JP5248559B2 - 位置検出センサ - Google Patents

Description

本発明は、隙間を介して互いに平行に配置され、その隙間を保持した状態で相対的に移動可能に構成されている第１部材と第２部材との位置関係を求める位置検出センサに関する。

電気自動車等において使用されるブラシレスモータでは、モータの出力軸の回転角度を検出するためにレゾルバが一般的に設けられている。そして、このレゾルバに関する技術が特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載のレゾルバ１００は、図１５に示すように、隙間Ｇを介して互いに平行に配置されたリング状のステータ１０２とロータ１０４とを備えており、前記ステータ１０２がモータの固定子（図示省略）側、前記ロータ１０４がモータの回転子（図示省略）側に固定されている。ロータ１０４には、基板の表裏に励磁コイル１０６が設けられている。また、ステータ１０２には、同じく基板の表裏に電気角が90°ずれた状態で一対のサイン相コイル１０８とコサイン相コイル１０９（検出コイル）が設けられている。そして、前記ステータ１０２に対するロータ１０４の回転に起因する励磁コイル１０６の磁界の変化を検出コイル１０８，１０９で誘導起電力として検出し、前記誘導起電力に基づいて前記ロータ１０４の回転角度を演算できるように構成されている。

特開平８−１３６２１１号公報

上記したレゾルバ１００では、ステータ１０２の基板の表側にサイン相コイル１０８、前記基板の裏側にコサイン相コイル１０９を設ける構成である。このため、励磁コイル１０６とサイン相コイル１０８間の距離と励磁コイル１０６とコサイン相コイル１０９間の距離が異なり、前記サイン相コイル１０８とコサイン相コイル１０９間で出力差が生じて、検出精度が低くなる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明の技術的課題は、サイン相コイルと励磁コイル間の距離とコサイン相コイルと励磁コイル間の距離とが実質的に等しくなるようにして検出精度を向上させることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、隙間を介して互いに平行に配置され、その隙間を保持した状態で相対的に移動可能に構成されている第１部材と第２部材と、前記第１部材に電気角を90°ずらした状態で設けられた一対のサイン相コイルとコサイン相コイルと、前記第２部材、あるいは前記第１部材に設けられた基準コイルとを有し、前記一対のサイン相コイルとコサイン相コイル、あるいは基準コイルの一方を検出コイルにし、前記一対のサイン相コイルとコサイン相コイル、あるいは基準コイルの他方を励磁コイルにし、前記励磁コイルで発生する磁界の変化を前記検出コイルで誘導起電力として検出し、前記誘導起電力の変化に基づいて前記第１部材と前記第２部材との位置関係を演算する構成であり、前記第１部材は、絶縁層を介して積層された二層のコイル形成層を備え、それらのコイル形成層が前記第２部材と平行になるように構成されており、前記サイン相コイル、前記コサイン相コイルは、前記第１部材の相対移動方向に延びる仮想分割線の位置で相対移動方向に対する右側と左側とに分割された左右のコイル分割片がつなぎ合わされることにより構成されており、前記相対移動方向に対する右側のサイン相コイル分割片と前記相対移動方向に対する左側のコサイン相コイル分割片とが一方のコイル形成層に設けられて、左側のサイン相コイル分割片と右側のコサイン相コイル分割片とが他方のコイル形成層に設けられていることを特徴とする。

本発明によると、第１部材は、絶縁層を介して積層された二層のコイル形成層を備え、それらのコイル形成層が第２部材と平行になるように構成されている。このため、第１部材の一方のコイル形成層と第２部材間の距離と、第１部材の他方のコイル形成層と第２部材間の距離とは異なっている。
しかし、サイン相コイルは左右のサイン相コイル分割片からなり、コサイン相コイルは左右のコサイン相コイル分割片から構成される。さらに、右側のサイン相コイル分割片と左側のコサイン相コイル分割片とが一方のコイル形成層に設けられており、左側のサイン相コイル分割片と右側のコサイン相コイル分割片とが他方のコイル形成層に設けられている。このため、第２部材に基準コイルが設けられている場合に、その基準コイルと第１部材のサイン相コイル間の距離と、前記基準コイルと第１部材のコサイン相コイル間の距離とは実質的に等しくなる。
これにより、基準コイルと、サイン相コイル、コサイン相コイルとの距離の違いに起因した出力誤差が解消され、検出精度が向上する。

請求項２の発明によると、第１部材のコイル形成層は基板状に形成されてサイン相コイル分割片、コサイン相コイル分割片がそれぞれ同一面上にプリントされていることを特徴とする。
請求項３の発明によると、第１部材の絶縁層が絶縁基板状に形成されて、絶縁基板の表裏に前記コイル形成層が設けられていることを特徴とする。
上記したようにプリント基板を用いることができるので、製造コストを低減させることができる。さらに、コイル形成層、絶縁層の厚み寸法を小さくできるため、一方のコイル形成層と他方のコイル形成層との距離が小さくなり、一方のコイル形成層と他方のコイル形成層との距離に起因する誤差を低減させることができる。

請求項４の発明によると、第１部材と第２部材とはリング状に形成されて、同軸に相対回転する構成であり、サイン相コイル、コサイン相コイルは、円周方向に延びる仮想分割線の位置で半径方向外側と半径方向内側とに分割された内外のコイル分割片がつなぎ合わされることにより構成されており、半径方向外側のサイン相コイル分割片と半径方向内側のコサイン相コイル分割片とが一方のコイル形成層に設けられており、半径方向内側のサイン相コイル分割片と半径方向外側のコサイン相コイル分割片とが他方のコイル形成層に設けられていることを特徴とする。
これにより、第１部材と第２部材との相対回転角度を精度良く検出することができる。
なお、第１部材が第２部材に対して右回転する場合には、半径方向内側が移動方向に対する右側に相当し、半径方向外側が移動方向に対する左側に相当する。また、第１部材が第２部材に対して左回転する場合には、半径方向内側が移動方向に対する左側に相当し、半径方向外側が移動方向に対する右側に相当する。

請求項５の発明によると、第１部材と前記第２部材との間で電気信号の伝送に使用されるロータリトランスを備えており、前記ロータリトランスのコイルが前記コイル形成層のサイン相コイル分割片とコサイン相コイル分割片との半径方向内側に設けられていることを特徴とする。
このように、サイン相コイル分割片、コサイン相コイル分割片がロータリトランスのコイルに囲まれないため、サイン相コイル分割片、コサイン相コイルがロータリトランスの磁界の影響を受け難くなる。
請求項６の発明によると、ロータリトランスのコイルのリード線が、並べられた状態で、サイン相コイル分割片、あるいはコサイン相コイル分割片に形成された円周方向における隙間を通って半径方向外側に延びるように設けられていることを特徴とする。
このように、ロータリトランスのコイルのリード線が並べられた状態で設けられているため、サイン相コイル分割片、コサイン相コイル分割片がロータリトランスのコイルのリード線に囲まれることがなく、サイン相コイル分割片、コサイン相コイルがロータリトランスの磁界の影響を受け難くなる。

請求項７の発明によると、サイン相コイルとコサイン相コイルとを備える第１部材は固定されており、基準コイルを備える第２部材は、前記第１部材に対して移動できるように構成されていることを特徴とする。
請求項８の発明によると、基準コイルを備える第２部材は固定されおり、サイン相コイルとコサイン相コイルとを備える第１部材は、前記第２部材に対して移動できるように構成されていることを特徴とする。

請求項９の発明によると、サイン相コイルとコサイン相コイルと基準コイルを備える第１部材は固定されており、第２部材は、非磁性導電材料により形成されて、前記第１部材に対して移動できるように構成されていることを特徴とする。
本発明によると、サイン相コイルとコサイン相コイルと基準コイルが第１部材に設けられているため、前記第１部材と第２部材間で電気信号の伝送に使用されるロータリトランスが不要になる。

本発明によると、基準コイルと、サイン相コイル、コサイン相コイルとの距離の違いに起因した出力誤差が解消され、検出精度が向上する。

本発明の実施形態１に係る位置検出センサの信号ブロック図である。 前記位置検出センサのステータに設けられたサイン相コイルを表す平面図である。 半径方向内側のサイン相コイル分割片を表す平面図（Ａ図）、半径方向外側のサイン相コイル分割片を表す平面図（Ｂ図）である。 前記位置検出センサのステータに設けられたコサイン相コイルを表す平面図である。 半径方向外側のコサイン相コイル分割片を表す平面図（Ａ図）、半径方向内側のコサイン相コイル分割片を表す平面図（Ｂ図）である。 前記位置検出センサのステータに設けられたロータリトランスの一次コイルの平面図（Ａ図）、Ａ図のＢ部拡大図（Ｂ図）、一次コイルの平面図（Ｃ図）、Ｃ図のＤ部拡大図（Ｄ図）である。 位置検出センサのステータを表す分解斜視図である。 前記ステータの下段コイル形成層を表す拡大斜視図である。 前記ステータの上段コイル形成層を表す拡大斜視図である。 位置検出センサのロータを表す分解斜視図である。 前記ロータに設けられた励磁コイルとロータリトランスの二次コイルとの配線を表す模式図である。 前記位置検出センサのステータとロータとを表す模式縦断面図である。 前記位置検出センサをブラシレスモータに取付けた状態を表す縦断面図である。 本発明の変更例に係る位置検出センサの信号ブロック図である。 従来の位置検出センサ（レゾルバ）のステータとロータとを表す模式縦断面図である。

［実施形態１］
以下、図１から図１４に基づいて本発明の実施形態１に係る位置検出センサ（レゾルバ）の説明を行う。

＜位置検出センサ１０の概要について＞
本実施形態に係る位置検出センサ１０は、例えば、ブラシレスモータ９０（図１３参照）の出力軸の回転角度を検出するためのものである。位置検出センサ１０は、図１のブロック図に示すように、センサ部１０ｓと、前記センサ部１０ｓを動作させ、そのセンサ部１０ｓからの信号を処理して演算する制御部１０ｅとから構成されている。さらに、位置検出センサ１０のセンサ部１０ｓは、図１、図１３に示すように、ブラシレスモータ９０の固定子側（ケース蓋部９２）に固定されるリング状のステータ２０と、ブラシレスモータ９０の回転子９４側に固定されるリング状のロータ６０とから構成されている。位置検出センサ１０のステータ２０とロータ６０とは同軸に位置決めされており、ステータ２０の上面２０ｕがロータ６０の下面６０ｄと一定の隙間Ｇを介して対向している。なお、図１３において上側がステータ２０とロータ６０の上側、図１３において下側がステータ２０とロータ６０の下側として以下の説明を行う。
位置検出センサ１０のステータ２０には、図１に示すように、電気角を90°ずらした状態で設けられたサイン相コイル３０とコサイン相コイル４０と、そのステータ２０とロータ６０間で電気信号を伝送するためのロータリトランス５０の一次コイル５１とが設けられている。
また、位置検出センサ１０のロータ６０には、ロータリトランス５０の二次コイル５５と励磁コイル７０とが設けられている。
即ち、前記励磁コイル７０が本発明の基準コイルに相当し、前記サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０が本発明の検出コイルに相当する。また、前記ステータ２０が本発明の第１部材に相当し、前記ロータ６０が本発明の第２部材に相当する。

上記構成により、位置検出センサ１０の制御部１０ｅに設けられた入力信号発生器１１から高周波の交流電圧がロータリトランス５０の一次コイル５１に加えられると、この交流電圧がロータリトランス５０の二次コイル５５を介してロータ６０の励磁コイル７０に加えられる。これにより、励磁コイル７０に交番磁界が発生する。この交番磁界により、前記励磁コイル７０とサイン相コイル３０、及びコサイン相コイル４０間の相互インダクタンスの大きさに応じてサイン相コイル３０、及びコサイン相コイル４０に誘導起電力が発生する。ここで、サイン相コイル３０、及びコサイン相コイル４０の各コイルから得られる出力電圧の大きさは、サイン相コイル３０、及びコサイン相コイル４０に対する励磁コイル７０、即ち、ロータ６０の回転角度θ（電気角）に応じた値になる。
サイン相コイル３０の出力信号は、図１に示すように、制御部１０ｅの同期検波器１２ｓに入力されて一定時間毎にサンプリングされ、積分回路１３ｓで平滑化されることで高周波成分が除去される。これにより、サイン相コイル３０の積分回路１３ｓの出力信号ＳＯは、ロータ６０の回転角度θの関数となり、正弦波（ｓｉｎθ）で表される。同様に、コサイン相コイル４０の出力信号ＣＯも、制御部１０ｅの同期検波器１２ｃ、積分回路１３ｃの働きでロータ６０の回転角度θの関数となる。しかし、前述のように、サイン相コイル３０とコサイン相コイル４０とは、電気角を90°ずらした状態で設置されているため、コサイン相コイル４０の出力信号ＣＯはサイン相コイル３０の出力信号ＳＯに対して電気角で90°ずれており、余弦波（ｃｏｓθ）で表される。
このため、演算器１５でサイン相コイル３０の出力信号ＳＯをコサイン相コイル４０の出力信号ＣＯで除してｔａｎθを求めることで、ロータ６０の回転角度θは、θ＝ｔａｎ^-1 ＳＯ／ＣＯにより求めることができる。

＜サイン相コイル３０の具体的な構成について＞
サイン相コイル３０は、図２の平面図に示すように、直列に接続された第１コイル３１、第２コイル３２、第３コイル３３、及び第４コイル３４とから構成されている。第１〜第４コイル３１，３２，３３，３４は、中心角が略90°の円弧状に形成されており、後記するように、ステータ２０を構成するリング状の上段コイル形成層２５、下段コイル形成層２３の表面に円周方向に90°間隔で形成されている。
サイン相コイル３０の第１コイル３１は外側から内側に右巻きされており、第２コイル３２は内側から外側に左巻きされている。また、第３コイル３３は外側から内側に右巻きされており、第４コイル３４は内側から外側に左巻きされている。さらに、第１〜第４コイル３１，３２，３３，３４は等しい巻数で巻かれており、各々のコイル３１，３２，３３，３４における導体の円周方向における間隔は内側になるほど大きく設定されている。また、第１コイル３１における導体の間隔と、第２コイル３２における導体の間隔と、第３コイル３３における導体の間隔と、第４コイル３４における導体の間隔とは等しく設定されている。さらに、第１コイル３１と第２コイル３２間の間隔と、第２コイル３２と第３コイル３３間の間隔と、第３コイル３４と第４コイル３４間の間隔と、第４コイル３４と第１コイル３１間の間隔とは等しく設定されている。
そして、第１コイル３１の一端（外周側の端末）がリード線３１ｅによって端子Ｔ１に接続されており、第１コイル３１の内周側の端末Ｇが渡り線３１ｗによって第２コイル３２の内周側の端末Ｈに接続されている。また、第２コイル３２の外周側の端末が渡り線３２ｗによって第３コイル３３の外周側の端末に接続されており、第３コイル３３の内周側の端末Ｌが渡り線３３ｗによって第４コイル３４の内周側の端末Ｘに接続されている。さらに、第４コイル３４の外周側の端末がリード線３４ｅによって端子Ｔ５に接続されている。

上記構成により、例えば、サイン相コイル３０に対して直角（紙面に対して直角）な幅の小さい一定磁界がそのサイン相コイル３０の第１コイル３１の位置を円周方向に通過すると、第１コイル３１で発生する誘導起電力は正弦波状に変化するようになる。即ち、前記磁界が第１コイル３１の位置（0°〜90°）を移動すると、誘導起電力は正弦波状に0°〜180°の範囲で変化するようになる。また、前記磁界が第２コイル３２の位置を通過すると、第２コイル３２で発生する誘導起電力は第１コイル３１とは逆向き（マイナス）の正弦波状に変化するようになる。即ち、磁界が第２コイル３２の位置を90°〜180°移動すると、誘導起電力は正弦波状に180°〜360°の範囲で変化するようになる。同様に、前記磁界が第３コイル３３の位置を通過すると第３コイル３３で発生する誘導起電力はプラス（第１コイル３１と同じ向き）の正弦波状に変化し、前記磁界が第４コイル３４の位置を通過すると第４コイル３４で発生する誘導起電力はマイナスの正弦波状に変化するようになる。
即ち、第１コイル３１、第2コイル３２が設けられている0°〜180°の範囲（機械角0°〜180°）が電気角（0°〜360°）に相当するようになる。

サイン相コイル３０は、仮想分割線Ｚ（図２参照）の位置で半径方向外側と内側とに分割されたサイン相コイル分割片３０ｘ（図３（Ｂ）参照）とサイン相コイル分割片３０ｙ（図３（Ａ）参照）から構成されている。ここで、仮想分割線Ｚは、サイン相コイル３０の半径方向における中央位置に設けられている。そして、半径方向外側のサイン相コイル分割片３０ｘ（図３（Ｂ）参照）が、後記するステータ２０の下段コイル形成層２３に設けられ、半径方向内側のサイン相コイル分割片３０ｙ（図３（Ａ）参照）がステータ２０の上段コイル形成層２５に設けられている。
半径方向外側のサイン相コイル分割片３０ｘ（図３（Ｂ）参照）と、半径方向内側のサイン相コイル分割片３０ｙ（図３（Ａ）参照）とは、第１コイル３１の接続点ａ１，ｂ１・・ｎ１，ｏ１の位置と、第２コイル３２の接続点ａ２，ｂ２・・ｎ２，ｏ２の位置と、第３コイル３３の接続点ａ３，ｂ３・・ｎ３，ｏ３の位置と、第４コイル３４の接続点ａ４，ｂ４・・ｎ４，ｏ４の位置とでそれぞれ接続されるようになっている。さらに、半径方向外側のサイン相コイル分割片３０ｘ（図３（Ｂ）参照）の渡り線３２ｗ，３３ｗ等と、半径方向内側のサイン相コイル分割片３０ｙ（図３（Ａ）参照）の渡り線３１ｗ，３３ｗ等とはそれぞれ所定位置に接続されるようになっている。このように、半径方向外側のサイン相コイル分割片３０ｘと半径方向内側のサイン相コイル分割片３０ｙとがつなぎ合わされることで図２に示すサイン相コイル３０が構成されるようになる。

＜コサイン相コイル４０の具体的な構成について＞
コサイン相コイル４０は、図４の平面図に示すように、直列に接続された第１コイル４１、第２コイル４２、第３コイル４３、及び第４コイル４４とから構成されている。第１〜第４コイル４１，４２，４３，４４は、中心角が略90°の円弧状に形成されており、サイン相コイル３０に対して位相を電気角で90°（機械角で45°）ずらした状態で形成されている。
コサイン相コイル４０の第１コイル４１は内側から外側に左巻きされており、第２コイル４２は外側から内側に右巻きされている。また、第３コイル４３は内側から外側に左巻きされており、第４コイル４４は外側から内側に右巻きされている。さらに、第１〜第４コイル４１，４２，４３，４４は、サイン相コイル３０の第１〜第４コイル３１，３２，３３，３４と等しい巻数で巻かれており、各々のコイル４１，４２，４３，４４における導体の円周方向における間隔は内側になるほど大きく設定されている。また、第１コイル４１における導体の間隔と、第２コイル４２における導体の間隔と、第３コイル４３における導体の間隔と、第４コイル４４における導体の間隔とは等しく設定されている。さらに、第１コイル４１と第２コイル４２間の間隔と、第２コイル４２と第３コイル４３間の間隔と、第３コイル４４と第４コイル４４間の間隔と、第４コイル４４と第１コイル４１間の間隔とは等しく設定されている。
そして、第１コイル４１の一端（内周側の端末Ｔ２）がリード線４１ｅによって端子Ｔ２に接続されており、第１コイル４１の外周側の端末が渡り線４１ｗによって第２コイル４２の外周側の端末に接続されている。また、第２コイル４２の内周側の端末Ｏが渡り線４２ｗによって第３コイル４３の内周側の端末Ｐに接続されており、第３コイル４３の外周側の端末が渡り線４３ｗによって第４コイル３４の外周側の端末に接続されている。さらに、第４コイル４４の内周側の端末Ｔ６がリード線４４ｅによって端子Ｔ６に接続されている。

コサイン相コイル４０は、仮想分割線Ｚ（図４参照）の位置で半径方向外側と内側とに分割されたコサイン相コイル分割片４０ｘ（図５（Ａ）参照）とコサイン相コイル分割片４０ｙ（図５（Ｂ）参照）から構成されている。そして、半径方向内側のコサイン相コイル分割片４０ｙ（図５（Ｂ）参照）が、後記するステータ２０の下段コイル形成層２３に設けられ、半径方向外側のコサイン相コイル分割片４０ｘ（図５（Ａ）参照）がステータ２０の上段コイル形成層２５に設けられている。
半径方向外側のコサイン相コイル分割片４０ｘ（図５（Ａ）参照）と、半径方向内側のコサイン相コイル分割片４０ｙ（図５（Ｂ）参照）とは、第１コイル４１の接続点ａ５，ｂ５・・ｎ５，ｏ５の位置と、第２コイル４２の接続点ａ６，ｂ６・・ｎ６，ｏ６の位置と、第３コイル４３の接続点ａ７，ｂ７・・ｎ７，ｏ７の位置と、第４コイル４４の接続点ａ８，ｂ８・・ｎ８，ｏ８の位置とでそれぞれ接続される。さらに、半径方向外側のコサイン相コイル分割片４０ｘ（図５（Ａ）参照）の渡り線４１ｗ，４３ｗ等と、半径方向内側のコサイン相コイル分割片４０ｙ（図５（Ｂ）参照）の渡り線４２ｗ等とはそれぞれ所定位置に接続される。このように、半径方向外側のコサイン相コイル分割片４０ｘと半径方向内側のコサイン相コイル分割片４０ｙとがつなぎ合わされることで図４に示すコサイン相コイル４０が構成される。

＜ロータリトランス５０の一次コイル５１について＞
ロータリトランス５０の一次コイル５１は、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０の半径方向内側に配置されて円環状に巻かれたコイルであり、図６に示すように、上段側コイル５１ｕと下段側コイル５１ｄとから構成されている。下段側コイル５１ｄ（図６（Ｃ）（Ｄ）参照）は、後記するステータ２０の下段コイル形成層２３に設けられ、上段側コイル５１ｕ（図６（Ａ）（Ｂ）参照）はステータ２０の上段コイル形成層２５に設けられる。そして、下段側コイル５１ｄと上段側コイル５１ｕとが同方向に巻かれて直列に接続されている。即ち、端子Ｔ３に接続されたリード線５１３（図６（Ｃ）参照）の端末Ｓ１がリード線５１１（図６（Ａ）参照）の一端Ｓ１に接続され、そのリード線５１１の他端Ｓ２が下段側コイル５１ｄの外周側の端末Ｓ２（図６（Ｃ）参照）に接続される。そして、下段側コイル５１ｄの内周側の端末Ｙ１が上段側コイル５１ｕの内周側の端末Ｙ１に接続され、上段側コイル５１ｕの外周側の端末がリード線５１２、接続部Ｙ２、及びリード線５１４（図６（Ｃ）参照）を介して端子Ｔ４に接続されている。

＜ステータ２０の構成について＞
ステータ２０は、図７、図１２に示すように、ベース平板２１と、下段絶縁層２２と、下段コイル形成層２３と、中間絶縁層２４と、上段コイル形成層２５と、上段絶縁層２６とからリング状に構成されている。そして、図１２に示すように、ベース平板２１上に下段絶縁層２２、下段コイル形成層２３、中間絶縁層２４、上段コイル形成層２５、及び上段絶縁層２６が順番に積層され、前記ベース平板２１によりステータ２０が、図１３に示すように、ブラシレスモータ９０のケース蓋部９２に固定される。
下段コイル形成層２３には、図８に示すように、中央位置にロータリトランス５０の一次コイル５１の下段側コイル５１ｄが設けられており、その下段側コイル５１ｄの外側に、半径方向内側のコサイン相コイル分割片４０ｙが前記下段側コイル５１ｄと同軸に設置されている。さらに、そのコサイン相コイル分割片４０ｙの外側に、半径方向外側のサイン相コイル分割片３０ｘが同軸に設置されている。
そして、下段コイル形成層２３の外周縁の所定位置にサイン相コイル３０の端子Ｔ１，Ｔ５と、コサイン相コイル４０の端子Ｔ２，Ｔ６と、ロータリトランス５０の一次コイル５１の端子Ｔ３，Ｔ４とが設けられている。ここで、ロータリトランス５０の一次コイル５１のリード線５１３，５１４は平行に並べられた状態で、サイン相コイル分割片３０ｘの第１コイル３１と第４コイル３４との円周方向における隙間を通って半径方向外側に延びるように配線されている（図８参照）。
また、下段コイル形成層２３は、基板状に形成されており、ロータリトランス５０の一次コイル５１の下段側コイル５１ｄ、半径方向内側のコサイン相コイル分割片４０ｙ、及び半径方向外側のサイン相コイル分割片３０ｘは基板上（同一面上）にプリントされている。

上段コイル形成層２５には、図９に示すように、中央位置にロータリトランス５０の一次コイル５１の上段側コイル５１ｕが設けられており、その上段側コイル５１ｕの外側に、半径方向内側のサイン相コイル分割片３０ｙが前記上段側コイル５１ｕと同軸に設置されている。さらに、そのサイン相コイル分割片３０ｙの外側に、半径方向外側のコサイン相コイル分割片４０ｘが同軸に設置されている。
さらに、ロータリトランス５０の一次コイル５１のリード線５１１，５１２は平行に並べられた状態で、サイン相コイル分割片３０ｙの第１コイル３１と第４コイル３４との円周方向における隙間を通って半径方向外側に延びるように配線されている（図９参照）。
上段コイル形成層２５は、基板状に形成されており、ロータリトランス５０の一次コイル５１の上段側コイル５１ｕ、半径方向内側のサイン相コイル分割片３０ｙ、及び半径方向外側のコサイン相コイル分割片４０ｘは基板上（同一面上）にプリントされている。

上段コイル形成層２５と下段コイル成形層との間に位置する中間絶縁層２４には、図７に示すように、サイン相コイル３０とコサイン相コイル４０との仮想分割線Ｚに対応する位置にリング状の窓部２４ｗが形成されている。そして、中間絶縁層２４の窓部２４ｗの位置で、図１２に示すように、半径方向外側のサイン相コイル分割片３０ｘと、半径方向内側のサイン相コイル分割片３０ｙとが、第１コイル３１の接続点ａ１，ｂ１・・ｎ１，ｏ１の位置と、第２コイル３２の接続点ａ２，ｂ２・・ｎ２，ｏ２の位置と、第３コイル３３の接続点ａ３，ｂ３・・ｎ３，ｏ３の位置と、第４コイル３４の接続点ａ４，ｂ４・・ｎ４，ｏ４の位置とで接続される。同様に、中間絶縁層２４の窓部２４ｗの位置で、半径方向外側のコサイン相コイル分割片４０ｘと半径方向内側のコサイン相コイル分割片４０ｙとが各々の接続点で接続される。また、中間絶縁層２４には、サイン相コイル３０の渡り線３１ｗ，３２ｗ，３３ｗ等を接続するための窓部（図示省略）、及びコサイン相コイル４０の渡り線４１ｗ，４２ｗ，４３ｗ等を接続するための窓部（図示省略）が設けられている。

＜ロータ６０の構成について＞
位置検出センサ１０のロータ６０は、図１０に示すように、ベース平板６１と、下段絶縁層６２、下段コイル形成層６３と、中間絶縁層６４と、上段コイル形成層６５と、上段絶縁層６６とからリング状に構成されている。そして、ベース平板６１上に下段絶縁層６２、下段コイル形成層６３、中間絶縁層６４、上段コイル形成層６５、及び上段絶縁層６６が順番に積層される。前記ロータ６０は、図１２に示すように、上段絶縁層６６がステータ２０の上段絶縁層２６と対向するように、上下が逆転した状態で前記ベース平板６１によりブラシレスモータ９０の回転子９４に固定される（図１３参照）。
下段コイル形成層６３と上段コイル形成層６５とには、中央位置にロータリトランス５０の二次コイル５５が設置されており、その二次コイル５５の外側に第１コイル７１、第２コイル７２、第３コイル７３、及び第４コイル７４からなる励磁コイル７０が設けられている。
励磁コイル７０の第１〜第４コイル７１，７２，７３，７４は、中心角が略90°の円弧状に形成されており、図１１に示すように、第１コイル７１が右巻き、第２コイル７２が左巻き、第３コイル７３が右巻き、第４コイル７４が左巻きに形成されている。そして、励磁コイル７０の第１〜第４コイル７１，７２，７３，７４とロータリトランス５０の二次コイル５５とが直列に接続されている。

前述のように、ロータ６０はステータ２０と同軸に位置決めされており、ロータ６０の下面６０ｄはステータ２０の上面２０ｕに対して一定の隙間Ｇを介して対向している（図１２参照）。このため、ロータ６０の下段コイル形成層６３、上段コイル形成層６５とステータ２０の下段コイル形成層２３、上段コイル形成層２５とは平行に保持されている。ここで、ロータ６０の励磁コイル７０からステータ２０の下段コイル形成層２３までの距離と、ロータ６０の励磁コイル７０からステータ２０の上段コイル形成層２５までの距離とは異なっている。しかし、半径方向外側のサイン相コイル分割片３０ｘと半径方向内側のコサイン相コイル分割片４０ｙとが下段コイル形成層２３に設けられており、半径方向内側のサイン相コイル分割片３０ｙと半径方向外側のコサイン相コイル分割片４０ｘとが上段コイル形成層２５に設けられている。このため、ロータ６０の励磁コイル７０とステータ２０のサイン相コイル３０間の距離と、ロータ６０の励磁コイル７０とステータ２０のコサイン相コイル４０間の距離とは実質的に等しくなる。この結果、ロータ６０の励磁コイル７０とステータ２０のサイン相コイル３０間の相互インダクタンスと、ロータ６０の励磁コイル７０とステータ２０のコサイン相コイル４０間の相互インダクタンスがほぼ等しくなる。したがって、励磁コイル７０に磁界が発生している状態でロータ６０がステータ２０に対して回転し、前述のように、ステータ２０のサイン相コイル３０、コサイン相コイル４０にロータ６０の回転角度θ（電気角）に応じた誘導起電力が発生すると、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０で発生する誘導起電力（出力）の大きさはほぼ等しくなる。

＜本実施形態に係る位置検出センサ１０の長所について＞
本実施形態に係る位置検出センサ１０によると、上記したように、ロータ６０の励磁コイル７０とステータ２０のサイン相コイル３０間の距離と、ロータ６０の励磁コイル７０とステータ２０のコサイン相コイル４０間の距離とが実質的に等しくなる。このため、励磁コイル７０と、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０との距離の違いに起因した出力誤差が解消され、検出精度が向上する。
さらに、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０を半径方向外側と内側とに分割して各々のコイル分割片をつなぎ合わせる構成のため、例えば、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０を円周方向に分割する場合と比較して、各コイル分割片の接続点の間隔を広くとることができる。このため、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０の各コイル分割片のつなぎ合わせが容易になるとともに、各コイル３０，４０の配置の自由度が向上する。
また、ステータ２０の上段コイル形成層２５、下段コイル形成層２３は基板状に形成されて、ロータリトランス５０の一次コイル５１、コサイン相コイル４０、及びサイン相コイル３０は基板上にプリントされるため、製造コストを低減させることができる。さらに、上段、下段コイル形成層２５，２３と中間絶縁層２４の厚み寸法を小さくできるため、上段コイル形成層２５と下段コイル形成層２３との距離が小さくなり、上段コイル形成層２５と下段コイル形成層２３との距離差に起因する誤差を低減させることができる。

また、ロータリトランス５０の一次コイル５１がサイン相コイル３０、コサイン相コイル４０の半径方向内側に設けられることで、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０がロータリトランス５０の一次コイル５１に囲まれなくなるため、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０がロータリトランス５０の磁界の影響を受け難くなる。
また、ロータリトランス５０の一次コイル５１のリード線５１１（５１３），５１２（５１４）は平行に並べられた状態で、サイン相コイル３０の第１コイル３１と第４コイル３４との円周方向における隙間を通って半径方向外側に延びるように配線されている。即ち、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０がロータリトランス５０の一次コイル５１のリード線５１１（５１３），５１２（５１４）に囲まれなくなるため、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０がロータリトランスの磁界の影響を受け難くなる。

＜変更例＞
ここで、本発明は上記実施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における変更が可能である。例えば、本実施形態では、位置検出センサ１０のロータ６０に励磁コイル７０とロータリトランス５０の二次コイル５５を設ける例を示した。しかし、図１４に示すように、励磁コイル７０をステータ２０側に設け、ロータ６０を非磁性導電材料（例えば、ＳＵＳ３０５）により形成してロータリトランス５０を省略することも可能である。この場合、励磁コイル７０は、図８、図９において、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０を囲んで円環状に設けられている。さらに、ロータ６０には、90°間隔で扇形の板部６８と切欠き部６９とが互い違いに形成されている。これにより、ステータ２０のサイン相コイル３０、コサイン相コイル４０とロータ６０の板部６８とが重なる位置では、励磁コイル７０の磁界が板部６８に生じた渦電流による逆向きの磁界で打ち消され、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０には誘導起電力が発生しなくなる。逆に、ステータ２０のサイン相コイル３０、コサイン相コイル４０とロータ６０の切欠き部６９とが重なる位置では、励磁コイル７０の磁界によりサイン相コイル３０、コサイン相コイル４０には誘導起電力が発生する。即ち、ロータ６０の回転角度θに応じて磁界が変化し、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０の誘導起電力がロータ６０の回転角度θに応じて変化するようになる。したがって、前述のように、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０の誘導起電力に基づいてロータ６０の回転角度θを求めることが可能になる。
この場合でも、励磁コイル７０とサイン相コイル３０間の距離と、励磁コイル７０とコサイン相コイル４０間の距離とが実質的に等しくなるため、検出精度が向上する。

また、本実施形態では、ステータ２０のサイン相コイル３０、コサイン相コイル４０を検出コイルにする例を示したが、前記サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０を励磁コイルとし、ロータ６０側に検出コイルを設け、その検出コイルの信号をロータリトランス５０により取り出すようにすることも可能である。
また、本実施形態では、ステータ２０側にサイン相コイル３０、コサイン相コイル４０を設け、ロータ６０側に励磁コイル７０を設ける例を示したが、サイン相コイル３０、コサイン相コイル４０をロータ６０側、励磁コイル７０をステータ２０側に設けることも可能である。
また、本実施形態では、モータの回転角度を検出する位置検出センサを例示したが、例えば、直線移動する移動体に電気角を90°ずらしたサイン相コイル、コサイン相コイルを備える第１部材を装着し、前記移動体をガイドするガイド部材に励磁コイルを備える第２部材を装着して、前記移動体の位置を検出することも可能である。
この場合、第１部材の移動方向に延びる仮想分割線の位置でサイン相コイル、コサイン相コイルを分割し、移動方向右側のサイン相コイル分割片と相対移動左側のコサイン相コイル分割片とを一方のコイル形成層に設け、左側のサイン相コイル分割片と右側のコサイン相コイル分割片とを他方のコイル形成層に設けるようにする。これにより、励磁コイルとサイン相コイル間の距離と、励磁コイルとコサイン相コイル間の距離とを実質的に等しくできる。

２０・・・・ステータ（第１部材、あるいは第２部材）
２３・・・・下段コイル形成層
２４・・・・中間絶縁層
２５・・・・上段コイル形成層
３０・・・・サイン相コイル
３０ｘ・・・半径方向外側のサイン相コイル分割片
３０ｙ・・・半径方向内側のサイン相コイル分割片
４０・・・・コサイン相コイル
４０ｙ・・・半径方向内側のコサイン相コイル分割片
４０ｘ・・・半径方向外側のコサイン相コイル分割片
５０・・・・ロータリトランス
６０・・・・ロータ（第２部材、あるいは第１部材）
７０・・・・励磁コイル
５１１・・・リード線
５１２・・・リード線
５１３・・・リード線
５１４・・・リード線
Ｚ・・・・・仮想分割線

Claims (9)

1. 隙間を介して互いに平行に配置され、その隙間を保持した状態で相対的に移動可能に構成されている第１部材と第２部材と、
   前記第１部材に電気角を90°ずらした状態で設けられた一対のサイン相コイルとコサイン相コイルと、
   前記第２部材、あるいは前記第１部材に設けられた基準コイルとを有し、
   前記一対のサイン相コイルとコサイン相コイル、あるいは基準コイルの一方を検出コイルにし、前記一対のサイン相コイルとコサイン相コイル、あるいは基準コイルの他方を励磁コイルにし、前記励磁コイルで発生する磁界の変化を前記検出コイルで誘導起電力として検出し、前記誘導起電力の変化に基づいて前記第１部材と前記第２部材との位置関係を演算する構成であり、
   前記第１部材は、絶縁層を介して積層された二層のコイル形成層を備え、それらのコイル形成層が前記第２部材と平行になるように構成されており、
   前記サイン相コイル、前記コサイン相コイルは、前記第１部材の相対移動方向に延びる仮想分割線の位置で相対移動方向に対する右側と左側とに分割された左右のコイル分割片がつなぎ合わされることにより構成されており、
   前記相対移動方向に対する右側のサイン相コイル分割片と前記相対移動方向に対する左側のコサイン相コイル分割片とが一方のコイル形成層に設けられて、左側のサイン相コイル分割片と右側のコサイン相コイル分割片とが他方のコイル形成層に設けられていることを特徴とする位置検出センサ。
2. 請求項１に記載された位置検出センサであって、
   前記第１部材のコイル形成層は基板状に形成されて前記サイン相コイル分割片、前記コサイン相コイル分割片がそれぞれ同一面上にプリントされていることを特徴とする位置検出センサ。
3. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載された位置検出センサであって、
   前記第１部材の絶縁層が絶縁基板状に形成されて、前記絶縁基板の表裏に前記コイル形成層が設けられていることを特徴とする位置検出センサ。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された位置検出センサであって、
   前記第１部材と第２部材とはリング状に形成されて、同軸に相対回転する構成であり、
   前記サイン相コイル、前記コサイン相コイルは、円周方向に延びる仮想分割線の位置で半径方向外側と半径方向内側とに分割された内外のコイル分割片がつなぎ合わされることにより構成されており、
   半径方向外側のサイン相コイル分割片と半径方向内側のコサイン相コイル分割片とが一方のコイル形成層に設けられており、半径方向内側のサイン相コイル分割片と半径方向外側のコサイン相コイル分割片とが他方のコイル形成層に設けられていることを特徴とする位置検出センサ。
5. 請求項４に記載された位置検出センサであって、
   前記第１部材と前記第２部材との間で電気信号の伝送に使用されるロータリトランスを備えており、
   前記ロータリトランスのコイルが前記コイル形成層のサイン相コイル分割片とコサイン相コイル分割片との半径方向内側に設けられていることを特徴とする位置検出センサ。
6. 請求項５に記載された位置検出センサであって、
   前記ロータリトランスのコイルのリード線が、並べられた状態で、前記サイン相コイル分割片、あるいは前記コサイン相コイル分割片に形成された円周方向における隙間を通って半径方向外側に延びるように設けられていることを特徴とする位置検出センサ。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載された位置検出センサであって、
   前記サイン相コイルと前記コサイン相コイルとを備える第１部材は固定されており、
   前記基準コイルを備える第２部材は、前記第１部材に対して移動できるように構成されていることを特徴とする位置検出センサ。
8. 請求項１から請求項６のいずれかに記載された位置検出センサであって、
   前記基準コイルを備える第２部材は固定されおり、
   前記サイン相コイルと前記コサイン相コイルとを備える第１部材は、前記第２部材に対して移動できるように構成されていることを特徴とする位置検出センサ。
9. 請求項１から請求項４のいずれかに記載された位置検出センサであって、
   前記サイン相コイルと前記コサイン相コイルと前記基準コイルを備える第１部材は固定されており、
   前記第２部材は、非磁性導電材料により形成されて、前記第１部材に対して移動できるように構成されていることを特徴とする位置検出センサ。
   

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