(57)【要約】【課題】ロータリィトランスを不要とすることでセンサの小型化を可能とした位置センサを提供すること。【解決手段】ステータコイル１２が、所定のピッチＰでジグザグに折り返された導体パターンであること、ステータコイル１２と直列に接続された容量素子であるコンデンサ２２を有すること、ロータコイル１４が、ステータコイル１２と隙間を介して対向して配置され、所定のピッチＰで短絡されたショートコイルであること、ステータコイル１２にコンデンサ２２を介して供給される励磁信号（周波数をＮＭＨｚとする。）を出力する励磁信号出力回路を有すること、ステータコイル１２の出力電圧の変化に基づいて、所定のピッチＰ分、ロータ可動板１３が移動したことを検出する移動検出手段３１、３２、３３、３４、３５を有すること、を特徴とする。【選択図】        図３
2011226877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコイルが形成されたステータ固定板と、
前記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、ロータコイルが形成されたロータ可動板と、
を有する位置センサにおいて、
前記ステータコイルが、所定のピッチでジグザグに折り返されたコイルであること、
前記ステータコイルと直列に接続された容量素子を有すること、
前記ロータコイルが、前記ステータコイルと隙間を介して対向して配置され、前記所定のピッチで短絡されたショートコイルであること、
前記ステータコイルに前記容量素子を介して供給される励磁信号を出力する励磁信号出力回路を有すること、
前記ステータコイルの出力電圧の変化に基づいて、前記所定のピッチ分、前記ロータ可動板が移動したことを検出する移動検出手段を有すること、
を特徴とする位置センサ。
【請求項２】
請求項１に記載する位置センサにおいて、
前記ステータコイルに対し、位相が半ピッチずれた所定のピッチでジグザグに折り返された第２ステータコイルを有すること、
前記移動検出手段が、前記ステータコイルの出力電圧と、前記第２ステータコイルの出力電圧の差分に基づいて、前記所定のピッチ分、前記ロータ可動板が移動したことを検出すること、
を特徴とする位置センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する位置センサにおいて、
前記ステータコイルが、前記ステータ固定板の表面に形成され、
前記ロータコイルが、ロータ可動板の表面に形成されていること、
を特徴とする位置センサ。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載する位置センサにおいて、
前記ステータコイルが、前記ステータ固定板の内周表面に形成され、
前記ロータコイルが、ロータ可動板の外周表面に形成されていること、
を特徴とする位置センサ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載する位置センサにおいて、
前記ステータコイルが、前記ロータコイルの全周に対して、一部のみ配置されていること、
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、可動体の動作位置を検出するために使用される位置センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、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できる。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、回転角センサの一つであるクランク角センサが採用されている。
【０００３】
この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載されたロータリー形スケールが知られている。このスケールは、互いに対向して配置されたロータとステータとを備える。ロータには、ロータ側コイルパターン（サーチコイル）が設けられ、ステータには、サーチコイルと向かい合わせになるように対向して配置されたステータ側コイルパターン（励磁コイル）が設けられる。また、ロータには、ロータ側ロータリートランスが設けられ、ステータには、ロータ側ロータリートランスと向かい合わせになるようにステータ側ロータリートランスが設けられる。ロータは、例えば、モータ等の回転軸上に取り付けられて同軸と一体回転可能に設けられ、ステータは、モータ等のケースに固定される。ここで、励磁コイル及びサーチコイルは、それぞれジグザグ状に折り返され且つ全体が円環状に形成される。そして、このロータリー形スケールでは、励磁コイルに交流電流を流すことにより、励磁信号を発生させ、ロータ（サーチコイル）の回転角度に対して（すなわち励磁コイルとサーチコイルの相対位置関係の変化に応じた電磁結合度の変化に応じて）、周期的（周期＝サーチコイルのパターンピッチ）に変化する誘導電圧がサーチコイルに発生する。この誘導電圧はロータ側ロータリートランスからステータ側ロータリートランスに伝達され、この誘導電圧の変化量から、ロータ（すなわちロータが結合されたモータ等の回転軸）の回転角度を検出するようになっている。
【０００４】
従来のクランク角センサの分解能は、１０度程度で十分であったが、近年、環境問題に関する排ガス規制に伴い、エンジンにより精確な制御が求められており、クランク角センサの分解能も、１度程度を必要とされつつある。例えば、エンジンを６０００ｒｐｍの回転数で駆動しているときには、１度毎にパルスを出力しようとすると、３６ｋＨｚの信号を必要とする。
【０００５】
一方、本出願人は、特許文献５において、（１）３００〜５００ｋＨｚの高周波の励磁信号を用いて、コイルの巻線数を減らすこと、（２）レゾルバステータ平板上に励磁コイルを印刷により形成し、レゾルバロータ平板上に検出コイルを印刷により形成し、レゾルバステータ平板とレゾルバロータ平板とを対向させて配置することを提案している。これにより、レゾルバの径方向寸法を小さくすると共に、レゾルバのロータの軸心方向の長さも短くでき、モータ軸に取り付けたときに、モータ全体の大きさを小さくできる効果を奏する。
特許文献５のように、高周波の搬送波を用いて、信号波形を得ようとすると、３６ｋＨｚの信号波形を得るためには、１信号当たり１０個程度の搬送波を必要とするため、３６０ｋＨｚの搬送波を必要とする。３６０ｋＨｚの搬送波を用いることにより、コイルの巻き数を減らすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１６１５４号公報
【特許文献２】特開２０００−２９２２０５号公報
【特許文献３】特表２００１−５２０７４３号公報
【特許文献４】特開平４−２７６５１７号公報
【特許文献５】特開２００８−２５６４８６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記載のロータリー形スケール、及び特許文献５に記載のレゾルバでは、ロータリートランスを用いているため、ロータ及びステータにロータリートランスを配置する場所が必要となり、センサの小型化が難しいという課題があった。特に、自動車用エンジンのクランク角センサは、小型化が要望されていた。
【０００８】
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、ロータリートランスを不要とすることでセンサを小型化することを可能とした位置センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の位置センサは、次の構成を有する。
（１）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、ロータコイルが形成されたロータ可動板と、を有する位置センサであって、ステータコイルが、所定のピッチでジグザグに折り返されたコイルであること、ステータコイルと直列に接続された容量素子を有すること、ロータコイルが、ステータコイルと隙間を介して対向して配置され、所定のピッチで短絡されたショートコイルであること、ステータコイルに容量素子を介して供給される励磁信号を出力する励磁信号出力回路を有すること、ステータコイルの出力電圧の変化に基づいて、所定のピッチ分、ロータ可動板が移動したことを検出する移動検出手段を有すること、を特徴とする。
【００１０】
（２）（１）に記載する位置センサにおいて、前記ステータコイルに対し、位相が半ピッチずれた所定のピッチでジグザグに折り返された第２ステータコイルを有すること、前記移動検出手段が、前記ステータコイルの出力電圧と、前記第２ステータコイルの出力電圧の差分に基づいて、前記所定のピッチ分、前記ロータ可動板が移動したことを検出すること、を特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載する位置センサにおいて、前記ステータコイルが、前記ステータ固定板の表面に形成され、前記ロータコイルが、ロータ可動板の表面に形成されていること、を特徴とする。
【００１１】
（４）（１）または（２）に記載する位置センサにおいて、前記ステータコイルが、前記ステータ固定板の内周表面に形成され、前記ロータコイルが、ロータ可動板の外周表面に形成されていること、を特徴とする。
（５）（３）または（４）に記載する位置センサにおいて、前記ステータコイルが、前記ロータコイルの全周に対して、一部のみ配置されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、上記構成を有することにより、次のような作用、効果を奏する。
（１）ステータコイルが形成されたステータ固定板と、前記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、ロータコイルが形成されたロータ可動板と、を有する位置センサであって、（ａ）ステータコイルが、所定のピッチでジグザグに折り返されたコイルであること、（ｂ）ステータコイルと直列に接続された容量素子を有すること、（ｃ）ロータコイルが、前記ステータコイルと隙間を介して対向して配置され、所定のピッチで短絡されたショートコイルであること、（ｄ）ステータコイルに容量素子を介して供給される励磁信号（周波数をＮＭＨｚとする。）を出力する励磁信号出力回路を有すること、（ｅ）ステータコイルの出力電圧の変化に基づいて、所定のピッチ分、ロータ可動板が移動したことを検出する移動検出手段を有すること、特徴とするので、ステータコイルに対するショートコイルの位置が、所定のピッチの半ピッチ分ずれているときには、ステータコイルのインダクタンスは変化せず（ショートコイルの影響を受けず）、共振周波数は励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と一致する。よって、ステータコイルの出力信号の振幅は最大となる。
【００１３】
一方、上記の位置関係から、ステータコイルに対するショートコイルの位置が変化するに従い、ステータコイルのインダクタンスは、ショートコイルの影響を受けて小さくなっていき、ステータコイルとショートコイルの位置が一致するときには、ステータコイルのインダクタンスは最小となり、このとき、共振周波数と励磁信号の周波数のずれが最大となる。したがって、ステータの出力信号の振幅は最小となる。このステータの出力電圧（振幅）の変化に基づいて、移動検出手段は所定ピッチ分、ロータの可動板が移動したことを検出できる。
例えば、クランク軸の角度センサの場合には、ステータコイルのジグザグ（九十九折り）のピッチを１度とし、ショートコイルのピッチを１度としておけば、ロータの可動板がステータ固定板に対して、１度ずれる毎に、パルス信号を出力することができ、それをエンジン制御手段に送信することができる。
【００１４】
すなわち、ステータコイルに対するショートコイルの位置が、所定のピッチの半ピッチ分ずれているとき、例えば、ショートコイルに隣り合う２つのステータコイル（Ａ，Ｂ）の半分ずつが対向しているときには、ステータコイル（Ａ）により発生しショートコイル内を通過する磁束ＧＸＡと、ステータコイル（Ｂ）により発生しショートコイルを通過する磁束ＧＸＢとは、逆向きの磁束で同じ量の磁束であり、ショートコイルを通過する磁束は実質的にゼロとなり、ショートコイルに起電力は発生しない。したがって、磁束ＧＸＡと磁束ＧＸＢを打ち消すような磁束は発生せず、インダクタンスの低下はない。よって、共振周波数は、励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と同じである。
一方、ステータコイルとショートコイルの位置が一致しているときには、ステータコイルで発生する磁束ＧＸにより、ショートコイルに起電力が発生し、起電力により発生した電流により、磁束ＧＸとは逆向きの磁束ＧＹが発生する。磁束ＧＹの発生により、磁束ＧＸが弱められ、その結果ステータコイルのインダクタンスは最小となり、共振周波数は最大となり、このとき共振周波数と励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）のずれは最大となる。
【００１５】
ステータコイルの出力電圧は、励磁周波数（ＮＭＨｚ）における出力波形の振幅であり、共振周波数が変化していなければ、最大振幅Ｈとなるのに対して、共振周波数が高くなった場合には、励磁周波数（ＮＭＨｚ）における出力波形の振幅Ｈａは最大振幅Ｈと比較して明らかに小さくなる。したがって、ステータコイルの出力電圧（振幅）の低下を検出することにより、共振周波数の変化を検出し、それにより、インダクタンスの変化、つまりロータ可動板の移動を検出することができる。
【００１６】
（２）（１）に記載する位置センサにおいて、前記ステータコイルに対し、位相が半ピッチずれた所定のピッチでジグザグに折り返された第２ステータコイルを有すること、前記移動検出手段が、前記ステータコイル（第１ステータコイル）の出力電圧と、前記第２ステータコイルの出力電圧の差分に基づいて、前記所定のピッチ分、前記ロータ可動板が移動したことを検出すること、を特徴とするので、例えば、ステータ固定板とロータ可動板との隙間の変動により、共振周波数の振幅の変化に誤差が生じた場合でも、誤差をキャンセルすることができる。
すなわち、第１ステータコイルで検出する第１電圧信号と、第２ステータコイルで検出する第２電圧信号に対しては、例えば、ステータ固定板とロータ可動板との隙間の変動の誤差は、等しく加減算される。したがって、同じタイミングにおいて、第１電圧信号と第２電圧信号との差分を算出することにより、発生した誤差をキャンセルすることができる。
【００１７】
（３）（１）または（２）に記載する位置センサにおいて、前記ステータコイルが、前記ステータ固定板の表面に形成され、前記ロータコイルが、ロータ可動板の表面に形成されていること、を特徴とするので、位置センサの軸心方向における寸法を小さくすることができる。
（４）（１）または（２）に記載する位置センサにおいて、前記ステータコイルが、前記ステータ固定板の内周表面に形成され、前記ロータコイルが、ロータ可動板の外周表面に形成されていること、を特徴とするので、位置センサの径方向における寸法を小さくすることができる。また、（３）と比較して、ステータコイルとショートコイルの位置関係の精度を保つことが容易であり、製造コストを低減できる。
（５）（３）または（４）に記載する位置センサにおいて、前記ステータコイルが、前記ロータコイルの全周に対して、一部のみ配置されていること、を特徴とするので、全周に設けた場合と比較して、取り付け箇所が限られている場合にも、適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態のロータリーエンコーダ１の構成を示す図である。
【図２】ロータコイル１４とステータコイル１２の関係を示す斜視図である。
【図３】ステータコイル１２の導体パターンと、ロータコイル１４のショートコイルの位置が、所定のピッチの半ピッチ分ずれているときの説明図である。
【図４】ステータコイル１２の導体パターンと、ロータコイル１４のショートコイルの位置が、一致しているときの説明図である。
【図５】共振周波数と出力電圧との関係を示す図である。
【図６】ロータリーエンコーダ１の制御装置を示すブロック図である。
【図７】ステータコイル１２の導体パターンの構成を示す図である。
【図８】ロータコイル１４のショートコイルの構成を示す図である。
【図９】第２実施の形態の第１説明図である。
【図１０】第２実施の形態の第２説明図である。
【図１１】第２実施の形態のロータリーエンコーダ１の制御装置を示すブロック図である。
【図１２】第１変形例の構成を示す斜視図である。
【図１３】第２変形例の構成を示す斜視図である。
【図１４】第３変形例の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明の位置センサを「クランク軸の回転角センサであるロータリーエンコーダ」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、本実施の形態のロータリーエンコーダ１を概略構成図により示す。ロータリーエンコーダ１は、一例として、エンジン２のクランクシャフト３の端部に接続して設けられ、クランクシャフト３の動作位置（回転角度）を検出するために使用される。ロータリーエンコーダ１は、ステータ４と、ステータ４と隙間５を介して対向しながら回転可能に設けられるロータ６と、コントローラ７と、これらの部品４，６，７を収容するハウジング８とを備える。ステータ４は、本発明のステータ固定板としてのステータ平板１１と、ステータ平板１１のロータ６との対向面側に設けられるステータコイル１２とを含む。ロータ６は、本発明のロータ可動板としてのロータ平板１３と、ロータ平板１３のステータ４との対向面側に設けられるロータコイル１４とを含む。
【００２０】
ステータ平板１１及びロータ平板１３は、互いにほぼ同じ大きさの円板形状に形成される。ステータ平板１１を含むステータ４はハウジング８に固定され、ロータ平板１３を含むロータ６はハウジング８に回転可能に支持される。ロータ平板１３には、ロータコイル１４が設けられる側面と反対の側面の中央に入力軸１５が一体に設けられる。この入力軸１５がハウジング８から突出して設けられる。入力軸１５は、カップリング１６を介してクランクシャフト３に連結される。
【００２１】
図２に、１度周期のパルス列を出力する場合の、ロータコイル１４とステータコイル１２の関係を斜視図により示す。ロータコイル１４は、梯子形状のショートコイルを形成している。ショートコイルは、円周方向に、１度に１箇所ずつ計３６０個形成されている。本実施例では、例えば、ステータ固定板１１、及びロータ可動板１３の円板の外形寸法を７０ｍｍとしている。円板の外周近くには、約０．６ｍｍピッチでショートコイルが形成されている。図２では、細かくなり見にくくなるので、個数を省略して記載している。図８に、ロータ可動板１３の表面に形成されたロータコイル１４の構成を示す。梯子状のショートコイルが３６０個形成されている。
ショートコイルは、例えば、導電性インクをロータ可動板１３上にインクジェットプリンタにより描画して、乾燥固定することにより形成される。または、半導体製造工程で用いられているエッチング等により微細線パターンを形成し貼り付けても良い。または、プレス成形により打ち抜いたパターンを貼り付けても良い。
【００２２】
一方、図２に示すように、ステータコイル１２は、ロータコイル１４のショートコイルと同じピッチ（約０．６ｍｍ）でジグザグに３６０回折り返された導体パターンにより、ステータ固定板１１の円板の外周近くに形成される。図２では、細かくなり見にくくなるので、個数を省略して記載している。図７に、ステータ固定板１１の表面に形成されたステータコイル１２の導体パターンの構成を示す。全周で１８０組のジグザグ、すなわち、１８０個の外周側部分と、１８０個の内周側部分の計３６０個の径方向パターンを備えている。ステータコイル１２は、端子部２４、２３を備えている。端子２４、２３からの接続は記載を省略している。
本実施例では、ステータコイル１２のジグザグの導体パターンの径方向の長さ、線の太さは、ロータコイル１４のショートコイルと同じである。導体パターンとショートコイルとで相違しているのは、ショートコイルが環状であるのに対して、導体はターンがジグザグで外側の辺が交互に存在しない点のみである。すなわち、ステータコイル１２とロータコイル１４とは、ステータコイル１２がジグザグ（九十九折り状）に形成されているのに対して、ロータコイル１４がショートコイルとして環状に形成されている点を除いては、数も同数であり、寸法も同じであり、位置も同じである。ステータコイル１２の製造方法は、ロータコイル１４と同じである。
ただし、ステータコイル１２のジグザグの導体パターンの太さは、ロータコイル１４のショートコイルの線の太さと異なっても良い。また、ステータコイル１２のジグザグの導体パターンの径方向の長さは、ロータコイル１４のショートコイルの径方向の長さと同じでも良いし、長くても良く、また、短くても良い。
本実施例のステータコイル１２、及びロータコイル１４を用いることにより、ロータリートランスを必要としないため、ロータリーエンコーダ１の径方向の寸法を小型化できる。
【００２３】
次に、測定の原理を説明する。図３（ａ）にステータコイル１２のジグザグに形成された導体パターン１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｇを示す。また、ロータコイル１４の環状に形成されたショートコイル１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇを示す。導体パターン１２Ａ、１２Ｂ、・・・のジグザグの外周の１辺の長さは、円周において、中心角が１度に対応する長さで形成されている。ショートコイル１４Ａ、１４Ｂ・・・も同様に、円周において、中心角が１度に対応する長さで形成されている。
図３（ａ）では、ステータコイル１２の導体パターン１２Ａ、１２Ｂ、・・・に対するロータコイル１４のショートコイル１４Ａ、１４Ｂ・・・の位置が、所定のピッチＰの半ピッチ分Ｐ／２ずれているときを示している。例えば、ショートコイル１４Ｃに対して、隣り合う２つの導体パターン（１２Ｂ，１２Ｃ）の半分ずつ、つまり導体パターン１２Ｂの後半分１２Ｂｂ、導体パターン１２Ｃの前半分１２Ｃａが対向している。
【００２４】
このときには、導体パターン１２Ｂと導体パターン１２Ｃとでは、発生する磁束の方向が反対向きである。
すなわち、導体パターン１２Ｂｂにより発生しショートコイル１４Ｃ内を通過する磁束Ｇ（１２Ｂｂ）と、導体パターン１２Ｃａにより発生しショートコイル１４Ｃ内を通過する磁束Ｇ（１２Ｃａ）とは、逆向きの磁束で同じ量の磁束であり、ショートコイル１４Ｃを通過する磁束は実質的にゼロとなり、ショートコイル１４Ｃに起電力は発生しない。
同様に、導体パターン１２Ｃｂにより発生しショートコイル１４Ｄ内を通過する磁束Ｇ（１２Ｃｂ）と、導体パターン１２Ｄａにより発生しショートコイル１４Ｄ内を通過する磁束Ｇ（１２Ｄａ）とは、逆向きの磁束で同じ量の磁束であり、ショートコイル１４Ｄを通過する磁束は実質的にゼロとなり、ショートコイル１４Ｄに起電力は発生しない。
同様に、ロータコイル１４の全てのショートコイル１４Ａ、１４Ｂ、・・・において、起電力が発生しない。
したがって、ステータコイル１２の全ての導体パターン１２Ａ、１２Ｂ、・・・が発生する磁束Ｇを打ち消すような磁束は発生せず、インダクタンスの低下はない。よって、共振周波数は、励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と同じである。
【００２５】
図３（ｂ）に、（ａ）の等価回路を示す。検出部２１には、電極端子２４、２５に直列に接続されたステータコイル１２と容量素子であるコンデンサ２２がある。コンデンサ２２とステータコイル１２との間の端子２３に図示しない電圧計が接続されている。一方、ロータコイル１４は、ステータコイル１２に対して、移動可能に保持されている。
電極端子２４、２５に励磁信号が供給される。本実施例では、励磁信号として、０．６５ＭＨｚ（６５０ｋＨｚ）の励磁信号を供給している。
図３（ｃ）に、端子２３で検出したステータコイルの出力電圧の波形を示す。
【００２６】
図５に、共振周波数と出力電圧との関係を示す。横軸が共振周波数（単位ＭＨｚ）であり、縦軸が出力電圧（単位Ｖ）である。
図中Ｎは、励磁信号の周波数０．６５ＭＨｚ（６５０ｋＨｚ）を示している。図３（ａ）に示すように、ステータコイル１２の導体パターン１２Ａ、１２Ｂ、・・・に対するロータコイル１４のショートコイル１４Ａ、１４Ｂ・・・の位置が、所定のピッチＰの半ピッチ分Ｐ／２ずれているときには、ステータコイル１２の全ての導体パターン１２Ａ、１２Ｂ、・・・が発生する磁束Ｇを打ち消すような磁束は発生せず、インダクタンスの低下はない。よって、共振周波数は、励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と同じである。
すなわち、共振周波数は、インダクタンスＬの関数であり、Ｌが小さくなると共振周波数は大きくなり、Ｌが大きくなると共振周波数は小さくなる。
このときには、ステータコイル１２の出力電圧は、ＶＨと最大値である。
【００２７】
次に、ロータ可動板１３が、ステータ固定板１１に対して、Ｐ／２だけ回転した場合を説明する。
図４（ａ）にステータコイル１２のジグザグに形成された導体パターン１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｇを示す。また、ロータコイル１４の環状に形成されたショートコイル１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇを示す。
図４（ａ）では、ステータコイル１２の導体パターンに対するロータコイル１４のショートコイルの位置が、一致しているときを示している。例えば、ショートコイル１４Ａに対して、導体パターン１２Ａが一致し、ショートコイル１４Ｂに対して、導体パターン１４Ｂが一致している。
図４（ａ）に示すように、ステータコイル１２の導体パターン１２Ａ、１２Ｂ、・・・と、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ、１４Ｂ、・・・の位置が一致しているときには、ステータコイル１２の導体パターン１２Ａ、１２Ｂ、・・・で発生する磁束ＧＸにより、ショートコイル１４Ａ、１４Ｂ、・・・に起電力が発生し、起電力により発生した電流により、磁束ＧＸとは逆向きの磁束ＧＹが発生する。磁束ＧＹの発生により、磁束ＧＸが弱められ、その結果ステータコイル１２のインダクタンスは最小となり、共振周波数は最大となり、このとき共振周波数と励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）のずれは最大となる。
【００２８】
図３と同様に、図４（ｂ）は、（ａ）の等価回路である。図４（ｃ）に、ポイント２３で検出した出力電圧の波形を示す。
図４（ａ）に示すように、ステータコイル１２の導体パターン１２Ａ、１２Ｂ、・・・に対するロータコイル１４のショートコイル１４Ａ、１４Ｂ・・・の位置が、一致しているときには、ステータコイル１２の全ての導体パターン１２Ａ、１２Ｂ、・・・が発生する磁束ＧＸを打ち消すような磁束ＧＹが発生するため、インダクタンスは大きく低下する。よって、共振周波数Ｈａは、約０．９ＭＨｚまで大きくなり、励磁信号の共振周波数Ｈから大きくずれる。
これにより、励磁コイルの共振周波数ＮＭＨｚにおいて、共振周波数Ｈａが発生する出力電圧は、ＶＨａ（Ｖ）へ低下する。
図４（ｃ）に端子２３で検出したステータコイル１２の電圧波形を示す。
【００２９】
図６に、本実施の形態のロータリーエンコーダ１の制御装置をブロック図で示す。ステータコイル１２は、アンプ３１に接続している。アンプ３１は、同期検波器３２に接続している。同期検波器３２は、ローパスフィルタ３３に接続している。ローパスフィルタ３３は、コンパレータ３４に接続している。
ステータコイル１２の端子２３におけるステータコイル１２の出力電圧Ｓ１の波形を図６に示す。励磁信号であるＮＭＨｚ（０．６５ＭＨｚ）の搬送波に対して、信号波が重ねられている。すなわち、励磁信号は、高周波であり、図３（ｃ）や図４（ｃ）に示す出力電圧は、信号波として、搬送波に重ねられている。すなわち、ステータコイル１２の出力電圧は、搬送波が振幅変調された信号波となっている。
アンプは、出力電圧信号Ｓ１を増幅して信号Ｓ２とする。同期検波器３２は、励磁信号ＮＭＨｚにより、信号Ｓ２を同期検波し、信号Ｓ３を出力する。ローパスフィルタ３３は、信号Ｓ３を平滑化し、波形信号Ｓ４とする。
すなわち、同期検波器３２及びローパスフィルタ３３により、信号Ｓ２から、高周波である搬送波を除去して、信号波のみの波形信号Ｓ４とする。この波形信号Ｓ４を、コンパレータ３４でしきい値以上か否かにより、パルス信号Ｓ５に変換する。１つのパルス信号Ｓ５が出ると、ロータ可動板１３が、所定のピッチＰだけ回転したことがわかる。
このパルス信号をエンジン制御装置に出力することにより、パルス信号を受けたエンジン制御装置は、クランク軸の回転角度を、１度の分解能で正確に得ることができる。
【００３０】
ここで、図６のローパスフィルタ３３の、出力信号Ｓ４は、出力レベルＭが変動する場合がある。例えば、励磁信号の振幅が変動した場合や、ステータ固定板１１とロータ可動板１３の隙間が微小量変化したような場合である。ここで、コンパレータ３４で、しきい値でパルス化しているため、出力レベルＭの変動に応じて、しきい値を調整する必要があり、しきい値が最適でなければ、コンパレータ３４でのパルス化に誤差が生じ、正確に角度検出を行えない恐れがある。
第２の実施の形態では、その問題を解決している。第２の実施の形態の構成は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、相違する点のみ詳細に説明し、同じ部分については、説明を割愛する。
図９及び図１０に、第２の実施の形態のロータコイル１４、及びステータコイル１２１、１２２を示す。ロータコイル１４は、第１の実施の形態と同じである。
第１の実施の形態では、ステータコイル１２は１つであったが、第２の実施の形態では、ステータコイル１２１、ステータコイル１２２と２つのステータコイルを備えている。各ステータコイル１２１、１２２の形状、大きさは、第１実施の形態と同じである。ステータコイル１２１とステータコイル１２２とは、図９、図１０に示すように、半ピッチＰ／２ずれて形成されている。
【００３１】
図９は、ステータコイル１２１の導体パターンが、ロータコイル１４のショートコイルと一致している場合を示している。このとき、ステータコイル１２２の導体パターンは、ロータコイル１４のショートコイルと半ピッチＰ／２ずれている。
この状態では、図に示すように、ステータコイル１２１の出力電圧は最大値ＶＨであり、ステータコイル１２２の出力電圧は最小値ＶＨａである。
図１０は、ステータコイル１２１の導体パターンが、ロータコイル１４のショートコイルと半ピッチＰ／２ずれている場合を示している。このとき、ステータコイル１２２の導体パターンは、ロータコイル１４のショートコイルと一致している。
この状態では、図に示すように、ステータコイル１２１の出力電圧は最小値ＶＨａであり、ステータコイル１２２の出力電圧は最大値ＶＨである。
【００３２】
図１１に、第２の実施の形態のロータリーエンコーダ１の制御装置をブロック図で示す。ステータコイル１２１は、差動アンプ３５のプラス端子に接続している。ステータコイル１２２は、差動アンプ３５のマイナス端子に接続している。差動アンプ３５は、同期検波器３２に接続している。同期検波器３２は、ローパスフィルタ３３に接続している。ローパスフィルタ３３は、コンパレータ３４に接続している。
ステータコイル１２１のポイント２３における出力電圧Ｓ１１の波形、及びステータコイル１２２のポイント２３における出力電圧Ｓ１２の波形を図９に示す。励磁信号であるＮＭＨｚ（０．６５ＭＨｚ）の搬送波に対して、信号波が重ねられている。すなわち、励磁信号は、高周波であり、ステータコイル１２１、１２２の出力電圧は、信号波として、搬送波に重ねられている。すなわち、ステータコイル１２１、１２２の出力電圧は、搬送波が振幅変調された信号波となっている。
【００３３】
差動アンプ３５は、ステータコイル１２１の出力電圧と、ステータコイル１２２の出力電圧との差分を算出して、信号Ｓ１３として出力する。同期検波器３２は、励磁信号ＮＭＨｚにより、信号Ｓ１３を同期検波し、信号Ｓ１４を出力する。ローパスフィルタ３３は、信号Ｓ１４を平滑化し、波形信号Ｓ１５を出力する。
すなわち、同期検波器３２及びローパスフィルタ３３により、信号Ｓ１３から、高周波である搬送波を除去して、信号波のみの波形信号Ｓ１５とする。この波形信号Ｓ１５を、コンパレータ３４でしきい値以上か否かにより、パルス信号Ｓ１６に変換する。１つのパルス信号Ｓ１６が出ると、ロータ可動板１３が、所定のピッチＰだけ回転したことがわかる。
このパルス信号をエンジン制御装置に出力することにより、パルス信号を受けたエンジン制御装置は、クランク軸の回転角度を、１度の分解能で正確に得ることができる。
【００３４】
以上詳細に説明したように、第１、及び第２の実施の形態のロータリーエンコーダ１によれば、次のような効果を得ることができる。
ステータコイル１２が形成されたステータ固定板１１と、ステータ固定板１１と隙間を介して対向しながら動作可能に設けられ、ロータコイル１４が形成されたロータ可動板１３と、を有するロータリーエンコーダ１であって、（ａ）ステータコイル１２が、所定のピッチＰでジグザグに折り返された導体パターンであること、（ｂ）ステータコイル１２と直列に接続された容量素子であるコンデンサ２２を有すること、（ｃ）ロータコイル１４が、ステータコイル１２と隙間を介して対向して配置され、所定のピッチＰで短絡されたショートコイルであること、（ｄ）ステータコイル１２にコンデンサ２２を介して供給される励磁信号（周波数をＮＭＨｚとする。）を出力する励磁信号出力回路を有すること、（ｅ）ステータコイル１２の出力電圧の変化に基づいて、所定のピッチＰ分、ロータ可動板１３が移動したことを検出する移動検出手段３１、３２、３３、３４、３５を有すること、を特徴とするので、ステータコイル１２の導体パターンに対するロータコイル１４のショートコイルの位置が、所定のピッチＰの半ピッチ分Ｐ／２ずれているときには、ステータコイル１２のインダクタンスは変化せず（ショートコイルの影響を受けず）、共振周波数は励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と一致する。よって、ステータコイルの出力信号の振幅は最大となる。
【００３５】
一方、上記の位置関係から、ステータコイル１２の導体パターンに対するロータコイル１４のショートコイルの位置が変化するに従い、ステータコイル１２のインダクタンスは、ロータコイル１４のショートコイルの影響を受けて小さくなっていき、ステータコイル１２の導体パターンと、ロータコイル１４のショートコイルの位置が一致するときには、ステータコイル１２のインダクタンスは最小となり、このとき、共振周波数と励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）のずれが最大となる。したがって、ステータコイル１２の出力信号の振幅は最小となる。このステータコイル１２の出力電圧（振幅）の変化に基づいて、移動検出手段は所定ピッチＰ分、ロータ可動板１３が回転したことを検出できる。
例えば、クランク軸の角度センサの場合には、ステータコイル１２のジグザグ（九十九折り）のピッチを１度とし、ショートコイルのピッチを１度としておけば、ロータの可動板がステータ固定板に対して、１度ずれる毎に、パルス信号を出力することができ、それをエンジン制御手段に送信することができる。
【００３６】
また、第１ステータコイル１２１に対し、位相が半ピッチずれた所定のピッチでジグザグに折り返された第２ステータコイル１２２を有すること、移動検出手段３１、３２、３３、４、３５が、第１ステータコイル１２１の出力電圧と、第２ステータコイル１２２の出力電圧の差分に基づいて、所定のピッチ分Ｐ、ロータ可動板１３が回転したことを検出すること、を特徴とするので、例えば、ステータ固定板１１とロータ可動板１３との隙間の変動により、共振周波数の振幅の変化に誤差が生じた場合でも、誤差をキャンセルすることができる。
すなわち、第１ステータコイル１２１で検出する第１電圧信号と、第２ステータコイル１２２で検出する第２電圧信号に対しては、例えば、ステータ固定板１１とロータ可動板１３との隙間の変動の誤差は、等しく加減算される。したがって、同じタイミングにおいて、第１電圧信号と第２電圧信号との差分を算出することにより、発生した誤差をキャンセルすることができる。
また、ステータコイル１２が、ステータ固定板１１の表面に形成され、ロータコイル１４が、ロータ可動板１３の表面に形成されていること、を特徴とするので、ロータリーエンコーダ１の軸心方向における寸法を小さくすることができる。
【００３７】
次に、ステータコイル１２と、ロータコイル１４の構成の変形例を説明する。これらの変形例については、第１実施の形態及び第２の実施の形態において、これから説明する構成のみを変形させれば、実施可能であるので、相違する点のみ説明し、重複する部分については説明を割愛する。
図１２に第１変形例を示す。ロータ可動板１３とロータコイル１４とは、第１実施の形態または第２の実施の形態と同じである。ステータ固定板１１１、及びその上に形成されるステータコア１２３が、第１実施の形態または第２の実施の形態のステータ固定板１１の、円周方向に８等分されたものの１つである。
第１の変形例によれば、ステータコイル１２が、ロータコイル１４の全周に対して、一部のみ配置されていること、を特徴とするので、全周に設けた場合と比較して、出力が低下し、Ｓ／Ｎ比が悪くなるが、取り付け箇所が限られている場合にも、適用可能となる。
【００３８】
図１３に第２の変形例を示す。ロータ可動板１３の外周表面１３１ａに、ロータコイル１４１が形成されている。また、ステータ固定板１１２の内周面に、ステータコイル１２４が形成されている。
第２変形例によれば、ステータコイル１２４が、ステータ固定板１１２の内周表面に形成され、ロータコイル１４１が、ロータ可動板１３１の外周表面１３１ａに形成されていること、を特徴とするので、位置センサの径方向における寸法を小さくすることができる。また、第１または第２実施の形態と比較して、ステータコイル１２４の導体パターンと、ロータコイル１４１のショートコイルの位置関係の精度を保つことが容易であり、製造コストを低減できる。
図１４に第３の変形例を示す。ロータ可動板１３１とロータコイル１４１とは、第２変形例と同じである。ステータ固定板１１３、及びその上に形成されるステータコア１２５が、第２変形例のステータ固定板１１２の、円周方向に８等分されたものの１つである。
第３の変形例によれば、ステータコイル１２５が、ロータコイル１４１の全周に対して、一部のみ配置されていること、を特徴とするので、全周に設けた場合と比較して、取り付け箇所が限られている場合にも、適用可能となる。
【００３９】
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構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。
本実施の形態では、ステータコイル１２の導体パターンと、ロータコイル１４のショートコイルのピッチを中心角で１度となるように形成したが、コストはかかるが、精度の高い製造法を用いて、より細密な導体パターン、ショートコイルを形成して、分解能を向上させても良い。
本実施の形態では、角度検出用のセンサについて説明したが、ステータコイル１２の導体パターン、及びロータコイル１４のショートコイルを直線状に形成することにより、直線の位置センサを形成することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１    ロータリーエンコーダ
１１  ステータ固定板
１２  ステータコイル
１３  ロータ可動板
１４  ロータコイル
２２  コンデンサ
３１  アンプ
３２  同期検波器
３３  ローパスフィルタ
３４  コンパレータ
３５  差動アンプ
【図１】
2011226877.tif 000003
【図２】
2011226877.tif 000004
【図３】
2011226877.tif 000005
【図４】
2011226877.tif 000006
【図５】
2011226877.tif 000007
【図６】
2011226877.tif 000008
【図７】
2011226877.tif 000009
【図８】
2011226877.tif 000010
【図９】
2011226877.tif 000011
【図１０】
2011226877.tif 000012
【図１１】
2011226877.tif 000013
【図１２】
2011226877.tif 000014
【図１３】
2011226877.tif 000015
【図１４】
2011226877.tif 000016