JP5189510B2 - 位置センサ - Google Patents

Description

この発明は、可動体の動作位置を検出するために使用される位置センサに関する。

従来、この種の技術として、各分野で広く用いられている回転センサが挙げられる。自動車用エンジンでは、その回転速度や回転位相を検出するために、回転センサの一つであるクランク角センサが使われている。この種のクランク角センサとして、下記の特許文献１にその一例が記載されている。

クランク角センサの代表的なものとして、マグネチックピックアップを用いたものが知られている。その代表的な使われ方は、回転軸に設けられたギア状の磁性材に対向して磁石とコイルで構成されたマグネチックピックアップを置き、このピックアップと磁性材との空隙距離が変化することでマグネチックピックアップから電圧波形を出力するようになっている。この方式の問題点は、マグネチックピックアップの先端の磁束の先鋭化に限界があり、ギア状磁性材の歯数を増やすことにも限界があって、角度分解能が制限されることであった。

また、回転を検出する別の方式として、光学式ロータリーエンコーダが一般的に知られている。その一例が、下記の特許文献２に記載されている。ところが、光学式ロータリーエンコーダは、光を用いているので汚染物質の付着に弱いという問題があった。また、分解能を上げるためにスリットを狭くすると汚染物質でスリットが塞がれやすく、やはりオイルや塵埃などにさらされやすい悪環境の中で使用することは困難であった。

そこで、光学式とは異なり、磁界の変化を利用することで汚染物質の問題を回避できる、電磁誘導式ロータリーエンコーダを挙げることができる。下記の特許文献３にその一例が記載されている。この種の電磁誘導式ロータリーエンコーダは、回転体に固定したマグネットと、そのマグネットに対向可能に配置され、回転体の回転に伴うマグネットの通過を検出する複数のコイルパターンとを備える。これらコイルパターンは、プリント回路基板上のコイルパターン領域の中で電気的に位相をずらして配置されている。

特開２００１−４１０９２号公報 特開平６−９５７９８号公報 特開平９−１７０９３４号公報

ところが、特許文献３に記載の電磁誘導式ロータリーエンコーダでは、マグネットでコイルパターン（１ターンコイル）を誘起させても、その電圧が不十分で、ノイズ等の影響により正確な出力信号が得られないおそれがあった。

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、励磁コイルと検出コイルに特定のコイルパターンを使用することで大きな誘起電力を発生させ、出力信号のＳＮ比を高められる位置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、請求項１に記載の発明は、可動体の動作変位を検出する電磁誘導式の位置センサであって、励磁コイルを含む励磁基板と、励磁基板に対向して可動体に固定され、励磁コイルと隙間を介して対向して配置された検出コイルを含む検出基板と、励磁コイル及び検出コイルが、葛折り形状のコイルパターンに形成されることと、励磁コイルを高周波で励磁するための高周波励磁回路と、励磁コイルへの励磁に応じて検出コイルから出力される検出信号を復調するための復調回路とを備え、励磁基板に複数列の励磁コイルが設けられ、複数列の励磁コイルが互いに電気的に位相をずらして配置され、複数列の励磁コイルが高周波励磁回路により高周波で励磁されるように構成され、検出基板に複数列の検出コイルが設けられ、複数列の検出コイルが同一位相で配置され、複数列の検出コイルに対応して複数の復調回路が設けられることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、可動体が動作することで、検出基板が可動体と共に動作し、検出コイルが励磁基板の励磁コイルと隙間を介して対向しながら動作する。このとき、高周波励磁回路により励磁コイルが高周波で励磁されることにより、励磁コイルに磁界が発生し、これにより、検出コイルに誘起電力が発生し、その誘起電力が検出コイルから検出信号として出力される。この検出信号が復調回路により復調されることにより、可動体の動作変位を反映した復調信号が得られる。ここで、励磁コイルが高周波で励磁されるので、励磁コイル及び検出コイルが、葛折り形状のコイルパターンにより簡素化されても、励磁コイルと検出コイルとの間で十分な電磁結合が得られ、検出コイルである程度の大きさの誘起電力を確保することができる。また、励磁コイル及び検出コイルを、葛折り形状のコイルパターンとすることで、コイルを多数巻き回す必要がなく、励磁基板と検出基板に励磁コイルと検出コイルをそれぞれコンパクトに設けられる。加えて、複数列の励磁コイルと複数列の検出コイルとの間でそれぞれ十分な電磁結合が得られる。複数列の励磁コイルが電気的に位相をずらして配置されるので、各列の検出コイルにより、電気的に位相のずれた検出信号が得られ、それら検出信号が対応する復調回路により復調されて、それぞれ復調信号が出力される。

上記目的を達成するために、請求項２３に記載の発明は、可動体の動作変位を検出する電磁誘導式の位置センサであって、励磁コイルを含む励磁基板と、励磁基板に対向して可動体に固定され、励磁コイルと隙間を介して対向して配置された検出コイルを含む検出基板と、励磁コイル及び検出コイルが、葛折り形状のコイルパターンに形成されることと、励磁コイルを高周波で励磁するための高周波励磁回路と、励磁コイルへの励磁に応じて検出コイルから出力される検出信号を復調するための復調回路とを備え、励磁基板に、可動体の単位動作量当たり１箇所だけ１つ分の折れ曲がりパターンからなる基準励磁コイルが設けられ、基準励磁コイルが高周波励磁回路により高周波で励磁されるように構成され、検出基板に、基準励磁コイルと電磁結合する１つ分の折れ曲がりパターンからなる基準検出コイルが設けられ、基準検出コイルに対応して別の復調回路が設けられることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、可動体が動作することで、検出基板が可動体と共に動作し、検出コイルが励磁基板の励磁コイルと隙間を介して対向しながら動作する。このとき、高周波励磁回路により励磁コイルが高周波で励磁されることにより、励磁コイルに磁界が発生し、これにより、検出コイルに誘起電力が発生し、その誘起電力が検出コイルから検出信号として出力される。この検出信号が復調回路により復調されることにより、可動体の動作変位を反映した復調信号が得られる。ここで、励磁コイルが高周波で励磁されるので、励磁コイル及び検出コイルが、葛折り形状のコイルパターンにより簡素化されても、励磁コイルと検出コイルとの間で十分な電磁結合が得られ、検出コイルである程度の大きさの誘起電力を確保することができる。また、励磁コイル及び検出コイルを、葛折り形状のコイルパターンとすることで、コイルを多数巻き回す必要がなく、励磁基板と検出基板に励磁コイルと検出コイルをそれぞれコンパクトに設けられる。加えて、基準励磁コイルと基準検出コイルとが電磁結合することにより、可動体の動作の基準位置を示す信号が基準検出コイルから出力され、別の復調回路で復調されて復調信号が出力される。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、基準励磁コイル及び基準検出コイルは、渦巻き状パターンに形成されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に対し、それぞれ渦巻き状パターンに形成された基準励磁コイルと基準検出コイルが強く電磁結合することとなり、基準検出コイルから出力される信号レベルが高くなる。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、復調回路から出力される復調信号をゼロクロス波形整形するための波形整形回路と、波形整形回路から出力されるゼロクロス信号の立ち上がり及び立ち下がりに応じてワンショットパルス信号を発生させるパルス発生回路とを更に備えたことを趣旨とする。

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、波形整形回路から出力されるゼロクロス信号の立ち上がり及び立ち下がりに応じてパルス発生回路からワンショットパルス信号が発生するので、立ち上がりのみに応じてパルス信号が発生する場合に比べてパルス信号の数が増える。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、複数の復調回路からそれぞれ出力される復調信号をゼロクロスで波形整形するための複数の波形整形回路と、複数の波形整形回路からそれぞれ出力されるゼロクロス信号の立ち上がり及び立ち下がりに応じてワンショットパルス信号を発生させる複数のパルス発生回路と、複数のパルス発生回路からそれぞれ出力されるワンショットパルス信号の論理和を出力する論理和出力回路とを更に備えたことを趣旨とする。

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、複数列の検出コイルに対応した複数の復調回路からそれぞれ出力される復調信号が、対応する複数の波形整形回路によりそれぞれゼロクロス信号に波形整形され、それらゼロクロス信号に基づき複数のパルス発生回路からそれぞれからワンショットパルス信号が出力され、それら複数のワンショットパルス信号が論理和出力回路にて時系列に一つにまとめられた論理和信号として出力される。

上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、検出コイルにつき復調回路から出力される復調信号に係る信号と、基準検出コイルにつき別の復調回路から出力される復調信号に係る信号との排他的論理和を出力する排他的論理和出力回路を更に備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２又は３に記載の発明の作用に加え、検出コイルにつき復調回路から出力される復調信号に係る信号と、基準検出コイルにつき別の復調回路から出力される復調信号に係る信号とが、排他的論理和出力回路にて時系列に一つにまとめられた排他的論理和信号として出力される。

請求項１に記載の発明によれば、励磁コイルと検出コイルのそれぞれに葛折り形状のコイルパターンを使用することで大きな誘起電力を発生させることができ、位置センサとして出力信号のＳＮ比を高めることができる。また、励磁基板と検出基板の大きさを一定としても、位置センサとして出力信号の分解能を高めることができる。加えて、可動体の動作位置を反映した異なる複数の復調信号を得ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、励磁コイルと検出コイルのそれぞれに葛折り形状のコイルパターンを使用することで大きな誘起電力を発生させることができ、位置センサとして出力信号のＳＮ比を高めることができる。また、励磁基板と検出基板の大きさを一定としても、位置センサとして出力信号の分解能を高めることができる。加えて、可動体の基準位置とパルス列に係る信号を同時に得ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、基準検出コイルにより得られる信号を外乱に強い信号にすることができ、可動体の基準位置をより正確に検出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、位置センサとして出力信号の分解能を更に高めることができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、各励磁コイル及び各検出コイルの葛折り形状のコイルパターンをそれぞれ精細化することなく、検出信号、復調信号、ゼロクロス信号、ワンショットパルス信号及び論理和信号をより精密化することができる。この結果、位置センサとして出力信号の分解能を倍増させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項２又は３に記載の発明の効果に加え、可動体の基準位置とパルス列に係る信号を１本の信号線により得ることができる。

第１実施形態に係り、ロータリエンコーダを示す概略構成図。 同じく、励磁基板の一部を拡大して示す斜視図。 同じく、ロータリーエンコーダの電気的構成を示すブロック図。 同じく、復調回路による各種信号の変化を示すタイムチャート。 同じく、復調信号、ゼロクロス信号及びワンショットパルス信号の変化を示すタイムチャート。 同じく、励磁信号と検出信号を概念的に示す図。 比較例に係り、励磁信号と検出信号を概念的に示す図。 第２実施形態に係り、励磁基板の一部を拡大して示す斜視図。 同じく、検出基板の一部を拡大して示す斜視図。 同じく、ロータリーエンコーダの電気的構成を示すブロック図。 同じく、２つの復調信号とそれらに対応したゼロクロス信号及びワンショットパルス信号、並びに論理和信号の変化を示すタイムチャート。 第３実施形態に係り、励磁基板の一部を拡大して示す斜視図。 同じく、ロータリーエンコーダの電気的構成を示すブロック図。 第３実施形態に係り、励磁基板の一部を拡大して示す斜視図。 第３実施形態の基準検出コイルに係る復調信号と、第４実施形態の基準検出コイルに係る復調信号との違いを示すタイムチャート。

［第１実施形態］
以下、この発明の位置センサを「電磁誘導式ロータリーエンコーダ」に具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態のロータリエンコーダ１を概略構成図により示す。このロータリーエンコーダ１は、一例として、エンジン２のクランクシャフト３に対応して設けられ、本発発明の可動体に相当するクランクシャフト３の動作位置（回転角）を検出するために使用される。ロータリーエンコーダ１は、励磁コイル４を含む励磁基板５と、励磁基板５に対向してクランクシャフト３に固定され、励磁コイル４と隙間６を介して対向して配置された検出コイル７を含む検出基板８と、励磁コイル４に励磁信号を出力すると共に、検出コイル７から出力される検出信号を処理するためのコントローラ９と、これらの部品４〜９を収容するハウジング１０とを備える。

励磁基板５及び検出基板８は、互いにほぼ同じ大きさの円板形状をなす。励磁基板５はハウジング１０に固定され、検出基板８はハウジング１０に回転可能に支持される。検出基板８には、検出コイル７が設けられる側面とは反対の側面の中心に入力軸１１が一体に
設けられ、この入力軸１１がハウジング１０から突出して設けられる。入力軸１１が、カップリング１２を介してクランクシャフト３に一体回転可能に固定される。

図２に、励磁基板５の一部を拡大して斜視図により示す。励磁コイル４は、励磁基板５の一側面にて外周縁に沿って円環状に設けられる。励磁コイル４は、矩形に折れ曲がる「葛折り形状のコイルパターン」により形成される。この実施形態で、「葛折り形状のコイルパターン」は、図２に示すように、励磁基板５の外側へ向いた、例えば「３６０個」の矩形部４ａ（鎖線楕円の中に示す。）と、隣り合う矩形部４ａの間をつなぐ連結部４ｂとを含む。そして、図２に示すように、隣り合う１つの矩形部４ａと１つの連結部４ｂとにより１つ分の折れ曲がりパターン１３が構成される。「葛折り形状のコイルパターン」は、このような１つ分の折れ曲がりパターン１３が複数連続することで構成される。検出基板８に設けられる検出コイル７の構成も、上記した励磁コイル４のそれと基本的に同じである。

図３に、ロータリーエンコーダ１の電気的構成をブロック図により示す。コントローラ９は、励磁回路２１、高周波発生回路２２、復調回路２３、波形整形回路２４及びパルス発生回路２５を備える。励磁回路２１は、励磁コイル４を高周波で励磁するようになっている。高周波発生回路２２は、励磁回路２１に高周波を供給するようになっている。この高周波として、例えば「５００ｋＨｚ」の周波数が想定される。復調回路２３は、励磁コイル４に対する励磁に応じて検出コイル７から出力される検出信号を復調して平滑化するようになっている。波形整形回路２４は、復調回路２３から出力される平滑化された復調信号をゼロクロス波形整形によりゼロクロス信号に整形するようになっている。パルス発生回路２５は、波形整形回路２４から出力されるゼロクロス信号の立ち上がり及び立ち下がりに応じてワンショットパルスを発生させるようになっている。この実施形態で、励磁回路２１と高周波発生回路２２は、励磁コイル４に高周波を励磁するための本発明の高周波励磁回路を構成する。図３では、便宜上、励磁コイル４が励磁基板５の手前側面に示されるが、実際には、励磁基板５の反対側面、すなわち、検出基板８と対向する側面に配置される。

この実施形態のロータリーエンコーダ１では、クランクシャフト３が回転することで、検出基板８がクランクシャフト３と共に回転し、検出コイル７が励磁基板５の励磁コイル４と隙間６を介して対向しながら回転する。このとき、高周波発生回路２２及び励磁回路２１により励磁コイル４が一定振幅の高周波で励磁されることにより、励磁コイル４に周期的に磁力線が発生し、励磁コイル４に対向して設けられた検出コイル７に誘起電力が発生し、その誘起電力が周期的に振幅を変化させる検出信号として検出コイル７から出力される。そして、この検出信号が、復調回路２３により復調されることにより、クランクシャフト３の回転角の変化（回転位相の変化）を反映した低周波の復調信号が得られる。この復調信号が、波形整形回路２４にてゼロクロス信号に整形され、更にそのゼロクロス信号がパルス発生回路２５で処理されることにより、同回路２５からワンショットパルス信号が、ロータリーエンコーダ１の最終的な出力信号として出力される。

ここで、検出コイル７で発生する誘起電力は、検出コイル７の「葛折り形状のコイルパターン」を構成する上記した１つ分の折れ曲がりパターン１３のそれぞれにて発生し、それら誘起電力の総和が検出コイル７から検出信号として出力される。ここで、検出基板８の回転に伴い、励磁コイル４と検出コイル７の位相は、互いに一致してからずれて再び一致するという周期を繰り返す。両コイル４，７の位相が互いに一致したときに検出コイル７で発生する電圧が最も大きくなり、その後に位相がずれるに従い発生電圧が徐々に小さくなる。その後、発生電圧の正負が逆転し、両コイル４，７の位相が一致するに連れて発生電圧が再び大きくなり、その後に位相がずれるに連れて発生電圧が小さくなり、やがて発生電圧の正負が逆転する。このような電圧変化を繰り返すことで、検出コイル７からは
振幅が周期的に変化する高周波の検出信号が出力される。

図４に、復調回路２３による各種信号の変化をタイムチャートにより示す。検出コイル７から復調回路２３に、図４（Ａ）に示すように振幅が周期的に変化する高周波の検出信号が入力されると、復調回路２３は、その検出信号を同期検波することで、図４（Ｂ）に示すように、周期的に正負が逆転する同期検波信号に変換する。その後、復調回路２３は、同期検波信号を平滑化することで、図４（Ｃ）に示すように、低周波の復調信号を得る。図４（Ｂ），（Ｃ）から、この復調信号は、同期検波信号の振幅の変化に対応して変化することが分かる。

図５に、復調信号、ゼロクロス信号及びワンショットパルス信号の変化をタイムチャートにより示す。図５（Ａ）に、復調回路２３による復調信号を、図５（Ｂ）に、波形整形回路２４によるゼロクロス信号を、図５（Ｃ）に、パルス発生回路２５によるワンショットパルス信号をそれぞれ示す。図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、ゼロクロス信号は、復調信号がゼロレベルとクロスするタイミングで立ち上がり又は立ち下がるデジタル信号であることが分かる。図５（Ｂ），（Ｃ）に示すように、ワンショットパルス信号は、ゼロクロス信号が立ち上がり又は立ち下がりのタイミングで発生するパルス信号であることが分かる。

以上説明したこの実施形態のロータリーエンコーダ１によれば、励磁コイル４及び検出コイル７が、「葛折り形状のコイルパターン」により簡素化されている。そして、励磁コイル４が高周波で励磁されるので、励磁コイル４及び検出コイル７が簡素化されていても、励磁コイル４と検出コイル７との間に十分な電磁結合が得られ、検出コイル７にある程度の大きさの誘起電力を確保することができる。これにより、検出コイル７から出力される検出信号のレベルが大きくなり、復調回路２３による復調信号のレベルが大きくなる。この結果、波形整形回路２４によるゼロクロス信号とパルス発生回路２５によるワンショットパルス信号を、それぞれ正確に出力することができる。すなわち、この実施形態では、励磁コイル４と検出コイル７のそれぞれに「葛折り形状のコイルパターン」を使用することで比較的大きな誘起電力を発生させることができ、出力信号のＳＮ比を高めることができる。換言すれば、このロータリーエンコーダ１では、励磁コイル４と検出コイル７のコイルパターンを簡素化しながらより正確な出力信号を得ることができる。

図６は、本実施形態に係り、（Ａ）は励磁コイル４に入力される高周波の励磁信号を、（Ｂ）は検出コイル７から出力される検出信号をそれぞれ概念的に示す。図７は、比較例に係り、（Ａ）は励磁コイル４に入力される低周波の励磁信号を、（Ｂ）は検出コイル７から出力される検出信号をそれぞれ概念的に示す。図６から明らかなように、この実施形態では、励磁コイル４に高周波の励磁信号を入力しているので、検出コイル７からも振幅の大きい（レベルの大きい）高周波の検出信号を出力できることが分かる。これに対し、図７に示す比較例では、励磁コイルに低周波の励磁信号を入力しているので、検出コイルからは振幅の小さい（レベルの小さい）低周波の検出信号が出力されることが分かる。このように図６と図７の比較から、本実施形態では、ロータリーエンコーダ１からの出力信号のＳＮ比を高められることが分かる。

また、この実施形態では、励磁コイル４及び検出コイル７を「葛折り形状のコイルパターン」とすることで、コイルを多数巻き回す必要がなく、励磁コイル４及び検出コイル７が、励磁基板５と検出基板８のそれぞれに比較的コンパクトに設けられる。このため、励磁基板５と検出基板８の大きさを一定にしても、ロータリーエンコーダ１としての出力信号の分解能を高めることができる。

この実施形態では、復調回路２３により検出コイル７からの検出信号を復調するために
、同期検波を採用しているので、励磁信号以外のノイズを抑制することができ、これによって出力信号のＳＮ比を更に高めることができる。

この実施形態では、波形整形回路２４から出力されるゼロクロス信号の立ち上がり及び立ち下がりに応じてパルス発生回路２５からワンショットパルス信号が発生するので、立ち上がりのみに応じてパルス信号を発生させる場合に比べて、パルス信号の数が増える。このため、立ち上がりのみに応じてパルス信号を発生させる場合に比べて、ロータリーエンコーダ１としての出力信号の分解能を高めることができる。

［第２実施形態］
次に、この発明の位置センサを「電磁誘導式ロータリーエンコーダ」に具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下に説明する各実施形態において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

図８に、この実施形態における励磁基板５の一部を拡大して斜視図により示す。図９に、この実施形態における検出基板８の一部を拡大して斜視図により示す。図１０に、この実施形態におけるロータリーエンコーダ３１の電気的構成をブロック図により示す。この実施形態では、励磁基板５、検出基板８及びコントローラ９のそれぞれについて、第１実施形態と構成が異なる。

すなわち、図８に示すように、励磁基板５には、２列の励磁コイル４Ａ，４Ｂが設けられる。つまり、外側の励磁コイル４Ａと内側の励磁コイル４Ｂにより２列にコイルパターンが設けられる。これら２列の励磁コイル４Ａ，４Ｂは、ほぼ同等の「葛折り形状のコイルパターン」を備えるが、互いに電気的に位相をずらして配置される。両コイル４Ａ，４Ｂの位相のズレは、図８に示すように、１つ分の折れ曲がりパターン１３の１／４（９０°）に相当する。検出基板８にも２列の検出コイル７Ａ，７Ｂが設けられるが、図９に示すように、２列の検出コイル７Ａ，７Ｂは位相をずらすことなく配置される。

図１０に示すように、この実施形態で、コントローラ９は、２列の検出コイル７Ａ，７Ｂに対応した２つの復調回路２３Ａ，２３Ｂと、各復調回路２３Ａ，２３Ｂに対応した２つの波形整形回路２４Ａ，２４Ｂと、各波形整形回路２４Ａ，２４Ｂに対応した２つのパルス発生回路２５Ａ，２５Ｂと、各パルス発生回路２５Ａ，２５Ｂに共通する１つの論理和出力回路２６とを備える。各回路２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂの機能は、第１実施形態における各回路２３〜２５のそれと同じである。従って、２つの復調回路２３Ａ，２３Ｂからそれぞれ出力される復調信号は、対応する波形整形回路２４Ａ，２４Ｂによりゼロクロスで波形整形される。また、各波形整形回路２４Ａ，２４Ｂから出力されるゼロクロス信号の立ち上がり及び立ち下がりに応じて、対応する２つのパルス発生回路２５Ａ，２５Ｂではそれぞれワンショットパルス信号が発生する。そして、論理和出力回路２６は、各パルス発生回路２５Ａ，２５Ｂからそれぞれ出力されるワンショットパルス信号の論理和である論理和信号を出力するようになっている。

従って、この実施形態のロータリーエンコーダ３１によれば、出力信号のＳＮ比と正確性の点で第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、２列の励磁コイル４Ａ，４Ｂと２列の検出コイル７Ａ，７Ｂとの間でそれぞれ十分な電磁結合が得られる。また、２列の励磁コイル４Ａ，４Ｂが電気的に位相をずらして配置されるので、各検出コイル７Ａ，７Ｂにより、電気的に位相のずれた２つの検出信号が得られ、それら２つの検出信号が対応する２つの復調回路２３Ａ，２３Ｂにより復調される。これにより、クランクシャフト３の回転角を反映した異なる２つの復調信号を得ることが
できる。また、２つの復調回路２３Ａ，２３Ｂからそれぞれ出力される復調信号が、対応する２つの波形整形回路２４Ａ，２４Ｂによりそれぞれゼロクロス信号に波形整形され、それらゼロクロス信号に基づき２つのパルス発生回路２５Ａ，２５Ｂからそれぞれからワンショットパルス信号が出力され、それら２つのワンショットパルス信号が論理和出力回路２６にて時系列に一つにまとめられた論理和信号として出力される。このため、各励磁コイル４Ａ，４Ｂ及び各検出コイル７Ａ，７Ｂの「葛折り形状のコイルパターン」をそれぞれ精細化することなく、検出信号、復調信号、ゼロクロス信号、ワンショットパルス信号及び論理和信号をより精密化することができる。この結果、ロータリーエンコーダ３１として出力信号の分解能を、第１実施形態のロータリーエンコーダ１のそれに比べて２倍に高めることができる、すなわち倍増させることができる。

図１１に、２つの復調信号と、２つの復調信号のそれぞれ対応したゼロクロス信号及びワンショットパルス信号、並びに論理和信号の変化をタイムチャートにより示す。図１１（Ａ）に、一方の復調回路２３Ａによる復調信号を、図１１（Ｂ）に、一方の波形整形回路２４Ａによるゼロクロス信号を、図１１（Ｃ）に、一方のパルス発生回路２５Ａによるワンショットパルス信号を、図１１（Ｄ）に、他方の復調回路２３Ｂによる復調信号を、図１１（Ｅ）に、他方の波形整形回路２４Ｂによるゼロクロス信号を、図１１（Ｆ）に、他方のパルス発生回路２５Ｂによるワンショットパルス信号を、図１１（Ｇ）に、論理和出力回路２６による論理和信号をそれぞれ示す。図１１に示すように、この実施形態のロータリーエンコーダ３１によれば、２列の検出コイル７Ａ，７Ｂに対応した２つの復調回路２３Ａ，２３Ｂからそれぞれ出力される２つの復調信号（図１１（Ａ），（Ｄ）参照）が、対応する２つの波形整形回路２４Ａ，２４Ｂによりそれぞれゼロクロス信号（図１１（Ｂ），（Ｅ）参照）に波形整形される。また、それら２つのゼロクロス信号に基づき２つのパルス発生回路２５Ａ，２５Ｂからそれぞれワンショットパルス信号（図１１（Ｃ），（Ｆ）参照）が出力される。そして、２つのパルス発生回路２５Ａ，２５Ｂからそれぞれ出力される２つのワンショットパルス信号が、論理和出力回路２６にて時系列に一つにまとめられた論理和信号（図１１（Ｇ）参照）として出力される。従って、このロータリーエンコーダ３１からは、一つにまとめられた２倍の数のワンショットパルス信号からなる論理和信号が、ロータリーエンコーダ３１の出力信号として出力されることとなる。

［第３実施形態］
次に、この発明の位置センサを「電磁誘導式ロータリーエンコーダ」に具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１２に、この実施形態における励磁基板５の一部を拡大して斜視図により示す。図１３に、この実施形態におけるロータリーエンコーダ３２の電気的構成をブロック図により示す。この実施形態では、励磁基板５、検出基板８及びコントローラ９のそれぞれについて、第１実施形態と構成が異なる。

すなわち、図１２に示すように、励磁基板５には、励磁コイル４の内側に、クランクシャフト３の１回転当たり１箇所だけ１つ分の折れ曲がりパターン１３を有する基準励磁コイル１４が設けられる。また、検出基板８には、検出コイル７の内側に、基準励磁コイル１４と電磁結合する１つ分の折れ曲がりパターン１３を有する基準検出コイル１５が設けられる。

図１３に示すように、この実施形態で、コントローラ９は、検出コイル７と基準検出コイル１５に対応した２つの復調回路２３Ａ，２３Ｂと、各復調回路２３Ａ，２３Ｂに対応した２つの波形整形回路２４Ａ，２４Ｂと、各波形整形回路２４Ａ，２４Ｂに共通する１つの排他的論理和出力回路２７とを備える。各回路２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂの機能は、第２実施形態における各回路２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂそれと同じである。
従って、２つの復調回路２３Ａ，２３Ｂからは、それぞれ復調信号が出力される。一方の復調回路２３Ａから出力される復調信号は、１つ分の折れ曲がりパターン１３に対応した１周期分の増減信号である。他方の復調回路２３Ｂから出力される復調信号は、連続的に増減を繰り返す信号である。これら復調信号は、対応する波形整形回路２４Ａ，２４Ｂによりゼロクロスで波形整形され、各波形整形回路２４Ａ，２４Ｂからはゼロクロス信号が出力される。一方の波形整形回路２４Ａから出力されるゼロクロス信号は、１周期分の増減信号に対応した１つのパルス信号である。他方の波形整形回路２４Ｂから出力されるゼロクロス信号は、連続的なパルス信号である。そして、排他的論理和出力回路２７は、各波形整形回路２４Ａ，２４Ｂからそれぞれ出力されるゼロクロス信号の排他的論理和である排他的論理和信号を出力するようになっている。すなわち、一方の波形整形回路２４Ａから１つのパルス信号が出力されるときは、他方の波形整形回路２４Ｂから出力される連続的なパルス信号から１つのパルス信号を欠落させた信号を出力するようになっている。

従って、この実施形態のロータリーエンコーダ３２によれば、出力信号のＳＮ比と正確性の点で第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、この実施形態では、検出コイル７につき復調回路２３Ｂを介して波形整形回路２４Ｂから出力されるゼロクロス信号と、基準検出コイル１５につき別の復調回路２３Ａを介して別の波形整形回路２４Ａから出力されるゼロクロス信号とが、排他的論理和出力回路２７にて時系列に一つにまとめられた排他的論理和信号として出力される。この排他的論理和信号は、別の波形整形回路２４Ｂから出力される連続的なパルス列から１つのパルスを欠落させた信号である。この排他的論理和信号における１つのパルスを欠落させた欠落信号により、クランクシャフト３の回転角の基準位置（絶対角０°）を検出することができる。また、欠落信号と、連続的なパルス列の累積により、クランクシャフト３の回転絶対位置（絶対角）を検出することができる。更に、この実施形態では、１本の信号線を使用することで、基準位置とパルス列に係る信号を同時に得ることができる。

［第４実施形態］
次に、この発明の位置センサを「電磁誘導式ロータリーエンコーダ」に具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１４に、この実施形態における励磁基板５の一部を拡大して斜視図により示す。図１５に、第３実施形態の基準検出コイル１５に係る復調信号と、第４実施形態の基準検出コイル１５に係る復調信号との違いをタイムチャートにより示す。この実施形態では、基準励磁コイル１４と基準検出コイル１５について、第３実施形態と構成が異なる。すなわち、図１４に示すように、基準励磁コイル１４の１つ分の折れ曲がりパターン１３が渦巻き状パターンに形成される。基準検出コイル１５についても同様である。

従って、この実施形態でも第３実施形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、それぞれ渦巻き状パターンに形成された基準励磁コイル１４と基準検出コイル１５が強く電磁結合することとなり、基準検出コイル１５から出力される検出信号レベルが高くなる。これにより、図１５に示すように、この実施形態の復調信号のレベルＬ２は、第３実施形態の復調信号のレベルＬ１よりも高くなることが分かる。このため、この実施形態では、基準検出コイル１５について得られる復調信号及びゼロクロス信号を外乱に強い信号にすることができる。この結果、クランクシャフト３の基準位置（絶対角０°）の検出をより正確に行うことができる。

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以下のように実施することもできる。

前記各実施形態では、本発明の位置センサを「電磁誘導式ロータリーエンコーダ」に具
体化したが、この位置センサを「電磁誘導式リニアエンコーダ」に具体化することもできる。

この発明は、電磁誘導式ロータリーエンコーダや電磁誘導式リニアエンコーダに利用することができる。

１ ロータリエンコーダ（位置センサ）
３ クランクシャフト（可動体）
４ 励磁コイル
４Ａ 励磁コイル
４Ｂ 励磁コイル
５ 励磁基板
６ 隙間
７ 検出コイル
７Ａ 検出コイル
７Ｂ 検出コイル
８ 検出基板
１３ １つ分の折れ曲がりパターン
１４ 基準励磁コイル
１５ 基準検出コイル
２１ 励磁回路
２２ 高周波発生回路
２３ 復調回路
２３Ａ 復調回路
２３Ｂ 復調回路
２４ 波形整形回路
２４Ａ 波形整形回路
２４Ｂ 波形整形回路
２５ パルス発生回路
２５Ａ パルス発生回路
２５Ｂ パルス発生回路
２６ 論理和出力回路
２７ 排他的論理和出力回路
３１ ロータリーエンコーダ（位置センサ）
３２ ロータリーエンコーダ（位置センサ）

Claims (6)

1. 可動体の動作変位を検出する電磁誘導式の位置センサであって、
   励磁コイルを含む励磁基板と、
   前記励磁基板に対向して前記可動体に固定され、前記励磁コイルと隙間を介して対向して配置された検出コイルを含む検出基板と、
   前記励磁コイル及び前記検出コイルが、葛折り形状のコイルパターンに形成されることと、
   前記励磁コイルを高周波で励磁するための高周波励磁回路と、
   前記励磁コイルへの励磁に応じて前記検出コイルから出力される検出信号を復調するための復調回路と
   を備え、前記励磁基板に複数列の励磁コイルが設けられ、前記複数列の励磁コイルが互いに電気的に位相をずらして配置され、前記複数列の励磁コイルが前記高周波励磁回路により高周波で励磁されるように構成され、前記検出基板に複数列の検出コイルが設けられ、前記複数列の検出コイルが同一位相で配置され、前記複数列の検出コイルに対応して複数の復調回路が設けられることを特徴とする位置センサ。
2. 可動体の動作変位を検出する電磁誘導式の位置センサであって、
   励磁コイルを含む励磁基板と、
   前記励磁基板に対向して前記可動体に固定され、前記励磁コイルと隙間を介して対向して配置された検出コイルを含む検出基板と、
   前記励磁コイル及び前記検出コイルが、葛折り形状のコイルパターンに形成されることと、
   前記励磁コイルを高周波で励磁するための高周波励磁回路と、
   前記励磁コイルへの励磁に応じて前記検出コイルから出力される検出信号を復調するための復調回路と
   を備え、前記励磁基板に、前記可動体の単位動作量当たり１箇所だけ１つ分の折れ曲がりパターンからなる基準励磁コイルが設けられ、前記基準励磁コイルが前記高周波励磁回路により高周波で励磁されるように構成され、前記検出基板に、前記基準励磁コイルと電磁結合する１つ分の折れ曲がりパターンからなる基準検出コイルが設けられ、前記基準検出コイルに対応して別の復調回路が設けられることを特徴とする位置センサ。
3. 前記基準励磁コイル及び前記基準検出コイルは、渦巻き状パターンに形成されたことを特徴とする請求項２に記載の位置センサ。
4. 前記復調回路から出力される復調信号をゼロクロスで波形整形するための波形整形回路と、前記波形整形回路から出力されるゼロクロス信号の立ち上がり及び立ち下がりに応じてワンショットパルス信号を発生させるパルス発生回路とを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の位置センサ。
5. 前記複数の復調回路からそれぞれ出力される復調信号をゼロクロスで波形整形するための複数の波形整形回路と、前記複数の波形整形回路からそれぞれ出力されるゼロクロス信号の立ち上がり及び立ち下がりに応じてワンショットパルス信号を発生させる複数のパルス発生回路と、前記複数のパルス発生回路からそれぞれ出力されるワンショットパルス信号の論理和を出力する論理和出力回路とを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の位置センサ。
6. 前記検出コイルにつき前記復調回路から出力される復調信号に係る信号と、前記基準検出コイルにつき前記別の復調回路から出力される復調信号に係る信号との排他的論理和を出力する排他的論理和出力回路を更に備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の位置センサ。
   

Images