JP2009128312A - 回転角度検出用センサ - Google Patents

Abstract

【課題】容易に製造が可能であり、材料歩留まりに優れ、かつ良好な精度で検出を行うことができる回転角度検出用センサを提供する。
【解決手段】回転体２と、この回転体２と共に回転可能に取り付けられた導体パターンからなり、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３と、複数のインダクタンス素子を有し、エンコーダ構造３と間隔を有して対向配置されたセンサ本体４とから回転角度検出用センサを構成する。そして、エンコーダ構造３は、導体パターンの幅寸法の周期的な変化の少なくとも１周期分以上を構成する相部材５を用いて、同一の周期及び形状を有する複数個の相部材５を、環状かつ互いに接触するように、回転体２に配置した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転子等の回転体の位置を検出するための回転角度検出用センサに関する。

ブラシレスモータでは、固定子に流す電流の向きを切り替えて整流制御を行っている。この整流制御を行うためには、回転子の角度情報を得る必要があり、回転子の角度を検出する角度センサを設けている。
このような角度センサとしては、レゾルバやインクリメント型パルスエンコーダをはじめ、回転子の永久磁石の磁界を検出する方法を採用することが一般的である。

これに対して、さらに、構成の簡略化やコストの低減等を図りつつ微細な制御を必要とする場合には、渦電流損失を原理とした方式の回転角度検出用センサが好適に使われている（例えば、特許文献１や特許文献２参照。）。
上記特許文献１や上記特許文献２においては、回転体上に形成された周期的な導体パターンからなるエンコーダ構造と、このエンコーダ構造に対向して配置されたインダクタンス素子とから、回転角度検出用センサを構成している。
そして、この構成の回転角度検出用センサでは、インダクタンス素子に信号電流を印加することによって、励磁された磁束をエンコーダ構造に通して、エンコーダ構造の導体パターンで渦電流損失を発生させる。
この渦電流損失の大きさは、回転体の回転に伴う導体パターンの周期的な変化によって周期的に変化していく。
そこで、渦電流損失に基いて、演算処理を行うことにより、回転体の角度情報を検出する、という原理を採用している。

独国特許出願公開第２０ ２００６ ００８ ９６２ Ｕ１号明細書 独国特許出願公開第１０３ ２０ ９４１ Ａ１号明細書（Ｆｉｇ．２等）

前記特許文献１には、回転角度検出用センサのエンコーダ構造を、例えば、アルミニウム、鋼、銅、ＰＣＢ（プリント基板）、導電箔等によって形成する旨の記載がある。
しかしながら、前記特許文献１には、エンコーダ構造の具体的な構造や製造方法が開示されていないために、実現性に乏しかった。

一方、前記特許文献２には、エンコーダ構造の具体的な形態として、エンコーダ構造を一体化した導体パターンに成形加工した形態（Ｆｉｇ．１ｂ，Ｆｉｇ２ｄ）や、周期毎の導体パターンを分離して配置した形態（Ｆｉｇ．２ｅ）が開示されている。

エンコーダ構造を一体化した導体パターンに成形加工する場合には、例えば、板状部材から切り出したり、打ち抜いたりする方法、金属を切削加工する方法、プリント基板を使用する方法、等が考えられる。

ここで、例えば、図２０Ａに示すように、回転軸５１の周りに回転する回転体５２の主面５３に対して、図中斜線で示すエンコーダ構造５４を貼り付けた構成の回転角度検出用センサを考える。

図２０Ａに示すエンコーダ構造５４を、板状部材から所望のパターン形状に打ち抜いて、一体化した導体パターンに成形加工した場合には、図２０Ｂに示すように、板状部材５５のうち、エンコーダ構造５４用に打ち抜いた部分５６の外周部分５７及び内周部分５８における材料が、打ち抜き材料として再利用ができずに残ってしまう。
そのため、材料歩留まりが極めて悪くなる。
さらに、打ち抜きのために高価な大きい金型が必要となる。

また、金属を切削加工する方法も、切削により除去されて使用されない材料が多量に出る、切削加工に時間がかかる、という問題がある。
さらに、プリント基板を使用する方法は、エッチングによりパターン形成するので、加工に時間がかかる、という問題がある。

従って、エンコーダ構造を一体化した導体パターンに成形加工する場合には、製造工程の工程数や所要時間の増大や、材料コストや製造コストが高くなる等の問題を生じる。

これに対して、前記特許文献２の周期毎の導体パターンを分離して配置した形態（Ｆｉｇ．２ｅ）では、同じ金型を使用して周期毎の導体パターンを作製することが可能になる。これにより、除去される材料を少なくして材料歩留まりを改善することや、金型のコストを低減することが可能になる。

しかしながら、この形態では、それぞれの導体パターンの間が空白になっており、導体パターンが連続していない。そのため、この空白の部分で、渦電流が途切れてしまうことから、高い分解能の検出ができず、回転角度の検出精度が低下してしまうことになる。

上述した問題の解決のために、本発明においては、容易に製造が可能であり、材料歩留まりに優れ、かつ良好な精度で検出を行うことができる回転角度検出用センサを提供するものである。

本発明の回転角度検出用センサは、回転体と、この回転体と共に回転可能に取り付けられた導体パターンからなり、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構成されている。そして、エンコーダ構造は、導体パターンの幅寸法の周期的な変化の少なくとも１周期分以上を構成する相部材を用いて、同一の周期及び形状を有する複数個の相部材を、環状にかつ互いに接触するように、回転体に配置してなる。

上述の本発明の回転角度検出用センサによれば、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構成されていることにより、エンコーダ構造の導体パターンの幅寸法の周期的な変化を、センサ本体のインダクタンス素子を通じて検出することができる。そして、この検出結果から回転体の回転角度を検出することができる。

また、本発明の回転角度検出用センサによれば、エンコーダ構造が、導体パターンの幅寸法の周期的な変化の少なくとも１周期分以上を構成する相部材を用いて、同一の周期及び形状を有する複数個の相部材を、環状にかつ互いに接触するように、回転体に配置してなる。これにより、特定の大きさを有する母材から、一体的かつ環状にエンコーダ構造が形成される場合と比較して、相部材を簡素な構成や作製方法によって容易に作製することが可能になり、しかも、母材面積を有効に活用することができる。また、電鋳加工等によりエンコーダ構造を作製する場合でも、必要最小限の原料によって相部材を作製することができる。
即ち、材料を有効に利用して、エンコーダ構造を作製することが可能になる。
さらに、複数個の相部材を互いに接触させて配置するので、エンコーダ構造の導体パターンを連続して形成することができる。これにより、導体パターンが途切れてしまうことがないので、高い分解能で回転角度の検出ができ、回転角度を高い検出精度で検出することができる。

上記本発明の回転角度検出用センサにおいて、回転体に、エンコーダ構造を収納するための収納壁が設けられ、エンコーダ構造の個々の相部材が、収納壁の間の収納部へ収納されている構成とすることも可能である。
このような構成とすることにより、収納壁によって、相部材を容易に位置精度良く収納部へ収納することができる。

さらに、この構成、即ち、相部材が収納壁の間の収納部へ収納された構成において、各相部材が少なくとも３点以上で収納壁に接触している構成とすることも可能である。
各相部材が少なくとも３点以上で収納壁に接触していることにより、収納壁に２個の相部材を配置した段階で、相部材の位置の固定を確実に行うことができる。

さらにまた、互いに隣り合う相部材を接触させて環状形成する際に、互いの相部材が重なり合うための重ね代を具備している構成とすることも可能である。
このような構成とすることにより、重ね代によって、隣り合う相部材との勘合を高い水準で達成することができるため、精度に優れたエンコーダ構造を得ることができる。

さらにまた、相部材の一方の端部及び他方の端部がいずれも直線状に形成されている構成とすることも可能である。

さらにまた、相部材の一方の端部に凹部が形成され、他方の端部に凸部が形成され、互いに隣り合う相部材を接触させて環状形成する際に、凹部及び凸部が嵌合する構成とすることも可能である。

本発明の回転角度検出用センサにおいて、エンコーダ構造は、回転体の主面に形成しても良く、回転体の外周面に形成しても良い。

上述の本発明によれば、相部材を簡素な構成や作製方法によって容易に作製することが可能になるため、相部材からなるエンコーダ構造を、安価にかつ容易に作製することが可能になる。
これにより、回転角度検出用センサの製造を容易にし、製造コストを低減することができる。
また、材料を有効に利用して、エンコーダ構造を作製することが可能になるため、材料歩留まりが飛躍的に向上する。
これにより、回転角度検出用センサの材料コストを低減することができる。

さらに、本発明によれば、高い分解能で回転角度の検出ができ、回転角度を高い検出精度で検出することができることから、検出精度が良好な回転角度検出用センサを実現することができる。

本発明の一実施の形態として、回転角度検出用センサの概略構成図を、図１Ａ及び図１Ｂに示す。図１Ａは平面図を示し、図１Ｂは側面図を示している。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、棒状の回転軸１に、円板状の回転子２が取り付けられている。
この回転子２は、図１Ｂの矢印Ｒで示すように、回転軸１の周りに回転する。
また、回転子２の表面に、導体パターンによるエンコーダ構造３が形成されている。

そして、回転子２のエンコーダ構造３が形成された側に対向して、回転角度検出用センサのセンサ本体４が設けられている。
このセンサ本体４は、回転軸１を中心とした円弧に沿った扇形状を有している。そして、センサ本体４は、図示しない部材によって固定されており、回転子２のエンコーダ構造３は、このセンサ本体４との相対的位置が変化するように構成されている。
そして、エンコーダ構造３とセンサ本体４とにより、回転子２の回転角度を検出するセンサを構成している。

図１の回転子２の平面図を図２に示す。また、エンコーダ構造３の導体パターンの詳細を、図３の平面図に示す。
図２に示すように、エンコーダ構造３の導体パターンは、回転子２の回転角度に対して、幅が三角関数状に変化する曲線形状を有している。そして、回転子２が回転すると、特定の位置においてエンコーダ構造３の導体パターンの幅が周期的に増減する。
この図２においては、導体パターンの幅の周期的な変化の１相（１周期）分の範囲も示している。１周３６０度に６相形成されているので、１相が６０度になっている。

そして、エンコーダ構造３の導体パターンは、図３に示すように、鎖線で示す直径Ｄの円を中心として、内側及び外側が三角関数状に変化する。これにより、導体パターンの幅Ｗも三角関数状に変化する。エンコーダ構造３の導体パターンの幅Ｗが変化することにより、インダクタンス素子に信号電流を印加したときに発生する磁束によって生じる渦電流もまた増減する。その渦電流損失によって変化するインダクタンスを演算処理することによって、回転子２の回転角度θを検出することが可能になる。

エンコーダ構造３の導体パターンの材料としては、例えば、アルミニウム、鋼、銅、銀、配線板、導電箔、又は金属を含有するプラスチック材料等の導電性材料を用いることができる。導体パターンには、磁性材料を用いる必要はない。
エンコーダ構造３を配置する回転子２の材料としては、プラスチック等の絶縁体や、鉄等のエンコーダ構造３と導電率が異なる金属を使用することができる。
なお、図示しないが、エンコーダ構造３を回転子２と同じ材料で一体化して形成することも可能である。その場合には、エンコーダ構造３のパターン部分を、回転子２の周囲の部分に対して、一定の厚さで盛り上がった構成とする。

エンコーダ構造３のパターン部の径Ｄと、エンコーダ構造３の周期数（相の数）ｎとは、それぞれ、エンコーダ構造３を設ける回転子２の構成や直径寸法等の条件に合わせることが望ましい。

次に、センサ本体４の概略構成図（要部の拡大平面図）を、図４に示す。
図４に示すように、プリント回路基板等の基板１１の上に、角型の渦巻形状を有する導体により、４つのパターンコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が形成されている。
各パターンコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４により、それぞれ、空芯のコイルが構成される。
センサ本体４の４つのパターンコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、第１のコイルＣ１、第２のコイルＣ２、第３のコイルＣ３、第４のコイルＣ４を構成する。

次に、コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と、エンコーダ構造３の導体パターンとの対向配置状態を、図５に示す。
それぞれのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、エンコーダ構造３の導体パターンの幅の周期的な変化の１／４周期（位相差９０°）の間隔で配置されている。即ち、第１のコイルＣ１、第２のコイルＣ２、第３のコイルＣ３、第４のコイルＣ４は、この順序で、それぞれ９０°の位相差を有するように配置されている。
これにより、第１のコイルＣ１及び第３のコイルＣ３に対して、第２のコイルＣ２及び第４のコイルＣ４が、９０°の位相差をもって配置されている。

そして、第１のコイルＣ１及び第３のコイルＣ３が１８０°の位相角度オフセットを形成し、第２のコイルＣ２及び第４のコイルＣ４が１８０°の位相角度オフセットを形成している。
これにより、差分信号等の信号を発生させることができ、この信号を利用して、回転子２の絶対位置を検出することができる。また、エンコーダ構造３の導体パターンの移動方向、即ち回転子２の回転方向（右回り、或いは左回り）を検出することも、可能である。

各コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の空芯部の長手寸法Ｌは、エンコーダ構造３の導体パターンの最大幅寸法Ｗｍａｘよりも大きく形成されている。このような寸法関係とすることによって、コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から磁束を発生させたときに、エンコーダ構造３に生じる渦電流の発生度合いを上述の長手寸法Ｌに対応した大きさにすることができるため、検出精度の向上を図ることができる。

本実施の形態においては、特に、図１〜図３に示すように、エンコーダ構造３が、導体パターンの幅寸法の周期的な変化の１周期分（１相分）に相当する部品５を６個使用して、構成されている。
以下、この部品を、相部材５として定義する。
それぞれの相部材５は、同一の周期及び形状を有しており、導体パターンの最も幅の狭い部分で、隣り合う相部材５と接触している。
そして、６個の相部材５を、回転軸１を中心とした円周（図示せず）に沿って、環状に配置することにより、エンコーダ構造３を構成している。

相部材５の材料としては、前述した導体パターンの材料、例えば、アルミニウム、鋼、銅、銀、配線板、導電箔、又は金属を含有するプラスチック材料等の導電性材料を用いることができる。

それぞれの相部材５を、回転子２に取り付ける方法としては、例えば、接着剤で結合する方法、ロウ付けする方法、粘着シートで結合する方法等を採用することができる。
また、導体パターンにおける渦電流によるコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のインダクタンスの変化を一様な変化とするためには、接触させた相部材５を、さらに接合面全体にわたって電気的に接合する必要がある。接触させた相部材５を電気的に接合する方法としては、銀ろう等を用いてロウ付けする方法や、レーザ溶接で接合する方法等を採用することができる。

この構成において、相部材５の厚さは、例えば、０．２ｍｍとすることができる。
ここで、優れたセンサ精度を確保するための条件の一つである、エンコーダ構造３／相部材５の厚さを設定する場合には、インダクタンス素子に信号電流を印加したときに相部材５に励起される渦電流の深さを把握する必要がある。
例えば、相部材５に、銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ）のように導電率が高い材料を用いる場合には、シミュレーションにより、０．１ｍｍの厚さがあれば渦電流の励起を充分に行うことができる、という結果が得られている。
従って、エンコーダ構造３／相部材５の厚さが０．１ｍｍ以上であれば、センサ精度を充分に確保することができる。しかし、本実施の形態においては、板状の導電部材に対して打ち抜き加工や切削加工を施して相部材５を製造する際に、適度な母材強度を確保するために、厚さを０．２ｍｍとしている。
しかしながら、コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４等のインダクタンス素子からの磁束によって励起される渦電流の大きさ（深さ）は、エンコーダ構造３の相部材５の材質が有する抵抗値によっても変化するため、相部材５の厚さは、０．２ｍｍや０．１ｍｍに限定されるものではなく、エンコーダ構造３に用いる材料に基くシミュレーションを行い、その結果によって適宜調整すればよい。

上述の本実施の形態によれば、エンコーダ構造３が、導体パターンの幅寸法の周期的な変化の１周期分を構成する相部材５を用いて、同一の周期及び形状を有する６個の相部材５を、環状にかつ互いに接触するように、回転子２に配置してなる。
これにより、特定の大きさを有する母材から、一体的かつ環状にエンコーダ構造３が形成される場合と比較して、相部材５を簡素な構成や作製方法によって容易に作製することが可能になり、しかも、母材面積を有効に活用することができる。また、電鋳加工等によりエンコーダ構造３を作製する場合でも、必要最小限の原料によって相部材５を作製することができる。
即ち、材料を有効に利用して、相部材５からなるエンコーダ構造３を作製することが可能になる。

このように、相部材５を簡素な構成や作製方法によって容易に作製することが可能になるため、相部材５からなるエンコーダ構造３を、安価にかつ容易に作製することが可能になる。
これにより、回転角度検出用センサの製造を容易にし、製造コストを低減することができる。
また、材料を有効に利用して、エンコーダ構造３を作製することが可能になるため、材料歩留まりが飛躍的に向上する。
これにより、回転角度検出用センサの材料コストを低減することができる。

さらに、本実施の形態によれば、隣り合う相部材５を互いに接触させて配置しているので、エンコーダ構造３の導体パターンを連続して形成することができる。これにより、導体パターンが途切れてしまうことがないので、センサ本体４のコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４により導体パターンに生じる渦電流も、途切れることがない。
従って、高い分解能で回転角度の検出ができ、回転角度を高い検出精度で検出することができることから、検出精度が良好な回転角度検出用センサを実現することができる。

上述の実施の形態の回転角度検出用センサの構成等、本発明の回転角度検出用センサは、各種の回転体に適用して、回転角度の検出を行うことができる。

例えば、永久磁石式同期モータに適用して、モータの回転子の回転角度を検出することができる。
この場合、モータの回転子の表面に、幅が周期的に変化する導体パターンから成るエンコーダ構造を形成して、エンコーダ構造に対向して、コイル等のインダクタンス素子を設けたセンサ本体を配置する。
好ましくは、モータの回転子の磁石対の数と、エンコーダ構造の導体パターンの周期の数とを同じにする。このように構成することにより、モータの回転動作の制御に対して必要な角度情報を細かく得ることができ、その結果、モータの回転制御を微細に行うことができるようになる、という利点がある。

上述の実施の形態では、回転子２の主面上に、複数個の相部材５からなるエンコーダ構造３を形成していた。
これに対して、例えば、回転子２に溝を形成し、溝の内部にエンコーダ構造３を形成することも可能である。その場合を、次に示す。

本発明の他の実施の形態として、回転子２の主面に形成した溝内にエンコーダ構造３を形成した、回転角度検出用センサの形態の概略構成図を、図６Ａ及び図６Ｂに示す。図６Ａは回転子２及びエンコーダ構造３の平面図を示し、図６Ｂは回転子２及びエンコーダ構造３の断面図を示している。
この図６Ａ及び図６Ｂでは、センサ本体４の図示を省略しているが、図１Ａ及び図１Ｂと同様に、エンコーダ構造３に対向してセンサ本体４が配置される。

この実施の形態では、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、円板状の回転子２の主面に、同心円状に溝６が形成されており、この溝６の内部に、複数個の相部材５からなるエンコーダ構造３が設けられている。エンコーダ構造３の各相部材５は、その幅が最大の部分で、溝６の壁面７に接している。
即ち、この構成は、溝６の壁面７の間の収納部に、エンコーダ構造３の相部材５が収納されている。以下、溝６の壁面７を、相部材５を収納するための収納壁７と呼ぶこととする。
回転子２の溝６は、例えば、旋盤加工等によって形成することができる。

このように回転角度検出用センサを構成したことにより、回転子２の主面上に相部材５を配置した先の実施の形態の構成と同様に、回転角度検出用センサの製造を容易にし、製造コストや材料コストを低減することができる。
また、エンコーダ構造３の導体パターンを連続して形成して、検出精度が良好な回転角度検出用センサを実現することができる。

さらに、本実施の形態では、溝６の壁面（収納壁）７の間の収納部に、エンコーダ構造３の相部材５を配置したことにより、収納壁７をガイドとして用いて、相部材５を容易に収納部へ収納して、環状に整列配置することができる。
また、相部材５が、幅が最大の部分で壁面（収納壁）７に接していることにより、各相部材５を精度良く配置することができる。

この形態の相部材５の配置状態を、模式的に図７の平面図に示す。この図７では、収納壁７の円周に沿って環状に形成されていた相部材５を、直線状に変換して描いている。
図７に示すように、各相部材５は、中央の幅の広い部分で収納壁７に接しており、両端の幅の狭い部分で隣の相部材５と接している。そして、相部材５は、収納壁７と２点で接触している。
このように相部材５が構成されていることにより、相部材５の形状が非常に簡素であることから、設計が容易であり、生産性に優れるといった利点を有している。

図６に示した形態では、溝６を形成して、その内部を相部材５の収納部としていた。
これに対して、回転子２及びエンコーダ構造３の断面図を図８に示すように、回転子２の主面に突起８を形成して、突起８の壁面（収納壁）７の間の部分を相部材５の収納部としても構わない。
この場合も、溝６の内部を相部材５の収納部とした場合と同様の効果が得られる。

なお、図８では、突起８を回転子２と同一部材で一体化して形成しているが、回転子２とは別に突起８となる部材を形成して、この部材を回転子２に取り付けて突起８を構成しても構わない。

続いて、エンコーダ構造３を構成する相部材５の、他の形態をいくつか挙げて説明する。
以下、図７と同様に直線的に描いた模式的平面図を参照して、それぞれの形態を説明する。

まず、図９に示す形態では、各相部材５の両端が幅の広い部分となっていて、この幅の広い部分で収納壁７に接しており、中央が幅の狭い部分となっている。相部材５の左右の端部（端縁）は、いずれも直線状に形成されている。そして、相部材５は、収納壁７と４点で接触している。
図７に示した形態においては、相部材５を収納壁７内へ配置する際に、円弧状に湾曲した部分における２点で収納壁７に接触するため、全ての相部材５を環状配置する前の段階において、各々の相部材５が回転してしまって、配置に手間を要する虞がある。
これに対して、図９に示す本形態では、相部材５と収納壁７とを３点以上の４点で接触させていることにより、収納壁７に２つ以上の相部材５を配置すれば、相部材５の位置固定を確実に行うことができる、という効果を有している。
ちなみに、本形態のように、４点接触とすれば、一つの相部材５を収納壁７に配置する段階で、ズレを生じることがない。

図１０に示す形態は、図９に示した形態から、相部材５の左右両端の形状を変えている。即ち、左右の端縁を図９の直線から、パズルのピースのように、中央部が円形状に右側に突出した形状となっている。これにより、相部材５の左の端部に凹部が形成され、右の端部に凸部が形成されている。
本形態では、相部材５の中央部や両端部のうち収納壁７に接触する部分は、図９に示した形態と同じであるため、収納壁７に対して相部材５が４点で接触している。
従って、図９に示した形態と同様に、一つの相部材５を収納壁７に配置する段階で、ズレを生じることがない。
また、相部材５の左右の端部の凹部及び凸部が隣り合う相部材５と嵌合するので、相部材５の位置決めを高い精度で行うことができる。
さらにまた、左右の端縁を直線とした図９に示した形態と比較して、隣り合う相部材５間の収納壁７に垂直な方向における横ずれを生じにくくして、さらに精度良くエンコーダ構造３の相部材５を配置することができる。
ちなみに、図１〜図３に示した実施の形態のように、回転子２の主面に環状にエンコーダ構造３を設けた場合には、相部材５の横ずれの方向は回転子２の半径方向になる。そして、回転子２の半径方向に相部材５が横ずれを生じると、相部材５の接触する部分で、外周側及び内周側に段差ができる。

図１１に示す形態は、図９に示した形態から、相部材５の左右両端の形状を変えている。即ち、左右の端縁を図９の直線から、手前側の半分が図中右側に突出した形状となっている。
本形態では、相部材５の左右の端縁の手前側の半分が図中右側に突出しているため、相部材５の左手前側では、収納壁７と接触しなくなる。即ち、収納壁７に対して、相部材５が３点で接触している。
これにより、収納壁７に２つ以上の相部材５を配置すれば、相部材５の位置固定を確実に行うことができる、という効果を有している。

図１２に示す形態は、図９に示した形態から、相部材５の左右両端の形状を変えている。即ち、左右の端縁を図９の収納壁７に垂直な直線から、収納壁７に対して斜めの直線に変更しており、端縁の手前側が右側に突出した形状となっている。
本形態では、相部材５の左右の端縁の手前側が右側に突出しているため、図１１に示した形態と同様に、相部材５の左手前側では、収納壁７と接触しなくなる。即ち、収納壁７に対して、相部材５が３点で接触している。
これにより、収納壁７に２つ以上の相部材５を配置すれば、相部材５の位置固定を確実に行うことができる、という効果を有している。

図１３Ａに平面図を示し、図１３Ｂに断面図を示す形態は、個々の相部材５に、隣り合う相部材５と一部を重ね合わせるための重ね代９を形成している点において、これまで示した各形態とは異なっている。
各相部材５において、図１３Ｂに示すように、右側の端縁が上半分のみ、左側の端縁が下半分のみ形成されて、重ね代９となっている。これにより、重ね代９において、左側の相部材５が右側の相部材５の上に重なるように接合される。
本形態では、収納壁７に対して、相部材５が４点で接触しているので、一つの相部材５を収納壁７に配置する段階で、ズレを生じることがない。
このように構成することによって、個々の相部材５と収納壁７との配置精度を高水準に保つことができると共に、隣り合う相部材５との勘合を高い水準で達成することができるため、結果的に、精度に優れたエンコーダ構造３を得ることができる。

図１４Ａに平面図を示し、図１４Ｂに断面図を示す形態は、図１３Ａ及び図１３Ｂに示した形態から、重ね代９の部分の構成を変えている。
各相部材５において、図１４Ｂに示すように、重ね代９の部分で、上半分と下半分のうちの、一方が左右両端縁とも形成され、他方が左右両端縁とも形成されていない。即ち、断面略Ｔ字形状になっている。これにより、この断面略Ｔ字形状の相部材５を、表・裏・表・裏といった順序で接合して、重ね代９で重ね合わせることができる。
ただし、このように表・裏と交互に接合していくので、相部材５の個数を偶数とする必要がある。
本形態では、収納壁７に対して、相部材５が４点で接触しているので、一つの相部材５を収納壁７に配置する段階で、ズレを生じることがない。
また、個々の相部材５と収納壁７との配置精度を高水準に保つことができると共に、隣り合う相部材５との勘合を高い水準で達成することができるため、結果的に、精度に優れたエンコーダ構造３を得ることができる。

ここで、回転子２に相部材５を結着するときに接着剤を用いた場合について考えると、図７及び図９〜図１２に示された相部材５は、互いに隣り合う相部材５間に僅かながら隙間を有する構成である。従って、接着剤がこの隙間を伝わって相部材５の表面近傍まで浸透しやすく、相部材５同士をロウ付けする際の結合状態及び作業性を悪化させる虞がある。
これに対して、図１３及び図１４の各形態に係る相部材５は、重ね代９の部分で接着剤の浸透を抑止することができ、その結果、相部材５同士のロウ付けが良好に行える点で優れていると言える。

図７、図９〜図１２に示した各形態において、相部材５の厚さを、例えば、０．２ｍｍとすることができる。
しかしながら、これらの形態においても、相部材５の厚さは０．２ｍｍに限定されるものではなく、相部材５の材料の抵抗値や、製造工程の適切な選定によって、０．２ｍｍよりも薄く或いは厚くすることも可能である。

図１３及び図１４に示した各形態においては、相部材５が段差を有している理由によって、相部材５の厚さを、例えば、０．４ｍｍとすることができる。
しかしながら、これらの形態においても、相部材５の厚さは０．４ｍｍに限定されるものではなく、相部材５の材料の抵抗値や、製造工程の適切な選定によって、０．４ｍｍよりも薄く或いは厚くすることも可能である。

なお、図１３及び図１４に示した各形態のように、相部材５の端縁に重ね代９を設ける構成は、基本的に、図７や図９〜図１２に示した各形態の相部材５においても適用することが可能である。

なお、上述の各形態の図においては、便宜上、相部材５及び収納壁７を直線的に表現しているが、実際の製造においては、所望の設計条件に従って、環状形成ができるように形状／寸法の設定を行えば良いことは言うまでもない。

本発明における、エンコーダ構造３の相部材５は、以下に挙げる方法によって、製造することができる。
（１）導電性金属の板状部材からの打ち抜きプレス加工を行う。この方法は、図７、図９〜図１２に示した各形態に適用可能である。この方法によれば、量産性に優れており、低いコストで相部材を製造することができる。
（２）（１）のプレス加工の後に、プレス機等により、つぶし加工を行う。この方法は、図１３、図１４に示した各形態（重ね代９を設けた形態）に適用可能である。つぶし加工によって、相部材５の端部に、重ね代９を形成する。
（３）導電性金属をフライスにより切削加工する。この方法は、図７、図９〜図１２に示した各形態に適用可能である。この方法によれば、量産性に優れており、低いコストで相部材を製造することができる。
（４）（３）の切削加工の後に、プレス機等により、つぶし加工を行う。この方法は、図１３、図１４に示した各形態（重ね代９を設けた形態）に適用可能である。つぶし加工によって、相部材５の端部に、重ね代９を形成する。
（５）導電性金属を電鋳加工する。この方法は、図７、図９〜図１４に示したいずれの形態にも適用可能である。この方法によれば、量産性に優れており、寸法・形状の精度が高い相部材を製造することができる。
（６）導電性金属粉末及び樹脂（好ましくは熱硬化性樹脂）の混合物を使用して、射出成形を行う。この方法は、図７、図９〜図１４に示したいずれの形態にも適用可能である。この方法によれば、量産性に優れており、また、成形性に優れていることから複雑な形状の相部材５を容易に作製することができる。

回転子２と相部材５とを固定する方法としては、接着剤、ロウ付け、粘着シート等の方法を採用することができる。

隣り合う相部材５を電気的に接合する方法としては、公知の様々な方法を採用することが可能である。
例えば、前述したレーザ溶接や銀ろうを用いたロウ付けの他、半田付けによって相部材５の電気的接合を行うことができる。

収納壁７を構成する溝６や突起８は、旋盤加工等の切削手段によって形成することができる。旋盤加工は、回転子２等の回転体を回転させながら、切削刃をあてがって、切削する加工方法である。

ところで、図１〜図３に示した実施の形態では、相部材５からなるエンコーダ構造３を、円板状の回転子２の主面に設けていたが、回転子の側面等にエンコーダ構造３を設けることも可能である。その場合を、次に示す。

回転子２を略円柱形状として、その側面（外周面）にエンコーダ構造３を設けた回転角度検出用センサの構成を、図１５の斜視図に示す。左側の図はセンサ本体４と回転子２とを分解した図であり、右側の図はセンサ本体４と回転子２とを組み立てた図である。
エンコーダ構造３の相部材５は、図１〜図３に示した実施の形態と同様に、幅の狭い部分で、隣り合う相部材５と接触している形状としている。
この構成では、回転子２の外周面に直接エンコーダ構造３を形成し、そのエンコーダ構造３に対向するようにセンサ本体４を設置すればよいことから、センサ本体４の設置が極めて容易であるという利点を有している。

回転子２を円板と円筒とからなる形状として、円筒の内周面にエンコーダ構造３を設けた回転角度検出用センサの構成を、図１６の斜視図に示す。左側の図はセンサ本体４と回転子２とを分解した図であり、右側の図はセンサ本体４と回転子２とを組み立てた図である。
エンコーダ構造３の相部材５は、図１〜図３に示した実施の形態と同様に、幅の狭い部分で、隣り合う相部材５と接触している形状としている。
この構成では、回転子２の内部にセンサ本体４を配置することが可能となるため、センサ本体４を配置するためにモータ等の軸長を大きくする必要がない、という利点を有している。

図１５及び図１６に示した各構成を変形して、エンコーダ構造３の相部材５を、溝や突起等の収納壁７の間の収納部に収納する構成とすることも可能である。
その１つの形態として、図１５に示した構成を変形して、溝の側壁の収納壁７の間の収納部に、エンコーダ構造３の相部材５を収納した構成を、図１７の斜視図に示す。
図１７に示すように、回転子２の側面に溝が形成され、溝の側壁が収納壁７となっている。収納壁７の内側に接して、エンコーダ構造３の相部材５が配置されている。

図１５〜図１７に示した各構成では、回転子２の外周面又は内周面に、相部材５からなるエンコーダ構造３を設けているため、相部材５を平板状ではなく、外周面又は内周面の曲面に沿った形状とする必要がある。
この場合、例えば、相部材５に対してプレス加工を行って、所望の湾曲形状となるまで塑性変形させて、曲面に沿った湾曲形状とする。
これは、例えば、図１８Ａに平面図を示し、図１８に側面図を示すように、相部材５を使用して、加圧プレス加工を行うことにより、図１９の側面図を示されるような、相部材５を湾曲した形状とする。これにより、回転子２の外周面や内周面にエンコーダ構造３を設ける場合の相部材５を、容易に製造することが可能である。また、回転子２の相部材５を取り付ける表面が平滑ではなく、凹凸等を有する場合でも、その表面に対応した相部材５を作製することが可能である。

また、相部材５の製造方法として、導電性金属粉末と樹脂との混合物を射出成形する方法を用いることにより、成形段階で相部材５を湾曲形状とすることができる。

図示しないが、金属板から打ち抜く場合でも、１枚の金属板から多数の相部材５を打ち抜くことが可能になり、材料の無駄を大幅に低減することができる。
成形する場合でも、成形用の金型を小型化することができ、金型を安価に構成することができる。

上述の各実施の形態では、１個の相部材５により、エンコーダ構造３の１相分を形成していたが、１個の相部材により、エンコーダ構造３の２相分以上を形成しても構わない。
ただし、１個の相部材を、エンコーダ構造３の全周の１／２以下とする。そして、複数個（２個以上）の相部材でエンコーダ構造を構成する。

図７、図８、図１７に示した各形態では、溝６や突起８の高さを、エンコーダ構造３の相部材５の厚さとほぼ等しくしていたが、相部材５の厚さと異なっていても構わない。
より好ましくは、溝６や突起８の高さを、相部材５の厚さ以下とする。溝６や突起８は、相部材５を配置するためのガイドとして機能すれば良く、また、溝６や突起８の高さが相部材５の厚さより大きいと、センサ本体４のインダクタンス素子に干渉してしまう虞が生じるからである。

なお、図４及び図５のセンサ本体４では、コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を用いて、センサのインダクタンス素子を構成したが、本発明では、コイル以外のインダクタンス素子を用いてセンサを構成しても構わない。

また、図４及び図５のセンサ本体４は、コイルからなるインダクタンス素子を４つ配置していたが、本発明において、センサ本体に設けるインダクタンス素子の数は、４つに限定されるものではなく、２つ以上であれば、任意の数としても構わない。

また、相部材からなるエンコーダ構造の導体パターンの形状は、上述の各実施の形態のような、三角関数状に変化する曲線形状（サインカーブ）に限定されるものではなく、その他の曲線形状、或いは、菱形や三角形のような直線的に変化する形状としてもよい。
また、連続的に幅が変化する構成の他に、段階的に幅が変化する構成としてもよい。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

Ａ 本発明の一実施の形態の回転角度検出用センサの概略構成図（平面図）である。 Ｂ 図１Ａの回転角度検出用センサの側面図である。 図１の回転子の平面図である。 図１及び図２のエンコーダ構造の平面図である。 図１のセンサ本体の概略構成図（要部の拡大平面図）である。 図４のコイルと導体パターンとの対向配置状態を示す図である Ａ、Ｂ 溝による収納壁の間に相部材を収納した実施の形態を示す図である。 図６の実施の形態の収納壁と相部材の配置を模式的に表した平面図である。 突起による収納壁の間に相部材を収納した形態を示す回転子及びエンコーダ構造の断面図である。 相部材の形状の形態を示す模式的平面図である。 相部材の形状の形態を示す模式的平面図である。 相部材の形状の形態を示す模式的平面図である。 相部材の形状の形態を示す模式的平面図である。 Ａ、Ｂ 相部材の形状の形態を示す模式的平面図である。 Ａ、Ｂ 相部材の形状の形態を示す模式的平面図である。 回転子の外周面に、相部材からなるエンコーダ構造を設けた回転角度検出用センサの斜視図である。 回転子の内周面に、相部材からなるエンコーダ構造を設けた回転角度検出用センサの斜視図である。 図１５の構成を変形して、溝による収納壁の間に相部材を収納した構成の斜視図である。 Ａ、Ｂ プレス加工前の相部材を示す図である。 プレス加工後の湾曲形状の相部材の側面図である。 Ａ、Ｂ 板状部材を打ち抜いてエンコーダ構造を形成した場合を説明する図である。

符号の説明

１ 回転軸、２ 回転子、３ エンコーダ構造、４ センサ本体、５ 相部材、６ 溝、７ 収納壁、８ 突起、９ 重ね代、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ コイル

Claims (3)

1. 回転体と、
   前記回転体と共に回転可能に取り付けられた導体パターンからなり、前記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を有し、前記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構成された、回転角度検出用センサであって、
   前記エンコーダ構造は、前記導体パターンの幅寸法の周期的な変化の少なくとも１周期分以上を構成する相部材を用いて、同一の周期及び形状を有する複数個の前記相部材を、環状かつ互いに接触するように、前記回転体に配置してなる
   ことを特徴とする回転角度検出用センサ。
2. 請求項１に記載の回転角度検出用センサにおいて、
   前記回転体に、前記エンコーダ構造を収納するための収納壁が設けられ、
   前記エンコーダ構造の個々の前記相部材が、前記収納壁の間の収納部へ収納されていることを特徴とする回転角度検出用センサ。
3. 請求項２に記載の回転角度検出用センサにおいて、
   各前記相部材は、少なくとも３点以上で、前記収納壁に接触していることを特徴とする回転角度検出用センサ。

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