JP3607963B2 - トルク検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルク検出装置に係り、更に詳細にはトルク−磁気変換を利用したトルク検出装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
トルク−磁気変換を利用したトルク検出装置の一つとして、例えば特開昭６２−２０３０３０号公報に記載されている如く、円筒状のトルク伝達体の外周面に固定された円筒状の磁歪管と、軸線方向に互いに隔置された一対の検出コイル極と該一対の検出コイル極を結ぶ線分を底辺とする直角二等辺三角形の頂点に対応する位置に配置された励磁コイル極と、一対の検出コイル極及び励磁コイル極を接続し支持する磁性体よりなる筐体とを有するトルク検出装置が従来より知られている。
【０００３】
一般に軸に軸線周りのトルクが作用すると、磁歪管には軸線に対し±４５°傾斜した方向に圧縮応力及び引張り応力が発生し、これらの応力により磁歪効果が発生され、これにより磁歪定数が正の場合には引張り応力の方向の透磁率が増大すると共に圧縮応力の方向の透磁率が減少する。また透磁率の増減はトルクの方向により定まり、透磁率の増減量はトルクの大きさにより定まる。
【０００４】
従って上記トルク検出装置によれば、励磁コイル極によって磁歪管が交番励磁されることにより発生される誘導磁界であって、軸に作用するトルクによる透磁率変化が最も大きい方向、即ち軸線に対し±４５°傾斜した方向の誘導磁界の磁束の変化が検出されるので、例えば軸線方向の磁束の変化が検出される場合に比して精度よく軸に作用するトルクの大きさ及び方向を検出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の如き従来のトルク検出装置に於いては、周方向について見て磁歪材の一部についてしかトルクによる透磁率変化が利用されないので、磁歪材に於けるトルクによる透磁率変化が有効に利用されず、そのためトルクの大きさ及び方向の検出精度を更に向上させるためには改良の余地がある。
【０００６】
本発明は、周方向について見て磁歪材の一部のみしか利用されていない従来のトルク検出装置に於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の主要な課題は、磁歪材を実質的にその全周に亘りトルク検出に有効に利用することにより、トルクの検出精度を更に一層向上させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の如き主要な課題は、本発明によれば、軸線に沿って延在し少なくとも外周部が磁歪材にて形成された軸部材と、前記磁歪材表面の一対の対向部であって前記軸線に沿って互いに隔置され且つ前記軸線の周りに１８０°互いに隔置された一対の対向部に一端にて近接して配置されたコアを有する一対の励磁コイルと、前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端の間に配置された一対の検出コイルとを有し、前記一対の検出コイルは前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端を前記磁歪材の表面に平行に螺旋状に結ぶ線に沿って延在していることを特徴とするトルク検出装置（請求項１の構成）、又は軸線に沿って延在し少なくとも外周部が磁歪材にて形成された軸部材と、前記磁歪材表面の一対の対向部であって前記軸線に沿って互いに隔置され且つ前記軸線の周りに１８０°互いに隔置された一対の対向部に一端にて近接して配置されたコアを有する一対の励磁コイルと、前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端の間に配置された一対の検出コイルとを有し、前記一対の検出コイルは前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端を前記磁歪材の表面に平行に螺旋状に結ぶ線に垂直な方向以外の方向であって前記一対の対向部及び前記軸線を通る仮想平面に平行な方向に延在していることを特徴とするトルク検出装置（請求項２の構成）、又は軸線に沿って延在し少なくとも外周部が磁歪材にて形成された軸部材と、前記磁歪材表面の一対の対向部であって前記軸線に沿って互いに隔置され且つ前記軸線の周りに１８０°互いに隔置された一対の対向部に一端にて近接して配置された一対のコアと、少なくとも前記磁歪材の両側に延在し前記一対のコアの他端を接続する接続部材と、前記一対のコアの少なくとも一方に配置された励磁コイルと、前記一対のコアの前記他端の間にて前記接続部材に配置された一対の検出コイルとを有し、前記一対の検出コイルは前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端を前記磁歪材の表面に平行に螺旋状に結ぶ線に沿って延在していることを特徴とするトルク検出装置（請求項３の構成）、又は軸線に沿って延在し少なくとも外周部が磁歪材にて形成された軸部材と、前記磁歪材表面の一対の対向部であって前記軸線に沿って互いに隔置され且つ前記軸線の周りに１８０°互いに隔置された一対の対向部に一端にて近接して配置された一対のコアと、少なくとも前記磁歪材の両側に延在し前記一対のコアの他端を接続する接続部材と、前記一対のコアの少なくとも一方に配置された励磁コイルと、前記一対のコアの前記他端の間にて前記接続部材に配置された一対の検出コイルとを有し、前記一対の検出コイルは前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端を前記磁歪材の表面に平行に螺旋状に結ぶ線に垂直な方向以外の方向であって前記一対の対向部及び前記軸線を通る仮想平面に平行な方向に延在していることを特徴とするトルク検出装置（請求項４の構成）によって達成される。
【０００８】
軸線の両側にて磁歪材の周りには、上記請求項１及び２の構成に於いては、一対のコア、磁歪材、大気、検出コイルを通る第一及び第二の磁束通路が郭定され、上記請求項３及び４の構成に於いては、一対のコア、磁歪材、大気、接続部、検出コイルを通る第一及び第二の磁束通路が郭定されている。第一及び第二の磁束通路が励磁コイルにより励磁されると、一対の検出コイルには誘導起電力が発生する。これらの構成に於いて、軸に軸線周りのトルクが作用することにより前述の如く磁歪材に軸線に対し±４５°傾斜した方向に圧縮応力及び引張り応力が発生されると、引張り応力の方向の透磁率が増大すると共に圧縮応力の方向の透磁率が減少し、これにより一方の検出コイルの誘導起電力は増大し他方の検出コイルの誘導起電力は減少し、誘導起電力の増減及び増減量はそれぞれトルクの方向及び大きさに対応している。
【０００９】
また第一及び第二の磁束通路は磁歪材に於いて軸線の周りに実質的に１８０°の範囲に亘り延在しているので、磁歪材に於ける磁束通路の延在範囲が比較的小さい従来のトルク検出装置の場合に比して、軸にトルクが作用することによる磁歪材の透磁率の変化が有効に利用される。従って請求項１乃至４の構成によれば、軸に作用するトルクの大きさ及び方向が更に一層高精度に検出される。
【００１１】
上記請求項１乃至４の構成に於て、第一及び第二の磁束通路の磁歪材の周りの部分に於いて軸にトルクが作用することによる磁束の変化が最も顕著に現れるのは一対のコアの他端を磁歪材の表面に平行に螺旋状に結ぶ線に沿う方向である。請求項１及び３の構成によれば、一対の検出コイルは磁歪材の両側にて一対のコアの他端を磁歪材の表面に平行に螺旋状に結ぶ線に沿って延在しているので、軸にトルクが作用することによる第一及び第二の磁束通路の磁束の変化が最も効率的に検出される。
【００１３】
上記請求項１乃至４の構成に於て、磁歪材の両側にて一対のコアの他端を結ぶ線に垂直な方向は等磁位面の方向であり、一対の検出コイルが一対のコアの他端を結ぶ線に垂直な方向以外の方向であって前記一対の対向部及び軸線を通る仮想平面に平行な方向に延在していれば、一対の検出コイルにはそれらの両端の等磁位面からの磁位差に起因する誘導起電力が発生する。
【００１４】
またこれらの誘導起電力は軸にトルクが作用していない場合には互いに同一であるが、軸にトルクが作用すると一方の検出コイルの誘導起電力は増大し他方の検出コイルの誘導起電力は減少し、誘導起電力の増減及び増減量はそれぞれトルクの方向及び大きさに対応している。従って請求項２及び４の構成によれば、上記誘導起電力の増減及び増減量により軸に作用するトルクの大きさ及び方向が検出される。
【００１５】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至４の構成に於て、前記一対の検出コイルの出力の和に基づき前記励磁コイルの出力若しくは前記一対の検出コイルの出力が補正されるよう構成される（請求項５の構成）。
【００１６】
トルクの大小及び方向に拘らず軸にトルクが作用することによる第一及び第二の磁束通路に於ける磁歪材の透磁率の増大量及び減少量は実質的に互いに同一であり、従って二つの磁束通路の磁束の増大量及び磁束の減少量は実質的に互いに同一であるので、トルク検出装置に外乱が作用していなければ、第一及び第二の磁束通路が励磁コイルによって励磁されることにより発生される磁束の総和の実効値は実質的に一定であり、従って一対の検出コイルの出力の和の実効値も実質的に一定である。換言すれば、一対の検出コイルの出力の和の実効値の変動は温度変化の如き外乱を意味する。
【００１７】
請求項５の構成によれば、一対の検出コイルの出力の和に基づいて励磁コイルの出力若しくは一対の検出コイルの出力が補正されるので、温度変化の如き外乱の影響を排除することが可能であり、従って上記請求項１乃至４の構成の場合に比して更に一層トルクの検出精度が向上する。
【００１８】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至４の構成に於て、前記一対のコアの間にて前記磁歪材の周りにはフィードバックコイルが配置され、前記フィードバックコイルの出力に基づき前記励磁コイルの出力若しくは前記一対の検出コイルの出力が補正されるよう構成され（請求項６の構成）、また上記請求項１乃至４の構成に於て、前記励磁コイルは前記一対のコアの一方に配置され、前記一対のコアの他方にはフィードバックコイルが配置され、前記フィードバックコイルの出力に基づき前記励磁コイルの出力若しくは前記一対の検出コイルの出力が補正されるよう構成される（請求項７の構成）。
【００１９】
請求項６及び７の構成のフィードバックコイルは第一及び第二の磁束通路の両方に流れる磁束による誘導起電力を検出するので、これらのフィードバックコイルの出力は請求項５の構成に於ける一対の検出コイルの出力の和と同様に機能する。従って請求項６及び７の構成によれば、請求項５の構成の場合と同様、上記請求項１乃至４の構成の場合に比して更に一層トルクの検出精度が向上する。
【００２０】
【課題解決手段の好ましい態様】
本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至７の何れかの構成に於いて、一対のコアの径方向の間隔及び軸線方向の間隔は実質的に同一であるよう構成される。
【００２１】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至７の何れかの構成に於いて、一対の検出コイルは一対のコアの他端より等距離の位置に配置される。
【００２２】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１の構成に於いて、一対の励磁コイル及び一対の検出コイルは軸部材の軸線に沿って延在するよう配置される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明によるトルク検出装置の幾つかの実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
第一の実施形態
図１は本発明によるトルク検出装置の第一の実施形態を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）、図２は第一の実施形態の磁歪管を示す斜視図（Ａ）及び展開図 （Ｂ）である。
【００２５】
図１に於いて、トルク検出装置１０は軸線Ｇに沿って互いに密に嵌合する実質的に円柱状の軸１２及び実質的に円筒状の磁歪管１４と、磁歪管１４の周りにてこれに近接して配置された磁気検出器１６とを含んでいる。軸１２は低透磁率の非磁性体にて形成され、磁歪管１４は磁歪定数が正の磁歪材にて形成され、これらは互いに焼嵌めにより一体的に嵌合されている。
【００２６】
磁気検出器１６は軟磁性材にて形成された一対のコア（脚部）１８Ａ及び１８Ｂを含んでいる。コア１８Ａ及び１８Ｂは磁歪管１４の表面の一対の対向部Ａ及びＢに近接して配置され、磁歪管１４に対し径方向に延在している。対向部Ａ及びＢは軸線Ｇに沿って互いに隔置され且つ軸線の周りに１８０°互いに隔置されている。対向部Ａ及びＢの径方向の間隔及び軸線方向の間隔は実質的に同一であり、従って磁歪管１４の表面に沿って対向部Ａ及びＢを螺旋状に結ぶ線分Ｌａ 及びＬｂ は図２（Ｂ）の展開図で見て軸線Ｇに対し実質的に４５°の角度をなしている。尚以上の構成は特に言及がない限り後述の他の実施形態についても同様である。
【００２７】
この実施形態に於いては、コア１８Ａ及び１８Ｂにはそれぞれ対応するコアを同一方向に（磁歪管１４に対し逆方向に）励磁する励磁コイル２０Ａ及び２０Ｂが同一の巻き数にて巻回されており、これらのコイルは互いに直列に接続されている。また磁気検出器１６は軟磁性材にて形成された一対のコア２２Ａ及び２２Ｂを含んでいる。コア２２Ａ及び２２Ｂはコア１８Ａ及び１８Ｂの磁歪管１４とは反対の側の端部を実質的に磁歪管の表面に平行に螺旋状に結ぶ線分Ｌｃ 及びＬｄ の中点に位置し、線分Ｌｃ 及びＬｄ に沿って延在している。コア２２Ａ及び２２Ｂにはそれぞれ検出コイル２４Ａ及び２４Ｂが同一の巻き数にて巻回されている。尚図には示されていないが、コア１８Ａ、１８Ｂ及びコア２２Ａ、２２Ｂは非磁性材にて形成されたハウジングにより支持されている。
【００２８】
従って図１（Ｂ）に示されている如く、コア１８Ａ、磁歪管１４の線分Ｌａ に沿う部分、コア１８Ｂ、大気及びコア２２Ａを通る第一の磁束通路２６Ａと、コア１８Ａ、磁歪管１４の線分Ｌｂ に沿う部分、コア１８Ｂ、大気及びコア２２Ｂを通る第二の磁束通路２６Ｂとが形成されており、検出コイル２４Ａ及び２４Ｂはそれぞれ第一の磁束通路２６Ａ及び第二の磁束通路２６Ｂの磁気変化を検出する。励磁コイル２０Ａ、２０Ｂ及び検出コイル２４Ａ、２４Ｂは制御装置２８に接続されている。
【００２９】
図３に示されている如く、制御装置２８はそれぞれ検出コイル２４Ａ及び２４Ｂに接続された増幅器３０Ａ及び３０Ｂを有し、これらの増幅器の出力は加算増幅器３２及び差動増幅器３４へ入力される。また制御装置２８は励磁コイル２０Ａ及び２０Ｂに接続された発振回路３６を有し、発振回路３６は数Ｋ〜１００ＫＨｚ 程度の正弦波状又はパルス状の高周波電圧を励磁コイル２０Ａ及び２０Ｂに印加する。
【００３０】
励磁コイル２０Ａ及び２０Ｂが発振回路３６により駆動され、第一の磁束通路２６Ａ及び第二の磁束通路２６Ｂに交播磁束が与えられると、検出コイル２４Ａ及び２４Ｂには磁束の変化に対応する誘導起電力が発生するので、これらの誘導起電力の電圧がそれぞれ増幅器３０Ａ及び３０Ｂにより増幅される。加算増幅器３２は増幅器３０Ａ及び３０Ｂの出力を加算増幅しその出力はＡＧＣ（オートゲインコントロール）３８へ入力される。また差動増幅器３４は増幅器３０Ａ及び３０Ｂの出力を差動増幅して実効値化回路３９へ出力する。実効値化回路３９により実効値化された電圧はその大きさ及び符号によりそれぞれトルクの大きさ及び方向を示し、該電圧信号を受ける表示装置４０はトルクの大きさ及び方向を表示する。
【００３１】
特に増幅器３０Ａ及び３０Ｂのゲインは調節可能であり、これらのゲインは軸１２にトルクが作用していない状況に於ける差動増幅器３２の出力が０になるよう調節され、これによりコア２２Ａ及び２２Ｂと磁歪管１４の外周円筒面との間のクリアランスの相違等に起因する二つの磁束通路２６Ａ及び２６Ｂの磁気抵抗の相違が補正される。またＡＧＣ３８は加算増幅器３２よりの出力に基づき増幅器３０Ａ及び３０Ｂの出力の実効値の和が実質的に一定になるよう、換言すれば二つの磁束通路２６Ａ及び２６Ｂに流れる磁束による起電力の合計のエネルギが発振回路３６により励磁コイル２０Ａ及び２０Ｂに与えられる励振エネルギと常に実質的に一定の関係をなすよう、発振回路３６のゲインを制御する。
【００３２】
この実施形態に於いて、二つの磁束通路２６Ａ及び２６Ｂの磁気抵抗が同一であり、また漏れ磁束を無視できるとすれば、軸１２にトルクが作用していない状況にて励磁コイル２０Ａ及び２０Ｂが駆動されコア１８Ａ及び１８Ｂが励磁されると、これらのコアに流れる磁束は二つの磁束通路２６Ａ及び２６Ｂに等しく分割される。従って検出コイル２４Ａ及び２４Ｂに発生する誘導起電力は同一であり、差動増幅器３２の出力は０になり、軸１２にはトルクが作用していないことが判る。
【００３３】
これに対し図４（Ａ）に示されている如く、軸１２にトルクＴｄ が作用することにより、軸線Ｇに対し４５°傾斜した方向の引張り応力Ｆｄｔ及び圧縮応力Ｆｄｃが磁歪管１４に作用すると、引張り応力Ｆｄｔの方向（第一の磁束通路２６Ａに平行な方向）の透磁率が増大すると共に圧縮応力Ｆｄｃの方向（第二の磁束通路２６Ｂに平行な方向）の透磁率が減少し、その増減量はトルクＴｄ の大きさに実質的に比例する。また図４（Ｂ）に示されている如く、図４（Ａ）の場合とは逆方向にトルクＴｄ が作用することにより、軸線Ｇに対し４５°傾斜した方向の引張り応力Ｆｄｔ及び圧縮応力Ｆｄｃが図４（Ａ）の場合とは逆の方向に作用すると、図４（Ａ）の場合とは逆の態様にて透磁率が増減し、この場合にも透磁率の増減量はトルクＴｄ の大きさに実質的に比例する。
【００３４】
従って第一の実施形態によれば、トルクＴｄ の方向に応じて第一の磁束通路２６Ａ及び第二の磁束通路２６Ｂの一方の透磁率が増大すると共に他方の透磁率が減少し、その透磁率の増減に応じて差動増幅器３４の出力電圧が正又は負になり、またトルクＴｄ の大きさに応じて差動増幅器３４の出力電圧が増減するので、実効値化回路３９の出力電圧の符号及び大きさにより軸１２に作用するトルクＴｄ の方向及び大きさを検出することができる。
【００３５】
また第一の実施形態によれば、磁歪管１４に於ける第一の磁束通路２６Ａ及び第二の磁束通路２６Ｂは軸線Ｇに対し±４５°傾斜してそれぞれ軸線Ｇの周りに１８０°の範囲に亘り延在しているので、二つの磁束通路の傾斜方向が軸線に対し±４５°以外の方向である場合や、磁束通路の延在範囲が軸線Ｇの周りのごく一部である従来の構造に比して、磁歪材１４に於ける磁歪効果を有効に利用することができ、これによりトルクＴｄ の方向及び大きさを正確に検出することができる。
【００３６】
また図４（Ａ）及び図４（Ｂ）の何れの場合にも、軸１２にトルクが作用することによる第一の磁束通路２６Ａ及び第二の磁束通路２６Ｂの一方の透磁率の増大量及び他方の透磁率の減少量は実質的に同一であるので、二つの磁束通路２６Ａ及び２６Ｂに流れる磁束による起電力の合計のエネルギと発振回路３６により励磁コイル２０Ａ及び２０Ｂに与えられる励振エネルギとの間の偏差の変化又ははこれらのエネルギの間の比の変化は、例えば温度変化による透磁率の変化などの外乱によるものである。
【００３７】
図示の第一の実施形態によれば、二つの磁束通路２６Ａ及び２６Ｂに流れる磁束による起電力の合計のエネルギが発振回路３６により励磁コイル２０Ａ及び２０Ｂに与えられる励振エネルギと常に実質的に一定の関係をなすよう、ＡＧＣ３８により発振回路３６のゲインが制御されるので、温度変化による透磁率の変化などの外乱成分を除去することができ、このことによってもトルクＴｄ の方向及び大きさを正確に検出することができる。
【００３８】
第二の実施形態
図５は本発明によるトルク検出装置の第二の実施形態を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）、図６は第二の実施形態の電気回路を示すブロック線図である。尚図５及び図６に於いて、それぞれ図１及び図３に示された部分に対応する部分には図１及び図３に於いて付された符号と同一の符号が付されている（このことは後述の他の実施形態についても同様である）。
【００３９】
この実施形態に於いては、磁気検出器１６は一対の対向部Ａ及びＢに近接して配置され径方向に延在する一対の脚部１８Ａ及び１８Ｂと、磁歪管１４の周りにて軸線Ｇと同心に延在する実質的に円筒状をなし脚部１８Ａ及び１８Ｂを一体的に接続する接続部材１８Ｃとを含んでいる。接続部材１８Ｃも軟磁性材にて形成され、磁歪管１４の両側にて接続部材１８Ｃには二組の一対の溝４０が設けられている。検出コイル２４Ａ及び２４Ｂはこれらの溝４０の間の部分に巻回され、それぞれ線分Ｌｃ 及びＬｄ に沿って延在している。脚部１８Ａには励磁コイル２０が巻回されているが、脚部１８Ｂには励磁コイルは巻回されていない。
【００４０】
この実施形態は、他の点については第一の実施形態と同様に形成されており、脚部１８Ａのみが励磁コイル２０により励磁され、第一の磁束通路２６Ａ及び第二の磁束通路２６Ｂの脚部１８Ａ及び１８Ｂの外端の間の部分が接続部材１８Ｃにより郭定される点を除き第一の実施形態と同様に作動するので、この実施形態の場合にも温度変化による透磁率の変化などの外乱成分を除去して軸１２に作用するトルクＴｄ の方向及び大きさを正確に検出することができる。
【００４１】
またこの実施形態によれば、接続部材１８Ｃが実質的に円筒状のハウジングとしての機能をも果たし、脚部１８Ａ及び１８Ｂが接続部材１８Ｃの内面に例えばねじ止めにより固定されればよいので、第一の実施形態の場合に比して部品点数及びコストを低減することができる。
【００４２】
第三及び第四の実施形態
図７は本発明によるトルク検出装置の第三の実施形態を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）、図８は第三の実施形態の電気回路を示すブロック線図、図９は本発明によるトルク検出装置の第四の実施形態を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）、図１０は第四の実施形態の電気回路を示すブロック線図である。
【００４３】
図７及び図８に示された第三の実施形態は第一の実施形態に対応しており、この実施形態に於いては、励磁コイル２０Ａ、２０Ｂ及び検出コイル２４Ａ、２４Ｂに加えてフィードバックコイル４２が設けられており、フィードバックコイル４２は脚部１８Ａと１８Ｂとの間にて磁歪管１４の周りに巻回されている。一方図９及び図１０に示された第四の実施形態は第二の実施形態に対応しており、この実施形態に於いては、脚部１８Ａには励磁コイル２０が巻回されており、脚部１８Ｂにはフィードバックコイル４２が巻回されている。
【００４４】
また図８及び図１０に示されている如く、これらの実施形態の制御装置２８には、第一及び第二の実施形態に於ける加算増幅器３２は設けられておらず、フィードバックコイル４２に発生する誘導起電力の電圧は増幅器４４により増幅され、増幅器４４の出力はＡＧＣ３８へ入力される。フィードバックコイル４２には第一の磁束通路２６Ａに流れる磁束による起電力と第二の磁束通路２６Ｂに流れる磁束による起電力との和に等しい起電力が発生するので、これらの実施形態に於けるＡＧＣ３８も二つの磁束通路２６Ａ及び２６Ｂに流れる磁束による起電力の合計のエネルギが発振回路３６により励磁コイル２０に与えられる励振エネルギと実質的に一致するよう、発振回路３６のゲインを制御する。
【００４５】
これら第三及び第四の実施形態は、他の点についてはそれぞれ第一及び第二の実施形態と同様に形成されており、従って第一及び第二の実施形態と同様に作動するので、これらの実施形態の場合にも温度変化による透磁率の変化などの外乱成分を除去して軸１２に作用するトルクＴｄ の方向及び大きさを正確に検出することができる。
【００４６】
第五の実施形態
図１１は本発明によるトルク検出装置の第五の実施形態を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）、図１２は本発明によるトルク検出装置の第六の実施形態を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）、図１３は軸にトルクが作用していない場合（Ａ）及び軸にトルクが作用している場合（Ｂ）について第五及び第六の実施形態の磁歪管を示す展開図である。
【００４７】
図１１に示された第五の実施形態に於いては、一対のコア２２Ａ及び２２Ｂは軸線Ｇに平行に延在し、これにより検出コイル２４Ａ及び２４Ｂも軸線Ｇに平行に延在している。一方図１２に示された第六の実施形態に於いては、一対のコア２２Ａ及び２２Ｂは軸線Ｇ及び一対の対向部Ａ、Ｂを通る仮想平面（図示せず）に平行であってそれぞれ線分Ｌａ 及びＬｂ に垂直な方向に延在し、これにより検出コイル２４Ａ及び２４Ｂもそれぞれ線分Ｌａ 及びＬｂ に垂直な方向に延在している。また何れの実施形態も他の点については第一の実施形態と同様に形成されている。
【００４８】
磁歪管１４の焼嵌めによる周方向及び軸線方向の引っ張り残留応力が小さく、軸１２にトルクが作用していない場合には、図１３（Ａ）に示されている如く、磁歪管１４の周りに於ける第一の磁束通路２６Ａ及び第二の磁束通路２６Ｂの等磁位面Ｐc 及びＰd は線分Ｌc 及びＬd に垂直であるので、励磁コイル２０Ａ及び２０Ｂが駆動されると、コア２２Ａ及び２２Ｂの両端の等磁位面Ｐc 及びＰd からの励位差により、検出コイル２４Ａ及び２４Ｂには起電力が発生し、それらの起電力は実質的に互いに等しい。
【００４９】
これに対し軸１２に例えば図４（Ｂ）に示されている如くトルクＴｄ が作用すると、磁歪管１４の透磁率がトルクＴｄ による引張り応力Ｆｄｔの方向については増大し、圧縮応力Ｆｄｃの方向については減少するので、図１３（Ｂ）に示されている如く、第一の磁束通路２６Ａの磁束は増大するが、第二の磁束通路２６Ｂの磁束は減少する。従って検出コイル２４Ａに発生する起電力は増大するが、検出コイル２４Ｂに発生する起電力は減少し、その差は軸１２に作用するトルクＴｄ の大きさに比例し、差の符号は軸１２に作用するトルクＴｄ の方向に対応している。
【００５０】
従ってこれらの実施形態の場合にも、上述の他の実施形態の場合と同様温度変化による透磁率の変化などの外乱成分を除去して軸１２に作用するトルクＴd の方向及び大きさを正確に検出することができる。また第一、第五、第六の実施形態より、二つの検出コイル２４Ａ及び２４Ｂはそれぞれ線分Ｌc 及びＬd に垂直な方向以外の方向であって前記仮想平面に平行な方向に延在していればよいことが解る。
【００５１】
以上に於ては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【００５２】
例えば上述の各実施形態に於いては、一対の脚部１８Ａ及び１８Ｂは磁歪管１４の軸線Ｇに垂直に延在しているが、これらの脚部は磁歪管１４の軸線方向に延在していてもよく、更には対向部ＡとＢとを直線的に結ぶ直線に沿って延在していてもよい。
【００５３】
また上述の各実施形態に於いては、軸１２は非磁性材にて形成されているが、磁歪管１４に於ける磁歪効果の逆現象と同一の逆現象が軸に於いても発生するよう、軸は負の磁歪定数を有する磁歪材にて形成されてもよく、その場合には図示の各実施形態の場合よりもトルクの検出感度及び検出精度を更に一層向上させることができる。
【００５４】
また上述の第二及び第四の実施形態に於いて、脚部１８Ｂにも励磁コイルが巻回されてもよく、第三及び第四の実施形態に於いて、検出コイル２４Ａ及び２４Ｂはそれぞれ線分Ｌc 及びＬd に垂直な方向以外の方向であって前記仮想平面に平行な任意の方向に設定されてもよく、また第四の実施形態に於いてフィードバックコイル４２は脚部１８Ｂに巻回されてもよい。
【００５５】
また上述の各実施形態に於いて、検出コイル２４Ａ及び２４Ｂはそれぞれ線分Ｌｃ 及びＬｄ の中点に設けられているが、これらの検出コイルは脚部１８Ａ又は１８Ｂの他端より実質的に等距離の位置である限り、図示の位置よりも脚部１８Ａの他端又は１８Ｂの他端側に位置していてもよく、また図示の位置よりも軸線Ｇに近い位置又は遠い位置に位置していてもよい。
【００５６】
更に上述の各実施形態に於いては、二つの磁束通路２６Ａ及び２６Ｂに流れる磁束による起電力の合計のエネルギが発振回路３６により励磁コイル２０Ａ及び２０Ｂ又は２０に与えられる励振エネルギと常に実質的に一定の関係をなすよう、発振回路３６のゲインがＡＧＣ３８によって制御されるようになっているが、加算増幅器３２の出力又は増幅器４４の出力に基づき差動増幅器３４のゲインが制御されることにより、二つの磁束通路２６Ａ及び２６Ｂに流れる磁束による起電力の合計のエネルギが発振回路３６により励磁コイル２０Ａ及び２０Ｂ又は２０に与えられる励振エネルギと常に実質的に一定の関係をなすよう制御されてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上の説明より明らかである如く、上記請求項１及び２の構成に於いては、一対のコア、磁歪材、大気、検出コイルを通る第一及び第二の磁束通路が郭定され、上記請求項３及び４の構成に於いては、一対のコア、磁歪材、大気、接続部、検出コイルを通る第一及び第二の磁束通路が郭定され、第一及び第二の磁束通路は磁歪材に於いて軸線の周りに実質的に１８０°の範囲に亘り延在しているので、磁歪材に於ける磁束通路の延在範囲が比較的小さい従来のトルク検出装置の場合に比して、軸にトルクが作用することによる磁歪材の透磁率の変化を有効に利用することができ、従って請求項１乃至４の構成によれば、軸に作用するトルクの大きさ及び方向を更に一層高精度に検出することができる。
【００５８】
また請求項１及び３の構成によれば、一対の検出コイルは磁歪材の両側にて一対のコアの他端を磁歪材の表面に平行に螺旋状に結ぶ線に沿って延在しているので、軸にトルクが作用することによる第一及び第二の磁束通路の磁束の変化を最も効率的に検出することができる。
【００５９】
また請求項２及び４の構成によれば、一対の検出コイルにそれらの両端の等磁位面からの磁位差に起因して発生する誘導起電力の増減及び増減量として軸に作用するトルクの大きさ及び方向が検出することができる。
【００６０】
また請求項５の構成によれば、一対の検出コイルの出力の和に基づいて励磁コイルの出力若しくは一対の検出コイルの出力が補正され、請求項６の構成によれば、一対の励磁コイルの間にて磁歪材の周りに配置されたフィードバックコイルの出力に基づき励磁コイルの出力若しくは一対の検出コイルの出力が補正され、請求項７の構成によれば、一対のコアの一方に励磁コイルが配置され、一対のコアの他方に配置されたフィードバックコイルの出力に基づき励磁コイルの出力若しくは一対の検出コイルの出力が補正されるので、温度変化の如き外乱の影響を排除することができ、従ってこれらの構成によれば、請求項１乃至４の構成の場合に比して更に一層トルクの検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるトルク検出装置の第一の実施形態を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。
【図２】第一の実施形態の磁歪管を示す斜視図（Ａ）及び展開図（Ｂ）である。
【図３】第一の実施形態の電気回路を示すブロック線図である。
【図４】軸にトルクが作用した場合に磁歪管に生じる応力を示すベクトル図である。
【図５】本発明によるトルク検出装置の第二の実施形態を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。
【図６】第二の実施形態の電気回路を示すブロック線図である。
【図７】本発明によるトルク検出装置の第三の実施形態を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。
【図８】第三の実施形態の電気回路を示すブロック線図である。
【図９】本発明によるトルク検出装置の第四の実施形態を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。
【図１０】第四の実施形態の電気回路を示すブロック線図である。
【図１１】本発明によるトルク検出装置の第五の実施形態を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。
【図１２】本発明によるトルク検出装置の第六の実施形態を示す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。
【図１３】軸にトルクが作用していない場合（Ａ）及び軸にトルクが作用している場合 （Ｂ）について第五及び第六の実施形態の磁歪管を示す展開図である。
【符号の説明】
１０…トルク検出装置
１２…軸
１４…磁歪管
１６…磁気検出器
１８Ａ、１８Ｂ…脚部（コア）
２０、２０Ａ、２０Ｂ…検出コイル
２４Ａ、２４Ｂ…検出コイル
２６Ａ４、２６Ｂ…磁束通路
２８…制御装置

Claims (7)

1. 軸線に沿って延在し少なくとも外周部が磁歪材にて形成された軸部材と、前記磁歪材表面の一対の対向部であって前記軸線に沿って互いに隔置され且つ前記軸線の周りに１８０°互いに隔置された一対の対向部に一端にて近接して配置されたコアを有する一対の励磁コイルと、前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端の間に配置された一対の検出コイルとを有し、前記一対の検出コイルは前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端を前記磁歪材の表面に平行に螺旋状に結ぶ線に沿って延在していることを特徴とするトルク検出装置。
2. 軸線に沿って延在し少なくとも外周部が磁歪材にて形成された軸部材と、前記磁歪材表面の一対の対向部であって前記軸線に沿って互いに隔置され且つ前記軸線の周りに１８０°互いに隔置された一対の対向部に一端にて近接して配置されたコアを有する一対の励磁コイルと、前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端の間に配置された一対の検出コイルとを有し、前記一対の検出コイルは前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端を前記磁歪材の表面に平行に螺旋状に結ぶ線に垂直な方向以外の方向であって前記一対の対向部及び前記軸線を通る仮想平面に平行な方向に延在していることを特徴とするトルク検出装置。
3. 軸線に沿って延在し少なくとも外周部が磁歪材にて形成された軸部材と、前記磁歪材表面の一対の対向部であって前記軸線に沿って互いに隔置され且つ前記軸線の周りに１８０°互いに隔置された一対の対向部に一端にて近接して配置された一対のコアと、少なくとも前記磁歪材の両側に延在し前記一対のコアの他端を接続する接続部材と、前記一対のコアの少なくとも一方に配置された励磁コイルと、前記一対のコアの前記他端の間にて前記接続部材に配置された一対の検出コイルとを有し、前記一対の検出コイルは前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端を前記磁歪材の表面に平行に螺旋状に結ぶ線に沿って延在していることを特徴とするトルク検出装置。
4. 軸線に沿って延在し少なくとも外周部が磁歪材にて形成された軸部材と、前記磁歪材表面の一対の対向部であって前記軸線に沿って互いに隔置され且つ前記軸線の周りに１８０°互いに隔置された一対の対向部に一端にて近接して配置された一対のコアと、少なくとも前記磁歪材の両側に延在し前記一対のコアの他端を接続する接続部材と、前記一対のコアの少なくとも一方に配置された励磁コイルと、前記一対のコアの前記他端の間にて前記接続部材に配置された一対の検出コイルとを有し、前記一対の検出コイルは前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端を前記磁歪材の表面に平行に螺旋状に結ぶ線に垂直な方向以外の方向であって前記一対の対向部及び前記軸線を通る仮想平面に平行な方向に延在していることを特徴とするトルク検出装置。
5. 請求項１乃至４のトルク検出装置に於いて、前記一対の検出コイルの出力の和に基づき前記励磁コイルの出力若しくは前記一対の検出コイルの出力が補正されることを特徴とするトルク検出装置。
6. 請求項１乃至４のトルク検出装置に於いて、前記一対のコアの間にて前記磁歪材の周りにはフィードバックコイルが配置され、前記フィードバックコイルの出力に基づき前記励磁コイルの出力若しくは前記一対の検出コイルの出力が補正されることを特徴とするトルク検出装置。
7. 請求項１乃至４のトルク検出装置に於いて、前記励磁コイルは前記一対のコアの一方に配置され、前記一対のコアの他方にはフィードバックコイルが配置され、前記フィードバックコイルの出力に基づき前記励磁コイルの出力若しくは前記一対の検出コイルの出力が補正されることを特徴とするトルク検出装置。

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