(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リテーナにより所定間隔で保持された複数個の転動体を内輪と外輪との間に配置してなる転がり式の軸受において、
前記リテーナに保持された前記転動体の転動軌跡がなす円周に沿い所定の間隔で複数の交流励磁極を配置してなるステータ部を具備し、
前記複数個の転動体は、磁気応答性材質からなる第１グループと、磁気に応答しない材質からなる第２グループとを含み、
前記リテーナと共に該転動体が前記円周に沿い転動するのに伴い、前記各交流励磁極に対する前記転動体の第１及び第２グループの位置が変化し、この位置変化に応じたインピーダンス変化を示す出力信号を前記交流励磁極に配したコイルにより取り出すことを特徴とする軸受における回転位置検出装置。
【請求項２】
リテーナに保持された複数個の転動体を内輪と外輪との間に配置してなる転がり式の軸受において、
前記リテーナの移動軌跡がなす円周に沿い所定の間隔で複数の交流励磁極を配置してなるステータ部を具備し、
前記リテーナには、その移動軌跡がなす円周に対して偏りを示すカム形状の磁気応答性カム部が形成されてなり、
前記リテーナが前記円周に沿い移動するのに伴い、前記各交流励磁極に対する磁気応答性カム部の位置が変化し、この位置変化に応じたインピーダンス変化を示す出力信号を前記交流励磁極に配したコイルにより取り出すことを特徴とする軸受における回転位置検出装置。
【請求項３】
リテーナに保持された複数個の転動体を内輪と外輪との間に配置してなる転がり式の軸受において、
前記外輪及び内輪の一方に固定されていて、その円周に沿い所定の間隔で複数の交流励磁極を配置してなる第１ステータ部と、前記外輪又は内輪の他方に固定されていて、その円周に対して偏りを示すカム形状からなる第１磁気応答性カム部とで構成される第１検出部を具備し、前記外輪に対する内輪の相対的回転に伴い、前記第１ステータ部の各交流励磁極に対する前記第１磁気応答性カム部の位置が変化し、この位置変化に応じたインピーダンス変化を示す出力信号を前記第１ステータ部の交流励磁極に配したコイルにより取り出し、一方、
前記リテーナの移動軌跡がなす円周に沿い所定の間隔で複数の交流励磁極を配置してなる第２ステータ部と、前記リテーナに配置された第２磁気応答性カム部とで構成される第２検出部を更に具備し、前記リテーナが前記円周に沿い移動するのに伴い、前記第２ステータ部の各交流励磁極に対する前記第２磁気応答性カム部の位置が変化し、この位置変化に応じたインピーダンス変化を示す出力信号を前記第２ステータ部の交流励磁極に配したコイルにより取り出すことを特徴とする軸受における回転位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、転がり式の軸受における回転位置検出装置に関し、換言すれば回転位置検出機能を一体的に具えた軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸受が適用される回転軸においては、回転位置の検出や制御等のために位置検出装置が適用されることが多い。そのような場合、軸受とは別途に回転位置検出装置を装着するのではなく、軸受そのものに位置検出装置が組み込まれていれば、使い勝手がよく、便利であり、また、コストの削減にもつながる。この種の回転位置検出装置を具備する軸受として従来知られたものには、永久磁石と磁気抵抗素子とを組み合わせたものがある。しかし、それでは、単なるインクリメンタルパルス発生器としての検出機能しかもたず、検出分解能に劣る。また、コスト高でもある。
【０００３】
【発明が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、転がり式の軸受において一体的に配置するのに適した簡易な構成の回転位置検出装置を提供しようとするものであり、また、簡易な構成でありながら、インクリメンタルパルス発生方式に比べて検出分解能も格段に優れた回転位置検出装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の観点に従う回転位置検出装置は、リテーナにより所定間隔で保持された複数個の転動体を内輪と外輪との間に配置してなる転がり式の軸受において、前記リテーナに保持された前記転動体の転動軌跡がなす円周に沿い所定の間隔で複数の交流励磁極を配置してなるステータ部を具備し、前記複数個の転動体は、磁気応答性材質からなる第１グループと、磁気に応答しない材質からなる第２グループとを含み、前記リテーナと共に該転動体が前記円周に沿い転動するのに伴い、前記各交流励磁極に対する前記転動体の位置が変化し、この位置変化に応じたインピーダンス変化を示す出力信号を前記交流励磁極に配したコイルにより取り出すことを特徴とする。
【０００５】
内輪を軸受対象軸に固定し、外輪を機械のフレーム等の静止体に固定した場合、対象軸の回転に伴って内輪が回転し、外輪は常時静止している。そのとき、リテーナに保持された転動体（例えばボール）は、リテーナと共に、内輪の回転方向とは逆方向に減速されて回転する。この減速比は軸受の設計により適宜定まる。こうして、リテーナ及び転動体の回転位置は、内輪に固定された対象軸の回転位置に対して所定の相関性を示すので、リテーナ及び転動体の回転位置を検出することで対象軸の回転位置を検出することができる。上記第１の観点によれば、軸受の転動体の変位を検出する構成であるため、簡易な構成からなり、製造コストも安価で済む。また、転動体の位置変化に応じたインピーダンス変化を示す出力信号に基づき回転位置を検出する構成であるため、高い検出分解能でアブソリュート位置検出することも可能である。
【０００６】
また、前記複数個の転動体は、磁気応答性材質からなる連続する第１グループと、磁気に応答しない材質からなる第２グループとを含む構成からなっているため、それぞれのグループが磁気応答性材質の転動体の集合体及びで非磁気応答性材質の転動体の集合体で構成されることとなり、磁性／非磁性の出現サイクルを適宜に調整できる（例えば１回転につき１サイクルとするなど）。
【０００８】
この発明の第２の観点に従う回転位置検出装置は、リテーナに保持された複数個の転動体を内輪と外輪との間に配置してなる転がり式の軸受において、前記リテーナの移動軌跡がなす円周に沿い所定の間隔で複数の交流励磁極を配置してなるステータ部を具備し、前記リテーナには、その移動軌跡がなす円周に対して偏りを示すカム形状の磁気応答性カム部が形成されてなり、前記リテーナが前記円周に沿い移動するのに伴い、前記各交流励磁極に対する磁気応答性カム部の位置が変化し、この位置変化に応じたインピーダンス変化を示す出力信号を前記交流励磁極に配したコイルにより取り出すことを特徴とする。これにより、リテーナに設けた磁気応答性カム部の回転がステータ部によって検出され、これに応じて、軸受される対象軸の回転位置を検出することができる。この場合も、簡易な構成からなり、製造コストも安価で済む。また、位置変化に応じたインピーダンス変化を示す出力信号に基づき回転位置を検出する構成であるため、高い検出分解能でアブソリュート位置検出することも可能である。
【０００９】
この発明の第３の観点に従う回転位置検出装置は、リテーナに保持された複数個の転動体を内輪と外輪との間に配置してなる転がり式の軸受において、前記外輪及び内輪の一方に固定されていて、その円周に沿い所定の間隔で複数の交流励磁極を配置してなる第１ステータ部と、前記外輪又は内輪の他方に固定されていて、その円周に対して偏りを示すカム形状からなる第１磁気応答性カム部とで構成される第１検出部を具備し、前記外輪に対する内輪の相対的回転に伴い、前記第１ステータ部の各交流励磁極に対する前記第１磁気応答性カム部の位置が変化し、この位置変化に応じたインピーダンス変化を示す出力信号を前記第１ステータ部の交流励磁極に配したコイルにより取り出し、一方、前記リテーナの移動軌跡がなす円周に沿い所定の間隔で複数の交流励磁極を配置してなる第２ステータ部と、前記リテーナに配置された第２磁気応答性カム部とで構成される第２検出部を更に具備し、前記リテーナが前記円周に沿い移動するのに伴い、前記第２ステータ部の各交流励磁極に対する前記第２磁気応答性カム部の位置が変化し、この位置変化に応じたインピーダンス変化を示す出力信号を前記第２ステータ部の交流励磁極に配したコイルにより取り出すことを特徴とする。
【００１０】
【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しよう。
図１は本発明の第１の実施例を示すもので、（ａ）は軸方向断面略図、（ｂ）は正面略図である。図１において、軸受１０は、リテーナ（図示せず）により所定間隔で保持された複数個（図示例では７個）のボール（転動体）１１を内輪（インナーレース）１２と外輪（アウターレース）１３との間に配置してなる転がり式の軸受からなる。便宜上、リテーナの図示を省略したが、リテーナそれ自体は既存の軸受（ボールベアリング）で用いられるものを適宜用いてよい。図示例では、軸受する対象軸５０が内輪１２に結合され、軸５０の回転に伴って内輪１２が回転する。外輪１３は機械のフレーム等に固定され、静止する。
【００１１】
位置検出器のステータ部１は、外輪１３に対して固定され、静止する。このステータ部１は、リテーナに保持されたボール１１の転動軌跡がなす円周（つまりリテーナの回転軌跡）に沿い所定の間隔で複数の交流励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを配置してなる。この例では、各交流励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、磁性体コア１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、該磁性体コアに巻回されたコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とで構成され、各コイルＬ１〜Ｌ４が所定の交流信号（例えばｓｉｎωｔ）で励磁される。
軸受１０に内蔵されたボール（転動体）１１は、通常知られるような鋼球からなるもので、磁性体つまり磁気応答性材質からなる。リテーナと共に該ボール１１が円周に沿い転動するのに伴い、ステータ部１の各交流励磁極Ａ〜Ｄに対するボール１１の位置が変化し、この位置変化に応じたインピーダンス変化を示す出力信号が各交流励磁極Ａ〜Ｄに配したコイルＬ１〜Ｌ４により取り出すことができる。
【００１２】
ステータ部１における各交流励磁極Ａ〜Ｄの配置は、図１（ｂ）に示すように、対象軸５０の回転に応じて変位するボール１１に対する対応関係が各極Ａ〜Ｄ間で異なる機械的位相を示すように設定されている。例えば、ボール１１の変位（これを便宜上「θ」とする）に対する極Ａのインピーダンス変化がサイン関数特性ｓｉｎθを示すように設定し、極Ｂのインピーダンス変化がコサイン関数特性ｃｏｓθを示すように設定し、極Ｃのインピーダンス変化がマイナスサイン関数特性−ｓｉｎθを示すように設定し、極Ｄのインピーダンス変化がマイナスコサイン関数特性−ｃｏｓθを示すように設定する。よって、リテーナに保持されたボール１１の数つまり複数のボール１１の間隔に応じて、ステータ部１の各交流励磁極Ａ〜Ｄのインピーダンス特性が所定の特性を示すように、該各交流励磁極Ａ〜Ｄの配置が定められる。なお、この場合、各極Ａ〜Ｄのインピーダンス変化の位相角θが０度〜３６０度の１サイクルの変化を示す機械変位が、隣合うボール１１の間隔に対応する。例えば、図示のように軸受１０が７個のボール１１を含む場合、隣合うボール１１の間隔は、３６０度を７分割した機械角に相当し、各極Ａ〜Ｄのインピーダンス変化の位相角θが０度〜３６０度の１サイクルの変化を示す機械変位は、「３６０度／７」に相当する。なお、対象軸５０の回転に対してリテーナの回転つまりボール１１の転動は、逆方向かつ減速されている。よって、θは、対象軸５０の回転角を直接示すものではないが、対象軸５０の回転位置に所定の関係で対応しているものであり、このθを測定することで対象軸５０の回転位置を検出することができる。
【００１３】
ここで、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、上記式で、オフセット値Ｐ0は振幅係数Ｐよりも大きく（Ｐ0≧Ｐ）、「Ｐ0＋Ｐｓｉｎθ」は負の値をとらない。これに対して、コイルＬ１のインピーダンス変化に対して差動特性を示すコイルＬ３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Ｃ（θ）は、
Ｃ（θ）＝Ｐ0−Ｐｓｉｎθ
のような式で等価的に表せる。
一方、コイルＬ２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Ｂ（θ）は、
Ｂ（θ）＝Ｐ0＋Ｐｃｏｓθ
のような式で等価的に表せる。
更に、コイルＬ２のインピーダンス変化に対して差動的な変化を示すコイルＬ４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Ｄ（θ）は、
Ｄ（θ）＝Ｐ0−Ｐｃｏｓθ
のような式で等価的に表せる。
なお、Ｐは１とみ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。
【００１４】
図２は、図１に示された回転位置検出装置に適用可能な電気回路例を示す。なお、この回路構成は、図１に示された第１の実施例の構造を持つ軸受の回転位置検出装置に限らず、他の実施例に係る構造を持つ本発明の回転位置検出装置のどれにおいても適用可能である。図２において、各コイルＬ１〜Ｌ４は可変インダクタンス要素として等価的に示されている。各コイルＬ１〜Ｌ４は、交流源３０から与えられる所定の交流信号（便宜上、これをＥｓｉｎωｔで示す）によって１相で定電圧励磁される。各コイルＬ１〜Ｌ４に生じる電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは、下記のように、検出対象たる回転位置に対応する角度変数θに応じた上記各コイルＬ１〜Ｌ４毎のインピーダンス値に応じた大きさを示す。
Ｖａ＝（Ｐ0＋ｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ
Ｖｂ＝（Ｐ0＋ｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ
Ｖｃ＝（Ｐ0−ｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ
Ｖｄ＝（Ｐ0−ｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ
【００１５】
演算器３１は、下記のように、ステータ極ＡのコイルＬ１の出力電圧Ｖａと、それに対して差動変化するステータ極ＣのコイルＬ３の出力電圧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。
Ｖａ−Ｖｃ＝（Ｐ0＋ｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ−（Ｐ0−ｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ
＝２ｓｉｎθｓｉｎωｔ
演算器３２は、下記のように、ステータ極ＢのコイルＬ２の出力電圧Ｖｂと、それに対して差動変化するステータ極ＤのコイルＬ４の出力電圧Ｖｄとの差を求め、角度変数θのコ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。Ｖｂ−Ｖｄ＝（Ｐ0＋ｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ−（Ｐ0−ｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ
＝２ｃｏｓθｓｉｎωｔ
【００１６】
こうして、検出対象たる回転位置に相関する角度変数θを含む２つの周期的振幅関数（ｓｉｎθとｃｏｓθ）によってそれぞれ振幅変調された２つの交流出力信号「２ｓｉｎθｓｉｎωｔ」と「２ｃｏｓθｓｉｎωｔ」が得られる（以下、係数の「２」は省略する。）。これは、従来からレゾルバとして知られた検出器のサイン相出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びコサイン相出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔと同等のものである。なお、サイン相及びコサイン相という呼び名、及び２つの交流出力信号の振幅関数のサイン、コサインの表わ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、どちらをサインと言ってもよい。すなわち、Ｖａ−Ｖｃ＝ｃｏｓθｓｉｎωｔで、Ｖｂ−Ｖｄ＝ｓｉｎθｓｉｎωｔである、と表現してもよい。
【００１７】
ここで、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、その出力電圧Ｖａ〜Ｖｄも変動する。しかし、これらを演算合成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、「Ｖａ−Ｖｃ」及び「Ｖｂ−Ｖｄ」の演算によって、コイルの温度ドリフト誤差が完全に補償されるので、温度ドリフトによるコイルインピーダンス変化の影響を受けないものとなる。従って、精度のよい検出が可能である。
【００１８】
本実施例においては、演算器３１、３２から出力される２つの交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔ及びｃｏｓθｓｉｎωｔに基づき、位相検出方式と電圧検出方式のどちらでも回転位置検出を行うことができる。この場合の位相検出方式としては、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、一方の交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔをシフト回路３３で電気的に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を加算器３４及び引算器３５で加算合成及び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）を生成する。そして、位相シフトされた交流信号ｓｉｎ（ωｔ＋θ）およびｓｉｎ（ωｔ−θ）のゼロクロスをコンパレータ３６．３７で検出し、進相の検出交流信号ｓｉｎ（ωｔ＋θ）のゼロクロス検出パルスＬｐと、遅相の検出交流信号ｓｉｎ（ωｔ−θ）のゼロクロス検出パルスＬｍとを生成して、ディジタル処理装置４０に入力する。ディジタル処理装置４０では、基準信号ｓｉｎωｔのゼロ位相時点から進相のゼロクロス検出パルスＬｐの発生時点までの時間差を計測することで、進相の位相ずれ量＋θをディジタル検出し、基準信号ｓｉｎωｔのゼロ位相時点から遅相のゼロクロス検出パルスＬｍの発生時点までの時間差を計測することで、遅相の位相ずれ量−θをディジタル検出する。温度ドリフトやその他の誤差要因による誤差±δは、進相の位相ずれ量＋θにも遅相の位相ずれ量−θにも同方向・同量で含まれるので、ディジタル処理装置４０において、更に、進相及び遅相の位相検出値＋θ，−θ同士を加算又は減算することを含む所定の演算を行うことで、誤差±δを除去した正確な位相検出データθを得ることができる。ディジタル処理装置４０としては、例えば汎用のマイクロコンピュータを用いることができる。このような進相及び遅相の位相検出値＋θ，−θを用いた補償演算によって、コイルの出力を差動演算することで除去しきれなかった温度ドリフト誤差成分を完全に除去することができる。また、位相ずれ量θをディジタル計測する構成であるため、高い検出分解能でアブソリュート回転位置を検出することができる。勿論、ディジタル検出に限らずアナログ検出も可能である。
なお、図２に示したような検出用の回路の全部又は一部を図１に示されたステータ部１のケーシング内に組み込んで配置するようにしてもよい。あるいは、検出用の回路の全部又は一部をステータ部１から適宜葉なれた箇所に配置、必要な配線で接続するようにしてもよい。
【００１９】
図３は本発明の第２の実施例を示すもので、（ａ）は軸方向断面略図、（ｂ）は正面略図である。図３において、軸受２０は、リテーナ（図示せず）により所定間隔で保持された複数個（図示例では７個）のボール（転動体）１１，１４を内輪１２と外輪１３との間に配置してなる転がり式の軸受からなる。前述と同様、便宜上、リテーナの図示を省略したが、リテーナそれ自体は既存の軸受（ボールベアリング）で用いられるものを適宜用いてよい。図示例では、軸受する対象軸５０が内輪１２に結合され、軸５０の回転に伴って内輪１２が回転する。外輪１３は機械のフレーム等に固定され、静止する。
図３の軸受２０においては、複数個（図示例では７個）のボールが、磁気応答性材質（例えば鋼球）からなる第１グループのボール１１と、磁気に応答しない材質（例えばセラミック）からなる第２グループのボール１４とを含む。第１グループのボール１１及び第２グループのボール１４は、それぞれ連続して配置され、各グループは略同数のボールからなり、２グループで１円周を２分している。図の例では、ボール数が奇数（７）であるため、第１グループのボール１１（斜線を付して示す）が４個、第２グループのボール１４が３個からなっている。こうして、第１グループのボール１１は、全体で略１８０度の円周範囲をカバーする磁気応答性物質の集合体を構成している。また、第２グループのボール１４は、全体で略１８０度の円周範囲をカバーする磁気非応答性物質の集合体を構成している。
【００２０】
図３の例においてもステータ部２は、外輪１３に対して固定され、静止する。このステータ部２もまた、リテーナに保持されたボール１１，１４の転動軌跡がなす円周（つまりリテーナの回転軌跡）に沿い所定の間隔で複数の交流励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを配置してなる。ただし、図３の例では、（ｂ）に示されるように、各交流励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ円周の９０度弱程度の幅をカバーしうるように幅広になっている。すなわち、図３の各交流励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの磁性体コア２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは幅広のものであり、該磁性体コアにコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４がそれぞれ巻回されている。前述と同様に、各コイルＬ１〜Ｌ４が所定の交流信号（例えばｓｉｎωｔ）で励磁される。幅広の各交流励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの配置は、リテーナに保持された第１及び第２グループのボール１１，１４が軸円周を１回転したとき、１サイクルのインピーダンス変化が各極Ａ〜Ｄに生じるように設定される。
【００２１】
また、前述と同様に、各極Ａ〜Ｄの各コイルＬ１〜Ｌ４に生じる電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは、それぞれ、その振幅がサイン関数（ｓｉｎθ）、コサイン関数（ｃｏｓθ）、マイナスサイン関数（−ｓｉｎθ）、マイナスコサイン関数（−ｃｏｓθ）の特性を示すように設定される。ただし、この第２の実施例では、各極Ａ〜Ｄのインピーダンス変化の位相角θが０度〜３６０度の１サイクルの変化を示す機械変位は、リテーナつまりボール１１，１４が軸円周を１回転することに対応している。前述と同様に対象軸５０の回転に対してリテーナの回転つまりボール１１，１４の転動は、逆方向かつ減速されている。よって、θは、対象軸５０の回転角を直接示すものではないが、対象軸５０の回転位置に所定の関係で対応しているものであり、このθを測定することで対象軸５０の回転位置を検出することができる。
【００２２】
図４は本発明の第３の実施例を示すもので、（ａ）は軸方向断面略図、（ｂ）は正面略図である。図４において、軸受１０は、図１又は図３に示されたものと同様に、リテーナ（図示せず）により所定間隔で保持された複数個（図示例では７個）のボール（転動体）１４を内輪１２と外輪１３との間に配置してなる転がり式の軸受からなる。ただし、この第３の実施例では、ボール１４の磁気的性質は特に問わないが、セラミックのような磁気非応答部材である方がよい。図４の例においてもステータ部３は、外輪１３に対して固定され、静止する。このステータ部３は、外輪１３の円周に沿い所定の間隔（例えば９０度間隔）で複数の交流励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを配置してなる。各極Ａ〜Ｄは磁性体コア３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとそこに巻回されたコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とで構成される。磁性体コア３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの端部は内向きに軸心方向指向する。つまり、図４の場合は、図１、図３とは異なり、交流励磁極Ａ〜Ｄによる磁束の方向はラジアル方向である。ステータ部３の交流励磁極Ａ〜Ｄに対向するように、磁性体又は導電体等の磁気応答性部材からなる磁気応答性カム部５が設けられている。この磁気応答性カム部５は内輪１２に固定されていて、該内輪１２と共に対象軸５０の回転に伴って回転する。磁気応答性カム部５は、対象軸５０の回りでその円周に対して偏りを示すカム形状からなっており、例えば、内輪１２の１回転すなわち対象軸５０の１回転に対して１サイクルの偏心特性を示す偏心カム形状である。
【００２３】
前述と同様に、各コイルＬ１〜Ｌ４が所定の交流信号（例えばｓｉｎωｔ）で励磁される。ステータ部３側の各交流励磁極Ａ〜Ｄの配置と、内輪１２側の磁気応答性カム部５の磁気応答物質のカム形状との関係は、一例として、内輪１２が１回転したとき１サイクルのインピーダンス変化が各極Ａ〜Ｄに生じるように設定されている。また、前述と同様に、各極Ａ〜Ｄの各コイルＬ１〜Ｌ４に生じる電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは、それぞれ、その振幅がサイン関数（ｓｉｎθ）、コサイン関数（ｃｏｓθ）、マイナスサイン関数（−ｓｉｎθ）、マイナスコサイン関数（−ｃｏｓθ）の特性を示すように設定されている。ただし、この第３の実施例では、各極Ａ〜Ｄのインピーダンス変化の位相角θが０度〜３６０度の１サイクルの変化を示す機械変位は、内輪１２つまり対象軸５０が１回転することに対応している。よって、この第３の実施例では、θは、対象軸５０の回転位置に対応しており、このθを測定することで対象軸５０の回転位置を検出することができる。
【００２４】
図５は本発明の第４の実施例を示すもので、（ａ）は軸方向断面略図、（ｂ）は正面略図である。図５において、軸受１０は、図１又は図３に示されたものと同様に、リテーナ１５により所定間隔で保持された複数個（図示例では７個）のボール（転動体）１４を内輪１２と外輪１３との間に配置してなる転がり式の軸受からなる。ただし、この第４の実施例では、ボール１４はセラミック等の磁気非応答性材質を用いるのが好ましい。図５の例においてもステータ部４は、外輪１３に対して固定され、静止する。このステータ部４は、リテーナ１５の移動軌跡がなす円周に沿い所定の間隔（例えば９０度間隔）で複数の交流励磁極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを配置してなる。各極Ａ〜Ｄは磁性体コア４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとそこに巻回されたコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とで構成される。磁性体コア４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの端部は軸方向にリテーナ１５の方に向いている。つまり、図５の場合は、図１、図３と同様に、交流励磁極Ａ〜Ｄによる磁束の方向は軸方向である。ステータ部４の交流励磁極Ａ〜Ｄに対向するように、リテーナ１５の円周に沿い、その円周に対して偏りを示すカム形状からなる、磁性体又は導電体等の磁気応答性部材からなる磁気応答性カム部１５ａが設けられている。磁気応答性カム部１５ａは、例えば、図５（ｂ）に示されるように、リテーナ１５の１回転に対して１サイクルの偏心特性を示す偏心カム形状である。
【００２５】
前述と同様に、各コイルＬ１〜Ｌ４が所定の交流信号（例えばｓｉｎωｔ）で励磁される。ステータ部４側の各交流励磁極Ａ〜Ｄの配置と、リテーナ１５側の磁気応答性カム部１５ａの磁気応答物質のカム形状との関係は、図５（ｂ）に示されるように、一例として、リテーナ１５が１回転したとき１サイクルのインピーダンス変化が各極Ａ〜Ｄに生じるように設定されている。また、前述と同様に、各極Ａ〜Ｄの各コイルＬ１〜Ｌ４に生じる電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは、それぞれ、その振幅がサイン関数（ｓｉｎθ）、コサイン関数（ｃｏｓθ）、マイナスサイン関数（−ｓｉｎθ）、マイナスコサイン関数（−ｃｏｓθ）の特性を示すように設定されている。ただし、この第４の実施例では、各極Ａ〜Ｄのインピーダンス変化の位相角θが０度〜３６０度の１サイクルの変化を示す機械変位は、リテーナ１５が軸円周を１回転することに対応している。前述と同様に対象軸５０の回転に対してリテーナ１５の回転は、逆方向かつ減速されている。よって、θは、対象軸５０の回転角を直接示すものではないが、対象軸５０の回転位置に所定の関係で対応しているものであり、このθを測定することで対象軸５０の回転位置を検出することができる。例えば、対象軸５０とリテーナ１５との減速比が９：１の場合、対象軸５０の９回転にわたる絶対回転位置が、リテーナ１５の１回転にわたる絶対回転角θを検出することで検出できる。
【００２６】
図５（ｃ）は、リテーナ１５に設ける磁気応答性カム部１５ｂの変更例を示す。この磁気応答性カム部１５ｂは楕円カム形状からなり、リテーナ１５の１回転に対して２サイクルのインピーダンス変化が各極Ａ〜Ｄに生じるように設定されている。この場合も、検出可能なθは、対象軸５０の回転角を直接示すものではないが、対象軸５０の回転位置に所定の関係で対応しているものであり、このθを測定することで対象軸５０の回転位置を検出することができる。例えば、対象軸５０とリテーナ１５との減速比が９：１の場合、対象軸５０の４回転半にわたる絶対回転位置が、リテーナ１５の半回転にわたる絶対回転角θを検出することで検出できる。例えば、自動車のステアリングホイールの回転可能範囲は４回転半乃至５回転程度であるから、ステアリングホイールを軸受する軸受部に本発明を適用し、対象軸５０とリテーナ１５との減速比が９：１あるは１０：１程度に設計すれば、４回転半乃至５回転程度のステアリングホイールの回転可能範囲全体を容易にアブソリュートで回転位置検出することができることになる。
【００２７】
図４に示した実施例と図５に示した実施例とを組み合わせることで、本発明の第５の実施例を構成することができる。すなわち、この第５の実施例に従う回転位置検出装置は、リテーナ１５に保持された複数個の転動体（ボール１４）を内輪１２と外輪１３との間に配置してなる転がり式の軸受１０において、外輪１３に固定されていて、その円周に沿い所定の間隔で複数の交流励磁極を配置してなる第１ステータ部３（図４）と、内輪１２に固定されていて、その円周に対して偏りを示すカム形状からなる第１磁気応答性カム部５（図４）とで構成される第１検出部を具備し、更に、外輪１３に固定されていて、リテーナ１５の移動軌跡がなす円周に沿い所定の間隔で複数の交流励磁極を配置してなる第２ステータ部４（図５）と、リテーナ１５に配置された第２磁気応答性カム部１５ａ又は１５ｂ（図５）とで構成される第２検出部を具備する。これにより、第１検出部（図５）により対象軸５０の１回転内の回転位置をアブソリュートで検出することができ、第２検出部により対象軸５０の多回転にわたる回転位置をアブソリュートで検出することができ、両者の組合せにより、多回転にわたる回転位置を高分解能かつアブソリュートに検出することができる。
【００２８】
上記各実施例においては、軸受において、内輪１２が動き、外輪１３が静止しているが、この逆であってもよい。その場合は、静止する内輪１２の方にステータ部１，２，３，４を固定するのは勿論である。
また、磁気応答性材質としては、磁性体に限らず、銅のような良導電体を用いてもよいし、あるいは磁性体と良導電体のハイブリッド構造を用いてもよい。軸受の転動体はボールに限らず、コロでもよい。
検出用のコイル構成は、上記実施例のような励磁コイルのインピーダンスを検出するタイプに限らず、１次コイルと２次コイルをペアで具備して誘導出力を２次コイルから取り出すようにしてもよい。
また、交流励磁法は、上記実施例のようなｓｉｎωｔで１相励磁するタイプに限らず、ｓｉｎωｔとｃｏｓωｔとで２相励磁するタイプでもよい。
交流励磁極の数は、上記実施例のような４極に限らず、２極（サインとコサイン）であってもよいし、３極、６極、８極等であってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上の通り、この発明によれば、軸受の転動体の変位を検出する構成を採用することで、簡易な構成の回転位置検出装置とすることができ、製造コストも安価で済む。また、転動体の位置変化に応じたインピーダンス変化を示す出力信号に基づき回転位置を検出する構成であるため、高い検出分解能でアブソリュート位置検出することも可能である。また、外輪と内輪にそれぞれ設けたステータ部と磁気応答性カム部との組合せにより、外輪と内輪との相対的回転位置を検出することで、軸受される対象軸の回転位置を検出することができ、この場合も、簡易な構成からなり、製造コストも安価で済む。また、リテーナにてその移動軌跡がなす円周に対して偏りを示すカム形状の磁気応答性カム部を形成し、リテーナに設けた磁気応答性カム部の回転をステータ部によって検出することで、簡易な構成の位置検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例を示す軸方向断面略図及び正面略図。
【図２】  本発明の各実施例に適用可能な検出用の回路の一例を示す回路図。
【図３】  本発明の第２の実施例を示す軸方向断面略図及び正面略図。
【図４】  本発明の第３の実施例を示す軸方向断面略図及び正面略図。
【図５】  本発明の第４の実施例を示す軸方向断面略図及び正面略図。
【符号の説明】
１，２，３，４  ステータ部
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ  交流励磁極
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４  コイル
１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄ，３ａ〜３ｄ，４ａ〜４ｄ  磁性体コア
１０，２０  軸受
１１  ボール（磁気応答性）
１４  ボール（磁気非応答性）
１２  内輪
１３  外輪
１５  リテーナ
５，１５ａ，１５ｂ  磁気応答性カム部
５０  軸受対象軸
【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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