(57)【要約】【課題】２軸の相対回転位置が微少変位した場合における該２軸のねじれ量を高精度に検出する【解決手段】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ために、第１及び第２の軸の回転位置の差を移動部材の直線的変位に変換する運動変換機構と、移動部材の直線的変位を検出する直線位置検出手段とを具え、第１及び第２の軸の相対的回転位置が直線位置検出手段による移動部材の直線位置として検出されるようにする。【選択図】        図２
2005049180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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回転位置検出装置であって、
前記第１及び第２の軸の回転位置の差を移動部材の直線的変位に変換する運動変換機構と、
前記移動部材の直線的変位を検出する直線位置検出手段と
を具え、前記第１及び第２の軸の相対的回転位置が前記直線位置検出手段による前記移動部材の直線位置として検出されることを特徴とする相対回転位置検出装置。
【請求項２】
前記移動部材は前記第１の軸と一体的に回転可能にかつ軸方向には変位可能に結合してなるものであり、前記運動変換機構は、更に、該移動部材を前記第２の軸に係合させて、該第２の軸と該移動部材との回転差に応じて該移動部材を軸方向に直線変位させる回転差動カプラ機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の相対回転位置検出装置。
【請求項３】
前記回転差動カプラ機構は、前記第２の軸と一体的に回転可能に設けられた突起と、回転方向に関して斜めに形成された前記移動部材に設けられたガイド孔とを含み、前記突起が前記ガイド孔に係合し、前記第２の軸と前記移動部材との回転差に応じて前記突起が前記ガイド孔に沿って移動することにより該移動部材を軸方向に直線変位させるようにした請求項２に記載の相対回転位置検出装置。
【請求項４】
前記回転差動カプラ機構は、前記第２の軸と前記移動部材の一方に設けられたカム面と、前記第２の軸と前記移動部材の他方に設けられたカム従動子と、前記移動部材を前記第２の軸の方向に付勢するバネ部材とを含み、バネ部材の付勢によってカム従動子をカム面に常時接触させ、前記第２の軸と前記移動部材との回転差に応じて該カム従動子の該カム面に対する接触位置が変化することにより該移動部材を軸方向に直線変位させるようにした請求項２に記載の相対回転位置検出装置。
【請求項５】
前記直線位置検出手段は、交流信号で励磁されるコイルを備えたコイル部と、磁気応答部材とを含み、該コイル部と磁気応答部材の一方を前記移動部材に配置し、該移動部材の直線的変位に応じて該コイル部と磁気応答部材の相対的直線位置が変位することで磁気結合が変化し、これにより該相対的直線位置に応じた検出出力信号が前記コイル部から得られる請求項１乃至４のいずれかに記載の相対回転位置検出装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の軸はトーションバーで連結されており、前記第１及び第２の軸の間のねじれ量を相対回転位置として検出する請求項１乃至５のいずれかに記載の相対回転位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は相対的に回転可能である２軸の相対回転位置を検出する装置に関し、特に２軸の相対回転位置が微小変位した場合における該２軸のねじれ量を高精度に検出することのできるようにした相対回転位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−３１０８１６号公報
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も開発されている。
【０００３】
ところで、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。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、コイルの温度ドリフト特性を補償する必要があるのみならず、相対回転位置に応じてコイルに対する磁気結合を変化させる磁性体のリラクタンスや導電体の渦電流損にも温度ドリフト特性があり、これを適切に補償する必要がある。
【０００４】
こうした点を解決するものとして、例えば上記特許文献１に記載の相対回転位置検出装置がある。この相対回転位置検出装置は開口窓パターンを持つ磁気遮蔽物質又は反磁性体からなる外筒部（第１軸と共に回転する）と、非磁性窓パターンを持つ磁性体からなる内筒部（第２軸と共に回転する）と、交流励磁される複数のコイルとを含んで構成されてなり、第１軸及び第２軸の相対回転位置に応じて変化する開口窓と非磁性窓との重なり具合に応じてコイルに生じる出力電圧が変化することで、この出力電圧に応じた出力信号を生成して２軸間に生じたねじれ量を検出するものである。前記出力信号の変化特性はコイルの配置位置、あるいは開口窓及び非磁性窓のパターンやサイズ等により設定できるもので、典型的には周期的に変化する振幅関数（例えばサイン関数のような三角関数）特性を示す。このような開口窓と非磁性窓との重なり具合に応じて２軸のねじれ量を検出する構成の相対回転位置検出装置にあっては、開口窓と非磁性窓との重なり具合に応じてコイルに生ずる出力電圧の大きさが決定されるので、開口窓に現われる磁性体の露出量の変化に応じてコイルに生ずる出力電圧の変化は比較的小さい。
【０００５】
【発明の解決しようとする課題】
この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、改善された構造を持つ相対回転位置検出装置を提供しようとするものである。
また、そのような構造の改善に伴い、例えば、磁気誘導又は磁気結合原理を用いて検出手段を構成した場合に、検出対象変位に対するコイル出力電圧の変化が大きく現れることができるように構成し、特に２軸の相対回転位置が微小変位した場合における該２軸のねじれ量を高精度に検出することのできるようにした相対回転位置検出装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明に係る相対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回転位置検出装置であって、前記第１及び第２の軸の回転位置の差を移動部材の直線的変位に変換する運動変換機構と、前記移動部材の直線的変位を検出する直線位置検出手段とを具え、前記第１及び第２の軸の相対的回転位置が前記直線位置検出手段による前記移動部材の直線位置として検出されることを特徴とする。
【０００７】
このように、第１及び第２の軸の回転位置の差を移動部材の直線的変位に変換する運動変換機構と、該移動部材の直線的変位を検出する直線位置検出手段とを具備することで、直線位置検出手段の利点を生かした検出を行うことができる。すなわち、直線位置検出手段として磁気誘導又は磁気結合原理を用いた検出手段を用いる場合であっても、変位に対するコイル出力電圧のレベルを大きくすることができるようなタイプのものを必要に応じて使用できることとなり、２軸の相対回転位置が微小変位した場合においてもこれを精度よく検出することができるようになる。
【０００８】
実施例において、前記移動部材は前記第１の軸と一体的に回転可能にかつ軸方向には変位可能に結合してなるものであり、前記運動変換機構は、更に、該移動部材を前記第２の軸に係合させて、該第２の軸と該移動部材との回転差に応じて該移動部材を軸方向に直線変位させる回転差動カプラ機構を含む。
回転差動カプラ機構は様々なタイプのものを用いてよい。一実施例において、前記回転差動カプラ機構は、前記第２の軸と一体的に回転可能に設けられた突起と、回転方向に関して斜めに形成された前記移動部材に設けられたガイド孔とを含み、前記突起が前記ガイド孔に係合し、前記第２の軸と前記移動部材との回転差に応じて前記突起が前記ガイド孔に沿って移動することにより該移動部材を軸方向に直線変位させるようにしたものである。
別の実施例において、前記回転差動カプラ機構は、前記第２の軸と前記移動部材の一方に設けられたカム面と、前記第２の軸と前記移動部材の他方に設けられたカム従動子と、前記移動部材を前記第２の軸の方向に付勢するバネ部材とを含み、バネ部材の付勢によってカム従動子をカム面に常時接触させ、前記第２の軸と前記移動部材との回転差に応じて該カム従動子の該カム面に対する接触位置が変化することにより該移動部材を軸方向に直線変位させるようにしたものである。
【０００９】
【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詳細に説明する。
図１は、本発明に係る相対回転位置検出装置の一実施例を示す側断面概略図である。この実施例においては、自動車のハンドル（ステアリング）に関連して、異なる２つの機能の検出装置、つまり、ステアリングシャフトのトーションバーにかかるねじれトルク検出機能を有するトルク検出装置４Ａと、ハンドル切れ角（ステアリングシャフト回転）センサとしての機能を有するハンドル角検出装置４Ｂとを、インテグレートして円筒形状の外部ケース４内に一体的に収納してなる新規な検出システムが示されている。このうち、本発明に係る相対回転位置検出装置の一実施例は、トルク検出装置４Ａである。なお、図１に示した実施例では図示の簡略化のために側断面の上半分のみを図示しているが、残りの下半分は図示されたものと対称のものが図１下方に現れる。符号ＣＬは、軸の中心線である。ただし、後述するようなハンドル角検出装置４Ｂの複数のギアＧ１〜Ｇ３及びステータ部１００及びロータ部２００等からなるハンドル角検出装置４Ｂ（図６参照）は少なくとも１箇所のみに構成してあればよい。勿論、トルク検出装置４Ａとハンドル角検出装置４Ｂとを外部ケース４内に一体的に構成することに限らず、それぞれを別々に構成するようにしてもよい。また、相対回転位置検出装置（トルク検出装置４Ａ）としての本発明の実施にあたっては、ハンドル角検出装置４Ｂの存在は必須ではない。
【００１０】
図１に示した相対回転位置検出装置（トルク検出装置４Ａ）は、円筒形状に形成された外部ケース４内の所定位置に収納された、コイル部１０と、可変磁気結合部（移動部材）２０と、入力軸係止部３０と、カプラーリング４０と、出力軸係止部５０と、係止ピン５とを含む。入力軸係止部３０は相対的に回転しうる入力軸２（例えば第１の軸）及び出力軸３（例えば第２の軸）のうちの入力軸２と一体的に回転しうるように入力軸２に固定的に係止され、出力軸係止部５０は出力軸３と一体的に回転しうるように出力軸３に固定的に係止される。カプラーリング４０は例えば９０度間隔で４個有する凹部４０ａが出力軸係止部５０において９０度間隔に形成された４個の凸部５０ａに嵌め込まれることにより（図２に示す分解図を参照）、出力軸係止部５０を介して出力軸３と共に一体的に回転する。入力軸２及び出力軸３はトーションバー１によって連結されており、該トーションバー１によるねじれ変形の許す限りの限られた角度範囲で相対的に回転しうる。このようなトーションバー１によって連結された２軸（入力軸２と出力軸３）の構造は、自動車のパワーステアリング機構において知られるものである。本実施例に係る相対回転位置検出装置（トルク検出装置４Ａ）はパワーステアリング機構のトーションバー１に負荷されるトルクを検出するためのトルクセンサとして応用されるものとしているが、これに限らず、本発明に係る相対回転位置検出装置は、あらゆる用途の相対回転位置検出において適用することができるのはもちろんである。
【００１１】
コイル部１０は可変磁気結合部（移動部材）２０の周囲を取り囲むようにして非接触的に固定配置され、該コイル部１０には１相の交流信号によって励磁される複数例えば４つのコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が設けられている（図２参照）。可変磁気結合部（移動部材）２０は、入力軸２と一体的に回転可能にかつ軸方向にはスライド可能に結合してなるものであり、入力軸係止部３０の所定複数箇所に設けたキー突起３０ｅ（図２では１つのみ見える）が係合するスライド孔２０ｅを複数箇所（図２では１つのみ見える）に設けてなる。キー突起３０ｅがスライド孔２０ｅに係合することで、可変磁気結合部（移動部材）２０が、入力軸係止部３０すなわち入力軸２と一体的に回転可能かつ軸方向にはスライド可能に結合される。
【００１２】
入力軸係止部３０に結合された可変磁気結合部（移動部材）２０と、出力軸係止部５０に結合されたカプラーリング４０と、係止ピン５とは、入力軸２と出力軸３との回転差（つまり相対回転位置）に応じて該可変磁気結合部（移動部材）２０を軸方向に直線変位させる回転差動カプラ機構を構成している。すなわち、組み立てた状態においては、カプラーリング４０の周囲に入力軸係止部３０が配置され、その周囲に可変磁気結合部（移動部材）２０が配置された状態となり、カプラーリング４０に設けられた係止穴４０ｂと、入力軸係止部３０に設けられたフリー孔３０ｃと、可変磁気結合部（移動部材）２０に設けられたガイド孔２０ｃとが重なり合い、係止ピン５がこれらの孔２０ｃ，３０ｃを貫通して係止穴４０ｂにぴたりと収まるようになっている。係止穴４０ｂにぴたりと収まった係止ピン５は出力軸３と一体的に回転する突起となる。
【００１３】
この係止ピン５はフリー孔３０ｃを貫通しているため、入力軸係止部３０は出力軸３の動きとは無関係に専ら入力軸２の回転に連動して回転する。一方、可変磁気結合部（移動部材）２０に設けられたガイド孔２０ｃは、回転方向に関して斜めに延びて形成されており、かつ回転方向の孔幅は係止ピン５の外径にほぼ等しい。従って、入力軸係止部３０の回転に伴って可変磁気結合部（移動部材）２０が回転するとき、出力軸３の回転に対して差があるならば、その回転差の分だけガイド孔２０ｃに沿って可変磁気結合部（移動部材）２０が軸方向に直線変位することになる。こうして、可変磁気結合部（移動部材）２０は、入力軸２と出力軸３の相対回転位置（つまりねじれ量）に応じて、固定配置されたコイル部１０に対して軸方向に直線的に変位する。
【００１４】
可変磁気結合部（移動部材）２０の表面上には磁気応答部材２０ａ、２０ｂ（図２参照）が配設されており、可変磁気結合部（移動部材）２０の直線変位に応じてコイル部１０の各コイルＬ１〜Ｌ４に対する前記磁気応答部材２０ａ、２０ｂの相対的直線位置が変化することによって、入力軸２と出力軸３のねじれ量を検出することができるように構成されている。各磁気応答部材２０ａ、２０ｂは、全体としてリング形状からなり、鉄のような強磁性体であれば出力レベルを大きく取れるので好ましいが、銅やアルミニウムのような反磁性体もしく良導電体であってもよく、あるいは磁性体と導電体のハイブリッド的組み合わせからなるものであってもよい。各コイルＬ１〜Ｌ４の軸線方向と各軸２，３の軸方向が一致しており、各磁気応答部材２０ａ、２０ｂのリングの周囲をコイルＬ１〜Ｌ４のリングが格好からなっている。従って、各磁気応答部材２０ａ、２０ｂの変位に対するコイルＬ１〜Ｌ４の出力レベルを大きくとることができ、検出精度を上げることができる。
【００１５】
図２を参照して更に説明を続ける。図２は、相対回転位置検出装置（トルク検出装置４Ａ）の一実施例における詳細な構造を示した分解側断面図である。なお、この実施例では図示の簡略化のために側断面の上半分のみを図示しているが、トーションバー１の中心線を対称線として残りの下半分は図示されたものとほぼ同様のものが図２下方に現れる。この実施例では、コイル部１０の内側に他の構成要素を全て収めるような構造としている。すなわち、出力軸係止部５０とカプラーリング４０とを組み合わせた状態で入力軸係止部３０の内側に収納すると共に、入力軸係止部３０の外側に可変磁気結合部（移動部材）２０を取り付け、これをコイル部１０の内側に収めることにより、コンパクトに収納することができるようにしている。
【００１６】
入力軸２及び出力軸３はそれぞれ所定の器具又は機械系（入力軸２はステアリングホイール、出力軸３はステアリングギア機構）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の間にねじれつまり相対的回転（または回転差）が生じる。すなわち、入力軸２及び出力軸３はトーションバー１によって連結されており、該トーションバー１によるねじれ変形の許す限りの限られた角度範囲で相対的に回転しうる。出力軸係止部５０の内側の所定個所には軸方向に延びたキー突起５０ｂが設けられ、出力軸３の外側の所定個所にはキー溝３ａが設けられる。出力軸３を出力軸係止部５０に取り付けるに際しては、出力軸３のキー溝３ａ内に出力軸係止部５０のキー突起５０ｂが嵌まり込むようにする。これによって、出力軸係止部５０は出力軸３の回転に伴って回転する。一方、入力軸係止部３０の内側の所定個所には軸方向に延びたキー突起３０ａが設けられ、入力軸２の外側の所定個所にはキー溝２ａが設けられる。入力軸２を入力軸係止部３０に取り付けるに際しては、入力軸２のキー溝２ａ内に入力軸係止部３０のキー突起３０ａが嵌まり込むようにする。入力軸２に形成されるキー溝２ａの周方向のサイズは入力軸係止部３０に形成されるキー突起３０ａの周方向のサイズよりも大きく、組立て時に入力軸係止部３０のキー突起３０ａが入力軸２のキー溝２ａにゆるく嵌まるようにして組み立てられる。すなわち、キー突起３０ａはキー溝２ａ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、入力軸係止部３０のキー突起３０ａと入力軸２のキー溝２ａ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。しかし、これらのキー突起３０ａとキー溝２ａ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。
【００１７】
リング状の可変磁気結合部（移動部材）２０には、図示のように回転方向に対して所定の角度で斜めをなすようにガイド孔２０ｃが、１又は複数例えば略９０度の間隔で４つ、設けられている。前述の通り、ガイド孔２０ｃを係止ピン５が貫通し、この係止ピン５はフリー孔３０ｃを介して入力軸係止部３０を貫通し、カプラーリング４０に設けられた係止孔４０ｂに固定される。従って、係止ピン５、フリー孔３０ｃ、係止孔４０ｂも、ガイド孔２０ｃに対応して同数だけ設けられる。
【００１８】
動作について説明すると、入力軸２が回転を始めると、該入力軸２に取りつけられた入力軸係止部３０が同じだけ回転する。また、入力軸２が回転を始めるとトーションバー１を介して出力軸３も回転を始める。出力軸３には出力軸係止部５０を介してカプラーリング４０が装着されていることから、出力軸３の回転にあわせてカプラーリング４０が同じだけ回転する。このとき、入力軸２と出力軸３との間にねじれが発生していなければ、両者に回転差が生じず、ガイド孔２０ｃに対する係止ピン５の相対的位置は変化しない。しかし、入力軸２と出力軸３との間にねじれが発生している場合には、両者に回転差が生じ、ガイド孔２０ｃに対する係止ピン５の相対的位置は、回転方向に関して回転差分だけ変位するとともに、それに対応する量だけ軸方向（矢印Ｘ方向）に関して直線変位する。
【００１９】
以上のようにして、図２に示した相対回転位置検出装置（トルク検出装置４Ａ）においては、入力軸２（例えば第１の軸）と出力軸３（例えば第２の軸）間における相対的な回転位置に変化が生じると、該相対回転変位にあわせて可変磁気結合部２０がコイル部１０に対して軸線方向（矢印Ｘ方向）に直線変位するように運動変換機構を含んで構成されている。そこで、該可変磁気結合部（移動部材）２０の直線変位を検出すれば入力軸２と出力軸３のねじれ量を検出することができることになる。各コイルＬ１〜Ｌ４に対する磁気応答部材２２ａ、２２ｂの相対位置が所定の範囲にわたって変化すると、各コイルＬ１〜Ｌ４の磁気結合が変化してその電気的インピーダンスは変化する。この点について、図３〜図５を用いて一例を説明する。図３はトルク検出部における入力軸２と出力軸３との間の相対回転変位を検出する方法について説明するための概略断面図であり、一例として、検出可能な最大ねじれ量（フルストローク）に対応する直線変位幅をｄとしている。図３（ａ）は可変磁気結合部２０がフルストロークの最右位置にある状態を示すものであり、図３（ｂ）は可変磁気結合部２０がフルストロークの最左位置にある状態を示す。
【００２０】
可変磁気結合部２０は入力軸２と出力軸３との間の相対的回転位置の変化に連動して直線的且つ往復的に変位可能であり、これに対してコイル部１０は固定的に外部ケース４内に設置される（図１及び図２参照）。従って、可変磁気結合部２０はコイル部１０に対して相対的に直線変位する。この可変磁気結合部２０の相対的な直線位置を検出することで、検出対象たる入力軸２と出力軸３の相対回転変位を検出することができる。なお、前記とは反対に、コイル部１０を変位可能とし可変磁気結合部２０を固定する構成としてもよい。図３において、可変磁気結合部２０の直線変位の方向とその最大変位区間を両矢印Ｄで示す。なお、図３においては前記変位区間Ｄを例示的に示している。
【００２１】
コイル部１０は１相の交流信号によって励磁される複数（この例では４つ）のコイルＬ１〜Ｌ４からなり、このコイルＬ１〜Ｌ４は可変磁気結合部２０の直線変位方向Ｘに沿って各々異なる位置に配列されている。これらのコイルＬ１〜Ｌ４は図３において断面にて示されており、実際には可変磁気結合部２０の軸周にて適宜の間隙を空けて各巻線コイルが巻回された状態を成している（図１及び図２参照）。コイルＬ１〜Ｌ４の配置位置について詳しくは後述するが、所望のインピーダンス変化特性が得られるよう可変磁気結合部２０の磁気応答部材２２ａ、２２ｂとの相対的位置関係において適切に設定されるものであって、コイルＬ１及びＬ２が磁気応答部材２２ａに対応して設けられており、またコイルＬ３及びＬ４が磁気応答部材２２ｂに対応して設けられている。
【００２２】
可変磁気結合部２０はその円周表面上に沿って、所定の磁気応答特性を持つ複数（この例では２つ）の磁気応答部材２２ａ、２２ｂを直線変位方向（矢印Ｘ）において所定の幅を持つよう設けてなるものである。既に知られているように、磁気応答部材２２ａ、２２ｂを鉄やニッケルなどのような磁性体、あるいは銅やアルミニウムなどのような非磁性導電体の材質で形成することにより、透磁率あるいは磁気抵抗あるいは渦電流損失などの所定の磁気応答特性を持たせることができる。そこで、前記のような適宜の材質を用いて磁気応答部材２２ａ、２２ｂを構成するとよい。以下では、磁気応答部材２２ａ、２２ｂを磁性体で形成した場合について説明する。また、可変磁気結合部２０の基部の材質も磁性体や非磁性導電体など適宜の材質を用いて構成してよく、どのような材質を用いるかは磁気応答部材２２ａ、２２ｂの材質及び／又は形状等との兼ね合いによって決まる。要するに、可変磁気結合部２０は磁気応答部材２２ａ、２２ｂの存在する個所と存在しない個所との間で、コイルＬ１〜Ｌ４に及ぼす磁気的応答特性が異なるように構成されていればよい。また、可変磁気結合部２０に対する磁気応答部材２２ａ、２２ｂの形成方法は、貼付け、接着、かしめ止め、切削、メッキ、蒸着、焼き付け、嵌着等々適宜の方法によってよい。
【００２３】
検出対象たる入力軸２と出力軸３の相対回転変位に応じて、可変磁気結合部２０はコイル部１０に対して相対的に直線変位する。これに応じて、個々のコイルＬ１〜Ｌ４に対する磁気応答部材２２ａ、２２ｂの侵入量が変化することにより、各コイルＬ１〜Ｌ４における自己インダクタンスが変化する。すなわち、検出対象たる入力軸２と出力軸３の相対回転変位に応じて各コイルＬ１〜Ｌ４における電気的インピーダンスが変化することになり、これに応じて各コイルＬ１〜Ｌ４に生じる端子間電圧が変化する。本実施例では磁気応答部材２２ａ、２２ｂとして磁性体を用いたことから、コイルＬ１〜Ｌ４に対する磁気応答部材２２ａ、２２ｂの侵入量が大きいほど該コイルＬ１〜Ｌ４における自己インダクタンスが増加して、各コイルＬ１〜Ｌ４における電気的インピーダンスは増加する。反対に、個々のコイルＬ１〜Ｌ４に対する磁気応答部材２２ａ、２２ｂの侵入量が小さくなれば該コイルＬ１〜Ｌ４における自己インダクタンスが減少して、各コイルＬ１〜Ｌ４における電気的インピーダンスは減少する。このように、検出対象の入力軸２と出力軸３の相対回転変位に伴い、コイルＬ１〜Ｌ４に対する磁気応答部材２２ａ、２２ｂの相対的位置が所定の範囲に亘って変化する間に、各コイルＬ１〜Ｌ４の電気的インピーダンスが増減変化することになる。
【００２４】
例えば、コイルＬ１に生じるインピーダンス変化がサイン関数に相当するものとすると、コイルＬ２に生じるインピーダンス変化は、マイナスサイン関数、コイルＬ３に生じるインピーダンス変化はマイナスコサイン関数、コイルＬ４に生じるインピーダンス変化はコサイン関数に、それぞれ相当するよう、各コイルの配置や、磁気応答部材２２ａ、２２ｂのサイズ（幅）を設定することができる。例えば、図３（ａ）に示すフルストロークの最右位置の状態では、サイン関数に相当するコイルＬ１（図でＳを付記する）では、磁気応答部材２２ａの左端がコイルＬ１の左端からｄだけ内側に入った位置（つまり「最大侵入量−ｄ」となる位置）に配置し、このときに生じるインピーダンスは中間値すなわち「ｓｉｎ０°＋Ｐ０  」に相当するものとみなすことができる。なお、Ｐ０  は適宜のオフセット値である。また、マイナスサイン関数に相当するコイルＬ２（図で／Ｓを付記する）では、磁気応答部材２２ａの右端がコイルＬ２の右端よりｄだけ内側に入った位置（つまり「最大侵入量−ｄ」となる位置）に配置し、このときに生じるインピーダンスは中間値すなわち「−ｓｉｎ０°＋Ｐ０  」に相当するものとみなすことができる。また、マイナスコサイン関数に相当するコイルＬ３（図で／Ｃを付記する）では、磁気応答部材２２ｂの左端がコイルＬ３の左端から長さ２ｄ分だけ内側に入った位置（つまり「最大侵入量−２ｄ」となる位置）に配置し、このときに生じるインピーダンスは最小値すなわち「−ｃｏｓ０°＋Ｐ０  」に相当するものとみなすことができる。また、コサイン関数に相当するコイルＬ４（図でＣを付記する）では、磁気応答部材２２ｂの右端がコイルＬ４の右端に一致して該コイル内に完全に侵入した位置（つまり「最大侵入量」となる位置）に配置し、このときに生じるインピーダンスは最大値すなわち「ｃｏｓ０°＋Ｐ０  」に相当するものとみなすことができる。なお、本明細書中では、表記の都合上、反転を示すバー記号は「／（スラッシュ）」で表記するが、これは図中のバー記号に対応する。
【００２５】
一方、図３（ｂ）に示すフルストロークの最左位置の状態では、（ａ）に比べて、磁気応答部材２２ａ、２２ｂは夫々対応するコイルＬ１〜Ｌ４に関して夫々左側に長さｄだけ変位した状態となり、サイン関数に相当するコイルＬ１では、磁気応答部材２２ａの左端がコイルＬ１の左端に一致して該コイル内に完全に侵入した位置（つまり「最大侵入量」となる位置）となり、このときに生じるインピーダンスが最大値すなわち「ｓｉｎ９０°＋Ｐ０  」に相当するものとみなせる。マイナスサイン関数に相当するコイルＬ２では、磁気応答部材２２ａの右端がコイルＬ２の右端より長さ２ｄだけ内側になる位置（つまり「最大侵入量−２ｄ」となる位置）となり、このときに生じるインピーダンスが最小値すなわち「−ｓｉｎ９０°＋Ｐ０  」に相当するものとみなせる。マイナスコサイン関数に相当するコイルＬ３では、磁気応答部材２２ｂの左端がコイルＬ３の左端から長さｄ分だけ内側に入った位置（つまり「最大侵入量−ｄ」となる位置）となり、このときに生じるインピーダンスが中間値すなわち「−ｃｏｓ９０°＋Ｐ０  」に相当するものとみなせる。また、コサイン関数に相当するコイルＬ４では、磁気応答部材２２ｂの右端がコイルＬ４の右端から長さｄ分だけ内側に入った位置（つまり「最大侵入量−ｄ」となる位置）となり、このときに生じるインピーダンスが中間値すなわち「ｃｏｓ９０°＋Ｐ０  」に相当するものとみなせる。
【００２６】
以上のように各コイルＬ１〜Ｌ４に生じるサイン及びコサイン関数特性のインピーダンス変化は、可変磁気結合部２０の直線変位範囲ｄの全域がほぼ０度から９０度までの位相角範囲の関数に換算されうることを意味する。そして、インピーダンスがサイン特性で差動変化するコイルＬ１、Ｌ２の各交流出力信号を差動合成すると、図４の（ａ）に「Ｓ−／Ｓ」で示すような０度から９０度までの位相角範囲に対応して漸増するようなサイン振幅特性の検出信号が得られる。これは、等価的には、図４の（ｂ）に「ｓｉｎθｓｉｎωｔ」で示すように、０度から９０度までの位相角範囲に対応するサイン振幅特性の交流信号に相当する。また、インピーダンスがコサイン特性で差動変化するコイルＬ３、Ｌ４の各交流出力信号を差動合成すると、図４の（ａ）に「Ｃ−／Ｃ」で示すような０度から９０度までの位相角範囲に対応して漸増するようなコサイン振幅特性の検出信号が得られる。これは、等価的には、図４の（ｂ）に「ｃｏｓθｓｉｎωｔ」で示すように、０度から９０度までの位相角範囲に対応するコサイン振幅特性の交流信号に相当する。このように、各コイルの各交流出力信号を差動合成することで、温度特性補償を行うことができ、検出精度が飛躍的に増大する。
【００２７】
ここで、各コイルＬ１〜Ｌ４の物理的配置は、対応する磁気応答部材２０ａ，２０ｂとのそれぞれの相対的関係に応じて、得たい関数特性の条件を満たすように、個々独立に定めるようにしてよい。したがって、コイル及び磁気応答部材の物理的サイズ、配置ピッチ等に拘束されずに、最大検出可能変位範囲ｄを極めて微小な範囲に設定することができる。従って、例えば９０度の位相角範囲に換算されうる変位区間ｄを超微小範囲に設定して、検出分解能の精密な超微小変位検出を可能とするよう構成することができる。例えばコイル幅が１ミリメートル程度の微小なコイルを使用したとして、例えば０．１ミリメートル等の微小変位ｄに対して９０度の位相角範囲を利用した検出を高分解能で行うこともできる。なお、上述の例に示したようなコイルと磁気応答部材の配置の相関関係は、種々の条件によって微妙に変わり得るものであって、上述のものに限らずインピーダンス変化が最終的に希望の特性を示すよう適宜に設定・調整すればよく、この点に関しては、重要ではあるが設計事項であるので特に説明しない。また、最大検出可能変位範囲ｄに対応する位相角範囲も略９０度に限らず、略４５度、あるいは略１８０度等、任意に設定しうる。
【００２８】
ここで、コイル部１０に対する可変磁気結合部２０の検出すべき相対的直線変位を角度変数θを用いて示し、コイルＬ１に生じる理想的なサイン関数特性のインピーダンス変化Ａ（θ）を示すと、
Ａ（θ）＝Ｐ０  ＋Ｐｓｉｎθ
のような式で等価的に表せる。インピーダンス変化は負の領域に入らないため、上記式においてオフセット値Ｐ０  は振幅関数Ｐよりも大きく（Ｐ０  ≧Ｐ）、Ａ（θ）は負の値を取らない。これに対して、コイルＬ１に生じるインピーダンス変化Ａ（θ）に対して差動的変化を示すコイルＬ２に生じる理想的なマイナスサイン関数特性のインピーダンス変化Ｂ（θ）を示すと、
Ｂ（θ）＝Ｐ０  −Ｐｓｉｎθ
のような式で等価的に表せる。
一方、コイルＬ４に生じる理想的なコサイン関数特性のインピーダンス変化Ｄ（θ）を示すと、
Ｄ（θ）＝Ｐ０  ＋Ｐｃｏｓθ
のような式で等価的に表せる。これに対して、このコイルＬ４に生じるインピーダンス変化Ｄ（θ）に対して差動的変化を示すコイルＬ３に生じる理想的なマイナスコサイン関数特性のインピーダンス変化Ｃ（θ）を示すと、
Ｃ（θ）＝Ｐ０  −Ｐｃｏｓθ
のような式で等価的に表せる。
なお、上記「Ｐ」は１と見なして省略しても説明上不都合はないので、以下の説明ではこれを省略することにする。
【００２９】
図５はコイル部１０の回路図であり、各コイルＬ１〜Ｌ４には、定電源Ｋ３から与えられる所定の高周波交流信号（便宜上ｓｉｎωｔで示す）によって１相励磁される。各コイルＬ１〜Ｌ４に生じる電圧を夫々ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤで示すとすると、各電圧ＶＡ〜ＶＤは、下記のように、コイル部１０に対する可変磁気結合部２０の相対的直線変位に対応する前記変数θに応じた各コイルＬ１〜Ｌ４毎のインピーダンス値に応じた大きさを示す。
ＶＡ＝Ａ（θ）ｓｉｎωｔ＝（Ｐ０  ＋ｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ
ＶＢ＝Ｂ（θ）ｓｉｎωｔ＝（Ｐ０  −ｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ
ＶＣ＝Ｃ（θ）ｓｉｎωｔ＝（Ｐ０  −ｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ
ＶＤ＝Ｄ（θ）ｓｉｎωｔ＝（Ｐ０  ＋ｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ
【００３０】
各コイルＬ１〜Ｌ４に生じた電圧ＶＡ〜ＶＤは、それぞれ演算器Ｋ１、Ｋ２へ出力される。演算器Ｋ１には、コイルＬ１に生じた出力電圧ＶＡと、これに対して差動変化するコイルＬ２に生じた出力電圧ＶＢが入力され、演算器Ｋ２には、コイルＬ４に生じた出力電圧ＶＤと、これに対して差動変化するコイルＬ３に生じた出力電圧ＶＣが入力される。演算器Ｋ１では、下記のように、出力電圧ＶＡと出力電圧ＶＢとの差を求め、角度変数θのサイン関数特性の振幅係数を持つ交流出力信号を生成する。
2005049180.tif 000003
一方、演算器Ｋ２では、下記のように、出力電圧ＶＤと出力電圧ＶＣとの差を求め、角度変数θのサイン関数特性の振幅係数を持つ交流出力信号を生成する。
2005049180.tif 000004
こうして、各コイルＬ１〜Ｌ４に対する磁気応答部材２２ａ，２２ｂの直線的変位に相関する変数θを含む２つの周期的振幅関数（ｓｉｎθ及びｃｏｓθ）によってそれぞれ振幅変調された、２相の交流出力信号「２ｓｉｎθｓｉｎωｔ」と「２ｃｏｓθｓｉｎωｔ」が、直線位置検出信号として得られる（以下係数「２」は省略する）。なお、サイン相及びコサイン相という呼称、及び２つの交流出力信号の振幅関数のサイン、コサインの表し方は便宜的なものであり、一方がサインで他方がコサインでありさえすれば、どちらをサインと称してもよい。すなわち、ＶＡ−ＶＢ＝ｃｏｓθｓｉｎωｔ、ＶＤ−ＶＣ＝ｓｉｎθｓｉｎωｔである、と表現してもよい。
【００３１】
更に、温度ドリフト特性の補償について説明すると、温度に応じて各コイルＬ１〜Ｌ４のインピーダンスが変化し、これに応じてその出力電圧ＶＡ〜ＶＤも変動する。しかしながら、各出力電圧ＶＡ〜ＶＤを差動演算したサイン及びコサイン関数特性の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔにおいては、温度ドリフトによるコイルインピーダンス変化は相殺されるので、不所望な温度ドリフト誤差が完全に補償され、精度の高い位置検出が行える。この温度ドリフト特性補償のために、４つのコイルＬ１〜Ｌ４は、全て同一サイズ、同一巻線及び同一特性にするとよいが、これに限らない。
【００３２】
演算器Ｋ１及びＫ２から出力されるサイン相出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びコサイン相出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔの位相角θは、可変磁気結合部２０の直線位置に対応している。このサイン相出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びコサイン相出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔをθ成分についてのみ模式的にグラフに示すと図４（ｂ）のようである。この図４（ｂ）に示すように、出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及び出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔは、サイン関数及びコサイン関数における９０度範囲の特性を示す。このような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相の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔは、一般にレゾルバとして知られる位置検出器の出力信号と同様なものであり、有効に活用することができる。
【００３３】
例えば、演算器Ｋ１及びＫ２で生成された交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔを、ディジタル位相検出回路Ｆに入力することで、位相検出方式による位置検出を行うようになっている。この場合の位相検出方式としては例えば本出願人に係る特開平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、一方の交流出力信号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、これと他方の交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔを加減算合成することで、ｓｉｎ（ωｔ＋θ）及びｓｉｎ（ωｔ−θ）なる、θに応じて進相及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を交流位相ズレに変換した信号）を生成する。そして、その位相θを測定することで、ストローク位置検出データを得ることができる。なお、位相検出回路Ｆとしては、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。
【００３４】
前記位相検出回路Ｆがｘビットバイナリカウンタを用いて検出分解能ｍで検出する性能を持っているとすると、当該直線位置検出装置における検出範囲たる検出区間ｄの幅の変位が、分解能ｍで検出できる。ところで、この区間ｄは１つのコイル幅よりも微小な範囲である。このような検出範囲ｄを位相角９０度の範囲に換算して、これを検出分解能ｍで検出することにより、超微小変位に対する極めて高分解能での検出が可能である。例えば、幅１ミリメートル程度の極小コイルを用いたとすると、１ｍｍ以下の（例えば０．１ｍｍくらい）変位範囲を位相角９０度に換算して検出できる。このとき、位相検出回路Ｆが１２ビットバイナリカウンタを用いて、位相角θを「２の１２乗」＝４０９６の分解能で検出する性能を持っているとすると、１ｍｍ以下の（例えば０．１ｍｍくらい）変位範囲を、９０度範囲の位相角に換算して、検出分解能４０９６で検出できることになる。このように、１つのコイル幅より微小な変位を９０度の角度範囲の位相角に換算することで、超微小変位を極めて高分解能で検出することが可能となる。
【００３５】
図１に示した実施例にかかわる検出システムは、パワーステアリング機構のトーションバー１に負荷されるトルクを検出するトルク検出装置４Ａのみならず、ハンドルの回転操作量に応じたハンドル角と操舵輪との対応関係のずれを補正する等の目的のために、ハンドルの回転位置に応じたハンドル角を検出するハンドル角検出装置４Ｂの機能も一体的に具備している。
図１におけるハンドル角検出装置４Ｂについて説明すると、外部ケース４内の所定位置に、複数のギアＧ１〜Ｇ３と、ステータ部１００と、磁気応答部材３００を含むロータ部２００とからなる。複数のギアＧ１〜Ｇ３はハンドルに連結された入力軸２の回転を段階的に減少させてロータ部２００を回転するためのギアリング機構であって、例えば入力軸２が５回転するとロータ部２００を１回転するなどの比率で入力軸２の回転を減少してロータ部２００に入力軸２の回転を伝達し、ハンドルの多回転にわたる回転位置を１回転型アブソリュートセンサで検出しうるようにしている。
【００３６】
ロータ部２００の表面上には所定形状の磁気応答部材３００が形成されており、該磁気応答部材３００はロータ部２００の回転に合わせて回転する。ステータ部１００は検出用コイルとして４つのコイルＣ１〜Ｃ４（図６参照）を含んでおり、各コイルＣ１〜Ｃ４内を通る磁束が軸線方向を指向する。ステータ部１００とロータ部２００とは、ステータ部１００の各コイルＣ１〜Ｃ４のコイルコア（例えば鉄心などの磁性体コア）の端面とロータ部２００表面上に形成された磁気応答部材３００とが所定の間隔を空けた状態で、すなわち各コイルＣ１〜Ｃ４のコイルコアの端面とロータ部２００の磁気応答部材３００の表面との間に空隙が形成されるようにして互いに対向する位置に配置されており、ロータ部２００はステータ部１００に対して非接触で回転する。磁気応答部材３００と向き合う各コイルＣ１〜Ｃ４のコイルコアの端面の面積がロータ部２００の回転位置に応じて変化することによって、入力軸２の回転角度、つまりハンドル角を検出することができるように構成されている。
【００３７】
図６はハンドル角検出装置４Ｂの一実施例を示す概略図であって、図６（ａ）は該ハンドル角検出装置４Ｂの詳細な構造を示した分解側断面図、図６（ｂ）はこの実施例に係るハンドル角検出部におけるステータ部１００のコイルＣ１〜Ｃ４とロータ部２００表面上に形成された磁気応答部材３００との物理的配置関係の一例を正面略図によって示したものである。ただし、ここでは図示を簡略化するために出力軸係止部５０やカプラーリング４０等一部の図示を省略している。
【００３８】
この実施例に示すハンドル角検出装置４Ｂは電磁誘導方式の１回転型アブソリュート位置検出センサであって、各々が順次に噛み合わされたギア比の異なる複数のギアＧ１〜Ｇ３と、ステータ部１００と、ロータ部２００とを含む。複数のギアＧ１〜Ｇ３は、ハンドルに連結された入力軸２の回転を段階的に減少させてロータ部２００を回転するための減速機構である。すなわち、ギアＧ１は例えば少なくとも１８０度間隔に２個形成した突起部Ｇ１ａが入力軸係止部３０に少なくとも１８０度間隔に２個形成された凹部３０ｂに嵌め込まれることにより、ギアＧ１は入力軸２の回転と同じだけ入力軸係止部３０を介して回転する。ギアＧ１に対してはギア比の異なるギアＧ２が噛み合わされており、ギアＧ２はギアＧ１の回転に応じて回転する。このギアＧ２に対してギア比の異なるギアＧ３が噛み合わされており、ギアＧ３はギアＧ２の回転に応じて回転する。このギアＧ３には例えば円盤状に形成されたロータ部２００が設置されており、ギアＧ３が回転することでロータ部２００が軸線を中心として回転するようになっている。このようにして、入力軸２の回転を回転比率を変えてロータ部２００の回転とするように回転を伝達する構成となっている。
【００３９】
図６（ｂ）に示すように、ロータ部２００の表面上には所定形状、例えば螺旋リング形状の磁気応答部材３００が取り付けられる。該磁気応答部材３００は鉄等の磁性体からなるもの、あるいは銅等の導電体からなるもの、あるいは磁性体と導電体との組み合わせからなるものなど、磁気結合係数を変化させる材質からなるものであればどのようなものであってもよい。一例として、以下では磁気応答部材３００の材質は鉄のような磁性体からなっているものとして説明を進める。こうしたロータ部２００に対してスラスト方向に向き合うような形でステータ部１００が、図６（ｂ）に示すような所定位置に配置される。
【００４０】
ステータ部１００は４つのコイルＣ１〜Ｃ４を含んでなり、各コイルＣ１〜Ｃ４はステータ基板１００ａ上において所定の円弧上に所定間隔で離隔して配置されている。各コイルＣ１〜Ｃ４はそれぞれコイルコア（例えば鉄心などの磁性体コア）に巻回されており、コイル内を通る磁束が入力軸２の軸線方向を指向する。各コイルＣ１〜Ｃ４のコイルコアの端面と、ロータ部２００表面上の磁気応答部材３００との間には空隙が形成され、上述したようにロータ部２００は入力軸２の回転に応じてステータ部１００に対して非接触で回転する。この空隙の距離は、一定に保たれるように、ロータ部２００とステータ部１００の相対的配置が図示しない機構を介して定められる。ロータ部２００上の磁気応答部材３００の所定の形状、例えば螺旋リング状、の故に、空隙を介して磁気応答部材３００と向き合う各コイルコアの端面の面積はロータ部２００の回転位置に応じて変化する。この対向空隙面積の変化によって、各コイルコアを通ってコイルＣ１〜Ｃ４を貫く磁束量が変化し、もって、各コイルＣ１〜Ｃ４の自己インダクタンスが変化する。このインダクタンス変化は、各コイルＣ１〜Ｃ４のインピーダンス変化でもある。
【００４１】
ロータ部２００表面上に形成される磁気応答部材３００の所定の形状は、各コイルＣ１〜Ｃ４から理想的なサイン、コサイン、マイナスサイン、マイナスコサインのカーブが得られるように適切に設計される。例えば、コイルＣ１に生じるインピーダンス変化がサイン関数に相当するものとすると、コイルＣ２に生じるインピーダンス変化はコサイン関数、コイルＣ３に生じるインピーダンス変化はマイナスサイン関数、コイルＣ４に生じるインピーダンス変化はマイナスコサイン関数に、それぞれ相当するよう、各コイルＣ１〜Ｃ４の配置や磁気応答部材３００の形状を設定することができる。ロータ部２００の１回転において、例えば前述と同様に、コイルＣ１とコイルＣ３とのインピーダンスの差（Ｓ−／Ｓ）は最大値（ＭＡＸ）から最小値（ＭＩＮ）に漸減変化し、コイルＣ２とコイルＣ４とのインピーダンスの差（Ｃ−／Ｃ）は最小値から最大値に漸増変化する。このような漸増及び漸減変化カーブは、サイン関数及びコサイン関数における０度から９０度の範囲内の関数値変化に略々なぞらえることができるので、よって、ロータ部２００の１回転を、９０度の位相角範囲の変化に換算して測定することができることになる。このように、コイルＣ１〜Ｃ４の配置は対応する磁気応答部材３００との相対的位置関係に基づき、ロータ部２００の１回転において、サイン相とマイナスサイン相に相当するコイルＣ１、Ｃ３に生じるインピーダンスの差が最大値から最小値に漸減変化するとき、コサイン相とマイナスコサイン相に相当するコイルＣ２、Ｃ４に生じるインピーダンスの差が最小値から最大値に漸増変化するよう設定・調整して成されるものである。
【００４２】
なお、ロータ部２００の１回転につき９０度の範囲でのサイン、コサイン、マイナスサイン、マイナスコサインのカーブがそれぞれ得られるようにするには、磁気応答部材３００の形状としては上記したように螺旋リング形状のものでよいがこれに限らず、コイルやコイルコアの配置や形状等の設計条件に応じて中心部に穴の空いた偏心円盤形状あるいはハート型に類似した形状など、適宜の形状に形成したものであってもよい。この磁気応答部材３００の形状をいかに設計するかは本発明の目的ではなく、かつ、公知／未公知のこの種の可変磁気抵抗型回転検出器で採用されている磁気応答部材３００の形状を採用してよいので、磁気応答部材３００の形状についてのこれ以上の言及は差し控える。
【００４３】
この構成によって、１つのコイル対における各コイルのインピーダンスが差動的に変化し、よって各コイルの端子間電圧の増減変化が差動的な特性を示すものとなる。図６に示したハンドル角検出部におけるコイル周辺の電気回路の構成は既に説明済みの図５に示したものと同様の構成でよいことから、ここでは説明を省略する。従って、上述したトルク検出部の実施例と同様にして、検出対象の入力軸２の回転に対応して回転するロータ部２００の回転角度θに対応する２つの周期的振幅関数（ｓｉｎθ及びｃｏｓθ）を振幅係数として持つ、レゾルバと同様の、２つの交流出力信号（ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔ）を生成することができる。従来のレゾルバに比べて、本発明では、１次コイルのみを設ければよく、誘導出力用の２次コイルは不要であるため、コイル構成が簡単であり、シンプルな構造のハンドル角検出部を提供することができる。
【００４４】
なお、上述したトルク検出装置４Ａ（図２参照）においては可変磁気結合部２０を係止ピン５を介して入力軸係止部３０及びカプラーリング４０に取りつけ、入力軸２と出力軸３の相対回転変位に応じて可変磁気結合部２０をコイル部１０に対して軸線方向に直線的かつ往復的に変位させることによって入力軸２と出力軸３とのねじれ量を検出可能としたものを示したがこれに限らず、回転差を直線変位に変換するための運動変換機構であればどのような構成のものであってもよい。例えば、図７に示すような構成のものであってよい。図７は、トルク検出装置４Ａの他の実施例における詳細な構造を示した分解側断面図である。ただし、ここでは説明を理解しやすくするために一部の図示を省略している。
【００４５】
本実施例に示すトルク検出装置４Ａは、コイル部１０と、可変磁気結合部４００と、出力軸係止部５００とを有する。可変磁気結合部４００は入力軸２と一体的に回転しかつ軸方向に変位しうる入力軸２に結合され、出力軸係止部５００は出力軸３と一体的に回転しうるように結合されている。入力軸２と出力軸３はトーションバー１を介してある程度のねじれ可能に結合されている。前述と同様に、コイル部１０は可変磁気結合部４００の周囲を取り囲むようにして非接触的に固定配置されており、該コイル部１０には１相の交流信号によって励磁される４つのコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４がそれぞれ設けられている。可変磁気結合部４００の出力軸３に対抗する面は、所定の回転−直線変換を行うように設計された、例えば滑らかな曲線を描く凹凸状に形成された、カム面４０３となっている。出力軸３に係止された出力軸係止部５００において、該前記カム面４０３と向かい会う側の端面には、例えば球状の回転可能なボールベアリングが埋め込まれるなどして先端部分が滑らかに形成されている突起形状をしたカム従動子５００ａが設けられる。バネ４０２ａによってカム面４０３が常時カム従動子５０の方に付勢され、２つの軸２，３の回転差に応じてカム面４０３つまり可変磁気結合部（移動部材）４００が直線変位する。
【００４６】
可変磁気結合部４００は、大きく分けて磁気応答部４０１と基部４０２とに分けることができる。磁気応答部４０１の表面上には所定形状の磁気応答部材４０１ａと４０１ｂとが形成されており、該磁気応答部４０１は入力軸２の回転に応じて回転することができるように入力軸２に取りつけられている。また、磁気応答部４０１は入力軸２の回転に応じて回転するだけでなく、入力軸２と出力軸３の相対回転変位に応じて固定配置されたコイル部１０に対して軸線方向に直線的かつ往復的に変位することができるようにも取りつけられている。他方、基部４０２は入力軸２の回転に応じて回転するが、入力軸２と出力軸３の相対回転変位に応じて軸線方向に直線的かつ往復的に変位することがないように入力軸２に取りつけられている。この基部４０２はその一方の先端が磁気応答部４０１に接続されたバネ４０２ａを１乃至複数有しており、このバネ４０２ａによる付勢力によって磁気応答部４０１の一端のカム面４０３が常に出力軸係止部５００のカム従動子５００ａと接触状態を保つようにしている。
【００４７】
このように、バネ４０２ａが具える付勢力によって磁気応答部４０１の一端のカム面４０３が常に出力軸係止部５００のカム従動子５００ａと接触状態を保つようにしておくように構成すると、入力軸２と出力軸３の相対回転変位に応じて可変磁気結合部４００のうち磁気応答部４０１だけがコイル部１０に対して軸線方向に直線的かつ往復的に変位する。すなわち、入力軸２が回転を始めると、該入力軸２に取りつけられた可変磁気結合部４００全体が（つまり磁気応答部４０１及び基部４０２が同時に）回転する。また、入力軸２が回転を始めるとトーションバー１を介して接続されている出力軸３も回転を始める。すると、出力軸３に取りつけられている出力軸係止部５００が、出力軸３の回転にあわせて回転する。このとき、入力軸２と出力軸３との間にねじれが発生していない場合には、入力軸２と出力軸３の回転差がなくカム従動子５００ａと磁気応答部４０１の一端のカム面４０３との接触位置に変化が生じないことから、磁気応答部４０１がコイル部１０に対して軸線方向に直線的かつ往復的に変位することがない。他方、入力軸２と出力軸３との間にねじれが発生している場合には、入力軸２と出力軸３の回転差に応じてカム従動子５００ａと磁気応答部４０１の一端のカム面４０３との接触位置に変化が生じる。これにより、カム面４０３の曲線状形状に沿うようにして磁気応答部４０１が軸方向（矢印Ｘ方向）に直線変位する。この磁気応答部４０１の直線変位に応じて、コイル部１０の各コイルＬ１〜Ｌ４に対する前記磁気応答部材４０１ａ、４０２ｂそれぞれの相対位置が変化するようになっている。
【００４８】
以上のようにして、図７に示したトルク検出装置４Ａにおいては、入力軸２と出力軸３の間に相対的回転位置（回転差）が生じると、磁気応答部４０１がコイル部１０に対して軸方向（矢印Ｘ方向）に直線変位し、これに応じて入力軸２と出力軸３のねじれ量を検出することができる。これによると、部品点数が上記実施例（図２参照）と比較しても非常に少なくて済むことから、該トルク検出部を既存の自動車のパワーステアリング機構などに対して簡単に組み付けすることができるようになり有利である。
【００４９】
なお、上述したトルク検出装置４Ａ及び／又はハンドル角検出装置４Ｂにおいて、磁気応答部材とこれに対応するコイルの配置パターンや、数、サイズ等については、上述したものに限定されるものではなく、種々の配置パターン等が有り得るものであって、要するに、コイル部からサイン相及びコサイン相の２相の出力信号を生ぜしめることができるようになっていれば、どのような構成のものであってもよい。勿論、ここで言うサイン相やコサイン相は便宜的な呼称であり、どちらをサイン相またはコサイン相と称してもよい。
また、直線位置検出手段あるいは回転位置検出手段の構成・原理は、上述したものに限らず、どのようなタイプのものであつてもよい。例えば、コイル構成は１次コイルのみからなるものに限らず、１次及び２次コイルを含むものであってもよいし、あるいはレゾルバを用いてもよいし、あるいはサイン・コサインの２相交流励磁方式であつてもよい。また、磁気誘導又は磁気結合タイプのセンサに限らず、どのようなタイプのセンサであってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、第１及び第２の軸の回転位置の差を移動部材の直線的変位に変換する運動変換機構と、該移動部材の直線的変位を検出する直線位置検出手段とを具備することで、直線位置検出手段の利点を生かした検出を行うことができる。例えば、直線位置検出手段として磁気誘導又は磁気結合原理を用いた検出手段を用いる場合であっても、変位に対するコイル出力電圧のレベルを大きくすることができるようなタイプのものを必要に応じて使用できることとなり、２軸の相対回転位置が微小変位した場合においてもこれを精度よく検出することができるようになる。また、実施例によれば、該直線変位における超微小変位を適宜の位相角範囲に換算して検出できるようにしたことから、相対回転位置が微小変位であっても、または微小なねじれ量であっても、高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る相対回転位置検出装置を採用した検出システムの一実施例を示す側断面略図である。
【図２】図１における相対回転位置検出装置（トルク検出装置）の一実施例における詳細な構造を示した分解側断面図である。
【図３】相対回転位置検出装置（トルク検出装置）における入力軸と出力軸との間の相対回転変位を検出する方法について説明するための概略断面図であり、図３（ａ）は２軸の相対回転位置が全く変位していない状態、図３（ｂ）は２軸の相対回転位置が最大変位した状態を示す。
【図４】同実施例に係る相対回転位置検出装置（トルク検出装置）の検出動作を説明するための図であって、図４（ａ）はコイル部に生じるインピーダンス変化を模式的に示すグラフ、図４（ｂ）はサイン相に対応する合成出力例及びコサイン相に対応する合成出力例を示すグラフである。
【図５】同実施例に係るコイル部の電気回路例を示す図である。
【図６】図１におけるハンドル角検出装置の一実施例を示す概略図であって、図６（ａ）は詳細な構造を示した分解側断面図、図６（ｂ）はステータ部の検出用コイルとロータ部の磁気応答部材との物理的配置関係の一例を正面略図によって示したものである。
【図７】相対回転位置検出装置（トルク検出装置）の別の実施例における詳細な構造を示した分解側断面図である。
【符号の説明】
１…トーションバー
２…入力軸
３…出力軸
４…外部ケース
５…係止ピン
１０…コイル部２０（４００）…可変磁気結合部（移動部材）
３０…入力軸係止部４０…カプラーリング５０（５００）…出力軸係止部
１００…ステータ部
２００…ロータ部
３００（２０ａ、２０ｂ、４０１ａ、４０１ｂ）…磁気応答部材
４０１…磁気応答部
４０２…基部
４０２ａ…バネ
４０３…カム面
５００ａ…カム従動子
Ｌ１〜Ｌ４（Ｃ１〜Ｃ４）…コイル
Ｇ１〜Ｇ３…ギア
Ｋ１（Ｋ２）…加算器
Ｋ３…定電源
Ｆ…位相検出回路
【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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