特許 7657909 位置センサのための検出デバイス、及びそのような検出デバイスを備えた検出システム

(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】2025-03-28

(45)【発行日】2025-04-07

(54)【発明の名称】位置センサのための検出デバイス、及びそのような検出デバイスを備えた検出システム

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/20 20060101AFI20250331BHJP

   G01B 7/30 20060101ALI20250331BHJP

【ＦＩ】

G01D5/20 110H

G01B7/30 M

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023505873

(86)(22)【出願日】2021-07-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-30

(86)【国際出願番号】 EP2021071452

(87)【国際公開番号】W WO2022023550

(87)【国際公開日】2022-02-03

【審査請求日】2023-03-24

(31)【優先権主張番号】102020209601.5

(32)【優先日】2020-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】507125295

【氏名又は名称】スミダ・コンポーネンツ・アンド・モジュールズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】シュトラウビンガー フランツ

(72)【発明者】

【氏名】シモン マルクス

【審査官】藤澤 和浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１３５２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５０６６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３３７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１３７７２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００８／００１８３２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２６３９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０３５８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第１４９６３３９（ＥＰ，Ａ２）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０４００４６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００５－０４３１４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／００ ～ ５／２５２

Ｇ０１Ｂ ７／００ ～ ７／３４

Ｈ０２Ｋ ２４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一次巻線と、
前記一次巻線に誘導結合された複数の二次巻線を有する二次巻線回路と、を備える、位置センサのための検出デバイスであって、
前記複数の二次巻線は、各々がセンタータップ（Ｍ１；Ｍ２）を有する２つの正弦波コイル（２２０；３２０）として形成されている、検出デバイス。

【請求項2】

前記一次巻線は、平面視で前記複数の二次巻線を取り囲む矩形コイルとして形成されている、請求項１に記載の検出デバイス。

【請求項3】

前記複数の二次巻線は、互いに直列に配置された少なくとも２つの二次巻線の第１のサブセットと、互いに直列に配置された少なくとも２つの二次巻線の第２のサブセットとを含む、請求項１又は２に記載の検出デバイス。

【請求項4】

前記第１のサブセットからの二次巻線と前記第２のサブセットからの二次巻線との間に電気的に接続された抵抗又はコンデンサをさらに備える、請求項３に記載の検出デバイス。

【請求項5】

前記二次巻線回路は、前記第１のサブセットからの第１の二次巻線（２２２ａ，２２２ｂ；３２２ａ，３２２ｂ）と並列に電気的に接続された第１の抵抗と、前記第２のサブセットからの第１の二次巻線と並列に電気的に接続された第２の抵抗とをさらに備える、請求項３又は４に記載の検出デバイス。

【請求項6】

前記一次巻線及び前記二次巻線回路は、プリント回路基板に組み込まれている、請求項１～５のいずれか１項に記載の検出デバイス。

【請求項7】

少なくとも１つの一次巻線（１１０；４０２；５０２；６０２；７０２）と、
前記少なくとも１つの一次巻線（１１０；４０２；５０２；６０２；７０２）に誘導結合された複数の二次巻線（１２０ａ，１２０ｂ；２２０；３２０；５０４；６０４；７０４）を有する二次巻線回路と、を備える、位置センサのための検出デバイス（１００；４１０；５１０；６１０；７１０）であって、
前記複数の二次巻線（１２０ａ，１２０ｂ；２２０；３２０；４０４；５０４；６０４；７０４）が、少なくとも２つの二次巻線の第１のサブセット（２２２ａ，２２２ｂ；３２２ａ，３２２ｂ；４０４ａ，４０４ｃ；５０４ａ，５０４ｃ；６０４ａ，６０４ｃ；７０４ａ，７０４ｃ）と、互いに直列に電気的に接続された少なくとも２つの二次巻線の第２のサブセット（４０４ｂ，４０４ｄ；５０４ｂ，５０４ｄ；６０４ｂ，６０４ｄ；７０４ｂ，７０４ｄ）を含み、
前記二次巻線回路は、第１の抵抗又はコンデンサ（４０８ａ～４０８ｄ）をさらに備え、
前記第１の抵抗又は前記コンデンサ（４０８ａ～４０８ｄ）は、前記第１のサブセットからの二次巻線と前記第２のサブセットからの二次巻線との間に電気的に接続されるか、又は前記第１のサブセット若しくは前記第２のサブセットからの第１の二次巻線と並列に電気的に接続され、
前記複数の二次巻線は、センタータップ（Ｍ１；Ｍ２）を各々が有する２つの正弦波コイル（２２０；３２０）として形成されており、
前記一次巻線が１つのみ設けられており、当該一次巻線は矩形コイルとして形成され、平面視で前記二次巻線を囲む、検出デバイス（１００；４１０；５１０；６１０；７１０）。

【請求項8】

前記少なくとも１つの一次巻線及び前記二次巻線回路は、プリント回路基板内に組み込まれている、請求項７に記載の検出デバイス。

【請求項9】

前記一次巻線（５０２）の数と前記二次巻線（５０４）の数とが同じであり、前記プリント回路基板（５０１）において、各前記一次巻線（５０２）が１つの前記二次巻線（５０４）に割り当てられている、請求項８に記載の検出デバイス（５１０）。

【請求項10】

前記二次巻線回路が、２つの他の二次巻線の間に配置された追加の抵抗又は追加のコンデンサをさらに備え、
前記２つの他の二次巻線の一方が前記第１のサブセットからのものであり、他方が前記第２のサブセットからのものである、請求項７～９のいずれか１項に記載の検出デバイス（１００；４１０；５１０；６１０；７１０）。

【請求項11】

前記一次巻線又は前記少なくとも１つの一次巻線に対して、各前記サブセット内の前記二次巻線は、前記検出デバイスの動作中に各前記サブセットから差分信号を提供するように、前記二次巻線回路内に配置され接続される、請求項７～１０のいずれか１項に記載の検出デバイス。

【請求項12】

各前記第１及び第２のサブセット中の前記二次巻線は、各前記サブセット内において直列に配置され、互いに逆の巻きの向きを有し、各前記サブセットから差分信号を提供する、請求項３～１１のいずれか１項に記載の検出デバイス。

【請求項13】

前記複数の二次巻線は、互いに直列に配置された少なくとも２つの二次巻線の第１のサブセットと、互いに直列に配置された少なくとも２つの二次巻線の第２のサブセットとを含み、
前記二次巻線回路が、第１のコンデンサと第２のコンデンサとをさらに備え、
前記第１のコンデンサが前記第１のサブセットからの第２の二次巻線と並列に配置され、
前記第２のコンデンサが前記第２のサブセットからの第２の二次巻線と並列に配置される、請求項３～１２のいずれか１項に記載の検出デバイス（１００；４１０；５１０；６１０；７１０）。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれか１項に記載の検出デバイスと、
前記検出デバイスに対して回転可能に配置されたセンサ素子と、を備え、
前記センサ素子が、導電性材料で形成されたセンサ構造を含む、検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位置センサのための検出デバイス、及びこのような検出デバイスを備えた検出システムに関する。特に、本発明は、検出デバイスに対して回転可能に配置されたセンサ素子と組み合わせて検出デバイスに対するセンサ素子の角度位置を検出するために位置センサにおいて用いられる検出デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

多くの技術分野において、それぞれの用途によって指定された精度で移動物体の位置を決定することが必要とされる。この目的のために、多数のセンサシステムが開発されており、これは、例えば、光学的、電気的、磁気的及び他の相互作用によって、少なくとも２つの要素間の相対的位置を十分に高い精度で測定することができる。特に、例えば高い動作電流によって引き起こされ得る高い動作温度と高磁場の組み合わせのような非常に要求の厳しい環境条件が支配的な技術分野においては、センサ配置がしばしば使用され、この場合、位置依存する渦電流の生成が用いられて部品の位置が決定される。この目的のために、そのような渦電流センサ配置のいくつかの例では、渦電流によって引き起こされる１つ又は複数のコイルの減衰が検出され、この際、１つ又は複数のコイルは静止部品として提供され、移動部品は適切な材料で作られたトラックを有し、これにより、位置依存する渦電流生成、したがって減衰が生じる。したがって、この位置依存する渦電流生成に基づいて、１つ又は複数の静止コイルに対する移動トラックの位置を、生じた減衰とトラックの特定の形状とを相関させることによって決定することができる。

【0003】

この点に関する例示的な用途は、電気機械のロータの位置を決定し、それによって適切な電流及び電圧値を提供するための適切な駆動信号を決定するというものである。例えば、電気機械について大きく可変な回転速度及び適度に広い制御帯域幅が要求される多くの場合において、ロータの位置を比較的正確に決定することができるようにするために、高い時間分解能でセンサシステムから出力電圧信号を取得することが重要である。永久励磁型同期機等の効率的な動作に関しては、例えば、所望の動作が達成されるようステータ巻線に適切に通電するために、角度セクション内での極数に応じたロータの位置を精度良く知る必要がある。非接触コイルベースのセンサ配置がこの目的のためにしばしば使用されるが、これらはコイル及び関連する評価電子機器のための比較的大きな設置スペースを必要とする。電気機械内のセンサ素子とロータとの間の非常に近接した結合がしばしば必要とされ、それによって、大電流、これに対応する高磁場及び比較的高い温度がセンサ素子の近傍で発生し、コイルの出力信号に対する干渉が生じる。この干渉に対する感受性により、最終的にはロータの位置の空間分解能が悪くなる。しかしながら、高磁場に関する所望の干渉耐性に加えて、電気機械についてのセンサ配置に関して、例えば支配的な温度や必要な速度範囲等に関して、電気機械の動作状態にセンサ配置を適合させることも望まれる。

【0004】

上記の側面に加えて、センサシステムの部品の提供及び統合に関して、特定の用途にかかわらず、例えば大量生産におけるセンサ配置の製造において高く一貫した精度に関する要件が存在する。これにより、最終用途における設置中に時間のかかる調整作業を必要とせずにセンサ配置を均一に機能させることが可能となる。

【0005】

米国特許出願公開第２０１７／０２６８９０７号明細書には、２つの正弦波二次コイルを取り囲む矩形一次コイルを備えた位置センサが示されている。これらのコイルは、プリント回路基板内に形成される。さらにここでは位置送信器が位置決定のために設けられており、それにより、直線移動に沿った位置が決定される。

【0006】

国際公開公報第２００６／０７４５６０号には渦電流センサが示されており、この渦電流センサはベアリング上で距離測定を行うために磁気ベアリング装置に設けられている。

【0007】

米国特許出願公開第２０１５／０３６２３４０号明細書には、一次コイル、複数の二次コイル及びセンサ素子を含む位置センサが記載されている。コイルはプリント回路基板に組み込まれている。

【0008】

知られているロータ位置センサでは、軸の周りの全円にわたって配置が一様でない二次巻線によって出力される信号について、軸の周りにおける二次巻線の必然的に非対称な配置によりオフセットが生じるという問題がある。さらに、特に、内側巻線とは対照的に外側巻線は１つの隣接巻線しか有さないので、巻線が全円の一部のみにわたって配置される場合に、ロータ位置センサにおける個々の巻線は隣接巻線との結合の度合いが異なるという事実によって、ロータ位置センサの位相信号にオフセットが生じる。したがって、純粋にロータ位置センサにおける巻線の配置によって生じる信号におけるこのオフセットは、補償が提供されない限り、ロータ位置センサの精度に負の影響を及ぼす誤差の原因となる。

【発明の概要】

【0009】

本発明は、上述した従来技術に鑑み、コンパクトな設計にもかかわらず、高精度でかつ干渉の影響を受けにくい検出デバイス、及びそのような検出デバイスを備えた検出システムを提供することを目的とする。

【0010】

上記の目的は独立請求項１及び７の範囲内で対処され、これは、全ての二次巻線が、隣接する二次巻線との結合の度合いが同じではないという事実によって、位置センサのための検出デバイスの二次巻線回路において生じる位相オフセットを補償することによって対処される。解決手段の出発点は、外側の二次巻線が１つの隣接する二次巻線のみを「見る」のに対し、内側の二次巻線は両側の隣接する二次巻線を「見る」ことにより、位相不整合が生じると確認されたということにある。これは、二次巻線が全円ではなく円の１つのセグメントだけにわたって配置され、各二次巻線が隣接する２つの巻線を「見る」ので、二次巻線回路の二次巻線は隣接するコイルとの結合が異なる、ということを意味する。望ましくない位相オフセットを考慮して、技術的教示は独立請求項の範囲内で実現され、これにより、位相オフセットが独立請求項によって１つの問題として解決され、したがってこれにより位相オフセット補償が実現されるので、位相オフセットが経済的な方法で均一に補償される。

【0011】

第１の態様では、ロータ位置センサ、あるいは、一般に、電気機械のロータの位置ではなく、例えばギアボックスを介して電気機械のロータにフランジ付けされた部品又は限られた角度範囲でのみ若しくは連続的に回転する回転部品などの任意の回転部品の位置を検出する位置センサなどの位置センサのための検出デバイスが提供される。第１の態様の例示的な実施形態では、検出デバイスは、少なくとも１つの一次巻線と、二次巻線回路とを含む。

【0012】

この態様では、二次巻線回路は、少なくとも１つの一次巻線に誘導結合された複数の二次巻線を含む。複数の二次巻線は２つの正弦波コイルとして構成され、その各々がセンタータップを有する。この文脈において「正弦波」とは、「余弦波」、又は正弦曲線から任意の位相だけ位相シフトして得られる一般的な形状、又は正弦曲線の連続的な変形によって得られる一般的な形状も意味する。さらに、「正弦曲線」とは、正弦波若しくは余弦曲線の部分的なセクションに単に対応する曲線形状、又はその連続的な変形にも当てはまり得る。

【0013】

正弦波コイルは、シンプルな方法で、検出システムにおいてシンプルなセンサ構造を用いて正弦波測定信号が生成されることを可能にし、用いられるセンサ構造は、例えば、１周にわたりセンサ構造に沿って略一定の幅を有するストリップ形状のセンサ構造であり、但しこのストリップは、センサ構造をスキャンする正弦波コイルが２つの中断の間に重なり領域（すなわち、ストリップ上に投影されるもの、即ち、ストリップ上に投影されるコイルの面積）を有することを確実にする中断を有し、それによって、ストリップがスキャンされるにつれてコイルにおいて単調に増加又は減少する信号が生じる。各正弦波コイルからのセンタータップによって、１つの二次巻線にわたって一度にタッピングするシンプルな手段が提供される。

【0014】

例えば、センタータップは、二次巻線が単層又は複層正弦波平面コイルである場合には、プリント回路基板内の垂直接点として設けることができる。これは、正弦波巻線が正弦波導体トラックのかたちで形成されるか、又は正弦波巻線が１つ若しくは複数の正弦波導体トラックセクションによって形成若しくは構成されることを意味する。この場合、センタータップはプリント回路基板内の垂直接点として形成され、例えば、１つ若しくは複数のビアのかたちで形成され、これは正弦波導体トラックを中央で２つのサブセクションに分割し、又は平面視で正弦波形状を有する２つのサブセクションを基本的に同じ長さの２つのトラックに分割する。ここで、「基本的に」とは、トラックセクションの長さについて最大で４０％、好ましくは最大で３０％、又は最大で２０％、又は最大で１０％、さらに好ましくは最大で５％の許容差を示し得る。異なる層が多層巻線のセンタータップにて相互接続されてもよい。

【0015】

この態様の第１の実施形態では、一次巻線は、平面視で複数の二次巻線を取り囲む矩形コイルとして形成されてもよい。

【0016】

これにより、一次巻線と二次巻線との間の有利な結合が提供される。

【0017】

この態様の第２の実施形態では、複数の二次巻線は、互いに直列に配置された少なくとも２つの二次巻線の第１のサブセットと、互いに直列に配置された少なくとも２つの二次巻線の第２のサブセットとを含んでもよい。これにより、各サブセット内の二次巻線の差分回路配置が可能となる。この場合、検出デバイスは、抵抗又はコンデンサをさらに含んでもよい。例えば、抵抗若しくはコンデンサが、第１のサブセットからの二次巻線と第２のサブセットからの二次巻線との間に配置されてもよく、及び／又は、第１のサブセットからの第１の二次巻線と並列に配置されてもよく、場合によっては、第２の抵抗若しくはコンデンサは、第２のサブセットからの第１の二次巻線と並列に配置されてもよい。ここで、一方では、個々のサブセット間の位相バランシングが、第１のサブセットからの二次巻線と第２のサブセットからの二次巻線との間の抵抗又はコンデンサによって達成されてもよく、他方では、オフセットバランシングが、場合により、第１のサブセットからの第１の二次巻線と並列に配置された抵抗又はコンデンサによって、場合により第２のサブセットからの第１の二次巻線と並列に配置された第２の抵抗又はコンデンサによって、達成されてもよい。これによって、さもなければ１つの回路セグメントのみにわたる配置の巻線が隣接するコイル対の巻線と異なる強さで結合することにより常に生じる位相オフセットについても補償が可能となり、及び／又は、非対称コイル配置で生じるオフセットについても補償が可能となる。本明細書におけるより有利な実施形態では、さらに、コンデンサ及び抵抗の組み合わせによって温度安定性を向上させることができる。

【0018】

この態様の第３の実施形態では、少なくとも１つの一次巻線及び二次巻線回路は、プリント回路基板内に共に組み込まれてもよい。これにより、検出デバイスについて非常にコンパクトな設計が提供される。本明細書のいくつかの特定の例示的な実施形態では、一次巻線の数と二次巻線の数は同じであってもよく、一次巻線は、プリント回路基板内で正確に１つの二次巻線に一度に割り当てられるか又はそれと整列されてもよい（すなわち、一対のコイルが形成される）。この場合、一次巻線と二次巻線との間の１：１の割り当てが与えられ、それによって、一次巻線と関連する二次巻線との間の結合が向上する。さらに、一次巻線回路内で複数の一次巻線を使用するということは、一次巻線が占める鉛板内の領域が１つの一次巻線のみが設けられる場合よりも小さいことを意味するので、電磁干渉場に対する感度が低くなる。また、より小さなサイズの一次巻線は、一次巻線回路の設計において空間の節約を可能にし、何故なら、空間が個々の一次巻線に隣接して及びそれらの間で利用可能になるからである。干渉場に対して大きなトラップ面積を提供する大面積の一次巻線の必要性を排除できることに加えて、一次巻線のサイズを関連する二次巻線のサイズにマッチさせることができ、これにより、一次巻線と関連する二次巻線との間の結合を向上させることが可能となるとともに、隣接する二次巻線に関連する一次巻線による二次巻線の干渉を低減することが可能となる。

【0019】

この実施形態の有利な実施形態では、二次巻線は正弦波コイルであってもよい。この場合、正弦波コイルは、検出システムにおいてシンプルなセンサ構造を用いて正弦波測定信号を生成することを可能とし、センサ構造は、例えば、回路にわたってセンサ構造に沿って略一定の幅を有するストリップ形状のセンサ構造であり、但しこのストリップは、センサ構造をスキャンする正弦波コイルが重なり領域（すなわち、ストリップ上に投影されるもの）を有することを確実にする中断を有する。ストリップは、例えば、複数の二次コイルを有することができるが、ストリップは中断を有し、これにより、センサ構造をスキャンする正弦波コイルが２つの中断の間に重なり領域（すなわち、ストリップ上のコイルの投影面積）を有し、その結果、ストリップがスキャンされるにつれてコイル内で単調に増加又は減少する信号が生じる。例えば、複数の二次巻線は、センタータップを各々有する２つの正弦波コイルとして形成することができ、それにより、センタータップを有する正弦波コイルは２つの二次巻線を提供し、これらはセンタータップによって単一の二次巻線にわたって容易にタップされ得る。

【0020】

この態様の第４の実施形態では、二次巻線回路は、さらに、第１のサブセットからの第１の二次巻線と並列に配置された第１の抵抗と、第２のサブセットからの第１の二次巻線と並列に配置された第２の抵抗とを含むことができる。第１の抵抗及び第２の抵抗を用いてオフセットマッチングを達成することができる。二次巻線が軸の周りの全円にわたって一様に配置されない検出デバイスでは、軸の周りの二次巻線の必然的に非対称な配置により、二次巻線によって出力される信号にオフセットが生じる。代替的に、第１の抵抗の代わりにコンデンサが設けられてもよく、及び／又は、第２の抵抗の代わりにコンデンサが設けられてもよい。さらに、オフセットマッチングが１つのサブセット内のみにおいて達成されるように第１の抵抗と第２の抵抗との一方のみを設けてもよく、これに対して、この抵抗の代わりにコンデンサを設けて、オフセットマッチングが１つのサブセット内のみにおいてコンデンサによって達成されるようにしてもよい。

【0021】

この実施形態の有利な一実施形態では、二次巻線回路は、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサをさらに含むことができ、第１のコンデンサは第１のサブセットからの第２の二次巻線と並列に配置され、第２のコンデンサは第２のサブセットからの第２の二次巻線と並列に配置される。これは、第１のサブセット内の第１の抵抗と第１のコンデンサの組み合わせと、第２のサブセット内の第２の抵抗と第２のコンデンサの組み合わせの場合に、各サブセット内の温度安定性を向上させることができる。あるいは、１つのサブセットのみにおいて温度安定性が向上するように、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサのうちの一方のみが設けられてもよい。

【0022】

第２の態様では、ロータ位置センサ、あるいは、一般に、電気機械のロータの位置ではなく、例えばギアボックスを介して電気機械のロータにフランジ付けされた部品又は限定された角度範囲でのみ若しくは連続的に回転する回転部品などの任意の回転部品の位置を検出する位置センサなどの位置センサのための検出デバイスが提供される。第１の態様の例示的な実施形態では、位置センサのための検出デバイスは、少なくとも１つの一次巻線と、少なくとも１つの一次巻線に誘導結合される複数の二次巻線を含む二次巻線回路とを含み、複数の二次巻線は、互いに直列に配置された少なくとも２つの二次巻線の第１のサブセットと、互いに直列に配置された少なくとも２つの二次巻線の第２のサブセットとを含み、二次巻線回路は、第１のサブセットの二次巻線と第２のサブセットの二次巻線の間に配置されるか、あるいは、第１のサブセット又は第２のサブセットの第１の二次巻線と並列に配置される第１の抵抗又はコンデンサをさらに含む。

【0023】

この態様のいくつかの実施形態では、少なくとも１つの一次巻線と二次巻線回路とがプリント回路基板内に共に組み込まれてもよい。

【0024】

この態様のいくつかの実施形態では、一次巻線の数と二次巻線の数は同じであってもよく、一次巻線は、回路基板内の正確に１つの二次巻線と整列されるか、又はそれに割り当てられてもよい。

【0025】

この態様のいくつかの実施形態では、二次巻線回路は、第１のサブセットからの二次巻線と第２のサブセットからの二次巻線とを含む２つの他の二次巻線の間に配置される後付けの抵抗又はコンデンサをさらに含むことができる。

【0026】

この態様のいくつかの実施形態では、複数の二次巻線はセンタータップを各々有する２つの正弦波コイルとして形成されてもよく、平面視において二次巻線を取り囲む矩形コイルとして形成された１つの一次巻線のみが設けられてもよい。

【0027】

この態様のいくつかの実施形態では、各サブセット内の二次巻線は、二次巻線回路内において、１つ又は複数の一次巻線に対して有線で配置することができ、これにより、検出デバイスの動作中に各サブセットから差分信号が与えられる。

【0028】

この態様のいくつかの実施形態では、二次巻線回路は、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサをさらに含むことができ、第１のコンデンサは第１のサブセットからの第２の二次巻線と並列に配置され、第２のコンデンサは第２のサブセットからの第２の二次巻線と並列に配置される。

【0029】

第３の態様では、検出システムが提供される。例示的な実施形態において、検出システムは、第１及び第２の態様のうちの１つによる検出デバイスと、この検出デバイスに対して回転可能に配置されたセンサ素子とを含み、このセンサ素子は導電性材料で形成されたセンサ構造を含む。

【0030】

第３の態様の検出システムでは、センサ素子が検出デバイスに対して移動するときに、検出デバイスとセンサ素子との間の角度位置が有利に検出される。例えば、特定の用途では電気機械のロータであり得るロータの回転運動によるセンサ素子と検出デバイスとの間の相対的な回転運動により、検出デバイスに対するセンサ素子の瞬間的な位置に応じて、二次巻線に誘起される電圧が生成され得る。言い換えると、一次巻線回路によって生成された磁場はセンサ素子によって変調され、変調された磁場は、一次巻線回路に印加されたセンサ素子のセンサ構造によって変調された信号を表す電圧信号を、検出デバイスの二次巻線内に生じさせ、センサ構造は、角度に応じて変化する検出デバイスに対するセンサ素子の回転に沿うセンサ構造の形状又は形態を有する。

【0031】

第１及び／又は第２の態様による検出デバイスにおいて、一次巻線及び二次巻線は空芯コイルとして設けられてもよく、これは、一次巻線及び二次巻線が磁化可能コアなしで設けられることを意味する。この場合、コイル内に磁性コア材料が存在しないので、外部磁場は磁化若しくは飽和に寄与しないか、又は許容範囲内でしか寄与しないので、得られる出力信号は、例えば、電気機械において生じる大きな磁場からの干渉に比較的影響されない。このように、、センサ構造が少なくとも部分的に電気的／磁気的に伝導性の材料から構成される場合、センサ構造の渦電流損失を検出デバイスの出力信号に影響を及ぼすために利用可能であり、結果、第１及び第２の態様による検出デバイスは電磁気の影響に関し干渉の影響を受けない。例えば、空芯コイルが巻かれて、適切な基板又はプリント回路基板又はフレキシブルプリント回路基板などのキャリアに取り付けられる。

【0032】

本発明の上記の態様のさらなる利点及び例示的な実施形態について、添付の図面を参照して以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1a】いくつかの例示的な実施形態によるロータ位置センサの概略平面図である。

【図1b】図１ａの線１ｂ－１ｂに沿った断面図である。

【図2】他の例示的な実施形態によるロータ位置センサの概略切断斜視図である。

【図3】いくつかの例示的な実施形態による検出デバイスの概略平面図である。

【図4】いくつかの例示的な実施形態によるセンサ構造に関する二次巻線の配置及び検出デバイスの結果として生じる出力信号を概略的に示す図である。

【図5】いくつかの例示的な実施形態によるセンサ構造に関する個々の二次巻線の配置を概略的に示す図である。

【図6】いくつかの例示的な実施形態による一次巻線及び複数の二次巻線の概略上面図である。

【図7】いくつかの例示的な実施形態によるセンタータップを有する二次巻線の概略上面図である。

【図8】いくつかの例示的な実施形態による複数のターン及びセンタータップを有する二次巻線の概略上面図である。

【図9】いくつかの例示的な実施形態による検出システムの概略回路図である。

【図10】いくつかの例示的な実施形態による検出システムの概略断面図であり、一対のコイルがプリント回路基板内に配置されている。

【図11】いくつかの他の例示的な実施形態による検出システムの概略回路図である。

【図12】さらに別の例示的な実施形態による検出システムの概略回路図である。

【図13】いくつかの例示的な実施形態による複数の一次巻線の概略回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下に説明される種々の例示的な実施形態は、検出デバイスのロータ位置センサにおける適用に関し得る。この点に関し、例示的な実施形態によるロータ位置センサは、通常、検出システムの検出デバイスと検出システムのセンサ素子との間の角度位置を検出するための検出システムを含む。この点に関し、センサ素子は、電気的／磁気的に伝導性の材料で形成されたセンサ構造を有し、このセンサ構造は、１周回転（すなわち、検出デバイスに対する、センサ素子の回転軸の周りの３６０度回転）にわたって角度的に変化し、それによって検出デバイスとセンサ素子との間の角度位置を検出する。

【0035】

検出デバイスにおける一次巻線回路は、センサ素子のセンサ構造によって変調される磁場を生成する。対応して変調された磁場は、次に、検出デバイスの複数の二次巻線において、対応して変調された電気信号を生じさせる。磁場を発生させる一次巻線回路に印加された電気信号と、それに応答して二次巻線によって出力された電気信号との比較から、センサ素子と検出デバイスとの間の角度位置が推測され得る。

【0036】

図１ａ、図１ｂ及び図２を参照して、検出システムの検出デバイスと検出システムのセンサ素子との間の角度位置を検出する検出システムを有するロータ位置センサの２つの代替実施形態について説明する。

【0037】

図１ａは、電気機械のロータ位置センサ１の概略側面図である。ここで、センサ構造３は、電気機械のロータ、例えばロータ２、の軸方向表面に取り付けられ、ロータと共に移動可能である。例示的な例では、電気機械は、角度信号が電気転流のために使用される永久磁気励起機械であってもよい。さらに、センサ構造３と軸方向に対向して配置される検出デバイス４が設けられている。センサ構造３と検出デバイス４とでロータ位置センサ１のための検出システムが形成され、センサ構造３は検出デバイス４に対して回転自在に配置されている。

【0038】

例示的な実施形態では、センサ構造３は適切なキャリア材料７ａに設けられるか、又はシャフト２ａに着座するロータ２のベース材料に直接取り付けられる。ロータ２のベース材料は、磁石等のような電気機械の部品を保持する材料のような、ロータ２の機能に必要な材料であると理解されるべきである。

【0039】

図１ｂは図１ａの線１ｂ－１ｂに沿った断面を示し、この実施形態におけるセンサ構造３は、ロータ２の完全な機械的旋回（すなわち、シャフト２ａの周りのロータ２の３６０度回転）にわたって周期的に延びる単一のトラック３ａを有する。しかしながら、これは本発明の限定ではなく、トラック３ａは、代わりに、実質的に一定の幅のストリップとして形成される（図１ｂに示される周期的に変化する幅を伴わずに、周期的な中断がストリップに設けられる）か、又はロータ２の完全な機械的旋回にわたって単調に変化する幅を有するストリップとして形成されてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、センサ構造３は、図１ｂに示すトラック３ａの代わりに、繰り返し三角形の構造を有してもよい。しかしながら、矩形構造等のような位置に依存するインダクタンス変化をもたらす他の形状も使用することができる。いくつかの例示的な例では、センサ構造３は、例えば、アルミニウム、鉄鋼、銅、プリント回路基板、１つ以上の導電層、又は金属化プラスチックを含んでもよい。通常、センサ構造３は単に導電性であってもよく、特に、センサ構造は非磁性又は磁化可能であってもよく、したがって、非導電性のロータ２の支持材料に埋め込まれるか又は取り付けられる導電性部品を含んでもよい。しかしながら、これは本発明の限定ではなく、センサ構造は、ロータ２の支持材料に埋め込まれるか又は取り付けられる磁性材料又は磁化可能材料から形成されてもよい。

【0040】

図２を参照すると、例示的な実施形態によるロータ位置センサ１０の概略切欠斜視図が示されており、この実施形態では、ロータ位置センサ１０はモータに取り付けられており、図１ａ及び図１ｂのロータ位置センサ１の代替の実施形態として構成されている。この場合、ロータ位置センサ１０は、検出デバイス１２とセンサ構造１４とから形成される検出システムを有し、センサ構造１４は、検出デバイス１２に対してロータ軸Ｒの周りに回動可能に配置される。センサ構造１４は、ここでは例えば電気機械のロータ１８等のロータの径方向表面に取り付けられてこれと共に移動可能である。図２に示すように、モータはステータコイル１９を有し、これがモータのステータに巻き付けられている。センサ構造１４はセンサ構造３に沿って形成されてもよく、この点に関しては上の説明を参照されたい。

【0041】

図２の実施形態では、検出デバイスは、モータのモータハウジング１６の外側にセンサ構造１４と径方向に対向して配置され、ステータコイル１９がロータ１８に対して静止している。図２においては、モータハウジング１６は、検出デバイス１２の下に配置されたセンサ構造１４を示すために、見やすくするための理由から部分的に切り取られており、これはそうしなければ図２の斜視図においてセンサ構造１４がモータハウジング１６によって隠れてしまうためである。

【0042】

いくつかの例示的な実施形態では、検出デバイス１２は、複数の巻線（図示せず）と、巻線から出力された信号を処理し、それらを、例えば、電圧振幅、差分電圧、電流振幅、差分電流、周波数、位相角などの電気信号などの位置信号として出力する電子回路（図示せず）とを含んでもよく、電気信号により、検出デバイス１２に対するロータ１８の角度的回転位置を得ることが可能となる。

【0043】

図３を参照して、検出デバイス２０のいくつかの例示的な実施形態について以下により詳細に説明する。検出デバイス２０は回路基板２２を備え、回路基板２２は、回路基板２２内に並んで配置された複数の二次巻線２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄなどの複数のコイルを有する。さらに、回路基板２２には少なくとも１つの一次巻線（図示せず）が形成されてもよい。例えば、単一の一次巻線（図示せず）が設けられてもよく、この一次巻線（図示せず）は、図３に示す上面図において二次巻線２４ａ～２４ｄを囲んでもよい。代替的に、２つの一次巻線（図示せず）が設けられてもよく、一次巻線（図示せず）の一方が、図示された上面図において２つの隣接する二次巻線２４ａ及び２４ｂを取り囲むとともに、一次巻線（図示せず）の他方が、図示された上面図において２つの隣接する二次巻線２４ｃ及び２４ｄを取り囲んでもよい。別の代替的な形態では、４つの一次巻線（図示せず）を設けることができ、これらの一次巻線（図示せず）の各々が、二次巻線２４ａ～２４ｄの各々に実質的に一致して重なることができる。

【0044】

二次巻線２４ａ～２４ｄは、（図３の破線で示すように）矩形コイルであってもよい。本明細書において矩形との用語は、矩形（台形など）を変形（矩形の少なくとも１つの辺を伸ばす又は縮める）することによって長矩形から生じる形状、又は長矩形であることを表すことが理解されるべきである。この文脈において、線を縮めて点とすることもまた「変形する」との表現に含まれ、したがって矩形が三角形に変形されてもよいことが理解されるべきである。

【0045】

いくつかの例示的な実施形態では、プリント回路基板２２を図１ａ及び図１ｂのロータ位置センサにおいて使用することができ、プリント回路基板２２は図１ｂの文脈において参照符号４で示される。この場合、矩形との用語は、（上述のように）変形することによって矩形から形成され得る形状を示すことが理解されるべきであり、さらに、図１ｂによる軸方向配置における変形された矩形の少なくとも１つの径方向の辺（radiale seite）は、回路基板２２における図１ｂのシャフト２ａの周りの径線上での曲率に実質的に対応する曲率を有してもよい（この点に関しては、図１ｂの参照符号４を参照）。換言すれば、対応した湾曲した径方向の辺は、シャフト２ａについての径方向の辺の位置において、図１ｂのシャフト２ａの周りの弧状部分に対応してもよい。

【0046】

他の例示的な実施形態では、プリント回路基板２２を図２のロータ位置センサに挿入することができ、図２の文脈では、図２のセンサ構造１４に対向する図２の検出デバイス１２の下面によってプリント回路基板２２を特定することができる。図２の検出デバイス１２のこの下面は、平面であってもよいし、図２の検出デバイス１２の下面の位置の図２のロータ軸Ｒの周りの弧状部分にしたがって形成されてもよい。この場合、矩形との用語はまた、（上述のように）変形することによって矩形から形成され得る形状を示すことは理解されるべきであり、さらに、図２による径方向配置における変形された矩形の少なくとも１つの径方向の辺は、回路基板２２における図２のロータ軸Ｒの周りの径線上の曲率に実質的に対応する曲率を有してもよい（この点に関しては、図２の検出デバイス１２の下面を参照）。さらに、図２の検出デバイス１２の要素としての用途において、図２を参照すると、プリント回路基板２２は、図２の検出デバイス１２において、プリント回路基板に垂直な面が図２のロータ軸Ｒを中心とする回転についての径方向に平行な向きとなるように向けられてもよい。

【0047】

図３を参照すると、同図に示された実施形態では、二次巻線２４ａ～２４ｄは、二次巻線２４ａ～２４ｄの破線表現によって示されているように、プリント回路基板２２の材料に組み込まれている。これにより、厳しい環境条件であっても二次巻線２４ａ～２４ｄの向上した統合性が提供される。この目的のために、二次巻線２４ａ～２４ｄは、キャリア材料を用いて又は用いずに適切な材料でオーバーモールド又はポッティングされてもよく、あるいはハウジング内に設置されてもよく、あるいはプリント回路基板のみが設けられてもよい。二次巻線がオーバーモールド又はポッティングされる場合、二次巻線２４ａ～２４ｄの各々は必ずしもプリント回路基板２２の材料に完全に埋め込まれる必要はなく、二次巻線２４ａ～２４ｄの各々の上部導体表面が露出されたままであってもよく、又は二次巻線２４ａ～２４ｄの被覆領域が小さくてもよく、それによってプリント回路基板２２の材料の厚さと共にセンサ構造（図示せず）に対する所望のギャップが得られる。あるいは、二次巻線は、回路基板２２に取り付けられ、回路基板２２の外部接続部（図示せず）を介して回路基板２２内の電気リード線（図示せず）に接続されてもよい。

【0048】

図１から図３を参照すると、図示されたセンサ構造の周方向長さと比較して、図示された検出デバイスの寸法が小さいため、二次巻線及びこれに対応して不図示の（複数の）一次巻線は、ステータの円弧セグメントのみにわたって配置されることに留意されたい。

【0049】

図４を参照して、いくつかの例示的な実施形態によるセンサ構造と二次巻線の関係、及び二次巻線から出力される電気信号について説明する。

【0050】

図４は、複数の二次巻線５０に関連するセンサ素子３７のセンサ構造３６の配置を概略的に示す。複数の二次巻線５０は４つの二次巻線３４ａ，３４ｂ，３４ｃ及び３４ｄによって形成され、これらは図にしたがい矩形巻線として形成され、センサ構造３６に対して並んで配置される。ここで、センサ構造３６はこれまでの図面を参照して上述したような構造を表し、そのため、ここでは上述の説明のさらなる繰り返しは行わない。特に、センサ構造３６は導電性材料で形成された構造を表し、この構造は単一又は複数周期の形態でロータ（図示せず）の回転に沿って形成され、例えば、センサ構造３６の少なくとも１つの周期はロータ（図示せず）の１回転を表す。

【0051】

図４を参照すると、二次巻線３４ａ～３４ｄがセンサ構造３６の周期に沿って互いにほぼ等距離に配置されるように、二次巻線３４ａ～３４ｄがセンサ構造３６に対して並んで配置されている。したがって、二次巻線３４ａ～３４ｄはそれぞれ、センサ構造３６のセクションに関連付けることができ、そのため、センサ構造３６は、センサ構造３６の周期に沿って実質的に等しいサイズの４つのセクションに分割される。換言すれば、二次巻線は、センサ構造の周期に対して、センサ構造３６の周期の４分の１だけ互いにオフセットされている。したがって、二次巻線３４ａと二次巻線３４ｂとは、センサ構造３６の周期の４分の１の関係にあり、二次巻線３４ａと二次巻線３４ｃとは、センサ構造３６の周期の２分の１の関係にあり、二次巻線３４ａと二次巻線３４ｄとは、センサ構造３６の周期の４分の３の関係にある。

【0052】

図４の概略図を参照すると、二次巻線３４ａ～３４ｄに接続され、二次巻線３４ａ～３４ｄによって出力された電気信号を受け取り、それらを処理して処理信号３０として出力する信号処理回路３２がさらに示されている。いくつかの例示的な例では、信号処理回路は、以下でより詳細に論じられるように、フィルタリング、及び／又はオフセットバランシング、及び／又は位相バランシングに影響を及ぼし得る。この点に関し、二次巻線３４ａ及び３４ｃはサブセット３５ａ内で相互接続され、信号処理回路３２に電気信号を出力する。さらに、二次巻線３４ｂ及び３４ｄはサブセット３５ｂ内で相互接続され、信号処理回路３２に電気信号を出力する。

【0053】

図４に示される処理信号３０は、センサ構造３６の周期に正確に対応する時間間隔にわたって例示されている。換言すれば、示されている時間間隔は、複数の二次巻線５０がセンサ構造３６の全周期を掃引又はスキャンする間隔を表す。ここで、センサ構造３６を参照すると、サブセット３５ａから出力される信号は、処理信号３０において「正弦波」として表され、一方、サブセット３５ｂから出力される信号は、処理信号３０において「余弦波」として表される。これらの正弦波信号及び余弦波信号により、センサ構造３６に対する二次巻線３４ａ～３４ｄの、したがってセンサ構造３６に対する二次巻線を含む検出デバイスの、角度位置及び回転方向を、一義的に特定することができる。

【0054】

図５を参照すると、個々の二次巻線６４ａ～６４ｄが、センサ構造の異なるセクション６３ａ～６３ｄに関して同時に示されている。ここで、二次巻線６４ａ及び６４ｂによってスキャンされるセクション６３ａ及び６３ｂの間では、センサ構造の周期について角度位置が１８０度であることが明らかである。同様に、二次巻線６４ｃ及び６４ｄによってスキャンされるセクション６３ｃ及び６３ｄの間では、センサ構造の１周期について角度位置が１８０度である。一方、二次巻線６４ａ及び６４ｃによってスキャンされるセクション６３ａ及び６３ｃの間では、センサ構造の１周期について角度位置が９０度であり、二次巻線６４ｂ及び６４ｄによってスキャンされるセクション６３ｂ及び６３ｄの間では、センサ構造の１周期について角度位置が９０度である。

【0055】

図４を参照すると、図５の二次巻線６４ａ～６４ｄは二次巻線３４ａ～３４ｄで示されてもよく、この場合、セクション６３ａ～６３ｄは、対応する二次巻線３４ａ～３４ｄによって同じ周期でスキャンされるセンサ構造３６のセクションを表す。

【0056】

図１から図５を参照して説明した実施形態において、センサ構造は、センサ素子の上で又はセンサ素子にて正弦波形状に形成することができる。この場合、正弦波形状は有利であり、何故ならこの形状はセンサ構造において正弦波トラックの形態で減衰面を形成することを可能にし、これにより、検出デバイスによって検出される電気信号が正弦波状に影響を受け、したがって容易に評価されることが可能となるからである。しかしながら、これは限定ではなく、原理的には、上述のように他のセンサ構造が使用されてもよい。通常、センサ構造を感知する検出デバイスによって検出された電気信号を、１回転に沿ってセンサ構造に対して、検出デバイスの位置又は角度位置に一義的に割り当てることが可能である限り、センサ構造は必ずしも１回転において複数周期でなくともよい。

【0057】

種々の実施形態についての上記説明によれば、いくつかの例示的な実施形態による検出システムでは、センサ素子によって変調された出力信号が、二次巻線の種々のサブセット（例えば、図４のサブセット３５ａ及び３５ｂ）によって提供され、この際、センサ素子のセンサ構造に対応する出力信号の振幅及び／又は位相及び／又は周波数が、検出デバイスに対するセンサ素子の回転運動の過程で変化する。二次巻線のサブセットは、センサ構造に関して定義することができ、この際、２つのサブセットから出力される電気信号は、センサ構造の周期に関して互いに９０度の位相オフセットを有する。これにより、互いに正弦波関係及び余弦波関係を有するサブセットの出力信号を提供することが可能となり、したがって、知られている方法を用いて出力信号を評価することが容易となる。サブセット内において、二次巻線は、センサ構造の１周期について１８０度の位相オフセット、又はセンサ構造の１周期について３６０度の位相オフセットのいずれかを有する電気信号を提供するように、互いに対して配置することができる。１８０度の位相オフセットの場合、サブセット内における二次巻線によって出力される信号は、サブセット内の各二次巻線によって生成される等しいノイズ信号が補償されるようにサブセットの差分出力信号として提供されてもよい。

【0058】

図６から図８を参照して例示的な実施形態が説明されているが、この実施形態では、二次巻線は正弦波コイルである。正弦波二次巻線の場合、センサ素子のセンサ構造は、３６０度回転に沿って変化する構造を有する必要はない。周期的に変化するセンサ構造が正弦波二次巻線によってスキャンされる場合、これは、周期的に変化するセンサ構造に対応する修正された正弦波信号である電気出力信号を生じる。例えば、正弦波二次巻線によってスキャンされた正弦波センサ構造はｓｉｎ^２に比例する電気信号を生じる。

【0059】

図６を参照すると、検出デバイス１００が概略的に示されている。検出デバイス１００は、一次巻線１１０と、正弦波コイル１２０ａ及び正弦波コイル１２０ｂによって提供される複数の二次巻線とを含む。一次巻線は、図示の上面図において、複数の二次巻線を取り囲む矩形コイルを表す。検出デバイス１００のプリント回路基板は図示していない。

【0060】

正弦波コイル１２０ａ及び１２０ｂは、各々、その正弦波形状に対して互いに１８０度位相がずれた２つの正弦波コイル部分から形成される。したがって、例示的には、正弦波コイル１２０ａ及び１２０ｂは、各々、∞と同様の形状を有する。具体的な例では、正弦波コイル１２０ａ及び正弦波コイル１２０ｂは形状が実質的に一致するが、それらの正弦波形状に対して９０度だけオフセットされている。これは、対応するコイルを容易に大量生産することができるとともに、正弦波信号の出力が保証されるという、有利な、しかし限定的でない例を示す。

【0061】

正弦波コイル１２０ａ及び１２０ｂは個々に及び互いに複数回、重なり合うので、正弦波コイル１２０ａ及び１２０ｂは好ましくは多層コイルとして形成され、個々の層の間の垂直接点Ｖによって電気的接続が提供される。二次巻線及び一次巻線１１０に関して、垂直接点は外部接点としても機能する。しかしながら、これは限定ではなく、ブリッジ接点などのオーバーパス及び／又はアンダーパスのみを、交差が生じる点に設けてもよく、この場合、二次巻線はブリッジ接点を除いてプリント回路基板の同じ平面内で延びる。

【0062】

図７を参照すると、図６に対する代替的な実施形態が示されている。より具体的には、正弦波コイル２２０は、各々が１つのターン（巻き）を有する２つの二次巻線２２２ａ及び２２２ｂと共に示されており、二次巻線２２２ａ及び２２２ｂは直列に配置され、互いに逆方向のターンを有する。垂直接点Ｖ１が二次巻線２２２ａの外部接触を表し、垂直接点Ｖ７が二次巻線２２２ｂの外部接触を表すように、垂直接点Ｖ１及びＶ７が正弦波コイル２２０に対する外部接触を表す。さらに、垂直接点Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５及びＶ６が、正弦波コイル２２０の個々の巻線セクションが延在するプリント回路基板（図示せず）の異なる水平層（図示せず）間の垂直接点のために使用される。例えば、垂直接点Ｖ１とＶ２，Ｖ３とＶ１，Ｖ５とＶ６の間に延在するセクションは、第１の層又は平面内にあり、垂直接点Ｖ２とＶ３，Ｖ４とＶ５，Ｖ６とＶ７の間に延在するセクションは、第１の層とは異なる第２の層内にある。Ｖ１とＭ１との間で二次巻線２２２ａにわたって電圧信号をタップでき、Ｍ１とＶ７との間で二次巻線２２２ｂにわたって電圧信号をタップできるように、垂直接点Ｖ４によってセンタータップＭ１が実装されている。

【0063】

センタータップＭ１によって二次巻線２２２ａ及び２２２ｂのそれぞれを電気部品に接続して、正弦波コイル２２０によって出力される信号を補正することが可能となる。

【0064】

図８を参照すると、図７に対する代替的な実施形態が示されている。より具体的には、正弦波コイル３２０が、各々が複数のターンを有する２つの二次巻線３２２ａ及び３２２ｂと共に示されており、二次巻線３２２ａ及び３２２ｂは直列に配置され、互いに逆の巻きの向きを有する。垂直接点は、正弦波コイル３２０に対する外部接点と、異なる層間の内部接続部とを表し、図７の上記説明と同様に、正弦波コイル３２０の個々の巻線セクションが配線される。さらに、二次巻線３２２ａにわたる電圧信号と二次巻線３２２ｂにわたる電圧信号とをＭ２でタップできるようにセンタータップＭ２が実装されている。

【0065】

図９を参照すると、検出デバイス４１０及びセンサ素子を含む検出システム４００が、図９のセンサ素子のセンサ構造４２０を参照して示されている。センサ構造４２０は正弦波状に変化する構造として示されているが、これは限定ではなく、上で様々に説明したように、代替的なセンサ構造を使用してもよい。図９には、説明のために矢印ＤＲを使用して、センサ素子が検出デバイス４１０に対して移動する回転方向が概略的に示されている。

【0066】

図９の実施形態によると、検出デバイス４１０は、複数の一次巻線４０２及び複数の二次巻線４０４を含む。これらの巻線は、様々な例示的な実施形態を参照して上述したように、プリント回路基板（図示せず）の中に組み込むことができる。複数の一次巻線４０２は４つの一次巻線４０２ａ～４０２ｂを有しており、複数の二次巻線４０４は４つの二次巻線４０４ａ～４０４ｂを有している。二次巻線の数は４つに限定されず、４の倍数の数の二次巻線を設けてもよい。一次巻線の数に関して、４つの一次巻線の代わりに、一次巻線の数が二次巻線の数と１：１で一致するように一次巻線の数を設定してもよい。あるいは、複数の二次巻線からの二次巻線のサブセットが、正確に１つの一次巻線に関連付けられてもよい。例えば、各サブセットが等しい数の二次巻線を有する二次巻線のサブセットに各一次巻線が関連付けられるように、複数の一次巻線の各々からの１つの一次巻線が２つ以上の二次巻線に関連付けられてもよい。

【0067】

図９を参照すると、複数の一次巻線４０２に電気信号を印加し、複数の二次巻線４０４によって出力された電気信号を受信する電子回路４３０が設けられている。例えば、電子回路は、発振回路（図９には発振端子Ｏｓｚ１及びＯｓｚ２のみが示されている）を含むことができ、これにより、複数の一次巻線４０２に周期的な電気信号が印加される。

【0068】

複数の一次巻線４０２は、電子回路４３０の発振器回路によって電力供給される共振器回路４０３内に接続されてもよい。例えば、複数の一次巻線４０２は、一次巻線４０２ａ～４０２ｄの直列接続によって形成されてもよい。しかしながら、これは限定ではなく、一次巻線４０２ａ～４０２ｄの少なくともいくつかの適切な並列接続が提供されてもよい。

【0069】

複数の二次巻線４０４の二次巻線４０４ａ～４０４ｄは、各々が直列に配置された２つの二次巻線のサブセットに分割することができ、これらは別々に電子回路４３０に接続されてもよい。例えば、二次巻線４０４ａ及び４０４ｃは互いに直列に配置されて二次巻線の１つのサブセットを形成してもよく、二次巻線４０４ｂ及び４０４ｄは互いに直列に配置されて二次巻線の別のサブセットを形成してもよい。これらのサブセットの各々は電子回路４３０に電気信号を供給し、これに基づいて、検出システム４００において角度位置決定を行うことができる。サブセットによって出力された電圧信号が差分信号となるように、各サブセット内の二次巻線が巻かれ互いに対して相互接続される。これは、サブセットによって出力される電圧信号が、サブセットの個々の巻線において生じる電圧の差に対応することを意味する。各サブセットが差分信号を出力するように構成される種々の実施形態について、以下の図９，図１１及び図１２を参照してより詳細に説明する。

【0070】

図９を参照して説明した実施形態に関して、これは、全ての一次巻線４０２ａ～４０２ｄと全ての二次巻線４０４ａ～４０４ｄとが互いに対して同じ巻きの向きを有するが、二次巻線４０４ａ及び４０４ｃは、差分信号がこのサブセットからタップされ得るようにサブセット内で相互接続されることを意味する。同様に、二次巻線４０４ｂ及び４０４ｄは、差分信号がこのサブセットからタップされ得るように別のサブセット内で相互接続される。したがって、差分信号を、電子回路４３０内の二次巻線４０４ａ及び４０４ｃによって端子「ｓｉｎ＋」及び「ｓｉｎ－」を介して提供することができるとともに、差分信号を、電子回路４３０内の二次巻線４０４ｂ及び４０４ｄによって端子「ｃｏｓ＋」及び「ｃｏｓ－」を介して提供することができる。互いを参照すると、一方では二次巻線４０４ａ及び４０４ｃのサブセットの電気信号、他方では二次巻線４０４ｂ及び４０４ｄのサブセットの電気信号は、例示的な実施形態の上記の議論から理解され得るように、互いに９０度位相がずれた周期信号である。

【0071】

（センサ構造の種々の実施形態に関して上述した）図示のセンサ構造４２０とは異なるセンサ構造４２０の他の実施形態に関して、二次巻線及び一次巻線については、例えば正弦波コイル又は長矩形コイルのかたちの適切な形状を選択することができる。

【0072】

いくつかの例示的な実施形態では、複数の一次巻線４０２は、複数の二次巻線４０４に関して、各一次巻線４０２ａから４０２ｄのそれぞれ１つと二次巻線４０４ａから４０４ｄのそれぞれ１つとがコイル対に配置され、コイル対におけるこれらの巻線は、そのコイル対からの巻線と異なるコイル対からの巻線との間の誘導結合と比較して最大誘導結合を有するように配置される。例えば、これは特に、一次巻線４０２ａと一次巻線４０４ａが、一次巻線４０２ａと二次巻線４０４ａとの間の誘導結合が、一次巻線４０２ａと二次巻線４０４ｂ～４０４ｄのいずれか１つとの間の誘導結合と比べて、及び二次巻線４０４ａと一次巻線４０２ｂ～４０２ｄのいずれか１つとの間の誘導結合と比べて最大となるように指定されたコイル対（４０２ａ、４０４ａ）を形成することを意味する。したがって、残りの巻線４０２ｂ～４０２ｄ及び４０４ｂ～４０４ｄもまた、一対のコイルに配置されてもよい。これは、１つの一次巻線及び１つの二次巻線がそれぞれ互いに直接対向するか、又は互いに交互に配置される巻線の配置における特定の例示的な（しかし、限定ではない）例にしたがって実現され得る。このようにして、最大の信号強度が各コイル対によって生成され、その結果、コイル対によって生成された信号についての増幅はほとんど、あるいは全く不要である。さらなる例示的な例では、コイル対内の一次巻線及び二次巻線は一致していてもよい。

【0073】

図９に示すように、二次巻線４０４ａ～４０４ｄは二次回路内で接続されており、２つの二次巻線がそれぞれサブセット内で互いに接続されている。図９における例に関して、二次巻線４０４ａ及び二次巻線４０４ｃは複数の二次巻線４０４のサブセット内で互いに相互接続され、電子回路４３０に接続されている。例えば、二次巻線４０４ａ及び４０４ｃは、電子回路４３０の２極端子、ｓｉｎ＋／ｓｉｎ－、の間に直列に配置される。この点に関し、二次巻線４０４ａ及び４０４ｃが直列接続において互いに逆の巻きの向きを有するように、二次巻線４０４ａ及び４０４ｃを直列に配置することができる。その結果、差分信号がこのサブセットから電子回路４３０に出力される。さらに、二次巻線４０４ｂ及び二次巻線４０４ｄは複数の二次巻線４０４のサブセットを形成し、電子回路４３０に接続される。例えば、二次巻線４０４ｂ及び４０４ｄは、電子回路４３０の２極端子、ｃｏｓ＋／ｃｏｓ－、の間に直列に配置される。この点に関し、二次巻線４０４ｂ及び４０４ｄが直列接続において互いに対して逆の巻きの向きを有するように、二次巻線４０４ｂ及び４０４ｄを直列に配置することができる。その結果、差分信号がこのサブセットから電子回路４３０に出力される。この例におけるサブセットは、介在要素なしに直接接続される二次巻線の相互接続を表す。

【0074】

図９の実施形態では、少なくとも１つの抵抗及び／又はコンデンサが検出システム４００にさらに設けられて、オフセット及び位相のバランシングが達成される。上述したように、二次巻線が軸の周りに全円にわたって一様に配置されない検出デバイスを備えるロータ位置センサでは、必然的に二次巻線が軸の周りに非対称に配置されるため、二次巻線によって出力される信号にオフセットが生じる。この例では、検出システム４００に関して、二次巻線４０４ａ～４０４ｄが回転軸（図示せず）の周りに非対称に配置される場合、信号にオフセットが生じると仮定することができる。さらに、二次巻線４０４ａ～４０４ｄが非対称に配置される場合、二次巻線は隣接する巻線と異なる結合度を有するので、二次巻線とサブセットとの間には、位相位置に９０度及び１８０度の位相偏差が生じる。例えば、二次巻線４０４ａ及び４０４ｄは、各々、１つのみの隣接する二次巻線を有し、一方、二次巻線４０４ｂ及び４０４ｃは、各々、２つの隣接する二次巻線を有する。

【0075】

例示的な実施形態において、二次巻線回路におけるオフセットのバランシングは、対応する二次巻線と並列に配置された抵抗４０６ａ～４０６ｄによって達成されてもよい。例えば、各サブセットに抵抗が１つのみ設けられてもよい。また、抵抗は全部で１つのみ設けられてもよい。あるいは、それより多くの抵抗が設けられてもよく、例えば、抵抗４０６ａ～４０６ｄが設けられてもよい。

【0076】

例示的な実施形態では、二次巻線回路における位相のバランシングは抵抗４０８ａ～４０８ｄによって達成することができ、各抵抗は、一方のサブセットの入力／出力と他方のサブセットの入力／出力との間の電気的接続を確立する。この目的のためには抵抗４０８ａ～４０８ｄのうちの１つで十分であり得る。必要に応じて抵抗４０８ａ～４０８ｄのうちの１つをそこから別の抵抗と組み合わせることもできる。

【0077】

なお、抵抗４０６ａ～４０６ｄ及び／又は抵抗４０８ａ～４０８ｄの少なくとも１つに代えて、コンデンサを設けてもよい。抵抗とコンデンサを組み合わせることで温度安定性を向上させることができる。例えば、二次巻線４０４ａ及び４０４ｃのサブセット内の抵抗４０６ａ及び４０６ｃの一方を、そのサブセット内の対応する二次巻線と並列に配置されたコンデンサに置き換えてもよい。これに加えて又はこれに代えて、二次巻線４０４ｂ及び４０４ｄのサブセット内の抵抗４０６ｂ及び４０６ｄの一方を、そのサブセット内の対応する二次巻線と並列に配置されたコンデンサに置き換えてもよい。これに加えて又はこれに代えて、抵抗４０８ａ～４０８ｄからの抵抗を設け、残りの抵抗４０８ａ～４０８ｄの１つの代わりにコンデンサを設けてもよい。

【0078】

二次巻線回路内の抵抗及びコンデンサの具体的な値は、主に検出デバイス４１０又は検出システム４００のレイアウトに依存する。位相オフセット及びオフセットを決定するために様々な測定及び／又はシミュレーションを開発の開始時に行うことが可能である。このことから、その後に、二次巻線回路内の適切な抵抗及び／又はコンデンサを使用することによって必要に応じて温度安定性が向上された適切なオフセットマッチング及び／又は位相整合が達成され得るように、適切な抵抗及び／又はコンデンサ（温度安定性用のものを含む）を決定することができる。

【0079】

図１１に関して、図９に対する代替的な実施形態が記載されるが、この実施形態では差分信号を提供するために二次巻線のサブセットが形成される。ここで、図９と図１１の間の同一の参照符号は同一の特徴を示し、これらの同一の特徴の説明については図９についての上記の説明を参照されたい。

【0080】

図１１は検出システム６００を示し、これは検出デバイス６１０を含む点で図９の検出システム４００と異なる。より具体的には、検出デバイス６１０は、以下にさらに詳細に説明するように、複数の一次巻線６０２及び複数の二次巻線６０４を有する点で、図９の検出デバイス４１０と異なる。

【0081】

複数の一次巻線６０２は、直列に配置された一次巻線６０２ａ，６０２ｂ，６０２ｃ及び６０２ｄを含み、一次巻線６０２ａ及び６０２ｂは同じ方向に巻かれ、かつ、両方の巻線において一次巻線６０２ａの入力端子に印加された電流が同じ方向に流れるように互いに直列に配置されている。さらに、一次巻線６０２ｃ及び６０２ｄは互いに対して同じ向きで直列に巻かれるとともに、一次巻線６０２ａ及び６０２ｂに対して逆の向きで直列に巻かれ、それにより、一次巻線６０２ａに印加される電流は、一次巻線６０２ａ及び６０２ｂに対して逆の向きで、一次巻線６０２ｃ及び６０２ｄに流れることとなる。しかしながら、一次巻線６０２ｃの入力端末に印加された電流は、２つの一次巻線６０２ｃ及び６０２ｄを同じ方向に流れる。

【0082】

複数の二次巻線６０４は、互いに対して同じ巻きの向きとなる配置で配置された二次巻線６０４ａ，６０４ｂ，６０４ｃ及び６０４ｄを含み、それにより、二次巻線６０４ａ及び６０４ｂは一次巻線６０２ａ及び６０２ｂに対して同じ方向に巻かれ、二次巻線６０４ｃ及び６０４ｄは一次巻線６０２ｃ及び６０４ｄに対して逆方向に巻かれる。検出デバイス６１０内の二次巻線６０４ａ及び６０４ｃと電子回路４３０との相互接続は、検出デバイスの動作中に一次巻線６０２ａによって生成される磁束密度（図示せず）が、関連する二次巻線６０４ａ内に電流を生成し、この電流が二次巻線６０４ａによって二次巻線６０４ｃに印加され、二次巻線６０４ａ内の電流の流れと同じ向きでそこを流れるように、構成される。しかしながら、一次巻線６０２ｃ及び二次巻線６０４ｃを含むコイル対においては、巻線は互いに逆の巻きの向きを有するので、ここに逆向きに流れる電流が生じ、その結果、検出デバイス６１０の動作において、二次巻線６０４ａ及び６０４ｃによって形成されたサブセットの入力端子と出力端子との間に差分信号が生じることになる。したがって、検出デバイス６１０のサブセット内の二次巻線６０４ｂ及び６０４ｄが電子回路４３０に接続されると、検出デバイスの動作中に一次巻線６０２ｂによって発生する磁束密度（図示せず）が、関連する二次巻線６０４ｂ内に電流を発生させ、この電流が二次巻線６０４ｂから二次巻線６０４ｄに印加され、二次巻線６０４ｂ内の電流の流れと同じ方向にそこを流れる。しかしながら、一次巻線６０２ｄと二次巻線６０４ｄとからなるコイル対では、巻線が互いに逆の巻きの向きを有しているため、検出デバイス６１０の動作中に、二次巻線６０４ｄにおいて一次巻線６０２ｄによって逆方向に流れる電流が生じ、その結果、この二次巻線６０４ｂ及び６０４ｄのサブセットの入力端子と出力端子との間に差分信号が生じる。

【0083】

図１１を参照すると、二次巻線に関連する一次巻線のコイル対は、（６０２ａ，６０４ａ）及び（６０２ｂ，６０４ｂ）並びに（６０２ｃ，６０４ｃ）及び（６０２ｄ，６０４ｄ）で与えられる。コイル対（６０２ａ，６０４ａ）及び（６０２ｂ，６０４ｂ）のみが同じ巻きの向きを有し、一方、コイル対（６０２ｃ，６０４ｃ）及び（６０２ｄ，６０４ｄ）における巻線は互いに逆方向に巻かれている。さらに、複数の二次巻線６０４は、２つのサブセット［６０４ａ，６０４ｃ］及び［６０４ｂ，６０４ｄ］に分割され、１つのサブセット内の巻線は互いに直列に配置され、サブセットに印加された電流が同じ方向に流れる。

【0084】

図１２に関し、図９及び図１１に対するさらなる代替の実施形態について説明する。この実施形態では、差分信号を提供するために、二次巻線からサブセットが形成される。ここで、図９，図１１及び図１２の間における同一の参照符号は同一の特徴を示し、これらの同一の特徴の説明については図９についての上記の説明を参照されたい。

【0085】

図１２は検出システム７００を示し、これは検出デバイス７１０を含む点で図９の検出システム４００と異なる。より具体的には、検出デバイス７１０は、以下にさらに詳細に説明するように、複数の一次巻線７０２及び複数の二次巻線７０４を有する点で、図９の検出デバイス４１０と異なる。

【0086】

複数の一次巻線７０２は、直列に配置された一次巻線７０２ａ，７０２ｂ，７０２ｃ及び７０２ｄを含み、一次巻線７０２ａ及び７０２ｃは同じ巻きの向きで巻かれるとともに、互いに直列に配置され、それにより、一次巻線７０２ａの入力端子に加えられた電流が両方の巻線を同じ方向に流れることとなる。さらに、一次巻線７０２ｂ及び７０２ｄは直列に配置され、互いに同じ向きで巻かれ、一次巻線７０２ａ及び７０２ｃに対して逆の向きで巻かれ、それにより、一次巻線７０２ａに加えられた電流が、一次巻線７０２ａ及び７０２ｃに対して逆方向に、一次巻線７０２ｂ及び７０２ｄに流れることとなる。但し、一次巻線７０２ｂの入力端子に印加された電流は２つの一次巻線７０２ｂ及び７０２ｄを同じ方向に流れる。一次巻線７０２ａ～７０４ｄは直列に配置され、この配置において交互の巻線向きを有する。

【0087】

複数の二次巻線７０４は、一次巻線７０２ａ～７０２ｄの交互の巻線向きに対応する交互の巻線向きで、互いに対して配置された二次巻線７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ及び７０４ｄを有し、それにより、二次巻線７０４ａ及び７０４ｃは一次巻線７０２ａ及び７０２ｃに対して同じ向きで巻かれ、二次巻線７０４ｂ及び７０４ｄは二次巻線７０４ｂ及び７０４ｄに対して同じ向きで巻かれ、二次巻線７０４ａ及び７０４ｃは二次巻線７０４ｂ及び７０４ｄに対して逆の向きで巻かれる。検出デバイス７１０における二次巻線７０４ａ及び７０４ｃと電子回路４３０との相互接続は、検出デバイスの動作中に一次巻線７０２ａによって発生する磁束密度（図示せず）が、関連する二次巻線７０４ａに電流を生じさせ、この電流が、二次巻線７０４ａによって二次巻線７０４ｃに印加され、二次巻線７０４ａ内の電流の流れと同じ方向に二次巻線７０４ｃを流れるように構成されている。しかしながら、一次巻線７０２ｃは二次巻線７０４ａと比較して逆の巻きの向きを有するので、二次巻線７０４ｃに逆向きに流れる電流を生じさせる一次巻線７０２ｃによって磁場が発生し、その結果、検出デバイス７１０の動作中に、二次巻線７０４ａ及び７０４ｃによって形成されるサブセットの入力端子と出力端子との間に差分信号が生じる。したがって、二次巻線７０４ｂ及び７０４ｄが検出デバイス７１０のサブセット内で電子回路４３０と相互接続されると、検出デバイスの動作中に一次巻線７０２ｂによって生じる磁束密度（図示せず）が、関連する二次巻線７０４ｂ内に電流を生じさせ、この電流が二次巻線７０４ｂから二次巻線７０４ｄに印加され、二次巻線７０４ｄを二次巻線７０４ｂ内の電流の流れと同じ方向に流れる。しかしながら、一次巻線７０２ｄと二次巻線７０４ｄとからなるコイル対では、巻線が二次巻線７０４ｂの巻きの向きと逆の巻きの向きを有するので、ここでは、検出デバイス７１０の動作中に、一次巻線７０２ｂと二次巻線７０４ｂのコイル対に対して逆方向に流れる電流が一次巻線７０２ｄによって二次巻線７０４ｄに生じ、この二次巻線７０４ｂ及び７０４ｄのサブセットの入力端子と出力端子との間に差分信号がここでも生じることとなる。

【0088】

図１２を参照すると、一次巻線と関連付けられた二次巻線とからなるコイル対は、（７０２ａ，７０４ａ）及び（７０２ｂ，７０４ｂ）並びに（７０２ｃ，７０４ｃ）及び（７０２ｄ，７０４ｄ）によって与えられ、コイル対（７０２ａ，７０４ａ）及び（７０２ｃ，７０４ｃ）は互いに対して同じ方向に巻かれ、コイル対（７０２ｂ，７０４ａ）及び（７０２ｄ，７０４ｃ）は、コイル対（７０２ａ，７０４ａ）及び（７０２ｃ，７０４ｃ）に対して逆の方向又は逆の巻きの向きで、互いに同じ方向に巻かれた巻線を有する。さらに、複数の二次巻線７０４は、２つのサブセット［７０４ａ，７０４ｃ］及び［７０４ｂ，７０４ｄ］に分割され、１つのサブセット内の巻線は互いに直列に配置され、サブセットに印加された電流が同じ方向に流れる。

【0089】

図１１を参照して、さらなる例示的な実施形態が記載され、この実施形態では、巻線７０２ａ，７０４ａ，７０２ｄ及び７０４ｄによって形成される端部コイル対の対称結合を提供するために、追加のコイル対が検出デバイス７１０に追加される。これにより、抵抗４０６ａ～４０６ｄ及び／又は対応するコンデンサに対応する追加の電気部品を必要とすることなく、検出デバイス７１０によって出力される信号におけるオフセットを回避することができる。一方、追加の二次巻線７０４ｅ及び７０４ｆが二次巻線７０４ａ及び７０４ｄに隣接して設けられ、それにより、二次巻線７０４ａ及び７０４ｄが、各々、２つの二次巻線（二次巻線７０４ａの場合は７０４ｅ及び７０４ｂ、二次巻線７０４ｄの場合は７０４ｆ及び７０４ｃ）の間に配置される。したがって、要素４０６ａ～４０６ｄに対応する少なくとも１つの適切に決定された抵抗及び／又はコンデンサを提供する費用は、追加の一次巻線７０２ｅ及び７０２ｆに対する追加の空間要件を犠牲にして回避することができる。二次巻線７０４ｅ及び７０４ｆに関して、これらは、二次巻線回路におけるこれらの要素のアクティブな相互接続が必要とされないよう非接続にすることができるが、非接続の二次巻線７０４ｅ及び７０４ｆは、それぞれ一次巻線７０２ｅ及び７０２ｆに関連付けられており、その結果コイル対が形成される。

【0090】

追加の一次巻線７０２ｅ及び７０２ｆに関して、これらは既存の一次巻線７０２ａ～７０２ｄと直列に配置されてもよく、それにより、複数の一次巻線７０２にわたって交互の巻きの向きを有する巻線配置がさらに実現される。

【0091】

図１２を参照して説明される追加の巻線は、図１２に示される実施形態に限定されず、上述のように図９及び図１１に示される実施形態と組み合わせて設けられてもよい。例えば、図９に関して、この目的のために、図１２のコイル対（７０２ｆ，７０４ｆ）のコピーが、図９のコイル対（４０２ａ，４０４ａ）の右側に、そして図９のコイル対（４０２ｄ，４０４ｄ）の左側に、図１２に示す実施形態にしたがって形成されてもよい。図１１に関して、図１２のコイル対のコピー（７０２ｆ，７０４ｆ）が、この目的のために、図９のコイル対（６０２ａ、６０４ａ）の右側に形成されてもよく、一方、図１１のコイル対（６０２ｄ，６０４ｄ）に対応するコイル対が、非接続の追加の二次巻線を備えた追加コイル対として、コイル対（６０２ｄ，６０４ｄ）の左側に形成されてもよい。

【0092】

図９，図１１及び図１２に関して、種々の実施形態が記載され、これらの実施形態では、一次巻線及び二次巻線がそれぞれ特定の巻きの向き又は巻き方向で結合及び／又は相互接続され、それにより、二次巻線のサブセットに関連付けられた一次巻線のそれぞれに磁場が生じ、これにより、サブセットのそれぞれの関連付けられた二次巻線に電圧が誘起され、電子回路４３０へのサブセットの端子端部にて、二次巻線において対応して誘起される電圧から、電圧差が生じる。

【0093】

図１３を参照すると、いくつかの例示的な実施形態による一次巻線回路８０１が示されている。一次巻線回路８０１は、上ですでに説明した電子回路４３０の端子Ｏｓｚに接続された複数の一次巻線８０２及びコンデンサ８０７を含む。一次巻線回路８０１は、複数の一次巻線８０２とコンデンサ８０７とによって決まる共振周波数を有し、電子回路４３０によって動作する共振器回路を含むことができる。例えば、電子回路４３０は、一次巻線回路８０１に適切に電力供給されるように電源を含むか又は端子Ｏｓｚに電力供給することができる。

【0094】

図１３を参照すると、複数の一次巻線８０２は、一次巻線８０２ａ～８０２ｄの並列接続を有する。例えば、一次巻線８０２ａ～８０２ｃは、端子に接続された一次巻線８０２ｄと並列に配置される。

【0095】

一次巻線回路８０２は、図９，図１１及び図１２のいずれかの図を参照して上で記載した検出デバイス内に設けることができ、この場合、図９，図１１及び図１２のいずれかの図を参照して上で記載した複数の一次巻線及びセンサ構造が、図１３の複数の一次巻線８０２で置き換えられる。あるいは、一次巻線８０２ａ～８０２ｄのうちの少なくとも１つで、図９の一次巻線４０２ａ～４０２ｄのうちの少なくとも１つ、又は図１１の一次巻線６０２ａ～６０２ｄのうちの少なくとも１つ、又は一次巻線７０２ａ～７０２ｄのうちの少なくとも１つを置き換えることができ、その結果、図９，図１１及び図１２のこの少なくとも１つの置き換えられた一次巻線は、もはや直列に配置されず、図１３に示すように並列に配置される。

【0096】

図１０を参照すると、いくつかの例示的な実施形態による検出システム５００の概略断面図が示されており、これは、ロータ位置センサ、例えば、図１ａ，図１ｂ及び図２を参照して上で記載したロータ位置センサのうちの１つにおいて使用することができる。検出システムは、回路基板５０１を有する検出デバイス５３０と、センサ構造（図示せず）を有するセンサ素子５２０とを含む。センサ構造５２０と検出デバイス５１０は互いに距離ｄだけ離間している。例えば、ｄは、０．５ｍｍから５ｍｍの範囲、好ましくは１ｍｍから３ｍｍの範囲、より好ましくは１．５ｍｍから２．５ｍｍの範囲であってもよい。

【0097】

図１０に概略的に示すように、回路基板５０１は一次巻線５０２及び二次巻線５０４を含む。オプションで、図１０に示されるように、回路基板５０１は、オプションのシールド５４０（例えば、グランドなどの基準電位に接続され得るか、又は非接続もしくは電気的に浮いている状態であり得る導電性材料の箔又は層）によって巻線５０２及び５０４から遮断され得る電子回路５３０をさらに含んでもよい。

【0098】

いくつかの例示的な実施形態では、プリント回路基板５０１は、巻線５０２及び５０４、（随意の）シールド５４０、並びに電子回路５３０が互いに上下に異なる層に配置され得るように、多層にされてもよい。あるいは、巻線５０２及び５０４が第１プリント回路基板素子に組み込まれ、電子回路５３０が別個の第２プリント回路基板素子に組み込まれてもよく、ここで、両方のプリント回路基板素子が電気コネクタを介して互いに接続されてもよい。ここで、第１回路基板素子の巻線面に対応する第１回路基板素子の回路基板面に垂直な向きは、第２回路基板素子の面法線に対して略直角であってもよい。この構成は、図２のロータ位置センサにしたがう用途で使用され得る。

【0099】

いくつかの例示的な実施形態では、電子回路５３０は複数の層で形成されてもよく、例えば、回路層５３０ａ及び５３０ｂを有する２つの平面として形成されてもよい。この点に関して、例えば、回路層５３０ａは、上記の図９，図１１及び／又は図１２の文脈において記載した抵抗及びコンデンサを含む二次巻線回路の一部を実装してもよい。例えば、回路層５３０ｂは、図９，図１１及び図１２の少なくとも１つの電子回路４３０に対応してもよい。

【0100】

図１０に示すように、二次巻線５０４は、例えば巻線層５０４－１及び５０４－２、あるいはそれより多い層を含む複数の層を有していてもよい。巻線層５０４－１及び５０４－２は、例えば、０．０５ｍｍから０．２ｍｍ離間していてもよい。例えば、距離は約１００μｍであってもよい。

【0101】

一次巻線５０２は図１０では単層として示されているが、これは限定ではなく、代わりに一次巻線５０２を複数の層で形成してもよい。個々の層の間の距離は、二次巻線５０４の個々の巻線層の間の距離に対応して選択することができる。二次巻線５０４と一次巻線５０２とは、例えば０．０５ｍｍから０．２ｍｍ離間していてもよい。例えば、距離は約１００μｍであってもよい。

【0102】

一次巻線５０２は、上述した一次巻線に対応して形成することができる。例えば、回路基板５０１には、一次巻線５０２で単一の一次巻線のみを形成することができる。あるいは、一次巻線５０２は、複数の一次巻線の一次巻線であってもよい。例示的な実施形態では、いくつかの例示的な実施形態に関連して上述したように、一次巻線５０２は二次巻線５０４とコイル対に配置することができる。例えば、複数対のコイルは、断面図に示される紙面に垂直方向（回路基板５０１の厚さ方向に対応）に回路基板５０１内に分散配置されてもよい。

【0103】

一次コイル５０２と（オプションの）シールド５４０との間には、約１ｍｍから約２ｍｍの範囲の距離が設けられてもよい。例えば、約１．７ｍｍの距離が存在してもよい。

【0104】

（オプションの）シールド５４０と電子回路５３０との間の距離は、約０．０５ｍｍから約０．２ｍｍの範囲で選択されてもよい。例えば、距離は約１００μｍであってもよい。

【0105】

電子回路５３０の個々の層の間には、約０．０５ｍｍから０．２ｍｍの範囲の距離が設けられてもよい。例えば、距離は約１００μｍであってもよい。

【0106】

上記の種々の例示的な実施形態に関して、巻線は、一次巻線及び二次巻線に関して記載されている。これらの巻線の少なくとも一部は、例えば空芯コイルとして形成することができる。これは、磁化可能なコアが設けられていないことを意味する。

【0107】

いくつかの例示的な実施形態に関して、「正弦波」コイルが上で記載されている。この文脈では、角度φに対する正弦と余弦は、ｃｏｓφ＝ｓｉｎ（φ＋９０度）のように、９０度の位相シフトだけ異なることが知られているので、「正弦波」との用語は、「余弦波」形状も含むと考えられる。

【0108】

「基本的に」とは、機能又は達成されるべき効果にほとんど又は全く影響を及ぼさない偏差及び修正も可能であることを表すことが意図される。この文脈において、５０％の範囲、例えば、最大で２５％、又は最大で１５％、又は最大で１０％、又は最大で５％、又は最大で１％の範囲の偏差は許容可能であると考えられる。

【0109】

サブセット内で接続された二次巻線を有する検出デバイスの様々な実施形態に関して、上記説明から、一次巻線及び二次巻線は、一次巻線が二次巻線に接続されるように、それぞれ特定の巻きの向き又は巻線方向にそれぞれ結合及び／又は接続されることが通常推測され得る。通常、特定の二次巻線のサブセットに関連する一次巻線の各々に磁場が発生し、その二次巻線によってその特定のサブセットのそれぞれの関連する二次巻線に電圧が誘導され、その特定のサブセットの電圧差が、その特定のサブセットの個々の二次巻線に誘導される電圧から電子回路４３０の特定のサブセットの末端に発生するように、一次巻線及び二次巻線が、各々、特定の巻きの向きで結合及び／又は相互接続されてもよいことが、上記説明から理解される。

【0110】

本明細書では、ロータ位置センサ、あるいは、一般に、電気機械のロータの位置ではなく、例えばギアを介して電気機械のロータにフランジ付けされた部品又は限定された角度範囲でのみ若しくは連続的に回転する回転部品などの任意の回転部品の位置を検出する位置センサなどの位置センサのための検出デバイスの様々な実施形態が開示される。

【0111】

これらの例示的な実施形態のいくつかでは、この検出デバイスは、プリント回路基板と、複数の一次巻線と、複数の二次巻線とを含み、複数の一次巻線及び／又は複数の二次巻線は、プリント回路基板に組み込まれるか、又は取り付けられ、１つの一次巻線及び１つの二次巻線は、各コイル対の巻線が、そのコイル対からの巻線と別のコイル対からの巻線との間の誘導結合と比べて最大誘導結合を有するように、それぞれコイル対に配置される。本明細書の例示的な実施例では、二次巻線は、二次巻線回路内のプリント回路基板内で、プリント回路基板内に組み込まれた他の電気及び／又は電子部品と少なくとも部分的に相互接続されてもよく、あるいは、二次巻線は、プリント回路基板内に接続されていない状態で提供されてもよく、その結果、二次巻線の相互接続はプリント回路基板に外部接続された電気及び／又は電子部品を介して行われる。加えて又は代替的に、一次巻線は、プリント回路基板内に組み込まれたさらなる電気及び／又は電子部品と少なくとも部分的に相互接続されてもよく、あるいは、一次巻線は、プリント回路基板内に接続されていない状態で設けられてもよく、その結果、二次巻線の相互接続が、外部からプリント回路基板に接続される電気及び／又は電子部品を介して行われる。この検出デバイスは、コイル対によって大面積のコイル設計が回避されるので、対応する検出デバイスをよりコンパクトに設計することができることから、個々のコイル対によってよりコンパクトに設計することができる。さらに、より小さなコイル領域が提供されるので、より少ない干渉場がここに巻線によってトラップされるので、大面積コイルの回避によって、検出デバイスの電磁場に対する耐性が高まる。さらに、コイル対は、大面積のコイル設計を有するコイルを有する配置と比較して結合が向上しており、そのため、二次巻線に生じる測定信号に対して、ここではより少ない増幅が必要とされ、検出デバイスのコンパクトな設計に寄与する。これは、例えば、検出デバイスに加えてさらなる部品を所与の設置空間に統合することによって、所与の設置空間に検出デバイスをより良く適合させること、及び／又は所与の設置空間を最適に使用することを可能にする。一方、コイル対は、コンパクトな設計によって検出デバイスからの放射をより少なくすることを可能にするので、改善されたＥＭＣを可能にする。

【0112】

さらなるそのような実施形態では、各コイル対からの巻線は、プリント回路基板の厚さ方向に互いに対向して配置されてもよく、コイル対は、厚さ方向に断方向に分布して配置されてもよい。これは、プリント回路基板におけるコイル対の有利な実施形態を表し、一方では各コイル対における巻線間の向上した結合を可能にし、他方ではプリント回路基板のコンパクト化された実施形態を提供するとともにコイル対間の低クロストークを可能にする。

【0113】

さらなるそのような実施形態では、二次巻線は矩形コイルであってもよい。この点に関し、矩形コイルは、小さなコイル領域で非常にシンプルな態様で提供されてもよい。この文脈において、コイル領域とは、巻線軸に平行な巻線の上面図において、巻線のターンによって囲まれた領域を意味する。

【0114】

さらなるそのような実施形態では、二次巻線回路内の二次巻線は、第１のサブセットと第２のサブセットとに分割されてもよく、各サブセット内の二次巻線のみが互いに直列に配置される。二次巻線回路は、第１のサブセットからの第１の二次巻線と並列に配置された第１の抵抗と、第２のサブセットからの第１の二次巻線と並列に配置された第２の抵抗とをさらに含むことができる。第１の抵抗と第２の抵抗により、オフセットマッチングを達成することができる。二次巻線が軸の周りの全円にわたって一様に配置されない検出デバイスでは、軸の周りの二次巻線の必然的に非対称な配置により、二次巻線によって出力される信号にオフセットが生じる。また、第１の抵抗に代えてコンデンサを設けてもよいし、第２の抵抗に代えてコンデンサを設けてもよい。さらに、オフセットマッチングが１つのサブセット内のみにおいて達成されるように第１の抵抗と第２の抵抗との一方のみを設けてもよく、また、この抵抗の代わりにコンデンサを設けてオフセットマッチングが１つのサブセット内のみにおいてコンデンサによって達成されるようにしてもよい。第４の実施形態の特別な例では、少なくとも１つの抵抗及び／又は少なくとも１つのコンデンサを、プリント回路基板内の集積回路に組み込むことができる。

【0115】

さらなるそのような実施形態では、二次巻線回路は第１のコンデンサ及び第２のコンデンサをさらに含むことができ、第１のコンデンサは、第１のサブセットからの第２の二次巻線と並列に配置され、第２のコンデンサは、第２のサブセットからの第２の二次巻線と並列に配置される。これは、第１のサブセット内の第１の抵抗及び第１のコンデンサ、並びに第２のサブセット内の第２の抵抗及び第２のコンデンサの組み合わせの場合に、各サブセット内の温度安定性を向上させることができる。あるいは、１つのサブセットのみにおいて温度安定性が向上するように、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサのうちの一方のみが設けられてもよい。第４の実施形態のこの有利な実施形態の１つの特定の例では、少なくとも１つの抵抗及び／又は少なくとも１つのコンデンサを、プリント回路基板内の集積回路に組み込むことができる。

【0116】

さらなるそのような実施形態では、二次巻線回路は、第１のサブセットからの二次巻線と第２のサブセットからの二次巻線との間に配置された追加の抵抗又はコンデンサをさらに含むことができる。これは第５の実施形態の代替的な例（「代替的第５実施形態」）であってもよく、この例では、第１及び／又は第２の抵抗（又はコンデンサ）の代わりに、あるいは両方の抵抗（又はコンデンサ）の代わりに、追加の抵抗又は追加のコンデンサがさらに設けられる。追加の抵抗又は追加のコンデンサによって、個々のサブセット間の位相バランスを達成することができる。これにより、位相オフセットがバランシングされ、これは、巻線が、隣接するコイル対の巻線との異なる強さの結合を有することにより得られるものである。再度、コンデンサ及び抵抗の組み合わせによって温度安定性の向上がさらに達成されてもよく、コンデンサ及び抵抗は各々、第１のサブセットの巻線と第２のサブセットの巻線との間に配置される。第４の実施形態のこの他の有利な実施形態の特定の例では、少なくとも１つの抵抗及び／又は少なくとも１つのコンデンサが、プリント回路基板内の集積回路に組み込まれてもよい。

【0117】

さらなるそのような実施形態では、第１のサブセット及び第２のサブセットは、各々、反対の巻き方向を有する２つの二次巻線を有してもよい。これにより、二次巻線回路内のサブセットについて差分出力信号の出力がもたらされ、その結果、例えば、二次巻線にわたって散在するスプリアス信号を補償することができる。

【0118】

記載された実施形態の文脈において、一次巻線及び少なくとも１つの二次巻線のうちの少なくとも１つは、上述のように、空芯コイルとして形成されてもよい。

【0119】

用途について、ロータ位置センサに関する図を参照して記載したが、これは限定ではない。本発明は、ロータ位置センサの代わりに、電気機械のロータの位置を直接検出するのではなく、例えばギアボックスを介して電気機械のロータにフランジ付けされた部品などの任意の回転部品、又は限定された角度範囲でのみ若しくは連続的に回転する任意の回転アクチュエータなどの回転部品の位置を検出する位置センサに適用することができる。

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】