JP2009036728A - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2009036728A
JP2009036728A JP2007203426A JP2007203426A JP2009036728A JP 2009036728 A JP2009036728 A JP 2009036728A JP 2007203426 A JP2007203426 A JP 2007203426A JP 2007203426 A JP2007203426 A JP 2007203426A JP 2009036728 A JP2009036728 A JP 2009036728A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
yoke
magnetic
coil
magnetic core
torque sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007203426A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatake Naoe
昌武 直江
Keiko Kikuchi
慶子 菊地
Masahiro Mita
正裕 三田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP2007203426A priority Critical patent/JP2009036728A/en
Publication of JP2009036728A publication Critical patent/JP2009036728A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetostrictive torque sensor that reduces magnetic interference between magnetic cores, raises sensor sensitivity, and enables recognition of a direction in which torque is imparted. <P>SOLUTION: The torque sensor includes N (where N is an integer of ≥4) pieces of magnetic cores each having a pair of yoke edge portions and a yoke connected portion around which a coil has been wound. In each of the magnetic cores, the respective centers of the edge surfaces of the yoke edge portions are connected by a line forming a predetermined angle with the axial direction of a rotation axis to be detected by the torque sensor. The N magnetic cores are supported by insulating members so as to constitute a magnetic core unit. The N magnetic cores are arranged so that when the N magnetic cores are excited, adjacent magnetic cores have opposite magnetic flux components along the line connecting the respective centers of the edge surfaces of the yoke edge portions. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

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に関する。   The present invention relates to a torque sensor that detects the axial torque of a rotating shaft in a non-contact manner using magnetostriction characteristics.

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う従来手法に代わる方式として注目されている。   For the power steering mechanism, engine control mechanism, power transmission mechanism, and the like of automobiles, a means for accurately detecting shaft torque has long been desired. By increasing the detection accuracy, precise control and efficiency can be improved, and various methods have been proposed so far. In particular, the method of detecting the shaft torque without contact using the magnetostrictive characteristics of the rotating shaft has a large overload capability, and is attracting attention as a method that replaces the conventional method of detecting the torque from the torsion amount of the torsion bar. .

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、トルクによって発生する透磁率の変動、より具体的には、回転軸の軸方向に対して+45°と−45°の方向での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に開示の技術では、図25(a)に示すように、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・検出を行う。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。   Various types of torque sensors of this type have been proposed, but all of them vary in permeability caused by torque, more specifically, + 45 ° and −45 ° with respect to the axial direction of the rotating shaft. The fluctuation of the magnetic permeability in the direction is detected by the detection coil. For example, in the technique disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 25A, a magnetic film 503 having an inclination angle with respect to the axial direction is fixed to a rotating shaft 502 whose torque is to be detected. Excitation and detection are performed by the outer solenoid coil 504. However, since this method requires additional processing on the rotating shaft, there is a risk that reliability such as peeling of the magnetic film 503 may be impaired. Furthermore, since it is essential to specialize the shaft and increase the diameter, there is a problem that the mounting property is poor.

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に開示の技術では、突起部を有する多数の磁気片を磁気ピンで磁気リングに取り付け磁気コアを構成し、さらに各磁気ピンにコイルを巻いてトルクセンサを構成している。   For this reason, a torque sensor having a similar function without any processing on the rotating shaft has been proposed. For example, in the technique disclosed in Patent Document 2, a magnetic core is configured by attaching a large number of magnetic pieces having protrusions to a magnetic ring with magnetic pins, and a coil is wound around each magnetic pin to configure a torque sensor.

また、特許文献3では、回転軸の周囲に非接触で巻回され回転軸を軸方向に沿って励磁する励磁コイルと、回転軸との間で独立した検出磁気回路を形成する複数の検出コアを、回転軸の励磁領域周囲に等間隔にリング状に配置して成る一体型成形の検出コア輪と、トルク伝達により変化する各コア内の磁界を検出する磁気検出部を含む構成をとっている。   Further, in Patent Document 3, a plurality of detection cores that form independent detection magnetic circuits between an excitation coil that is wound around the rotation axis in a non-contact manner and that excites the rotation axis in the axial direction, and the rotation axis. The detection core wheel is integrally formed by arranging the ring around the excitation region of the rotating shaft at equal intervals, and a magnetic detection unit that detects a magnetic field in each core that changes due to torque transmission. Yes.

特開平1−94230号公報JP-A-1-94230 特開昭63−90730号公報JP-A-63-90730 特開昭62−249026号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-249026

しかしながら、改良が施された特許文献の技術であっても、依然として克服すべき課題があった。   However, there is still a problem to be overcome even with the improved technology of the patent literature.

例えば、特許文献2では、磁気リングが一体物であり、周方向で隣り合うコアは分離されておらず、磁気干渉により出力にノイズが発生した。この場合、トルクセンサの感度が低下するだけでなく、トルクの付与方向が識別できない。また、多数設けられた磁気ピン毎にコイルを巻くため、隣り合うコイル同士が干渉し、コイルの巻数を増やすことに限界があった。そのため、得られる出力が小さく感度が低かった。   For example, in Patent Document 2, the magnetic ring is an integrated object, the cores adjacent in the circumferential direction are not separated, and noise is generated in the output due to magnetic interference. In this case, not only the sensitivity of the torque sensor is lowered, but also the direction of torque application cannot be identified. Moreover, since a coil is wound for each magnetic pin provided in large numbers, adjacent coils interfere with each other, and there is a limit to increasing the number of turns of the coil. Therefore, the output obtained is small and the sensitivity is low.

また、特許文献3の第1実施例では、先に述べた特許文献2と同様に、磁気リングが一体物のため、隣接する検出コア先端部において磁気干渉が生じ、トルクセンサとしての感度は極めて低かった。さらに同センサの励磁コイルは回転軸に対してソレノイド状に巻回され、検出コアは回転軸の軸方向に対して垂直に配置していた。回転軸に対してトルクが付与されると軸の軸方向に対して+45°と−45°に透磁率変化が生じるが、同センサでは、これらを切り分けて測定できない構造であった。すなわちトルクの付与方向を識別できないといった課題があった。   Further, in the first embodiment of Patent Document 3, as in Patent Document 2 described above, since the magnetic ring is an integrated body, magnetic interference occurs at the adjacent detection core tip, and the sensitivity as a torque sensor is extremely high. It was low. Further, the exciting coil of the sensor was wound in a solenoid shape around the rotating shaft, and the detection core was arranged perpendicular to the axial direction of the rotating shaft. When torque is applied to the rotating shaft, the magnetic permeability changes at + 45 ° and −45 ° with respect to the axial direction of the shaft, but the sensor cannot be measured separately. That is, there is a problem that the direction of torque application cannot be identified.

さらに特許文献3の第3実施例では上記磁気リングを用いないで、各々独立した検出用U字型コアとしていたが、隣り合うコア同士の間隔が狭く、コア同士で磁気干渉が生じ、感度が低下した。この場合も、上記した理由によって、トルクの絶対値は測定できるが、トルクの付与方向を識別できないので、同コア形状はトルクセンサとして不適であった。磁気干渉を考慮し、仮にU字型コアを1個乃至2個としても、軸表面の磁気特性が均一でない実用鋼材を用いた場合、出力電圧に変動が生じ、正確にトルクを測定することができなかった。すなわちゼロ点変動が大きくなり、トルクセンサとして不適であった。当然、この場合もトルクの付与方向を識別することはできなかった。   Furthermore, in the third embodiment of Patent Document 3, the magnetic rings are not used, and the detection U-shaped cores are independent from each other. However, the interval between adjacent cores is narrow, magnetic interference occurs between the cores, and the sensitivity is high. Declined. Also in this case, although the absolute value of the torque can be measured for the reason described above, the shape of the core is unsuitable as a torque sensor because the direction of torque application cannot be identified. In consideration of magnetic interference, even if one or two U-shaped cores are used, if a practical steel material with non-uniform magnetic properties on the shaft surface is used, the output voltage varies and torque can be measured accurately. could not. That is, the zero point fluctuation becomes large, which is not suitable as a torque sensor. Of course, in this case as well, the direction of torque application could not be identified.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気コア同士の磁気干渉を低減し、センサの感度を高め、トルクの付与方向の識別を可能にする技術の提供にある。   The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a technique for reducing magnetic interference between magnetic cores, increasing the sensitivity of a sensor, and identifying the direction in which torque is applied. It is in.

本発明のトルクセンサは、一対のヨーク端部とコイルを巻いたヨーク接続部とを有する磁気コアをN個備え(Nは4以上の偶数である。)、
前記磁気コアは、おのおの、前記ヨーク端部の端面の中央同士を結ぶ線がトルクセンサで検知しようとする回転軸の軸方向と所定の角度を為し、
N個の前記磁気コアは絶縁部材を介して支持されて磁気コアユニットを構成しており、
N個の前記磁気コアを励磁したときに、前記ヨーク端部の端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで逆向きとなるように、磁気コアを配置することを特徴とする。
ここで、ヨーク端部は、磁極として機能する磁気コアの端面に相当する。
The torque sensor of the present invention includes N magnetic cores having a pair of yoke end portions and a yoke connecting portion wound with a coil (N is an even number of 4 or more).
Each of the magnetic cores forms a predetermined angle with the axial direction of the rotating shaft to be detected by the torque sensor, wherein the line connecting the centers of the end surfaces of the yoke end portions is detected by the torque sensor,
The N magnetic cores are supported via an insulating member to constitute a magnetic core unit,
The magnetic cores are arranged so that when N magnetic cores are excited, magnetic flux components along a line connecting the centers of the end surfaces of the yoke end portions are opposite to each other in the adjacent magnetic cores. And
Here, the yoke end corresponds to the end face of the magnetic core functioning as a magnetic pole.

上記本発明のトルクセンサにおいて、
隣り合う磁気コアはコイルを巻いた向きが逆であり、
N個の前記コイルを直列接続すると共に、直列接続状態にある隣り合う磁気コアのコイル同士は異なる側で接続されていることを特徴とする。
In the torque sensor of the present invention,
Adjacent magnetic cores have the opposite direction of winding the coil,
The N coils are connected in series, and coils of adjacent magnetic cores in a serial connection state are connected on different sides.

上記本発明のトルクセンサにおいて、
隣り合う磁気コアはコイルを巻いた向きが同じであり、
N個の前記コイルを直列接続すると共に、直列接続状態にある隣り合う磁気コアのコイル同士は同じ側で接続されていることを特徴とする。
In the torque sensor of the present invention,
Adjacent magnetic cores have the same winding direction,
The N coils are connected in series, and coils of adjacent magnetic cores in series connection are connected on the same side.

上記本発明のいずれかのトルクセンサにおいて、前記所定の角度が、略45°に設定されていることが望ましい。さらに、前記所定の角度が+略45°に設定された第1の磁気コアユニットと、前記所定の角度が−略45°に設定された第2の磁気コアユニットとでトルクセンサを構成することがより好ましい。略45°としては45°±10°程度が許容される(−略45°は、−45°±10°程度に相当する。)。   In any one of the torque sensors according to the present invention, it is preferable that the predetermined angle is set to approximately 45 °. Furthermore, a torque sensor is constituted by the first magnetic core unit in which the predetermined angle is set to about + 45 ° and the second magnetic core unit in which the predetermined angle is set to about −45 °. Is more preferable. About 45 ° ± 10 ° is allowed as about 45 ° (−about 45 ° corresponds to about −45 ° ± 10 °).

前記ヨーク接続部は前記ヨーク端部同士を磁気回路的につなげる部材であり、回転軸の軸方向において、ヨーク接続部の厚さ<ヨーク接続部の幅という構成を除外するものではない。ヨーク接続部の断面のアウトラインは、円形、楕円形、矩形、四角形及び6角形等の多角形のいずれとしてもよい。ただし、成形・焼結で作製するフェライトコアでヨーク接続部を構成するには、成形性がよく、欠けを抑制し歩留りが良いという観点から、断面のアウトラインが円形であるヨーク端部が好ましい。   The yoke connecting portion is a member that connects the yoke end portions in a magnetic circuit, and does not exclude the configuration of the thickness of the yoke connecting portion <the width of the yoke connecting portion in the axial direction of the rotating shaft. The outline of the cross section of the yoke connecting portion may be any of a polygon such as a circle, an ellipse, a rectangle, a rectangle, and a hexagon. However, in order to configure the yoke connection portion with a ferrite core produced by molding / sintering, a yoke end portion having a circular cross-sectional outline is preferable from the viewpoints of good moldability, suppressing chipping and good yield.

上記本発明のトルクセンサにおいて、前記ヨーク端部は、同一形状にすることができる。部品形状の共通化によって、製造プロセスの数を抑え、組み立ての際の部品取り間違いを防げる。   In the torque sensor of the present invention, the yoke end portions can have the same shape. By sharing parts shapes, the number of manufacturing processes can be reduced, and mistakes in parts removal during assembly can be prevented.

上記本発明のトルクセンサにおいて、
前記ヨーク端部および前記ヨーク接続部が、Mn−Zn系フェライトで構成されていることが望ましい。Mn−Zn系フェライトの焼結体コアのなかでも抵抗率ρが高いものを用いると、磁気的な励磁と検出の効率を高くすることができる。さらに、特に高周波特性に優れるものを用いると、磁気的なロスが低く、キュリー温度が高いので自動車用途に適用し易い。
In the torque sensor of the present invention,
It is desirable that the yoke end portion and the yoke connecting portion are made of Mn—Zn-based ferrite. Among the sintered cores of Mn—Zn ferrite, those having a high resistivity ρ can increase the efficiency of magnetic excitation and detection. Furthermore, when a material having particularly excellent high-frequency characteristics is used, the magnetic loss is low and the Curie temperature is high, so that it is easy to apply to automobile applications.

Nは4以上の偶数であり、例えばNは4〜36の範囲内の偶数とする。工作機械装置の場合、回転軸の直径を大きくすることもあり、回転軸のトルクを検知する際のゼロ点変動を抑制するためにはNを大きくすることが望ましい。自動車用途のように回転軸の直径がある程度の範囲に抑えられる場合、小型化及び軽量化の観点から、Nは4,6及び8のいずれかであることが好ましい。   N is an even number of 4 or more. For example, N is an even number within a range of 4 to 36. In the case of a machine tool device, the diameter of the rotating shaft may be increased, and it is desirable to increase N in order to suppress the zero point fluctuation when detecting the torque of the rotating shaft. When the diameter of the rotating shaft is limited to a certain range as in automotive applications, N is preferably any one of 4, 6 and 8 from the viewpoint of miniaturization and weight reduction.

前記コイルは、具体的には励磁用コイルと検出用コイルで構成される。いずれのコイルについても、励磁用コイルと検出用コイルは同じ向きに巻くことが好ましい。   Specifically, the coil includes an excitation coil and a detection coil. In any of the coils, the excitation coil and the detection coil are preferably wound in the same direction.

N個の磁気コアを支持する絶縁部材は、環状の非磁性部材で支持することが好ましい。前記環状の非磁性部材は、例えば一体成形できる樹脂を用いるが、80℃程度の環境温度に耐えられれば他の材料(非磁性の有機材料)に代替可能である。軟磁性体のヨーク端部同士を任意の間隔で、かつヨーク端部と回転軸表面間の空隙(磁気ギャップ)が一定に保てれば、円盤状でなくてもよい。ただし、前記環状の非磁性部材の中央には、回転軸を通すための軸孔が必要である。   The insulating member that supports the N magnetic cores is preferably supported by an annular nonmagnetic member. The annular nonmagnetic member uses, for example, a resin that can be integrally molded, but can be replaced with another material (nonmagnetic organic material) as long as it can withstand an environmental temperature of about 80 ° C. As long as the yoke ends of the soft magnetic material are spaced at an arbitrary interval and the gap (magnetic gap) between the yoke ends and the surface of the rotating shaft is kept constant, the shape may not be a disk shape. However, a shaft hole for passing the rotation shaft is required at the center of the annular nonmagnetic member.

前記ヨーク端部とヨーク接続部は嵌合してもよい。この場合、いずれか一方に凹部を設け、その凹部に嵌る凸部を他方が有するのがよい。前記ヨーク端部とヨーク接続部は接着剤によって接着してもよい。前記ヨーク端部は、環状の非磁性部材(例えば非磁性リング)と嵌合してもよい。前記ヨーク端部と環状の非磁性部材は接着剤によって接着してもよい。   The yoke end portion and the yoke connection portion may be fitted. In this case, it is preferable that a concave portion is provided in one of them, and the other has a convex portion that fits into the concave portion. The yoke end portion and the yoke connection portion may be bonded with an adhesive. The yoke end may be fitted with an annular nonmagnetic member (for example, a nonmagnetic ring). The yoke end and the annular non-magnetic member may be bonded with an adhesive.

また、前記ヨーク端部の軸孔側の端面は平面にすることもできる。ただし、好ましくは、前記ヨーク端部の前記軸孔側の端面は対向する回転軸表面の形状に沿った曲面にする。回転軸の軸芯を基準にしてみたときに、曲面状の端面(磁極面)と回転軸間の距離が均一になっていると、磁気的な励磁と検出の効率を良くすることができる。すなわち、ヨーク端部と回転軸の磁気ギャップは機械的な寸法誤差、あるいは回転時に生ずる回転ぶれなどが生じても機械的に干渉しない寸法を設定しているのであるが、ヨーク端部の回転軸への対向面を曲面状にすることによって、ヨーク端部と回転軸との間の磁気抵抗を低減する事が可能となる。したがって、コイルのターン数やコイルに流す電流を大きくしなくても、高い磁束密度で磁気コアから回転軸に磁束を印加できる。また、ヨーク端部の回転軸への対向面を曲面状にすることによって、各々のヨーク端部においてヨーク端部と回転軸の間の磁気ギャップ長を均一にする事が可能となり、その結果、回転軸に印加される磁界が平均化され、いわゆる励磁ムラが抑制され、かつ、ヨーク端部と回転軸の対向面積が大きい事から、回転軸表面で生じている透磁率変化を効率よく検出できる。すなわち、磁気コアの数を特に多くしなくても、ゼロ点変動を低減できる。   Further, the end surface of the yoke end on the shaft hole side may be a flat surface. However, it is preferable that the end surface of the yoke end on the shaft hole side is a curved surface that conforms to the shape of the surface of the opposing rotating shaft. If the distance between the curved end face (magnetic pole surface) and the rotating shaft is uniform when the axis of the rotating shaft is taken as a reference, the efficiency of magnetic excitation and detection can be improved. In other words, the magnetic gap between the yoke end and the rotating shaft is set to a dimension that does not interfere mechanically even if mechanical dimensional errors or rotational fluctuations occur during rotation. It is possible to reduce the magnetic resistance between the end portion of the yoke and the rotating shaft by making the surface facing the curved surface into a curved surface. Therefore, the magnetic flux can be applied from the magnetic core to the rotating shaft with a high magnetic flux density without increasing the number of turns of the coil and the current flowing through the coil. In addition, by making the surface of the yoke end facing the rotating shaft curved, it is possible to make the magnetic gap length between the yoke end and the rotating shaft uniform at each yoke end. The magnetic field applied to the rotating shaft is averaged, so-called excitation unevenness is suppressed, and the opposing area between the yoke end and the rotating shaft is large, so that the permeability change occurring on the surface of the rotating shaft can be detected efficiently. . That is, the zero point fluctuation can be reduced without particularly increasing the number of magnetic cores.

また、前記磁気コアを複数設け、磁気コア同士を磁気的に離隔して配置することは、ゼロ点変動を抑制する上で好ましい。   In addition, it is preferable to provide a plurality of the magnetic cores and to dispose the magnetic cores magnetically apart from each other in order to suppress the zero point fluctuation.

また、磁路を形成可能な材料で構成された外装ヨーク部を付加し、その内部に該外装ヨーク部と磁気的に分離された前記磁気コアユニットを備える構成としてもよい。また、前記外装ヨーク部は円筒状とし、該外装ヨーク部は円環状の磁石を有する場合、前記外装ヨーク部の中には前記N個の磁気コアを収める。   Moreover, it is good also as a structure which adds the exterior yoke part comprised with the material which can form a magnetic path, and is equipped with the said magnetic core unit magnetically isolate | separated from this exterior yoke part. Further, when the exterior yoke portion is cylindrical and the exterior yoke portion has an annular magnet, the N magnetic cores are accommodated in the exterior yoke portion.

また、前記ヨーク端部及びヨーク接続部の材料としては、Ni−Zn系フェライト、鉄粉、Fe基アモルファス(薄帯を積層または粉砕・成形したものをヨークとする。)、Fe基ナノ結晶材料(薄帯を積層または粉砕・成形したものをヨークとする。)のいずれかを用いることもできる。   In addition, as materials for the yoke end portion and the yoke connection portion, Ni—Zn ferrite, iron powder, Fe-based amorphous (a laminate obtained by laminating or pulverizing and forming a ribbon is used as a yoke), Fe-based nanocrystalline material. (A yoke obtained by laminating or pulverizing and molding thin ribbons) can also be used.

前記柱状ヨークに環状に巻回された励磁用コイルと検出用コイルを有する。これらコイルは、各々、コイルを巻いて樹脂で固めたもの或いはコイルをボビンに巻きつけたもので構成できる。樹脂で固める形状やボビンの形状は円形や矩形等としてもよい。さらに、前記板状ヨークには、前記励磁用コイルと検出用コイルに加え、環状に巻回されたシェイキング磁界重畳用コイルを備えてもよい。また、前記シェイキング磁界重畳用コイルは前記板状ヨークと回転軸表面の間に、回転軸の周囲を取り巻くように環状に巻回してもよい。ここでシェイキング磁界とは、ヒステリシスの原因の1つである回転軸表面近傍のピンニングの影響を低減する目的でシャフトに印加する磁界である。シェイキング磁界は前記励磁用コイルまたはシェイキング磁界重畳用コイルに、励磁周波数とは異なる周波数の交流電圧を印加することによって得られる。ヒステリシス低減を実現するために、回転軸表面に磁性膜を貼り付ける等の特別な加工を施す手法が提案されているが、回転軸の信頼性を損なう。一方、シェイキング磁界の重畳は、回転軸に特別な加工を施すことなく、回転軸に対して非接触でヒステリシスの低減が可能となる。   An excitation coil and a detection coil wound in an annular shape around the columnar yoke are included. Each of these coils can be constituted by winding a coil and hardening it with a resin, or winding a coil around a bobbin. The shape solidified with resin and the shape of the bobbin may be circular or rectangular. Further, the plate-like yoke may be provided with a shaking magnetic field superimposing coil wound in an annular shape in addition to the excitation coil and the detection coil. The shaking magnetic field superimposing coil may be wound in an annular shape so as to surround the periphery of the rotating shaft between the plate-like yoke and the rotating shaft surface. Here, the shaking magnetic field is a magnetic field applied to the shaft for the purpose of reducing the influence of pinning in the vicinity of the rotating shaft surface, which is one of the causes of hysteresis. The shaking magnetic field is obtained by applying an AC voltage having a frequency different from the excitation frequency to the exciting coil or the shaking magnetic field superimposing coil. In order to reduce the hysteresis, a technique for applying a special process such as attaching a magnetic film to the surface of the rotating shaft has been proposed, but the reliability of the rotating shaft is impaired. On the other hand, the superposition of the shaking magnetic field makes it possible to reduce the hysteresis in a non-contact manner with respect to the rotating shaft without performing special processing on the rotating shaft.

本発明によれば、磁気コア同士の磁気的干渉が抑えられる。その結果、トルクセンサによって高い出力が得られ、さらにトルク付与方向の識別が可能となる。   According to the present invention, magnetic interference between magnetic cores can be suppressed. As a result, a high output can be obtained by the torque sensor, and the torque application direction can be identified.

つぎに、本発明を実施するための最良の形態(以下、単に「実施形態」という)を、図面を参照して具体的に説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “embodiment”) will be specifically described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るトルクセンサ10の構造を示す図であり、具体的には、回転軸90の軸に垂直な向きから見た断面図である。なお、以下に示す図面においては、図面が煩雑になるのを避け理解を容易にするために適宜符号を省略する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing the structure of the torque sensor 10 according to the first embodiment, and specifically, a cross-sectional view seen from a direction perpendicular to the axis of the rotating shaft 90. In the drawings shown below, reference numerals are omitted as appropriate in order to avoid complicated drawings and facilitate understanding.

このトルクセンサ10は、磁歪特性を利用して回転軸90に印加されるトルクを検出する。背景技術で上述した通り磁歪特性を利用するため、トルクセンサ10は、回転軸90の軸方向に対して+45°の透磁率の変動を検出する図下側の第1の磁気コアユニット20と、−45°の透磁率の変動を検出する図上側の第2の測定ユニット120とを有する。この2方向の透磁率変化を測定することにより、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。回転軸90は磁歪材料で形成され、例えばニッケル・クロム・モリブデン鋼で形成される。この材料は例えば自動車のエンジンにおけるクランクシャフト材として一般に使用される。   The torque sensor 10 detects torque applied to the rotating shaft 90 using magnetostriction characteristics. In order to use the magnetostriction characteristics as described above in the background art, the torque sensor 10 includes a first magnetic core unit 20 on the lower side of the figure that detects a change in permeability of + 45 ° with respect to the axial direction of the rotating shaft 90; And a second measurement unit 120 on the upper side of the figure for detecting a change in permeability of −45 °. By measuring the change in permeability in these two directions, the direction and magnitude of the torque applied to the rotating shaft 90 is detected. The rotating shaft 90 is formed of a magnetostrictive material, for example, nickel, chromium, molybdenum steel. This material is generally used, for example, as a crankshaft material in automobile engines.

また、第1の測定ユニット20全体は、一般的なハウジング(図示せず)に収容されており、例えばモールド材(図示せず)を用いて固定される。また、ハウジングには、導出部が設けられ、この中に外部回路が設けられる。外部回路には、後述する各コイルに電力を供給したり、検出された出力信号を取得する。また、ハウジングの周囲に設けられた固定用ボルト孔に固定用ボルトを貫通させ、外部の固定箇所にネジ止めすることによってハウジングが固定される。なお、第2の磁気コアユニット120も、同様のハウジングに収容されている。以下、第1の磁気コアユニット20について説明し、第2の磁気コアユニット120に関する説明は省略する。   The entire first measurement unit 20 is accommodated in a general housing (not shown), and is fixed using, for example, a molding material (not shown). Further, the housing is provided with a lead-out portion, and an external circuit is provided therein. The external circuit supplies power to each coil, which will be described later, and acquires a detected output signal. Further, the housing is fixed by passing the fixing bolt through a fixing bolt hole provided around the housing and screwing it to an external fixing location. The second magnetic core unit 120 is also accommodated in the same housing. Hereinafter, the first magnetic core unit 20 will be described, and the description regarding the second magnetic core unit 120 will be omitted.

図2は、第1の磁気コアユニット20を示した図であり、図2(a)は平面図を示し、図2(b)はA−A’の断面図を示し、さらに図2(c)は下面図を示している。図3は、第1の磁気コアユニット20の外観を示す斜視図である。また図4は1個の磁気コアユニットの外観を示す斜視図である。ここで1個の磁気コアユニットとは第1板状ヨーク220a及び第2板状ヨーク220b(ヨーク端部の具体例)と、円筒状ヨーク240(ヨーク接続部の具体例)で構成されたユニットを指す。それぞれの円筒状ヨーク240には励磁用コイル214a〜214dと検出用コイル215a〜215dが巻回されたボビン250が取り付けられる。さらに円筒状ヨーク240には、その下側の端面に第1板状ヨーク220aが取り付けられ、上側の端面に第2板状ヨーク220bが取り付けられる。第1板状ヨーク220aと第2板状ヨーク220bは、同一形状の部品である。第1非磁性リング230a、第2非磁性リング230bの中心には、回転軸90が挿入可能な軸孔228が形成されている。なお、第1の磁気コアユニット20は、前記磁気コアが4個含まれる構成となる。   FIG. 2 is a view showing the first magnetic core unit 20, FIG. 2 (a) is a plan view, FIG. 2 (b) is a cross-sectional view taken along line AA ′, and FIG. ) Shows a bottom view. FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of the first magnetic core unit 20. FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of one magnetic core unit. Here, one magnetic core unit is a unit composed of the first plate-like yoke 220a and the second plate-like yoke 220b (specific example of the yoke end) and the cylindrical yoke 240 (specific example of the yoke connecting portion). Point to. A bobbin 250 around which excitation coils 214a to 214d and detection coils 215a to 215d are wound is attached to each cylindrical yoke 240. Further, the cylindrical yoke 240 has a first plate-like yoke 220a attached to its lower end surface and a second plate-like yoke 220b attached to its upper end surface. The first plate-like yoke 220a and the second plate-like yoke 220b are parts having the same shape. A shaft hole 228 into which the rotating shaft 90 can be inserted is formed at the center of the first nonmagnetic ring 230a and the second nonmagnetic ring 230b. Note that the first magnetic core unit 20 includes four magnetic cores.

図5(a)(b)はそれぞれ第1板状ヨーク220aの上面および底面から見た斜視図である。また図6は4個の第1板状ヨーク220aを第1非磁性リング230aに取り付けたときの斜視図である。同図(a)は板状ヨークの上面からみた斜視図であり、同図(b)は第1非磁性リングの底面からみた斜視図である。第1板状ヨーク220aは、第1非磁性リング230aの軸孔の中心からみて等角度な間隔で周方向に並べて(0°,90°,180°,270°の位置)、第1非磁性リング230aに取り付けられる。非磁性リングおよび板状ヨークには所定の位置に孔270が設けられている。これらは、孔を有する円筒状ヨーク240、励磁用コイル及び検出用コイルを巻回したボビン250、第2板状ヨーク220b、そして第2非磁性リング230bとともに孔の位置を揃えてボルト及びナットで締結するために用いられる。なお、図示は省略したが、第2板状ヨーク220bも同様に第2非磁性リング230bに取り付けられる。   FIGS. 5A and 5B are perspective views of the first plate-like yoke 220a viewed from the top and bottom surfaces, respectively. FIG. 6 is a perspective view when the four first plate-like yokes 220a are attached to the first nonmagnetic ring 230a. FIG. 4A is a perspective view seen from the top surface of the plate-like yoke, and FIG. 4B is a perspective view seen from the bottom surface of the first nonmagnetic ring. The first plate-like yokes 220a are arranged in the circumferential direction at equiangular intervals as viewed from the center of the shaft hole of the first nonmagnetic ring 230a (positions of 0 °, 90 °, 180 °, 270 °), and the first nonmagnetic yoke 220a. It is attached to the ring 230a. The nonmagnetic ring and the plate-like yoke are provided with holes 270 at predetermined positions. These are a cylindrical yoke 240 having a hole, a bobbin 250 around which an excitation coil and a detection coil are wound, a second plate-shaped yoke 220b, and a second nonmagnetic ring 230b, and the positions of the holes are aligned with bolts and nuts. Used for fastening. Although not shown, the second plate-like yoke 220b is similarly attached to the second nonmagnetic ring 230b.

非磁性リング230a及び230bには、所定の位置に凸部231aを設けることで、等間隔に板状ヨークを取り付けることができる。磁気コアユニット20に軸を挿入した場合、それぞれ等間隔に取り付けられた第1及び第2板状ヨークは、その軸孔側の端面と回転軸表面間の空隙(磁気ギャップ)が同じ寸法になる。ここで回転軸表面と対向する板状ヨークの軸孔側の端面は回転軸表面の形状に沿った曲面を有する。第1板状ヨーク220aが有する、回転軸表面と対向するこの曲面(磁極面)を260a、第2板状ヨークが有するこの曲面(磁極面)を260bとする。   By providing the nonmagnetic rings 230a and 230b with convex portions 231a at predetermined positions, plate-like yokes can be attached at equal intervals. When the shaft is inserted into the magnetic core unit 20, the first and second plate-like yokes mounted at equal intervals respectively have the same size of the gap (magnetic gap) between the end surface on the shaft hole side and the surface of the rotating shaft. . Here, the end surface on the shaft hole side of the plate-like yoke facing the surface of the rotation shaft has a curved surface along the shape of the surface of the rotation shaft. The curved surface (magnetic pole surface) of the first plate-like yoke 220a facing the rotating shaft surface is 260a, and this curved surface (magnetic pole surface) of the second plate-like yoke is 260b.

図7は図6を平面図及び断面図で示した。図7(a)は平面図を示し、図7(b)はA−A’の断面図、図7(c)は下面図を示している。なお、同図では非磁性リングの一部の図示を省略している。第1板状ヨーク220aにおいて低く(厚さを薄く)形成されている面をヨーク接続部221といい、外周が直径R11で高さh1のリング形状の一部である。なお、この高さh1は、ヨーク接続部221の底面224を基準としており、以下の高さh2も同様である。   FIG. 7 shows FIG. 6 in a plan view and a cross-sectional view. 7A is a plan view, FIG. 7B is a cross-sectional view of A-A ′, and FIG. 7C is a bottom view. In the figure, a part of the nonmagnetic ring is not shown. The surface of the first plate-like yoke 220a that is formed low (thinner thickness is thin) is called a yoke connection portion 221, and the outer periphery is a part of a ring shape having a diameter R11 and a height h1. The height h1 is based on the bottom surface 224 of the yoke connection portion 221, and the following height h2 is the same.

第1板状ヨーク220aにおいてヨーク接続部221より高く形成されている凸部223は空隙(磁気ギャップ)を介して回転軸の軸表面と対向し、回転軸の励磁とトルク付与によって生じる透磁率変化の検出に大きく寄与する。223は外周が直径R12、内周が直径R13のリングの1部分と同形状であって、高さh2となるように形成されている。したがって、ヨーク接続部221と凸部223の間には高さh2−h1の段差が形成されている。また、第2板状ヨーク220bは、上述の通り第1板状ヨーク220aと同様の形状である。   The convex portion 223 formed higher than the yoke connection portion 221 in the first plate-like yoke 220a faces the shaft surface of the rotating shaft through a gap (magnetic gap), and changes in magnetic permeability caused by excitation and torque application of the rotating shaft. It greatly contributes to detection. 223 has the same shape as a part of the ring having an outer diameter of R12 and an inner diameter of R13, and is formed to have a height h2. Therefore, a step having a height h2-h1 is formed between the yoke connecting portion 221 and the convex portion 223. The second plate-like yoke 220b has the same shape as the first plate-like yoke 220a as described above.

第1及び第2板状ヨーク220a,220bの材料には、フェライトではMn−Zn系フェライト、Ni−Zn系フェライトが好ましい。この他、粉末では純鉄粉、Fe−Al−Si系センダスト粉、Fe基アモルファス材やFe基ナノ結晶材である非晶質金属粉などが好ましく、さらに、それら材料の粒径は200μm以下が好ましい。また非磁性リングに用いられる非磁性材としては80℃程度で熱変形が生じ難い樹脂や真鍮などのCu−Zn系合金やAl−Si系合金などが好ましい。真鍮などのCu−Zn系合金やAl−Si系合金などをプレス加工で成形する場合、それら材料の粒径は200μm以下が好ましい。また、軟磁性体(板状ヨークや円筒状ヨーク)と非磁性リングを上記した粉末材料で作製する場合は、それぞれ別々に仮成形体として形成され、第1及び第2板状ヨーク220a,220bと非磁性部とを組み合わせ、高圧により本成形することでリング形状とする(以下、この成形方法を2色成形と呼ぶ)。なお、バインダとして、各材料粉への分散性等を考慮して、平均粒径が100μm以下の熱可塑性樹脂を使用できる。なお、円筒状ヨーク240は第1及び第2板状ヨーク220a,220bに関する材料及び形成手順と同じでよい。   As the material of the first and second plate-like yokes 220a and 220b, as the ferrite, Mn—Zn ferrite and Ni—Zn ferrite are preferable. In addition, as the powder, pure iron powder, Fe-Al-Si based sendust powder, Fe-based amorphous material, amorphous metal powder such as Fe-based nanocrystalline material, etc. are preferable, and the particle size of these materials is 200 μm or less. preferable. Further, as the nonmagnetic material used for the nonmagnetic ring, a resin, a Cu—Zn alloy such as brass, an Al—Si alloy, or the like, which hardly causes thermal deformation at about 80 ° C., is preferable. When a Cu—Zn alloy such as brass or an Al—Si alloy is formed by press working, the particle size of these materials is preferably 200 μm or less. Further, when the soft magnetic body (plate yoke or cylindrical yoke) and the nonmagnetic ring are made of the above-described powder material, they are separately formed as temporary molded bodies, and the first and second plate yokes 220a and 220b are formed separately. And a non-magnetic part are combined and formed into a ring shape by high-pressure molding (hereinafter, this molding method is referred to as two-color molding). A thermoplastic resin having an average particle size of 100 μm or less can be used as the binder in consideration of dispersibility in each material powder. The cylindrical yoke 240 may be the same as the material and forming procedure for the first and second plate-like yokes 220a and 220b.

つづいて、磁気コアユニット20の組立手順を簡単に説明する。図8は、磁気コアユニット20を構成する、第1及び第2非磁性リング、第1及び第2板状ヨーク、円筒状ヨーク、ボビンの斜視図を示している。図示のように、円筒状ヨーク240は、第1非磁性リングで支持した第1板状ヨーク220aに上から載せるように結合している。次に励磁用コイルと検出用コイルを巻回したボビン250に円筒状ヨーク240を挿入する。さらに円筒状ヨークおよびボビンの上から被せるように第2板状ヨーク220bを結合させる。この際、各々の部材に形成しておいた貫通孔270の位置を合わせ、連なった貫通孔にボルトを通し、ナットで締結する。   Next, the assembly procedure of the magnetic core unit 20 will be briefly described. FIG. 8 is a perspective view of the first and second nonmagnetic rings, the first and second plate-like yokes, the cylindrical yoke, and the bobbin constituting the magnetic core unit 20. As shown in the figure, the cylindrical yoke 240 is coupled so as to be placed on the first plate-like yoke 220a supported by the first nonmagnetic ring from above. Next, the cylindrical yoke 240 is inserted into the bobbin 250 around which the excitation coil and the detection coil are wound. Further, the second plate-shaped yoke 220b is coupled so as to cover the cylindrical yoke and the bobbin. At this time, the positions of the through holes 270 formed in the respective members are aligned, bolts are passed through the continuous through holes, and tightened with nuts.

これによって、第1板状ヨーク220a、円筒状ヨーク240そして第2板状ヨーク220bが接合され、図3に示したように、励磁用コイル及び検出用コイルを巻回したボビン250を有する4個の磁気コアを含む磁気コアユニット20が完成する。なお、磁気コアユニット120に含まれる、非磁性リング及び軟磁性体は磁気コアユニット20のそれらとは鏡像対称の形状であり、組立手順も同様である。   As a result, the first plate-like yoke 220a, the cylindrical yoke 240, and the second plate-like yoke 220b are joined, and as shown in FIG. 3, four pieces having the bobbin 250 around which the exciting coil and the detecting coil are wound. The magnetic core unit 20 including the magnetic core is completed. The nonmagnetic ring and the soft magnetic material included in the magnetic core unit 120 are mirror-symmetrical with those of the magnetic core unit 20, and the assembly procedure is the same.

非磁性リング及び板状ヨークが環状部を構成しているので、磁気コアユニットの組立が容易になっている。非磁性リングには、4つの凸部が形成されており、隣り合う凸部の間の凹みは板状ヨークを嵌めこめる形状となっている。さらに、凸部と非磁性リングの周縁の間には前記凹みと同じ深さの溝が形成されており、板状ヨークを嵌めこみ易い。非磁性リングによって隣り合う磁気コアは磁気的に離隔されている。広い磁極面を有する磁気コアが回転軸を密に取り囲んでおり、回転軸表面の磁束密度分布をほぼ均一にすることができる。   Since the nonmagnetic ring and the plate-like yoke form an annular portion, the assembly of the magnetic core unit is facilitated. The nonmagnetic ring has four convex portions, and the recess between adjacent convex portions is shaped to fit a plate-like yoke. Further, a groove having the same depth as that of the recess is formed between the convex portion and the peripheral edge of the nonmagnetic ring, so that the plate-like yoke can be easily fitted. Adjacent magnetic cores are magnetically separated by a non-magnetic ring. A magnetic core having a wide magnetic pole surface surrounds the rotating shaft closely, and the magnetic flux density distribution on the surface of the rotating shaft can be made substantially uniform.

従来技術のようにリングコア内周の突出した磁極にコイルを巻くことは難しく工数がかかる。これに対して図8の構成では、柱状ヨーク毎にコイル又はコイル付きボビンを挿入し易く、工数を短縮できる。   As in the prior art, it is difficult and time-consuming to wind a coil around the projecting magnetic pole on the inner periphery of the ring core. On the other hand, in the structure of FIG. 8, it is easy to insert a coil or a bobbin with a coil for each columnar yoke, and the man-hour can be shortened.

なお、図8の構成において、一方の板状ヨークと円筒状ヨークを予め一体に成形しておけば、ボビンを前記円筒状ヨークに挿入し、他方の板状ヨークと組合わせて1組の磁気コアを構成することもできる。さらに、一方の板状ヨークと円筒状ヨークを予め一体に成形する際に、円筒状ヨークの高さを調整することにより、円筒状ヨーク付き板状ヨークを2個組合わせて磁気コアを構成することも可能である。   In the configuration shown in FIG. 8, if one plate-like yoke and the cylindrical yoke are formed integrally in advance, a bobbin is inserted into the cylindrical yoke and combined with the other plate-like yoke to form one set of magnetism. A core can also be configured. Further, when one plate-like yoke and the cylindrical yoke are integrally formed in advance, the height of the cylindrical yoke is adjusted so that two plate-like yokes with a cylindrical yoke are combined to form a magnetic core. It is also possible.

図9は、任意の1個の磁気コアおける第1板状ヨーク220a及び第2板状ヨーク220bの、回転軸90に対向する端面260a,260bと、回転軸90との位置関係を模式的に示した図である。本図に示すように、2つの端面260a,260bの中心を結ぶ線L1と、回転軸90の軸方向とは、+45°をなす。なお図示しないが、磁気コアユニット20内の他の磁気コアにおいても同様に、板状ヨークの回転軸90と対向する端面は、それら中心を結ぶ線と回転軸90の軸方向とは+45°をなす。また、第2の磁気コアユニット120においては、回転軸90に対向する端面260a,260bの中心を結ぶ線と回転軸90の軸方向とは−45°をなす。   FIG. 9 schematically shows the positional relationship between the rotary shaft 90 and the end surfaces 260a, 260b facing the rotary shaft 90 of the first plate-like yoke 220a and the second plate-like yoke 220b in any one magnetic core. FIG. As shown in the figure, the line L1 connecting the centers of the two end faces 260a and 260b and the axial direction of the rotary shaft 90 form + 45 °. Although not shown, in the other magnetic cores in the magnetic core unit 20 as well, the end surface of the plate-shaped yoke facing the rotary shaft 90 is + 45 ° between the line connecting the centers and the axial direction of the rotary shaft 90. Eggplant. In the second magnetic core unit 120, the line connecting the centers of the end surfaces 260 a and 260 b facing the rotation shaft 90 and the axial direction of the rotation shaft 90 form −45 °.

図10は、トルクセンサ10における、回路結線を示した図であり、図11はトルクと出力電圧の関係を示したグラフである。第1磁気コアユニット20で検出される第1出力VL1と第2磁気コアユニット120で検出される第2出力VR1は、同期検波回路99aを通り、オペアンプ99bに入力される。その結果、最終出力VO1が得られる。なお、第2出力VR1は、オペアンプ99bに反転入力される。トルクセンサ10では、磁気コア及び回転軸は電気回路的にはトランスの磁芯のように機能する。そこで、図10では、磁気コア及び回転軸を2本の太線で表わす。 FIG. 10 is a diagram showing circuit connections in the torque sensor 10, and FIG. 11 is a graph showing the relationship between torque and output voltage. The first output V L1 detected by the first magnetic core unit 20 and the second output V R1 detected by the second magnetic core unit 120 pass through the synchronous detection circuit 99a and are input to the operational amplifier 99b. As a result, a final output V O1 is obtained. Note that the second output V R1 is the inverting input to the operational amplifier 99b. In the torque sensor 10, the magnetic core and the rotating shaft function like a magnetic core of a transformer in terms of electric circuit. Therefore, in FIG. 10, the magnetic core and the rotating shaft are represented by two thick lines.

なお、図10では隣り合う励磁用コイル同士は逆方向に巻回した。また隣り合う検出用コイル同士に関しても同様である。したがって同じボビンに巻回される励磁用コイルと検出用コイルの巻回方向は同じである。コイル214a及びコイル214cは、図2(a)の平面図でみると、時計回りとなるように導線が巻かれているものである。図2(b)で紙面の手前側に位置するコイル214bは、図2(a)でみると、反時計回りに導線が巻かれているものである。図2(b)で紙面の後背側に位置するコイル214dは、図2(a)でみると、反時計回りに導線が巻かれているものである。   In FIG. 10, adjacent exciting coils are wound in opposite directions. The same applies to adjacent detection coils. Therefore, the winding directions of the exciting coil and the detecting coil wound around the same bobbin are the same. The coil 214a and the coil 214c are formed by winding a conductive wire so as to be clockwise when viewed in the plan view of FIG. In FIG. 2B, the coil 214b located on the front side of the paper surface is a wire wound in a counterclockwise direction when viewed in FIG. 2A. In FIG. 2B, the coil 214d positioned on the back side of the paper surface is a wire wound in a counterclockwise direction when viewed in FIG. 2A.

一方、隣り合う励磁用コイル同士を同じ方向に巻回し、かつ、隣り合う検出用コイル同士も同じ方向に巻回した場合、磁気コアユニット内に含まれる磁気コア数によって、最終出力はV01と異なる傾向を示す場合がある。例えば、図2に示すように、1つの磁気コアユニット内に4個の磁気コアユニット(0°,90°,180°,270°の位置)を含む場合、隣り合う磁気コア同士の間隔が狭いために磁気干渉が生じ、トルクの付与方向を識別できない。例えば+45°方向に生じている透磁率変化を検出しようとしても、隣接する磁気コアから磁束が流れ込む。この流れ込む磁束は−45°方向の成分であり、最終出力V02はVL1とVR1を足し合わせたものになる。図11に示すように、V02からは、トルクの絶対値は測定できるものの、トルクの付与方向が識別できない。 On the other hand, when adjacent exciting coils are wound in the same direction and adjacent detection coils are also wound in the same direction, the final output is V 01 depending on the number of magnetic cores included in the magnetic core unit. May show different trends. For example, as shown in FIG. 2, when four magnetic core units (positions of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °) are included in one magnetic core unit, the interval between adjacent magnetic cores is narrow. Therefore, magnetic interference occurs, and the direction of torque application cannot be identified. For example, even if an attempt is made to detect a change in permeability that occurs in the + 45 ° direction, magnetic flux flows from the adjacent magnetic core. This flowing magnetic flux is a component in the −45 ° direction, and the final output V 02 is the sum of V L1 and V R1 . As shown in FIG. 11, from V 02, although measurable absolute value of the torque, is applied the torque direction can not be identified.

この他、1つの磁気コアユニットに含まれる磁気コア数を2個(0°と180°の位置または90°と270°の位置)とした場合、第1及び第2板状ヨーク間の距離、すなわち260aと260b間の距離に比べ、隣り合う磁気コア同士の間隔の方が十分に広いため、上記したような隣り合う磁気コア同士の磁気干渉は生じ難い。したがって、励磁コイルと検出コイルを全て同方向に巻回しても、トルクの絶対値とトルクの付与方向は識別が可能である。1つの磁気コアユニット内の磁気コア数を1個とした場合は、磁気干渉を生じる相手となる磁気コアが軸の周方向に存在しないので、当然、トルクの絶対値とトルクの付与方向は識別できる。ただし、磁気コア数を1個または2個とした場合では、磁気コア数4個とした場合よりも感度が低く、ヒステリシスとゼロ点変動は大きい。これはコア数の減少に伴い、軸表面に対向するコア面積が減少し励磁および検出への寄与が小さくなることに起因する。特に磁気コア数が1個の場合、軸表面の磁気特性が不均一であれば、ゼロ点変動が極めて大きくなり、トルクセンサとしては不適である。したがって、隣り合う励磁用コイル同士及び検出用コイル同士を逆方向に巻回した磁気コアを多数用いた方が出力電圧が大きく、感度が高く、ヒステリシスとゼロ点変動が小さいので、トルクセンサとして好適である。   In addition, when the number of magnetic cores included in one magnetic core unit is two (positions of 0 ° and 180 ° or positions of 90 ° and 270 °), the distance between the first and second plate-shaped yokes, That is, since the distance between adjacent magnetic cores is sufficiently wider than the distance between 260a and 260b, magnetic interference between adjacent magnetic cores as described above is unlikely to occur. Therefore, even if the exciting coil and the detection coil are all wound in the same direction, the absolute value of the torque and the direction in which the torque is applied can be identified. When the number of magnetic cores in one magnetic core unit is one, the magnetic core that causes magnetic interference does not exist in the circumferential direction of the shaft, so naturally the absolute value of torque and the direction in which torque is applied are identified. it can. However, when the number of magnetic cores is one or two, the sensitivity is lower than when the number of magnetic cores is four, and hysteresis and zero point fluctuation are large. This is because the core area facing the shaft surface decreases with a decrease in the number of cores, and the contribution to excitation and detection decreases. In particular, when the number of magnetic cores is one, if the magnetic characteristics of the shaft surface are not uniform, the zero point fluctuation becomes extremely large, which is not suitable as a torque sensor. Therefore, using a large number of magnetic cores in which adjacent excitation coils and detection coils are wound in opposite directions has a higher output voltage, higher sensitivity, and smaller hysteresis and zero point fluctuations. It is.

励磁用コイルに印加される交流電圧波形は、所定の周波数と振幅を有する正弦波とする。このとき、当該所定の周波数と振幅が異なる交流電圧を、励磁用コイルに重畳しても良い。また、上記交流電圧を重畳するために、各ボビンに重畳用コイルを巻回しても良い。この場合、1個のボビンには励磁用、検出用、重畳用の3つのコイルが巻回されることになる。また、重畳用コイルは第1板状ヨーク220a及び第2板状ヨーク220bの凸部223の外周側に、回転軸90の周りを周回するように、巻回しても良い。   The AC voltage waveform applied to the exciting coil is a sine wave having a predetermined frequency and amplitude. At this time, an alternating voltage having a different amplitude from the predetermined frequency may be superimposed on the exciting coil. In addition, a superposition coil may be wound around each bobbin in order to superimpose the AC voltage. In this case, three coils for excitation, detection, and superposition are wound around one bobbin. The superimposing coil may be wound around the rotating shaft 90 around the outer periphery of the convex portion 223 of the first plate-like yoke 220a and the second plate-like yoke 220b.

(実施例1)
図1〜10で示す構成のトルクセンサにおいて、本実施例では、励磁周波数20kHz、励磁電流50mA、励磁用コイル100ターン、検出用コイル200ターン、第1及び第2板状ヨーク220a,220bの凸部223と回転軸表面の空隙g(磁気ギャップ)を1mmとした。磁気コアにはMn−Znフェライトの焼結体を用いた。非磁性リングには繊維状の素材を固めたベーク板を用いた。回転軸には高周波焼き入れを施した、φ18mmのニッケル・クロム・モリブデン鋼鋼材を用い、±140Nmのトルクを付与した。本実施例では感度Sが1.0mV/Nm、ヒステリシスεは0.27%、ゼロ点変動ηは0.9%が得られた。図12に本実施例と比較例の感度S、ヒステリシスε、ゼロ点変動ηを示す。なお感度とヒステリシス、ゼロ点変動は図13、図14下記の数式(数1〜3)で定義した。
Example 1
1 to 10, in this embodiment, in this embodiment, the excitation frequency is 20 kHz, the excitation current is 50 mA, the excitation coil is 100 turns, the detection coil is 200 turns, and the first and second plate-like yokes 220a and 220b are convex. The gap g (magnetic gap) between the portion 223 and the rotating shaft surface was set to 1 mm. A sintered body of Mn—Zn ferrite was used for the magnetic core. For the non-magnetic ring, a bake plate in which a fibrous material was hardened was used. The rotary shaft was nickel-chromium-molybdenum steel steel with φ18 mm subjected to induction hardening, and a torque of ± 140 Nm was applied. In this example, the sensitivity S was 1.0 mV / Nm, the hysteresis ε was 0.27%, and the zero point variation η was 0.9%. FIG. 12 shows the sensitivity S, hysteresis ε, and zero point variation η of this example and the comparative example. The sensitivity, hysteresis, and zero point fluctuation were defined by the following mathematical formulas (Equations 1 to 3) in FIGS.

Figure 2009036728
Figure 2009036728

Figure 2009036728
Figure 2009036728

Figure 2009036728
Figure 2009036728

ここで、Tは付与したトルクの絶対値、Vは最大トルクが付与されたときの出力電圧と最小トルクが付与されたときの出力電圧の電圧差、Vはトルクが付与されていないときの出力電圧の差、Vはトルクを付与していない状態で回転軸を1周回転させ、得られた出力電圧の最大値と最小値の差である。 Here, T m is the absolute value of the torque applied, V s is the voltage difference between the output voltage when the output voltage and the minimum torque when maximum torque is applied has been applied, V h is no torque is applied The output voltage difference V k is the difference between the maximum value and the minimum value of the output voltage obtained by rotating the rotating shaft one turn without applying torque.

図12(a)に本発明における実施例1と特許文献2、3のトルクセンサの特徴を表で示す。特許文献2では磁気リングが一体物であるため、検出コアを軸方向に対して±45°に装着しても、隣接する検出コア先端部同士において磁気干渉が生じ、感度が極めて低く、かつトルクの付与方向を識別することができない。また、特許文献3の第3実施例では各々独立した検出用U字型コアを用いているが、コアの装着角度が軸方向に対して+45°または−45°ではないので、トルクの付与によって生じる透磁率変化を+45°または−45°に分離して測定することができない。すなわちトルクの付与方向が識別できない。一方、本発明の実施例1では、磁気コアが一体物の磁気リングを介することなく、軸方向に対して±45°に装着している。さらに、隣り合う磁気コアにおける励磁コイル及び検出コイルは逆方向に巻回されている。よって、実施例1ではトルク絶対値とトルクの付与方向が同時に測定できる。   FIG. 12A shows the characteristics of the torque sensor of Example 1 and Patent Documents 2 and 3 according to the present invention in a table. In Patent Document 2, since the magnetic ring is an integral object, even if the detection core is mounted at ± 45 ° with respect to the axial direction, magnetic interference occurs between adjacent detection core tips, the sensitivity is extremely low, and torque The direction of grant cannot be identified. Further, in the third embodiment of Patent Document 3, independent U-shaped cores for detection are used, but the mounting angle of the core is not + 45 ° or −45 ° with respect to the axial direction. The resulting permeability change cannot be measured separately at + 45 ° or -45 °. That is, the direction of torque application cannot be identified. On the other hand, in the first embodiment of the present invention, the magnetic core is mounted at ± 45 ° with respect to the axial direction without using an integral magnetic ring. Furthermore, the excitation coil and the detection coil in the adjacent magnetic cores are wound in opposite directions. Therefore, in the first embodiment, the absolute torque value and the torque applying direction can be measured simultaneously.

図12(b)に磁気コア数とトルクセンサ性能を表で示す。実施例1と各参考例の感度を比較すると、実施例1が最も大きい。参考例1では隣り合う磁気コアの励磁及び検出コイルが同じ方向に巻回されており、隣り合う磁気コア間で磁気的干渉が生じ、+45°磁束対応の信号と−45°磁束対応の信号の成分が分離できない。この場合、トルク−出力電圧特性は図11のV02の傾向を示し、[数1]から感度を算出すると実施例1の感度の1/2程度となる。一方、実施例1では隣り合う磁気コアの励磁及び検出コイルが逆方向に巻回されているので、磁気的干渉が生じ難く、高い感度が得られている。ここで得られた1.0mV/Nmの感度は十分に高く、自動車のパワートレイン系に用いるトルクセンサとして好適な結果が得られた。一方、参考例2〜5は磁気コア数が実施例1よりも少ない。実施例1と同様の励磁条件では、参考例2〜5は実施例1に比べ出力が低くなり、感度も低下する。 FIG. 12B shows the number of magnetic cores and torque sensor performance in a table. When the sensitivity of Example 1 and each reference example are compared, Example 1 is the largest. In Reference Example 1, the excitation and detection coils of adjacent magnetic cores are wound in the same direction, and magnetic interference occurs between adjacent magnetic cores, and a signal corresponding to + 45 ° magnetic flux and a signal corresponding to −45 ° magnetic flux are generated. The components cannot be separated. In this case, the torque-output voltage characteristic shows the tendency of V02 in FIG. On the other hand, in Example 1, the excitation and detection coils of adjacent magnetic cores are wound in the opposite direction, so that magnetic interference hardly occurs and high sensitivity is obtained. The sensitivity of 1.0 mV / Nm obtained here was sufficiently high, and a suitable result was obtained as a torque sensor used in the powertrain system of an automobile. On the other hand, Reference Examples 2 to 5 have fewer magnetic cores than Example 1. Under the same excitation conditions as in Example 1, the outputs of Reference Examples 2 to 5 are lower than those of Example 1, and the sensitivity is also lowered.

次に実施例1と各参考例のヒステリシスを比較すると実施例1が0.3%と最も低い。参考例2〜4では励磁コア数が少ないため、回転軸表面を十分に励磁することができない。したがってヒステリシスの原因となるピンニングの影響を低減できないため、ヒステリシスは1.2〜4.0%と大きな値となる。   Next, when the hysteresis of Example 1 and each reference example are compared, Example 1 has the lowest 0.3%. In Reference Examples 2 to 4, since the number of exciting cores is small, the surface of the rotating shaft cannot be sufficiently excited. Therefore, since the influence of pinning that causes hysteresis cannot be reduced, the hysteresis becomes a large value of 1.2 to 4.0%.

次に実施例1と参考例2〜4のゼロ点変動を比較すると参考例2〜4のゼロ点変動は大きい。参考例2〜4では、磁気コアの個数が実施例1に比べ少なく、回転軸と対向する磁気コア底面の合計の面積が小さいため、回転軸表面を均一に励磁することが困難であり、かつ、信号を検出できる領域が小さい。したがって、軸表面の磁気特性が均一でない場合、回転軸が回転すれば周期的に出力電圧が変動し、ゼロ点変動が大きくなる傾向がある。一方、実施例1のゼロ点変動は0.9%であり、トルクセンサの実用に問題がないレベルである。実施例1では、磁気コアユニット20内に4組、磁気コアユニット120内に4組ずづ磁気コアを備えている。したがって軸表面からの信号をまんべんなく検出でき、回転軸が回転しても出力電圧の変動は小さい。以上のことから、感度、ヒステリシス、ゼロ点変動を比較すると、実施例1がトルクセンサとして好適である。   Next, when the zero point fluctuations of Example 1 and Reference Examples 2 to 4 are compared, the zero point fluctuations of Reference Examples 2 to 4 are large. In Reference Examples 2 to 4, the number of magnetic cores is smaller than that in Example 1, and the total area of the bottom surface of the magnetic core facing the rotation shaft is small, so that it is difficult to uniformly excite the rotation shaft surface, and The area where signals can be detected is small. Therefore, when the magnetic characteristics of the shaft surface are not uniform, the output voltage varies periodically as the rotating shaft rotates, and the zero point variation tends to increase. On the other hand, the zero point fluctuation of Example 1 is 0.9%, which is a level that does not cause a problem in practical use of the torque sensor. In the first embodiment, four sets are provided in the magnetic core unit 20, and four sets are provided in the magnetic core unit 120. Therefore, signals from the shaft surface can be detected evenly, and even if the rotating shaft rotates, the fluctuation of the output voltage is small. From the above, when sensitivity, hysteresis, and zero point fluctuation are compared, Example 1 is suitable as a torque sensor.

(実施例に係る励磁用コイルを巻く向きと磁束成分の向き)
図15は第1の実施形態に係る励磁用コイルを巻き回す向きと磁束成分の向きを説明する概略図であり、(a)回転軸模式図、(b)回転軸表面の展開図、(c)及び(d)は各々励磁用コイルの回路結線の例を示した回路図である。図15(b)は(a)の回転軸の表面(周面)を平面に展開した図であり、回転軸表面90f上に示した点線の四角形の領域は図3及び図4の磁気コアの端面と対向する領域に相当する。
(Direction of winding the exciting coil and magnetic flux component according to the embodiment)
FIGS. 15A and 15B are schematic diagrams for explaining the direction of winding the exciting coil and the direction of the magnetic flux component according to the first embodiment. FIG. 15A is a schematic diagram of a rotating shaft, FIG. ) And (d) are circuit diagrams each showing an example of circuit connection of the exciting coil. FIG. 15B is a diagram in which the surface (circumferential surface) of the rotating shaft in FIG. 15A is developed in a plane, and the dotted rectangular area shown on the rotating shaft surface 90f is the magnetic core in FIGS. This corresponds to a region facing the end face.

より詳細にいうと、図3及び図4における1個目の磁気コアの板状ヨークの端面260a,260bは、おのおの図15(b)の領域S1,領域N1と対向し、S1とN1間に実線矢印(太線)で示した向きの磁束が回転軸表面90f上に流される。2個目の磁気コアの板状ヨークの端面260a,260bは、おのおの図15(b)の領域S2,領域N2と対向し、S2とN2間に実線矢印(太線)で示した向きの磁束が回転軸表面90f上に流される。3個目の磁気コアの板状ヨークの端面260a,260bは、おのおの図15(b)の領域S3,領域N3と対向し、S3とN3間に実線矢印(太線)で示した向きの磁束が回転軸表面90f上に流される。4個目の磁気コアの板状ヨークの端面260a,260bは、おのおの図15(b)の領域S4,領域N4と対向し、S4及びN4間に実線矢印(太線)で示した向きの磁束が回転軸表面90f上に流される。   More specifically, the end surfaces 260a and 260b of the first magnetic core plate-shaped yoke in FIGS. 3 and 4 are opposed to the regions S1 and N1 in FIG. 15B, respectively, and between S1 and N1. A magnetic flux in the direction indicated by the solid line arrow (thick line) flows on the rotation shaft surface 90f. The end surfaces 260a and 260b of the plate-shaped yoke of the second magnetic core face the regions S2 and N2 in FIG. 15B, respectively, and the magnetic flux in the direction indicated by the solid line arrow (thick line) is between S2 and N2. Flowed over the rotating shaft surface 90f. The end surfaces 260a and 260b of the third magnetic core plate-shaped yoke are opposed to the regions S3 and N3 in FIG. 15B, respectively, and the magnetic flux in the direction indicated by the solid line arrow (thick line) is between S3 and N3. Flowed over the rotating shaft surface 90f. The end surfaces 260a and 260b of the fourth yoke of the magnetic core face the regions S4 and N4 in FIG. 15B, respectively, and the magnetic flux in the direction indicated by the solid line arrow (thick line) is between S4 and N4. Flowed over the rotating shaft surface 90f.

すなわち、図15(b)では、磁気コアの一対の端面によって回転軸表面に流される磁束の向きは隣り合う磁気コアで逆向きとなっている。このような磁束の向きを実現するには、(b)の回転軸表面上に磁気コアを配置したときに、図15(c)又は(d)の回路結線となるように各々の磁気コアの励磁用コイルを配置・接続する。なお、図15(c)の回路結線は、図10の回路の励磁用コイル214a〜214dの部分(一方の磁気コアユニット側)と同じである。従って、トルクセンサの回路全体の構成は、図10の構成になっている。図10の回路の励磁用コイル214e〜214hの部分も図15(c)の回路結線と同じにする。ただし、図15(b)の磁束の向きを+略45°とすると、図10の回路の励磁用コイル214e〜214hの部分(他方の磁気コアユニット側)における磁束の向きは−略45°とする。また、回転軸軸方向において、一方の磁気コアユニットと他方の磁気コアユニットを近づけて配置する場合、同じ極性の磁気コア端面同士が近接するように配置すると(N極同士を近接させ、S極同士を近接させる。)、磁気コアユニット間における漏洩磁束を防止できるので好ましい。   That is, in FIG. 15B, the direction of the magnetic flux flowing on the surface of the rotating shaft by the pair of end surfaces of the magnetic core is opposite in the adjacent magnetic core. In order to realize such a direction of the magnetic flux, when the magnetic core is arranged on the surface of the rotating shaft in (b), each magnetic core has a circuit connection as shown in FIG. 15 (c) or (d). Place and connect the excitation coil. The circuit connection in FIG. 15C is the same as that of the exciting coils 214a to 214d (on one magnetic core unit side) of the circuit in FIG. Therefore, the configuration of the entire circuit of the torque sensor is the configuration shown in FIG. The portions of the exciting coils 214e to 214h in the circuit of FIG. 10 are also made the same as the circuit connection of FIG. However, if the direction of the magnetic flux in FIG. 15B is + approximately 45 °, the direction of the magnetic flux in the excitation coils 214e to 214h (the other magnetic core unit side) of the circuit of FIG. To do. In addition, when one magnetic core unit and the other magnetic core unit are arranged close to each other in the rotation axis direction, if the magnetic core end faces of the same polarity are arranged close to each other (N poles are brought close to each other and S poles are placed close to each other) It is preferable because the magnetic flux leakage between the magnetic core units can be prevented.

まず、図15(c)において、4個の励磁用コイル214a,214b,214c及び214dは直列に接続され、各々の励磁用コイルの軸線が回転軸軸方向を向いている。
1個目の磁気コアでは、励磁用コイル214aは左ネジ巻き(コイルの回路図形の左側に示した点線矢印はコイルが左ネジ巻きであることを示す。)であり且つ電流iが回転軸軸方向(図14の下側から上側に向かう向き)に平行な向きに沿って流されている。すると、励磁用コイル214aが巻かれた磁気コアのヨーク接続部には回転軸軸方向と反対向きの磁束(コイルの回路図形の右側に示した実線矢印は磁束の向きを示す。)が励磁される。
2個目の磁気コアでは、励磁用コイル214bは右ネジ巻き(コイルの回路図形の左側に示した鎖線矢印はコイルが右ネジ巻きであることを示す。)であり且つ電流iが回転軸軸方向に平行な向きに沿って流されている。すると、励磁用コイル214bが巻かれた磁気コアのヨーク接続部には回転軸軸方向と同じ向きの磁束が励磁される。
3個目の磁気コアでは、励磁用コイル214cは左ネジ巻きであり且つ電流iが回転軸軸方向に平行な向きに沿って流されている。すると、励磁用コイル214cが巻かれた磁気コアのヨーク接続部には回転軸軸方向と反対向き(反平行の向き)の磁束が励磁される。
4個目の磁気コアでは、励磁用コイル214dは右ネジ巻きであり且つ電流iが回転軸軸方向に平行な向きに沿って流されている。すると、励磁用コイル214dが巻かれた磁気コアのヨーク接続部には回転軸軸方向と同じ向きの磁束が励磁される。
First, in FIG. 15C, four exciting coils 214a, 214b, 214c, and 214d are connected in series, and the axis of each exciting coil faces the direction of the rotation axis.
In the first magnetic core, the exciting coil 214a is left-handed (the dotted arrow shown on the left side of the circuit diagram of the coil indicates that the coil is left-handed), and the current i is the axis of rotation. It flows along the direction parallel to the direction (the direction from the lower side to the upper side in FIG. 14). Then, a magnetic flux in the direction opposite to the rotation axis direction is excited at the yoke connection portion of the magnetic core around which the exciting coil 214a is wound (the solid arrow shown on the right side of the circuit diagram of the coil indicates the direction of the magnetic flux). The
In the second magnetic core, the exciting coil 214b is a right-handed winding (the chain line arrow shown on the left side of the circuit diagram of the coil indicates that the coil is a right-handed winding) and the current i is the rotation axis. It flows along the direction parallel to the direction. Then, a magnetic flux in the same direction as the rotation axis direction is excited at the yoke connecting portion of the magnetic core around which the exciting coil 214b is wound.
In the third magnetic core, the exciting coil 214c is left-handed and the current i flows along the direction parallel to the rotation axis direction. Then, a magnetic flux in the opposite direction (antiparallel direction) to the rotation axis direction is excited in the yoke connecting portion of the magnetic core around which the exciting coil 214c is wound.
In the fourth magnetic core, the exciting coil 214d is right-handed and the current i flows along a direction parallel to the rotation axis direction. Then, a magnetic flux in the same direction as the rotation axis is excited at the yoke connecting portion of the magnetic core around which the exciting coil 214d is wound.

従って、図15(c)に示す向きで電流iが励磁用コイルに流されているとき(回路の端子電圧はV>Vの関係にある。)、図15(b)に示すように領域N1,N2,N3及びN4と対向する磁気コアの端面はN極となり、領域S1,S2,S3及びS4と対向する磁気コアの端面はS極となる。すなわち、磁気コアの端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで逆向きとなる。ただし、(c)に図示する電流iの向きを逆にすると(V<V)、領域N1,N2,N3及びN4と対向する磁気コアの端面はS極になり、領域S1,S2,S3及びS4と対向する磁気コアの端面はN極になる。 Accordingly, when the current i is passed through the exciting coil in the direction shown in FIG. 15C (the terminal voltage of the circuit is in a relationship of V 1 > V 2 ), as shown in FIG. 15B. The end surface of the magnetic core facing the regions N1, N2, N3, and N4 is an N pole, and the end surface of the magnetic core facing the regions S1, S2, S3, and S4 is an S pole. That is, the magnetic flux components along the line connecting the centers of the end faces of the magnetic cores are opposite in the adjacent magnetic cores. However, when the direction of the current i shown in (c) is reversed (V 1 <V 2 ), the end face of the magnetic core facing the regions N1, N2, N3, and N4 becomes the S pole, and the regions S1, S2, The end face of the magnetic core facing S3 and S4 is an N pole.

なお、コイルを巻き回す向きについて、“右ネジ巻き”は図19(b)のコイルの巻き方を表わし、“左ネジ巻き”は図19(c)のコイルの巻き方を表わす。また、図15(b)では、(c)又は(d)の励磁用コイルとの配置関係を判り易くするために領域(点線の四角形)の幅は図3及び図4に示された板状ヨークの端面の幅よりも小さく図示した。   Regarding the direction of winding the coil, “right-handed winding” represents how to wind the coil of FIG. 19B, and “left-handed winding” represents how to wind the coil of FIG. 19C. In FIG. 15B, the width of the region (dotted square) is the plate shape shown in FIGS. 3 and 4 for easy understanding of the positional relationship with the exciting coil of FIG. 15C or FIG. It is shown smaller than the width of the end face of the yoke.

次に、図15(c)の代わりに用いることができる(d)の回路結線を説明する。図15(d)で4個の励磁用コイル314a,314b,314c及び314dは直列に接続され、各々の励磁用コイルの軸線が回転軸軸方向を向いている。
1個目の磁気コアでは、励磁用コイル314aは右ネジ巻きであり且つ電流iが回転軸軸方向と反対向き(反平行な向き)に沿って流されている。すると、励磁用コイル314aが巻かれた磁気コアのヨーク接続部には回転軸軸方向と反対向き(反平行な向き)の磁束が励磁される。
2個目の磁気コアでは、励磁用コイル314bは右ネジ巻きであり且つ電流iが回転軸軸方向に平行な向きに沿って流されている。すると、励磁用コイル314bが巻かれた磁気コアのヨーク接続部には回転軸軸方向と同じ向きの磁束が励磁される。
3個目の磁気コアでは、励磁用コイル314cは右ネジ巻きであり且つ電流iが回転軸軸方向と反対向き(反平行な向き)に沿って流されている。すると、励磁用コイル314cが巻かれた磁気コアのヨーク接続部には回転軸軸方向と反対向き(反平行な向き)の磁束が励磁される。
4個目の磁気コアでは、励磁用コイル314dは右ネジ巻きであり且つ電流iが回転軸軸方向に平行な向きに沿って流されている。すると、励磁用コイル314dが巻かれた磁気コアのヨーク接続部には回転軸軸方向と同じ向きの磁束が励磁される。
Next, a circuit connection (d) that can be used instead of FIG. 15 (c) will be described. In FIG. 15 (d), the four exciting coils 314a, 314b, 314c and 314d are connected in series, and the axis of each exciting coil faces the direction of the rotation axis.
In the first magnetic core, the exciting coil 314a is right-handed and the current i flows along the direction opposite to the rotation axis direction (anti-parallel direction). Then, a magnetic flux in the opposite direction (anti-parallel direction) to the rotation axis direction is excited in the yoke connecting portion of the magnetic core around which the exciting coil 314a is wound.
In the second magnetic core, the exciting coil 314b is right-handed, and the current i flows along a direction parallel to the rotation axis direction. Then, the magnetic flux in the same direction as the rotation axis direction is excited at the yoke connecting portion of the magnetic core around which the exciting coil 314b is wound.
In the third magnetic core, the exciting coil 314c is right-handed, and the current i flows in the direction opposite to the rotation axis direction (anti-parallel direction). Then, a magnetic flux in the opposite direction (antiparallel direction) to the rotation axis direction is excited in the yoke connecting portion of the magnetic core around which the exciting coil 314c is wound.
In the fourth magnetic core, the exciting coil 314d is right-handed and the current i flows along the direction parallel to the rotation axis direction. Then, a magnetic flux in the same direction as the rotation axis direction is excited at the yoke connecting portion of the magnetic core around which the exciting coil 314d is wound.

従って、図15(d)に示す向きで電流iが励磁用コイルに流されているとき(回路の端子電圧はV>Vの関係にある。)、図15(b)に示すように領域N1,N2,N3及びN4と対向する磁気コアの端面はN極となり、領域S1,S2,S3及びS4と対向する磁気コアの端面はS極となる。すなわち、磁気コアの端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで逆向きとなる。
なお、図15(c)の回路を図15(d)の回路に置き換えてトルクセンサを構成する際には、図10の回路に示したように、励磁側と検出側でコイルの極性が同じにするとよい。励磁側と検出側を同じ極性と配置で構成すると、製造の際の部品の取り間違いを起こし難くなり、組立の効率が良いので好ましい。
Therefore, when the current i flows through the exciting coil in the direction shown in FIG. 15D (the terminal voltage of the circuit is in a relationship of V 1 > V 2 ), as shown in FIG. 15B. The end surface of the magnetic core facing the regions N1, N2, N3, and N4 is an N pole, and the end surface of the magnetic core facing the regions S1, S2, S3, and S4 is an S pole. That is, the magnetic flux components along the line connecting the centers of the end faces of the magnetic cores are opposite in the adjacent magnetic cores.
When the torque sensor is configured by replacing the circuit of FIG. 15C with the circuit of FIG. 15D, the polarity of the coil is the same on the excitation side and the detection side, as shown in the circuit of FIG. It is good to. It is preferable to configure the excitation side and the detection side with the same polarity and arrangement because it is difficult to make mistakes in the parts during manufacture and the efficiency of assembly is good.

図16は、励磁用コイルの回路結線の他の例を示した回路図である。図16(a)及び(b)は図15(c)と等価なコイル配置であって配線の接続を変えた例であり、直列接続状態にある隣り合う磁気コアの励磁用コイル同士は同じ側で接続されている(即ち、回転軸軸方向の矢印の根元側のコイル端同士で接続されている。)。図16(c)及び(d)は図15(d)と等価なコイル配置であって配線の接続を変えた例であり、直列接続状態にある隣り合う磁気コアの励磁用コイル同士は異なる側で接続されている(即ち、回転軸軸方向の矢印の先端側のコイル端と同矢印の根元側のコイル端で接続されている)。なお、他の回路図についても表示ルールは図15(c),(d)と同様である。   FIG. 16 is a circuit diagram showing another example of circuit connection of the exciting coil. FIGS. 16A and 16B are examples of coil arrangements equivalent to those in FIG. 15C, in which the wiring connection is changed, and the exciting coils of adjacent magnetic cores in series connection are on the same side. (That is, they are connected at the coil ends on the root side of the arrow in the direction of the rotation axis). FIGS. 16C and 16D are examples of coil arrangements equivalent to those in FIG. 15D, in which the wiring connection is changed, and the exciting coils of adjacent magnetic cores in the serial connection state are on different sides. (That is, connected at the coil end on the tip side of the arrow in the direction of the rotation axis and at the coil end on the root side of the arrow). The display rules for the other circuit diagrams are the same as those in FIGS. 15C and 15D.

図17は、他の実施形態に係る(a)回転軸表面の展開図、(b)及び(c)励磁用コイルの回路結線を示した回路図であり、図15の形態で回転軸の直径を約1.5倍とし、磁気コアの数を6個にした構成に相当する。磁気コアの数が2個増えているが、磁気コアの端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで逆向きとなる点では、図15と同様である。   FIG. 17 is a development view of the surface of the rotating shaft according to another embodiment, and (b) and (c) circuit diagrams showing circuit connections of the exciting coil, and the diameter of the rotating shaft in the form of FIG. Is equivalent to about 1.5 times and the number of magnetic cores is six. Although the number of magnetic cores is increased by two, it is the same as in FIG. 15 in that the magnetic flux components along the line connecting the centers of the end surfaces of the magnetic cores are reversed in the adjacent magnetic cores.

図18は励磁用コイルの回路結線の他の例を示した回路図である。図18(a),(b)は、おのおの、図17(b),(d)と等価なコイル配置であって配線の接続を変えた例であり、直列接続状態にある磁気コアの励磁用コイル同士は異なる側で接続されている(即ち、回転軸軸方向の矢印の先端側のコイル端と同矢印の根元側のコイル端で接続されている)。磁気コアの数が6個以上になると、図18のように、“直列接続状態にある磁気コアのコイルは、隣り同士ではなく、隣りの隣りという具合に離れたコイル同士での接続だけで回路結線を組むことができるようになる。しかし、図3及び図4に示す磁気コア及び磁気コアユニットを効率良く組立てるには、図15(d)や図17(c)のように、直列接続状態にある隣り合う磁気コアのコイル同士を同じ側で接続する方が、手動組立/自動組立のいずれにしても、組立動作に無駄がなく、適している。
上述の図15〜図18に係る磁気コア配置及び回路配置によれば、いずれも、磁気コアの端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで逆向きとなる。
FIG. 18 is a circuit diagram showing another example of circuit connection of the exciting coil. 18 (a) and 18 (b) are examples of coil arrangements equivalent to those in FIGS. 17 (b) and 17 (d), respectively, in which the connection of wiring is changed, and for exciting magnetic cores in a series connection state. The coils are connected on different sides (that is, connected at the coil end on the tip side of the arrow in the direction of the rotation axis and the coil end on the root side of the arrow). When the number of magnetic cores is 6 or more, as shown in FIG. 18, “the coils of the magnetic cores in a series connection state are not connected to each other, but only connected by coils that are separated from each other, such as adjacent to each other. However, in order to efficiently assemble the magnetic core and the magnetic core unit shown in Fig. 3 and Fig. 4, as shown in Fig. 15 (d) and Fig. 17 (c), they are connected in series. It is suitable to connect the coils of adjacent magnetic cores on the same side in either manual assembly or automatic assembly because there is no waste in the assembly operation.
According to the magnetic core arrangement and the circuit arrangement according to FIGS. 15 to 18 described above, the magnetic flux components along the line connecting the centers of the end faces of the magnetic cores are opposite in the adjacent magnetic cores.

図19は、(a)磁気コアにおける磁束の向きを示した概略斜視図、(b)及び(c)励磁用コイルを巻き回す向きと磁束の関係を示す概略斜視図である。図19(a)では、回転軸90の周面に1対の端面が対向するように磁気コア30を配置している。磁気コア30のヨーク接続部に相当する中央部分には励磁用コイル40が巻かれている。電流iを励磁用コイルの一方の端aから流入させ、他方の端bから流出させると、磁気コア30には実線矢印(太線)で示す向きに磁束が励磁され、磁気コアの1対の端面の間における回転軸表面近傍には、回転軸軸方向と約45°傾いた磁束が生成される。電流iの向きを逆にすると、磁気コア30には1点鎖線(太線)で示す向きに磁束が励磁され、磁気コアの1対の端面の間における回転軸表面近傍には、回転軸軸方向と約45°傾いた磁束が生成される。図19(b)では、柱状コア60に励磁用コイル40が右ネジ巻きで巻かれており、図示の通り電流iを励磁用コイル40に流すと、所謂、右ネジの法則によって柱状コア60に磁束φが励磁される。図19(c)では、柱状コア60に励磁用コイル50が左ネジ巻きで巻かれており、図示の通り電流iを励磁用コイル50に流すと、図示された磁束φが励磁される。図19(b)の右ネジ巻きと(c)の左ネジ巻きは鏡像対称な関係にある。   19A is a schematic perspective view showing the direction of the magnetic flux in the magnetic core. FIG. 19B is a schematic perspective view showing the relationship between the direction of winding the exciting coil and the magnetic flux. In FIG. 19A, the magnetic core 30 is disposed so that a pair of end faces face the peripheral surface of the rotating shaft 90. An exciting coil 40 is wound around a central portion corresponding to the yoke connecting portion of the magnetic core 30. When the current i flows from one end a of the exciting coil and flows out from the other end b, magnetic flux is excited in the magnetic core 30 in the direction indicated by the solid line arrow (thick line), and a pair of end faces of the magnetic core In the vicinity of the surface of the rotation axis between the two, a magnetic flux inclined by about 45 ° with respect to the rotation axis direction is generated. When the direction of the current i is reversed, the magnetic core 30 is excited with a magnetic flux in the direction indicated by a one-dot chain line (thick line), and in the vicinity of the surface of the rotating shaft between the pair of end faces of the magnetic core, And a magnetic flux inclined about 45 ° is generated. In FIG. 19B, the exciting coil 40 is wound around the columnar core 60 with a right-handed screw. When a current i flows through the exciting coil 40 as shown in the drawing, the columnar core 60 is subjected to the so-called right-handed screw law. Magnetic flux φ is excited. In FIG. 19C, the exciting coil 50 is wound around the columnar core 60 by left-handed winding. When the current i is passed through the exciting coil 50 as shown, the illustrated magnetic flux φ is excited. The right-handed winding in FIG. 19B and the left-handed winding in FIG. 19C are in a mirror image symmetrical relationship.

(他の比較形態に係る励磁用コイルを巻く向きと磁束成分の向き)
図20は、他の比較形態に係る励磁用コイルを巻き回す向きと磁束成分の向きを説明する概略図であり、(a)回転軸模式図、(b)回転軸表面の展開図、(c)及び(d)は各々励磁用コイルの回路結線の例を示した回路図である。図15(b)は(a)の回転軸の表面(周面)を平面的に展開した図であり、回転軸表面90f上に示した点線の四角形の領域は図3及び図4の磁気コアの端面と対向する領域に相当する。
(Direction of winding an exciting coil and direction of magnetic flux component according to another comparative embodiment)
FIG. 20 is a schematic diagram for explaining the direction of winding an exciting coil and the direction of a magnetic flux component according to another comparative embodiment, (a) a schematic diagram of a rotating shaft, (b) a developed view of the surface of the rotating shaft, (c) ) And (d) are circuit diagrams each showing an example of circuit connection of the exciting coil. FIG. 15B is a diagram in which the surface (circumferential surface) of the rotating shaft of FIG. 15A is developed in a plane, and the dotted square area shown on the rotating shaft surface 90f is the magnetic core of FIGS. This corresponds to a region facing the end face of the.

より詳細にいうと、図3及び図4における1個目の磁気コアの板状ヨークの端面260a,260bは、おのおの図20(b)の領域S21,領域N21と対向し、S21とN21間に実線矢印(太線)で示した向きの磁束が回転軸表面90f上に流される。2個目の磁気コアの板状ヨークの端面260a,260bは、おのおの図20(b)の領域S22,領域N22と対向し、S22とN22間に実線矢印(太線)で示した向きの磁束が回転軸表面90f上に流される。3個目の磁気コアの板状ヨークの端面260a,260bは、おのおの図20(b)の領域S23,領域N23と対向し、S23とN23間に実線矢印(太線)で示した向きの磁束が回転軸表面90f上に流される。4個目の磁気コアの板状ヨークの端面260a,260bは、おのおの図20(b)の領域S24,領域N24と対向し、S24及びN24間に実線矢印(太線)で示した向きの磁束が回転軸表面90f上に流される。   More specifically, the end surfaces 260a and 260b of the first magnetic core plate-shaped yoke in FIGS. 3 and 4 are opposed to the regions S21 and N21 in FIG. 20B, respectively, and between S21 and N21. A magnetic flux in the direction indicated by the solid line arrow (thick line) flows on the rotation shaft surface 90f. The end surfaces 260a and 260b of the plate-shaped yoke of the second magnetic core face the regions S22 and N22 in FIG. 20B, respectively, and the magnetic flux in the direction indicated by the solid line arrow (thick line) is between S22 and N22. Flowed over the rotating shaft surface 90f. The end surfaces 260a and 260b of the third magnetic core plate-shaped yoke face the regions S23 and N23 in FIG. 20B, respectively, and the magnetic flux in the direction indicated by the solid line arrow (thick line) is between S23 and N23. Flowed over the rotating shaft surface 90f. The end surfaces 260a and 260b of the plate-shaped yoke of the fourth magnetic core are opposed to the regions S24 and N24 in FIG. 20B, respectively, and the magnetic flux in the direction indicated by the solid line arrow (thick line) is between S24 and N24. Flowed over the rotating shaft surface 90f.

しかし、図20(b)の実線矢印の磁束の流れを生じると、隣り合う磁気コアの板状ヨーク端面同士の間に漏洩磁束を生じる。具体的には、N21とS22間、N22とS23間、N23とS24間、及びN24とS21間の各々に、1点鎖線矢印(太線)で示した向きの漏洩磁束が流れ、磁気コア同士で磁気干渉を生じ、その結果、図15等の実施形態よりもトルクセンサの感度が低くなってしまう。従って、図20(b)のように、ヨーク端部の端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで同じ向きであると、磁気コア同士で磁気干渉を生じる。特に、板状ヨーク端面の幅(回転軸周方向における幅)を大きくすると、漏洩磁束を生じる端面同士がより近接するので、漏洩磁束の値が更に大きくなってしまう。   However, when the flow of magnetic flux indicated by the solid line arrow in FIG. 20B is generated, a leakage magnetic flux is generated between the plate-like yoke end surfaces of adjacent magnetic cores. Specifically, the leakage magnetic flux in the direction indicated by the one-dot chain line arrow (bold line) flows between N21 and S22, between N22 and S23, between N23 and S24, and between N24 and S21. Magnetic interference occurs, resulting in a lower sensitivity of the torque sensor than in the embodiment of FIG. Therefore, as shown in FIG. 20B, when the magnetic flux components along the line connecting the centers of the end surfaces of the yoke end portions are in the same direction in the adjacent magnetic cores, magnetic interference occurs between the magnetic cores. In particular, when the width of the end face of the plate-like yoke (width in the circumferential direction of the rotation axis) is increased, the end faces that generate the leakage magnetic flux are closer to each other, and the value of the leakage magnetic flux is further increased.

図21は、さらに他の比較形態に係る励磁用コイルを巻き回す向きと磁束成分の向きを説明する概略図であり、(a)回転軸表面の展開図、(b)及び(c)は各々励磁用コイルの回路結線の例を示した回路図である。図15(b)は(a)の回転軸の表面(周面)を平面的に展開した図であり、回転軸表面90f上に示した点線の四角形の領域は図3及び図4の磁気コアの端面と対向する領域に相当する。   FIG. 21 is a schematic diagram for explaining the direction of winding an exciting coil and the direction of a magnetic flux component according to still another comparative embodiment. FIG. 21A is a developed view of the surface of the rotary shaft, and FIGS. It is the circuit diagram which showed the example of the circuit connection of the coil for excitation. FIG. 15B is a diagram in which the surface (circumferential surface) of the rotating shaft of FIG. 15A is developed in a plane, and the dotted square area shown on the rotating shaft surface 90f is the magnetic core of FIGS. This corresponds to a region facing the end face of the.

より詳細にいうと、図3及び図4における1個目の磁気コアの板状ヨークの端面260a,260bは、おのおの図21(a)の領域S31,領域N31と対向し、S31とN31間に実線矢印(太線)で示した向きの磁束が回転軸表面90f上に流される。2個目の磁気コアの板状ヨークの端面260a,260bは、おのおの図21(b)の領域S32,領域N32と対向し、S32とN32間に実線矢印(太線)で示した向きの磁束が回転軸表面90f上に流される。3個目の磁気コアの板状ヨークの端面260a,260bは、おのおの図21(b)の領域S33,領域N33と対向し、S33とN33間に実線矢印(太線)で示した向きの磁束が回転軸表面90f上に流される。4個目の磁気コアの板状ヨークの端面260a,260bは、おのおの図21(b)の領域S34,領域N34と対向し、S34及びN34間に実線矢印(太線)で示した向きの磁束が回転軸表面90f上に流される。図20の比較例と異なる点は、ヨーク端部の端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで同じ向きとなる部分と異なる向きとなる部分が混在していることである。   More specifically, the end surfaces 260a and 260b of the first magnetic core plate-shaped yoke in FIGS. 3 and 4 oppose the regions S31 and N31 in FIG. 21A, respectively, and between S31 and N31. A magnetic flux in the direction indicated by the solid line arrow (thick line) flows on the rotation shaft surface 90f. The end surfaces 260a and 260b of the plate-shaped yoke of the second magnetic core face the regions S32 and N32 in FIG. 21B, respectively, and the magnetic flux in the direction indicated by the solid line arrow (thick line) is between S32 and N32. Flowed over the rotating shaft surface 90f. The end surfaces 260a and 260b of the third magnetic core plate-shaped yoke are respectively opposed to the regions S33 and N33 in FIG. 21B, and the magnetic flux in the direction indicated by the solid line arrow (thick line) is between S33 and N33. Flowed over the rotating shaft surface 90f. The end surfaces 260a and 260b of the fourth yoke of the magnetic core are opposed to the regions S34 and N34 in FIG. 21B, respectively, and the magnetic flux in the direction indicated by the solid line arrow (thick line) is between S34 and N34. Flowed over the rotating shaft surface 90f. The difference from the comparative example of FIG. 20 is that the magnetic flux components along the line connecting the centers of the end surfaces of the yoke end portions are mixed in the same direction and the different direction. is there.

しかし、図21(b)の実線矢印の磁束の流れを生じると、一部の隣り合う磁気コアの板状ヨーク端面同士の間に漏洩磁束を生じる。具体的には、N31とS32間及びS33とN34間の各々に、1点鎖線矢印(太線)で示した向きの漏洩磁束が流れ、磁気コア同士の磁気干渉を生じ、その結果、図15等の実施形態よりもトルクセンサの感度が低くなってしまう。従って、図21(b)のように、ヨーク端部の端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで同じ向きの部分を含む構成であると、磁気コア同士で磁気干渉を生じる。   However, when the flow of magnetic flux indicated by the solid line arrow in FIG. 21B is generated, leakage magnetic flux is generated between the plate-like yoke end surfaces of some adjacent magnetic cores. Specifically, the leakage magnetic flux in the direction indicated by a one-dot chain line arrow (thick line) flows between N31 and S32 and between S33 and N34, causing magnetic interference between the magnetic cores. As a result, FIG. The sensitivity of the torque sensor is lower than that of the embodiment. Therefore, as shown in FIG. 21B, when the magnetic flux components along the line connecting the centers of the end surfaces of the yoke end portions include the same direction portions in the adjacent magnetic cores, magnetic interference occurs between the magnetic cores. Produce.

図22は、第1板状ヨーク220a、第2板状ヨーク220b及び円筒状ヨーク240に用いられる軟磁性材料と、非磁性リング230a,230bに用いられる非磁性材料との組合せと、出力の感度の関係を示す表である。ここでは、組合せ1〜3の3種類を例示している。   FIG. 22 shows the combination of the soft magnetic material used for the first plate-like yoke 220a, the second plate-like yoke 220b and the cylindrical yoke 240 with the non-magnetic material used for the non-magnetic rings 230a and 230b, and the output sensitivity. It is a table | surface which shows these relationships. Here, three types of combinations 1 to 3 are illustrated.

組合せ1では、第1板状ヨーク220a、第2板状ヨーク220bは、鉄粉及びバインダの混合粉を低圧でプレス成形した仮成形体である。非磁性リング230a及び230bは、真鍮粉とバインダの混合粉を低圧でプレス成形した仮成形体である。それら2種類の仮形成体を合わせ、高圧でプレス成形することで図6に示す部品が接着剤やネジ等を用いることなく作製できる。   In the combination 1, the first plate-like yoke 220a and the second plate-like yoke 220b are temporary molded bodies obtained by press-molding a mixed powder of iron powder and binder at a low pressure. The nonmagnetic rings 230a and 230b are temporary molded bodies obtained by press molding a mixed powder of brass powder and binder at a low pressure. By combining these two types of temporary formed bodies and press-molding them at a high pressure, the components shown in FIG. 6 can be produced without using an adhesive or screws.

組合せ2では、第1板状ヨーク220a、第2板状ヨーク220b及び円筒状ヨーク240はフェライト粉を成形・焼結した焼結体(フェライトコア)である。非磁性リング230a及び230bは、樹脂等で成形されたもの、若しくは真鍮粉とバインダの混合粉をプレス成形した圧粉体である。そして軟磁性の焼結体と非磁性体とを接着剤で組み立て、図6に示す部品が得られる。   In the combination 2, the first plate-like yoke 220a, the second plate-like yoke 220b, and the cylindrical yoke 240 are sintered bodies (ferrite cores) obtained by molding and sintering ferrite powder. The nonmagnetic rings 230a and 230b are formed of a resin or the like, or a green compact obtained by press molding a mixed powder of brass powder and binder. Then, the soft magnetic sintered body and the non-magnetic body are assembled with an adhesive to obtain the component shown in FIG.

組合せ3では、第1板状ヨーク220a、第2板状ヨーク220b及び円筒状ヨーク240は、鉄粉及びバインダの混合粉をプレス成形した圧粉体である。非磁性リング230a,230bは、真鍮粉とバインダの混合粉をプレス成形した圧粉体である。そして軟磁性の焼結体と非磁性の圧粉体とを接着剤で組み立て、第1及び第2板状ヨーク220a,220b、円筒状ヨーク240が形成されている。この場合、非磁性部は80℃の環境温度に耐え得る樹脂等で作製された部品を用いてもよい。   In the combination 3, the first plate-like yoke 220a, the second plate-like yoke 220b, and the cylindrical yoke 240 are green compacts obtained by press-molding a mixed powder of iron powder and binder. The nonmagnetic rings 230a and 230b are green compacts obtained by press-molding a mixed powder of brass powder and binder. The soft magnetic sintered body and the non-magnetic green compact are assembled with an adhesive to form the first and second plate-like yokes 220a and 220b and the cylindrical yoke 240. In this case, the nonmagnetic part may be a part made of a resin that can withstand an environmental temperature of 80 ° C.

組合せ1〜3のいずれの場合も、トルク検出時に良好な感度が得られたが、特に組合せ2の材料を用いた場合、最も良好な感度が得られる。なお、いずれの組合せにおいても、成形の際のプレスの方向は、各部品を組み立てたときの回転軸の軸方向と同じである。   In any of the combinations 1 to 3, good sensitivity was obtained at the time of torque detection. However, particularly when the material of the combination 2 was used, the best sensitivity was obtained. In any combination, the pressing direction during molding is the same as the axial direction of the rotating shaft when the components are assembled.

以上、第1の実施形態によれば、磁気コアユニットを3要素で構成し、さらにその組立が容易とすることができる。また、第1及び第2板状ヨーク、円筒状ヨークおよびボビンを含む磁気コアユニットはリング形状を有し、回転軸を挿入するだけで、容易に装着することができる。つまり、ハンドリングが容易になるとともに、回転軸表面と磁極間の空隙(磁気ギャップ)の寸法精度を適正にする作業が容易となる。また、回転軸円周方向に配列した複数の磁気コアによって、安定した出力電圧が得られる。より具体的には、ゼロ点変動とヒステリシスが改善されたり、軸ぶれ対策が容易となる。   As described above, according to the first embodiment, the magnetic core unit is configured by three elements, and the assembly thereof can be facilitated. In addition, the magnetic core unit including the first and second plate-like yokes, the cylindrical yoke, and the bobbin has a ring shape, and can be easily mounted only by inserting the rotating shaft. That is, handling becomes easy, and an operation for making the dimensional accuracy of the gap (magnetic gap) between the surface of the rotating shaft and the magnetic poles proper becomes easy. In addition, a stable output voltage can be obtained by a plurality of magnetic cores arranged in the circumferential direction of the rotation axis. More specifically, the zero point fluctuation and the hysteresis are improved, and a countermeasure against shaft shake is facilitated.

(第2の実施形態)
図23に磁気コアユニット20で用いることができる第1板状ヨークの代表的な形状の一部を平面図で示す。図23(a)は第1の実施形態で用いた第1板状ヨーク220aである。本発明の第1板状ヨークと第2板状ヨークは、所定の寸法を有するボビン250と円筒状ヨーク240の取り付けが可能であり、かつ、第1板状ヨーク220a及び第2板状ヨーク220bの、回転軸90に対向する端面260a,260bと回転軸90との位置関係が図9と同様であれば、第1板状ヨークは図23(b)〜(g)に示す形状であってもよい。なお、磁気コアユニット20で用いられる第2板状ヨークは図23に示した形状と同様である。また磁気コアユニット120で用いられる第1及び第2板状ヨークは図23に示す形状の鏡像対称である。具体的には、図23(a)の板状ヨーク220aを、エッジ部分520c及び520dを結ぶ辺を軸として反転させた形状となる。
(Second Embodiment)
FIG. 23 is a plan view showing a part of a representative shape of the first plate-like yoke that can be used in the magnetic core unit 20. FIG. 23A shows the first plate-like yoke 220a used in the first embodiment. The first plate yoke and the second plate yoke of the present invention can be attached to the bobbin 250 and the cylindrical yoke 240 having predetermined dimensions, and the first plate yoke 220a and the second plate yoke 220b. If the positional relationship between the end surfaces 260a and 260b facing the rotation shaft 90 and the rotation shaft 90 is the same as that in FIG. 9, the first plate-like yoke has the shape shown in FIGS. Also good. The second plate-like yoke used in the magnetic core unit 20 has the same shape as that shown in FIG. The first and second plate-like yokes used in the magnetic core unit 120 are mirror image symmetrical with the shape shown in FIG. Specifically, the plate-like yoke 220a shown in FIG. 23A is inverted with the side connecting the edge portions 520c and 520d as an axis.

例えば、図23(b)〜(g)の板状ヨーク320〜325に示すように、図23(a)の板状ヨークのエッジ部分520a〜520d、に比べ、420a、420d、421a〜421d、422a、422d、423a〜423d、424a、425a、425b、425cは丸みを帯びている。エッジ部分に丸みを持たせることによって、軟磁性体を金型でプレス加工する際、原料粉の噛み込みが少なくなり、量産性が向上する。   For example, as shown in the plate-like yokes 320 to 325 of FIGS. 23B to 23G, 420a, 420d, 421a to 421d, compared to the edge portions 520a to 520d of the plate-like yoke of FIG. 422a, 422d, 423a to 423d, 424a, 425a, 425b, and 425c are rounded. By rounding the edge portion, when the soft magnetic material is pressed with a die, the biting of the raw material powder is reduced, and the mass productivity is improved.

また図23(a)を図23(b)〜(g)のように変形してもよい。図1のようにトルクセンサ10に回転軸を挿入し、所定の励磁電流を励磁用コイルに流したとき、各軟磁性体が磁気飽和を起こさなければ、第1及び第2板状ヨークと円筒状ヨークとの接合部近傍は図23(b)〜(g)のように小型化してもよい。特に図23(f)、(g)は図23(a)に比べ、軟磁性体の原料が少なくて済むことから、コスト的に優れ、小型化、軽量化が実現できる。図23に示す第1及び第2板状ヨークを、図8の第1の実施形態と同様に組立て、磁気コア及び磁気コアユニットを構成してもよい。   Further, FIG. 23A may be modified as shown in FIGS. As shown in FIG. 1, when a rotating shaft is inserted into the torque sensor 10 and a predetermined exciting current is passed through the exciting coil, the first and second plate-like yokes and the cylinders will not be affected if each soft magnetic material does not cause magnetic saturation. The vicinity of the joint with the yoke may be miniaturized as shown in FIGS. In particular, FIGS. 23 (f) and 23 (g) require less soft magnetic material than FIG. 23 (a), and thus are excellent in cost and can be reduced in size and weight. The first and second plate-shaped yokes shown in FIG. 23 may be assembled in the same manner as in the first embodiment of FIG. 8 to constitute a magnetic core and a magnetic core unit.

図23に示す第1及び第2板状ヨークは第1の実施形態と同様に、その材料として、フェライトではMn−Zn系フェライト、Ni−Zn系フェライトが好ましい。この他、粉末では純鉄粉、Fe−Al−Si系センダスト粉、Fe基アモルファス材やFe基ナノ結晶材である非晶質金属粉などが好ましく、それら材料の粒径は200μm以下が好ましい。   As in the first embodiment, the first and second plate-shaped yokes shown in FIG. 23 are preferably made of Mn—Zn ferrite and Ni—Zn ferrite as ferrite. In addition, as the powder, pure iron powder, Fe-Al-Si-based sendust powder, amorphous metal powder such as Fe-based amorphous material or Fe-based nanocrystal material, etc. are preferable, and the particle size of these materials is preferably 200 μm or less.

原料としてフェライトを用いる場合、金型を用いたプレス加工で作製しても良い。また、上記の粉末原料を用いる場合は、上述したように2色成形で第1及び第2板状ヨークと非磁性リングを作製しても良い。   When using ferrite as a raw material, it may be produced by press working using a mold. Moreover, when using said powder raw material, you may produce a 1st and 2nd plate-shaped yoke and a nonmagnetic ring by two-color shaping | molding as mentioned above.

磁気コアユニットを構成する際には、隣り合う励磁用コイル同士は逆方向に巻回する。このとき隣り合う検出用コイル同士も逆方向に巻回する。すなわち同じボビンには励磁用コイルと検出用コイルが同方向に巻回される。また図23に示す第1及び第2板状ヨークを用いた場合でも、図10と同様の磁気回路が構成される。   When configuring the magnetic core unit, adjacent exciting coils are wound in opposite directions. At this time, adjacent detection coils are also wound in opposite directions. That is, the excitation coil and the detection coil are wound around the same bobbin in the same direction. Even when the first and second plate-shaped yokes shown in FIG. 23 are used, a magnetic circuit similar to that in FIG. 10 is configured.

励磁用コイルに印加される交流電圧波形は、所定の周波数と振幅を有する正弦波とする。このとき、当該所定の周波数と振幅が異なる交流電圧を、励磁用コイルに重畳しても良い。また、上記交流電圧を重畳するために、各ボビン250に重畳用コイルを巻回しても良い。また、重畳用コイルを第1及び第2板状ヨークにおける凸部223の外周側に対応する部分に巻回しても良い。   The AC voltage waveform applied to the exciting coil is a sine wave having a predetermined frequency and amplitude. At this time, an alternating voltage having a different amplitude from the predetermined frequency may be superimposed on the exciting coil. Further, a superimposing coil may be wound around each bobbin 250 to superimpose the AC voltage. Further, the superimposing coil may be wound around a portion corresponding to the outer peripheral side of the convex portion 223 in the first and second plate-shaped yokes.

以上、第2の実施形態によれば、第1の実施形態における実施例1で示した効果が得られる。さらに、第1及び第2板状ヨークのエッジ部分に丸みを持たせ、かつ、円筒状ヨークとの接合部近傍を小型化することで、実施例1に比べ量産性が良く、小型、軽量な磁気コア及び磁気コアユニットの作製が可能となる。   As mentioned above, according to 2nd Embodiment, the effect shown in Example 1 in 1st Embodiment is acquired. Further, the edge portions of the first and second plate-like yokes are rounded, and the vicinity of the joint portion with the cylindrical yoke is reduced in size so that mass productivity is better than that of the first embodiment, and the size and weight are reduced. A magnetic core and a magnetic core unit can be manufactured.

(第3の実施形態)
本実施形態は、第1の実施形態で示したトルクセンサ10の出力及び精度を向上させるために直流バイアス磁界を印加している。なお、第2の実施形態で示した構成にも適用可能である。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a DC bias magnetic field is applied in order to improve the output and accuracy of the torque sensor 10 shown in the first embodiment. Note that the present invention can also be applied to the configuration shown in the second embodiment.

図24は、第1の実施形態で示した磁気コアユニット20をベースに、円筒状のバイアスヨーク710を付加したバイアス付加ユニット700の構成を示した図である。ここでは、第1の実施形態で示した磁気コアユニット20を便宜的に内部磁気コアユニット20aと称する。円筒状のバイアスヨーク710の内部に、第1及び第2スペーサ746a,746bを介して、内部磁気コアユニット20aが配されており、以下、この構成をバイアス付加ユニット700と称する。本図は、バイアス付加ユニット700の縦断面図を示しており、右半分は、磁路になる部分をハッチングで表している。   FIG. 24 is a diagram showing a configuration of a bias adding unit 700 in which a cylindrical bias yoke 710 is added to the magnetic core unit 20 shown in the first embodiment as a base. Here, the magnetic core unit 20 shown in the first embodiment is referred to as an internal magnetic core unit 20a for convenience. An internal magnetic core unit 20a is disposed inside a cylindrical bias yoke 710 via first and second spacers 746a and 746b. Hereinafter, this configuration is referred to as a bias addition unit 700. This figure shows a vertical cross-sectional view of the bias applying unit 700, and the right half of the drawing shows hatched portions that become magnetic paths.

バイアスヨーク710は、円筒形状のバイアス用ヨーク接続部758bと、バイアス用ヨーク接続部758b開口に嵌合する環状の上側ヨーク端部758aと、バイアス用ヨーク接続部758bの図24下側の開口に嵌合する環状の下側ヨーク端部758c、下側ヨーク端部758cの下に設けられる固定板756cとを有する。バイアスヨーク710に配された内部磁気コアユニット20aの上面には、中心に回転軸が挿入される軸孔729aを有する環状の第1スペーサ746aが配されている。また、内部磁気コアユニット20aの下面には、中心に回転軸が挿入される軸孔729bを有する環状の第2スペーサ746bが配されている。軸孔729bは、内部磁気コアユニット20aの中央に形成されている軸孔の径と同じ大きさである。第1及び第2スペーサ746a,746bは、バイアス付加ユニット700と内部磁気コアユニット20aとを磁気的に分離可能な材料で形成されており、磁気的な干渉を防止する。   The bias yoke 710 includes a cylindrical bias yoke connection portion 758b, an annular upper yoke end portion 758a that fits in the opening of the bias yoke connection portion 758b, and an opening on the lower side of FIG. 24 of the bias yoke connection portion 758b. An annular lower yoke end portion 758c to be fitted, and a fixing plate 756c provided under the lower yoke end portion 758c. An annular first spacer 746a having a shaft hole 729a into which a rotation shaft is inserted at the center is disposed on the upper surface of the internal magnetic core unit 20a disposed on the bias yoke 710. In addition, an annular second spacer 746b having a shaft hole 729b into which the rotation shaft is inserted at the center is disposed on the lower surface of the internal magnetic core unit 20a. The shaft hole 729b has the same size as the diameter of the shaft hole formed in the center of the internal magnetic core unit 20a. The first and second spacers 746a and 746b are formed of a material capable of magnetically separating the bias applying unit 700 and the internal magnetic core unit 20a, and prevent magnetic interference.

下側ヨーク端部758cの中心部分には、開口726aが形成されており、その開口726に永久磁石のリング磁石728が嵌め込まれている。また、リング磁石728の中心部分には、所定の大きさの軸孔729bが形成されている。そして、リング磁石728は、第2スペーサ746bと第2スペーサ746bの下側に設けられた固定板756cとの2つの部材によって挟まれ支持される。さらに、上側ヨーク接続部758aの上面には、ボビンに巻かれたバイアス用のコイル769を内部に有する円筒部材790が取り付けられている。具体的には、上下に開口を有する円筒形状の第3スペーサ768bと、第3スペーサ768bの上側の開口を塞ぐ環状の固定板768aと、第3スペーサ768bの下側の開口を塞ぐ環状の第4スペーサ768cとを備える。この第4スペーサ768cは、コイル769と上側ヨーク端部758aとを、磁気的に離間させる。   An opening 726a is formed in the central portion of the lower yoke end 758c, and a permanent magnet ring magnet 728 is fitted into the opening 726. A shaft hole 729b having a predetermined size is formed in the center portion of the ring magnet 728. The ring magnet 728 is sandwiched and supported by two members, a second spacer 746b and a fixing plate 756c provided below the second spacer 746b. Further, a cylindrical member 790 having a bias coil 769 wound around a bobbin is attached to the upper surface of the upper yoke connecting portion 758a. Specifically, a cylindrical third spacer 768b having upper and lower openings, an annular fixing plate 768a that closes the upper opening of the third spacer 768b, and an annular second opening that closes the lower opening of the third spacer 768b. 4 spacers 768c. The fourth spacer 768c magnetically separates the coil 769 and the upper yoke end 758a.

また、前記の固定板768aと第4スペーサ768cの中心には、回転軸90が挿入されるための軸孔が形成されている。それら軸孔は、内部磁気コアユニット20aの中央の軸孔の径と同じである。また、円筒部材790には、貫通孔745aが形成されており、内部磁気コアユニット20aと、バイアスヨーク710と、円筒部材790とのそれぞれの貫通孔745a,270及び745bが繋がって一組の貫通孔を形成する。これによって、内部磁気コアユニット20aと、バイアスヨーク710と、円筒部材790とをボルトなどで合わせて固定することができる。   A shaft hole for inserting the rotation shaft 90 is formed at the center of the fixed plate 768a and the fourth spacer 768c. These shaft holes are the same as the diameter of the central shaft hole of the internal magnetic core unit 20a. The cylindrical member 790 is formed with a through hole 745a. The through holes 745a, 270, and 745b of the internal magnetic core unit 20a, the bias yoke 710, and the cylindrical member 790 are connected to each other to form a set of through holes. Form holes. Thereby, the internal magnetic core unit 20a, the bias yoke 710, and the cylindrical member 790 can be fixed together with a bolt or the like.

以上の様な構成とすると、内部磁気コアユニット20aにリング磁石728を有するリング状のバイアスヨーク710を付加した構成とすることで、バイアス磁束が周方向に均一に分布し、その結果、磁気的ノイズの影響を排除することができ、トルクの検出精度が向上する。また、バイアス用コイル769に流す電流量を変更することで、バイアス磁束量を容易に調整できる。そして、リング磁石728とバイアス用コイル769を併用することで、バイアス用コイル769のみによってバイアス磁束を発生させる場合と比べて、消費電力を抑制できる。なお、上側ヨーク端部758aと下側ヨーク端部758cの両方に、リング磁石728及びバイアス用コイル769を設ける構成としてもよい。また、リング磁石728またはバイアス用コイル769のいずれか一方のみであってもよい。   With the configuration as described above, by adding the ring-shaped bias yoke 710 having the ring magnet 728 to the internal magnetic core unit 20a, the bias magnetic flux is uniformly distributed in the circumferential direction. The influence of noise can be eliminated and torque detection accuracy is improved. Further, the amount of bias magnetic flux can be easily adjusted by changing the amount of current flowing through the bias coil 769. By using the ring magnet 728 and the bias coil 769 in combination, the power consumption can be suppressed as compared with the case where the bias magnetic flux is generated only by the bias coil 769. Note that a ring magnet 728 and a bias coil 769 may be provided on both the upper yoke end 758a and the lower yoke end 758c. Further, only one of the ring magnet 728 and the bias coil 769 may be used.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements, and such modifications are also within the scope of the present invention.

本発明は、磁歪特性を利用するトルクセンサに広く利用できる。   The present invention can be widely used for torque sensors that use magnetostriction characteristics.

第1の実施形態に係るトルクセンサの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the torque sensor which concerns on 1st Embodiment. 第1の磁気コアユニットを示した図である。It is the figure which showed the 1st magnetic core unit. 第1の磁気コアユニットの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of a 1st magnetic core unit. 磁気コアの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of a magnetic core. 第1板状ヨークを示す斜視図である。It is a perspective view which shows a 1st plate-shaped yoke. 4個の第1板状ヨークを非磁性リングに取り付けた状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which attached the four 1st plate-shaped yokes to the nonmagnetic ring. 4個の第1板状ヨークを非磁性リングに取り付けた状態を示す平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing which show the state which attached the four 1st plate-shaped yokes to the nonmagnetic ring. 第1測定ユニットの組立図である。It is an assembly drawing of a 1st measurement unit. 第1の磁気コアにおける第1及び第2板状ヨークの、回転軸に対向する面と、回転軸との位置関係を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the positional relationship of the surface which opposes a rotating shaft of the 1st and 2nd plate-shaped yoke in a 1st magnetic core, and a rotating shaft. トルクセンサの回路結線を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the circuit connection of the torque sensor. 印加されるトルクと検出出力の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the applied torque and detection output. (a)第1の実施形態の実施例1と比較例に用いられたトルクセンサの構造上の特徴を示した表、(b)第1の実施形態の実施例1と参考例に用いられたトルクセンサの感度、ゼロ点変動及びヒステリシスを示した表である。(A) Table showing structural features of the torque sensor used in Example 1 and Comparative Example of the first embodiment, (b) Used in Example 1 and Reference Example of the first embodiment. It is the table | surface which showed the sensitivity, zero point fluctuation | variation, and hysteresis of a torque sensor. トルクセンサの出力電圧特性を示したグラフである。It is the graph which showed the output voltage characteristic of the torque sensor. トルクセンサの出力電圧特性を示したグラフである。It is the graph which showed the output voltage characteristic of the torque sensor. 第1の実施形態に係る(a)回転軸の模式図、(b)回転軸表面の展開図、(c)及び(d)コイルの回路結線を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the circuit connection of (a) the schematic diagram of a rotating shaft which concerns on 1st Embodiment, (b) The developed view of the rotating shaft surface, (c) and (d) coil. (a)〜(d)コイルの回路結線を示した回路図である。(A)-(d) It is the circuit diagram which showed the circuit connection of the coil. 他の実施形態に係る(a)回転軸表面の展開図、(b)及び(c)コイルの回路結線を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the circuit connection of the (a) development view of the rotating shaft surface and (b) and (c) coil which concern on other embodiment. (a)及び(b)コイルの回路結線を示した回路図である。(A) And (b) It is the circuit diagram which showed the circuit connection of the coil. (a)磁気コアにおける磁束の向きを示した概略斜視図、(b)及び(c)コイルを巻き回す向きと磁束の関係を示す概略斜視図である。(A) The schematic perspective view which showed the direction of the magnetic flux in a magnetic core, (b) And (c) The schematic perspective view which shows the direction which winds a coil, and the relationship of a magnetic flux. 他の比較形態に係る(a)回転軸の模式図、(b)回転軸表面の展開図、(c)及び(d)コイルの回路結線を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the circuit connection of (a) the schematic diagram of a rotating shaft which concerns on another comparative form, (b) The developed view of the rotating shaft surface, (c) and (d) coil. 他の比較形態に係る(a)回転軸表面の展開図、(b)及び(c)コイルの回路結線を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the circuit connection of the (a) development view of the rotating shaft surface which concerns on another comparative form, (b) and (c) coil. 軟磁性部と非磁性部に用いられる材料の組合せと、出力の感度の関係を示した表である。It is the table | surface which showed the combination of the material used for a soft-magnetic part and a nonmagnetic part, and the relationship of an output sensitivity. 第2の実施形態に係る第1及び第2板状ヨークの形状を示した平面図である。It is the top view which showed the shape of the 1st and 2nd plate-shaped yoke which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るバイアス付加ユニットの構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the bias addition unit which concerns on 3rd Embodiment. 従来技術に係る、磁歪式トルクセンサの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the magnetostrictive torque sensor based on a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

10:トルクセンサ
20,120,400:磁気コアユニット
20a:内部磁気コアユニット
30:磁気コア
40:右ネジ巻きの励磁用コイル
50:左ネジ巻きの励磁用コイル
60:柱状コア
90,502:回転軸
90f,190f:回転軸表面
99a:同期検波回路
99b:オペアンプ
214a〜h:励磁用コイル
215a〜h:検出用コイル
220a:第1板状ヨーク
220b:第2板状ヨーク
221:板状ヨークのヨーク接続部
223:板状ヨークの凸部
224:板状ヨークの底面
228,729a,729b:軸孔
230a:第1非磁性リング
230b:第2非磁性リング
231a:第1非磁性リングの凸部
240:円筒状ヨーク
250:ボビン
260a:回転軸表面と対向する第1板状ヨークの端面
260b:回転軸表面と対向する第2板状ヨークの端面
270,745a,745b:貫通孔
314a〜314d:励磁用コイル
320〜325:板状ヨーク
414a〜414f:励磁用コイル
420a〜420d,421a〜421d,422a〜422d,423a〜423d,424a〜424d,425a〜425d,520a〜520d:板状ヨークのエッジ部分
503:磁性膜
504:励磁・検出用ソレノイドコイル
505,506:検出用磁気コア
507,508:励磁用磁気コア
514a〜514f:励磁用コイル
614a〜614f:励磁用コイル
700:バイアス付加ユニット
710:バイアスヨーク
714a〜714f:励磁用コイル
726:開口
728:リング磁石
746a:第1スペーサ
746b:第2スペーサ
756c:固定板
758a:上側ヨーク端部
758b:バイアス用ヨーク接続部
758c:下側ヨーク端部
768a:固定板
768b:第3スペーサ
768c:第4スペーサ
769:バイアス用コイル
790:円筒部材
814a〜814d:励磁用コイル
914a〜914d:励磁用コイル
1014a〜1014d:励磁用コイル
1114a〜1114d:励磁用コイル
10: Torque sensors 20, 120, 400: Magnetic core unit 20a: Internal magnetic core unit 30: Magnetic core 40: Right-handed excitation coil 50: Left-handed excitation coil 60: Columnar cores 90, 502: Rotation Shafts 90f, 190f: Rotating shaft surface 99a: Synchronous detection circuit 99b: Operational amplifiers 214a-h: Excitation coils 215a-h: Detection coil 220a: First plate yoke 220b: Second plate yoke 221: Plate yoke Yoke connecting portion 223: plate-shaped yoke convex portion 224: plate-shaped yoke bottom surface 228, 729a, 729b: shaft hole 230a: first nonmagnetic ring 230b: second nonmagnetic ring 231a: convex portion of the first nonmagnetic ring 240: Cylindrical yoke 250: Bobbin 260a: End surface 260b of the first plate-like yoke facing the rotation shaft surface: Opposing the rotation shaft surface End surfaces 270, 745a, 745b of the second plate-shaped yokes: through holes 314a-314d: exciting coils 320-325: plate-shaped yokes 414a-414f: exciting coils 420a-420d, 421a-421d, 422a-422d, 423a- 423d, 424a to 424d, 425a to 425d, 520a to 520d: edge portion of plate-like yoke 503: magnetic film 504: excitation / detection solenoid coil 505, 506: detection magnetic core 507, 508: excitation magnetic core 514a to 514f: Excitation coils 614a to 614f: Excitation coil 700: Bias applying unit 710: Bias yoke 714a to 714f: Excitation coil 726: Opening 728: Ring magnet 746a: First spacer 746b: Second spacer 756c: Fixed plate 758a :Up Yoke end portion 758b: Biasing yoke connection portion 758c: Lower yoke end portion 768a: Fixing plate 768b: Third spacer 768c: Fourth spacer 769: Biasing coil 790: Cylindrical members 814a to 814d: Excitation coils 914a to 914d : Excitation coils 1014a to 1014d: Excitation coils 1114a to 1114d: Excitation coils

Claims (5)

一対のヨーク端部とコイルを巻いたヨーク接続部とを有する磁気コアをN個備え(Nは4以上の偶数である。)、
前記磁気コアは、おのおの、前記ヨーク端部の端面の中央同士を結ぶ線がトルクセンサで検知しようとする回転軸の軸方向と所定の角度を為し、
N個の前記磁気コアは絶縁部材を介して支持されて磁気コアユニットを構成しており、
N個の前記磁気コアを励磁したときに、前記ヨーク端部の端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで逆向きとなるように、磁気コアを配置することを特徴とするトルクセンサ。
N magnetic cores having a pair of yoke ends and a yoke connecting part wound with a coil are provided (N is an even number of 4 or more).
Each of the magnetic cores forms a predetermined angle with the axial direction of the rotating shaft to be detected by the torque sensor, wherein the line connecting the centers of the end surfaces of the yoke end portions is detected by the torque sensor,
The N magnetic cores are supported via an insulating member to constitute a magnetic core unit,
The magnetic cores are arranged so that when N magnetic cores are excited, magnetic flux components along a line connecting the centers of the end surfaces of the yoke end portions are opposite to each other in the adjacent magnetic cores. Torque sensor.
請求項1に記載のトルクセンサにおいて、
隣り合う磁気コアはコイルを巻いた向きが逆であり、
N個の前記コイルを直列接続すると共に、直列接続状態にある隣り合う磁気コアのコイル同士は異なる側で接続されていることを特徴とするトルクセンサ。
The torque sensor according to claim 1,
Adjacent magnetic cores have the opposite direction of winding the coil,
A torque sensor characterized in that N coils are connected in series, and coils of adjacent magnetic cores connected in series are connected on different sides.
請求項1に記載のトルクセンサにおいて、
隣り合う磁気コアはコイルを巻いた向きが同じであり、
N個の前記コイルを直列接続すると共に、直列接続状態にある隣り合う磁気コアのコイル同士は同じ側で接続されていることを特徴とするトルクセンサ。
The torque sensor according to claim 1,
Adjacent magnetic cores have the same winding direction,
A torque sensor characterized in that N coils are connected in series, and coils of adjacent magnetic cores connected in series are connected on the same side.
請求項1乃至3のいずれかのトルクセンサにおいて、
前記所定の角度が、略45°に設定されていること特徴とするトルクセンサ。
The torque sensor according to any one of claims 1 to 3,
The torque sensor, wherein the predetermined angle is set to about 45 °.
請求項1乃至3のいずれかのトルクセンサにおいて、
前記所定の角度が+略45°に設定された第1の磁気コアユニットと、前記所定の角度が−略45°に設定された第2の磁気コアユニットとを備えることを特徴とするトルクセンサ。
The torque sensor according to any one of claims 1 to 3,
A torque sensor comprising: a first magnetic core unit in which the predetermined angle is set to about + 45 °; and a second magnetic core unit in which the predetermined angle is set to about −45 °. .
JP2007203426A 2007-08-03 2007-08-03 Torque sensor Pending JP2009036728A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007203426A JP2009036728A (en) 2007-08-03 2007-08-03 Torque sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007203426A JP2009036728A (en) 2007-08-03 2007-08-03 Torque sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009036728A true JP2009036728A (en) 2009-02-19

Family

ID=40438766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007203426A Pending JP2009036728A (en) 2007-08-03 2007-08-03 Torque sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009036728A (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5999228A (en) * 1982-11-29 1984-06-07 Nissan Motor Co Ltd Torque detector
JPS62184323A (en) * 1986-02-07 1987-08-12 Kosuke Harada Magneto-striction type torque sensor
JPS62249026A (en) * 1986-04-21 1987-10-30 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Torque measuring instrument
JPS6390730A (en) * 1986-10-02 1988-04-21 Aisin Warner Ltd Torque detector
JPS63215927A (en) * 1987-03-04 1988-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Torque sensor
JPH0271127A (en) * 1988-09-07 1990-03-09 Toshiba Corp Torque sensor
JPH07190866A (en) * 1993-10-29 1995-07-28 Omron Corp Magnetostrictive torque sensor and measuring apparatus as well as state monitoring apparatus for cutting tool, using them
JP2001096187A (en) * 1999-09-30 2001-04-10 Shikoku Kogyo Kk Apparatus for separating sludge contained in grinding liquid
JP2006208331A (en) * 2005-01-31 2006-08-10 Sunx Ltd Eddy current type detecting sensor

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5999228A (en) * 1982-11-29 1984-06-07 Nissan Motor Co Ltd Torque detector
JPS62184323A (en) * 1986-02-07 1987-08-12 Kosuke Harada Magneto-striction type torque sensor
JPS62249026A (en) * 1986-04-21 1987-10-30 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Torque measuring instrument
JPS6390730A (en) * 1986-10-02 1988-04-21 Aisin Warner Ltd Torque detector
JPS63215927A (en) * 1987-03-04 1988-09-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Torque sensor
JPH0271127A (en) * 1988-09-07 1990-03-09 Toshiba Corp Torque sensor
JPH07190866A (en) * 1993-10-29 1995-07-28 Omron Corp Magnetostrictive torque sensor and measuring apparatus as well as state monitoring apparatus for cutting tool, using them
JP2001096187A (en) * 1999-09-30 2001-04-10 Shikoku Kogyo Kk Apparatus for separating sludge contained in grinding liquid
JP2006208331A (en) * 2005-01-31 2006-08-10 Sunx Ltd Eddy current type detecting sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7584672B2 (en) Magnetostrictive torque sensor
JP5108236B2 (en) Rotor for motor
EP1326319A2 (en) Rotor, method of manufacturing the same and rotary machine
JP2015104162A (en) Rotor fixing structure, and rotary electric machine
US20220018723A1 (en) Torque detection sensor
CN111664979A (en) Magnetostrictive torque detection sensor
CN106505761A (en) Magnet baried type rotor and the manufacture method of Magnet baried type rotor
CN113884229A (en) Torque detecting sensor
JP2000295832A (en) Position detector
CN113945313A (en) Torque detecting sensor
JP5177661B2 (en) Torque sensor
JP2010054238A (en) Torque sensor
US20220020522A1 (en) Core for torque detection sensor and torque detection sensor
JP5870567B2 (en) Bow magnets and magnetic field molds
JP2010054237A (en) Torque sensor
JP7166551B2 (en) Torque sensor stator structure
JP6631629B2 (en) Actuator
JP2008304263A (en) Magnetic core for torque sensor, magnetic core unit, and torque sensor
JP2001289719A (en) Ring-type magnetostrictive toque sensor
JP2013172585A (en) Shaft type linear motor movable element, permanent magnet, linear motor, magnetic field generating device, and method of manufacturing shaft type linear motor movable element
JP2009036728A (en) Torque sensor
CN112740512A (en) Iron core, stator and rotating electrical machine
JP2010054239A (en) Torque sensor
JP2008203183A (en) Magnetic core unit and torque sensor using the same
JP4827166B2 (en) Composite magnetic head and rotating shaft torque detector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100611

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110808

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120208

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120224

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120424

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20121122