特開 2022-125512 トルク検出センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022125512

(43)【公開日】2022-08-29

(54)【発明の名称】トルク検出センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20220822BHJP

【ＦＩ】

G01L3/10 301L

G01L3/10 301J

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021023128

(22)【出願日】2021-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000106944

【氏名又は名称】シナノケンシ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001726

【氏名又は名称】特許業務法人綿貫国際特許・商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】古川 顕秀

(72)【発明者】

【氏名】中村 浩行

(57)【要約】      （修正有）

【課題】被検出体の全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力を、軸心方向に対して±４５度の傾きを有する複数の磁路において偏心誤差が抽出されることなくトルク成分のみが抽出されて測定精度を高めた磁歪式トルクセンサを提供する。
【解決手段】励振回路９によりトルク検知用周波数Ｆ１とノイズ検知用周波数Ｆ２が重畳された励振用重畳信号が第一トルク検出部及び第二トルク検出部に各々入力され、出力処理回路１０で第一トルク検出部及び第二トルク検出部から各々出力された出力信号をトルク検知用周波数Ｆ１‘とノイズ検知用周波数Ｆ２‘に分波して取り出し、トルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２とで差動処理をおこなって専らトルク成分を検出する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検出体の周囲に設けられた複数の環状コアと、該複数の環状コアから千鳥配置で複数突設されたティースに巻き付けられたコイルに通電することにより励磁されたティースと対向する被検出体との間で軸心方向に対して＋４５度の傾きを有する複数の磁路が形成される第一トルク検出部と、
前記被検出体の周囲に設けられた複数の環状コアと、該複数の環状コアから千鳥配置で複数突設されたティースに巻き付けられたコイルに通電することにより励磁されたティースと対向する被検出体との間で軸心方向に対して－４５度の傾きを有する複数の磁路が形成される第二トルク検出部と、
トルク感度が高く回転ノイズ成分も含まれるトルク検知用周波数Ｆ１とトルク感度は低く、回転ノイズ成分が大きく含まれるノイズ検知用周波数Ｆ２が重畳された励振用重畳信号が前記第一トルク検出部及び第二トルク検出部に各々入力される励振回路と、
前記第一トルク検出部及び第二トルク検出部から各々出力された出力信号をトルク検知用周波数Ｆ１‘とノイズ検知用周波数Ｆ２‘に分波して取り出し、トルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２とで差動処理を行なって専らトルク成分を検出する出力処理回路と、を含むトルク検出センサ。

【請求項2】

前記出力処理回路は、トルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２の差動処理を行なう前に、振幅演算処理回路によりトルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２に含まれる回転ノイズ成分の振幅を合わせる演算処理が行われる請求項1記載のトルク検出センサ。

【請求項3】

前記第一トルク検出部は、第一コア及び第二コアを有し、前記第一コアに周方向に複数形成された第一ティースと前記第二コアに周方向に複数形成された第二ティースが積層されて前記第一ティース及び前記第二ティースが周方向に千鳥配置で突設され、各ティースの周囲にコイルが各々巻かれており、各コイルに通電することにより励磁されて対向する被検出体との間で軸心方向に対して＋４５度の傾きを有する複数の磁路が形成され、
前記第二トルク検出部は、第三コア及び第四コアを有し、前記第三コアに周方向に複数形成された第三ティースと前記第四コアに周方向に複数形成された第四ティースが積層されて前記第三ティース及び前記第四ティースが周方向に千鳥配置で突設され、各ティースの周囲に巻かれたコイルに通電することにより励磁されて対向する被検出体との間で軸心方向に対して－４５度の傾きを有する複数の磁路が形成され、
前記第一トルク検出部と前記第二トルク検出部が第二コアと第四コアが対向するように隣接配置されている請求項1又は請求項２記載のトルク検出センサ。

【請求項4】

前記第一トルク検出部と前記第二トルク検出部は、対称面を介して軸心方向に隣接するティースどうしが同磁極に励磁される請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のトルク検出センサ。

【請求項5】

前記第一トルク検出部と前記第二トルク検出部は、対称面を介して軸心方向に隣接するティースどうしが異磁極に励磁される請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のトルク検出センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定誤差低減機能を有する磁歪式トルク検出センサに関する。

【背景技術】

【0002】

回転軸等の被検出体に作用するトルクを非接触で検出する方法として、磁歪式のトルク検出装置がある。例えば、歪みを検出する被検出体となる軸（シャフト）の表面に、磁歪特性を増加させる表面処理（たとえば、メッキまたは溝加工等）を施し、磁歪効果を測定することによってトルクを検出する。磁歪効果の測定は、シャフトと同軸に巻かれたコイルを配置し、インピーダンスの大きさに基づくビラリ効果により発生したシャフトの透磁率の変化を読み取ることによって行われる。

【0003】

例えば車両のトランスミッションとプロペラシャフトの間に設けられるトルク検出センサは、シャフトに取り付けられた磁歪環の磁界変化を磁気センサで検出して制御装置に出力し、シャフトに掛かるトルクを求める。このトルク検出センサの出力には、規則的ムラが生じている。具体的には図１４のトルク波形図に示すように、無負荷状態で回転する場合においてもトルク成分に回転ノイズ成分が重畳するうえに、負荷状態で回転する場合にもトルク成分に回転ノイズ成分が重畳することを示している。この規則的ムラを取り除くため、シャフトの回転数及び磁気センサで検出されたトルク変動成分を共振回路に供給し、共振回路でトルク変動成分から規則的ムラ成分を取り出し、規則的ムラ成分を回転数若しくは回転角と対応させて、トルク検出センサで検出された検出トルクを補正するようになっている（特許文献１：特開２００５－９１２９６号公報）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５－９１２９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述した磁歪式トルク検出センサにおいては、回転軸に生じたトルクの歪みによる磁気抵抗の変化をトルクに換算するものである。このため、回転軸の偏心や真円度の低下により、回転トルク計測時にトルク成分以外の不要信号（以下「回転ノイズ」という）が重畳して発生し、トルク計測精度が低下する。
このため、特許文献１に示すようにシャフトの回転数を検出して回転ノイズを除去する方法が提案されている。しかしながら、共振回路でトルク変動成分から回転ノイズを取り除くように補正しているが、回転数に同期するトルク成分まで取り除くことになり、トルク計測精度の向上を実現できない。

【0006】

トルク検出軸（シャフト）に用いられる軸材料は、励磁される周波数によってその材料ごとに周波数特性を有することが知られている。そこで、トルク検出軸の材料特性に準じたトルク感度が高い周波数と回転ノイズの影響を受けやすい複数周波数を重畳した励振用重畳信号の入力と出力信号からトルク成分と回転ノイズ成分を取り出して差動処理により回転ノイズ成分を可及的に除去できることを見い出して以下の発明を提案するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、被検出体の全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力を、軸心方向に対して±４５度の傾きを有する複数の磁路において偏心誤差が抽出されることなくトルク成分のみが抽出されて測定精度を高めた磁歪式トルク検出センサを提供することにある。

【0008】

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
被検出体の周囲に設けられた複数の環状コアと、該複数の環状コアから千鳥配置で複数突設されたティースに巻き付けられたコイルに通電することにより励磁されたティースと対向する被検出体との間で軸心方向に対して＋４５度の傾きを有する複数の磁路が形成される第一トルク検出部と、前記被検出体の周囲に設けられた複数の環状コアと、該複数の環状コアから千鳥配置で複数突設されたティースに巻き付けられたコイルに通電することにより励磁されたティースと対向する被検出体との間で軸心方向に対して－４５度の傾きを有する複数の磁路が形成される第二トルク検出部と、トルク感度が高く回転ノイズ成分も含まれるトルク検知用周波数Ｆ１とトルク感度は低く、回転ノイズ成分が大きいノイズ検知用周波数Ｆ２が重畳された励振用重畳信号が前記第一トルク検出部及び第二トルク検出部に各々入力される励振回路と、前記第一トルク検出部及び前記第二トルク検出部から各々出力された出力信号をトルク検知用周波数Ｆ１‘成分とノイズ検知用周波数Ｆ２‘に分波して取り出し、トルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２とで差動処理を行なって専らトルク成分を検出する出力処理回路と、を含むことを特徴とする。
上記構成によれば、励振回路によりトルク検知用周波数Ｆ１とノイズ検知用周波数Ｆ２が重畳された励振用重畳信号が第一トルク検出部及び第二トルク検出部に各々入力され、出力処理回路で第一トルク検出部及び第二トルク検出部から各々出力された出力信号をトルク検知用周波数Ｆ１‘とノイズ検知用周波数Ｆ２‘に分波して取り出し、トルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２とで差動処理を行なって専らトルク成分を検出するので、トルク検知用出力信号からノイズ検知用出力信号を差動処理することで回転ノイズを除去して精度の高いトルク信号を抽出することができる。

【0009】

前記出力処理回路は、トルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２の差動処理を行なう前に、振幅演算処理回路によりトルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２に含まれる回転ノイズ成分の振幅を合わせる演算処理が行われると、トルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２を差動処理する際に回転ノイズ成分が可及的に除去され、トルク成分ｆ１のみを精度よく抽出することができる。

【0010】

前記第一トルク検出部は、第一コア及び第二コアを有し、前記第一コアに周方向に複数形成された第一ティースと前記第二コアに周方向に複数形成された第二ティースが積層されて前記第一ティース及び前記第二ティースが周方向に千鳥配置で突設され、各ティースの周囲にコイルが各々巻かれており、各コイルに通電することにより励磁されて対向する被検出体との間で軸心方向に対して＋４５度の傾きを有する複数の磁路が形成され、前記第二トルク検出部は、第三コア及び第四コアを有し、前記第三コアに周方向に複数形成された第三ティースと前記第四コアに周方向に複数形成された第四ティースが積層されて前記第三ティース及び前記第四ティースが周方向に千鳥配置で突設され、各ティースの周囲に巻かれたコイルに通電することにより励磁されて対向する被検出体との間で軸心方向に対して－４５度の傾きを有する複数の磁路が形成され、前記第一トルク検出部と前記第二トルク検出部が第二コアと第四コアが対向するように隣接配置されていてもよい。
この場合被検出体の全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力を高精度で検出することができる。

【0011】

前記第一トルク検出部と前記第二トルク検出部は、対称面を介して軸心方向に隣接するティースどうしが同磁極に励磁されると、トルク検出部どうしを跨ぐ磁路が被検出体の軸心方向に形成されることはなく、検出感度を低下させることはない。

【0012】

前記第一トルク検出部と前記第二トルク検出部は、対称面を介して軸心方向に隣接するティースどうしが異磁極に励磁されると、トルク検出部どうしを跨ぐ磁路が被検出体の軸心方向に形成されるが、トルク検出には寄与しない磁路成分であるため、検出感度に影響しない。

【発明の効果】

【0013】

被検出体の全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力を、軸心方向に対して±４５度の傾きを有する複数の磁路において回転ノイズが抽出されることなくトルク成分のみが抽出されて測定精度を高めた磁歪式トルク検出センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施例１の磁歪式トルク検出センサの正面図、右側面図、矢印Ｙ－Ｙ方向断面図及び斜視図である。

【図2】図１の複数のティースに巻かれたコイルの結線図である。

【図3】図１のコアの周方向に突設されたティースの配置及び通電により形成される磁路の説明図である。

【図4】図３の他例に係るコアの周方向に突設されたティースの配置及び通電により形成される磁路の説明図である。

【図5】図１の磁歪式トルク検出センサのトルク検出回路のブロック構成図である。

【図6】トルク検知用周波数Ｆ１とノイズ検知用周波数Ｆ２の関係を示すグラフ図である。

【図7】図５のトルク検出回路の他例に係るブロック構成図である。

【図8】実施例２のコアの展開図と通電回路の説明図及びティース間に形成される磁路の説明図である。

【図9】図８のティース間に形成される磁路の説明図である。

【図10】実施例２に係るコアの展開図と通電回路の説明図及びティース間に形成される磁路の説明図である。

【図11】図１０のコア磁極間に形成される磁路の説明図である。

【図12】他例に係るコアの展開図と通電回路の説明図及びティース間に形成される磁路の説明図である。

【図13】図１２のティース間に形成される磁路の説明図である。

【図14】無負荷及び負荷状態のトルク検出センサの出力波形を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る磁歪式トルク検出センサの概略構成について図１乃至図４を参照して説明する。被検出体の一例としては、逆磁歪効果が大きい材料が好ましい。例えば、逆磁歪効果が高い材料として、パーメンジュール、Fe-Al（アルフェル）、Fe-Nix（パーマロイ）および球状黒鉛鋳鉄( JIS :FCD70 ) などがある。尚、逆磁歪効果とは、磁性体に外部から応力を加えると磁気特性が変化する現象である。また、被検出体Ｓには、必要に応じて磁性焼鈍を予め施しておくと、詳しくは後述するが被検出体Ｓに作用するトルクを好適に検出できる。また、非磁性材料であっても金属磁性材料を溶射等してコーティングしたり、磁性円筒を軸に圧入したりすることでトルク検出することが可能となる。尚、被検出体は、円柱状であるがこれに限定されない。被検出体は、外形が円柱状であれば、内部の構造は問わない。例えば、内径が軸方向において一定である円筒状、または内径が軸方向に位置により異なっている円筒状であってもよい。また、被検出体Ｓは、回転することが予定されているものであってもよいし、予定されていないものであってもよい。更には、被検出体は、中実な軸材料でもよいし、空芯状の筒体であってもよい。

【0016】

トルク検出センサ７の一例について図１を参照して説明する。トルク検出センサ７は、被検出体Ｓの周囲に複数箇所で対峙する第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２に巻き付けられた第一コイル５ａ、第二コイル５ｂに通電して被検出体Ｓとの間に形成される磁気回路において透磁率の変化をコイルインピーダンスの変化で測定する自己励磁型のトルク検出センサである。

【0017】

図１Ｃにおいて、第一トルク検出部７ａは、環状の第一コア２ａ－１，環状の第二コア２ａ－２に周方向に複数の第一ティース３ａ１，第二ティース３ａ２が径方向内側に向けて突設されている。第一コア２ａ－１と第二コア２ａ－２は筒状の中間コア２ｃ１の両側開口より嵌め込まれて第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２が千鳥配置となるよう組み付けられている。各第一ティース３ａ１，第二ティース３ａ２の周囲には第一インシュレータ４ａ１，第二インシュレータ４ａ２が各々嵌め込まれ、同一の通電回路に接続された第一コイル５ａが各々巻かれており、各第一コイル５ａに通電することにより隣接する第一ティース３ａ１，第二ティース３ａ２が異磁極に励磁されて対向する被検出体Ｓとの間で軸心方向に対して＋４５度の傾きを有する複数の磁路が形成されるようになっている。

【0018】

第二トルク検出部７ｂは、環状の第三コア２ｂ－１，環状の第四コア２ｂ－２に周方向に複数の第三ティース３ｂ１，第四ティース３ｂ２が径方向内側に向けて突設されている。第三コア２ｂ－１と第四コア２ｂ－２は筒状の中間コア２ｃ２の両側開口より嵌め込まれて、第三ティース３ｂ１と第四ティース３ｂ２が千鳥配置となるように組み付けられている。各第三ティース３ｂ１，第四ティース３ｂ２の周囲には第三インシュレータ４ｂ１，第四インシュレータ４ｂ２が各々嵌め込まれ、同一の通電回路に接続された第二コイル５ｂが各々巻かれており、各第二コイル５ｂに通電することにより周方向隣接する第三ティース３ｂ１，第四ティース３ｂ２が異磁極に励磁されて対向する被検出体Ｓとの間で軸心方向に対して－４５度の傾きを有する複数の磁路が形成されるようになっている。

【0019】

上記第一トルク検出部７ａと第二トルク検出部７ｂが第二コア２ａ－２と第四コア２ｂ－２が中間コア２ｃ３を介して対向するように隣接配置されている。第一ティース３ａ１の第一コア２ａ－１の周方向の位相と第三ティース３ｂ１の第三コア２ｂ－１の周方向の位相が同一となるように組み付けられている。また、第二ティース３ａ２の第二コア２ａ－２の周方向の位相と第四ティース３ｂ２の第四コア２ｂ－２の周方向の位相が同一となるように組み付けられている。

【0020】

即ち、第一コア２ａ－１，第二コア２ａ－２及び第三コア２ｂ－１，第四コア２ｂ－２（環状コア２）は図６の展開図に示すように、被検出体Ｓの軸心方向（図の上下方向）と直交する対称面Ｍ（図１Ｂ，Ｃ参照）を中心に第一トルク検出部７ａと第二トルク検出部７ｂが鏡面配置となるように積層されている。

【0021】

図１Ｃ，Ｄにおいて、第一コア２ａ－１には環状のコアバック部２ａ１に径方向内側に向かって突設された第一ティース３ａ１が、周方向に６０度の位相差を設けて合計６か所に設けられている。各第一ティース３ａ１には筒状の絶縁樹脂製の第一インシュレータ４ａ１が嵌め込まれ、周囲には第一コイル５ａが巻き付けられている。第二コア２ａ－２には環状のコアバック部２ａ２に径方向内側に向かって突設された第二ティース３ａ２が、周方向に６０度の位相差を設けて合計６か所に設けられている。各第二ティース３ａ２には筒状の絶縁樹脂製の第二インシュレータ４ａ２が嵌め込まれ、周囲には第一コイル５ａが巻き付けられている。第一コア２ａ－１と第二コア２ａ―２は、第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２が周方向に＋４５度位相がずれて積層されるようになっている（図３コア展開図上段参照）。

【0022】

図１Ｃにおいて、第三コア２ｂ－１は、第一コア２ａ－１と同様に環状のコアバック部２ｂ１に径方向内側に向かって突設された第三ティース３ｂ１が、周方向に６０度の位相差を設けて合計６か所に設けられている。各第三ティース３ｂ１には筒状の絶縁樹脂製の第三インシュレータ４ｂ１が嵌め込まれ、周囲には第二コイル５ｂが巻き付けられている。第三コア２ｂ－１と第四コア２ｂ―２は、第三ティース３ｂ１と第四ティース３ｂ２が周方向に－４５度位相がずれて積層されるようになっている（図３コア展開図下段参照）。
また、第四コア２ｂ－２には環状のコアバック部２ｂ２に径方向内側に向かって突設された第四ティース３ｂ２が、周方向に６０度の位相差を設けて合計６か所に設けられている。各第四ティース３ｂ２には筒状の絶縁樹脂製の第四インシュレータ４ｂ２が嵌め込まれ、周囲には第二コイル５ｂが巻き付けられている。

【0023】

図１Ｂ，Ｃに示すように、筒状の中間コア２ｃ１の両端開口に第一コア２ａ－１及び第二コア２ａ－２が嵌め込まれて組み付けられている。筒状の中間コア２ｃ２の両端開口には第三コア２ｂ－１及び第四コア２ｂ－２が嵌め込まれて組み付けられている。

【0024】

また、第一トルク検出部７ａと第二トルク検出部７ｂとは中間コア２ｃ３を介して隣接配置されている。即ち、中間コア２ｃ１及び第二コア２ａ－２と中間コア２ｃ２及び第四コア２ｂ－２は、環状の中間コア２ｃ３の両側に重ね合わせて接着等より一体に組み付けられる。

【0025】

中間コア２ｃ１は第一コア２ａ－１と第二コア２ａ－２間の磁路を形成し、中間コア２ｃ２は第三コア２ｂ－１と第四コア２ｂ－２間に磁路を形成している。中間コア２ｃ３は、第二ティース３ａ２の周囲に第一コイル５ａ、第四ティース３ｂ２の周囲に第二コイル５ｂを巻くスペースを確保するスペーサとなっている。
尚、中間コア２ｃ１，２ｃ２，２ｃ３には径方向内側に向かうティースは設けられていない。

【0026】

第一トルク検出部７ａにおいて互いに隣り合う第一ティース３ａ１，第二ティース３ａ２は周方向に＋４５度位相が異なるように千鳥配置で積層されている。また、第二トルク検出部７ｂにおいて隣り合う第三ティース３ｂ１，第四ティース３ｂ２は周方向に－４５度位相が異なるように千鳥配置で積層されている。

【0027】

このため、図３のコアの展開図に示すように、第一トルク検出部７ａの第一コア２ａ－１，第二コア２ａ－２に周方向に千鳥配置で形成された第一ティース３ａ１，第二ティース３ａ２と、第二トルク検出部７ｂの第三コア２ｂ－１，第四コア２ｂ－２に周方向に千鳥配置で形成された第三ティース３ｂ１，第四ティース３ｂ２が対称面Ｍを中心として鏡面配置で積層されている。尚、ＮＡ及びＳＡを囲む長枠Ｅは第一ティース３ａ１及び第二ティース３ａ２間に形成される磁路において軸心方向（図の上下方向）に対する磁路の傾きを示す。同様にＮＢ及びＳＢを囲む長枠Ｅは第三ティース３ｂ１及び第四ティース３ｂ２との間に形成される磁路において軸心方向（図の上下方向）に対する磁路の傾きを示す。

【0028】

上記構成によれば、第一トルク検出部７ａの第一コイル５ａに通電することにより隣接する第一ティース３ａ１，第二ティース３ａ２が異磁極（Ｎ極又はＳ極）に励磁されて対向する被検出体Ｓとの間で軸心方向に対して＋４５度の傾きを有する複数の磁路が形成される。また、第二トルク検出部７ｂの第二コイル５ｂに通電することにより隣接する第三ティース３ｂ１，第四ティース３ｂ２が異磁極（Ｎ極又はＳ極）に励磁されて対向する被検出体Ｓとの間で軸心方向に対して－４５度の傾きを有する複数の磁路が形成される。よって、被検出体Ｓの全周にわたって圧縮応力及び引張応力の発生を検出することができる。

【0029】

また、隣接配置される第一トルク検出部７ａと第二トルク検出部７ｂが環状コア２の周方向のティース配置が互いに同一となっている。即ち、図３のコアの展開図において、第一トルク検出部７ａの第一コア２ａ－１に形成された第一ティース３ａ１と第二トルク検出部７ｂの第三コア２ｂ－１形成された第三ティース３ｂ１の周方向の位相が互いに同一となっており、第二コア２ａ－２に形成された第二ティース３ａ２と第四コア３ｂ－２に形成された第四ティース３ｂ２の周方向の位相が互いに同一となっている。

【0030】

図２Ａ，Ｂ，Ｃは、環状コア２（２ａ－１，２ａ－２又は２ｂ－１，２ｂ－２）の展開図において各ティース３（第一ティース３ａ１及び第二ティース３ａ２）に巻かれた第一コイル５ａ、第二コイル５ｂに対する通電パターンの一例を示している。図中の黒いラインは第一コイル５ａ及び第二コイル５ｂであり、図中では省略されている。また、第一コイル５ａ、第二コイル５ｂをティース３に巻く向きを反対にすることで励磁する極を変更している。環状コア２に周方向に千鳥配置で突設された複数の第一ティース３ａ１及び第二ティース３ａ２のうち同一の通電回路に直列に接続される第一コイル５ａ、第二コイル５ｂが巻かれたティースは、周方向に隣接するＮ極とＳ極が交互に励磁されることが好ましい。これにより、同一の通電回路に直列に接続される第一コイル５ａ、第二コイル５ｂが巻かれた周方向に隣接する第一ティース３ａ１及び第二ティース３ａ２がＮ極とＳ極に交互励磁さえすれば、複数コイルに対して例えば以下に説明するように一筆書き状に連続して配線することもでき、配線バリエーションが増えて配線も容易に行える。

【0031】

図２Ａは、第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２とでジグザグ状に通電する通電回路６及び第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２に形成される磁極（－ＳＡ－ＳＡ－ＮＡ－ＮＡ－…）を例示する。図２Ｂは、第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２とで矩形波状に通電する通電回路６及び第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２に形成される磁極（－ＳＡ－ＮＡ－ＳＡ－ＮＡ－…）を例示する。図２Ｃは、第一ティース３ａ１に周方向に通電してからＵターンして第二ティース３ａ２に周方向に通電する通電回路６及び第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２に形成される磁極（－ＳＡ－ＮＡ－ＳＡ－ＮＡ－…）を例示する。図２Ａ～Ｃに示すいずれの通電パターンにおいても、トルク検出に最も寄与する磁路は、周方向に位相差±４５度で配置された第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２との間に形成される磁路である。

【0032】

また、図３に示すように、第一トルク検出部７ａと第二トルク検出部７ｂは、対称面Ｍを介して軸心方向に隣接する第二ティース３ａ２と第四ティース３ｂ２が同磁極に励磁されると、対称面Ｍを介して軸心方向に対称位置にある第二ティース３ａ２と第四ティース３ｂ２は同磁極となるため、対称面Ｍを跨いで第二コア２ａ－２と第四コア２ｂ－２の間に磁路が形成されることはない。

【0033】

また、図４に示すように、第一トルク検出部７ａと第二トルク検出部７ｂは、対称面Ｍを介して軸心方向に隣接する第二ティース３ａ２と第四ティース３ｂ２が異磁極（Ｎ極又はＳ極）に励磁されると、対称面Ｍを介して軸心方向に対称位置にある第二ティース３ａ２と第四ティース３ｂ２は異なる磁極となるため対称面Ｍを跨いで第二コア２ａ－２と第四コア２ｂ－２の間に磁路が形成されるが、トルク検出にはほとんど寄与しない磁路成分である。そのため、検出感度にはほとんど影響しない。
尚、図３，図４において、環状コア２（第一コア２ａ－１，第二コア２ａ－２及び第三コア２ｂ－１，第四コア２ｂ－２）の周方向に形成される異磁極（ＮＡ，ＳＡ）（ＮＢ，ＳＢ）間に周方向に形成される磁路は、トルク検出にはほとんど寄与しない磁路成分である。そのため、検出感度にはほとんど影響しない。

【0034】

ここで、図１の磁歪式トルク検出センサのトルク検出回路のブロック構成図について図５を参照して説明する。
トルク検出回路８は、トルク検出センサ７（第一トルク検出部７ａ、第二トルク検出部７ｂ）にトルク検出用の励振信号を入力する励振回路９（発振回路）と、トルク検出センサ７からの出力信号からトルク成分を抽出する出力処理回路１０を備えている。

【0035】

励振回路９は、周波数の異なる２つの励振周波数（トルク検知用周波数Ｆ１、ノイズ検知用周波数Ｆ２）を重畳した励振用重畳信号（数十ｋＨｚ）を生成して、トルク検出センサ７（ＣＣＷ：第一トルク検出部７ａ、ＣＷ：第二トルク検出部７ｂ）に各々入力する。後述するようにトルク検知用周波数Ｆ１は、トルク感度が高く回転ノイズも含まれる所要の周波数が選択される。またノイズ検知用周波数Ｆ２は、トルク感度は低く回転ノイズ成分が大きく含まれる所要の周波数が選択される。

【0036】

図６は、トルク検出センサ７の発振周波数別の出力信号レベルを示すグラフ図である。グラフ線Ｖ１は、回転ノイズのピークツーピーク電圧変化を示すノイズレベルを示しており、グラフ線Ｖ２は、一定トルク印加時の出力電圧変化（トルク変化）を示す。
トルク検知用周波数Ｆ１は、トルク感度が高く回転ノイズも含まれる所要の周波数（グラフ線Ｖ２：例えば２０ｋＨｚ）が選択される。またノイズ検知用周波数Ｆ２は、トルク感度は低く、回転ノイズ成分が大きい所要の周波数（グラフ線Ｖ１：例えば２７ｋＨｚ）が選択される。基本的にトルク検知用周波数Ｆ１は、グラフ線Ｖ２（トルク変化の出力電圧）上で最も高い出力電圧となる周波数、ノイズ検知用周波数Ｆ２は、グラフ線Ｖ１（ノイズ変化の出力電圧）上で最も高い出力電圧となる周波数、またはその周辺の周波数が選択されるがそれに限定されるものではない。また、測定対象に応じてトルク感度、ノイズ除去の優先度を変更することも可能であり、その場合は、トルク検知用周波数Ｆ１は、グラフ線Ｖ２上でその優先度に適した周波数、ノイズ検知用周波数Ｆ２は、グラフ線Ｖ１上でその優先度に適した周波数を選択することで実現する。
なお、図６の発振周波数別の出力信号レベルを示すグラフ図は製造時の検査でトルク検出部一つ一つ測定して作成しても良いし、ロット毎に測定しても良い。

【0037】

図５において、出力処理回路１０は第一トルク検出部７ａ及び第二トルク検出部７ｂから各々出力された出力信号をトルク検知用周波数Ｆ１‘とノイズ検知用周波数Ｆ２‘に分波する分波回路１０ａ，１０ｂと、分波されたトルク検知用周波数Ｆ１‘どうしの差分を出力する比較回路１０ｃ，分波されたノイズ検知用周波数Ｆ２‘どうしの差分を出力する比較回路１０ｄ、比較回路１０ｃ，１０ｄの出力をＤＣ変換する整流回路１０ｅ，１０ｆ、整流されたトルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２を差動処理（ｆ１－ｆ２）する差動処理回路１０ｇを備えている。なお、トルク検知用周波数Ｆ１‘とノイズ検知用周波数Ｆ２‘は、励振回路９で生成されたトルク検知用周波数Ｆ１とノイズ検知用周波数Ｆ２と周波数は同じであるが、トルク検出センサ７により印可されたトルク成分、回転ノイズ成分が含まれた信号である。

【0038】

比較回路１０ｃにおいて、第一トルク検出部７ａ（ＣＣＷ）の出力電圧と第二トルク検出部７ｂ（ＣＷ）の出力電圧の差動処理が行われる。比較回路１０ｄにおいて、第一トルク検出部７ａ（ＣＣＷ）の出力電圧と第二トルク検出部７ｂ（ＣＷ）の出力電圧の差動処理が行われるので、ノイズ検知用周波数Ｆ２に含まれる被検出体Ｓの偏心誤差をキャンセルすることができる。
更に、差動処理回路１０ｇにおいて整流回路１０ｅ，１０ｆで整流されたトルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２を差動処理することで、差動処理後の出力信号は、回転ノイズ成分ｆ２が除去されたトルク成分ｆ１のみが抽出されるのでトルク測定精度を高めることができる。

【0039】

上記構成によれば、励振回路９によりトルク検知用周波数Ｆ１とノイズ検知用周波数Ｆ２が重畳された励振用重畳信号が第一トルク検出部７ａ（ＣＣＷ）及び第二トルク検出部７ｂ（ＣＷ）に各々入力され、出力処理回路１０で第一トルク検出部７ａ（ＣＣＷ）及び第二トルク検出部７ｂ（ＣＷ）から各々出力された出力信号を分波してトルク検知用周波数Ｆ１‘とノイズ検知用周波数Ｆ２‘に分けて取り出し、トルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２とで差動処理を行なって専らトルク成分ｆ１を検出するので、回転ノイズ成分ｆ２を除去して精度の高いトルク信号を抽出することができる。
よって、被検出体Ｓの全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力を、軸心方向に対して±４５度の傾きを有する複数の磁路において回転ノイズが抽出されることなくトルク成分のみが抽出されて測定精度を高めた磁歪式トルク検出センサ７を提供することができる。

【0040】

図７は、図５のトルク検出回路８の他例に係るブロック構成図である。励振回路９は図５と同様であるが、出力処理回路１０の構成が若干異なる。
即ち、整流されたトルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２を差動処理回路１０ｇで差動処理する前にこれらに含まれる回転ノイズ成分どうしの振幅をｆ１とｆ２で合わせておく演算処理が行われる。即ち、高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ）回路１０ｈで振幅演算し可変利得アンプ１０ｉで利得調整を行なってトルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２に含まれる回転ノイズ成分の振幅を合わせておく（振幅演算処理回路）。これにより、差動処理回路１０ｇで整流されたトルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２を差動処理する際に回転ノイズ成分ｆ２が可及的に除去され、トルク成分ｆ１のみを精度よく抽出することができる。

【0041】

次に他例に係る磁歪式トルク検出センサについて、図８乃至図１３を参照して説明する。被検出体Ｓは、逆磁歪効果が大きい材料が好ましく、中実な軸材料でもよいし、中空状の中空軸等であってもよいのは同様である。尚、展開図においては、複数のコア２ａ，２ｂ，２ｃが組み合わされたものを単に環状コア２と表記して説明するものとする。

【0042】

図８に示すように、環状コア２に第一ティース３ａ１及び第二ティース３ａ２が周方向に千鳥配置で複数突設されている。第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２が周方向に４５度位相が異なるように組み付けられている。第一ティース３ａ１どうしの環状コア２の周方向の位相が同一となるように配置され、第二ティース３ａ２ｂどうしの環状コア２の周方向の位相が同一となるように配置されている。また、各第一ティース３ａには筒状の絶縁樹脂製の第一インシュレータ４ａが嵌め込まれ、周囲には第一コイル５ａが巻き付けられている。各第二ティース３ｂには筒状の絶縁樹脂製の第二インシュレータ４ｂが嵌め込まれ、周囲には第二コイル５ｂが巻き付けられている。

【0043】

図８は、環状コア２の展開図と通電回路の説明図及びティース間に形成される磁路の説明図である。図８において、第一ティース３ａ１の周囲に巻かれた第一コイル５ａと第二ティース３ａ２の周囲に巻かれた第二コイル５ｂは巻方向が反対に巻かれている。また、第一コイル５ａ及び第二コイル５ｂが直列に接続された複数の通電回路を備えている。具体的には、第一通電回路６ａ（図８上段破線）は、第一ティース３ａ１に巻かれた第一コイル５ａから周方向に＋４５度の位相差を有する第二ティース３ａ２に巻かれた第二コイル５ｂへ通電し周方向に配線された他の第二ティース３ａ２に巻かれた第二コイル５ｂから＋４５度の位相差を有する他の第一ティース３ａ１に巻かれた第一コイル５ａへ通電する。なお、より正確には第一ティース３ａ１の被検出体と対向する先端部と第二ティース３ａ２の被検出体と対向する先端部が中間コア２ｃを介して周方向に＋４５度の位相差を有するように積層されている。この第一通電回路６ａ（図８上段破線）への通電により第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２との間に被検出体を経て形成される軸心方向に対して＋４５度の傾きを有する複数の磁路が（図８下段）される。

【0044】

また、第二通電回路６ｂ（図８上段実線）は、第一ティース３ａ１に巻かれた第一コイル５ａから－４５度の位相差を有する第二ティース３ａ２に巻かれた第二コイル５ｂへ通電し周方向に配線された他の第二ティース３ａ２に巻かれた第二コイル５ｂから－４５度の位相差を有する他の第一ティース３ａ１に巻かれた第一コイル５ａへ通電する。この第二通電回路６ｂ（図８上段実線）への通電により第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２との間に被検出体を経て形成される軸心方向に対して－４５度の傾きを有する複数の磁路（図１下段）が各々形成される。また、第一通電回路６ａを形成するコイルをコイルＡとし、第二通電回路６ｂを形成するコイルをコイルＢとすると、図中ＮＡはコイルＡによりＮ極に励磁されたティース、ＳＡはコイルＡによりＳ極に励磁されたティースを表示するものとし、同様に図中ＮＢはＢコイルによりＮ極に励磁されたティース、ＳＢはＢコイルによりＳ極に励磁されたティースを表示するものとする。より正確には被検出体Ｓと対向するティースの先端部がＮ極またはＳ極に励磁される。Ｎ極に励磁されるかＳ極に励磁されるかはＡコイル及びＢコイル（第一コイル５ａ及び第二コイル５ｂ）の巻く向きを反対にすれば実現することができる。

【0045】

また、図８下段に示すＮＡ及びＳＡを囲む長枠Ｅ１、ＮＢ及びＳＢを囲む長枠Ｅ２は、第一ティース３ａ１及び第二ティース３ａ２との間に形成される磁路において軸心方向（図の上下方向）に対する磁路の傾きを示す。尚、千鳥配置された第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２は、コイルが巻かれていないものが存在しても良い。
以上説明したトルク検出センサ７は、被検出体Ｓの周囲に複数箇所で対峙する第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２に巻き付けられた第一コイル５ａ、第二コイル５ｂに通電して被検出体Ｓとの間に形成される磁気回路において透磁率の変化をコイルインピーダンスの変化で測定する自己励磁型のトルク検出センサが用いられる。

【0046】

図９は第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２間に形成される磁路の説明図である。第一ティース３ａがＮ極に励磁され、第二ティース３ｂがＳ極に励磁される複数の磁路を示す。ＮＡ及びＳＡを囲む長枠Ｅ１は、第一通電回路６ａに通電した際の軸心方向（図２の上下方向）に対する磁路の傾き（＋４５度）を示す。また、ＮＢ及びＳＢを囲む長枠Ｅ２は、第二通電回路６ｂに通電した際の軸心方向（図２の上下方向）に対する磁路の傾き（－４５度）を示す。＋４５度に傾く磁路と－４５度に傾く磁路はコアの周方向に交互に形成されている（長枠Ｅ１，Ｅ２参照）。
この場合、周方向に隣合う第一ティース３ａ１の極性は同磁極（Ｎ極）であり、周方向に隣合う第二ティース３ａ２の極性も同磁極（Ｓ極）となるため、トルク検出に必要な磁路成分（±４５度）のみが形成されるため、トルク検出が効率よく実現することができる。

【0047】

上記トルク検出センサ７の第一通電回路６ａ及び第二通電回路６ｂに図５又は図７に示すトルク検出回路８が各々接続されている。励振回路９（発振回路）によりトルク検知用周波数Ｆ１とノイズ検知用周波数Ｆ２が重畳された励振用重畳信号が第一通電回路６ａ（ＣＣＷ）及び第二通電回路６ｂ（ＣＷ）に各々入力され、出力処理回路１０で第一通電回路６ａ（ＣＣＷ）及び第二通電回路６ｂ（ＣＷ）から各々出力された出力信号を分波してトルク検知用周波数Ｆ１‘とノイズ検知用周波数Ｆ２‘に分けて取り出し、トルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２とで差動処理をおこなって専らトルク成分ｆ１を検出する。これにより、回転ノイズ成分ｆ２を可及的に除去して精度の高いトルク信号を抽出することができる。

【0048】

また出力処理回路１０は、トルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２の差動処理を行なう前に、振幅演算処理回路によりトルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２に含まれる回転ノイズ成分ｆ２の振幅を合わせる処理が行われると、トルク成分ｆ１と回転ノイズ成分ｆ２を差動処理する際に回転ノイズ成分ｆ２が除去され、トルク成分ｆ１のみを精度よく抽出することができる。

【0049】

図１０は図８の他例に係るコアの展開図と通電回路の説明図及びティース間に形成される磁路の説明図である。第一ティース３ａ１どうしが環状コア２の周方向の位相が同一となるように配置され、第二ティース３ａ２どうしが環状コア２の周方向の位相が同一となるように配置されている点は図８と同様である。図１０上段において、第一通電回路６ａ（図１０上段破線）への通電により第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２との間に被検出体を経て形成される軸心方向に対して＋４５度の傾きを有する複数の磁路が（図１０下段）される。また、第二通電回路６ｂ（図１０上段実線）への通電により第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２との間に被検出体を経て形成される軸心方向に対して－４５度の傾きを有する複数の磁路（図１０下段）が各々形成される。図８と異なるのは、第一ティース３ａ１に巻かれる第一コイル５ａと第二ティース３ａ２に巻かれる第二コイル５ｂの巻方向が反対になっている。よって、第一ティース３ａ１がＳ極に励磁され、第二ティース３ａ２がＮ極に励磁されている。図１０下段に示すＳＡ及びＮＡを囲む長枠Ｅ１及びＳＢ及びＮＢを囲む長枠Ｅ２は、第一ティース３ａ１及び第二ティース３ａ２との間に形成される磁路において軸心方向（図の上下方向）に対する磁路の傾きを示す。

【0050】

なお、図１０では長枠Ｅ２は２つ例示しているが両方とも第一ティース３ａ１がＳＢ、第二ティース３ａ２がＮＢの組み合わせである。別の例としては、１つの長枠Ｅ２を第一ティース３ａ１がＳＢ、第二ティース３ａ２がＮＢの組み合わせ、別の長枠Ｅ２を第一ティース３ａ１がＮＢ、第二ティース３ａ２がＳＢの組み合わせのもので構成しても良い。それ以外にも１つの長枠Ｅ１を第一ティース３ａ１がＳＡ、第二ティース３ａ２がＮＡの組み合わせ、別の長枠Ｅ２を第一ティース３ａ１がＮＡ、第二ティース３ａ２がＳＡの組み合わせのもので構成しても良い。このように長枠Ｅ１と長枠Ｅ２内で第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２をＮ極に励磁するかＳ極に励磁するかは自由である。

【0051】

図１１は第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２間に形成される磁路の説明図である。第一ティース３ａ１がＳ極又はＮ極に励磁され、第二ティース３ａ２がＮ極又はＳ極に励磁される複数の磁路を示す。ＳＡ及びＮＡを囲む長枠Ｅ１は、第一通電回路６ａに通電した際の軸心方向（図１１の上下方向）に対する磁路の傾き（＋４５度）を示す。また、ＳＢ及びＮＢを囲む長枠Ｅ２は、第二通電回路６ｂに通電した際の軸心方向（図１１の上下方向）に対する磁路の傾き（－４５度）を示す。＋４５度に傾く磁路と－４５度に傾く磁路は環状コア２の周方向に交互に形成されている。

【0052】

この場合、周方向に隣合う第一ティース３ａ１の極性は異なる磁極であり、周方向に隣合う第二ティース３ａ２の極性も異なる磁極となるため、図８と異なり、図１１の周方向に隣接する第一ティース３ａ１間にＮ極からＳ極に向かう矢印方向の磁路（ＮＢ－ＳＡ）が各々形成される。しかしながら、これらの磁路はトルク検出にほとんど寄与しない磁路成分である。そのため、検出感度にはほとんど影響しない。

【0053】

図１２は他例に係るコアの展開図と通電回路の説明図及びティース間に形成される磁路の説明図である。第一ティース３ａ１どうしが環状コア２の周方向の位相が同一となるように配置され、第二ティース３ａ２どうしが環状コア２の周方向の位相が同一となるように配置されている点は同様である。図１２において、第一通電回路６ａ（図１２上段破線）への通電により第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２との間に被検出体を経て形成される軸心方向に対して＋４５度の傾きを有する複数の磁路が（図１２下段）される。また、第二通電回路６ｂ（図１２上段実線）への通電により第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２との間に被検出体を経て形成される軸心方向に対して－４５度の傾きを有する複数の磁路（図１２下段）が各々形成される。ＳＡ及びＮＡを囲む長枠Ｅ１は、第一通電回路６ａに通電した際の軸心方向（図１２の上下方向）に対する磁路の傾き（＋４５度）を示す。また、ＳＢ及びＮＢを囲む長枠Ｅ２は、第二通電回路６ｂに通電した際の軸心方向（図１２の上下方向）に対する磁路の傾き（－４５度）を示す。図８、図１０と異なるのは、＋４５度に傾く磁路と－４５度に傾く磁路はコアの周方向に交互に形成されていない（長枠Ｅ１，Ｅ２参照）。

【0054】

図１３は第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２間に形成される磁路の説明図である。第一ティース３ａ１がコアの周方向にＮ極とＳ極に交互励磁され、第二ティース３ａ２がコアの周方向にＳ極とＮ極に交互励磁される。
この場合、周方向に隣合う第一ティース３ａ１の極性は異なる磁極であり、周方向に隣合う第二ティース３ａ２の極性も異なる磁極となるため、第一ティース３ａ１と第二ティース３ａ２間に形成される±４５度に傾斜する磁路の他に、図１３の周方向に隣接する第一ティース３ａ１間にＮ極からＳ極に向かう矢印方向の磁路（ＮＡ－ＳＡ），（ＮＢ－ＳＢ）が各々形成される。また、周方向に隣接する第二ティース３ｂ間にＮ極からＳ極に向かう矢印方向の磁路（ＮＡ－ＳＡ），（ＮＢ－ＳＢ）が各々形成される。しかしながら、これらの磁路はトルク検出にほとんど寄与しない成分であるため検出感度にはほとんど影響しない。

【0055】

以上説明したように、被検出体Ｓの全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力を、軸心方向に対して±４５度の傾きを有する複数の磁路において回転ノイズが抽出されることなくトルク成分のみが抽出されて測定精度を高めた磁歪式トルク検出センサ７を提供することができる。

【0056】

本実施例に係るトルク検出センサ７は、被検出体Ｓが、中実状の軸であると中空軸のいずれのトルクを検出することができる。また、環状コア２及びティース３は積層タイプについて説明したが、これに限定されるものではなく、ブロック状の磁性材料を切削、ワイヤーカットなどにより形成してもよい。

【符号の説明】

【0057】

１ トルク検出部 ２ 環状コア ２ａ，２ａ－１ 第一コア ２ａ－２，２ｂ 第二コア ２ａ１，２ａ２，２ｂ１，２ｂ２ コアバック部 ２ｂ－１ 第三コア ２ｂ－２ 第四コア ２ｃ，２ｃ１，２ｃ２，２ｃ３ 中間コア ３ａ１ 第一ティース ３ａ２ 第二ティース ３ｂ１ 第三ティース ３ｂ２ 第四ティース ４ａ 第一インシュレータ ４ｂ 第二インシュレータ ５ａ 第一コイル ５ｂ 第二コイル ６ 通電回路 ６ａ 第一通電回路 ６ｂ 第二通電回路 ７ トルク検出センサ ７ａ 第一トルク検出部 ７ｂ 第二トルク検出部 ８ トルク検出回路 ９ 励振回路 １０ 出力処理回路 １０ａ，１０ｂ 分波回路 １０ｃ，１０ｄ 比較回路、１０ｅ，１０ｆ 整流回路、１０ｇ 差動処理回路 １０ｈ 高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ）回路 １０ｉ 可変利得アンプ Ｓ 被検出体

【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】