stored in a and 50b.

【0041】支持体50a及び50bは、半円筒状の絶
縁物よりなり、一端にプレート28が固定され、他端に
回路基板51が固定される。第1乃至第4の可動電極4
2〜45は金属製のリング52〜56に挟持されてシャ
フト21に保持されており、第1乃至第4の可動電極4
2〜45は第1乃至第4の固定電極46〜49の間に絶
縁状態で配置されるように保持されている。
The supports 50a and 50b are made of a semi-cylindrical insulator, and the plate 28 is fixed to one end and the circuit board 51 is fixed to the other end. First to fourth movable electrodes 4
2 to 45 are sandwiched by metal rings 52 to 56 and held by the shaft 21, and the first to fourth movable electrodes 4 are
2 to 45 are held so as to be arranged in an insulating state between the first to fourth fixed electrodes 46 to 49.

【0042】また、第1乃至第2の可動電極42〜45
は、リング52〜56及びバネ39を介してプレート2
8に接続され、さらに、プレート28は図示しないリー
ド線を介して回路基板51に接続され、コモン電位に保
持されている。一方、第1乃至第4の固定電極46〜4
9は、脚部57,58,59,60及び支持体50a,
50bに形成された小孔内に挿通されたリード線61,
62,63,64を介して回路基板51に接続されてい
る。
Further, the first and second movable electrodes 42 to 45
Is connected to the plate 2 via the rings 52 to 56 and the spring 39.
8, the plate 28 is connected to the circuit board 51 via a lead wire (not shown), and is held at a common potential. On the other hand, the first to fourth fixed electrodes 46 to 4
9 is a leg part 57,58,59,60 and a support body 50a,
A lead wire 61 inserted through a small hole formed in 50b,
It is connected to the circuit board 51 via 62, 63 and 64.

【0043】第1乃至第4の可動電極42〜45及び第
1乃至第4の固定電極46〜49は、半円形状をなし、
第1の可動電極42と第2の可動電極43が矢印C方向
に互いに重ね合わされ、第3の可動電極44と第4の可
動電極45とが矢印C方向に互いに重ね合わされ、第1
及び第2の可動電極42,43と第3及び第4の可動電
極44,45とは180°の位相差を持って取り付けら
れている。
The first to fourth movable electrodes 42 to 45 and the first to fourth fixed electrodes 46 to 49 have a semicircular shape,
The first movable electrode 42 and the second movable electrode 43 are overlapped with each other in the arrow C direction, and the third movable electrode 44 and the fourth movable electrode 45 are overlapped with each other in the arrow C direction.
The second movable electrodes 42 and 43 and the third and fourth movable electrodes 44 and 45 are attached with a phase difference of 180 °.

【0044】第1の固定電極46と第2の固定電極47
とは、矢印D方向に併設され、第3の固定電極48と第
4の固定電極49とが矢印D方向に併設されている。第
1の固定電極46及び第2の固定電極47が第1の可動
電極42と第2の可動電極43との間に挿入され、第3
の固定電極48及び第4の固定電極49が第3の可動電
極44と第4の可動電極45との間に挿入される。
First fixed electrode 46 and second fixed electrode 47
Means that the third fixed electrode 48 and the fourth fixed electrode 49 are arranged side by side in the arrow D direction. The first fixed electrode 46 and the second fixed electrode 47 are inserted between the first movable electrode 42 and the second movable electrode 43, and
The fixed electrode 48 and the fourth fixed electrode 49 are inserted between the third movable electrode 44 and the fourth movable electrode 45.

【0045】第1及び第2の可動電極42,43と第1
の固定電極46により第1の静電容量Ca1が生成され、
第1及び第2の可動電極42,43と第2の固定電極4
7により第2の静電容量Cb1が生成され、また、第3及
び第4の可動電極44,45と第3の固定電極48によ
り第3の静電容量Ca2が生成され、第3及び第4の可動
電極44,45と第4の固定電極49により第4の静電
容量Cb2が生成される。
The first and second movable electrodes 42, 43 and the first
A first capacitance C a1 is generated by the fixed electrode 46 of
First and second movable electrodes 42, 43 and second fixed electrode 4
The second electrostatic capacitance C b1 is generated by 7, and the third electrostatic capacitance C a2 is generated by the third and fourth movable electrodes 44 and 45 and the third fixed electrode 48, and the third electrostatic capacitance C a2 is generated. The fourth movable electrodes 44, 45 and the fourth fixed electrode 49 generate a fourth capacitance C b2 .

【0046】シャフト21が回転し、第1の静電容量が
増加すると、第2及び第3の静電容量が減少し、第4の
静電容量が増加する。また、第1の静電容量が減少する
と、第2及び第3の静電容量が増加し、第4の静電容量
が減少する。本実施例の構成によれば、第1及び第2の
可動電極42,43と第3及び第4の可動電極44,4
5とはシャフト21を軸として位相を180°ずらせて
設置されているので、第1及び第2の固定電極46,4
7及び第3及び第4の固定電極48,49はコモン電位
に保持された第2又は第4の可動電極43,45により
常に遮断されるため、第1及び第2の固定電極46,4
7の電位の変動が第3及び第4の固定電極48,49に
影響することがない。
When the shaft 21 rotates and the first capacitance increases, the second and third capacitances decrease and the fourth capacitance increases. Further, when the first capacitance decreases, the second and third capacitances increase and the fourth capacitance decreases. According to the configuration of this embodiment, the first and second movable electrodes 42, 43 and the third and fourth movable electrodes 44, 4
5 is installed with the shaft 21 as a shaft and a phase difference of 180 ° from each other, so that the first and second fixed electrodes 46, 4
Since the seventh and third and fourth fixed electrodes 48 and 49 are always shut off by the second or fourth movable electrodes 43 and 45 held at the common potential, the first and second fixed electrodes 46 and 4 are
The fluctuation of the potential of 7 does not affect the third and fourth fixed electrodes 48 and 49.

【0047】本実施例では第1の固定電極46と第2の
固定電極47の間及び第3の固定電極48と第4の固定
電極49との間にはガード電極がないため、これらの電
極間の相互影響を以下に述べる回路により除くことがで
きる。図8に本発明の第2実施例の回路基板の回路構成
図を示す。
In this embodiment, since there is no guard electrode between the first fixed electrode 46 and the second fixed electrode 47 and between the third fixed electrode 48 and the fourth fixed electrode 49, these electrodes are not provided. The mutual influence between them can be eliminated by the circuit described below. FIG. 8 shows a circuit configuration diagram of a circuit board according to a second embodiment of the present invention.

【0048】図8に示す回路は第1及び第2の静電容量
a1,Cb1又は第3及び第4の静電容量Ca2,Cb2のそ
れぞれの処理回路を示す。回路基板51は、静電容量C
a ,Cb からシャフト21の回転角度θに応じたデュー
ティー比のパルス信号を出力する回路である。
The circuit shown in FIG. 8 shows a processing circuit for the first and second electrostatic capacitances C a1 and C b1 or the third and fourth electrostatic capacitances C a2 and C b2 , respectively. The circuit board 51 has a capacitance C
a, it is a circuit which outputs a pulse signal of a duty ratio corresponding to the rotation angle θ from the C b shaft 21.

【0049】第1の静電容量Ca には、抵抗R1a
2a、スイッチSW2aからなる充電回路及びインバータ
INV1、ANDゲートG1、スイッチSW1aからなる
放電回路が接続され、第2の静電容量Cb には、抵抗R
1b,R2b、スイッチSW2bからなる充電回路及びインバ
ータINV2、ANDゲートG2、スイッチSW1bから
なる放電回路が接続される。
The first capacitance C a has a resistance R 1a ,
The charging circuit including R 2a and the switch SW 2a and the discharging circuit including the inverter INV1, the AND gate G1, and the switch SW 1a are connected to each other, and the second electrostatic capacitance C b has a resistance R
A charging circuit including 1b and R 2b , a switch SW 2b, and a discharging circuit including an inverter INV2, an AND gate G2, and a switch SW 1b are connected.

【0050】第1の静電容量Ca の電圧Bは、コンパレ
ータCMP1の入力端子に供給される。コンパレータC
MP1は、第1の静電容量Ca の電圧Bを基準電圧V
REF と比較して、第1の静電容量Ca の電圧Bが基準電
圧VREF より大きくなったときにハイレベルとなる信号
Q1を出力する。コンパレータCMP1の非反転出力信
号Q1は充電回路のスイッチSW2aに供給される。スイ
ッチSW2aは、出力信号Q1がローレベルでオンし、第
1の静電容量Ca を急速充電する。
The voltage B of the first electrostatic capacitance C a is supplied to the input terminal of the comparator CMP1. Comparator C
MP1 uses the voltage B of the first capacitance C a as the reference voltage V
Compared with REF, it outputs a signal Q1 that becomes high level when the voltage B of the first electrostatic capacitance C a becomes larger than the reference voltage V REF . Non-inverted output signal Q1 of the comparator CMP1 is supplied to the switch SW 2a of the charging circuit. The switch SW 2a turns on when the output signal Q1 is at a low level, and rapidly charges the first electrostatic capacitance C a .

【0051】また、コンパレータCMP1の非反転出力
信号Q1を反転した反転信号/Q1は、第2の静電容量
b を放電する放電回路のインバータINV1及びAN
DゲートG1に供給され、第2の静電容量Cb の放電制
御を行う。放電回路はコンパレータCMP1の出力信号
/Qの立ち上がりを検出して、スイッチSW1bをオンし
て第2の静電容量Cb の放電を行う。第2の静電容量C
bの電圧EはコンパレータCMP2の入力端子に供給さ
れる。コンパレータCMP2は、第2の静電容量Cb
電圧Eを基準電圧VREF と比較して、第2の静電容量C
b の電圧Eが基準電圧VREF より大きくなったときにハ
レベルとなる非反転出力信号Q2を出力する。コンパレ
ータCMP2の非反転出力信号Q2は充電回路のスイッ
チSW2bに供給される。スイッチSW2bは、非反転出力
信号Q2がローレベルでオンとなり、第2の静電容量C
b を急速充電する。
[0051] Further, the inverted signal / Q1 by inverting the non-inverted output signal Q1 of the comparator CMP1, the inverters INV1 and AN of the discharge circuit for discharging the second capacitance C b
It is supplied to the D gate G1 and discharge control of the second capacitance C b is performed. The discharge circuit detects the rising edge of the output signal / Q of the comparator CMP1 and turns on the switch SW 1b to discharge the second capacitance C b . Second capacitance C
The voltage E of b is supplied to the input terminal of the comparator CMP2. The comparator CMP2 compares the voltage E of the second capacitance C b with the reference voltage V REF to determine the second capacitance C
When the voltage E of b becomes larger than the reference voltage V REF, the non-inverted output signal Q2 which becomes the high level is output. The non-inverted output signal Q2 of the comparator CMP2 is supplied to the switch SW 2b of the charging circuit. The switch SW 2b is turned on when the non-inverted output signal Q2 is at low level, and the second capacitance C
Quickly charge b .

【0052】また、コンパレータCMP2の非反転出力
信号Q2を反転した非反転出力信号/Q2は、第1の静
電容量Ca を放電する放電回路のインバータINV2及
びANDゲートG2に供給され第1の静電容量Ca の放
電を制御する。放電回路はコンパレータCMP2の出力
信号/Qの立ち上がりを検出して、スイッチSW1aをオ
ンして第1の静電容量Ca の放電を行う。
The non-inverted output signal / Q2 obtained by inverting the non-inverted output signal Q2 of the comparator CMP2 is supplied to the inverter INV2 and the AND gate G2 of the discharge circuit for discharging the first electrostatic capacitance C a . The discharge of the capacitance C a is controlled. The discharge circuit detects the rising edge of the output signal / Q of the comparator CMP2 and turns on the switch SW 1a to discharge the first electrostatic capacitance C a .

【0053】図9に本発明の第1実施例の回路基板の動
作波形図を示す。図9(a)はANDゲートG1の出力
Aの波形、図9(b)は第1の静電容量Ca の電圧Bの
波形、図9(c)はコンパレータCMP1の非反転出力
信号Q1(C)の波形、図9(d)はコンパレータCM
P1の反転出力信号/Q1(/C)の波形、図9(e)
はANDゲートG2の出力Dの波形、図9(f)は第2
の静電容量Cb の電圧Eの波形、図9(g)はコンパレ
ータCMP2の非反転出力信号Q2(F)の波形、図9
(h)はコンパレータCMP2の反転出力信号/Q2
(/F)の波形を示す。
FIG. 9 shows an operation waveform diagram of the circuit board according to the first embodiment of the present invention. 9A shows the waveform of the output A of the AND gate G1, FIG. 9B shows the waveform of the voltage B of the first capacitance C a , and FIG. 9C shows the non-inverted output signal Q1 (of the comparator CMP1. C) waveform, Figure 9 (d) shows comparator CM
Waveform of inverted output signal / Q1 (/ C) of P1, FIG. 9 (e)
Is the waveform of the output D of the AND gate G2, and FIG.
9E shows the waveform of the voltage E of the electrostatic capacitance C b , FIG. 9G shows the waveform of the non-inverted output signal Q2 (F) of the comparator CMP2, FIG.
(H) is the inverted output signal / Q2 of the comparator CMP2
The waveform of (/ F) is shown.

【0054】図9に示すように時刻t1でスイッチSW
1aがオンし、第1の静電容量Ca が放電されると、第1
の静電容量Ca は抵抗R1aにより制限された電流により
充電が開始され、第1の静電容量Ca の電圧Bが徐々に
立ち上がる。このとき、コンパレータCMP2の非反転
出力信号Q2(F)は、ハイレベルとなり、スイッチS
2bはオン状態とされ、第2の静電容量Cb の電圧Eは
所定の電圧に保持される。第2の静電容量Cb は充電状
態であるので、コンパレータCMP2の非反転出力信号
Q2(F)はローレベルとされる。
As shown in FIG. 9, the switch SW is activated at time t1.
When 1a is turned on and the first capacitance Ca is discharged, the first capacitance
The electrostatic capacitance C a resistor charged with limited current by R 1a is started, the voltage B of the first capacitance C a gradually rises. At this time, the non-inverted output signal Q2 (F) of the comparator CMP2 becomes high level and the switch S
W 2b is turned on, and the voltage E of the second electrostatic capacitance C b is held at a predetermined voltage. Since the second capacitance C b is in the charged state, the non-inverted output signal Q2 (F) of the comparator CMP2 is at low level.

【0055】次に、時刻t2で第1の静電容量Ca の電
圧Bが基準電圧VREF に達すると、コンパレータCMP
1の非反転出力信号Q1(C)がローレベルとなり、ス
イッチSW2aがオンし、第1の静電容量Ca が急速に充
電され、飽和し、第1の静電容量Ca の電圧Bが一定値
に保持される。
Next, when the voltage B of the first electrostatic capacitance C a reaches the reference voltage V REF at time t2, the comparator CMP
The non-inverted output signal Q1 (C) of 1 becomes low level, the switch SW 2a is turned on, the first capacitance C a is rapidly charged and saturated, and the voltage B of the first capacitance C a is Is held at a constant value.

【0056】また、このとき、コンパレータCMP1の
反転出力信号/Q(/C)がローレベルからハイレベル
に反転する。コンパレータCMP1の反転出力信号/Q
(/C)がローレベルからハイレベルに反転すると、イ
ンバータINV2及びANDゲートG2がこれを検出
し、スイッチSW1bがオンし、第2の静電容量Cb が放
電され、コンパレータCMP2の非反転出力信号Q2
(F)をハイレベルに反転させる。コンパレータCMP
2の非反転出力信号Q2(F)がハイレベルになると、
スイッチSW2bがオフし、抵抗R1bからの電流だけで充
電が開始される。
At this time, the inverted output signal / Q (/ C) of the comparator CMP1 is inverted from low level to high level. Inverted output signal / Q of comparator CMP1
When (/ C) is inverted from the low level to the high level, the inverter INV2 and the AND gate G2 detect this, the switch SW 1b is turned on, the second electrostatic capacitance C b is discharged, and the non-inversion of the comparator CMP2 is performed. Output signal Q2
Invert (F) to high level. Comparator CMP
When the non-inverted output signal Q2 (F) of 2 becomes high level,
The switch SW 2b is turned off, and charging is started only by the current from the resistor R 1b .

【0057】時刻t3で、第2の静電容量Cb の電圧E
が基準電圧VREF に達すると、コンパレータCMP2の
非反転出力信号Q2(F)が反転しローレベルとなり、
スイッチSW2bがオンし、第2の静電容量Cb を急速に
充電し、第2の静電容量Cbの電圧を急速に飽和し、一
定電圧に保持する。
At time t3, the voltage E of the second capacitance C b is
Reaches the reference voltage V REF , the non-inverted output signal Q2 (F) of the comparator CMP2 is inverted and becomes low level,
The switch SW 2b is turned on, the second capacitance C b is rapidly charged, the voltage of the second capacitance C b is saturated rapidly, and is kept at a constant voltage.

【0058】このとき、コンパレータCMP2の反転出
力信号/Q2(/F)が反転しハイレベルとなり、スイ
ッチSW1aをオンし、第1の静電容量Ca を放電し時刻
t1での動作と同様な動作が繰り返される。以上によ
り、コンパレータCMP2の非反転出力信号Q2(F)
がローレベルの期間Ta は第1の静電容量Ca の容量に
応じた時定数で決定され、ハイレベルの期間Tb は第2
の静電容量Cb の容量に応じた時定数で決定される。従
って、コンパレータCMP2の非反転出力信号Q2
(F)のローレベルの期間Ta とハイレベルの期間Tb
とのデューティー比から、式(6)乃至(8)に示すよ
うにシャフト21の回転角θを求めることができる。
At this time, the inverted output signal / Q2 (/ F) of the comparator CMP2 is inverted and becomes high level, the switch SW 1a is turned on, the first electrostatic capacitance C a is discharged, and the same operation as at the time t1 is performed. This operation is repeated. From the above, the non-inverted output signal Q2 (F) of the comparator CMP2
Is a low level period T a is determined by a time constant according to the capacitance of the first electrostatic capacitance C a , and a high level period T b is a second level.
Is determined by a time constant according to the capacitance of the electrostatic capacitance C b . Therefore, the non-inverted output signal Q2 of the comparator CMP2
(F) Low-level period T a and high-level period T b
The rotation angle θ of the shaft 21 can be obtained from the duty ratios of and as shown in Expressions (6) to (8).

【0059】このとき、第1の静電容量Ca が充電中は
第2の静電容量Cb の電圧は一定電圧に保持され、逆に
第2の静電容量Cb が充電中は第1の静電容量Ca の電
圧は一定電圧に保持されるので、第1の静電容量Ca
第2の静電容量Cb との相互作用を低減できる。
[0059] At this time, in the first capacitance C a is charged to the second is the voltage of the capacitance C b is held at a constant voltage, in the second capacitance C b is charged in the opposite second since the first voltage of the capacitance C a is held at a constant voltage, it can reduce the interaction between the first capacitance C a and the second capacitance C b.

【0060】従って、正確な位置検出が可能となる。上
記処理回路により第1及び第2の静電容量Ca1,Cb1
よるシャフト21の回転位置、及び、第3及び第4の静
電容量Ca2,Cb2によるシャフト21の回転位置がそれ
ぞれに検出され、例えば、第1及び第2の静電容量
a1,Cb1によるシャフト21の回転位置検出結果と第
3及び第4の静電容量Ca2,Cb2によるシャフト21の
回転位置検出結果との平均をシャフト21の回転位置検
出結果として出力する。
Therefore, accurate position detection is possible. With the above processing circuit, the rotational position of the shaft 21 by the first and second electrostatic capacitances C a1 and C b1 and the rotational position of the shaft 21 by the third and fourth electrostatic capacitances C a2 and C b2 are respectively set. For example, the detected position of the shaft 21 based on the first and second electrostatic capacitances C a1 and C b1 and the detected result of the rotational position of the shaft 21 based on the third and fourth electrostatic capacitances C a2 and C b2. The average of and is output as the rotation position detection result of the shaft 21.

【0061】なお、本実施例によれば、第1及び第2の
静電容量Ca1,Cb1のどちらか一方に不具合が生じた時
には第3及び第4の静電容量Ca2,Cb2によるシャフト
21の回転位置検出結果をシャフト21の回転位置検出
結果とし、第3及び第4の静電容量Ca2,Cb2のどちら
か一方に不具合が生じた場合には第1及び第2の静電容
量Ca1,Cb1によるシャフト21の回転位置検出結果を
シャフト21の回転位置検出結果とする。このとき、第
1乃至第4の静電容量Ca1,Cb1,Ca2,Cb2の不具合
はそれぞれの処理回路の出力を監視することにより検出
できる。例えば、第1乃至第4の静電容量Ca1,Cb1
a2,Cb2に不具合がある場合には、処理回路の出力の
出力パルスの1周期が異常に長かったり短かったりする
ため、出力パルスの周期を関しすることにより異常検出
が可能となる。このようにして異常が検出された場合に
は他方の処理回路の出力をシャフト21の回転位置検出
結果として出力する。
According to this embodiment, when one of the first and second electrostatic capacitances C a1 and C b1 fails , the third and fourth electrostatic capacitances C a2 and C b2. The detection result of the rotational position of the shaft 21 is used as the detection result of the rotational position of the shaft 21, and if any one of the third and fourth electrostatic capacitances C a2 and C b2 is defective, the first and second The rotational position detection result of the shaft 21 based on the electrostatic capacitances C a1 and C b1 is taken as the rotational position detection result of the shaft 21. At this time, the defects of the first to fourth capacitances C a1 , C b1 , C a2 , and C b2 can be detected by monitoring the output of each processing circuit. For example, the first to fourth capacitances C a1 , C b1 ,
When there is a defect in C a2 and C b2 , one cycle of the output pulse of the output of the processing circuit is abnormally long or short, and therefore the abnormality can be detected by relating the cycle of the output pulse. When an abnormality is detected in this way, the output of the other processing circuit is output as the rotation position detection result of the shaft 21.

【0062】以上により、シャフト21の回転位置検出
の信頼性を向上できる。
As described above, the reliability of detecting the rotational position of the shaft 21 can be improved.

【0063】[0063]

【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項1によれ
ば、複数の可変容量のうち電位が可変する電極間に一定
電位に保持されたガード電極を設けることにより、複数
の可変容量のうち一つの電極の電位が変動した場合でも
隣接する他の電極との間に一定電位のガード電極が存在
するため、他の電極の電位を変動させてしまうことがな
く、容量が正確に保持でき、位置検出を正確に行える等
の特長を有する。
As described above, according to claim 1 of the present invention, by providing the guard electrode held at a constant potential between the electrodes of which the potential is variable among the plurality of variable capacitors, a plurality of variable capacitors can be provided. Even if the potential of one of the electrodes changes, there is a guard electrode with a constant potential between the other adjacent electrodes, so the potential of the other electrode does not change and the capacitance can be held accurately. It has features such as accurate position detection.

【0064】請求項2によれば、複数の可変容量のうち
電位が可変する電極間で一方の電極が充放電中には他方
の電極を一定電位に保持することにより、互いの電極の
電位の変動を受けることなく、充放電を行うことができ
るため、複数の可変容量からその時の容量に応じた電荷
を得ることができ、正確な容量を測定でき、従って、正
確な位置検出が可能となる等の特長を有する。
According to the second aspect, among the plurality of variable capacitors, between the electrodes whose potentials are variable, one electrode holds the other electrode at a constant potential during charging / discharging. Since charging and discharging can be performed without being affected by fluctuations, it is possible to obtain electric charges according to the capacity at that time from a plurality of variable capacities, and it is possible to accurately measure the capacity, thus enabling accurate position detection. It has features such as

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例のC−C’断面図である。FIG. 1 is a sectional view taken along the line C-C ′ of the first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例のA−A’断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line A-A ′ of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施例のB−B’断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along the line B-B ′ of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施例の動作説明図である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram of the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2実施例のC−C’断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along the line C-C ′ of the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2実施例のA−A’断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along the line A-A ′ of the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2実施例のB−B’断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along the line B-B ′ of the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2実施例の測定回路の回路構成図で
ある。
FIG. 8 is a circuit configuration diagram of a measuring circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2実施例の計測回路の動作波形図で
ある。
FIG. 9 is an operation waveform diagram of the measurement circuit according to the second embodiment of the present invention.

【図10】従来の一例の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional example.

【図11】従来の他の一例の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of another example of the related art.

【符号の説明】 20,41 位置センサ 21 シャフト 22 可動電極 23 第1の固定電極 24 第2の固定電極 25 ガード電極 26 回路基板 27 ブッシュ 28 プレート 29〜32 支柱 33 第1のプリント配線板 34 第2のプリント配線板 35 第1のフレキシブルプリント配線板 36 第2のフレキシブルプリント配線板 37,38 リング 39 バネ[Explanation of Codes] 20, 41 Position Sensor 21 Shaft 22 Movable Electrode 23 First Fixed Electrode 24 Second Fixed Electrode 25 Guard Electrode 26 Circuit Board 27 Bush 28 Plate 29-32 Strut 33 First Printed Wiring Board 34 Fourth Second printed wiring board 35 First flexible printed wiring board 36 Second flexible printed wiring board 37, 38 Ring 39 Spring

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 位置検出対象に結合されて該位置検出対
象の位置に応じて容量が可変する複数の可変容量を有す
る位置センサであって、 前記複数の可変容量のうち電位が可変する電極間に一定
電位に保持されたガード電極を設けたことを特徴とする
位置センサ。
1. A position sensor having a plurality of variable capacitors coupled to a position detection target and having a capacitance that varies according to the position of the position detection target, the inter-electrodes having a variable potential among the plurality of variable capacitors. A position sensor characterized in that a guard electrode held at a constant potential is provided in the position sensor.
【請求項2】 位置検出対象に結合されて該位置検出対
象の位置に応じて容量が可変する複数の可変容量を有す
る位置センサであって、 前記複数の可変容量のうち電位が可変する電極間で一方
の電極が充放電中には他方の電極を一定電位に保持する
ことを特徴とする位置センサ。
2. A position sensor having a plurality of variable capacitors, which are coupled to a position detection target and have a capacitance variable according to the position of the position detection target, between electrodes of which the potential is variable among the plurality of variable capacitors. In the position sensor, one electrode holds the other electrode at a constant potential during charging and discharging.
JP12808996A 1996-05-23 1996-05-23 Position sensor Pending JPH09311009A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7795898B2 (en) 2005-01-27 2010-09-14 Fanuc Ltd Fan having function for detecting fault in the fan
JP2016221285A (en) * 2015-06-01 2016-12-28 株式会社アクセル Action detector, and game machine
CN110440836A (en) * 2019-06-28 2019-11-12 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 A kind of quartzy capacitive displacement transducer having Ethylmercurichlorendimide grade resolving power level

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