JP2001099729A

JP2001099729A - 回転角およびトルク検出装置

Info

Publication number: JP2001099729A
Application number: JP26898199A
Authority: JP
Inventors: Shigejirou Shimizu; 茂治郎清水; Satomi Ikegami; 里美池上
Original assignee: Macome Corp
Current assignee: Macome Corp
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2001-04-13
Also published as: EP1070654A2; EP1070654A3

Abstract

(57)【要約】【課題】非接触で回転角およびトルク検出が可能で、
振動がある場所で、しかも油、水または埃等があり、な
おかつ高温環境においても長寿命で安定した検出が可能
な回転角およびトルク検出装置を提案する。【解決手段】回転角およびトルク検出装置は、シャフ
ト１の回転が伝達される回転角検出用傾斜リング状発磁
体６と、回転による磁束の変化を検出する回転角検出用
センサヘッド部７と、シャフト１のねじれをシャフト１
の回転方向と一致する直線変位に変換する円筒カム機構
５、１２と、直動従節筒１２の変位が伝達されるトルク
検出用リング状発磁体１１と、変位による磁束の変化を
検出するトルク検出用センサヘッド部１０と、これらを
共に収納してシャフト１が内部を貫通するケース９とを
備え、安定した検出ができ、小型化かつ簡単化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転角およびトル
ク検出装置に関するもので、自動車、船等において、シ
ャフトの回転を利用して操舵力を伝達する装置に適用す
ることができる。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転角およびトルク検出用センサ
としては、接触式ポテンショメータを３個組み合わせた
ものが知られている。この回転角およびトルク検出用セ
ンサでは、回転検出用に２個の接触式ポテンショメータ
を、トルク検出用に１個の接触式ポテンショメータを用
いている。回転検出用信号は三角波として取り出し、ま
た、トルク検出用の接触式ポテンショメータはそれ自体
回転する構造のため、トルク検出用信号はスリップリン
グを介して取り出していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の回転角
およびトルク検出用センサでは、接触式ポテンショメー
タにおいて接触式の可変抵抗器を用いていたため、接点
の磨耗により寿命が短く信頼性に欠けるという不都合が
あり、特に、シャフトの回転を利用して操舵力を伝達す
る装置などのように、振動がある場所には適さないとい
う不都合があった。

【０００４】また、接触部に埃等が付着するとセンサの
検出特性が劣化するため、センサ内部に埃等が侵入しな
いようにシール構造に優れたケースにセンサを収納しな
ければならず、このためのケースをよけいに必要とする
ためコストアップになってしまうという不都合があっ
た。

【０００５】そこで、本発明は、非接触で回転角および
トルク検出が可能で、振動がある場所で、しかも油、水
または埃等があり、なおかつ高温環境においても長寿命
で安定した検出が可能な回転角およびトルク検出装置を
提案することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明の回転角およびトルク検出装置は、被測定部の
回転が伝達されるリング状の第１の発磁体と、上記第１
の発磁体の回転による磁束の変化を検出する第１の磁気
検出手段と、上記被測定部のねじれを上記被測定部の回
転軸方向と一致する直線変位に変換する機構と、上記機
構の変位が伝達されるリング状の第２の発磁体と、上記
第２の発磁体の変位による磁束の変化を検出する第２の
磁気検出手段と、上記第１の発磁体および上記第１の磁
気検出手段と、上記機構と、上記第２の発磁体および上
記第２の磁気検出手段とを共に収納すると共に、上記被
測定部が内部を貫通するようにした筒体とを備えたもの
である。

【０００７】この発明の回転角およびトルク検出装置に
よれば、以下の作用をする。第１の磁気検出手段の回転
角検出部は２個の差動型検出ヘッドで構成される。回転
角検出部は、第１の発磁体の回転中心軸に対して、０度
の位置の差動型検出ヘッド（１）と、９０度の位置の差
動型検出ヘッド（２）とで構成される。なお、第１の発
磁体は、傾斜した切断面を持つ円筒形状であり、回転に
応じて磁束がシャフト回転軸方向に正弦波状に変化す
る。

【０００８】差動型検出ヘッド（１）は、第１の発磁体
の発磁体に対する中心線に対してシャフト回転軸方向に
対称となる位置に、２個の検出素子（１）および検出素
子（２）を配置する。また、差動型検出ヘッド（２）
は、第１の発磁体の発磁体に対する中心線に対してシャ
フト回転軸方向に対称となる位置に、２個の検出素子
（１）および検出素子（２）を配置する。

【０００９】そして、第１の発磁体がシャフト回転軸を
中心に回転したとき、差動型検出ヘッド（１）、差動型
検出ヘッド（２）の出力電圧は、それぞれの検出波形の
位相が９０度ずれて、角度に対して正弦波形となる。

【００１０】また、第２の磁気検出手段のトルク検出部
は１個の差動型検出ヘッドで構成される。トルク検出部
の差動型検出ヘッドは、第２の発磁体の発磁体に対する
中心線に対してシャフト回転軸方向に対称となる位置
に、２個の検出素子（１）および検出素子（２）を配置
する。

【００１１】そして、第２の発磁体がシャフト回転軸に
沿って右または左に移動したとき、変位に対する差動型
検出ヘッドの出力電圧はリニアに変化する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態の回転角およびトルク検出装置の構成
および動作を詳述する。

【００１３】図１は、本実施の形態の回転角及びトルク
検出用センサの構造及び取付例を示す図である。［操舵
用シャフトの説明］被測定部となる操舵用シャフト１
（以下、「シャフト」という。）のある区間にくびれた
ねじれ発生部（被測定部）１７を設け、入力側より回転
力を与えた場合、出力側に接続されている負荷の大きさ
により、くびれたねじれ発生部１７にねじれが発生する
ように構成する。

【００１４】また、シャフト１は本実施の形態では、バ
ネ材を用いており、負荷の大きさに比例したねじれを生
じるように構成されている。なお、シャフト１は、バネ
材に限られず、負荷の大きさに比例したねじれを生じる
ように構成されていれば、粘性のある流体でもよい。

【００１５】［センサ部の構成及び作用］回転角検出用
センサヘッド部７とトルク検出用センサヘッド部１０と
が、センサヘッド取付用支柱８を介して、１つのケース
（筐体）９に収納するように構成され、かつシャフト１
がケース９を貫通するように構成されている。

【００１６】また、回転角検出用リング状発磁体６は、
円筒カム５の外周で回転角検出用センサヘッド部７に対
向する位置に固定して取り付けられている。また、シャ
フト１は回り止めピン２を介してカップリング３と固定
されている。そして、カップリング３は、円筒カム５に
シャフト１の回転力を伝達可能に接続されている。な
お、ねじれ発生部１７が短い場合には、カップリング３
を省略して直接円筒カム５をシャフト１に固定してもよ
い。

【００１７】また、円筒カム５は、すべり案内筒１３と
段差を持った接触面で当接する。なお、この接触面に
は、シャフトのねじれによるわずかな収縮を吸収するた
めの、収縮吸収用隙間２４を設けている。これにより、
円筒カム５とすべり案内筒１３が密着して動きにくくな
ることを防ぐようにしている。このすべり案内筒１３の
外周に軸方向に案内みぞが設けられている。また、図２
のＡ矢視図に示すように、円筒カム５のすべり案内筒１
３との接触面近傍の外周にカムみぞ２３が設けられてい
る。直動従節筒１２には、外周にトルク検出用リング状
発磁体１１がトルク検出用センサヘッド部１０に対向す
る位置に固定して取り付けられ、内周側に向けて案内ピ
ン１５および従節ピン１６が取り付けられている。直動
従節筒１２は、案内ピン１５がすべり案内筒１３の案内
みぞをすべることによって、シャフト１の軸方向にのみ
移動するように形成されている。

【００１８】また、すべり案内筒１３は、すべり案内筒
用回り止めピン１４を介して出力側シャフトと固定され
る。このようにして、円筒カム５と直動従節１２は、同
軸上に配置され、互いに回転できるように形成されてい
る。

【００１９】図２のＡ矢視図に示すように、直動従節筒
１２の従節ピン１６が設けられている先端部は、円筒カ
ム５のカムみぞ２３部に覆い被さるように突出して、そ
して、円筒カム５のカムみぞ２３に従節ピン１６がはま
っている。なお、シャフト１のねじれ発生部１７にねじ
れが発生して、円筒カム５と直動従節筒１２の間にねじ
りモーメントが作用したとき、直動従節筒１２が軸方向
に移動する。

【００２０】なお、ケース９は、入力側の開口部をフタ
４により遮蔽され、止め輪２２で固定される。回転角検
出用センサヘッド部７とトルク検出用センサヘッド部１
０の検出出力は、検出回路を構成する回路基板１８によ
り所定の電気信号として、入出力ケーブル２０およびコ
ネクタ１９を介して出力される。なお、ケーブル２０は
ケーブル用ブッシュ２１によりケース９に固定される。

【００２１】なお、回転検出部は、シャフト１の回転に
伴い、検出用センサヘッド部７に作用する磁界発生部分
の位置が軸方向に変化し、なおかつ、その軌跡が正弦波
状になるような傾斜リング状発磁体６を設置する。以下
に、その構成を説明する。

【００２２】図３は、本実施の形態の検出素子２個を組
み合わせた差動型検出ヘッドとリング状発磁体の断面及
び着磁状態を示す図である。図３に示す差動型検出ヘッ
ド３０は、図１に示した回転角検出用センサヘッド部７
とトルク検出用センサヘッド部１０に対応し、図３に示
すリング状発磁体３４は、図１に示した回転角検出用リ
ング状発磁体６とトルク検出用リング状発磁体１１に対
応する。

【００２３】図３において、差動型検出ヘッド３０は、
検出素子取付部３１の軸方向の左（Ｌ）右（Ｒ）両端部
に発磁体に対する中心線に対してシャフト回転軸方向に
対称となる位置に２個の検出素子３２、３３を設ける。
検出素子３２は、検出コイルＬ１およびコアによる磁路
Ｃ１とで構成され、磁路Ｃ１にはコイルＬ１によって磁
束φＬ１が発生する。また、検出素子３３は、検出コイ
ルＬ２およびコアによる磁路Ｃ２とで構成され、磁路Ｃ
２にはコイルＬ２によって磁束φＬ２が発生する。ま
た、２個の検出素子３２、３３に対向してギャップＧを
隔ててリング状発磁体３４を設け、リング状発磁体３４
の外周がＮ極、内周がＳ極となるように着磁される。リ
ング状発磁体３４から２個の検出素子３２、３３に向け
て発磁体の磁束Φが作用する。

【００２４】このようにして、軸方向に配置された２個
の検出素子３２、３３に、それぞれ作用する磁束の差分
を出力電圧として検出することにより、検出出力を得
る。また、２個の検出素子３２、３３を１個の取り付け
部３１に設置して差動型検出ヘッド３０を構成する。

【００２５】このような差動型検出ヘッド３０によれ
ば、同方向で同じ大きさの磁界に対しては、出力電圧が
発生しないため、地磁気等の外乱磁界に対する影響を少
なくすることができる。

【００２６】図４は、本実施の形態のトルク検出部の差
動型検出ヘッドを示す図であり、図４Ａは差動型検出ヘ
ッドとリング状発磁体の着磁方向および断面を示す図、
図４Ｂは発磁体がシャフト回転軸に沿って移動した場合
の出力波形図を示す。図４Ａに示す差動型検出ヘッド３
５は、図１に示したトルク検出用センサヘッド部１０に
対応し、図４Ａに示すリング状発磁体３８は、図１に示
したトルク検出用リング状発磁体１１に対応する。な
お、図４Ａに示すリング状発磁体３８の着磁部分は、図
１に示したトルク検出用リング状発磁体１１の外周凸部
に対応する。

【００２７】図４Ａに示すように、トルク検出部は１個
の差動型検出ヘッドで構成される。図４Ａにおいて、ト
ルク検出部の差動型検出ヘッド３５は、リング状発磁体
３８の発磁体に対する中心線に対してシャフト回転軸方
向に対称となる位置に、２個の検出素子（１）３６およ
び検出素子（２）３７を配置する。

【００２８】また、図４Ｂにおいて、リング状発磁体３
８がシャフト回転軸に沿って右（Ｒ）または左（Ｌ）に
移動したとき、変位に対する差動型検出ヘッド３５の出
力電圧はリニアに変化する。

【００２９】図５は、本実施の形態の回転角検出部の差
動型検出ヘッドを示す図であり、図５Ａは差動型検出ヘ
ッドと傾斜リング状発磁体の着磁方向および断面を示す
図、図５Ｂは差動型検出ヘッドと傾斜リング状発磁体の
回転方向を示す側面図、図５Ｃは発磁体がシャフト回転
軸に沿って回転した場合の出力波形図である。図５Ａ，
Ｂに示す差動型検出ヘッド４０，４３は、図１に示した
回転角検出用センサヘッド部７に対応し、図５Ａ，Ｂに
示す傾斜リング状発磁体４６は、図１に示した回転角検
出用リング状発磁体６に対応する。なお、図５Ａ，Ｂに
示す傾斜リング状発磁体４６の着磁部分は、図１に示し
た回転角検出用リング状発磁体６の外周凸部に対応す
る。

【００３０】図５Ａおよび図５Ｂに示すように、回転角
検出部は２個の差動型検出ヘッドで構成される。図５
Ａ，Ｂにおいて、回転角検出部は、傾斜リング状発磁体
４６の回転中心軸と一致するシャフト中心Ｏに対して、
０度の位置の差動型検出ヘッド４０（１）と、９０度の
位置の差動型検出ヘッド４３（２）とで構成される。な
お、傾斜リング状発磁体４６は傾斜した切断面を持つ円
筒形状であり、回転に応じて磁束がシャフト回転軸方向
に変化する。なお、傾斜リング状発磁体４６は回転に応
じて磁束がシャフト回転軸方向に直線的に増減するよう
にして、三角形状の波形を出力するようにしてもよい。

【００３１】図５Ａにおいて、第１の差動型検出ヘッド
４０（１）は、傾斜リング状発磁体４６の発磁体に対す
る中心線Ｉに対してシャフト回転軸方向に対称となる位
置に、２個の検出素子（１）４１および検出素子（２）
４２を配置する。また、第２の差動型検出ヘッド４３
（２）は、傾斜リング状発磁体４６の発磁体に対する中
心線Ｉに対してシャフト回転軸方向に対称となる位置
に、２個の検出素子（１）４４および検出素子（２）４
５を配置する。

【００３２】また、図５Ｃにおいて、ａにヘッド４０
（１）の検出出力、ｂにヘッド４３（２）の検出出力を
示すように、傾斜リング状発磁体４６がシャフト中心軸
と一致するシャフト中心Ｏを中心に回転したとき、第１
の差動型検出ヘッド４０（１）、第２の差動型検出ヘッ
ド４３（２）は、それぞれの検出波形の位相が９０度ず
れて、回転角度に対して正弦波形の出力電圧となる。

【００３３】［検出の原理］図６は、本実施の形態の検
出コイルの結線図である。図６において、検出コイルＬ
１（５０）の一端は端子５２と接続され、検出コイルＬ
１（５０）の他端は端子５３と接続される。また、端子
５３は検出コイルＬ２（５１）の一端と接続され、検出
コイルＬ２（５１）の他端は端子５４と接続される。端
子５２および端子５３、端子５４および端子５３を介し
て、コイルＬ１（５０）およびコイルＬ２（５２）に後
述する発振回路よりパルス状の一定周期を持つ電圧が加
えられる。本実施の形態の検出センサは、発磁体の移動
に伴いコイルＬ１（５０）およびコイルＬ２（５２）に
作用する磁束が増減し、インダクタンスが変化する関係
を利用して、被測定部の位置の検出を行っている。

【００３４】ここで、本実施の形態の発磁体が作用した
場合の検出素子内に生じる磁束量を説明する。磁路内に
作用している磁束Φに重なるようにして、発振回路によ
り発生する磁束が加わる。増加する方向に磁束Φが作用
している場合は、コイルが飽和しやすく、インダクタン
スが相対的に小さくなる。逆に、減少する方向に磁束−
Φが作用している場合は、コイルが飽和しにくく、イン
ダクタンスが相対的に大きくなる。

【００３５】以下に、本実施の形態のコイルにおいて、
発磁体の移動に伴う検出コイルのインダクタンスの変化
について説明する。図３に、検出ヘッド３０と発磁体３
４との位置関係を示したように、検出素子３２の検出コ
イルＬ１、検出素子３３の検出コイルＬ２とも、同様の
特性を持ったコイルである。また、検出素子３２の検出
コイルＬ１、検出素子３３の検出コイルＬ２とも、後述
する発振回路によって生じる磁束φＬ１および磁束φＬ
２は同方向になるように設置してある。発磁体３４は検
出面に磁極が現れるような着磁を施してある。図３では
検出面がＮ極となるように着磁している。検出素子３２
の検出コイルＬ１、検出素子３３の検出コイルＬ２に対
し、発磁体が一定のギャップＧを保ちながら、右（Ｒ）
方向または左（Ｌ）方向に移動することにより、検出ヘ
ッド３０から位置信号を発生させる。

【００３６】次に、発磁体の移動に伴う検出コイルのイ
ンダクタンスの変化について説明する。発磁体３４が検
出素子３２の検出コイルＬ１、検出素子３３の検出コイ
ルＬ２の中央に位置しているとき、検出素子３２の検出
コイルＬ１、検出素子３３の検出コイルＬ２に同じ大き
さの磁束Φが作用しているので、両者のインダクタンス
は同じとなる。発磁体３４が右（Ｒ）方向に移動する
と、検出素子３３の検出コイルＬ２側に多く磁束Φが作
用して、検出素子３３の検出コイルＬ２のインダクタン
スは増加する。また、検出素子３２の検出コイルＬ１に
はほとんど発磁体３４の磁束が作用しないため、検出素
子３２の検出コイルＬ１のインダクタンスは減少する。
また、逆に、発磁体３４が左（Ｌ）方向に移動すると、
検出素子３３の検出コイルＬ２のインダクタンスが減少
し、検出素子３２の検出コイルＬ１のインダクタンスが
増加する。

【００３７】図７は、本実施の形態の検出回路を説明す
る図である。図７において、検出回路８０は、パルス発
生部８１と、分圧部８４と、検波回路部８５と、フィル
ター部８６と、端子８７、８８とを有して構成される。
パルス電圧発生部８１は、出力パルスを生成するパルス
発振器（発振回路）８２およびトランス８３とを有して
構成される。分圧部８４は、端子５３と、検出コイルＬ
１および端子５２ならびに検出コイルＬ２および端子５
４と、検出コイルＬ１および検出コイルＬ２にかかる電
圧を分圧する抵抗器Ｒ１および抵抗器Ｒ２とを有して構
成される。検波回路部８５は、整流のためのダイオード
Ｄ１およびダイオードＤ２と、検波回路を構成するコン
デンサＣ１および抵抗器Ｒ３と、検波回路を構成するコ
ンデンサＣ２および抵抗器Ｒ４とを有して構成される。
フィルター部８６は、フィルター回路を構成するコンデ
ンサＣ３および抵抗器Ｒ５とを有して構成される。

【００３８】このように構成された検出回路８０は、以
下の動作をする。パルス電圧発生部８１からの出力パル
スは、分圧部８４の検出コイルＬ１および抵抗器Ｒ１
と、検出コイルＬ２および抵抗器Ｒ２とに供給される。
分圧部８４において、検出コイルＬ１のインダクタンス
および抵抗器Ｒ１の抵抗値と、検出コイルＬ２のインダ
クタンスおよび抵抗器Ｒ２の抵抗値によって、分圧され
たパルス電圧が検波回路部８５に供給される。検波回路
部８５において、分圧されたパルス電圧は、ダイオード
Ｄ１およびダイオードＤ２により整流された後に、コン
デンサＣ１および抵抗器Ｒ３とコンデンサＣ２および抵
抗器Ｒ４の２組の検波回路にて検波されて電圧Ｖ１およ
び電圧Ｖ２となる。検波された電圧Ｖ１および電圧Ｖ２
は、フィルター部８６に供給されて、コンデンサＣ３お
よび抵抗器Ｒ５のフィルター回路でリップル電圧が減少
されて、検波出力Ｖ（＝Ｖ１−Ｖ２）となって端子８
７、８８から出力される。

【００３９】図８は、本実施の形態の差動出力の説明図
である。図８において、Ｖ１は検出素子３２の検出コイ
ルＬ１による信号波形、Ｖ２は検出素子３３の検出コイ
ルＬ２による信号波形、Ｖは出力波形を示す。このよう
に、検波出力Ｖは、２つの検波電圧Ｖ１およびＶ２の差
を出力するようになる。なお、この差動型検出ヘッド
は、同方向で同じ大きさの磁界に対しては、出力電圧が
発生しないため、地磁気等の外乱磁界に対する影響は少
ない。

【００４０】図９は、本実施の形態のセンサ回路のブロ
ック図である。図９において、センサ回路１００は、電
源部１０１と、トルク検出用回路部１０２と、回転角検
出用回路部１０３と、回転角検出用回路部１０４と、ト
ルク検出用ヘッド１０５と、回転角検出用ヘッド１０６
と、回転角検出用ヘッド１０７と、トルク検出用発磁体
１０８と、回転角検出用発磁体１０９と、端子１１０〜
１１３とを有して構成される。

【００４１】図９に示す、トルク検出用回路部１０２、
回転角検出用回路部１０３、および回転角検出用回路部
１０４が、それぞれ上述した図７に示した検出回路８０
に相当する。

【００４２】また、図９に示す検出用ヘッド１０６，１
０７は、図１に示した回転角検出用センサヘッド部７に
対応し、検出用ヘッド１０５はトルク検出用センサヘッ
ド部１０に対応し、図９に示す回転角検出用発磁体１０
９は、図１に示した回転角検出用傾斜リング状発磁体６
に対応し、トルク検出用発磁体１０８はトルク検出用リ
ング状発磁体１１に対応する。

【００４３】また、図９に示すセンサ回路１００は、図
１に示す回路基板１８上に設けられ、端子１１０〜１１
３を介して、入出力ケーブル２０およびコネクタ１９に
接続される。

【００４４】［平均化による検出精度の向上］なお、ト
ルク検出用ヘッド部において検出ヘッドを複数個配置し
て、その出力を平均化することにより、検出精度を向上
させることができる。また、ヘッドの配置を回転軸に対
して放射状に対置することにより、発磁体の偏心が発生
したとしても、その影響をヘッド１個の場合と比べて少
なくすることができる。

【００４５】また、回転検出用ヘッド部において、Ａ相
検出出力を発生させるために、シャフトの回転軸に対し
てＡ相検出ヘッドに対向した位置にＣ相検出ヘッドを配
置して、Ａ相検出出力とＣ相検出出力の差を発生させ、
新たなＡ相検出出力とする。同様にＢ相検出出力を発生
させるために、シャフトの回転軸に対してＢ相検出ヘッ
ドに対向した位置にＤ相検出ヘッドを配置して、Ｂ相検
出出力とＤ相検出出力の差を発生させ、新たなＢ相検出
出力とする。このようにすることで、検出精度を向上さ
せ、発磁体の偏心が発生したとしても、その影響をヘッ
ド１個の場合と比べて少なくすることができる。

【００４６】本実施の形態の回転角およびトルク検出装
置は、被測定部としてのシャフト１の回転が伝達される
傾斜リング状の第１の発磁体としての回転角検出用傾斜
リング状発磁体６と、第１の発磁体の回転による磁束の
変化を検出する第１の磁気検出手段としての回転角検出
用センサヘッド部７と、被測定部のねじれによる被測定
部の回転軸方向に一致する変位が伝達されるリング状の
第２の発磁体としてのトルク検出用リング状発磁体１１
と、第２の発磁体の変位による磁束の変化を検出する第
２の磁気検出手段としてのトルク検出用センサヘッド部
１０と、第１の発磁体および第１の磁気検出手段と、第
２の発磁体および第２の磁気検出手段とを共に単一の筐
体としてのケース９に収納すると共に、被測定部が筐体
内部を貫通するようにした筒体としての円筒カム５およ
び直動従節筒１２とを備えたので、非接触で回転角およ
びトルク検出を行うことができるため、検出部分に摩耗
が発生しないため長時間で安定した検出を行うことがで
き、しかも、回転角検出部およびトルク検出部を単一の
筐体内に収納しているため、他にケースを設ける必要が
無く装置を小型化してかつ構成を簡単化することがで
き、また、油、水、埃等の影響を受けにくく、悪環境で
の使用が可能となり、また、例えば、光センサを使用す
る場合に比べて筐体内部に油、水、埃等の侵入を防ぐた
めの構造を簡素化できるため、低コスト化を図ることが
でき、しかも、検出部分に半導体等の熱に弱い部品を用
いていないため、センサ部から回路部を分離することに
より半導体を用いたセンサを使用できない高温環境での
使用を可能とすることができる。

【００４７】また、本実施の形態の回転角およびトルク
検出装置は、上述において、第２の発磁体としてのトル
ク検出用リング状発磁体１１は、被測定部としてのシャ
フト１の一端に固定された円筒カムと他端に固定された
直動従節筒用すべり案内筒との間にねじれが生じたと
き、そのねじれに比例して軸方向に移動するように形成
されるので、被測定部の回転軸のトルクによって生じる
ねじれを第２の発磁体の軸方向の位置の変化として検出
することができる。

【００４８】また、本実施の形態の回転角およびトルク
検出装置は、上述において、第１の発磁体としての回転
角検出用リング状発磁体６は、被測定部としてのシャフ
ト１の回転に伴って回転し、第１の磁気検出手段として
の回転角検出用センサヘッド部７の検出面に作用する第
１の発磁体の磁界発生部分が被測定部の回転軸方向に往
復するように形成されるので、発磁体が被測定部の中心
軸を中心に回転したとき、第１の磁気検出手段は、発磁
体の回転角度に対応して例えば正弦波形の出力電圧を出
力することができる。

【００４９】また、本実施の形態の回転角およびトルク
検出装置は、上述において、第１の発磁体としての回転
角検出用傾斜リング状発磁体６および第２の発磁体とし
てのトルク検出用リング状発磁体１１は、リング状の内
周から外周にわたって放射状方向の着磁が施されている
ので、発磁体の径を変更しても発磁体の断面および検出
距離が変わらなければ検出特性は変化せず、従って、被
測定部の径に応じた構造の変化が容易にでき、これによ
り、設計時間の短縮と検出部の部品を共通化することが
でき、低コスト化を図ることができる。

【００５０】また、本実施の形態の回転角およびトルク
検出装置は、上述において、第１の磁気検出手段として
の回転角検出用センサヘッド部７および第２の磁気検出
手段としてのトルク検出用センサヘッド部１０は、それ
ぞれ検出素子２つを被測定部としてのシャフト１の回転
軸方向に並べて１組とし、それぞれ第１の発磁体として
の回転角検出用リング状発磁体６および第２の発磁体と
してのトルク検出用リング状発磁体１１の回転角および
変位による磁束を差動的に検出し、それぞれ被測定部の
回転軸方向に移動する磁界に対して検出出力を発生させ
るので、外乱磁界に対する影響を少なくすることがで
き、しかも、各検出素子２つの組毎に施される磁気シー
ルドのための構造を簡素化することができる。

【００５１】また、本実施の形態の回転角およびトルク
検出装置は、上述において、第１の磁気検出手段として
の回転角検出用センサヘッド部７および第２の磁気検出
手段としてのトルク検出用センサヘッド部１０の検出素
子は、可飽和コイル型であるので、発磁体の移動に伴い
コイルに作用する磁束が増減し、インダクタンスが変化
する関係を利用して、被測定部の位置の変化からこれに
基づく回転角検出およびトルク検出を行ことができる。

【００５２】また、本実施の形態の回転角およびトルク
検出装置は、上述において、第２の磁気検出手段として
のトルク検出用センサヘッド部１０は、被測定部として
のシャフト１の回転軸に対して、放射状に複数個等間隔
に配置して、それぞれの出力和を平均した出力を発生す
るので、トルク検出の検出精度を向上させることができ
る。

【００５３】また、本実施の形態の回転角およびトルク
検出装置は、上述において、第１の磁気検出手段として
の回転角検出用センサヘッド部７は、Ａ相検出出力を発
生させるために、シャフトの回転軸に対してＡ相検出ヘ
ッドに対向した位置にＣ相検出ヘッドを配置して、Ａ相
検出出力とＣ相検出出力の差を発生させ、新たなＡ相検
出出力とし、同様にＢ相検出出力を発生させるために、
シャフトの回転軸に対してＢ相検出ヘッドに対向した位
置にＤ相検出ヘッドを配置して、Ｂ相検出出力とＤ相検
出出力の差を発生させ、新たなＢ相検出出力とすること
で、検出精度を向上させ、発磁体の偏心が発生したとし
ても、その影響をヘッド１個の場合と比べて少なくする
ことができる。

【００５４】

【発明の効果】本発明の回転角およびトルク検出装置
は、被測定部の回転が伝達されるリング状の第１の発磁
体と、上記第１の発磁体の回転による磁束の変化を検出
する第１の磁気検出手段と、上記被測定部のねじれを上
記被測定部の回転軸方向と一致する直線変位に変換する
機構と、上記機構の変位が伝達されるリング状の第２の
発磁体と、上記第２の発磁体の変位による磁束の変化を
検出する第２の磁気検出手段と、上記第１の発磁体およ
び上記第１の磁気検出手段と、上記機構と、上記第２の
発磁体および上記第２の磁気検出手段とを共に単一の筐
体に収納すると共に、上記被測定部が上記筐体内部を貫
通するようにした筒体とを備えたので、非接触で回転角
およびトルク検出を行うことができるため、検出部分に
摩耗が発生しないため長時間で安定した検出を行うこと
ができ、しかも、回転角検出部およびトルク検出部を単
一の筐体内に収納しているため、他にケースを設ける必
要が無く装置を小型化してかつ構成を簡単化することが
でき、また、油、水、埃等の影響を受けにくく、悪環境
での使用が可能となり、また、例えば、光センサを使用
する場合に比べて筐体内部に油、水、埃等の侵入を防ぐ
ための構造を簡素化できるため、低コスト化を図ること
ができ、しかも、検出部分に半導体等の熱に弱い部品を
用いていないため、センサ部から回路部を分離すること
により半導体を用いたセンサを使用できない高温環境で
の使用を可能とすることができるという効果を奏する。

【００５５】また、本発明の回転角およびトルク検出装
置は、上述において、上記第２の発磁体は、上記被測定
部の一端に固定された円筒カムと他端に固定された直動
従節筒用すべり案内筒との間にねじれが生じたとき、そ
のねじれに比例して軸方向に移動するように形成される
ので、被測定部の回転軸のトルクによって生じるねじれ
を第２の発磁体の軸方向の位置の変化として検出するこ
とができるという効果を奏する。

【００５６】また、本発明の回転角およびトルク検出装
置は、上述において、上記第１の発磁体は、上記被測定
部の回転に伴って回転し、上記第１の磁気検出手段の検
出面に作用する上記第１の発磁体の磁界発生部分が上記
被測定部の回転軸方向に往復するように形成されるの
で、発磁体が被測定部の回転軸を中心に回転したとき、
第１の磁気検出手段は、発磁体の回転角度に対応して例
えば正弦波形の出力電圧を出力することができるという
効果を奏する。

【００５７】また、本発明の回転角およびトルク検出装
置は、上述において、上記第１の発磁体および上記第２
の発磁体は、リング状の内周から外周にわたって放射状
方向の着磁が施されているので、発磁体の径を変更して
も発磁体の断面および検出距離が変わらなければ検出特
性は変化せず、従って、被測定部の径に応じた構造の変
化が容易にでき、これにより、設計時間の短縮と検出部
の部品を共通化することができ、低コスト化を図ること
ができるという効果を奏する。

【００５８】また、本発明の回転角およびトルク検出装
置は、上述において、上記第１の磁気検出手段および上
記第２の磁気検出手段は、それぞれ検出素子２つを上記
被測定部の回転軸方向に並べて１組とし、それぞれ上記
第１の発磁体および上記第２の発磁体の回転角および変
位による磁束を差動的に検出し、それぞれ上記被測定部
の回転軸方向に移動する磁界に対して検出出力を発生さ
せるので、外乱磁界に対する影響を少なくすることがで
き、しかも、各検出素子２つの組毎に施される磁気シー
ルドのための構造を簡素化することができるという効果
を奏する。

【００５９】また、本発明の回転角およびトルク検出装
置は、上述において、上記第１の磁気検出手段および上
記第２の磁気検出手段の上記検出素子は、可飽和コイル
型であるので、発磁体の移動に伴いコイルに作用する磁
束が増減し、インダクタンスが変化する関係を利用し
て、被測定部の位置の変化からこれに基づく回転角検出
およびトルク検出を行ことができるという効果を奏す
る。

【００６０】また、本発明の回転角およびトルク検出装
置は、上述において、上記第２の磁気検出手段は、上記
被測定部の回転軸に対して、放射状に複数個等間隔に配
置して、それぞれの出力和を平均した出力を発生するの
で、トルク検出の検出精度を向上させることができると
いう効果を奏する。

【００６１】また、本発明の回転角およびトルク検出装
置は、上述において、上記第１の磁気検出手段は、Ａ相
検出出力を発生させるために、シャフトの回転軸に対し
てＡ相検出ヘッドに対向した位置にＣ相検出ヘッドを配
置して、Ａ相検出出力とＣ相検出出力の差を発生させ、
新たなＡ相検出出力とし、同様にＢ相検出出力を発生さ
せるために、シャフトの回転軸に対してＢ相検出ヘッド
に対向した位置にＤ相検出ヘッドを配置して、Ｂ相検出
出力とＤ相検出出力の差を発生させ、新たなＢ相検出出
力とすることで、検出精度を向上させ、発磁体の偏心が
発生したとしても、その影響をヘッド１個の場合と比べ
て少なく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】本発明の実施の形態の回転角及びトルク検出用
センサの構造及び取付例を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態の図１のＡ矢視図である。

【図３】本発明の実施の形態の検出素子２個を組み合わ
せた差動型検出ヘッドとリング状発磁体の断面及び着磁
状態を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態のトルク検出部の差動型検
出ヘッドを示す図であり、図４Ａは差動型検出ヘッドと
リング状発磁体の着磁方向および断面を示す図、図４Ｂ
は発磁体がシャフト中心軸に沿って移動した場合の出力
波形図を示す。

【図５】本発明の実施の形態の回転角検出部の差動型検
出ヘッドを示す図であり、図５Ａは差動型検出ヘッドと
傾斜リング状発磁体の着磁方向および断面を示す図、図
５Ｂは差動型検出ヘッドと傾斜リング状発磁体の回転方
向を示す側面図、図５Ｃは発磁体がシャフト中心軸に沿
って回転した場合の出力波形図である。

【図６】本発明の実施の形態の検出コイルの結線図であ
る。

【図７】本発明の実施の形態の検出回路を説明する図で
ある。

【図８】本発明の実施の形態の差動出力を説明する図で
ある。

【図９】本発明の実施の形態のセンサ回路のブロック図
である。

【符号の説明】

１……シャフト、２……回り止めピン、３……カップリ
ング、４……フタ、５……円筒カム、６……回転角検出
用傾斜リング状発磁体、７……回転角検出用センサヘッ
ド部、８……センサヘッド取付用支柱、９……ケース、
１０……トルク検出用センサヘッド部、１１……トルク
検出用リング状発磁体、１２……直動従節筒、１３……
すべり案内筒、１４……すべり案内筒用回り止めピン、
１５……案内ピン、１６……従節ピン、１７……ねじれ
発生部、１８……回路基板、１９……コネクタ、２０…
…入出力ケーブル、２１……ケーブル用ブッシュ、２２
……止め輪、２３……カム溝、２４……収縮吸収用隙
間、２５……回り止めピン、３０……差動型検出ヘッ
ド、３１……検出素子取付部、３２……検出素子、Ｌ１
……検出コイル、Ｃ１……磁路、３３……検出素子、Ｌ
２……検出コイル、Ｃ２……磁路、３４……リング状発
磁体、φＬ１……Ｌ１によって発生する磁束、φＬ２…
…Ｌ２によって発生する磁束、Ｇ……ギャップ、Φ……
発磁体の磁束、３５……差動型検出ヘッド、３６……検
出素子（１）、３７……検出素子（２）、３８……リン
グ状発磁体、４０……差動型検出ヘッド、４１……検出
素子（１）、４２……検出素子（２）、４３……差動型
検出ヘッド、４４……検出素子（３）、４５……検出素
子（４）、４６……傾斜リング状発磁体、５０……検出
コイル（Ｌ１）、５１……検出コイル（Ｌ２）、５２〜
５４……端子、８０……検出回路、８１……パルス電圧
発生部、８２……パルス発振器、８３……トランス、８
４……分圧部、８５……検波回路部、８６……フィルタ
ー部、８７，８８……端子、１００……センサ回路、１
０１……電源部、１０２……トルク検出用回路部、１０
３，１０４……回転角検出用回路部、１０５，１０６，
１０７……検出用ヘッド、１０８……トルク検出用発磁
体、１０９……回転角検出用発磁体、

フロントページの続きＦターム(参考） 2F063 AA36 AA50 CA29 CA31 DA05 DD03 EA03 GA03 GA30 GA33 GA36 GA68 KA01 PA01 3D033 CA28 DB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定部の回転が伝達されるリング状の第
１の発磁体と、上記第１の発磁体の回転による磁束の変化を検出する第
１の磁気検出手段と、上記被測定部のねじれを上記被測定部の回転軸方向と一
致する直線変位に変換する機構と、上記機構の変位が伝
達されるリング状の第２の発磁体と、上記第２の発磁体の変位による磁束の変化を検出する第
２の磁気検出手段と、上記第１の発磁体および上記第１の磁気検出手段と、上
記機構と、上記第２の発磁体および上記第２の磁気検出
手段とを共に収納すると共に、上記被測定部が内部を貫
通するようにした筒体とを備えた回転角およびトルク検
出装置。
【請求項２】請求項１記載の回転角およびトルク検出装
置において、上記被測定部のねじれを上記被測定部の回転軸方向と一
致する直線変位に変換する上記変換機構は、上記被測定
部の一端に固定した円筒カムと、カム曲線が上記円筒カ
ムの回転角と上記被測定部の回転軸の変位との間で直線
的である上記円筒カムに形成したカムみぞと、上記被測
定部の他端に固定した上記被測定部の回転軸方向にみぞ
を持つ円筒状のすべり案内と、上記すべり案内上で往復
運動する直動従節とを備えた円筒カム機構であることを
特徴とする回転角およびトルク検出装置。
【請求項３】請求項１または２記載の回転角およびトル
ク検出装置において、上記第１の発磁体は、上記被測定部の回転に伴って回転
し、上記第１の磁気検出手段の検出面に作用する上記第
１の発磁体の磁界発生部分が上記被測定部の回転軸方向
に往復するように形成されることを特徴とする回転角お
よびトルク検出装置。
【請求項４】請求項３記載の回転角およびトルク検出装
置において、上記第１の発磁体は、傾斜した切断面を持つ円筒形状で
あることを特徴とする回転角およびトルク検出装置。
【請求項５】請求項２、３または４記載の回転角および
トルク検出装置において、上記第１の発磁体は、上記円筒カム外周上に配置される
ことを特徴とする回転角およびトルク検出装置。
【請求項６】請求項２記載の回転角およびトルク検出装
置において、上記第２の発磁体は、上記直動従節の外周上に配置され
ることを特徴とする回転角およびトルク検出装置。
【請求項７】請求項１、２、３、４、５または６記載の
回転角およびトルク検出装置において、上記第１の発磁体および上記第２の発磁体は、リング状
の内周から外周にわたって放射状方向の着磁が施されて
いることを特徴とする回転角およびトルク検出装置。
【請求項８】請求項１、２、３、、４、５、６または７
記載の回転角およびトルク検出装置において、上記第１の磁気検出手段および上記第２の磁気検出手段
は、それぞれ検出素子２つを上記被測定部の回転軸方向
に並べて１組とし、それぞれ上記第１の発磁体および上
記第２の発磁体の回転角および変位に対応する磁束を差
動的に検出し、それぞれ上記被測定部の回転軸方向に移
動する磁界に対して検出出力を発生させることを特徴と
する回転角およびトルク検出装置。
【請求項９】請求項８記載の回転角およびトルク検出装
置において、上記第１の磁気検出手段および上記第２の磁気検出手段
の上記検出素子は、可飽和コイルであることを特徴とす
る回転角およびトルク検出装置。
【請求項１０】請求項１、２、３、４、５または６記載
の回転角およびトルク検出装置において、上記第１の磁気検出手段は、Ａ相とＢ相の２つの位相検
出波形を発生させるために、上記Ａ相を検出するＡ相磁
気検出手段と、上記Ａ相磁気検出手段に対して上記被測
定部の回転角に関して９０度の位置に上記Ｂ相を検出す
るＢ相磁気検出手段とを配置することを特徴とする回転
角およびトルク検出装置。
【請求項１１】請求項１、２、３、４、５、６、７、８
または９記載の回転角およびトルク検出装置において、上記第２の磁気検出手段は、上記被測定部の回転軸に対
して、放射状に複数個等間隔に配置して、それぞれの出
力和を平均した出力を発生することを特徴とする回転角
およびトルク検出装置。
【請求項１２】請求項１０記載の回転角およびトルク検
出装置において、上記第１の磁気検出手段は、Ａ相の検出波形を発生させるために、上記被測定部の回
転軸に対して、上記Ａ相磁気検出手段と対向する位置に
Ｃ相磁気検出手段を配置して、Ａ相とＣ相の出力差を発
生させ、Ｂ相の検出波形を発生させるために、上記被測定部の回
転軸に対して、上記Ｂ相磁気検出手段と対向する位置に
Ｄ相磁気検出手段を配置して、Ｂ相とＤ相の出力差を発
生させることを特徴とする回転角およびトルク検出装
置。