(57)【要約】【課題】簡単な構成で検出精度の高い歪みセンサ構造及び歪み検出方法を提供することを目的とする。【解決手段】回転軸２０には、第１磁歪材部３０が設けられている。第１永久磁石７０及び第２永久磁石７１の形状は輪状であり、回転軸２０と同軸に互いに対向するように、回転軸２０の軸方向Ａに間隔を空けて設置されている。第１永久磁石７０及び第２永久磁石７１は、第１磁歪材部３０に対向している。第１永久磁石７０の下方に、図示しない支持部材に指示された第１ホール素子８０が２つ設けられている。第１ホール素子８０は第１磁歪材部の近傍に、第１永久磁石７０と第２永久磁石７１との磁束密度を検出可能に設けられている。【選択図】図１
2020012783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である第１磁歪材部（３０）が設けられた回転軸（２０，２１）と、
前記回転軸（２０，２１）の径方向の外側に設けられた磁石（７０，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７）と、
前記磁石（７０，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７）を支持するヨーク（５０，５１，５２）と、
前記磁石（７０，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７）により生じる磁束（Ｂ，Ｃ，Ｄ）を検出可能に設けられた磁気センサ（８０，８１）と
を備え、
前記磁気センサ（８０，８１）は、前記回転軸（２０，２１）にトルクが印加された場合に前記第１磁歪材部（３０）により生じる前記磁束（Ｂ，Ｃ，Ｄ）の変化を検出することを特徴とする歪みセンサ構造。
【請求項２】
前記磁石（７０，７１，７２，７３）は前記回転軸（２０，２１）と同軸に設けられた輪状磁石であり、軸方向（Ａ）に複数配置され、前記回転軸（２０，２１）の軸方向（Ａ）に沿って極が変化することを特徴とする請求項１に記載の歪みセンサ構造。
【請求項３】
前記磁石（７４，７５，７６，７７）は前記回転軸（２０）の周方向に複数設けられ、前記回転軸（２０）の径方向に沿って極が変化することを特徴とする請求項１に記載の歪みセンサ構造。
【請求項４】
前記回転軸（２０，２１）に、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である第２磁歪材部（３１）がさらに設けられ、
前記磁気センサ（８０，８１）は、前記回転軸（２０，２１）にトルクが印加された場合に前記第２磁歪材部（３１）により生じる前記磁束（Ｃ）の変化を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歪みセンサ構造。
【請求項５】
前記磁気センサ（８０，８１）は、ホール素子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の歪みセンサ構造。
【請求項６】
回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である第１磁歪材部（３０）が設けられた回転軸（２０）と、
前記回転軸（２０）の径方向の外側に設けられた磁石（７０，７１）と、
前記磁石（７０，７１）を支持するヨーク（５０）と、
前記磁石（７０，７１）により生じる磁束（Ｂ）を検出可能に設けられた磁気センサ（８０）と
を備える歪みセンサにおいて、
前記磁気センサは、前記回転軸（２０）にトルクが印加された場合に前記第１磁歪材部（３０）により発生する前記磁束（Ｂ）の変化を検出することを特徴とする歪み検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歪みセンサ構造及び歪み検出方法に関し、特に、磁束の変化から回転軸の歪みを検出する歪みセンサ構造及び歪み検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵装置等の機器に搭載される従来の歪みセンサの構造としては、例えば以下の特許文献１に記載された歪みセンサが知られている。すなわち、図４に示す従来の歪みセンサ１では、回転軸２の外周面に環状に異方性付与部材である第１磁歪材部３０及び第２磁歪材部３１が設けられ、前記第１磁歪材部３０に対向するように第１輪状検出コイル４１及び第２輪状検出コイル４２が前記回転軸２の軸方向に互いにずらされた状態で設けられており、前記第２磁歪材部３１に対向するように第３輪状検出コイル４３及び第４輪状検出コイル４４が前記回転軸２の軸方向に互いにずらされた状態で設けられている。前記第２磁歪材部３１は、前記第１磁歪材部３０の磁気異方性に対して９０度位相が異なるように設けられている。
【０００３】
前記回転軸２にトルクが印加されると、前記回転軸２に歪みが生じることで前記第１磁歪材部３０及び前記第２磁歪材部３１に歪みが生じて、ビラリ効果により前記第１磁歪材部３０及び前記第２磁歪材部３１は磁区が回転及び整列して透磁率が変化し、それにより磁束が変化する。そして、前記第１輪状検出コイル４１及び前記第２輪状検出コイル４２と、前記第３輪状検出コイル４３及び前記第４輪状検出コイル４４とのインピーダンスが変化し、インピーダンスの変化に対応して前記第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の検出電圧が変化する。したがって、第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の検出電圧を測定することで、前記第１磁歪材部３０及び前記第２磁歪材部３１の透磁率の変化を算出して、前記回転軸２の歪みを検出することができる。そして、前記回転軸２の歪みから、前記回転軸２に印加されたトルクを算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６４４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来の前記歪みセンサ１では、前記第１，第２磁歪材部３０，３１を透過する磁束の発生及び前記第１，第２磁歪材部３０，３１の磁束の検出を前記第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４で行っている。そのため、前記第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の巻線の均一性が磁束の検出精度に影響するので、歪みセンサの検出精度を確保するためにコイルに要求される巻線の均一性が高くなり生産が難しくなるという問題点があった。
【０００６】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で検出精度の高い歪みセンサ構造及び歪み検出方法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】
上記の課題を解決するために、この発明に係る歪みセンサ構造は、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である第１磁歪材部が設けられた回転軸と、前記回転軸の径方向の外側に設けられた磁石と、前記磁石を支持するヨークと、前記磁石により生ずる磁束を検出可能に設けられた磁気センサとを備え、前記磁気センサは、前記回転軸にトルクが印加された場合に前記第１磁歪材部により発生する磁束の変化を検出する構成であり、また、前記磁石は前記回転軸と同軸に設けられた輪状磁石であり、軸方向に複数配置され、前記回転軸の軸方向に沿って極が変化する構成であり、また、前記磁石は前記回転軸の周方向に複数設けられ、前記回転軸の径方向に沿って極が変化する構成であり、また、前記回転軸に、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である第２磁歪材部がさらに設けられ、前記磁気センサは、前記回転軸にトルクが印加された場合に前記第２磁歪材部により発生する磁束の変化を検出する構成であり、また、前記磁気センサは、ホール素子である構成である。
【０００８】
また、上記の課題を解決するために、この発明に係る歪み検出方法は回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である磁歪材部が設けられた回転軸と、前記回転軸の径方向の外側に設けられた磁石と、前記磁石を支持するヨークと、前記磁石により生じる磁束を検出可能に設けられた磁気センサとを備える歪みセンサにおいて、前記磁気センサは、前記回転軸にトルクが印加された場合に前記磁歪材部により発生する磁束の変化を検出する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る歪みセンサ構造によれば、第１磁歪材部を有する回転軸の径方向の外側に設けられた磁石と、磁石により生じる磁束を検出可能に設けられた磁気センサとを備え、磁気センサは、回転軸にトルクが印加された場合に第１磁歪材部により発生する磁束の変化を検出する構成であるので、簡単な構成で検出精度の高い歪みセンサ構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る歪みセンサの断面概略図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る歪みセンサの断面概略図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る歪みセンサの平面概略図である。
【図４】従来の歪みセンサの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１の歪みセンサを添付図面に基づいて説明する。なお、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１に歪みセンサ１０の断面概略図を示す。前記歪みセンサ１０の回転軸２０の外側には、磁性材料で形成された輪状の第１ヨーク５０が設けられている。前記第１ヨーク５０は、ヨークを構成している。前記第１ヨーク５０の径方向外側には、ハウジング６０が設けられている。尚、図１以下の図面においては、歪みセンサの軸受や配線等の一部の構成の記載を省略している。
【００１２】
前記回転軸２０には、径方向の外周面にめっき処理による合金膜である第１磁歪材部３０が前記回転軸２０の長手方向に直列状に、すなわち前記回転軸２０の軸方向Ａに沿って形成されている。
【００１３】
前記第１磁歪材部３０は、前記回転軸２０に右回りのトルクがかかった場合と、左回りのトルクがかかった場合とで、磁歪特性が反転するようにめっき処理がなされて形成されている。すなわち、前記第１磁歪材部３０は、異方性付与部材を構成している。
【００１４】
前記第１ヨーク５０の内側上部及び内側下部に、第１永久磁石７０及び第２永久磁石７１が設置されている。前記第１永久磁石７０及び前記第２永久磁石７１の形状は輪状であり、前記回転軸２０と同軸に互いに対向するように、前記回転軸２０の軸方向Ａに間隔を空けて設置されている。すなわち、前記第１永久磁石７０及び前記第２永久磁石７１は、前記第１磁歪材部３０に対向している。前記第１永久磁石７０及び前記第２永久磁石７１は、磁石を構成している。
【００１５】
前記第１永久磁石７０及び前記第２永久磁石７１は、前記軸方向Ａに沿って上側がＳ極７０ｓ，７１ｓ、下側がＮ極７０ｎ，７１ｎであるように設置されている。そのため、前記第１永久磁石７０のＮ極７０ｎと、前記第２永久磁石７１のＳ極７１ｓとが対向している。すなわち、前記第１永久磁石７０及び前記第２永久磁石７１は、前記回転軸２０の軸方向に沿って対向する極が異なるように構成されている。
【００１６】
前記第１永久磁石７０の下方に、図示しない支持部材に指示された第１ホール素子８０が２つ設けられている。前記第１ホール素子８０は前記第１磁歪材部の近傍に、前記第１永久磁石７０と前記第２永久磁石７１とにより生じる磁束を検出可能に設けられており、図示しない検出回路に接続されている。また、前記第１ホール素子８０は磁気センサを構成している。
【００１７】
次に、この実施の形態１の歪みセンサ１０の動作を説明する。
まず、前記回転軸２０にトルクが印加されていない場合には、前記第１永久磁石７０のＮ極７０ｎと、前記第２永久磁石７１のＳ極７１ｓとが対向しているので、前記第１永久磁石７０のＮ極７０ｎと前記第２永久磁石７１のＳ極７１ｓとの間の磁束Ｂが前記第１磁歪材部３０を透過する。このときの前記第１磁歪材部３０を透過する磁束Ｂは、前記第１ホール素子８０により検出される。
【００１８】
次に、前記回転軸２０にトルクが印加されている場合には、前記回転軸２０へのトルクの印加方向に応じて前記第１磁歪材部３０が歪み、透磁率がビラリ効果により変化する。この変化により、前記第１磁歪材部３０の磁束密度が変化するので前記第１磁歪材部を透過する磁束Ｂが変化し、前記第１ホール素子８０に検出される。前記第１ホール素子８０により検出された、前記回転軸２０へトルクが印加されていない場合と印加されている場合との、前記第１磁歪材部３０の磁束Ｂの変化により、前記回転軸２０の歪みを検出することができる。
【００１９】
特許文献１の前記歪みセンサ１のように、磁束の変化を検出するために第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４を用いる場合には、各検出コイルの巻線の均一性が検出精度に影響する。一方、この実施の形態１のように前記第１ホール素子８０で磁束Ｂの変化を検出する場合には巻線の均一性の高いコイルを製造する必要がないので、前記歪みセンサ１０の構成が簡単になり、そのため生産が簡単になる。
【００２０】
また、特許文献１の前記歪みセンサ１では、歪みを検出するためにコイルにより交流磁場を印加し、第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４のインピーダンスとして磁束の変化を検出するが、この方式では交流磁場による渦電流損やヒステリシス損が発生し前記歪みセンサ１への入力電力に対する効率が低下する。一方、この実施の形態１のように、前記第１永久磁石７０及び前記第２永久磁石７１により直流磁場を印加し前記第１磁歪材部３０に磁束Ｂを透過させる場合は、交流磁場を印加する場合よりも渦電流損やヒステリシス損を抑えることができ、前記歪みセンサ１０への入力電力に対する効率の低下が抑えられる。
【００２１】
また、特許文献１の前記歪みセンサ１のようにコイルにより磁場を印加する方法に比べて、この実施の形態１のように前記第１永久磁石７０及び前記第２永久磁石７１により磁場を印加する方法は、コイルよりも均質に磁束Ｂを発生することができるので、前記歪みセンサ１０の磁束の検出精度が向上する。
【００２２】
さらに、特許文献１の前記歪みセンサ１のように第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４を設ける場合には、特に冗長系構成とした場合には巻線の場所を確保するために、前記歪みセンサ１の小型化やレイアウトの自由度に制限がある。一方、この実施の形態１のように前記第１永久磁石７０及び前記第２永久磁石７１により磁場を印加する方法は、巻線が不要であるから省スペース化が可能であり、冗長系に対応しやすい。
【００２３】
このように、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である前記第１磁歪材部３０が設けられた前記回転軸２０と、前記回転軸２０の径方向の外側に設けられた前記第１，第２永久磁石７０，７１と、前記第１，第２永久磁石７０，７１を支持する前記第１ヨーク５０と、前記第１，第２永久磁石７０，７１により生じる磁束Ｂを検出可能に設けられた前記第１ホール素子８０とを備え、前記第１ホール素子８０は、前記回転軸２０にトルクが印加された場合に前記第１磁歪材部３０により発生する磁束Ｂの変化を検出する構成であるので、簡単な構成で検出精度の高い歪みセンサ構造とすることができる。
【００２４】
また、前記第１，第２永久磁石７０，７１は前記回転軸２０と同軸に設けられた輪状磁石であり、軸方向Ａに複数配置され、前記回転軸２０の軸方向Ａに沿って極が変化するので、簡単な構成で発生磁束Ｂの均一性及び磁束Ｂの検出精度を高くすることができる。
【００２５】
また、磁気センサとして、前記第１ホール素子８０を有しているので、磁気センサが検出コイルである場合よりも、巻線の均一性の高いコイルを製造する必要がなく、前記歪みセンサ１０の構成が簡単になる。さらに、前記歪みセンサ１０への入力電力に対する効率の低下が抑えられ、前記歪みセンサ１０の磁束Ｂの検出精度が向上する。さらにまた、前記歪みセンサ１０への省スペース化が可能であり、冗長系に対応しやすい。
【００２６】
また、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である前記第１磁歪材部３０が設けられた前記回転軸２０と、前記回転軸２０の径方向の外側に設けられた前記第１，第２永久磁石７０，７１と、前記第１，第２永久磁石７０，７１を支持する前記第１ヨーク５０と、前記第１，第２永久磁石７０，７１により生じる磁束Ｂを検出可能に設けられた前記第１磁気センサ８０とを備える前記歪みセンサ１０において、前記第１磁気センサ８０は、前記回転軸２０にトルクが印加された場合に前記第１磁歪材部３０により発生する磁束Ｂの変化を検出する方法であるので、簡単な構成で検出精度の高い歪み検出方法とすることができる。
【００２７】
実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２の歪みセンサ１１を説明する。尚、以下の実施の形態において、図１の参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
実施の形態２は、実施の形態１に対して、さらに第２の磁歪材部を設けた歪みセンサである。
図２に歪みセンサ１１の断面概略図を示す。回転軸２１には、前記第１磁歪材部３０と、合金膜である第２磁歪材部３１とが設けられている。前記第２磁歪材部３１は径方向の外周面にめっき処理により、前記第１磁歪材部３０に隣り合うようにして前記回転軸２１の長手方向に直列状に、すなわち前記回転軸２１の軸方向Ａに沿って形成されている。
【００２８】
前記第２磁歪材部３１は、前記回転軸２１に右回りのトルクがかかった場合と、左回りのトルクがかかった場合とで、磁歪特性が反転するようにめっき処理がなされて形成されている。すなわち、前記第２磁歪材部３１は、異方性付与部材を構成している。また、前記第２磁歪材部３１は、前記第１磁歪材部３０に対し、前記回転軸２１に右回りのトルクがかかった場合と、左回りのトルクがかかった場合との磁歪特性が反対であるようにめっき処理がなされている。
【００２９】
前記歪みセンサ１１は、ハウジング６０の内部に磁性材料で形成された第２ヨーク５１をさらに備えている。前記第２ヨーク５１は、ヨークを構成している。前記第２ヨーク５１の内側上部及び内側下部に、第３永久磁石７１及び第４永久磁石７２が設置されている。前記第２ヨーク５１の構成は前記第１ヨーク５０と同じ構成であり、前記第３永久磁石７１及び前記第４永久磁石７２の構成は、前記第１永久磁石７０及び前記第２永久磁石７１と同じ構成である。前記第３永久磁石７１及び前記第４永久磁石７２は、磁石を構成している。
【００３０】
前記第３永久磁石７２の下方に、図示しない支持部材に指示された第２ホール素子８１が２つ設けられている。前記第２ホール素子８１は前記第２磁歪材部の近傍に、前記第３永久磁石７２と前記第４永久磁石７３とにより生じる磁束Ｃを検出可能に設けられており、図示しない検出回路に接続されている。また、前記第２ホール素子８１は磁気センサを構成している。
【００３１】
次に、この実施の形態２の歪みセンサ１１の動作を説明する。
まず、前記回転軸２１にトルクが印加されていない場合には、前記第１永久磁石７０のＮ極７０ｎと、前記第２永久磁石７１のＳ極７１ｓとが対向しているので、前記第１永久磁石７０のＮ極７０ｎと前記第２永久磁石７１のＳ極７１ｓとの間の磁束Ｂが前記第１磁歪材部３０を透過する。このときの前記第１磁歪材部３０の磁束Ｂは、前記第１ホール素子８０により検出される。
【００３２】
また、前記回転軸２１にトルクが印加されていない場合には、前記第３永久磁石７２のＮ極７２ｎと、前記第４永久磁石７３のＳ極７３ｓとが対向しているので、前記第３永久磁石７２のＮ極７２ｎと前記第４永久磁石７３のＳ極７３ｓとの間の磁束Ｃが前記第２磁歪材部３１を透過する。このときの前記第２磁歪材部３１の磁束Ｃは、前記第２ホール素子８１により検出される。そして、前記第１ホール素子８０の検出結果と、前記第２ホール素子８１の検出結果との差分が、図示しない検出回路において計算される。
【００３３】
次に、前記回転軸２１にトルクが印加されている場合には、前記回転軸２１へのトルクの印加方向に応じて前記第１磁歪材部３０及び前記第２磁歪材部３１が歪み、透磁率がビラリ効果により変化する。この変化により、前記第１磁歪材部３０及び前記第２磁歪材部３１の磁束密度が変化するので前記第１磁歪材部３０を透過する磁束Ｂ及び前記第２磁歪材部３１を透過する磁束Ｃが変化し、前記第１ホール素子８０及び前記第２ホール素子８１に検出される。そして、前記第１ホール素子８０の検出結果と、前記第２ホール素子８１の検出結果との差分が、図示しない検出回路において計算される。
【００３４】
次に、前記回転軸２１にトルクが印加されていない場合の磁束の検出結果の差分と、前記回転軸２１にトルクが印加されている場合の磁束の検出結果の差分との変化により、前記回転軸２１の歪みを検出することができる。
【００３５】
前記第１磁歪材部３０と前記第２磁歪材部３１とは異方性が互いに逆であるから、前記回転軸２１にトルクが印加された場合の磁束の変化の値は逆になる。したがって、前記第１ホール素子８０の検出結果と、前記第２ホール素子８１との検出結果との差分を計算して検出結果とすることで、前記第１ホール素子８０の検出結果のみを用いる実施の形態１の前記歪みセンサ１０よりも、この実施の形態２の前記歪みセンサ１１の方が歪みの検出値が大きくなり、歪みの測定精度が向上する。
【００３６】
このように、前記回転軸２１に、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である前記第２磁歪材部３１がさらに設けられ、前記磁気センサ８０，８１は、前記回転軸２１にトルクが印加された場合に前記第２磁歪材部３１により発生する磁束の変化を検出するので、歪みセンサの精度を向上させることができる。
【００３７】
実施の形態３．
次にこの発明の実施の形態３の歪みセンサを説明する。
実施の形態３は、実施の形態１に対して、永久磁石の配置を変更したものである。
図３に歪みセンサ１２の平面概略図を示す。前記歪みセンサ１２には、前記回転軸２０の軸方向から見た平面図である図３に示すように、磁性材料で形成された環状の第３ヨーク５２に第５永久磁石７４、第６永久磁石７５、第７永久磁石７６及び第８永久磁石７７が取り付けられている。前記第３ヨーク５２は、ヨークを構成している。第５永久磁石７４、第６永久磁石７５、第７永久磁石７６及び第８永久磁石７７は、磁石を構成している。前記第５永久磁石７４、前記第６永久磁石７５、前記第７永久磁石７６及び前記第８永久磁石７７は、前記回転軸２０の周方向に等間隔に配置されている。
【００３８】
前記第５永久磁石７４及び前記第７永久磁石７６は、前記回転軸２０の径方向外側がＮ極７４ｎ，７６ｎ、内側がＳ極７４ｓ，７６ｓとなるように配置されている。一方、前記第６永久磁石７５及び前記第８永久磁石７７は、前記回転軸２０の径方向外側がＳ極７５ｓ，７７ｓ、内側がＮ極７５ｎ，７７ｎとなるように配置されている。すなわち、前記第５永久磁石７４、前記第６永久磁石７５、前記第７永久磁石７６及び前記第８永久磁石７７は、前記回転軸２０の径方向に沿って極が変化する。
【００３９】
前記第５永久磁石７４、前記第６永久磁石７５、前記第７永久磁石７６及び前記第８永久磁石７７の径方向内側に、図示しない支持部材に指示された前記第１ホール素子８０がそれぞれ設けられている。前記第１ホール素子８０は前記第２磁歪材部の近傍に、前記第５，第６，第７，第８永久磁石７４，７５，７６，７７の磁束を検出可能に設けられており、図示しない検出回路に接続されている。また、前記第１ホール素子８０は磁気センサを構成している。
【００４０】
次に、この実施の形態３の前記歪みセンサ１２の動作を説明する。
まず、前記回転軸２０にトルクが印加されていない場合には、前記第５永久磁石７４及び前記第７永久磁石７６は、前記回転軸２０の径方向外側がＮ極７４ｎ，７６ｎ、内側がＳ極７４ｓ，７６ｓとなるように配置され、一方、前記第６永久磁石７５及び前記第８永久磁石７７は、前記回転軸２０の径方向外側がＳ極７５ｓ，７７ｓ、内側がＮ極７５ｎ，７７ｎとなるように配置されているので、磁束Ｄが前記第１磁歪材部３０を透過する。
【００４１】
次に、前記回転軸２０にトルクが印加されている場合には、前記回転軸２０へのトルクの印加方向に応じて前記第１磁歪材部３０が歪み、透磁率がビラリ効果により変化する。この変化により前記第５永久磁石７４、前記第６永久磁石７５、前記第７永久磁石７６及び前記第８永久磁石７７のそれぞれの間の周方向の磁束密度が変化することで、前記第１磁歪材部３０を透過する磁束Ｄが変化する。
【００４２】
実施の形態１の歪みセンサ１０の動作と同じく、前記第１ホール素子８０は、前記回転軸２０へトルクが印加されていない場合と印加されている場合との、磁束の変化を検出する。これにより、磁束の変化により前記回転軸２０に印加されるトルクによる前記回転軸２０の歪みを検出することができる。
【００４３】
このように、前記第５，６，７，８永久磁石７４，７５，７６，７７は前記回転軸２０の周方向に複数設けられ、前記回転軸２０の径方向に沿って極が変化するので、前記歪みセンサ１２の軸方向Ａの全長が短くなり、前記歪みセンサ１２をコンパクトにすることができる。
【００４４】
なお、この発明の実施の形態１では前記第１ホール素子８０を２個、実施の形態２では前記第１ホール素子８０及び前記第２ホール素子８１を２個ずつ、実施の形態３では前記第１ホール素子８０を４個、前記第１〜第８永久磁石７０〜７７の近くに設けていたが、前記第１ホール素子８０及び前記第２ホール素子８１を設ける位置及び数は、前記第１磁歪材部３０及び前記第２磁歪材部３１の歪みによる磁束の変化を検出できる任意の位置に設ければよい。
【００４５】
また、この発明の実施の形態１〜３では、磁気センサとして前記第１ホール素子８０及び前記第２ホール素子８１が設けられていたが、ホール素子以外の他の方式の磁気センサを用いてもよい。
【００４６】
また、この発明の実施の形態１〜３では、前記第１磁歪材部３０及び前記第２磁歪材部３１はめっき処理により、前記回転軸２０，２１に右回りのトルクがかかった場合と、左回りのトルクがかかった場合とで、磁歪特性が反転するように形成されて磁気異方性が付与されていたが、他の方法により磁気異方性が付与されていてもよい。例えば、前記第１磁歪材部３０及び前記第２磁歪材部３１に溝加工を施すことや、前記第１磁歪材部３０及び前記第２磁歪材部３１の表面に溶射による加工を施すことで前記第１磁歪材部３０及び前記第２磁歪材部３１に磁気異方性が付与されていてもよい。また、前記回転軸２０，２１の表面のみではなく、前記回転軸２０，２１の一部または全部が磁歪材部で構成されてもよい。
【００４７】
また、この発明の実施の形態１〜３では、前記第１〜第３ヨーク５０〜５２が設けられていたが、前記第１〜第３ヨーク５０〜５２の形状は任意の形状であってもよいし、前記第１〜第３ヨーク５０〜５２の代わりに前記第１〜第８永久磁石７０〜７７を支持する非磁性材料のステーであってもよい。
【００４８】
また、この発明の実施の形態１では輪状の前記第１，第２永久磁石７０，７１が、実施の形態２では輪状の前記第１〜第４永久磁石７０〜７３が設けられていたが、前記第１〜第４永久磁石７０〜７３は、前記回転軸２０，２１の軸方向に沿って対向する極が異なるように設けられていれば、完全に輪状の永久磁石ではなくてもよく、例えば、複数の磁石を前記回転軸２０，２１の周方向に並べて配置したものであってもよい。
【００４９】
また、この実施の形態２では前記第１，第２磁歪材部３０，３１の２種類の磁歪材部と、前記第１，第２磁歪材部３０，３１に対向する輪状の前記第１，第２永久磁石７０，７１及び前記第３、第４永久磁石７２，７３がそれぞれ設けられていたが、磁歪材部は回転軸２１において３つ以上設けられていてもよいし、磁歪材部に対向する永久磁石の数は任意の数であってよい。
【００５０】
また、この実施の形態２では、前記第１〜第４永久磁石７０〜７３は前記回転軸２１に同軸に設けられた輪状磁石であって前記回転軸２１の軸方向Ａに沿って極が変化していたが、永久磁石を実施の形態３の前記第５〜第８永久磁石７４〜７７のように前記回転軸２１の周方向に配置し、前記回転軸２１の径方向に沿って極が変化するようにして設けてもよい。
【００５１】
また、この実施の形態３では前記第５〜第８永久磁石７４〜７７の４個の永久磁石が設けられていたが、永久磁石の位置及び数は前記回転軸２０の軸方向から見て永久磁石が対象になるように配置されていれば任意の位置及び数であってもよい。
【００５２】
なお、本発明による歪みセンサ構造及び歪み検出方法の要旨としては、以下の通りである。すなわち、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である前記第１磁歪材部３０が表面に設けられた回転軸２０と、前記回転軸２０の径方向の外側に設けられた前記第１，第２永久磁石７０，７１と、前記第１，第２永久磁石７０，７１を支持する第１ヨーク５０と、前記第１，第２永久磁石７０，７１により生じる前記磁束Ｂを検出可能に設けられた第１磁気センサ８０とを備え、前記第１磁気センサ８０は、前記回転軸２０にトルクが印加された場合に前記第１磁歪材部３０により生じる前記磁束Ｂの変化を検出する構成であり、また、前記第１，第２磁石７０，７１は前記回転軸２０と同軸に設けられた輪状磁石であり、軸方向Ａに複数配置され、前記回転軸２０の軸方向Ａに沿って極が変化する構成であり、また、前記第５〜第８永久磁石７４〜７７は前記回転軸２０の周方向に複数設けられ、前記回転軸２０の径方向に沿って極が変化する構成であり、また、前記回転軸２１の表面に、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である前記第２磁歪材部３１がさらに設けられ、前記第１，第２磁気センサ８０，８１は、前記回転軸２１にトルクが印加された場合に前記第２磁歪材部３１により生じる前記磁束Ｃの変化を検出する構成であり、また、前記第１，第２磁気センサ８０，８１は、ホール素子である構成であり、また、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である前記第１磁歪材部３０が表面に設けられた前記回転軸２０と、前記回転軸２０の径方向の外側に設けられた第１，第２磁石７０，７１と、前記第１，第２磁石７０，７１を支持する第１ヨーク５０と、前記第１，第２磁石７０，７１により生じる磁束Ｂを検出可能に設けられた前記第１磁気センサ８０とを備える歪みセンサにおいて、前記第１磁気センサ８０は、前記回転軸２０にトルクが印加された場合に前記第１磁歪材部３０により発生する前記磁束Ｂの変化を検出する検出方法である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明による歪みセンサ構造は、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するように、異方性付与部材である第１磁歪材部が表面に設けられた回転軸と、回転軸の径方向の外側に設けられた磁石と、磁石を支持するヨークと、磁石により生じる磁束を検出可能に設けられた磁気センサとを備え、磁気センサは、回転軸にトルクが印加された場合に第１磁歪材部により生じる磁束の変化を検出する構成であるので、簡単な構成で検出精度の高い歪みセンサ構造とすることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０，１１，１２          歪みセンサ
２０，２１                回転軸
３０                      第１磁歪材部
３１                      第２磁歪材部
５０                      第１ヨーク（ヨーク）
５１                      第２ヨーク（ヨーク）
５２                      第３ヨーク（ヨーク）
７０                      第１永久磁石（磁石）
７１                      第２永久磁石（磁石）
７２                      第３永久磁石（磁石）
７３                      第４永久磁石（磁石）
７４                      第５永久磁石（磁石）
７５                      第６永久磁石（磁石）
７６                      第７永久磁石（磁石）
７７                      第８永久磁石（磁石）
８０                      第１ホール素子（第１磁気センサ）
８１                      第２ホール素子（第２磁気センサ）
Ａ                        軸方向
Ｂ，Ｃ，Ｄ                磁束
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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