JP2007114088A - 磁歪式トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 磁化曲線を有効利用する場合、大電流を流すことを従来のようには必要とせず、コストの低廉化を図ることができる磁歪式トルクセンサを提供する。
【解決手段】 磁歪特性を有する回転軸２と、回転軸２の外周部に所定の間隔をもって配置され、回転軸２に加わるトルクを検出するためのコイル３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを内周面に有する磁心Ｍとを備えた磁歪式トルクセンサ１において、中心軸線Ｏに対して＋４５°傾斜するコイル３ａ，４ａと、同じく中心軸線Ｏに対して−４５°傾斜するコイル３ｂ，４ｂとを有し、コイル３ａ，４ｂの入力端には交流電圧を発生させる交流電源４００Ｂ及び直流電圧を発生させる直流電源４００Ａを有する電流源４００が、またコイル３ｂ，４ａの入力端には交流電圧を発生させる交流電源５００Ｂ及び直流電圧を発生させる直流電源５００Ａを有する電流源５００がそれぞれ接続されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、磁歪特性を有する回転軸に加わるトルクを検出コイルのインダクタンス変化に基づいて検出する磁歪式トルクセンサに関する。

自動車のパワーステアリング機構，エンジン制御機構及び動力伝達機構などでは、受動軸であるハンドル軸などに加わるトルクを検出する必要性が高い。さらに、自動車の安全性等を考慮し、トルクセンサの異常検出及びフェールセーフの機能が必要である。

一般に、磁歪特性を有するニッケル（Ｎｉ），鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）合金，Ｆｅ−コバルト（Ｃｏ）合金等の材料は、外力の印加によってその比透磁率が変化する（圧縮力方向では比透磁率が減少し、張力方向では比透磁率が増加する）。

このような原理を利用した磁歪式トルクセンサが従来から提案されている（例えば特許文献１参照）。この磁歪式トルクセンサにつき、図１１を用いて説明すると、図１１において、磁歪式トルクセンサ１１０は、磁歪特性を有する回転軸１１１と、この回転軸１１１の中心軸線Ｏに対して＋４５°傾いたコイル１１２ａ，１１３ａと同じく中心軸線Ｏに対して−４５°傾いたコイル１１２ｂ，１１３ｂが内周面に巻回された１対の半円筒磁心１１４，１１５と、これら半円筒磁心１１４，１１５内のコイルに交流電圧を印加する交流信号発生回路（図示せず）とから構成されている。

このように構成された磁歪式トルクセンサにおいては、図１２に示すように、軸方向Ｘから見て、図面で左側を反時計方向に、右側を時計方向に働くようにトルクＴ（以下、このトルクＴの方向を正方向とする。）が印加されるとする。このとき、軸の左側から見て、回転軸１１１の＋４５°方向には圧縮力が、−４５°方向には張力が加わり、また軸の右側から見て、同様に回転軸１１１の＋４５°方向には圧縮力が、−４５°方向には張力が加わることになる。この主応力σはトルクＴに比例し、回転軸１１１の直径をＤとすると、（１）式で与えられる。
σ＝１６Ｔ／πＤ³ （１）

このとき、回転軸１１１が磁歪効果を有していれば、主応力σにより、（２）式で与えられる軸磁気異方性Ｋｕが誘起される。
Ｋｕ＝２×（３／２）×λｓσ＝４８λｓＴ／πＤ³ （２）
λｓ：軸の飽和磁歪定数

この軸磁気異方性Ｋｕによって、＋σ方向は磁化容易方向、−σ方向は磁化困難方向となり、青磁エネルギーの関係から磁化容易方向（＋σ方向）の比透磁率は増加し、逆に磁化困難方向（−σ方向）の比透磁率は減少する。従って、磁化容易方向（張力方向）に傾くコイル１１２ｂ，１１３ｂに電流を流すと、張力方向の比透磁率が高くなるため、張力方向では磁束を減少させる方向に感応電流が流れる。そして、この感応電流によって感応電圧が誘起されるため、コイル１１２ｂ，１１３ｂのインダクタンスは大きくなる。一方、磁化困難方向（圧縮方向）に傾くコイル１１２ａ，１１３ａに電流を流すと、圧縮方向の比透磁率が小さくなるため、コイル１１２ａ，１１３ａのインダクタンスは小さくなる。

上記したインダクタンスの変化を検出する回路（ブリッジ回路）を図１３に示す。ブリッジ回路は、図１３に示すようにコイル１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂによって形成されている。コイル１１２ａのｄ端とコイル１１２ｂのｅ端とが接続され、コイル１１３ｂのｂ端とコイル１１３ａのｇ端とが接続されている。発振器Ａから発生する高周波電流Ｉがコイル１１２ａのｃ端とコイル１１３ｂのａ端に流入し、コイル１１２ｂのｆ端とコイル１１２ａのｈ端に流出する。

ここで、回転軸１１１に正トルクが印加されると、コイル１１２ａとコイル１１３ａのインダクタンスＬがΔＬ減少し、コイル１１２ｂとコイル１１３ｂのインダクタンスＬがΔＬ増加するため、ブリッジ回路の出力は正値で増加する。
ΔＶ＝２×ωΔＬ×Ｉ （３）

また、回転軸１１１に負トルクが印加されると、コイル１１２ａとコイル１１３ａのインダクタンスＬがΔＬ増加し、コイル１１２ｂとコイル１１３ｂのインダクタンスＬがΔＬ減少するため、ブリッジ回路の出力は負値で減少する。
このようにして、回転軸１１１に加わるトルクの変化を電圧の変化として得ることができる。
特開２００５−１６４５３１号公報

しかし、特許文献１によると、交流信号発生回路の振幅のみが可変パラメータであるため、回転軸１１１の材質特性を示すＢ−Ｈ（磁化）曲線において最大透磁率の領域を含む所定の変化範囲内に動作点をもつような大きさの電流をコイル１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂに流す（Ｂ−Ｈ曲線を有効利用する）場合、大電流を流す必要が生じ、コストが嵩むという問題があった。

従って、本発明の目的は、磁化曲線を有効利用する場合、大電流を流すことを従来のようには必要とせず、もってコストの低廉化を図ることができる磁歪式トルクセンサを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、磁歪特性を有し、中心軸線の回りに回転する回転軸と、前記回転軸の外周部に所定の間隔をもって配置され、前記回転軸に加わるトルクを検出するための検出コイルを内周面に有する磁心とを備えた磁歪式トルクセンサにおいて、前記検出コイルは、前記中心軸線に対して＋４５°傾斜する第１コイルと、前記中心軸線に対して−４５°傾斜する第２コイルとを有し、前記第１コイル及び前記第２コイルの入力端には、交流電圧を発生させる交流電源及び直流電圧を発生させる直流電源を有する電流源が接続されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサを提供する。

本発明によると、磁化曲線を有効利用する場合、大電流を流すことを従来のようには必要とせず、コストの低廉化を図ることができる。

[第１の実施の形態]
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを説明するために模式化して示す分解斜視図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを説明するために示す回路図である。なお、検出コイルについては図２のみに示す。

〔磁歪式トルクセンサの全体構成〕
図１及び図２において、符号１で示す磁歪式トルクセンサは、磁歪特性を有する回転軸２と、この回転軸２の中心軸線Ｏに対して＋４５°傾斜するトルク検出用のコイル３ａ，４ａ及び中心軸線Ｏに対して−４５°傾斜するトルク検出用のコイル３ｂ，４ｂが内周面に重ねて巻かれた２つの半円筒フェライト磁心（磁心エレメント）１００，２００と、これら半円筒フェライト磁心１００，２００内のコイル３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを接続してなるブリッジ回路３００に電圧を供給する電流源４００，５００と、ブリッジ回路３００からの差動信号を検出するロックインアンプ６００と、ブリッジ回路３００の両出力端子からそれぞれ出力される信号の電圧を比較判定する電圧比較判定回路７００とから大略構成されている。

（回転軸２の構成）
回転軸２は、ニッケル（Ｎｉ），鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）合金あるいはＦｅ−コバルト（Ｃｏ）合金などの材料からなる円柱体によって形成されている。

（半円筒フェライト磁心１００，２００の構成）
半円筒フェライト磁心１００，２００は、円筒状の磁心Ｍを形成するために回転軸２の外周部に所定の間隔をもって互いに密接した状態で配置されている。磁心Ｍは、中心軸線Ｏ上に保持され、全体が高透磁率（好ましくは透磁率μ＞１００）・低電気導電率（好ましくは電気導電率σ＝１０⁴〜１０⁵ｍ／Ｓ）性部材によって形成されている。半円筒フェライト磁心１００の内周面には、コイル３ａ，４ｂをそれぞれ磁心側と回転軸側に配置するための複数の凹溝５が設けられている。半円筒フェライト磁心２００の内周面には、コイル３ｂ，４ａをそれぞれ回転軸側と磁心側に配置するための複数の凹溝５が設けられている。なお、各コイル３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの巻線方法については、特開２００５−１６４５３１号公報（特許文献１）に記載された巻線方法と略同一であるため、その説明は省略する。

（電流源４００，５００の構成）
電流源４００は、図２に示すように、直流電圧（正の直流バイアス電圧）発生用の直流電源４００Ａと、この直流電源４００Ａにコンデンサ４０１を介して接続された交流電圧発生用の交流電源４００Ｂとを有し、ブリッジ回路３００の一方側入力端子に電圧を供給するように構成されている。電流源５００は、図２に示すように、直流電圧（負の直流バイアス電圧）発生用の直流電源５００Ａと、この直流電源５００Ａにコンデンサ５０１を介して接続された交流電圧発生用の交流電源５００Ｂとを有し、ブリッジ回路３００の他方側入力端子に電圧を供給するように構成されている。ブリッジ回路３００は、コイル３ａ，４ｂ及びコイル３ｂ，４ａの入力側端をそれぞれ第１入力端子と第２入力端子とするとともに、コイル３ａ，３ｂ及びコイル４ａ，４ｂの出力側端をそれぞれ第１出力端子と第２出力端子とする構成とされている。

直流電源４００Ａ，５００Ａから出力される直流電圧は、回転軸２の材質特性を示す磁化曲線（図３に示すＢ−Ｈ曲線）において最大透磁率の領域を含む所定の変化範囲内に動作点をもつような大きさに設定されている。これにより、Ｂ−Ｈ曲線の立ち上がりが急な立ち上がりとなり、印加磁界に対応した磁束密度の変化量が大きくなる。すなわち、磁歪式トルクセンサ１のトルク検出感度が高くなる。また、直流電源４００Ａ，５００Ａに出力可変機能をもたせ、バイアス電流の大きさを変更し得るように構成されている。これにより、磁歪式トルクセンサ１の性能を改善する（ヒステリシス誤差を減少させる）ことができる。このことは、図４（ａ）及び（ｂ）からも理解することができよう。図４（ａ）及び（ｂ）において、図４（ａ）に示す場合（バイアス電流が「無い」場合）は、図４（ｂ）に示す場合（バイアス電流が「有る」場合）と比べてヒステリシス誤差が多い。

（ロックインアンプ６００の構成）
ロックインアンプ６００は、図２に示すように、ブリッジ回路３００の両出力端子に接続され、前述したようにブリッジ回路３００からの差動信号を検出するように構成されている。

（電圧比較判定回路７００の構成）
電圧比較判定回路７００は、図２に示すように、ブリッジ回路３００の両出力端子及びロックインアンプ６００の両入力端子に接続され、ブリッジ回路３００の両出力端子からそれぞれ出力される信号の電圧を比較判定するように構成されている。

〔磁歪式トルクセンサの検出原理〕
次に、本実施の形態に示す磁歪式トルクセンサの検出原理につき、図２を用いて説明する。

図２に示すように、交流電源４００Ｂで発生した交流電流はコンデンサ４０１を経て正の直流電源４００Ａの直流電流（Ｉｄ）と合成され、コイル３ａ，４ｂに入力される。同様に、図２に示すように、交流電源５００Ｂで発生した交流電流はコンデンサ５０１を介して負の直流電源５００Ａの直流電流（−Ｉｄ）と合成され、コイル３ｂ，４ａに入力される。このため、コイル３ａ，４ｂに入力される高周波入力信号Ｉａ及びコイル３ｂ，４ａに入力される高周波入力信号電流Ｉｂは、周波数ｆ，振幅Ｉ₀，位相φ等を全て同じ値に設定すると、
Ｉａ＝Ｉ₀ｓｉｎ（２πｆ＋φ）＋Ｉｄ （１）
Ｉｂ＝Ｉ₀ｓｉｎ（２πｆ＋φ）−Ｉｄ （２）
となる。但し、Ｉｄはバイアス電流である。

また、コイルのインピーダンスをＺとすると、ブリッジ回路３００における信号入力端の電圧Ｖａ，Ｖｂは、
Ｖａ＝Ｚ／２（Ｉ₀ｓｉｎ（２πｆ＋φ）＋Ｉｄ） （３）
Ｖｂ＝Ｚ／２（Ｉ₀ｓｉｎ（２πｆ＋φ）−Ｉｄ） （４）
となる。

ここで、回転軸２にトルクが作用しない場合には、ロックインアンプ６００の入力端子の電圧は「０」となるため、電圧「０」となるようにゼロ点調整を行う。

次に、回転軸２に正トルクが作用すると、コイル３ｂ，４ｂのインダクタンスが増加するとともに、コイル３ａ，４ａのインダクタンスが減少し、ロックインアンプ６００からの出力は正方向に増加する。これに対して回転軸２に負トルクが作用すると、コイル３ｂ，４ｂのインダクタンスが減少するとともに、コイル３ａ，４ａのインダクタンスが増加し、ロックインアンプ６００からの出力は負方向に減少する。これにより、回転軸２に作用するトルクの方向及び大きさが検出される。

〔磁歪式トルクセンサの異常検出動作〕
次に、磁歪式トルクセンサ１の異常検出（断線，短絡）の動作につき、図５及び図６を用いて説明する。
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを用いて異常検出（断線）を説明するために示す回路図である。図６は、本発明の第１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを用いて異常検出（短絡）を説明するために示す回路図である。

（断線）
先ず、図５に二点鎖線で示すようにコイル３ａが断線した場合について説明する。なお、磁歪効果はインダクタンスを変化させるが、直流成分に対しては変化を生じさせないため、説明ではコイルの抵抗をＲとして出力電圧の直流成分を用いる。

図５において、コイル３ａが断線すると、コイル３ａのみならずコイル３ｂにも電流が流れないため、コイル３ｂの出力端の直流電圧Ｖｂはコイル３ｂの入力端の直流電圧となり、
Ｖｂ＝Ｒ×（−Ｉｄ） （５）
で与えられる。

コイル４ａ，４ｂの出力端の直流電圧Ｖａは
Ｖａ＝Ｒ×（−Ｉｄ＋Ｉｄ） （６）
そのため、
Ｖａ−Ｖｂ＝０−Ｒ（−Ｉｄ）＝Ｒ×Ｉｄ （７）
となる。

（短絡）
次に、図６に示すようにコイル３ｂの出力端がコイル４ｂの入力端に短絡した場合について説明する。

図６において、コイル３ｂの出力端がコイル４ｂの入力端に短絡すると、コイル３ｂの出力端の直流電圧Ｖｂは、
Ｖｂ＝Ｒ×Ｉｄ （８）
となる。

コイル４ａ，４ｂの出力端の直流電圧Ｖａは
Ｖａ＝Ｒ×（−Ｉｄ＋Ｉｄ）＝０ （９）
そのため、
Ｖａ−Ｖｂ＝０−Ｒ×Ｉｄ＝−（Ｒ×Ｉｄ） （１０）
となる。

従って、これら電圧の直流成分を電圧比較判定回路７００で比較判定することによりブリッジ回路３００の異常を検出することができる。また、その検出値から故障位置（ａ側コイル又はｂ側コイル）及び異常内容（断線又は短絡）を知ることができる。

[第１の実施の形態の効果]
以上説明した第１の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

（１）交流信号発生回路の振幅のみが可変パラメータでないため、Ｂ−Ｈ曲線を有効利用する場合、大電流を流すことを従来のようには必要とせず、コストの低廉化を図ることができる。

（２）直流電源４００Ａ，５００Ａから出力される直流電圧は、Ｂ−Ｈ曲線において最大透磁率の領域を含む所定の変化範囲内に動作点をもつような大きさに設定されているため、Ｂ−Ｈ曲線の立ち上がりが急な立ち上がりとなり、磁歪式トルクセンサ１のトルク検出感度が高くなる。

（３）直流電源４００Ａ，５００Ａに出力可変機能をもたせたため、バイアス電流の大きさを変更することができ、磁歪式トルクセンサ１の性能を改善する（ヒステリシス誤差を減少させる）ことができる。

（４）ブリッジ回路３００の異常を検出することができるとともに、その検出値から故障位置及び異常内容（断線又は短絡）を知ることができるため、異常時の原因究明・対策に費やす時間を短縮することができる。

（５）ブリッジ回路３００の異常検出に演算回路が不要であるため、検出回路全体が簡素化され、この点においてもコストの低廉化を図ることができる。

[第２の実施の形態]
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを説明するために示す回路図である。図７において、図２と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図７に示すように、第２の実施の形態に示す磁歪式トルクセンサ７１は、ロックインアンプ６００の出力を直流電源４００Ａに帰還させ、出力トルクに応じてバイアス電流を変化させるように構成した点に特徴がある。

このため、直流電源４００Ａ，５００Ａ及びロックインアンプ６００には、ロック印アンプ６００の出力及び制御量を演算することにより、出力トルクに対応した電圧を出力する電源制御装置７２が接続されている。

[第２の実施の形態の効果]
以上説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果（１）〜（５）に加え、次に示す効果が得られる。

直流電源４００Ａ，５００Ａから出力される直流電圧は、回転軸２の透磁率の変化比をそのトルク量の変化に対して一定にする大きさに設定され得るため、回転軸２に比較的大きなトルクが作用しても、ロックインアンプ６００の入力レンジを越えずに信号を得ることができる。

[第３の実施の形態]
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを説明するために示す回路図である。図８において、図２と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図８に示すように、第３の実施の形態に示す磁歪式トルクセンサ８１は、温度補償を実施して比較的広い温度範囲で精度よく出力トルクを検出するようにした点に特徴がある。

このため、コイル３ａの入出力端には、コイル３ａの直流電圧を計測して出力する直流電圧計測回路８２が接続されている。コイル３ａの抵抗分は、トルクによって変化せず、温度によって変化する。また、直流電源４００Ａで一定の直流がコイル３ａに流れるため、コイル３ａ両端の電圧は温度関数となる。

なお、本実施の形態では、コイル３ａの入出力端における電圧を計測する場合について説明したが、その他のコイル入出力端の電圧を計測してもよい。また、複数のコイルの電圧を計測して平均化したり、直列のコイルの両端の電圧を計測したりすることにより温度計測の高精度化を測ることができる。

[第３の実施の形態の効果]
以上説明した第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果（１）〜（５）に加え、次に示す効果が得られる。

直流電圧計測回路８２の出力電圧は温度に対応した電圧を出力するため、温度センサを付加することなく温度補償を可能にする。

以上、本発明の磁歪式トルクセンサを上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）各実施の形態ではブリッジ回路３００を備えている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、図９（ａ），（ｂ）及び図１０（ａ），（ｂ）に示すようにブリッジ回路の無い構造であってもよい。

図９（ａ）及び（ｂ）において、磁歪式トルクセンサ５０（Ｒ：抵抗）は、信頼性を向上させるために、それぞれが独立して機能する１対の検出ユニットからなる構成としている。各ユニットは、上記各実施の形態と同様に直流電源及び交流電源・ロックインアンプ・半円筒フェライト磁心を、さらには検出基板５１を有し、外部装置にコネクタ５２を介して接続され、かつ固定用ヒンジ５３を介して互いに連結されている。半円筒フェライト磁心１００，２００は、取付性を向上させるために、回転軸２の中心軸線を含む仮想面で円筒磁心（図示せず）を分割することにより形成されている。そして、固定用孔５４ａ付きの耐熱・耐振カバー５４に固定されている。半円筒フェライト磁心１００の内周面にはコイル３ａ，４ｂが、また半円筒フェライト磁心２００の内周面にはコイル３ｂ，４ａがそれぞれ固定されている。

図１０（ａ）及び（ｂ）において、磁歪式トルクセンサ６０（Ｒ：抵抗）は、単一の検出ユニットからなる構成としている。検出ユニットは、上記各実施の形態と同様に直流電源及び交流電源・ロックインアンプ・半円筒フェライト磁心を、さらには検出基板５１を有し、外部装置にコネクタ５２を介して接続され、かつ固定用ヒンジ５３を介して位置固定用補強ユニット６１に連結されている。半円筒フェライト磁心１００は半円筒体によって形成されている。そして、固定用孔５４ａ付きの耐熱・耐振カバー５４に固定されている。半円筒フェライト磁心１００の内周面にはコイル３ａ，４ｂが固定されている。

図９（ａ），（ｂ）及び図１０（ａ），（ｂ）に示す磁歪式トルクセンサにおいては、出力電圧の直流成分を検出する回路を組み合わせることにより、故障判定（異常検出）を行うことができる。

（２）各実施の形態では、電流源４００がブリッジ回路３００の一方側入力端子に、また電流源５００がブリッジ回路３００の他方側入力端子にそれぞれ接続する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、ブリッジ回路３００の両入力端子のうちいずれか一方の入力端子を接地してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを説明するために模式化して示す分解斜視図。 本発明の第１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを説明するために示す回路図。 本発明の第１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサにおける回転軸の磁化特性曲線を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、バイアス電流の大きさ（有無）によって相違する性能について説明するために示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを用いて異常検出（断線）を説明するために示す回路図。 本発明の第１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを用いて異常検出（短絡）を説明するために示す回路図。 本発明の第２の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを説明するために示す回路図。 本発明の第３の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサを説明するために示す回路図。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサの変形例（１）について説明するために示す断面図と回路図。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサの変形例（２）について説明するために示す断面図と回路図。 従来の磁歪式トルクセンサを説明するために模式化して示す正面図。 従来の磁歪式トルクセンサの動作原理を説明するために模式化して示す側面図。 従来の磁歪式トルクセンサを説明するために示す回路図。

符号の説明

１，５０，６０，７１，８１…磁歪式トルクセンサ、２…回転軸、３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ…コイル、５…凹溝、５１…検出基板、５２…コネクタ、５３…固定用ヒンジ、５３ａ…固定用孔、５４…耐熱・耐振カバー、６１…位置固定用補強ユニット、７２…電源制御装置、８２…直流電圧計測回路、１００，２００…半円筒フェライト磁心、３００…ブリッジ回路、４００，５００…電流源、４００Ａ，５００Ａ…直流電源、４００Ｂ，５００Ｂ…交流電源、５０１…コンデンサ、６００…ロックインアンプ、７００…電圧比較判定回路、Ｍ…磁心、Ｏ…中心軸線

Claims (11)

1. 磁歪特性を有し、中心軸線の回りに回転する回転軸と、
   前記回転軸の外周部に所定の間隔をもって配置され、前記回転軸に加わるトルクを検出するための検出コイルを内周面に有する磁心とを備えた磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記検出コイルは、前記中心軸線に対して＋４５°傾斜する第１コイルと、前記中心軸線に対して−４５°傾斜する第２コイルとを有し、
   前記第１コイル及び前記第２コイルの入力端には、交流電圧を発生させる交流電源及び直流電圧を発生させる直流電源を有する電流源が接続されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
2. 前記磁心は、前記中心軸線を含む仮想面で分割されることにより形成された少なくとも１対の磁心エレメントからなり、
   前記検出コイルは、前記少なくとも１対の磁心エレメントにそれぞれ対応する少なくとも１対の検出コイルからなり、
   前記１対の磁心エレメントのうち一方側の磁心エレメントと前記１対の検出コイルのうち一方側の検出コイルとを組み合わせるとともに、他方側の磁心エレメントと他方側の検出コイルとを組み合わせて少なくとも１対の検出ユニットが形成されている請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。
3. 前記直流電源から出力される直流電圧は、前記回転軸の材質特性を示す磁化曲線において最大透磁率の領域を含む所定の変化範囲内に動作点をもつような大きさに設定されている請求項１又は２に記載の磁歪式トルクセンサ。
4. 前記磁心の内周面には１対の前記第１コイル及び１対の前記第２コイルが装着され、
   前記１対の第１コイル及び前記１対の第２コイルの各対の一方側コイルの出力側端を第１出力端子とするとともに、各対の他方側コイルの出力側端を第２出力端子とするブリッジ回路と、
   前記ブリッジ回路の両出力端子からそれぞれ出力される信号の電圧を比較判定する電圧比較判定回路とを備えた請求項１〜３のいずれかに記載の磁歪式トルクセンサ。
5. 前記トルクに応じて前記直流電源の直流電流を変化させる電流制御装置を備えた請求項１〜４のいずれかに記載の磁歪式トルクセンサ。
6. 前記検出コイルに印加される直流電圧を計測する直流電圧計測回路を備えた請求項１〜５のいずれかに記載の磁歪式トルクセンサ。
7. 前記１対の第１コイルのうち一方側の第１コイル及び前記１対の第２コイルのうち他方側の第２コイルの入力側端には正の直流電圧が印加され、他方側の第１コイル及び一方側の第２コイルの入力側端には負の直流電圧が印加される請求項４〜６のいずれかに記載の磁歪式トルクセンサ。
8. 前記１対の第１コイルのうち他方側の第１コイル及び前記１対の第２コイルのうち一方側の第２コイルの入力側端は接地されている請求項４〜６に記載の磁歪式トルクセンサ。
9. 前記磁心は円筒体によって形成されている請求項１〜８のいずれかに記載の磁歪式トルクセンサ。
10. 前記磁心と前記検出コイルとを組み合わせて検出ユニットが形成され、
    前記検出ユニットには位置固定用補強ユニットが連結されている請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。
11. 前記磁心は半円筒体によって形成されている請求項１０記載の磁歪式トルクセンサ。

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