JP4651540B2 - 相対回転位置検出装置 - Google Patents

Description

この発明は２軸間の相対的回転位置を検出する装置に関し、例えば自動車のパワーステアリング軸に負荷されるねじり負荷を検出するためのトルクセンサとしての用途に適したものである。

相対的に回転可能な２軸のねじれ量を検出するやりかたとして、トーションバーを介して結合された入力軸及び出力軸にポテンショメータあるいはレゾルバ装置のような検出装置を設けることが従来からよく知られている。ポテンショメータを用いるものにあっては、入力軸に摺動子を設け、出力軸に抵抗を設けることで、摺動子の抵抗に対する接触位置が入力軸と出力軸の相対的回転位置に応じて変化し、これに対応するアナログ電圧を得るようになっている。レゾルバ装置を用いるものにあっては、入力軸と出力軸の両軸にレゾルバ装置を設け、これら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。一方、相対的に回転可能な２軸の回転ずれを検出するものとして、誘導コイルを用いたパワーステアリング用非接触トルクセンサーも開発されている（特許文献１）。
特開平６−１７４５７０ 特開２０００−５５６１０ 特開２００２−４８５０８ 特開２００２−１０７１１０ 特開２００２−３１０８１６

上記各特許文献２〜５に示された発明は、いずれも、上述の先行技術の欠点を改善するために提案されたものであり、コイル部と磁気応答部材（磁性体あるいは導電体）とを用いた非接触式の誘導又は可変磁気結合型のセンサを使用しており、また、位相検出方式によって精度の良い検出を行うことに適している。

ポテンショメータを用いるタイプの従来技術にあっては、機械的接触構造を持つため、接触不良や故障の問題が常につきまとう。また、温度変化によって抵抗のインピーダンス変化が起こるため、温度ドリフト補償を適切に行なわねばならない。また、従来の誘導コイルを用いたパワーステアリング用非接触トルクセンサとして知られたような回転ずれ検出装置は、微小な回転ずれに応じて生じるアナログ電圧レベルを測定する構成であり、その検出分解能において劣るものである。また、コイルの温度ドリフト特性を補償する必要があるのみならず、相対回転位置に応じてコイルに対する磁気結合を変化させる磁性体のリラクタンスや導電体の渦電流損にも温度ドリフト特性があり、これを適切に補償する必要がある。また、トルクセンサへの応用にあたっては、微小な回転角度を精密に検出する必要があり、そのため、上述の各特許文献に示されたような非接触式の誘導又は可変磁気結合型のセンサを使用するものにあっては、センサコイルの出力電圧レベルを十分にとれるようにすることが望まれる。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、位相検出方式によって精度の良い検出を行うことに適したタイプの検出装置において、センサコイルの出力電圧レベルのゲインを十分にとることができるようにすることで、微小な回転角度でも精密に検出することができるようにした相対回転位置検出装置を提供しようとするものである。

本発明に従う相対回転位置検出装置は、相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対回転位置検出装置であって、前記第１の軸の回転に連動して回転するように設けられた第１の磁性体部と、前記第２の軸の回転に連動して回転するように設けられた第２の磁性体部とを備え、前記第１の磁性体部と第２の磁性体部は、互いにギャップを介して対向するリング状の可変磁気結合境界部を少なくとも２つ構成するものであり、第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じて前記各境界部の各磁気結合が変化し、その磁気結合の変化の位相が前記各境界部間でずれており、前記各境界部に対応してそれぞれ設けられた検出用のコイルを具備するコイル部を更に備え、前記第１及び第２の磁性体部は、円周方向に沿って不等ピッチの複数の磁性歯を有する円筒部材からそれぞれなっており、前記複数の磁性歯は、前記複数の境界部の夫々に対応するグループを成しており、各磁性体部においては各グループ毎に歯の軸方向の長さが異なっており、前記第１及び第２の磁性体部における同一グループの歯同士がそれぞれ対向することにより当該グループに対応する前記境界部を構成し、これにより、前記各境界部が軸方向にオフセットされた配置で構成されるようにしてなることを特徴とする。

これによれば、第１及び第２の軸の相対的回転に応じて相対的に回転する第１の磁性体部と第２の磁性体部は、互いにギャップを介して対向するリング状の可変磁気結合境界部が少なくとも２つ構成され、かつ、該各境界部間でその磁気結合の変化の位相がずれるようにされるので、位相検出原理に適した相対回転位置検出装置を提供することができる。磁気結合検出用のコイルは、第１及び第２の磁性体部におけるリング状の可変磁気結合境界部の全体を覆うように配置できるので、出力電圧レベルのゲインを十分にとることができる。従って、微小な回転角度でも精密に検出することができるようになる。
好ましくは、前記コイル部の各コイルの出力信号を合成して、前記第１及び第２の軸の相対的回転位置に応じて基準交流信号を位相シフトした出力交流信号を生ずる回路を更に備える。
また、好ましくは、１つの前記境界部は、第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じてサイン特性の磁気結合変化を示し、別の前記境界部は、第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じてコサイン特性の磁気結合変化を示す。

本発明の第２の観点に従えば、相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対回転位置検出装置であって、前記第１の軸の回転に連動して回転するように設けられた第１の磁性体部と、前記第２の軸の回転に連動して回転するように設けられた第２の磁性体部とを備え、前記第１の磁性体部と第２の磁性体部は、互いにギャップを介して対向するリング状の可変磁気結合境界部を少なくとも２つ構成するものであり、第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じて前記各境界部の磁気結合が変化し、その磁気結合の変化の位相が各境界部間でずれており、前記各境界部に対応してそれぞれ設けられた検出用のコイルを具備するコイル部を更に備え、前記第１の磁性体部は、軸方向に離隔して配置された複数の第１の磁性体リングを含み、前記第２の磁性体部は、軸方向に離隔して配置された複数の第２の磁性体リングを含み、前記複数の第２の磁性体リングの各々は、前記複数の第１の磁性体リングの間にそれぞれ配置され、かつ、各第２の磁性体リングが前記第２の軸と一緒に回転するように連結手段を介して連結されており、隣接する前記第１の磁性体リングと第２の磁性体リングの間で前記境界部が形成されるように、該第１の磁性体リングと第２の磁性体リングのそれぞれの対向面が磁性体の増減パターンをなしていることを特徴とする。この場合、複数の隣接する前記第１の磁性体リングと第２の磁性体リングの間で４つの前記境界部が形成され、第１の境界部が第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じてサイン特性の磁気結合変化を示し、第２の境界部が第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じてコサイン特性の磁気結合変化を示し、第３の境界部が第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じてマイナスサイン特性の磁気結合変化を示し、第４の境界部が第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じてマイナスコサイン特性の磁気結合変化を示すように構成してもよい。

本発明の第１の観点に従う相対回転位置検出装置の一実施例を示す側断面略図、及びその第１及び第２の磁性体部を抽出して示す側面略図。 図１の実施例における第１及び第２の磁性体部の各磁性歯の構成とそれに対応するコイルの配置関係を示す展開図。 図１における相対回転位置検出装置（トルク検出装置）のコイル部に関連する電気回路例を示す図。 同相対回転位置検出装置の出力をマイクロコンピュータに接続してなる検出システムの一例を示すブロック図。 同相対回転位置検出装置の出力をマイクロコンピュータに接続してなる検出システムの別の構成例を示すブロック図。 図３の検出回路構成によって検出データの温度ドリフト補償が行えることを説明するタイミング図。 第１及び第２の磁性体部の各磁性歯の先端部の具体的構成例を示す略図。 本発明の第１の観点に従う相対回転位置検出装置の別の実施例を示す側断面略図、及びその第１及び第２の磁性体部を抽出して示す側面略図。 図８の実施例における第１及び第２の磁性体部の各磁性歯の構成とそれに対応するコイルの配置関係を示す展開図。 図８における相対回転位置検出装置（トルク検出装置）のコイル部に関連する電気回路例を示す図。 本発明の第１の観点に従う相対回転位置検出装置の更に別の実施例を示す側断面略図、及びその第１及び第２の磁性体部を抽出して示す側面略図。 図１１の実施例における第１及び第２の磁性体部の各磁性歯の構成とそれに対応するコイルの配置関係を示す展開図。 図１１における相対回転位置検出装置（トルク検出装置）のコイル部に関連する電気回路例を示す図。 第１及び第２の磁性体部の各磁性歯についての各種の改善・工夫を施した具体的構成例を示す略図。 本発明の第２の観点に従う相対回転位置検出装置の一実施例を示す側断面略図。 図１５における相対回転位置検出装置（トルク検出装置）の第１及び第２の磁性体部を組み立てた状態を抽出して示す斜視図。 図１６の分解斜視図。 図１６又は図１７に示された各磁性体リングとそれに対応するコイルの配置関係を示す展開図。 図１５における相対回転位置検出装置（トルク検出装置）のコイル部に関連する電気回路例を示す図。 図１５におけるハンドル角検出装置の一実施例を示す正面略図。

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（ａ）は、本発明の第１の観点に従う相対回転位置検出装置の一実施例を示す側面一部断面概略図である。この実施例に係る相対回転位置検出装置は、自動車のハンドル（ステアリング）に連結されるステアリングシャフトのトーションバー３にかかるねじれトルク検出のためのトルク検出装置４として構成されている。なお、図１（ａ）及び添付図面におけるその他の断面又は一部断面概略図においては、図示の簡略化のために、断面にハッチングを付していないことに注意されたい。

図１（ａ）において、入力軸１及び出力軸２はトーションバー３によって連結されており、該トーションバー３によるねじれ変形の許す限りの限られた角度範囲（例えば最大でも＋７度〜−７度程度の範囲）で相対的に回転しうる。このようなトーションバー３によって連結された２軸（入力軸１と出力軸２）の構造は、自動車のパワーステアリング機構において知られるものである。なお、本実施例に係る相対回転位置検出装置（トルク検出装置４）はパワーステアリング機構のトーションバー３に負荷されるトルクを検出するためのトルクセンサとして応用されるものとしているが、これに限らず、本発明に係る相対回転位置検出装置は、あらゆる用途の相対回転位置検出において適用することができるのはもちろんである。

本実施例に係る相対回転位置検出装置（トルク検出装置４）は、入力軸１の回転に連動して回転するように設けられた第１の磁性体部（別名、入力軸ロータ）１０と、出力軸２の回転に連動して回転するように設けられた第２の磁性体部（別名、出力軸ロータ）２０と、コイル部３０とで構成される。第１の磁性体部（入力軸ロータ）１０と第２の磁性体部（出力軸ロータ）２０は適宜のエアギャップを介して非接触的に対向する。
図１（ｂ）は第１の磁性体部（入力軸ロータ）１０と第２の磁性体部（出力軸ロータ）２０とを抽出して示す側面略図である。第１の磁性体部（入力軸ロータ）１０は、円周方向に沿って不等ピッチの複数の磁性歯１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・を有する円筒部材からなっている。同様に、第２の磁性体部（出力軸ロータ）２０も、円周方向に沿って不等ピッチの複数の磁性歯２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，・・・を有する円筒部材からなっている。第１の磁性体部（入力軸ロータ）１０は入力軸１に取り付けられ、該入力軸１と共に回転する。第２の磁性体部（出力軸ロータ）２０は出力軸２に取り付けられ、該出力軸２と共に回転する。第１の磁性体部（入力軸ロータ）１０における複数の磁性歯１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・は４つのグループａ〜ｄを成しており、各グループ毎に歯の軸方向の長さが異なっている。一方、第２の磁性体部（出力軸ロータ）２０における複数の磁性歯２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，・・・も同様の４つのグループａ〜ｄを成しており、各グループ毎に歯の軸方向の長さが異なっている。なお、図１（ｂ）及び添付図面におけるその他の側面略図においては、面の違いを明らかにするために、面毎に異なるパターンの斜線を付しているが、これらの斜線は断面を示すものではないことに注意されたい。

第１の磁性体部（入力軸ロータ）１０の各磁性歯１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・と、それに対向する第２の磁性体部（出力軸ロータ）２０の各磁性歯２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，・・・は、相補的な歯の長さを持つことで、いずれの歯も所定のエアギャップを介して対向するようになる。すなわち、４つの各グループａ〜ｄの歯の長さが、便宜上、「１」、「２」、「３」、「４」の４種の長さのいずれかに分類されるとすると、第１の磁性体部（入力軸ロータ）１０のグループａの磁性歯１ａの長さが「３」ならば、それに対向する第２の磁性体部（出力軸ロータ）２０のグループａの磁性歯２ａの長さは「２」とされる。また、グループｂについては、磁性歯１ｂの長さが「４」ならば、それに対向する磁性歯２ｂの長さは「１」とされる。また、グループｃについては、磁性歯１ｃの長さが「１」ならば、それに対向する磁性歯２ｃの長さは「４」とされる。また、グループｄについては、磁性歯１ｄの長さが「２」ならば、それに対向する磁性歯２ｄの長さは「３」とされる。

このような４つのグループａ〜ｄをなした各磁性歯１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，・・・の長さの違いにより、第１の磁性体部１０と第２の磁性体部２０との間で、各グループａ〜ｄに対応する４つの可変磁気結合境界部が形成され、これらの各グループａ〜ｄに対応する可変磁気結合境界部は軸方向に互いにオフセットされた配置をとる。
コイル部３０は、第１及び第２の磁性体部１０，２０の各グループａ〜ｄ毎の磁性歯１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，・・・の間で形成された上記４つの可変磁気結合境界部の周りにそれぞれ巻設される４つのコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４からなる。すなわち、各コイルＬ１〜Ｌ４は各境界部のオフセットの間隔に対応して軸方向に離隔して配置され、第１及び第２の磁性体部１０，２０の各磁性歯１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，・・・の間で形成された上記４つの境界部の各々が対応するコイルＬ１〜Ｌ４の内部空間内に挿入される格好となっている。

ここで、図２（ａ）〜（ｃ）の展開図に示されるように、第１及び第２の磁性体部１０，２０における各磁性歯１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，・・・の歯並び（ピッチ）の不等性は、相対的回転位置に応じて各境界部に生じる磁気結合の変化の位相が所定の関係となるように、所定の規則性を持つものとされる。すなわち、入力軸１と出力軸２の相対的回転位置の変化に伴って、第１及び第２の磁性体部１０，２０の各磁性歯の対応が変化するとき、各グループａ〜ｄに対応する各境界部での磁気結合度合いの変化の位相がそれぞれ次のように異なるものとなる。なお、図２（ａ）〜（ｃ）及び添付図面におけるその他の展開図においては、上記図１（ｂ）の場合と同様に、面の違いを明らかにするために、面毎に異なるパターンの斜線を付しているが、これらの斜線は断面を示すものではないことに注意されたい。

例えば、図２（ａ）は、入力軸１の出力軸２に対する時計方向のずれ量（相対的回転位置）が最大（例えば＋７度）のときの、第１の磁性体部１０の磁性歯１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・と第２の磁性体部２０の磁性歯２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，・・・の対応例を示す。また、図２（ｂ）は、入力軸１の出力軸２に対するずれ量（相対的回転位置）が０（中立位置）のときの、第１の磁性体部１０の磁性歯１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・と第２の磁性体部２０の磁性歯２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，・・・の対応例を示す。更に、図２（ｃ）は、入力軸１の出力軸２に対する反時計方向のずれ量（相対的回転位置）が最大（例えば−７度）のときの、第１の磁性体部１０の磁性歯１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・と第２の磁性体部２０の磁性歯２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，・・・の対応例を示す。

例えば、時計方向の最大ずれに対応する図２（ａ）において、グループａに関する第１の磁性体部１０の複数の磁性歯１ａと第２の磁性体部２０の複数の磁性歯２ａとの間に形成される境界部のように、ギャップを介して対向する磁性歯１ａ，２ａがちょうど一致している（ぴったり重なっている）とき、その境界部における磁気結合度は最大値を示し、例えば正弦関数値に換算するとｓｉｎ９０°の値に相当する。また、図２（ａ）におけるグループｃに関する第１の磁性体部１０の複数の磁性歯１ｃと第２の磁性体部２０の複数の磁性歯２ｃとの間に形成される境界部のように、ギャップを介して対向する磁性歯１ｃ，２ｃが歯の横幅分だけ丁度ずれている（つまり重なっていない）とき、その境界部における磁気結合度は最小値を示し、例えば正弦関数値に換算するとｓｉｎ２７０°すなわち−ｓｉｎ９０°の値に相当する。このように、グループａに関する第１及び第２の磁性体部１０，２０の磁性歯１ａ，２ａの境界部の磁気結合変化と、グループｃに関する第１及び第２の磁性体部１０，２０の磁性歯１ｃ，２ｃの境界部の磁気結合変化とは、逆相関係となっている。また、図２（ａ）におけるグループｂに関する第１の磁性体部１０の複数の磁性歯１ｂと第２の磁性体部２０の複数の磁性歯２ｂとの間に形成される境界部のように、ギャップを介して対向する磁性歯１ｂ，２ｂがちょうど歯の横幅の１／２だけ重なっているとき、その境界部における磁気結合度は最大値と最小値の中間の値を示し、例えば正弦関数値に換算するとｃｏｓ９０°の値に相当する。また、図２（ａ）におけるグループｄに関する第１の磁性体部１０の複数の磁性歯１ｄと第２の磁性体部２０の複数の磁性歯２ｄとの間に形成される境界部のように、ギャップを介して対向する磁性歯１ｄ，２ｄが上記とは逆相に歯の横幅の１／２だけ重なっているとき、その境界部における磁気結合度は最大値と最小値の中間の値を示し、例えば正弦関数値に換算すると−ｃｏｓ９０°の値に相当する。

中立位置に対応する図２（ｂ）においては、グループａに関する第１及び第２の磁性体部１０，２０の磁性歯１ａ，２ａは歯の横幅の略３／４だけ重なっており、その境界部の磁気結合度は正弦関数値に換算するとｓｉｎ４５°の値に対応付けることができる。そのとき、グループｃに関する第１及び第２の磁性体部１０，２０の磁性歯１ｃ，２ｃは歯の横幅の略１／４だけ重なっており、その境界部の磁気結合度は正弦関数値に換算すると−ｓｉｎ４５°の値に対応付けることができる。また、この中立位置においては、グループｂに関する第１及び第２の磁性体部１０，２０の磁性歯１ｂ，２ｂは歯の横幅の略３／４だけ重なっており、その境界部の磁気結合度は正弦関数値に換算するとｃｏｓ４５°の値に対応付けることができる。そのとき、グループｄに関する第１及び第２の磁性体部１０，２０の磁性歯１ｄ，２ｄは歯の横幅の略１／４だけ重なっており、その境界部の磁気結合度は正弦関数値に換算すると−ｃｏｓ４５°の値に対応付けることができる。

また、反時計方向の最大ずれに対応する図２（ｃ）において、グループａに関する第１及び第２の磁性体部１０，２０の磁性歯１ａ，２ａは歯の横幅の１／２だけ重なっており、その境界部の磁気結合度は正弦関数値に換算するとｓｉｎ０°の値に対応付けることができる。そのとき、グループｃに関する第１及び第２の磁性体部１０，２０の磁性歯１ｃ，２ｃは上記とは逆相で歯の横幅の１／２だけ重なっており、その境界部の磁気結合度は正弦関数値に換算すると−ｓｉｎ０°の値に対応付けることができる。また、この位置においては、グループｂに関する第１及び第２の磁性体部１０，２０の磁性歯１ｂ，２ｂは丁度一致しており、その境界部の磁気結合度は正弦関数値に換算するとｃｏｓ０°の値に対応付けることができる。そのとき、グループｃに関する第１及び第２の磁性体部１０，２０の磁性歯１ｃ，２ｃは歯の横幅分だけ丁度ずれており（つまり重なっていない）、その境界部の磁気結合度は正弦関数値に換算すると−ｃｏｓ０°の値に対応付けることができる。

こうして、入力軸１と出力軸２との間の反時計方向の最大ずれ（約−７度）から時計方向の最大ずれ（約＋７度）までの約１４度の範囲にわたる相対的回転位置（トーションバー３のねじれ量）が、正弦関数値に換算して、ｓｉｎ０°からｓｉｎ９０°まで（又は−ｓｉｎ０°から−ｓｉｎ９０まで、あるいはｃｏｓ０°からｃｏｓ９０°まで、あるいは−ｃｏｓ０°から−ｃｏｓ９０°まで）の略９０度の範囲の磁気結合変化として出現する。よって、この磁気結合変化をコイル部３０で測定することで、相対的回転位置（トーションバー３のねじれ量）を検出することができる。

コイル部３０の各コイルＬ２，Ｌ１，Ｌ４，Ｌ３は共通の基準交流信号（例えばｓｉｎωｔとする）で励磁される。入力軸１と出力軸２の相対的回転位置の変化によって、第１及び第２の磁性体部１０，２０の各グループａ〜ｄの境界部の磁気結合度が変化すると、各境界部（つまりグループａ〜ｄ）に対応する各コイルＬ２，Ｌ１，Ｌ４，Ｌ３のインピーダンスが変化する。このインピーダンス変化は、図２の例では、上述のように、約１４度の範囲にわたる相対的回転位置（トーションバー３のねじれ量）に関して、正弦関数値に換算して略９０度の範囲で表現される。従って、この相対的回転位置（トーションバー３のねじれ量）に応じたインピーダンス変化の正弦関数値の位相値θを検出することで、相対的回転位置つまりねじれ量のアブソリュート検出を行うことができる。

このインピーダンス変化を、略９０度の角度範囲における角度変数θを用いて下記のように表すことができる。上記グループａの境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイル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）＝Ｐ_０＋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、オフセット定数Ｐ_０は振幅係数Ｐよりも大きく（Ｐ_０≧Ｐ）、「Ｐ_０＋Ｐｓｉｎθ」は負の値をとらない。
また、上記グループｂの境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイルＬ２に生じる理想的なインピーダンス変化Ｂ（θ）は、
Ｂ（θ）＝Ｐ_０＋Ｐｃｏｓθ
のようなコサイン関数特性の式で等価的に表せる。

また、上記グループｃの境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイルＬ３に生じる理想的なインピーダンス変化Ｃ（θ）は、
Ｃ（θ）＝Ｐ_０−Ｐｓｉｎθ
のようなマイナスサイン関数特性の式で等価的に表せる。
更に、上記グループｄの境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイルＬ４に生じる理想的なインピーダンス変化Ｄ（θ）は、
Ｄ（θ）＝Ｐ_０−Ｐｃｏｓθ
のようなマイナスコサイン関数特性の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。

図３は、図１に示された相対位置検出装置（トルク検出装置４）に適用される電気回路例を示す。図３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、基準交流信号源４０から与えられる所定の高周波交流信号（便宜上、これをｓｉｎωｔで示す）によって１相で励磁される。各コイルＬ１〜Ｌ４に生じる電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは、等価的に、下記のように、検出対象たる回転位置に対応する前記角度変数θに応じた上記磁性歯の各グループａ〜ｄ毎のインピーダンス値に応じた大きさを示す。
Ｖａ＝（Ｐ_０＋ｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ
Ｖｂ＝（Ｐ_０＋ｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ
Ｖｃ＝（Ｐ_０−ｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ
Ｖｄ＝（Ｐ_０−ｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ

アナログ演算器３１は、下記のように、サイン相に相当するコイルＬ１の出力電圧Ｖａと、それに対して差動変化するマイナスサイン相に相当するコイル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
＝（Ｐ_０＋ｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ−（Ｐ_０−ｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ
＝ ２ｓｉｎθｓｉｎωｔ
アナログ演算器３２は、下記のように、コサイン相に相当するコイルＬ２の出力電圧Ｖｂと、それに対して差動変化するマイナスコサイン相に相当するコイル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
＝（Ｐ_０＋ｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ−（Ｐ_０−ｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ
＝ ２ｃｏｓθｓｉｎωｔ

こうして、検出対象たる相対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。
図２（ｄ）は、上記のようにしてアナログ演算器３１，３２で得られる各交流出力信号のサイン関数特性の振幅係数つまり振幅関数（ｓｉｎθ）とコサイン関数特性の振幅係数つまり振幅関数（ｃｏｓθ）のグラフである。図２（ｅ）は、図２（ｄ）に示すような振幅関数を持つ各交流出力信号に基づきその位相θ（略９０度の範囲の値を持つ）を測定することにより、相対的回転位置（トーションバー３のねじれ量つまりトルク）を検出することを模式的に示すグラフである。

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。また、その他の回路部分例えば基準交流信号発振回路４０等での温度ドリフト特性も、後述するように自動的に補償される。

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、位相検出方式で回転位置検出を行う。この場合の位相検出方式としては、例えば特開平９−１２６８０９号公報に示された技術を適宜用いるとよい。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をアナログ加算器３４で加算合成することで、ｓｉｎ（ωｔ＋θ）なる、θに応じてプラス方向（進相）に位相シフトされた交流信号（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、進相シフトされた交流検出信号ｓｉｎ（ωｔ＋θ）のゼロクロスをフィルタ及びコンパレータ３５で検出し、ゼロクロス検出パルスＬｐを生成する。
一方、シフト回路３３から出力される交流信号ｓｉｎθｃｏｓωｔｓと他方の交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔとをアナログ引算器３６で引算合成することで、ｓｉｎ（ωｔ−θ）なる、θに応じてマイナス方向（遅相）に位相シフトされた交流信号（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、遅相シフトされた交流検出信号ｓｉｎ（ωｔ−θ）のゼロクロスをフィルタ及びコンパレータ３７で検出し、ゼロクロス検出パルスＬｍを生成する。

コンパレータ３５から出力される進相シフトのゼロクロス検出パルスＬｐは、進相シフトされた交流検出信号ｓｉｎ（ωｔ＋θ）における位相シフト量θつまり入力軸１と出力軸２との間の相対的回転位置を、基準交流信号ｓｉｎωｔのゼロ位相時点に対する進み時間位置で示すタイミング信号に相当する。
また、コンパレータ３７から出力される遅相シフトのゼロクロス検出パルスＬｍは、遅相シフトされた交流検出信号ｓｉｎ（ωｔ−θ）における位相シフト量θつまり入力軸１と出力軸２との間の相対的回転位置を、基準交流信号ｓｉｎωｔのゼロ位相時点からの遅れ時間位置で示すタイミング信号に相当する。

このように、進相シフトのゼロクロス検出パルスＬｐと遅相シフトのゼロクロス検出パルスＬｍのどちらもが、入力軸１と出力軸２との間の相対的回転位置に相当する位相シフト量θを、時間位置で示す検出データである。従って、原理的には、進相シフトのゼロクロス検出パルスＬｐと遅相シフトのゼロクロス検出パルスＬｍのどちらか一方を、相対的回転位置の検出信号として出力するようにすればよい。しかし、後述するように温度ドリフト補償した検出データを得るためには、両方を用いるのがよい。そこで、回路ユニット７においては、進相の検出パルスＬｐと遅相の検出パルスＬｍとのを時間差Δｔに対応するパルス幅を持つ可変パルス幅信号ＰＷＭを形成するＰＷＭ変換回路７１が更に設けられている。このＰＷＭ変換回路７１で形成された該時間差Δｔに対応するパルス幅を持つ可変パルス幅信号ＰＷＭは、１本の出力ライン７ｃを介して出力される。

図３に示された各回路３１〜３７、４０、７１は１つの回路基板上にユニット化して収容されて回路ユニット７としてまとめられる。そして、該回路ユニット７が、図１に示すように、検出装置４のセンサ部（第１及び第２の磁性体部１０，２０とコイル部３０）と一体的にセンサケース４１内に収納される。こうして、ケース４１内に検出装置４のセンサ部（１０，２０，３０）と回路ユニット７がコンパクトに収められる。図４は、ケース４１内に収納された図１，図３に示す実施例に係る検出装置４を、その検出出力を利用するためのマイクロコンピュータ８に接続してなるシステム構成例を示す。マイクロコンピュータ８と図３実施例の検出装置４との間は、少なくとも電源供給ラインと１本の出力ライン７ｃで接続されるだけでよい。マイクロコンピュータ８は、ＰＷＭ信号キャプチャ用の入力ポートを有しており、この入力ポートに上記出力ライン７ｃを接続する。マイクロコンピュータ８は該入力ポートに接続されたライン７ｃからのＰＷＭ信号のパルス時間幅Δｔをカウントすることで、入力軸１と出力軸２間の相対回転位置をデジタル的に測定する。測定した相対回転位置データは、トーションバー３のねじれ角検出データとして、パワーステアリング制御のために利用される。この回路構成例においては、出力ライン７ｃが１本で済むので、構成を簡素化できる。

なお、マイクロコンピュータ８では、ライン７ｃから与えられるＰＷＭ信号のパルス時間幅Δｔ（つまりパルスＬｐとＬｍの時間差Δｔ）をカウントするだけでよく、検出装置で使用されている基準交流信号ｓｉｎωｔのゼロ位相時点を知る必要がない。よって、コンピュータの側での時間測定のための処理・構成が簡素化される。一方、検出装置では、アナログ発振回路により又はサイン波関数発生器などからなる基準交流信号発振回路４０により、内部で基準交流信号ｓｉｎωｔするだけでよく、これを同期化のための参照信号としてマイクロコンピュータ８に与える必要がないので、この意味でも外部端子の構成を簡素化できる。

ここで、再び温度ドリフト特性の補償について説明する。温度ドリフト特性によって、例えば基準交流信号発振回路４０で発生する交流信号の周波数や振幅レベルに変動が起きたり、その他の回路要素や信号線路でのインピーダンスが変動した場合、検出される前記進相シフトのゼロクロス検出パルスＬｐと遅相シフトのゼロクロス検出パルスＬｍにおけるそれぞれの位相シフト値θには温度ドリフト特性による誤差εが含まれることになる。しかし、この誤差εは両検出パルスＬｐ，Ｌｍにおいて同値同一方向（同値同一符号）で現われるので、２つの検出パルスＬｐ，Ｌｍ（タイミング信号）の時間差Δｔにおいては、自動的に誤差εが相殺されることになる。従って、温度ドリフトによる回路等のインピーダンス変化の影響を受けず、高精度な検出が可能となる。

図６は、この温度補償の様子を模式的に示すタイミング図である。（ａ）は温度ドリフトによる誤差εがない場合の検出パルスＬｐ，Ｌｍ（タイミング信号）の発生タイミング例を示し、時間差Δｔは、理論的には２θであり、正確な相対回転位置を示す。（ｂ）は温度ドリフトによる誤差εがある場合の検出パルスＬｐ，Ｌｍ（タイミング信号）の発生タイミング例を示す。この場合、進相の検出パルスＬｐは、基準交流信号のゼロ位相時点に対して、誤差εを含む「＋θ−ε」に相当する進み時間だけ先行して発生し、遅相の検出パルスＬｍは、基準交流信号のゼロ位相時点に対して、誤差εを含む「−θ−ε」に相当する遅れ時間だけ遅れて発生する。しかし、２つの検出パルスＬｐ，Ｌｍ（タイミング信号）のそれぞれがこのように誤差εを含んでいても、両者の時間差Δｔにおいては、自動的に誤差εが相殺され、正確な相対回転位置を示す理論値２θに対応している。このように、温度ドリフト補償が達成されている。

図５は、回路ユニット７内に搭載する回路構成の別の例を示す。図５の例では、２本の出力ライン７ａ，７ｂを介して、上述の進相シフトのゼロクロス検出パルスＬｐと遅相シフトのゼロクロス検出パルスＬｍがそれぞれ出力される。マイクロコンピュータ８は、タイミング信号キャプチャ用の入力ポートを複数有しており、この入力ポートに上記出力ライン７ａ，７ｂをそれぞれ接続する。マイクロコンピュータ８は該入力ポートに接続されたライン７ａ，７ｂから与えられる２つのタイミング信号（パルスＬｐとＬｍ）の時間差Δｔをカウントすることで、入力軸１と出力軸２間の相対回転位置をデジタル的に測定する。測定した相対回転位置データは、前述と同様に、トーションバー３のねじれ角検出データとして、パワーステアリング制御のために利用される。

図７は、第１及び第２の磁性体１０，２０の各グループａ〜ｄ毎の磁性歯１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄの間で形成される可変磁気結合境界部の磁気応答感度を向上させるための工夫例を示す。図７（ａ）は、各磁性歯１ａ，２ａの先端部（エアギャップ側の端部）１ａＡ，２ａＡの厚みをその他の部分よりも増すようにした例を示す側面図であり、先端部とその他の部分の厚みが同じ場合よりも磁気応答感度を向上させることができる。図７（ｂ）は、各磁性歯１ａ，２ａの先端部（エアギャップ側の端部）１ａＢ，２ａＢを磁性体で構成し、他の部分を非磁性体で構成するようにした例を示す側面図であり、先端部とその他の部分を同じ磁性体とする場合よりも磁気応答感度を向上させることができる。図７（ｃ）は、各磁性歯１ａ，２ａの先端部（エアギャップ側の端部）１ａＡ，２ａＡ又は１ａＢ，２ａＢの横幅とその他の部分の横幅を略同じとした例を示す平面図である。図７（ｄ）は、各磁性歯１ａ，２ａの先端部（エアギャップ側の端部）１ａＡ，２ａＡ又は１ａＢ，２ａＢの横幅よりもその他の部分の横幅を細くした例を示す平面図であり、（ｃ）の例よりも磁気応答感度を向上させることができる。

次に、図１の実施例よりも簡素化した構造からなる本発明の実施例を図８に示す。図８（ａ）は、本実施例に係る検出装置４０１の側断面略図、（ｂ）は本実施例における第１の磁性体部（入力軸ロータ）１０１と第２の磁性体部（出力軸ロータ）２０１とを抽出して示す側面略図である。第１の磁性体部１０１は、２つのグループｓ，ｃに対応する複数の磁性歯１ｓ，１ｃ，・・・を円周方向に沿って不等ピッチで有する円筒部材からなっている。同様に、第２の磁性体部（出力軸ロータ）２０１も、２つのグループｓ，ｃに対応する複数の磁性歯２ｓ，２ｃ，・・・を円周方向に沿って不等ピッチで有する円筒部材からなっている。上述と同様に、第１の磁性体部（入力軸ロータ）１０１の各磁性歯１ｓ，１ｃ，・・・と、それに対向する第２の磁性体部（出力軸ロータ）２０１の各磁性歯２ｓ，２ｃ，・・・は、相補的な歯の長さを持つ。すなわち、２つの各グループｓ，ｃの歯の長さが、便宜上、「１」、「２」の２種の長さのいずれかに分類されるとすると、第１の磁性体部（入力軸ロータ）１０のグループｓの磁性歯１ｓの長さが「１」ならば、それに対向する第２の磁性体部（出力軸ロータ）２０１のグループｓの磁性歯２ｓの長さは「２」とされる。また、グループｃについては、磁性歯１ｃの長さが「２」ならば、それに対向する磁性歯２ｃの長さは「１」とされる。

図８の実施例において、コイル部３０１は、第１及び第２の磁性体部１０１，２０１のグループｓの複数の磁性歯１ｓ，２ｓの間で形成される可変磁気結合境界部の周りに巻設されるコイルＬ１と、もう１つのグループｃの複数の磁性歯１ｃ，２ｃの間で形成される可変磁気結合境界部の周りに巻設されるコイルＬ２とで構成される。
このように、図８の実施例は、図１の例に比べて、第１及び第２の磁性体部１０１，２０１の磁性歯１ｓ，１ｃ，・・・，２ｓ，２ｃ，・・・の構成が簡素化され、また、コイル部３０１のコイル数が合計２個と簡素化されている。

図９（ａ）〜（ｃ）の展開図に示されるように、第１及び第２の磁性体部１０１，２０１における各磁性歯１ｓ，１ｃ，・・・，２ｓ，２ｃ，・・・の歯並び（ピッチ）の不等性は、前述と同様に、相対的回転位置に応じて各境界部に生じる磁気結合の変化の位相が所定の関係となるように、所定の規則性を持つものとされる。すなわち、入力軸１と出力軸２の相対的回転位置の変化に伴って、第１及び第２の磁性体部１０，２０の各磁性歯の対応が変化するとき、各グループｓ，ｃに対応する各境界部での磁気結合度合いの変化の位相がそれぞれ次のように異なるものとなる。
例えば、図９（ａ）は、入力軸１の出力軸２に対する時計方向のずれ量（相対的回転位置）が最大（例えば＋７度）のときの、第１の磁性体部１０１の磁性歯１ｓ，１ｃと第２の磁性体部２０１の磁性歯２ｓ，２ｃの対応例を示す。また、図９（ｂ）は、入力軸１の出力軸２に対するずれ量（相対的回転位置）が０（中立位置）のときの、第１の磁性体部１０１の磁性歯１ｓ，１ｃと第２の磁性体部２０１の磁性歯２ｓ，２ｃの対応例を示す。更に、図９（ｃ）は、入力軸１の出力軸２に対する反時計方向のずれ量（相対的回転位置）が最大（例えば−７度）のときの、第１の磁性体部１０１の磁性歯１ｓ，１ｃと第２の磁性体部２０１の磁性歯２ｓ，２ｃの対応例を示す。

例えば、時計方向の最大ずれに対応する図９（ａ）において、グループｓに関する第１の磁性体部１０１の複数の磁性歯１ｓと第２の磁性体部２０１の複数の磁性歯２ｓとの間に形成される境界部のように、ギャップを介して対向する磁性歯１ｓ，２ｓがちょうど一致している（ぴったり重なっている）とき、その境界部における磁気結合度は最大値を示し、例えば正弦関数値に換算するとｓｉｎ９０°の値に対応付けることができる。また、図９（ａ）におけるグループｃに関する第１の磁性体部１０１の複数の磁性歯１ｃと第２の磁性体部２０１の複数の磁性歯２ｃとの間に形成される境界部のように、ギャップを介して対向する磁性歯１ｃ，２ｃが歯の横幅分だけ丁度ずれている（つまり重なっていない）とき、その境界部における磁気結合度は最小値を示し、例えば正弦関数値に換算するとｃｏｓ９０°の値に対応付けることができる。このように、グループｓに関する第１及び第２の磁性体部１０１，２０１の磁性歯１ｓ，２ｓの境界部の磁気結合変化と、グループｃに関する第１及び第２の磁性体部１０１，２０１の磁性歯１ｃ，２ｃの境界部の磁気結合変化とは、位相の９０度ずれたサインとコサインの関係に対応付けることができる。

中立位置に対応する図９（ｂ）においては、グループｓに関する第１及び第２の磁性体部１０１，２０１の磁性歯１ｓ，２ｓは歯の横幅の略１／２だけ重なっており、その境界部の磁気結合度は正弦関数値に換算するとｓｉｎ４５°の値に対応付けることができる。そのとき、グループｃに関する第１及び第２の磁性体部１０１，２０１の磁性歯１ｃ，２ｃは上記とは逆相で歯の横幅の略１／２だけ重なっており、その境界部の磁気結合度は正弦関数値に換算するとｃｏｓ４５°の値に対応付けることができる。
また、反時計方向の最大ずれに対応する図９（ｃ）において、グループｓに関する第１及び第２の磁性体部１０１，２０１の磁性歯１ｓ，２ｓは歯の横幅分だけ丁度ずれており（つまり重なっていない）、その境界部の磁気結合度は正弦関数値に換算するとトニミ０°の値に対応付けることができる。そのとき、グループｃに関する第１及び第２の磁性体部１０１，２０１の磁性歯１ｃ，２ｃは丁度一致しており、その境界部の磁気結合度は正弦関数値に換算するとｃｏｓ０°の値に対応付けることができる。

こうして、入力軸１と出力軸２との間の反時計方向の最大ずれ（約−７度）から時計方向の最大ずれ（約＋７度）までの約１４度の範囲にわたる相対的回転位置（トーションバー３のねじれ量）が、正弦関数値に換算して、ｓｉｎ０°からｓｉｎ９０°まで（あるいはｃｏｓ０°からｃｏｓ９０°まで）の略９０度の範囲の磁気結合変化として出現する。よって、この磁気結合変化をコイル部３０１で測定することで、相対的回転位置（トーションバー３のねじれ量）を検出することができる。

コイル部３０１の各コイルＬ１，Ｌ２は共通の基準交流信号（例えばｓｉｎωｔとする）で励磁される。入力軸１と出力軸２の相対的回転位置の変化によって、第１及び第２の磁性体部１０１，２０１の各グループｓ，ｃの境界部の磁気結合度が変化すると、各境界部（つまりグループｓ，ｃ）に対応する各コイルＬ１，Ｌ２のインピーダンスが変化する。このインピーダンス変化は、図９の例では、上述のように、約１４度の範囲にわたる相対的回転位置（トーションバー３のねじれ量）に関して、正弦関数値に換算して略９０度の範囲で表現される。従って、前述と同様に、この相対的回転位置（トーションバー３のねじれ量）に応じたインピーダンス変化の正弦関数値の位相値θを検出することで、相対的回転位置つまりねじれ量のアブソリュート検出を行うことができる。

このインピーダンス変化を、略９０度の角度範囲における角度変数θを用いて下記のように表すことができる。上記グループｓの境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイル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、前述と同様に、
Ａ（θ）＝Ｐ_０＋Ｐｓｉｎθ
また、上記グループｃの境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイルＬ２に生じる理想的なインピーダンス変化Ｂ（θ）は、
Ｂ（θ）＝Ｐ_０＋Ｐｃｏｓθ
のようなコサイン関数特性の式で等価的に表せる。前述のとおり、Ｐは以下省略する。

図１０は、図８に示された相対位置検出装置（トルク検出装置４０１）に適用される電気回路例を示す。図８において、各コイルＬ１，Ｌ２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，Ｌ２は、基準交流信号源４０から与えられる所定の高周波交流信号（ｓｉｎωｔ）によって１相で励磁される。各コイルＬ１，Ｌ２に生じる電圧Ｖｓ，Ｖｃは、等価的に、下記のように、検出対象たる回転位置に対応する前記角度変数θに応じた上記磁性歯の各グループｓ，ｃ毎のインピーダンス値に応じた大きさを示す。
Ｖｓ＝（Ｐ_０＋ｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ
Ｖｃ＝（Ｐ_０＋ｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ

図１０の回路においては、所定の交流基準電圧Ｖｒを発生するための分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２が設けられている。アナログ演算器３１は、下記のように、サイン相に相当するコイルＬ１の出力電圧Ｖｓから交流基準電圧Ｖｒを引き算し、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。なお、Ｖｒは「Ｐ_０ｓｉｎωｔ」に相当するものとする。
Ｖｓ−Ｖｒ
＝（Ｐ_０＋ｓｉｎθ）ｓｉｎωｔ−Ｖｒ
＝ ｓｉｎθｓｉｎωｔ
アナログ演算器３２は、下記のように、コサイン相に相当するコイルＬ２の出力電圧Ｖｃから交流基準電圧Ｖｒを引き算し、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。
Ｖｃ−Ｖｒ
＝（Ｐ_０＋ｃｏｓθ）ｓｉｎωｔ−Ｖｒ
＝ ｃｏｓθｓｉｎωｔ

こうして、図８〜図１０の実施例においても、図１〜図３の実施例と同様に、検出対象たる相対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「ｓｉｎθｓｉｎωｔ」と「ｃｏｓθｓｉｎωｔ」が得られる。図９（ｄ）は、図２（ｄ）と同様に、上記のようにしてアナログ演算器３１，３２で得られる各交流出力信号のサイン関数特性の振幅係数つまり振幅関数（ｓｉｎθ）とコサイン関数特性の振幅係数つまり振幅関数（ｃｏｓθ）のグラフである。また、図９（ｅ）は、図２（ｅ）と同様に、図９（ｄ）に示すような振幅関数を持つ各交流出力信号に基づきその位相θ（略９０度の範囲の値を持つ）を測定することにより、相対的回転位置（トーションバー３のねじれ量つまりトルク）を検出することを模式的に示すグラフである。図１０におけるその他の回路は図３に示したものと同様であり、検出対象たる相対回転位置に相関する位相角θを示す進相の検出パルスＬｐと遅相の検出パルスＬｍとを夫々生成し、また、両者の時間差Δｔに対応するパルス幅を持つ可変パルス幅信号ＰＷＭを生成する。なお、交流基準電圧Ｖｒを発生する手段は、図示のような分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２によるものに限らず、インピーダンス一定の（つまりθに応じてインピーダンスが変化しない）コイルを用いる（勿論ｓｉｎωｔで交流励磁する）ようにしてもよい。つまり抵抗Ｒ１を定電圧発生用のコイルで置き換えてもよい。

更に、図８〜図１０に示す実施例の変形例として、図１１〜図１３に示す実施例を示す。図１１〜図１３の実施例において、図８〜図１０の実施例との相違は、コイル部３０２において、各グループｓ，ｃ毎の境界部に対応してそれぞれ２つのコイルＬ１とＬｓ及びＬ２とＬｃが設けられている点であり、他は図８〜図１０の実施例と同一構成である。つまり、グループｓの境界部に対応して２つのコイルＬ１とＬｃが二重に巻設され、また、グループｃの境界部に対応して２つのコイルＬ２とＬｓが二重に巻設されている。各グループｓ，ｃの境界部では当該グループに対応するメインのコイルＬ１，Ｌ２がそれぞれ巻設され、その外側に他のグループに対応するサブのコイルＬｃ，Ｌｓがそれぞれ巻設される。
グループｓについてはコイルＬ１とＬｓが対をなし、図１２（ａ）から（ｃ）までの最大移動範囲に対応して、そのインピーダンス変化が略９０度の範囲のサイン関数特性を示すように、それぞれのコイル巻数（インダクタンス）が設定される。また、グループｃについてはコイルＬ２とＬｃが対をなし、図１２（ａ）から（ｃ）までの最大移動範囲に対応して、そのインピーダンス変化が略９０度の範囲のコサイン関数特性を示すように、それぞれのコイル巻数（インダクタンス）が設定される。メインのコイルＬ１，Ｌ２の巻数（インダクタンス）は等しく（Ｌ１＝Ｌ２）、また、サブのコイルＬｓ，Ｌｃの巻数（インダクタンス）も等しく（Ｌｓ＝Ｌｃ）、メインとサブとの間では巻数（インダクタンス）が異なっている。

例えば、図９（ａ）と同様に入力軸１の出力軸２に対する時計方向の最大ずれ（例えば＋７度）に対応する図１２（ａ）の例において、グループｓに関する第１の磁性体部１０１の複数の磁性歯１ｓと第２の磁性体部２０１の複数の磁性歯２ｓとの間に形成される境界部では、ギャップを介して対向する磁性歯１ｓ，２ｓがちょうど一致しており（ぴったり重なっている）、その境界部における磁気結合度は最大値を示し、例えば正弦関数値に換算するとｓｉｎ９０°の値に対応付けることができるので、これに対応するメインのコイルＬ１のインピーダンスがｓｉｎ９０°に相当する値（例えば「２ａ＋ｂ」とする）をとるようにコイル巻数Ｎを設定する。そのとき、図１２（ａ）におけるグループｃに関する第１の磁性体部１０１の複数の磁性歯１ｃと第２の磁性体部２０１の複数の磁性歯２ｃとの間に形成される境界部では、ギャップを介して対向する磁性歯１ｃ，２ｃが歯の横幅分だけ丁度ずれており（つまり重なっていない）、その境界部における磁気結合度は最小値を示し、これに対応するメインのコイルＬ２のインピーダンスがｃｏｓ９０°に相当する値（例えば「ａ＋ｂ」とする）をとるようにコイル巻数Ｎを設定する。一方、グループｃの磁性歯１ｃ，２ｃによる境界部に対応付けて設けられたグループｓのサブのコイルＬｓは、磁気結合度が最小値のときに、そのインピーダンスが−ｓｉｎ９０°に相当する値（例えば「ｂ」とする）をとるようにコイル巻数ｎを設定する。同様に、グループｓの磁性歯１ｓ，２ｓによる境界部に対応付けて設けられたグループｃのサブのコイルＬｃは、磁気結合度が最大値のときに、そのインピーダンスが−ｃｏｓ９０°に相当する値（例えば「ａ＋ｂ」）をとるようにコイル巻数ｎを設定する。
これをまとめると、メインのコイルＬ１，Ｌ２の巻数Ｎは、最大磁気結合でインピーダンス「２ａ＋ｂ」（ｓｉｎ９０°＝ｃｏｓ０°に相当）、最小磁気結合でインピーダンス「ａ＋ｂ」（ｃｏｓ９０°＝ｓｉｎ０°に相当）となるように設定し、サブのコイルＬｓ，Ｌｃの巻数ｎは、最大磁気結合でインピーダンス「ａ＋ｂ」（−ｃｏｓ９０°＝−ｓｉｎ０°に相当）、最小磁気結合でインピーダンス「ｂ」（−ｓｉｎ９０°＝−ｃｏｓ０°に相当）となるように設定する。

このインピーダンス変化を、０度から９０度までの略９０度の角度範囲における角度変数θを用いて下記のように表すことができる。まず、グループｓの境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるメインのコイル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、前述と同様に、
Ａ（θ）＝Ｐ_０＋Ｐｓｉｎθ
と表わすことができる。また、上記グループｃの境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイル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）＝Ｐ_０＋Ｐｃｏｓθ
と表わすことができる。また、グループｓに対応付けられるサブのコイルＬｓ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Ｃ（θ）は、
Ｃ（θ）＝Ｐ_０−Ｐｓｉｎθ
と表わすことができる。また、グループｃに対応付けられるサブのコイルＬｃ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Ｄ（θ）は、
Ｄ（θ）＝Ｐ_０−Ｐｃｏｓθ
と表わすことができる。ここで、Ｐ_０は上記「ａ＋ｂ」に相当し、Ｐは上記「ａ」に相当すると考えてよい。

図１３は、図１１に示された相対位置検出装置（トルク検出装置４０２）に適用される電気回路例を示すもので、実質的に図３と同様な回路構成からなる。図３におけるコイルＬ３，Ｌ４が、図１３ではサブコイルＬｓ，Ｌｃに置き換えられているが、上述のように、理論的にはどちらの場合も同様の特性のインピーダンス変化Ｃ（θ）、Ｄ（θ）を示すものとしているので、図３で行なった説明はそのまま図１３にも適用される。こうして、図１１〜図１３の実施例においても、図１〜図３の実施例と同様に、検出対象たる相対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「ｓｉｎθｓｉｎωｔ」と「ｃｏｓθｓｉｎωｔ」が得られ、これにもとづき、検出対象たる相対回転位置に相関する位相角θを示す進相の検出パルスＬｐと遅相の検出パルスＬｍとが夫々生成され、また、両者の時間差Δｔに対応するパルス幅を持つ可変パルス幅信号ＰＷＭが生成される。

勿論、図７に示した第１及び第２の磁性体部（入力軸ロータ，出力軸ロータ）１０，２０の各磁性歯に関する改良・工夫は、他の実施例（図８，図１１）にも適用可能出でる。更に、各実施例（図１，図８，図１１）における第１及び第２の磁性体部（入力軸ロータ，出力軸ロータ）１０，２０，１０１，２０１の各磁性歯の対向によって可変磁気結合境界部を形成するための、各磁性歯の対向構造としては、図１４に例示するように、種々の態様がある。
図１４（ａ）の例では、一方の磁性歯１ａの先端が平坦であり、他方の磁性歯２ａの先端がサインカーブのような曲線をなしている。これにより、両者１ａ，２ａが図で横方向に相対的に変位するときに得られる磁気結合度の変化（インピーダンス変化）として、サインカーブ（コサインカーブ）に近いものを容易に得ることができる。
図１４（ｂ）の例では、双方の磁性歯１ａ，２ａの先端が斜めになっていて、互いに対向している。この場合、両者１ａ，２ａが図で横方向に相対的に変位するとき、斜め先端間のギャップ距離が変化することで、磁気結合度の変化（インピーダンス変化）が得られる。対向する磁性歯１ａ，２ａの先端面の斜め形状により、ギャップを介して対向する先端面の面積を大きくすることができるので、磁束量を増大させて磁気応答感度を向上させることができる。その場合、図１４（ｃ）に示すように、第１及び第２の磁性体部（入力軸ロータ，出力軸ロータ）１０１，２０１の各磁性歯１ａ，２ａ，１ｂ，２ｂの傾きは逆になる。

図１４（ｄ）の例では、対向する磁性歯１ａ，２ａの平面が重なることなく、側面においてギャップを介して対向する。この場合、両者１ａ，２ａが図で横方向に相対的に変位するとき、側面間のギャップ距離が変化することで、磁気結合度の変化（インピーダンス変化）が得られる。側面の厚みを或る程度厚くすることで、ギャップを介して対向する先端面の面積を大きくすることができるので、磁束量を増大させて磁気応答感度を向上させることができる。
図１４（ｅ）の例では、対向する磁性歯１ａ，２ａの平面が一定距離のギャップを介して重なる構成である。この場合、両者１ａ，２ａが図で横方向に相対的に変位するとき、磁性歯１ａ，２ａが重なって対向する平面の面積が変化することで、磁気結合度の変化（インピーダンス変化）が得られる。重複する面積を大きくすることで、磁束量を増大させて磁気応答感度を向上させることができる。

次に、本発明の第２の観点に従う実施例について図１５〜図２０を参照して説明する。
図１５は、本発明の第２の観点に従う相対回転位置検出装置の一実施例を示す側断面概略図である。この実施例においては、自動車のハンドル（ステアリング）に関連して、異なる２つの機能の検出装置、つまり、ステアリングシャフトのトーションバーにかかるねじれトルク検出機能を有するトルク検出装置４Ａと、ハンドル切れ角（ステアリングシャフト回転）センサとしての機能を有するハンドル角検出装置４Ｂとを、インテグレートして円筒形状の外部ケース４１内に一体的に収納してなる新規な検出システムが示されている。このうち、本発明に係る相対回転位置検出装置の一実施例は、トルク検出装置４Ａである。なお、図１５に示した実施例では図示の簡略化のために側断面の上半分のみを図示しているが、残りの下半分は図示されたものと対称のものが図１５下方に現れる。符号ＣＬは、軸の中心線である。ただし、後述するようなハンドル角検出装置４Ｂの複数のギアＧ１〜Ｇ３及びステータ部１００及びロータ部２００等からなるハンドル角検出装置４Ｂは少なくとも１箇所のみに構成してあればよい。勿論、トルク検出装置４Ａとハンドル角検出装置４Ｂとを外部ケース４１内に一体的に構成することに限らず、それぞれを別々に構成するようにしてもよい。また、相対回転位置検出装置（トルク検出装置４Ａ）としての本発明の実施にあたっては、ハンドル角検出装置４Ｂの存在は必須ではない。

図１５に示された相対回転位置検出装置（トルク検出装置４Ａ）は、上記実施例と同様に、入力軸１の回転に連動して回転するように設けられた第１の磁性体部１０と、出力軸２の回転に連動して回転するように設けられた第２の磁性体部２０と、コイル部３０とで構成される。入力軸１に取付リング５が結合され、この取付リング５に第１の磁性体部１０が取り付けられる。また、出力軸２に取付リング６が結合され、この取付リング６に第２の磁性体部２０が取り付けられる。

図１６は、取付リング５及び６に第１及び第２の磁性体部１０，２０を取り付けた状態を抽出して示す組立斜視図である。図１７は、図１６の分解斜視図である。
第１の磁性体部１０は、軸方向に離隔して配置された複数（図の例では２個）第１の磁性体リング１１，１２で構成される。記第２の磁性体部２０は、軸方向に離隔して配置された複数（図の例では３個）の第３の磁性体リング２１，２２，２３で構成される。一方の各磁性体リング１１，１２の各々が他方の各磁性体リング２１，２２，２３の間にそれぞれ配置されるような関係で、一方の取付リング６のスリーブ部分６ａに挿入される。出力軸２とともに回転すべき第２の磁性体部２０の各磁性体リング２１，２２，２３は、後述するような所定の相互関係で取付リング６に固定される。

一方、入力軸１に結合される取付リング５には、図１７に示されるように、磁性体リング１１，１２を連結するための複数のピン５１，５２，５３，５４が軸方向に延びて設けられている。組立て時には、該取付リング５のスリーブ部分５ａが、他方の取付リング６のスリーブ部分６ａの内側に入り込むように、組み立てられる。出力軸２側の各磁性体リング２１，２２，２３には、組立てた状態において入力軸１側の取付リング５の連結ピン５１〜５４を自由に逃すように、所定個所毎に、円周方向に長い透孔ＳＨがそれぞれ穿たれている。一方、入力軸１側の各磁性体リング１１，１２には、後述するような所定の相互関係で入力軸１側の取付リング５の連結ピン５１〜５４をぴったりと嵌め込むことができるように、所定個所毎に、孔Ｈがそれぞれ穿たれている。

この構成により、出力軸２側の取付リング６に固定された各磁性体リング２１，２２，２３の間に配置された各磁性体リング１１，１２が、連結ピン５１〜５４を介して入力軸１の取付リング５に連結され、入力軸１とともに回転する。すなわち、入力軸１の磁性体リング１１，１２は、出力軸２の取付リング６のスリーブ部分６ａに対して自由に回転しうる。一方、出力軸２の各磁性体リング２１，２２，２３は、出力軸２の取付リング６に固定され、出力軸２とともに回転する。このとき、入力軸１の取付リング５に設けられた連結ピン５１〜５４が出力軸２の各磁性体リング２１，２２，２３の透孔ＳＨを緩く貫通しているが、該透孔ＳＨは円周方向に長いため、入力軸１の回転に伴う連結ピン５１〜５４の回転動を逃すように作用し、両軸１，２が連結ピン５１〜５４によってロックされることはない。勿論、透孔ＳＨによる逃し角度は、トーションバー３による最大ねじれ角度よりも大きいように設定される。

各磁性体リング１１，１２，２１，２２，２３は、１円周にわたり複数個（図示例では８個）の磁性体の凹凸歯が繰り返される形状（つまり、磁性体の増減パターン）をなしている。この凹凸歯つまり磁性体の増減パターンの存在によって、組み立てられた状態において、ギャップを介して隣接する第１の磁性体リングと第２の磁性体リングの間で可変磁気結合境界部が形成される。３つの第２の磁性体リング２１，２２，２３と２つの第１の磁性体リング１１，１２との間に４つの境界があるので、この可変磁気結合境界部は４つできる。
コイル部３０は、図１６に示すように組み立てられた状態の各磁性体リング２１，１１，２２，１２，２３間の各境界部の周りに巻設される４つのコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４からなる。すなわち、各コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は軸方向に適宜の間隔で離隔して配置され、各磁性体リング２１，１１，２２，１２，２３間の４つの境界部の各々が対応するコイルＬ１〜Ｌ４の内部空間内に挿入される格好となっている。

図１８は、各磁性体リング２１，１１，２２，１２，２３の展開図である。出力軸２とともに回転する第２の磁性体部２０の各磁性体リング２１，２２，２３の配置について説明すると、両側の磁性体リング２１，２３の凹凸歯の繰り返し周期の位相は互いに一致しており、中央の磁性体リング２２の凹凸歯の繰り返し周期の位相は磁性体リング２１，２３の繰り返し位相に対して１／４サイクルずれるように配置されている。これらの各磁性体リング２１，２２，２３は、この相互関係で取付リング６に固定されるので、出力軸２が回転してもこの所定の相互関係を常に維持する。一方、入力軸１とともに回転する第１の磁性体部１０の各磁性体リング１１，１２の配置は、凹凸歯の繰り返し周期の１／２サイクルずれる（つまり逆相となる）ような相互関係となっている。これらの各磁性体リング１１，１２は、この相互関係を維持して入力軸１とともに回転する。
このような配置のずれによって、入力軸１と出力軸２の相対的回転位置の変化に伴って、隣接する第１の磁性体リングと第２の磁性体リングの凹凸歯の対応が変化するとき、４つの各境界部での変化の位相がそれぞれ次のように異なるものもとなる。

例えば図１８の磁性体リング２１と１１の境界部のように、ギャップを介して隣接する磁性体リングの凹凸歯がちょうど一致しているとき、その境界部における磁気結合度は最大値を示し、例えば正弦関数値に換算するとｓｉｎ９０°の値に相当する。また、図４の磁性体リング１２と２３の境界部のように、ギャップを介して隣接する磁性体リングの凹凸歯がちょうど１／２サイクルずれているとき、その境界部における磁気結合度は最小値を示し、例えば正弦関数値に換算するとｓｉｎ２７０°すなわち−ｓｉｎ９０°の値に相当する。このように、磁性体リング２１，１１の境界部の磁気結合変化と、磁性体リング１２，２３の境界部の磁気結合変化とは、逆相関係となっている。また、図４の磁性体リング１１と２２の境界部のように、ギャップを介して隣接する磁性体リングの凹凸歯がちょうど１／４サイクルずれているとき、その境界部における磁気結合度は最大値と最小値の中間の値を示し、例えば正弦関数値に換算するとｃｏｓ９０°の値に相当する。また、図１８の磁性体リング２２と１２の境界部のように、ギャップを介して隣接する磁性体リングの凹凸歯が上記とは逆相に１／４サイクルずれているとき、その境界部における磁気結合度は最大値と最小値の中間の値を示し、例えば正弦関数値に換算すると−ｃｏｓ９０°の値に相当する。

コイル部３０の各コイルＬ１〜Ｌ４は共通の基準交流信号（例えばｓｉｎωｔとする）で励磁される。入力軸１と出力軸２の相対的回転位置の変化によって、前記各磁性体リングの境界部の磁気結合度が変化すると、各境界部に対応する各コイルＬ１〜Ｌ４のインピーダンスが変化する。このインピーダンス変化は、磁性体リング１１〜２３の凹凸歯の１ピッチに相当する回転変位を１サイクルとして生じる。図示の例では、磁性体リング１１〜２３の凹凸歯の１ピッチに相当する回転範囲は、３６０度／１６＝約２２度強である。前述のように、トーションバー３によるねじれ変形の最大角度範囲は約１２度程度であるので、磁性体リング１１〜２３の凹凸歯の１ピッチの範囲内での絶対的回転角度を検出することで、ねじれ量の絶対値検出を問題なく行うことができる。

このインピーダンス変化を、入力軸１と出力軸２との相対的回転位置を凹凸歯の１ピッチ幅（例えば約２２度）を３６０度とする高分解能スケールの角度表現による角度変数θを用いて下記のように表すことができる。磁性体リング２１と１１の境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイル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、前述と同様に、
Ａ（θ）＝Ｐ_０＋Ｐｓｉｎθ
前述のように、前記各磁性体リングの境界部の磁気結合の変化は、１／４サイクルづつ順にずれる。よって、磁性体リング１１と２２の境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイルＬ２に生じる理想的なインピーダンス変化Ｂ（θ）は、
Ｂ（θ）＝Ｐ_０＋Ｐｃｏｓθ
のようなコサイン関数特性の式で等価的に表せる。

また、磁性体リング１２と２３の境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイルＬ３に生じる理想的なインピーダンス変化Ｃ（θ）は、
Ｃ（θ）＝Ｐ_０−Ｐｓｉｎθ
のようなマイナスサイン関数特性の式で等価的に表せる。
更に、磁性体リング２２と１２の境界部の磁気結合に応答する出力を生ずるコイルＬ４に生じる理想的なインピーダンス変化Ｄ（θ）は、
Ｄ（θ）＝Ｐ_０−Ｐｃｏｓθ
のようなマイナスコサイン関数特性の式で等価的に表せる。

図１９は、図１５に示された相対位置検出装置（トルク検出装置４Ａ）に適用される電気回路例を示し、実質的に図３と同様の構成であるから、その詳細説明は省略する。こうして、図１５〜図１９の実施例においても、図１〜図３の実施例と同様に、検出対象たる相対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「ｓｉｎθｓｉｎωｔ」と「ｃｏｓθｓｉｎωｔ」が得られ、これにもとづき、検出対象たる相対回転位置に相関する位相角θを示す進相の検出パルスＬｐと遅相の検出パルスＬｍとが夫々生成され、また、両者の時間差Δｔに対応するパルス幅を持つ可変パルス幅信号ＰＷＭが生成される。

図１５に示した実施例にかかわる検出システムは、パワーステアリング機構のトーションバー３に負荷されるトルクを検出するトルク検出装置４Ａのみならず、ハンドルの回転操作量に応じたハンドル角と操舵輪との対応関係のずれを補正する等の目的のために、ハンドルの回転位置に応じたハンドル角を検出するハンドル角検出装置４Ｂの機能も一体的に具備している。勿論、図１〜図１３に示す実施例においても、トルク検出装置４に加えて、このようなハンドル角検出装置４Ｂの機能をも一体的に具備するようにしてもよい。
図１５におけるハンドル角検出装置４Ｂについて説明すると、外部ケース４１内の所定位置に、複数のギアＧ１〜Ｇ３と、ステータ部１００と、磁気応答部材３００を含むロータ部２００とからなる。複数のギアＧ１〜Ｇ３はハンドルに連結された入力軸２の回転を段階的に減少させてロータ部２００を回転するためのギアリング機構であって、例えば出力軸２が５回転するとロータ部２００を１回転するなどの比率で出力軸２の回転を減少してロータ部２００に出力軸２の回転を伝達し、ハンドル（ステアリングシャフト）の多回転にわたる回転位置を１回転型アブソリュートセンサで検出しうるようにしている。

図２０はハンドル角検出装置４Ｂの一実施例を示す概略図であって、ステータ部１００のコイルＣ１〜Ｃ４とロータ部２００の表面上に形成された磁気応答部材３００との物理的配置関係の一例を正面略図によって示したものである。ロータ部２００の表面上には所定形状（例えば偏心形状）の磁気応答部材３００が形成されており、該磁気応答部材３００はロータ部２００の回転に合わせて回転する。ステータ部１００は検出用コイルとして４つのコイルＣ１〜Ｃ４（図２０参照）を含んでおり、各コイルＣ１〜Ｃ４内を通る磁束が軸線方向を指向する。ステータ部１００とロータ部２００とは、ステータ部１００の各コイルＣ１〜Ｃ４のコイルコア（例えば鉄心などの磁性体コア）の端面とロータ部２００表面上に形成された磁気応答部材３００とが所定の間隔を空けた状態で、すなわち各コイルＣ１〜Ｃ４のコイルコアの端面とロータ部２００の磁気応答部材３００の表面との間に空隙が形成されるようにして互いに対向する位置に配置されており、ロータ部２００はステータ部１００に対して非接触で回転する。磁気応答部材３００と向き合う各コイルＣ１〜Ｃ４のコイルコアの端面の面積がロータ部２００の回転位置に応じて変化することによって、出力軸２の回転角度、つまりハンドル角を検出することができるように構成されている。

この実施例に示すハンドル角検出装置４Ｂは、図２０に示したような電磁誘導方式の１回転型アブソリュート位置検出センサと、各々が順次に噛み合わされたギア比の異なる複数のギアＧ１〜Ｇ３と、ステータ部１００と、ロータ部２００とを含む。複数のギアＧ１〜Ｇ３は、ステアリングシャフトの出力軸２の回転を段階的に減少させてロータ部２００を回転するための減速機構である。ギアＧ１は出力軸２に結合して同じように回転し、ギアＧ１に対して減速用のギアＧ２が噛み合わされ、更に、このギアＧ２に対して減速用のギアＧ３が噛み合わされる。このギアＧ３には例えば円盤状に形成されたロータ部２００が設置されており、ギアＧ３が回転することでロータ部２００が軸中心線ＣＬを中心として回転するようになっている。このようにして、出力軸２の回転を減速してロータ部２００の回転として伝達する構成となっている。

ロータ部２００の表面上には所定形状、図２０に示すような例えば偏心リング形状の磁気応答部材３００が取り付けられる。該磁気応答部材３００は鉄等の磁性体からなるもの、あるいは銅等の導電体からなるもの、あるいは磁性体と導電体との組み合わせからなるものなど、磁気結合係数を変化させる材質からなるものであればどのようなものであってもよい。こうしたロータ部２００に対してスラスト方向に向き合うような形でステータ部１００が配置される。

ロータ部２００表面上に形成される磁気応答部材３００の所定の形状は、各コイルＣ１〜Ｃ４から理想的なサイン、コサイン、マイナスサイン、マイナスコサインのカーブが得られるように適切に設計される。例えば、コイルＣ１に生じるインピーダンス変化がサイン関数に相当するものとすると、コイルＣ２に生じるインピーダンス変化はマイナスサイン関数、コイルＣ３に生じるインピーダンス変化はコサイン関数、コイルＣ４に生じるインピーダンス変化はマイナスコサイン関数に、それぞれ相当するよう、各コイルＣ１〜Ｃ４の配置や磁気応答部材３００の形状を設定することができる。ロータ部２００の１回転において、コイルＣ１のインピーダンスは０度から３６０度の範囲にわたるサイン関数で変化し、コイルＣ２のインピーダンスは０度から３６０度の範囲にわたるコサイン関数で変化し、コイルＣ３のインピーダンスは０度から３６０度の範囲にわたるマイナスサイン関数で変化し、コイルＣ４のインピーダンスは０度から３６０度の範囲にわたるマイナスコサイン関数で変化するように設定される。このようにサイン関数及びコサイン関数における０度から３６０度の範囲内の関数値変化に略々なぞらえることができるので、よって、ロータ部２００の１回転を、３６０度の位相角範囲の変化に換算して測定することができることになる。

この構成によって、コイルＣ１，Ｃ３の対のインピーダンスが差動的に変化し、両出力の差動合成によってサイン関数ｓｉｎθを振幅係数として持つ交流出力信号ｓｉｎθｓｉｎωｔが得られる。また、コイルＣ２，Ｃ４の対のインピーダンスが差動的に変化し、両出力の差動合成によってコサイン関数ｃｏｓθを振幅係数として持つ交流出力信号ｃｏｓθｓｉｎωｔが得られる。このようなレゾルバと同様の出力信号に基づき、θ分だけ位相シフトされた交流信号を合成し、その位相シフト値θを測定することで、ロータ部２００の回転位置を検出できる。こうして、多回転（例えば２．５〜３回転程度）にわたるハンドルの回転角度が、ロータ部２００の１回転内のアブソリュート回転位置に換算されてアブソリュートで検出される。

なお、ロータ部２００の回転に応じて所定角度範囲でのサイン、コサイン、マイナスサイン、マイナスコサインの関数カーブがそれぞれ得られるようにするには、磁気応答部材３００の形状としては上記したように偏心リング形状のものに限らず、コイルやコイルコアの配置や形状等の設計条件に応じて螺旋形状あるいはハート型に類似した形状など、適宜の形状に形成したものであってもよい。この磁気応答部材３００の形状をいかに設計するかは本発明の目的ではなく、かつ、公知／未公知のこの種の可変磁気抵抗型回転検出器で採用されている磁気応答部材３００の形状を採用してよいので、磁気応答部材３００の形状についてのこれ以上の言及は差し控える。

なお、ハンドル角度検出装置４Ｂは、上記の構成に限らず、他の適宜の構成を採用してよい。例えば、ギヤＧ１〜Ｇ３による減速機構を省略し、ロータ部２００を出力軸２（又は入力軸１）に１対１の回転比で結合するようにしてもよい。その場合は、１回転以内のハンドル角度をアブソリュートで検出し、１回転を超えるハンドル角度は回転数カウントによって検出するようにすればよい。また、ハンドル角度検出装置４Ｂを設けなくてもよい。

なお、上述したトルク検出装置４及び４Ａ及び／又はハンドル角検出装置４Ｂにおいて、磁気応答部材とこれに対応するコイルの配置パターンや、数、サイズ等については、上述したものに限定されるものではなく、種々の配置パターン等が有り得るものであって、要するに、コイル部からサイン相及びコサイン相の２相の出力信号を生ぜしめることができるようになっていれば、どのような構成のものであってもよい。勿論、ここで言うサイン相やコサイン相は便宜的な呼称であり、どちらをサイン相またはコサイン相と称してもよい。
また、位相シフトタイプの回転位置検出手段の構成は、上述したものに限らず、どのような構成からなっていてもよい。例えば、１次コイルのみからなるタイプのものに限らず、１次及び２次コイルを有するタイプのものであってもよく、あるいはレゾルバ方式を用いてもよいし、あるいは基準交流信号としてサイン波ｓｉｎωｔとコサイン波ｃｏｓωｔの２相交流信号を用いる励磁方式であってもよい。

図１５〜図２０の実施例において、各磁性体リング１１〜２３の凹凸歯数（１回転あたりのピッチ数）は、上述例のような８ピッチに限らない。また、多歯タイプに限らず、１回転あたり１ピッチ（１サイクル）の磁気結合変化（コイルのインピーダンス変化）を生ぜしめるようなタイプであってもよい。また、回転に応じて磁気結合を増減変化させるための構成は、図示例のような凹凸歯からなるものに限らず、波状など、その他適宜の形状からなるものであってよい。また、磁性体部１０，２０すなわち各磁性体リング１１〜２３の材質は、磁性体のみからなるものに限らず、磁性体の凹部（磁気結合を減少させる個所）に反磁性体（銅のような非磁性良導電体）を埋込配置するようにした磁性・反磁性のハイブリッドタイプであってもよい。なお、取付リング５，６など、磁気応答性を持つべきでない構成要素の素材は、合成樹脂等のしかるべき非磁気応答性素材で構成されるのは言うまでもない。勿論、図１〜図１４の実施例においても同様に、磁性体部１０，２０，１０１，２０１，１０２，２０２の形状、材質等は、上述と同様に種々に変形可能である。

Claims (8)

1. 相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対回転位置検出装置であって、
   前記第１の軸の回転に連動して回転するように設けられた第１の磁性体部と、
   前記第２の軸の回転に連動して回転するように設けられた第２の磁性体部と
   を備え、前記第１の磁性体部と第２の磁性体部は、互いにギャップを介して対向するリング状の可変磁気結合境界部を少なくとも２つ構成するものであり、第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じて前記各境界部の磁気結合が変化し、その磁気結合の変化の位相が各境界部間でずれており、
   前記各境界部に対応してそれぞれ設けられた検出用のコイルを具備するコイル部を
   更に備え、
   前記第１及び第２の磁性体部は、円周方向に沿って不等ピッチの複数の磁性歯を有する円筒部材からそれぞれなっており、前記複数の磁性歯は、前記複数の境界部の夫々に対応するグループを成しており、各磁性体部においては各グループ毎に歯の軸方向の長さが異なっており、前記第１及び第２の磁性体部における同一グループの歯同士がそれぞれ対向することにより当該グループに対応する前記境界部を構成し、これにより、前記各境界部が軸方向にオフセットされた配置で構成されるようにしてなることを特徴とする相対回転位置検出装置。
2. 前記コイル部の各コイルの出力信号を合成して、前記第１及び第２の軸の相対的回転位置に応じて基準交流信号を位相シフトした出力交流信号を生ずる回路を更に備える請求項１に記載の相対回転位置検出装置。
3. １つの前記境界部は、第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じてサイン特性の磁気結合変化を示し、別の前記境界部は、第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じてコサイン特性の磁気結合変化を示す請求項１又は２に記載の相対回転位置検出装置。
4. 相対的に回転可能な第１及び第２の軸の相対的回転位置を検出する相対回転位置検出装置であって、
   前記第１の軸の回転に連動して回転するように設けられた第１の磁性体部と、
   前記第２の軸の回転に連動して回転するように設けられた第２の磁性体部と
   を備え、前記第１の磁性体部と第２の磁性体部は、互いにギャップを介して対向するリング状の可変磁気結合境界部を少なくとも２つ構成するものであり、第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じて前記各境界部の磁気結合が変化し、その磁気結合の変化の位相が各境界部間でずれており、
   前記各境界部に対応してそれぞれ設けられた検出用のコイルを具備するコイル部を
   更に備え、
   前記第１の磁性体部は、軸方向に離隔して配置された複数の第１の磁性体リングを含み、
   前記第２の磁性体部は、軸方向に離隔して配置された複数の第２の磁性体リングを含み、
   前記複数の第２の磁性体リングの各々は、前記複数の第１の磁性体リングの間にそれぞれ配置され、かつ、各第２の磁性体リングが前記第２の軸と一緒に回転するように連結手段を介して連結されており、
   隣接する前記第１の磁性体リングと第２の磁性体リングの間で前記境界部が形成されるように、該第１の磁性体リングと第２の磁性体リングのそれぞれの対向面が磁性体の増減パターンをなしていることを特徴とする相対回転位置検出装置。
5. 複数の隣接する前記第１の磁性体リングと第２の磁性体リングの間で４つの前記境界部が形成され、第１の境界部が第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じてサイン特性の磁気結合変化を示し、第２の境界部が第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じてコサイン特性の磁気結合変化を示し、第３の境界部が第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じてマイナスサイン特性の磁気結合変化を示し、第４の境界部が第１及び第２の軸の相対的回転位置の変化に応じてマイナスコサイン特性の磁気結合変化を示すことを特徴とする請求項４に記載の相対回転位置検出装置。
6. 前記コイル部の各コイルは、所定の基準交流信号によって励磁される１個のコイルからなり、それに対応する前記境界部の磁気結合に応じて該１個のコイルのインピーダンスが定まり、該インピーダンスに応じた振幅を有する出力交流信号を生ずるものである請求項１乃至５のいずれかに記載の相対回転位置検出装置。
7. 前記第１及び第２の軸はトーションバーで連結されており、前記第１及び第２の軸の間のねじれ量を相対回転位置として検出する請求項１乃至６のいずれかに記載の相対回転位置検出装置。
8. 前記第１及び第２の軸は自動車のパワーステアリングの入力軸と出力軸である請求項１乃至７のいずれかに記載の相対回転位置検出装置。

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