(57)【要約】      （修正有）【課題】同相の出力電圧と逆相の出力電圧のアンバランスを解消でき、検出精度を向上させることのできる、インダクティブセンサを提供する。【解決手段】インダクティブセンサは、いずれもプリント基板からなるロータおよびステータ上に導体パターンによるコイルを備えて構成され、ロータコイルのコイルパターン４は、コイルパターン４Ａ（１層目パターン）に引き続いて同コイルパターン４Ａと同様の矩形パターンによるコイルパターン４Ｂ（２層目パターン）が設けられ、これら相互に適合する二の形態である両コイルパターン４Ａ、４Ｂが相補的に対向するように形成されている構成とする。コイルパターン４Ｂは、コイルパターン４Ａの位相を９０°ずらして反転させた形となっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
いずれもプリント基板からなるロータおよびステータ上に導体パターンによるコイルを備えて構成されるインダクティブセンサであって、該ロータのコイル（以下、「ロータコイル」）のパターン（以下、「コイルパターン」）は、相互に適合する二の形態により形成されていることを特徴とする、インダクティブセンサ。
【請求項２】
前記コイルパターンにより磁束量のアンバランスが解消されていることを特徴とする、請求項１に記載のインダクティブセンサ。
【請求項３】
前記コイルパターンは二層の矩形パターンにより形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のインダクティブセンサ。
【請求項４】
前記ロータコイルおよび前記ステータのコイル（以下、「ステータコイル」）の各コイルパターンに連設される各引出線部は、該コイルパターンの振幅方向端部に設けられていることを特徴とする、請求項１、２、３のいずれかに記載のインダクティブセンサ。
【請求項５】
前記引出線部は、コイルとしての動作が軽減される形態（以下、「非コイル形態」）に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載のインダクティブセンサ。
【請求項６】
前記非コイル形態は、引出線部として短縮化された、または狭小化された形態であることを特徴とする、請求項５に記載のインダクティブセンサ。
【請求項７】
前記引出線部の幅は前記コイルパターンの幅の５０％以下であることを特徴とする、請求項５または６に記載のインダクティブセンサ。
【請求項８】
エンコーダであることを特徴とする、請求項１、２、３、４、５、６、７のいずれかに記載のインダクティブセンサ。
【請求項９】
レゾルバであることを特徴とする、請求項１、２、３、４、５、６、７のいずれかに記載のインダクティブセンサ。
【請求項１０】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９のいずれかに記載のインダクティブセンサにおける、コイルパターン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインダクティブセンサ、およびそのコイルパターンに係り、特に、インダクティブセンサの検出精度向上技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ等の回転を精度よく検出するセンサとして、光学式エンコーダが従来から使用されている。しかし、光学式エンコーダは埃の多い環境に弱い。そこで、埃が多い環境でも使用可能なエンコーダとして、インダクティブ方式のエンコーダが提供されている。これは、プリント基板技術等を用いた導体パターンによりコイルを形成し、それによりリラクタンス変化を交流磁束の振幅変化として検出する、電磁誘導作用を利用したセンサである。
【０００３】
図１１は、従来のインダクティブエンコーダのコイルパターンを示す説明図である。また図１１−２は、図１１に示すインダクティブエンコーダにおける入出力電圧を示すグラフである。これらに示すように本エンコーダの方式は、１相励磁２相出力である。そして、従来のインダクティブエンコーダにおけるロータコイルのコイルパターン９４は、引出し線部９６から櫛歯のように一定方向に連続する矩形のパターンとして設けられている。
【０００４】
図１１?２では、各グラフの上側は励磁電圧を、下側は出力電圧を示す。図示するように、ステータコイルのコイルパターン９５のうちコイルパターン９５１においては、励磁電圧と出力電圧は同調しているが、一方コイルパターン９５２においては、出力電圧の振幅が大きく減じている。このように従来のインダクティブエンコーダにおいては、同相の出力電圧と逆相の出力電圧のアンバランスの発生が認められる。
【０００５】
エンコーダの出力信号改善に関する技術については従来、特許出願等も多くなされている。たとえば後掲特許文献１には、より歪みの少ない変位信号を出力できるインダクティブエンコーダとして、位置検出対象物の相対移動方向にほぼ波長λで強弱を繰り返す交流磁束を受信して位置検出対象物の相対移動に伴い変化する電磁誘導電圧を出力するコイルを備え、コイルは同一形状で波長λの偶数個の導体パターンを直列接続することにより構成され、導体パターンは２組に等分割したときに１組目の導体パターンと２組目の導体パターンとの位相差がλ／６となる位置に配置される、という構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８６６６７号公報「電磁誘導型位置センサ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１１等により示した従来のインダクティブエンコーダでは、上述の通り同相の出力電圧と逆相の出力電圧のアンバランスが発生する。そして、かかるアンバランスが発生すると、検出精度が悪化するという問題がある。そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、同相の出力電圧と逆相の出力電圧のアンバランスを解消でき、検出精度を向上させることのできる、インダクティブセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者は上記課題について検討した結果、インダクティブセンサにおける従来のロータコイルのコイルパターンを９０°ずらせて反転させ、二方向の矩形パターンが相補的に対向するパターン構造とすることによって解決できることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【０００９】
〔１〕  いずれもプリント基板からなるロータおよびステータ上に導体パターンによるコイルを備えて構成されるインダクティブセンサであって、該ロータのコイル（以下、「ロータコイル」）のパターン（以下、「コイルパターン」）は、相互に適合する二の形態により形成されていることを特徴とする、インダクティブセンサ。
〔２〕  前記コイルパターンにより磁束量のアンバランスが解消されていることを特徴とする、〔１〕に記載のインダクティブセンサ。
〔３〕  前記コイルパターンは二層の矩形パターンにより形成されていることを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載のインダクティブセンサ。
【００１０】
〔４〕  前記ロータコイルおよび前記ステータのコイル（以下、「ステータコイル」）の各コイルパターンに連設される各引出線部は、該コイルパターンの振幅方向端部に設けられていることを特徴とする、〔１〕、〔２〕、〔３〕のいずれかに記載のインダクティブセンサ。
〔５〕  前記引出線部は、コイルとしての動作が軽減される形態（以下、「非コイル形態」）に形成されていることを特徴とする、〔４〕に記載のインダクティブセンサ。
〔６〕  前記非コイル形態は、引出線部として短縮化された、または狭小化された形態であることを特徴とする〔５〕に記載のインダクティブセンサ。
【００１１】
〔７〕  前記引出線部の幅は前記コイルパターンの幅の５０％以下であることを特徴とする、〔５〕または〔６〕に記載のインダクティブセンサ。
〔８〕  エンコーダであることを特徴とする、〔１〕、〔２〕、〔３〕、〔４〕、〔５〕、〔６〕、〔７〕のいずれかに記載のインダクティブセンサ。
〔９〕  レゾルバであることを特徴とする、〔１〕、〔２〕、〔３〕、〔４〕、〔５〕、〔６〕、〔７〕のいずれかに記載のインダクティブセンサ。
〔１０〕  〔１〕、〔２〕、〔３〕、〔４〕、〔５〕、〔６〕、〔７〕、〔８〕、〔９〕のいずれかに記載のインダクティブセンサにおける、コイルパターン。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のインダクティブセンサ、およびそのコイルパターンは上述のように構成されるため、これらによればインダクティブセンサにおいて、簡易なコイルパターン構成によって、同相の出力電圧と逆相の出力電圧のアンバランスを解消でき、検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明インダクティブセンサの外観構成を示す説明図であり、左が断面図、右が平面図である。
【図２】本発明インダクティブセンサにおけるロータコイルのコイルパターンの基礎としたパターンと磁束量を示す模式図である。
【図３】図２、４、５において用いる記号等の説明図である。
【図４】本発明インダクティブセンサにおけるコイルパターンを示す説明図である。
【図４−２】図４に示す本発明インダクティブセンサにおける入出力電圧を示すグラフである。
【図５】出し線部の構成を改良したインダクティブセンサのコイルパターンを示す説明図である。
【図５−２】図５に示すインダクティブセンサにおける入出力電圧を示すグラフである。
【００１４】
【図６】実施例インダクティブエンコーダの開発経緯を示す説明図である（１次試作の問題点）。
【図７】実施例インダクティブエンコーダの開発経緯を示す説明図である（問題点１の再現）。
【図８】実施例インダクティブエンコーダの開発経緯を示す説明図である（問題点１原因の推測および改善パターンの検討）。
【図９】実施例インダクティブエンコーダの開発経緯を示す説明図であ（問題点２原因の推測および改善パターンの検討）。
【図１０】実施例インダクティブエンコーダの開発経緯を示す説明図である（２次試作の結果）。
【図１１】従来のインダクティブエンコーダのコイルパターンを示す説明図である。
【図１１−２】図１１に示すインダクティブエンコーダにおける入出力電圧を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明インダクティブセンサの外観構成を示す説明図であり、左が断面図、右が平面図である。また、
図２は、本発明インダクティブセンサにおけるロータコイルのコイルパターンの基礎としたパターンと磁束量を示す模式図、
図３は図２、４、５において用いる記号等の説明図、そして、
図４は、本発明インダクティブセンサにおけるコイルパターンを示す説明図である。図３に示す「磁束の方向」は、左側記載のものが手前向き、右側記載のものが奥向きであり、相互に正逆である。また「磁束量」として示した数値はあくまでも一例であり、本発明はこれに限定されない。また、磁束量の単位：Ｗｂは省略する。これらの点は、以下の各図においても同様である。
【００１６】
これらに図示するように本発明インダクティブセンサ１０は、いずれもプリント基板からなるロータおよびステータ上に導体パターンによるコイルを備えて構成されるインダクティブセンサ（図１）であって、ロータコイルのコイルパターンは、図２に示した基礎のコイルパターン４Ａ（１層目パターン）に引き続いて同コイルパターン４Ａと同様の矩形パターンによるコイルパターン４Ｂ（２層目パターン）が設けられ、これら相互に適合する二の形態である両コイルパターン４Ａ、４Ｂが相補的に対向するように形成されている（図４）ことを、基本的な構成とする。コイルパターン４Ｂは、コイルパターン４Ａの位相を９０°ずらして反転させた形となっている。
【００１７】
かかる構成の本発明インダクティブセンサ１０では、そのロータコイルのコイルパターン４において生成して、検出コイルパターンであるステータ側のコイルパターン５に鎖交する各磁束の磁束量が、全て同一となる。つまり、コイルパターン５に鎖交する各磁束は、相互に相補的に適合し、かつ磁束方向が同一であるコイルパターン４Ａによる磁束とコイルパターン４Ｂによる同一適合箇所における二つの磁束が合成されたものであるが、その磁束量は、図４で、
「１．０」＋「０．８」＝「１．８」（Ｗｂ）
と例示される通り、全ての箇所の磁束において一定となる。
【００１８】
これは、本発明に係るロータのコイルパターン４が、相互に適合する二の形態であるところのコイルパターン４Ａ、４Ｂにより相補的に対向する構成であることによって、単一のコイルパターン４Ａでは相互に磁束方向が逆の関係にある隣接する磁束の磁束量が「１．０」、「０．８」のように相違していても、これに適合するコイルパターン４Ｂにおいては相互に磁束方向が逆の関係にある隣接する磁束の磁束量が「０．８」、「１．０」であり、隣接する磁束間における磁束量の相違が解消されたためである。
【００１９】
このようにしてステータコイル側に鎖交する各磁束は全て同一（図示する例では１．８Ｗｂ）となり、これらはステータコイルのコイルパターン５１、５２それぞれに鎖交するのだが、その際の鎖交する磁束量も、各コイルパターン５１、５２間で同一となる。図示する例では、いずれのコイルパターン５１、５２でも下記の通りである。
「１．８」×４＝「７．２」（Ｗｂ）
【００２０】
すなわち本発明によれば、励磁側であるロータコイルの磁束量のアンバランスが解消され、それによって出力側であるステータコイルにおいては各コイルパターン５１、５２ともにこれに鎖交する磁束量が一致し、同相の出力電圧と逆相の出力電圧のアンバランスがキャンセルされ、その結果、検出精度が向上する。
【００２１】
図４−２は、図４に示す本発明インダクティブセンサにおける入出力電圧を示すグラフである。図示するように、ステータコイルのコイルパターン５１、５２のいずれにおいても、励磁電圧と出力電圧は同調し、出力電圧の振幅も略同一である。このように本発明インダクティブセンサ１０においては、同相の出力電圧と逆相の出力電圧のアンバランスの解消が認められる。なお、以上のことは、実験により確認されている。
【００２２】
前掲図１１等で示した通り、従来のインダクティブエンコーダにおいて同相の出力電圧と逆相の出力電圧のアンバランスが発生したのは、ロータのコイルパターン９４において、相互に磁束方向が逆の関係にある隣接する磁束の磁束量が「１．０」、「０．８」のように相違していることに起因するものであり、しかもその相違が解消されることなくそのままステータコイルのコイルパターン９５に鎖交するために、各コイルパターン９５１、９５２において鎖交する磁束量にアンバランスが発生するためであることが、上述の実験により明らかとなった。このことは、図２に示した本発明の基礎とするコイルパターン４Ａ単独の場合にも同様である。
【００２３】
以上説明した通り本発明は、ロータコイルから発生している元々の磁束量は、コイルの部位によってアンバランスが生じている、との推定に基づく検討の結果、完成したものである。すなわち、ロータコイルの部位による磁束量のアンバランスをキャンセルさせるため、ロータコイルを２層にし、コイルの１層目と２層目で磁束量の多い部位と少ない部位が補い合うよう、交互に配置するコイルパターンとした。その結果、振幅の等しい同相と逆相の出力電圧波形が確認でき、本発明の課題を解決することができた。
【００２４】
図４に示す通り、本発明インダクティブセンサ１０のロータコイルの各コイルパターン４Ａ、４Ｂに連設される各引出線部６Ａ、６Ｂ、ルおよびステータコイルの各コイルパターン５１、５２に連設される各引出線部７１、７２は、各コイルパターン４Ａ、５１等の振幅方向端部に設けられている構成とすることができる。
【００２５】
ここで引出し線部６Ａ等とは、コイルパターン４Ａ等に連続して設けられる引出し線が配置される領域ないしは範囲のことを指し、それが「振幅方向端部に設けられている」とは、矩形上のコイルパターン４Ａ等の櫛歯状の基部近辺の領域に設けられていることをいう（図１１を用いて説明した従来技術においても同じ）。
【００２６】
本発明において、引出し線部６Ａ等をかかる配置にすることとした理由を説明する。前掲図１１に示した従来のコイルパターン９４等では、引出し線部９６等はコイルパターン９４等の振幅方向端部から相当離れた領域にまで広がっており、振幅方向端部に設けられている構成ではない。発明者は、かかる領域を有した構成の引出し線部９６等も、磁束の影響を受けてコイルとして動作していると推定した。そこで、図４等により説明した上記二方向の矩形パターンが相補的に対向するパターン構造に先立ち、引出し線部のよりよい構成を検討した。
【００２７】
図５は、引出し線部の構成を改良したインダクティブセンサのコイルパターンを示す説明図である。また、
図５−２は、図５に示すインダクティブセンサにおける入出力電圧を示すグラフである。すなわち、図５に示すように、コイルとして動作していると推定された引出し線の設けられている領域を可能な限り狭くし、短くし、引出し線部６とした。いわば、コイルとしての動作が極力軽減される形態（非コイル形態）に形成された引出し線部６とした。
【００２８】
その結果、図５−２に示すように、同相と逆相の出力電圧波形における振幅中心のずれの軽減が確認できた。しかし、振幅のアンバランスの解消まではなされなかったため、さらに検討を行ない、上記二方向の矩形パターンが相補的に対向するパターン構造を有する本発明に至ったものである。なお、引出し線や引出し線部を振幅の中心領域に設ける構成もあり得るが、振幅端部に設けることとする構成の方が製造上有利であり、より望ましい構成である。
【００２９】
上記非コイル形態は、引出線部として短縮化された、または狭小化された形態である。実際の構造は任意であるが、図４等に図示するようにコイルパターンの振幅方向端部に設けること、また、可能な限り狭小化することが望ましい。たとえば、引出線部の幅をコイルパターンの幅の５０％以下とすることができるが、各図に示す通り１０％以下とするなど、より狭い幅とすることが可能であり、また望ましい。また、各図に示すように、引出し線部の非コイル形態化は、ロータコイルだけではなくステータコイルにおいても同様に行なうことが望ましい。
【００３０】
本発明の方式は、インダクティブセンサに広く用いることができる。特に、エンコーダやレゾルバに好適に用いることができる。また、以上説明した本発明インダクティブセンサにおけるコイルパターン自体、コイルパターン形成方法も、本発明の範囲内である。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明完成に至る一実験結果の記載をもって、実施例とする。なお、本発明がかかる実施例に限定されるものではない。
〔実施例  インダクティブエンコーダの試作〕
図６〜１０は、実施例インダクティブエンコーダの開発経緯を示す説明図であり、順に、
１次試作の問題点、
問題点１の再現、
問題点１原因の推測および改善パターンの検討、
問題点２原因の推測および改善パターンの検討、
２次試作の結果、
を示す。
【００３２】
〔１次試作の問題点〕
光学式エンコーダは塵埃の多い環境での使用に適さない。そこで、そのような環境でも使用可能なエンコーダとして、インダクティブ方式のエンコーダを開発することとし、１次試作を行なった。しかし、１次試作によるエンコーダの出力電圧を測定し、対照するレゾルバの理想出力電圧と比較した結果、問題点が明らかとなった。それは、出力電圧の振幅の中心が０Ｖからずれることである（図６）。
【００３３】
〔問題点１の再現〕
この問題の原因を究明し、改善するために、問題点１の再現を試みた。１次試作エンコーダの基本コイルパターン（ロータ、ステータ）から、再現確認用の簡易パターンを製作し、ロータ側（励磁側）パターンに対してステータ側（出力側）パターンを一定方向にスライドさせ、その際の出力電圧を測定した。その結果、問題点１を再現することができた（図７）。
【００３４】
〔問題点１原因の推測および改善パターンの検討〕
上記再現に基づき、問題点１の原因を検討したところ、比較的広い領域を占めている引出し線部（渡り線範囲）における磁束が、０Ｖからの出力電圧振幅中心のずれを発生させていることが推測された。そこで、引出し線部（渡り線範囲）を最小限に抑えるような配線形態へと変更した。それによって出力電圧は、０Ｖを中心に振幅するパターンへと改善された。しかし、同相最大振幅と逆相最大振幅との間にはアンバランスが発生していることが、問題点２として新たに発見された（図８）。
【００３５】
〔問題点２原因の推測および改善パターンの検討〕
問題点２が発生する原因について検討した。その結果、ロータコイルパターンの閉じた部分と開いた部分とでは、磁束量にアンバランスの発生していることが推測された。前者では１．０Ｗｂ、後者では０．８Ｗｂ、というようにである。そこで、これを解消するために、アンバランスな磁束を補い合うよう、同じパターンが相補的に対向して適合する形態のコイルパターンとした。結局、磁束量のバランスを整えることによって、理想の出力電圧波形に改善することができた。このコイルパターンを元に、インダクティブエンコーダの２次試作を行なった（図９）。
【００３６】
〔２次試作の結果〕
その結果、２次試作インダクティブエンコーダでは、その出力信号の振幅の中心が０Ｖとなり、また、同相最大振幅と逆相最大振幅が同等になることが確認できた（図１０）。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のインダクティブセンサ、およびそのコイルパターンによれば、インダクティブセンサにおいて、簡易なコイルパターン構成によって、同相の出力電圧と逆相の出力電圧のアンバランスを解消でき、検出精度を向上させることができる。したがって、センサ製造・使用分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００３８】
１…ケース
２…ロータプリント基板
３…ステータプリント基板
４…ロータコイルのコイルパターン
４Ａ…コイルパターン（１層目パターン）
４Ｂ…コイルパターン（２層目パターン）
５…ステータコイルのコイルパターン
５１…同相のコイルパターン
５２…逆相のコイルパターン
６、６Ａ、６Ｂ…ロータコイルの引出し線部
８…軸
９…コネクタ
１０…インダクティブセンサ
７１、７２…ステータコイルの引出し線部
９４…ロータコイルのコイルパターン
９５…ステータコイルのコイルパターン
９５１…同相のコイルパターン
９５２…逆相のコイルパターン
９６…引出し線部
【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４−２】
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【図５】
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【図５−２】
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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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【図１１−２】
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