JPH063206A

JPH063206A - トルク検出装置

Info

Publication number: JPH063206A
Application number: JP16474092A
Authority: JP
Inventors: Katsuaki Yasui; 克明安井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-06-23
Filing date: 1992-06-23
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】温度、温度勾配、残留磁束、受動軸の偏心及
び受動軸の回転速度などの影響を受け難く、検出精度の
高いトルク検出装置を提供する。【構成】本トルク検出装置は、受動軸５１に固定され
た、高透磁率で所定の磁気定数を有する磁性層５２と、
この磁性層５２の表面から所定の隙間を介して径方向に
配設された４本のポール５３と、これらのポール５３間
をそれぞれ連結して磁路を形成する４個のヨーク５４
と、これらのヨーク５４にそれぞれ巻装された４個のコ
イル５５とを備え、上記受動軸５２にその中心軸に対し
て等角度おきにポール５３を千鳥状に配設すると共に、
コイル５５でブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路
の全インダクタンスとブリッジバランスとからトルクを
算出するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸などの受動軸に
外力が印加された際のトルクを検出するトルク検出装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のトルク検出装置を図９及
び図１０を参照しながら説明する。図９は、例えば従来
のソレノイド型の磁歪トルク検出装置の構造を示す断面
図であり、同図において、１は回転軸からなる受動軸、
２Ａ、２Ｂはそれぞれ受動軸１を回転自在に支持する軸
受、３Ａ、３Ｂは軸受２Ａ、２Ｂの間において軸方向に
所定間隔を空けて受動軸１の外周面にそれぞれ固定され
た高透磁性材からなる第１及び第２磁性層で、第１磁性
層３Ａは中心軸に対して角度φ＝＋４５°傾斜する方向
に、また、第２磁性層３Ｂは中心軸に対して角度φ＝−
４５°傾斜する方向にそれぞれ細長く複数条に亘って形
成されている。また、４Ａ、４Ｂは上記第１磁性層３
Ａ、第２磁性層３Ｂに対応してこれらにそれぞれ巻装さ
れた第１コイル、第２コイル、５はこれら両コイル４
Ａ、４Ｂがそれぞれ接続された検出回路である。

【０００３】次に、動作について説明する。受動軸１に
外部からトルクが印加されると、受動軸１表面の角度角
度φ±４５°方向に主応力が発生し、各磁性層３Ａ、３
Ｂの一方に引張り歪が、他方に圧縮歪を生じる。これら
の歪が生じると、各磁性層３Ａ、３Ｂの透磁率が変化
し、引張り力による場合と圧縮力による場合では透磁率
が逆方向へ変化する。そして、各コイル４Ａ、４Ｂでは
この透磁率の変化を電気的インピーダンスの変化として
検出し、これによって検出回路５では各コイル４Ａ、４
Ｂからの入力に基づいて受動軸１に印加されたトルクに
応じた電圧Ｖを出力する。

【０００４】また、図１０は、例えば、電気学会マグネ
ティックス研究会の講演会資料ＭＡＧ−８６−１に記載
された従来の磁気ヘッド型の磁歪式トルク検出装置の構
造を示す断面図であり、同図において、１１は回転軸か
らなる受動軸、１２は受動軸１１の外周面に固定された
高透磁性材からなる磁性層、１３Ａ、１３Ｂは角度φ＝
＋４５°傾斜する方向に配設された一対のポール、１４
Ａはこれらのポール１３Ａ、１３Ｂを接続するヨーク、
１５Ａはヨーク１４Ａに巻装されたコイル、１３Ｃ、１
３Ｄは角度φ＝−４５°傾斜する方向に配設された他の
一対のポール、１４Ｂはこれらのポール１３Ｃ、１３Ｄ
を接続するヨーク、１５Ｂはヨーク１４Ｂに巻装された
コイルである。

【０００５】ソレノイド型の磁歪式トルク検出装置では
細長い磁性層３Ａ、３Ｂの向きを主応力線方向に向ける
ことによって応力を感知するようにしていたが、磁気ヘ
ッド型の磁歪式トルク検出装置では均一な磁性層１２に
対してポール１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄの向きを
主応力線方向に向けることによって応力を感知するよう
にしている。トルクによってφ＝±４５°の方向に応力
が発生すると、磁性層１２の磁気特性に異方性が生じ、
磁性層１２のφ＝＋４５°方向の透磁率と、φ＝−４５
°方向の透磁率が逆方向に変化する。この変化をコイル
１５Ａ、１５Ｂによって電気的インピーダンスの変化と
して検出するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ソレノイド型の磁歪式トルク検出装置では、受動軸１の
偏心や取付の寸法精度の影響を比較的受け難いという利
点がある反面、２本のコイル４Ａ、４Ｂの干渉を防ぐた
めに、軸方向の長さを長くする必要が有り、その長さの
ために軸方向の温度勾配を生じて出力値に誤差を生じ、
アンバランスな残留磁束が残るとゼロ点が移動してしま
うという課題があった。

【０００７】また、従来の磁気ヘッド型の磁歪式トルク
検出装置では、小型化には有利であるため、軸方向の温
度勾配の影響を受け難いという利点が有る反面、ポール
１３Ａ〜１３Ｄと磁性層１２とのギャップが出力値に非
常に大きく影響し、受動軸１１の偏心や取付時の寸法精
度の影響などによって組付精度を上げ難く、また、受動
軸１１の回転速度によっても出力値が変動してしまうと
いう課題があった。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、温度、温度勾配、残留磁束、受動軸の偏心
及び受動軸の回転速度などの影響を受け難く、検出精度
の高いトルク検出装置を提供することを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のトルク検出装置は、高透磁率で所定の磁気定数を有す
る磁性材を備えた受動軸と、この受動軸の磁性材の表面
から所定の隙間を介して径方向に配設された複数のポー
ルと、これらのポール間を連絡するヨークと、このヨー
クに巻装されたコイルとを備えた磁気ヘッド型トルク検
出装置において、上記受動軸にその中心軸に対して等角
度おきに上記ポールを千鳥状に配設すると共に上記各コ
イルでブリッジ回路を形成し且つ上記受動軸を挟み互い
に反対側に位置する一対のコイルを上記ブリッジ回路の
対向する位置に接続して構成し、上記ブリッジ回路の全
インピーダンスと上記ブリッジ回路のブリッジバランス
とからトルクを算出するように構成したものである。

【００１０】また、本発明の請求項２に記載のトルク検
出装置は、請求項１の発明における、磁性材を筒状体に
成形すると共に、この筒状体を上記受動軸に同軸に装着
して構成したものである。

【００１１】また、本発明の請求項３に記載のトルク検
出装置は、請求項１または請求項２の発明における、複
数のポールが、それぞれ上記受動軸を挟むように対向し
て配設され且つ同一の極性を有する一対の第１極のポー
ルと、これらのポールに対してねじれた位置で上記受動
軸に配設され且つ上記各ポールと反対の極性を有する偶
数の第２極のポールとから構成したものである。

【００１２】また、本発明の請求項４に記載のトルク検
出装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか一つの発
明における、複数のポールを一体化して構成したもので
ある。

【００１３】

【作用】本発明の請求項１に記載の発明によれば、受動
軸にトルクが印加されると、受動軸の磁性材に歪を生
じ、これによって磁性材の透磁率が変化し、この変化に
よって受動軸周辺のポール、ヨークを介してブリッジ回
路を構成する各コイルのインピーダンスが変化し、この
インピーダンスの変化をブリッジ回路の全インピーダン
スとブリッジ回路のブリッジバランスとから検出した
後、この検出値に基づいてトルクを算出することができ
る。

【００１４】また、本発明の請求項２に記載の発明によ
れば、磁性材が筒状体であるため、磁性層を受動軸に対
して簡単に装着することができる。

【００１５】また、本発明の請求項３に記載の発明によ
れば、複数のポールのうち、第１極のポールに対して第
２極の偶数本のポールをねじれる位置に配設することに
よって、磁束の漏れを抑制し、更には、外部磁場、残留
磁束の影響を抑制することができる。

【００１６】また、本発明の請求項４に記載の発明によ
れば、複数のポールを一体化してあるため、複数のポー
ルを受動軸に対して簡単に装着することができる。

【００１７】

【実施例】以下、図１〜図８に示す実施例に基づいて本
発明を説明する。尚、各図中、図１は本発明のトルク検
出装置の一実施例の要部を示す受動軸に直交する方向の
断面図、図２は図１に示すトルク検出装置の要部を示す
受動軸に平行する方向の断面図、図３は図１に示すトル
ク検出装置のポールの配置状態を示す展開図、図４は図
１に示すトルク検出装置の構成を示す回路図、図５は本
発明のトルク検出装置の他の実施例の要部を示す図１に
相当する断面図、図６は図５に示すトルク検出装置の要
部を示す図２に相当する断面図、図７は図５に示すトル
ク検出装置のポールの配置状態を示す図３に相当する展
開図、図８は図５に示すトルク検出装置のブリッジ回路
を示す図である。

【００１８】実施例１．本実施例のトルク検出装置は、
図１、図２に示すように、受動軸５１と、この受動軸５
１にこれを被覆するようにして固定された、高透磁率で
所定の磁気定数を有する磁性材によって筒状に形成され
た磁性層５２と、この磁性層５２の表面から所定の隙間
を介して径方向に配設された複数のポール５３、具体的
には４本のポール５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄと、
これらのポール５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ間をそ
れぞれ連結して磁路を形成する複数のヨーク５４、具体
的には４個のヨーク５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ
と、これらのヨーク５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄに
それぞれ巻装された複数のコイル５５、具体的には４個
のコイル５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄとを備えて構
成されている。尚、図２において、５６は軸受、５７は
上記各ポール５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄを支持す
ると共に内部を保護するカバーである。

【００１９】而して、上記ポール５３Ａ、５３Ｂ、５３
Ｃ、５３Ｄは、図３に示すように、それぞれの断面が略
二等辺三角形に形成されたもので、上記受動軸５１の中
心軸に対してそれぞれ等角度おき、具体的には４５°お
きに千鳥状に配設されている。そして、各ポール５３
Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄは、それぞれの一辺が上記
受動軸５１の中心軸に対して直交するように配置され、
また他の二辺がそれぞれ±４５°の角度で逆方向に傾斜
するように配置されている。

【００２０】また、上記各コイル５５Ａ、５５Ｂ、５５
Ｃ、５５Ｄは、図４に示すように、ブリッジ回路を形成
するように配置され、しかも、上記受動軸５１を挟むよ
うに互いに反対側に位置する一対のコイル５５Ａ、５５
Ｃまたは他の一対のコイル５５Ｂ、５５Ｄが上記ブリッ
ジ回路の対向する位置にくるように接続されている。そ
して、上記ブリッジ回路では、上記コイル５５Ａの両端
はそれぞれ端子Ｔ₁、Ｔ₂に接続され、上記コイル５５Ｂ
の両端はそれぞれ端子Ｔ₂、Ｔ₄に接続され、上記コイル
５５Ｃの両端はそれぞれ端子Ｔ₄、Ｔ₃に接続され、ま
た、上記コイル５５Ｄの両端はそれぞれ端子Ｔ₃、Ｔ₁に
接続されている。更に、上記ブリッジ回路の端子Ｔ₁と
端子Ｔ₄の間には交流駆動電源５８及び上記ブリッジ回
路の全インピーダンスを検出する全インピーダンス検出
回路５９が接続され、また、上記端子Ｔ₂と端子Ｔ₃の間
にはブリッジバランス検出回路６０が接続されている。
そして、これらの全インピーダンス検出回路５９とブリ
ッジバランス検出回路６０は、それぞれトルク演算回路
６１に接続され、これら両回路５９、６０からの出力値
に基づいて上記受動軸５１に作用するトルクを算出する
ように構成されている。

【００２１】次に、動作について説明する。受動軸５１
に外力からのトルクが印加されると、磁性層５２の中心
軸からφ＝±４５°傾いた主応力線方向に応力が発生
し、磁性層５２の磁気特性に異方性が生じ、磁性層５２
のφ＝＋４５°方向の透磁率と、φ＝−４５°方向の透
磁率が逆方向に変化する。その結果、コイル５５Ａ、５
５Ｃとコイル５５Ｂ、５５Ｄとはそれぞれインピーダン
スが逆方向に変化してブリッジ回路のバランスを崩す。
この時、ブリッジ回路の端子Ｔ₁と端子Ｔ₄の間には交流
駆動電源５８によって交流電圧がかけられているので、
端子Ｔ₂と端子Ｔ₃間の電位差をブリッジバランス検出回
路６０で検出してトルクを求めることができる。一方、
磁性層５２の磁気特性は、温度特性や受動軸５１の回転
速度によって変化するため、全インピーダンス検出回路
５９によってブリッジ全体のインピーダンスを検出し、
この検出結果に基づいてトルク演算回路６１においてブ
リッジバランス検出回路６０の出力値を補正し、この補
正に応じた信号をこのトルク演算回路６１から出力して
正確なトルク値を検出する。

【００２２】また、受動軸５１が偏心して各ポール５３
Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄとのギャップにアンバラン
スが生じて各コイルのインピーダンスの大きさが変化し
ても４本のポール５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄは受
動軸５１を介して対称に配設されているため、受動軸５
１の偏心によるアンバランスを相殺してブリッジ回路の
バランスを崩す虞がなく、受動軸５１の偏心及び受動軸
５１の回転速度などの影響を抑制してトルクを高精度で
検出することができる。

【００２３】以上説明したように本実施例によれば、ポ
ール５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄを受動軸５１の周
方向に配設して受動軸５１を短くしたため、装置自体を
コンパクトにすることができると共に受動軸５１での温
度勾配及び残留磁束を格段に軽減することができ、ま
た、受動軸５１が偏心しても４本のポール５３Ａ、５３
Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄが受動軸５１を介して対称に配設さ
れているため、受動軸５１の偏心によるギャップのアン
バランスを相殺してこの偏心による影響を抑制すること
ができ、更に、温度変化や受動軸５１の回転速度の変動
によって磁性層５２の透磁率が変動し、出力ゲインが変
動してもブリッジ回路の全インピーダンスを検出するよ
うにしてあるため、温度変化や受動軸５１の回転速度な
どの影響を抑制することができる。また、磁性層５２が
筒状体に形成されているため、磁性層５２を受動軸５１
に対して簡単に取り付けることができる。

【００２４】実施例２．本実施例のトルク検出装置は、
図５、図６に示すように、６本のポール７３Ａ、７３
Ｂ、７３Ｃ、７３Ｄ、７３Ｅ、７３Ｆを備え、更にこれ
らのポールに対応した、ヨーク及びコイルを備えて構成
されている以外は上記実施例に準じて構成されている。
そのため、本実施例の特徴部分以外には上記実施例に対
応した符号を付してその説明を省略する。

【００２５】即ち、本実施例においては、６本のポール
は、上記受動軸７１を挟むように対向して配設され且つ
同一の極性を有する一対の第１極のポール７３Ａ、７３
Ｂと、これらのポール７３Ａ、７３Ｂに対してねじれた
位置で上記受動軸７１に配設され且つ上記各ポール７３
Ａ、７３Ｂと反対の極性を有する４本の第２極のポール
７３Ｃ、７３Ｄ、７３Ｅ、７３Ｆとから構成されてい
る。そして、上記ポール７３Ａとポール７３Ｂ、上記ポ
ール７３Ｃと上記ポール７３Ｄ及びポール７３Ｅと上記
ポール７３Ｆは、それぞれ一体的に形成されている。ま
た、上記各ポール７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ、７３Ｄ、７
３Ｅ、７３Ｆの受動軸７１に対して図７に示すように配
置されている。

【００２６】また、上記ポール７３Ａ、７３Ｄはヨーク
７４Ａによって連結され、このヨーク７４Ａにコイル７
５Ａが巻装され、同様に、上記ポール７３Ｄ、７３Ｂは
ヨーク７４Ｂによって連結され、このヨーク７４Ｂにコ
イル７５Ｂが巻装され、上記ポール７３Ｂ、７３Ｃはヨ
ーク７４Ｃによって連結され、このヨーク７４Ｃにコイ
ル７５Ｃが巻装され、上記ポール７３Ｃ、７３Ａはヨー
ク７４Ｄによって連結され、このヨーク７４Ｄにコイル
７５Ｄが巻装され、上記ポール７３Ａ、７３Ｆはヨーク
７４Ｅによって連結され、このヨーク７４Ｅにコイル７
５Ｅが巻装され、上記ポール７３Ｆ、７３Ｂはヨーク７
４Ｆによって連結され、このヨーク７４Ｆにコイル７５
Ｆが巻装され、上記ポール７３Ｂ、７３Ｅはヨーク７４
Ｇによって連結され、このヨーク７４Ｇにコイル７５Ｇ
が巻装され、上記ポール７３Ｅ、７３Ａはヨーク７４Ｈ
によって連結され、このヨーク７４Ｈにコイル７５Ｈが
巻装されている。そして、上記各コイル７５Ａ、７５
Ｂ、７５Ｃ、７５Ｄ、７５Ｅ、７５Ｆ、７５Ｇ、７５Ｈ
は、図８に示すブリッジ回路を構成している。

【００２７】従って、本実施例によれば、受動軸７１に
外部からトルクが印加されると、各コイル７５Ａ、７５
Ｃ、７５Ｅ、７５Ｇと各コイル７５Ｂ、７５Ｄ、７５
Ｆ、７５Ｈのインピーダンスが逆方向に変化するため、
図８に示すブリッジ回路によって実施例１と同様にトル
クを検出することができる。このように磁性層７２から
磁気的変化を検出するポール、ヨーク及びコイルの数を
増やせば、それだけ磁性層７２に磁気的変化を平均的に
検出することができ、検出精度を向上させることができ
る。また、本実施例では、４本の第２極のポール７３
Ｃ、７３Ｄ、７３Ｅ、７３Ｆが、第１極のポール７３
Ａ、７３Ｂを包み込む構造になっているため、磁束が外
部へ漏れ難く、また、外部磁界、残留磁束の影響を受け
難い。

【００２８】尚、本発明は、上記実施例に何等制限され
るものではなく、必要に応じて適宜設計変更することが
できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
記載の発明によれば、受動軸にその中心軸に対して等角
度おきにポールを千鳥状に配設すると共にそれぞれのコ
イルでブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路の全イ
ンピーダンスとブリッジバランスとからトルクを算出す
るようにしたため、温度、温度勾配、残留磁束、受動軸
の偏心及び受動軸の回転速度などの影響を受け難く、検
出精度の高いトルク検出装置を提供することができる。

【００３０】また、本発明の請求項２に記載の発明によ
れば、磁性材を筒状体に成形したため、磁性層を受動軸
に対して簡単に装着することができる。

【００３１】また、本発明の請求項３に記載の発明によ
れば、複数のポールのうち、第１極のポールに対して第
２極の偶数本のポールをねじれる位置に配設したため、
磁束の漏れを抑制し、更には、外部磁場、残留磁束の影
響を抑制することができる。

【００３２】また、本発明の請求項４に記載の発明によ
れば、複数のポールを一体化したため、複数のポールを
受動軸に対して簡単に装着することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトルク検出装置の一実施例の要部を示
す受動軸に直交する方向の断面図である。

【図２】図１に示すトルク検出装置の要部を示す受動軸
に平行する方向の断面図である。

【図３】図１に示すトルク検出装置のポールの配置状態
を示す展開図である。

【図４】図１に示すトルク検出装置の構成を示す回路図
である。

【図５】本発明のトルク検出装置の他の実施例の要部を
示す図１に相当する断面図である。

【図６】図５に示すトルク検出装置の要部を示す図２に
相当する断面図である。

【図７】図５に示すトルク検出装置のポールの配置状態
を示す図３に相当する展開図である。

【図８】図５に示すトルク検出装置のブリッジ回路を示
す図である。

【図９】従来のソレノイド型の磁歪トルク検出装置の構
造を示す断面図である。

【図１０】従来の磁気ヘッド型の磁歪トルク検出装置の
構造を示す断面図である。

【符号の説明】

５１受動軸５２磁性層（磁性材）５３ポール５４ヨーク５５コイル

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】トルク検出装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００３】次に、動作について説明する。受動軸１に
外部からトルクが印加されると、受動軸１表面の角度角
度φ±４５°方向に主応力が発生し、各磁性層３Ａ、３
Ｂの一方に引張り歪が、他方に圧縮歪が生じる。これら
の歪が生じると、各磁性層３Ａ、３Ｂの透磁率が変化
し、引張り力による場合と圧縮力による場合では透磁率
が逆方向へ変化する。そして、各コイル４Ａ、４Ｂでは
この透磁率の変化を電気的インダクタンスの変化として
検出し、これによって検出回路５では各コイル４Ａ、４
Ｂからの入力に基づいて受動軸１に印加されたトルクに
応じた電圧Ｖを出力する。

【０００４】また、図１０は、例えば、電気学会マグネ
ティックス研究会の講演会資料ＭＡＧ−８６−１に記載
された従来の磁気ヘッド型の磁歪式トルク検出装置の構
造を示す構造図であり、同図において、１１は回転軸か
らなる受動軸、１２は受動軸１１の外周面に固定された
高透磁性材からなる磁性層、１３Ａ、１３Ｂは角度φ＝
＋４５°傾斜する方向に配設された一対のポール、１４
Ａはこれらのポール１３Ａ、１３Ｂを接続するヨーク、
１５Ａはヨーク１４Ａに巻装されたコイル、１３Ｃ、１
３Ｄは角度φ＝−４５°傾斜する方向に配設された他の
一対のポール、１４Ｂはこれらのポール１３Ｃ、１３Ｄ
を接続するヨーク、１５Ｂはヨーク１４Ｂに巻装された
コイルである。

【０００５】ソレノイド型の磁歪式トルク検出装置では
細長い磁性層３Ａ、３Ｂの向きを主応力線方向に向ける
ことによって応力を感知するようにしていたが、磁気ヘ
ッド型の磁歪式トルク検出装置では均一な磁性層１２に
対してポール１３Ａと１３Ｂ、および１３Ｃと１３Ｄを
結ぶ線の向きを主応力線方向に向けることによって応力
を感知するようにしている。トルクによってφ＝±４５
°の方向に応力が発生すると、磁性層１２の磁気特性に
異方性が生じ、磁性層１２のφ＝＋４５°方向の透磁率
と、φ＝−４５°方向の透磁率が逆方向に変化する。こ
の変化をコイル１５Ａ、１５Ｂによって電気的インダク
タンスの変化として検出するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ソレノイド型の磁歪式トルク検出装置では、受動軸１の
偏心や取付の寸法精度の影響を比較的受け難いという利
点がある反面、２本のコイル４Ａ、４Ｂの干渉を防ぐた
めに、軸方向の長さを長くする必要が有り、その長さの
ために軸方向に温度勾配があると誤出力が発生するこ
と、アンバランスに残留磁束が残るとゼロ点が移動して
しまうこと等の課題があった。

【０００７】また、従来の磁気ヘッド型の磁歪式トルク
検出装置では、小型化には有利であるため、軸方向の温
度勾配の影響を受け難いという利点が有る反面、ポール
１３Ａ〜１３Ｄと磁性層１２とのギャップが出力値に非
常に大きく影響し、受動軸１１の偏心や取付時の寸法精
度の影響などによって測定精度を上げ難く、また、受動
軸１１の回転速度によっても出力値が変動してしまうと
いう課題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のトルク検出装置は、高透磁率で所定の磁気定数を有す
る磁性材を備えた受動軸と、この受動軸の磁性材の表面
から所定の隙間を介して径方向に配設された複数のポー
ルと、これらのポール間を連絡するヨークと、このヨー
クに巻装されたコイルとを備えた磁気ヘッド型トルク検
出装置において、上記受動軸にその中心軸に対して等角
度おきに上記ポールを千鳥状に配設すると共に上記各コ
イルでブリッジ回路を形成し且つ上記受動軸を挟み互い
に反対側に位置する一対のコイルを上記ブリッジ回路の
対向する位置に接続して構成し、上記ブリッジ回路の全
インダクタンスと上記ブリッジ回路のブリッジバランス
とからトルクを算出するように構成したものである。

【００１１】また、本発明の請求項３に記載のトルク検
出装置は、請求項１または請求項２の発明における、複
数のポールが、それぞれ上記受動軸を挟むように対向し
て配設され且つ同一の極性を有する一対の第１極のポー
ルと、これらのポールとねじれの位置に設けれた第１極
と反対の極性になる偶数の第２極のポールとから構成し
たものである。

【００１３】

【作用】本発明の請求項１に記載の発明によれば、軸方
向の長さが短く、温度勾配、残留磁束の影響を受けにく
い。また、受動軸が偏心した場合には、磁性材とポール
とのギャップが小さい場所に位置するコイルのインダク
タンスは小さくなるが、受動軸をはさんで反対側の位置
のギャップは大きくなるため、コイルのインダクタンス
が大きくなり、相殺されてブリッジ回路のバランスは崩
れない。また、磁性材の透磁率は、温度や受動軸の回転
スピードによっても影響を受けるため、出力のゲインが
変化するが、全インダクタンスを検出することにより、
これを補正している。このため、精度の高いトルク検出
装置を得ることができる。

【００１５】また、本発明の請求項３に記載の発明によ
れば、複数のポールのうち、第１極のポールに対して第
２極の偶数本のポールをねじれの位置に配設することに
よって、磁束の漏れを抑制し、更には、外部磁場、残留
磁束の影響を抑制することができる。

【００１７】

【実施例】以下、図１〜図８に示す実施例に基づいて本
発明を説明する。尚、各図中、図１は本発明のトルク検
出装置の一実施例の要部を示す受動軸に直交する方向の
断面図、図２は図１に示すトルク検出装置の要部を示す
受動軸に平行する方向の断面図、図３は図１に示すトル
ク検出装置のポールの配置状態を示すための、ポールの
磁性層２の円筒面への中心方向への射影の展開図、図４
は図１に示すトルク検出装置の構成を示す回路図、図５
は本発明のトルク検出装置の他の実施例の要部を示す図
１に相当する断面図、図６は図５に示すトルク検出装置
の要部を示す図２に相当する断面図、図７は図５に示す
トルク検出装置のポールの配置状態を示す図３に相当す
る展開図、図８は図５に示すトルク検出装置のブリッジ
回路を示す図である。

【００１９】而して、上記ポール５３Ａ、５３Ｂ、５３
Ｃ、５３Ｄは、図３に示すように、それぞれの断面が略
直角二等辺三角形に形成されたもので、上記受動軸５１
の中心軸に対してそれぞれ等角度おき、具体的には９０
°おきに千鳥状に配設されている。そして、各ポール５
３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄは、それぞれの一辺が上
記受動軸５１の中心軸に対して直交するように配置さ
れ、また他の二辺がそれぞれ±４５°の角度で逆方向に
傾斜するように配置されている。

【００２０】また、上記各コイル５５Ａ、５５Ｂ、５５
Ｃ、５５Ｄは、図４に示すように、ブリッジ回路を形成
するように配置され、しかも、上記受動軸５１を挟むよ
うに互いに反対側に位置する一対のコイル５５Ａ、５５
Ｃまたは他の一対のコイル５５Ｂ、５５Ｄが上記ブリッ
ジ回路の対向する位置にくるように接続されている。そ
して、上記ブリッジ回路では、上記コイル５５Ａの両端
はそれぞれ端子Ｔ₁、Ｔ₂に接続され、上記コイル５５Ｂ
の両端はそれぞれ端子Ｔ₂、Ｔ₄に接続され、上記コイル
５５Ｃの両端はそれぞれ端子Ｔ₄、Ｔ₃に接続され、ま
た、上記コイル５５Ｄの両端はそれぞれ端子Ｔ₃、Ｔ₁に
接続されている。更に、上記ブリッジ回路の端子Ｔ₁と
端子Ｔ₄の間には交流駆動電源５８及び上記ブリッジ回
路の全インダクタンスを検出する全インダクタンス検出
回路５９が接続され、また、上記端子Ｔ₂と端子Ｔ₃の間
にはブリッジバランス検出回路６０が接続されている。
そして、これらの全インダクタンス検出回路５９とブリ
ッジバランス検出回路６０は、それぞれトルク演算回路
６１に接続され、これら両回路５９、６０からの出力値
に基づいて上記受動軸５１に作用するトルクを算出する
ように構成されている。

【００２１】次に、動作について説明する。受動軸５１
に外力からのトルクが印加されると、磁性層５２の中心
軸からφ＝±４５°傾いた主応力線方向に応力が発生
し、磁性層５２の磁気特性に異方性が生じ、磁性層５２
のφ＝＋４５°方向の透磁率と、φ＝−４５°方向の透
磁率が逆方向に変化する。その結果、コイル５５Ａ、５
５Ｃとコイル５５Ｂ、５５Ｄとはそれぞれインダクタン
スが逆方向に変化してブリッジ回路のバランスを崩す。
この時、ブリッジ回路の端子Ｔ₁と端子Ｔ₄の間には交流
駆動電源５８によって交流電圧がかけられているので、
端子Ｔ₂と端子Ｔ₃間の電位差をブリッジバランス検出回
路６０で検出してトルクを求めることができる。一方、
磁性層５２の磁気特性は、温度特性や受動軸５１の回転
速度によって変化するため、全インダクタンス検出回路
５９によってブリッジ全体のインダクタンスを検出し、
この検出結果に基づいてトルク演算回路６１においてブ
リッジバランス検出回路６０の出力値を補正し、この補
正に応じた信号をこのトルク演算回路６１から出力して
正確なトルク値を検出する。

【００２２】また、受動軸５１が偏心して各ポール５３
Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄとのギャップにアンバラン
スが生じて各コイルのインダクタンスの大きさが変化し
ても４本のポール５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄは受
動軸５１を介して対称に配設されているため、受動軸５
１の偏心によるアンバランスを相殺してブリッジ回路の
バランスを崩す虞がなく、受動軸５１の偏心及び受動軸
５１の回転速度などの影響を抑制してトルクを高精度で
検出することができる。

【００２３】以上説明したように本実施例によれば、ポ
ール５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄを受動軸５１の周
方向に配設して受動軸５１を短くしたため、装置自体を
コンパクトにすることができると共に受動軸５１での温
度勾配及び残留磁束を格段に軽減することができ、ま
た、受動軸５１が偏心しても４本のポール５３Ａ、５３
Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄが受動軸５１を介して対称に配設さ
れているため、受動軸５１の偏心によるギャップのアン
バランスを相殺してこの偏心による影響を抑制すること
ができ、更に、温度変化や受動軸５１の回転速度の変動
によって磁性層５２の透磁率が変動し、出力ゲインが変
動してもブリッジ回路の全インダクタンスを検出して補
正するようにしてあるため、温度変化や受動軸５１の回
転速度などの影響を抑制することができる。また、磁性
層５２が筒状体に形成されているため、磁性層５２を受
動軸５１に対して簡単に取り付けることができる。

【００２５】即ち、本実施例においては、６本のポール
は、上記受動軸７１を挟むように対向して配設され且つ
同時に同じ極性になる一対の第１極のポール７３Ａ、７
３Ｂと、これらのポール７３Ａ、７３Ｂに対してねじれ
た位置で上記受動軸７１に配設され且つ上記各ポール７
３Ａ、７３Ｂと同時に反対の極性になる４本の第２極の
ポール７３Ｃ、７３Ｄ、７３Ｅ、７３Ｆとから構成され
ている。そして、上記ポール７３Ａとポール７３Ｂ、上
記ポール７３Ｃと上記ポール７３Ｄ及びポール７３Ｅと
上記ポール７３Ｆは、それぞれ一体的に形成されてい
る。また、上記各ポール７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ、７３
Ｄ、７３Ｅ、７３Ｆは、磁性層２の円筒面への中心方向
への射影が図７に示すようになるように配置されてい
る。

【００２７】従って、本実施例によれば、受動軸７１に
外部からトルクが印加されると、各コイル７５Ａ、７５
Ｃ、７５Ｅ、７５Ｇと各コイル７５Ｂ、７５Ｄ、７５
Ｆ、７５Ｈのインダクタンスが逆方向に変化するため、
図８に示すブリッジ回路によって実施例１と同様にトル
クを検出することができる。このように磁性層７２から
磁気的変化を検出するポール、ヨーク及びコイルの数を
増やせば、それだけ磁性層７２に磁気的変化を平均的に
検出することができ、検出精度を向上させることができ
る。また、本実施例では、４本の第２極のポール７３
Ｃ、７３Ｄ、７３Ｅ、７３Ｆが、第１極のポール７３
Ａ、７３Ｂを包み込む構造になっているため、磁束が外
部へ漏れ難く、また、外部磁界、残留磁束の影響を受け
難い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
記載の発明によれば、受動軸にその中心軸に対して等角
度おきにポールを千鳥状に配設すると共にそれぞれのコ
イルでブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路の全イ
ンダクタンスとブリッジバランスとからトルクを算出す
るようにしたため、温度、温度勾配、残留磁束、受動軸
の偏心及び受動軸の回転速度などの影響を受け難く、検
出精度の高いトルク検出装置を提供することができる。

【００３１】また、本発明の請求項３に記載の発明によ
れば、複数のポールのうち、第１極のポールに対して第
２極の偶数本のポールをねじれの位置に配設したため、
磁束の漏れを抑制し、更には、外部磁場、残留磁束の影
響を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図３】図１に示すトルク検出装置のポールの配置状態
を示すための、ポールの磁性層の円筒面への中心方向へ
の射影の展開図である。

【符号の説明】５１受動軸５２磁性層（磁性材）５３ポール５４ヨーク５５コイル

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高透磁率で所定の磁気定数を有する磁性
材を備えた受動軸と、この受動軸の磁性材の表面から所
定の隙間を介して径方向に配設された複数のポールと、
これらのポール間を連絡するヨークと、これらのヨーク
に巻装されたコイルとを備えた磁気ヘッド型トルク検出
装置において、上記受動軸にその中心軸に対して等角度
おきに上記ポールを千鳥状に配設すると共に、上記複数
のコイルでブリッジ回路を構成し且つ上記受動軸を挟み
互いに反対側に位置する一対のコイルを上記ブリッジ回
路の対向する位置に接続して構成し、上記ブリッジ回路
の全インピーダンスと上記ブリッジ回路のブリッジバラ
ンスとからトルクを算出するようにしたことを特徴とす
るトルク検出装置。
【請求項２】上記磁性材を筒状体に成形すると共に、
この筒状体を上記受動軸に同軸に装着したことを特徴と
する請求項１に記載のトルク検出装置。
【請求項３】上記複数のポールは、それぞれ上記受動
軸を挟むように対向して配設され且つ同一の極性を有す
る一対の第１極のポールと、これらのポールに対してね
じれた位置で上記受動軸に配設され且つ上記各ポールと
反対の極性を有する偶数の第２極のポールとからなるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトルク
検出装置。
【請求項４】上記複数のポールを一体化したことを特
徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載のト
ルク検出装置。