(57)【要約】【課題】  磁束密度が磁極の加工精度・組立精度に依存しにくいトルクセンサを提供する。【解決手段】  入力軸２には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リング４を同軸に取り付け、出力軸３には硬磁性リング４に径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部２２と周方向に形が均一な均一部２１とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リング５と硬磁性リング４に径方向から臨むと共に軟磁性異形リング５の均一部に軸方向からギャップ６を隔てて対向し周方向に形が均一な軟磁性体からなる軟磁性均一リング７とを取り付け、ギャップ６に磁束検出器８を設けた。【選択図】  図１
2006292530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバーの両端に入力軸と出力軸をそれぞれ同軸に取り付けることにより、トルクに応じて上記入力軸出力軸間に回転角度差が現れるようにしたトルクセンサにおいて、一方の軸には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リングを同軸に取り付け、他方の軸には上記硬磁性リングに径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部と周方向に形が均一な均一部とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リングと上記硬磁性リングに径方向から臨むと共に上記軟磁性異形リングの均一部に軸方向からギャップを隔てて対向し周方向に形が均一な軟磁性体からなる軟磁性均一リングとを取り付け、上記ギャップに磁束密度を上記入力軸出力軸間の回転角度差の指標として検出する磁束検出器を設けたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
上記軟磁性異形リング及び上記軟磁性均一リングにそれぞれ鍔を形成し、これら鍔を軸方向に対向させることにより上記ギャップを形成したことを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
【請求項３】
トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバーの両端に入力軸と出力軸をそれぞれ同軸に取り付けることにより、トルクに応じて上記入力軸出力軸間に回転角度差が現れるようにしたトルクセンサにおいて、一方の軸には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リングを同軸に取り付け、他方の軸には上記硬磁性リングに径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部と周方向に形が均一な均一部とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リングと上記硬磁性リングに径方向から臨み周方向に形が均一な軟磁性体からなる軟磁性均一リングとを取り付け、上記いずれの軸でもない固定系に上記軟磁性異形リングの均一部に軸方向から臨む軟磁性体からなる異形リング用補助リングと上記軟磁性均一リングに軸方向から臨む軟磁性体からなる均一リング用補助リングとを設け、上記異形リング用補助リングと上記均一リング用補助リングのそれぞれに互いに対向する突起を形成し、これら突起間に形成されるギャップに磁束密度を上記入力軸出力軸間の回転角度差の指標として検出する磁束検出器を設けたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４】
トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバーの両端に入力軸と出力軸をそれぞれ同軸に取り付けることにより、トルクに応じて上記入力軸出力軸間に回転角度差が現れるようにしたトルクセンサにおいて、一方の軸には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リングと上記硬磁性リングに径方向から密着して周方向に形が均一な軟磁性体からなる軟磁性均一リングとを同軸に取り付け、他方の軸には上記硬磁性リングに径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部と周方向に形が均一な均一部とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リングを取り付け、上記いずれの軸でもない固定系に上記軟磁性異形リングの均一部に軸方向から臨む軟磁性体からなる異形リング用補助リングと上記軟磁性均一リングに軸方向から臨む軟磁性体からなる均一リング用補助リングとを設け、上記異形リング用補助リングと上記均一リング用補助リングのそれぞれに互いに対向する突起を形成し、これら突起間に形成されるギャップに磁束密度を上記入力軸出力軸間の回転角度差の指標として検出する磁束検出器を設けたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項５】
トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバーの両端に入力軸と出力軸をそれぞれ同軸に取り付けることにより、トルクに応じて上記入力軸出力軸間に回転角度差が現れるようにしたトルクセンサにおいて、一方の軸には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リングを同軸に取り付け、他方の軸には上記硬磁性リングに径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部と周方向に形が均一な均一部とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リングを取り付け、上記いずれの軸でもない固定系に上記硬磁性リングに径方向から臨むと共に上記軟磁性異形リングの異形部の軸方向に位置する軟磁性体からなる硬磁性リング用補助リングと上記軟磁性異形リングの均一部に径方向から臨む軟磁性体からなる均一部用補助リングとを設け、上記硬磁性リング用補助リングと上記均一部用補助リングのそれぞれに互いに対向する突起を形成し、これら突起間に形成されるギャップに磁束密度を上記入力軸出力軸間の回転角度差の指標として検出する磁束検出器を設けたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項６】
上記異形部は、周方向に一定間隔をおいて上記均一部から軸方向に一定長さＢ延びた周方向に一定幅の歯からなり、上記異形部の軸方向長さＢと上記均一部の軸方向長さＡとの比Ｂ／Ａが０．１５以上であることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トーションバーの捩れ角度を入出力軸間の回転角度差に置き換え、それを磁気センサによって検出するトルクセンサに係り、磁束密度が磁極の加工精度・組立精度に依存しにくいトルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の電動パワーステアリング装置などの回転動力を伝達する機構には、軸トルクを検出するトルクセンサが不可欠である。トルクセンサには、トーションバーの捩れ角度を入出力軸間の回転角度差に置き換え、それを磁気センサによって検出するものがあり、特許文献１，２の発明が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５１９６７２号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２のいずれのトルクセンサも、一方の軸には硬磁性リングを取り付け、他方の軸には２つの軟磁性リングを取り付けたものである。これら２つの軟磁性リングは、いずれも軸方向に延びた歯を有するもので、互いに歯が延びている側同士を軸方向に対向させ、一方の軟磁性リング歯と他方の軟磁性リングの歯が噛み合うように、つまり一方の軟磁性リング歯と他方の軟磁性リングの歯を交互に半ピッチずらせて組み合わせられる。
【０００５】
軟磁性リングに歯を形成するには、歯の形状や歯間の間隔を所望したとおりに加工しなければならない。しかし、加工精度に限界があるため、歯の形状や歯間の間隔には、軟磁性リングの個体ごとにバラツキが生じる。このように、従来のトルクセンサは、歯の形状や歯間の間隔に個体ごとのバラツキがある軟磁性リングを互いにその歯が延びている側同士を対向させて組み合わせることを要件としている。加えて、２つの軟磁性リングの組み合わせを行う組み立ての精度にもまた限界があり、トルクセンサの固体によって歯の位置にバラツキが生じる。
【０００６】
このように、加工精度と組立精度の限界により、軟磁性リングの個々の形状と組み合わせの位置関係が一定しないため、トルクセンサの固体によって検出する磁束密度にバラツキが生じる。よって、検出する入出力軸間の回転角度差にバラツキが生じ、その結果、トルクセンサの固体によって、検出するトルクにバラツキが生じることになる。
【０００７】
また、こうした検出する変量にバラツキが生じないようにするために、軟磁性リングの加工精度を高めたり、組み立て精度を高めようとすると、加工時間や組立時間の増大を招き、コストが上昇してしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、磁束密度が磁極の加工精度・組立精度に依存しにくいトルクセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバーの両端に入力軸と出力軸をそれぞれ同軸に取り付けることにより、トルクに応じて上記入力軸出力軸間に回転角度差が現れるようにしたトルクセンサにおいて、一方の軸には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リングを同軸に取り付け、他方の軸には上記硬磁性リングに径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部と周方向に形が均一な均一部とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リングと上記硬磁性リングに径方向から臨むと共に上記軟磁性異形リングの均一部に軸方向からギャップを隔てて対向し周方向に形が均一な軟磁性体からなる軟磁性均一リングとを取り付け、上記ギャップに磁束密度を上記入力軸出力軸間の回転角度差の指標として検出する磁束検出器を設けたものである。
【００１０】
上記軟磁性異形リング及び上記軟磁性均一リングにそれぞれ鍔を形成し、これら鍔を軸方向に対向させることにより上記ギャップを形成してもよい。
【００１１】
また、本発明は、トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバーの両端に入力軸と出力軸をそれぞれ同軸に取り付けることにより、トルクに応じて上記入力軸出力軸間に回転角度差が現れるようにしたトルクセンサにおいて、一方の軸には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リングを同軸に取り付け、他方の軸には上記硬磁性リングに径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部と周方向に形が均一な均一部とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リングと上記硬磁性リングに径方向から臨み周方向に形が均一な軟磁性体からなる軟磁性均一リングとを取り付け、上記いずれの軸でもない固定系に上記軟磁性異形リングの均一部に軸方向から臨む軟磁性体からなる異形リング用補助リングと上記軟磁性均一リングに軸方向から臨む軟磁性体からなる均一リング用補助リングとを設け、上記異形リング用補助リングと上記均一リング用補助リングのそれぞれに互いに対向する突起を形成し、これら突起間に形成されるギャップに磁束密度を上記入力軸出力軸間の回転角度差の指標として検出する磁束検出器を設けたものである。
【００１２】
また、本発明は、トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバーの両端に入力軸と出力軸をそれぞれ同軸に取り付けることにより、トルクに応じて上記入力軸出力軸間に回転角度差が現れるようにしたトルクセンサにおいて、一方の軸には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リングと上記硬磁性リングに径方向から密着して周方向に形が均一な軟磁性体からなる軟磁性均一リングとを同軸に取り付け、他方の軸には上記硬磁性リングに径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部と周方向に形が均一な均一部とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リングを取り付け、上記いずれの軸でもない固定系に上記軟磁性異形リングの均一部に軸方向から臨む軟磁性体からなる異形リング用補助リングと上記軟磁性均一リングに軸方向から臨む軟磁性体からなる均一リング用補助リングとを設け、上記異形リング用補助リングと上記均一リング用補助リングのそれぞれに互いに対向する突起を形成し、これら突起間に形成されるギャップに磁束密度を上記入力軸出力軸間の回転角度差の指標として検出する磁束検出器を設けたものである。
【００１３】
また、本発明は、トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバーの両端に入力軸と出力軸をそれぞれ同軸に取り付けることにより、トルクに応じて上記入力軸出力軸間に回転角度差が現れるようにしたトルクセンサにおいて、一方の軸には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リングを同軸に取り付け、他方の軸には上記硬磁性リングに径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部と周方向に形が均一な均一部とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リングを取り付け、上記いずれの軸でもない固定系に上記硬磁性リングに径方向から臨むと共に上記軟磁性異形リングの異形部の軸方向に位置する軟磁性体からなる硬磁性リング用補助リングと上記軟磁性異形リングの均一部に径方向から臨む軟磁性体からなる均一部用補助リングとを設け、上記硬磁性リング用補助リングと上記均一部用補助リングのそれぞれに互いに対向する突起を形成し、これら突起間に形成されるギャップに磁束密度を上記入力軸出力軸間の回転角度差の指標として検出する磁束検出器を設けたものである。
【００１４】
上記異形部は、周方向に一定間隔をおいて上記均一部から軸方向に一定長さＢ延びた周方向に一定幅の歯からなり、上記異形部の軸方向長さＢと上記均一部の軸方向長さＡとの比Ｂ／Ａが０．１５以上であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１６】
（１）磁束密度が磁極の加工精度・組立精度に依存しにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１に示されるように、本発明に係るトルクセンサは、トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバー１の両端に入力軸２と出力軸３をそれぞれ同軸に取り付けることにより、トルクに応じて入力軸２出力軸間３に回転角度差が現れるようにしたトルクセンサにおいて、一方の軸（ここでは入力軸２とする）には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リング４を同軸に取り付け、他方の軸（出力軸３である）には硬磁性リング４に径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部（図２参照）と周方向に形が均一な均一部（図２参照）とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リング５と硬磁性リング４に径方向から臨むと共に軟磁性異形リング５の均一部に軸方向からギャップ６を隔てて対向し周方向に形が均一な軟磁性体からなる軟磁性均一リング７とを取り付け、そのギャップ６に磁束密度を入力軸２出力軸３間の回転角度差の指標として検出する磁束検出器８を設けたものである。
【００１９】
磁束検出器８は、例えば、硬磁性リング４のＮ極から軟磁性異形リング５の異形部に向かい、軟磁性異形リング５の均一部、ギャップ６、軟磁性均一リング７を順に経て硬磁性リング４のＳ極に至る磁束の磁束密度を検出することができる。
【００２０】
図１の実施形態では、トーションバー１は、上端部と下端部が太径で中間部が細径になっている棒状の弾性部材であり、上端部を入力端とし下端部を出力端として使用されている。入力軸２は、トーションバー１の上端部とほぼ同じ内径を有する管状の剛性部材であり、トーションバー１を内部に挿入することにより、入力軸２の上端部がトーションバー１の上端部である入力端に取り付けられている。入力軸２の下端部は内径がやや広げられており、トーションバー１の出力端に対してはクリアランスを有する。出力軸３は、トーションバー１の下端部とほぼ同じ内径の出力端取付穴１１と、入力軸２の外径よりもさらに太い内径の入力軸挿入穴１２と、硬磁性リング４の外径よりもさらに太い内径の硬磁性リング挿入穴１３とを有する段階管状の部材であり、出力端取付穴１１を含む下端部３ａが軟磁性体又は非磁性体からなり、硬磁性リング挿入穴１３を含む上端部３ｂが非磁性体からなる。出力軸３の全体は剛性部材であり、出力端取付穴１１にトーションバー１の下端部である出力端が取り付けられている。
【００２１】
以上の構成により、入力軸２に回転トルクを加えると、そのトルクがトーションバー１により入力端から出力端へ伝達されて出力軸３が回転する。このとき、トーションバー１は、トーションバー１に加わっているトルクに応じて捩れ角度を生じるので、入力軸２出力軸間３に回転角度差が現れる。この回転角度差を磁束密度で検出してトルクを求めることになる。
【００２２】
硬磁性リング４は、硬磁性体を入力軸２の外径とほぼ同じ内径を有する円筒状に形成したものである。硬磁性体とは、通常の状態でＮ極とＳ極が表面に現れている材料である。すなわち、図示しないが、硬磁性リング４には、径方向外方に向いたＮ極及びＳ極の磁極が周方向に交互に並んでいるものである。硬磁性リング４は入力軸２の上端部と下端部の中間部に外嵌させて取り付けられている。これにより、硬磁性リング４は入力軸２と一体に回転することになる。
【００２３】
軟磁性異形リング５と軟磁性均一リング７は、軟磁性体からなる。軟磁性体は、通常の状態ではＮ極とＳ極が表面に現れておらず、磁場をかけることによってＮ極とＳ極が表面に現れてくる材料である。軟磁性均一リング７は、出力軸３の上端部とほぼ同径であり、硬磁性リング４の外径に対してはクリアランスを有し、出力軸３の上端部に取り付けられることにより、磁性リング４を径方向内方に臨むことになる。軟磁性異形リング５は、硬磁性リング４の外径に対してはクリアランスを有し、軟磁性均一リング７に対して軸方向に非磁性体リング１４を介して取り付けられることにより、硬磁性リング４を径方向内方に臨むことになる。これにより、軟磁性異形リング５と軟磁性均一リング７は、出力軸３と一体に回転することになる。
【００２４】
図２に詳しく示されるように、軟磁性異形リング５は、周方向に形が均一な、つまり円筒状の均一部２１と、周方向に形が不均一な異形部２２とを有する。異形部２２は、周方向に一定間隔をおいて均一部２１から軸方向に一定長さ延びた周方向に一定幅の複数の歯２３からなる。図示のように、軟磁性異形リング５は、側面視で角形に見える歯２３を周囲に並べたような王冠状を呈する。
【００２５】
また、この実施形態では、軟磁性異形リング５及び軟磁性均一リング７にそれぞれ鍔２４，２５を形成してある。鍔２４は、軟磁性異形リング５の均一部２１端部に設けられ、全周にわたり径方向外方に延びたものである。鍔２５は、軟磁性均一リング７の上記均一部２１に臨む端部に設けられ、全周にわたり径方向外方に延びたものである。これら鍔２４，２５を軸方向に対向させることにより図１のギャップ６を形成することができる。従って、磁束検出器８は、鍔２４と鍔２５が互いに平面で対向するギャップ６に挟み込まれることになる。
【００２６】
磁束検出器８は、回転しない固定系（図示せず）に設置してよい。磁束検出器８は、例えばホール素子である。
【００２７】
図１、図２の構成においてトルクを検出する動作を説明する。
【００２８】
例えば、硬磁性リング４のＮ極から径方向外方へ出て軟磁性異形リング５の異形部２２に入った磁束は、軟磁性異形リング５の均一部２１、ギャップ６、軟磁性均一リング７を順に経て硬磁性リング４のＳ極に至る。
【００２９】
このような磁気回路が形成されるとき、トーションバー１のトルクに応じて入力軸２出力軸間３に回転角度差が現れると、硬磁性リング４の磁極の周方向位置（回転角度）と、軟磁性異形リング５の歯２３の周方向位置（回転角度）とが入力軸２出力軸間３の回転角度差と同じ角度だけ変化することになる。すると、上記磁気回路において、硬磁性リング４のＮ極と軟磁性異形リング５の異形部２２が重なる面積（対向面積）が変化するため、この対向面積に応じて均一部２１の磁束の大きさが変化する。よって、磁束検出器８が設置された場所の磁束密度が変化する。この磁束密度は回転角度差と１対１で読み替えられる指標となっている。回転角度差が判れば従来公知の方法によりトーションバー１のトルクを導き出すことができる。
【００３０】
以上の動作において、軟磁性異形リング５と軟磁性均一リング７とが対向している部分は、平面状の鍔２４，２５であり、あるいは単純形状の軟磁性均一リング７と均一部２１である。複雑形状である異形部２２は軟磁性均一リング７と対向しない。よって、トルクセンサの固体によって異形部２２を加工したときの加工バラツキや組み立てたときの位置のバラツキがあっても、上記磁気回路における磁束密度には影響を与えない。
【００３１】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００３２】
図３に示したトルクセンサは、図１、図２のトルクセンサの鍔２４，２５を出力軸３の回転系に属する軟磁性異形リング５及び軟磁性均一リング７から分離し、回転しない固定系（図示せず）に取り付けたものである。もし、このように鍔２４，２５を固定にすると、同じく固定系に設置される磁束検出器８との周方向位置関係は変化しないので、鍔２４，２５のように全周にわたるギャップを生じる部材は必要なくなり、図３のように、対向面積の小さい補助リングに突起を形成して、突起同士だけが対向するようにすることができる。組み立てた状態は図５のようになる。
【００３３】
すなわち、図３及び図５に示したトルクセンサは、図１とほぼ同じトルクセンサにおいて、入力軸２には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リング４を同軸に取り付け、出力軸３には硬磁性リング４に径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部２２と周方向に形が均一な均一部２１とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リング５と硬磁性リング４に径方向から臨み周方向に形が均一な軟磁性体からなる軟磁性均一リング７とを取り付け、上記いずれの軸でもない固定系に軟磁性異形リング５の均一部２１に軸方向から臨む軟磁性体からなる異形リング用補助リング３１と軟磁性均一リング７に軸方向から臨む軟磁性体からなる均一リング用補助リング３２とを設け、異形リング用補助リング３１と均一リング用補助リング３２のそれぞれに互いに対向する突起３３，３４を形成し、これら突起３３，３４間に形成されるギャップ３５に磁束密度を入力軸２出力軸間３の回転角度差の指標として検出する磁束検出器８を設けたものである。
【００３４】
磁束検出器８は、例えば、硬磁性リング４のＮ極から軟磁性異形リング５の異形部２２に向かい、その異形部２２から均一部２１を経由して異形リング用補助リング３１、ギャップ３５、均一リング用補助リング３２、軟磁性均一リング７を順に経て硬磁性リング４のＳ極に至る磁束の磁束密度を検出することができる。
【００３５】
図２との構造的相違は、既に述べたように鍔２４，２５を回転系から分離して固定系に置き、異形リング用補助リング３１及び突起３３、均一リング用補助リング３２及び突起３４としたものである。突起３３，３４は、それぞれの補助リング３１，３２から径方向外方にやや傾斜されて突き出され、その先端部同士で互いに平面で対向するようになっている。なお、図３は軸方向に分解して示してあるので、突起３３，３４は互いに離れて見えるが、実際には図５のように、磁束検出器８を挟んでほぼ密着するように設けられる。
【００３６】
図３のトルクセンサは、図２のトルクセンサと同様に、トルクセンサの固体によって異形部２２の加工バラツキや組立て位置のバラツキが磁束密度に影響を与えないという効果を有する。
【００３７】
図４のトルクセンサは、図３のトルクセンサの軟磁性均一リング７を出力軸３にではなく、入力軸２の回転系に属する硬磁性リング４に取り付けたものである。
【００３８】
すなわち、図４のトルクセンサは、図１とほぼ同じトルクセンサにおいて、入力軸２には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リング４と硬磁性リング４に径方向から密着して周方向に形が均一な軟磁性体からなる軟磁性均一リング４１とを同軸に取り付け、出力軸３には硬磁性リング４に径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部２２と周方向に形が均一な均一部２１とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リング５を取り付け、上記いずれの軸でもない固定系に軟磁性異形リング５の均一部２１に軸方向から臨む軟磁性体からなる異形リング用補助リング３１と軟磁性均一リング４１に軸方向から臨む軟磁性体からなる均一リング用補助リング３２とを設け、異形リング用補助リング３１と均一リング用補助リング３２のそれぞれに互いに対向する突起３３，３４を形成し、これら突起３３，３４間に形成されるギャップ３５に磁束密度を入力軸２出力軸間３の回転角度差の指標として検出する磁束検出器８を設けたものである。
【００３９】
図４のトルクセンサは、組み立てた外観が図３のトルクセンサとほぼ同じ、つまり図５のようになる。
【００４０】
磁束検出器８は、例えば、硬磁性リング４のＮ極から軟磁性異形リング５の異形部２２に向かい、その異形部２２から均一部２１を経由して異形リング用補助リング３１、ギャップ３５、均一リング用補助リング３２、軟磁性均一リング４１を順に経て硬磁性リング４のＳ極に至る磁束の磁束密度を検出することができる。
【００４１】
軟磁性均一リング４１は、硬磁性リング４に対して密に嵌着される点を除けば図３の軟磁性均一リング７と同じものであり、磁気回路における働きは同じである。よって、図４のトルクセンサは、図３のトルクセンサと同様に、トルクセンサの固体によって異形部２２の加工バラツキや組立て位置のバラツキが磁束密度に影響を与えないという効果を有する。加えて、図４のトルクセンサは、図３において軟磁性均一リング７を出力軸３に取り付けていた構造物が不要となるので、構成が簡素かつコストが安くなる。
【００４２】
図６のトルクセンサは、図３又は図４のトルクセンサから軟磁性均一リング７又は軟磁性均一リング４１を除去したものである。
【００４３】
すなわち、図６のトルクセンサは、図１とほぼ同じトルクセンサにおいて、入力軸２には径方向に向いた磁極が周方向に並んだ硬磁性体からなる硬磁性リング４を同軸に取り付け、出力軸３には硬磁性リング４に径方向から臨み周方向に形が不均一な異形部２２と周方向に形が均一な均一部２１とを有する軟磁性体からなる軟磁性異形リング５を取り付け、上記いずれの軸でもない固定系に硬磁性リング４に径方向から臨むと共に軟磁性異形リング５の異形部２２の軸方向に位置する軟磁性体からなる硬磁性リング用補助リング６１と軟磁性異形リング５の均一部２１に径方向から臨む軟磁性体からなる均一部用補助リング６２とを設け、硬磁性リング用補助リング６１と均一部用補助リング６２のそれぞれに互いに対向する突起６３，６４を形成し、これら突起６３，６４間に形成されるギャップ６５に磁束密度を入力軸２出力軸３間の回転角度差の指標として検出する磁束検出器８を設けたものである。
【００４４】
磁束検出器８は、例えば、硬磁性リング４のＮ極から軟磁性異形リング５の異形部２２、均一部２１、均一部用補助リング６２、ギャップ６５、硬磁性リング用補助リング６１を順に経て硬磁性リング４のＳ極に至る磁束の大きさを検出することができる。
【００４５】
この構成では図３、図４の軟磁性均一リング７あるいは軟磁性均一リング４１を無くしてしまい、硬磁性リング用補助リング６１にその役割を持たせてある。よって、図６のトルクセンサは、トルクセンサの固体によって異形部２２の加工バラツキや組立て位置のバラツキが磁束密度に影響を与えないという効果を有し、かつ軟磁性均一リング７あるいは軟磁性均一リング４１が省かれているので、構成が簡素かつコストが安くなる。
【００４６】
ここまで、硬磁性リング４に設ける磁極の個数と、軟磁性異形リング５に設ける歯２３の個数については触れなかったので、ここで説明しておく。図１〜図６に示した本発明のトルクセンサにおいて、磁極数と歯数は、各々独立に任意に決めることができ、両者は同じであってもよいし、異なってもよい。これは、磁極数については硬磁性リング４を高い精度で製作できる磁極数が好ましく、歯数については軟磁性異形リング５を高い精度で製作できる歯数が好ましく、両者は必ずしも同じでないことに起因する。
【００４７】
歯２３の形状は、側面視（径方向から見る）で角形としたが、磁極との周方向位置関係でもって磁気回路に変化が生じればよいので、周方向に形が不均一であればよく、角形に限らず三角形や半円形等の任意の形状が適用できる。
【００４８】
磁束検出器８を設ける個数は１個に限らない。複数個を設置し、その複数個の磁束検出器８の出力を組み合わせて用いることで組立位置のバラツキによる磁束密度のバラツキを小さくしたり、冗長性を持たせることができる。
【００４９】
次に、本発明のトルクセンサによって回転角度がどの程度、磁束密度によって検知できるかをシミュレーション実験した。
【００５０】
図７のモデルは、２極を有する円筒状の磁石７１の上部周囲に半円筒状の上コア７２を設け、その磁石７１の下部周囲に円筒状の下コア７３を設け、上コア７２の周囲に環状の上ヨーク７４を設け、下コア７３の周囲に環状の下ヨーク７５を設け、上ヨーク７４と下コア７３の間に形成される軸方向のギャップ７６に磁束検出器７７を設けたものである。上ヨーク７４と下コア７３との距離は、図示のように大きく離れているのではなく、ギャップ７６に磁束検出器７７がちょうど嵌る程度とするのがよい。磁石７１は周方向に複数の磁極を並べたものであり、回転する部材である。磁石７１以外の部材は固定である。このモデルは、図１〜図６に示した全てのトルクセンサに適用できる。
【００５１】
図８に、磁石７１の回転角度に対する磁束密度の特性を示す。図示のように、特性は直線にはならないが、回転角度と磁束密度とが１対１で対応している。よって、磁束密度を検出すれば回転角度を特定できる。
【００５２】
図９は、軟磁性異形リング５における寸法の条件を示したものである。既に説明したように、軟磁性異形リング５の異形部２２は、周方向に一定間隔をおいて、均一部２１をベースとし、そのベースから軸方向に一定長さ延びた周方向に一定幅の複数の歯２３からなり、側面視で角形となる歯２３を周囲に並べた王冠状を呈する。ここで、異形部２２の軸方向長さ（歯の高さ）をＢ、均一部２１の軸方向長さ（ベース高さ）をＡとする。
【００５３】
均一部２１の軸方向長さＡを一定とし、異形部２２の軸方向長さＢを変えながら、磁束検出器８で磁束密度を調べたところ、図１０の特性が得られた。
【００５４】
図１０は、比Ｂ／Ａに対する磁束密度の特性を示す。図示のように、比Ｂ／Ａが大きくなると磁束密度も大きくなる。つまり、均一部２１の軸方向長さＡを一定としたとき、異形部２２の軸方向長さＢを大きくしていくと、磁束検出器８で検出される磁束密度が大きくなる。
【００５５】
また、比Ｂ／Ａが小さくなり、０．１５未満になると磁束密度が０になる。これは入力軸２出力軸３間の回転角度差によらず磁束密度が０ということであり、磁束密度を入力軸２出力軸３間の回転角度差の指標にできない。しかし、比Ｂ／Ａが０．１５以上であれば、磁束密度が値を持つので、回転角度差に応じて磁束密度が変化し、磁束密度を入力軸２出力軸３間の回転角度差の指標にできる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態を示すトルクセンサの側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すトルクセンサの分解組立図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すトルクセンサの分解組立図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すトルクセンサの分解組立図である。
【図５】図３又は図４のトルクセンサの外観側面図である。
【図６】本発明の一実施形態を示すトルクセンサの外観側面図である。
【図７】本発明のシミュレーションに用いたモデルの図である。
【図８】図７のモデルにおける磁石回転角度に対する磁束密度の特性図である。
【図９】本発明に用いる軟磁性異形リングの側面図である。
【図１０】本発明における比Ｂ／Ａに対する磁束密度の特性図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  トーションバー
２  入力軸
３  出力軸
４  硬磁性リング
５  軟磁性異形リング
７  軟磁性均一リング
８  磁束検出器
２１  均一部
２２  異形部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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