JPH06194239A

JPH06194239A - トルク検出装置およびトルク検出要素

Info

Publication number: JPH06194239A
Application number: JP5071712A
Authority: JP
Inventors: Katsuaki Yasui; 克明安井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1994-07-15
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: DE4337852A1; US5431063A; DE4337852C2; JP2783118B2

Abstract

(57)【要約】【構成】磁歪性を持つ磁性材２を備えた受動軸１と、
トルクが印加されたときに受動軸１の表面に発生する２
方向の主応力に対してそれぞれ電流の向きが直角になる
ように電流路を構成した２組のインダクタ５ａ、５ｂ
を、磁性材２の表面から所定のギャップを隔てた円筒面
上の軸方向にほぼ同じ位置に重合配置して備えそれらの
インダクタンスを検出することにより、或はインダクタ
にバイアス電流を与えると共に前記受動軸１の周囲に駆
動コイル１７を巻回し、このコイル１７に通電したとき
に前記インダクタに誘起される電流または電圧を検出す
ることによってトルクを求めるようにした。【効果】簡単な構成で軸方向の温度勾配、アンバラン
スな外部磁界、残留磁束などの外乱の影響を受けにくい
トルク検出装置を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回転軸などの受動軸
に外力が印加された際のトルクを非接触で検出するため
のトルク検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のパワーステアリング機構やアン
チスキッドブレーキ機構、自動変速制御の分野などでは
受動軸であるハンドル軸などに加わるトルクを検出する
必要があることが多い。このような用途に使用されるト
ルク検出装置としては例えば特開平１−９４２３０号公
報にて開示された磁歪式トルク検出装置がある。この装
置の構造を図１０について説明する。図において、１は
回転軸である受動軸、７ａ、７ｂは受動軸１を回転自在
に支持する軸受、３は軸受によって支持されたボビンで
ある。受動軸１の外周面上には軸方向に間隔を空けて、
磁歪材の層からなる第１及び第２の磁性材２ａ、２ｂが
固着される。第１の磁性材２ａは中心軸に対する角度θ
＝４５゜方向に、第２の磁性材２ｂはθ＝−４５゜方向
にそれぞれ細長く短冊状に複数状形成されている。ま
た、ボビン３には、それぞれの磁性材２ａ、２ｂに対応
して第１、第２のコイル５ａ、５ｂ、及び第１、第２の
ヨーク４ａ、４ｂが配設されている。この第１、第２の
ヨーク４ａ、４ｂは磁束が外部へ拡がらないようにする
ための部材である。１００は第１、第２のコイル５ａ、
５ｂに接続された応力検出回路である。

【０００３】次に、動作について説明する。受動軸１に
外部からのトルクが印加されると、受動軸表面上の、θ
＝±４５゜方向に主応力が発生し、各磁性材２ａ、２ｂ
の一方に引張応力が、他方に圧縮応力が生じる。この応
力が生じると磁性材２ａ、２ｂの透磁率が変化し、引張
応力による場合と圧縮応力による場合では透磁率が逆方
向に変化する。応力検出回路１００はこれら磁性材の透
磁率変化に応じたコイル５ａ、５ｂのインダクタンスを
検出して受動軸１に印加されたトルクを算出し、トルク
に応じた電圧を出力するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の磁歪式トルク検
出装置は、以上のように構成されているので、次に述べ
る課題があった。すなわち、受動軸１に短冊状の磁性材
２ａ、２ｂが設けられていたので、磁性材を短冊状に配
設するという工程が煩雑である上、短冊状の磁性材は剥
がれやすく、さらに軸１と磁性材２ａ、２ｂとの境界部
分では腐食することもあった。

【０００５】さらに、上記従来の磁歪式トルク検出装置
では＋４５゜方向の磁性材２ａと−４５゜方向の磁性材
２ｂにおける互いに逆方向の透磁率変化をそれぞれ別の
コイル５ａ、５ｂを介して検出していることにより磁性
材の温度特性や外部磁界、残留磁束に対する補償は行な
っているが、軸方向の温度勾配や、アンバランスな外部
磁界、残留磁束等の外乱に対しては十分な補償ができな
い（例えば、磁性材２ａ、２ｂは軸方向に隔たっている
ため、受動軸１に軸方向の温度勾配がある場合、磁性材
２ａ、２ｂで温度が異なることがあり、これによってイ
ンダクタンス検出結果に誤差が生じる）といった課題が
あった。この発明は、上記の課題を解消するためになさ
れたもので、簡単な構造で軸方向の温度勾配、アンバラ
ンスな外部磁界、残留磁束などの外乱の影響を受けにく
いトルク検出装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明では、磁歪性が
付与された受動軸と、この受動軸の磁歪性が付与された
部分の表面からの所定ギャップを隔てた円筒面上に設け
られたインダクタと、このインダクタのインダクタンス
を検出するインダクタンス検出回路とを有し、前記イン
ダクタは、前記受動軸が受けるトルクによる、前記磁歪
性が付与された部分の透磁率の変化に応じてインダクタ
ンスが変化する方向に向いた電流路で構成されているこ
とを特徴とするトルク検出装置あるいは、磁歪性が付与
された受動軸と、この受動軸の表面から所定のギャップ
を隔てた円筒面上に設けられ、前記受動軸が受けるトル
クによる、受動軸表面の透磁率の変化に応じてインダク
タンスが変化する方向に向いた電流路で構成されたイン
ダクタと、このインダクタにバイアス電流を与える手段
と、受動軸を周回するように巻回された駆動コイルと、
この駆動コイルへの通電によって前記インダクタに誘起
される電流または電圧を検出する検出回路とを有するこ
とを特徴とするトルク検出装置によって上記した構造上
の課題を解決する。

【０００７】またインダクタとして第１のインダクタと
第２のインダクタとからなり、これら一対のインダクタ
は、それぞれトルクにより受動軸表面に発生する２方向
の主応力線方向の透磁率の変化に応じてインダクタンス
が変化する方向に向いた電流路で構成されるものとし、
且つこれら第１、第２のインダクタを軸方向にはほぼ同
じ位置に重合配置したトルク検出装置あるいは、基板に
インダクタが形成されてなるトルク検出要素であり、前
記インダクタは第１のインダクタと第２のインダクタと
を設け、これら一対のインダクタを、それぞれこのトル
ク検出要素が受動軸の磁歪性が付与された部分の周囲に
配置された場合においてトルクによって前記受動軸表面
に発生する２方向の主応力線方向の透磁率の変化に応じ
てインダクタンスが変化する方向に向いた電流路で構成
され、これら第１、第２のインダクタは軸方向にほぼ同
じ位置となるよう重合配置されてなるトルク検出要素に
よって、上記従来のトルク検出装置における軸方向の温
度勾配等による影響を少なくするという課題も解決す
る。

【０００８】

【作用】請求項１に記載の発明におけるトルク検出装置
では、受動軸に外部からのトルクが印加されると、受動
軸表面上の、θ＝±４５゜方向に主応力が発生し、θ＝
＋４５゜方向とθ＝−４５゜方向の一方に引張応力が、
他方に圧縮応力が生じる。この応力が生じると磁歪性を
有する部分での透磁率が変化する。受動軸の周囲にはこ
の受動軸と所定ギャップを隔ててインダクタが配置さ
れ、このインダクタを構成する電流路は前記透磁率の変
化に応じてインダクタンスが変化する方向に設けられて
いるので、インダクタの電流路に電流（交流）を流した
ときに電流路の周りに右ネジの法則によって発生する磁
束は、受動軸の磁歪性を有する部分での主応力方向（前
記したθ＝±４５゜方向に生じる応力）の透磁率の変化
による影響を受ける。透磁率は受動軸に印加されたトル
クの関数であり、インダクタのインダクタンスは、単位
電流あたりの磁束発生量に比例するので、インダクタン
ス検出回路でインダクタのインダクタンスを検出するこ
とにより、受動軸に印加されたトルクを求めることがで
きる。

【０００９】請求項２に記載の発明におけるトルク検出
装置では、受動軸の表面から所定のギャップを隔てた円
筒面上に、前述の透磁率変化に応じてインダクタンスが
変化する方向に向いた電流路で構成されたインダクタが
設けられ、この電流路にはバイアス電流（直流）が与え
られるので、インダクタを構成する電流路の回りには、
受動軸表面の主応力線方向の透磁率とバイアス電流とに
応じた磁束が発生している。この状態で駆動コイルに十
分大きな電流を流すと、受動軸の軸方向に大きな磁束が
発生し、この磁束によって受動軸表面に透磁率変化等に
よって発生していた磁束が飽和してしまい、受動軸表面
の実効透磁率が下がる。するとインダクタのインダクタ
ンスが下がり、インダクタを通る磁束が小さくなるた
め、このインダクタンス低下に相当する起電力によって
インダクタに電圧が誘起される。このとき誘起される電
圧は、駆動コイルに電流を流す前の受動軸表面の主応力
線方向の透磁率、すなわち応力に応じたものであり、こ
の電圧を測定することによって受動軸に印加されたトル
クの大きさを知ることができる。従って、この請求項
１、２の発明によれば受動軸に磁性材を短冊状に設けな
くてもトルク検出できる。

【００１０】また、請求項３、４または９、１０の発明
では、インダクタは第１のインダクタと第２のインダク
タとからなり、これら一対のインダクタは、それぞれト
ルクにより受動軸表面に発生する２方向の主応力線方向
の透磁率の変化に応じてインダクタンスが変化する方向
に向いた電流路で構成されており、それぞれのインダク
タの電流路に交流電流を流した場合のインダクタンスは
互いに逆方向に変化するため、これらインダクタンスの
差動を取ることによって、あるいは前記電流路に直流の
バイアス電流を流した場合は、このバイアス電流によっ
て前記インダクタ周囲に前記２つの主応力線方向の透磁
率に応じて発生している磁束を駆動コイルに通電するこ
とにより飽和させて発生させた前記それぞれのインダク
タの電圧の差動を取ることによって、受動軸に印加され
たトルクの大きさを知ることができる。

【００１１】より具体的には請求項４または１０の発明
のように、或る方向の電流路で発生する磁界に対する受
動軸表面の透磁率と、その方向から１８０゜方向の電流
路の発生する磁界に対する受動軸表面の透磁率とは同じ
であるので、θ＝−４５゜方向の応力に対しては、４５
゜方向の電流路と２２５゜方向の電流路のインダクタン
スは同じ方向に変化する。従って、これらを組み合せる
ことによりθ＝−４５゜方向の応力を検出するための第
１のインダクタとすることができる。また、同様に、−
４５゜方向の電流路と−２２５゜方向の電流路を組み合
せることによりθ＝＋４５゜方向の応力を検出するため
の第２のインダクタとすることができる。この２組のイ
ンダクタから求められた応力の差動を取ることにより、
外乱の影響を補償し、トルクのみに応じた出力を得るこ
とができる。しかも、従来のトルク検出装置と違い、軸
方向には同じ位置での応力の変化を検出することができ
るので、軸方向の温度勾配、アンバランスな外部磁界、
残留磁束などの外乱の影響も受けにくい。

【００１２】そして、この請求項４または１０の発明で
は、第１のインダクタ、第２のインダクタとも電流路の
接続箇所では上記１８０゜方向の違う電流路を接続する
必要があり、接続のための電流路が不必要なインダクタ
ンスを発生するため、そのままでは誤差の原因となる
が、第１のインダクタと第２のインダクタの、それぞれ
における接続のための電流路はおよそ重合されており、
交流電流またはバイアス電流が互いに反対方向に流れる
ように接続されているので、その部分では全体としての
電流が相殺され、磁界がほとんど発生しないので、不要
なインダクタンスの発生が抑えられ、誤差の原因となり
にくい。

【００１３】請求項５または１１の発明では、インダク
タは、複数の要素インダクタからなり、それらが受動軸
の表面から所定ギャップを隔てた円筒面上に等間隔に設
けられているので、受動軸が偏心している場合でもこれ
による誤差が小さい。請求項６の発明では、電流路とな
るパターンをフレキシブル基板上に作成し、受動軸の磁
性材の表面から所定のギャップを隔てた円筒面上に該フ
レキシブル基板を配置することによりインダクタを構成
したので、インダクタの構成が簡単になり、コストを抑
えることができる。請求項７または８あるいは１２また
は１３の発明では、インダクタ、またはインダクタと駆
動コイルの外側に円筒状のヨークを備えたので、電流路
を短いパターンとしてもインダクタのインダクタンスを
稼ぐことができるため、インダクタの感度が大きくなる
ほか、外部磁界の影響も受けにくくなる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の一実施例によるトルク検出
装置を図について説明する。実施例１図１において、１は回転軸である受動軸、２は受動軸１
の外周面上に円筒状に固着された磁歪性を持った材質の
層からなる磁性材、３は受動軸に対して回転自在に設置
され、軸受（図示せず）によって支持されたボビン、５
はボビン３上に設けられ、受動軸に対する角度θ＝４５
゜の方向の電流路を持ち、磁性材２の表面からギャップ
をあけて配されたインダクタ、１００はインダクタに接
続され、このインダクタ５に交流電流を流すと共にイン
ダクタ５のインダクタンスを検出するインダクタンス検
出回路、１０１はインダクタンス検出回路１００に接続
されたトルク演算回路である。尚、インダクタとしては
導電性の高い銅線等が用いられる。

【００１５】次に、動作について説明する。受動軸１に
外部からのトルクが印加されると、磁性材２の中心軸か
らθ＝±４５゜傾いた主応力線方向に応力が発生し、磁
性材２の磁気特性に異方性が生じ、磁性材２のθ＝＋４
５゜方向の透磁率と、θ＝−４５゜方向の透磁率が逆方
向に変化する。このときインダクタ５の電流路に電流を
流すと、インダクタ５は受動軸１の中心軸に対して４５
゜方向に沿って配されているので、電流路の回りに、右
ネジの法則によって発生するθ＝−４５゜の磁界Ｈは前
記−４５゜方向の主応力と平行な方向となる。この磁界
Ｈによって発生する磁束φは、磁性材２のθ＝−４５゜
の方向の透磁率の関数である（すなわち、Ｂ＝μＨ、但
し、Ｂは磁束φの磁束密度、μは透磁率）。インダクタ
のインダクタンスは、単位電流Ｉ当りの磁束φの発生量
に比例する（すなわち、Ｌ＝φ／Ｉ、但し、Ｌはインダ
クタンス）ので、インダクタンス検出回路１００でイン
ダクタのインダクタンスを検出し、トルク演算回路１０
１で補正演算をしてトルクに応じた電圧Ｖを出力するこ
とにより、受動軸１に印加されたトルクを求めることが
できる。ここで、受動軸１に外部からのトルクが印加さ
れると、磁性材２の、中心軸からθ＝±４５゜傾いた主
応力線方向に応力が発生し、磁性材２の磁気特性に異方
性が生じるため、磁性材２のθ＝＋４５゜方向の透磁率
と、θ＝−４５゜方向の透磁率が逆方向に変化するた
め、インダクタ５は受動軸１が受けるトルクによる、受
動軸１の表面の透磁率の変化に応じてインダクタンスが
変化する方向に向いた電流路で構成されていると言え
る。

【００１６】以上述べたようにこの実施例ではインダク
タ５は受動軸が受けるトルクによる磁性材２の透磁率変
化に応じて、そのインダクタンスが変化する方向、とり
わけ中心軸から−４５゜傾いた方向に加わる応力による
この方向での透磁率変化に応じて最もインダクタンスが
変化する、中心軸から４５゜方向にインダクタ５の電流
路を配したので、インダクタンス変化に基づくトルク検
出を有効に行なえる。そして、この実施例では、インダ
クタ５に方向性を持たせることにより磁性材２を短冊状
に配置することなく、受動軸１周囲に円筒状に固着でき
るので、製造工程が簡略化でき、短冊状磁性材による剥
がれ易さ、腐食という不具合も解消でき、さらに磁性材
２とインダクタ５とのギャップをより小さくできる。

【００１７】実施例２上記実施例１では本発明の構成をやや概念的に示すため
に、インダクタ５を受動軸１に対して４５゜の方向の電
流路１本のみで構成したが、電流路１本のみではインダ
クタ５のインダクタンスが非常に小さくなり、インダク
タンスの検出が困難なので、実用的には、１方向の主応
力を検出するためには、その主応力の影響を受けやすい
方向の電流路を多数本用いる必要がある。その具体例を
実施例２として図２に示す。この実施例ではポリイミド
樹脂等からなるフレキシブル基板６上に、θ＝−４５゜
方向の応力を検出するための、４５゜方向の第１電流路
７およびこれと反対方向である２２５゜方向の第２電流
路８と、それらの電流路７、８をある距離を置いて接続
するためのθ＝９０゜とθ＝２７０゜方向の接続用電流
路１１とを組み合せることにより平行四辺形状の要素イ
ンダクタ１８ａを構成し、それを等間隔に複数個配設
し、直列に接続することによって第１のインダクタ５ａ
を構成する。同様にθ＝４５゜方向の応力を検出するた
めの、−４５゜方向の第３電流路９と、−２２５゜方向
の第４電流路１０と、それらの電流路をある距離を置い
て接続するためのθ＝−９０゜方向とθ＝−２７０゜方
向の接続用電流路１２とを組み合せて要素インダクタ１
８ｂを構成し、それを等間隔に複数個配設し、直列に接
続することによって第２のインダクタ５ｂを構成したも
のである。これによってトルク検出要素を構成してい
る。４はフレキシブル基板６周囲に設けられたヨークで
あり、磁束が外部へ漏洩するのを防ぐ。

【００１８】前記第１、第２のインダクタ５ａ、５ｂは
軸方向にはほぼ同じ位置に重合配置されており、接続用
電流路１１と１２は、第１ないし第４電流路７〜１０の
両端でそれぞれおよそ重なるように配置されている。こ
の実施例におけるトルク検出装置の動作を説明すれば、
受動軸１に外部からのトルクが印加されると、磁性材２
の磁気特性に異方性が生じるため、第１のインダクタ５
ａと第２のインダクタ５ｂのインダクタンスが逆方向に
変化する。すなわち、第１のインダクタ５ａには磁性材
２の−４５゜方向の透磁率変化に応じた磁束が発生し、
第２のインダクタ５ｂには磁性材２の４５゜方向の透磁
率変化に応じた磁束が発生する。インダクタンス検出回
路１００はこれらインダクタ５ａ、５ｂの磁束に対応す
るインダクタンスを検出する。これらインダクタ５ａ、
５ｂからの出力の差動を取った値をもとにトルク演算回
路１０１は受動軸１に印加されたトルクを算出し、外乱
の影響を相殺した状態でトルクに応じた電圧Ｖを出力す
るようになっている。

【００１９】この実施例２では、インダクタ５ａ、５ｂ
をフレキシブル基板６上に設けたことから、簡単な構成
で、第１のインダクタ５ａと第２のインダクタ５ｂを軸
方向に同じ場所に配設でき、これによって同じ位置で磁
性材２の透磁率の変化を２つのインダクタで検出できる
ので、軸方向の温度勾配、アンバランスな外部磁界、残
留磁束などの外乱の影響を受けにくいトルク検出が行な
える。また、複数の要素インダクタ１８ａ、１８ｂを受
動軸の表面から所定のギャップを隔てた円筒面上に等間
隔に配設したので、受動軸が偏心している場合でも、そ
の影響による誤差が少ない。

【００２０】また、第１、第２の電流路７、８および第
３、第４の電流路９、１０を接続するための接続用電流
路１１、１２が、検出精度に悪影響を及ぼすことが考え
られるが、この発明ではこれら接続用電流路１１、１２
がおよそ重なり合うように配置され、この部分では互い
に反対方向の電流が流れることとされているので、その
部分では全体としての電流が相殺され、磁界がほとんど
発生しないので、不要なインダクタンスの発生が抑えら
れ、従って検出誤差の原因となりにくい。また、ヨーク
４によって磁束の漏れを防いでいるので、インダクタを
構成する電流路を短いパターンとしてもトルク検出に必
要な大きさのインダクタンスを稼ぐことができる。

【００２１】実施例３上記実施例２では第１のインダクタ５ａの接続用電流路
をθ＝９０゜とθ＝２７０゜の方向の電流路１１で、ま
た第２のインダクタ５ｂの接続用電流路１２をθ＝−９
０゜とθ＝−２７０゜の方向の電流路で構成したが、図
３に示すように、第１のインダクタ５ａの接続用電流路
１１をθ＝１８０゜とθ＝０゜の方向の電流路で、また
第２のインダクタ５ｂの接続用電流路１２をθ＝０゜と
θ＝１８０゜方向の電流路で構成してもよく、実施例２
と同様の作用が得られる。

【００２２】実施例４図２、図３では電流路の接続を見やすくするために第
１、第２のインダクタ５ａ、５ｂを構成する一つの平行
四辺形状の平面コイル要素の巻数を１．５回としたが、
実用上は、インダクタンスを大きくし、測定精度を上げ
るために、巻数を多くしたほうがよい。その具体例を図
４、図５に示す。図４には２層のフレキシブル基板より
なる基板６が示されその裏面に設けられた第１のインダ
クタ５ａ、および表面に設けられた第２のインダクタ５
ｂが、それぞれのインダクタ５ａ、５ｂを構成する４個
の要素インダクタ１８ａ、１８ｂとしてその輪郭が示さ
れたトルク検出要素が示されている（本例の場合、基板
６は透明なので、裏面のインダクタ５ａが透けて見えて
いる）。

【００２３】各要素インダクタ１８ａ、１８ｂは図５の
部分拡大図に示すように、銅線１４が１つの要素インダ
クタにつき１４回巻とされており、これによってトルク
検出可能な大きさのインダクタンスを得ることができ
る。第１のインダクタ５ａは前述のように、図示範囲Ａ
の内側に配設された、第１、第２電流路７、８と、図示
範囲Ａの外側に配設され（この図には現れていない）、
これらを接続する接続用電流路１１とからなり、第１の
インダクタ５ａの各要素インダクタ同士は接続部１３で
接続されている。接続用電流路１１は、θ＝９０゜とθ
＝２７０゜方向の電流路の他に、第２のインダクタ５ｂ
の接続用電流路１２との重合部分を多くするために、θ
＝１３５゜とθ＝３１５゜方向の電流路を加えている。
第２のインダクタ５ｂも同様の構成とされている。

【００２４】このようにインダクタが配された基板６か
らなるトルク検出要素はボビン３の外周面か、ヨーク４
の内周面に沿って巻き付けられる。図６に基板６の組み
付け状態が示される。この図６の例ではボビン３が設け
られておらず、ヨーク４の内周面に基板６が巻き付け固
定されている。受動軸１は、軸受によってインダクタの
内側に固定されるが、この状態ではまだ組み込まれてい
ない。図４における１６ａ〜１６ｄは基板６をヨーク４
へ固定するための孔であり、基板６の巻き付けの際に
は、１６ａと１６ｂ、及び１６ｃと１６ｄがそれぞれ重
なるようにする。すると、基板６に配された、平面状態
では重合されていない前記接続用電流路１１、１２が、
円筒面上でほぼ重なり、各要素インダクタ１８ａ、１８
ｂが円筒面上で等間隔に並ぶようになる。基板６の端部
には端子部１５が形成され、ここに４つの端子１５ａ〜
１５ｄが設けられ、これら端子のうち２つが第１のイン
ダクタ５ａと接続され、残りの２つが第２のインダクタ
５ｂに接続されている。この端子部１５は図６のように
ヨーク４の切り欠き部から外部へ突出される。この構造
によれば十分な精度でトルク検出できる。

【００２５】実施例５以上述べた各実施例ではインダクタ５に交流電流を流
し、このインダクタ５のインダクタンスが受動軸１に印
加されるトルクに応じた磁性材２の透磁率変化によって
変化する際の該インダクタンスをインダクタンス検出回
路１００で検出することによってトルク検出をするもの
であり、インダクタと検出回路を備えるだけでトルク検
出できるものであることから簡易な構造でトルク検出で
きるが、完全ではない点もあった。すなわち、インダク
タを構成する電流路は固有の抵抗値を有しており、この
インダクタに前記交流電流を流した場合、電流路の抵抗
値に応じた値がインダクタンス検出の際にインダクタン
ス検出回路に取り込まれる電圧中に直流成分として含ま
れてしまい、この交流中の直流成分を独立して差し引く
ことは困難であったので、インダクタンス検出結果にこ
の電流路自体の抵抗値分の誤差が含まれていた。特に電
流路として細い線を使用する場合にはこの誤差がより多
く現れていた。

【００２６】そこで、実施例５として図７に示すよう
に、ボビン３上に受動軸１を周回するように巻回された
駆動コイル１７と、この駆動コイル１７に電流を流すた
めの駆動回路１０２を設けると共に前記各実施例のイン
ダクタンス検出回路１００、トルク検出回路１０１に代
えて応力検出回路１０３を配設した。応力検出回路１０
３には直流のバイアス電流をインダクタへ流す手段と、
インダクタで発生する電圧を検出する手段と、この電圧
からトルクを算出する手段とが具備されている。これら
の以外の構成については前記実施例１と同様なのでその
説明を省略する。

【００２７】この実施例５における動作を説明する。
応力検出回路１０３からインダクタ５の電流路に一定の
バイアス電流Ｉ（直流）が流される。このバイアス電流
Ｉによって、前記電流路の回りには右ネジの法則によっ
て−４５゜方向に磁界Ｈを生じる。この磁界Ｈによって
生じる磁束φは前記実施例１と同様、磁性材２のθ＝−
４５゜方向の透磁率の関数であり、インダクタ５を構成
する電流路のインダクタンスＬは電流Ｉによって発生す
る磁束φの関数である。そして受動軸１に外部からのト
ルクが印加されると、引張応力と圧縮応力によって磁性
材２の、中心軸から±４５゜傾いた方向に応力が発生
し、磁性材２の磁気特性に異方性が生じるため、磁性材
２のθ＝４５゜方向の透磁率と−４５゜方向の透磁率が
逆方向に変化し、この変化に応じて磁束φ、インダクタ
ンスＬが変化する。しかしながら、前記バイアス電流Ｉ
は直流であるから、インダクタ５の周囲の磁束φが前記
透磁率変化に応じて変化しても、この変化は応力検出回
路１０３に検出される電圧としては出現しない。

【００２８】そこでインダクタ５が磁束φを発生させて
いる状態で駆動回路１０２によって駆動コイル１７に十
分大きな電流を流し、駆動コイル１７によって受動軸１
の軸方向に大きな磁束αを発生させて磁性材２の磁束を
飽和させる。磁束が飽和すると磁性材２の実効透磁率が
下がる。するとインダクタ５のインダクタンスが下が
り、インダクタ５を通る磁束φが小さくなるため、イン
ダクタ５に対して起電力が与えられて電圧が誘起され
る。このとき誘起される電圧は、駆動コイル１７に電流
を流す前の磁性材２の主応力線方向の透磁率、すなわち
応力に応じたものであるため、応力検出回路１０３でこ
の電圧を計測することによって受動軸１に印加されたト
ルクの大きさを知ることができる。尚、この例では駆動
コイル１７に交流電流を流し続けることによって、駆動
コイル１７に流れる電流値を零から最大値まで周期的に
変化させ、これによって前記磁束αを零にしたり十分大
きな磁束にしたりすることが周期的に行なわれ、トルク
検出が周期的になされているが、別段直流電流を駆動コ
イル１７に流して通電、非通電を繰り返すようにしても
よい。

【００２９】この実施例でも前記実施例１と同様、イン
ダクタに方向性を持たせたので、従来のように磁性材２
を短冊状に配置することなく、磁性材２を受動軸１の外
周面に円筒面上に固着できるので、製造工程が簡略化で
き、短冊状磁性材による剥がれ易さや腐食という不具合
も解消できる。また、インダクタに直流のバイアス電流
を与える一方、駆動コイル１７への通電による磁束飽和
によるインダクタンス低下によって前記インダクタに発
生した電圧を検出することとされているので、この電圧
は直流であることから、インダクタを構成する電流路自
体の抵抗値分を容易に除去でき、従って正確なトルク検
出ができる。

【００３０】実施例６次に前記実施例５をより実用的な構造とした実施例６を
図８に示す。この実施例６は駆動コイル１７、駆動回路
１０２、応力検出回路１０３以外の構成については既述
の前記実施例２と同様であり、重複部分の説明を省略す
る。またこの例のトルク検出動作は基本的には実施例５
と同様である。そして、この例では、前記実施例２と同
様、インダクタを２方向のインダクタ５ａ、５ｂとし、
これを複数の要素インダクタ１８ａ、１８ｂとしてフレ
キシブル基板６上に複数個設け、各インダクタ５ａ、５
ｂを軸方向にほぼ重合するように配置したので、簡単な
構造でトルク検出に際して十分な大きさの電圧をインダ
クタに誘起できると共に、軸方向の温度勾配等の外乱の
影響を相殺したトルク検出が行なえる。また、複数の要
素インダクタ１８ａ、１８ｂを受動軸表面から所定ギャ
ップを隔てた円筒面上に配設したので、受動軸の偏心の
影響による誤差が少なく、また接続用電流路１１、１２
をおよそ重なるように配置したので、この接続用電流路
１１、１２によるトルク検出結果の悪影響が防がれる。

【００３１】実施例７図９に実施例７を示す。この実施例における構成も駆動
コイル１７、駆動回路１０２、応力検出回路１０３以外
の構成については既述の実施例３と同様であり、またそ
の動作および利点は前記実施例６と同様であるので、そ
の説明を省略する。

【００３２】実施例８前記実施例５以下における場合にもインダクタとして、
前記実施例４で説明した図４乃至図６におけるインダク
タを使用することができる。この場合のインダクタの構
成は実施例４の場合と概ね同じであるが、この実施例８
ではインダクタの周囲に駆動コイル１７が設けられるの
で、図６において、インダクタが配置された基板６を組
み付ける際に、基板６をヨーク４の内周面よりやや小さ
い円筒面状に巻き、その外側に駆動コイル１７を巻回し
たものをヨーク４の内周面に挿入し、固定することとな
る。

【００３３】上記実施例５乃至８において、駆動コイル
に与える電流波形については、駆動コイル１７の発生す
る磁束により、磁性材２のＢ−Ｈ特性を線形性（Ｂ（磁
束密度）の変化にしたがってＨ（磁界）が所定の変化の
仕方する特性）を保った領域から非線形性（前記所定の
Ｂ−Ｈ特性以外の特性）となる領域へと変化させるもの
であればよく、非線形となる領域において実質的に受動
軸１周囲の磁束を飽和させることと同等の状態を現出さ
せ得る。このような作用をなす波形として、例えば連続
したパルス波、正弦波、三角波などが挙げられる。ま
た、上記実施例５乃至８において、インダクタにバイア
ス電流を流すこととしているが、このバイアス電流は一
定電圧によって流してもよく、駆動コイル１７に与える
電流と同期して変化する電流を与えてもよい。さらにイ
ンダクタの電流路に誘起される電圧を検出しているのに
代えて、誘起される電流を検出することとしてもよい。
なお、実施例４および実施例８で説明したトルク検出装
置は、実際に試作し、正常な動作を確認した。

【００３４】以上述べた各実施例において、インダクタ
５の電流路の受動軸１に対する角度θにこだわるとイン
ダクタ５若しくは基板６の寸法の縦横比が制限されて設
計の自由度が小さくなるため、電流路の方向は、主応力
（磁性材の透磁率が変化する方向）と直角な方向から±
４５゜未満の範囲で偏差を持たせてもよい。また、受動
軸１に磁性材２を固着した例を示したが、受動軸１自体
が磁歪性を有する材料からなるものとしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、請求項１または２の発明
では、インダクタを受動軸の表面から所定のギャップを
隔てた円筒面上に配置し、このインダクタの電流路を受
動軸が受けるトルクに応じてインダクタンスが変化する
方向、すなわち、軸表面上の主応力線方向に略直角な方
向に向いた電流路で構成し、インダクタのインダクタン
ス変化からトルクを検出することとし、或はインダクタ
にバイアス電流を与えておき、受動軸を周回するように
巻回された駆動コイルに電流を流したときに前記インダ
クタに誘起される電流または電圧を検出するようにした
ものであるので、構造を簡単にでき、製造工程を簡略化
できる。

【００３６】請求項３または９の発明のように、インダ
クタとして第１、第２のインダクタを設けて、これらを
軸方向に同じ位置になるように重合配置すれば、軸方向
の温度勾配、アンバランスな外部磁界、残留磁束などの
外乱の影響を受けにくいトルク検出装置を得ることがで
きる。請求項４または１０の発明のように第１、第２の
インダクタの接続用電流路をおよそ重なり合うように配
置し、逆方向に電流が流れるようにすれば、その部分で
の不要なインダクタンスの発生が抑えられ、検出誤差の
原因となりにくい。

【００３７】請求項５または１１の発明によれば、イン
ダクタを複数の要素インダクタで構成し、それらを受動
軸の表面から所定のギャップを隔てた円筒面上に配した
ので、受動軸の偏心による誤差が小さくなる。さらに請
求項６の発明のようにインダクタをフレキシブル基板上
に設ければ、インダクタの作成作業、取付け作業が容易
化され、また請求項７、８または１２、１３の発明のよ
うにインダクタ周囲にヨークを設けることによって短い
パターンでも所定のインダクタンスが得やすくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるトルク検出装置を示
す部分斜視図である。

【図２】この発明の実施例２によるトルク検出装置を示
す部分斜視図である。

【図３】この発明の実施例３によるトルク検出装置を示
す部分斜視図である。

【図４】この発明の実施例４によるトルク検出装置のイ
ンダクタがフレキシブル基板上に設けられたトルク検出
要素を示す正面図である。

【図５】図４におけるトルク検出要素の部分拡大図であ
る。

【図６】この発明の実施例４によるトルク検出装置のイ
ンダクタがヨークの内側に組み付けられてなるトルク検
出要素を示す斜視図である。

【図７】この発明の実施例５によるトルク検出装置を示
す部分斜視図である。

【図８】この発明の実施例６によるトルク検出装置を示
す部分斜視図である。

【図９】この発明の実施例７によるトルク検出装置を示
す部分斜視図である。

【図１０】従来のトルク検出装置を示す一部断面側面図
である。

【符号の説明】

１受動軸２磁性材４ヨーク５インダクタ５ａ第１のインダクタ５ｂ第２のインダクタ６フレキシブル基板７第１電流路８第２電流路９第３電流路１０第４電流路１１接続用電流路１２接続用電流路１７駆動コイル１８ａ要素インダクタ１８ｂ要素インダクタ１００インダクタンス検出回路１０１トルク検出回路１０３応力検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性材が付与された受動軸と、この受動軸
の磁歪性が付与された部分の表面からの所定ギャップを
隔てた円筒面上に設けられたインダクタと、このインダ
クタのインダクタンスを検出するインダクタンス検出回
路とを有し、前記インダクタは、前記受動軸が受けるト
ルクによる、前記磁歪性が付与された部分の透磁率の変
化に応じてインダクタンスが変化する方向に向いた電流
路で構成されていることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】磁歪性が付与された受動軸と、この受動軸
の表面から所定のギャップを隔てた円筒面上に設けら
れ、前記受動軸が受けるトルクによる、受動軸表面の透
磁率の変化に応じてインダクタンスが変化する方向に向
いた電流路で構成されたインダクタと、このインダクタ
にバイアス電流を与える手段と、受動軸を周回するよう
に巻回された駆動コイルと、この駆動コイルへの通電に
よって前記インダクタに誘起される電流または電圧を検
出する検出回路とを有することを特徴とするトルク検出
装置。
【請求項３】インダクタは第１のインダクタと第２のイ
ンダクタとからなり、これら一対のインダクタは、それ
ぞれトルクにより受動軸表面に発生する２方向の主応力
線方向の透磁率の変化に応じてインダクタンスが変化す
る方向に向いた電流路で構成され、これら第１、第２の
インダクタは軸方向にはほぼ同じ位置に重合配置されて
なる請求項１または２に記載のトルク検出装置。
【請求項４】インダクタは第１のインダクタと第２のイ
ンダクタとからなり、第１のインダクタはトルクにより
受動軸表面に発生する−４５゜方向の主応力線方向の透
磁率の変化に応じてインダクタンスが変化する方向であ
る、受動軸に対して４５゜±４５゜未満の向きを持った
第１電流路とこれと反対方向の第２電流路とが或る距離
を隔てて接続されてなり、第２のインダクタは＋４５゜
方向の主応力線方向の透磁率の変化に応じてインダクタ
ンスが変化する方向である、受動軸に対して−４５゜±
４５゜未満の向きを持った第３電流路とこれと反対方向
の第４電流路とが或る距離を隔てて接続されてなり、こ
れら第１、第２のインダクタは軸方向にはほぼ同じ位置
に重合配置され且つ前記第１、第２電流路の接続箇所と
前記第３、第４電流路の接続箇所がおおむね重合され、
これら接続箇所の重合部分では第１、第２のインダクタ
は互いに反対方向の電流が流れることとされている請求
項１または２に記載のトルク検出装置。
【請求項５】インダクタは受動軸が受けるトルクによ
る、受動軸表面の主応力線方向の透磁率の変化に応じて
同じ方向にインダクタンスが変化する複数の要素インダ
クタからなり、それらが受動軸の表面から所定のギャッ
プを隔てた円筒面上に等間隔に配置されてなる請求項１
または２に記載のトルク検出装置。
【請求項６】インダクタは電流路となるパターンがフレ
キシブル基板上に作成されてなり、これが受動軸の、磁
歪性を付与された部分の表面から所定のギャップを隔て
た円筒面上に配設された請求項１または２に記載のトル
ク検出装置。
【請求項７】インダクタの外側に円筒状のヨークを備え
た請求項１に記載のトルク検出装置。
【請求項８】インダクタ及び駆動コイルの外側に円筒状
のヨークを備えた請求項２に記載のトルク検出装置。
【請求項９】基板にインダクタが形成されてなるトルク
検出要素であり、前記インダクタは第１のインダクタと
第２のインダクタとからなり、これら一対のインダクタ
は、それぞれこのトルク検出要素が受動軸の磁歪性が付
与された部分の周囲に配置された場合においてトルクに
よって前記受動軸表面に発生する２方向の主応力線方向
の透磁率の変化に応じてインダクタンスが変化する方向
に向いた電流路で構成され、これら第１、第２のインダ
クタは軸方向にほぼ同じ位置となるよう重合配置されて
なるトルク検出要素。
【請求項１０】第１のインダクタは、受動軸の磁歪性が
付与された部分の周囲に配置された場合においてトルク
により受動軸表面に発生する−４５゜方向の主応力線方
向の透磁率の変化に応じてインダクタンスが変化する方
向である、受動軸に対して４５゜±４５゜未満の向きを
持った第１電流路とこれと反対方向の第２電流路とが或
る距離を隔てて接続されてなり、第２のインダクタは＋
４５゜方向の主応力線方向の透磁率の変化に応じてイン
ダクタンスが変化する方向である、受動軸に対して−４
５゜±４５゜未満の向きを持った第３電流路とこれと反
対方向の第４電流路とが或る距離を隔てて接続されてな
り、これら第１、第２のインダクタは軸方向にはほぼ同
じ位置に重合配置され且つ前記第１、第２電流路の接続
箇所と前記第３、第４電流路の接続箇所がおおむね重合
され、これら接続箇所の重合部分では第１、第２のイン
ダクタは互いに反対方向の電流が流れることとされてい
る請求項９に記載のトルク検出要素。
【請求項１１】インダクタは複数の要素インダクタから
なり、この要素インダクタは受動軸の磁歪性が付与され
た部分の周囲に配置された場合において受動軸が受ける
トルクによる、受動軸表面の主応力線方向の透磁率の変
化に応じて同じ方向にインダクタンスが変化するもので
あり、且つこれら要素インダクタは基板上に等間隔に配
置されてなる請求項９記載のトルク検出要素。
【請求項１２】トルク検出要素は円筒状のヨークの内側
に固着されてなる請求項９に記載のトルク検出要素。
【請求項１３】トルク検出要素は外側に駆動コイルが巻
回された状態でヨークの内側に固着されてなるトルク検
出要素。