(57)【要約】【課題】  ホイートストンブリッジ回路を用いた変位検出装置ではその調整に多大のコストが必要となる問題がある。【解決手段】中立点から所定の範囲内で固定部材に対して可動な可動部材の該中立点からの変位を測定するためにホイートストンブリッジ回路を使用しない変位検出装置により解決する。この変位検出装置は、電源と既知のインピーダンス値を有する基準インピーダンス素子とが直列に接続される回路と、該固定部材と該可動部材との相対的な位置関係によって互いに相補的なインピーダンスの変化を生じるように配置され、該回路にそれぞれが並列に接続される第一インピーダンス素子および第二インピーダンス素子とを備える。【選択図】  図１
2005069903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中立点から所定の範囲内で固定部材に対して可動な可動部材の該中立点からの変位を測定するための変位検出装置であって、
電源と既知のインピーダンス値を有する基準インピーダンス素子とが直列に接続される回路と、
該固定部材と該可動部材との相対的な位置関係によって互いに相補的なインピーダンスの変化を生じるように配置され、該回路にそれぞれが並列に接続される第一インピーダンス素子および第二インピーダンス素子と、
第一の状態において該第一インピーダンス素子と該基準インピーダンス素子と電源とが閉回路を構成し、第二の状態において第二インピーダンス素子と該基準インピーダンス素子と電源とが閉回路を構成するように切換える切換えスイッチとを備え、
第一の状態における該第一インピーダンス素子の両端の第一の電圧と第二の状態における該第二インピーダンス素子の両端の第二の電圧とを測定して該第一の電圧と該第二の電圧との差を求めて測定データとし、その測定データに基づいて該中立点からの該可動部材の変位を検出することを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変位検出装置であって、該変位検出装置は該第一の電圧と該第二の電圧をそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、該Ａ／Ｄコンバータにより変換された該第一の電圧と該第二の電圧の値から差の値を求めるための演算手段とを備える変位検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の変位検出装置であって、該変位検出装置は記憶手段を備え、
該変位検出装置は、前記測定データを得る前に予め可動部材の複数の位置に対して、第一の状態における該第一インピーダンス素子の両端子間の第一の電圧と第二の状態における該第二インピーダンス素子の両端子間の第二の電圧とをそれぞれ測定して該第一の電圧と該第二の電圧との差をそれぞれ求めて、可動部材の複数の位置に対する第一の電圧と第二の電圧との差の基準データとして記憶手段に格納し、
前記測定データと該基準データとを対比して中立点からの可動部材の変位として特定することを特徴とする変位検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の変位検出装置であって、該第一インピーダンス素子および第二インピーダンス素子はコイルであることを特徴とする変位検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至３に記載の変位検出装置であって、該第一インピーダンス素子および第二インピーダンス素子はコンデンサであることを特徴とする変位検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載の変位検出装置であって、該基準インピーダンス素子は抵抗であることを特徴とする変位検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６に記載の変位検出装置であって、該可動部材は該固定部材に対して直線運動を行うことを特徴とする変位検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至６に記載の変位検出装置であって、該可動部材は該固定部材に対して回転運動を行うことを特徴とする変位検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８に記載の変位検出装置であって、該可動部材は加えられたトルクによって固定部材に対して捩れを生じるパワーステアリング装置のトーションバーであって、
該第一インピーダンス素子と該第二インピーダンス素子とは該トーションバーの両端の少なくともいずれか一方の片端部近傍に配置されていることを特徴とする変位検出装置。
【請求項１０】
中立点から所定の範囲内で固定部材に対して可動な可動部材の該中立点からの変位を測定するための変位検出装置により該可動部材の該中立点からの変位を測定する変位測定方法であって、
該変位検出装置は、記憶手段と、電源と既知のインピーダンス値を有する基準インピーダンス素子とが直列に接続される回路と、
該固定部材と該可動部材との相対的な位置関係によって互いに相補的なインピーダンスの変化を生じるように配置され、該回路にそれぞれが並列に接続される第一インピーダンス素子および第二インピーダンス素子と、
第一の状態において該第一インピーダンス素子と該基準インピーダンス素子と電源とが閉回路を構成し、第二の状態において第二インピーダンス素子と該基準インピーダンス素子と電源とが閉回路を構成するように切換える切換えスイッチとを備え、
該方法は、
該可動部材の複数の任意の位置において、第一の状態における該第一インピーダンス素子の両端子間の第一の電圧と第二の状態における該第二インピーダンス素子の両端子間の第二の電圧とをそれぞれ測定し、該第一の電圧と該第二の電圧との差をそれぞれ予め求めて、可動部材の位置に対する第一の電圧と第二の電圧との差の基準データとして該記憶手段に予め格納しておく工程と、
第一の状態における該第一インピーダンス素子の両端子間の第一の電圧を求める工程と、
第二の状態における該第二インピーダンス素子の両端子間の第二の電圧とをそれぞれ測定する工程と、
該第一の電圧と該第二の電圧との差を求めて測定データとする工程と、
該測定データを該基準データと対比して該中立点からの該可動部材の変位を特定する工程とを備えることを特徴とする変位測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は自動車用電動パワーステアリングのトルクセンサの回転運動の角度変位または往復運動の変位を相補的なインピーダンス変化から略比例的な変位として検出する変位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平１１−３７８６５号公報
【特許文献２】特公昭６３−４５５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
直線上で往復運動を行うアクチュエータを有する装置において往復運動の中立点からの直線上の位置を検出するため、または中心軸周りに回転運動を行うトーションバーを有する電動パワーステアリングのトルクセンサ部において中立点から両側方向への回転角度を検出するために、変位検出装置が使用される。この変位検出装置では、つりあい状態における部材の変位の中心位置たる中立点からの変位に伴って変化する電気的変動量（たとえば、コイルのインピーダンスなど）を用いて、これを信号処理して中心点からの変位に比例する電圧値としての特性曲線として評価することにより変位を測定する原理を用いている。
【０００４】
このような、装置の例としては、たとえば、特許文献１または特許文献２に記載されている。以下、この例として特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサについて説明する。図４は電動パワーステアリング装置においてトーションバーが配設されている部分の内部構造を断面として示した図である。ここに記載されているように、トーションバー１０２は、磁性材料で形成されている出力軸１０３の内部に、ほぼそれらの中心軸が同軸となるような形で配置されている。また出力軸１０３の外周面上にはその軸方向（出力軸の長手方向）にそった複数の溝が形成され、すなわち軸の断面をみると外周面において凹部と凸部が等間隔で繰り返し現れるような形状となっている。また、出力軸１０３は、導電性があって非磁性材料でできている円筒部材１０４の内部に、ほぼそれらの中心軸が同軸となるような形で配置されている。円筒部材１０４の外側にはコイル１１０およびコイル１１１とが配置されている。コイル１１０およびコイル１１１とはそれぞれが円筒部材１０４の外周を囲むように位置している。円筒部材１０４の壁面は円筒部材１０４の内外を貫通する窓列１０４ａと窓列１０４ｂとが配置されている。窓列１０４ａのそれぞれの窓と窓列１０４ｂのそれぞれの窓は千鳥配置になるように窓列１０４ａと窓列１０４ｂとが円筒部材１０４の外周にそって並んで配置されている。また、窓列１０４ａと窓列１０４ｂのそれぞれの窓は、操向ハンドルがいずれの方向にも切られていない中立状態では、出力軸１０３の外周面の一の凸部が窓列１０４ａと窓列１０４ｂのそれぞれの窓の両方に同じ面積だけ対応するような位置に設定されている。
【０００５】
操向ハンドル（不図示）を操舵して入力軸（不図示）を回転させると、その回転トルクはトーションバー１０２を介して出力軸１０３に伝達される。このとき路面の摩擦やステアリング装置などの摩擦力に応じて抵抗力が生じて、出力軸１０３と入力軸との間でトーションバー１０２が捩れる現象がおこる。
【０００６】
ここで、コイル１１０及びコイル１１１に交流電流を流して交番磁界を生じさせると、円筒部材１０４の外周面にコイル電流と反対方向の渦電流が発生する。これにより円筒部材１０４の外周面には渦電流が生じるが、この渦電流は窓列１０４ａと窓列１０４ｂとによって外周面を周回できずに窓列１０４ａと窓列１０４ｂのそれぞれの窓の端面にそって外周面側に戻るループを形成し、コイル内側に渦電流のループが周期的に配置された状態となる。自発磁化が最大となる位相は窓列１０４ａの窓または窓列１０４ｂの窓のいずれかの中心と出力軸の凸部の中心線とが一致する位置になった場合であり、自発磁化の増減に応じてコイルのインダクタンスも増減する。
【０００７】
従って、操向ハンドルを含む操舵系が中立位置にあるときには操舵トルクはゼロとなって、コイル１１０およびコイル１１１のインダクタンスは等しく、コイル１１０およびコイル１１１のインピーダンスは等しくなる。ここで、操向ハンドルを右方向に回転させ右操舵トルクを発生させると操舵トルクゼロの場合に比べて右操舵トルクが増大するに従って、コイル１１０のインダクタンスが増大しコイル１１１のインダクタンスが減少し、逆に操向ハンドルを左方向に回転させ左操舵トルクが増大するに従ってコイル１１０のインダクタンスが減少しコイル１１１のインダクタンスが増大する。このように、操向ハンドルを中立点からいずれかの方向に回転させ操舵トルクを発生させるとコイル１１０またはコイル１１１のインダクタンスが増大し、コイル１１０またはコイル１１１のインピーダンスも同様の傾向で変化することになる。
【０００８】
この特許文献１では、前記自発磁化の増減に応じてコイルのインダクタンスまたはインピーダンスの増減は非線形である正弦波状の変化となる。従って、このような非線形のインピーダンスの変化に対応させその変位に対応する電圧のデータを得るために、コイル１１０およびコイル１１１に、図５に示すような４端子回路の変位検出装置を使用する。すなわち、相補的にインピーダンスが増減する一対のコイル１１０とコイル１１１とこれらと異なる一対の基準抵抗１１２および１１３とによってホイートストンブリッジ回路を構成し、その対角に位置する２つの端子１１４および１１５の間に電源又は信号を印加して、一方、他の２つの端子１１６および１１７の間から相補的なインピーダンス変化に伴う応答信号を取り出す。そしてその応答信号を処理して変位にほぼ比例した測定値を得ることができる。すなわち、スイッチ１１８により端子間１１９および１２０間で回路を閉じて端子１１４および１１５の間に電源又は信号を印加し、操向ハンドルを中立点からいずれかの方向に回転させ操舵トルクを発生させると、コイル１１０およびコイル１１１に生じる相補的なインピーダンスの変化に伴って、端子１１６および１１７間にはトーションバーの角度変位に対応する過渡応答信号が変位に対して比例して増減する信号として得ることができる。特に、特許文献１ではこれを最終的にＡ／Ｄ変換してトルク値としている。
【０００９】
以上説明したホイートストンブリッジ回路を用いて構成されている変位検出装置において、変位によって相補的に増減するようにコイル１１０およびコイル１１１と、一対の基準抵抗１１２および１１３とのそれぞれのインピーダンスの差が０となるように変位の中立点においてコイル１１０とコイル１１１および基準抵抗１１２および基準抵抗１１３の調整を行って組み立てる必要がある。コイル１１０とコイル１１１については正確な基準インピーダンスを備えた調整治具等を用いて調整し、調整後に変位検出装置のホイートストンブリッジ回路に組み込むことで正確な調整は実現できる。しかし、基準抵抗１１２および基準抵抗１１３の調整においては、要求されるそれぞれのインピーダンス自体の絶対精度は高く調整できるものの、両基準抵抗１１２および基準抵抗１１３のインピーダンスの差を非常に小さく設定することは困難となる。すなわち、コイルのような相補的に変化するコイル１１０およびコイル１１１は、コイル１１０とコイル１１１とのインピーダンスの差が小さくなるように高い加工精度と組立制度で量産することができるが、一方基準抵抗１１２および基準抵抗１１３の対では、コイルと同等かまたはそれよりも小さい許容範囲にインピーダンスの差を抑えなければならず、非常に高価となりまたは選別のために多大のコストが必要となる問題がある。
【００１０】
仮に両基準抵抗１１２および基準抵抗１１３のインピーダンスの差が大きくなると、コイル１１０およびコイル１１１のインピーダンスの差が０と調整されていたとしても、変位が０である中立点において基準抵抗１１２および基準抵抗１１３のインピーダンスの差によって生じる電圧の分だけ中立点であるにもかかわらず、変位をしている状態の電圧を端子１１６および端子１１７の間に生じることになる。
電動パワーステアリング装置のトルクセンサにおいて、この状況が生じると運転者の意図しない方向に車両が操舵されるか、または運転者がそれに抗して操舵しつづけなければならないことになり、安全上の問題が生じうる。
これを防ぐために、基準抵抗１１２および基準抵抗１１３の間に可変抵抗（不図示）を挿入してその中立点を端子１２０に接続し、変位の中立点においてホイートストンブリッジ回路の応答がゼロになるように調整する方法があるが、多大な労力が必要である上、可変抵抗の経年変化や環境による変化で信頼性の低下につながる問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
つりあい状態における配備位置である中立点から所定の範囲内で固定部材に対して可動な可動部材の該中立点からの変位を測定するための変位検出装置であって、電源と既知のインピーダンス値を有する基準インピーダンス素子とが直列に接続される回路と、該固定部材と該可動部材との相対的な位置関係によって互いに相補的なインピーダンスの変化を生じるように配置され、該回路にそれぞれが並列に接続される第一インピーダンス素子および第二インピーダンス素子と、第一の状態において該第一インピーダンス素子と該基準インピーダンス素子と電源とが閉回路を構成し、第二の状態において第二インピーダンス素子と該基準インピーダンス素子と電源とが閉回路を構成するように切換える切換えスイッチとを備え、第一の状態における該第一インピーダンス素子の両端子間の第一の電圧と第二の状態における該第二インピーダンス素子の両端子間の第二の電圧とを測定して該第一の電圧と該第二の電圧との差を求め、その差に基づいて該中立点からの該可動部材の変位を検出することを特徴とする変位検出装置により解決する。
【発明の効果】
【００１２】
（第一の実施の形態）
図１を参照して本発明の変位検出装置１について説明する。図１は本発明の変位検出装置の構成を示す模式図である。変位検出装置１は、電源５と、少なくとも一の基準インピーダンス素子４と、第一インピーダンス素子２および第二インピーダンス素子３と、切換えスイッチ６と前処理回路１０と、Ａ／Ｄコンバータ１１と、演算手段たる中央処理ユニット（ＣＰＵ）１２とを備えている。
【００１３】
基準インピーダンス素子４は既知のインピーダンス値を有しており、たとえば、代表的には抵抗器（抵抗値をＲとする）である。抵抗値Ｒが予め把握できることによりインピーダンスが既知である。ただし、インピーダンス値が予め把握できる限り、コイル、コンデンサとしてもよい。基準インピーダンス素子４は電源５と電気的に接続されている。
【００１４】
第一インピーダンス素子２および第二インピーダンス素子３は、代表的には周波数成分を有するインピーダンス素子であって、たとえばコイルである。第一インピーダンス素子２および第二インピーダンス素子３の一端の端子は電源５に並列に接続されていて、その接続ラインは接地されている。
切換えスイッチ６はたとえば電磁スイッチなどであって、いわゆるコモン端子７は基準インピーダンス素子４に、切換え側の端子群のうちの一の端子８が第一インピーダンス素子２に切換え側の端子群のうちの一の端子９が第二インピーダンス素子３に接続されている。これにより、コモン端子７と切換え側の端子群のうちの一の端子８に切換えられている第一の状態において該第一インピーダンス素子２と基準インピーダンス素子４と電源５とで閉回路を構成し、コモン端子７と切換え側の端子群のうちの他の端子９に切換えられている第二の状態において第二インピーダンス素子３と基準インピーダンス素子４と電源５とが閉回路を構成するように切換え可能となっている。従って、第一インピーダンス素子２および第二インピーダンス素子３とが同時に閉回路を構成することは無い。
なお、上記説明した回路構成では、第一インピーダンス素子２および第二インピーダンス素子３は並列に電源５に接続され、電源５が基準インピーダンス４に接続されている。しかし、電源５と基準インピーダンス４との接続関係は逆であってもよい。すなわち、第一インピーダンス素子２と第二インピーダンス素子３とが並列に基準インピーダンス４に接続され、基準インピーダンス４が電源５に接続されていてもよい。
【００１５】
前処理回路１０は、切換えスイッチ６のコモン端子７に接続され、前処理回路１０はＡ／Ｄコンバータ１１を介して、記憶手段たるメモリ（不図示）を含む中央処理ユニット（ＣＰＵ）１２に接続されている。これにより、前処理回路１０は、コモン端子７と接地間の電圧により、第一インピーダンス素子２と第二インピーダンス素子３との両端子間の電圧を測定し、その測定値を取り込むことが可能である。前処理回路１０で取り込まれた電圧値はＡ／Ｄコンバータ１１によりアナログ信号からデジタル信号に変換され中央処理ユニット（ＣＰＵ）１２に取り込まれる。
【００１６】
続いて、本発明の変位検出装置１の動作について原理と共に説明する。変位検出装置１は固定部（不図示）に取付けられる。この固定部材に対して可動な可動部材はつりあい状態において中立点に停止している。中立点とはつりあい状態における固定部材に対しての位置を意味する。可動部材は中立点から所定の範囲内で固定部材に対して可動である。変位検出装置１は中立点からの可動部材の変位を測定する。
【００１７】
変位検出装置１の第一インピーダンス素子２および第二インピーダンス素子３はたとえば特許文献１のような従来の技術と同様に固定部材に対する中立点からの可動部材の変位に応じて互いに相補的なインピーダンスの変化を生じるように取付けられる。今、第一インピーダンス素子２たるコイルのインダクタンスをＬ１と、第二インピーダンス素子３たるコイルのインダクタンスをＬ２とすると、中立点からの可動部材の位置に応じてＬ１とＬ２とが互いに変化する。特に、本実施の形態では、可動部材はつりあい位置において固定部材の中立点に停止し、荷重がかけられることにより固定部材に対して回転運動を行うような装置の可動部材に適している。
【００１８】
いま、電源５を電圧が＋Ｅの直流電源として、基準インピーダンス素子４の抵抗器の抵抗値をＲとする。可動部材が中立点からある変位だけ離れた位置にある際において、切換えスイッチ６を第一の状態にすると、第一インピーダンス素子２の両端子間の電圧が取得でき、その波形は図２（ａ）のように時定数（Ｌ１／Ｒ）で電圧＋Ｅから減少する指数関数曲線となる。または切換えスイッチ６を第二の状態にすると、第二インピーダンス素子３との両端子間の電圧が取得できその波形は図２（ｂ）に示すような時定数（Ｌ２／Ｒ）で電圧＋Ｅから減少する指数関数曲線となる。ここで図２（ａ）から図２（ｂ）を差し引くと図２（ｃ）に示すようにピーク値を有する増加減少波形となる。中立点からの可動部材の位置に応じてＬ１とＬ２とが互いに変化すると、このピーク値がその変位に対して比例して増減する。従って、このピーク値の部分で電圧データのサンプリングを行い、中立点からの可動部材のそれぞれの位置に対応したピーク電圧値を獲得する。前処理回路１０により獲得されたピーク電圧値はＡ／Ｄコンバータ１１でデジタル信号に変換されて中央処理ユニット（ＣＰＵ）１２に取り込まれる。なお、Ｌ１がＬ２より大きい場合には正の値の波形となり、Ｌ2がＬ1より大きい場合には負の値の波形となる。また、図２（ｃ）に示す波形のピーク時の時間は、Ｌ１とＬ２の差が大きくない限り平均時定数（Ｌ１＋Ｌ２）／２Ｒにほぼ等しくなる。従って、精度を高くするためにはＡ／Ｄ変換に先立つサンプリングは切換えスイッチ６の切換え時点から平均時定数後に行われることが望ましい。また、前処理回路７では指数関数波形の平均時定数時点での電圧がＡ／Ｄ変換の変換幅の中央近傍となるようにオフセットを与えて増幅するのがよい。なお、Ａ／Ｄコンバータが十分に高分解能であればこのようなオフセットと増幅を行わなくても精度を高く保つことができる。
【００１９】
また、電源５を交流電源とすることもできる。交流電源を使用しても、第一インピーダンス素子２の両端子間の電圧から第二インピーダンス素子３との両端子間の電圧を差し引いた値である差電圧は、中立点からの可動部材の位置に応じてＬ１とＬ２とが互いに変化すると、この差電圧がその変位に対してほぼ比例して増減する点で同じ効果を得ることができる。なお、この場合には、前処理回路７において、第一インピーダンス素子２の両端子間の交流の分電圧と、第二インピーダンス素子３との両端子間の交流の分電圧を予め平均化して直流としての分電圧値に変換する。そして、この分電圧値がＡ／Ｄ変換幅の中央近傍となるようにオフセットを与えて増幅する。ただし、切換えスイッチ６の切換え時点からの分電圧波形の過渡応答が十分に収まった後のＡ／Ｄ変換が望ましい。
【００２０】
上記を該可動部材の複数の位置に対して繰り返す。すなわち、まず第一の状態における該第一インピーダンス素子の両端子間の第一の電圧と第二の状態における該第二インピーダンス素子の両端子間の第二の電圧とをそれぞれ測定し、該第一の電圧と該第二の電圧との差をそれぞれ予め求めて、可動部材の複数の位置に対する第一の電圧と第二の電圧との差の基準データとして記憶手段に格納する。これは実際の変位を測定した際に、その変位を特定とするための基準データとなる。続いて、実際の測定において、まず、第一の状態における該第一インピーダンス素子の両端の第一の電圧を測定する。そして、第二の状態における該第二インピーダンス素子の両端子間の第二の電圧とをそれぞれ測定する。その後、該第一の電圧と該第二の電圧との差を求める。この求めた第一の電圧と該第二の電圧との差に基づいて前記基準データと対比し、最も合致する電圧に対応する位置を前記基準データから求めて中立点からの可動部材の変位として特定し検出する。
【００２１】
上記の構成により、中立点からの可動部材の変位を、第一インピーダンス素子２と第二インピーダンス素子３とのインピーダンスの絶対値を使用せずに、第一インピーダンス素子２と第二インピーダンス素子３とのインピーダンスの差として評価しているのでホイートストンブリッジ回路を作る段階でのインピーダンスの高い精度での調整が不要となる。これにより、信頼性の高い変位検出装置を実現できる。また、特に相補的に変化する一対のインピーダンスの中立点での組立て調整に正確な一対の基準インピーダンスを備えた調整治具を別途用意する必要がなく、変位検出装置として回路に組み込んだ後に組立て調整をすれば足りる。よって、組立て工程の短縮化が可能となる。
また特に、本発明では、第一インピーダンス素子２と第二インピーダンス素子３とのインピーダンスの差電圧として評価しているために、たとえば、なんらかの記憶手段を装置に設け、中立点におけるこの差電圧の値をこの記憶手段に予め記憶させておく。測定時には、測定時の差電圧の値とこの記憶手段に予め記憶させておいた差電圧とを比較して修正することにより製作時における初期調整作業を不要とすることもできる。これにより、さらに製作費用の節約ができる。
【００２２】
また、第一の実施の形態は具体的には、図４および前記背景技術部分の説明に示すような、電動パワーステアリングのトルク検出装置での使用に適している。すなわち、図４に示すように、トーションバー１０２を、磁性材料で形成されている出力軸１０３の内部に、ほぼそれらの中心軸が同軸となるような形で配置する。また出力軸１０３の外周面上にはその軸方向（出力軸の長手方向）にそった複数の溝が形成され、すなわち軸の断面をみると外周面において凹部と凸部が等間隔で繰り返し現れるような形状となっている。また、出力軸１０３は、導電性があって非磁性材料でできている円筒部材１０４の内部に、ほぼそれらの中心軸が同軸となるような形で配置する。円筒部材１０４の外側には第一インピーダンス素子２および第二インピーダンス素子３とが配置されている。第一インピーダンス素子２および第二インピーダンス素子３とはそれぞれが円筒部材１０４の外周を囲むように位置している。円筒部材１０４の壁面は円筒部材１０４の内外を貫通する窓列１０４ａと窓列１０４ｂとが配置されている。窓列１０４ａのそれぞれの窓と窓列１０４ｂのそれぞれの窓は千鳥配置になるように窓列１０４ａと窓列１０４ｂとが円筒部材１０４の外周にそって並んで配置されている。また、窓列１０４ａと窓列１０４ｂのそれぞれの窓は、操向ハンドルがいずれの方向にも切られていない中立状態では、出力軸３の外周面の一の凸部が窓列１０４ａと窓列１０４ｂのそれぞれの窓の両方に同じ面積だけ対応するような位置に設定されている。操向ハンドル（不図示）を操舵して入力軸（不図示）を回転させると、その回転トルクはトーションバー１０２を介して出力軸１０３に伝達される。このとき路面の摩擦やステアリング装置などの摩擦力に応じて抵抗力が生じて、出力軸１０３と入力軸との間でトーションバー１０２が捩れる現象がおこる。
【００２３】
ここで、第一インピーダンス素子２および第二インピーダンス素子３とに交流電流を流して交番磁界を生じさせると、円筒部材１０４の外周面にコイル電流と反対方向の渦電流が発生する。これにより円筒部材１０４の外周面には渦電流が生じるが、この渦電流は窓列１０４ａと窓列１０４ｂとによって外周面を周回できずに窓列１０４ａと窓列１０４ｂのそれぞれの窓の端面にそって外周面側に戻るループを形成し、コイル内側に渦電流のループが周期的に配置された状態となる。自発磁化が最大となる位相は窓列１０４ａの窓または窓列１０４ｂの窓のいずれかの中心と出力軸の凸部の中心線とが一致する位置になった場合であり、自発磁化の増減に応じてコイルのインダクタンスも増減する。
【００２４】
従って、操向ハンドルを含む操舵系が中立位置にあるときには操舵トルクはゼロとなって、第一インピーダンス素子２と第二インピーダンス素子３とのインピーダンスは等しくなる。ここで、操向ハンドルを右方向に回転させ右操舵トルクを発生させると操舵トルクゼロの場合に比べて右操舵トルクが増大するに従って、第一インピーダンス素子２のインピーダンスＬ１が増大し第二インピーダンス素子３のインピーダンスＬ2が減少し、逆に操向ハンドルを左方向に回転させ左操舵トルクが増大するに従って第二インピーダンス素子３のインピーダンスＬ2が減少し第一インピーダンス素子２のインピーダンスＬ１が増大する。ここに、変位装置１を適用すればよい。
【００２５】
（第二の実施の形態）
第一の実施の形態では第一インピーダンス素子２および第二インピーダンス素子３はコイルとして説明したが、周波数成分を有するインピーダンス素子である限り同一の効果を奏するので、コンデンサとすることもできる。コンデンサとした場合であっても、原理は第一の実施の形態と同じである。以下、第一インピーダンス素子２および第二インピーダンス素子３はコンデンサとした場合について説明する。特に、以下説明するとおり、コンデンサの場合には中立点を境に直線的な往復運動を行う可動部材の中立点からの変位を測定する場合に有効である。以下、第一の実施の形態と異なる部分について第二の実施の形態として説明する。
【００２６】
いま、電源５を電圧が＋Ｅの直流電源として、基準インピーダンス素子４の抵抗器の抵抗値をＲとする。一般に、２枚の導体板間における静電容量は導体板間の距離ｄに反比例し、対向する導体板の面積Ｓに比例するので、Ｃ∝Ｓ／ｄが成り立つ。第二の実施の形態ではこの原理を利用する。図６に第二の実施の形態における固定部材と可動部材の関係を示す。ここで、固定部材たる導体板の一方を第一の導体板２１とし、他方を第二の導体板２２と呼ぶ。ここで、たとえば、可動部材たる第三の導体板２３を取付けて第一の導体板２１と第二の導体板２２の間に挿入する。第三の導体板２３は図６の矢印の方向に直線運動を行う。第一の導体板２１と第三の導体板２３とでコンデンサとしての第一インピーダンス素子２を構成し、第二の導体板２２と第三の導体板２３とでコンデンサとしての第二インピーダンス素子３を構成する。また、コンデンサであるところの第一インピーダンス素子２および第二インピーダンス素子３の静電容量をそれぞれＣ１がＣ２とする。この構成により、可動部材が一方に移動することによりＣ２が減少しその増加量だけ相補的にＣ１が増加し、一方可動部材が他方に移動することによりＣ１が減少するとその増加量だけ相補的にＣ２が減少する。
【００２７】
続いて、第二の実施の形態の動作について説明する。可動部材が中立点からある変位だけ離れた位置にある際において、切換えスイッチ６を第一の状態にするとコンデンサである第一インピーダンス素子２が時定数Ｃ１Ｒで充電され、その電圧変化は図３（ａ）に示すような一次遅れの電圧波形曲線となる。また、切換えスイッチ６を第二の状態にすると、コンデンサである第二インピーダンス素子３が時定数（Ｃ２Ｒ）で充電されその波形は図３（ｂ）に示すような一次遅れの電圧波形曲線となる。ここで図３（ｂ）の波形の各点の値から図３（ａ）の波形の各点の値を差し引くと第一の実施の形態における図２（ｃ）と同様なピーク値を有する増加減少波形となる。中立点からの可動部材の位置に応じてＣ１とＣ２とが互いに変化すると、このピーク値がその変位に対して比例して増減する。従って、このピーク値の部分で電圧データのサンプリングを行い、中立点からの可動部材のそれぞれの位置に対応したピーク電圧値を獲得する。前処理回路１０により獲得されたピーク電圧値はＡ／Ｄコンバータ１１でデジタル信号に変換されて中央処理ユニット（ＣＰＵ）１２に取り込まれる。なお、Ｃ２がＣ１より大きい場合には正の値の波形となり、Ｃ１がＣ２より大きい場合には負の値の波形となる点で第一の実施の形態と同様である。また、この場合であっても図２（ｃ）に示す波形のピーク時の時間は、Ｃ１とＣ２の差が大きくない限り平均時定数（Ｃ１Ｒ＋Ｃ２Ｒ）／２にほぼ等しくなる。従って、精度を高くするためにはＡ／Ｄ変換に先立つサンプリングは切換えスイッチ６の切換え時点から平均時定数後に行われることが望ましい。また、前処理回路７では指数関数波形の平均時定数時点での電圧がＡ／Ｄ変換の変換幅の中央近傍となるようにオフセットを与えて増幅するがよい。なお、Ａ／Ｄコンバータが十分に高分解能であればこのようなオフセットと増幅を行わなくても精度を高く保つことができる。
【００２８】
第二の実施の形態では、特に直線運動として説明したが、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、半円形可動部材が回転する運動、すなわちシャフト２４のまわりに回転運動する場合にも有効である。特にこの場合には、直線運動より感度が良くなる点で有効である。なお、原理自体は、第二の実施の形態とは二導体間の距離の変化ではなく、重なる面積の変化を利用している点で異なる。図７（ａ）および７（ｂ）には半円形可動部材が回転運動を行う形態における半円形固定部材と半円形可動部材との関係を示す。第一の半円形可動部材たる第一の導体板２１および第二の導体板２２は、互いに重ならないような位置にシャフト２４周りに配置されている。図7（ａ）および７（ｂ）に示すように、第一の導体板２１および第二の導体板２２は、同一形状の導体板であって、シャフト周りを中心とする点対称の関係の位置に配置されるのが好ましい。一方、半円形可動部材たる第三の導体板２３はシャフト２４に取り付けられ、シャフト２４の回転に伴ってシャフト２４周りに回転可能である。第一の導体板２１および第二の導体板２２は、シャフト２４の軸方向に若干ずらして配置されていて、第三の導体板２３は第一の導体板２１および第二の導体板２２のギャップのちょうど中間の位置にシャフト２４周りに回転するように配置されている。これにより、シャフト２４の軸方向に沿った方向から第一の導体板２１および第二の導体板２２と第三の導体板２３との位置関係を見た際に、相補的に重なる状態となる。相補的に重なるとは、第一の導体板２１と第三の導体板２３とが重なる面積が増えれば、その増えた面積分だけ第二の導体板２２と第三の導体板２３との重なる面積が減少する関係をいう。ここで、２枚の導体板間における静電容量の関係であるＣ∝Ｓ／ｄを考慮すると、導体板間距離ｄは第一の導体板２１および第三の導体板２３の距離と第二の導体板２２および第三の導体板２３の距離と定義され、この実施の形態では同一の値である。また、Ｓは第一の導体板２１と第三の導体板２３とが重なる面積または第二の導体板２２と第三の導体板２３との重なる面積と定義される。従って、本実施の形態の場合には、ｄは変化せずに、シャフト２４の回転に伴ってＳが相補的に変化することになる。例えば、図７（ａ）の場合には、第三の導体板２３が時計方向に回転すればＳ１が減少し、その減少量と同じだけＳ２が増加することになる。これにより、Ｃ１とＣ２が直線的に変化するので都合がよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
上記の構成により、信頼性の高い変位検出装置を実現でき、また組立工程の短縮化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本願発明の変位検出装置の回路構成を示した図である。
【図２】図２（ａ）は第一の実施の形態における第一インピーダンス素子の電圧変化の波形を示した図である。図２（ｂ）は第一の実施の形態における第二インピーダンス素子の電圧変化の波形を示した図である。図２（ｃ）は第一の実施の形態における第一インピーダンス素子の電圧と第二インピーダンスの電圧の差の波形を示した図である。
【図３】図３（ａ）は第二の実施の形態における第一インピーダンス素子の電圧変化の波形を示した図である。図３（ｂ）は第二の実施の形態における第二インピーダンス素子の電圧変化の波形を示した図である。
【図４】変位検出装置の適用対象の電動パワーステアリング装置のトーションバー部分の断面を示した図である。
【図５】従来の変位検出装置の回路を示した図である。
【図６】第二の実施の形態における変位検出装置の適用対象を示した図である。
【図７】第二の実施の形態における変位検出装置の適用対象を示した図である。ここで、図７（ａ）はシャフトの軸方向から導体板を見た場合の図であって、図７（ｂ）はシャフトの軸と垂直な方向から導体板を見た場合の図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  変位検出装置
２  第一インピーダンス素子
３  第二インピーダンス素子
４  基準インピーダンス素子
５  電源
６  切換えスイッチ
【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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