(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーで連結されて相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対的回転位置検出装置であって、
交流信号で励磁される少なくとも１つのコイルを配置してなるコイル部と、
前記第１及び第２の軸に配置された第１及び第２の磁気応答部材であって、前記コイル部に対して磁気的に結合し、前記相対的回転位置に応じて該第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置が変化し、これに応じた出力を前記コイル部から生じるものと、
前記第１及び第２の軸の少なくとも一方と、これに対応して配置される前記第１及び第２の磁気応答部材の少なくとも一方との間に設けられ、回転方向以外の軸の不要な動きを吸収するオルダム機構と、
交流信号からなる所定の基準電圧を発生する回路と、
前記コイル部の出力信号と前記基準電圧とを演算し、所定の周期的振幅関数を振幅係数として持つ交流出力信号を少なくとも２つ生成する演算回路であって、前記各交流出力信号の前記周期的振幅関数はその周期特性においてサイン及びコサイン関数に相当する所定位相だけ異なっているものと
を具えた相対的回転位置検出装置。
【請求項２】
トーションバーで連結されて相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対的回転位置検出装置であって、
交流信号で励磁される少なくとも１つのセンサ用コイルを配置してなるコイル部と、
前記第１及び第２の軸に配置された第１及び第２の磁気応答部材であって、前記コイル部に対して磁気的に結合し、前記相対的回転位置に応じて該第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置が変化し、これに応じて前記センサ用コイルのインピーダンスが変化し、該インピーダンス変化に対応した出力を前記コイル部から生じさせるものと、
前記第１及び第２の軸の少なくとも一方と、これに対応して配置される前記第１及び第２の磁気応答部材の少なくとも一方との間に設けられ、回転方向以外の軸の不要な動きを吸収するオルダム機構と、
前記センサ用コイルに直列接続された温度補償用コイルと、
前記センサ用コイルと前記温度補償用コイルとの接続点より、前記センサ用コイルのインピーダンス変化に基づき変化する該センサ用コイルの出力信号を取り出す回路と
を具備する相対的回転位置検出装置。
【請求項３】
出力信号を整流して前記相対的位置に対応するレベルを持つ直流電圧を生成する回路をさらに具備する請求項２に記載の相対的回転位置検出装置。
【請求項４】
トーションバーで連結されて相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対的回転位置検出装置であって、
交流信号で励磁される少なくとも１つのコイルを配置してなるコイル部と、
前記第１及び第２の軸に配置された第１及び第２の磁気応答部材であって、前記コイル部に対して磁気的に結合し、前記相対的回転位置に応じて該第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置が変化し、これに応じた出力を前記コイル部から生じるものと、
前記第１及び第２の軸の少なくとも一方と、これに対応して配置される前記第１及び第２の磁気応答部材の少なくとも一方との間に設けられ、回転方向以外の軸の不要な動きを吸収するオルダム機構と
を具備し、前記コイル部は１次コイルと少なくとも２つの２次コイルを含み、前記２次コイルから、所定の周期的振幅関数を振幅係数として持つ交流出力信号を少なくとも２つ生成され、前記各交流出力信号の前記周期的振幅関数はその周期特性においてサイン及びコサイン関数に相当する所定位相だけ異なっていることを特徴とする相対的回転位置検出装置。
【請求項５】
前記トーションバーは自動車のステアリングホイールの回転軸に設けられるものであり、該トーションバーに負荷される捩れトルクを検出する請求項１乃至４のいずれかに記載の相対的回転位置検出装置。
【請求項６】
相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対的回転位置検出装置であって、
交流信号で励磁される１つのセンサ用コイルを配置してなるコイル部と、
前記第１及び第２の軸に配置された第１及び第２の磁気応答部材であって、前記コイル部に対して磁気的に結合し、前記相対的回転位置に応じて該第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置が変化し、これに応じた出力を前記センサ用コイルから生じるものと、
前記センサ用コイルに直列接続された温度補償用コイルと、
前記センサ用コイルと前記温度補償用コイルとの接続点より、前記センサ用コイルのインピーダンス変化に基づき変化する該センサ用コイルの出力信号を取り出す回路と、
前記出力信号を整流して前記相対的回転位置に対応するレベルの直流電圧を得る整流回路と、
交流信号からなる所定の交流基準電圧を発生する回路と、
前記センサ用コイルの出力信号と前記交流基準電圧とを演算し、前記相対的回転位置に対応する振幅係数を持つ交流出力信号を生成する演算回路であって、前記相対的回転位置に関する所定の第１の関数を振幅係数として持つ第１の交流出力信号と、前記第１の関数とは逆特性の第２の関数を振幅係数として持つ第２の交流出力信号とを生成するものと
を具え、該演算回路の前記第１及び第２の交流出力信号を前記整流回路に入力することで、前記相対的回転位置に対応するレベルの直流電圧をそれぞれ得るようにしたことを特徴とする相対的回転位置検出装置。
【請求項７】
前記交流基準電圧を発生する回路は、第１及び第２の交流基準電圧を発生し、
前記演算回路は、前記コイル部の出力電圧と前記第１及び第２の交流基準電圧とを用いて所定の第１の演算及び第２の演算をそれぞれ行うことで、第１の振幅関数を振幅係数として持つ第１の交流出力信号と、第２の振幅関数を振幅係数として持つ第２の交流出力信号とをそれぞれ生成するものであり、
前記第１及び第２の交流基準電圧は、前記第１及び第２の交流出力信号における前記第１及び第２の振幅関数の周期特性における特定の位相区間を定めるものであり、この第１及び第２の交流基準電圧を可変することで、該特定の位相区間と前記相対的位置の変化範囲との対応関係を可変できることを特徴とする請求項６に記載の相対的回転位置検出装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の磁気応答部材は、回転方向に所定間隔で複数のスリット部を形成してなる平板形状の部材からなり、前記相対的回転位置に応じた各磁気応答部材同士のスリット部の重なり具合によって前記コイル部に対する磁気的結合が変化するようにした請求項１乃至７のいずれかに記載の相対的回転位置検出装置。
【請求項９】
相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対的回転位置検出装置であって、
交流信号で励磁される少なくとも１つのコイルを配置してなるコイル部と、
前記第１及び第２の軸に配置された第１及び第２の磁気応答部材であって、前記コイル部に対して磁気的に結合し、前記相対的回転位置に応じて該第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置が変化し、これに応じた出力を前記コイル部から生じるものであり、各磁気応答部材は、回転方向に所定間隔で複数のスリット部を形成してなる平板形状の部材からなり、前記相対的回転位置に応じた各磁気応答部材同士のスリット部の重なり具合によって前記コイル部に対する磁気的結合が変化するものと、
交流信号からなる第１及び第２の基準電圧を発生する回路と、
前記コイル部の出力電圧と前記第１及び第２の基準電圧とを用いて所定の第１の演算及び第２の演算をそれぞれ行うことで、第１の振幅関数を振幅係数として持つ第１の交流出力信号と、第２の振幅関数を振幅係数として持つ第２の交流出力信号とをそれぞれ生成する演算回路であって、前記第１及び第２の振幅関数はその周期特性においてサイン及びコサイン関数に相当する所定位相だけ異なっているものと
を具え、前記第１及び第２の基準電圧は、前記第１及び第２の交流出力信号における前記第１及び第２の振幅関数の周期特性における特定の位相区間を定めるものであり、この第１及び第２の基準電圧を可変することで、該特定の位相区間と前記相対的位置の変化範囲との対応関係を可変できることを特徴とする相対的回転位置検出装置。
【請求項１０】
前記コイル部は、交流信号で励磁される１つのセンサ用コイルを配置してなり、前記相対的回転位置に応じて該第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置が変化し、これに応じて前記センサ用コイルのインピーダンスが変化し、
前記センサ用コイルに直列接続された温度補償用コイルと、
前記センサ用コイルと前記温度補償用コイルとの接続点より、前記センサ用コイルのインピーダンス変化に基づき変化する該センサ用コイルの出力信号を取り出す回路と
をさらに具備する請求項９に記載の相対的回転位置検出装置。
【請求項１１】
前記基準電圧を発生する回路は、交流信号が印加されるように直列接続された２つのコイルを含む第１の回路と、交流信号が印加されるように直列接続された２つのコイルを含む第２の回路とを含み、該第１の回路のコイルの接続点より前記第１の基準電圧を取り出し、該第２の回路のコイルの接続点より前記第２の基準電圧を取り出すようにした請求項９又は１０に記載の相対的回転位置検出装置。
【請求項１２】
前記直列接続された２つのコイルは磁性体コアを有し、該２つのコイルのそれぞれに対する磁性体コアの配置を調整することで、コイルのインピーダンスを調整し、もって該２つのコイルの接続点より取り出される基準電圧のレベルを調整できるようにした請求項１１に記載の相対的回転位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流励磁されるコイルと、このコイルに対して磁気的に結合し、相対的に回転変位する１対の磁性体又は導電体とを含んで構成される相対的回転位置検出装置に関し、相対的に回転可能な２軸のねじれ量や回転ずれなどの相対的回転位置の検出に適したものであり、特に、入力軸あるいは出力軸のがたつきがあっても精度のよい検出を行なうことが可能にすること、あるいは、装置構成をコンパクトにすること、あるいは、１相の交流で励磁される１次コイルのみを使用して複数相の振幅関数特性を示す出力交流信号を検出対象たる相対的回転位置に応じて生成すること、に関する。
【０００２】
【従来の技術】
相対的に回転可能な２軸のねじれ量を検出するやりかたとして、トーションバーを介して結合された入力軸及び出力軸にポテンショメータあるいはレゾルバ装置のような検出装置を設けることが従来からよく知られている。ポテンショメータを用いるものにあっては、入力軸に摺動子を設け、出力軸に抵抗を設けることで、摺動子の抵抗に対する接触位置が入力軸と出力軸の相対的回転位置に応じて変化し、これに対応するアナログ電圧を得るようになっている。レゾルバ装置を用いるものにあっては、入力軸と出力軸の両軸にレゾルバ装置を設け、これら両レゾルバ装置からの角度信号に基づいて相対回転量（ねじれ量）を検出する。一方、相対的に回転可能な２軸の回転ずれを検出するものとして、誘導コイルを用いたパワーステアリング用非接触トルクセンサーも開発されている。この場合、誘導コイルに誘導された電圧を取り出すために、該コイルに直列に抵抗素子を接続し、該抵抗素子と誘導コイルのインピーダンスとの分圧比によって誘導電圧を取り出すようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ポテンショメータを用いるタイプの従来技術にあっては、機械的接触構造を持つため、接触不良や故障の問題が常につきまとう。また、温度変化によって抵抗のインピーダンス変化が起こるため、温度ドリフト補償を適切に行なわねばならない。一方、レゾルバ装置をを用いるタイプの従来技術にあっては、トーションバーで結合された入力軸と出力軸の両方にレゾルバ装置を設けなくてはならないため、装置全体が大型化し、コスト的にも高価になるという難がある。また、従来の誘導コイルを用いたパワーステアリング用非接触トルクセンサとして知られたような回転ずれ検出装置は、微小な回転ずれに応じて生じるアナログ電圧レベルを測定する構成であり、その検出分解能において劣るものである。また、誘導コイルに誘導された電圧を取り出すために、該コイルに直列に抵抗素子を接続し、該抵抗素子と誘導コイルのインピーダンスとの分圧比によって誘導電圧を取り出すようにしているので、コイルと抵抗素子との温度特性の相違によって、温度ドリフト補償性能が悪い。さらに、レゾルバ装置を含む磁気誘導式の非接触式センサを使用するタイプのものにあっては、入力軸に回転以外の不要な動きが加わった場合、磁気誘導式のセンサにおけるコイルと磁性体との配置に不所望のゆがみが生じ、磁気回路のギャップが変化するエラーが生じ、正確なねじれ量を検出することが難しくなる、という問題がある。例えば、自動車のステアリングホイールの回転軸にはこの種のトルクセンサが使用されるが、そのような応用にあっては、入力軸に回転以外の不要な動きが加わりやすいので、改善が望まれていた。
【０００４】
この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、入力軸あるいは出力軸のがたつきがあっても精度のよい検出を行なうことが可能な相対的回転位置検出装置を提供しようとするものである。また、小型かつシンプルな構造を持つ相対的回転位置検出装置を提供しようとするものである。また、温度特性の補償も容易な、相対的回転位置検出装置を提供しようとするものである。さらには、検出対象の相対的回転変位が微小でも高分解能での検出が可能な相対的回転位置検出装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に従う相対的回転位置検出装置は、トーションバーで連結されて相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対的回転位置検出装置であって、交流信号で励磁される少なくとも１つのコイルを配置してなるコイル部と、前記第１及び第２の軸に配置された第１及び第２の磁気応答部材であって、前記コイル部に対して磁気的に結合し、前記相対的回転位置に応じて該第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置が変化し、これに応じた出力を前記コイル部から生じるものと、前記第１及び第２の軸の少なくとも一方と、これに対応して配置される前記第１及び第２の磁気応答部材の少なくとも一方との間に設けられ、回転方向以外の軸の不要な動きを吸収するオルダム機構と、交流信号からなる所定の基準電圧を発生する回路と、前記コイル部の出力信号と前記基準電圧とを演算し、所定の周期的振幅関数を振幅係数として持つ交流出力信号を少なくとも２つ生成する演算回路であって、前記各交流出力信号の前記周期的振幅関数はその周期特性においてサイン及びコサイン関数に相当する所定位相だけ異なっているものとを具えたものである。
同様の観点に従う本発明の相対的回転位置検出装置は、トーションバーで連結されて相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対的回転位置検出装置であって、交流信号で励磁される少なくとも１つのセンサ用コイルを配置してなるコイル部と、前記第１及び第２の軸に配置された第１及び第２の磁気応答部材であって、前記コイル部に対して磁気的に結合し、前記相対的回転位置に応じて該第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置が変化し、これに応じて前記センサ用コイルのインピーダンスが変化し、該インピーダンス変化に対応した出力を前記コイル部から生じさせるものと、前記第１及び第２の軸の少なくとも一方と、これに対応して配置される前記第１及び第２の磁気応答部材の少なくとも一方との間に設けられ、回転方向以外の軸の不要な動きを吸収するオルダム機構と、前記センサ用コイルに直列接続された温度補償用コイルと、前記センサ用コイルと前記温度補償用コイルとの接続点より、前記センサ用コイルのインピーダンス変化に基づき変化する該センサ用コイルの出力信号を取り出す回路とを具備するものである。
更に同様の観点に従う本発明の相対的回転位置検出装置は、トーションバーで連結されて相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対的回転位置検出装置であって、交流信号で励磁される少なくとも１つのコイルを配置してなるコイル部と、前記第１及び第２の軸に配置された第１及び第２の磁気応答部材であって、前記コイル部に対して磁気的に結合し、前記相対的回転位置に応じて該第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置が変化し、これに応じた出力を前記コイル部から生じるものと、前記第１及び第２の軸の少なくとも一方と、これに対応して配置される前記第１及び第２の磁気応答部材の少なくとも一方との間に設けられ、回転方向以外の軸の不要な動きを吸収するオルダム機構とを具備し、前記コイル部は１次コイルと少なくとも２つの２次コイルを含み、前記２次コイルから、所定の周期的振幅関数を振幅係数として持つ交流出力信号を少なくとも２つ生成され、前記各交流出力信号の前記周期的振幅関数はその周期特性においてサイン及びコサイン関数に相当する所定位相だけ異なっていることを特徴とするものである。
【０００６】
オルダム機構によって、回転方向以外の軸の不要な動きを吸収することにより、前記第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置関係は、第１及び第２の軸の相対的回転位置のみに応答して変化し、それ以外の不要な動きの影響を受けないようになる。例えば、第１の軸が入力軸であり、オルダム機構はこの第１の軸とそれに対応する第１の磁気応答部材との間に設けられるようになっていてよい。第１の軸の回転運動はオルダム機構を介して第１の磁気応答部材に正確に伝達されるので、第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置は、第１及び第２の軸の相対的位置を正確に反映したものであり、よって、正確な位置検出が問題なく行なえる。第１の軸が回転方向以外に動くと、例えば、軸の微妙な曲がりによって半径方向に動いたような場合、オルダム機構はこの動きを吸収して、第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置関係に影響を与えない。よって、第１及び第２の磁気応答部材の相対的配置が第１及び第２の軸（入出力軸）の曲がりに連動してゆがむようなことが起こらず、第１及び第２の磁気応答部材の間のエアギャップ、あるいは、第１及び第２の磁気応答部材と検出用コイルとの間のエアギャップなどに、不所望な変動が起こらない。また、センサの原理的構造は、エアギャップを介した磁気結合の変化に応答するタイプのものであれば、どのようなタイプのものに対しても、本発明に従ってオルダム機構を適用することが、有利な効果をもたらす。こうして、本発明によれば、例えば自動車のステアリングホイールの回転軸のように、トーションバーで連結されて相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を、コイルを用いて検出する構成において、入力軸及び出力軸の相対的関係において、回転方向以外の不所望のがたつきが生じても、精度のよい検出を行なうことが可能となる。
【０００７】
本発明の第２の観点に従う相対的回転位置検出装置は、相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対的回転位置検出装置であって、交流信号で励磁される１つのセンサ用コイルを配置してなるコイル部と、前記第１及び第２の軸に配置された第１及び第２の磁気応答部材であって、前記コイル部に対して磁気的に結合し、前記相対的回転位置に応じて該第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置が変化し、これに応じた出力を前記センサ用コイルから生じるものと、前記センサ用コイルに直列接続された温度補償用コイルと、前記センサ用コイルと前記温度補償用コイルとの接続点より、前記センサ用コイルのインピーダンス変化に基づき変化する該センサ用コイルの出力信号を取り出す回路と、前記出力信号を整流して前記相対的回転位置に対応するレベルの直流電圧を得る整流回路と、交流信号からなる所定の交流基準電圧を発生する回路と、前記センサ用コイルの出力信号と前記交流基準電圧とを演算し、前記相対的回転位置に対応する振幅係数を持つ交流出力信号を生成する演算回路であって、前記相対的回転位置に関する所定の第１の関数を振幅係数として持つ第１の交流出力信号と、前記第１の関数とは逆特性の第２の関数を振幅係数として持つ第２の交流出力信号とを生成するものと
を具え、該演算回路の前記第１及び第２の交流出力信号を前記整流回路に入力することで、前記相対的回転位置に対応するレベルの直流電圧をそれぞれ得るようにしたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成において、第１及び第２の磁気応答部材は、典型的には、磁性体及び導電体の少なくとも一方を含んでなるものである。第１及び第２の軸の相対的回転位置に応じて第１及び第２の磁気応答部材のセンサ用コイルに対する磁気結合の度合いが変化する。第１及び第２の磁気応答部材が磁性体からなる場合は、第１及び第２の磁気応答部材のセンサ用コイルに対する磁気結合の度合いが増すほど、該コイルのインダクタンスが増加して、該コイルの電気的インピーダンスが増加し、該コイルに生じる電圧すなわち端子間電圧が増加する。反対に、第１及び第２の磁気応答部材のセンサ用コイルに対する磁気結合の度合いが減少するほど、該コイル部のインダクタンスが減少して、該コイル部の電気的インピーダンスが減少する。こうして、検出対象の相対的回転に伴い、コイル部に対する第１及び第２の磁気応答部材の相対的回転位置が所定の回転角度範囲にわたって変化する間で該コイルの端子間電圧は、漸増（又は漸減）変化することとなる。
【０００９】
ここで、センサ用コイルに直列接続された温度補償用コイルを具備することによって、前記センサ用コイルと前記温度補償用コイルとの接続点より、前記センサ用コイルのインピーダンス変化に基づき変化する該センサ用コイルの出力電圧を取り出すようにしているので、同じコイルであることにより温度ドリフトを適正に相殺し、温度ドリフト補償済みの出力電圧を取り出すことができる。また、交流信号からなる所定の交流基準電圧を発生し、前記センサ用コイルの出力信号と前記交流基準電圧とを演算し、前記相対的回転位置に対応する振幅係数を持つ交流出力信号を生成することは、センサ用コイルの出力信号の振幅特性を望みの特性に設定することができることを意味する。例えば、交流基準電圧を加算又は減算することは、センサ用コイルの出力信号の振幅特性を望みのレベルでオフセットできることを意味する。これにより、１個のセンサ用コイルを持つ構成でありながら、相対的回転位置に関する所定の第１の関数を振幅係数として持つ第１の交流出力信号と、前記第１の関数とは逆特性の第２の関数を振幅係数として持つ第２の交流出力信号とを容易に生成することができる。前記交流出力信号は整流回路で整流されて、前記相対的回転位置に対応するレベルのアナログ直流電圧が得られる。すなわち、アナログ直流電圧でトルク検出信号を得たいような場合に、この発明は有効に適用できる。そして、交流基準電圧を用いた演算によって、望みの特性のアナログ直流電圧が得られるように制御できる。また、センサ用コイルに直列接続された温度補償用コイルを具備することによって、温度ドリフト補償を適切に行なうことができる。
【００１０】
本発明の第３の観点に従う相対的回転位置検出装置は、相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対的回転位置検出装置であって、交流信号で励磁される少なくとも１つのコイルを配置してなるコイル部と、前記第１及び第２の軸に配置された第１及び第２の磁気応答部材であって、前記コイル部に対して磁気的に結合し、前記相対的回転位置に応じて該第１及び第２の磁気応答部材の相対的位置が変化し、これに応じた出力を前記コイル部から生じるものであり、各磁気応答部材は、回転方向に所定間隔で複数のスリット部を形成してなる平板形状の部材からなり、前記相対的回転位置に応じた各磁気応答部材同士のスリット部の重なり具合によって前記コイル部に対する磁気的結合が変化するものと、交流信号からなる第１及び第２の基準電圧を発生する回路と、前記コイル部の出力電圧と前記第１及び第２の基準電圧とを用いて所定の第１の演算及び第２の演算をそれぞれ行うことで、第１の振幅関数を振幅係数として持つ第１の交流出力信号と、第２の振幅関数を振幅係数として持つ第２の交流出力信号とをそれぞれ生成する演算回路であって、前記第１及び第２の振幅関数はその周期特性においてサイン及びコサイン関数に相当する所定位相だけ異なっているものとを具え、前記第１及び第２の基準電圧は、前記第１及び第２の交流出力信号における前記第１及び第２の振幅関数の周期特性における特定の位相区間を定めるものであり、この第１及び第２の基準電圧を可変することで、該特定の位相区間と前記相対的位置の変化範囲との対応関係を可変できることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、第１及び第２の軸にそれぞれ配置される第１及び第２の磁気応答部材が、それぞれ、回転方向に所定間隔で複数のスリット部を形成してなる平板形状の部材からなり、前記相対的回転位置に応じた各磁気応答部材同士のスリット部の重なり具合によって前記コイル部に対する磁気的結合が変化するようにしたものであることが特徴である。これによって、第１及び第２の磁気応答部材の構造が全体としてフラットな、コンパクトな構造となり、大型の凹凸歯を設けるような構造に比べて、はるかに簡素化、小型化、コンパクト化を図ることができる。
【００１２】
上記いずれの観点に従う本発明に係る相対的位置検出装置においても、１相の交流で励磁される１次コイル（すなわちセンサ用コイル）のみを使用して複数相の振幅関数特性を示す出力交流信号を検出対象たる相対的位置に応じて発生するように構成することができる。すなわち、交流信号からなる所定の基準電圧を発生する回路と、前記コイル部の出力信号と前記基準電圧とを演算し、所定の周期的振幅関数を振幅係数として持つ交流出力信号を少なくとも２つ生成する演算回路であって、前記各交流出力信号の前記周期的振幅関数はその周期特性において所定位相だけ異なっているものとをさらに具えるようにしてよい。
【００１３】
例えば、典型的には、１対の磁気応答部材の相対的位置が所定の範囲にわたって変化する間で該コイルに生じる電圧が示す漸増変化カーブは、サイン関数における０度から９０度までの範囲の関数値変化になぞらえることができる。ここで、交流信号成分をｓｉｎωｔで示し、センサ用コイルの端子間電圧が示す漸増変化カーブにおける適当な区間の始まりの位置に対応して得られるセンサ用コイル出力電圧Ｖｘの振幅係数レベル値をＰａとすると、該区間の始まりの位置に対応するコイル出力電圧Ｖｘは、Ｐa ｓｉｎωｔと表わせる。そして、該区間の終わりの位置に対応して得られるセンサ用コイル出力電圧Ｖｘの振幅係数レベル値をＰｂとすると、該区間の終わりの位置に対応するセンサ用コイル出力電圧は、Ｐb ｓｉｎωｔと表わせる。ここで、始まりの位置に対応するコイル出力電圧Ｖｘの値Ｐa ｓｉｎωｔと同じ値の交流電圧を基準電圧Ｖａと定めて、これをセンサ用コイル出力電圧Ｖｘから減算すると、センサ用コイル出力電圧Ｖｘの振幅係数を関数Ａ（ｘ）で示すと、
Ｖｘ−Ｖａ＝Ａ(ｘ) ｓｉｎωｔ−Ｐa ｓｉｎωｔ
＝｛Ａ(ｘ) −Ｐa ｝ｓｉｎωｔ      …式（１）
となる。前記区間の始まりの位置では、Ａ（ｘ）＝Ｐａであることから、この演算結果の振幅係数「Ａ(ｘ) −Ｐa 」は「０」となる。一方、前記区間の終わり位置では、Ａ（ｘ）＝Ｐｂであることから、この演算結果の振幅係数「Ａ(ｘ) −Ｐa 」は「Ｐb −Ｐa 」となる。よって、この演算結果の振幅係数「Ａ(ｘ) −Ｐa 」は、前記区間の範囲内において、「０」から「Ｐb −Ｐa 」まで漸増する関数特性を示す。ここで、「Ｐb −Ｐa 」は最大値であるから、これを等価的に「１」と考えると、前記式（１）に従う交流信号の振幅係数「Ａ(ｘ) −Ｐa 」は、前記区間の範囲内において、「０」から「１」まで変化することになり、この振幅係数の関数特性は、サイン関数の第１象限（つまり０度から９０度の範囲）の特性になぞらえることができる。よって、前記式（１）に従う交流信号の振幅係数「Ａ(ｘ) −Ｐa 」は、等価的にｓｉｎθ（ただし、大体、０°≦θ≦９０°）と表わせる。
【００１４】
好ましい一実施形態は、前記所定の基準電圧を発生する回路は、第１及び第２の基準電圧を発生し、前記演算回路は、前記１つのコイルから取り出した電圧と前記第１及び第２の基準電圧とを用いて所定の第１の演算及び第２の演算をそれぞれ行うことで、第１の振幅関数を振幅係数として持つ第１の交流出力信号と、第２の振幅関数を振幅係数として持つ第２の交流出力信号とをそれぞれ生成するものである。この場合、コイル部は、ただ１つのセンサ用コイルを持つだけでよいので、構成を最小限に簡略化することができる。上記第１の基準電圧として上記Ｖａを使用することで、上記第１の振幅関数として、サイン関数のほぼ第１象限（つまり０度から９０度の範囲）の特性を持つものを得ることができる。
また、前記区間の終わりの位置に対応するコイル出力電圧Ｖｘの値Ｐb ｓｉｎωｔと同じ値の交流電圧を第２の基準電圧Ｖｂと定め、これとコイル出力電圧Ｖｘとの差を求めると、
Ｖｂ−Ｖｘ＝Ｐb ｓｉｎωｔ−Ａ(ｘ) ｓｉｎωｔ
＝｛Ｐb −Ａ(ｘ) ｝ｓｉｎωｔ      …式（２）
となる。前記区間の始まりの位置では、Ａ（ｘ）＝Ｐａであることから、この演算結果の振幅係数「Ｐb −Ａ(ｘ) 」は「Ｐb −Ｐa 」となる。一方、前記区間の終わり位置では、Ａ（ｘ）＝Ｐｂであることから、この演算結果の振幅係数「Ｐb −Ａ(ｘ) 」は「０」となる。よって、この演算結果の振幅係数「Ｐb −Ａ(ｘ) 」は、前記区間の範囲内において、「Ｐb −Ｐa 」から「０」まで漸減する関数特性を示す。前記と同様に、「Ｐb −Ｐa 」を等価的に「１」と考えると、前記式（２）に従う交流信号の振幅係数「Ｐb −Ａ(ｘ) 」は、前記区間の範囲内において、「１」から「０」まで変化することになり、この振幅係数の関数特性は、コサイン関数の第１象限（つまり０度から９０度の範囲）の特性になぞらえることができる。よって、前記式（２）に従う交流信号の振幅係数「Ｐb −Ａ(ｘ) 」は、等価的にｃｏｓθ（ただし、大体、０°≦θ≦９０°）と表わせる。なお、式（２）の減算は「Ｖｘ−Ｖｂ」であってもよい。
【００１５】
こうして、１つのコイルと２つの基準電圧を用いるだけで、検出対象たる相対的回転位置に応じてサイン及びコサイン関数特性に従う振幅をそれぞれ示す２つの交流出力信号を生成することができる。例えば、検出対象たる相対的回転位置を所定の検出可能範囲を３６０度分の位相角に換算した場合の位相角θにて示すと、概ね、サイン関数特性を示す振幅を持つ交流出力信号は、ｓｉｎθｓｉｎωｔで示すことができるものであり、コサイン関数特性を示す振幅を持つ交流出力信号は、ｃｏｓθｓｉｎωｔで示すことができるものである。これは、レゾルバといわれる位置検出器の出力信号の形態と同様のものであり、極めて有用なものである。例えば、前記演算回路で生成された前記２つの交流出力信号を入力し、該２つの交流出力信号における振幅値の相関関係から該振幅値を規定する前記サイン及びコサイン関数における位相値を検出し、検出した位相値に基づき前記検出対象の位置検出データを生成する振幅位相変換部を具備するようにするとよい。なお、上記サイン及びコサイン関数は、ほぼ１象限分（９０度）の範囲の特性を示すので、検出可能な位置範囲がほぼ９０度の範囲の位相角に換算されて検出されることになる。
【００１６】
なお、磁気応答部材として、銅のような非磁性の良導電体（つまり反磁性体）を使用した場合は、渦電流損によってコイルの自己インダクタンスが減少し、磁気応答部材のコイルに対する近接に伴い該コイルの端子間電圧が漸減することになる。この場合も、上記と同様に検出することが可能である。また、磁気応答部材として、磁性体（つまり強磁性体）と非磁性・導電体（つまり反磁性体）とを組合わせたハイブリッドタイプのものを用いてもよい。別の実施形態として、磁気応答部材として永久磁石を含み、コイルは磁性体コアを含むようにしてもよいかもしれない。この場合は、コイルの側の磁性体コアにおいて永久磁石の接近に応じて対応する箇所が磁気飽和又は過飽和となり、該磁気応答部材すなわち永久磁石のコイルに対する相対的変位に応じて該コイルの端子間電圧が漸減することになる。
【００１７】
かくして、この発明の好ましい実施態様によれば、１次コイルのみを設ければよく、２次コイルは不要であるため、小型かつシンプルな構造の位置検出装置を提供することができる。また、１つのセンサ用コイルを用いることにより、検出対象位置に応じて所定の周期関数特性に従う振幅をそれぞれ示す複数の交流出力信号（例えばサイン及びコサイン関数特性に従う振幅をそれぞれ示す２つの交流出力信号）を容易に生成することができ、利用可能な位相角範囲として少なくともほぼ１象限（９０度）分をとることができる。従って、少ないコイルでありながら比較的広い位相角範囲で検出を行うことができ、検出分解能を向上させることができる。また、検出対象の変位が微小でも高分解能での相対的位置検出が可能である。更に、出力電圧及び基準電圧が共に温度ドリフト補償された正確なアナログ演算を行なうことができることとなり、温度変化の影響を排除した相対的位置検出を容易に行うことができる。勿論、基準電圧を発生する回路は、コイルに限らず、抵抗等、その他適宜の構成からなる電圧生成回路を使用してよい。なお、コイルと基準電圧の数は１又は２に限定されず、それ以上であってもよく、これに伴い、利用可能な位相角範囲を、ほぼ１象限（９０度）分に限らず、更に拡大することも可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
まず、実施例における位置検出原理についての理解を容易にするために、説明の便宜上、第１の実施例として最初に説明するものとして、オルダム機構を持たずに、フラットな磁気応答部材からなるコンパクト化した構成からなる位置検出装置について、図１〜図５を参照して説明する。
図１（Ａ）はこの第１の実施例に係る相対的回転位置検出装置の構造を示す分解斜視図であって、コイル部１０については断面で示している。同図（Ｂ）はフラット状の第１の磁気応答部材１１の全体形状の一実施例を示す正面図であり、同図（Ｃ）は同じくフラット状の第２の磁気応答部材１２の全体形状の一実施例を示す正面図である。図２（Ａ）は該相対的回転位置検出装置の軸方向断面略図であり、図示の簡略化のために半分のみを図示しているが、残り半分は図示されたものと対称に現れる。図２（Ｂ）は同装置におけるコイルに関連する電気回路図である。
【００１９】
この相対的回転位置検出装置は、トーションバー１を介して連結された入力軸（第１の軸）２及び出力軸（第２の軸）３の間のねじれ角を検出することでトルクセンサとして機能するものである。入力軸（第１の軸）２の側には、第１の磁気応答部材１１が配置され、該入力軸２の回転に伴って一緒に回転する。出力軸（第１の軸）３の側には、第２の磁気応答部材１２が配置され、該出力軸３の回転に伴って一緒に回転する。コイル部１０は断面Ｉ字型（若しくはＨ字型）のリング状の磁性体ボビンに収納されたセンサ用コイルＬ１と温度補償用コイルＬ２とを含んでおり、センサ用コイルＬ１の側に磁気応答部材１１，１２の対が配置される。温度補償用コイルＬ２の役目については追って説明する。第１及び第２の磁気応答部材１１，１２は、例えば円板状の鉄のような磁性体からなり、コイルＬ１と磁気的に結合する。第１及び第２の磁気応答部材１１，１２は、回転方向に所定間隔で複数のスリット部１１ａ，１２ａを形成してなる平板形状の部材からなり、入力軸２と出力軸３との間の相対的回転位置に応じた各磁気応答部材１１，１２同士のスリット部１１ａ，１２ａの重なり具合によってセンサ用コイルＬ１に対する磁気的結合が変化する。スリット部１１ａ，１２ａは、単純にエアギャップからなっていてよい。
【００２０】
図１（Ｂ）に示すように、第１の磁気応答部材１１のスリット部１１ａは、円周方向に所定ピッチＰで繰り返し設けられた矩形状（扇形）の複数のスリットからなる。エアギャップからなる各スリット１１ａの間の部分１１ｂは、磁気応答部材１１の材質つまり磁性体からなっている。
図１（Ｃ）に示すように、第２の磁気応答部材１２のスリット部１２ａも、円周方向に前記と同じ所定ピッチＰで繰り返し設けられたの複数のスリットからなっており、エアギャップからなる各スリット１２ａの間の部分１２ｂは、磁気応答部材１２の材質つまり磁性体からなっている。各スリット部１１ａ，１２ａのサイズは同じである。実施例では、第２の磁気応答部材１２は、歯車のような形状であるが、これに限らず、第１の磁気応答部材１１と同様の形状であってもよい。
【００２１】
このような第１の磁気応答部材１１と第２の磁気応答部材１２とを非接触的に重ね合わせて配置したものにおいては、入力軸２と出力軸３との間の相対的回転位置（ねじれ量）に応じて、両者のスリット１１ａ，１２ａと磁性体部分１１ｂ，１２ｂとの重なりあいの範囲が拡くなったり狭くなったりする。つまり、入力軸２と出力軸３との間の相対的回転位置（ねじれ量）に応じて、一方のスリット孔１１ａ，１２ａが他方の磁性体部分１１ｂ，１２ｂによって開閉されるようになっている。例えば、両者のスリット孔１１ａ，１２ａが完全にずれて磁性体部分１１ｂ，１２ｂによって完全に塞がれている場合は、センサ用コイルＬ１の磁気回路における磁性体の存在が最大（エアギャップの面積は最小）となり、よって、センサ用コイルＬ１に対する磁気的結合は、最大の透磁性を示す。逆に、両者のスリット孔１１ａ，１２ａが完全に重なって磁性体部分１１ｂ，１２ｂによってまったく塞がれずに開放されている場合は、センサ用コイルＬ１の磁気回路における磁性体の存在が最小（エアギャップの面積は最大）となり、センサ用コイルＬ１に対する磁気的結合は、最小の透磁性を示す。この点について、詳しくは図３を参照して後述する。
【００２２】
センサ用コイルＬ１とは反対側において、第２の磁気応答部材１２の背後に設けられた補助的磁気応答部材Ｍは、たとえば銅のような非磁性・良導電性（反磁性）の材質からなるプレートである。この非磁性・良導電性の補助的磁気応答部材Ｍの存在によって、第１及び第２の磁気応答部材１１，１２のスリット孔１１ａ，１２ａの重なりによって形成されるエアギャップの部分において、非磁性・良導電体（つまり反磁性体）が配置される格好になり、渦電流損によってその部分での透磁性をさらに低下させる。よって、透磁性が低下する部分で渦電流損による更なる透磁性の低下をもたらすことにより、ハイブリッド効果によって、検出対象範囲における誘導電圧の変化レンジを拡大することができ、検出分解能を良好にすることができる。このようなプレート状の補助的磁気応答部材Ｍを設ける代わりに、各磁気応答部材１１，１２のスリット部１１ａ，１２ａを単純なエアギャップとせずに、その部分に非磁性・良導電体を配置するようにしてもよい。勿論、上記のようなハイブリッド効果を要求しない場合は、補助的磁気応答部材Ｍは省略してよい。
【００２３】
入力軸２及び出力軸３はそれぞれ他の機械系（図示せず）に連結されており、入力軸２の回転に連動して出力軸３が回転し、そのトルクの大きさに応じてトーションバー１を介して入力軸２と出力軸３の間にねじれが生じる。このねじれによって、入力軸２と出力軸３との間に回転誤差（回転ずれ）が生じる。例えば、自動車のパワーステアリングに適用する場合、入力軸２はステアリングホイールに連結され、出力軸３はステアリングギア機構に連結される。
【００２４】
センサ用コイルＬ１は、交流発生源３０から発生される所定の１相の交流信号（仮にｓｉｎωｔで示す）によって定電圧又は定電流で励磁される。コイルＬ１から発生した磁界は、図２（Ａ）で破線で示すように、第１および第２の磁気応答部材１１，１２を通る磁気回路Φを形成する。図では、第２の磁気応答部材１２の磁性体部分１２ｂの存在により、磁気回路Φは補助的磁気応答部材Ｍまで達しないように描かれているが、この部分がスリット１１ａ，１２ａの重なりによる開放部分であれば、Φ’で示すように磁気回路は補助的磁気応答部材Ｍまで達することはいうまでもない。温度補償用コイルＬ２はセンサ用コイルＬ１に近接配置されているが、センサ用コイルＬ１の磁気回路Φにおける相対的回転位置に応じた磁束変動の影響を受けないようになっている。
【００２５】
図２（Ｂ）に示すように、交流発生源３０に対して温度補償用コイルＬ２はセンサ用コイルＬ１に直列接続されており、その接続点からセンサ用コイルＬ１の出力電圧Ｖｘが取り出される。この温度補償用コイルＬ２は、第１および第２の磁気応答部材１１，１２の相対的位置には応答せず、一定のインピーダンス（インダクタンス）を示すものであるが、できるだけセンサ用コイルＬ１と同等の温度ドリフト特性を示すように、センサ用コイルＬ１とできるだけ同一条件のコイル素子であることが好ましく、また、できるだけ同一環境下に配置されることが好ましい。そこで、上述したように本実施例においては、同一の断面Ｉ字型（若しくはＨ字型）のリング状の磁性体ボビン内に、センサ用コイルＬ１と温度補償用コイルＬ２とを収納している（図１（Ａ）参照）。センサ用コイルＬ１と温度補償用コイルＬ２の分圧比により、センサ用コイルＬ１の出力電圧Ｖｘが取り出されるので、両コイルＬ１，Ｌ２の温度ドリフト特性が相殺され、センサ用コイルＬ１の出力電圧Ｖｘは正確に温度補償されたものとなる。
【００２６】
図３は、第１及び第２の軸２，３間の相対的回転位置の変化に応じた、第１及び第２の磁気応答部材１１，１２の間におけるスリット孔１１ａ，１２ａ及び磁性体部分１１ｂ，１２ｂとの重なり具合（対応関係）の変化を示す図である。図３（ｃ）は、相対的回転位置０（つまり、ねじれ量０）のときのスリット孔１１ａ，１２ａ及び磁性体部分１１ｂ，１２ｂの対応関係を示す。この状態では、第１の磁気応答部材１１のスリット孔１１ａは第２の磁気応答部材１２の磁性体部分１２ｂと半分だけ重なりあった状態となり（すなわち、第１の磁気応答部材１１のスリット１１ａと第２の磁気応答部材１２のスリット１２ａとが１／４ピッチずれている）、該磁気応答部材１１，１２を通るコイルＬ１の磁気回路Φの磁気結合度合いは中間値をとる。
【００２７】
図３（ｂ）は、（ｃ）の中間状態から第１の磁気応答部材１１が第２の磁気応答部材１２に対して相対的に矢印ＣＣＷ方向（つまり、反時計回り方向）に１／４ピッチだけ回転した状態を示す。この状態では、第１の磁気応答部材１１のスリット孔１１ａは第２の磁気応答部材１２の磁性体部分１２ｂによって完全にふさがれた状態となり、該磁気応答部材１１，１２を通るコイルＬ１の磁気回路Φの磁気結合度合いは最大値をとる。
【００２８】
図３（ａ）は、（ｃ）の中間状態から第１の磁気応答部材１１が第２の磁気応答部材１２に対して相対的に矢印ＣＷ方向（つまり、時計回り方向）に１／４ピッチだけ回転した状態を示す。この状態では、磁気応答部材１１のスリット孔１１ａと第２の磁気応答部材１２の磁性体部分１２ｂとが少しも重なりあうことのない状態となり、スリット孔１１ａ，１２ａ同士が完全に重なって開放され、該磁気応答部材１１，１２を通るコイルＬ１の磁気回路Φの磁気結合度合いは最小値をとる。
【００２９】
このように、入力軸２及び出力軸３の相対的回転位置に応じて第１及び第２の磁気応答部材１１，１２のスリットパターン１１ａ，１２ａの重なり具合が変化することでコイルＬ１の磁気回路Φにおける磁気結合の度合いが変化し、該コイルＬ１の自己インダクタンスが変化し、その電気的インピーダンスが変化する。よって、このインピーダンスに応じてセンサ用コイルＬ１に生じる電圧（端子間電圧）は、検出対象たる相対的回転位置に対応するものとなる。
【００３０】
図４（Ａ）は、検出対象たる相対的回転位置（横軸ｘ）に対応してセンサ用コイルＬ１に生じる電圧（たて軸）を例示するグラフである。横軸ｘに記したａ，ｃ，ｂは図３の（ａ），（ｃ），（ｂ）に示す各位置に対応しており、上述のように、図３（ａ）に対応する位置ａでは、インピーダンス最小のため、コイルＬ１に生じる電圧は最小レベル（最小振幅係数）である。また、図３（ｂ）に対応する位置ｂでは、インピーダンス最大のため、コイルＬ１に生じる電圧は最大レベル（最大振幅係数）である。
【００３１】
センサ用コイルＬ１に生じる電圧は、第１及び第２の磁気応答部材１１，１２の相対的位置がａからｂまで動く間で、最小値から最大値まで漸増変化する。この位置ａにおいて最小値をとるコイルＬ１の出力電圧ＶｘがＰa ｓｉｎωｔであるとすると（Ｐaは最小インピーダンス）、これを第１の基準電圧Ｖａとして設定する。すなわち、
Ｖａ＝Ｐa ｓｉｎωｔ
である。また、位置ｂにおいて最大値をとるコイルＬ１の出力電圧ＶｘがＰb ｓｉｎωｔであるとすると（Ｐｂは最大インピーダンス）、これを第２の基準電圧Ｖｂとして設定する。すなわち、
Ｖｂ＝Ｐb ｓｉｎωｔ
である。
【００３２】
図２（Ｂ）に示すように、各基準電圧Ｖａ，Ｖｂを発生するための回路として、２つのコイルＬａ１，Ｌａ２を直列接続した回路と、２つのコイルＬｂ１，Ｌｂ２を直列接続した回路とが設けられており、これらも交流発生源３０からの交流信号によって駆動される。基準電圧ＶａはコイルＬａ１，Ｌａ２の接続点から取り出され、基準電圧ＶｂはコイルＬｂ１，Ｌｂ２の接続点から取り出される。コイルＬａ１，Ｌａ２，コイルＬ１，Ｌ２の各対は、所望の基準電圧Ｖａ，Ｖｂが得られるように、そのインピーダンス（インダクタンス）が適切に調整される。コイルＬａ１，Ｌａ２の分圧比により基準電圧Ｖａが取り出されるので、コイルＬａ１，Ｌａ２の温度ドリフト特性が相殺され、基準電圧Ｖａは正確に温度補償されたものとなる。同様に、コイルＬｂ１，Ｌｂ２の分圧比により基準電圧Ｖｂが取り出されるので、コイルＬｂ１，Ｌｂ２の温度ドリフト特性が相殺され、基準電圧Ｖｂは正確に温度補償されたものとなる。
【００３３】
演算回路３１Ａは、センサ用コイルＬ１の出力電圧Ｖｘから第１の基準電圧Ｖａを減算するもので、前記式（１）のように、コイル出力電圧Ｖｘの振幅係数を関数Ａ（ｘ）で示すと、
Ｖｘ−Ｖａ＝Ａ(ｘ) ｓｉｎωｔ−Ｐa ｓｉｎωｔ
＝｛Ａ(ｘ) −Ｐa ｝ｓｉｎωｔ
なる演算を行う。第１の基準電圧Ｖａによって設定した検出対象区間の始まりの位置ａでは、Ａ（ｘ）＝Ｐａであることから、この演算結果の振幅係数「Ａ(ｘ)−Ｐa 」は「０」となる。一方、該検出対象区間の終わりの位置ｂでは、Ａ（ｘ）＝Ｐｂであることから、この演算結果の振幅係数「Ａ(ｘ) −Ｐa 」は「Ｐb−Ｐa 」となる。よって、この演算結果の振幅係数「Ａ(ｘ) −Ｐa 」は、該検出対象区間の範囲内において、「０」から「Ｐb −Ｐa 」まで漸増する関数特性を示す。ここで、「Ｐb −Ｐa 」は最大値であるから、これを等価的に「１」と考えると、前記式に従う交流信号の振幅係数「Ａ(ｘ) −Ｐa 」は、検出対象区間の範囲内において、図４（Ｂ）に示すように、「０」から「１」まで変化することになり、この振幅係数の関数特性は、図４（Ｃ）に示すようなサイン関数ｓｉｎθの第１象限（つまり、０度から９０度の範囲）の特性になぞらえることができる。よって、前記式に従う交流信号の振幅係数「Ａ(ｘ) −Ｐa 」は、等価的にｓｉｎθ（ただし、大体、０°≦θ≦９０°）を用いて表わせる。なお、図３（Ｂ）、（Ｃ）では、位置ｘに対するサイン関数特性の振幅係数のカーブｓｉｎθのみを示しているが、実際の演算回路３１Ａの出力はこの振幅係数ｓｉｎθに対応する振幅レベルを持つ交流信号ｓｉｎθｓｉｎωｔである。
【００３４】
演算回路３１Ｂは、検出用コイルＬ１の出力電圧Ｖｘと第２の基準電圧Ｖｂとの差を求めるもので、前記式（２）のように、
Ｖｂ−Ｖｘ＝Ｐb ｓｉｎωｔ−Ａ(ｘ) ｓｉｎωｔ
＝｛Ｐb −Ａ(ｘ) ｝ｓｉｎωｔ
なる演算を行う。検出対象区間の始まりの位置ａでは、Ａ（ｘ）＝Ｐａであることから、この演算結果の振幅係数「Ｐb −Ａ(ｘ) 」は「Ｐb −Ｐa 」となる。一方、第２の基準電圧Ｖｂによって設定した該区間の終わりの位置ｂでは、Ａ（ｘ）＝Ｐｂであることから、この演算結果の振幅係数「Ｐb −Ａ(ｘ) 」は「０」となる。よって、この演算結果の振幅係数「Ｐb −Ａ(ｘ) 」は、該検出対象区間の範囲内において、「Ｐb −Ｐa 」から「０」まで漸減する関数特性を示す。前記と同様に、「Ｐb −Ｐa 」を等価的に「１」と考えると、前記式に従う交流信号の振幅係数「Ｐb −Ａ(ｘ) 」は、検出対象区間の範囲内において、図４（Ｂ）に示すように、「１」から「０」まで変化することになり、この振幅係数の関数特性は、図４（Ｃ）に示すようなコサイン関数の第１象限（つまり０度から９０度の範囲）の特性になぞらえることができる。よって、前記式に従う交流信号の振幅係数「Ｐb −Ａ(ｘ) 」は、等価的にｃｏｓθ（ただし、大体、０°≦θ≦９０°）を用いて表わせる。この場合も、図４（Ｂ）、（Ｃ）では、位置ｘに対するコサイン関数特性の振幅係数のカーブｃｏｓθのみを示しているが、実際の演算回路３１Ｂの出力はこの振幅係数ｃｏｓθに対応する振幅レベルを持つ交流信号ｃｏｓθｓｉｎωｔである。なお、演算回路３１Ｂでの減算は「Ｖｘ−Ｖｂ」であってもよい。
【００３５】
こうして、検出対象位置ｘに応じてサイン及びコサイン関数特性に従う振幅をそれぞれ示す２つの交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔとｃｏｓθｓｉｎωｔを生成することができる。これは一般にレゾルバといわれる位置検出器の出力信号の形態と同様のものであり、有効に活用することができる。例えば、演算回路３１Ａ，３１Ｂで生成されたレゾルバタイプの２つの交流出力信号を位相検出回路（若しくは振幅位相変換手段）３２に入力し、該２つの交流出力信号における振幅値の相関関係から該振幅値を規定する前記サイン及びコサイン関数ｓｉｎθ及びｃｏｓθの位相値θを計測することで、検出対象位置をアブソリュートで検出することができる。この位相検出回路３２としては、例えば本出願人の出願に係る特開平９−１２６８０９号公報に示された技術を用いて構成するとよい。例えば、第１の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔを電気的に９０度シフトすることで、交流信号ｓｉｎθｃｏｓωｔを生成し、これと第２の交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを加減算合成することで、ｓｉｎ（ωｔ＋θ）およびｓｉｎ（ωｔ−θ）なる、θに応じて進相および遅相方向に位相シフトされた２つの交流信号（位相成分θを交流位相ずれに変換した信号）を生成し、その位相θを測定することで、位置検出データを得ることができる。位相検出回路３２は、専用回路（例えば集積回路装置）で構成してもよいし、プログラム可能なプロセッサまたはコンピュータを使用して所定のソフトウェアを実行することにより位相検出処理を行うようにしてもよい。あるいは、公知のレゾルバ出力を処理するために使用されるＲ−Ｄコンバータを、この位相検出回路３２として使用するようにしてもよい。また、位相検出回路３２における位相成分θの検出処理は、ディジタル処理に限らず、積分回路等を使用したアナログ処理で行ってもよい。また、ディジタル位相検出処理によって回転位置θを示すディジタル検出データを生成した後、これをアナログ変換して回転位置θを示すアナログ検出データを得るようにしてもよい。勿論、位相検出回路３２を設けずに、演算回路３１Ａ，３１Ｂの出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔをそのまま出力するようにしてもよい。
【００３６】
なお、図４（Ｂ）に示すように、サイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおける振幅特性は、位相角θと検出対象位置ｘとの対応関係が線形性を持つものとすると、図４（Ｃ）に示すような真のサイン及びコサイン関数特性を示していない。しかし、位相検出回路３２では、見かけ上、この交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔをそれぞれサイン及びコサイン関数の振幅特性を持つものとして位相検出処理する。その結果、検出した位相角θは、検出対象位置ｘに対して、線形性を示さないことになる。しかし、位置検出にあたっては、そのように、検出出力データ（検出した位相角θ）と実際の検出対象位置との非直線性はあまり重要な問題とはならない。つまり、所定の反復再現性をもって位置検出を行なうことができればよいのである。また、必要とあらば、位相検出回路３２の出力データを適宜のデータ変換テーブルを用いてデータ変換することにより、検出出力データと実際の検出対象位置との間に正確な線形性を持たせることが容易に行なえる。よって、本発明でいうサイン及びコサイン関数の振幅特性とは、真のサイン及びコサイン関数特性を示していなければならないものではなく、図４（Ｂ）に示されるように、実際は三角波形状のようなものであってよいものであり、要するに、そのような傾向を示していればよい。つまり、サイン等の三角関数に類似した関数であればよい。なお、図４（Ｂ）の例では、観点を変えて、その横軸の目盛をθと見立ててその目盛が所要の非線形目盛からなっているとすれば、横軸の目盛をｘと見立てた場合には見かけ上三角波形状に見えるものであっても、θに関してはサイン関数又はコサイン関数ということができる。
【００３７】
ここで、更なる温度ドリフト特性の補償について説明する。前述した通りセンサ用コイルＬ１の出力電圧Ｖｘと基準電圧Ｖａ，Ｖｂはそれぞれ温度ドリフト補償されているものであるが、演算回路３１Ａ，３１Ｂにおける差演算によって、同一方向のレベル変動誤差がもしあったとしてもこれも相殺されることになり、温度ドリフト特性がより一層確実に補償されることになる。
【００３８】
基準電圧発生用の各コイルＬａ１，Ｌａ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２は、センサ用コイルＬ１と同等の特性のコイルを使用し、かつ、これらのコイルＬａ１，Ｌａ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２とセンサ用コイルＬ１と同様の温度環境に置く（つまりセンサ用コイルＬ１の比較的近くに配置する）のがよいが、これに限らず、別の配置でもよい。何故ならば、図２（Ｂ）のような各対のコイルの直列接続とその接続点からの電圧取り出しによって、温度ドリフト補償が達成されているからである。よって、基準電圧発生用の各コイルＬａ１，Ｌａ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２は、演算回路３１Ａ，３１Ｂの回路基板側に設けてもよい。
【００３９】
前述のように、センサ用コイルＬ１に直列接続される温度補償用コイルＬ２は、該センサ用コイルＬ１の近傍に配置され、なるべく同一環境下に置かれるのがよいが、この温度補償用コイルＬ２も演算回路３１Ａ，３１Ｂの回路基板側に設けてもよい。勿論、温度補償用コイルＬ２及び基準電圧発生用の各コイルＬａ１，Ｌａ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２は、第１及び第２の磁気応答部材１１，１２のスリットパターンの変化によるインピーダンス変化の影響を受けないように配置される。所定の基準電圧Ｖａ，Ｖｂを定電圧で発生し得るようにするために、鉄のような磁性体又は銅のような導電体若しくはそれらのハイブリッド構造からなる適宜のマスキング部材をこれらの基準電圧発生用コイルＬａ１，Ｌａ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２に施して、そのインダクタンスすなわちインピーダンスを設定するようにするとよい。同様の手法で、温度補償用コイルＬ２のインダクタンスすなわちインピーダンスを設定・調整することができる。
【００４０】
図５は、基準電圧発生用コイルＬａ１，Ｌａ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２のインダクタンスすなわちインピーダンスの設定法の一例を示す。１対のコイルＬａ１，Ｌａ２に対して磁性体コアＭａが可変的に挿入され、その配置を調整することで、２つのコイルＬａ１，Ｌａ２のそれぞれに対する磁性体コアＭａの侵入量が差動的に調整され、基準電圧Ｖａのレベルを可変調整することができる。同様に、１対のコイルＬｂ１，Ｌｂ２に対して磁性体コアＭｂが可変的に挿入され、その配置を調整することで、２つのコイルＬｂ１，Ｌｂ２のそれぞれに対する磁性体コアＭｂの侵入量が差動的に調整され、基準電圧Ｖｂのレベルを可変調整することができる。
【００４１】
基準電圧発生用回路は、コイルに限らず、抵抗その他の適当な定電圧発生回路を使用してもよい。また、図１の例では、センサ用コイルＬ１の軸線は回転軸２，３の軸線と同じ方向（スラスト方向）であるが、これに限らず、センサ用コイルＬ１の軸線の方向が回転軸２，３のラジアル方向になるような配置であってもよい。
【００４２】
なお、磁気応答部材１１，１２として、磁性体の代わりに、銅のような非磁性良導電体を使用してもよい。その場合は、磁気応答部材１１，１２の導電体部分１１ｂ，１２ｂの存在によって渦電流損によってコイルのインダクタンスが減少し、第１及び第２の磁気応答部材１１，１２の導電体部分１１ｂ，１２ｂが他方のスリット孔１１ａ，１２ａを閉じる面積が増すほど、コイルに誘導される電圧のレベルが小さくなる。この場合も、上記と同様に位置検出動作することが可能である。また、第１及び第２の磁気応答部材１１，１２におけるスリット部１１ａ，１２ａのピッチＰ（１円周当りのスリット孔の数）は図示のものに限らず、設計事項として適宜に設定してよい。また、第１及び第２の磁気応答部材１１，１２におけるスリットパターンの形状は上述したような略矩形状の繰り返しパターンからなるものに限らない。例えば、三角形状に漸減又は漸増する形状のスリット形状からなっていてもよいし、その他適宜の形状であってよい。
【００４３】
別の変更例として、磁気応答部材１１，１２として永久磁石を含み、コイル部１０のコイルには鉄心コアを含むようにしてもよい。永久磁石が、コイルに接近するとその近接箇所に対応する鉄心コアが部分的に磁気飽和ないし過飽和状態となり、該コイルの端子間電圧が低下する。これにより、磁気応答部材１１，１２の相対的変位に応じたコイルの端子間電圧の漸減（又は漸増）変化を引き起こさせることができる。
【００４４】
次に、オルダム機構を用いた本発明に係る相対的回転位置検出装置の一実施例について図６，図７を参照して説明する。
図６は該検出装置の構造を示すための分解斜視図であり、図７は該検出装置の軸方向断面略図である。図７では、半分の断面を示したが残りの半分は対称に現れる。図１の例のように磁気応答部材１１，１２を各軸２，３に直接配置する構造では、入力軸２と出力軸３との間で偏心、偏角及び軸方向移動が生じた場合、そのような偏心、偏角及び軸方向移動に伴って磁気応答部材１１，１２の相互位置関係にゆがみが生じ、磁気回路におけるエアギャップの面積又は距離を変動させ、検出誤差を生じるおそれがある。勿論、入力軸２と出力軸３との間で偏心、偏角及び軸方向移動が生じないような機構において本発明を適用すれば、図１の実施例でも問題は起こらない。しかし、例えば、自動車のステアリング軸のトルク検出のために本発明を適用するような応用にあっては、ステアリング操作時の値からの加わり方によっては、ステアリングホイール軸（入力軸２）に曲がり力等回転方向以外の力が加わることがよくあるので、適切な対策を講ずる必要がある。この点に鑑みて、本発明では、各軸２，３に各磁気応答部材１１，１２を配置するにあたって、オルダム機構を介在させることにより、回転方向以外の不所望の動きが軸２，３から各磁気応答部材１１，１２に伝達されないように工夫したことを特徴としている。図６，図７に示す実施例では、入力軸２に第１の磁気応答部材１１を配置するにあたって、オルダム機構を介在させている。
【００４５】
図６，図７において、オルダム機構はフランジＦ１及びＦ２とリングＳ１及びＳ２によって構成されており、入力軸２と第１の磁気応答部材１１との間に介在している。オルダム機構以外の各要素及びこの検出装置における位置検出原理については、図１〜図５の実施例と同様であってよいため、それらについては、既に述べた説明を援用し、以下では、特に本検出装置におけるオルダム機構の構成例について詳しく説明する。
図６，図７において、前述と同様に、入力軸２と出力軸３の間はトーションバー１で連結されている。入力軸２にはフランジＦ１が取付けられ、出力軸３にはフランジＦ２が取り付けられる。フランジＦ１の内側の所定個所には軸方向に延びたキー溝Ｆｂが設けられ、入力軸２の外側の所定個所にはキー突起Ｆｃが設けられる。フランジＦ１を入力軸２に取り付けるに際しては、フランジＦ１のキー溝Ｆｂ内に入力軸２のキー突起Ｆｃが嵌まり込むようにする。これによって、フランジＦ１は、入力軸２の回転に伴って回転するが、入力軸２の軸方向のガタツキには追従しないことになり、軸方向の不所望の動きをキャンセルできるようになっている。
【００４６】
フランジＦ１に対してリングＳ１，Ｓ２が係合しており、これらのリングＳ１，Ｓ２は回転方向にはフランジＦ１と一体的に回転するが、軸横断面つまり半径方向平面においては該平面上における直交座標軸（仮りにｘ軸及びｙ軸という）の方向に関して、ある程度の範囲で自在に動きうるようになっている。すなわち、フランジＦ１においては、一方の座標軸（仮りにｙ軸とする）の方向に延びた長孔状の２つの通孔Ｆａが所定個所に１８０度の間隔で形成されており、該長孔Ｆａに対してリングＳ１に形成された突起Ｓｂが嵌合するように、フランジＦ１に対してリングＳ１が取り付けられる。よって、リングＳ１はフランジＦ１と一体的に回転するが、フランジＦ１つまり入力軸２の軸横断面のｙ軸方向の動きは、長孔Ｆａの遊びによってキャンセルされ、リングＳ１に伝達されない。また、リングＳ１には前記突起Ｓｂに対して９０度ずれた位置に（つまり、軸横断面のｘ軸方向に）、長孔状の２つの通孔Ｓａが１８０度の間隔で形成されており、該長孔Ｓａに対してリングＳ２に形成された突起Ｓｃが嵌合するように、リングＳ１に対してリングＳ２が取り付けられる。よって、リングＳ２はリングＳ１およびフランジＦ１と一体的に回転するが、リングＳ１つまりフランジＦ１つまり入力軸２の軸横断面のｘ軸方向の動きは、長孔Ｓａの遊びによってキャンセルされ、リングＳ２に伝達されない。リングＳ２には、第１の磁気応答部材１１が固定される。こうした軸横断面のｘ軸及びｙ軸方向の動きのキャンセルによって、軸横断面の平面上の動きがキャンセルされる。こうして、軸方向及び軸横断面の平面方向の合計３軸方向の動きがキャンセルされ、入力軸２の回転方向の動きだけがリングＳ２つまり第１の磁気応答部材１１に伝達される。
【００４７】
一方、出力軸３に取り付けられたフランジＦ２には、第２の磁気応答部材１２及び補助的磁気応答部材Ｍが取り付けられ、これらが出力軸３と一体的に回転する。第１の磁気応答部材１１は、リングＳ２との間に、出力軸３側のフランジＦ２、補助的磁気応答部材Ｍ及び第２の磁気応答部材１２を配し、これらを飛び越してリングＳ２にブリッジされて該リングＳ２に結合している。これのようなブリッジした結合配置は設計上の便宜のものにすぎない。要は、第１の磁気応答部材１１が、入力軸２側のリングＳ２のみに力学的に結合し、出力軸３側のフランジＦ２、補助的磁気応答部材Ｍ及び第２の磁気応答部材１２には結合していないような構造であればよい。ハウジングＫは、図示しないフレーム部に固定されるものであり、入力軸２及び出力軸３からフリーである。このハウジングＫ内の所定位置にコイル部１０が配置される。よって、コイル部１０も入力軸２及び出力軸３からフリーである。
【００４８】
フランジＦ２の内周は円形突起Ｆｃとなっていて、これがリングＳ２の内周の円形孔Ｓｅに嵌まり、フランジＦ２とリングＳ２の芯合わせがなされるようになっている。また、フランジＦ２の円形突起Ｆｃの所定位置に凸部Ｆｂが形成されており、これに対応してリングＳ２の円形孔Ｓｅの所定個所に凹部Ｓｄが形成されている。リングＳ２に形成される凹部Ｓｄの周方向のサイズはフランジＦ２に形成される凸部Ｆｂの周方向のサイズよりも大きく、組立て時にフランジＦ２の凸部ＦｂがリングＳ２の凹部Ｓｄにゆるく嵌まるように組立てられる。すなわち、凸部Ｆｂは凹部Ｓｄ内を所定の角度範囲で動くことができ、この角度範囲はトーションバー１の最大ねじれ角よりも大きい。すなわち、トーションバー１の最大ねじれ角には自ずから限度があるため、フランジＦ２の凸部ＦｂとリングＳ２の凹部Ｓｄとのゆるい嵌合が、トーションバー１の最大ねじれ角内での入力軸２及び出力軸３の相対的回転変位を何ら妨げないようになっている。これらの凸部Ｆｂと凹部Ｓｄは、組立ての際に、第１の磁気応答部材１１と第２の磁気応答部材１２を原点合わせした状態で配置することを容易にするので便利である。しかし、これらの凸部Ｆｂと凹部Ｓｄは組立ての便宜のためのものであり、発明の本質には関係していないので、省略することも可能である。また、フランジＦ２とリングＳ２の芯合わせ構造は、組立ての際に、第１の磁気応答部材１１と第２の磁気応答部材１２を正確に中心合わせした状態で配置することを容易にすると共に、回転方向以外に関する両者の関係を所定関係で維持する。すなわち、フランジＦ２とリングＳ２は互いに回転自在であり（ただし凸部Ｆｂが凹部Ｓｄ内を動くことができる範囲内で）、その他の位置関係は、がたつくことなく、一定の関係を維持することができるので、誤差のない検出が可能である。
【００４９】
以上の構成により、入力軸２と出力軸３との間で偏心、偏角及び軸方向移動が生じた場合、そのような偏心、偏角及び軸方向移動は、オルダム機構によってキャンセルされ、両者の相対的回転運動だけが第１及び第２の磁気応答部材１１，１２に伝達される。従って、第１及び第２の磁気応答部材１１，１２の相互位置関係にゆがみが生じることがなく、磁気回路におけるエアギャップの面積又は距離に不所望の変動が起こらず、検出誤差をもたらすことがない。第１及び第２の磁気応答部材１１，１２の相対的回転位置に応じた検出を行なうことに関しては、図１〜図５の実施例として同様であるので、重複説明を省略する。なお、オルダム機構の各構成要素Ｆ１，Ｆ２，Ｓ１，Ｓ２は、プラスチックのような非磁性・非導電性の材質を用いる。
【００５０】
次に、オルダム機構を用いた本発明に係る相対的回転位置検出装置の別の実施例について図８、図９を参照して説明する。
図８は該検出装置の構造を示すための分解斜視図であり、図９は該検出装置の軸方向断面略図である。図９では、半分の断面を示したが残りの半分は対称に現れる。図８、図９の実施例は、図６、図７の実施例に比べて、磁気応答部材１３，１４の形状が相違している点と、それに関連する機構の構成が設計的に相違している点が異なっているだけであり、その他は、概ね実質的に同一であってよい。
図８，図９の実施例において、入力軸２及び出力軸３に設けられる第１及び第２の磁気応答部材１３，１４は、例えば円筒状の磁性体からなり、所定ピッチＰで繰り返し設けた歯状の凸部１３ａ、１４ａが非接触的に向き合っている。コイル部１０において、センサ用コイルＬ１は、図９に示すように、磁気応答部材１３，１４の歯状凸部１３ａ、１４ａの部分を被うようにその外周に配置される。前述と同様に、磁気応答部材１３，１４の歯状凸部１３ａ、１４ａによる磁気変化の影響を受けないように、温度補償用コイルＬ２がコイル部１０に設けられる。
【００５１】
オルダム機構は、フランジＦ１とリングＳ１，Ｓ２によって構成されている。
前述と同様に、フランジＦ１の内側の所定個所には軸方向に延びたキー溝Ｆｂが設けられ、入力軸２の外側の所定個所にはキー突起Ｆｃが設けられ、フランジＦ１のキー溝Ｆｂ内に入力軸２のキー突起Ｆｃが嵌まり込むように取り付けられる。また、フランジＦ１とリングＳ１との係合構造及び、リングＳ１とＳ２の係合構造も前述と同様に、長孔Ｆａ，Ｓａと突起Ｓｂ，Ｓｃを介するものである。リングＳ２に、複数の歯状凸部１３ａを有する第１の磁気応答部材１３が取り付けられ、一体的に回転する。第１の磁気応答部材１３を取り付けるリングＳ２は、例えば非磁性・良導電体のような、磁気に対して渦電流損による反磁性特性を示す材質を用いてよい。
【００５２】
入力軸２の端部凸部２ａは、出力軸３の端部凹部３ａ内にゆるく嵌まり込み、入力軸２と出力軸３がトーションバー１を介して接続されている。入力軸２の端部凸部２ａと出力軸３の端部凹部３ａとのゆるい嵌まり込み構造は、図６の凸部Ｆｂと凹部Ｓｄの係合構造と同様のものであり、凸部２ａが凹部３ａ内を所定の角度範囲で動くことができ、この角度範囲はトーションバー１の最大ねじれ角よりも大きい。すなわち、トーションバー１の最大ねじれ角には自ずから限度があるため、入力軸２の凸部２ａと出力軸３の凹部３ａとのゆるい嵌合が、トーションバー１の最大ねじれ角内での入力軸２及び出力軸３の相対的回転変位を何ら妨げないようになっている。入力軸２側のリングＳ２は、軸受Ｂを介して出力軸３に対して回転自在に軸受されている。出力軸３には取付けリングＳＲが一体的に回転するように取り付けられており、この取付けリングＳＲに第２の磁気応答部材１４が一体的に回転するように取り付けられている。取付けリングＳＲも、例えば非磁性・良導電体のような、磁気に対して渦電流損による反磁性特性を示す材質を用いてよい。第１の磁気応答部材１３と第２の磁気応答部材１４は僅かなギャップを介して非接触的に向き合っており、第１の磁気応答部材１３は入力軸２と一体的に回転し、第２の磁気応答部材１４は出力軸３と一体的に回転する。そして、オルダム機構の介在によって、入力軸２と出力軸３との間の回転方向以外の機械的がたつき（軸方向の動きや軸の曲がり若しくは軸心ずれなど）がオルダム機構によって吸収され、第１の磁気応答部材１３と第２の磁気応答部材１４の配置は相対的回転運動以外の動きに関して一定状態を維持する。なお、入力軸２側のリングＳ２が、軸受Ｂを介して出力軸３に対して回転自在に軸受されていることで、第１の磁気応答部材１３と第２の磁気応答部材１４との芯合わせがなされる。
【００５３】
図１０は、第１の軸２と第２の軸３との間の相対的回転位置の変化に応じた、第１および第２の磁気応答部材１３，１４における凹凸歯の対応関係の変化を示す展開図である。図１０（ｃ）は、相対的回転位置０（つまり、ねじれ量０）のときの凹凸歯の対応関係を示す。この状態では、それぞれの磁気応答部材１３，１４の凸部１３ａ，１４ａと凹部１３ｂ，１４ｂが半々で対応しており（磁気応答部材１３，１４の凹凸歯が１／４ピッチずれている）、該磁気応答部材１３，１４を通るセンサ用コイルＬ１の磁気回路Φの磁気結合度合いは中間値をとる。
【００５４】
図１０（ｂ）は、（ｃ）の中間状態から第１の磁気応答部材１３が第２の磁気応答部材１４に対して相対的に矢印ＣＷ方向（時計回り方向）に１／４ピッチだけ回転した状態を示す。この状態では、それぞれの磁気応答部材１３，１４の凸部１３ａ，１４ａ同士及び凹部１３ｂ，１４ｂ同士が丁度一致しており（磁気応答部材１３，１４の凹凸歯のずれがない）、該磁気応答部材１３，１４を通るコイルＬ１の磁気回路Φの磁気結合度合いは最大値をとる。
【００５５】
図１０（ａ）は、（ｃ）の中間状態から第１の磁気応答部材１３が第２の磁気応答部材１４に対して相対的に矢印ＣＣＷ方向（反時計回り方向）に１／４ピッチだけ回転した状態を示す。この状態では、それぞれの磁気応答部材１３，１４の凸部１３ａ，１４ａと凹部１３ｂ，１４ｂが逆に対応しており（磁気応答部材１３，１４の凹凸歯が１／２ピッチずれている）、該磁気応答部材１３，１４を通るコイルＬ１の磁気回路Φの磁気結合度合いは最小値をとる。
【００５６】
このように、入力軸２及び出力軸３の相対的回転位置に応じて第１及び第２の磁気応答部材１３，１４の凹凸歯１３ａ，１４ｂ，１４ａ，１４ｂの相対的位置が変化することでコイルＬ１の磁気回路Φにおける磁気結合の度合いが変化し、該コイルＬ１の自己インダクタンスが変化し、電気的インピーダンスが変化する。する。よって、このインピーダンスに応じてセンサ用コイルＬ１に生じる電圧（端子間電圧）は、検出対象たる相対的回転位置に対応したものとなる。よって、図４を参照して前述したものと同様の原理によって位置検出を行なうことができる。すなわち、得られた各電圧に対して所定の演算を行うことによって、検出対象位置ｘに応じて等価的にサイン及びコサイン関数特性に従う振幅をそれぞれ示す２つの交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔとｃｏｓθｓｉｎωｔを生成することができる。そして、サイン及びコサイン関数ｓｉｎθ及びｃｏｓθの位相値θを計測することで、検出対象位置をアブソリュートで検出することができる。
【００５７】
上記各実施例において、位置検出データを得るための構成は、図２（Ｂ）に示したような位相検出回路３２を用いるものに限らず、図１１（Ａ）に示すように、電圧検出回路４０を用いるようにしてもよい。図１１（Ａ）において、電圧検出回路４０以外の構成は図２（Ｂ）に示したものと同様である。要するに、電圧検出回路４０では、演算回路３１Ａから出力される等価的にサイン関数の振幅特性を持つ交流信号ｓｉｎθｓｉｎωｔを整流回路４１に入力し、交流信号成分を除去し、振幅電圧成分ｓｉｎθのみに応答する直流の検出電圧Ｖ１を発生する。また、演算回路３１Ｂから出力される等価的にコサイン関数の振幅特性を持つ交流信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを整流回路４２に入力し、交流信号成分を除去し、振幅電圧成分ｃｏｓθのみに応答する直流の検出電圧Ｖ２を発生する。図１１（Ｂ）は、検出対象位置ｘつまり相対的回転角度に対して示す各検出電圧Ｖ１，Ｖ２の特性例を示す。このような特性が得られる理由は図４（Ｂ）を参照して既に説明した通りである。このようにちょうど逆特性の２種類の検出電圧Ｖ１，Ｖ２をアナログで得ることができる。検出対象位置ｘつまり相対的回転角度の検出のためには、どちらか一方の検出電圧Ｖ１，Ｖ２のみを得るように一系列の整流回路だけで構成すれば足りるが、逆特性の２種類の検出電圧Ｖ１，Ｖ２を並列的に発生するようにすることにより、冗長性をもたせることができる。すなわち、どちらか一方の検出系列で何らかの故障が生じた場合に、適切に対処することができる。
【００５８】
図１２は、位相検出用アナログ回路３２Ａと電圧検出回路４０とを併設し、位相検出と電圧検出のどちらでも採用できるようにした構成例を示す。図１２は、図１１（Ａ）において位相検出用アナログ回路３２Ａが付加されたものと同じである。よって、位相検出用アナログ回路３２Ａ以外の構成についての説明は、図２（Ｂ）及び図１１（Ａ）の説明を援用する。
位相検出用アナログ回路３２Ａにおいて、演算回路３１Ａから出力された等価的にサイン関数の振幅特性を持つ交流信号Ａ＝ｓｉｎθｓｉｎωｔは、位相シフト回路１９に入力され、その電気的位相が所定量位相シフトされ、例えば９０度進められて、位相シフトされた交流信号Ａ’＝sinθ・cosωｔが得られる。また、位相検出用アナログ回路３２Ａにおいては加算回路１５と減算回路１６とが設けられており、加算回路１５では、位相シフト回路１９から出力される上記位相シフトされた交流信号Ａ’＝sinθ・cosωｔと、演算回路３１Ｂから出力される等価的にコサイン関数の振幅特性を持つ交流信号Ｂ＝ｃｏｓθｓｉｎωｔとが加算され、その加算出力として、Ｂ＋Ａ’＝cosθ・sinωｔ＋sinθ・cosωｔ＝sin（ωｔ＋θ）なる略式で表わせる第１の電気的交流信号Ｙ１が得られる。減算回路１６では、上記位相シフトされた交流信号Ａ’＝sinθ・cosωｔと上記演算回路３１Ｂから出力交流信号Ｂ＝cosθ・sinωｔとが減算され、その減算出力として、Ｂ−Ａ’＝cosθ・sinωｔ−sinθ・cosωｔ＝sin（ωｔ−θ）なる略式で表わせる第２の電気的交流信号Ｙ２が得られる。このようにして、検出対象位置（ｘ）に対応して正方向にシフトされた電気的位相角（＋θ）を持つ第１の電気的交流出力信号Ｙ１＝sin（ωｔ＋θ）と、同じ前記検出対象位置（ｘ）に対応して負方向にシフトされた電気的位相角（−θ）を持つ第２の電気的交流出力信号Ｙ２＝sin（ωｔ−θ）とが、電気的処理によって夫々得られる。
【００５９】
加算回路１５及び減算回路１６の出力信号Ｙ１，Ｙ２は、夫々ゼロクロス検出回路１７，１８に入力され、それぞれのゼロクロスが検出される。ゼロクロスの検出の仕方としては、例えば、各信号Ｙ１，Ｙ２の振幅値が負極性から正極性に変化するゼロクロスつまり０位相を検出する。各回路１７，１８で検出したゼロクロス検出パルスつまり０位相検出パルスは、ラッチパルスＬＰ１，ＬＰ２として出力される。ラッチパルスＬＰ１，ＬＰ２は、図示しない位相ずれ測定装置に入力される。この位相ずれ測定装置では、基準交流信号源３０から発生される基準交流信号ｓｉｎωｔの０位相時点から各ラッチパルスＬＰ１，ＬＰ２の発生時点（立ち上がりトリガ時点）までの時間差をカウントし、ラッチパルスＬＰ１に対応するカウント値を正方向にシフトされた位相角（＋θ）の位相データとして検出し、ラッチパルスＬＰ２に対応するカウント値を負方向にシフトされた位相角（−θ）の位相データとして検出する。これらの正方向及び負方向にシフトされた位相角＋θ及び−θの位相検出データの利用方法については、前述した本出願人の出願に係る先願明細書に記載されているので、それと同様の手法で利用すればよい。
【００６０】
なお、基準交流発生源３０の発振回路そのものをコイル部１０の側に設けた場合は、図１２に示すように、基準交流発生源３０から発生される基準交流信号を方形波変換回路２０に入力し、基準交流信号ｓｉｎωｔに同期する方形波信号（パルス信号）を形成し、これを上記位相ずれ測定装置に入力してやる。その場合、位相ずれ測定装置では、入力された基準交流信号ｓｉｎωｔに同期する方形波信号（パルス信号）の立ち上がりに同期してクロックパルスカウントを行ない、各ラッチパルスＬＰ１，ＬＰ２の発生時点（立ち上がりトリガ時点）でそのカウント値をラッチする構成を採用することで、上記のように正方向及び負方向にシフトされた位相角＋θ及び−θの位相検出データをそれぞれ得ることができる。勿論、これに限らず、上記位相ずれ測定装置の側で、基準交流信号ｓｉｎωｔに同期する方形波信号（パルス信号）を発生し、この方形波信号（パルス信号）に基づきコイル部１０の回路側でアナログフィルタ処理等をかけることで、アナログの基準交流信号ｓｉｎωｔを発生するようにしてもよい。その場合は、位相ずれ測定装置の側では、出力した基準交流信号ｓｉｎωｔに同期する方形波信号（パルス信号）の立ち上がりに同期してクロックパルスカウントを行ない、各ラッチパルスＬＰ１，ＬＰ２の発生時点（立ち上がりトリガ時点）でそのカウント値をラッチする構成を採用すればよい。上記位相ずれ測定装置としては、ＣＰＵのようなソフトウェアプログラム処理可能なプロセッサを使用するとよい。なお、図１２の回路において、電圧検出回路４０の整流回路４１に入力する信号として、演算回路３１Ａの出力信号Ａ＝ｓｉｎθｓｉｎωｔに代えて、位相シフト回路１９からの出力信号Ａ’＝ｓｉｎθｃｏｓωｔを入力するようにしてもよい。
【００６１】
なお、コイル部１０におけるコイル構成は、上記実施例のように、センサ用コイルＬ１を１個のみ設けるタイプに限らない。例えば、１相交流信号（ｓｉｎωｔ）で励磁される複数のセンサ用コイルをその配置位置をずらして配置し、各センサ用コイルの出力電圧を取り出し、取り出した各電圧を適宜の組み合わせで演算することにより、等価的にサイン相出力信号（ｓｉｎθｓｉｎωｔ）とコサイン相出力信号（ｃｏｓθｓｉｎωｔ）を得るようにしてもよい。あるいは、通常のレゾルバ装置又はその類似装置で知られているように、１相交流信号（ｓｉｎωｔ）で励磁される少なくとも１つの１次コイルと、サイン相出力信号（ｓｉｎθｓｉｎωｔ）を出力する２次コイルと、コサイン相出力信号（ｃｏｓθｓｉｎωｔ）を出力する２次コイルとをそれぞれ設け、各２次コイルからサイン相出力信号（ｓｉｎθｓｉｎωｔ）とコサイン相出力信号（ｃｏｓθｓｉｎωｔ）を直接得るようにしてもよい。その場合は、図２（Ｂ）その他で示された演算回路３１Ａ，３１Ｂを省略できるのは勿論である。また、必要とあらば、２相交流信号（例えばｓｉｎωｔとｃｏｓωｔ）で励磁される少なくとも２つの１次コイルと、検出対象位置に応じて位相シフトされた交流出力信号（ｓｉｎ（ωｔ＋θ））を出力する２次コイルとを設けるようにしてもよい。
【００６２】
本発明に係る相対的回転位置検出装置は、ねじり量検出装置あるいはトルクセンサに限らず、例えば、エンジンオーバーヘッドカムの相対的な回転角度を検出するエンジン噴射タイミング制御用センサにも応用することができる。その他、要するに、回転可能な２軸の所定角度範囲にわたるねじれ量や回転ずれなどの相対的回転位置の検出センサとして好適なものである。
【００６３】
【発明の効果】
以上のとおり、この発明の第１の観点によれば、相対的に回転変位する第１及び第２の軸のそれぞれに磁気応答部材を配置して、両磁気応答部材の相対的回転位置関係をコイルを用いて非接触的に検出するタイプの検出装置において、オルダム機構を介在させることにより、第１及び第２の軸の回転方向以外の不要な動きをキャンセルして、両磁気応答部材の相対的回転位置関係にこれらの不要な動きが影響しないようにしたので、第１及び第２の軸の相対的関係において、回転方向以外の不所望のがたつきが生じても、精度のよい検出を行なうことが可能となる、という優れた効果を奏する。
【００６４】
また、この発明の第２の観点によれば、１つのセンサ用コイルを用いて第１及び第２の軸の相対的回転位置を示すアナログ直流電圧を得ることができ、その場合に、センサ用コイルに直列接続された温度補償用コイルを具備し、前記センサ用コイルと前記温度補償用コイルとの接続点より、センサ用コイルのインピーダンス変化に基づき変化する該センサ用コイルの出力電圧を取り出すようにしているので、コイルの温度ドリフトを適正に相殺し、温度ドリフト補償済みの出力電圧を取り出すことができ、検出精度が向上する。また、交流信号からなる所定の基準電圧を発生し、前記センサ用コイルの出力信号と前記基準電圧とを演算し、前記相対的回転位置に対応する振幅係数を持つ交流出力信号を生成することで、センサ用コイルの出力信号の振幅特性を望みの特性に設定することができ、望みの特性のアナログ直流電圧が得られるように制御することが容易になる。
【００６５】
また、この発明の第３の観点によれば、第１及び第２の軸にそれぞれ配置される第１及び第２の磁気応答部材が、それぞれ、回転方向に所定間隔で複数のスリット部を形成してなる平板形状の部材からなり、前記相対的回転位置に応じた各磁気応答部材同士のスリット部の重なり具合によって前記コイル部に対する磁気的結合が変化するようにしたものであるため、第１及び第２の磁気応答部材の構造が全体としてフラットな、コンパクトな構造となり、大型の凹凸歯を設けるような構造に比べて、はるかに簡素化、小型化、コンパクト化を図ることができる。
【００６６】
さらに、１相の交流で励磁される１個のコイル（すなわちセンサ用コイル）のみを使用し、この出力電圧と基準電圧とを演算することで、複数相の振幅関数特性を示す出力交流信号を検出対象たる相対的位置に応じて発生するように構成することができるので、そのような構成にあっては、２次コイルが不要であることから、小型かつシンプルな構造の相対的回転位置検出装置を提供することができる。しかも、必要に応じて、位相検出方式を採用することにより、より一層精度のよい相対的回転位置検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る相対的回転位置検出装置の構造例を示すもので、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は第１の磁気応答部材の全体形状の一例を示す正面図、（Ｃ）は第２の磁気応答部材の全体形状の一例を示す正面図。
【図２】  （Ａ）は図１に示した検出装置の軸方向断面略図、（Ｂ）は同検出装置のコイル部に関連する電気回路図。
【図３】  同実施例における第１及び第２の磁気応答部材の相対的回転位置関係のいくつかの代表例を示す図。
【図４】  図１に示した検出装置の検出動作説明図。
【図５】  図１に示した検出装置における基準電圧発生用コイルのインピーダンス調整法の一例を示す略図。
【図６】  オルダム機構を具備してなる本発明に係る相対的回転位置検出装置の実施例を示す分解斜視略図。
【図７】  図６に示した検出装置の軸方向断面略図。
【図８】  オルダム機構を具備してなる本発明に係る相対的回転位置検出装置の別の実施例を示す分解斜視略図。
【図９】  図８に示した検出装置の軸方向断面略図。
【図１０】  図８に示した検出装置の検出動作説明図。
【図１１】  相対的回転位置に応じたアナログ直流電圧を発生するように構成してなる本発明に係る相対的回転位置検出装置の実施例を示す回路図。
【図１２】  電圧検出と位相検出の両機能を具備した本発明に係る相対的回転位置検出装置の実施例を示す回路図。
【符号の説明】
１  トーションバー
２  入力軸（第１の軸）
３  出力軸（第２の軸）
１０  コイル部
Ｌ１  センサ用コイル
Ｌ２  温度補償用コイル
１１，１２，１３，１４  磁気応答部材
１１ａ，１２ａ  スリット部
１３ａ，１４ａ  凸部
１３ｂ，１４ｂ  凹部
３０  交流発生源
３１Ａ，３１Ｂ  アナログ演算回路
３２  位相検出回路
Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２  基準電圧発生用のコイル
Ｓ１，Ｓ２  リング
Ｆ１，Ｆ２  フランジ
ＳＲ  シールドリング
Ｍ  補助的磁気応答部材
４０  電圧検出回路
４１，４２  整流回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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