JP2022019094A

JP2022019094A - トルク検出センサ用コア及びトルク検出センサ

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Publication number: JP2022019094A
Application number: JP2020122676A
Authority: JP
Inventors: 顕秀古川; Akihide Furukawa
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2040-07-17
Also published as: DE102021118199A1; JP7076505B2; CN113945312A; US20220020522A1

Abstract

【課題】センサを小型化し安価に量産可能な自己励磁タイプのトルク検出センサ用コアを提供する。【解決手段】磁性板材が複数積層された環状の第一コアバック２ａ１より径方向に第一ティース３ａが複数箇所で突設された第一積層コア２ａと、磁性板材が複数積層された環状の第二コアバック２ｂ１より径方向に第二ティース３ｂが複数箇所で突設された第二積層コア２ｂと、を備え、第一積層コア２ａと第二積層コア２ｂは、第一ティース３ａと第二ティース３ｂとが周方向に千鳥配置となるように積層されている。【選択図】図２

Description

本発明は、トルク検出センサ用コア及び自己励磁型のトルク検出センサに関する。

回転軸等の被検出体に作用するトルクを非接触で検出する方法として、磁歪式のトルク検出装置がある。例えば、歪みを検出する被検出体となる軸（シャフト）の表面に、磁歪特性を増加させる表面処理（たとえば、メッキまたは溝加工等）を施し、磁歪効果を測定することによってトルクを検出する。磁歪効果の測定は、シャフトと同軸に巻かれたコイルを配置し、インピーダンスの大きさに基づくビラリ効果により発生したシャフトの透磁率の変化を読み取ることによって行われる。

トルク検出装置として、出願人は、被検出体に形成される磁路がその軸心に対して所定角度となるように絶縁筒体に組み付けられた複数のコアとの間に形成される磁路を各々増やすことでトルク検出感度を向上させた磁歪式トルク検出センサを提案した。複数のコアが被検出体の軸心方向に対して所定角度で傾斜して配列され、両側脚部の端面が絶縁筒体の内周面より被検出体に臨むように組み付けられている。また、コ字状に形成されたコアは被検出体の軸心に対して所定角度で傾斜して配列することで、一方の脚部（端面）－被検出体－他方の脚部（端面）－架橋部を通る独立した磁路が形成される。このように、複数のコアに同一のコイルが通っていることでコイルの周りに同一の磁界が発生するため同極となり、そのためコアに磁束を集中させることで隣り合うコア間同士を結ぶ磁路が形成されにくいため、検出感度が向上する構造となっている（特許文献１：特許第６４８３７７８号参照）。

特許第６４８３７７８号公報

しかしながら、上述した特許文献のトルク検出装置においては、絶縁筒体の外周面に溝を設け、該溝に沿って複数の検出コイルを巻き付ける必要があり、かつ両側脚部を連結する架橋部に囲まれたコ字状空間部を検出コイルが通過するように複数のコアが絶縁筒体に組み付けられる。

このため、検出コイル及びコアを絶縁筒体の径方向の厚みを利用して埋設する必要があることから、センサが径方向及び軸方向に大型化し易い。またコアを構成する両側脚部の端面は、被検出体に臨むように設けられることから、端面形状が平面ではなく弧状の曲面に形成する必要があり、加工コストがかかる。
また、被検出体の全周にわたって、検出感度を低下させずにきめ細かくトルクを検出したいというニーズもある。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、センサを小型化し安価に量産可能な自己励磁タイプのトルク検出センサ用コア及びこれを用いて被検出体の全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力を、検出感度を低下させずに検出することができる小型なトルク検出センサを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
被検出体の周囲に設けられた環状のコアから複数箇所で突設されたティースに巻き付けられたコイルに通電して被検出体との間に形成される磁気回路において透磁率の変化をコイルインピーダンスの変化で測定するトルク検出センサ用コアであって、磁性板材が複数積層された環状の第一コアバックより径方向に第一ティースが複数箇所で突設された第一積層コアと、磁性板材が複数積層された環状の第二コアバックより径方向に第二ティースが複数箇所で突設された第二積層コアと、を備え、前記第一積層コアと前記第二積層コアは、前記第一ティースと前記第二ティースとが周方向に千鳥配置となるように積層されていることを特徴とする。
環状の第一コアバックに第一ティースが設けられた第一積層コア及び環状の第二コアバックに第二ティースが設けられた第一積層コアは、モータの固定子コアに用いられる積層コアと同様な製造工程を経て製造することができ、第一ティース及び第二ティースに巻くコイルも巻線機を用いて巻くことができるので、径方向及び軸方向に小型化し安価に量産化することができる。

前記第一ティースと前記第二ティースは、周方向に対して４５度の傾きを有する位相差で千鳥配置されていることが好ましい。
これにより、第一ティースと第二ティースとの間に、軸心方向に対して＋４５度の傾きを有する複数の磁路及び－４５度の傾きを有する複数の磁路が各々形成されるので、複数の磁気回路において透磁率の変化をコイルインピーダンスの変化として測定することで、被検出体の全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力を、検出感度を低下させずにきめ細かく検出することができる。

前記第一ティースと前記第二ティースの被検出体に対向する磁束作用面は幅広に形成されていてもよい。
これにより各ティースからより多くの磁束が被検出体を通過するので、検出感度が向上する。

前記第一積層コアと第二積層コアは、磁性板材よりなる環状の中間コアを介して積層されていてもよい。
これにより、第一ティースと第二ティースの周囲により多くのコイルを巻くことができるので、被検出体に作用する磁束量を増やして検出感度を向上させることができる。

磁性材よりなる環状の中間コアの外径が前記第一積層コア及び前記第二積層コアより大きくかつこれらが前記中間コアの両端開口から同心状に嵌め込まれて一体に組み付けられていてもよい。
このようにしても第一コアバックと第二コアバックの軸心方向の距離を設けることで、第一ティースと第二ティースの周囲により多くのコイルを巻くことができるので、被検出体に作用する磁束量を増やして検出感度を向上させることができる。

前記第一ティースは第一コアバックの周面に設けられたアリ溝に係合部を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられており、前記第二ティースは第二コアバックの周面に設けられたアリ溝に係合部を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられていてもよい。
これにより、第一ティースを第一コアバックより取り外した状態で、第二ティースを第二コアバックより取り外した状態で、コイルが巻けるため、巻き線作業が容易となり、生産性を向上することができる。

或いは前記第一ティースは第一コアバックの周面に設けられた凹部に凸部を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられており、前記第二ティースは第二コアバックの周面に設けられた凹部に凸部を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられていてもよい。
これにより、第一コアバックに対する第一ティース、第二コアバックに対する第二ティースの組み付けの自由度が高く生産性が向上する。

トルク検出センサにおいては、前述したいずれかに記載のトルク検出センサ用コアと、前記第一ティース及び前記第二ティースの周囲に巻かれた巻き方向が異なる第一コイル及び第二コイルが直列に接続された複数の通電回路とを備えたことを特徴とする。
よって、被検出体の全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力をきめ細かく検出することができる。

前記トルク検出センサ用コアに千鳥配置で突設された第一ティースに巻かれた第一コイル及び第二ティースに巻かれた第二コイル通電して被検出体との間に形成される磁気回路において透磁率の変化をコイルインピーダンスの変化で測定する自己励磁型センサであってもよい。
この場合、任意のタイミングで第一コイル及び第二コイルに通電することで被検出体に作用する圧縮応力又は引張応力を検出することができる。

センサを小型化し安価に量産可能な自己励磁タイプのトルク検出センサ用コアを提供することができる。
また、これを用いて被検出体の全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力を、検出感度を低下させずに検出することができる小型なトルク検出センサを提供することができる。

トルク検出センサ用コアの形態を示す平面図及びトルク検出センサの平面図である。分解されたトルク検出センサの正面図、平面図及び斜視図である。コアの展開図と通電回路の説明図及びティース間に形成される磁路の説明図である。図３のティース間に形成される磁路の説明図である。トルク検出センサの正面図、右側面図、矢印Ｙ－Ｙ断面図及び斜視図である。図５の他例に係るトルク検出センサの正面図、右側面図及び斜視図である。図５の他例に係るトルク検出センサの正面図、右側面図及び斜視図である。他例に係るトルク検出センサ用コアの平面図及びトルク検出センサの平面図である。図８のコアを用いた分解されたトルク検出センサの正面図、平面図及び斜視図である。他例に係るトルク検出センサの組立構成を示す説明図である。他例に係るトルク検出センサと被検出体の正面図、右側面図、及び斜視図である。

以下、本発明に係るトルク検出センサ用コア及びトルク検出センサの一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。先ず、トルク検出センサ１の概略構成について図１乃至図１０を参照して説明する。
被検出体の一例としては、逆磁歪効果が大きい材料が好ましい。例えば、逆磁歪効果が高い材料として、パーメンジュール、Fe-Al（アルフェル）、Fe-Nix（パーマロイ）および球状黒鉛鋳鉄( JIS :FCD70 ) などがある。尚、逆磁歪効果とは、磁性体に外部から応力を加えると磁気特性が変化する現象である。また、被検出体には、必要に応じて磁性焼鈍を予め施しておくと、詳しくは後述するが被検出体に作用するトルクを好適に検出できる。また、非磁性材料であっても金属磁性材料を溶射等してコーティングしたり、磁性円筒を軸に圧入したりすることでトルク検出することが可能となる。尚、被検出体は、円柱状であるがこれに限定されない。被検出体は、外形が円柱状であれば、内部の構造は問わない。例えば、内径が軸方向において一定である円筒状、または内径が軸方向に位置により異なっている円筒状であってもよい。また、被検出体は、回転することが予定されているものであってもよいし、予定されていないものであってもよい。更には、被検出体は、中実な軸材料でもよいし、後述するように中空状の中空軸等であってもよい。

図１Ａ，Ｂは、トルク検出センサ用コアの一例を示す。磁性板材（電磁鋼板等）が複数積層された環状の第一コアバック２ａ１より径方向内側に第一ティース３ａが複数箇所で突設された第一積層コア２ａと、磁性板材が複数積層された環状の第二コアバック２ｂ１より径方向内側に第二ティース３ｂが複数箇所で突設された第二積層コア２ｂと、を備えている。図３に示すように、第一積層コア２ａと第二積層コア２ｂは、第一ティース３ａと第二ティース３ｂとが周方向に千鳥配置となるように積層されている。

図１Ａは第一ティース３ａと第二ティース３ｂの被検出体に対向する磁束作用面（径方向内側端面）は同幅であるが、図１Ｂでは幅広に形成されている。これにより各ティースより多くの磁束が被検出体を通過するので、検出感度が向上する。
また、図２Ａに示すように、第一積層コア２ａと第二積層コア２ｂは、磁性材よりなる環状の中間コア２ｃを介して積層され、かしめ又は接着若しくはこれらの併用により一体化されていてもよい。これにより、第一ティース３ａと第二ティース３ｂの周囲により多くのコイル５を巻くことができるので、被検出体に作用する磁束量を増やして検出感度を向上させることができる。

図１Ｃに示すように、第一積層コア２ａには周方向に所定の位相差でかつ対向位置に第一ティース３ａが径方向内側に向けて合計４本突設されている。第二積層コア２ｂには、周方向に所定の位相差で勝つ対向位置に第二ティース３ｂが径方向内側に向けて合計４本突設されている。図２Ｂ、Ｃに示すように、第一積層コア２ａと第二積層コア２ｂは中間コア２ｃを介して第一ティース３ａと第二ティース３ｂは、周方向に４５度位相が異なるように積層されている。このため、図３のコア２の展開図に示すように、コア２の内周面には、周方向に第一ティース３ａ及び第二ティース３ｂが千鳥配置で突設されている。尚、中間コア２ｃには径方向内側に向かうティースは設けられていない。また、中間コア２ｃは磁性板材が複数積層された積層コアであっても或いはブロック状コアであってもいずれでもよい。また、焼結体、金属粉末射出成形、圧粉体で製造されたものでもよい。図３においては、複数のコア２ａ～２ｃが積層されたものを単にコア２と表記するものとする。

本実施例では、第一ティース３ａを有する第一積層コア２ａ、第二ティース３ｂを有する第二積層コア２ｂ、中間コア２ｃは、例えば電磁鋼板を積層プレスしたものが用いられる。

図１Ｃに示すように、第一積層コア２ａは、環状の第一コアバック２ａ１に複数の第一ティース３ａが、周方向に所定の位相差を設けかつ対向位置に径方向内側に向かって合計４本突設されている。各第一ティース３ａには筒状の絶縁樹脂製の第一インシュレータ４ａが嵌め込まれ、周囲には第一コイル５ａが巻き付けられている。

図２Ｂに示すように第二積層コア２ｂは、第一積層コア２ａと同様に環状の第二コアバック２ｂ１に複数の第二ティース３ｂが、周方向に所定の位相差を設けかつ対向位置に径方向内側に向かって合計４本突設されている。各第二ティース３ｂには筒状の絶縁樹脂製の第二インシュレータ４ｂが嵌め込まれ、周囲には第二コイル５ｂが巻き付けられている。

図２Ａ，Ｃに示すように、第一積層コア２ａと第二積層コア２ｂの間には、環状の中間コア２ｃが設けられている。中間コア２ｃは、第一積層コア２ａと第二積層コア２ｂとの間に第一ティース３ａ，第二ティース３ｂの周囲に第一コイル５ａ，第二コイル５ｂを各々巻くスペースを確保するスペーサとしての役割と、第一積層コア２ａと第二積層コア２ｂとの間の磁路を兼用している。

図３は、コア２の展開図と通電回路の一例を示す説明図及びティース間に形成される磁路の説明図である。第一ティース３ａの周囲に巻かれた第一コイル５ａと第二ティース３ｂの周囲に巻かれた第二コイル５ｂは巻方向が反対に巻かれている。また、第一コイル５ａ及び第二コイル５ｂが直列に接続された複数の通電回路を備えている。具体的には、第一通電回路６ａ（図３上段破線）は、第一ティース３ａに巻かれた第一コイル５ａから周方向に＋４５度の位相差を有する第二ティース３ｂに巻かれた第二コイル５ｂへ通電し周方向に配線された他の第二ティース３ｂに巻かれた第二コイル５ｂから＋４５度の位相差を有する他の第一ティース３ａに巻かれた第一コイル５ａへ通電する。なお、より正確には第一ティース３ａの被検出体と対向する先端部と第二ティース３ｂの被検出体と対向する先端部が中間コア２ｃを介して周方向に＋４５度の位相差を有するように積層されている。この第一通電回路６ａ（図３上段破線）への通電により第一ティース３ａと第二ティース３ｂとの間に被検出体を経て形成される軸心方向に対して＋４５度の傾きを有する複数の磁路が（図３下段）される。

また、第二通電回路６ｂ（図３上段実線）は、第一ティース３ａに巻かれた第一コイル５ａから－４５度の位相差を有する第二ティース３ｂに巻かれた第二コイル５ｂへ通電し周方向に配線された他の第二ティース３ｂに巻かれた第二コイル５ｂから－４５度の位相差を有する他の第一ティース３ａに巻かれた第一コイル５ａへ通電する。なお、より正確には第一ティース３ａの被検出体と対向する先端部と第二ティース３ｂの被検出体と対向する先端部が中間コア２ｃを介して周方向に－４５度の位相差を有するように積層されている。この第二通電回路６ｂ（図３上段実線）への通電により第一ティース３ａと第二ティース３ｂとの間に被検出体を経て形成される軸心方向に対して－４５度の傾きを有する複数の磁路（図３下段）が各々形成される。また、第一通電回路６ａを形成するコイルをコイルＡとし、第二通電回路６ｂを形成するコイルをコイルＢとすると、図中ＮＡはコイルＡによりＮ極に励磁されたティース、ＳＡはコイルＡによりＳ極に励磁されたティースを表示するものとし、同様に図中ＮＢはＢコイルによりＮ極に励磁されたティース、ＳＢはＢコイルによりＳ極に励磁されたティースを表示するものとする。より正確には被検出体Ｓと対向するティースの先端部がＮ極またはＳ極に励磁される。Ｎ極に励磁されるかＳ極に励磁されるかはＡコイル及びＢコイル（第一コイル５ａ及び第二コイル５ｂ）の巻く向きを反対にすれば実現することができる。

また、図３下段に示すＮＡ及びＳＡを囲む長枠Ｅ１、ＮＢ及びＳＢを囲む長枠Ｅ２は、第一ティース３ａ及び第二ティース３ｂとの間に形成される磁路において軸心方向（図の上下方向）に対する磁路の傾きを示す。尚、千鳥配置された第一ティース３ａと第二ティース３ｂは、コイルが巻かれていないものが存在しても良い。
以上説明したトルク検出センサ１は、被検出体Ｓの周囲に複数箇所で対峙するティース３に巻き付けられたコイル５に通電して被検出体Ｓとの間に形成される磁気回路において透磁率の変化をコイルインピーダンスの変化で測定する自己励磁型のトルク検出センサが用いられる。なお、必ずしも第一ティース３ａの周囲に巻かれた第一コイル５ａと第二ティース３ｂの周囲に巻かれた第二コイル５ｂは巻方向が反対に巻かれていなければならないわけではなく、第一コイル５ａと第二コイル５ｂの巻方向が同じ向きに巻かれていても良い。

図４は第一ティース３ａと第二ティース３ｂ間に形成される磁路の説明図である。第一ティース３ａがＮ極に励磁され、第二ティース３ｂがＳ極に励磁される複数の磁路を示す。ＮＡ及びＳＡを囲む長枠Ｅ１は、第一通電回路６ａに通電した際の軸心方向（図２の上下方向）に対する磁路の傾き（＋４５度）を示す。また、ＮＢ及びＳＢを囲む長枠Ｅ２は、第二通電回路６ｂに通電した際の軸心方向（図２の上下方向）に対する磁路の傾き（－４５度）を示す。＋４５度に傾く磁路と－４５度に傾く磁路はコアの周方向に交互に形成されている（長枠Ｅ１，Ｅ２参照）。
この場合、周方向に隣合う第一ティース３ａの極性は同磁極（Ｎ極）であり、周方向に隣合う第二ティース３ｂの極性も同磁極（Ｓ極）となるため、トルク検出に必要な磁路成分（±４５度）のみが形成されるため、トルク検出が効率よく実現することができる。

ここで、トルク検出センサ１の構成例について、図５乃至図１０を参照して説明する。図５Ａ乃至図５Ｄはコア２が、環状の第一積層コア２ａ、中間コア２ｃ、第二積層コア２ｂが一体に積層されている。第一積層コア２ａは、環状の第一コアバック２ａ１に周方向で所定の位相差を設けかつ対向位置において径方向内側に向かって第一ティース３ａが合計４本突設されている。第二積層コア２ｂは、環状の第二コアバック２ｂ１に周方向で所定の位相差を設けかつ対向位置において径方向内側に向かって第二ティース３ｂが合計４本突設されている。

図５Ａ，５Ｄに示すように第一積層コア２ａと第二積層コア２ｂは、中間コア２ｃを介して積層され、かつ第一ティース３ａと第二ティース３ｂは周方向に４５度の位相差で重ね合わせて４組設けられる。また、図５Ｂ，Ｃに示すように、第一ティース３ａと第二ティース３ｂとの間に中間コア２ｃを設けることで、巻線スペースを設けることで第一ティース３ａに巻き付ける第一コイル５ａ及び第二ティース３ｂに巻き付ける第二コイル５ｂの巻数を稼ぐことができ、より多くの磁束を発生させて検出感度を向上させることができる。

図６Ａ乃至図６Ｃに示すトルク検出センサ１は、図５の構成と同様であるが、第一積層コア２ａに設けられる第一ティース３ａの数及び第二積層コア２ｂに設けられる第二ティース３ｂの数が異なる。第一積層コア２ａは、環状の第一コアバック２ａ１に周方向で６か所に第一ティース３ａが周方向に６０度の位相差を設けかつ対向位置に径方向内側に向かって突設されている。第二積層コア２ｂは、環状の第二コアバック２ｂ１（図示せず）に周方向で６か所に第二ティース３ｂが周方向に６０度の位相差を設けかつ対向位置に径方向内側に向かって突設されている。第一積層コア２ａと第二積層コア２ｂは、中間コア２ｃを介して積層され、かつ第一ティース３ａと第二ティース３ｂは周方向に４５度の位相差で重ね合わせて６組設けられる。
このように、第一積層コア２ａ、第二積層コア２ｂの周方向に千鳥配置で突設される第一ティース３ａ、第二ティース３ｂの数を増やすことで、よりきめ細かく被検出体に作用するトルク変化を検出することができる。

図７Ａ乃至図７Ｃに示すトルク検出センサ１は、図５、図６の構成と同様であるが、第一積層コア２ａに設けられる第一ティース３ａの数及び第二積層コア２ｂに設けられる第二ティース３ｂの数が異なる。第一積層コア２ａは、環状の第一コアバック２ａ１に周方向で８か所に第一ティース３ａが周方向に４５度の位相差を設けかつ対向位置に径方向内側に向かって突設されている。第二積層コア２ｂは、環状の第二コアバック２ｂ１（図示せず）に周方向で８か所に第二ティース３ｂが周方向に４５度の位相差を設けかつ対向位置に径方向内側に向かって突設されている。第一積層コア２ａと第二積層コア２ｂは、中間コア２ｃを介して積層され、かつ第一ティース３ａと第二ティース３ｂは周方向に４５度の位相差で重ね合わせて８組設けられる。
このように、第一積層コア２ａ、第二積層コア２ｂの周方向に千鳥配置で突設される第一ティース３ａ、第二ティース３ｂの数を増やすことで、さらにきめ細かく被検出体に作用するトルク変化を検出することができる。

図８及び図９は、トルク検出センサ用コアの他の構成を示す。
図５乃至図８のトルク検出センサ用コアとは、環状の第一コアバック２ａ１と第一ティース３ａが一体ではなく、環状の第二コアバック２ｂ１と第二ティース３ｂが一体ではない点が異なる。

図９Ａ～Ｃに示すように、第一積層コア２ａには、環状の第一コアバック２ａ１には周方向に所定の位相差を設けかつ対向位置において第一ティース３ａが合計４本径方向内側に向かって突設されている。環状の第二コアバック２ｂ１には周方向に所定の位相差を設けかつ対向位置において第二ティース３ｂが合計４本径方向内側に向かって突設されている。第一積層コア２ａと第二積層コア２ｂは、中間コア２ｃを介して積層され、かつ第一ティース３ａと第二ティース３ｂは周方向に４５度の位相差で重ね合わせて設けられる点は同様である。

図８Ａに示すように第一ティース３ａは第一コアバック２ａ１の内周面に設けられたアリ溝２ａ２に第一ティース３ａの外側端部に設けられた係合部３ａ１を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられる。第一ティース３ａは、第一コアバック２ａ１より取り外された状態で、第一インシュレータ４ａが嵌め込まれ、第一インシュレータ４ａに第一コイル５ａが巻き付けられる。これを第一積層コア２ａの第一コアバック２ａ１に形成されたアリ溝２ａ２に係合部３ａ１を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられる。第二積層コア２ｂの第二コアバック２ｂ１に対する第二ティース３ｂの組み付け構造も第一ティース３ａと同様に係合部３ｂ１をアリ溝２ｂ２に軸心方向に嵌め合わせて組み付けられる（図９参照）。

尚、図８Ｃに示すように第一コアバック２ａ１の内周面に凸部２ａ３が形成され、第一ティース３ａの径方向外側端部に凹部３ａ２が設けられており、凸部２ａ３を凹部３ａ２に凹凸嵌合させて第一ティース３ａが第一コアバック２ａ１に径方向内側に向かって組み付けられるようにしてもよい。このようなコア形態であると、第一ティース３ａの第一コアバック２ａ１に対する組み付け及び第二ティース３ｂの第二コアバック２ｂ１に対する組み付けの自由度が高いため、組み立て性がよい。

図１０Ａ～Ｃは、他例に係るトルク検出センサの組立構成を示す説明図である。
上述した実施例では図２Ａ乃至図２Ｃと同様に同径の環状の第一積層コア２ａ、中間コア２ｃ、第二積層コア２ｂが軸心方向に積層されてコア２として一体に組み付けられていたが、例えば中間コア２ｃの外径が第一積層コア２ａ及び第二積層コア２ｂより大きくかつこれらが中間コア２ｃの両端開口から同心状に嵌め込まれるようになっていてもよい。

図１０Ａは、中間コア２ｃに対して第一積層コア２ａ及び第二積層コア２ｂが挿入前の状態を示す開口端の平面図及び正面分解図である。図１０Ｂは中間コア２ｃに第一積層コア２ａ及び第二積層コア２ｂが両端開口より嵌め込まれた状態を示す開口端の平面図及び正面図である。図１０Ｃは、中間コア２ｃに第一積層コア２ａ及び第二積層コア２ｂが挿入前後の状態を示す斜視図である。図１０Ｃに示すように、中間コア２ｃの両端開口より挿入された第一積層コア２ａと第二積層コア２ｂは所定間隔を空けて嵌め込まれていてもよい。中間コア２ｃも磁性体であるため、４５度位相が異なる第一ティース３ａと第二ティース３ｂは中間コア２ｃを介して磁気回路が形成される。

以上説明したように、環状の第一コアバック２ａ１に第一ティース３ａが設けられた第一積層コア２ａ及び環状の第二コアバック２ｂ１に第二ティース３ｂが設けられた第二積層コア２ｂは、モータの固定子コアに用いられる積層コアと同様な製造工程を経て製造することができ、第一ティース３ａ及び第二ティース３ｂに巻かれる第一コイル５ａ，第二コイル５ｂも巻線機を用いて巻くことができるので、径方向に小型化し安価に量産化することができる。例えば、従来の特許第６４８３７７８号のトルク検出センサは、φ３５ｍｍ、軸心方向の長さ２５ｍｍであったが、本発明のトルク検出センサ１は、φ１６ｍｍ、軸心方向の長さ１０ｍｍまで小型化できた。
また、これを用いて被検出体の全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力を、検出感度を低下させずに検出することができる小型なトルク検出センサを提供することができる。

図１１Ａ～Ｃは、他例に係るトルク検出センサ用コア及びトルク検出センサと被検出体の正面図、右側面図、及び斜視図である。中空軸のトルク検出を行う場合は、トルク検出センサ用コアは、環状の第一コアバック２ａ１、第二コアバック２ｂ１に設けられる第一ティース３ａ、第二ティース３ｂは、径方向外側に向けて形成される。図１１Ａ～Ｃにおいて、コア２が、環状の第一コア２ａ、中間コア２ｃ、第二コア２ｂが一体に積層されている。第一コア２ａは、環状のコアバック２ａ１に周方向に所定の位相差を設けかつ対向位置において径方向外側に向かって第一ティース３ａ１が例えば合計４本突設されている。第二コア２ｂは、環状のコアバック２ｂ１に周方向に所定の位相差を設けかつ対向位置において径方向外側に向かって第二ティース３ａ２が例えば合計４本突設されている。第一ティース３ａ１には第一インシュレータ４ａ１を介して第一コイル５ａが巻かれており、第二ティース３ａ２には第二インシュレータ４ａ２を介して第二コイル５ｂ巻かれている。第一コア２ａと第二コア２ｂは、中間コア２ｃを介して積層され、かつ第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２は周方向に４５度の位相差で重ね合わせて例えば４組設けられる。

上述のトルク検出センサ１は、図１１Ｂ，Ｃに示すように被検出体Ｓ（中空軸）の中空孔に同心状に挿入され、第一ティース３ａ１及び第二ティース３ａ２が、被検出体Ｓの内周面と対峙するように組み付けられる。これにより、図１１Ａに示すように千鳥配置された第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２の間に被検出体Ｓを含む磁気回路が形成され、±４５度の磁路成分からトルク変化を検出することができる。
このように、被検出体Ｓが中実な軸に限らず、中空軸のトルク変化も検出できるので、汎用性が向上する。

以上説明したように、本実施例に係るトルク検出センサ１は、被検出体Ｓが、中実状の軸であっても中空状の軸であってもいずれの場合もトルクを検出することができる。

１トルク検出センサ２コア２ａ第一積層コア２ａ１第一コアバック２ｂ１第二コアバック２ｂ第二積層コア２ｃ中間コア３ａ第一ティース３ｂ第二ティース４ａ第一インシュレータ４ｂ第二インシュレータ５ａ第一コイル５ｂ第二コイル６ａ第一通電回路６ｂ第二通電回路Ｓ被検出体

或いは前記第一ティースは径方向端部に設けられた凹部に第一コアバックの周面に設けられた凸部を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられており、前記第二ティースは径方向端部に設けられた凹部に第二コアバックの周面に設けられた凸部を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられていてもよい。
これにより、第一コアバックに対する第一ティース、第二コアバックに対する第二ティースの組み付けの自由度が高く生産性が向上する。

前記トルク検出センサ用コアに千鳥配置で突設された第一ティースに巻かれた第一コイル及び第二ティースに巻かれた第二コイルへ通電して被検出体との間に形成される磁気回路において透磁率の変化をコイルインピーダンスの変化で測定する自己励磁型センサであってもよい。
この場合、任意のタイミングで第一コイル及び第二コイルに通電することで被検出体に作用する圧縮応力又は引張応力を検出することができる。

図８Ａ，Ｂに示すように第一ティース３ａは第一コアバック２ａ１の内周面に設けられたアリ溝２ａ２に第一ティース３ａの外側端部に設けられた係合部３ａ１を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられる。第一ティース３ａは、第一コアバック２ａ１より取り外された状態で、第一インシュレータ４ａが嵌め込まれ、第一インシュレータ４ａに第一コイル５ａが巻き付けられる。これを第一積層コア２ａの第一コアバック２ａ１に形成されたアリ溝２ａ２に係合部３ａ１を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられる。第二積層コア２ｂの第二コアバック２ｂ１に対する第二ティース３ｂの組み付け構造も第一ティース３ａと同様に係合部３ｂ１をアリ溝２ｂ２に軸心方向に嵌め合わせて組み付けられる（図９参照）。

尚、図８Ｃに示すように第一コアバック２ａ１の内周面に凸部２ａ３が形成され、第一ティース３ａの径方向外側端部に凹部３ａ２が設けられており、凸部２ａ３と凹部３ａ２を軸心方向に凹凸嵌合させて第一ティース３ａが第一コアバック２ａ１に径方向内側に向かって組み付けられるようにしてもよい。第二ティース３ｂの第二コアバック２ｂ１に対する組み付けも第一ティース３ａと同様に凸部２ｂ３と凹部３ｂ２を軸心方向に凹凸嵌合させて組み付けられる。このようなコア形態であると、第一ティース３ａの第一コアバック２ａ１に対する組み付け及び第二ティース３ｂの第二コアバック２ｂ１に対する組み付けの自由度が高いため、組み立て性がよい。

Claims

被検出体の周囲に設けられた環状のコアから複数箇所で突設されたティースに巻き付けられたコイルに通電して被検出体との間に形成される磁気回路において透磁率の変化をコイルインピーダンスの変化で測定するトルク検出センサ用コアであって、
磁性板材が複数積層された環状の第一コアバックより径方向に第一ティースが複数箇所で突設された第一積層コアと、
磁性板材が複数積層された環状の第二コアバックより径方向に第二ティースが複数箇所で突設された第二積層コアと、を備え、
前記第一積層コアと前記第二積層コアは、前記第一ティースと前記第二ティースとが周方向に千鳥配置となるように積層されていることを特徴とするトルク検出センサ用コア。
前記第一ティースと前記第二ティースは、周方向に対して４５度の傾きを有する位相差で千鳥配置されている請求項１記載のトルク検出センサ用コア。
前記第一ティースと前記第二ティースの被検出体に対向する磁束作用面は幅広に形成されている請求項１又は請求項２記載のトルク検出センサ用コア。
前記第一積層コアと第二積層コアは、磁性材よりなる環状の中間コアを介して積層されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のトルク検出センサ用コア。
磁性材よりなる環状の中間コアの外径が前記第一積層コア及び前記第二積層コアより大きくかつこれらが前記中間コアの両端開口から同心状に嵌め込まれて一体に組み付けられる請求項１乃至請求項３のいずれに記載のトルク検出センサ用コア。
前記第一ティースは第一コアバックの周面に設けられたアリ溝に係合部を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられており、前記第二ティースは第二コアバックの周面に設けられたアリ溝に係合部を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられている請求項１乃至請求項５記載のいずれかに記載のトルク検出センサ用コア。
前記第一ティースは第一コアバックの周面に設けられた凹部に凸部を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられており、前記第二ティースは第二コアバックの周面に設けられた凹部に凸部を軸心方向に嵌め合わせて組み付けられている請求項１乃至請求項５記載のいずれかに記載のトルク検出センサ用コア。
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のトルク検出センサ用コアと、前記第一ティース及び前記第二ティースの周囲に巻かれた巻き方向が異なる第一コイル及び第二コイルが直列に接続された複数の通電回路とを備えたことを特徴とするトルク検出センサ。
前記トルク検出センサ用コアに千鳥配置で突設された第一ティースに巻かれた第一コイル及び第二ティースに巻かれた第二コイル通電して被検出体との間に形成される磁気回路において透磁率の変化をコイルインピーダンスの変化で測定する自己励磁型センサである請求項８記載のトルク検出センサ。