(57)【要約】【課題】磁歪型のトルクセンサにおいて、隣り合う磁気コアを分離するとともに、構成部品の組立てを容易とする。【解決手段】トルクセンサの第１の測定ユニット２０は、円筒状の磁気コアユニット２１０と、磁気コアユニット２１０内部に配された内周ボビン２１３、磁気コアユニット２１０の外周の所定の２箇所の位置に巻回された第１及び第２の検出用コイル２１２ａ，２１２ｂとから構成される。内周ボビン２１３には、励磁用コイル２１４が巻回されている。磁気コアユニット２１０は、円筒状のヨーク接続部２４０と、その上下の開口に嵌合する第１ヨーク部２２０ａ及び第２ヨーク部２２０ｂとの３要素から構成される。【選択図】図２
2008256670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクセンサに用いられる磁気コアユニットであって、
非磁性部と軟磁性部とを周方向に交互に配した円筒状のヨーク接続部と、
該ヨーク接続部の両端に取り付けられる、非磁性部と軟磁性部とを周方向に交互に配した略環状のヨーク部とを備え、
前記ヨーク接続部の軟磁性部と、前記ヨーク部の軟磁性部とで一組の磁気コアを構成し、
前記ヨーク接続部の両端に前記ヨーク部が取り付けられた際に、前記ヨーク接続部の前記軟磁性部の近傍に開口が設けられていることを特徴とする磁気コアユニット。
【請求項２】
前記ヨーク部は、前記非磁性部の外周部分が、径方向に凹んだ凹部を有し、当該凹部により前記開口を構成していることを特徴とする請求項１に記載の磁気コアユニット。
【請求項３】
前記ヨーク接続部において、前記軟磁性部の少なくとも一部の内周面が前記非磁性部より径方向に突出した突出部を有し、前記開口を構成していることを特徴とすると請求項１に記載の磁気コアユニット。
【請求項４】
前記ヨーク部は、中央に軸孔が設けられ、前記ヨーク部の軟磁性部は、前記軸孔の側面から前記ヨーク接続部の径方向外側に向かって直線状に延びていることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項５】
前記ヨーク接続部は、端部に前記ヨーク部が取り付けられた状態で、前記ヨーク接続部の軟磁性部が前記ヨーク部の軟磁性部に接するように設けられていることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項６】
前記ヨーク接続部の両端に取り付けられる二つの前記ヨーク部は、同一形状であることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項７】
前記ヨーク部は、前記ヨーク接続部の端部に嵌合することを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項８】
前記ヨーク接続部の端部に前記ヨーク部が取り付けられた状態で、
二つの前記ヨーク部の前記軸孔側の端面の中央同士を結ぶ線が、前記軸孔の軸方向と所定の角度をなすことを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項９】
前記所定の角度が、略４５°に設定されていること特徴とする請求項８に記載の磁気コアユニット。
【請求項１０】
前記磁気コアを、磁気的に分離して複数備えたことを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項１１】
前記軟磁性部の材料が、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトであることを特徴とする請求項１から１０までのいずれかに記載の磁気コアユニット。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれかに記載の磁気コアユニットを備えるトルクセンサであって、
前記ヨーク接続部の内周に、環状に巻回された励磁用内周コイルを有し、
前記ヨーク接続部の軟磁性部に巻回された、検出用外周コイルを有する
ことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１３】
請求項９に記載の磁気コアユニットを備えるトルクセンサであって、
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とが−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。
【請求項１４】
磁路を形成可能な材料で構成された外装ヨーク部を備え、
該外装ヨーク部は、前記磁気コアユニットを磁気的に離して内部に備えることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のトルクセンサ。
【請求項１５】
前記外装ヨーク部は円筒状であり、該外装ヨーク部は円環状の磁石を有することを特徴とする請求項１４に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、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用いられる磁気コアユニット及びこれを用いた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、図２４（ｂ）に示すように、回転軸５０２の外周にＵ字形鉄心（磁気コア）を設ける構造が記載されている。この構成においては、励磁用磁気コア５０７、５０８と検出用磁気コア５０５、５０６との二種類の磁気コアをそれぞれ回転軸５０２の軸方向に±４５°の角度で回転軸に近接して装着する。励磁用磁気コア及び検出用磁気コアにはそれぞれコイルが巻装され、励磁用磁気コアと検出用磁気コアとの間のインダクタンスの変動を検出する。このインダクタンスの変動がトルクによる回転軸の透磁率の変化によってもたらされれば、これによりトルクを検出することができる。したがって、回転軸が磁歪特性を有する材料で構成されていれば、これに対する加工は一切行わずに、トルク検出を行うことができる。
【０００５】
さらに、上述の技術を改良した例として、特許文献３では、装置の小型化やコイルへの巻線作業を簡単にする技術が開示されている（以下、「第１引例」ともいう）。この技術では、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。
【０００６】
また、特許文献４では、トルクセンサの寸法増大するのを避け、精度の高いトルク検出を行う技術が開示されている（以下、「第２引例」ともいう）。この技術では、リングコアの内周面に、励振（励磁）コアと検出コアを形成し、それぞれのコアにコイルを巻き付けている。
【０００７】
また、特許文献５では、上記と同様な目的で、磁束案内用の腕（脚）を備えた二つの円盤状の磁極ヨークと、それら磁極ヨークを磁気的に接続する円筒形の接続ヨークを備え、円筒内部に励磁及び検出コイルが設けられる技術が開示されている（以下、「第３引例」ともいう）。
【０００８】
また、特許文献６では、３枚の磁性円盤を所定間隔で平行に離間させ、それらの外周を磁性体の円筒形ケースで接続し、さらに内部にボビンに巻き付けたコイルを配置したトルクセンサが開示されている。３枚の円盤は、内周面に突起が配列された形状となるように開口が形成されている。これによって、構造が簡易的なトルクセンサを実現している（以下、第４引例ともいう）。
【０００９】
【特許文献１】特開平１−９４２３０号公報
【特許文献２】特開平４−３１７２６号公報
【特許文献３】特開昭６３−９０７３０号公報
【特許文献４】特開２００１−２８９７１９号公報
【特許文献５】特開平９−１９６７７９号公報
【特許文献６】特開昭６１−２７５６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、改良が施された第１〜第４引例の技術であっても、依然として克服すべき課題があった。
【００１１】
例えば、第１引例では、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。さらに、部品数が多く組立て作業が難しく、位置あわせ精度が低下してしまった。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。また、多数のコイルを巻く作業があり、工数の削減の観点からそのような作業を極力省くことが求められていた。さらに、各コイルの巻き線の長さを均一にすることは非常に難しい作業であり、どうしてもバラツキが発生してしまい出力精度が低下した。
【００１２】
また、第２引例では、円盤が分離されず一体化されており、一対の磁極を磁気コアとみなすと、それぞれの磁気コアは分離されていなかった。そのため、上述の通りノイズが発生してしまったり、＋４５°磁束対応の信号と−４５°磁束対応の信号の成分が分離できないという課題があった。
【００１３】
また、第３引例でも、隣り合う磁気コアが分離されておらず、同様に、ノイズが発生するという課題があった。また、最も近接する対向磁極が軸方向に平行な向きであるため、軸方向に沿って磁束が流れてしまい、出力の精度が低下するという課題があった。それらの結果、ゼロ点変動を適正に抑制することが困難になるという課題もあった。
【００１４】
さらに、第４引例のトルクセンサでは、円筒状の接続部を円盤状のヨーク端部で挟み込む、比較的簡易な構造となっていたが、円盤が一体となっており磁気コアが分離されていなかった。したがって、上述同様に出力にノイズが発生する課題があった。
【００１５】
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、磁歪型のトルクセンサにおいて、隣り合う磁気コアを分離するとともに、構成部品の組立てを容易とする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る装置は、磁気コアユニットに関する。この磁気コアユニットは、トルクセンサに用いられる磁気コアユニットであって、非磁性部と軟磁性部とを周方向に交互に配した円筒状のヨーク接続部と、該ヨーク接続部の両端に取り付けられる、非磁性部と軟磁性部とを周方向に交互に配した略環状のヨーク部とを備え、前記ヨーク接続部の軟磁性部と、前記ヨーク部の軟磁性部とで一組の磁気コアを構成し、前記ヨーク接続部の両端に前記ヨーク部が取り付けられた際に、前記ヨーク接続部の前記軟磁性部の近傍に開口が設けられている。ここで「一組の磁気コア」とは、ヨーク接続部の軟磁性部と、二つのヨーク部の軟磁性部の、計３つの軟磁性部によって構成される一つの磁気コアを指す。
また、前記ヨーク部は、前記非磁性部の外周部分が、径方向に凹んだ凹部を有し、当該凹部により前記開口を構成してもよい。
また、前記ヨーク接続部において、前記軟磁性部の少なくとも一部の内周面が前記非磁性部より径方向に突出した突出部を有し、前記開口を構成してもよい。
また、前記ヨーク部は、中央に軸孔が設けられ、前記ヨーク部の軟磁性部は、前記軸孔の側面から前記ヨーク接続部の径方向外側に向かって直線状に延びてもよい。
また、前記ヨーク接続部は、端部に前記ヨーク部が取り付けられた状態で、前記ヨーク接続部の前記軟磁性部が前記ヨーク部の軟磁性部に接するように設けられてもよい。
また、前記ヨーク接続部の両端に取り付けられる二つの前記ヨーク部は、同一形状であってもよい。
また、前記ヨーク部は、前記ヨーク接続部の端部に嵌合してもよい。
また、前記ヨーク接続部の端部に前記ヨーク部が取り付けられた状態で、二つの前記ヨーク部の前記軸孔側の端面の中央同士を結ぶ線が、前記軸孔の軸方向と所定の角度をなしてもよい。
また、前記所定の角度が略４５°に設定されてもよい。略４５°としては４５±１０°程度が許容される。
また、前記磁気コアを、磁気的に分離して複数備えてもよい。
また、前記軟磁性部の材料が、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトであってもよい。
本発明に係る装置はトルクセンサに関する。このトルクセンサは、上記の磁気コアユニットを有し、前記ヨーク接続部の内周に、環状に巻回された励磁用内周コイルを有し、前記ヨーク接続部の軟磁性部に巻回された、検出用外周コイルを有する。なお、前記励磁用内周コイルと共に検出用内周コイルも一緒に巻いておくこともでき、前記検出用外周コイルと共に励磁用外周コイルも一緒に巻いておくことも可能である。環状に巻回された励磁用内周コイルは、コイルをボビンに巻いたもの、或いは治具に巻いたコイルを樹脂で固めて環状にしたもの等を用いることができる。
また、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とが−略４５°に設定された第２の磁気コアユニットとを備えてもよい。
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備え、該外装ヨーク部は、前記磁気コアユニットを磁気的に離して内部に備えてもよい。
また、前記外装ヨーク部は円筒状であり、該外装ヨーク部は、円環状の磁石を有してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、磁歪型のトルクセンサにおいて、隣り合う磁気コアを分離するとともに、構成部品の組立てを容易とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（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側面正面図（一部断面図）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。
【００２０】
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の測定ユニット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材料である。
【００２１】
また、第１の測定ユニット２０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の測定ユニット１２０も、同様のハウジングに収容されている。第２の測定ユニット１２０は、第１の測定ユニット２０を回転軸に垂直な面を挟んで鏡像対称となるように上下反転させることで実現でき、したがって、第１及び第２の測定ユニット２０，１２０は、同一部品として構成される。以下、第１の測定ユニット２０について説明し、第２の測定ユニット１２０に関する説明は省略する。
【００２２】
第１の測定ユニット２０は、円筒状の磁気コアユニット２１０と、磁気コアユニット２１０内部に配された内周ボビン２１３、磁気コアユニット２１０の外周の所定の２箇所に巻回された第１及び第２の検出用コイル２１２ａ，２１２ｂとから構成される。内周ボビン２１３には、励磁用コイル２１４が巻回されている。磁気コアユニット２１０の円筒軸中心には、回転軸９０が挿入可能な軸孔２２８が形成されている。
【００２３】
図２は、第１の測定ユニット２０を示した図であり、図２（ａ）は平面図を示し、図２（ｂ）は左側が正面図を右側が断面図を示し、さらに図２（ｃ）は下面図を示している。本図では、検出用コイル２１２ａ，２１２ｂを図２（ｂ）に示している。図３は、第１の測定ユニット２０の外観を示す斜視図である。また、図４は、図３の第１の測定ユニット２０から、第１及び第２の検出用コイル２１２ａ，２１２ｂを省略し、内部に隠れている内周ボビン２１３及び励磁用コイル２１４を破線で示した図である。さらに、図５は、磁気コアユニット２１０を構成部品に分解した状態で示した斜視図であり、ここでは、第１及び第２の検出用コイル２１２ａ，２１２ｂの図示を省略している。
【００２４】
磁気コアユニット２１０は、円筒状のヨーク接続部２４０と、その下側の開口に嵌合する第１ヨーク部２２０ａと上側の開口に嵌合する第２ヨーク部２２０ｂとの３要素から構成される。第１ヨーク部２２０ａと第２ヨーク部２２０ｂは、同一の部品であり、ヨーク接続部２４０の上下の開口に互いに対向するように嵌合している。
【００２５】
図６は、第１ヨーク部２２０ａの三面図及び断面図であり、図６（ａ）は平面図を示し、図６（ｂ）の左半分が正面図を右半分が断面図を示し、図６（ｃ）は下面図を示している。第１ヨーク部２２０ａは、中心においてリング形状となっている軸挿入部２２３から外へ向かって階段状に厚さが薄くなる２段の第１〜第４の羽根状部３０１ａ〜３０４ａが、上下左右（０°，９０°，１８０°，２７０°の位置）に十字状に所定の幅Ｄ１で形成されている。言い換えると、同心状に大中小の３枚のリングが重なったような形状のうち、大と中の２枚のリング部分から、上記第１〜第４の羽根状部３０１ａ〜３０４ａを残し、それら以外の扇型形状部分を除去した形状となっている。したがって、扇型形状部分が除かれていることで、リング形状の外周が切り欠かれた形状（凹形状）となっている。第１及び第２の羽根状部３０１ａ，３０２ａの間に形成される切り欠きを第１の切欠部３０５ａ１、第２及び第３の羽根状部３０２ａ，３０３ａの間に形成される切り欠きを第２の切欠部３０５ａ２、第３及び第４の羽根状部３０３ａ，３０４ａの間に形成される切り欠きを第３の切欠部３０５ａ３、第４及び第１の羽根状部３０４ａ，３０１ａの間に形成される切り欠きを第４の切欠部３０５ａ４という。
【００２６】
第１〜第４の羽根状部３０１ａ〜３０４ａにおいて外側の一番低く形成されている面を外周接続部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、外周接続部２２１の底面２２４を基準としており、以下の高さｈ２，ｈ３も同様である。
【００２７】
第１〜第４の羽根状部３０１ａ〜３０４ａにおいて内側に形成される面をボビン収容部２２２といい、外周が直径Ｒ１２で、高さｈ２である。この外周の直径Ｒ１２が、外周接続部２２１の内周の直径に相当する。したがって、外周接続部２２１とボビン収容部２２２の間には、高さｈ２−ｈ１の段差が形成される。
【００２８】
さらに、一番内側にリング状に形成される軸挿入部２２３は、外周が直径Ｒ１３であって、高さｈ３となるように形成されている。この外周の直径Ｒ１３が、ボビン収容部２２２の内周の直径に当たる。したがって、ボビン収容部２２２と軸挿入部２２３の間には、高さｈ３−ｈ２の段差が形成されている。
【００２９】
そして第１ヨーク部２２０ａ（軸挿入部２２３）の円中央には、直径（口径）Ｒ１４の上述の軸孔２２８が上下に貫通して形成される。また、軸挿入部２２３には、軸挿入部２２３の外径（直径Ｒ１３）と略同一内径の内周ボビン２１３が嵌合する（図３，４等）。
【００３０】
また、第２の羽根状部３０２ａには、その幅Ｄ１より狭い所定の幅Ｄ２の第１の軟磁性部２３２ａ１が、外側から中央の軸孔２２８へ向かって本図では左右方向に直線状に形成され、さらに、軸挿入部２２３にも連続して形成されている。また、第２の羽根状部３０２ａと軸対称の位置に、第２の羽根状部３０２ａと同じ形状に、第２の軟磁性部２３２ａ２が、外側から中央の軸孔２２８へ向かって直線状に形成され、さらに、軸挿入部２２３にも連続して形成されている。なお、第１及び第２の軟磁性部２３２ａ１，２３２ａ２以外の部分（非磁性部２３１）は、非磁性材で形成されている。
【００３１】
また、後述の図９等に示すように、第２ヨーク部２２０ｂは、上述の通り第１ヨーク部２２０ａと同様の形状であり、以下簡単に説明する。第２ヨーク部２２０ｂには、中央の軸挿入部２２３から外へ向かって階段状に厚さが薄くなる２段の第１〜第４の羽根状部３０１ｂ〜３０４ｂが、上下左右（０°，９０°，１８０°，２７０°の位置）に十字状に所定の幅Ｄ１（図示せず）で形成されている。第１及び第２の羽根状部３０１ｂ，３０２ｂの間に形成される切り欠きを第１の切欠部３０５ｂ１、第２及び第３の羽根状部３０２ｂ，３０３ｂの間に形成される切り欠きを第２の切欠部３０５ｂ２、第３及び第４の羽根状部３０３ｂ，３０４ｂの間に形成される切り欠きを第３の切欠部３０５ｂ３、第４及び第１の羽根状部３０４ｂ，３０１ｂの間に形成される切り欠きを第４の切欠部３０５ｂ４という。
【００３２】
第１〜第４の羽根状部３０１ｂ〜３０４ｂにおいて外側の一番低く形成されている面を外周接続部２２１という。また、第１〜第４の羽根状部３０１ｂ〜３０４ｂにおいて内側に形成される面をボビン収容部２２２という。そして第１ヨーク部２２０ａの円中央には、上述の軸孔２２８が上下に貫通して形成される。
【００３３】
また、第２の羽根状部３０２ｂには、その幅Ｄ１より狭い所定の幅Ｄ２の第１の軟磁性部２３２ｂ１が、外側から中央の軸孔２２８へ向かって本図では左右方向に直線状に形成され、さらに、軸挿入部２２３にも連続して形成されている。また、第２の羽根状部３０２ｂと軸対称の位置に、第２の羽根状部３０２ｂと同じ形状に、第２の軟磁性部２３２ｂ２が、外側から中央の軸孔２２８へ向かって直線状に形成され、さらに、軸挿入部２２３にも連続して形成されている。なお、第１及び第２の軟磁性部２３２ｂ１，２３２ｂ２以外の部分は、非磁性材で形成されている。第１及び第２の軟磁性部２３２ａ１，２３２ｂ１，２３２ａ２，２３２ｂ２以外の部分は、非磁性材で形成されており、非磁性部ともいう。
【００３４】
第１及び第２の軟磁性部２３２ａ１，２３２ｂ１，２３２ａ２，２３２ｂ２（以下、これらを区別しないときは単に「軟磁性部２３２」という）の材料として、純鉄粉、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系センダスト粉、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。また非磁性材として、真鍮などのＣｕ−Ｚｎ系合金やＡｌ−Ｓｉ系合金などが好ましく、それら材料の粒径は２００μｍ以下が好ましい。また、軟磁性部２３２とそれ以外の非磁性部は、それぞれ別々に仮成形体として形成され、軟磁性部２３２と非磁性部とを交互に組み合わせ、高圧により本成形することでリング形状とする。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。さらに、第１及び第２ヨーク部２２０ａ，２２０ｂともに、外周接続部２２１には、所定の大きさの４つの貫通孔２２９が、図中で０°、９０°、１８０°、２７０°の位置に９０°間隔で形成されている。
【００３５】
図７は、ヨーク接続部２４０の三面図及び断面図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は下面図、図７（ｄ）は断面図を示している。ヨーク接続部２４０は、リング状（円筒状）の形状であり、高さｈ４であり、外周が直径Ｒ２１であり、内周が直径Ｒ２２である。ここで、ヨーク接続部２４０の外周の直径Ｒ２１は、第１ヨーク部２２０ａの外周の直径Ｒ１１と同一である。また、ヨーク接続部２４０の内周の直径Ｒ２２は、ヨーク接続部２４０の外周接続部２２１の内周及びボビン収容部２２２の外周と同一（Ｒ２２＝Ｒ１２）となる。そして、ヨーク接続部２４０のリング状の平面部分と、第１及び第２ヨーク部２２０ａ，２２０ｂにおける第１〜第４の羽根状部３０１ａ〜３０４ａ，３０１ｂ〜３０４ｂのそれぞれの外周接続部２２１が合わさって、ヨーク接続部２４０と第１及び第２ヨーク部２２０ａ，２２０ｂが嵌合する。
【００３６】
また、ヨーク接続部２４０は、構成されている材料によって、第１及び第２の軟磁性部２５２ａ，２５２ｂと二つの非磁性部２５１とに分割でき、回転軸周方向に９０°より少しずれた間隔で４分割されている。具体的には、図７（ａ）の平面図において、リング形状の０°より所定量ｘ１１だけ時計回り方向に進んだ位置から、９０°より所定量ｘ１１だけ反時計回り方向に戻った位置まで、一つ目の非磁性部２５１が形成されている。この所定量ｘ１１は、上述した第１ヨーク部２２０ａの軟磁性部２３２の幅Ｄ２の半分（ｘ１１＝Ｄ２×１／２）である。
【００３７】
その非磁性体２５１が途切れる位置から、１８０°より所定量ｘ１１だけ時計回り方向に進んだ位置まで、第１の軟磁性部２５２ａが形成されている。第１の軟磁性部２５２ａが途切れる位置から２７０°より所定量ｘ１１だけ反時計回り方向に戻った位置まで、二つ目の非磁性部２５１が形成される。そして、その非磁性部２５１が途切れる位置から、０°を所定量ｘ１１だけ進んだ位置、つまり、一つ目の非磁性部２５１が形成される位置まで、第２の軟磁性部２５２ｂが形成される。言い換えると、第１及び第２の軟磁性部２５２ａ，２５２ｂは、リング形状を４分割した大きさよりも、周方向両端部分が所定量ｘ１１だけ大きい。それに合わせて、非磁性部２５１の両端部分は、リング形状を４分割した大きさよりも所定量ｘ１１だけ小さい。
【００３８】
そして、第１の軟磁性部２５２ａには、励磁用コイル２１４で発生した磁束の透磁率変化を測定する第１の検出用コイル２１２ａが所定量だけ巻回される（図３等）。同様に、第２の軟磁性部２５２ｂにも、第２の検出用コイル２１２ｂが所定量だけ巻回される。なお、第１及び第２の軟磁性部２５２ａ、２５２ｂを区別しないときは、単に軟磁性部２５２という。ヨーク接続部２４０の軟磁性部２５２と非磁性部２５１の材料や、それら軟磁性部２５２と非磁性部２５１とを用いたヨーク接続部２４０の形成手順は、第１及び第２ヨーク部２２０ａ，２２０ｂに関する材料及び形成手順と同じでよい。
【００３９】
また、ヨーク接続部２４０には、所定の大きさの４つの貫通孔２４９が、図中で０°、９０°、１８０°、２７０°の位置に形成されており、いずれの貫通孔２４９も、軟磁性部２５２に形成されている。また、第１及び第２ヨーク部２２０ａ，２２０ｂがヨーク接続部２４０の開口に嵌合したときに、０°、９０°、１８０°、２７０°のそれぞれ位置で、貫通孔２２９、２４９、２２９が縦に直線状に貫通し一組の貫通孔を構成する。この貫通孔をボルト（図示せず）によって固定することで、磁気コアユニット２１０の構成部品、つまり、第１ヨーク部２２０ａ、ヨーク接続部２４０及び第２ヨーク部２２０ｂが固定される。また、第１〜第４の切欠部３０５ａ１〜３０５ａ４，３０５ｂ１〜３０５ｂ４とヨーク接続部２４０の内周面によって形成される開口（空隙）を利用して、検出用コイル２１２ａ，２１２ｂが巻回される。
【００４０】
つづいて、測定ユニット２０の組立手順を簡単に説明する。図８は、第１ヨーク部２２０ａとヨーク接続部２４０とが嵌合した状態を示した図であり、図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は平面図を示している。図示のように、ヨーク接続部２４０は、第１ヨーク部２２０ａに上から載せるように嵌合している。このとき、９０°の位置において第１ヨーク部２２０ａにおける第２の羽根状部３０２ａの第１軟磁性部２３２ａ１の外周側近傍部分と、ヨーク接続部２４０の第１の軟磁性部２５２ａの一方の端部近傍とが接続される。また、１８０°回転した位置で、つまり、２７０°の位置で、第１ヨーク部２２０ａにおける第４の羽根状部３０４ａの第２の軟磁性部２３２ａ２の外周側近傍部分と、ヨーク接続部２４０の第２の軟磁性部２５２ｂの一方の端部近傍とが接続される。
【００４１】
つぎに、第１ヨーク部２２０ａとヨーク接続部２４０（具体的にはヨーク接続部の端面２４１及び内周面２４８）とを嵌合することで形成された内部の空間に、内周ボビン２１３を配する。さらに、第１ヨーク部２２０ａと嵌合しているヨーク接続部２４０の上から被せるように、第１ヨーク部２２０ａと同一形状の第２ヨーク部２２０ｂを嵌合させる。このとき、第１ヨーク部２２０ａの第１及び第２の軟磁性部２３２ａ１，２３２ａ２の直線形状の向きと、第２ヨーク部２２０ｂの第１及び第２の軟磁性部２３２ｂ１、２３２ｂ２の直線形状の向きとが直交するように、第２ヨーク部２２０ｂは配置される。
【００４２】
これによって、第２ヨーク部２２０ｂにおける第２の羽根状部３０２ｂの外周側近傍の軟磁性部２３２と、ヨーク接続部２４０の軟磁性部２５２の第１ヨーク部２２０ａとの接続部の反対側端部近傍とが接続され、図３に示したように、磁気コアユニット２１０と、磁気コアユニット２１０内部に配された内周ボビン２１３（励磁用コイル２１４）、磁気コアユニット２１０の外周の所定の２箇所の位置に巻回された第１及び第２の検出用コイル２１２ａ，２１２ｂが一体になり第１の測定ユニット２０が完成する。なお、図９は、図３から内周ボビン２１３と第１及び第２の検出用コイル２１２ａ，２１２ｂを取り除いて、磁気コアユニット２１０のみを示した図である。
【００４３】
図１０は、磁気コアユニット２１０における軟磁性部２３２、２５２を強調して表示した図（平面図）である。本図に示すように、二つの磁気コア（２７１、２７２）が形成されている。まず、第１の磁気コア２７１が本図右下に形成されており、ヨーク接続部２４０の第１の軟磁性部２５２ａの右上端部近傍（９０°の位置）から水平左方向、つまり、軸孔２２８方向へ第１ヨーク部２２０ａの第１の軟磁性部２３２ａ１が延びる。同様にヨーク接続部２４０の第１の軟磁性部２５２ａの左下端部近傍（１８０°の位置）から垂直上方に第２ヨーク部２２０ｂの第１の軟磁性部２３２ｂ１が延びる。
【００４４】
同様に、第２の磁気コア２７２は、磁気コアユニット２１０における本図左上に形成されており、ヨーク接続部２４０の第２の軟磁性部２５２ｂの右上端部近傍から垂直下方向に向かって第２の軟磁性部２３２ｂ２が延び、第２の軟磁性部２５２ｂの左下端部近傍から水平右方向に第２の軟磁性部２３２ａ２が延びる。
【００４５】
図１１は、第１の磁気コア２７１における第１ヨーク部２２０ａの第１の軟磁性部２３２ａ１及び第２ヨーク部２２０ｂの第１の軟磁性部２３２ｂ１の、回転軸９０に面する面３０９ａ，３０９ｂ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、二つの面３０９ａ，３０９ｂの中央を結ぶ線Ｌ１と、回転軸９０の軸方向とは、＋４５°をなす。なお図示しないが、第２の磁気コア２７２においても同様に、軟磁性部の回転軸９０と面する面は、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の測定ユニット１２０においては、二つの磁気コアの軟磁性部の回転軸９０と面する面は、それら中心を結ぶ線と回転軸９０の軸方向とは−４５°をなす。
【００４６】
図１２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１３はトルクと出力の関係を示した図である。第１測定ユニット２０で検出された第１出力ＶＬ１と第２測定ユニット１２０で検出された第２出力ＶＲ１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ＶＲ１は、オペアンプ９９ｂに反転入力される。
【００４７】
図１４は、軟磁性部２３２、２５２と非磁性部２３１、２５１に用いられる材料の組合せと、出力感度の関係を示した表である。ここでは、組合せ１〜３の３種類を例示している。
【００４８】
組合せ１では、軟磁性部２３２、２５２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。非磁性部２３１、２５１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。それら二種類の仮形成体を合わせ、高圧でプレス成形し、第１及び第２ヨーク部２２０ａ、２２０ｂ、ヨーク接続部２４０が形成されている。
【００４９】
組合せ２では、軟磁性部２３２、２５２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。非磁性部２３１、２５１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ヨーク部２２０ａ、２２０ｂ、ヨーク接続部２４０が形成されている。
【００５０】
組合せ３では、軟磁性部２３２、２５２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。非磁性部２３１、２５１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ヨーク部２２０ａ、２２０ｂ、ヨーク接続部２４０が形成されている。
【００５１】
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た。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方向と同じである。
【００５２】
以上、第１の実施形態によれば、円筒形状の磁気コアユニット２１０を３要素で構成し、さらにその組み立てが容易とすることができる。さらに、磁気コアユニット２１０の内部に、励磁用コイル２１４が巻回されたボビン２１３を設け、磁気コアユニット２１０の外周の軟磁性部２５２に検出用コイル２１２ａ，２１２ｂを巻回する構成とすることで、磁気コアユニット２１０内部にコイルを配設することが容易となる。また、検出用コイル２１２ａ，２１２ｂを磁気コアユニット２１０の外周部分に巻回することで、例えば、外周にボビンを取り付けコイルを巻回する構成と比較して、外径を小さくすることができる。また、非磁性部と軟磁性部を交互に接続したリング形状を有することで、磁気コア２７１，２７２の装着性が改善される。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ギャップ長の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、安定した出力信号が得られる。より具体的には、ゼロ点変動が改善されたり、軸ぶれ対策が容易となる。
【００５３】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、検出用コイル２１２ａ，２１２ｂを巻回するための空間を確保するために、磁気コアユニット２１０の第１ヨーク部２２０ａ及び第２ヨーク部２２０ｂの外周部分において非磁性部に凹みを設けた。本実施形態では、二つのヨーク接続部を円環状に形成する。一方、円筒状のヨーク接続部の軟磁性部を外方向に突出させる。その際に、突出させた円筒形状の内周部分を、ヨーク部の外周よりも外にすることで、ヨーク接続部において突出した部分に開口を形成し、その開口を利用して、ヨーク接続部の軟磁性部に検出用コイルを巻回する。なお、第１の実施形態と異なる構成は、磁気コアユニットの形状にあるので、以下、主に磁気コアユニットの構成について説明する。
【００５４】
図１５は、実施形態２に係る測定ユニット４００の三面図及び断面図であり、図１５（ａ）は平面図、図１５（ｂ）は正面図（左側半分）及び断面図（右側半分）、図１５（ｃ）は下面図、を示している。なお、ここでは、図１５（ｂ）にのみ励磁用コイルと検出用コイルを示し、図１５（ａ）及び１５（ｂ）では省略している。また、図１６は、磁気コアユニット４１０の斜視図を示しており、また、図１７は、磁気コアユニット４１０の分解斜視図を示している。
【００５５】
測定ユニット４００は、第１の実施形態同様に、円筒状の磁気コアユニット４１０と、磁気コアユニット４１０の内部に設けられた内周ボビン４１３（励磁用コイル４１４を備える）と、磁気コアユニット４１０の突出部（４５２ａ，４５２ｂ）に巻回された二つの検出用コイル４１２ａ，４１２ｂから構成される。
【００５６】
さらに、磁気コアユニット４１０は、環状の第１ヨーク部４２０ａ及び第２ヨーク部４２０ｂと、円筒状のヨーク接続部４４０の３要素から構成される。第１ヨーク部４２０ａと第２ヨーク部４２０ｂは、同一の形状であり、ヨーク接続部４４０の二つの開口に嵌合する。
【００５７】
図１８は、第１ヨーク部４２０ａの三面図及び断面図であり、図１８（ａ）は平面図、図１８（ｂ）は正面図、図１８（ｃ）は下面図、図１８（ｄ）は断面図を示している。第１ヨーク部４２０ａは、同心状に大中小の３枚のリングが重なったような形状を有する。一番大きく一番下側にリング状に形成される外周接続部４２１は、外周が直径Ｒ３１で高さｈ１１の形状である。なお、この高さｈ１１は、外周接続部４２１の底面４２４を基準としており、以下の高さｈ１２、ｈ１３も同様である。
【００５８】
２番目に大きく中央にリング状に形成されるボビン収容部４２２は、外周が直径Ｒ３２で、高さｈ１２である。この外周の直径Ｒ３２が、外周接続部４２１の内周の直径に相当する。したがって、外周接続部４２１とボビン収容部４２２の間には、高さｈ１２−ｈ１１の段差が形成される。
【００５９】
さらに、一番内側にリング状に形成される軸挿入部４２３は、外周が直径Ｒ３３を有する軸挿入部４２３が、高さｈ１３となるように形成されている。この外周の直径Ｒ３３が、ボビン収容部４２２の内周の直径に当たる。したがって、ボビン収容部４２２と軸挿入部４２３の間には、高さｈ１３−ｈ１２の段差が形成されている。そして第１ヨーク部４２０ａの円中央には、直径（口径）Ｒ３４の上述の軸孔４２８が上下に貫通して形成される。また、軸挿入部４２３には、軸挿入部４２３の外径（直径Ｒ３３）と略同一内径の内周ボビン４１３が嵌合する。
【００６０】
また、第１ヨーク部４２０ａは、二つの軟磁性部（４３２ａ１、４３２ａ２）と二つの非磁性部４３１ａとから形成されている。具体的には、上面視で直径部分に、所定の幅ｄ１１で直線状に第１及び第２の軟磁性部４３２ａ１，４３２ａ２が形成されている。以下、第１及び第２の軟磁性部４３２ａ１，４３２ａ２、及び後述の第２ヨーク部４２０ａの第１及び第２の軟磁性部４３２ｂ１，４３２ｂ２を区別しないときは単に「軟磁性部４３２」という。
【００６１】
そして、第１及び第２の軟磁性部４３２ａ１，４３２ａ２は、中央の軸孔４２８で分離されている。第１及び第２ヨーク部４２０ａ，４２０ｂを区別しないときは、単にヨーク部４２０という。また、第２ヨーク部４２０ｂは、上述の通り、第１ヨーク部４２０ａと同一であり、第１及び第２の軟磁性部４３２ｂ１，４３２ｂ２と、二つの非磁性部４３１ｂとから形成されている。また、軟磁性部４３２によって分離されるように、略半円状の二つの非磁性部４３１ａが形成される。また、軟磁性部４３２と非磁性部４３１ａは、それぞれ別々に仮成形体として形成され、軟磁性部４３２と非磁性部４３１ａとを交互に組み合わせ、高圧により本成形することでリング形状とする。
【００６２】
さらに、外周接続部４２１には、所定の大きさの４つの貫通孔４２９が、図中で０°、９０°、１８０°、２７０°の位置に９０°間隔で形成されており、９０°と２７０°の位置の二つの貫通孔４２９は、軟磁性部４３２に形成されている。第２ヨーク部４２０ｂにも、第１ヨーク部４２０と同様の位置に、貫通孔４２９が形成されている。
【００６３】
なお、第２ヨーク部４２０ｂについては、第１ヨーク部４２０ａと同一形状であり、図１７においては、一番上の構成部品であり、ここでは、一番下の第１ヨーク部４２０ａと、対向するようにかつ９０°回転して示されている。
【００６４】
第２ヨーク部４２０ｂも、同心状に大中小の３枚の環が重なったような形状を有する。一番外側に形成されるリング状の部分である外周接続部４２１には、０°の位置から９０°間隔で、４個の貫通孔４２９が形成されている。
【００６５】
第２ヨーク部４２０ｂの軟磁性部は、所定の幅ｄ１１で直径の位置に形成されている。具体的には、第１及び第２の軟磁性部４３２ｂ１，４３２ｂ２（以下、第１及び第２の軟磁性部４３２ｂ１，４３２ｂ２を区別しないときは、単に「軟磁性部４３２ｂ」という）が、１８０°及び０°の位置に形成されている。また、それら第１及び第２の軟磁性部４３２ｂ１，４３２ｂ２の間には、非磁性部４３１ｂが形成され、第１及び第２の軟磁性部４３２ｂ１，４３２ｂ２が分離されている。
【００６６】
図１９は、ヨーク接続部４４０の三面図及び断面図であり、図１９（ａ）は平面図、図１９（ｂ）は正面図（左側半分）及び断面図（右側半分）、図１９（ｃ）は下面図を示している。
【００６７】
ヨーク接続部４４０は、周方向に４分割され、大小の径の異なるリング形状が交互に配され、さらに、リング形状の分割された部分の端部は、放射状に配された連結形状により結合されている。具体的には、大きな径のリング形状の一部である第１の外周軟磁性部４５２ａが、９０°から１８０°までの位置に軟磁性材で形成されている。また、１８０°回転した位置、つまり、２７０°から０°の位置に、同形状の第２の外周軟磁性部４５２ｂが軟磁性材で形成されている。なお、第１及び第２の外周軟磁性部４５２ａ，４５２ｂの外径をＲ４１、内径をＲ４２とする。
【００６８】
また、０°から９０°の位置には、小さな径のリング形状の一部である第１の非磁性部４５１ａが非磁性材で形成されている。また、１８０°回転した位置、つまり、１８０°から２７０°の位置まで同形状の第２の非磁性部４５１ｂが非磁性材で形成されている。なお、第１及び第２の非磁性部４５１ａ，４５１ｂの外径をＲ４３、内径をＲ４４とする。
【００６９】
さらに、９０°の位置には第１の外周軟磁性部４５２ａの右上端部と第１の非磁性部４５１ａの右下端部とを結合する第１の連結軟磁性部４５３ａが、軟磁性材で形成されている。また１８０°の位置には、第１の外周軟磁性部４５２ａの左下端部と第２の非磁性部４５１ｂの右下端部とを結合する第２の連結軟磁性部４５３ｂが、軟磁性材で形成されている。なお、第１の外周軟磁性部４５２ａと、第１及び第２の連結軟磁性部４５３ａ，４５３ｂは、連続して一体に形成されており、第１の磁気コア外周部４７３を構成する。
【００７０】
同様に、２７０°の位置には第２の外周軟磁性部４５２ｂの左下端部と第２の非磁性部４５１ｂの左上端部とを結合する第３の連結軟磁性部４５３ｃが、軟磁性材で形成されている。また０°の位置には、第２の外周軟磁性部４５２ｂの左下端部と第２の非磁性部４５１ｂの右下端部とを結合する第２の連結軟磁性部４５３ｂが、軟磁性材で形成されている。なお、第２の外周軟磁性部４５２ｂと、第３及び第４の連結軟磁性部４５３ｃ，４５３ｄは、連続して一体に形成されており、第２の磁気コア外周部４７４を構成する。なお、第１から第４の軟磁性連結部４５３ａ〜４５３ｄの幅は、第１及び第２ヨーク部４２０ａ，４２０ｂの軟磁性部４３２ａ，４３２ｂと同じ所定の幅ｄ２である。
【００７１】
そして、第１及び第２の非磁性部４５１ａ，４５１ｂの内径Ｒ４４は、第１ヨーク部４２０ａの外周接続部４２１の内径Ｒ３２と同一である（Ｒ４４＝Ｒ３２）。したがって、第１ヨーク部４２０ａ及び同形状の第２ヨーク部４２０ｂは、ヨーク接続部４４０の両端の開口に嵌合する。また、第１及び第２の非磁性部４５１ａ，４５１ｂの外径Ｒ４３は、第１及び第２ヨーク部４２０ａ，４２０ｂの外径Ｒ３１と同じ（Ｒ４３＝Ｒ３１）である。
【００７２】
なお、第１から第４の軟磁性連結部４５３ａ〜４５３ｄの第１及び第２の非磁性部と結合する部分には、第１及び第２ヨーク部４２０ａ，４２０ｂとヨーク接続部４４０が嵌合した際に、ヨーク接続部の貫通孔４２９と一致するように、貫通孔４４９が形成されている。これら貫通孔４２９，４４９をボルト（図示せず）により締結することによって、第１及び第２ヨーク部４２０ａ，４２０ｂとヨーク接続部４４０が固定される。
【００７３】
図２０は、第１及び第２ヨーク部４２０ａ，４２０ｂとヨーク接続部４４０が固定されることで形成される、第１及び第２の磁気コア４７１，４７２を強調して表示した図（平面図）である。本図のように、９０°の位置で、ヨーク接続部４４０の第１の軟磁性連結部４５３ａと第１ヨーク部４２０ａの第１の軟磁性部４３２ａ１とが結合し実質的に直線の磁路を形成する。また、１８０°の位置では、ヨーク接続部４４０の第２の軟磁性連結部４５３ｂと第２ヨーク部４２０ｂの第１の軟磁性部４３２ｂ１とが結合し実質的に直線の磁路を形成する。これによって、第１の磁気コア外周部４７３の二本の脚に相当する第１及び第２の軟磁性連結部４５３ａ，４５３ｂが結合し、第１の磁気コア４７１が構成される。
【００７４】
同様にして、２７０°の位置で、ヨーク接続部４４０の第３の軟磁性連結部４５３ｃと第１ヨーク部４２０ａの第２の軟磁性部４３２ａ２とが結合し実質的に直線の磁路を形成する。また、０°の位置では、ヨーク接続部４４０の第４の軟磁性連結部４５３ｄと第２ヨーク部４２０ｂの第２の軟磁性部４３２ｂ２とが結合し実質的に直線の磁路を形成する。これによって、第２の磁気コア外周部４７４の二本の脚に相当する第３及び第４の軟磁性連結部４５３ｃ，４５３ｄが結合し、第２の磁気コア４７２が構成される。
【００７５】
また、ヨーク接続部４４０の第１及び第２の外周軟磁性部４５２ａ，４５２ｂの内径Ｒ４２は、第１及び第２ヨーク部４２０ａ，４２０ｂの外径Ｒ３１（Ｒ４３）より大きくなっている。これによって、第１及び第２ヨーク部４２０ａ，４２０ｂとヨーク接続部４４０が嵌合した際に、ヨーク接続部４４０の第１及び第２の外周軟磁性部４５２ａ，４５２ｂの内径部分と、第１及び第２ヨーク部４２０ａ，４２０ｂの外径部分との間に、開口が形成される。この開口が形成されることによって、第１及び第２の外周軟磁性部４５２ａ，４５２ｂに検出用コイル４１２ａ，４１２ｂが巻回されていても、第１及び第２ヨーク部４２０ａ，４２０ｂとヨーク接続部４４０を適正に嵌合させることができる。
【００７６】
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、内周ボビン４１３の外径を、第１及び第２ヨーク部４２０ａ，４２０ｂの内径Ｒ４４より所定量だけ小さくして検出用コイル４１２ａ，４１２ｂが巻回可能な空間を確保する必要がない。したがって、内周ボビン４１３を大きくでき、その結果、励磁用コイル４１４の巻き数を多くでき、検出精度が高まる。また、検出用コイルの４１２ａ，４１２ｂの巻回量の自由度が向上するため、同様に検出精度が向上される。
【００７７】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１の実施形態で示した磁気コアユニット２１０をもとにして、巻回する検出用コイルの量を増やすために、ヨーク接続部の軟磁性部の形状を一部変更している。したがって、第１の実施形態と異なる形状は、ヨーク接続部であるので、以下、ヨーク接続部について説明し、それ以外の構成については説明を省略する。
【００７８】
図２１は、本実施形態に係るヨーク接続部５４０を示した図であり、図２１（ａ）が側面図、図２１（ｂ）が平面図である。本図に示すように、第１の実施形態と同様に、ヨーク接続部５４０は、第１及び第２の軟磁性部５５２ａ，５５２ｂ、及び二つの非磁性部５５１から構成され、軟磁性材と非磁性材が周方向に交互に配されている。第１の実施形態と異なる形状は、第１の軟磁性部５５２ａの上下の端部それぞれに、凹部５５３ａ，５５３ｂを設け、同様に第２の軟磁性部５５２ｂの上下の端部それぞれに、凹部５５３ｃ，５５３ｄを設けた点にある。
【００７９】
そして、第１の軟磁性部５５２ａの凹部５５３ａ，５５３ｂに第１の検出用コイル５１２ａが巻回され、第２の軟磁性部５５２ｂの凹部５５３ｃ，５５３ｄに第２の検出用コイル５１２ｂが巻回される。その結果、巻回された第１及び第２の検出用コイル５１２ａ，５１２ｂは、第１の実施形態と比べ、上下方向の厚さを低くできる。したがって、例えばハウジングに収容する際に上下方向に空間的な制限がある場合であっても、第１及び第２の検出用コイル５１２ａ，５１２ｂの巻回を減らす必要ない。
【００８０】
上述の構成では、ヨーク接続部５４０は、第１及び第２の軟磁性部５５２ａ，５５２ｂの上下の端部それぞれに、凹部５５３ａ〜５５３ｄが設けられたがこれに限る趣旨ではなく、さらに外周側及び内周側にも凹部が設けられてもよい。
【００８１】
図２２は、外周側及び内周側にも凹部が設けられたヨーク接続部６４０を示す図であり、図２２（ａ）が側面図、図２２（ｂ）が平面図である。ヨーク接続部６４０は、第１及び第２の軟磁性部６５２ａ，６５２ｂ、及び二つの非磁性部６５１から構成され、軟磁性材と非磁性材が周方向に交互に配されている。第１の軟磁性部６５２ａの上下の端部それぞれに凹部６５３ａ，６５３ｂが設けられ、さらに外周側及び内周側にも凹部６５３ｃ，６６３ｄが設けている。同様に第２の軟磁性部６５２ｂの上下の端部それぞれに凹部６５３ｅ，６５３ｆが設けられ、外周側及び内周側にも凹部６５３ｇ，６５３ｈが設けられている。
【００８２】
そして、第１の軟磁性部６５２ａの凹部６５３ａ〜６５３ｄに第１の検出用コイル６１２ａが巻回され、第２の軟磁性部６５２ｂの凹部６５３ｅ〜５５３ｈに第２の検出用コイル６１２ｂが巻回される。その結果、第１及び第２の検出用コイル６１２ａ，６１２ｂの巻数を多くできる。その結果、検出出力及び検出精度を向上させることができる。
【００８３】
（第４の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態で示したトルクセンサ１０の検出出力及び精度を向上させるために直流バイアス磁場を印加している。なお、第２及び第３の実施形態で示した構成にも適用可能である。
【００８４】
図２３は、第１の実施形態で示した測定ユニット２０をベースに、円筒状のバイアスヨーク７１０を付加したバイアス付加測定ユニット７００の構成を示した図である。ここでは、第１の実施形態で示した測定ユニット２０を便宜的に内部測定ユニット２０ａと称する。
【００８５】
円筒状のバイアスヨーク７１０の内部に、第１及び第２スペーサ７４６ａ、７４６ｂを介して、内部測定ユニット２０ａが配されており、以下、この構成をバイアス付加測定ユニット７００と称する。本図は、バイアス付加測定ユニット７００の縦断面図を示しており、右半分は、磁路になる部分をハッチングで表している。なお、内部測定ユニット２０ａは、第２の実施形態で示した構造と同一であるので、その構成部品の説明及び符号については省略する。
【００８６】
バイアスヨーク７１０は、円筒形状のバイアス用ヨーク接続部７５８ｂと、バイアス用ヨーク接続部７５８ｂ開口に嵌合する環状の上側ヨーク端部７５８ａと、バイアス用ヨーク接続部７５８ｂの本図下側の開口に嵌合する環状の下側ヨーク端部７５８ｃ、下側ヨーク端部７５８ｃの下に設けられる固定板７５６ｃとを有する。
【００８７】
バイアスヨーク７１０に配された内部測定ユニット２０ａの上面には、中心に回転軸が挿入される軸孔７２９ａを有する環状の第１スペーサ７４６ａが配されている。また、内部測定ユニット２０ａの下面には、中心に回転軸が挿入される軸孔７２９ｂを有する環状の第２スペーサ７４６ｂが配されている。軸孔７２９ｂは、内部測定ユニット２０ａの中央に形成されている軸孔の径と同じ大きさである。また、第１及び第２スペーサ７４６ａ，７４６ｂは、内部測定ユニット２０ａにおける第１及び第２の検出用コイル２１２ａ，２１２ｂと干渉しない形状となっている。また、第１及び第２スペーサ７４６ａ，７４６ｂの厚さは、第１及び第２の検出用コイル２１２ａ，２１２ｂが上側ヨーク端部７５８ａ及び下側ヨーク端部７５８ｃと干渉しないようになっている。
【００８８】
また、第１及び第２スペーサ７４６ａ，７４６ｂには、内部測定ユニット２０ａに設けられた固定用の貫通孔２４９と同じ位置に、４個の貫通孔７４５が設けられている。また、第１及び第２スペーサ７４６ａ，７４６ｂは、バイアス付加測定ユニット７００と内部測定ユニット２０ａとを磁気的に分離可能な材料で形成されており、磁気的な干渉を防止する。
【００８９】
下側ヨーク端部７５８ｃの中心部分には、開口７２６ａが形成されており、その開口７２６ａに永久磁石のリング磁石７４７が嵌め込まれている。また、リング磁石７４７の中心部分には、所定の大きさの軸孔７２８が形成されている。そして、リング磁石７４７は、第２スペーサ７４６ｂと第２スペーサ７４６ｂの下側に設けられた固定板７５６ｃとの二つの部材によって挟まれ支持される。
【００９０】
さらに、上側ヨーク接続部７５８ａの上面には、ボビンに巻かれたバイアス用のコイル７６９を内部に有する円筒部材７９０が取り付けられている。具体的には、上下に開口を有する円筒形状の第３スペーサ７６８ｂと、第３スペーサ７６８ｂの上側の開口を塞ぐ環状の固定板７６８ａと、第３スペーサ７６８ｂの下側の開口を塞ぐ環状の第４スペーサ７６８ｃとを備える。この第４スペーサ７６８ｃは、コイル７６９と上側ヨーク端部７５８ａとを、磁気的に離間させる。
【００９１】
また、前記の固定板７６８ａと第４スペーサ７６８ｃの中心には、回転軸９０が挿入されるための軸孔が形成されている。それら軸孔は、内部測定ユニット２０ａの中央の軸孔の径と同じである。また、円筒部材７９０には、貫通孔が形成されており、内部測定ユニット２０ａと、バイアスヨーク部材７１０と、円筒部材７９０とのそれぞれの貫通孔が繋がって一組の貫通孔を形成する。これによって、内部測定ユニット２０ａと、バイアスヨーク部材７１０と、円筒部材７９０とをボルトなどで合わせて固定することができる。
【００９２】
以上の様な構成とすると、内部測定ユニット２０ａにリング磁石７４７を有するリング状のバイアスヨーク７１０を付加した構成とすることで、バイアス磁束が周方向に均一に分布し、その結果、磁気的ノイズの影響を排除することができ、トルクの検出精度が向上する。また、バイアス用コイル７６９に流す電流量を変更することで、バイアス磁束量を容易に調整できる。そして、リング磁石７４７とバイアス用コイル７６９を併用することで、バイアス用コイル７６９のみによってバイアス磁束を発生させる場合と比べて、消費電力を抑制できる。なお、上側ヨーク端部７５８ａと下側ヨーク端部７５８ｃの両方に、リング磁石７４７及びバイアス用コイル７６９を設ける構成としてもよい。また、リング磁石７４７またはバイアス用コイル７６９のいずれか一方のみであってもよい。
【００９３】
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。
【００９４】
例えば、各実施形態では、励磁用コイルをボビンに巻回し磁気コアユニット内部に配したが、これに限らず、例えば、ヨーク接続部に励磁用コイル及び検出用コイルを巻回する構成としてもよい。この場合、ヨーク接続部には励磁用コイルも巻回する必要から、検出用コイルの巻回数量は少なくなり検出出力は低下するが、磁気コアユニット内部にボビンを配するための空間を考慮する必要が無くなるため、設計の自由度が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
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】
【００９６】
【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】磁気コアユニットを示した図である。
【図３】第１の測定ユニットの外観を示す斜視図である。
【図４】第１の測定ユニットの斜視図であり、図３から第１及び第２の検出用コイルを省略し、内部に隠れている内周ボビン及び励磁用コイルを破線で示した図である。
【図５】磁気コアユニットの分解斜視図である。
【図６】第１ヨーク部の三面図及び断面図である。
【図７】ヨーク接続部の三面図及び断面図である。
【図８】第１ヨーク部とヨーク接続部とが嵌合した状態を示した図である。
【図９】磁気コアユニットの斜視図である。
【図１０】磁気コアユニットにおける軟磁性部を強調して表示した平面図である。
【図１１】第１の磁気コアにおける第１ヨーク部の第１の軟磁性部及び第２ヨーク部の第１の軟磁性部の、回転軸に面する面と、回転軸との位置関係を模式的に示した図である。
【図１２】トルクセンサの回路結線を示した図である。
【図１３】印加されるトルクと検出出力の関係を示した図である。
【図１４】軟磁性部と非磁性部に用いられる材料の組合せと、出力感度の関係を示した表である。
【図１５】実施形態２に係る測定ユニットの三面図及び断面図である。
【図１６】磁気コアユニットの斜視図である。
【図１７】磁気コアユニットの分解斜視図である。
【図１８】第１ヨーク部の三面図及び断面図である。
【図１９】ヨーク接続部の三面図及び断面図である。
【図２０】第１及び第２の磁気コアを強調して表示した平面図である。
【図２１】第３の実施形態に係る、ヨーク接続部の側面図及平面図である。
【図２２】外周側及び内周側にも凹部が設けられたヨーク接続部を示す図である。
【図２３】第４の実施形態に係るバイアス付加測定ユニットの構成を示した図である。
【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。
【符号の説明】
【００９７】
１０      トルクセンサ
２０、１２０、４００      測定ユニット
２０ａ      内部測定ユニット
９０      回転軸
９９ａ      同期検波回路
９９ｂ      オペアンプ
２１３，４１３      内周ボビン
２１２ａ，２１２ｂ，４１２ａ，４１２ｂ      検出用コイル
２１４，４１４      励磁用コイル
２１０、４１０      磁気コアユニット
２２０ａ、４２０ａ      第１ヨーク部
２２０ｂ、４２０ｂ      第２ヨーク部
２２１、４２１      外周接続部
２２２、４２２      ボビン収容部
２２３、４２３      軸挿入部
２２４、４２４      底面
２２８、４２８、７２８、７２９ａ、７２９ｂ      軸孔
２２９、２４９、４２９、４４９、７４５    貫通孔
２３１、２５１、４５１ａ、４５１ｂ、５５１、６５１      非磁性部
２３２、２３２ａ１、２３２ａ２、２３２ｂ１、２３２ｂ２      軟磁性部
２４０、４４０、５４０、６４０      ヨーク接続部
２５２、２５２ａ、２５２ｂ      軟磁性部
２７１、２７２      磁気コア
３０１ａ〜３０４ａ、３０１ｂ〜３０４ｂ      羽根状部
３０５ａ１〜３０５ａ４、３０５ｂ１〜３０５ｂ４      切欠部
４３２、４３２ａ１、４３２ａ２、４３２ｂ１、４３２ｂ２      軟磁性部
４５２ａ、４５２ｂ      外周軟磁性部（突出部）
４５３ａ〜４５３ｄ      連結軟磁性部
４７１、４７２      磁気コア
４７３、４７４      磁気コア外周部
５１２ａ，５１２ｂ，６１２ａ，６１２ｂ      検出用コイル
５５２ａ、５５２ｂ、６５２ａ、６５２ｂ      軟磁性部
５５３ａ〜５５３ｄ、６５３ａ〜６５３ｈ      凹部
７００      バイアス付加測定ユニット
７１０      バイアスヨーク
７４６ａ      第１スペーサ
７４６ｂ      第２スペーサ
７４７      リング磁石
７５８ａ      上側ヨーク端部
７５８ｂ      バイアス用ヨーク接続部
７５８ｃ      下側ヨーク端部
７５６ｃ      固定板
７５６ｃ      固定板
７６８ｂ      第３スペーサ
７６８ｃ      第４スペーサ
７６９      バイアス用コイル
【図１】
2008256670.tif 000003
【図２】
2008256670.tif 000004
【図３】
2008256670.tif 000005
【図４】
2008256670.tif 000006
【図５】
2008256670.tif 000007
【図６】
2008256670.tif 000008
【図７】
2008256670.tif 000009
【図８】
2008256670.tif 000010
【図９】
2008256670.tif 000011
【図１０】
2008256670.tif 000012
【図１１】
2008256670.tif 000013
【図１２】
2008256670.tif 000014
【図１３】
2008256670.tif 000015
【図１４】
2008256670.tif 000016
【図１５】
2008256670.tif 000017
【図１６】
2008256670.tif 000018
【図１７】
2008256670.tif 000019
【図１８】
2008256670.tif 000020
【図１９】
2008256670.tif 000021
【図２０】
2008256670.tif 000022
【図２１】
2008256670.tif 000023
【図２２】
2008256670.tif 000024
【図２３】
2008256670.tif 000025
【図２４】
2008256670.tif 000026