本發(fā)明涉及一種用于檢測轉(zhuǎn)子和定子之間的相對的旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)檢測器。

背景技術(shù)：

圖13示出以往使用的旋轉(zhuǎn)檢測器的結(jié)構(gòu)。如該圖所示，旋轉(zhuǎn)檢測器1具有作為固定構(gòu)件的定子2和相對于定子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相對的相對面上隔著絕緣片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)檢測器1具有用于對轉(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精度、同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化的旋轉(zhuǎn)檢測器。

用于解決課題的方案

權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)檢測器，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)磁而在上述檢測線圈感應(yīng)的檢測信號(hào)，對上述轉(zhuǎn)子基板和上述定子基板的相對的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測的結(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)檢測器的勵(lì)磁信號(hào)的頻率和檢測信號(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)檢測器的縱向剖視圖。

附圖標(biāo)記說明

10表示旋轉(zhuǎn)檢測器，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)檢測器10，參照附圖對應(yīng)用于FA(FactoryAutomation：工廠自動(dòng)化)的現(xiàn)場網(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)檢測器10的外殼10b和旋轉(zhuǎn)的軸10a。如該圖所示，旋轉(zhuǎn)檢測器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)的檢測電路基板15上安裝有控制器17?？刂破?7是例如由微型計(jì)算機(jī)、FPGA(Field Programmable Gate Array：現(xiàn)場可編程門陣列)、DSP(Digital Signal Processor：數(shù)字信號(hào)處理器)等構(gòu)成的控制電路，對檢測器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)檢測器10作為工廠內(nèi)的制造設(shè)備中的各種測量、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)場總線I/F)19經(jīng)由現(xiàn)場總線19a被傳輸?shù)缴鲜鯬LC。這樣在本實(shí)施方式中，將如旋轉(zhuǎn)檢測器10那樣的各種測量、控制設(shè)備作為現(xiàn)場設(shè)備，現(xiàn)場總線19a使用一種電纜連接了這些現(xiàn)場設(shè)備和上級(jí)現(xiàn)場設(shè)備(例如PLC)。通過該現(xiàn)場網(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)場總線19a上共存。另外，現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)可以利用通用的以太網(wǎng)(注冊商標(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)場設(shè)備為了用現(xiàn)場網(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電路的一體化和現(xiàn)場網(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(參照圖3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)成為參照作為絕對數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)角度θ使與由用戶設(shè)定的角度對應(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。在不改變該設(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)場設(shè)備經(jīng)由現(xiàn)場總線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)行輸出的限速檢測功能。在此，限速檢測功能是在軸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對使用由自身具有的晶體振蕩器生成的時(shí)鐘信號(hào)來測量的每規(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生成絕對數(shù)據(jù)，此外，檢測信號(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)場總線19a按旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定多個(gè)閾值，在不改變該設(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)檢測器10也正常地發(fā)揮限速檢測功能(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相對于外殼10b安裝在圖2中上下2處。這一對定子基板11由于使用上下對稱地配置的大致相同結(jié)構(gòu)的基板，因此以下對上側(cè)的基板標(biāo)注符號(hào)“11u”，對下側(cè)的基板標(biāo)注符號(hào)“11d”，對各自的構(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)的檢測線圈211a、211b、211ah、211bh。其中接近內(nèi)周的檢測線圈211a、211b對應(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360度的量的絕對位置進(jìn)行檢測的線圈。接近外周的檢測線圈211ah、211bh對應(yīng)于后述的16節(jié)距線圈，是用于以高分辨率對旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測的線圈。

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。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的檢測線圈211a～212b及211ah～212bh對應(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(參照圖3)，以機(jī)械角將360度的量(一周)設(shè)為1節(jié)距。圖4(b)的一對檢測線圈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)樽畲蟆Ｔ摳袘?yīng)電壓隨著向轉(zhuǎn)子基板12的旋轉(zhuǎn)方向(參照圖4(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之間的相對位置(相對角度)的差設(shè)為θ的情況下，在檢測線圈211a，與cosθ成比例，而在檢測線圈211b，與sinθ成比例。因此，感應(yīng)電壓的變化與兩個(gè)線圈211a、211b存在由相對角度確定的唯一關(guān)系，所以通過對該檢測線圈211a、211b所感應(yīng)的電壓進(jìn)行檢測，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(參照圖3)，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)行絕對的位置檢測的區(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)的檢測線圈211ah、211bh中的一個(gè)線圈211bh相對于16節(jié)距線圈221h偏移了1/4節(jié)距。此外，檢測線圈211ah、211bh相互之間偏移了1/4節(jié)距，因此在檢測線圈211ah，檢測出與Cos(αθ)成比例的感應(yīng)電壓，在檢測線圈211bh，檢測出與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，從而檢測軸10a的旋轉(zhuǎn)角度θ來作為以下說明的絕對數(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，作為絕對值能夠檢測的范圍、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周絕對傳感器，成為以機(jī)械角對360度/(4096×16)的旋轉(zhuǎn)的變化進(jìn)行檢測的旋轉(zhuǎn)檢測器10。

由此，用1T傳感器部和16T傳感器部同時(shí)檢測，能夠以高精度、高分割數(shù)對軸10a的1周進(jìn)行絕對檢測。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信號(hào)。

[2]與本實(shí)施方式不同，旋轉(zhuǎn)傳感器與其檢測電路(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次檢測電路即2次側(cè)感應(yīng)的檢測電壓V2相對于上述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]，對傳感器部進(jìn)行勵(lì)磁的情況下，檢測電壓變?yōu)?.56[mV_0-P]。關(guān)于這一點(diǎn)，檢測電壓進(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，對放大器的噪聲加以簡單的考察。關(guān)于放大檢測電壓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，相對于工作頻率需要足夠?qū)挼膸?。關(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)_等也對信號(hào)造成影響。

作為這種問題的對策，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)檢測器10，由于將傳感器部和包含控制器17的檢測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)明人針對有效利用了這些部件的旋轉(zhuǎn)檢測器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)的頻率和用檢測線圈211ah～212bh檢測到的電壓V2(在變?yōu)樽畲笾档霓D(zhuǎn)子位置處的檢測值)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，則即使在對于包含檢測線圈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(參照圖2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)存檢測誤差、并將檢測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，對輸出信號(hào)V2帶來的影響都少。相對于此，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(參照圖9(a))，在16T傳感器部的情況下為7.6倍(參照圖10(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的檢測誤差的1/5以下的檢測誤差。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的檢測誤差的1/4以下的檢測誤差。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誤差來維持檢測精度，可以說擅長應(yīng)對軸向的偏移。

[勵(lì)磁電流的相位]

在旋轉(zhuǎn)檢測器10中，考慮對通過勵(lì)磁線圈141、142的驅(qū)動(dòng)經(jīng)由旋轉(zhuǎn)變壓器對轉(zhuǎn)子線圈22進(jìn)行勵(lì)磁從而使檢測線圈21a、21b感應(yīng)的輸出信號(hào)進(jìn)行檢測的過程。在該情況下，檢測線圈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)于檢測電路側(cè)的輸入阻抗相比于檢測線圈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(參照圖11(b))。在多層基板11u、11d中的線圈141、142的情況下，相對于電感值，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)檢測器的系統(tǒng)中，采取將勵(lì)磁信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)、對檢測信號(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)和檢測信號(hào)的相位關(guān)系也成為用于檢測旋轉(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)(參照圖11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)檢測器10中，關(guān)于勵(lì)磁側(cè)，使用將對線圈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，為了對勵(lì)磁線圈141、142的勵(lì)磁電流的相位進(jìn)行檢測，也能夠使用對到零交叉點(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電路的簡單結(jié)構(gòu)來提高檢測精度。

<脈沖編碼器功能>

旋轉(zhuǎn)檢測器10中的觸點(diǎn)輸出電路23除了具有上述的電子凸輪功能、限速檢測功能之外，還能夠利用絕對數(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)磁而在檢測線圈21a、21b感應(yīng)的檢測信號(hào)，對轉(zhuǎn)子基板12和定子基板11u、11d的相對的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測的結(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，能夠使在檢測線圈21a、21b感應(yīng)的檢測信號(hào)成為增強(qiáng)的信號(hào)，也能夠提高抗噪性。

以使用上述一對定子基板11u、11d夾著轉(zhuǎn)子基板12，并且使一對定子基板11u、11d與轉(zhuǎn)子基板12分別相對的方式配置。由此，與使用一個(gè)定子基板11d的情況相比，能夠使檢測信號(hào)大幅度增加。此外，即使產(chǎn)生對轉(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，也能夠抑制檢測信號(hào)的降低、檢測誤差。

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。

也可以采用對軸10a的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和旋轉(zhuǎn)角度同時(shí)進(jìn)行檢測的多次旋轉(zhuǎn)檢測型的結(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)，從而對旋轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。在該多次旋轉(zhuǎn)檢測型的旋轉(zhuǎn)檢測器10中，也可以采用如下結(jié)構(gòu)：具有上述的電子凸輪功能、限速檢測功能，能夠通過上述外部設(shè)備經(jīng)由現(xiàn)場總線19a進(jìn)行對與凸輪開關(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)于限速檢測功能，控制器17基于上述檢測信號(hào)對每規(guī)定時(shí)間的旋轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行測量，輸出根據(jù)該旋轉(zhuǎn)次數(shù)的測量值與規(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)明對旋轉(zhuǎn)檢測器是有用的。