JP5341832B2

JP5341832B2 - 回転位置センサ

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Publication number: JP5341832B2
Application number: JP2010155844A
Authority: JP
Inventors: 祐一真鍋; 鉄治井上
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-07-08
Also published as: US8736259B2; US20120007592A1; JP2012018084A

Description

この発明は、ロータ平板とステータ平板が対向して設けられ、前記ロータ平板の回転動作変位を検出する電磁誘導式の回転位置センサに関する。

従来、この種の技術として、各分野で広く用いられている回転位置センサが挙げられる。自動車用エンジンでは、その回転速度や回転位相を検出するために、回転位置センサの一つであるクランク角センサが使われている。この種のクランク角センサとして、下記の特許文献１にその一例が記載されている。
クランク角センサの代表的なものとして、マグネチックピックアップを用いたものが知れている。その代表的な使われ方は、回転軸に設けられたギア状の磁性材に対向して磁石とコイルで構成されたマグネチックピックアップを置き、このピックアップと磁性材との空隙距離が変化することでマグネチックピックアップから電圧波形を出力するようになっている。この方式の問題点は、マグネチックピックアップの先端の磁束の先鋭化に限界があり、ギア状磁性材の歯数を増やすことにも限界があって、角度分解能が制限されることであった。

また、回転を検出する別の方式として、光学式ロータリーエンコーダが一般的に知られている。その一例が、下記の特許文献２に記載されている。ところが、光学式ロータリーエンコーダは、光を用いているので汚染物質の付着に弱いという問題があった。また、分解能を上げるためにスリットを狭くすると汚染物質でスリットが塞がれやすく、やはりオイルや塵埃などにさらされやすい悪環境の中で使用することは困難であった。
そこで、光学式とは異なり、磁界の変化を利用することで汚染物質の問題を回避できる、電磁誘導式ロータリーエンコーダを挙げることができる。下記の特許文献３にその一例が記載されている。この種の電磁誘導式ロータリーエンコーダは、回転体に固定したマグネットと、そのマグネットに対向可能に配置され、回転体の回転に伴うマグネットの通過を検出する複数のコイルパターンとを備える。これらコイルパターンは、プリント回路基板上のコイルパターン領域の中で電気的に位相をずらして配置されている。

ところが、特許文献３に記載の電磁誘導式ロータリーエンコーダでは、回転体の回転に伴うマグネットの移動により検出コイル周辺の磁界を変化させ、検出コイルであるコイルパターン（１ターンコイル）に誘起電流を発生させるが、十分な出力を得るためには一定以上の回転速度が必要であり、低回転時には出力が小さくなり、角度が検出できないという問題があった。検出コイルの巻線数を増やすか、マグネットを大きくすることで、出力が大きくなり、検出可能な回転速度範囲を広げることができるが、それでは、回転位置センサが大きくなってしまうという問題であった。
一方、回転位置センサの巻線数を増やさない方法として、回転位置センサとして使用されるレゾルバにおいて、高周波励磁信号を用いる技術が、特許文献４に記載されている。

特開２００１−０４１０９２号公報特開平０６−０９５７９８号公報特開平０９−１７０９３４号公報特開２０００−２９２２０５号公報

しかしながら、特許文献３に記載のロータリィエンコーダでは、ロータに設けられたマグネットの小型化や、巻線コイルの小型化には限りがあった。すなわち、小型化すると、必要とする検出角度の分解能の低下、及び角度検出可能な回転速度範囲が狭くなるという問題があり、必要とする性能を得ようとすると、回転位置センサが大型化する問題があり、小型かつ分解能の高い回転位置センサを実現することは困難であった。
一方、つづら折り状の励磁コイル、検出コイルを使用する場合、つづら折りの1周期の円周方向における角度を細かく（すなわち、コイルのピッチを狭く）してゆけば、検出角度の分解能を高くすることはできるが、ピッチを狭くした場合には、ロータ平板とステータ平板の間隔を狭くする必要がある。対応するコイルのみの磁束を検出するためには、ピッチを狭くするのに対応して、ロータ平板とステータ平板の間隔も狭くする必要があるからである。
しかしながら、ロータ平板とステータ平板の間隔を狭くすることは、ロータ平板やステータ平板の平面度等の製作制度を高めなければならないため、コストアップする問題があった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、回転角度の高い分解能を得られると同時に、小型化した回転位置センサを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の回転位置センサは、次のような構成を有している。
（１）ロータ平板とステータ平板が対向して設けられ、ロータ平板の回転動作変位を検出する電磁誘導式の回転位置センサにおいて、ロータ平板の外周部につづら折り状の励磁コイルが形成され、内周部にロータ側ロータリィトランスが形成されていること、ステータ平板の外周部に、つづら折り状のｎ個の検出コイル（ｎは、３以上の整数）が形成され、内周部にステータ側ロータリィトランスが形成されていること、ｎ個の検出コイルが、重なり合わないように、円周方向に並べて配置されていること、ｎ個の検出コイルは、各々、電気角で３６０度／（２ｎ）ずつずらして配置されていること、ステータ側ロータリィトランス及びロータ側ロータリィトランスを介して、励磁コイルに高周波信号を励磁する高周波励磁回路を有すること、を特徴とする。
（２）（１）に記載する回転位置センサにおいて、前記ｎ個の検出コイルが、同一膜層に形成されていること、を特徴とする。ここで、同一膜層とは、ステータ平板上において、複数の膜が層状に形成されているときに、同一の膜層にあることを言う。１層のみの場合には、当然その１層の中に、ｎ個の検出コイルが形成されている。
（３）（１）または（２）に記載する回転位置センサにおいて、前記高周波信号が、５００ｋＨｚ以上であること、を特徴とする。

（４）（１）乃至（３）に記載する回転位置センサのいずれか１つにおいて、前記２以上の検出コイルの出力信号の排他的論理和を出力する排他的論理和回路を有すること、を特徴とする。
（５）（１）乃至（４）に記載する回転位置センサのいずれか１つにおいて、前記２以上の検出コイルの各々のインピーダンスが等しくなるように配線していること、を特徴とする。
（６）（１）乃至（５）に記載する回転位置センサのいずれか１つにおいて、前記検出コイルが４個あり、前記４個の検出コイルは、各々、電気角で４５度ずつずらして配置されていること、を特徴とする。

上記構成を有する回転位置センサは、次のように、作用及び効果を奏する。
（１）（６）ロータ平板とステータ平板が対向して設けられ、ロータ平板の回転動作変位を検出する電磁誘導式の回転位置センサにおいて、ロータ平板の外周部につづら折り状の励磁コイルが形成され、内周部にロータ側ロータリィトランスが形成されていること、ステータ平板の外周部に、つづら折り状のｎ個の検出コイル（ｎは、３以上の整数）が形成され、内周部にステータ側ロータリィトランスが形成されていること、ｎ個の検出コイルが、重なり合わないように、円周方向に並べて配置されていること、ｎ個の検出コイルは、各々、電気角で３６０度／（２ｎ）ずつずらして配置されていること、ステータ側ロータリィトランス及びロータ側ロータリィトランスを介して、励磁コイルに高周波信号を励磁する高周波励磁回路を有すること、を特徴とする。
例えば、前記検出コイルが４個あり、前記４個の検出コイルは、各々、電気角で４５度ずつずらして配置されている場合には、各検出コイルのつづら折りの１周期を８度とし、第１検出コイル、第２検出コイル、第３検出コイル、及び第４検出コイルを外周部に形成し、第２検出コイルを第１検出コイルに対して、円周方向において電気角で４５度（実際の機械角で１度）ずらして配置され、第３検出コイルを第１検出コイルに対して、円周方向において電気角で９０度（実際の機械角で２度）ずらして配置され、第４検出コイルを第１検出コイルに対して、円周方向で電気角で１３５度（実際の機械角で３度）ずらして配置される。

ここで、ステータ側ロータリィトランス、及びロータ側ロータリィトランスを介して、ロータ平板の励磁コイルに例えば、２ＭＨｚの高周波励磁信号を与えると、回転しているロータ平板の励磁コイルにより、ステータ平板に対して、２ＭＨｚの高周波信号による磁束が発生する。
これにより、第１検出コイル、第２検出コイル、第３検出コイル、及び第４検出コイルにおいては、順次電気角で４５度ずれた誘起電圧が発生するので、各検出コイルの検出できる回転角度の分解能は、４度であるが、全体としての分解能は、１度とすることができるため、センサ全体を小型化すると同時に高い分解能を備える回転角度センサを実現できる。

（２）（１）に記載する回転位置センサにおいて、前記ｎ個の検出コイルが、同一膜層に形成されていること、を特徴とするので、各検出コイル間のバラツキがなくなり、検出精度を高くすることができる。また、同一膜層に形成することにより、製造コストを低くすることができる。
（３）（１）または（２）に記載する回転位置センサにおいて、前記高周波信号が、５００ｋＨｚ以上であること、を特徴とするので、高周波励磁信号を用いているため、検出コイルの巻線数を減らすことができ、平板表面のつづら折り状の検出コイルを実現することができる。ロータ平板上の励磁コイル、及びステータ平板上の検出コイルを実現することにより、軸心方向での回転位置センサの長さを短くすることができ、全体として、回転位置センサを小型化できる。

（４）（１）乃至（３）に記載する回転位置センサのいずれか１つにおいて、前記２以上の検出コイルの出力信号の排他的論理和を出力する排他的論理和回路を有すること、を特徴とするので、複雑な演算処理を必要とせずに、簡単な論理回路ＩＣチップのみで信号処理を行うことができるため、コストを低減することができる。例えば、クランク角センサとして使用する場合、従来のクランク角センサが電気回路をほとんど必要としていなかったため、複雑な電気回路を必要とする回転位置センサでは、コストが高くなり問題となるが、本発明の回転位置センサは、簡単な回路のみでできるため、コストを抑えることができる。
（５）（１）乃至（４）に記載する回転位置センサのいずれか１つにおいて、前記２以上の検出コイルの各々のインピーダンスが等しくなるように配線していること、を特徴とするので、ステータ平板に対して、均一な磁束が供給されたときに、各検出コイルで発生する誘起電圧に誤差が生じることがなく、検出精度を高くすることができる。

第１実施形態に係り、ロータリィエンコーダ１の外観を示す概略構成図である。ロータ平板１３上の励磁コイル１４、ロータ側ロータリィトランス７の形状、配置を示す図である。ステータ平板１１上の検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、ステータ側ロータリィトランス８の形状、配置を示す図である。ロータリィエンコーダ１の制御的構成を示すブロック図である。ロータリィエンコーダ１の制御信号を示す図である。第２実施の形態のロータリィエンコーダ３０の検出コイル１２の形状、配置を示す図である。第３実施の形態のロータリィエンコーダ４０の検出コイル１２の形状、配置を示す図である。第４実施の形態のロータリィエンコーダ５０の検出コイル１２の形状、配置を示す図である。

以下、この発明の回転位置センサを「電磁誘導式ロータリィエンコーダ」に具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
図１に、この実施形態のロータリィエンコーダ１を概略構成図により示す。このロータリィエンコーダ１は、一例として、エンジン２のクランクシャフト３に対応して設けられ、本発発明の可動体に相当するクランクシャフト３の動作位置（回転角）を検出するために使用される。
ロータリィエンコーダ１は、表面に検出コイル１２等が形成され、ハウジング５に固定されているステータ平板１１と、ステータ平板１１に対向してクランクシャフト３に固定され、クランクシャフト３と共に回転する、表面に励磁コイル１４等が形成されたロータ平板１３と、励磁コイル１４に励磁信号を出力すると共に、検出コイル１２から出力される検出信号を処理するためのコントローラ２０とを備える。
ステータ平板１１とロータ平板１３とは、互いにほぼ同じ大きさの円板形状をなし、所定の間隔で対向している。ロータ平板１３には、励磁コイル１４等が形成されているのと反対の面の中心に、入力軸１５が一体に設けられ、この入力軸１５がハウジング５から突出して設けられる。入力軸１５が、カップリング１６を介してクランクシャフト３に一体回転可能に固定されている。

図２に、ロータ平板１３の一側面である平面に形成された励磁コイル１４、ロータ側ロータリィトランス７を示す。励磁コイル１４は、ロータ平板１３の一側面の外周縁に沿って円環状に設けられる。励磁コイル１４は、矩形に折れ曲がる「つづら折り形状のコイルパターン」により形成される。この実施形態で、「つづら折り形状のコイルパターン」は、図２に示すように、ロータ平板１３の外側へ向いた、例えば「４５個」の矩形部６ａ（鎖線楕円の中に示す。）と、隣り合う矩形部６ａの間をつなぐ連結部６ｂとを含む。そして、図２に示すように、隣り合う１つの矩形部６ａと１つの連結部６ｂとにより１つ分の折れ曲がりパターン６が構成される。「つづら折り形状のコイルパターン」は、このような１つ分の折れ曲がりパターン６が複数（本実施の形態の場合、４５個）連続することで構成される。１つ分の折れ曲がりパターン６は、機械角では円周方向に、３６０度／４５＝８度分の位置を占めている。
励磁コイル１４の一端１４ｂは、中央部に５周の渦巻状に形成されたロータ側ロータリィトランス７の一端７ａに接続している。ロータリィトランス７の他端７ｂは、ロータ平板１３の裏面において、励磁コイル１４の他端１４ａに接続されている。すなわち、ロータ側ロータリィトランス７と励磁コイル１４とは、連続するコイルとして一体に形成されている。
本実施の形態では、コイルパターンは、幅が０．３ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍの銅製である。製造方法としては、エッチングで製造しているが、プレス打ち抜き等により製造してもよい。その場合には、厚みを適宜増加させても良い。

図３に、ステータ平板１１の一表面に形成された、４個の検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、及びステータ側ロータリィトランス８を示す。
検出コイル１２は、ステータ平板１１の一側面の外周縁に沿って円環状に設けられる。検出コイル１２は、矩形に折れ曲がる「つづら折り形状のコイルパターン」により形成される。この実施形態で、「つづら折り形状のコイルパターン」は、図３に示すように、ステータ平板１１の外側へ向いた、例えば「４０個」の矩形部９ａ（鎖線楕円の中に示す。）と、隣り合う矩形部９ａの間をつなぐ連結部９ｂとを含む。そして、図３に示すように、隣り合う１つの矩形部９ａと１つの連結部９ｂとにより１つ分の折れ曲がりパターン９が構成される。
検出コイル１２は、円周方向において、時計回りに順次配置される、４個の検出コイル１２Ａ、検出コイル１２Ｃ、検出コイル１２Ｂ、及び検出コイル１２Ｄより構成されている。４個の検出コイル１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｂ、１２Ｄは各々、１０個の折れ曲がりパターン９を備えている。

そして、検出コイル１２Ｃの位置は、円周方向において、検出コイル１２Ａに対して、電気角で４５度（機械角で１度）ずれて配置されている。すなわち、検出コイル１２Ｃは、検出コイル１２Ａを励磁コイル１４と一致させたときに、励磁コイル１４に対して、電気角で４５度、機械角で１度ずれた位置にある。
また、検出コイル１２Ｂの位置は、円周方向において、検出コイル１２Ａに対して、電気角で９０度（機械角で２度）ずれて配置されている。すなわち、検出コイル１２Ｂは、検出コイル１２Ａを励磁コイル１４と一致させたときに、励磁コイル１４に対して、電気角で９０度、機械角で２度ずれた位置にある。
また、検出コイル１２Ｄの位置は、円周方向において、検出コイル１２Ａに対して、電気角で１３５度（機械角で３度）ずれて配置されている。すなわち、検出コイル１２Ｄは、検出コイル１２Ａを励磁コイル１４と一致させたときに、励磁コイル１４に対して、電気角で１３５度、機械角で３度ずれた位置にある。

ここで、検出コイル１２の形状、寸法は、励磁コイル１４と基本的に同じであり、１つ分の折れ曲がりパターン９は、機械角では円周方向に、８度分の位置を占めている。したがって、電気角４５度と機械角１度とは、４５／３６０＝１／８で等しく、電気角９０度と機械角２度とは、９０／３６０＝２／８で等しく、電気角１３５度と機械角３度とは、１３５／３６０＝３／８で等しい。
本実施例では、つづら折り状の検出コイル１２が、４個（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）あるので、電気角としては、３６０度／（２＊４）＝４５度ずつずらして配置している。すなわち、検出コイル１２Ａが、励磁コイル１４と同じ電気角に位置するとき、検出コイル１２Ｃは、励磁コイル１４に対して、電気角で４５度ずらして配置されている。また、検出コイル１２Ｂは、励磁コイル１４に対して、４５度*２=９０度ずらして配置されている。また、検出コイル１２Ｄは、励磁コイル１４に対して、４５度*３=１３５度ずらして配置されている。

検出コイル１２Ａの一端１２Ａａは、外部端子１７Ａａに接続し、他端１２Ａｂは、外部端子１７Ａｂに接続している。検出コイル１２Ｃの一端１２Ｃａは、外部端子１７Ｃａに接続し、他端１２Ｃｂは、外部端子１７Ｃｂに接続している。検出コイル１２Ｂの一端１２Ｂａは、外部端子１７Ｂａに接続し、他端１２Ｂｂは、外部端子１７Ｂｂに接続している。検出コイル１２Ｄの一端１２Ｄａは、外部端子１７Ｄａに接続し、他端１２Ｄｂは、外部端子１７Ｄｂに接続している。
中央部には、ロータ平板１３に形成されたロータ側ロータリィトランス７に対向して、５周の渦巻状にステータ側ロータリィトランス８が形成されている。ステータ側ロータリィトランス８の一端８ａは、外部端子９に接続しており、他端８ｂは、裏面を介して端子１０ａに接続している。端子１０ａは、外部端子１０に接続している。

図４に、ロータリィエンコーダ１の電気制御的構成をブロック図により示す。コントローラ２０は、励磁回路２１、高周波発生回路２２、４個の復調回路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ、４個の波形整形回路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ、及び３個の排他的論理和回路２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを備える。励磁回路２１は、励磁コイル１４を高周波信号で励磁するようになっている。高周波発生回路２２は、励磁回路２１に高周波信号を供給するようになっている。この高周波信号として、本実施の形態では、「２ＭＨｚ」の周波数を用いている。５００ｋＨｚ以上の高周波信号で励磁することにより、つづら折り形状のコイルパターンのように巻線数の少ない検出回路でも、十分な誘起電圧を確保することができる。すなわち、高周波信号の各周期において発生する誘起電圧（電流）は小さいが、高い周波数により、それらが総計されるため、結果として、十分な誘起電圧を得ることができる。本出願人が実験により確認したところ、５００ｋＨｚ以上の高周波信号を用いると、周辺ノイズに対して十分なＳ／Ｎ比を得ることができた実用に適した誘起電圧を得ることができる。

検出コイル１２Ａには、復調回路２５Ａを介して、波形整形回路２３Ａが接続し、検出コイル１２Ｂには、復調回路２５Ｂを介して、波形整形回路２３Ｂが接続し、検出コイル１２Ｃには、復調回路２５Ｃを介して、波形整形回路２３Ｃが接続し、検出コイル１２Ｄには、復調回路２５Ｄを介して、波形整形回路２３Ｄが接続している。
復調回路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄは各々、励磁回路２１の励磁信号を受けており、励磁信号を同期検波信号として、検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄから各々出力される検出信号を同期検波して、復調信号に変換している。
波形成形回路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄは各々、復調回路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄの復調信号を受けて、コンパレータにより、つづら折り形状のパターンにより発生する周波数のパルス信号に変換している。

次に、上記構成を有する本実施の形態のロータリィエンコーダ１の作用について説明する。ロータリィエンコーダ１では、クランクシャフト３が回転することで、ロータ平板１３がクランクシャフト３と共に回転し、励磁コイル１４がステータ平板１１の検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄと隙間６を介して対向しながら回転する。
このとき、高周波発生回路２２及び励磁回路２１により、ステータ側ロータリィトランス８、及びロータ側ロータリィトランス７を介して、励磁コイル１４が一定振幅の高周波（２ＭＨｚ）で励磁される。これにより、励磁コイル１４に周期的に磁力線が発生し、励磁コイル１４に対向して設けられた検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄに誘起電圧が発生する。このとき、励磁コイル１４と各検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ間の結合の大きさはロータ平板１１の回転角に応じて変動するため、発生する誘起電圧の大きさもロータ平板１１の回転角に応じて変動する。
よって、検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄから出力される検出信号波、それぞれ励磁信号と同周波数の搬送波がロータ平板の回転角（励磁コイル１４と各検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ間の位相差）に応じて振幅変調された形の信号となる。そして、この検出信号が、復調回路２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄにより復調されることにより、クランクシャフト３の回転角の変化（回転位相の変化）を反映した低周波の復調信号が得られる。この復調信号が、波形成形回路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄにてパルス状信号に整形される。

波形成形回路２３Ａからの出力波形を、図５にＡ信号として示す。波形成形回路２３Ｂからの出力波形を、Ｂ信号として示し、波形成形回路２３Ｃからの出力波形を、Ｃ信号として示し、波形成形回路２３Ｄからの出力波形を、Ｄ信号として示す。
図５に示すように、Ａ信号とＢ信号とは、電気角で９０度位相がずれている。また、Ａ信号とＣ信号とは、電気角で４５度位相がずれている。また、Ａ信号とＤ信号とは、電気角で１３５度位相がずれている。
次に、波形整形回路２３Ａの出力信号であるＡ信号と、波形整形回路２３Ｂの出力信号であるＢ信号とを排他的論理和回路２４Ａに入力して、Ａ信号とＢ信号との排他的論理和を得る。排他的論理和回路２４Ａは、Ａ信号とＣ信号とが入力されているときに、両信号が共に「１」または「０」であるときに、「０」を出力し、一方が「１」で他方が「０」のときに、「１」を出力する回路である。したがって、排他的論理和回路２４Ａの出力信号であるＥ信号波、図５に示すようなパルス信号となる。
同様に、波形整形回路２３Ｃの出力信号であるＣ信号と、波形整形回路２３Ｄの出力信号であるＤ信号とを排他的論理和回路２４Ｂに入力すると、出力信号として、Ｆ信号が得られる。

そして、排他的論理和回路２４Ａの出力信号であるＥ信号と、排他的論理和回路２４Ｂの出力信号であるＦ信号とを、排他的論理和回路２４Ｃに入力することにより、図５に示す出力信号を得ることができる。
検出コイル１２Ｃを検出コイル１２Ａに対して電気角で４５度ずらして形成し、検出コイル１２Ｂを検出コイル１２Ａに対して電気角で９０度ずらして形成し、検出コイル１２Ｄを検出コイル１２Ａに対して電気角で１３５度ずらして形成しているので、各々の検出信号として、Ａ信号、Ｂ信号、Ｃ信号、及びＤ信号として、電気角で４５度ずれた検出信号を得ることができるため、検出位置の分解能を４倍とすることができる。
また、排他的論理和回路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃは簡単な回路なので、複雑な電気回路を必要とせずに、低コストで回路を提供することができる。
なお、本実施の形態では、Ａ信号とＢ信号の排他的論理和を取り、Ｃ信号とＤ信号の排他的論理和を取って、さらにそれらの排他的論理和を取っているが、別な順序で排他的論理和を取っても、結果は同じである。

以上詳細に説明したように、本実施の形態のロータリィエンコーダ１によれば、ロータ平板１３とステータ平板１１が対向して設けられ、ロータ平板１３の回転動作変位を検出する電磁誘導式のロータリィエンコーダ１において、ロータ平板１３の外周部につづら折り状の励磁コイル１４が形成され、内周部にロータ側ロータリィトランス７が形成されていること、ステータ平板１１の外周部に、つづら折り状のｎ個の検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ（本実施の形態では、ｎ＝４）が形成され、内周部にステータ側ロータリィトランス８が形成されていること、４個の検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが、重なり合わないように、円周方向に並べて配置されていること、４個の検出コイルは、各々、電気角で３６０度／８ずつずらして配置されていること、ステータ側ロータリィトランス８及びロータ側ロータリィトランス７を介して、励磁コイル１４に高周波信号を励磁する高周波励磁回路２２、２１を有すること、を特徴とするので、第１検出コイル１２Ａ、第２検出コイル１２Ｂ、第３検出コイル１２Ｃ、及び第４検出コイル１２Ｄにおいては、順次電気角で４５度ずれた誘起電圧が発生するので、各検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの検出できる回転角度の分解能は、４度であるが、全体としての分解能は、１度とすることができるため、センサ全体を小型化すると同時に高い分解能を備える回転角度センサを実現できる。

また、４個の検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが、同一膜層に形成されていること、を特徴とするので、各検出コイル間のバラツキがなくなり、検出精度を高くすることができる。また、同一膜層に形成することにより、製造コストを低くすることができる。
また、高周波信号が、５００ｋＨｚ以上であること、を特徴とするので、高周波励磁信号を用いているため、検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの巻線数を減らすことができ、平板表面のつづら折り状の検出コイルを実現することができる。ロータ平板１３上の励磁コイル１４、及びステータ平板１１上の検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを実現することにより、軸心方向での回転位置センサの長さを短くすることができ、全体として、回転位置センサを小型化できる。

また、４個の検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの出力信号の排他的論理和を出力する排他的論理和回路２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを有すること、を特徴とするので、複雑な演算処理を必要とせずに、簡単な論理回路ＩＣチップのみで信号処理を行うことができるため、コストを低減することができる。例えば、クランク角センサとして使用する場合、従来のクランク角センサが電気回路をほとんど必要としていなかったため、複雑な電気回路を必要とする回転位置センサでは、コストが高くなり問題となるが、本発明の回転位置センサは、簡単な回路のみでできるため、コストを抑えることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態のロータリィエンコーダ３０について説明する。第２の実施の形態のロータリィエンコーダ３０は、ほとんどの構成、作用が第１実施の形態のロータリィエンコーダ１と同じなのでの、同じ部分については図面上同じ番号を付して、説明を省略し、相違する点についてのみ詳細に説明する。
図６に示すように、ロータリィエンコーダ３０のステータ平板１１は、２個の検出コイル３１Ａ、３１Ｂを有している。検出コイル３１Ｂは、検出コイル３１Ａに対して、電気角で９０度（機械角で２度）ずれた位置に形成されている。検出コイル３１Ａの両端３１Ａａ、３１Ａｂは各々、端子１７Ａａ、端子１７Ａｂに接続している。また、検出コイル３１Ｂの両端３１Ｂａ、３１Ｂｂは各々、端子１７Ｂａ、１７Ｂｂに接続している。
この実施の形態のロータリィエンコーダ３０によれば、分解能は２度となり、第１実施の形態のロータリィエンコーダ１の分解能の半分に低下するが、検出コイル３１Ａ、３１Ｂでの誘起電流が大きくなるため、ロータリィエンコーダ１と比較して、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態のロータリィエンコーダ４０について説明する。第２の実施の形態のロータリィエンコーダ４０は、ほとんどの構成、作用が第１実施の形態のロータリィエンコーダ１と同じなのでの、同じ部分については図面上同じ番号を付して、説明を省略し、相違する点についてのみ詳細に説明する。
図７に示すように、ロータリィエンコーダ４０のステータ平板１１は、８個の検出コイル４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、４１Ｅ、４１Ｆ、４１Ｇ、４１Ｈを有している。検出コイル４１Ｃは、検出コイル４１Ａに対して、電気角で２２．５度（機械角で０．５度）ずれた位置に形成されている。検出コイル４１Ｅは、検出コイル４１Ａに対して、電気角で４５度（機械角で１度）ずれた位置に形成されている。検出コイル４１Ｇは、検出コイル４１Ａに対して、電気角で６７．５度（機械角で１．５度）ずれた位置に形成されている。
また、検出コイル３１Ｂは、検出コイル３１Ａに対して、電気角で９０度（機械角で２度）ずれた位置に形成されている。検出コイル４１Ｄは、検出コイル４１Ａに対して、電気角で１１２．５度（機械角で２．５度）ずれた位置に形成されている。検出コイル４１Ｆは、検出コイル４１Ａに対して、電気角で１３５度（機械角で３度）ずれた位置に形成されている。検出コイル４１Ｈは、検出コイル４１Ａに対して、電気角で１５２．５度（機械角で３．５度）ずれた位置に形成されている。

検出コイル４１Ａの両端４１Ａａ、４１Ａｂは各々、端子１７Ａａ、端子１７Ａｂに接続している。また、検出コイル４１Ｃの両端４１Ｃａ、４１Ｃｂは各々、端子１７Ｃａ、１７Ｃｂに接続している。また、検出コイル４１Ｅの両端４１Ｅａ、４１Ｅｂは各々、端子１７Ｅａ、１７Ｅｂに接続している。また、検出コイル４１Ｇの両端４１Ｇａ、４１Ｇｂは各々、端子１７Ｇａ、１７Ｇｂに接続している。また、検出コイル４１Ｂの両端４１Ｂａ、４１Ｂｂは各々、端子１７Ｂａ、１７Ｂｂに接続している。また、検出コイル４１Ｄの両端４１Ｄａ、４１Ｄｂは各々、端子１７Ｄａ、１７Ｄｂに接続している。また、検出コイル４１Ｆの両端４１Ｆａ、４１Ｆｂは各々、端子１７Ｆａ、１７Ｆｂに接続している。また、検出コイル４１Ｈの両端４１Ｈａ、４１Ｈｂは各々、端子１７Ｈａ、１７Ｈｂに接続している。
この実施の形態のロータリィエンコーダ４０によれば、分解能は０．５度となり、第１実施の形態のロータリィエンコーダ１の分解能の２倍とすることができる。ただし、検出コイル４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、４１Ｅ、４１Ｆ、４１Ｇ、４１Ｈで発生する誘起電流が小さくなるため、ロータリィエンコーダ１と比較して、Ｓ／Ｎ比が低下する問題がある。

次に、本発明の第４の実施の形態のロータリィエンコーダ５０について説明する。第４の実施の形態のロータリィエンコーダ５０は、ほとんどの構成、作用が第１実施の形態のロータリィエンコーダ１と同じなのでの、同じ部分については図面上同じ番号を付して、説明を省略し、相違する点についてのみ詳細に説明する。
ロータリィエンコーダ５０は、４個の検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを有する点において、ロータリィエンコーダ１と同じであるが、４個の検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの端子部と、外部端子との接続構造が相違している。この点について、図８に基づいて説明する。

検出コイル１２Ａの一端１２Ａａは、接続部５３Ａ及び接続部５１Ａを介して、外部端子１７Ａａに接続している。一方、検出コイル１２Ａの他端１２Ａｂは、接続部５２Ａを介して、外部端子１７Ａｂに接続している。
検出コイル１２Ｃの一端１２Ｃａは、接続部５１Ｃを介して、外部端子１７Ｃａに接続している。一方、検出コイル１２Ｃの他端１２Ｃｂは、接続部５３Ｃ及び接続部５２Ｃを介して、外部端子１７Ｃｂに接続している。
検出コイル１２Ｂの一端１２Ｂａは、接続部５３Ｂ及び接続部５１Ｂを介して、外部端子１７Ｂａに接続している。一方、検出コイル１２Ｂの他端１２Ｂｂは、接続部５２Ｂを介して、外部端子１７Ｂｂに接続している。
検出コイル１２Ｄの一端１２Ｄａは、接続部５１Ｄを介して、外部端子１７Ｄａに接続している。一方、検出コイル１２Ｄの他端１２Ｄｂは、接続部５３Ｄ及び接続部５２Ｄを介して、外部端子１７Ｄｂに接続している。

ロータリィエンコーダ５０においては、検出コイル１２Ａと外部端子１７Ａａ、１７Ａｂとを接続する接続部５１Ａ、５２Ａ、５３Ａと、検出コイル１２Ｂと外部端子１７Ｂａ、１７Ｂｂとを接続する接続部５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂと、検出コイル１２Ｃと外部端子１７Ｃａ、１７Ｃｂとを接続する接続部５１Ｃ、５２Ｃ、５３Ｃと、検出コイル１２Ｄと外部端子１７Ｄａ、１７Ｄｂとを接続する接続部５１Ｄ、５２Ｄ、５３Ｄとが、ほぼ同じ長さであるため、４個の検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄのインピーダンスが等しく、磁力により発生する誘起電流に対して、接続部が与える影響が等しく、接続部での誤差の発生を低減することができ、検出精度を向上させることができる。

第４実施の形態のロータリィエンコーダ５０によれば、２以上の検出コイルの各々のインピーダンスが等しくなるように配線していること、を特徴とするので、ステータ平板に対して、均一な磁束が供給されたときに、各検出コイルで発生する誘起電圧に誤差が生じることがなく、検出精度を高くすることができる。
すなわち、各検出コイル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの各接続部５１、５２、５３の長さ、位置が同じであるため、均一な磁束に対して、等しい誘起電流が発生し、接続部において誤差が生じることがない。
特に、接続線５１、５２を内周側に位置するステータ側ロータリィトランス８から離して、外周側配置しているので、接続線５１，５２において磁束により発生する誘起電圧（ノイズ）を低減することができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
本実施の形態では、検出コイルを２個、４個、８個配置する場合について説明したが、奇数個配置しても良いし、もっと数を増やしても良い。
本実施の形態では、高周波信号として、２ＭＨｚの高周波を用いているが、５００ｋＨｚ以上の高周波であれば良い。
本実施の形態では、エンジンのクランクシャフトの回転角度を計測するロータリィエンコーダについて説明したが、計測する対象物は、クランクシャフトに限らず、計測可能である。
本実施の形態では、各検出コイルが順次ずらして配置される場合について説明したが、各検出コイルが配置される順番はこれに限定されない。例えば、検出コイルを４個配置する場合において、１つ目の検出コイルを基準として、２つ目以降の検出コイルを、電気角で、１３５度、９０度、４５度それぞれずれるように、順番に配置してもよく、その他の順番でもよい。

本実施の形態において、４５度のずらす代わりに、２２５度（４５度＋１８０度）ずらして検出コイルを形成しても良い。１８０度ずれることにより、位相が反転した誘起電圧が検出されるが、信号処理は、本実施の形態と同じ処理で行うことができる。このような場合は、技術的に見れば当然、電気角で３６０度／（２ｎ）ずつずらして配置されていることに含まれていると考えるべきである。

本発明は、電磁誘導式ロータリィエンコーダや電磁誘導式リニアエンコーダに利用することができる。

７ロータ側ロータリィトランス
８ステータ側ロータリィトランス
１１ステータ平板
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ検出コイル
１３ロータ平板
１４励磁コイル
２１励磁回路
２２高周波発生器
２３波形整形回路
２４排他的論理和回路
２５復調回路

Claims

ロータ平板とステータ平板が対向して設けられ、前記ロータ平板の回転動作変位を検出する電磁誘導式の回転位置センサにおいて、
前記ロータ平板の外周部につづら折り状の励磁コイルが形成され、内周部にロータ側ロータリィトランスが形成されていること、
前記ステータ平板の外周部に、つづら折り状のｎ個の検出コイル（ｎは、３以上の整数）が形成され、内周部にステータ側ロータリィトランスが形成されていること、
前記ｎ個の検出コイルが、重なり合わないように、円周方向に並べて配置されていること、
前記ｎ個の検出コイルは、各々、電気角で３６０度／（２ｎ）ずつずらして配置されていること、
前記ステータ側ロータリィトランス及び前記ロータ側ロータリィトランスを介して、前記励磁コイルに高周波信号を励磁する高周波励磁回路を有すること、
を特徴とする回転位置センサ。
請求項１に記載する回転位置センサにおいて、
前記ｎ個の検出コイルが、同一膜層に形成されていること、
を特徴とする回転位置センサ。
請求項１または請求項２に記載する回転位置センサにおいて、
前記高周波信号が、５００ｋＨｚ以上であること、
を特徴とする回転位置センサ。
請求項１乃至請求項３に記載する回転位置センサのいずれか1つにおいて、
前記２以上の検出コイルの出力信号の排他的論理和を出力する排他的論理和回路を有すること、
を特徴とする回転位置センサ。
請求項１乃至請求項４に記載する回転位置センサのいずれか１つにおいて、
前記２以上の検出コイルの各々のインピーダンスが等しくなるように配線していること、
を特徴とする回転位置センサ。
請求項１乃至請求項５に記載する回転位置センサのいずれか１つにおいて、
前記検出コイルが４個あり、前記４個の検出コイルは、各々、電気角で４５度ずつずらして配置されていること、
を特徴とする回転位置センサ。