JP2008203166A - トルクセンサ及びトルク検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】出力の零点変動を発生せず、高感度でトルクの向き及び大きさを非接触で検出することのできるトルクセンサを得る。
【解決手段】このトルクセンサ１０は、回転軸９０に印加されるトルクを検出する。ここでは同一形状の磁気コアが回転軸の周方向に４個ずつ２箇所にわたって設置される。この磁気コア３０は、バックヨーク部３１、２本の脚状ヨーク部３２からなる。励磁用内周コイル７１は、回転軸９０の軸方向から見て各バックヨーク部３１、４１、５１の内側を通るように、回転軸９０の外周方向に巻回される。励磁用外周コイル７２は、回転軸９０の外周方向に巻回される。検出用内周コイル８１は、励磁用内周コイル７１と平行して巻回される。検出用外周コイル８２は励磁用外周コイル７２と平行して巻回される
【選択図】図１

Description

本発明は、磁歪特性を利用して回転軸の軸トルクを非接触で検出するトルクセンサ及びトルク検出方法に関する。

自動車のパワーステアリング機構やエンジン制御機構、動力伝達機構などでは軸トルクを正確に検出する手段が古くから望まれている。この検出精度を高めることにより、精密制御や効率向上が可能となるため、これまでに様々な手法が提案されてきた。なかでも回転軸の磁歪特性を利用して非接触で軸トルクを検出する手法は、過負荷耐量も大きいことから、トーションバーのねじれ量からトルク検出を行なう従来手法に代わる方式として注目されている。

この方式のトルクセンサとして、各種のものが提案されているが、いずれも、回転軸の軸方向に対して＋４５°と−４５°の方向でのトルクによる透磁率の変動を検出コイルによって検出している。例えば特許文献１には、図３７（ａ）に示す様に、トルクを検出すべき回転軸５０２に、その軸方向に対して傾斜角を有する磁性膜５０３を固着させて、回転軸外周のソレノイドコイル５０４で励磁・検出を行なう手法が記載されている。ところが、この方式は回転軸へ追加工を施す必要があるため、磁性膜５０３の剥離など信頼性を損なうおそれがある。さらに、軸の専用化や大径化が必須となるため、装着性が悪いという問題もある。

このため、回転軸に全く加工を施さずに同様の機能を有するトルクセンサが提案された。例えば、特許文献２では、図３７（ｂ）に示す様に、回転軸５０２の外周にＵ字形鉄心（磁気コア）を設ける構造が記載されている。この構成においては、励磁用（５０５、５０７）と検出用（５０６、５０８）の二つの磁気コアをそれぞれ回転軸５０２の軸方向に±４５°の角度で回転軸に近接して装着する。励磁用磁気コア及び検出用磁気コアにはそれぞれコイルが巻装され、励磁用磁気コアと検出用磁気コアとの間のインダクタンスの変動を検出する。このインダクタンスの変動がトルクによる回転軸の透磁率の変化によってもたらされれば、これによりトルクを検出することができる。従って、回転軸が磁歪特性を有する材料で構成されていれば、これに対する加工は一切行わずに、特許文献１と同様にトルク検出を行なうことができる。

また、特許文献３では、図３７（ｃ）に示すように、４本足の磁気コア５１０を用い、この４本を８の字形状に巻装し、互いに直交するパターンの２種類のコイル（５１１（５１１ａ、５１１ｂ）、５１２（５１２ａ、５１２ｂ））を用いて、単一のコアで励磁と検出を行うトルクセンサが記載されている。この方式では、単一の磁気コア５１０を用いて非接触でトルクを検出することができた。

特開平１−９４２３０号公報 特開平４−３１７２６号公報 特開平７−１９０８６６号公報

しかしながら、回転軸に加工を施さない方式のトルクセンサにおいては、インダクタンスを検出するためのコイルに起因して、出力の零点変動が生じた。

例えば、特許文献２、特許文献３に記載のトルクセンサにおいては、磁気コアの足に励磁用コイルと検出用コイルを巻装している。こうした場合にはこれらのコイルは各磁気コアで独立したものとなり、これにより発生する磁場は複数の磁気コア間でばらつきをもつ。一方、トルクセンサの高感度化のためには同時に複数の磁気コアを用いて、各々によって測定されたインダクタンスの変化の平均値を用いることが有効であるが、こうした場合、各磁気コアに関わる磁場にばらつきがあると、回転軸が回転したときに、出力の零点変動が生じ、応力を高感度に測定することが困難となった。

このためには、各磁気コアにおいて発生する磁場にばらつきがないように励磁用コイルや検出用コイルを調整する必要があるが、足に巻回したコイルを完全に同一とすることは困難な作業である。

また、同様に回転軸における材質の不均質によっても磁場のばらつきが発生し、トルク検出の感度を損ねる要因となった。特にこれにより、トルクの向きや大きさの検出を高感度で行うことは困難となった。

従って、出力の零点変動を発生せず、高感度でトルクの向き及び大きさを非接触で検出することのできるトルクセンサを得ることは困難であった。

本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、回転軸に加わるトルクを非接触で検出する非接触型のトルクセンサであって、前記回転軸にその底面が近接して設置される２本の脚状ヨーク部と、該２本の脚状ヨーク部に接続されたバックヨーク部とを有する磁気コアを前記回転軸の周囲に複数個具備し、前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する励磁用内周コイルと、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回する励磁用外周コイルと、前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用内周コイルと、を具備することを特徴とするトルクセンサに存する。
請求項２記載の発明の要旨は、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用外周コイルを更に具備し、前記検出用内周コイルからの出力電圧と前記検出用外周コイルからの出力電圧との差分よりトルクを検出することを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサに存する。
請求項３記載の発明の要旨は、回転軸に加わるトルクを非接触で検出する非接触型のトルクセンサであって、前記回転軸にその底面が近接して設置される２本の脚状ヨーク部と、該２本の脚状ヨーク部に接続されたバックヨーク部とを有する磁気コアを前記回転軸の周囲に複数個具備し、前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する励磁用内周コイルと、前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用内周コイルと、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用外周コイルと、を具備することを特徴とするトルクセンサに存する。
請求項４記載の発明の要旨は、前記検出用内周コイルからの出力電圧と前記検出用外周コイルからの出力電圧との差分よりトルクを検出することを特徴とする請求項３に記載のトルクセンサに存する。
請求項５記載の発明の要旨は、前記磁気コアにおけるバックヨーク部に、該バックヨーク部内に磁場を発生させる永久磁石が設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトルクセンサに存する。
請求項６記載の発明の要旨は、前記磁気コアにおける脚状ヨーク部に、バイアス印加用コイルが巻回されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のトルクセンサに存する。
請求項７記載の発明の要旨は、前記磁気コアにおける前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回するバイアス用内周コイルを具備することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のトルクセンサに存する。
請求項８記載の発明の要旨は、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回するバイアス用外周コイルを具備することを特徴とする請求項７に記載のトルクセンサに存する。
請求項９記載の発明の要旨は、前記回転軸に、バイアス印加用コイルが巻回されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のトルクセンサに存する。
請求項１０記載の発明の要旨は、前記回転軸に直流バイアス磁場を印加するバイアスヨーク部を更に具備することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のトルクセンサに存する。
請求項１１記載の発明の要旨は、前記バイアスヨーク部は、永久磁石と、該永久磁石における両磁極側にそれぞれ接合された２本のヨーク部を具備し、前記２本のヨーク部の底面が前記回転軸に近接されて設置されることを特徴とする請求項１０に記載のトルクセンサに存する。
請求項１２記載の発明の要旨は、前記バイアスヨーク部は、着磁方向が互いに逆の永久磁石を２個具備し、前記回転軸における２箇所の領域に互いに逆向きの直流バイアス磁場を印加することを特徴とする請求項１１に記載のトルクセンサに存する。
請求項１３記載の発明の要旨は、前記バイアスヨーク部は、一方の磁極側が前記回転軸に近接して設置された永久磁石と、該永久磁石の他方の磁極側に一端が接合され、他端が２本に分岐した形状のヨーク部とを具備し、前記両他端の底面が前記回転軸に近接されて設置されることを特徴とする請求項１１に記載のトルクセンサに存する。
請求項１４記載の発明の要旨は、前記バイアスヨーク部は、前記回転軸の周方向において、前記磁気コア間に設置されることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のトルクセンサに存する。
請求項１５記載の発明の要旨は、前記バイアスヨーク部に巻回されるバイアス印加用コイルを具備することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載のトルクセンサに存する。
請求項１６記載の発明の要旨は、前記回転軸の軸方向から見て前記永久磁石の内側で前記回転軸の周囲を巻回するバイアス用内周コイルを具備することを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載のトルクセンサに存する。
請求項１７記載の発明の要旨は、前記回転軸の軸方向から見て前記永久磁石の外側で前記回転軸の周囲を巻回するバイアス用外周周コイルを具備することを特徴とする請求項１６に記載のトルクセンサに存する。
請求項１８記載の発明の要旨は、前記バイアスヨーク部は、径方向と垂直な方向に両磁極を有する環状の永久磁石と、該永久磁石における両磁極側にそれぞれ接合され、各々が前記永久磁石と反対側に円形の底面を具備する２個の円筒形状のヨーク部とから構成され、前記２個のヨーク部における円形の底面の略中心に前記回転軸が貫通する開口部が設けられ、該開口部の内周面が前記回転軸に近接して設置されることを特徴とする請求項１０に記載のトルクセンサに存する。
請求項１９記載の発明の要旨は、前記バイアスヨーク部は、径方向に両磁極を有し、内周面が前記回転軸に近接されて設置される環状の永久磁石と、円形の２個の底面を具備する円筒形状であり、その内周面が前記永久磁石の外周面と接合されたヨーク部とから構成され、前記２個の底面の略中心に前記回転軸が貫通する開口部が設けられ、該開口部の内周面が前記回転軸に近接して設置されることを特徴とする請求項１０に記載のトルクセンサに存する。
請求項２０記載の発明の要旨は、前記回転軸の軸方向から見て前記ヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回するバイアス用内周コイルを具備することを特徴とする請求項１８または１９に記載のトルクセンサに存する。
請求項２１記載の発明の要旨は、前記回転軸の軸方向から見て前記ヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回するバイアス用外周コイルを具備することを特徴とする請求項２０に記載のトルクセンサに存する。
請求項２２記載の発明の要旨は、回転軸に加わるトルクを非接触で検出するトルク検出方法であって、前記回転軸にその底面が近接して設置される２本の脚状ヨーク部と、該２本の脚状ヨーク部に接続されたバックヨーク部を有する磁気コアを前記回転軸の周囲に複数個設け、前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する励磁用内周コイルと、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回する励磁用外周コイルと、前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用内周コイルと、を設け、前記励磁用内周コイルと前記励磁用外周コイルに逆向きの電流を流し、前記検出用内周コイルからの出力電圧よりトルクの向き及び大きさを算出することを特徴とするトルク検出方法に存する。
請求項２３記載の発明の要旨は、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用外周コイルを更に設け、前記検出用内周コイルからの出力電圧と前記検出用外周コイルからの出力電圧との差分よりトルクの向き及び大きさを算出することを特徴とする請求項２２に記載のトルク検出方法に存する。
請求項２４記載の発明の要旨は、前記複数の磁気コアにおいて、前記２本の脚状ヨークの前記底面の中心を結ぶ線と前記回転軸の中心軸との角度が略＋４５°となるべく前記磁気コアが設置された第１の検出部からの出力電圧と、前記角度が略−４５°となるべく前記磁気コアが設置された第２の検出部からの出力電圧との差分よりトルクの向き及び大きさを算出することを特徴とする請求項２３に記載のトルク検出方法に存する。
請求項２５記載の発明の要旨は、回転軸に加わるトルクを非接触で検出するトルク検出方法であって、前記回転軸にその底面が近接して設置される２本の脚状ヨーク部と、該２本の脚状ヨーク部に接続されたバックヨーク部を有する磁気コアを前記回転軸の周囲に複数個設け、前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する励磁用内周コイルと、前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用内周コイルと、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用外周コイルと、を設け、前記検出用内周コイルからの出力電圧よりトルクの向き及び大きさを算出することを特徴とするトルク検出方法に存する。
請求項２６記載の発明の要旨は、前記複数の磁気コアにおいて、前記２本の脚状ヨークの前記底面の中心を結ぶ線と前記回転軸の中心軸との角度が略＋４５°となるべく前記磁気コアが設置された第１の検出部からの出力電圧と、前記角度が略−４５°となるべく前記磁気コアが設置された第２の検出部からの出力電圧との差分よりトルクの向き及び大きさを算出することを特徴とする請求項２５に記載のトルク検出方法に存する。
請求項２７記載の発明の要旨は、前記回転軸に直流バイアス磁場を印加することを特徴とする請求項２２乃至２６に記載のトルク検出方法に存する。

本発明は以上のように構成されているので、出力の零点変動を発生せず、高感度でトルクの向き及び大きさを検出する非接触型のトルクセンサを得ることができる。

このトルクセンサにおいては、励磁用コイルにより磁気コアに磁場が誘起され、磁気コア内に磁束が流れ、磁路の一部が回転軸に含まれる。このため、回転軸に加わったトルクによって回転軸に応力が発生し、その透磁率が変動すると、これによって励磁用コイルと検出用コイルとの間のインダクタンスが変動する。これにより、インダクタンスの変動から応力を検出し、トルクの向きと大きさを算出する。このトルクセンサにおいては、特にこの磁場を誘起する方法とインダクタンスを検出する方法に特徴を有する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態となるトルクセンサ１０の構造を示す正面図が図１であり、側面図が図２である。図１は、回転軸の軸方向に垂直な向きからみた正面図であり、図２は図１における回転軸の軸方向から見た正面図（一部の部品については断面図）である。なお、一部の部品については図１では省略している。この例においては、このトルクセンサ１０は、回転軸９０に印加されるトルクを検出する。ここでは同一形状の磁気コアが回転軸の周方向に４個ずつ２箇所にわたって設置される。ここで、図中左側の第１測定ユニット（第１の検出部）２０が回転軸の軸方法から＋４５°方向における透磁率変化を測定し、図中右側の第２測定ユニット（第２の検出部）１２０が−４５°方向（第１測定ユニットとは直角の方向）における透磁率変化を測定する。この２方向の透磁率変化を測定することにより、この回転軸に印加されたトルクの向き及び大きさを検出することができる。このため、このトルクセンサ１０においては、磁気コアと回転軸の一部を含む磁路が形成され、トルクによる磁歪効果によって生じた回転軸における透磁率の変化を、この磁路におけるインダクタンスの変化として検出する。このため、回転軸９０は磁歪材料である、例えばクロムモリブデン鋼で形成される。

ここで用いられる第１測定ユニット２０における磁気コア３０、４０、５０、６０は同一形状であり、その斜視図を図３に示す。なお、磁気コア６０は、回転軸９０を挟んで磁気コア４０の反対側に位置されるため、図１では記載されていない。この磁気コア３０は、バックヨーク部３１、２本の脚状ヨーク部３２からなる。脚状ヨーク部３２の底面（図３中では上側）３３は、第１の面３３ａ、第２の面３３ｂとからなる。第１の面３３ａは平面であり、第２の面３３ｂは第１の面３３ｂから傾斜しており、その傾斜角は図１に示されるように、回転軸９０の外周形状（円筒形）に対応している。すなわち、図２に示されるように、第２の面３３ｂは円筒形状の曲面であり、回転軸９０の半径と回転軸９０との間隔ｇとの和に等しい曲率半径をもつ。

また、設置された状態で、磁気コア３０における２本の脚状ヨーク部３２の底面３３の中心同士を結ぶ線と、回転軸９０の軸方向とのなす角度は４５°となる。回転軸９０中ではこの底面同士を結ぶ方向に磁場が誘起されるため、この方向での透磁率変化がこの磁気コア３０に関連して検出されることになる。磁気コア４０、５０、６０についても同様である。

磁気コア３０等は磁性体で構成されるため、この近傍にコイルが設置され、コイルに電流が流されると、磁場が誘起され、その内部に磁束３００が発生する。その磁路の形状は、磁気コアの形状とコイルの配置で決まる。

この磁場を誘起するために、この第１測定ユニット２０においては、励磁用のコイルとして、励磁用内周コイル７１、励磁用外周コイル７２が用いられる。励磁用内周コイル７１は、回転軸９０の軸方向から見て各バックヨーク部３１、４１、５１、６１の内側を通るように、回転軸９０の外周方向に巻回される。励磁用外周コイル７２は、回転軸９０の軸方向から見て各バックヨーク部３１、４１、５１、６１の外側を通るように、回転軸９０の外周方向に巻回される。なお、励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２に流れる電流は互いに逆方向となっている。

同様に、この第１測定ユニット２０においては、インダクタンス検出用のコイルとして、検出用内周コイル８１、検出用外周コイル８２が用いられる。検出用内周コイル８１は、回転軸９０の軸方向から見て各バックヨーク部３１、４１、５１、６１の内側を通るように、励磁用内周コイル７１と平行して巻回される。検出用外周コイル８２は、回転軸９０の軸方向から見て各バックヨーク部３１、４１、５１、６１の外側に、励磁用外周コイル７２と平行して巻回される。なお、これらのコイルは、例えばボビンに巻回させた形態として、これらのコイルが巻回されたボビンを組み込む形で図１、２の形態を実現してもよい、この場合には、励磁用内周コイル７１と検出用内周コイル８１とが巻回されたボビンと、励磁用外周コイル７２と検出用外周コイル８２とが巻回されたボビンの２種類が用いられる。また、励磁用コイルと検出用コイルを分離して４種類のボビンを用い、これらを組み込んでもよい。また、図１、図２においては簡略化のためにこれらの各コイルの巻き数は１回となっているが、実際には多数回巻きの螺旋状とすることが好ましい。検出用内周コイル８１、検出用外周コイル８２と励磁用内周コイル７１、励磁用外周コイル７２との間の相互インダクタンスが測定される。換言すれば、検出用内周コイル８１、検出用外周コイル８２はこれらを鎖交する磁束を検出する。

さらに、図２に示すように、第１測定ユニット２０全体は、ハウジング９１（図１では省略）内に収容されており、このハウジング９１の内周面９２が第２の面３３ｂ、４３ｂ、５３ｂ、６３ｂと一致すべく固定されている。このため、磁気コア３０等、励磁用内周コイル７１等はハウジング９１内でモールド材（図示せず）を用いて固定される。

ハウジング９１は、各コイル、各磁気コアによって形成される磁気回路に影響を与えることがないように、非磁性材料で形成されることが好ましい。この材料としては、例えば耐熱性樹脂材料や、アルミニウム系合金、銅系合金を用いることができる。

ハウジング９１には導出部９３が設けられ、この中に外部回路９４が設けられる。外部回路９４には、励磁用内周コイル７１及び励磁用外周コイル７２と、検出用内周コイル８１及び検出用外周コイル８２が接続される。これにより、励磁用内周コイル７１及び励磁用外周コイル７２に励磁用の電流が供給されると共に、検出用内周コイル８１及び検出用外周コイル８２からの出力信号が得られる。

また、第１測定ユニット２０全体は、ハウジング９１の周囲３箇所に設けられた固定用ボルト穴９５に固定用ボルト（図示せず）を貫通させ、外部の固定箇所（図示せず）にネジ止めすることによって固定される。

この第１測定ユニット２０においては、回転軸９０の軸方法と４５°の角度における透磁率の変化を検出する。これにより、この方向での応力の方向（引張応力または圧縮応力）とその大きさを算出することが可能である。

一方、第２測定ユニット１２０も第１測定ユニット２０と同様の構造を有する。すなわち、ハウジングの内部に図１における磁気コア３０と同様の形状の磁気コア１３０、１４０、１５０、１６０を有する。これらは、それぞれバックヨーク部１３１、１４１、１５１、１６１と、２本ずつの脚状ヨーク部１３２、１４２、１５２、１６２と、底面１３３、１４３、１５３、１６３から構成される。それぞれの底面は、第１の面１３３ａ、１４３ａ、１５３ａ、１６３ａと、第２の面１３３ｂ、１４３ｂ、１５３ｂ、１６３ｂとからなる。また、第１測定ユニット２０と同様に、励磁用内周コイル１７１、励磁用外周コイル１７２、検出用内周コイル１８１、検出用外周コイル１８２を有する。

第２測定ユニット１２０において用いられる磁気コア１３０における２本の脚状ヨーク部１３２の中心同士（底面１３３の中心同士）を結ぶ線は回転軸の軸方法と４５°の角度をなすが、前記の第１測定ユニット２０における磁気コア３０における角度とは９０°異なっている。すなわち、第１測定ユニット２０における磁気コア３０により回転軸２０の軸方法に対して＋４５°の方向の応力が検出されるのに対し、第２測定ユニット１２０における磁気コア１３０により−４５°の方向の応力が検出される。磁気コア１４０、１５０、１６０についても同様である。すなわち、この構成の磁気コアを用いることにより、第２測定ユニット１２０によって−４５°の方向の応力が検出される。

このトルクセンサ１０において用いられる磁気コア３０、４０、５０、６０、１３０、１４０、１５０、１６０における脚状ヨーク部がいずれも２本ずつであり、かつこの２本ずつを結ぶ線と回転軸９０の軸方向とのなす角度は＋４５°または−４５°となっている。ここで用いられる励磁用、検出用のコイルは、いずれも回転軸９０の円周方向に巻回された形態となっている。２本の脚状ヨーク部の位置関係が上記の通りとなっているため、全ての磁気コアの箇所でコイルが２本の脚状ヨークの隙間をこの形態で巻回することが特に容易となっている。従って、この形態において、各コイルの巻き数を充分に多くとることができる。これにより、励磁用コイルと検出用コイルとの間のインダクタンスの変動を敏感に検出することができる。

このトルクセンサ１０（第１測定ユニット２０）においては、上記の形態の励磁用内周コイル７１及び励磁用外周コイル７２が用いられる。これらによって誘起される磁場は、励磁用内周コイル７１によって誘起された磁場と、励磁用外周コイル７２によって誘起された磁場との重ね合わせになる。以下に、これらの磁場につき説明する。

図４は、励磁用内周コイル７１のみがある場合に、磁気コア３０、５０に誘起される磁束の形状、方向を示した概略図である。励磁用内周コイル７１に図４に示す方向に電流が流れると、これを囲んで、電流の流れる方向に対して右ネジの方向に磁場が誘起され、磁気コア中に磁束が発生する（磁場の状態は複数の磁力線で示される。磁力線の束が磁束に相当するが、図面を見易くするため、主要な磁力腺を矢印で図示する。以下、この磁力線を“磁束”と称することにする。）。すなわち、磁気コア３０の外側（図４中上側）では図４中で反時計回りの方向に磁束３０１が誘起され、磁気コア３０の内部にも反時計回りの方向に磁束３０２が誘起される。磁気コア３０と回転軸９０とは近接しているため、磁束３０２による磁路は回転軸９０をその一部に含み、回転軸９０中にも磁場が誘起される。磁気コア３０の底面３３の中心同士を結ぶ線と回転軸９０の軸方向のなす角度は前記の通り＋４５°であるため、回転軸９０中におけるこの磁束が軸方向となす角度も同様に＋４５°となる。磁束３０１による磁路も回転軸９０をその一部に含むため、同様に回転軸９０中に磁場が誘起される。この磁場は磁気コア３０の形状とは無関係であるため、その方向は励磁用内周コイル７１と直交する方向、すなわち、回転軸９０の軸方向となる。

一方、回転軸の反対側にある磁気コア５０の外側（図４中下側）、及びその内部にはそれぞれ時計回りの方向に磁束５０１、５０２が誘起される。磁気コア５０の底面５３の中心同士を結ぶ線と回転軸９０の軸方向のなす角度とは共に＋４５°であるため、磁束５０２によって回転軸９０中に誘起された磁場による磁束が軸方向となす角度も同様に＋４５°となる。また、磁束５０１によって回転軸９０中に誘起された磁場による磁束の方向は、前記と同様に回転軸９０の軸方向と一致する。なお、図４においては、磁気コア４０、６０は記載されていないが、これらによって誘起される磁場についても同様である。

一方、図５（ａ）は、励磁用外周コイル７２のみがある場合に、磁気コア３０、５０に誘起される磁束の形状、方向を示した概略図である。励磁用内周コイル７２に図５に示す方向に電流が流れると、これを囲んで、電流の流れる方向に対して右ネジの方向に磁場が誘起される。このため、磁気コア３０の外部では図４中で時計回りの方向に磁束３０３が誘起される。磁束３０３の形状は前記の磁束３０１と同様であるが、電流の向きが逆であるために、その方向が逆向きである。従って、これによって回転軸９０中に誘起される磁場による磁束の方向は回転軸９０の軸方向であり、かつ磁束３０１と逆向きとなる。一方、磁気コア３０の内部では透磁率が特に高くなっており、特に磁路を形成しやすいために、その内部での磁束の方向は３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅのような形状となる。結局、その、磁気コア３０中における磁束の方向は図５（ｂ）における３０４に示すように、反時計回りの方向となる。

励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２の両方が設けられた場合に得られる磁束は、以上の磁束を重ね合わせたものとなる。この場合、磁気コア３０の外側の磁束は図４中の３０１と図５（ｂ）中の３０３との和となるが、これらは形状が同様で互いに逆方向であるため、結局、これらによる磁束（或いは磁束に対応する磁場）は打ち消し合い、弱くなる。これにより、磁束３０１、３０３に対応する回転軸９０中の磁場も弱くなる。

これに対して、磁気コア３０中の磁束は、図４中の３０２と図５（ｂ）中の３０４との和となるが、これらは同方向であるため、得られる磁場の強さは大きくなる。

このトルクセンサ１０においては、回転軸９０（クロムモリブデン鋼）の磁歪特性を利用して＋４５°方向と−４５°方向の応力を検出する。例えば、図６に示すように、回転軸９０に図中矢印で示す方向にトルク（大きさＴ）が印加された場合には、＋４５°の方向には引張応力（σ＋）が、−４５°の方向には圧縮応力（σ＋）が働く。従って、この両方向における透磁率の変化から、この両方向における応力を検出することによって、印加されたトルクの向き及びその大きさを検出することができる。

ここで、この磁歪特性の例を図７（ａ）に示す。図７（ａ）は、クロムモリブデン鋼に代表される、正の磁歪係数をもつ材料における印加磁場の強さＨと磁束密度Ｂとの関係の応力依存性を示す。透磁率はＢ／Ｈ、すなわち、このグラフの傾きに対応する。図７（ａ）中、Ａは応力が零の場合の特性、Ｂは圧縮応力の場合の特性、Ｃは引張応力の場合の特性である。ここで、圧縮応力の場合には磁束密度または透磁率が減少し、引張応力の場合には、磁束密度または透磁率は増大する。ただし、この場合の透磁率μと応力との関係においては、図７（ｂ）に示すように、その変化率は圧縮側の方が引張側よりも大きいという特徴がある。なお、図７（ｂ）では、圧縮側を負側、引張側を正側と定義している。

ここで、励磁用内周コイル７１によって発生した磁束３０１による磁路におけるトルクの影響と、磁束３０２による磁路におけるトルクの影響を説明する。

磁束３０１を含む磁路は、図４に示すように、磁気コア３０の外側に大きく形成される。また、この磁路は回転軸９０中においては、その軸方向に長く形成され、かつその磁束の方向は、前記の通りその軸方向と一致する。また、磁束３０２が及ぶ断面積は磁気コア３０の底面３３で限定されるのに対し、磁束３０１はこれに限定されないため、磁束３０１が回転軸９０中を流れる場合、磁束が及ぶ断面積は大きい。従って、この磁路において検出される透磁率は、トルクを横軸、透磁率を縦軸とした場合に、図８中のＤ（破線）のような特性となる。すなわち、この場合には、印加されたトルクによって圧縮応力が発生した部分と引張応力が発生した部分との平均的な特性が現れる。ここで、前記の通り圧縮応力の場合の透磁率の変化率が大きいため、圧縮応力の場合の特性が支配的となる。従って、この場合、トルクの正負側でほぼ同等の減少率をもつ、ほぼ圧縮側の特性をもつ対称な特性となる。

一方、磁束３０２を含む磁路は、磁気コア３０内部と、その底面３３間の回転軸９０中に形成され、その方向は前記の通り軸方向と＋４５°の方向となる。この方向では、前記の通り、トルクの向きによってその応力は異なる。この場合には、この透磁率の変化は、前記の磁歪特性（図７（ｂ））を直接反映したものとなり、図８中のＥ（実線）の特性となる。この特性はトルクの正負で非対称である。

ここで直接観測することができるのは、透磁率ではなく、検出用内周コイル８１を鎖交する磁束（あるいはインダクタンス）であり、これは磁束３０１、３０２によって回転軸９０中に流れる磁束の和となる。ここで、磁束３０１、３０２の及ぶ範囲（断面積）が大きいほど、これによる磁束は大きくなり、検出用内周コイル８１ではこの影響が大きく検出される。前記の通り、磁束３０１の及ぶ断面積は磁束３０２の及ぶ断面積よりも大きい。このため、横軸をトルクとし、縦軸を磁束としたときには、磁束３０１、磁束３０２は、各々図８中のＤ、Ｅの特性を反映して、磁束３０１は図９中でＦの特性、磁束３０２は図９中でのＧの特性となる。すなわち、磁束３０１の磁束量は磁束３０２の磁束量と比べてその絶対値が大きい。実際に検出用内周コイル８１で検出される磁束はこれらの和であり、図１０に示す特性となる。これはほぼ図９中のＦの特性に等しい。この特性は正負でほぼ対称的であるため、トルクの向きを検出することは困難である。

ところが、このトルクセンサ１０（第１測定ユニット２０）においては、励磁用外周コイル７２も設けられている。前記の通り、励磁用外周コイル７２によって、同様の形状の磁束３０３と磁束３０４が形成されるため、検出用内周コイル８１を鎖交する磁束は、磁束３０１、３０２、３０３、３０４によって回転軸９０中に流れる磁束の和となる。ここで、磁束３０３は前記の磁束３０１と同様の形状であり、かつ逆向きである。このため、磁束３０１と磁束３０３は相殺され、その影響は小さくなる。一方、磁束３０４は磁気コア３０中では前記の磁束３０２と同一方向であるため、これらは相殺されない。従って、励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２とが用いられ、かつこれらに逆向きに電流が流された場合には、磁気コア３０に近接した回転軸９０中の磁束とトルクとの関係は、図１１の通りの結果となる。この特性は図９中の特性Ｇの特性とほぼ等しく、正負で非対称な特性である。この磁束は検出用内周コイル８１を鎖交するため、これらによってこの磁束の変化がインダクタンスの変化として検出される。これにより、この回転軸９０に印加されたトルクの向き及び大きさを検出することが可能となる。

なお、検出用外周コイル８２を鎖交する磁束は、図１中で回転軸９０中に誘起された磁束と磁気コア３０中を通過する磁束との総和になるが、これらは鎖交面においては互いに逆向きとなる。従って、その総和はほぼ零となる。一方、例えば磁束３０１と３０３とが完全に打ち消し合わない場合や、図１に示されない他の磁気的な要因、例えばトルクセンサとは無関係な磁束源等があった場合には、これによる磁束が検出用外周コイル８２を鎖交するため、実際には鎖交する磁束は零とはならない場合が多い。一方、この場合にはこの磁束は検出用内周コイル８１も鎖交するため、トルクを検出するに際してはこの磁束はノイズ成分となる。この場合、検出用内周コイル８１からの出力と検出用外周コイル８２から出力との差分をとることによって、トルク検出に無関係なこれらのノイズ成分を除去することができる。

以上は磁気コア３０に関連して発生する磁場についての説明であるが、磁気コア４０、５０、６０についても同様である。すなわち、これらの磁気コアに近接した回転軸９０中には軸方向と＋４５°の方向に磁束が誘起されることにより、この方向での透磁率の変化が測定され、これによってトルクの向き及び大きさを検出することが可能である。

図１２は、このトルクセンサ１０に用いられる駆動・検出用回路の一例である。この駆動・検出用回路９６においては、第１測定ユニット２０における励磁用内周コイル７１、励磁用外周コイル７２とが直列に接続され、直流電源９６１、交流バイアス９６２が接続されて駆動される。また、検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２とが直列に接続され、その出力Ｖ_Ｌ１が同期検波回路９６３を経由してオペアンプ９６４に入力する。なお、この場合の検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２の向きは、図１に示すように、互いに逆向きとなるべく接続する。ここで、９６５は＋４５°方向の測定用磁気コアと回転軸９０等を含むインダクタンス成分である。

同期検波回路９６３、オペアンプ９６４は外部回路９４内に組み込まれる。また、直流電源９６１、交流バイアス９６２は外部回路９４に組み込んでもよいが、外部からこれらに接続されていてもよい。

同様に、第２測定ユニット１２０における励磁用内周コイル１７１、励磁用外周コイル１７２とが直列に接続され、直流電源９６１、交流バイアス９６２が接続され、励磁用内周コイル７１及び励磁用外周コイル７２と直列に接続される。また、検出用内周コイル８１と検出用外周コイル８２とが直列に接続され、その出力Ｖ_Ｒ１が同期検波回路９６３を経由してオペアンプ９６４に入力し、前記のＶ_Ｌ１との差分がＶ_Ｏ１として出力される。ここで、９６６は−４５°方向の測定用磁気コアと回転軸９０等を含むインダクタンス成分である。

前記の通り、Ｖ_Ｌ１は検出用内周コイル８１からの出力と検出用外周コイル８２との差分となり、その特性は検出用内周コイル８１の出力から、トルク検出に無関係な磁束による出力を差し引いたものにほぼ等しい。その結果、トルクとＶ_Ｌ１との関係は、図１１の特性に対応して図１３中に示す特性となる。この特性からトルクの向き（正負）及び大きさを検出することができる。ただし、トルク変化に対する出力の変化率（このグラフにおける傾き）は負側で大きく、正側で小さい。従って、負側でトルクの絶対値を算出する場合と比べて、正側でトルクの絶対値を算出する場合にはその精度が悪くなる。

一方、Ｖ_Ｒ１は、第１測定ユニット２０とは直交した方向（−４５°）の応力を反映した特性となる。このため、Ｖ_Ｒ１は図１中に示すようにＶ_Ｌ１の正負を逆転した特性となる。

オペアンプ９６４の出力Ｖ_Ｏ１はＶ_Ｌ１とＶ_Ｒ１との差分となる。このため、図１３に示すように、Ｖ_Ｏ１は負側でも正側でも大きな変化率を有しており、これを用いれば、更にトルクの向きの判別が容易で、かつトルクの絶対値も高精度で得ることができる。

また、図１４に示す駆動・検出用回路９７を用いても同様の出力を得ることができる。前記の駆動・検出用回路９６との違いは、励磁用内周コイル７１、１７１、励磁用外周コイル７２、１７２の接続方法である。この場合は、直流電源９６１及び交流バイアス９６２が励磁用内周コイル７１、１７１と励磁用外周コイル８１、１８１とに並列に接続されている。この場合は、直流電源９６１、交流バイアス９６２の特性が同一であれば、前記の駆動・検出用回路９６におけるＶ_Ｏ１と比べて約２倍の値となるＶ_Ｏ２を得ることができる。従って、更に高精度にトルクの向き及び絶対値を得ることができる。

以上のトルクセンサ１０においては、磁気コア３０、４０、５０、６０には共通の励磁用内周コイル７１、励磁用外周コイル７２によって磁場が誘起され、検出用内周コイル８１、検出用外周コイル８２によって検出されるインダクタンスは、これらの磁気コアによって得られたものの平均値となる。また、ノイズ成分となる磁束の影響を除去することもできる。従って、回転軸９０中の材質に不均一があっても、零点変動を生じることはなく、高感度のトルクセンサが得られる。

このトルクセンサ１０を製造するに際しては、各磁気コア、各コイル、外部回路９４等を金型内に配置し、耐熱性樹脂材料で一体にモールド成型する。この際、固定用の仕切り板を内側（回転軸９０と同じ側）に設け、成型後にこれを除去することにより、特に各磁気コアを精度良く固定することができる。この際には、ハウジング９１と同形状のカバーをハウジング９１に固定しておくことが好ましい。

なお、単一の測定ユニットで用いる同一形状の磁気コアの数は任意である。また、これを設置する間隔（角度）は上記の例では９０°であるが、これも任意であり、等間隔でなくともよい。

また、磁気コア３０、４０、５０、６０の脚状ヨーク部３２、４２、５２、６２の底面には回転軸９０の形状に対応した面３３ｂ、４３ｂ、５３ｂ、６３ｂを設けていたが、これに限られるものではない。回転軸９０にその底面を近接させ、回転軸９０中に磁場を誘起できる形状であれば、同様にこのトルクセンサを構成することができる。

更に、各脚状ヨーク部の底面の中心を結ぶ線は回転軸９０の軸方向に対して＋４５°、−４５°としたが、これに１０°程度の誤差があっても同様の効果が得られる。

また、前記の通り、検出用外周コイル８２を用いれば、トルク印加に起因するインダクタンスの検出に際してのノイズ成分となる磁束の影響を除去することができる。このノイズ成分が小さい場合には、検出用外周コイル８２を用いなくても、検出用内周コイル８１だけでトルクの向き及び大きさを高精度に検出することが可能である。

なお、上記の例では回転軸９０が正の磁歪係数をもつ場合について説明したが、負の磁歪係数をもつ場合にも、得られる出力の符号が逆転するだけであり、同様にトルクの向き及び大きさを検出することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態となるトルクセンサ２１０は、回転軸の周囲方向の磁気コアの数を３個としている。このトルクセンサ２１０の側面図が図１５である。この断面図は回転軸２９０の軸方向と垂直な方向における＋４５°方向の応力を測定するユニットのものであり、図２に対応する。この場合、回転軸９０の円周方向に１２０°の間隔で同一形状の３個の磁気コア（２３０、２４０、２５０）が設置される。また、励磁用内周コイル２７１、励磁用外周コイル２７２、検出用内周コイル２８１、検出用外周コイル２８２が形態１のトルクセンサ１０と同様にハウジング９１内に設置される。また、外部回路２９４はハウジング２９１の外部に設置される。なお、ここでは＋４５°方向の応力を検出する検出ユニットについてのみ記載されているが、−４５°方向についても同様である。

各磁気コアや各コイルの機能、駆動・検出用回路等については第１の形態のトルクセンサ１０と同様である。従って、このトルクセンサ２１０によっても同様にして回転軸２９０に加わるトルクを小さなばらつきで再現性良く高感度に検出できる。

このトルクセンサ２１０を製造する際には、モールドは行わず、ハウジング２９１内に保持部材を設けることによって各磁気コア、各コイルを固定する。このため、ハウジング２９１内に、磁気コア保持部材２９６、外周コイル保持部材２９７、内周コイル保持部材２９８を設けている。ハウジング２９１内に予めこれらの保持部材を設け、これらと各磁気コア、各コイルとを接着剤で固定することにより、このトルクセンサ２１０を製造することができる。保持部材を用いて各磁気コア、各コイルが固定されるため、高い量産性かつ高精度でこのトルクセンサ２１０を製造することができる。磁気コア保持部材２９６、外周コイル保持部材２９７、内周コイル保持部材２９８は、ハウジング２９１と同様に非磁性材料で構成されていることが好ましい。また、これらは例えばハウジング２９１内に接着剤で固定されていてもよいし、ハウジング２９１と一体成型されていてもよい。

（第３の実施の形態）
第３の形態となるトルクセンサ３１０を回転軸の軸方向から見た正面図が図１６である。この図は第１の形態のトルクセンサ１０における図１に対応する。ここで、第１測定ユニット３２０についてのみ記載しており、第２測定ユニットは透磁率検出の向きが９０°異なる（−４５°方向）以外は第１測定ユニットと同様であり、ハウジング等については第１の形態と同様であるため、省略する。この例においては、このトルクセンサ３１０は、回転軸３９０に印加されるトルクを検出する。磁気コア３３０、３４０（図示省略）、３５０、３６０（図示省略）の構造及び配置については、第１の形態における磁気コア３０、４０、５０、６０と同様である。回転軸３９０についても同様である。

このトルクセンサ３１０（第１測定ユニット３２０）においては、磁場を誘起するために、励磁用のコイルとして、励磁用内周コイル３７１のみが用いられており、励磁用外周コイルは用いられない。励磁用内周コイル３７１の構成は第１の形態となるトルクセンサ１０における励磁用内周コイル７１と同様である。

一方、この第１測定ユニット３２０においては、インダクタンス検出用のコイルとして、検出用内周コイル３８１、検出用外周コイル３８２が用いられる。検出用内周コイル３８１、検出用外周コイル３８２の構成は第１の形態となるトルクセンサ１０における検出用内周コイル８１、検出用外周コイル８２と同様である。すなわち、検出用内周コイル３８１、検出用外周コイル３８２により励磁用内周コイル３７１との間の相互インダクタンスが測定される。換言すれば、検出用内周コイル３８１、検出用外周コイル３８２はこれらを鎖交する磁束を検出する。

励磁用として用いられるのは、励磁用内周コイル３７１だけであるため、これによって磁気コア３３０に関連して誘起される磁束は図１６中の３３０１（磁気コア３３０の外側）、３３０２（磁気コア中）である。ここで、第１の実施の形態に係るトルクセンサ１０の場合と同様に、トルク検出に有効な磁束は３３０２である。

ここで、検出用内周コイル３８１を鎖交する磁束は、図１６中の３３０１と３３０２の両者である。これは検出用外周コイル３８２についても同様であるが、磁束３３０２については、回転軸３９０内（磁気コア３３０の下側）と磁気コア３３０中の２箇所で検出用外周コイル３８２を鎖交する。これらの２箇所における磁束の向きは逆向きであるため、相殺され、検出用外周コイル３８２にこれらの影響は表れない。すなわち、検出用外周コイル３８２を鎖交する磁束は実質的には３３０１だけとなる。

従って、検出用内周コイル３８１の出力電圧Ｖ３８１は磁束３３０１による出力電圧ＶＢ３３０１と磁束３３０２による出力電圧ＶＢ３３０２との和となり、検出用外周コイル３８２の出力電圧Ｖ３８２は磁束３３０１による出力電圧ＶＢ３３０１と等しくなる。従って、これらの差分を検出すると、Ｖ３８１−Ｖ３８２＝（ＶＢ３３０１＋ＶＢ３３０２）−（ＶＢ３３０１）＝ＶＢ３３０２となる。すなわち、差分をとることにより、第１の実施の形態に係るトルクセンサ１０の場合と同様に、トルク検出に有効な磁束３３０２のみを取り出すことができる。すなわち、これにより得られる出力は、図１１と同様の特性となる。従って、図１２、図１４に示す励磁・検出用回路（励磁用外周コイルを除く）を用いて同様にトルクの向き及び大きさを検出することが可能となる。また、ノイズ成分となる磁束がＶ３８１とＶ３８２との差分を取る際に除去される点についても第１の実施の形態に係るトルクセンサ１０の場合と同様である。従って、励磁用内周コイル３７１、検出用内周コイル３８１、及び検出用外周コイル３８２を用いてトルクを検出することができる。

比較のために、励磁用内周コイル３７１を設けず、励磁用外周コイル３７２と、検出用内周コイル３８１、検出用外周コイル３８２を設けた構造について図１７に示す。この場合、磁気コア３３０に関連して誘起される磁束は図１７中の３３０１ａ、３３０２ａ（磁気コア３３０の外側）、３３０２ｂ（磁気コア中）である。磁束３３０１ａは図１６（トルクセンサ３１０）の場合の磁束３３０１と同様であるが、磁束３３０２ａ、３３０２ｂは磁束３３０２と大きく異なる。すなわち、磁束３３０２ａは磁気コア３３０の下側の回転軸３９０中で、磁気コア３３０の左側の底面３３３から発し、左側から磁気コア３３０の上側を通り、右側の底面３３３に至っている。

このため、検出用内周コイル３８１を鎖交する磁束は３３０１ａだけとなる。一方、検出用外周コイル３８２を鎖交する磁束は３３０１ａと３３０２ｂとなる。このため、Ｖ３８１＝ＶＢ３３０１ａ、Ｖ３８２＝ＶＢ３３０１ａ＋ＶＢ３３０２ｂとなる。Ｖ３８１−Ｖ３８２＝−ＶＢ３３０２ｂとなる。ここでＶ３３０１ａは磁束３３０１ａによる出力電圧、Ｖ３３０２ｂは磁束３３０２ｂによる出力電圧である。この場合にも磁気コア３３０を貫通する磁束である３３０２ｂに関する出力のみが取り出される。しかしながら、図１７における磁束３３０２ｂの形状から明らかなように、この磁束は底面３３３から発してから直ちに上方に向かっている。このため、実質的には回転軸３９０はこの磁路に含まれない。従って、この磁束３３０２ｂを検出しても、回転軸３９０における透磁率変化の影響は現れない。従って、励磁用として、励磁用内周コイルを用いずに、励磁用外周コイルのみを用いる場合にはトルクの検出は困難である。

また、同様に比較のために、励磁用外周コイル及び検出用外周コイルを設けない構造について図１８に示す。この場合、磁気コア３３０に関連して誘起される磁束は図１８中の３３０１ｃ（磁気コア３３０の外側）、３３０２ｃ（磁気コア中）である。磁束３３０１ｃは図１６（トルクセンサ３１０）の場合の磁束３３０１と同様であり、磁束３３０２ｃも磁束３３０２と同様である。すなわち、これらはどちらも図１８中では反時計回りの形状となっている。

このため、唯一存在する検出用コイルである検出用内周コイル３８１を鎖交する磁束は３３０１ｃと３３０２ｃの和となる。すなわち、Ｖ３８１＝ＶＢ３３０１ｃ＋ＶＢ３３０２ｃとなる。この場合には磁気コア３３０を貫通する磁束である３３０２ｃに関する出力が含まれるが、トルク検出に不要である磁束３３０１ｃによる成分が除去できていない。従って、励磁用内周コイルと検出用内周コイルとの組み合わせだけではトルクの検出は困難である。

第１の実施の形態に係るトルクセンサ１０の場合と異なり、図１６のトルクセンサ３１０においては、トルク検出に不要な磁束３３０１を実際に相殺させているのではなく、Ｖ３８１とＶ３８２との差分をとることにより、磁束３３０１の影響を除去している。従って、トルクの検出精度は第１の実施の形態に係るトルクセンサ１０よりも劣るが、励磁用外周コイルを用いないために、より単純な構成とすることができる。

しかしながら、この場合も複数の磁気コアと、これらの全てを介して巻回された励磁用コイル、検出用コイルが用いられている。従って、検出されるインダクタンスは、これらの磁気コアによって得られたものの平均値となる。従って、回転軸３９０中の材質に不均一があっても、零点変動を生じることはなく、高感度のトルクセンサが得られる。

以下に示す実施の形態となるトルクセンサにおいては、回転軸に直流バイアス磁場を印加することによりトルク検出の更なる高感度化を達成している。その原理は、例えば特開平１−１８７４２４に記載の技術と同様である。すなわち、ここで検出するのは検出用コイルにより検出される磁束の変動であるが、磁束量の絶対値が小さな場合よりもその絶対値が大きな場合の方がこの変動率は大きくなる。従って、より敏感にこの透磁率の変動を検出する。なお、励磁・検出用の磁気コアを回転軸の円周方向に配列すると共に、複数のバイアスヨークを回転軸の円周方向に配列する構成とすることにより、零点変動を抑制している点は従来の直流バイアス磁場印加方法にはない優れた点である。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態となるトルクセンサ４１０を回転軸９０の軸方向に垂直な向きから見た正面図が図１９である。この図は第１の形態における図１に対応する。ここで、第１測定ユニット２０についてのみ記載している。また、ハウジングや外部回路等については第１の実施の形態と同様であるため、説明は省略する。このトルクセンサ４１０においては、第１の実施の形態のトルクセンサ１０に、複数のバイアスヨーク部４２０、４３０、４４０、４５０を設けた形態となっている。従って、以下の説明では第１の実施の形態に係るトルクセンサ１０と重複する部分については同様の名称及び符号を用いる。なお、バイアスヨーク部４５０は回転軸９０を挟んでバイアスヨーク部４３０の反対側にあるため、図示していない。

ここで設けられたバイアスヨーク部４２０、４３０、４４０、４５０は、磁気コア３０、４０、５０、６０においてトルク検出に用いられる磁束に対して、直流のバイアス磁場を印加するために用いられる。従って、より敏感に透磁率の変動を検出することが可能となる。このために、バイアスヨーク部４２０、４３０、４４０、４５０によって回転軸９０中にバイアス磁場を加えている。バイアスヨーク部４２０、４３０、４４０、４５０は同一の構成となっているため、以下ではバイアスヨーク部４２０についてのみ説明する。

バイアスヨーク部４２０は、Ｌ型形状のヨーク部４２１、４２２の間に永久磁石４２３が挟まれた形状となっており、図１９に示すように磁気コア３０を跨ぐ形態で、底面４２４、４２５が回転軸９０に近接して設置される。すなわち、このバイアスヨーク部４２０は、永久磁石４２３と、その両磁極側にそれぞれ接合された２本のヨーク部４２１、４２２を備える。永久磁石４２３は回転軸の軸方向に磁場を生ずるように着磁されている。これにより、バイアス磁場による磁束４２６、４２７が形成され、磁気コア３０に近接した回転軸９０中に磁場が印加される。これにより、例えば磁気コア３０直下の回転軸９０中においては、磁束３０２に直流バイアス磁場による磁束が印加されるため、＋４５°方向の応力（トルク）検出を高感度に行うことができる。磁気コア４０、５０、６０とバイアスヨーク部４３０、４４０、４５０との関係も同様である。図１９では回転軸９０においてこのバイアス磁場による磁束は回転軸９０の軸方向を左から右へ向く方向となっているが、バイアスヨーク部４２０をこの軸方向から傾斜した方向、例えば磁気コア３０における底面３３の中心同士を結ぶ線と平行となる＋４５°としてもよい。

ヨーク部４２１、４２２の底面４２４、４２５は、磁気コア３０の脚状ヨーク部３２の底面３３と同様に、回転軸９０に近接して設置される。このため、磁気コア３０の脚状ヨーク部３２の底面３３と同様に、この底面４２４、４２５を回転軸９０の表面の形状に対応した形状としてもよい。ただし、磁気コア３０における磁束３０２のバイアスヨーク部４２０による漏洩を抑制するためには、この底面４２４、４２５と回転軸９０との間隔は、磁気コア３０の脚状ヨーク部３２の底面３３と回転軸９０との間隔ｇよりも大きくすることが好ましい。このため、この底面４２４、４２５は平面形状としてもよい。

また、磁気コア３０に永久磁石４２３による磁場の影響が直接加わると、トルク検出（インダクタンス測定）に影響を与えるため、磁気コア３０と永久磁石４２３との間隔は大きくすることが好ましい。このためには、バイアスヨーク部４２０の高さ（回転軸９０の径方向における高さ）を、この影響が加わらない程度に大きくすることが好ましい。

第２測定ユニット１２０に対しても同様にバイアスヨーク部が設けられる。これにより、−４５°方向の応力を高感度に検出することができる。

このトルクセンサ４１０において用いられる励磁用、検出用のコイルはいずれも回転軸９０の円周方向に巻回された形態となっている。このため、第１の実施の形態で説明したように、これらのコイルを例えばボビンに巻回した形態として図１９の形態に組み込むことが可能である。これにより、特にバイアスヨーク部４２０等の設置が容易となる。

バイアスヨーク部４２０におけるヨーク部４２１、４２２は、例えばＳ４５Ｃで形成される。永久磁石４２３としては例えばＮｄＦｅＢ焼結磁石が用いられる。これらを結合してバイアスヨーク部４２０とするためには、例えば接着剤を介して接合する。

なお、各バイアスヨーク部は各磁気コアと同様にしてハウジング内に固定することができる。すなわち、モールド材を用いて固定してもよいし、保持部材を用いても固定してもよい。なお、結合する面に接着剤を介さず、ハウジングやモールド材で周囲を支える方が、磁束の漏れが抑制されるのでより好ましい。

このバイアスヨーク部４２０、４３０、４４０、４５０を用いれば、各磁気コア３０、４０、５０、６０に近接した回転軸９０中に誘起される磁束に直流バイアス磁場による磁束が印加されるため、特に高感度のトルクセンサを得ることができる。

なお、上記の例におけるバイアスヨーク部は１個の永久磁石を具備していたが、更にヨーク部に他の永久磁石を設けることにより、複数個の永久磁石を具備した形態としてもよい。

（第５の実施の形態）
第５の実施の形態となるトルクセンサ５１０の斜視図が図２０、回転軸９０の軸方向における断面図が図２１である。ここで、第１測定ユニットについてのみ記載している。また、ハウジングや外部回路等については第１の実施の形態と同様であるため、説明は省略する。このトルクセンサ５１０においては、第４の実施の形態のトルクセンサ４１０におけるバイアスヨーク部４２０、４３０、４４０、４５０の代わりに円筒形のバイアスヨーク部５２０が単独で用いられている。なお、第１の実施の形態となるトルクセンサ１０の第１検出ユニット２０がこのバイアスヨーク部５２０の内部に設置されているが、記載を省略している。

このバイアスヨーク部５２０は、ヨーク部５２１、５２２、リング磁石（環状の永久磁石）５２３で構成されている。リング磁石５２３は回転軸９０の軸方向、すなわちその径方向と垂直な方向に着磁されている。２個の円筒形状のヨーク部５２１、５２２がリング磁石５２３における両磁極側にそれぞれ接合される。ヨーク部５２１、５２２の各々はリング磁石５２３と反対側に円形の底面を有する。この円形の底面の略中心には回転軸９０が貫通する開口部が設けられている。これにより、バイアス磁場による磁束５２４が第４の実施の形態のトルクセンサ４１０と同様に形成される。ただし、第４の実施の形態のトルクセンサ４１０とは異なり、バイアス磁場による磁束５２４は回転軸９０の周囲方向のヨーク部５２１、５２２の全体にわたり一様に形成される。また、図２０中左側のヨーク部５２１における開口部の内周面５２７が回転軸９０と近接している。同様に、ヨーク部５２２における開口部の内周面５２８が回転軸９０に近接する。

このバイアスヨーク部５２０を設置するに際しては、２つの内周面５２７、５２８を回転軸９０に対して所定の間隔（ｈ）とする。

図２１におけるバイアスヨーク部５２０の断面形状は、第４の実施の形態におけるバイアスヨーク部４２０等と同様である。従って、バイアスヨーク部５２０によって、第４の実施の形態におけるバイアスヨーク部４２０等と同様の効果がもたらされる。

このため、この構造のバイアスヨーク部５２０を用いても、トルク検出に有効なバイアス磁場を回転軸９０に印加することができる。従って、高感度のトルクセンサを得ることができる。

特にこの構造のバイアスヨーク部５２０を用いた場合には、回転軸９０の軸方向に対して対称な構造をもつため、回転軸９０の周方向で均一なバイアス磁場を印加することができる。

この構造のトルクセンサ５１０においては、励磁用内周コイル７１、励磁用外周コイル７２、検出用内周コイル８１、検出用外周コイル８２は回転軸９０の円周方向にわたり一様に形成されている。このため、円周方向にわたり一様に形成された形状となっているバイアスヨーク部５２０をこの上に装着する形態とすることは特に好ましい。

ヨーク部５２１、５２２は磁気コア３０等と同様の軟磁性体材料で形成することが好ましい。これを図２０に示す円筒形の形状とするには、例えば、円柱形の焼結体を得てから、これをくり抜き加工する。あるいは、円筒状の焼結体と中央に開口部を設けた円盤状の焼結体を接着、溶接、あるいはフレーム支持によって接合してもよい。また、軟磁性体粉を図２０に示す形状とした成型体を作成し、これを焼成してこの形状の焼結体としてもよい。軟磁性体粉と接着剤粉とを混合した成型体としてもよい。

リング磁石５２３は、例えばＮｄＦｅＢ磁石、ＳｍＦｅＮ磁石、フェライト磁石で形成される。その回転軸９０の軸方向に垂直な断面図を図２２（ａ）に示す。このリング部の幅Ｐ、軸方向の厚さは任意であり、これらによってバイアス磁場の強さを調整することが可能である。リング磁石５２３とヨーク部５２１、５２２との接合は接着剤を介して行うことができる。

また、リング磁石５２３の代わりに、例えば矩形の磁石を複数個配列させることも可能である。この例が図２２（ｂ）である。ここでは、同一の形状の磁石ブロック５２９が円周上に配列されており、リング磁石５２３と同様の効果を奏する。この場合、円筒形の構造を作成する必要がないために、バイアスヨーク部５２０の製造が容易となる。

（第６の実施の形態）
第６の実施の形態となるトルクセンサ６１０の回転軸９０の軸方向における断面図が図２３である。ここでは、図１における第１測定ユニット２０と第２測定ユニット１２０とが同一のバイアスヨーク部６２０の内部に設置されている。バイアスヨーク部６２０の構造は第５の実施の形態におけるバイアスヨーク部５２０と同様であり、ヨーク部６２１、６２２、リング磁石６２３で構成されている。

ここで、前記の通り、第１測定ユニット２０においては＋４５°方向の磁束が回転軸９０中に誘起されてこの方向のインダクタンスが測定され、第２測定ユニット１２０においては、−４５°方向の磁束が回転軸９０中に誘起されてこの方向のインダクタンスが測定される。

これに対して、バイアスヨーク部６２０中でリング磁石６２３に誘起された磁束６２４によって回転軸９０中には、第１測定ユニット２０と第２測定ユニット１２０において同一の方向（図２３中では右向き）のバイアス磁場が印加される。この場合でも、第１測定ユニット２０中では＋４５°方向に、第２測定ユニット１２０中では−４５°方向には同一の強度のバイアス磁場が印加される。これにより、どちらの測定ユニットにおいても応力（トルク）が高感度に検出される。

なお、第１測定ユニット２０と第２測定ユニット１２０とは共通のバイアス磁場中に置かれるが、この場合においても、第１測定ユニット２０における磁束と第２測定ユニット１２０における磁束は分離されていることに変わりはない。従って、＋４５°方向の応力と−４５°方向の応力とを独立して高精度に測定することができる。

また、このトルクセンサ６１０においては、第１測定ユニット２０と第２測定ユニット１２０が共通のバイアスヨーク部６２０中に設置されるため、小型のトルクセンサとなる。

（第７の実施の形態）
第７の実施の形態となるトルクセンサ７１０の回転軸７９０の軸方向における断面図が図２４である。このトルクセンサ７１０においても、第６の実施の形態と同様の構造のバイアスヨーク部６２０が同様に用いられている。第６の実施の形態のトルクセンサ６１０と異なるのは、まず、前記のいずれの実施の形態とも異なる形状の磁気コア７３０、７５０が用いられていることである。磁気コア７３０と７５０とは同一の形状であるため、以下では７３０について説明する。

図２５は、磁気コア７３０の形態を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、（ｂ）は底面図（図２４において回転軸７９０の側から磁気コア７３０を見た図）、（ｃ）は側面図（図２４において回転軸７９０の軸方向の右側から見た図）である。ただし、（ａ）（ｃ）においては、便宜上図２４とは上下が逆になっている。この磁気コア７３０は、バックヨーク部７３１、２本の脚状ヨーク部７３２、１本の中央脚状ヨーク部７３３から構成されている。脚状ヨーク部７３２の底面７３４は、第１の面７３４ａ、第２の面７３４ｂで構成されている。図２５（ａ）（ｃ）に示されるように、第１の面７３４ａは平面であり、第２の面７３４ｂは、回転軸７９０の形状（円筒形状の一部）に対応している。同様に、中央脚状ヨーク部７３３の底面７３５は、第１の面７３５ａ、第２の面７３５ｂで構成されている。同様に第１の面７３５ａは平面であり、第２の面７３５ｂは、回転軸７９０の形状に対応している。この磁気コア７３０においては、特に第２の面７３４ｂと７３５ｂとが回転軸７９０に近接して設置される。

この磁気コア７３０においては、一方の脚状ヨーク部７３２の底面７３３の中心と中央脚状ヨーク部７３４とを結ぶ線と、回転軸７９０の軸方向とのなす角度は＋４５°であり、他方の脚状ヨーク部７３２の底面７３３の中心と中央脚状ヨーク部７３４とを結ぶ線と、回転軸７９０の軸方向とのなす角度は−４５°となる。すなわち、この磁気コア７３０は、２本の脚状ヨーク部の底面の中心同士を結ぶ線と回転軸９０の軸方向とのなす角度が略＋４５°となる磁気コアにおける一方の脚状ヨーク部と、この角度が略−４５°となる磁気コアにおける一方の脚状ヨーク部とが接合された形態となっている。

また、図２５（ｂ）に示されるとおり、中央脚状ヨーク部７３３の同図中における水平方向の幅は、脚状ヨーク部７３２の略２倍となっている。すなわち、この磁気コア７３０は、第１の実施の形態における磁気コア３０と１３０とを接続した形態となっている。すなわち、この磁気コア７３０を用いて＋４５°と−４５°方向の応力を検出することができる。

このため、このトルクセンサ７１０においては、図２４中における中央脚状ヨーク部７３３の左側に励磁用内周コイル７４１、励磁用外周コイル７４２、検出用内周コイル７４３、検出用外周コイル７４４が第１の実施の形態のトルクセンサ１０と同様に巻回される。一方、図２４中における中央脚状ヨーク部７３３の右側に励磁用内周コイル７４５、励磁用外周コイル７４６、検出用内周コイル７４７、検出用外周コイル７４８が同様に巻回される。前記の通り、励磁用内周コイル７４１、７４５と励磁用外周コイル７４２、７４６とは電流を流す方向は逆である。検出用内周コイル７４３、７４７と検出用外周コイル７４４、７４８についても同様である。ただし、第１の実施の形態、及び前記の第６の実施の形態と異なるのは、左側（＋４５°用）の励磁用内周コイル７４１と右側（−４５°用）の励磁用内周コイル７４５に電流を流す方向を逆向きとする。従って、励磁用外周コイル７４２と７４６についても同様である。

これにより、この磁気コア７３０中に誘起される磁束は図２４中の７４９ａ、７４９ｂの形状となる。すなわち、これらは図２４中で逆向きとなるため、中央脚状ヨーク部７３３においてはこれらの磁束は共に同図中では下から上側に向かう。このため、＋４５°方向の応力検出用の磁束７４９ａと−４５°方向の応力検出用の磁束７４９ｂとで、中央脚状ヨーク部７３３を共通の磁路とすることができる。ただし、この場合に、脚状ヨーク部７３２を通過する磁束は７４９ａと７４９ｂのいずれかであるのに対して、中央脚状ヨーク部７３３を通過する磁束は磁束７４９ａと７４９ｂの和となる。このため、磁気回路が飽和して磁束が漏洩するおそれがある。このため、中央脚状ヨーク部７３３の幅を脚状ヨーク部７３２の略２倍とすることによりこれを抑制している。＋４５°方向測定用には磁束７４９ａ、−４５°°測定用には磁束７４９ｂによって各々回転軸７９０中に応力検出用の磁束が誘起され、その各々にバイアスヨーク部７２０中の磁束７２４によるバイアス磁場が回転軸に印加される。

磁気コア７５０は磁気コア７３０と同様の形状である。また、図２４では磁気コアは７３０と７５０の２個が設けられているが、その数を任意とすることができることは第１の実施の形態と同様である。

以上の構造に加え、バイアスヨーク部６２０が用いられることにより、このトルクセンサは高感度でトルクを検出することができる。バイアスヨーク部６２０の構造は第５の実施の形態におけるバイアスヨーク部と同様であり、ヨーク部６２１、６２２、リング磁石６２３で構成されている。これにより、磁束６２４が誘起され、前記の通り、回転軸７９０中にバイアス磁場を発生させる。

このトルクセンサ７１０においては、磁気コア７３０において、＋４５°用と−４５°用となる機能を単体で実現している。更に、バイアスヨーク部７２０も＋４５°用と−４５°用で共用としているため、特に小型のトルクセンサを実現できる。

（第８の実施の形態）
第８の実施の形態となるトルクセンサ８１０の回転軸８９０の軸方向における断面図が図２６である。このトルクセンサ８１０においても、バイアス磁場を発生させるが、バイアスヨーク部は用いず、磁気コア自体でバイアス磁場を発生させる。なお、図２６においては、＋４５°方向の応力を測定するユニットについてのみ記載しているが、−４５°方向についても同様である。

このトルクセンサ８１０においては、磁気コア８２０、８３０、８４０、８５０が第１の実施の形態と同様に設置される。ただし、磁気コア８５０は回転軸８９０を挟んで磁気コア８３０の反対側にあるため、図示していない。また、励磁用内周コイル８６１、励磁用外周コイル８６２、検出用内周コイル８６３、検出用外周コイル８６４については、第１の実施の形態と同様である。

ここで用いられる磁気コア８２０は、永久磁石を内蔵しており、これによってバイアス磁場を発生する。磁気コア８３０、８４０、８５０は８２０と同一の形状・構造であるため、以下では磁気コア８２０について説明する。

磁気コア８２０は、バックヨーク部８２１ａ、８２１ｂと２本の脚状ヨーク部８２２、永久磁石８２３で構成される。２本の脚状ヨーク部については第１の実施の形態における磁気コア３０の脚状ヨーク部３２と同様であるため、説明は省略する。

永久磁石８２３はバックヨーク部８２１ａと８２１ｂの間に挟まれた構成となる。永久磁石８２３は、バックヨーク部の面内において、図２６に図示されるＮＳ方向に着磁されており、バックヨーク部８２１ａ、８２１ｂ内に磁場を発生させる。これによって磁気コア８２０内に誘起される磁束８２４に更に直流磁場が印加される。第４〜７の実施の形態のトルクセンサにおいては、いずれも磁気コア内の磁束には大きな影響を与えずに、バイアス磁場が回転軸内で印加されていた。これに対して、このトルクセンサ８１０においては、各磁気コア内において誘起される磁束に直流磁場を印加することにより、回転軸８９０中にバイアス磁場を印加している。

この磁気コアを用いて第４〜７の実施の形態のトルクセンサと同様の効果が得られる。すなわち、トルク検出用の磁束にバイアス磁場が印加されることによって、高感度のトルクセンサとなる。また、バイアスヨーク部を用いずにこの効果を実現しているため、小型で高感度のトルクセンサを得ることができる。

この磁気コア８２０は、例えば以下のように製造する。例えば一方の脚状ヨーク部８２２とバックヨーク部８２１ａが組み合わされた成型体と、他方の脚状ヨーク部８２２とバックヨーク部８２１ｂとが組み合わされた成型体とを製造後、これらを焼成した焼結体を製造する。これらの間に、第４の実施の形態と同様の材料からなる永久磁石８２３を接着剤等で接合する。

（第９の実施の形態）
第９の実施の形態となるトルクセンサ９１０の回転軸９９０の軸方向に垂直な向きからみた正面図が図２７である。このトルクセンサ９１０においても、バイアスヨーク部は用いず、磁気コア自体でバイアス磁場を発生させる。なお、図２７においては、＋４５°方向の応力を測定するユニットについてのみ記載しているが、−４５°方向についても同様である。

ここで用いられる磁気コア９２０、９３０、９４０、９５０は、第１の実施の形態における磁気コア３０と同一の形状、構造をもつため、説明は省略する。また、励磁用内周コイル９７１、励磁用外周コイル９７２、検出用内周コイル９７３、検出用外周コイル９７４についても第１の実施の形態と同様である。

このトルクセンサ９１０においては、磁気コア９２０における脚状ヨーク部９２２に、バイアス印加用コイル９２３が巻回されている。これに電流を流すことによって、第８の実施の形態と同様に、磁気コア９２０中にバイアス磁場を印加することができる。すなわち、励磁用内周コイル９７１、励磁用外周コイル９７２によって誘起された磁束９２４に加えて、バイアス印加用コイル９２３によって誘起された直流磁場による磁束９２５が誘起される。このため、回転軸９９０中に誘起される検出用磁束にバイアス磁場が印加される。

他の磁気コア９３０、９４０、９５０においても同様にバイアス印加用コイル９３３、９４３、９５３が脚状ヨーク部に巻回される。従って、第４〜８の実施の形態と同様に、高感度のトルクセンサを得ることができる。

特にこのトルクセンサ９１０においては、励磁用のコイル（９７１、９７２）及び検出用のコイル（９７３、９７４）がいずれも回転軸９９０の周囲に巻回された形態となっており、これらは脚状ヨーク部には巻回されていない。このため、各磁気コアの脚状ヨーク部にバイアス印加用コイルを巻回することは容易である。

また、永久磁石を用いてバイアス磁場を印加する第４〜８の実施の形態と比べて、バイアス印加用コイルに流す電流を調整することによって、トルク検出の感度が最大となるようなバイアス磁場を印加することができる。この際、各磁気コア毎にこの調整を行うことも可能である。従って、特に高感度のトルクセンサを得ることができる。

（第１０の実施の形態）
第１０の実施の形態となるトルクセンサ１０１０の回転軸１０９０の軸方向に垂直な向きからみた正面図が図２８である。このトルクセンサ１０１０においても、第９の実施の形態と同様に、バイアス印加用のコイルを用いてバイアス磁場を発生させる。なお、図２８においては、＋４５°方向の応力を測定するユニットについてのみ記載しているが、−４５°方向についても同様である。

ここで用いられる磁気コア１０２０、１０３０、１０４０、１０５０は、第１の実施の形態における磁気コア３０と同一の形状・構造をもつため、説明は省略する。また、励磁用内周コイル１０７１、励磁用外周コイル１０７２、検出用内周コイル１０７３、検出用外周コイル１０７４についても第１の実施の形態と同様である。

このトルクセンサ１０１０においては、バイアス用内周コイル１０７５、バイアス用外周コイル１０７６が設けられている。これらは、励磁用内周コイル１０７１、励磁用外周コイル１０７２等と同様に、磁気コア１０２０等の内周及び外周に巻回される。また、バイアス用内周コイル１０７５とバイアス用外周コイル１０７６に流す電流の向きは逆とする。

この場合、バイアス用内周コイル１０７５とバイアス用外周コイル１０７６によって誘起される磁束の形状は、第１の実施の形態において図４、５で示した励磁用内周コイル７１、励磁用外周コイル７２によるものと同様である。すなわち、磁気コア１０２０において強い直流バイアス磁場による磁束１０２４が誘起される。この直流バイアス磁場による磁束１０２４は励磁用内周コイル１０７１、励磁用外周コイル１０７２によって誘起された磁束１０２５に印加されるため、回転軸１０９０中に誘起される磁束は検出用の磁束にバイアス磁場が印加されたものとなる。従って、第４〜９の実施の形態と同様に、高感度のトルクセンサを得ることができる。

また、このトルクセンサ１０１０においても、バイアス用内周コイル１０７５とバイアス用外周コイル１０７６に流す電流を調整することによって、トルク検出の感度が最大となるようなバイアス磁場を印加することができる。従って、特に高感度のトルクセンサを得ることができる。

また、バイアス用外周コイル１０７６を用いずに、バイアス用内周コイル１０７５だけを用いても、その大きさは小さくなるものの、バイアス磁場を印加する事が可能である。これは、第３の実施の形態において励磁用外周コイルを用いない場合でもトルク検出ができたことと同様の原理による。この場合はより単純な構造でトルクの向き及び大きさを検出することが可能となる。

（第１１の実施の形態）
第１１の実施の形態となるトルクセンサ１１１０の回転軸４９０の軸方向に垂直な向きからみた正面図が図２９である。このトルクセンサ１１１０は、第４の実施の形態のトルクセンサ４１０におけるバイアスヨーク部４２０、４３０、４４０、４５０の各々に、バイアス印加用コイル１１２１、１１２２、１１２３、１１２４が巻回されている。バイアス印加用コイル以外は第４の実施の形態と同様であるため、説明は省略する。

第４の実施の形態のトルクセンサ４１０においては、バイアス磁場は永久磁石４２３等とヨーク部４２１、４２２等の構成、形状で決定されるのに対して、このトルクセンサ１１１０においては、各バイアス印加用コイル１１２１、１１２２、１１２３、１１２４に流す電流を調整することにより、バイアス磁場の強さをバイアスヨーク部毎に調整することができる。すなわち、永久磁石による磁束４２７に加え、バイアス印加用コイル１１２１によって磁束１１２５が誘起される。このため、バイアス印加用コイル１１２１等に図２９中で示された方向に電流を流すとバイアス磁場を大きくし、この逆向きに流すとバイアス磁場を小さくすることができる。この調整をバイアスヨーク部４２０、４３０、４４０、４５０で独立に行うことができる。このため、このトルクセンサ１１０の感度が最大となるべくバイアス磁場を最適化でき、特に高感度のトルクセンサが得られる。

逆に、各バイアスヨーク部を製造するにあたっての精度が悪く、永久磁石によるバイアス磁場の強さが不均一となる場合でも、各バイアス印加用コイルに流す電流を調整してこれを最適化することができる。従って、バイアスヨーク部の製造の精度が悪い場合でも高感度のトルクセンサを得ることができる。

（第１２の実施の形態）
第１２の実施の形態となるトルクセンサ１２１０の回転軸１２９０の軸方向に垂直な向きからみた正面図が図３０である。このトルクセンサ１２１０は、第４の実施の形態のトルクセンサ４１０におけるバイアスヨーク部４２０、４３０、４４０、４５０の内側（回転軸１２９０の軸方向から見て永久磁石４２３等の内側）にバイアス用内周コイル１２２１が、これらの外側（回転軸１２９０の軸方向から見て永久磁石４２３等の外側）にバイアス用外周コイル１２２２が、回転軸１２９０の周囲を巻回する形態で設置される。各バイアスヨーク部とバイアス用内周コイル１２２１、バイアス用外周コイル１２２２との位置関係は、第１の実施の形態における各磁気コアと励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２との位置関係と同様である。また、バイアス用内周コイル１２２１とバイアス用外周コイル１２２２には逆向きの電流が流される。

すなわち、第１の実施の形態における各磁気コアと励磁用内周コイル７１と励磁用外周コイル７２による場合と同様に、バイアス用内周コイル１２２１とバイアス用外周コイル１２２２によってバイアスヨーク部４２０、４３０、４４０、４５０にバイアス磁場が誘起される。これにより、例えばバイアスヨーク部４２０中には、永久磁石４２３による磁束４２６、４２７の他に、磁束１２２３、１２２４が誘起される。磁束１２２３、１２２４はバイアス用内周コイル１２２１とバイアス用外周コイル１２２２に流す電流により調整できるため、バイアス磁場の大きさを調整できる。

従って、このトルクセンサ１２１０の感度が最大となるべくバイアス磁場を最適化でき、特に高感度のトルクセンサが得られる。

このトルクセンサ１２１０においては、各バイアスヨーク部と励磁用外周コイル７２との距離が小さい場合には、各バイアスヨーク部中では励磁用外周コイル７２によっても磁場が誘起される。すなわち、バイアス磁場が励磁用外周コイル７２の影響を受ける。このため、各バイアスヨーク部と励磁用外周コイル７２との距離はこの影響が出ないように大きくすることが好ましい。ただし、逆にこれらの距離を小さくし、かつ励磁用外周コイル７２と励磁用内周コイル７１の巻き数を調整することによって、各バイアスヨーク部中のバイアス磁場を調整することも可能である。この場合、バイアス用内周コイル１２２１、バイアス用外周コイル１２２２を設けずにバイアス磁場を調整することも可能となる。

なお、バイアス用外周コイル１２２２を設けず、バイアス用内周コイル１２２１だけによってバイアス磁場の強さを調整することも可能である。これは、第１０の実施の形態と同様に、第３の実施の形態において励磁用外周コイルを用いない場合でもトルク検出ができたことと同様の原理による。

なお、上記の例で用いられたバイアスヨーク部は、第４の実施の形態において用いられたものと同様であったが、第５の実施の形態において用いられた円筒形状のバイアスヨーク部を用いた場合にも、バイアス用内周コイル及びバイアス用外周コイルを用いれば同様の効果を奏する。

（第１３の実施の形態）
第１３の実施の形態となるトルクセンサ１３１０の回転軸４９０の軸方向に垂直な向きからみた正面図が図３１である。このトルクセンサ１３１０においては、第４の実施の形態のトルクセンサ４１０において、回転軸４９０の周囲に磁気コアを挟んだ位置に回転軸バイアス印加用コイル１３２１、１３２２を回転軸４９０を巻回する形態で設けている。回転軸バイアス印加用コイル（バイアス印加用コイル）１３２１、１３２２には同一の向きに電流を流す。これにより、回転軸４９０の軸方向に磁束１３２３を発生させることができ、この磁束はバイアスヨーク部４２０、４３０、４４０、４５０の発生するバイアス磁場に重畳される。回転軸バイアス印加用コイル１３２１、１３２２に流す電流の向き、大きさを調整することによって、バイアス磁場の大きさを調整することができる。

従って、このトルクセンサ１３１０の感度が最大となるべくバイアス磁場を最適化でき、特に高感度のトルクセンサが得られる。

なお、回転軸バイアス印加用コイル１３２１、１３２２だけによりバイアス磁場を発生させることも可能である。この場合、バイアスヨーク部４２０、４３０、４４０、４５０は不要とすることもでき、同様の効果が得られる。

（第１４の実施の形態）
第１４の実施の形態となるトルクセンサ１４１０の回転軸１４９０の軸方向からみた側面図が図３２、軸方向に垂直な向きからみた正面図が図３３である。このトルクセンサ１４１０は、第６の実施の形態のトルクセンサ６１０におけるバイアスヨーク部の位置、構成を変えたものである。

このトルクセンサ１４１０においては、＋４５°方向の応力測定用に磁気コア１４２０、１４２２、１４２４、１４２６、励磁用内周コイル１４３１、励磁用外周コイル１４３２、検出用内周コイル１４３３、検出用外周コイル１４３４が第１の実施の形態と同様に設置される。同様に、−４５°方向の応力測定用に磁気コア１４４０、１４４２、１４４４、１４４６、励磁用内周コイル１４５１、励磁用外周コイル１４５２、検出用内周コイル１４５３、検出用外周コイル１４５４が第１の実施の形態と同様に設置される。また、図３３に示すように、磁気コア１４２０と１４４０、１４２２と１４４２、１４２４と１４４４、１４２６と１４４６はそれぞれ回転軸１４９０の軸方向に垂直な断面においては略同一の位置にある。

一方、バイアスヨーク部１４６０、１４６８、１４７６、１４８４は回転軸１４９０の外周において各磁気コアの間に設置される。例えば、バイアスヨーク部１４６０は磁気コア１４２０と１４２２の間、及び磁気コア１４４０と１４４２の間に設置される。各バイアスヨーク部は、バイアス磁場を発生させるために永久磁石１４６１、１４６９、１４７７、１４８５を有している。例えばバイアスヨーク部１４６０においては、永久磁石１４６１はヨーク部１４６２、１４６３で挟まれた構成となっている。

ここで、第４の実施の形態、もしくは第６の実施の形態においてはバイアスヨーク部は励磁用外周コイル（及び検出用外周コイル）の外側に設置されていたのに対して、ここではこれらの内側に設置される。従って、各バイアスヨーク部の高さ（回転軸１４９０の径方向における高さ）は、各磁気コアの高さと同程度となる。

この構成においては、例えば、＋４５°方向の応力測定においては、各磁気コアと同様に、励磁用内周コイル１４３１と励磁用外周コイル１４３２とによって各バイアスヨーク部にも磁場が誘起される。従って、各永久磁石によって誘起されたバイアス磁場にこの磁場が重畳される。−４５°方向においても同様である。

一方、この構成においては、各バイアスヨーク部は各磁気コアの間に設置される。このため、各バイアスヨーク部の高さを大きくすることなしに、各永久磁石による磁場が直接各磁気コアに及ぶことを抑制している。従って、高感度のトルクセンサとなる。

なお、各バイアスヨーク部と励磁用内周コイル１４３１、１４５１、励磁用外周コイル１４３２、１４５２との距離によってこれらによって誘起される磁場の強さは調整される。これらの距離は、各バイアスヨーク部の構成、例えばヨーク部の高さ、厚さ等により調整できる。

（第１５の実施の形態）
第１５の実施の形態となるトルクセンサ１５１０の回転軸の軸方向に垂直な向きからみた正面図が図３４である。このトルクセンサ１５１０は、第１の実施の形態のトルクセンサ１０にＥ型形状のバイアスヨーク部１５２０、１５３０、１５４０、１５５０を設置したものである。これらのバイアスヨーク部は第４の実施の形態におけるバイアスヨーク部４２０等と同様に、各磁気コア３０、４０、５０、６０、１３０、１４０、１５０、１６０を跨ぐ形態で設置される。

バイアスヨーク部１５２０、１５３０、１５４０、１５５０はＥ型の同一形状であるため、１５２０について説明する。バイアスヨーク部１５２０は、Ｌ型形状のヨーク部１５２１、１５２２と、Ｔ型形状の中央ヨーク部１５２３と、２つの永久磁石１５２４、１５２５から構成される。図３４に示すように、永久磁石１５２３はヨーク部１５２１と中央ヨーク部１５２３に挟まれ、永久磁石１５２５は中央ヨーク部１５２３とヨーク部１５２２に挟まれた構造となっている。ここで、永久磁石１５２４と永久磁石１５２５における着磁の向きは互いに逆向きとなっている。

従って、このバイアスヨーク部１５２０において発生する磁束は１５２６、１５２７、１５２８、１５２９の通りになる。ここで、磁束１５２６、１５２７は磁気コア３０によって＋４５°方向の応力検出におけるバイアス磁場を発生させる。一方、磁束１５２８、１５２９は磁気コア１３０によって−４５°方向の応力検出におけるバイアス磁場を発生させる。一方、中央ヨーク部１５２３の中央部において、磁束１５２７と１５２８は重なるが、その向きが同一となるため、共通の磁路となる。なお、第７の実施の形態における中央脚状ヨーク部７３３の場合と同様に、中央ヨーク部１５２３において共通の磁路となる中央部はヨーク部１５２１等と比べて太くすることが好ましい。

従って、このＥ型形状のバイアスヨーク部１５２０によって、＋４５°方向の測定用の第１測定ユニット２０と、−４５°方向の測定用の第２測定ユニット１２０に対して逆方向のバイアス磁場を印加することができる。バイアスヨーク部１５３０、１５４０、１５５０についても同様である。従って、高感度のトルクセンサを得ることができる。

Ｅ型形状のバイアスヨーク部１５２０等は、第４の実施の形態におけるバイアスヨーク部４２０と同様にして製造できる。

（第１６の実施の形態）
第１６の実施の形態となるトルクセンサ１６１０の回転軸の軸方向に垂直な向きからみた正面図が図３５である。このトルクセンサ１６１０は、第１５の実施の形態のトルクセンサ１５１０におけるバイアスヨーク部の構造を変えたものを用いている。ここで用いるバイアスヨーク部１６２０、１６３０、１６４０、１６５０は、第１５の実施の形態におけるバイアスヨーク部と同様にＥ型形状であるが、その構造が異なる。

バイアスヨーク部１６２０、１６３０、１６４０、１６５０はＥ型の同一形状であるため、１６２０について説明する。バイアスヨーク部１６２０は、Ｅ型形状のヨーク部１６２１と永久磁石１６２２から構成される。永久磁石１６２２の一方の着磁方向側が回転軸９０に近接して設置され、他方の着磁方向側にヨーク部１６２１の一端が接合される。ヨーク部１６２１はこの一端から２本に分岐した形状となっている。分岐した両他端の底面は図３５中の両側で回転軸９０に近接されて設置される。

これにより、バイアスヨーク部１６２０中には磁束１６２３、１６２４が誘起される。これらの磁束は第１５の実施の形態におけるバイアスヨーク部において誘起される磁束と同様である。従って、このバイアスヨーク部１６２０等により、第１５の実施の形態におけるバイアスヨーク部１５２０等と同様の効果が得られる。すなわち、高感度のトルクセンサを得ることができる。また、バイアスヨーク部１６２０等の製造方法についても同様である。

（第１７の実施の形態）
第１７の実施の形態となるトルクセンサ１７１０の回転軸の軸方向に垂直な向きからみた断面図が図３６である。このトルクセンサ１７１０は、第１６の実施の形態のトルクセンサ１６１０におけるバイアスヨーク部１６２０、１６３０、１６４０、１６５０を回転軸９０の外周方向に結合させたバイアスヨーク部１７２０を用い、更に、バイアス用内周コイル１７３１、１７３２、バイアス用外周コイル１７３３、１７３４を設けている。

バイアスヨーク部１７２０は、回転軸９０の上下で逆向きとなるＥ型形状の断面をもつ円筒形状のヨーク部１７２１と、ラジアル異方性リング磁石（永久磁石）１７２２とからなる。ラジアル異方性リング磁石１７２２は環状であり、その径方向に両磁極を有し、内側がＳ極、外側がＮ極となっている。また、その内周面が回転軸９０に近接している。

ヨーク部１７２１は円形の２個の底面をもつ円筒形状である。ヨーク部１７２１における内周面には、ラジアル異方性リング磁石１７２２の外周面がその断面が図３６の形態となるべく接合される。ヨーク部１７２１の２個の円形の底面の略中心には回転軸９０が貫通する開口部が設けられ、この開口部の内周面が回転軸９０に近接して設置される。開口部の形態については第５の実施の形態におけるバイアスヨーク部５２０と同様である。

これにより、バイアスヨーク部１７２０の断面形状は、図３６に示すように、回転軸９０の上下で逆向きとなるＥ型形状となる。このため、第１６の実施の形態におけるバイアスヨーク部１６２０、１６３０、１６４０、１６５０と同様の効果が単一のバイアスヨーク部１７２０によってもたらされる。すなわち、第１７の実施の形態におけるバイアスヨーク部１７２０と第１６の実施の形態におけるバイアスヨーク部１６２０等の関係は、第５の実施の形態におけるバイアスヨーク部５２０と第４の実施の形態におけるバイアスヨーク部４２０等との関係と同様である。すなわち、バイアスヨーク部１７２０においては、ラジアル異方性リング磁石１７２２によって磁場が誘起され、回転軸９０の周囲方向において均一なバイアス磁場を回転軸９０に印加することができる。

更に、このトルクセンサ１７１０においては、バイアス用内周コイル１７３１、１７３２、バイアス用外周コイル１７３３、１７３４が設けられている。バイアス用内周コイル１７３１、１７３２はバイアスヨーク部１７２０の内部（回転軸９０の側）に設置され、バイアス用外周コイル１７３３、１７３４が外部に設置される。これにより、第１２の実施の形態（図３０）におけるバイアス用内周コイル１２２１、バイアス用外周コイル１２２２と同様の効果がもたらされる。すなわち、これらのコイルに逆向きに電流を流すことにより磁場が誘起され、前記のバイアス磁場に重畳される。この磁場はバイアス用内周コイル１７３１、１７３２、バイアス用外周コイル１７３３、１７３４に流す電流によって調整できるため、これによりバイアス磁場の大きさを調整することができる。従って、最適なバイアス磁場を印加することにより、高感度のトルクセンサを得ることができる。

なお、バイアスヨーク部１７２０によって充分な強度でかつ均一なバイアス磁場が得られる場合には、バイアス用内周コイル１７３１、１７３２、バイアス用外周コイル１７３３、１７３４は不要である。あるいは、バイアス用内周コイル１７３１、１７３２だけを用いることもできる。

このトルクセンサ１７１０において用いられる励磁用、検出用、及びバイアス用のコイルは全て回転軸９０の周囲方向に巻回する形態となっているため、これらは第１の実施の形態において説明したように、これらをボビンに巻回した形態としたものを組み合わせて構成することが可能である。更に、バイアスヨーク部１７２０もこれに応じた円筒形状となっている。このため、このトルクセンサ１７１０の組立は特に容易となる。

なお、バイアスヨーク部１７２０は、第５の実施の形態におけるバイアスヨーク部５２０と同様に製造することができる。また、ラジアル異方性リング磁石１７２２の代わりに複数の矩形形状の永久磁石を環状に配列して用いることができる点も同様である。ただし、この場合には永久磁石の着磁方向が第５の実施の形態（図２２）の場合とは異なり、リングの径方向となる。

なお、以上の全ての実施の形態においては、磁気コアの形状は図３又は図２５に示される構造のものを用いたが。これに限られるものではない。回転軸に近接された状態で磁路が構成されうる２本又は３本の脚状ヨーク部を有し、かつこれらの脚状ヨーク部の間で回転軸を巻回する形態でコイルを設けることができる構造の磁気コアであれば同様に用いることができる。例えば、２本のヨーク部とそれらを連結するバックヨーク部からなるＵ字型の磁気コアも用いることができる。

以下、前記の全ての実施の形態に係るトルクセンサを試作し、その特性評価を行った結果につき説明する。ここで、実施例１〜１７は前記の第１〜１７の実施の形態にそれぞれ対応する。また、実施例１−１は、第１の実施の形態において検出用外周コイルを用いた例であり、実施例１−２はこれを用いない例である。実施例２−１は第２の実施の形態において周方向における磁気コアの数を３個、実施例２−２は２個とした例である。実施例１０−１は、第１０の実施の形態においてバイアス用外周コイルを用いた例であり、実施例１０−２はバイアス用外周コイルを用いない例である。実施例１２−１は第１２の実施の形態において第１２の実施の形態においてバイアス用外周コイルを用いた例であり、実施例１２−２はバイアス用外周コイルを用いない例である。

ここでトルクを検出した回転軸は１８ｍｍφのＮｉ−Ｃｒ鋼材である。磁気コアの材質はＭｎ−Ｚｎ系フェライトとし、実施例７以外はバックヨーク部は１５ｍｍ×２０ｍｍ×１０ｍｍ厚の矩形形状とした。脚状ヨーク部の断面は７．５ｍｍ×１０ｍｍの矩形形状とした。実施例７については反転させた形状のものを２個接続して図２５の形態とした。また、回転軸との間隔ｇは１ｍｍとし、脚状ヨーク部の底面における第２の面の曲率半径は１９ｍｍとし、その幅は全体の幅７．５ｍｍに対して４．５ｍｍとした。

これらの磁気コアは、一般的なフェライトコアの製造方法を用いて作成した。まず、原料としてＦｅ_２Ｏ_３、Ｍｎ_３Ｏ₄、ＺｎＯ粉末を使用した。これらの混合粉を大気中において８５０℃で２時間仮焼して得られた仮焼粉にＳｉＯ_２、ＣａＣＯ_３粉末を添加し、さらに所定量のイオン交換水および分散剤を添加した後、例えばアトライタで１時間混合粉砕した。これにより得られた粉砕粉に対してバインダ（例えばポリビニルアルコール）を加え、スプレードライヤで造粒し、得られた顆粒を乾式圧縮成型機と金型を用いて、プレス圧２ｔｏｎ／ｃｍ^２で所望の形状に成型した。これにより、図１の磁気コア１の形状に成型された成型体を得ることができた。更にこの成型体を焼成温度１３００℃、酸素分圧５％の雰囲気内で焼成することにより、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトで形成された磁気コアが得られた。

また、実施例８における永久磁石入りの磁気コアは、矩形状のＮｄＦｅＢ焼結磁石の両面に、接着剤を介してバックヨーク部（Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトのコア）を接合して製造した。

実施例４、１０〜１６におけるバイアスヨーク部は矩形状のＮｄＦｅＢ焼結磁石の両面に、接着剤を介してヨーク部（Ｓ４５Ｃ材）を接合して製造した。

実施例５〜７、１７における円筒形状のバイアスヨーク部はリング状のＮｄＦｅＢ焼結磁石の両面に、接着剤を介して円筒状のヨーク部（Ｓ４５Ｃ材の円柱を切削で円筒状に加工したもの）を接合して製造した。

実施例９におけるバイアス印加用コイルは２０００ターンのエナメル線とした。また、実施例１１におけるバイアス印加用コイルは２０００ターンのエナメル線とした。実施例１０、１２におけるバイアス用内周コイル、バイアス用外周コイルは１０００ターンのエナメル線とした。実施例１３における回転軸バイアス印加用コイルは５００ターンのエナメル線とした。

上記の実施例に加え、実施例１の構成において周方向における磁気コアの数を１個とした場合を比較例１とし、検出用外周コイルからのみ出力を取り出した場合を比較例２とした。励磁用内周コイルを設けない場合を比較例３、励磁用外周コイル及び検出用外周コイルを設けず、磁気コアの脚状ヨーク部にコイルを巻いたタイプを比較例４とした。

以上の構成のトルクセンサにおいて、（１）トルクの向きの検出性能、（２）トルクの検出感度、（３）零点変動の３点につき調べた。トルクの向きの検出性能については、検出可能の場合を○、そうでない場合を×とした。検出感度については、実施例１のトルクセンサの出力の２倍の出力を得た場合を◎、実施例１のトルクセンサと同等の出力の場合を○、実施例１のトルクセンサの出力の半分程度の場合を△、これら以外は×とした。零点変動については、有意な変動なしの場合を○、そうでない場合は×とした。総合評価においては、以上の３点につき×が一つでもあった場合を×、そうでない場合を○とした。結果を表１に示す。

この結果より、全ての実施例で良好な特性が得られることが確認された。

本発明の第１の実施の形態のトルクセンサの一例を示す正面図である。 本発明の第１の実施の形態のトルクセンサの一例を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態のトルクセンサにおいて用いられる磁気コアの一例を示す斜視図である。 励磁用内周コイルによって発生する磁束を説明する概略図である。 励磁用外周コイルによって発生する磁束を説明する概略図である。 回転軸に印加されたトルクによる応力を説明する概略図である。 磁束密度と磁場の強さの関係、及び透磁率と応力との関係を示す図である。 透磁率とトルクとの関係を示す図である。 磁束とトルクとの関係を示す図である。 励磁用内周コイルのみがある場合の磁束とトルクとの関係を示す図である。 励磁用内周コイルと励磁用外周コイルがある場合の磁束とトルクとの関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態のトルクセンサに用いられる駆動・検出用回路の一例である。 本発明の第１の実施の形態のトルクセンサに用いられる駆動・検出用回路の出力の一例である。 本発明の第１の実施の形態のトルクセンサに用いられる駆動・検出用回路の他の一例である。 本発明の第２の実施の形態のトルクセンサの一例を示す側面図である。 本発明の第３の実施の形態のトルクセンサの一例を示す正面図である。 励磁用内周コイルがない場合の磁束を説明する概略図である。 励磁用、検出用の外周コイルがない場合の磁束を説明する概略図である。 本発明の第４の実施の形態のトルクセンサの一例を示す正面図である。 本発明の第５の実施の形態のトルクセンサの一例を示す斜視図である。 本発明の第５の実施の形態のトルクセンサの一例を示す断面図である。 本発明の第５の実施の形態のトルクセンサに用いられるリング磁石の構成の一例を示す図である。 本発明の第６の実施の形態のトルクセンサの一例を示す断面図である。 本発明の第７の実施の形態のトルクセンサの一例を示す断面図である。 本発明の第７の実施の形態のトルクセンサに用いられる磁気コアの一例の斜視図、底面図及び側面図である。 本発明の第８の実施の形態のトルクセンサの一例を示す正面図である。 本発明の第９の実施の形態のトルクセンサの一例を示す正面図である。 本発明の第１０の実施の形態のトルクセンサの一例を示す正面図である。 本発明の第１１の実施の形態のトルクセンサの一例を示す正面図である。 本発明の第１２の実施の形態のトルクセンサの一例を示す正面図である。 本発明の第１３の実施の形態のトルクセンサの一例を示す正面図である。 本発明の第１４の実施の形態のトルクセンサの一例を示す側面図である。 本発明の第１４の実施の形態のトルクセンサの一例を示す正面図である。 本発明の第１５の実施の形態のトルクセンサの一例を示す正面図である。 本発明の第１６の実施の形態のトルクセンサの一例を示す正面図である。 本発明の第１７の実施の形態のトルクセンサの一例を示す断面図である。 従来のトルクセンサの例の構成を示す図である。

符号の説明

１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０、１０１０、１１１０、１２１０、１３１０、１４１０、１５１０、１６１０、１７１０ トルクセンサ
２０、３２０ 第１検出ユニット（第１の検出部）
１２０ 第２検出ユニット（第２の検出部）
３０、４０、５０、６０、１３０、１４０、１５０、１６０、２３０、２４０、２５０、３３０、３５０、７３０、７５０、８２０、８３０、８４０、８５０、９２０、９３０、９４０、９５０、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１４２０、１４２２、１４２４、１４２６、１４４０ 磁気コア
３１、４１、５１、６１、１３１、１４１、１５１、１６１、３３１、３５１、７３１、７５１、８２１ａ、８２１ｂ、８３１ａ、８３１ｂ、８４１ａ、８４１ｂ、８５１ａ、８５１ｂ、９２１、９３１、９４１、９５１、１０２１、１０３１、１０４１、１０５１ バックヨーク部
３２、４２、５２、６２、１３２、１４２、１５２、１６２、３３２、３５２、７３２、７５２、８２２、８３２、８４２、８５２、９２２、９３２、９４２、９５２、１０２２、１０３２、１０４２、１０５２ 脚状ヨーク部
３３、４３、５３、６３、１３３、１４３、１５３、１６３、７３４、７３５、７５４、７５５ 底面
３３ａ、４３ａ、５３ａ、６３ａ、１３３ａ、１４３ａ、１５３ａ、１６３ａ、７３４ａ、７３５ａ、７５４ａ、７５５ａ 第１の面
３３ｂ、４３ｂ、５３ｂ、６３ｂ、１３３ｂ、１４３ｂ、１５３ｂ、１６３ｂ、７３４ｂ、７３５ｂ、７５４ｂ、７５５ｂ 第２の面
７１、１７１、２７１、３７１、７４１、７４５、８６１、９７１、１４３１ 励磁用内周コイル
７２、１７２、２７２、３７２、７４２、７４６、８６２、９７２、１４３２、１４５２ 励磁用外周コイル
８１、１８１、２８１、３８１、７４３、７４７、８６３、９７３、１４３３ 検出用内周コイル
８２、１８２、２８２、３８２、７４４、７４８、８６４、９７４、１４３４、１４５４ 検出用外周コイル
９０、２９０、３９０、５０２、５０５〜５０８、５１０、７９０、８９０、９９０、１０９０、１２９０、１４９０ 回転軸
９１、２９１ ハウジング
９２、２９２ 内周面
９３、２９３ 導出部
９４、２９４ 外部回路
９６、９７ 駆動・検出用回路
２９６ 磁気コア保持部材
２９７ 外周コイル保持部材
２９８ 内周コイル保持部材
３００、３０１、３０２、３０３、３０４、３０４ａ〜３０４ｅ、５２４、１１２５、１２２３、１２２４、１３００、１３２３、１５２６〜１５２９、１６２３、１６２４、３３０１、３３０１ａ〜３３０１ｃ、３３０２、３３０２ａ、３３０２ｃ、３５０１、３５０２ 磁束
４２０、４３０、４４０、４５０、５２０、６２０、１４６０、１４６８、１４７６、１４８４、１５２０、１５３０、１５４０、１５５０、１６２０、１６３０、１６４０、１６５０、１７２０ バイアスヨーク部
４２１、４２２、４３１、４３２、４４１、４４２、４５１、４５２、５２１、５２２、６２１、６２２、１４６２、１４６３、１４７０、１４７１、１５２１、１５２２、１５３１、１５３２、１５４１、１５４２、１５５１、１５５２、１６２１、１６３１、１６４１、１６５１、１７２１ ヨーク部
４２３、４３３、４４３、４５３、８２３、８３３、８４３、８５３、１４６１、１４６９、１５２４、１５２５、１６２２、１６４２ 永久磁石
５０３ 磁性膜
５０４ ソレノイドコイル
５１１、５１１ａ、５１１ｂ、５１２、５１２ａ、５１２ｂ コイル
５２３、６２３、７２３ リング磁石（環状の永久磁石）
５２７、５２８ 開口部の内周面
５２９ 矩形磁石
７３３、７５３ 中央脚状ヨーク部
９２３、９３３、９４３、９５３、１１２１〜１１２４ バイアス印加用コイル
９６１ 直流電源
９６２ 交流バイアス
９６３ 同期検波回路
９６４ オペアンプ
９６５、９６６ インダクタンス成分
１０７５、１２２１、１７３１、１７３２ バイアス用内周コイル
１０７６、１２２２、１７３３、１７３４ バイアス用外周コイル
１３２１、１３２２ 回転軸バイアス印加用コイル（バイアス印加用コイル）
１５２３、１５３３、１５４３、１５５３ 中央ヨーク部
１７２２ ラジアル異方性リング磁石

Claims (27)

1. 回転軸に加わるトルクを非接触で検出する非接触型のトルクセンサであって、
   前記回転軸にその底面が近接して設置される２本の脚状ヨーク部と、該２本の脚状ヨーク部に接続されたバックヨーク部とを有する磁気コアを前記回転軸の周囲に複数個具備し、
   前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する励磁用内周コイルと、
   前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回する励磁用外周コイルと、
   前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用内周コイルと、
   を具備することを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用外周コイルを更に具備し、前記検出用内周コイルからの出力電圧と前記検出用外周コイルからの出力電圧との差分よりトルクを検出することを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 回転軸に加わるトルクを非接触で検出する非接触型のトルクセンサであって、
   前記回転軸にその底面が近接して設置される２本の脚状ヨーク部と、該２本の脚状ヨーク部に接続されたバックヨーク部とを有する磁気コアを前記回転軸の周囲に複数個具備し、
   前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する励磁用内周コイルと、
   前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用内周コイルと、
   前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用外周コイルと、
   を具備することを特徴とするトルクセンサ。
4. 前記検出用内周コイルからの出力電圧と前記検出用外周コイルからの出力電圧との差分よりトルクを検出することを特徴とする請求項３に記載のトルクセンサ。
5. 前記磁気コアにおけるバックヨーク部に、該バックヨーク部内に磁場を発生させる永久磁石が設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
6. 前記磁気コアにおける脚状ヨーク部に、バイアス印加用コイルが巻回されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
7. 前記磁気コアにおける前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回するバイアス用内周コイルを具備することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
8. 前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回するバイアス用外周コイルを具備することを特徴とする請求項７に記載のトルクセンサ。
9. 前記回転軸に、バイアス印加用コイルが巻回されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
10. 前記回転軸に直流バイアス磁場を印加するバイアスヨーク部を更に具備することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
11. 前記バイアスヨーク部は、永久磁石と、該永久磁石における両磁極側にそれぞれ接合された２本のヨーク部を具備し、
    前記２本のヨーク部の底面が前記回転軸に近接されて設置されることを特徴とする請求項１０に記載のトルクセンサ。
12. 前記バイアスヨーク部は、着磁方向が互いに逆の永久磁石を２個具備し、前記回転軸における２箇所の領域に互いに逆向きの直流バイアス磁場を印加することを特徴とする請求項１１に記載のトルクセンサ。
13. 前記バイアスヨーク部は、一方の磁極側が前記回転軸に近接して設置された永久磁石と、該永久磁石の他方の磁極側に一端が接合され、他端が２本に分岐した形状のヨーク部とを具備し、
    前記両他端の底面が前記回転軸に近接されて設置されることを特徴とする請求項１１に記載のトルクセンサ。
14. 前記バイアスヨーク部は、前記回転軸の周方向において、前記磁気コア間に設置されることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
15. 前記バイアスヨーク部に巻回されるバイアス印加用コイルを具備することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
16. 前記回転軸の軸方向から見て前記永久磁石の内側で前記回転軸の周囲を巻回するバイアス用内周コイルを具備することを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
17. 前記回転軸の軸方向から見て前記永久磁石の外側で前記回転軸の周囲を巻回するバイアス用外周周コイルを具備することを特徴とする請求項１６に記載のトルクセンサ。
18. 前記バイアスヨーク部は、径方向と垂直な方向に両磁極を有する環状の永久磁石と、該永久磁石における両磁極側にそれぞれ接合され、各々が前記永久磁石と反対側に円形の底面を具備する２個の円筒形状のヨーク部とから構成され、
    前記２個のヨーク部における円形の底面の略中心に前記回転軸が貫通する開口部が設けられ、該開口部の内周面が前記回転軸に近接して設置されることを特徴とする請求項１０に記載のトルクセンサ。
19. 前記バイアスヨーク部は、径方向に両磁極を有し、内周面が前記回転軸に近接されて設置される環状の永久磁石と、円形の２個の底面を具備する円筒形状であり、その内周面が前記永久磁石の外周面と接合されたヨーク部とから構成され、
    前記２個の底面の略中心に前記回転軸が貫通する開口部が設けられ、該開口部の内周面が前記回転軸に近接して設置されることを特徴とする請求項１０に記載のトルクセンサ。
20. 前記回転軸の軸方向から見て前記ヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回するバイアス用内周コイルを具備することを特徴とする請求項１８または１９に記載のトルクセンサ。
21. 前記回転軸の軸方向から見て前記ヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回するバイアス用外周コイルを具備することを特徴とする請求項２０に記載のトルクセンサ。
22. 回転軸に加わるトルクを非接触で検出するトルク検出方法であって、
    前記回転軸にその底面が近接して設置される２本の脚状ヨーク部と、該２本の脚状ヨーク部に接続されたバックヨーク部を有する磁気コアを前記回転軸の周囲に複数個設け、
    前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する励磁用内周コイルと、
    前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回する励磁用外周コイルと、
    前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用内周コイルと、を設け、
    前記励磁用内周コイルと前記励磁用外周コイルに逆向きの電流を流し、
    前記検出用内周コイルからの出力電圧よりトルクの向き及び大きさを算出することを特徴とするトルク検出方法。
23. 前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用外周コイルを更に設け、前記検出用内周コイルからの出力電圧と前記検出用外周コイルからの出力電圧との差分よりトルクの向き及び大きさを算出することを特徴とする請求項２２に記載のトルク検出方法。
24. 前記複数の磁気コアにおいて、前記２本の脚状ヨークの前記底面の中心を結ぶ線と前記回転軸の中心軸との角度が略＋４５°となるべく前記磁気コアが設置された第１の検出部からの出力電圧と、前記角度が略−４５°となるべく前記磁気コアが設置された第２の検出部からの出力電圧との差分よりトルクの向き及び大きさを算出することを特徴とする請求項２３に記載のトルク検出方法。
25. 回転軸に加わるトルクを非接触で検出するトルク検出方法であって、
    前記回転軸にその底面が近接して設置される２本の脚状ヨーク部と、該２本の脚状ヨーク部に接続されたバックヨーク部を有する磁気コアを前記回転軸の周囲に複数個設け、
    前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する励磁用内周コイルと、
    前記２本の脚状ヨーク部の間を通り、前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の内側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用内周コイルと、
    前記回転軸の軸方向から見て前記バックヨーク部の外側で前記回転軸の周囲を巻回する検出用外周コイルと、を設け、
    前記検出用内周コイルからの出力電圧よりトルクの向き及び大きさを算出することを特徴とするトルク検出方法。
26. 前記複数の磁気コアにおいて、前記２本の脚状ヨークの前記底面の中心を結ぶ線と前記回転軸の中心軸との角度が略＋４５°となるべく前記磁気コアが設置された第１の検出部からの出力電圧と、前記角度が略−４５°となるべく前記磁気コアが設置された第２の検出部からの出力電圧との差分よりトルクの向き及び大きさを算出することを特徴とする請求項２５に記載のトルク検出方法。
27. 前記回転軸に直流バイアス磁場を印加することを特徴とする請求項２２乃至２６に記載のトルク検出方法。
    

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