JP2014002112A - 角度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化が実現可能な角度センサの提供。
【解決手段】ロータ側Ｒ／Ｔコイル１４３に対し、ロータ側の絶対位置検出用コイル１３３と相対移動検出用コイル１１３は並列に接続され、相対移動検出部１１０に用いられるコイルはそれぞれミアンダ状平面コイルパターンを有し、ロータ側絶対位置検出用コイル１３３及びステータ側絶対位置検出用第１層コイル１３１及びステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２はそれぞれ渦巻き状位置コイルパターンを有し、絶対位置検出部１３０と相対移動検出部１１０は、それぞれ高周波の励磁信号が入力され、ステータ側センサ基板４０に対するロータ側センサ基板２０の位置変化に伴うインダクタンスの変化により角度を検出し、絶対位置検出部１３０によって絶対位置を検出し、相対移動検出部１１０の出力によりロータ側センサ基板２０の移動を検出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ロータの動作位置を検出する為に使用されるものであって、ステータコイルが形成されたステータ固定板と、ステータ固定板と隙間を介して対向しながら動作可能に設けられたロータと、を有する角度センサに関するものである。

ハイブリッド自動車や電気自動車などには、高出力のブラシレスモータがその駆動力として使用されており、今後も高出力化が望まれている。このようなブラシレスモータを制御するためには、モータの出力軸の回転角度を正確に把握する必要がある。ステータの各コイルへの通電切替を制御するには、ロータの回転位置を正確に把握する必要があるからである。このため、モータにはレゾルバを備えた角度センサが備えられ、正確に角度が検出されることが望ましい。このような自動車の駆動機構に用いられるブラシレスモータには、耐環境性に加えて駆動機構の回転数が高い為に高精度化も要求されている。そして、他の車載部品と同様に角度検出装置にも小型化が要求されている。

特許文献１には、位置決め装置及び工作機械装置に関する技術が開示されている。同期モータの駆動により固定部に対して可動部が移動する移動機構を備え、この可動部にインクリメンタル型エンコーダとアブソリュート型エンコーダを備えている。制御装置によって、電源投入時に読み取られたアブソリュート型エンコーダの信号データから可動部の初期座標を求め、電源投入時以後に読み取られたインクリメンタル型エンコーダの信号データを基に可動部の現在座標を求め、アブソリュート型エンコーダからの信号データとインクリメンタル型エンコーダの信号データとを用いて、可動部の現在座標を求めている。こうすることで、インクリメンタル型エンコーダの「原点合わせ」作業を不要とし、インクリメンタル型エンコーダの精度誤差の修正も可能としている。

特許文献２には、アブソリュート型リニアエンコーダとアクチュエータに関する技術が開示されている。特許文献１と似たような構成となっており、インクリメンタルリニアスケールとアブソリュートリニアスケールを有して、それぞれの検出器を備え、アブソリュートリニアスケール部は装置起動時又はリセット時のみに機能させ、検出時間をかけることにより検出器の出力を確保し、通常はインクリメンタルリニアスケールだけを使用して応答速度を高くしている。

特許文献３には、レゾルバ付モータ構造に関する技術が開示されている。また、特許文献４には、回転位置センサに関する技術が開示されている。それぞれ、ロータ及びステータに円盤状の面にコイルが形成され、レゾルバ及び位置センサとして機能している。

特開２００９−２８４６６２号公報 特開２０１０−０６６１２９号公報 特開２０１０−１３３９２２号公報 特開２０１２−０１８０８６号公報

しかしながら、特許文献１乃至特許文献４の技術を位置検出センサに用いるには、次のような課題がある。

特許文献１及び特許文献２では、インクリメンタル型エンコーダにアブソリュート型エンコーダを組み合わせて使用している。このような発想は従来からあるが、２種類の同じような大きさのエンコーダを用意する必要があるため、スペース効率が良くない。車載するエンコーダは小型化の要求が高いため、特許文献３及び特許文献４の様な構成で、アブソリュート型のエンコーダとインクリメンタル型のエンコーダを実装できることが望ましい。しかし、特許文献３及び特許文献４の技術をそのまま用いると、別々に円盤を用意する必要があり、非効率である。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、省スペース化を実現可能な角度センサを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明による角度センサは以下のような特徴を有する。

（１）絶対位置検出部、相対移動検出部、及びロータリートランス部を備える角度センサにおいて、前記絶対位置検出部は、ロータ基板上に設けられたロータ側絶対位置検出用コイルとステータ基板上に設けられたステータ側絶対位置検出用コイルとを有し、前記ロータ側絶対位置検出用コイルと前記ステータ側絶対位置検出用コイルは対向する位置に設けられ、前記相対移動検出部は、前記ロータ基板上に設けられたロータ側相対移動検出用コイルと前記ステータ基板上に設けられたステータ側相対移動検出用コイルとを有し、前記ロータ側相対移動検出用コイルと前記ステータ側相対移動検出用コイルは対向する位置に設けられ、前記ロータリートランス部は、前記ロータ基板上に設けられたロータ側ロータリートランスコイルと前記ステータ基板上に設けられたステータ側ロータリートランスコイルとを有し、前記ロータ側ロータリートランスコイルと前記ステータ側ロータリートランスコイルは対向する位置に設けられ、前記ロータ側ロータリートランスコイルに対し、前記ロータ側絶対位置検出用コイルと前記ロータ側相対移動検出用コイルは並列に接続され、前記ロータ側相対移動検出用コイル及び前記ステータ側相対移動検出用コイルはそれぞれミアンダ状平面コイルパターンを有し、前記ロータ側絶対位置検出用コイル及び前記ステータ側絶対位置検出用コイルはそれぞれ渦巻き状位置コイルパターンを有し、前記絶対位置検出部と前記相対移動検出部は、それぞれ高周波の励磁信号が入力され、ステータに対するロータの位置変化に伴うインダクタンスの変化により角度を検出するものであり、前記絶対位置検出部によって絶対位置を検出し、前記相対移動検出部の出力により前記ロータの移動を検出するものであり、前記ロータ側相対移動検出用コイルは、前記ロータ側絶対位置検出用コイルの径方向外側に配置されること、を特徴とする。

上述の（１）に記載の発明の態様によれば、同一平面に相対移動検出部と絶対位置検出部を形成し、相対移動検出部の外周に絶対位置検出部が形成されるので、角度センサの小型化が実現可能となる。絶対位置検出部と相対移動検出部には、それぞれ高周波の励磁信号が入力されているので、それぞれに設けるコイルのターン数を少なくとも信号検出精度を確保することが可能である。この為、ロータ基板上又はステータ基板上に設けられた各コイルのスペース効率を向上させ、かつ、角度センサとしての精度を損なわない。

そして、ロータ側絶対位置検出用コイルと前記ロータ側相対移動検出用コイルとが並列に接続されて、ロータ側ロータリートランスコイルに対応している。通常は、絶対位置検出用コイルに対してロータリートランスコイルを１つ、又、相対移動検出用コイルに対してもロータリートランスコイルを１つ設けるが、絶対位置検出部と相対移動検出部を同時に使用しないため、ロータリートランスコイルを共通化することが可能となる。この結果、ロータリートランスコイルを複数設ける必要が無くなり省スペース化が可能となる。

また、ロータ側相対移動検出用コイルは、ロータ側絶対位置検出用コイルの径方向外側に配置されることで、ミアンダ状のコイルの折り返し数を増やすことができ、結果的に角度センサを高精度化することも可能となる。

（２）（１）に記載の角度センサにおいて、前記ロータ側絶対位置検出用コイルは、前記ロータ側絶対位置検出用コイルの径方向外側を一周しない位置で折り返して配置されること、を特徴とする。

上述の（２）に記載の発明の態様によれば、絶対角度検出の精度を向上させることが出来る。本発明では、絶対位置検出コイルの外周側に相対移動検出コイルを設けているが、通電すると相対移動検出コイルに流れる高周波信号により、電磁ノイズの発生が懸念される。この為、何ら対策を講じないと絶対角度検出の精度が低下する虞がある。しかし、絶対角検出オイルの外周を一周しないように折り返して相対移動検出用コイルを設けると、相対移動検出用コイルと折り返し部分とで逆方向に電流が流れ、お互いに電磁ノイズを打ち消し合う様に働くので、結果的に絶対角検出の精度を向上させることが可能である。

（３）（２）に記載の角度センサにおいて、前記折り返した部分もミアンダ状に形成され、径方向に伸びる部分はお互いに重なり、周方向に伸びる部分は径方向の外側で互い違いになるように配置されること、を特徴とする。

上述の（３）に記載の発明の態様によれば、折り返した部分もミアンダ状に形成されており、径方向に伸びる部分はお互いに重なるように配置され、かつ周方向に伸びる部分は径方向の外側で互い違いになるように配置されている。この結果、径方向に重なる配線には同じ方向に電流が流れることとなり、結果的に相対移動検出部のＳ／Ｎ比を向上させることが可能になる。

（４）（２）に記載の角度センサにおいて、前記折り返した部分で基準位置検出用コイルが形成され、前記基準位置検出用コイルは、ステータ基板上のロータ側基準位置検出用コイルに対応してステータ側基準位置検出用コイルが形成されること、を特徴とする。

上述の（４）に記載の発明の態様によれば、基準位置検出が相対移動検出コイルから折り返した部分に設けたコイルで行う事が出来るので、この折り返した部分での絶対位置検出が可能である。別途設けられている絶対位置検出部のように角度センサを回転させずに絶対位置を検出することは出来ないが、例えば、絶対位置検出部が故障した場合などには、これに変わって基準位置検出が出来る。

（５）（２）又は（３）に記載の角度センサにおいて、前記ロータ側相対移動検出用コイルの一部にミアンダ状パターンの１サイクル長以上のミアンダ状パターンを形成しないブランク領域を設け、前記ステータ側相対移動検出用コイルと同一の周上にステータ側基準位置検出用コイルを設け、前記ブランク領域を検出することにより、基準位置を検出すること、を特徴とする。

上述の（５）に記載の発明の態様によれば、（４）と同様に、絶対位置検出部が故障した場合などには、これに変わって基準位置検出が出来る。（４）と異なる点は、相対移動検出コイルと同一の周上に基準位置検出用コイルやブランク領域を設けているので、スペース効率が良くなる点である。

第１実施形態の、ステータ側第１層パターンを示す平面図である。 第１実施形態の、ステータ側第２層パターンを示す平面図である。 第１実施形態の、ロータ側パターンを示す平面図である。 第１実施形態の、モータの簡易な構造を示す断面図である。 第１実施形態の、角度センサの位置検出制御に関するブロック図である。 比較のために用意した、ステータ側第１層パターンを示す平面図である。 比較のために用意した、ステータ側第２層パターンを示す平面図である。 比較のために用意した、ロータ側パターンを示す平面図である。 比較のために用意した、角度センサによる位置検出の様子を示すグラフである。 第１実施形態の、角度センサによる位置検出の様子を示したグラフである。 第２実施形態の、ロータ側パターンを示す平面図である。 第３実施形態の、ステータ側第１層パターンを示す平面図である。 第３実施形態の、ステータ側第２層パターンを示す平面図である。 第３実施形態の、ロータ側パターンを示す平面図である。 第４実施形態の、ロータ側第１層パターンを示す平面図である。 第４実施形態の、ロータ側第２層パターンを示す平面図である。 第４実施形態の、相対移動検出用コイルの説明図である。 第５実施形態の、ステータ側第２層パターンを示す平面図である。 第５実施形態の、ロータ側パターンを示す平面図である。

次に、本発明の第１の実施形態について、自動車のクランク軸に用意される回転角を検出する為のロータリーエンコーダに用いた具体例にて図面を参照しつつ説明する。

図４には、第１実施形態のモータ１０の簡易な構造を断面図に示す。モータ１０は、ケース本体１０１と、ケース蓋体１０２と、モータステータ１０３と、モータロータ１０４と、モータ軸１０５と、を備えているブラシレスモータである。ケース本体１０１にはその内側にモータステータ１０３が固定されている。モータステータ１０３には、コイル１０６が備えられている。コイル１０６に通電されることで、モータステータ１０３に磁力が発生する。

一方、モータ軸１０５には、永久磁石を備えたモータロータ１０４が固定されている。モータステータ１０３とモータロータ１０４は所定のギャップが設けられ、モータステータ１０３に通電されると、モータロータ１０４が回転する。このモータロータ１０４の回転によってモータ軸１０５に駆動力が発生する。モータロータ１０４には、ロータ側センサ基板２０が付設され、ケース蓋体１０２にはステータ側センサ基板４０が固定されている。ロータ側センサ基板２０及びステータ側センサ基板４０はそれぞれ円筒状に形成された基板であり、ケース本体１０１とケース蓋体１０２が組み立てられた状態で、ロータ側センサ基板２０とステータ側センサ基板４０は所定のギャップが保持されて対向して配置される。

このギャップの距離が近い方が角度センサ１００の検出精度を向上させることが出来るが、ロータ側センサ基板２０とステータ側センサ基板４０とが干渉するとその機能が発揮できない虞がある。よって、寸法公差や温度による寸法変化なども考慮された上で、ロータ側センサ基板２０とステータ側センサ基板４０とのギャップが決定される。

図１に、ステータ側第１層パターン２０１を平面図に示す。図２に、ステータ側第２層パターン２０２を平面図に示す。図３に、ロータ側パターン２０３を平面図に示す。ロータ側センサ基板２０は、ロータ側パターン２０３を備えてなる。ロータ側パターン２０３は、ロータ側相対移動検出用コイル１１３と、ロータ側絶対位置検出用コイル１３３と、ロータ側ロータリートランスコイル１４３と、を有する。ロータ側相対移動検出用コイル１１３はミアンダ状（九十九折状）に配線が形成されて、円環状に配置されている。

そして、ロータ側相対移動検出用コイル１１３の内周には、ロータ側絶対位置検出用コイル１３３が配置される。ロータ側絶対位置検出用コイル１３３は第１コイル１３３ａと第２コイル１３３ｂの２つからなり、それぞれ半円状かつ渦巻き状に形成されている。この第１コイル１３３ａと第２コイル１３３ｂとは逆回りとなるように巻回されて形成されており、かつ、第１コイル１３３ａと第２コイル１３３ｂとが直列に接続されている。ロータ側絶対位置検出用コイル１３３の内周側には、ロータ側ロータリートランスコイル１４３が配置される。

ステータ側センサ基板４０は、ステータ側第１層パターン２０１及びステータ側第２層パターン２０２が積層形成されてなる。ステータ側第１層パターン２０１は、ステータ側相対移動検出用第１層コイル１１１と、ステータ側絶対位置検出用第１層コイル１３１と、ステータ側第１層ロータリートランスコイル１４１と、を有する。ステータ側第１層パターン２０１は第１層リード部１６１を介して、制御回路部５９に接続される。ステータ側第２層パターン２０２は、ステータ側相対移動検出用第２層コイル１１２と、ステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２と、ステータ側第２層ロータリートランスコイル１４２と、を有する。ステータ側第２層パターン２０２は第２層リード部１６２を介して、制御回路部５９に接続される。

ステータ側相対移動検出用第１層コイル１１１は、ロータ側相対移動検出用コイル１１３と同様にミアンダ状に配線が形成されている。ステータ側相対移動検出用第１層コイル１１１の内周側に配置されるステータ側絶対位置検出用第１層コイル１３１は、第１コイル１３１ａ及び第２コイル１３１ｂよりなる。第１コイル１３１ａと第２コイル１３１ｂはそれぞれ半円状かつ渦巻き状に形成されている。そして、第１コイル１３１ａと第２コイル１３１ｂとはお互いに逆回りとなるように巻回され、また、第１コイル１３１ａと第２コイル１３１ｂとは直列に接続されている。ステータ側絶対位置検出用第１層コイル１３１の内側には、ステータ側第１層ロータリートランスコイル１４１が形成されている。

同様に、ステータ側相対移動検出用第２層コイル１１２は、ロータ側相対移動検出用コイル１１３と同様にミアンダ状に配線が形成されている。ステータ側相対移動検出用第２層コイル１１２の内周側に配置されるステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２は、第１コイル１３２ａ及び第２コイル１３２ｂよりなる。第１コイル１３２ａと第２コイル１３２ｂはそれぞれ半円状かつ渦巻き状に形成されている。そして、第１コイル１３２ａと第２コイル１３２ｂとはお互いに逆回りとなるように巻回され、また、第１コイル１３２ａと第２コイル１３２ｂとは直列に接続されている。ステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２の内側には、ステータ側第２層ロータリートランスコイル１４２が形成されている。

これらステータ側第１層パターン２０１、ステータ側第２層パターン２０２及びロータ側パターン２０３は、図４に示される様にロータ側センサ基板２０とステータ側センサ基板４０に備えられるので、位置的に、重ねられたステータ側第１層ロータリートランスコイル１４１とステータ側第２層ロータリートランスコイル１４２とが、ロータ側ロータリートランスコイル１４３と対向する位置に配置される。また、重ねられたステータ側相対移動検出用第１層コイル１１１とステータ側相対移動検出用第２層コイル１１２とが、ロータ側相対移動検出用コイル１１３に対向する位置に配置される。また、重ねられたステータ側絶対位置検出用第１層コイル１３１とステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２とが、ロータ側絶対位置検出用コイル１３３と対向する位置に配置される。

図５に、角度センサの位置検出制御に関するブロック図を示す。ステータ側相対移動検出用第１層コイル１１１、ステータ側相対移動検出用第２層コイル１１２及びロータ側相対移動検出用コイル１１３は、相対移動検出部１１０として機能する。ステータ側絶対位置検出用第１層コイル１３１、ステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２及びロータ側絶対位置検出用コイル１３３は、絶対位置検出部１３０として機能する。ステータ側第１層ロータリートランスコイル１４１、ステータ側第２層ロータリートランスコイル１４２及びロータ側ロータリートランスコイル１４３は、ロータリートランス部１４０として機能する。

そして、ロータ側センサ基板２０のロータ側ロータリートランスコイル１４３に対して、ロータ側相対移動検出用コイル１１３及びロータ側絶対位置検出用コイル１３３は並列に接続されている。励磁信号生成回路５０からは、例えば２ＭＨｚ程度の高周波の励磁信号が入力される。この高周波の励磁信号が、相対移動検出部１１０及び絶対位置検出部１３０に入力され、ステータ側センサ基板４０に対するロータ側センサ基板２０の位置変化に伴うインダクタンスの変化を検出し、これによって角度を検出することが出来る構成となっている。

ステータ側絶対位置検出用第１層コイル１３１とは第１検波回路５１と接続され、ステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２とは第２検波回路５２と接続される。ステータ側相対移動検出用第１層コイル１１１とは第３検波回路５３と接続され、ステータ側相対移動検出用第２層コイル１１２とは第４検波回路５４と接続される。第１検波回路５１及び第２検波回路５２は、同期検出を行う回路である。第３検波回路５３及び第４検波回路５４は、包絡線検波を行う回路である。第１検波回路５１及び第２検波回路５２は絶対角度検出回路５７に接続され、第３検波回路５３は第１コンパレータ５５を介し、第４検波回路５４は第２コンパレータ５６を介して絶対角度検出回路５７に接続される。

この様なセンサ部５８と制御回路部５９よりなる角度センサ１００は、モータ１０を搭載した車両が動き出す際に、ロータ側センサ基板２０とステータ側センサ基板４０にそれぞれ備えられる、絶対位置検出部１３０にてステータ側センサ基板４０に対するロータ側センサ基板２０の角度を検出する。そして、モータ１０を搭載した車両が動き出してからは、相対移動検出部１１０にて回転角度検出を行う。この際に、相対移動検出部１１０から得られたデータを絶対位置検出部１３０から得られたデータで補正する事で、正確な角度を把握することが可能となる。

第１実施形態の角度センサ１００は上記構成であるので、以下に説明するような作用及び効果を奏する。

第１実施形態の位置センサは、その効果として省スペース化が可能である点が挙げられる。第１実施形態の角度センサ１００は、絶対位置検出部１３０、相対移動検出部１１０、及びロータリートランス部１４０を備える角度センサ１００であって、絶対位置検出部１３０は、ロータ側センサ基板２０の基板上に設けられたロータ側絶対位置検出用コイル１３３とステータ側センサ基板４０の基板上に設けられたステータ側絶対位置検出用第１層コイル１３１及びステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２とを有している。そして、ロータ側絶対位置検出用コイル１３３とステータ側絶対位置検出用第１層コイル１３１及びステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２は対向する位置に設けられている。

相対移動検出部１１０は、ロータ側センサ基板２０の基板上に設けられたロータ側相対移動検出用コイル１１３とステータ側センサ基板４０の基板上に設けられたステータ側相対移動検出用第１層コイル１１１及びステータ側相対移動検出用第２層コイル１１２とを有し、ロータ側相対移動検出用コイル１１３とステータ側相対移動検出用第１層コイル１１１及びステータ側相対移動検出用第２層コイル１１２は対向する位置に設けられている。ロータリートランス部１４０は、ロータ側センサ基板２０の基板上に設けられたロータ側ロータリートランスコイル１４３とステータ側センサ基板４０の基板上に設けられたステータ側第１層ロータリートランスコイル１４１及びステータ側第２層ロータリートランスコイル１４２とを有し、ロータ側ロータリートランスコイル１４３とステータ側第１層ロータリートランスコイル１４１及びステータ側第２層ロータリートランスコイル１４２は対向する位置に設けられている。

ロータ側ロータリートランスコイル１４３に対し、ロータ側絶対位置検出用コイル１３３とロータ側相対移動検出用コイル１１３は並列に接続され、ロータ側相対移動検出用コイル１１３及びステータ側相対移動検出用第１層コイル１１１及びステータ側相対移動検出用第２層コイル１１２はそれぞれミアンダ状平面コイルパターンを有している。ロータ側絶対位置検出用コイル１３３及びステータ側絶対位置検出用第１層コイル１３１及びステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２はそれぞれ渦巻き状位置コイルパターンを有している。絶対位置検出部１３０と相対移動検出部１１０は、それぞれ高周波の励磁信号が入力され、ステータ側センサ基板４０に対するロータ側センサ基板２０の位置変化に伴うインダクタンスの変化により角度を検出するものである。また、絶対位置検出部１３０によって絶対位置を検出し、相対移動検出部１１０の出力によりロータ側センサ基板２０の移動を検出するものである。また、ロータ側相対移動検出用コイル１１３は、ロータ側絶対位置検出用コイル１３３の径方向外側に配置されるものである。

図６に、比較のために用意した、ステータ側第１層パターン３０１を平面図に示す。図７に、ステータ側第２層パターン３０２を平面図に示す。図８に、ロータ側パターン３０３を平面図に示す。特許文献３の位置センサと特許文献４の位置センサを、第１実施形態と同様に同一のセンサ基板上に形成し、かつ、特許文献４の位置センサが特許文献３の位置センサの径方向外側に配置すると、図６乃至図８に示すようなロータ側センサ基板２０及びステータ側センサ基板４０が考えられる。即ち、ステータ側第１層パターン３０１は、ステータ側相対移動検出用第１層コイル１１１、ステータ側絶対位置検出用第１層コイル１３１、及びステータ側第１層ロータリートランスコイル１４１に加えて、ステータ側第１層第２ロータリートランスコイル１２１を備えている。ステータ側第２層パターン３０２は、ステータ側相対移動検出用第２層コイル１１２、ステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２、及びステータ側第２層ロータリートランスコイル１４２に加えて、ステータ側第２層第２ロータリートランスコイル１２２を備えている。ロータ側パターン３０３は、ロータ側相対移動検出用コイル１１３、ロータ側絶対位置検出用コイル１３３、及びロータ側ロータリートランスコイル１４３に加えて、ロータ側ロータリートランスコイル１２３を備えている。

比較のために用意したロータ側センサ基板２０及びステータ側センサ基板４０は、ステータ側第１層第２ロータリートランスコイル１２１、ステータ側第２層第２ロータリートランスコイル１２２、及びロータ側ロータリートランスコイル１２３を備えている。この為、第２ロータリートランスコイルの分だけ第１実施形態のロータ側センサ基板２０及びステータ側センサ基板４０よりも大きくする必要がある。ロータ側絶対位置検出用コイル１３３とロータ側相対移動検出用コイル１１３とが並列に接続され、ロータ側ロータリートランスコイル１４３と対応するように形成されている。つまり、ロータ側相対移動検出用コイル１１３とロータ側絶対位置検出用コイル１３３とでロータ側ロータリートランスコイル１４３を共用している。

この為、結果的にステータ側第１層第２ロータリートランスコイル１２１、ステータ側第２層第２ロータリートランスコイル１２２、及びロータ側ロータリートランスコイル１２３を備えない分だけ、第１実施形態のロータ側センサ基板２０及びステータ側センサ基板４０を小型化することが可能である。ロータリートランスは、ロータ側センサ基板２０とステータ側センサ基板４０との間で電気信号や電流をやり取りする目的で設けられているが、相対移動検出部１１０は動き出す際に使うだけで良く、回転している間は絶対位置検出部１３０によって角度を検出し、相対移動検出部１１０によって得た情報によって位置を補正する事で絶対角度検出回路５７により、正確な角度を割り出すことが可能となる。

また、ステータ側絶対位置検出用第１層コイル１３１の外周側にステータ側相対移動検出用第１層コイル１１１を、ステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２の外周側にステータ側相対移動検出用第２層コイル１１２を、ロータ側絶対位置検出用コイル１３３の外周側にロータ側相対移動検出用コイル１１３を設けることで、角度センサ１００の高分解化が可能である。これは、ステータ側相対移動検出用第１層コイル１１１乃至ロータ側相対移動検出用コイル１１３が外周側に設けられることで径を大きくすることができ、折り返し部を増やす事が可能となる。この結果、高分解化が可能となる。

図９に、比較のために用意した、角度センサによる位置検出の様子をグラフに示す。図１０に、第１実施形態の、角度センサによる位置検出の様子をグラフに示す。従来は、例えばロータ側相対移動検出用コイル１１３のようなミアンダ状のコイルを使ってパルス信号Ｓ１を用いて角度を検出する場合に、ＴＤＣ信号Ｓ２を用いて絶対角度検出をするケースが考えられる。ただし、ＴＤＣ信号Ｓ２のピークＳ２１が検出されてからしか絶対角度を検出することが出来ない。ピークＳ２１はロータ側センサ基板２０の１周に一カ所しか設けられない。よって、位置によっては絶対角度検出のタイミングが遅れることになる。

一方、第１実施形態の角度センサ１００では、絶対位置検出部１３０を備えていることで、絶対位置検出部１３０での検出信号である正弦波Ｓ３及び余弦波Ｓ４を検出する。起動信号ＩＧＯＮが検出された際には、角度θの際の正弦波Ｓ３及び余弦波Ｓ４が検出される。正弦波Ｓ３がａｓｉｎθで、余弦波Ｓ４がａｃｏｓθであれば、角度θはθ＝ａｒｃｔａｎ（ａｓｉｎθ／ａｃｏｓθ）として求められる。従って、パルス信号Ｓ１は角度θで補正可能であるため、起動信号ＩＧＯＮから絶対角度を検出することが出来る。したがって、ＴＤＣ信号Ｓ２のピークＳ２１を待たずして検出することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照しつつ説明する。第２実施形態の角度センサ１００は、第１実施形態の角度センサ１００とほぼ同じ形態であるが、ロータ側センサ基板２０の構成が若干異なる。異なる部分について、以下に説明する。

図１１に、第２実施形態の、ロータ側パターン４０３を平面図に示す。ロータ側パターン４０３は、ロータ側相対移動検出用コイル１１４、ロータ側絶対位置検出用コイル１３４、ロータ側ロータリートランスコイル１４４を備えており、ロータ側相対移動検出用コイル１１４には、ミアンダ状に形成される検出部１１４ａの他に検出部１１４ａの内周に設けられる折り返し部１１４ｂを備えている。折り返し部１１４ｂは環状に形成され、検出部１１４ａが一周しないように折り返されて接続されている。

第２実施形態の角度センサ１００は上記構成であるので、以下に説明するような作用及び効果を奏する。

第２実施形態の角度センサ１００の効果として、絶対角検出の精度の向上が挙げられる。第２実施形態の角度センサ１００において、ロータ側相対移動検出用コイル１１４は、ロータ側相対移動検出用コイル１１４の径方向外側を一周しない位置で折り返して配置されている。角度センサ１００を使用する際には、絶対位置検出部１３０か相対移動検出部１１０の何れかを使うが、絶対位置検出部１３０を使う際にも相対移動検出部１１０には通電されてしまう。これは、ロータ側相対移動検出用コイル１１３とロータ側絶対位置検出用コイル１３３とが並列に接続されている為である。

しかし、この為に、絶対位置検出部１３０を使用する際にもロータ側相対移動検出用コイル１１３には電流が通されるため、ロータ側センサ基板２０が第１実施形態の図３のような構成であると、ロータ側相対移動検出用コイル１１３より電磁ノイズが発生する。このノイズは、ロータ側相対移動検出用コイル１１３とロータ側絶対位置検出用コイル１３３との位置関係によってはロータ側絶対位置検出用コイル１３３の検出精度に影響する虞がある。しかし、第２実施形態のように、ロータ側相対移動検出用コイル１１４に折り返し部１１４ｂを設けていることで、検出部１１４ａで発生した電磁波ノイズを打ち消すことが出来る。

具体的には、検出部１１４ａは折り返されて折り返し部１１４ｂに接続されている。つまり、電流の流れる方向は、検出部１１４ａと折り返し部１１４ｂとは逆方向に電流が流れる。したがって、お互いに生じる電界を打ち消し合うこととなるので、ロータ側相対移動検出用コイル１１３に通電することで生じる電磁波ノイズがロータ側絶対位置検出用コイル１３３に及ぼす影響は軽減される結果となる。

次に、本発明の第３の実施形態について図面を参照しつつ説明する。第３実施形態の角度センサ１００は、第１実施形態の角度センサ１００とほぼ同じ形態であるが、ロータ側センサ基板２０及びステータ側センサ基板４０のコイルの構成が若干異なる。異なる部分について以下に説明を行う。

図１２に、第３実施形態の、ステータ側第１層パターン５０１を平面図に示す。図１３に、ステータ側第２層パターン５０２を平面図に示す。図１４に、ロータコイル５０３を平面図に示す。ステータ側第１層パターン５０１は、ステータ側第１層パターン２０１と同じ構成である。ステータ側第２層パターン５０２は、ステータ側第２層パターン２０２に対応し、ステータ側相対移動検出用第２層コイル１１２、ステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３２、及びステータ側第２層ロータリートランスコイル１４２を備えている。また、ステータ側基準位置検出用コイル１７２と接続線１７１が設けられている。

ロータコイル５０３は、ロータ側パターン２０３に対応し、ロータ側相対移動検出用コイル１１３、ロータ側絶対位置検出用コイル１３３、及びロータ側ロータリートランスコイル１４３を備えている。また、ロータ側基準位置検出用コイル１７４を備えている。ロータ側基準位置検出用コイル１７４は接続線１７３でロータ側相対移動検出用コイル１１３と接続されている。

第３実施形態の角度センサ１００は、このように基準位置検出用コイル１７０を備える構成であるので、以下に説明するような作用及び効果を奏する。

まず、絶対位置検出部１３０とは別の絶対位置検出手段を確保できる点が挙げられる。第３実施形態の角度センサ１００は、折り返した部分で基準位置検出用コイル１７０が形成され、基準位置検出用コイル１７０は、ステータ基板上のロータ側基準位置検出用コイル１７４に対応してステータ側基準位置検出用コイル１７２が形成されるものである。このように絶対位置検出手段を２つ備えることで、例えば絶対位置検出部１３０が故障したような場合でも、絶対位置の検出が可能となる。絶対位置検出部１３０を用いる場合よりも絶対位置を検出する時間は若干要する事になるが、車両にモータ１０を搭載し、絶対位置検出部１３０が何らかの理由で使用できなくなった場合には退避走行が可能となる。

次に、本発明の第４の実施形態について図面を参照しつつ説明する。第４実施形態の角度センサ１００は、第１実施形態の角度センサ１００とほぼ同じ形態であるが、ロータ側センサ基板２０の構成が若干異なる。異なる部分について、以下に説明する。

図１５に、ロータ側第１層パターン６０３を示す。図１６に、ロータ側第２層パターン６０４を示す。図１７に、相対移動検出用コイルの説明図を示す。ロータ側第１層パターン６０３はロータ側パターン２０３と同じ構成であり、ロータ側相対移動検出用コイル１１３、ロータ側絶対位置検出用コイル１３３、及びロータ側ロータリートランスコイル１４３を備えている。一方、ロータ側第２層パターン６０４も同様の構成で、ロータ側相対移動検出用第２層コイル１１５、ロータ側絶対位置検出用第２層コイル１３５、及びロータ側第２層ロータリートランスコイル１４５を備えている。ただし、ロータ側相対移動検出用コイル１１３とロータ側相対移動検出用第２層コイル１１５とは、接続部１１３ａと接続部１１５ａとで接続されており、図１７に示すように、１ピッチ分ずらされて重ねられている。

第４実施形態の角度センサ１００は、上記構成であるので、Ｓ／Ｎ比を向上させることが出来る。第４実施形態の角度センサ１００は、ロータ側相対移動検出用コイル１１３とロータ側相対移動検出用第２層コイル１１５はミアンダ状に形成され、径方向に伸びる部分はお互いに重なり、周方向に伸びる部分は径方向の外側で互い違いになるように配置されるものである。したがって、図１７に示すように、ロータ側相対移動検出用コイル１１３に流れる電流の方向とロータ側相対移動検出用第２層コイル１１５に流れる電流の方向とは同じ方向になっている。この結果、ロータ側センサ基板２０に用いる相対移動検出部１１０のＳ／Ｎ比を向上させることが出来る。

次に、本発明の第５の実施形態について図面を参照しつつ説明する。第５実施形態の角度センサ１００は、第１実施形態の角度センサ１００とほぼ同じ形態であるが、ロータ側センサ基板２０とステータ側センサ基板４０のうち、相対移動検出部１１０の構成が若干異なる。異なる部分について、以下に説明する。

図１８に、ステータ側第２層パターン７０２を平面図に示す。図１９に、ロータ側パターン７０３を平面図に示す。図示しないステータ側第１層パターン７０１は、図１に示されるステータ側第１層パターン２０１と同じ構成である。ステータ側第２層パターン７０２は、ステータ側第２層パターン２０２に対応し、ステータ側相対移動検出用第２層コイル１１６と、ステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３６と、ステータ側第２層ロータリートランスコイル１４６とを有している。ステータ側相対移動検出用第２層コイル１１６はミアンダ状に形成されてなり、その円周の一部に基準位置コイル１８１が設けられている。ステータ側絶対位置検出用第２層コイル１３６は、第１コイル１３６ａと第２コイル１３６ｂがそれぞれ半円状かつ渦巻き状に形成されてなる。

基準位置コイル１８１は渦巻き状に形成されたコイルであり、ステータ側相対移動検出用第２層コイル１１６の１サイクル長以内の大きさで形成されている。ロータ側パターン７０３は、ロータ側パターン２０３に対応し、ロータ側相対移動検出用コイル１１７と、ロータ側絶対位置検出用コイル１３７と、ロータ側ロータリートランスコイル１４７を有している。ロータ側相対移動検出用コイル１１７はミアンダ状に形成され、その一部にブランク領域１８２が設けられている。ブランク領域１８２は１サイクル長以上の幅に形成されている。ロータ側絶対位置検出用コイル１３７は、第１コイル１３７ａと第２コイル１３７ｂがそれぞれ半円状かつ渦巻き状に形成されてなる。

第５実施形態の角度センサ１００は上記構成であるので、基準位置の検出が可能となる点が効果として得られる。これは、ロータ側相対移動検出用コイル１１７の一部にミアンダ状パターンの１サイクル長以上のミアンダ状パターンを形成しないブランク領域１８２を設け、ステータ側相対移動検出コイルと同一の周上に基準位置コイル１８１を設ける構成とすることで、相対移動検出部１１０の基準位置コイル１８１でブランク領域１８２を検出することにより、基準位置を検出するものである。これによって、第３実施形態と同様に、基準位置コイル１８１及びブランク領域１８２を用いて基準位置を取得できるため、例えば絶対位置検出部１３０が故障したような場合でも、絶対位置の検出が可能となる。絶対位置検出部１３０を用いる場合よりも絶対位置を検出する時間は若干要する事になるが、車両にモータ１０を搭載し、絶対位置検出部１３０が何らかの理由で使用できなくなった場合に退避走行が可能となる。

以上において、実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、実施例で示されたコイルパターンについて、発明の範囲内で変更することを妨げない。

１０ モータ
２０ ロータ側センサ基板
４０ ステータ側センサ基板
１００ 角度センサ
１１１ ステータ側相対移動検出用第１層コイル
１１２ ステータ側相対移動検出用第２層コイル
１１３ ロータ側相対移動検出用コイル
１１４ ロータ側相対移動検出用コイル
１１５ ロータ側相対移動検出用第２層コイル
１１６ ステータ側相対移動検出用第２層コイル
１１７ ロータ側相対移動検出用コイル
１２１ ステータ側第１層第２ロータリートランスコイル
１２２ ステータ側第２層第２ロータリートランスコイル
１２３ ロータ側ロータリートランスコイル
１３０ 絶対位置検出部
１３１ ステータ側絶対位置検出用第１層コイル
１３１ａ 第１コイル
１３１ｂ 第２コイル
１３２ ステータ側絶対位置検出用第２層コイル
１３２ａ 第１コイル
１３２ｂ 第２コイル
１３３ ロータ側絶対位置検出用コイル
１３３ａ 第１コイル
１３３ｂ 第２コイル
２０１ ステータ側第１層パターン
２０２ ステータ側第２層パターン
２０３ ロータ側パターン

Claims (5)

1. 絶対位置検出部、相対移動検出部、及びロータリートランス部を備える角度センサにおいて、
   前記絶対位置検出部は、ロータ基板上に設けられたロータ側絶対位置検出用コイルとステータ基板上に設けられたステータ側絶対位置検出用コイルとを有し、
   前記ロータ側絶対位置検出用コイルと前記ステータ側絶対位置検出用コイルは対向する位置に設けられ、
   前記相対移動検出部は、前記ロータ基板上に設けられたロータ側相対移動検出用コイルと前記ステータ基板上に設けられたステータ側相対移動検出用コイルとを有し、
   前記ロータ側相対移動検出用コイルと前記ステータ側相対移動検出用コイルは対向する位置に設けられ、
   前記ロータリートランス部は、前記ロータ基板上に設けられたロータ側ロータリートランスコイルと前記ステータ基板上に設けられたステータ側ロータリートランスコイルとを有し、
   前記ロータ側ロータリートランスコイルと前記ステータ側ロータリートランスコイルは対向する位置に設けられ、
   前記ロータ側ロータリートランスコイルに対し、前記ロータ側絶対位置検出用コイルと前記ロータ側相対移動検出用コイルは並列に接続され、
   前記ロータ側相対移動検出用コイル及び前記ステータ側相対移動検出用コイルはそれぞれミアンダ状平面コイルパターンを有し、
   前記ロータ側絶対位置検出用コイル及び前記ステータ側絶対位置検出用コイルはそれぞれ渦巻き状位置コイルパターンを有し、
   前記絶対位置検出部と前記相対移動検出部は、それぞれ高周波の励磁信号が入力され、ステータに対するロータの位置変化に伴うインダクタンスの変化により角度を検出するものであり、前記絶対位置検出部によって絶対位置を検出し、前記相対移動検出部の出力により前記ロータの移動を検出するものであり、
   前記ロータ側相対移動検出用コイルは、前記ロータ側絶対位置検出用コイルの径方向外側に配置されること、
   を特徴とする角度センサ。
2. 請求項１に記載の角度センサにおいて、
   前記ロータ側絶対位置検出用コイルは、前記ロータ側絶対位置検出用コイルの径方向外側を一周しない位置で折り返して配置されること、
   を特徴とする角度センサ。
3. 請求項２に記載の角度センサにおいて、
   前記折り返した部分もミアンダ状に形成され、径方向に伸びる部分はお互いに重なり、周方向に伸びる部分は径方向の外側で互い違いになるように配置されること、
   を特徴とする角度センサ。
4. 請求項２に記載の角度センサにおいて、
   前記折り返した部分で基準位置検出用コイルが形成され、
   前記基準位置検出用コイルは、ステータ基板上のロータ側基準位置検出用コイルに対応してステータ側基準位置検出用コイルが形成されること、
   を特徴とする角度センサ。
5. 請求項２又は請求項３に記載の角度センサにおいて、
   前記ロータ側相対移動検出用コイルの一部にミアンダ状パターンの１サイクル長以上のミアンダ状パターンを形成しないブランク領域を設け、
   前記ステータ側相対移動検出用コイルと同一の周上にステータ側基準位置検出用コイルを設け、
   前記ブランク領域を検出することにより、基準位置を検出すること、
   を特徴とする角度センサ。

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