专利名称：转角检测传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转角检测传感器，该转角检测传感器用于检测转动体的位置，例如电动机的转子的位置。
背景技术：
在无刷直流电动机中，通过转换定子中的电流的方向进行整流控制 (rectification control) 0为了进行此种整流控制，需要获得转子的角度信息，因此设置 用于检测转子的角度的角度传感器(例如，参见专利文献1)。一般地，角度传感器基于检测转子的永磁体的磁场的方法。相反地，在需要更微细的控制的情况下，使用如专利文献1公开的基于涡电流损 耗原理的转角检测传感器。[专利文献1]德国实用新型202006 008 962 Ul。
发明内容
在专利文献1公开的现有技术中，由导体图案(conductorpattern)构成的编码器 结构被设置在转子上，并且由电感元件(inductance element)构成的转角传感器被设置成 与编码器结构相对。此外，编码器结构的导体图案的宽度周期性地变化，从而当向电感元件施加信号 电流时，由于产生于编码器结构中的涡电流，电感的损耗被有目的的改变，从而能够检测角
度{曰息。在专利文献1中公开的现有技术中，转角传感器由多个具有相同形状的线圈构 成，其中沿以转子的转轴作为中心的圆周以相同的间隔彼此分开地布置线圈。因此，当试图减小传感器的直径或者增加导体图案的周期数时，相邻线圈之间的 连接变得密集。因此，由于相邻的线圈之间的连接的影响，磁场将变化，因此将造成检测结果出现 误差，从而降低传感器的精度。为此，在减小传感器的直径和增加周期数方面存在限制。为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够小型化的转角检测传感器。根据本发明的一个方面的转角检测传感器包括转动体；由导体图案构成的编码 器结构，其中导体图案以能够与转动体一起转动的方式被安装到转动体，编码器结构具有 η (η表示正整数)个均包括了从相位0°至相位360°的相周期，各个相通过使导体图案的 宽度周期性地改变形成；传感器主体，其具有多个电感元件并且设置成有间隔地与编码器 结构相对，其中，编码器结构的相的周期数η是等于或大于3的正整数，多个电感元件的相 邻两个之间均具有90°的相位差，以编码器结构的至少1/2相的间隔彼此分开地布置两个 相邻的电感元件。利用根据本发明的转角检测传感器，因为设置有编码器结构和传感器主体，其中，编码器结构具有η个均包括了从相位0°至相位360°的相周期，并且每个相均通过使导体 图案的宽度周期性地改变来形成，传感器主体具有多个电感元件并且布置成有间隔地与编 码器结构相对，所以能够通过传感器主体的电感元件检测到编码器结构的导体图案的宽度 的周期性变化。因此，可以根据检测结果检测转动体的转角。
此外，在根据本发明的转角检测传感器中，多个电感元件两两之间具有90°的相 位差，并且以编码器结构的至少1/2相的间隔彼此分开地布置相邻的两个电感元件。利用 此种结构，与电感元件以1/4相的间隔全部布置于编码器的结构相比较，能够增大相邻的 两个电感元件之间的距离。根据本发明，因为能够增大相邻的两个电感元件之间的距离，所以能够减少两个 相邻的电感元件之间的相互作用，因此能够抑制检测结果中出现误差。因此，根据本发明能够提高传感器的精度。此外，根据本发明，在减小编码器结构的图案部的直径和/或增加编码器结构的 周期(相)数的情况下，能够保证相邻的电感元件之间的足够的距离，因此能够获得高的精度。因此，可以减小图案部的直径，因此减小整个传感器的尺寸。
图IA和图IB是示意性地示出具有根据本发明的实施方式的传感器的电动机的结 构的图，其中图IA是示意性地示出根据本发明的上述实施方式的转角检测传感器的图(平 面图)，图IB是从图IA中的箭头A的方向看时的侧视图。图2是示出图IA和图IB的转子的平面图。图3是示出图1Α、图IB和图2的编码器结构的平面图。图4Α和图4Β是示意性地示出图IA和图IB的传感器的主要部分(包括传感器主 体)的结构的图。图5是示出传感器系统的电路结构的示例的电路图。图6是示出在减小图案部的直径的情况下图4Α的结构的整体配置的图。图7是示出在增加周期数的情况下图4Α的结构的整体配置的图。图8Α和图8Β是示意性地示出根据本发明的另一种实施方式的转角检测传感器的 结构的图。图9是示意性地示出根据比较例的传感器主体的结构的图(即，主要部分的放大 平面图)。图10是示出图9的线圈和导体图案彼此面对的状态的图。图IlA是示出图10的线圈和导体图案的整体配置的图。图IlB是图IlA的传感 器主体的平面图。图12是示出在减小图案部的直径的情况下的比较例的结构的整体配置的图。图13是示出在增加周期数的情况下比较例的结构的整体配置的图。附图标记说明1 转轴2 转子
3 编码器结构4 传感器主体C1、C2、C3、C4 线圈
具体实施例方式图IA和图IB是示意性地示出根据本发明的实施方式的转角检测传感器的结构的 图。图IA是平面图，图IB是从图IA中的箭头A所示的方向看时的侧视图。如图IA和图IB所示，圆板状转子2被安装到杆状转轴1。转子2如图IB中的箭头R所示地绕转轴1转动。此外，由导体图案构成的编码器结构3形成于转子2的表面上。此外，转角检测传感器的传感器主体4设置成与转子2的形成有编码器结构3的 表面相对。传感器主体4是C形构件，其沿以转轴1为中心的圆弧延伸。此外，由图中未示出 的构件固定传感器主体4，并且以编码器结构3的位置相对于传感器主体4变化的方式来构 造转子2的编码器结构3。此外，编码器结构3和传感器主体4构成用于检测转子2的转角的传感器。图2是示出图IA和图IB中的转子2的平面图。此外，图3是示出编码器结构3 的导体图案的细节的平面图。如图2所示，编码器结构3的导体图案的宽度相对于转子2的转角按照三角函数 变化。当转子2转动时，编码器结构3的导体图案的宽度在特定位置处周期性变化。图2也示出了导体图案的宽度的周期性变化的一个相(phase)( 一个周期)的范 围。因为由三个相构成一周(onecycle) (360° )，所以一个相等于120°。此外，如图3所示，以点划线所示的具有直径D的圆作为中心，编码器结构3的导 体图案的内侧和外侧均按照三角函数变化。因此，导体图案的宽度W也按照三角函数变化。 因为编码器结构3的导体图案的宽度W变化，所以当向电感元件施加信号电流时由产生的 磁通引起的涡电流也变化。通过对根据涡电流损耗变化的电感进行运算操作，可以检测转 子2的转角θ。用于形成编码器结构3的导体图案的材料的示例包括例如铝、钢、铜、配线板、导 电箔以及诸如包含金属的塑料等的导电材料。导体图案不必须由磁性材料制成。优选地，根据配置有编码器结构3的转子2的条件(诸如结构，直径等)，分别确定 编码器结构3的图案部的直径D和编码器结构3的周期数(即，周期的个数)η。接着，在说明根据本实施方式的传感器主体4的结构之前，首先将说明根据用于 本实施方式的比较例的传感器主体4的结构。图9是示意性地示出根据比较例的传感器主体4的结构的图(即，主要部分的放 大平面图)。如图9所示，均由具有矩形螺旋形状的导体形成的四个导体图案线圈C1、C2、C3和 C4形成于诸如印刷电路板等的基板11上。线圈C1、C2、C3和C4 均构成空心线圈。传感器主体4的四个图案线圈Cl、C2、C3和C4分别构成第一线圈Cl、第二线圈CN 101868696 A
说明书
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C2、第三线圈C3和第四线圈C4。图10示出了比较例的线圈CI、C2、C3和C4和编码器结构3的导体图案彼此相对的状态。线圈CI、C2、C3和C4以编码器结构3的导体图案的宽度的周期性变化的1/4相 (即，90°的相位差)的间隔彼此分开布置。换句话说，第一线圈C1、第二线圈C2、第三线圈 C3和第四线圈C4以90°的相位差按顺序布置。因此，以180°的相位差布置第二线圈C2和第四线圈C4这两个线圈以及第一线圈 C1和第三线圈C3这两个线圈。此外，第一线圈C1和第三线圈C3形成180°的相角偏移(phase angle offset)， 第二线圈C2和第四线圈C4形成180°的相角偏移。因此，可以产生诸如差分信号等的信号，并且使用此信号检测转子2的绝对位置。 此外，也可以检测编码器结构3的导体图案的移动方向，即，转子2的转动方向(顺时针方 向或逆时针方向)。各线圈C1、C2、C3和C4的空芯部的长度尺寸L被设定成比编码器结构3的导体图 案的最大宽度Wmax大。因为此种尺寸关系，所以当从各线圈C1、C2、C 3和C4中产生磁通 时，能够提高编码器结构3中产生的涡电流的强度，因此能够提高检测精度。图11A示出了比较例的线圈C1、C2、C3和C4和导体图案的整体配置。在图11A 中，由虚线标示传感器主体4的外边缘。图11A示出了第一线圈C1在导体图案的宽度最小的位置与编码器结构3的导体 图案面对的状态，也就是，第一线圈C1从图10所示的配置状态移动1/4周期的状态。此外， 图11B示出了从图11A中取出的传感器主体4。以下将基于下面的定义进行说明在编码器结构3的导体图案中，宽度最小的位 置是相位0°，宽度最大的位置是相位180°，一个相从相位0°至相位360°。在图11A中，编码器结构(导体图案)3的一个相的角度Xp是120°，如图2所示。四个线圈C1、C2、C3和C4以被收纳于与编码器结构3的一个相相对应的部位的方 式布置于传感器主体4上。此外，如图11A所示，当第一线圈C 1处于与编码器结构3的相位0°相对应的位 置时，第二线圈2将处于与编码器结构3的相位90°相对应的位置处，第三线圈3将处于 与编码器结构3的相位180°相对应的位置处，第四线圈4将处于与编码器结构3的相位 270°相对应的位置处。一般地，当周期数是n时，编码器结构3的图案的一个相的角度Xp是Xp = 2 Ji / n。此外，相邻线圈之间的角度Xmn 是Xmn = Xp/4 = 2 ji / (4n) = ji / (2n)。此外，相邻线圈之间的距离(线圈中心之间的距离)Smn是Smn = D sin(Xmn/2) =D sin(Ji/(4n))在图11A所示的情况下，周期数n = 3，因此Xp、Xmn和Smn分别是Xp = 2 ji /3 ； Xmn = /6 ;Smn = D sin (/12)。因此，第一线圈C 1和第二线圈C2之间的角度XI、第二线圈C2和第三线圈C3之 间的角度X2、第三线圈C3和第四线圈X4之间的角度X3是X1 = X2 = X3 = Xmn = ji /6。
6此外，第一线圈C1和第二线圈C2之间的距离S1是S1 = Smn = D sin(ji /12)。然而，在上述比较例的结构中，如图12所示，当在不改变周期数n的情况下减小编 码器结构3的图案部的直径D时，相邻的线圈之间的距离将变小。图12所示的情况中的编码器结构3的图案部的直径D1和图11A的图案部的直径 D之间的关系是:D1 = D/2。在此情况下，第一线圈C1和第二线圈C2之间的距离SI是SI = D1 Sin(Ji/12) =(D/2) Sin(Ji/12)，也就是图11A示出的情况下的线圈之间的距离的1/2。在此情况下，与图11的情况类似，两个相邻的线圈C1和C2、两个相邻的线圈C2和 C3、以及两个相邻的线圈C3和C4以1/4相的间隔(BP,90°的相位差)彼此分开地布置。顺便提及，一般能够以下面的公式表示减小的图案部的直径D1 Dl = k D(其中，0 < k 彡 1)此时相邻的线圈之间的距离能够由下面的公式表示Slmn = D1 sin( ji /4n) = k Smn因此，当在不改变周期数n的情况下减小编码器结构3的图案部的直径D时，因为 相邻的线圈之间的距离也将变小，所以由于上述的相邻线圈之间的相互作用，将导致检测 结果出现误差，因此将降低传感器的精度。另一方面，在上述比较例的结构中，如图13所示，当在不改变编码器结构3的图案 部的直径D的情况下增加周期数n时，相邻线圈之间的距离将变小。在图13的情况下，周期数n2变成和图11A的周期数n = 3的两倍一样多，即，周 期数n2变成n2 = 6。在此情况下，图案的周期将是Xp = 2 Ji /6 = Ji /3，第一线圈C1和第二线圈C2之 间的角度将是X1= Ji/(2.n2) = Ji/(12)，两者都是图11A所示的情况的值的1/2。因此，第一线圈C1和第二线圈C2之间的距离S1也将减小为S1 = D-sin(Xl/2) =D sin(Ji/24)0在此情况下，与图11A和图11B的情况类似，以1/4相的间隔(BP,90°的相位差) 彼此分开地布置两个相邻的线圈C1和C2、两个相邻的线圈C2和C3、以及两个相邻的线圈 C3 禾P C4。顺便提及，在增加周期数n2的情况下，一般地，可由下面的公式表示相邻的线圈 之间的距离S2 S2mn = D sin (3i/(4 n2))当周期数n2变大时，相邻的线圈之间的距离S2变小。因此，当在不改变编码器结构3的图案部的直径D的情况下增加周期数n时，因为 相邻线圈之间的距离也变小，所以由于上述的相邻线圈之间的相互作用，将导致检测结果 出现误差，因此将降低传感器精度。此外，在减小图案部的直径D和增加周期数n的情况下，因为进一步减小了相邻的 线圈之间的距离，所以传感器的精度降低的问题将很明显。如上所述，在比较例的结构中，当减小直径D和/或增加周期数n时，相邻线圈之 间的距离将减小，并且相邻线圈之间的连接将密集(dense)，结果，传感器的精度将降低。为此，在发展具有减小的图案部直径和/或增加的周期数的传感器方面存在限制。本实施方式的目的是减缓这种限制，本实施方式的特征在于传感器主体4的四个 线圈C1、C2、C3和C4的布置。图4A和图4B是示意性地示出了本实施方式的主要部分(包括传感器主体4)的 结构的图。图4A是以与图IlA类似的方式示出整体配置的图。在图4A中，传感器主体4 的外边缘由虚线示出。图4B是图4A的传感器主体4的平面图。图4A示出了第一线圈Cl在导体图案的宽度最小的位置处与编码器结构3的导体 图案面对的状态。此外，虽然未示出，但是编码器结构3的导体图案的图案部的直径与图IlA的直径 相等。具体地，在图IlA和图IlB中，以90°的相位差彼此相邻地布置的两个线圈Cl和 C2、两个线圈C2和C3以及两个线圈C3和C4在如图4A和图4B所示的本实施方式中被分
开布置。在图IlA和图IlB中，第一线圈Cl、第二线圈C2、第三线圈C3和第四线圈C4以这 个顺序顺时针地布置。相反地，在本实施方式中，第一线圈Cl、第三线圈C3、第二线圈C2和第四线圈C4 以这个顺序顺时针地布置。与图IlA和图IlB相比，第二线圈C2和第四线圈C4均被移到下一个相的相位相 同的位置处，而第一线圈Cl和第三线圈C3均停留在原来的位置。此外，以1/2相(120° )的间隔(即，60°的间隔)彼此分开地布置第一线圈Cl 和第三线圈C3，以3/4相(120° )的间隔(即，90°的间隔)彼此分开地布置第三线圈C3 和第二线圈C2，以1/2相(120° )的间隔(即，60°的间隔)彼此分开地布置第二线圈C2 和第四线圈C4，以5/4相的间隔(即，150°的间隔)彼此分开地布置第四线圈C4和第一线 圈Cl。换句话说，以1/2相以上的间隔(即，60°以上的间隔)彼此分开地布置相邻的两 个线圈(即，两个相邻的线圈Cl和C3，两个相邻的线圈C3和C2，两个相邻的线圈C2和C4， 两个相邻的线圈C4和Cl)，此间隔是图IlA和图IlB中所示的情况下的间隔的两倍以上。与图9所示的比较例类似，可以通过在诸如印刷电路板等的基板11上形成四个线 圈C1、C2、C3和C4而构造传感器主体4和四个线圈C1、C2、C3和C4，其中，各图案线圈均由 具有矩形螺旋形状的导体形成。例如，铜箔等被用作线圈的导体。顺便提及，线圈的形状不限于矩形螺旋形状，而是可以为诸如圆角矩形(rounded square)螺旋形状、椭圆螺旋形等其他形状。至于基板11和线圈C1、C2、C3和C4的结构，可以采用下面的任意一种结构基板 11和线圈Cl、C2、C3和C4被收纳于传感器主体4中的结构；基板11和线圈Cl、C2、C3和 C4被配置于传感器主体4的转子2 —侧的表面的结构；基板11和线圈Cl、C2、C3和C4被 配置于传感器主体4的与转子2相反的一侧的表面的结构。特别地，如果采用基板11和线 圈Cl、C2、C3和C4被配置于传感器主体4的转子2 —侧的表面的结构，性能会比较好。优选地，在传感器主体4 上的没有布置线圈Cl、C2、C3和C4的图中的空白区域配 置各种电路(诸如中央运算处理电路、外围电路等)、组件、配线等。
因此，在图4A和图4B所示的实施方式中，因为可以在线圈之间的扩大的间隔内配 置附加电路，所以能够提高传感器的功能和性能。在本实施方式中，由传感器主体4的四个线圈Cl、C2、C3和C4构成具有第一线圈 Cl和第二线圈C2的第一传感器系统SSl (参见图5)和具有第三线圈C3和第四线圈C4的 第二传感器系统SS2 (参见图5)。此外，例如，通过将第一传感器系统SSl的两个线圈Cl和C2互相并联连接以及将第二传感器系统SS2的两个线圈C3和C4互相并联连接，而构成用于检测来自各传感器系 统SSl和SS2的信号的电路。图5是示出被构造成用于获得检测电路的传感器系统的电路结构的示例的电路 图。在图5所示的电路图中，由共振电路构成第一传感器系统SS1，其中通过使第一线 圈Cl (第二线圈C2同样)与电容器Ca串联而形成该共振电路。由共振电路构成第二传感 器系统SS2，其中通过使第三线圈C3 (第四线圈C4同样)与电容器Cb串联而形成该共振电 路。AC电压源V与传感器系统SSl和SS2并联连接。通过AC电压源向传感器系统SSl 和SS2中的每一方的共振电路施加电压。此外，相位比较器(phase comparator) 31 (作为一种逻辑电路)被连接到传感器 系统SSl和SS2中的每一方的节点，并且由相位比较器31检测编码器结构3的相位差。可以获得作为相位比较器31的输出的传感器信号32。顺便提及，虽然在图中未示出，除了线圈和电容器之外，可以连接电阻器以构成传 感器系统的各共振电路。以下将简单说明根据本实施方式的转角检测传感器的转角检测原理。当转子2绕作为中心的转轴1转动时，因为编码器结构3的面对线圈C1、C2、C3和 C4的导体图案的宽度变化，所以当从线圈C1、C2、C3和C4中产生磁通时导体图案中产生的 涡电流也发生变化。由于导体图案中产生的涡电流，所以通过线圈Cl、C2、C3和C4的磁通衰减。因此，磁通的衰减与导体图案中产生的涡电流的变化相对应地发生变化，由此线 圈C1、C2、C3和C4的电感也发生变化。因为从由线圈C1、C2、C3和C4构成的传感器系统SSl和SS2得到的输出信号的振 幅、相位、频率等由于线圈C1、C2、C3和C4的电感的变化而变化，所以能够通过检测输出信 号的振幅、相位、频率等的变化而检测转子2的转角。图6示出了在不改变周期数η的情况下减小编码器结构3的图案部的直径D的情 况下图4Α的结构的整体配置。与图12的情况类似，在图6所示的情况下，编码器结构3的图案部的直径Dl是 Dl = D/^2。在图6所示的情况下，相邻的线圈之间的角度如下。第一线圈Cl和第三线圈C3之间的角度X13 = 2 · ( π /6) = π /3。第三线圈C3和第二线圈C2之间的角度Χ32 = 3 · ( π /6) = π /2。第二线圈C2和第四线圈C4之间的角度Χ24 = 2 · ( π /6) = π /3。
此外，相邻线圈之间的距离如下。 第一线圈Cl 和第三线圈 C3 之间的距离S13 = Dl ·8 ηΧ13/2 = (D/2) sin ( π/6)。第三线圈C 3和第二线圈C2之间的距离S32 = Dl · sinX32/2 = (D/2) sin ( π/4)ο第二线圈C2 和第四线圈 C4 之间的距离S24 = D1 ·8 ηΧ24/2= (D/2) sin ( π/6)。因此，与图12的两个相邻线圈之间的距离是(D/2)Sin(Ji/12)的情况相比，能够 增大相邻的两个线圈之间的距离。因此，因为与图12的情况相比，能够增大相邻的线圈之间的距离，所以能够减小 相邻的线圈之间的相互作用，因此，能够抑制检测结果中产生的误差。换句话说，能够提高 传感器的精度。图7示出了在不改变编码器结构3的图案部的直径D的情况下周期数η增加的情 况下图4Α的结构的整体配置。与图13的情况类似，在如图7所示的情况下，将编码器结构3的图案部的周期数 η2的增加至η2 = 6。在图7所示的情况下，相邻的线圈之间的角度如下。第一线圈Cl和第三线圈C3之间的角度Χ13 = 2 · ( π /12) = π /6。第三线圈C3和第二线圈C2之间的角度Χ32 = 3 · ( π /12) = π /4。第二线圈C2和第四线圈C4之间的角度Χ24 = 2 · ( π /12) = π /6。此外，相邻线圈之间的距离如下。第一线圈Cl和第三线圈C3之间的距离:S13 = D. sinX13/2 = D. sin (π/12)。第三线圈C3和第二线圈C2之间的距离:S32 = D. sinX32/2 = D · sin ( π/8)。第二线圈C2和第四线圈C4之间的距离:S24 = D · sinX24/2 = D · sin( π /12)。因此，与图13的两个相邻线圈之间的距离是D · sin( π /24)的情况相比，能够增 大相邻的两个线圈之间的距离。因此，因为与图13的情况相比，能够增大相邻的线圈之间的距离，所以能够减少 相邻的线圈之间的相互作用，因此，能够抑制检测结果中产生误差。换句话说，能够提高传 感器的精度。根据本发明的转角检测传感器，诸如上述实施方式的转角检测传感器的结构等可 以应用到多种转动体，从而检测转角。例如，根据本发明的转角检测传感器可以应用到永磁体同步电动机从而检测电动 机的转子的转角。在此情况下，由宽度周期性变化的导体图案构成的编码器结构形成于电动机的转 子的表面，并且其上配置有电感元件(诸如线圈等)的传感器主体被设置成与编码器结构 相对。优选地，电动机的转子的磁体对的数量与编码器结构的导体图案的周期数相等。 利用此种结构，能够详细地获得用于控制电动机的转动操作所需的角度信息，结果，能够微 细地进行电动机的转动控制。顺便提及，虽然在图4Α和图4Β中传感器主体4是C形构件，但是传感器主体也可 以是形成于转轴1的周围的0形构件。
如果传感器主体4形成为C形，那么传感器主体4可以制造的更小，因此能够小型 化整个转角检测传感器。另一方面，如果传感器主体4形成为0形，将有更多的空间用于布置多种电路、组 件、配线等，因此使得设计更加灵活。根据本实施方式，因为以1/2相或更大的间隔(即，60°以上的间隔)彼此分开地 布置两个相邻的线圈(即，两个相邻的线圈C1和C3，两个相邻的线圈C3和C，两个相邻的 线圈C2和C4，两个相邻的线圈C4和C1)，所以能够增大两个相邻线圈之间的距离，因此能 够减小相邻的线圈之间的相互作用，从而能够抑制检测结果中出现误差。因此，能够提高传感器的精度。此外，在减小编码器结构3的图案部的直径D和/或增加编码器结构3的周期数 n的情况下，能够保证相邻的线圈之间的足够的距离，因此能够获得高精度。因此，可以减小图案部的直径，因此减小整个传感器的尺寸。根据上述实施方式，在图4A和图4B，图6和图7所示的各种情况中，以四个线圈 C1、C2、C3和C4被收纳于与编码器结构3的两个相相对应的部位的方式来布置这四个线圈 C1、C2、C3 禾口 C4。在本发明中，也可以以这些线圈C1、C2、C3和C4被收纳于与编码器结构3的两个、 三个或更多的相相对应的部位的方式布置这些个线圈CI、C2、C3和C4，只要相邻的线圈之 间的角度等于或大于1/2相即可。例如，在编码器结构3如图7所示地具有6个相的情况下，当从第一线圈C1观察 时，在图7的情况下，可以在没有布置线圈的第三至第六相的范围内布置其他线圈。因此，因为能够以很多不同的方式布置线圈，所以在确定传感器的形状、布置组件 等方面存在很大的灵活性。四个电感元件的布置的特征(其中四个电感元件分别具有相位0°、90°、180° 和270°，每两个相邻的电感元件均具有90°的相位差)如下当第一电感元件位于与编码器结构的第一相的相位0°相对应的位置时，第二电 感元件将位于与编码器结构的第二至第n个相中的任一个的相位90°相对应的位置，第三 电感元件将位于与编码器结构的第一至第n个相中的任一个的相位180°相对应的位置， 第四电感元件将位于与编码器结构的第一至第n-1个相中的任一个的相位270°相对应的 位置。然而，此时，第三电感元件位于除了第二电感元件所在的相之外的其他相，并且第四 电感元件位于除了第三电感元件所在的相之外的其他相。如果第二电感元件位于第一相， 那么将不满足本发明的条件。类似地，如果第四电感元件位于第n个相，那么第四电感元件 和第一电感元件将彼此紧密相邻，因此本发明的条件将不能被满足。此外，存在一种作为布置四个电感元件的实施方式的结构，以如下的方式布置四 个电感元件当相序中的第一电感元件处于与编码器结构的第一相的相位0°相对应的位 置时，相序中的第三电感元件将处于编码器结构的第一相位，并且相位序列中的第二和第 四电感元件将处于编码器结构的第二至第n-1相中的任意一个。顺便提及，作为上述的实 施方式的示例，图4A和图4B示出了如下的布置第二和第四电感元件都处于编码器结构的 第二相。接着，以下将说明满足本发明的条件的另一种布置。
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图8A是示意性地示出根据本发明的另一实施方式的转角检测传感器的结构的图 (示出转角检测传感器的整体配置的平面图)。此外，图8B是示出图8A的传感器主体4的 平面图。如图8A和图8B所示，在本实施方式中，以第一线圈C1、第四线圈C4、第三线圈C3 和第二线圈C2的顺序将四个线圈C1、C2、C3和C4配置成以相等的间隔分开。此外，传感器主体4是0形构件，其与四个线圈C1、C2、C3和C4的布置相对应而形 成于转轴1的周围。在本实施方式中，两个相邻线圈之间的距离均是编码器结构3的3/4相(一个相 为120° )(即，两个相邻线圈之间的间隔均为90° )。换句话说，本实施方式满足本发明的如下条件两个相邻的线圈之间的间隔均等 于或大于1/2相。因为本实施方式的其他结构与如图4A和图4B所示的前述实施方式的结构等同， 所以省略了其说明。根据本实施方式，两个相邻线圈之间的间隔均是编码器结构3的3/4相(一个相 为120° )(即，两个相邻线圈之间的间隔均是90° )，这意味着满足本发明的“两个相邻的 线圈之间的间隔均等于或大于1/2相”的条件。因此，能够增加两个相邻线圈之间的距离， 能够减少两个相邻线圈之间的相互作用，因此，能够抑制检测结果中产生误差。因此，能够提高传感器的精度。此外，在减小编码器结构3的图案部的直径和/或增加编码器结构3的周期数n 的情况下，能够保证相邻的线圈之间的足够的距离，因此能够获得高精度。因此，可以减小图案部的直径，因此减小整个传感器的尺寸。在图8A和图8B所示的情况下，传感器主体4是形成为圆形的0形构件，然而此结 构也可以是传感器主体具有C形结构，C形结构的开口部位于两个相邻的线圈之间(例如， 在第一线圈C1和第四线圈C4之间)。另一种可能的结构也可以是传感器主体4被分成多个部分，每个部分均具有布 置在其上的四个线圈的一部分。然而，在此情况下，如果不能高精度地安装传感器主体4的 分开的部分，那么将影响传感器的检测精度。因此，优选地，传感器主体4整体形成，例如传感器主体4形成为0形或C形。当编码器结构3的周期数是n = 3时，存在分别如图4A和4B以及图8A和8B所 示的两种方法布置四个线圈C1、C2、C3和C4。虽然在图中未示出，但是当编码器结构3的周期数是n = 4时，存在5种布置四个 线圈C1、C2、C3和C4的方法。编码器结构3的周期数越大，可能的布置种类就越多。注意，当周期数是n = 2时，因为不能以满足本发明的条件的方式来布置四个线圈 CI、C2、C3和C4，所以周期数n可以被设置成三个或更多。注意，虽然传感器的电感元件由上述实施方式中的线圈C1、C2、C3和C4构成，但是 也可以以除了线圈以外的其他的电感元件来构成本发明的传感器。此外，在上述实施方式中虽然由布置在传感器上的线圈构成四个电感元件，但是 本发明的布置于传感器上的电感元件的数目不限于四个，只要数目比2大，也可以是其他的任何数目。 应当了解，本发明不限于上述实施方式，在不背离本发明的精神和范围的情况下 也包括多种其他结构。
权利要求
一种转角检测传感器，所述转角检测传感器包括转动体；由导体图案构成的编码器结构，其中所述导体图案以能够与所述转动体一起转动的方式被安装到所述转动体，所述编码器结构具有n个周期的相，每个相均包括从相位0°至相位360°的相位，通过使所述导体图案的宽度周期性地改变来形成各相；传感器主体，所述传感器主体具有多个电感元件并且与所述编码器结构之间具有间隔地与所述编码器结构相对布置，其中，所述编码器结构的相的周期数n是等于3或大于3的正整数，所述多个电感元件的相邻的两个之间均具有90°的相位差，以所述编码器结构的至少1/2相的间隔彼此分开地布置相邻的两个电感元件。
2.根据权利要求1所述的转角检测传感器，其特征在于，所述多个电感元件是第一电感元件、第二电感元件、第三电感元件和第四电感元件，其 中以如下方式布置这四个电感元件当所述第一电感元件位于与所述编码器结构的第一相 的相位0°对应的位置时，所述第二电感元件将位于与所述编码器结构的第二至第η个相 中的任一个相的相位90°对应的位置，所述第三电感元件将位于与所述编码器结构的第一 至第η个相中不同于所述第二电感元件所在的相的任一个相的相位180°对应的位置，所 述第四电感元件将位于与所述编码器结构的第一至第η-1个相中不同于所述第三电感元 件所在的相的任一个相的相位270°相对应的位置。
3.根据权利要求1或2所述的转角检测传感器，其特征在于，所述多个电感元件是第一 电感元件、第二电感元件、第三电感元件和第四电感元件，其中以如下方式布置这四个电感 元件在所述四个电感元件当中，当相序中的第一电感元件处于与所述编码器结构的第一 相的相位0°对应的位置时，相序中的第三电感元件将处于所述编码器结构的第一相，并且 相序中的第二和第四电感元件将处于所述编码器结构的第二至第η-1相中的任意一相。
全文摘要
本发明以提供一种转角检测传感器，该转角检测传感器能够小型化。转角检测传感器包括转动体；编码器结构(3)，编码器结构具有n个(n表示正整数)均包括从相位0°至相位360°的相周期，通过使导体图案的宽度周期性地改变来形成各相；传感器主体，其具有多个电感元件(C1、C2、C3、C4)并且布置成有间隔地与编码器结构(3)相对。编码器结构(3)的相位的周期数n是等于3或大于3的正整数，多个电感元件(C1、C2、C3、C4)彼此之间具有90°的相位差，并且以编码器结构(3)的至少1/2相的间隔彼此分开地布置两个相邻的电感元件。
文档编号G01D5/245GK101868696SQ20088011710
公开日2010年10月20日 申请日期2008年11月10日 优先权日2007年11月20日
发明者山形哲雄, 长泽宏明 申请人:胜美达集团株式会社