JP4463594B2 - 角度センサ - Google Patents

Description

この発明は回転体の回転角度を検出する角度センサに関するものである。

従来の角度センサとしては、例えば以下のものがある。
従来例その１として、回転軸（回転体）に固定された永久磁石と、この永久磁石の周囲に固定して配置されたホール素子などの磁気検出素子（磁界検出素子）とを備え、回転軸の回転にともなって、永久磁石の作る磁束変化を磁気検出素子で感知することにより回転角を検出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、従来例その２として、回転軸に固定された導電性シールド板（可動片）と、この導電性シールド板と対向して配置された検出コイル（センサコイル）とを備え、この検出コイルに対向する導電性シールド板に渦電流を発生させ、検出コイルに対向する導電性シールド板の面積の変化を渦電流の変化、即ち、検出コイルのインピーダンスの変化として、この変化から回転角度を検出するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１６１６４３号公報 特開２０００−１２３６８６号公報

従来の角度センサは以上のように構成されているが、前記従来例その１のような磁気回路を用いた角度センサでは、センサ内に永久磁石や磁気検出素子などを配置する必要があり、このために構造が複雑であり、価格も高価になるという問題があった。
また、前記従来例その２のような渦電流方式を用いた角度センサでは、対向する導電性シールド板の面積の変化による信号出力の変化に対して、導電性シールド板と検出コイルとの距離の変化の影響が大きく、実用的なセンサを作る事が困難であるという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、単純な構造で回転軸の回転角度の検出を可能にするとともに、その検出精度を向上した角度センサを得ることを目的とする。

この発明に係る角度センサは、印加高周波信号により磁束を発生する円筒形コイルと、この円筒形コイルの中心軸方向と垂直であってこのコイル内側の略中央位置に固定され、コイル内側の磁束の一部をシールドする固定シールド板と、前記円筒形コイルの中心軸上に配置され、被検出角度の変化に応じて回転駆動される回転軸と、この回転軸と垂直であって前記円筒形コイル内側の略中央位置に配置され、この回転軸とともに回転し、前記固定シールド板でシールドされる以外の磁束をシールドする回転シールド板と、前記回転シールド板の回転による前記円筒形コイルの両端電圧変化をもとに角度情報を検出する角度検出処理手段とを備えたものである。

この発明によれば、回転軸上にコイル中心軸を有し、印加高周波信号により磁束を発生する円筒形コイルの内側の略中央位置に固定シールド板と回転シールド板とが回転軸と垂直に配置され、固定シールド板は前記コイルの内側の略中央位置に固定されてこのコイル内側の磁束の一部をシールドし、回転シールド板は回転軸とともに回転し、固定シールド板でシールドされる以外の磁束をシールドし、この回転シールド板の回転による円筒形コイルの両端電圧変化をもとに角度情報を検出するように構成としたので、角度センサは、円筒形コイル、固定シールド板、回転軸および回転シールド板等の単純な部品により構成することができ、構造を単純化できる。
また、固定シールド板および回転シールド板の各位置を円筒形コイル内側の略中央位置に配置しているので、これらシールド板の位置が変動してもこれら周囲の磁束はほぼ一定であるためにこの位置ずれによる誤差の発生が抑制され、高精度な角度測定が可能となる。
また、円筒形コイルの内側に固定シールド板および回転シールド板が配置されるので、センサ部分を小型化することができる。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による角度センサの構造を示す横断面図である。
図１において、この角度センサは、円筒形コイル１の内側のほぼ中央部分には、固定シールド板２が円筒形コイル１に固定して取り付けられる。
回転軸３は非磁性部材で構成され、円筒形コイル１の中心軸上に配置される。この回転軸３は被検出角度の変化に応じて回転駆動される。
回転シールド板４は、回転軸３と一緒に回転するように回転軸３に取り付けられ、軸方向に対しては、円筒形コイル１の内側のほぼ中央に位置するように固定される。図示のように、回転軸３に対する固定シールド板２および回転シールド板４の配置関係は垂直である。

図２は図１のＡ方向（回転軸３方向）からの正面図である。
図２で示すように、固定シールド板２は半円形の形状をしており、導電性部材で構成されている。また、この固定シールド板２は、絶縁部材で構成された母材の表面に半円形の導電性部材を形成した構造としても良い。この時、母材の形状は半円形である必要はない。
また、導電性部材で構成した固定シールド板２を絶縁部材で覆う構造としても良い。
回転シールド板４は、図２でその一部を示すように、固定シールド板２と同じく、半円形の形状をしており、その他の構成も上述の固定シールド板２と同様である。
なお、後述するが、上記固定シールド板２および回転シールド板４は必ずしも半円形である必要はなく、固定シールド板２がコイル内の一部をシールドし、回転シールド板４の回転によって、円筒形コイル１内のシールドされる面積が変化するような形状の構成であればよい。

図３および図４は前記図２を用いた固定シールド板２と回転シールド板４との位置関係の説明図である。
回転シールド板４は、回転軸３と共に回転するが、例えば回転軸３の回転角度が０度の場合には、図３のようにコイル内全面が固定シールド板２と回転シールド板３で覆われるように構成し、回転軸３を１８０度回転した場合には、図４のように固定シールド板２と回転シールド板４とが、回転軸３の方向から見た場合に完全に重なりあうように構成する。

図５はこの発明の実施の形態１による角度センサの電気回路構成の一例を示すブロック図である。
図５において、この角度センサは、信号発生器（シグナル・ジェネレータ）１０、リファレンス・コイル１１、検波回路１２、信号処理回路１３および前述の円筒形コイル１で構成される。

上記構成において、信号発生器（シグナル・ジェネレータ）１０は１０ＫＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の高周波信号を発生し、この信号を円筒形コイル１に印加する。

リファレンス・コイル１１は信号発生器１０による円筒形コイル１への信号印加レベルを調整する。

検波回路１２は円筒形コイル１の両端電圧を検波し、この両端電圧の変化を検出する。
信号処理回路１３は検波回路１２からの出力信号を処理し、角度情報に変換する。
上記検波回路１２と信号処理回路１３とで角度検出処理手段を形成する。

次に動作について説明する。
円筒形コイル１には、図５で示すように、信号発生器１０から１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の高周波信号が印加される。この時、円筒形コイル１の内側（内部）にはコイル内を流れる電流ｉに対して、ｄｉ／ｄｔに比例した磁束Ｈが発生する。この発生した磁束Ｈは信号発生器１０から供給される信号に同期した周波数で変動する。
ここで、図６は固定シールド板２および回転シールド板４を除外したときのある時点における円筒形コイル１の内側に発生する磁束Ｈを示した図であり、固定シールド板２および回転シールド板４の影響を除外したときには円筒形コイル１の内側には図示の向きの磁束Ｈが均一に分布している状態を示す。

また、図７は固定シールド板２および回転シールド板４を配置したときの円筒形コイル１の内側の磁束Ｈの状態を示した図であり、円筒形コイル１の内側に導電性のシールド板２，４が配置されると、磁束Ｈの変動にともなって、固定シールド板２および回転シールド板３上に渦電流が発生し、図７で示すようにコイル内側の磁束Ｈをシールド（遮蔽）する。
このような磁束Ｈの変化は、円筒形コイル１のインピーダンスの変化として現れる。
この円筒形コイル１の内側において固定シールド板２および回転シールド板４によりシールドされる磁束が多いほど、即ち、これらシールド板２，４によってシールドされる面積が大きいほど、円筒形コイル１のインピーダンスは低下する。
従って、図５に示す構成により、上記円筒形コイル１のインピーダンスの変化を検出し、このインピーダンス変化をもとに回転軸３の角度情報を検出することができる。

信号発生器１０により発生された高周波信号により、円筒形コイル１とこの円筒形コイル１と直列に配置されたリファレンス・コイル１１が励振される。信号発生器１０から出力される信号電圧が一定であれば、円筒形コイル１のインピーダンスの変化にともなって、この円筒形コイル１の両端の電圧が変化する。例えば、円筒形コイル１のインピーダンスが大きくなると円筒形コイル１の両端電圧は大きくなる。
この電圧変化を検波回路１２で検出し、信号処理回路１３により角度情報に変換する。この変換した角度情報が回転軸３の角度変位を示す。
なお、リファレンス・コイル１１は、抵抗に置き換えてもよい。
また、円筒形コイル１を１次コイルと２次コイルとからなる２重コイルとし、一方のコイルを信号発生器１０とリファレンス・コイル１１に接続し、他方のコイルを検波回路１２に接続してもよい。このとき、この２重コイルの巻数比は１：１でもよいが、この巻数比を任意に変更して検波回路１２に対する出力信号電圧を調整してもよい。

図８は前記図５の構成における検波回路１２の出力電圧（検波信号）の一例を示す図であり、回転軸３の回転角度（横軸）に対する検波回路１２の出力電圧（縦軸）の関係を示す。
図８において、本構成の角度センサでは、回転軸３の回転角度０度（図３）〜１８０度（図４）までは出力電圧が単調に上昇し、１８０度〜３６０度までは対称な波形で単調に出力電圧が減少する。この検波回路１２の出力電圧が信号処理回路１３において角度情報に変換される。
また、円筒形コイル１のインピーダンス変化との関係については、回転角度０度（３６０度）（図３）でインピーダンス最小、回転角度１８０度（図４）でインピーダンス最大となる。
従って、出力電圧からの角度測定範囲は０〜１８０度となる。

以上のように、この実施の形態１によれば、回転軸３上にコイル中心軸を有し、高周波信号が印加されて磁束を発生する円筒形コイル１の内側の略中央位置には、それぞれ半円形の固定シールド板２と回転シールド板４とが回転軸３と垂直に配置され、固定シールド板２は円筒形コイル１の内側の略中央位置に固定されて円筒形コイル内側の磁束の半分をシールドし、回転シールド板４は回転軸３に固定されて回転し、固定シールド板２でシールドされる以外の磁束をシールドし、この回転シールド板４の回転による円筒形コイル１の両端電圧変化をもとに角度情報を検出するように構成したので、角度センサは、円筒形コイル１、固定シールド板２、回転軸３および回転シールド板４等の単純な部品により構成することができ、構造を単純化でき、コストを低減できる。

また、固定シールド板２および回転シールド板４の各位置を円筒形コイル１の内側のほぼ中央に配置することにより、図６または図７で示すように、これらシールド板２，４の位置が変動してもこれら周囲の磁束Ｈはほぼ一定であるので、これらシールド板２，４の位置ずれなどによる誤差の発生が抑制され、高精度な角度測定が可能となる。

また、円筒形コイル１の内側に固定シールド板２および回転シールド板４が配置されるので、センサ部分を小型化することができる。

また、角度センサ周辺の温度が上昇した場合において、検出コイルとシールド板とを対向して配置する前記従来例の方式では、検出コイル面積の変動が直接、出力信号の変動につながったが、固定シールド板２および回転シールド板４をコイル内側に配置した本発明における構成では、円筒形コイル１と固定シールド板２および回転シールド板４との膨張率の差が円筒形コイル１の両端電圧（出力信号）の誤差となるため、この両端電圧の温度特性を向上することができる。

また、円筒形コイル１と固定シールド板２および回転シールド板４の熱膨張率がほぼ同じであるように構成すれば、例えば、両者に銅素材を用いた構成とすれば、温度変化による出力変動を十分小さくすることができる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、図１に示すように、固定シールド板２と回転シールド板４とは電気的に非接触とした。
これに対しこの実施の形態２は、これら固定シールド板２と回転シールド板４とを電気的に接触（図示せず）するように構成したものである。

以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１（図１）による角度センサの固定シールド板２と回転シールド板４とを電気的に接触するように構成したので、円筒形コイル１の内側の磁束をシールドする渦電流の流れが、固定シールド板２と回転シールド板４とを跨って流れるため、より効率よく磁束をシールドすることができ、これにより、図８で説明した検波回路１２の出力電圧が大きくなり、角度検出の精度を向上できる。

実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３による角度センサの構造を示す横断面図であり、図１と同一のものについては同一符号を付してある。なお、図１と同一符号のものについての説明は省略する。
図９において、この発明の実施の形態３による角度センサは、円筒形コイル２１および固定シールド板２２を一体の基板２３上にエッチング処理などの印刷手法を用いて形成した構成によるものである。この構成における円筒形コイル２１および固定シールド板２２それぞれの回転軸３との位置関係は図１と同様である。
また、円筒形コイル２１の電気的な特性は図１の円筒形コイル１と同様であり、固定シールド板２２の形状や材質等についても図１の固定シールド板２と同様である。
回転軸３および回転シールド板４は図1のものと同一であり、その説明は省略する。

以上のように、この実施の形態３によれば、円筒形コイル２１および固定シールド板２２を基板２３上に形成する構成としたので、円筒形コイル２１と固定シールド板２２を基板２３に一体で作成でき、これにより部品点数が減少しコストを低減することができる。

実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４による角度センサの構造を示す回転軸５の方向からの正面図であり、図１または図２と同一のものについては同一符号を付してある。なお、図１等と同一符号のものについての説明は省略する。
実施の形態１においては、図２等で説明したように、固定シールド板２および回転シールド板４それぞれの形状は半円形とした。
これに対しこの実施の形態４による角度センサは、図１０に示すように、固定シールド板３１および回転シールド板３２それぞれを扇開き角９０度の扇形形状のものを扇開き角と同じ９０度の間隔をおいて配置して形成したもので構成したものである。この場合、回転シールド板３２による磁束シールド可変範囲は９０度となり、この範囲が前記図５の検波回路１２と信号処理回路１３とで形成される角度検出処理手段による角度測定範囲となる。

また、上記扇形は扇開き角９０度の形状に限るものではなく、他の扇開き角としてもよい。即ち、固定シールド板３１及び回転シールド板３２それぞれは、１８０度を任意の正の整数で除算した角度の扇開き角度の扇形形状をこの扇開き角度の間隔おきに配置して形成してもよい。
例えば、扇開き角６０度の扇形形状のものを扇開き角と同じ６０度の間隔をおいて配置し、三つの扇形形状で形成してもよい。この場合の角度測定範囲は開き角の６０度となる。
なお、上記形状の相違以外に関しては実施の形態１の固定シールド板２および回転シールド板４と同様であり、その説明は省略する。

以上のように、この実施の形態４によれば、固定シールド板３１および回転シールド板３２それぞれを扇開き角９０度の扇形形状のものを９０度の間隔をおいて配置して形成した構成としたので、回転軸３の角度測定範囲が０〜９０度となり、回転軸３の回転角度変化による検波回路１２（図５）の出力電圧の変化が大きくなるため、より精密な角度測定を行うことができる。
また、更に扇開き角度を小さくして扇形状の分割数を多くすれば、検波回路１２の出力電圧の変化も更に大きくなり、より高精度な角度測定を行う事ができる。

実施の形態５．
前記実施の形態１による角度センサは、円筒形コイル１、固定シールド板２および回転シールド板４からなるもの一組を回転軸３に設けたものである。
これに対しこの実施の形態５による角度センサは、実施の形態１の円筒形コイル１（第１の円筒形コイル）、固定シールド板２（第1の固定シールド板）および回転シールド板４（第１の回転シールド板）からなるもの一組（図２）と、実施の形態４の円筒形コイル１（第２の円筒形コイル）、固定シールド板３１（第２の固定シールド板）および回転シールド板３２（第２の回転シールド板）からなるもの一組（図１０）の２組を一つの回転軸３に設けて構成したものである（図示せず）。
上記構成において、第１の円筒形コイル、第1の固定シールド板および第１の回転シールド板とで第1のセンサ構成部を形成し、第２の円筒形コイル、第２の固定シールド板および第２の回転シールド板とで第２のセンサ構成部を形成する。

また、上記構成において、実施の形態４の固定シールド板３１および回転シールド板３２の扇形形状は図１０に示すような開き角９０度に限るものではなく、他の開き角（例えば６０度）であってもよい。
また、図５で説明した検波回路１２および信号処理回路１３それぞれは（角度検出処理手段）、検波回路１２においては前記第１の円筒形コイルおよび第２の円筒形コイルの二つからの電圧信号をそれぞれ検波し、信号処理回路１３はこの検波回路１２からの２系統の出力電圧をもとに角度情報に変換する。
なお、上記各組の構成自体については既に説明した通りであり、その説明は省略する。

以上のように、この実施の形態５によれば、実施の形態１の角度センサと実施の形態４の角度センサの二つを組み合わせた構成としたので、これら各角度センサを形成する二つの円筒形コイル１（図２，図１０）それぞれの電圧信号を検波した検波回路１２（図５）からの２系統の出力電圧を信号処理回路１３で処理することにより、角度測定範囲が０〜１８０度で、かつ、精密な角度測定を行うことができる。
また、更に固定シールド板３１および回転シールド板３２の扇形形状の分割数を多くすれば、より高精度な角度測定を行うことができる。

実施の形態６．
前記実施の形態５による角度センサは、実施の形態１の円筒形コイル１（第１の円筒形コイル）、固定シールド板２（第1の固定シールド板）および回転シールド板４（第１の回転シールド板）からなるもの一組（図２）と、実施の形態４の円筒形コイル１（第２の円筒形コイル）、固定シールド板３１（第２の固定シールド板）および回転シールド板３２（第２の回転シールド板）からなるもの一組（図１０）の２組を一つの回転軸３に設けて構成したものである。
これに対しこの実施の形態６による角度センサは、実施の形態１の円筒形コイル１、固定シールド板２および回転シールド板４からなるもの一組（図２）を一つの回転軸３に２組設けて構成し、各組の固定シールド板２を９０度ずらして配置したものである（図示せず）。この場合、図２の円筒形コイル１、固定シールド板２および回転シールド板４はそれぞれ、第1の円筒形コイル１、第２の円筒形コイル１、第１の固定シールド板２、第２の固定シールド板２、第1の回転シールド板４、第２の回転シールド板４となる。

この構成において、第１の円筒形コイル、第1の固定シールド板および第１の回転シールド板とで第1のセンサ構成部を形成し、第２の円筒形コイル、第２の固定シールド板および第２の回転シールド板とで第２のセンサ構成部を形成する。
また、図５で説明した検波回路１２および信号処理回路１３それぞれは（角度検出処理手段）、検波回路１２においては前記第１の円筒形コイル１および第２の円筒形コイル１の二つからの電圧信号をそれぞれ検波し、信号処理回路１３はこの検波回路１２からの２系統の出力電圧をもとに角度情報に変換する。
なお、上記各組の構成自体については既に説明した通りであり、その説明は省略する。

また、上記構成における検波回路１２の出力例を図１１に示す。
図１１は上記構成における回転軸３の回転角度に対する検波回路１２の出力電圧の関係を示す図である。
図１１のように、検波回路１２の出力電圧は９０度位相が異なった二つの出力信号が得られる。これは、二つの固定シールド板２を９０度ずらして配置したことによる。
従って、信号処理回路１３にて、これら二つの信号を処理することにより、角度測定範囲は０〜３６０度となる。

以上のように、この実施の形態６によれば、実施の形態１の角度センサを二つ組み合わせ、各組の固定シールド板２を９０度ずらして配置した構成としたので、二つの円筒形コイル１（図２）それぞれの電圧信号を検波した検波回路１２（図５）からの２系統の出力電圧を信号処理回路１３で処理することにより、角度測定範囲を０〜３６０度にすることができる。

実施の形態７．
図１２はこの発明の実施の形態７による角度センサの構造を示す横断面図であり、図１と同一のものについては同一符号を付してある。なお、図１と同一符号のものについての説明は省略する。
実施の形態１による角度センサは、回転軸３を円筒形コイル１の中心軸上に配置し、この回転軸３と垂直方向に半円形状等の回転シールド板４取り付ける構造であった。
これに対しこの実施の形態７による角度センサは、図１２に示すように、円筒形コイル１の側面中央を貫通して回転軸３を配置したもので、回転軸３には、回転シールド板４１が固定されている。この回転シールド板４１は、導体で構成された円形の板であり、この円形の直径方向に回転軸３を挿通して固定し、円筒形コイル１の内側を回転軸３の回転に伴って回転する。この回転の方向を図１３に示す。

図１３は図１２を回転軸３の軸方向から描いた横断面図である。
回転シールド板４１は回転軸３の回転に伴って図１３に示す矢印の向きに回転する。
なお、回転シールド板４１の材質については実施の形態１の回転シールド板３と同様である。
図１３において、回転シールド板４１の面が、円筒形コイル１の中心軸と垂直な状態、即ち、シールド板３が円筒形コイル１の内部をほぼ全面シールドしている状態では、回転シールド板４１上に発生する渦電流の効果によって、円筒形コイル１のインピーダンスは減少する。
一方、回転シールド板４１の面が円筒形コイル１の中心軸と平行である場合には、シールド効果はほぼゼロになり、円筒形コイル１のインピーダンスは最大になる。
このインピーダンス変化による円筒形コイル１の両端電圧変化をもとに、前記図５の検波回路１２と信号処理回路１３とで形成される角度検出処理手段により角度情報を検出する。

また、回転シールド板４１は図１４に示すような断面が曲面を持つ構造としても良い。
図１４は図１３の回転シールド板４１の他の形状例を示す横断面図である。
図１４に示すように、回転シールド板４１ａはその断面を例えば楕円形の形状としてもよい。この形状の場合、回転シールド板４１ａの外周部分が曲面（アール）を有しているので、回転シールド板４１ａの直径Ｄ１と円筒形コイル１の内径Ｌ１との差を小さくし、回転シールド板４１ａの外周部分と円筒形コイル１内側との隙間を減らしても回転シールド板４１ａを円筒形コイル１の内部で円滑に回転させることができる。

また、円筒形コイル１は回転軸を挟んだ２つのコイルとして製作し、これら２つのコイルが同一方向に磁束を発生するように各コイルに電流を流すようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態７によれば、円筒形コイル１の側面中央を貫通して回転軸３を配置し、この回転軸３には回転シールド板４１が固定され、この回転シールド板４１が円筒形コイル１の内側を回転軸３とともに回転するように構成したので、固定シールド板が不要となり、円筒形コイル１、回転シールド板４１および回転軸３の３つの要素部品のみで角度センサの機構部分を構成でき、コストを低減することができる。

また、円筒形コイル１は回転軸３に直接支持されるので、回転軸３のずれによる影響を小さくすることができ、角度検出精度を向上することができる。

また、回転シールド板４１ａを、その断面が例えば楕円形のように曲面を有する形状とした場合、回転シールド板４１ａの外周部分と円筒形コイル１内側との隙間を減らしても回転シールド板４１ａを円筒形コイル１の内部で円滑に回転させることができ、これにより、磁束のシールド効果が向上し、角度検出の精度を向上できる。

実施の形態８．
図１５はこの発明の実施の形態８による角度センサの構造を示す横断面図であり、図１と同一のものについては同一符号を付してある。なお、図１と同一符号のものについての説明は省略する。
実施の形態７による角度センサは、円筒形コイル１の側面中央を貫通して配置した回転軸３に、円形板の回転シールド板４１を固定する構造であった。
これに対しこの実施の形態８による角度センサは、図１５に示すように、円筒形コイル１の側面中央を貫通して回転軸３を配置し、回転軸３には、非磁性の導電性の板を絶縁、積層した材料で構成された、球形（球体）の回転シールド体５１が固定されている。この回転シールド体５１は、積層板の各面が、回転軸３と平行であるように構成されている。即ち、積層板の中の１枚５１ａの面は、回転軸に対して図１５のように平行となっており、回転軸３の回転に伴って、円筒形コイル１の作る磁束と平行な状態から、垂直な状態へ変化する。したがって、各積層板５１ａが磁束と概ね垂直である場合には、磁束に対するシールド効果が非常に大きくなり、平行な状態ではシールド効果が少なくなるため、回転軸３の回転を円筒形コイル１のインピーダンスの変化として捉える事ができる。

このインピーダンス変化による円筒形コイル１の両端電圧変化をもとに、前記図５の検波回路１２と信号処理回路１３とで形成される角度検出処理手段により角度情報を検出する。
また、回転シールド体５１は、球形（球体）以外の形状の積層体としても良い。
また、回転シールド体５１はその球体または積層体の一部を積層板で構成し、他の部分は絶縁材料で構成してもよい。

以上のように、この実施の形態８によれば、円筒形コイル１の側面中央を貫通して回転軸３を配置し、この回転軸３には積層された球形等の回転シールド体５１が固定され、この回転シールド体５１が円筒形コイル１の内側を回転軸３とともに回転するように構成したので、円筒形コイル１が発生する磁束に対するシールド効果が大きくなり、角度検出精度を向上することができる。
また、回転軸３が高速で回転しても、空気抵抗による回転抑止力が働きにくくなり、角度変位に対する追従性を向上できる。
また、回転シールド体５１の体積が大きくなるため、渦電流損による回転シールド体５１の温度変化が少なくなり、高精度の測定が可能となる。
また、実施の形態７と同様に固定シールド板を不要にできる。

実施の形態９．
図１６はこの発明の実施の形態９による角度センサの構造を示す横断面図であり、図１と同一のものについては同一符号を付してある。なお、図１と同一符号のものについての説明は省略する。
この実施の形態９による角度センサは、図１６に示すように、回転軸３に取り付けられたシールド板ベース６０を、固定側（非回転側）に取り付けられた２枚のコイルベース６１ａ（第1のコイルベース）と６１ｂ（第２のコイルベース）とで挟んだ構造であり、絶縁部材であるシールド板ベース６０の表面および裏面にはそれぞれ回転シールド板６２ａ（第1の回転シールド板）および回転シールド板６２ｂ（第２の回転シールド板）が形成されており、この第1の回転シールド板６２ａおよび第２の回転シールド板６２ｂそれぞれに対向するように、第1のコイルベース６１ａ上には第１のコイル６３ａが取り付けられ、第２のコイルベース６１ｂ上には第２のコイル６３ｂが取り付けられている。これら２つのコイル６３ａ，６３ｂは同一方向に磁束を発生するように各コイルに電流を流すようにする。

上記構成において、第１のコイルベース６１ａと第１のコイル６３ａとで第1のコイル部を形成し、第２のコイルベース６１ｂと第２のコイル６３ｂとで第２のコイル部を形成し、シールド板ベース６０と第1の回転シールド板６２ａおよび第２の回転シールド板６２ｂとで回転シールド部を形成する。

図１７はシールド板ベース６０と回転シールド板６２ａ（６２ｂ）の正面図である。
図１７に示すように、円形の板のシールド板ベース６０上に半ドーナツ形状の回転シールド板６２ａ（６２ｂ）が形成されている。
また、図１８はコイルベース６１ａ（６１ｂ）とコイル６３ａ（６３ｂ）の正面図である。
図１８に示すように、円形の板のコイルベース６１ａ（６１ｂ）上に略半円筒形のコイル６３ａ（６３ｂ）が取り付けられている。

回転軸３の回転にともなって、シールド板ベース６０も回転し、第1のコイル６３ａに対向する第１の回転シールド板６２ａの面積、および第２のコイル６３ｂに対向する第２の回転シールド板６２ｂの面積がそれぞれ変化する。この面積の変化によって、第１のコイル６３ａおよび第２のコイル６３ｂのインピーダンスが変化する。
このインピーダンス変化による第１のコイル６３ａおよび第２のコイル６３ｂの両端電圧変化をもとに、前記図５の検波回路１２と信号処理回路１３とで形成される角度検出処理手段により角度情報を検出する。

以上のように、この実施の形態９によれば、回転軸３に取り付けられたシールド板ベース６０の表面および裏面に固定された第1の回転シールド板６２ａおよび第２の回転シールド板６２ｂを、固定側の第1のコイルベース６１ａに固定された第１のコイル６３ａと第２のコイルベース６１ｂに固定された第２のコイル６３ｂとで挟み、回転軸３の回転とともにシールド板ベース６０を回転するように構成したので、シールド板６２ａとコイル６３ａのギャップ間隔およびシールド板６２ｂとコイル６３ｂのギャップ間隔が変化しても、シールド板６２ａ，６２ｂの位置変動範囲内での磁束の変化が少ないため、コイル６３ａ，６３ｂの出力信号への影響を低減することができ、精度の高い測定を行うことができる。

実施の形態１０．
図１９はこの発明の実施の形態１０による角度センサの構造を示す横断面図であり、図１と同一のものについては同一符号を付してある。なお、図１と同一符号のものについての説明は省略する。
この実施の形態１０による角度センサは、図１９に示すように、磁束を発生するコイルを第1のコイル１ａ、第２のコイル１ｂ、第３のコイル１ｃの３つのコイルで構成したものである。その他の構成は図１と同様である。
図２０は第２のコイル１ｂおよび第３のコイル１ｃを図１９の回転軸３の軸方向Ａから描いた正面図である。
また、図２１は第２のコイル１ｂ、第３のコイル１ｃ、固定シールド板２および回転シールド板４を図１９の回転軸３の軸方向Ａから描いた正面図である。
上記３つのコイルのうち、第1のコイル１ａは実施の形態１（図1）と同様の円筒形コイルであり、第２のコイル１ｂ、第３のコイル１ｃは図２０で示すように、略半円筒形であり、この略半円筒形のコイルを２つで円形の形状を形成している。この第２のコイル１ｂと第３のコイル１ｃの二つのコイルを組み合わせることで第1のコイル１ａと等価なコイルを形成している。

また、第２のコイル１ｂに流れる電流ｉｂおよび第３のコイル１ｃに流れる電流ｉｃは同方向で、同じ電流値となるように設定されており、中央部での見かけ上の電流はゼロとなるように構成している。
また、図２１に示すように、半円形状の固定シールド板２は、第２のコイル１ｂおよび第３のコイル１ｃと９０度回転した位置に固定される。
この固定シールド板２および回転シールド板４に対し、第1のコイル１ａと、上述の組み合わせた第２のコイル１ｂと第３のコイル１ｃとがそれぞれ左右対称に配置されることとなる。

図２２は前記構成における回転軸３の回転角度に対する検波回路１２（図５）の出力電圧の関係図である。
前記構成によれば、例えば、固定シールド板２と回転シールド板４でコイル内部を完全にシールドした位置をゼロ度の位置とし、回転シールド板４が反時計方向に回転する方向を正の角度方向としたた場合、第１のコイル１ａからは図２２に示すように、実施の形態１の場合と同じパターンの出力が得られる。
一方、例えば、第２のコイル１ｂからは図２２に示すように、０〜９０度では、次第に出力が増大し、９０度〜１８０度では常にコイルの全面がシールドされていないため出力は変わらず、１８０度から２７０度では、出力が次第に下がるというパターンの出力が得られる。
なお、第３のコイル１ｃの出力パターンは、図示しないが、第２のコイル１ｂの出力パターンを正方向に９０度シフトしたパターンとなる。

上記第１のコイル１ａと第２のコイル１ｂ、または第１のコイル１ａと第３のコイル１ｃのいずれかの２つのコイルそれぞれの両端電圧変化をもとに、前記図５の検波回路１２と信号処理回路１３とで形成される角度検出処理手段により処理することにより、０〜３６０度の角度情報が得られる。

以上のように、この実施の形態１０によれば、磁束を発生するコイルを、実施の形態１（図1）と同様の円筒形の第1のコイル１ａと、それぞれ略半円筒形の第２のコイル１ｂおよび第３のコイル１ｃの三つを設け、第２のコイル１ｂと第３のコイル１ｃとで円形状を形成し、半円形状の固定シールド板２はこれらコイル１ｂ，１ｃの半分の磁束をシールドするように配置固定され、半円形状の回転シールド板４を回転軸３とともに回転するように構成したので、第１のコイル１ａと第２のコイル１ｂ、または第１のコイル１ａと第３のコイル１ｃのいずれかの２つの出力信号を信号処理回路１３（図５）にて処理することにより、０〜３６０度の角度情報を得ることができる。

この発明の実施の形態１による角度センサの構造を示す横断面図である。 図２は図１のＡ方向からの正面図である。 図２を用いた固定シールド板と回転シールド板との位置関係の説明図である。 図２を用いた固定シールド板と回転シールド板との位置関係の説明図である。 この発明の実施の形態１による角度センサの電気回路構成の一例を示すブロック図である。 固定シールド板および回転シールド板を除外したときのある時点における円筒形コイルの内側に発生する磁束Ｈを示した図である。 固定シールド板および回転シールド板を配置したときの円筒形コイルの内側の磁束Ｈの状態を示した図である。 図５の構成における回転軸の回転角度に対する検波回路の出力電圧の関係図である。 この発明の実施の形態３による角度センサの構造を示す横断面図である。 この発明の実施の形態４による角度センサの構造を示す回転軸方向からの正面図である。 この発明の実施の形態６における回転軸の回転角度に対する検波回路の出力電圧の関係を示す図である。 この発明の実施の形態７による角度センサの構造を示す横断面図である。 図１２を回転軸の軸方向から描いた横断面図である。 図１３の回転シールド板の他の形状例を示す横断面図である。 この発明の実施の形態８による角度センサの構造を示す横断面図である。 この発明の実施の形態９による角度センサの構造を示す横断面図である。 図１６のシールド板ベースと回転シールド板の正面図である。 図１６のコイルベースとコイルの正面図である。 この発明の実施の形態１０による角度センサの構造を示す横断面図である。 図１９の第２のコイルおよび第３のコイルを回転軸方向から描いた正面図である。 図１９の第２のコイル、第３のコイル、固定シールド板および回転シールド板を回転軸方向から描いた正面図である。 この発明の実施の形態１０における回転軸の回転角度に対する検波回路の出力電圧の関係図である。

符号の説明

１ 円筒形コイル、１ａ，１ｂ，１ｃ コイル、２ 固定シールド板、３ 回転軸、４ 回転シールド板、１０ 信号発生器、１１ リファレンスコイル、１２ 検波回路、１３ 信号処理回路、２１ 円筒形コイル、２２ 固定シールド板、２３ 基板、３１ 固定シールド板、３２ 回転シールド板、４１，４１ａ 回転シールド板、５１ 回転シールド体、５１ａ 積層板、６０ シールド板ベース、６１ａ，６１ｂ コイルベース、６２ａ，６２ｂ 回転シールド板、６３ａ，６３ｂ コイル。

Claims (10)

1. 所定周波数の高周波信号が印加され、磁束を発生する円筒形コイルと、
   前記円筒形コイルの中心軸方向と垂直であってこの円筒形コイル内側の略中央位置に固定され、この円筒形コイル内側の磁束の一部をシールドする固定シールド板と、
   前記円筒形コイルの中心軸上に配置され、被検出角度の変化に応じて回転駆動される回転軸と、
   前記回転軸と垂直であって前記円筒形コイル内側の略中央位置に配置され、前記回転軸に固定されて回転し、前記固定シールド板でシールドされる以外の円筒形コイル内側の磁束をシールドする回転シールド板と、
   前記回転シールド板の回転による前記円筒形コイルの両端電圧変化をもとに角度情報を検出する角度検出処理手段とを備えた角度センサ。
2. 固定シールド板および回転シールド板各々は、半円形の形状、または１８０度を任意の正の整数で除算した角度の扇開き角度の扇形状をこの扇開き角度の間隔おきに配置して形成した形状を有することを特徴とする請求項１記載の角度センサ。
3. 固定シールド板と回転シールド板とは、電気的に接触するように構成したことを特徴とする請求項１記載の角度センサ。
4. 円筒形コイルおよび固定シールド板は、エッチング処理等による印刷手法を用いて基板上に一体化して形成したことを特徴とする請求項１記載の角度センサ。
5. 被検出角度の変化に応じて回転駆動される回転軸と、
   前記回転軸上にコイル中心軸を有するように配置され、所定定周波数の高周波信号が印加されて磁束を発生する第１の円筒形コイルの内側の略中央位置には、それぞれ半円形の第1の固定シールド板と第１の回転シールド板とが前記回転軸と垂直に配置され、前記第1の固定シールド板は前記コイル内側の略中央位置に固定され、前記第１の回転シールド板は前記回転軸に固定されて回転し、この第1の固定シールド板と第１の回転シールド板とにより前記第１の円筒形コイルの内側の磁束をシールドする第1のセンサ構成部と、
   前記回転軸上にコイル中心軸を有するように配置され、前記高周波信号が印加されて磁束を発生する第２の円筒形コイルの内側の略中央位置には、第２の固定シールド板と第２の回転シールド板とが前記回転軸と垂直に配置され、これらシールド板各々は、１８０度を任意の正の整数で除算した角度の扇開き角度の扇形状をこの扇開き角度の間隔おきに配置して形成した形状を有し、前記第２の固定シールド板は前記コイル内側の略中央位置に固定され、前記第２の回転シールド板は前記回転軸に固定されて回転し、この第２の固定シールド板と第２の回転シールド板とにより前記第２の円筒形コイルの内側の磁束をシールドする第２のセンサ構成部と、
   前記第１の回転シールド板および第２の回転シールド板それぞれの回転による前記第１の円筒形コイルおよび第２の円筒形コイルそれぞれの両端電圧変化をもとに角度情報を検出する角度検出処理手段とを備えた角度センサ。
6. 被検出角度の変化に応じて回転駆動される回転軸と、
   前記回転軸上にコイル中心軸を有するように配置され、所定定周波数の高周波信号が印加されて磁束を発生する第１の円筒形コイルの内側の略中央位置には、それぞれ半円形の第1の固定シールド板と第１の回転シールド板とが前記回転軸と垂直に配置され、前記第1の固定シールド板は前記コイル内側の略中央位置に固定され、前記第１の回転シールド板は前記回転軸に固定されて回転し、この第1の固定シールド板と第１の回転シールド板とにより前記第１の円筒形コイルの内側の磁束をシールドする第1のセンサ構成部と、
   前記回転軸上にコイル中心軸を有するように配置され、前記高周波信号が印加されて磁束を発生する第２の円筒形コイルの内側の略中央位置には、それぞれ半円形の第２の固定シールド板と第２の回転シールド板とが前記回転軸と垂直に配置され、前記第２の固定シールド板は前記コイル内側の略中央位置であって前記第１の固定シールド板に対し９０度回転した位置に固定され、前記第２の回転シールド板は前記回転軸に固定されて回転し、この第２の固定シールド板と第２の回転シールド板とにより前記第２の円筒形コイルの内側の磁束をシールドする第２のセンサ構成部と、
   前記第１の回転シールド板および第２の回転シールド板それぞれの回転による前記第１の円筒形コイルおよび第２の円筒形コイルそれぞれの両端電圧変化をもとに角度情報を検出する角度検出処理手段とを備えた角度センサ。
7. 所定周波数の高周波信号が印加され、磁束を発生する円筒形コイルと、
   前記円筒形コイル側面の略中央位置を貫通して配置され、被検出角度の変化に応じて回転駆動される回転軸と、
   円形の板であって、この円形板の直径方向に前記回転軸が挿通して固定され、この回転軸とともに回転して前記円筒形コイル内側の磁束をシールドする回転シールド板と、
   前記回転シールド板の回転による前記円筒形コイルの両端電圧変化をもとに角度情報を検出する角度検出処理手段とを備えた角度センサ。
8. 所定周波数の高周波信号が印加され、磁束を発生する円筒形コイルと、
   前記円筒形コイル側面の略中央位置を貫通して配置され、被検出角度の変化に応じて回転駆動される回転軸と、
   シールド板を前記回転軸と平行に積層して形成した球体または積層体であって、この球体または積層体の積層方向中心部に前記回転軸が貫通して固定され、この回転軸とともに回転して前記円筒形コイル内側の磁束をシールドする回転シールド体と、
   前記回転シールド体の回転による前記円筒形コイルの両端電圧変化をもとに角度情報を検出する角度検出処理手段とを備えた角度センサ。
9. 第1のコイルベースに取り付けた略半円筒形の第1のコイルに所定周波数の高周波信号が印加され、磁束を発生する第１のコイル部と、
   第２のコイルベースに取り付けた略半円筒形の第２のコイルに所定周波数の高周波信号が印加され、磁束を発生する第２のコイル部と、
   前記第1のコイルベースおよび第２のコイルベースの面中心軸上に配置され、被検出角度の変化に応じて回転駆動される回転軸と、
   前記第１のコイルに対向する半ドーナツ形状の第１の回転シールド板と第２のコイルに対向する半ドーナツ形状の第２の回転シールド板とがシールド板ベースに取り付けられ、
   このシールド板ベースの面中心部に前記回転軸が垂直に挿通して固定され、この回転軸とともに回転して前記第１のコイルおよび第２のコイルそれぞれの内側磁束をシ−ルドする回転シールド部と、
   前記回転シールド部の回転による前記第１のコイルおよび第２のコイルの両端電圧変化をもとに角度情報を検出する角度検出処理手段とを備えた角度センサ。
10. 所定周波数の高周波信号が印加されて磁束を発生する円筒形の第１のコイルと、
    前記第１のコイルに並置し、所定周波数の高周波信号が印加されて磁束を発生する略半円筒形の第２のコイルと、
    前記第１のコイルに並置であって前記第２のコイルとで外形が円形を形成するようにこの第２のコイルに隣接して配置され、所定周波数の高周波信号が印加されて磁束を発生する略半円筒形の第３のコイルと
    前記第1のコイルの中心軸方向と垂直であって、前記第１のコイル、第２のコイルおよび第３のコイルそれぞれの内側磁束の半分をシールドするように配置固定された半円形状の固定シールド板と、
    前記第1のコイルの中心軸上に配置され、被検出角度の変化に応じて回転駆動される回転軸と、
    前記回転軸と垂直であって前記第１のコイルの内側に配置され、前記回転軸に固定されて回転し、前記固定シールド板でシールドされる以外の磁束をシールドする半円形状の回転シールド板と、
    前記回転シールド板の回転による前記第１のコイルおよび第２のコイルまたは第３のコイルの両端電圧変化をもとに角度情報を検出する角度検出処理手段とを備えた角度センサ。

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