JP2000002602A

JP2000002602A - トルク検出装置

Info

Publication number: JP2000002602A
Application number: JP16571498A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yamamoto; 修山本
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】トルクの検出精度を向上させることができる
とともに、検出結果におよぼす温度、外乱磁界の影響を
低減することができ、さらに容易に外付けすることがで
きるトルク検出装置を得ること。【解決手段】本発明は、円柱形状のシャフト１と、シ
ャフト１の外周面に対して一定距離をおいた位置であっ
て、かつシャフト１の半径方向に沿って配設され、外部
磁界Ｈoに応じた電圧ｅを発生する磁気インピーダンス
素子２と、バイアス磁界コイル４、直流電源５および交
流電源６から構成され、磁気インピーダンス素子２を駆
動する素子駆動回路３と、増幅回路８により増幅された
電圧ｅに基づいてシャフト１に作用しているトルクを求
める演算回路９とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、シャフト
に作用するトルクの検出に用いられるトルク検出装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、シャフト（回転軸）に作用す
るトルクを検出する装置としては、トルク検出装置が用
いられている。このトルク検出装置には、大別して接触
式のトルク検出装置と非接触式のトルク検出装置とがあ
る。上記接触式のトルク検出装置は、シャフトの外周面
に接着されシャフトの歪みに応じて、電気抵抗が変化す
る歪ゲージと、該歪ゲージの電気抵抗値からトルクを検
出する検出部とから構成されている。

【０００３】一方、非接触式のトルク検出装置は、非ト
ルク検出シャフト周囲に検出コイルを巻き付け、トルク
印加時における検出コイルのインピーダンス変化からト
ルクを検出するような磁歪式のトルク検出装置である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の接触
式のトルク検出装置においては、歪ゲージをシャフトの
外周面全体に亘って均一に接着することが難しい。ま
た、歪ゲージの接着の均一性は、トルク検出の精度に影
響を及ぼす。このことから、従来の接触式のトルク検出
装置においては、トルクの検出精度が低いという欠点が
あった。また、従来の非接触式のトルク検出装置におい
ては、非トルク検出シャフト周囲に検出コイルを巻き付
ける必要があり、既存のシャフトにモジュールとして外
付けすることが困難であるという欠点があった。また、
従来の非接触式のトルク検出装置においては、地磁気等
の外乱磁界の影響を受けてしまうことから、ひいてはト
ルク検出結果に誤差が生じてしまうという問題があっ
た。さらに、従来の非接触式のトルク検出装置において
は、シャフトの回転がぶれることにより、トルク検出結
果の誤差が大きいという問題があった。加えて、従来の
接触式および非接触式のトルク検出装置においては、歪
ゲージおよび検出コイルの各出力が温度変化の影響を受
けてしまうため、結果的に温度変化によりトルク検出結
果に誤差が生じてしまうという問題があった。本発明は
このような背景の下になされたもので、トルクの検出精
度を向上させることができるとともに、検出結果におよ
ぼす温度、外乱磁界の影響を低減することができ、さら
に容易に外付けすることができるトルク検出装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、回転駆動され、磁性体からなる回転体と、前記回転
体の外周面に対して近接配置され、自身に作用する外部
磁界に応じた電圧を発生する磁気インピーダンス素子
と、前記磁気インピーダンス素子に対して、高周波電流
を供給するとともに、磁気バイアスをかける駆動手段
と、前記磁気インピーダンス素子に発生する電圧に基づ
いて、前記回転体に作用しているトルクを求める演算手
段とを具備することを特徴とする。また、請求項２に記
載の発明は、回転駆動され、磁性体から構成された部分
を少なくとも外周面に有する回転体と、前記回転体の外
周面に対して近接配置され、自身に作用する外部磁界に
応じた電圧を発生する磁気インピーダンス素子と、前記
磁気インピーダンス素子に対して、高周波電流を供給す
る駆動手段と、前記磁気インピーダンス素子に発生する
電圧に基づいて、前記回転体に作用しているトルクを求
める演算手段とを具備することを特徴とする。また、請
求項３に記載の発明は、回転駆動され、磁性体からなる
回転体と、前記回転体の外周面に対して各々近接配置さ
れ、各々に作用する外部磁界に応じた電圧を発生する複
数の磁気インピーダンス素子と、前記複数の磁気インピ
ーダンス素子に対して、高周波電流を供給するととも
に、磁気バイアスをかける駆動手段と、前記複数の磁気
インピーダンス素子に発生する各電圧に基づいて、前記
回転体に作用しているトルクを求める演算手段とを具備
することを特徴とする。また、請求項４に記載の発明
は、請求項１または２に記載のトルク検出装置におい
て、前記磁気インピーダンス素子は、前記回転体の外周
面の一部に沿うように略半円環形状に形成されているこ
とを特徴とする。また、請求項５に記載の発明は、請求
項１ないし４のいずれかに記載のトルク検出装置におい
て、前記回転体の外周面には、軸線に対して所定角度を
もって複数のシェブロン溝が形成されていることを特徴
とする。また、請求項６に記載の発明は、回転駆動さ
れ、磁性体からなる回転体と、前記回転体の外周面に対
して近接配置され、自身に作用する外部磁界に応じた第
１の電圧を発生する第１の磁気インピーダンス素子と、
前記回転体の外周面に対して近接配置され、かつ前記第
１の磁気インピーダンス素子に対して面対称となる位置
に配設され、自身に作用する外部磁界に応じた第２の電
圧を発生する第２の磁気インピーダンス素子と、前記第
１および第２の磁気インピーダンス素子に対して、高周
波電流を供給するとともに、磁気バイアスをかける駆動
手段と、前記第１の電圧と前記第２の電圧との差に基づ
いて、前記回転体に作用しているトルクを求める演算手
段とを具備することを特徴とする。また、請求項７に記
載の発明は、請求項６に記載のトルク検出装置におい
て、前記第１および第２の磁気インピーダンス素子の近
傍の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段
の検出結果に基づいて、前記第１の電圧と第２の電圧と
の差における、温度変動分の誤差電圧をキャンセルする
温度補償手段とを具備し、前記演算手段は、前記温度補
償手段によりキャンセルされた結果に基づいて、前記回
転体に作用しているトルクを求めることを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記
載のトルク検出装置において、前記第１の磁気インピー
ダンス素子に近接する、前記回転体の外周面には、軸線
に対して所定角度をもって複数の第１のシェブロンが形
成されており、前記第２の磁気インピーダンス素子に近
接する、前記回転体の外周面には、軸線に対して所定角
度をもって、かつ前記複数の第１のシェブロン溝に対し
て面対称となるように複数の第２のシェブロン溝が形成
されていることを特徴とする。また、請求項９に記載の
発明は、回転駆動され、磁性体からなる回転体と、前記
回転体の外周面に対して近接配置され、自身に作用する
外部磁界に応じた第１の電圧を発生する第１の磁気イン
ピーダンス素子と、前記第１の磁気インピーダンス素子
の近傍であって、かつ前記回転体による磁気の影響を受
けない位置に配設され、外乱磁界に応じた第２の電圧を
発生する第２の磁気インピーダンス素子と、前記第１お
よび第２の磁気インピーダンス素子に対して、高周波電
流を供給するとともに、磁気バイアスをかける駆動手段
と、前記第１の電圧から前記第２の電圧を減算した結果
に基づいて、前記回転体に作用しているトルクを求める
演算手段とを具備することを特徴とする。また、請求項
１０に記載の発明は、回転駆動され、磁性体からなる回
転体と、前記回転体の外周面に対して近接配置され、自
身に作用する外部磁界に応じた電圧を発生する磁気イン
ピーダンス素子と、前記磁気インピーダンス素子に対し
て、高周波電流を供給するとともに、磁気バイアスをか
ける駆動部と、前記磁気インピーダンス素子に発生する
電圧に基づいて、前記回転体に作用しているトルクを求
める演算部とを具備することを特徴とする。また、請求
項１１に記載の発明は、回転駆動され、磁性体から構成
された部分を少なくとも外周面に有する回転体と、前記
回転体の外周面に対して近接配置され、自身に作用する
外部磁界に応じた電圧を発生する磁気インピーダンス素
子と、前記磁気インピーダンス素子に対して、高周波電
流を供給する駆動部と、前記磁気インピーダンス素子に
発生する電圧に基づいて、前記回転体に作用しているト
ルクを求める演算部とを具備することを特徴とする。ま
た、請求項１２に記載の発明は、回転駆動され、磁性体
からなる回転体と、前記回転体の外周面に対して各々近
接配置され、各々に作用する外部磁界に応じた電圧を発
生する複数の磁気インピーダンス素子と、前記複数の磁
気インピーダンス素子に対して、高周波電流を供給する
とともに、磁気バイアスをかける駆動部と、前記複数の
磁気インピーダンス素子に発生する各電圧に基づいて、
前記回転体に作用しているトルクを求める演算部とを具
備することを特徴とする。また、請求項１３に記載の発
明は、請求項１０または１１に記載のトルク検出装置に
おいて、前記磁気インピーダンス素子は、前記回転体の
外周面の一部に沿うように略半円環形状に形成されてい
ることを特徴とする。また、請求項１４に記載の発明
は、請求項１０ないし１３のいずれかに記載のトルク検
出装置において、前記回転体の外周面には、軸線に対し
て所定角度をもって複数のシェブロン溝が形成されてい
ることを特徴とする。また、請求項１５に記載の発明
は、回転駆動され、磁性体からなる回転体と、前記回転
体の外周面に対して近接配置され、自身に作用する外部
磁界に応じた第１の電圧を発生する第１の磁気インピー
ダンス素子と、前記回転体の外周面に対して近接配置さ
れ、かつ前記第１の磁気インピーダンス素子に対して面
対称となる位置に配設され、自身に作用する外部磁界に
応じた第２の電圧を発生する第２の磁気インピーダンス
素子と、前記第１および第２の磁気インピーダンス素子
に対して、高周波電流を供給するとともに、磁気バイア
スをかける駆動部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧
との差に基づいて、前記回転体に作用しているトルクを
求める演算部とを具備することを特徴とする。また、請
求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載のトルク検
出装置において、前記第１および第２の磁気インピーダ
ンス素子の近傍の温度を検出する温度検出部と、前記温
度検出部の検出結果に基づいて、前記第１の電圧と第２
の電圧との差における、温度変動分の誤差電圧をキャン
セルする温度補償部とを具備し、前記演算部は、前記温
度補償部によりキャンセルされた結果に基づいて、前記
回転体に作用しているトルクを求めることを特徴とす
る。また、請求項１７に記載の発明は、請求項１５また
は１６に記載のトルク検出装置において、前記第１の磁
気インピーダンス素子に近接する、前記回転体の外周面
には、軸線に対して所定角度をもって複数の第１のシェ
ブロンが形成されており、前記第２の磁気インピーダン
ス素子に近接する、前記回転体の外周面には、軸線に対
して所定角度をもって、かつ前記複数の第１のシェブロ
ン溝に対して面対称となるように複数の第２のシェブロ
ン溝が形成されていることを特徴とする。また、請求項
１８に記載の発明は、回転駆動され、磁性体からなる回
転体と、前記回転体の外周面に対して近接配置され、自
身に作用する外部磁界に応じた第１の電圧を発生する第
１の磁気インピーダンス素子と、前記第１の磁気インピ
ーダンス素子の近傍であって、かつ前記回転体による磁
気の影響を受けない位置に配設され、外乱磁界に応じた
第２の電圧を発生する第２の磁気インピーダンス素子
と、前記第１および第２の磁気インピーダンス素子に対
して、高周波電流を供給するとともに、磁気バイアスを
かける駆動部と、前記第１の電圧から前記第２の電圧を
減算した結果に基づいて、前記回転体に作用しているト
ルクを求める演算部とを具備することを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞以下、図面を参
照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発
明の第１実施形態によるトルク検出装置の構成を示すブ
ロック図である。この図において、１は、磁性体からな
る円柱形状のシャフトであり、同図に示す矢印Ｘ方向へ
回転駆動される。

【０００７】２は、シャフト１の外周面に対して一定距
離をおいた位置であって、かつシャフト１の半径方向に
沿って配設された磁気インピーダンス素子である。この
磁気インピーダンス素子２は、ＣｏＳｉＢ系、ＦｅＣｏ
ＳｉＢ系、その他の組成のアモルファス合金が線状に形
成されてなる。この磁気インピーダンス素子２は、高周
波電流ｉが通電されている状態において、図２に示すよ
うな外部磁界Ｈo−電圧ｅ特性を有している。すなわ
ち、磁気インピーダンス素子２は、外部磁界Ｈoが正方
向に増加するに従ってその両端に生ずる電圧ｅが増加し
た後、減少し、逆に外部磁界Ｈoが負方向に増加するに
従って上記電圧ｅが増加した後、減少するという正負対
称型の外部磁界Ｈo−電圧ｅ特性を有している。

【０００８】３は、磁気インピーダンス素子２を駆動す
る素子駆動回路であり、バイアス磁界コイル４、直流電
源５および交流電源６から構成されている。上記バイア
ス磁界コイル４は、磁気インピーダンス素子２に巻回さ
れており、磁気インピーダンス素子２に対して正の磁気
バイアスＨB（図２参照）をかける。すなわち、図２に
示すように正の磁気バイアスＨBがかけられることによ
り、磁気インピーダンス素子２の動作点がＡとされる。
また、逆に負の磁気バイアスＨBがかけられると、磁気
インピーダンス素子２の動作点は、Ｂとされる。つま
り、磁気バイアスＨBは、磁気インピーダンス素子２の
動作点を決定する役目をしている。

【０００９】直流電源５は、バイアス磁界コイル４に接
続されており、バイアス磁界コイル４に対して直流電圧
を印加する。交流電源６は、磁気インピーダンス素子２
へ高周波電流ｉを供給する。上述した磁気インピーダン
ス素子２およびバイアス磁界コイル４は、ＭＩセンサ７
を構成しており、このＭＩセンサ７は、図３に示すよう
にシャフト１の半径方向に沿ってシャフト１の外周面近
傍に配設されている。８は、磁気インピーダンス素子２
の両端に生じる電圧ｅを増幅する増幅回路である。９
は、演算回路であり、増幅された電圧ｅの値と、シャフ
ト１に作用しているトルクとの関係を示すテーブル（以
下、電圧−トルク変換テーブルと称する）から、シャフ
ト１に作用しているトルクを求め、該トルクをトルクデ
ータＤとして出力する。

【００１０】上記構成において、今、図１に示すシャフ
ト１が停止しているものとする。この状態において、直
流電源５による直流電圧がバイアス磁界コイル４に印加
されると、磁気インピーダンス素子２には、シャフト１
近傍の空間に存在する外部磁界Ｈoが印加される。今、
この外部磁界Ｈoは、図２に示すＨ1であるものとする。
そして、交流電源６から高周波電流ｉが磁気インピー
ダンス素子２に通電されると、磁気インピーダンス素子
２の両端には、電圧ｅが生じる。このとき、磁気インピ
ーダンス素子２の両端に生じている電圧ｅは、図２に示
す外部磁界Ｈ1に対応する電圧ｅ1であり、増幅回路８に
より増幅された後、演算回路９に入力される。

【００１１】これにより、演算回路９は、図示しないシ
ャフト１の駆動装置から入力される駆動信号からシャフ
ト１に作用しているトルクがゼロであることを認識した
後、増幅回路８から入力されている電圧ｅ（＝ｅ1）を
トルク＝０の基準値として認識する。

【００１２】そして、今、シャフト１がＸ方向に回転駆
動されると、シャフト１に作用しているトルクに応じ
て、シャフト１の周囲の磁界に逆磁歪効果による歪みが
生じることにより、磁気インピーダンス素子２に作用し
ている外部磁界Ｈoは、例えば、図２に示すＨ1からＨ2
（＞Ｈ1）に増加する。この外部磁界Ｈ1と外部磁界Ｈ2
との差は、シャフト１に作用しているトルク値に対応し
ている。

【００１３】そして、外部磁界Ｈoの変化は、磁気イン
ピーダンス素子２により検出される。すなわち、図２に
示す外部磁界ＨoがＨ1からＨ2に増加すると、磁気イン
ピーダンス素子２の両端に発生している電圧ｅがｅ1か
らｅ2に増加し、該電圧ｅ2は、増幅回路８により増幅さ
れた後、演算回路９に入力される。これにより、演算回
路９は、増幅された電圧ｅ2を上述した電圧−トルク変
換テーブルに適用することにより、シャフト１に作用し
ているトルクを求めた後、該トルクをトルクデータＤと
して出力する。

【００１４】なお、上述した第１実施形態によるトルク
検出装置においては、図１に示すバイアス磁界コイル４
および直流電源５により磁気バイアスＨBを磁気インピ
ーダンス素子２に対して印加する構成について説明した
が、上記バイアス磁界コイル４および磁気インピーダン
ス素子２に代えて、図４に示す永久磁石１０により磁気
バイアスＨBを印加するように構成してもよい。

【００１５】また、上述した第１実施形態によるトルク
検出装置においては、図３に示すようにＭＩセンサ７を
シャフト１の半径方向に沿って配設する例について説明
したが、これに限定されることなく、ＭＩセンサ７を図
５、図６に示す位置に配設するようにしてもよい。図５
において、ＭＩセンサ７は、シャフト１の外周面に対し
て近接配置されており、かつその配置方向は、シャフト
１の外周面の接線方向とされている。また、図６におい
て、ＭＩセンサ７は、シャフト１の外周面に対して近接
配置されており、かつその配置方向は、シャフト１の軸
線方向とされている。

【００１６】以上説明したように、上述した第１実施形
態によるトルク検出装置によれば、従来の磁気センサ
（ピックアップコイル、ＭＲ素子、ホール素子等）に比
して、高感度、高速応答という特徴を有するＭＩセンサ
７を用いているので、シャフト１に作用するトルクの検
出精度（検出感度）および応答速度を向上させることが
できる。また、上述した第１実施形態によるトルク検出
装置によれば、既存のシャフト１に対して非接触でＭＩ
センサ７を設ける構成としたので、容易に外付けするこ
とができる。

【００１７】＜第２実施形態＞次に、本発明の第２実施
形態によるトルク検出装置について説明する。この第２
実施形態によるトルク検出装置においては、図１および
図３に示すシャフト１に代えて、図７に示すシャフト１
１が設けられている。図７に示すシャフト１１は、同図
に示す矢印Ｘ方向へ回転駆動される。また、シャフト１
１の中央外周面には、軸線に対して所定角度をもって複
数のシェブロン溝１１ａ、１１ａ、・・・が形成されてい
る。すなわち、シャフト１１は、形状異方性を有するシ
ェブロン構造とされており、シャフト１１の周囲に生じ
ている磁界は、シェブロン溝１１ａ、１１ａ、・・・の形
状に対応して異方性を有している。ＭＩセンサ７は、シ
ャフト１１の近傍であってかつ半径方向に沿って配設さ
れている。

【００１８】上記構成において、シャフト１１が図７に
示す矢印Ｘ方向に回転駆動されると、上述した第１実施
形態によるトルク検出装置と同様にして、ＭＩセンサ７
に作用している外部磁界Ｈoが変化する。これにより、
図１に示す磁気インピーダンス素子２の両端に生じてい
る電圧ｅが変化し、この変化分から上述した動作と同様
にして、演算回路９によりシャフト１１に作用している
トルクが検出される。なお、図７におけるＭＩセンサ７
の配設方向は、シャフト１１の半径方向のみならず、接
線方向（図５参照）、軸方向（図６参照）のいずれであ
ってもよい。

【００１９】以上説明したように、上述した第２実施形
態によるトルク検出装置によれば、シャフト１１にシェ
ブロン溝１１ａを形成したので、第１実施形態によるト
ルク検出装置（図３参照）に比して、外部磁界Ｈoの歪
みを高い感度で検出することができ、ひいてはシャフト
１１に作用しているトルクの検出精度（検出感度）をさ
らに高めることができる。

【００２０】＜第３実施形態＞次に、本発明の第３実施
形態によるトルク検出装置について図８および図１を参
照しつつ説明する。この第３実施形態によるトルク検出
装置においては、図１に示すシャフト１に代えて図８に
示すシャフト１２が設けられており、かつ図１に示すバ
イアス磁界コイル４および直流電源５が設けられていな
い構成とされている。

【００２１】図８に示すシャフト１２は、鉄、ニッケ
ル、コバルト等のような磁化現象が著しい強磁性体が円
柱形状に形成されてなる。また、シャフト１２の中央外
周面には、軸線に対して所定角度をもって複数のシェブ
ロン溝１２ａ、１２ａ、・・・が形成されている。図８に
示す磁気インピーダンス素子２は、シャフト１２の近傍
であってかつ半径方向に沿って配設されている。

【００２２】上記構成において、図８に示すシャフト１
２が停止しているものとする。この状態において、強磁
性体の加工時などに生じる残留磁化によってシャフト１
２近傍に空間磁界が形成され、該空間磁界は、磁気イン
ピーダンス素子２に対して外部磁界Ｈoとして作用して
おり、例えば、図２に示すＨ1とされている。すなわ
ち、外部磁界Ｈoは、図１に示すバイアス磁界コイル４
による磁気バイアスＨBを兼ねている。そして、今、シ
ャフト１２が矢印Ｘ方向に回転駆動されると、上述した
第１実施形態によるトルク検出装置と同様にして、磁気
インピーダンス素子２に作用している外部磁界Ｈoが変
化する。これにより、図１に示す磁気インピーダンス素
子２の両端に生じている電圧ｅが変化し、この変化分か
ら上述した動作と同様にして、演算回路９によりシャフ
ト１２に作用しているトルクが検出される。

【００２３】なお、第３実施形態によるトルク検出装置
においては、図８に示すシャフト１２に代えて図９に示
す構成のシャフト１３を用いてもよい。図９に示すシャ
フト１３は、非磁性体が円柱形状に形成されてなる。こ
のシャフト１３の中央外周面には、メッキ、溶射等の方
法により一定幅をもって強磁性体１４が膜形成されてい
る。この強磁性体１４には、シャフト１３の軸線に対し
て所定角度をもって複数のシェブロン溝１４ａ、１４
ａ、・・・が形成されている。

【００２４】以上説明したように、上述した第３実施形
態によるトルク検出装置によれば、強磁性体であるシャ
フト１２、強磁性体１４を用いた構成とされているの
で、磁気バイアスＨBを磁気インピーダンス素子２に印
加するためのバイアス磁界コイル４および直流電源５が
不要となるため、構成を簡単にすることができる。

【００２５】また、上述した第３実施形態によるトルク
検出装置においては、図８（図９）に示すように磁気イ
ンピーダンス素子２をシャフト１２（１３）の半径方向
に沿って配設する例について説明したが、これに限定さ
れることなく、磁気インピーダンス素子２を図５、図６
に示す位置に配設するようにしてもよい。

【００２６】＜第４実施形態＞次に、本発明の第４実施
形態によるトルク検出装置について図１０を参照して説
明する。図１０は、第４実施形態によるトルク検出装置
の要部の構成を示す側面図である。この第４実施形態に
よるトルク検出装置においては、図１に示すＭＩセンサ
７と同一構成の図１０に示す４つのＭＩセンサ７Ａ、７
Ｂ、７Ｃおよび７Ｄがシャフト１の周囲に配設されてい
る。

【００２７】すなわち、図１０に示すＭＩセンサ７Ａ、
７Ｂ、７Ｃおよび７Ｄは、シャフト１の外周面に対して
近接配置されており、かつ各々が９０度の角度をもって
シャフト１を取り囲むように配設されている。また、Ｍ
Ｉセンサ７Ａ、７Ｂ、７Ｃおよび７Ｄの各磁気インピー
ダンス素子２の両端に生ずる各電圧ｅは、図１に示す増
幅回路８により各々増幅された後、演算回路９へ出力さ
れる。

【００２８】上記構成において、図１０に示すシャフト
１がＸ方向に回転駆動されると、シャフト１に作用して
いるトルクに応じて、シャフト１の周囲の磁界に逆磁歪
効果による歪みが生じることにより、ＭＩセンサ７Ａ〜
７Ｄの各磁気インピーダンス素子２に作用している外部
磁界Ｈoが変化する。ここで、シャフト１における微少
な回転ブレ等により、実際には、ＭＩセンサ７Ａ〜７Ｄ
に各々作用している各外部磁界Ｈoの値が異なる。従っ
て、ＭＩセンサ７Ａ〜７Ｄの各磁気インピーダンス素子
２の両端に生じている各電圧ｅの値も、回転ブレ等に起
因して異なる。

【００２９】そして、ＭＩセンサ７Ａ〜７Ｄの各磁気イ
ンピーダンス素子２の両端に生じている各電圧ｅは、図
１に示す増幅回路８により各々増幅された後、演算回路
９へ入力される。これにより、演算回路９は、増幅され
た４つの電圧ｅの平均値を求めた後、この平均値の電圧
ｅを電圧−トルク変換テーブルに適用することにより、
シャフト１に作用しているトルクを求め、さらに該トル
クに応じたトルクデータＤを出力する。

【００３０】以上説明したように、上述した第４実施形
態によるトルク検出装置によれば、４つのＭＩセンサ７
Ａ〜７Ｄの各出力の平均値に基づいてトルクを求めるよ
うに構成したので、シャフト１の回転ブレ等による出力
信号変動を防止することができ、ひいては高い精度でト
ルクを検出することができる。

【００３１】なお、上述した第４実施形態によるトルク
検出装置においては、図１０に示すシャフト１に代え
て、シャフト１１（図７参照）、シャフト１２（図８参
照）またはシャフト１３（図９参照）を用いてもよい。
さらに、上述した第４実施形態によるトルク検出装置に
おいては、ＭＩセンサ７Ａ〜７Ｄの各配置方向は、各々
同一方向であれば、シャフト１の半径方向、軸方向また
は接線方向のいずれであってもよい。

【００３２】＜第５実施形態＞次に、本発明の第５実施
形態によるトルク検出装置について図１１（ａ）および
（ｂ）を参照して説明する。図１１（ａ）は、第５実施
形態によるトルク検出装置の要部の構成を示す斜視図で
あり、図１１（ｂ）は、上記要部の構成を示す側面図で
ある。この第５実施形態によるトルク検出装置において
は、図１に示すシャフト１およびＭＩセンサ７に代えて
シャフト１１およびＭＩセンサ７’が設けられている。

【００３３】図１１（ａ）に示すシャフト１１は、上述
した図７に示すものと同一構成とされている。ＭＩセン
サ７’は、磁気インピーダンス素子１５、バイアス磁界
コイル４および直流電源５（図１参照）から構成されて
おり、その基本的な機能は、ＭＩセンサ７と同様であ
る。ＭＩセンサ７’において、磁気インピーダンス素子
１５は、磁気インピーダンス素子２（図１参照）と同様
の電気的特性を有している。

【００３４】この磁気インピーダンス素子１５は、シャ
フト１１の半外周面に沿うように半円環形状に形成され
ており、シャフト１１の半外周面に対して近接配置（図
１１（ｂ）参照）されている。この磁気インピーダンス
素子１５は、シャフト１１の接線方向に沿って複数の磁
気インピーダンス素子２が配設され、かつ複数の磁気イ
ンピーダンス素子２が直列接続された状態と等価であ
る。また、図１１（ｂ）に示す磁気インピーダンス素子
１５の両端に生ずる電圧ｅは、複数の磁気インピーダン
ス素子２の各両端に生ずる各電圧を加算した値と等価で
ある。

【００３５】図１１（ａ）に示すバイアス磁界コイル４
は、磁気インピーダンス素子１５の一端部分に巻回され
ており、磁気インピーダンス素子１５に対して磁気バイ
アスＨBをかける役目をしている。このバイアス磁界コ
イル４には、直流電源５が接続されている。

【００３６】上記構成において、図１１（ａ）に示すシ
ャフト１１がＸ方向に回転駆動されると、シャフト１１
に作用しているトルクに応じて、シャフト１１の周囲の
磁界に逆磁歪効果による歪みが生じることにより、磁気
インピーダンス素子１５に作用している外部磁界Ｈoが
変化する。

【００３７】そして、磁気インピーダンス素子１５の両
端に生じている電圧ｅは、図１に示す増幅回路８により
増幅された後、演算回路９へ入力される。これにより、
演算回路９は、増幅された上記電圧ｅに所定の係数を乗
じた電圧値を求める。上記所定の係数は、１個の磁気イ
ンピーダンス素子２の両端に生ずる電圧に電圧ｅを変換
するためのものである。従って、係数が乗算された電圧
ｅは、第４実施形態によるトルク検出装置と同様にし
て、複数の磁気インピーダンス素子２を用いた場合にお
ける各磁気インピーダンス素子２の各電圧ｅの平均値に
相当する。

【００３８】次に、演算回路９は、係数が乗算された電
圧ｅを電圧−トルク変換テーブルに適用することによ
り、シャフト１１に作用しているトルクを求めた後、該
トルクに応じたトルクデータＤを出力する。

【００３９】以上説明したように、上述した第５実施形
態によるトルク検出装置によれば、シャフト１１の半外
周面に沿って設けられた磁気インピーダンス素子１５に
生ずる電圧ｅに基づいてトルクを求めるように構成した
ので、シャフト１１の回転ブレ等による出力信号変動を
防止することができ、ひいては高い精度でトルクを検出
することができる。

【００４０】なお、上述した第５実施形態によるトルク
検出装置においては、図１１（ａ）に示すシャフト１１
に代えて、シャフト１（図３参照）、シャフト１２（図
８参照）またはシャフト１３（図９参照）を用いてもよ
い。シャフト１２またはシャフト１３を用いた場合に
は、前述した第３実施形態によるトルク検出装置と同様
にして磁気バイアスＨBをかけるためのバイアス磁界コ
イル４および直流電源５が不要である。

【００４１】＜第６実施形態＞図１２は、本発明の第６
実施形態によるトルク検出装置の構成を示すブロック図
である。この図において、図１の各部に対応する部分に
は同一の符号を付け、その説明を省略する。図１２に示
す７1は、ＭＩセンサ７（図１参照）と同一構成とされ
たＭＩセンサであり、図１３に示すようにシャフト１の
外周面に対して近接配置されており、かつシャフト１の
軸線に対して所定の角度をなすように配設されている。
このＭＩセンサ７1の磁気インピーダンス素子２（図１
参照）の両端には、シャフト１が同図に示すＸ方向に回
転駆動されたとき、シャフト１に作用しているトルクに
応じて、図１４に示すようにトルクの増加に伴って上昇
する電圧ｅ1が発生する。３1は、素子駆動回路３（図１
参照）と同一構成とされた素子駆動回路であり、ＭＩセ
ンサ７1を駆動する。

【００４２】７2は、ＭＩセンサ７1と同一構成とされた
第２のＭＩセンサであり、図１３に示すようにシャフト
１の外周面に対して近接配置されており、かつＭＩセン
サ７1に対して面対称をなすようにシャフト１の軸線に
対して所定の角度をなすように配設されている。３2
は、素子駆動回路３1と同一構成とされた素子駆動回路
であり、第２のＭＩセンサ７2を駆動する。上記第２の
ＭＩセンサ７2の磁気インピーダンス素子２（図１参
照）には、シャフト１がＸ方向に回転駆動されたとき、
シャフト１に作用しているトルクに応じて、図１４に示
すようにトルクの増加に伴って減少する電圧ｅ2が発生
する。すなわち、ＭＩセンサ７1の磁気インピーダンス
素子２に生ずる電圧ｅ1とＭＩセンサ７1の磁気インピー
ダンス素子２に生ずる電圧ｅ2とは、逆特性とされてい
る。これは、ＭＩセンサ７1と第２のＭＩセンサ７2とが
面対称をなすように配設されているからであり、ＭＩセ
ンサ７1に作用する外部磁界Ｈoが増加する一方、第２の
ＭＩセンサ７2に作用する外部磁界Ｈoが減少するからで
ある。

【００４３】８1は、電圧ｅ1を増幅する第１の増幅回路
である。８2は、電圧ｅ2を増幅する第２の増幅回路であ
る。１６は、第１の増幅回路８1により増幅された電圧
ｅ1と第２の増幅回路８2により増幅された電圧ｅ2とを
差動増幅する差動増幅回路であり、差動増幅結果を電圧
ｅs（ｅ1−ｅ2）として出力する。

【００４４】上記構成において、シャフト１がＸ方向に
回転駆動されると、シャフト１に作用しているトルクに
応じて、シャフト１の周囲の磁界に逆磁歪効果による歪
みが生じることにより、ＭＩセンサ７1の磁気インピー
ダンス素子２に作用している外部磁界Ｈoが増加する一
方、相対的に第２のＭＩセンサ７2に作用している外部
磁界Ｈoが減少する。

【００４５】そして、外部磁界Ｈoの変化は、ＭＩセン
サ７1および７2の各磁気インピーダンス素子２により検
出される。これにより、ＭＩセンサ７1の磁気インピー
ダンス素子２には、例えば、図１４に示す電圧ｅ1が発
生する一方、第２のＭＩセンサ７2の磁気インピーダン
ス素子２には、電圧ｅ1と逆特性の電圧ｅ2が発生する。

【００４６】そして、電圧ｅ1は、第１の増幅回路８1に
より増幅された後、差動増幅回路１６の正転入力端子に
入力される一方、電圧ｅ2は、第２の増幅回路８2により
増幅されて電圧ｅ2とされた後、差動増幅回路１６の反
転入力端子に入力される。これにより、差動増幅回路１
６は、電圧ｅ1と電圧ｅ2とを差動増幅した後、差動増幅
結果を電圧ｅs（＝ｅ1−ｅ2）として演算回路９へ出力
する。そして、演算回路９は、電圧ｅsを電圧−トルク
変換テーブルに適用することにより、シャフト１に作用
しているトルクを求めた後、該トルクに対応するトルク
データＤを出力する。

【００４７】以上説明したように、上述した第６実施形
態によるトルク検出装置によれば、互いに逆特性を有す
る電圧ｅ1と電圧ｅ2との差（＝電圧ｅs）をとるように
構成したので、センサ出力を大きくすることができ、し
かも出力直線性を向上させることができる。

【００４８】＜第７実施形態＞図１５は、本発明の第７
実施形態によるトルク検出装置の構成を示すブロック図
である。この図において、図１２の各部に対応する部分
には同一の符号を付けその説明を省略する。図１５にお
いては、温度検出器１００、温度出力変動検出回路１７
および温度補償回路１８が新たに設けられている。

【００４９】この第７実施形態によるトルク検出装置
は、温度変動に伴って変化する電圧ｅ1、ｅ2の誤差分を
補償する構成とされている。ここで、電圧ｅ1は、温度
変化があると、図１４に実線で示す基準温度時の電圧ｅ
1に対して、波線で示す電圧ｅ1’に変化する。上記電圧
ｅ1’は、電圧ｅ1と温度変動による誤差電圧Δｅ1とが
加算（ただし、温度変化の方向によっては減算）された
ものである。すなわち、電圧ｅ1は、基準温度に対する
温度変動に対応して誤差電圧Δｅ1分だけ変動する。
一方、電圧ｅ2は、電圧ｅ1と同様にして温度変化がある
と、図１４に実線で示す基準温度時の電圧ｅ2に対し
て、波線で示す電圧ｅ2’に変化する。この電圧ｅ2’
は、電圧ｅ2と温度変動による誤差電圧Δｅ2とが加算
（または減算）されたものである。

【００５０】図１５に示す温度検出器１００は、ＭＩセ
ンサ７1および７2の近傍に配設されており、ＭＩセンサ
７1および７2の近傍の温度を検出して検出結果を温度デ
ータＤtとして出力する。温度出力変動検出回路１７
は、第１の増幅回路８1により増幅された電圧ｅ1と、第
２の増幅回路８2により増幅された電圧ｅ2との差動増幅
結果（＝電圧ｅs）における温度変化による温度出力変
動を検出する。この温度出力変動検出回路１７の図示し
ない記憶部には、温度変動分−誤差変換テーブルが記憶
されている。この温度変動分−誤差変換テーブルは、上
述した基準温度と温度データＤtから得られる検出温度
との差（温度変動分）の絶対値に対応する、電圧ｅsに
おける誤差電圧Δｅとの関係を示すテーブルである。

【００５１】温度補償回路１８は、差動増幅回路１６よ
り入力される電圧ｅsから、温度出力変動検出回路１７
から出力される誤差電圧Δｅを減算して、これを温度変
動分が補償された電圧ｅct（ｅs−Δｅ）として出力す
る。演算回路９は、電圧ｅctを電圧−トルク変換テーブ
ルに適用することにより、シャフト１に作用しているト
ルクを求め、これをトルクデータＤとして出力する。

【００５２】上記構成において、ＭＩセンサ７1および
７2の近傍の温度が基準温度と同一の場合には、図１５
に示すシャフト１がＸ方向に回転駆動されると、シャフ
ト１に作用しているトルクに応じて、シャフト１の周囲
の磁界に逆磁歪効果による歪みが生じる。これにより、
ＭＩセンサ７1の磁気インピーダンス素子２に作用して
いる外部磁界Ｈoが増加する一方、相対的に第２のＭＩ
センサ７2に作用している外部磁界Ｈoが減少する。

【００５３】そして、外部磁界Ｈoの変化は、ＭＩセン
サ７1および７2の各磁気インピーダンス素子２により検
出される。これにより、ＭＩセンサ７1の磁気インピー
ダンス素子２には、例えば、図１４に示す電圧ｅ1が発
生する一方、第２のＭＩセンサ７2の磁気インピーダン
ス素子２には、電圧ｅ1と逆特性の電圧ｅ2が発生する。
つまり、ＭＩセンサ７1および７2の近傍の温度が上述し
た基準温度とされていることから、電圧ｅ1およびｅ2に
は、温度変動による誤差電圧Δｅ1およびΔｅ2が含まれ
ていない。また、温度検出器１００は、ＭＩセンサ７1
および７2近傍の温度として基準温度を検出した後、検
出結果を温度データＤtとして温度出力変動検出回路１
７へ出力する。

【００５４】そして、電圧ｅ1は、第１の増幅回路８1に
より増幅された後、差動増幅回路１６の正転入力端子お
よび温度出力変動検出回路１７に入力される。一方、電
圧ｅ2は、第２の増幅回路８2により増幅されて電圧ｅ2
とされた後、差動増幅回路１６の反転入力端子および温
度出力変動検出回路１７に入力される。これにより、差
動増幅回路１６は、電圧ｅ1と電圧ｅ2とを差動増幅した
後、差動増幅結果を電圧ｅs（＝ｅ1−ｅ2）として温度
補償回路１８へ出力する。

【００５５】一方、温度出力変動検出回路１７は、温度
データＤtから検出温度（＝基準温度）を認識した後、
該検出温度と予め設定されている基準温度との差を０と
して求める。次に、温度出力変動検出回路１７は、求め
た差（＝０）を温度変動分−誤差変換テーブルに適用す
ることにより、誤差電圧Δｅを０として求めた後、これ
を温度補償回路１８へ出力する。これにより、温度補償
回路１８は、電圧ｅsと誤差電圧Δｅ（＝０）とを加算
した後、加算結果を電圧ｅctとして演算回路９へ出力す
る。今の場合、誤差電圧Δｅが０であるため、電圧ｅs
と電圧ｅctとは同値である。そして、演算回路９は、電
圧ｅctに電圧−トルク変換テーブルを適用することによ
り、シャフト１に作用しているトルクを求めた後、該ト
ルクをトルクデータＤとして出力する。

【００５６】そして、今、ＭＩセンサ７1および７2の近
傍の温度が基準温度から所定温度まで上昇したとする
と、図１４に示す電圧ｅ1および電圧ｅ2が、上記温度変
動分に対応する誤差電圧Δｅ1および誤差電圧Δｅ2だけ
上昇する。すなわち、温度が上昇することにより、電圧
ｅ1および電圧ｅ2は、同図に波線で各々示す電圧ｅ1’
（＝電圧ｅ1＋誤差電圧Δｅ1）および電圧ｅ2’（＝電
圧ｅ2＋誤差電圧Δｅ2）とされる。そして、上記電圧ｅ
1’は、第１の増幅回路８1により増幅された後、差動増
幅回路１６の正転入力端子および温度出力変動検出回路
１７に各々入力される。一方、電圧ｅ2’は、第２の増
幅回路８2により増幅された後、電圧ｅ2’として差動増
幅回路１６の反転入力端子および温度出力変動検出回路
１７に各々入力される。

【００５７】これにより、差動増幅回路１６は、電圧ｅ
1’（＝ｅ1＋Δｅ1）と電圧ｅ2’（＝ｅ2＋Δｅ2）とを
差動増幅した結果を電圧ｅsとして出力する。ここで、
上記電圧ｅsは、次の（１）式で表される。ｅs＝ｅ1’−ｅ2’ ＝（ｅ1−ｅ2）＋（Δｅ1−Δｅ2）・・・・・・・・・・（１）上記（１）式において、（Δｅ1−Δｅ2）は、温度変動
分に対応する誤差電圧である。

【００５８】また、温度出力変動検出回路１７は、温度
データＤtから得られる検出温度が基準温度から所定温
度に上昇すると、上記基準温度と検出温度との差（温度
変動分）の絶対値を求める。次に、温度出力変動検出回
路１７は、求めた差の絶対値を温度変動分−誤差変換テ
ーブルに適用することにより、温度変動分に対応する誤
差電圧Δｅを求める。ここで、上記誤差電圧Δｅは、上
述した（１）式における誤差電圧（Δｅ1−Δｅ2）と同
値である。次いで、温度出力変動検出回路１７は、今、
検出温度が基準温度に対して増加しているので、上記誤
差電圧Δｅを正の電圧として温度補償回路１８へ出力す
る。

【００５９】これにより、温度補償回路１８は、差動増
幅回路１６より入力された電圧ｅs（（１）式参照）か
ら、温度出力変動検出回路１７より入力された誤差電圧
Δｅを減算して、減算結果を電圧ｅct（＝ｅ1−ｅ2）と
して出力する。この電圧ｅctは、温度変動による電圧誤
差（Δｅ1−Δｅ2）がキャンセルされた電圧である。そ
して、上記電圧ｅctは、演算回路９によりシャフト１に
作用しているトルクに変換された後、トルクデータＤと
して出力される。

【００６０】そして、今、ＭＩセンサ７1および７2の近
傍の温度が基準温度から所定温度まで低下したとする
と、図１４に示す電圧ｅ1および電圧ｅ2が、上記温度変
動分に対応する誤差電圧Δｅ1および誤差電圧Δｅ2だけ
低下する。すなわち、温度が低下することにより、電圧
ｅ1および電圧ｅ2は、同図に一点鎖線で各々示す電圧ｅ
1’’（＝電圧ｅ1−誤差電圧Δｅ1）および電圧ｅ2’’
（＝電圧ｅ2−誤差電圧Δｅ2）とされる。そして、上記
電圧ｅ1’’は、第１の増幅回路８1により増幅された
後、差動増幅回路１６の正転入力端子および温度出力変
動検出回路１７に各々入力される一方、電圧ｅ2’’
は、第２の増幅回路８2により増幅された後、電圧ｅ
2’’として差動増幅回路１６の反転入力端子および温
度出力変動検出回路１７に各々入力される。

【００６１】これにより、差動増幅回路１６は、電圧ｅ
1’’（＝ｅ1−Δｅ1）と電圧ｅ2’’（＝ｅ2−Δｅ2）
とを差動増幅した結果を電圧ｅsとして出力する。ここ
で、上記電圧ｅsは、次の（２）式で表される。ｅs＝ｅ1’’−ｅ2’’ ＝（ｅ1−ｅ2）−（Δｅ1−Δｅ2）・・・・・・・・・・（２）上記（２）式において、（Δｅ1−Δｅ2）は、温度変動
分に対応する誤差電圧である。

【００６２】また、温度出力変動検出回路１７は、温度
データＤtから得られる検出温度が基準温度から所定温
度に低下すると、上記基準温度と検出温度との差（温度
変動分）の絶対値を温度変動分−誤差変換テーブルに適
用することにより、温度変動分に対応する誤差電圧Δｅ
を求める。ここで、上記誤差電圧Δｅは、上述した
（２）式における誤差電圧（Δｅ1−Δｅ2）と同値であ
る。次いで、温度出力変動検出回路１７は、今、検出温
度が基準温度に対して低下しているので、上記誤差電圧
Δｅを負の誤差電圧−Δｅとして温度補償回路１８へ出
力する。

【００６３】これにより、温度補償回路１８は、差動増
幅回路１６より入力された電圧ｅs（（２）式参照）か
ら、温度出力変動検出回路１７より入力された誤差電圧
−Δｅを減算して、減算結果を電圧ｅct（＝ｅ1−ｅ2）
として出力する。この電圧ｅctは、温度変動による誤差
電圧（Δｅ1−Δｅ2）がキャンセルされた電圧である。
そして、上記電圧ｅctは、演算回路９によりシャフト１
に作用しているトルクに変換された後、トルクデータＤ
として出力される。

【００６４】以上説明したように、上述した第７実施形
態によるトルク検出装置によれば、温度補償回路１８に
より、電圧ｅsにおける温度変動分に対応する誤差電圧
がキャンセルされる構成とされているので、温度変動に
かかわらず高精度でトルクを検出することができる。な
お、上述した第７実施形態によるトルク検出装置によれ
ば、温度変化におけるセンサ信号の変動成分が、例え
ば、電圧ｅ1と電圧ｅ2との和をとるような信号処理によ
って類推可能な場合、温度検出器１００を用いなくても
よい。

【００６５】なお、上述した第６および第７実施形態に
よるトルク検出装置においては、図１２および図１５に
示すシャフト１に代えて、図１６に示す構成のシャフト
１９を用いてもよい。図１６に示すシャフト１９は、磁
性体が円柱形状に形成されてなる。このシャフト１９の
中央外周面の同図右半部には、シャフト１９の軸線に対
して所定角度をもって複数の第１のシェブロン溝１９
ａ、１９ａ、・・・が形成されている。また、シャフト１
９の中央外周面の同図左半部には、シャフト１９の軸線
に対して所定角度をもって複数の第２のシェブロン溝１
９ｂ、１９ｂ、・・・が形成されている。これらの第１の
シェブロン溝１９ａ、１９ａ・・・と、第２のシェブロン
溝１９ｂ、１９ｂ、・・・とは、面対称をなしている。従
って、第１のシェブロン溝１９ａにより生ずる外部磁界
Ｈoが増加すると、第２のシェブロン溝１９ｂにより生
ずる外部磁界Ｈoが減少する。

【００６６】また、図１６に示すＭＩセンサ７1は、第
１のシェブロン溝１９ａの近傍であって、かつシャフト
１９の半径方向に沿って配設されている一方、第２のＭ
Ｉセンサ７2は、第２のシェブロン溝１９ｂの近傍であ
って、かつシャフト１９の半径方向に沿って配設されて
いる。

【００６７】＜第８実施形態＞図１７は、本発明の第８
実施形態によるトルク検出装置の構成を示すブロック図
である。この図において、図１２の各部に対応する部分
には同一の符号を付ける。図１７においては、図１２に
示す差動増幅回路１６に代えて、外乱磁界補償回路２０
が設けられており、かつＭＩセンサ７1および７2の各配
設位置が異なっている。

【００６８】図１７に示すＭＩセンサ７1は、図１８に
示すようにシャフト１の外周面に対して近接配置されて
おり、かつ上記外周面の接線方向に沿って配設されてい
る。このＭＩセンサ７1は、上述したシャフト１に作用
しているトルクに応じた外部磁界Ｈoを検出して、検出
結果を電圧ｅ1として第１の増幅回路８1へ出力する。第
２のＭＩセンサ７2は、ＭＩセンサ７1に対して一定距離
をおいて配設されており、ＭＩセンサ７1に作用する地
磁気等の外乱磁界ＨAを検出して、検出結果を電圧ｅ2と
して第２の増幅回路８2へ出力する。また、第２のＭＩ
センサ７2は、シャフト１に作用しているトルクに応じ
た外部磁界Ｈoによる影響を受けない位置に配設されて
いる。

【００６９】外乱磁界補償回路２０は、電圧ｅ1から電
圧ｅ2を減算することにより、電圧ｅ1に含まれる外乱磁
界ＨAによる誤差分をキャンセルして、減算結果を電圧
ｅcmとして演算回路９へ出力する。

【００７０】上記構成において、シャフト１がＸ方向に
回転駆動されると、シャフト１に作用しているトルクに
応じて、シャフト１の周囲の磁界に逆磁歪効果による歪
みが生じることにより、ＭＩセンサ７1の磁気インピー
ダンス素子２（図１参照）に作用している外部磁界Ｈo
が増加する。ここで、磁気インピーダンス素子２に作用
している外部磁界Ｈoは、シャフト１による磁界と外乱
磁界ＨAとが合成されたものである。そして、外部磁界
Ｈoの変化は、ＭＩセンサ７1の磁気インピーダンス素子
２により検出される。これにより、ＭＩセンサ７1の磁
気インピーダンス素子２には、例えば、電圧ｅ1が発生
し、該電圧ｅ1は、第１の増幅回路８1により増幅された
後、外乱磁界補償回路２０へ入力される。

【００７１】一方、第２のＭＩセンサ７2の磁気インピ
ーダンス素子２に対して、外乱磁界ＨAが作用している
ことにより、第２のＭＩセンサ７2の磁気インピーダン
ス素子２には、上記外乱磁界ＨAに応じた電圧ｅ2が発生
する。この電圧ｅ2は、電圧ｅ1に含まれている、外乱磁
界ＨAに対応した電圧と同値である。そして、該電圧ｅ2
は、第２の増幅回路８2により増幅された後、外乱磁界
補償回路２０へ入力される。

【００７２】これにより、外乱磁界補償回路２０は、電
圧ｅ1から電圧ｅ2を減算して減算結果を電圧ｅcmとして
出力する。ここで、上記電圧ｅcmは、電圧ｅ1に含まれ
ている、外乱磁界ＨAに対応する電圧成分がキャンセル
された電圧である。そして、上記電圧ｅcmは、演算回路
９によりシャフト１に作用しているトルクに変換された
後、トルクデータＤとして出力される。

【００７３】以上説明したように、上述した第８実施形
態によるトルク検出装置によれば、外乱磁界補償回路２
０により外乱磁界ＨAに対応する電圧成分がキャンセル
される構成とされているので、外乱磁界ＨAの影響を受
けることなく、高い精度でシャフト１に作用しているト
ルクを検出することができる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の磁気センサ（ピックアップコイル、ＭＲ素子、ホ
ール素子等）に比して、高感度、高速応答という特徴を
有する磁気インピーダンス素子を用いているので、回転
体に作用しているトルクの検出精度を向上させることが
できるという効果が得られる。さらに、本発明によれ
ば、既存の回転体に対して非接触で磁気インピーダンス
素子を設ける構成としたので、容易に外付けすることが
できるという効果が得られる。また、請求項２、１１に
記載の発明によれば、回転体を磁性体から構成したの
で、磁気バイアスを磁気インピーダンス素子に印加する
ための構成が不要となるため、簡単な構成で回転体に作
用しているトルクを高い精度で検出することができると
いう効果が得られる。また、請求項３、１２に記載の発
明によれば、複数の磁気インピーダンス素子に発生する
各電圧に基づいてトルクを求めるように構成したので、
回転体の回転ブレ等による出力信号変動を防止すること
ができ、ひいては高い精度で回転体に作用しているトル
クを検出することができるという効果が得られる。

【００７５】また、請求項４、１３に記載の発明によれ
ば、回転体の外周面の一部に沿って設けられた磁気イン
ピーダンス素子に生ずる電圧に基づいてトルクを求める
ように構成したので、回転体の回転ブレ等による出力信
号変動を防止することができ、ひいては高い精度で回転
体に作用しているトルクを検出することができるという
効果が得られる。また、請求項５、１４に記載の発明に
よれば、回転体の外周面にシェブロン溝を形成したの
で、外部磁界を高い感度で検出することができ、ひいて
は回転体に作用しているトルクの検出感度をさらに高め
ることができるという効果が得られる。また、請求項
６、１５に記載の発明によれば、第１の電圧と第２の電
圧との差をとるように構成したので、センサ出力を大き
くすることができ、しかも出力直線性を向上させること
ができるという効果が得られる。

【００７６】また、請求項７、１６に記載の発明によれ
ば、温度補償手段により、第１の電圧と第２の電圧との
差における温度変動分に対応する誤差電圧がキャンセル
される構成とされているので、温度変動にかかわらず高
精度で回転体に作用しているトルクを検出することがで
きるという効果が得られる。さらに、請求項８、１７に
記載の発明によれば、第１および第２のシェブロン溝を
回転体の外周面に形成したので、外部磁界を高い感度で
検出することができ、ひいては温度変動にかかわらず高
精度で回転体に作用するトルクを検出することができる
という効果が得られる。加えて、請求項９、１８に記載
の発明によれば、外乱磁界に応じた第２の電圧成分がキ
ャンセルされた電圧に基づいてトルクを求める構成とさ
れているので、外乱磁界の影響を受けることなく、高い
精度でトルクを検出することができるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態によるトルク検出装置
の電気的構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す磁気インピーダンス素子２の磁界
／電圧特性を示す図である。

【図３】図１に示すＭＩセンサ７の配設状況を示す斜
視図である。

【図４】図１に示す磁気インピーダンス素子２に対す
る別の磁気バイアスＨBの印加例を示す斜視図である。

【図５】本発明の第１実施形態によるトルク検出装置
の第１変形例を示す斜視図である。

【図６】同第１実施形態によるトルク検出装置の第２
変形例を示す斜視図である。

【図７】同第２実施形態によるトルク検出装置の要部
の構成を示す斜視図である。

【図８】同第３実施形態によるトルク検出装置の要部
の構成を示す斜視図である。

【図９】同第３実施形態によるトルク検出装置の変形
例を示す斜視図である。

【図１０】同第４実施形態によるトルク検出装置の要
部の構成を示す側面図である。

【図１１】同第５実施形態によるトルク検出装置の要
部の構成を示す図である。

【図１２】同第６実施形態によるトルク検出装置の電
気的構成を示すブロック図である。

【図１３】図１２に示すＭＩセンサ７1および７2の配
設状況を示す斜視図である。

【図１４】本発明の第６実施形態によるトルク検出装
置の動作を説明する特性図である。

【図１５】本発明の第７実施形態によるトルク検出装
置の電気的構成を示すブロック図である。

【図１６】同第６および第７実施形態によるトルク検
出装置の変形例を示す斜視図である。

【図１７】同第８実施形態によるトルク検出装置の電
気的構成を示すブロック図である。

【図１８】本発明の第８実施形態によるトルク検出装
置の要部の構成を示す側面図である。

【符号の説明】

１シャフト２磁気インピーダンス素子３、３1、３2 素子駆動回路４バイアス磁界コイル５直流電源６交流電源７ＭＩセンサ７1 第１のＭＩセンサ７2 第２のＭＩセンサ９演算回路１０永久磁石１１シャフト１１ａシェブロン溝１２シャフト１２ａシェブロン溝１３シャフト１４強磁性体１４ａシェブロン溝１５磁気インピーダンス素子１６差動増幅回路１７温度出力変動検出回路１８温度補償回路１９シャフト１９ａ第１のシェブロン溝１９ｂ第２のシェブロン溝２０外乱磁界補償回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動され、磁性体からなる回転体
と、前記回転体の外周面に対して近接配置され、自身に作用
する外部磁界に応じた電圧を発生する磁気インピーダン
ス素子と、前記磁気インピーダンス素子に対して、高周波電流を供
給するとともに、磁気バイアスをかける駆動手段と、前記磁気インピーダンス素子に発生する電圧に基づい
て、前記回転体に作用しているトルクを求める演算手段
と、を具備することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】回転駆動され、磁性体から構成された部
分を少なくとも外周面に有する回転体と、前記回転体の外周面に対して近接配置され、自身に作用
する外部磁界に応じた電圧を発生する磁気インピーダン
ス素子と、前記磁気インピーダンス素子に対して、高周波電流を供
給する駆動手段と、前記磁気インピーダンス素子に発生する電圧に基づい
て、前記回転体に作用しているトルクを求める演算手段
と、を具備することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項３】回転駆動され、磁性体からなる回転体
と、前記回転体の外周面に対して各々近接配置され、各々に
作用する外部磁界に応じた電圧を発生する複数の磁気イ
ンピーダンス素子と、前記複数の磁気インピーダンス素子に対して、高周波電
流を供給するとともに、磁気バイアスをかける駆動手段
と、前記複数の磁気インピーダンス素子に発生する各電圧に
基づいて、前記回転体に作用しているトルクを求める演
算手段と、を具備することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項４】前記磁気インピーダンス素子は、前記回
転体の外周面の一部に沿うように略半円環形状に形成さ
れていることを特徴とする請求項１または２に記載のト
ルク検出装置。
【請求項５】前記回転体の外周面には、軸線に対して
所定角度をもって複数のシェブロン溝が形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の
トルク検出装置。
【請求項６】回転駆動され、磁性体からなる回転体
と、前記回転体の外周面に対して近接配置され、自身に作用
する外部磁界に応じた第１の電圧を発生する第１の磁気
インピーダンス素子と、前記回転体の外周面に対して近接配置され、かつ前記第
１の磁気インピーダンス素子に対して面対称となる位置
に配設され、自身に作用する外部磁界に応じた第２の電
圧を発生する第２の磁気インピーダンス素子と、前記第１および第２の磁気インピーダンス素子に対し
て、高周波電流を供給するとともに、磁気バイアスをか
ける駆動手段と、前記第１の電圧と前記第２の電圧との差に基づいて、前
記回転体に作用しているトルクを求める演算手段と、を具備することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項７】前記第１および第２の磁気インピーダン
ス素子の近傍の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記第１の電
圧と第２の電圧との差における、温度変動分の誤差電圧
をキャンセルする温度補償手段とを具備し、前記演算手段は、前記温度補償手段によりキャンセルさ
れた結果に基づいて、前記回転体に作用しているトルク
を求めることを特徴とする請求項６に記載のトルク検出
装置。
【請求項８】前記第１の磁気インピーダンス素子に近
接する、前記回転体の外周面には、軸線に対して所定角
度をもって複数の第１のシェブロンが形成されており、前記第２の磁気インピーダンス素子に近接する、前記回
転体の外周面には、軸線に対して所定角度をもって、か
つ前記複数の第１のシェブロン溝に対して面対称となる
ように複数の第２のシェブロン溝が形成されていること
を特徴とする請求項６または７に記載のトルク検出装
置。
【請求項９】回転駆動され、磁性体からなる回転体
と、前記回転体の外周面に対して近接配置され、自身に作用
する外部磁界に応じた第１の電圧を発生する第１の磁気
インピーダンス素子と、前記第１の磁気インピーダンス素子の近傍であって、か
つ前記回転体による磁気の影響を受けない位置に配設さ
れ、外乱磁界に応じた第２の電圧を発生する第２の磁気
インピーダンス素子と、前記第１および第２の磁気インピーダンス素子に対し
て、高周波電流を供給するとともに、磁気バイアスをか
ける駆動手段と、前記第１の電圧から前記第２の電圧を減算した結果に基
づいて、前記回転体に作用しているトルクを求める演算
手段とを具備することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項１０】回転駆動され、磁性体からなる回転体
と、前記回転体の外周面に対して近接配置され、自身に作用
する外部磁界に応じた電圧を発生する磁気インピーダン
ス素子と、前記磁気インピーダンス素子に対して、高周波電流を供
給するとともに、磁気バイアスをかける駆動部と、前記磁気インピーダンス素子に発生する電圧に基づい
て、前記回転体に作用しているトルクを求める演算部
と、を具備することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項１１】回転駆動され、磁性体から構成された
部分を少なくとも外周面に有する回転体と、前記回転体の外周面に対して近接配置され、自身に作用
する外部磁界に応じた電圧を発生する磁気インピーダン
ス素子と、前記磁気インピーダンス素子に対して、高周波電流を供
給する駆動部と、前記磁気インピーダンス素子に発生する電圧に基づい
て、前記回転体に作用しているトルクを求める演算部
と、を具備することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項１２】回転駆動され、磁性体からなる回転体
と、前記回転体の外周面に対して各々近接配置され、各々に
作用する外部磁界に応じた電圧を発生する複数の磁気イ
ンピーダンス素子と、前記複数の磁気インピーダンス素子に対して、高周波電
流を供給するとともに、磁気バイアスをかける駆動部
と、前記複数の磁気インピーダンス素子に発生する各電圧に
基づいて、前記回転体に作用しているトルクを求める演
算部と、を具備することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項１３】前記磁気インピーダンス素子は、前記
回転体の外周面の一部に沿うように略半円環形状に形成
されていることを特徴とする請求項１０または１１に記
載のトルク検出装置。
【請求項１４】前記回転体の外周面には、軸線に対し
て所定角度をもって複数のシェブロン溝が形成されてい
ることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに
記載のトルク検出装置。
【請求項１５】回転駆動され、磁性体からなる回転体
と、前記回転体の外周面に対して近接配置され、自身に作用
する外部磁界に応じた第１の電圧を発生する第１の磁気
インピーダンス素子と、前記回転体の外周面に対して近接配置され、かつ前記第
１の磁気インピーダンス素子に対して面対称となる位置
に配設され、自身に作用する外部磁界に応じた第２の電
圧を発生する第２の磁気インピーダンス素子と、前記第１および第２の磁気インピーダンス素子に対し
て、高周波電流を供給するとともに、磁気バイアスをか
ける駆動部と、前記第１の電圧と前記第２の電圧との差に基づいて、前
記回転体に作用しているトルクを求める演算部と、を具備することを特徴とするトルク検出装置。
【請求項１６】前記第１および第２の磁気インピーダ
ンス素子の近傍の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部の検出結果に基づいて、前記第１の電圧
と第２の電圧との差における、温度変動分の誤差電圧を
キャンセルする温度補償部とを具備し、前記演算部は、前記温度補償部によりキャンセルされた
結果に基づいて、前記回転体に作用しているトルクを求
めることを特徴とする請求項１５に記載のトルク検出装
置。
【請求項１７】前記第１の磁気インピーダンス素子に
近接する、前記回転体の外周面には、軸線に対して所定
角度をもって複数の第１のシェブロンが形成されてお
り、前記第２の磁気インピーダンス素子に近接する、前記回
転体の外周面には、軸線に対して所定角度をもって、か
つ前記複数の第１のシェブロン溝に対して面対称となる
ように複数の第２のシェブロン溝が形成されていること
を特徴とする請求項１５または１６に記載のトルク検出
装置。
【請求項１８】回転駆動され、磁性体からなる回転体
と、前記回転体の外周面に対して近接配置され、自身に作用
する外部磁界に応じた第１の電圧を発生する第１の磁気
インピーダンス素子と、前記第１の磁気インピーダンス素子の近傍であって、か
つ前記回転体による磁気の影響を受けない位置に配設さ
れ、外乱磁界に応じた第２の電圧を発生する第２の磁気
インピーダンス素子と、前記第１および第２の磁気インピーダンス素子に対し
て、高周波電流を供給するとともに、磁気バイアスをか
ける駆動部と、前記第１の電圧から前記第２の電圧を減算した結果に基
づいて、前記回転体に作用しているトルクを求める演算
部とを具備することを特徴とするトルク検出装置。