JP3066892B2

JP3066892B2 - 角度検出装置

Info

Publication number: JP3066892B2
Application number: JP8033857A
Authority: JP
Inventors: 英幸生田目
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 2000-07-17
Anticipated expiration: 2016-02-21
Also published as: JPH09229608A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、相対的な変位を検
出する変位検出装置、相対的な回転角度を検出する角度
検出装置及びそれらを使用するハンドル回転角度検出装
置に関し、特に１次側と２次側の鉄心の相対位置により
変化する２次側の捲線（コイル）に誘起される起電力を
検出することにより相対的な変位を検出する変位検出装
置、角度検出装置及びハンドル回転角度検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】物理的な変位を検出するため各種の検出
器が使用されている。例えば、回転角度を検出するには
エンコーダが使用され、位置の変位を検出するためには
電気マイクロメータ等が使用される。図１８は電気マイ
クロメータで使用される差動トランスの基本構成を示す
図である。図１８に示すように、測定子９５の一方の端
には鉄心（コア）が設けられており、鉄心９１は１次側
コイル９２と２次側コイル９３と９４の中を変位するよ
うに配置されている。発振回路９６から１次側コイル９
２に交流信号を印加すると鉄心９１が磁化され、その磁
化方向が変化するため、２次側のコイル９３と９４に電
流が誘起される。鉄心９１は変位に応じて移動するが、
その位置により２次側のコイル９３と９４内にある鉄心
９１の容積が変化する。鉄心９１は１次コイル９２によ
り周期的に磁化の方向が変化するので２次コイル９３と
９４には電流が誘起されるが、誘起される電流の量はそ
れぞれのコイル内になる鉄心９１の容積に応じて変化す
る。すなわち、測定子９５の変位に応じて２次コイル９
３と９４に流れる電流、すなわち電力の間に差が生じ
る。この電力差を交流増幅器９７で増幅し、整流平滑回
路９８で直流信号に変換して指示手段９９に出力する。
ただ単に変位を電気信号（通常は電圧）に変換するだけ
ならば２次側のコイルを９３と９４の２個にする必要は
ないが、それでは変位と電気信号の関係が直線関係でな
いので不便であり、これを直線関係にするために差動式
にしている。

【０００３】電気マイクロメータは直線的な変位、すな
わち１次元の変位を検出するものである。回転角度を検
出する場合には、エンコーダが広く使用される。エンコ
ーダは円周上に記録された一定間隔の微小なマークを読
み取ることにより回転角度を検出するもので、光学式や
磁気式等の各種の方式がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】１次元の変位や回転角
度を検出することは広い分野で行われる。そのため、小
型で簡単な機構で高精度に変位や回転角度を検出できる
ことが求められている。本発明は、このような要望に応
えるもので、新しい変位検出装置及び角度検出装置、及
びそれらを利用した自動車用ハンドル回転角度検出装置
の実現を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の基本構
成を示す図である。本発明の変位検出装置は、第１の部
分と第２の部分の相対的な変位を検出する変位検出装置
であって、図１に示すように、第１の部分に設けられ、
軸が相対的な変位の方向に垂直に配置された１次鉄心１
１と、第２の部分に設けられ、軸が１次鉄心１１の軸と
平行に配置され、相対的な変位に伴って１次鉄心１１と
の軸に垂直な断面の軸方向から見た時の重なり具合が変
化するように配置された２次鉄心１２と、１次鉄心１１
の回りに巻かれた１次捲線１３と、２次鉄心１２の回り
に巻かれた２次捲線１４と、１次捲線１３に交流信号を
印加する交流信号源１５と、２次捲線１４に生じる起電
力を検出する起電力検出手段１６とを備える。

【０００６】本発明の変位検出装置は、軸が同一方向に
なるように配置された２個の鉄心では、その軸に垂直な
方向の断面の重なり具合が変化すれば、一方の磁化され
た鉄心がもう一方の鉄心に誘起する磁束の量が変化して
誘起される電力も変化することに着目したものである。
変位に伴って１次鉄心１１との軸に垂直な断面の軸方向
から見た時の重なり具合が変化するように２次鉄心１２
を配置し、一方の１次鉄心１１の回りに１次コイル１３
を設けてこの１次コイル１３に交流信号を印加すれば、
もう一方の２次鉄心１２の回りに設けられた２次コイル
１４に誘起される電力は、１次鉄心１１により誘起され
る２次鉄心１２の磁束量により決定される。上記のよう
に、２次鉄心１２は変位に伴って１次鉄心１１との軸に
垂直な断面の軸方向から見た時の重なり具合が変化する
ように配置されており、断面の重なり具合が変化するこ
とにより１次鉄心１１により誘起される２次鉄心１２の
磁束量が変化し、２次コイル１４の起電力が変化する。
従って、２次コイル１４の起電力を検出すれば変位が検
出できる。

【０００７】図２は、１次鉄心１１と２次鉄心１２の位
置関係と検出できる変位の範囲を説明する図である。図
２の（１）に示すように、１次鉄心１１が固定されてい
る場合、実線で図示した位置から破線で図示した位置ま
で移動する間、１次鉄心１１の軸に垂直な断面と２次鉄
心１２の軸に垂直な断面は、軸方向から見た時に重な
る。この重なり具合により１次鉄心１１により２次鉄心
１２に誘起される磁束量が変化する。実際には磁束の漏
れもあり、２次コイル１４の起電力は、１次鉄心１１の
軸に垂直な断面と２次鉄心１２の軸に垂直な断面の軸方
向から見た重なり合う面積に比例せずに、（２）のよう
になる。近年は、マイクロコンピュータ等のディジタル
処理技術が発達しており、変位と電気信号の関係を記憶
して出力が直線関係になるように補正することが容易に
なっており、これを利用すれば変位と起電力の関係を直
線関係にすることが容易に行える。なお、以下の説明に
おいては変位と起電力の関係は直線関係にあるものとし
て説明を行う。

【０００８】いずれにしろ、図２の（１）において、軸
方向から見た重なり合う断面積が変化するのは、２次鉄
心１２が実線で示した位置から１２’で示した位置まで
移動する間であり、この範囲内であれば変位を検出でき
る。但し、２次鉄心１２の軸に垂直な断面が１次鉄心１
１の軸に垂直な断面に重なる時に起電力は最大になる
が、そこからどちらの側に移動しても重なり合う断面積
が等しくなる場合が存在するため、変位と起電力の関係
は２次鉄心１２の軸に垂直な断面が１次鉄心１１の軸に
垂直な断面に重なる時にを中心にして対称になり、いず
れの側であるかは一意には決定できない。そのため、変
位を一意に決定するためには、変位範囲を一方の側に制
限する必要がある。

【０００９】１次鉄心１１と２次鉄心１２が設けられる
第１の部分と第２の部分は非磁性体で作る必要がある。
図１では相対的な変位が直線状の１次元の変位の例を示
したが、第１の部分と第２の部分が同一の回転軸の回り
を回転する回転部材であり、相対的な変位が回転軸の回
りの回転角度であり、回転に伴って１次鉄心の軸に垂直
な断面と２次鉄心の軸に垂直な断面の軸方向から見た時
の重なり具合が変化するように配置すれば、回転に従っ
て２次コイルでの起電力が変化する。回転に伴って、断
面積が変化するには、１次鉄心と２次鉄心が回転軸の中
心から同一の半径部分に設けられていることが必要であ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】図３は第１実施例の構成を示す図
である。第１実施例は、回転軸の相対的な回転角度を検
出する角度検出装置に本発明を適用した例である。図３
に示すように、本実施例の角度検出装置は、回転体２７
と２８の相対的な回転角度を検出する装置であり、回転
体２７と２８は同軸で回転するようになっており、それ
ぞれ非磁性体で作られている。回転体２７の表面には１
次鉄心２１が、回転体２８の表面には２次鉄心２２が埋
め込まれている。ここでは回転体２７と２８は同一の直
径であり、１次鉄心２１と２次鉄心２２は回転軸から同
じ半径部分に配置される。１次鉄心２１を含む回転体２
７の回りには１次コイル２３が設けられており、発振回
路２５から交流信号が印加される。これにより、１次鉄
心２１は磁化され、交流信号であるため、磁化の方向が
周期的に変化する。２次鉄心２２の軸に垂直な断面（以
下、単に断面と称する。）と１次鉄心２１の断面が重な
れば、１次鉄心２１の端面から出力される磁束は２次鉄
心２２の内部に入り、２次鉄心２２も磁化される。発振
回路２５から印加される交流信号の強度は一定であるた
め、２次鉄心２２の磁化の強度は、磁束の量、すなわち
断面の重なる面積に応じて変化し、磁化の方向も周期的
に変化する。この周期的な２次鉄心２２の磁化状態の変
化に応じて２次コイル２４に電力が誘起されるので起電
力検出回路２６で２次コイル２４の起電力を検出する。
起電力の強度は２次鉄心２２の磁化の強度、すなわち断
面の重なる面積に応じて変化するので、回転体２７と２
８の相対的な回転角度が検出できる。

【００１１】図３の構成であれば、１次コイル２３と２
次コイル２４は回転体２７と２８の回りに設けられてお
ればよく、１次コイル２３と２次コイル２４は回転体２
７と２８と一緒に回転する必要はない。図４は、図３の
ような回転体の回転角度を検出する場合の１次及び２次
鉄心の配置範囲と検出範囲の関係を説明するための図で
ある。

【００１２】図４の（１）は、１次鉄心２１と２次鉄心
２２が回転体２７と２８の円周の狭い範囲に設けられて
いる例であり、図示のように、２次鉄心２２が１次鉄心
２１に対して、実線で示した位置（２次鉄心２２）から
破線で示した位置（２次鉄心２２’）まで回転する間
で、断面の重なる面積が変化する。この場合も、２次鉄
心１２の断面が１次鉄心１１の断面に重なる時に起電力
は最大になり、起電力は最大値の角度に対して対称にな
るため、一意に角度が決定できるのは半分の範囲、すな
わち断面が重なる位置からまったく重ならなくなる位置
までである。

【００１３】図４の（２）は、１次鉄心２１を回転体２
７の半周分の範囲に設け、２次鉄心２２を回転体２８の
半周分に設けた場合の例を示す図である。この場合に
は、１次鉄心２１と２次鉄心２２が全く重ならない状態
から完全に重なる状態まで１８０°の回転角度であり、
更に全く重ならない状態に戻るまで１８０°の回転角度
である。

【００１４】図４の（３）は回転の場合の検出範囲を説
明する図であり、１次鉄心２１と２次鉄心２２が全く重
ならない状態から完全に重なる状態までの回転角度をθ
とすると、回転に応じて起電力が変化する範囲は２θで
あり、回転角度が一意に決定できるのは範囲はθであ
る。図５は、第２実施例の構成を示す図である。第２実
施例は、図１の１次元の変位を検出する構成で、差動出
力が得られるようにした実施例である。

【００１５】図５に示すように、第２実施例では、第１
の部分に相当する第１部材３７に１次鉄心３１と、１次
コイル３３と、発振回路３５を設け、第２の部分に相当
する第２部材３８に第１と第２の２個の２次鉄心３２１
と３２２と、第１と第２の２個の２次コイル３４１と３
４２と、差動出力検出回路３６を設けている。差動出力
検出回路３６の構成は図１８に示した従来例と同じであ
る。また、第１部材３７と第２部材３８は非磁性体材料
で作られている。図示のように、第２部材３８は第２部
材３８の両側の部分を連結した形状をしている。第１と
第２の２次鉄心３２１と３２２は、図示のように、１次
コイル３３の両側に、少なくとも検出範囲では、第１の
２次鉄心３２１の断面が１次鉄心３１の断面と重なる面
積が、第２の２次鉄心３２２の断面が１次鉄心３１の断
面と重なる面積が変位により同一方向には変化しないよ
うに配置されている。例えば、図５の状態では第１の２
次鉄心３２１の断面が１次鉄心３１の断面と重なる面積
と第２の２次鉄心３２２の断面が１次鉄心３１の断面と
重なる面積は等しく、図５の状態から第２部材３８が上
方に移動すると第１の２次鉄心３２１の断面が１次鉄心
３１の断面と重なる面積は減少し、第２の２次鉄心３２
２の断面が１次鉄心３１の断面と重なる面積は増加し、
逆に、図５の状態から第２部材３８が下方に移動すると
第１の２次鉄心３２１の断面が１次鉄心３１の断面と重
なる面積は増加し、第２の２次鉄心３２２の断面が１次
鉄心３１の断面と重なる面積は減少する。従って、図５
の状態では検出値はゼロであり、第１の２次鉄心３２１
の断面が１次鉄心３１の断面と重なる面積と第２の２次
鉄心３２２の断面が１次鉄心３１の断面と重なる面積の
差が最大の時に検出値が最大に、最小になる時（マイナ
ス）に検出値が最小になる。

【００１６】第２実施例では、第２部材３８の間に第１
部材３７が設けられる配置としてが、これでは形状に制
限が多いという問題がある。そこで、第３実施例ではこ
のような制限のない配置の例を示す。図６は第３実施例
における鉄心の配置を示す図である。図６に示すよう
に、第３実施例においては、第１の部分に相当する非磁
性体の第１部材３７と第２の部分に相当する非磁性体の
第２部材３８はそれぞれ１次捲線部と２次捲線部に分け
られており、第１部材３７の１次捲線部には第１の１次
鉄心４１１が設けられており、第２部材３８の１次捲線
部には第２の１次鉄心４１２が設けられており、第１部
材３７の２次捲線部には第２の２次鉄心４２１が設けら
れており、第２部材３８の２次捲線部には第２の２次鉄
心４２２が設けられている。そして、少なくとも検出範
囲では、第１の２次鉄心４２１の断面が第２の１次鉄心
４１２の断面と重なる面積が、第２の２次鉄心４２２の
断面が第１の１次鉄心４１１の断面と重なる面積が変位
により同一方向には変化しないように配置されている。

【００１７】図７は、第３実施例における変位と出力の
関係を説明する図である。図６の状態では、第１の２次
鉄心４２１の断面は第２の１次鉄心４１２の断面と重な
らず、第２の２次鉄心４２２の断面も第１の１次鉄心４
１１の断面と重ならないため、起電力の差はゼロであ
る。図６の状態から第１部材４７が上方に移動すると、
第１の２次鉄心４２１の断面が第２の１次鉄心４１２の
断面と重なることはなく、第２の２次鉄心４２２の断面
が第１の１次鉄心４１１の断面と重なる面積は増加す
る。そして、図７の（１）の状態になると差が最小にな
る。また、図６の状態から第２部材４８が下方に移動す
ると、第１の２次鉄心４２１の断面が第２の１次鉄心４
１２の断面と重なる面積は増加し、第２の２次鉄心４２
２の断面が第１の１次鉄心４１１の断面と重なることは
ない。そして、図７の（２）の状態になると差が最大に
なる。従って、図６に示す鉄心の配置を使用すると、検
出結果は図７の（３）に示すようになる。０が図６の位
置を、ＡとＢがそれぞれ図７の（１）と（２）の位置を
示す。

【００１８】なお、第３実施例では、第１及び第２の１
次鉄心４１１と４１２は２次部まで延びているが、１次
部のみに配置するようにしてもよい。第１及び第２の１
次鉄心４１１と４１２を２次部まで延長することによ
り、２つの２次コイルに誘起される起電力が増加する
が、それらは差を算出することによりキャンセルされ
る。図８は、第４実施例の角度検出装置における鉄心の
配置を示す図である。第４実施例の角度検出装置では差
動出力が得られる。

【００１９】図８に示すように、第１の部分に相当する
第１部材５７１は、軸方向に穴５７２を有しており、第
２の部分の相当する第２部材５８１に設けられた軸５８
２が貫通する。軸５８２の先端にはねじ５８３が設けら
れており、第２の部分を構成する別の第３部材５８４に
設けられたねじ５８５にねじ合わされる。第１部材５７
１には固定板５７３が設けられており、固定板５７３を
固定することにより第１部材５７１が固定され、その両
側の第２部材５８１と第３部材５８４が第１部材５７１
に対して回転自在に保持される。第１部材５７１の表面
には１２０°の範囲に１次鉄心５１が設けられており、
第２部材５８１には１２０°の範囲に第１の２次鉄心５
２１が設けられており、第３部材５８４には１２０°の
範囲に第２の２次鉄心５２２が設けられている。鉄心以
外の部分はすべて非磁性体材料で作られている。

【００２０】図９は、図８に示した部材の回りにコイル
を巻いて差動出力が得られるようにした第４実施例の角
度検出装置の構成を示す図である。図９に示すように、
第１部材５７１の回りにはコイル５３が巻かれており、
発振回路５５から交流信号が印加される。第２部材５８
１と第３部材５８４の回りには、それぞれ第１の２次コ
イル５４１と第２の２次コイル５４２が巻かれており、
その起電力の差を差動出力検出部５６で検出するように
なっている。第１及び第２の２次コイル５４１と５４２
は固定されており、第２部材５８１と第３部材５８４が
回転するだけである。差動出力検出部５６の構成は図１
８に示した従来例と同じである。

【００２１】図１０は第２部材５８１と第３部材５８４
で構成される第２の部分の回転に伴う鉄心の重なり具合
の変化を示す図である。図１０の（１）は、１次鉄心５
１の断面と第１と第２の２次鉄心５２１と５２２の断面
が軸方向から見た時にすべて重ならない状態であり、こ
の時をゼロ度とする。１次鉄心５１は固定であり、第１
と第２の２次鉄心５２１と５２２は連結されているので
一緒に回転する。（１）の状態では１次鉄心５１の磁束
は第１と第２の２次鉄心５２１と５２２には入らないの
で、第１と第２の２次コイル５４１と５４２の起電力は
それぞれゼロであり、差は生じない。

【００２２】（２）は６０°回転した状態を表し、第１
の２次鉄心５２１は１次鉄心５１と６０°の範囲で重な
るが、第２の２次鉄心５２２は１次鉄心５１と重ならな
い。（３）は１２０°回転した状態であり、第１の２次
鉄心５２１は１次鉄心５１と１２０°の範囲、すなわち
まったく重なった状態であり、第１の２次コイル５４１
の起電力は最大になる。この時、第２の２次鉄心５２２
は１次鉄心５１と重ならない。従って、第１の２次コイ
ル５４１の起電力と第２の２次コイル５４２の起電力の
差は最大になる。

【００２３】（４）は１８０°回転した状態であり、第
１の２次鉄心５２１は１次鉄心５１と６０°の範囲で重
なり、第２の２次鉄心５２２も１次鉄心５１と６０°の
範囲で重なり、第１と第２の２次コイル５４１と５４２
の起電力は等しくなる。従って、第１と第２の２次コイ
ル５４１と５４２の起電力の差はゼロである。（５）は
２４０°回転した状態であり、第２の２次鉄心５２２は
１次鉄心５１と１２０°の範囲、すなわちまったく重な
った状態であり、第２の２次コイル５４２の起電力は最
大になる。この時、第１の２次鉄心５２１は１次鉄心５
１と重ならない。従って、第１の２次コイル５４１の起
電力と第２の２次コイル５４２の起電力の差は最小（マ
イナス）になる。

【００２４】（６）は３００°回転した状態であり、第
２の２次鉄心５２２は１次鉄心５１と６０°の範囲で重
なるが、第１の２次鉄心５２１は１次鉄心５１と重なら
ない。従って、第１の２次コイル５４１の起電力と第２
の２次コイル５４２の起電力の差は、（５）よりは増加
するがマイナスのままである。図１１は、上記の第４実
施例の角度検出装置における回転角度と差動出力の関係
を示した図である。図１１に示すように、−１２０°か
ら＋１２０°の範囲で最小値から最大値まで増加し、＋
１２０°から＋２４０°（−１２０°）の範囲で最大値
から最小値まで減少する。従って、回転角度に対する差
動出力の変化は、減少時が増加時に比べて２倍である。

【００２５】図１１に示すように、第４実施例の角度検
出装置では、−１２０°から＋１２０°の範囲で最小値
から最大値まで増加するので、回転範囲をこの範囲に制
限すれば回転角度を一意に決定することができる。それ
以上の範囲については、起電力が最大又は最小になる時
点でどちらに回転したか判定できないため、一意には検
出できない。

【００２６】１回転、すなわち３６０°の回転角度、更
にはそれ以上の回転角度を検出可能にするためには、起
電力が最大又は最小になる時点でどちらに回転したか判
定できる必要がある。第５実施例は、１回転以上の回転
角度も検出可能にした実施例である。図１２は、第５実
施例の構成を示す図である。回転軸には、図８及び図９
に示した第４実施例の角度検出装置が２個設けられてい
る。それぞれの第１部材は、固定部材５７４と５７５に
より固定されており、一方の第３部材５８４ともう一方
の第２部材５８１が連結されており、一体に回転するよ
うになっている。連結される第３部材５８４と第２部材
５８１の間には磁気遮蔽部材５８７が設けられており、
一方の角度検出装置で発生される磁束がもう一方の角度
検出装置の検出値に影響しないように構成されている。
各角度検出装置の差動出力検出部５６１と５６２の出力
は演算処理部５９に入力され処理される。

【００２７】図１２の（２）は、第５実施例における処
理の原理を説明する図である。２個の角度検出装置は位
相が１８０°異なるように配置されており、第１の差動
出力検出部５６１の出力は実線で示すように変化し、第
２の差動出力検出部５６２の出力は破線で示すように変
化する。ここでは、第１の差動出力検出部５６１の出力
を主とし、第２の差動出力検出部５６２の出力は第１の
差動出力検出部５６１の出力が最大値又は最小値になっ
た時にどちらに回転しているかを判定する時に使用す
る。第５実施例の角度検出装置であれば、１回転を越え
ての回転角度も一意に検出することが可能である。

【００２８】第５実施例では、第１の差動出力検出部５
６１の出力を主とし、第２の差動出力検出部５６２の出
力はどちらへ変化しているかの判定のみに使用したが、
検出範囲に応じて切り換えて使用してもよい。例えば、
図では各角度検出装置の出力である起電力差が回転角度
に対して直線的に変化するものとして示したが、実際に
は直線的には変化せずに、最大値及び最小値になる付近
で変化が緩やかになり、検出誤差が増加する傾向にあ
る。そこで、一方の角度検出装置の出力が最大値及び最
小値になる付近ではもう一方の角度検出装置の出力を使
用して角度を算出するように切り換える。

【００２９】第４及び第５実施例では、第１の部分が固
定され、第１の部分の両側に設けられた第２の部分が一
体となって回転する構成であったが、２つの回転軸の相
対的な回転角度、すなわち回転角度差を検出する実施例
を第６実施例に示す。図１３は、第６実施例の角度検出
装置における鉄心の配置を示す図である。第６実施例
は、図６に示した１次元変位を検出する変位検出装置の
構成を回転角度検出に適用した例である。

【００３０】図１３に示すように、第６実施例の角度検
出装置では、第１の部分に相当する第１の回転軸６７５
に第１の部材６７１を、第２の部分に相当する第２の回
転軸６８５に第２の部材６８１を取り付ける。第１の部
材６７１は円筒状で、そこを貫通して第１の回転軸６７
５の先端である円筒軸６７２が延びている。１次部には
第１の部材６７１の外径部分が延びた延長部６７３と６
７４が設けられている。延長部６７３と６７４は対角上
の所定の角度範囲に広がっている。第２の部材６８１は
円筒状で、１次部には第２の部材６８１の外径部分が延
びた延長部６８２と６８３が設けられている。延長部６
８２と６８３は対角上の所定の角度範囲に広がってい
る。図示していないが、第２の部材６８１には、第１の
部材６７１の円筒軸６７２が嵌め合わされる円筒穴が設
けられており、円筒軸６７２をこの円筒穴に嵌め合わせ
ることにより第１の部材６７１と第２の部材６８１は回
転自在に保持され、第１の部材６７１の延長部６７３と
６７４及び第２の部材６８１の延長部６８２と６８３は
軸方向の同じ範囲に配置される。すなわち、第１の部材
６７１と第２の部材６８１の１次部は軸方向の同じ位置
に配置される。延長部６７３と６７４と延長部６８２と
６８３は、ある程度回転すると接触するために、第１の
部材６７１と第２の部材６８１の相対的な回転範囲は、
延長部６７３、６７４、６８２及び６８３の角度幅によ
り制限される。第１の部材６７１には、２次部から延長
部６７３と６７４まで延びる第１の１次鉄心６１１と６
１３と、２次部に設けられた第１の２次鉄心６２１が設
けられており、第２の部材６８１には、２次部から延長
部６７２と６７３まで延びる第２の１次鉄心６１２と、
２次部に設けられた第２の２次鉄心６２２が設けられて
いる。第１の２次鉄心、第２の１次鉄心、及び第２の２
次鉄心としては、図示していないが、更に別の鉄心が存
在する。

【００３１】図１４は、第６実施例の角度検出装置の断
面図及び回路ブロック図である。回転軸６７５、６８５
及び第１と第２の部材６７１と６８１の部分は図１３に
示したものある。１次部の外側には１次コイル６３が、
第１の部材６７１の２次部には第１の２次コイル６４１
が、第２の部材６８１の２次部には第２の２次コイル６
４２が設けられている。これらのコイルは固定されてお
り、第１と第２の回転軸６７５と６８５及び第１と第２
の部材６７１と６８１が回転しても一緒には回転しな
い。１次コイル６３には発振回路６５から交流信号が印
加される。第１と第２の２次コイル６４１と６４２の出
力は差動増幅器６６１に入力され、起電力差に応じた出
力がロックインアンプ６６２に出力される。ロックイン
アンプ６６２で増幅された出力信号はレベル調整部６６
３でレベル調整をされた後、バッファアンプ６６４から
出力される。

【００３２】図１５は、第６実施例における円周方向の
鉄心の配置を示す図である。第１の１次鉄心６１１と６
１３は１８０°対角の位置に設けられており、第２の１
次鉄心６１２と６１４は１８０°対角の位置に設けられ
ており、図示の状態では、第１の１次鉄心６１１と６１
３及び第２の１次鉄心６１２と６１４がそれぞれ９０°
づつずれた位置になっている。図１５の状態で、第１の
２次鉄心６２１と６２３は第２の１次鉄心６１２と６１
４の延長線から右側にずれた位置になるように、第２の
２次鉄心６２２と６２４は第１の１次鉄心６１１と６１
３の延長線から右側にずれた位置になるように配置され
る。すなわち、第１の２次鉄心６２１は、第１の１次鉄
心６１１と６１３の中間の９０°の位置から第１の１次
鉄心６１３寄りに、第１の２次鉄心６２３は、第１の１
次鉄心６１１と６１３の中間の２７０°の位置から第１
の１次鉄心６１１寄りに設けられ、第２の２次鉄心６２
２は、第２の１次鉄心６１２と６１４の中間の１８０°
の位置から第２の１次鉄心６１４寄りに、第１の２次鉄
心６２４は、第２の１次鉄心６１２と６１４の中間の０
°の位置から第２の１次鉄心６１２寄りに設けられてい
る。

【００３３】図１５の状態から第１の部材６７１に対し
て第２の部材６８１が右側に回転すると、軸方向から見
た時の第１の２次鉄心６２１と６２３の断面と第２の１
次鉄心６１２と６１４の断面との重なりが増加、第２の
２次鉄心６２２と６２４の断面と第１の１次鉄心６１１
と６１３の断面との重なりが減少するため、第１の２次
コイル６４１の起電力が増加し、第２の２次コイル６４
２の起電力が減少し、差が増加する。逆に左側に回転す
ると、第１の２次鉄心６２１と６２３の断面と第２の１
次鉄心６１２と６１４の断面との重なりが減少、第２の
２次鉄心６２２と６２４の断面と第１の１次鉄心６１１
と６１３の断面との重なりが増加するため、第１の２次
コイル６４１の起電力が減少し、第２の２次コイル６４
２の起電力が増加し、差が減少してマイナスになる。

【００３４】第６実施例で検出できる回転角度範囲は、
図１５の状態から、第２の部材６８１が第１の部材６７
１に対して右側に回転して、第１の２次鉄心６２１と６
２３の断面と第２の１次鉄心６１２と６１４の断面とが
重ならなくなった位置と、左側に回転して、第２の２次
鉄心６２２と６２４の断面と第１の１次鉄心６１１と６
１３の断面とが重ならなくなった位置の間である。上記
のように、第６実施例の装置では延長部６７３と６７４
と延長部６８２と６８３の角度幅により相対的な回転範
囲が制限されており、制限範囲を越えて回転した場合に
は２つの回転軸６７５と６８５が一緒に回転するように
なっている。そこで、上記の回転角度が検出できる範囲
と制限範囲を一致させるように、各鉄心の幅及び各延長
部の幅が設定されている。

【００３５】なお、図６でも説明したように、第１及び
第２の１次鉄心６１１、６１２、６１３、６１４は、２
次部まで延びている必要はない。図１６は、第６実施例
の角度検出装置を自動車のハンドルの回転角度を検出す
る装置に適用した例を示す図である。自動車ではハンド
ルの動作を油圧機構等で増幅して走行方向を変える、い
わゆるパワーステアリングと呼ばれる機構が使用される
が、この例はパワーステアリング機構に本発明の角度検
出装置を使用した例である。

【００３６】図１６に示すように、ハンドル７２が取り
付けられるハンドル軸７３は、油圧機構７５のギア部７
４とかみ合っており、ハンドル７２の回転量に応じて油
圧機構７５が車輪の方向を変化させる。ハンドル軸７３
の途中に、第６実施例の角度検出装置が使用されてい
る。パワーステアリングでないステアリング機構では、
ハンドルが中立の角度位置の前後の小さな角度範囲では
ハンドルを回転させても走行方向に影響しない遊びとよ
ばれる角度範囲がある。パワーステアリングではこのよ
うな遊びの範囲でもその回転角度に対応する力が増幅さ
れて走行方向を変えてしまうが、パワーステアリングで
もこのような遊びがあることが望まれている。そのた
め、第６実施例の第１の部材６７５と第２の部材６８５
の相対的な回転範囲が延長部６７３と６７４及び延長部
６８２と６８３により制限される機構をハンドル７２の
途中に設け、延長部６７３と６７４及び延長部６８２と
６８３により規定される相対的な角度範囲を遊びの範囲
とする。この機構であれば、中立状態からどちらかにハ
ンドルを切る時には遊びの範囲については油圧機構を動
作させずに、従来の遊びと同様の感触で操作ができる。
しかし、しかしこの機構では、ハンドルをある程度回転
させた状態から戻す時にもこの遊びの範囲ではハンドル
の操作量が走行方向に影響しないことになり、不要な遊
びが生じるという問題があった。これを解決するために
は、遊びの範囲での第１の部材６７５と第２の部材６８
５の相対的な回転角度を検出し、ハンドルを中立状態か
ら回転させる時にはなにもしないが、ハンドルを戻す時
には、遊びの範囲での第１の部材６７５と第２の部材６
８５の相対的な回転角度変化を検出して、その回転に応
じて油圧機構を動作させるようにする。具体的には、遊
びの範囲での回転角度変化信号に応じてモータ等を駆動
し、油圧機構にバイアスが掛かるようにする。

【００３７】第６実施例では、第１の部材６７５と第２
の部材６８５の相対的な回転範囲が制限されたが、第７
実施例では第１の部材と第２の部材が１回転以上自由に
回転可能な場合について説明する。図１７は、第７実施
例の角度検出装置における回転部材と鉄心の配置を示す
図である。

【００３８】図１７に示すように、第１の部材８７１の
先端には円筒状の嵌め合い部８７２が設けられており、
第２の部材８８１に設けられた円筒穴の嵌め合い部８８
２に嵌め合わされる。これにより、第１の部材８７１と
第２の部材８８１は相対的に回転可能に保持される。第
１の部材８７１の１次部は嵌め合い部８７２の部分に相
当し、１次部には第１の１次鉄心８１１が設けられてお
り、２次部には第１の２次鉄心８２１が設けられてい
る。また、第２の部材８８１の１次部には第２の１次鉄
心８１２が設けられており、第２次部には第２の２次鉄
心８２２が設けられている。図示のように、第１の１次
鉄心８１１と第２の２次鉄心８２２が回転軸から同じ半
径部分にあり、第２の１次鉄心８１２と第１の２次鉄心
８２１が回転軸から同じ半径部分にあり、回転に従って
それぞれの重なり具合が変化する。回転軸からの半径は
異なるが、第１の１次鉄心８１１と第２の２次鉄心８２
２の方が厚くなっており、各鉄心の軸に垂直な断面積は
同じである。

【００３９】各鉄心は１２０°の角度範囲に配置されて
おり、図１７の状態から第２の部材８８１が第１の部材
８７１に対して右に回転すると第１の１次鉄心８１１と
第２の２次鉄心８２２の断面の重なりが増加し、左に回
転すると第２の１次鉄心８１２と第１の２次鉄心８２１
の重なりが増加する。結局のところ、第７実施例の角度
検出装置の出力は図１１のようになる。

【００４０】以上、各種の実施例について説明したが、
他にも各種の変形例が可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
新しい方式の変位検出装置及び角度検出装置が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の変位検出装置の基本構成を示す図であ
る。

【図２】図１の変位検出装置の検出範囲と出力を説明す
る図である。

【図３】第１実施例の角度検出装置の構成を示す図であ
る。

【図４】第１実施例の角度検出装置の検出範囲と出力を
説明する図である。

【図５】第２実施例の変位検出装置の構成を示す図であ
る。

【図６】第３実施例の変位検出装置における鉄心の配置
を示す図である。

【図７】第３実施例の変位検出装置の検出範囲と出力を
説明する図である。

【図８】第４実施例の角度検出装置における鉄心の配置
示す図である。

【図９】第４実施例の角度検出装置の構成を示す図であ
る。

【図１０】第４実施例の角度検出装置の検出範囲を説明
する図である。

【図１１】第４実施例の角度検出装置の出力を示す図で
ある。

【図１２】第５実施例の角度検出装置の構成と広い角度
範囲の検出原理を示す図である。

【図１３】第６実施例の角度検出装置の第１と第２の部
材の構成と鉄心の配置を示す図である。

【図１４】第６実施例の角度検出装置の断面図と回路ブ
ロック図である。

【図１５】第６実施例の角度検出装置における鉄心の配
置を示す図である。

【図１６】第６実施例の角度検出装置をパワーステアリ
ングにおけるハンドル角度検出に使用した例を示す図で
ある。

【図１７】第７実施例の角度検出装置における鉄心の配
置を示す図である。

【図１８】従来の電気マイクロメータ等に使用される差
動トランスを説明する図である。

【符号の説明】

１１…１次鉄心１２…２次鉄心１３…１次捲線（１次コイル）１４…２次捲線（２次コイル）１５…交流信号源（発振回路）１６…起電力検出回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】非磁性体で作られ、同一の回転軸の回り
を回転する回転部材である第１の部分（２７）と第２の
部分（２８）の前記回転軸の回りの相対的な回転角度を
検出する角度検出装置であって、前記第１の部分に設けられ、軸が前記回転軸に平行に配
置された１次鉄心（１１；２１）と、前記第２の部分に設けられ、軸が前記１次鉄心（１１；
２１）の前記軸と平行に配置され、前記軸方向から見た
時に前記相対的な回転に伴って前記軸に垂直な断面と前
記１次鉄心（１１；２１）の前記軸に垂直な断面との重
なり具合が変化するように配置された２次鉄心（１２；
２２）と、前記１次鉄心（１１；２１）の回りに設けられた１次捲
線（１３；２３）と、前記２次鉄心（１２；２２）の回りに設けられた２次捲
線（１４；２４）と、前記１次捲線（１３；２３）に交流信号を印加する交流
信号源（１５；２５）と、前記２次捲線（１４；２４）に生じる起電力を検出する
起電力検出手段（１６；２６）とを備え、前記断面の重なり具合の変化による前記起電力の変化に
より相対的な回転角度を検出することを特徴とする角度
検出装置。
【請求項２】前記１次鉄心と前記２次鉄心は、前記回
転軸の中心から同一の半径部分に設けられている請求項
１に記載の角度検出装置。
【請求項３】前記２次鉄心（２２）は、前記１次鉄心
（２１）の両側に配置された第１と第２の２次鉄心（５
２１、５２２）を備え、前記２次捲線（２４）は、前記第１と第２の２次鉄心
（５２１、５２２）の回りにそれぞれ設けられた第１と
第２の２次捲線（５４１：５４２）を備え、前記第１と第２の２次鉄心（５２１、５２２）は、前記
軸方向から見た時に前記第１の２次鉄心（５２１）と前
記第２の２次鉄心（５２２）前記軸に垂直な断面がずれ
て配置され、前記起電力検出手段（２６）は、前記第１と第２の２次
捲線の起電力の差を検出する起電力差検出手段（５６）
を備える請求項２に記載の角度検出装置。
【請求項４】前記１次鉄心は１２０°の回転範囲に配
置され、前記第１と第２の２次鉄心は、それぞれ１２０
°の回転範囲に配置され、前記第１と第２の２次鉄心が
配置される回転範囲は前記軸方向から見た時に隣接して
いる請求項３に記載の角度検出装置。
【請求項５】前記相対的な回転の範囲が、前記２次捲
線に生じる起電力が最大から最小になる１つの回転角度
間に制限されている請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項６】前記相対的な回転の範囲が、前記起電力
差検出手段の出力が最大から最小になる１つの回転角度
間に制限されている請求項３に記載の角度検出装置。
【請求項７】検出できる回転角度範囲を異ならせた請
求項１に記載の角度検出装置を複数個備える角度検出装
置。
【請求項８】複数個の前記角度検出装置の出力を合成
して回転角度を算出する演算手段を備える請求項７に記
載の角度検出装置。
【請求項９】同一の回転軸の回りを回転する回転部材
である第１の部分（４７；６７５）と第２の部分（４
８；６８５）の相対的な回転角度を検出する角度検出装
置であって、前記第１の部分の１次部分に設けられ、軸が前記回転軸
と平行に配置された第１の１次鉄心（４１１；６１１、
６１３）と、前記第２の部分の１次部分に設けられ、軸が前記第１の
１次鉄心（４１１；６１１）の前記軸と平行に配置され
た第２の１次鉄心（４１２；６１２）と、前記第１の部分の２次部分に設けられ、軸が前記回転軸
と平行に配置され、前記軸方向から見た時に前記相対的
な回転に伴って前記軸に垂直な断面と前記第２の１次鉄
心（４１２；６１２）の前記軸に垂直な断面との重なり
具合が変化するように配置された第１の２次鉄心（４２
１；６２１）と、前記第２の部分の２次部分に設けられ、軸が前記回転軸
と平行に配置され、前記軸方向から見た時に前記相対的
な回転に伴って前記軸に垂直な断面と前記第１の１次鉄
心（４１１；６１１、６１３）の前記軸に垂直な断面と
の重なり具合が変化するように配置された第１の２次鉄
心（４２２；６２２）と、前記第１の１次鉄心と前記第２の１次鉄心の回りに設け
られた１次捲線（６３）と、前記第１の２次鉄心（４２１；６２１）の回りに設けら
れた第１の２次捲線（６４１）と、前記第２の２次鉄心（４２２；６２２）の回りに設けら
れた第２の２次捲線（６４２）と、前記１次捲線に交流信号を印加する交流信号源と、前記第１と第２の２次捲線の起電力の差を検出する起電
力差検出手段を備えることを特徴とする回転検出装置。
【請求項１０】前記第１の１次鉄心（６１１、６１
３）と前記第２の２次鉄心（６２２）は、前記回転軸の
中心から同一の半径部分に設けられており、前記第２の１次鉄心（６１２）と前記第１の２次鉄心
（６２１）は、前記回転軸の中心から同一の半径部分に
設けられている請求項９に記載の回転検出装置。
【請求項１１】前記第１の１次鉄心（６１１、６１
３）と前記第２の２次鉄心（６２２）の組と、前記第２
の１次鉄心（６１２）と前記第１の２次鉄心（６２１）
の組は、前記回転軸の中心から異なる半径部分に設けら
れている請求項９に記載の回転検出装置。
【請求項１２】前記相対的な回転の範囲が、前記起電
力差検出手段の出力が最大及び最小になる隣接する回転
角度間に制限されている請求項９に記載の回転検出装
置。
【請求項１３】検出できる角度の変位範囲を異ならせ
た請求項９に記載の角度検出装置を複数個備える角度検
出装置。
【請求項１４】複数個の前記角度検出装置の出力を合
成して回転角度を算出する角度算出手段を備える請求項
１３に記載の角度検出装置。