特許 6236985 磁歪式トルクセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6236985

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】磁歪式トルクセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20171120BHJP

【ＦＩ】

   G01L3/10 301A

   G01L3/10 301J

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-172262(P2013-172262)

(22)【出願日】2013年8月22日

(65)【公開番号】特開2015-40777(P2015-40777A)

(43)【公開日】2015年3月2日

【審査請求日】2016年8月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】特許業務法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石川 隆之

(72)【発明者】

【氏名】佐貫 政美

(72)【発明者】

【氏名】東山 匡志

(72)【発明者】

【氏名】川野 茂

【審査官】 濱本 禎広

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０９４６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２１３４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２４９０２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０８６０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４４１６１６１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一軸心（ＣＬ１）まわりに捩じるトルク（Ｔ１）が作用し、該トルクにより透磁率が変化する第１磁歪部（１４）と、
前記第１磁歪部に対し前記一軸心の軸方向に並んで配置され、前記トルクが前記第１磁歪部と同時に作用し、該トルクにより透磁率が前記第１磁歪部とは逆向きに変化する第２磁歪部（１６）と、
前記第１磁歪部と前記第２磁歪部とに隣接して配置され、前記一軸心の軸方向における前記第１磁歪部と前記第２磁歪部との間の中間位置において、前記一軸心の径方向へ向いた磁束の径方向成分（Ｂｙ）を検出する磁気検出器（１８）と、
該磁気検出器の検出位置を通る磁束を含む磁界を発生させる磁界発生器（２０）とを備え、
該磁界発生器は、前記磁気検出器の検出位置を通る磁束が、前記トルクが零のときに前記一軸心の軸方向を向くように配置されており、
前記第１磁歪部および前記第２磁歪部は、前記一軸心まわりに回転し前記トルクが作用する回転軸（１２）に対し一体的に設けられ、前記一軸心に直交し前記第１磁歪部と前記第２磁歪部との間に仮想的に配置される対称面（ＦＣｓｙ）に対し互いに対称の形状を成しており、
前記第１磁歪部には、前記一軸心の軸方向に対して傾斜した溝（１４１）が形成され、
前記第２磁歪部には、前記第１磁歪部の溝とは逆向きに前記一軸心の軸方向に対して傾斜した溝（１６１）が形成され、
前記磁気検出器は、前記対称面上の磁束の前記径方向成分を検出するように配置されており、
更に、前記第１磁歪部および前記第２磁歪部は、前記一軸心まわりに１周する中に、前記トルクの変化に対する透磁率の変化方向が互いに逆向きになっている第１角度範囲（ＷＤ１）と第２角度範囲（ＷＤ２）とを有していることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。

【請求項2】

前記第１磁歪部および前記第２磁歪部は、１または２以上の前記第１角度範囲と１または２以上の前記第２角度範囲とを有し、
前記一軸心まわりにおいて前記第１角度範囲を合計した合計角度は、前記第２角度範囲を合計した合計角度と同じになっていることを特徴とする請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。

【請求項3】

前記第１磁歪部および前記第２磁歪部は、前記一軸心まわりに１周する中の一部に、前記トルクの変化に対する前記第１磁歪部の透磁率の変化と前記第２磁歪部の透磁率の変化とに差異がない第３角度範囲（ＷＤ３）を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の磁歪式トルクセンサ。

【請求項4】

一軸心（ＣＬ１）まわりに捩じるトルク（Ｔ１）が作用し、該トルクにより透磁率が変化する第１磁歪部（１４）と、
前記第１磁歪部に対し前記一軸心の軸方向に並んで配置され、前記トルクが前記第１磁歪部と同時に作用し、該トルクにより透磁率が前記第１磁歪部とは逆向きに変化する第２磁歪部（１６）と、
前記第１磁歪部と前記第２磁歪部とに隣接して配置され、前記一軸心の軸方向における前記第１磁歪部と前記第２磁歪部との間の中間位置において、前記一軸心の径方向へ向いた磁束の径方向成分（Ｂｙ）を検出する磁気検出器（１８）と、
該磁気検出器の検出位置を通る磁束を含む磁界を発生させる磁界発生器（２０）とを備え、
該磁界発生器は、前記磁気検出器の検出位置を通る磁束が、前記トルクが零のときに前記一軸心の軸方向を向くように配置されており、
前記第１磁歪部および前記第２磁歪部は、前記一軸心まわりに回転し前記トルクが作用する回転軸（１２）に対し一体的に設けられ、前記一軸心に直交し前記第１磁歪部と前記第２磁歪部との間に仮想的に配置される対称面（ＦＣｓｙ）に対し互いに対称の形状を成しており、
前記第１磁歪部には、前記一軸心の軸方向に対して傾斜した溝（１４１）が形成され、
前記第２磁歪部には、前記第１磁歪部の溝とは逆向きに前記一軸心の軸方向に対して傾斜した溝（１６１）が形成され、
前記磁気検出器は、前記対称面上の磁束の前記径方向成分を検出するように配置されており、
更に、前記第１磁歪部および前記第２磁歪部は、前記一軸心まわりに１周する中の一部に、前記トルクの変化に対する前記第１磁歪部の透磁率の変化と前記第２磁歪部の透磁率の変化とに差異がない第３角度範囲（ＷＤ３）を有していることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。

【請求項5】

前記磁気検出器は、前記第１磁歪部および前記第２磁歪部に対して前記一軸心の径方向外側に配置され、
前記磁界発生器は前記磁気検出器に対して前記一軸心の径方向外側に配置され、前記対称面を挟んだ対称位置に配置されたＮ極とＳ極とを有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の磁歪式トルクセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トルクを検出する非接触式のトルクセンサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ビラリ効果を利用した磁歪式トルクセンサが従来から知られている。例えば、特許文献１に開示されたトルクセンサがそれである。その特許文献１のトルクセンサは、回転軸と、着磁されている磁歪材から成り回転軸に嵌合されたリング状の磁歪リング部と、トルク印加時に磁歪リング部からの漏れ磁束を検出する磁気検出器とを備えている。そして、その磁歪リング部は、非磁性空間を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４９１０５３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のトルクセンサにおいて、トルクの印加による磁歪リング部の磁束変化量は、全磁束の０．１〜１％程度である。また、磁気検出器は、その磁気検出器を通過する全磁束を検出する。そのため、例えば、トルク零のときの磁気検出器の出力が１Ｖであるとすれば、トルクを印加したときの磁気検出器の出力変化は１ｍＶ〜１０ｍＶ程度になり極めて小さい。要するに、磁気検出器の出力全体に対してトルク印加を示す出力変化割合が極めて小さい。

【0005】

このような磁気検出器の出力では、例えば車載等の実用的なノイズ環境を想定した場合には、トルクに応じた磁気検出器の出力変化がノイズに紛れてしまうので、正確なトルク検出が困難であることが想定された。また、磁気検出器の出力を大きくすればトルク検出を正確に行い易くはなるが、磁気検出器に用いられる実用的なセンサにおいては、出力をあまり大きくできるものではない。

【0006】

本発明は上記点に鑑みて、トルク検出を精度良く行うために、トルク変化に対する磁気検出器の出力変化を大きくすることができる磁歪式トルクセンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る磁歪式トルクセンサでは、一軸心（ＣＬ１）まわりに捩じるトルク（Ｔ１）が作用し、そのトルクにより透磁率が変化する第１磁歪部（１４）と、
第１磁歪部に対し一軸心の軸方向に並んで配置され、トルクが第１磁歪部と同時に作用し、そのトルクにより透磁率が第１磁歪部とは逆向きに変化する第２磁歪部（１６）と、
第１磁歪部と第２磁歪部とに隣接して配置され、一軸心の軸方向における第１磁歪部と第２磁歪部との間の中間位置において、一軸心の径方向へ向いた磁束の径方向成分（Ｂｙ）を検出する磁気検出器（１８）と、
その磁気検出器の検出位置を通る磁束を含む磁界を発生させる磁界発生器（２０）とを備え、
その磁界発生器は、磁気検出器の検出位置を通る磁束が、トルクが零のときに一軸心の軸方向を向くように配置されており、
第１磁歪部および第２磁歪部は、一軸心まわりに回転しトルクが作用する回転軸（１２）に対し一体的に設けられ、一軸心に直交し第１磁歪部と第２磁歪部との間に仮想的に配置される対称面（ＦＣｓｙ）に対し互いに対称の形状を成しており、
第１磁歪部には、一軸心の軸方向に対して傾斜した溝（１４１）が形成され、
第２磁歪部には、第１磁歪部の溝とは逆向きに一軸心の軸方向に対して傾斜した溝（１６１）が形成され、
磁気検出器は、対称面上の磁束の径方向成分を検出するように配置されており、
更に、第１磁歪部および第２磁歪部は、一軸心まわりに１周する中に、トルクの変化に対する透磁率の変化方向が互いに逆向きになっている第１角度範囲（ＷＤ１）と第２角度範囲（ＷＤ２）とを有していることを特徴とする。

【0008】

上述の発明によれば、磁気検出器の検出位置を通る磁束は、トルクが零のときには一軸心の軸方向を向いている一方で、その磁気検出器は磁束の径方向成分を検出するので、トルクが零のときには磁気検出器の出力は零または略零になる。その一方で、トルクが印加されたときには、磁気検出器に検出される磁束は、第１磁歪部及び第２磁歪部の透磁率変化に起因した磁界の変化により、上記径方向の成分を有するようになり、磁気検出器の出力はその磁束の径方向の成分に応じた大きさになる。すなわち、トルク変化分だけを略計測範囲とした磁気検出器で磁歪式トルクセンサを構成でき、磁歪式トルクセンサがトルクを検出する際の検出分解能を向上することが可能である。要するに、磁歪式トルクセンサにおいて、トルク変化に対する磁気検出器の出力変化を大きくすることが可能である。

【0009】

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載した各符号に対応したものである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態のトルクセンサ１０の概略構成図であり、そのトルクセンサ１０を回転軸１２の径方向から見た図である。

【図2】図１のII−II断面図である。

【図3】ｔ１時点から一定値のトルクＴ１が回転軸１２に作用した場合において磁気検出器１８の出力電圧を表したタイムチャートである。

【図4】図１に相当する図であって、一定値のトルクＴ１が回転軸１２に作用した場合における磁気検出器１８を通る磁束線を表した図である。

【図5】図４において磁気検出器１８を通る磁束を抜き出してベクトル表示した図である。

【図6】第１実施形態のトルクセンサ１０において、磁気検出器１８が出力する電圧と回転軸１２にかかるトルクＴ１との関係を示した図である。

【図7】第２実施形態のトルクセンサ１０の概略構成図であり、そのトルクセンサ１０を回転軸１２の径方向から見た図である。

【図8】図７のVIII−VIII断面図である。

【図9】第２実施形態において、回転軸１２に一定のトルクＴ１がかかっている場合の磁気検出器１８の出力波形を表した図である。

【図10】図９と同様に回転軸１２に一定のトルクＴ１がかかっている場合の磁気検出器１８の出力波形を表した図であって、トルクＴ１が零のときの磁気検出器１８の出力電圧が零からずれた場合の出力波形を表した図である。

【図11】第３実施形態のトルクセンサ１０の概略構成図であり、そのトルクセンサ１０を回転軸１２の径方向から見た図である。

【図12】図１１のXII−XII断面図である。

【図13】第３実施形態において、回転軸１２に一定のトルクＴ１がかかっている場合の磁気検出器１８の出力波形を表した図である。

【図14】図１３と同様に回転軸１２に一定のトルクＴ１がかかっている場合の磁気検出器１８の出力波形を表した図であって、トルクＴ１が零のときの磁気検出器１８の出力電圧が零からずれた場合の出力波形を表した図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

【0012】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る磁歪式のトルクセンサ１０の概略構成図であり、トルクセンサ１０を回転軸１２の径方向から見た図である。図２は、その図１のII−II断面図である。図１および図２に示すトルクセンサ１０は、回転軸１２をその一軸心ＣＬ１まわりに捩じるトルクＴ１（図４参照）を検出するトルク検出装置である。なお、図１は、そのトルクＴ１が回転軸１２に印加されていない状態、すなわち無負荷状態を表している。また、図１では、一軸心ＣＬ１の軸方向はＸ軸方向として表示され、一軸心ＣＬ１の径方向はＹ軸方向として表示されている。このことは、後述する各図におけるＸＹ軸の記載についても同様である。

【0013】

回転軸１２は、例えばオーステナイト系ステンレス等の非磁性材料で構成されており、一軸心ＣＬ１を中心とした円柱形状を成している。回転軸１２は一軸心ＣＬ１まわりに回転し、回転軸１２にはトルクＴ１が作用する。

【0014】

図１および図２に示すように、トルクセンサ１０は、第１磁歪部１４と第２磁歪部１６と磁気検出器１８と磁石２０とを備えている。その磁気検出器１８および磁石２０は、例えば、回転しない不図示の非回転部材に固定されており、非回転部２２を構成している。

【0015】

第１磁歪部１４および第２磁歪部１６は、一軸心ＣＬ１の軸方向（以下、一軸心ＣＬ１方向という）に互いに並んで配置され、回転軸１２に対し一体的に設けられている。具体的に、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６は、回転軸１２の一軸心ＣＬ１まわりの外周面の一部に円環状にメッキされたメッキ層として形成されている。そのため、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６には、回転軸１２にかかるトルクＴ１がそのまま作用する。

【0016】

また、一軸心ＣＬ１方向における第１磁歪部１４と第２磁歪部１６との間に仮想的に配置され一軸心ＣＬ１に直交する対称面ＦＣｓｙを想定した場合に、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６は、その仮想的な対称面ＦＣｓｙに対し互いに対称の形状を成している。具体的には、何れの磁歪部１４、１６も、回転軸１２表面に設けられたメッキ層であるので、薄肉の円筒形状を成している。

【0017】

回転軸１２において第１磁歪部１４および第２磁歪部１６が設けられたメッキ部分には、一軸心ＣＬ１方向に対して傾斜した溝１４１、１６１が形成されている。そのため、メッキ層である第１磁歪部１４にもそのまま溝１４１が形成され、第２磁歪部１６にもそのまま溝１６１が形成されている。それらの溝１４１、１６１は何れも一軸心ＣＬ１に対して４５度の角度で傾斜しているが、第１磁歪部１４の溝１４１は、第２磁歪部１６の溝１６１に対して逆向きに傾斜している。例えば、その溝１４１、１６１の角度に正負を付して表せば、第１磁歪部１４では溝１４１は一軸心ＣＬ１に対して＋４５度の角度で傾斜しており、第２磁歪部１６では溝１６１は一軸心ＣＬ１に対して−４５度の角度で傾斜している。

【0018】

また、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６は互いに同じ材質であり、具体的には強磁性体で構成されている。そのため、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６はビラリ効果を生じる。すなわち、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６は、トルクＴ１（図４参照）に応じて透磁率μが変化する。そして、第１磁歪部１４の溝１４１が、上述のように第２磁歪部１６の溝１６１に対して逆向きに傾斜しているので、第１磁歪部１４の透磁率μは、第２磁歪部１６の透磁率μとは逆向きにトルクＴ１に応じて変化する。例えば、トルクＴ１の変化に応じて第１磁歪部１４の透磁率μが大きくなる場合には、第２磁歪部１６の透磁率μは小さくなるということである。詳細に言えば、トルクＴ１が回転軸１２に印加された場合において、第１磁歪部１４の透磁率μの変化量は、第２磁歪部１６の透磁率μの変化量と比較して、絶対値においては同じになり、その正負において逆になる。

【0019】

磁気検出器１８は、例えばホール素子で構成されており、磁束の大きさを検出しその磁束の大きさに応じた電圧を出力する磁気センサである。詳細には、磁気検出器１８は、一軸心ＣＬ１の径方向を向いた磁束の大きさ、すなわち、磁束の径方向成分Ｂｙ（図５参照）の大きさだけを検出する。磁気検出器１８は磁気検出器１８を通る磁束の大きさを検出するので、磁気検出器１８が磁束を検出する検出位置は、磁気検出器１８が配置されている位置である。

【0020】

磁気検出器１８は、第１磁歪部１４と第２磁歪部１６とに隣接するように、第１磁歪部１４と第２磁歪部１６とに対して径方向外側に配置されている。そして、一軸心ＣＬ１方向において、磁気検出器１８は、第１磁歪部１４と第２磁歪部１６との間の中間位置に配置されている。具体的には、上記の仮想的な対称面ＦＣｓｙと交わる位置に配置されている。従って、磁気検出器１８は、その対称面ＦＣｓｙ上の磁束の径方向成分Ｂｙを検出する。

【0021】

磁石２０は、その長手方向が一軸心ＣＬ１方向と平行となるように配置された棒状の永久磁石である。そして、磁石２０は、第１磁歪部１４と第２磁歪部１６と磁気検出器１８とに及ぶ磁界を発生させる磁界発生器である。

【0022】

磁石２０は、磁気検出器１８に対して径方向外側に配置され、一軸心ＣＬ１方向に並んで配置されたＮ極とＳ極とを有している。すなわち、そのＮ極とＳ極とは、対称面ＦＣｓｙを挟んだ対称位置に配置されている。また、図２に示すように、磁石２０は、一軸心ＣＬ１の径方向において磁気検出器１８と並ぶように配置されている。

【0023】

このような磁石２０の配置から、図１に示すように、その磁石２０が発生させる磁界に含まれ磁気検出器１８の検出位置を通る磁束、要するにその磁気検出器１８を通る磁束は、トルクＴ１が零であるときには、一軸心ＣＬ１と平行になる。すなわち、その磁気検出器１８を通る磁束は、一軸心ＣＬ１と平行な軸方向成分Ｂｘ（図５参照）を有するが、それと直交する径方向成分Ｂｙを有さず、その磁束を表す磁束線は一軸心ＣＬ１と平行な破線矢印ＡＲ０のようになる。

【0024】

次に、トルクセンサ１０の動作について説明する。回転軸１２にかかるトルクＴ１（図４参照）が零である場合、磁石２０によって生じる磁束は、図１に示す対称面ＦＣｓｙ上では径方向成分Ｂｙを有さずに軸方向成分Ｂｘだけで構成される。そうすると、磁気検出器１８は磁束の径方向成分Ｂｙを電圧として出力するので、トルクＴ１のタイムチャートを示す図３のｔ１時点までの波形のように、磁気検出器１８の出力は零になる。

【0025】

図３のタイムチャートのｔ１時点以降において、一定値のトルクＴ１が回転軸１２にかかると、例えば第１磁歪部１４には溝１４１に沿って引張り方向の歪が生じ、それにより第１磁歪部１４の透磁率μはΔμだけ増加する。その一方で、第２磁歪部１６には溝１６１に沿って圧縮方向の歪が生じ、それにより第２磁歪部１６の透磁率μはΔμだけ減少する。

【0026】

そうなると、第１磁歪部１４を通る磁束の磁束密度Ｂ１が高くなり、第２磁歪部１６を通る磁束の磁束密度Ｂ２は低くなるので、図４に示すように、対称面ＦＣｓｙ（図１参照）上の磁気検出器１８を通る磁束は、第１磁歪部１４に引っ張られるようにして傾く。すなわち、その磁気検出器１８を通る磁束を表す磁束線は、図１の矢印ＡＲ０から図４の矢印ＡＲ１のように変化し、磁気検出器１８を通る磁束は、その磁束を矢印Ｂｘｙとしてベクトル表示した図５に示すように、軸方向成分Ｂｘだけでなく径方向成分Ｂｙをも有するようになる。その結果、その径方向成分Ｂｙを検出する磁気検出器１８は、図３のｔ１時点以降に示すように、トルクＴ１に対応した電圧を出力する。

【0027】

また、磁気検出器１８が出力する電圧と回転軸１２にかかるトルクＴ１との関係は、図６に示すように比例関係となっている。図６には、磁気検出器１８の出力電圧の正方向しか表示されていないが、当然、トルクＴ１が逆向きになれば、磁気検出器１８の出力電圧も反転しマイナス値を示すことになる。

【0028】

上述したように、本実施形態によれば、磁気検出器１８の検出位置を通る磁束すなわち磁気検出器１８を通る磁束は、回転軸１２にかかるトルクＴ１（図４参照）が零のときには一軸心ＣＬ１方向を向いている一方で、その磁気検出器１８は一軸心ＣＬ１に直交する磁束の径方向成分Ｂｙを検出するので、トルクＴ１が零のときには磁気検出器１８の出力は零または略零になる。その一方で、トルクＴ１が印加されたときには、磁気検出器１８に検出される磁束は、第１磁歪部１４及び第２磁歪部１６の透磁率μ変化に起因した磁界の変化により、磁束の径方向成分Ｂｙを有するようになり、磁気検出器１８の出力はその磁束の径方向成分Ｂｙに応じた大きさになる。すなわち、トルク変化分だけを略計測範囲とした磁気検出器１８でトルクセンサ１０を構成でき、トルクセンサ１０がトルクＴ１を検出する際の検出分解能を向上することが可能である。要するに、トルクセンサ１０において、トルクＴ１の変化に対する磁気検出器１８の出力変化を大きくすることが可能である。

【0029】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。後述の第３実施形態でも同様である。

【0030】

図７は、第２実施形態に係る磁歪式のトルクセンサ１０の概略構成図であり、トルクセンサ１０を回転軸１２の径方向から見た図である。図８は、その図７のVIII−VIII断面図である。本実施形態のトルクセンサ１０では、第１磁歪部１４の溝１４１と第２磁歪部１６の溝１６１とが前述の第１実施形態と異なっている。

【0031】

具体的には、前述の第１実施形態では、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６の溝１４１、１６１が一軸心ＣＬ１に対して成す溝傾斜角度は何れも、一軸心ＣＬ１まわりの１周中で変わらないが、本実施形態では図７および図８に示すように、一軸心ＣＬ１まわりの半周毎に逆向きになっている。

【0032】

すなわち、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６は、一軸心ＣＬ１まわりに１周する中に、その一軸心ＣＬ１まわりの一方の半周分である第１角度範囲ＷＤ１と、一軸心ＣＬ１まわりの他方の半周分である第２角度範囲ＷＤ２とを有している。そして、上記溝傾斜角度に正負を付して表した場合、第１角度範囲ＷＤ１では、第１実施形態と同様に、第１磁歪部１４の溝傾斜角度は＋４５度となっており、第２磁歪部１６の溝傾斜角度は−４５度となっている。これに対し、第２角度範囲ＷＤ２では、第１角度範囲ＷＤ１とは逆に、第１磁歪部１４の溝傾斜角度は−４５度となっており、第２磁歪部１６の溝傾斜角度は＋４５度となっている。

【0033】

このように構成されているため、本実施形態では、第１実施形態と異なり、第１磁歪部１４において、トルクＴ１の変化に対する第１角度範囲ＷＤ１内の透磁率μの変化方向は、第２角度範囲ＷＤ２内の透磁率μの変化方向に対して逆向きになっている。このことは第２磁歪部１６でも同じである。

【0034】

なお、第１角度範囲ＷＤ１内で第１磁歪部１４と第２磁歪部１６とを比較した場合には、第１実施形態と同様に、トルクＴ１の変化に対する透磁率μの変化方向は第１磁歪部１４と第２磁歪部１６とで互いに逆向きになっている。このことは第２角度範囲ＷＤ２でも同じである。

【0035】

また、図８から判るように、第１角度範囲ＷＤ１および第２角度範囲ＷＤ２はそれぞれ、一軸心ＣＬ１まわりの半周分ずつである。従って、その一軸心ＣＬ１まわりにおいて第１角度範囲ＷＤ１が占める角度、すなわち第１角度範囲ＷＤ１を合計した合計角度は、１８０度であり、第２角度範囲ＷＤ２が占める角度、すなわち第２角度範囲ＷＤ２を合計した合計角度と同じになっている。

【0036】

次に、本実施形態において磁気検出器１８の出力波形を、図９を用いて説明する。図９は、回転軸１２に一定のトルクＴ１（図７参照）がかかっているときの磁気検出器１８の出力波形を表した図である。図９では、回転軸１２の回転角度に対する磁気検出器１８の出力電圧を示している。

【0037】

本実施形態では、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６の透磁率μの増減する向きが、第１角度範囲ＷＤ１と第２角度範囲ＷＤ２とでは逆になっている。そのため、トルクＴ１が一定である場合、図９に示すように、回転軸１２が１回転する間において、磁気検出器１８に対し第１磁歪部１４および第２磁歪部１６の中で径方向に最も近い最近接部位が第１角度範囲ＷＤ１内に入っている場合と、その最近接部位が第２角度範囲ＷＤ２内に入っている場合とでは、磁気検出器１８の出力電圧の絶対値は同じ大きさになるが、その出力電圧の正負は逆になる。図９では、回転軸１２が１回転する中の第１回転角度範囲ＷＲ１において上記最近接部位が第１角度範囲ＷＤ１内に入っており、その１回転の中で第１回転角度範囲ＷＲ１を除いた第２回転角度範囲ＷＲ２において上記最近接部位が第２角度範囲ＷＤ２内に入っている。

【0038】

そして、図９に示すように、回転軸１２の第１回転角度範囲ＷＲ１内で磁気検出器１８の出力電圧を積分した積分値ＩＮＴ１を、第２回転角度範囲ＷＲ２内で磁気検出器１８の出力電圧を積分した積分値ＩＮＴ２と比較すると、両者の絶対値は同じでその正負が逆になる。これは、上述したように第１角度範囲ＷＤ１の合計角度と第２角度範囲ＷＤ２の合計角度とが同じになっているからである。

【0039】

このような点を利用すると、例えば図１０に示すように、磁気検出器１８周りの環境変化や経年変化などに起因して、トルクＴ１が零のときの磁気検出器１８の出力電圧が零からずれたとしても、トルクＴ１の零を示す磁気検出器１８の出力電圧である基準出力値ＳＴＤ０を容易に算出することができる。なぜなら、磁気検出器１８の出力電圧を積分し、回転軸１２の第１回転角度範囲ＷＲ１内での積分値ＩＮＴ１の絶対値と第２回転角度範囲ＷＲ２内での積分値ＩＮＴ２の絶対値とが同じ大きさになる出力電圧の原点を算出すれば、その原点が基準出力値ＳＴＤ０となるからである。

【0040】

上述したように、本実施形態によれば、前述の第１実施形態と同様に、磁気検出器１８は一軸心ＣＬ１の径方向へ向いた磁束の大きさを検出するので、その第１実施形態と同様の作用効果、すなわち、トルクＴ１の変化に対する磁気検出器１８の出力変化を大きくすることができるという作用効果が得られる。

【0041】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第２実施形態と異なる点を主として説明する。

【0042】

図１１は、第３実施形態に係る磁歪式のトルクセンサ１０の概略構成図であり、トルクセンサ１０を回転軸１２の径方向から見た図である。図１２は、その図１１のXII−XII断面図である。本実施形態のトルクセンサ１０では、図１１および図１２に示すように、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６は、一軸心ＣＬ１まわりに１周する中に、第１角度範囲ＷＤ１と第２角度範囲ＷＤ２とに加えて、トルクＴ１の変化に対する第１磁歪部１４の透磁率μの変化と第２磁歪部１６の透磁率μの変化とに差異がない第３角度範囲ＷＤ３を有している。その透磁率μの変化に差異がないこととは実質的な意味において差異がないということであり、透磁率μの変化が第１磁歪部１４と第２磁歪部１６とで完全に同じということではない。

【0043】

具体的には図１２に示すように、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６は、一軸心ＣＬ１まわりに１周する中で１２０度毎に、第１角度範囲ＷＤ１と第２角度範囲ＷＤ２と第３角度範囲ＷＤ３とを有している。

【0044】

第３角度範囲ＷＤ３内では、例えば溝１４１、１６１に相当する溝が形成されておらず、そのため、トルクＴ１がかかったときに第１磁歪部１４および第２磁歪部１６が互いに同じように歪む。従って、第３角度範囲ＷＤ３内の第１磁歪部１４および第２磁歪部１６においてトルクＴ１に応じて透磁率μが変化しても、その第１磁歪部１４と第２磁歪部１６とでは透磁率μは同じように変化する。その結果、第３角度範囲ＷＤ３内の第１磁歪部１４および第２磁歪部１６は、回転軸１２にトルクＴ１がかかることによって歪んでも、磁気検出器１８を通る磁束の向きに影響しない。

【0045】

次に、本実施形態において磁気検出器１８の出力波形を、図１３を用いて説明する。図１３は、回転軸１２に一定のトルクＴ１（図１１参照）がかかっているときの磁気検出器１８の出力波形を表した図である。図１３では、前述の図９、１０と同様に、回転軸１２の回転角度に対する磁気検出器１８の出力電圧を示している。

【0046】

本実施形態では、図１３に示すように、回転軸１２の第１回転角度範囲ＷＲ１内における磁気検出器１８の出力電圧と、第２回転角度範囲ＷＲ２内における磁気検出器１８の出力電圧との関係は、第２実施形態と同様である。すなわち、第１回転角度範囲ＷＲ１内における磁気検出器１８の出力電圧の絶対値は、第２回転角度範囲ＷＲ２内における磁気検出器１８の出力電圧と同じであるが、その正負は逆になっている。

【0047】

更に、本実施形態では、上述の最近接部位が第３角度範囲ＷＤ３内に入っている場合には、トルクＴ１が回転軸１２にかかっていても、磁気検出器１８を通る磁束に径方向成分Ｂｙ（図５参照）は生じないので、磁気検出器１８の出力電圧は零になる。図１３では、回転軸１２の第３回転角度範囲ＷＲ３において上記最近接部位が第３角度範囲ＷＤ３内に入っている。

【0048】

このような点を利用すると、例えば図１４に示すように、磁気検出器１８周りの環境変化や経年変化などに起因して、トルクＴ１が零のときの磁気検出器１８の出力電圧が零からずれたとしても、第２実施形態とは異なる方法で、トルクＴ１の零を示す磁気検出器１８の出力電圧である基準出力値ＳＴＤ０を容易に算出することができる。なぜなら、回転軸１２の第３回転角度範囲ＷＲ３における磁気検出器１８の出力電圧を基準出力値ＳＴＤ０とすれば良いからである。

【0049】

上述したように、本実施形態によれば、前述の第１実施形態と同様に、磁気検出器１８は一軸心ＣＬ１の径方向へ向いた磁束の大きさを検出するので、その第１実施形態と同様の作用効果、すなわち、トルクＴ１の変化に対する磁気検出器１８の出力変化を大きくすることができるという作用効果が得られる。

【0050】

（他の実施形態）
（１）上述の第２実施形態では、第１角度範囲ＷＤ１および第２角度範囲ＷＤ２は、一軸心ＣＬ１まわりにおいてそれぞれ１箇所ずつ設けられているが、第１角度範囲ＷＤ１の合計角度と第２角度範囲ＷＤ２の合計角度とが等しければ、第１角度範囲ＷＤ１および第２角度範囲ＷＤ２はそれぞれ、複数箇所に分かれて設けられていても差し支えない。

【0051】

（２）上述の第３実施形態において、第３角度範囲ＷＤ３内の第１磁歪部１４と第２磁歪部１６とには溝が形成されていないが、他の方法で第３角度範囲ＷＤ３が構成されていても差し支えない。例えば、第１磁歪部１４と第２磁歪部１６との第３角度範囲ＷＤ３内では、メッキ時にマスクする等して、強磁性体である磁歪材が存在しないようにされていても差し支えない。この場合には、第３角度範囲ＷＤ３内において第１磁歪部１４および第２磁歪部１６の透磁率μはトルクＴ１に拘わらず零であるので、両方の透磁率μの変化に差異はない。

【0052】

（３）上述の各実施形態において、磁石２０は永久磁石で構成されているが、それに限らず、例えば、磁石２０は電磁石で構成されていても差し支えない。

【0053】

（４）上述の各実施形態において、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６は、回転軸１２の外周表面の一部にメッキ層として形成されているが、一軸心ＣＬ１を中心とした回転体形状を成している部材で構成されていてもよい。例えばそのようにメッキされずに、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６は、回転軸１２の外周側に嵌合される円環状のリング部材で構成され、その回転軸１２にしまり嵌めで嵌合されていても差し支えない。

【0054】

（５）上述の各実施形態において、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６には、溝１４１、１６１が形成されているが、その構成に限られるものではない。例えば、第１磁歪部１４および第２磁歪部１６には溝１４１、１６１が形成されておらず、その第１磁歪部１４および第２磁歪部１６が、特定の方向にのみ伸縮し易い異方性材料で構成されていても差し支えない。

【0055】

（６）上述の第１実施形態において、回転軸１２は一軸心ＣＬ１まわりに回転するが、回転せずに単にトルクＴ１が作用するだけでも差し支えない。

【0056】

（７）上述の各実施形態において、磁束の大きさを表す磁気検出器１８の出力は電圧であるが、電圧に限定されるものではなく、例えば電流であっても差し支えない。

【0057】

（８）上述の各実施形態において、回転軸１２は円柱形状を成しているが、それに限らず、例えば、円筒形状、角柱形状、または、角筒形状を成していても差し支えない。

【0058】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0059】

１０ トルクセンサ（磁歪式トルクセンサ）
１２ 回転軸
１４ 第１磁歪部
１６ 第２磁歪部
１８ 磁気検出器
２０ 磁石（磁界発生器）
ＣＬ１ 一軸心
Ｂｙ 磁束の径方向成分
Ｔ１ トルク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】