JPH10160599A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルク検出装置の検出感度及び検出精度を向
上させる。 【解決手段】 周方向に着磁された磁歪管１４が外周部
に固定された軸１２に近接して配置された磁気検出器１
６を有する。磁気検出器１６は軸の周方向に隔置された
一対の第一の脚部１８Ａ及び１８Ｂと該第一の脚部に対
し直角二等辺三角形の頂点の位置に配置された第二の脚
部１８Ｃとこれらの脚部を接続する接続部１８Ｄとを有
するコア１８を有する。軸にトルクが作用すると、磁歪
管１４の磁界がトルクにより発生される引っ張り応力の
方向の側へ偏向され、その偏向された磁界が一対のホー
ル効果素子２０Ａ、２０Ｂの一方により検出され電圧信
号に変換され、これによりトルクの方向及び大きさが検
出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、例えば特開平５−１９６５１７号公
報に記載されている如く、軸線に沿って延在する実質的
に円柱状の軸に密に嵌合する実質的に円筒状の磁歪管で
あって、軸線周りの周方向の１軸の磁気異方性及び周方
向の磁界が与えられた磁歪管と、該磁歪管に近接して配
置された磁場センサ手段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
向の透磁率が減少し、磁歪管の周方向の磁界が周方向よ
り透磁率が増大された方向の側に偏向され、かくして偏
向される磁界の強さ及び偏向方向はトルクの大きさ及び
方向に対応している。

【０００４】上記トルク検出装置によれば、上述の如く
偏向される磁界の軸線方向の成分の強さ及び方向が磁場
センサ手段により検出されるので、励磁コイルなどによ
り磁歪管を励磁することな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】一般に、軸にトルクが
作用することにより最も大きい磁歪効果が生じる方向は
軸線に対し±４５°傾斜した方向である。しかるに従来
のトルク検出装置に於いては、偏向される磁界の軸線方
向の成分の強さ及び方向が検出されるようになってお
り、トルクの大きさに対する軸線方向の成分の強さの比
が小さいため、検出感度及び検出精度が低いという問題
がある。

【０００６】本発明は、軸にトルクが作用することによ
り偏向される磁界の軸線方向の成分の強さ及び方向が検
出されるよう構成された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、軸にトルクが作用することにより最も大
きい磁歪効果が生じる方向は軸線に対し±４５°傾斜し
た方向であることに着目し、磁界の強さ及び方向の検出
方向をこの方向に設定することにより、トルク検出装置
の検出感度及び検出精度を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、請求項１の構成、即ち実質的に円
筒状の外周面を有し少なくとも外周部が軸線方向又は周
方向に着磁された磁歪材にて形成された軸と、磁性体に
て形成され前記軸に近接して配置されたコアであって、
前記軸の周方向に互いに隔置された一対の第一の脚部と
該第一の脚部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第二の脚部と前記第
一及び第二の脚部を接続する接続部とを有するコアと、
前記一対の第一の脚部若しくは前記接続部の磁気を検出
する一対の検出手段とを有するトルク検出装置によって
達成される。

【０００８】上記請求項１の構成によれば、軸の外周
部、一対の第一の脚部、第二の脚部、接続部により一対
の磁束通路が形成され、一対の第一の脚部は軸の周方向
に互いに隔置され、第二の脚部は第一の脚部を結ぶ線分
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
配置されているので、一対の磁束通路は軸にトルクが作
用することにより最も大きい磁歪効果が生じる方向、即
ち軸線に対し±４５°傾斜した方向に整合しており、従
って軸にトルクが作用することにより偏向される磁界の
軸線方向の成分の強さ及び方向が検出される従来のトル
ク検出装置の場合に比して検出感度及び検出精度が向上
する。

【０００９】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の構成に於て、前記
検出手段は前記一対の第一の脚部若しくは前記接続部に
配置された一対の磁気検出素子を含み、前記一対の磁気
検出素子はブリッジ回路の互いに対向する二辺を形成す
るよう構成される（請求項２の構成）。

【００１０】尚本発明に於いて、「磁気検出素子」と
は、例えば磁界の強さに応じて起電力を発生し磁界の方
向により起電力の正負が決定されるホール効果素子や、
磁界の強さに応じて電気抵抗値を変化する磁気抵抗素子
の如く、与えられる磁界に応じて電気的に検出可能な特
性の変化を生じる素子を意味する。

【００１１】請求項２の構成によれば、軸にトルクが作
用することにより軸の外周部に与えられている磁界が偏
向されると、磁界の偏向方向に応じて何れか一方の磁気
検出素子の特性が磁界の強さに応じて変化し、また温度
変化の如き外乱による磁気検出素子や磁歪材の特性の変
化が相殺されるので、一対の磁気検出素子の何れかに特
性の変化が生じるか及び特性の変化の程度により軸に作
用するトルクの方向及び大きさを高感度に且つ高精度に
検出することが可能になる。

【００１２】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又は２の構成に於
て、前記トルク検出装置は更に前記第二の脚部若しくは
接続部を励磁する励磁コイルを有し、前記検出手段は前
記一対の第一の脚部若しくは前記接続部に設けられた一
対の検出コイルを含むよう構成される（請求項３の構
成）。

【００１３】この構成に於いて、励磁手段により第二の
脚部若しくは接続部が励磁されると、これにより発生す
る磁束は一対の磁束通路に流れ、また軸に軸線周りのト
ルクが作用することにより軸の外周部に軸線に対し±４
５°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、引張り応力の方向に沿う磁束通路の磁束はその透
磁率及びインダクタンスが増大することにより増大し、
逆に圧縮応力の方向に沿う磁束通路の磁束はその透磁率
及びインダクタンスが減少することにより減少する。

【００１４】請求項３の構成によれば、一対の検出コイ
ルにより検出される磁束は、第二の脚部若しくは接続部
が励磁コイルによって励磁されることにより発生され軸
にトルクが作用することにより増減される磁束と、着磁
により軸の外周部に形成された磁界が軸にトルクが作用
することにより偏向される磁束の一部との合計になるの
で、上記請求項１の構成の場合に比して更に一層トルク
の検出感度及び検出精度が向上する。

【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３の構成に於て、前記
一対の検出コイルの出力の和及び差に基づいて前記励磁
コイルの出力が補正されるよう構成される（請求項４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一対の磁束通路の透磁率及びイン
ダクタンスの増大量及び減少量は実質的に互いに同一で
あり、従って一対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、第二の脚部が励磁コイ
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る。また軸にトルクが作用
することにより偏向される磁界の磁束は一対の検出コイ
ルの出力の差に対応している。

【００１７】従って一対の検出コイルの出力の和より一
対の検出コイルの出力の差を減算した値は、温度変化の
如き外乱による磁気検出素子や磁歪材の特性の変化がな
ければ一定である。換言すれば、一対の検出コイルの出
力の和より一対の検出コイルの出力の差を減算した値の
変動は温度変化の如き外乱を意味し、一対の検出コイル
の出力の和より一対の検出コイルの出力の差を減算した
値の変動量に基づき励磁手段の出力を補正すれば、温度
変化の如き外乱が排除される。

【００１８】請求項４の構成によれば、一対の検出コイ
ルの出力の和及び差に基づいて励磁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の構成の場合に比し
て更に一層トルクの検出感度及び検出精度が向上する。

【００１９】

【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４の何れかの構成に
於いて、軸の外周部は周方向に着磁された磁歪材にて形
成される。

【００２０】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４の何れかの構成に於いて、軸の外周部
は軸線方向に着磁された磁歪材にて形成される。

【００２１】本発明の一つの好ましい態様によれば、上
記請求項２乃至４の何れかの構成に於いて、磁気検出素
子はホール効果素子であるよう構成される。

【００２２】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４の何れかの構成に於いて、磁気検出素
子は磁気抵抗素子であるよう構成される。

【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
示す平面図（Ａ）及び正面図（Ｂ）、図２は図１（Ａ）
の線II−IIに沿う拡大部分断面図である。

【００２５】図１に於いて、トルク検出装置１０は軸線
Ａ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ると共に軸線Ａの周りの
周方向に着磁されており、これらは互いに焼嵌めされて
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。

【００２６】磁気検出器１６は軟磁性材にて形成された
コア１８を含んでいる。コア１８は磁歪管１４の周方向
に互いに隔置された一対の第一の脚部１８Ａ及び１８Ｂ
と、該一対の第一の脚部の中心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中心を有する
よう配置された第二の脚部１８Ｃと、第一及び第二の脚
部の上端を互いに接続し実質的に三角形の平板状をなす
接続部１８Ｄとを有している。各脚部１８Ａ〜１８Ｃは
互いに平行に延在し、それらの下端は磁歪管１４の外周
円筒面に近接してこれに対向している。

【００２７】特に図示の実施形態に於いては、一対の第
一の脚部１８Ａ及び１８Ｂの下端にはそれぞれホール効
果素子２０Ａ及び２０Ｂが固定されている。脚部１８Ａ
及び１８Ｃは接続部１８Ｄ及び磁歪管１４と共働して第
一の磁束通路２４を形成し、また脚部１８Ｂ及び１８Ｃ
は接続部１８Ｄ及び磁歪管１４と共働して第二の磁束通
路２６を形成するようになっている。ホール効果素子２
０Ａ及び２０Ｂは制御装置２８に接続されている。

【００２８】図３に示されている如く、制御装置２８は
互いに対向する一対のホール効果素子２０Ａ及び２０Ｂ
と互いに対向する一対の抵抗器３０Ａ及び３０Ｂとより
なるブリッジ回路３２を有している。一対のホール効果
素子２０Ａ及び２０Ｂの電気抵抗はそれらに磁界が作用
していない状況に於いては互いに同一であると共に、抵
抗器３０Ａ及び３０Ｂの電気抵抗も互いに同一であり、
ホール効果素子２０Ａ及び２０Ｂはそれらに磁界が作用
すると磁界の強さに応じたホール電圧を発生する。

【００２９】ブリッジ回路３２の互いに対向する一対の
頂点３２Ａ及び３２Ｂには直流電源３４より導線３６を
介して直流電流が供給されるようになっている。またブ
リッジ回路３２の互いに対向する他の一対の頂点３２Ｃ
及び３２Ｄの電圧Ｖc 、Ｖdはそれぞれ導線３８及び４
０により差動増幅回路４２へ入力されるようになってい
る。差動増幅回路４２は頂点３２Ｃ及び３２Ｄの電圧を
差動増幅し、その電圧信号をオフセット除去回路４４へ
出力する。オフセット除去回路４４はホール効果素子２
０Ａ及び２０Ｂに磁界が作用していない状況に於ける頂
点３２Ｃ及び３２Ｄの電圧をＶco、Ｖdoとすると、これ
らの電圧の偏差に対応するオフセットを除去し、これに
より後述の如く軸１２に作用するトルクの大きさ及び方
向を示す電圧信号を表示装置４６へ出力し、表示装置４
６はトルクの大きさ及び方向を表示する。

【００３０】この実施形態に於いて、軸１２にトルクが
作用していない状況の場合には、磁歪管１４は軸線Ａの
周りの周方向の磁界を有し、第一の磁束通路２４及び第
二の磁束通路２６の何れにも磁束は発生しないので、ホ
ール効果素子２０Ａ及び２０Ｂはホール電圧を発生せ
ず、従って増幅回路４２及び４４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。

【００３１】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Ａ
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、図４（Ｂ）に示され
ている如く、引張り応力Ｆdtと磁歪管１４の締り嵌めに
よる周方向の引張り残留応力Ｆctの対応する成分Ｆct／
２との合力Ｆttの方向の透磁率が増大し、これにより図
４（Ｃ）に示されている如く、磁歪管１４の磁界が破線
の矢印にて示された元の方向より実線の矢印にて示され
た合力Ｆttの方向に偏向される。従って偏向された磁界
の磁束の一部が第一の磁束通路２４に流れ、これにより
ホール効果素子２０Ａに磁界が作用してホール効果素子
２０Ａはホール電圧を発生し、その電圧は軸１２に作用
するトルクＴd に比例する。

【００３２】同様に、図５Ａ（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Ａ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５（Ｂ）に示されている如く、
引張り応力Ｆdtと磁歪管の締り嵌めによる周方向の引張
り残留応力Ｆctの対応する成分Ｆct／２との合力Ｆttの
方向の透磁率が増大し、これにより図５（Ｃ）に示され
ている如く、磁歪管１４の磁界が破線の矢印にて示され
た元の方向より実線の矢印にて示された合力Ｆttの方向
に偏向される。従って偏向された磁界の磁束の一部が第
二の磁束通路２６に流れ、これによりホール効果素子２
０Ｂに磁界が作用してホール効果素子２０Ｂはホール電
圧を発生し、その電圧は軸１２に作用するトルクＴd に
比例する。

【００３３】従って図示の第一の実施形態によれば、ト
ルクＴd の方向が図４（Ａ）の場合には増幅回路４２に
出力電圧が発生し、トルクＴd の方向が図５（Ａ）の場
合には増幅回路４４に出力電圧が発生し、またトルクＴ
d の大きさに応じてそれらの出力電圧が増減するので、
トルクＴd の方向及び大きさを検出することができ、ト
ルクＴd の方向及び大きさは表示装置４６に表示され
る。

【００３４】第二の実施形態 図６は本発明によるトルク検出装置の第二の実施形態を
示す平面図（Ａ）及び正面図（Ｂ）、図７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６に於
いて、図１に示された部分に対応する部分には図１に於
いて付された符号と同一の符号が付されている。

【００３５】この実施形態に於いては、一対の第一の脚
部１８Ａ及び１８Ｂの下端にはホール効果素子が設けら
れておらず、これらの下端は直接磁歪管１４の外周円筒
面に近接してこれに対向している。また一対の第一の脚
部１８Ａ及び１８Ｂにはそれぞれ検出コイル４８Ａ及び
４８Ｂが同一の巻数にて巻回され、第二の脚部１８Ｃに
は励磁コイル５０が巻回されている。検出コイル４８
Ａ、４８Ｂ及び励磁コイル５０は制御装置２８に接続さ
れている。

【００３６】図７に示されている如く、制御装置２８は
それぞれ検出コイル４８Ａ及び４８Ｂと直列に接続され
これらのコイルに流れる電流を電圧に変換する電流電圧
変換回路５２及び５４を有し、これらの回路の出力はそ
れぞれ加算増幅器５６及び差動増幅器５８へ入力される
ようになっている。また制御装置２８は励磁コイル５０
に接続された発振回路６０を有し、発振回路６０は数Ｋ
〜１００ＫＨz 程度の正弦波状又はパルス状の比較的弱
い高周波電圧を励磁コイル５０に印加するようになって
いる。

【００３７】加算増幅器５６は電流電圧変換回路５２及
び５４の出力電圧を加算増幅してＡＣカップリング回路
６２へ出力する。一方差動増幅器５８は電流電圧変換回
路５２及び５４の出力電圧を差動増幅して実効値化回路
６６へ出力する。実効値化回路６６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４６
はトルクの大きさ及び方向を表示する。またＡＣカップ
リング回路６２により直流成分が除去された電圧信号は
ＡＧＣ（オートゲインコントロール）６４に入力され
る。ＡＧＣ６４はそれに入力される信号に応じて発振回
路６０のゲインを制御し、これにより後述の如く励磁コ
イル５０により発生される励磁磁束の影響を一定化する
ようになっている。

【００３８】この実施形態に於いて、軸１２にトルクが
作用していない状況に於ける二つの磁束通路２４及び２
６のインダクタンスが同一であり、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５０が例えば正弦波状の電圧パターンに
て駆動され、これにより励磁コイルに図８（Ａ）に示さ
れた正弦波状の電流が流れると、検出コイル４８Ａ及び
４８Ｂにはそれぞれ図８（Ｂ）及び（Ｃ）に示されたパ
ターンにて電流Ｉa 及びＩb が流れ、これらの電流パタ
ーンは互いに同一であるので、電流電圧変換回路５２及
び５４の出力電圧のパターンも互いに同一である。従っ
て差動増幅器５８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。

【００３９】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Ａ
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
向の透磁率が増大して第一の磁束通路２４のインダクタ
ンスが増大すると共に、圧縮応力Ｆdcの方向の透磁率が
減少して第二の磁束通路２６のインダクタンスが減少
し、インダクタンスの増減量はトルクＴd の大きさに実
質的に比例する。また図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示されて
いる如く、磁歪管１４の周方向の磁界が合力Ｆttの方向
に偏向される。

【００４０】その結果図９（Ｂ）に示されている如く、
第一の磁束通路２４のインダクタンスの増大により対応
する検出コイル４８Ａに流れる電流Ｉa の振幅が増大す
ると共に、磁界の偏向による影響が直流オフセット成分
Ｉo として電流Ｉa に現れる。これに対し図９（Ｃ）に
示されている如く、第二の磁束通路２６のインダクタン
スの減少により対応する検出コイル４８Ｂに流れる電流
Ｉb の振幅が減少するが、電流Ｉb には磁界の偏向によ
る影響は実質的に現れない。

【００４１】同様に、図５Ａ（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Ａ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、上述の透磁率及びインダクタンス
の増減と同様の現象が生じる。その結果図１０（Ｂ）に
示されている如く、第二の磁束通路２６のインダクタン
スの増大により対応する検出コイル４８Ｂに流れる電流
Ｉb の振幅が増大すると共に、磁界の偏向による影響が
直流オフセット成分Ｉo として電流Ｉb に現れ、また図
１０（Ｃ）に示されている如く、第一の磁束通路２４の
インダクタンスの減少により対応する検出コイル４８Ａ
に流れる電流Ｉa の振幅が減少するが、電流Ｉa には磁
界の偏向による影響は実質的に現れない。

【００４２】従って図示の第二の実施形態によれば、差
動増幅器５８の出力電圧の符号、即ち実効値化回路６６
の出力電圧の符号によりトルクＴd の方向を検出するこ
とができ、また差動増幅器５８の出力電圧の大きさによ
りトルクＴd の大きさを検出することができ、第一の実
施形態の場合と同様トルクＴd の方向及び大きさが表示
装置４６に表示される。

【００４３】特にこの実施形態によれば、軸１２にトル
クＴd が作用することによる引張り応力Ｆdtの方向の透
磁率の増大に起因して生じる磁界の偏向による影響及び
インダクタンスの増大による影響の両方が検出コイル４
８Ａ又は４８Ｂによって検出されるので、一方の影響の
みが検出される場合に比して軸に作用するトルクを精度
よく検出することができる。

【００４４】また図４及び図５の何れの場合にも、軸１
２にトルクが作用することによる第一の磁束通路２４及
び第二の磁束通路２６の一方のインダクタンスの増大量
及び他方のインダクタンスの減少量は実質的に同一であ
るので、加算増幅器５６の出力電圧より直流成分が除去
された値の実効値は、例えば温度変化による透磁率やイ
ンダクタンスの変化などの外乱成分である。図示の第二
の実施形態によれば、ＡＣカップリング回路６２よりの
出力電圧に基づき発振回路６０のゲインがＡＧＣ６４に
より制御されるので、温度変化による透磁率やインダク
タンス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。

【００４５】第三及び第四の実施形態 図１１及び図１２はそれぞれ本発明によるトルク検出装
置の第三及び第四の実施形態の磁気検出器を示す平面図
（Ａ）及び正面図（Ｂ）である。

【００４６】図１１に示された第三の実施形態の磁気検
出器は第一の実施形態の磁気検出器に対応しており、こ
の実施形態に於いては、第一の脚部１８Ａ及び第二の脚
部１８Ｃ、第一の脚部１８Ｂ及び第二の脚部１８Ｃはそ
れぞれ断面実質的に円形の棒状をなすコア１８Ｅ及び１
８Ｆにより互いに接続されている。コア１８Ｅ及び１８
Ｆはそれぞれ対応する脚部及び図には示されていない磁
歪管と共働して第一の磁束通路２４及び第二の磁束通路
２６を郭定している。

【００４７】図１２に示された第四の実施形態の磁気検
出器は第二の実施形態の磁気検出器に対応している。こ
の実施形態に於いても、第一の脚部１８Ａ及び第二の脚
部１８Ｃ、第一の脚部１８Ｂ及び第二の脚部１８Ｃはそ
れぞれ断面実質的に円形の棒状をなすコア１８Ｅ及び１
８Ｆにより互いに接続され、コア１８Ｅ及び１８Ｆはそ
れぞれ対応する脚部及び図には示されていない磁歪管と
共働して第一の磁束通路２４及び第二の磁束通路２６を
郭定している。

【００４８】コア１８Ｅ及び１８Ｆにはそれぞれ脚部１
８Ａ及び１８Ｂに近接して巻数が同一の検出コイル４８
Ａ及び４８Ｂが巻回され、また脚部１８Ｃに近接して巻
数が同一で互いに直列に接続された励磁コイル５０Ａ及
び５０Ｂが巻回されている。励磁コイル５０Ａ及び５０
Ｂは図には示されていないが図７に示された発振回路６
０と同一の発振回路により同時に駆動されるようになっ
ている。

【００４９】これら第三及び第四の実施形態は、それぞ
れ上述の第一及び第二の実施形態の場合と同様に作動
し、従って第三の実施形態によればトルクの方向及び大
きさを感度よく正確に検出することができ、また第四の
実施形態によれば温度変化による透磁率やインダクタン
スの変化などの外乱成分を除去して軸に作用するトルク
の方向及び大きさを一層正確に検出することができる。

【００５０】第五の実施形態 図１３及び図１４はそれぞれ本発明によるトルク検出装
置の第五の実施形態を示す縦断面図及び横断面図であ
る。

【００５１】この実施形態の磁気検出器１６は第一の実
施形態の磁気検出器に対応しており、この実施形態に於
いては、各脚部１８Ａ〜１８Ｃは軸１２の軸線Ａに対し
放射状に延在し、それらの外端にてハウジング７０に一
体的に固定されている。ハウジング７０は軟磁性材にて
形成され、軸線Ａに沿って延在する円筒状をなしてお
り、これにより第一及び第三の実施形態に於けるコアと
同様に機能する。

【００５２】この実施形態は、他の点については上述の
第一の実施形態と同様に構成されており、従ってこの実
施形態も上述の第一の実施形態の場合と同様に作動し、
これにより軸に作用するトルクの方向及び大きさを感度
よく正確に検出することができる。

【００５３】またこの実施形態によれば、第一及び第三
の実施形態の場合に比して磁歪管１４に於ける第一の磁
束通路２４及び第二の磁束通路２６の長さが長く、従っ
てこれらの実施形態の場合に比して広い範囲に亘りトル
クによる磁歪管の透磁率の変化を検出することができる
ので、第一及び第三の実施形態の場合に比して一層正確
にトルクの方向及び大きさを検出することができる。

【００５４】更にこの実施形態によれば、ハウジング７
０が第一及び第三の実施形態に於けるコア１８の機能を
も果たし、コイルが巻回された各脚部が実質的に円筒状
のハウジングの内面に例えばねじ止めにより固定されれ
ばよいので、第一及び第三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。

【００５５】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。

【００５６】例えば上述の各実施形態に於いては、磁歪
管１４はその周方向に着磁されることにより周方向の磁
界が与えられているが、磁歪管１４に与えられる磁界は
軸線Ａに沿う軸線方向の磁界であってもよく、その場合
には軸１２に作用するトルクにより磁界が軸線に対し傾
斜するよう偏向され、一方の磁束通路の磁束が増加する
と共に他方の磁束通路の磁束が減少する。

【００５７】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。

【００５８】また上述の第一乃至第四の実施形態に於い
ては、コア１８は軸線Ａに平行に延在する平板状をな
し、各脚部１８Ａ〜１８Ｃは互いに平行に延在している
が、コアは軸線Ａに対し傾斜して配設されてもよく、ま
た例えば軸線Ａの周りに円筒面状に延在するよう構成さ
れてもよく、各脚部は軸線Ａの周りに放射状に延在して
いてもよい。

【００５９】また上述の第一、第三、第五の実施形態に
於いては、磁気検出素子はホール効果素子であるが、磁
気検出素子は与えられる磁界の強さに応じて電気抵抗値
が増減する磁気抵抗素子であってもよく、その場合には
例えば一対の磁気抵抗素子の出力電圧の差動増幅値が検
出トルクとして出力されてよい。

【００６０】更に上述の第五の実施形態の磁気検出器は
第一の実施形態の磁気検出器に対応しているが、脚部１
８Ａ及び１８Ｂに巻数が同一の検出コイル４８Ａ及び４
８Ｂが巻回され、また脚部１８Ｃに励磁コイル５０が巻
回されることにより、この実施形態は第二の実施形態の
磁気検出器に対応するよう構成されてもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明の請求項１の構成によれば、一対の磁束通路は軸にト
ルクが作用することにより最も大きい磁歪効果が生じる
方向、即ち軸線に対し±４５°傾斜した方向に整合して
おり、従って軸にトルクが作用することにより偏向され
る磁界の軸線方向の成分の強さ及び方向が検出される従
来のトルク検出装置の場合に比して検出感度及び検出精
度を向上させることができ、これにより軸に作用するト
ルクの大きさ及び方向を従来に比して更に一層感度よく
且つ高精度に検出することができる。

【００６２】また前述の特開平５−１９６５１７号公報
に記載されたトルク検出装置の如く、軸にトルクが作用
することにより偏向される磁界の軸線方向の成分が検出
される従来のトルク検出装置に於いては、軸の外周部の
着磁方向が軸線方向である場合には、トルクの大きさが
同じであればトルクの方向に拘らず偏向される磁界の軸
線方向の成分が同一になり、従ってトルクの作用方向を
検出する手段が別途必要である。これに対し請求項１の
構成によれば、一対の磁束通路は軸線に対し±４５°傾
斜した方向に整合しているので、軸の外周部の着磁方向
は軸線方向及び周方向の何れであってもよく、従って軸
に課せられる制約を低減し、軸の選択の自由度を高くす
ることができる。

【００６３】また請求項２の構成によれば、一対の磁気
検出素子の何れに特性の変化が生じるか及び特性の変化
の程度により軸に作用するトルクの方向及び大きさを高
感度に且つ高精度に検出することができる。

【００６４】また請求項３の構成によれば、一対の検出
コイルにより検出される磁束は、第二の脚部若しくは接
続部が励磁コイルによって励磁されることにより発生さ
れ軸にトルクが作用することにより増減される磁束と、
着磁により軸の外周部に形成された磁界が軸にトルクが
作用することにより偏向される磁束の一部との合計にな
るので、上記請求項１の構成の場合に比して更に一層ト
ルクの検出感度及び検出精度を向上させることができ
る。

【００６５】また請求項４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、これにより請求項１の構成の場合に比して更に一
層トルクの検出感度及び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
を示す平面図（Ａ）及び正面図（Ｂ）である。

【図２】図１（Ａ）の線II−IIに沿う拡大部分断面図で
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】軸に図４の場合とは逆方向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６】本発明によるトルク検出装置の第二の実施形態
を示す平面図（Ａ）及び正面図（Ｂ）である。

【図７】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８】第二の実施形態の軸にトルクが作用していない
状況に於いて励磁コイルに流れる駆動電流及び検出コイ
ルに流れる電流Ｉa 、Ｉb を示す図である。

【図９】第二の実施形態の軸に図４に示された方向のト
ルクが作用している状況に於いて励磁コイルに流れる駆
動電流及び検出コイルに流れる電流Ｉa 、Ｉb を示す図
である。

【図１０】第二の実施形態の軸に図５に示された方向の
トルクが作用している状況に於いて励磁コイルに流れる
駆動電流及び検出コイルに流れる電流Ｉa 、Ｉb を示す
図である。

【図１１】本発明によるトルク検出装置の第三の実施形
態の磁気検出器を示す平面図（Ａ）及び正面図（Ｂ）で
ある。

【図１２】本発明によるトルク検出装置の第四の実施形
態の磁気検出器を示す平面図（Ａ）及び正面図（Ｂ）で
ある。

【図１３】本発明によるトルク検出装置の第五の実施形
態を示す縦断面図である。

【図１４】図１０の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿う第五の実施
形態の横断面図である。

【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 １８…コア １８Ａ〜１８Ｃ…脚部 ２０Ａ、２０Ｂ…ホール効果素子 ２４、２６…磁束通路 ２８…制御装置 ４８Ａ、４８Ｂ…検出コイル ５０、５０Ａ、５０Ｂ…励磁コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実質的に円筒状の外周面を有し少なくとも
   外周部が軸線方向又は周方向に着磁された磁歪材にて形
   成された軸と、磁性体にて形成され前記軸に近接して配
   置されたコアであって、前記軸の周方向に互いに隔置さ
   れた一対の第一の脚部と該第一の脚部を結ぶ線分を底辺
   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
   れた第二の脚部と前記第一及び第二の脚部を接続する接
   続部とを有するコアと、前記一対の第一の脚部若しくは
   前記接続部の磁気を検出する一対の検出手段とを有する
   トルク検出装置。
2. 【請求項２】請求項１のトルク検出装置に於いて、前記
   検出手段は前記一対の第一の脚部若しくは前記接続部に
   配置された一対の磁気検出素子を含み、前記一対の磁気
   検出素子はブリッジ回路の互いに対向する二辺を形成し
   ていることを特徴とするトルク検出装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２のトルク検出装置に於い
   て、前記トルク検出装置は更に前記第二の脚部若しくは
   前記接続部を励磁する励磁コイルを有し、前記検出手段
   は前記一対の第一の脚部若しくは前記接続部に設けられ
   た一対の検出コイルを含んでいることを特徴とするトル
   ク検出装置。
4. 【請求項４】請求項３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いて前記励磁コイル
   の出力が補正されることを特徴とするトルク検出装置。