特許7515928磁歪式トルクアングルセンサ及び磁歪式トルクアングルセンシングシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-05
(45)【発行日】2024-07-16
(54)【発明の名称】磁歪式トルクアングルセンサ及び磁歪式トルクアングルセンシングシステム
(51)【国際特許分類】
G01L 3/10 20060101AFI20240708BHJP
【ＦＩ】
G01L3/10 301J
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2023125351
(22)【出願日】2023-08-01
【審査請求日】2023-08-18
(73)【特許権者】
【識別番号】000203634
【氏名又は名称】多摩川精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110423
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道治
(74)【代理人】
【識別番号】100111648
【弁理士】
【氏名又は名称】梶並 順
(74)【代理人】
【識別番号】100221729
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 圭介
(74)【代理人】
【識別番号】100188514
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 隆裕
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 貴広
(72)【発明者】
【氏名】古平 健幸
(72)【発明者】
【氏名】石橋 和之
【審査官】細見 斉子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－２１１３３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１８１１９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２１１３３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１０９５９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２２／０２１４２３９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ ３／０２ー ３／１４
Ｇ０１Ｄ ５／１２－ ５／２５２
Ｇ０１Ｂ ７／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁歪部を有する軸と、前記軸の周囲に配置される磁極部とを有する磁歪式トルクアングルセンサであって、前記磁極部は、
第１磁極段と、
前記第１磁極段に対して軸方向に間隔をあけて対向配置された第２磁極段とを備え、
前記第１磁極段は前記軸に向かって径方向に突出する第１突出磁極を有し、
前記第２磁極段は前記軸に向かって径方向に突出する第２突出磁極を周方向に前記第１突出磁極と異なる位置に有し、
前記第１突出磁極には励磁コイルと角度検出コイルとが巻回され、
前記第２突出磁極にはトルク検出コイルが巻回され、
前記磁歪部と前記第１突出磁極との間の磁気抵抗が、前記軸の回転に伴って周期的に変化するように構成される、
磁歪式トルクアングルセンサ。
【請求項2】
前記磁気抵抗は、前記軸の中心軸から前記磁歪部までの半径距離が円周方向で周期的に変化するか、前記磁歪部の軸心に沿う方向の大きさが円周方向で周期的に変化するかにより、変化するように構成される、請求項１に記載の磁歪式トルクアングルセンサ。
【請求項3】
前記励磁コイルは、少なくとも、前記第１磁極段内で電気角１８０°となる２箇所の前記第１突出磁極に配置され、前記角度検出コイルは、少なくとも、前記第１磁極段内で互いに電気角９０°になる位置の前記第１突出磁極に配置され、
前記トルク検出コイルは、少なくとも、前記第２磁極段内で電気角１８０°となる２箇所の前記第２突出磁極に配置される、
請求項１に記載の磁歪式トルクアングルセンサ。
【請求項4】
前記励磁コイルは、少なくとも、前記第１磁極段内で電気角１８０°となる２箇所の前記第１突出磁極に配置され、前記角度検出コイルは、少なくとも、前記第１磁極段内で互いに電気角９０°になる位置の前記第１突出磁極に配置され、
前記トルク検出コイルは、前記第２磁極段内で１箇所の前記第２突出磁極に配置される、
請求項１に記載の磁歪式トルクアングルセンサ。
【請求項5】
請求項１～３のいずれか一項に記載の磁歪式トルクアングルセンサと、前記トルク検出コイルからのトルク検出信号及び前記角度検出コイルからの角度検出信号を処理する処理部と、を備え、
前記処理部は、
前記トルク検出コイルからのトルク検出信号により、前記軸に加わるトルクを検出し、
前記角度検出コイルからの角度検出信号により、前記軸の角度を検出する、
磁歪式トルクアングルセンシングシステム。
【請求項6】
請求項４に記載の磁歪式トルクアングルセンサと、前記トルク検出コイルからのトルク検出信号及び前記角度検出コイルからの角度検出信号を処理する処理部と、を備え、
前記処理部は、
前記角度検出コイルからの角度検出信号により、前記軸の角度を検出し、
前記トルク検出コイルからのトルク検出信号を、前記角度検出コイルからの角度検出信号を用いて補正し、前記軸に加わるトルクを検出する、
磁歪式トルクアングルセンシングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁歪式トルクアングルセンサ及び磁歪式トルクアングルセンシングシステムに関し、特に、同一のセンサによりトルクと角度とを検出可能な磁歪式トルクアングルセンサ及び磁歪式トルクアングルセンシングシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
軸の表面に磁歪特性を有する磁歪膜を設けておき、磁歪膜の磁歪特性を検出することにより、軸に作用する回転によるトルクを検出する磁歪式トルクセンサが知られている。この磁歪式トルクセンサは、軸心に対して＋４５度または－４５度の方向の磁路及び巻線を有し、軸の周囲に設けられる。
【0003】
磁歪膜を設けた軸にトルクを作用させると、軸表面の磁歪膜に歪みが生じ、ビラリ（Ｖｉｌｌａｒｉ）効果により磁歪膜の透磁率が変化する。このような磁歪膜の透磁率の変化に応じて、磁歪式トルクセンサの巻線のインピーダンスが変化する。この結果、磁歪式トルクセンサは、軸に作用するトルクに応じたインピーダンス変化から、トルクに応じた検出信号を得ることができる。
【0004】
軸に加わるトルクだけでなく軸の角度も検出する場合、トルクセンサに加えて同じ軸に角度センサを設ける必要がある。この種の磁歪式トルクアングルセンサは、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００８－７６０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載のトルク及び角度センサの場合、物理的に２個のセンサを設ける必要がある。この結果、センサ全体のサイズが大きくなると共に、センサ２台分のコストがかかる問題があった。また、部品点数の増加に伴って故障の発生確率が大きくなる可能性がある。このため、物理的に２個のセンサを設けることなく、１個のセンサによりトルクと角度とを検出できることが望ましい。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、同一のセンサによりトルクと角度とを検出可能な磁歪式トルクアングルセンサ及び磁歪式トルクアングルセンシングシステムを提供することを目的とする。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、同一のセンサによりトルクと角度とを検出可能な磁歪式トルクアングルセンサ及び磁歪式トルクアングルセンシングシステム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】
この発明に係る磁歪式トルクアングルセンサは、磁歪部を有する軸と、軸の周囲に配置される磁極部とを有する磁歪式トルクアングルセンサであって、磁極部は、第１磁極段と、第１磁極段に対して軸方向に間隔をあけて対向配置された第２磁極段とを備え、第１磁極段は軸に向かって径方向に突出する第１突出磁極を有し、第２磁極段は軸に向かって径方向に突出する第２突出磁極を周方向に第１突出磁極と異なる位置に有し、第１突出磁極には励磁コイルと角度検出コイルとが巻回され、第２突出磁極にはトルク検出コイルが巻回され、磁歪部と第１突出磁極との間の磁気抵抗が、軸の回転に伴って周期的に変化するように構成される。
【0008】
この発明に係る磁歪式トルクアングルセンサにおいて、磁気抵抗は、軸の中心軸から磁歪部までの半径距離が円周方向で周期的に変化するか、磁歪部の軸心に沿う方向の大きさが円周方向で周期的に変化するかにより、変化するように構成される。
【0009】
この発明に係る磁歪式トルクアングルセンサにおいて、励磁コイルは、少なくとも、第１磁極段内で電気角１８０°となる２箇所の第１突出磁極に配置され、角度検出コイルは、少なくとも、第１磁極段内で互いに電気角９０°になる位置の第１突出磁極に配置され、トルク検出コイルは、少なくとも、第２磁極段内で電気角１８０°となる２箇所の第２突出磁極に配置される。
【0010】
この発明に係る磁歪式トルクアングルセンサにおいて、励磁コイルは、少なくとも、第１磁極段内で電気角１８０°となる２箇所の第１突出磁極に配置され、角度検出コイルは、少なくとも、第１磁極段内で互いに電気角９０°になる位置の第１突出磁極に配置され、トルク検出コイルは、第２磁極段内で１箇所の第２突出磁極に配置される。
【0011】
この発明に係る磁歪式トルクアングルセンシングシステムは、トルク検出コイルが第２磁極段内で少なくとも２箇所に配置された上記の磁歪式トルクアングルセンサと、トルク検出コイルからのトルク検出信号及び角度検出コイルからの角度検出信号を処理する処理部と、を備え、処理部は、トルク検出コイルからのトルク検出信号により、軸に加わるトルクを検出し、角度検出コイルからの角度検出信号により、軸の角度を検出する。
【0012】
この発明に係る磁歪式トルクアングルセンシングシステムは、トルク検出コイルが第２磁極段内でいずれか１箇所に配置された上記の磁歪式トルクアングルセンサと、トルク検出コイルからのトルク検出信号及び角度検出コイルからの角度検出信号を処理する処理部と、を備え、処理部は、角度検出コイルからの角度検出信号により、軸の角度を検出し、トルク検出コイルからのトルク検出信号を、角度検出コイルからの角度検出信号を用いて補正し、軸に加わるトルクを検出する。
【発明の効果】
【0013】
この発明に係る磁歪式トルクアングルセンサにおいて、トルク検出信号と角度検出信号とが得られるため、同一のセンサによりトルクと角度とを検出可能な磁歪式トルクアングルセンサ及び磁歪式トルクアングルセンシングシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサの構成を示す斜視図である。
【図4】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサの第１突出磁極と第２突出磁極とを展開した状態で示す説明図である。
【図5】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサの軸の構成を示す構成図である。
【図6】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサの軸の構成を示す構成図である。
【図7】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサの軸の構成を示す構成図である。
【図8】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサの軸の構成を示す構成図である。
【図9】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサの軸の構成を示す構成図である。
【図10】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサの軸の構成を示す構成図である。
【図11】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサの磁気抵抗の特性を示す特性図である。
【図12】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンシングシステムの構成を示す構成図である。
【図13】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサにおいて、軸の回転時に、トルク検出コイルに生じる電圧の特性を示す特性図である。
【図14】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサにおいて、軸の回転時に、角度検出コイルに生じる電圧の特性を示す特性図である。
【図15】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサにおいて、トルク入力時に、トルク検出コイルに生じる電圧の特性を示す特性図である。
【図16】実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサにおいて、トルク入力時に、角度検出コイルに生じる電圧の特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の磁歪式トルクアングルセンサ１００及び磁歪式トルクアングルセンシングシステム１の実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付している。
実施の形態１．
はじめに、実施の形態１における磁歪式トルクアングルセンサ１００の基本的な構成について、図１～図４を用いて説明する。
［磁歪式トルクアングルセンサ１００の構成］
図１は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００の構成を示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線における断面を示す断面図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面を示す断面図である。図４は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００の第１突出磁極１１０と第２突出磁極１２０とを展開した状態で示す説明図である。
実施の形態１．
はじめに、実施の形態１における磁歪式トルクアングルセンサ１００の基本的な構成について、図１～図４を用いて説明する。
［磁歪式トルクアングルセンサ１００の構成］
図１は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００の構成を示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線における断面を示す断面図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面を示す断面図である。図４は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００の第１突出磁極１１０と第２突出磁極１２０とを展開した状態で示す説明図である。
【0016】
磁歪式トルクアングルセンサ１００は、主に、軸１０と、磁極部１０１とを有する。軸１０は、外周面に磁歪部１２を有している。軸１０は、図示しない軸受等により保持され、磁極部１０１に対して回転可能に構成されている。軸１０は、図示しない被検体と共に回転するか、あるいはトルクを加えられる。磁極部１０１は、軸１０の周囲に配置される。磁極部１０１は、第１磁極段１０１Ａと、間隔調整部１９０を介して第１磁極段１０１Ａに対して軸方向に間隔をあけて対向配置された第２磁極段１０１Ｂとを備えている。
【0017】
第１磁極段１０１Ａには、軸１０に向かって径方向に突出する複数の第１突出磁極１１０が設けられている。図１に示す具体例では、第１突出磁極１１０として、４個の第１突出磁極１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、及び１１０ｄが、等角度間隔に設けられている。
第２磁極段１０１Ｂには、軸１０に向かって径方向に突出する第２突出磁極１２０が、周方向に第１突出磁極１１０と異なる位置に設けられている。図１に示す具体例では、第２突出磁極１２０として、４個の第２突出磁極１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、及び１２０ｄが設けられている。
第２磁極段１０１Ｂには、軸１０に向かって径方向に突出する第２突出磁極１２０が、周方向に第１突出磁極１１０と異なる位置に設けられている。図１に示す具体例では、第２突出磁極１２０として、４個の第２突出磁極１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、及び１２０ｄが設けられている。
【0018】
第１突出磁極１１０には、励磁コイル１３０と角度検出コイル１５０とが巻回されている。図１及び図４に示す具体例では、第１突出磁極１１０ａには励磁コイル１３０ａと角度検出コイル１５０ａとが巻回され、第１突出磁極１１０ｂには励磁コイル１３０ｂと角度検出コイル１５０ｂとが巻回され、第１突出磁極１１０ｃには励磁コイル１３０ｃと角度検出コイル１５０ｃとが巻回され、第１突出磁極１１０ｄには励磁コイル１３０ｄと角度検出コイル１５０ｄとが巻回されている。
第２突出磁極１２０には、トルク検出コイル１４０が巻回されている。図１及び図４に示す具体例では、第２突出磁極１２０ａにはトルク検出コイル１４０ａが巻回され、第２突出磁極１２０ｂにはトルク検出コイル１４０ｂが巻回され、第２突出磁極１２０ｃにはトルク検出コイル１４０ｃが巻回され、第２突出磁極１２０ｄにはトルク検出コイル１４０ｄが巻回されている。
第２突出磁極１２０には、トルク検出コイル１４０が巻回されている。図１及び図４に示す具体例では、第２突出磁極１２０ａにはトルク検出コイル１４０ａが巻回され、第２突出磁極１２０ｂにはトルク検出コイル１４０ｂが巻回され、第２突出磁極１２０ｃにはトルク検出コイル１４０ｃが巻回され、第２突出磁極１２０ｄにはトルク検出コイル１４０ｄが巻回されている。
【0019】
ここで、第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄと第２突出磁極１２０ａ～１２０ｄとは、図４に示すように、電気角３６０°の範囲内にそれぞれ電気角９０°間隔であって、周方向に異なる位置に４極ずつ配置されている。なお、電気角９０°間隔は、厳密に９０°に限定されるものではなく、若干の変更や誤差を含んでもよい。
第１突出磁極１１０ａ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｂの間、第１突出磁極１１０ｂ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｃの間、第１突出磁極１１０ｃ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｄの間、及び第１突出磁極１１０ｄ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ａの間には、水平磁路Ｈが形成されている。
第２突出磁極１２０ａ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ａの間、第２突出磁極１２０ｂ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｂの間、第２突出磁極１２０ｃ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｃの間、及び第２突出磁極１２０ｄ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｄの間には、約４５°の第１傾斜磁路Ｄｉａｇ＿１が形成されている。
第２突出磁極１２０ａ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｂの間、第２突出磁極１２０ｂ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｃの間、第２突出磁極１２０ｃ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｄの間、及び第２突出磁極１２０ｄ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ａの間には、約－４５°の第２傾斜磁路Ｄｉａｇ＿２が形成されている。
第１突出磁極１１０ａ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｂの間、第１突出磁極１１０ｂ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｃの間、第１突出磁極１１０ｃ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｄの間、及び第１突出磁極１１０ｄ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ａの間には、水平磁路Ｈが形成されている。
第２突出磁極１２０ａ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ａの間、第２突出磁極１２０ｂ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｂの間、第２突出磁極１２０ｃ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｃの間、及び第２突出磁極１２０ｄ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｄの間には、約４５°の第１傾斜磁路Ｄｉａｇ＿１が形成されている。
第２突出磁極１２０ａ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｂの間、第２突出磁極１２０ｂ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｃの間、第２突出磁極１２０ｃ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ｄの間、及び第２突出磁極１２０ｄ～磁歪部１２～第１突出磁極１１０ａの間には、約－４５°の第２傾斜磁路Ｄｉａｇ＿２が形成されている。
【0020】
励磁コイル１３０は、励磁コイル１３０ａ～１３０ｄの４箇所の具体例を図示しているが、少なくとも、第１磁極段１０１Ａ内で電気角１８０°となる２箇所に配置されればよい。
角度検出コイル１５０は、角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄの４箇所の具体例を図示しているが、少なくとも、第１磁極段１０１Ａ内で互いに電気角９０°になる位置の２箇所に配置されればよい。
トルク検出コイル１４０は、トルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄの４箇所の具体例を図示しているが、少なくとも、第２磁極段１０１Ｂ内で互いに電気角１８０°になる位置の２箇所、または、第２磁極段１０１Ｂ内でいずれか１箇所に配置されればよい。
角度検出コイル１５０は、角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄの４箇所の具体例を図示しているが、少なくとも、第１磁極段１０１Ａ内で互いに電気角９０°になる位置の２箇所に配置されればよい。
トルク検出コイル１４０は、トルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄの４箇所の具体例を図示しているが、少なくとも、第２磁極段１０１Ｂ内で互いに電気角１８０°になる位置の２箇所、または、第２磁極段１０１Ｂ内でいずれか１箇所に配置されればよい。
【0021】
［磁気抵抗の特性］
次に、図５～図１１を参照して、軸１０とその磁気抵抗の特性について説明する。図５～図１０は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００の軸１０の構成を示す構成図である。図１１は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００の磁気抵抗の特性を示す特性図である。
次に、図５～図１１を参照して、軸１０とその磁気抵抗の特性について説明する。図５～図１０は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００の軸１０の構成を示す構成図である。図１１は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００の磁気抵抗の特性を示す特性図である。
【0022】
図５において、軸１０は、内軸部１１と、内軸部１１の外周に設けられた磁歪部１２とを備え、軸１０の半径が円周方向で周期的に変化するように構成される。これにより、磁歪部１２と第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄとの間の第１磁気抵抗、及び磁歪部１２と第２突出磁極１２０ａ～１２０ｄとの間の第２磁気抵抗は、図１１に示すように、軸１０の回転に伴って周期的に変化するように構成される。なお、軸１０は、第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄと第２突出磁極１２０ａ～１２０ｄとが軸１０に対向する位置において図５のような断面形状と磁歪部１２を有していればよく、それ以外の部分を真円形状であって磁歪部１２を設けない構成としてもよい。
また、第１磁気抵抗と第２磁気抵抗のうち、角度検出に必要となる第１磁気抵抗が軸１０の回転に伴って周期的に変化することが望ましい。このため、図６に示すように、軸１０において第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄに対向する磁歪領域１２ａのみにおいて図５のような断面形状を有していればよく、軸１０において第２突出磁極１２０に対向する磁歪領域１２ｂは真円に近い断面形状であってもよい。
また、第１磁気抵抗と第２磁気抵抗のうち、角度検出に必要となる第１磁気抵抗が軸１０の回転に伴って周期的に変化することが望ましい。このため、図６に示すように、軸１０において第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄに対向する磁歪領域１２ａのみにおいて図５のような断面形状を有していればよく、軸１０において第２突出磁極１２０に対向する磁歪領域１２ｂは真円に近い断面形状であってもよい。
【0023】
ここで、軸１０は以下のいずれかのようにして形成される。図５の形状の内軸部１１の外周面に、磁歪膜としての磁歪部１２がコーティングまたは溶射形成等により付与されて、軸１０が形成される。もしくは、図５または図６の形状の外筒部としての磁歪部１２に、同形状の内軸部１１が圧入されて、軸１０が形成される。または、内軸部１１と磁歪部１２とが磁歪材料により構成され、軸１０全体が磁歪部１２で形成されてもよい。
【0024】
図７において、円柱形状の内軸部１１の外周面の一部であって、第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄと第２突出磁極１２０ａ～１２０ｄとが軸１０に対向する位置に、コーティングまたは溶射形成等により磁歪部１２が付与されて形成される。または、外筒部としての磁歪部１２に内軸部１１が圧入されて軸１０が形成される。ここで、磁歪部１２は、軸方向の大きさが円周方向で周期的に変化するように形成される。これにより、磁歪部１２と第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄとの間の第１磁気抵抗、及び磁歪部１２と第２突出磁極１２０ａ～１２０ｄとの間の第２磁気抵抗は、図１１に示すように、軸１０の回転に伴って周期的に変化するようになる。なお、内軸部１１の断面は真円形に限らず、図５のように半径が円周方向で周期的に変化するように構成されていてもよい。
【0025】
図８において、内軸部１１の外周面の一部にコーティングまたは溶射形成等により形成された磁歪部１２は、磁歪領域１２ａと磁歪領域１２ｂとを有している。ここで、磁歪領域１２ａは、第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄに対向する領域である。磁歪領域１２ｂは、第２突出磁極１２０に対向する領域である。磁歪領域１２ａは、軸方向の大きさが円周方向で周期的に変化するように形成される。一方、磁歪領域１２ｂは、軸方向の大きさは変化しないように形成される。これにより、磁歪領域１２ａと第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄとの間の第１磁気抵抗は、図１１に示すように、軸１０の回転に伴って周期的に変化するようになる。一方、磁歪領域１２ｂと第２突出磁極１２０との間の第２磁気抵抗は、軸１０の回転に伴って変化せず、一定になる。なお、内軸部１１の断面は真円形に限らず、図５のように半径が円周方向で周期的に変化するように構成されていてもよい。
【0026】
図９において、円柱形状の内軸部１１の外周面の一部であって、第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄと第２突出磁極１２０ａ～１２０ｄとが軸１０に対向する位置に、コーティングまたは溶射形成等により磁歪部１２が付与されて形成される。または、外筒部としての磁歪部１２に内軸部１１が圧入されて軸１０が形成される。ここで、磁歪部１２は、軸方向の大きさが円周方向で周期的に変化すると共に、内軸部１１から突出するように形成される。これにより、磁歪部１２と第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄとの間の第１磁気抵抗、及び磁歪部１２と第２突出磁極１２０ａ～１２０ｄとの間の第２磁気抵抗は、図１１に示すように、軸１０の回転に伴って周期的に変化するようになる。なお、内軸部１１の断面は真円形に限らず、図５のように半径が円周方向で周期的に変化するように構成されていてもよい。
【0027】
図１０において、内軸部１１の外周面の一部に、コーティングまたは溶射形成等により内軸部１１から突出するように形成された磁歪部１２は、磁歪領域１２ａと磁歪領域１２ｂとを有している。ここで、磁歪領域１２ａは、第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄに対向し、軸方向の大きさが円周方向で周期的に変化するように形成される。磁歪領域１２ｂは、第２突出磁極１２０に対向し、軸方向の大きさは変化しないように形成される。これにより、磁歪領域１２ａと第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄとの間の第１磁気抵抗は、図１１に示すように、軸１０の回転に伴って周期的に変化するようになる。一方、磁歪領域１２ｂと第２突出磁極１２０との間の第２磁気抵抗は、軸１０の回転に伴って変化せず、一定になる。なお、内軸部１１の断面は真円形に限らず、図５のように半径が円周方向で周期的に変化するように構成されていてもよい。
【0028】
図５に示す軸１０の断面形状、及び図６～図１０に示す磁歪部１２の形状、並びに図１１に示す磁気抵抗変化率は、滑らかな正弦波形状に沿ったものを示しているが、これに限定されるものではない。
たとえば、正弦波に代えて、三角波、矩形波、多段階段状波等の各種の周期的形状に基づいて、軸１０の断面形状、及び図６～図１０に示す磁歪部１２の形状、並びに図１１に示す磁気抵抗変化率を決定してもよい。
たとえば、正弦波に代えて、三角波、矩形波、多段階段状波等の各種の周期的形状に基づいて、軸１０の断面形状、及び図６～図１０に示す磁歪部１２の形状、並びに図１１に示す磁気抵抗変化率を決定してもよい。
【0029】
［磁歪式トルクアングルセンシングシステム１の処理］
ここで、図１２を参照して磁歪式トルクアングルセンシングシステム１について説明する。図１２は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンシングシステム１の構成を示す構成図である。磁歪式トルクアングルセンシングシステム１は、磁歪式トルクアングルセンサ１００と、処理部２００とを備えている。ここでは、処理部２００との関係で、磁歪式トルクアングルセンサ１００において、励磁コイル１３０と、トルク検出コイル１４０と、角度検出コイル１５０とを示している。
ここで、図１２を参照して磁歪式トルクアングルセンシングシステム１について説明する。図１２は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンシングシステム１の構成を示す構成図である。磁歪式トルクアングルセンシングシステム１は、磁歪式トルクアングルセンサ１００と、処理部２００とを備えている。ここでは、処理部２００との関係で、磁歪式トルクアングルセンサ１００において、励磁コイル１３０と、トルク検出コイル１４０と、角度検出コイル１５０とを示している。
【0030】
処理部２００は、励磁コイル１３０に励磁信号を供給する。処理部２００は、トルク検出コイル１４０からトルク検出信号の供給を受け、トルク検出信号の電圧変化から軸１０に加わるトルクを検出し、トルクデータを出力する。処理部２００は、角度検出コイル１５０から複数の角度検出信号の供給を受け、複数の角度検出信号の振幅の比較に基づいて軸１０の角度を検出し、角度データを出力する。
【0031】
【0032】
・トルク入力なしで軸１０が回転する際のトルク検出：
図１３は、実施形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００において、軸１０に対するトルク入力なしで軸１０が回転する際における、トルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄに生じる電圧の特性を示す特性図である。図１３では、トルク入力なしで軸１０が回転する際におけるトルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄに生じる各トルク検出信号を示している。
トルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄに生じる各トルク検出信号は、位相差が９０°であって、電気角３６０°で１サイクルの電圧変化が生じている。よって、トルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄに生じる各トルク検出信号を合成した合成トルク検出信号は、電圧変化なしの平坦な状態になる。これにより、処理部２００は、トルク＝０を示すトルクデータを出力する。すなわち、軸１０が回転時する場合でも、トルク検出に何ら影響を与えることがない。
なお、図１３においてトルク検出信号を正弦波形状のものとして示しているが、これに限定されるものではない。処理部２００から励磁コイル１３０に供給する励磁信号の波形と軸１０の磁気抵抗変化率とが三角波、矩形波、多段階段状波等の各種の周期的形状である場合、トルク検出信号も同様な形状の波形になる。
図１３は、実施形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００において、軸１０に対するトルク入力なしで軸１０が回転する際における、トルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄに生じる電圧の特性を示す特性図である。図１３では、トルク入力なしで軸１０が回転する際におけるトルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄに生じる各トルク検出信号を示している。
トルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄに生じる各トルク検出信号は、位相差が９０°であって、電気角３６０°で１サイクルの電圧変化が生じている。よって、トルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄに生じる各トルク検出信号を合成した合成トルク検出信号は、電圧変化なしの平坦な状態になる。これにより、処理部２００は、トルク＝０を示すトルクデータを出力する。すなわち、軸１０が回転時する場合でも、トルク検出に何ら影響を与えることがない。
なお、図１３においてトルク検出信号を正弦波形状のものとして示しているが、これに限定されるものではない。処理部２００から励磁コイル１３０に供給する励磁信号の波形と軸１０の磁気抵抗変化率とが三角波、矩形波、多段階段状波等の各種の周期的形状である場合、トルク検出信号も同様な形状の波形になる。
【0033】
・トルク入力なしで軸１０が回転する際の角度検出：
図１４は、実施形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００において、軸１０に対するトルク入力なしで軸１０が回転する際における、角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄに生じる電圧の特性を示す特性図である。図１４では、トルク入力なしで軸１０が回転する際における角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄに生じる各角度検出信号を示している。
角度検出コイル１５０ａと１５０ｃとに生じる角度検出信号（以下、「第１角度検出信号群」）は、電気角３６０°で１サイクルの電圧変化が生じている。
角度検出コイル１５０ｂと１５０ｄとに生じる角度検出信号（以下、「第２角度検出信号群」）は、第１角度検出信号群と位相差が９０°であって、電気角３６０°で１サイクルの電圧変化が生じている。よって、処理部２００は、第１角度検出信号群と第２角度検出信号群との振幅値を比較することにより、軸１０の回転時の角度を求め、角度データとして出力する。
なお、図１４において角度検出信号を正弦波形状のものとして示しているが、これに限定されるものではない。処理部２００から励磁コイル１３０に供給する励磁信号の波形と軸１０の磁気抵抗変化率とが三角波、矩形波、多段階段状波等の各種の周期的形状である場合、角度検出信号も同様な形状の波形になる。
図１４は、実施形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００において、軸１０に対するトルク入力なしで軸１０が回転する際における、角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄに生じる電圧の特性を示す特性図である。図１４では、トルク入力なしで軸１０が回転する際における角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄに生じる各角度検出信号を示している。
角度検出コイル１５０ａと１５０ｃとに生じる角度検出信号（以下、「第１角度検出信号群」）は、電気角３６０°で１サイクルの電圧変化が生じている。
角度検出コイル１５０ｂと１５０ｄとに生じる角度検出信号（以下、「第２角度検出信号群」）は、第１角度検出信号群と位相差が９０°であって、電気角３６０°で１サイクルの電圧変化が生じている。よって、処理部２００は、第１角度検出信号群と第２角度検出信号群との振幅値を比較することにより、軸１０の回転時の角度を求め、角度データとして出力する。
なお、図１４において角度検出信号を正弦波形状のものとして示しているが、これに限定されるものではない。処理部２００から励磁コイル１３０に供給する励磁信号の波形と軸１０の磁気抵抗変化率とが三角波、矩形波、多段階段状波等の各種の周期的形状である場合、角度検出信号も同様な形状の波形になる。
【0034】
・軸１０の回転なしでトルク入力時のトルク検出：
図１５は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００において、軸１０が回転せずに軸１０に対してトルク入力がある際の、トルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄに生じる電圧の特性を示す特性図である。図１５では、軸１０の回転なし状態であってトルク入力時におけるトルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄに生じる各トルク検出信号を示している。
図４で説明した第１傾斜磁路Ｄｉａｇ＿１と第２傾斜磁路Ｄｉａｇ＿２とのそれぞれで得られるトルク検出信号について着目すると、第１傾斜磁路Ｄｉａｇ＿１で得られるトルク検出信号と第２傾斜磁路Ｄｉａｇ＿２で得られるトルク検出信号とは、異なる電圧変化率を有している。
第１傾斜磁路Ｄｉａｇ＿１で得られるトルク検出信号と第２傾斜磁路Ｄｉａｇ＿２で得られるトルク検出信号との差分により、トルクに応じて直線的な電圧変化率を有する合成トルク検出信号が得られる。よって、処理部２００は、合成トルク検出信号に基づいて、軸１０への入力トルクを求め、トルクデータとして出力する。
図１５は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００において、軸１０が回転せずに軸１０に対してトルク入力がある際の、トルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄに生じる電圧の特性を示す特性図である。図１５では、軸１０の回転なし状態であってトルク入力時におけるトルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄに生じる各トルク検出信号を示している。
図４で説明した第１傾斜磁路Ｄｉａｇ＿１と第２傾斜磁路Ｄｉａｇ＿２とのそれぞれで得られるトルク検出信号について着目すると、第１傾斜磁路Ｄｉａｇ＿１で得られるトルク検出信号と第２傾斜磁路Ｄｉａｇ＿２で得られるトルク検出信号とは、異なる電圧変化率を有している。
第１傾斜磁路Ｄｉａｇ＿１で得られるトルク検出信号と第２傾斜磁路Ｄｉａｇ＿２で得られるトルク検出信号との差分により、トルクに応じて直線的な電圧変化率を有する合成トルク検出信号が得られる。よって、処理部２００は、合成トルク検出信号に基づいて、軸１０への入力トルクを求め、トルクデータとして出力する。
【0035】
・軸１０の回転なしでトルク入力時の角度検出：
図１６は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００において、軸１０が回転せずに軸１０に対してトルク入力がある際の、角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄに生じる電圧の特性を示す特性図である。図１６では、軸１０の回転なし状態であってトルク入力時における角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄに生じる各角度検出信号を示している。
ここで、角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄに生じるそれぞれの角度検出信号は、同一の特性になっている。よって、角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄに生じる各角度検出信号の間で差分を求めることで合成した合成角度検出信号は、電圧変化なしの平坦な状態になる。これにより、処理部２００は、角度＝０を示す角度データを出力する。すなわち、軸１０にトルク入力がある場合でも、角度検出に何ら影響を与えることがない。
図１６は、実施の形態１に係る磁歪式トルクアングルセンサ１００において、軸１０が回転せずに軸１０に対してトルク入力がある際の、角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄに生じる電圧の特性を示す特性図である。図１６では、軸１０の回転なし状態であってトルク入力時における角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄに生じる各角度検出信号を示している。
ここで、角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄに生じるそれぞれの角度検出信号は、同一の特性になっている。よって、角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄに生じる各角度検出信号の間で差分を求めることで合成した合成角度検出信号は、電圧変化なしの平坦な状態になる。これにより、処理部２００は、角度＝０を示す角度データを出力する。すなわち、軸１０にトルク入力がある場合でも、角度検出に何ら影響を与えることがない。
【0036】
以上の図１３～図１６は、軸１０へのトルク入力なしの軸１０の回転時、または軸１０の回転なしの軸１０へのトルク入力時の特性について説明してきた。実際には、軸１０が回転しつつ、軸１０にトルクの入力がある状態が発生しうる。このような場合、処理部２００は、図１３～図１６を用いて説明した処理を並行して行うことで、角度とトルクとの両方を算出する。
【0037】
［磁極及びコイルの変更］
以上の実施の形態１では、第１磁極段１０１Ａの第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄの全てに励磁コイル１３０ａ～１３０ｄ、及び角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄを巻回し、第２磁極段１０１Ｂの第２突出磁極１２０ａ～１２０ｄの全てにトルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄを巻回していたが、磁歪式トルクアングルセンサ１００はこの状態に限定されるものではない。
以上の実施の形態１では、第１磁極段１０１Ａの第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄの全てに励磁コイル１３０ａ～１３０ｄ、及び角度検出コイル１５０ａ～１５０ｄを巻回し、第２磁極段１０１Ｂの第２突出磁極１２０ａ～１２０ｄの全てにトルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄを巻回していたが、磁歪式トルクアングルセンサ１００はこの状態に限定されるものではない。
【0038】
励磁コイル１３０は、少なくとも、第１磁極段１０１Ａ内で電気角１８０°となる２箇所の第１突出磁極１１０に配置されればよく、励磁コイル１３０ａ及び１３０ｃ、または、励磁コイル１３０ｂ及び１３０ｄを配置すればよい。
角度検出コイル１５０は、第１磁極段１０１Ａ内で互いに電気角９０°になる位置の２個、すなわち、角度検出コイル１５０ａまたは１５０ｂのどちらか１個と、角度検出コイル１５０ｃまたは１５０ｄのどちらか１個の、合計２個を第１突出磁極１１０に配置すればよい。
トルク検出コイル１４０は、少なくとも、第２磁極段１０１Ｂ内で電気角１８０°となる２箇所の第２突出磁極１２０に配置されればよく、トルク検出コイル１４０ａ及び１４０ｃ、または、トルク検出コイル１４０ｂ及び１４０ｄを配置すればよい。
トルク検出コイル１４０は、処理部２００において角度検出信号から求めた角度によりトルク検出信号を補正する場合、トルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄのうちの１個のみの配置とすることができる。すなわち、角度検出信号から求めた角度によりトルク検出信号を補正することで、トルク検出コイル１４０が、１極だけ、あるいは、周方向にアンバランスな位置の複数極であるときでも、軸１０の回転によってトルク検出に何ら悪影響を受けることがなくなる。
角度検出コイル１５０は、第１磁極段１０１Ａ内で互いに電気角９０°になる位置の２個、すなわち、角度検出コイル１５０ａまたは１５０ｂのどちらか１個と、角度検出コイル１５０ｃまたは１５０ｄのどちらか１個の、合計２個を第１突出磁極１１０に配置すればよい。
トルク検出コイル１４０は、少なくとも、第２磁極段１０１Ｂ内で電気角１８０°となる２箇所の第２突出磁極１２０に配置されればよく、トルク検出コイル１４０ａ及び１４０ｃ、または、トルク検出コイル１４０ｂ及び１４０ｄを配置すればよい。
トルク検出コイル１４０は、処理部２００において角度検出信号から求めた角度によりトルク検出信号を補正する場合、トルク検出コイル１４０ａ～１４０ｄのうちの１個のみの配置とすることができる。すなわち、角度検出信号から求めた角度によりトルク検出信号を補正することで、トルク検出コイル１４０が、１極だけ、あるいは、周方向にアンバランスな位置の複数極であるときでも、軸１０の回転によってトルク検出に何ら悪影響を受けることがなくなる。
【0039】
なお、励磁コイル１３０、トルク検出コイル１４０、及び角度検出コイル１５０を減らす場合、励磁コイル１３０とトルク検出コイル１４０とが存在しない部分の第１突出磁極１１０を第１磁極段１０１Ａに設けないようにすることが可能である。同様に、角度検出コイル１５０が存在しない部分の第２突出磁極１２０を第２磁極段１０１Ｂに設けないようにすることが可能である。
【0040】
以上の説明では、第１突出磁極１１０ａ～１１０ｄと第２突出磁極１２０ａ～１２０ｄとを４極にしていたため、電気角３６０°と機械角３６０°とが一致していた。
これに対し、第１突出磁極１１０と第２突出磁極１２０とを４５°毎の８極にすることで、電気角３６０°を機械角１８０°に収容することができる。この場合、上述した電気角１８０°は機械角９０°に対応し、上述した電気角９０°は機械角４５°に対応することになる。
また、第１突出磁極１１０と第２突出磁極１２０とを３０°毎の１２極にすることで、電気角３６０°を機械角１２０°に収容することができる。この場合、電気角１８０°は機械角６０°に対応し、電気角９０°は機械角３０°に対応することになる。また、同様の構造にして、極数を増やすことが可能である。
以上の説明において、９０°、１８０°、３６０°等の角度の値は、誤差や変更を全く認めないものではなく、発明の効果を奏することが可能な範囲内である程度の誤差や数値の変更を許容するものである。
これに対し、第１突出磁極１１０と第２突出磁極１２０とを４５°毎の８極にすることで、電気角３６０°を機械角１８０°に収容することができる。この場合、上述した電気角１８０°は機械角９０°に対応し、上述した電気角９０°は機械角４５°に対応することになる。
また、第１突出磁極１１０と第２突出磁極１２０とを３０°毎の１２極にすることで、電気角３６０°を機械角１２０°に収容することができる。この場合、電気角１８０°は機械角６０°に対応し、電気角９０°は機械角３０°に対応することになる。また、同様の構造にして、極数を増やすことが可能である。
以上の説明において、９０°、１８０°、３６０°等の角度の値は、誤差や変更を全く認めないものではなく、発明の効果を奏することが可能な範囲内である程度の誤差や数値の変更を許容するものである。
【0041】
［実施の形態により得られる効果］
以上の実施の形態とその効果を以下に付記として列記する。
付記（１）：
以上の実施の形態で説明した磁歪式トルクアングルセンサ１００は、磁歪部１２を有する軸１０と、軸１０の周囲に配置される磁極部１０１とを有する磁歪式トルクアングルセンサ１００であって、磁極部１０１は、第１磁極段１０１Ａと、第１磁極段１０１Ａに対して軸方向に間隔をあけて対向配置された第２磁極段１０１Ｂとを備え、第１磁極段１０１Ａは軸１０に向かって径方向に突出する第１突出磁極１１０を有し、第２磁極段１０１Ｂは軸１０に向かって径方向に突出する第２突出磁極１２０を周方向に第１突出磁極１１０と異なる位置に有し、第１突出磁極１１０には励磁コイル１３０と角度検出コイル１５０とが巻回され、第２突出磁極１２０にはトルク検出コイル１４０が巻回され、磁歪部１２と第１突出磁極１１０との間の磁気抵抗が、軸１０の回転に伴って周期的に変化するように構成される。この磁歪式トルクアングルセンサ１００では、同一のセンサにおいて、トルク検出コイル１４０からトルク検出信号を得られ、角度検出コイル１５０から角度検出信号を得られる。
以上の実施の形態とその効果を以下に付記として列記する。
付記（１）：
以上の実施の形態で説明した磁歪式トルクアングルセンサ１００は、磁歪部１２を有する軸１０と、軸１０の周囲に配置される磁極部１０１とを有する磁歪式トルクアングルセンサ１００であって、磁極部１０１は、第１磁極段１０１Ａと、第１磁極段１０１Ａに対して軸方向に間隔をあけて対向配置された第２磁極段１０１Ｂとを備え、第１磁極段１０１Ａは軸１０に向かって径方向に突出する第１突出磁極１１０を有し、第２磁極段１０１Ｂは軸１０に向かって径方向に突出する第２突出磁極１２０を周方向に第１突出磁極１１０と異なる位置に有し、第１突出磁極１１０には励磁コイル１３０と角度検出コイル１５０とが巻回され、第２突出磁極１２０にはトルク検出コイル１４０が巻回され、磁歪部１２と第１突出磁極１１０との間の磁気抵抗が、軸１０の回転に伴って周期的に変化するように構成される。この磁歪式トルクアングルセンサ１００では、同一のセンサにおいて、トルク検出コイル１４０からトルク検出信号を得られ、角度検出コイル１５０から角度検出信号を得られる。
【0042】
付記（２）：
上記付記（１）の磁歪式トルクアングルセンサ１００において、磁気抵抗は、軸１０の中心軸から磁歪部１２までの半径距離が円周方向で周期的に変化するか、磁歪部１２の軸心に沿う方向の大きさが円周方向で周期的に変化するかにより、変化するように構成される。このため、同一の軸１０と磁極部１０１とを用いて、トルクだけでなく角度を検出することが可能になる。
上記付記（１）の磁歪式トルクアングルセンサ１００において、磁気抵抗は、軸１０の中心軸から磁歪部１２までの半径距離が円周方向で周期的に変化するか、磁歪部１２の軸心に沿う方向の大きさが円周方向で周期的に変化するかにより、変化するように構成される。このため、同一の軸１０と磁極部１０１とを用いて、トルクだけでなく角度を検出することが可能になる。
【0043】
付記（３）：
上記付記（１）～（２）の磁歪式トルクアングルセンサ１００において、励磁コイル１３０を、少なくとも、第１磁極段１０１Ａ内で電気角１８０°となる２箇所の第１突出磁極１１０に配置し、角度検出コイル１５０を、少なくとも、第１磁極段１０１Ａ内で互いに電気角９０°になる位置の第１突出磁極１１０に配置し、トルク検出コイル１４０を、少なくとも、第２磁極段１０１Ｂ内で電気角１８０°となる２箇所の第２突出磁極１２０に配置する。これにより、単一のセンサにより角度とトルクとを干渉することなく検出することが可能になる。
上記付記（１）～（２）の磁歪式トルクアングルセンサ１００において、励磁コイル１３０を、少なくとも、第１磁極段１０１Ａ内で電気角１８０°となる２箇所の第１突出磁極１１０に配置し、角度検出コイル１５０を、少なくとも、第１磁極段１０１Ａ内で互いに電気角９０°になる位置の第１突出磁極１１０に配置し、トルク検出コイル１４０を、少なくとも、第２磁極段１０１Ｂ内で電気角１８０°となる２箇所の第２突出磁極１２０に配置する。これにより、単一のセンサにより角度とトルクとを干渉することなく検出することが可能になる。
【0044】
付記（４）：
上記付記（１）～（２）の磁歪式トルクアングルセンサ１００において、励磁コイル１３０を、少なくとも、第１磁極段１０１Ａ内で電気角１８０°となる２箇所の第１突出磁極１１０に配置し、角度検出コイル１５０を、少なくとも、第１磁極段１０１Ａ内で互いに電気角９０°になる位置の第１突出磁極１１０に配置し、トルク検出コイル１４０を、少なくとも、第２磁極段１０１Ｂ内で１箇所の第２突出磁極１２０に配置する。この場合、トルク検出コイル１４０からのトルク検出信号を、角度検出コイル１５０からの角度検出信号を用いて補正し、軸１０に加わるトルクを検出することができる。ここで、角度検出信号によりトルク検出信号を補正することで、トルク検出コイル１４０が、１極だけ、あるいは、周方向にアンバランスな位置の複数極であるときでも、トルク検出に何ら悪影響を受けることがない。これにより、最低限の構成の単一のセンサにより、角度とトルクとを検出することが可能になる。
上記付記（１）～（２）の磁歪式トルクアングルセンサ１００において、励磁コイル１３０を、少なくとも、第１磁極段１０１Ａ内で電気角１８０°となる２箇所の第１突出磁極１１０に配置し、角度検出コイル１５０を、少なくとも、第１磁極段１０１Ａ内で互いに電気角９０°になる位置の第１突出磁極１１０に配置し、トルク検出コイル１４０を、少なくとも、第２磁極段１０１Ｂ内で１箇所の第２突出磁極１２０に配置する。この場合、トルク検出コイル１４０からのトルク検出信号を、角度検出コイル１５０からの角度検出信号を用いて補正し、軸１０に加わるトルクを検出することができる。ここで、角度検出信号によりトルク検出信号を補正することで、トルク検出コイル１４０が、１極だけ、あるいは、周方向にアンバランスな位置の複数極であるときでも、トルク検出に何ら悪影響を受けることがない。これにより、最低限の構成の単一のセンサにより、角度とトルクとを検出することが可能になる。
【0045】
付記（５）：
以上の実施の形態で説明した磁歪式トルクアングルセンシングシステム１は、上記付記（１）～（３）のいずれか一項に記載の磁歪式トルクアングルセンサ１００と、トルク検出コイル１４０からのトルク検出信号及び角度検出コイル１５０からの角度検出信号を処理する処理部２００と、を備える。処理部２００は、トルク検出コイル１４０からのトルク検出信号により、軸に加わるトルクを検出し、角度検出コイル１５０からの角度検出信号により、軸の角度を検出する。このため、同一のセンサによりトルクと角度とを検出可能な磁歪式トルクアングルセンサ１００を用いた磁歪式トルクアングルセンシングシステム１を実現することができる。
以上の実施の形態で説明した磁歪式トルクアングルセンシングシステム１は、上記付記（１）～（３）のいずれか一項に記載の磁歪式トルクアングルセンサ１００と、トルク検出コイル１４０からのトルク検出信号及び角度検出コイル１５０からの角度検出信号を処理する処理部２００と、を備える。処理部２００は、トルク検出コイル１４０からのトルク検出信号により、軸に加わるトルクを検出し、角度検出コイル１５０からの角度検出信号により、軸の角度を検出する。このため、同一のセンサによりトルクと角度とを検出可能な磁歪式トルクアングルセンサ１００を用いた磁歪式トルクアングルセンシングシステム１を実現することができる。
【0046】
付記（６）：
以上の実施の形態で説明した磁歪式トルクアングルセンシングシステム１は、上記付記（４）に記載の磁歪式トルクアングルセンサ１００と、トルク検出コイル１４０からのトルク検出信号及び角度検出コイル１５０からの角度検出信号を処理する処理部２００と、を備える。処理部２００は、角度検出コイル１５０からの角度検出信号により、軸の角度を検出し、トルク検出コイル１４０からのトルク検出信号を、角度検出コイル１５０からの角度検出信号を用いて補正し、軸に加わるトルクを検出する。ここで、角度検出信号によりトルク検出信号を補正することで、トルク検出コイル１４０が、１極だけ、あるいは、周方向にアンバランスな位置の複数極であるときでも、トルク検出に何ら悪影響を受けることがない。このため、同一のセンサによりトルクと角度とを検出可能な磁歪式トルクアングルセンサ１００を用いた磁歪式トルクアングルセンシングシステム１を実現することができる。
以上の実施の形態で説明した磁歪式トルクアングルセンシングシステム１は、上記付記（４）に記載の磁歪式トルクアングルセンサ１００と、トルク検出コイル１４０からのトルク検出信号及び角度検出コイル１５０からの角度検出信号を処理する処理部２００と、を備える。処理部２００は、角度検出コイル１５０からの角度検出信号により、軸の角度を検出し、トルク検出コイル１４０からのトルク検出信号を、角度検出コイル１５０からの角度検出信号を用いて補正し、軸に加わるトルクを検出する。ここで、角度検出信号によりトルク検出信号を補正することで、トルク検出コイル１４０が、１極だけ、あるいは、周方向にアンバランスな位置の複数極であるときでも、トルク検出に何ら悪影響を受けることがない。このため、同一のセンサによりトルクと角度とを検出可能な磁歪式トルクアングルセンサ１００を用いた磁歪式トルクアングルセンシングシステム１を実現することができる。
【符号の説明】
【0047】
１ 磁歪式トルクアングルセンシングシステム、１０ 軸、１１ 内軸部、１２ 磁歪部、１００ 磁歪式トルクアングルセンサ、１０１ 磁極部、１０１Ａ 第１磁極段、１０１Ｂ 第２磁極段、１１０,１１０ａ～１１０ｄ 第１突出磁極、１２０,１２０ａ～１２０ｄ 第２突出磁極、１３０,１３０ａ～１３０ｄ 励磁コイル、１４０,１４０ａ～１４０ｄ トルク検出コイル、１５０,１５０ａ～１５０ｄ 角度検出コイル、１９０ 間隔調整部、２００ 処理部、Ｈ 水平磁路、Ｄｉａｇ＿１ 第１傾斜磁路、Ｄｉａｇ＿２ 第２傾斜磁路。
【要約】
【課題】同一のセンサによりトルクと角度とを検出可能な磁歪式トルクアングルセンサ及び磁歪式トルクアングルセンシングシステムを実現する。
【解決手段】磁歪式トルクアングルセンサ１００は、磁歪部１２を有する軸１０と、軸１０の周囲に配置される磁極部１０１とを有し、磁極部１０１は、第１磁極段１０１Ａと、第１磁極段１０１Ａに対して軸方向に間隔をあけて対向配置された第２磁極段１０１Ｂとを備え、第１磁極段１０１Ａは軸１０に向かって径方向に突出する第１突出磁極１１０を有し、第２磁極段１０１Ｂは軸１０に向かって径方向に突出する第２突出磁極１２０を周方向に第１突出磁極１１０と異なる位置に有し、第１突出磁極１１０には励磁コイル１３０と角度検出コイル１５０とが巻回され、第２突出磁極１２０にはトルク検出コイル１４０が巻回される。磁歪部１２と第１突出磁極１１０との間の磁気抵抗は、軸１０の回転に伴って周期的に変化するように構成される。
【選択図】図１
【解決手段】磁歪式トルクアングルセンサ１００は、磁歪部１２を有する軸１０と、軸１０の周囲に配置される磁極部１０１とを有し、磁極部１０１は、第１磁極段１０１Ａと、第１磁極段１０１Ａに対して軸方向に間隔をあけて対向配置された第２磁極段１０１Ｂとを備え、第１磁極段１０１Ａは軸１０に向かって径方向に突出する第１突出磁極１１０を有し、第２磁極段１０１Ｂは軸１０に向かって径方向に突出する第２突出磁極１２０を周方向に第１突出磁極１１０と異なる位置に有し、第１突出磁極１１０には励磁コイル１３０と角度検出コイル１５０とが巻回され、第２突出磁極１２０にはトルク検出コイル１４０が巻回される。磁歪部１２と第１突出磁極１１０との間の磁気抵抗は、軸１０の回転に伴って周期的に変化するように構成される。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
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