本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子和定子之間的相對(duì)的旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器。

背景技術(shù)：

圖13示出以往使用的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)。如該圖所示，旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器1具有作為固定構(gòu)件的定子2和相對(duì)于定子2可旋轉(zhuǎn)的作為旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)子3。定子2由磁性材料構(gòu)成，在與轉(zhuǎn)子3相對(duì)的相對(duì)面上隔著絕緣片2a設(shè)置有定子線圈2b。轉(zhuǎn)子3也由磁性材料構(gòu)成，隔著定子的相對(duì)面的絕緣片3a設(shè)置有轉(zhuǎn)子線圈3b。定子線圈2b和轉(zhuǎn)子線圈3b均形成為由銅箔構(gòu)成的矩形波形的線圈圖案。

此外，旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器1具有用于對(duì)轉(zhuǎn)子線圈3b進(jìn)行勵(lì)磁的旋轉(zhuǎn)變壓器4。旋轉(zhuǎn)變壓器4包括與轉(zhuǎn)子線圈3b相連接的變壓器線圈4b和以非接觸方式向該線圈4b供給勵(lì)磁信號(hào)的定子2內(nèi)周部的變壓器線圈4a。由此，在經(jīng)由旋轉(zhuǎn)變壓器4向轉(zhuǎn)子線圈3b供給勵(lì)磁信號(hào)的情況下，伴隨著轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)，從定子線圈2b輸出檢測(cè)信號(hào)。

專利文獻(xiàn)1：日本特開平9-26334號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

在上述旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器1中，為了提高定子線圈2b和轉(zhuǎn)子線圈3b的電磁耦合度，定子2和轉(zhuǎn)子3由作為磁性材料的鐵等的金屬材料構(gòu)成。但是，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，定子2和轉(zhuǎn)子3難以進(jìn)行輕量化。此外，旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器1存在包括上述絕緣片2a、3a、各線圈2b、3b的各構(gòu)成部件的加工、組裝耗費(fèi)成本、不能低價(jià)地制造的問題。

本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種輕量且能夠提高檢測(cè)精度、同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器。

用于解決課題的方案

權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器，其特征在于，

具有：轉(zhuǎn)子基板和定子基板，其分別使用多層基板構(gòu)成轉(zhuǎn)子和定子；轉(zhuǎn)子線圈，其設(shè)置在上述轉(zhuǎn)子基板；和檢測(cè)線圈，其設(shè)置在上述定子基板，在基于通過上述轉(zhuǎn)子線圈被勵(lì)磁信號(hào)勵(lì)磁而在上述檢測(cè)線圈感應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)，對(duì)上述轉(zhuǎn)子基板和上述定子基板的相對(duì)的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)構(gòu)的情況下，

所述勵(lì)磁信號(hào)的頻率設(shè)定得比在分別使用磁性材料構(gòu)成所述轉(zhuǎn)子和所述定子的情況下所要求的規(guī)定頻率高。

發(fā)明效果

根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，轉(zhuǎn)子基板和定子基板使用了比磁性材料的材質(zhì)輕的多層基板，所以能夠大幅度降低其重量。此外，轉(zhuǎn)子線圈和檢測(cè)線圈能夠在多層基板中容易地形成為制造偏差少的線圈圖案。并且，通過勵(lì)磁信號(hào)的頻率設(shè)定得比在分別使用磁性材料構(gòu)成轉(zhuǎn)子和定子的情況下所要求的規(guī)定頻率高，從而能夠補(bǔ)充由于不使用磁性材料導(dǎo)致的電磁耦合度的降低。進(jìn)而，能夠消除磁性材料的飽和特性等的影響，能夠使檢測(cè)精度提高。

附圖說明

圖1是示出一個(gè)實(shí)施方式的圖，是表示旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的電氣結(jié)構(gòu)的框圖。

圖2是放大地示出轉(zhuǎn)子基板和定子基板部分的縱向剖視圖。

圖3是將分別構(gòu)成轉(zhuǎn)子基板和定子基板的多層基板分解而示出的圖。

圖4(a)、(b)是用于說明1T傳感器部涉及的轉(zhuǎn)子線圈和定子線圈的位置關(guān)系的概念圖。

圖5是關(guān)于16T傳感器部示出的與圖4相當(dāng)?shù)膱D。

圖6是運(yùn)算處理涉及的框圖。

圖7是用于說明1T傳感器部和16T傳感器部的數(shù)字位置信號(hào)的概念圖。

圖8是示出旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的勵(lì)磁信號(hào)的頻率和檢測(cè)信號(hào)(輸出電壓)的關(guān)系的圖。

圖9是關(guān)于1T傳感器部對(duì)兩側(cè)定子和一側(cè)定子的特性的差異進(jìn)行說明的圖，(a)是示出轉(zhuǎn)子基板的偏移量和輸出電壓的關(guān)系的圖，(b)是示出轉(zhuǎn)子基板的偏移量和檢測(cè)角度的誤差的關(guān)系的圖。

圖10是關(guān)于16T傳感器部示出的與圖9相當(dāng)?shù)膱D。

圖11是關(guān)于恒流驅(qū)動(dòng)方式的說明圖。

圖12是脈沖編碼器功能的說明圖。

圖13是用于說明以往的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的縱向剖視圖。

附圖標(biāo)記說明

10表示旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器，10b表示外殼，11(11u、11d)表示定子基板，12表示轉(zhuǎn)子基板，19表示通信單元，21a，21b(211a～212bh)表示檢測(cè)線圈，22(221～224，221h～224h，241，244)表示轉(zhuǎn)子線圈。

具體實(shí)施方式

以下，關(guān)于本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10，參照附圖對(duì)應(yīng)用于FA(FactoryAutomation：工廠自動(dòng)化)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。在此，為了便于說明，在圖1的框圖中，示意地示出旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10的外殼10b和旋轉(zhuǎn)的軸10a。如該圖所示，旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10具有設(shè)置在外殼10b上的定子和設(shè)置在作為傳感器軸的軸10a上的轉(zhuǎn)子，這些定子和轉(zhuǎn)子由后述的具有檢測(cè)線圈21a、21b的定子基板11、和具有轉(zhuǎn)子線圈22的轉(zhuǎn)子基板12構(gòu)成。

此外，在定子基板11上設(shè)置有勵(lì)磁線圈14。例如，如果向勵(lì)磁線圈14輸入作為規(guī)定的勵(lì)磁信號(hào)的1相的交流信號(hào)，則轉(zhuǎn)子線圈22被勵(lì)磁。通過該轉(zhuǎn)子線圈22的勵(lì)磁，在檢測(cè)線圈21a、21b上感應(yīng)根據(jù)軸10a的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行了振幅調(diào)制的正弦波相位輸出信號(hào)和余弦波相位輸出信號(hào)。通過根據(jù)該正弦波sinθ和余弦波cosθ求出tanθ，并求出反正切，由此進(jìn)行計(jì)算軸10a的旋轉(zhuǎn)角度θ的處理。這樣，本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10以1相勵(lì)磁/2相輸出的振幅調(diào)制型為例。另外，通過2相勵(lì)磁/1相輸出、即向勵(lì)磁側(cè)的2相輸入振幅相同、相位不同的交流信號(hào)，從而可以應(yīng)用到輸出信號(hào)的相位與旋轉(zhuǎn)角度θ成比例地變化的相位調(diào)制型。

此外，如圖1所示，旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10將作為上述傳感器部的定子基板11及轉(zhuǎn)子基板12、和安裝有其控制電路的檢測(cè)電路基板15容納于一個(gè)外殼10b中。在設(shè)置于外殼10b內(nèi)的檢測(cè)電路基板15上安裝有控制器17。控制器17是例如由微型計(jì)算機(jī)、FPGA(Field Programmable Gate Array：現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)、DSP(Digital Signal Processor：數(shù)字信號(hào)處理器)等構(gòu)成的控制電路，對(duì)檢測(cè)器10整體進(jìn)行控制，或進(jìn)行上述的運(yùn)算處理等。

經(jīng)由傳感器接口(I/F)16向上述控制器17輸入檢測(cè)線圈21a、21b的輸出信號(hào)。此外，在控制器17上連接有內(nèi)部電源電路18、網(wǎng)絡(luò)I/F19、存儲(chǔ)器部20、觸點(diǎn)輸出電路23。內(nèi)部電源電路18使從位于旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10的外部的外部電源所供給的電源根據(jù)需要進(jìn)行變壓、穩(wěn)定化，并供給到內(nèi)部的各電路。

上述網(wǎng)絡(luò)I/F19是經(jīng)由控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與例如未圖示的作為上級(jí)單元的PLC(Programmable Logic Controller：可編程邏輯控制器)進(jìn)行連接的通信單元。具體而言，在旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10作為工廠內(nèi)的制造設(shè)備中的各種測(cè)量、控制設(shè)備來使用的情況下，由控制器17處理后的信號(hào)從網(wǎng)絡(luò)I/F(現(xiàn)場(chǎng)總線I/F)19經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線19a被傳輸?shù)缴鲜鯬LC。這樣在本實(shí)施方式中，將如旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10那樣的各種測(cè)量、控制設(shè)備作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)總線19a使用一種電纜連接了這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和上級(jí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(例如PLC)。通過該現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行各信號(hào)的數(shù)字化或?qū)⒉季€共用化等，可以節(jié)省布線、降低成本。此外，由此能夠明確現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的規(guī)格，容易進(jìn)行其連接、保養(yǎng)，使各種設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)總線19a上共存。另外，現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)可以利用通用的以太網(wǎng)(注冊(cè)商標(biāo))等，不僅可以構(gòu)成為不以與其它網(wǎng)絡(luò)的連接為前提的封閉的網(wǎng)絡(luò)，也可以構(gòu)成為廣義的網(wǎng)絡(luò)(包括封閉的網(wǎng)絡(luò)之間的連接)。

上述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備為了用現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信處理，通過裝載例如由制造商等提供的專用芯片即通信用CPU，能夠不考慮協(xié)議等進(jìn)行系統(tǒng)化。但是，在該情況下，存在耗費(fèi)專用芯片的成本(部件單價(jià))、檢測(cè)電路基板15中的該芯片的安裝空間占用得大等的問題。因此，在本實(shí)施方式中，為了使控制器17具有專用芯片的功能，通過執(zhí)行儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器部20中的處理程序，進(jìn)行與上級(jí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等的通信處理、應(yīng)用程序的互換性涉及的通信處理等?；蛘撸蒙鲜鯢PGA(門陣列)等的硬件結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)，省略專用芯片，并且實(shí)現(xiàn)其功能。由此，旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部的基板15的小型化和低成本化。此外，上述傳感器部及其檢測(cè)電路的一體化和現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)化互相結(jié)合而使作為包含上述布線的整體的占有空間盡可能緊湊，構(gòu)建了合理性高的系統(tǒng)。

上述存儲(chǔ)器部20包含ROM等非易失性存儲(chǔ)器、RAM等易失性存儲(chǔ)器、EEPROM等電可擦寫的非易失性存儲(chǔ)器。在存儲(chǔ)器部20中儲(chǔ)存有上述處理程序等。另外，在存儲(chǔ)器部20中，也可以預(yù)先儲(chǔ)存用于改善旋轉(zhuǎn)位置和輸出值之間的線性的校正值。此外，如后面詳細(xì)敘述的那樣，在本實(shí)施方式中，通過將轉(zhuǎn)子線圈22設(shè)為波形形狀(參照?qǐng)D3的線圈221～224、221h～224h)，從而不使用校正值就改善了線性。

關(guān)于上述觸點(diǎn)輸出電路23，根據(jù)需要、其安裝空間，酌情地設(shè)定觸點(diǎn)數(shù)，具有例如輸出接通、斷開這樣的進(jìn)行了2值化的信號(hào)的作為電子凸輪的功能，與上述控制器17一起構(gòu)成控制電路。在此，電子凸輪構(gòu)成為參照作為絕對(duì)數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度θ使與由用戶設(shè)定的角度對(duì)應(yīng)的凸輪開關(guān)信號(hào)(輸出信號(hào))接通、斷開。關(guān)于這一點(diǎn)，接通、斷開的定時(shí)的設(shè)定在作為機(jī)械凸輪的凸輪限位開關(guān)的情況下，需要進(jìn)行其構(gòu)成元件的位置調(diào)整等的麻煩的操作，而在電子凸輪的情況下，能夠通過用戶的輸入操作簡單地進(jìn)行。具體而言，關(guān)于接通、斷開的定時(shí)涉及的數(shù)據(jù)點(diǎn)(角度)，例如利用上級(jí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備(將它們作為外部設(shè)備)經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線19a(經(jīng)由網(wǎng)絡(luò))設(shè)定為用戶所希望的值。例如，在通過使用外部設(shè)備的輸入操作，對(duì)于旋轉(zhuǎn)角度θ以機(jī)械角設(shè)定了0度(第1角度)和90度(第2角度)的情況下，如果判定為軸10a的旋轉(zhuǎn)角度θ為0度以上且90度以內(nèi)，則控制器17在處于該0度至90度的范圍的期間進(jìn)行使輸出信號(hào)接通(或斷開)的控制。在不改變?cè)撛O(shè)定值的情況下，能夠解除網(wǎng)絡(luò)連接而變成簡單的狀態(tài)，或者也能夠使第1角度和第2角度的各默認(rèn)值預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器部20的EEPROM等中，根據(jù)其設(shè)定變更進(jìn)行更新。此外，根據(jù)電子凸輪，與機(jī)械凸輪不同，不會(huì)產(chǎn)生凸輪的磨損、位置偏移等的問題，有利于維護(hù)。

關(guān)于凸輪開關(guān)信號(hào)，根據(jù)電子凸輪的用途不需要高速響應(yīng)性，也能夠利用上級(jí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行該信號(hào)的處理。在該情況下，也設(shè)想如下系統(tǒng)：上級(jí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線19a讀入二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并輸出凸輪開關(guān)信號(hào)，但如果例如在網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)、上級(jí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障時(shí)導(dǎo)致相關(guān)的信號(hào)中斷，就會(huì)產(chǎn)生問題。此外，在電子凸輪的用途中，關(guān)于從軸10a的角度發(fā)生變化起到可得到凸輪開關(guān)信號(hào)為止的延遲時(shí)間，也有要求幾十微秒以下的值的情況，也需要高速響應(yīng)性。在該情況下，上級(jí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備讀入數(shù)據(jù)后進(jìn)行通斷的話，延遲時(shí)間變長，無法滿足相關(guān)的要求。因此，與網(wǎng)絡(luò)等獨(dú)立地進(jìn)行高速的通斷控制是非常有意義的。

關(guān)于這一點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10裝載有傳感器部、控制器17、觸點(diǎn)輸出電路23等，具有包含電子凸輪功能的各種功能。此外，作為控制器17，不僅是FPGA，也能夠應(yīng)用專用門陣列，由此能夠進(jìn)行電子凸輪的通斷控制。進(jìn)而，如后面詳細(xì)敘述的那樣，通過將勵(lì)磁信號(hào)設(shè)定為100kHz～5MHz這樣的高頻率，從而也能夠?qū)?shù)據(jù)的更新時(shí)間即上述延遲時(shí)間設(shè)定在例如10μs以內(nèi)，能夠應(yīng)對(duì)電子凸輪的高速響應(yīng)的要求。另外，觸點(diǎn)輸出電路23也可以采用后述的具有作為脈沖編碼器的功能的結(jié)構(gòu)。

進(jìn)而，觸點(diǎn)輸出電路23具有對(duì)根據(jù)例如每規(guī)定時(shí)間的上述旋轉(zhuǎn)角度θ(或后述的旋轉(zhuǎn)次數(shù))與規(guī)定閾值的比較結(jié)果來進(jìn)行通斷的開關(guān)信號(hào)進(jìn)行輸出的限速檢測(cè)功能。在此，限速檢測(cè)功能是在軸10a的旋轉(zhuǎn)速度變?yōu)槌蔀榛鶞?zhǔn)(限制的目標(biāo))的規(guī)定閾值以上時(shí)使輸出信號(hào)成為接通或斷開的功能，能夠利用上述外部設(shè)備進(jìn)行各種設(shè)定。

詳細(xì)而言，控制器17對(duì)使用由自身具有的晶體振蕩器生成的時(shí)鐘信號(hào)來測(cè)量的每規(guī)定時(shí)間的旋轉(zhuǎn)角度θ即軸10a的旋轉(zhuǎn)速度[rpm]進(jìn)行運(yùn)算。此外，如后面詳細(xì)敘述的那樣，控制器17利用絕對(duì)數(shù)據(jù)來辨別軸10a的旋轉(zhuǎn)方向，生成該旋轉(zhuǎn)方向辨別信號(hào)。并且，在存儲(chǔ)器部20中儲(chǔ)存有作為規(guī)定閾值而設(shè)定的順時(shí)針方向(CW)的默認(rèn)值和逆時(shí)針方向(CCW)的默認(rèn)值。規(guī)定閾值能夠通過使用上述外部設(shè)備的輸入操作與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)地或者針對(duì)每個(gè)旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定為用戶所希望的多個(gè)不同的值，該設(shè)定變更后的規(guī)定閾值被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器部20中。因此，例如，在將針對(duì)順時(shí)針方向(CW)的旋轉(zhuǎn)速度而設(shè)定的多個(gè)規(guī)定閾值中的較低的值設(shè)為第1閾值，將較高的值設(shè)為第2閾值的情況下，控制器17進(jìn)行如下控制：如果判定為計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)速度超過該旋轉(zhuǎn)方向上的第1閾值，則使輸出信號(hào)接通(或斷開)，如果進(jìn)一步判定為超過第2閾值，則使輸出信號(hào)斷開(或接通)。

與本實(shí)施方式不同，存在機(jī)械地使開關(guān)進(jìn)行開閉的速度開關(guān)。例如，離心速度開關(guān)構(gòu)成為在形成外框的殼體內(nèi)容納利用離心力移動(dòng)的活動(dòng)部，根據(jù)伴隨著其軸的旋轉(zhuǎn)的該活動(dòng)部的位置變化使電觸點(diǎn)開閉。在該裝置，電觸點(diǎn)開閉時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度物理地決定，不能確定軸的旋轉(zhuǎn)方向。此外，在離心速度開關(guān)，不能變更電觸點(diǎn)開閉時(shí)的閾值，不能具有多個(gè)閾值。機(jī)械性的活動(dòng)部由于磨損、銹、粉塵的影響等，旋轉(zhuǎn)速度的檢測(cè)變得不穩(wěn)定，成為工作不良的主要原因。進(jìn)而，速度開關(guān)的殼體需要用于確?；顒?dòng)部的活動(dòng)范圍及穩(wěn)定的工作的空間，難以實(shí)現(xiàn)小型化。

關(guān)于這一點(diǎn)，在本實(shí)施方式中，如上所述由控制器17生成絕對(duì)數(shù)據(jù)，此外，檢測(cè)信號(hào)涉及的高速響應(yīng)性與高精度的時(shí)鐘信號(hào)相結(jié)合，旋轉(zhuǎn)速度的計(jì)算變得極其簡單且高精度。進(jìn)而，關(guān)于旋轉(zhuǎn)速度，可通過外部設(shè)備經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線19a按旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定多個(gè)閾值，在不改變?cè)撛O(shè)定值的情況下，能夠解除網(wǎng)絡(luò)連接。因此，能夠構(gòu)建如下系統(tǒng)：即使產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)中的通信異常，旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10也正常地發(fā)揮限速檢測(cè)功能(觸點(diǎn)輸出)，并且不產(chǎn)生以往的磨損、工作不良的問題，可靠性高。

[多層基板]

旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10的外殼10b例如形成圓筒狀，在該外殼10b內(nèi)設(shè)置有例如形成圓板狀的定子基板11及轉(zhuǎn)子基板12。定子基板11相對(duì)于外殼10b安裝在圖2中上下2處。這一對(duì)定子基板11由于使用上下對(duì)稱地配置的大致相同結(jié)構(gòu)的基板，因此以下對(duì)上側(cè)的基板標(biāo)注符號(hào)“11u”，對(duì)下側(cè)的基板標(biāo)注符號(hào)“11d”，對(duì)各自的構(gòu)成要素均標(biāo)注相同符號(hào)來匯總地說明。

定子基板11u、11d由例如包括第1層L1～第3層L3的通用的多層印刷電路板構(gòu)成。定子基板11u、11d配置成在各自的中心部具有直徑比軸10a大的穿插孔110，被穿插在軸10a上。定子基板11u、11d的絕緣基材例如由4層的玻璃基材環(huán)氧樹脂構(gòu)成。在圖3所示的定子基板11u、11d的分解圖中，在第1層L1和第2層L2分別設(shè)置有線圈圖案層，在第三層L3設(shè)置有接線層，通過所謂的通孔加工將各線圈圖案層與接線層之間電連接。

具體而言，在定子基板11u、11d中，第1層L1的線圈圖案層由平面的銅箔的圖案形成，包括內(nèi)周側(cè)的勵(lì)磁線圈141和外周側(cè)的檢測(cè)線圈211a、211b、211ah、211bh。其中接近內(nèi)周的檢測(cè)線圈211a、211b對(duì)應(yīng)于后述的1節(jié)距線圈，是用于以機(jī)械角(在將軸10a的1周設(shè)為360度的情況下的角度)對(duì)360度的量的絕對(duì)位置進(jìn)行檢測(cè)的線圈。接近外周的檢測(cè)線圈211ah、211bh對(duì)應(yīng)于后述的16節(jié)距線圈，是用于以高分辨率對(duì)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)的線圈。

同樣地，第2層L2的線圈圖案層也包括內(nèi)周側(cè)的勵(lì)磁線圈142、和外周側(cè)的檢測(cè)線圈212a、212b、212ah、212bh。這樣，定子基板11u、11d的各勵(lì)磁線圈14由多層的勵(lì)磁線圈141、142的圖案構(gòu)成。此外，定子基板11u、11d的各檢測(cè)線圈21a、21b由多層的線圈211a～212bh的圖案構(gòu)成。

第3層L3的接線層由為了布線將圖3所示的包括端子p1、p2、…的端子組P進(jìn)行連結(jié)的細(xì)微的線的圖案構(gòu)成。這樣，定子基板11u、11d以相對(duì)于圖2所示的轉(zhuǎn)子基板12使第1層L1成為內(nèi)側(cè)、第3層L3的端子組P成為外側(cè)的朝向與該轉(zhuǎn)子基板12具有間隙地相對(duì)。另外，各基板11u、11d不限于上述結(jié)構(gòu)，也可以進(jìn)行在第2層L2和第3層L3之間設(shè)置用于屏蔽電磁波的層等的適當(dāng)?shù)淖兏?/p>

上述轉(zhuǎn)子基板12由例如包括第1層L1～第4層L4的通用的多層印刷電路板構(gòu)成，作為絕緣基材，使用了玻璃基材環(huán)氧樹脂。轉(zhuǎn)子基板12在中心部具有與軸10a嵌合的嵌合孔111，被安裝固定在軸10a上。轉(zhuǎn)子基板12的第1層L1～第4層L4分別具有由銅箔構(gòu)成的平面的線圈圖案層來作為轉(zhuǎn)子線圈22。

具體而言，如圖3所示，在轉(zhuǎn)子基板12的第1層L1和第4層L4的內(nèi)周側(cè)設(shè)置有與定子基板11u、11d的勵(lì)磁線圈141、142相對(duì)應(yīng)的變壓器線圈241、244。以非接觸方式從定子基板11u、11d的勵(lì)磁線圈141、142向該轉(zhuǎn)子基板12的變壓器線圈241、244供給勵(lì)磁信號(hào)(交流信號(hào))。這些線圈141、142、221、224構(gòu)成旋轉(zhuǎn)變壓器。

此外，在轉(zhuǎn)子基板12的第1層L1～第4層L4中設(shè)置有與變壓器線圈241、244電連接的接近內(nèi)周的1節(jié)距線圈221、222、223、224和接近外周的16節(jié)距線圈221h、222h、223h、224h。這些1節(jié)距線圈221～224及16節(jié)距線圈221h～224h形成在與定子基板11u、11d的檢測(cè)線圈211a～212b及211ah～212bh對(duì)應(yīng)的位置。

如上所述，通過將定子和轉(zhuǎn)子設(shè)為多層基板11u、11d、12，從而不需要以往的對(duì)磁性材料組裝構(gòu)成部件的操作，能夠減少工時(shí)來實(shí)現(xiàn)低成本化。此外，沒有由于磁性材料的飽和導(dǎo)致的磁性的突變，能夠減少外部磁場(chǎng)的偏壓、時(shí)間變化的影響。多層基板11u、11d、12比磁性材料的材質(zhì)輕，能夠大幅度降低其重量，能夠盡量減小負(fù)載慣量。特別是在旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10被應(yīng)用于伺服電機(jī)等的情況下，從該電機(jī)來看沒有形成無用的負(fù)載慣量，所以在實(shí)用上是有用的。此外，多層基板11、11u、11d與使用了電磁線的繞組不同，能夠易于得到制造偏差少的各種形狀的線圈圖案。

[線圈的節(jié)距和形狀]

本實(shí)施方式的1節(jié)距線圈221～224和16節(jié)距線圈221h～224h均形成正弦曲線形狀。此處，為了便于說明，在圖3～圖5中，用矩形波形概念地示出這些線圈221～224、221h～224h的各正弦曲線形狀，圖4示意性地示出了1節(jié)距線圈221和檢測(cè)線圈211a、211b的位置關(guān)系，圖5示意性地示出了16節(jié)距線圈221h和檢測(cè)線圈211ah、211bh的位置關(guān)系。

即，圖4(a)的1節(jié)距線圈221形成實(shí)際上呈圓環(huán)狀相連(在轉(zhuǎn)子基板12的周向相連)的正弦曲線狀(參照?qǐng)D3)，以機(jī)械角將360度的量(一周)設(shè)為1節(jié)距。圖4(b)的一對(duì)檢測(cè)線圈211a、211b存在以互相偏移1/4節(jié)距而變?yōu)榻诲e(cuò)的方式來設(shè)置的位置關(guān)系。另外，在圖4(a)、(b)中，以使圓環(huán)狀配置的該線圈221、211a、211b在左右方向延伸的方式展開的形狀示出。

這些1節(jié)距線圈221和檢測(cè)線圈211a、211b的電磁耦合即感應(yīng)電壓在該線圈221與線圈211a、211b中的任一個(gè)互相重疊的位置變?yōu)樽畲?。該感?yīng)電壓隨著向轉(zhuǎn)子基板12的旋轉(zhuǎn)方向(參照?qǐng)D4(a)的右方箭頭)移動(dòng)而逐漸減少，在偏移了1/4節(jié)距的位置，磁通量彼此抵消而變?yōu)?。此外，感應(yīng)電壓在偏移了1/2節(jié)距的位置取得反極性的最大值，如果進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，則在偏移了3/4節(jié)距的位置再次變?yōu)?。然后，在移動(dòng)了1個(gè)節(jié)距量的位置能夠得到原來的最大值的感應(yīng)電壓。這樣，感應(yīng)電壓以與線圈221的1節(jié)距相同的轉(zhuǎn)子基板12的旋轉(zhuǎn)周期來描繪1個(gè)循環(huán)，然后隨著轉(zhuǎn)子基板12的旋轉(zhuǎn)而重復(fù)相同的循環(huán)。

此外，圖4(b)的檢測(cè)線圈211a、211b相互偏移了1/4節(jié)距，因此隨著轉(zhuǎn)子基板12的旋轉(zhuǎn)，能夠得到電磁耦合以cos、sin曲線變化的2個(gè)感應(yīng)電壓。關(guān)于這樣的電磁耦合程度，在將轉(zhuǎn)子基板12和定子基板11之間的相對(duì)位置(相對(duì)角度)的差設(shè)為θ的情況下，在檢測(cè)線圈211a，與cosθ成比例，而在檢測(cè)線圈211b，與sinθ成比例。因此，感應(yīng)電壓的變化與兩個(gè)線圈211a、211b存在由相對(duì)角度確定的唯一關(guān)系，所以通過對(duì)該檢測(cè)線圈211a、211b所感應(yīng)的電壓進(jìn)行檢測(cè)，能夠求出旋轉(zhuǎn)角度。

圖5(a)的16節(jié)距線圈221h也形成實(shí)際上圓環(huán)狀相連的正弦曲線形狀(參照?qǐng)D3)，在該圖中，概念地示出了該線圈221h的一部分。16節(jié)距線圈221h是將轉(zhuǎn)子基板12的節(jié)距數(shù)α設(shè)為16，即以機(jī)械角將旋轉(zhuǎn)1/16量的角度(22.5度)設(shè)為1節(jié)距。在此，“1節(jié)距”相當(dāng)于在該角度范圍內(nèi)進(jìn)行絕對(duì)的位置檢測(cè)的區(qū)間。作為其分割數(shù)的節(jié)距數(shù)不限定于“16”，能夠進(jìn)行設(shè)定為“8”、“32”等的適當(dāng)變更。

圖5(b)的檢測(cè)線圈211ah、211bh中的一個(gè)線圈211bh相對(duì)于16節(jié)距線圈221h偏移了1/4節(jié)距。此外，檢測(cè)線圈211ah、211bh相互之間偏移了1/4節(jié)距，因此在檢測(cè)線圈211ah，檢測(cè)出與Cos(αθ)成比例的感應(yīng)電壓，在檢測(cè)線圈211bh，檢測(cè)出與Sin(αθ)成比例的感應(yīng)電壓。

[信號(hào)處理的概念圖]

圖6示出了上述的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10的控制器17中的信號(hào)處理的概念圖。在此，將轉(zhuǎn)子基板12與軸10a一起旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度設(shè)為θ，在圖6中用Icosωt表示向勵(lì)磁線圈141、142供給的勵(lì)磁信號(hào)(后述的MHz頻帶的交流電)。此外，1節(jié)距線圈221～224和16節(jié)距線圈221h～224h經(jīng)由變壓器線圈241、244(旋轉(zhuǎn)變壓器)被勵(lì)磁。此時(shí)，在檢測(cè)線圈21a、21b上感應(yīng)根據(jù)軸10a的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行了振幅調(diào)制的正弦波相位輸出信號(hào)和余弦波相位輸出信號(hào)。

在此，向圖6的同步整流電路31中輸入16節(jié)距線圈用的檢測(cè)線圈211ah、212ah的輸出信號(hào)(Kp·cosωt·cos16θ)。向同步整流電路32中輸入1節(jié)距線圈用的檢測(cè)線圈211a、212a的輸出信號(hào)(Kc·cosωt·cosθ)。向同步整流電路33中輸入1節(jié)距線圈用的檢測(cè)線圈211b、212b的輸出信號(hào)(Kc·cosωt·sinθ)。向同步整流電路34中輸入16節(jié)距線圈用的檢測(cè)線圈211bh、212bh的輸出信號(hào)(Kp·cosωt·sin16θ)。另外，I、Kp、Kc是系數(shù)，以下的Lp、Lc也設(shè)為系數(shù)。

同步整流電路31～34進(jìn)行各輸出信號(hào)的同步整流。此外，低通濾波器(LPF)35～38去除同步整流電路31～34的各輸出信號(hào)的高頻成分。由此，運(yùn)算電路39a基于從低通濾波器35輸入的信號(hào)(Lp·cos16θ)和從低通濾波器38輸入的信號(hào)(Lp·sin16θ)對(duì)旋轉(zhuǎn)角度θ進(jìn)行運(yùn)算。此外，運(yùn)算電路39a基于從低通濾波器36輸入的信號(hào)(Lc·cosθ)和從低通濾波器37輸入的信號(hào)(Lc·sinθ)對(duì)旋轉(zhuǎn)角度θ進(jìn)行運(yùn)算。由此，運(yùn)算電路40通過合成由運(yùn)算電路39a、39b算出的計(jì)算值，從而檢測(cè)軸10a的旋轉(zhuǎn)角度θ來作為以下說明的絕對(duì)數(shù)據(jù)，并且以更高分辨率得到該角度θ。

[1T傳感器部和16T傳感器部]

對(duì)于上述旋轉(zhuǎn)角度θ，關(guān)于1節(jié)距線圈221～224，被賦予為4比特的數(shù)字位置信號(hào)，關(guān)于16節(jié)距線圈221h～224h，被賦予為16比特的數(shù)字位置信號(hào)。在此，圖7示出了1節(jié)距線圈221～224及檢測(cè)線圈211a～212b(以下設(shè)為1T傳感器部)、和16節(jié)距線圈221h～224h及檢測(cè)線圈211ah～212bh(以下設(shè)為16T傳感器部)涉及的數(shù)字位置信號(hào)的值。

如該圖所示，在軸10a以機(jī)械角旋轉(zhuǎn)360度的情況下，用1T傳感器部變?yōu)椤?”～“15”的數(shù)字值，用16T傳感器部變?yōu)閷摹?”到“4095”的遞增計(jì)數(shù)重復(fù)進(jìn)行16次的數(shù)字值。關(guān)于1T傳感器部和16T傳感器部，1節(jié)距的輸出信號(hào)的非線性即與旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)的直線性誤差的比例均大致相等。因此，如果從軸10a的機(jī)械角來看，則16T傳感器部相比于1T傳感器部能夠使誤差的程度降低為1/16，從誤差特性的觀點(diǎn)來看是適合的。與此相同，關(guān)于分辨率(上述分割數(shù))、溫度特性、耐噪聲特性，16T傳感器部也成為更優(yōu)選的部件。

這樣，節(jié)距比較小的16T傳感器部作為使傳感器特性提高的方法是有效的，另一方面，作為絕對(duì)值能夠檢測(cè)的范圍、即1節(jié)距的機(jī)械角被限定為22.5度。因此，關(guān)于軸10a的機(jī)械角360度的旋轉(zhuǎn)位置，無法識(shí)別是圖7所示的16區(qū)塊中的哪個(gè)區(qū)塊的位置。另一方面，1T傳感器部雖然在各特性方面比16T傳感器部差，但是將機(jī)械角360度設(shè)為1節(jié)距，可掌握軸10a的1周中的旋轉(zhuǎn)位置。因此，使用1T傳感器部的位置信號(hào)，識(shí)別使用16T傳感器部不清楚的區(qū)塊的位置。這樣，在圖7的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的情況下，作為1周絕對(duì)傳感器，成為以機(jī)械角對(duì)360度/(4096×16)的旋轉(zhuǎn)的變化進(jìn)行檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10。

由此，用1T傳感器部和16T傳感器部同時(shí)檢測(cè)，能夠以高精度、高分割數(shù)對(duì)軸10a的1周進(jìn)行絕對(duì)檢測(cè)。另外，16T的傳感器部也可以設(shè)定為8T(1/8分割)、32T(1/32分割)這樣的節(jié)距。該分割數(shù)根據(jù)物理的配置空間、由1T傳感器部確定旋轉(zhuǎn)位置的位數(shù)來設(shè)定。此外，傳感器部不限于上述的1T和16T這兩種，例如也可以使用裝載有1T、8T、64T這樣的3種或3種以上的種類的傳感器部的多層基板而達(dá)到更高性能。另外，關(guān)于上述多層基板11u、11d、12，包含線圈形成的設(shè)計(jì)的自由度很高，能夠簡單且容易地安裝各種多個(gè)線圈(傳感器部)，能夠形成低成本的結(jié)構(gòu)。

[勵(lì)磁信號(hào)的頻率]

但是，在感應(yīng)同步器(商品名)等的旋轉(zhuǎn)傳感器中，為了提高傳感器線圈的電感、磁耦合度，通常是由作為磁性材料的鐵等的金屬材料構(gòu)成定子、轉(zhuǎn)子。該旋轉(zhuǎn)傳感器的勵(lì)磁信號(hào)的頻率設(shè)定為幾百Hz～10KHz左右。其原因如下。

[1]由于電感足夠高，因此即使是較低的勵(lì)磁信號(hào)的頻率也能得到足夠的檢測(cè)信號(hào)。

[2]與本實(shí)施方式不同，旋轉(zhuǎn)傳感器與其檢測(cè)電路(控制裝置)為不同體。因此，旋轉(zhuǎn)傳感器和控制裝置之間存在間隔距離(連接兩者的電纜長度)，所以以使不受線路容量的影響的方式設(shè)定為低頻率。此外，由于線間的串?dāng)_，傳感器線性惡化，其影響程度也根據(jù)電纜長度而變化。

[3]如[1]所述，由于電感高，所以如果是較高的勵(lì)磁信號(hào)的頻率，則出現(xiàn)諧振的影響，誤差增大。

[4]作為磁性材料來使用的鐵、硅鋼板等的高頻特性不太好。

[5]即使在伺服系統(tǒng)中使用的情況下，采用20KHz左右的勵(lì)磁信號(hào)的頻率也足以實(shí)用。

[6]在模擬系統(tǒng)中，在高速下無法得到所希望的特性。

另一方面，如本實(shí)施方式那樣，不使用磁性材料，采用例如在直徑為左右的外殼10b中容納具有線圈的多層基板的部件。在該情況下，多層基板的直徑變?yōu)樽笥?，從?lì)磁電路觀察到的線圈(傳感器部)的電感的值變得非常小，例如為幾μH～10μH。在此，例如在電感為10μH，頻率為10KHz時(shí)，阻抗Z1如下。

Z1＝2πfL＝2π×10×10³×10×10^-6≈0.63[Ω]…(1)

關(guān)于這一點(diǎn)，如果使緩沖電路成為強(qiáng)力的電路，則對(duì)線圈進(jìn)行勵(lì)磁的傳感器驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流達(dá)到0.5[A_0-P]左右在技術(shù)上也不難。但是，這樣的電路不僅存在部件數(shù)量增加、消耗電流增大這樣的問題，也會(huì)產(chǎn)生由于發(fā)熱導(dǎo)致的可靠性降低的問題。此外，如果設(shè)置散熱器，則占用空間增大，與如本實(shí)施方式那樣要使傳感器部和控制裝置成為一體來實(shí)現(xiàn)小型化的技術(shù)思想相矛盾。因此，傳感器驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流設(shè)定為10～30[mA_0-P]左右。在例如將30[mA_0-P]的驅(qū)動(dòng)電流施加到式(1)的Z1(≈0.63Ω)的情況下，其兩端呈現(xiàn)的電壓V1如下。

V1＝Z1×30≈18.8[mV_0-P]…(2)

另外，在式(2)中忽略了直流電阻成分。

進(jìn)而，可認(rèn)為在傳感器部的2次檢測(cè)電路即2次側(cè)感應(yīng)的檢測(cè)電壓V2相對(duì)于上述V1的電壓變?yōu)榘俜种畮鬃笥?。這樣，在本實(shí)施方式中，與使用磁性材料的通常結(jié)構(gòu)不同，無法使磁耦合度變高，因此考慮其比率。例如，如果將該比率設(shè)為3％，則檢測(cè)電壓V2如下。

V2＝V1×0.03＝18.8×0.03≈0.56[mV_0-P]…(3)

該結(jié)果表示在關(guān)于勵(lì)磁信號(hào)為10[KHz]、30[mA_0-P]，對(duì)傳感器部進(jìn)行勵(lì)磁的情況下，檢測(cè)電壓變?yōu)?.56[mV_0-P]。關(guān)于這一點(diǎn)，檢測(cè)電壓進(jìn)行放大等并最終被輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，但其輸入時(shí)的電壓通常需要成為幾V左右。

因此，在相關(guān)的條件下，關(guān)于檢測(cè)電壓，需要放大3000倍以上，由于必須提高增益，所以導(dǎo)致部件數(shù)的增加。此外，增益非常高的放大電路由于信號(hào)的輸入級(jí)和放大輸出級(jí)的輕微的耦合(靜電耦合、磁耦合和公共阻抗)，有時(shí)設(shè)想以外的正反饋增加而產(chǎn)生振蕩。并且，重要的是，檢測(cè)電壓本身較小，存在容易受到放大電路自身的噪聲的影響、外來噪聲的影響的問題。

在此，對(duì)放大器的噪聲加以簡單的考察。關(guān)于放大檢測(cè)電壓V2的初級(jí)運(yùn)算放大器，為了采用10[KHz]的信號(hào)相位不發(fā)生偏移，相對(duì)于工作頻率需要足夠?qū)挼膸挕ｊP(guān)于這一點(diǎn)，由于一般的寬帶的運(yùn)算放大器的等效輸入噪聲電壓密度為10nV/(Hz)^1/2左右，所以在將上述帶寬設(shè)為1[MHz]的情況下，輸入部噪聲電壓Vn如下。

Vn＝10×10^-9×(1×10⁶)^1/2＝0.01[mV_0-P]…(4)

該Vn接近式(3)的V2＝0.56[mV_0-P]的2％，看似沒有大的問題。但是，在要實(shí)現(xiàn)更高的檢測(cè)精度的結(jié)構(gòu)中，如初級(jí)運(yùn)算放大器的輸入噪聲產(chǎn)生影響那樣的由超微小輸入使用的情況在現(xiàn)實(shí)中問題較多。此外，除了上述的外來噪聲之外，電路的電源線的噪聲、DC/DC電源的開關(guān)噪聲、來自邏輯信號(hào)的串?dāng)_等也對(duì)信號(hào)造成影響。

作為這種問題的對(duì)策，也可考慮增大勵(lì)磁信號(hào)的電流，但由于上述的理由，所以不優(yōu)選。因此，在本實(shí)施方式中，要提高勵(lì)磁信號(hào)的頻率。例如，如果將勵(lì)磁信號(hào)的頻率從原來的10KHz提高至10倍的100KHz，則上述的Z1、V1、V2如下。

Z1＝2πfL＝2π×100×10³×10×10^-6≈6.3[Ω]…(5)

V1＝Z1×30≈188[mV_0-P]…(6)

V2＝188×0.03≈5.6[mV_0-P]…(7)

這樣，檢測(cè)電壓V2與勵(lì)磁信號(hào)的頻率成比例地增加，抗噪性也提高。因此，在將勵(lì)磁信號(hào)的頻率進(jìn)一步提高10倍而設(shè)定為1MHz的情況下，檢測(cè)電壓V2也變?yōu)?0倍，因而更優(yōu)選。此外，關(guān)于在將勵(lì)磁信號(hào)的頻率設(shè)定得高的情況下的上述[2]～[6]的問題，能夠如下這樣解決。

[2]的問題

如同本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10，由于將傳感器部和包含控制器17的檢測(cè)電路容納在同一外殼10b內(nèi)，所以能夠盡可能縮短轉(zhuǎn)子基板12與檢測(cè)電路基板15之間的電纜長度。該情況下的電纜長度能夠控制到盡可能短的一定長度(例如3cm以下)。因此，電纜的線路容量也只受到實(shí)質(zhì)上可忽略的程度的影響。換而言之，可以說提高勵(lì)磁信號(hào)的頻率和相互靠近地配置傳感器部及其控制裝置具有良好的相容性。

[3]、[4]的問題

旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10由于不使用磁性材料，所以電感低，因此將勵(lì)磁信號(hào)的頻率設(shè)定為較高的值。這與使用磁性材料的定子和轉(zhuǎn)子的高頻特性惡化的問題存在密切相關(guān)的關(guān)系。順帶一提，如市售的扼流圈等那樣，在具有良好的頻率特性的一般的電感部件中，已知呈現(xiàn)諧振狀態(tài)(自諧振)是其阻抗為1KΩ～幾十KΩ左右。在該情況下，無論是哪個(gè)電感值，都以如阻抗成為1KΩ～幾十KΩ左右那樣的頻率達(dá)到諧振，因此可以認(rèn)為是由線圈和線圈自身所產(chǎn)生的線路容量而引起的物理界限。

本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10在從電感的觀點(diǎn)來看的情況下也同樣是進(jìn)行諧振的裝置，為了使得不受由諧振現(xiàn)象造成的電流相位的不穩(wěn)定狀態(tài)的影響，應(yīng)該以足夠低于諧振頻率的頻率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由此，在阻抗值為幾十Ω～幾百Ω左右以下的情況下，可以認(rèn)為不受諧振的影響而作為傳感器來充分地發(fā)揮作用。在此，關(guān)于上述的Z1，嘗試對(duì)將阻抗的界限例如設(shè)為300Ω時(shí)的頻率進(jìn)行逆運(yùn)算。

f＝Z1/2πL≈4.8[MHz]…(8)

即，在旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10中，不受諧振的影響而充分地發(fā)揮作用的頻率原理上約為5MHz左右。另外，關(guān)于傳感器部的線圈設(shè)計(jì)，由于稍微變通是有效的，所以該值并不是絕對(duì)的界限。此外，在阻抗過高的情況下，如果以30[mA_0-P]這樣的電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，則也存在線圈兩端的電壓上升過多而無法完全驅(qū)動(dòng)的問題。即使從這點(diǎn)來看，線圈的阻抗設(shè)定在如成為幾百Ω以下那樣的勵(lì)磁信號(hào)的頻率范圍也是合理的。

[5]的問題

如上所述，在本實(shí)施方式中，由于設(shè)定在比現(xiàn)有技術(shù)高的勵(lì)磁信號(hào)的頻率范圍，所以能夠使與旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)相關(guān)的響應(yīng)頻率提高，可以說是更優(yōu)選的構(gòu)成。

[6]的問題

由于近年來半導(dǎo)體設(shè)備的進(jìn)步，關(guān)于在本實(shí)施方式的檢測(cè)電路中尤為重要的OP放大器，能夠容易地獲得頻帶超過1GHz、小型且低價(jià)的部件。進(jìn)而，關(guān)于在檢測(cè)電路中尤其重要的A/D轉(zhuǎn)換器，也能夠容易地獲得采樣率超過100MHz、小型且低價(jià)的部件。這樣，發(fā)明人針對(duì)有效利用了這些部件的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10，構(gòu)建了以5MHz的勵(lì)磁信號(hào)的頻率進(jìn)行工作的檢測(cè)電路。

圖8示出了此時(shí)供給到勵(lì)磁線圈141、142的勵(lì)磁信號(hào)的頻率和用檢測(cè)線圈211ah～212bh檢測(cè)到的電壓V2(在變?yōu)樽畲笾档霓D(zhuǎn)子位置處的檢測(cè)值)的關(guān)系。如該圖所示，在勵(lì)磁信號(hào)的頻率為10KHz、100KHz、1MHz、5MHz時(shí)，檢測(cè)電壓V2的各個(gè)峰值[mV_0-P]變?yōu)榧s0.06、約0.85、約21.2、約115。這樣，檢測(cè)電壓V2與勵(lì)磁信號(hào)的頻率大致成比例地增加，能夠驗(yàn)證出在1MHz、5MHz的條件下取得足夠大的值。另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，沒有設(shè)定成這樣的高頻，可以認(rèn)為根本不需要將頻率設(shè)定得很高(在現(xiàn)狀下就夠用)從而不被改善也成為一個(gè)原因。

如上所述，在本實(shí)施方式中，將勵(lì)磁信號(hào)的頻率設(shè)定為100KHz以上的高頻，優(yōu)選設(shè)定為100KHz～5MHz，更優(yōu)選設(shè)定為1MHz～5MHz即可。由此，能夠得到現(xiàn)有技術(shù)沒有的效果：即使是不使用磁性材料的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10也能夠協(xié)同地提高作為其傳感器的特性，使響應(yīng)頻率提高等。

[轉(zhuǎn)子線圈的形狀]

如果將轉(zhuǎn)子基板12側(cè)的線圈221～224h設(shè)為正弦曲線狀，則即使在對(duì)于包含檢測(cè)線圈211a～211bh的各線圈任意地設(shè)定了各自的節(jié)距、各基板11、11u、11d間的距離的情況下，也能夠得到所希望的感應(yīng)電壓。即，關(guān)于多層基板11、11u、11d，能夠通過圖案成型來形成如上所述那樣使用電磁線的繞組不能實(shí)現(xiàn)的精度高的特殊的線圈圖案。

關(guān)于這一點(diǎn)，一般的感應(yīng)同步器(商品名)的線圈為矩形波形，但是在應(yīng)用于上述的尺寸形狀(外殼10b直徑，)的情況下，可知輸出變化特性的線性惡化。因此，通過設(shè)計(jì)成與后述的定子基板11u、11d間的距離(參照?qǐng)D2的Gu、Gd)、適宜維持性能的線圈結(jié)構(gòu)(1T和16T傳感器部)相符合的線圈形狀，從而不會(huì)導(dǎo)致材料費(fèi)用、組裝工時(shí)的增加，能夠?qū)崿F(xiàn)線性的改善。

也可以采用在上述存儲(chǔ)器部20中與1T和16T傳感器部不同地預(yù)先儲(chǔ)存檢測(cè)誤差、并將檢測(cè)誤差作為校正值來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度θ的運(yùn)算的結(jié)構(gòu)。但是，在該結(jié)構(gòu)中，通過與傳感器部分開進(jìn)行校正處理，也考慮成本增加等缺點(diǎn)。因此，通過如本實(shí)施方式那樣使線圈221～224h形成為正弦曲線狀，能夠用不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度θ的校正的簡單的結(jié)構(gòu)使線性提高。另外，即使在使線圈221～224h形成為正弦曲線狀的情況下，為了盡可能地減少誤差，也可以進(jìn)行誤差的校正處理。

[基板的配置和“偏移”]

發(fā)明人為了驗(yàn)證在旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10中夾著轉(zhuǎn)子基板12的兩側(cè)的定子基板11u、11d的效果，進(jìn)行了與省略了一側(cè)的定子基板11u(圖2中，上側(cè)的基板11u)的結(jié)構(gòu)相比較的實(shí)驗(yàn)。以下，將前者簡稱為兩側(cè)定子11u、11d，將后者簡稱為一側(cè)定子11d，在圖9中示出了將機(jī)械角360度設(shè)為1節(jié)距的1T傳感器部的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在圖10中示出了將機(jī)械角22.5度設(shè)為1節(jié)距的16T傳感器部的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

此外，將圖2的兩側(cè)定子11u、11d和轉(zhuǎn)子基板12的各相對(duì)面間的距離Gu、Gd均設(shè)定為0.35mm，在圖9、圖10中，用橫軸表示該轉(zhuǎn)子基板12的軸向(在圖2中將上方設(shè)為正方向)的偏移量。此外，在圖9(a)和圖10(a)中，將1T和16T傳感器部的1次信號(hào)(勵(lì)磁信號(hào))的施加電流設(shè)定為接近于實(shí)機(jī)的30[mA_0-P]，示出了此時(shí)的2次信號(hào)(輸出電壓)V2的峰值的電壓[mV_0-P]。

在圖9(a)所示的1T傳感器部的情況下，使用兩側(cè)定子11u、11d和一側(cè)定子11d，輸出電壓V2的大小的差異變得明顯，在轉(zhuǎn)子基板12處于本來的基準(zhǔn)位置(0mm)的情況下，其電壓比變?yōu)?.6倍左右。在圖10(a)所示的16T傳感器部的情況下，使用兩側(cè)定子11u、11d和一側(cè)定子11d，輸出電壓V2也存在較大的差異，在轉(zhuǎn)子基板12處于基準(zhǔn)位置的情況下，其電壓比變?yōu)?.7倍左右。此外，如圖9(a)和圖10(a)所示，可知無論是1T和16T傳感器部的哪一個(gè)，在兩側(cè)定子11u、11d，轉(zhuǎn)子基板12在自基準(zhǔn)位置±0.3mm的范圍內(nèi)偏移，對(duì)輸出信號(hào)V2帶來的影響都少。相對(duì)于此，在一側(cè)定子11d，輸出電壓V2隨著轉(zhuǎn)子基板12遠(yuǎn)離而變小。因此，表示兩側(cè)定子11u、11d和一側(cè)定子11d的輸出電壓V2之比的2次輸出電壓比產(chǎn)生了較大的差異，在1T傳感器部的情況下為6.3倍(參照?qǐng)D9(a))，在16T傳感器部的情況下為7.6倍(參照?qǐng)D10(a))。從該結(jié)果可知，在兩側(cè)定子11u、11d的情況下，與一側(cè)定子11d相比，能夠使輸出電壓V2大幅度增加，即使產(chǎn)生了對(duì)電路板11u、11d、12組裝時(shí)的偏移或由于長時(shí)間使用導(dǎo)致的偏移，也能夠抑制電壓下降，維持其性能。

此外，如圖9(b)所示，在1T傳感器部中，轉(zhuǎn)子基板12的從基準(zhǔn)位置的偏移量與伴隨著該偏移產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角度θ的檢測(cè)誤差大致成比例。在該情況下，在兩側(cè)定子11u、11d，只是產(chǎn)生一側(cè)定子11d的檢測(cè)誤差的1/5以下的檢測(cè)誤差。在圖10(b)的16T傳感器部中，在轉(zhuǎn)子基板12產(chǎn)生了從基準(zhǔn)位置的偏移的情況下，在兩側(cè)定子11u、11d，也收斂于一側(cè)定子11d的檢測(cè)誤差的1/4以下的檢測(cè)誤差。根據(jù)該結(jié)果，在兩側(cè)定子11u、11d的情況下，即使產(chǎn)生了對(duì)基板11u、11d、12組裝時(shí)的偏移或由于長時(shí)間使用導(dǎo)致的偏移，也能夠盡量抑制檢測(cè)誤差來維持檢測(cè)精度，可以說擅長應(yīng)對(duì)軸向的偏移。

[勵(lì)磁電流的相位]

在旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10中，考慮對(duì)通過勵(lì)磁線圈141、142的驅(qū)動(dòng)經(jīng)由旋轉(zhuǎn)變壓器對(duì)轉(zhuǎn)子線圈22進(jìn)行勵(lì)磁從而使檢測(cè)線圈21a、21b感應(yīng)的輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的過程。在該情況下，檢測(cè)線圈21a、21b的輸出信號(hào)即電壓的相位與在勵(lì)磁線圈141、142流動(dòng)的電流的相位一致。

即，首先，關(guān)于檢測(cè)電路側(cè)的輸入阻抗相比于檢測(cè)線圈21a、21b的阻抗設(shè)計(jì)得足夠高，所以在該部分相位不變化。另一方面，在關(guān)于勵(lì)磁側(cè)對(duì)線圈141、142進(jìn)行電壓驅(qū)動(dòng)的情況下，在該處流動(dòng)的“電流的相位”根據(jù)線圈141、142的阻抗來確定。該阻抗是線圈141、142的“電阻”成分和“由電感產(chǎn)生的電抗”成分的合成值(參照?qǐng)D11(b))。在多層基板11u、11d中的線圈141、142的情況下，相對(duì)于電感值，電阻值沒有小到能夠忽略的程度。即，關(guān)于在線圈141、142流動(dòng)的電流，與電阻成分能夠忽略的理想的電感器不同，不會(huì)變成相對(duì)于線圈141、142兩端的驅(qū)動(dòng)電壓延遲了90度相位的波形。

與本實(shí)施方式不同，在使用了一般的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的系統(tǒng)中，采取將勵(lì)磁信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)、對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行同步整流的方法。在該同步整流處理中，基準(zhǔn)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)的相位關(guān)系也成為用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度θ的重要信息，在如上述那樣相位發(fā)生偏移的情況下，如果使基準(zhǔn)信號(hào)側(cè)的相位進(jìn)行必要量的偏移，似乎可以解決相關(guān)的問題。但是，在該情況下，當(dāng)線圈的電阻成分根據(jù)傳感器元件的周圍溫度的變化而變化時(shí)(參照?qǐng)D11的(b)的ΔR)，勵(lì)磁電流的相位也會(huì)隨之發(fā)生偏移。該偏移的相位的量直接成為檢測(cè)電路側(cè)的電壓相位的偏移而發(fā)生，其結(jié)果是，旋轉(zhuǎn)角度θ的數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏移。

因此，如圖11(a)所示，在本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10中，關(guān)于勵(lì)磁側(cè)，使用將對(duì)線圈141、142的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)為恒定的恒定電流驅(qū)動(dòng)電路50進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。因此，即使線圈141、142的電阻成分根據(jù)周圍溫度的變化而變化，也能夠通過勵(lì)磁線圈141、142的恒流驅(qū)動(dòng)(控制器17的恒流控制)進(jìn)行其補(bǔ)償，將勵(lì)磁電流的相位作為已知的部分來處理。這樣的與溫度變化相關(guān)的補(bǔ)正也能夠通過恒壓驅(qū)動(dòng)來進(jìn)行。另外，為了對(duì)勵(lì)磁線圈141、142的勵(lì)磁電流的相位進(jìn)行檢測(cè)，也能夠使用對(duì)到零交叉點(diǎn)為止的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器來進(jìn)行溫度校正，但在上述恒流驅(qū)動(dòng)的情況下，能夠使用不需要這樣的檢測(cè)電路的簡單結(jié)構(gòu)來提高檢測(cè)精度。

<脈沖編碼器功能>

旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10中的觸點(diǎn)輸出電路23除了具有上述的電子凸輪功能、限速檢測(cè)功能之外，還能夠利用絕對(duì)數(shù)據(jù)而具有作為脈沖編碼器的功能。脈沖編碼器是由觸點(diǎn)輸出電路23輸出A相、B相、Z相的脈沖信號(hào)的裝置。這些輸出中，Z相是表示每旋轉(zhuǎn)1周輸出的基準(zhǔn)位置的脈沖，以下對(duì)A相和B相的脈沖的生成方法進(jìn)行概述。

上述控制器17將1T傳感器部或16T傳感器部的數(shù)字位置信號(hào)作為圖12(a)所示的傳感器數(shù)據(jù)而輸出到差分運(yùn)算電路51。差分運(yùn)算電路51以一定周期讀入相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)前周期的傳感器數(shù)據(jù)和1周期前的傳感器數(shù)據(jù)的差分進(jìn)行運(yùn)算，并輸出到后級(jí)的脈沖轉(zhuǎn)換電路52。此外，差分運(yùn)算電路51基于計(jì)算出的差分對(duì)軸10a的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行辨別，將該旋轉(zhuǎn)方向辨別信號(hào)輸出到脈沖產(chǎn)生電路53。

脈沖轉(zhuǎn)換電路52基于所輸入的差分轉(zhuǎn)換成如圖12(b)那樣按一定周期變得均等的均衡脈沖。然后，脈沖產(chǎn)生電路53基于所輸入的均衡脈沖和旋轉(zhuǎn)方形辨別信號(hào)來生成A相的脈沖信號(hào)，并且生成相對(duì)于該A相延遲了1/4周期的B相的脈沖信號(hào)。采用如下結(jié)構(gòu)：這些A相、B相的脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)設(shè)定、即旋轉(zhuǎn)量與產(chǎn)生的脈沖數(shù)之比即脈沖重復(fù)頻率使用外部的設(shè)定操作部(省略圖示)設(shè)定為經(jīng)由上述現(xiàn)場(chǎng)總線19a輸入的任意的值。

與上述結(jié)構(gòu)不同，在使用光學(xué)類的傳感器的一般的脈沖編碼器的情況下，由于使用直接連接于軸的圓盤狀的玻璃，因此如果施予沖擊則可能有破損的風(fēng)險(xiǎn)。此外，光學(xué)類的發(fā)光元件和受光元件的壽命比較短，由于熱的影響而進(jìn)行劣化。伴隨于此，也會(huì)產(chǎn)生未輸出脈沖、脈沖的占空比變得不是50％的情況。進(jìn)而，如果光學(xué)類的部分結(jié)露，或侵入粉塵等，則存在立即進(jìn)行錯(cuò)誤工作、變得無法使用等問題。

關(guān)于這一點(diǎn)，本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10能夠不使用現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)類的傳感器，而作為基于絕對(duì)數(shù)據(jù)將A相、B相、Z相的脈沖信號(hào)進(jìn)行輸出的脈沖編碼器來發(fā)揮作用。由此，構(gòu)成為耐久性優(yōu)異的裝置，能夠延長壽命，并能夠解決上述的問題。此外，旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10構(gòu)成為能夠基于從上述設(shè)定操作部輸入的設(shè)定值進(jìn)行脈沖重復(fù)頻率的設(shè)定變更。因此，作為制造設(shè)備的備用配件，不需要如以往那樣按脈沖重復(fù)頻率準(zhǔn)備多種配件，能夠采用通用性優(yōu)良的裝置。

如以上說明的那樣，本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10在基于通過轉(zhuǎn)子線圈22被勵(lì)磁信號(hào)勵(lì)磁而在檢測(cè)線圈21a、21b感應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)，對(duì)轉(zhuǎn)子基板12和定子基板11u、11d的相對(duì)的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)構(gòu)的情況下，勵(lì)磁信號(hào)的頻率設(shè)定得比在分別使用磁性材料構(gòu)成了轉(zhuǎn)子和定子的情況下所要求的規(guī)定頻率高。

由此，轉(zhuǎn)子基板12和定子基板11u、11d使用了比磁性材料的材質(zhì)輕的多層基板，因此能夠大幅度降低其重量。此外，轉(zhuǎn)子線圈22和檢測(cè)線圈21a、21b能夠在多層基板中容易地形成為制造偏差少的線圈圖案。并且，通過勵(lì)磁信號(hào)的頻率設(shè)定得比在分別使用磁性材料構(gòu)成了轉(zhuǎn)子和定子的情況下所要求的規(guī)定頻率高，從而能夠補(bǔ)充由于不使用磁性材料導(dǎo)致的電磁耦合度的降低。進(jìn)而，能夠消除磁性材料的飽和特性等的影響，能夠使檢測(cè)精度提高。

將上述勵(lì)磁信號(hào)設(shè)定成100KHz以上的高頻。由此，能夠使在檢測(cè)線圈21a、21b感應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)成為增強(qiáng)的信號(hào)，也能夠提高抗噪性。

以使用上述一對(duì)定子基板11u、11d夾著轉(zhuǎn)子基板12，并且使一對(duì)定子基板11u、11d與轉(zhuǎn)子基板12分別相對(duì)的方式配置。由此，與使用一個(gè)定子基板11d的情況相比，能夠使檢測(cè)信號(hào)大幅度增加。此外，即使產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)子基板12、定子基板11u、11d組裝時(shí)的偏移或由于長時(shí)間使用導(dǎo)致的偏移，也能夠抑制檢測(cè)信號(hào)的降低、檢測(cè)誤差。

上述轉(zhuǎn)子線圈22(1節(jié)距線圈221～224和16節(jié)距線圈221h～224h)用相對(duì)于轉(zhuǎn)子基板12形成正弦曲線狀的圖案來形成。由此，相比于將轉(zhuǎn)子線圈22形成為矩形波形形狀的情況，能夠使轉(zhuǎn)子基板12的旋轉(zhuǎn)位置和輸出值的線性提高。

本發(fā)明不只限于上述的或者附圖所記載的實(shí)施方式，能夠進(jìn)行各種變形或擴(kuò)展。

也可以采用對(duì)軸10a的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和旋轉(zhuǎn)角度同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)的多次旋轉(zhuǎn)檢測(cè)型的結(jié)構(gòu)。在該情況下，例如通過在軸10a設(shè)置減速齒輪，其每旋轉(zhuǎn)1周遞增計(jì)數(shù)，從而對(duì)旋轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。在該多次旋轉(zhuǎn)檢測(cè)型的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器10中，也可以采用如下結(jié)構(gòu)：具有上述的電子凸輪功能、限速檢測(cè)功能，能夠通過上述外部設(shè)備經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線19a進(jìn)行對(duì)與凸輪開關(guān)信號(hào)相關(guān)的旋轉(zhuǎn)角度θ、與每規(guī)定時(shí)間的旋轉(zhuǎn)次數(shù)的測(cè)量值相關(guān)的規(guī)定閾值的設(shè)定變更。

由此，獲得如下與上述實(shí)施方式相同的效果，即：關(guān)于電子凸輪功能，能得到高速響應(yīng)性，與機(jī)械凸輪不同，能夠簡單地進(jìn)行接通、斷開的定時(shí)的設(shè)定等。此外，關(guān)于限速檢測(cè)功能，控制器17基于上述檢測(cè)信號(hào)對(duì)每規(guī)定時(shí)間的旋轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行測(cè)量，輸出根據(jù)該旋轉(zhuǎn)次數(shù)的測(cè)量值與規(guī)定閾值的比較結(jié)果進(jìn)行通斷的開關(guān)信號(hào)。因此，旋轉(zhuǎn)速度的計(jì)算變得極其簡單且高精度。此外，獲得能夠與網(wǎng)絡(luò)等獨(dú)立地進(jìn)行高速的通斷控制、能夠構(gòu)建可靠性高的系統(tǒng)等的與上述實(shí)施方式相同的效果。

此外，各基板11u、11d、12的形狀、尺寸不限定于上述方式，例如能夠進(jìn)行使層L1～L4的數(shù)量增減等的適當(dāng)變更來實(shí)施。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

如上所述，本發(fā)明對(duì)旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器是有用的。