(57)【要約】      （修正有）【課題】薄型であってもコイルの巻線数を確保して回転位置検出精度の高い角度検出器を提供する。【解決手段】回転軸回りに回転する回転子板６の回転軌道上に磁束を形成する第１コイル層２と、第１コイル層２に対して、回転軸を中心とする角度をずらして配置される第２コイル層２０と、第１コイル層２および第２コイル層２０の回転軸方向に積層され、第１コイル層２および第２コイル層２０のそれぞれに対応する複数の下部磁束回路板５と、第１コイル層２および第２コイル層２０の回転軸方向における下部磁束回路板５が積層される側とは反対側に積層されることで下部磁束回路板５との間に間隙を形成し、第１コイル層２および第２コイル層２０のそれぞれに対応する複数の上部磁束回路板４と、を有し、第１コイル層２および第２コイル層２０は、回転軸に垂直な面内に延在する巻芯３を有する。【選択図】図１
2014142210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束回路板を通る磁束を回転子板の回転により変化させることで前記回転子板の回転角度を検出する角度検出器において、
回転軸回りに回転する前記回転子板の回転軌道上に磁束を形成する第１コイル層と、
前記第１コイル層に対して、前記回転軸を中心とする角度をずらして配置される第２コイル層と、
前記第１コイル層および前記第２コイル層の前記回転軸方向に積層され、前記第１コイル層および前記第２コイル層のそれぞれに対応する複数の下部磁束回路板と、
前記第１コイル層および前記第２コイル層の前記回転軸方向における前記下部磁束回路板が積層される側とは反対側に積層されることで前記下部磁束回路板との間に間隙を形成し、前記第１コイル層および前記第２コイル層のそれぞれに対応する複数の上部磁束回路板と、を有し、
前記第１コイル層および前記第２コイル層は、前記回転軸に垂直な面内に延在する巻芯を有することを特徴とする角度検出器。
【請求項２】
前記巻芯は、前記回転軸方向から見て、前記上部磁束回路板と前記下部磁束回路板との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の角度検出器。
【請求項３】
前記巻芯は、前記下部磁束回路板と前記上部磁束回路板とにより両側から挟まれ、
前記巻線は、前記回転軸に垂直な方向から見て、前記上部磁束回路板と前記下部磁束回路板との厚み以内に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の角度検出器。
【請求項４】
前記下部磁束回路板および前記上部磁束回路板を前記第１コイル層および前記第２コイル層とともに共通の支持板に固定する締結部材を有し、
前記締結部材の頭部は平面形状の平面部を備え、
前記平面部は、前記上部磁束回路板の表面と同一平面上、または、前記表面より前記支持板側に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の角度検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等の回転軸の回転角度を検出する角度検出器に関し、特に小型化が可能な、角度検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、磁性体コアと、磁性体コアの周回り方向に渦巻状にプリントされたプリントコイルからなるフラットコイルを複数層に重ねて１つのコイル極を構成したコイルと、コイルに非接触で対向して軸線回りに回転するロータを備え、コイルとロータの相対的位置を検出対象位置に連動して変位させることで、コイルのインピーダンスを変化させて、このインピーダンス変化に応じた出力信号により位置検出する角度検出器が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１においては、複数層に重ねたフラットコイルでコイルを構成するため、薄型化しやすいという利点がある。しかしながら、プリントコイルからなるフラットコイルは、隣り合う導線間の間隔が広くなってしまうため、１枚のフラットコイルの巻線数に限界があり、巻線数が少なくてインダクタンスが小さく。また、必要な巻線数を確保するためには多数枚のフラットコイルを用いる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００７／０００９５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、かかる従来の角度検出器においては、コイルの巻線数を大きくしようとするとコイル平面の面積が大きくなってしまい、また、その面積にも制限があることから、巻線数を大きくしてインダクタンスの自由度を確保することが困難となるおそれが生じる。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、薄型であってもコイルのインダクタンスの自由度を確保し回転角度の検出精度を確保できる角度検出器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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の角度検出器の第１の特徴は、磁束回路板を通る磁束を回転子板の回転により変化させることで回転子板の回転角度を検出する角度検出器において、回転軸回りに回転する回転子板の回転軌道上に磁束を形成する第１コイル層と、第１コイル層に対して、回転軸を中心とする角度をずらして配置される第２コイル層と、第１コイル層および第２コイル層の回転軸方向に積層され、第１コイル層および第２コイル層のそれぞれに対応する複数の下部磁束回路板と、第１コイル層および第２コイル層の回転軸方向における下部磁束回路板が積層される側とは反対側に積層されることで下部磁束回路板との間に間隙を形成し、第１コイル層および第２コイル層のそれぞれに対応する複数の上部磁束回路板と、を有し、第１コイル層および第２コイル層は、回転軸に垂直な面内に延在する巻芯を有することである。
かかる特徴によれば、第１コイル層および第２コイル層が、回転子板の回転軌道上に回転軸に垂直な面内に延在するため、角度検出器の厚みを維持しつつ、コイルの巻線スペースを大きくすることができて、導線断面積を大きくして励磁電流を大きくすることができる。また、検出コイルの巻数を多くすることができる。よって、検出コイルのインダクタンスを所望の大きさとして確保できるため、回転位置の検出精度を高くすることができる。
【０００８】
本発明の第２の特徴は、前記巻芯は、前記回転軸方向から見て、前記上部磁束回路板と前記下部磁束回路板との間に形成されることである。
かかる特徴によれば、磁気ギャップである間隙を形成する上部磁束回路板と下部磁束回路板とが回転軸に垂直な面内で互いに離間して配置されることとなり、かかる離間距離は巻芯の長さに対応することになる。よって、かかる平面方向の離間距離の自由度により巻線数を所望の値に確保できるようになる。よって、検出コイルのインダクタンスを所望値とすることができ、回転位置の検出精度を向上させることができる。
【０００９】
本発明の第３の特徴は、巻芯は、下部磁束回路板と上部磁束回路板とにより両側から挟まれ、巻線は、回転軸に垂直な方向から見て、上部磁束回路板と下部磁束回路板との厚み以内に形成されていることである。
かかる特徴によれば、第１コイル層および第２コイル層の厚みが下部磁束回路板と上部磁束回路板との厚み以内に形成されて角度検出器を薄くできる。
【００１０】
本発明の第４の特徴は、下部磁束回路板および上部磁束回路板を第１コイル層および第２コイル層とともに共通の支持板に固定する締結部材を有し、締結部材の頭部は平面形状の平面部を備え、平面部は、上部磁束回路板の表面と同一平面上、または、表面より支持板側に配置されることである。
かかる特徴によれば、下部磁束回路板および上部磁束回路板を第１コイル層および第２コイル層とともに支持板に締結固定することで、取り付け位置の調整を容易にし、かかる位置精度を高精度にすることができる。また、締結部材の頭部を平面形状の平面部にすることで角度検出器を薄型にすることができる。さらに、平面部を、上部磁束回路板の表面と同一平面上、または、表面より支持板側に配置することでより一層薄型化を可能とすることができる。よって、さらなる薄型化を達成しつつ、所望の回転位置検出の精度を確保することができるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、角度検出器の薄型性を確保しつつ、コイルのインダクタンスの自由度が確保して回転角度の検出精度を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る角度検出器の斜視図である。
【図２】図１に示す角度検出器の平面図である。
【図３】図１に示す角度検出器の断面図である。
【図４】図１に示す角度検出器における、セグメントの分解斜視図である。
【図５】図１に示す角度検出器において、セグメントに形成される磁束を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態に係る角度検出器について、図１から図５を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る角度検出器１はモータ等の回転角度を検出するレゾルバとして機能し、図１から図５に示されるように、円環状の支持板１０と、支持板１０に固定される複数の下部磁束回路板５と、支持板１０と下部磁束回路板５に固定される複数の巻芯３と、巻芯３に巻き回される第１コイル層２および第２コイル層２０と、巻芯３の下部磁束回路板５が連結する側に連結する磁束回路位置決め板２１と、巻芯３の下部磁束回路板５が連結する側と反対の側に連結する上部磁束回路板４と、下部磁束回路板５と上部磁束回路板４に挟まれるように隙間を開けて軸方向に対向する回転子板６と、回転子板６と一体に回転可能に軸支された回転シャフト９とを備えている。
【００１４】
支持板１０は、回転シャフト９が貫通可能な内孔を有し、中央部に該内孔が形成される環状の板部材で形成される。支持板１０には、ヨークである下部磁束回路板５と、巻芯３を介して同じくヨークである上部磁束回路板４が締結部材としてのネジ８により取り付けられている。上部磁束回路板４は、ネジ８により固定される第１固定部１２と、半径方向内側に延伸する第１磁束形成部１６とを有している。同様に、下部磁束回路板５は、ネジ８により固定される第２固定部１３と、半径方向内側に延伸する第２磁束形成部１５とを有している。第１磁束形成部１６と第２磁束形成部１５とは巻芯３を介して互いに回転シャフト９の軸方向で対向しており、隙間を隔てて回転子板６が配置されている。支持板１０は十分な剛性を有しており、上部磁束回路板４および下部磁束回路板５を相互に位置固定している。
【００１５】
巻芯３は励磁用コイルと検出用コイルが巻き回されている。巻芯３と巻芯３に巻き回される励磁用コイルと検出用コイルと、巻芯３の一端側に巻芯３と厚み方向に重なるように連結する下部磁束回路板５と、巻芯３の他端で下部磁束回路板５と反対側の厚み方向に重なるように連結する上部磁束回路板４とでセグメント７が構成されている。
【００１６】
セグメント７は、周方向に間隔をあけて４個のセグメント７で構成される。４個のセグメント７は２対（２組）構成され、それぞれ１対のセグメント７は回転シャフト９を挟むように配置されている。つまり、１対のセグメント７ともう１対のセグメント７とは、回転シャフト９の回転軸Ｃを中心に略９０°ずれて配置されている。１対のセグメント７の巻芯３に巻き回された励磁用コイルと検出用コイルは第１コイル層２を形成している。もう一対のセグメント７に巻き回された励磁用コイルと検出用コイルは第２コイル層２０を形成している。
【００１７】
巻芯３はパーマロイ等の磁性材料からなる板状部材をプレス加工により形成されており、断面略短形の長手方向を有する細長い形状を有している。長手方向の一端には、第１固定部１２と重なる第１端部１１が形成され、他端には、第２固定部１３と重なる第２端部１４が形成される。第１端部１１は、ネジ８により、上部磁束回路板４の第１固定部１２とともに支持板１０に締結固定され、第２端部１４は、ネジ８により、下部磁束回路板５の第２固定部１３とともに支持板１０に締結固定される。巻芯３は、第１端部１１と第２端部１４を両端に備える巻回部１７を有し、巻回部１７にコイルが巻かれている。巻回部１７と第１端部１１との間には、第１絶縁部１８が形成され、巻回部１７と第２端部１４との間には、第２絶縁部１９が形成される。これら絶縁部は、巻芯３に対して垂直に立設される鍔部として形成されており、コイルを巻回部付近に閉じ込め、外部から絶縁する役目を担っている。
【００１８】
下部磁束回路板５及び上部磁束回路板４は、パーマロイ等の磁性材料からなる板状部材をプレス加工により形成されて、巻芯３と軸方向で対向する回転子板６とで磁気回路が構成される。下部磁束回路板５及び上部磁束回路板４が回転子板６との対向する面積に対応して各セグメント７の磁気抵抗が変化することで、第１コイル層２及び第２コイル層２０のインピーダンスが変わることを利用して回転子板６の回転角度を検出するようになっている。
【００１９】
磁束回路板位置決め板２１は、ＳＵＳ３０４等の非磁性材からなる板状部材をプレス加工により形成されて、巻芯３の第２端部１４に当接して上部磁気回路板４の第１固定部１２の側面の平面および第２磁束形成部１６の側面の平面に嵌合してネジ８により締結固定される。磁束回路板位置決め板２１により上部磁気回路板４の取り付け位置と姿勢が整合される。磁束回路板位置決め板２１は、その内側に、上部磁気回路板４と嵌合する嵌合部３２を有する。かかる嵌合部３２は、複数の上部磁気回路板４に共通に嵌合する。つまり、磁束回路板位置決め板２１が一枚板として一体成型されているので、そこに形成される嵌合部３２が、複数の検出位相に対応する上部磁気回路板４を相互に位置決めすることができる。嵌合部３２は、磁束回路板位置決め板２１の側面で構成され、かかる側面が上部磁気回路板４の側面と面接触することで、磁束回路板位置決め板２１と上部磁気回路板４とを相対固定している。かかる面接触により、より強固に相対固定することができる。また、かかる嵌合部３２のさらに内側には、回転シャフト９が貫通可能な貫通孔３４が形成されている。これにより容易に回転シャフト９と上部磁気回路板４および／または下部磁束回路板５との相対配置を固定する工程にかかわらず磁束回路板位置決め板２１を配置することができる。
【００２０】
支持板１０に下部磁束回路板５および巻芯３が載置されて、巻芯３の第２端部１４に上部磁束回路板４が載置され、下部磁束回路板５および上部磁束回路板４の回転子板６と対向する領域よりも半径方向外側に、第１コイル層２およびコイル層２０がネジ８で固定されて配置されている。回転子板６が下部磁束回路板５および上部磁束回路板４と相対移動する移動範囲と離間しているため、第１コイル層２およびコイル層２０は回転子板６の動きに干渉しない。
【００２１】
第１コイル層２およびコイル層２０は、巻芯３に巻回されて、図３のような回転子板６の回転軸に垂直な方向から見て、回転子板６と重なるように形成されている。巻芯３にコイル層２およびコイル層２０を巻回した後、下部磁束回路板５および上部磁束回路板４を固定できるため、第１コイル層２およびコイル層２０の巻線が容易である。
【００２２】
第１コイル層２およびコイル層２０は、コイルが巻回される巻芯３を有し、巻芯３は、下部磁束回路板５および上部磁束回路板４に積層され、コイルは、回転軸Ｃに垂直な方向から見て、下部磁束回路板５および上部磁束回路板４に重なって配置される。また、コイルは、回転軸Ｃ方向から見て、下部磁束回路板５および上部磁束回路板４に挟まれて配置される。
【００２３】
巻芯３の第１絶縁部１８は板状に形成されており、かかる板状の第１絶縁部１８（第１鍔部）の平面（第１当接面）は上部磁束回路板４の側面の平面と密着している。この位置関係により、第１絶縁部１８を有する巻芯３と上部磁束回路板４とが位置決めされている。同様に、巻芯３の第２絶縁部１９は板状に形成されており、かかる板状の第２絶縁部１９（第２鍔部）の平面（第２当接面）は下部磁束回路板５の側面の平面と密着している。この位置関係により、第２絶縁部１９を有する巻芯３と下部磁束回路板５とが位置決めされている。これら巻芯３の絶縁部１８，１９により、第１コイル層２およびコイル層２０のそれぞれにおいて上部磁束回路板４および下部磁束回路板５とが相対的に位置決めされるので、第１コイル層２およびコイル層２０から発生される磁束が部品間の位置ずれに起因する不要な磁気抵抗を受けにくくなり、磁気効率が向上することになる。加えて、これら相対的な位置決めを巻芯３の絶縁部により行っているので、巻芯３の第１絶縁部１８および第２絶縁部１９は、コイルの絶縁と、上部磁束回路板４および下部磁束回路板５との位置決めと、両方兼ねることができる。よって、かかる位置決めに要する位置決め部品を追加する必要がなく、角度検出器１の小型化、薄型化に一層貢献できる。
【００２４】
また、第１コイル層２およびコイル層２０が回転子板６と上部磁束回路板４および下部磁束回路板５の外周側に配置されてため、第１コイル層２を厚み方向に大きくできるとともに、巻芯３が回転軸に垂直な方向に巻線軸が配置されているため、巻線数を多くしてコイルのインダクタンスを大きくしても薄型化される。
【００２５】
また、巻芯３は、回転軸Ｃ方向から見て、上部磁束回路板４と下部磁束回路板５との間に形成されている。磁気ギャップＧとしての間隙を形成する上部磁束回路板４と下部磁束回路板５とが回転軸Ｃに垂直な面内で互いに離間して配置されることとなり、かかる離間距離は巻芯３の長さに対応することになる。よって、かかる平面方向の離間距離の自由度により巻線数を所望の値に確保できるようになる。よって、第１コイル層２と第２コイル層２０のインダクタンスを所望値とすることができ、回転位置の検出精度を向上させることができる。
【００２６】
ネジ８は、頭部に平面形状の平面部を備え、平面部は、第１コイル層２およびコイル層２０の表面と同一平面上、または、表面より支持板１０側に配置されており、角度検出器１が回転軸Ｃ方向に薄型化されている。また、巻芯３の第１絶縁部１８および第２絶縁部１９も、第１コイル層２の表面と同一平面上、または、表面より支持板１０側に配置されており、角度検出器１が回転軸Ｃ方向に薄型化されている。上部磁束回路板４及び下部磁束回路板５と第１コイル層２およびコイル層２０は支持板１０に載置した後、取り付け位置及び角度を調整してからネジ８で締め付け固定できるため、微小な回転角度を正確に検出でき角度検出を高精度にできる。
【００２７】
支持板１０は、外周縁１０ａを有しており、上部磁束回路板４、下部磁束回路板５、第１コイル層２およびコイル層２０は、外周縁１０ａより回転軸Ｃ側に近い内方に配置されている。これにより、角度検出器１が外部から衝撃をうけても、支持版１０の外周縁１０ａが優先的に該衝撃を受けることになり上部磁束回路板４、下部磁束回路板５、もしくは第１コイル層２およびコイル層２０が該衝撃を直接に受ける事態を抑制することができる。よって、薄型でも耐衝撃性に優れる角度検出器１を提供することができる。このような衝撃に強い構成は、レゾルバとして使用される本角度検出器に有利な利点となる。
【００２８】
このように構成された本実施形態に係る角度検出器１によれば、図５に示されるように、コイル層２およびコイル層２０の励磁コイルに交流電流を流したときの１方向の通電状態のとき、当該セグメント７の巻芯３に矢印Ａで示されるように磁束が発生し、上部磁束回路板４から回転子板６、下部磁束回路板５を通って巻芯３に戻るように磁束が形成される（逆向きの電流が通電されたときは矢印Ａの磁束の向きは逆向きである）。巻芯３に形成された磁束は検出コイルに検出電圧を誘起する。各セグメント７は、軸方向で対向する回転子板６との対向する面積がセグメント毎に異なる構成であるため、回転子板６との相対位置によって上部磁束回路板４と下部磁束回路板５との間に磁気抵抗差が生じてコイル層２およびコイル層２０のインピーダンスが変化する。そのため、検出コイルの電圧がセグメント毎で回転子板６との相対位置によって異なることを利用して回転角度を検出する。
【００２９】
すなわち、本実施形態に係る角度検出器１は、第１コイル層および第２コイル層が、回転子板の回転軌道上に回転軸に垂直な面内に延在するため、角度検出器の厚みを維持しつつ、コイルの巻線スペースを大きくすることができて、導線断面積を大きくして励磁電流を大きくすることができて検出電圧を高くできる。さらに、検出コイルの巻数を多くしてインダクタンスを大きくできるため、回転位置検出精度を高くすることができる。
【００３０】
また、本実施形態に係る角度検出器１は、上部磁気回路板４と下部磁気回路板５とが巻芯３に固定される絶縁部（第１絶縁部１８、第２絶縁部１９）の当接面（第１当接面１８ａ、第２当接面１９ａ）により固定されるので、同じ検出位相の上部磁気回路板４と下部磁気回路板５との相互位置が安定し、各位相での検出精度が安定化する。よって、精度の良い角度位置検出をすることができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る角度検出器１は、磁束回路板位置決め板２１により上部磁気回路板４の取り付け位置と姿勢が各位相同士で整合されるため、つまり、第１コイル層２に対応する上部磁気回路板４と第２コイル層２０に対応する上部磁気回路板４との相対姿勢が安定するため、精度の良い位置検出をすることができる。
【００３２】
また、非回転部の厚みが薄い場合であっても、回転子板６が上部磁束回路板４および下部磁束回路板５と相対移動する移動範囲と離間してコイル層２およびコイル層２０が配置されているため、コイルの巻線スペースを大きくすることができて、精度の良い位置検出をすることができる。よって、薄型な小型の角度検出器１を用いる場合においても、十分な角度位置検出精度を確保することができる。
【００３３】
また、上部磁束回路板４および下部磁束回路板５とコイル層２およびコイル層２０は支持板１０にネジ８で固定するため、取り付け位置及び角度が調整可能で、角度検出を高精度にすることができる。
さらに、頭部に平面部を備えるネジ８であり、平面部は、コイル層２の表面と同一平面上、または、表面より支持板側に配置されているため、薄型化することができる。
【００３４】
また、本実施形態の角度検出器１は、第１コイル層２と第２コイル層２０の２対のセグメント７を備えることとしたが、これに限定されるものではなく、３対、４対、５対、・・・Ｎ対（Ｎは自然数）で構成することもできる。
また、上部磁束回路板４および下部磁束回路板５と第１コイル層２および第２コイル層２０は支持板１０にネジ８で固定する構成としたが、これに限定されるものではない。たとえば、溶接、接着等で固定することができる。
【００３５】
なお、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種々に変形することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１    角度検出器
２    第１コイル層
３    巻芯
４    上部磁束回路板
５    下部磁束回路板
６    回転子板
７    セグメント
８    ネジ
９    回転シャフト
１０  支持台
１０ａ支持台外周縁
１１  第１端部
１２  第１固定部
１３  第２固定部
１４  第２端部
１５  第２磁束形成部
１６  第１磁束形成部
１７  巻回部
１８  第１絶縁部
１９  第２絶縁部
２０  第２コイル層
２１  磁束回路板位置決め板
３２  嵌合部
３４  貫通孔
Ｃ    回転軸
ＣＤ  検出コイル
ＣＥ  励磁コイル
ＶＤ  検出電圧
ＶＥ  励磁電圧
Ｇ    磁気ギャップ（間隙）
【図１】
2014142210.tif 000003
【図２】
2014142210.tif 000004
【図３】
2014142210.tif 000005
【図４】
2014142210.tif 000006
【図５】
2014142210.tif 000007