JP2004020527A

JP2004020527A - トルクセンサ

Info

Publication number: JP2004020527A
Application number: JP2002180010A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Fukaya; 深谷　　繁利; Kenji Takeda; 武田　　憲司; Naoki Nakane; 中根　　直樹
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22
Also published as: US6810336B2; US20030233889A1

Abstract

【課題】構造がシンプルで電気的な接触部を持たず、且つ中立点付近で精度の良いトルクセンサを提供することを目的とする。
【解決手段】トルクセンサ１は、入力軸２と出力軸３とを同軸上に連結するトーションバー４、入力軸２の端部に取り付けられるリング状の磁石５、出力軸３の端部に取り付けられる一組の磁気ヨーク６及び磁気ヨーク６間に生じる磁束密度を検出する磁気センサ７等から構成される。磁気ヨーク６は、磁石５を軸方向に両側から挟み込むように設けられ、磁石５のＮ極及びＳ極と同数の凸部６ａ及び凹部６ｂが全周に等間隔に設けられている。磁気ヨーク６と磁石５とは、トーションバー４が捩じれていない状態で、磁気ヨーク６の凸部６ａの周方向の中心位置と磁石５のＮ極及びＳ極の境界とが略一致するように配置されている。磁気センサ７は、軸方向に対向する磁気ヨーク６間に設けられるギャップ内に挿入されて磁束密度を検出する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電動パワーステアリング装置等の回転動力を伝達する機構における軸トルクを検出するトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来技術】
磁石と磁気センサを使った従来技術としては、特開平８−１５９８８７号公報に示される方式（従来技術▲１▼とする）が考えられる。これは、磁石と磁気センサとをトーションバーの両端に固定し、トルクが印加された際に、トーションバーが捩じれることによって磁石と磁気センサとの位置関係が変化し、磁気センサからトルクに比例した出力を得るものである。
【０００３】
また、特開平６−２８１５１３号公報に示される方式（従来技術▲２▼とする）は、磁石と磁気センサとトーションバーとを使用する点で上記の従来技術▲１▼と同じであるが、トーションバーの捩じれをギヤを使って軸方向の運動に変える機構にしたため、磁気センサをハウジングに固定できるので、磁気センサへの電力供給と信号の取り出しを行う電気的接触部が不要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術▲１▼の方式では、磁石と磁気センサとがトーションバーに固定されているため、磁気センサへの電力供給と信号との取り出しを行うために電気的な接触部が必要となり、具体的にはスリップリングとブラシとを使用しているため、接触部の信頼性が懸念される。
【０００５】
また、従来技術▲２▼の方式では、トーションバーの捩じれを軸方向の運動に変換するギヤ機構を有しているため、構造が複雑になり、且つギヤ機構のバックラッシやギヤの摩耗等により、誤差及び応答遅れ等が生じるため、性能面での懸念点がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、構造がシンプルで電気的な接触部を持たないトルクセンサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１では、第１の軸（２）と第２の軸（３）とを同軸上に連結し、第１の軸と第２の軸との間に捩じれトルクが入力されると、自身に捩じれを生じる弾性部材（４）と、第１の軸又は弾性部材の一端側に連結されて、周囲に磁界を形成する硬磁性体（５）と、第２の軸又は弾性部材の他端側に連結され、且つ硬磁性体により形成される磁界内に配置されて磁気回路を形成し、弾性部材の捩じれによって硬磁性体との相対位置が変化すると、磁気回路に発生する磁束密度が変化する構造を有する軟磁性体（６）と、軟磁性体と非接触に設置され、軟磁性体の磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁気センサ（７）とを備えたトルクセンサ（１）において、硬磁性体は、連結された第１の軸又は弾性部材の軸方向に着磁されており、軟磁性体は、一方の軟磁性体（６Ａ）と他方の軟磁性体（６Ｂ）とを有し、一方の軟磁性体と他方の軟磁性体とは、硬磁性体をその着磁方向に両側から挟み込むように配置され、且つ軟磁性体の内周には、凸部（６ａ）と凹部（６ｂ）とが周方向に交互に設けられ、且つ一方の軟磁性体に設けられる凸部と他方の軟磁性体に設けられる凸部とが着磁方向に対向して配置され、磁気センサは、軟磁性体間のギャップ（Ｇ）内に挿入されて、一方の軟磁性体と他方の軟磁性体との間に生じる磁束密度を検出することを特徴としている。
【０００８】
この構成により、弾性部材の捩じれによって硬磁性体と軟磁性体との相対位置が変化すると、一方の軟磁性体に設けられた凸部が硬磁性体の一方の極性に近接し、他方の軟磁性体に設けられた凸部が硬磁性体の他方の極性に近接する。これにより、一方の軟磁性体と他方の軟磁性体とには、それぞれ逆の極性を有する磁束が流れる。そのため、一方の軟磁性体と他方の軟磁性体との間のギャップには、弾性部材の捩じれ量に略比例した正負の磁束密度が発生する。そして、この磁束密度をギャップ内に挿入された磁気センサで検出することにより、第１の軸と第２の軸との間に印加される捩じれトルクを求めることができる。
【０００９】
また、請求項２では、第１の軸（２）と第２の軸（３）とを同軸上に連結し、第１の軸と第２の軸との間に捩じれトルクが入力されると、自身に捩じれを生じる弾性部材（４）と、第１の軸又は弾性部材の一端側に連結されて、周囲に磁界を形成する硬磁性体（５）と、第２の軸又は弾性部材の他端側に連結され、且つ硬磁性体により形成される磁界内に配置されて磁気回路を形成し、弾性部材の捩じれによって硬磁性体との相対位置が変化すると、磁気回路に発生する磁束密度が変化する構造を有する軟磁性体（６）と、軟磁性体と非接触に設置され、軟磁性体の磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁気センサ（７）とを備えたトルクセンサ（１）において、硬磁性体は、連結された第１の軸又は弾性部材の軸方向に対して径方向に着磁されており、軟磁性体は、一方の軟磁性体（６Ａ）と他方の軟磁性体（６Ｂ）とを有し、一方の軟磁性体と他方の軟磁性体とは、硬磁性体の外周に配置され、且つ軟磁性体の内周には、凸部（６ａ）と凹部（６ｂ）とが周方向に交互に設けられ、且つ一方の軟磁性体に設けられる凸部と他方の軟磁性体に設けられる凹部とが弾性部材の一端から弾性部材の他端への方向に対向して配置され、磁気センサは、軟磁性体間のギャップ（Ｇ）内に挿入されて、一方の軟磁性体と他方の軟磁性体との間に生じる磁束密度を検出することを特徴としている。
【００１０】
この構成により、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００１１】
また、請求項３では、硬磁性体の極数と軟磁性体に設けられた凸部及び凹部を合わせた数とは、同じであることを特徴としている。
【００１２】
この構成により、軟磁性体の凸部及び凹部と硬磁性体のＮ極及びＳ極とをそれぞれ対向させ易くすることができる。
【００１３】
また、請求項４では、凸部及び凹部と硬磁性体に着磁されたＮ極及びＳ極とは、周方向に等間隔に設けられ、且つ周方向の幅は、略同じであることを特徴としている。
【００１４】
この構成により、弾性部材の捩じれによって硬磁性体と軟磁性体との相対位置が変化した際に、軟磁性体の凸部もしくは凹部と硬磁性体の極性との位置関係の誤差を低減できる。
【００１５】
また、請求項５では、軟磁性体と硬磁性体とは、弾性部材の捩じれが生じていない時に、軟磁性体に設けられた凸部及び凹部の周方向の中心位置と硬磁性体に着磁されたＮ極及びＳ極の境界とが略一致するように配置されていることを特徴としている。
【００１６】
この構成により、温度変化による硬磁性体の減磁特性の影響を受け難くできる。
【００１７】
また、請求項６では、一方の軟磁性体と他方の軟磁性体との間、且つ硬磁性体の外周に非磁性材のスペーサを設けることによりギャップが形成されていることを特徴としている。
【００１８】
この構成により、一方の軟磁性体と他方の軟磁性体との間に発生する磁束は、スペーサに流れることがない。そのため、その磁束を一方の軟磁性体と他方の軟磁性体との間に挿入された磁気センサにより検出することができる。また、スペーサは、硬磁性体の外周に設けられているため、例えば外部からの鉄粉等を硬磁性体に付着させることを抑制できる。これにより、硬磁性体の磁束の低下を抑制することができる。
【００１９】
また、請求項７では、第１の軸（２）と第２の軸（３）とを同軸上に連結し、第１の軸と第２の軸との間に捩じれトルクが入力されると、自身に捩じれを生じる弾性部材（４）と、第１の軸又は弾性部材の一端側に連結されて、周囲に磁界を形成する硬磁性体（５）と、第２の軸又は弾性部材の他端側に連結され、且つ硬磁性体により形成される磁界内に配置されて磁気回路を形成し、弾性部材の捩じれによって硬磁性体との相対位置が変化すると、磁気回路に発生する磁束密度が変化する構造を有する軟磁性体（６）と、軟磁性体と非接触に設置され、軟磁性体の磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁気センサ（７）とを備えたトルクセンサ（１）において、硬磁性体は、連結された第１の軸又は弾性部材の軸方向に着磁されており、軟磁性体は、一方の軟磁性体（６Ａ）と他方の軟磁性体（６Ｂ）とを有し、一方の軟磁性体と他方の軟磁性体とは、硬磁性体をその着磁方向に両側から挟み込むように配置され、且つ軟磁性体の内周から外周までの間には、孔（６ｃ）が周方向に交互に設けられ、且つ一方の軟磁性体に設けられる孔と他方の軟磁性体に設けられる孔とが着磁方向に対向して配置され、磁気センサは、軟磁性体間のギャップ（Ｇ）内に挿入されて、一方の軟磁性体と他方の軟磁性体との間に生じる磁束密度を検出することを特徴としている。
【００２０】
この構成により、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
また、請求項８では、孔の外周までの長さ（ｈ１）は、孔の内周までの長さ（ｈ２）よりも長いことを特徴としている。
【００２２】
この構成により、軟磁性体の孔から外周までの対向面は、軟磁性体の孔から内周までの対向面よりも大きくなる。そのため、軟磁性体の孔から外周までの対向面の間に流れる磁束密度は、軟磁性体の孔から内周までの対向面の間に流れる磁束密度よりも大きくなる。これにより、磁気センサは、軟磁性体の孔から外周までの対向面の間に設けられることから、磁束密度を精度良く検出することができる。
【００２３】
また、請求項９では、軟磁性体の近接する位置には、軟磁性体から磁束を導くと共に、その磁束を集める集磁部（１０ａ）を有する集磁リング（１０）が設けられ、磁気センサは、集磁部間に挿入されて、集磁部間に生じる磁束密度を検出することを特徴としている。
【００２４】
この構成により、硬磁性体から発生した磁束は、軟磁性体を通って集磁リングに導かれ、その集磁リングに設けられた集磁部に優先的に集まる。この集磁部間に発生する磁束密度を磁気センサで検出することにより、軟磁性体の全周で発生する磁束密度の平均を取ることができる。これにより、磁気センサの検出誤差を抑制することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施形態について説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るトルクセンサの分解斜視図である。図２は、本実施形態に係るトルクセンサの軸方向断面図である。図３は、本実施形態に係る磁石の着磁方向を示した図であり、（ａ）は、磁石の平面図、（ｂ）は、磁石の側面図である。図４は、本実施形態に係る磁気ヨークの位置関係を示した斜視図である。図５、図６及び図７は、本実施形態に係る磁石と磁気ヨークとの位置関係を示した図である。図８は、トーションバーの捩じれ角（磁石と磁気ヨークとのずれ角）と磁気ヨークに生じる磁束密度との関係を表すグラフである。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態のトルクセンサ１は、例えば車両の電動パワーステアリング装置に用いられるもので、ステアリングシャフトを構成する入力軸２と出力軸３との間に設けられ、ステアリングシャフトに加わる操舵トルクを検出している。
【００２８】
そのトルクセンサ１は、第１の軸をなす入力軸２と第２の軸をなす出力軸３とを同軸上に連結するトーションバー４（弾性部材）、入力軸２の端部に取り付けられる磁石５（硬磁性体）、出力軸３の端部に取り付けられる一組の磁気ヨーク６（軟磁性体）及びこの一組の磁気ヨーク６間に生じる磁束密度を検出する磁気センサ７等から構成されている。
【００２９】
トーションバー４は、図２に示すように、両端がそれぞれピン８により入力軸２と出力軸３とに固定され、目的に応じた捩じれ／トルク特性を持たせてある。従って、入力軸２と出力軸３とは、トーションバー４が捩じれることで相対的に回転することができる。
【００３０】
磁石５は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、リング状であって、軸方向にＮ極とＳ極とが着磁され、周方向に交互に設けられている。また、磁石５は、例えば１２極に形成されている。
【００３１】
一組の磁気ヨーク６（６Ａ、６Ｂ）は、図１に示すように、磁石５を軸方向に両側から挟み込むように配置され、リング状を呈している。この磁気ヨーク６の内周には、凸部６ａ及び凹部６ｂが全周に渡り等間隔に設けられている。また、凸部６ａ及び凹部６ｂを合わせた数と磁石５のＮ極及びＳ極の数（１２個）とは、同じである。さらに、凸部６ａ及び凹部６ｂの周方向の幅は、磁石５のＮ極及びＳ極の周方向の幅とほぼ同じである。また、図４に示すように、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとは、互いの凸部６ａ及び凹部６ｂが軸方向にそれぞれ対向するように配置されている。また、図２に示すように、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの間、且つ磁石５の外周には、非磁性材であってリング状のスペーサ９が設けられている。これにより、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの間には、ギャップＧが形成されている。
【００３２】
また、図５（ａ）に示すように、一組の磁気ヨーク６と磁石５とは、トーションバー４に捩じれが生じていない状態（入力軸２と出力軸３との間に捩じれトルクが加わっていない時）で、磁気ヨーク６に設けられた凸部６ａ及び凹部６ｂの周方向の中心位置と磁石５のＮ極及びＳ極の境界とが一致するように配置されている。
【００３３】
磁気センサ７は、図２に示すように、軸方向に対向する一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの間に設けられるギャップＧ内に挿入され、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの間に生じる磁束密度を検出する。但し、この磁気センサ７は、磁気ヨーク６と接触することなく、図示しないハウジング等に固定されて、定位置に設けられている。
【００３４】
また、磁気センサ７としては、例えばホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子等を使用することができ、検出した磁束密度を電圧信号に変換して出力する。
【００３５】
次に、本実施形態の作動について説明する。
【００３６】
入力軸２と出力軸３との間に捩じれトルクが印加されていない状態、つまりトーションバー４が捩じれていない中立位置では、図５（ａ）に示すように、磁気ヨーク６に設けられた凸部６ａ及び凹部６ｂの周方向の中心位置と磁石５のＮ極及びＳ極の境界とが一致している。この場合、図５（ｂ）に示すように、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの凸部６ａには、磁石５のＮ極とＳ極とから同数の磁力線が出入りするため、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの内部でそれぞれ磁力線が短絡されている。従って、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの間（ギャップＧ）に磁束が流れることはなく、磁気センサ７で検出する磁束密度は０となる。
【００３７】
そして、入力軸２と出力軸３との間に捩じれトルクが印加されて、トーションバー４に捩じれが生じると、入力軸２に固定された磁石５と出力軸３に固定された一組の磁気ヨーク６との相対位置が周方向に変化する。これにより、図６（ａ）もしくは図７（ａ）に示すように、磁気ヨーク６に設けられた凸部６ａ及び凹部６ｂの周方向の中心位置と磁石５のＮ極及びＳ極の境界とが一致しなくなる。そのため、一方の磁気ヨーク６Ａ及び他方の磁気ヨーク６Ｂには、Ｎ極又はＳ極を有する磁力線が増加する。
【００３８】
例えば、磁石５と一組の磁気ヨーク６との相対位置が図６（ａ）のように変化した場合、一方の磁気ヨーク６Ａの凸部６ａは、磁石５のＮ極と軸方向に対向する面積が増加する。そのため、一方の磁気ヨーク６Ａには、Ｎ極を有する磁力線が増加する。また、他方の磁気ヨーク６Ｂの凸部６ｂは、磁石５のＳ極と軸方向に対向する面積が増加する。そのため、他方の磁気ヨーク６Ｂには、Ｓ極を有する磁力線が増加する。なお、磁石５と一組の磁気ヨーク６との相対位置が図７（ａ）のように変化した場合、一方の磁気ヨーク６Ａには、Ｓ極を有する磁力線が増加し、他方の磁気ヨーク６Ｂには、Ｎ極を有する磁力線が増加する。
【００３９】
この時、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとは、それぞれ逆の極性を有する磁力線が増加するので、図６（ｂ）もしくは図７（ｂ）に示すように、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの間（ギャップＧ）に磁束密度が発生する。この磁束密度は、図８に示すように、トーションバー４の捩じれ量に略比例し、且つトーションバー４の捩じれ方向に応じて方向に応じて極性が反転する。この磁束密度を磁気センサ７で検出し、電圧信号として取り出すことができる。その結果、ステアリングの回転方向とステアリングへの運転者のトルクがわかる。
【００４０】
（本実施形態の効果）
本実施形態のトルクセンサ１は、トーションバー４に捩じれが生じて、磁石５と一組の磁気ヨーク６との相対位置が周方向に変化すると、一組の磁気ヨーク６間（ギャップＧ）の全周で磁束密度が変化する。即ち、一組の磁気ヨーク６間の全周で同一強度の磁束密度を検出できる。従って、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとが対向するギャップＧ内に磁気センサ７を挿入することで、磁気ヨーク６に接触することなく、磁気ヨーク６間の磁束密度を検出することができる。これにより、磁気センサ７に対し電気的な接触部（例えばスリップリングとブラシ）を設ける必要がないので、信頼性の高いトルクセンサ１を提供することができる。
【００４１】
また、入力軸２に固定された磁石５と出力軸３に固定された一組の磁気ヨーク６とがトーションバー４に捩じれが生じていない状態で、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとに設けられた凸部６ａの周方向の中心位置と磁石５のＮ極及びＳ極の境界とが一致するように配置されている。この構成により、例えば温度変化により磁石５の強さが変動する場合でも、磁気センサ７の中立点がずれることがないので、中立点付近の精度を良くすることができる。
【００４２】
また、磁石５の極数と一組の磁気ヨーク６に設けられた凸部６ａ及び凹部６ｂを合わせた数とは、同じであるため、一組の磁気ヨーク６に設けられた凸部６ａ及び凹部６ｂと磁石５のＮ極及びＳ極とをそれぞれ対向させ易くすることができる。
【００４３】
また、磁気ヨーク６に設けられた凸部及び凹部と磁石５に着磁されたＮ極及びＳ極とは、周方向に等間隔に設けられ、且つ周方向の幅は、略同じであるため、トーションバー４の捩じれによって磁石５と磁気ヨーク６との相対位置が変化した際に、磁気ヨークに設けられた凸部もしくは凹部と磁石のＮ極もしくはＳ極との位置関係の誤差を低減することができる。
【００４４】
また、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの間、且つ磁石５の外周に非磁性材のスペーサ９を設けているため、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの間に発生する磁束は、スペーサ９に流れることがない。そのため、その磁束を一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの間に挿入された磁気センサ７により検出することができる。
【００４５】
また、スペーサ９は、磁石５の外周に設けられているため、例えば外部からの鉄粉等を磁石５に付着させることを抑制できる。これにより、磁石５の磁束の低下を抑制することができる。
【００４６】
また、磁気ヨーク６に設けられる凸部６ａと凹部６ｂとを形成する際に、例えば曲げ加工などを行う必要がないため、容易に磁気ヨーク６を製造することができる。
【００４７】
また、一組の磁気ヨーク６は、磁石５を両側から軸方向に挟み込むように配置しているため、磁気ヨーク６の径方向の長さを増大させることを抑制できる。これにより、トルクセンサ１の大型化を招くことを抑制できる。
【００４８】
なお、本実施形態の一組の磁気ヨーク６は、内周に凸部６ａと凹部６ｂとが周方向に交互に設けられているが、図９に示すように、内周から外周までの間に孔６ｃを周方向に交互に設けてもよい。この場合、磁気ヨーク６の孔６ｃの外周までの長さｈ１を磁気ヨーク６の内周までの長さｈ２よりも長くすることで、孔６ｃから外周までの対向面は、孔６ｃから内周までの対向面よりも大きくなる。そのため、孔６ｃから外周までの対向面の間に流れる磁束密度は、孔６ｃから内周までの対向面の間に流れる磁束密度よりも大きくなる。これにより、磁気センサ７は、孔６ｃから外周までの対向面の間に設けられることから、磁束密度を精度良く検出することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
図１０は、本実施形態に係るトルクセンサの分解斜視図である。図１１、図１２及び図１３は、本実施形態に係る磁石と磁気ヨークとの位置関係を示した図である。ここでは、第１実施形態と同様な箇所は省略し、相違する箇所についてのみ説明する。
【００５０】
本実施形態のトルクセンサ１は、第１実施形態の構成に対し、一組の集磁リング１０を加えた一例である。
【００５１】
一組の集磁リング１０（１０Ａ、１０Ｂ）は、磁気ヨーク６と同じ軟磁性体であり、図１０に示すように、リング状に設けられ、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの外周に近接して配置されている。
【００５２】
この集磁リング１０には、周方向の一箇所に平板状の集磁部１０ａが設けられ、互いの集磁部１０ａ同士が軸方向に対向して配置されている。但し、集磁部１０ａは、集磁リング１０の他の部位より軸方向に接近して設けられている。
【００５３】
磁気センサ７は、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）に示すように、軸方向に対向する集磁部１０ａ同士の間に挿入され、その両集磁部１０ａ間に発生する磁束密度を検出する。
【００５４】
この構成により、集磁リング１０が磁気回路の一部を形成するため、図１２（ａ）及び図１３（ａ）に示すように、磁石５から発生した磁束が磁気ヨーク６を通って集磁リング１０に導かれ、その集磁リング１０に設けられた集磁部１０ａに優先的に集まる。この集磁部１０ａ間に発生する磁束密度を磁気センサ７で検出することにより、磁気ヨーク６の全周で発生する磁束密度の平均を取ることができるので、磁気回路を構成する部品の製造ばらつき、組み付け精度及び入力軸２と出力軸３とのセンタずれ等による検出誤差を抑制することができる。
【００５５】
（第３実施形態）
図１４は、本実施形態に係るトルクセンサの分解斜視図である。図１５は、本実施形態に係るトルクセンサの軸方向断面図である。図１６は、本実施形態に係る磁石の着磁方向を示した図であり、（ａ）は、磁石の側面図、（ｂ）は、磁石の平面図である。図１７、図１８及び図１９は、本実施形態に係る磁石と磁気ヨークとの位置関係を示した図である。
【００５６】
本実施形態の磁石５は、図１６（ａ）に示すように、径方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。
【００５７】
また、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとは、図１５に示すように、磁石５の外周に設けられている。また、図１４に示すように、一方の磁気ヨーク６Ａの凸部６ａと他方の磁気ヨーク６Ｂの凹部６ａとが軸方向に対向するように配置されている。また、本実施形態の磁気ヨーク６は、第１実施形態の磁気ヨーク６よりも厚く形成されている。
【００５８】
次に、本実施形態の作動について説明する。
【００５９】
入力軸２と出力軸３との間に捩じれトルクが印加されていない状態、つまりトーションバー４が捩じれていない中立位置では、図１７（ａ）に示すように、磁気ヨーク６に設けられた凸部６ａ及び凹部６ｂの周方向の中心位置と磁石５のＮ極及びＳ極の境界とが一致している。この場合、図１７（ｂ）に示すように、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの凸部６ａには、磁石５のＮ極とＳ極とから同数の磁力線が出入りするため、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの内部でそれぞれ磁力線が短絡されている。従って、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの間（ギャップＧ）に磁束が流れることはなく、磁気センサ７で検出する磁束密度は０となる。
【００６０】
そして、入力軸２と出力軸３との間に捩じれトルクが印加されて、トーションバー４に捩じれが生じると、入力軸２に固定された磁石５と出力軸３に固定された一組の磁気ヨーク６との相対位置が周方向に変化する。これにより、図１８（ａ）もしくは図１９（ａ）に示すように、磁気ヨーク６に設けられた凸部６ａ及び凹部６ｂの周方向の中心位置と磁石５のＮ極及びＳ極の境界とが一致しなくなる。そのため、一方の磁気ヨーク６Ａ及び他方の磁気ヨーク６Ｂには、Ｎ極又はＳ極を有する磁力線が増加する。
【００６１】
例えば、磁石５と一組の磁気ヨーク６との相対位置が図１８（ａ）のように変化した場合、一方の磁気ヨーク６Ａの凸部６ａは、磁石５のＮ極と径方向に対向する面積が増加する。そのため、一方の磁気ヨーク６Ａには、Ｎ極を有する磁力線が増加する。また、他方の磁気ヨーク６Ｂの凸部６ｂは、磁石５のＳ極と径方向に対向する面積が増加する。そのため、他方の磁気ヨーク６Ｂには、Ｓ極を有する磁力線が増加する。なお、磁石５と一組の磁気ヨーク６との相対位置が図１９（ａ）のように変化した場合、一方の磁気ヨーク６Ａには、Ｓ極を有する磁力線が増加し、他方の磁気ヨーク６Ｂには、Ｎ極を有する磁力線が増加する。
【００６２】
この時、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとは、それぞれ逆の極性を有する磁力線が増加するので、図１８（ｂ）もしくは図１９（ｂ）に示すように、一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの間（ギャップＧ）に磁束密度が発生する。この磁束密度は、図８に示すように、トーションバー４の捩じれ量に略比例し、且つトーションバー４の捩じれ方向に応じて方向に応じて極性が反転する。この磁束密度を磁気センサ７で検出し、電圧信号として取り出すことができる。
【００６３】
この構成により、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
また、本実施形態の磁気ヨーク６の厚さは、第１実施形態の磁気ヨーク６の厚さよりも厚く形成されているため、磁気ヨーク６を磁石５の外周に配置しても磁石５の磁束を磁気ヨーク６に通すことができる。
【００６５】
また、一組の磁気ヨーク６は、磁石５の外周に配置しているため、磁気ヨーク６の軸方向の長さを増大させることを抑制できる。これにより、トルクセンサ１の大型化を招くことを抑制できる。
【００６６】
なお、本実施形態でも集磁リング１０を一方の磁気ヨーク６Ａと他方の磁気ヨーク６Ｂとの外周に近接して配置することにより第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトルクセンサの分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るトルクセンサの軸方向断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る磁石の着磁方向を示した図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る磁気ヨークの位置関係を示した斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る磁石と磁気ヨークとの位置関係を示した図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る磁石と磁気ヨークとの位置関係を示した図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る磁石と磁気ヨークとの位置関係を示した図である。
【図８】トーションバーの捩じれ角（磁石と磁気ヨークとのずれ角）と磁気ヨークに生じる磁束密度との関係を表すグラフである。
【図９】本発明の他の例を示した図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るトルクセンサの分解斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る磁石と磁気ヨークとの位置関係を示した図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る磁石と磁気ヨークとの位置関係を示した図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る磁石と磁気ヨークとの位置関係を示した図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係るトルクセンサの分解斜視図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係るトルクセンサの軸方向断面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る磁石の着磁方向を示した図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る磁石と磁気ヨークとの位置関係を示した図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る磁石と磁気ヨークとの位置関係を示した図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る磁石と磁気ヨークとの位置関係を示した図である。
【符号の説明】
１…トルクセンサ、
２…入力軸（第１の軸）、
３…出力軸（第２の軸）、
４…トーションバー（弾性部材）、
５…磁石（硬磁性体）、
６…磁気ヨーク（軟磁性体）、
６ａ…凸部、
６ｂ…凹部、
７…磁気センサ、
１０…集磁リング、
１０ａ…集磁部。

Claims

第１の軸（２）と第２の軸（３）とを同軸上に連結し、前記第１の軸と前記第２の軸との間に捩じれトルクが入力されると、自身に捩じれを生じる弾性部材（４）と、
前記第１の軸又は前記弾性部材の一端側に連結されて、周囲に磁界を形成する硬磁性体（５）と、
前記第２の軸又は前記弾性部材の他端側に連結され、且つ前記硬磁性体により形成される磁界内に配置されて磁気回路を形成し、前記弾性部材の捩じれによって前記硬磁性体との相対位置が変化すると、前記磁気回路に発生する磁束密度が変化する構造を有する軟磁性体（６）と、
前記軟磁性体と非接触に設置され、前記軟磁性体の磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁気センサ（７）とを備えたトルクセンサ（１）において、
前記硬磁性体は、連結された前記第１の軸又は前記弾性部材の軸方向に着磁されており、
前記軟磁性体は、一方の軟磁性体（６Ａ）と他方の軟磁性体（６Ｂ）とを有し、前記一方の軟磁性体と前記他方の軟磁性体とは、前記硬磁性体をその着磁方向に両側から挟み込むように配置され、且つ前記軟磁性体の内周には、凸部（６ａ）と凹部（６ｂ）とが周方向に交互に設けられ、且つ前記一方の軟磁性体に設けられる前記凸部と前記他方の軟磁性体に設けられる前記凸部とが前記着磁方向に対向して配置され、
前記磁気センサは、前記軟磁性体間のギャップ（Ｇ）内に挿入されて、前記一方の軟磁性体と前記他方の軟磁性体との間に生じる磁束密度を検出することを特徴とするトルクセンサ。
第１の軸（２）と第２の軸（３）とを同軸上に連結し、前記第１の軸と前記第２の軸との間に捩じれトルクが入力されると、自身に捩じれを生じる弾性部材（４）と、
前記第１の軸又は前記弾性部材の一端側に連結されて、周囲に磁界を形成する硬磁性体（５）と、
前記第２の軸又は前記弾性部材の他端側に連結され、且つ前記硬磁性体により形成される磁界内に配置されて磁気回路を形成し、前記弾性部材の捩じれによって前記硬磁性体との相対位置が変化すると、前記磁気回路に発生する磁束密度が変化する構造を有する軟磁性体（６）と、
前記軟磁性体と非接触に設置され、前記軟磁性体の磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁気センサ（７）とを備えたトルクセンサ（１）において、
前記硬磁性体は、連結された前記第１の軸又は前記弾性部材の軸方向に対して径方向に着磁されており、
前記軟磁性体は、一方の軟磁性体（６Ａ）と他方の軟磁性体（６Ｂ）とを有し、前記一方の軟磁性体と前記他方の軟磁性体とは、前記硬磁性体の外周に配置され、且つ前記軟磁性体の内周には、凸部（６ａ）と凹部（６ｂ）とが周方向に交互に設けられ、且つ前記一方の軟磁性体に設けられる前記凸部と前記他方の軟磁性体に設けられる前記凹部とが前記弾性部材の一端から前記弾性部材の他端への方向に対向して配置され、
前記磁気センサは、前記軟磁性体間のギャップ（Ｇ）内に挿入されて、前記一方の軟磁性体と前記他方の軟磁性体との間に生じる磁束密度を検出することを特徴とするトルクセンサ。
前記硬磁性体の極数と前記軟磁性体に設けられた前記凸部及び前記凹部を合わせた数とは、同じであることを特徴とする請求項１又は２記載のトルクセンサ。
前記凸部及び前記凹部と前記硬磁性体に着磁されたＮ極及びＳ極とは、周方向に等間隔に設けられ、且つ周方向の幅は、略同じであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のトルクセンサ。
前記軟磁性体と前記硬磁性体とは、前記弾性部材の捩じれが生じていない時に、前記軟磁性体に設けられた前記凸部及び前記凹部の周方向の中心位置と前記硬磁性体に着磁されたＮ極及びＳ極の境界とが略一致するように配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のトルクセンサ。
前記一方の軟磁性体と前記他方の軟磁性体との間、且つ前記硬磁性体の外周に非磁性材のスペーサを設けることにより前記ギャップが形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のトルクセンサ。
第１の軸（２）と第２の軸（３）とを同軸上に連結し、前記第１の軸と前記第２の軸との間に捩じれトルクが入力されると、自身に捩じれを生じる弾性部材（４）と、
前記第１の軸又は前記弾性部材の一端側に連結されて、周囲に磁界を形成する硬磁性体（５）と、
前記第２の軸又は前記弾性部材の他端側に連結され、且つ前記硬磁性体により形成される磁界内に配置されて磁気回路を形成し、前記弾性部材の捩じれによって前記硬磁性体との相対位置が変化すると、前記磁気回路に発生する磁束密度が変化する構造を有する軟磁性体（６）と、
前記軟磁性体と非接触に設置され、前記軟磁性体の磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁気センサ（７）とを備えたトルクセンサ（１）において、
前記硬磁性体は、連結された前記第１の軸又は前記弾性部材の軸方向に着磁されており、
前記軟磁性体は、一方の軟磁性体（６Ａ）と他方の軟磁性体（６Ｂ）とを有し、前記一方の軟磁性体と前記他方の軟磁性体とは、前記硬磁性体をその着磁方向に両側から挟み込むように配置され、且つ前記軟磁性体の内周から外周までの間には、孔（６ｃ）が周方向に交互に設けられ、且つ前記一方の軟磁性体に設けられる前記孔と前記他方の軟磁性体に設けられる前記孔とが前記着磁方向に対向して配置され、
前記磁気センサは、前記軟磁性体間のギャップ（Ｇ）内に挿入されて、前記一方の軟磁性体と前記他方の軟磁性体との間に生じる磁束密度を検出することを特徴とするトルクセンサ。
前記孔の外周までの長さ（ｈ１）は、前記孔の内周までの長さ（ｈ２）よりも長いことを特徴とする請求項７記載のトルクセンサ。
前記軟磁性体の近接する位置には、前記軟磁性体から磁束を導くと共に、その磁束を集める集磁部（１０ａ）を有する集磁リング（１０）が設けられ、前記磁気センサは、前記集磁部間に挿入されて、前記集磁部間に生じる磁束密度を検出することを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載のトルクセンサ。