(57)【要約】【課題】コイルの面積を大きく取ることができ、且つＳ／Ｎ比の優れた回転体の角度検出装置を提供する。【解決手段】回転体の角度検出装置１０は、回転子３０と、回転子３０と空隙を介して対向配置された固定子２０を備える。固定子２０は４つの出力コイルを含む１つの単位出力コイル群と４個の一次コイルを含む１つの単位一次コイル群を備え、回転子３０は２つの単位二次コイル群を備える。１つの単位二次コイル群に含まれる４個の二次コイルの夫々は別の１つの単位二次コイル群に含まれる４個の二次コイルのうち巻回方向が同じ且つ電気角で３６０°の位相差の位置にある二次コイルと接続されている。回転子３０の回転中は常に、接続された２個の二次コイルのうち一方は単位一次コイル群に含まれる一次コイルと対向し、他方は単位出力コイル群に含まれる出力コイルと対向する。【選択図】図１
2014066525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、
前記軸と同軸芯に配置され、前記軸と一体で回転する回転子と、
前記回転子と空隙を介して同軸芯に対向配置された固定子とを備え、
前記固定子は、周方向で隣接配置され巻回方向が逆で直列接続された２個の出力コイルと周方向でさらに隣接配置され巻回方向が同じで直列接続された２個の出力コイルとを含む１以上の単位出力コイル群と、周方向で隣接配置され巻回方向が互いに逆で接続された４個の一次コイルを含む単位一次コイル群を前記単位出力コイル群と同数備え、
前記回転子は、周方向で隣接配置され巻回方向が互いに逆向き且つ絶縁された４個の二次コイルを含む単位二次コイル群を前記単位出力コイル群と前記単位一次コイル群との和と同数備え、
１つの前記単位二次コイル群の前記二次コイルの夫々は別の１つの前記単位二次コイル群の前記二次コイルのうち巻回方向が同じ且つ電気角で３６０°位相差の整数倍の位置に配置された前記二次コイルと接続され、
その接続により、１つの前記単位二次コイル群の前記二次コイルの夫々に電流が流れたとき、前記二次コイルの夫々に流れる電流の向きと接続先の前記二次コイルの夫々に流れる電流の向きは、同じ向きと逆向きとが隣接する２個単位で連続しており、
前記回転子の回転中は常に、接続された前記二次コイルのうち一方は前記一次コイルと対向し、他方は前記出力コイルと対向する回転体の角度検出装置。
【請求項２】
前記固定子と前記回転子との間の前記空隙は軸芯方向に有しており、全ての前記出力コイル及び全ての前記一次コイルは絶縁層を挟んで多層に構成されており、前記出力コイル及び前記一次コイルの夫々は全ての層のコイルが直列接続され且つ同じ方向に電流が流れるように巻回されている請求項１に記載の回転体の角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ等の回転体の角度検出装置としてレゾルバがある。レゾルバは、電磁誘導により発生する誘導起電力の変化に基づいて回転体の角度を検出するセンサの一種であり、構造が簡単で耐環境性が高いという特徴がある。
【０００３】
特許文献１には、固定側コアに空隙を介して対向させた回転側コアと、固定側コアに設けた一次側巻線及び回転側コアに設けた二次側巻線からなる回転トランス部と、回転側コアに設けた励磁巻線及び固定側コアに設けた検出巻線からなる信号発生部とを具備する回転トランス形レゾルバが開示されている。このレゾルバは、固定側コアの軸芯付近に設けられた一次側巻線に交流電流を印加し、回転側コアに設けられた二次側巻線に誘導起電力を与える。このとき、二次側巻線に現れる誘導起電力は回転側コアの回転角度にかかわらず一定である。二次側巻線に現れた誘導起電力を駆動電力として二次側巻線の外側に設けられた複数の励磁巻線に交流電流を流す。固定側コアの一次側巻線の外側には複数の検出巻線が設けられている。回転側コアの回転角度に応じて励磁巻線と検出巻線の対向面積が変化し、検出巻線に誘導起電力が発生し正弦波状の信号が出力される。検出巻線は位相が９０度ずれた２種類の信号を出力し、それらの信号に基づいて回転角度を算出する。
【０００４】
特許文献２には、２個の固定子と１個の回転子を有し、回転子を挟むようにして固定子が配置されたシートコイル形レゾルバが開示されている。このレゾルバの一方の固定子の面には固定側シートコイルが１次側パターンとして全面に設けられている。回転子の一方の面には１次側パターンと対向して２次側パターンが全面に設けられ、他方の面にはレゾルバ励磁相パターンが設けられている。もう一方の固定子の面にはレゾルバ励磁相パターンと対向してレゾルバ検出相パターンが設けられている。1次側パターンに交流電流を印加し、２次側パターンに誘導起電力を与える。このとき、２次側パターンに現れる誘導起電力は回転角度にかかわらず一定である。２次側パターンに現れた誘導起電力を駆動電力としてレゾルバ励磁相パターンに交流電流を流す。回転子の回転角度に応じてレゾルバ励磁相パターンとレゾルバ検出相パターンの対向面積が変化し、レゾルバ検出相パターンに誘導起電力が発生し正弦波状の信号が出力される。レゾルバ検出相パターンは位相が９０度ずれた２種類の信号を出力し、それらの信号に基づいて回転角度を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１３６２１１号公報
【特許文献２】特開平１１−３２５９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された回転トランス形レゾルバにおいては、固定側コアの中央に一次側巻線が形成され回転側コアの中央に二次側巻線が形成されているため、それらの外側に設けられた検出巻線と励磁巻線のコイル面積が小さくなる。そのため、励磁巻線で発生する誘導起電力を大きくすることができず、結果的に検出巻線の出力を大きくすることができない。そのため、Ｓ／Ｎ比が小さく、外部からのノイズの影響を受けやすいという問題があった。
【０００７】
特許文献２に開示されたシートコイル形レゾルバにおいては、２次側パターンとレゾルバ励磁相パターンが回転子の表裏に設けられているため、レゾルバ励磁相パターンは回転子の全面を使ってコイルを形成でき、大きな誘導起電力を発生させることができる。しかし、軸方向に２個の固定子と１個の回転子が空隙を有して積層されているため、レゾルバ全体の大きさが大きくなってしまうという問題があった。
【０００８】
上記問題に鑑み、本発明は、コイルの面積を大きく取ることができ、Ｓ／Ｎ比の優れた回転体の角度検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る回転体の角度検出装置の特徴構成は、軸と、前記軸と同軸芯に配置され、前記軸と一体で回転する回転子と、前記回転子と空隙を介して同軸芯に対向配置された固定子とを備え、前記固定子は、周方向で隣接配置され巻回方向が逆で直列接続された２個の出力コイルと周方向でさらに隣接配置され巻回方向が同じで直列接続された２個の出力コイルとを含む１以上の単位出力コイル群と、周方向で隣接配置され巻回方向が互いに逆で接続された４個の一次コイルを含む単位一次コイル群を前記単位出力コイル群と同数備え、前記回転子は、周方向で隣接配置され巻回方向が互いに逆向き且つ絶縁された４個の二次コイルを含む単位二次コイル群を前記単位出力コイル群と前記単位一次コイル群との和と同数備え、１つの前記単位二次コイル群の前記二次コイルの夫々は別の１つの前記単位二次コイル群の前記二次コイルのうち巻回方向が同じ且つ電気角で３６０°位相差の整数倍の位置に配置された前記二次コイルと接続され、その接続により、１つの前記単位二次コイル群の前記二次コイルの夫々に電流が流れたとき、前記二次コイルの夫々に流れる電流の向きと接続先の前記二次コイルの夫々に流れる電流の向きは、同じ向きと逆向きとが隣接する２個単位で連続しており、前記回転子の回転中は常に、接続された前記二次コイルのうち一方は前記一次コイルと対向し、他方は前記出力コイルと対向する点にある。
【００１０】
このような特徴構成とすれば、単位一次コイル群から単位二次コイル群に向けての送電と、単位二次コイル群から単位出力コイル群に向けての送電との両方で、コイル対向面積に応じて出力電圧が変化するので、回転子の回転に対してより多くの電圧変化量を得ることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また、回転子に配置されたすべてのコイルで回転角度の情報を出力電圧に変換することが可能であり、効率良く回転角度を検出することができる。さらに、単位出力コイル群の２個の出力コイルは巻回方向が逆で直列接続されていることからプッシュプル構造を構成することができ、外部磁界によるノイズの影響を抑制することができる。
【００１１】
本発明に係る回転体の角度検出装置においては、前記固定子と前記回転子との間の前記空隙は軸芯方向に有しており、全ての前記出力コイル及び全ての前記一次コイルは絶縁層を挟んで多層に構成されており、前記出力コイル及び前記一次コイルの夫々は全ての層のコイルが直列接続され且つ同じ方向に電流が流れるように巻回されていると好適である。
【００１２】
コイルシートは通常、銅箔や銅の薄膜層をパターニングして形成するので、コイルの巻回数を多くすることは難しい。しかし、このような構成とすれば、コイルの巻回数を多くして出力電圧を大きくすることができ、外部ノイズに対してＳ／Ｎ比が良好なコイルシートを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る回転体の角度検出装置の構造を表す縦断面図である。
【図２】固定子に実装されたコイルの巻回状態を表す説明図である。
【図３】回転子に実装されたコイルの巻回状態を表す説明図である。
【図４Ａ】正接続を説明するための模式図である。
【図４Ｂ】逆接続を説明するための模式図である。
【図５】一次コイル及び出力コイルの巻回方向並びに二次コイルの接続方法の組み合わせ毎の印加電圧と出力電圧の正負の関係を表す表である。
【図６】回転角度４５°毎の第１出力電圧と第２出力電圧を表す表である。
【図７】回転角度を０°〜１８０°まで変化させたときの第１出力電圧の変化を表すグラフである。
【図８】回転角度を０°〜１８０°まで変化させたときの第２出力電圧の変化を表すグラフである。
【図９】第２実施形態に係る角度検出装置の固定側コイルシートを表す模式図である。
【図１０】第２実施形態に係る角度検出装置の回転側コイルシートを表す模式図である。
【図１１】第３実施形態に係る角度検出装置の固定側コイルシートを表す模式図である。
【図１２】第３実施形態に係る角度検出装置の回転側コイルシートを表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１．第１実施形態
〔回転体の角度検出装置全体の構造〕
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１に本実施形態に係る回転体の角度検出装置（以下、角度検出装置と称する）１０の構造を表す縦断面図を示す。角度検出装置１０は、固定子２０，回転子３０，軸４０，ケース５０，カバー６０，軸受７０ａ，７０ｂを備えている。
【００１５】
図１に示すように、角度検出装置１０は、同じ外径の円板状の固定子２０と回転子３０が空隙を有して対向配置され、共に中央に開けられた同軸芯の開口に金属製の軸４０が挿入されている。固定子２０と軸４０とは接触していない。回転子３０は圧入や接着等の方法により軸４０に固着されており、軸４０と一体となって回転する。軸４０の固定子２０と回転子３０より外側には軸受７０ａ，７０ｂが圧入されている。軸受７０ａは金属製のケース５０の中央に形成された凹部に嵌入され、軸受７０ｂは金属製のカバー６０の中央に形成された凹部に嵌入されている。固定子２０はケース５０に固定されている。ケース５０とカバー６０とは接着、溶接その他の方法により接合されている。
【００１６】
固定子２０はバックヨーク２１の上に固定側コイルシート２２が配置されたものである。バックヨーク２１はフェライト等の磁性体でできた円板状であり、中央に同軸芯で開口が形成されている。固定側コイルシート２２は、回転子３０と対向する表面コイルシート２２ａと、バックヨーク２１と対向する裏面コイルシート２２ｂと、表面コイルシート２２ａと裏面コイルシート２２ｂの間にある絶縁層２２ｃとからなる。表面コイルシート２２ａと裏面コイルシート２２ｂにおいて絶縁層２２ｃと対向していない側の２面は、共に不図示の絶縁皮膜で覆われている。
【００１７】
回転子３０はバックヨーク３１の上に回転側コイルシート３２が配置されたものである。バックヨーク３１はフェライト等の磁性体でできた円板状であり、中央に同軸芯で開口が形成されている。回転側コイルシート３２は、固定子２０と対向する表面コイルシート３２ａと、バックヨーク３１と対向する裏面シート３２ｂと、表面コイルシート３２ａと裏面シート３２ｂの間にある絶縁層３２ｃとからなる。表面コイルシート３２ａと裏面シート３２ｂにおいて絶縁層３２ｃと対向していない側の２面は、共に不図示の絶縁皮膜で覆われている。
【００１８】
ケース５０の上面からは固定子２０のコイル端と接続されている入力端子２３ｅ，２３ｆ及び出力端子２５ｃ，２５ｄ，２６ｃ，２６ｄが取り付けられている。入力端子２３ｅ，２３ｆは交流電源８０に接続されている。
【００１９】
〔固定子の構造〕
図２に、図１のＡ方向から見たときの、固定側コイルシート２２のコイルの巻回状態を表す説明図を示す。図２において、上側のコイルシートが表面コイルシート２２ａで下側のコイルシートが裏面コイルシート２２ｂである。図２に示すように、表面コイルシート２２ａと裏面コイルシート２２ｂの両方とも８個のコイルが周方向に等間隔で形成されている。表面コイルシート２２ａの８個のコイルの夫々はスルーホールにより裏面コイルシート２２ｂの８個のコイルの夫々と接続されているので、固定側コイルシート２２には８個のコイルが形成されているとみなすことができる。
【００２０】
図２に示すように、固定側コイルシート２２は、単位一次コイル群２３，単位出力コイル群２４を備えている。単位一次コイル群２３には８個のコイルのうち隣接する４個の一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが含まれる。単位出力コイル群２４は第１出力コイル群２５と第２出力コイル群２６からなり、第１出力コイル群２５には出力コイル２５ａ，２５ｂが含まれ、第２出力コイル群２６には出力コイル２６ａ，２６ｂが含まれる。以下、これらの８個のコイルについて、表面コイルシート２２ａに形成されたコイルと裏面コイルシート２２ｂに形成されたコイルとを区別して説明するときに、表面コイルシート２２ａのコイルを表面側のコイル、裏面コイルシート２２ｂのコイルを裏面側と称する。
【００２１】
出力コイル２５ａ，２５ｂは直列に接続されている。表面側の出力コイル２５ａは外側から内側に向かう左渦巻きパターンであり、内側端でスルーホールＴ１により裏面側の出力コイル２５ａの内側端に接続されている。裏面側の出力コイル２５ａは内側から外側に向かう左渦巻きパターンであり、外側端でスルーホールＴ２により表面側の出力コイル２５ｂの外側端と繋がっている。
【００２２】
表面側の出力コイル２５ｂは外側から内側に向かう右渦巻きパターンであり、内側端でスルーホールＴ３により裏面側の出力コイル２５ｂの内側端に接続されている。裏面側の出力コイル２５ｂは内側から外側に向かう右渦巻きパターンである。このように、出力コイル２５ａと出力コイル２５ｂとはＡ方向から見て巻回方向が逆であり、電流の流れる方向は常に逆になる。表面側の出力コイル２５ａの外側端と裏面側の出力コイル２５ｂの外側端は、角度検出装置１０の外部に出力を取り出す出力端子２５ｃ，２５ｄにそれぞれ接続されている。以下、出力端子２５ｃ，２５ｄ間の電圧を第１出力電圧と称する。
【００２３】
第２出力コイル群２６においても、出力コイル２６ａ，２６ｂは直列に接続されている。表面側の出力コイル２６ａは外側から内側に向かう右渦巻きパターンであり、内側端でスルーホールＴ４により裏面側の出力コイル２６ａの内側端に接続されている。裏面側の出力コイル２６ａは内側から外側に向かう右渦巻きパターンであり、外側端でスルーホールＴ５により表面側の出力コイル２６ｂの外側端と繋がっている。
【００２４】
表面側の出力コイル２６ｂは外側から内側に向かう右渦巻きパターンであり、内側端でスルーホールＴ６により裏面側の出力コイル２６ｂの内側端に接続されている。裏面側の出力コイル２６ｂは内側から外側に向かう右渦巻きパターンである。このように、出力コイル２６ａと出力コイル２６ｂとはＡ方向から見て巻回方向が同じであり、電流の流れる方向は常に同じになる。表面側の出力コイル２６ａの外側端と裏面側の出力コイル２６ｂの外側端は、角度検出装置１０の外部に出力を取り出す出力端子２６ｃ，２６ｄにそれぞれ接続されている。以下、出力端子２６ｃ，２６ｄ間の電圧を第２出力電圧と称する。
【００２５】
単位一次コイル群２３においては、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは直列に接続されている。図２に示すように、表面側の一次コイル２３ａは外側から内側に向かう左渦巻きパターンであり、内側端でスルーホールＴ７により裏面側の一次コイル２３ａの内側端に接続されている。裏面側の一次コイル２３ａは内側から外側に向かう左渦巻きパターンであり、外側端でスルーホールＴ８により表面側の一次コイル２３ｂの外側端と繋がっている。
【００２６】
表面側の一次コイル２３ｂは外側から内側に向かう右渦巻きパターンであり、内側端でスルーホールＴ９により裏面側の一次コイル２３ｂの内側端に接続されている。裏面側の一次コイル２３ｂは内側から外側に向かう右渦巻きパターンであり、外側端でスルーホールＴ１０により表面側の一次コイル２３ｃの外側端と繋がっている。
【００２７】
表面側の一次コイル２３ｃは外側から内側に向かう左渦巻きパターンであり、内側端でスルーホールＴ１１により裏面側の一次コイル２３ｃの内側端に接続されている。裏面側の一次コイル２３ｃは内側から外側に向かう左渦巻きパターンであり、外側端でスルーホールＴ１２により表面側の一次コイル２３ｄの外周端と繋がっている。
【００２８】
表面側の一次コイル２３ｄは外側から内側に向かう右渦巻きパターンであり、内側端でスルーホールＴ１３により裏面側の一次コイル２３ｄの内側端に接続されている。裏面側の一次コイル２３ｄは内側から外側に向かう右渦巻きパターンである。このように、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄはＡ方向から見て巻回方向が交互に逆になっており、電流の流れる方向も常に交互に逆になる。表面側の一次コイル２３ａの外側端と裏面側の一次コイル２３ｄの外側端は、角度検出装置１０の外部にある交流電源８０と接続する入力端子２３ｅ，２３ｆにそれぞれ接続されている。
【００２９】
本実施形態においては、出力コイル２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂと一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの巻き数を同じにしたが、これに限られるものではない。出力コイル２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂと一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの巻き数は異なっていてもよい。ただし、出力コイル２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂの夫々の巻き数は同じ方がよい。同様に、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの夫々の巻き数も同じ方がよい。
【００３０】
本実施形態においては、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを直列に接続したがこれに限られない。直列接続時と同方向の電流が流れるのであれば、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが並列に接続されても良い。また、直列接続と並列接続とが混在しても良い。並列接続にすることにより一次コイル１個あたりの通電電流を大きくすることができるので、後述する二次コイルに大きな誘導起電力を発生させることができる。
【００３１】
〔回転子の構造〕
図３に、図１のＡ方向から見たときの、回転側コイルシート３２のコイルの巻回状態を表す説明図を示す。図３において、上側のコイルシートが表面コイルシート３２ａで下側のコイルシートが裏面シート３２ｂである。図３に示すように、表面コイルシート３２ａには８個のコイルが周方向に等間隔で形成されている。表面コイルシート３２ａの８個のコイルの夫々はスルーホールにより裏面シート３２ｂの配線パターンと接続されている。
【００３２】
図３に示すように、回転側コイルシート３２は、２つの単位二次コイル群３３を備えている。夫々の単位二次コイル群３３には、隣接する４つの二次コイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが含まれる。二次コイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは互いに絶縁されており、巻回方向は互いに逆である。すなわち、二次コイル３３ａ，３３ｃは外側から内側に向かう左渦巻きパターンであり、二次コイル３３ｂ，３３ｄは外側から内側に向かう右渦巻きパターンである。また、同じ符号のコイルは機械角で１８０°ずれた所に配置されている。これは電気角で３６０°の位相差に相当するが、その理由は後述する。
【００３３】
以下、２つの単位二次コイル群３３を区別して説明するときは、単位二次コイル群３３−１，３３−２と称する。さらに、二次コイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄについて、夫々が単位二次コイル群３３−１，３３−２のいずれに含まれるコイルかを区別して説明するときは、単位二次コイル群３３−１の二次コイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを二次コイル３３ａ−１，３３ｂ−１，３３ｃ−１，３３ｄ−１と称し、単位二次コイル群３３−２の二次コイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを二次コイル３３ａ−２，３３ｂ−２，３３ｃ−２，３３ｄ−２と称する。
【００３４】
本実施形態において、同じ符号を持つ二次コイル同士は接続されている。すなわち、二次コイル３３ａ−１と二次コイル３３ａ−２は接続されている。同様に、二次コイル３３ｂ−１と二次コイル３３ｂ−２、二次コイル３３ｃ−１と二次コイル３３ｃ−２、二次コイル３３ｄ−１と二次コイル３３ｄ−２は夫々接続されている。
【００３５】
具体的には、図３に示すように、二次コイル３３ａ−１の内側端はスルーホールＴ１４，配線Ｈ１，スルーホールＴ１５を介して二次コイル３３ａ−２の内側端と接続され、二次コイル３３ａ−２の外側端はスルーホールＴ１６，配線Ｈ２，スルーホールＴ１７を介して二次コイル３３ａ−１の外側端と接続されている。同様に、二次コイル３３ｂ−１の内側端はスルーホールＴ１８，配線Ｈ３，スルーホールＴ１９を介して二次コイル３３ｂ−２の内側端と接続され、二次コイル３３ｂ−２の外側端はスルーホールＴ２０，配線Ｈ４，スルーホールＴ２１を介して二次コイル３３ｂ−１の外側端と接続されている。このように接続すると、一方の二次コイル３３ａ−１，３３ｂ−１に誘導起電力が発生したときに生じる磁束の方向と、その誘導起電力により流れた電流により他方の二次コイル３３ａ−２，３３ｂ−２に発生する磁束の方向とが逆向きになる。以下、このような接続を逆接続と称する。
【００３６】
一方、二次コイル３３ｃ−１の内側端はスルーホールＴ２２，配線Ｈ５，スルーホールＴ２３を介して二次コイル３３ｃ−２の外側端と接続され、二次コイル３３ｃ−２の内側端はスルーホールＴ２４，配線Ｈ６，スルーホールＴ２５を介して二次コイル３３ｃ−１の外側端と接続されている。同様に、二次コイル３３ｄ−１の内側端はスルーホールＴ２６，配線Ｈ７，スルーホールＴ２７を介して二次コイル３３ｄ−２の外側端と接続され、二次コイル３３ｄ−２の内側端はスルーホールＴ２８，配線Ｈ８，スルーホールＴ２９を介して二次コイル３３ｄ−１の外側端と接続されている。このように接続すると、一方の二次コイル３３ｃ−１，３３ｄ−１に誘導起電力が発生したときに生じる磁束の方向と、その誘導起電力により流れた電流により他方の二次コイル３３ｃ−２，３３ｄ−２に発生する磁束の方向とが同じ向きになる。以下、このような接続を正接続と称する。
【００３７】
図４Ａに正接続を視覚的に説明するための模式図を示す。図４Ｂに逆接続を視覚的に説明するための模式図を示す。以下、角度検出の概略について説明し、これを通して正接続と逆接続の説明を行う。角度検出の詳細説明は後述する。図４Ａに示すように、単位一次コイル群２３に交流電源８０により交流電流を流すと、磁束φ１が発生し、ある瞬間の磁束φ１の向きは図４Ａで下向きになる。このとき、単位一次コイル群２３と対向する二次コイル（図４Ａでは単位二次コイル群３３−１を構成する二次コイル）には磁束φ１の変化を妨げる方向である上向きの磁束φ２が発生し、誘導起電力が発生する。この誘導起電力を駆動電力として単位出力コイル群２４と対向している二次コイル（図４Ａでは単位二次コイル群３３−２を構成する二次コイル）に電流が流れ、それにより上向きの磁束φ３が発生する。磁束φ３により、単位出力コイル群２４に磁束φ３の変化を妨げる方向である下向きの磁束φ４が発生し、誘導起電力が発生する。この誘導起電力を出力電圧として取り出す。図４Ａにおいては、磁束φ２と磁束φ３とが同じ方向になるように２つの二次コイルが接続されている。このような接続が正接続である。一方、図４Ｂにおいては、図４Ａとは逆に、磁束φ２と磁束φ３の方向が逆になるように２つの二次コイルが接続されている。このような接続が逆接続である。
【００３８】
〔回転体の角度検出装置の動作と角度検出方法〕
次に、角度検出装置１０の動作と角度検出方法について説明する。軸４０にモータ等回転角度を検出したい対象の軸を接続し、モータ軸と軸４０が同期回転するようにする。入力端子２３ｅ，２３ｆに交流電源８０を接続し、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに交流電流を通電する。モータの回転により軸４０が回転すると、回転子３０のコイルも回転し、回転子３０の夫々のコイルと対向する固定子２０のコイルは回転と共に変化する。
【００３９】
一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに交流電流を与えると、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと対向する回転子３０の二次コイル、例えば、二次コイル３３ａ−１，３３ｂ−１，３３ｃ−１，３３ｄ−１の夫々に誘導起電力が発生する。そしてこの誘導起電力を駆動電力として二次コイル３３ａ−１，３３ｂ−１，３３ｃ−１，３３ｄ−１に接続された二次コイル３３ａ−２，３３ｂ−２，３３ｃ−２，３３ｄ−２の夫々にも交流電流が流れる。この交流電流により、二次コイル３３ａ−２，３３ｂ−２，３３ｃ−２，３３ｄ−２と対向する単位出力コイル群２４の出力コイル２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂに誘導起電力が発生する。この誘導起電力を出力電圧として、出力端子２５ｃ，２５ｄ，２６ｃ，２６ｄから取り出す。
【００４０】
なお、上記は、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと対向する二次コイルを二次コイル３３ａ−１，３３ｂ−１，３３ｃ−１，３３ｄ−１として説明したが、回転子３０は回転しているので、当然ながら、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと対向する二次コイルは変化する。例えば、図３の表面コイルシート３２ａが反時計方向に回転するとき、４５°回転すると、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと対向するのは、二次コイル３３ｂ−１，３３ｃ−１，３３ｄ−１，３３ａ−２になる。さらに、４５°回転すると、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと対向するのは、二次コイル３３ｃ−１，３３ｄ−１，３３ａ−２，３３ｂ−２になる。
【００４１】
このように、回転子３０が回転するのに伴い、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと対向する二次コイル及び夫々の二次コイルの対向面積（夫々の一次コイルと二次コイルが重なり合う面積）が変化する。この変化に応じて、出力端子２５ｃ，２５ｄから出力される第１出力電圧の波形は余弦波状になり、出力端子２６ｃ，２６ｄから出力される第２出力電圧の波形は正弦波状になる。すなわち、第１出力電圧と第２出力電圧とは同じ振幅で位相が９０°ずれた波形になる。この２つの出力電圧に基づいて軸４０の回転角度すなわち接続されたモータの回転角度を算出することができる。
【００４２】
本実施形態の角度検出装置１０においては、単位一次コイル群２３から単位二次コイル群３３に向けての送電と、単位二次コイル群３３から単位出力コイル群２４に向けての送電との両方で、コイル対向面積に応じて出力電圧が変化するので、回転子３０の回転に対してより多くの電圧変化量を得ることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また、回転子３０に配置されたすべてのコイルで回転角度の情報を出力電圧に変換することが可能であり、効率良く回転角度を検出することができる。さらに、出力コイル２５ａと出力コイル２６ａとは巻回方向が逆で接続されていることからプッシュプル構造を構成することができ、外部磁界によるノイズの影響を抑制することができる。
【００４３】
以下、より詳細に説明する。ここでは、図２と図３に示すようなコイル配置で回転子３０と固定子２０が対向しているときの回転子３０の回転角度を０°として説明する。一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに正の電圧を印加すると、一次コイル２３ａ，２３ｃには紙面上向きの磁束φ１が発生するとする。このとき、一次コイル２３ｂ，２３ｄは巻回方向が逆であるため、紙面下向きの磁束φ１が発生する。これにより、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと対向している二次コイル３３ａ−１，３３ｂ−１，３３ｃ−１，３３ｄ−１には磁束φ１と逆向きの磁束φ２が発生する。すなわち、二次コイル３３ａ−１，３３ｃ−１には下向きの磁束φ２が発生し、二次コイル３３ｂ−１，３３ｄ−１には上向きの磁束φ２が発生する。磁束φ２の発生と共に誘導起電力が生じる。
【００４４】
二次コイル３３ａ−１，３３ｂ−１，３３ｃ−１，３３ｄ−１の誘導起電力を駆動電力として、二次コイル３３ａ−２，３３ｂ−２，３３ｃ−２，３３ｄ−２に電流が流れ、磁束φ３が発生する。二次コイル３３ａ−２は二次コイル３３ａ−１との接続は逆接続なので、二次コイル３３ａ−２には上向きの磁束φ３が発生する。同様に、二次コイル３３ｂ−２には下向きの磁束が発生する。一方、二次コイル３３ｃ−２は二次コイル３３ｃ−１との接続は正接続なので、二次コイル３３ｃ−２には下向きの磁束φ３が発生する。同様に、二次コイル３３ｄ−２には上向きの磁束が発生する。
【００４５】
二次コイル３３ａ−２，３３ｂ−２，３３ｃ−２，３３ｄ−２に発生した磁束φ３により、出力コイル２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂには磁束φ３の向きと反対向きの磁束φ４が発生する。すなわち、出力コイル２６ａ，２５ｂには下向きの磁束φ４が発生し、出力コイル２６ｂ，２５ａには上向きの磁束φ４が発生する。磁束φ４の発生と共に誘導起電力が生じる。
【００４６】
出力コイル２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂの夫々の誘導起電力による出力電圧の正負については、磁束φ４の向きとコイルの巻回方向により決まる。出力コイル２５ａについては、磁束φ４は上向きで、巻回方向は上述したように外側から内側に向かう左渦巻きパターンである。これは、一次コイル２３ａ，２３ｃの状態と同じである。一次コイル２３ａ，２３ｃに印加した電圧は正なので、出力コイル２５ａには正の出力電圧が発生したとする。出力コイル２５ｂについては、磁束φ４は下向きで、巻回方向は右渦巻きパターンである。これは、出力コイル２５ａと比べると、磁束φ４の向き、巻回方向とも逆である。従って、出力コイル２５ｂには出力コイル２５ａと同じ方向の電流が流れることになり、正の出力電圧が発生する。出力コイル２６ａについては、磁束φ４は下向きで、巻回方向は右渦巻きパターンである。これは、出力コイル２５ａと比べると、磁束φ４の向き、巻回方向とも逆である。従って、出力コイル２６ａには出力コイル２５ａと同じ方向の電流が流れることになり、正の出力電圧が発生する。出力コイル２６ｂについては、磁束φ４は上向きで、巻回方向は右渦巻きパターンである。これは、出力コイル２５ａと比べると、磁束φ４の向きは同じで、巻回方向は逆である。従って、出力コイル２６ｂには出力コイル２５ａとは逆方向の電流が流れることになり、負の出力電圧が発生する。図５に、一次コイル及び出力コイルの巻回方向並びに二次コイル間の接続方法（正接続と逆接続）の組み合わせ毎の印加電圧と出力電圧の正負の関係を表す表を示す。
【００４７】
以下、出力電圧を数値化するために、便宜的に正の出力電圧を＋１、負の出力電圧を−１とする。これに従えば、出力コイル２５ａと出力コイル２５ｂは直列接続されており、どちらにも正の出力電圧が発生するので、第１出力電圧は＋２となる。出力コイル２６ａと出力コイル２６ｂも直列接続されており、出力コイル２６ａには正の出力電圧、出力コイル２６ｂには負の出力電圧が発生するので、電圧が相殺され、第２出力電圧は０となる。上記は回転角度０°のときの電圧であったが、回転子３０が回転したときは、回転角度４５°毎であれば、上記と同様に第１出力電圧と第２出力電圧を求めることができる。図６に、回転側コイルシート３２を図３の状態から反時計方向に回転させたときの、回転角度４５°毎の第１出力電圧と第２出力電圧を表す表を示す。
【００４８】
回転角度が０°のときは、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと二次コイル３３ａ−１，３３ｂ−１，３３ｃ−１，３３ｄ−１が完全に重なっている状態なので、出力コイル２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂの夫々に発生する誘導起電力の絶対値は最大になる。その後、回転子３０が回転して、一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと二次コイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの夫々の重なりが小さくなるにつれ誘導起電力は減少し、回転角度２２．５°で誘導起電力の絶対値は最小になる。その後、誘導起電力は増加し、回転角度４５°で再び誘導起電力の絶対値は最大になる。以後、２２．５°毎に誘導起電力の絶対値は最小と最大を繰り返す。図７に、図６の表を視覚化し、回転角度を連続して０°〜１８０°まで変化させたときの第１出力電圧の変化を表すグラフを示す。図８に、図６の表を視覚化し、回転角度を連続して０°〜１８０°まで変化させたときの第２出力電圧の変化を表すグラフを示す。図７，図８の破線は実際の出力電圧で周波数は印加した交流の周波数である。第１出力電圧及び第２出力電圧は、実際の出力電圧のピーク値である。
【００４９】
図７，図８に示すように、第１出力電圧のグラフは余弦波状で第２出力電圧のグラフは正弦波状になっており、位相が９０°ずれている。この２つの出力電圧に基づいて軸４０の回転角度すなわち接続されたモータの回転角度を算出することができる。
【００５０】
図７，図８に示すように、回転角度が１８０°変化する間に第１出力電圧，第２出力電圧とも位相が３６０°変化している。すなわち、機械角の１８０°が電気角の３６０°に相当し、接続された２つの二次コイルの夫々は電気角で３６０°ずれて配置されている。
【００５１】
本実施形態においては、固定側コイルシート２２，回転側コイルシート３２を絶縁層２２ｃ，３２ｃを挟んで２層のシートコイルにしたが、２層に限られるものではない。３層以上の多層にしてもよいし、単層にしてもよい。また、回転側コイルシート３２においては、裏面シート３２ｂにはコイルを形成しなかったが、多少配線が複雑になるものの、コイルを形成してもよい。ただし、裏面シート３２ｂのコイルの巻き数は表面コイルシート３２ａのコイルの巻き数と比べて減少する。さらに、シートコイルの代わりに、被覆されたエナメル線等によりコイルを構成してもよい。
【００５２】
本実施形態では、固定子２０と回転子３０の空隙は軸芯方向に沿って設けられていたが（アキシャルギャップ）、径方向に空隙（ラジアルギャップ）を有する角度検出装置１０にも本実施形態の構成を適用することができる。
【００５３】
２．第２実施形態
以下、本発明の第２の実施の形態について、図面を用いて説明する。以下の実施形態の説明においては、第１実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。本実施形態においては、固定側コイルシート２２と回転側コイルシート３２に形成されたコイルの数が夫々１６個である点が第１実施形態とは異なっており、その他の構造は同じである。すなわち、単位一次コイル群２３，単位出力コイル群２４，単位二次コイル群３３はいずれも機械角で９０°の範囲に配置されている。図９に本実施形態に係る角度検出装置１０の固定側コイルシート２２を表す模式図を示す。同様に図１０に回転側コイルシート３２を表す模式図を示す。
【００５４】
図９に示すように、本実施形態においては、第１実施形態で１つの単位一次コイル群２３（一次コイル数は４）が配置されていたところに２つの単位一次コイル群２３（一次コイル数は合計８）が隣接して配置されており、１つの単位出力コイル群２４（出力コイル数は４）が配置されていたところに２つの単位出力コイル群２４（出力コイル数は合計８）が隣接して配置されている。本実施形態においては、２つの単位一次コイル群２３に含まれる８つの一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは全て直列に接続されている。巻回方向は第１実施形態同様に交互に逆向きになっている。２つの単位出力コイル群２４に含まれる第１出力コイル群２５の４つの出力コイル２５ａ，２５ｂ，２５ａ，２５ｂは全て直列に接続され、巻回方向は第１実施形態同様に逆向きになっている。第２出力コイル群２６の４つの出力コイル２６ａ，２６ｂ，２６ａ，２６ｂも直列に接続され、巻回方向は第１実施形態同様に同じ向きになっている。
【００５５】
図１０に示すように、第１実施形態で１つの単位二次コイル群３３−１（二次コイル数は４）が配置されていたところに２つの単位二次コイル群３３−１（二次コイル数は合計８）が隣接して配置されており、１つの単位二次コイル群３３−２（二次コイル数は４）が配置されていたところに２つの単位二次コイル群３３−２（二次コイル数は合計８）が隣接して配置されている。単位二次コイル群３３−１の４つの二次コイル３３ａ−１，３３ｂ−１，３３ｃ−１，３３ｄ−１は第１実施形態と同様に機械角で１８０°ずれた所に配置された単位二次コイル群３３−２の４つの二次コイル３３ａ−２，３３ｂ−２，３３ｃ−２，３３ｄ−２と夫々接続されている。単位二次コイル群３３内での二次コイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの配置や巻回方向、二次コイル間の接続方法（正接続，逆接続）は第１実施形態と同様である。すなわち、本実施形態においては、２つの二次コイルを接続して形成された閉じた回路（図４Ａ，図４Ｂに示す回路）が８個形成されている。
【００５６】
本実施形態においては、回転側コイルシート３２を９０°回転させると第１実施形態の回転側コイルシート３２を１８０°回転させたのと同じだけ出力電圧の位相が変化する。すなわち、本実施形態では、機械角の９０°が電気角の３６０°に相当し、接続された２つの二次コイルの夫々は機械角で１８０°ずれて配置されているため、電気角では７２０°ずれている。
【００５７】
図９に示す固定側コイルシート２２と図１０に示す回転側コイルシート３２を対向させて回転子３０を回転させたときも、第１実施形態と同様の方法で軸４０の回転角度を検出することができる。
【００５８】
３．第３実施形態
図１１に示すように、本実施形態においては、第２実施形態と同様に、固定側コイルシート２２には２つの単位一次コイル群２３と２つの単位出力コイル群２４が配置されているが、単位一次コイル群２３と単位出力コイル群２４とが９０°毎に交互に配置されている点が第２実施形態とは異なる。すなわち、２つの単位一次コイル群２３は中心に対して点対称の位置にあり、２つの単位出力コイル群２４も中心に対して点対称の位置にある。本実施形態においては、２つの単位一次コイル群２３に含まれる８つの一次コイル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは全て直列に接続されている。巻回方向は第１実施形態同様に交互に逆向きになっている。２つの単位出力コイル群２４に含まれる第１出力コイル群２５の４つの出力コイル２５ａ，２５ｂ，２５ａ，２５ｂは全て直列に接続され、巻回方向は第１実施形態同様に逆向きになっている。第２出力コイル群２６の４つの出力コイル２６ａ，２６ｂ，２６ａ，２６ｂも直列に接続され、巻回方向は第１実施形態同様に同じ向きになっている。
【００５９】
図１２に示すように、回転側コイルシート３２においても第２実施形態と同様に、２つの単位二次コイル群３３−１と２つの単位二次コイル群３３−２が配置されているが、単位二次コイル群３３−１と単位二次コイル群３３−２とが９０°毎に交互に配置されている点が第２実施形態とは異なる。１つの単位二次コイル群３３−１の４つの二次コイル３３ａ−１，３３ｂ−１，３３ｃ−１，３３ｄ−１は隣接する１つの単位二次コイル群３３−２の４つの二次コイル３３ａ−２，３３ｂ−２，３３ｃ−２，３３ｄ−２と夫々接続されている。すなわち、接続された２つの二次コイルの夫々は機械角で９０°ずれて配置されている。単位二次コイル群３３内での二次コイル３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの配置や巻回方向、二次コイル間の接続方法（正接続，逆接続）は第１実施形態と同様である。すなわち、本実施形態においては、２つの二次コイルを接続して形成された閉じた回路（図４Ａ，図４Ｂに示す回路）が８個形成されている。
【００６０】
本実施形態においても、回転側コイルシート３２を９０°回転させると第１実施形態の回転側コイルシート３２を１８０°回転させたのと同じだけ出力電圧の位相が変化する。すなわち、本実施形態では、機械角の９０°が電気角の３６０°に相当し、接続された２つの二次コイルの夫々は機械角で９０°ずれて配置されているため、電気角では３６０°ずれている。
【００６１】
図１１に示す固定側コイルシート２２と図１２に示す回転側コイルシート３２を対向させて回転子３０を回転させたときも、第１実施形態と同様の方法で軸４０の回転角度を検出することができる。
【００６２】
第２，第３実施形態においては、固定側コイルシート２２と回転側コイルシート３２に形成されたコイル数は合計１６個であったが、これに限られるものではない。合計のコイル数が８の倍数であれば、１６個より多くても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、回転体の角度検出装置に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０              回転体の角度検出装置
２０              固定子
２２ｃ            絶縁層
２３              単位一次コイル群
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ    一次コイル
２４              単位出力コイル群
２５ａ，２５ｂ    出力コイル
２６ａ，２６ｂ    出力コイル
３０              回転子
３３              単位二次コイル群
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ    二次コイル
４０              軸
【図１】
2014066525.tif 000003
【図２】
2014066525.tif 000004
【図３】
2014066525.tif 000005
【図４Ａ】
2014066525.tif 000006
【図４Ｂ】
2014066525.tif 000007
【図５】
2014066525.tif 000008
【図６】
2014066525.tif 000009
【図７】
2014066525.tif 000010
【図８】
2014066525.tif 000011
【図９】
2014066525.tif 000012
【図１０】
2014066525.tif 000013
【図１１】
2014066525.tif 000014
【図１２】
2014066525.tif 000015