(57)【要約】      （修正有）【課題】耐環境性に優れた角度検出装置を提供する。【解決手段】角度検出装置１は、第１の励磁コイル５及び出力コイル４と、第１の励磁コイル５及び出力コイル４に対して相対的に回転可能な回転体２とを備える。回転体２は、磁気応答体３を有し、第１の励磁コイル５及び出力コイル４は、回転体２に非接触で対向している。第１の励磁コイル５に交流電圧を印加したときの出力コイル４に誘導される電圧が、回転体２に設けられた磁気応答体３によって、回転体２の周方向の位置に依存して単調に変化する。【選択図】図１
2020173232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と第１の励磁コイルと出力コイルとを備え、
前記回転体は、前記第１の励磁コイル及び前記出力コイルに対して相対的に回転可能であり、
前記第１の励磁コイル及び前記出力コイルは、前記回転体に対して、非接触に対向し、
前記第１の励磁コイルに交流電圧を印加したときの前記出力コイルに誘導される電圧が、前記回転体の所定の周方向の範囲の位置に依存して単調に変化することを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
前記回転体は、磁気応答体を有し、
前記磁気応答体は、回転体の前記所定の周方向の範囲の位置に依存して電気抵抗が単調に変化することを特徴とする請求項１記載の回転角検出装置。
【請求項３】
前記磁気応答体は、導電性であることを特徴とする請求項２記載の回転角検出装置。
【請求項４】
リファレンスコイルを更に備え
前記回転体は、前記リファレンスコイルに対して相対的に回転可能であり、
前記第１の励磁コイルに交流電圧を印加したときの前記リファレンスコイルに誘導される電圧と前記出力コイルに誘導される電圧との差分が、前記回転体の所定の周方向の範囲の位置に依存して単調に変化し、
前記リファレンスコイルと前記出力コイルとは電気的に逆接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の回転角検出装置。
【請求項５】
リファレンスコイル及び第２の励磁コイルを更に備え、
前記回転体は、前記第２の励磁コイル及び前記リファレンスコイルに対して相対的に回転可能であり、
前記リファレンスコイル及び前記第２の励磁コイルは、前記回転体に対して、非接触に対向し、
前記第２の励磁コイルに交流電圧を印加したときの前記リファレンスコイルに誘導される電圧が、前記回転体の前記所定の周方向の範囲の位置に依存せず一定であり、
前記リファレンスコイルと前記出力コイルとは電気的に逆接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の回転角検出装置。
【請求項６】
転動体と輪状体を更に備え、
前記輪状体は、前記回転体と前記転動体を介して対向し、
前記第１の励磁コイル及び前記出力コイルが、前記輪状体に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の回転角検出装置。
【請求項７】
転動体と輪状体を更に備え、
前記輪状体は、前記回転体と前記転動体を介して対向し、
前記第１の励磁コイル、前記出力コイル及び前記リファレンスコイルが、前記輪状体に固定されていることを特徴とする請求項４記載の回転角検出装置。
【請求項８】
転動体と輪状体を更に備え、
前記輪状体は、前記回転体と前記転動体を介して対向し、
前記第１の励磁コイル、前記出力コイル、前記リファレンスコイル及び前記第２の励磁コイルが、前記輪状体に固定されていることを特徴とする請求項５記載の回転角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の角度を検出する角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転（回動）軸の回転角を計測するために、接触又は非接触型回転角検出器が使用されている。
接触型回転角検出器は、ポテンショメータが例示されるが、接触部での摩耗が避けられない。そのため、耐久性を重視する用途には、非接触型回転角検出器が適している。
非接触型回転角検出器としては、近接センサ（距離センサ）と回転角度に応じて距離が変化する被検出体との組合わせや（特許文献１、２）、磁石と磁気センサとの組合わせ（特許文献３）により回転角度を検出する装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１４９９７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８０５９４号公報
【特許文献３】特開２０１１−１８０００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の非接触型の回転角検出装置は、繊細なセンサ（例えば発光素子、受光素子、ホール素子等）を用いるため、振動等の外部環境の影響を受けやすく、検出器からの出力が変動し、角度の誤検出を招く虞がある。
特に、大きな振動が発生する農業機械、建設機械、多関節ロボット、例えばショベルカー等の駆動用回転軸においては、振動等の環境の影響を受け誤検出のリスクが高くなるといった問題がある。
【０００５】
上記課題を鑑み、本発明は、耐環境性に優れた回転角検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る回転角検出装置は、
回転体と第１の励磁コイルと出力コイルとを備え、
前記回転体は、前記第１の励磁コイル及び前記出力コイルに対して相対的に回転可能であり、
前記第１の励磁コイル及び前記出力コイルは、前記回転体に非接触に対向し、
前記第１の励磁コイルに交流電圧を印加したときの前記出力コイルに誘導される電圧が、前記回転体の所定の周方向の範囲の位置に依存して単調に変化することを特徴とする。
【０００７】
このような構成とすることにより、少なくとも所定の周方向の範囲において、回転体の回転角に依存して、出力コイルに誘起される交流電圧が変化し、その電圧値から回転体の回転の絶対角を検出することができる。
検出部（センサ部）が電線を巻回したコイルから構成されるため、従来の繊細な光センサや磁気センサと異なり、振動等の外部環境からの影響に対する耐性が高く、従来と比較して耐環境性に優れた回転角検出装置を提供することができる。
なお、回転とは回動を含み、一方向に回転する場合だけでなく、双方向に回転する場合や所定の範囲内で双方向に回転する場合等も含む。
【０００８】
また、本発明に係る回転角検出装置は
前記回転体は、磁気応答体を有し、
前記磁気応答体は、回転体の前記所定の周方向の範囲の位置に依存して電気抵抗が単調に変化することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る回転角検出装置は、
前記磁気応答体は、導電性であることを特徴とする。
【００１０】
このような構成とすることにより、渦電流損失を利用して、出力コイルに誘起される交流電圧を効果的に制御することができる。
【００１１】
また、本発明に係る回転角検出装置は、
リファレンスコイルを更に備え
前記回転体は、前記リファレンスコイルに対して相対的に回転可能であり、
前記第１の励磁コイルに交流電圧を印加したときの前記リファレンスコイルに誘導される電圧と前記出力コイルに誘導される電圧との差分が、前記回転体の所定の周方向の範囲の位置に依存して単調に変化し、
前記リファレンスコイルと前記出力コイルとは電気的に逆接続されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る回転角検出装置は
リファレンスコイル及び第２の励磁コイルを更に備え、
前記回転体は、前記第２の励磁コイル及び前記リファレンスコイルに対して相対的に回転可能であり、
前記リファレンスコイル及び前記第２の励磁コイルは、前記回転体に対して、非接触に対向し、
前記第２の励磁コイルに交流電圧を印加したときの前記リファレンスコイルに誘導される電圧が、前記回転体の前記所定の周方向の範囲の位置に依存せず一定であり、
前記リファレンスコイルと前記出力コイルとは電気的に逆接続されていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成とすることにより、さらにノイズ耐性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る回転角検出装置は、
転動体と輪状体を更に備え、
前記輪状体は、前記回転体と前記転動体を介して対向し、
前記第１の励磁コイル及び前記出力コイルが、前記輪状体に固定されていることを特徴とする。
【００１５】
このような構成とすることにより、例えば農業機械、建設機械等の関節部分へ適用される軸受けに一体化した回転角度検出装置を得ることができ、関節部分への適用が容易になる。
【００１６】
また、本発明に係る回転角検出装置は、
転動体と輪状体を更に備え、
前記輪状体は、前記回転体と前記転動体を介して対向し、
前記第１の励磁コイル、前記出力コイル及び前記リファレンスコイルが、前記輪状体に固定されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る回転角検出装置は、
転動体と輪状体を更に備え、
前記輪状体は、前記回転体と前記転動体を介して対向し、
前記第１の励磁コイル、前記出力コイル、前記リファレンスコイル及び前記第２の励磁コイルが、前記輪状体に固定されていることを特徴とすることを特徴とする。
【００１８】
このような構成とすることにより、さらにノイズ耐性を向上させた、軸受けに一体化した回転角度検出装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、耐環境性に優れた回転角検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１における回転角検出装置の鳥瞰図及び断面図
【図２】回転軸及び磁気応答体表面の展開図
【図３】出力コイル及び励磁コイルの電気的接続関係を示す等価回路図
【図４】回転軸の円周上の距離（位置）と出力コイルに誘起される電圧との関係を示すグラフ
【図５】回転角検出装置の鳥瞰図、上面図及び断面図
【図６】第２の実施形態における回転角検出装置の断面図、展開図及び上面図
【図７】回転軸の周方向の距離（位置）と出力コイル及びリファレンスコイルに誘起される電圧との関係を示すグラフ
【図８】励磁コイル、出力コイル及びリファレンスコイルの電気的接続関係を示す等価回路図
【図９】実施形態３における回転角検出装置を示す鳥瞰図及び回転軸の側面の展開図
【図１０】回転角検出装置の各コイルの電気的接続関係を示す等価回路図
【図１１】回転軸の周方向の距離（位置）と出力コイル及びリファレンスコイルに誘起される電圧との関係を示すグラフ
【図１２】回転角検出装置の上面図及び断面図
【図１３】回転角検出装置の応用例を示す模式図
【図１４】実施形態４における回転角検出装置を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は、いずれも本発明の要旨の認定において限定的な解釈を与えるものではない。また、同一又は同種の部材については同じ参照符号を付して、説明を省略することがある。
【００２２】
（実施形態１）
図１（ａ）は、本実施形態にかかる回転角検出装置１の主要構成を示す鳥瞰図である。
回転運動を伝達する回転軸（又は回転運動する回転体）２の表面には、磁気応答体３が設けられている。回転軸２は、例えばステンレス鋼等の耐久性のある材料から構成されている。回転軸２は、軸対称の形状であり、例えば円柱、円筒形状をなす。
ここで磁気応答体３とは、磁場の変化により渦電流を生じる導電体を意味し、非強磁性材料の回転軸２の電気抵抗より低い電気抵抗を有する導電体、好適には、良導体（抵抗率が１０−７Ωｍ台又はそれ以下の導電体、例えば銅、アルミニウムなど）から構成されている。
なお、「回転」とは、一方向の回転だけで無く、双方向の回転や特定の角度範囲内で双方向に回転（又は回動）する場合も含む。
【００２３】
磁気応答体３は、回転軸２の表面上に導電体の板を接着（例えば溶接）して形成することで形成可能であるが、回転軸２表面に形成した溝に埋め込むこと（象嵌）により形成してもよい。すなわち、回転軸２の表面を機械的に切削又は化学的にエッチングすることにより、表面に所定の深さの溝を形成する。その後、回転軸２の表面に、めっき、蒸着等の成膜技術により、溝の深さより厚い膜厚の銅等の導電体を形成する。その後、回転軸２の表面を研磨して平坦化し、溝中のみに導電体を残置することで、磁気応答体３を形成する。
また、回転軸２の表面に金属粉末を塗布し、レーザーを照射し金属粉末を溶融して、所定の形状に金属粉末を回転軸２に溶着させ、その後レーザーを照射しなかった金属粉末を洗浄除去することで磁気応答体３を形成してもよい。
【００２４】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＺ−Ｚ’線断面である。
回転軸２の表面に形成された磁気応答体３に対向するように、出力コイル４及び励磁コイル５が、回転軸２とは独立して非接触に設置されている。回転軸２は、出力コイル４及び励磁コイル５と独立して相対的に回転運動することができる。
図１（ａ）、（ｂ）に示す例においては、両コイルは積層されて設置されている。
出力コイル４及び励磁コイル５は、同一形状であり、例えば、断面が円形状、矩形状又は両端に半円を有する矩形状で、同軸のコイルで構成することができる。
【００２５】
図２（ａ）、（ｂ）は、回転軸２の表面上の磁気応答体３の形状を示すため、回転軸２及び磁気応答体３の表面を展開した図である。
図２中ＡとＡ’、ＢとＢ’は、それぞれ回転軸２の表面上の同一の点を示し、図１（ａ）のＡ、Ｂに相当する。
図２中矢印で示されるＹ軸は、回転軸２の周方向（又は円周方向）である。
【００２６】
図２に示すように、磁気応答体３は、その幅（図２中、Ｙ軸に垂直方向の長さ、又は回転軸２の軸方向の長さ）が、回転軸２の円周に沿って（周方向の位置に依存して）変化する。例えば、図２の展開図において、磁気応答体３は、その幅が周方向の距離に対して線形に変化する台形（又は三角）形状をなす。
ただし、磁気応答体３の厚さ（図１（ｂ）の半径方向の長さ）は、同じである。
なお、図２中のＹ軸は、磁気応答体３の幅が最大となる点を原点Ｏとしている。
【００２７】
このように、磁気応答体３の幾何学的形状（又は断面積）を変えることで、磁気応答体３の電気抵抗が、周方向の距離に依存して単調に増加又は減少する。
図２に示す例は、周方向の位置（距離）に対して線形に磁気応答体３の単位長さあたりの電気抵抗が変化する例を示したが、これに限定するものではない。周方向の位置に依存して単位幅あたりの電気抵抗が単調に増加又は減少すればよく、例えば２次関数等の他の単調に変化する関数に従って、周方向に電気抵抗が変化してもよい。
なお、本明細書において、距離に依存して単調に増加又は減少するとは、距離に依存して、常に増加又は減少し、異なる距離において同じ値にならないことを意味する。
【００２８】
なお、図２（ａ）に示す例においては、磁気応答体３は、Ａ−Ｂ線部で磁気応答体３の両端辺が接続し、全円周すなわち回転角度０から２πまでの範囲の角度検出を行うが、図２（ｂ）に示すように検出が必要な所定の角度範囲（例えば０からπまで等）にのみ磁気応答体３を形成してもよい。角度を検出する範囲は、本回転角検出装置１を適用する機械等において、回転角の測定が必要とされる範囲に適宜に設定すればよい。
【００２９】
出力コイル４及び励磁コイル５の幅（図２中、Ｙ軸に垂直方向の長さ）は、磁気応答体３の最大幅以上の長さを有する。それにより、回転軸２が回転しても、磁気応答体３の全ての領域（幅）を覆うよう構成される。
【００３０】
図３は、出力コイル４及び励磁コイル５の電気的接続関係を示す等価回路図である。
励磁コイル５には電源６から交流電圧が印加され、励磁コイル５によって磁場が生じ、電磁誘導によって、出力コイル４には交流電圧が誘起される。従って、励磁コイル５及び出力コイル４によってトランスが構成され、励磁コイル５及び出力コイル４は、それぞれトランスの１次コイル及び２次コイルに相当する。
一方、励磁コイル５によって発生した磁場は、磁気応答体３に渦電流を発生させる。そのため、渦電流損失により、出力コイル４に誘起される交流電圧が減少する。
すなわち、磁気応答体３により励磁コイル５と出力コイル４との相互インダクタンスが、周方向に単調に変化し、出力コイル４の交流電圧を制御できる。
【００３１】
磁気応答体３の渦電流は、磁気応答体３の電気抵抗に依存する。磁気応答体３の電気抵抗（より正確には単位長さ当たりの電気抵抗）は、周方向の距離に対して単調に増加又は減少するため、渦電流は、周方向の距離に対して単調に減少又は増加する。
その結果、出力コイル４に誘起される交流電流は、周方向の距離に対して単調に増加又は減少する。
【００３２】
図４は、出力コイル４及び励磁コイル５の円周上の距離（位置）と出力コイル４に誘起される電圧との関係を示すグラフである。図４中のグラフの横軸は、図２のＹ軸に相当する。図４の横軸の原点Ｏは図２のＹ軸の原点Ｏに対応し、従って図２中の位置Ａ’（又はＡ’−Ｂ’線）に対応する。出力コイル４からの出力は交流であるため、縦軸はＡＣ／ＤＣ変換器により交流から直流に変換後の電圧を示す。
出力コイル４及び励磁コイル５の円周上の位置がＡ’（又はＡ’−Ｂ’線）からＡ（又はＡ−Ｂ線）に変化すると、出力コイル４に誘起される交流電圧は、渦電流損が減少するため、単調に増加する。
従って、図１に示す構成において、出力コイル４及び励磁コイル５に対して相対的に回転軸２を回転させると、出力コイル４に誘起される交流電圧は、図２（ａ）に示す磁気応答体３の例の場合、回転軸２の円周長さを周期として変化する。
【００３３】
以上より、出力コイル４の出力をＡＣ／ＤＣ変換により直流化し、出力コイル４の出力電圧を計測することにより、図４のグラフに示す関係を用いて、出力コイル４が対向する回転軸２の円周上の（絶対）位置を検知することができる。従って、回転軸２の半径と円周上の位置から回転角を検出することができる。また、回転角の時間的変化から、回転方向及び回転速度も検出可能である。
このように、角度検出を単純なコイルを用いて行うことが可能となるため、従来の繊細な検出器と異なり、振動による故障や誤動作のリスクが大きく低減することができる。
【００３４】
図１においては、回転軸２の側面部に磁気応答体３を形成したが、図５に示すように回転軸２の端面に磁気応答体３を設けてもよい。
図５（ａ）は、回転角検出装置１の鳥瞰図であり、図５（ｂ）、（ｃ）は回転角検出装置１の（紙面左方から見た）上面図である。磁気応答体３は、スパイラル状に形成され、その幅（回転軸２の半径方向の長さ）が、円筒座標系における角度０°（又は図５（ｂ）のＯを原点とした周方向の長さ）に対して単調に増加又は減少する形状をなす。
図５（ｂ）は、角度θの検出範囲が０から２π、図５（ｃ）は角度θの検出範囲が０からπまでの例を示す。
なお、磁気応答体３の厚さ（回転軸２の軸方向（長手方向）の長さ）は同じである。
【００３５】
図５（ｄ）、（ｅ）は、図５（ａ）のＺ−Ｚ’線における回転角検出装置１の断面図である。図５（ｄ）は、回転軸２の端面に磁気応答体３を埋め込んだ例を示し、図５（ｅ）は、回転軸２の端面上に磁気応答体３を接着した場合の例を示す。
【００３６】
図５（ｄ）、（ｅ）のいずれの場合も、出力コイル４及び励磁コイル５は、磁気応答体３に対向して、独立して設置されており、回転軸２は、出力コイル４及び励磁コイル５から独立して相対的に回転運動可能である。
【００３７】
出力コイル４及び励磁コイル５に対して回転軸２及び磁気応答体３が相対的に回転すると、回転角に依存して出力コイル４及び励磁コイル５に対向する部分の磁気応答体３の幅が変化する。そのため、励磁コイル５に交流電圧を印加した場合、出力コイル４から出力される電圧が変化する。出力コイル４の電圧変化から、回転軸２の相対的回転に対する角度（絶対角）を検出することができる。
【００３８】
なお、相対的回転とは、出力コイル４及び励磁コイル５に対して回転軸２が相対的に回転することを意味し、出力コイル４及び励磁コイル５を固定して回転軸２が回転しても、回転軸２を固定して出力コイル４及び励磁コイル５を回転してもよい。
また、絶対角とは、回転軸２における絶対的角度を意味し、例えば具体的には図１において、回転軸２の中心から線分Ａ−Ｂまでの半径方向を０度とした周方向の角度、又は図５（ｂ）において回転軸２の中心からＯまでの半径方向を０度として周方向の角度を意味する。
【００３９】
なお、磁気応答体３を形成した回転軸２の全体にクロム膜を覆ってもよい。
また、回転軸２の材料としては、ステンレス鋼の他に、ブロンズ、樹脂等であってもよい。
【００４０】
このように本発明にかかる回転角検出装置１は、センサ（検出部）がコイルから構成されているため、半導体等を使用した繊細な従来のセンサに比べて機械的振動に強く、耐環境性に優れる。またセンサは単純なコイルであるため、低価格でセンサを構成することも可能となる。
【００４１】
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２における回転角検出装置１の主要構成を示す。
図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図１及び図５に示す回転角検出装置１に対して、さらにリファレンスコイル７を設けている。
【００４２】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、リファレンスコイル７が出力コイル４に周方向に並置されている。リファレンスコイル７及び出力コイル４は、励磁コイル５と磁気応答体３との間に位置する。
出力コイル４及びリファレンスコイル７は、例えば、同一の幾何学的形状（断面形状及び長さ）で、同一の巻数の同一の電気抵抗を有する銅等の導電線を有することで、同一の電気的特性となるよう構成されている。従って、出力コイル４及びリファレンスコイル７に使用されているコイル自体は、励磁コイル５によって生じる磁場に対して同一の磁気応答特性を有する。
【００４３】
ただし、リファレンスコイル７のみ、少なくとも回転軸２に対向する側の表面、さらに好適には励磁コイル５に面する側以外の表面が、カバー部材８で覆われている。
カバー部材８は、パーマロイ、フェライト、鉄等の強磁性体又は渦電流損を生じさせる銅、アルミニウム、銀等の導電体（好適には、抵抗率が１０−７Ωｍ台又はそれ以下の良導体）により構成されている。
【００４４】
カバー部材８により、リファレンスコイル７に侵入する磁場の強度（磁束）が出力コイル４と比較して減少し、励磁コイル５により発生した磁場に対する磁気応答特性が低くなる。
ここで、コイルの磁気応答特性が同一とは、同一磁場に対してコイルから出力される電圧が同一であることを意味し、磁気応答特性が低いとは、同一磁場に対してコイルから出力される電圧が低くなることを意味する。
【００４５】
図７は、図６（ａ）、（ｂ）に示される出力コイル４、リファレンスコイル７及び励磁コイル５の回転軸２の周方向の距離（位置）と出力コイル４及びリファレンスコイル７に誘起される電圧との関係を示すグラフである。縦軸は、出力コイル４及びリファレンスコイル７から出力される交流電圧をＡＣ／ＤＣ変換した後の電圧を示す。
出力コイル４の出力電圧と比較し、リファレンスコイル７の出力電圧は低く、両電圧の差分は、位置Ａ’から位置Ａへ移動するに従って大きくなる、すなわち単調に変化する。
カバー部材８により、リファレンスコイル７の磁気応答特性を出力コイル４の磁気応答特性と異ならしめることで、出力コイル４の出力電圧とリファレンスコイル７の出力電圧とを異ならしめることが可能となる。
【００４６】
図８は、励磁コイル５、出力コイル４及びリファレンスコイル７の電気的接続関係を示す等価回路である。励磁コイル５には、電源６により交流電圧が印加される。出力コイル４及びリファレンスコイル７は電気的に逆接続される。逆接続された出力コイル４及びリファレンスコイル８の出力は、差動増幅器９に入力される。出力コイル４及びリファレンスコイル８の出力は逆接続されているため、出力コイル４及びリファレンスコイル８の出力の差分が差動増幅器９から出力される。差動増幅器９の出力は、ＡＣ／ＤＣ変換器１０（整流回路）に入力され、ＡＣ／ＤＣ変換器１０から直流電圧が出力される。
なお、逆接続とは、各コイルから出力される交流電圧の正負が逆になるように接続するものであり、互いに相殺する方向に電圧が印加される接続である。
【００４７】
出力コイル４及びリファレンスコイル７に使用されているコイル自体は、同一の構成であるため、外部からの影響により電気的ノイズが発生すると、出力コイル４及びリファレンスコイル７は同様の影響を受ける。しかし、出力コイル４及びリファレンスコイル７は逆接続されているため、出力コイル４及びリファレンスコイル８の出力の差分を出力することにより、両コイルの出力電圧のノイズを相殺することができる。
【００４８】
図７に示すように、出力コイル４の出力とリファレンスコイル８の出力とは、回転軸２の周方向の位置依存性が異なるため、その差分電圧は回転軸２の周方向の位置に依存して単調に変化する。従って、図８に示す等価回路から出力される電圧から、回転軸２の円周上の（絶対）位置を検出することができる。従って、回転軸２の円周上の絶対位置と半径とから、回転軸２の絶対回転角を検出することができる。
その結果、例えば、外部からの電磁的ノイズ等の影響を低減しながら角度検出が可能となる。
【００４９】
このように、リファレンスコイル７をさらに設けることにより、ノイズ耐性を高めることができ、一層信頼性高く、絶対角の測定が可能な回転角検出装置を得ることができる。
特に、従来の受光素子等の光センサやホール素子等の磁気センサを利用した角度検出装置が使用できない放射線強度の高い環境においても、本回転角検出装置１は好適に使用可能である。この点については、他の実施形態についても同様である。
【００５０】
なお、図６（ｃ）に示す構成においても、同様に図８に示す等価回路から出力される電圧から、回転軸２の回転角（絶対角）を検出することができる。
【００５１】
（実施形態３）
実施形態３における回転角検出装置１を示す鳥瞰図及び回転軸２の側面の展開図を図９に示す。
図９に示すように、第１の励磁コイル５１及び出力コイル４が積層され、回転軸２の側面に設けられた第１の磁気応答体３１に対向して設置されている。さらに、第２の励磁コイル５２及びリファレンスコイル７が設けられ、これらの両コイルは積層され、回転軸２の側面に設けられた第２の磁気応答体３２に対向して設置されている。
【００５２】
第１の励磁コイル５１及び第２の励磁コイル５２は、同じ構成のコイルであり、従って磁気に対して同じ応答特性（同一の交流電圧を印加することで同一の磁場を発生する）を有する。
また、出力コイル４及びリファレンスコイル７は、同じ構成のコイルであり、従って磁気に対して同じ応答特性（同一磁場に対して同一の電圧が誘起される）を有する。
【００５３】
第１の磁気応答体３１は、実施形態１の図１、２に示される磁気応答体３と同じであり、円周上の位置に依存して単調に変化（増加又は減少）する幅を有している。
一方、第２の磁気応答体３２は、第１の磁気応答体３１と同じ材質で同じ厚さを備えるが、その幅は円周上の位置（周方向）に依存することなく一定である。
【００５４】
図１０は、本実施形態の回転角検出装置１の等価回路を示す。
第１の励磁コイル５１及び第２の励磁コイル５２は、同一電源から交流電圧が印加される。
第１の励磁コイル５１及び第２の励磁コイル５２により発生する磁場により、出力コイル４及びリファレンスコイル７に、交流電圧が誘導される。
出力コイル４及びリファレンスコイル７の出力は、互いに逆接続され、差動増幅器９により差分電圧が増幅され、ＡＣ／ＤＣ変換器１０により直流電圧として出力される。
出力コイル４及びリファレンスコイル７に誘導される電圧は、第１の磁気応答体３１及び第２の磁気応答体３２の渦電流損失の影響を受ける。
【００５５】
図１１は、出力コイル４及びリファレンスコイル７に誘起される電圧の回転軸２の周方向の位置依存性を示すグラフである。
第１の磁気応答体３１の幅が回転軸２の周方向の位置に依存して変化するため、回転軸２が、出力コイル４に対して相対的に回転すると、回転角に依存して出力コイル４に誘起される電圧が変化する。
一方、第１の磁気応答体３１の幅は、回転軸２の周方向の位置に依存せず一定である。そのため、回転軸２が、出力コイル４に対して相対的に回転しても、リファレンスコイル７から出力される電圧は一定である。
従って、図１０で示される回路の出力電圧は、回転軸２の回転角に依存して単調に変化する。その結果、上記出力電圧により回転軸２の絶対回転角を検出することができる。
【００５６】
一方、外部から電気的ノイズにより、出力コイル４及びリファレンスコイル７から出力される電圧にノイズが加わった場合、出力コイル４及びリファレンスコイル７の出力は逆接続されているため、差分電圧においてはノイズは相殺される。
すなわち、本実施形態においても、ノイズ耐性がある回転角度検出装置１を提供することができる。
【００５７】
本実施形態は、図５で示されるように回転軸２の端面に各コイルを配置する回転角度検出装置１にも適用可能である。図１２に示すように、第１の励磁コイル５１及び出力コイル４は積層され、回転軸２の端面に設けられた第１の磁気応答体３１に対向して設置される。第１の磁気応答体３１は、図５に示される磁気応答体３と同じ構成である。
第２の励磁コイル５２及びリファレンスコイル７は積層され、回転軸２の端面に設けられた第２の磁気応答体３２に対向して設置される。
【００５８】
第２の磁気応答体３２は、第１の磁気応答体３１と同じ材質で同じ厚さを備えるが、その幅（半径方向の長さ）は、角度に依存することなく一定である。
従って、図１０に示される等価回路の出力電圧は、回転軸２の回転角に依存して単調に変化する。その結果、上記出力電圧により回転軸２の絶対回転角を検出することができる。
また、出力コイル４及びリファレンスコイル７の出力は逆接続されているため、外部からの影響により生じるノイズは相殺され、ノイズ耐性のある回転角度検出装置１を提供することができる。
【００５９】
（実施形態４）
上記各実施形態の回転角度検出装置１は、例えば農業機械、建設機械、例えばショベルカーや、産業用ロボットで使用される関節部分に適用することで、回転（又は旋回）するアームの回転（旋回）角度を検出することができる。
【００６０】
図１３に示すように、第１のアーム１１の関節部の関節軸２０が、軸受け１３を介して第２のアーム１２に設けられた円筒状開口部１４と回転可能に連結されている。
第１のアーム１１又は第２のアーム１２が、油圧シリンダーやモーター等の駆動装置により駆動されると、関節軸２０を軸に第１のアーム１１と第２のアーム１２とが相対的に回転する。
【００６１】
関節軸２０は、例えば図１における回転軸２に相当する回転体であるため、関節軸２０の側面に、図１に示すように磁気応答体３を設け、磁気応答体３に対向して、出力コイル４及び励磁コイル５を第２のアーム１２に固定することで、第１のアーム１１と第２のアーム１２の相対的な回転について回転角を検出（計測）することが可能である。
なお、図５に示すように、関節軸２０の端面に磁気応答体３を設け、磁気応答体３に対向して、出力コイル４及び励磁コイル５を第２のアーム１２に固定してもよい。
【００６２】
また、関節軸２０自体に磁気応答体３を設けず、軸受け１３に磁気応答体３を設け、さらに出力コイル４及び励磁コイル５を内蔵させてもよい。
軸受け１３と回転角度検出装置１とを一体化させることで、第１のアーム１１の関節部２０である回転軸２を加工することなく、回転軸２における絶対角を検出でき、それにより第１のアームと第２のアームの相対的回転角を検出することが可能となる。
【００６３】
図１４（ａ）は、回転角度検出装置１としての機能を有する軸受け１３の主要な構成を模式的に示す一断面図である。
軸受け１３は外輪１６（第１の輪状体）、内輪１５（第２の輪状体）及び複数の転動体１７ａ、１７ｂを備える。
軸受け１３の内輪１５の内周面は、例えば第１のアーム１１の関節軸２０に外接して、溶接やかしめ等により固定されている。従って、内輪１５は、関節軸２０とともに回転し、図１における回転軸２に相当する回転体を構成する。外輪１６及び内輪１５は、関節軸２０の軸方向前後に設けられた複数の転動体１７ａ、１７ｂに接し、互いに転動体１７ａ、１７ｂを介して、回転自在に対向している。
外輪１６の外周面は、第２のアーム１２に設けられた円筒状開口部１４に内接して固定することにより、第１のアーム１１及び第２のアーム１２は、軸受け１３によって、互いに回転が可能となる。
【００６４】
図１４（ａ）に示すように、内輪１５の外周側面には、磁気応答体３が設けられており、外輪１６の内周面には、出力コイル４及び励磁コイル５が固定されている。
出力コイル４及び励磁コイル５は、磁気応答体３に対向している。外輪１６に対して内輪１５が相対的に回転すると、磁気応答体３は、出力コイル４及び励磁コイル５に対して相対的に回転する。
磁気応答体３は、内輪１５の外周側面の周方向の位置に対して単調にその幅（内輪１５が回転する軸方向の長さ）が変化する。そのため、実施形態１において既述したように、励磁コイル５に交流電圧を印加することで、周方向の位置に依存して、出力コイル４の出力電圧が単調に変化する。
その結果、出力コイル４の出力電圧から内輪１５の周方向の位置、すなわち内輪１５と外輪１６（更には、第１のアーム１１と第２のアーム１２）との相対的な角度を検出することができる。
【００６５】
なお、出力コイル４及び励磁コイル５には、外輪１６中に設けられた図示しない開孔部を介して、電気配線が接続されている。
【００６６】
なお、図１４（ａ）においては、出力コイル４及び励磁コイル５並びに磁気応答体３を転動体１７ａ及び転動体１７ｂに挟まれた領域に設けたが、転動体１７ａ又は転動体１７ｂの外方に設けてもよい。
ただし、転動体１７ａ及び転動体１７ｂに挟まれた領域に設けることにより、軸受け１３の小型化が可能である。
【００６７】
なお、本実施形態は、実施形態２、実施形態３との組合わせも可能であり、出力コイル４及び励磁コイル５の他に、図６（ａ）に示すようにカバー部材８で覆われたリファレンスコイル７を更に外輪１６に備えてもよい。また図９に示すように第１の磁気応答体３１及び第２の磁気応答体３２を内輪１５に備え、第１の励磁コイル５１及び出力コイル４並びに第２の励磁コイル５２及びリファレンスコイル７を外輪１６に備えてもよい。
【００６８】
また、転動体１７ａ、１７ｂの外方にさらにシール部材１８ａ、１８ｂを、内輪１５又は外輪１６に固定して設け、シール部材１８ａ、１８ｂにより挟まれた領域に潤滑油を封入、又は潤滑油を循環させてもよい。軸受け１３の摩擦をさらに低減することができる。
内輪１５と外輪１６との間の潤滑油は、内輪１５と外輪１６との相対的回転運動により流動することになるが、本回転角度検出装置１は、潤滑油の流れの影響を受けること無く、回転角を検出することができる。
【００６９】
なお、図１４（ａ）においては、内輪１５の外周側面に磁気応答体３を設置したが、図５と同様に、内輪１５の端面に磁気応答体３を設けてもよい。
この場合、図１４（ｂ）に示すように、内輪１５の端面に磁気応答体３を設するとともに、外輪１６の端部において、例えば断面がＬ字状の支持部１９を設け、出力コイル４及び励磁コイル５が磁気応答体３に対向するよう支持部１９に固定してもよい。
この場合、図６（ｃ）又は図１２に示す回転角度検出装置１との組合わせも可能である。
【００７０】
第１のアーム１１及び第２のアーム１２の幾何学的構成等に合わせて、適宜に磁気応答体３を設置する場所を選択（図１４（ａ）又は（ｂ））すればよい。
【００７１】
このように、回転角度検出装置１を軸受け３と統合することにより、農業機械、建設機械や産業用ロボット等の関節部そのものを加工することなく、回転角度検出装置１を容易に組み込むことが可能となる。
【００７２】
なお、外輪と内輪を入れ替え、各コイルを内輪に固定し、磁気応答体を外輪に形成することも可能である。
この場合、例えば外輪の内側面に磁気応答体を設置し、内輪の外側面に各コイルを設置すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば、センサ部にコイルを用いるため、振動等の外部環境からの影響を低減して、角度の誤検出を低減する角度検出装置を提供することができる。
耐環境性に優れるため、様々な環境での使用が可能であり、産業上の利用可能性は高い。
【符号の説明】
【００７４】
１  回転角検出装置
２  回転軸（回転体）
３  磁気応答体
３１  第１の磁気応答体
３２  第２の磁気応答体
４  出力コイル
５  励磁コイル
５１  第１の励磁コイル
５２  第２の励磁コイル
６  電源
７  リファレンスコイル
８  カバー部材
９  差動増幅器
１０  ＡＣ／ＤＣ変換器
１１  第１のアーム
１２  第２のアーム
１３  軸受け
１４  開口部
１５  内輪
１６  外輪
１７ａ、１７ｂ  転動体
１８ａ、１８ｂ  シール部材
１９  支持部
２０  関節軸
【図１】
2020173232.tif 000003
【図２】
2020173232.tif 000004
【図３】
2020173232.tif 000005
【図４】
2020173232.tif 000006
【図５】
2020173232.tif 000007
【図６】
2020173232.tif 000008
【図７】
2020173232.tif 000009
【図８】
2020173232.tif 000010
【図９】
2020173232.tif 000011
【図１０】
2020173232.tif 000012
【図１１】
2020173232.tif 000013
【図１２】
2020173232.tif 000014
【図１３】
2020173232.tif 000015
【図１４】
2020173232.tif 000016