(57)【要約】【課題】一対のロータリートランス用コイルの構成に関連して信頼性を確保し、生産性を向上させること。【解決手段】角度センサ1は、平面コイルが形成されるロータ基板21を含み、ロータ基板21の内周側に設けられるロータ側環状金属部材23を介して回転軸14に取り付けられるセンサロータ7と、センサロータ7の表面に対向して配置され、表面に平面コイルが形成されるステータ基板31を含み、ステータ基板31の内周側にステータ側環状金属部材35が設けられたセンサステータ6とを備える。ロータ側環状金属部材23とステータ側環状金属部材35はそれぞれ磁性材料により形成され、両環状金属部材23,35のそれぞれに互いに対向する環状対向部23c,35aが形成される。両環状対向部23c,35aのそれぞれに形成された溝23d,35bの中に、信号伝達用のロータリートランス用コイル41,42がそれぞれ配置される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に平面コイルが形成される円環状のロータ基板を含み、前記ロータ基板の内周側にロータ側環状金属部材が設けられ、前記ロータ側環状金属部材を介して回転軸に取り付けられるセンサロータと、
前記センサロータの前記表面に表面が対向して配置され、前記表面に平面コイルが形成されるステータ基板を含み、前記ステータ基板の内周側にステータ側環状金属部材が設けられるセンサステータと
を備え、前記ロータ側環状金属部材と前記ステータ側環状金属部材はそれぞれ磁性材料により形成され、前記ロータ側環状金属部材と前記ステータ側環状金属部材のそれぞれに互いに隙間を介して対向する環状対向部が形成され、前記両環状対向部のそれぞれに信号伝達用のロータリートランス用コイルが設けられることを特徴とする角度センサ。
【請求項２】
前記両環状対向部のそれぞれに、回転方向に沿って溝が形成され、前記各溝の中に前記各ロータリートランス用コイルが配置されることを特徴とする請求項１に記載の角度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータやエンジンの出力軸の回転角度を検出する角度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載されるシートコイル形レゾルバが知られている。このレゾルバは、円板状の薄膜基板の表面にコイルパターンを形成した２枚のシートコイルを備える。２枚のシートコイルは、空隙を介して対向して配置される。２枚のシートコイルは、良導体箔を基板の中心で巻方向が逆になる渦巻き状に形成した１相のコイルパターンと、薄膜基板の表裏に、渦巻き状に形成したコイルパターンを、各々の位相を電気角でπ／２ずらして配置した２相のコイルパターンとで構成される。１相のコイルパターンの外側には、１相のコイルパターンに励磁電圧を供給するトランス２次パターンと、このトランス２次パターンと同じパターンを有するトランス１次パターンが２枚のシートコイルとは別体に設けられ、両パターンが空隙を介して対向して配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２２９７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、特許文献１に記載のレゾルバでは、トランス２次パターンとトランス１次パターンそれぞれが２枚のシートコイルとは別体に設けられるので、それぞれ別々の取り付け作業や配線が必要となり、信頼性と生産性が良くなかった。また、トランス２次パターンとトランス１次パターンは、単に空隙を介して対向して配置されているだけなので、両者の間で磁束が漏れるおそれがあり、検出誤差の原因となり、信頼性の点で問題があった。
【０００５】
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、信号伝達用の一対のロータリートランス用コイルの構成に関連して信頼性を確保し、生産性を向上させることを可能とした角度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】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、表面に平面コイルが形成される円環状のロータ基板を含み、ロータ基板の内周側にロータ側環状金属部材が設けられ、ロータ側環状金属部材を介して回転軸に取り付けられるセンサロータと、センサロータの表面に表面が対向して配置され、表面に平面コイルが形成されるステータ基板を含み、ステータ基板の内周側にステータ側環状金属部材が設けられるセンサステータとを備え、ロータ側環状金属部材とステータ側環状金属部材はそれぞれ磁性材料により形成され、ロータ側環状金属部材とステータ側環状金属部材のそれぞれに互いに隙間を介して対向する環状対向部が形成され、両環状対向部のそれぞれに信号伝達用のロータリートランス用コイルが設けられることを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、ロータ基板の内周側に磁性材料により形成されるロータ側環状金属部材が一体的に設けられることによりセンサロータが形成され、その環状金属部材の環状対向部にロータリートランス用コイルが設けられる。従って、ロータリートランス用コイルのコアを兼ねたロータ側環状金属部材が、センサロータの回転軸への取り付けに用いられる。また、ステータ基板の内周側に磁性材料により形成されるステータ側環状金属部材が一体的に設けられることによりセンサステータが形成され、その環状金属部材の環状対向部にロータリートランス用コイルが設けられる。そして、ロータ側環状金属部材の環状対向部とステータ側環状金属部材の環状対向部とが隙間を介して対向するので、一対のロータリートランス用コイルが隙間を介して互いに対向し、その間で生じる磁束の流れが、両環状対向部の間で形成される。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、両環状対向部のそれぞれに、回転方向に沿って溝が形成され、各溝の中に各ロータリートランス用コイルが配置されることを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、ロータリートランス用コイルが、環状対向部の溝の中に囲われることから、ロータリートランス用コイルで発生する磁束に対して溝により磁気的な閉回路が構成される。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、信号伝達用の一対のロータリートランス用コイルの構成に関連して信頼性を確保することができ、生産性を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に対し、一対のロータリートランス用コイルの間で磁束の漏れを抑えることができ、検出信号のＳＮ比を向上させることができ、角度センサとしての耐ノイズ性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係り、角度センサと、それを取り付けたモータを示す正断面図。
【図２】同実施形態に係り、角度センサを示す断面図。
【図３】同実施形態に係り、角度センサを構成するセンサロータを示す平面図。
【図４】同実施形態に係り、角度センサを構成するセンサステータを示す平面図。
【図５】同実施形態に係り、角度センサにつき図２の鎖線円の中を拡大して示す断面図。
【図６】同実施形態に係り、角度センサに係る電気的構成を示すブロック回路図。
【図７】第２実施形態に係り、角度センサの一部を示す図５に準ずる拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施形態＞
以下、本発明における角度センサを具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１に、この実施形態における角度センサ１と、それを取り付けたモータ２を正断面図により示す（以下、便宜上、図１の向きを正面図とする。）。モータ２は、略円盤形状の外観を有するモータハウジング１１と、モータハウジング１１に内包され、その内側中心にてベアリング１２，１３を介して回転可能に支持された回転軸１４と、モータハウジング１１の内側にて回転軸１４の外周上に固定されたモータロータ１５と、モータロータ１５の外周側にて、隙間を介してモータハウジング１１の内側に固定されたモータステータ１６とを備える。モータステータ１６には、コイル１７が設けられる。
【００１５】
図１において、モータハウジング１１の下側には、角度センサ１を収容するための収容部１１ａが一体に形成される。この収容部１１ａは、回転軸１４及びベアリング１３を中心に略円環状の周壁から構成される。収容部１１ａの外周の一部には、外部と連通する連通孔１１ｂが形成される。
【００１６】
図１に示すように、モータ２の回転軸１４は、略円筒形状をなし、大径部１４ａ及び小径部１４ｂと、大径部１４ａと小径部１４ｂとの境目の段部１４ｃとを含む。大径部１４ａは、一方のベアリング１２に支持され、その外周にモータロータ１５が固定される。小径部１４ｂは、他方のベアリング１３に支持され、その先端部が収容部１１ａの底壁に形成された軸孔１１ｃから外部へ突出する。
【００１７】
図１に示すように、角度センサ１は、センサステータ６及びセンサロータ７を備える。センサロータ７は、モータハウジング１１の内側にて、回転軸１４の小径部１４ｂの外周に圧入され、リング状のストッパ８により固定される。また、センサステータ６は、モータハウジング１１の収容部１１ａの内側にて、回転軸１４を中心にしてセンサロータ７と対向するように配置され、モータハウジング１１の外側から複数のボルト９により固定される。収容部１１ａの底壁には、複数のボルト９を挿通させる複数の長孔１１ｄが形成される。この実施形態では、複数のボルト９と収容部１１ａとの間に、複数のボルト９を一体的に連結する略円環状をなす連結部材１０が介在する。
【００１８】
図２に、この実施形態の角度センサ１を断面図により示す（図２では、後述する固定用凸部３３が省略されている。）。図３に、この実施形態の角度センサ１を構成するセンサロータ７を平面図により示す。図４に、この実施形態の角度センサ１を構成するセンサステータ６を平面図により示す。図１〜図３に示すように、センサロータ７は、円環平板状をなす樹脂製のロータ基板２１と、そのロータ基板２１の表面２１ａに配置された平面コイル２２と、ロータ基板２１の内周側に一体的に設けられ、センサロータ７を回転軸１４の外周に取り付けて固定するために回転軸１４と接触する略円環状をなすロータ側環状金属部材２３とを含む。
【００１９】
ロータ基板２１は、ＰＰＳ樹脂等により形成される。ロータ側環状金属部材２３は、鉄等の磁性材料により形成される。平面コイル２２は、インクジェット等を使用した印刷によりロータ基板２１の表面２１ａ上に形成され、その上に絶縁層が形成される。図３に示すように、ロータ側環状金属部材２３は、その内周に一体に形成された１つの突起２３ａと、その外周に一体に形成された半径方へ突出する複数の凸部２３ｂとを含む。複数の凸部２３ｂは、等角度間隔に放射状に形成される。金属部材２３は、これら凸部２３ｂを含む外周部分にて、ロータ基板２１に対しインサート成形される。また、図１〜図３に示すように、ロータ側環状金属部材２３は、その表面側から軸方向へ突出する環状対向部２３ｃを更に含む。
【００２０】
そして、図１，図２に示すように、センサロータ７は、そのロータ基板２１の表面２１ａ側がセンサステータ６の表面側と対向するように配置され、回転軸１４の小径部１４ｂの外周に取り付けられる。ここで、センサロータ７は、ロータ側環状金属部材２３の内周が、回転軸１４の小径部１４ｂの外周に圧入されて段部１４ｃにて位置決めされた状態で、リング状のストッパ８により抜け止めされる。また、ロータ側環状金属部材２３の突起２３ａは、小径部１４ｂに形成されたキー溝（図示略）に係合し、センサロータ７が回転軸１４に対して回り止めされる。このようにしてセンサロータ７が回転軸１４と一体回転可能に固定される。
【００２１】
図４に、この実施形態のセンサステータ６を平面図により示す。図１、図２及び図４に示すように、センサステータ６は、樹脂により略円環平板状に形成され、表面３１ａに平面コイル３２が配置されたステータ基板３１と、ステータ基板３１の裏面に設けられた複数の固定用凸部３３と、ステータ基板３１の裏面側にて外周縁に沿って形成され、軸方向へ延びる外周リブ３４と、ステータ基板３１の中央部分に形成され、回転軸１４が貫通する貫通孔３１ｂと、ステータ基板３１の裏面側にて貫通孔３１ｂの内周縁に沿って形成され、軸方向へ延びるステータ側環状金属部材３５と、ステータ基板３１から横方向（水平方向）を向いた一つのコネクタ部３６とを備える。ステータ側環状金属部材３５は、鉄等の磁性材料により形成される。この実施形態では、ステータ側環状金属部材３５そのものが、ロータ側環状金属部材２３の環状対向部２３ｃと隙間を介して対向する環状対向部３５ａとなっている。外周リブ３４と複数の固定用凸部３３とは、連続して一体に形成される。図４に示すように、ステータ基板３１の表面３１ａに配置された平面コイル３２は、インクジェット等を使用した印刷により形成され、その上に絶縁層が形成される。
【００２２】
図１，図２に示すように、各固定用凸部３３（図１には１つのみ図示した。）は、円柱形状をなし、この実施形態では、ステータ基板３１の裏面にてその外周に沿って等角度間隔に配置される。各固定用凸部３３には、ネジ穴３７ａを有する金属ブッシュ３７が設けられる。この金属ブッシュ３７は、固定用凸部３３に対してインサート成形される。金属ブッシュ３７は、センサステータ６をモータハウジング１１に固定するためにボルト９が締め付けられるようになっている。
【００２３】
図１，図２に示すように、コネクタ部３６には、複数の金属製ターミナル３９がインサート成形される。各ターミナル３９は、直角に折れ曲がって形成され、第１の端部３９ａがコネクタ部３６の中に配置され、第２の端部３９ｂがステータ基板３１に配置される。ステータ基板３１に配置された各第２の端部３９ｂには、平面コイル３２を構成するコイル線が接続されると共に、ステータ側環状金属部材３５が接続される。
【００２４】
図５に、角度センサ１につき図２の鎖線円Ｓ１の中を拡大して断面図により示す。図５に示すように、ロータ側環状金属部材２３の環状対向部２３ｃと、ステータ側環状金属部材３５の環状対向部３５ａとは、互いに所定の隙間を介して対向して配置される。各環状対向部２３ｃ，３５ａそれぞれの対向面には、ロータリートランス用コイル４１，４２が設けられる。詳しくは、両環状対向部２３ｃ，３５ａのそれぞれには、回転方向に沿って溝２３ｄ，３５ｂが形成される。そして、各溝２３ｄ，３５ｂの中には、ロータリートランス用コイル４１，４２がそれぞれ配置される。すなわち、各ロータリートランス用コイル４１，４２は、各溝２３ｄ，３５ｂの中に囲われて配置される。
【００２５】
次に、上記した角度センサ１に係る電気的構成について説明する。図６に、角度センサ１に係る電気的構成をブロック回路図により示す。図６に示すように、角度センサ１は、信号処理装置３に接続される。角度センサ１は、センサステータ６の平面コイル３２を構成するＳＩＮ信号励磁コイル４６及びＣＯＳ信号励磁コイル４７と、センサロータ７の平面コイル２２を構成するセンサコイル４８と、センサロータ７のロータ側環状金属部材２３に設けられるロータリートランス用コイル４１と、センサステータ６のステータ側環状金属部材３５に設けられるロータリートランス用コイル４２とを含む。
【００２６】
図６に示すように、信号処理装置３は、励磁信号生成回路５１、第１検波回路５５、第２検波回路５６及び演算機５７を備える。励磁信号生成回路５１は、ロータリートランス用コイル４２へ高周波（４８０ｋＨｚ）の励磁信号（ＳＩＮ信号）を出力するようになっている。第１検波回路５５は、ＳＩＮ信号励磁コイル４７から出力されるＳＩＮ信号を入力するようになっている。第２検波回路５６は、ＣＯＳ信号励磁コイル４６から出力されるＣＯＳ信号を入力するようになっている。演算機５７は、第１及び第２の検波回路５５，５６から出力されるＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号をそれぞれ入力するようになっている。
【００２７】
上記した信号処理装置３において、励磁信号発生回路５１で励磁信号が発生することにより、ステータ側のロータリートランス用コイル４２及びロータ側のロータリートランス用コイル４１を介して、ロータ側のセンサコイル４８に励磁信号が入力される。この励磁信号の電流により発生する磁束により、ステータ側のＳＩＮ信号励磁コイル４７及びＣＯＳ信号励磁コイル４６に起電力（ＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号）が発生する。ＳＩＮ信号励磁コイル４７で発生した起電力（ＳＩＮ信号）の振幅変動と、ＣＯＳ信号励磁コイル４６で発生した起電力（ＣＯＳ信号）の振幅変動とを解析することにより、センサロータ７の回転位置を算出することができる。すなわち、第１検波回路５５は、ＳＩＮ信号励磁コイル４７で発生するＳＩＮ信号から、励磁信号の高周波成分を除去する。一方、第２検波回路５６は、ＣＯＳ信号励磁コイル４６で発生するＣＯＳ信号から、励磁信号の高周波成分を除去する。そして、演算機５７は、第１検波回路５５の出力信号と第２検波回路５６の出力信号との振幅の比から、センサロータ７の現在の角度位置を算出し、その算出結果を角度データとして出力する。従って、この実施形態の角度センサ１では、センサステータ６とセンサロータ７のそれぞれに設けられた一対をなすロータリートランス用コイル４１，４２の間の検出信号の伝達効率が、センサとしての信頼性等に影響を与えることになる。
【００２８】
以上説明したこの実施形態の角度センサ１によれば、ロータ基板２１の内周側に磁性材料により形成されるロータ側環状金属部材２３が一体的に設けられることによりセンサロータ７が形成され、その環状金属部材２３の環状対向部２３ｃにロータリートランス用コイル４１が設けられる。従って、ロータリートランス用コイル４１のコアを兼ねたロータ側環状金属部材２３が、センサロータ７の回転軸１４への取り付けに用いられる。また、ステータ基板３１の内周側に磁性材料により形成されるステータ側環状金属部材３５が一体的に設けられることによりセンサステータ６が形成され、その環状金属部材３５の環状対向部３５ａにロータリートランス用コイル４２が設けられる。このため、一対のロータリートランス用コイル４１，４２を設けるために、センサロータ７及びセンサステータ６とは別々の取り付け作業や配線を行う必要がなく、角度センサ１としての生産性を向上させることができる。
【００２９】
この実施形態では、センサロータ７のロータ側環状金属部材２３の環状対向部２３ｃと、センサステータ６のステータ側環状金属部材３５の環状対向部３５ａとが隙間を介して対向するので、一対のロータリートランス用コイル４１，４２が隙間を介して互いに対向し、その間で生じる磁束の流れが、両環状対向部２３ｃ，３５ａの間で形成される。このため、両ロータリートランス用コイル４１，４２の間から磁束の漏れを抑えることができ、角度センサ１としての角度の検出誤差を低減することができ、角度センサ１の信頼性を確保することができる。
【００３０】
また、この実施形態では、センサローラ７及びセンサステータ６のそれぞれにつき、各ロータリートランス用コイル４１，４２が、各環状対向部２３ｃ，３５ａの溝２３ｄ，３５ｂの中に囲われることから、各ロータリートランス用コイル４１，４２で発生する磁束に対して、各溝２３ｄ，３５ｂにより磁気的な閉回路が構成される。このため、一対のロータリートランス用コイル４１，４２の間で磁束の漏れを更に抑えることができ、両コイル４１，４２の間で伝えられる検出信号のＳＮ比を向上させることができ、角度センサ１としての耐ノイズ性を向上させることができる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明における角度センサを具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図７に、角度センサの一部を、図５に準ずる拡大断面図により示す。この実施形態では、各環状対向部２３ｃ，３５ａの配置の点で第１実施形態と異なる。すなわち、ロータ側環状金属部材２３では、環状対向部２３ｃが、同金属部材２３の外周縁部に配置される。そして、その環状対向部２３ｃの、軸方向一側面（ロータ基板２１の表面２１ａ）の側に、ロータリートランス用コイル４１を配置した溝２３ｄが形成される。一方、ステータ側環状金属部材３５では、環状対向部３５ａが、上記したロータ側環状金属部材２３の環状対向部２３ｃと対向する位置に配置される。そして、その環状対向部３５ｂの、軸方向一側面（ステータ基板３１の表面３１ａ）の側に、ロータリートランス用コイル４２を配置した溝３５ｂが形成される。この構成において、各溝２３ｄ，３５ｂは、同一半径を有する円環状に形成され、それらの中に配置されるコイル４１，４２についても、同一半径を有する円環状に形成される。
【００３３】
従って、この実施形態の角度センサについても、第１実施形態の角度センサ１と同等の作用効果を得ることができる。
【００３４】
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。
【００３５】
例えば、前記各実施形態では、環状対向部２３ｃ，３５ａに溝２３ｄ，３５ｂを形成したが、この溝２３ｄ，３５ｂを省略してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明は、モータやエンジンの回転角度の検出に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  角度センサ
２  モータ
６  センサステータ
７  センサロータ
１４  回転軸
２１  ロータ基板
２１ａ  表面
２２  平面コイル
２３  ロータ側環状金属部材
２３ｃ  環状対向部
２３ｄ  溝
３１  ステータ基板
３１ａ  表面
３５  ステータ側環状金属部材
３５ａ  環状対向部
３５ｂ  溝
４１  ロータリートランス用コイル（センサロータ側）
４２  ロータリートランス用コイル（センサステータ側）
【図１】
2013083501.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013083501.tif 000008
【図４】
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