(57)【要約】【課題】磁歪式トルクセンサの検出精度を向上させる。【解決手段】第一検出コイルＬ１のインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる第一発振回路２と、第二検出コイルＬ２のインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる第二発振回路３と、第一発振回路２から出力される発振波の位相ズレと、第二発振回路３から出力される発振波の位相ズレを検出し、両者の差分を求める検出回路４とを備え、第一検出コイルＬ１及び第二検出コイルＬ２は、それぞれ、被検体表面における検出領域及び検出方向を限定するために、被検体表面との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えて構成されると共に、回転軸Ｓの全周領域を同時に検出するように複数が周方向に並べて配置される。【選択図】図２４
2010008296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸表面に生じる磁歪の逆効果を利用して回転軸のトルクを検出する磁歪式トルクセンサであって、
軸表面において第一方向の透磁率変化を検出すべく配置され、当該透磁率変化をインダクタンスの変化として検出する第一検出コイルと、
軸表面において第二方向の透磁率変化を検出すべく配置され、当該透磁率変化をインダクタンスの変化として検出する第二検出コイルと、
所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、前記第一検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる第一発振回路と、
所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、前記第二検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる第二発振回路と、
前記第一発振回路から出力される発振波の位相ズレと、前記第二発振回路から出力される発振波の位相ズレを検出し、両者の差分を求める検出回路とを備え、
前記第一発振回路は、直列又は並列に接続された複数の前記第一検出コイルを含み、これらの第一検出コイルは、それぞれ、軸表面における検出領域及び検出方向を限定するために、軸表面との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えて構成されると共に、回転軸の全周領域を同時に検出するように周方向に並べて配置され、
前記第二発振回路は、直列又は並列に接続された複数の前記第二検出コイルを含み、これらの第二検出コイルは、それぞれ、軸表面における検出領域及び検出方向を限定するために、軸表面との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えて構成されると共に、回転軸の全周領域を同時に検出するように周方向に並べて配置される
ことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項２】
前記第一検出コイルと前記第二検出コイルは、互に重合する領域で、互に交差する方向の透磁率変化を検出することを特徴とする請求項１記載の磁歪式トルクセンサ。
【請求項３】
前記第一発振回路と前記第二発振回路は、相互干渉を避けるために、交互に駆動されることを特徴とする請求項１又は２記載の磁歪式トルクセンサ。
【請求項４】
隣接する前記第一検出コイル同士は、互に背反する方向に励磁されると共に、隣接する前記第二検出コイル同士は、互に背反する方向に励磁されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁歪式トルクセンサ。
【請求項５】
前記第一検出コイル及び前記第二検出コイルのコアは、同一形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁歪式トルクセンサ。
【請求項６】
前記検出回路は、
前記第一発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、前記第一方向の透磁率変化を検出する第一方向透磁率検出手段と、
前記第二発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、前記第二方向の透磁率変化を検出する第二方向透磁率検出手段と、
前記第一方向透磁率検出手段が測定した時間と、前記第二方向透磁率検出手段が測定した時間との差分にもとづいて、回転軸のトルクを検出するトルク検出手段とを備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか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、軸表面に生じる磁歪の逆効果を利用して回転軸のトルクを検出する磁歪式トルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸表面に生じる磁歪の逆効果を利用して回転軸のトルクを検出する磁歪式トルクセンサが知られている。磁歪の逆効果とは、金属（磁歪膜）にひずみが発生した場合に、引張り方向では透磁率が増加する一方、圧縮方向では透磁率が減少するという磁気的なひずみ現象であり、磁歪式トルクセンサは、軸表面の透磁率変化をインダクタンスの変化として検出する検出コイルを備えて構成されている。
【０００３】
磁歪式トルクセンサは、軸表面に磁気異方性を付与しないタイプ（例えば、特許文献１参照）と、軸表面に磁気異方性を付与するタイプ（例えば、特許文献２、３参照）に分類することができる。例えば、後者は、回転軸の二つの外周領域に、それぞれ＋４５°と−４５°の磁気異方性を付与すると共に、各外周領域に対向して一対のソレノイド型検出コイルを配置し、これらの検出コイル間に生じる差動電圧を出力するように構成される。つまり、回転軸にトルクを加えると、磁歪の逆効果により各外周領域の透磁率が背反的に変化するため、検出コイル間に差動電圧が生じ、トルクに比例した出力が得られる。
【特許文献１】特開２００１−１３３３３７号公報
【特許文献２】特開平７−８３７６９号公報
【特許文献３】特開平１１−３７８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の磁歪式トルクセンサにおいては、ブリッジ回路などを用いて、検出コイル間に生じる僅かな差動電圧を検出し、この差動電圧をアンプで多段階に増幅しているため、ノイズの影響を受けやすく、高精度な検出が困難であった。
【０００５】
また、特許文献２、３に示される方式の磁歪式トルクセンサは、軸表面に、溝、スリット、薄膜などで±４５°の縞模様（磁気異方部）を加工する必要があるので、これらの加工が許容されない回転軸では適用が困難であった。
【０００６】
一方、特許文献１に示される方式の磁歪式トルクセンサでは、検出コイル（コア）が軸表面との間で閉磁路を構成し、軸表面における透磁率の検出方向及び検出領域を限定するので、軸表面に対する磁気異方部の加工が不要であるが、軸表面における周方向の一部の領域で透磁率変化を検出するため、回転軸のトルク検出に適用すると、軸表面の周方向に存在する誤差要因の影響を大きく受けてしまうという問題が発生する。なお、軸表面の周方向に存在する誤差要因としては、材質や温度のばらつき、回転に伴う軸表面とコアとのギャップ変動などが挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作された本発明の磁歪式トルクセンサは、軸表面に生じる磁歪の逆効果を利用して回転軸のトルクを検出する磁歪式トルクセンサであって、軸表面において第一方向の透磁率変化を検出すべく配置され、当該透磁率変化をインダクタンスの変化として検出する第一検出コイルと、軸表面において第二方向の透磁率変化を検出すべく配置され、当該透磁率変化をインダクタンスの変化として検出する第二検出コイルと、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、前記第一検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる第一発振回路と、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、前記第二検出コイルのインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる第二発振回路と、前記第一発振回路から出力される発振波の位相ズレと、前記第二発振回路から出力される発振波の位相ズレを検出し、両者の差分を求める検出回路とを備え、前記第一発振回路は、直列又は並列に接続された複数の前記第一検出コイルを含み、これらの第一検出コイルは、それぞれ、軸表面における検出領域及び検出方向を限定するために、軸表面との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えて構成されると共に、回転軸の全周領域を同時に検出するように周方向に並べて配置され、前記第二発振回路は、直列又は並列に接続された複数の前記第二検出コイルを含み、これらの第二検出コイルは、それぞれ、軸表面における検出領域及び検出方向を限定するために、軸表面との間で閉磁路を構成するコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えて構成されると共に、回転軸の全周領域を同時に検出するように周方向に並べて配置されることを特徴とする。このようにすると、回転軸のトルクを高精度に検出することができる。すなわち、上記のような発振回路から出力される発振波においては、軸表面の透磁率変化が位相ズレ（周波数変化や周期変化を含む）となって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、ノイズの影響を受けにくいので、発振波の位相ズレにもとづいて回転軸のトルクを高精度に検出することが可能になる。また、第一検出コイル及び第二検出コイルは、軸表面における検出領域及び検出方向を限定するので、軸表面に磁気異方部を加工する必要がない。また、第一検出コイル及び第二検出コイルは、それぞれ、回転軸の全周領域を同時に検出するように周方向に並べて配置されるので、軸表面の周方向に存在する誤差要因の影響を抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。
また、前記第一検出コイルと前記第二検出コイルは、互に重合する領域で、互に交差する方向の透磁率変化を検出することを特徴とする。このようにすると、第一検出コイルの検出領域と第二検出コイルの検出領域とのズレに起因する誤差の発生を抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。
また、前記第一発振回路と前記第二発振回路は、相互干渉を避けるために、交互に駆動されることを特徴とする。このようにすると、第一検出コイルと第二検出コイルが発生させる磁界の相互干渉を防止し、当該相互干渉による検出精度の低下を回避することができる。
また、隣接する前記第一検出コイル同士は、互に背反する方向に励磁されると共に、隣接する前記第二検出コイル同士は、互に背反する方向に励磁されることを特徴とする。このようにすると、隣接する第一検出コイル同士や、隣接する第二検出コイル同士の相互干渉を防止し、当該相互干渉による検出精度の低下を回避することができる。
また、前記第一検出コイル及び前記第二検出コイルのコアは、同一形状であることを特徴とする。このようにすると、コア形状の違いに起因する誤差の発生を抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。
また、前記検出回路は、前記第一発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、前記第一方向の透磁率変化を検出する第一方向透磁率検出手段と、前記第二発振回路から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、前記第二方向の透磁率変化を検出する第二方向透磁率検出手段と、前記第一方向透磁率検出手段が測定した時間と、前記第二方向透磁率検出手段が測定した時間との差分にもとづいて、回転軸のトルクを検出するトルク検出手段とを備えることを特徴とする。このようにすると、磁歪式トルクセンサの検出精度をさらに向上させることができる。すなわち、発振波における位相ズレを発振波の数だけ蓄積させると共に、蓄積させた位相ズレを時間として測定するので、安価なデジタル回路を用いて極めて精度の高いトルク検出を行うことができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路の基準周波数を最適化しつつ、高分解能のトルク検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【０００９】
［本発明に係る磁歪式トルクセンサの基本的な検出原理］
図１は、本発明に係る磁歪式トルクセンサの基本的な検出原理を説明するためのブロック図である。この図に示される磁歪式トルクセンサ１は、軸表面に生じる磁歪の逆効果を利用して回転軸Ｓのトルクを検出するものであり、第一検出コイルＬ１、第二検出コイルＬ２、第一発振回路２、第二発振回路３及び検出回路４を備えて構成されている。
【００１０】
第一検出コイルＬ１は、軸表面において第一方向（例えば、＋４５°方向）の透磁率変化を検出すべく配置され、当該透磁率変化をインダクタンスの変化として検出する。また、第二検出コイルＬ２は、軸表面において第二方向（例えば、−４５°方向）の透磁率変化を検出すべく配置され、当該透磁率変化をインダクタンスの変化として検出する。
【００１１】
いずれの検出コイルＬ１、Ｌ２も、軸表面における検出領域及び検出方向を限定するために、高透磁率材料を用いて形成されコアと、該コアに巻装されるコイルとを備えて構成されている。例えば、フェライトからなるＵ字形、Ｅ字形などのコア２ａ、３ａに、コイルを巻装して構成されており、コア２ａ、３ａの脚部先端を軸表面に近接させることにより、軸表面との間で閉磁路を構成するようになっている。これにより、軸表面の限られた領域に第一方向及び第二方向の磁路を形成し、該磁路における透磁率変化を検出することが可能になる。
【００１２】
第一発振回路２は、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、第一検出コイルＬ１のインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせるように構成される。また、第二発振回路３は、所定の基準周波数で自律的に発振すると共に、第二検出コイルＬ２のインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせるように構成される。例えば、シュミット発振回路の帰還回路に検出コイルＬ１、Ｌ２を配置すれば、検出コイルＬ１、Ｌ２のインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレが生じる発振回路２、３を構成することができる。
【００１３】
シュミット発振回路は、シュミットインバータＩＮＶ、シュミットＮＡＮＤゲートなどが備えるシュミットトリガ回路のヒステリシス特性を利用した発振回路であり、例えば、シュミットインバータＩＮＶと、シュミットインバータＩＮＶの入力側に接続されるコンデンサＣと、シュミットインバータＩＮＶの出力をシュミットインバータＩＮＶの入力側に帰還させる帰還回路と、この帰還回路に介在する抵抗要素とを備えて構成されている。
【００１４】
初期状態のシュミット発振回路では、コンデンサＣに電荷が溜まっていないため、コンデンサＣの両端の電圧は０Ｖとなっている。このとき、シュミットインバータＩＮＶは、入力側電圧ＶｉｎがＶＬ以下なので、出力がＨレベル（５Ｖ）となる。シュミットインバータＩＮＶの出力側電圧Ｖｏｕｔが５Ｖのときは、帰還回路２ａを介してシュミットインバータＩＮＶの入力側に電流が流れるので、コンデンサＣに電荷が徐々に溜まり、その両端の電圧が上昇する。そして、シュミットインバータＩＮＶの入力側電圧ＶｉｎがＶＨに達すると、シュミットインバータＩＮＶの出力がＬレベル（０Ｖ）に切換わる。シュミットインバータＩＮＶの出力側電圧Ｖｏｕｔが０Ｖになると、コンデンサＣが放電し、シュミットインバータＩＮＶの入力側電圧Ｖｉｎが徐々に降下する。そして、シュミットインバータＩＮＶの入力側電圧ＶｉｎがＶＬまで降下すると、シュミットインバータＩＮＶの出力がＨレベルに切換わる。
【００１５】
以上の動作の繰り返しにより、シュミットインバータＩＮＶの出力側から所定周波数の矩形波が得られる。そして、シュミット発振回路の発振周波数ｆ（＝１／Ｔ）は、蓄電期間ＴＨと放電期間ＴＬにより決まり、蓄電期間ＴＨと放電期間ＴＬは、コンデンサＣ及び抵抗要素の定数により決まる。したがって、抵抗要素として帰還回路に検出コイルＬ１、Ｌ２を配置すれば、検出コイルＬ１、Ｌ２のインダクタンス変化に応じてシュミット発振回路の発振波に位相ズレを生じさせることができる。
【００１６】
なお、本発明の発振回路がシュミット発振回路に限定されないことは勿論であり、検出コイルＬ１、Ｌ２のインダクタンス変化に応じて発振波に位相ズレを生じさせる発振回路であれば、ＣＲ発振回路、ＬＣ発振回路、水晶発振回路などを用いてもよい。
【００１７】
検出回路４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどが内蔵されたマイコン（１チップマイコン）を用いて構成され、ＲＯＭに書き込まれたプログラムに従って後述するトルク検出処理を行う。なお、検出回路４は、複数のマイコンで構成したり、一又は複数のＩＣで構成することもできる。
【００１８】
検出回路４は、第一発振回路２から出力される発振波の位相ズレと、第二発振回路３から出力される発振波の位相ズレを検出し、両者の差分を求めるように構成される。このようにすると、回転軸Ｓのトルクを高精度に検出することができる。すなわち、上記のような発振回路２、３から出力される発振波においては、軸表面の透磁率変化が位相ズレとなって明確に現れ、しかも、発振波における位相ズレは、ノイズの影響を受けにくいので、発振波の位相ズレにもとづいて回転軸Ｓのトルクを高精度に検出することが可能になる。
【００１９】
また、検出回路４は、第一発振回路２から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、第一方向の透磁率変化を検出する第一方向透磁率検出手段と、第二発振回路３から出力される複数の発振波をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、第二方向の透磁率変化を検出する第二方向透磁率検出手段と、第一方向の透磁率と第二方向の透磁率との差分にもとづいて、回転軸Ｓのトルクを検出するトルク検出手段とを備えることが好ましい。
【００２０】
このようにすると、磁歪式トルクセンサ１の検出精度をさらに向上させることができる。すなわち、発振波における位相ズレを発振波の数だけ蓄積させると共に、蓄積させた位相ズレを時間として測定するので、安価なデジタル回路を用いて極めて精度の高いトルク検出を行うことができる。しかも、その分解能は、時間測定用のカウンタ速度により決まり、発振回路２、３の基準周波数に依存しないので、検出対象に応じて発振回路２、３の基準周波数を最適化しつつ、高分解能のトルク検出を行うことができる。
【００２１】
しかも、第一検出コイルＬ１及び第二検出コイルＬ２は、軸表面における検出領域及び検出方向を限定するために、軸表面との間で閉磁路を構成しているので、誤差の蓄積も抑えることができる。つまり、トルクに応じた発振波の位相ズレを、発振波の数だけ蓄積して検出する場合、発振波の位相ズレに含まれる誤差成分も蓄積されてしまうことになるが、軸表面における検出領域及び検出方向を限定することにより、ＳＮ比を高めることができるので、蓄積される誤差成分を抑制し、検出精度を向上させることができる。また、検出コイルＬ１、Ｌ２側で検出方向を限定することができるので、軸表面に、溝、スリット、薄膜などで縞模様を加工する必要がない。その結果、これらの加工が許容されない回転軸Ｓであっても、本発明によるトルク検出の適用が可能となる。
【００２２】
また、第一発振回路２と第二発振回路３は、相互干渉を避けるために、交互に駆動されることが好ましい。例えば、第二発振回路３の発振駆動を停止した状態で、第一発振回路２に係る発振波カウント処理を実行した後、第一発振回路２の発振駆動を停止した状態で、第二発振回路３に係る発振波カウント処理を実行しその後、各発振波カウント処理に要した測定時間の差分を求めるようにする。このようにすると、発振回路２の駆動に応じて検出コイルＬ１、Ｌ２が発生させる磁界の相互干渉を防止し、当該相互干渉による検出精度の低下を回避することができる。
【００２３】
磁歪式トルクセンサ１でトルクを検出する回転軸Ｓの軸表面は、メッキ法により成膜された磁歪膜５であることが好ましい。例えば、回転軸Ｓの一部又は全体の領域に、ニッケル合金からなる磁歪膜５を全周に亘ってメッキする。このようにすると、トルクに応じた磁歪膜５における磁歪の逆効果にもとづいて、トルクを高精度に検出できるだけでなく、トルク検出におけるヒステリシスを抑えることができる。しかも、本発明の磁歪式トルクセンサ１では、メッキ法により成膜された磁歪膜５であっても、十分な検出精度が得られるので、接着法、スパッタ法、真空蒸着法などでアモルファスなどの磁歪膜を形成する場合に比べ、大幅なコストダウンが図れるだけでなく、ニッケルメッキなどが施された既存の部材（樹脂を含む）を対象として、高精度なトルク検出を行うことができる。
【００２４】
次に、本発明における発振波の位相ズレ蓄積作用について、図２及び図３を参照して説明する。
【００２５】
図２は、発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形始端部を拡大）を示す説明図、図３は、発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形終端部を拡大）を示す説明図である。これらの図に示す波形は、一回の検出処理における発振回路２、３の出力波形であって、発振回路２、３から出力される発振波の数をカウントし、カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する発振波カウント処理を行い、該発振波カウント処理に要した時間にもとづいて、蓄積された発振波の位相ズレを測定するにあたり、発振波カウント処理における発振波のカウント数Ｎを１００とした場合の波形であり、上側の波形は、回転軸Ｓにトルクを加えない場合を示し、下側の波形は、回転軸Ｓにトルクを加えた場合を示している。これらの図から明らかなように、検出波形の始端部、つまり発振波カウント処理における発振波のカウント数Ｎが少ない段階では、位相ズレがあまり蓄積されていないため、その差が明確ではないが（図２参照）、カウント数Ｎが多くなると、発振波の位相ズレが蓄積され、その差が明確になるので、位相ズレの測定が容易になることがわかる（図３参照）。そして、発振波の位相ズレは、回転軸Ｓに作用するトルクに比例して大きくなるので、発振波の位相ズレにもとづいて、回転軸Ｓに作用するトルクを高精度に測定することが可能になる。また、各発振回路２、３から出力される発振波の位相ズレは、磁歪の逆効果にもとづいて背反方向に現れるので、その差分にもとづいて回転軸Ｓのトルク量及びトルク極性を検出できるだけでなく、温度誤差や変位誤差が相殺された検出値を得ることができる。
【００２６】
次に、検出回路４の具体的な検出処理手順について、図４〜図７を参照して説明する。
【００２７】
図４に示すトルク検出処理（トルク検出手段）では、まず、初期設定（Ｓ１１：発振波カウント数Ｎの初期値設定を含む）を行った後、カウント数変更処理（Ｓ１２）、第一方向透磁率検出処理（Ｓ１３：第一方向透磁率検出手段）及び第二方向透磁率検出処理（Ｓ１４：第二方向透磁率検出手段）を順番に実行する。そして、透磁率検出処理（Ｓ１３、Ｓ１４）で得られた第一方向透磁率検出値と第二方向透磁率検出値の差分を演算すると共に（Ｓ１５）、演算した差分（トルク検出値）を所定の検出信号形式に変換して出力することにより（Ｓ１６）、一回のトルク検出処理が終了する。
【００２８】
図５に示すカウント数変更処理では、まず、カウント数変更信号の入力を判断し（Ｓ２１）、該判断結果がＹＥＳの場合は、カウント数変更信号に含まれる発振波カウント数Ｎを読み取り（Ｓ２２）、これに従って発振波カウント数Ｎを変更する（Ｓ２３）。
【００２９】
図６に示す第一方向透磁率検出処理では、第一発振回路２の駆動を開始した後（Ｓ３１）、カウンタクリア処理（Ｓ３２）と、発振波カウント処理（Ｓ３３、Ｓ３４）と、時間測定処理（Ｓ３５）を実行し、その後に第一発振回路２の駆動を停止させる（Ｓ３６）。カウンタクリア処理は、発振波カウンタ及び時間計測カウンタをクリアする処理である（Ｓ３２）。また、発振波カウント処理は、第一発振回路２から出力される発振波の数をカウントし（Ｓ３３）、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する処理である（Ｓ３４）。また、時間測定処理は、発振波のカウント数がＮになったら、時間計測カウンタ値（第一方向透磁率検出値）を読み込む処理である（Ｓ３５）。
【００３０】
図７に示す第二方向透磁率検出処理では、第二発振回路３の駆動を開始した後（Ｓ４１）、カウンタクリア処理（Ｓ４２）と、発振波カウント処理（Ｓ４３、Ｓ４４）と、時間測定処理（Ｓ４５）を実行し、その後に第二発振回路３の駆動を停止させる（Ｓ４６）。カウンタクリア処理は、発振波カウンタ及び時間計測カウンタをクリアする処理である（Ｓ４２）。また、発振波カウント処理は、第二発振回路３から出力される発振波の数をカウントし（Ｓ４３）、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する処理である（Ｓ４４）。また、時間測定処理は、発振波のカウント数がＮになったら、時間計測カウンタ値（第二方向透磁率検出値）を読み込む処理である（Ｓ４５）。
【００３１】
［本発明に係る磁歪式トルクセンサの具体的な構成］
つぎに、本発明に係る磁歪式トルクセンサ１の具体的な構成について、図８以下を参照して説明する。ただし、上述の説明と共通の部分については、同一符号を付し、上述の説明を援用する。
【００３２】
図８に示すように、磁歪式トルクセンサ１は、各発振回路２、３がそれぞれ複数の検出コイルＬ１、Ｌ２を備えている。具体的に説明すると、第一発振回路２は、直列（又は並列）に接続された複数（例えば、１２個）の第一検出コイルＬ１を備え、第二発振回路３は、直列（又は並列）に接続された複数（例えば、１２個）の第二検出コイルＬ２を備える。そして、第一検出コイルＬ１及び第二検出コイルＬ２は、それぞれ、回転軸Ｓの全周領域を同時に検出するように周方向に並べて配置される（例えば、後述の配置例１〜配置例４参照）。これにより、軸表面の周方向に存在する誤差要因の影響を抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。
【００３３】
また、第一検出コイルＬ１と第二検出コイルＬ２は、互に重合する領域で、互に交差する方向の透磁率変化を検出することが好ましい（（例えば、後述の配置例１〜配置例４参照）。このようにすると、第一検出コイルＬ１の検出領域と第二検出コイルＬ２の検出領域とのズレに起因する誤差の発生を抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。
【００３４】
また、隣接する第一検出コイルＬ１同士は、互に背反する方向に励磁されると共に、隣接する第二検出コイルＬ２同士は、互に背反する方向に励磁されることが好ましい（例えば、後述する配置例２〜配置例４参照）。このようにすると、隣接する第一検出コイルＬ１同士や、隣接する第二検出コイルＬ２同士の相互干渉を防止し、当該相互干渉による検出精度の低下を回避することができる。
【００３５】
また、第一検出コイルＬ１及び第二検出コイルＬ２のコア２ａ、３ｂは、同一形状であることが好ましい（例えば、配置例４参照）。このようにすると、コア形状の違いに起因する誤差の発生を抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。
【００３６】
つぎに、検出コイルＬ１、Ｌ２の具体的な配置例について、図９〜図２５を参照して説明する。
【００３７】
［検出コイルの配置例１］
図９は、配置例１に係る検出コイルの配置を示す側面図（模式図）、図１０は、配置例１に係る第一検出コイルの配置を示す展開平面図、図１１は、配置例１に係る第二検出コイルの配置を示す展開平面図、図１２は、配置例１に係る第一検出コイル及び第二検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【００３８】
これらの図に示す配置例１では、Ｕ字形（冂字形）のコア２ａ、３ａと、該コア２ａ、３ａの一方の脚部に巻装されるコイルとからなる検出コイルＬ１、Ｌ２を用いており、＋４５°方向の透磁率検出を行う複数の第一検出コイルＬ１を、図１０に示すように、回転軸Ｓの全周領域を同時に検出するように周方向に並べて配置すると共に、−４５°方向の透磁率検出を行う複数の第二検出コイルＬ２を、図１１に示すように、回転軸Ｓの全周領域を同時に検出するように周方向に並べて配置してある。例えば、配置例１に示す各検出コイルＬ１、Ｌ２は、図９に示すように、それぞれ、回転軸Ｓの全周領域のうち、３０°の領域を検出領域とするように寸法設定されており、したがって、各１２個の検出コイルＬ１、Ｌ２を周方向に並べて配置することにより、回転軸Ｓの全周領域を同時に検出することが可能になる。
【００３９】
配置例１では、第一検出コイルＬ１と第二検出コイルＬ２が、互に重合する領域で、互に交差する方向の透磁率変化を検出するにあたり、図１２に示すように、高低二種類のコア２ａ、３ａを用意し、高低二種類のコア２ａ、３ａを平面視で交差するように配置している。このとき、第一検出コイルＬ１を構成するコア２ａの脚部位置と、第二検出コイルＬ２を構成するコア３ａの脚部位置は、周方向に半ピッチずらすことが重要である。
【００４０】
［検出コイルの配置例２］
図１３は、配置例２に係る検出コイルのコア形状及びコイル結線状態を示す説明図、図１４は、配置例２に係る第一検出コイルの配置を示す展開平面図、図１５は、配置例２に係る第二検出コイルの配置を示す展開平面図、図１６は、配置例２に係る第一検出コイル及び第二検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【００４１】
これらの図に示す配置例２では、配置例１と同様、Ｕ字形（冂字形）のコア２ａ、３ａと、該コア２ａ、３ａの一方の脚部に巻装されるコイルとからなる検出コイルＬ１、Ｌ２を用いているが、図１４〜図１６に示すように、各検出コイルＬ１、Ｌ２を周方向に一列に並べるのではなく、隣接する第一検出コイルＬ１同士や隣接する第二検出コイルＬ２同士が適度な間隔を維持するように、ジグザグ状に並べられている。このようにしても、第一検出コイルＬ１と第二検出コイルＬ２は、それぞれ、回転軸Ｓの全周領域を同時に検出することができ、しかも、隣接する第一検出コイルＬ１同士や隣接する第二検出コイルＬ２同士が適度な間隔を維持することにより、隣接する第一検出コイルＬ１同士や隣接する第二検出コイルＬ２同士の相互干渉を抑制することができる。
【００４２】
さらに、配置例２では、図１３に示すように、隣接する第一検出コイルＬ１同士を互に背反する方向に励磁すると共に、隣接する第二検出コイルＬ２同士を互に背反する方向に励磁すべく、コイル結線を行っている。これにより、隣接する第一検出コイルＬ１同士や隣接する第二検出コイルＬ２同士の相互干渉をより確実に抑制し、検出精度を向上させることができる。
【００４３】
［検出コイルの配置例３］
図１７は、配置例３に係る検出コイルのコア形状及びコイル結線状態を示す説明図、図１８は、配置例３に係る第一検出コイルの配置を示す展開平面図、図１９は、配置例３に係る第二検出コイルの配置を示す展開平面図、図２０は、配置例３に係る第一検出コイル及び第二検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【００４４】
これらの図に示す配置例３では、Ｅ字形のコア２ａ、３ａと、該コア２ａ、３ａの真ん中の脚部に巻装されるコイルとからなる検出コイルＬ１、Ｌ２を用いており、＋４５°方向の透磁率検出を行う複数の第一検出コイルＬ１を、図１８に示すように、回転軸Ｓの全周領域を同時に検出するように周方向に並べて配置すると共に、−４５°方向の透磁率検出を行う複数の第二検出コイルＬ２を、図１９に示すように、回転軸Ｓの全周領域を同時に検出するように周方向に並べて配置してある。例えば、配置例３に示す各検出コイルＬ１、Ｌ２は、それぞれ、回転軸Ｓの全周領域のうち、３０°の領域を検出領域とするように寸法設定されており、したがって、各１２個の検出コイルＬ１、Ｌ２を周方向に並べて配置することにより、回転軸Ｓの全周領域を同時に検出することが可能になる。
【００４５】
配置例３では、第一検出コイルＬ１と第二検出コイルＬ２が、互に重合する領域で、互に交差する方向の透磁率変化を検出するにあたり、図２０に示すように、高低二種類のコア２ａ、３ａを用意し、高低二種類のコア２ａ、３ａを平面視で交差するように配置している。このとき、第一検出コイルＬ１を構成するコア２ａの脚部位置と、第二検出コイルＬ２を構成するコア３ａの脚部位置は、周方向に半ピッチずらすことが重要である。
【００４６】
さらに、配置例３では、図１７に示すように、隣接する第一検出コイルＬ１同士を互に背反する方向に励磁すると共に、隣接する第二検出コイルＬ２同士を互に背反する方向に励磁すべく、コイル結線を行っている。これにより、隣接する第一検出コイルＬ１同士や隣接する第二検出コイルＬ２同士の相互干渉をより確実に抑制し、検出精度を向上させることができる。
【００４７】
［検出コイルの配置例４］
図２１は、配置例４に係る検出コイルのコア形状及びコイル結線状態を示す説明図、図２２は、配置例４に係る第一検出コイルの配置を示す展開平面図、図２３は、配置例４に係る第二検出コイルの配置を示す展開平面図、図２４は、配置例４に係る第一検出コイル及び第二検出コイルの配置を示す展開平面図、図２５は、配置例４に係る第一検出コイル及び第二検出コイルの配置を示す展開斜視図（模式図）である。
【００４８】
これらの図に示す配置例４は、Ｅ字形のコア２ａ、３ａと、該コア２ａ、３ａの真ん中の脚部に巻装されるコイルとからなる検出コイルＬ１、Ｌ２を用い、これらの検出コイルＬ１、Ｌ２を配置例３と同様に配置しているが、コア２ａ、３ａの形状を工夫することにより、第一検出コイルＬ１のコア２ａと、第二検出コイルＬ２のコア３ａを同一形状とした点が配置例３と相違している。具体的には、図２１に示すように、配置例４のコア２ａ、３ａは、真ん中の脚部を境として一方が背高で、他方が背低の段差形状となっており、例えば、第一検出コイルＬ１を隣接する二つの第二検出コイルＬ２と平面視で交差状に配置する場合、図２４及び図２５に示すように、第一検出コイルＬ１の背高部は、一方の第二検出コイルＬ２の背低部に対して上方で交差し、第一検出コイルＬ１の背低部は、他方の第二検出コイルＬ２の背高部に対して下方で交差するような配置関係となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る磁歪式トルクセンサの基本的な検出原理を説明するためのブロック図である。
【図２】発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形始端部を拡大）を示す説明図である。
【図３】発振波の位相ズレ蓄積作用（検出波形終端部を拡大）を示す説明図である。
【図４】検出回路におけるトルク検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】検出回路における設定数変更処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】検出回路における第一方向透磁率検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】検出回路における第二方向透磁率検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る磁歪式トルクセンサの具体的な構成を示すブロック図である。
【図９】配置例１に係る検出コイルの配置を示す側面図（模式図）である。
【図１０】配置例１に係る第一検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【図１１】配置例１に係る第二検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【図１２】配置例１に係る第一検出コイル及び第二検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【図１３】配置例２に係る検出コイルのコア形状及びコイル結線状態を示す説明図である。
【図１４】配置例２に係る第一検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【図１５】配置例２に係る第二検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【図１６】配置例２に係る第一検出コイル及び第二検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【図１７】配置例３に係る検出コイルのコア形状及びコイル結線状態を示す説明図である。
【図１８】配置例３に係る第一検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【図１９】配置例３に係る第二検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【図２０】配置例３に係る第一検出コイル及び第二検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【図２１】配置例４に係る検出コイルのコア形状及びコイル結線状態を示す説明図である。
【図２２】配置例４に係る第一検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【図２３】配置例４に係る第二検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【図２４】配置例４に係る第一検出コイル及び第二検出コイルの配置を示す展開平面図である。
【図２５】配置例４に係る第一検出コイル及び第二検出コイルの配置を示す展開斜視図（模式図）である。
【符号の説明】
【００５０】
１    磁歪式トルクセンサ
２    第一発振回路
２ａ  コア
３    第二発振回路
３ａ  コア
４    検出回路
Ｌ１  第一検出コイル
Ｌ２  第二検出コイル
Ｓ    回転軸
【図１】
2010008296.tif 000003
【図２】
2010008296.tif 000004
【図３】
2010008296.tif 000005
【図４】
2010008296.tif 000006
【図５】
2010008296.tif 000007
【図６】
2010008296.tif 000008
【図７】
2010008296.tif 000009
【図８】
2010008296.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2010008296.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
2010008296.tif 000025
【図２４】
2010008296.tif 000026
【図２５】
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