JP5226694B2 - 渦電流式回転角度検出用センサ - Google Patents

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渦電流式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（例えば、特許文献１参照。）。

このような角度センサとしては、回転子の永久磁石の磁界を検出する方法が一般的である。
これに対して、さらに微細な制御を必要とする場合には、例えば、上記特許文献１に開示されているような、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使われる。

［特許文献１］ドイツ国公開実用新案 ２０ ２００６ ００８ ９６２ Ｕ１

上記特許文献１では、回転子に導体パターンからなるエンコーダ構造を設け、このエンコーダ構造に対向して、インダクタンス素子（コイル等）から成る回転角度センサを設けている。
そして、エンコーダ構造の導体パターンは、幅が周期的に変化するパターンとなっており、インダクタンス素子に信号電流を印加したときに、エンコーダ構造に渦電流を生じさせることで、意図的にインダクタンスに生じる損失を増減させて、角度情報を検出することができるように構成されている。

ところで、上記特許文献１においては、同形状の複数のコイルが、回転子の回転軸を中心とした円周に沿って等間隔で配置されて、回転角度センサが構成されていた。
そのため、センサの径を小さくしようとした場合、又は、導体パターンの周期の数を増やそうとした場合には、隣接するコイル間で結合が密になる。
これにより、コイル間の結合の影響によって磁界が変化することから、検出結果に誤差が生じて、センサの精度を劣化させることになる。
このような理由から、センサを小径化することや、周期数を大きくすることには、制限があった。

上述した問題の解決のために、本発明においては、小型化を可能にする構造の渦電流式回転角度検出用センサを提供するものである。

本発明の渦電流式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して０度から３６０度の位相を有した相がｎ周期（ｎは正の整数）形成されてい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一つのセンサ本体とから構成され、エンコーダ構造の相の周期の数ｎが３以上の整数であり、複数のインダクタンス素子が９０度ずつの位相差を有し、かつ、隣り合う２つのインダクタンス素子が少なくともエンコーダ構造の１相の半分以上の間隔をもって配置され、それぞれのインダクタンス素子の空芯部の長手方向の長さＬが、エンコーダ構造の導体パターンの最大幅寸法Ｗｍａｘより大きく形成されているものである。

上述の本発明の渦電流式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して０度から３６０度の位相を有した相がｎ周期形成されてい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一つの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。
さらに、本発明の渦電流式回転角度検出用センサによれば、センサ本体の複数のインダクタンス素子が９０度ずつの位相差を有し、かつ、隣り合う２つのインダクタンス素子が少なくともエンコーダ構造の１相の半分以上の間隔をもって配置されている。これにより、エンコーダ構造の１相分にまとめてインダクタンス素子を配置し、１相の１／４の間隔でインダクタンス素子が配置された構成と比較して、隣り合う２つのインダクタンス素子間の距離を大きくすることができる。

上述の本発明によれば、隣り合う２つのインダクタンス素子間の距離を大きくすることができるため、隣り合う２つのインダクタンス素子間の相互作用を低減して、検出結果に生じる誤差を抑制することができる。
従って、本発明によれば、センサの精度を高くすることが可能になる。

また、本発明によれば、エンコーダ構造のパターン部の径を小さくした場合や、エンコーダ構造の周期（相）の数を大きくした場合でも、隣り合うインダクタンス素子間の距離を確保して、高い精度を確保することが可能になる。
これにより、パターン部の径を小さくして、センサ全体の小型化を実現することが可能になる。

Ａ、Ｂ 本発明の一実施の形態のセンサを備えたモータの概略構成図である。 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の矢印Ａの方向から見た側面図である。 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。 Ａ、Ｂ 図１のセンサのセンサ本体を含む要部の概略構成図である。 センサシステムの回路の構成の一形態を示す回路図である。 図４Ａの構成からパターン部の径を小さくした場合の全体配置を示す図である。 図４Ａの構成から周期数を大きくした場合の全体配置を示す図である。 Ａ、Ｂ 本発明の他の実施の形態の回転角度検出用センサの概略構成図である。 比較例のセンサ本体の概略構成図（要部の拡大平面図）である。 図９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 図１０のコイルと導体パターンとの配置状態の全体を示す図である。 Ｂ 図１１Ａのセンサ本体の平面図である。 比較例の構成についてパターン部の径を小さくした場合の全体配置を示す図である。 比較例の構成について周期数を大きくした場合の全体配置を示す図である。

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
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４・・・コイル

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は図１Ａの矢印Ａの方向から見た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Ｃ字形状を有している。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３相形成されているので、１相が１２０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、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のパターン部の径Ｄと、エンコーダ構造３の周期数（繰り返し数）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。

続いて、本実施の形態におけるセンサ本体４の構成を説明する前に、本実施の形態に対する比較例のセンサ本体４の構成を説明する。
この比較例のセンサ本体の概略構成図（要部の拡大平面図）を、図９に示す。
図９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、この比較例における、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１０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高め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。

この比較例におけるコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４と導体パターンとの配置状態の全体を、図１１Ａに示す。図１１Ａにおいて、センサ本体４の外縁は破線で示している。
この図１１Ａでは、第１のコイルＣ１が、エンコーダ構造３の導体パターンの幅寸法が最少である位置に対向した状態としており、図１０の配置状態から、周期の１／４回転移動した状態となっている。また、図１１Ａのセンサ本体４を抽出して、図１１Ｂに示す。
以下、エンコーダ構造３の導体パターンにおいて、幅寸法が最少である位置を位相０°とし、幅寸法が最大である位置を位相１８０°とし、１相が位相０°〜位相３６０°であると定義して、説明する。
図１１Ａにおいて、エンコーダ構造（導体パターン）３の１相の角度Ｘｐは、図２において説明したように、１２０度である。
センサ本体４は、エンコーダ構造３の１相に対応する部分内に収まるように、４つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が配置されている。
そして、図１１Ａに示すように、第１のコイルＣ１がエンコーダ構造３の位相０°の位置にあるときには、第２のコイルＣ２がエンコーダ構造３の位相９０°の位置にあり、第３のコイルＣ３がエンコーダ構造３の位相１８０°の位置にあり、第４のコイルＣ４がエンコーダ構造３の位相２７０°の位置にある。

一般的に、周期数がｎであるときに、エンコーダ構造３のパターンの１相の角度Ｘｐは、Ｘｐ＝２π／ｎである。
また、隣接するコイル間の角度Ｘｍｎは、Ｘｍｎ＝Ｘｐ／４＝２π／（４ｎ）＝π／（２ｎ）である。
また、隣接するコイル間の距離（コイル中心間の距離）Ｓｍｎは、Ｓｍｎ＝Ｄ・ｓｉｎ（Ｘｍｎ／２）＝Ｄ・ｓｉｎ（π／（４ｎ））である。

この図１１Ａに示す場合、周期数ｎ＝３であることにより、Ｘｐ＝２π／３であり、Ｘｍｎ＝π／６であり、Ｓｍｎ＝Ｄ・ｓｉｎ（π／１２）である。
従って、第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２間の角度Ｘ１、第２のコイルＣ２及び第３のコイルＣ３間の角度Ｘ２、第３のコイルＣ３及び第４のコイルＣ４間の角度Ｘ３について、Ｘ１＝Ｘ２＝Ｘ３＝Ｘｍｎ＝π／６である。また、第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２間の距離Ｓ１について、Ｓ１＝Ｓｍｎ＝Ｄ・ｓｉｎ（π／１２）である。

ところが、上述した比較例の構成について、図１２に示すように、周期数ｎを変えずにエンコーダ構造３のパターン部の径Ｄを小さくすると、隣り合うコイル間の距離も小さくなる。
この図１２に示す場合においては、エンコーダ構造３のパターン部の径Ｄ１を、図１１Ａのパターン部の径Ｄに対して、Ｄ１＝Ｄ／２としている。
この場合、第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２間の距離Ｓ１＝Ｄ１・ｓｉｎ（π／１２）＝（Ｄ／２）・ｓｉｎ（π／１２）であり、図１１Ａの場合のコイル間の距離の１／２になる。
この場合においても、図１１の場合と同様に、隣り合う２つのコイルＣ１とＣ２，Ｃ２とＣ３，Ｃ３とＣ４は、１相の１／４（位相差９０°）の間隔に配置されている。

なお、一般的には、小さくしたパターン部の径Ｄ１は、
Ｄ１＝ｋ×Ｄ （ただし、０＜ｋ≦１）
で表すことができる。このときのコイル間の距離Ｓ１ｍｎは、
Ｓ１ｍｎ＝Ｄ１・ｓｉｎ（π／４ｎ）=ｋ×Ｓｍｎ
となる。

このように、周期数ｎを変えずに、エンコーダ構造３のパターン部の径Ｄを小さくすると、隣り合うコイル間の距離も小さくなるため、前述したように、隣り合うコイル間の相互作用によって、検出結果に誤差を生じて、センサの精度が低くなることがある。

一方、上述した比較例の構成について、図１３に示すように、エンコーダ構造３のパターン部の径Ｄを変えずに周期数ｎを大きくすると、隣り合うコイル間の距離が小さくなる。
この図１３に示す場合、周期数ｎ２を、図１１Ａの周期数ｎ＝３に対して、ｎ２＝６と２倍に大きくしている。
この場合、パターンの周期Ｘｐ＝２π／６＝π／３であり、第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２間の角度Ｘ１＝π／（２・ｎ２）＝π／１２であり、いずれも図１１Ａの場合の１／２の角度となる。
これにより、第１のコイルＣ１及び第２のコイル間の距離Ｓ１も小さくなって、Ｓ１＝Ｄ・ｓｉｎ（Ｘ１／２）＝Ｄ・ｓｉｎ（π／２４）となる。
この場合においても、図１１の場合と同様に、隣り合う２つのコイルＣ１とＣ２，Ｃ２とＣ３，Ｃ３とＣ４は、１相の１／４（位相差９０°）の間隔に配置されている。

なお、一般的には、大きくした周期数ｎ２について、コイル間の距離Ｓ２ｍｎは、
Ｓ２ｍｎ＝Ｄ・ｓｉｎ（π／（４・ｎ２））
となる。周期数ｎ２が大きくなると、コイル間の距離Ｓ２ｍｎは小さくなる。

このように、エンコーダ構造３のパターン部の径Ｄを変えずに、周期数ｎを大きくすると、隣り合うコイル間の距離も小さくなるため、前述したように、隣り合うコイル間の相互作用によって、検出結果に誤差を生じて、センサの精度が低くなることがある。

さらにまた、パターン部の径Ｄを小さくして、かつ、周期数ｎを大きくした場合には、隣り合うコイル間の距離がさらに短くなるため、センサの精度低下の問題が顕著になる。

上述したように、比較例の構成においては、パターン部の径Ｄを小さくしたり、周期数ｎを大きくしたりすると、隣接するコイル間の距離が小さくなって、隣接するコイル間での結合が増大し、その結果、センサの精度を劣化させることになる。
このため、パターン部の小径化、又は、大きな周期数に対応したセンサを実現することに制限があった。

本実施の形態は、この制限を緩和することを目的としており、センサ本体４内の４つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の配置に特徴を有している。
本実施の形態のセンサ本体４を含む要部の概略構成図を、図４Ａ及び図４Ｂに示す。図４Ａは、図１１Ａのように配置状態の全体を示している。図４Ａにおいて、センサ本体４の外縁は破線で示している。図４Ｂは、図４Ａのセンサ本体４を抽出した平面図である。
図４Ａでは、第１のコイルＣ１が、エンコーダ構造３の導体パターンの幅寸法が最少である位置に対向した状態としている。
また、図示しないが、エンコーダ構造３の導体パターンのパターン部の径は、図１１Ａと同じ径Ｄとなっている。

本実施の形態では、特に、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、図１１Ａ及び図１１Ｂにおいては隣り合っていた、位相差が９０°の２つのコイルＣ１とＣ２，Ｃ２とＣ３，Ｃ３とＣ４を、離して配置している。
図１１Ａ及び図１１Ｂでは、第１のコイルＣ１から、右回りに、第２のコイルＣ２、第３のコイルＣ３、第４のコイルＣ４、の順序で配置されていた。
これに対して、本実施の形態では、第１のコイルＣ１から、右回りに、第３のコイルＣ３、第２のコイルＣ２、第４のコイルＣ４、の順序で配置されている。
図１１と比較すると、第２のコイルＣ２と第４のコイルＣ４とは、次の相の同じ位相の位置に移動させており、第１のコイルＣ１と第３のコイルＣ３とは元の位置のままとなっている。

そして、第１のコイルＣ１と第３のコイルＣ３とは、１相（１２０度）の１／２（６０度）の間隔であり、第３のコイルＣ３と第２のコイルＣ２とは、１相の３／４（９０度）の間隔であり、第２のコイルＣ２と第４のコイルＣ４とは、１相の１／２（６０度）の間隔であり、第４のコイルＣ４と第１のコイルＣ１とは、１相の５／４（１５０度）の間隔である。
即ち、隣り合って配置された２つのコイル（Ｃ１とＣ３，Ｃ３とＣ２，Ｃ２とＣ４，Ｃ４とＣ１）が、いずれも１相の１／２（６０度）以上の間隔となっており、図１１に示した場合の２倍以上の間隔となっている。

センサ本体４及び４つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、図９に示した比較例と同様に、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って形成したパターンコイルによって４つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を形成した構成とすることができる。コイルの導体としては、例えば、銅箔を用いる。
なお、コイルの形状は、角型の渦巻形状に限定されるものではなく、角を丸くした矩形状や楕円形状等も可能である。

基板１１及びコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、センサ本体４の内部に収納されている構成、センサ本体４の回転子２側の表面に配置された構成、センサ本体４の回転子２とは反対側の表面に配置された構成の、いずれの構成も可能である。特に、コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が回転子２側の表面に配置された構成とすると、効率が良い。
センサ本体４には、好ましくは、コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の配置されていない、図中余白の部分等に、演算処理用の回路や周辺回路等の回路、各種部品、配線等を設ける。
このため、図４の形態のように、コイル間のスペースが大きくなった部位には、付加回路を追加することが可能となり、その結果、センサ機能や性能の向上を図ることが可能となる。

本実施の形態においては、センサ本体４の４つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４により、第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２を有する第１のセンサシステムＳＳ１（図５参照）と、第３のコイルＣ３及び第４のコイルＣ４を有する第２のセンサシステムＳＳ２（図５参照）とを構成する。
そして、例えば、第１のセンサシステムＳＳ１の２つのコイルＣ１，Ｃ２を並列に接続し、第２のセンサシステムＳＳ２の２つのコイルＣ３，Ｃ４を並列に接続し、これらのそれぞれのセンサシステムＳＳ１，ＳＳ２から検出信号を得るように回路を構成する。

検出回路を得るためのセンサシステムの回路の構成の一形態を、図５に示す。
図５に示す回路において、第１のセンサシステムＳＳ１は、第１のコイルＣ１（第２のコイルＣ２も同様）と、コンデンサＣａとが直列に接続された、共振回路から成る。第２のセンサシステムＳＳ２は、第３のコイルＣ３（第４のコイルＣ４も同様）と、コンデンサＣｂとが直列に接続された、共振回路から成る。
それぞれのセンサシステムＳＳ１，ＳＳ２に対して、ＡＣ電圧源Ｖが並列に接続されている。このＡＣ電圧源によって、各センサシステムＳＳ１，ＳＳ２の共振回路に電圧が供給される。
そして、各センサシステムＳＳ１，ＳＳ２の共振回路のノードに、論理回路の一種である位相比較器３１が接続され、この位相比較器３１で、エンコーダ構造３の位相差を検出する。
位相比較器３１の出力として、センサ信号３２を得ることができる。
なお、図示しないが、コイルやコンデンサの他に、抵抗器を接続してセンサシステムの共振回路を構成しても構わない。

本実施の形態の回転角度検出用センサにおける、回転角度の検出原理は、概略以下の通りである。
回転軸１を中心として回転子２が回転すると、コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に対向するエンコーダ構造３の導体パターンの幅寸法が変化するので、コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から磁束を発生させたときに導体パターンに生じる渦電流の量も変化する。
導体パターンに生じる渦電流によって、コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を通る磁束が減衰する。
従って、導体パターンに生じる渦電流の量の変化に対応して、磁束の減衰量も変化し、これにより、コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のインダクタンスの大きさも変化する。
このコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のインダクタンスの大きさの変化によって、コイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４から成るセンサシステムＳＳ１，ＳＳ２から得られる出力信号の振幅や位相や周波数等が変化するので、この振幅や位相や周波数等の変化を検出することにより、回転子２の回転角度を検出することができる。

次に、図４Ａに示した構成について、周期数ｎを変えずにエンコーダ構造３のパターン部の径Ｄを小さくした場合の全体配置を、図６に示す。
この図６に示す場合においては、図１２に示した場合と同様に、エンコーダ構造３のパターン部の径Ｄ１を、Ｄ１＝Ｄ／２としている。
この図６に示す場合、隣接するコイル間の角度は、次のようになる。
第１のコイルＣ１及び第３のコイルＣ３間の角度：Ｘ１３＝２・（π／６）＝π／３
第３のコイルＣ３及び第２のコイルＣ２間の角度：Ｘ３２＝３・（π／６）＝π／２
第２のコイルＣ２及び第４のコイルＣ４間の角度：Ｘ２４＝２・（π／６）＝π／３
また、隣接するコイル間の距離は、次のようになる。
第１のコイルＣ１及び第３のコイルＣ３間の距離：Ｓ１３＝Ｄ１・ｓｉｎＸ１３／２＝（Ｄ／２）ｓｉｎ（π／６）
第３のコイルＣ３及び第２のコイルＣ２間の距離：Ｓ３２＝Ｄ１・ｓｉｎＸ３２／２＝（Ｄ／２）ｓｉｎ（π／４）
第２のコイルＣ２及び第４のコイルＣ４間の距離：Ｓ２４＝Ｄ１・ｓｉｎＸ２４／２＝（Ｄ／２）ｓｉｎ（π／６）
従って、隣接する２つのコイル間の距離が（Ｄ／２）ｓｉｎ（π／１２）であった、図１２の場合と比較して、隣接する２つのコイル間の距離を拡げることができる。
これにより、図１２の場合と比較して、隣り合うコイル間の距離を大きくすることができるため、隣り合うコイル間の相互作用を低減して、検出結果に生じる誤差を抑制することができる。即ち、センサの精度を高くすることが可能になる。

一方、図４Ａに示した構成について、エンコーダ構造３のパターン部の径Ｄを変えずに周期数ｎを大きくした場合の全体配置を、図７に示す。
この図７に示す場合においては、図１３に示した場合と同様に、エンコーダ構造３のパターン部の周期数ｎ２を、ｎ２＝６と大きくしている。
この図７に示す場合、隣接するコイル間の角度は、次のようになる。
第１のコイルＣ１及び第３のコイルＣ３間の角度：Ｘ１３＝２・（π／１２）＝π／６
第３のコイルＣ３及び第２のコイルＣ２間の角度：Ｘ３２＝３・（π／１２）＝π／４
第２のコイルＣ２及び第４のコイルＣ４間の角度：Ｘ２４＝２・（π／１２）＝π／６
また、隣接するコイル間の距離は、次のようになる。
第１のコイルＣ１及び第３のコイルＣ３間の距離：Ｓ１３＝Ｄ・ｓｉｎＸ１３／２＝Ｄ・ｓｉｎ（π／１２）
第３のコイルＣ３及び第２のコイルＣ２間の距離：Ｓ３２＝Ｄ・ｓｉｎＸ３２／２＝Ｄ・ｓｉｎ（π／８）
第２のコイルＣ２及び第４のコイルＣ４間の距離：Ｓ２４＝Ｄ・ｓｉｎＸ２４／２＝Ｄ・ｓｉｎ（π／１２）
従って、隣接する２つのコイル間の距離がＤ・ｓｉｎ（π／２４）であった、図１３の場合と比較して、隣接する２つのコイル間の距離を拡げることができる。
これにより、図１３の場合と比較して、隣り合うコイル間の距離を大きくすることができるため、隣り合うコイル間の相互作用を低減して、検出結果に生じる誤差を抑制することができる。即ち、センサの精度を高くすることが可能になる。

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。

なお、図４Ａ及び図４Ｂでは、センサ本体４をＣ字形状としているが、回転軸２の周囲に１周にわたって形成した、Ｏ字形状としても構わない。
センサ本体４をＣ字形状とすると、センサ本体４を小型化でき、回転角度検出用センサ全体の小型化も図ることができる。
一方、センサ本体４をＯ字形状とすると、回路、各種部品、配線等を配置する場所を増やして、設計の自由度を向上することができる。

上述の本実施の形態によれば、隣り合う２つのコイル（Ｃ１とＣ３，Ｃ３とＣ２，Ｃ２とＣ４，Ｃ４とＣ１）が、いずれも１相の１／２（６０度）以上の間隔となっていることから、隣り合う２つのコイル間の距離を大きくすることができるため、隣り合う２つのコイル間の相互作用を低減して、検出結果に生じる誤差を抑制することができる。
従って、センサの精度を高くすることが可能になる。
そして、エンコーダ構造３のパターン部の径Ｄを小さくしたり、エンコーダ構造３の周期数ｎを大きくしたりした場合でも、コイル間の距離を確保して、高い精度を確保することが可能になる。
これにより、パターン部の径を小さくして、センサ全体の小型化を実現することが可能になる。

上述の実施の形態では、図４、図６、図７の各場合において、４つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、エンコーダ構造３の２相分に収まるように配置されていた。
本発明では、隣接するコイル間の角度が１相の１／２以上確保されるのであれば、エンコーダ構造３の３相以上にわたるようにコイルが配置されていても構わない。
例えば、図７に示したエンコーダ構造３が６相である場合において、図７ではコイルを配置していない、第１のコイルＣ１から見て３相目〜６相目の位置に、他のコイルを配置することも可能である。
このように、コイルの配置は様々な配置が可能であるので、センサの外形形状や、部品の配置等の自由度を得ることもできる。

本発明の条件を満たす、４つのインダクタンス素子（位相が０度、９０度、１８０度、２７０度；位相差が９０度ずつ）の配置は、次のような特徴を有する。
第１のインダクタンス素子がエンコーダ構造の１相目の位相０度の位置にあるときに、第２のインダクタンス素子はエンコーダ構造の２相目乃至ｎ相目の範囲の任意の相における位相９０度の位置にあり、第３のインダクタンス素子はエンコーダ構造の１相目乃至ｎ相目の範囲の任意の相における位相１８０度の位置にあり、第４のインダクタンス素子はエンコーダ構造の１相目乃至（ｎ−１）相目の範囲の任意の相における位相２７０度の位置にある。ただし、このとき、第３のインダクタンス素子は、第２のインダクタンス素子が位置する相以外の相にあり、第４のインダクタンス素子は、第３のインダクタンス素子が位置する相以外の相にある。第２のインダクタンス素子が１相目にあると、本発明の条件を満たさない。同様に、第４のインダクタンス素子がｎ相目にあると、第１のインダクタンス素子と近接した状態で隣り合ってしまうために、本発明の条件を満たさない。
また、４つのインダクタンス素子の配置の１つの形態として、位相順で第１のインダクタンス素子がエンコーダ構造の１相目の位相０度の位置にあるときに、位相順で第３のインダクタンス素子がエンコーダ構造の１相目にあり、位相順で第２及び第４のインダクタンス素子が、共にエンコーダ構造の２相目乃至（ｎ−１）相目の範囲のいずれか１つの相にあるように各インダクタンス素子が配置させている構成とする。なお、図４に示した配置は、この形態のうち、第２及び第４のインタクダンス素子が２相目にある配置である。

次に、本発明の条件を満たす、他の配置を示す。
本発明の他の実施の形態として、回転角度検出用センサの概略構成図（全体の配置状態を示す平面図）を、図８Ａに示す。また、図８Ａのセンサ本体４の平面図を、図８Ｂに示す。
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、本実施の形態では、４つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が、第１のコイルＣ１、第４のコイルＣ４、第３のコイルＣ３、第２のコイルＣ２の順序で、等間隔に配置されている。
また、センサ本体４は、これら４つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の配置に合わせて、回転軸２の周囲に１周にわたって形成され、Ｏ字形状となっている。
本実施の形態では、隣り合う２つのコイルの間隔が、いずれもエンコーダ構造３の１相（１２０度）の３／４（９０度）である。
即ち、隣り合う２つのコイルの間隔が１相の１／２以上である、という本発明の条件を満たしている。
その他の構成は、図４Ａ及び図４Ｂに示した先の実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。

上述の本実施の形態によれば、隣り合う２つのコイルの間隔が、いずれもエンコーダ構造３の１相（１２０度）の３／４（９０度）であり、隣り合う２つのコイルの間隔が１相の１／２以上である、という本発明の条件を満たしていることから、先の実施の形態と同様に、隣り合う２つのコイル間の距離を大きくすることができるため、隣り合う２つのコイル間の相互作用を低減して、検出結果に生じる誤差を抑制することができる。
従って、センサの精度を高くすることが可能になる。
そして、エンコーダ構造３のパターン部の径を小さくしたり、エンコーダ構造３の周期数ｎを大きくしたりした場合でも、コイル間の距離を確保して、高い精度を確保することが可能になる。
これにより、パターン部の径を小さくして、センサ全体の小型化を実現することが可能になる。

図８Ａ及び図８Ｂでは、センサ本体４を１周にわたって形成しているが、隣り合う２つのコイルの間、例えばコイルＣ１とコイルＣ４の間で、センサ本体４の両端が途切れたＣ字形状としても構わない。

なお、センサ本体４を複数に分割して、それぞれに４つのコイルの一部ずつを配置することも考えられるが、その場合、分割したそれぞれのセンサ本体の取り付け精度を高くしてないと、センサの検出精度に影響する。
従って、センサ本体４は、Ｏ字形状やＣ字形状のように、一体化した構成とすることが望ましい。

エンコーダ構造３の周期数ｎ＝３のときには、４つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の配置は、図４に示した配置と、図８に示した配置との、２通りある。
図示しないが、エンコーダ構造３の周期数ｎ＝４のときには、４つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の配置は、５通りある。
エンコーダ構造３の周期数ｎを増やしていくと、可能な配置の数も増えていく。
なお、周期数ｎ＝２では、４つのコイルＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を本発明の条件を満たすように配置することができないので、周期数ｎは３以上とする。

なお、上述の各実施の形態では、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、上述の各実施の形態では、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。

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。

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して０度から３６０度の位相を有した相がｎ周期（ｎは正の整数）形成されてい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一つの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の前記相の周期の数ｎが、３以上の整数であり、
   前記複数のインダクタンス素子が、９０度ずつの位相差を有し、
   かつ、隣り合う２つの前記インダクタンス素子が少なくとも前記エンコーダ構造の１相の半分以上の間隔をもって配置され、
   それぞれの前記インダクタンス素子の空芯部の長手方向の長さＬが、前記エンコーダ構造の導体パターンの最大幅寸法Ｗｍａｘより大きく形成されている
   ことを特徴とする渦電流式回転角度検出用センサ。
2. 請求項１に記載の渦電流式回転角度検出用センサにおいて、
   前記複数のインダクタンス素子は、第１乃至第４の４つのインダクタンス素子であり、
   第１のインダクタンス素子が、前記エンコーダ構造の１相目の位相０度の位置にあるときに、
   第２のインダクタンス素子は、前記エンコーダ構造の２相目乃至ｎ相目の範囲の任意の相における位相９０度の位置にあり、
   第３のインダクタンス素子は、前記エンコーダ構造の１相目乃至ｎ相目の範囲であって、前記第２のインダクタンス素子が位置する相以外で、任意の相における位相１８０度の位置にあり、
   第４のインダクタンス素子は、前記エンコーダ構造の１相目乃至（ｎ−１）相目の範囲であって、前記第３のインダクタンス素子が位置する相以外で、任意の相における位相２７０度の位置にあるように、前記第１乃至第４のインダクタンス素子が配置されている
   ことを特徴とする渦電流式回転角度検出用センサ。
3. 請求項１または２に記載の渦電流式回転角度検出用センサにおいて、
   前記複数のインダクタンス素子が、第１乃至第４の４つのインダクタンス素子であり、
   前記４つのインダクタンス素子のうち、位相順で第１のインダクタンス素子が、前記エンコーダ構造の１相目の位相０度の位置にあるときに、
   位相順で第３のインダクタンス素子が、前記エンコーダ構造の１相目にあり、
   位相順で第２及び第４のインダクタンス素子が、共に、前記エンコーダ構造の２相目乃至（ｎ−１）相目の範囲のいずれか１つの相にあるように、各前記インダクタンス素子が配置されている
   ことを特徴とする渦電流式回転角度検出用センサ。

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