WO2000079231A1

WO2000079231A1 - Détecteur rotatif et circuit de mesure de celui-ci

Info

Publication number: WO2000079231A1
Application number: PCT/JP2000/004061
Authority: WO
Inventors: Dongzhi Jin; Fumihiko Abe; Kengo Tanaka; Kazuhiko Matsuzaki; Masahiro Hasegawa; Kosuke Yamawaki
Original assignee: The Furukawa Electric Co., Ltd.
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2000-12-28
Also published as: KR100702919B1; US6481296B2; EP1113253A1; KR20010085398A; EP1113253A4; US20030051563A1; US6672175B2; US20030051562A1; US20010004849A1

Description

明細書回転センサ及びその測定回路技術分野

本発明は、軸線方向の異なる位置で相対回転角度のずれを生じるシャフト等の組み付け対象に取り付けられ、組み付け対象の相対回転角度差を非接触で検出する回転センサ、回転センサの測定回路及び前記相対回転角度に加えて前記組み付け対象の回転角度（位置）を非接触で検出する回転センサに関する。背景技術

例えば、主動シャフトと従動シャフトとが! ^一シヨンジョイントを介して連結された自動車のステアリングシャフトに作用する回転トルクを検出するため、ステアリングシャフトの相対回転角度を検出する相対回転角度検出装置として回転センサが使用される場合がある。

このような回転センサの一例として、特公昭 6 3 - 4 5 5 2 8号公報には、円筒形状からなる 2つの導電性部材の長手方向所定位置に切欠き部を形成せしめ、導電性部材の取り付けられたシャフトが相対的に回転することで磁界を横切る導電性部材の面積を変化させて導電性部材に渦電流を発生させ、これによつてコイルのィンダク夕ンスを変化させてシャフトにおける相対回転角度のずれ量を非接触で検出する構成が開示されている。

かかる構成によると、 2つの導電性部材の相対的な位置変化によって磁界を横切る導電性部材の面積を変化させているので、シャフト回転角度のずれ量を正確に検出するためには、両シャフトの回転角度のずれ量と導電性部材に生じる渦電流の大きさを比例させる必要がある。構造上、導電体部材が磁界を横切る面積はそのずれ量に比例しているが、必要なのは両導電体部材の横切る磁界の強さを一定にすることである。

しかし、コイルから生じる磁界は円周方向上ほぼ均一に分布しているが、回転軸方向上あるいはコイルの半径方向上の磁界分布は非均一である。従って、リニア特性に富んだセンシングを確保するためには、 2つの導電性部材が互いに隙間なく重なり合うように組み付けられる必要があり、シャフトの回転角度の検出精度を向上させるために依然として組み付け精度を厳密に要求される問題がある。

また、従来の回転センサの測定回路では、図示しない固定コアに設けられ、発振回路と電気的に接続された励磁コイルに交流電流が流されており、第 1及び第 2のロー夕の相対回転角度によってコイルのインピーダンスが変化している。また、前記発振回路の発振周波数は、励磁コイルのインピーダンスの変化に応じて変動している。そこで、前記測定回路では、発振回路から発振されるパルス信号をパルスカウン夕でカウントし、前記発振周波数を検出することで、第 1のロー夕と第 2の口一夕の相対回転角度を測定していた。

ところが、前記測定回路では、例えばコイルのインピーダンス変化に対して、発振回路の発振周波数は、 9 8 k H z〜 1 0 8 k H zの範囲で変動しており、通常 5 m sの時間内で発振パルス信号をパルスカウン卜する分解能でパルス数を測定していた。このため、前記測定回路を例えば車両のステアリングシャフトに作用するトルクを検出するために使用すると、パルスカウン夕でのパルスカウントに時間がかかって応答性が悪くなるという問題点があつた。例えば前記分解能で発振回路の発振周波数が 1 0 0 k H zから 1 0 5 k H zに変動する場合、パルス数は、 5 0 0パルスから 5 2 5パルスの変動、すなわち 2 5パルスの変動分で測定されることとなる。

また、前記測定回路では、応答性を良くするためにパルスカウン夕でのパルスカウント時間を短くすると、パルス数の変動分が少なくなつて分解能がおち、発振周波数変動の検出が難しくなるという問題点があった。一方、図 5 3に示す回転センサは、コイルを有する固定磁性部材 1と、外周に凹凸を有する磁性材ロータ 2との間に複数の金属歯 3 aを有する金属ロー夕 3が所定のギャップをおいて配置されている。この回転センサは、複数の金属歯 3 aが周方向に等間隔に配置され、両口一夕 2， 3の相対回転によって金属歯 3 aが、分布が不均一な前記交流磁界を横切ると、金属歯 3 a内には渦電流が生ずる。この渦電流は、両口一夕 2， 3間の相対回転角度によって変動する。従って、この回転センサは、これらの部材内に誘導される渦電流の変動によつて生ずる前記コイルのインピーダンス変化を測定することで、両口一夕 2 , 3 の相対回転角度、即ち、相対回転する 2つの部材間における相対回転角度を検出する。

ところで、前記した分布が不均一な交流磁界を利用した回転センサは、前記ギャップ内の周方向における磁束密度の変動を示す図 5 4に示すように、磁束密度の変動 Δ Βと、生じた磁界分布における強弱の境界領域 Δ Θという 2つのパラメ一夕によって特性が左右される。即ち、回転センサは、磁束密度の変動 Δ Βが大きい程、回転角度の検出感度が高く、磁界分布の境界領域 Δ 0が小さい程、検出出力のリニア性が良い。

しかし、回転センサは、前記ギャップの大きさによって前記交流磁界の不均一な分布の程度を大きくするには、以下のような問題がある。

周知のように、磁気回路において、前記ギャップの大きさによる実効比透磁率の変動はリニアな特性から外れている。即ち、磁気回路においては、ギヤップが小さい程、実効比透磁率の変動が大きい。上記のようにギャップ間に金属ロータ 3を配置するので、口一夕の製造精度及び回転精度を考慮すると、通常、回転センサは、図 5 3に示すように、ギャップ G 1を l mm以上に設定することが望ましい。但し、回転センサは、適正な検出感度を得るためには数 mm程度のギャップ変動量が必要である。即ち、回転センサは、磁性材ロ一夕 2の凹凸に伴うギャップ変動量 A G ( = G 2 - G 1 ) が、数 mmとなるような大きさにする必要がある。

一方、図 5 3に示す回転センサは、磁性材ロ一夕 2の厚さを周方向に沿って複数の金属歯 3 aに対応させて周期的に変化させている。このため、前記回転センサは、固定磁性部材 1と磁性材ロ一夕 2との間に周方向に形成されるギヤップが階段状であることから、磁束が高透磁率のコア材から低透磁率の空気中に流れ込む場合、コア材の角部に集中する特性がある。このため、角部に集中する磁束のために、前記回転センサでは、磁界分布の境界領域 Δ 0が大きくなり、検出出力のリニァな特性に悪影響を与えるという問題があった。

更に、回転センサ、例えば、特開平 7— 1 3 9 9 0 5号公報に開示された回転センサは、左右方向 1 8 0度以内（1回転以内）の回転角度を測定できるが、 1 8 0度を越える回転角度は測定できなかった。また、測定した回転角度が左右いずれの位置の角度であるかについては測定できず、別途回転位置を測定する必要があった。

この場合、回転センサは、用途によっては回転角度ではなく回転トルクの測定が求められることもある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、本発明の第 1の目的は、組み付け対象の相対回転角度に関する検出精度に優れた回転センサを提供することにある。

また、本発明の第 2の目的は、組み付け対象の相対回転角度に加えて回転角度（位置）を高精度に測定できる回転センサを提供することにある。

更に、本発明の第 3の目的は、組み付け対象の相対回転角度測定に関する分解能が高く、かつ応答性が向上できる回転センサの測定回路を提供することを目的とする。

本発明の第 4の目的は、組み付け対象への組み付け精度を要求されることなく容易に組み付けることができ、且つ相対回転角度に関する検出精度に優れた回転センサを提供することにある。本発明の第 5の目的は、小型で、検出出力がリニアな特性を有し、検出感度の高い回転センサを提供することを目的とする。

本発明の第 6の目的は、左右いずれの回転位置であるかを識別可能で、 1 8 0度を超える回転角度であっても測定でき、回転角度及び Z又は回転トルクの測定が可能な回転センサを提供することを目的とする。発明の開示

上記第 1及び第 4の目的を達成するために、第 1の見地（aspec t)に係る発明の回転センサは、シャフトの軸線方向所定位置に固定される第 1の口一夕と、第 1のロー夕に隣接してシャフトに固定される第 2のロータと、第 1のロー夕の周囲に配設され、第 1のロー夕と協働して磁気回路を形成する共振コイルを有する磁性材コアとを備え、第 1のロー夕は、絶縁体からなる磁性材で形成されると共に、第 1のロー夕と磁性材コア間で非均一磁界を形成し、第 2のロー夕は、第 1の口一夕の固定されるシャフト位置と第 2のロー夕の固定されるシャフト位置との間で相対的な回転角度差が生じたときにこの回転角度差に応じて非均一磁界の強さの異なる領域を横切る導体部を備えた構成としたのである。上記第 1及び第 5の目的を達成するために、第 2の見地（aspec t)に係る発明は、絶縁磁性材から成形され、回転する第 1のシャフトの軸線方向所定位置に取り付けられる第 1のロータ、固定部材に固定され、コア本体と、交流電流が流され、前記絶縁磁性材と協働して磁気回路を形成する励磁コイルとを有する固定コア及び前記第 1のロー夕に隣接し、前記第 1のシャフトに対して相対回転する第 2のシャフトに取り付けられ、前記第 1のロータと前記固定コアとの間に配置される第 2のロー夕を備え、前記第 1及び第 2のシャフトの相対回転角度を検出する回転センサにおいて、前記第 1のロータは、周方向に沿って所定間隔で導体層が設けられ、前記第 2のロー夕は、前記導体層に対応する間隔で金属歯が形成されている構成としたのである。好ましくは、前記絶縁磁性材及び前記コア本体を、熱可塑性樹脂と軟磁性材とを混合した絶縁性素材で形成し、前記軟磁性材の含有量を 1 0体積％以上、 7 0体積％以下とする。

上記第 1及び第 3の目的を達成するために、本発明の第 3の見地（aspec t)に係る回転センサの測定回路は、絶縁磁性材から形成される第 1のロータ、コア本体と、交流電流が流され、前記絶縁磁性材と協働して磁気回路を形成する励磁コイルとを有する固定コア、前記第 1のロータと前記固定コアとの間に配置される第 2のロー夕を有し、前記第 1及び第 2の口一夕の相対回転角度を測定する回転センサにおいて、特定周波数の発振信号を発振する発振手段と、前記第 2の口一夕に発生する渦電流の大きさに応じて、前記発振信号の位相をシフトする位相シフト手段と、前記シフトされた発振信号の位相シフト量を検出するシフト量検出手段と、前記検出された位相シフ卜量に基づいて相対回転角度を測定する測定手段とを備えた構成としたのである。

すなわち、第 2ロータに発生する渦電流の大きさに応じて、磁気回路を形成する励磁コイルに印加される発振パルス信号の位相シフトを検出し、前記検出された位相シフト量と相対回転角度の関係から、第 1ロー夕と第 2口一夕の相対回転角度を測定する。

上記第 2及び第 6の目的を達成するために、第 4の見地（aspec t)に係る発明は、周方向に沿って所定間隔で配列される複数の第 1の導体層を有する第 1のロータ、絶縁磁性材層と第 2の導体層とを有し、前記第 1のロー夕と一体に回転すると共に、前記第 1のロー夕に対して所定の角度内を相対回転する第 2のロータ、励磁コイルと、絶縁磁性材から成形され、前記励磁コイルを保持するコアとを有する固定体及び前記励磁コィルと接続され、特定周波数の発振信号を発振する発振手段を備えた回転センサにおいて、前記第 2の口一夕の回転に伴って該ロ一夕の回転軸方向に移動する可動磁心と、前記発振手段と接続され、前記可動磁心と協働するコイルとを有し、前記可動磁心の回転軸方向の移動に基づくコイルインダクタンスの変化を検出する変位センサを設けた構成としたのである。

好ましくは、前記励磁コイルとして、前記第 1及び第 2のロー夕の相対回転に伴う相対回転角を検出する相対回転角コイルまたは前記第 1あるいは第 2のロー夕の前記固定体に対する回転角を検出する回転角コイルの少なくとも一方を備える構成とする。

また好ましくは、前記相対回転角コィルからの出力信号を処理する第 1の信号処理手段と前記相対回転角の測定手段あるいは前記回転角コィル及び変位センサからの出力信号を処理する第 2の信号処理手段と回転角の測定手段とを備える構成とする。

また、上記第 2及び第 6の目的を達成するために、第 4の見地（aspec t)に係る発明は、周方向に沿って所定間隔で配列される複数の第 1の導体層を有する第 1のロータ、絶縁磁性材層と第 2の導体層とを有し、前記第 1のロー夕と一体に回転すると共に、前記第 1の口一夕に対して所定の角度内を相対回転する第 2のロータ、前記第 1及び第 2のロー夕の相対回転に伴う相対回転角を検出する相対回転角コイル及び前記第 1あるいは第 2のロータの回転角を検出する回転角コイルと、絶縁磁性材から成形され、前記相対回転角コイルと回転角コィルとを保持するコァとを有する固定体及び前記相対回転角コィル及び回転角コイルと接続され、特定周波数の発振信号を発振する発振手段を備えた回転センサにおいて、前記第 2のロー夕の回転に伴って該ロータの回転軸方向に移動する可動磁心と、前記発振手段と接続され、前記可動磁心と協働するコイルとを有し、前記可動磁心の回転軸方向の移動に基づくコイルインダクタンスの変化を検出する変位センサを設けた構成としたのである。

好ましくは、前記相対回転角コィルからの出力信号を処理する第 1の信号処理手段と前記相対回転角の測定手段並びに前記回転角コィル及び変位センサからの出力信号を処理する第 2の信号処理手段と回転角の測定手段とを備える構成とする。

また好ましくは、導体片及び絶縁層と、前記発振手段と接続され、前記導体片と協働するコイルとを有し、一方が前記固定体に、他方が前記第 2のロー夕に、それぞれ設けられ、前記第 2の口一夕の回転に基づくコイルインダクタンスの変化を検出するピッチセンサが設けられている構成とする。

更に好ましくは、前記第 2の信号処理手段は、前記回転角コイルからの出力信号の上限点及び下限点付近では、前記上限点及び下限点時の出力信号と同じ信号を出力するように信号処理する構成とする。

更に、上記第 2及び第 6の目的を達成するために、第 4の見地（aspec t)に係る他の発明は、周方向に沿って所定間隔で配列される複数の第 1の導体層を有する第 1のロータ、絶縁磁性材層と第 2の導体層とを有し、前記第 1のロータと一体に回転すると共に、前記第 1のロー夕に対して所定の角度内を相対回転する第 2のロータ、励磁コイルと、絶縁磁性材から成形され、前記励磁コイルを保持するコァとを有する固定体及び前記励磁コィルと接続され、特定周波数の発振信号を発振する発振手段を備えた回転センサにおいて、前記固定体に固定される第 1のギア部材、それぞれ歯数の異なる第 1及び第 2のギア部を有し、前記第 1のギア部が前記第 2のロー夕と第 1のギア部材とに形成された第 3のギア部と嚙合する第 2のギア部材、前記第 2のギア部と嚙合する第 4のギア部と第 3の導体層とを有し、前記第 2のロー夕の回転が減速されて伝達され、該ロータの回転方向に移動する磁性体からなるスライダ及び前記固定体に設けられ、前記発振手段と接続されるコイルを有するコイル部材を備え、前記第 1及び第 2のロータの回転に基づく前記第 3の導体層とコイルとの間のコイルインダク夕ンスの変化を検出する変位センサを設けた構成としたのである。

好ましくは、前記励磁コイルとして、前記第 1及び第 2のロータの相対回転に伴う相対回転角を検出する相対回転角コイルあるいは前記第 1及び第 2の口一夕の前記固定体に対する回転角を検出する回転角コィルの少なくとも一方を備える構成とする。

また、上記第 2及び第 6の目的を達成するために、第 4の見地（aspec t)に係る他の発明は、周方向に沿って所定間隔で配列される複数の第 1の導体層を有する第 1のロー夕、絶縁磁性材層と第 2の導体層とを有し、前記第 1のロータと一体に回転すると共に、前記第 1のロータに対して所定の角度内を相対回転する第 2の口一夕、前記第 1及び第 2の口一夕の相対回転に伴う相対回転角を検出する相対回転角コイル及び前記第 1及び第 2のロー夕の回転角を検出する回転角コイルと、絶縁磁性材から成形され、前記相対回転角コイルと回転角コィルとを保持するコァとを有する固定体及び前記相対回転角コィル及び回転角コイルと接続され、特定周波数の発振信号を発振する発振手段を備えた回転センサにおいて、前記固定体に取り付けられる第 1のギア部材、それぞれ歯数の異なる第 1及び第 2のギア部を有し、前記第 1のギア部が前記第 2のロータと第 1のギア部材とに形成された第 3のギア部と嚙合する第 2のギア部材、絶縁磁性材から成形され、前記第 2のギア部と嚙合する第 4のギア部と第 3の導体層とを有し、前記第 2のロー夕の回転が減速されて伝達され、該ロ一夕の回転方向に移動する磁性体からなるスライダ及び前記固定体に設けられ、前記発振手段と接続されるコイルを備え、前記第 1及び第 2のロー夕の回転に基づく前記第 3の導体層とコイルとの間のコイルインダク夕ンスの変化を検出する変位センサを設けた構成としたのである。

好ましくは、前記相対回転角コイルからの出力信号を処理する第 1の信号処理手段と前記相対回転角の測定手段並びに前記回転角コイル及び変位センサからの出力信号を処理する第 2の信号処理手段と回転角の測定手段とを備える構成とする。

また好ましくは、導体片と、前記発振手段と接続され、前記導体片と協働するコイルとを有し、一方が前記固定体に、他方が前記第 2の口一夕に、それぞれ設けられ、前記第 2のロー夕の回転に基づくコイルインダクタンスの変化を検出するピッチセンサが設けられている構成とする。

更に好ましくは、前記第 2の信号処理手段は、前記回転角コイルからの出力信号の上限点及び下限点付近では、前記上限点及び下限点時の出力信号と同じ信号を出力するように信号処理する構成とする。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の見地（aspec t)に係る回転センサの第 1の実施形態を概略的に示す断面図、図 2は、図 1の回転センサを、磁性材コアを除いて概略的に示す分解斜視図、図 3は、図 1の回転センサにおける磁束密度の大小関係を示す平面図、図 4は、図 1の回転センサにおいて形成される磁気回路を示す部分的断面図、図 5 A〜図 5 Cは、図 1の回転センサにおける第 1のロー夕と第 2のロータの外周部を示す展開図、図 6 A〜図 6 Cは、図 3の第 1のロー夕と第 2の口一夕が相対的に回転した状態における磁束密度の大小関係を示す平面図、図 7は、図 1のコイルと信号処理回路との接続関係を示す回路ブロック図、図 8は、図 1の回転センサの変形例を示す部分的断面図、図 9は、本発明の第 2の実施形態に係る回転センサを、磁性材コアを除いて概略的に示す分解斜視図、図 1 0は、図 9の回転センサを示す平面図、図 1 1 A，図 1 1 Bは、図 1 0の第 1のロー夕と第 2のロータが相対的に回転した状態における磁束密度の大小関係を示す平面図、図 1 2 A，図 1 2 Bは、図 1 0の第 1のロータと第 2のロータが更に相対的に回転した状態における磁束密度の大小関係を示す平面図、図 1 3は、本発明の第 2の見地（aspec t)に係る回転センサの第 1の実施形態を示す斜視図、図 1 4は、図 1 3の回転センサを第 1及び第 2のシャフ卜に取り付けた状態を示す断面図、図 1 5は組み立てた回転センサの平面図、図 1 6は、図 1 4の回転センサの右半側を拡大して概略構成を示す断面図、図 1 7は、第 2の見地（aspec t)に係る回転センサの第 2の実施形態を示す平面図、図 1 8は、図 1 7の回転センサで用いる第 2の口一夕の斜視図、図 1 9は、第 2の見地（aspec t)に係る回転センサの第 3の実施形態を示す図 1 4に対応する断面図、図 2 0は、第 2の見地（aspec t)に係る回転センサの第 1の応用例を示すもので、センサユニットを直径に沿って切断した断面図、図 2 1は、回転センサの第 2の応用例を示すもので、センサュニッ卜を直径に沿って切断した断面図、図 2 2は、本発明の第 3の見地（aspec t)に係る回転センサの測定回路の一実施形態を示す回路図、図 2 3 A〜図 2 3 Dは、図 2 2に示した各部でのパルス波形を示す波形図、図 2 4は、位相シフト角度と相対回転角度の関係を示す関係図、図 2 5は、図 2 2に示した測定回路を使用する回転センサの一実施形態を、固定コアを除いてシャフトに取り付けた状態で示す斜視図、図 2 6 は、図 2 5の回転センサを示す断面図、図 2 7は、組み立てた回転センサの平面図、図 2 8は、図 2 6の回転センサの右半側を拡大して概略構成を示す断面図、図 2 9は、本発明の第 4の見地（aspec t)に係る回転センサの一実施形態を示す断面正面図、図 3 0は、図 2 9の回転センサの右半側を拡大した断面正面図、図 3 1は、図 2 9の回転センサの C 1— C 1線に沿った断面平面図、図 3 2は、図 2 9の回転センサを構成する主要な部材の位置関係を示すもので、一部の構成部材を省略して描いた断面平面図、図 3 3は、ピッチセンサと銅箔との配置を、他の構成部材を省略して示す断面正面図、図 3 4は、回転センサにおける回転角度測定装置の構成の一例を示すブロック図、図 3 5 A〜図 3 5 Dは、図 3 4に示した各センサと回転角度測定部での出力波形を示す波形図、図 3 6は、変位センサにおけるスライダコアの移動量とコイルインダクタンスの関係を示す特性図、図 3 7は、回転角センサとピッチセンサの出力の関係を説明するための部分波形図、図 3 8は、回転センサにおける回転角度測定装置の構成の他の例を示すブロック図、図 3 9は、変位センサの出力と回転角度を簡易的に表した出力特性図、図 4 0は、本発明の第 4の見地（aspec t)に係る他の回転センサを示す断面正面図、図 4 1は、図 4 0の回転センサの左半側を拡大した断面正面図、図 4 2 Aは、図 4 0の C 2— C 2線に沿った断面平面図、図 4 2 Bは、図 4 0の C 3— C 3線に沿った断面平面図、図 4 3は、図 4 0の回転センサを構成する主要な部材の位置関係を示すもので、一部の構成部材を省略して描いた断面平面図、図 4 4は、スライダの規制壁及びコイル部材を展開して示す平面図、図 4 5 A〜図 4 5 Dは、各センサと回転角度測定部での出力波形を示す波形図、図 4 6は、変位センサにおけるスライダの移動量とコィルインダク夕ンスの関係を示す関係図、図 4 7は、変位センサの出力と回転数を簡易的に表した関係図、図 4 8は、図 4 0の回転センサの要部を破断して示す断面正面図、図 4 9は図 4 8の回転センサの C 4一 C 4線に沿った断面図、図 5 0は、図 4 8の回転センサの C 5— C 5線に沿った断面図、図 5 1は、間欠ギアと組み合わせたコイルの出力波形図、図 5 2 A〜図 5 2 Eは、間欠ギアが回転した際における固定コアと間欠ギアの双方の銅板の重なり状態の変化を回転数毎に示した摸式図、図 5 3は、従来の回転センサの平面図、図 5 4は、回転センサに形成されるギャップの周方向における磁束密度の変動 Δ Βと、生じた磁界分布における強弱の境界領域 Δ Θを示す磁束密度の変動特性図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して本発明の第 1及び第 4の目的を達成する第 1の見地 (aspec t)に係る回転センサについて説明する。

回転センサ 1 0は、図 1及び図 2に示すように、第 1の口一夕 1 1、第 2のロー夕 1 2、及び磁性材コア 1 3 (図 1にのみ図示）を有し、主動シャフト 5 aと従動シャフト 5 cとこれらを連結しトルクに応じてねじれが増大するトーシヨンジョイント 5 bからなるシャフト 5に取り付けられる。第 1のロータ 1 1は有底円筒形状を有し、接着剤ゃネジ等の締結具で従動シャフト 5 cに固定される。第 2の口一夕 1 2も第 1のロー夕 1 1の外径よりも大きい内径を備えた有底円筒形状を有し、接着剤ゃネジ等の締結具で主動シャフト 5 aに固定されている。又、第 2の口一夕 1 2の周囲には磁性材コア 1 3 が図示しない非磁性材ブラケットを介して回転しない構造物に固定されている。従って、第 2の口一夕 1 2の周縁部は第 1のロー夕 1 1と磁性材コア 1 3との間に形成されたリング状ギャップの中に位置している。

第 1のロー夕 1 1は、例えば、ナイロン、ポリプロピレン（P P ) 、ポリフェニレンサルファイド（P P S ) 、 A B S樹脂等の絶縁成型材に、例えば、 N i- Z n、 Mn- Z n系の軟磁性粉末を一定の比率で混合した軟磁性部材からなり、熱可塑性を有し、コストが安く且つ耐振性に優れている。又、第 1の口一夕 1 1の外周部には、図 2及び図 5から明らかなように、円周方向に 6つの切欠き 1 1 aが等間隔で形成されると共に各切欠き間に 6つの歯 1 1 bが等間隔で形成されている。このような構成を採ることで、図 3に示すように、磁性材コア 1 3と第 1のロータの歯 1 1 bとの間で磁束密度の大きい領域 FAが形成され、磁性材コア 1 3と第 1の口一夕の切欠き 1 1 aとの間で磁束密度の小さい領域 FBが形成される。即ち、第 1のロー夕 1 1と磁性材コア 1 3との間では非均一磁界が形成されることになる。尚、第 1のロータ 1 1が固定された従動シャフト 5 cが回転すると、この非均一磁界もこれに応じて回転する。

磁性材コア 1 3は、上述した第 1のロー夕 1 1と同様の軟磁性部材からなる円筒体の内周面側に、第 1のロー夕 1 1と協働して磁気回路 CMG (図 4参照）を形成する共振コイル 1 3 cが巻回された構成を有している。

第 2の口一夕 1 2は、例えばアルミニウム等の導電性部材でできており、全体が導体部を形成している。又、その外周部には、図 2及び図 5から明らかなように、第 1のロー夕 1 1と同様の 6つの切欠き 1 2 aが等間隔で形成されると共に各切欠き間に 6つの歯 1 2 bが等間隔で形成されている。従って、図 5 A及び図 6 Aに示すように、第 1のロータの歯 1 1 bと第 2のロータの歯 1 2 bが完全に対向し合う状態では、磁性材コア 1 3と第 1のロー夕の歯 1 1 bとの間で形成された磁気回路を第 2のロー夕 1 2が横切る磁界領域の磁束密度は最も強くなり、従って、第 2のロー夕 1 2に発生する渦電流も最も大きくなる。

又、図 5 B及び図 6 Bに示すように、第 1のロー夕の歯 1 1 bと第 2の口一夕の歯 1 2 bがー部対向し合う状態では、第 2の口一夕 1 2が前記磁気回路を横切る磁界領域の磁束密度は中程度となり、従って、第 2のロー夕 1 2に発生する渦電流も中程度となる。

更に、図 5 C及び図 6 Cに示すように、第 1の口一夕の歯 1 1 bと第 2の口一夕の歯 1 2 bが全く対向し合わない状態では、第 2の口一夕 1 2が前記磁気回路を横切る磁界領域の磁束密度は最も弱くなり、従って、第 2のロータ 1 2 に発生する渦電流も最も小さくなる。

主動シャフト 5 aと従動シャフト 5 cとが相対的に回転することで、第 1のロー夕の歯 1 1 bと第 2の口一夕の歯 1 2 bが図 5 A (図 6 A) 乃至図 5 C (図 6 C) の順に互い違いにずれていく。これに応じて上述のように導体部である第 2のロータ 1 2に発生する渦電流の大きさが周期的に変化する。この渦電流の変化に伴うコイルインピーダンスの変化を利用して第 1のロー夕 1 1と第 2のロータ 1 2の相対的な回転角度差、ひいては従動シャフト 5 cと主動シャフト 5 aとの相対的な回転角度差を容易に検出することができる。

具体的には、共振コイル 1 3 cは、図 7に示すように、発振回路を経て f Z V変換されるように電気的に接続され、コイルのインダク夕ンス Lとコンデンサ（図 1には図示せず）のキャパシ夕 Cとから求まる共振周波数 f„= 1 Z ( 2 π ( L C ) ^1/2) を求める。第 1のロー夕 1 1と第 2のロータ 1 2との相対的な回転によって上述のように第 2のロー夕 1 2に発生する渦電流の大きさが変化し、これによつてコイル 1 3 cのコイルインピーダンスが変化し、共振回路の共振周波数 f。が変わる。信号処理回路によってこの f。を検出することで、第 1のロー夕 1 1 (従動シャフト 5 c ) と第 2のロー夕 1 2 (主動シャフト 5 a ) の相対的な回転角度差を測定することができる。

以上説明したように、本発明に係る回転センサ 1 0の構造によると、従来の回転センサのように、第 1のロータ 1 1は絶縁体からなる磁性材で形成されている。このため、回転センサ 1 0は、ギャップ間の磁束が磁性材に集中することによって、ギャップ間の磁束密度分布の非均一度が大幅に改善され、第 1の口一夕 1 1と第 2のロータ 1 2の相対的な取付位置精度を厳密に要求しなくても、第 1のロー夕 1 1と第 2のロー夕 1 2との相対的な回転角度差と第 2の口一夕 1 2の導体部が非均一磁界の強さの異なる領域を横切る面積の変化量とが常に比例関係になり、検出出力のリニア特性が優れる。

より詳細には、本発明に係る回転センサ 1 0において、軟磁性部材は第 1のロー夕 1 1と磁性材コア 1 3のみなので、両者の同心度を厳密に維持することなく両者を取り付け、第 1の口一夕 1 1の外周面と磁性材コア 1 3の内周面とのギャップが不均一になっても、円周方向全体に亘つては磁気抵抗の差が相殺される。この結果、回転センサ 1 0は、第 1の口一夕 1 1と磁性材コア 1 3の同心度を厳密に維持して取り付けた場合の磁気抵抗の総和とほぼ一致する。即ち、回転センサ 1 0は、ギャップがリング状に形成されているので、シャフトとコイル間の同心度の変動、回転中心軸線の振れなどの影響を受けることなく磁気抵抗の総和が一定になり、検出誤差も小さく抑えられ、検出精度が優れたものとなる。

又、第 1の口一夕 1 1は絶縁体からなる磁性材で形成されているので、第 1 のロー夕 1 1には渦電流が発生することがない。このため、回転センサ 1 0は、シャフト 5の相対回転角度差と第 2のロータ 1 2の導体部が非均一磁界の強さの異なる領域を横切ることで発生する渦電流の大きさが比例し、検出出力のリニァ特性が優れる。即ち、回転センサ 1 0は、コイル 1 3 cのインピーダンスに影響を与える渦電流を第 2のロー夕 1 2のみに発生させているので、感度や検出出力のリニア性を向上させることができる。

従って、リニア特性に優れた相対回転角度検出を行うに当たって、回転センサ 1 0は、ロー夕間のギャップの許容範囲を緩和することができる。その為、例えば、大量生産を要求される自動車のステアリング装置に本発明の回転センサを組み付ける場合、上述のようにロー夕間のギヤップを数腿オーダ一まで許容することにより組み付けコストの低減に大きく貢献する。又、自動車のァセンブリラインにおいても回転センサを組み付けることが可能になり、組み付け工程の制約を受けなくてすむ。

又、絶縁性を有する磁性材で第 1のロー夕 1 1と磁性材コア 1 3とを製造しているので、回転センサ 1 0は、製造コストを低減させることができる。

ここで、回転センサ 1 0は、図 4に示すように、磁性材コア 1 3の軸線方向全長 L _A、第 1のロー夕 1 1の軸線方向全長 L _B、第 2の口一夕 1 2の軸線方向全長 L_cとの間に、 L_B> L_A、 L_c > L_Aの寸法関係を有するのが好ましい。これによつて、回転センサ 1 0は、第 1のロータ 1 1、第 2のロー夕 1 2、及び磁性材コア 1 3の軸線方向の取り付け位置精度をより緩やかにし、検出装置の組み付けをより行い易くすることができる。

回転センサ 1 0は、検出感度が円周上の歯の数にほぼ比例するので、円周上の歯の数が多い程、検出可能な相対角度の範囲が狭くなるが検出感度が高くなる。具体的には、第 1の実施形態の場合、 6つの歯と 6つの切欠きは均一な大きさを有し、夫々、 3 6 0度の1 1 2 ( 3 0度）の角度範囲を占める。従つて、検出可能な相対回転角度の最大ずれ量は士 1 5度である。

従って、回転センサ 1 0は、シャフト 5の相対回転角度のずれ量が例えば土 8度と小さいが相対回転角度のずれ量を精度良く検出する必要がある場合、一例として、シャフト 5のトルク検出等に好適に利用される。

尚、上述の実施形態と異なり、アルミニウム等の導体のみで第 2のロータ 1 2を形成する代わりに、図 8に示すように、成型可能な樹脂材 1 5 aの一部にアルミニウム等の導体 1 5 bを付着させて第 2の口一夕 1 5を形成しても良い。第 2のロータの導体部 1 5 bがシャフ卜 5の相対的な回転に応じて第 1のロー夕 1 1と磁性材コア 1 3とで形成された磁界を徐々に横切るようにすれば、上述の回転センサ 1 0と同様にシャフト 5の回転角度のずれ量を精度良く検出することができる。

続いて、本発明の第 2の実施形態に係る回転センサを説明する。ここで、以下に説明する回転センサにおいては、回転センサ 1 0と構成が同一の部分には対応する符号を用いることで詳細な説明を省略する。

回転センサ 2 0は、図 9に示すように、主動シャフト 5 aと従動シャフト 5 cとトーションジョイント 5 bからなるシャフト 5に取り付けられ、従動シャフト 5 cには上述した絶縁性の軟磁性部材からなる第 1のロー夕 2 1が固定され、主動シャフト 5 aには、全体がアルミニウム等の導電体でできており、第 1のロータ 2 1の外径よりも大きい内径を有する第 2のロー夕 2 2が固定されている。又、第 1のロー夕 2 1の周囲には磁性材コア 2 3 (図 9には図示せず）が配設されている。

磁性材コア 2 3は第 1の実施形態の磁性材コア 1 3と同様の構成を有するが、第 1のロー夕 2 1と第 2のロータ 2 2が、第 1の実施形態における形状のように周囲に夫々 6つの歯と切欠きを有する代わりに、半円弧状の連続した切欠き 2 1 a , 2 2 aと歯 2 1 b， 2 2 bとを夫々有している点で構成が異なっている。

このような構成とすることで、回転センサ 2 0は、図 1 0に示すように、第 1のロー夕 2 1の端面視半円弧状の歯 2 1 bと磁性材コア 2 3との間が磁束密度の大きい領域 F Aとなり、第 1のロータ 2 1の端面視半円弧状の切欠き 2 1 aと磁性材コア 2 3との間が磁束密度の小さい領域 F Bとなる。その結果、回転センサ 2 0は、円周方向に亘つて非均一磁界が形成されることになる。又、この非均一磁界の強さの異なる領域を横切る第 2の口一夕 2 2の導体部も図 9に示した通り端面視半円弧状の歯 2 2 bを有しているので、シャフト 5 の相対的な回転角度のずれ量と第 2のロー夕 2 2の導体部に発生する渦電流の大きさとの間には広範囲に亘つて比例関係を有するようになる。

第 2の実施形態の場合、 2つのロー夕 2 1 , 2 2の相対回転角度を連続的に測定することができるので、例えば、自動車のハンドルの操舵角度検出に好適に利用される。

具体的には、 3 6 0度の範囲に亘つて相対回転角度のずれを検出するために、 2つの口一夕 2 1 , 2 2の歯を上述のように端面視半円弧状に形成する。すると、図 1 1及び図 1 2に示すように、シャフト 5の相対回転回転角度のずれ量に応じて第 1の口一夕 2 1と磁性材コア 2 3とで形成された磁気回路を第 2の口一夕の歯 2 2 bが徐々に横切って、磁気回路を横切る第 2のロー夕 2 2の面積変化量に比例して渦電流を発生させ、これに比例してコイルインピーダンスを変化させ、リニァ特性に優れた広範囲に亘る回転角度のずれ量を検出でき、シャフト 5の操舵角度を正確に検出するのを可能にする。

尚、シャフト相対回転の回転角度方向を判別する必要がある場合、絶対位置センサを検出装置に付加的に設ければ良い。例えば、市販されているフォトセンサを第 1のロー夕又は第 2の口一夕の適当な位置に取り付け、相対回転角度が 0度乃至 1 8 0度でフォトセンサの出力がオン、相対回転角度が 1 8 0度乃至 3 6 0度でフォトセンサの出力がオフにするようにすれば、シャフトの相対的な回転角度方向も同時に判別することができる。

次に、本発明の第 1及び第 5の目的を達成する第 2の見地（aspec t)に係る回転センサを図 1 3乃至図 2 1を用いて説明する。

回転センサ 3 0は、図 1 3に示すように、第 1ロータ 3 1、固定コア 3 2及び第 2ロータ 3 3を備え、相対回転する第 1シャフト S F1と第 2シャフト S F2 (図 1 4参照）の相対回転角度を検出する。回転センサ 3 0は、例えば、 1 ションジョイントによって回転トルクを主動シャフ卜から従動シャフ卜へ伝達することで自動車のハンドルシャフトの回転トルクを検出する場合等に用いられ、両シャフト SF1， SF2の相対回転角度は ± 8 ° の範囲内で変化する。第 1ロータ 3 1は、円筒状に成形され、図 1 4に示すように、回転する第 1 シャフト SF1の軸線方向所定位置に取り付けられる。第 1口一夕 3 1は、図 1 3に示すように、円筒軸 3 1 aの上部に半径方向外方へ延出するフランジ 3 1 bが合成樹脂によって一体に形成され、円筒軸 3 1 aの外周に絶縁磁性部材 3 1 cが取り付けられると共に、絶縁磁性部材 3 1 cの表面に周方向に沿って所定間隔、例えば、中心角 6 0 ° 間隔で導体層となる複数の銅箔 3 1 dが貼付されている。

伹し、銅箔 3 1 dは、絶縁磁性部材 3 1 cの表面ではなく、内部に設けても良い。また、導体層は、導電体であれば銅箔 3 I dの他、例えば、アルミニゥム，銀，鉄等の素材を使用することができる。更に、導体層は、理論上、中心角を小さくして配置間隔を小さくする程、その数が多くなり、回転センサの部材内に誘導されるトータル渦電流の変化量（導体層の数に比例する）が大きくなって、相対回転角度の検出感度が高くなるが、測定できる角度範囲が小さくなる。本実施形態の回転センサ 3 0は、前記のように複数の銅箔 3 1 dを中心角 60° 間隔で配置したので、測定可能な最大角度範囲は約 3 0 ° である。ここで、電磁工学では、導体層に必要な厚さ t (mm)の目安として次式が広く使われている。

t≥ 1 / (ω κ ) ^1/2

但し、 ωは信号の角周波数、 Κは導体層の電気伝導率、は真空の透磁率、である。

従って、上記式によれば、例えば、銅箔 3 1 dで導体層を製作する場合、 1 0 0 KH zの磁界をほぼ遮蔽するのに必要な厚さは、約 0. 1 5 8 mm以上である。実用上、銅箔 3 1 dの厚さを t =0. 2mmにした場合、 Ι Ο Ο ΚΗ ζ の交流磁界に対し、銅箔 3 1 dが生ずる磁気抵抗は、後述する第 1ロー夕 3 1 と固定コア 3 2との半径方向のギャップ Gによる磁気抵抗より十分に大きくなる。即ち、銅箔 3 1 dの遮蔽効果により、回転センサ 3 0は、小型であっても、不均一な分布の程度が大きい交流磁界を形成することができる。

固定コア 3 2は、図 1 6に示すように、第 1ロー夕 3 1と半径方向にギヤップ Gをおいてハンドルシャフト近傍に位置する固定部材（図示せず）に固定され、絶縁磁性材からなるコア本体 3 2 aと、第 1口一夕 3 1と協働して磁気回路 CMGを形成する励磁コイル 3 2 bとを有している。磁気回路 CMGの磁束は、図 1 6に示すように集中して形成される。このため、図 1 6に示すように、第 1ロータ 3 1の軸方向の高さを第 2ロー夕 3 3の軸方向の高さよりも高くすると、第 1ロー夕 3 1と第 2ロータ 3 3とが軸方向に位置ずれするようなことがあっても、センサの出力の変動を抑えることができて好ましい。励磁コイル 3 2 bは、外部へ延出させた電線 3 2 c (図 1 3参照）によって図示しない信号処理回路と接続され、この信号処理回路から交流電流が流されている。

第 2ロー夕 3 3は、図 1 3に示すように、リング状の本体 3 3 aに複数の金属歯 3 3 b力リング状に均等に配置され、各金属歯 3 3 bはそれぞれ各銅箔 3 1 dに対応する間隔を持つ。第 2ロータ 3 3は、例えば、銅，銅合金，アルミ二ゥム，アルミニウム合金，鉄，鉄合金よりなり、図 1 3に示すように、複数の金属歯 3 3 bは銅箔 3 1 d同様リング状に均等に配置され、各銅箔 3 1 dに対応して設けられている。第 2口一夕 3 3は、次のように構成することもできる。即ち、絶縁材で製作された筒状の表面あるいは内部に一定の厚さの導体層 (例えば 0. 2 mmの銅箔，或いはアルミニウム，銀，鉄等の素材のもの）を銅箔 3 1 dと同数を銅箔 3 1 dに対応させてリング状に均等に配置する。第 2 口一夕 3 3は、第 1ロータ 3 1に隣接し、第 1シャフト S F1に対して相対回転する第 2シャフト S F2 (図 1 4参照）に取り付けられ、複数の金属歯 3 3 bは、図 1 4に示すように、第 1ロータ 3 1と固定コア 3 2との間に配置される。

以上のように構成される回転センサ 3 0は、第 1ロー夕 3 1を第 1シャフト S F1に、第 2ロータ 3 3を第 2シャフト S F2に、それぞれ取り付けるとともに、固定コア 3 2を前記固定部材に固定して組み立てられる。

そして、組み立てられた回転センサ 3 0においては、励磁コイル 3 2 bを流れる交流電流による磁束が、図 1 6に示す磁気回路 CMGに沿って流れる。これにより、第 1口一夕 3 1の複数の銅箔 3 1 dを交流磁界が横切るため、銅箔 3 1 d内に渦電流が誘起される。このとき、渦電流によって誘起される交流磁界の方向は、励磁コイル 3 2 bを流れる交流電流による交流磁界の方向と逆になる。結果として、導体層が存在する上記ギャップ部分の空間にコイルの交流励磁電流による磁束と上記渦電流による磁束の方向は逆となるため、トータル磁束密度が小さくなり、反対に導体層が存在しない上記ギヤップ部分の空間にコイルの交流励磁電流による磁束の方向は同じとなるため、トータル磁束密度が大きくなる。

このため、回転センサ 3 0においては、第 1ロー夕 3 1と固定コア 3 2との間に形成されるギャップ G内に、図 1 5に示すように、銅箔 3 I dが存在し、磁束密度が小さい領域 F Bと、銅箔 3 I dが存在せず、磁束密度が大きい領域 F Aが周方向に交互に形成される。この結果、回転センサ 3 0は、第 1ロー夕 3 1と固定コア 3 2との間のギャップ G内に、間隔が中心角を 6 0 ° とする不均一な磁界が周方向に形成される。ここで、図 1 5は、第 1ロータ 3 1の円筒軸 3 1 aを図示せずに省略している。

従って、第 1口一夕 3 1が第 1シャフト S F1と共に第 2口一夕 3 3に対して相対回転すると、前記不均一な磁界も第 1ロータ 3 1と共に周方向に沿って回転する。このため、ギャップ G内では、中心角 6 0 ° 間隔で周方向に形成された金属歯 3 3 bがこの不均一な磁界を横切り、その際第 1口一夕 3 1と第 2 ロー夕 3 3との相対回転によって金属歯 3 3 bが磁束密度が小さい領域 F Bに位置する面積と、磁束密度が大きい領域 F Aに位置する面積の割合が変化し、横切るトータル磁束の量は変化するので、金属歯 3 3 bに生ずる渦電流の大きさが変化する。

従って、回転センサ 3 0においては、金属歯 3 3 bに生ずる渦電流の大きさが異なり、励磁コイル 3 2 bのインピーダンスは、第 1ロータ 3 1と第 2ロー夕 3 3との相対回転角度によって変動する。そこで、回転センサ 3 0は、励磁コイル 3 2 bと接続された信号処理回路において公知の方法で前記インピーダンスを測定すれば、第 1ロー夕 3 1と第 2ロー夕 3 3との相対回転角度を簡単に検出することができる。

ここで、本発明の回転センサ 3 0は、固定コア 3 2に対して第 1口一夕 3 1 がギヤップ Gを置いて回転する構造のため、構成部材間のギヤップの大きさが、製造コストに直接影響する。即ち、回転センサ 3 0は、ギャップ Gを数/ x m程度に設定することは非常に困難で、このようなギャップとするには、構成部品の製作精度、構成部品間の組立精度が厳しく要求される。特に、本発明の回転センサ 3 0は、自動車のハンドルシャフトにおける回転トルクの検出に用いる場合、自動車の走行に伴う振動等を考慮して、ギャップ Gを mmオーダーに設定することが理想である。

このとき、前記した磁気回路 C MGの実効透磁率は、絶縁磁性部材 3 1 cやコア本体 3 2 aの比透磁率とギャップ Gの大きさによって決まる。特に、磁気回路 C MGの長さとギャップ Gの大きさとの比が、磁性材の比透磁率と同じォーダ一である場合、磁気回路 C MGの実効透磁率は殆どギャップ Gの大きさによって左右されるので、磁性材の比透磁率の影響は非常に小さくなる。例えば、磁気回路 C MGの長さが 1 0 0 mmに対して、ギャップ Gが約数 mmの場合のように、磁気回路 C MGの長さとギャップ Gとの比が、軟磁性材の比透磁率に比べて非常に小さい場合、実効透磁率は殆どギャップ Gの大きさによって決まる。即ち、回転センサ 3 0は、絶縁磁性部材 3 1 cやコア本体 3 2 aの比透磁率がいくら大きくても、磁気回路 CMGの実効透磁率は、ほぼギャップ Gの大きさによって決まってしまう。

従って、絶縁磁性部材 3 1 cやコア本体 3 2 aは、ナイロン，ポリプロピレン（P P ) , ポリフエ二レンスルフイド（P P S ) ， A B S樹脂等の電気絶縁性を有する熱可塑性合成樹脂に、 N i 一 Z nや M n— Z n系のフェライ卜からなる軟磁性材粉を、軟磁性材の含有量が 1 0〜7 0体積％で混合したものから成形する。

これにより、本発明の回転センサ 3 0は、磁気回路 C MGの実効透磁率がフエライトを用いた従来の軟磁性材に比べてやや小さくなるが、耐振動性が向上し、製造が容易でコストダウンが図られ、大量生産に向いている等、得られるメリッ卜が大きい。

また、励磁コイル 3 2 bのインピーダンスに影響を与える渦電流は、絶縁材でもある前記コア材内からは発生せず、導体層、即ち、銅箔 3 I dのみから生ずるため、回転センサ 3 0は、検出感度や検出出力のより一層リニアな特性が得られる。

次に、本発明の回転センサに係る第 2の実施形態を図 1 7及び図 1 8に基づいて説明する。

回転センサ 3 5は、図 1 7に示すように、第 1口一夕 3 6、固定コア 3 7及び第 2ロー夕 3 8を備え、これらは第 1の実施形態と同じ素材で構成され、第 1の実施形態と同様にして第 1シャフト S F1等に取り付けられる。

第 1口一夕 3 6は、絶縁磁性材からなる円筒体 3 6 aの表面の周方向半分に銅箔 3 6 bが貼付されている。

固定コア 3 7は、第 1の実施形態の固定コア 3 2と同様に、絶縁磁性材からなるコア本体 3 7 aと励磁コイル（図示せず）とを有している。

第 2ロー夕 3 8は、図 1 8に示すように、円筒を周方向に半分切り欠いて半周分の導体歯 3 8 aが周方向に形成され、下部に半径方向内方へ突出させて形成したフランジ 3 8 bの中央には、図示しない第 2シャフトに取り付ける取付開口 3 8 cが形成されている。

回転センサ 3 5は、上記のように構成することによって、前記励磁コイルに交流電流を流すと、第 1口一夕 3 6と固定コア 3 7との間に形成されるギヤップ内に、図 1 7に示すように、銅箔 3 6 bが存在し、磁束密度が小さい領域 F Bと、銅箔 3 6 bが存在せず、磁束密度が大きい領域 FAが周方向に半々に形成される。この結果、回転センサ 3 5は、第 1ロータ 3 6と固定コア 3 7との間の前記ギャップ内に、中心角を 1 8 0 ° とする不均一な磁界が周方向に形成され、 1 8 0 ° の回転角度が検出できるが、例えば、絶対位置センサーを利用する等して、口一夕の 0 ° の絶対位置検出をすれば、 3 6 0 ° 、即ち、 1回転までの回転角度を検出することができる。

次いで、本発明の回転センサに係る第 3の実施形態を図 1 9に基づいて説明する。

回転センサ 4 0は、第 1ロー夕 4 1、固定コア 4 2及び第 2ロータ 4 3を備え、相対回転する第 1シャフト S F1と第 2シャフト S F2の相対回転角度を検出する。

第 1ロータ 4 1は、絶縁磁性材からなり、円板 4 1 a上に複数の所定の中心角をを持つ扇形状の銅箔が所定の間隔で貼付されている。第 1ロー夕 4 1は、図示のように、第 1シャフト S F1に取り付けられる。

固定コア 4 2は、第 1ロー夕 4 1と第 1シャフト S F1の軸方向にギャップ Gをおいてハンドルシャフト近傍に位置する固定部材（図示せず）に固定され、図示のように、絶縁磁性材からなるコア本体 4 2 aと、第 1ロータ 4 1と協働して磁気回路 CMGを形成する励磁コイル 4 2 bとを有している。

第 2口一夕 4 3は、例えば、銅，銅合金，アルミニウム，アルミニウム合金，鉄，鉄合金，銀等の金属円板から所定の中心角の扇形を複数切り欠いて第 1口一夕 4 1の複数の本体 4 1 aに対応する複数の導体歯 4 3 aが放射状に形成されている。また、次のように構成してもよい。即ち、絶縁性を持つプラスチック等からなる円板上に、前記扇形状の銅箔に対応して該扇形状の銅箔と同数の所定の中心角を持つ扇形の金属箔が所定の間隔で貼付されている。第 2口一夕 4 3は、第 1ロータ 4 1に隣接し、第 1シャフト S F1に対して相対回転する第 2シャフト S F2に取り付けられ、複数の導体歯 4 3 aは、図示のように、第 1ロー夕 4 1と固定コア 4 2との間に配置される。

従って、本実施形態の回転センサ 4 0は、第 1ロータ 4 1と固定コア 4 2との間のギャップ G内に、周方向に不均一な磁界が形成され、この不均一な磁界を第 2口一夕 4 3の複数の導体歯 4 3 aが横切ることによって渦電流が生ずる。回転センサ 4 0は、この渦電流の変化に伴う、励磁コイル 4 2 bのインピーダンスを、第 1の実施形態と同様にして測定することで、第 1ロータ 4 1と第 2 ロー夕 4 3との相対回転角度を簡単に検出することができる。

また、本発明の回転センサは、第 1ロー夕 4 1、固定コア 4 2及び第 2ロー夕 4 3を第 1シャフト S F1の軸方向に重ねた構成であるので、半径方向における大きさを低減する場合に有効である。

ここで、上記各実施形態においては、第 1ロー夕 3 1， 3 6， 4 1を第1シャフト S F1に、第 2口一夕 3 3， 3 8 , 4 3を第 2シャフト S F2に、それぞれ取り付けた。しかし、本発明の回転センサは、第 1のロー夕と固定コアとの間に第 2の口一夕が配置されていれば、第 1口一夕 3 1， 3 6， 4 1を第 2シャフト S F2に、第 2口一夕 3 3， 3 8， 4 3を第 1シャフト S F1に、それぞれ取り付けてもよいことは言うまでもない。

以上説明した本発明の回転センサは、例えば、次のように構成することで、自動車のハンドルシャフトの回転トルクを検出するトルクセンサと回転角度を検出する舵角センサを備えたセンサュニットとして応用することができる。即ち、図 2 0に示すセンサユニット 4 5は、トルク検出コア 4 6、舵角検出コア 4 7、磁性材ロ一夕 4 8及び金属口一夕 4 9を備え、トルク検出コア 4 6 と舵角検出コア 4 7とが上下方向（ハンドルシャフトの軸方向）に重ねられている。

トルク検出コア 4 6及び舵角検出コア 4 7は、それぞれ絶縁磁性材からなるコア本体 4 6 a， 4 7 aと、磁性材ロータ 4 8と協働して磁気回路を形成する励磁コイル 4 6 b， 4 7 bとを有している。そして、トルク検出コア 4 6は固定金具 5 1に、舵角検出コア 4 7は固定金具 5 2に、それぞれ固定され、両コァ 4 6， 4 7間には金属スぺ一サ 5 3が配置されている。ここで、固定金具 5 1 , 5 2は、自動車内のハンドルシャフト近傍に配置されている。

磁性材ロータ 4 8は、円筒状に成形され、中心軸方向中央には周方向にスリット 4 8 aが形成されている。

金属ロータ 4 9は、磁性材ロ一夕 4 8よりも直径の小さい本体 4 9 aの上部から半径方向外方へフランジ 4 9 bが延出し、フランジ 4 9 b先端に上下両方向へ延出し、磁性材ロータ 4 8とトルク検出コア 4 6あるいは舵角検出コア 4 7との間に配置される導体歯 4 9 cが複数形成されている。

一方、図 2 1に示すセンサユニット 5 5は、トルク検出コア 5 6、舵角検出コア 5 7、磁性材ロ一夕 5 8及び金属ロータ 5 9を備え、トルク検出コア 5 6 と舵角検出コア 5 7とが半径方向に同心円状に配置されている。

トルク検出コア 5 6及び舵角検出コア 5 7は、それぞれ絶縁磁性材からなるコア本体 5 6 a， 5 7 aと、磁性材ロ一夕 5 8と協働して磁気回路を形成する励磁コイル 5 6 b , 5 7 bとを有している。トルク検出コア 5 6は、磁性材ロ —夕 5 8との間に所定のギャップが形成され、舵角検出コア 5 7は、コア本体 5 7 aに金属ロー夕 5 9の後述する導体歯 5 9 cを配置する溝 5 7 cが周方向に形成されている。そして、トルク検出コア 5 6及び舵角検出コア 5 7は、金属製の遮蔽ケース C sに収容される。

磁性材ロ一夕 5 8は、円筒状に成形されている。金属ロー夕 5 9は、本体 5 9 aから半径方向外方へフランジ 5 9 bが延出し、フランジ 5 9 bから下方へ延出し、磁性材ロ一夕 5 8とトルク検出コア 5 6あるいは舵角検出コア 5 7との間に配置される導体歯 5 9 cが複数周方向に形成されている。

従って、センサユニット 4 5あるいはセンサユニット 5 5を、設置スペースに応じて適宜選択することにより、自動車のハンドルシャフ卜の回転トルクと回転角度とを同時に検出することができる。

次に、本発明の第 1及び第 3の目的を達成する第 3の見地（aspec t)に係る回転センサの測定回路に関する一実施形態を図 2 2乃至図 2 8に基づいて説明する。

図 2 2は、本発明の測定回路の一実施形態を示す回路図である。この測定回路は、本発明の発振手段を構成し、特定周波数の発振信号であるパルス信号を発振する発振器 7 1と、前記パルス信号のシフトレベルを調整するレベル調整部 7 2と、本発明の位相シフト手段を構成し、後述する第 2のロータに発生する渦電流の大きさに応じて、前記パルス信号の位相をシフトする位相シフト部 7 3と、本発明のシフト量検出手段を構成し、前記シフトされたパルス信号の位相シフト量を検出するシフト量検出部 7 4と、本発明の測定手段を構成し、前記検出された位相シフト量に基づいて相対回転角度を測定する相対回転角度測定部 7 5とを有している。

発振器 7 1は、インバー夕 7 2 aを介して、図 2 3 Aに示すような波形の特定周波数のパルス信号をレベル調整部 7 2及びシフ卜量検出部 7 4に出力している。

レベル調整部 7 2は、 2つのインバ一夕 7 2 a , 7 2 dと、これらの間に直列接続された可変抵抗 7 2 bと抵抗 7 2 cと、一端が抵抗 7 2 cとインバー夕 7 2 d間に接続されるとともに他端が接地されるコンデンサ 7 2 eとから構成される。可変抵抗 7 2 b、抵抗 7 2 c及びコンデンサ 7 2 eは、位相シフト部 7 3の前段に設けられた位相シフト回路を形成する。前記位相シフト回路では、可変抵抗 7 2 bの調整により、予めパルス信号の位相シフト量を調整する。例えば、本実施形態においては、 2つのロータの相対回転の— 8 ° 〜十 8 ° が測定できるように設けられており、相対回転は 0 ° の場合の出力信号を一定のレベルまで調整する必要がある。レベル調整部 7 2はそのために設けられたものである。

位相シフト部 7 3は、直列接続された抵抗 7 3 aと本発明の励磁コイル 7 3 bとインバー夕 7 3 cと、一端が励磁コイル 7 3 bとインバー夕 7 3 c間に接続されるとともに他端が接地されるコンデンサ 7 3 dを有している。励磁コィル 7 3 bは、後述する固定コアに巻回されて交流電流が流され、第 1ロータと協働して磁気回路を形成している。

位相シフト部 7 3は、第 2ロー夕に発生する渦電流の大きさに応じて、レべル調整部 7 2から入力するパルス信号の位相をシフトする。すなわち、抵抗 7

3 aの電気抵抗を R、励磁コイル 7 3 bのインダクタンスを L、コンデンサ 7 3 dのキャパシ夕を C、渦電流を i e、測定回路の構造で決まる相互インピーダンスを M、位相シフト部 7 3への入力電流を iとすると、レベル調整部 7 2 からの入力電圧 V inは、

V in= i · R + i · j ω L - i e · j ω Μ+ i ( 1 / j ω C )

となり、渦電流 i eの変化によって入力電圧 V inと入力電流 iの位相シフト角度が変化する。すなわち、位相シフト部 7 3からの出力電圧 Vou tと入力電流 iの位相ずれは、 9 0度で固定なので、渦電流 i eの変化によって入力電圧 V i nと出力電圧 Voutの位相シフト角度が変化することとなる。

従って、レベル調整部 7 2におけるィンバ一夕 7 2 aの出力である A地点におけるパルス信号の波形と、インバー夕 7 3 cの出力である B地点におけるパルス信号の波形（図 2 3 B参照）とを比較することによって、パルス信号の位相シフト量（本実施形態では位相シフト角度で表す）を検出することができる。シフト量検出部 7 4は、入力端子がインバー夕 7 2 a、 7 3 cとそれぞれ接続された排他的 O R (Exc l us i ve OR) 7 4 aと、排他的 O R 7 4 aの出力端子に接続された抵抗 7 4 bと、一端が抵抗 7 4 bと相対回転角度測定部 7 5間に接続されるとともに他端が接地されるコンデンサ 7 4 cとを有している。排他的〇R 7 4 aは、発振器 7 1からのパルス信号、すなわち入力電圧 V inと、位相シフト部 7 3でシフトされたパルス信号、すなわち出力電圧 V ou tを排他的〇R演算を行って位相シフト角度を求める。前記求めた位相シフ卜角度は、図 2 3 Cに示すように、 C地点におけるパルス信号の幅として検出される。すなわち、この C地点におけるパルス信号は、 A地点と B地点とのパルス信号の位相ずれ量を表している。抵抗 7 4 bとコンデンサ 7 4 cは口一パスフィル夕を構成し、 C地点におけるパルス信号は、前記両口一夕の相対回転に比例する直流信号に変換され（図 2 3 D参照）、相対回転角度測定部 7 5に入力される。相対回転角度測定部 7 5では、例えば図 2 4に示すように、位相シフト角度と両口一夕の相対回転角度の関係が予め設定されており、シフト量検出部 7 4 から入力する位相シフト角度から相対回転角度を求めることができる。

次に、図 2 2に示した測定回路を使用する回転センサの一実施形態を説明する。

回転センサ 6 0は、図 2 5及び図 2 6に示すように、第 1ロータ 6 1、第 2 ロー夕 6 2及び固定コア 6 3を備え、相対回転する主動シャフト 5 aと第 2シャフト 5 cの相対回転角度を検出する。回転センサ 6 0は、トーシヨンジョイント 5 bによって回転トルクを主動シャフト 5 aから従動シャフト 5 cへ伝達することで自動車のハンドルシャフトの回転トルクを検出する場合等に用いられ、主動シャフ卜 5 aと従動シャフト 5 cの相対回転角度は土 8 ° の範囲で変化する。

第 1ロー夕 6 1は、主動シャフト 5 aが貫通する部分を除いて有底の円筒状に成形され、回転する主動シャフト 5 aの軸線方向所定位置に取り付けられる。第 1口一夕 6 1は、絶縁磁性部材からなり、外周部には図 2 5から明らかなように円筒方向に 6つの切欠き 6 1 aが等間隔で形成されるとともに、各切欠き間に 6つの歯 6 1 bが等間隔で形成されている。

第 2ロー夕 6 2は、従動シャフト 5 cが貫通する部分を除いて有底の円筒状に成形され、従動シャフト 5 cの軸線方向所定位置に取り付けられる。第 2口一夕 6 2は、導電性部材からなり全体が導体部を形成しており、外周部には図 2 5から明らかなように第 1ロー夕 6 1と同様に、 6つの切欠き 6 2 aが等間隔で形成されるとともに、各切欠き間に 6つの歯 6 2 bが等間隔で形成されている。

第 2口一夕 6 2は、第 1口一夕 6 1に隣接し、第 1シャフト 5 aに対して相対回転する第 2シャフト 5 cに取り付けられ、複数の歯 6 2 bは、図 2 6に示すように第 1ロー夕 6 1と固定コア 6 3との間に配置される。

固定コア 6 3は、図 2 8に示すように、第 1口一夕 6 1と半径方向にギヤップ Gをおいてハンドルシャフト近傍に位置する固定部材（図示せず）に固定され、絶縁磁性材からなるコア本体 6 3 aと、第 1ロー夕 6 1と協働して磁気回路 CMGを形成する励磁コイル 7 3 b (図 2 2参照）とを有している。励磁コィル 7 3 bは、外部へ延出させた電線 6 3 b (図 2 7参照）によって外部の電流供給手段から交流電流が供給されている。

以上のように構成される回転センサ 6 0は、第 1ロー夕 6 1を主動シャフト 5 aに、第 2ロー夕 6 2を従動シャフト 5 cに、それぞれ取り付けるとともに、固定コア 6 3を前記固定部材に固定して組み立てられる。

そして、組み立てられた回転センサ 6 0においては、励磁コイル 7 3 bを流れる交流電流による磁束が、図 2 8に示す磁気回路 CMGに沿って流れる。そして、第 1ロー夕 6 1の歯 6 1 bと固定コア 6 3間のギャップは小さくなるため、この間における磁気抵抗が小さくなり、磁束密度の大きい領域 FAとなる。逆に、第 1ロー夕 6 1の切欠き 6 1 aと固定コア 6 3との間は、ギャップが大きくなるため、磁気抵抗が大きくなり、磁束密度が小さい領域 F Bとなる（図 2 7参照）。

このため、回転センサ 6 0においては、第 1口一夕 6 1と固定コア 6 3との間に形成されるギャップ G内に、磁束密度が大きい領域 FAと、磁束密度が小さい領域 F Bとが周方向に交互に形成される。この結果、回転センサ 6 0は、第 1口一夕 6 1と固定コア 6 3との間のギヤップ G内に、間隔が中心角を 6 0 ° とする不均一な磁界が周方向に形成される。

従って、第 1口一夕 6 1が主動シャフト 5 aと共に固定コア 6 3に対して相対回転すると、前記不均一な磁界も第 1ロー夕と共に周方向に沿って回転する。このため、ギャップ Gでは、中心角 6 0 ° 間隔で周方向に形成された第 2ロー夕の歯 6 2 bがこの不均一な磁界を横切る。その際、第 1ロータ 6 1と第 2口一夕 6 2との相対回転によって歯 6 2 bが、磁束密度が小さい領域 F Bに位置する面積と、磁束密度が大きい領域 F Aに位置する面積の割合が変化し、横切るローたる磁束の量が変化するので、第 2口一夕 6 2に生ずる渦電流の大きさが変化する。

従って、測定回路においては、磁気回路を形成する励磁コイル 7 3 bに発振器 7 1からのパルス信号を印加し、位相シフト部 7 3で第 2ロー夕 6 2に発生する渦電流の大きさに応じてパルス信号の位相をシフトさせる。そして、その位相シフト量をシフト量検出部 7 4で検出し、相対回転速度測定部 7 5によつて、前記検出された位相シフト量と相対回転角度の関係から（図 2 4参照）、第 1ロー夕 6 1と第 2口一夕 6 2の相対回転角度を測定することができる。なお、図 2 4における位相シフト角度と相対回転角度の関係は、位相シフト部 7 3内の抵抗 7 3 aが 5 1 Ω、コンデンサ 7 3 dが 4 7 0 P Fで、シフト量検出部 7 4内の抵抗 7 4 bが 5 1 0 Ω、コンデンサ 7 4 cが 0 . 1 Fに設定することで得られたものである。

従って、本実施形態では、第 2ロータに発生する渦電流の大きさに応じてパルス信号の位相をシフトさせ、位相シフト量と相対回転角度の関係から相対回転角度を正確に測定し、またシフト量検出部内の抵抗とコンデンサの時定数、すなわち 5 1 0 X 0 . 1 = 5 1 sによって位相シフト量の検出時間が決まるので、測定時間が短くなつて、従来例に比べて相対回転角度測定の分解能が高く、かつ応答性が格段に向上できる。

次に、本発明の第 2及び第 6の目的を達成する第 4の見地（aspec t)に係る回転センサを図 2 9乃至図 3 9を用いて説明する。

回転センサ 8 0は、図 2 9乃至図 3 2，図 3 4に示すように、第 1ロータ 8 1、第 2ロータ 8 2、固定ケース 8 3、変位センサ 8 5、本発明に係る発振手段を構成する発振回路 8 7、本発明に係る第 1の信号処理手段を構成する信号処理増幅回路 9 1、本発明に係る相対回転角度の測定手段を構成する相対回転角度測定部 9 8、本発明に係る第 2の信号処理手段を構成する信号処理増幅回路 9 2〜 9 4及び本発明に係る回転角度の測定手段を構成する回転角度測定部 9 9を備えている。回転センサ 8 0は、回転軸、例えば、主動シャフトと従動シャフトが] シヨンジョイントを介して連結された自動車のステアりングシャフトにおける回転角と回転トルクを検出する。

ここで、第 1口一夕 8 1と第 2ロータ 8 2は、図 2 9に示す回転軸 A r tに対して一体に回転すると共に、前記主動シャフトが前記従動シャフトに対して相対回転するのに対応して所定角度内を相対回転する。両口一夕 8 1， 8 2は、例えば、前記主動シャフトが前記従動シャフトに対して ± 8 ° の範囲内で相対回転するとき、同じく ± 8 ° の範囲内で相対回転する。

また、図 3 2は、回転センサ 8 0を構成する主要な部材の位置関係を示すため、一部の構成部材を省略して描いてある。

第 1ロータ 8 1は、成型性に優れた電気絶縁性の合成樹脂から成形された内筒 8 l aと、図 2 9及び図 3 0に示すように、内筒 8 1 aから延出する複数、本実施形態では 6枚の銅片 8 1 bとを有し、内筒 8 1 aには前記主動シャフトとの回り止めとなる係止片 81 cの上部が固定されている。複数の銅片 81 b は、第 1の導体層で、内筒 8 1 aの周方向に沿って中心角 30° の間隔で回転軸 Art方向に延出している。但し、銅片 8 l bは、導体であれば、例えば、アルミニウム，銀，鉄等の素材を使用することができ、高周波磁界を遮蔽するうえで、第 1口一夕 81と固定ケース 83との半径方向のギャップに基づく磁気抵抗を考慮すると、 0. 1〜0.5mm程度の厚さが望ましい。更に、銅片 8 l bは、理論上、中心角を小さくして配置間隔を小さくする程、前記導体層としての数が多くなり、誘導されるトータル渦電流の変化量（導体層の数に比例する）が大きくなつて、相対回転角の検出感度が高くなるが、測定できる相対回転角範囲が小さくなる。

第 2ロー夕 82は、成型性に優れた電気絶縁性の合成樹脂から成形され、図 29及び図 30に示すように、内筒 82 a、フランジ 82 d、支持部 82 e及び係止片 82 hを有している。内筒 82 aは、第 1絶縁磁性材層 82 bの外周に銅箔 82 cが複数の銅片 81 bと対応するピッチで設けられている。銅箔 8 2 cは、後述する銅箔 82 gと共に第 2の導体層となる。フランジ 82 dは、内筒 82 aから水平方向へ延出し、半径方向中間から立ち上がる支持部 82 e が筒状に形成されると共に、外周近傍の上面に周方向へ中心角 180° の範囲で後述するピッチセンサ 86の銅箔 86 aが設けられている。また、フランジ 82 dは、外周下部に後述する変位センサ 85のスクリュー部材 85 aが連結されている。支持部 82 eは、第 2絶縁磁性材層 82 f を支持する部分で、第 2絶縁磁性材層 82 ίの外周に周方向へ中心角 180° の範囲で銅箔 82 gが設けられている。係止片 82 hは、前記従動シャフトの回り止めで、下部で内筒 82 aの下部に取り付けられている。

ここで、第 1絶縁磁性材層 82 b及び第 2絶縁磁性材層 82 f の素材は、ナィロン，ポリプロピレン（PP) ，ポリフエ二レンスルフイド（PPS) , A BS樹脂等の電気絶縁性を有する熱可塑性合成樹脂に、 N i一 Znや Mn— Z n系のフェライトからなる軟磁性材粉を 1 0〜7 0体積％混合したものを使用する。

固定ケース 8 3は、交流磁界の遮蔽性を有するアルミニウム，銅等の非鉄金属によって形成される固定体で、図 2 9及び図 3 0に示すように、内筒部 8 3 a、上フランジ 8 3 b、第 1支持部 8 3 c及び第 2支持部 8 3 dを有している。内筒部 8 3 aは、内筒 8 1 aを位置決めして第 1ロー夕 8 1を回転自在に配置する部分である。上フランジ 8 3 bは、上部に回路基板 8 4が取り付けられ、下面の半径の異なる同心円上の位置に第 1支持部 8 3 c及び第 2支持部 8 3 d が形成され、外周近傍に開口 8 3 eが設けられている。第 1支持部 8 3 cは、図 2 9及び図 3 0に示すように、第 2ロータ 8 2の支持部 8 2 eよりも半径方向内側に位置し、内周には回転トルク検出用の励磁コイルである相対回転角コィル 8 3 f を保持したコア 8 3 gが設けられている。第 2支持部 8 3 dは、図示のように、第 2ロー夕 8 2の支持部 8 2 eよりも半径方向外側に位置している。第 2支持部 8 3 dは、回転トルク検出用の励磁コイルである回転角コイル 8 3 hを保持したコア 8 3 jが内周に設けられ、回転角コイル 8 3 h及びコア 8 3 jの銅箔 8 2 gと対向する表面には、周方向へ中心角 1 8 0 ° の範囲で銅箔 8 3 kが設けられている。ここで、相対回転角コイル 8 3 f及び回転角コィル 8 3 hは、後述する変位センサ 8 5のコイル 8 5 f及びピッチセンサ 8 6のコイル 8 6 cと共に、固定ケース 8 3から外部へ延出させた電線（図示せず）によって発振回路 8 7と接続され、発振回路 8 7から交流電流が流されている。これにより、回転センサ 8 0においては、コア 8 3 gと第 1絶縁磁性材層 8 2 b並びにコア 8 3 jと第 2絶縁磁性材層 8 2 f との間に、図 3 0に点線で示す . 磁気回路 C MGが形成される。

また、固定ケース 8 3は、図 2 9及び図 3 0に示すように、上部と下部にそれぞれ上カバー CVUと下カバー CVLを有するカバー CVが取り付けられる。

変位センサ 8 5は、後述するスライダコア 8 5 eの回転軸方向の移動に基づくコイルインダク夕ンスの変化を検出するセンサで、図 2 9乃至図 3 1に示すように、スクリュー部材 8 5 a、スライダ 8 5 c、スライダコア 8 5 e及びコィル 8 5 f を有している。

スクリュー部材 8 5 aは、下部が第 2口一夕 8 2の外周下部と連結されたリング状の部材で、外周にねじ部 8 5 bが形成されている。スライダ 8 5 cは、図 2 9乃至図 3 2に示すように、周方向に延びる部材で、固定ケース 8 3の外周側に周方向に形成された収容部 8 3 mに配置され、半径方向内側にねじ部 8 5 bと螺合するねじ部 8 5 dが形成されている。スライダ 8 5 cは、第 2ロー夕 8 2と共に回転するスクリュー部材 8 5 aによって収容部 8 3 m内を上下動し、図 2 9，図 3 0に示す位置がその中間位置である。スライダコア 8 5 eは、絶縁磁性材から形成されたピン状の部材で、スライダ 8 5 cに上下方向に取り付けられている。

コイル 8 5 f は、スライダコア 8 5 eと協働して磁気回路を形成するもので、コア 8 5 g内に保持されている。コア 8 5 gは、第 1及び第 2絶縁磁性材層 8 2 b , 8 2 f並びにスライダコア 8 5 eと同一の素材から形成され、固定ケース 8 3に設けた開口 8 3 eに取り付けられている。従って、変位センサ 8 5においては、コイル 8 5 f によってコア 8 5 gに図 3 0に点線で示す磁気回路 C MGが形成され、第 2ロータ 8 2の回転に伴うスライダ 8 5 cの上下動によつてスライダコア 8 5 eがコイル 8 5 f 内に出入りすると、コイル 8 5 f のインダク夕ンスが変化する。

ここで、回路基板 8 4は、図 2 9，図 3 0には示していないが、発振手段、相対回転角コイル 8 3 fからの出力信号を処理する第 1信号処理手段、相対回転角の測定手段、回転角コイル 8 3 h及び変位センサ 8 5からの出力信号を処理する第 2信号処理手段及び回転角の測定手段が配置されると共に、これらに関する電気回路が形成されている。

また、ピッチセンサ 8 6は、第 1及び第 2ロータ 8 1， 8 2が基準位置から左方向 1 8 0度内あるいは右方向 1 8 0度内のどちらの回転位置にあるかを検出する。ピッチセンサ 8 6は、第 2ロータ 8 2に設けられ、一方となる銅箔 8 6 aと、図 3 0に示すように第 2支持部 8 3 dの半径方向外側に配置され、ピツチセンサ 8 6の他方となる図 3 3に示すコア 8 6 b、コイル 8 6 c及び銅箔 8 6 dを有している。銅箔 8 6 dには、図示のようにスリット 8 6 eが形成されている。

ここで、ピッチセンサ 8 6は、実用上所定の精度を確保するうえで、コイル 8 6 cの直径を D、スリット 8 6 eの幅を Wsとしたとき、幅 Wsの対直径比 (=Ws/D) を以下の範囲に設定する。

1 Z 5 0≤WsZD≤ 1 / 3

好ましくは、対直径比（=WsZD) は 1 Z 1 0以上とする。

次に、図 3 4及び図 3 5を用いて第 1実施形態に係る回転センサによる相対回転角度及び回転角度測定を説明する。

図 3 4は、回転センサの回転角度測定装置の一例を示すブロック図である。図において、測定装置は、発振信号を発振する発振回路 8 7と、発振信号を分周して特定周波数のパルス信号を出力する分周回路 8 8と、上述した複数の銅片 8 1 b、第 1絶縁磁性材層 8 2 b、銅箔 8 2 c、相対回転角コイル 8 3 ί及びコア 8 3 gを有するトルクセンサ 8 9と、上述した第 2絶縁磁性材層 8 2 f 、銅箔 8 2 g、回転角コイル 8 3 h、コア 8 3 j及び銅箔 8 3 kを有する回転角センサ 9 0と、変位センサ 8 5と、ピッチセンサ 8 6と、トルクセンサ 8 9力らの信号を処理する信号処理増幅回路 9 1と、回転角センサ 9 0、変位センサ 8 5及びピッチセンサ 8 6からの信号をそれぞれ処理する信号処理増幅回路 9 2〜9 4と、信号処理増幅回路 9 1〜9 3からの信号をそれぞれアナログ Zデジタル変換する AZDコンバータ 9 5〜9 7と、 AZDコンバータ 9 5からのデジタル信号に基づいて相対回転角度を測定する相対回転角度測定部 9 8と、信号処理増幅回路 9 4及び AZDコンバータ 9 6， 9 7からのデジタル信号に基づいて回転角度を測定する回転角度測定部 9 9とを有して構成される。

以上のように構成される回転センサ 8 0は、例えば、主動シャフトと従動シャフ卜がトーシヨンジョイントを介して連結された自動車のステアリングシャフトにおける回転角、回転数及び回転トルクを検出するときに、以下のようにして使用される。

まず、前記測定装置において、発振回路 8 7は、分周回路 8 8を介して特定周波数のパルス信号を各センサ 8 5， 8 6 , 8 9， 9 0に出力している。

相対回転角コイル 8 3 f には、交流電流が流され、第 2ロー夕の第 1絶縁磁性材層 8 2 bと協働して磁気回路を形成している。トルクセンサ 8 9は、ロー夕に発生する渦電流の大きさに応じて、相対回転角コイル 8 3 f に接続された分周回路 8 8から入力するパルス信号の位相シフト量を検出する。つまり、トルクセンサ 8 9は、相対回転角コイル 8 3 f両端のパルス信号の位相ずれ量を検出している。

信号処理増幅回路 9 1は、検出された位相シフト量を対応する電圧値の信号に処理し、前記信号を AZDコンバータ 9 5を介して相対回転角度測定部 9 8 に出力する。

相対回転角度測定部 9 8は、例えば図 3 4に示すように、変換された信号の電圧値 0 . 5 V〜4 . 5 Vに基づき、 2つの口一夕の相対回転角度を— 8 ° 〜 + 8 ° の範囲で測定できる。

回転角コイル 8 3 hには、交流電流が流され、第 2ロータの第 2絶縁磁性材層 8 2 f と協働して磁気回路を形成している。回転角センサ 9 0は、ロー夕に発生する渦電流の大きさに応じて、回転角コイル 8 3 hに接続された分周回路 8 8から入力するパルス信号の位相シフト量を検出する。つまり、回転角センサ 9 0は、回転角コイル 8 3 h両端のパルス信号の位相ずれ量を検出しており、回転時に第 2絶縁磁性材層 8 2 f の銅箔 8 2 gとコア 8 3 jの銅箔 8 3 kの円周方向の重なり代が変化し、これに伴うコイル 8 3 hとコア 8 3 j間の磁束の変化により、図 3 5 Aに示すように左右 1 8 0 ° 内の回転角度を検出している。信号処理増幅回路 9 2は、検出された位相シフト量を対応する電圧値の信号に処理し、前記信号を AZDコンバータ 9 6を介して回転角度測定部 9 9に出力する。

変位センサ 8 5は、スクリユー部材 8 5 aの回転に伴うスライダ 8 5 cの回転軸方向の移動に基づいて、スライダコア 8 5 eが上下動することにより、コィル 8 5 f のインダク夕ンスの変化を検出している。すなわち、図 3 6に示すように、スライダコア 8 5 eの移動量を H、コイルインダクタンスをとすると、スクリュー部材 8 5 aの回転に伴って、移動量 Hとコイルインダクタンス Lの関係は、コイル 8 5 f 内ではほぼ線形な関係になり、回転角度検出の一構成部分になり得る。

なお、図 3 5 Cに示した変位センサ 8 5の出力は、図 2 9，図 3 0に示したスライダ 8 5 cの中間位置を 0 ° とした場合の有限回転の回転角度 9 0 0 ° 〜 — 9 0 0 ° の検出に利用する場合の一例を示したものであり、図 3 5 Cと図 3 6の出力は、同一のものである。

信号処理増幅回路 9 3は、検出されたコイルインダク夕ンスの変化量を対応する電圧値の信号に処理して変換し、前記信号を Aノ Dコンバータ 9 7を介して回転角度測定部 9 9に出力する。

ピッチセンサ 8 6は、第 2ロー夕 8 2の回転に基づくコイル 8 6 bのインダクタンスの変化を検出する。すなわち、ピッチセンサ 8 6における第 2ロー夕 8 2の銅箔 8 6 aとスリット 8 6 eの相対位置関係（重なっているかいないかの関係）によるコイル 8 6 cとコア 8 6 d間の磁束の変化により、図 3 5 Bに示すような " 1 " 又は " 0 " のデジタル信号を 1 8 0 ° 毎に出力している。特許 2 5 9 9 4 3 8号と同様に、スリッ卜によりシャープな磁界が形成される。信号処理増幅回路 9 4は、検出された相対位置関係の変化量を対応する電圧値のデジタル信号に処理し、前記信号を回転角度測定部 9 9に出力する。回転角度測定部 99は、変位センサ 85、ピッチセンサ 86及び回転角センサ 90から入力する信号の組み合わせによって、例えば主動シャフトと従動シャフトがトーシヨンジョイントを介して連結された自動車のステアリングシャフトにおける回転角度を測定する。すなわち、本実施形態では、上述したスライダ 85 cの中間位置 0° から変化する回転角センサ 90とピッチセンサ 86 の出力の関係によって、 — 180° 〜0° と 0° 〜 1 80° のいずれの範囲内の変化か認識でき、さらにその時の変位センサ 85の出力との関係によって実際の回転角度が測定される。図 35Dは、変位センサ 85、ピッチセンサ 86 及び回転角センサ 90からの信号の関係を、有限の回転角度 900° 〜一 90 0° の範囲内で表した波形であり、これによつて回転角度を測定する。

このように、本実施形態の回転センサでは、トルクセンサで検出されるパルス信号の位相シフト量から主動シャフトと従動シャフトに作用する回転トルクを求めることができ、また変位センサ、ピッチセンサ及び回転角センサの出力の関係から、これらシャフトにおける回転角度を正確に測定することができる。ところで、実際に回転センサに各センサを取り付ける際に、ピッチセンサ 8 6の信号の切り替え位置と、回転角センサ 90の出力（角度信号）が例えば 0° 、 1 80° 、 360 ° 、 …になる位置とをできるだけ一致させるが、現実には取り付け精度の差によって若干誤差が生じてしまう。すなわち、図 37の回転角センサとピッチセンサの出力波形の関係に示すように、例えばピッチセンサの "0" から "1" の切り替え位置と、回転角センサの 1 80° の位置間に、 εというずれがある場合、 1 80° までは、正確に実際の回転角度を出力できるが、 180° から 1 80° + εまでは、 1 80° ― (S— 180° ) となる。ここで、 Sは、角度信号に基づいて求める回転角度 Sである。

つまり、実際の角度信号は 1 80 ° を超えているのに 180° より小さい角度信号が逆に出力され、 1 80° + εを過ぎると、実際の角度信号が出力されて回転角度が 180° 近辺で検出できない角度が存在してしまって連続性が損なわれるという問題点があつた。

この εが小さいほど取り付け精度が上がるが、そのためにこのセンサの取り付けを高精度にすると、センサの製作コストが高くなつてしまう。

そこで、本実施形態における信号処理増幅回路 92では、回転角センサ 90 からの信号を取り込むと、前記信号に基づいて求める回転角度 Sが、例えば 1

79. 5° ≤S≤ 1 80. 5° の範囲かどうか判断し、前記範囲内ならば求める回転角度を 1 80° として、対応する電圧値の信号を出力し、また前記範囲外ならばピッチセンサ 86からの信号を取り込み前記信号が "1" かどうか判断し、 "1" ならば（360— S) の回転角度に対応する電圧値の信号を出力し、 "1 " でなければ回転角度 Sに対応する電圧値の信号を出力するようにする。なお、上記信号処理は、回転角センサが出力する三角波形からなる角度信号の上限点及び下限点として示される回転角度である一 720 ° 、 — 540° 、 — 360° 、 — 180° 、 0° 、 1 80° 、 360° 、 540° 、 720° 付近において同様に行う。

これにより、本実施形態では、前記三角波形の上限点及び下限点の回転角度近辺でのピッチセンサの信号の切り替え位置と、回転角センサの信号の位置が一致するようになり、取り付け精度が向上し、連続性のある回転角度検出が可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施形態が可能である。例えば、前記実施形態の回転センサ 80においては、口一夕 8 1， 82の相対回転角に基づいて回転トルクを検出すると共に、口一夕 8 1，

82の固定ケース 83に対する回転角及び回転数を高精度に求めた。しかし、実用上の検出精度に問題がなければ、図 38の回転センサの回転角度測定装置の一例を示す回路図に示すように、ピッチセンサ 86を省略してもよい。

この場合には、図 39に示すように、それほど高くない検出精度において、予め回転角度に対応する変位センサ 85の出力信号を設定しておき、この関係によって簡易的に回転角度を検出することが可能となる。

また、上記実用上の検出精度を問題にしないのであれば、回転角センサを省いて、変位センサと少なくとも 1つピッチセンサの出力の組み合わせによっても回転角（回転数）を検出することが可能である。

一方、回転センサ 8 0は、所望に応じて一方を所略し、回転トルクあるいは回転角のいずれか一方を検出する構成としてもよい。

次に、ギアを用いてロー夕の回転数を求める回転センサに関する他の実施形態を図 4 0乃至図 4 7を用いて以下に説明する。

ここで、以下に説明する回転センサ 1 0 0は、ピッチセンサ、発振回路、第 1信号処理手段を構成する信号処理増幅回路、相対回転角の測定手段を構成する相対回転角度測定部、第 2信号処理手段を構成する信号処理増幅回路及び回転角の測定手段を構成する回転角度測定部については、回転センサ 8 0と同じものを用いている。このため、以下の説明では、回転センサ 8 0で使用した図 3 4 , 3 7， 3 8を使用すると共に、同一の構成要素には同一の符号を使用することで重複した説明を省略する。

回転センサ 1 0 0は、図 4 0乃至図 4 2 A， 4 2 B並びに図 3 4に示すように、第 1ロータ 1 0 2、第 2ロータ 1 0 3、固定ケース 1 0 4、変位センサ 1 0 6、発振手段を構成する発振回路 8 7、本発明に係る第 1信号処理手段を構成する信号処理増幅回路 9 1、本発明に係る相対回転角の測定手段を構成する相対回転角度測定部 9 8、本発明に係る第 2信号処理手段を構成する信号処理増幅回路 9 2〜9 4及び本発明に係る回転角の測定手段を構成する回転角度測定部 9 9を備えている。回転センサ 1 0 0は、回転軸、例えば、主動シャフトと従動シャフトがトーションバーを介して連結された自動車のステアリングシャフトにおける回転角と回転トルクを検出する。

ここで、第 1ロータ 1 0 2と第 2ロー夕 1 0 3は、図 4 0に示す回転軸 A r tに対して一体に回転すると共に、前記主動シャフトが前記従動シャフトに対して相対回転するのに対応して所定角度内を相対回転する。両口一夕 1 02， 1 03は、例えば、前記主動シャフトが前記従動シャフトに対して ±8度の範囲内で相対回転するとき、同じく ± 8度の範囲内で相対回転する。

また、図 43は、回転センサ 1 00を構成する主要な部材の位置関係を示すため、一部の構成部材を省略して描いてある。

第 1ロー夕 102は、成型性に優れた電気絶縁性の合成樹脂から成形された内筒 102 aと、図 40及び図 41に示すように、内筒 1 02 aに設けられた複数、本実施形態では 6枚の銅片 1 02 bとを有し、内筒 1 02 aには前記主動シャフトとの回り止めとなる係止片 1 02 cの上部が固定されている。

複数の銅片 1 02 bは、第 1の導体層で、内筒 1 02 aの周方向に沿って中心角 30度の間隔で回転軸 Art方向に延出している。銅片 1 0 2 bは、導体であれば、例えば、アルミニウム，銀等の素材を使用することができ、高周波磁界を遮蔽するうえで、第 1ロー夕 1 02と固定ケース 1 04との半径方向のギャップに基づく磁気抵抗を考慮すると、 0. 1〜0. 5mm程度の厚さが望ましい。更に、銅片 1 02 bは、理論上、中心角を小さくして配置間隔を小さくする程、前記導体層としての数が多くなり、誘導されるトータル渦電流の変化量（導体層の数に比例する）が大きくなつて、相対回転角の検出感度が高くなるが、測定できる相対回転角範囲が小さくなる。

第 2ロー夕 103は、成型性に優れた電気絶縁性の合成樹脂から成形され、図 40及び図 41に示すように、内筒 103 a、フランジ 1 03 d、支持部 1 03 e及び係止片 1 03 hを有している。

内筒 1 03 aは、第 1絶縁磁性材層 1 03 bの外周に銅箔 1 03 cが複数の銅片 1 02 bと対応するピッチで設けられている。銅箔 103 cは、後述する銅箔 103 gと共に第 2の導体層となる。フランジ 1 03 dは、内筒 1 03 a から水平方向へ延出し、半径方向中間から立ち上がる支持部 1 03 eが筒状に形成されると共に、外周近傍の上面に周方向へ中心角 1 80度の範囲でピッチセンサ 86の銅箔 86 aが設けられている。また、フランジ 103 dは、後述する変位センサ 106の遊星歯車 162に形成した第 1ギア部 162 aと嚙合し、第 3のギア部となるギア部 103 jが下部に形成されている。支持部 10 3 eは、第 2絶縁磁性材層 103 f を支持する部分で、第 2絶縁磁性材層 10 3 f の外周に周方向へ中心角 180度の範囲で銅箔 103 gが設けられている。係止片 103 hは、前記従動シャフトの回り止めで、下部で内筒 103 aの下部に取り付けられている。

ここで、第 1絶縁磁性材層 103 b及び第 2絶縁磁性材層 103 f の素材は、ナイロン，ポリプロピレン（PP) , ポリフエ二レンスルフイド（PPS) ， A BS樹脂等の電気絶縁性を有する熱可塑性合成樹脂に、 N i—Zn Mn— Z n系等のフェライトからなる軟磁性材粉を 10〜70体積％混合したものを使用する。

固定ケース 104は、交流磁界の遮蔽性を有するアルミニウム，銅，鉄等の金属によって形成される固定体で、図 40及び図 41に示すように、上フランジ 104 b、第 1支持部 104 c及び第 2支持部 104 dを有している。

上フランジ 104 bは、上部に回路基板 105が配置され、下面の半径の異なる同心円上の位置に第 1支持部 104 c及び第 2支持部 104 dが形成され、外周近傍に開口 104 eが設けられている。第 1支持部 1.04 cは、図 40及び図 41に示すように、第 2口一夕 103の支持部 103 eよりも半径方向内側に位置し、内周には回転トルク検出用の励磁コイルである相対回転角コイル 104 f を保持したコア 104 gが設けられている。第 2支持部 104 dは、図示のように、第 2ロータ 103の支持部 103 eよりも半径方向外側に位置し、内周には回転トルク検出用の励磁コイルである回転角コイル 104 hを保持したコア 104 jが設けられ、回転角コイル 104 h及びコア 104 jの銅箔 103 gと対向する表面には、周方向へ中心角 180度の範囲で銅箔 104 kが設けられている。ここで、相対回転角コイル 1 0 4 f及び回転角コイル 1 0 4 hは、後述する変位センサ 6の複数のコイル 1 6 4 a及びピッチセンサ 8 6のコイル 8 6 cと共に、固定ケース 1 0 4から外部へ延出させた電線（図示せず）によって発振回路 8 7及び分周回路 8 8と接続され、発振回路 8 7及び分周回路 8 8から交流電流が流されている。本実施形態では、各コイルが同じ発振回路 8 7及び分周回路 8 8と接続され、同じ信号周波数を使用しているが、異なる信号周波数を使用することも可能である。即ち、各コイルは、それぞれ信号周波数の異なる発振回路 8 7及び分周回路 8 8と接続してもよい。これにより、回転センサ 1 0 0においては、コア 1 0 4 gと第 1絶縁磁性材層 1 0 3 b並びにコア 1 0 4 j と第 2絶縁磁性材層 1 0 3 f との間に、図 4 1に点線で示す磁気回路 C MGが形成される。

また、固定ケース 1 0 4は、図 4 0及び図 4 1に示すように、上部と下部にそれぞれ上カバ一 1 0 9 aと下カバー 1 0 9 bを有するカバー 1 0 9が取り付けられる。

変位センサ 1 0 6は、第 1及び第 2ロー夕 1 0 2， 1 0 3の回転に基づく後述する銅箔層 1 6 3 dと複数のコイル 1 6 4 aとの間のコイルィンダク夕ンスの変化を検出するセンサで、図 4 0，図 4 1，図 4 2 A及び図 4 2 Bに示すように、第 1ギア部材 1 6 1、遊星歯車 1 6 2、スライダ 1 6 3及びコイル部材 1 6 4を備えている。

第 1ギア部材 1 6 1は、下カバー 1 0 9 bによって固定ケース 1 0 4に固定される合成樹脂から成形されたリング状の部材で、内周に第 3のギア部となる内歯歯車 1 6 1 aが設けられている。

遊星歯車 1 6 2は、第 2ロー夕 1 0 3の回転を減速してスライダ 1 6 3へ伝達する第 2のギア部材で、上下 2段にそれぞれ歯数の異なる第 1ギア部 1 6 2 aと第 2ギア部 1 6 2 bとが形成されている。第 1ギア部 1 6 2 aは、第 2口一夕 1 0 3と第 1ギア部材 1 6 1にそれぞれ形成され、第 3のギア部となるギァ部 103 j及び内歯歯車 161 aと嚙合する。

スライダ 163は、絶縁磁性材層 103 b， 103 f と同一の磁性材から成形されたリング状の本体 163 aに規制壁 163 bが周方向に所望の中心角の範囲、例えば、中心角 300度の範囲に亘つて立設され、第 2口一夕 103の回転方向に移動する。スライダ 163は、本体 163 aに第 2ギア部 162 b と嚙合する第 4のギア部であるギア部 163 c力規制壁 163 bに第 3の導体層となる銅箔層 163 d力それぞれ設けられている。銅箔層 163 dは、図 42 A及び図 43に示すように、規制壁 163 bの周方向に沿ってコイル部材 164と対応する範囲に、後述する複数のコイル 164 aと対向配置して設けられている。第 3の導体層は、非鉄金属からなる素材であれば、アルミニゥムを用いてもよい。

スライダ 163は、第 2ロー夕 103の回転が遊星歯車 162によって減速して伝達され、固定ケース 4に形成された図 43に示す係止壁 104 n, 10 4 pに規制壁 163 bが当接することよって左右方向への回転が所定角度内に規制されている。例えば、本実施形態の回転センサ 100においては、遊星歯車 162による第 2ロー夕 103とスライダ 163との間の減速比を 1 : 30 に設定し、第 2ロー夕 103が 1回転したとき、スライダ 163力 12度回転するように設計した。

コイル部材 164は、図 40，図 41，図 42 A及び図 43に示すように、固定ケース 104の外周内側に周方向に沿って設けられ、発振回路 87と接続される 4つのコイル 164 aが合成樹脂からなる保持部材 164 b内に直列に接続されて設けられている。

ここで、スライダ 163は、規制壁 163 b及びコイル部材 164を展開し、これを上方から見た図 44に示すように、周方向に見たとき、銅箔層 163 d の一方の端部 Eがコイル部材 164の中央に位置するときを左右方向の初期位置（左右方向への回転角が 0度）として回転センサ 100に組み付けられる。このとき、図 4 4に示す銅箔層 1 6 3 dとコイル部材 1 6 4の位置は、図 4 3 に示す位置に対応している。

従って、変位センサ 1 0 6においては、第 2ロー夕 1 0 3の回転に伴ってスライダ 1 6 3が移動し、端部 Eが各コイル 1 6 4 aの間の保持部材 1 6 4 の部分を通過するときには、 4つのコイル 1 6 4 aが直列に接続されているので、 4つのコイル 1 6 4 aを合わせた総インダク夕ンスが変化する。

ここで、回路基板 1 0 5は、図 4 0，図 4 1には示していないが、以下に詳述する発振手段、相対回転角コイル 1 0 4 fからの出力信号を処理する第 1信号処理手段、相対回転角の測定手段、回転角コイル 1 0 4 h及び変位センサ 1 0 6からの出力信号を処理する第 2信号処理手段及び回転角の測定手段が配置されると共に、これらに関する電気回路が形成されている。

以上のように構成される回転センサ 1 0 0は、例えば、主動シャフトと従動シャフトが] ^一シヨンバーを介して連結された自動車のステアリングシャフトにおける回転角、回転数及び回転トルクを検出するときに、以下のようにして使用される。

即ち、回転センサ 1 0 0は、ステアリングシャフトの回転に伴って第 1ロー夕 1 0 2が第 2口一夕 1 0 3と共に回転すると、遊星歯車 1 6 2によって第 2 口一夕 1 0 3の回転が減速されてスライダ 1 6 3へ伝達される。これにより、スライダ 1 6 3は、第 2口一夕 1 0 3が 1回転する毎に 1 2度回転しながら、第 2口一夕 1 0 3の回転方向に移動してゆく。

このとき、回転センサの図 3 4に示す回転角度測定装置において、発振回路 8 7は、分周回路 8 8を介して特定周波数のパルス信号を各センサ 1 0 6， 8 6， 8 9， 9 0に出力している。

相対回転角コイル 1 0 4 f には、交流電流が流され、第 2ロー夕の第 1絶縁磁性材層 1 0 3 bと協働して磁気回路を形成している。トルクセンサ 8 9は、ロータに発生する渦電流の大きさに応じて、コイルのインダク夕ンスが変化する。第 1信号処理手段は、相対回転角コイル 1 0 4 ίに接続された分周回路 8 8から入力するパルス信号の位相シフト量を検出する。

信号処理増幅回路 9 1は、コイル 1 0 4 f のインダクタンスの変化量を検出し、それを対応する電圧値の信号に処理し、前記信号を AZDコンバータ 9 5 を介して相対回転角度測定部 9 8に出力する。

相対回転角度測定部 9 8は、例えば図 3 4に示すように、変換された信号の電圧値 0 . 5 V〜4 . 5 Vに基づき、 2つのロー夕の相対回転角度を一 8 ° 〜 + 8 ° の範囲で測定できる。

回転角コイル 1 0 4 hには、交流電流が流され、第 2ロータ 1 0 3の第 2絶縁磁性材層 1 0 3 ίと協働して磁気回路を形成している。回転角センサ 9 0は、信号処理増幅回路 9 2と共に、ロー夕に発生する渦電流の大きさに応じて、回転角コイル 1 0 4 hに接続された分周回路 8 8から入力するパルス信号の位相シフト量を検出する。つまり、回転角センサ 9 0は、回転角コイル 1 0 4 h両端のパルス信号の位相ずれ量を検出しており、回転時に第 2絶縁磁性材層 1 0 3 f の銅箔 1 0 3 gとコア 1 0 4 jの銅箔 1 0 3 gの円周方向の重なり代が変化し、これに伴うコイル 1 0 4 hとコア 1 0 4 j間の磁束の変化により、図 4 5 Aに示すように左右 1 8 0 ° 内の回転角度を検出している。

信号処理増幅回路 9 2は、検出された位相シフト量を対応する電圧値の信号に処理し、前記信号を AZDコンバータ 9 6を介して回転角度測定部 9 9に出力する。

変位センサ 1 0 6は、第 2口一夕 1 0 3の回転に伴ってスライダ 1 6 3が移動し、端部 Eが各コイル 1 6 4 aの部分を通過するときに、 4つのコイル 1 6 4 aの総インダクタンスの変化を検出している。

すなわち、スライダ 1 6 3の移動量を H、コイルインダクタンスを Lとすると、第 2ロータ 1 0 3の回転に伴って、移動量 Hとコイルインダク夕ンスしの関係は、銅箔層 1 6 3 dの端部 Eがコイル 1 6 4 aの部分を通過するときには、図 4 6に示すようにほぼ線形な関係になり、回転角度検出の一構成部分になる。そして、端部 Eが各コイル 1 6 4 aの間の保持部材 1 6 4 bの部分を通過するときには、コイルインダク夕ンス Lが変化せずに一定となる。

このとき、回転数（n ) と 4つのコイル 1 6 4 aの総インダク夕ンスの変化に伴うコイル部材 1 6 4からの出力電圧（V) の変化は、スライダ 1 6 3と銅箔層 1 6 3 dとの位置関係から、図 4 7に示すように変化する。なお、図 4 5 Cに示した変位センサ 1 0 6の出力は、図 4 4に示したスライダ 1 6 3の銅箔層 1 6 3 dの中間位置を 0 ° とした場合の有限回転の回転角度 9 0 0 ° 〜― 9 0 0。の検出に利用する場合の一例を示したものである。

信号処理増幅回路 9 3は、検出されたコイルインダク夕ンスの変化量を対応する電圧値の信号に処理して変換し、前記信号を AZDコンパ一夕 9 7を介して回転角度測定部 9 9に出力する。

ピッチセンサ 8 6は、第 2ロー夕 1 0 3の回転に基づくコイル 8 6 bのインダク夕ンスの変化を検出する。すなわち、ピッチセンサ 8 6における第 2口一夕 1 0 3の銅箔 1 8 6 aとスリット 1 8 6 eの相対位置関係（重なっているかいないかの関係）によるコイル 8 6 cとコア 8 6 d間の磁束の変化により、図 4 5 Bに示すような " 1 " 又は " 0 " のデジタル信号を 1 8 0 ° 毎に出力している。

信号処理増幅回路 9 4は、検出された相対位置関係の変化量を対応する電圧値のデジタル信号に処理し、前記信号を回転角度測定部 9 9に出力する。

回転角度測定部 9 9は、変位センサ 1 0 6、ピッチセンサ 8 6及び回転角センサ 9 0から入力する信号の組み合わせによって、例えば主動シャフトと従動シャフトがトーションバーを介して連結された自動車のステアリングシャフトにおける回転角度を測定する。すなわち、本実施形態では、上述したスライダ 1 6 3の中間位置 0 ° から変化する回転角センサ 9 0とピッチセンサ 8 6の出力の関係によって、 — 1 8 0 ° 〜0 ° と 0 ° 〜1 8 0 ° のいずれの範囲内の変化か認識でき、さらにその時の変位センサ 106の出力との関係によって実際の回転角度が測定される。図 45Dは、変位センサ 106、ピッチセンサ 86 及び回転角センサ 90からの信号の関係を、有限の回転角度 900 ° 〜一 90 0° の範囲内で表した波形であり、これによつて回転角度を測定する。

このように、本実施形態の回転センサでは、トルクセンサで検出されるパルス信号の位相シフト量から主動シャフトと従動シャフトに作用する回転トルクを求めることができ、また変位センサ、ピッチセンサ及び回転角センサの出力の関係から、これらシャフトにおける回転角度を正確に測定することができる。ところで、実際に回転センサに各センサを取り付ける際に、ピッチセンサ 8 6の信号の切り替え位置と、回転角センサ 90の出力（角度信号）が例えば 0° 、 180° 、 360° 、 …になる位置とをできるだけ一致させるが、現実には取り付け精度の差によって若干誤差が生じてしまう。すなわち、図 37の回転角センサとピッチセンサの出力波形の関係に示すように、例えばピッチセンサの "0" から "1" の切り替え位置と、回転角センサの 180° の位置間に、 εというずれがある場合、 180 ° までは、正確に実際の回転角度を出力 . できるが、 180° から 180° + εまでは、 180° — (S— 180° ) となる。ここで、 Sは、角度信号に基づいて求める回転角度 Sである。

つまり、実際の角度信号は 180° を超えているのに 180° より小さい角度信号が逆に出力され、 180° + εを過ぎると、実際の角度信号が出力されて回転角度が 180° 近辺で検出できない角度が存在してしまって連続性が損なわれるという問題点があつた。

この εが小さいほど取り付け精度が上がるが、そのためにこのセンサの取り付けを高精度にすると、センサの製作コス卜が高くなつてしまう。

そこで、本実施形態における信号処理増幅回路 92では、回転角センサ 90 からの信号を取り込むと、前記信号に基づいて求める回転角度 Sが、例えば 1 79. 5° ≤S≤180. 5° の範囲かどうか判断し、前記範囲内ならば求める回転角度を 1 80° として、対応する電圧値の信号を出力し、また前記範囲外ならばピッチセンサ 86からの信号を取り込み前記信号が "1" かどうか判断し、 "1" ならば（360— S) の回転角度に対応する電圧値の信号を出力し、 "1" でなければ回転角度 Sに対応する電圧値の信号を出力するようにする。なお、上記信号処理は、回転角センサが出力するミ角波形からなる角度信号の上限点及び下限点として示される回転角度である一 720 ° 、一 540 ° 、 — 360° 、 — 1 80° 、 0° 、 1 80° 、 360° 、 540° 、 720° 付近において同様に行う。

以上のように、上記実施形態の回転センサにおいては、回転によるコイルのインピーダンスの変動を検出するために、位相シフト量を検出する場合に基づいて説明した。しかし、本発明の回転センサは、信号周波数や信号振幅の変動を検出することで回転によるコイルのインピーダンスの変動を検出してもよい。なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施形態が可能である。例えば、前記実施形態の回転センサ 1 00においては、ロー夕 102， 103の相対回転角に基づいて回転トルクを検出すると共に、口一夕 102， 103の固定ケース 1 04に対する回転角及び回転数を高精度に求めたが、実用上の検出精度に問題がなければ、図 47の回転センサの回転角度測定装置の一例を示す回路図に示すように、ピッチセンサ 86を省略してもよい。

この場合には、図 38に示すように、それほど高くない検出精度において、予め回転角度（回転数）に対応する変位センサ 6の出力信号を設定しておき、この関係によって簡易的に回転数を検出することが可能となる。また、回転センサ 100は、所望に応じて一方を所略し、回転トルクあるいは回転角のいずれか一方を検出する構成としてもよい。

また、上記実用上の検出精度を問題にしないのであれば、回転角センサを省いて、変位センサと少なくとも 1つピッチセンサの出力の組み合わせによっても回転角度（回転数）を検出することが可能である。

一方、回転センサ 100は、所望に応じて一方を所略し、回転トルクあるいは回転角のいずれか一方を検出する構成としてもよい。

ここで、回転センサ 100は、遊星歯車 162に代えて、図 48乃至図 50 に示すように、ケース 104の内部外周上部に固定コア 107を、これと対向する外周下部に間欠ギア 108を設けることで、第 2ロー夕 103の回転数を求めてもよい。

このとき、固定コア 107は、半円形の銅板 107 aと信号コイル 107 b を有し、銅板 107 aは信号コイル 107 bの下側を覆っている。また、間欠ギア 108は、上面に円盤状のコア 108 aが設けられている。コア 108 a は、信号コイル 107 b側の上面に銅板 107 aと対向する半円形の銅板 10 8 bが取り付けられている。間欠ギア 108は、外周部に中心角が 45度間隔で歯を軸に対して放射状に突出させて設けたギア部 108 cが形成されている。ギア部 108 cは、第 2ロー夕 103のフランジ 103 d外周部に設けられた突起 103 kと嚙み合うように構成されている。

従って、間欠ギア 108は、第 2ロー夕 103が 1回転する毎に突起 103 kがギア部 108 cと嚙み合って 45度ずつ間欠的に回転する。これに伴い、第 2ロー夕 103が 1回転する毎に、銅板 108 bが 45度ずつ回転し、半円形の銅板 107 a, 108 bの重なる部分が、図 52 A〜図 52 Eに示すように、 45度ずつ変化する。ここで、図 52 A〜図 52 Eは、第 2口一夕 103 の回転を基準として、図 52Aが左方向へ 2回転（N =— 2) 、図 52Bが左方向へ 1回転（N=— 1) 、図 52 Cが左右方向へ回転していない場合（N = 0) 、図 52Dが右方向へ 1回転（N = + 1) 、図 52 Eが右方向へ 2回転 (N = + 2) 、をそれぞれ示している。

ここで、信号コイル 107 bは、図示していないが、図 34に示す発振手段および第 2信号処理手段と接続され、前記発振手段から流れる一定周波数の交流電流により固定コア 107とコア 108 aとによって構成される磁気回路に交流磁界が形成される。このため、回転センサ 100は、固定コア 107と間欠ギア 108とに対向して設けられた半円形の銅板 107 aと銅板 108 とが交流磁界を横切ることによって、渦電流が生ずる。

このため、発生する渦電流の量は、銅板 107 aと銅板 108 bとの重なる面積が少ない程大きくなる。この渦電流量の変動により、回転センサ 100においては、信号コイル 107 bのインピーダンスが変動する。従って、回転センサ 100は、間欠ギア 1 08のギア部 108 cと第 2口一夕 103の突起 1 03 kとが嚙み合って回転するときは、コイル 107 bのインピーダンスは大きく変動し、ギア部 108 cと突起 103 kが嚙み合わず、間欠ギア 108が回転しないときは、コイル 107 bのインピーダンスは変化しない。

このように、回転センサ 100においては、コイル 107 bのインピーダンスが第 2ロータ 103が 1回点する毎に間欠的に変動する。これにより、上記第 2信号処理手段の出力レベルは、コイル 107 bのインピーダンスの間欠変動量によって変動する。図 51は、そのときの出力信号レベル（V) を左右方向の回転角度に対して示したものである。

従って、回転センサ 100は、この出力信号レベル（V) をモニタすることで、第 2ロー夕 103の回転数を正確に検出することができる。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明の第 1の見地（aspect)に係る回転センサは、第 1のロータとこの周囲に配設された磁性材コアとで形成される磁気回路を、第 2のロー夕の導体部が横切る面積が第 1のロー夕の固定されるシャフト位置と第 2の口一夕の固定されるシャフト位置とで生じる相対的な回転角度差に応じて変化することに基づき相対回転角度差の検出を行う。このため、回転センサは、第 1のロータと第 2のロー夕とのシャフト軸線方向の取り付け位置精度を厳密に要求されることなく、シャフトの相対回転角度検出を非接触で行うことができる。

又、第 1のロー夕は、絶縁体からなる磁性材で形成されているので、第 1のロー夕には渦電流が発生することがない。その為、回転センサは、シャフトの相対回転角度差と第 2のロー夕の導体部が非均一磁界の強さの異なる領域を横切ることで発生する渦電流の大きさとが比例し、検出出力のリニア特性が優れる。従って、回転センサは、第 1のロー夕と第 2のロー夕との半径方向のギヤップについても厳密に管理する必要がなく、シャフトへの回転センサの組み付け性が向上する。

第 2の見地（aspec t)に係る発明によれば、小型で、検出出力がリニアな特性を有し、検出感度の高い回転センサを提供することができる。

第 3の見地（aspec t)に係る発明によれば、第 2のロータに発生する渦電流の大きさに応じて、発振手段からの発振信号の位相をシフトさせ、位相シフト量を検出して前記検出された位相シフ卜量に基づいて相対回転角度を測定するので、相対回転角度測定の分解能が小さく、かつ応答性を向上させた回転センザの測定回路とすることができる。

第 4の見地（aspec t)に係る発明によれば、左右いずれの回転方向であるかを識別可能で、 1 8 0 ° を超える回転角であっても測定でき、回転角及び Z又は回転トルクの測定が可能な回転センサを提供することができる。

Claims

請求の範囲 . シャフトの軸線方向所定位置に固定される第 1のロー夕と、前記第 1のロータに隣接して前記シャフトに固定される第 2のロー夕と、前記第 1の口一夕の周囲に配設され、前記第 1の口一夕と協働して磁気回路を形成する共振コイルを有する磁性材コアとを備えた回転センサにおいて、

前記第 1のロー夕は、絶縁体からなる磁性材で形成されると共に、前記磁性材コアとの間で非均一磁界を形成し、前記第 2のロー夕は、前記第 1の口 —夕の固定されるシャフト位置と前記第 2のロータの固定されるシャフト位置との間で相対的な回転角度差が生じたときに、この回転角度差に応じて前記非均一磁界の強さの異なる領域を横切る導体部を備えたことを特徴とする回転センサ。

2 . 絶縁磁性材から成形され、回転する第 1のシャフトの軸線方向所定位置に取り付けられる第 1の口一夕、

固定部材に固定され、コア本体と、交流電流が流され、前記絶縁磁性材と協働して磁気回路を形成する励磁コイルとを有する固定コア及び

前記第 1の口一夕に隣接し、前記第 1のシャフトに対して相対回転する第

2のシャフトに取り付けられ、前記第 1のロータと前記固定コアとの間に配置される第 2のロー夕を備え、

前記第 1及び第 2のシャフトの相対回転角度を検出する回転センサにおいて、

前記第 1のロー夕は、周方向に沿って所定間隔で導体層が設けられ、前記第 2の口一夕は、前記導体層に対応する間隔で導体歯が形成されていることを特徴とする回転センサ。

3 . 前記絶縁磁性材及び前記コア本体が、熱可塑性樹脂と軟磁性材とを混合した絶縁性素材で形成されている、請求項 2の回転センサ。

. 前記軟磁性材の含有量が 1 0体積％以上、 7 0体積％以下である、請求項 3の回転センサ。

. 絶縁磁性材から形成される第 1のロー夕、コア本体と、交流電流が流され、前記絶縁磁性材と協働して磁気回路を形成する励磁コイルとを有する固定コア、前記第 1のロー夕と前記固定コアとの間に配置される第 2のロータを有し、前記第 1及び第 2のロータの相対回転角度を測定する回転センサにおいて、

特定周波数の発振信号を発振する発振手段と、前記第 2のロー夕に発生する渦電流の大きさに応じて、前記発振信号の位相をシフ卜する位相シフト手段と、前記シフトされた発振信号の位相シフト量を検出するシフト量検出手段と、前記検出された位相シフト量に基づいて相対回転角度を測定する測定手段とを備えたことを特徴とする回転センサの測定回路。

. 周方向に沿って所定間隔で配列される複数の第 1の導体層を有する第 1 のロータ、

絶縁磁性材層と第 2の導体層とを有し、前記第 1のロータと一体に回転すると共に、前記第 1のロータに対して所定の角度内を相対回転する第 2のロー夕、

励磁コイルと、絶縁磁性材から成形され、前記励磁コイルを保持するコアとを有する固定体及び

前記励磁コイルと接続され、特定周波数の発振信号を発振する発振手段を備えた回転センサにおいて、

前記第 2のロータの回転に伴って該ロ一夕の回転軸方向に移動する可動磁心と、前記発振手段と接続され、前記可動磁心と協働するコイルとを有し、前記可動磁心の回転軸方向の移動に基づくコイルィンダクタンスの変化を検出する変位センサを設けたことを特徴とする回転センサ。

. 前記励磁コイルとして、前記第 1及び第 2のロー夕の相対回転に伴う相対回転角を検出する相対回転角コイルまたは前記第 1あるいは第 2のロー夕の前記固定体に対する回転角を検出する回転角コイルの少なくとも一方を備える、請求項 6の回転センサ。

8 . 前記相対回転角コイルからの出力信号を処理する第 1の信号処理手段と前記相対回転角の測定手段あるいは前記回転角コィル及び変位センサからの出力信号を処理する第 2の信号処理手段と回転角の測定手段とを備える、請求項 7の回転センサ。

9 . 周方向に沿って所定間隔で配列される複数の第 1の導体層を有する第 1 のロータ、

絶縁磁性材層と第 2の導体層とを有し、前記第 1のロー夕と一体に回転すると共に、前記第 1の口一夕に対して所定の角度内を相対回転する第 2の口一夕、

前記第 1及び第 2のロー夕の相対回転に伴う相対回転角を検出する相対回転角コィル及び前記第 1あるいは第 2の口一夕の回転角を検出する回転角コィルと、絶縁磁性材から成形され、前記相対回転角コイルと回転角コイルとを保持するコアとを有する固定体及び

前記相対回転角コィル及び回転角コイルと接続され、特定周波数の発振信号を発振する発振手段を備えた回転センサにおいて、

前記第 2の口一夕の回転に伴って該ロータの回転軸方向に移動する可動磁心と、前記発振手段と接続され、前記可動磁心と協働するコイルとを有し、前記可動磁心の回転軸方向の移動に基づくコイルインダク夕ンスの変化を検出する変位センサを設けたことを特徴とする回転センサ。

10. 前記相対回転角コィルからの出力信号を処理する第 1の信号処理手段と前記相対回転角の測定手段並びに前記回転角コイル及び変位センサからの出力信号を処理する第 2の信号処理手段と回転角の測定手段とを備える、請求項 9の回転センサ。

1 1 . 導体片及び絶縁層と、前記発振手段と接続され、前記導体片と協働するコイルとを有し、一方が前記固定体に、他方が前記第 2のロータに、それぞれ設けられ、前記第 2の口一夕の回転に基づくコイルインダクタンスの変化を検出するピッチセンサが設けられている、請求項 6乃至 1 0いずれかの回転センサ。

12. 前記第 2の信号処理手段は、前記回転角コイルからの出力信号の上限点及び下限点付近では、前記上限点及び下限点時の出力信号と同じ信号を出力するように信号処理する、請求項 8又は 1 0に記載の回転センサ。

13. 周方向に沿って所定間隔で配列される複数の第 1の導体層を有する第 1 のロータ、

絶縁磁性材層と第 2の導体層とを有し、前記第 1のロー夕と一体に回転すると共に、前記第 1のロー夕に対して所定の角度内を相対回転する第 2の口一夕、

前記固定体に固定される第 1のギア部材、それぞれ歯数の異なる第 1及び第 2のギア部を有し、前記第 1のギア部が前記第 2のロータと第 1のギア部材とに形成された第 3のギア部と嚙合する第 2のギア部材、前記第 2のギア部と嚙合する第 4のギア部と第 3の導体層とを有し、前記第 2のロー夕の回転が減速されて伝達され、該ロータの回転方向に移動する磁性体からなるスライダ及び前記固定体に設けられ、前記発振手段と接続されるコイルを有するコイル部材を備え、前記第 1及び第 2のロー夕の回転に基づく前記第 3の導体層とコイルとの間のコイルィンダクタンスの変化を検出する変位センサを設けたことを特徴とする回転センサ。

14. 前記励磁コイルとして、前記第 1及び第 2のロータの相対回転に伴う相対回転角を検出する相対回転角コイルあるいは前記第 1及び第 2のロータの前記固定体に対する回転角を検出する回転角コイルの少なくとも一方を備える、請求項 1 3の回転センサ。

15. 前記相対回転角コイルからの出力信号を処理する第 1の信号処理手段と前記相対回転角の測定手段あるいは前記回転角コィル及び変位センサからの出力信号を処理する第 2の信号処理手段と回転角の測定手段とを備える、請求項 1 4の回転センサ。

16. 周方向に沿って所定間隔で配列される複数の第 1の導体層を有する第 1 のロー夕、

前記第 1及び第 2のロータの相対回転に伴う相対回転角を検出する相対回転角コィル及び前記第 1及び第 2のロータの回転角を検出する回転角コイルと、絶縁磁性材から成形され、前記相対回転角コイルと回転角コイルとを保持するコアとを有する固定体及び

前記固定体に取り付けられる第 1のギア部材、それぞれ歯数の異なる第 1 及び第 2のギア部を有し、前記第 1のギア部が前記第 2のロー夕と第 1のギァ部材とに形成された第 3のギア部と嚙合する第 2のギア部材、絶縁磁性材から成形され、前記第 2のギア部と嚙合する第 4のギア部と第 3の導体層とを有し、前記第 2のロー夕の回転が減速されて伝達され、該ロ一夕の回転方向に移動する磁性体からなるスライダ及び前記固定体に設けられ、前記発振手段と接続されるコイルを備え、前記第 1及び第 2のロー夕の回転に基づく前記第 3の導体層とコイルとの間のコイルインダク夕ンスの変化を検出する変位センサを設けたことを特徴とする回転センサ。

17. 前記相対回転角コィルからの出力信号を処理する第 1の信号処理手段と前記相対回転角の測定手段並びに前記回転角コィル及び変位センサからの出力信号を処理する第 2の信号処理手段と回転角の測定手段とを備える、請求項 1 6の回転センサ。

18. 導体片と、前記発振手段と接続され、前記導体片と協働するコイルとを有し、一方が前記固定体に、他方が前記第 2のロータに、それぞれ設けられ、前記第 2の口一夕の回転に基づくコイルインダク夕ンスの変化を検出するピツチセンサが設けられている、請求項 1 3乃至 1 7いずれかの回転センサ。

19. 前記第 2の信号処理手段は、前記回転角コイルからの出力信号の上限点及び下限点付近では、前記上限点及び下限点時の出力信号と同じ信号を出力するように信号処理する、請求項 1 5又は 1 7の回転センサ。