JP2014020813A - 角度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】励磁コイルで発生させた交番磁束が、ロータリトランスコイルで発生する誘起電流（渦電流）により打ち消されることが少なく、検出コイルで発生する検出信号を大きくしてＳ／Ｎ比を高くすることのできる角度センサを提供すること。
【解決手段】ステータトランス１５は、ステータコイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）の周方向に伸びる部分（外周部分１１ｂ、１２ｂ、内周部分１１ａ、１２ａ）とは重ならず、径方向に伸びる部分（径方向部分１１ｃ、１１ｄ、１２ｃ、１２ｄ）と交差する位置に配置されていること、ロータトランス１４は、ロータコイル（励磁コイル１３）の周方向に伸びる部分（外周部分１４ｂ、内周部分１４ａ）とは重ならず、径方向に伸びる部分（径方向部分１４ｃ、１４ｄ）と交差する位置に配置されていること、を特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ステータコイルとステータ側ロータリトランスコイルを備えるステータと、ロータコイルとロータ側ロータリトランスコイルを備えるロータと、を有し、ステータコイルとステータ側トランスコイルは軸方向で、別層として重なって配置され、ロータコイルとロータ側ロータリトランスコイルは軸方向で、別層として重なって配置されている角度センサに関するものである。

ハイブリッド自動車や電気自動車においては、高出力のブラシレスモータが使用されており、今後もハイパワー化が予想されている。ハイブリッド自動車のブラシレスモータを制御するためには、モータの出力軸の回転角度を正確に把握する必要がある。ステータの各コイルへの通電切替えを制御するには、ロータの回転位置を正確に把握している必要があるからである。
このため、モータにはレゾルバを備えた角度センサが備えられ、正確に角度検出されることが望ましい。自動車の駆動機構に用いられるレゾルバには、耐環境性などに加えて駆動機構の回転数が高い為に高精度化が要求されることになる。そして、他の車載部品と同様に角度検出装置にも小型化と共に低コスト化が要求されている。

特許文献１−３には、ステータが、ステータコイルと、ステータコイルの内周側に形成されたステータ側ロータリトランスコイルを備えるものが記載されている。また、ロータが、ロータコイルと、ロータコイルの内周側形成されたロータ側ロータリトランスコイルを備えることが記載されている。ここで、ステータコイルとロータコイルは、軸方向において対向して配置され、ステータ側ロータリトランスコイルとロータ側ロータリトランスコイルとは、軸方向において対向して配置されている。
上記構造を有するレゾルバは、同一平面上にステータコイルとステータ側ロータリトランスコイルを形成し、また同一平面上にロータコイルとロータ側ロータリトランスコイルを形成するため、ステータコイルやロータコイルの面積が限られてしまい、例えばレゾルバを小型化しようとしたときに、配線を細くしたり、配線間の距離を小さくする等の技術的問題が生じていた。

上記問題を解決するために、ステータコイルと、ステータ側ロータリトランスコイルとを別層に形成し、各々のコイルを全面を用いて形成すること、ロータコイルと、ロータ側ロータリトランスコイルとを別層に形成し、各々のコイルを、全面を用いて形成することが、特許文献４に記載されている。

特開2010-237077号公報 特開2010-117225号公報 特開平11-325964号公報 特開2011-043378号公報

しかしながら、特許文献４のレゾルバには、次のような問題があった。
（１）励磁コイル（例えば、ロータコイル）、検出コイル（例えば、ステータコイル）、ステータ側ロータリトランスコイル、及びロータ側ロータリトランスコイルが軸方向で別層として重なって配置されているため、特に、励磁コイル及び検出コイルのコイルパターン領域全体と重なるように、ステータ側及びロータ側のロータリトランスコイルのコイルパターンが設けられているため、励磁コイルで発生させた交番磁束の多くが、ロータリトランスコイルの配線部分を通過するが、この時、ロータリトランスコイルの配線で発生する誘起電流（渦電流）により打ち消されてしまい、検出コイルで発生する検出信号が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が低下する問題があった。

また、特許文献１−４のレゾルバには、次のような問題があった。
（２）レゾルバは回転することで、ロータとステータ間の磁気的結合を変化させることで検出回路の出力を変化させている。そして、その出力変化から角度を算出しているのである。ロータとステータ間の磁気的結合を変化させているため、出力インピーダンスＺは角度により変化する。
そのため、レゾルバ出力と回路（またはハーネス）間において、一定の回路を用いて、出力インピーダンスＺのマッチング（補正）を行うことは技術的に難しい。

（３）ステータコイルと制御回路間、及びステータ側ロータリトランスコイルと制御回路間を、ハーネスを用いて接続しているが、波長λに対してハーネスが、１／４０＊λ以上の長さになると、レゾルバの負荷Ｚが、回路側から見るとハーネスにより変化してしまい、十分な電圧が供給できない問題があった。
すなわち、波長λに対して、ハーネス長が１／４０＊λ（θ＝９°）以上においては、回路から見たレゾルバの入力インピーダンスは、ハーネスの特性インピーダンスと長さ（電気長）によってインピーダンス変換されてしまう。
このようなハーネスによるインピーダンス変換の現象は高周波の技術分野では一般的である。高周波製品では、このようなインピーダンス変換が生じないように、回路やセンサ（アンテナ）等のインピーダンスを、５０Ωになるように設計し、ハーネスの特性インピーダンスも５０Ωにしている。
しかし、レゾルバのような入力電圧の低下が出力電圧の低下につながり、結果としてＳ／Ｎ比の低下の問題を発生する製品においては、安易にインピーダンスを、５０Ωに設計するのは難しい。
また、インピーダンスの変化が、ハーネスに依存していることから、ハーネス長さが変わると、レゾルバへの入力電圧が変化する現象が発生するため、ハーネスの長さに関係なく、レゾルバに安定した入力電圧を供給できる回路設計が必要となり、コストアップ等の問題が生じる。

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、励磁コイルで発生させた交番磁束が、ロータリトランスコイルで発生する誘起電流により打ち消されることが少なく、検出コイルで発生する検出信号を大きくしてＳ／Ｎ比を高くすることのできる角度センサを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の角度センサは、次の構成を有する。
（１）ステータコイルとステータ側ロータリトランスコイルを備えるステータと、ロータコイルとロータ側ロータリトランスコイルを備えるロータと、を有し、ステータコイルとステータ側トランスコイルは軸方向で、別層として重なって配置され、ロータコイルとロータ側ロータリトランスコイルは軸方向で、別層として重なって配置されている角度センサにおいて、ステータ側ロータリトランスコイルは、ステータコイルの周方向に伸びる部分とは重ならず、径方向に伸びる部分と交差する位置に配置されていること、ロータ側ロータリトランスコイルは、ロータコイルの周方向に伸びる部分とは重ならず、径方向に伸びる部分と交差する位置に配置されていること、を特徴とする。

（２）（１）に記載する角度センサにおいて、前記ステータ側ロータリトランスコイルは、前記ステータコイルと、前記ステータコイルの径方向中央部分で交差していること、前記ロータ側ロータリトランスコイルは、前記ロータリコイルと、前記ロータコイルの径方向中央部分で交差していること、を特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載する角度センサにおいて、前記ステータに設けられ、前記ステータコイルと直列に接続されたステータ側電極と、前記ロータに設けられ、接地電位に接続されたロータ側電極との間で容量素子を構成し、前記容量素子の容量値は、前記ロータの回転に伴って変動すること、を特徴とする。

（４）（１）乃至（３）に記載する角度センサのいずれか１つにおいて、前記ステータコイルまたは前記ステータ側ロータリトランスコイルに励磁信号を供給する励磁信号生成回路と、前記ステータコイルまたは前記ステータ側ロータリトランスコイルと、前記励磁信号生成回路とに直列に接続された可変容量ダイオードと、前記励磁信号生成回路と並列に接続され、前記可変容量ダイオードの容量値を調整する直流電源とを有し、前記直流電源の電圧値を、前記ロータ側で検出される検出信号の振幅が最大となるように、フィードバック制御すること、を特徴とする。

本発明の角度センサは、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）ステータコイルとステータ側ロータリトランスコイルを備えるステータと、ロータコイルとロータ側ロータリトランスコイルを備えるロータと、を有し、ステータコイルとステータ側トランスコイルは軸方向で、別層として重なって配置され、ロータコイルとロータ側ロータリトランスコイルは軸方向で、別層として重なって配置されている角度センサにおいて、ステータ側ロータリトランスコイルは、ステータコイルの周方向に伸びる部分とは重ならず、径方向に伸びる部分と交差する位置に配置されていること、ロータ側ロータリトランスコイルは、ロータコイルの周方向に伸びる部分とは重ならず、径方向に伸びる部分と交差する位置に配置されていること、を特徴とするので、コイルで発生する交番磁束は、コイルに近い程磁束密度は高いが、励磁コイル、及び検出コイルの周方向に伸びる部分と、ロータリトランスコイルが重なることがないため、励磁コイルで発生する交番磁束のうち、ロータリトランスの配線部分を通過する割合を大幅に削減することができ、ロータリトランスコイルにおける誘起電流（渦電流）の発生が抑制される。

そして、ロータリトランスコイルにおける誘起電流（渦電流）の発生を減少させることにより、励磁コイルで発生する交番磁束が受ける影響（渦電流による損失）を小さくできるため、検出コイルで大きな検出信号を得ることができ、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。

（２）（１）に記載する角度センサにおいて、前記ステータ側ロータリトランスコイルは、前記ステータコイルと、前記ステータコイルの径方向中央部分で交差していること、前記ロータ側ロータリトランスコイルは、前記ロータコイルと、前記ロータコイルの径方向中央部分で交差していること、を特徴とするので、ステータ側ロータリトランスコイルで発生する交番磁束が、ステータコイルにおいて、ロータリトランスコイルの両側に等しい量通過するため、ステータ側ロータリトランスで発生する交番磁束によりステータコイルで直接的に発生する誘起電流（渦電流）をほぼゼロとすることができる。
そして、ステータコイルにおいて、ステータ側ロータリトランスコイルで発生する交番磁束により直接的に発生する誘起電流をほぼゼロとすることにより、ステータ側ロータリトランスコイルで発生する交番磁束に起因するノイズを削減することができ、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。

（３）（１）または（２）に記載する角度センサにおいて、前記ステータに設けられ、前記ステータコイルと直列に接続されたステータ側電極と、前記ロータに設けられ、接地電位に接続されたロータ側電極との間で容量素子を構成し、前記容量素子の容量値は、前記ロータの回転に伴って変動すること、を特徴とするので、ロータの回転に伴う容量素子の容量値の変化により、レゾルバで発生する出力インピーダンスの変動を低減させることにより、レゾルバの出力インピーダンスの変動を抑制し、誤差を低減することができる。

（４）（１）乃至（３）に記載する角度センサのいずれか１つにおいて、前記ステータコイルまたは前記ステータ側ロータリトランスコイルに励磁信号を供給する励磁信号生成回路と、前記ステータコイルまたは前記ステータ側ロータリトランスコイルと、前記励磁信号生成回路とに直列に接続された可変容量ダイオードと、前記励磁信号生成回路と並列に接続され、前記可変容量ダイオードの容量値を調整する直流電源とを有し、前記直流電源の電圧値を、前記ロータ側で検出される検出信号の振幅が最大となるように、フィードバック制御すること、を特徴とするので、ハーネス長さによる入力インピーダンス変動の影響を抑制し、出力変動を低減することができる。

表面にＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２、及びステータトランス１５が形成された本体側レゾルバの分解斜視図である。 レゾルバロータの構成を示す分解斜視図である。 本発明のＳＩＮ信号コイル１１（ＣＯＳ信号コイル１２）と、ステータトランス１５との径方向における位置関係を示す図である。 従来のＳＩＮ信号コイル１１１（ＣＯＳ信号コイル１１２）と、ステータトランス１１５との径方向における従来の位置関係を示す図である。 ＳＩＮ信号コイル１１とステータトランス１５との位置関係を示す図である。 ステータトランス１５の位置を中間線３０から離したときのコイル回り込み量を示す図である。 レゾルバステータ４０の構成を示す図である。 レゾルバロータ２０の構成を示す図である。 キャパシタンスＣの変化を示す図である。 第３の発明の実施の形態を示す図である。 従来のレゾルバのハーネスの接続構造を示す図である。 レゾルバの位置検出制御を示すブロック図である。 第１実施例のモータの構造を簡易に示した断面図である。

本発明の角度センサの１実施の形態であるレゾルバ１００について、図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１３に、第１実施例のモータの構造を簡易に示した断面図を示す。
モータ１０は、ケース本体１０１と、ケースカバー１０２と、モータステータ１０３と、モータロータ１０４と、モータ軸１０５と、を備えているブラシレスモータである。
ケース本体１０１にはその内周にモータステータ１０３が固定されている。モータステータ１０３は、コイルが備えられており通電することで、磁力を発生する。
一方、モータ軸１０５には永久磁石を備えたモータロータ１０４が固定されている。モータステータ１０３とモータロータ１０４は所定距離離れて保持され、モータステータ１０３に通電することでモータロータ１０４が回転し、駆動力を発生してモータ軸１０５に動力を伝える。モータロータ１０４には、レゾルバロータ２０が付設され、ケースカバー１０２にはレゾルバステータ４０が固定されており、ケース本体１０１とケースカバー１０２を組み付けた状態で、レゾルバロータ２０とレゾルバステータ４０が所定距離だけ離れて配置される。所定距離は近くした方がレゾルバ１００の検出精度を向上させることができるが、寸法公差や温度による寸法変化等も考慮された上で決定される。

図１２に、レゾルバの位置検出制御を示すブロック図の一例を示す。レゾルバ１００は、回路５８及びセンサ部５９よりなる。
回路５８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。
センサ部５９は、検出コイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）、励磁コイル１３、ロータ側ロータリトランスコイルであるロータトランス１４、及びステータ側ロータリトランスコイルであるステータトランス１５よりなる。
励磁信号生成回路５１は、ステータトランス１５へ高周波（２ＭＨｚ）の励磁信号（正弦波信号）を出力する。第１検波回路５５は、ＳＩＮ信号コイル１１から出力されるＳＩＮ検出信号を入力するようになっている。第２検波回路５６は、ＣＯＳ信号コイル４６から出力されるＣＯＳ検出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検出信号及びＣＯＳ検出信号をそれぞれ入力するようになっている。

回路５８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、ステータトランス１１及びロータトランス１４を介して、ロータ側の励磁コイル１３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信号コイル１１及びＣＯＳ信号コイル１２に誘起電流（ＳＩＮ検出信号及びＣＯＳ検出信号）が発生する。ＳＩＮ信号コイル１１で発生した誘起電流（ＳＩＮ検出信号）の振幅変動と、ＣＯＳ信号コイル１２で発生した誘導電流（ＣＯＳ検出信号）の振幅変動とを解析することにより、レゾルバロータ２０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信号コイル１１で発生するＳＩＮ検出信号から、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信号コイル１２で発生するＣＯＳ検出信号から、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、レゾルバロータ２０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。

次に、ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２、及びステータトランス１５の構造について、詳細に説明する。
図１に、表面にＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２、及びステータトランス１５が形成された本体側レゾルバの分解斜視図を示す。（ｇ）は、ＰＰＳ樹脂製で高い平面性を持つ基盤であるレゾルバボディ１を示す。（ｆ）は、レゾルバボディ１の表面に形成された第１コイル層２を示す。（ｅ）は、第１コイル層２と第２コイル層４とを絶縁するための層間絶縁層３を示す。（ｄ）は、層間絶縁層３の上に形成された第２コイル層４を示す。（ｃ）は、絶縁樹脂である層間絶縁膜５を示す。（ｂ）は、層間絶縁層５の上に形成されたステータトランス１５を示す。（ａ）は、絶縁樹脂であり、保護膜であるオーバーコート６を示す。
レゾルバボディ１は、（ａ）に示すように、中心に円形の孔を備える円盤状であり、外周の一箇所に端子部１ａが突出している。端子部１ａの外周側には、６本の端子が外向きに突出している。６本の端子のうち、２本の端子は、ＣＯＳ信号コイル１２に接続し、２本の端子は、ＳＩＮ信号コイル１１に接続し、２本の端子は、ステータトランス１５に接続している。

次に、励磁コイル１３が形成されたレゾルバロータについて説明する。図２にレゾルバロータの構成を分解斜視図で示す。（ｇ）は、レゾルバロータ６１を示す。（ｆ）は、レゾルバロータ６１の表面に形成された第１コイル層６２を示す。（ｅ）は、第１コイル層６２と第２コイル層６４とを絶縁するための層間絶縁層６３を示す。（ｄ）は、層間絶縁層６３の上に形成された第２コイル層６４を示す。（ｃ）は、第２コイル層６４とロータトランス１４とを絶縁するための絶縁層６５を示す。（ｂ）は、絶縁層６５の上に形成されたロータトランス１４を示す。（ａ）は、絶縁樹脂であり、保護膜であるオーバーコート６６を示す。
レゾルバロータ６１は、（ｇ）に示すように、中心に円形の孔を備える円盤状であり、アルミ、しんちゅう等の非磁性導電性金属製で表面に凹部が形成されたプレート６１ａの凹部にＰＰＳ等の樹脂が充填凝固されたものである。
第１コイル層６２と、第２コイル層６４は、層間絶縁層６３に形成されたスルーホールにより接続され、励磁コイル１３を構成している。

次に、本発明の構成、作用、及び効果について、詳細に説明する。始めに、従来の問題点を説明する。
図４に、ＳＩＮ信号コイル１１１（ＣＯＳ信号コイル１１２）と、ステータトランス１１５との径方向における従来の位置関係を示す。９０度ずつに分かれて形成されている４個のＳＩＮ信号コイル１１１Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが形成された内周側に、円環状のステータトランス１１５が形成されている。
ステータ側のステータトランス１１５、ロータ側のロータトランス１４を介して、励磁コイル１３に励磁信号を伝達するために、ステータ側のステータトランス１１５に高周波（例えば、２ＭＨｚ）の励磁信号が入力されるが、ステータトランス１１５で発生した交番磁束が、検出コイルであるＳＩＮ信号コイル１１１（ＣＯＳ信号コイル１１２）に直接的に作用することにより、ＳＩＮ検出信号にノイズが発生する問題があった。

次に、本発明について説明する。図３に、ＳＩＮ信号コイル１１（ＣＯＳ信号コイル１２）と、ステータトランス１５との径方向における位置関係を示す。９０度ずつに分かれて形成されている４個のＳＩＮ信号コイル１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄが形成された外周部分と内周部分の中間位置に、円環状のステータトランス１５が位置している。４個のＳＩＮ信号コイル１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄの径方向の幅は、図４のステータトランス１１５のあった位置まで拡がって形成されている。
図５に、ＳＩＮ信号コイル１１とステータトランス１５との位置関係を示す。実際は図３に示すように、円板上に形成されているため円弧状であるが、実験では、便宜的に長方形状で行っているが、これによる誤差は小さいことを確認している。
ＳＩＮ信号コイル１１は、７周分の周回コイルであり、外周部分１１ｂ、内周部分１１ａ、及び両側の径方向部分１１ｃ、１１ｄ（これが、請求項の径方向に伸びる部分に相当する。）より構成されている。外周部分１１ｂと内周部分１１ａが、請求項の周方向に伸びる部分に相当する。外周部分１１ｂと内周部分１１ａとの中間位置、すなわち、径方向部分１１ｃ、１１ｄの中点を結ぶ線が中間線３０であり、本実施例では、中間線３０の位置に、ステータトランス１５の幅方向の中心が位置している。

一方、ＳＩＮ信号コイル１１Ａ内においては、コイルの配線に流れる電流に時間差はないので、ＳＩＮ信号コイル１１Ａで発生する磁束に時間差はほとんどない。
したがって、ステータトランス１５が中間線Ｌの位置にあるときには、ステータトランス１５で発生する磁束は、ステータトランス１５の両側で逆向きに均等量通過する。ステータトランス１５の両側を通過する磁束の量が常に等しく、反対方向であるため、キャンセルし合って、発生する誘起電流値は、ほぼゼロとなる。

図６に、ステータトランス１５の位置を中間線３０から離したときのコイル回り込み量を示す。横軸が、ステータトランス１５の幅方向の中心と中間線３０との距離Ｌを採り、縦軸は、コイルの回り込み量（コイルで発生する磁束のステータトランス１５の両側での差であり、コイルで発生する誘起電流値と比例する。）を百分率比で示す。コイルの回り込み量がゼロであることは、コイルで発生する誘起電流がゼロであることを示し、コイルの回り込み量が大きくなると、コイルで発生する誘起電流値が大きくなる。
図６からわかるように、Ｌが０−２ｍｍでは、コイルの回り込み量が、２０％以下であり、大きな問題ではない。Ｌ＝Ｌ１＝５．７ｍｍ、すなわち、ステータトランス１５の幅方向の中心が、外周部分１１ｂの外周線と重なるときには、コイルの回り込み量は最大となる。すなわち、ノイズの原因となるステータトランス１５で発生した磁束により、直接的に検出コイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）で発生する誘導電流は最大となり、Ｓ／Ｎ比が小さくなる問題がある。

以上詳細に説明したように、本実施例のレゾルバ１０（角度センサ）によれば、（１）ステータコイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）と、ステータトランス１５を備えるレゾルバステータ４０と、ロータコイル（励磁コイル１３）とロータトランス１４を備えるレゾルバロータ２０と、を有し、ステータコイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）とステータトランス１５は軸方向で、別層として重なって配置され、ロータコイル（励磁コイル１３）とロータトランス１４は軸方向で、別層として重なって配置されているレゾルバ（角度センサ）において、ステータトランス１５は、ステータコイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）の周方向に伸びる部分（外周部分１１ｂ、１２ｂ、内周部分１１ａ、１２ａ）とは重ならず、径方向に伸びる部分（径方向部分１１ｃ、１１ｄ、１２ｃ、１２ｄ）と交差する位置に配置されていること、ロータトランス１４は、ロータコイル（励磁コイル１３）の周方向に伸びる部分（外周部分１３ｂ、内周部分１３ａ）とは重ならず、径方向に伸びる部分（径方向部分１３ｃ、１３ｄ）と交差する位置に配置されていること、を特徴とするので、コイルで発生する交番磁束は、コイルに近い程磁束密度は高いが、励磁コイル１３、及び検出コイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）の周方向に伸びる部分と、ステータトランス１５、及びロータトランス１４が重なることがないため、励磁コイル１３で発生する交番磁束のうち、ステータトランス１５、及びロータトランス１４の配線部分を通過する割合を大幅に削減することができ、ステータトランス１５、及びロータトランス１４における誘起電流（渦電流）の発生が抑制される。
ステータトランス１５、及びロータトランス１４における誘起電流（渦電流）の発生を減少させることにより、励磁コイル１３で発生する交番磁束が受ける影響（渦電流による損失）を小さくできるため、検出コイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）で大きな検出信号を得ることができ、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。
また、同一平面にステータトランス１５と、ＳＩＮ信号コイル１１（ＣＯＳ信号コイル１２）を並べた構造（図４）より、重ね合わせた構造（図３）とすることで、ＳＩＮ信号コイル１１（ＣＯＳ信号コイル１２）の開口面積を大きくすることができるため、レゾルバステータ４０とレゾルバロータ２０との間に形成したコイル間の磁気結合が改善され、出力信号を大きくすることができ、レゾルバステータ４０とレゾルバロータ２０との間のギャップ変動に対する出力変動を低減することができる。

（２）（１）に記載するレゾルバ１０（角度センサ）において、ステータトランス１５は、ステータコイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）の径方向中央部分で交差していること、ロータトランス１４は、ロータコイル（励磁コイル１３）の径方向中央部分で交差していること、を特徴とするので、ステータトランス１５で発生する交番磁束が、検出コイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）に対して、ステータトランス１５の配線の両側で逆向きに等しい量通過するため、ステータトランス１５で発生する磁束により直接的に検出コイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）で発生する誘起電流をほぼゼロとすることができる。ステータトランス１５で発生する磁束が検出コイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）に直接的に作用することに起因するノイズを減らすことができ、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。

次に、第２の発明について詳細に説明する。
従来、検出コイルとして、４個のＳＩＮ信号コイル１１と、４個のＣＯＳ信号コイル１２とを組み合わせて、磁気的結合関係を構成した時に、例えば、４個のＳＩＮ信号コイル１１の間に、磁束が通過しても誘起電流が発生しない磁気的な空白部分が存在するため、出力インピーダンスＺ１（Ｚ１＝Ｒ＋ｊωＬ）は、回転角度により変動する。図９に、回転角度と出力インピーダンスＺとの関係を示す。横軸は、ステータに対するロータの回転角度であり、縦軸は、インピーダンス（Ω）、及びインダクタンス（μＨ）、キャパシタンス（μＦ）である。
レゾルバは回転することで、レゾルバロータ２０と、レゾルバステータ４０の間の磁気的結合を変化させることで検出回路の出力を変化させている。そして、その出力変化から角度を算出しているのである。レゾルバロータ２０とレゾルバステータ４０の間の磁気的結合を変化させているため、出力インピーダンスＺは角度により変化する。すなわち、レゾルバロータ２０とレゾルバステータ４０との間のインダクタンスＬは、図９に示すように、回転角度により変化する。出力インピーダンスＺ１は、インダクタンスＬのみの関数なので、図９のように変化する。この変化が、検出コイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）の検出信号に誤差を発生させるのである。

上記問題を解決するために、本発明の実施の形態では、レゾルバステータ４０とレゾルバロータ２０に容量素子を配置している。図７に、レゾルバステータ４０の構成を示し、図８に、レゾルバロータ２０の構成を示す。
図７には、検出コイルのうち、４個のＳＩＮ信号コイル１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄを示している。ＳＩＮ信号コイル１１の外周位置には、ステータ側ロータリトランスコイルであるステータトランス１５が形成されている。また、ＳＩＮ信号コイル１１の内周位置には、４個のステータ側電極３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄが配置されている。ステータ側電極３１Ａの中心は、ＳＩＮ信号コイル１１Ａ、１１Ｂの周方向の間の中間位置に位置している。ステータ側電極３１Ｂの中心は、ＳＩＮ信号コイル１１Ｂ、１１Ｃの周方向の間の中間位置に位置している。ステータ側電極３１Ｃの中心は、ＳＩＮ信号コイル１１Ｃ、１１Ｄの周方向の間の中間位置に位置している。ステータ側電極３１Ｄの中心は、ＳＩＮ信号コイル１１Ｄ、１１Ａの周方向の間の中間位置に位置している。

ステータ側電極３１Ｂは、中心付近で２分割されており、各々が外部配線に接続している。ステータ側電極３１Ｂの左側部分は、ＳＩＮ信号コイル１１Ｃの一端に接続し、ＳＩＮ信号コイル１１Ｃの他端は、ステータ側電極３１Ｃの一端に接続している。ステータ側電極３１Ｃの他端は、ＳＩＮ信号コイル１１Ｄの一端に接続し、ＳＩＮ信号コイル１１Ｄの他端は、ステータ側電極３１Ｄの一端に接続している。ステータ側電極３１Ｄの他端は、ＳＩＮ信号コイル１１Ａの一端に接続し、ＳＩＮ信号コイル１１Ａの他端は、ステータ側電極３１Ａの一端に接続している。ステータ側電極３１Ａの他端は、ＳＩＮ信号コイル１１Ｂの一端に接続し、ＳＩＮ信号コイル１１Ｂの他端は、ステータ側電極３１Ｂの右側部分に接続している。

図８には、４個の励磁コイル１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄを示している。励磁コイル１３の外周位置には、ステータトランス１５に対向して、ロータ側ロータリトランスコイルであるロータトランス１４が形成されている。また、励磁コイル１３の内周位置には、４個のロータ側電極３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄが配置されている。ロータ側電極３２Ａの中心は、励磁コイル１３Ａ、１３Ｂの周方向の間の中間位置に位置している。ロータ側電極３２Ｂの中心は、励磁コイル１３Ｂ、１３Ｃの周方向の間の中間位置に位置している。ロータ側電極３２Ｃの中心は、励磁コイル１３Ｃ、１３Ｄの周方向の間の中間位置に位置している。ロータ側電極３２Ｄの中心は、励磁コイル１３Ｄ、１３Ａの周方向の間の中間位置に位置している。
ロータ側電極３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄは、各々が接続されている。また、図示しない接地配線により、ロータ側電極３２は、接地電位に接続されている。

４個のステータ側電極３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄと、４個のロータ側電極３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄの位置関係は、レゾルバステータ４０に対してレゾルバロータ２０が回転するため変化し、その変化により、ステータ側電極３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄと、ロータ側電極３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄとの間のキャパシタンスＣが変化する。キャパシタンスＣの変化を、図９に示す。
キャパシタンスＣを図９に示すようにすることにより、出力インピーダンスＺ２（Ｚ２＝Ｒ＋ｊωＬ−ｊ／ωＣ）は、全ての回転角度において、ほぼゼロとなる。

以上詳細に説明したように、第２の発明の実施の形態によれば、レゾルバステータ４０に設けられ、ステータコイル（ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２）と直列に接続されたステータ側電極３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄと、レゾルバロータ２０に設けられ、接地電位に接続されたロータ側電極３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄとの間で容量素子を構成し、容量素子の容量値は、レゾルバロータ２０の回転に伴って変動すること、を特徴とするので、レゾルバロータ２０の回転に伴う容量素子の容量値の変化により、レゾルバで発生する出力インピーダンスＺの変動を低減させることにより、レゾルバの出力インピーダンスＺの変動を抑制し、ＳＩＮ信号コイル１１、ＣＯＳ信号コイル１２で検出する検出信号（ＳＩＮ検出信号、ＣＯＳ検出信号）の誤差を低減することができる。

次に、第３の発明について説明する。始めに、従来技術の問題点を説明する。 従来のレゾルバのハーネスの接続構造を図１１に示す。図１１では、励磁信号発生器４１等簡略化して記載している。
励磁信号発生器４１を含む回路５８は、ある長さを備えるハーネス４０により、センサ部の励磁コイル４２に接続されている。
励磁コイル４２と回路５８との間を、ハーネス４０を用いて接続しているが、波長λに対してハーネスが、１／４０＊λ以上の長さになると、レゾルバの負荷Ｚが、回路側から見るとハーネスにより変化してしまい、十分な電圧が供給できない問題があった。
すなわち、波長λに対して、ハーネス長が１／４０＊λ（θ＝９°）以上においては、回路から見たレゾルバの入力インピーダンスは、ハーネス４０の特性インピーダンスと長さ（電気長）によってインピーダンス変換されてしまう。
このようなハーネス４０によるインピーダンス変換の現象は高周波の技術分野では一般的である。高周波製品では、このようなインピーダンス変換が生じないように、回路やセンサ（アンテナ）等のインピーダンスを、５０Ωになるように設計し、ハーネスの特性インピーダンスも５０Ωにしている。
しかし、レゾルバのような入力電圧の低下が出力電圧の低下につながり、結果としてＳ／Ｎ比の低下の問題を発生する製品においては、安易にインピーダンスを、５０Ωに設計するのは難しい。
また、インピーダンスの変化が、ハーネス４０に依存していることから、ハーネス４０の長さが変わると、レゾルバへの入力電圧が変化する現象が発生するため、ハーネス４０の長さに関係なく、レゾルバに安定した入力電圧を供給できる回路設計が必要となり、コストアップの問題が生じる。

第３の発明の実施の形態を図１０に示す。回路５８の励磁信号発生器４１の２つの出力端子に対して並列に、電圧可変直流電源６１を接続している。励磁信号発生器４１に直列に、抵抗４４、コンデンサ４３が接続している。また、励磁コイル４２と励磁信号発生器４１の一方の出力端子の間に直列に可変容量ダイオード６２を接続している。ここで、可変容量ダイオードとは、端子に加える電圧によって静電容量が変化するダイオードであり、バリキャップやバラクタとも呼ばれている。
また、検出回路により検出した検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器６３、フィードバック制御回路６５が検出回路に接続されている。
ハーネス４０の長さが変化した時に、出力インピーダンスが変化し、検出回路で検出する角度に誤差が発生する。本発明では、検出回路の出力値をＡ／Ｄ変換器６３でＡ／Ｄ変換して、フィードバック回路６５により、フィードバックして、検出回路で検出される検出信号の振幅が最大となるように、電圧可変直流電源６１の電圧値を変化させている。電圧値を変化させることにより、ハーネス４０の持つインピーダンス変換のＬ成分をキャンセルしている。

以上、詳細に説明したように、第３の発明の実施の形態によれば、励磁コイル４２（またはステータトランス１５）に励磁信号を供給する励磁信号発生器４１（励磁信号生成回路）と、励磁コイル４２（またはステータトランス１５）と、励磁信号発生器４１とに直列に接続された可変容量ダイオード６２と、励磁信号発生器４１と並列に接続され、可変容量ダイオード６２の容量値を調整する電圧可変直流電源６１（直流電源）とを有し、電圧可変直流電源６１の電圧値を、ロータ側で検出される検出信号の振幅が最大となるように、フィードバック制御するフィードバック回路６５を有すること、を特徴とするので、ハーネス４０の長さによる入力インピーダンス変化の影響を抑制し、検出誤差を低減することができる。

以上本発明の具体的な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、第２の発明の実施の形態において、第１の発明の実施の形態とは異なる、ロータリトランスをステータコイル、ロータコイルの外側に配置する場合について説明したが、第１の発明の図１、２に対しても、第２の発明を適用することができる。
例えば、第１の発明の実施の形態では、励磁を励磁コイル１３で行い、検出をＳＩＮ信号コイル１１とＣＯＳ信号コイル１２という２つの検出コイルを用いる、いわゆる１励磁２検出方式について説明したが、本発明は、他の励磁・検出方式に適用できる。

１１ ＳＩＮ信号コイル
１１ａ 内周部分
１１ｂ 外周部分
１１ｃ、１１ｄ 径方向部分
１２ ＣＯＳ信号コイル
１２ａ 内周部分
１２ｂ 外周部分
１２ｃ、１２ｄ 径方向部分
１３ 励磁コイル
１３ａ 内周部分
１３ｂ 外周部分
１３ｃ、１３ｄ 径方向部分
１４ ロータトランス
１５ ステータトランス
２０ レゾルバロータ
４０ レゾルバステータ

Claims (4)

1. ステータコイルとステータ側ロータリトランスコイルを備えるステータと、ロータコイルとロータ側ロータリトランスコイルを備えるロータと、を有し、前記ステータコイルと前記ステータ側トランスコイルは軸方向で、別層として重なって配置され、前記ロータコイルと前記ロータ側ロータリトランスコイルは軸方向で、別層として重なって配置されている角度センサにおいて、
   前記ステータ側ロータリトランスコイルは、前記ステータコイルの周方向に伸びる部分とは重ならず、径方向に伸びる部分と交差する位置に配置されていること、
   前記ロータ側ロータリトランスコイルは、前記ロータコイルの周方向に伸びる部分とは重ならず、径方向に伸びる部分と交差する位置に配置されていること、
   を特徴とする角度センサ。
2. 請求項１に記載する角度センサにおいて、
   前記ステータ側ロータリトランスコイルは、前記ステータコイルと、前記ステータコイルの径方向中央部分で交差していること、
   前記ロータ側ロータリトランスコイルは、前記ロータコイルと、前記ロータコイルの径方向中央部分で交差していること、
   を特徴とする角度センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載する角度センサにおいて、
   前記ステータに設けられ、前記ステータコイルと直列に接続されたステータ側電極と、前記ロータに設けられ、接地電位に接続されたロータ側電極との間で容量素子を構成し、前記容量素子の容量値は、前記ロータの回転に伴って変動すること、
   を特徴とする角度センサ。
4. 請求項１乃至請求項３に記載する角度センサのいずれか１つにおいて、
   前記ステータコイルまたは前記ステータ側ロータリトランスコイルに励磁信号を供給する励磁信号生成回路と、
   前記ステータコイルまたは前記ステータ側ロータリトランスコイルと、前記励磁信号生成回路とに直列に接続された可変容量ダイオードと、
   前記励磁信号生成回路と並列に接続され、前記可変容量ダイオードの容量値を調整する直流電源とを有し、
   前記直流電源の電圧値を、前記ロータ側で検出される検出信号の振幅が最大となるように、フィードバック制御すること、
   を特徴とする角度センサ。