(57)【要約】【課題】検出コイルで得られる出力波形に単純な方法でオフセット効果を与え、安価な位置センサの提供。【解決手段】平面状の励磁コイル３０と検出コイル２０とが積層されて配備されたステータ９と、ステータ９に対向して配備されるロータ１０を有し、励磁コイル３０は、お互いに逆方向に励磁用電流が流れるように巻回されて形成された第１励磁コイルパターン３０Ａと第２励磁コイルパターン３０Ｂとを含み、検出コイル２０は、第１励磁コイルパターン３０Ａと、第２励磁コイルパターン３０Ｂとによりロータ１０の移動方向に挟まれるように配置される第１検出コイルパターン２０Ａを含み、ロータ１０の移動に伴い、第１検出コイルパターン２０Ａの出力が変動するロータリーエンコーダ８において、第１検出コイルパターン２０Ａと第１出力端子２２Ａとを接続する第１接続線２１Ａと、第１励磁コイルパターン３０Ａと、が並走する第１結合部４０Ａを設ける。【選択図】図５
2014092482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の励磁コイルと検出コイルとが積層されて配備された固定子と、前記固定子に対向して配備され、対向面側の磁気特性が移動方向に関し変動する可動子を有し、
前記励磁コイルは、お互いに逆方向に励磁用電流が流れるように巻回されて形成された第１励磁コイルパターンと第２励磁コイルパターンとを含み、
前記検出コイルは、前記第１励磁コイルパターンと、前記第２励磁コイルパターンとにより前記可動子の移動方向に挟まれるように配置される第１検出コイルパターンを含み、
前記可動子の移動に伴い、前記第１検出コイルパターンと、前記第１励磁コイルパターン及び前記第２励磁コイルパターンとの結合の変化により、前記第１検出コイルパターンの出力が変動する位置センサにおいて、
前記第１検出コイルパターンと第１出力端子とを接続する第１接続線と、前記第１励磁コイルパターンと、が並走する第１結合部分を設けたこと、
を特徴とする位置センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の位置センサにおいて、
前記励磁コイルは、前記第２励磁コイルパターンと逆方向に励磁用電流が流れるように巻回されて形成された第３励磁パターンを含み、
前記検出コイルは、前記第２励磁コイルパターンと前記第３励磁コイルパターンとにより前記可動子の移動方向に挟まれるように配置される前記第２検出コイルパターンを含み、
前記可動子の移動に伴う前記第２検出コイルパターンと、前記第２励磁コイルパターン及び前記第３励磁コイルパターンとの結合の変化により、前記第２検出コイルパターンの出力が変動し、
前記第２検出コイルパターンと第２出力端子を接続する第２接続線と、前記第２励磁コイルパターンと、が並走する第２結合部分を設けたこと、
を特徴とする位置センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の位置センサにおいて、
前記第１結合部分における、前記第１接続線と前記第１励磁コイルパターンとの間の結合量と、前記第２結合部分における、前記第２接続線と前記第２励磁コイルパターンとの間の結合量と、が異なること、
を特徴とする位置センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の位置センサにおいて、
Ｚ相励磁コイルとして、Ｚ相第１励磁コイルパターンと、Ｚ相第２励磁コイルパターンとを備え、
Ｚ相検出コイルとして、Ｚ相検出コイルパターンを備え、
前記可動子は、非磁性金属製の可動子基体の上であって、前記Ｚ相検出コイルと対向する面に、Ｚ相検出用の透磁率の異なるＺ相検出用領域と、Ｚ相予備検出用の透磁率の異なるＺ相予備検出用領域と、を備え、
前記Ｚ相予備検出用領域は、前記可動子の移動方向に前記Ｚ相検出用領域を挟む様に設けられていること、
を特徴とする位置センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可動子の動作位置を検出する為に使用されるものであって、固定子コイルが形成された固定子と、固定子と隙間を介して対向しながら動作可能に設けられた可動子と、を有する位置センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、位置センサに関する技術としては、例えば各分野で広く用いられている回転角センサを挙げることが出来る。自動車に搭載されるエンジンには、その回転速度や回転位相を検出する為に、回転角センサの１つであるクランク角を検出するロータリーエンコーダが採用されている。
【０００３】
特許文献１には、リニアパルスモータの位置検出センサに関する技術が開示されている。可動子に励磁コイルと検出コイルが重ねて配置され、櫛歯状の磁性体で形成された固定子との位置変動を検出する。検出コイルからの出力変動で、可動子の位置を検出する位置センサである。
【０００４】
特許文献２には、レゾルバに関する技術が開示されている。位相差方式のレゾルバであり、励磁信号が入力する励磁コイル及び検出信号が検出する検出コイルを有し、励磁コイル又は検出コイルを設けた受動体の変位量に応じて変位する検出信号に基づいて変位量を検出するレゾルバにおいて、励磁コイルに励磁信号により高周波信号を変調した変調信号を復調して検出信号を得る方式を採用している。
【０００５】
特許文献３には、回転角度検出用センサに関する技術が開示されている。回転体と、回転体と共に回転可能に取り付けられた導体パターンとを有し、この導体パターンの幅寸法が周期的に変化するエンコーダ構造と、複数のインダクタンス素子とを有し、エンコーダ構造と間隔を有して対向配置されたセンサ本体とから回転角度検出用センサを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２２６６１３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９２２０５号公報
【特許文献３】特開２００９−１２８３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１乃至特許文献３の技術を位置センサに適用するには、次のような課題がある。
【０００８】
近年、車載される位置センサは小型化及びコストダウンが求められているが、小型化及びコストダウンを追求すると、特許文献２に示すような高周波信号を用いる方式を採用し、コイルパターンの巻き数を減らすことが考えられる。しかしながら、コイルパターンの巻き数を減らすと、コイル線の長さの違い等が検出信号に大きく影響し、検出精度に影響する虞がある。特許文献１乃至特許文献３においては、これらの問題について言及されていない。検出信号を補正する補正回路を組み込むなどという方法も考えられるが、余計な回路を増やすとコストダウンの妨げになり、又、コイルパターン毎に調整した補正回路を組み込むことはスペース的な制約も大きくなると考えられ、好ましい手法とは言えない。
【０００９】
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、検出コイルで得られる出力波形に単純な方法でオフセット効果を与え、安価な位置センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明による位置センサは以下のような特徴を有する。
【００１１】
（１）平面状の励磁コイルと検出コイルとが積層されて配備された固定子と、前記固定子に対向して配備され、対向面側の磁気特性が移動方向に関し変動する可動子を有し、前記励磁コイルは、お互いに逆方向に励磁用電流が流れるように巻回されて形成された第１励磁コイルパターンと第２励磁コイルパターンとを含み、前記検出コイルは、前記第１励磁コイルパターンと、前記第２励磁コイルパターンとにより前記可動子の移動方向に挟まれるように配置される第１検出コイルパターンを含み、前記可動子の移動に伴い、前記第１検出コイルパターンと、前記第１励磁コイルパターン及び前記第２励磁コイルパターンとの結合の変化により、前記第１検出コイルパターンの出力が変動する位置センサにおいて、前記第１検出コイルパターンと第１出力端子とを接続する第１接続線と、前記第１励磁コイルパターンと、が並走する第１結合部分を設けたこと、を特徴とする。
【００１２】
上記（１）に記載の態様により、検出コイルで検出される出力振幅をオフセットすることが出来る。具体的には、以下に説明するような作用効果によるものである。第１検出コイルパターンが第１励磁コイルパターン及び第２励磁コイルパターンと重ねられ、第１検出コイルパターンが第１励磁コイルパターン及び第２励磁コイルパターンとは、３つの結合部分を形成する。１つは、第１検出コイルパターンと第１励磁コイルパターンとが形成する左辺結合部分、１つは第１検出コイルパターンと第２励磁コイルパターンとが形成する右辺結合部分、そして、もう１つが第１接続線と第１励磁コイルパターンとが形成する第１結合部分である。
【００１３】
第１励磁コイルパターンと第２励磁コイルパターンとはお互いに逆方向に励磁用電流が流れるように巻回されて形成されているので、左辺結合部分と右辺結合部分では逆方向の起電力が得られる。一方、第１結合部分では左辺結合部分と同じ方向の起電力を生じる為、第１結合部分に生ずる起電力は、左辺結合部分から得られる起電力を底上げする効果、即ち、検出コイル内に発生する電流波形に対してオフセット効果を与えることが出来る。つまり、位置センサとして位置検出に用いるのは、第１励磁コイルパターン及び第２励磁コイルパターンの、可動子の移動方向に対して直交する方向に配置される部分であり、第１結合部分に発生する起電力は、電流波形のオフセットに用いることができるのである。
【００１４】
このように第１接続線部を第１励磁コイルパターンに並走させるといった、比較的単純な方法でオフセット効果を得ることができる。そして、オフセット量は第１接続線部の長さを変更することで調整が可能となる。この結果、出力波形をオフセットさせ、簡易な回路構成で検波することで、正弦波状の出力が得られる。したがって、位置センサの低コスト化を図ることができる。
【００１５】
（２）（１）に記載の位置センサにおいて、前記励磁コイルは、前記第２励磁コイルパターンと逆方向に励磁用電流が流れるように巻回されて形成された第３励磁パターンを含み、前記検出コイルは、前記第２励磁コイルパターンと前記第３励磁コイルパターンとにより前記可動子の移動方向に挟まれるように配置される前記第２検出コイルパターンを含み、前記可動子の移動に伴う前記第２検出コイルパターンと、前記第２励磁コイルパターン及び前記第３励磁コイルパターンとの結合の変化により、前記第２検出コイルパターンの出力が変動し、前記第２検出コイルパターンと第２出力端子を接続する第２接続線と、前記第２励磁コイルパターンと、が並走する第２結合部分を設けたこと、を特徴とする。
【００１６】
上記（２）に記載の態様により、第２励磁コイルパターンの他辺側を第２検出コイル用に用いることができる。これは、第１励磁コイルパターンと第２励磁コイルパターン、第２励磁コイルパターンと第３励磁コイルパターンとがそれぞれ逆方向に電流が流れるように構成されており、第２励磁コイルパターン及び第３励磁コイルパターンによって形成された磁界の影響によって、第２検出用コイルパターンが起電力を得る。又この際に、第２結合部から得られる起電力によって、オフセット効果を得ることが可能となる。このように、第２励磁コイルパターンの右辺と左辺で第１検出コイルパターンと第２検出コイルパターンとに起電力を発生させることが可能となる為、省スペース化が実現でき、位置センサの小型化が可能となる。
【００１７】
（３）（２）に記載の位置センサにおいて、前記第１結合部分における、前記第１接続線と前記第１励磁コイルパターンとの間の結合量と、前記第２結合部分における、前記第２接続線と前記第２励磁コイルパターンとの間の結合量と、が異なること、を特徴とする。
【００１８】
第１励磁コイルパターン、第２励磁コイルパターン及び第３励磁コイルパターンと、第１検出コイルパターン及び第２検出コイルパターンは、それぞれ巻回数の少ないコイルで形成されている。このため、僅かなコイルパターンの線長さの差が検出信号に影響し、検出精度に影響してくる虞がある。しかしながら、第１接続線と第２接続線とをそれぞれ任意の長さに設定し、第１接続線と第１励磁コイルパターンとの間の結合量と、第２接続線と第２励磁コイルパターンとの間の結合量を異ならせることで、出力振幅のバラツキをコイル側で調整できる。このため、位置センサを製造する際のコストが削減できる。
【００１９】
（４）請求項１に記載の位置センサにおいて、Ｚ相励磁コイルとして、Ｚ相第１励磁コイルパターンと、Ｚ相第２励磁コイルパターンとを備え、Ｚ相検出コイルとして、Ｚ相検出コイルパターンを備え、前記可動子は、非磁性金属製の可動子基体の上であって、前記Ｚ相検出コイルと対向する面に、Ｚ相検出用の透磁率の異なるＺ相検出用領域と、Ｚ相予備検出用の透磁率の異なるＺ相予備検出用領域と、を備え、前記Ｚ相予備検出用領域は、前記可動子の移動方向に前記Ｚ相検出用領域を挟む様に設けられていること、を特徴とする。
【００２０】
上記（４）に記載の態様によって、Ｚ相信号の誤差を低減することが可能となる。これは、トリガー信号を検出するために用意されるＺ相検出用領域を挟む様にしてＺ相予備検出領域が設けられているためである。Ｚ相検出用領域は、単独で用意される場合にはＺ相検出コイルで検出される際に、検出されるトリガー信号の立ち上がりがなだらかになる。このため、トリガー信号の検出タイミングがずれる虞がある。しかし、Ｚ相検出用領域の両脇にＺ相予備検出用領域が設けられているため、Ｚ相予備検出用領域をＺ相検出コイルで検出することで、ダミートリガー信号が検出される。その後にＺ相検出用領域をＺ相検出コイルでトリガー信号を検出する結果となる。
【００２１】
この際に、直前のＺ相予備検出用領域によるダミートリガー信号の立ち下がりを検出するので、トリガー信号はシャープに立ち上がることになる。この結果、トリガー信号の検出信号がずれにくくなる。トリガー信号の検出精度が向上することで、位置センサの精度向上に貢献することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態の、ロータリーエンコーダの概略を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の、ステータの構成を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態の、検出コイルの平面図である。
【図４】第１実施形態の、励磁コイルの平面図である。
【図５】第１実施形態の、検出コイルと励磁コイルが重ねられた様子を示す平面図である。
【図６】第１実施形態の、検出コイルと励磁コイルとロータパターンとの対応を示す平面図である。
【図７】第１実施形態の、ロータリーエンコーダの検出ブロック図である。
【図８】第１実施形態の、励磁コイルと検出コイルに関する等価回路図である。
【図９】第２実施形態の、Ｚ相検出構成を示す模式図である。（ａ）は、Ｚ相検出コイルの平面図である。（ｂ）は、Ｚ相励磁コイルの平面図である。（ｃ）は、ロータパターンの平面図である。
【図１０】第２実施形態の、Ｚ相検出コイルでの出力波形を示すグラフである。
【図１１】比較のために用意した、Ｚ相検出コイルでの出力波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
図１に、第１実施形態の、ロータリーエンコーダ８の概略を斜視図に示す。位置センサの一種であるロータリーエンコーダ８は、図示しない回転軸に取り付けられた可動子となるロータ１０と、ロータ１０の外周の一部に対向して固設された固定子となるステータ９よりなる。ロータ１０は非磁性導電体金属を用いることが好ましいので、第１実施形態では非磁性のステンレスを用いた外径８０ｍｍ、幅１０ｍｍの円筒形状体を用いている。材質は非磁性で導電性を有する金属であれば、ステンレスの他には例えばアルミニウム等を用いることも出来る。
【００２５】
ロータ１０の表面にはロータパターン１３が形成される。ロータパターン１３は、非磁性導電領域を形成する非磁性金属と、フェライト等を用いた磁性材とが交互に配列されて形成されている。磁性体部１１は、フェライト等の磁性体粉末に樹脂バインダを混合したものを、スクリーン印刷によりロータ１０の外周表面に塗布して形成される。一方、非磁性導電領域である非磁性体部１２は磁性体部１１が塗布されないロータ１０の地金部分となる。つまり、磁性体部１１が所定の間隔で所定の幅に形成されることで、ロータ１０の外周表面にストライプのパターンとしてロータパターン１３が形成される。
【００２６】
図２に、ステータ９の構成を斜視図に示す。ステータ９は、ステータ本体２６とフランジ状の取り付け部材２４と、回路部２５とを有しており、ステータ本体２６は取り付け部材２４に固設されている。なお、回路部２５は製品状態では本来モールド材に覆われているが、図２では説明のためにモールド材は省略して描かれている。ステータ本体２６の先端には基板２３が貼り付けられており、基板２３の上に検出コイル２０と励磁コイル３０が重ねて設けられている。
【００２７】
図３には、検出コイル２０の平面図を示す。図４には、励磁コイル３０の平面図を示す。検出コイル２０と励磁コイル３０は導電性の高い素材で形成されるコイルパターンで構成される。それぞれのコイルパターンは、導線部分が渦巻き状に３周弱形成されている。第１実施形態のコイルパターンは、スクリーン印刷やインクジェット印刷などの手法で描画されて形成されたものであるが、それ以外の手法で形成することを妨げない。
【００２８】
検出コイル２０は、複数のコイルパターンが並べられて形成されており、それぞれ、第１検出コイルパターン２０Ａ、第２検出コイルパターン２０Ｂ、第３検出コイルパターン２０Ｃ、第４検出コイルパターン２０Ｄと称する。第１検出コイルパターン２０Ａは第１接続線２１Ａを介して第１出力端子２２Ａに接続される。第２検出コイルパターン２０Ｂは第１検出コイルパターン２０Ａの隣に所定の間隔を空けて配置され、第２接続線２１Ｂを介して第２出力端子２２Ｂと接続される。第３検出コイルパターン２０Ｃは第２検出コイルパターン２０Ｂの隣に所定の間隔を空けて配置され、第３接続線２１Ｃを介して第３出力端子２２Ｃと接続される。第４検出コイルパターン２０Ｄは第３検出コイルパターン２０Ｃの隣に所定の間隔である検出コイル間隔Ｘ１分を空けて配置され、第４接続線２１Ｄを介して第４出力端子２２Ｄと接続される。
【００２９】
励磁コイル３０は、第１励磁コイルパターン３０Ａと、第２励磁コイルパターン３０Ｂと、第３励磁コイルパターン３０Ｃと、第４励磁コイルパターン３０Ｄと、第５励磁コイルパターン３０Ｅと、が整列されて備えられている。隣り合う様に配置された第１励磁コイルパターン３０Ａと第２励磁コイルパターン３０Ｂ、第２励磁コイルパターン３０Ｂと第３励磁コイルパターン３０Ｃ、第３励磁コイルパターン３０Ｃと第４励磁コイルパターン３０Ｄ、第４励磁コイルパターン３０Ｄと第５励磁コイルパターン３０Ｅはそれぞれ異なる方向に電流が流れるように配線され、所定の間隔である励磁コイル間隔Ｘ２分を空けて配置されている。
【００３０】
図５に、検出コイル２０と励磁コイル３０が重ねられた様子を平面図に示す。図６に、検出コイル２０とロータパターン１３との対応を平面図に示す。上述した様な構成の検出コイル２０と励磁コイル３０は、図５に示される様に基板２３上に形成される。検出コイル２０と励磁コイル３０が重ねられると、ロータ回転方向Ａにおけるそれぞれのコイルパターンの中心の線が重なる。これは、検出コイル間隔Ｘ１と励磁コイル間隔Ｘ２とが等しく設定されているためである。
【００３１】
そして、検出コイル２０と励磁コイル３０とが重なる事で、第１検出コイルパターン２０Ａに接続する第１接続線２１Ａと、第１励磁コイルパターン３０Ａの短辺が並走する部分に第１結合部４０Ａが設けられる。また、第２検出コイルパターン２０Ｂに接続する第２接続線２１Ｂと、第２励磁コイルパターン３０Ｂの短辺が並走する部分に第２結合部４０Ｂが設けられる。また、第３検出コイルパターン２０Ｃに接続する第３接続線２１Ｃと、第３励磁コイルパターン３０Ｃの短辺が並走する部分に第３結合部４０Ｃが設けられる。また、第４検出コイルパターン２０Ｄに接続する第４接続線２１Ｄと、第４励磁コイルパターン３０Ｄの短辺が並走する部分に第４結合部４０Ｄが設けられる。
【００３２】
検出コイル２０は、４信号検出方式を採用している。このため、図６に示される様に、第１検出コイルパターン２０Ａは、Ａ＋コイルとして、位相ズレ０°に設定される。第２検出コイルパターン２０Ｂは、Ｂ＋コイルとして、位相ズレ９０°に設定される。第３検出コイルパターン２０Ｃは、Ａ−コイルとして、位相ズレ１８０°に設定される。第４検出コイルパターン２０Ｄは、Ｂ−コイルとして、位相ズレ２７０°に設定される。磁性体部１１と非磁性体部１２の幅が３６０°の電気角Ｘ３となるので、電気角Ｘ３に対して第２検出コイルパターン２０Ｂは９０°だけ位相がずらされ、第３検出コイルパターン２０Ｃは１８０°だけ位相がずらされ、第４検出コイルパターン２０Ｄは２７０°だけ位相がずらされている。
【００３３】
図７に、ロータリーエンコーダ８の検出ブロック図を示す。励磁コイル３０には２ＭＨｚ程度の高周波正弦派を入力している。これにより、励磁コイル３０の巻き線数を少なくすることが可能となる。第１検出コイルパターン２０Ａの端子は差動アンプ５１に接続されて信号Ｓ１を差動アンプ５１に入力する。差動アンプ５１では信号Ｓ１を差動増幅して信号Ｓ５を得る。第３検出コイルパターン２０Ｃは差動アンプ５２に接続されて信号Ｓ２を差動アンプ５２に入力する。第２検出コイルパターン２０Ｂは差動アンプ５３に接続されて信号Ｓ３を差動アンプ５３に入力する。第４検出コイルパターン２０Ｄは差動アンプ５４に接続されて信号Ｓ４を差動アンプ５４に入力する。
【００３４】
次に、差動アンプ５１から得られた高周波信号Ｓ５の外側包絡線を、包絡線検波器６１で包絡線検波して信号Ｓ８を得る。同様に、差動アンプ５２から得られた高周波信号Ｓ６、差動アンプ５３から得られた高周波信号Ｓ７、差動アンプ５４から得られた高周波信号Ｓ８は、それぞれ包絡線検波器６２、包絡線検波器６３、及び包絡線検波器６４に入力されて、信号Ｓ１０、信号Ｓ１１、及び信号Ｓ１２を得る。信号Ｓ９に対して信号Ｓ１０は１８０°位相がずれ、信号Ｓ１１は９０°位相がずれ、信号Ｓ１２は２７０°位相がずれている。これは、図６に示したように第１検出コイルパターン２０Ａ乃至第４検出コイルパターン２０Ｄが配置されるためである。
【００３５】
包絡線検波器６１の出力波形Ｓ９と、包絡線検波器６２の出力波形Ｓ１０とを差動アンプ５５に入力して両者を差動増幅して、信号Ｓ１３を得る。信号Ｓ１３をコンパレータ６５に入力してパルス信号Ｓ１５を得る。包絡線検波器６３の出力波形Ｓ１１と、包絡線検波器６４の出力波形Ｓ１２とを差動アンプ５６に入力して両者を差動増幅して、信号Ｓ１４を得る。信号Ｓ１４をコンパレータ６６に入力してパルス信号Ｓ１６を得る。パルス信号Ｓ１５とパルス信号Ｓ１６を用いてステータ９に対するロータ１０の回転角度を算出することが出来る。
【００３６】
第１実施形態の位置センサであるロータリーエンコーダ８は上記構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。
【００３７】
まず、簡易な回路構成で電流波形に対してオフセット効果を与えることができるという効果が得られる。これは、平面状の励磁コイル３０と検出コイル２０とが積層されて配備されたステータ９と、ステータ９に対向して配備され、対向面側の磁気特性が移動方向に関し変動するロータ１０を有し、励磁コイル３０は、お互いに逆方向に励磁用電流が流れるように巻回されて形成された第１励磁コイルパターン３０Ａと第２励磁コイルパターン３０Ｂとを含み、検出コイル２０は、第１励磁コイルパターン３０Ａと、第２励磁コイルパターン３０Ｂとによりロータ１０の移動方向に挟まれるように配置される第１検出コイルパターン２０Ａを含み、ロータ１０の移動に伴い、第１検出コイルパターン２０Ａと、第１励磁コイルパターン３０Ａ及び第２励磁コイルパターン３０Ｂとの結合の変化により、第１検出コイルパターン２０Ａの出力が変動するロータリーエンコーダ８において、第１検出コイルパターン２０Ａと第１出力端子２２Ａとを接続する第１接続線２１Ａと、第１励磁コイルパターン３０Ａと、が並走する第１結合部４０Ａを設けたことで実現される。
【００３８】
図８に、励磁コイル３０と検出コイル２０に関する等価回路図を示す。図８には、第１検出コイルパターン２０Ａが第１励磁コイルパターン３０Ａ及び第２励磁コイルパターン３０Ｂに重ねられ、磁性体部１１及び非磁性体部１２の影響により第１検出コイルパターン２０Ａ内部に生じる電流を示す為に構成された等価回路１００である。左辺結合部Ｃ１は、第１励磁コイル右辺３０Ａｒと第１検出コイル左辺２０Ａｌとが対向して形成される。右辺結合部Ｃ２は、第２励磁コイル左辺３０Ｂｌと第１検出コイル右辺２０Ａｒとが対向して形成される。第１結合部４０Ａは、第１接続線２１Ａと第１励磁コイル短辺３０Ａｓが対向して形成される。
【００３９】
したがって、励磁コイル３０に交流信号を入力した際、第１検出コイルパターン２０Ａにおいて、左辺結合部Ｃ１と右辺結合部Ｃ２とは逆向きの起電力が発生するように接続され、左辺結合部Ｃ１と第１結合部４０Ａとは同じ向きの起電力が発生するように接続されている。つまり、左辺結合部Ｃ１での起電力を起電力Ｖ１、右辺結合部Ｃ２での起電力を起電力Ｖ２、第１結合部４０Ａでの起電力を起電力Ｖ３とすると、第１検出コイルパターン２０Ａの出力Ｖ４は、（起電力Ｖ１）―（起電力Ｖ２）＋（起電力Ｖ３）という式で示される結果と等しくなる。つまり、第１結合部４０Ａの起電力Ｖ３分だけ、得られる出力Ｖ４はオフセットされる結果となる。
【００４０】
この起電力Ｖ３は、第１接続線２１Ａの長さを変えることで調整が可能であり、第１接続線２１Ａの長さは図３に示される通り、比較的調整が容易である。よって、第１実施形態のロータリーエンコーダ８は、第１検出コイルパターン２０Ａのオフセットの量を調整することが容易になる。同様のことが第２検出コイルパターン２０Ｂ乃至第４検出コイルパターン２０Ｄにも言える。このため、安価にオフセット効果を与えることが可能で、ロータリーエンコーダ８のコストダウンに貢献することが可能である。
【００４１】
また、第１接続線２１Ａ乃至第４接続線２１Ｄはそれぞれが任意の長さに設定することが可能であるため、第１検出コイルパターン２０Ａ乃至第４検出コイルパターン２０Ｄのそれぞれのコイルパターンに応じて設定することが可能である。これによって、第１結合部４０Ａ乃至第４結合部４０Ｄより得られる出力振幅のバラツキを調整することが可能となる。これは、第１接続線２１Ａ乃至第４接続線２１Ｄの長さを変更することで実現されるので、補正回路を組むなどの場合に比べ、ロータリーエンコーダ８のコストダウンに貢献することが可能である。
【００４２】
また、第１検出コイルパターン２０Ａと第２検出コイルパターン２０Ｂとの間は検出コイル間隔Ｘ１だけ離れて形成され、第１励磁コイルパターン３０Ａ、第２励磁コイルパターン３０Ｂ及び第３励磁コイルパターン３０Ｃも、それぞれ励磁コイル間隔Ｘ２だけ離れて形成され、検出コイル間隔Ｘ１と励磁コイル間隔Ｘ２とが同じ距離に設定されている。その結果、図５に示すように検出コイル２０と励磁コイル３０とは交互に重なるように配置されることになる。
【００４３】
この際に、隣り合う第１励磁コイルパターン３０Ａと第２励磁コイルパターン３０Ｂ、第２励磁コイルパターン３０Ｂと第３励磁コイルパターン３０Ｃとは、それぞれ逆方向に電流が流れる。そして、第１励磁コイルパターン３０Ａの右長辺と第１検出コイルパターン２０Ａの左長辺、第２励磁コイルパターン３０Ｂの左長辺と第１検出コイルパターン２０Ａの右長辺がそれぞれ結合する。また、第２励磁コイルパターン３０Ｂの右長辺と第２検出コイルパターン２０Ｂの左長辺、第３励磁コイルパターン３０Ｃの右長辺と第２検出コイルパターン２０Ｂの右長辺がそれぞれ結合する。つまり、第２励磁コイルパターン３０Ｂの右長辺と左長辺で、第１検出コイルパターン２０Ａと第２検出コイルパターン２０Ｂとにそれぞれ起電力を発生させることになる為、検出コイル２０及び励磁コイル３０の横幅は狭くて済むことになる。この結果、ロータリーエンコーダ８の小型化に貢献することが可能である。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明を行う。第２実施形態は第１実施形態のロータリーエンコーダ８とほぼ同じ構成であるが、検出コイル２０及び励磁コイル３０に加えてＺ相励磁コイル、Ｚ相検出コイル、及びＺ相検出用領域を設けた点で異なる。
【００４５】
図９に、第２実施形態のＺ相検出構成を示す模式図を示す。（ａ）にＺ相検出コイルの平面図を示す。（ｂ）にＺ相励磁コイルの平面図を示す。（ｃ）にロータパターンの平面図を示す。Ｚ相検出コイルＺ２０は、検出コイル２０と同様の構成であり、３周弱の巻回数で形成されている。Ｚ相励磁コイルＺ３０はＺ相第１励磁コイルパターンＺ３０Ａと、Ｚ相第２励磁コイルパターンＺ３０Ｂとを備えており、Ｚ相第１励磁コイルパターンＺ３０ＡとＺ相第２励磁コイルパターンＺ３０Ｂとは逆方向に電流が流れるように構成されている。
【００４６】
ロータパターン１３に、磁性体部１１及び非磁性体部１２の形成されている点は第１実施形態と同様である。ただし、磁性体部１１と非磁性体部１２が交互に配置される列の隣に、Ｚ相検出用領域１５とＺ相予備検出用領域１６とが備えられている。Ｚ相検出用領域１５はＺ相予備検出用領域１６に挟まれるように備えられており、図９（ｃ）に示すように、Ｚ相検出用領域１５に比べてＺ相予備検出用領域１６の幅はロータ回転方向Ａと直交する方向に狭く形成されている。Ｚ相検出コイルＺ２０及びＺ相励磁コイルＺ３０は、このＺ相検出用領域１５及びＺ相予備検出用領域１６に対向するように基板２３上に配置されている。
【００４７】
第２実施形態のロータリーエンコーダ８は上記構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。図１０に、Ｚ相検出コイルからの出力波形のグラフを示す。図１１に、比較のために用意した、Ｚ相検出コイルからの出力波形のグラフを示す。第２実施形態のロータリーエンコーダ８では、まずＺ相予備検出用領域１６にＺ相励磁コイルＺ３０が通過することで、Ｚ相励磁コイルＺ３０のコイルパターンを中心に生じた磁束がＺ相予備検出用領域１６で強められ、Ｚ相検出コイルＺ２０の内部に起電力を生じる。ただし、Ｚ相予備検出用領域１６の面積は狭いため、ダミーパターン出力の立ち上がりを示す第１ピークＤ１１は、図１０に示される様に高くならない。
【００４８】
その後、Ｚ相予備検出用領域１６とＺ相検出用領域１５の間に形成されている非磁性体部１２によって、ダミーパターン出力Ｄ１の立ち下がりを示す第２ピークＤ１２が検出され、その後に、Ｚ相予備検出用領域１６の影響でトリガー信号Ｔ１のトリガー第１ピークＴ１１とトリガー第２ピークＴ１２がＺ相検出コイルＺ２０で検出される。その後、Ｚ相予備検出用領域１６を検出するので、ダミーパターン出力Ｄ２の第３ピークＤ２１と第４ピークＤ２２がＺ相検出コイルＺ２０で検出される。
【００４９】
一方、比較のために用意した図１１のケースでは、Ｚ相検出用領域１５だけでＺ相予備検出用領域１６を備えていないので、トリガー信号Ｔ２であるトリガー第１ピークＴ２１とトリガー第２ピークＴ２２は図１１に示すようになだらかに立ち上がる。立ち上がり部分ｂでは、ピークが序盤はゆっくり立ち上がっている様子が分かる。このため、比較のために用意した図１１のケースでは、トリガー検出のタイミングがずれやすいという問題があった。しかしながら、Ｚ相検出用領域１５の両脇にＺ相予備検出用領域１６を設けることで、図１０に示すように、トリガー信号Ｔ１が鋭く立ち上がるようになるので、Ｚ相検出のタイミングはずれにくくなる。
【００５０】
したがって、ロータリーエンコーダ８に第２実施形態に示すようにＺ相検出用領域１５の両脇にＺ相予備検出用領域１６を設ける構成を採ることで、Ｚ相検出コイルＺ２０より得られるトリガー信号Ｔ１の検出精度が向上する。トリガー信号Ｔ１は検出コイル２０から検出される出力波形のタイミング補正に使われるので、結果的にロータリーエンコーダ８の精度の向上に寄与することが可能となる。
【００５１】
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、上述した材質を発明の目的を達するために必要な機能を有した別の材質に代替することを妨げない。また、検出コイル２０及び励磁コイル３０といったコイルパターンの形成方法についても、プリント基板を形成する手法として知られる技術を適用することを妨げない。
【符号の説明】
【００５２】
８      ロータリーエンコーダ
９      ステータ
１０      ロータ
１３      ロータパターン
１５      Ｚ相検出用領域
１６      Ｚ相予備検出用領域
２０      検出コイル
２３      基板
２４      取り付け部材
２５      回路部
２６      ステータ本体
３０      励磁コイル
４０Ａ      第１結合部
４０Ｂ      第２結合部
４０Ｃ      第３結合部
４０Ｄ      第４結合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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