JP4771736B2 - トルクセンサ - Google Patents

Description

この発明は、例えば自動車のステアリングトルクを検出するのに使用されるトルクセンサに関するものである。

従来のトルクセンサとして、例えば特開２００２−３１０８１９号公報に開示されたトルクセンサが知られている。このトルクセンサは、軸方向に対向する２つのリングを有し、これらの２つのリングの対向する周面にそれぞれ凹凸を形成し、これらの凹凸が互いに対向するように構成したものである。各リングの間には、磁気回路が形成され、この磁気回路を通る磁束を検出する磁気センサが配置される。

与えられる捩りトルクの大きさに応じて２つのリングが相対的に回転すると、各リングの凹凸面の対向状態が変化し、それらの間の磁気抵抗が変化して、磁気センサの出力が変化するので、この磁気センサの出力から与えられたトルクの大きさを検出できる。しかし、この従来のトルクセンサは、磁気センサを通過する磁束の向きが常に一定であるため、磁気センサ出力が、極性が常に一定で、その大きさがトルクに比例するユニポーラタイプとなり、トルクが働かない状態でもセンサ出力が所定の極性で所定の大きさを持つので、その取り扱いが面倒である。したがって、トルクが働かない状態でセンサ出力をゼロにすることができるバイポーラタイプの出力信号を得ることのできるトルクセンサが望まれる。

このバイポーラタイプの出力信号を得ることのできるトルクセンサが、例えば特開平２−９３３２１号公報に開示されている。
特開２００２−３１０８１９号公報 特開平２−９３３２１号公報

しかし、バイポーラタイプの出力を得ることのできる従来のトルクセンサは、磁場発生手段が、その周面に沿って、Ｎ極とＳ極の磁極を交互に形成したものであり、このＮ極とＳ極が周面に交互に並ぶ従来の磁石構造では、それらのＮ極とＳ極の着磁のばらつきのために、Ｎ極とＳ極との境界がずれることにより、トルクが働かない状態において、バイポーラタイプの出力信号がＮ極とＳ極との境界に対応する原点でゼロとならず、その出力信号のゼロ点が原点からずれる不都合があり、磁気センサの出力信号を原点において安定したゼロ点信号値とするのが困難である。

この発明は、トルクが働かない状態でのゼロ点ドリフトを改善したバイポーラタイプの出力信号を得ることのできる改良されたトルクセンサを提案するものである。

この発明によるトルクセンサは、共通軸線上に第１回転軸と第２回転軸を配置し、これらの第１回転軸と第２回転軸とをトーションバーにより結合し、第１回転軸と第２回転軸との間に与えられる捩りトルクを検出するトルクセンサであって、第１回転軸に連結された内周回転体と、第２回転軸に連結され内周回転体を取り囲む外周回転体と、内周回転体と外周回転体との間に配置された磁場発生手段と、磁場発生手段から内周回転体と外周回転体を経て検出磁束が流れる磁気センサと、正のトルク範囲において第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて検出磁束を磁気センサに所定方向に流しその大きさを変化させる第１磁場変化手段と、負のトルク範囲において第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて検出磁束を磁気センサに所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第２磁場変化手段とを備え、磁気センサが、検出磁束の方向に応じて極性が変化し、また検出磁束の大きさに応じて大きさが変化する出力信号を発生するように構成され、また磁場発生手段が、共通軸線を囲むように配置された少なくとも１つの囲み磁石構造を含み、この囲み磁石構造は、共通軸線の周りに外周磁極面と内周磁極面を有し、囲み磁石構造は、共通軸線の周りに配置されたリング状の永久磁石で構成され、外周磁極面には、共通軸線の周りに沿って、Ｎ極とＳ極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが連続して形成され、また内周磁極面には、共通軸線の周りに沿って、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが連続して形成されたことを特徴とする。

また、この発明による別のトルクセンサは、共通軸線上に第１回転軸と第２回転軸を配置し、これらの第１回転軸と第２回転軸とをトーションバーにより結合し、第１回転軸と第２回転軸との間に与えられる捩りトルクを検出するトルクセンサであって、第１回転軸に連結された内周回転体と、第２回転軸に連結され内周回転体を取り囲む外周回転体と、内周回転体と外周回転体との間に配置された磁場発生手段と、磁場発生手段から内周回転体と外周回転体を経て検出磁束が流れる磁気センサと、正のトルク範囲において第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて検出磁束を前記磁気センサに所定方向に流しその大きさを変化させる第１磁場変化手段と、負のトルク範囲において第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて検出磁束を前記磁気センサに所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第２磁場変化手段とを備え、磁気センサが、検出磁束の方向に応じて極性が変化し、また検出磁束の大きさに応じて大きさが変化する出力信号を発生するように構成され、また磁場発生手段が、共通軸線を囲むように配置された少なくとも１つの囲み磁石構造を含み、この囲み磁石構造は、共通軸線の周りに外周磁極面と内周磁極面を有し、囲み磁石構造は、共通軸線の周りに配置されたリング状磁石体で構成され、このリング状磁石体は、外周磁極面には、両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で並び、また内周磁極面には、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で並ぶように着磁されたことを特徴とする。

この発明によるトルクセンサでは、内周回転体と外周回転体との間に配置された磁場発生手段と、この磁場発生手段から内周回転体と外周回転体を経て検出磁束が流れる検出磁路と、正のトルク範囲において第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて検出磁束を所定方向に流しその大きさを変化させる第１磁場変化手段と、負のトルク範囲において第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第２磁場変化手段と、検出磁路に配置され検出磁束の方向に応じて極性が変化し、また検出磁束の大きさに応じて大きさが変化する出力信号を発生する磁気センサとを備えるので、トルクが働かない状態でゼロとなるバイポーラタイプの出力信号を得ることができる。

加えて、この発明によるトルクセンサでは、正のトルク範囲において第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて検出磁束を磁気センサに所定方向に流しその大きさを変化させる第１磁場変化手段と、負のトルク範囲において第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて検出磁束を磁気センサに所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第２磁場変化手段が、共通軸線の周りに配置されたリング状の永久磁石で構成され、外周磁極面には、共通軸線の周りに沿って、Ｎ極とＳ極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが連続して形成され、またその内周磁極面には、共通軸線の周りに沿って、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが連続して形成された囲み磁石構造、または共通軸線の周りに配置されたリング状磁石体で構成され、外周磁極面には、両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で並び、またその内周磁極面には、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で並ぶように着磁された囲み磁石構造を有する磁場発生手段と組み合わされる。このように着磁された囲み磁石構造は、従来の磁石構造のように、周面に沿ってＮ極とＳ極が交互に並ぶことはなく、外周磁極面と内周磁極面に同じ極性の磁極が並ぶので、従来の磁石構造のように、同じ周面におけるＮ極とＳ極との境界がずれることもない。したがって、バイポーラタイプの出力信号のゼロ点が原点からずれるのを改善することができ、安定したゼロ点出力を得ることができる。

以下、この発明によるトルクセンサのいくつかの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

実施の形態1.
図１、図２、図３は、この発明の実施の形態１によるトルクセンサを、その原点位置において示す図である。図４、図５、図６は、同じくこの発明の実施の形態１によるトルクセンサを、その正のトルク範囲において示す図である。図１および図４は、実施の形態１のトルクセンサを軸線方向に見た上面図であるが、その一部の部品は図面を見やすくするために省略されている。図２および図５は、実施の形態１のトルクセンサを、共通軸線Ｌ−Ｌを含む平面で切断した縦断面図である。図３および図６は、実施の形態１によるトルクセンサの動作説明図であり、図３は原点位置における磁束の流れを、また図６は正のトルク範囲における磁束の流れをそれぞれ示す。図７は図５のＡ−Ａ線断面図、図８は図５のＢ−Ｂ線断面図、図９は図５のＣ−Ｃ線断面図、図１０は図５のＤ−Ｄ線断面図である。Ａ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線は、いずれも共通軸線Ｌ−Ｌに直交する平面に含まれる。図１１は実施の形態１によるトルクセンサの側面図である。

これらの図１−１１を参照して、この発明による実施の形態１のトルクセンサについて説明する。先ず、この発明による実施の形態１のトルクセンサは、とくに図２、図５に示すように、第１回転軸１と、第２回転軸２と、内周回転体３と、ベース板４とトーションバー５と、磁場発生手段６と、外周回転体１２と、磁場変化手段３０と、磁気センサ１５とを備えている。

この実施の形態１のトルクセンサは、第１回転軸１と第２回転軸２との間に働く捩りトルクを検出するセンサであり、自動車に搭載される電動パワーステアリングにおいて、ステアリングホイールに働くトルクを検出するのに使用される。第１、第２回転軸１、２は、互いに共通な共通軸線Ｌ−Ｌ上に回転可能に配置される。第１、第２回転軸１、２の間には、内周回転体３、ベース板４、トーションバー５、磁場発生手段６、外周回転体１２、および磁場変化手段３０が配置される。内周回転体３は、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする内周筒であり、鉄材などの磁性材料で構成される。この内周筒３は、その一端が第１回転軸１に結合され、第１回転軸１とともに共通軸線Ｌ−Ｌの周りを回転する。

ベース板４は第２回転軸２の一端に結合された円板であり、第２回転軸２とともに共通軸線Ｌ−Ｌの周りを回転する。トーションバー５は、内周筒３の内部に配置され、共通軸線Ｌ−Ｌに沿って延長される。このトーションバー５の一端は内周筒３に結合され、またその他端はベース板４の中心部に結合され、その結果、トーションバー５が内周筒３とベース板４とを連結する。内周筒３の捩り剛性はトーションバー5の捩り剛性と比べて十分大きいので、第１回転軸１と第２回転軸２との間に捩りトルクを与えると、そのトルクの大きさに応じてトーションバー５が共通軸線Ｌ−Ｌの周りで捩られ、第１回転軸１と第２回転軸２とが、共通軸線Ｌ−Ｌの周りで相対的に回転する。

外周回転体１２は、内周筒３を取り囲むように配置された円筒体である。この外周回転体１２は、共通軸線Ｌ−Ｌを中心としてその周りに配置され、一端がベース板４に結合され、このベース板４とともに共通軸線Ｌ−Ｌの周りを回転する。この外周回転体１２は、図１１に示すように、第１外周筒１２ａと、第２外周筒１２ｂと、連結体１３とにより構成される。第１、第２外周筒１２ａ、１２ｂは、共通軸線Ｌ−Ｌに沿って並べて配置され、連結体１３により、互いに連結される。外周筒１２ａ、１２ｂは鉄材などの磁性材料で構成され、連結体１３はアルミニウムなどの非磁性材料で構成される。

連結体１３はほぼ円筒状に作られるが、図１１に示すように、円筒状の一部分に空隙部を有し、この空隙部では外周筒１２ａ、１２ｂの突出部１２ｃ、１２ｄが互いに共通軸線Ｌ−Ｌの方向に対向していて、これらの突出部１２ｃ、１２ｄの間に、磁気センサ１５が配置される。外周筒１２ａ、１２ｂの突出部１２ｃ、１２ｄは、外周筒１２ａ、１２ｂの間に、共通軸線Ｌ−Ｌに沿って延びる検出磁路２０を構成し、この検出磁路２０には検出磁束ＤＦが流れる。磁気センサ１５は、検出磁路２０を横切るように、突出部１２ｃ、１２ｄの間に配置され、この磁気センサ１５には検出磁束ＤＦが与えられる。この実施の形態１では、磁気センサ１５は外周回転体１２とともに回転するように、設置される。検出磁束ＤＦは、第１外周筒１２ａから第２外周筒１２ｂに向かう検出磁束ＤＦ１と、第２外周筒１２ｂから第１外周筒１２ａに向かう検出磁束ＤＦ２を含む。図１１では、検出磁束ＤＦ１を実線で、検出磁束ＤＦ２を点線で示す。

内周回転体３と外周回転体１２との間には、図２および図５に示すように、共通軸線Ｌ−Ｌに沿って４つのステージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが設定される。ステージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ共通軸線Ｌ−Ｌに直交するＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線を含む平面上に、それぞれ設定される。これらの４つのステージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、共通軸線Ｌ−Ｌに沿って互いに間隔をおいて設定される。

これらのステージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの中のステージＢ、Ｃに、磁場発生手段６が配置される。また、ステージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのすべてに、磁場変化手段３０が配置される。まず、磁場発生手段６は、この実施の形態１では、２つの囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃを有し、これらの囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃは、それぞれステージＢ、Ｃに配置される。ステージＢに配置された囲み磁石構造６Ｂと、ステージＣに配置された囲み磁石構造６Ｃは、それぞれリング状の永久磁石６２、６３で構成される。

囲み磁石構造６Ｂは、共通軸線Ｌ−Ｌを囲むように配置され、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする内周磁極面６２ａと外周磁極面６２ｂを有する。これらの内周磁極面６２ａと外周磁極面６２ｂは、リング状の永久磁石６２の内周面と外周面にそれぞれ形成される。同様に、囲み磁石構造６Ｃも、共通軸線Ｌ−Ｌを取り囲むように配置され、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする内周磁極面６３ａと外周磁極面６３ｂを有する。これらの内周磁極面６３ａと外周磁極面６３ｂは、リング状の永久磁石６３の内周面と外周面にそれぞれ形成される。これらのリング状の永久磁石６２、６３は、それぞれの内周磁極面６２ａ、６３ａが内周筒３の外周面に嵌め込まれて内周筒３に固定され、内周筒３とともに回転する。

リング状の永久磁石６２、６３は、それぞれその全体が共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に着磁されており、それぞれの内周磁極面６２ａ、６３ａは、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、それらの全周面が例えばＳ極となっており、また、それぞれの外周磁極面６２ｂ、６３ｂは、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、それら全周面が例えばＮ極となっている。言い換えれば、リング状の永久磁石６２、６３の内周磁極面６２ａ、６３ａには、Ｎ極とＳ極の両磁極の中の一方の磁極であるＳ極ばかりがそれらの周面に沿って連続して形成され、同様に、リング状の永久磁石６２、６３の外周磁極面６２ｂ、６３ｂには、両磁極の中のＮ極ばかりがそれらの周面に沿って連続して形成される。

実施の形態１において、リング状の永久磁石６２、６３の内周磁極面６２ａ、６３ａにＳ極ばかりが形成され、またそれらの外周磁極面６２ｂ、６３ｂにＮ極ばかりが形成される構成は、磁場発生手段６における着磁のばらつきを抑制するのに有効である。例えば、内周磁極面６２ａ、６３ａにＳ極ばかりでなく、Ｓ極とＮ極とが交互に形成され、また外周磁極面６２ｂ、６３ｂにＮ極ばかりでなく、Ｎ極とＳ極が交互に形成されるものでは、Ｎ極とＳ極とが隣接ように着磁され、それらの着磁のばらつきを解消するのが困難である。これに較べて、実施の形態１のように、リング状の永久磁石６２、６３の内周磁極面６２ａ、６３ａに例えばＳ極ばかりが、またそれらの外周磁極面６２ｂ、６３ｂに例えばＮ極ばかりが形成される構成は、従来の磁石構造のような、同じ周面上のＮ極とＳ極の境界が着磁のばらつきにより、ずれる不都合を解消できる。

なお、リング状の永久磁石６２、６３の全体を共通軸線Ｌ−Ｌの半径方向に着磁する場合に、着磁方向を前記と逆にし、それらの内周磁極面６２ａ、６３ａの周面に沿ってＮ極ばかりを連続して形成し、それらの外周磁極面６２ｂ、６３ｂの周面に沿ってＳ極ばかりを連続して形成することもできる。この場合にも、前記と同様に、着磁のばらつきを抑えることができる。

磁場変化手段３０は、４つの磁場変化手段３１〜３４を含む。これらの４つの磁場変化手段３１〜３４は、内周回転体３と外周回転体１２との間において、ステージＡ〜Ｄのそれぞれに配置される。これらの４つの磁場変化手段３１、３２、３３、３４は、それぞれ共通軸線Ｌ−Ｌの周りに配置された複数個の突出磁極により構成される。

ステージＡに配置された磁場変化手段３１は、内周磁極１１ａと外周磁極１４ａとから構成される。これらの内周磁極１１ａと外周磁極１４ａは、ともに共通軸線Ｌ−Ｌの周りに複数個の突出磁極を有する。これらの内周磁極１１ａと外周磁極１４ａは、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に互いに空隙を介して相対向している。内周磁極１１ａは、内周筒３の外周面に固定されたリング状鉄心９の外周面に配置される。外周磁極１４ａは、第１外周筒１２ａの内周面に配置される。これらの磁極１１ａ、１４ａは、ステージＡにおいて、内周回転体３と外周回転体１２との相対回転に応じて、それらの対向状態が変化し、それらの間の空隙を通る磁束を変化させる。

ステージＢに配置された磁場変化手段３２は、内周磁極１１ｂと外周磁極１４ｂとから構成される。これらの内周磁極１１ｂと外周磁極１４ａは、ともに共通軸線Ｌ−Ｌの周りに複数個の突出磁極を有する。これらの内周磁極１１ｂと外周磁極１４ｂは、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に互いに空隙を介して相対向している。内周磁極１１ｂは、囲み磁石構造６Ｂを構成するリング状の永久磁石６２の外周磁極面６２ｂに配置される。外周磁極１４ｂは、第１外周筒１２ａの内周面に配置される。これらの磁極１１ｂ、１４ｂは、ステージＢにおいて、内周回転体３と外周回転体１２との相対回転に応じて、それらの対向状態が変化し、それらの間の空隙を通る磁束を変化させる。

磁場発生手段６の囲み磁石構造６Ｂを構成するリング状の永久磁石６２は、図３に示すように、Ｎ極である外周磁極面６２ｂから、磁場変化手段３２の内周磁極１１ｂと外周磁極１４ｂ、第１外周筒１２ａ、磁場変化手段３１の外周磁極１４ａと内周磁極１１ａ、リング状鉄心９、および内周筒３を通り、Ｓ極である内周磁極面６２ａに帰る磁路に磁束Φ１を流す。磁場変化手段３２の内周磁極１１ｂと外周磁極１４ｂ、および磁場変化手段３１の内周磁極１１ａと外周磁極１４ａは、それぞれの対向状態の変化に基づいて、この磁束Φ１の大きさを変化させる。

ステージＣに配置された磁場変化手段３３は、内周磁極１１ｃと外周磁極１４ｃとから構成される。これらの内周磁極１１ｃと外周磁極１４ｃは、ともに共通軸線Ｌ−Ｌの周りに複数個の突出磁極を有する。これらの内周磁極１１ｃと外周磁極１４ｃは、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に互いに空隙を介して相対向している。内周磁極１１ｃは、囲み磁石構造６Ｃを構成するリング状の永久磁石６３の外周磁極面６３ｂに配置される。外周磁極１４ｃは、第２外周筒１２ｂの内周に配置される。これらの磁極１１ｃ、１４ｃは、ステージＣにおいて、内周回転体３と外周回転体１２との相対回転に応じて、それらの対向状態が変化し、それらの間の空隙を通る磁束を変化させる。

ステージＤに配置された磁場変化手段３４は、内周磁極１１ｄと外周磁極１４ｄとから構成される。これらの内周磁極１１ｄと外周磁極１４ｄは、ともに共通軸線Ｌ−Ｌの周りに複数個の突出磁極を有する。これらの内周磁極１１ｄと外周磁極１４ｄは、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に互いに空隙を介して相対向している。内周磁極１１ｄは、内周筒３の外周面に固定されたリング状鉄心１０の外周面に配置される。外周磁極１４ｄは、第２外周筒１２ｂの内周面に配置される。これらの磁極１１ａ、１４ａは、ステージＤにおいて、内周回転体３と外周回転体１２との相対回転に応じて、それらの対向状態が変化し、それらの間の空隙を通る磁束を変化させる。

なお、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの共通軸線Ｌ−Ｌ方向の長さはすべて同じとされ、また外周磁極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄについてもそれらの共通軸線Ｌ−Ｌ方向の長さはすべて同じとされる。加えて、各ステージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける各内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと各外周磁極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄとの間の空隙の径方向の長さも、すべて同じとされる。

磁場発生手段６の囲み磁石構造６Ｃを構成するリング状の永久磁石６３は、図３に示すように、Ｎ極である外周磁極面６３ｂから、磁場変化手段３３の内周磁極１１ｃと外周磁極１４ｃ、第２外周筒１２ｂ、磁場変化手段３４の外周磁極１４ｄと内周磁極１１ｄ、リング状鉄心１０、および内周筒３を通り、Ｓ極である内周磁極面６３ａに帰る磁路に磁束Φ２を流す。磁場変化手段３３の内周磁極１１ｃと外周磁極１４ｃ、および磁場変化手段３４の内周磁極１１ｄと外周磁極１４ｄは、それぞれの対向状態の変化に基づいて、この磁束Φ２の大きさを変化させる。

ステージＡ、Ｂに配置された磁場変化手段３１、３２の内周磁極１１ａ、１１ｂと、ステージＣ、Ｄに配置された磁場変化手段３３、３４の内周磁極１１ｃ、１１ｄは、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに互いに同じ位相で配置された複数個の突出磁極を有する。具体的には、これらの内周磁極１１ａ〜１１ｄは、それぞれ４０度の角度間隔で配置された９個の突出磁極を持つが、各内周磁極１１ａ〜１１ｄのすべてについて、これらの９個の突出磁極は、共通軸線Ｌ−Ｌの周りの内周磁極基準位置から、例えば０度、４０度、８０度、１２０度、１６０度、２００度、２４０度、２８０度、３２０度の角度位置に、互いに同じ位相で配置される。図１、図４では、これらの内周磁極１１ａから１１ｄの突極が、共通軸線Ｌ−Ｌの方向にすべて互いに重なった状態で、実線で示される。

ステージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに配置された磁場変化手段３１〜３４の外周磁極１４ａ〜１４ｄの中、磁場変化手段３２の外周磁極１４ｂと、磁場変化手段３４の外周磁極１４ｄは、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに互いに同じ位相で配置された複数の磁極を有する。具体的には、これらの外周磁極１４ｂ、１４ｄもそれぞれ４０度の角度間隔で配置された９個の突出磁極を持つが、外周磁極１４ｂ、１４ｄについて、これらの９個の突出磁極は、共通軸線Ｌ−Ｌの周りの外周磁極基準位置から、０度、４０度、８０度、１２０度、１６０度、２００度、２４０度、２８０度、３２０度の角度位置に、互いに同じ位相で配置される。図１、図４では、これらの外周磁極１４ｂ、１４ｄの突出磁極が、共通軸線Ｌ−Ｌの方向にすべて互いに重なった状態で、実線で示される。これらの互いに重なった外周磁極１４ｂ、１４ｄの１つについて、その中心の角度位置を図１、図４において、θ１で示している。

磁場変化手段３１〜３４の外周磁極１４ａ〜１４ｄの中、磁場変化手段３１の外周磁極１４ａと、磁場変化手段３３の外周磁極１４ｃは、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに互いに同じ位相で配置された複数の磁極を有する。具体的には、これらの外周磁極１４ａ、１４ｃもそれぞれ４０度の角度間隔で配置された９個の突出磁極を持つが、磁極１４ａと磁極１４ｃについて、これらの９個の突出磁極は、共通軸線Ｌ−Ｌの周りの前記外周磁極基準位置から、磁極１４ｂ、１４ｄとちょうど逆位相で、２０度、６０度、１００度、１４０度、１８０度、２２０度、２６０度、３００度、３４０度の角度位置に、互いに同じ位相で配置される。図１、図４では、これらの外周磁極１４ａ、１４ｃの突出磁極が、共通軸線Ｌ−Ｌの方向にすべて互いに重なった状態で、点線で示される。これらの互いに重なった外周磁極１４ａ、１４ｃの１つについて、その中心の角度位置を図１、図４において、θ２で示している。

磁気センサ１５は、例えばホール素子であり、それを通る検出磁束ＤＦの方向と大きさに応じた出力信号を発生する。この磁気センサ１５には、第１外周筒１２ａと第２外周筒１２ｂとの間に共通軸線Ｌ−Ｌに沿って流れる検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２が流れる。磁気センサ１５の出力信号の極性は、磁気センサ１５を通る検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２の方向に応じて、正極性と負極性の極性の反転する出力信号となり、またこの出力信号の大きさは、磁気センサ１５を通る検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２の大きさに比例する。

なお、図１、図４では、図面を見やすくするために、第１、第２回転軸１、２と、内周筒３と、トーションバー５と、リング状鉄心９が省略されている。

さて、図１〜図３は実施の形態１のトルクセンサを、その原点位置において示す。この原点位置では、磁場変化手段３１〜３４において、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが、図１に示すように、共通軸線Ｌ−Ｌの周りの周方向に沿って、実線で示す外周磁極１４ｂ、１４ｄの重なる角度位置θ１と、点線で示す磁極１４ａ、１４ｃの重なる角度位置θ２とのちょうど中間の角度位置に位置する。

この原点位置では、図３に示す磁束Φ１と磁束Φ２が、互いにほぼ等しい大きさとなる。この原点位置では、磁場変化手段３１〜３４の内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが、図１に示すように、共通軸線Ｌ−Ｌの周りの周方向に沿って、磁極１４ｂ、１４ｄの重なる角度位置θ１と、磁極１４ａ、１４ｃの重なる角度位置θ２とのちょうど中間の角度位置に位置する。このため、図３に示す磁束Φ１と磁束Φ２の流れる磁路の磁気抵抗は互いに等しく、したがって磁束Φ１、Φ２の大きさは互いに等しい。このため、第１外周筒１２ａと第２外周筒１２ｂの間において、磁気センサ１５を通って流れる検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２は、ともにゼロとなり、磁気センサ１５の信号出力もゼロとなる。

図４、図５、図６は、原点位置から第１回転軸１が第２回転軸２に対して相対的に反時計方向に回転し、磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが、磁極１４ｂ、１４ｄの重なる角度位置θ１に近い回転角度まで変位した正のトルク範囲を示す。この正のトルク範囲では、磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが、磁極１４ａ、１４ｃの重なる角度位置θ２から遠ざかり、磁極１４ｂ、１４ｄの重なる角度位置θ１に近づいた位置にある。

図７〜図１０は、それぞれ図５に示すステージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける共通軸線Ｌ−Ｌと直交する方向の断面図である。図７に示すステージＡの磁場変化手段３１において、内周磁極１１ａの９個の突出磁極は、外周磁極１４ａの９個の突出磁極に対して、角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づいている。同様に、図９に示すステージＣに示す磁場変化手段３３において、内周磁極１１ｃの９個の突出磁極は、外周磁極１４ｃの９個の突出磁極に対して、角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づいている。そのため、これらの磁場変化手段３１、３３の内周磁極１１ａ、１１ｃと外周磁極１４ａ、１４ｃとの対向面積は減少し、磁気抵抗は、図１〜図３に示した原点位置における磁気抵抗よりも増大している。

一方、図８に示すステージＢの磁場変化手段３２において、内周磁極１１ｂの９個の突出磁極も、外周磁極１４ｂの９個の突出磁極に対して、角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づき、外周磁極１４ｂに近づいている。同様に、図１０に示すステージＤに示す磁場変化手段３４において、内周磁極１１ｄの９個の突出磁極も、外周磁極１４ｄの９個の突出磁極に対して、角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づき、外周磁極１４ｄに近づいている。そのため、これらの磁場変化手段３２、３４の内周磁極１１ｂ、１１ｄと外周磁極１４ｂ、１４ｄとの対向面積は増加し、磁気抵抗は、図１〜図３に示した原点位置における磁気抵抗よりも減少している。

この図４〜図１０に示す正のトルク範囲では、磁場変化手段３２と磁場変化手段３４の内周磁極１１ｂ、１１ｄと外周磁極１４ｂ、１４ｄとの対向面積がともに増加するために、図６に示すように、新たに第１外周筒１２ａから第２外周筒１２ｂに向かう検出磁束ＤＦ１が流れる。この検出磁束ＤＦ１は、ステージＢにおける囲み磁石構造６Ｂの外周磁極面６２ｂから磁場変化手段３２の磁極１１ｂ、１４ｂを通り第１外周筒１２ａに至り、この第１外周筒１２ａから共通軸線Ｌ−Ｌに沿って検出磁路２０における磁気センサ１５を通り、第２外周筒１２ｂに至り、リング状鉄心１０を経由して内周筒３に至る。

磁気センサ１５は、この検出磁路２０を流れる検出磁束ＤＦ１を検出し、例えば正極性の信号出力を発生する。この正極性の信号出力は、正のトルク範囲、すなわち囲み磁石構造６Ｂから磁場変化手段３２、３４を通る検出磁束ＤＦ１が発生する範囲で得られ、その出力信号の大きさはこの正のトルク範囲において、第１、第２回転軸１、２間に与えられる捩りトルクの増大に応じて増大する。なお、正のトルク範囲では、磁場変化手段３１の磁極１１ａ、１４ａと、磁場変化手段３３の磁極１１ｃ、１４ｃの対向面積が減少するために、これらの磁場変化手段３１、３３を通る磁束Φ１、Φ２の大きさが減少する。

図３に示す原点位置から、第１回転軸１が第２回転軸２に対して相対的に、図４〜図１０に示す正のトルク範囲とは逆方向に、時計方向に回転し、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが、磁極１４ａ、１４ｃの重なる角度位置θ２に近い角度位置まで変位した負のトルク範囲では、第１、第２回転軸１、２間に与えられる捩りトルクが、正のトルク範囲に対して逆方向となる。この負のトルク範囲では、磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが、図１〜図３に示す原点位置よりも、磁極１４ｂ、１４ｄの重なる角度位置θ１から遠ざかり、磁極１４ａ、１４ｃの重なる角度位置θ２に近づいた状態にある。

この負のトルク範囲では、磁場変化手段３１の磁極１１ａ、１４ａと、磁場変化手段３３の磁極１１ｃ、１４ｃとの対向面積が増加するために、ステージＣにおける囲み磁石構造６Ｃから、これらの磁場変化手段３１、３３を通る検出磁束ＤＦ２が発生し、逆に磁場変化手段３２の磁極１１ｂ、１４ｂと、磁場変化手段３４の磁極１１ｄ、１４ｄの対向面積が減少するために、これらの磁場変化手段３２、３４を通る磁束Φ１、Φ２の大きさが減少する。

この負のトルク範囲における検出磁束ＤＦ２は、ステージＣにおける囲み磁石構造６Ｃから磁場変化手段３３の磁極１１ｃ、１４ｃを通り第２外周筒１２ｂに至り、この第２外周筒１２ｂから共通軸線Ｌ−Ｌに沿って検出磁路２０における磁気センサ１５を通り、第１外周筒１２ａに至り、リング状鉄心９を経由して内周筒３に帰る。磁気センサ１５は、この検出磁束ＤＦ２を検出し、例えば負極性の信号出力を発生する。この負極性の信号出力は、負のトルク範囲、すなわち磁場変化手段３１、３３を通る磁束が増大し、磁場変化手段３２、３４を通る磁束が減少する範囲で得られ、その出力信号の大きさはこの負のトルク範囲において、第１、第２回転軸１、２間に与えられる逆方向の捩りトルクの減少に応じて増大する。

トルクセンサでは、回転軸１、２の間に、例えば±１０度、言い換えれば２０度の相対回転が生じるようにして、その角度範囲における捩りトルクの変化、すなわち回転軸１、２間の相対回転を検出する。この２０度の相対回転範囲を検出範囲と呼ぶと、実施の形態１では、この検出範囲はその中間に図３に示す原点位置が対応し、前記負のトルク範囲で磁気センサ１５の出力信号が、負極性の最大値となる第１角度位置から、正のトルク範囲で磁気センサ１５の出力信号が正極性の最大値となる第２角度位置までほぼ直線的に変化するように設定される。この実施の形態１では、その第１角度位置と第２角度位置とのちょうど中間の原点位置において、出力信号がゼロとなる。

具体的には、実施の形態１では、角度位置θ１、θ２の間の角度が２０度であり、そのちょうど中間に原点位置が設定されるので、検出範囲は、原点位置から角度位置θ２側へ１０度近づいた第１角度位置と、原点位置から角度位置θ１側へ１０度近づいた第２角度位置との間に設定される。第１角度位置は、負のトルク範囲にあり、磁気センサ１５の出力信号は、この第１角度位置で負極性の最大値となる。第２角度位置は正のトルク範囲にあり、磁気センサ１５の出力信号は、第２角度位置で正極性の最大値となる。

このようにして、実施の形態１では、検出範囲において、与えられる捩りトルクの増大に伴ない、極性が反転し、大きさがほぼ直線的に増大する出力信号が磁気センサ１５から得られ、結果としてバイポーラタイプの出力信号を発生するトルクセンサを実現できる。このバイポーラタイプの出力信号を発生するトルクセンサは、出力信号の極性が反転する原点位置を有し、この原点位置でのセンサ出力値の校正のばらつきの校正が容易である。

またこの実施の形態１のトルクセンサでは、磁場発生手段６が、共通軸線Ｌ−Ｌを囲むように配置された囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃを含み、この囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃは、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする外周磁極面６２ｂ、６３ｂと内周磁極面６２ａ、６３ａを形成し、外周磁極面６２ｂ、６３ｂには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、Ｎ極とＳ極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが並び、また内周磁極面６２ａ、６３ａには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが並ぶようにして、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする径方向に着磁されているので、従来の磁石構造のように、着磁のばらつきにより出力信号のゼロ点がＮ極とＳ極の境界に対応する原点からずれるような不都合は解消し、安定したゼロ点出力を得ることができる。

なお、実施の形態１では、内周回転体３を構成する内周筒の代わりに中実軸を用い、トーションバー５は回転軸１、２を連結するように別の位置に設置することもできる。また非磁性の連結体１３の材料は、アルミニウムや樹脂材料など、他の非磁性材料を用いてもよい。また実施の形態１では、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄおよび外周磁極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのそれぞれに９個の突出磁極を形成したが、この突出磁極の個数は９個に限ることなく、他の個数にすることもできる。また、突出磁極を形成する代わりに、周面に切り欠きまたは穴を設けるなど、相対回転により磁気抵抗が変化するようにするだけでもよい。

また実施の形態１では、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄをすべて同相とし、外周磁極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄについては、外周磁極１４ａと１４ｃ、外周磁極１４ｂと１４ｄを、それぞれ同相とした上で、外周磁極１４ａ、１４ｃと、外周磁極１４ｂ、１４ｄとを逆相としたが、これらの関係を逆にし、外周磁極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄをすべて同相とし、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄについて、内周磁極１１ａと１１ｃ、内周磁極１１ｂと１１ｄをそれぞれ同相とした上で、内周磁極１１ａ、１１ｃと、内周磁極１１ｂ、１１ｄとを逆相としても、実施の形態１と同様に、磁気センサ１５からバイポーラタイプの出力信号を得ることができる。

また実施の形態１では、２つの囲み磁石構造６Ｂ、６ＣをステージＢ、Ｃに配置したが、これらのステージＢ、Ｃに跨る１つの囲み磁石構造により、ステージＢ、Ｃのそれぞれに磁場を発生し、内周磁極１１ｂ、１１ｃと外周磁極１４ｂ、１４ｃの間を通って磁束Φ１、Φ２および検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２が流れるようにすることもできる。この場合、１つの囲み磁石構造は、共通軸線Ｌ−Ｌに沿って筒状として構成されるが、これも実施の形態１と同様に、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に着磁され、その内周磁極面には、Ｎ極とＳ極の中の一方の極性の磁極ばかりが連続し、外周磁極面には、その他方の極性の磁極ばかりが連続するように構成される。

また実施の形態１では、囲み磁石構造６Ｂ、６ＣをそれぞれステージＢ、Ｃに配置したが、これらの囲み磁石構造６Ｂ、６ＣをステージＡ、Ｄに配置することもできる。この場合にも、ステージＡに配置した囲み磁石構造により磁束Φ１および検出磁束ＤＦ１を、またステージＤに配置した囲み磁石構造により磁束Φ２および検出磁束ＤＦ２を流すように構成される。

さらに、実施の形態１では、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄおよび外周磁極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの共通軸線Ｌ−Ｌの方向おける長さが、すべて同じとしたが、これを変えて、例えば囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃを配置したステージＢ、Ｃにおける磁極１１ｂ、１１ｃ、１４ｂ、１４ｃの共通軸線Ｌ−Ｌ方向の長さを、ステージＡ、Ｄにおける磁極１１ａ、１１ｄ、１４ａ、１４ｄの共通軸線Ｌ−Ｌの方向の長さよりも長くすることもできる。

実施の形態２．
図１２はこの発明によるトルクセンサの実施の形態２を示す断面図である。この図１２は、共通軸線Ｌ−Ｌを含む平面による縦断面図であり、図２、図５に相当する断面図である。

この実施の形態２は、磁場発生手段６を、すべてのステージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに配置したものである。この実施の形態２では、磁場発生手段６は、ステージＢ、Ｃに配置された囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃに加え、ステージＡ、Ｄに配置された囲み磁石構造６Ａ、６Ｄをも有する。その他は、実施の形態１と同じに構成される。この実施の形態２では、ステージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれに、磁場発生手段６を構成する囲み磁石構造６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄと、磁場変化手段３１〜３４が配置される。

ステージＡに配置された囲み磁石構造６Ａはリング状の永久磁石６１により構成され、ステージＤに配置された囲み磁石構造６Ｄはリング状の永久磁石６４により構成される。リング状の永久磁石６１、６４は、それぞれ共通軸線Ｌ−Ｌを取り囲むように配置され、この共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする内周磁極面６１ａ、６４ａおよび外周磁極面６１ｂ、６４ｂを有する。これらのリング状の永久磁石６１、６４は、内周磁極面６１ａ、６４ａを内周筒３の外周面に嵌め込んで固定され、内周筒３とともに回転する。これらの永久磁石６１、６４の外周に、磁場変化手段３１、３４の内周磁極１１ａ、１１ｄが配置される。

これらのリング状の永久磁石６１、６４は、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に着磁されているが、リング状の永久磁石６２、６３とは逆極性に着磁される。具体的には、リング状の永久磁石６１は、リング状の永久磁石６２と逆極性に着磁され、その内周磁極面６１ａは共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って連続してＮ極を形成するように着磁され、その外周磁極面６１ｂは共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って連続してＳ極を形成するように着磁される。同様に、リング状の永久磁石６４は、リング状の永久磁石６３と逆極性に着磁され、その内周磁極面６４ａは共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って連続してＮ極を形成するように着磁され、その外周磁極面６４ｂは共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って連続してＳ極を形成するように着磁される。

囲み磁石構造６Ａ、６Ｄは、磁束Φ１、Φ２および検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２を増強する。囲み磁石構造６Ａは、磁束Φ１および検出磁束ＤＦ２の流れる磁路において、囲み磁石構造６Ｂと同極性の起磁力を加え、磁束Φ１および検出磁束ＤＦ２を増強する。囲み磁石構造６Ｄは、磁束Φ２および検出磁束ＤＦ１の流れる磁路において、囲み磁石構造６Ｃと同極性の起磁力を加え、磁束Φ２および検出磁束ＤＦ１を増強する。

この実施の形態２では、実施の形態１と同じ効果に加え、検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２をともに増強できるので、磁気センサ１５のバイポーラタイプの出力信号の大きさを増強し、大きなバイポーラタイプの出力信号を取り出すことができ、より高感度のトルクセンサを実現できる。

実施の形態３．
図１３〜図１６は、この発明によるトルクセンサの実施の形態３を示す。図１３は、図２、図５、図１２と同様な共通軸線Ｌ−Ｌを含む平面による縦断面図であり、実施の形態３のトルクセンサの正のトルク範囲おける縦断面図である。図１４は図１３のＡ−Ａ線によるステージＡの断面図、図１５は図１３のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線によるステージＢ、Ｃの断面図、図１６は図１３のＤ−Ｄ線によるステージＤの断面図である。

実施の形態３は、実施の形態１における４つの磁場変化手段３１〜３４の中、ステージＢ、Ｃにおける磁場変化手段３２、３３をそれぞれ磁場形成手段３２Ａ、３３Ａに変更したものである。その他は、実施の形態１と同じに構成される。この実施の形態３では、ステージＡ、Ｄには、磁場変化手段３１、３４がそれぞれ配置され、また、ステージＢ、Ｃには、それぞれ磁場発生手段６を構成する囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃと、磁場形成手段３２Ａ、３３Ａが配置される。

図１４に示すステージＡにおける磁場変化手段３１は、図７に示す実施の形態１における磁場変化手段３１と同じに構成され、また図１６に示すステージＤにおける磁場変化手段３４は、図１０に示す実施の形態１における磁場変化手段３４と同じに構成される。なお、図１４、図１６は、実施の形態３のトルクセンサが正のトルク範囲にあり、内周磁極１１ａ、１１ｄが、角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づいた状態を示す。

この実施の形態３において、磁場形成手段３２Ａ、３３Ａは、図１５に示すように、それぞれの内周磁極１１ｂ、１１ｃおよび外周磁極１４ｂ、１４ｃが突出磁極を持たず、それらの内周磁極１１ｂ、１１ｃと外周磁極１４ｂ、１４ｃが、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、それぞれがリング状の磁極面を持つように構成され、内周磁極１１ｂ、１１ｃと外周磁極１４ｂ、１４ｃの間には、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って均一な大きさの空隙が形成される。したがって、実施の形態３では、内周筒３と外周回転体１２との相対回転に対して、磁場変化手段３１、３４は実施の形態１と同様な磁場変化を与え、磁束Φ１、Φ２を変化させ、検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２を発生させるが、磁場形成手段３２Ａ、３３Ａは磁場変化を与えない。

この実施の形態３において、磁場形成手段３２Ａ、３３Ａにおける内周磁極１１ｂ、１１ｃと、外周磁極１４ｂ、１４ｃとの間の空隙長さは、実施の形態１に比べて充分小さくなるように構成される。このため、実施の形態３では、実施の形態１に比べて、磁束Φ１、Φ２および検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２が大きくなるので、磁気センサ１５のバイポーラタイプも出力信号が大きくなり、より高感度のトルクセンサを実現できる。

実施の形態４．
図１７、図１８は、この発明によるトルクセンサの実施の形態４を示す。図１７は、図１３と同様な共通軸線Ｌ−Ｌを含む平面による縦断面図であり、図１８は図１７のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線によるステージＢ、Ｃの断面図である。

実施の形態４は、ステージＢ、Ｃに、実施の形態３と同様に、磁場形成手段３２Ａ、３３Ａを設けたものであるが、これらの磁場形成手段３２Ａ、３３Ａにおいて、内周磁極１１ｂ、１１ｃが削除され、磁場形成手段３２Ａ、３３Ａが、それぞれ囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃと外周磁極１４ｂ、１４ｃにより、構成されたものである。その他は、実施の形態１と同じに構成される。この実施の形態４では、ステージＡ、Ｄには、磁場変化手段３１、３４がそれぞれ配置され、また、ステージＢ、Ｃには、それぞれ磁場発生手段６を構成する囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃと、磁場形成手段３２Ａ、３３Ａが配置される。

この実施の形態４において、磁場形成手段３２Ａは囲み磁石構造６Ｂと外周磁極１４ｂにより構成され、囲み磁石構造６Ｂのリング状の永久磁石６２の外周磁極面６２ｂは、空隙を介して直接外周磁極１４ｂに対向している。同様に、磁場形成手段３３Ａは囲み磁石構造６Ｃと外周磁極１４ｃにより構成され、囲み磁石構造６Ｃのリング状の永久磁石６３の外周磁極面６３ｂは、空隙を介して直接外周磁極１４ｂに対向している。ステージＢ、Ｃには、内周筒３の外周面にリング状鉄心７、８が固定され、リング状の永久磁石６２、６３は、これらのリング状鉄心７、８の外周に固定される。

この実施の形態４では、図１８に示すように、リング状の永久磁石６２、６３の外周磁極面６２ｂ、６３ｂおよび外周磁極１４ｂ、１４ｃは、突出磁極を持たず、それらの外周磁極面６２ｂ、６３ｂと外周磁極１４ｂ、１４ｃが、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、それぞれがリング状の磁極面を持つように構成され、リング状の永久磁石６２、６３の外周磁極面６２ｂ、６３ｂと外周磁極１４ｂ、１４ｃの間には、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って均一な大きさの空隙が形成される。

この実施の形態４では、リング状の永久磁石６２、６３の外周磁極面６２ｂ、６３ｂと外周磁極１４ｂ、１４ｃとの間に空隙が形成され、永久磁石６２、６３の外周磁極面６２ｂ、６３ｂがこれらの空隙に露出し、外周磁極面６２ｂ、６３ｂからの磁束は、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に直接出て行くので、永久磁石６２、６３における漏洩磁束が小さくなり、結果として、実施の形態１に比べて、磁束Φ１、Φ２および検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２が大きくなり、磁気センサ１５のバイポーラタイプの出力信号が大きくなり、より高感度のトルクセンサを実現できる。

実施の形態５．
図１９〜図２３は、この発明によるトルクセンサの実施の形態５を示す。図１９は、図２、図５、図１２、図１３、図１７と同様な共通軸線Ｌ−Ｌを含む平面による縦断面図であり、実施の形態５のトルクセンサの正のトルク範囲における縦断面図である。図２０は図１９のＡ−Ａ線によるステージＡの断面図、図２１は図１９のＢ−Ｂ線によるステージＢの断面図、図２２は図１９のＣ−Ｃ線によるステージＣの断面図、図２３は図１９のＤ−Ｄ線によるステージＤの断面図である。

この実施の形態５は、実施の形態１において、ステージＢ、Ｃにおける囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃを、図２１、図２２に示すリング状の永久磁石６５、６６により構成し、これらのリング状の永久磁石６５、６６を、内周筒３に固定されたリング状鉄心７、８の外周に固定するとともに、実施の形態１における内周磁極１１ｂ、１１ｃを削除したものである。その他は、実施の形態１と同じに構成される。この実施の形態５では、ステージＡ、Ｄには、磁場変化手段３１、３４がそれぞれ配置され、また、ステージＢ、Ｃには、それぞれ磁場発生手段６を構成する囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃと、磁場変化手段３２、３３が配置される。

リング状の永久磁石６５、６６は、図２１、図２２に示すように、それぞれ外周に突出磁極６５Ａ、６６Ａを一体に形成したリング状の永久磁石であり、共通軸線Ｌ−Ｌを取り囲むように配置される。ステージＢに配置されるリング状の永久磁石６５は、内周磁極面６５ａと、外周磁極面６５ｂと、それらの中間に形成された中間面６５ｃを有する。同様に、ステージＣに配置されるリング状の永久磁石６６は、内周磁極面６６ａと、外周磁極面６６ｂと、それらの中間に形成された中間面６６ｃを有する。これらのリング状の永久磁石６５、６６は、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に、その内周側がＳ極、その外周側がＮ極となるように着磁される。

図２１に示すように、突出磁極６５Ａは、リング状の永久磁石６５の外周に、互いに等しい角度間隔で複数個形成されている。具体的には、互いに４０度の角度間隔で、９個の突出磁極６５Ａがリング状の永久磁石６５と一体に形成されている。図２２に示すように、突出磁極６６Ａも、同様に、リング状の永久磁石６６の外周に、互いに等しい角度間隔で複数個形成されている。具体的には、互いに４０度の角度間隔で、９個の突出磁極６６Ａがリング状の永久磁石６６と一体に形成されている。これらの突出磁極６５Ａ、６６Ａは、実施の形態１における内周磁極１１ｂ、１１ｃと同様に、内周磁極１１ａ、１１ｄと同相に、共通軸線Ｌ−Ｌの周りの内周磁極基準位置から、例えば０度、４０度、８０度、１２０度、１６０度、２００度、２４０度、２８０度、３２０度の角度位置に配置される。

リング状の永久磁石６５、６６の内周磁極面６５ａ、６６ａは、共通軸線Ｌ−Ｌを中心としてその周りに連続する周面であり、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿ってＳ極ばかりが連続して形成される。外周磁極面６５ｂ、６６ｂは、突出磁極６５Ａ、６６Ａのそれぞれの外周に、互いに４０度の角度間隔で、間欠的に形成され、これらの外周磁極面６５ｂ、６６ｂは、それぞれ共通軸線Ｌ−Ｌを中心としてその周りを囲む。これらの外周磁極面６５ｂ、６６ｂには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、Ｎ極ばかりが間欠的に形成される。

中間面６５ｃは、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに、９個の突出磁極６５Ａの各隣接する突出磁極６５Ａの間に位置して形成される。同様に、中間面６６ｃは、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに、９個の突出磁極６６Ａの各隣接する突出磁極６６Ａの間に位置して形成される。これらの中間面６５ｃ、６６ｃは、それぞれ共通軸線Ｌ−Ｌを中心としてその周りに、互いに４０度の角度間隔で間欠的に形成される。

図２０〜図２３は、実施の形態５のトルクセンサが、正のトルク範囲にあって、内周磁極１１ａ、１１ｄ、および突出磁極６５Ａ、６６Ａが、角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づいた位置にある状態を示す。この状態では、ステージＢとステージＤとの間で検出磁束ＤＦ１が発生する。内周磁極１１ａ、１１ｄ、および突出磁極６５Ａ、６６Ａが、角度位置θ１から遠ざかり、角度位置θ２に近づく負のトルク範囲では、ステージＡとステージＣとの間で検出磁束ＤＦ２が発生する。結果として、この実施の形態５でも、磁気センサ１５により、バイポーラタイプの出力信号を得ることができる。

また、実施の形態５のトルクセンサでは、ステージＢ、Ｃに配置された囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃが、外周に複数個の突出磁極６５Ａ、６６Ａを形成したリング状の永久磁石６５、６６で構成される。これらのリング状の永久磁石６５、６６は、その外周磁極面６５ｂ、６６ｂには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、Ｎ極とＳ極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが並び、また内周磁極面６５ａ、６６ａには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが並ぶようにして、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする径方向に着磁されているので、従来の磁石構造のように、同じ周面上のＮ極とＳ極の境界がずれることによる出力信号のゼロ点のずれは解消し、安定したゼロ点出力を持った出力信号を得ることができる。

また、リング状の永久磁石６５、６６の外周磁極面６５ｂ、６６ｂと外周磁極１４ｂ、１４ｃとの間に空隙が形成され、永久磁石６５、６６の外周磁極面６５ｂ、６６ｂがこれらの空隙に露出し、外周磁極面６５ｂ、６６ｂからの磁束は、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に直接出て行くので、実施の形態１に比べて、磁束Φ１、Φ２および検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２が大きくなり、磁気センサ１５のバイポーラタイプの出力信号が大きくなり、より高感度のトルクセンサを実現できる。

実施の形態６．
図２４、図２５は、この発明によるトルクセンサの実施の形態６を示す。図２４は、実施の形態６のステージＢの断面図、図２５はそのステージＣの断面図である。この図２４、図２５は、共通軸線Ｌ−Ｌに直交する平面による断面図である。

実施の形態６は、実施の形態１において、ステージＢ、Ｃにおける囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃを、図２４、図２５に示すリング状磁石体６７、６８により構成し、これらのリング状磁石体６７、６８を、内周筒３に固定されたリング状鉄心７、８の外周に固定するとともに、実施の形態１における内周磁極１１ｂ、１１ｃを削除したものである。その他は、実施の形態１と同じに構成される。

これらのリング状磁石体６７、６８には、図２４、図２５に示すように、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに等しい角度間隔で、複数の着磁区域６７Ａ、６８Ａが形成される。これらの複数の着磁区域６７Ａ、６８Ａは、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に、その内周側をＳ極、その外周側をＮ極として着磁される。ステージＢに配置されるリング状磁石体６７は、共通軸線Ｌ−Ｌを取り囲むように配置され、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに内周磁極面６７ａと、外周磁極面６７ｂとを有する。このリング状磁石体６７の複数の着磁区域６７Ａは、内周磁極面６７ａと外周磁極面６７ｂとの間に、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に延びている。この複数の着磁区域６７Ａにより、内周磁極面６７ａにはＳ極ばかりが共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って間欠的に形成され、外周磁極面６７ｂにはＮ極ばかりが共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って間欠的に形成される。

同様に、ステージＣに配置されるリング状磁石体６８は、共通軸線Ｌ−Ｌを取り囲むように配置され、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに内周磁極面６８ａと、外周磁極面６８ｂとを有する。このリング状磁石体６８の複数の着磁区域６８Ａは、内周磁極面６８ａと外周磁極面６８ｂとの間に、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に延びている。この複数の着磁区域６８Ａにより、内周磁極面６８ａにはＳ極ばかりが共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って間欠的に形成され、外周磁極面６８ｂにはＮ極ばかりが、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って間欠的に形成される。なお、隣接する着磁区域６７Ａの相互間および隣接する着磁区域６８Ａの相互間は、磁性材料のまま着磁されずに残される。

複数の着磁区域６７Ａは、具体的には、図２４に示すように、互いに４０度の角度間隔で、９個の着磁区域６７Ａが形成される。複数の着磁区域６８Ａも、図２５に示すように、互いに４０度の角度間隔で、９個の着磁区域６８Ａが形成されている。これらの複数の着磁区域６７Ａ、６８Ａは、実施の形態１における内周磁極１１ｂ、１１ｃと同様に、内周磁極１１ａ、１１ｄと同相に、共通軸線Ｌ−Ｌの周りの内周磁極基準位置から、例えば０度、４０度、８０度、１２０度、１６０度、２００度、２４０度、２８０度、３２０度の角度位置に形成される。なお、図２４、２５は、実施の形態６のトルクセンサが正のトルク範囲にあり、着磁区域６７Ａ、６８Ａが、角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づいた状態を示す。

この実施の形態６でも、トルクセンサが、正のトルク範囲にあって、内周磁極１１ａ、１１ｄ、および着磁区域６７Ａ、６８Ａが、角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づいた位置にある状態では、ステージＢとステージＤとの間で検出磁束ＤＦ１が発生し、また、内周磁極１１ａ、１１ｄ、および着磁区域６７Ａ、６８Ａが、角度位置θ１から遠ざかり、角度位置θ２に近づく負のトルク範囲では、ステージＡとステージＣとの間で検出磁束ＤＦ２が発生するので、結果として、この実施の形態６でも、磁気センサ１５により、バイポーラタイプの出力信号を得ることができる。

また、この実施の形態６のトルクセンサでも、リング状磁石体６７、６８は、その外周磁極面６７ｂ、６８ｂには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、Ｎ極とＳ極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが間欠的に並び、また内周磁極面６７ａ、６８ａにも、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが間欠的に並ぶので、従来の磁石構造のように、同じ周面上のＮ極とＳ極の境界がずれることによる出力信号のゼロ点のずれを解消し、安定したゼロ点出力を持ったバイポーラタイプの出力信号を得ることができる。

実施の形態７．
図２６は、この発明によるトルクセンサの実施の形態７を示す。この図２６は、実施の形態７の原点位置における上面図であるが、図１、図４と同様に、図面を見やすくするために、一部の部品を省略している。

実施の形態７は、ステージＢ、Ｃに配置される囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃとして、図２６に示すように、複数の永久磁石片６９Ａから構成された磁石リング配置６９を用いたものであり、この磁石リング配置６９は、ステージＢでは内周筒３の外周に固定されたリング状鉄心７の内部に配置され、またステージＣでは内周筒３の外周に固定されたリング状鉄心８の内部に配置される。その他は、実施の形態１と同じに構成される。

磁石リング配置６９は、図２６に示すように、複数個の、例えば９個の永久磁石片６９Ａによって構成され、この複数の永久磁石片６９Ａは、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする同一円周上に並べて配置される。この磁石リング配置６９は、共通軸線Ｌ−Ｌを中心としてその周りに内周磁極面６９ａと外周磁極面６９ｂを有する。内周磁極面６９ａは、複数の永久磁石片６９Ａの内周側端面を含む磁極面であり、外周磁極面６９ｂはそれらの外周側端面を含む磁極面である。複数の各永久磁石片６９Ａは、それぞれの内周側端面がすべてＳ極となり、またそれぞれの外周側端面がすべてＮ極となるように、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に着磁される。したがって、磁石リング配置６９の内周磁極面６９ａには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿ってＳ極ばかりが間欠的に形成され、またその外周磁極面６９ｂには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿ってＮ極ばかりが間欠的に形成される。なお、隣接する永久磁石片６９Ａの相互間には、リング状鉄心７、８が介在する。

この実施の形態７でも、囲み磁石構造６Ｂ、６ＣがステージＢ、Ｃに配置され、磁場発生手段６を構成するので、実施の形態１と同様に、磁気センサ１５により、バイポーラタイプの出力信号を発生することができ、また磁石リング配置６９の内周磁極面６９ａおよび外周磁極面６９ｂには、同じ極性の磁極が間欠的に並ぶので、安定したゼロ点出力を持ったバイポーラタイプの出力信号を得ることができる。

実施の形態８．
図２７〜図３２は、この発明によるトルクセンサの実施の形態８を示す。図２７は実施の形態８のトルクセンサの原点位置における上面図であるが、図１、図４と同様に図面を見やすくするために、一部の部品を省略している。図２８は共通軸線Ｌ−Ｌを含む平面による縦断面図であり、実施の形態８のトルクセンサの正のトルク範囲における縦断面図である。図２９は図２８のＡ−Ａ線によるステージＡの断面図、図３０は図２８のＢ−Ｂ線によるステージＢの断面図、図３１は図２８のＣ−Ｃ線によるステージＣの断面図、図３２は図２８のＤ−Ｄ線によるステージＤの断面図である。

この実施の形態８は、実施の形態１のステージＢ、Ｃに配置される囲み磁石構造６Ｂとして、図３０に示すように、複数の永久磁石片７２Ａから構成された磁石リング配置７２を用い、またステージＣに配置される囲み磁石構造６Ｃとして、図３１に示すように、複数の永久磁石片７３Ａから構成された磁石リング配置７３を用いる。磁石リング配置７２は、ステージＢにおいて内周筒３の外周に固定されたリング状鉄心７の外周に配置され、また磁石リング配置７３は、ステージＣにおいて内周筒３の外周に固定されたリング状鉄心８の外周に配置され、実施の形態１の内周磁極１１ｂ、１１ｃが削除される。その他は、実施の形態１と同じに構成される。この実施の形態８では、ステージＡ、Ｄに、それぞれ磁場変化手段３１、３４が配置され、ステージＢ、Ｃには、それぞれ囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃと、磁場変化手段３２、３３が配置される。

磁石リング配置７２は、図３０に示すように、複数個の、例えば９個の永久磁石片７２Ａによって構成され、この複数の永久磁石片７２Ａは、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とするリング状鉄心７の外周面上に、所定の角度間隔で並べて配置される。この磁石リング配置７２は、共通軸線Ｌ−Ｌを中心としてその周りに内周磁極面７２ａと外周磁極面７２ｂを有する。内周磁極面７２ａは、複数の永久磁石片７２Ａの内周側端面を含む磁極面であり、外周磁極面７２ｂはそれらの外周側端面を含む磁極面である。複数の各永久磁石片７２Ａは、それぞれの内周側端面がすべてＳ極となり、またそれぞれの外周側端面がすべてＮ極となるように、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に着磁される。したがって、磁石リング配置７２の内周磁極面７２ａには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿ってＳ極ばかりが間欠的に形成され、またその外周磁極面７２ｂには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿ってＮ極ばかりが間欠的に形成される。なお、隣接する永久磁石片７２Ａの相互間には、磁性体であるリング状鉄心７の外周の磁性体面７ａが露出する。この磁性体面７ａは、外周磁極面７２ｂよりも径が小さい。

磁石リング配置７３は、図３１に示すように、複数個の、例えば９個の永久磁石片７３Ａによって構成され、この複数の永久磁石片７３Ａは、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とするリング状鉄心８の外周面上に、所定の角度間隔で並べて配置される。この磁石リング配置７３は、共通軸線Ｌ−Ｌを中心としてその周りに内周磁極面７３ａと外周磁極面７３ｂを有する。内周磁極面７３ａは、複数の永久磁石片７３Ａの内周側端面を含む磁極面であり、外周磁極面７３ｂはそれらの外周側端面を含む磁極面である。複数の各永久磁石片７３Ａは、それぞれの内周側端面がすべてＳ極となり、またそれぞれの外周側端面がすべてＮ極となるように、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に着磁される。したがって、磁石リング配置７３の内周磁極面７３ａには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿ってＳ極ばかりが間欠的に形成され、またその外周磁極面７３ｂには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿ってＮ極ばかりが間欠的に形成される。なお、隣接する永久磁石片７３Ａの相互間には、磁性体であるリング状鉄心８の外周の磁性体面８ａが露出する。この磁性体面８ａは、外周磁極面７３ｂよりも径が小さい。

磁石リング配置７２には、具体的には、図３０に示すように、互いに４０度の角度間隔で、９個の永久磁石片７２Ａが配置される。磁石リング配置７３でも、図３１に示すように、互いに４０度の角度間隔で、９個の永久磁石片７３Ａが配置されている。これらの複数の永久磁石片７２Ａ、７３Ａは、実施の形態１における内周磁極１１ｂ、１１ｃと同様に、内周磁極１１ａ、１１ｄと同相に、共通軸線Ｌ−Ｌの周りの内周磁極基準位置から、例えば０度、４０度、８０度、１２０度、１６０度、２００度、２４０度、２８０度、３２０度の角度位置に形成される。

図２９〜図３２は、実施の形態８のトルクセンサが、正のトルク範囲にあって、内周磁極１１ａ、１１ｄ、および永久磁石片７２Ａ、７３Ａが、角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づいた位置にある状態を示す。この状態では、ステージＢとステージＤとの間で検出磁束ＤＦ１が発生する。内周磁極１１ａ、１１ｄ、および突出磁極７２Ａ、７３Ａが、角度位置θ１から遠ざかり、角度位置θ２に近づく負のトルク範囲では、ステージＡとステージＣとの間で検出磁束ＤＦ２が発生する。結果として、この実施の形態８でも、磁気センサ１５により、バイポーラタイプの出力信号を得ることができる。

また、この実施の形態８のトルクセンサでも、磁石リング配置７２、７３は、その外周磁極面７２ｂ、７３ｂには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、Ｎ極とＳ極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが間欠的に並び、また内周磁極面７２ａ、７３ａにも、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿って、両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが間欠的に並ぶので、安定したゼロ点出力を持ったトルクセンサを得ることができる。

また、この実施の形態８では、複数の永久磁石片７２Ａ、７３Ａと、外周磁極１４ｂ、１４ｃとが空隙を介して対向し、複数の永久磁石片７２Ａ、７３Ａが直接この空隙に露出するので、この空隙の径方向の空隙長を実質的に増大する結果になり、正および負のトルク範囲の最外部で、磁気センサ１５の出力信号が飽和するのを防止し、出力信号の線形性を向上することができる。

なお、複数個の永久磁石片７２Ａ、７３Ａのそれぞれは、リング状鉄心７、８の外周面に沿って円弧板状に形成することもでき、また平板状の形成することもできる。これらの永久磁石片７２Ａ、７３Ａは、接着などにより、リング状鉄心７、８の外周面に固定される。また各永久磁石片７２Ａ、７３Ａの着磁極性は、上記と逆にして、内周側端面がすべてＮ極、外周側端面がすべてＳ極となるように、変更することもできる。

実施の形態９．
図３３は、この発明によるトルクセンサの実施の形態９の原点位置における上面図である。この実施の形態９は、実施の形態８のステージＢ、Ｃにおいて、磁石リング配置７２、７３をリング状鉄心７、８の外周面に形成された凹部に嵌め込むように変更したものである。その他は実施の形態８と同じに構成される。この実施の形態９によっても、実施の形態８と同じ効果を得ることができる。

図３３は実施の形態９の上面図であるが、図１、図４と同様に、図面を見やすくするために、一部の部品を省略している。この実施の形態９では、ステージＢ、Ｃにおいて、リング状鉄心７、８の外周面には、その周面に沿って複数個の、例えば９個の凹部７ｂ、８ｂが４０度の角度間隔で形成され、これらの凹部７ｂ、８ｂに、磁石リング配置７２，７３を構成する９個の永久磁石片７２Ａ、７３Ａが嵌め込まれ、固定される。ステージＢのリング状鉄心７の外周面の凹部７ｂには、磁石リング配置７２を構成する９個の永久磁石片７２Ａが嵌め込まれ、同様に、ステージＣのリング状鉄心８の外周面の凹部８ｂには、磁石リング配置７３を構成する９個の永久磁石片７３Ａが嵌め込まれ、固定される。隣接する各永久磁石片７２Ａ、７３Ａの間には、リング状鉄心７、８の外周の磁性体面７ａ、８ａが露出する。これらの磁性体面７ａ、８ａは、各永久磁石片７２Ａ、７３Ａの外周面により構成される外周磁極面７２ｂ、７３ｂよりも径が小さい。

実施の形態１０．
図３４は、この発明によるトルクセンサの実施の形態１０を示す。図３４は、この実施の形態１０の上面図であり、トルクセンサが原点位置にある状態を示すが、図１、図４と同様に図面を見やすくするために一部に部品を省略している。

この実施の形態１０は、実施の形態１において、互いに同相である内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの各磁極面に、図３４に示すように、傾斜面１６ａ、１６ｂを形成している。また、互いに同相である外周磁極１４ａ、１４ｃを、各内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの時計方向側端部と対向するように配置し、また互いに同相である外周磁極１４ｂ、１４ｄを、各内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの反時計方向側端部と対向するように配置し、併せて、外周磁極１４ｂ、１４ｄの各磁極面に、傾斜面１６ｄを形成し、外周磁極１４ａ、１４ｃの各磁極面に、傾斜面１６ｃを形成している。その他は実施の形態１と同じであり、ステージＢ、Ｃには、リング状の永久磁石６２、６３により構成される囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃが磁場発生手段６として使用される。

内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの各磁極面の傾斜面１６ａ、１６ｂは、各磁極面の周方向の中央部で各磁極面を最も高くしており、傾斜面１６ａは、この中央部から時計方向に向かって各磁極面を低くするように傾斜し、また傾斜面１６ｂは、その中央部から反時計方向に向かって各磁極面を低くするように傾斜している。外周磁極１４ａ、１４ｃの傾斜面１６ｃは、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの各傾斜面１６ａに空隙を介して対向しており、外周磁極１４ｂ、１４ｄの傾斜面１６ｄは、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの各傾斜面１６ｂに空隙を介して対向している。なお、傾斜面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは、例えば直線状の傾斜面とされるが、曲線状の傾斜面とすることもできる。

トルクセンサに働くトルクが変化して、回転軸１、２が相対的に回転するとき、傾斜面１６ａと傾斜面１６ｃとの対向面積が変化するとともに、それらの間の空隙長さも変化する。同時に、傾斜面１６ｂと傾斜面１６ｄとの対向面積が変化するとともに、それらの間の空隙長さも変化する。このため、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと外周磁極１４ａ、１４ｃとの間の磁気抵抗の変化、および内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと外周磁極１４ｂ、１４ｄとの間の磁気抵抗の変化が、実施の形態１に比べて大きくなるので、磁気センサ１５のバイポーラタイプの出力信号を、より大きくすることができる。

実施の形態１１．
図３５は、この発明によるトルクセンサの実施の形態１１を示す。図３５は、この実施の形態１１の上面図であり、トルクセンサが原点位置にある状態を示すが、図１、図４と同様に図面を見やすくするために一部に部品を省略している。

この実施の形態１１は、実施の形態１において、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄおよび外周磁極１４ａ、１４ｃと外周磁極１４ｂ、１４ｄの径方向の長さをともに長くし、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと外周磁極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄとが、周方向に空隙を介して対向するようにしたものである。その他は実施の形態１と同じであり、ステージＢ、Ｃには、リング状の永久磁石６２、６３により構成される囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃが磁場発生手段６として使用される。なお、図３５では、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、および外周磁極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのそれぞれの突出磁極の数が５個となっているが、これは図面を見やすくするためであり、実施の形態１と同様に、それぞれの突出磁極の数は９個とされる。なお、これらの突出磁極の数は、５個、９個以外の磁極数、例えば６個、７個、８個、１０個、１１個などにすることもできる。

実施の形態１１では、互いに同相である外周磁極１４ａ、１４ｃを、各内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの時計方向側部に配置し、また互いに同相である外周磁極１４ｂ、１４ｄを、各内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの反時計方向側部に配置している。トルクセンサに働くトルクが変化して、回転軸１、２が相対的に回転するとき、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと外周磁極１４ａ、１４ｃとの間の周方向の空隙と、内周磁極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと外周磁極１４ｂ、１４ｄとの間の周方向の空隙とが、互いに逆方向に変化し、それぞれの空隙における磁気抵抗も互いに逆方向に変化するので、この実施の形態１１でも、磁気センサ１５からバイポーラタイプの出力信号を得ることができる。

実施の形態１２．
図３６、図３７は、この発明によるトルクセンサの実施の形態１２を示す。図３６は、この実施の形態１２の正面図であり、図３７はその側面図である。

この実施の形態１２は、実施の形態１において、外周筒１２ａ、１２ｂの突出部１２ｃ、１２ｄを削除し、外周筒１２ａ、１２ｂを連結する連結体１３を連結体１３ａに変更し、この連結体１３ａの外周に一対の磁気集約部材１７Ａ、１７Ｂを配置し、これらの磁気集約部材１７Ａ、１７Ｂの間に磁気センサ１５を配置したものである。その他は、実施の形態１と同じに構成され、ステージＢ、Ｃには、リング状の永久磁石６２、６３により構成される囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃが磁場発生手段６として使用される。

連結体１３ａは、アルミニウムなどの非磁性材を用いて筒状に構成され、外周筒１２ａと外周筒１２ｂとに跨るように、それらの内周面に接合される。この連結体１３ａの外周には、外周筒１２ａ、１２ｂの各端面の間に環状溝１３ｂが形成され、この環状溝１３ｂに、磁気集約部材１７Ａ、１７Ｂが配置される。図３６、図３７に示すように、磁気集約部材１７Ａ，１７Ｂは、それぞれ台形状に作られ、それぞれ互いに平行に相対向する長辺１７ａと短辺１７ｂを有する。各磁気集約部材１７Ａ、１７Ｂの長辺１７ａは、それぞれ外周筒１２ａ、１２ｂと、微小な空隙を介して対向している。各磁気集約部材１７Ａ、１７Ｂの短辺１７ｂは、互いに対向し、それらの間に磁気センサ１５が配置される。磁気集約部材１７Ａ、１７Ｂは、外周筒１２ａ、１２ｂの間に検出磁路２０を構成し、検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２を、短辺１７ｂに集約し、集約された検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２を効果的に磁気センサ１５に与える。

外周筒１２ａ、１２ｂおよび連結体１３ａは、共通軸線Ｌ−Ｌの周りを回転するが、磁気集約部材１７Ａ、１７Ｂおよび磁気センサ１５は、絶対空間に対して固定される。この構成によれば、磁気センサ１５に対するリード線の、もつれを解消し、外周筒１２ａ、１２ｂおよび連結体１３ａの回転に伴なう、その断線を回避できる。

実施の形態１２において、磁気集約部材１７Ａ、１７Ｂは、台形状に限らず、他の形状にすることもできる。また、磁気集約部材１７Ａ、１７Ｂと、磁気センサ１５とをモールド樹脂などにより、互いに一体化することもできる。なお、各磁気集約部材１７Ａ、１７Ｂの短辺１７ｂと、磁気センサ１５との間の空隙は小さいほど、集約した検出磁束ＤＦを効果的に磁気センサ１５に与えることができ、また各磁気集約部材１７Ａ、１７Ｂの長辺１７ａと、外周筒１２ａ、１２ｂとの空隙も小さい方がよい。

実施の形態１３．
図３８は、この発明によるトルクセンサの実施の形態１３を示す。図３８は、この実施の形態１３の正面図である。

この実施の形態１３は、実施の形態１において、外周筒１２ａ、１２ｂの突出部１２ｃ、１２ｄを削除し、外周筒１２ａ、１２ｂを連結する連結体１３の外周に一対の磁気集約部材１７Ｃ、１７Ｄを配置し、これらの磁気集約部材１７Ｃ、１７Ｄの間に磁気センサ１５を配置したものである。その他は、実施の形態１と同じに構成され、ステージＢ、Ｃには、リング状の永久磁石６２、６３により構成される囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃが磁場発生手段６として使用される。

磁気集約部材１７Ｃ，１７Ｄは、それぞれ外周筒１２ａ、１２ｂの外周面に微小な空隙を介して対向しており、それらの磁気集約部材１７Ｃ、１７Ｄ間に磁気センサ１５が配置される。磁気集約部材１７Ｃ、１７Ｄは、外周筒１２ａ、１２ｂの間に検出磁路２０を構成し、検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２を効果的に磁気センサ１５に与える。

この実施の形態１３でも、外周筒１２ａ、１２ｂおよび連結体１３は、共通軸線Ｌ−Ｌの周りを回転するが、磁気集約部材１７Ｃ、１７Ｄおよび磁気センサ１５は、絶対空間に対して固定される。この構成により、実施の形態１２と同様に、磁気センサ１５に対するリード線の、もつれを解消し、外周筒１２ａ、１２ｂおよび連結体１３ａの回転に伴なう、リード線の断線を回避できる。

実施の形態１４．
図３９は、この発明によるトルクセンサの実施の形態１４を、その原点位置で示す上面図である。図４０、図４１、図４２は、同じくこの実施の形態１４によるトルクセンサを、その正のトルク範囲で示す図である。図３９は、実施の形態１４のトルクセンサを軸線方向に見た上面図であるが、その一部の部品は図面を見やすくするために省略されている。図４０は、実施の形態１４のトルクセンサを、共通軸線Ｌ−Ｌを含む平面で切断した縦断面図である。図４１は図４０のＢ−Ｂ線断面図、図４２は図４０のＣ−Ｃ線断面図である。図４０のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線は、いずれも共通軸線Ｌ−Ｌに直交する平面に含まれる。

この実施の形態１４は、実施の形態１において、ステージＡ、Ｄを削除し、またステージＢに配置される囲み磁石構造６Ｂとして、複数の永久磁石片８２Ａから構成された磁石リング配置８２を用い、またステージＣに配置される囲み磁石構造６Ｃとして、複数の永久磁石片８３Ａから構成された磁石リング配置８３を用いる。磁石リング配置８２は、ステージＢにおいて内周筒３の外周に固定されたリング状鉄心７の外周に配置され、また磁石リング配置８３は、ステージＣにおいて内周筒３の外周に固定されたリング状鉄心８の外周に配置され、実施の形態１の内周磁極１１ｂ、１１ｃが削除される。磁場変化手段３２、３３は、それぞれ磁石リング配置８２、８３と外周磁極１４ｂ、１４ｃにより構成される。磁石リング配置８２、８３はそれぞれ例えば４個の永久磁石８２Ａ、８３Ａと、４個の磁極８２Ｂ、８３Ｂによって構成され、これに対応して、外周磁極１４ｂ、１４ｃもそれぞれ４極の突出磁極を持つように変更される。その他は、実施の形態１と同じに構成される。

磁石リング配置８２は、図４１に示すように、複数個の、例えば４個の永久磁石片８２Ａと、４個の磁極８２Ｂとによって構成され、この４個の永久磁石片８２Ａは、隣接する各永久磁石片８２Ａのちょうど中間に、磁極８２Ｂのそれぞれが位置するようにして、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とするリング状鉄心７の外周面上に、所定の角度間隔で並べて配置される。磁極８２Ｂは、鉄などの磁性体で構成される。この磁石リング配置８２は、共通軸線Ｌ−Ｌを中心としてその周りに内周磁極面８２ａと外周磁極面８２ｂを有する。内周磁極面８２ａは、複数の永久磁石片８２Ａと複数の磁極８２Ｂの各内周側端面を含む磁極面であり、外周磁極面８２ｂはそれらの各外周側端面を含む磁極面である。複数の各永久磁石片８２Ａは、それぞれの内周側端面がすべてＳ極となり、またそれぞれの外周側端面がすべてＮ極となるように、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に着磁される。したがって、磁石リング配置８２の内周磁極面８２ａには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿ってＳ極ばかりが間欠的に形成され、またその外周磁極面８２ｂには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿ってＮ極ばかりが間欠的に形成される。なお、隣接する永久磁石片８２Ａと磁極８２Ｂの相互間には、磁性体であるリング状鉄心７の外周の磁性体面７ａが露出する。

磁石リング配置８３も、磁石リング配置８２と同様に構成される。この磁石リング配置８３も、図４２に示すように、複数個の例えば４個の永久磁石片８３Ａと４個の磁極８３Ｂによって構成され、この４個の永久磁石片８３Ａは、隣接する永久磁石片８３Ａのちょうど中間に、磁極８３Ｂのそれぞれが位置するようにして、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とするリング状鉄心８の外周面上に、所定の角度間隔で並べて配置される。磁極８３Ｂは鉄などの磁性体で構成される。この磁石リング配置８３は、共通軸線Ｌ−Ｌを中心としてその周りに内周磁極面８３ａと外周磁極面８３ｂを有する。内周磁極面８３ａは、複数の永久磁石片８３Ａと複数の磁極８３Ｂの各内周側端面を含む磁極面であり、外周磁極面８３ｂはそれらの各外周側端面を含む磁極面である。複数の各永久磁石片８３Ａは、それぞれの内周側端面がすべてＳ極となり、またそれぞれの外周側端面がすべてＮ極となるように、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に着磁される。したがって、磁石リング配置８３の内周磁極面８３ａには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿ってＳ極ばかりが間欠的に形成され、またその外周磁極面８３ｂには、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに沿ってＮ極ばかりが間欠的に形成される。なお、隣接する永久磁石片８３Ａと磁極８３Ｂの相互間には、磁性体であるリング状鉄心８の外周の磁性体面８ａが露出する。

磁石リング配置８２、８３は、共通軸線Ｌ−Ｌの方向に、各永久磁石片８２Ａ、８３Ａが同相の関係で、互いに重なるように配置される。各磁極８２Ｂ、８３Ｂも、共通軸線Ｌ−Ｌの方向に、互いに重なるように配置される。具体的には、磁石リング配置８２では、図４１に示すように、互いに９０度の角度間隔で、４個の永久磁石片８２Ａが配置され、隣接する各永久磁石片８２Ａのちょうど中間に、それぞれ磁極８２Ｂが配置される。磁石リング配置８３も同様であり、図４２に示すように、互いに９０度の角度間隔で、４個の永久磁石片８３Ａが配置され、隣接する永久磁石片８３Ａのちょうど中間に、それぞれ磁極８３Ｂが配置される。磁石リング配置８２の４個の永久磁石片８２Ａと、磁石リング配置８３の４個の永久磁石片８３Ａとは、互いに同相であり、共通軸線Ｌ−Ｌの周りの内周磁極基準位置から、例えば０度、９０度、１８０度、２７０度の角度位置に配置され、磁石リング配置８２、８３には、前記内周磁極基準位置から例えば４５度、１３５度、２２５度、３１５度の角度位置に、それぞれ磁極８２Ｂ、８３Ｂが配置される。これらの角度間隔は９０度であるが、各永久磁石片８２Ａ、８３Ａの数を変え、角度間隔を９０度以外、例えば４５度、６０度などにすることも可能である。

外周磁極１４ｂ、１４ｃは、実施の形態１と同様に、互いに逆相の関係で配置されるが、それぞれが４極の突出磁極を持つように変更される結果、具体的には、外周磁極１４ｂは、共通軸線Ｌ−Ｌの周りの外周磁極基準位置から、０度、９０度、１８０度、２７０度の角度位置に突出磁極が形成され、また外周磁極１４ｃは、共通軸線Ｌ−Ｌの周りの外周磁極基準位置から、４５度、１３５度、２２５度、３１５度の角度位置に突出磁極が形成される。

この実施の形態１４において、磁石リング配置８２の各永久磁石片８２Ａからの磁束は、検出磁束ＤＦ１として、外周磁極１４ｂ、外周筒１２ａ、検出磁路２０、磁気センサ１５、外周筒１２ｂ、外周磁極１４ｃ、磁極８３Ｂ、リング状鉄心８、内周筒３、リング状鉄心７を経て磁石リング配置８２に帰る磁路を流れる。同様に、磁石リング配置８３の各永久磁石片８３Ａからの磁束は、検出磁束ＤＦ２として、外周磁極１４ｃ、外周筒１２ｂ、検出磁路２０、磁気センサ１５、外周筒１２ａ、外周磁極１４ｂ、磁極８２Ｂ、リング状鉄心７、内周筒３、リング状鉄心８を経て磁石リング配置８３に帰る磁路を流れる。

トルクセンサが図３９に示す原点位置にある状態では、図３９に示すように、磁石リング配置８２、８３の各永久磁石片８２Ａ、８３Ａは外周磁極１４ｂと１４ｃとのちょうど中間に位置し、また磁石リング配置８２、８３の各磁極８２Ｂ、８３Ｂも、外周磁極１４ｂと１４ｃのちょうど中間に位置する。このため、磁石リング配置８２、８３の各永久磁石片８２Ａ、８３Ａによる検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２は、互いに大きさがほぼ等しくなり、互いに方向が逆であるので、検出磁路２０において、互いに打ち消し合う結果、磁気センサ１５に与えられる磁束はゼロとなる。

トルクセンサが正のトルク範囲になれば、ステージＢでは、磁石リング配置８２の各永久磁石片８２Ａが、図４１に示すように、角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づく結果、磁石リング配置８２の各永久磁石片８２Ａが、各外周磁極１４ｂに近づき、各磁極８２Ｂが外周磁極１４ｂから遠ざかる。一方、ステージＣでは、磁石リング配置８３の各永久磁石片８３Ａが、図４２に示すように、角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づく結果、磁石リング配置８３の各永久磁石８３Ａが、各外周磁極１４ｃから遠ざかり、各磁極８３Ｂが外周磁極１４ｃに近づく。この結果、磁石リング配置８２の各永久磁石片８２Ａから磁気センサ１５を検出磁束ＤＦ１が増加し、磁石リング配置８３の各永久磁石片８３Ａから磁気センサ１５に流れる検出磁束ＤＦ２が減少し、磁気センサ１５には、正極性の出力信号が得られ、この正極性の出力信号の大きさは、原点位置からの回転量に応じて増大する。

実施の形態１４のトルクセンサが負のトルク範囲になれば、ステージＢでは、磁石リング配置８２の各永久磁石片８２Ａが角度位置θ２に近づき、外周磁極１４ｂから遠ざかり、磁極８２Ｂが外周磁極１４ｂに近づく。またステージＣでは、磁石リング配置８３の各永久磁石片８３Ａが角度位置θ２に近づいて、外周磁極１４ｃに近づき、磁極８３Ｂが外周磁極１４ｃから遠ざかる。この結果、磁石リング配置８２の各永久磁石片８２Ａから磁気センサ１５に流れる検出磁束ＤＦ１が減少し、磁石リング配置８３の各永久磁石片８３Ａから磁気センサ１５に流れる検出磁束ＤＦ２が増加し、磁気センサ１５には、負極性の出力信号が得られ、この負極性の出力信号の大きさは、原点位置からの回転量に応じて増大する。

このように、実施の形態１４によれば、２つのステージＢ、Ｃを使用し、実施の形態１と同様なバイポーラタイプの出力信号を磁気センサ１５から得ることができる。

実施の形態１５．
図４３〜図５３は、この発明によるトルクセンサの実施の形態１５を示す。図４３、図４４、図４５、図４６、図４７は、この実施の形態１５によるトルクセンサを、その原点位置で示す図である。図４８、図４９、図５０は、この実施の形態１によるトルクセンサを、その正のトルク範囲で示す図である。図５１、図５２、図５３は、実施の形態１５を、その負のトルク範囲で示す。図４３は、実施の形態１５のトルクセンサを軸線方向に見た上面図であるが、その一部の部品は図面を見やすくするために省略されている。図４４、図４８、図５１は、実施の形態１５のトルクセンサを、共通軸線Ｌ−Ｌを含む平面で切断した縦断面図である。図４５は図４４のＢ−Ｂ線断面図、図４６は図４４のＣ−Ｃ線断面図、図４７は図４４のＥ−Ｅ線断面図である。図４９は図４８のＢ−Ｂ線断面図、図５０は図４８のＣ−Ｃ線断面図である。図５２は図５１のＢ−Ｂ線断面図、図５３は図５１のＣ−Ｃ線断面図である。Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｅ−Ｅ線は、いずれも共通軸線Ｌ−Ｌに直交する平面に含まれる。

この実施の形態１５は、実施の形態１において、外周回転体１２を１つの外周筒ｃにより構成し、ステージＡ、Ｄを削除し、新たにステージＥを設け、このステージＥに検出磁路２０と磁気センサ１５を設けたものであり、その他は実施の形態１と同じに構成される。

この実施の形態１５では、外周回転体１２が１つの外周筒１２ｃにより構成される。この外周筒１２ｃは、共通軸線Ｌ−Ｌの周りに配置された円筒であり、その中心軸が共通軸線Ｌ−Ｌと一致するように配置される。この外周筒１２ｃは、鉄材などの磁性材料で作られ、内周筒３の外周に配置される。

実施の形態１５では、実施の形態１のステージＡ、Ｄが削除され、実施の形態１と同じステージＢ、Ｃと、これに加えて新しいステージＥが設けられる。ステージＢには、実施の形態１と同じに、磁場発生手段６を構成する囲み磁石構造６Ｂ、および内周磁極１１ｂと外周磁極１４ｂを含む磁場変化手段３２が配置される。ステージＣには、実施の形態１と同じに、磁場発生手段６を構成する囲み磁石構造６Ｃ、および内周磁極１１ｃと外周磁極１４ｃを含む磁場変化手段３３が配置される。囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃは、それぞれ図４５、図４６に示すように、実施の形態１と同じに、共通軸線Ｌ−Ｌを中心とする半径方向に着磁されたリング状の永久磁石６２、６３によりそれぞれ構成されるが、これらのリング状の永久磁石６２、６３の着磁方向は、互いに逆とされる。なお、外周磁極１４ｂ、１４ｃは、外周筒１２ｃの内周面に配置される。

ステージＥは、外周筒１２ｃの上端部に対応して形成される。このステージＥには、図４７に示す外周のリング状ヨーク１８ａと内周のリング状ヨーク１８ｂとが配置され、これらのリング状ヨーク１８ａ、１８ｂの間に検出磁路２０と磁気センサ１５が配置される。外周のリング状ヨーク１８ａは、図４４に示すように、外周筒１２ｃの上端面に微小な空隙を介して対向している。内周のリング状ヨーク１８ｂは、内周筒３の外周面に微小な空隙を介して対向している。なお、内周筒３、外周筒１２ｃは回転可能に構成されるが、リング状ヨーク１８ａ、１８ｂ、および磁気センサ１５は、絶対空間に固定される。

囲み磁石構造６Ｂを構成するリング状の永久磁石６２は、実施の形態１と同じに、その内周磁極面６２ａにＳ極ばかりが、またその外周磁極面６２ｂにＮ極ばかりが並ぶように着磁される。しかし、囲み磁石構造６Ｃを構成するリング状の永久磁石６３は、リング状の永久磁石６２と逆方向に着磁され、その内周磁極面６３ａにはＮ極ばかりが、またその外周磁極面６３ｂにはＳ極ばかりが、それぞれ連続して形成される。

この実施の形態１５のトルクセンサでは、ステージＢ、Ｃの間で、図４４に示すように、リング状の永久磁石６２の外周磁極面６２ｂから、内周磁極１１ｂ、外周磁極１４ｂ、外周筒１２ｃ、外周磁極１４ｃ、内周磁極１１ｃ、リング状の永久磁石６３、内周筒３を通り、リング状の永久磁石６２に帰る磁束Φが流れる。また、磁気センサ１５を含む検出磁路２０には、リング状の永久磁石６２による検出磁束ＤＦ１と、リング状の永久磁石６３による検出磁束ＤＦ２が流れる。

検出磁束ＤＦ１は、リング状の永久磁石６２の外周磁極面６２ｂから、内周磁極１１ｂ、外周磁極１４ｂ、外周筒１２ｃ、リング状ヨーク１８ａ、検出磁路２０、磁気センサ１５、リング状ヨーク１８ｂ、内周筒３を通り、内周磁極面６２ａに帰る磁路に流れる。また、検出磁束ＤＦ２は、リング状の永久磁石６３の内周磁極面６３ａから、内周筒３、リング状ヨーク１８ｂ、検出磁路２０、磁気センサ１５、リング状ヨーク１８ａ、外周筒１２ｃ、外周磁極１４ｃ、内周磁極１１ｃを通り、リング状の永久磁石６３の外周磁極面６３ｂに帰る磁路に流れる。この検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２は、検出磁路２０において、互いに逆方向に流れる。

トルクセンサが原点位置にある状態では、図４３に示すように、各内周磁極１１ｂ、１１ｃが、外周磁極１４ｂが位置する角度位置θ１と、外周磁極１４ｃが位置する角度位置θ２とのちょうど中間に位置する。この原点位置では、ステージＢにおける内周磁極１１ｂと外周磁極１４ｂとの間の磁気抵抗と、ステージＣにおける内周磁極１１ｃと、外周磁極１４ｃとの間の磁気抵抗が等しいので、検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２の大きさが互いにほぼ等しくなり、これらの検出磁束ＤＦ１、ＤＦ２の和である検出磁束ＤＦはゼロとなる。この原点位置では、結果として、磁気センサ１５に流れる検出磁束ＤＦはゼロとなり、図４４に示すように、ステージＢ、Ｃ間に磁束Φだけが流れる。

トルクセンサが正のトルク範囲にある状態では、ステージＢでは、図４９に示すように、内周磁極１１ｂが角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づき、内周磁極１１ｂが外周磁極１４ｂに近づいて、それらの間の磁気抵抗が減少し、一方、ステージＣでは、図５０に示すように、内周磁極１１ｃが角度位置θ２から遠ざかり、角度位置θ１に近づき、内周磁極１１ｃが外周磁極１４ｃから遠ざかり、それらの間の磁気抵抗が増加する。この結果、図４８に示す検出磁路２０を通る検出磁束ＤＦ１が増加し、磁気センサ１５から正極性の出力信号が得られる。

トルクセンサが負のトルク範囲にある状態では、ステージＣでは、図５２に示すように、内周磁極１１ｂが角度位置θ１から遠ざかり、角度位置θ２に近づき、内周磁極１１ｂが外周磁極１４ｂから遠ざかり、それらの間の磁気抵抗が増大し、一方、ステージＣでは、図５３に示すように、内周磁極１１ｃが角度位置θ１から遠ざかり、角度位置θ２に近づき、内周磁極１１ｃが外周磁極１４ｃに近づいて、それらの間の磁気抵抗が減少する。この結果、図５１に示すように、検出磁路２０を通る検出磁束ＤＦ２が増加し、磁気センサ１５から負極性の出力信号が得られる。

このように、実施の形態１５によれば、磁場変化手段３２、３３を配置した２つのステージＢ、Ｃを使用し、実施の形態１と同様なバイポーラタイプの出力信号を磁気センサ１５から得ることができる。

実施の形態１５においても、リング状ヨーク１８ａ、１８ｂと、磁気センサ１５とをモールド樹脂などにより、互いに一体化することもできる。ステージＥにおいて、内周筒３にリング状鉄心を設け、このリング状鉄心の外周面に、リング状ヨーク１８ｂを微小な空隙を介して対向させることもできる。また、実施の形態１５において、囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃは、実施の形態３〜８の構造に変更することもできる。いずれの場合にも、囲み磁石構造６Ｂ、６Ｃでは、着磁方向が逆とされる。

この発明によるトルクセンサは、例えば自動車のステアリングホイールに働くステアリングトルクを検出するのに使用される。しかし、トルクを検出する用途であれば、これ以外にも使用できる。

この発明によるトルクセンサの実施の形態１の原点位置における上面図。 実施の形態１の原点位置における縦断面図。 実施の形態１の原点位置における動作説明図。 実施の形態１の正のトルク範囲における上面図。 実施の形態１の正のトルク範囲における縦断面図。 実施の形態１の正のトルク範囲における動作説明図。 図５のＡ−Ａ線断面図。 図５のＢ−Ｂ線断面図。 図５のＣ−Ｃ線断面図。 図５のＤ−Ｄ線断面図。 実施の形態１の側面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態２の縦断面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態３の正のトルク範囲における上面図。 図１３のＡ−Ａ線断面図。 図１３のＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線断面図。 図１３のＤ−Ｄ線断面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態４の縦断面図。 図１７にＢ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線断面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態５の正のトルク範囲における縦断面図。 図１９のＡ−Ａ線断面図。

図１９のＢ−Ｂ線断面図。 図１９のＣ−Ｃ線断面図。 図１９のＤ−Ｄ線断面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態６のステージＢにおける断面図。 実施の形態６のステージＣにおける断面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態７の上面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態８の上面図。 実施の形態８の正のトルク範囲における縦断面図。 図２８のＡ−Ａ線断面図。 図２８のＢ−Ｂ線断面図。 図２８のＣ−Ｃ線断面図。 図２８のＤ−Ｄ線断面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態９の上面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態１０の上面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態１１の上面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態１２の正面図。 実施の形態１２の側面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態１３の正面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態１４の原点位置における上面図。 実施の形態１４の正のトルク範囲における縦断面図。

図４０のＢ−Ｂ線断面図。 図４０のＣ−Ｃ線断面図。 この発明によるトルクセンサの実施の形態１５の原点位置における上面図。 実施の形態１５の原点位置における縦断面図。 図４４のＢ−Ｂ線断面図。 図４４のＣ−Ｃ線断面図。 図４４のＥ−Ｅ線断面図。 実施の形態１５の正のトルク範囲における縦断面図。 図４８のＢ−Ｂ線断面図。 図４８のＣ−Ｃ線断面図。 実施の形態１５の負のトルク範囲における縦断面図。 図５１のＢ−Ｂ線断面図。 図５１のＣ−Ｃ線断面図。

１：第１回転軸、２：第２回転軸、３：内周回転体、４：ベース板、
５：トーションバー、
６：磁場発生手段、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ：囲み磁石構造、
６１、６２、６３、６４、６５、６６：リング状の永久磁石、
６７、６８：リング状磁石体、
６９、７２、７３：磁石リング配置、
６９Ａ、７２Ａ、７３Ａ、８２Ａ、８３Ａ：永久磁石片、
６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａ、６６ａ、６７ａ、６８ａ、６９ａ、７２ａ、７３ａ、 ８２ａ、８３ａ：内周磁極面、８２Ｂ、８３Ｂ：磁極、
６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ、６４ｂ、６５ｂ、６６ｂ、６７ｂ、６８ｂ、６９ｂ、７２ｂ、７３ｂ、 ８２ｂ、８３ｂ：外周磁極面、７、８、９、１０：リング状鉄心、
７ａ、８ｂ：磁性体面、
１１ａ，１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ：内周磁極、１２：外周回転体、
１２ａ，１２ｂ、１２ｃ：外周筒、１３、１３ａ：連結体、
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ：外周磁極、１５：磁気センサ、
１８ａ、１８ｂ：リング状ヨーク、２０：検出磁路、ＤＦ１、ＤＦ２：検出磁束、
３０、３１、３２、３３、３４：磁場変化手段、３２Ａ、３３Ａ：磁場形成手段、
Ｌ−Ｌ：共通軸線、Ａ−Ａ：ステージＡ、Ｂ−Ｂ：ステージＢ、Ｃ−Ｃ：ステージＣ、
Ｄ−Ｄ：ステージＤ、Ｅ−Ｅ：Ｅステージ。

Claims (9)

1. 共通軸線上に第１回転軸と第２回転軸を配置し、これらの第１回転軸と第２回転軸とをトーションバーにより結合し、前記第１回転軸と第２回転軸との間に与えられる捩りトルクを検出するトルクセンサであって、
   前記第１回転軸に連結された内周回転体と、前記第２回転軸に連結され前記内周回転体を取り囲む外周回転体と、前記内周回転体と外周回転体との間に配置された磁場発生手段と、前記磁場発生手段から前記内周回転体と外周回転体を経て検出磁束が流れる磁気センサと、正のトルク範囲において前記第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて前記検出磁束を前記磁気センサに所定方向に流しその大きさを変化させる第１磁場変化手段と、負のトルク範囲において前記第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて前記検出磁束を前記磁気センサに前記所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第２磁場変化手段とを備え、
   前記磁気センサが、前記検出磁束の方向に応じて極性が変化し、また前記検出磁束の大きさに応じて大きさが変化する出力信号を発生するように構成され、また
   前記磁場発生手段が、前記共通軸線を囲むように配置された少なくとも１つの囲み磁石構造を含み、この囲み磁石構造は、前記共通軸線の周りに外周磁極面と内周磁極面を有し、
   前記囲み磁石構造は、前記共通軸線の周りに配置されたリング状の永久磁石で構成され、前記外周磁極面には、前記共通軸線の周りに沿って、Ｎ極とＳ極の両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが連続して形成され、また前記内周磁極面には、前記共通軸線の周りに沿って、前記両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが連続して形成されたことを特徴とするトルクセンサ。
2. 請求項１記載のトルクセンサであって、前記磁場変化手段の外周磁極が、前記囲み磁石構造の外周磁極面に空隙を介して対向して配置され、前記囲み磁石構造の外周磁極面が前記空隙に露出していることを特徴とするトルクセンサ。
3. 請求項１記載のトルクセンサであって、前記外周磁極面には、前記両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが前記共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で突設され、また前記内周磁極面には、前記両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが前記共通軸線の周りに沿って連続して形成されたことを特徴とするトルクセンサ。
4. 共通軸線上に第１回転軸と第２回転軸を配置し、これらの第１回転軸と第２回転軸とをトーションバーにより結合し、前記第１回転軸と第２回転軸との間に与えられる捩りトルクを検出するトルクセンサであって、
   前記第１回転軸に連結された内周回転体と、前記第２回転軸に連結され前記内周回転体を取り囲む外周回転体と、前記内周回転体と外周回転体との間に配置された磁場発生手段と、前記磁場発生手段から前記内周回転体と外周回転体を経て検出磁束が流れる磁気センサと、正のトルク範囲において前記第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて前記検出磁束を前記磁気センサに所定方向に流しその大きさを変化させる第１磁場変化手段と、負のトルク範囲において前記第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて前記検出磁束を前記磁気センサに前記所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第２磁場変化手段とを備え、
   前記磁気センサが、前記検出磁束の方向に応じて極性が変化し、また前記検出磁束の大きさに応じて大きさが変化する出力信号を発生するように構成され、また
   前記磁場発生手段が、前記共通軸線を囲むように配置された少なくとも１つの囲み磁石構造を含み、この囲み磁石構造は、前記共通軸線の周りに外周磁極面と内周磁極面を有し、
   前記囲み磁石構造は、前記共通軸線の周りに配置されたリング状磁石体で構成され、このリング状磁石体は、前記外周磁極面には、前記両磁極の中の一方の極性の磁極ばかりが前記共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で並び、また前記内周磁極面には、前記両磁極の中の他方の極性の磁極ばかりが前記共通軸線の周りに沿って所定の角度間隔で並ぶように着磁されたことを特徴とするトルクセンサ。
5. 請求項１または４記載のトルクセンサであって、前記共通軸線に沿って少なくとも第１、第２ステージが設けられ、前記第１磁場変化手段が前記第１ステージに、また前記第２磁場変化手段が前記第２ステージにそれぞれ配置されたことを特徴とするトルクセンサ。
6. 請求項５記載のトルクセンサであって、前記磁場発生手段が、少なくとも第１、第２の囲み磁石構造を含み、この第１の囲み磁石構造が前記第１ステージに配置され、また前記第２の囲み磁石構造が前記第２ステージに配置されたことを特徴とするトルクセンサ。
7. 請求項５記載のトルクセンサであって、前記共通軸線に沿って、さらに第３、第４ステージが設けられ、前記第３ステージには、前記第１磁場変化手段とともに、正のトルク範囲において前記第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて前記検出磁束を所定方向に流しその大きさを変化させる第３磁場変化手段が配置され、また前記第４ステージには、前記第２磁場変化手段とともに、負のトルク範囲において前記第１回転軸と第２回転軸との相対回転に応じて前記検出磁束を前記所定方向と逆方向に流しその大きさを変化させる第４磁場変化手段が配置されたことを特徴とするトルクセンサ。
8. 請求項１または４記載のトルクセンサであって、前記外周回転体が、前記共通軸線に沿って配置された第１外周筒と第２外周筒とを有し、これらの第１外周筒と第２外周筒との間に前記検出磁路が形成されたことを特徴とするトルクセンサ。
9. 請求項１または４記載のトルクセンサであって、前記外周回転体が、１つの外周筒を有し、この外周筒の端部と前記内周回転体の外周面との間に、前記検出磁路が形成されたことを特徴とするトルクセンサ。

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