位置センサ
【課題】ロータリートランスを不要とし、位置センサ全体を小型化すること。
【解決手段】位置センサは、ステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８が形成されたステータ固定板と、ステータ固定板と対向しながら回転し、ロータコイル１４が形成されたロータ可動板とを備える。ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８は、所定ピッチでジグザグに折り返され、互いに同じ位相で重ねて配置される。サーチコイル１８には、コンデンサ２２が並列に接続される。ロータコイル１４は、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８と対向して配置され、所定ピッチで短絡された複数のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等を含む。コントローラは、ステータ励磁コイル１７へ励磁信号を出力し、ステータサーチコイル１８の出力電圧の変化に基づきロータ可動板の回転角度を検出する。
【解決手段】位置センサは、ステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８が形成されたステータ固定板と、ステータ固定板と対向しながら回転し、ロータコイル１４が形成されたロータ可動板とを備える。ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８は、所定ピッチでジグザグに折り返され、互いに同じ位相で重ねて配置される。サーチコイル１８には、コンデンサ２２が並列に接続される。ロータコイル１４は、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８と対向して配置され、所定ピッチで短絡された複数のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等を含む。コントローラは、ステータ励磁コイル１７へ励磁信号を出力し、ステータサーチコイル１８の出力電圧の変化に基づきロータ可動板の回転角度を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可動体の動作位置を検出するために使用される位置センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、各分野で広く用いられている回転角センサを挙げることができる。自動車用エンジンでは、その回転速度や回転位相を検出するために、回転角センサの一つであるクランク角センサが採用されている。
【０００３】
この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載されたロータリー形スケールが知られている。このスケールは、互いに対向して配置されたロータとステータとを備える。ロータには、ロータ側コイルパターン（サーチコイル）が設けられ、ステータには、サーチコイルと向かい合わせになるように対向して配置されたステータ側コイルパターン（励磁コイル）が設けられる。また、ロータには、ロータ側ロータリートランスが設けられ、ステータには、ロータ側ロータリートランスと向かい合わせになるようにステータ側ロータリートランスが設けられる。ロータは、例えば、モータ等の回転軸上に取り付けられて同軸と一体回転可能に設けられ、ステータは、モータ等のケースに固定される。ここで、励磁コイル及びサーチコイルは、それぞれジグザグ状に折り返され且つ全体が円環状に形成される。そして、このロータリー形スケールでは、励磁コイルに交流電流を流すことにより、励磁信号を発生させ、ロータ（サーチコイル）の回転角度に対して（すなわち励磁コイルとサーチコイルの相対位置関係の変化に応じた電磁結合度の変化に応じて）、周期的（周期＝サーチコイルのパターンピッチ）に変化する誘導電圧がサーチコイルに発生する。この誘導電圧はロータ側ロータリートランスからステータ側ロータリートランスに伝達され、この誘導電圧の変化量から、ロータ（すなわちロータが結合されたモータ等の回転軸）の回転角度を検出するようになっている。
【０００４】
ここで、従来のクランク角センサの分解能は、１０度程度で十分であったが、近年、環境問題に関する排ガス規制に伴い、エンジンにより精確な制御が求められており、クランク角センサの分解能も、１度程度を必要とされつつある。例えば、エンジンを「６０００ｒｐｍ」の回転速度で駆動しているときには、１度毎にパルスを出力しようとすると、「３６ｋＨｚ」の信号を必要とする。
【０００５】
一方、本出願人は、特許文献５において、（１）「３００〜５００ｋＨｚ」の高周波の励磁信号を用いて、コイルの巻線数を減らすこと、（２）レゾルバステータ平板上に励磁コイルを印刷により形成し、レゾルバロータ平板上に検出コイルを印刷により形成し、レゾルバステータ平板とレゾルバロータ平板とを対向させて配置することを提案している。これにより、レゾルバの径方向寸法を小さくすると共に、レゾルバのロータの軸心方向の長さも短くでき、モータ軸に取り付けたときに、モータ全体の大きさを小さくできる効果を奏する。
【０００６】
特許文献５のように、高周波の搬送波を用いて、信号波形を得ようとすると、「３６ｋＨｚ」の信号波形を得るためには、１信号当たり１０個程度の搬送波を必要とするため、「３６０ｋＨｚ」の搬送波を必要とする。「３６０ｋＨｚ」の搬送波を用いることにより、コイルの巻き数を減らすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２１６１５４号公報
【特許文献２】特開２０００−２９２２０５号公報
【特許文献３】特表２００１−５２０７４３号公報
【特許文献４】特開平４−２７６５１７号公報
【特許文献５】特開２００８−２５６４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載のロータリー形スケール及び特許文献５に記載のレゾルバでは、ロータリートランスを用いているため、ロータ及びステータにロータリートランスを配置するスペースが必要となり、全体を小型化することが難しいという課題があった。
【０００９】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ロータリートランスを不要とし、全体を小型化することを可能とした位置センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の位置センサは、次の構成を有する。
（１）励磁信号が入力されるステータ励磁コイルと、検出信号を出力するステータサーチコイルとが形成されたステータ固定板と、ステータ固定板と隙間を介して対向しながら動作可能に設けられ、ロータコイルが形成されたロータ可動板とを備えた位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルが、それぞれ所定のピッチでジグザグに折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で重ねて配置されることと、ステータサーチコイルと並列に接続された容量素子と、ロータコイルが、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルと隙間を介して対向して配置され、所定のピッチで短絡された複数のショートコイルを含むことと、ステータ励磁コイルに入力される励磁信号を出力する励磁信号出力手段と、ステータサーチコイルの出力電圧の変化に基づいて、所定のピッチ分、ロータ可動板が移動したことを検出する移動検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
（２）（１）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルに対し、位相が半ピッチずれた所定のピッチでジグザグに折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で重ねて配置された第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルと、第２ステータサーチコイルと並列に接続された容量素子と、移動検出手段が、ステータサーチコイルの出力電圧と、第２ステータサーチコイルの出力電圧の差分に基づいて、所定のピッチ分、ロータ可動板が移動したことを検出することとを備えたことを特徴とする。
【００１２】
（３）（１）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルが、ステータ固定板の表面に形成され、ロータコイルが、ロータ可動板の表面に形成されることを特徴とする。
【００１３】
（４）（２）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイル、並びに第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルが、ステータ固定板の表面に形成され、ロータコイルが、ロータ可動板の表面に形成されることを特徴とする。
【００１４】
（５）（１）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルが、ステータ固定板の内周面に形成され、ロータコイルが、ロータ可動板の外周面に形成されることを特徴とする。
【００１５】
（６）（２）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイル、並びに第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルが、ステータ固定板の内周面に形成され、ロータコイルが、ロータ可動板の外周面に形成されることを特徴とする。
【００１６】
（７）（３）又は（５）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルが、ロータコイルの全周に対して、一部のみ配置されることを特徴とする。
【００１７】
（８）（４）又は（６）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイル、並びに第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルが、ロータコイルの全周に対して、一部のみ配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、上記構成を有することにより、次のような作用、効果を奏する。
上記（１）の構成によれば、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルに対するロータコイルの位置が、所定のピッチの半ピッチ分ずれているときには、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルのインダクタンスは変化せず（ロータコイルの影響を受けず）、共振周波数は励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と一致する。よって、ステータサーチコイルの出力信号の振幅は最大となる。
【００１９】
一方、上記の位置関係から、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルに対するロータコイルの位置が変化するに従い、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルのインダクタンスは、ロータコイルの影響を受けて小さくなっていき、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルとロータコイルの位置が一致するときには、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルのインダクタンスは最小となり、このとき、共振周波数と励磁信号の周波数のずれが最大となる。したがって、ステータサーチコイルの出力信号の振幅は最小となる。このステータサーチコイルの出力電圧（振幅）の変化に基づいて、移動検出手段は所定ピッチ分、ロータ可動板が移動したことを検出できる。
【００２０】
例えば、この位置センサを、クランクシャフトの回転角度を検出するために使用した場合には、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルのジグザグ（九十九折り）のピッチを１度とし、ロータコイルのピッチを１度としておけば、ロータ可動板がステータ固定板に対して、１度ずれる毎に、パルス信号を出力することができ、それをエンジン制御手段に送信することができる。
【００２１】
すなわち、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルに対するロータコイルの位置が、所定のピッチの半ピッチ分ずれているとき、例えば、ロータコイルに隣り合う２つのステータ励磁コイル及びステータサーチコイルの導体パターン（Ａ，Ｂ）の半分ずつが対向しているときには、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイル（Ａ）により発生しロータコイル内を通過する磁束ＧＸＡと、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイル（Ｂ）により発生しロータコイルを通過する磁束ＧＸＢとは、逆向きの磁束で同じ量の磁束であり、ロータコイルを通過する磁束は実質的にゼロとなり、ロータコイルに起電力は発生しない。したがって、磁束ＧＸＡと磁束ＧＸＢを打ち消すような磁束は発生せず、インダクタンスの低下はない。よって、共振周波数は、励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と同じである。
【００２２】
一方、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルとロータコイルの位置が一致しているときには、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルで発生する磁束ＧＸにより、ロータコイルに起電力が発生し、起電力により発生した電流により、磁束ＧＸとは逆向きの磁束ＧＹが発生する。磁束ＧＹの発生により、磁束ＧＸが弱められ、その結果ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルのインダクタンスは最小となり、共振周波数は最大となり、このとき共振周波数と励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）のずれは最大となる。
【００２３】
ステータサーチコイルの出力電圧は、励磁周波数（ＮＭＨｚ）における出力波形の振幅であり、共振周波数が変化していなければ、最大振幅Ｈとなるのに対して、共振周波数が高くなった場合には、励磁周波数（ＮＭＨｚ）における出力波形の振幅Ｈａは最大振幅Ｈと比較して明らかに小さくなる。したがって、ステータサーチコイルの出力電圧（振幅）の低下を検出することにより、共振周波数の変化を検出し、それにより、インダクタンスの変化、つまりロータ可動板の移動を検出することができる。
【００２４】
したがって、上記（１）の構成によれば、ロータ可動板の移動を検出するために、ロータリートランスを不要とすることができ、これによって全体を小型化することができる。
【００２５】
ステータ励磁コイルとステータサーチコイルが、互いに同じ位相で重ねて配置されるので、ステータ励磁コイルに励磁信号が供給されることで、同コイルで磁束が発生し、その磁束によりステータサーチコイルに起電力が発生し、ステータ励磁コイルとステータサーチコイルはトランスとして作用する。このとき、ロータコイルパターンとステータコイルパターンが一致すると、ステータ励磁コイルで発生した磁束によりロータ可動板上のロータコイルのショートコイルに起電力が発生し、ステータ励磁コイルで発生した磁束を打ち消す方向に電流が流れ、ステータ励磁コイルとステータサーチコイルとの間の相互誘導を弱める。また、ロータコイルパターンとステータコイルパターンが不一致の場合、特にステータコイルパターンに対して、ロータコイルパターンが所定のピッチの半ピッチ分ずれている場合には、ロータ可動板上のロータコイルのショートコイルにはステータ励磁コイルの磁束を打ち消す方向の電流が流れないため、ステータ励磁コイルとステータサーチコイルとの間の相互誘導に影響を与えない。
【００２６】
上記（２）の構成によれば、例えば、ステータ固定板とロータ可動板との隙間の変動により、共振周波数の振幅の変化に誤差が生じた場合でも、誤差をキャンセルすることができる。
【００２７】
すなわち、ステータサーチコイルから出力される第１電圧信号と、第２ステータサーチコイルから出力される第２電圧信号に対しては、例えば、ステータ固定板とロータ可動板との隙間の変動の誤差は、等しく加減算される。したがって、同じタイミングにおいて、第１電圧信号と第２電圧信号との差分を算出することにより、発生した誤差をキャンセルすることができる。
【００２８】
上記（３）の構成によれば、位置センサの軸心方向における寸法を小さくすることができる。
【００２９】
上記（４）の構成によれば、位置センサの軸心方向における寸法を小さくすることができる。
【００３０】
上記（５）の構成によれば、位置センサの径方向における寸法を小さくすることができる。また、（３）と比較して、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルとロータコイルとの位置関係の精度を保つことが容易であり、製造コストを低減できる。
【００３１】
上記（６）の構成によれば、位置センサの径方向における寸法を小さくすることができる。また、（４）と比較して、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイル、並びに第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルとロータコイルとの位置関係の精度を保つことが容易であり、製造コストを低減できる。
【００３２】
上記（７）の構成によれば、全周に設けた場合と比較して、取り付け箇所が限られている場合に、有利に適用可能となる。
【００３３】
上記（８）の構成によれば、全周に設けた場合と比較して、取り付け箇所が限られている場合に、有利に適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態に係り、ロータリーエンコーダを示す概略構成図。
【図２】同実施形態に係り、ロータコイルとステータコイルの関係を示す斜視図。
【図３】同実施形態に係り、ステータコイルの導体パターンとロータコイルのショートコイルの位置が、所定ピッチの半ピッチ分ずれている状態等を示す説明図。
【図４】同実施形態に係り、ステータコイルの導体パターンとロータコイルのショートコイルの位置が一致している状態等を示す説明図。
【図５】同実施形態に係り、共振周波数と出力電圧との関係を示すグラフ。
【図６】同実施形態に係り、コントローラの構成の一部を示すブロック図。
【図７】同実施形態に係り、ステータ固定板の表面に形成されたステータコイルの詳細な構成を示す正面図。
【図８】同実施形態に係り、ロータ可動板の表面に形成されたロータコイルの詳細な構成を示す正面図。
【図９】第２実施形態に係り、一対のステータコイルの一部とロータコイルの一部を展開して概略的に示す説明図。
【図１０】同実施形態に係り、一対のステータコイルの一部とロータコイルの一部を展開して概略的に示す説明図。
【図１１】同実施形態に係り、コントローラの構成の一部を示すブロック図。
【図１２】第３実施形態に係り、ロータコイルとステータコイルの関係を示す斜視図。
【図１３】第４実施形態に係り、ロータコイルとステータコイルの関係を示す斜視図。
【図１４】第５実施形態に係り、ロータコイルとステータコイルの関係を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
＜第１実施形態＞
以下、この発明の位置センサを「クランクシャフトの回転角センサであるロータリーエンコーダ」に具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図１に、本実施の形態のロータリーエンコーダ１を概略構成図により示す。ロータリーエンコーダ１は、一例として、エンジン２のクランクシャフト３の端部に接続して設けられ、クランクシャフト３の動作位置（回転角度）を検出するために使用される。ロータリーエンコーダ１は、ステータ４と、ステータ４と隙間５を介して対向しながら回転可能に設けられるロータ６と、コントローラ７と、これらの部品４，６，７を収容するハウジング８とを備える。ステータ４は、ステータ固定板１１と、ステータ固定板１１のロータ６との対向面側に設けられるステータコイル１２とを含む。ロータ６は、ロータ可動板１３と、ロータ可動板１３のステータ４との対向面側に設けられるロータコイル１４とを含む。すなわち、ロータ可動板１３は、ステータ固定板１１ｔ隙間５を介して対向しながら動作可能に設けられる。
【００３７】
ステータ固定板１１及びロータ可動板１３は、互いにほぼ同じ大きさの円板形状に形成される。ステータ固定板１１を含むステータ４は、ハウジング８に固定され、ロータ可動板１３を含むロータ６は、ハウジング８に回転可能に支持される。ロータ可動板１３には、ロータコイル１４が設けられる側面と反対の側面の中央に入力軸１５が一体に設けられる。この入力軸１５がハウジング８から突出して設けられる。入力軸１５は、カップリング１６を介してクランクシャフト３に連結される。
【００３８】
図２に、１°周期のパルス列を出力する場合のロータコイル１４とステータコイル１２の関係を斜視図により示す。図２において、ステータコイル１２は、励磁信号が入力されるステータ励磁コイル１７と、検出信号を出力するステータサーチコイル１８とから構成される。ステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８は、ステータ固定板１１の表面の外周近くにて、絶縁層（図示略）を介して積層されて形成される。本実施形態では、ステータ固定板１１及びロータ可動板１３の円板の外形寸法を、例えば、「７０ｍｍ」としている。ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８は、それぞれ所定のピッチＰ（約０．６ｍｍ）でジグザグに３６０回折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で絶縁層（図示略）を介して重ねて配置される。ステータ励磁コイル１７は、折り返された複数の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ等を含む。ステータサーチコイル１８は、ステータ励磁コイル１７と同じ形状及び同じ寸法により形成される。各コイル１７，１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ等は、実際には細かくて見えにくいので、図２では、導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ等の個数を省略して記載している。図７には、ステータ固定板１１の表面に形成されたステータコイル１２の詳細な構成を正面図により示す。図７において、ステータコイル１２は、全周で１８０組のジグザグ、すなわち、１８０個の外周側部分と、１８０個の内周側部分の計３６０個の径方向パターンを備える。図７において、ステータコイル１２は、端子２４，２５を備えている。図７において、端子２４，２５に接続された配線は記載を省略している。
【００３９】
一方、ロータコイル１４は、ロータ可動板１３の表面にて、円環状かつ梯子状に並べられた複数のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等を含む。各ショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等は、円周方向に、１度に１箇所ずつ計３６０個形成される。ロータコイル１４は、ロータ可動板１３の表面の外周近くにて、ステータコイル１２の各導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ等と同じピッチＰ（「約０．６ｍｍ」）で複数のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等が形成される。各ショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等は、実際には細かくて見えにくいので、図２では、ショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等の個数を省略して記載している。図８には、ロータ可動板１３の表面に形成されたロータコイル１４の詳細な構成を正面図により示す。図８において、複数のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等の数は、３６０個となっている。
【００４０】
ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等の径方向の長さ、線の太さは、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８のそれと同じである。導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ等とショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等とで相違しているのは、ショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等が環状に閉じているのに対して、導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ等が、ジグザグで外側の辺が交互に存在しない点のみである。すなわち、ステータコイル１２を構成するステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８は、全体が何度もジグザグ（九十九折り状）に折り返されて円環状に形成されているのに対して、ロータコイル１４は、複数のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等が環状に並べられて形成されている。この点を除いて、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８とロータコイル１４は、数も同じであり、寸法も同じであり、各板１１，１３上の位置も同じである。ステータコイル１２の製造方法は、ステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８を絶縁層（図示略）を介して積層する以外は、ロータコイル１４のそれてと同じである。
【００４１】
この実施形態で、ステータコイル１２（ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８）及びロータコイル１４は、例えば、導電性インクをステータ固定板１１又はロータ可動板１３の上にインクジェットプリンタにより描画して、乾燥固定することにより形成される。また、ステータコイル１２及びロータコイル１４として、半導体製造工程で用いられているエッチング等により微細線パターンを形成し、ステータ固定板１１及びロータ可動板１３に貼り付けても良い。また、ステータコイル１２及びロータコイル１４として、プレス成形により打ち抜いたパターンを、ステータ固定板１１又はロータ可動板１３に貼り付けても良い。ただし、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８を形成するジグザグな導体パターンの線の太さは、ロータコイル１４のショートコイルの線の太さと異なってもよい。また、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターンの径方向の長さは、ロータコイル１４のショートコイルの径方向の長さよりも長くてもよく、また、短くてもよい。
【００４２】
次に、回転角度の測定原理について説明する。図３（ａ）に、ステータコイル１２を構成するステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の一部と、ロータコイル１４の一部をそれぞれ展開して概略図により示す。ジグザグに折り返されて形成されたステータサーチコイル１８は、複数の導体パターン１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ，１８Ｅ，１８Ｆ，１８Ｇ等を含む。各導体パターン１８Ａ〜１８Ｇ等を構成する折り返された外周の１辺の長さは、円周において、中心角が１度に対応する長さで形成される。ステータ励磁コイル１７は、ステータサーチコイル１８と同様に形成される。梯子状に形成されたロータコイル１４は、複数のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ，１４Ｇ等を含む。各ショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等も各導体パターン１８Ａ〜１８Ｇ等と同様に、円周において、中心角が１度に対応する長さで形成される。
【００４３】
図３（ａ）は、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等に対する、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が、所定のピッチＰの半ピッチＰ／２分ずれている状態を示す。例えば、一つのショートコイル１４Ｃに対して、ステータサーチコイル１８の隣り合う２つの導体パターン１８Ｂ，１８Ｃの半分ずつ、つまり導体パターン１８Ｂの後半分１８Ｂｂ、導体パターン１８Ｃの前半分１８Ｃａが互いに対向している。ステータ励磁コイル１７についても同様である。
【００４４】
このときには、導体パターン１８Ｂと導体パターン１８Ｃとでは、発生する磁束の方向が反対向きとなる。すなわち、導体パターン１８Ｂの後半分１８Ｂｂにより発生しショートコイル１４Ｃ内を通過する磁束Ｇ（１８Ｂｂ）と、導体パターン１８Ｃの前半分１８Ｃａにより発生しショートコイル１４Ｃ内を通過する磁束Ｇ（１８Ｃａ）とは、逆向きの磁束で同じ量の磁束であり、ショートコイル１４Ｃを通過する磁束は実質的にゼロとなり、ショートコイル１４Ｃに起電力は発生しない。
【００４５】
同様に、導体パターン１８Ｃの後半分１８Ｃｂにより発生しショートコイル１４Ｄ内を通過する磁束Ｇ（１８Ｃｂ）と、導体パターン１８Ｄの前半分１８Ｄａにより発生しショートコイル１４Ｄ内を通過する磁束Ｇ（１８Ｄａ）とは、逆向きの磁束で同じ量の磁束であり、ショートコイル１４Ｄを通過する磁束は実質的にゼロとなり、ショートコイル１４Ｄに起電力は発生しない。同様に、ロータコイル１４の全てのショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等において、起電力が発生しない。
【００４６】
したがって、ステータ励磁コイル１８の全ての導体パターン１８Ａ〜１８Ｇ等から発生する磁束Ｇを打ち消すような磁束は発生せず、インダクタンスの低下はない。よって、共振周波数は、励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と同じである。
【００４７】
図３（ｂ）に、図３（ａ）の等価回路を示す。検出部２１は、２つの端子２６，２７に接続されたステータ励磁コイル１７と、２つの端子２４，２５に並列に接続されたステータサーチコイル１８及びコンデンサ２２とを備える。コンデンサ２２は、本発明の容量素子に相当する。２つの端子２４，２５の間には、図示しない電圧計が接続されている。一方、ロータコイル１４は、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８に対して、移動可能に保持されている。ステータ励磁コイル１７には、端子２６，２７を介して、コントローラ７から励磁信号が供給される。この実施形態では、コントローラ７が、ステータ励磁コイル１７に入力される励磁信号を出力する本発明の励磁信号出力手段を構成する。そして、励磁信号として、「０．６５ＭＨｚ（６５０ｋＨｚ）」の信号が、ステータ励磁コイル１７に供給されるようになっている。また、この実施形態では、ステータサーチコイル１８から、端子２４，２５を介して、コントローラ７へ出力電圧の信号が出力されるようになっている。図３（ｃ）に、２つの端子２４，２５の間で検出したステータサーチコイル１８の出力電圧の波形を示す。
【００４８】
図５に、共振周波数と出力電圧との関係をグラフに示す。図５において、横軸が共振周波数（単位ＭＨｚ）であり、縦軸が出力電圧（単位Ｖ）である。図中の「Ｎ」は、励磁信号の周波数「０．６５ＭＨｚ（６５０ｋＨｚ）」を示している。図３（ａ）に示すように、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等に対するロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が、所定のピッチＰの半ピッチＰ／２の分だけずれている場合は、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の全ての導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等から発生する磁束Ｇを打ち消すような磁束は発生せず、インダクタンスの低下はない。よって、共振周波数は、励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と同じである。すなわち、共振周波数は、インダクタンスＬの関数であり、Ｌが小さくなると共振周波数は大きくなり、Ｌが大きくなると共振周波数は小さくなる。このときには、ステータサーチコイル１８の出力電圧は、図５に示すように、最大値ＶＨ（Ｖ）となる。
【００４９】
次に、ロータ可動板１３が、ステータ固定板１１に対して、半ピッチＰ／２だけ回転した場合について説明する。
【００５０】
図４（ａ）に、ステータコイル１２を構成するステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の一部と、ロータコイル１４の一部をそれぞれ展開して概略図により示す。図４（ａ）は、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，８Ａ〜１８Ｇ等に対する、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が、一致している状態を示す。例えば、ロータコイル１４の一つのショートコイル１４Ａに対してステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１８Ａが一致し、他の一つのショートコイル１４Ｂに対して導体パターン１７Ｂ，１８Ｂが一致している。
【００５１】
図４（ａ）において、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等と、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が一致しているときは、導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等で発生する磁束ＧＸにより、ショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等に起電力が発生し、その起電力により発生した電流により、磁束ＧＸとは逆向きの磁束ＧＹが発生する。磁束ＧＹの発生により、磁束ＧＸが弱められ、その結果、ステータサーチコイル１８のインダクタンスは最小となり、共振周波数は最大となり、このとき共振周波数と励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）のずれは最大となる。
【００５２】
図３と同様に、図４（ｂ）に、図４（ａ）の等価回路を示す。図４（ｃ）に、２つの端子２４，２５の間で検出した出力電圧の波形を示す。図４（ａ）において、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等に対するロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が、一致しているときは、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の全ての導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等から発生する磁束ＧＸを打ち消すような磁束ＧＹが発生するため、インダクタンスは大きく低下する。よって、図５において、共振周波数Ｈａは、「約０．９ＭＨｚ」まで大きくなり、励磁信号の共振周波数Ｈから大きくずれる。これにより、励磁コイルの共振周波数（ＮＭＨｚ）において、共振周波数Ｈａが発生する出力電圧は、最小値ＶＨａ（Ｖ）へと低下する。図４（ｃ）には、２つの端子２４，２５の間で検出したステータサーチコイル１８の電圧波形を示す。
【００５３】
なお、この実施形態では、ステータコイル１２が、互いに同じ位相で重ねて配置されたステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８により構成される。したがって、ステータ励磁コイル１７に励磁信号が供給されることにより、同コイル１７で磁束が発生し、その磁束によりステータサーチコイル１８に起電力が発生し、ステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８はトランスとして作用する。このとき、ロータコイルパターンとステータコイルパターンが一致すると、ステータ励磁コイル１７で発生した磁束によりロータ可動板１３上のロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等に起電力が発生し、ステータ励磁コイル１７で発生した磁束を打ち消す方向に電流が流れ、ステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８との間の相互誘導を弱める。また、ロータコイルパターンとステータコイルパターンが不一致の場合、特にステータコイルパターンに対して、ロータコイルパターンが所定のピッチＰの半ピッチＰ／２分ずれている場合には、ロータ可動板１３上のロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等には、ステータ励磁コイル１７の磁束を打ち消す方向の電流が流れないため、ステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８との間の相互誘導に影響を与えない。
【００５４】
図６に、本実施形態のロータリーエンコーダ１のコントローラ７の構成の一部をブロック図により示す。コントローラ７は、アンプ３１、同期検出器３２、ローパスフィルタ３３及びコンパレータ３４を含む。これらの部品３１〜３４は、コントローラ７の一部を構成するものであるが、ステータサーチコイル１８の出力電圧の変化に基づいてロータ可動板１３の回転角度の変化を検出するために機能することから、本発明の移動検出手段を構成する。ステータサーチコイル１８は、アンプ３１に接続される。アンプ３１は、同期検波器３２に接続される。同期検波器３２は、ローパスフィルタ３３に接続される。ローパスフィルタ３３は、コンパレータ３４に接続される。
【００５５】
図６における「Ｓ１」は、端子２４，２５（図３（ｂ），図４（ｂ）参照）におけるステータサーチコイル１８の出力電圧信号を示す。この信号Ｓ１は、励磁信号である（ＮＭＨｚ（０．６５ＭＨｚ））の搬送波に対して、信号波が重ねられている。すなわち、励磁信号は、高周波であり、図３（ｃ）や図４（ｃ）に示す出力電圧は、信号波として、搬送波に重ねられている。つまり、ステータサーチコイル１８の出力電圧は、搬送波が振幅変調された信号波となっている。
【００５６】
図６において、アンプ３１は、出力電圧信号Ｓ１を増幅して信号Ｓ２とする。同期検波器３２は、励磁信号（ＮＭＨｚ）により、信号Ｓ２を同期検波し、信号Ｓ３を出力する。ローパスフィルタ３３は、信号Ｓ３を平滑化し、波形信号Ｓ４を出力する。すなわち、同期検波器３２及びローパスフィルタ３３により、信号Ｓ２から高周波である搬送波を除去して、信号波のみの波形信号Ｓ４とする。コンパレータ３４は、波形信号Ｓ４がしきい値以上か否かを判断して、パルス信号Ｓ５に変換する。１つのパルス信号Ｓ５が出ると、ロータ可動板１３が、所定のピッチＰだけ回転したことがわかる。このパルス信号Ｓ５をエンジン制御装置へ出力することにより、パルス信号Ｓ５を受けたエンジン制御装置は、クランクシャフト３の回転角度を、１度の分解能で正確に得ることができる。
【００５７】
ここで、図６のローパスフィルタ３３の波形信号Ｓ４は、出力レベルＭが変動する場合がある。例えば、励磁信号の振幅が変動した場合や、ステータ固定板１１とロータ可動板１３との隙間５が微小量変化したような場合である。
【００５８】
以上説明したこの実施形態のロータリーエンコーダ１は、励磁信号が入力されるステータ励磁コイル１７と、検出信号を出力するステータサーチコイル１８とが形成されたステータ固定板１１と、ステータ固定板１１と隙間５を介して対向しながら動作可能に設けられ、ロータコイル１４が形成されたロータ可動板１３とを備える。そして、このロータリーエンコーダ１は、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８が、それぞれ所定のピッチＰでジグザグに折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で重ねて配置されることと、ステータサーチコイル１８と並列に接続されたコンデンサ２２と、ロータコイル１４が、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８と隙間５を介して対向して配置され、所定のピッチＰで短絡された複数のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等を含むことと、ステータ励磁コイル１７に入力される励磁信号を出力すると共に、ステータサーチコイル１８の出力電圧の変化に基づいて、所定のピッチＰ分だけ、ロータ可動板１３が回転したことを検出するコントローラ７とを備える。
【００５９】
したがって、ステータコイル１２を構成する、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等に対するロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が、所定のピッチＰの半ピッチ分Ｐ／２ずれているときには、ステータサーチコイル１８のインダクタンスは変化せず（ロータコイル１４の影響を受けず）、共振周波数は励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と一致する。よって、ステータサーチコイル１８の出力信号の振幅は最大となる。
【００６０】
一方、上記の位置関係から、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等に対するロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が変化するにしたがい、ステータサーチコイル１８のインダクタンスは、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の影響を受けて小さくなる。そして、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等と、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が一致するときは、ステータサーチコイル１８のインダクタンスは最小となり、このとき、共振周波数と励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）のずれが最大となる。したがって、ステータサーチコイル１８の出力信号の振幅は最小となる。このステータサーチコイル１８の出力電圧（振幅）の変化に基づいて、コントローラ７は、所定ピッチＰ分、ロータ可動板１３が回転したことを検出できる。
【００６１】
例えば、クランクシャフト３の回転角度を検出する場合には、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８を構成する導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等のジグザグ（九十九折り）のピッチＰを１度とし、ロータコイル１４を構成するショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等のピッチＰを１度としておけば、ロータ可動板１３がステータ固定板１１に対して、１度ずれる毎に、パルス信号を出力することができ、それをエンジン制御装置に送信することができる。
【００６２】
この実施形態のロータリーエンコーダ１は、上記のように機能することから、ロータ可動板１３の回転を検出するために、ロータリートランスを不要とすることができ、これによってロータリーエンコーダ１の全体を小型化することができる。
【００６３】
また、この実施形態では、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８が、ステータ固定板１１の表面に平面的に形成され、ロータコイル１４が、ロータ可動板１３の表面に平面的に形成されるので、ロータリーエンコーダ１の軸心方向における寸法を小さくすることもできる。
【００６４】
＜第２実施形態＞
次に、この発明の位置センサを、上記と同様に「ロータリーエンコーダ」に具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００６５】
なお、これ以降の説明では、前記第１実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【００６６】
第１実施形態では、コンパレータ３４が波形信号Ｓ４をしきい値によりパルス化しているため、出力レベルＭの変動に応じて、しきい値を調整する必要があり、しきい値が最適でなければ、コンパレータ３４でのパルス化に誤差が生じ、正確に角度検出を行えないおそれがあった。そこで、第２実施形態では、上記問題点を解決できるようにしている。
【００６７】
図９及び図１０には、この実施形態における一対のステータコイル１２１，１２２の一部と、ロータコイル１４の一部をそれぞれ展開して概略的に説明図により示す。この実施形態では、ロータコイル１４の構成は、第１実施形態のそれと同じである。第１実施形態では、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８から構成される１組みステータコイル１２を備えていたが、この実施形態では、２組のステータコイル１２１，１２２を備える点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、第１ステータコイル１２１は、第１ステータ励磁コイル１７１及び第１ステータサーチコイル１８１を含む。また、第２ステータコイル１２２は、第２ステータ励磁コイル１７２及び第２ステータサーチコイル１８２を含む。２組のステータコイル１２１，１２２の形状、大きさ、すなわち、ステータ励磁コイル１７１，１７２及びステータサーチコイル１８１，１８２の形状、大きさは、第１実施形態のステータコイル１２のそれと同じである。図９及び図１０に示すように、第１ステータコイル１２１と第２ステータコイル１２２は、半ピッチＰ／２だけずれてステータ固定板の表面に形成される。この場合、円板状のステータ固定板の表面にて、第１ステータコイル１２１は、外周寄りに円環状に形成され、第２ステータコイル１２２は、第１ステータコイル１２２の内側にて同心円をなすように円環状に形成される。
【００６８】
図９には、第１ステータコイル１２１を構成する第１ステータ励磁コイル１７１及び第１ステータサーチコイル１８１の導体パターンに対する、ロータコイル１４のショートコイルの位置（位相）が、一致している状態を示す。このとき、第２ステータコイル１２２を構成する第２ステータ励磁コイル１７２及び第２ステータサーチコイル１８２の導体パターンに対する、ロータコイル１４のショートコイルの位置（位相）は、半ピッチＰ／２ずれている。この状態では、図９の（ｂ）に示すように、第２ステータコイル１２２の出力電圧、すなわち第２ステータサーチコイル１８２の出力電圧は、最大値ＶＨ（Ｖ）となる。また、図９の（ａ）に示すように、第１ステータコイル１２１の出力電圧、すなわち第１ステータサーチコイル１８１の出力電圧は、最小値ＶＨａ（Ｖ）となる。
【００６９】
図１０には、第１ステータコイル１２１を構成する第１ステータ励磁コイル１７１及び第１ステータサーチコイル１８１の導体パターンに対する、ロータコイル１４のショートコイルの位置（位相）が、半ピッチＰ／２ずれている状態を示す。このとき、第２ステータコイル１２２を構成する第２ステータ励磁コイル１７２及び第２ステータサーチコイル１８２の導体パターンの位置（位相）は、ロータコイル１４のショートコイルと一致している。この状態では、図１０の（ｂ）に示すように、第２ステータコイル１２２の出力電圧、すなわち第２ステータサーチコイル１８２の出力電圧は、最小値ＶＨａ（Ｖ）となる。また、図１０の（ａ）に示すように、第１ステータコイル１２１の出力電圧、すなわち第１ステータサーチコイル１８１の出力電圧は、最大値ＶＨ（Ｖ）となる。
【００７０】
図１１に、この実施形態のロータリーエンコーダ１のコントローラ７の構成の一部をブロック図により示す。コントローラ７は、加算機３５、同期検出器３２、ローパスフィルタ３３及びコンパレータ３４を含む。これらの部品３２〜３５は、コントローラ７の一部を構成するものであるが、各ステータサーチコイル１８１，１８２の出力電圧の変化に基づいてロータ可動板１３の回転角度の変化を検出するために機能することから、本発明の移動検出手段を構成する。第１ステータサーチコイル１８１は、差動アンプ３５のプラス端子３６に接続される。第２ステータサーチコイル１８２は、差動アンプ３５のマイナス端子３７に接続される。差動アンプ３５は、同期検波器３２に接続される。同期検波器３２は、ローパスフィルタ３３に接続される。ローパスフィルタ３３は、コンパレータ３４に接続される。
【００７１】
図１１に、第１ステータサーチコイル１８１から出力される出力電圧Ｓ１１の波形と、第２ステータサーチコイル１８１から出力される出力電圧Ｓ１２の波形をそれぞれ示す。これらの出力信号Ｓ１１，Ｓ１２には、励磁信号であるＮＭＨｚ（０．６５ＭＨｚ）の搬送波に対して、信号波が重ねられている。すなわち、励磁信号は、高周波であり、各ステータサーチコイル１８１，１８２の出力電圧Ｓ１１，Ｓ１２は、信号波として、搬送波に重ねられている。つまり、各ステータサーチコイル１８１，１８２の出力電圧Ｓ１１，Ｓ１２は、搬送波が振幅変調された信号波となっている。
【００７２】
差動アンプ３５は、出力電圧Ｓ１１と出力電圧Ｓ１２との差分を算出して、信号Ｓ１３として出力する。同期検波器３２は、励磁信号ＮＭＨｚにより、信号Ｓ１３を同期検波し、信号Ｓ１４を出力する。ローパスフィルタ３３は、信号Ｓ１４を平滑化し、波形信号Ｓ１５を出力する。すなわち、同期検波器３２及びローパスフィルタ３３により、信号Ｓ１３から高周波である搬送波を除去して、信号波のみの波形信号Ｓ１５とする。コンパレータ３４は、この波形信号Ｓ１５を、しきい値以上か否かの判断により、パルス信号Ｓ１６に変換する。１つのパルス信号Ｓ１６が出ると、ロータ可動板１３が、所定のピッチＰだけ回転したことがわかる。
【００７３】
このパルス信号Ｓ１６をエンジン制御装置に出力することにより、パルス信号Ｓ１６を受けたエンジン制御装置は、クランクシャフト３の回転角度を、１度の分解能で正確に得ることができる。
【００７４】
以上説明したこの実施形態のロータリーエンコーダ１は、第１ステータコイル１２１を構成する第１ステータ励磁コイル１７１及び第１ステータサーチコイル１８１に対し、位相が半ピッチＰ／２だけずれた所定のピッチＰでジグザグに折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で重ねて配置された第２ステータコイル１２２を構成する第２ステータ励磁コイル１７２及び第２ステータサーチコイル１８２と、第２ステータサーチコイル１８２と並列に接続された容量素子としてのコンデンサ（図示略）とを備え、移動検出手段を構成するコントローラ７が、第１ステータサーチコイル１８１の出力電圧と、第２ステータサーチコイル１８２の出力電圧の差分に基づいて、所定のピッチＰ分だけ、ロータ可動板１３が回転したことを検出するように構成される。
【００７５】
したがって、例えば、ステータ固定板１１とロータ可動板１３との隙間５の変動により、共振周波数の振幅の変化に誤差が生じた場合でも、誤差をキャンセルすることができる。すなわち、第１ステータサーチコイル１８１から出力される第１電圧信号Ｓ１１と、第２ステータサーチコイル１８２から出力される第２電圧信号Ｓ１２に対しては、例えば、ステータ固定板１１とロータ可動板１３との隙間５の変動の誤差は、等しく加減算される。このため、同じタイミングにおいて、第１電圧信号Ｓ１１と第２電圧信号Ｓ１２との差分を算出することにより、発生した誤差をキャンセルすることができる。
【００７６】
その他、この実施形態のロータリーエンコーダ１によれば、第１実施形態に準ずる作用効果を得ることができる。
【００７７】
＜第３実施形態＞
次に、この発明の位置センサを「ロータリーエンコーダ」に具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００７８】
以下に説明する各実施形態では、ステータコイルとロータコイルの構成の変形例について説明する。これら変形例については、第１実施形態において、これから説明する構成のみを変形させれば、実施可能である。このため、以下の説明では、第１実施形態の構成と異なる点のみを説明し、重複する部分については説明を省略する。
【００７９】
図１２に、この実施形態のロータコイル１４とステータコイル１２３の関係を斜視図により示す。ロータ可動板１３及びロータコイル１４の構成は、第１実施形態又は第２実施形態のそれと同じである。この実施形態では、ステータ固定板１１１の表面上に、ステータコイル１２３を構成する、ステータ励磁コイル１７３とステータサーチコイル１８３が互いに同じ位相で絶縁層（図示略）を介して重ねて配置され、形成される。この実施形態のステータ固定板１１２及びステータコア１２３は、第１実施形態のステータ固定板１１及びステータコイル１２を、円周方向に８等分したうちの１つに相当する。
【００８０】
この実施形態によれば、ステータコイル１２３が、ロータコイル１４の全周に対して、一部のみ配置されているだけなので、ステータコイルを全周に設けた場合と比較して、取り付け箇所が限られている場合に、有利に適用可能となる。
【００８１】
＜第４実施形態＞
次に、この発明の位置センサを「ロータリーエンコーダ」に具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００８２】
図１３に、この実施形態のロータコイル１４１とステータコイル１２４の関係を斜視図により示す。この実施形態では、円板形状のロータ可動板１３１の外周面１３１ａに、ロータコイル１４１が形成される。ロータコイル１４１は、円環状かつ梯子形状に並べられた複数のショートコイルにより形成される。ステータ固定板１１２は、ロータ可動板１３１の外周面１３１ａの周囲を、隙間を介して包囲するように短筒形状に形成される。このステータ固定板１１２の内周面１１２ａに、ステータコイル１２４を構成する、ステータ励磁コイル１７４とステータサーチコイル１８４が互いに同じ位相で絶縁層（図示略）を介して重ねて配置され、形成される。ステータ励磁コイル１７４及びステータサーチコイル１８４は、それぞれ全体が何度もジグザグ（九十九折り状）に折り返されて円環状に形成される。
【００８３】
この実施形態によれば、ステータ励磁コイル１７４とステータサーチコイル１８４がステータ固定板１１２の内周面１１２ａに重ねて形成され、ロータコイル１４１が、ロータ可動板１３１の外周面１３１ａに形成されるので、ロータリーエンコーダの径方向の寸法を小さくすることができる。また、第１実施形態と比較して、ステータコイル１２４を構成するステータ励磁コイル１７４及びステータサーチコイル１８４の導体パターンと、ロータコイル１４１のショートコイルとの位置関係の精度を保つことが容易であり、製造コストを低減できる。
【００８４】
＜第５実施形態＞
次に、この発明の位置センサを「ロータリーエンコーダ」に具体化した第５実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００８５】
図１４に、この実施形態のロータコイル１４１とステータコイル１２５の関係を斜視図により示す。この実施形態において、ロータ可動板１３１とロータコイル１４１の構成は、第４実施形態のそれと同じである。この実施形態のステータ固定板１１３及びその上に形成されるステータコイル１２５（ステータ励磁コイル１７５及びステータサーチコイル１８５）は、第４実施形態のステータ固定板１１２及びステータコイル１２４（ステータ励磁コイル１７４及びステータサーチコイル１８４）を、円周方向に８等分したうちの１つに相当する。
【００８６】
この実施形態によれば、ステータコイル１２５が、ロータコイル１４１の全周に対して、一部のみ配置されているだけなので、ステータコイルを全周に設けた場合と比較して、取り付け箇所が限られている場合に、有利に適用可能となる。
【００８７】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して以下のように実施することもできる。
【００８８】
（１）前記第１実施形態では、ステータコイル１２の導体パターン１２Ａ〜１２Ｇ等と、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等のピッチを中心角で１度となるように形成したが、コストはかかるが、精度の高い製造法を用いて、より細密な導体パターン、ショートコイルを形成して、分解能を向上させても良い。
【００８９】
（２）前記各実施形態では、角度検出用のロータリーエンコーダについて説明したが、ステータコイルの導体パターン及びロータコイルのショートコイルを直線状に配置することにより、直線の位置センサ（リニアエンコーダ）に具体化することもできる。
【００９０】
（３）前記第３〜第５の実施形態では、第１実施形態に対する変形例を具体化したが、前記第３〜第５の実施形態における変形の趣旨を、第２実施形態に対する変形例として具体化することもできる。すなわち、第３〜第５の実施形態に対し、ステータ固定板１１１，１１２，１１３に、第１ステータ励磁コイル及び第１ステータサーチコイル、並びに第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルをそれぞれ形成するように構成することもできる。
【符号の説明】
【００９１】
１ ロータリーエンコーダ（位置センサ）
４ ステータ
５ 隙間
６ ロータ
７ コントローラ（励磁信号出力手段、移動検出手段）
１１ ステータ固定板
１２ ステータコイル
１３ ロータ可動板
１４ ロータコイル
１４Ａ ショートコイル
１４Ｂ ショートコイル
１４Ｃ ショートコイル
１４Ｄ ショートコイル
１４Ｅ ショートコイル
１４Ｆ ショートコイル
１４Ｇ ショートコイル
１７ ステータ励磁コイル
１７Ａ 導体パターン
１７Ｂ 導体パターン
１８ ステータサーチコイル
１８Ａ 導体パターン
１８Ｂ 導体パターン
１８Ｃ 導体パターン
１８Ｄ 導体パターン
１８Ｅ 導体パターン
１８Ｆ 導体パターン
１８Ｇ 導体パターン
２２ コンデンサ（容量素子）
３１ アンプ
３２ 同期検波器
３３ ローパスフィルタ
３４ コンパレータ
３５ 差動アンプ
１１１ ステータ固定板
１１２ ステータ固定板
１１２ａ 内周面
１１３ ステータ固定板
１２１ 第１ステータコイル
１２２ 第２ステータコイル
１２３ ステータコイル
１２４ ステータコイル
１２５ ステータコイル
１３１ ロータ可動板
１３１ａ 外周面
１４１ ロータコイル
１７１ 第１ステータ励磁コイル
１７２ 第２ステータ励磁コイル
１７３ ステータ励磁コイル
１７４ ステータ励磁コイル
１７５ ステータ励磁コイル
１８１ 第１ステータサーチコイル
１８２ 第２ステータサーチコイル
１８３ ステータサーチコイル
１８４ ステータサーチコイル
１８５ ステータサーチコイル
Ｐ ピッチ
Ｐ／２ 半ピッチ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可動体の動作位置を検出するために使用される位置センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、各分野で広く用いられている回転角センサを挙げることができる。自動車用エンジンでは、その回転速度や回転位相を検出するために、回転角センサの一つであるクランク角センサが採用されている。
【０００３】
この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載されたロータリー形スケールが知られている。このスケールは、互いに対向して配置されたロータとステータとを備える。ロータには、ロータ側コイルパターン（サーチコイル）が設けられ、ステータには、サーチコイルと向かい合わせになるように対向して配置されたステータ側コイルパターン（励磁コイル）が設けられる。また、ロータには、ロータ側ロータリートランスが設けられ、ステータには、ロータ側ロータリートランスと向かい合わせになるようにステータ側ロータリートランスが設けられる。ロータは、例えば、モータ等の回転軸上に取り付けられて同軸と一体回転可能に設けられ、ステータは、モータ等のケースに固定される。ここで、励磁コイル及びサーチコイルは、それぞれジグザグ状に折り返され且つ全体が円環状に形成される。そして、このロータリー形スケールでは、励磁コイルに交流電流を流すことにより、励磁信号を発生させ、ロータ（サーチコイル）の回転角度に対して（すなわち励磁コイルとサーチコイルの相対位置関係の変化に応じた電磁結合度の変化に応じて）、周期的（周期＝サーチコイルのパターンピッチ）に変化する誘導電圧がサーチコイルに発生する。この誘導電圧はロータ側ロータリートランスからステータ側ロータリートランスに伝達され、この誘導電圧の変化量から、ロータ（すなわちロータが結合されたモータ等の回転軸）の回転角度を検出するようになっている。
【０００４】
ここで、従来のクランク角センサの分解能は、１０度程度で十分であったが、近年、環境問題に関する排ガス規制に伴い、エンジンにより精確な制御が求められており、クランク角センサの分解能も、１度程度を必要とされつつある。例えば、エンジンを「６０００ｒｐｍ」の回転速度で駆動しているときには、１度毎にパルスを出力しようとすると、「３６ｋＨｚ」の信号を必要とする。
【０００５】
一方、本出願人は、特許文献５において、（１）「３００〜５００ｋＨｚ」の高周波の励磁信号を用いて、コイルの巻線数を減らすこと、（２）レゾルバステータ平板上に励磁コイルを印刷により形成し、レゾルバロータ平板上に検出コイルを印刷により形成し、レゾルバステータ平板とレゾルバロータ平板とを対向させて配置することを提案している。これにより、レゾルバの径方向寸法を小さくすると共に、レゾルバのロータの軸心方向の長さも短くでき、モータ軸に取り付けたときに、モータ全体の大きさを小さくできる効果を奏する。
【０００６】
特許文献５のように、高周波の搬送波を用いて、信号波形を得ようとすると、「３６ｋＨｚ」の信号波形を得るためには、１信号当たり１０個程度の搬送波を必要とするため、「３６０ｋＨｚ」の搬送波を必要とする。「３６０ｋＨｚ」の搬送波を用いることにより、コイルの巻き数を減らすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２１６１５４号公報
【特許文献２】特開２０００−２９２２０５号公報
【特許文献３】特表２００１−５２０７４３号公報
【特許文献４】特開平４−２７６５１７号公報
【特許文献５】特開２００８−２５６４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載のロータリー形スケール及び特許文献５に記載のレゾルバでは、ロータリートランスを用いているため、ロータ及びステータにロータリートランスを配置するスペースが必要となり、全体を小型化することが難しいという課題があった。
【０００９】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ロータリートランスを不要とし、全体を小型化することを可能とした位置センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の位置センサは、次の構成を有する。
（１）励磁信号が入力されるステータ励磁コイルと、検出信号を出力するステータサーチコイルとが形成されたステータ固定板と、ステータ固定板と隙間を介して対向しながら動作可能に設けられ、ロータコイルが形成されたロータ可動板とを備えた位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルが、それぞれ所定のピッチでジグザグに折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で重ねて配置されることと、ステータサーチコイルと並列に接続された容量素子と、ロータコイルが、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルと隙間を介して対向して配置され、所定のピッチで短絡された複数のショートコイルを含むことと、ステータ励磁コイルに入力される励磁信号を出力する励磁信号出力手段と、ステータサーチコイルの出力電圧の変化に基づいて、所定のピッチ分、ロータ可動板が移動したことを検出する移動検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
（２）（１）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルに対し、位相が半ピッチずれた所定のピッチでジグザグに折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で重ねて配置された第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルと、第２ステータサーチコイルと並列に接続された容量素子と、移動検出手段が、ステータサーチコイルの出力電圧と、第２ステータサーチコイルの出力電圧の差分に基づいて、所定のピッチ分、ロータ可動板が移動したことを検出することとを備えたことを特徴とする。
【００１２】
（３）（１）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルが、ステータ固定板の表面に形成され、ロータコイルが、ロータ可動板の表面に形成されることを特徴とする。
【００１３】
（４）（２）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイル、並びに第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルが、ステータ固定板の表面に形成され、ロータコイルが、ロータ可動板の表面に形成されることを特徴とする。
【００１４】
（５）（１）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルが、ステータ固定板の内周面に形成され、ロータコイルが、ロータ可動板の外周面に形成されることを特徴とする。
【００１５】
（６）（２）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイル、並びに第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルが、ステータ固定板の内周面に形成され、ロータコイルが、ロータ可動板の外周面に形成されることを特徴とする。
【００１６】
（７）（３）又は（５）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルが、ロータコイルの全周に対して、一部のみ配置されることを特徴とする。
【００１７】
（８）（４）又は（６）に記載する位置センサにおいて、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイル、並びに第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルが、ロータコイルの全周に対して、一部のみ配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、上記構成を有することにより、次のような作用、効果を奏する。
上記（１）の構成によれば、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルに対するロータコイルの位置が、所定のピッチの半ピッチ分ずれているときには、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルのインダクタンスは変化せず（ロータコイルの影響を受けず）、共振周波数は励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と一致する。よって、ステータサーチコイルの出力信号の振幅は最大となる。
【００１９】
一方、上記の位置関係から、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルに対するロータコイルの位置が変化するに従い、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルのインダクタンスは、ロータコイルの影響を受けて小さくなっていき、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルとロータコイルの位置が一致するときには、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルのインダクタンスは最小となり、このとき、共振周波数と励磁信号の周波数のずれが最大となる。したがって、ステータサーチコイルの出力信号の振幅は最小となる。このステータサーチコイルの出力電圧（振幅）の変化に基づいて、移動検出手段は所定ピッチ分、ロータ可動板が移動したことを検出できる。
【００２０】
例えば、この位置センサを、クランクシャフトの回転角度を検出するために使用した場合には、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルのジグザグ（九十九折り）のピッチを１度とし、ロータコイルのピッチを１度としておけば、ロータ可動板がステータ固定板に対して、１度ずれる毎に、パルス信号を出力することができ、それをエンジン制御手段に送信することができる。
【００２１】
すなわち、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルに対するロータコイルの位置が、所定のピッチの半ピッチ分ずれているとき、例えば、ロータコイルに隣り合う２つのステータ励磁コイル及びステータサーチコイルの導体パターン（Ａ，Ｂ）の半分ずつが対向しているときには、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイル（Ａ）により発生しロータコイル内を通過する磁束ＧＸＡと、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイル（Ｂ）により発生しロータコイルを通過する磁束ＧＸＢとは、逆向きの磁束で同じ量の磁束であり、ロータコイルを通過する磁束は実質的にゼロとなり、ロータコイルに起電力は発生しない。したがって、磁束ＧＸＡと磁束ＧＸＢを打ち消すような磁束は発生せず、インダクタンスの低下はない。よって、共振周波数は、励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と同じである。
【００２２】
一方、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルとロータコイルの位置が一致しているときには、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルで発生する磁束ＧＸにより、ロータコイルに起電力が発生し、起電力により発生した電流により、磁束ＧＸとは逆向きの磁束ＧＹが発生する。磁束ＧＹの発生により、磁束ＧＸが弱められ、その結果ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルのインダクタンスは最小となり、共振周波数は最大となり、このとき共振周波数と励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）のずれは最大となる。
【００２３】
ステータサーチコイルの出力電圧は、励磁周波数（ＮＭＨｚ）における出力波形の振幅であり、共振周波数が変化していなければ、最大振幅Ｈとなるのに対して、共振周波数が高くなった場合には、励磁周波数（ＮＭＨｚ）における出力波形の振幅Ｈａは最大振幅Ｈと比較して明らかに小さくなる。したがって、ステータサーチコイルの出力電圧（振幅）の低下を検出することにより、共振周波数の変化を検出し、それにより、インダクタンスの変化、つまりロータ可動板の移動を検出することができる。
【００２４】
したがって、上記（１）の構成によれば、ロータ可動板の移動を検出するために、ロータリートランスを不要とすることができ、これによって全体を小型化することができる。
【００２５】
ステータ励磁コイルとステータサーチコイルが、互いに同じ位相で重ねて配置されるので、ステータ励磁コイルに励磁信号が供給されることで、同コイルで磁束が発生し、その磁束によりステータサーチコイルに起電力が発生し、ステータ励磁コイルとステータサーチコイルはトランスとして作用する。このとき、ロータコイルパターンとステータコイルパターンが一致すると、ステータ励磁コイルで発生した磁束によりロータ可動板上のロータコイルのショートコイルに起電力が発生し、ステータ励磁コイルで発生した磁束を打ち消す方向に電流が流れ、ステータ励磁コイルとステータサーチコイルとの間の相互誘導を弱める。また、ロータコイルパターンとステータコイルパターンが不一致の場合、特にステータコイルパターンに対して、ロータコイルパターンが所定のピッチの半ピッチ分ずれている場合には、ロータ可動板上のロータコイルのショートコイルにはステータ励磁コイルの磁束を打ち消す方向の電流が流れないため、ステータ励磁コイルとステータサーチコイルとの間の相互誘導に影響を与えない。
【００２６】
上記（２）の構成によれば、例えば、ステータ固定板とロータ可動板との隙間の変動により、共振周波数の振幅の変化に誤差が生じた場合でも、誤差をキャンセルすることができる。
【００２７】
すなわち、ステータサーチコイルから出力される第１電圧信号と、第２ステータサーチコイルから出力される第２電圧信号に対しては、例えば、ステータ固定板とロータ可動板との隙間の変動の誤差は、等しく加減算される。したがって、同じタイミングにおいて、第１電圧信号と第２電圧信号との差分を算出することにより、発生した誤差をキャンセルすることができる。
【００２８】
上記（３）の構成によれば、位置センサの軸心方向における寸法を小さくすることができる。
【００２９】
上記（４）の構成によれば、位置センサの軸心方向における寸法を小さくすることができる。
【００３０】
上記（５）の構成によれば、位置センサの径方向における寸法を小さくすることができる。また、（３）と比較して、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイルとロータコイルとの位置関係の精度を保つことが容易であり、製造コストを低減できる。
【００３１】
上記（６）の構成によれば、位置センサの径方向における寸法を小さくすることができる。また、（４）と比較して、ステータ励磁コイル及びステータサーチコイル、並びに第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルとロータコイルとの位置関係の精度を保つことが容易であり、製造コストを低減できる。
【００３２】
上記（７）の構成によれば、全周に設けた場合と比較して、取り付け箇所が限られている場合に、有利に適用可能となる。
【００３３】
上記（８）の構成によれば、全周に設けた場合と比較して、取り付け箇所が限られている場合に、有利に適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態に係り、ロータリーエンコーダを示す概略構成図。
【図２】同実施形態に係り、ロータコイルとステータコイルの関係を示す斜視図。
【図３】同実施形態に係り、ステータコイルの導体パターンとロータコイルのショートコイルの位置が、所定ピッチの半ピッチ分ずれている状態等を示す説明図。
【図４】同実施形態に係り、ステータコイルの導体パターンとロータコイルのショートコイルの位置が一致している状態等を示す説明図。
【図５】同実施形態に係り、共振周波数と出力電圧との関係を示すグラフ。
【図６】同実施形態に係り、コントローラの構成の一部を示すブロック図。
【図７】同実施形態に係り、ステータ固定板の表面に形成されたステータコイルの詳細な構成を示す正面図。
【図８】同実施形態に係り、ロータ可動板の表面に形成されたロータコイルの詳細な構成を示す正面図。
【図９】第２実施形態に係り、一対のステータコイルの一部とロータコイルの一部を展開して概略的に示す説明図。
【図１０】同実施形態に係り、一対のステータコイルの一部とロータコイルの一部を展開して概略的に示す説明図。
【図１１】同実施形態に係り、コントローラの構成の一部を示すブロック図。
【図１２】第３実施形態に係り、ロータコイルとステータコイルの関係を示す斜視図。
【図１３】第４実施形態に係り、ロータコイルとステータコイルの関係を示す斜視図。
【図１４】第５実施形態に係り、ロータコイルとステータコイルの関係を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
＜第１実施形態＞
以下、この発明の位置センサを「クランクシャフトの回転角センサであるロータリーエンコーダ」に具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図１に、本実施の形態のロータリーエンコーダ１を概略構成図により示す。ロータリーエンコーダ１は、一例として、エンジン２のクランクシャフト３の端部に接続して設けられ、クランクシャフト３の動作位置（回転角度）を検出するために使用される。ロータリーエンコーダ１は、ステータ４と、ステータ４と隙間５を介して対向しながら回転可能に設けられるロータ６と、コントローラ７と、これらの部品４，６，７を収容するハウジング８とを備える。ステータ４は、ステータ固定板１１と、ステータ固定板１１のロータ６との対向面側に設けられるステータコイル１２とを含む。ロータ６は、ロータ可動板１３と、ロータ可動板１３のステータ４との対向面側に設けられるロータコイル１４とを含む。すなわち、ロータ可動板１３は、ステータ固定板１１ｔ隙間５を介して対向しながら動作可能に設けられる。
【００３７】
ステータ固定板１１及びロータ可動板１３は、互いにほぼ同じ大きさの円板形状に形成される。ステータ固定板１１を含むステータ４は、ハウジング８に固定され、ロータ可動板１３を含むロータ６は、ハウジング８に回転可能に支持される。ロータ可動板１３には、ロータコイル１４が設けられる側面と反対の側面の中央に入力軸１５が一体に設けられる。この入力軸１５がハウジング８から突出して設けられる。入力軸１５は、カップリング１６を介してクランクシャフト３に連結される。
【００３８】
図２に、１°周期のパルス列を出力する場合のロータコイル１４とステータコイル１２の関係を斜視図により示す。図２において、ステータコイル１２は、励磁信号が入力されるステータ励磁コイル１７と、検出信号を出力するステータサーチコイル１８とから構成される。ステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８は、ステータ固定板１１の表面の外周近くにて、絶縁層（図示略）を介して積層されて形成される。本実施形態では、ステータ固定板１１及びロータ可動板１３の円板の外形寸法を、例えば、「７０ｍｍ」としている。ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８は、それぞれ所定のピッチＰ（約０．６ｍｍ）でジグザグに３６０回折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で絶縁層（図示略）を介して重ねて配置される。ステータ励磁コイル１７は、折り返された複数の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ等を含む。ステータサーチコイル１８は、ステータ励磁コイル１７と同じ形状及び同じ寸法により形成される。各コイル１７，１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ等は、実際には細かくて見えにくいので、図２では、導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ等の個数を省略して記載している。図７には、ステータ固定板１１の表面に形成されたステータコイル１２の詳細な構成を正面図により示す。図７において、ステータコイル１２は、全周で１８０組のジグザグ、すなわち、１８０個の外周側部分と、１８０個の内周側部分の計３６０個の径方向パターンを備える。図７において、ステータコイル１２は、端子２４，２５を備えている。図７において、端子２４，２５に接続された配線は記載を省略している。
【００３９】
一方、ロータコイル１４は、ロータ可動板１３の表面にて、円環状かつ梯子状に並べられた複数のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等を含む。各ショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等は、円周方向に、１度に１箇所ずつ計３６０個形成される。ロータコイル１４は、ロータ可動板１３の表面の外周近くにて、ステータコイル１２の各導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ等と同じピッチＰ（「約０．６ｍｍ」）で複数のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等が形成される。各ショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等は、実際には細かくて見えにくいので、図２では、ショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等の個数を省略して記載している。図８には、ロータ可動板１３の表面に形成されたロータコイル１４の詳細な構成を正面図により示す。図８において、複数のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等の数は、３６０個となっている。
【００４０】
ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等の径方向の長さ、線の太さは、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８のそれと同じである。導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ等とショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等とで相違しているのは、ショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等が環状に閉じているのに対して、導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ等が、ジグザグで外側の辺が交互に存在しない点のみである。すなわち、ステータコイル１２を構成するステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８は、全体が何度もジグザグ（九十九折り状）に折り返されて円環状に形成されているのに対して、ロータコイル１４は、複数のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ等が環状に並べられて形成されている。この点を除いて、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８とロータコイル１４は、数も同じであり、寸法も同じであり、各板１１，１３上の位置も同じである。ステータコイル１２の製造方法は、ステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８を絶縁層（図示略）を介して積層する以外は、ロータコイル１４のそれてと同じである。
【００４１】
この実施形態で、ステータコイル１２（ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８）及びロータコイル１４は、例えば、導電性インクをステータ固定板１１又はロータ可動板１３の上にインクジェットプリンタにより描画して、乾燥固定することにより形成される。また、ステータコイル１２及びロータコイル１４として、半導体製造工程で用いられているエッチング等により微細線パターンを形成し、ステータ固定板１１及びロータ可動板１３に貼り付けても良い。また、ステータコイル１２及びロータコイル１４として、プレス成形により打ち抜いたパターンを、ステータ固定板１１又はロータ可動板１３に貼り付けても良い。ただし、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８を形成するジグザグな導体パターンの線の太さは、ロータコイル１４のショートコイルの線の太さと異なってもよい。また、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターンの径方向の長さは、ロータコイル１４のショートコイルの径方向の長さよりも長くてもよく、また、短くてもよい。
【００４２】
次に、回転角度の測定原理について説明する。図３（ａ）に、ステータコイル１２を構成するステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の一部と、ロータコイル１４の一部をそれぞれ展開して概略図により示す。ジグザグに折り返されて形成されたステータサーチコイル１８は、複数の導体パターン１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ，１８Ｅ，１８Ｆ，１８Ｇ等を含む。各導体パターン１８Ａ〜１８Ｇ等を構成する折り返された外周の１辺の長さは、円周において、中心角が１度に対応する長さで形成される。ステータ励磁コイル１７は、ステータサーチコイル１８と同様に形成される。梯子状に形成されたロータコイル１４は、複数のショートコイル１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ，１４Ｇ等を含む。各ショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等も各導体パターン１８Ａ〜１８Ｇ等と同様に、円周において、中心角が１度に対応する長さで形成される。
【００４３】
図３（ａ）は、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等に対する、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が、所定のピッチＰの半ピッチＰ／２分ずれている状態を示す。例えば、一つのショートコイル１４Ｃに対して、ステータサーチコイル１８の隣り合う２つの導体パターン１８Ｂ，１８Ｃの半分ずつ、つまり導体パターン１８Ｂの後半分１８Ｂｂ、導体パターン１８Ｃの前半分１８Ｃａが互いに対向している。ステータ励磁コイル１７についても同様である。
【００４４】
このときには、導体パターン１８Ｂと導体パターン１８Ｃとでは、発生する磁束の方向が反対向きとなる。すなわち、導体パターン１８Ｂの後半分１８Ｂｂにより発生しショートコイル１４Ｃ内を通過する磁束Ｇ（１８Ｂｂ）と、導体パターン１８Ｃの前半分１８Ｃａにより発生しショートコイル１４Ｃ内を通過する磁束Ｇ（１８Ｃａ）とは、逆向きの磁束で同じ量の磁束であり、ショートコイル１４Ｃを通過する磁束は実質的にゼロとなり、ショートコイル１４Ｃに起電力は発生しない。
【００４５】
同様に、導体パターン１８Ｃの後半分１８Ｃｂにより発生しショートコイル１４Ｄ内を通過する磁束Ｇ（１８Ｃｂ）と、導体パターン１８Ｄの前半分１８Ｄａにより発生しショートコイル１４Ｄ内を通過する磁束Ｇ（１８Ｄａ）とは、逆向きの磁束で同じ量の磁束であり、ショートコイル１４Ｄを通過する磁束は実質的にゼロとなり、ショートコイル１４Ｄに起電力は発生しない。同様に、ロータコイル１４の全てのショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等において、起電力が発生しない。
【００４６】
したがって、ステータ励磁コイル１８の全ての導体パターン１８Ａ〜１８Ｇ等から発生する磁束Ｇを打ち消すような磁束は発生せず、インダクタンスの低下はない。よって、共振周波数は、励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と同じである。
【００４７】
図３（ｂ）に、図３（ａ）の等価回路を示す。検出部２１は、２つの端子２６，２７に接続されたステータ励磁コイル１７と、２つの端子２４，２５に並列に接続されたステータサーチコイル１８及びコンデンサ２２とを備える。コンデンサ２２は、本発明の容量素子に相当する。２つの端子２４，２５の間には、図示しない電圧計が接続されている。一方、ロータコイル１４は、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８に対して、移動可能に保持されている。ステータ励磁コイル１７には、端子２６，２７を介して、コントローラ７から励磁信号が供給される。この実施形態では、コントローラ７が、ステータ励磁コイル１７に入力される励磁信号を出力する本発明の励磁信号出力手段を構成する。そして、励磁信号として、「０．６５ＭＨｚ（６５０ｋＨｚ）」の信号が、ステータ励磁コイル１７に供給されるようになっている。また、この実施形態では、ステータサーチコイル１８から、端子２４，２５を介して、コントローラ７へ出力電圧の信号が出力されるようになっている。図３（ｃ）に、２つの端子２４，２５の間で検出したステータサーチコイル１８の出力電圧の波形を示す。
【００４８】
図５に、共振周波数と出力電圧との関係をグラフに示す。図５において、横軸が共振周波数（単位ＭＨｚ）であり、縦軸が出力電圧（単位Ｖ）である。図中の「Ｎ」は、励磁信号の周波数「０．６５ＭＨｚ（６５０ｋＨｚ）」を示している。図３（ａ）に示すように、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等に対するロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が、所定のピッチＰの半ピッチＰ／２の分だけずれている場合は、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の全ての導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等から発生する磁束Ｇを打ち消すような磁束は発生せず、インダクタンスの低下はない。よって、共振周波数は、励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と同じである。すなわち、共振周波数は、インダクタンスＬの関数であり、Ｌが小さくなると共振周波数は大きくなり、Ｌが大きくなると共振周波数は小さくなる。このときには、ステータサーチコイル１８の出力電圧は、図５に示すように、最大値ＶＨ（Ｖ）となる。
【００４９】
次に、ロータ可動板１３が、ステータ固定板１１に対して、半ピッチＰ／２だけ回転した場合について説明する。
【００５０】
図４（ａ）に、ステータコイル１２を構成するステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の一部と、ロータコイル１４の一部をそれぞれ展開して概略図により示す。図４（ａ）は、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，８Ａ〜１８Ｇ等に対する、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が、一致している状態を示す。例えば、ロータコイル１４の一つのショートコイル１４Ａに対してステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１８Ａが一致し、他の一つのショートコイル１４Ｂに対して導体パターン１７Ｂ，１８Ｂが一致している。
【００５１】
図４（ａ）において、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等と、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が一致しているときは、導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等で発生する磁束ＧＸにより、ショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等に起電力が発生し、その起電力により発生した電流により、磁束ＧＸとは逆向きの磁束ＧＹが発生する。磁束ＧＹの発生により、磁束ＧＸが弱められ、その結果、ステータサーチコイル１８のインダクタンスは最小となり、共振周波数は最大となり、このとき共振周波数と励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）のずれは最大となる。
【００５２】
図３と同様に、図４（ｂ）に、図４（ａ）の等価回路を示す。図４（ｃ）に、２つの端子２４，２５の間で検出した出力電圧の波形を示す。図４（ａ）において、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等に対するロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が、一致しているときは、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の全ての導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等から発生する磁束ＧＸを打ち消すような磁束ＧＹが発生するため、インダクタンスは大きく低下する。よって、図５において、共振周波数Ｈａは、「約０．９ＭＨｚ」まで大きくなり、励磁信号の共振周波数Ｈから大きくずれる。これにより、励磁コイルの共振周波数（ＮＭＨｚ）において、共振周波数Ｈａが発生する出力電圧は、最小値ＶＨａ（Ｖ）へと低下する。図４（ｃ）には、２つの端子２４，２５の間で検出したステータサーチコイル１８の電圧波形を示す。
【００５３】
なお、この実施形態では、ステータコイル１２が、互いに同じ位相で重ねて配置されたステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８により構成される。したがって、ステータ励磁コイル１７に励磁信号が供給されることにより、同コイル１７で磁束が発生し、その磁束によりステータサーチコイル１８に起電力が発生し、ステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８はトランスとして作用する。このとき、ロータコイルパターンとステータコイルパターンが一致すると、ステータ励磁コイル１７で発生した磁束によりロータ可動板１３上のロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等に起電力が発生し、ステータ励磁コイル１７で発生した磁束を打ち消す方向に電流が流れ、ステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８との間の相互誘導を弱める。また、ロータコイルパターンとステータコイルパターンが不一致の場合、特にステータコイルパターンに対して、ロータコイルパターンが所定のピッチＰの半ピッチＰ／２分ずれている場合には、ロータ可動板１３上のロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等には、ステータ励磁コイル１７の磁束を打ち消す方向の電流が流れないため、ステータ励磁コイル１７とステータサーチコイル１８との間の相互誘導に影響を与えない。
【００５４】
図６に、本実施形態のロータリーエンコーダ１のコントローラ７の構成の一部をブロック図により示す。コントローラ７は、アンプ３１、同期検出器３２、ローパスフィルタ３３及びコンパレータ３４を含む。これらの部品３１〜３４は、コントローラ７の一部を構成するものであるが、ステータサーチコイル１８の出力電圧の変化に基づいてロータ可動板１３の回転角度の変化を検出するために機能することから、本発明の移動検出手段を構成する。ステータサーチコイル１８は、アンプ３１に接続される。アンプ３１は、同期検波器３２に接続される。同期検波器３２は、ローパスフィルタ３３に接続される。ローパスフィルタ３３は、コンパレータ３４に接続される。
【００５５】
図６における「Ｓ１」は、端子２４，２５（図３（ｂ），図４（ｂ）参照）におけるステータサーチコイル１８の出力電圧信号を示す。この信号Ｓ１は、励磁信号である（ＮＭＨｚ（０．６５ＭＨｚ））の搬送波に対して、信号波が重ねられている。すなわち、励磁信号は、高周波であり、図３（ｃ）や図４（ｃ）に示す出力電圧は、信号波として、搬送波に重ねられている。つまり、ステータサーチコイル１８の出力電圧は、搬送波が振幅変調された信号波となっている。
【００５６】
図６において、アンプ３１は、出力電圧信号Ｓ１を増幅して信号Ｓ２とする。同期検波器３２は、励磁信号（ＮＭＨｚ）により、信号Ｓ２を同期検波し、信号Ｓ３を出力する。ローパスフィルタ３３は、信号Ｓ３を平滑化し、波形信号Ｓ４を出力する。すなわち、同期検波器３２及びローパスフィルタ３３により、信号Ｓ２から高周波である搬送波を除去して、信号波のみの波形信号Ｓ４とする。コンパレータ３４は、波形信号Ｓ４がしきい値以上か否かを判断して、パルス信号Ｓ５に変換する。１つのパルス信号Ｓ５が出ると、ロータ可動板１３が、所定のピッチＰだけ回転したことがわかる。このパルス信号Ｓ５をエンジン制御装置へ出力することにより、パルス信号Ｓ５を受けたエンジン制御装置は、クランクシャフト３の回転角度を、１度の分解能で正確に得ることができる。
【００５７】
ここで、図６のローパスフィルタ３３の波形信号Ｓ４は、出力レベルＭが変動する場合がある。例えば、励磁信号の振幅が変動した場合や、ステータ固定板１１とロータ可動板１３との隙間５が微小量変化したような場合である。
【００５８】
以上説明したこの実施形態のロータリーエンコーダ１は、励磁信号が入力されるステータ励磁コイル１７と、検出信号を出力するステータサーチコイル１８とが形成されたステータ固定板１１と、ステータ固定板１１と隙間５を介して対向しながら動作可能に設けられ、ロータコイル１４が形成されたロータ可動板１３とを備える。そして、このロータリーエンコーダ１は、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８が、それぞれ所定のピッチＰでジグザグに折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で重ねて配置されることと、ステータサーチコイル１８と並列に接続されたコンデンサ２２と、ロータコイル１４が、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８と隙間５を介して対向して配置され、所定のピッチＰで短絡された複数のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等を含むことと、ステータ励磁コイル１７に入力される励磁信号を出力すると共に、ステータサーチコイル１８の出力電圧の変化に基づいて、所定のピッチＰ分だけ、ロータ可動板１３が回転したことを検出するコントローラ７とを備える。
【００５９】
したがって、ステータコイル１２を構成する、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等に対するロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が、所定のピッチＰの半ピッチ分Ｐ／２ずれているときには、ステータサーチコイル１８のインダクタンスは変化せず（ロータコイル１４の影響を受けず）、共振周波数は励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）と一致する。よって、ステータサーチコイル１８の出力信号の振幅は最大となる。
【００６０】
一方、上記の位置関係から、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等に対するロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が変化するにしたがい、ステータサーチコイル１８のインダクタンスは、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の影響を受けて小さくなる。そして、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８の導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等と、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等の位置（位相）が一致するときは、ステータサーチコイル１８のインダクタンスは最小となり、このとき、共振周波数と励磁信号の周波数（ＮＭＨｚ）のずれが最大となる。したがって、ステータサーチコイル１８の出力信号の振幅は最小となる。このステータサーチコイル１８の出力電圧（振幅）の変化に基づいて、コントローラ７は、所定ピッチＰ分、ロータ可動板１３が回転したことを検出できる。
【００６１】
例えば、クランクシャフト３の回転角度を検出する場合には、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８を構成する導体パターン１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ〜１８Ｇ等のジグザグ（九十九折り）のピッチＰを１度とし、ロータコイル１４を構成するショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等のピッチＰを１度としておけば、ロータ可動板１３がステータ固定板１１に対して、１度ずれる毎に、パルス信号を出力することができ、それをエンジン制御装置に送信することができる。
【００６２】
この実施形態のロータリーエンコーダ１は、上記のように機能することから、ロータ可動板１３の回転を検出するために、ロータリートランスを不要とすることができ、これによってロータリーエンコーダ１の全体を小型化することができる。
【００６３】
また、この実施形態では、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８が、ステータ固定板１１の表面に平面的に形成され、ロータコイル１４が、ロータ可動板１３の表面に平面的に形成されるので、ロータリーエンコーダ１の軸心方向における寸法を小さくすることもできる。
【００６４】
＜第２実施形態＞
次に、この発明の位置センサを、上記と同様に「ロータリーエンコーダ」に具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００６５】
なお、これ以降の説明では、前記第１実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【００６６】
第１実施形態では、コンパレータ３４が波形信号Ｓ４をしきい値によりパルス化しているため、出力レベルＭの変動に応じて、しきい値を調整する必要があり、しきい値が最適でなければ、コンパレータ３４でのパルス化に誤差が生じ、正確に角度検出を行えないおそれがあった。そこで、第２実施形態では、上記問題点を解決できるようにしている。
【００６７】
図９及び図１０には、この実施形態における一対のステータコイル１２１，１２２の一部と、ロータコイル１４の一部をそれぞれ展開して概略的に説明図により示す。この実施形態では、ロータコイル１４の構成は、第１実施形態のそれと同じである。第１実施形態では、ステータ励磁コイル１７及びステータサーチコイル１８から構成される１組みステータコイル１２を備えていたが、この実施形態では、２組のステータコイル１２１，１２２を備える点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、第１ステータコイル１２１は、第１ステータ励磁コイル１７１及び第１ステータサーチコイル１８１を含む。また、第２ステータコイル１２２は、第２ステータ励磁コイル１７２及び第２ステータサーチコイル１８２を含む。２組のステータコイル１２１，１２２の形状、大きさ、すなわち、ステータ励磁コイル１７１，１７２及びステータサーチコイル１８１，１８２の形状、大きさは、第１実施形態のステータコイル１２のそれと同じである。図９及び図１０に示すように、第１ステータコイル１２１と第２ステータコイル１２２は、半ピッチＰ／２だけずれてステータ固定板の表面に形成される。この場合、円板状のステータ固定板の表面にて、第１ステータコイル１２１は、外周寄りに円環状に形成され、第２ステータコイル１２２は、第１ステータコイル１２２の内側にて同心円をなすように円環状に形成される。
【００６８】
図９には、第１ステータコイル１２１を構成する第１ステータ励磁コイル１７１及び第１ステータサーチコイル１８１の導体パターンに対する、ロータコイル１４のショートコイルの位置（位相）が、一致している状態を示す。このとき、第２ステータコイル１２２を構成する第２ステータ励磁コイル１７２及び第２ステータサーチコイル１８２の導体パターンに対する、ロータコイル１４のショートコイルの位置（位相）は、半ピッチＰ／２ずれている。この状態では、図９の（ｂ）に示すように、第２ステータコイル１２２の出力電圧、すなわち第２ステータサーチコイル１８２の出力電圧は、最大値ＶＨ（Ｖ）となる。また、図９の（ａ）に示すように、第１ステータコイル１２１の出力電圧、すなわち第１ステータサーチコイル１８１の出力電圧は、最小値ＶＨａ（Ｖ）となる。
【００６９】
図１０には、第１ステータコイル１２１を構成する第１ステータ励磁コイル１７１及び第１ステータサーチコイル１８１の導体パターンに対する、ロータコイル１４のショートコイルの位置（位相）が、半ピッチＰ／２ずれている状態を示す。このとき、第２ステータコイル１２２を構成する第２ステータ励磁コイル１７２及び第２ステータサーチコイル１８２の導体パターンの位置（位相）は、ロータコイル１４のショートコイルと一致している。この状態では、図１０の（ｂ）に示すように、第２ステータコイル１２２の出力電圧、すなわち第２ステータサーチコイル１８２の出力電圧は、最小値ＶＨａ（Ｖ）となる。また、図１０の（ａ）に示すように、第１ステータコイル１２１の出力電圧、すなわち第１ステータサーチコイル１８１の出力電圧は、最大値ＶＨ（Ｖ）となる。
【００７０】
図１１に、この実施形態のロータリーエンコーダ１のコントローラ７の構成の一部をブロック図により示す。コントローラ７は、加算機３５、同期検出器３２、ローパスフィルタ３３及びコンパレータ３４を含む。これらの部品３２〜３５は、コントローラ７の一部を構成するものであるが、各ステータサーチコイル１８１，１８２の出力電圧の変化に基づいてロータ可動板１３の回転角度の変化を検出するために機能することから、本発明の移動検出手段を構成する。第１ステータサーチコイル１８１は、差動アンプ３５のプラス端子３６に接続される。第２ステータサーチコイル１８２は、差動アンプ３５のマイナス端子３７に接続される。差動アンプ３５は、同期検波器３２に接続される。同期検波器３２は、ローパスフィルタ３３に接続される。ローパスフィルタ３３は、コンパレータ３４に接続される。
【００７１】
図１１に、第１ステータサーチコイル１８１から出力される出力電圧Ｓ１１の波形と、第２ステータサーチコイル１８１から出力される出力電圧Ｓ１２の波形をそれぞれ示す。これらの出力信号Ｓ１１，Ｓ１２には、励磁信号であるＮＭＨｚ（０．６５ＭＨｚ）の搬送波に対して、信号波が重ねられている。すなわち、励磁信号は、高周波であり、各ステータサーチコイル１８１，１８２の出力電圧Ｓ１１，Ｓ１２は、信号波として、搬送波に重ねられている。つまり、各ステータサーチコイル１８１，１８２の出力電圧Ｓ１１，Ｓ１２は、搬送波が振幅変調された信号波となっている。
【００７２】
差動アンプ３５は、出力電圧Ｓ１１と出力電圧Ｓ１２との差分を算出して、信号Ｓ１３として出力する。同期検波器３２は、励磁信号ＮＭＨｚにより、信号Ｓ１３を同期検波し、信号Ｓ１４を出力する。ローパスフィルタ３３は、信号Ｓ１４を平滑化し、波形信号Ｓ１５を出力する。すなわち、同期検波器３２及びローパスフィルタ３３により、信号Ｓ１３から高周波である搬送波を除去して、信号波のみの波形信号Ｓ１５とする。コンパレータ３４は、この波形信号Ｓ１５を、しきい値以上か否かの判断により、パルス信号Ｓ１６に変換する。１つのパルス信号Ｓ１６が出ると、ロータ可動板１３が、所定のピッチＰだけ回転したことがわかる。
【００７３】
このパルス信号Ｓ１６をエンジン制御装置に出力することにより、パルス信号Ｓ１６を受けたエンジン制御装置は、クランクシャフト３の回転角度を、１度の分解能で正確に得ることができる。
【００７４】
以上説明したこの実施形態のロータリーエンコーダ１は、第１ステータコイル１２１を構成する第１ステータ励磁コイル１７１及び第１ステータサーチコイル１８１に対し、位相が半ピッチＰ／２だけずれた所定のピッチＰでジグザグに折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で重ねて配置された第２ステータコイル１２２を構成する第２ステータ励磁コイル１７２及び第２ステータサーチコイル１８２と、第２ステータサーチコイル１８２と並列に接続された容量素子としてのコンデンサ（図示略）とを備え、移動検出手段を構成するコントローラ７が、第１ステータサーチコイル１８１の出力電圧と、第２ステータサーチコイル１８２の出力電圧の差分に基づいて、所定のピッチＰ分だけ、ロータ可動板１３が回転したことを検出するように構成される。
【００７５】
したがって、例えば、ステータ固定板１１とロータ可動板１３との隙間５の変動により、共振周波数の振幅の変化に誤差が生じた場合でも、誤差をキャンセルすることができる。すなわち、第１ステータサーチコイル１８１から出力される第１電圧信号Ｓ１１と、第２ステータサーチコイル１８２から出力される第２電圧信号Ｓ１２に対しては、例えば、ステータ固定板１１とロータ可動板１３との隙間５の変動の誤差は、等しく加減算される。このため、同じタイミングにおいて、第１電圧信号Ｓ１１と第２電圧信号Ｓ１２との差分を算出することにより、発生した誤差をキャンセルすることができる。
【００７６】
その他、この実施形態のロータリーエンコーダ１によれば、第１実施形態に準ずる作用効果を得ることができる。
【００７７】
＜第３実施形態＞
次に、この発明の位置センサを「ロータリーエンコーダ」に具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００７８】
以下に説明する各実施形態では、ステータコイルとロータコイルの構成の変形例について説明する。これら変形例については、第１実施形態において、これから説明する構成のみを変形させれば、実施可能である。このため、以下の説明では、第１実施形態の構成と異なる点のみを説明し、重複する部分については説明を省略する。
【００７９】
図１２に、この実施形態のロータコイル１４とステータコイル１２３の関係を斜視図により示す。ロータ可動板１３及びロータコイル１４の構成は、第１実施形態又は第２実施形態のそれと同じである。この実施形態では、ステータ固定板１１１の表面上に、ステータコイル１２３を構成する、ステータ励磁コイル１７３とステータサーチコイル１８３が互いに同じ位相で絶縁層（図示略）を介して重ねて配置され、形成される。この実施形態のステータ固定板１１２及びステータコア１２３は、第１実施形態のステータ固定板１１及びステータコイル１２を、円周方向に８等分したうちの１つに相当する。
【００８０】
この実施形態によれば、ステータコイル１２３が、ロータコイル１４の全周に対して、一部のみ配置されているだけなので、ステータコイルを全周に設けた場合と比較して、取り付け箇所が限られている場合に、有利に適用可能となる。
【００８１】
＜第４実施形態＞
次に、この発明の位置センサを「ロータリーエンコーダ」に具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００８２】
図１３に、この実施形態のロータコイル１４１とステータコイル１２４の関係を斜視図により示す。この実施形態では、円板形状のロータ可動板１３１の外周面１３１ａに、ロータコイル１４１が形成される。ロータコイル１４１は、円環状かつ梯子形状に並べられた複数のショートコイルにより形成される。ステータ固定板１１２は、ロータ可動板１３１の外周面１３１ａの周囲を、隙間を介して包囲するように短筒形状に形成される。このステータ固定板１１２の内周面１１２ａに、ステータコイル１２４を構成する、ステータ励磁コイル１７４とステータサーチコイル１８４が互いに同じ位相で絶縁層（図示略）を介して重ねて配置され、形成される。ステータ励磁コイル１７４及びステータサーチコイル１８４は、それぞれ全体が何度もジグザグ（九十九折り状）に折り返されて円環状に形成される。
【００８３】
この実施形態によれば、ステータ励磁コイル１７４とステータサーチコイル１８４がステータ固定板１１２の内周面１１２ａに重ねて形成され、ロータコイル１４１が、ロータ可動板１３１の外周面１３１ａに形成されるので、ロータリーエンコーダの径方向の寸法を小さくすることができる。また、第１実施形態と比較して、ステータコイル１２４を構成するステータ励磁コイル１７４及びステータサーチコイル１８４の導体パターンと、ロータコイル１４１のショートコイルとの位置関係の精度を保つことが容易であり、製造コストを低減できる。
【００８４】
＜第５実施形態＞
次に、この発明の位置センサを「ロータリーエンコーダ」に具体化した第５実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００８５】
図１４に、この実施形態のロータコイル１４１とステータコイル１２５の関係を斜視図により示す。この実施形態において、ロータ可動板１３１とロータコイル１４１の構成は、第４実施形態のそれと同じである。この実施形態のステータ固定板１１３及びその上に形成されるステータコイル１２５（ステータ励磁コイル１７５及びステータサーチコイル１８５）は、第４実施形態のステータ固定板１１２及びステータコイル１２４（ステータ励磁コイル１７４及びステータサーチコイル１８４）を、円周方向に８等分したうちの１つに相当する。
【００８６】
この実施形態によれば、ステータコイル１２５が、ロータコイル１４１の全周に対して、一部のみ配置されているだけなので、ステータコイルを全周に設けた場合と比較して、取り付け箇所が限られている場合に、有利に適用可能となる。
【００８７】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して以下のように実施することもできる。
【００８８】
（１）前記第１実施形態では、ステータコイル１２の導体パターン１２Ａ〜１２Ｇ等と、ロータコイル１４のショートコイル１４Ａ〜１４Ｇ等のピッチを中心角で１度となるように形成したが、コストはかかるが、精度の高い製造法を用いて、より細密な導体パターン、ショートコイルを形成して、分解能を向上させても良い。
【００８９】
（２）前記各実施形態では、角度検出用のロータリーエンコーダについて説明したが、ステータコイルの導体パターン及びロータコイルのショートコイルを直線状に配置することにより、直線の位置センサ（リニアエンコーダ）に具体化することもできる。
【００９０】
（３）前記第３〜第５の実施形態では、第１実施形態に対する変形例を具体化したが、前記第３〜第５の実施形態における変形の趣旨を、第２実施形態に対する変形例として具体化することもできる。すなわち、第３〜第５の実施形態に対し、ステータ固定板１１１，１１２，１１３に、第１ステータ励磁コイル及び第１ステータサーチコイル、並びに第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルをそれぞれ形成するように構成することもできる。
【符号の説明】
【００９１】
１ ロータリーエンコーダ（位置センサ）
４ ステータ
５ 隙間
６ ロータ
７ コントローラ（励磁信号出力手段、移動検出手段）
１１ ステータ固定板
１２ ステータコイル
１３ ロータ可動板
１４ ロータコイル
１４Ａ ショートコイル
１４Ｂ ショートコイル
１４Ｃ ショートコイル
１４Ｄ ショートコイル
１４Ｅ ショートコイル
１４Ｆ ショートコイル
１４Ｇ ショートコイル
１７ ステータ励磁コイル
１７Ａ 導体パターン
１７Ｂ 導体パターン
１８ ステータサーチコイル
１８Ａ 導体パターン
１８Ｂ 導体パターン
１８Ｃ 導体パターン
１８Ｄ 導体パターン
１８Ｅ 導体パターン
１８Ｆ 導体パターン
１８Ｇ 導体パターン
２２ コンデンサ（容量素子）
３１ アンプ
３２ 同期検波器
３３ ローパスフィルタ
３４ コンパレータ
３５ 差動アンプ
１１１ ステータ固定板
１１２ ステータ固定板
１１２ａ 内周面
１１３ ステータ固定板
１２１ 第１ステータコイル
１２２ 第２ステータコイル
１２３ ステータコイル
１２４ ステータコイル
１２５ ステータコイル
１３１ ロータ可動板
１３１ａ 外周面
１４１ ロータコイル
１７１ 第１ステータ励磁コイル
１７２ 第２ステータ励磁コイル
１７３ ステータ励磁コイル
１７４ ステータ励磁コイル
１７５ ステータ励磁コイル
１８１ 第１ステータサーチコイル
１８２ 第２ステータサーチコイル
１８３ ステータサーチコイル
１８４ ステータサーチコイル
１８５ ステータサーチコイル
Ｐ ピッチ
Ｐ／２ 半ピッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁信号が入力されるステータ励磁コイルと、検出信号を出力するステータサーチコイルとが形成されたステータ固定板と、
前記ステータ固定板と隙間を介して対向しながら動作可能に設けられ、ロータコイルが形成されたロータ可動板と
を備えた位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイルが、それぞれ所定のピッチでジグザグに折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で重ねて配置されることと、
前記ステータサーチコイルと並列に接続された容量素子と、
前記ロータコイルが、前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイルと前記隙間を介して対向して配置され、前記所定のピッチで短絡された複数のショートコイルを含むことと、
前記ステータ励磁コイルに入力される前記励磁信号を出力する励磁信号出力手段と、
前記ステータサーチコイルの出力電圧の変化に基づいて、前記所定のピッチ分、前記ロータ可動板が移動したことを検出する移動検出手段と
を備えたことを特徴とする位置センサ。
【請求項２】
請求項１に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイルに対し、位相が半ピッチずれた所定のピッチでジグザグに折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で重ねて配置された第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルと、
前記第２ステータサーチコイルと並列に接続された容量素子と、
前記移動検出手段が、前記ステータサーチコイルの出力電圧と、前記第２ステータサーチコイルの出力電圧の差分に基づいて、前記所定のピッチ分、前記ロータ可動板が移動したことを検出することと
を備えたことを特徴とする位置センサ。
【請求項３】
請求項１に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイルが、前記ステータ固定板の表面に形成され、
前記ロータコイルが、前記ロータ可動板の表面に形成されること
を特徴とする位置センサ。
【請求項４】
請求項２に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイル、並びに前記第２ステータ励磁コイル及び前記第２ステータサーチコイルが、前記ステータ固定板の表面に形成され、
前記ロータコイルが、前記ロータ可動板の表面に形成されること
を特徴とする位置センサ。
【請求項５】
請求項１に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイルが、前記ステータ固定板の内周面に形成され、
前記ロータコイルが、前記ロータ可動板の外周面に形成されること
を特徴とする位置センサ。
【請求項６】
請求項２に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイル、並びに前記第２ステータ励磁コイル及び前記第２ステータサーチコイルが、前記ステータ固定板の内周面に形成され、
前記ロータコイルが、前記ロータ可動板の外周面に形成されること
を特徴とする位置センサ。
【請求項７】
請求項３又は請求項５に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイルが、前記ロータコイルの全周に対して、一部のみ配置されることを特徴とする位置センサ。
【請求項８】
請求項４又は請求項６に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイル、並びに前記第２ステータ励磁コイル及び前記第２ステータサーチコイルが、前記ロータコイルの全周に対して、一部のみ配置されることを特徴とする位置センサ。
【請求項１】
励磁信号が入力されるステータ励磁コイルと、検出信号を出力するステータサーチコイルとが形成されたステータ固定板と、
前記ステータ固定板と隙間を介して対向しながら動作可能に設けられ、ロータコイルが形成されたロータ可動板と
を備えた位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイルが、それぞれ所定のピッチでジグザグに折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で重ねて配置されることと、
前記ステータサーチコイルと並列に接続された容量素子と、
前記ロータコイルが、前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイルと前記隙間を介して対向して配置され、前記所定のピッチで短絡された複数のショートコイルを含むことと、
前記ステータ励磁コイルに入力される前記励磁信号を出力する励磁信号出力手段と、
前記ステータサーチコイルの出力電圧の変化に基づいて、前記所定のピッチ分、前記ロータ可動板が移動したことを検出する移動検出手段と
を備えたことを特徴とする位置センサ。
【請求項２】
請求項１に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイルに対し、位相が半ピッチずれた所定のピッチでジグザグに折り返されたコイルであり、互いに同じ位相で重ねて配置された第２ステータ励磁コイル及び第２ステータサーチコイルと、
前記第２ステータサーチコイルと並列に接続された容量素子と、
前記移動検出手段が、前記ステータサーチコイルの出力電圧と、前記第２ステータサーチコイルの出力電圧の差分に基づいて、前記所定のピッチ分、前記ロータ可動板が移動したことを検出することと
を備えたことを特徴とする位置センサ。
【請求項３】
請求項１に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイルが、前記ステータ固定板の表面に形成され、
前記ロータコイルが、前記ロータ可動板の表面に形成されること
を特徴とする位置センサ。
【請求項４】
請求項２に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイル、並びに前記第２ステータ励磁コイル及び前記第２ステータサーチコイルが、前記ステータ固定板の表面に形成され、
前記ロータコイルが、前記ロータ可動板の表面に形成されること
を特徴とする位置センサ。
【請求項５】
請求項１に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイルが、前記ステータ固定板の内周面に形成され、
前記ロータコイルが、前記ロータ可動板の外周面に形成されること
を特徴とする位置センサ。
【請求項６】
請求項２に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイル、並びに前記第２ステータ励磁コイル及び前記第２ステータサーチコイルが、前記ステータ固定板の内周面に形成され、
前記ロータコイルが、前記ロータ可動板の外周面に形成されること
を特徴とする位置センサ。
【請求項７】
請求項３又は請求項５に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイルが、前記ロータコイルの全周に対して、一部のみ配置されることを特徴とする位置センサ。
【請求項８】
請求項４又は請求項６に記載する位置センサにおいて、
前記ステータ励磁コイル及び前記ステータサーチコイル、並びに前記第２ステータ励磁コイル及び前記第２ステータサーチコイルが、前記ロータコイルの全周に対して、一部のみ配置されることを特徴とする位置センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−２２６８７４（Ｐ２０１１−２２６８７４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５６３３（Ｐ２０１０−９５６３３）
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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