(57)【要約】【課題】  磁気コア同士の磁気干渉を低減し、センサの感度を高め、トルクの付与方向の識別を可能にする磁歪型のトルクセンサを提供する。【解決手段】  回転軸の周方向に複数のヨークが配置される第一の磁気コアユニットと、前記第一の磁気コアユニットとは別の位置で回転軸に配置される第二の磁気コアユニットからなるトルクセンサであって、前記ヨークに巻かれている巻線は、前記第一の磁気コアユニットのヨークと前記第二の磁気コアユニットのヨークを交互に繋げていることを特徴とするトルクセンサ。【選択図】図１
2010054236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周方向に複数のヨークが配置される第一の磁気コアユニットと、前記第一の磁気コアユニットとは別の位置で回転軸に配置される第二の磁気コアユニットからなるトルクセンサであって、前記ヨークに巻かれている巻線は、前記第一の磁気コアユニットのヨークと前記第二の磁気コアユニットのヨークを交互に繋げていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記磁気コアユニットは、回転軸の磁歪を検出するための端面を持つ第一のヨーク端部と、柱状の前記ヨークと、回転軸の磁歪を検出するための端面を持つ第２のヨーク端部からなるＮ個の磁気コア（Ｎは４以上の偶数）を備え、前記柱状のヨークの両端面に前記第一及び第二のヨーク端部が取り付けられ、前記第一及び第二のヨーク端部の端面の中央同士を結ぶ線が、トルクセンサで検地しようとする回転軸における軸方向と所定の角度をなすものであることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
各ヨークを励磁したときに、前記第一及び第二のヨーク端部の端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで逆向きとなるように、磁気コアを配置することを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
請求項３に記載のトルクセンサにおいて、前記ヨークに巻かれた巻線は磁気的に隣り合うヨーク同士で巻く向きが逆であり、
前記巻線を直列接続すると共に、磁気的に隣り合う磁気コアの巻線同士は異なる側で接続されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項５】
請求項３に記載のトルクセンサにおいて、前記ヨークに巻かれた巻線は磁気的に隣り合うヨーク同士で巻く向きが同じであり、
前記巻線を直列接続すると共に、磁気的に隣り合う磁気コアの巻線同士は同じ側で接続されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項６】
請求項２に記載のトルクセンサにおいて、
前記所定の角度が＋略４５°に設定された第１の磁気コアユニットと、前記所定の角度が−略４５°に設定された第２の磁気コアユニットとを備えることを特徴とするトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪特性を利用して回転軸の軸トルクを非接触で検出するトルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のパワーステアリング機構やエンジン制御機構、動力伝達機構などでは軸トルクを正確に検出する手段が古くから望まれている。この検出精度を高めることにより、精密制御や効率向上が可能となるため、これまでに様々な手法が提案されてきた。なかでも回転軸の磁歪特性を利用して非接触で軸トルクを検出する手法は、過負荷耐量も大きいことから、トーションバーのねじれ量からトルク検出を行う従来手法に代わる方式として注目されている。
【０００３】
この方式のトルクセンサとして、各種のものが提案されているが、いずれも、トルクによって発生する透磁率の変動、より具体的には、回転軸の軸方向に対して＋４５°と−４５°の方向での透磁率の変動を検出コイルによって検出している。例えば特許文献１に開示の技術では、図２４（ａ）に示すように、トルクを検出すべき回転軸５０２に、その軸方向に対して傾斜角を有する磁性膜５０３を固着させて、回転軸外周のソレノイドコイル５０４で励磁・検出を行う。ところが、この方式は回転軸へ追加工を施す必要があるため、磁性膜５０３の剥離など信頼性を損なうおそれがある。さらに、軸の専用化や大径化が必須となるため、装着性が悪いという問題もある。
【０００４】
このため、回転軸に全く加工を施さずに同様の機能を有するトルクセンサが提案された。例えば、特許文献２に開示の技術では、突起部を有する多数の磁気片を磁気ピンで磁気リングに取り付け磁気コアを構成し、さらに各磁気ピンにコイルを巻いてトルクセンサを構成している。
【０００５】
また、特許文献３では、回転軸の周囲に非接触で巻回され回転軸を軸方向に沿って励磁する励磁コイルと、回転軸との間で独立した検出磁気回路を形成する複数の検出コアを、回転軸の励磁領域周囲に等間隔にリング状に配置して成る一体型成形の検出コア輪と、トルク伝達により変化する各コア内の磁界を検出する磁気検出部を含む構成をとっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１−９４２３０号公報
【特許文献２】特開昭６３−９０７３０号公報
【特許文献３】特開昭６２−２４９０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、改良が施された特許文献の技術であっても、依然として克服すべき課題があった。
【０００８】
例えば、特許文献２では、磁気リングが一体物であり、周方向で隣り合うコアは分離されておらず、磁気干渉により出力にノイズが発生した。この場合、トルクセンサの感度が低下するだけでなく、トルクの付与方向が識別できない。また、多数設けられた磁気ピン毎にコイルを巻くため、隣り合うコイル同士が干渉し、コイルの巻数を増やすことに限界があった。そのため、得られる出力が小さく感度が低かった。
【０００９】
また、特許文献３の第１実施例では、先に述べた特許文献２と同様に、磁気リングが一体物のため、隣接する検出コア先端部において磁気干渉が生じ、トルクセンサとしての感度は極めて低かった。さらに同センサの励磁コイルは回転軸に対してソレノイド状に巻回され、検出コアは回転軸の軸方向に対して垂直に配置していた。回転軸に対してトルクが付与されると軸の軸方向に対して＋４５°と−４５°に透磁率変化が生じるが、同センサでは、これらを切り分けて測定できない構造であった。すなわちトルクの付与方向を識別できないといった課題があった。
【００１０】
さらに特許文献３の第３実施例では上記磁気リングを用いないで、各々独立した検出用Ｕ字型コアとしていたが、隣り合うコア同士の間隔が狭く、コア同士で磁気干渉が生じ、感度が低下した。この場合も、上記した理由によって、トルクの絶対値は測定できるが、トルクの付与方向を識別できないので、同コア形状はトルクセンサとして不適であった。磁気干渉を考慮し、仮にＵ字型コアを１個乃至２個としても、軸表面の磁気特性が均一でない実用鋼材を用いた場合、出力電圧に変動が生じ、正確にトルクを測定することができなかった。すなわちゼロ点変動が大きくなり、トルクセンサとして不適であった。当然、この場合もトルクの付与方向を識別することはできなかった。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気コア同士の磁気干渉を低減し、センサの感度を高め、トルクの付与方向の識別を可能にする技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、回転軸の周方向に複数のヨークが配置される第一の磁気コアユニットと、前記第一の磁気コアユニットとは別の位置で回転軸に配置される第二の磁気コアユニットからなるトルクセンサであって、前記ヨークに巻かれている巻線は、前記第一の磁気コアユニットのヨークと前記第二の磁気コアユニットのヨークを交互に繋げていることを特徴とする。
第一の磁気コアユニットのヨークに巻かれた巻線を連続して繋げるよりも、第一の磁気コアユニットのヨークと第二の磁気コアユニットのヨークを交互に繋げることで、オフセット電圧が改善されるので、各ヨークへの印加される電圧のバラツキが小さくなり、トルクセンサとしての感度を向上させることができる。
【００１３】
この磁気コアユニットは、回転軸の磁歪を検出するための端面を持つ第一の状ヨーク端部と、柱状の前記ヨークと、回転軸の磁歪を検出するための端面を持つ第２のヨーク端部からなるＮ個の磁気コア（Ｎは４以上の偶数）を備え、前記柱状のヨークの両端面に前記第一及び第二のヨーク端部が取り付けられ、前記第一及び第二のヨーク端部の端面の中央同士を結ぶ線が、トルクセンサで検地しようとする回転軸における軸方向と所定の角度をなす形態のものが適用できる。
前記所定の角度が、略４５°に設定されていることが望ましい。さらに、前記所定の角度が＋略４５°に設定された第１の磁気コアユニットと、前記所定の角度が−略４５°に設定された第２の磁気コアユニットとでトルクセンサを構成することがより好ましい。略４５°としては４５°±１０°程度が許容される（−略４５°は、−４５°±１０°程度に相当する。）。
また、ヨーク端部は図６、図２３に示すように板状のものが適用でき、回転軸の軸方向で小型化を図ることができる。また、ヨーク端部は、同一形状にすることができる。部品形状の共通化によって、製造プロセスの数を抑え、組み立ての際の部品取り間違いを防げる。
【００１４】
各ヨークを励磁したときに、前記第一及び第二のヨーク端部の端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで逆向きとなるように、磁気コアを配置することが好ましい。請求項１の構成と組み合わせることでさらに検出感度の向上が見込める。
上記の磁束成分が隣り合う磁気コアで逆向きとなる磁気コアの構成として、一つは、前記ヨークに巻かれた巻線は磁気的に隣り合うヨーク同士で巻く向きが逆であり、前記巻線を直列接続すると共に、磁気的に隣り合う磁気コアの巻線同士は異なる側で接続されているものがあり、もう一つは、前記ヨークに巻かれた巻線は磁気的に隣り合うヨーク同士で巻く向きが同じであり、前記巻線を直列接続すると共に、磁気的に隣り合う磁気コアの巻線同士は同じ側で接続されているものが考えられる。
【００１５】
磁気コアユニットは、前記所定の角度が＋略４５°に設定された第１の磁気コアユニットと、前記所定の角度が−略４５°に設定された第２の磁気コアユニットとを備える構成が好ましい。
【００１６】
巻線が巻かれるヨークは、ヨーク端部同士を磁気回路的につなげるぶ位置に配置される。ヨークの厚さと幅は適宜決定できる。ヨークの断面のアウトラインは、円形、楕円形、矩形、四角形及び６角形等の多角形のいずれとしてもよい。ただし、成形・焼結で作製するフェライトコアでヨーク接続部を構成するには、成形性がよく、欠けを抑制し歩留りが良いという観点から、また、巻線を行うためにも、断面のアウトラインが円形であるヨーク端部が好ましい。
【００１７】
上記本発明のトルクセンサにおいて、前記ヨーク端部および前記ヨーク接続部が、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトで構成されていることが望ましい。Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの焼結体コアのなかでも抵抗率ρが高いものを用いると、磁気的な励磁と検出の効率を高くすることができる。さらに、特に高周波特性に優れるものを用いると、磁気的なロスが低く、キュリー温度が高いので自動車用途に適用し易い。
【００１８】
磁気コアの数は複数であれば特に限定されないが、４以上の偶数Ｎであり、例えばＮは４〜３６の範囲内の偶数が好ましい。工作機械装置の場合、回転軸の直径を大きくすることもあり、回転軸のトルクを検知する際のゼロ点変動を抑制するためにはＮを大きくすることが望ましい。自動車用途のように回転軸の直径がある程度の範囲に抑えられる場合、小型化及び軽量化の観点から、Ｎは４，６及び８のいずれかであることが好ましい。
【００１９】
前記巻線は、具体的には励磁用コイルと検出用コイルで構成される。いずれの巻線についても、励磁用コイルと検出用コイルは同じ向きに巻くことが好ましい。
【００２０】
各磁気コアを絶縁部材で支持することができる。環状の非磁性部材で支持することが好ましい。前記環状の非磁性部材は、例えば一体成形できる樹脂を用いるが、８０℃程度の環境温度に耐えられれば他の材料（非磁性の有機材料）に代替可能である。軟磁性体のヨーク端部同士を任意の間隔で、かつヨーク端部と回転軸表面間の空隙（磁気ギャップ）が一定に保てれば、円盤状でなくてもよい。ただし、前記環状の非磁性部材の中央には、回転軸を通すための軸孔が必要である。
【００２１】
前記ヨーク端部とヨークは嵌合してもよい。この場合、いずれか一方に凹部を設け、その凹部に嵌る凸部を他方が有するのがよい。前記ヨーク端部とヨークは接着剤によって接着してもよい。前記ヨーク端部は、環状の非磁性部材（例えば非磁性リング）と嵌合してもよい。前記ヨーク端部と環状の非磁性部材は接着剤によって接着してもよい。
【００２２】
また、前記ヨーク端部の軸孔側の端面（以後、磁歪の検出面）は平面にすることもできる。ただし好ましくは、磁歪の検出面は対向する回転軸表面の形状に沿った曲面にする。回転軸の軸芯を基準にしてみたときに、検出面と回転軸間の距離が均一になっていると、磁気的な励磁と検出の効率を良くすることができる。すなわち、ヨーク端部と回転軸の磁気ギャップは機械的な寸法誤差、あるいは回転時に生ずる回転ぶれなどが生じても機械的に干渉しない寸法を設定しているのであるが、ヨーク端部の回転軸への対向面を曲面状にすることによって、ヨーク端部と回転軸との間の磁気抵抗を低減する事が可能となる。したがって、コイルのターン数やコイルに流す電流を大きくしなくても、高い磁束密度で磁気コアから回転軸に磁束を印加できる。また、磁歪の検出面を曲面状にすることによって、各々のヨーク端部においてヨーク端部と回転軸の間の磁気ギャップ長を均一にする事が可能となり、その結果、回転軸に印加される磁界が平均化され、いわゆる励磁ムラが抑制され、かつ、ヨーク端部と回転軸の対向面積が大きい事から、回転軸表面で生じている透磁率変化を効率よく検出できる。すなわち、磁気コアの数を特に多くしなくても、ゼロ点変動を低減できる。
【００２３】
また、前記磁気コアを複数設け、磁気コア同士を磁気的に離隔して配置することは、ゼロ点変動を抑制する上で好ましい。
【００２４】
また、磁路を形成可能な材料で構成された外装ヨーク部を付加し、その内部に該外装ヨーク部と磁気的に分離された磁気コアを備える構成としてもよい。また、前記外装ヨーク部は円筒状とし、該外装ヨーク部は円環状の磁石を有する場合、前記外装ヨーク部の中には前記Ｎ個の磁気コアを収める。
【００２５】
また、前記ヨーク端部及びヨークの材料としては、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、鉄粉、Ｆｅ基アモルファス（薄帯を積層または粉砕・成形したものをヨークとする。）、Ｆｅ基ナノ結晶材料（薄帯を積層または粉砕・成形したものをヨークとする。）のいずれかを用いることもできる。
【００２６】
柱状ヨークに環状に巻回された励磁用コイルと検出用コイルを有する。これらコイルは、各々、コイルを巻いて樹脂で固めたもの或いはコイルをボビンに巻きつけたもので構成できる。樹脂で固める形状やボビンの形状は円形や矩形等としてもよい。さらに、前記ヨーク端部には、前記励磁用コイルと検出用コイルに加え、環状に巻回されたシェイキング磁界重畳用コイルを備えてもよい。また、前記シェイキング磁界重畳用コイルは前記ヨーク端部と回転軸表面の間に、回転軸の周囲を取り巻くように環状に巻回してもよい。ここでシェイキング磁界とは、ヒステリシスの原因の１つである回転軸表面近傍のピンニングの影響を低減する目的でシャフトに印加する磁界である。シェイキング磁界は前記励磁用コイルまたはシェイキング磁界重畳用コイルに、励磁周波数とは異なる周波数の交流電圧を印加することによって得られる。ヒステリシス低減を実現するために、回転軸表面に磁性膜を貼り付ける等の特別な加工を施す手法が提案されているが、回転軸の信頼性を損なう。一方、シェイキング磁界の重畳は、回転軸に特別な加工を施すことなく、回転軸に対して非接触でヒステリシスの低減が可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、第一の磁気コアユニットのヨークに巻かれた巻線を連続して繋げるよりも、第一の磁気コアユニットのヨークと第二の磁気コアユニットのヨークを交互に繋げることで、オフセット電圧が改善されるので、各ヨークへの印加される電圧のバラツキが小さくなり、トルクセンサとしての感度を向上させることができる。
さらに、各ヨークを励磁したときに、前記第一及び第二のヨーク端部の端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで逆向きとなるように、磁気コアを配置する構成と組み合わせることで、磁気コア同士の磁気的干渉が抑えられるので、トルクセンサによって高い出力が得られ、さらにトルク付与方向の識別が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
つぎに、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るトルクセンサ１０の構造を示す図であり、具体的には、回転軸９０の軸に垂直な向きから見た断面図である。なお、以下に示す図面においては、図面が煩雑になるのを避け理解を容易にするために適宜符号を省略する。
【００３０】
このトルクセンサ１０は、磁歪特性を利用して回転軸９０に印加されるトルクを検出する。背景技術で上述した通り磁歪特性を利用するため、トルクセンサ１０は、回転軸９０の軸方向に対して＋４５°の透磁率の変動を検出する図下側の第１の磁気コアユニット２０と、−４５°の透磁率の変動を検出する図上側の第２の測定ユニット１２０とを有する。この２方向の透磁率変化を測定することにより、回転軸９０に印加されたトルクの向き及び大きさを検出する。回転軸９０は磁歪材料で形成され、例えばニッケル・クロム・モリブデン鋼で形成される。この材料は例えば自動車のエンジンにおけるクランクシャフト材として一般に使用される。
【００３１】
また、第１の測定ユニット２０Ｒ全体は、一般的なハウジング（図示せず）に収容されており、例えばモールド材（図示せず）を用いて固定される。また、ハウジングには、導出部が設けられ、この中に外部回路が設けられる。外部回路には、後述する各コイルに電力を供給したり、検出された出力信号を取得する。また、ハウジングの周囲に設けられた固定用ボルト孔に固定用ボルトを貫通させ、外部の固定箇所にネジ止めすることによってハウジングが固定される。なお、第２の磁気コアユニット２０Ｌも、同様のハウジングに収容されている。以下、第１の磁気コアユニット２０Ｒについて説明し、第２の磁気コアユニット２０Ｌに関する説明は省略する。
【００３２】
図３は、第１の磁気コアユニット２０Ｒを示した図であり、図３（ａ）は平面図を示し、図３（ｂ）はＡ−Ａ’の断面図を示し、さらに図３（ｃ）は下面図を示している。図４は、第１の磁気コアユニット２０Ｒの外観を示す斜視図である。ここで１個の磁気コアユニットとは第１ヨーク端部２２０ａ及び第２ヨーク端部２２０ｂ（ヨーク端部の具体例）と、円筒状ヨーク２４０（ヨーク接続部の具体例）で構成されたユニットを指す。それぞれの円筒状ヨーク２４０には励磁用コイル２１４ａ〜２１４ｄと検出用コイル２１５ａ〜２１５ｄが巻回されたボビン２５０が取り付けられる。さらに円筒状ヨーク２４０には、その下側の端面に第１ヨーク端部２２０ａが取り付けられ、上側の端面に第２ヨーク端部２２０ｂが取り付けられる。第１ヨーク端部２２０ａと第２ヨーク端部２２０ｂは、同一形状の部品である。第１非磁性リング２３０ａ、第２非磁性リング２３０ｂの中心には、回転軸９０が挿入可能な軸孔２２８が形成されている。なお、第１の磁気コアユニット２０Ｒは、前記磁気コアが４個含まれる構成となる。
【００３３】
図２は本発明のポイントとなる巻線の接続について説明するための模式図である。２５０Ｒａ、２５０Ｒｂ、２５０Ｒｃ、２５０Ｒｄは磁気コアユニット２０Ｒの４つのヨーク２４０Ｒａ、２４０Ｒｂ、２４０Ｒｃ、２４０Ｒｄが内部に配置されたボビンであり、２５０Ｌａ、２５０Ｌｂ、２５０Ｌｃ、２５０Ｌｄは磁気コアユニット２０Ｌの４つのヨーク２４０Ｌａ、２４０Ｌｂ、２４０Ｌｃ、２４０Ｌｄが内部に配置されたボビンである。ボビンは単に各ヨークへ巻線を巻きまわすためのもので必ず必要となる部材ではない。ボビン２５０Ｒａ〜２５０Ｒｄには励磁用コイル２１４ａ〜２１４ｄと検出用コイル２１５ａ〜２１５ｄが、ボビン２５０Ｌａ〜２５０Ｌｄには励磁用コイル２１４ｅ〜２１４ｈと検出用コイル２１５ｅ〜２１５ｈが巻かれている。（図中の番号は省略する。各コイルは、磁気コアユニット２０Ｒと磁気コアユニット２０Ｌのヨークを交互につなぐように配線されている。図２中、ボビン２５０Ｒｃ、２５０Ｌｄ、２５０Ｒａ、２５０Ｌｄの順に配線が繋がって磁気回路をなしている。コイルの符号で言えば、励磁コイル２１４ｃ、２１４ｈ、２１４ａ、２１４ｆと、励磁コイル２１４ｄ、２１４ｇ、２１４ｂ、２１４ｅが繋がっている。また、検出コイル２１５ｃ、２１５ｈ、２１５ａ、２１５ｆと、励磁コイル２１５ｄ、２１５ｇ、２１５ｂ、２１５ｅが繋がっている。このように各コイルを一方の磁気コアユニットと他方の磁気コアユニットのヨークに交互につなぐことで、オフセット電圧が改善されるので、各ヨークへの印加される電圧のバラツキが小さくなり、トルクセンサとしての感度を向上させることができる。
【００３４】
図６（ａ）（ｂ）はそれぞれ第１ヨーク端部２２０ａの上面および底面から見た斜視図である。また図７は４個の第１ヨーク端部２２０ａを第１非磁性リング２３０ａに取り付けたときの斜視図である。同図（ａ）はヨーク端部の上面からみた斜視図であり、同図（ｂ）は第１非磁性リングの底面からみた斜視図である。第１ヨーク端部２２０ａは、第１非磁性リング２３０ａの軸孔の中心からみて等角度な間隔で周方向に並べて（０°，９０°，１８０°，２７０°の位置）、第１非磁性リング２３０ａに取り付けられる。非磁性リングおよびヨーク端部には所定の位置に孔２７０が設けられている。これらは、孔を有する円筒状ヨーク２４０、励磁用コイル及び検出用コイルを巻回したボビン２５０、第２ヨーク端部２２０ｂ、そして第２非磁性リング２３０ｂとともに孔の位置を揃えてボルト及びナットで締結するために用いられる。なお、図示は省略したが、第２ヨーク端部２２０ｂも同様に第２非磁性リング２３０ｂに取り付けられる。
【００３５】
非磁性リング２３０ａ及び２３０ｂには、所定の位置に凸部２３１ａを設けることで、等間隔にヨーク端部を取り付けることができる。磁気コアユニット２０に軸を挿入した場合、それぞれ等間隔に取り付けられた第１及び第２ヨーク端部は、その軸孔側の端面と回転軸表面間の空隙（磁気ギャップ）が同じ寸法になる。ここで回転軸表面と対向するヨーク端部の軸孔側の端面は回転軸表面の形状に沿った曲面を有する。第１ヨーク端部２２０ａが有する、回転軸表面と対向するこの曲面（磁極面）を２６０ａ、第２ヨーク端部が有するこの曲面（磁極面）を２６０ｂとする。
【００３６】
図８は図７を平面図及び断面図で示した。図８（ａ）は平面図を示し、図８（ｂ）はＡ−Ａ’の断面図、図８（ｃ）は下面図を示している。なお、同図では非磁性リングの一部の図示を省略している。第１ヨーク端部２２０ａにおいて低く（厚さを薄く）形成されている面をヨーク接続部２２１といい、外周が直径Ｒ１１で高さｈ１のリング形状の一部である。なお、この高さｈ１は、ヨーク接続部２２１の底面２２４を基準としており、以下の高さｈ２も同様である。
【００３７】
第１ヨーク端部２２０ａにおいてヨーク接続部２２１より高く形成されている凸部２２３は空隙（磁気ギャップ）を介して回転軸の軸表面と対向し、回転軸の励磁とトルク付与によって生じる透磁率変化の検出に大きく寄与する。２２３は外周が直径Ｒ１２、内周が直径Ｒ１３のリングの１部分と同形状であって、高さｈ２となるように形成されている。したがって、ヨーク接続部２２１と凸部２２３の間には高さｈ２−ｈ１の段差が形成されている。また、第２ヨーク端部２２０ｂは、上述の通り第１ヨーク端部２２０ａと同様の形状である。
【００３８】
第１及び第２ヨーク端部２２０ａ，２２０ｂの材料には、フェライトではＭｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトが好ましい。この他、粉末では純鉄粉、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系センダスト粉、Ｆｅ基アモルファス材やＦｅ基ナノ結晶材である非晶質金属粉などが好ましく、さらに、それら材料の粒径は２００μｍ以下が好ましい。また非磁性リングに用いられる非磁性材としては８０℃程度で熱変形が生じ難い樹脂や真鍮などのＣｕ−Ｚｎ系合金やＡｌ−Ｓｉ系合金などが好ましい。真鍮などのＣｕ−Ｚｎ系合金やＡｌ−Ｓｉ系合金などをプレス加工で成形する場合、それら材料の粒径は２００μｍ以下が好ましい。また、軟磁性体（ヨーク端部や円筒状ヨーク）と非磁性リングを上記した粉末材料で作製する場合は、それぞれ別々に仮成形体として形成され、第１及び第２ヨーク端部２２０ａ，２２０ｂと非磁性部とを組み合わせ、高圧により本成形することでリング形状とする（以下、この成形方法を２色成形と呼ぶ）。なお、バインダとして、各材料粉への分散性等を考慮して、平均粒径が１００μｍ以下の熱可塑性樹脂を使用できる。なお、円筒状ヨーク２４０は第１及び第２ヨーク端部２２０ａ，２２０ｂに関する材料及び形成手順と同じでよい。
【００３９】
つづいて、磁気コアユニット２０の組立手順を簡単に説明する。図９は、磁気コアユニット２０を構成する、第１及び第２非磁性リング、第１及び第２ヨーク端部、円筒状ヨーク、ボビンの斜視図を示している。特徴がわかりやすい様に縦横比は若干変更している。図示のように、円筒状ヨーク２４０は、第１非磁性リングで支持した第１ヨーク端部２２０ａに上から載せるように結合している。次に励磁用コイルと検出用コイルを巻回したボビン２５０に円筒状ヨーク２４０を挿入する。さらに円筒状ヨークおよびボビンの上から被せるように第２ヨーク端部２２０ｂを結合させる。この際、各々の部材に形成しておいた貫通孔２７０の位置を合わせ、連なった貫通孔にボルトを通し、ナットで締結する。
【００４０】
これによって、第１ヨーク端部２２０ａ、円筒状ヨーク２４０そして第２ヨーク端部２２０ｂが接合され、図４に示したように、励磁用コイル及び検出用コイルを巻回したボビン２５０を有する４個の磁気コアを含む磁気コアユニット２０が完成する。なお、磁気コアユニット１２０に含まれる、非磁性リング及び軟磁性体は磁気コアユニット２０のそれらとは鏡像対称の形状であり、組立手順も同様である。
【００４１】
非磁性リング及びヨーク端部が環状部を構成しているので、磁気コアユニットの組立が容易になっている。非磁性リングには、４つの凸部が形成されており、隣り合う凸部の間の凹みはヨーク端部を嵌めこめる形状となっている。さらに、凸部と非磁性リングの周縁の間には前記凹みと同じ深さの溝が形成されており、ヨーク端部を嵌めこみ易い。非磁性リングによって隣り合う磁気コアは磁気的に離隔されている。広い磁極面を有する磁気コアが回転軸を密に取り囲んでおり、回転軸表面の磁束密度分布をほぼ均一にすることができる。
【００４２】
従来技術のようにリングコア内周の突出した磁極にコイルを巻くことは難しく工数がかかる。これに対して図９の構成では、柱状ヨーク毎にコイル又はコイル付きボビンを挿入し易く、工数を短縮できる。
【００４３】
なお、図９の構成において、一方のヨーク端部と円筒状ヨークを予め一体に成形しておけば、ボビンを前記円筒状ヨークに挿入し、他方のヨーク端部と組合わせて１組の磁気コアを構成することもできる。さらに、一方のヨーク端部と円筒状ヨークを予め一体に成形する際に、円筒状ヨークの高さを調整することにより、円筒状ヨーク付きヨーク端部を２個組合わせて磁気コアを構成することも可能である。
また、図１０のようにボビンの周囲に補強部材２８０を配置してもよいし、図１１のように円筒状ヨークの上下端に凸部を形成し、ヨーク端部側にはこの凸部に勘合する凹部を形成し、組み立ての際に嵌め合わせる構造を採用することもできる。
【００４４】
図１３は、任意の１個の磁気コアおける第１ヨーク端部２２０ａ及び第２ヨーク端部２２０ｂの、回転軸９０に対向する端面２６０ａ，２６０ｂと、回転軸９０との位置関係を模式的に示した図である。本図に示すように、２つの端面２６０ａ，２６０ｂの中心を結ぶ線Ｌ１と、回転軸９０の軸方向とは、＋４５°をなす。なお図示しないが、磁気コアユニット２０内の他の磁気コアにおいても同様に、ヨーク端部の回転軸９０と対向する端面は、それら中心を結ぶ線と回転軸９０の軸方向とは＋４５°をなす。また、第２の磁気コアユニット１２０においては、回転軸９０に対向する端面２６０ａ，２６０ｂの中心を結ぶ線と回転軸９０の軸方向とは−４５°をなす。
【００４５】
図１４は、トルクセンサ１０における、回路結線を示した図であり、図１５はトルクと出力電圧の関係を示したグラフである。検出される第１出力Ｖ１と第２出力Ｖ１は、同期検波回路９９ａを通り、オペアンプ９９ｂに入力される。その結果、最終出力ＶＯ１が得られる。なお、第２出力Ｖ１は、オペアンプ９９ｂに反転入力される。トルクセンサ１０では、磁気コア及び回転軸は電気回路的にはトランスの磁芯のように機能する。そこで、図１４では、磁気コア及び回転軸を２本の太線で表わす。
【００４６】
なお、図１４では同じ磁気コアユニットで隣り合う励磁用コイル同士は逆方向に巻回した。また隣り合う検出用コイル同士に関しても同様である。したがって同じボビンに巻回される励磁用コイルと検出用コイルの巻回方向は同じである。コイル２１４ａ及びコイル２１４ｃは、図３（ａ）の平面図でみると、時計回りとなるように導線が巻かれているものである。図３（ｂ）で紙面の手前側に位置するコイル２１４ｂは、図３（ａ）でみると、反時計回りに導線が巻かれているものである。図３（ｂ）で紙面の後背側に位置するコイル２１４ｄは、図３（ａ）でみると、反時計回りに導線が巻かれているものである。
【００４７】
一方、隣り合う励磁用コイル同士を同じ方向に巻回し、かつ、隣り合う検出用コイル同士も同じ方向に巻回した場合、磁気コアユニット内に含まれる磁気コア数によって、最終出力はＶ０１と異なる傾向を示す場合がある。例えば、図３に示すように、１つの磁気コアユニット内に４個の磁気コアユニット（０°,９０°,１８０°,２７０°の位置）を含む場合、隣り合う磁気コア同士の間隔が狭いために磁気干渉が生じ、トルクの付与方向を識別できない。例えば＋４５°方向に生じている透磁率変化を検出しようとしても、隣接する磁気コアから磁束が流れ込む。この流れ込む磁束は−４５°方向の成分であり、最終出力Ｖ０２はＶＬ１とＶＲ１を足し合わせたものになる。図１５に示すように、Ｖ０２からは、トルクの絶対値は測定できるものの、トルクの付与方向が識別できない。
【００４８】
この他、１つの磁気コアユニットに含まれる磁気コア数を２個（０°と１８０°の位置または９０°と２７０°の位置）とした場合、第１及び第２ヨーク端部間の距離、すなわち２６０ａと２６０ｂ間の距離に比べ、隣り合う磁気コア同士の間隔の方が十分に広いため、上記したような隣り合う磁気コア同士の磁気干渉は生じ難い。したがって、励磁コイルと検出コイルを全て同方向に巻回しても、トルクの絶対値とトルクの付与方向は識別が可能である。１つの磁気コアユニット内の磁気コア数を１個とした場合は、磁気干渉を生じる相手となる磁気コアが軸の周方向に存在しないので、当然、トルクの絶対値とトルクの付与方向は識別できる。ただし、磁気コア数を１個または２個とした場合では、磁気コア数４個とした場合よりも感度が低く、ヒステリシスとゼロ点変動は大きい。これはコア数の減少に伴い、軸表面に対向するコア面積が減少し励磁および検出への寄与が小さくなることに起因する。特に磁気コア数が１個の場合、軸表面の磁気特性が不均一であれば、ゼロ点変動が極めて大きくなり、トルクセンサとしては不適である。したがって、隣り合う励磁用コイル同士及び検出用コイル同士を逆方向に巻回した磁気コアを多数用いた方が出力電圧が大きく、感度が高く、ヒステリシスとゼロ点変動が小さいので、トルクセンサとして好適である。
【００４９】
励磁用コイルに印加される交流電圧波形は、所定の周波数と振幅を有する正弦波とする。このとき、当該所定の周波数と振幅が異なる交流電圧を、励磁用コイルに重畳しても良い。また、上記交流電圧を重畳するために、各ボビンに重畳用コイルを巻回しても良い。この場合、１個のボビンには励磁用、検出用、重畳用の３つのコイルが巻回されることになる。また、重畳用コイルは第１ヨーク端部２２０ａ及び第２ヨーク端部２２０ｂの凸部２２３の外周側に、回転軸９０の周りを周回するように、巻回しても良い。
【００５０】
（実施例１）
図１〜９、図１２〜１４で示す構成のトルクセンサにおいて、本実施例では、励磁周波数２０ｋＨｚ、励磁電流５０ｍＡ、励磁用コイル１００ターン、検出用コイル２００ターン、第１及び第２ヨーク端部２２０ａ，２２０ｂの凸部２２３と回転軸表面の空隙ｇ（磁気ギャップ）を１ｍｍとした。一方の磁気コアユニットは、ヨーク端部の端面２６０ａ，２６０ｂの中央を結ぶ角度が４５度となるのに対し、他方の磁気コアユニットではー４５度となるようにした。一方の磁気コアユニットと他方の磁気コアユニットを近づけて配置する場合、同じ極性の磁気コア端面同士が近接するように配置すると（Ｎ極同士を近接させ、Ｓ極同士を近接させる。）、磁気コアユニット間における漏洩磁束を防止できるので好ましい。
【００５１】
各コイルの繋げ方と巻きまわす方向については図１９に示すものとした。図１９は第１の実施形態に係るコイルの接続状態、励磁用コイルを巻き回す向きと磁束成分の向きを説明する概略図であり、（ａ）回転軸模式図、（ｂ）回転軸表面の展開図、（ｃ）は各々励磁用コイルの回路結線の例を示した回路図である。図１９（ｃ）は（ｂ）の回転軸の表面（周面）を平面に展開した図であり、回転軸表面９０ｆ上に示した点線の四角形の領域は図５の磁気コアの端面と対向する領域に相当する。
【００５２】
より詳細にいうと、図５における１個目の磁気コアのヨーク端部の端面２６０ａ，２６０ｂは、おのおの図１９（ｂ）の領域Ｓ１，領域Ｎ１と対向し、Ｓ１とＮ１間に実線矢印（太線）で示した向きの磁束が回転軸表面９０ｆ上に流される。２個目の磁気コアのヨーク端部の端面２６０ａ，２６０ｂは、おのおの図１９（ｂ）の領域Ｓ２，領域Ｎ２と対向し、Ｓ２とＮ２間に実線矢印（太線）で示した向きの磁束が回転軸表面９０ｆ上に流される。３個目の磁気コアのヨーク端部の端面２６０ａ，２６０ｂは、おのおの図１９（ｂ）の領域Ｓ３，領域Ｎ３と対向し、Ｓ３とＮ３間に実線矢印（太線）で示した向きの磁束が回転軸表面９０ｆ上に流される。４個目の磁気コアのヨーク端部の端面２６０ａ，２６０ｂは、おのおの図１９（ｂ）の領域Ｓ４，領域Ｎ４と対向し、Ｓ４及びＮ４間に実線矢印（太線）で示した向きの磁束が回転軸表面９０ｆ上に流される。
【００５３】
すなわち、図１９（ｂ）では、磁気コアの一対の端面によって回転軸表面に流される磁束の向きは隣り合う磁気コアで逆向きとなっている。このような磁束の向きを実現するには、（ｂ）の回転軸表面上に磁気コアを配置したときに、図１９（ｃ）の回路結線となるように各々の磁気コアの励磁用コイルを配置・接続する。回路結線は別の構成でも良い。
【００５４】
励磁コイルが一方の磁気コアユニットと他方の磁気コアユニットのものと交互に繋がっている。このように構成することで、図２５に示すような、片方の磁気コアユニットのみの励磁コイルをつなげたものより、各ヨークへの印加される電圧のバラツキが小さくなり、トルクセンサとしての感度を向上させることができ、また、出力されるオフセット電圧も下げることができる。
【００５５】
磁気コアにはＭｎ−Ｚｎフェライトの焼結体を用いた。非磁性リングには繊維状の素材を固めたベーク板を用いた。回転軸には高周波焼き入れを施した、φ１８ｍｍのニッケル・クロム・モリブデン鋼鋼材を用い、±１４０Ｎｍのトルクを付与した。
【００５６】
本実施例では感度Ｓが１．０ｍＶ／Ｎｍ、ヒステリシスεは０．２７％、ゼロ点変動ηは０．９％が得られた。なお感度とヒステリシス、ゼロ点変動は図１７、図１８に示す値を下記の数式（数１〜３）で定義した。
【００５７】
【数１】
2010054236.tif 000003
【００５８】
【数２】
2010054236.tif 000004
【００５９】
【数３】
2010054236.tif 000005
【００６０】
ここで、Ｔｍは付与したトルクの絶対値、Ｖｓは最大トルクが付与されたときの出力電圧と最小トルクが付与されたときの出力電圧の電圧差、Ｖｈはトルクが付与されていないときの出力電圧の差、Ｖｋはトルクを付与していない状態で回転軸を１周回転させ、得られた出力電圧の最大値と最小値の差である。
【００６１】
図１９（ｃ）において、４個の励磁用コイル２１４ｃ，２１４ｈ，２１４ａ及び２１４ｆは直列に接続され、各々の励磁用コイルの軸線が回転軸軸方向を向いている。励磁用コイル２１４ａは左ネジ巻き（コイルの回路図形の左側に示した点線矢印はコイルが左ネジ巻きであることを示す。）であり且つ電流ｉが回転軸軸方向（図１９の下側から上側に向かう向き）に平行な向きに沿って流されている。すると、励磁用コイル２１４ａが巻かれた磁気コアのヨーク接続部には回転軸軸方向と反対向きの磁束（コイルの回路図形の右側に示した実線矢印は磁束の向きを示す。）が励磁される。
２個目の磁気コアでは、励磁用コイル２１４ｇは右ネジ巻き（コイルの回路図形の左側に示した鎖線矢印はコイルが右ネジ巻きであることを示す。）であり且つ電流ｉが回転軸軸方向に平行な向きに沿って流されている。すると、励磁用コイル２１４ｇが巻かれた磁気コアのヨーク接続部には回転軸軸方向と反対向きの磁束が励磁される。
３個目の磁気コアでは、励磁用コイル２１４ｃは左ネジ巻きであり且つ電流ｉが回転軸軸方向に平行な向きに沿って流されている。すると、励磁用コイル２１４ｃが巻かれた磁気コアのヨーク接続部には回転軸軸方向と反対向き（反平行の向き）の磁束が励磁される。
４個目の磁気コアでは、励磁用コイル２１４ｄは右ネジ巻きであり且つ電流ｉが回転軸軸方向に平行な向きに沿って流されている。すると、励磁用コイル２１４ｄが巻かれた磁気コアのヨーク接続部には回転軸軸方向と反対向きの磁束が励磁される。
【００６２】
また、４個の励磁用コイル２１４ｄ，２１４ｇ，２１４ｂ及び２１４ｅは直列に接続され、各々の励磁用コイルの軸線が回転軸軸方向を向いている。こちらの磁気コアはそれぞれ回転軸軸方向と同じ向きの磁束が励磁される。
【００６３】
従って、図１９（ｃ）に示す向きで電流ｉが励磁用コイルに流されているとき（回路の端子電圧はＶ１＞Ｖ２の関係にある。）、図１９（ｂ）に示すように領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３及びＮ４と対向する磁気コアの端面はＮ極となり、領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３及びＳ４と対向する磁気コアの端面はＳ極となる。すなわち、磁気コアの端面の中央同士を結ぶ線に沿った磁束成分が隣り合う磁気コアで逆向きとなる。ただし、（ｃ）に図示する電流ｉの向きを逆にすると（Ｖ１＜Ｖ２）、領域Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３及びＮ４と対向する磁気コアの端面はＳ極になり、領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３及びＳ４と対向する磁気コアの端面はＮ極になる。
【００６４】
なお、コイルを巻き回す向きについて、“右ネジ巻き”は図１８（ｂ）のコイルの巻き方を表わし、“左ネジ巻き”は図１８（ｃ）のコイルの巻き方を表わす。また、図１９（ｂ）では、励磁用コイルとの配置関係を判り易くするために領域（点線の四角形）の幅は図５に示されたヨーク端部の端面の幅よりも小さく図示した。
【００６５】
例えば、図２０、図２１に示すような他の回路結線を適用することもできる。
図２０は、直列に接続された励磁コイルを備えた磁気コアが回転軸軸方向に対して全て４５度、もしくはー４５度の方向に磁束を発するようにしたトルクセンサの説明図である。
また、図２１の配線は図２０の配線の接続を変えた例であり、直列に接続された励磁コイルを備えた磁気コアが回転軸軸方向に対して全て４５度、もしくはー４５度の方向に磁束を発するようにした点では図２０の配線と同じであるが、励磁コイルが第一の磁気コアユニットと第２の磁気コアユニットの間で繋がっている部分（図中、励磁コイル４１４ｃと４１４ｇ、励磁コイル４１４ｂと４１４ｆ、励磁コイル４１４ｄと４１４ｈ、励磁コイル４１４ａと４１４ｅ）と、同じ磁気コアユニット内で繋がっている部分（図中、励磁コイル４１４ｈと４１４ａ、励磁コイル４１４ｇと４１４ｂ）がある。このように全てのコイルが第一の磁気コアユニットと第２の磁気コアユニットの間で繋がっている必要は無く、このような図２１の形態も本願発明の範疇である。
【００６６】
図２２は、第１ヨーク端部２２０ａ、第２ヨーク端部２２０ｂ及び円筒状ヨーク２４０に用いられる軟磁性材料と、非磁性リング２３０ａ，２３０ｂに用いられる非磁性材料との組合せと、出力の感度の関係を示す表である。ここでは、組合せ１〜３の３種類を例示している。
【００６７】
組合せ１では、第１ヨーク端部２２０ａ、第２ヨーク端部２２０ｂは、鉄粉及びバインダの混合粉を低圧でプレス成形した仮成形体である。非磁性リング２３０ａ及び２３０ｂは、真鍮粉とバインダの混合粉を低圧でプレス成形した仮成形体である。それら２種類の仮形成体を合わせ、高圧でプレス成形することで図４に示す部品が接着剤やネジ等を用いることなく作製できる。
【００６８】
組合せ２では、第１ヨーク端部２２０ａ、第２ヨーク端部２２０ｂ及び円筒状ヨーク２４０はフェライト粉を成形・焼結した焼結体（フェライトコア）である。非磁性リング２３０ａ及び２３０ｂは、樹脂等で成形されたもの、若しくは真鍮粉とバインダの混合粉をプレス成形した圧粉体である。そして軟磁性の焼結体と非磁性体とを接着剤で組み立て、図４に示す部品が得られる。
【００６９】
組合せ３では、第１ヨーク端部２２０ａ、第２ヨーク端部２２０ｂ及び円筒状ヨーク２４０は、鉄粉及びバインダの混合粉をプレス成形した圧粉体である。非磁性リング２３０ａ，２３０ｂは、真鍮粉とバインダの混合粉をプレス成形した圧粉体である。そして軟磁性の焼結体と非磁性の圧粉体とを接着剤で組み立て、第１及び第２ヨーク端部２２０ａ，２２０ｂ、円筒状ヨーク２４０が形成されている。この場合、非磁性部は８０℃の環境温度に耐え得る樹脂等で作製された部品を用いてもよい。
【００７０】
組合せ１〜３のいずれの場合も、トルク検出時に良好な感度が得られたが、特に組合せ２の材料を用いた場合、最も良好な感度が得られる。なお、いずれの組合せにおいても、成形の際のプレスの方向は、各部品を組み立てたときの回転軸の軸方向と同じである。
【００７１】
この実施形態によれば、磁気コアユニットを３要素で構成し、さらにその組立が容易とすることができる。また、第１及び第２ヨーク端部、円筒状ヨークおよびボビンを含む磁気コアユニットはリング形状を有し、回転軸を挿入するだけで、容易に装着することができる。つまり、ハンドリングが容易になるとともに、回転軸表面と磁極間の空隙（磁気ギャップ）の寸法精度を適正にする作業が容易となる。また、回転軸円周方向に配列した複数の磁気コアによって、安定した出力電圧が得られる。より具体的には、ゼロ点変動とヒステリシスが改善されたり、軸ぶれ対策が容易となる。
【００７２】
（第２の実施形態）
図２３に磁気コアユニット２０で用いることができる第１ヨーク端部の代表的な形状の一部を平面図で示す。図２３（ａ）は第１の実施形態で用いた第１ヨーク端部２２０ａである。本発明の第１ヨーク端部と第２ヨーク端部は、所定の寸法を有するボビン２５０と円筒状ヨーク２４０の取り付けが可能であり、かつ、第１ヨーク端部２２０ａ及び第２ヨーク端部２２０ｂの、回転軸９０に対向する端面２６０ａ，２６０ｂと回転軸９０との位置関係が図１３と同様であれば、第１ヨーク端部は図２３（ｂ）〜（ｇ）に示す形状であってもよい。なお、磁気コアユニット２０で用いられる第２ヨーク端部は図２３に示した形状と同様である。また磁気コアユニット１２０で用いられる第１及び第２ヨーク端部は図２３に示す形状の鏡像対称である。具体的には、図２３（ａ）のヨーク端部２２０ａを、エッジ部分５２０ｃ及び５２０ｄを結ぶ辺を軸として反転させた形状となる。
【００７３】
例えば、図２３（ｂ）〜（ｇ）のヨーク端部３２０〜３２５に示すように、図２３（ａ）のヨーク端部のエッジ部分５２０ａ〜５２０ｄ、に比べ、４２０ａ、４２０ｄ、４２１ａ〜４２１ｄ、４２２ａ、４２２ｄ、４２３ａ〜４２３ｄ、４２４ａ、４２５ａ、４２５ｂ、４２５ｃは丸みを帯びている。エッジ部分に丸みを持たせることによって、軟磁性体を金型でプレス加工する際、原料粉の噛み込みが少なくなり、量産性が向上する。
【００７４】
また図２３（ａ）を図２３（ｂ）〜（ｇ）のように変形してもよい。図１のようにトルクセンサ１０に回転軸を挿入し、所定の励磁電流を励磁用コイルに流したとき、各軟磁性体が磁気飽和を起こさなければ、第１及び第２ヨーク端部と円筒状ヨークとの接合部近傍は図２３（ｂ）〜（ｇ）のように小型化してもよい。特に図２４（ｆ）、（ｇ）は図２３（ａ）に比べ、軟磁性体の原料が少なくて済むことから、コスト的に優れ、小型化、軽量化が実現できる。図２３に示す第１及び第２ヨーク端部を、図９の第１の実施形態と同様に組立て、磁気コア及び磁気コアユニットを構成してもよい。
【００７５】
図２３に示す第１及び第２ヨーク端部は第１の実施形態と同様に、その材料として、フェライトではＭｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトが好ましい。この他、粉末では純鉄粉、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系センダスト粉、Ｆｅ基アモルファス材やＦｅ基ナノ結晶材である非晶質金属粉などが好ましく、それら材料の粒径は２００μｍ以下が好ましい。
【００７６】
原料としてフェライトを用いる場合、金型を用いたプレス加工で作製しても良い。また、上記の粉末原料を用いる場合は、上述したように２色成形で第１及び第２ヨーク端部と非磁性リングを作製しても良い。
【００７７】
磁気コアユニットを構成する際には、隣り合う励磁用コイル同士は逆方向に巻回する。このとき隣り合う検出用コイル同士も逆方向に巻回する。すなわち同じボビンには励磁用コイルと検出用コイルが同方向に巻回される。また図２３に示す第１及び第２ヨーク端部を用いた場合でも、図１４と同様の磁気回路が構成される。
【００７８】
励磁用コイルに印加される交流電圧波形は、所定の周波数と振幅を有する正弦波とする。このとき、当該所定の周波数と振幅が異なる交流電圧を、励磁用コイルに重畳しても良い。また、上記交流電圧を重畳するために、各ボビン２５０に重畳用コイルを巻回しても良い。また、重畳用コイルを第１及び第２ヨーク端部における凸部２２３の外周側に対応する部分に巻回しても良い。
【００７９】
以上、第２の実施形態によれば、第１の実施形態における実施例１で示した効果が得られる。さらに、第１及び第２ヨーク端部のエッジ部分に丸みを持たせ、かつ、円筒状ヨークとの接合部近傍を小型化することで、実施例１に比べ量産性が良く、小型、軽量な磁気コア及び磁気コアユニットの作製が可能となる。
【００８０】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、磁歪特性を利用するトルクセンサに広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】第１の実施形態に係るトルクセンサの構造を示す図である。
【図２】各コイルの繋ぎ方を説明するための図である。
【図３】第１の磁気コアユニットを示した図である。
【図４】第１の磁気コアユニットの外観を示す斜視図である。
【図５】磁気コアの外観を示す斜視図である。
【図６】第１ヨーク端部を示す斜視図である。
【図７】４個の第１ヨーク端部を非磁性リングに取り付けた状態を示す斜視図である。
【図８】４個の第１ヨーク端部を非磁性リングに取り付けた状態を示す平面図及び断面図である。
【図９】磁気コアユニットの組立図である。
【図１０】別の磁気コアユニットの組立図である。
【図１１】別の磁気コアユニットの組立図である。
【図１２】別の４個の第１ヨーク端部を非磁性リングに取り付けた状態を示す平面図及び断面図である。
【図１３】第１の磁気コアにおける第１及び第２ヨーク端部の、回転軸に対向する面と、回転軸との位置関係を模式的に示した図である。
【図１４】トルクセンサの回路結線を示した回路図である。
【図１５】印加されるトルクと検出出力の関係を示したグラフである。
【図１６】トルクセンサの出力電圧特性を示したグラフである。
【図１７】トルクセンサの出力電圧特性を示したグラフである。
【図１８】（ａ）磁気コアにおける磁束の向きを示した概略斜視図、（ｂ）及び（ｃ）コイルを巻き回す向きと磁束の関係を示す概略斜視図である。
【図１９】（ａ）回転軸の模式図、（ｂ）回転軸表面の展開図、（ｃ）及び（ｄ）コイルの回路結線を示した回路図である。
【図２０】別の実施例に関わる（ａ）回転軸表面の展開図、（ｂ）コイルの回路結線を示した回路図である。
【図２１】別の実施例に関わる（ａ）回転軸表面の展開図、（ｂ）コイルの回路結線を示した回路図である。
【図２２】軟磁性部と非磁性部に用いられる材料の組合せと、出力の感度の関係を示した表である。
【図２３】第２の実施形態に係る第１及び第２ヨーク端部の形状を示した平面図である。
【図２４】従来技術に係る、磁歪式トルクセンサの構成を示す概略図である。
【図２５】比較のトルクセンサの（ａ）回転軸表面の展開図、（ｂ）コイルの回路結線を示した回路図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０：トルクセンサ
２０，１２０，４００：磁気コアユニット
２０ａ：内部磁気コアユニット
３０：磁気コア
４０：右ネジ巻きの励磁用コイル
５０：左ネジ巻きの励磁用コイル
６０：柱状コア
９０，５０２：回転軸
９０ｆ，１９０ｆ：回転軸表面
９９ａ：同期検波回路
９９ｂ：オペアンプ
２１４ａ〜ｈ：励磁用コイル
２１５ａ〜ｈ：検出用コイル
２２０ａ：第１ヨーク端部
２２０ｂ：第２ヨーク端部
２２１：ヨーク端部のヨーク接続部
２２３：ヨーク端部の凸部
２２４：ヨーク端部の底面
２２８：軸孔
２３０ａ：第１非磁性リング
２３０ｂ：第２非磁性リング
２３１ａ：第１非磁性リングの凸部
２４０：円筒状ヨーク
２５０：ボビン
２６０ａ：回転軸表面と対向する第１ヨーク端部の端面
２６０ｂ：回転軸表面と対向する第２ヨーク端部の端面
２７０：貫通孔
３１４ａ〜３１４ｈ、４１４ａ〜４１４ｈ：励磁用コイル
３２０〜３２５：ヨーク端部
４２０ａ〜４２０ｄ，４２１ａ〜４２１ｄ，４２２ａ〜４２２ｄ，４２３ａ〜４２３ｄ，４２４ａ〜４２４ｄ，４２５ａ〜４２５ｄ，５２０ａ〜５２０ｄ：ヨーク端部のエッジ部分
５０３：磁性膜
５０４：励磁・検出用ソレノイドコイル
５０５，５０６：検出用磁気コア
５０７，５０８：励磁用磁気コア
５１４ａ〜５１４ｆ：励磁用コイル
【図１】
2010054236.tif 000006
【図２】
2010054236.tif 000007
【図３】
2010054236.tif 000008
【図４】
2010054236.tif 000009
【図５】
2010054236.tif 000010
【図６】
2010054236.tif 000011
【図７】
2010054236.tif 000012
【図８】
2010054236.tif 000013
【図９】
2010054236.tif 000014
【図１０】
2010054236.tif 000015
【図１１】
2010054236.tif 000016
【図１２】
2010054236.tif 000017
【図１３】
2010054236.tif 000018
【図１４】
2010054236.tif 000019
【図１５】
2010054236.tif 000020
【図１６】
2010054236.tif 000021
【図１７】
2010054236.tif 000022
【図１８】
2010054236.tif 000023
【図１９】
2010054236.tif 000024
【図２０】
2010054236.tif 000025
【図２１】
2010054236.tif 000026
【図２２】
2010054236.tif 000027
【図２３】
2010054236.tif 000028
【図２４】
2010054236.tif 000029
【図２５】
2010054236.tif 000030