JP5787412B2 - 角度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、角度検出を行うための角度検出装置に関する。

例えば、自動車、ロボット等の駆動に用いられる駆動モータを制御する場合には、ロータの回転角を高精度に検出する必要がある。ロータの回転角を検出する装置としてレゾルバが広く用いられている。現在用いられているレゾルバは大きく分けて固定部と回転部とからなり、回転部の凹凸や偏芯等の形状を利用して角度の検出を行っている（例えば、特許文献１、２を参照）。

特許文献１に示す技術は、複数の巻線磁芯と、それぞれが各巻線磁芯に巻回するように設けられた複数の巻線部材とを有する固定子と、前記固定子に対して回転自在に配設された回転子とを備え、前記複数の巻線部材の少なくとも１つは、シートに導電体が渦巻き状に形成されたシート状コイルであり、前記シートの導電体形成面又はその裏面の少なくとも一部と当該巻線磁芯の側面とが対向するように配置されるレゾルバであり、回転部が４つの山型部を有する構成や、軸に対して偏芯している構成が示されている。

特許文献２に示す技術は、輪状固定子板上の複数の固定子巻線に対し、輪状回転子板の内面に設けた空隙形成板の曲面からなる板内面を対面させ、正弦波状に変化する角度信号を得る構成が示されている。

特開２００９−１２８１３３号公報 特開２００８−２９０７０号公報

しかしながら、特許文献１、２に示す技術は、回転部の山部の形状や偏芯の調整、回転子板の内面に設ける空隙形成板の曲面からなる板内面等の加工が非常に困難なものであり、ロータの角度を高精度に検出するレゾルバを製造するためには、非常に精密、複雑な加工および組立を必要とし、作業の手間と多くの時間を要してしまうという課題を有する。

そこで、本発明は複雑な加工を必要とせず、非常に簡単な組み立て工程で、高感度に角度を検出することができる角度検出装置を提供する。

本願に開示する角度検出装置は、磁性体を含む円板体の透磁率が全体として一軸の異方性を有し、当該円板体が中心点を中心として円板面内で回動するロータと、複数のコイルを有し、少なくとも一のコイルが磁界を発生させる励磁コイルであり、少なくとも一のコイルが前記励磁コイルで励磁された磁界と鎖交して前記ロータの回転角度に応じた電圧を検出する検出コイルであるステータとを備えるものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、一軸磁気異方性を有する前記円板体で形成されたロータが回転すると、回転角度に対するパーミアンスが正弦波状に変化する。つまり、ロータが１回転すると、前記検出コイルのインダクタンスは正弦波状に変化し、ロータが機械角で１８０度回転する毎に、電機角で３６０度の正弦波状に変化することで角度を検出するものであり、構造が非常に簡単で且つ、複雑な加工・組立が不要であり、非常に容易に低コストで製造することができるという効果を奏する。

本願に開示する角度検出装置は、前記ステータが前記ロータの円板体の板面に対向して略同一外形で近接配設され、前記ステータを複数の扇状体に分割し、当該扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に前記励磁コイル及び検出コイルを前記扇状体ごとに交互に配設しているものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、ステータがロータの円板体の外側面に対向して配設されるのではなく、ロータの円板体の板面に対向して配設される面構造になっているため、機能を低下させることなく、簡単な製造工程で薄型化することができるという効果を奏する。

本願に開示する角度検出装置は、前記ステータを挟んで前記ロータが配設される面と反対の方向に、前記ステータの円板体に対向して略同一外形で配設されるバックヨークを備えるものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、ステータを挟んでロータが配設される面と反対方向の板面に、ステータの円板体に対向して略同一外形で配設されるバックヨークを備えるため、磁界を強くし検出感度を上げることができるという効果を奏する。なお、このバックヨークはステータと一体的な部品と捉えてもよい。

本願に開示する角度検出装置は、前記ステータが略同一外形の扇状体に４分割され、前記ステータの円板体の中心点に関して対向する位置の前記扇状体の２つの組のうち、一方の組を構成する扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に配設されたコイルを検出コイルとし、他方の組を構成する扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に配設されたコイルを励磁コイルとし、前記励磁コイルが配設された扇状体の組について、各扇状体に配設された励磁コイルが相互に逆極性となる磁界を発生するように当該励磁コイルが配設され、前記検出コイルが配設された扇状体の組について、各扇状体に配設される検出コイルが相互に逆極性となるように配設されるものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、ステータが略同一外形の扇状体に４分割され、一方の対向する扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に配設されたコイルを検出コイルとし、他方の対向する扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に配設されたコイルを励磁コイルとし、励磁コイルが配設された扇状体の組について、各扇状体に配設された励磁コイルが相互に逆極性となる磁界を発生するように当該励磁コイルが配設され、前記検出コイルが配設された扇状体の組について、各扇状体に配設される検出コイルが相互に逆極性となるように配設されることで、一軸磁気異方性の容易軸方向と困難軸方向との特性による励磁コイルと検出コイルの結合を利用して、１８０度を周期とする角度検出を行うことができるという効果を奏する。

本願に開示する角度検出装置は、前記ステータを略同一外形の８つの扇状体に分割した分割扇状体のうち、少なくとも３つの分割扇状体を前記ロータの板面に対向して扇状に近接配設し、前記３つの分割扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に２つの前記検出コイルと１つの前記励磁コイルとを交互に配設しているものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、ステータを略同一外形の８つの扇状体に分割した分割扇状体のうち、少なくとも３つの分割扇状体を前記ロータの板面に対向して扇状に近接配設し、前記３つの分割扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に２つの前記検出コイルと１つの前記励磁コイルとを交互に配設しているため、必要最小限のステータの部品でｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とを正確に検出して、精度よくロータの角度を検出することができるという効果を奏する。特に、専用のＩＣ等を用いて、この２相の出力電圧のアークタンジェントを取るような装置構成とすることで、製造工程を単純化して製造効率を上げることができるという効果を奏する。

本願に開示する角度検出装置は、前記ステータを挟んで前記ロータが配設される面と反対の方向に、前記ステータの円板体に対向して配設されるバックヨークを備え、前記バックヨークが、少なくとも前記近接配設される分割扇状体間の近接箇所に覆設されるものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、ステータを挟んでロータが配設される面と反対の方向に、ステータの円板体に対向して配設されるバックヨークを備え、バックヨークが、少なくとも分割扇状体間の近接箇所に覆設されるため、コイル間の結合が最も強くなる箇所にのみバックヨークが配設されることとなり、必要最小限のバックヨークで角度の検出精度を保つことができるという効果を奏する。

本願に開示する角度検出装置は、前記ステータが略同一外形の扇状体に１６分割され、隣接する前記扇状体が交互に励磁コイルと検出コイルとを配設されており、前記隣接する扇状体の８つの組のうち、前記ステータの円板体の中心点に関して十の字状に対向する４つの組の一方がｓｉｎ成分を検出し、他方がｃｏｓ成分を検出するものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、ステータが略同一外形の扇状体に１６分割され、隣接する扇状体が交互に励磁コイルと検出コイルとを配設されており、隣接する扇状体の８つの組のうち、十の字状に対向する４つの組の一方がｓｉｎ成分を検出し、他方がｃｏｓ成分を検出するため、この２相の信号に基づいて回転角度を容易に求めることができるという効果を奏する。特に専用のＩＣ等を用いて、この２相の出力電圧のアークタンジェントを取るような装置構成とすることで、製造工程を単純化して製造効率を上げることができるという効果を奏する。

本願に開示する角度検出装置は、前記ステータを挟んで前記ロータが配設される面と反対の方向に、前記ステータの円板体に対向して略同一外形で配設されるバックヨークを備え、前記バックヨークが前記ステータの扇状体の８つの組に対応して、略同一外形の扇状体に８分割され、各扇状体の間に間隙を有するものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、バックヨークが前記ステータの扇状体の８つの組に対応して、略同一外形の扇状体に８分割され、各扇状体の間に間隙を有するものであるため、コイル間の結合が最も強くなる箇所にのみバックヨークが配設されることとなり、必要最小限のバックヨークで角度の検出精度を保つことができるという効果を奏する。

本願に開示する角度検出装置は、前記ステータが、前記ロータの円板体と略同一外形の円板体を分割して形成される複数の分割扇状体のうち、中心角を４５度とする２つの分割扇状体を励磁用分割扇状体として前記円板体の中心に関して対向して配設し、当該配設された励磁用分割扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に相互に逆極性となる磁界を発生するように励磁コイルを配設し、前記励磁用分割扇状体に隣接し、２つの分割扇状体をｓｉｎ検出用扇状体として前記円板体の中心に関して対向して配設し、当該配設されたｓｉｎ検出用扇状体の外周であって、少なくとも直線部分にｓｉｎ成分を検出するための検出コイルを相互に逆極性となるように配設し、前記励磁用分割扇状体に隣接し、当該励磁用分割扇状体を挟んで前記ｓｉｎ検出用扇状体と反対側に、２つの分割扇状体をｃｏｓ検出用扇状体として前記円板体の中心に関して対向して配設し、当該配設されたｃｏｓ検出用扇状体の外周であって、少なくとも直線部分にｃｏｓ成分を検出するための検出コイルを相互に逆極性となるように配設しているものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、中心角を４５度とする２つの励磁用分割扇状体を円板体の中心に関して対向して配設し、その外周に相互に逆極性となる磁界を発生するように励磁コイルを配設し、励磁用分割扇状体に隣接し、２つのｓｉｎ検出用扇状体を円板体の中心に関して対向して配設し、ｓｉｎ検出用扇状体の外周にｓｉｎ成分を検出するための検出コイルを相互に逆極性となるように配設し、励磁用分割扇状体を挟んでｓｉｎ検出用扇状体と反対方向に隣接し、２つのｃｏｓ検出用扇状体を円板体の中心に関して対向して配設し、ｃｏｓ検出用扇状体の外周にｃｏｓ成分を検出するための検出コイルを相互に逆極性となるように配設しているため、ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とを正確に検出して、精度よくロータの角度を検出することができるという効果を奏する。

本願に開示する角度検出装置は、前記ステータが複数の扇状体に分割された分割扇状体からなり、前記分割扇状体のうち、中心角を４５度とする４つの分割扇状体を励磁用分割扇状体として前記円板体の中心に関して十字状に対向して配設し、前記４つの励磁用分割扇状体のうち２つの前記励磁用分割扇状体の内部を通過する磁界の方向が正極性であり、他の２つの前記励磁用分割扇状体の内部を通過する磁界の方向が負極性となるように、前記配設された励磁用分割扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に励磁コイルを配設し、前記励磁用分割扇状体に隣接し、４つの分割扇状体をｓｉｎ検出用扇状体として前記円板体の中心に関して十字状に対向して配設し、当該配設されたｓｉｎ検出用扇状体の外周であって、少なくとも前記励磁用分割扇状体に隣接する直線部分にｓｉｎ成分を検出するためのｓｉｎ検出コイルを配設すると共に、２つの前記ｓｉｎ検出コイルを正極性の方向に配設し、他の２つの前記ｓｉｎ検出コイルを負極性の方向に配設し、前記励磁用分割扇状体に隣接し、前記励磁用分割扇状体を挟んで前記ｓｉｎ検出用扇状体と反対側に、４つの分割扇状体をｃｏｓ検出用扇状体として前記円板体の中心に関して十字状に対向して配設し、当該配設されたｃｏｓ検出用扇状体の外周であって、少なくとも前記励磁用分割扇状体に隣接する直線部分にｃｏｓ成分を検出するためのｃｏｓ検出コイルを配設すると共に、２つの前記ｃｏｓ検出コイルを正極性の方向に配設し、他の２つの前記ｃｏｓ検出コイルを負極性の方向に配設しているものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、中心角を４５度とする４つの励磁用分割扇状体を円板体の中心に関して十字状に対向して配設し、前記４つの励磁用分割扇状体のうち２つの前記励磁用分割扇状体の内部を通過する磁界の方向が正極性であり、他の２つが負極性となるように、前記励磁用分割扇状体の外周に励磁コイルを配設し、励磁用分割扇状体に隣接し、４つのｓｉｎ検出用扇状体を円板体の中心に関して十字状に対向して配設し、ｓｉｎ検出用扇状体の外周にｓｉｎ成分を検出するためのｓｉｎ検出コイルを配設すると共に、２つのｓｉｎ検出コイルを正極性の方向に配設し、他の２つを負極性の方向に配設し、励磁用分割扇状体を挟んでｓｉｎ検出用扇状体と反対方向に隣接し、４つのｃｏｓ検出用扇状体を円板体の中心に関して十字状に対向して配設し、ｃｏｓ検出用扇状体の外周にｃｏｓ成分を検出するためのｃｏｓ検出コイルを配設すると共に、２つのｃｏｓ検出コイルを正極性の方向に配設し、他の２つを負極性の方向に配設しているため、ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とを正確に検出して、精度よくロータの角度を検出することができるという効果を奏する。

本願に開示する角度検出装置は、前記ステータを挟んで前記ロータが配設される面と反対の方向にバックヨークを備え、前記バックヨークが、少なくとも近接配設される前記励磁用分割扇状体と前記ｓｉｎ検出用コイルとの間及び前記励磁用分割扇状体とｃｏｓ検出用コイルとの間の近接箇所に覆設されるものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、ステータを挟んで前記ロータが配設される面と反対の方向にバックヨークを備え、前記バックヨークが、少なくとも近接配設される前記励磁用分割扇状体と前記ｓｉｎ検出用コイルとの間及び前記励磁用分割扇状体とｃｏｓ検出用コイルとの間の近接箇所に覆設されるため、コイル間の結合が最も強くなる箇所にのみバックヨークが配設されることとなり、必要最小限の部材で形成されたバックヨークで角度の検出精度を保つことができると共に、局所的に強い磁気結合を得ることができるのでｃｏｓ検出用コイルとｓｉｎ検出用コイルが密集して配設される箇所、特に扇状体で形成される円板体の中心部分の領域においてもｓｉｎ成分、ｃｏｓ成分を正確に分離して検出することができるという効果を奏する。

本願に開示する角度検出装置は、前記バックヨークが略半円筒状であり、円筒面端部のエッジの一方が前記励磁用分割扇状体に近接配設され、他方が前記ｓｉｎ検出用コイル又は前記ｃｏｓ検出用コイルに近接配設されているものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、バックヨークが略半円筒状であり、円筒面端部のエッジの一方が前記励磁用分割扇状体に近接配設され、他方が前記ｓｉｎ検出用コイル又は前記ｃｏｓ検出用コイルに近接配設されているため、磁界が一巡する閉路内の磁気抵抗を抑えつつ、強い磁気結合を得てｓｉｎ成分、ｃｏｓ成分を正確に分離して検出することができるという効果を奏する。

本願に開示する角度検出装置は、前記ロータを挟んで、当該ロータに対向して２つの前記ステータが配設され、前記ステータの位相が面内方向に４５度ずれた状態で固定されているものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、ロータを挟んで、当該ロータに対向して２つの前記ステータが配設され、前記ステータの位相が面内方向に４５度ずれた状態、すなわち中心軸の周りに４５度回転させた状態で固定されているため、ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とを正確に検出して、精度よくロータの角度を検出することができるという効果を奏する。特に、必要に応じて変調波抑圧の出力を可能とする２つのステータを用いることで、極めて正確に角度を検出することが可能となる。

本願に開示する角度検出装置は、位相を揃えて固定されている２つのステータの間に、一軸の異方性が面内方向に４５度ずれた状態で貼り合わされた前記ロータが配設されているものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、位相を揃えて固定されている２つのステータの間に、一軸の異方性が面内方向に４５度ずれた状態、すなわち中心軸の周りに４５度回転させた状態で貼り合わされた前記ロータが配設されているため、ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とを正確に検出して、精度よくロータの角度を検出することができるという効果を奏する。特に、必要に応じて変調波抑圧の出力を可能とする２つのステータを用いることで、極めて正確に角度を検出することが可能となる。

本願に開示する角度検出装置は、前記ロータの板面に対向して、２つの前記ステータの位相が面内方向に４５度ずれた状態で貼り合わされて近接配設されるものである。

このように、本願に開示する角度検出装置においては、前記ロータの板面に対向して、２つの前記ステータの位相が面内方向に４５度ずれた状態、すなわち中心軸の周りに４５度回転させた状態で貼り合わされて近接配設されるため、ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とを正確に検出して、精度よくロータの角度を検出することができるという効果を奏する。特に、必要に応じて変調波抑圧の出力を可能とする２つのステータを用いることで、極めて正
確に角度を検出することが可能となる。

第１の実施形態に係る角度検出装置の全体図である。 第１の実施形態に係る角度検出装置の各部品を示す図である。 第１の実施形態に係る角度検出装置の角度検出の原理を示す図である。 第１の実施形態に係る角度検出装置の一軸磁気異方性を持つ磁性体を磁化する励磁磁界Ｈの中の磁化に寄与する成分（Ｈ‖）の角度依存性と磁化の進行を示す図である。 第１の実施形態に係る角度検出装置の出力電圧波形を示す図である。 第１の実施形態に係る角度検出装置の角度検出を示す図である。 第１の実施形態に係る角度検出装置におけるロータの形成方法の例を示す図である。 第２の実施形態に係る角度検出装置の各部品を示す図である。 第２の実施形態に係る角度検出装置の角度検出を示す図である。 第２の実施形態に係る角度検出装置の出力電圧波形を示す図である。 第３の実施形態に係る角度検出装置の各部品を示す図である。 第３の実施形態に係る角度検出装置の出力結果を示す図である。 第４の実施形態に係る角度検出装置の各部品を示す図である。 第４の実施形態に係る角度検出装置の各部品を組み合わせた場合の上面図である。 第５の実施形態に係る角度検出装置のステータを示す図である。 第６の実施形態に係る角度検出装置のステータを示す第１の図である。 第６の実施形態に係る角度検出装置のステータを示す第２の図である。 第６の実施形態に係る角度検出装置のバックヨークを示す図である。 第６の実施形態に係る角度検出装置の出力結果を示す図である。 第７の実施形態に係る角度検出装置の側断面図である。 第７の実施形態に係る角度検出装置のステータ及びロータの構造を示す第１の図である。 第７の実施形態に係る角度検出装置のステータ及びロータの構造を示す第２の図である。 第８の実施形態に係る角度検出装置のステータ及び側断面図を示す図である。 第９の実施形態に係る角度検出装置の側断面図である。 第１０の実施形態に係る角度検出装置の側断面図である。

（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係る角度検出装置について、図１ないし図７を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る角度検出装置の全体図、図２は、本実施形態に係る角度検出装置の各部品を示す図、図３は、本実施形態に係る角度検出装置の角度検出の原理を示す図、図４は、本実施形態に係る角度検出装置の一軸磁気異方性を持つ磁性体を磁化する励磁磁界Ｈの中の磁化に寄与する成分（Ｈ‖）の角度依存性と磁化の進行を示す図、図５は、本実施形態に係る角度検出装置の出力電圧波形を示す図、図６は、本実施形態に係る角度検出装置の角度検出を示す図、図７は、本実施形態に係る角度検出装置におけるロータの形成方法の例を示す図である。

本実施形態に係る角度検出装置は、一軸磁気異方性を有する円板体で形成され、当該円板体が中心点を中心として円板面内で回動するロータと、複数のコイルを有し、少なくとも一のコイルが磁界を発生させる励磁コイルであり、少なくとも一のコイルが前記励磁コイルで励磁された磁界と鎖交して前記ロータの回転角度に応じた電圧を検出する検出コイルであるステータとを備える。また、ステータがロータの円板体の板面に対向して略同一外形で配設され、ステータを扇状（又は半円状）に２つに分割し、それぞれの分割領域の外周に沿って励磁コイル又は検出コイルを巻回している。さらに、ステータを挟んでロータが配設される面と反対の方向に、ステータの円板体に対向して略同一外形で配設されるバックヨークを備える。

本発明において、ステータは、ロータの円板体と略同一外形の固定部材を、中心から放射状に扇状体に分割し、分割された各扇状体の外周に沿って励磁コイル又は検出コイルを巻回したもの、又は、扇状体の固定部材の外周に沿って励磁コイル又は検出コイルを巻回したものを、ロータの円板体と略同一外形の円板体に組み合わせたものとする。また、コイルを巻回する固定部材を、磁性体で形成するようにしてもよいし、固定部材の板面に磁性体を配設して形成するようにしてもよい。

図１（Ａ）は、本実施形態に係る角度検出装置１の斜視図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の矢印Ｉから見た角度検出装置１の断面図、図２は、本実施形態に係る角度検出装置１におけるバックヨーク２、ステータ３、及びロータ５の上面図である。角度検出装置１は、一軸磁気異方性を有する円板体で形成され、枢軸６が接合する中心点５ａを中心として円板面内で回動するロータ５と、ロータ５の円板面に対向して非接触状態で略同一外形のステータ３と、方向性を持たない（等方性の）磁性薄板をステータ３と略同一外形で形成し、ステータ３に接触又は非接触状態でロータ５が配設される面と反対方向の面に対向して配設されるバックヨーク２とを有する。なお、図１（Ａ）において、説明のためバックヨーク２を半円状で描画しているが、実際にはステータ３と略同一外形の円板体である。また、バックヨーク２は必ずしも配設する必要はないが、磁束の結合を強めるために配設されることが望ましい。

ステータ３は、半円状に分割（３ａ，３ｂ）されており、その各領域３ａ，３ｂの側面部分には検出用コイル４ａ（Ｓ１とする）と励磁用コイル４ｂ（Ｐ１とする）とが巻回されている。この検出コイル４ａ、及び励磁コイル４ｂは、例えば０．１ｍｍの銅線１００ターンからなる。バックヨーク２は、励磁コイル４ｂが作る磁束を検出コイル４ａと効率よく鎖交させることができ、それにより感度を上げることができる。バックヨーク２は、例えば幅５ｃｍ程度の広幅アモルファス磁性薄帯を数枚重ねて接着し、円板状に成形したものを使用することができる。また、例えば０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度の厚さをもつパーマロイの薄板を成形したものを使用してもよい。

ロータ５は、円板体で形成され、その面方向に一軸磁気異方性（図１（Ａ）、図２（Ｃ）の線方向）を有する磁性体板又は磁性コンポジット板が、枢軸６に中心点５ａで接合されている。一軸磁気異方性を持つ磁性体では、磁性体が容易に磁化される容易軸方向と、それに直交する方向で磁化するのが困難な困難軸方向が存在する。つまり、枢軸６の回動に合わせてロータ５が回動し、それに伴って磁気異方性の容易軸方向が変化する。この磁気異方性の容易軸方向の変化を利用して回転角度を検出することができる。磁気方向を容易軸方向とし、磁気方向と垂直な方向を困難軸方向とする。容易軸方向の透磁率は大きく、それに垂直な方向にある困難軸方向では真空の透磁率と同程度に小さい。

なお、ここでは、ロータ５の中心点５ａと枢軸６とを接合し、枢軸６の回動に合わせてロータ５が回動する構成を示しているが、枢軸６を設けることなく、例えばロータ５の側部からの３点以上の支持ローラ（中心点と各支持点との角度が１８０度未満とする）により、ロータ５を円板面内で回動させるようにしてもよい。

励磁コイル４ｂは、交流電源４０に接続しており、交流電流が供給される。励磁コイル４ｂに交流電流が供給されることで、ステータ３の領域３ｂには面方向に垂直な方向に磁界が発生する。この磁界はコイルの銅線近傍で最も強く、領域３ｂの中心方向にいくにしたがって弱くなっている。つまり、検出コイル４ａと励磁コイル４ｂが隣接している領域３０においては、強い磁界が発生している。

検出コイル４ａは、励磁コイル４ｂにより励磁された磁界により、その磁界に応じた電圧が生じ、その電圧を検出コイル４ｂに接続された同期検波回路４１で検出する。このとき、ロータ５の角度により検出される電圧値が変化する。

次に、本実施形態に係る角度検出装置における角度検出の原理について、図３を用いて説明する。図３は、ステータ３とロータ５とが積層された状態を示しており、ロータ５にある磁性体は磁気異方性エネルギーＫｕの一軸磁気異方性を持ち、その容易軸方向が、ステータ３に対して角度θ傾いている状態を示している。

励磁コイルＰ１と検出コイルＳ１とは、それらの隣接領域３０で磁束φによる磁気結合が生じる。角度θが０度の場合、容易軸方向の特性により励磁コイルＰ１とＳ１との間の磁気結合が最大となり、Ｓ１からの出力電圧は最大になる。θが９０度の場合、困難軸方向の特性により磁気結合は最小となりＳ１からの出力電圧は最小となる。Ｓ１からの出力の角度θへの依存性は、（ｃｏｓθ）²となる。以下、図４を用いて説明する。

図４（Ａ）に示すように、励磁コイルＰ１の隣接領域３０の直線部分に垂直に生じる励磁磁界Ｈは、磁化容易軸方向成分Ｈ／／と、ＨをはさんでＨ／／に直交した磁化困難軸方向成分Ｈ⊥とに分離できる。図４（Ｂ）、（Ｃ）は、容易軸方向に平行に短冊状磁区が発生すると理想化したときの磁化分布を示しており、磁壁の方向は一軸磁気異方性と平行で、磁性板の磁束密度は磁壁方向、つまりＫｕ方向のみからなる。図４（Ｂ）は、消磁状態でＪｓの方向が右上向きと左下向きで同量でありＢ／／＝０である。図４（Ｃ）は、右上方向に磁化されている状態Ｂ／／＞０である。

図４（Ｃ）に示すように、Ｋｕの方向に平行な短冊状磁区の集合からなる磁性板の磁化過程は、Ｈ／／に平行な方向の磁化を持つ磁区の幅が増加し、反平行方向な磁区の幅が減少する。磁性板の磁束密度はＫｕ方向のみで透磁率をμとすれば、Ｂ／／＝μＨ／／となり、全ての磁気モーメントは容易軸方向に平行か反平行としたモデルの仮定より、Ｂ⊥＝０としてよい。隣接領域３０にある検出コイルＳ１の直線部分に鎖交する成分は、Ｂ／／のθ＝０方向（直線部分に垂直）成分であるので、Ｂ／／ｃｏｓθ＝μＨ／／ｃｏｓθ＝μＨ（ｃｏｓθ）²となる。

磁界が角周波数ωの交流電流によって励磁されているとすると、振幅をＨ₀とした場合に、Ｈ＝Ｈ₀ｓｉｎωｔとなるから、検出コイルＳ１への誘起電圧Ｖ₀は、コイルの巻き数や形状に関する比例定数をｐとして、Ｖ₀＝ｐμＨ₀（ｃｏｓθ）²ｓｉｎωｔで与えられる。同期検波によりｓｉｎωｔを消去することで、この角度検出装置１の出力は（ｃｏｓθ）²に比例した出力電圧を与えることがわかる。実際には、一軸磁気異方性を持つ磁性板だけでなく、空間を通して励磁コイルＰ１と検出コイルＳ１が結合しているので、（ｃｏｓθ）²によらない一定の出力も現れる。このため、９０度、２７０度でも出力は０にならない（図５の出力電圧波形を参照）。

上述したように、励磁コイルＰ１と検出コイルＳ１との磁気結合が角度θに応じて変化し、それに伴って出力電圧が変化する。磁気結合は、コイルの大きさ、コイルとロータ５との距離、バックヨーク２の形状等によって変化するが、原形状が一定（回転は除く）に保たれれば、適当な係数によって表されるため、角度θの関数として磁気結合係数を次のように表すこととする。

ｋ₀は磁気結合の角度依存成分の係数で、ｋ₁は角度によって変化しない磁気結合の成分を示す。

上記原理に基づいて、本実施形態に係る角度検出装置の角度検出について説明する。図６は、ロータの角度検出を示している。図６の各図は、角度検出装置１を上部方向から見た場合の図であり、わかりやすくするために、ステータ３の領域３ａ，３ｂ、及びロータ５の容易軸方向を線で示している。図６（Ａ）が回転角度０度、図６（Ｂ）が回転角度４５度、図６（Ｃ）が回転角度９０度の場合である。上述したように、ロータ５は一軸磁気異方性を有しているため、その容易軸方向には磁束が多く通りやすく、困難軸方向には磁束が通りにくい。

つまり、図６（Ａ）に示すように、検出コイルＳ１と励磁コイルＰ１との隣接領域である領域３０では、励磁された磁束の方向とロータ５の容易軸方向とが平行（角度θが０度）であるため、検出コイルＳ１と鎖交する磁束が多くなり、出力が大きくなる。ロータ５が４５°回転した場合には、図６（Ｂ）に示すように、領域３０では励磁された磁束の方向とロータ５の容易軸方向とが４５度であるため、０度の場合ほどの磁束が通りにくくなり、その分出力が小さくなる。ロータ５が９０度回転した場合には、図６（Ｃ）に示すように、領域３０では励磁された磁束の方向とロータ５の容易軸方向とが垂直（角度θが９０度）であるため、検出コイルＳ１と鎖交する磁束が少なくなり、出力が小さくなる。このように、ロータ５の回転角度に応じて検出コイルＳ１の鎖交磁束、及びその鎖交磁束に対応する電圧値を検出することで、ロータ５の回転角を得ることができる。

なお、図１においては、ロータ５のみが枢軸６により枢支され、ステータ３及びバックヨーク２が、ロータの円板面に対向する構成としたが、ステータ３及びバックヨーク２についても枢軸６に枢支される構成であってもよい。その場合、ステータ３の中央部にもロータ５の中央部にある孔と同形状の孔を有し、その孔を迂回するように扇状体の外周にコイルを配設する。そうすることにより、隣接領域３０が２分割され、それぞれの領域において、ロータ５の容易軸方向に応じた磁束の結合が生じる。例えば、図６の場合、中央部の孔には枢軸６が貫通され、その貫通孔を迂回するように励磁コイルと検出コイルが巻回されている。そして、隣接領域３０は左右の２領域に分割されている。ステータ側は枢軸６に直接支持されず、ベアリング等を介して支持され、さらに不動部へ固定される。

また、ステータ３の形成においては、円板体を扇状体に分割し、それぞれの扇状体に励磁コイルや検出コイルを巻回して形成するようにしてもよいし、最初に扇状体の外形となるように励磁コイルと検出コイルを作っておき、それを円板体に固定するようにしてもよい。さらに、それらのコイルを印刷やエッチング等で形成するようにしてもよい。さらにまた、分割された一の扇状体の直線部分の一部又は全部に、同時に１方向の電流が流れるように励磁用のコイル又は配線が配設され、同様に他の扇状体に誘起電圧の検出用のコイル又は配線が配設されるようにしてもよい。

さらに、ロータ５の一軸磁気異方性の形成方法については、例えば、円板状の非磁性基体に細いリボン状の磁性体や磁性ワイヤ等を一方向に並べて（例えば、幅１ｍｍ、厚さ２０μｍ程度のアモルファス磁性薄帯を平行で密に接着して）形成する方法（図７（Ａ）を参照）、磁性体と非磁性体とを縦横に編み込んで樹脂含浸してして形成する方法（図７（Ｂ）を参照）、磁性体にエッチング機械加工などで溝を彫って形成する方法（図７（Ｃ）参照）、エッチングにより形成された鋳型にめっきする方法（図７（Ｄ）を参照）、例えば、圧延された方向に磁気異方性を持つ方向性珪素鋼板や、磁場中の熱処理によって、一方向の磁気異方性が形成されたパーマロイやアモルファス磁性体等を円板状に切り抜いて形成する方法（図７（Ｅ）を参照）等、様々な方法で形成することができる。

このように、本実施形態に係る角度検出装置によれば、ロータ５が一軸磁気異方性を有する円板体で構成された、極めてシンプルな構造であるため、複雑な加工を必要とせず、非常に容易に製造することができる。

また、ステータ３がロータ５の円板体の外側面に対向して配設されるのではなく、ロータ５の円板体の板面に対向して配設される面構造になっているため、機能を低下させることなく、簡単な製造工程で薄型化することができる。

さらに、ステータ３を挟んでロータ５が配設される面と反対方向の板面に、ステータ３の円板体に対向して略同一外形で配設されるバックヨーク２を備えるため、磁界を強くし検出感度を上げることができる。

（本発明の第２の実施形態）
本実施形態に係る角度検出装置について、図８ないし図１０を用いて説明する。図８は、本実施形態に係る角度検出装置の各部品を示す図、図９は、本実施形態に係る角度検出装置の角度検出を示す図、図１０は、本実施形態に係る角度検出装置の出力電圧波形を示す図である。

なお、本実施形態において前記第１の実施形態と重複する説明については省略する。

本実施形態に係る角度検出装置は、円板体のステータが略同一外形の扇状体に４分割され、ステータの円板体の中心点に関して対向する位置の２つの扇状体の２つの組のうち、一方の組を構成する第１の扇状体と第３の扇状体との外周に沿って巻回されたコイルを検出コイルとし、他方の組を構成する第２の扇状体と第４の扇状体との外周に沿って巻回されたコイルを励磁コイルとし、第２の扇状体に巻回された励磁コイルにより励磁される磁界の方向と、第４の扇状体に巻回された励磁コイルにより励磁される磁界の方向とが相互に逆極性となるように励磁コイルが巻回される。また、第１の扇状体に巻回された検出コイルと第３の扇状体に巻回された検出コイルも互いに逆極性となるように結線される。ここで、第１の扇状体と第３の扇状体が、ステータの円板体の軸に関して対向する１つの組を形成し、第２の扇状体と第４の扇状体が、ステータの円板体の軸に関して対向する他の組を形成している。

図８（Ａ）が本実施形態に係る角度検出装置におけるバックヨーク２の上面図、図８（Ｂ）が本実施形態に係る角度検出装置におけるステータ３の上面図、図８（Ｃ）が本実施形態に係る角度検出装置におけるロータ５の上面図である。本実施形態においては、図８（Ｂ）に示すようにステータ３が略同一外形の扇状体に４分割されており、円板体の中心点に関して対向する位置の扇状体の２つの組（（３ａ，３ｃ）と（３ｂ，３ｄ））のうち、第１の扇状体３ａと第３の扇状体３ｃとで構成される組のそれぞれの外周に沿って巻回されたコイルが検出コイル４ａ，４ｃ（Ｓ１，Ｓ２とする）であり、第２の扇状体３ｂと第４の扇状体３ｄとで構成される組のそれぞれの外周に沿って巻回されたコイルが励磁コイル４ｂ，４ｄ（Ｐ１，Ｐ２とする）である。各コイルは、それぞれの扇状体の外周に沿って１００ターン程度巻回され、コイルの高さは２ｍｍ程度となる。

励磁コイルＰ１とＰ２は、ステータ３の面方向に対して垂直方向の磁束の向きが、相互に逆になる（一方がＮ極の場合、他方がＳ極となる）ように巻回されて接続されており、検出コイルＳ１とＳ２は、相互に巻き方向が逆となるように結線される。こうすることで、ロータ５の回転角度が０度の場合は、検出コイルＳ１と励磁コイルＰ１、及び検出コイルＳ２と励磁コイルＰ２が、ロータ５の磁気異方性の容易軸方向に位置するため、強く結合する。逆に、検出コイルＳ１と励磁コイルＰ２、及び検出コイルＳ２と励磁コイルＰ１は、ロータ５の磁気異方性の困難軸方向に位置するため結合がほぼ０となる。

上下に並んだ検出コイルＳ１と励磁コイルＰ１、及び検出コイルＳ２と励磁コイルＰ２のコイル間の結合係数ｋの角度依存性は、ｋ（θ）＝ｋ₀ｃｏｓ²θ＋ｋ₁（θは垂直方向を０度とする）。励磁コイルが作る磁束をφ（Ｐ１）、φ（Ｐ２）とする。励磁コイルＰ_iから検出コイルＳ_jへの結合をｋ_ji（θ）で表すと、出力Ｓ１−Ｓ２は、

これから、０度のときの出力Ｓ１−Ｓ２は、

となって最大となる（図９（Ａ）に相当）。このとき、ｋ１に起因する出力は差し引かれて、出力にその影響が現れない。４５度のときは、ｋ₁₁＝ｋ₂₂＝ｋ₁₂＝ｋ₂₁で、Ｓ１−Ｓ２は０となる（図９（Ｂ）に相当）。９０度のときは、ｋ₁₂、ｋ₂₁による結合のみが生じ、出力Ｓ１−Ｓ２（図９（Ｃ）に相当）は、

また、１３５度の場合は、４５度のときと同じく出力は０（図９（Ｄ）に相当）、さらに１８０度の場合は、０度のときの出力の符号を反転したものとなる（図９（Ｅ）に相当）。つまり、１８０°を周期とする角度の検出ができる。本実施形態に係る角度検出装置の出力結果を図１０に示す。

なお、本実施形態におけるバックヨーク２は、ロータ５の円板と略同一外形の円板体としてもよいし、４つに分割されたステータ３のそれぞれの近接領域を少なくとも覆うように分割されたものでもよい。

このように、本実施形態に係る角度検出装置によれば、ステータ３が略同一外形の扇状体に４分割され、ステータ３の円板体の軸に関して一方の対向する第１の扇状体３ａと第３の扇状体３ｃとの外周に沿って巻回されたコイルを検出コイル４ａ，４ｃとし、他方の対向する第２の扇状体３ｂと第４の扇状体３ｄとの外周に沿って巻回されたコイルを励磁コイル４ｂ，４ｄとし、第２の扇状体３ｂの励磁コイル４ｂにより励磁される磁界の方向と、第４の扇状体３ｄの励磁コイル４ｄにより励磁される磁界の方向とが相互に逆極性とすることで、一軸磁気異方性の容易軸方向と困難軸方向との特性による励磁コイル４ｂ，４ｄと検出コイル４ａ，４ｃとの結合を利用して、１８０度を周期とする角度検出を行うことができる。

（本発明の第３の実施形態）
本実施形態に係る角度検出装置について、図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、本実施形態に係る角度検出装置の各部品を示す図、図１２は、本実施形態に係る角度検出装置の出力結果を示す図である。

なお、本実施形態において前記各実施形態と重複する説明については省略する。

本実施形態に係る角度検出装置は、円板体のステータを略同一外形の８つの扇状体に分割した分割扇状体のうち、少なくとも３つの分割扇状体をロータの板面に対向して扇状に近接配設し、３つの分割扇状体の外周に沿って少なくとも２つの検出コイルと１つの励磁コイルとを交互に巻回している。また、ステータを挟んでロータが配設される面と反対の方向に、ステータの板体に対向して配設されるバックヨークを備え、バックヨークが、少なくとも近接配設される分割扇状体間の近接箇所に覆設される。

図１１（Ａ）が本実施形態に係る角度検出装置におけるバックヨーク２の上面図、図１１（Ｂ）が本実施形態に係る角度検出装置におけるステータ３の上面図、図１１（Ｃ）が本実施形態に係る角度検出装置におけるロータ５の上面図である。ロータ５の構成は、前記各実施形態と同様に円板体で形成され、その面方向に一軸磁気異方性を有し、中心点５ａを中心に円板面内で回動することで、磁気方向を変化させる。ステータ３は、図１０（Ｂ）に示すように、ロータ５と略同一外形の円板体を８つの略同一形状の扇状体（中心角が４５度の扇状体）に分割した分割扇状体を少なくとも３つ近接配設して形成される（扇状体３ａ〜３ｃ）。

この３つの分割扇状体３ａ〜３ｃには、それぞれ交互に検出コイルと励磁コイルとか巻回されており、ここでは、分割扇状体３ａに検出コイルＳ１、分割扇状体３ｂに励磁コイルＰ１、分割扇状体３ｃに検出コイルＳ２が巻回されている。

バックヨーク２は、ロータ５と略同一外形を有する円板体であってもよいが、少なくとも、磁界の結合を強める必要性が高い、検出コイルＳ１と励磁コイルＰ１との近接領域、及び励磁コイルＰ１と検出コイルＳ２との近接領域を覆うように配設されればよい。

図１１に示すようにステータ３が形成されることで、検出コイルと励磁コイルとの一方の近接領域でｓｉｎ成分を検出し、他方の近接領域でｃｏｓ成分を検出する。例えば、励磁コイルＰ１から検出コイルＳ１への誘起電圧が、ロータ５が１８０度の場合に発生する磁気結合である場合には、励磁コイルＰ１から検出コイルＳ２への誘起電圧により、ロータ５が１３５度の場合に発生する磁気結合により生じる電圧が検出される。

つまり、前記第２実施形態の場合に比べコイルの形状の違いによる係数の違いを考慮して、検出コイルＳ１の出力電圧と検出コイルＳ２の出力電圧はそれぞれ、

と表せる。ｍ１、ｍ０は、ｋ１、ｋ０に対応する係数である。

検出コイルＳ１の出力波形と検出コイルＳ２の出力波形とそれぞれを復調した波形を図１２に示す。図１２（Ａ）が検出コイルＳ１の出力波形、図１２（Ｂ）が検出コイルＳ２の出力波形、図１２（Ｃ）がそれぞれを復調した波形を示す。図１２（Ｃ）に示すように、それぞれの波形がｓｉｎとｃｏｓの関係にあることがわかる。つまり、これらの２相の出力電圧のアークタンジェントを取ることで、専用のＩＣ等を利用して簡単で正確に角度を検出することができる。

このように、本実施形態に係る角度検出装置によれば、ステータ３を略同一外形の８つの扇状体に分割した分割扇状体のうち、少なくとも３つの分割扇状体をロータ５の板面に対向して扇状に近接配設し、配設した３つの各分割扇状体の外周に沿って少なくとも２つの検出コイルＳ１、Ｓ２と１つの励磁コイルＰ１とを交互に巻回しているため、必要最小限のステータ３の部品でｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とを正確に検出して、精度よくロータ５の角度を検出することができる。特に、専用のＩＣ等を用いて、この２相の出力電圧のアークタンジェントを取るような装置構成とすることで、製造工程を単純化して製造効率を上げることができる。

また、ステータ３を挟んでロータ５が配設される面と反対の方向に、ステータ３の円板体に対向して配設されるバックヨーク２を備え、バックヨーク２が、少なくとも分割扇状体間の近接箇所に覆設されるため、コイル間の結合が最も強くなる箇所にのみバックヨーク２が配設されることとなり、必要最小限のバックヨーク２で角度の検出精度を保つことができる。

（本発明の第４の実施形態）
本実施形態に係る角度検出装置について、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、本実施形態に係る角度検出装置の各部品を示す図、図１４は、本実施形態に係る角度検出装置の各部品を組み合わせた場合の上面図である。

なお、本実施形態において前記各実施形態と重複する説明については省略する。

本実施形態に係る角度検出装置は、ステータ３が略同一外形の扇状体に１６分割され、隣接する扇状体が交互に励磁コイルと検出コイルとを巻回されており、隣接する扇状体の８つの組のうち、ステータの中心点に関して十の字の位置にある４つの組の一方がｓｉｎ成分を検出し、他方がｃｏｓ成分を検出する。また、ステータ３を挟んでロータ５が配設される面と反対の方向に、ステータ３の円板体に対向して略同一外形で配設されるバックヨーク２を備え、このバックヨーク２がステータ３の扇状体の８つの組に対応して、略同一外形の扇状体に８分割され、各扇状体の間に間隙を有するものである。

図１３（Ａ）は、本実施形態に係る角度検出装置におけるバックヨーク２の上面図、図１３（Ｂ）は、本実施形態に係る角度検出装置におけるステータ３の上面図、図１３（Ｃ）は、本実施形態に係る角度検出装置におけるロータ５の上面図である。本実施形態においては、図１３に示すようにステータ３が略同一外形の扇状体に１６分割されており、隣接する位置の扇状体には、交互に検出コイル（Ｓ１〜Ｓ８）と励磁コイル（Ｐ１〜Ｐ８）とが巻回され、それぞれが８つの組（（３ａ，３ｂ）と（３ｃ，３ｄ）と（３ｅ，３ｆ）と（３ｇ，３ｈ）と（３ｉ，３ｊ）と（３ｋ，３ｌ）と（３ｍ，３ｎ）と（３ｏ，３ｐ））を形成している。この８つの組に対応して、バックヨーク２が８つの扇状体（２ａ〜２ｈ）に分割されており、各扇状体間には間隙が形成されている。

なお、ロータ５の構成は、前記各実施形態と同様に円板体で形成され、その面方向に一軸磁気異方性を有し、中心点５ａを中心に円板面内で回動することで、磁気方向を変化させる。

上記バックヨーク２、ステータ３、及びロータ５を組み合わせて積層した場合の図を図１４に示す。図１４に示すように、バックヨークの１つの扇状体（例えば、２ａ）にステータ３の１つの組（例えば、（３ａ，３ｂ））が対応しており、このバックヨーク２（扇状体２ａ）が、検出コイル（例えば、Ｓ１）と励磁コイル（例えば、Ｐ１）との組における磁気結合を強くしている。一方、組と組との間（例えば、（３ａ，３ｂ）の組と（３ｃ，３ｄ）の組との間）は、バックヨークの扇状体に間隙が形成されているため、検出コイル（Ｓ２）と励磁コイル（Ｐ１）との間では結合が非常に弱くなっている。

つまり、図１４の構成から、中心点に関して垂直方向に対向する位置に配設される扇状体の４つの組（（３ａ，３ｂ）、（３ｅ，３ｆ）、（３ｉ，３ｊ）、（３ｍ，３ｎ））でｓｉｎ成分を検出し、別の垂直方向に対向する位置に配設される扇状体の４つの組（（３ｃ，３ｄ）、（３ｇ，３ｈ）、（３ｋ，３ｌ）、（３ｏ，３ｐ））でｃｏｓ成分を検出することができる。これらの２相の出力電圧のアークタンジェントを取ることで、専用のＩＣ等を利用して正確に角度を検出することができる。

このように、本実施形態に係る角度検出装置によれば、ステータ５が略同一外形の扇状体に１６分割され、隣接する扇状体が交互に励磁コイルと検出コイルとを巻回されており、隣接する扇状体の８つの組のうち、垂直に対向する４つの組の一方がｓｉｎ成分を検出し、他方がｃｏｓ成分を検出するため、この２相の信号に基づいて回転角度を容易に求めることができる。特に専用のＩＣ等を用いて、この２相の出力電圧のアークタンジェントを取るような装置構成とすることで、製造工程を単純化して製造効率を上げることができる。

また、バックヨークがステータの扇状体の８つの組に対応して、略同一外形の扇状体に８分割され、各扇状体の間に間隙を有するものであるため、コイル間の結合が最も強くなる箇所にのみバックヨークが配設されることとなり、必要最小限のバックヨークで角度の検出精度を保つことができる。

（本発明の第５の実施形態）
本実施形態に係る角度検出装置について、図１５を用いて説明する。図１５は、本実施形態に係る角度検出装置のステータを示す図である。

なお、本実施形態において前記各実施形態と重複する説明については省略する。

図１５（Ａ）に示すように、本実施形態に係る角度検出装置は、ステータ３が複数の扇状体（分割扇状体とする）に分割され、分割扇状体のうち中心角を４５度とする励磁用分割扇状体３ａ，３ｂが円板体の中心に関して対向して（円板体の中心点に関して点対称となるように）配設されている。この励磁用分割扇状体３ａ，３ｂには、それぞれの外周に、逆極性の磁界が発生するように励磁コイル＋Ｐと−Ｐとが配設されている。

また、励磁用分割扇状体３ａ，３ｂに隣接すると共に、円板体の中心に関して対向する２つの分割扇状体がｓｉｎ検出用扇状体３ｃ，３ｄとして配設されている。このｓｉｎ検出用扇状体３ｃ，３ｄには、それぞれの外周に、ｓｉｎ成分の信号を検出するための検出コイル＋Ｓと−Ｓとが相互に逆極性となるように配設されている。

さらに、励磁用分割扇状体３ａ，３ｂをｓｉｎ検出用扇状体３ｃ，３ｄで挟むようにして、励磁用分割扇状体３ａ，３ｂに隣接し、円板体の中心に関して対向する２つの分割扇状体がｃｏｓ検出用扇状体３ｅ，３ｆとして配設されている。このｃｏｓ検出用扇状体３ｅ，３ｆには、それぞれの外周に、ｃｏｓ成分の信号を検出するための検出用コイル＋Ｃと−Ｃとが相互に逆極性となるように配設されている。

ｓｉｎ成分の出力は、図１５における○印の箇所において検出され、ｃｏｓ成分の出力は△印の箇所において検出される。ｓｉｎ成分の出力ｖ（Ｓ／Ｐ）は、

となり、ｃｏｓ成分の出力ｖ（Ｃ／Ｐ）は、

となる。なお、図１５（Ａ）においては、ｓｉｎ検出用扇状体３ｃ，３ｄ及びｃｏｓ検出用扇状体３ｅ，３ｆの中心角をそれぞれ４５度とし、扇状体３ｇ，３ｈを空き領域としているが、図１５（Ｂ）に示すようにｓｉｎ検出用扇状体３ｃ，３ｄ及びｃｏｓ検出用扇状体３ｅ，３ｆの中心角をそれぞれ６７．５度としてもよい。

また、本実施形態におけるロータの構成は、前記各実施形態と同様に円板体で形成され、その面方向に一軸磁気異方性を有し、中心点５ａを中心に円板面内で回動することで、磁気方向を変化させる。

さらに、ステータ３を挟んでロータ５が配設される面と反対の方向に、ステータ３の円板体に対向して配設されるバックヨーク２を備えており、このバックヨーク２は、ステータ３の円板体と同一外形の円板体とする。

（本発明の第６の実施形態）
本実施形態に係る角度検出装置について、図１６ないし図１９を用いて説明する。図１６は、本実施形態に係る角度検出装置のステータを示す第１の図、図１７は、本実施形態に係る角度検出装置のステータを示す第２の図、図１８は、本実施形態に係る角度検出装置のバックヨークを示す図、図１９は、本実施形態に係る角度検出装置の出力結果を示す図である。

なお、本実施形態において前記各実施形態と重複する説明については省略する。

図１６（Ａ）に示すように、本実施形態に係る角度検出装置は、ステータ３が複数の扇状体（分割扇状体とする）に分割され、分割扇状体のうち中心角を４５度とする４つの励磁用分割扇状体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが円板体の中心に関して十字状に対向して（円板体の中心点に関して点対称となるように）配設されている。この励磁用分割扇状体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄには、それぞれの外周に、円板体の中心に関して対向する位置にある励磁用分割扇状体同士（励磁用分割扇状体３ａと３ｃ又は励磁用分割扇状体３ｂと３ｄ）が逆極性の磁界を発生するように励磁コイル＋Ｐ（励磁用分割扇状体３ａ、３ｄ）と−Ｐ（励磁用分割扇状体３ｂ、３ｃ）とが配設されている。

また、励磁用分割扇状体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに隣接すると共に、円板体の中心に関して十字状に対向する４つの分割扇状体がｓｉｎ検出用扇状体３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈとして配設されている。このｓｉｎ検出用扇状体３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈには、それぞれの外周に、ｓｉｎ成分の信号を検出するための検出コイル＋Ｓ（ｓｉｎ検出用扇状体３ｅ、３ｆ）と−Ｓ（ｓｉｎ検出用扇状体３ｇ、３ｈ）とが、円板体の中心に関して対向する位置にあるｓｉｎ検出用扇状体同士（ｓｉｎ検出用扇状体３ｅと３ｇ又はｓｉｎ検出用扇状体３ｆと３ｈ）で相互に逆極性となるように配設されている。

さらに、励磁用分割扇状体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄをｓｉｎ検出用扇状体３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈで挟むようにして、励磁用分割扇状体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに隣接し、円板体の中心に関して十字状に対向する４つの分割扇状体がｃｏｓ検出用扇状体３ｉ，３ｊ，３ｋ，３ｌとして配設されている。このｃｏｓ検出用扇状体３ｉ，３ｊ，３ｋ，３ｌには、それぞれの外周に、ｃｏｓ成分の信号を検出するための検出用コイル＋Ｃ（ｃｏｓ検出用扇状体３ｋ、３ｌ）と−Ｃ（ｃｏｓ検出用扇状体３ｉ、３ｊ）とが、円板体の中心に関して対向する位置にあるｃｏｓ検出用扇状体同士（ｃｏｓ検出用扇状体３ｉと３ｋ又はｃｏｓ検出用扇状体３ｊと３ｌ）で相互に逆極性となるように配設されている。

ｓｉｎ成分の出力は、図１６における○印の箇所において検出され、ｃｏｓ成分の出力は△印の箇所において検出される。すなわち、このような構造とすることで、隣接している励磁コイルと検出コイルとの間でのみ結合（±Ｐと±Ｓとの間、±Ｐと±Ｃとの間）が起こり、検出コイル間での結合（±Ｓと±Ｃとの間）は起こらない。

各検出コイルからの出力電圧をｖ（Ｓｉ／Ｐｊ）、ｖ（Ｃｉ／Ｐｊ）（ただし、ｉは検出コイルの番号、ｊは励磁コイルの番号を示す）とすると、ｓｉｎ成分の出力電圧ｖは、

となり、これらの総和から下記のようにｓｉｎ出力を得る。

同様に、ｃｏｓ成分の出力電圧ｖは、

の総和から下記のようにｃｏｓ出力を得る。

なお、図１６（Ａ）に示す構造は、励磁用分割扇状体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの中心角を４５度とし、ｓｉｎ検出用扇状体３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ及びｃｏｓ検出用扇状体３ｉ，３ｊ，３ｋ，３ｌの中心角を２２．５度としているが、図１６（Ｂ）に示すようにｓｉｎ検出用扇状体３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ及びｃｏｓ検出用扇状体３ｉ，３ｊ，３ｋ，３ｌは、励磁用分割扇状体３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに隣接していればよく、中心角が２２．５度以下であってもよい。

また、符号（＋，−）の組み合わせは、図１６のように限定されない。例えば、図１７（Ａ）、（Ｂ）に示すような、上記（１）、（２）式において角度に依存しないｋ₀を打ち消すような構造であればよく、ｖ（Ｓｉ／Ｐｊ）やｖ（Ｃｉ／Ｐｊ）の値を加算又は減算することでｋ₀を打ち消すような配置と極性にすればよい。すなわち、励磁コイルについては２つの正極性と２つの負極性で構成され、ｓｉｎ成分を検出するためのコイルのうち２つが正極性となるように配設され、他の２つが負極性となるように配設され、ｃｏｓ成分を検出するためのコイルのうち２つが正極性となるように配設され、他の２つが負極性となるように配設されれればよい。それらの組合せにより、ｖ（Ｓｉ／Ｐｊ）やｖ（Ｃｉ／Ｐｊ）の加算又は減算（結線方法）を調整することで、ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分を同時に検出することができる。このとき、特に図１６、図１７に示すように、ステータの中心点に関して対向する位置（点対称となる位置）にある扇状体の極性を逆極性に配置することで、励磁コイルの磁束を自己で閉じることができるため、遠くまで広がらず他の機器との干渉を起こし難くすることができると共に、検出コイルについては、外部から来る磁気雑音の影響が対向する組みとなる２つの検出コイルで大きさが等しく極性反対の誘起電圧を生じ、直列に結線することで自ら消去することができる。したがって、このように、ステータの中心点に関して対向する位置にある扇状体の極性を逆極性に配置することが望ましい。

さらに、本実施形態におけるロータの構成は、前記各実施形態と同様に円板体で形成され、その面方向に一軸磁気異方性を有し、中心点５ａを中心に円板面内で回動することで、磁気方向を変化させる。

さらにまた、ステータ３を挟んでロータ５が配設される面と反対の方向に、ステータ３の円板体に対向して配設されるバックヨーク２を備えており、このバックヨーク２は、ステータ３の円板体と同一外形の円板体であってもよいし、図１８に示すように励磁用分割扇状体と、ｓｉｎ検出用分割扇状体又はｃｏｓ検出用分割扇状体との隣接部分にバックヨーク２を備えるようにしてもよい。バックヨーク２の形状は、図１８（Ａ）に示すような平板状のものであってもよいし、図１８（Ｂ）に示すような略半円筒状のものであってもよい。

本実施形態に係る角度検出装置の出力結果を図１９に示す。ここでは、コイルを２０ターンとし、図１９（Ａ）では、縦軸が出力電圧、横軸が機械角１８０度を１００とした角度を示し、図１９（Ｂ）では、図１９（Ａ）の出力に基づいてＡｒｃｔａｎ（ｓｉｎ／ｃｏｓ）を計算した角度（縦軸はラジアン）を示している。これらの結果から明らかなように、図１９（Ａ）のそれぞれの波形がｓｉｎ成分とｃｏｓ成分の出力を示し、これらの２相の出力電圧のアークタンジェントを取ることで、専用のＩＣ等を利用して簡単で正確に角度を検出することができる。

（本発明の第７の実施形態）
本実施形態に係る角度検出装置について、図２０ないし図２２を用いて説明する。図２０は、本実施形態に係る角度検出装置の側断面図、図２１は、本実施形態に係る角度検出装置のステータ及びロータの構造を示す第１の図、図２２は、本実施形態に係る角度検出装置のステータ及びロータの構造を示す第２の図である。

なお、本実施形態において前記各実施形態と重複する説明については省略する。

本実施形態に係る角度検出装置は、図８（Ｂ）に示すステータを２つ用いてｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とを検出するものである。図２０に角度検出装置の側断面図を示す。図２０において、枢軸６とロータ５とが中心点で接合されて枢軸６と共に円板面内で回動する。ロータ５の円板面に対向し、非接触状態で略同一外形のステータ３１，３２が固定されている。なお、ステータ３に接触又は非接触状態でロータ５が配設される面と反対方向の面に対向して配設されるバックヨーク２を有するようにしてもよい。

図２０の構成において、ステータ３１，３２及びロータ５の配置を図２１に示す。図２１に示すように、図８（Ｂ）のステータ３１，３２（中心角９０度の分割扇状体４つで形成）を、それぞれ面内方向に４５度ずらして配置する。ロータ５は、ステータ３１，３２の間で一軸の磁気異方性を有して回動しているため、一方のステータではｓｉｎ成分が検出され、他方のステータではｃｏｓ成分が検出される。図１０にも示した通り、このステータ３１，３２は変調波抑圧の成分検出が可能であることから、本実施形態に係る角度検出装置は、非常に正確な角度検出を行うことができる。

また、本実施形態の角度検出装置は、以下に示す図２２のような構成とすることもできる。図２０の構成において、ステータ３１，３２を位相を揃えて配置し、それぞれのステータ３１，３２の間に、異方性を面内方向に４５度ずらして貼り合わされたロータ５を配置する。ロータ５の異方性が４５度ずれていることから、ロータが回動することで、一方のステータではｓｉｎ成分が検出され、他方のステータではｃｏｓ成分が検出される。

なお、上記各実施形態において、励磁コイル及び検出コイルは、ステータの扇状体における側面全体に配設してもよいし、少なくとも直線部分にのみ配線されるようにしてもよい。

以上の前記各実施形態により本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は実施形態に記載の範囲には限定されず、これら各実施形態に多様な変更又は改良を加えることが可能である。

（本発明の第８の実施形態）
本実施形態に係る角度検出装置について、図２３を用いて説明する。図２３は、本実施形態に係る角度検出装置のステータ及び側断面図を示す図である。

なお、本実施形態において前記各実施形態と重複する説明については省略する。

本実施形態に係る角度検出装置は、第７の実施形態に係る角度検出装置と同様に、２つのステータ３を用いてｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とを検出するものであるが、図２３（Ａ）に示すように、図８に示す４分割されたステータ３を４５度ずらして張り合わせたもの（ステータ３１、３２）を用い、それに対向させて図２３（Ｂ）に示すようにロータ５及びバックヨーク２が配設される。Ｐ１の系統には、例えばｓｉｎωｔの励磁用の電流が入力され、Ｐ２の系統には、例えばｓｉｎ２ωｔの励磁用の電流が入力される。このとき、Ｐ１系統のｓｉｎωｔとＰ２系統のｓｉｎ２ωｔとが混信しないように同期検波を行う。

なお、図２３において、Ｐ２系統の周波数ｆ２は、Ｐ１系統の周波数ｆ１に対して２倍となっているが、それぞれが異なる周波数（例えば、ｆ１−ｆ２＞１００Ｈｚ程度）であれば十分に分離可能である。また、Ｐ１系統にｓｉｎωｔ（又はｃｏｓωｔ）の電流を入力し、Ｐ２系統にｃｏｓωｔ（又はｓｉｎωｔ）の電流を入力する構成であってもよい。

Ｓ１の系統から出力される電圧とＳ２の系統から出力される電圧とは、９０°の位相差が生じ、それぞれｓｉｎ相、ｃｏｓ相として用いる。このような構成にすることで、図１０に示すように、歪みの少ないｓｉｎ波形を得ることができ、高精度な角度検出装置を実現することができる。

（本発明の第９の実施形態）
本実施形態に係る角度検出装置について、図２４を用いて説明する。図２４は、本実施形態に係る角度検出装置の側断面図である。

なお、本実施形態において前記各実施形態と重複する説明については省略する。

本実施形態に係る角度検出装置は、前記各実施形態の角度検出装置における、少なくとも径方向からの外部磁界を遮蔽するためのシールド７を備える。図２４（Ａ）は、第１ないし第６の実施形態に係る角度検出装置の側断面図を示し、図２４（Ｂ）は、第７の実施形態に係る角度検出装置の側断面図を示している。シールド７は、図２４に示すように、少なくとも径方向からの外部磁界を遮蔽すると共に、径方向に垂直な方向（軸方向）からの外部磁界を遮蔽するために、周縁部が曲折されて、ロータ５、ステータ３及びバックヨーク２全体を包含するように配設されることが望ましい。

このように、本実施形態に係る角度検出装置によれば、外部磁界を遮蔽して高精度に角度を検出することができる。

（本発明の第１０の実施形態）
本実施形態に係る角度検出装置について、図２５を用いて説明する。図２５は、本実施形態に係る角度検出装置の側断面図である。

なお、本実施形態において前記各実施形態と重複する説明については省略する。

本実施形態に係る角度検出装置は、前記各実施形態の角度検出装置において、ロータ５の径の大きさがステータ３及びバックヨーク２の径の大きさより小さくなっている。図２５（Ａ）は、第１ないし第６の実施形態に係る角度検出装置の側断面図を示し、図２５（Ｂ）は、第７の実施形態に係る角度検出装置の側断面図を示している。このような構成にすることで、ロータ５に対する回転の遠心力を小さくして負荷を軽減することができる。すなわち、ロータ５が高速回転した場合であっても、破損を防止することができる。また、ロータ５の破損を防止することができると共に、径方向からの外部磁場の影響を抑えて、角度をより高精度に検出することができる。

なお、図２５において、シールド７を配設しない構成であってもよい。

１ 角度検出装置
２ バックヨーク
３ ステータ
４ コイル
４ａ 検出コイル
４ｂ 励磁コイル
４０ 交流電源
４１ 同期検波回路
５ ロータ
５ａ 中心点
６ 枢軸
７ シールド

Claims (15)

1. 磁性体を含む円板体の透磁率が全体として一軸の異方性を有し、当該円板体が中心点を中心として円板面内で回動するロータと、
   複数のコイルを有し、少なくとも一のコイルが磁界を発生させる励磁コイルであり、少なくとも一のコイルが前記励磁コイルで励磁された磁界と鎖交して前記ロータの回転角度に応じた電圧を検出する検出コイルであるステータとを備えることを特徴とする角度検出装置。
2. 請求項１に記載の角度検出装置において、
   前記ステータが前記ロータの円板体の板面に対向して略同一外形で近接配設され、前記ステータを複数の扇状体に分割し、当該扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に前記励磁コイル及び検出コイルを前記扇状体ごとに交互に配設していることを特徴とする角度検出装置。
3. 請求項２に記載の角度検出装置において、
   前記ステータを挟んで前記ロータが配設される面と反対の方向に、前記ステータの円板体に対向して略同一外形で配設されるバックヨークを備えることを特徴とする角度検出装置。
4. 請求項２又は３に記載の角度検出装置において、
   前記ステータが略同一外形の扇状体に４分割され、
   前記ステータの円板体の中心点に関して対向する位置の前記扇状体の２つの組のうち、一方の組を構成する扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に配設されたコイルを検出コイルとし、他方の組を構成する扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に配設されたコイルを励磁コイルとし、
   前記励磁コイルが配設された扇状体の組について、各扇状体に配設された励磁コイルが相互に逆極性となる磁界を発生するように当該励磁コイルが配設され、前記検出コイルが配設された扇状体の組について、各扇状体に配設される検出コイルが相互に逆極性となるように配設されることを特徴とする角度検出装置。
5. 請求項１に記載の角度検出装置において、
   前記ステータを略同一外形の８つの扇状体に分割した分割扇状体のうち、３つの分割扇状体を前記ロータの板面に対向して扇状に近接配設し、前記３つの分割扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に２つの前記検出コイルと１つの前記励磁コイルとを交互に配設していることを特徴とする角度検出装置。
   
6. 請求項５に記載の角度検出装置において、
   前記ステータを挟んで前記ロータが配設される面と反対の方向に、前記ステータの円板体に対向して配設されるバックヨークを備え、
   前記バックヨークが、少なくとも前記近接配設される分割扇状体間の近接箇所に覆設されることを特徴とする角度検出装置。
7. 請求項２に記載の角度検出装置において、
   前記ステータが略同一外形の扇状体に１６分割され、
   隣接する前記扇状体が交互に励磁コイルと検出コイルとを配設されており、前記隣接する扇状体の８つの組のうち、前記ステータの円板体の中心点に関して十の字状に対向する４つの組の一方がｓｉｎ成分を検出し、他方がｃｏｓ成分を検出することを特徴とする角度検出装置。
8. 請求項７に記載の角度検出装置において、
   前記ステータを挟んで前記ロータが配設される面と反対の方向に、前記ステータの円板体に対向して略同一外形で配設されるバックヨークを備え、
   前記バックヨークが前記ステータの扇状体の８つの組に対応して、略同一外形の扇状体に８分割され、各扇状体の間に間隙を有することを特徴とする角度検出装置。
9. 請求項１に記載の角度検出装置において、
   前記ステータが、前記ロータの円板体と略同一外形の円板体を分割して形成される複数の分割扇状体のうち、中心角を４５度とする２つの分割扇状体を励磁用分割扇状体として前記円板体の中心に関して対向して配設し、当該配設された励磁用分割扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に相互に逆極性となる磁界を発生するように励磁コイルを配設し、
   前記励磁用分割扇状体に隣接し、２つの分割扇状体をｓｉｎ検出用扇状体として前記円板体の中心に関して対向して配設し、当該配設されたｓｉｎ検出用扇状体の外周であって、少なくとも直線部分にｓｉｎ成分を検出するための検出コイルを相互に逆極性となるように配設し、
   前記励磁用分割扇状体に隣接し、当該励磁用分割扇状体を挟んで前記ｓｉｎ検出用扇状体と反対側に、２つの分割扇状体をｃｏｓ検出用扇状体として前記円板体の中心に関して対向して配設し、当該配設されたｃｏｓ検出用扇状体の外周であって、少なくとも直線部分にｃｏｓ成分を検出するための検出コイルを相互に逆極性となるように配設していることを特徴とする角度検出装置。
10. 請求項２に記載の角度検出装置において、
    前記ステータが複数の扇状体に分割された分割扇状体からなり、
    前記分割扇状体のうち、中心角を４５度とする４つの分割扇状体を励磁用分割扇状体として前記円板体の中心に関して十字状に対向して配設し、前記４つの励磁用分割扇状体のうち２つの前記励磁用分割扇状体の内部を通過する磁界の方向が正極性であり、他の２つの前記励磁用分割扇状体の内部を通過する磁界の方向が負極性となるように、前記配設された励磁用分割扇状体の外周であって、少なくとも直線部分に励磁コイルを配設し、
    前記励磁用分割扇状体に隣接し、４つの分割扇状体をｓｉｎ検出用扇状体として前記円板体の中心に関して十字状に対向して配設し、当該配設されたｓｉｎ検出用扇状体の外周であって、少なくとも前記励磁用分割扇状体に隣接する直線部分にｓｉｎ成分を検出するためのｓｉｎ検出コイルを配設すると共に、２つの前記ｓｉｎ検出コイルを正極性の方向に配設し、他の２つの前記ｓｉｎ検出コイルを負極性の方向に配設し、
    前記励磁用分割扇状体に隣接し、前記励磁用分割扇状体を挟んで前記ｓｉｎ検出用扇状体と反対側に、４つの分割扇状体をｃｏｓ検出用扇状体として前記円板体の中心に関して十字状に対向して配設し、当該配設されたｃｏｓ検出用扇状体の外周であって、少なくとも前記励磁用分割扇状体に隣接する直線部分にｃｏｓ成分を検出するためのｃｏｓ検出コイルを配設すると共に、２つの前記ｃｏｓ検出コイルを正極性の方向に配設し、他の２つの前記ｃｏｓ検出コイルを負極性の方向に配設していることを特徴とする角度検出装置。
11. 請求項９又は１０に記載の角度検出装置において、
    前記ステータを挟んで前記ロータが配設される面と反対の方向にバックヨークを備え、
    前記バックヨークが、少なくとも近接配設される前記励磁用分割扇状体と前記ｓｉｎ検出用コイルとの間及び前記励磁用分割扇状体とｃｏｓ検出用コイルとの間の近接箇所に覆設されることを特徴とする角度検出装置。
12. 請求項１１に記載の角度検出装置において、
    前記バックヨークが略半円筒状であり、円筒面端部のエッジの一方が前記励磁用分割扇状体に近接配設され、他方が前記ｓｉｎ検出用コイル又は前記ｃｏｓ検出用コイルに近接
    配設されていることを特徴とする角度検出装置。
13. 請求項４に記載の角度検出装置において、
    前記ロータを挟んで、当該ロータに対向して２つの前記ステータが配設され、
    前記ステータの位相が面内方向に４５度ずれた状態で固定されていることを特徴とする角度検出装置。
14. 請求項４に記載の角度検出装置において、
    位相を揃えて固定されている２つのステータの間に、一軸の異方性が面内方向に４５度ずれた状態で貼り合わされた前記ロータが配設されていることを特徴とする角度検出装置。
15. 請求項４に記載の角度検出装置において、
    前記ロータの板面に対向して、２つの前記ステータの位相が面内方向に４５度ずれた状態で貼り合わされて近接配設されることを特徴とする角度検出装置。

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