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JP2013083501A - Angle sensor - Google Patents

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JP2013083501A
JP2013083501A JP2011222605A JP2011222605A JP2013083501A JP 2013083501 A JP2013083501 A JP 2013083501A JP 2011222605 A JP2011222605 A JP 2011222605A JP 2011222605 A JP2011222605 A JP 2011222605A JP 2013083501 A JP2013083501 A JP 2013083501A
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JP
Japan
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rotor
stator
sensor
metal member
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011222605A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Kino
久志 木野
Ryojiro Kanemitsu
亮次郎 金光
Kazuhiro Nakamura
和弘 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisan Industry Co Ltd
Original Assignee
Aisan Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisan Industry Co Ltd filed Critical Aisan Industry Co Ltd
Priority to JP2011222605A priority Critical patent/JP2013083501A/en
Priority to CN201210376307.2A priority patent/CN103036386B/en
Priority to US13/645,021 priority patent/US8860405B2/en
Publication of JP2013083501A publication Critical patent/JP2013083501A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure reliability, and to improve productivity, concerning a structure of a pair of rotary transformer coils.SOLUTION: An angle sensor 1 is equipped with: a sensor rotor 7 including a rotor substrate 21 formed with a plane surface coil, and attached to a rotation shaft 14 through a rotor side annular metallic member 23 provided on an inner peripheral side of the rotor substrate 21; and a sensor stator 6 disposed oppositely to a surface of the sensor rotor 7, including a stator substrate 31 formed with a plane surface coil on a surface thereof, and provided with a stator side annular metallic member 35 on an inner peripheral side of the stator substrate 31. The rotor side annular metallic member 23 and the stator side annular metallic member 35 are respectively formed by magnetic material, and annular opposing portions 23c and 35a respectively opposing both the annular metallic members 23 and 35 are formed. In grooves 23d and 35b respectively formed on both the annular opposing portions 23c and 35a, rotary transformer coils 41 and 42 for signal transmission are respectively disposed.

Description

この発明は、モータやエンジンの出力軸の回転角度を検出する角度センサに関する。   The present invention relates to an angle sensor that detects a rotation angle of an output shaft of a motor or an engine.

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献1に記載されるシートコイル形レゾルバが知られている。このレゾルバは、円板状の薄膜基板の表面にコイルパターンを形成した2枚のシートコイルを備える。2枚のシートコイルは、空隙を介して対向して配置される。2枚のシートコイルは、良導体箔を基板の中心で巻方向が逆になる渦巻き状に形成した1相のコイルパターンと、薄膜基板の表裏に、渦巻き状に形成したコイルパターンを、各々の位相を電気角でπ/2ずらして配置した2相のコイルパターンとで構成される。1相のコイルパターンの外側には、1相のコイルパターンに励磁電圧を供給するトランス2次パターンと、このトランス2次パターンと同じパターンを有するトランス1次パターンが2枚のシートコイルとは別体に設けられ、両パターンが空隙を介して対向して配置される。   Conventionally, as this type of technique, for example, a sheet coil resolver described in Patent Document 1 below is known. This resolver includes two sheet coils in which a coil pattern is formed on the surface of a disk-shaped thin film substrate. The two sheet coils are arranged to face each other via a gap. Each of the two sheet coils includes a one-phase coil pattern in which a good conductor foil is formed in a spiral shape in which the winding direction is reversed at the center of the substrate, and a coil pattern formed in a spiral shape on the front and back of the thin film substrate. And a two-phase coil pattern arranged with an electrical angle shifted by π / 2. Outside the one-phase coil pattern, a transformer secondary pattern that supplies an excitation voltage to the one-phase coil pattern and a transformer primary pattern that has the same pattern as the transformer secondary pattern are separate from the two sheet coils. It is provided on the body and both patterns are arranged to face each other with a gap.

特開平9−229715号公報JP-A-9-229715

従って、特許文献1に記載のレゾルバでは、トランス2次パターンとトランス1次パターンそれぞれが2枚のシートコイルとは別体に設けられるので、それぞれ別々の取り付け作業や配線が必要となり、信頼性と生産性が良くなかった。また、トランス2次パターンとトランス1次パターンは、単に空隙を介して対向して配置されているだけなので、両者の間で磁束が漏れるおそれがあり、検出誤差の原因となり、信頼性の点で問題があった。   Therefore, in the resolver described in Patent Document 1, each of the transformer secondary pattern and the transformer primary pattern is provided separately from the two sheet coils. Productivity was not good. Further, since the transformer secondary pattern and the transformer primary pattern are simply arranged to face each other with a gap between them, there is a risk of magnetic flux leaking between them, causing a detection error and in terms of reliability. There was a problem.

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、信号伝達用の一対のロータリートランス用コイルの構成に関連して信頼性を確保し、生産性を向上させることを可能とした角度センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is to ensure reliability and improve productivity in relation to the configuration of a pair of coils for rotary transmission for signal transmission. It is to provide an angle sensor.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、表面に平面コイルが形成される円環状のロータ基板を含み、ロータ基板の内周側にロータ側環状金属部材が設けられ、ロータ側環状金属部材を介して回転軸に取り付けられるセンサロータと、センサロータの表面に表面が対向して配置され、表面に平面コイルが形成されるステータ基板を含み、ステータ基板の内周側にステータ側環状金属部材が設けられるセンサステータとを備え、ロータ側環状金属部材とステータ側環状金属部材はそれぞれ磁性材料により形成され、ロータ側環状金属部材とステータ側環状金属部材のそれぞれに互いに隙間を介して対向する環状対向部が形成され、両環状対向部のそれぞれに信号伝達用のロータリートランス用コイルが設けられることを趣旨とする。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes an annular rotor substrate having a planar coil formed on a surface thereof, and a rotor-side annular metal member is provided on the inner peripheral side of the rotor substrate. Including a sensor rotor attached to the rotating shaft via a side annular metal member, a stator substrate having a surface opposed to the surface of the sensor rotor and having a planar coil formed on the surface, and a stator on the inner peripheral side of the stator substrate A rotor-side annular metal member and a stator-side annular metal member, each of which is formed of a magnetic material, with a gap between the rotor-side annular metal member and the stator-side annular metal member. The opposing ring-shaped opposing portions are formed, and a signal transmission rotary transformer coil is provided in each of the two annular facing portions.

上記発明の構成によれば、ロータ基板の内周側に磁性材料により形成されるロータ側環状金属部材が一体的に設けられることによりセンサロータが形成され、その環状金属部材の環状対向部にロータリートランス用コイルが設けられる。従って、ロータリートランス用コイルのコアを兼ねたロータ側環状金属部材が、センサロータの回転軸への取り付けに用いられる。また、ステータ基板の内周側に磁性材料により形成されるステータ側環状金属部材が一体的に設けられることによりセンサステータが形成され、その環状金属部材の環状対向部にロータリートランス用コイルが設けられる。そして、ロータ側環状金属部材の環状対向部とステータ側環状金属部材の環状対向部とが隙間を介して対向するので、一対のロータリートランス用コイルが隙間を介して互いに対向し、その間で生じる磁束の流れが、両環状対向部の間で形成される。   According to the configuration of the above invention, the sensor rotor is formed by integrally providing the rotor-side annular metal member formed of a magnetic material on the inner peripheral side of the rotor substrate, and the rotary metal is disposed on the annular facing portion of the annular metal member. A transformer coil is provided. Therefore, the rotor-side annular metal member that also serves as the core of the coil for the rotary transformer is used for attaching the sensor rotor to the rotating shaft. Further, a stator-side annular metal member formed of a magnetic material is integrally provided on the inner peripheral side of the stator substrate to form a sensor stator, and a rotary transformer coil is provided at an annular facing portion of the annular metal member. . Since the annular facing portion of the rotor-side annular metal member and the annular facing portion of the stator-side annular metal member face each other via a gap, the pair of rotary transformer coils face each other via the gap, and the magnetic flux generated therebetween Is formed between the two annular facing portions.

上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、両環状対向部のそれぞれに、回転方向に沿って溝が形成され、各溝の中に各ロータリートランス用コイルが配置されることを趣旨とする。   In order to achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a groove is formed along the rotation direction in each of the two annular facing portions, and each groove is formed in each groove. The purpose is to arrange a coil for a rotary transformer.

上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、ロータリートランス用コイルが、環状対向部の溝の中に囲われることから、ロータリートランス用コイルで発生する磁束に対して溝により磁気的な閉回路が構成される。   According to the configuration of the above invention, in addition to the action of the invention according to claim 1, the rotary transformer coil is surrounded by the groove of the annular facing portion, so that the magnetic flux generated in the rotary transformer coil can be reduced. The groove forms a magnetic closed circuit.

請求項1に記載の発明によれば、信号伝達用の一対のロータリートランス用コイルの構成に関連して信頼性を確保することができ、生産性を向上させることができる。   According to the first aspect of the present invention, reliability can be ensured in connection with the configuration of the pair of coils for rotary transmission for signal transmission, and productivity can be improved.

請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に対し、一対のロータリートランス用コイルの間で磁束の漏れを抑えることができ、検出信号のSN比を向上させることができ、角度センサとしての耐ノイズ性を向上させることができる。   According to the second aspect of the invention, in contrast to the effect of the first aspect of the invention, leakage of magnetic flux can be suppressed between the pair of rotary transformer coils, and the SN ratio of the detection signal can be improved. Thus, noise resistance as an angle sensor can be improved.

第1実施形態に係り、角度センサと、それを取り付けたモータを示す正断面図。The front sectional view showing an angle sensor and a motor to which it is attached according to the first embodiment. 同実施形態に係り、角度センサを示す断面図。A sectional view showing an angle sensor concerning the embodiment. 同実施形態に係り、角度センサを構成するセンサロータを示す平面図。The top view which shows the sensor rotor which concerns on the embodiment and comprises an angle sensor. 同実施形態に係り、角度センサを構成するセンサステータを示す平面図。The top view which shows the sensor stator which concerns on the embodiment and comprises an angle sensor. 同実施形態に係り、角度センサにつき図2の鎖線円の中を拡大して示す断面図。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the angle sensor in the chain line circle of FIG. 2 according to the embodiment. 同実施形態に係り、角度センサに係る電気的構成を示すブロック回路図。The block circuit diagram which shows the electrical structure which concerns on the same embodiment and concerns on an angle sensor. 第2実施形態に係り、角度センサの一部を示す図5に準ずる拡大断面図。The expanded sectional view according to FIG. 5 which concerns on 2nd Embodiment and shows a part of angle sensor.

<第1実施形態>
以下、本発明における角度センサを具体化した第1実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment in which an angle sensor according to the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings.

図1に、この実施形態における角度センサ1と、それを取り付けたモータ2を正断面図により示す(以下、便宜上、図1の向きを正面図とする。)。モータ2は、略円盤形状の外観を有するモータハウジング11と、モータハウジング11に内包され、その内側中心にてベアリング12,13を介して回転可能に支持された回転軸14と、モータハウジング11の内側にて回転軸14の外周上に固定されたモータロータ15と、モータロータ15の外周側にて、隙間を介してモータハウジング11の内側に固定されたモータステータ16とを備える。モータステータ16には、コイル17が設けられる。   FIG. 1 is a front sectional view showing an angle sensor 1 and a motor 2 to which the angle sensor 1 is attached in this embodiment (hereinafter, the direction of FIG. 1 is a front view for convenience). The motor 2 includes a motor housing 11 having a substantially disk-shaped appearance, a rotary shaft 14 included in the motor housing 11 and supported rotatably via bearings 12 and 13 at the inner center thereof, A motor rotor 15 fixed on the outer periphery of the rotary shaft 14 on the inner side, and a motor stator 16 fixed on the inner side of the motor housing 11 via a gap on the outer peripheral side of the motor rotor 15 are provided. The motor stator 16 is provided with a coil 17.

図1において、モータハウジング11の下側には、角度センサ1を収容するための収容部11aが一体に形成される。この収容部11aは、回転軸14及びベアリング13を中心に略円環状の周壁から構成される。収容部11aの外周の一部には、外部と連通する連通孔11bが形成される。   In FIG. 1, a housing portion 11 a for housing the angle sensor 1 is integrally formed on the lower side of the motor housing 11. The accommodating portion 11 a is configured by a substantially annular peripheral wall with the rotating shaft 14 and the bearing 13 as the center. A communication hole 11b communicating with the outside is formed in a part of the outer periphery of the housing portion 11a.

図1に示すように、モータ2の回転軸14は、略円筒形状をなし、大径部14a及び小径部14bと、大径部14aと小径部14bとの境目の段部14cとを含む。大径部14aは、一方のベアリング12に支持され、その外周にモータロータ15が固定される。小径部14bは、他方のベアリング13に支持され、その先端部が収容部11aの底壁に形成された軸孔11cから外部へ突出する。   As shown in FIG. 1, the rotating shaft 14 of the motor 2 has a substantially cylindrical shape, and includes a large diameter portion 14a and a small diameter portion 14b, and a step portion 14c at the boundary between the large diameter portion 14a and the small diameter portion 14b. The large diameter portion 14a is supported by one bearing 12, and the motor rotor 15 is fixed to the outer periphery thereof. The small diameter part 14b is supported by the other bearing 13, and the tip part protrudes outside from the shaft hole 11c formed in the bottom wall of the accommodating part 11a.

図1に示すように、角度センサ1は、センサステータ6及びセンサロータ7を備える。センサロータ7は、モータハウジング11の内側にて、回転軸14の小径部14bの外周に圧入され、リング状のストッパ8により固定される。また、センサステータ6は、モータハウジング11の収容部11aの内側にて、回転軸14を中心にしてセンサロータ7と対向するように配置され、モータハウジング11の外側から複数のボルト9により固定される。収容部11aの底壁には、複数のボルト9を挿通させる複数の長孔11dが形成される。この実施形態では、複数のボルト9と収容部11aとの間に、複数のボルト9を一体的に連結する略円環状をなす連結部材10が介在する。   As shown in FIG. 1, the angle sensor 1 includes a sensor stator 6 and a sensor rotor 7. The sensor rotor 7 is press-fitted into the outer periphery of the small-diameter portion 14 b of the rotating shaft 14 inside the motor housing 11 and is fixed by a ring-shaped stopper 8. The sensor stator 6 is disposed inside the housing portion 11 a of the motor housing 11 so as to face the sensor rotor 7 around the rotation shaft 14, and is fixed by a plurality of bolts 9 from the outside of the motor housing 11. The A plurality of elongated holes 11d through which a plurality of bolts 9 are inserted are formed in the bottom wall of the accommodating portion 11a. In this embodiment, a connecting member 10 having a substantially annular shape for integrally connecting the plurality of bolts 9 is interposed between the plurality of bolts 9 and the accommodating portion 11a.

図2に、この実施形態の角度センサ1を断面図により示す(図2では、後述する固定用凸部33が省略されている。)。図3に、この実施形態の角度センサ1を構成するセンサロータ7を平面図により示す。図4に、この実施形態の角度センサ1を構成するセンサステータ6を平面図により示す。図1〜図3に示すように、センサロータ7は、円環平板状をなす樹脂製のロータ基板21と、そのロータ基板21の表面21aに配置された平面コイル22と、ロータ基板21の内周側に一体的に設けられ、センサロータ7を回転軸14の外周に取り付けて固定するために回転軸14と接触する略円環状をなすロータ側環状金属部材23とを含む。   FIG. 2 is a sectional view of the angle sensor 1 of this embodiment (in FIG. 2, a fixing convex portion 33 described later is omitted). In FIG. 3, the sensor rotor 7 which comprises the angle sensor 1 of this embodiment is shown with a top view. In FIG. 4, the sensor stator 6 which comprises the angle sensor 1 of this embodiment is shown with a top view. As shown in FIGS. 1 to 3, the sensor rotor 7 includes a resin-made rotor substrate 21 having an annular flat plate shape, a planar coil 22 disposed on a surface 21 a of the rotor substrate 21, and an inner portion of the rotor substrate 21. A rotor-side annular metal member 23 that is provided integrally on the circumferential side and has a substantially annular shape that contacts the rotation shaft 14 in order to attach and fix the sensor rotor 7 to the outer periphery of the rotation shaft 14.

ロータ基板21は、PPS樹脂等により形成される。ロータ側環状金属部材23は、鉄等の磁性材料により形成される。平面コイル22は、インクジェット等を使用した印刷によりロータ基板21の表面21a上に形成され、その上に絶縁層が形成される。図3に示すように、ロータ側環状金属部材23は、その内周に一体に形成された1つの突起23aと、その外周に一体に形成された半径方へ突出する複数の凸部23bとを含む。複数の凸部23bは、等角度間隔に放射状に形成される。金属部材23は、これら凸部23bを含む外周部分にて、ロータ基板21に対しインサート成形される。また、図1〜図3に示すように、ロータ側環状金属部材23は、その表面側から軸方向へ突出する環状対向部23cを更に含む。   The rotor substrate 21 is formed of PPS resin or the like. The rotor-side annular metal member 23 is made of a magnetic material such as iron. The planar coil 22 is formed on the surface 21a of the rotor substrate 21 by printing using an inkjet or the like, and an insulating layer is formed thereon. As shown in FIG. 3, the rotor-side annular metal member 23 includes one protrusion 23 a integrally formed on the inner periphery thereof, and a plurality of convex portions 23 b that are integrally formed on the outer periphery and project in the radial direction. Including. The plurality of convex portions 23b are formed radially at equiangular intervals. The metal member 23 is insert-molded with respect to the rotor substrate 21 at an outer peripheral portion including these convex portions 23b. Moreover, as shown in FIGS. 1-3, the rotor side cyclic | annular metal member 23 further contains the cyclic | annular opposing part 23c which protrudes in the axial direction from the surface side.

そして、図1,図2に示すように、センサロータ7は、そのロータ基板21の表面21a側がセンサステータ6の表面側と対向するように配置され、回転軸14の小径部14bの外周に取り付けられる。ここで、センサロータ7は、ロータ側環状金属部材23の内周が、回転軸14の小径部14bの外周に圧入されて段部14cにて位置決めされた状態で、リング状のストッパ8により抜け止めされる。また、ロータ側環状金属部材23の突起23aは、小径部14bに形成されたキー溝(図示略)に係合し、センサロータ7が回転軸14に対して回り止めされる。このようにしてセンサロータ7が回転軸14と一体回転可能に固定される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor rotor 7 is arranged so that the surface 21 a side of the rotor substrate 21 faces the surface side of the sensor stator 6, and is attached to the outer periphery of the small diameter portion 14 b of the rotating shaft 14. It is done. Here, the sensor rotor 7 is removed by the ring-shaped stopper 8 in a state where the inner periphery of the rotor-side annular metal member 23 is press-fitted into the outer periphery of the small-diameter portion 14b of the rotating shaft 14 and positioned at the stepped portion 14c. Stopped. Further, the protrusion 23 a of the rotor-side annular metal member 23 engages with a key groove (not shown) formed in the small diameter portion 14 b, and the sensor rotor 7 is prevented from rotating with respect to the rotating shaft 14. In this way, the sensor rotor 7 is fixed so as to be rotatable integrally with the rotary shaft 14.

図4に、この実施形態のセンサステータ6を平面図により示す。図1、図2及び図4に示すように、センサステータ6は、樹脂により略円環平板状に形成され、表面31aに平面コイル32が配置されたステータ基板31と、ステータ基板31の裏面に設けられた複数の固定用凸部33と、ステータ基板31の裏面側にて外周縁に沿って形成され、軸方向へ延びる外周リブ34と、ステータ基板31の中央部分に形成され、回転軸14が貫通する貫通孔31bと、ステータ基板31の裏面側にて貫通孔31bの内周縁に沿って形成され、軸方向へ延びるステータ側環状金属部材35と、ステータ基板31から横方向(水平方向)を向いた一つのコネクタ部36とを備える。ステータ側環状金属部材35は、鉄等の磁性材料により形成される。この実施形態では、ステータ側環状金属部材35そのものが、ロータ側環状金属部材23の環状対向部23cと隙間を介して対向する環状対向部35aとなっている。外周リブ34と複数の固定用凸部33とは、連続して一体に形成される。図4に示すように、ステータ基板31の表面31aに配置された平面コイル32は、インクジェット等を使用した印刷により形成され、その上に絶縁層が形成される。   FIG. 4 is a plan view showing the sensor stator 6 of this embodiment. As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the sensor stator 6 is formed of a resin in a substantially annular flat plate shape, and a stator substrate 31 having a planar coil 32 disposed on a front surface 31 a and a back surface of the stator substrate 31. A plurality of fixing projections 33 provided, an outer peripheral rib 34 formed along the outer peripheral edge on the back surface side of the stator substrate 31, extending in the axial direction, and formed at a central portion of the stator substrate 31, and the rotating shaft 14 Is formed along the inner peripheral edge of the through hole 31b on the back side of the stator substrate 31 and extends in the axial direction, and from the stator substrate 31 in the lateral direction (horizontal direction). And a single connector portion 36 facing toward each other. The stator side annular metal member 35 is formed of a magnetic material such as iron. In this embodiment, the stator side annular metal member 35 itself is an annular facing portion 35a that faces the annular facing portion 23c of the rotor side annular metal member 23 via a gap. The outer peripheral rib 34 and the plurality of fixing convex portions 33 are formed continuously and integrally. As shown in FIG. 4, the planar coil 32 disposed on the surface 31a of the stator substrate 31 is formed by printing using an inkjet or the like, and an insulating layer is formed thereon.

図1,図2に示すように、各固定用凸部33(図1には1つのみ図示した。)は、円柱形状をなし、この実施形態では、ステータ基板31の裏面にてその外周に沿って等角度間隔に配置される。各固定用凸部33には、ネジ穴37aを有する金属ブッシュ37が設けられる。この金属ブッシュ37は、固定用凸部33に対してインサート成形される。金属ブッシュ37は、センサステータ6をモータハウジング11に固定するためにボルト9が締め付けられるようになっている。   As shown in FIGS. 1 and 2, each fixing projection 33 (only one is shown in FIG. 1) has a cylindrical shape, and in this embodiment, on the outer periphery of the back surface of the stator substrate 31. Are arranged at equiangular intervals. Each fixing projection 33 is provided with a metal bush 37 having a screw hole 37a. The metal bush 37 is insert-molded with respect to the fixing convex portion 33. The metal bush 37 is configured such that a bolt 9 is fastened to fix the sensor stator 6 to the motor housing 11.

図1,図2に示すように、コネクタ部36には、複数の金属製ターミナル39がインサート成形される。各ターミナル39は、直角に折れ曲がって形成され、第1の端部39aがコネクタ部36の中に配置され、第2の端部39bがステータ基板31に配置される。ステータ基板31に配置された各第2の端部39bには、平面コイル32を構成するコイル線が接続されると共に、ステータ側環状金属部材35が接続される。   As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of metal terminals 39 are insert-molded in the connector portion 36. Each terminal 39 is formed to be bent at a right angle, the first end 39 a is disposed in the connector portion 36, and the second end 39 b is disposed on the stator substrate 31. A coil wire constituting the planar coil 32 is connected to each second end portion 39b arranged on the stator substrate 31, and a stator-side annular metal member 35 is connected thereto.

図5に、角度センサ1につき図2の鎖線円S1の中を拡大して断面図により示す。図5に示すように、ロータ側環状金属部材23の環状対向部23cと、ステータ側環状金属部材35の環状対向部35aとは、互いに所定の隙間を介して対向して配置される。各環状対向部23c,35aそれぞれの対向面には、ロータリートランス用コイル41,42が設けられる。詳しくは、両環状対向部23c,35aのそれぞれには、回転方向に沿って溝23d,35bが形成される。そして、各溝23d,35bの中には、ロータリートランス用コイル41,42がそれぞれ配置される。すなわち、各ロータリートランス用コイル41,42は、各溝23d,35bの中に囲われて配置される。   FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the angle sensor 1 in the chain line circle S1 of FIG. As shown in FIG. 5, the annular facing portion 23 c of the rotor-side annular metal member 23 and the annular facing portion 35 a of the stator-side annular metal member 35 are arranged to face each other with a predetermined gap. Coil 41,42 for rotary transformers is provided in the opposing surface of each cyclic | annular opposing part 23c, 35a. Specifically, grooves 23d and 35b are formed along the rotation direction in each of the annular facing portions 23c and 35a. Then, rotary transformer coils 41 and 42 are arranged in the grooves 23d and 35b, respectively. That is, the rotary transformer coils 41 and 42 are disposed so as to be surrounded by the grooves 23d and 35b.

次に、上記した角度センサ1に係る電気的構成について説明する。図6に、角度センサ1に係る電気的構成をブロック回路図により示す。図6に示すように、角度センサ1は、信号処理装置3に接続される。角度センサ1は、センサステータ6の平面コイル32を構成するSIN信号励磁コイル46及びCOS信号励磁コイル47と、センサロータ7の平面コイル22を構成するセンサコイル48と、センサロータ7のロータ側環状金属部材23に設けられるロータリートランス用コイル41と、センサステータ6のステータ側環状金属部材35に設けられるロータリートランス用コイル42とを含む。   Next, an electrical configuration relating to the angle sensor 1 described above will be described. FIG. 6 is a block circuit diagram showing the electrical configuration of the angle sensor 1. As shown in FIG. 6, the angle sensor 1 is connected to the signal processing device 3. The angle sensor 1 includes a SIN signal exciting coil 46 and a COS signal exciting coil 47 that constitute the planar coil 32 of the sensor stator 6, a sensor coil 48 that constitutes the planar coil 22 of the sensor rotor 7, and a rotor-side annular shape of the sensor rotor 7. A rotary transformer coil 41 provided on the metal member 23 and a rotary transformer coil 42 provided on the stator side annular metal member 35 of the sensor stator 6 are included.

図6に示すように、信号処理装置3は、励磁信号生成回路51、第1検波回路55、第2検波回路56及び演算機57を備える。励磁信号生成回路51は、ロータリートランス用コイル42へ高周波(480kHz)の励磁信号(SIN信号)を出力するようになっている。第1検波回路55は、SIN信号励磁コイル47から出力されるSIN信号を入力するようになっている。第2検波回路56は、COS信号励磁コイル46から出力されるCOS信号を入力するようになっている。演算機57は、第1及び第2の検波回路55,56から出力されるSIN信号及びCOS信号をそれぞれ入力するようになっている。   As shown in FIG. 6, the signal processing device 3 includes an excitation signal generation circuit 51, a first detection circuit 55, a second detection circuit 56, and a calculator 57. The excitation signal generation circuit 51 outputs a high-frequency (480 kHz) excitation signal (SIN signal) to the rotary transformer coil 42. The first detection circuit 55 receives the SIN signal output from the SIN signal excitation coil 47. The second detection circuit 56 receives the COS signal output from the COS signal excitation coil 46. The computing unit 57 inputs the SIN signal and the COS signal output from the first and second detection circuits 55 and 56, respectively.

上記した信号処理装置3において、励磁信号発生回路51で励磁信号が発生することにより、ステータ側のロータリートランス用コイル42及びロータ側のロータリートランス用コイル41を介して、ロータ側のセンサコイル48に励磁信号が入力される。この励磁信号の電流により発生する磁束により、ステータ側のSIN信号励磁コイル47及びCOS信号励磁コイル46に起電力(SIN信号及びCOS信号)が発生する。SIN信号励磁コイル47で発生した起電力(SIN信号)の振幅変動と、COS信号励磁コイル46で発生した起電力(COS信号)の振幅変動とを解析することにより、センサロータ7の回転位置を算出することができる。すなわち、第1検波回路55は、SIN信号励磁コイル47で発生するSIN信号から、励磁信号の高周波成分を除去する。一方、第2検波回路56は、COS信号励磁コイル46で発生するCOS信号から、励磁信号の高周波成分を除去する。そして、演算機57は、第1検波回路55の出力信号と第2検波回路56の出力信号との振幅の比から、センサロータ7の現在の角度位置を算出し、その算出結果を角度データとして出力する。従って、この実施形態の角度センサ1では、センサステータ6とセンサロータ7のそれぞれに設けられた一対をなすロータリートランス用コイル41,42の間の検出信号の伝達効率が、センサとしての信頼性等に影響を与えることになる。   In the signal processing device 3 described above, when an excitation signal is generated by the excitation signal generation circuit 51, the rotor-side sensor coil 48 passes through the stator-side rotary transformer coil 42 and the rotor-side rotary transformer coil 41. An excitation signal is input. An electromotive force (SIN signal and COS signal) is generated in the SIN signal excitation coil 47 and the COS signal excitation coil 46 on the stator side by the magnetic flux generated by the current of the excitation signal. By analyzing the amplitude fluctuation of the electromotive force (SIN signal) generated by the SIN signal excitation coil 47 and the amplitude fluctuation of the electromotive force (COS signal) generated by the COS signal excitation coil 46, the rotational position of the sensor rotor 7 is determined. Can be calculated. That is, the first detection circuit 55 removes the high frequency component of the excitation signal from the SIN signal generated by the SIN signal excitation coil 47. On the other hand, the second detection circuit 56 removes the high frequency component of the excitation signal from the COS signal generated by the COS signal excitation coil 46. Then, the computing unit 57 calculates the current angular position of the sensor rotor 7 from the amplitude ratio between the output signal of the first detection circuit 55 and the output signal of the second detection circuit 56, and uses the calculation result as angle data. Output. Therefore, in the angle sensor 1 of this embodiment, the transmission efficiency of the detection signal between the pair of rotary transformer coils 41 and 42 provided in each of the sensor stator 6 and the sensor rotor 7 is reliable as a sensor. Will be affected.

以上説明したこの実施形態の角度センサ1によれば、ロータ基板21の内周側に磁性材料により形成されるロータ側環状金属部材23が一体的に設けられることによりセンサロータ7が形成され、その環状金属部材23の環状対向部23cにロータリートランス用コイル41が設けられる。従って、ロータリートランス用コイル41のコアを兼ねたロータ側環状金属部材23が、センサロータ7の回転軸14への取り付けに用いられる。また、ステータ基板31の内周側に磁性材料により形成されるステータ側環状金属部材35が一体的に設けられることによりセンサステータ6が形成され、その環状金属部材35の環状対向部35aにロータリートランス用コイル42が設けられる。このため、一対のロータリートランス用コイル41,42を設けるために、センサロータ7及びセンサステータ6とは別々の取り付け作業や配線を行う必要がなく、角度センサ1としての生産性を向上させることができる。   According to the angle sensor 1 of this embodiment described above, the sensor rotor 7 is formed by integrally providing the rotor-side annular metal member 23 formed of a magnetic material on the inner peripheral side of the rotor substrate 21. A rotary transformer coil 41 is provided on the annular facing portion 23 c of the annular metal member 23. Therefore, the rotor-side annular metal member 23 that also serves as the core of the coil 41 for the rotary transformer is used for attaching the sensor rotor 7 to the rotating shaft 14. A stator-side annular metal member 35 formed of a magnetic material is integrally provided on the inner peripheral side of the stator substrate 31 to form the sensor stator 6, and a rotary transformer is formed on the annular facing portion 35 a of the annular metal member 35. Coil 42 is provided. For this reason, in order to provide the pair of coils 41 and 42 for the rotary transformer, it is not necessary to perform separate mounting work and wiring with the sensor rotor 7 and the sensor stator 6, and the productivity as the angle sensor 1 can be improved. it can.

この実施形態では、センサロータ7のロータ側環状金属部材23の環状対向部23cと、センサステータ6のステータ側環状金属部材35の環状対向部35aとが隙間を介して対向するので、一対のロータリートランス用コイル41,42が隙間を介して互いに対向し、その間で生じる磁束の流れが、両環状対向部23c,35aの間で形成される。このため、両ロータリートランス用コイル41,42の間から磁束の漏れを抑えることができ、角度センサ1としての角度の検出誤差を低減することができ、角度センサ1の信頼性を確保することができる。   In this embodiment, since the annular facing portion 23c of the rotor-side annular metal member 23 of the sensor rotor 7 and the annular facing portion 35a of the stator-side annular metal member 35 of the sensor stator 6 face each other via a gap, a pair of rotary The transformer coils 41 and 42 are opposed to each other through a gap, and a magnetic flux generated between the transformer coils 41 and 42 is formed between the annular facing portions 23c and 35a. For this reason, leakage of magnetic flux can be suppressed between the coils 41 and 42 for both rotary transformers, an angle detection error as the angle sensor 1 can be reduced, and the reliability of the angle sensor 1 can be ensured. it can.

また、この実施形態では、センサローラ7及びセンサステータ6のそれぞれにつき、各ロータリートランス用コイル41,42が、各環状対向部23c,35aの溝23d,35bの中に囲われることから、各ロータリートランス用コイル41,42で発生する磁束に対して、各溝23d,35bにより磁気的な閉回路が構成される。このため、一対のロータリートランス用コイル41,42の間で磁束の漏れを更に抑えることができ、両コイル41,42の間で伝えられる検出信号のSN比を向上させることができ、角度センサ1としての耐ノイズ性を向上させることができる。   Further, in this embodiment, for each of the sensor roller 7 and the sensor stator 6, the rotary transformer coils 41 and 42 are surrounded by the grooves 23 d and 35 b of the annular facing portions 23 c and 35 a. A magnetic closed circuit is formed by the grooves 23d and 35b with respect to the magnetic flux generated in the transformer coils 41 and 42. For this reason, the leakage of magnetic flux can be further suppressed between the pair of coils 41 and 42 for the rotary transformer, the SN ratio of the detection signal transmitted between the coils 41 and 42 can be improved, and the angle sensor 1 The noise resistance can be improved.

<第2実施形態>
次に、本発明における角度センサを具体化した第2実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment in which the angle sensor according to the present invention is embodied will be described in detail with reference to the drawings.

図7に、角度センサの一部を、図5に準ずる拡大断面図により示す。この実施形態では、各環状対向部23c,35aの配置の点で第1実施形態と異なる。すなわち、ロータ側環状金属部材23では、環状対向部23cが、同金属部材23の外周縁部に配置される。そして、その環状対向部23cの、軸方向一側面(ロータ基板21の表面21a)の側に、ロータリートランス用コイル41を配置した溝23dが形成される。一方、ステータ側環状金属部材35では、環状対向部35aが、上記したロータ側環状金属部材23の環状対向部23cと対向する位置に配置される。そして、その環状対向部35bの、軸方向一側面(ステータ基板31の表面31a)の側に、ロータリートランス用コイル42を配置した溝35bが形成される。この構成において、各溝23d,35bは、同一半径を有する円環状に形成され、それらの中に配置されるコイル41,42についても、同一半径を有する円環状に形成される。   FIG. 7 shows a part of the angle sensor in an enlarged sectional view according to FIG. In this embodiment, it differs from 1st Embodiment by the point of arrangement | positioning of each cyclic | annular opposing part 23c, 35a. That is, in the rotor-side annular metal member 23, the annular facing portion 23 c is disposed on the outer peripheral edge portion of the metal member 23. And the groove | channel 23d which has arrange | positioned the coil 41 for rotary transformers is formed in the axial direction one side (surface 21a of the rotor board | substrate 21) side of the cyclic | annular opposing part 23c. On the other hand, in the stator side annular metal member 35, the annular facing portion 35a is disposed at a position facing the annular facing portion 23c of the rotor side annular metal member 23 described above. And the groove | channel 35b which has arrange | positioned the coil 42 for rotary transformers in the axial direction one side surface (surface 31a of the stator board | substrate 31) side of the cyclic | annular opposing part 35b is formed. In this configuration, the grooves 23d and 35b are formed in an annular shape having the same radius, and the coils 41 and 42 disposed therein are also formed in an annular shape having the same radius.

従って、この実施形態の角度センサについても、第1実施形態の角度センサ1と同等の作用効果を得ることができる。   Therefore, the same effect as the angle sensor 1 of 1st Embodiment can be acquired also about the angle sensor of this embodiment.

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実施することもできる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and a part of the configuration can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.

例えば、前記各実施形態では、環状対向部23c,35aに溝23d,35bを形成したが、この溝23d,35bを省略してもよい。   For example, in each of the embodiments described above, the grooves 23d and 35b are formed in the annular facing portions 23c and 35a, but the grooves 23d and 35b may be omitted.

この発明は、モータやエンジンの回転角度の検出に利用することができる。   The present invention can be used for detecting the rotation angle of a motor or an engine.

1 角度センサ
2 モータ
6 センサステータ
7 センサロータ
14 回転軸
21 ロータ基板
21a 表面
22 平面コイル
23 ロータ側環状金属部材
23c 環状対向部
23d 溝
31 ステータ基板
31a 表面
35 ステータ側環状金属部材
35a 環状対向部
35b 溝
41 ロータリートランス用コイル(センサロータ側)
42 ロータリートランス用コイル(センサステータ側)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Angle sensor 2 Motor 6 Sensor stator 7 Sensor rotor 14 Rotating shaft 21 Rotor board 21a Surface 22 Planar coil 23 Rotor side annular metal member 23c Annular facing part 23d Groove 31 Stator board 31a surface 35 Stator side annular metal member 35a Annular facing part 35b Groove 41 Coil for rotary transformer (sensor rotor side)
42 Coil for rotary transformer (sensor stator side)

Claims (2)

表面に平面コイルが形成される円環状のロータ基板を含み、前記ロータ基板の内周側にロータ側環状金属部材が設けられ、前記ロータ側環状金属部材を介して回転軸に取り付けられるセンサロータと、
前記センサロータの前記表面に表面が対向して配置され、前記表面に平面コイルが形成されるステータ基板を含み、前記ステータ基板の内周側にステータ側環状金属部材が設けられるセンサステータと
を備え、前記ロータ側環状金属部材と前記ステータ側環状金属部材はそれぞれ磁性材料により形成され、前記ロータ側環状金属部材と前記ステータ側環状金属部材のそれぞれに互いに隙間を介して対向する環状対向部が形成され、前記両環状対向部のそれぞれに信号伝達用のロータリートランス用コイルが設けられることを特徴とする角度センサ。
A sensor rotor including an annular rotor substrate having a planar coil formed on a surface thereof, a rotor-side annular metal member provided on an inner peripheral side of the rotor substrate, and attached to a rotating shaft via the rotor-side annular metal member; ,
A sensor stator including a stator substrate having a surface opposed to the surface of the sensor rotor and having a planar coil formed on the surface; and a stator-side annular metal member provided on an inner peripheral side of the stator substrate. The rotor-side annular metal member and the stator-side annular metal member are each formed of a magnetic material, and the rotor-side annular metal member and the stator-side annular metal member are each formed with an annular facing portion that is opposed to each other via a gap. An angle sensor, wherein a rotary transformer coil for signal transmission is provided in each of the two annular facing portions.
前記両環状対向部のそれぞれに、回転方向に沿って溝が形成され、前記各溝の中に前記各ロータリートランス用コイルが配置されることを特徴とする請求項1に記載の角度センサ。   2. The angle sensor according to claim 1, wherein a groove is formed in each of the two annular facing portions along a rotation direction, and each of the rotary transformer coils is disposed in each of the grooves.
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