JP2000055610A - ねじれ量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型かつシンプルな構造を持つと共に、全周
ににわたってねじれ量の検出が可能であり、また、微小
範囲でも高分解能でのねじれ量の検出を可能にする。 【解決手段】ねじれ量検出装置はトーションバーで結合
された入力軸と出力軸との間の相対回転量に基づいてト
ーションバーのねじれ量を検出する。１次巻線部は、入
力軸及び出力軸の周囲に設けられ、１相の交流信号によ
って励磁される。入力軸と出力軸にはそれぞれの軸に連
動して回転し、この回転によって所定の固定位置との間
で磁気結合の度合いが変化するように形成される磁気応
答部材を有する。入力側２次巻線部は１次巻線部の励磁
に応じて入力側の磁気結合部との相対的な位置関係にお
いてそれぞれサイン波形、マイナスサイン波形、コサイ
ン波形、マイナスコサイン波形を出力するように配置さ
れる。出力側２次巻線部は１次巻線部の励磁に応じて出
力側磁気結合部との相対的な位置関係において同様の波
形を出力するように配置される。回転量検出手段は入力
側及び出力側の２次巻線部からの出力に基づいて相対回
転量を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トーションバーで
結合された入力軸と出力軸との間の相対回転量、すなわ
ちトーションバーのねじれ量を検出するねじれ量検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】トーションバーで結合された入力軸と出
力軸との間の相対回転量（トーションバーのねじれ量）
を検出するものとしては、従来からよく知られたものと
して、入力軸と出力軸の両軸にレゾルバ装置を設け、こ
の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）を検出するものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来のねじれ量
検出装置は、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ければならず、装置全
体が大型化し、コスト的にも高価になるという欠点を有
する。また、トーションバー自体のねじれ量（相対回転
量）はさほど大きくはないが、トーションバーの使われ
る場所（部位）によってはねじれた状態を維持しながら
１回転するような構成になっているものもある。また、
１回転以上するようなトーションバーのねじれ量を検出
する場合、トーションバーの回転途中の時々においても
ねじれ量の微妙な変化を検出することができなければな
らない。このように１回転以上するようなトーションバ
ーのねじれ量を検出する場合にはトーションバーの回転
領域全般すなわちトーションバーの全周に渡ってねじれ
量を検出することができなければならない。従って、こ
のように全周に渡ってトーションバーのねじれ量を検出
する場合は、レゾルバ装置自体の高コスト化は避けられ
ないものであり、結果的にねじれ検出装置自体の高コス
ト化を招いていた。

【０００４】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、小型かつシンプルな構造を持つと共に、全周ににわ
たってねじれ量の検出が可能であり、また、微小範囲で
も高分解能でのねじれ量の検出が可能なねじれ量検出装
置を提供することを目的とするものである。

【０００５】また、製造が極めて容易になるようなシン
プルな構造を持つねじれ量検出装置を提供することを目
的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】出願時の請求項１に記載
された本発明に係るねじれ検出装置は、トーションバー
で結合された入力軸と出力軸との間の相対回転量に基づ
いて前記トーションバーのねじれ量を検出するねじれ量
検出装置において、前記入力軸及び前記出力軸の周囲に
設けられ、交流信号によって励磁される１次巻線部と、
前記入力軸に連動して回転し、この回転によって所定の
固定位置との間で磁気結合の度合いが変化するように形
成された磁気応答部材を有する入力側磁気結合部と、前
記出力軸に連動して回転し、この回転によって所定の固
定位置との間で磁気結合の度合いが変化するように形成
された磁気応答部材を有する出力側磁気結合部と、前記
１次巻線部の励磁に応じて前記入力側磁気結合部との相
対的な位置関係に応じた誘導出力交流信号を出力するよ
うに配置された入力側２次巻線部と、前記１次巻線部の
励磁に応じて前記出力側磁気結合部との相対的な位置関
係に応じた誘導出力交流信号を出力するように配置され
た出力側２次巻線部と、前記入力側及び出力側の２次巻
線部からの出力に基づいて前記相対回転量を検出する回
転量検出手段とを備えたものである。

【０００７】上記構成によれば、１相の交流信号によっ
て励磁する構成であるため、励磁回路の構成が簡単であ
るという利点を有する。また、入力側磁気結合部及び出
力側磁気結合部のそれぞれに磁気結合の度合いが変化す
るような磁気応答部材を設けているので、入力側２次巻
線部及び出力側２次巻線部のそれぞれから回転位置を検
出するために必要なサイン波形、マイナスサイン波形、
コサイン波形、マイナスコサイン波形を得ることがで
き、これに基づいて入力軸及び出力軸の回転位置を検出
し、それに基づいて両軸の相対回転量を検出することが
できる。

【０００８】出願時の請求項２に記載された本発明に係
るねじれ検出装置は、前記請求項１に記載のねじれ検出
装置の一実施態様として、前記入力側磁気結合部及び前
記出力側磁気結合部の磁気応答部材が回転軸方向に沿っ
て螺旋状に設けられた凸状帯部材からなり、前記入力側
２次巻線部及び前記出力側２次巻線部は前記トーション
バーの回転軸の方向に沿って直線的に配置されているも
のである。上述の構成によれば、磁気応答部材が回転軸
方向に沿って螺旋状に設けられているので、入力軸及び
出力軸の回転に応じて、磁気応答部材は回転軸方向に直
線移動しているのと等価の運動をする。従って、磁気応
答部材の直線移動を検出するために、入力側及び出力側
の２次巻線部を同じく回転軸方向に沿って直線的に配置
した。これによって、２次巻線の配置がシンプルになり
簡単に製造することができるようになる。

【０００９】出願時の請求項３に記載された本発明に係
るねじれ検出装置は、前記請求項１に記載のねじれ検出
装置の一実施態様として、前記入力側磁気結合部及び前
記出力側磁気結合部の磁気応答部材が回転方向に設けら
れた歯形状部材からなり、前記入力側２次巻線部及び前
記出力側２次巻線部は前記トーションバーの回転方向に
沿って配置されているものである。上述の構成によれ
ば、磁気応答部材は単純な歯形形状で形成でき、その周
囲に入力側及び出力側の２次巻線部を設けるだけでよく
簡単に製造できる。

【００１０】出願時の請求項４に記載された本発明に係
るねじれ検出装置は、前記請求項１に記載のねじれ検出
装置の一実施態様として、前記回転量検出手段が、前記
入力側２次巻線部からの出力に基づいて入力軸の回転位
置を検出する入力軸回転位置検出手段と、前記出力側２
次巻線部からの出力に基づいて出力軸の回転位置を検出
する出力軸回転位置検出手段と、前記入力軸回転位置検
出手段と前記出力軸回転位置検出手段との出力に基づい
て前記入力軸と前記出力軸との間の相対回転量を演算す
る第１の相対回転量演算手段と、前記入力軸と前記出力
軸との間の相対回転量がゼロの場合における前記第１の
相対回転量演算手段から出力される演算値を初期回転量
として記憶する記憶手段と、前記第１の相対回転量演算
手段から出力される演算値から前記記憶手段に記憶され
ている前記初期回転量を減算したものを前記入力軸と前
記出力軸との間の実際の相対回転量として出力する第２
の相対回転量演算手段とから構成したものである。上述
の構成によれば、入力軸の回転位置を検出する手段と、
出力軸の回転位置を検出する手段との間で予め原点合わ
せを行わなくても、トーションバーがねじれていない状
態における初期回転量を予め記憶しているので、それに
基づいてねじれた場合における両軸の相対回転量を検出
することができる。

【００１１】出願時の請求項５に記載された本発明に係
るねじれ検出装置は、前記請求項１に記載のねじれ検出
装置の一実施態様として、前記入力側２次巻線部及び前
記出力側２次巻線部から出力される誘導出力交流信号
が、サイン関数、コサイン関数、マイナス・サイン関
数、マイナスコサイン関数にそれぞれ相当するものであ
る。上記構成によれば、従来から知られているレゾルバ
において得られたと同様の２つの出力交流信号（サイン
出力とコサイン出力）を得ることができる。

【００１２】

【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はこの発明の一
実施の形態に係るねじれ検出装置の一部断面構造を示す
図である。図２は図１のねじれ検出装置のＹ−Ｙ線にお
ける断面図である。図３は可変磁気結合部２０Ａと２次
巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４との位置関係を示す展開図であ
る。図１に示されたねじれ検出装置は、巻線部１０と、
トーションバー２に結合された入力軸２Ａ及び出力軸２
Ｂの一部に形成された入力側可変磁気結合部２０Ａと出
力側可変磁気結合部２０Ｂとを含んで構成されるもので
ある。入力軸２Ａ及び出力軸２Ｂはそれぞれ機械系（図
示せず）に連結されており、入力軸２Ａ側の機械系のト
ルクの変化に連動して出力軸２Ｂは回転する。このと
き、そのトルクの大きさに応じて入力軸２Ａと出力軸２
Ｂとの間にねじれが生じる。このねじれによって、入力
軸２Ａと出力軸２Ｂとの間に回転誤差が生じる。巻線部
１０は入力軸２Ａ及び出力軸２Ｂの回転に影響されない
ような適当な箇所に固定されている。このようにして可
変磁気結合部２０Ａ及び２０Ｂがトーションバー２のね
じれに連動して巻線部１０に対してそれぞれ相対的に回
転変位する。要するに、このねじれ検出装置において
は、巻線部１０に対する可変磁気結合部２０Ａ及び２０
Ｂの相対的な回転位置をそれぞれ検出し、両軸の回転位
置に基づいて入力軸２Ａと出力軸２Ｂとを結合するトー
ションバー２のねじれ量を検出するものである。

【００１３】巻線部１０は、トーションバー２の可変磁
気結合部２０Ａ及び２０Ｂを覆うように設けられた円筒
状の１次巻線部ＰＷと、この１次巻線部ＰＷの内周面側
であってトーションバー２の軸方向に沿って直線状に設
けられた複数の２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ８とを含んで構
成される。２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４はトーションバー
２の入力軸２Ａの回転位置検出用の巻線であり、４つの
極１１〜１４にそれぞれ巻き回されている。２次巻線部
ＳＷ５〜ＳＷ８は出力軸２Ｂの回転位置検出用の巻線で
あり、４つの極１５〜１８にそれぞれ巻き回されてい
る。各極１１〜１８の鉄心は共通の基部ＢＳに固定さ
れ、所定の相互配置関係となるように固定されている。
なお、１次巻線部ＰＷは、２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ８に
共通のものが１つ設けられ、それが１相の交流信号によ
って励磁されているが、１次巻線部を２次巻線部ＳＷ１
〜ＰＷ８の各極１１〜１８毎に設けてもよい。なお、２
次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４と可変磁気結合部２０Ａ、２次
巻線部ＳＷ５〜ＳＷ８と可変磁気結合部２０Ｂとの構成
は同じなので、以下、２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４と可変
磁気結合部２０Ａの構成を説明し、２次巻線部ＳＷ５〜
ＳＷ８と可変磁気結合部２０Ｂの構成については省略す
る。

【００１４】図１及び図２から明らかなように可変磁気
結合部２０Ａは、鉄等の磁性体からなる４つの凸状帯Ｓ
Ｐ１〜ＳＰ４をトーションバー２の軸方向に沿って螺旋
状に形成してなるものである。この凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ
４はそれぞれ回転方向に９０度間隔で配置されている。
このような磁性体の螺旋状の凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ４は、
薄い金属帯板によって形成することができるので、入力
軸２Ａの外周面に沿ってその金属帯板を螺旋状に巻き回
して形成してもよい。なお、図では、凸状帯ＳＰ１〜Ｓ
Ｐ４はある程度の厚みを有し、円筒状に構成されてい
る。

【００１５】すなわち、可変磁気結合部２０Ａは、基部
である入力軸２Ａに対して、所定の磁気応答特性を有す
る磁気応答部材（凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ４）が入力軸２Ａ
の回転方向（円周方向）に沿って所定のピッチＰで繰り
返し設けられたもので構成されていればよい。図１及び
図２の実施の形態では、入力軸２Ａの４分の１回転を１
ピッチとして磁気応答部材（凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ４）が
設けられている。各極１１〜１４の鉄心コアの先端は、
ギャップを介して凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ４に非接触ではあ
るが磁気的に結合しており、各極１１〜１４の他端は、
共通の磁性体基部ＢＳに固定されて所定の相互配置関係
に固定されると共に磁気回路が形成されている。

【００１６】可変磁気結合部２０Ａの磁気応答部材（凸
状帯ＳＰ１〜ＳＰ４）としては、鉄又はニッケルなどの
ような磁性体、あるいは銅又はアルミニウムなどのよう
な非磁の導電体とすることによって、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ので、そのように適宜の材質を用
いて構成すればよい。すなわち、磁気応答部材（凸状帯
ＳＰ１〜ＳＰ４）が存在する箇所とそうでない箇所との
間で、２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４に及ぼす磁気的応答特
性が異なるようになっていればよい。また、入力軸２Ａ
に対する磁気応答部材（凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ４）の形成
方法も、貼り付け、接着、かしめ止め、切削、めっき、
蒸着、焼き付けなどの適宜の手法を用いてもよいことは
いうまでもない。

【００１７】なお、図１及び図２においては、図示の都
合上、凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ４の形状や螺旋ピッチ及び２
次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４の各極１１〜１４の配置は、正
確には図示されていず、単に例示的に示されているだけ
である。理想とする、正確な配置や形状については、図
３に基づいて説明する。図３は、凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ４
を有する入力軸２Ａの回転動作に対する２次巻線部ＳＷ
１〜ＳＷ４の相対的な位置関係を展開して示すものであ
る。

【００１８】入力軸２Ａが０度から９０度までＣＣＷ方
向に回転すると、凸状帯ＳＰ１は、図の実線ＳＰＡの位
置から２点鎖線ＳＰＢで示す位置まで横向きに動くこと
に相当する。つまり、実線ＳＰＡの点ｊ０は２点鎖線Ｓ
ＰＢの点ｋ０へ、実線ＳＰＡの点ｊ１は２点鎖線ＳＰＢ
の点ｋ１へと右横方向に移動したことになる。一方、凸
状帯ＳＰ１からなる磁気応答部材の磁気的性質のみに着
目すると、凸状帯ＳＰ１はその螺旋形状故に、下向き矢
印ｘに示す方向に直線移動したのと等価である。つま
り、実線ＳＰＡの点ｊ０が２点鎖線ＳＰＢの点ｋ１へと
下向きに直線移動したのと等価的な動きを示す。また、
入力軸２Ａが逆方向に回転するときは上向きに直線移動
したのと等価的な動きを示す。

【００１９】例えば、図１及び図２のねじれ検出装置の
場合は、０°から９０°までの検出角度範囲に対応する
横幅（実線ＳＰＡの点ｊ０から２点鎖線ＳＰＢのｋ０点
までの凸状帯ＳＰ１の表面の回転軌跡の長さ）をＷとす
ると、凸状帯ＳＰ１の横方向の幅（回転方向についての
幅）は略Ｗ／２程度となるようにする。凸状帯ＳＰ１の
スクリューピッチは適宜設定してよい。設定したスクリ
ューピッチに応じて凸状帯ＳＰ１の縦方向（見かけ上の
直線変位方向）の幅Ｐ／２が定まる。横方向（回転方
向）の移動量Ｗに対応する縦方向（直線方向）の見かけ
上の移動量Ｐは、凸状帯ＳＰ１の縦方向（見かけ上の直
線変位方向）の幅Ｐ／２の略２倍となる。従って、この
縦方向についての見かけ上の移動量Ｐを１ピッチとし
て、本発明による検出原理に従って該１ピッチの範囲の
直線位置をアブソリュートで検出するように、２次巻線
部ＳＷ１〜ＳＷ４の各極１１〜１４を配置すればよい。

【００２０】検出対象たる入力軸２Ａの回転位置の変化
に応じて、可変磁気結合部２０Ａの磁気応答部材（凸状
帯ＳＰ１〜ＳＰ４）の２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４に対す
る相対位置が変化することにより、１次巻線部ＰＷと各
２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４との間の磁気結合が変化す
る。これにより、入力軸２Ａの回転運動に応じて振幅変
調された誘導出力交流信号が、各２次巻線部ＳＷ１〜Ｓ
Ｗ４の配置のずれに応じて異なる振幅関数特性で、各２
次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４に誘起される。各２次巻線部Ｓ
Ｗ１〜ＳＷ４に誘起される各誘導出力交流信号は、１次
巻線部ＰＷが１相の交流信号によって励磁されるが故
に、その電気的位相が同相であり、その振幅関数が磁気
応答部材２２の繰り返しピッチの１ピッチＰに相当する
変位量を１サイクルとして周期的にそれぞれ変化する。

【００２１】４つの２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４は、凸状
帯ＳＰ１の磁気応答部材の繰り返しピッチの１ピッチＰ
の範囲内において所定の間隔で配置され、各２次巻線部
ＳＷ１〜ＳＷ４に生じる誘導出力交流信号の振幅関数
が、所望の特性を示すように設定されている。例えば、
レゾルバタイプの位置検出装置として構成する場合は、
各２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４に生じる誘導出力交流信号
の振幅関数が、サイン関数、コサイン関数、マイナス・
サイン関数、マイナス・コサイン関数、にそれぞれ相当
するように設定する。例えば、図１に示されるように、
１ピッチＰの範囲を４分割し、Ｐ／４づつずれた各分割
位置に各極１１〜１４を配列する。これにより、各２次
巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４に生じる誘導出力交流信号の振幅
関数が、サイン（ｓｉｎ）関数、コサイン（ｃｏｓ）関
数、マイナス・サイン（−ｓｉｎ）関数、マイナス・コ
サイン（−ｃｏｓ）関数、にそれぞれ相当するように設
定することができる。勿論、種々の条件によって、各巻
線の配置は微妙に変わり得るので、希望の関数特性が得
られるように各巻線配置を適宜調整したり、あるいは２
次出力レベルを電気的増幅によって調整して、希望の振
幅関数特性が最終的に得られるようにする。

【００２２】例えば、２次巻線部ＳＷ１の出力がサイン
関数（図でｓを付記する）に対応するとすると、これに
対してＰ／２だけずれて配置された２次巻線部ＳＷ３の
出力はマイナス・サイン関数（図で／ｓ（ｓバー）を付
記する）に対応し、この両者の出力を差動的に合成する
ことによりサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流
信号が得られる。また、サイン関数出力に対応する２次
巻線部ＳＷ１からＰ／４ずれて配置された２次巻線部Ｓ
Ｗ２の出力はコサイン関数（図でｃを付記する）に対応
する。２次巻線部ＳＷ２に対してＰ／２だけずれて配置
された２次巻線部ＳＷ４の出力はマイナス・コサイン関
数（図で／ｃ（ｃバー）を付記する）に対応する。この
両者の出力を差動的に合成することによりコサイン関数
の振幅関数を持つ第２の出力交流信号が得られる。な
お、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）」で記載するが、これは、図中の
バー記号に対応している。すなわち、凸状帯ＳＰ１の見
かけ上のｘ方向の直線変位に応じて、各極１１〜１４の
磁極端部と磁性体凸状帯ＳＰ１との対向ギャップ又は面
積が変化して、サイン関数（ｓ）またはコサイン関数
（ｃ）、マイナス・サイン関数（／ｓ）、マイナス・コ
サイン関数（／ｃ）の磁気結合変化特性をそれぞれ示す
ような箇所を選定して、各極１１〜１４を配置する。

【００２３】図４は１次巻線部ＰＷと２次巻線部ＳＷ１
〜ＳＷ４の巻線回路図である。１次巻線部ＰＷには励磁
交流信号（説明の便宜上、ｓｉｎωｔで示す）が印加さ
れる。この１次巻線部ＰＷの励磁に応じて、可変磁気結
合部２０Ａの磁気応答部材（凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ４）と
２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４との相対的位置に応じた振幅
値を持つ交流信号が各２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４に誘導
される。夫々の誘導電圧レベルは入力軸２Ａの回転位置
θａに対応して２相の関数特性ｓｉｎθ，ｃｏｓθ及び
その逆相の関数特性−ｓｉｎθ，−ｃｏｓθを示す。す
なわち、各２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４の誘導出力信号
は、入力軸２Ａの回転角度θａに対応して２相の関数特
性ｓｉｎθ，ｃｏｓθ及びその逆相の関数特性−ｓｉｎ
θ，−ｃｏｓθで振幅変調された状態で夫々出力され
る。凸状帯ＳＰ１の縦方向についての見かけ上の移動量
Ｐを１ピッチとして、該１ピッチにつき０度から３６０
度までの１回転分の角度θの変化を示す振幅関数特性で
２次巻線から出力信号が得られる。すなわち、極１１，
１３の２次巻線部ＳＷ１及びＳＷ３の合成出力としてサ
イン振幅特性の出力交流信号Ａ＝ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ
を得ることができ、また、極１２，１４の２次巻線部Ｓ
Ｗ２及びＳＷ４の合成出力としてコサイン振幅特性の出
力交流信号Ｂ＝ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔを得ることができ
る。

【００２４】なお、θは入力軸２Ａに形成された凸状帯
ＳＰ１〜ＳＰ４の数Ｎと、トーションバー２の実際の回
転角度θａとによって決定される。例えば、θ＝Ｎ×θ
ａのような関係である。説明の便宜上、巻線の巻数等、
その他の条件に従う係数は省略し、２次巻線部ＳＷ１を
サイン相として、その出力信号を「ｓｉｎθ・ｓｉｎω
ｔ」で示し、２次巻線部ＳＷ２をコサイン相として、そ
の出力信号を「ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ」で示す。また、
２次巻線部ＳＷ３をマイナス・サイン相として、その出
力信号を「−ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ」で示し、２次巻線
部ＳＷ４をマイナス・コサイン相として、その出力信号
を「−ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ」で示す。サイン相とマイ
ナス・サイン相の誘導出力を差動的に合成することによ
りサイン関数の振幅関数を持つ第１の出力交流信号（２
ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ）が得られる。また、コサイン相
とマイナス・コサイン相の誘導出力を差動的に合成する
ことによりコサイン関数の振幅関数を持つ第２の出力交
流信号（２ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）が得られる。なお、
表現の簡略化のために、係数「２」を省略して、以下で
は、第１の出力交流信号を「ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ」で
表わし、第２の出力交流信号を「ｃｏｓθ・ｓｉｎω
ｔ」で表わす。

【００２５】こうして、入力軸２Ａの回転角度θａに対
応する第１の関数値ｓｉｎθを振幅値として持つ第１の
出力交流信号Ａ＝ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔと、同じ入力軸
２Ａの回転角度θａに対応する第２の関数値ｃｏｓθを
振幅値として持つ第２の出力交流信号Ｂ＝ｃｏｓθ・ｓ
ｉｎωｔとが出力される。このような巻線構成によれ
ば、回転型位置検出装置として従来から知られているレ
ゾルバにおいて得られるのと同様の、同相交流であって
２相の振幅関数を持つ２つの出力交流信号（サイン出力
とコサイン出力）を得ることができる。従って、本発明
のねじれ検出装置において得られる２相の出力交流信号
（Ａ＝ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔとＢ＝ｃｏｓθ・ｓｉｎω
ｔ）は、従来知られたレゾルバの出力と同様の使い方を
することができる。これによって、入力軸２Ａの回転角
度θａを検出することができる。また、同様にして出力
軸２Ｂの回転角度も検出することができる。この両者の
回転角度の差分を取ることによって、トーションバー２
のねじれ量、すなわち入力軸２Ａと出力軸２Ｂの相対回
転量を検出することができる。

【００２６】図５は２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４を有する
極１１〜１４の配置の変形例を示す図である。図１及び
図２では、各極１１〜１４はトーションバー２の軸方向
に沿って直線状に配置してあるが、図５では、２次巻線
部ＳＷ１〜ＳＷ４を有する各極１１〜１４を回転方向、
すなわち円筒状の１次巻線部ＰＷの内周面に沿って配置
してある。各２次巻線ＳＷ１〜ＳＷ４と入力軸２Ａの可
可変磁気結合部２０Ａの磁気応答部材（凸状帯ＳＰ１〜
ＳＰ４）との相対的位置の関係は、図４と同じように配
置されている。これによって、ねじれ検出装置のトーシ
ョンバー２の軸方向における長さを短くでき、設置容積
を縮小することができる。なお、２次巻線部ＳＷ１〜Ｓ
Ｗ４を有する各極１１〜１４を図５のように配置するこ
とによって、可変磁気結合部２０Ａの磁気応答部材（凸
状帯）の形状を螺旋状にしなくても、単なる歯車状にす
ればよいため、磁気応答部材の形成が簡単になる。

【００２７】図６は、磁気応答部材（凸状帯）の形状を
図５の４倍の１６歯数にした場合における２次巻線部Ｓ
Ｗ１〜ＳＷ４の配置例を示す図である。図から明らかな
ように、歯数に合わせて各極１１〜１４の鉄心の形状も
歯型状にする方が好ましい。図６のようなねじれ検出装
置の場合、凸状帯すなわち歯の数Ｎが１６なので、図１
や図５の場合の４倍の精度で回転位置を検出することが
できるという効果がある。

【００２８】なお、図示した４つの極１１〜１４のみな
らず、各極の誘導出力電圧が所定のサイン又はコサイン
関数で得られるように補助的な巻線を含む補助極を適宜
設定するように設計してよい。

【００２９】上述の通り、本発明に係るねじれ検出装置
によれば、回転型レゾルバと同様の２相の出力交流信号
（Ａ＝ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔとＢ＝ｃｏｓθ・ｓｉｎω
ｔ）を２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４から出力することがで
きるので、適切なディジタル位相検出回路を適用して、
前記サイン関数ｓｉｎθとコサイン関数ｃｏｓθの位相
値θをディジタル位相検出によって検出し、これに基づ
き入力軸２Ａの回転位置θａを得るようにすることがで
きる。出力軸２Ｂについても同様に回転位置θｂを得る
ことができる。

【００３０】このようにして求められた回転位置θａ及
びθｂに基づいて、トーションバー２のねじれ量すなわ
ち相対回転量を算出する。図７は、トーションバー２の
ねじれ量（すなわち入力軸２Ａと出力軸２Ｂとの間の相
対回転量）を算出する回路構成の一実施の形態を示す図
である。図８は、入力軸２Ａの回転位置θａと出力軸２
Ｂの回転位置θｂとの関係を示す図であり、図８（Ａ）
は正転時、図８（Ｂ）は停止時、図８（Ｃ）は逆転時を
示す。

【００３１】入力軸位相検出回路７１は図１の２次巻線
部ＳＷ１〜ＳＷ４からの出力を取り込み、それに基づい
て入力軸２Ａの回転位置θａを出力する。出力軸位相検
出回路７２は図１の２次巻線部ＳＷ５〜ＳＷ８からの出
力を取り込み、それに基づいて出力軸２Ｂの回転位置θ
ｂを出力する。なお、この入力軸位相検出回路７１及び
出力軸位相検出回路７２は従来公知のディジタル位相検
出回路を用いて構成してもよいが、この実施の形態で
は、本願発明者等が先に出願した特願平８−２９９７８
１号（特開平９−１２６８０９号公報）に記載のものを
用いる。

【００３２】第１相対回転量検出回路７３は入力軸位相
検出回路７１及び出力軸位相検出回路７２からの回転位
置θａ及びθｂを入力し、両者の差分を取り、それを入
力軸２Ａと出力軸２Ｂとの間の相対回転量すなわちトー
ションバー２のねじれ量θｃとして出力する。図８
（Ｂ）は、トーションバー２がねじられておらず、入力
軸２Ａ及び出力軸２Ｂが共に停止状態にある場合（以下
これを停止時とする）における入力軸２Ａの回転位置θ
ａと出力軸２Ｂの回転位置θｂとの関係を示すものであ
る。本来、入力軸２Ａの可変磁気結合部２０Ａの磁気結
合部である凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ４と２次巻線部ＳＷ１〜
ＳＷ４との相対的な位置関係と、出力軸２Ｂの可変磁気
結合部２０Ｂの磁気結合部である凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ４
と２次巻線部ＳＷ５〜ＳＷ８との相対的な位置関係とが
全く同じ場合、すなわち原点合わせした状態では、停止
時における入力軸２Ａの回転位置θａと出力軸２Ｂの回
転位置θｂとは同じ値であり、そのねじれ量θｃも０°
である。従って、このように原点合わせを行った場合に
は、第１相対回転量検出回路７３からの出力がそのまま
入力軸２Ａと出力軸２Ｂの相対回転量すなわちトーショ
ンバー２のねじれ量θとなる。

【００３３】しかしながら、このような原点合わせを行
うことは、製造過程において非常に困難かつ面倒な作業
を伴うため極力避けたい。そこで、この実施の形態で
は、速度検出回路７４及び初期回転量記憶手段７５を用
いて、停止時における相対回転量θｉを事前に記憶して
おき、原点合わせを行わないで両軸２Ａ及び２Ｂの相対
回転量（ねじれ量θ）を得られるようにした。原点合わ
せを行わない場合には、両軸２Ａ及び２Ｂが停止時で
も、図８（Ｂ）のように入力軸２Ａの回転位置θａと出
力軸２Ｂの回転位置θｂは互いに異なる値となり、両軸
２Ａ及び２Ｂの間には相対回転量θｉが存在する。そし
て、入力軸２Ａが正転し、トーションバー２にねじれが
生じると、両軸２Ａ及び２Ｂの回転位置θａ及びθｂは
図８（Ａ）のようになり、両軸の相対回転量θｃはθｉ
よりも大きい値θｐとなる。逆に、入力軸２Ａが逆転
し、トーションバー２に逆方向のねじれが生じると、両
軸２Ａ及び２Ｂの回転位置θａ及びθｂは図８（Ｃ）の
ようになり、両軸の相対回転量θｃはθｉよりも小さい
値θｎとなる。図１のように凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ４が４
つの場合には、図８の鋸歯状の回転位置波形が４個分で
入力軸２Ａ及び出力軸２Ｂが１回転したことになる。

【００３４】速度検出回路７４は、入力軸位相検出回路
７１及び出力軸位相検出回路７２からの回転位置θａ及
びθｂに基づいて両軸の回転速度を検出する。初期回転
量記憶手段７５は、速度検出回路７４で検出された両軸
２Ａ及び２Ｂの回転速度が所定時間以上ゼロの状態にあ
るかどうか、すなわち両軸２Ａ及び２Ｂが停止状態にあ
るかどうかを判断して、停止状態にあると判断した場合
には、第１相対回転量演算手段７３からの相対回転量θ
ｃを初期回転量θｉとして記憶しておく。第２相対回転
量演算手段７６は、第１相対回転量演算手段７３の相対
回転量θｃから初期回転量記憶手段７５の初期回転量θ
ｉを減算し、それを両軸２Ａ及び２Ｂの相対回転量θと
して出力する。なお、ここでは、速度検出回路７４によ
って初期回転量θｉを記憶する場合について説明した
が、ねじれ検出装置装着時や電源投入時に初期回転量θ
ｉを記憶するようにしてもよいし、操作者が停止状態に
あると判断した時点で設定操作することによって初期回
転量θｉを初期回転量記憶手段７５に記憶するようにし
てもよい。

【００３５】なお、上述の実施の形態では、１次巻線部
を入力軸及び出力軸に対して１つ設ける場合について説
明したが、別々に設けてもよいことはいうまでもない。
これによって、入力軸側と出力軸側とでねじれ検出装置
を分割して設けてもよい。また、図１では、２次巻線部
を一列だけ設ける場合について説明したが、これを１次
巻線部ＰＷ内に複数列（回転角度で９０°毎）設けても
よい。これによって、２次巻線部からの出力レベルを大
きくすることができる。また、１次巻線を２次巻線の各
極に巻き回すようにしてもよい。これによって、図１の
ような螺旋状の凸状帯ＳＰ１〜ＳＰ４を有する可変磁気
結合部に対しては１次巻線部及び２次巻線部が直線状に
設けられたねじり検出装置を可変磁気結合部の側面に設
置するだけでよくなる。上述の実施の形態では、凸状帯
と凸状帯との間には非磁性体を設けているが、この部分
に銅などの導電対を設け、うず電流による磁気抵抗効果
を利用してもよい。これによって、２次巻線部に発生す
る出力波形のレベル差が大きくなり、位置検出精度が向
上する。

【００３６】図９及び図１０は、本発明に係るねじれ検
出装置の具体的構成例を示す図であり、図９はその具体
例に係るねじれ検出装置の一部断面構造を示す図であ
る。図１０は図９のねじれ検出装置のＺ−Ｚ線における
断面図である。この実施の形態では、図５及び図６のよ
うに２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４を有する各極１１〜１４
を円周状に配置するとともに、各極１１〜１４を回転角
度９０°毎に配置している。すなわち、図５及び図６で
は、各極１１〜１４を入力軸２Ａの可変磁気結合部２０
Ａの形状に合わせてそれぞれの極１１〜１４をサイン関
数、コサイン関数、マイナス・サイン関数、マイナス・
コサイン関数、にそれぞれ相当するように配置していた
が、図９及び図１０では、極１１〜１４の形状に合わせ
て、可変磁気結合部２０Ａの歯数を決定している。すな
わち、極１１〜１４の一つの歯が円周方向に渡って存在
する場合の総歯数をＴ個とすると、可変磁気結合部２０
Ａの歯数はそれよりれ一つ少ないＴ−１個にすることに
よって、極１１〜１４を図９及び図１０のように９０°
毎に配置することができる。なお、図９及び図１０では
図示ような４極分の歯形を有する珪素鋼板を複数枚重合
わせることによって２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４用の鉄心
コア３Ａ及び３Ｂを形成している。図９及び図１０のね
じれ検出装置では、円筒状の１次巻線部ＰＷ２を図のよ
うに入力側の鉄心コア３Ａと出力側の鉄心コア３Ｂとの
間に設け、さらにその両側に１次巻線部ＰＷ１及びＰＷ
３を設けている。これによって、１次巻線部ＰＷ１〜Ｐ
Ｗ３と可変磁気結合部２０Ａ及び２０Ｂとの間の磁気的
結合力は大きくなり、２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ４からの
出力信号のダイナミックレンジを大きくなる。

【００３７】ステータケース６は、鉄心コア３Ａ及び３
Ｂを保持するために内径の異なる段差を有する。シール
蓋４Ａ，４Ｂはステータケース６の内周面に沿って設け
られたメネジ部分にねじこまれるオスネジ部分を有し、
そこにねじこまれることによって鉄心コア３Ａ，３Ｂ、
１次巻線部ＰＷ１〜ＰＷ３を保持するような構成になっ
ている。図９及び図１０の可変磁気結合部２０Ａ及び２
０Ｂは、極１１〜１４（１５〜１８）に対向する部分は
歯形状になっているが、１次巻線部ＰＷ１及びＰＷ３の
対向する箇所には円筒状の溝を有し、さらにシール蓋４
Ａ及び４Ｂに対向する箇所は円筒状になっている。これ
によって、各極１１〜１４、可変磁気結合部２０Ａ、シ
ール蓋４Ａ及びステータケース６によって磁気回路が形
成される。同様に、各極１５〜１８、可変磁気結合部２
０Ｂ、シール蓋４Ｂ及びステータケース６によっても磁
気回路が形成される。

【００３８】ステータケース６の両側にはＺ−Ｚ方向か
ら見た形状が正方形のハウジングケース５Ａ及び５Ｂが
設けられている。そして、この両側のハウジングケース
５Ａ及び５Ｂはコネクトバー８１〜８４によって結合さ
れている。なお、このハウジングケース５Ａ及び５Ｂ、
ステータケース６、並びにこのステータケースに取り付
けられた各部品に対して入力軸２Ａ及び出力軸２Ｂは回
転自在に取り付けられなければならない。この実施の形
態では、ハウジングケース５Ａ及び５Ｂは、その両側に
設けられた単列深溝玉軸受け７Ａ及び７Ｂを介して入力
軸２Ａ及び出力軸２Ｂに回転自在となるように結合され
ている。

【００３９】なお、１次巻線部ＰＷ１〜ＰＷ３を図１の
ように２次巻線部ＳＷ１〜ＳＷ８の外周に設けてもよい
ことはいうまでもない。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、ねじれ検出装置の構造
を小型かつシンプルにすることができ、トーションバー
の回転に応じて全周ににわたってねじれ量の検出が可能
であり、さらに、微小範囲でも高分解能でねじれ量を検
出することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施の形態に係るねじれ検出装
置の一部断面構造を示す図である。

【図２】 図１のねじれ検出装置のＹ−Ｙ線における断
面図である。

【図３】 図１のねじれ検出装置の可変磁気結合部と２
次巻線部との位置関係を示す展開図である。

【図４】 図１の１次巻線部と２次巻線部の巻線回路図
である。

【図５】 ２次巻線部を有する各極を円周方向に配置し
た場合の第１の変形例を示す図である。

【図６】 ２次巻線部を有する各極を円周方向に配置し
た場合の第２の変形例を示す図である。

【図７】 トーションバーのねじれ量（入力軸と出力軸
との間の相対回転量）を算出する回路構成の一実施の形
態を示す図である。

【図８】 入力軸の回転位置と出力軸の回転位置との関
係を、正転時、停止時、逆転時のそれぞれの場合で示す
図である。

【図９】 この発明の別の実施の形態に係るねじれ検出
装置の一部断面構造を示す図である。

【図１０】 図９のねじれ検出装置のＺ−Ｚ線における
断面図である。

【符号の説明】

１０ 巻線部 ＰＷ，ＰＷ１〜ＰＷ３…１次巻線部 ＳＷ１〜ＳＷ８…２次巻線部 １１〜１８…極 ２…トーションバー ２Ａ…入力軸 ２Ｂ…出力軸 ２０Ａ…入力側可変磁気結合部 ２０Ｂ…出力側可変磁気結合部 ＳＰ１〜ＳＰ４…凸状帯 ３Ａ，３Ｂ…鉄心コア ４Ａ，４Ｂ…シール蓋 ５Ａ，５Ｂ…ハウジングケース ６…ステータケース ７Ａ，７Ｂ…単列深溝玉軸受け ８１〜８４…コネクトバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA34 AA35 BB05 BC03 BD16 CA09 DA01 DA04 DB07 DC08 DD03 GA34 GA48 LA01 LA23 LA29 2F077 AA25 PP06 PP26 QQ05 TT21 TT35 TT66

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トーションバーで結合された入力軸と出
   力軸との間の相対回転量に基づいて前記トーションバー
   のねじれ量を検出するねじれ量検出装置において、 前記入力軸及び前記出力軸の周囲に設けられ、交流信号
   によって励磁される１次巻線部と、 前記入力軸に連動して回転し、この回転によって所定の
   固定位置との間で磁気結合の度合いが変化するように形
   成された磁気応答部材を有する入力側磁気結合部と、 前記出力軸に連動して回転し、この回転によって所定の
   固定位置との間で磁気結合の度合いが変化するように形
   成された磁気応答部材を有する出力側磁気結合部と、 前記１次巻線部の励磁に応じて前記入力側磁気結合部と
   の相対的な位置関係に応じた誘導出力交流信号を出力す
   るように配置された入力側２次巻線部と、 前記１次巻線部の励磁に応じて前記出力側磁気結合部と
   の相対的な位置関係に応じた誘導出力交流信号を出力す
   るように配置された出力側２次巻線部と、 前記入力側及び出力側の２次巻線部からの出力に基づい
   て前記相対回転量を検出する回転量検出手段とを備えた
   ことを特徴とするねじれ検出装置。
2. 【請求項２】 前記入力側磁気結合部及び前記出力側磁
   気結合部の磁気応答部材は回転軸方向に沿って螺旋状に
   設けられた凸状帯部材からなり、前記入力側２次巻線部
   及び前記出力側２次巻線部は前記トーションバーの回転
   軸の方向に沿って直線的に配置されていることを特徴と
   する請求項１に記載のねじれ検出装置。
3. 【請求項３】 前記入力側磁気結合部及び前記出力側磁
   気結合部の磁気応答部材は回転方向に設けられた歯形状
   部材からなり、前記入力側２次巻線部及び前記出力側２
   次巻線部は前記トーションバーの回転方向に沿って配置
   されていることを特徴とする請求項１に記載のねじれ検
   出装置。
4. 【請求項４】 前記回転量検出手段は、 前記入力側２次巻線部からの出力に基づいて入力軸の回
   転位置を検出する入力軸回転位置検出手段と、 前記出力側２次巻線部からの出力に基づいて出力軸の回
   転位置を検出する出力軸回転位置検出手段と、 前記入力軸回転位置検出手段と前記出力軸回転位置検出
   手段との出力に基づいて前記入力軸と前記出力軸との間
   の相対回転量を演算する第１の相対回転量演算手段と、 前記入力軸と前記出力軸との間の相対回転量がゼロの場
   合における前記第１の相対回転量演算手段から出力され
   る演算値を初期回転量として記憶する記憶手段と、 前記第１の相対回転量演算手段から出力される演算値か
   ら前記記憶手段に記憶されている前記初期回転量を減算
   したものを前記入力軸と前記出力軸との間の実際の相対
   回転量として出力する第２の相対回転量演算手段とから
   構成されることを特徴とする請求項１に記載のねじれ検
   出装置。
5. 【請求項５】 前記入力側２次巻線部及び前記出力側２
   次巻線部から出力される誘導出力交流信号は、サイン関
   数、コサイン関数、マイナス・サイン関数、マイナスコ
   サイン関数にそれぞれ相当することを特徴とする請求項
   １に記載のねじれ検出装置。