特許 7270903 平板型エンコーダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-28

(45)【発行日】2023-05-11

(54)【発明の名称】平板型エンコーダ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20230501BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 110B

G01D5/245 110R

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019181972

(22)【出願日】2019-10-02

(65)【公開番号】P2021056176

(43)【公開日】2021-04-08

【審査請求日】2022-06-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000203634

【氏名又は名称】多摩川精機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001726

【氏名又は名称】弁理士法人綿貫国際特許・商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】正木 耕一

(72)【発明者】

【氏名】脇若 弘之

(72)【発明者】

【氏名】田代 晋久

【審査官】菅藤 政明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－１９４１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３３３４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３１４０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２２８６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／２４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多層板で構成された固定子平板と、
該固定子平板に対して所定間隔をあけて配置される可動子平板と、を備え、
前記可動子平板の対向面には、極対数Ｍ個のセンサパターンが離散的に均等配置された第１センサパターンが形成され、
前記固定子平板の前記可動子平板との対向面には、励磁コイルパターンが形成されるとともに、
前記励磁コイルパターンの内側又は外側において、前記可動子平板の第１センサパターンと対向する第１受信コイルパターンが形成され、
前記第１受信コイルパターンは、前記固定子平板の表面又は内層のいずれか一方に形成された第１受信コイルパターン（Ａ）と、前記固定子平板の表面又は内層のいずれか他方に形成された第１受信コイルパターン（Ｂ）とを有しており、
前記第１受信コイルパターン（Ａ）及び第１受信コイルパターン(Ｂ)のパターン数Ｎは、前記第１センサパターンの極対数Ｍに対して、Ｎ≠Ｍとなるように、振幅の包絡線が、周期と振幅が同一で位相がずれている周期関数となるつづら折り形状に形成されていることを特徴とする平板型エンコーダ。

【請求項2】

前記可動子平板に形成された前記第１センサパターンとは異なる位置に、極対数ｍのセンサパターンが離散的に均等配置された第２センサパターンが形成され、
前記固定子平板の前記励磁コイルパターンの内側又は外側において、前記可動子平板の第２センサパターンと対向する第２受信コイルパターンが形成され、
前記第２受信コイルパターンは、前記固定子平板の表面又は内層のいずれか一方に形成された第２受信コイルパターン（Ａ）と、前記固定子平板の表面又は内層のいずれか他方に形成された第２受信コイルパターン（Ｂ）とを有しており、
前記第２受信コイルパターン（Ａ）及び第２受信コイルパターン（Ｂ）のパターン数ｎは、前記第２センサパターンの極対数ｍに対して、ｎ≠ｍとなるように、振幅の包絡線が、周期と振幅が同一で位相がずれている周期関数となるつづら折り形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の平板型エンコーダ。

【請求項3】

前記第１センサパターンの極対数Ｍと前記第２センサパターンの極対数ｍは、Ｍ≠ｍであることを特徴とする請求項２記載の平板型エンコーダ。

【請求項4】

前記第１受信コイルパターン（Ａ）及び前記第１受信コイルパターン（Ｂ）は、包絡線が前記各周期関数となる導体パターンと、該導体パターンに対して極性が反対となる逆極性導体パターンとが一筆書き状態で形成され、
該導体パターンの両端部がオペアンプの正負入力端子に入力可能となるように形成されていることを特徴とする請求項１～請求項３のうちのいずれか１項記載の平板型エンコーダ。

【請求項5】

前記第２受信コイルパターン（Ａ）及び前記第２受信コイルパターン（Ｂ）は、包絡線が前記各周期関数となる導体パターンと、該導体パターンに対して極性が反対となる逆極性導体パターンとが一筆書き状態で形成され、
該導体パターンの両端部がオペアンプの正負入力端子に入力可能となるように形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の平板型エンコーダ。

【請求項6】

前記第１受信コイルパターンのパターン数Ｎは、Ｎ＝Ｎｐ＊ｋ(ただしＮｐは任意の素数、ｋは１以上の正の整数)であることを特徴とする請求項１～請求項５のうちのいずれか１項記載の平板型エンコーダ。

【請求項7】

前記第１受信コイルパターンのパターン数Ｎは、Ｎ＝Ｎｐ＊ｋ(ただしＮｐは任意の素数、ｋは１以上の正の整数)であり、前記第２受信コイルパターンのパターン数ｎは、ｎ＝ｎｐ＊ｋ(ただしｎｐは任意の素数、ｋは１以上の正の整数)であることを特徴とする請求項２、請求項３又は請求項５記載の平板型エンコーダ。

【請求項8】

前記可動子平板の前記第１センサパターンにおける、前記可動子平板の可動方向と直交する方向の長さは、
前記固定子平板の前記第１受信コイルパターンの各パターンのうちの最大振幅の２倍の長さよりも長くなるように形成されていることを特徴とする請求項１～請求項７のうちのいずれか１項記載の平板型エンコーダ。

【請求項9】

前記可動子平板の前記第２センサパターンにおける、前記可動子平板の可動方向と直交する方向の長さは、
前記固定子平板の前記第２受信コイルパターンの各パターンのうちの最大振幅の２倍の長さよりも長くなるように形成されていることを特徴とする請求項２、請求項３、請求項５又は請求項７記載の平板型エンコーダ。

【請求項10】

前記第１受信コイルパターン（Ａ）及び第１受信コイルパターン(Ｂ)のパターン数Ｎは、前記第１センサパターンの極対数Ｍに対して、Ｎ＝Ｍ±１又はＮ＝Ｍ±２となるように形成されていることを特徴とする請求項１～請求項９のうちのいずれか１項記載の平板型エンコーダ。

【請求項11】

前記第２受信コイルパターン（Ａ）及び第２受信コイルパターン(Ｂ)のパターン数ｎは、前記第２センサパターンの極対数ｍに対して、ｎ＝ｍ±１又はｎ＝ｍ±２となるように形成されていることを特徴とする請求項２、請求項３、請求項５、請求項７又は請求項９記載の平板型エンコーダ。

【請求項12】

前記可動子平板は、対向面を正面視すると円形であることを特徴とする請求項１～請求項１１のうちのいずれか１項記載の平板型エンコーダ。

【請求項13】

前記固定子平板は、プリント基板によって形成されていることを特徴とする請求項１～請求項１２のうちのいずれか１項記載の平板型エンコーダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直線的位置又は回転角度を検出するエンコーダに関し、特に平板型のエンコーダに関する。

【背景技術】

【0002】

エンコーダのうち回転角を検出する角度検出器としては、光学式エンコーダやレゾルバなどが一般的によく用いられている。一般的なレゾルバとしては、輪状の固定子の内側に複数のスロットを設け、このスロット内に励磁巻線を配置し、固定子の中心に鉄心からなる回転子を配置する構成の物が存在する。このように励磁巻線を備えた固定子と回転子とからなる従来型のレゾルバは、鉄心の加工歪と組立・巻線のバラツキで精度が安定しないという課題に対して、薄型化・軽量化と同時に量産精度の高度化と安定化を図るべく、基板形レゾルバが提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１、特許文献２に示すような基板形レゾルバが提案されている。
基板形レゾルバは、ステータ基板と、ステータ基板に対して所定間隔をあけて配置されたロータ基板とから構成されている。ステータ基板には、ｓｉｎ巻線パターンとｃｏｓ巻線パターンと、ｓｉｎ巻線パターンとｃｏｓ巻線パターンの外周側に配置された励磁巻線パターンとが形成されている。ロータ基板には、ロータ巻線パターンが形成されている。

【0004】

以下、従来の基板形レゾルバの動作を説明する。
ステータ基板の励磁巻線パターンに励磁電流を印加させると励磁巻線パターンによってステータ基板垂直方向に磁束が発生する。ロータ基板が回転している場合、励磁巻線パターンによって生じた磁束に対してロータ巻線パターンが横切り、ロータ巻線パターンによって回転角に比例した渦磁界が生じ、この渦磁界によってステータ基板のｓｉｎ巻線パターンからｓｉｎ信号が出力され、ｃｏｓ巻線パターンからはｃｏｓ信号が出力される。ただし、これらは極対数が１または低次数のため精度と分解能に問題が有り冗長機能も不足していた。

【0005】

また、特許文献３には、プリント基板によって構成された電磁誘導式回転センサが開示されている。
特許文献３の電磁誘導式回転センサは、ステータ基板側にｓｉｎ受信ランドパターンとｃｏｓ受信ランドパターンがそれぞれ１６極対数パターンとして形成されており、これに対応するロータ側基板にも１６分割されているランドパターンが形成されている。
また、ステータ基板側において１６極対数パターンが形成された受信ランドパターンの内周側においては、ｓｉｎ受信ランドパターンとｃｏｓ受信ランドパターンがそれぞれ１ターン形成されており、これに対応するロータ側基板にも１つのランドパターンが形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００１－３１４０６９号公報

【文献】特開２００１－１９４１８３号公報

【文献】特開２００４－３３３４７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来からの角度検出器として光学式エンコーダの場合、ロータに該当するコード板を用いる必要があるため小型（直径３０ｍｍ以下）化することができないという課題がある。
また、上述したような従来の基板型レゾルバは、励磁巻線を備えたレゾルバと比較すれば小型化が達成できるが、冗長系を設けようとすると構造が二重になってしまい大型化してしまう。

【0008】

また、特許文献３に開示されているセンサによれば、ロータ側基板のセンサパターン数と、ステータ側基板のｓｉｎ受信センサパターン及びｃｏｓ受信センサパターンの数とが、同一数となっており、空間高調波ノイズが多く残り誤差が大きく精度が低いという課題がある。

【0009】

そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、従来よりも小型化され、精度が高い平板型エンコーダを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明にかかる平板型エンコーダによれば、多層板で構成された固定子平板と、該固定子平板に対して所定間隔をあけて配置される可動子平板と、を備え、前記可動子平板の対向面には、極対数Ｍ個のセンサパターンが離散的に均等配置された第１センサパターンが形成され、前記固定子平板の前記可動子平板との対向面には、励磁コイルパターンが形成されるとともに、前記励磁コイルパターンの内側又は外側において、前記可動子平板の第１センサパターンと対向する第１受信コイルパターンが形成され、前記第１受信コイルパターンは、前記固定子平板の表面又は内層のいずれか一方に形成された第１受信コイルパターン（Ａ）と、前記固定子平板の表面又は内層のいずれか他方に形成された第１受信コイルパターン（Ｂ）とを有しており、前記第１受信コイルパターン（Ａ）及び第１受信コイルパターン(Ｂ)のパターン数Ｎは、前記第１センサパターンの極対数Ｍに対して、Ｎ≠Ｍとなるように、振幅の包絡線が、周期と振幅が同一で位相がずれている周期関数となるつづら折り形状に形成されていることを特徴としている。
この構成を採用することによって、固定子平板側の励磁コイルパターンによって均一磁界が発生し、可動子平板側に設けた第1センサパターンに均一磁界が貫通して、渦磁界が生じる。この渦磁界を第１受信コイルパターンが受信するが、このとき第１センサパターンの極対数Ｍに対して第１受信コイルパターンのパターン数Ｎは、Ｎ≠Ｍである。このため、固定子平板に対する可動子平板の可動距離又は可動角度における差分を検出してバーニア効果による高精度化を達成することができる。

【0011】

また、前記可動子平板に形成された前記第１センサパターンとは異なる位置に、極対数ｍのセンサパターンが離散的に均等配置された第２センサパターンが形成され、前記固定子平板の前記励磁コイルパターンの内側又は外側において、前記可動子平板の第２センサパターンと対向する第２受信コイルパターンが形成され、前記第２受信コイルパターンは、前記固定子平板の表面又は内層のいずれか一方に形成された第２受信コイルパターン（Ａ）と、前記固定子平板の表面又は内層のいずれか他方に形成された第２受信コイルパターン（Ｂ）とを有しており、前記第２受信コイルパターン（Ａ）及び第２受信コイルパターン（Ｂ）のパターン数ｎは、前記第２センサパターンの極対数ｍに対して、ｎ≠ｍとなるように、振幅の包絡線が、周期と振幅が同一で位相がずれている周期関数となるつづら折り形状に形成されていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、第２センサパターンに均一磁界が貫通して、回転角に比例した渦磁界が生じ、この渦磁界を第２受信コイルパターンが受信する。このように、第２受信コイルパターンを設けて冗長系を確保しつつも従来よりも小型化することができる。

【0012】

また、前記第１センサパターンの極対数Ｍと前記第２センサパターンの極対数ｍは、Ｍ≠ｍであることを特徴としてもよい。
このように第１受信コイルパターン極対数と第２受信コイルパターン極体数が相違するようにすれば、各受信コイルパターンから得られる信号に基づいて、基準位置に基づくロータ回転角度の絶対角を検出することができる（アブソリュート型）。

【0013】

また、前記第１受信コイルパターン（Ａ）及び前記第１受信コイルパターン（Ｂ）は、包絡線が前記各周期関数となる導体パターンと、該導体パターンに対して極性が反対となる逆極性導体パターンとが一筆書き状態で形成され、該導体パターンの両端部がオペアンプの正負入力端子に入力可能となるように形成されていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、第１受信コイルパターンにおける、それぞれの第１受信コイルパターン（Ａ）及び第１受信コイルパターン（Ｂ）は、各周期関数のゼロクロス点に対して正負対称（面積対称）となるように形成されているので、ノイズの混入を防止して高精度な信号の受信が可能である。そして、第１受信コイルパターンによる一回転絶対角検出を実現し、且つ小型化を達成することができる。
さらに、特許文献３と本願との比較によれば、特許文献３ではステータ側基板の第１層に受信コイルパターンと、この受信コイルパターンと位相がπ／２ずれた受信コイルパターンの双方を形成しているが、２つの受信コイルパターンが重なる箇所はビア穴を介して第２層以下で電気的接続を行う必要があり、ビア穴が非常に多く存在している。ビア穴が多いと信頼性が低下し、且つ電気抵抗が増加してしまうという問題がある。この点、本願発明では、２つの受信コイルパターンは第１層と第２層で完全に分離しているので、ビア穴を設ける箇所は非常に少なくて済み、信頼性の向上及び電気抵抗低減による性能の向上を達成することができる。

【0014】

また、 前記第１受信コイルパターンのパターン数Ｎは、Ｎ＝Ｎｐ＊ｋ(ただしＮｐは任意の素数、ｋは１以上の正の整数)であることを特徴としてもよい。
さらに、前記第１受信コイルパターンのパターン数Ｎは、Ｎ＝Ｎｐ＊ｋ(ただしＮｐは任意の素数、ｋは１以上の正の整数)であり、前記第２受信コイルパターンのパターン数ｎは、ｎ＝ｎｐ＊ｋ(ただしｎｐは任意の素数、ｋは１以上の正の整数)であることを特徴としてもよい。
単位相、極数のパターン数はＮ／Ｍ(またはＭ＋１)＝ａ／ｂのａ／ｂを既約分数とし、パターン数Ｎの中の素数またはａ値が大きい方が望まれるのは、２ａｋ±１以外の空間高調波を全て消すことができるためである。すなわち、このような構成であれば、可動子平板と固定子平板との間の空隙において通常発生してしまう多数の高調波成分の重畳を無くし、任意素数に対応する数だけの空間高調波成分のみとなるので、空間高調波を原因とする誤差を抑え、Ｓ／Ｎ比を上げることができる。

【0015】

また、前記可動子平板の前記第１センサパターンにおける、前記可動子平板の可動方向と直交する方向の長さは、前記固定子平板の前記第１受信コイルパターンの各パターンのうちの最大振幅の２倍の長さよりも長くなるように形成されていることを特徴としてもよい。
さらに、前記可動子平板の前記第２センサパターンにおける、前記可動子平板の可動方向と直交する方向の長さは、前記固定子平板の前記第２受信コイルパターンの各パターンのうちの最大振幅の２倍の長さよりも長くなるように形成されていることを特徴としてもよい。
この構成を採用することによって、可動子平板が、可動子平板の可動方向に対して直交する方向にずれてしまっても、固定子平板のセンサパターンによる渦電流を受信コイルパターンで確実に受信することができるので、正確な位置・角度の検出が可能である。

【0016】

また、前記第１受信コイルパターン（Ａ）及び第１受信コイルパターン(Ｂ)のパターン数Ｎは、前記第１センサパターンの極対数Ｍに対して、Ｎ＝Ｍ±１又はＮ＝Ｍ±２となるように形成されていることを特徴としてもよい。
さらに、前記第２受信コイルパターン（Ａ）及び第２受信コイルパターン(Ｂ)のパターン数ｎは、前記第２センサパターンの極対数ｍに対して、ｎ＝ｍ±１又はｎ＝ｍ±２となるように形成されていることを特徴としてもよい。

【0017】

また、前記可動子平板は、対向面を正面視すると円形であることを特徴としてもよい。

【0018】

また、前記固定子平板は、プリント基板によって形成されていることを特徴としてもよい。
Ｎ＝Ｍ±１又はＭ±２なので、１周３６０°をＭで除算した電気角に対して１周Ｍ±１等分又はＭ±２等分で平均化された電気角で検出することでバーニア効果による高精度化を達成することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明の平板型エンコーダによれば、バーニア効果による高分解能を実現することができ、且つ小型化・軽量化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】平板型エンコーダの一例としての、プリント基板型角度検出器の側面図である。

【図2】固定子平板の一例としての、ステータプリント基板の対向面を示す説明図である。

【図3】可動子平板の一例としての、ロータプリント基板の対向面を示す説明図である。

【図4】ｓｉｎ受信コイルパターンを見やすくするために、直線状にしてオペアンプを接続した説明図である。

【図5】ｓｉｎ受信コイルパターンの形状を決定するためのグラフである。

【図6】固定子平板の一例としての、ステータプリント基板の第１層と第２層を模式的にした断面図である。

【図7】極対数３１の場合における全周３３等分パターンの機械角と出力カーブを表したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

平板型エンコーダの例として、プリント基板型の角度検出器の実施形態を以下に説明する。
本実施形態のプリント基板型角度検出器の側面図を図１に示す。
プリント基板型角度検出器（以下、単に角度検出器と称する場合がある）１０は、基本構成としてステータプリント基板（固定子平板）１２と、ロータプリント基板（可動子平板）１４とを備えている。本実施形態の角度検出器１０は、ステータプリント基板１２とロータプリント基板１４とは所定間隔をあけて配置されている。

【0022】

ステータプリント基板１２及びロータプリント基板１４は、絶縁体から構成される一般的なプリント基板を用いることができる。材質としては、例えば、多層基板で一般的に用いられるガラスエポキシ基板やコンポジット基板などを採用することができるが、特にその材質に限定するものではない。
また、ステータプリント基板１２には励磁コイルパターン、受信コイルパターンが形成され、ロータプリント基板１４にはセンサパターンが形成されているが、これらのパターンは通常のプリント基板において形成されるような銅箔によって形成されていればよい。

【0023】

（ステータプリント基板）
図２に、ステータプリント基板の、ロータプリント基板に対する対向面（第１層）において形成されたプリント形状の平面図を示す。
本実施形態のステータプリント基板１２の直径及び厚さは特定の数値に限定するものではない。そしてステータプリント基板１２は多層基板で構成されている。本実施形態では、例えば６層の多層基板で構成したが、特に層数は限定されない。

【0024】

ステータプリント基板１２の対向面には、同心円状に三重の励磁コイルパターンが形成されている。三重の励磁コイルパターンは全て１本のパターンで形成されている。すなわち、励磁コイルパターンには、発振器（図示せず）が接続され、ＭＨｚ領域の高周波の励磁電流が入力されるが、最外周の励磁コイルパターン１６、中間周の励磁コイルパターン１８、最内周の励磁コイルパターン２０を経て発振器に戻るように、１本のパターンで形成されている。各励磁コイルパターン１６、１８、２０の端部には、ビア穴１９が形成されており、ビア穴１９を介して第２層目以降で各励磁コイルパターン１６、１８、２０が接続されている。

【0025】

なお、三重の各励磁コイルパターン１６、１８、２０それぞれについても、三重のプリントパターンによって形成されている。
具体的には、最外周の励磁コイルパターン１６は、対向面を平面視して電流が時計回りに三周するように、３本の円形パターンによって形成されている。
最外周の励磁コイルパターン１６と中間周の励磁コイルパターン１８とはプリント基板の第２層以降のパターンによって接続されている。
中間周の励磁コイルパターン１８は、対向面を平面視して電流が反時計回りに三周するように、３本の円形パターンによって形成されている。
中間周の励磁コイルパターン１８と最内周の励磁コイルパターン２０とはプリント基板の第２層以降のパターンによって接続されている。
最内周の励磁コイルパターン２０は、対向面を平面視して電流が時計回りに三周するように、３本の円形パターンによって形成されている。

【0026】

発振器から所定の高周波励磁電流が、最初に最外周の励磁コイルパターン１６に流れ、次に中間周の励磁コイルパターン１８に逆向きに流れる。さらに、中間周の励磁コイルパターン１８から、高周波励磁電流が最内周の励磁コイルパターン２０に最外周の励磁コイルパターン１６と同じ向きに流れる。
このため、最外周の励磁コイルパターン１６と中間周の励磁コイルパターン１８との間、及び中間周の励磁コイルパターン１８と最内周の励磁コイルパターン２０との間の磁界はキャンセルされ、三重の励磁コイルパターン全体に均一の磁界が発生する。

【0027】

なお、三重の励磁コイルパターンのうち、中間周の励磁コイルパターン１８をステータプリント基板１２の第２層に形成してもよい。これは、対向面におけるスペースが確保しにくい場合には有効である。
さらに、励磁コイルパターンは、一重又は二重でも十分な磁界が発生するのであれば三重の励磁コイルパターンとして形成する必要はない。すなわち、励磁コイルパターンは最外周、中間周、又は最内周のいずれか１つのみ又はいずれか２つ形成されていればよい。

【0028】

また、本実施形態では、ステータプリント基板１２の中間周の励磁コイルパターン１８と最内周の励磁コイルパターン２０との間には、後述するロータプリント基板１４の第１センサパターンと対向する第１受信コイルパターン２５が形成されている。
ステータプリント基板１２の最外周の励磁コイルパターン１６と中間周の励磁コイルパターン１８との間には、後述するロータプリント基板１４の第２センサパターンと対向する第２受信コイルパターン２７が形成されている。
なお、第１受信コイルパターン２５と、第２受信コイルパターン２７の具体的構成については後述する。

【0029】

（ロータプリント基板）
図３にロータプリント基板１４における、ステータプリント基板１２との対向面の平面図を示す。
本実施形態のロータプリント基板１４の直径及び厚さは特定の数値に限定するものでは無い。
ロータプリント基板１４は、単層であり、特に多層基板で構成されていなくてもよい。

【0030】

ロータプリント基板１４の対向面には、扇型形状のセンサパターンが、所定個数Ｍ個（極対数Ｍ）等間隔で円周方向に配置されて第１センサパターン２２を構成している。そして、第１センサパターン２２の外周側において、扇型形状のセンサパターンが、所定個数Ｍ±１個（極対数Ｍ±１）等間隔で円周方向に配置されて第２センサパターン２４を構成している。
第１センサパターン２２と第２センサパターン２４のそれぞれは、面積が同一面積となるように構成されている。また、第１センサパターン２２と第２センサパターン２４はそれぞれ銅箔で形成されている。
本実施形態では、第１センサパターン２２のセンサパターン個数すなわち極対数３１であり、第２センサパターン２４のセンサパターン個数すなわち極対数は３２である。

【0031】

ロータプリント基板１４の第１センサパターンの各センサパターンは、ステータプリント基板１２の三重の励磁コイルパターンによって形成された均一磁界と鎖交し、各センサパターン上に渦電流が生じ、渦電流によって磁束が発生する。この磁束をステータプリント基板１２の第１受信コイルパターンで受信して出力が生じる。
同様に、ロータプリント基板１４の第２センサパターンの各センサパターンは、ステータプリント基板１２の三重の励磁コイルパターンによって形成された均一磁界と鎖交し、各センサパターン上に渦電流が生じ、渦電流によって磁束が発生する。この磁束をステータプリント基板１２の第２受信コイルパターンで受信して出力が生じる。

【0032】

（受信コイルパターンの構造）
まず、第１受信コイルパターン２５について説明する。
第１受信コイルパターン２５は、ロータプリント基板１４の第１センサパターン２２と対向する位置に設けられている。本実施形態では、最内周の励磁コイルパターン２０と中間周の励磁コイルパターン１８の間に設けられている。
なお、第１受信コイルパターン２５は、第１ｓｉｎ受信コイルパターン（第１受信コイルパターン（Ａ））２８と第１ｃｏｓ受信コイルパターン（第１受信コイルパターン（Ｂ））２９の２つのパターンから構成されている。以下、第１受信コイルパターンとして主に第１ｓｉｎ受信コイルパターンについて説明する。

【0033】

本実施形態では、第１受信コイルパターン２５のパターン数（つづら折り形状の分割検出部の数）をＮとすると、Ｎ＝Ｍ±１又はＮ＝Ｍ±２となるように設計されている。ここで、Ｍは上記のように扇型形状の第１センサパターン２２の極対数である。本実施形態ではＭ＝３１である。したがって、第１受信コイルパターン２５のパターン数はＮ＝３２又は３３である。本実施形態における第１受信コイルパターン２５のパターン数Ｎは、Ｎ＝３３としている。

【0034】

なお、第１受信コイルパターン２５のパターン数Ｎは素数の整数倍であること、またはパターン数Ｎは素数の整数倍±１であることが好ましい。これは、上述したように空間高調波を低減させるためである。
このような構成とすることにより、ロータ側プリント基板１４とステータ側プリント基板１２との間の空隙において通常発生してしまう多数の高調波成分の重畳を無くし、任意素数に対応する数だけの空間高調波成分のみとなるので、空間高調波を原因とする誤差を抑え、Ｓ／Ｎ比を上げることができる。
具体的には、本実施形態では上記のように第１受信コイルパターン２５のパターン数Ｎは、Ｎ＝３３としているので、素数である１１×整数３ということになる。なるべく大きい素数に基づいて極対数、パターン数を設定することで、多数の空間高調波成分の重畳を無くすことができる。

【0035】

図４に、円周状に形成されたステータ側プリント基板１２の第１受信コイルパターン２５を見やすくするために直線状にして簡略化した図面を示す。なお、図４は簡略図面であるため、パターン数は３３ではない。
第１受信コイルパターン２５は、そのパターン数の数だけ、つづら折り形状の分割検出部を１周分を分割するように形成されている。このつづら折り形状の振幅の頂点を結ぶ包絡線が正弦波形となる。また、第１受信コイルパターン２５は、両端部がオペアンプ３０の正負入力端子に接続されるように一筆書きのパターンとして形成されている。そして、包絡線としての正弦波形の極性が正負逆の波形が、正弦波形のゼロクロス点を中心に対称となるように形成されている。

【0036】

図４では、オペアンプ３０の正入力端子に実線で描かれる正極側パターン３２が接続され、オペアンプ３０の負入力端子に破線で描かれる負極側パターン３３が接続され、正極側パターン３２と負極側パターン３３は一筆書きとなるよう１本のパターンで形成されている。なお、正極側パターン３２と負極側パターン３３が交差するゼロクロス点においてはビア穴１９を介して第２層以下の階層でパターン接続される。このように受信コイルパターンを一筆書きにして正極側と負極側とで対称となるように配置することによって、出力信号におけるノイズの混入を防止して高精度な信号の受信が可能である。
なお、図４では、第１受信コイルパターン２５を囲むように励磁コイルパターン１６、１８、２０が模式的に図示されており、励磁コイルパターン１６、１８、２０には発振器３８が所定の高周波電流を印加するように接続されている。

【0037】

次に、図５に基づいて、第１受信コイルパターン２５におけるつづら折り形状の分割検出部の各振幅（径方向への長さ）について説明する。
図５では、第１受信コイルパターン２５のパターン数が３３であるとした場合におけるつづら折り形状の分割検出部の高さを棒グラフ状に示したものである。このつづら折り形状の分割検出部の高さは次のように算出される。
まず、１周３６０°を極対数３３で除算して３３個の分割検出部における機械角を算出する。算出した機械角にロータ側プリント基板の第１センサパターンの極対数３１を乗算したものを１周３６０°で除算して各分割検出部における電気角を算出する。そしてこの電気角のｓｉｎの値を順番に配置していく。

【0038】

なお、上述してきた第１受信コイルパターン２５については第１層（ロータ側基板の対向面）に形成された第１ｓｉｎ受信コイルパターンについて説明した。
図６に示すように、第１受信コイルパターン２５は、第１層に形成された第１ｓｉｎ受信コイルパターン２８と、第２層に形成された第１ｃｏｓ受信コイルパターン２９を有している。第２層における第１ｃｏｓ受信コイルパターン２９での磁束の検出を確実にするために第１層の厚さを通常よりも薄く形成するとよい。
なお、図６は受信コイルパターンの配置関係を示すために簡略化した構成を示している図であって、実際には第１層と第２層は完全に接触した積層構造となっている。

【0039】

第１ｃｏｓ受信コイルパターン２９は、第１ｓｉｎ受信コイルパターン２８とは位相がπ／２ずれたつづら折り形状の分割検出部をパターン数３３個有しており、具体的には上述したように１周３６０°を極対数３３で除算して３３個の分割検出部における機械角を算出する。算出した機械角にロータ側プリント基板の第１センサパターンの極対数３１を乗算したものを１周３６０°で除算して各分割検出部における電気角を算出する。そしてこの電気角のｃｏｓの値を順番に配置して形成される。

【0040】

次に第２受信コイルパターンについて説明する。
第２受信コイルパターン２７は、ロータプリント基板１４の第２センサパターン２４と対向する位置に設けられている。本実施形態では、中間周の励磁コイルパターン１８と最外周の励磁コイルパターン１６の間に設けられている。
なお、第２受信コイルパターン２７は、第２ｓｉｎ受信コイルパターン（第２受信コイルパターン（Ａ））３２と第２ｃｏｓ受信コイルパターン（第２受信コイルパターン（Ｂ））３３の２つのパターンから構成されている。以下、第２受信コイルパターンとして主に第２ｓｉｎ受信コイルパターンについて説明する。

【0041】

第２センサパターン２４の極対数Ｍは、Ｍ＝３２である。これに対向する第２受信コイルパターン２７のパターン数Ｎは、Ｎ＝３３であってＭ＋１である。
第２受信コイルパターン２７のパターン数Ｎは素数の整数倍であること、またはパターン数Ｎは素数の整数倍±１であることが好ましい。これは、空間高調波を低減させるためである。
このような構成とすることにより、ロータ側プリント基板１４とステータ側プリント基板１２との間の空隙において通常発生してしまう多数の高調波成分の重畳を無くし、任意素数に対応する数だけの空間高調波成分のみとなるので、空間高調波を原因とする誤差を抑え、Ｓ／Ｎ比を上げることができる。
具体的には、本実施形態では第１受信コイルパターン２５と同様に、第２受信コイルパターン２７のパターン数Ｎは、Ｎ＝３３としているので、素数１１×３ということになる。なるべく大きい素数に基づいて極対数を設定することで、多数の空間高調波成分の重畳を無くすことができる。

【0042】

第２受信コイルパターン２７のパターン形状も図４で示したように簡素化した図面で説明できる。
すなわち、第２受信コイルパターン２７は、そのパターン数の数だけ、つづら折り形状の分割検出部が１周分を分割するように形成されている。このつづら折り形状の振幅の頂点を結ぶ包絡線が正弦波形となる。また、第２受信コイルパターン２７は、両端部がオペアンプ３０の正負入力端子に接続されるように一筆書きのパターンとして形成されている。そして、包絡線としての正弦波形の極性が正負逆の波形が、正弦波形のゼロクロス点を中心に対称となるように形成されている。

【0043】

図４では、オペアンプ３０の正入力端子に実線で描かれる正極側パターン３２が接続され、オペアンプ３０の負入力端子に破線で描かれる負極側パターン３３が接続され、正極側パターン３２と負極側パターン３３は一筆書きとなるよう１本のパターンで形成されている。なお、正極側パターン３２と負極側パターン３３が交差するゼロクロス点においてはビア穴１９を介して第２層以下の階層でパターン接続される。このように受信コイルパターンを一筆書きにして正極側と負極側とで対称となるように配置することによって、出力信号におけるノイズの混入を防止して高精度な信号の受信が可能である。
なお、図４では、第２受信コイルパターン２７を囲むように励磁コイルパターン１６、１８、２０が模式的に図示されており、励磁コイルパターン１６、１８、２０には発振器３８が所定の高周波電流を印加するように接続されている。

【0044】

また、第２ｓｉｎ受信コイルパターン３２におけるつづら折り形状の分割検出部の各振幅（径方向への長さ）について説明する。
まず、１周３６０°をパターン数３３で除算して３３個の分割検出部における機械角を算出する。算出した機械角にロータ側プリント基板の第２センサパターンの極対数３２を乗算したものを１周３６０°で除算して各分割検出部における電気角を算出する。そしてこの電気角のｓｉｎの値を順番に配置していく。

【0045】

なお、図６に示すように、第２受信コイルパターン２７も第１受信コイルパターン２５と同様に、第１層（ロータ側基板の対向面）に形成された第２ｓｉｎ受信コイルパターン３２と、第２層に形成された第２ｃｏｓ受信コイルパターン３３を有している。第２層における第２ｃｏｓ受信コイルパターン３２での磁束の検出を確実にするために第１層の厚さを通常よりも薄く形成するとよい。
なお、図６は受信コイルパターンの配置関係を示すために簡略化した構成を示している図であって、実際には第１層と第２層は完全に接触した積層構造となっている。

【0046】

第２ｃｏｓ受信コイルパターン３３は、第２ｓｉｎ受信コイルパターン３２とは位相がπ／２ずれたつづら折り形状の分割検出部をパターン数３３個有している。つづら折り形状の分割検出部の振幅の大きさとしては、まず１周３６０°をパターン数３３で除算して３３個の分割検出部における機械角を算出し、算出した機械角にロータ側プリント基板の第２センサパターンの極対数３２を乗算したものを１周３６０°で除算して各分割検出部における電気角を算出する。そしてこの電気角のｃｏｓの値を順番に配置して形成される。

【0047】

上述してきたように、本実施形態における受信コイルパターンは、第１ｓｉｎ受信コイルパターン２８及び第２ｓｉｎ受信コイルパターン３２が第１層に形成され、第１ｃｏｓ受信コイルパターン２９及び第２ｃｏｓ受信コイルパターン３３が第２層に形成されている。
このような構成を採用することによって、各受信コイルパターンにおけるｓｉｎ受信コイルパターンとｃｏｓ受信コイルパターンが同一面上に形成されることによる互いのパターンの交差部分におけるビア穴の数を減らして信頼性の向上及び電気抵抗低減による性能の向上を達成することができる。

【0048】

なお、ロータプリント基板１４の第１センサパターン２２における径方向の長さ（回転方向に対して直交する方向の長さ：図３のｘ）は、ステータプリント基板１２の第１ｓｉｎ受信コイルパターン２８の各パターンの最大振幅における正極方向と負極方向の振幅を足した長さ（すなわち、各パターンの最大振幅の２倍の長さ：図２のｘ´）よりも長くなるように形成されている。
同様に、ロータプリント基板１４の第２センサパターン２４における径方向の長さ（回転方向に対して直交する方向の長さ：図３のｙ）は、ステータプリント基板１２の第２ｓｉｎ受信コイルパターン３２の各パターンの最大振幅における正極方向と負極方向の振幅を足した長さ（すなわち、各パターンの最大振幅の２倍の長さ：図２のｙ´）よりも長くなるように形成されている。

【0049】

このように、ロータプリント基板１４の各センサパターンを、対応するステータプリント基板１２の受信コイルパターンの各パターンの最大振幅の正極パターンと負極パターンを足した長さよりも長くすることにより、ロータプリント基板１４の回転の軸ブレに対しても受信コイルパターンでの受信が確実に行えるため、正確な位置・角度の検出が可能である。

【0050】

（冗長系について）
本実施形態の角度検出器は、バーニア型の冗長系を備えている。
具体的には、ロータ側に第１センサパターン２２の３１個のセンサパターンと、第２センサパターン２４の３２個のセンサパターンとを備えており、ステータ側の第１受信コイルパターンと第２受信コイルパターンはつづら折り形状の分割検出部が３３分割となっている。
第１センサパターン２２による磁束は第１受信コイルパターン２５で受信され、第２センサパターン２４による磁束は第２受信コイルパターン２７によって受信される。まずこのように、２つの受信コイルパターン２５、２７によってそれぞれの磁束を受信することで冗長系を確保できる。

【0051】

また、上記のように第１センサパターン２２と第１受信コイルパターン２５の分割数を変え、第２センサパターン２４と第２受信コイルパターン２７の分割数を変えることによって、それぞれ角度差分を作り、分解能を高めるようにしている。これが本実施形態におけるバーニア型の意味である。
そもそもバーニアとはノギス等に形成された副尺のことであり、基準となる目盛りを細分化して読み取るために使用される。

【0052】

本実施形態の角度検出器では、磁束検出を多極化しているため、例えば１回転すると軸倍角分の出力サイクルが発生し、機械角×軸倍角＝電気角となる。例えば、ロータ側のセンサパターン極対数（個数）が３１の場合（３１Ｘ）、電気角＝機械角×３１である。本実施形態ではロータ側のセンサパターン極対数が３１の場合と３２の場合の双方を採用している。
そして、全周Ｍ個（ＭＸ）のロータ側のセンサパターン個数に対して、ステータ側のつづら折り受信コイルパターン（ｓｉｎ又はｃｏｓ）のパターン数（つづら折り個数、分割検出部個数）ＮをＭ＋１個とし、このパターン数を素数の整数倍とすることにより、ロータ側のセンサパターン個数当たりの角度３６０／Ｍｉ（ｉ＝１，２，・・Ｍ）とステータ側のつづら折り個数当たりの角度３６０／（Ｍｉ＋１）の角度差分のｓｉｎ（正弦）とｃｏｓ（余弦）に比例した振幅値のパターンを出力する。

【0053】

なお、本実施形態のプリント基板型角度検出器の第１受信コイルパターンから出力されたｓｉｎ出力信号及びｃｏｓ出力信号、並びに第２受信コイルパターンから出力されたｓｉｎ出力信号及びｃｏｓ出力信号は、オペアンプ３０に入力されて増幅されたのち、レゾルバデジタルコンバータからＭＰＵに入力されて角度位置が算出される。

【0054】

図７に、極対数３１の場合における全周３３等分パターンの機械角と出力カーブを表している。この図では、縦軸を出力電圧としており、縦軸は実際の出力３０ｍＶを１００倍増幅して３Ｖとした時を１としている。

【0055】

なお、上述してきた実施形態における各受信コイルパターンの各分割検出部の振幅の包絡線は正弦波（ｓｉｎ）又はｃｏｓ（余弦波）に限定するものではない。

【0056】

上述してきた実施形態ではプリント基板型角度検出器の例について説明したが、本発明としては、可動子平板、固定子平板ともにプリント基板に限定するものではない。可動子平板は、例えば単なる金属板等であってもよいし、固定子平板はセラミック基板等であってもよい。
また、上述してきた実施形態では、可動子平板、固定子平板ともに対向面を正面視して円形のものについて説明した。少なくとも可動子平板は回転のために円形が好ましいが、固定子平板は円形でなくてもよく、例えば固定子平板をモータ内に固定するために四角形状に形成してもよい。

【0057】

また、上述してきた実施形態は固定子平板に対して可動子平板が回転した場合の角度を検出するいわゆるロータリーエンコーダについて説明したが、本発明としては固定子平板に対して可動子平板が対向面に対して平行移動した場合における位置の検出を行うリニアエンコーダについても採用することができる。

【符号の説明】

【0058】

１０ 角度検出器
１２ ステータプリント基板
１４ ロータプリント基板
１６ 最外周の励磁コイルパターン
１８ 中間周の励磁コイルパターン
１９ ビア穴
２０ 最外周の励磁コイルパターン
２２ 第１センサパターン
２４ 第２センサパターン
２５ 第１受信コイルパターン
２７ 第２受信コイルパターン
２８ 第１ｓｉｎ受信コイルパターン
２９ 第１ｃｏｓ受信コイルパターン
３２ 第２ｓｉｎ受信コイルパターン
３３ 第２ｃｏｓ受信コイルパターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】