JP2013170895A - 磁歪式トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で構成が簡素であり、かつ安価な磁歪式トルク検出装置を提供する。
【解決手段】回転軸１が受けるトルクを検出する磁歪式トルク検出装置１０を、回転軸１に所定隙間を隔てて固着され、±４５°の溝が外周面に形成された円筒形の第１と第２の磁歪材１１，１２と、第１と第２の磁歪材１１，１２の隙間内に設けられ、回転軸１の軸線方向にＳ極とＮ極を備え、回転軸１と共に回転する第１の磁石２１と、第１と第２の磁歪材１１，１２の両端部において、第１の磁石２１と軸線方向の同じ位置にそれぞれ設けられ、第１の磁石２１と逆の極性を備える第２と第３の磁石２２，２３と、第１の磁石２１の回転軌跡の外側に設けられる磁束検出素子２と、磁束検出素子２からの出力に基づいて回転軸１が受けるトルクを検出するトルク検出部３とから構成して小型、簡素化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸のトルク計測を安価に実現可能な磁歪式トルク検出装置に関するものである。

従来、モータ、工作機械、自動車等では、回転駆動系の回転軸に加わるトルクを検出して回転を制御することが行われている。回転軸に加わるトルクを検出するセンサとしては、磁歪式トルクセンサが知られている。このうち、応力異方性磁歪式トルクセンサは、回転軸の適所に螺旋溝を設けて磁歪部とし、回転軸にトルクが印加されることにより磁歪部に生じる透磁率の変化を電気量として検出するものである。

ところが、応力異方性磁歪式トルクセンサでは、螺旋溝に微細な表面欠陥があるとトルク検出感度にバラツキやヒステリシスが生じる問題点がある。この問題点に対して、特許文献１には、螺旋溝が形成された磁歪部の表面に圧縮下降硬化層を形成してこの問題点を解決することが記載されている。

また、特許文献２には、傾きの異なる一対の溝部を持った回転体に励磁コイルで交流励磁し、検出コイルで応力による磁歪材の透磁率変化を誘起電圧変化に変換して回転軸に加わるトルクを検出するものが開示されている。

特開平１−１６９９８３３号公報 特開２００８−１１４８５１号公報

しかしながら、引用文献２に開示の磁歪式トルクセンサは、励磁コイルと検出コイル、及び励磁用交流信号発生器、更には検出部に複雑な制御回路が必要であり、コストが高く、且つセンサの径方向のサイズが大きくなるという問題があった。本発明は、上記問題に鑑み、構成が簡素で、かつ安価な磁歪式トルク検出装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態の磁歪式トルク検出装置は、回転軸（１）が受けるトルクを検出する磁歪式トルク検出装置（１０）であって、回転軸（１）に所定隙間を隔てて固着され、±４５°の溝が外周面に形成された円筒形の第１と第２の磁歪材（１１，１２）と、第１と第２の磁歪材（１１，１２）の隙間内に設けられ、回転軸（１）の軸線方向にＳ極とＮ極を備え、回転軸（１）と共に回転する第１の磁石（２１）と、第１と第２の磁歪材（１１，１２）の両端部において、第１の磁石（２１）と軸線方向の同じ位置にそれぞれ設けられ、第１の磁石（２１）と逆の極性を備える第２と第３の磁石（２２，２３）と、第１の磁石（２１）の回転軌跡の外側に設けられる磁束検出素子（２）と、磁束検出素子（２）からの出力に基づいて回転軸（１）が受けるトルクを検出するトルク検出部（３）とを備えることを特徴としている。

この場合、第１から第３の磁石（２１〜２３）は、第１と第２の磁歪材（１１，１２）と同じ外周面を備える半円筒形状に形成されると共に、第１と第２の磁歪材（１１，１２）に接触して設けられることが可能である。また、第１から第３の磁石（２１〜２３）は、Ｎを整数として、第１と第２の磁歪材（１１，１２）と同じ外周面を備える円筒形状を２の（Ｎ＋１）乗分の１に分割した形状をしており、分割された第１から第３の磁石（２１〜２３）は、回転軸（１）に対して等間隔で同じ軸線方向の位置に設けられていると共に、隣接する磁石同士の極性は互いに逆の極性にすることができる。更に、第１と第２の磁歪材（１１，１２）の隙間内と、第１と第２の磁歪材（１１，１２）の両端部の、第１から第３の磁石（２１〜２３）に隣接する部分には、第１から第３の磁石（２１〜２３）の外周面に連続する外周面を備える形状の非磁束発生材（３１〜３３）を設けることができる。

これにより、第１の形態の磁歪式トルク検出装置は、磁束の変化ではなく、磁束量を計測することにより、ホールＩＣ等の単体で検出可能な磁束検出素子が使用でき、制御回路削減による磁歪式トルク検出装置の構成の簡素化、小型化及び低コスト化が可能となる。

上記課題を解決するために、本発明の第２の形態の磁歪式トルク検出装置は、回転軸（１）が受けるトルクを検出する磁歪式トルク検出装置（２０）であって、回転軸（１）の軸線方向にＳ極とＮ極を備える第１の磁石（４１）と、外周面に４５°の溝が形成された第１の磁歪材（５１）及び第１の非磁束発生材（６１）を互いに隣接させた状態で１つの円筒形に形成して回転軸（１）に固着した第１の磁束発生部材（５）と、第１の磁石（４１）と同形状で同じ極性を備える第２の磁石（４２）と、第１の磁歪材（５１）と同形状で４５°の溝に直交する方向に溝が形成された第２の磁歪材（５２）及び第１の非磁束発生材（６１）と同形状の第２の非磁束発生材（６２）とを、互いに第１の磁束発生部材（５）と同じ順序で隣接させた状態で１つの円筒形に形成して、第１の磁束発生部材（５）とは所定隙間を隔てて回転軸（１）に固着した第２の磁束発生部材（６）と、第１と第２の磁束発生部材（５，６）の間の隙間に、第１と第２の磁束発生部材（５，６）及び回転軸（１）に触れない状態で外側から挿入されて設けられた磁束検出素子（２）と、磁束検出素子（２）からの出力に基づいて回転軸（１）が受けるトルクを検出するトルク検出部（３）とを備えることを特徴としている。

この場合、第１の磁石（４１）、第１の磁歪材（５１）及び第１の非磁束発生材（６１）の形状を全て同じとすることができる。

また、本発明の第２の形態の磁歪式トルク検出装置は、回転軸（１）が受けるトルクを検出する磁歪式トルク検出装置（２０）であって、Ｎを整数として、回転軸（１）の軸線方向にＳ極とＮ極を備える２のＮ乗個の第１の磁石（４１Ａ，４１Ｂ、…）と、２のＮ乗個の第１の磁歪材（５１Ａ、５１Ｂ、…）及び２のＮ乗個の第１の非磁束発生材（６１Ａ、６１Ｂ、…）を、互いに隣接させた状態で１つの円筒形に形成すると共に、隣接する磁石の極性は互いに逆極性になるようにした第１の磁束発生部材（５）と、第１の磁石（４１Ａ，４１Ｂ、…）と同数、同形状の第２の磁石（４２Ａ、４２Ｂ、…）と、第１の磁歪材（５１Ａ、５１Ｂ、…）と同数、同形状の第２の磁歪材（５２Ａ、５２Ｂ、…）及び第１の非磁束発生材（６１Ａ、６１Ｂ、…）と同数、同形状の第２の非磁束発生材（６２Ａ、６２Ｂ、…）を、第１の磁束発生部材（５）と同じ順序で配置して１つの円筒形に形成した第２の磁束発生部材（６）を備え、第１の磁歪材（５１Ａ、５１Ｂ、…）の外周面には４５°の溝が形成されていると共に、第２の磁歪材（５２Ａ、５２Ｂ、…）の外周面には、第１の磁歪材（５１Ａ、５１Ｂ、…）の外周面にある溝に直交する方向の溝が形成され、第１の磁束発生部材（５）は回転軸（１）に固着され、第２の磁束発生部材（６）は、第１の磁束発生部材（５）と同じ部材が軸線方向の同じ位置になるように、第１の磁束発生部材（５）に対して所定隙間を隔てて回転軸（１）に固着され、第１と第２の磁束発生部材（５，６）の間の隙間に、第１と第２の磁束発生部材（５，６）及び回転軸（１）に触れない状態で外側から挿入されて磁束検出素子（２）が設けられ、磁束検出素子（２）からの出力に基づいて回転軸（１）が受けるトルクを検出するトルク検出部（３）が設けられて構成することが可能である。

これにより、第２の形態の磁歪式トルク検出装置は、第１の磁束発生部材と第２の磁束発生部材を設けたことにより、磁束量が増え、磁束量を計測することにより、ホールＩＣ等の制御回路により正確な検出が可能になる。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

（ａ）は本発明の第１の形態の磁歪式トルク検出装置の一実施例の構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の磁歪式トルク検出装置の要部の斜視図である。 （ａ）は本発明の第１の形態の磁歪式トルク検出装置の変形実施例の構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の磁歪式トルク検出装置の要部の斜視図、（ｃ）は本発明の第１の形態の磁歪式トルク検出装置の別の変形実施例における磁石と非磁束発生材の構成を示す正面図である。 （ａ）は本発明の第２の形態の磁歪式トルク検出装置の一実施例の構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の磁歪式トルク検出装置の要部の斜視図である。 （ａ）は本発明の第２の形態の磁歪式トルク検出装置の変形実施例の構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の磁歪式トルク検出装置の要部の斜視図、（ｃ）は本発明の第２の形態の磁歪式トルク検出装置の別の変形実施例における磁石と磁歪材と非磁束発生材を備えた第１の磁束発生部材の構成を示す正面図である。 本発明の磁歪式トルク検出装置の比較技術の構成を示す側面図である。 （ａ）は図１（ａ）、（ｂ）に示した磁歪式トルク検出装置におけるホールＩＣの出力波形例を示す波形図、（ｂ）は図２（ａ）に示した磁歪式トルク検出装置におけるホールＩＣの出力波形例を示す波形図である。 （ａ）は図３（ａ）、（ｂ）に示した磁歪式トルク検出装置におけるホールＩＣの出力波形例を示す波形図、（ｂ）は図４（ａ）、（ｂ）に示した磁歪式トルク検出装置におけるホールＩＣの出力波形例を示す波形図、（ｃ）は本発明の磁歪式トルク検出装置の、異なる２種類の回転数におけるトルクに対する検出出力電圧の特性を示す特性図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。本発明の各実施形態が、本発明の基礎となった比較技術に対しても同一構成の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

図１（ａ）は、本発明の第１の形態の磁歪式トルク検出装置１０の一実施例の構成を示す側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の磁歪式トルク検出装置１０のトルク検出部３を除く部分を示す斜視図である。第１の形態の磁歪式トルク検出装置１０は、回転軸１に加わるトルクを検出するものである。

第１の形態の磁歪式トルク検出装置１０は、回転軸１に所定隙間を隔てて固着され、±４５°の溝が外周面に形成された円筒形の第１と第２の磁歪材１１，１２を備えている。これは、±４５°の溝のある２つ並んだ円筒形の磁歪材にトルクが加わると、一方が縮み、他方が伸び、それぞれの透磁率μが印加トルクに応じて±Δμ変化するからである。そして、このような２つ並んだ円筒形の磁歪材に永久磁石によって磁界を与えておくと、印加トルクによって磁歪材中の磁束φはそれぞれ（φ＋Δφ）と（φ−Δφ）に変化するので、この磁束の差を検出すれば、磁歪材に加わるトルクが検出できる。

磁歪材中の磁束を検出する磁束検出素子としては、例えばホール素子を組み込んだホールＩＣが知られている。よって、以後は磁束検出素子２はホールＩＣ２であるとして説明する。そこで、図５に示す比較技術に示すように、±４５°の溝のある２つ並んだ円筒形の第１と第２の磁歪材１１，１２を回転軸１に固着し、第１と第２の磁歪材１１，１２の両側に永久磁石２２，２３を配置して２つの磁気回路Ｍ１，Ｍ２を作る。そして、第１と第２の磁歪材１１，１２の真ん中にホールＩＣ２を配置すれば、ホールＩＣ２の出力からトルク検出部３で回転軸１に印加されるトルクの大きさを検出することができる。

ところが、この比較技術の構成では、第１と第２の磁歪材１１，１２の両側の永久磁石２２，２３が小さいと磁気回路Ｍ１，Ｍ２を流れる磁束のトルク印加時の変化が小さく、トルクの検出が困難であった。

そこで、第１の形態の磁歪式トルク検出装置１０では、図１（ａ）に示すように、第１と第２の磁歪材１１，１２の隙間内に、回転軸１の軸線方向にＳ極とＮ極を備え、回転軸１と共に回転する第１の磁石２１を取り付けている。そして、第１と第２の磁歪材１１，１２の両端部には、第１の磁石２１と軸線方向の同じ位置に、第１の磁石２１と逆の極性を備える第２と第３の磁石２２，２３をそれぞれ設けている。ホールＩＣ２は、第１の磁石２１の回転軌跡の外側に設けられており、ホールＩＣ２からの出力に基づいて、トルク検出部３は回転軸１が受けるトルクを検出する。ホールＩＣ２の出力波形は、例えば図６（ａ）に示すようになる。トルク検出部３の動作は公知であるのでこれ以上の説明を省略する。この構成により、磁気回路Ｍ１，Ｍ２を流れる磁束が比較技術に比べて大きくなり、回転軸１にトルクが加わった時の磁束の変化が検出し易くなる。

なお、第１の形態の磁歪式トルク検出装置１０では、第１から第３の磁石２１〜２３は、図１（ｂ）に示すように、第１と第２の磁歪材１１，１２と同じ外周面を備える半円筒形状に形成されている。そして、第１から第３の磁石２１〜２３は、第１と第２の磁歪材１１，１２に接触した状態で回転軸１に固着されており、回転軸１と共に回転する。また、第１と第２の磁歪材１１，１２の隙間ｄ内と、第１と第２の磁歪材１１，１２の両端部の、第１から第３の磁石２１〜２３に隣接する部分には、スペーサ３１〜３３が設けられている。スペーサ３１〜３３は、この実施例では第１から第３の磁石２１〜２３の外周面に連続する外周面を備える半円筒形状をしており、非磁束発生材を用いて形成されている。スペーサ３１〜３３は、磁束を発生しない部材なら特に規定はなく、合成樹脂等の非磁性体、金属等の磁性体、或いは磁歪材でも良い。第１の形態の磁歪式トルク検出装置１０には高周波発生回路がなく、検出コイルもないので構成が簡素で、かつ安価で小型化が可能である。

図２（ａ）は本発明の第１の形態の磁歪式トルク検出装置１０の変形実施例の構成を示す側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の磁歪式トルク検出装置１０のホールＩＣ２とトルク検出部３を除く部分を示す斜視図である。図１（ａ）、（ｂ）に示した実施例では、第１と第２の磁歪材１１，１２の隙間ｄ内に取り付ける第１の磁石２１と第１と第２の磁歪材１１，１２の両端部に取り付ける第２と第３の磁石２２，２３はそれぞれ１個ずつであった。

一方、変形実施例では、第１と第２の磁歪材１１，１２の隙間ｄ内に、回転軸１の軸線方向にＳ極とＮ極を備え、回転軸１と共に回転する２つの第１の磁石２１Ａ，２１Ｂを取り付けている。第１の磁石２１Ａ，２１Ｂの軸線方向の極性はそれぞれ逆であり、磁石２１Ｂは、磁石２１Ａに対して回転軸１の反対側の位置（点対称の位置）に取り付けられている。従って、第１の磁石２１Ａ，２１Ｂの形状は、第１と第２の磁歪材１１，１２と同じ外周面を備える４分の１の円筒形状に形成されている。

同様に、第１と第２の磁歪材１１，１２の両端部には、第１の磁石２１Ａ，２１Ｂと軸線方向の同じ位置に、第１の磁石２１Ａ，２１Ｂとそれぞれ逆の極性を備える第２と第３の磁石２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂをそれぞれ設けている。従って、第２と第３の磁石２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂの形状は、第１と第２の磁歪材１１，１２と同じ外周面を備える４分の１の円筒形状に形成されている。ホールＩＣ２の位置に変化はない。ホールＩＣ２に接続するトルク検出部３の構成も同じである。

このように、本発明の第１の形態の磁歪式トルク検出装置１０の変形実施例では、第１から第３の磁石の数を分割して増やすことができる。一般的には、第１から第３の磁石２１〜２３は、Ｎを０か整数として２のＮ乗個に分割することができる。図１（ａ）、（ｂ）に示した実施例はＮが０の場合であり、図２（ａ）、（ｂ）に示した実施例はＮが１の場合である。この場合、２のＮ乗個に分割された第１から第３の磁石２１〜２３は、第１と第２の磁歪材１１，１２と同じ外周面を備える円筒形状の２の（Ｎ＋１）乗分の１の形状となる。分割された第１から第３の磁石２１〜２３は全て同形状であり、回転軸１に等間隔で配置できる。更に、回転軸１に等間隔で配置する２の（Ｎ＋１）乗個に分割された第１から第３の磁石２１〜２３の、回転軸１の軸線方向の極性は交互に逆の極性とする。

図２（ｃ）はＮが２の場合の、第２の磁石２２の回転軸１上の配置を示すものである。Ｎが２の場合、第２の磁石２２は円筒形状の２の３乗分の１の形状で４個あり、磁石２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄに分割され、回転軸１上に隣接する磁石同士が逆極性で等間隔に配置される。符号３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄは同様に２の３乗分の１の形状で４個ある第２のスペーサである。分割された第１と第３の磁石は、回転軸１に対して等間隔で、第２の磁石と同じ軸線方向の位置に設ければ良い。この場合も、円周方向及び軸線方向に隣接する磁石同士の極性は互いに逆の極性となっている。

このように、回転軸１に取り付ける磁石を円周方向に分割して、回転軸１の円周方向に複数個設けると、回転軸１が継続して回転する場合、回転軸１に加わる短時間毎のトルクの変化を検出することができる。図６（ｂ）は、Ｎが１の時の、図２（ａ）に示したホールＩＣ２の出力波形を示すものである。

図３（ａ）は本発明の第２の形態の磁歪式トルク検出装置２０の一実施例の構成を示す側面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の磁歪式トルク検出装置２０のトルク検出部３を除く部分の斜視図である。第２の形態の磁歪式トルク検出装置２０も、回転軸１に加わるトルクを検出するものである。

第２の形態の磁歪式トルク検出装置２０は、第１の形態の磁歪式トルク検出装置１０と異なり、回転軸１に所定隙間Ｄを隔てて第１の磁束発生部材５と第２の磁束発生部材６が固着されている。第１の磁束発生部材５は、回転軸１の軸線方向にＳ極とＮ極を備える第１の磁石４１と、外周面に４５°の溝が形成された第１の磁歪材５１及び非磁束発生材から構成される第１のスペーサ６１を、互いに隣接させた状態で１つの円筒形に形成して構成される。この実施例の第１の磁石４１、第１の磁歪材５１及び第１のスペーサ６１の形状は全て同じであり、それぞれ円筒形の３分の１の形状である。そして、円筒形の第１の磁束発生部材５は、その内周面が回転軸１に固着され、回転軸１と共に回転する。

第２の磁束発生部材６は、第１の磁石４１と同形状で同じ極性を備える第２の磁石４２と、第１の磁歪材５１と同形状で４５°の溝に直交する方向に溝が形成された第２の磁歪材５２及び第１のスペーサ６１と同形状の第２のスペーサ６２とから構成される。第２の磁石４２と、第２の磁歪材５２及び第１のスペーサ６１は、第１の磁束発生部材５と同じ順序で１つの円筒形に形成される。そして、第２の磁束発生部材６は、第１の磁束発生部材５とは所定の隙間Ｄを隔てて回転軸１に固着される。この結果、第１の磁束発生部材５には第１の磁石４１と第１の磁歪材５１を通る磁路Ｍ１が形成され、第２の磁束発生部材６には第２の磁石４２と第２の磁歪材５２を通る磁路Ｍ２が形成される。

なお、図３（ｂ）においては、第１と第２の磁歪材５１、５２の端面を、第１と第２ののスペーサ６１、６２と区別して分かり易くするために、第１と第２の磁歪材５１、５２の端面に網点を付してある。また、第１と第２ののスペーサ６１、６２は、第１の実施形態と同様に磁束を発生しない部材なら特に規定はなく、合成樹脂等の非磁性体、金属等の磁性体、或いは磁歪材でも良い。

また、第１と第２の磁束発生部材５，６の間の隙間Ｄに、第１と第２の磁束発生部材５，６及び回転軸１に触れない状態で外側から挿入されて、磁束検出素子であるホールＩＣ２が設けられている。ホールＩＣ２には、トルク検出部３が接続されており、トルク検出部３はホールＩＣ２からの出力に基づいて回転軸１が受けるトルクを検出する。ホールＩＣ２からの出力波形は、例えば図７（ａ）に示すようになる。第２の形態の磁歪式トルク検出装置２０は、第１と第２の磁束発生部材５，６の両側に磁石がないので、軸線方向の全長が短く、軸長を短縮することができる。また、第１と第２の磁石４１、４２はその全長が第１と第２の磁歪材５１、５２の全長と同じであるので、第１と第２の磁石４１、４２によって発生する磁束が大きい。

図４（ａ）は本発明の第２の形態の磁歪式トルク検出装置２０の変形実施例の構成を示す側面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の磁歪式トルク検出装置２０からトルク検出部３を除いた部分の斜視図である。図３（ａ）、（ｂ）に示した実施例では、第１と第２の磁束発生部材５，６にはそれぞれ１個ずつの第１と第２の磁石４１、４２、第１と第２の磁歪材５１，５２及び第１と第２のスペーサ６１，６２があった。

一方、変形実施例では、第１と第２の磁束発生部材５，６を構成する磁石、磁歪材及びスペーサがそれぞれＮを整数として、２のＮ乗個ずつある。図４（ａ）、（ｂ）に示す変形実施例はＮが１の場合の実施例であり、第１と第２の磁束発生部材５，６にはそれぞれ磁石、磁歪材及びスペーサが２個ずつある。ホールＩＣ２の位置に変化はない。ホールＩＣ２に接続するトルク検出部３の構成も同じである。

図４（ａ）、（ｂ）に示す変形実施例の磁歪式トルク検出装置２０の第１の磁束発生部材５には、２個の第１の磁石４１Ａ，４１Ｂと、２個の第１の磁歪材５１Ａ、５１Ｂ及び２個の第１のスペーサ６１Ａ、６１Ｂがある。第１の磁石４１Ａ，４１Ｂ、第１の磁歪材５１Ａ、５１Ｂ及び第１のスペーサ６１Ａ、６１Ｂは互いに隣接させた状態で１つの円筒形に形成され、隣接する第１の磁石４１Ａ，４１Ｂの軸線方向の極性は互いに逆極性になっている。

同様に、第２の磁束発生部材６には、２個の第２の磁石４２Ａ，４２Ｂと、２個の第２の磁歪材５２Ａ、５２Ｂ及び２個の第２のスペーサ６２Ａ、６２Ｂがある。第２の磁石４２Ａ，４２Ｂは第１の磁石４１Ａ，４１Ｂ同形状であり、第２の磁歪材５２Ａ、５２Ｂは第１の磁歪材５１Ａ、５１Ｂと同形状であり、第２のスペーサ６２Ａ、６２Ｂは第１のスペーサ６１Ａ、６１Ｂと同形状である。第１の磁歪材５１Ａ、５１Ｂの外周面には４５°の溝が形成されていると共に、第２の磁歪材５２Ａ、５２Ｂの外周面には、第１の磁歪材５１Ａ、５１Ｂの外周面にある溝に直交する方向の溝が形成されている。

第１の磁束発生部材５は回転軸１に固着されており、第２の磁束発生部材６は、第１の磁束発生部材５と同じ部材が軸線方向の同じ位置になるように、第１の磁束発生部材５に対して隙間Ｄを隔てて回転軸１に固着されている。

図４（ｃ）はＮが２の場合の、第１の磁束発生部材５の構成を示すものである。Ｎが２の場合、４個の第１の磁石４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄがあり、これらは隣接する磁石同士が逆極性で回転軸１上に等間隔に配置される。また、４個の第１の磁歪材５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄは４個の第１の磁石４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄに隣接して設けられている。そして、第１のスペーサ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄは、第１の磁石４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄと第１の磁歪材５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄの間に設けられている。この場合のホールＩＣ２の出力波形を図７（ｂ）に示す。

このように、第１と第２の磁束発生部材５、６を、それぞれ２のＮ乗個ずつの磁石、磁歪材及びスペーサで構成すると、回転軸１が継続して回転する場合、回転軸１に加わる短時間毎のトルクの変化を検出することができる。

図７（ｃ）は、本発明の磁歪式トルク検出装置２０において、回転軸１が異なる２種類の回転数、例えば１０００ｒｐｍと２０００ｒｐｍで回転した時の、トルクに対するホールＩＣ２の検出出力電圧の特性を示すものである。この図から分かるように、本発明の磁歪式トルク検出装置２０においては、回転軸の回転数が変化しても、トルクに対するホールＩＣ２の検出出力電圧に変化がない。

１ 回転軸
２ 磁束検出素子（ホールＩＣ）
３ トルク検出部
５ 第１の磁束発生部材
６ 第２の磁束発生部材
１０，２０ 磁歪式トルク検出装置
１１，５１ 第１の磁歪材
１２，５２ 第２の磁歪材
２１，４１ 第１の磁石
２２，４２ 第２の磁石
２３ 第３の磁石
３１、６１ 第１の非磁束発生材（第１のスペーサ）
３２、６２ 第２の非磁束発生材（第２のスペーサ）
３３ 第３の非磁束発生材（第３のスペーサ）

Claims (7)

1. 回転軸（１）が受けるトルクを検出する磁歪式トルク検出装置（１０）であって、
   前記回転軸（１）に所定隙間を隔てて固着され、±４５°の溝が外周面に形成された円筒形の第１と第２の磁歪材（１１，１２）と、
   前記第１と第２の磁歪材（１１，１２）の前記隙間内に設けられ、前記回転軸（１）の軸線方向にＳ極とＮ極を備え、前記回転軸（１）と共に回転する第１の磁石（２１）と、
   前記第１と第２の磁歪材（１１，１２）の両端部において、前記第１の磁石（２１）と前記軸線方向の同じ位置にそれぞれ設けられ、前記第１の磁石（２１）と逆の極性を備える第２と第３の磁石（２２，２３）と、
   前記第１の磁石（２１）の回転軌跡の外側に設けられる磁束検出素子（２）と、
   前記磁束検出素子（２）からの出力に基づいて前記回転軸（１）が受けるトルクを検出するトルク検出部（３）とを備えることを特徴とする磁歪式トルク検出装置。
2. 前記第１から第３の磁石（２１〜２３）は、前記第１と第２の磁歪材（１１，１２）と同じ外周面を備える半円筒形状に形成されると共に、前記第１と第２の磁歪材（１１，１２）に接触して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁歪式トルク検出装置。
3. 前記第１から第３の磁石（２１〜２３）は、Ｎを整数として、前記第１と第２の磁歪材（１１，１２）と同じ外周面を備える円筒形状を２の（Ｎ＋１）乗分の１に分割した形状をしており、
   分割された前記第１から第３の磁石（２１〜２３）は、前記回転軸（１）に対して等間隔で同じ軸線方向の位置に設けられていると共に、隣接する磁石同士の極性は互いに逆の極性となっていることを特徴とする請求項１に記載の磁歪式トルク検出装置。
4. 前記第１と第２の磁歪材（１１，１２）の前記隙間内と、前記第１と第２の磁歪材（１１，１２）の両端部の、前記第１から第３の磁石（２１〜２３）に隣接する部分には、前記第１から第３の磁石（２１〜２３）の外周面に連続する外周面を備える形状の非磁束発生材（３１〜３３）が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の、磁歪式トルク検出装置。
5. 回転軸（１）が受けるトルクを検出する磁歪式トルク検出装置（２０）であって、
   前記回転軸（１）の軸線方向にＳ極とＮ極を備える第１の磁石（４１）と、外周面に４５°の溝が形成された第１の磁歪材（５１）及び第１の非磁束発生材（６１）を互いに隣接させた状態で１つの円筒形に形成して前記回転軸（１）に固着した第１の磁束発生部材（５）と、
   前記第１の磁石（４１）と同形状で同じ極性を備える第２の磁石（４２）と、前記第１の磁歪材（５１）と同形状で前記４５°の溝に直交する方向に溝が形成された第２の磁歪材（５２）及び前記第１の非磁束発生材（６１）と同形状の第２の非磁束発生材（６２）とを、互いに前記第１の磁束発生部材（５）と同じ順序で隣接させた状態で１つの円筒形に形成して、前記第１の磁束発生部材（５）とは所定隙間を隔てて前記回転軸（１）に固着した第２の磁束発生部材（６）と、
   前記第１と第２の磁束発生部材（５，６）の間の前記隙間に、前記第１と第２の磁束発生部材（５，６）及び前記回転軸（１）に触れない状態で外側から挿入されて設けられた磁束検出素子（２）と、
   前記磁束検出素子（２）からの出力に基づいて前記回転軸（１）が受けるトルクを検出するトルク検出部（３）とを備えることを特徴とする磁歪式トルク検出装置。
6. 前記第１の磁石（４１）、前記第１の磁歪材（５１）及び前記第１の非磁束発生材（６１）の形状が全て同じであることを特徴とする請求項５に記載の磁歪式トルク検出装置。
7. 回転軸（１）が受けるトルクを検出する磁歪式トルク検出装置（２０）であって、
   Ｎを整数として、前記回転軸（１）の軸線方向にＳ極とＮ極を備える２のＮ乗個の第１の磁石（４１Ａ，４１Ｂ、…）と、２のＮ乗個の第１の磁歪材（５１Ａ、５１Ｂ、…）及び２のＮ乗個の第１の非磁束発生材（６１Ａ、６１Ｂ、…）を、互いに隣接させた状態で１つの円筒形に形成すると共に、隣接する前記磁石の極性は互いに逆極性になるようにした第１の磁束発生部材（５）と、
   前記第１の磁石（４１Ａ，４１Ｂ、…）と同数、同形状の第２の磁石（４２Ａ、４２Ｂ、…）と、前記第１の磁歪材（５１Ａ、５１Ｂ、…）と同数、同形状の第２の磁歪材（５２Ａ、５２Ｂ、…）及び前記第１の非磁束発生材（６１Ａ、６１Ｂ、…）と同数、同形状の第２の非磁束発生材（６２Ａ、６２Ｂ、…）を、第１の磁束発生部材（５）と同じ順序で配置して１つの円筒形に形成した第２の磁束発生部材（６）を備え、
   前記第１の磁歪材（５１Ａ、５１Ｂ、…）の外周面には４５°の溝が形成されていると共に、前記第２の磁歪材（５２Ａ、５２Ｂ、…）の外周面には、前記第１の磁歪材（５１Ａ、５１Ｂ、…）の外周面にある溝に直交する方向の溝が形成され、
   前記第１の磁束発生部材（５）は前記回転軸（１）に固着され、
   前記第２の磁束発生部材（６）は、前記第１の磁束発生部材（５）と同じ部材が前記軸線方向の同じ位置になるように、前記第１の磁束発生部材（５）に対して所定隙間を隔てて前記回転軸（１）に固着され、
   前記第１と第２の磁束発生部材（５，６）の間の前記隙間に、前記第１と第２の磁束発生部材（５，６）及び前記回転軸（１）に触れない状態で外側から挿入されて磁束検出素子（２）が設けられ、
   前記磁束検出素子（２）からの出力に基づいて前記回転軸（１）が受けるトルクを検出するトルク検出部（３）が設けられていることを特徴とする磁歪式トルク検出装置。

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